KR101135777B1 - Motor driver and electric apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
모터 구동 장치는, 모터의 구동 권선을 정측 전력 선로에 접속하는 정측 스위치 소자와 구동 권선을 부측 전력 선로에 접속하는 부측 스위치 소자를 포함한다. 스위치 소자 둘 모두는 제어기로부터 공급된 제어 신호를 기초로 온/오프된다. 제어기는 정현파 형태의 전류 파형을 갖는 구동 파형 신호를 출력하기 위한 파형 생성기와, 구동 권선의 역기전력의 극성을 판별하기 위한 극성 판별기를 포함한다. 극성이 정인 것으로 판별될 때, 정측 스위치 소자는 온/오프되고, 극성이 부일 때, 부측 스위치 소자는 온/오프되어, 구동 권선에 흐르는 전류는 정현파 형태를 가질 수 있다.The motor drive device includes a positive side switch element for connecting the drive winding of the motor to the positive side power line and a negative side switch element for connecting the drive winding to the negative side power line. Both switch elements are turned on / off based on the control signal supplied from the controller. The controller includes a waveform generator for outputting a drive waveform signal having a sinusoidal current waveform and a polarity discriminator for determining the polarity of the counter electromotive force of the drive winding. When it is determined that the polarity is positive, the positive side switch element is on / off, and when the polarity is negative, the negative side switch element is on / off, so that the current flowing in the drive winding may have a sinusoidal form.
Description
본 발명은, 에어컨, 연소용 팬 모터를 사용하는 급탕기, 공기청정기, 및 복사기나 프린터를 포함하는 정보 기기와 같은 여러 전기 기기에 장착될 브러시리스(brushless) DC 모터를 구동하는데 유리한 모터 구동 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은, 동작하는 동안에 토크 리플(torque ripple), 진동 및 노이즈를 간단한 구조로 상당히 감소시킬 수 있는 모터 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 모터 구동 장치를 갖춘 전기 기기에 관한 것이다.The present invention is directed to a motor drive device which is advantageous for driving a brushless DC motor to be mounted in various electric appliances such as air conditioners, hot water heaters using combustion fan motors, air purifiers, and information equipment including copiers and printers. It is about. More particularly, the present invention relates to a motor drive device that can significantly reduce torque ripple, vibration and noise during operation in a simple structure. The invention also relates to an electrical appliance with such a motor drive.
예컨대, 에어컨, 급탕기, 공기청정기, 복사기 및 프린터와 같은 전기 기기는 종종, 더 오랜 수명, 더 높은 신뢰도 및 더 간단한 속도 제어와 같은 다른 타입의 모터에 대한 장점으로 인해 브러시리스 DC 모터를 구동 모터로서 사용한다. (이후, 브러시리스 DC 모터를 간단히 "모터"라 한다.)For example, electrical appliances such as air conditioners, water heaters, air purifiers, copiers and printers often use brushless DC motors as drive motors due to their advantages over other types of motors such as longer life, higher reliability and simpler speed control. use. (Hereinafter, brushless DC motors are simply referred to as "motors.")
직사각형파 구동 방법이 모터를 구동하는 방법으로서 널리 사용되어왔다. 이 방법은 직사각형 구동 파형으로 모터의 구동 권선을 구동한다. 그러나 근래에 시장에서는, 더 낮은 모터 리플, 더 낮은 진동 및 더 낮은 노이즈 레벨로 구동되는 모터가 요구된다. 모터의 구동 권선을 정현파 구동 파형으로 구동하는 정현파 구동 방법이 이제, 이러한 시장의 요구를 충족시키기 위해 모터 구동 방법의 주류가 되었다.The square wave driving method has been widely used as a method of driving a motor. This method drives the drive winding of the motor with a rectangular drive waveform. In recent years, however, there is a need for motors driven with lower motor ripple, lower vibration and lower noise levels. Sinusoidal drive methods for driving the drive windings of motors with sinusoidal drive waveforms are now the mainstream of motor drive methods to meet the needs of this market.
일본특허공보(제 3232467호)는 정현파 구동 방법에 관한 종래기술 중 하나를 개시한다. 이 종래 기술은, 모터의 회전 위치에 응답하여 메모리에 저장된 정현파 파형 데이터를 순차적으로 판독한다. 그러면, 이 데이터는 펄스 폭 변조되고, 모터의 구동 권선에 전력을 공급하는 인버터 회로의 각 스위칭 소자를 제어하여, 모터가 정현파 구동 파형에 의해 구동되게 한다.Japanese Patent Laid-Open No. 3232467 discloses one of the related arts related to a sine wave driving method. This prior art sequentially reads sinusoidal waveform data stored in a memory in response to the rotational position of the motor. This data is then pulse width modulated and controls each switching element of the inverter circuit that supplies power to the drive windings of the motor so that the motor is driven by a sinusoidal drive waveform.
도 8은 이 종래기술에 따른 모터 구동 장치의 회로도를 도시하며, 도 9는 도 8에 도시된 모터 구동 장치의 동작 설명도이다. 도 8에서, 모터(501)는 U 위상 구동 권선(511), V 위상 구동 권선(513), 및 W 위상 구동 권선(515)을 포함한다. DC 전원(515)은 인버터(520)를 통해 이들 구동 권선(511, 513 및 515)에 전력을 공급한다.Fig. 8 shows a circuit diagram of the motor driving apparatus according to this prior art, and Fig. 9 is an operation explanatory diagram of the motor driving apparatus shown in Fig. 8. In FIG. 8, the
인버터(520)는 구동 권선(511, 513 및 515)을 정측(positive) 전력 선로(501)에 접속하는 정측 스위치(521, 523 및 525)를 포함하고, 또한 권선(511, 513 및 515)을 부측 전력 선로(502)에 접속하는 부측 스위치(522, 524 및 526)를 포함한다. 제어기(530)는 파형 생성기(531)와 펄스 폭 변조기(이후 간단히 "PWM"이라 함)(532)를 포함한다. 모터 구동 장치(500)는 인버터(520)와 제어기(530)를 포함한다.
