KR19980048751A - Control device and method of embedded DC motor - Google Patents

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KR19980048751A KR1019960067393A KR19960067393A KR19980048751A KR 19980048751 A KR19980048751 A KR 19980048751A KR 1019960067393 A KR1019960067393 A KR 1019960067393A KR 19960067393 A KR19960067393 A KR 19960067393A KR 19980048751 A KR19980048751 A KR 19980048751A
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Abstract

본 발명은 영구자석 매립형(IPM; Interior Permanent Magnet) BLDC모터에 관한 것으로서, 모터의 부하조건을 회전하는 속도를 이용하여 간접적으로 추론하여 부하조건에 맞는 앵글(Angle)값을 설정하여 BLDC를 제어하도록 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치와 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a permanent magnet embedded (IPM) BLDC motor, indirectly inferred by using a speed of rotating the load condition of the motor to control the BLDC by setting an angle value according to the load condition. It relates to a control device and a method of a buried DC motor (BLDC).

종래에는 모터에 인가되는 부하상태에 따라 모터를 제어하게 되므로서, 전류를 측정하여 부하상태를 측정하도록 하는 부하감지수단이 필요하게 되고, 이에 따른 신호처리수단을 구성하여야 하므로서, 회로구성이 복잡해지며, 이에 따라 가격경쟁력이 저하되는 문제점이 뒤따르게 된다.Conventionally, since the motor is controlled according to the load state applied to the motor, a load sensing means for measuring the load state by measuring the current is required, and the signal processing means must be configured accordingly, thereby complicating the circuit configuration. As a result, there is a problem that the price competitiveness is lowered.

본 발명에서는 상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위하여 모터의 회전하는 속도를 감지하고, 감지된 속도를 이용하여 간접적으로 모터의 부하조건을 추론하도록 하여 추론된 부하조건에 따라서 회전자계에 따른 도통각을 조정하여 주도록 하므로서, 회로구성을 간략히 함과 아울러 정확한 모터의 제어가 이루어질 수 있도록 하는 것이다.In the present invention, in order to solve the problems as described above, by detecting the rotational speed of the motor, indirectly infer the load condition of the motor by using the detected speed to determine the conduction angle according to the magnetic field in accordance with the inferred load condition By adjusting, the circuit configuration can be simplified and accurate motor control can be achieved.

Description

매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치와 방법.Control device and method for embedded DC motors.

본 발명은 영구자석 매립형(IPM; Interior Permanent Magnet) BLDC모터에 관한 것으로서, 모터의 부하조건을 회전하는 속도를 이용하여 간접적으로 추론하여 부하조건에 맞는 앵글(Angle)값을 설정하여 BLDC를 제어하도록 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치와 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a permanent magnet embedded (IPM) BLDC motor, indirectly inferred by using a speed of rotating the load condition of the motor to control the BLDC by setting an angle value according to the load condition. It relates to a control device and a method of a buried DC motor (BLDC).

먼저, BLDC 모터의 제어장치 구성을 살펴보면 도면 제 1도에 도시된 바와같이, 상용의 AC전원을 입력받아 정류하는 브리지 다이오드(BD1)와, 상기 브리지 다이오드(BD1)에 의해 정류한 전압을 평활하는 평활콘덴서(C1)와, 평활된 DC전압을 BLDC에서 원하는 평균전압과 주파수의 AC로 인가하는 인버터부(1)와 상기한 인버터부(1)를 제어하는 인버터 제어부(2)와, 인버터(1)로 부터 인가되는 전압으로 구동되는 BLDC모터(3)로 구성되며,First, as shown in FIG. 1, the control device of the BLDC motor is configured to smooth the voltage rectified by the bridge diode BD1 and the bridge diode BD1. A smoothing capacitor C1, an inverter unit 1 for applying the smoothed DC voltage from the BLDC to AC having a desired average voltage and frequency, an inverter control unit 2 for controlling the inverter unit 1, and an inverter 1 Composed of BLDC motor (3) driven by the voltage applied from),

상기 BLDC모터(3)는 도면 제 2도에 도시된 바와같이, 공간적으로 회전하는 회전자계를 발생하는 고정자(Stator)(3a)와, 고정자(3a)에 대하여 상대적으로 회전하는 회전자(Rotor)(3b)로 구성되며, 상기 고정자(3a)는 회전하는 회전 자계(Flux)를 형성할 수 있도록 전류를 흘려주는 권선이 고정자(3a) 슬럿(Slot)에 감겨져 있으며, 상기 회전자(3b)는 영구자석(3c)과 회전자 코어(Core)로 이루어지며, 회전자(3b)는 영구자석(3c)을 회전자 코어에 삽입한 구조로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the BLDC motor 3 includes a stator 3a for generating a spatially rotating rotor field, and a rotor rotating relatively to the stator 3a. (3b), the stator (3a) is wound around the stator (3a) slot is wound around the winding for passing a current to form a rotating rotating flux (Flux), the rotor (3b) It consists of a permanent magnet (3c) and the rotor core (Core), the rotor (3b) is made of a structure in which the permanent magnet (3c) is inserted into the rotor core.

