KR20000015041U - 동기모터의 정류자 오프셋 자동 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 3상 영구자석 동기모터의 구동을 위한 정류자 오프셋(commutator offset) 검출장치에 관한 것이다.

이러한 본 고안은 동기각 연산을 수행할 때마다 연산된 동기각을 저장하는 제1 버퍼(214), 동기각 오프셋 검출기능이 온되면 3상 영구자석 동기모터에 직류를 인가하기 위하여 3상 결선을 2상 결선으로 절환하는 삼상/이상 절환기(204); 소정 시간을 지연시키기 위한 타이머(206); 타이머로 설정된 시간이 지나고, 고정자 권선의 영점에 회전자가 정지하면 그때 계산된 동기각 연산치를 저장하는 제2 버퍼(208); 및 제1 버퍼에 저장된 동기각과 상기 제2 버퍼에 저장된 동기각의 차를 구해 정류자 오프셋을 연산하는 정류자 오프셋 연산수단을 포함한다.

따라서 본 고안은 3상 영구자석 동기모터의 속도검출장치의 제로펄스 마킹과 관계없이, 그리고 속도검출장치 부착시 발생하는 오차를 3상 영구자석 동기모터 구동장치가 스스로 보정하여 정상적인 토크가 발생되게 한다.

Description

동기모터의 정류자 오프셋 자동 검출장치(Apparatus for automatically detecting commutator offset of a synchronous motor)

본 고안은 3상 영구자석 동기모터의 구동을 위한 정류자 오프셋(commutator offset) 검출장치에 관한 것으로 특히, 영구자석 동기모터의 속도검출장치로 절대위치정보와 증분위치정보를 제공하는 속도검출장치가 사용된 경우, 영구자석 동기모터의 구동을 위하여 정류자 오프셋(commutator offset)을 자동으로 검출하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 3상 영구자석 동기모터란 자기회로 구성이 영구자석 필드를 가진 동기모터로서 자계를 형성하는 방법에 따라 영구자석형 모터와, 인덕션 모터로 구분된다. 3상 영구자석 동기모터는 고정자(stator) 권선에 교류전류를 흘려서 고정자에 회전자계를 발생시켜 영구자석을 사용한 회전자에 발생하는 토크를 이용하는 것이고, 인덕션 모터는 회전자의 자극과 고정자의 자극과의 상호 흡인, 반발작용에 의한 토크를 이용한 것이다.

3상 영구자석 동기모터의 토크발생을 위해서는 동기각(Synchronous Angle)에 대한 정확한 정보의 검출이 필요하다. 만약, 정확한 동기각 정보가 검출되지 않는다면 토크가 발생하지 않거나 효율이 떨어지는 현상, 또는 구동 불능의 상태가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해소하고 절대위치의 검출을 위해서 속도 및 위치정보를 얻기 위해 사용하는 속도검출장치의 제조업체는 통상 속도검출장치의 영점정보(Zero pulse)를 회전당 1회 알려주며, 속도검출장치의 설치를 위해서 속도검출장치의 영점위치를 마킹(marking)하여준다. 이 마킹(marking)을 이용하여 속도검출장치를 고정자 전류의 상과 일치 또는 일정 각도를 유지하도록 회전자에 부착하게 된다.

그런데 이러한 종래의 방법은 속도검출장치에 영점위치에 대한 마킹(marking)이 존재하지 않은 경우에는 회전자 전류의 상과의 일치 또는 일정 각도 유지가 불가능하게 되어 3상 영구자석 동기모터의 구동이 불가능하게 되며, 또한 고도의 숙련공이 설치하지 않는 한, 항상 속도검출장치의 부착오차가 존재하게 되어 토오크 발생효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이에 본 고안은 속도검출장치의 영점위치 정보가 존재하지 않거나 존재하더라도 부착시 발생할 수 있는 동기각 검출정보의 오차를 방지하여 3상 영구자석 동기모터의 구동과 토크 발생효율을 높이기 위해 정류자 오프셋을 자동으로 검출할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 장치는, 속도검출장치를 회전자에 부착한 후 동기각을 연산하여 영구자석 동기모터를 제어할 수 있도록 된 구동장치에 있어서, 동기각 연산을 수행할 때마다 연산된 동기각을 저장하는 제1 버퍼; 동기각 오프셋 검출기능이 온되면 3상 영구자석 동기모터에 직류를 인가하기 위하여 3상 결선을 2상 결선으로 절환하는 삼상/이상 절환기; 소정 시간을 지연시키기 위한 타이머; 상기 타이머로 설정된 시간이 지나고, 고정자 권선의 영점에 회전자가 정지하면 그때 계산된 동기각 연산치를 저장하는 제2 버퍼; 및 상기 제1 버퍼에 저장된 동기각과 상기 제2 버퍼에 저장된 동기각의 차를 구해 정류자 오프셋을 연산하는 정류자 오프셋 연산수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안을 설명하기 위하여 도시한 오프셋이 0인 경우의 벡터도,

