KR101312464B1 - 모터 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터에 흐르는 전류의 리플을 저감하면서 고주파 누설 전류를 억제하는 것을 과제로 한다.
이를 위해, 복수의 독립된 상 권선(1A,1B)을 갖는 모터에 적용되고, 복수의 상 권선(1A,1B)을 한쪽 세트의 상 권선(1A)과 다른쪽 세트의 상 권선(1B)으로 나누어 제어한다. 각 상 권선(1A,1B)을 각각 구동하는 복수의 인버터식 구동 수단(3A,3B)과, 각 인버터식 구동 수단(3A,3B)을 각각 PWM 제어하는 복수의 PWM 제어 수단(5A,5B)을 구비하고, 이 PWM 제어 수단(5A,5B)은 한쪽의 세트에 포함되는 1개 이상의 상 권선의 양단이 전원의 플러스측에 접속되어 있을 때에 다른쪽의 세트에 포함되는 모든 상 권선의 적어도 일단을 전원의 마이너스측에 접속시키고, 한쪽의 세트에 포함되는 1개 이상의 상 권선의 양단이 전원의 마이너스측에 접속되어 있을 때에 다른쪽의 세트에 포함되는 모든 상 권선의 적어도 일단을 전원의 플러스측에 접속시키는 스위칭 시퀀스를 실행한다.
모터, 제어 장치

Description

모터 제어 장치{MOTOR CONTROL DEVICE}
본 발명은 복수의 독립된 상 권선을 갖는 모터에 적용되는 모터 제어 장치에 관한 것이다.
최근의 모터 제어 장치는 MOSFET나 IGBT 등의 고속 스위칭 소자를 이용하여 고주파로 PWM 제어를 행하는 구성을 가진 것이 많다. 이러한 모터 제어 장치에서는 스위칭 소자의 스위칭 시의 급격한 전압 변화에 의해 모터 권선의 부유용량을 통해 「고주파 누설 전류」가 접지선에 흐른다는 현상이 발생한다.
상기 고주파 누설 전류는 전자파 장해의 발생원으로 된다. 그리고, 상기 고주파 누설 전류에 대해서는 안전성의 관점에서 각종 안전 규격에 의해 그 한도값이 정해져 있다.
도 14는 상기 부유용량을 고려한 모터 권선의 모델을 나타내는 등가 회로(분포 정수 회로로서 나타내어져 있다)이다. 이 도 14에 나타내는 바와 같이, 모터에 발생한 고주파의 전류는 권선 인덕턴스를 통하지 않고, 권선간에 개재되는 권선간 부유용량(C1) 및 권선과 모터 프레임(케이스) 사이에 개재되는 프레임간 부유용량(C2)을 통해서 접지선에 흐르게 된다. 따라서, 고주파적으로 생각하면 입력 단자 에 용량이 집중되어 있는 것으로 생각해도 된다.
도 15에 A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)을 구비하는 2상 모터의 고주파 등가 회로를 나타낸다. 고주파의 누설 전류는 동 도면에 나타내는 부유용량(C3)을 통해서 접지선에 흐른다. 이 고주파의 누설 전류를 억제하기 위해서는 모터 프레임의 전압 변동을 억제할 필요가 있다.
상기 모터 프레임의 전압 변동은 결론적으로 A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 각 단자의 전압의 평균값의 변동을 억제함으로써 억제할 수 있다. 그래서, 실질적으로 도 16에 예시한 구성을 갖는 모터 제어 장치가 제안되어 있다(예컨대, 비특허문헌1 참조).
이 모터 제어 장치는 A상 권선(1A)을 구동하는 인버터식 구동부(3A)와, B상 권선(1B)을 구동하는 인버터식 구동부(3B)와, 구동부(3A)의 스위칭 소자(Q1~Q4)를 온오프 제어하는 PWM 제어부(50A)와, 구동부(3B)의 스위칭 소자(Q5~Q8)를 온오프 제어하는 PWM 제어부(50B)와, A상 권선(1A)의 전류를 검출하는 전류 검출기(7A)와, B상 권선(1B)의 전류를 검출하는 전류 검출기(7B)를 구비하고 있다.