그리고, 상기 인버터 제어부(2)는 상기 인버터(2)에서 출력되어 고정자(3a)의 각 상(A,B,C)으로 공급되는 제어전압과 BLDC 모터(3)의 기준전위점 전압을 이용하여 상기 회전자(3b)의 고정자(3a)에 대한 상대적인 위치를 감지하는 위치감지부(4)와,The inverter controller 2 uses the control voltage supplied from the inverter 2 and supplied to the phases A, B, and C of the stator 3a and the reference potential voltage of the BLDC motor 3. A position sensing unit 4 for sensing a position relative to the stator 3a of the rotor 3b;

상기 위치감지부(4)로 부터 전달되는 정보와 회전방향에 관한 제어신호에 의해 인버터부(1)의 전원공급수단을 온/오프 스위칭시킬 수 있도록 기준신호를 발생하는 구동(Commutation) 신호 발생부(5)와,A commutation signal generator for generating a reference signal to switch on / off the power supply means of the inverter unit by the information transmitted from the position sensing unit 4 and the control signal related to the rotation direction. 5,

상기 위치감지부(4)로 부터 출력되는 정보를 처리하여 BLDC모터의 속도를 감지하고 기 프로그램된 소정의 목표속도와 비교하여 모터의 속도를 제어하는 속도제어부(6)와,A speed control unit 6 for processing the information output from the position detecting unit 4 to sense the speed of the BLDC motor and controlling the speed of the motor by comparing it with a predetermined target target speed;

속도제어부(6)로 부터 출력되는 전압 제어신호와 구동 신호발생부(5)에서 출력되는 구동신호를 이용 펄스폭 변조(PWM; Pluse Width Modulation)를 처리하는 PWM 처리부(7)와,A PWM processor 7 for processing pulse width modulation (PWM) using the voltage control signal output from the speed controller 6 and the drive signal output from the drive signal generator 5;

상기 PWM 처리부(7)로 부터 PWM처리된 구동신호를 입력받아 인버터부(1)와의 인터페이스(Interface)를 구현하여 인버터부(1)를 구동시키는 게이트 드라이버(Gate driver)(8)로 구성된다.It is composed of a gate driver (8) for driving the inverter unit 1 by receiving the PWM processed drive signal from the PWM processor (7) to implement an interface (Interface) with the inverter unit (1).

미 설명부호 9는 인버터 제어용 전원부, 10은 부하감지부이다.Reference numeral 9 is an inverter control power supply unit, and 10 is a load sensing unit.

이와같이 구성된 BLDC 모터 제어장치는 상용의 AC전원을 입력받아 브리지 다이오드(BD1)를 통해 정류하고, 평활 콘덴서(C1)에 의해 평활된 DC전압을 인버터부(1)에 인가하여 인버터부(1)를 구동시키게 된다.The BLDC motor controller configured as described above receives commercial AC power and rectifies through the bridge diode BD1, and applies the DC voltage smoothed by the smoothing capacitor C1 to the inverter unit 1 to supply the inverter unit 1. Will be driven.

이와같이 구동되는 인버터부(1)는 인버터 제어부(2)의 제어에 따라 BLDC 모터(3)가 원하는 전압과 주파수를 AC로 공급하여 BLDC 모터(3)를 동작시키게 되는 바,The inverter unit 1 driven as described above operates the BLDC motor 3 by supplying the desired voltage and frequency to AC under the control of the inverter control unit 2.

도면 제 3도는 BLDC 모터(3)의 등가회로 및 인버터부(1)를 나타낸 도면으로서, 인버터부(2)는 다수개의 파워 스위칭(Power Switching)소자(Q1∼Q6)와, 상기 스위칭소자(Q1∼Q6)와 역 병렬로 연결되어 있는 순환(Free Wheeling) 다이오드(D1∼D6)로 구성된다.3 shows an equivalent circuit of the BLDC motor 3 and the inverter unit 1, wherein the inverter unit 2 includes a plurality of power switching elements Q1 to Q6 and the switching element Q1. And free-wheeling diodes D1 to D6 connected in reverse parallel to ˜Q6).

이와같이 구성되는 인버터부(2)에 있어, 게이트 드라이버(8)에 의해 구동되어짐에 따라 고전위 부분에 접속된 스위칭 소자 트랜지스터(Q1∼Q3)와 저전위에 접속된 트랜지스터(Q4∼Q6)가 각각 하나씩 짝을 이루어 고정자(3a)의 각 상(A,B,C)으로 일정교류전압을 공급하게된다.In the inverter section 2 configured in this manner, as driven by the gate driver 8, each of the switching element transistors Q1 to Q3 connected to the high potential portion and the transistors Q4 to Q6 connected to the low potential are each one. The pair is supplied with a constant alternating voltage to each phase (A, B, C) of the stator (3a).

한편, 이와같이 BLDC 모터(3)를 구성하는 고정자(3a)의 각 상(A,B,C)으로 일정 교류전압이 인가되면, 고정자(3a)의 각 상(A,B,C)에 권선된 코일에 전류가 흐르게 되고, 상기 전류에 의해 형성된 자기장이 모터와 회전자(3b) 사이의 에어-갭(Air-Gap)에 공간적으로 회전하는 회전자계를 발생시켜 상기 회전자(3b)가 동기되어 회전하게 된다.On the other hand, when a constant AC voltage is applied to each phase (A, B, C) of the stator (3a) constituting the BLDC motor 3 in this way, it is wound around each phase (A, B, C) of the stator (3a) A current flows through the coil, and the magnetic field formed by the current generates a rotating magnetic field spatially rotating in the air gap between the motor and the rotor 3b so that the rotor 3b is synchronized. Will rotate.

상기에서와 같이 회전자(3b)가 회전하게 되면, 위치감지부(4)에서는 회전자(3b)의 위치를 감지하여 구동 신호발생부(5)와 속도제어부(6)로 출력하게 되는 바,When the rotor 3b is rotated as described above, the position detecting unit 4 detects the position of the rotor 3b and outputs it to the drive signal generator 5 and the speed controller 6,

상기의 위치감지부(4)에서는 인버터(2)에서 BLDC 모터(3)로 공급되는 제어전압(VA,VB,VC)과 BLDC 모터(3)의 기준전위점 전압(VN)을 이용하여 고정자(3a)의 각 상(A,B,C)에 대한 회전자(3b)의 위치를 감지하게 된다.In the position detecting unit 4, the stator (B) is controlled using the control voltages VA, VB and VC supplied from the inverter 2 to the BLDC motor 3 and the reference potential point voltage VN of the BLDC motor 3. The position of the rotor 3b with respect to each of the phases A, B, and C of 3a is sensed.

