KR102388891B1 - Method and system for estimating a position of rotator in electric motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동기의 회전 위치를 홀 센서(Hall Sensor)를 통해 검출할 때, 홀 센서의 입력에 더블 위상 고정 루프(Double Phase Lock Loop)를 설치하고, 설치된 더블 위상 고정 루프를 통해 홀 센서에서 검출된 위치 정보의 리플 성분이 제거되도록 함으로써 전동기의 회전자 위치를 안정적으로 추정할 수 있도록 하는, 전동기의 회전자 위치 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전동기의 회전자 위치 추정 시스템은, 전원이 공급되면 회전자를 회전시키는 전동기; 상기 회전자의 회전 각도를 검출하고, 검출된 회전 각도에 따라 홀(Hall) 신호를 출력하는 하나 이상의 홀 센서; 상기 하나 이상의 홀 센서로부터 출력된 각 홀 신호를 입력받아 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지되도록 하여 고주파 성분을 감쇠시키는 제1 PLL; 상기 제1 PLL에서 출력되는 신호에 대해, 홀센서 패턴각을 보상하여 입력받고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지되도록 하여 고주파 성분을 감쇠시키는 제2 PLL; 및 상기 하나 이상의 홀 센서로부터 출력된 각 홀 신호가 상기 제1 PLL 및 상기 제2 PLL을 통해 고주파 성분이 감쇠되도록 제어하고, 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정하는 제어부를 포함한다.In the present invention, when detecting the rotational position of an electric motor through a Hall sensor, a double phase lock loop is installed at the input of the hall sensor, and the hall sensor detects it through the installed double phase lock loop The present invention relates to a system and method for estimating the rotor position of an electric motor, which allows the ripple component of the obtained position information to be removed, thereby stably estimating the position of the rotor of the electric motor.
A system for estimating a rotor position of an electric motor according to the present invention comprises: an electric motor rotating the rotor when power is supplied; one or more Hall sensors for detecting the rotation angle of the rotor and outputting a Hall signal according to the detected rotation angle; a first PLL that receives each Hall signal output from the one or more Hall sensors and performs proportional integration (PI) to maintain a specific phase to attenuate high-frequency components; a second PLL for attenuating a high frequency component by receiving a signal output from the first PLL by compensating for a Hall sensor pattern angle and performing proportional integration (PI) to maintain a specific phase; and controlling each Hall signal output from the one or more Hall sensors to attenuate a high-frequency component through the first PLL and the second PLL, and estimating the position of the rotor based on the signal output from the second PLL It includes a control unit that

Description

전동기의 회전자 위치 추정 시스템 및 방법{Method and system for estimating a position of rotator in electric motor}{Method and system for estimating a position of rotator in electric motor}

본 발명은 전동기의 회전자 위치 추정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 전동기의 회전 위치를 홀 센서(Hall Sensor)를 통해 검출할 때, 홀 센서에 더블 위상 고정 루프(Double Phase Lock Loop)를 설치하고, 설치된 더블 위상 고정 루프를 통해 홀 센서에서 검출된 위치 정보의 리플 성분이 제거되도록 함으로써 전동기의 회전자 위치를 안정적으로 추정할 수 있도록 하는, 전동기의 회전자 위치 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for estimating a rotor position of an electric motor, and more particularly, when detecting the rotational position of an electric motor through a Hall sensor, a double phase lock loop is provided in the hall sensor. The present invention relates to a system and method for estimating the rotor position of an electric motor, which allows the rotor position of the motor to be stably estimated by installing and removing the ripple component of the position information detected by the Hall sensor through the installed double phase locked loop. .

일반적으로 영구자석 동기 전동기(PMSM;Permanent Magnet Synchronous Motor)는 회전자(rotator)의 자속이 고정자인 영구자석의 자계와 동기되어 회전하기 때문에 회전자의 위치 정보가 반드시 필요하며, 이를 위해 홀 센서와 같은 위치검출장치가 사용된다.In general, permanent magnet synchronous motor (PMSM) rotates in synchronization with the magnetic field of the permanent magnet, which is the stator, so that the magnetic flux of the rotor rotates in synchronization with the magnetic field of the permanent magnet. The same position detection device is used.

홀 센서를 이용해 회전자의 위치 정보를 검출하는 방법은 영구자석 동기 전동기에 3개의 홀 센서를 설치하여 각 홀 센서의 출력으로부터 회전자 속도 및 위치 정보를 얻어내는 방식이 주로 사용되고 있다. 이때, 3 개의 홀 센서들은 그 출력 신호들이 전기 각(electrical angle)으로 서로 120도의 위상 차를 갖도록 배치되며, 이로 인해 도 1과 같이 전기 각의 60도 간격으로 새로운 홀 센서 신호가 출력된다. 홀 센서의 출력 패턴은 High '1', Low '0'의 조합으로 001, 010, 011, 100, 101, 110의 6가지 패턴이고, 60도 간격의 패턴을 표현하면 도 1과 같고, 홀 센서의 입력에 PLL(Phase Lock Loop)을 통해 회전자의 위치 정보를 추정할 수 있다. 도 1은 일반적인 영구자석 동기 전동기의 회전자 위치 추정 방식을 나타낸 도면이다.The method of detecting the position information of the rotor using the Hall sensor is mainly used to obtain the rotor speed and position information from the output of each Hall sensor by installing three Hall sensors in a permanent magnet synchronous motor. At this time, the three Hall sensors are arranged so that their output signals have a phase difference of 120 degrees from each other at an electrical angle, and thus, a new Hall sensor signal is output at an interval of 60 degrees of the electrical angle as shown in FIG. 1 . The output pattern of the Hall sensor is a combination of High '1' and Low '0', and there are 6 patterns of 001, 010, 011, 100, 101, 110. It is possible to estimate the position information of the rotor through a phase lock loop (PLL) to the input of . 1 is a view showing a rotor position estimation method of a general permanent magnet synchronous motor.