제어부(50A)에 있어서 증폭기(51)는 A상 전류 지령과 전류 검출기(7A)에 의해 검출되는 A상 권선(1A)의 전류를 비교하고, 그들의 편차를 증폭해서 출력한다. 비교기(52)는 증폭기(51)의 출력과 기준 삼각파를 비교함으로써 구동부(3A)의 스위칭 소자(Q1,Q4)를 온오프 제어하는 신호를 형성하고, 또한, 비교기(52)의 출력에 접속된 인버터(53)는 구동부(3A)의 스위칭 소자(Q2,Q3)를 온오프 제어하는 신호를 형성한다. 제어부(50B)는 상기 요소(51~53)에 대응하는 요소(51'~53')를 구비하고 있다.
소정 시점에서의 상기 증폭기(51)의 출력 및 증폭기(51')의 출력은, 예컨대, 도 17(a)에 있어서의 상측의 라인 및 하측의 라인과 같이 각각 나타내어진다. 이 경우, 도 16에 있어서의 A상 권선(1A)의 좌단의 전압(VA) 및 우단의 전압(VA')은 도 17(b)에 나타내는 형태로 각각 변화되고, 또한, 도 16에 있어서의 B상 권선(1B)의 좌단의 전압(VB) 및 우단의 전압(VB')은 도 17(c)에 나타내는 형태로 각각 변화된다.
도 17의 스위칭 시퀀스에 의하면, 동 도면(d)에 나타내는 바와 같이, A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 각 단자 전압의 평균값이 항상 전원 전압(V)의 절반정도로 된다. 즉, 상기 단자 전압의 평균값의 변동이 억제된다.
도 18의 (a) 및 (b)는 각각 A상 권선(1A)을 좌측으로부터 우측 방향으로 전류가 흐르고 있는 상태를 나타내고 있다. 동 도면(a)에서는 스위칭 소자(Q1,Q4)를 통해서 전류가 흐르고, 또한, 동 도면(b)에서는 스위칭 소자(Q2,Q3)에 병렬 접속된 각 환류 다이오드를 통해서 전류(환류 전류)가 흐르고 있다. 도 19에 상기 각 전류의 파형을 나타낸다. 이 도 19에 나타내는 T1,T2는 각각 도 18(a),(b)에 있어서의 A상 권선(1A)의 통전 주기이다.
그런데, 상기 스위칭 시퀀스에 의하면 A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 각 단자 전압의 평균값은 억제되지만, 도 17(b),(c)에 나타내는 바와 같이, 양 권선(1A 및 1B)에 항상 전원 전압(V)이 인가되게 된다. 이 때문에, 권선(1A,1B)에 대 한 인가 전압의 극성이 변화될 때마다 상기 권선(1A,1B)을 흐르는 전류가 di/dt=V/L(L은 권선(1A,1B)의 인덕턴스)로 표현되는 변화율로 크게 변동하게 된다(도 19 참조). 이와 같이, 권선 전류가 크게 변동하면 권선(1A,1B)의 저항에 의한 동손 및 철판에서 발생하는 철손이 커진다.
상기 권선 전류의 변동을 억제하기 위해서 스위칭 시퀀스 중에 권선(1A)(권선(1B))의 양단을 동전위로 접속하여 권선 전류를 환류시킨다는 모드를 설정하는 것이 고려된다.
도 20은 권선 전류를 환류시킨다는 모드를 실현하도록 구성한 2상 모터용 제어 장치를 나타내고 있다. 이 도 20에 있어서 제어부(500A)는 비교기(54) 및 인버터(55)를 부가한 점에서 도 16에 나타내는 제어부(50A)와 상위하고, 마찬가지로, 제어부(500B)는 비교기(54') 및 인버터(55')를 부가한 점에서 동 도면에 나타내는 제어부(50B)와 상위한다.
제어부(500A)에 있어서의 한쪽의 비교기(52)는 증폭기(51)의 출력과 제 1 기준 삼각파를 비교함으로써 스위칭 소자(Q1)를 온오프 제어하는 신호를 형성하고, 또한, 이 비교기(52)의 출력에 접속된 인버터(53)는 스위칭 소자(Q2)를 온오프 제어하는 신호를 형성한다.
제어부(500A)에 있어서의 다른쪽의 비교기(54)는 상기 증폭기(51)의 출력과 상기 제 1 기준 삼각파와는 180°위상이 어긋난 제 2 기준 삼각파를 비교함으로써 스위칭 소자(Q4)를 온오프 제어하는 신호를 형성하고, 또한, 이 비교기(54)의 출력에 접속된 인버터(55)는 스위칭 소자(Q3)를 온오프 제어하는 신호를 형성한다.