속도제어부(6)에서는 이와같이 위치감지부(4)로 부터 전달되는 회전자(3b)의 위치에 대한 정보를 이용하여 모터의 회전속도를 판별한다.In this way, the speed controller 6 determines the rotational speed of the motor by using the information on the position of the rotor 3b transmitted from the position sensor 4.

이후, 판별된 회전속도를 기 프로그램된 소정의 목표속도와 비교하고, 비교결과 오차가 발생하게 될 경우 BLDC 모터(3)가 목표속도로 회전할 수 있도록 하기 위한 일정 제어신호, 즉 BLDC 모터(3)의 회전방향에 대한 정보와 BLDC 모터(3) 인가전압에 대한 정보를 출력하게 된다.Thereafter, the determined rotation speed is compared with a predetermined target target speed, and when a comparison result error occurs, a control signal, that is, a BLDC motor 3, for allowing the BLDC motor 3 to rotate at the target speed. Information on the direction of rotation of the motor and the voltage applied to the BLDC motor 3 is output.

이때, 구동 신호발생부(5)에서는 입력되는 BLDC 모터(3)의 회전방향에 대한 정보와 회전자(3b)의 위치에 대한 정보를 이용하여 인버터(2)의 각 트랜지스터(Q1∼Q6)를 온/오프 스위칭 동작시킬 수 있도록 하는 일정 구동신호(정류신호)를 발생시켜 PWM 처리부(7)로 출력하게 된다.At this time, the driving signal generator 5 uses the information on the rotation direction of the BLDC motor 3 and the position of the rotor 3b to input each transistor Q1 to Q6 of the inverter 2. It generates a constant driving signal (commutation signal) to enable the on / off switching operation is output to the PWM processing unit (7).

상기 PWM 처리부(7)에서는 상기 속도제어부(6)로 부터 인가되는 BLDC 모터(3) 인가전압에 대한 정보에 따라 상기 PWM 처리부(7)로 부터 입력된 일정 구동신호를 펄스폭 변조하여 게이트 드라이버(8)로 출력한다.The PWM processor 7 pulse width modulates a predetermined driving signal input from the PWM processor 7 according to the information on the voltage applied to the BLDC motor 3 applied from the speed controller 6. Output to 8).

게이트 드라이버(8)는 펄스폭 변조된 구동신호를 인버터(2)의 각 트랜지스터(Q1∼Q6)로 공급하므로서, 각각의 트랜지스터(Q1∼Q6)가 온/오프 스위칭 동작하여 BLDC 모터(3)를 구성하는 고정자(3a)의 각 상(A,B,C)으로 교류전압이 공급되어 BLDC 모터(3)가 회전제어 되는 것이다.The gate driver 8 supplies the pulse width modulated drive signal to each of the transistors Q1 to Q6 of the inverter 2, so that each of the transistors Q1 to Q6 is turned on and off to operate the BLDC motor 3. AC voltage is supplied to each phase (A, B, C) of the stator (3a) to configure the BLDC motor (3) is rotationally controlled.

도면 제 4도는 상기에서와 같은 동작으로 BLDC 모터(3)가 회전하게 됨에 따른 모터 구동신호와 역기전력(EMF)의 관계를 나타낸 것으로서,4 shows the relationship between the motor driving signal and the counter electromotive force (EMF) as the BLDC motor 3 rotates in the same operation as above.

회전자(3c)의 위치감지에 따른 출력신호와 그에 따른 인버터(2)의 구동신호의 일예를 나타낸 것인 바,An example of the output signal according to the position detection of the rotor (3c) and the drive signal of the inverter 2 accordingly,

(나)에서 볼 때, 위치감지부(4)의 감지정보에 따라 고전위(A+,B+,C+)와 저전위(A-,B-,C-)의 구동신호가 '1'인 경우에는 인버터(2)의 해당 트랜지스터(Q1∼Q6)가 온 동작하고, 구동신호가 '0'일 경우에는 인버터(2)의 트랜지스터(Q1∼Q6))가 오프되어 결과적으로 BLDC 모터(3)를 구성하는 고정자(3a)의 코일에 흐르는 전류에 의해 회전자계가 발생되어 회전자(3b)가 회전하게 되는 것이다.In (b), when the driving signals of the high potentials (A +, B +, C +) and the low potentials (A-, B-, C-) are '1' according to the sensing information of the position detecting unit 4, When the corresponding transistors Q1 to Q6 of the inverter 2 are turned on and the drive signal is '0', the transistors Q1 to Q6 of the inverter 2 are turned off, resulting in the BLDC motor 3. The rotating magnetic field is generated by the current flowing through the coil of the stator 3a to rotate the rotor 3b.

상기 설명에서와 같이, 회전자(3b)의 위치정보를 감지하도록 하는 센서의 구성없이 모터에 인가되는 전압을 이용하여 회전자(3b)의 위치를 감지하도록 하여, 감지된 회전자(3b)의 위치정보를 하여 BLDC 모터(3)의 회전속도를 판단하고, 판단된 회전속도와 기 프로그램된 목표속도를 비교한 후 그 비교결과에 따라 BLDC 모터(3)의 회전속도가 소정의 목표속도에 도달할 수 있도록 고정자(3a)의 각 상(A,B,C)으로 교류전압을 공급하여 주므로서, BLDC 모터(3)가 목표속도로 제어되는 것이다.As described above, the position of the rotor 3b is sensed by using a voltage applied to the motor without the configuration of a sensor to detect the position information of the rotor 3b, so as to sense the position of the detected rotor 3b. Determine the rotational speed of the BLDC motor 3 by using the position information, compare the determined rotational speed with the pre-programmed target speed, and accordingly, the rotational speed of the BLDC motor 3 reaches a predetermined target speed. The BLDC motor 3 is controlled at the target speed by supplying an alternating voltage to each of the phases A, B, and C of the stator 3a.

