KR100643168B1

KR100643168B1 - 진상각 조정을 통한 비엘디씨모터의 구동방법

Info

Publication number: KR100643168B1
Application number: KR1020060067793A
Authority: KR
Inventors: 이근호; 박창수; 박종락; 조재옥
Original assignee: 주식회사 삼현
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2006-11-10

Abstract

본 발명은 BLDC모터(BrushLess DC Motor)의 구동을 제어하기 위한 제어장치를 운용함에 있어서, 기 설정된 고속회전시 회전속도별 진상각 조정치를 기억장치에 수록하고, BLDC모터의 회전속도가 소정의 기준치를 초과할 시 이를 인출하여 전류투입시점의 조정에 적용함으로써, 고속회전시 토크를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명을 통하여 BLDC모터의 출력 및 작동효율을 제고할 수 있으며, 기존의 제어장치에 별도의 하드웨어적 구성요소를 추가하지 않고도 발명의 수행이 가능하므로 적은 비용으로도 BLDC모터의 성능을 개선할 수 있게 되었다.

비엘디씨모터(BrushLess DC Motor), 진상각(lead angle), MCU(Micro Controller Unit)

Description

진상각 조정을 통한 비엘디씨모터의 구동방법 {BLDC motor driving method using lead angle adjustment}

도 1은 비엘디씨모터의 제어장치 블럭도

도 2는 비엘디씨모터의 구동요소별 파형도

도 3은 비엘디씨모터의 저속회전시 파형도

도 4는 비엘디씨모터의 고속회전시 파형도

도 5는 본 발명의 진상각 조정을 통한 고속회전시 파형도

도 6은 본 발명의 흐름도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : BLDC모터(BrushLess DC Motor)

110 : 위치센서(rotor position sensor)

200 : 인버터(inverter)

300 : MCU(Micro Controller Unit)

310 : 기억장치

320 : 입력부

400 : PWM생성부

S11 : 회전속도산출단계

S12 : 회전속도판단단계

S21 : 진상각설정단계

S31 : 인버터제어단계

BLDC모터는 구조적으로 영구자석의 회전자가 적용된 동기모터와 유사하나, 작동방식에 있어서는 전력용 반도체 스위칭소자와 회전자의 위치검출수단을 통하여 회전자의 기자력과 고정자의 기자력이 일정각을 유지하도록 함으로써 직류모터의 운전특성을 얻게되는 특징이 있다.

따라서 BLDC모터는 정류자형 직류모터에서와 같이 브러시의 마멸로 인한 보수가 필요없으면서도 정류자형 직류모터와 같은 우수한 제어특성을 가지며, 전력용 반도체 스위칭소자의 개발과 희토류자석의 개발에 힘입어 고속화 및 소형화가 가능하게 되어 서보시스템의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

BLDC모터는 통상 영구자석인 회전자와 고정된 계자권선을 가지며, 도 1에 도시된 BLDC모터(100)는 3상의 계자권선을 가지는 경우로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 위치센서(110)에 의하여 회전자의 위치가 검측되고, 검측된 위치에 의하여 MCU(300)가 PWM생성부(400) 및 인버터(200)를 제어함으로써, 인버터(200)에 의하여 각 계자권선별로 전압의 인가 및 해제가 반복되며 BLDC모터(100)가 회전하게 된다.

일단 BLDC모터(100)의 회전자가 회전하게 되면 자계속을 도선이 움직이는 것과 같은 효과가 발생하게 되어, 각 계자권선에 유도기전력인 역기전력이 발생하게 되며, 따라서 각 계자권선에는 인가전압에서 역기전력전압을 감한 전압에 따라 권선전류가 흐르게 된다.

저속회전시 BLDC모터(100)의 위상에 따른 권선전류, 역기전력전압 및 토크의 파형은 도 2에 도시되어 있으며, 이들 중 0도에서 180도 구간의 파형을 하나의 위상축에 도시하면 도 3과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 역기전력과 권선전류의 중복되는 영역이 클수록 BLDC모터(100)의 토크도 커지게 되는데, 따라서 역기전력과 권선전류의 파형이 동형(同形) 및 동상(同相, synchronized)일 경우 이상적인 토크출력을 가지게 된다.

그러나, BLDC모터(100)의 회전속도가 증가함에 따라, 계자권선의 역기전력도 증가하게 되므로, 인가전압과 역기전력의 차인 실제 권선전압은 전원인가시 완만하게 증가하였다가, 전원차단시 급격하게 감소하는 양태를 보이게 되며, 그에 따라 권선전류 또한 도 4에서와 같이 완만한 증가구간과 급격한 감소구간을 가지는 톱니파형태를 가지게 될 뿐 아니라, 계자권선의 인덕턴스에 의한 시간지연으로 인하여 파형이 늘어지는 현상이 발생하게 된다.

따라서 동 도면에 도시된 바와 같이, 토크의 파형이 비대칭적으로 변화하고 그 크기 또한 감소될 수 밖에 없어서, 출력향상을 위하여 BLDC모터(100)의 물리적 제원을 조정하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, BLDC모터를 구동함에 있어서, 고속회전시 회전속도별 진상각(lead angle) 조정치를 기억장치에 저장하고, 이를 인출 및 적용하여, BLDC모터에 대한 전류인가 시점을 조정함으로써, 토크발생 양태를 최적화할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 별도의 하드웨어적 구성요소의 추가없이, 기억장치에 기 설정된 진상각 정보 및 이에 대한 운용소프트웨어만을 탑재함으로써 실시가 가능하다.