한편, 제어부(500B)에 있어서의 비교기(52',54') 및 인버터(53',55')는 제어부(500A)에 있어서의 비교기(52,54) 및 인버터(53)에 준한 동작을 실행하여 스위칭 소자(Q5~Q8)를 온오프 제어하는 신호를 형성한다.
상기 제 1, 제 2 기준 삼각파에 대한 증폭기(51)의 출력 및 증폭기(51')의 출력은 소정 시점에 있어서 도 21(a)에 있어서의 상방의 라인 및 하방의 라인과 같이 각각 나타내어진다. 이 경우, 도 20에 있어서의 A상 권선(1A)의 좌단의 전압(VA) 및 우단의 전압(VA')은 도 21(b)에 나타내는 형태로 각각 변화되고, 또한, 도 20에 있어서의 B상 권선(1B)의 좌단의 전압(VB) 및 우단의 전압(VB')은 도 21(c)에 나타내는 형태로 각각 변화된다.
도 21에 나타내는 스위칭 시퀀스에 의하면 A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 각 단자 전압의 평균값이 동 도면(d)에 나타내는 형태로 변동된다. 즉, 0~V(V는 전원 전압)의 범위에 있어서 스위칭 상태가 변화될 때마다 V/4의 스텝으로 변동하게 된다.
도 22의 (a)~(d)는 각각 A상 권선(1A)을 좌로부터 우측 방향으로 전류가 흐르고 있는 상태를 나타내고 있다. 동 도면(a)에서는 스위칭 소자(Q1,Q4)를 통해서 전류가 흐르고, 또한 동 도면(b)에서는 스위칭 소자(Q2)에 병렬 접속된 환류 다이오드 및 스위칭 소자(Q4)를 통해서 전류가 흐르고 있다. 또한, 동 도면(c)에서는 스위칭 소자(Q1,Q4)를 통해서 상기 전류가 흐르고, 또한 동 도면(d)에서는 스위칭 소자(Q1)와, 스위칭 소자(Q3)에 병렬 접속된 환류 다이오드를 통해서 상기 전류가 흐르고 있다. 도 23에 상기 각 전류의 파형을 나타낸다. 이 도 23에 나타내는 T1~T4는 각각 도 22(a)~(d)에 있어서의 통전 주기이다.
도 22(a),(c)의 상태에서는 A상 권선(1A)에 전원 전압(V)이 인가되므로, 이 A상 권선(1A)을 흐르는 전류가 di/dt=V/L로 표현되는 변화율로 변화된다. 한편, 도 22(b),(d)의 상태에서는 A상 권선(1A)의 양단이 동전위로 되므로, 이 권선(1A)의 전류가 상기 권선(1A)의 저항이나 환류 다이오드의 내부 저항에 의해 완만하게 감소하게 된다.
도 24는 전류를 0으로 제어하고 있을 때(동 도면(a) 참조)의 스위칭 시퀀스를 나타낸다. 이 스위칭 시퀀스에 있어서는, 동 도면(b) 및 (c)로부터 명확해지는 바와 같이, A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 양단이 전원의 플러스측에 접속되는 상태와 GND측에 접속되는 상태가 듀티 50%로 반복된다.
이 상태에서는 A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 인가 전압이 0이므로, 이들 권선(1A,1B)에 전류는 흐르지 않는다. 그러나, 이 상태에 있어서는, 도 24(d)에 나타내는 바와 같이, A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 각 단자 전압의 평균값의 변동의 크기가 전원 전압(V)으로 되고, 이 때문에 모터 프레임의 전압 변동은 최대로 된다.