그런데, 영구자석 동기 전동기는 홀 센서의 정보 갱신 시점에 입력 신호의 고주파 성분이 추정각에 리플이 나타나는 영향을 주게 되어 안정된 위치 추정이 어렵게 되고, 위치 추정 결과에 리플이 존재하는 경우에 토크 리플 성분이 발생하는 문제점이 있다.However, in the case of permanent magnet synchronous motors, the high frequency component of the input signal affects the estimated angle at the time of updating the information of the Hall sensor, making it difficult to estimate a stable position. There is a problem that occurs.

한국 등록특허공보 제10-0842727호(등록일 : 2008.06.25)Korean Patent Publication No. 10-0842727 (Registration date: 2008.06.25)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전동기의 회전 위치를 홀 센서(Hall Sensor)를 통해 검출할 때, 홀 센서에 더블 위상 고정 루프(Double Phase Lock Loop)를 설치하고, 설치된 더블 위상 고정 루프를 통해 홀 센서에서 검출된 위치 정보의 리플 성분이 제거되도록 함으로써 전동기의 회전자 위치를 안정적으로 추정할 수 있도록 하는, 전동기의 회전자 위치 추정 시스템 및 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to install a double phase lock loop on the hall sensor when detecting the rotational position of the electric motor through a hall sensor, An object of the present invention is to provide a system and method for estimating the position of a rotor of an electric motor, which can stably estimate the position of a rotor of an electric motor by removing a ripple component of position information detected by a Hall sensor through a fixed loop.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 회전자 위치 추정 시스템은, 전원이 공급되면 회전자를 회전시키는 전동기; 상기 회전자의 회전 각도를 검출하고, 검출된 회전 각도에 따라 홀(Hall) 신호를 출력하는 하나 이상의 홀 센서; 상기 하나 이상의 홀 센서로부터 출력된 각 홀 신호를 입력받아 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지되도록 하여 고주파 성분을 감쇠시키는 제1 PLL; 상기 제1 PLL에서 출력되는 신호에 대해, 홀센서 패턴각을 보상하여 입력받고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지되도록 하여 고주파 성분을 감쇠시키는 제2 PLL; 및 상기 하나 이상의 홀 센서로부터 출력된 각 홀 신호가 상기 제1 PLL 및 상기 제2 PLL을 통해 고주파 성분이 감쇠되도록 제어하고, 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정하는 제어부를 포함한다.A system for estimating the position of a rotor of an electric motor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: an electric motor that rotates the rotor when power is supplied; one or more Hall sensors for detecting the rotation angle of the rotor and outputting a Hall signal according to the detected rotation angle; a first PLL that receives each Hall signal output from the one or more Hall sensors and performs proportional integration (PI) to maintain a specific phase to attenuate high-frequency components; a second PLL for attenuating a high frequency component by receiving a signal output from the first PLL by compensating for a Hall sensor pattern angle and performing proportional integration (PI) to maintain a specific phase; and controlling each Hall signal output from the one or more Hall sensors to attenuate a high-frequency component through the first PLL and the second PLL, and estimating the position of the rotor based on the signal output from the second PLL It includes a control unit that

상기 제1 PLL은, 상기 홀센서 패턴각에 대한 입력 신호의 변화 시에 적분값을 제로(0)로 리셋(Reset)시키는 리셋 적분기를 포함할 수 있다, The first PLL may include a reset integrator for resetting an integral value to zero (0) when an input signal with respect to the Hall sensor pattern angle is changed.

상기 제어부는, 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호의 위상(Phase)을 일정 각도 이상으로 이동(Shift)시키고, 위상이 이동된 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정할 수 있다.The control unit may shift the phase of the signal output from the second PLL by a predetermined angle or more, and estimate the position of the rotor based on the phase-shifted signal.

상기 하나 이상의 홀 센서는, 상기 회전자의 주위에 120도 간격으로 배치될 수 있다.The one or more Hall sensors may be disposed at intervals of 120 degrees around the rotor.

상기 하나 이상의 홀 센서는, 상기 회전자의 회전 각도에 따라 서로 다른 위상의 홀(Hall) 신호를 각각 출력할 수 있다.The one or more Hall sensors may respectively output Hall signals of different phases according to the rotation angle of the rotor.

상기 제어부는, 3상(U상, V상, W상) 출력을 스위칭하기 위한 3상 스위칭 회로를 가지고, 상기 3상 스위칭 회로 내 스위치 6개의 PWM 듀티 제어를 통해 상기 전동기의 출력 제어를 위한 전류 제어를 실행하는 인버터 제어기를 포함할 수 있다.The control unit has a three-phase switching circuit for switching the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) output, and the current for controlling the output of the motor through PWM duty control of six switches in the three-phase switching circuit It may include an inverter controller that executes the control.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 회전자 위치 추정 방법은, (a) 전동기가 전원의 공급에 따라 회전자를 회전시키는 단계; (b) 하나 이상의 홀 센서가 상기 회전자의 회전 각도를 검출하고, 검출된 회전 각도에 따라 홀(Hall) 신호를 출력하는 단계; (c) 제1 PLL이 상기 하나 이상의 홀 센서로부터 각 홀 신호를 입력받아 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지시키며 고주파 성분을 감쇠시켜 출력하는 단계; (d) 제2 PLL이 상기 제1 PLL에서 출력되는 신호에 대해, 홀센서 패턴각을 보상하여 입력받고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지시키며 고주파 성분을 감쇠시켜 출력하는 단계; 및 (e) 제어부가 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정하는 단계를 포함한다. On the other hand, the method for estimating the rotor position of the electric motor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, (a) the electric motor rotates the rotor according to the supply of power; (b) one or more Hall sensors detecting a rotation angle of the rotor, and outputting a Hall signal according to the detected rotation angle; (c) the first PLL receiving each Hall signal from the one or more Hall sensors, performing proportional integration (PI), maintaining a specific phase, and attenuating and outputting a high frequency component; (d) receiving, by a second PLL, a signal output from the first PLL by compensating for the Hall sensor pattern angle, performing proportional integration (PI), maintaining a specific phase, and attenuating and outputting a high frequency component; and (e) estimating, by the controller, the position of the rotor based on the signal output from the second PLL.