본 발명의 상세한 구성 및 수행절차를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1은 본 발명을 포함한 BLDC모터(100)의 제어장치를 간략하게 도시한 것으로, BLDC모터(100)에 전원을 인가하는 인버터(200)와 인버터(200)구동을 위한 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 발생하는 PWM생성부(400), 이들 인버터(200) 및 PWM생성부(400)를 제어하는 MCU(300), MCU(300)에 회전자의 위치를 검출하여 전송하는 위치센서(110), MCU(300)와 연결되고, 각종 설정치 및 운용소프트웨어가 수록되는 기억장치(310) 및 사용자의 조작에 따라 기동, 정지 및 속도조절 등의 입력을 담당하는 입력부(320)가 구성되어 있다.

도 5는 본 발명에 의하여 진상각이 조정되는 상황을 도시한 것으로, 0도에서 180도에 이르는 토크, 권선전류 및 역기전력의 파형을 도시하고 있으며, 진상각의 조정이 이루어지지 않은 종래 BLDC모터(100)의 파형인 도 4와 비교해 볼때, 역기전력과 권선전류의 중첩영역이 상당수준 확대되었음을 알 수 있다.

이러한 진상각의 조정은 도 6에 도시된 과정을 통하여 진행되며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, BLDC모터(100)의 회전이 개시되면 MCU(300)는 위치센서(110)로부터 수신한 회전자위치정보와 자체 내장된 클럭(Clock)에 의하여 BLDC모터(100)의 각속도 즉, 회전속도(V)를 산출하게 된다.

진상각(Θ) 조정의 필요성은 고속회전에 따른 권선전류의 파형변화에 기인하는 것이므로, 회전속도(V)가 소정의 속도 이상일 경우, 즉 권선전류의 파형변화가 유의(有意)한 수준 이상일 경우에 진상각(Θ)의 조정이 필요하게 된다.

따라서, 회전속도(V)가 산출되면 산출된 회전속도(V)가 소정의 기준속도(Vc)를 초과할 경우 진상각(Θ)을 조정하는 다음 과정을 진행하고, 회전속도(V)가 기준속도(Vc) 이하일 경우 진상각(Θ) 조정을 수행하지 않거나 기 설정된 초기치(Θi) 를 적용하게 된다.

진상각(Θ)의 조정은 기억장치(310)에 수록된 진상각데이터를 인출함으로써 개시되는데, 진상각데이터는 BLDC모터(100) 개발과정에서의 시험 등을 통하여 회전속도(V)별로 산출된 최적의 조정치가, 소정의 함수 또는 순서쌍 등의 형식으로 기억장치(310)에 저장된 것을 말한다.

도 6을 통하여 도시된 진상각데이터는 회전속도(V)를 변수로 하는 함수형태로 표현되어 있으며, 이러한 진상각데이터 함수는 BLDC모터(100)의 제원이나 사용목적 등에 따라 다양하게 설정될 수 있는 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 BLDC모터(100)의 구동조건에 따라 시험 등을 통하여 설정할 수 있는 사항이므로 이에 대한 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.

검측된 회전속도(V)에 따른 진상각(Θ)이 결정되면, MCU(300)가 이를 통하여 전류의 투입시점을 산출한 후 그 결과에 따라 인버터(200)를 제어함으로써 진상각(Θ) 조정이 완료되며, BLDC모터(100)의 회전중에 전술한 과정이 반복되면서, 출력을 최적화 하게 되는 것이다.

결국 본 발명의 기술요지는 BLDC모터(BrushLess DC Motor)(100)와 연결된 인버터(inverter)(200)와 이를 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)(300), MCU(300)에 연결된 기억장치(310) 및 회전자의 위치를 검출하여 MCU(300)에 전송하는 위치센서(110)가 포함된 제어장치로 BLDC모터(100)를 구동함에 있어서, MCU(300)가 위치센서(110)로부터 입력된 회전자위치와 클럭(clock)을 통하여 BLDC모터(100)의 회전속도(V)를 산출하는 회전속도산출단계(S11)와, MCU(300)가 산출된 회전속도(V)와 기 설정된 기준속도(Vc)를 비교하는 회전속도판단단계(S12)와, MCU(300)가 기억장치(310)로부터 회전속도(V)에 해당되는 진상각(Θ)을 인출하는 진상각설정단계(S21)와, MCU(300)가 인출된 진상각(Θ)을 적용하여 전류투입시점을 산출한 후 그에 따라 인버터(200)를 제어하는 인버터(200)제어단계(S31)를 포함함을 특징으로 하는 진상각 조정을 통한 비엘디씨모터의 구동방법이다.

Claims

BLDC모터(BrushLess DC Motor)(100)와 연결된 인버터(inverter)(200)와 이를 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)(300), MCU(300)에 연결된 기억장치(310) 및 회전자의 위치를 검출하여 MCU(300)에 전송하는 위치센서(110)가 포함된 제어장치로 BLDC모터(100)를 구동함에 있어서,

MCU(300)가 위치센서(110)로부터 입력된 회전자위치와 클럭(clock)을 통하여 BLDC모터(100)의 회전속도(V)를 산출하는 회전속도산출단계(S11)와;

MCU(300)가 산출된 회전속도(V)와 기 설정된 기준속도(Vc)를 비교하는 회전속도판단단계(S12)와;

MCU(300)가 기억장치(310)로부터 회전속도(V)에 해당되는 진상각(Θ)을 인출하는 진상각설정단계(S21)와;

MCU(300)가 인출된 진상각(Θ)을 적용하여 전류투입시점을 산출한 후 그에 따라 인버터(200)를 제어하는 인버터(200)제어단계(S31)를 포함함을 특징으로 하는 진상각 조정을 통한 비엘디씨모터의 구동방법.