[특허문헌1] 「STEP MOTOR SYSTEM DESIGN HANDBOOK」Secobd Edition Albert C.Leenhouts Published by Litchfield Engineering Co., Kingman AZ U.S.A.1997
이와 같이, 도 20에 나타내는 모터 제어 장치에 의하면 모터에 흐르는 전류의 변동(리플)은 저감되지만, A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 각 단자 전압의 평 균값의 변동이 커지므로, 모터 프레임 전압의 변화가 커지고, 바꾸어 말하면, 고주파의 누설 전류가 커지고, 전자파 장해가 발생할 우려가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 모터에 흐르는 전류의 리플을 저감하면서 고주파 누설 전류를 효과적으로 억제할 수 있는 모터 제어 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수의 독립된 상 권선을 갖는 모터에 적용되고, 상기 복수의 상 권선을 한쪽 세트의 상 권선과 다른쪽 세트의 상 권선으로 나누어 제어하는 모터 제어 장치로서, 상기 각 상 권선을 각각 구동하는 복수의 인버터식 구동 수단과, 상기 각 인버터식 구동 수단을 각각 PWM 제어하는 복수의 PWM 제어 수단을 구비하고, 상기 각 PWM 제어 수단은 대응하는 상기 인버터식 구동 수단이 그 구동 수단에 따른 상기 상 권선의 양단에 전원의 전압을 인가하는 상태, 상기 상 권선의 양단을 상기 전원의 플러스측에 접속시키는 상태, 및 상기 권선의 양단을 상기 전원의 마이너스측에 접속시키는 상태를 취할 수 있는 스위칭 시퀀스를 실행하도록 구성되고, 또한, 상기 한쪽 세트의 상 권선에 따른 상기 구동 수단에 대응한 PWM 제어 수단과, 상기 다른쪽 세트의 상 권선에 따른 상기 구동 수단에 대응한 PWM 제어 수단은 상기 한쪽 세트에 포함되는 1개 이상의 상 권선의 양단이 상기 전원의 플러스측에 접속되어 있을 때에 상기 다른쪽 세트에 포함되는 모든 상 권선의 적어도 일단을 상기 전원의 마이너스측에 접속시키고, 상기 한쪽 세트에 포함되는 1개 이상의 상 권선의 양단이 상기 전원의 마이너스측에 접속되어 있을 때에 상기 다른쪽 세트에 포함되는 모든 상 권선의 적어도 일단을 상기 전원의 플러스측에 접속시키도록 서로의 스위칭 시퀀스의 위상 관계를 설정한 구성 을 갖는다.
상기 각 인버터식 구동 수단은 대응하는 상 권선의 일단과 상기 전원의 정극간 및 부극간에 각각 개재시킨 제 1 및 제 2 스위칭 소자와, 상기 상 권선의 타단과 상기 전원의 정극간 및 부극간에 각각 개재시킨 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
상기 각 PWM 제어 수단 중 상기 한쪽 세트의 상 권선을 구동하는 인버터식 구동 수단에 대응한 PWM 제어 수단은 상기 전류 지령에 대한 상기 한쪽 세트의 상 권선의 전류값의 편차와 제 1 기준 삼각파의 비교에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 제어하고, 상기 한쪽 세트의 상 권선의 전류값의 편차와 상기 제 1 기준 삼각파와는 위상이 180° 어긋난 제 2 기준 삼각파의 비교에 기초하여 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 제어하도록 구성되고, 상기 각 PWM 제어 수단 중 상기 다른쪽 세트의 상 권선을 구동하는 인버터식 구동 수단에 대응한 PWM 제어 수단은 상기 전류 지령에 대한 상기 다른쪽 세트의 상 권선의 전류값의 편차와 상기 제 2 기준 삼각파의 비교에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 제어하고, 상기 다른쪽 세트의 상 권선의 전류값의 편차와 상기 제 1 기준 삼각파의 비교에 기초하여 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자 스위칭 소자를 제어하도록 구성된다.
본 발명은 상기 상 권선을 2개 혹은 3개 이상 구비한 모터에 적용할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면 모터에 흐르는 전류의 리플이 저감된다. 또한, 커먼 모드 전압의 변동이 저감되므로, 커먼 모드 코일 등의 부품을 사용하는 일 없이 모터의 프레임 전압의 변동에 기인한 고주파 누설 전류를 대폭적으로 억제할 수 있다. 따라서, EMI(전자파 장해)를 억제 혹은 방지한 모터의 제어가 가능하게 된다.
도 1은 2상 모터(예컨대, 2상 스테핑 모터)에 적용한 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시형태를 나타내는 회로도이다. 이 도 1에 있어서는 도 20에 나타내는 요소와 동일 혹은 공통되는 요소에 동일한 참조번호를 붙이고 있다.
본 실시형태에 따른 모터 제어 장치는 도 20에 나타내는 제어 장치와 마찬가지로 구동부(3A,3B) 및 전류 검출기(7A,7B)를 구비하고 있다. 제어부(5A)는 도 20에 나타내는 제어부(500A)와 동일한 구성의 구성을 갖는다. 이것에 대해서 제어부(5B)는 비교기(52',54')에 입력시키는 기준 삼각파의 종별에 있어서 도 20에 나타낸 제어부(500B)와 상위하고 있다.