모터(501)의 회전 위치에 응답하여 파형 생성기(531)에 의해 생성된 정현파 형태의 구동 파형 신호(WF)가 PWM(532)에 공급되고, 그러면 PWM(532)은 신호(WF)를 기초로 해서 펄스 폭 변조된 제어 신호(UH, VH, WH, UL, VL 및 WL)를 인버터(520)의 각 스위치 소자(521 내지 526)에 출력한다. 각 스위치 소자(521 내지 526)는 이들 제어 신호에 의해 온 또는 오프된다.A sinusoidal drive waveform signal WF generated by the
제어 신호(UH, VH 및 WH)는 서로 전기각 120도의 위상차를 가지며, PWM(532)으로부터 공급된다. 제어 신호(UL, VL 및 WL) 또한 서로 전기각 120도의 위상차를 가지며, PWM(532)으로부터 공급된다.The control signals UH, VH and WH have a phase difference of 120 degrees of electrical angle with each other and are supplied from the
모터(501)의 구동 권선 중에서 인버터(520)로부터 공급된 출력(U)에 접속된 U 위상 구동 권선(511)의 동작이 이후에 도 9를 참조하여 설명된다. 도 9에서, 삼각파 형태의 신호(CY)는 PWM(532)에 존재하는 펄스-폭-변조 캐리어 신호이다.The operation of the U phase drive winding 511 connected to the output U supplied from the
파형 생성기(531)는 모터(501)의 회전 위치에 응답하여 정현파 형태의 구동 파형 신호(WF)를 생성하고, 신호(WF)는 PWM(532)에 의해 캐리어 신호(CY)와 비교된다. 스위치 소자(521 및 522)는 이 비교에 응답하여 서로 상보적으로 온 또는 오프된다. 그리하여, 도 9에 도시된 구동 전압(U)이 인버터(520)로부터 공급되고, U 위상 구동 권선(511)에 인가되며, U 위상 구동 권선(511) 상에는, U 위상 구동 전류(Iu)가 결과적으로 흐른다.The
구동 전압(U)은 DC 전원(505)의 정 전압과 부 전압 사이에서 순간적으로 및 교대로 변화하지만, 펄스 폭 변조의 원리 때문에 평균적으로는 구동 파형 신호(WF)에 대응하는 정현파 형태가 된다. 따라서, U 위상 구동 권선(511)은 U 위상의 신호(WF)와 유사한 정현파 형태의 전압을 수신한다.The driving voltage U changes instantaneously and alternately between the constant voltage and the negative voltage of the
앞서 논의된 것과 유사하게, V 위상 구동 권선(513) 및 W 위상 구동 권 선(515) 또한 인버터(520)로부터 공급된 구동 전압(V 및 W)에 의해 정현파 형태의 전압이 인가된다. Similar to the one discussed above, the V phase drive winding 513 and the W phase drive winding 515 are also subjected to sinusoidal voltages by the drive voltages V and W supplied from the
각 위상의 구동 권선(511, 513 및 515)에 인가된 구동 전압(U, V 및 W)은 전기각 120도의 위상차를 갖는다. 더욱 상세하게, V 위상 구동 권선(513)에 관련하여, 인버터(520)의 스위치 소자(523 및 524)는, U 위상 구동 파형 신호(WF)로부터 전기각 120도의 위상차를 갖는 V 위상 구동 파형 신호와 캐리어 신호(CY) 사이의 비교에 응답하여 서로 상보적으로 온 또는 오프된다.The drive voltages U, V, and W applied to the
W 위상 구동 권선(515)에 관련하여, 인버터(520)의 스위치 소자(525 및 526)는, U 위상 구동 파형 신호와 V 위상 구동 파형 신호 각각으로부터 전기각 120도의 위상차를 갖는 W 위상 구동 파형 신호와 캐리어 신호(CY) 사이의 비교에 응답하여 서로 상보적으로 온 또는 오프된다.In relation to the W phase drive winding 515, the
앞서 논의한 바와 같이, 정현파 형태의 전압은 각 구동 권선(511, 513 및 515)에 인가되어, 모터(501)는 정현파에 의해 구동된다. 그러나 앞선 종래기술에 따른 모터 구동 장치(500)는 다음의 염려가 있다: 감속하는 동안, 모터(501)가, 모터(501)의 구동 권선(511, 513 및 515) 상에서 생성된 역기전력보다 더 낮게 되는 인버터(520)로부터 공급된 구동 전압(U, V 및 W)을 갖는 구동 모드가 될 때, 모터(501)의 회전 에너지가 DC 전원(505)에 반환된다, 즉, 재생 현상(regeneration phenomenon)이 일어난다. 이 현상은 DC 전원(505)의 출력 전압을 증가시키며, 종종 모터 구동 장치(500) 자체나, 모터 구동 장치(500)에 갖춰진 전기 기기를 손상시킨다.As discussed above, a sinusoidal voltage is applied to each of the
재생 현상에 대해 이후 설명한다. 앞선 종래기술에 따른 모터 구동 장치(500)에서, 인버터(520)의 스위치 소자(521 및 522)는 서로 상보적으로 온 및 오프된다. 스위치 소자(525 및 526)뿐만 아니라 스위치 소자(523 및 524)도 서로 상보적으로 온 및 오프된다. 이러한 설명에서는, 스위치 소자(521 및 522)의 동작이 중점적으로 다뤄진다. "서로 상보적으로 온 및 오프됨"의 의미는, 한 스위치 소자가 온되는 동안, 다른 스위치 소자는 오프되며, 다른 스위치 소자가 온되는 동안, 한 스위치 소자는 오프된다는 것이다.The reproduction phenomenon will be described later. In the
도 9는 스위치 소자(521)를 온/오프하는 제어 신호(UH)와, 스위치 소자(522)를 온/오프하는 제어 신호(UL)를 도시한다. 이들 제어 신호의 타이밍 도에서, 각 스위치 소자는 H 레벨 동안 온되고, 각 스위치 소자는 L 레벨 동안에 오프된다. 도 9에 도시된 제어 신호(UH 및 UL)는 스위치 소자(521 및 522)를 서로 상보적으로 온 및 오프하지만, 정확하게는, "온" 및 "오프"가 바뀌는 순간에 시간 "td"("데드 타임(dead time)"이나 "온 딜레이(on delay)"라고 함)가 제공된다. 이 순간 시간 "td"에, 스위치 소자(521 및 522) 둘 모두는 오프된다. 이것은 스위치 소자(521 및 522) 둘 모두가 동시에 온되는 것을 막고 DC 전원(505)이 단락되는 것을 막기 위한 주지의 기술이다.9 shows a control signal UH for turning on / off the
문제점으로 논의한 앞선 재생 현상은 스위치 소자(521 및 522)의 상보적인 온 및 오프로 인해 발생한다. 이러한 현상은 도 10을 참조하여 이후에 상세하게 설명된다. 도 10에서, U 위상 구동 권선(511)은 역기전력(Uemf)을 생성한다. 도 10은, 인버터(520)로부터 공급되는 구동 전압(U)의 (구동 파형 신호(WF)에 대응하는) 평균값이 역기전력(Uemf)보다 더 작게 될 때의 동작을 도시한다.The foregoing regeneration phenomenon discussed as a problem occurs due to the complementary on and off of the
이 상태, 즉 구동 전압(U)의 평균값(구동 파형 신호(WF))이 역기전력(Uemf)보다 더 작게 되는 상태는 예컨대 신호(WF)의 파고가 낮아질 때와 같은 모터(501)를 감속할 때나, 모터(501)가 외부 힘에 의해 가속되어 역기전력(Uemf)이 더 커질 때 발생한다.This state, i.e., the state where the average value of the driving voltage U (drive waveform signal WF) is smaller than the back electromotive force Uemf, is for example when decelerating the
먼저, 도 10에 도시된 기간 "a"를 설명한다. 기간 "a" 동안, 스위치 소자(521)는 온되고, 스위치 소자(522)는 오프된다. 그 결과, 구동 권선(511)은 DC 전원(505)의 정측 전력 선로(501)에 전기적으로 접속되고, 구동 전압(U)은 순간적으로 정측 선로(501)의 전압이 된다. 구동 전압(U)이 기간 "a" 동안에 구동 권선(511)의 역기전력(Uemf)보다 더 크므로, 권선(511)의 전류(Iu)는 증가하여 흐른다. 전류(Iu)의 증가량은 구동 전압(U)에서 역기전력(Uemf)을 뺀 차이(도 10의 기간 "a"의 빗금친 구역)에 의존한다. 그러나 구동 전압(U)의 평균(구동 파형 신호(WF))이 역기전력(Uemf)보다 작을 때, 차이는 더 작게 되어, 전류는 약간만 증가한다.First, the period "a" shown in FIG. 10 will be described. During the period " a ", the
다음으로, 도 10에 도시된 기간 "b"를 설명한다. 기간 "b" 동안, 스위치 소자(521)는 오프되고, 스위치 소자(522)는 온되어, 구동 권선(511)은 DC 전원(505)의 부측 전력 선로(502)에 전기적으로 접속된다. 그에 따라 구동 전압(U)은 순간적으로 부측 선로(502)의 전압이 된다. 구동 전압(U)이 기간 "b" 동안 구동 권선(511)의 역기전력(Uemf)보다 더 작기 때문에, 권선(511)의 전류(Iu)는 감소하여 흐른다. 전류(Iu)의 감소량은 역기전력(Uemf)에서 구동 전압(U)을 뺀 차이(도 10의 기간 "b"의 빗금친 구역)에 의존한다. 구동 전압(U)의 평균(구동 파형 신호(WF))이 역기전력(Uemf)보다 더 작을 때, 차이는 더 크게 되며, 전류는 더 크게 감소한다.Next, the period "b" shown in FIG. 10 will be described. During the period " b ", the
기간 "b" 중 기간 "b1" 동안, 전류(Iu)는 스위치 소자(522)에 역으로 및 병렬로 접속된 스위치 소자(522)나 다이오드를 통해 흐르며, 감소하여 구동 권선(511)으로 흐른다. 전류(Iu)는 기간 "b2"에 도달하기 이전에 0(영)으로 감소한다. 기간 "b2" 동안, 전류(Iu)는 그 방향을 반전하며, 구동 권선(511)으로부터 스위치 소자(522)를 통해 부측(negative) 전력 선로(502)로 흐른다. 전류(Iu)는 역기전력(Uemf)으로부터 공급되는 방향을 가져서, 전류(Iu)는 모터 구동 전류의 정상 방향에 반대되는 방향을 따라 흐른다.During period " b1 "during period " b ", current Iu flows through
기간 "c" 동안, 스위치 소자(521)는 온되고, 스위치 소자(522)는 오프되며, 이것은 기간 "a" 동안과 동일한 상태이다. 그에 따라 전류(Iu)는 기간 "a"동안과 유사하게 증가하지만, 약간만 증가하며, 원래 방향을 따라 다시 그 방향을 반전할 만큼 크지는 않다. 기간 "c" 동안, 전류(Iu)는 구동 권선(511)으로부터 스위치 소자(521)나 스위치 소자(521)에 역으로 및 병렬로 접속된 다이오드를 통해 정측 전력 선로(501)로 흐른다. 전류(Iu)는 역기전력(Uemf)으로부터 공급되는 방향을 가져서, 전류(Iu)가 모터 구동 전류의 정상 방향과 반대되는 방향을 따라 흐른다. 이것은 앞서 논의한 기간 "b2"동안과 동일한 방식이다.During period "c ",