이와같은 매립형 BLDC 모터(3)에 있어서는 에어-갭의 길이에 반비례하는 BLDC 모터(3)의 인덕턴스(L1,L2,L3)를 영구자석(3c)에 의한 회전 자계의 방향과 상기 회전자계의 방향과 전기적으로 직각을 이루는 곳의 방향에서 보았을 때 차이가 발생하게 되는 바,In such a buried BLDC motor 3, the inductance L1, L2, L3 of the BLDC motor 3 inversely proportional to the length of the air-gap is rotated by the permanent magnet 3c and the direction of the rotor magnetic field. The difference occurs when viewed from the direction electrically perpendicular to the bar,

상기 영구자석(3c)에 의한 회전자계의 방향을 d축으로 하고, 그 d축과 전기적으로 직각방향을 q축으로 하였을 때, d축의 회전자계와 q축 회전자계에는 차이가 발생하게 된다.When the direction of the rotor magnetic field by the permanent magnet 3c is set to the d-axis and the direction perpendicular to the d-axis is set to the q-axis, a difference occurs between the d-axis rotor field and the q-axis rotor field.

이러한 이유로 영구자석 BLDC 모터(3)의 모터 토크(Te)식은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.For this reason, the motor torque Te of the permanent magnet BLDC motor 3 may be expressed by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

상기 수학식 1에서 P는 모터의 폴(Pole)쌍의 수이며, Iqs는 모터의 토크를 낼수 있는 q축 방향의 전류성분이며, Ids는 상기 d축 방향의 전류 성분이다.In Equation 1, P is the number of pole pairs of the motor, Iqs is a current component in the q-axis direction capable of producing torque of the motor, and Ids is a current component in the d-axis direction.

또한 Ld,Lq는 상기 d축, q축에서의 인덕턴스이며, Ψmag는 에어-갭에서의 회전자계 쇄교량이다.In addition, Ld and Lq are inductances in the said d-axis and q-axis, and (mag) is the magnetic field chain bridge in an air gap.

상기 수학식 1에서 볼 수 있듯이 Ids 및 Iqs에 따라 모터의 토크(Te)가 결정된다.As can be seen in Equation 1, the torque Te of the motor is determined according to Ids and Iqs.

여기서 Ids 및 Iqs의 상대적인 크기를 조절하여 모터의 토크를 바꿀 수 있으며, 이때 모터의 출력 토크가 동일한 경우 Ids와 Iqs의 상대적 크기를 조절하여 최대 토크로 운전이 이루어진다면 모터의 효율은 상기 토크에서 최대가 된다.Here, the torque of the motor can be changed by adjusting the relative magnitudes of Ids and Iqs. At this time, if the output torque of the motor is the same, if the operation is performed at the maximum torque by adjusting the relative magnitude of Ids and Iqs, the efficiency of the motor is maximum at the torque. Becomes

즉, 최대 효율을 내는 Ids,Iqs의 상대차는 원하는 토크의 크기에 따라 달라진다.That is, the relative difference between Ids and Iqs for maximum efficiency depends on the desired torque.

이와같이 회전자계의 방향(d축)과 그 방향과 전기적으로 직각방향(q축)의 상대적 차이에 따라 모터의 토크를 제어하게 됨에 있어서,In this way, the torque of the motor is controlled according to the relative difference between the direction (d axis) of the magnetic field and the direction perpendicular to the direction (q axis) electrically.

종래에는 도면 제 1에 도시된 바와같이, 구성된 부하감지부(10)를 통하여 인버터부(2)로 인가되는 부하를 감지하여 즉, BLDC 모터(3)에 흐르는 전류를 감지하게 되고, 이에 따라 BLDC 모터(3)의 부하상태를 측정하고, 측정된 부하상태에 따라 상기의 Iqs와 Ids의 상대량 즉 도통각(Angle)을 설정하고 운전하게 된다.Conventionally, as shown in FIG. 1, the load applied to the inverter unit 2 is sensed through the configured load sensing unit 10, that is, the current flowing through the BLDC motor 3 is sensed. The load state of the motor 3 is measured, and the relative amount of Iqs and Ids, that is, the conduction angle Angle, is set and operated according to the measured load state.

이때, 설정되는 도통각은 단순히 상대량에 따라 조정하지 않고 0으로 설정하거나, 또는 부하감지부(10)를 통하여 측정된 부하상태에 따라 모터를 운전하게 된다.At this time, the set conduction angle is set to 0 without being simply adjusted according to the relative amount, or the motor is operated according to the load state measured through the load sensing unit 10.

이와같이 종래 센서없는 BLDC 모터의 제어장치는 모터에 인가되는 부하상태에 따라 모터를 제어하게 되므로서, 전류를 측정하여 부하상태를 측정하도록 하는 부하감지수단이 필요하게 되고, 이에 따른 신호처리수단을 구성하여야 하므로서, 회로구성이 복잡해지며, 이에 따라 가격경쟁력이 저하되는 문제점이 뒤따르게 된다.As such, the control apparatus of the conventional sensorless BLDC motor controls the motor according to the load state applied to the motor, so that a load sensing means for measuring the current to measure the load state is required, and thus, the signal processing means is constructed. As a result, the circuit configuration becomes complicated, which leads to a problem of low price competitiveness.

본 발명에서는 상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위하여 모터의 회전하는 속도를 감지하고, 감지된 속도를 이용하여 간접적으로 모터의 부하조건을 추론하도록 하여 추론된 부하조건에 따라서 회전자계에 따른 도통각을 조정하여 주도록 하므로서, 회로구성을 간략히 함과 아울러 정확한 모터의 제어가 이루어질 수 있도록 한 것이다.In the present invention, in order to solve the problems as described above, by detecting the rotational speed of the motor, indirectly infer the load condition of the motor by using the detected speed to determine the conduction angle according to the magnetic field in accordance with the inferred load condition By adjusting, the circuit configuration can be simplified and accurate motor control can be achieved.