즉, 도 20에 나타낸 제어부(500B)는 비교기(52')에 제 1 기준 삼각파를 입력하고, 비교기(54')에 상기 제 1 기준 삼각파와는 위상이 180° 어긋난 제 2 기준 삼각파를 각각 입력하도록 구성되어 있다. 이것에 대해서 제어부(5B)는 비교기(52')에 제 2 기준 삼각파를 입력하고, 비교기(54')에 제 1 기준 삼각파를 입력하도록 구성되어 있다.
다음에, 상기 구성을 갖는 본 실시형태에 따른 모터 제어 장치의 작용을 설명한다.
소정 시점에서의 상기 증폭기(51 및 51')의 출력은, 예컨대, 도 2(a)에 있어 서의 상측의 라인 및 하측의 라인과 같이 각각 나타내어진다. 이 경우, 도 1에 있어서의 A상 권선(1A)의 좌단의 전압(VA) 및 우단의 전압(VA')은 도 2(b)에 나타내는 형태(도 21(b)에 나타내는 형태와 마찬가지)로 각각 변화된다. 한편, 도 1에 있어서의 B상 권선(1B)의 좌단의 전압(VB) 및 우단의 전압(VB')은 도 2(c)에 나타내는 형태(도 21(c)에 나타내는 전압(VB 및 VB')의 이송을 180° 어긋나게 한 형태)로 변화된다.
이 도 2의 스위칭 시퀀스의 경우, 개별의 상 권선(1A,1B)의 전류 경로 및 전류 파형은 도 21의 스위칭 시퀀스의 경우의 것(도 22, 도 23 참조)과 바뀌지 않지만, 상 권선(1A,1B)의 각 단자 전압의 평균값의 변동이 도 2(d)에 나타내는 바와 같이 대폭적으로 억제되게 된다.
즉, 도 21의 스위칭 시퀀스에서는 상 권선(1A,1B)의 각 단자 전압의 평균값이 0~V의 범위에서 변동(도 21(d) 참조)하는 것에 대하여, 도 2의 스위칭 시퀀스에서는, 동 도면(d)에 나타내는 바와 같이, 상기 평균값이 V/4~3V/4의 범위에서 변동하게 된다. 즉, 도 21의 스위칭 시퀀스의 경우에 비해서 상기 평균값의 변동폭이 절반정도로 억제되게 된다.
또한, 도 2의 스위칭 시퀀스에서는 상기 평균값의 변동폭이 V/2에서 벗어나는 시간이 짧아지므로, 대부분의 시간에 있어서 상기 평균값이 V/2로 안정하게 된다. 즉, 예컨대, 모터를 저속 회전 혹은 정지시켰을 때에 있어서는 각 상 권선(1A,1B)에 전압을 인가하는 시간이 짧아도 상기 권선(1A,1B)에 전류를 흘릴 수 있으므로, 순간적으로는 상기 상 권선(1A,1B)의 각 단자 전압의 평균값이 V/4나 3V/4로 변동하게 되지만, 대부분의 시간에 있어서 상기 평균값이 V/2로 안정된다.
도 3은, 동 도면(a)에 나타내는 바와 같이, 전류를 0으로 제어하고 있을 때(증폭기(51,51')의 출력이 0일 때)의 스위칭 시퀀스를 나타낸다. 이 스위칭 시퀀스에 있어서는, 동 도면(b),(c)로부터 명확해지는 바와 같이, A상 권선(1A) 및 B상 권선(1B)의 각 양단이 전원의 플러스측에 접속되는 상태와 GND측에 접속되는 상태가 듀티 50%의 비율로 반복된다. 따라서, 각 상 권선(1A,1B)에는 전류가 흐르지 않는다.
이 결과, 이 스위칭 시퀀스에서는, 동 도면(d)에 나타내는 바와 같이, 각 상 권선(1A,1B)의 각 단자 전압의 평균값이 일정(V/2)하게 되어 변동되지 않는다.
상기 실시형태에 의하면 모터에 흐르는 전류의 리플을 저감할 수 있고, 또한, 커먼 모드 코일 등의 부품을 추가하는 일 없이 모터의 프레임 전압의 변동을 억제할 수 있다. 따라서, 동손 및 철판에서 발생하는 철손을 가능한 한 억제하면서 고주파 누설 전류를 대폭적으로 삭감하여 EMI(전자파 장해)를 억제할 수 있다.