상기 (c) 단계에서 상기 제1 PLL은, 상기 홀센서 패턴각에 대한 입력 신호의 변화 시에 리셋 적분기를 통해 적분값을 제로(0)로 리셋(Reset)시키고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지시켜 고주파 성분이 감쇠된 신호를 출력할 수 있다.In step (c), when the input signal for the Hall sensor pattern angle is changed, the first PLL resets the integral value to zero (0) through a reset integrator and performs proportional integration (PI) to perform a specific phase It is possible to output a signal in which the high-frequency component is attenuated.

상기 (e) 단계에서 상기 제어부는, 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호의 위상(Phase)을 일정 각도 이상으로 이동(Shift)시키고, 위상이 이동된 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정할 수 있다.In step (e), the control unit shifts the phase of the signal output from the second PLL by a certain angle or more, and estimates the position of the rotor based on the phase-shifted signal. can

상기 (b) 단계에서 상기 하나 이상의 홀 센서는, 상기 회전자의 주위에 120도 간격으로 배치될 수 있다.In step (b), the one or more Hall sensors may be disposed at intervals of 120 degrees around the rotor.

상기 (b) 단계에서 상기 하나 이상의 홀 센서는, 상기 회전자의 회전 각도에 따라 서로 다른 위상의 홀(Hall) 신호를 각각 출력할 수 있다.In step (b), the one or more Hall sensors may respectively output Hall signals of different phases according to the rotation angle of the rotor.

상기 (e) 단계 이후에 상기 제어부는, 3상(U상, V상, W상) 출력을 스위칭하기 위한 3상 스위칭 회로를 가진 인버터 제어기를 통해, 상기 3상 스위칭 회로 내 스위치 6개의 PWM 듀티 제어를 통해 상기 전동기의 출력 제어를 위한 전류 제어를 실행할 수 있다.After step (e), the control unit, through an inverter controller having a three-phase switching circuit for switching the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) output, the PWM duty of the six switches in the three-phase switching circuit Through the control, it is possible to execute current control for controlling the output of the electric motor.

본 발명에 의하면, 전동기의 회전자 위치 추정 시에 홀 센서의 정보 갱신 시점에 입력 신호의 고주파 성분을 감쇠시킴으로써 추정 각의 리플이 제거됨으로써 안정된 위치 추정이 가능하다.According to the present invention, the ripple of the estimated angle is removed by attenuating the high-frequency component of the input signal at the time of updating the information of the Hall sensor when estimating the rotor position of the electric motor, whereby stable position estimation is possible.

따라서, 회전자의 위치 정보에 리플이 제거됨으로써 토크 리플 성분의 발생을 방지할 수 있다.Accordingly, by removing the ripple from the position information of the rotor, it is possible to prevent the occurrence of a torque ripple component.

그리고, 전동기에서 고속 또는 저속으로 회전하는 회전자의 위치에 대해, 홀 센서를 이용하여 리플 성분이 제거된 위치 정보를 검출함으로써 전동기의 속도를 정확하게 제어할 수 있다.And, with respect to the position of the rotor rotating at high or low speed in the motor, the speed of the motor can be accurately controlled by detecting the position information from which the ripple component is removed using the Hall sensor.

도 1은 일반적인 영구자석 동기 전동기의 회전자 위치 추정 방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 회전자 위치 추정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명이 실시예에 따른 하나 이상의 홀 센서가 배치되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 PLL 및 제2 PLL의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 회전자 위치 추정 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 홀 센서에서 출력된 홀 신호가 제1 PLL 및 제2 PLL에 입력되어 처리되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 PLL에서 출력되는 회전자의 추정각을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 PLL 및 제2 PLL을 통해 홀 신호를 시뮬레이션 한 결과로 얻은 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 홀 센서에서 출력된 홀 신호를 제1 PLL 및 제2 PLL에 입력하여 연산한 후 획득한 추정각 신호를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 회전자의 위치를 추정하기 위한 홀 신호를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a rotor position estimation method of a general permanent magnet synchronous motor.
2 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a system for estimating a rotor position of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a structure in which one or more Hall sensors are disposed according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating internal configurations of a first PLL and a second PLL according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an operation flowchart for explaining a method for estimating a rotor position of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a process in which a Hall signal output from a Hall sensor is input to a first PLL and a second PLL and processed according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an estimated angle of a rotor output from a second PLL according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a signal waveform obtained as a result of simulating a Hall signal through a first PLL and a second PLL according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an estimated angle signal obtained after inputting a Hall signal output from a Hall sensor to a first PLL and a second PLL and performing an operation according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a Hall signal for estimating a position of a rotor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. . Also, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.When a part is referred to as being “above” another part, it may be directly on the other part, or the other part may be involved in between. In contrast, when a part refers to being "directly above" another part, no other part is involved in between.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second and third etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and includes the presence or absence of another characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component. It does not exclude additions.

"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms indicating a relative space such as “below” and “above” may be used to more easily describe the relationship of one part shown in the drawing to another part. These terms are intended to include other meanings or operations of the device in use with the meanings intended in the drawings. For example, if the device in the drawings is turned over, some parts described as being "below" other parts are described as being "above" other parts. Thus, the exemplary term “down” includes both the up and down directions. The device may be rotated 90 degrees or at other angles, and terms denoting relative space are to be interpreted accordingly.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined otherwise, all terms including technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as those commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Commonly used terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and unless defined, are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 회전자 위치 추정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.2 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a system for estimating a rotor position of an electric motor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 회전자 위치 추정 시스템(100)은, 전동기(Motor)(110), 하나 이상의 홀 센서(Hall Sensor)(120 ~ 124), 제1 위상 고정 루프(Phase Lock Loop)(이하 제1 PLL)(130), 제2 위상 고정 루프(Phase Lock Loop)(이하 제2 PLL)(140) 및 제어부(150)를 포함한다.2, the rotor position estimation system 100 of the electric motor according to the embodiment of the present invention, the motor (Motor) 110, one or more Hall sensors (Hall Sensor) (120 ~ 124), the first phase It includes a phase lock loop (hereinafter referred to as a first PLL) 130 , a second phase lock loop (hereinafter referred to as a second PLL) 140 , and a control unit 150 .