기간 "d" 동안, 스위치 소자(521)는 오프되고, 스위치 소자(522)는 온되며, 이것은 기간 "b" 동안과 동일한 상태이다. 그에 따라 전류(Iu)는 기간 "b" 동안과 유사하게 계속해서 크게 감소한다. 전류(Iu)는 구동 권선(511)으로부터 스위치 소 자(522)를 통해 부측 전력 선로(502)로 흐른다. 그에 따라, 전류(Iu)는 기간 "b2" 동안의 것보다 더 큰 양이 역기전력(Uemf)으로부터 공급된다.During period " d ",
전류(Iu)는 모터를 구동하기 위해 구동 권선(511)의 역기전력(Uemf) 쪽으로 공급되어야 하지만, 이 정상 상태와 상반되게, 만약 전류(Iu)가 역기전력(Uemf)으로부터 계속 공급된다면, 전류(Iu)는, 스위치 소자(521)가 온되고 스위치 소자(522)가 오프될 때마다, 스위치 소자(521)나 스위치 소자(521)에 역으로 및 병렬로 접속된 다이오드를 통해 구동 권선(511)으로부터 정측 전력 선로(501) 쪽으로 흐른다. 이러한 현상은 다른 구동 권선(513 및 515)에서 머지않아 발생하여, 전류는 각 구동 권선(511, 513 및 515)으로부터 정측 전력 선로(501)를 통해 DC 전원(505)의 정 전극 쪽으로 흐르게 된다.The current Iu must be supplied toward the counter electromotive force Uemf of the drive winding 511 to drive the motor, but in contrast to this steady state, if the current Iu is continuously supplied from the counter electromotive force Uemf, the current Iu Whenever the
다시 말해, 모터(501)는 발전기로 작용하여, 모터(501)는 모터(501)에 전력을 공급할 예정인 DC 전원(505)에 역으로 전력을 공급한다, 즉 재생이 발생한다.In other words, the
일반적으로, DC 전원(505)은 전류를 공급할 능력을 가지며 전류를 흡수하지는 않도록 설계된다. 재생 현상은 전류가 구동 권선(511, 513 및 515)으로부터 DC 전원(505)으로 흐르게 하여, DC 전원(505)으로부터의 출력 전압이 증가하며, 이것은 종종 전원(505), 모터 구동 장치(500) 또는 모터 구동 장치(500)를 갖는 전기 기기를 손상시킨다.In general, the
본 발명의 모터 구동 장치는 인버터와 제어기를 포함한다. 이들은 다음의 소자를 포함한다:The motor drive device of the present invention includes an inverter and a controller. These include the following devices:
인버터는 모터의 복수 위상의 구동 권선을 정측 전력 선로에 접속하는 정측 스위치 소자와, 이들 구동 권선을 부측 전력 선로에 접속하는 부측 스위치 소자를 포함하며; 및The inverter includes a positive side switch element for connecting the drive windings of the plurality of phases of the motor to the positive side power line, and a secondary side switch element for connecting these drive windings to the secondary side power line; And
제어기는 정측 또는 부측 스위치 소자의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 나타내는 신호를 구동 권선의 구동 파형 신호로서 출력하는 파형 생성기와, 구동 권선 상에서 생성된 역기전력의 극성을 판별하는 극성 판별기를 포함한다.The controller includes a waveform generator for outputting a signal representing the ratio of the on-period to the off-period of the forward or secondary switch element as a drive waveform signal of the drive winding, and a polarity discriminator for determining the polarity of the counter electromotive force generated on the drive winding.
극성 판별기가 구동 권선의 역기전력이 정(positive)이라고 판별할 때, 제어기는 정측 스위치 소자의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 제어하는 제어 신호를 인버터에 출력한다. 극성 판별기가 구동 권선의 역기전력이 부(negative)라고 판별할 때, 제어기는 부측 스위치 소자의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 제어하는 제어 신호를 인버터에 출력한다. 이러한 메커니즘은 제어기가 그 제어 신호로 인버터의 정측 또는 부측 스위치 소자를 온 또는 오프하게 하며, 인버터가 정현파 형태의 교류 전류로 각 위상의 구동 권선을 구동하게 한다.When the polarity discriminator determines that the counter electromotive force of the drive winding is positive, the controller outputs a control signal to the inverter that controls the ratio of the on period to the off period of the forward switch element. When the polarity discriminator determines that the counter electromotive force of the drive winding is negative, the controller outputs a control signal to the inverter for controlling the ratio of the on period to the off period of the side switch element. This mechanism causes the controller to turn on or off the positive or negative switch elements of the inverter with its control signals, and the inverter to drive the drive windings of each phase with alternating current in the form of sinusoidal waves.
앞선 구조는, 비록 모터가 인버터로부터 공급된 구동 전압의 평균이 모터의 구동 권선 상에서 생성된 역기전력보다 낮게 될지라도, 모터가 재생 현상 없이 정현파 전류에 의해 구동되게 한다. (구동 전압은 인버터로부터 공급되고, PWM 제어되며, 재생 현상은 모터의 회전 에너지를 DC 전원에 반환한다.) 그러므로 비록 모터가 갑자기 감속하거나 모터가 외부 힘에 의해 강제로 가속될지라도, 이 상태는 DC 전원의 제어 전압을 증가시키지 않아, 기기는 손상되지 않는다. 그 결과, 본 발명은 안전성 및 신뢰도가 우수하고 낮은 토크 리플, 낮은 진동 및 낮은 노이즈로 작동하는 모터 구동 장치를 제공할 수 있다.The foregoing structure allows the motor to be driven by sinusoidal current without regeneration, even if the motor has a lower average of the drive voltage supplied from the inverter than the back EMF generated on the drive winding of the motor. (The drive voltage is supplied from the inverter, PWM controlled, and the regenerative phenomenon returns the motor's rotational energy to the DC power source.) Therefore, even if the motor suddenly decelerates or the motor is forcibly accelerated by external force, this condition Does not increase the control voltage of the DC power supply, the device is not damaged. As a result, the present invention can provide a motor drive device which is excellent in safety and reliability and operates with low torque ripple, low vibration and low noise.
본 발명의 전기 기기는 기기 본체, 기기 본체에 장착된 모터, 및 인버터와 제어기를 포함하는 모터 구동 장치를 포함한다. 이 모터 구동 장치는 앞서 설명한 모터 구동 장치를 사용하며, 그에 따라 본 발명은 안전성 및 신뢰도가 우수하고 낮은 진동 및 낮은 노이즈로 작동하는 전기 기기를 제공할 수 있다.The electric machine of the present invention includes a device body, a motor mounted to the device body, and a motor drive device including an inverter and a controller. This motor drive device uses the motor drive device described above, and accordingly, the present invention can provide an electric device that is excellent in safety and reliability, and operates with low vibration and low noise.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a motor driving apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 모터 구동 장치의 동작 설명도이다.2 is an explanatory diagram of the operation of the motor driving apparatus shown in FIG. 1.
도 3은 모터의 구동 권선의 역기전력이 낮은 경우의, 도 1에 도시된 모터 구동 장치의 동작 설명도이다. 3 is an explanatory diagram of the operation of the motor drive device shown in FIG. 1 when the counter electromotive force of the drive winding of the motor is low.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작 파형도이다.4 is an operation waveform diagram of the motor driving apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작 파형도이다.5 is an operation waveform diagram of a motor driving apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 6은 제 4 실시예에 따른 전기 기기(에어컨의 실외기)의 구성도이다.6 is a configuration diagram of an electric device (outdoor unit of air conditioner) according to the fourth embodiment.