본 발명은 2상 모터뿐만 아니라, 3개 이상의 독립된 상 권선을 갖는 다상(3상, 4상, 5상, 6상 등)의 모터에도 유효하게 적용할 수 있다. 도 4 및 도 9에 3상 모터에 적용하는 경우 및 4상 모터에 적용하는 경우의 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시형태를 각각 나타낸다.
도 4에 나타내는 모터 제어 장치는 도 1의 제어 장치에 스위칭 소자(Q9~Q12)로 이루어지는 구동부(3C)와, C상 권선(1C)의 전류를 검출하는 전류 검출기(7C)와, 구동부(3C)를 PWM 제어하는 제어부(5C)를 부가한 구성을 갖는다. 제어부(5C)는 도 1의 제어부(5A)에 대응하는 구성을 갖고, 전류 검출기(7C)의 출력과 제 1, 제 2 기준 삼각파에 기초하여 스위칭 소자(Q9~Q12)에 대한 온오프 제어 신호를 형성한다.
상기 제 1, 제 2 기준 삼각파에 대한 A상 증폭기(51), B상 증폭기(51') 및 C상 증폭기(51)의 각 출력이, 예컨대, 도 5 (a)에 있어서의 상, 중, 하의 라인으로 나타내는 값을 각각 갖는 경우, A상 권선(1A)의 좌단의 전압(VA) 및 우단의 전압(VA')은 동 도면(b)에 나타내는 형태로, B상 권선(1B)의 좌단의 전압(VB) 및 우단의 전압(VB')은 동 도면(c)에 나타내는 형태로, C상 권선(1C)의 좌단의 전압(VC) 및 우단의 전압(VC')은 동 도면(c)에 나타내는 형태로 각각 변화된다. 이 결과, A상 권선(1A), B상 권선(1B) 및 C상 권선(1C)의 각 단자 전압의 평균값은 동 도면(e)에 나타내는 형태로 변동, 즉, 2V/6(V/3)~4V/6(2V/3)의 범위에서 변동하게 된다.
도 6은 전류를 0으로 제어하고 있을 때의 스위칭 시퀀스를 나타낸다. 이 스위칭 시퀀스에 있어서는 각 상 권선(1A,1B 및 1C)에 전류가 흐르지 않고, 또한, 각 상 권선(1A,1B 및 1C)의 각 단자 전압의 평균값이 2V/6(V/3)~4V/6(2V/3)의 범위에서 변화되게 된다.
도 7 및 도 8은 상기 3상 모터를 도 20의 제어 장치의 구성에 준한 3상 모터 제어 장치로 제어한 경우에 있어서의 도 5 및 도 6에 대응하는 스위칭 시퀀스를 각각 나타내고 있다. 도 5(e)와 도 7(e)의 대비 및 도 6(e)와 도 8(e)의 대비로부터 명확해지는 바와 같이, 도 4에 나타내는 본 발명의 제어 장치에 의하면 각 상 권선 의 단자 전압의 평균값의 변동이 억제되고, 또한, 상기 평균값의 변동폭이 V/2로부터 벗어나는 시간이 짧아진다.
도 9에 나타내는 4상 모터용의 제어 장치는 도 4의 제어 장치에 스위칭 소자(Q13~Q16)로 이루어지는 구동부(3D)와, D상 권선(1D)의 전류를 검출하는 전류 검출기(7D)와, 구동부(3D)를 PWM 제어하는 제어부(5D)를 부가한 구성을 갖는다. 제어부(5D)는 도 4의 제어부(5B)에 대응하는 구성을 갖고, 전류 검출기(7D)의 출력과 제 1, 제 2 기준 삼각파에 기초하여 스위칭 소자(Q13~Q16)에 대한 온오프 제어 신호를 형성한다.