전동기(110)는 전원이 공급되면 회전자를 회전시킨다.The electric motor 110 rotates the rotor when power is supplied.

하나 이상의 홀 센서(120 ~ 124)는 회전자의 회전 각도를 검출하고, 검출된 회전 각도에 따라 각각 홀(Hall) 신호를 출력한다.One or more Hall sensors 120 to 124 detect a rotation angle of the rotor, and respectively output a Hall signal according to the detected rotation angle.

또한, 하나 이상의 홀 센서(120 ~ 124)(Hall_A, Hall_B, Hall_C)는, 도 3에 도시된 바와 같이 회전자의 주위에 120도 간격으로 배치될 수 있다. 도 3은 본 발명이 실시예에 따른 하나 이상의 홀 센서가 배치되는 구조를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 홀 센서(Hall_A, Hall_B, Hall_C)는, 전동기(110)의 회전자가 회전하는 각도에 따라 서로 다른 위상의 홀(Hall) 신호를 각각 출력할 수 있다.In addition, one or more Hall sensors 120 to 124 (Hall_A, Hall_B, Hall_C) may be disposed around the rotor at intervals of 120 degrees as shown in FIG. 3 . 3 is a diagram illustrating a structure in which one or more Hall sensors are disposed according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3 , the one or more Hall sensors Hall_A, Hall_B, and Hall_C may respectively output Hall signals of different phases according to the rotation angle of the rotor of the electric motor 110 .

제1 PLL(130)은 하나 이상의 홀 센서(120 ~ 124)로부터 출력된 각 홀(hall) 신호를 입력받아 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지되도록 하여 고주파 성분을 감쇠시킨다. The first PLL 130 receives each hall signal output from one or more Hall sensors 120 to 124 and proportionally integrates (PI) it to maintain a specific phase, thereby attenuating a high frequency component.

이때, 제1 PLL(130)은 도 4에 도시된 바와 같이, 홀센서 패턴각에 대한 입력 신호의 변화 시에 적분값을 제로(0)로 리셋(Reset)시키는 리셋 적분기(136)를 포함할 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 PLL 및 제2 PLL의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 PLL(130)은 리셋 적분기(136) 이외에 비례기(132) 및 적분기(134)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 비례기(132) 및 적분기(134)는 일반적인 PLL 회로에 포함된 구성으로서, 당 기술 분야에 공지된 바 그 기능은 생략한다.At this time, as shown in FIG. 4 , the first PLL 130 may include a reset integrator 136 that resets the integral value to zero when the input signal for the Hall sensor pattern angle changes. can 4 is a diagram schematically illustrating internal configurations of a first PLL and a second PLL according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4 , the first PLL 130 may further include a proportioner 132 and an integrator 134 in addition to the reset integrator 136 . Here, the proportional unit 132 and the integrator 134 are components included in a general PLL circuit, and their functions are omitted as known in the art.

제2 PLL(140)은 제1 PLL(130)에서 출력되는 신호에 대해, 홀센서 패턴각을 보상하여 입력받고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지되도록 하여 고주파 성분을 감쇠시켜 출력한다. 또한, 제2 PLL(140)은 도 4에 도시된 바와 같이 비례기(142) 및 적분기(144)를 포함할 수 있다.The second PLL 140 receives the signal output from the first PLL 130 by compensating for the Hall sensor pattern angle, proportionally integrating (PI) it, and maintaining a specific phase to attenuate and output the high frequency component. In addition, the second PLL 140 may include a proportioner 142 and an integrator 144 as shown in FIG. 4 .

제어부(150)는 하나 이상의 홀 센서로부터 출력된 각 홀 신호가 제1 PLL(130) 및 제2 PLL(140)을 통해 고주파 성분이 감쇠되도록 제어하고, 제2 PLL(140)에서 출력되는 신호에 근거해 회전자의 위치를 추정한다. 여기서, 제어부(150)는 추정된 회전자 위치값을 비롯하여, 다른 데이터 값을 저장하기 위한 특정 메모리를 구비한다.The controller 150 controls each Hall signal output from one or more Hall sensors to attenuate a high-frequency component through the first PLL 130 and the second PLL 140 , and is applied to the signal output from the second PLL 140 . Based on this, the position of the rotor is estimated. Here, the control unit 150 includes a specific memory for storing other data values, including the estimated rotor position value.

또한, 제어부(150)는 제2 PLL(140)에서 출력되는 신호의 위상(Phase)을 일정 각도 이상으로 이동(Shift)시키고, 위상이 이동된 신호에 근거해 회전자의 위치를 추정할 수 있다.In addition, the control unit 150 may shift the phase of the signal output from the second PLL 140 by a predetermined angle or more, and estimate the position of the rotor based on the phase-shifted signal. .

그리고, 제어부(150)는 3상(U상, V상, W상) 출력을 스위칭하기 위한 3상 스위칭 회로를 구비하고, 3상 스위칭 회로 내의 스위치 6개를 수 kHz 내지 수십 kHz까지의 주파수로 PWM 듀티 제어를 통해 전동기의 출력 제어를 위한 전류 제어를 실행하는 인버터 제어기를 포함할 수 있다.And, the control unit 150 is provided with a three-phase switching circuit for switching the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) output, and six switches in the three-phase switching circuit at a frequency of several kHz to several tens of kHz. It may include an inverter controller that executes current control for output control of the electric motor through PWM duty control.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전동기의 회전자 위치 추정 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating an operation flowchart for explaining a method for estimating a rotor position of an electric motor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전자 위치 추정 시스템(100)에서, 전동기(110)는 전원의 공급에 따라 회전자를 회전시킨다(S510).5, in the rotor position estimation system 100 according to the embodiment of the present invention, the electric motor 110 rotates the rotor according to the supply of power (S510).