도 7은 제 5 실시예에 따른 전기 기기(잉크젯 프린터)의 구성도이다.7 is a configuration diagram of an electric device (inkjet printer) according to the fifth embodiment.
도 8은 종래기술의 모터 구동 장치의 회로도이다.8 is a circuit diagram of a motor driving apparatus of the prior art.
도 9는 도 8에 도시된 모터 구동 장치의 동작 설명도이다.9 is an explanatory diagram of the operation of the motor driving apparatus shown in FIG. 8.
도 10은 모터의 구동 권선의 역기전력이 낮은 경우의, 도 8에 도시된 모터 구동 장치의 동작 설명도이다.FIG. 10 is an explanatory view of the operation of the motor drive device shown in FIG. 8 when the counter electromotive force of the drive winding of the motor is low. FIG.
[부호의 설명][Description of the code]
1: 모터 1: motor
5: DC 전원5: DC power
11, 13, 15: 구동 권선11, 13, 15: drive winding
20: 인버터20: inverter
21, 23, 25: 정측 스위치 소자21, 23, 25: positive side switch element
22, 24, 26: 부측 스위치 소자22, 24, 26: side switch element
30: 제어기30: controller
31: 파형 생성기31: waveform generator
32: 펄스 폭 변조기(PWM)32: Pulse Width Modulator (PWM)
33: 극성 판별기33: polarity discriminator
100, 203, 300: 모터 구동 장치100, 203, 300: motor drive unit
101: 정측 전력 선로101: positive power line
102: 부측 전력 선로102: side power line
201: 에어컨(전기 기기)의 실외기201: outdoor unit of air conditioner (electrical device)
208: 팬 모터(모터)208: fan motor (motor)
211: 에어컨의 실외기의 기기 본체(기기 본체)211: The apparatus body (the apparatus body) of the outdoor unit of the air conditioner
301: 캐리지 모터(모터)301: carriage motor (motor)
310: 잉크젯 프린터(전기 기기)310: inkjet printer (electrical device)
311: 잉크젯 프린터 본체(기기 본체)311: Inkjet printer body (machine body)
본 발명의 예시적인 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이후에 설명된다.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이며, 도 2는 도 1에 도시된 모터 구동 장치의 동작 설명도이다. 도 3은 모터의 구동 권선의 역기전력이 낮은 경우의, 도 1에 도시된 모터 구동 장치의 동작 설명도이다. 도 1에서, 제 1 실시예에 따른 모터 구동 장치(100)는 인버터(20)와 제어기(30)를 포함한다.FIG. 1 is a circuit diagram of a motor driving apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the motor driving apparatus shown in FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the motor drive device shown in FIG. 1 when the counter electromotive force of the drive winding of the motor is low. In FIG. 1, the
인버터(20)는 모터(1)의 복수의 위상(3 위상)의 구동 권선(11, 13 및 15)을 정측 전력 선로(101)에 전기적으로 접속하는 정측 스위치 소자(21, 23 및 25)를 가지며, 또한 구동 권선(11, 13 및 15)을 부측 전력 선로(102)에 전기적으로 접속하는 부측 스위치 소자(22, 24 및 26)를 갖는다.The
제어기(30)는 파형 생성기(31)와 극성 판별기(33)를 포함한다. 생성기(31)는 정측 또는 부측 스위치 소자(21 내지 26)의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 나타내는 신호를 구동 권선의 구동 파형 신호로서 출력한다. 극성 판별기(33)는 구동 권선(11, 13 및 15) 상에서 생성된 역기전력의 각 극성을 판별한다.The
극성 판별기(33)가 구동 권선(11, 13 및 15)의 역기전력이 정이라고 판별할 때, 제어기(30)는 정측 스위치 소자(21, 23 및 25)의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 제어하는 제어 신호를 인버터(20)에 출력한다. 극성 판별기(33)가 구동 권선(11, 13 및 15)의 역기전력을 부라고 판별할 때, 제어기(30)는 부측 스위치 소자(22, 24 및 26)의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 제어하는 제어 신호를 인버터에 출력한다. 이 메커니즘은 제어기(30)가 그 제어 신호로 인버터의 정측 또는 부측 스위치 소자(21 내지 26)를 온 또는 오프하게 하며, 인버터(20)가 정현파 형태 의 교류 전류로 복수 위상의 각 구동 권선(11, 13 및 15)을 구동하게 한다.When the
이 제 1 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구조는 도 1을 참조하여 더 상세하게 설명된다. 도 1에서, 모터(1)는 인버터(20)를 통해 DC 전원(5)에 접속된다. 더욱 구체적으로는, 정측 전력 선로(101)가 정측 스위치 소자(21)의 제 1 단자에 접속되고, 정측 스위치 소자(21)의 제 2 단자는 부측 스위치 소자(22)의 제 1 단자에 접속된다. 부측 스위치 소자(22)의 제 2 단자는 DC 전원(5)의 부측 전력 선로(102)에 접속된다. 정측 스위치 소자(21)와 부측 스위치 소자(22) 둘 모두에 공통인 접속점, 즉, 정측 스위치 소자(21)의 제 2 단자와 부측 스위치 소자(22)의 제 1 단자 사이의 접속점은 모터(1)의 U 위상 구동 권선(11)의 제 1 단부에 접속된다.The structure of the motor drive apparatus according to this first embodiment is described in more detail with reference to FIG. In FIG. 1, the
유사하게, 정측 전력 선로(101)는 정측 스위치 소자(23)의 제 1 단자와 접속되며, 정측 스위치 소자(23)의 제 2 단자는 부측 스위치 소자(24)의 제 1 단자에 접속된다. 부측 스위치 소자(24)의 제 2 단자는 부측 전력 선로(102)에 접속된다. 정측 스위치 소자(23)와 부측 스위치 소자(24) 둘 모두에 공통인 접속점, 즉, 정측 스위치 소자(23)의 제 2 단자와 부측 스위치 소자(24)의 제 1 단자 사이의 접속점은 모터(1)의 V 위상 구동 권선(13)의 제 1 단부에 접속된다.Similarly, the positive
마찬가지로, 정측 전력 선로(101)는 정측 스위치 소자(25)의 제 1 단자와 접속되며, 정측 스위치 소자(25)의 제 2 단자는 부측 스위치 소자(26)의 제 1 단자에 접속된다. 부측 스위치 소자(26)의 제 2 단자는 부측 전력 선로(102)에 접속된다. 정측 스위치 소자(25)와 부측 스위치 소자(26) 둘 모두에 공통인 접속점, 즉, 정측 스위치 소자(25)의 제 2 단자와 부측 스위치 소자(26)의 제 1 단자 사이의 접속점 은 모터(1)의 W 위상의 구동 권선(15)의 제 1 단부에 접속된다.Similarly, the positive
U 위상 구동 권선(11)의 제 2 단부, V 위상 구동 권선(13)의 제 2 단부 및 W 위상 구동 권선(15)의 제 2 단부는 서로 접속되어, 중성점(neutral point)을 형성한다.The second end of the U phase drive winding 11, the second end of the V phase drive winding 13 and the second end of the W phase drive winding 15 are connected to each other to form a neutral point.