상기 제 1, 제 2 기준 삼각파에 대한 A상 증폭기(51), B상 증폭기(51'), C상 증폭기(51) 및 D상 증폭기(51')의 각 출력이, 예컨대, 도 10(a)의 상방으로부터 하방을 향해 순차적으로 배열하는 라인으로 나타내어지는 경우, A상 권선(1A)의 좌단의 전압(VA) 및 우단의 전압(VA')은 동 도면(b)에 나타내는 형태로, B상 권선(1B)의 좌단의 전압(VB) 및 우단의 전압(VB')은 동 도면(c)에 나타내는 형태로, C상 권선(1C)의 좌단의 전압(VC) 및 우단의 전압(VC')은 동 도면(d)에 나타내는 형태로, 또한, D상 권선(1D)의 좌단의 전압(VD) 및 우단의 전압(VD')은 동 도면(e)에 나타내는 형태로 각각 변화된다. 이 결과, 권선(1A), 권선(1B), 권선(1C) 및 권선(1D)의 각 단자 전압의 평균값은 동 도면(f)에 나타내는 형태로 변동되는 것, 즉, 3V/8~5V/8의 범위에서 변동하게 된다.
도 11은 전류를 0으로 제어하고 있을 때의 스위칭 시퀀스를 나타낸다. 이 스 위칭 시퀀스에 있어서는 각 상 권선(1A,1B,1C 및 1D)에 전류가 흐르지 않고, 또한, 각 상 권선(1A,1B,1C 및 1D)의 각 단자 전압의 평균값이 V/2로 고정되게 된다.
도 12 및 도 13은 상기 4상 모터를 도 20의 제어 장치의 구성에 준한 구성의 4상 모터 제어 장치로 제어한 경우에 있어서의 도 10 및 도 11에 대응하는 스위칭 시퀀스를 각각 나타내고 있다. 도 10(f)와 도 12(f)의 대비 및 도 11(f)와 도 13(f)의 대비로부터 명확해지는 바와 같이, 도 9에 나타내는 본 발명의 제어 장치에 의하면, 각 상 권선의 단자 전압의 평균값의 변동이 억제되고, 또한, 상기 평균값의 변동폭이 V/2로부터 벗어나는 시간이 짧아진다.
이상의 설명으로부터 명확해지는 바와 같이, 상기 각 실시형태에 따른 모터 제어 장치는 복수의 독립된 상 권선을 갖는 모터에 적용되고, 이 복수의 상 권선을 한쪽 세트의 상 권선과 다른쪽 세트의 상 권선으로 나누어 제어하는 것이다.
즉, 한쪽 세트의 상 권선에 따른 구동부에 대응한 PWM 제어부 및 다른쪽 세트의 상 권선에 따른 구동부에 대응한 PWM 제어부가 한쪽의 세트에 포함되는 1개 이상의 상 권선의 양단이 전원의 플러스측에 접속되어 있을 때에 다른쪽의 세트에 포함되는 모든 상 권선의 적어도 일단을 전원의 마이너스측에 접속시키고, 한쪽의 세트에 포함되는 1개 이상의 상 권선의 양단이 전원의 마이너스측에 접속되어 있을 때에, 다른쪽의 세트에 포함되는 모든 상 권선의 적어도 일단을 전원의 플러스측에 접속시키는 스위칭 시퀀스를 실행해서 모터를 제어한다.
또한, 상기 각 실시형태에 따른 모터 제어 장치는 복수의 독립된 상 권선을 갖는 여러가지의 모터, 예컨대, 스테핑 모터, 브러시리시 모터, 인덕션 모터 등의 제어에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 아날로그 회로를 이용하여 모터의 전류 제어를 실행하고 있지만, CPU 등의 마이크로 프로세서를 이용한 디지털 회로에 의한 전류 제어를 실행하는 구성도 채용가능하다.
도 1은 2상 모터에 적용한 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시형태를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스의 일례를 나타내는 차트이다.
도 3은 전류를 0으로 제어하고 있을 때의 도 1의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 차트이다.
도 4는 3상 모터에 적용한 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시형태를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 4의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스의 일례를 나타내는 차트이다.
도 6은 전류를 0으로 제어하고 있을 때의 도 4의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 차트이다.
도 7은 비교예의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스의 일례를 나타내는 차트이다.
도 8은 전류를 0으로 제어하고 있을 때의 비교예의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 차트이다.
도 9는 4상 모터에 적용한 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시형태를 나타내는 회로도이다.
도 10은 도 9의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스의 일례를 나타내는 차트이 다.
도 11은 전류를 0으로 제어하고 있을 때의 도 9의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 차트이다.
도 12는 비교예의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스의 일례를 나타내는 차트이다.
도 13은 전류를 0으로 제어하고 있을 때의 비교예의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 차트이다.