이어, 하나 이상의 홀 센서(120 ~ 124)는 회전자의 회전 각도를 검출하고, 검출된 회전 각도에 따라 홀(Hall) 신호를 출력한다(S520).Then, one or more Hall sensors 120 to 124 detect the rotation angle of the rotor, and output a Hall signal according to the detected rotation angle (S520).

이때, 하나 이상의 홀 센서(120 ~ 124)는 도 3에 도시된 바와 같이 전동기(110)의 회전자 주변에 120도 간격으로 배치된다. At this time, one or more Hall sensors 120 to 124 are disposed around the rotor of the electric motor 110 at intervals of 120 degrees as shown in FIG. 3 .

따라서, 하나 이상의 홀 센서(120 ~ 124)는 회전자의 회전 각도에 따라 서로 다른 위상의 홀(Hall) 신호를 검출하여 제1 PLL(130)에 각각 출력할 수 있다. 이때, 홀 신호는 도 6에 도시된 바와 같이 홀센서 각도(θhall)이고(①), 제1 PLL(130)과 제2 PLL(140)에 각각 입력된다(①). 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 홀 센서에서 출력된 홀 신호가 제1 PLL 및 제2 PLL에 입력되어 처리되는 과정을 나타낸 도면이다. Accordingly, the one or more Hall sensors 120 to 124 may detect Hall signals of different phases according to the rotation angle of the rotor and respectively output them to the first PLL 130 . At this time, the Hall signal is the Hall sensor angle θ hall as shown in FIG. 6 (①), and is input to the first PLL 130 and the second PLL 140, respectively (①). 6 is a diagram illustrating a process in which a Hall signal output from a Hall sensor is input to a first PLL and a second PLL and processed according to an embodiment of the present invention.

이어, 제1 PLL(130)은 하나 이상의 홀 센서(120 ~ 124)로부터 각 홀 신호를 입력받아 비례 적분(PI:Propotional Integral)하여 특정 위상으로 유지시키며 고주파 성분을 감쇠시켜 출력한다(S530). 도 6의 제1 PLL(130)에서, 비례기(132)는 1차 각도 오차를 입력받아 연산하여 1차 추정 각속도를 출력하고(②), 적분기(136)는 1차 추정 각속도를 입력받아 연산하여 추정 각도를 출력하며, 출력된 추정 각도는 입력단에 회기(feedback)된다(③). 따라서, 제1 PLL(130)에서는 입력단으로부터 입력된 홀 신호(θhall)와 회기된 추정 각도 간에 1차 각도 오차가 발생된다(④). Next, the first PLL 130 receives each Hall signal from one or more Hall sensors 120 to 124, performs proportional integration (PI), maintains a specific phase, and attenuates the high frequency component and outputs (S530). In the first PLL 130 of FIG. 6 , the proportional unit 132 receives and calculates the first angular error and outputs the first estimated angular velocity (②), and the integrator 136 receives and calculates the first estimated angular velocity to output the estimated angle, and the output estimated angle is fed back to the input terminal (③). Accordingly, in the first PLL 130 , a primary angle error is generated between the Hall signal θ hall input from the input terminal and the regressed estimated angle (④).

여기서, 제1 PLL(130)은, 홀센서 패턴각에 대한 입력 신호의 변화 시에 리셋 적분기(136)를 통해 적분값을 제로(0)로 리셋(Reset)시키고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지시켜 고주파 성분이 감쇠된 신호를 출력할 수 있다. 따라서, 도 6에서, 제1 PLL(130)은 리셋 적분기(136)를 통해 리셋 적용된 각도를 출력해 제2 PLL(140)에 입력한다(⑤). 이때, 제1 PLL(130)에서 얻어진 각도 정보에, 홀 센서 각도 정보를 활용하여 옵셋(offset) 값을 보정할 수 있다. 리셋 적분기(136)는 처음에 홀 신호(θhall)가 인가될 때 홀센서 엣지 신호(리셋 신호)를 발생시킨다(⑤-1).Here, the first PLL 130 resets the integral value to zero (0) through the reset integrator 136 when the input signal with respect to the Hall sensor pattern angle changes, and performs proportional integration (PI) to perform a specific phase It is possible to output a signal in which the high-frequency component is attenuated. Accordingly, in FIG. 6 , the first PLL 130 outputs the reset applied angle through the reset integrator 136 and inputs it to the second PLL 140 ( ⑤ ). In this case, the offset value may be corrected by using the hall sensor angle information in the angle information obtained from the first PLL 130 . The reset integrator 136 initially generates a Hall sensor edge signal (reset signal) when the Hall signal θ hall is applied (⑤-1).

이어, 제2 PLL(140)은 제1 PLL(130)에서 출력되는 신호에 대해, 홀센서 패턴각을 보상하여 입력받고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지시키며 고주파 성분을 감쇠시켜 출력한다(S540). 도 6에서, 제2 PLL(140)의 입력단에는 처음에 제1 PLL(130)과 함께 입력받은 각도 신호(+)와, 제1 PLL(130)로부터 입력받은 각도 신호(+), 제2 PLL(140)의 출력단에서 회기(feedback) 된 신호(-) 간에 각도 오차가 발생한다(⑥). 제2 PLL(140)에서, 비례기(142)는 각도 오차를 입력받아 연산하여 2차 추정 각속도를 출력한다(⑦). 따라서, 적분기(144)는 2차 추정 각속도를 입력받아 연산하여 도 7에 도시된 바와 같이 2차 추정 각도를 출력한다(⑧).Next, the second PLL 140 receives the signal output from the first PLL 130 by compensating for the Hall sensor pattern angle, performs proportional integration (PI), maintains a specific phase, and attenuates and outputs the high frequency component ( S540). In FIG. 6 , at the input terminal of the second PLL 140 , an angle signal (+) initially received together with the first PLL 130, an angle signal (+) inputted from the first PLL 130, and the second PLL An angular error occurs between the feedback signal (-) at the output terminal of (140) (⑥). In the second PLL 140 , the proportional unit 142 receives and calculates the angular error and outputs the second estimated angular velocity ( ⑦). Accordingly, the integrator 144 receives and calculates the second estimated angular velocity and outputs the second estimated angle as shown in FIG. 7 (⑧).