제어기(30)는, 정측 스위치 소자(21, 23 및 25)를 각각 온 및 오프하는 제어 신호(UH, VH 및 WH)를 정측 스위치 소자(21, 23 및 25)의 각 제 3 단자에 출력한다. 제어기(30)는 또한 부측 스위치 소자(22, 24 및 26)를 각각 온 및 오프하는 제어 신호(UL, VL 및 WL)를 부측 스위치 소자(22, 24 및 26)의 각 제 3 단자에 출력한다.The
제어기(30)는 파형 생성기(31) 및 극성 판별기(33) 외에 PWM(Pulse Width Modulator)(32)을 포함한다. 파형 생성기(31)는, 구동 권선(11, 13 및 15)의 구동 전류 파형이 정현파 형태를 가질 수 있도록 구동 파형 신호(WF)를 PWM(32)에 출력한다.The
극성 판별기(33)는 구동 권선(11, 13 및 15) 상에서 생성된 역기전력의 극성을 판별하고, 그런 다음 판별된 신호를 PWM(32)에 출력한다. PWM(32)은 구동 파형 신호(WF)를 캐리어 신호(CY)와 전압 면에서 비교하여, 신호(WF)는 펄스 폭 변조된다. PWM(32)은 또한 극성 판별기(33)로부터 공급된 판별된 신호에 응답하여 신호(WF)의 펄스 폭 변조 결과를 제어기(30)의 제어 신호(UH, VH, WH, UL, VL 및 WL)로서 인버터(20)에 출력한다.The
앞서 논의한 모터 구동 장치(100)의 동작이 이후에 설명된다. 도 2는 도 1에 도시된 모터 구동기(100)의 동작 설명도이다. 도 2에서, 삼각형파 형태의 신호(CY)는 PWM(32)에 존재하는 PWM 캐리어 신호이다. 통상, 캐리어 신호(CY)의 주파수는, 모터(1)의 회전에 의해 생성된 전기각 주기보다 상당히 더 높은 주파수로 설정되지만, 도 2는 설명을 간단히 하기 위해 비교적 낮은 주파수를 도시한다.The operation of the
파형 생성기(31)는 모터(1)의 회전 위치에 응답하여 정현파 형태의 구동 파형 신호(WF)를 생성한다. 신호(WF)는 PWM(32)에 의해 전압 면에서 캐리어 신호(CY)와 비교되어, 신호(WF)에 응답하여 펄스 폭이 변하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호가 생성된다. 인버터(20)의 정측 스위치 소자(21)나 부측 스위치 소자(22) 중 어느 하나가 PWM 신호에 응답하여 온 또는 오프된다.The
도 1에 도시된 정측 스위치 소자(21)와 부측 스위치 소자(22)는, 도 8에 도시된 종래의 대응 소자(counterpart)가 그런 것처럼 서로 상보적으로 온 및 오프되지 안지만, 스위치 소자 중 다른 하나가 오프-상태에 머무르는 동안, 어느 하나는 온 및 오프된다. 극성 판별기(33)에 의해 검출된, U 위상 구동 권선(11)의 역기전력(Uemf)의 극성은 어느 스위치 소자, 즉 정측 스위치 소자(21)나 부측 스위치 소자(22) 중 어느 것이 온 또는 오프되고 어느 것이 오프-상태에 머무르는지를 판별한다.The
더욱 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 역기전력의 극성이 정일 때, 캐리어 신호(CY)와 구동 파형 신호(WF) 사이의 비교로부터 얻은 PWM 신호는 정측 스위치 소자(21)를 온 또는 오프할 제어 신호(UH)에 반영되어, PWM 신호를 기초로 하여 스위치 소자(21)를 온 또는 오프한다. 이때, 부측 스위치 소자(22)를 오프 상태 로 유지하기 위해, 제어 신호(UL)는 L 레벨에 고정된다.More specifically, as shown in FIG. 2, when the polarity of the counter electromotive force is positive, the PWM signal obtained from the comparison between the carrier signal CY and the drive waveform signal WF may turn on or off the
다른 한편, 역기전력의 극성이 부일 때, 캐리어 신호(CY)와 구동 파형 신호(WF) 사이의 비교로부터 얻은 PWM 신호는 제어 신호(UL)에 반영되어, PWM 신호를 기초로 하여 부측 스위치 소자(22)를 온 또는 오프한다. 이때, 정측 스위치 소자(21)를 오프 상태로 유지하기 위해, 제어 신호(UH)는 L 레벨에 고정된다.On the other hand, when the polarity of the counter electromotive force is negative, the PWM signal obtained from the comparison between the carrier signal CY and the drive waveform signal WF is reflected in the control signal UL, so that the negative
제어 신호(UH 및 UL)의 움직임이 도 2에 도시되어 있다. H 레벨은 각 스위치 소자가 온됨을 나타내며, L 레벨은 이들이 오프됨을 나타낸다.The movement of the control signals UH and UL is shown in FIG. 2. The H level indicates that each switch element is on, and the L level indicates that they are off.
앞서 논의한 바와 같이, 역기전력(Uemf)의 극성에 응답하여, 정측 스위치 소자(21)나 부측 스위치 소자(22) 중 어느 하나는 정현파 형태의 신호(WF)에 응답하여 생성된 PWM 신호에 의해 온 또는 오프되며, 다른 하나는 오프 상태에 머무른다. 이러한 메커니즘은 U 위상 구동 권선(11)이 정현파 형태의 구동 파형을 갖게 한다.As discussed above, in response to the polarity of the counter electromotive force Uemf, either the positive
앞선 메커니즘은 이후에 더 상세하게 설명된다. 전류(Iu)는, 모터(1)가 토크를 생성할 수 있도록 역기전력에 대항하여 U 위상 구동 권선(11)을 따라 흘러야 한다. Uemf의 정 극성은 전류(Iu)가 U 위상 구동 권선(11) 쪽을 향하게 하며, 이 방향을 향하는 전류(Iu)는, 정측 스위치 소자(21)를 온 또는 오프하고 부측 스위치 소자(22)를 오프 상태로 유지함으로써 정현파 형태로 제어될 수 있다.The foregoing mechanism is described in more detail later. The current Iu must flow along the U phase drive winding 11 against counter electromotive force so that the
다시 말해, 전류(Iu)는 정측 전력 선로(101)의 전압을 U 위상 구동 권선(11)에 인가하기 위해 정측 스위치 소자(21)를 온함으로써 증가 방향으로 제어될 수 있다. 전류(Iu)는 단지 스위치 소자(21)를 오프함으로써 감소 방향으로 제어될 수 있다. 스위치 소자(21)를 오프하면, 부측 전력 선로(102)의 전압을 U 위상 구동 권 선(11)에 인가하게 되어, 전류(Iu)는 감소 방향으로 제어된다. 전류(Iu)는 권선(11) 쪽으로 향하기 때문에, 스위치 소자(21)를 오프하면, 부측 스위치 소자(22)에 역으로 및 병렬로 접속된 다이오드는 도통하게 된다.In other words, the current Iu can be controlled in the increasing direction by turning on the
앞서 논의한 바와 같이, 역기전력(Uemf)이 정일 때, 전류(Iu)는 정측 스위치 소자(21)를 온 또는 오프함으로써 정현파 형태가 되도록 제어될 수 있다.As discussed above, when the counter electromotive force Uemf is positive, the current Iu can be controlled to be in the sine wave form by turning on or off the positive
다른 한편으로, 부 극성을 갖는 역기전력(Uemf)의 경우에, 전류(Iu)가 U 위상 구동 권선(11)으로부터 흘러나오는 방향으로 흐를 때, 모터(1)는 토크를 생성할 수 있다. 이 방향으로 흐르는 전류(Iu)는 부측 스위치 소자(22)를 온 또는 오프하고 정측 스위치 소자(21)를 오프 상태로 유지함으로써 정현파 형태로 제어될 수 있다. 이 상태는, 역기전력(Uemf)이 정 극성을 갖는 경우와 정반대이다.On the other hand, in the case of the counter electromotive force Uemf having a negative polarity, the
다시 말해, 전류(Iu)는, 부측 전력 선로(102)의 전압을 U 위상 구동 권선(11)에 인가하기 위해 부측 스위치 소자(22)를 온함으로써, U 위상 구동 권선(11)으로부터 흘러나오는 방향으로 증가할 수 있다. 전류(Iu)는 단지 스위치 소자(22)를 오프함으로써 감소될 수 있다. 부측 스위치 소자(22)를 오프시키면, 정측 전력 선로(101)의 전압을 U 위상 구동 권선(11)에 인가하게 되어, 권선(11)으로부터 흘러나오는 전류(Iu)는 감소하는 방향으로 제어된다. 스위치 소자(22)를 오프함으로써 정측 스위치 소자(21)에 역으로 및 병렬로 접속된 다이오드는 도통하게 된다. 역기전력(Uemf)이 부 극성을 갖게 될 때, 전류(Iu)는 부측 스위치 소자(22)를 온 또는 오프시킴으로써 정현파 형태가 되도록 제어될 수 있다.In other words, the current Iu flows out of the U phase drive winding 11 by turning on the
앞서 논의한 바와 같이, 역기전력(Uemf)의 극성의 각 경우에, 정측 스위치 소자(21)나 부측 스위치 소자(22)가 온 또는 오프되며, 도 2에 도시된 구동 전압(U)은 결과적으로 인버터(20)로부터 공급되어, U 위상 구동 권선(11)에 인가된다.As discussed above, in each case of the polarity of the counter electromotive force Uemf, the positive