도 14는 부유용량을 고려한 권선의 등가 회로도이다.
도 15는 2상 모터의 고주파 등가 회로도이다.
도 16은 종래의 모터 제어 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 17은 도 16의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 차트이다.
도 18은 도 16의 모터 제어 장치의 A상 권선에 대한 전류 경로를 예시한 회로도이다.
도 19는 도 18에 나타내는 각 전류의 파형도이다.
도 20은 비교예에 따른 2상 모터 제어 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 21은 도 20의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 차트이다.
도 22는 도 20의 모터 제어 장치의 A상 권선에 관한 전류 경로를 예시한 회로도이다.
도 23은 도 22에 나타내는 각 전류의 파형도이다.
도 24는 전류를 0으로 제어하고 있을 때의 도 20의 모터 제어 장치의 스위칭 시퀀스를 나타내는 차트이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1A : A상 권선 1B : B상 권선
1C : C상 권선 1D : D상 권선
3A~3D : 구동부 5A~5D : 제어부
7A~7D : 전류 검출기 51,51' : 증폭기
52,54,52',54' : 비교기 53,55,53',55' : 인버터

Claims (4)

  1. 복수의 독립된 상 권선을 갖는 모터에 적용되고, 상기 복수의 상 권선을 한쪽 세트의 상 권선과 다른쪽 세트의 상 권선으로 나누어 제어하는 모터 제어 장치로서:
    상기 각 상 권선을 각각 구동하는 복수의 인버터식 구동 수단, 및
    상기 각 인버터식 구동 수단을 각각 PWM 제어하는 복수의 PWM 제어 수단을 구비하고;
    상기 각 PWM 제어 수단은,
    대응하는 상기 인버터식 구동 수단이 그 구동 수단에 따른 상기 상 권선의 양단에 전원의 전압을 인가하는 상태, 상기 상 권선의 양단을 상기 전원의 플러스측에 접속시키는 상태, 및 상기 권선의 양단을 상기 전원의 마이너스측에 접속시키는 상태를 취할 수 있는 스위칭 시퀀스를 실행하도록 구성되고,
    또한, 상기 한쪽 세트의 상 권선에 따른 상기 구동 수단에 대응한 PWM 제어 수단과, 상기 다른쪽 세트의 상 권선에 따른 상기 구동 수단에 대응한 PWM 제어 수단은,
    상기 한쪽 세트에 포함되는 1개 이상의 상 권선의 양단이 상기 전원의 플러스측에 접속되어 있을 때에 상기 다른쪽 세트에 포함되는 모든 상 권선의 적어도 일단을 상기 전원의 마이너스측에 접속시키고, 상기 한쪽 세트에 포함되는 1개 이상의 상 권선의 양단이 상기 전원의 마이너스측에 접속되어 있을 때에 상기 다른쪽 세트에 포함되는 모든 상 권선의 적어도 일단을 상기 전원의 플러스측에 접속시키도록 서로의 스위칭 시퀀스의 위상 관계를 설정한 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 인버터식 구동 수단은 대응하는 상 권선의 일단과 상기 전원의 정극간 및 부극간에 각각 개재시킨 제 1 및 제 2 스위칭 소자와, 상기 상 권선의 타단과 상기 전원의 정극간 및 부극간에 각각 개재시킨 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 각 PWM 제어 수단 중 상기 한쪽 세트의 상 권선을 구동하는 인버터식 구동 수단에 대응한 PWM 제어 수단은 전류 지령에 대한 상기 한쪽 세트의 상 권선의 전류값의 편차와 제 1 기준 삼각파의 비교에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 제어하고, 상기 한쪽 세트의 상 권선의 전류값의 편차와 상기 제 1 기준 삼각파와는 위상이 180° 어긋난 제 2 기준 삼각파의 비교에 기초하여 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 제어하도록 구성되고, 상기 각 PWM 제어 수단 중 상기 다른쪽 세트의 상 권선을 구동하는 인버터식 구동 수단에 대응한 PWM 제어 수단은 상기 전류 지령에 대한 상기 다른쪽 세트의 상 권선의 전류값의 편차와 상기 제 2 기준 삼각파의 비교에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 제어하고, 상기 다른쪽 세트의 상 권선의 전류값의 편차와 상기 제 1 기준 삼각파의 비교에 기초하여 상기 제 3 및 제 4 스위칭 소자를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 상기 상 권선을 2개 혹은 3개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
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