도 1은 일반적인 종래 BLDC 모터의 센서레스(Sensorless)제어장치의 구성블럭도.1 is a block diagram of a sensorless control device of a conventional conventional BLDC motor.

도 2는 일반적인 BLDC 모터의 내부구조를 간략하게 나타낸 도면.Figure 2 is a simplified view showing the internal structure of a typical BLDC motor.

도 3은 일반적인 BLDC 모터의 등가회로 및 인버터부를 나타낸 회로도.3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit and an inverter of a general BLDC motor.

도 4의 (가)(나)는 일반적인 BLDC 모터에 있어서, BLDC 모터가 회전하게 됨에 따른 모터 구동신호와 역기전력(EMF)의 관계를 나타낸 도면.4A is a diagram illustrating a relationship between a motor driving signal and a counter electromotive force (EMF) as a BLDC motor rotates in a general BLDC motor.

도 5는 본 발명 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치의 구성블럭도.5 is a block diagram of a control device of the buried BCD motor of the present invention.

도 6은 본 발명에 있어서, 위치감지부의 구성예를 나타낸 회로도.6 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a position detecting unit in the present invention.

도 7은 일반적인 압축기의 부하특성을 나타낸 그래프.7 is a graph showing the load characteristics of a typical compressor.

도 8은 본 발명 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법의 실행과정을 나타낸 플로우챠트.8 is a flowchart showing an execution process of a control method of a buried BDC motor of the present invention.

도 9는 본 발명 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법에 있어 그 실행과정의 실시예를 나타낸 플로우챠트.9 is a flowchart showing an embodiment of the execution process in the control method of the present invention embedded DC motor (BLDC).

도 10은 본 발명 제어방법에 있어서, 위상보상 실행과정의 흐름을 나타낸 플로우챠트.10 is a flowchart showing a flow of a phase compensation process in the control method of the present invention.

본 발명 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치와 방법에 있어, 먼저 본 발명 제어 장치의 구성을 살펴보면,In the control device and method of a buried BDC motor of the present invention, first, the configuration of the control device of the present invention,

회전자의 위치를 감지하는 위치감지수단과, 감지된 위치감지수단으로 부터 현재의 회전속도를 산출하는 속도연산수단과, 속도연산수단으로 부터 연산된 회전속도로 부하를 환산하여 도통각을 산출하는 부하환산수단과, 산출된 도통각으로서, 위상을 보상하여 인버터를 제어하는 위상 보상수단으로 이루어진다.A position detecting means for detecting the position of the rotor, a speed calculating means for calculating a current rotational speed from the detected position detecting means, and a load angle at a rotational speed calculated from the speed calculating means for calculating a conduction angle. The load converting means and the calculated conduction angle comprise phase compensating means for compensating the phase to control the inverter.

또한, 상기 속도연산수단으로 부터 산출된 모터의 회전속도와 목표속도와의 비교하는 속도비교수단과, 속도비교수단으로 부터 모터의 회전속도를 제어하기 위하 전압 제어신호를 출력하는 전압출력제어수단을 포함하여 구성된다.Also, a speed comparing means for comparing the rotational speed of the motor calculated from the speed calculating means with a target speed, and a voltage output control means for outputting a voltage control signal for controlling the rotational speed of the motor from the speed comparing means. It is configured to include.

이와같은 구성으로서의 본 발명 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법의 그 실행과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the execution process of the control method of the present invention embedded BLDC motor with such a configuration as follows.

회전자의 위치를 감지하는 회전자 위치감지과정과, 감지된 회전자의 위치를 이용하여 현재 모터의 회전속도를 산출하는 회전속도 연산과정과, 산출된 모터의 회전속도로 부터 회전자계의 방향의 전류성분(Iqs)과 회전자계와 전기적인 직각을 이루는 방향의 전류성분(Ids)의 차이를 비교하여 비교결과에 따라 도통각(Angle)을 결정하는 도통각 결정과정과, 결정된 도통각에 따라서 위상을 보상하여 인버터를 제어하는 위상보상과정으로 이루어짐을 특징으로 하며,Rotor position detection process for detecting the position of the rotor, Rotation speed calculation process for calculating the current rotation speed of the motor using the detected position of the rotor, and the direction of the rotor field from the calculated rotation speed of the motor The process of determining the conduction angle (Angle) according to the comparison result by comparing the difference between the current component (Iqs) and the current component (Ids) in the direction perpendicular to the rotor magnetic field, and the phase according to the determined conduction angle It is characterized by consisting of a phase compensation process to control the inverter by compensating for,

상기 속도연산과정에서 산출된 모터의 현재속도와 목표속도를 비교하는 속도비교과정과, 비교결과에 따라 모터의 회전속도를 제어하기 위하여 전압제어신호를 출력하는 전압제어신호출력과정을 포함하여 이루어진다.And a speed comparison process for comparing the current speed and the target speed of the motor calculated in the speed calculation process, and a voltage control signal output process for outputting a voltage control signal to control the rotation speed of the motor according to the comparison result.

이와같은 기술적 수단 및 실행과정으로 이루어지는 본 발명 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치와 방법을 도면 제 5도에 도시된 실시예로서,그 구성 및 작용을 살펴보면 다음과 같다.The control device and method of the buried BCD motor of the present invention made up of such technical means and execution process as an embodiment shown in FIG. 5, the configuration and operation will be described below.