구동 전압(U)은 DC 전원(5)의 정 전압과 부 전압 사이에서 교대로 및 순간적으로 변화하지만, 펄스 폭 변조 원리를 기초로 구동 파형 신호(WF)에 응답하여 평균적으로는 정현파 형태의 전압이 된다. 그 결과, 신호(WF)와 유사한 정현파 형태의 전압이 U 위상 구동 권선(11)에 인가된다.The driving voltage U varies alternately and instantaneously between the constant voltage and the negative voltage of the
앞선 설명은 U 위상 구동 권선(11)에 대한 것이다. 유사하게, 인버터(20)로부터 공급된 구동 전압(V 또는 W)으로 형성된 정현파 형태의 전압은 V 및 W 위상의 구동 권선(13 및 15)에 인가될 수 있다.The foregoing description is for the U phase drive winding 11. Similarly, a sinusoidal voltage formed from the drive voltage V or W supplied from the
구동 권선(11, 13 및 15)에 인가된 각 구동 전압(U, V 및 W)은 서로 전기각 120도의 위상차를 갖는다. 이것은, U 위상 구동 파형 신호(WF)로부터 전기각 120도의 위상차를 갖는 V 위상 정현파 형태의 구동 파형 신호와 캐리어 신호(CY) 사이의 비교 결과에 응답하여 인버터(20)의 스위치 소자(23 및 24)를 온 및 오프함으로써 실현된다. W 위상 구동 권선(15)에 관련하여, 이것은, U 위상 및 V 위상 구동 파형 신호로부터 전기각 120도의 위상차를 갖는 W 위상 정현파 형태의 구동 파형 신호와 캐리어 신호(CY) 사이의 비교 결과에 응답하여 인버터(20)의 스위치 소자(25 및 26)를 온 및 오프함으로써 실현된다.Each of the driving voltages U, V, and W applied to the
정현파 형태의 전압은 그에 따라 각 구동 권선(11, 13 및 15)에 인가되어, 이들은 정현파 형태의 교류 전류에 의해 구동된다.A sinusoidal voltage is thus applied to each of the
다음으로, 불리한 구동 모드에서의 동작이 다른 V 및 W 위상을 나타내기 위해 U 위상에 대해 설명된다. 불리한 구동 모드는, 모터(1)가 갑자기 감속하거나, 모터(1)가 외부 힘에 의해 강제로 가속되어, 인버터(20)로부터 공급된 구동 전압(U, V 및 W)이 모터(1)의 구동 권선(11, 13 및 15) 상에서 생성된 역기전력보다 더 낮게 되는 경우에 관한 것이다.Next, operation in an adverse driving mode is described for the U phase to exhibit different V and W phases. In the disadvantageous driving mode, the
도 3은, 인버터(20)로부터 공급된 구동 전압(U)의 (구동 파형 신호(WF)에 대응하는) 평균이 U 위상 구동 권선(11) 상에서 생성된 역기전력(Uemf)보다 낮을 경우에서의 동작을 예시한다. 이러한 상황, 즉 구동 전압(U)의 평균, 말하자면 구동 파형 신호(WF)가 역기전력(Uemf)보다 더 낮게 되는 상황은, 신호(WF)의 파고(wave height)가 모터(1)의 속도를 감속시키기 위해 더 낮게 되거나, 모터(1)가 외부 힘에 의해 강제로 가속되기 때문에 역기전력(Uemf)이 더 크게 될 때 발생한다.3 is an operation when the average (corresponding to the drive waveform signal WF) of the drive voltage U supplied from the
도 3의 하단에 도시된 구동 전압(U)의 확대된 부분은 역기전력(Uemf)의 극성이 정인 영역을 도시한다. 이 영역에서, 앞서 설명한 바와 같이, 정측 스위치 소자(21)가 온 또는 오프됨으로써, 부측 스위치 소자(22)가 오프 상태에 머무르는 동안 정현파 형태로 구동 권선(11)의 구동 파형을 제어한다.An enlarged portion of the driving voltage U shown at the bottom of FIG. 3 shows a region in which the polarity of the counter electromotive force Uemf is positive. In this region, as described above, the positive
다음의 설명은 역기전력(Uemf)이 정 극성을 갖는 영역에 대한 것이지만, 역기전력(Uemf)이 부 극성을 갖는 영역에서도 유사한 동작이 행해진다.The following description is for a region in which the counter electromotive force Uemf has a positive polarity, but similar operations are performed in a region in which the counter electromotive force Uemf has a negative polarity.
도 3의 확대된 부분에서, 기간 "a"를 먼저 설명한다. 기간 "a" 동안, 부측 스위치 소자(22)가 오프 상태에 머무르는 반면, 정측 스위치 소자(21)는 온된다. 구동 권선(11)은 그에 따라 DC 전원(5)의 정측 전력 선로(101)에 전기적으로 접속 되며, 구동 전압(U)은 순간적으로 선로(101)의 전압을 갖는다. 기간 "a" 동안, 구동 전압(U)은 구동 권선(11)의 역기전력(Uemf)보다 더 높아서, 권선(11)의 전류(Iu)는 증가하여 흐르게 된다. 전류(Iu)의 증가량은 구동 전압(U)에서 역기전력(Uemf)을 뺀 차이(도 3에서 기간 "a" 동안의 빗금친 구역)에 의존한다. 그러나 구동 전압(U)의 평균(구동 파형 신호(WF))이 역기전력(Uemf)보다 더 작을 때, 이러한 차이는 더 작게되어, 전류는 약간만 증가하게 된다.In the enlarged part of FIG. 3, the period "a" is described first. During the period "a", the negative
기간 "b" 동안, 부측 스위치 소자(22)가 오프 상태를 유지하는 반면, 정측 스위치 소자(21)는 오프된다. 스위치 소자(21)를 오프하면, 스위치 소자(22)에 역으로 및 병렬로 접속된 다이오드가 도통하게 되어, 구동 권선(11)은 DC 전원(5)의 부측 전력 선로(102)에 전기적으로 접속된다. 구동 전압(U)은 그에 따라 순간적으로 부측 선로(102)의 전압을 갖는다. 구동 전압(U)은 기간 "b" 동안 구동 권선(11)의 역기전력(Uemf)보다 더 작으므로, 권선(11)의 전류(Iu)는 감소하여 흐른다. 전류(Iu)의 감소량은 역기전력(Uemf)에서 구동 전압(U)을 뺀 차이(도 3에서 기간 "b" 동안의 빗금친 구역)에 의존한다. 구동 전압(U)의 평균, 즉 구동 파형 신호(WF)가 역기전력(Uemf)보다 더 작을 때, 이러한 차이는 크게 되어, 전류는 크게 감소한다.During the period " b ", the negative
기간 "b" 중 기간 "b1" 동안, 전류(Iu)는 부측 스위치 소자(22)에 역으로 및 병렬로 접속된 다이오드를 통해 흐르며, 감소하여 구동 권선(11)에 흐른다. 전류(Iu)는 기간 "b2"에 도달하기 이전에 0(영)으로 감소한다. 기간 "b2" 동안, 부측 스위치 소자(22)가 오프 상태를 유지하기 때문에, 전류(Iu)는 0(영)에 머무른다. 그에 따라 전류(Iu)는, 도 10에 도시된 종래기술에 기재된 바와 같이 역기전 력(Uemf)으로부터 공급되는 것처럼 흐르지 않는다. 기간 "b2" 동안, 전류(Iu)는 0(영)에 머무르므로, 권선(11) 자체의 역기전력(Uemf)은 인버터(20)로부터의 출력에서 관찰될 수 있다.During the period " b1 "during the period " b ", the current Iu flows through the diode connected inversely and in parallel to the
기간 "c" 동안, 정측 스위치 소자(21)는, 기간 "a" 동안 온되는 것처럼 온된다. 부측 스위치 소자(22)는 오프 상태에 머무른다. 그에 따라, 전류(Iu)는, 기간 "a" 동안에 그랬던 것처럼 약간만 증가한다. 기간 "c"동안, 전류(Iu)는 정측 전력 선로(101)로부터 정측 스위치 소자(21)를 통해 구동 권선(11) 쪽으로 흐른다.During the period "c", the positive
기간 "d" 동안, 정측 스위치 소자(21)는 오프되고, 부측 스위치 소자(22)는 오프 상태에 머무른다. 그에 따라, 전류(Iu)는, 스위치 소자(22)에 역으로 및 병렬로 접속된 다이오드를 통해 구동 권선(11)으로 감소하여 흐르며, 기간 "d1"의 끝에서 0(영)으로 감소한다. 기간 "d1" 다음의 기간 "d2" 동안, 부측 스위치 소자(22)가 오프 상태를 유지하므로, 전류(Iu)는 0(영) 레벨에 머무른다. 다시 말해, 기간 "d2" 동안, 전류(Iu)는, 도 10에 도시된 종래기술에 기재된 바와 같이 역기전력(Uemf)으로부터 공급되는 것처럼 흐르지 않는다. During the period "d", the positive
앞서 논의한 것과 유사한 메커니즘이 V 위상 구동 권선(13) 및 W 위상 구동 권선(15)에서도 작용한다. 그러므로 결론적으로, 제 1 실시예에 따른 모터 구동 장치에서의 전류는 구동 권선(11, 13 및 15)의 각 역기전력으로부터 DC 전원(5) 쪽으로 흐르지 않는다, 즉, 그 기본 흐름 방향에 역으로 흐르지 않는다. 그에 따라 재생은 발생하지 않는다.A mechanism similar to that discussed above also works for the V phase drive winding 13 and the W phase drive winding 15. Therefore, in conclusion, the electric current in the motor driving apparatus according to the first embodiment does not flow toward the