도 2는 본 고안을 설명하기 위하여 도시한 오프셋이 h인 경우의 벡터도,

도 3은 본 고안이 적용되는 3상 영구자석 동기모터의 전체 블록도,

도 4는 본 고안에 따른 정류자 오프셋 검출장치의 상세 구성도,

도 5는 본 고안에 따른 정류자 오프셋 검출장치의 동작 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

102,106,110: 감산기 104: 위치제어기

108: 속도제어기 112: 정류자오프셋 자동검출기

114: 전류제어기 116: 인버터

118: 전류검출기 120: 영구자석 동기모터

122: 속도/위치 및 동기각 연산기

202,212: 스위치 204: 3상/2상 절환기

206: 타이머 208: 제2 버퍼

212: 오프셋 연산부 214: 제1 버퍼

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 정류자 오프셋이 0인 경우를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, U,V,W는 영구자석 동기모터의 고정자 권선의 위상을 나타내고, qs와 ds는 변환된 회전자의 회전 벡터를 나타낸다. 따라서 도 1에서는 동기각이 0이고, 속도검출장치의 영점도 0으로서 정류자 오프셋이 0이다. 이러한 경우는 속도검출장치로부터 발생하는 영점위치정보 즉, 제로펄스 발생시 마다 정류자 오프셋 양 만큼 동기각을 보정할 필요가 없다.

도 2는 정류자 오프셋 값이 h 만큼 존재하는 경우이다. 도 2를 참조하면, U,V,W는 영구자석 동기모터의 고정자 권선의 위상을 나타내고, qs와 ds는 변환된 회전자의 회전 벡터를 나타낸다. 따라서 도 2에서 동기각과 속도검출장치의 영점은 약 h도 만큼 오프셋이 존재한다. 이때 속도검출장치로부터 제로펄스가 발생할 때 마다 동기각을 h 만큼 보정할 필요가 있다. 만약, 동기각을 보정하지 않을 경우에는 정상적인 토크를 발생할 수 없게 되는데, 이와 같이 보정을 하기 위해 정류자 오프셋을 구할 필요가 있다.

도 3은 본 고안에 따른 정류자 오프셋 자동 검출장치가 장착된 3상 영구자석 동기모터 구동장치의 전체 블록도로서, 구동장치는 감산기(102), 위치제어기(104), 감산기(106), 속도제어기(108), 감산기(110), 정류자 오프셋 자동검출기(112), 전류제어기(114), 인버터(116), 전류검출기(118), 영구자석 동기모터(120), 속도/위치 및 동기각 연산기(122)로 구성된다.

도 3을 참조하면, 각 감산기들(102,106,110)은 위치지령이나 속도지령 및 전류지령을 피드백된 값과 비교하여 에러값을 각각 출력하고, 위치제어기(104)는 에러값에 따라 위치를 제어하기 위한 제어값을 출력하며, 속도제어기(108)는 에러값에 따라 속도를 제어할 제어값을 출력한다. 전류제어기(114)는 보정된 에러값을 입력받아 인버터(116)를 제어하고, 인버터(116)로부터 영구자석 동기모터(120)로 전달되는 전류는 전류검출기(118)에서 검출되어 감산기(110)로 피드백되고, 영구자석동기모터(120)의 속도/위치정보는 속도/위치 및 동기각 연산기(122)에서 연산처리되어 위치지령과 속도지령측으로 피드백된다. 그리고 본 고안에 따른 정류자 오프셋 자동 검출장치(112)는 감산기(110)와 전류제어기(114) 사이에 위치하여 정류자 오프셋을 구한다.

도 4는 본 고안에 따른 정류자 오프셋 자동 검출장치를 상세히 도시한 도면으로서, 이 장치는 스위치(202), 3상/2상 절환기(204), 타이머(206), 제2 버퍼(208), 스위치(210), 오프셋 연산부(212), 제1 버퍼(214)로 구성된다.