BLDC 모터(103)의 각 상으로 전위(VA,VB,VC)를 인식하여 회전자의 위치를 감지하도록 하는 위치감지부(104)와, 위치감지부(104)로 부터 감지된 회전자의 위치에 따라 BLDC 모터(103)의 회전속도를 연산하고, 산출된 회전속도로 부터 도통각(θ)를 결정하는 속도연산부(105)와, 결정된 도통각(θ)에 따라 위상을 보상하여 인버터부(102)를 제어하여 주는 위상보상부(106)와, 상기 속도연산부(105)로 산출된 현재의 회전속도와 인가되는 전압에 따른 목표속도를 비교하여 인버터부(102)를 제어하여 BLDC 모터(3)의 회전속도를 제어하는 속도제어부(101)의 구성요소로서 이루어짐을 특징으로 하며,Position sensing unit 104 to recognize the potential (VA, VB, VC) of each phase of the BLDC motor 103 to sense the position of the rotor, and the position of the rotor detected from the position sensing unit 104 Calculates the rotational speed of the BLDC motor 103 and calculates the conduction angle θ from the calculated rotational speed, and compensates the phase according to the determined conduction angle θ. The compensator 102 controls the inverter unit 102 by comparing the phase compensator 106 for controlling the current, the current rotational speed calculated by the speed calculator 105 with the target speed according to the applied voltage to control the BLDC motor 3. And characterized in that made as a component of the speed control unit 101 for controlling the rotational speed of,

상기 위치감지부(104)는 제 6도에 도시된 바와같이, BLDC 모터(3)의 각 상 전위(VA,VB,VC)를 평활된 전압의 반분값(Vdc/2)과 비교하여 그 출력값(SA,SB,SC)을 출력하도록 하는 비교기(104A,104B,104C)로 구성됨을 특징으로 한다.As shown in FIG. 6, the position detecting unit 104 compares each of the phase potentials VA, VB and VC of the BLDC motor 3 with a half value Vdc / 2 of the smoothed voltage. And comparators 104A, 104B, 104C for outputting (SA, SB, SC).

이와같은 구성으로서, 이루어지는 본 발명 BLDC 모터 제어 장치 및 방법은 BLDC 모터(103)의 부하를 감지하도록 하는 수단의 구성없이도 모터의 회전속도를 이용하여 부하를 감지하여 모터의 제어가 가능하도록 하는 것으로,As such a configuration, the BLDC motor control apparatus and method of the present invention is to enable the control of the motor by detecting the load using the rotational speed of the motor without the configuration of the means for detecting the load of the BLDC motor 103,

도면 제 7도는 일반적인 압축기(Compressor)의 부하특성을 나타낸 그래프로서, 도면 제 7도에서 보면 압축기의 부하는 유체부하임으로 회전하는 속도에 따라 변경됨을 알 수 있는 바,FIG. 7 is a graph showing the load characteristics of a typical compressor. As shown in FIG. 7, it can be seen that the load of the compressor changes according to the rotational speed due to the fluid load.

회전속도가 작을 때, 부하는 작고 회전속도가 증가하면 부하는 증가하게 되며, 일반적으로 부하는 속도의 제곱에 비례하게 된다.When the rotation speed is small, the load is small and as the rotation speed increases, the load increases, and in general, the load is proportional to the square of the speed.

그러므로 모터의 회전속도를 알게되면 압축기의 부하를 간접적으로 알 수 있게 된다.Therefore, knowing the rotational speed of the motor can indirectly know the load of the compressor.

인버터부(102)가 동작하게 되어 BLDC 모터(103)가 회전하게 되면, 위치감지부(104)에서 회전자의 위치를 감지하게 된다.When the inverter unit 102 operates and the BLDC motor 103 rotates, the position detecting unit 104 detects the position of the rotor.

상기 위치감지부(104)에서는 BLDC 모터(103)의 각 상으로 입력되는 전위(VA,VB,VC)를 도면 제 6도에 도시된 바와같이, 입력으로 하여 평활된 전압의 반분값(Vdc/2)값과 각 비교기(104A,104B,104C)에서 비교하여 BLDC 모터(103)의 회전자의 위치를 환산하게 된다.In the position detecting unit 104, the potentials VA, VB, and VC input to the respective phases of the BLDC motor 103 are input as half values (Vdc / 2) the value is compared with each of the comparators 104A, 104B, and 104C to convert the position of the rotor of the BLDC motor 103.

이와같은 과정으로서, 회전자의 위치를 감지하게 되면, 속도연산부(105)에서는 감지된 회전자의 위치를 인식하고, 인식된 회전자의 위치로 부터 BLDC 모터(103)의 회전속도를 연산하게 된다.In this process, when the position of the rotor is sensed, the speed calculator 105 recognizes the detected position of the rotor and calculates the rotational speed of the BLDC motor 103 from the recognized position of the rotor. .

센서레스에서는 역기전력(EMF)이 제로-크로스(Zero-Cross)되는 시점을 이용하여 회전자의 위치를 판단하므로서, 속도연산부(105)에서는 역기전력(EMF)이 제로-크로스되는 시점에서의 타이머 데이타(Timer Data)를 읽는다.In the sensorless, the position of the rotor is determined using a time point at which zero electromotive force (EMF) is zero-crossed, and thus, in the speed calculator 105, the timer data (at a time when the back electromotive force (EMF) is zero-crossed ( Timer Data).

상기에서와 같이 읽은 타이머 데이타와 이전의 타이머 데이타를 이용하여 회전속도를 산출하게 되는 것이다.As described above, the rotation speed is calculated using the read timer data and previous timer data.

이후, 속도연산부(105)에서는 산출된 BLDC 모터(103)의 회전속도로 부터 부하를 환산하게 되고, 환산된 부하에 따라서 도면 제 2도에 도시된 q축의 전류분(Iqs)과 d축의 전류분(Ids)의 차이를 인식하여 이에따라 도통각(θ)을 결정하게 된다.Subsequently, the speed calculator 105 converts the load from the calculated rotational speed of the BLDC motor 103, and according to the converted load, the current component Iqs and the d-axis current component shown in FIG. The difference in (Ids) is recognized and the conduction angle θ is determined accordingly.