불리한 구동 모드가 발생할지라도, 즉 인버터(20)로부터 공급된 구동 전압의 평균이 모터(1)의 구동 권선 상에서 생성된 역기전력보다 낮게 될지라도, 다시 말해, 구동 파형 신호가 역기전력보다 더 낮게 될지라도, 모터는, 모터(1)의 회전 에너지를 DC 전원(5)에 반환하는 재생이 없이 정현파 구동 신호에 의해 구동될 수 있다. 그러므로 만약 모터가 갑자기 감속하거나, 외부 힘에 의해 강제로 감속된다면, DC 전원(5)은 그 출력 전압을 증가시키지 않아, 전기 기기는 손상되지 않게 된다. 그 결과, 본 발명은 낮은 토크 리플, 낮은 진동, 낮은 노이즈를 가지며 및 안전성이 우수한 신뢰할만한 모터 구동 장치를 제공할 수 있다.Even if a disadvantageous driving mode occurs, that is, the average of the driving voltage supplied from the
실시예Example 2 2
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작 파형도이다. 이전에 논의한 제 1 실시예에서, 인버터(20)로부터 공급된 구동 전압(U)의 (구동 파형 신호(WF)에 대응하는) 평균, 즉, 정현파 형태의 구동 전압 파형은 역기전력(Uemf)과 동위상이다. 이것은 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.4 is an operation waveform diagram of the motor driving apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment previously discussed, the average (corresponding to the drive waveform signal WF) of the drive voltage U supplied from the
그러나 실제, 구동 권선에 흐르는 전류는 권선의 인덕턴스에 의해 영향을 받으며, 그에 따라, 전류 위상은 구동 전압의 위상보다 지연되게 된다. 역기전력은 권선 전류와 위상차가 나게 되어, 모터는 그 구동 효율이 감소하게 된다.In practice, however, the current flowing in the drive winding is affected by the inductance of the winding, whereby the current phase is delayed than the phase of the drive voltage. The counter electromotive force is out of phase with the winding current, so that the driving efficiency of the motor is reduced.
이러한 단점을 극복하기 위해, 인버터(20)로부터 공급된 구동 전압 파형의 위상은 시간적으로 앞서 진행되어, 역기전력과 권선 전류 사이의 위상차는 없어질 수 있다. 이것을 "위상-진행 제어"라 하며, 정기적으로 실행된다.In order to overcome this disadvantage, the phase of the driving voltage waveform supplied from the
도 4는 제 2 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작 파형도이며, 파형은 이러한 위상-진행 제어를 겪는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 위상은, 도 1에 도시된 파 형 생성기(31)로부터 구동 파형 신호(WF)를 역기전력(Uemf)에 앞서 출력함으로써 진행될 수 있다.Fig. 4 is an operational waveform diagram of the motor drive apparatus according to the second embodiment, in which the waveform undergoes such phase-advanced control. As shown in FIG. 4, the phase may be advanced by outputting the driving waveform signal WF prior to the counter electromotive force Uemf from the
위상-진행 제어가 실행될 때, 정측 스위치 소자(21)는 Uemf의 정 극성에서(도 4에서 기간 "UP" 동안) 제어 신호(UP)로 온 또는 오프되며, 부측 스위치 소자(22)는 Uemf의 부 극성에서(도 4에서 기간 "UN" 동안) 제어 신호(UL)로 온 또는 오프된다. 이러한 동작은 제 1 실시예로부터 변화하지 않고 유지되며, 제 1 실시예의 것과 동일한 장점을 얻을 수 있다.When phase-advancing control is executed, the positive
실시예Example 3 3
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작 파형도이다. 인버터(20)로부터 공급되는 구동 전압(U)의 (구동 파형 신호(WF)에 대응하는) 평균은 반드시 정현파 형태일 필요는 없지만, 모터(1)는, 다음의 조건: 구동 권선(11, 13 및 15)의 각 제 1 단부 사이의 전압이 정현파 형태이거나, 중성점과 구동 전압(11, 13 및 15)의 각 제 1 단부 사이의 전압이 정현파 형태임을 만족한다면 정현파에 의해 결과적으로 구동될 수 있다.5 is an operation waveform diagram of a motor driving apparatus according to a third embodiment of the present invention. The average (corresponding to the drive waveform signal WF) of the drive voltage U supplied from the
예컨대, 도 5에 도시된 구동 파형 신호(WF)는 펄스 폭 변조될 수 있고, 인버터(20)는 이 신호를 구동 전압(U)으로서 출력한다. 이 경우, 중성점과 구동 권선(11, 13 및 15)의 각 제 1 단부 사이에 생성된 파형은 도 5의 파형(F)에 의해 나타낸 바와 같이 정현파 형태여서, 모터는 제 1 실시예와 유사한 정현파에 의해 구동되게 된다.For example, the drive waveform signal WF shown in FIG. 5 can be pulse width modulated, and the
도 5에 도시되 구동 파형 신호(WF)를 사용하는 경우에, 정측 스위치 소 자(21)는 Uemf의 극성이 정일 때(도 5에서 기간 "UP" 동안) 제어 신호(UP)로 온 또는 오프되며, 부측 스위치 소자(22)는 Uemf의 극성이 부일 때(도 5에서 기간 "UN" 동안) 제어 신호(UL)로 온 또는 오프된다. 이러한 동작은 제 1 실시예의 장점과 유사한 장점을 생기게 한다.In the case of using the drive waveform signal WF shown in Fig. 5, the positive
실시예Example 4 4
모터 구동 장치를 갖춘 전기 기기가 이후에 설명된다. 도 6은 제 4 실시예에 따라 전기 기기(에어컨의 실외기)의 구성도이다. 도 6에서, 제 4 실시예에 따른 전기 기기는 모터 구동 장치(203)를 갖춘 에어컨의 실외기이다. 실외기(201)는 기기 본체(211)와, 기기 본체(211)에 장착된 모터(팬 모터)(208), 및 인버터와 제어기를 포함하는 모터 구동 장치(203)를 포함한다.An electric appliance with a motor drive is described later. 6 is a configuration diagram of an electric device (outdoor unit of air conditioner) according to the fourth embodiment. In FIG. 6, the electric machine according to the fourth embodiment is an outdoor unit of an air conditioner equipped with the
모터 구동 장치(203)는 실시예 1 내지 3에 설명된 모터 구동 장치 중 하나를 사용할 수 있다. 모터 구동 장치(203)는 다음의 소자를 포함한다:The
모터의 복수 위상의 구동 권선을 정측 전력 선로에 접속하기 위한 정측 스위치 소자와, 구동 권선을 부측 전력 선로에 접속하기 위한 부측 스위치 소자를 갖는 인버터; 및An inverter having a positive side switch element for connecting the drive windings of the plurality of phases of the motor to the positive side power line, and a secondary side switch element for connecting the drive winding to the secondary side power line; And
정측 또는 부측 스위치 소자의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 나타내는 신호를 구동 파형 신호로서 출력하기 위한 파형 생성기와, 구동 권선 상에서 생성된 역기전력의 극성을 판별하기 위한 극성 판별기를 갖는 제어기.A controller having a waveform generator for outputting, as a drive waveform signal, a signal indicative of a ratio of the on-period to the off-period of the forward or negative switch element, and a polarity discriminator for discriminating the polarity of the counter electromotive force generated on the drive winding.