이어, 제어부(150)는 제2 PLL(140)에서 출력되는 신호에 근거해 회전자의 위치를 추정한다(S550). 즉, 제어부(150)는 제2 PLL(140)의 적분기(144)에서 도 7에 도시된 바와 같이 출력되는 2차 추정 각도를 통해 회전자의 위치를 인식하는 것이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 PLL에서 출력되는 회전자의 추정각을 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 제1 PLL(130)을 통해 획득한 추정각 신호보다 제1 PLL(130) 및 제2 PLL(140)의 더블(Double) PLL을 이용해 획득한 추정각 신호가 리플 성분이 대폭 감소된 신호임을 알 수 있다.Next, the control unit 150 estimates the position of the rotor based on the signal output from the second PLL 140 (S550). That is, the controller 150 recognizes the position of the rotor through the second estimated angle output from the integrator 144 of the second PLL 140 as shown in FIG. 7 . 7 is a diagram illustrating an estimated angle of a rotor output from a second PLL according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7 , the estimated angle signal obtained by using the double PLL of the first PLL 130 and the second PLL 140 rather than the estimated angle signal obtained through one first PLL 130 . It can be seen that is a signal with a significantly reduced ripple component.

한편, 본 발명에 따른 홀 센서(120 ~ 124)에서 검출된 홀 신호에 대해, 제1 PLL(130) 및 제2 PLL(140)을 이용하여 시뮬레이션 한 결과 신호는 도 8에 도시된 바와 같이 리플 성분이 줄어든 신호임을 알 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 PLL 및 제2 PLL을 통해 홀 신호를 시뮬레이션 한 결과로 얻은 신호 파형을 나타낸 도면이다. On the other hand, for the Hall signal detected by the Hall sensors 120 to 124 according to the present invention, the simulation result signal using the first PLL 130 and the second PLL 140 is ripple as shown in FIG. It can be seen that the component is a reduced signal. 8 is a diagram illustrating a signal waveform obtained as a result of simulating a Hall signal through a first PLL and a second PLL according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 홀 센서(120 ~ 124)에서 검출된 홀 신호를 실제로 제1 PLL(130) 및 제2 PLL(140)에 입력하여 연산한 후 얻게 되는 추정각 신호는 도 9에 도시된 바와 같이 리플 감쇠 특성이 우수한 신호임을 알 수 있다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 홀 센서에서 출력된 홀 신호를 제1 PLL 및 제2 PLL에 입력하여 연산한 후 획득한 추정각 신호를 나타낸 도면이다. The estimated angle signal obtained after actually inputting the Hall signal detected by the Hall sensors 120 to 124 according to the present invention to the first PLL 130 and the second PLL 140 and calculating is shown in FIG. It can be seen that the signal has excellent ripple attenuation characteristics. 9 is a diagram illustrating an estimated angle signal obtained after inputting a Hall signal output from a Hall sensor to a first PLL and a second PLL and performing an operation according to an embodiment of the present invention.

이때, 제어부(150)는, 제2 PLL(140)에서 출력되는 신호의 위상(Phase)을 일정 각도 이상으로 이동(Shift)시키고, 위상이 이동된 신호에 근거해 회전자의 위치를 추정할 수 있다. At this time, the controller 150 may shift the phase of the signal output from the second PLL 140 by a certain angle or more, and estimate the position of the rotor based on the phase-shifted signal. there is.

즉, 제어부(150)는 리플 성분이 제거된 도 10에 도시된 바와 같은 홀 신호를 이용하여 회전자의 위치에 따른 회전 각도를 추정할 수 있다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 회전자의 위치를 추정하기 위한 홀 신호를 나타낸 도면이다. 도 10에서, ③ 및 ④는 다음 단계에서의 PWM(Pulse Width Modulation) 듀티(duty)를 결정하기 위한 전류 제어기의 연산이 시작되는 시점을 나타내고, ① 및 ② 사이는 홀 센서의 신호 값이 바뀌는데 소요된 시간(THall_update)을 나타낸다. That is, the controller 150 may estimate the rotation angle according to the position of the rotor by using the Hall signal as shown in FIG. 10 from which the ripple component is removed. 10 is a diagram illustrating a Hall signal for estimating a position of a rotor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 10, ③ and ④ indicate the time when the operation of the current controller to determine the PWM (Pulse Width Modulation) duty in the next step starts, and between ① and ②, it takes for the signal value of the Hall sensor to change Indicates the time (THall_update).

도 10에서, ① 또는 ②와 같이 홀센서의 신호값이 변하는 경우, 제어부(150)는 홀 센서(120)의 신호 변화에 의하여 트리거되는 이벤트(event)를 발생시키고, 발생된 이벤트에 의거 제어부(150) 내의 특정 메모리에 홀센서의 신호값이 변화할 때의 시간 정보 즉, 홀센서의 신호값 변환 지점에서의 시간(THall)을 측정하기 위한 CPU의 내부 클럭 카운터(clock counter) 값이 자동으로 기록된다. In FIG. 10, when the signal value of the hall sensor changes as in ① or ②, the controller 150 generates an event triggered by the signal change of the hall sensor 120, and based on the generated event, the controller ( 150), time information when the signal value of the Hall sensor changes, that is, the internal clock counter value of the CPU for measuring the time (T Hall ) at the signal value conversion point of the Hall sensor is automatically is recorded as

이렇게 제어부(150)의 특정 메모리에 홀센서의 신호값이 변화될 때의 시간 정보(THall)를 측정하기 위한 CPU의 내부 클럭 카운터(clock counter) 값이 자동으로 기록됨에 따라, 이에 근거해 홀센서의 신호값이 변화했을 때의 시간 정보를 정확하게 알 수 있다. As such, the internal clock counter value of the CPU for measuring time information (T Hall ) when the signal value of the hall sensor is changed is automatically recorded in the specific memory of the control unit 150, and, based on this, the Time information when the signal value of the sensor changes can be accurately known.