도면 제 8도는 본 발명 모터의 제어 방법에 있어 그 실행과정을 나타낸 플로우챠트로서, 기준속도(N1,N2,N3)를 설정하여 두고, 회전속도(Wr)와 기준속도(N1,N2,N3)를 비교하여 회전속도(Wr)가 각 기준속도(N1,N2,N3)에 따라 각각의 도통각(θ) A1°, A2°, A3°, A4°을 결정할 수 있도록 하는 것이다.8 is a flow chart showing the execution process in the control method of the motor of the present invention, the reference speed (N1, N2, N3) is set, the rotational speed (Wr) and the reference speed (N1, N2, N3) By comparing the rotational speed (Wr) to determine the respective conduction angle (θ) A1 °, A2 °, A3 °, A4 ° according to each reference speed (N1, N2, N3).

도면 제 9도는 본 발명 모터의 제어 방법에 있어서, 그 실시예에 대한 실행과정을 나타낸 플로우챠트로서,9 is a flowchart showing an execution process for the embodiment in the control method of the motor of the present invention.

회전속도(Wr)가 기준속도(N1)이하일 경우 도통각(θ)는 0°로 결정하게 되고, 회전속도(Wr)가 기준속도(N2)이하일 경우 도통각(θ)는 7°로 결정하며, 회전속도(Wr)가 기준속도(N3)이하일 경우 도통각(θ)는 14°로 결정하고, 회전속도(Wr)가 그이상일 경우에는 도통각(θ)는 21°로 하게 된다.The conduction angle θ is determined to be 0 ° when the rotational speed Wr is less than or equal to the reference speed N1. The conduction angle θ is determined to be 7 ° when the rotational speed Wr is less than or equal to the reference speed N2. When the rotational speed Wr is less than or equal to the reference speed N3, the conduction angle θ is determined to be 14 °, and when the rotational speed Wr is more than that, the conduction angle θ is 21 °.

이때, 센서레스 방식에서는 상기 도통각(θ)을 30°이상하는 것이 불가능하므로서, 도통각(θ)을 30°이하로 설정하여야 한다.At this time, in the sensorless method, it is impossible to set the conduction angle θ to 30 ° or more, so the conduction angle θ should be set to 30 ° or less.

또한, 모터의 회전속도에 따라서 그 도통각(θ)을 롬 테이블(ROM Table)화하여 메모리에 저장하고, 저장된 메모리로 부터 환산된 모터의 회전속도에 따라서 도통각(θ)을 결정할 수 있음도 가능하다.Also, the conduction angle θ can be stored in a memory by forming a ROM table according to the rotational speed of the motor, and the conduction angle θ can be determined according to the rotational speed of the motor converted from the stored memory. It is possible.

이와같이 결정된 도통각(θ)의 정보 제어신호를 위상보상부(106)에서 입력받아 설정된 도통각(θ)에 따라 인버터부(102)의 위상을 보상하여 주게 되는 데, 도면 제 10도는 이루어지는 위상보상의 그 실행과정을 나타낸 플로우챠트로서,The phase of the inverter 102 is compensated according to the set conduction angle θ by receiving the information control signal of the conduction angle θ determined in this way. As a flowchart showing the execution of

제로-크로스 감지시점을 확인하여 상기에서와 같이 결정된 도통각(θ)의 입력으로 부터 몇 도(°)후에 구동(Commutation)제어신호를 출력할 것인가를 계산하고, 계산된 결과에 따라서 구동을 결정하게 된다.(구동 시점=30-θ)By checking the zero-cross detection time point, it calculates how many degrees (Com) of the control signal is output after inputting the conduction angle (θ) determined as described above, and determines the driving according to the calculated result. (Drive time = 30-θ)

즉, 제로-크로스 시점을 기준으로 30-θ°후 구동제어신호를 출력하게 되는 것이다.That is, the driving control signal is output after 30-θ ° based on the zero-cross time point.

이상에서와 같이, 센서레스방식으로 회전자의 위치를 감지하고, 감지된 회전자의 위치에 따라서 모터의 회전속도를 산출하여 산출된 회전속도를 이용하여 간접적으로 부하를 감지하도록 하여 감지되는 부하조건에 따라서 모터의 도통각을 설정하여 모터를 제어하도록 하므로서, 모터의 부하감지수단의 구성요소를 줄일 수 있어, 시스템의 경쟁력이 향상됨과 아울러 고효율의 운전이 가능하게 되는 효과가 있는 것이다.As described above, the load condition is detected by sensing the position of the rotor by a sensorless method, calculating the rotational speed of the motor according to the detected position of the rotor and indirectly detecting the load using the calculated rotational speed. By setting the conduction angle of the motor to control the motor according to this, it is possible to reduce the components of the load sensing means of the motor, thereby improving the competitiveness of the system and the effect of enabling high efficiency operation.

Claims (9)