극성 판별기가 구성 권선의 역기전력을 정인 것으로 판별할 때, 제어기는, 정측 스위치 소자의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 제어하는 제어 신호를 인버터 에 출력한다. 극성 판별기가 구동 권선의 역기전력을 부인 것으로 판별할 때, 제어기는, 부측 스위치 소자의 온 기간 대 오프 기간의 비율을 제어하는 제어 신호를 인버터에 출력한다. 이 메커니즘은 제어기가 그 제어 신호로 인버터의 정측 또는 부측 스위치 소자를 온 또는 오프하게 하며, 인버터가 정현파 형태의 교류 전류로 복수 위상의 각 구동 권선을 구동하게 한다.When the polarity discriminator determines that the counter electromotive force of the constituent winding is positive, the controller outputs a control signal to the inverter that controls the ratio of the on period to the off period of the forward switch element. When the polarity discriminator determines that the reverse electromotive force of the drive winding is denied, the controller outputs a control signal to the inverter for controlling the ratio of the on period to the off period of the side switch element. This mechanism causes the controller to turn on or off the positive or negative switch elements of the inverter with its control signals, and the inverter to drive each of the plurality of phase drive windings with alternating current in the form of sinusoidal waves.
이 전기 기기, 즉 실외기는, 에어컨의 실외기 구조를 도시하는 도 6을 참조하여 더 상세하게 설명된다. 도 6에서, 실외기(201)는 바닥판(202) 상에 세워진 구획 판(partition plate)(204)에 의해 압축기실(206)과 열교환기실(209)로 나뉜다. 압축기(205)는 실(206) 내에 위치한다. 열 교환기(207)와 송풍기 팬 모터(208)는 실(209)에 위치한다. 전기 소자를 나르는 박스(210)가 구획 판(204) 위에 위치한다.This electric device, i.e., the outdoor unit, will be described in more detail with reference to Fig. 6 showing the outdoor unit structure of the air conditioner. In FIG. 6, the
팬 모터(208)는 송풍기 팬이 모터의 회전축 상에 장착된 브러시리스 DC 모터로 형성되며, 박스(210)에 수용된 모터 구동 장치(203)에 의해 구동된다. 팬 모터(208)의 회전은 송풍기 팬이 회전하게 하며, 이것은 열교환기실(209)을 냉각하기 위한 바람을 생성한다.The
모터 구동기(203)는 실시예 1 내지 3에 설명된 모터 구동 장치 중 하나를 사용할 수 있으므로, 본 발명의 전기 기기, 즉 에어컨의 실외기(201)는 본 발명의 모터 구동 장치의 장점을 누릴 수 있다.Since the
실시예Example 5 5
도 7은 제 5 실시예에 따른 전기 기기(잉크젯 프린터)의 구성도이다. 도 7에 서, 잉크젯 프린터(310)(이후 간단히 "프린터"라 함)는 다음의 소자를 포함하는 구동 시스템을 사용한다:7 is a configuration diagram of an electric device (inkjet printer) according to the fifth embodiment. In FIG. 7, the inkjet printer 310 (hereinafter simply referred to as a "printer") uses a drive system including the following elements:
캐리지에 장착된 프린트 헤드(307)로 대상을 스캐닝하기 위한 캐리지 모터(301); 및A
종이(308)를 공급하기 위한 종이 공급 모터(306).
캐리지 모터(301)는 모터 구동 장치(300)에 의해 구동되는 브러시리스 DC 모터를 사용한다. 종이 공급 모터(306)는 스테핑(stepping) 모터를 사용한다.The
종이 공급 모터(306)의 회전은 그 회전력을 종이 공급 롤러(305)에 전달하여, 종이(308)가 롤러(305)를 통해 도 7에서 도면 앞쪽으로 공급된다. 캐리지 모터(301)는 그 회전축에 풀리(pulley)(302)를 가지며, 타이밍 벨트(303)가 풀리(302) 주위에 달려있다. 프린트 헤드(307)는 벨트(303)에 장착되고, 노즐(미도시됨)을 통해 종이(308) 위에 액체 잉크를 방출한다. 정방향 또는 역방향으로 캐리지 모터(301)를 회전시키면, 프린터 헤드(307)는 도 7의 안내 축(guide shaft)(304)을 따라 측면 사이에서 대상을 스캐닝하게 한다. 프린트 헤드(307)에 의한 스캐닝, 헤드(307)로부터의 잉크 방출, 및 종이(308) 공급은 종이(308)에 이미지를 형성하게 한다.Rotation of the
모터 구동 장치(300)는 실시예 1 내지 3에 설명된 모터 구동 장치 중 하나를 사용할 수 있어서, 본 발명의 모터 구동 장치를 포함하는 프린터는 본 발명의 모터 구동 장치의 장점을 누릴 수 있다.The
실시예 4 및 5에 설명된 전기 기기 이외에, 본 발명의 모터 구동 장치를 사 용할 수 있는 여러 전기 기기가 있다. 이들은, 예컨대 복사기, 광 미디어 기기, 하드디스크를 사용하는 기기, 에어컨(실내기), 공기청정기, 급탕기, 냉장고, 진공청소기, 세탁기, FA 기기 및 인버터를 사용하는 기기이다.In addition to the electrical appliances described in Examples 4 and 5, there are several electrical appliances that can use the motor drive device of the present invention. These are, for example, a copying machine, an optical media device, a device using a hard disk, an air conditioner (indoor), an air cleaner, a hot water heater, a refrigerator, a vacuum cleaner, a washing machine, a FA device, and a device using an inverter.
본 발명의 모터 구동 장치는, 재생 현상, 즉 모터의 회전 에너지가 DC 전원에 반환되는 현상이 없이 정현파 형태의 구동 신호로 모터를 구동할 수 있다. 다시 말해, 만약 모터가 갑자기 감속하거나, 외부 힘에 의해 강제로 가속된다면, DC 전원은 그 출력 전압을 증가시키지 않으며, 그에 따라, 전기 기기는 손상되지 않는다. 그 결과, 본 발명은, 낮은 토크 리플, 낮은 진동, 낮은 노이즈 및 우수한 안전성을 가지고 동작하는 신뢰할만한 모터 구동 장치를 제공할 수 있다.The motor driving apparatus of the present invention can drive the motor with a driving signal in the form of a sine wave without a regeneration phenomenon, that is, a phenomenon in which the rotational energy of the motor is returned to the DC power source. In other words, if the motor suddenly slows down or is forcibly accelerated by an external force, the DC power supply does not increase its output voltage, and thus the electric appliance is not damaged. As a result, the present invention can provide a reliable motor drive device that operates with low torque ripple, low vibration, low noise and excellent safety.
본 발명의 모터 구동 장치는, 예컨대 복사기, 하드디스크를 사용하는 기기, 및 광 미디어 기기와 같이 빈번한 가속/감속 제어를 겪으며, 낮은 노이즈 뿐만 아니라 낮은 진동을 필요로 하게 될 정보 기기를 구동하는데 적절할 수 있다. 모터 구동 장치는 또한, 예컨대 에어컨의 팬 모터, 급탕기의 연소용 팬 모터와 같이 태풍과 같은 강풍을 맞을 수 있는 기기를 구동하는데 적절하며, 또한 공기청정기의 송풍기 팬 모터를 구동하는데도 유리하다.The motor drive device of the present invention undergoes frequent acceleration / deceleration control, such as, for example, copiers, devices using hard disks, and optical media devices, and may be suitable for driving information devices that will require low vibration as well as low noise. have. The motor drive device is also suitable for driving an apparatus capable of hitting strong winds such as typhoons, for example, a fan motor of an air conditioner, a combustion fan motor of a hot water heater, and is also advantageous for driving a blower fan motor of an air cleaner.
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