도 10에 표시된 ④ 시점과 같이 직전 연산 시점 ③ 이후에 홀센서의 신호값이 변한 경우, ④ 시점에서의 시간 정보 즉, PWM 스위칭 듀티를 결정하기 위한 연산이 시작될 때의 시간(Tcurrent)은 CPU의 내부 클럭 카운터값을 읽어들여 확인한다. ④ 시점 연산 시에는 이전의 홀센서 신호값이 변화할 때의 시간 정보(THall)와 그 이전의 홀센서 신호값이 변화할 때의 시간 정보(THall_old)를 바탕으로 회전자의 회전속도를 계산하고, TCurrent와 THall 간의 시간차(ΔT)를 바탕으로 ④ 시점에서의 정확한 회전자 위치 정보를 계산한다.When the signal value of the Hall sensor is changed after the immediately preceding calculation point ③ as shown in point ④ shown in FIG. 10, time information at point ④, that is, the time (Tcurrent) when the operation to determine the PWM switching duty starts is the CPU’s Read and check the internal clock counter value. ④ In the time point calculation, the rotation speed of the rotor is calculated based on the time information (T Hall ) when the previous Hall sensor signal value changes and the time information (T Hall_old ) when the previous Hall sensor signal value changes. Calculate, based on the time difference (ΔT) between T Current and T Hall , calculate the exact rotor position information at the time ④.

이후에 제어부(150)는, 전술한 바와 같이 계산(추정) 된 회전자의 위치 정보에 따라 3상(U상, V상, W상) 출력을 스위칭하기 위한 3상 스위칭 회로를 가진 인버터 제어기를 통해, 3상 스위칭 회로 내의 스위치 6개를 수 kHz 내지 수십 kHz까지의 주파수로 PWM 듀티 제어를 통해 전동기의 출력 제어를 위한 전류 제어를 실행할 수 있다.Then, the control unit 150, the inverter controller having a three-phase switching circuit for switching the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) output according to the position information of the rotor calculated (estimated) as described above Through this, it is possible to execute current control for controlling the output of the motor through PWM duty control with a frequency of several kHz to several tens of kHz for six switches in the three-phase switching circuit.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전동기의 회전 위치를 홀 센서(Hall Sensor)를 통해 검출할 때, 홀 센서에 더블 위상 고정 루프(Double Phase Lock Loop)를 설치하고, 설치된 더블 위상 고정 루프를 통해 홀 센서에서 검출된 위치 정보의 리플 성분이 제거되도록 함으로써 전동기의 회전자 위치를 안정적으로 추정할 수 있도록 하는, 전동기의 회전자 위치 추정 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, when the rotational position of the electric motor is detected through a Hall sensor, a double phase lock loop is installed in the hall sensor, and the installed double phase lock loop is used through the It is possible to realize a system and method for estimating the position of a rotor of an electric motor so that the ripple component of the position information detected by the Hall sensor is removed, thereby stably estimating the position of the rotor of the electric motor.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof, and therefore the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. only do The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

100 : 전동기의 회전자 위치 추정 시스템
110 : 전동기
120 ~ 124 : 홀 센서
130 : 제1 PLL
140 : 제2 PLL
150 : 제어부100: rotor position estimation system of the electric motor
110: electric motor
120 ~ 124: Hall sensor
130: first PLL
140: second PLL
150: control unit

Claims (12)

전원이 공급되면 회전자를 회전시키는 전동기;
상기 회전자의 회전 각도를 검출하고, 검출된 회전 각도에 따라 홀(Hall) 신호를 출력하는 하나 이상의 홀 센서;
상기 하나 이상의 홀 센서로부터 출력된 각 홀 신호를 입력받아 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지되도록 하여 고주파 성분을 감쇠시키는 제1 PLL;
상기 제1 PLL에서 출력되는 신호에 대해, 홀센서 패턴각을 보상하여 입력받고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지되도록 하여 고주파 성분을 감쇠시키는 제2 PLL; 및
상기 하나 이상의 홀 센서로부터 출력된 각 홀 신호가 상기 제1 PLL 및 상기 제2 PLL을 통해 고주파 성분이 감쇠되도록 제어하고, 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정하는 제어부; 를 포함하고,
상기 제1 PLL은, 상기 홀센서 패턴각에 대한 입력 신호의 변화 시에 적분값을 제로(0)로 리셋(Reset)시키는 리셋 적분기를 포함하는
전동기의 회전자 위치 추정 시스템.

an electric motor that rotates the rotor when power is supplied;
one or more Hall sensors for detecting the rotation angle of the rotor and outputting a Hall signal according to the detected rotation angle;
a first PLL that receives each Hall signal output from the one or more Hall sensors and performs proportional integration (PI) to maintain a specific phase to attenuate high-frequency components;
a second PLL for attenuating a high frequency component by receiving a signal output from the first PLL by compensating for a Hall sensor pattern angle and performing proportional integration (PI) to maintain a specific phase; and
Controlling each Hall signal output from the one or more Hall sensors to attenuate a high-frequency component through the first PLL and the second PLL, and estimating the position of the rotor based on a signal output from the second PLL control unit; including,
The first PLL includes a reset integrator for resetting an integral value to zero (0) when an input signal with respect to the Hall sensor pattern angle is changed
A system for estimating the rotor position of an electric motor.