회전자의 위치를 감지하는 위치감지수단과, 감지된 위치감지수단으로 부터 현재의 회전속도를 산출하는 속도연산수단과, 속도연산수단으로 부터 연산된 회전속도로 부하를 환산하여 도통각을 산출하는 부하환산수단과, 산출된 도통각으로서, 위상을 보상하여 인버터를 제어하는 위상 보상수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치.A position detecting means for detecting the position of the rotor, a speed calculating means for calculating a current rotational speed from the detected position detecting means, and a load angle at a rotational speed calculated from the speed calculating means for calculating a conduction angle. A control device for a buried type BDC motor, comprising a load conversion means and a phase compensation means for controlling the inverter by compensating the phase as the calculated conduction angle. 회전자의 위치를 감지하는 위치감지수단과, 감지된 위치감지수단으로 부터 현재의 회전속도를 산출하는 속도연산수단과, 속도연산수단으로 부터 연산된 회전속도로 부하를 환산하여 도통각을 산출하는 부하환산수단과, 산출된 도통각으로서, 위상을 보상하여 인버터를 제어하는 위상 보상수단과, 상기 속도연산수단으로 부터 산출된 모터의 회전속도와 목표속도와의 비교하는 속도비교수단과, 속도비교수단으로 부터 모터의 회전속도를 제어하기 위하 전압 제어신호를 출력하는 전압출력제어수단으로 구성됨을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치.A position detecting means for detecting the position of the rotor, a speed calculating means for calculating a current rotational speed from the detected position detecting means, and a load angle at a rotational speed calculated from the speed calculating means for calculating a conduction angle. A load converting means, a phase compensating means for controlling the inverter by compensating the phase as the calculated conduction angle, a speed comparing means for comparing the rotational speed of the motor calculated from the speed calculating means with a target speed, and a speed comparison And a voltage output control means for outputting a voltage control signal to control the rotational speed of the motor from the means. 제 1항에 있어서, 상기 위치감지수단은 모터의 각 상으로 입력되는 전위(VA,VB,VC)를 입력으로 하여 평활된 전압의 반분값(Vdc/2)값을 비교하여 회전자의 위치를 감지하도록 상에 대응되는 수로 구성되는 다수의 비교기로 구성됨을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 장치.2. The position detecting means according to claim 1, wherein the position detecting means compares the value of the half voltage (Vdc / 2) of the smoothed voltage by inputting potentials (VA, VB, VC) input to each phase of the motor. A control device of a buried BDC motor, characterized in that it consists of a plurality of comparators composed of a number corresponding to the phase to sense. 회전자의 위치를 감지하는 회전자 위치감지과정과, 감지된 회전자의 위치를 이용하여 현재 모터의 회전속도를 산출하는 회전속도 연산과정과, 산출된 모터의 회전속도로 부터 회전자계의 방향의 전류성분과 회전자계와 전기적인 직각을 이루는 방향의 전류성분의 차이를 비교하여 비교결과에 따라 도통각을 결정하는 도통각 결정과정과, 결정된 도통각에 따라서 위상을 보상하여 인버터를 제어하는 위상보상과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법.Rotor position detection process for detecting the position of the rotor, Rotation speed calculation process for calculating the current rotation speed of the motor using the detected position of the rotor, and the direction of the rotor field from the calculated rotation speed of the motor The process of determining the conduction angle according to the comparison result by comparing the difference between the current component and the current component in the direction perpendicular to the rotor magnetic field, and the phase compensation controlling the inverter by compensating the phase according to the determined conduction angle. A control method of a buried BDC motor, characterized in that the process consists of. 회전자의 위치를 감지하는 회전자 위치감지과정과, 감지된 회전자의 위치를 이용하여 현재 모터의 회전속도를 산출하는 회전속도 연산과정과, 산출된 모터의 회전속도로 부터 회전자계의 방향의 전류성분과 회전자계와 전기적인 직각을 이루는 방향의 전류성분의 차이를 비교하여 비교결과에 따라 도통각을 결정하는 도통각 결정과정과, 결정된 도통각에 따라서 위상을 보상하여 인버터를 제어하는 위상보상과정과, 상기 속도연산과정에서 산출된 모터의 현재속도와 목표속도를 비교하는 속도비교과정과, 비교결과에 따라 모터의 회전속도를 제어하기 위하여 전압제어신호를 출력하는 전압제어신호출력과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법.Rotor position detection process for detecting the position of the rotor, Rotation speed calculation process for calculating the current rotation speed of the motor using the detected position of the rotor, and the direction of the rotor field from the calculated rotation speed of the motor The process of determining the conduction angle according to the comparison result by comparing the difference between the current component and the current component in the direction perpendicular to the rotor magnetic field, and the phase compensation controlling the inverter by compensating the phase according to the determined conduction angle. And a speed comparison process for comparing the current speed and the target speed of the motor calculated in the speed calculation process, and a voltage control signal output process for outputting a voltage control signal to control the rotation speed of the motor according to the comparison result. A control method of a buried BCD motor (BLDC), characterized in that. 제 4항에 있어서, 상기 회전속도 연산과정은 역기전력이 제로-크로스되는 시점을 인식하는 단계와, 인식된 제로-크로스 시점에서의 타임머 데이타를 읽어 이전의 타이머 데이타를 비교하여 회전속도를 산출하도록 하는 단계를 포함구성함을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법.The method of claim 4, wherein the calculating of the rotational speed comprises: recognizing the time point at which the counter electromotive force is zero-crossed, and reading the timer data at the recognized zero-cross time point to compare previous timer data to calculate the rotation speed. A control method of a buried BCD motor (BLDC), characterized in that comprising the step of configuring. 제 4항에 있어서, 상기 도통각 결정과정은 설정된 기준속도값과 산출된 회전속도를 비교하는 단계를 거치도록 하여 비교결과에 따라 각각의 해당 기준속도값에 대응되는 도통각으로서 설정하도록 함을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법.The method of claim 4, wherein the determining of the conduction angle is performed by comparing the set reference speed value with the calculated rotation speed, and setting the conduction angle corresponding to each reference speed value according to the comparison result. A control method of an embedded BLDC motor. 제 5항에 있어서, 상기 도통각 결정과정에 있어서는 모터의 회전속도에 따른 도통각을 롬 테이블화여 저장수단에 저장하고, 산출되는 회전속도에 따라서 저장수단에 저장된 도통각 데이타를 이용하여 도통각을 설정하도록 함을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법.The method of claim 5, wherein in the determination of the conduction angle, the conduction angle according to the rotational speed of the motor is stored in a ROM table and stored in the storage means, and the conduction angle is stored using the conduction angle data stored in the storage means according to the calculated rotational speed. A control method of a buried type BCD motor, characterized in that the setting. 제 4항에 있어서, 상기 위상보상과정은 제로-크로스 감지시점을 확인하여 상기 과정에서와 같이 결정된 도통각의 입력으로 부터 몇 도(°)후에 구동제어신호를 출력할 것인가를 계산하고, 계산된 결과에 따라서 구동을 결정하게 하도록 하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 매립형 비엘디씨(BLDC) 모터의 제어 방법.5. The method of claim 4, wherein the phase compensating process checks a zero-crossing detection time point, calculates how many degrees (°) to output a driving control signal from the input of the conduction angle determined as in the process, and calculates And controlling the drive according to the result.
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