 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호의 위상(Phase)을 일정 각도 이상으로 이동(Shift)시키고, 위상이 이동된 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정하는, 전동기의 회전자 위치 추정 시스템.
The method according to claim 1,
The control unit shifts the phase of the signal output from the second PLL by a certain angle or more, and estimates the position of the rotor based on the phase-shifted signal, the rotor position of the motor estimation system.
 청구항 1에 있어서,
상기 하나 이상의 홀 센서는, 상기 회전자의 주위에 120도 간격으로 배치되는, 전동기의 회전자 위치 추정 시스템.
The method according to claim 1,
The one or more Hall sensors are disposed at intervals of 120 degrees around the rotor.
 청구항 4에 있어서,
상기 하나 이상의 홀 센서는, 상기 회전자의 회전 각도에 따라 서로 다른 위상의 홀(Hall) 신호를 각각 출력하는, 전동기의 회전자 위치 추정 시스템.
5. The method according to claim 4,
The one or more Hall sensors, respectively, output Hall signals of different phases according to the rotation angle of the rotor, the rotor position estimation system of the electric motor.
 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는, 3상(U상, V상, W상) 출력을 스위칭하기 위한 3상 스위칭 회로, 및 상기 3상 스위칭 회로 내 스위치 6개의 PWM 듀티 제어를 통해 상기 전동기의 출력 제어를 위한 전류 제어를 실행하는 인버터 제어기를 포함하는, 전동기의 회전자 위치 추정 시스템.
The method according to claim 1,
The control unit, a three-phase switching circuit for switching the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) output, and current control for the output control of the motor through PWM duty control of six switches in the three-phase switching circuit A system for estimating rotor position of an electric motor, comprising an inverter controller executing
 (a) 전동기가 전원의 공급에 따라 회전자를 회전시키는 단계;
(b) 하나 이상의 홀 센서가 상기 회전자의 회전 각도를 검출하고, 검출된 회전 각도에 따라 홀(Hall) 신호를 출력하는 단계;
(c) 제1 PLL이 상기 하나 이상의 홀 센서로부터 각 홀 신호를 입력받아 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지시키며 고주파 성분을 감쇠시켜 출력하는 단계;
(d) 제2 PLL이 상기 제1 PLL에서 출력되는 신호에 대해, 홀센서 패턴각을 보상하여 입력받고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지시키며 고주파 성분을 감쇠시켜 출력하는 단계; 및
(e) 제어부가 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정하는 단계; 를 포함하고,
상기 (c) 단계에서 상기 제1 PLL은, 상기 홀센서 패턴각에 대한 입력 신호의 변화 시에 리셋 적분기를 통해 적분값을 제로(0)로 리셋(Reset)시키고 비례 적분(PI)하여 특정 위상으로 유지시켜 고주파 성분이 감쇠된 신호를 출력하는, 전동기의 회전자 위치 추정 방법.
(a) the motor rotating the rotor according to the supply of power;
(b) one or more Hall sensors detecting a rotation angle of the rotor, and outputting a Hall signal according to the detected rotation angle;
(c) the first PLL receiving each Hall signal from the one or more Hall sensors, performing proportional integration (PI), maintaining a specific phase, and attenuating and outputting a high frequency component;
(d) receiving, by a second PLL, a signal output from the first PLL by compensating the Hall sensor pattern angle, performing proportional integration (PI), maintaining a specific phase, and attenuating and outputting a high frequency component; and
(e) estimating, by a controller, a position of the rotor based on a signal output from the second PLL; including,
In step (c), when the input signal for the Hall sensor pattern angle is changed, the first PLL resets the integral value to zero (0) through a reset integrator and performs proportional integration (PI) to perform a specific phase A method of estimating the rotor position of an electric motor, which outputs a signal with a high-frequency component attenuated by maintaining it.
 삭제delete 청구항 7에 있어서,
상기 (e) 단계에서 상기 제어부는, 상기 제2 PLL에서 출력되는 신호의 위상(Phase)을 일정 각도 이상으로 이동(Shift)시키고, 위상이 이동된 신호에 근거해 상기 회전자의 위치를 추정하는, 전동기의 회전자 위치 추정 방법.
8. The method of claim 7,
In step (e), the control unit shifts the phase of the signal output from the second PLL by a certain angle or more, and estimates the position of the rotor based on the phase-shifted signal. , a method of estimating the rotor position of an electric motor.
 청구항 7에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 하나 이상의 홀 센서는, 상기 회전자의 주위에 120도 간격으로 배치되는, 전동기의 회전자 위치 추정 방법.
8. The method of claim 7,
In the step (b), the one or more Hall sensors are arranged at intervals of 120 degrees around the rotor, the rotor position estimation method of the electric motor.
 청구항 10에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 하나 이상의 홀 센서는, 상기 회전자의 회전 각도에 따라 서로 다른 위상의 홀(Hall) 신호를 각각 출력하는, 전동기의 회전자 위치 추정 방법.
11. The method of claim 10,
In the step (b), the one or more Hall sensors output Hall signals of different phases according to the rotation angle of the rotor, respectively, the rotor position estimation method of the electric motor.
 청구항 7에 있어서,
상기 (e) 단계 이후에 상기 제어부는, 3상(U상, V상, W상) 출력을 스위칭하기 위한 3상 스위칭 회로를 가진 인버터 제어기를 통해, 상기 3상 스위칭 회로 내 스위치 6개의 PWM 듀티 제어를 통해 상기 전동기의 출력 제어를 위한 전류 제어를 실행하는, 전동기의 회전자 위치 추정 방법.
8. The method of claim 7,
After step (e), the control unit, through an inverter controller having a three-phase switching circuit for switching the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) output, the PWM duty of the six switches in the three-phase switching circuit A method for estimating a rotor position of an electric motor, for executing current control for output control of the electric motor through control.
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