도 4를 참조하면, 정류자 오프셋 검출장치(112)가 선택되지 않은 경우에는 제1 스위치(202)와 제2 스위치(210)가 제1 버퍼(214)측으로 연결되어 있고, 정류자 오프셋 검출장치(112)가 온될 경우에는 제1 스위치(202)와 제2 스위치(210)는 3상/2상 절환기(204) 및 제2 버퍼(208)로 각각 연결된다.

따라서, 정류자 오프셋 자동 검출 기능이 오프된 경우에 동기각 연산을 수행할 때마다 연산된 동기각이 제1 버퍼(214)에 저장된다. 정류자 오프셋 자동 검출장치가 외부신호에 의해서 선택되면, 3상 영구자석 동기모터에 DC전류를 인가하기 위하여 3상 결선을 2상 결선으로 절환된다. 그리고 3상 영구자석 동기모터에 직류전류를 인가하게 되면, 영구자석 동기모터의 회전자는 고정자 권선의 영점을 찾아 정지하게 된다. 이때 고정자 권선의 영점을 찾아 정지하는 과정에서 진동이 발생할 수 있기 때문에 타이머(206)를 설치하여 일정 시간이 경과할 때까지 기다리게 된다. 일정시간이 경과하면, 고정자 권선의 영점에 회전자는 정지하게 되고, 이때 계산된 동기각 연산치가 제2 버퍼(208)에 저장된다.

그리고 정류자 오프셋을 연산하는 정류자 오프셋 연산부(212)는 제1 버퍼(214)와 제2 버퍼(208)에 저장된 동기각 연산치를 이용하여 정류자 오프셋을 연산한다. 즉, 제1 버퍼(214)와 제2 버퍼(208)의 동기각 차가 정류자 오프셋이 된다. 계산된 정류자 오프셋은 속도검출장치의 제로펄스가 발생할 때 마다 보정에 이용되고, 따라서 도 2와 같이 정류자 오프셋이 존재하더라도 존재하지 않은 것처럼 동기각 연산을 수행할 수 있게 된다.

도 5는 본 고안에 따른 정류자 오프셋 검출장치의 동작 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 단계 S1에서는 정류자 오프셋 검출장치가 온되었는지를 판단하여 온이 아니면 단계 S6에서 현재 계산된 동기각을 제1 버퍼(214)에 저장하고, 온되었으면 단계 S2에서 삼상 결선을 2상 결선으로 절환한다. 이어 단계 S3에서는 타이머(206)를 통해 일정시간이 경과하였는지를 판단하고, 경과하였으면 단계 S4에서 현재의 동기각을 제2 버퍼(208)에 저장한다. 그리고 S5에서는 제1 버퍼(214)와 제2버퍼(208)에 저장된 값의 차를 구해 정류자 오프셋을 연산하여 출력하고, 이에 따라 보정한다.

따라서 본 고안은 3상 영구자석 동기모터의 속도검출장치의 제로펄스 마킹과 관계없이, 그리고 속도검출장치 부착시 발생하는 오차를 3상 영구자석 동기모터 구동장치가 스스로 보정하여 정상적인 토크가 발생되게 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 따르면 영구자석 동기모터의 구동장치에서 정류자 오프셋을 자동으로 검출하여 보정해주므로써 영구자석 동기모터에 속도검출장치를 부착할 경우에 마킹이 없어도 되고, 부착시 오차가 발생해도 이를 보상하여 처리할 수 있으므로 정밀하게 모터를 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 속도검출장치를 회전자에 부착한 후 동기각을 연산하여 영구자석 동기모터를 제어할 수 있도록 된 구동장치에 있어서,

   동기각 연산을 수행할 때마다 연산된 동기각을 저장하는 제1 버퍼(214);

   동기각 오프셋 검출기능이 온되면 3상 영구자석 동기모터에 직류를 인가하기 위하여 3상 결선을 2상 결선으로 절환하는 삼상/이상 절환기(204);

   소정 시간을 지연시키기 위한 타이머(206);

   상기 타이머로 설정된 시간이 지나고, 고정자 권선의 영점에 회전자가 정지하면 그때 계산된 동기각 연산치를 저장하는 제2 버퍼(208); 및

   상기 제1 버퍼에 저장된 동기각과 상기 제2 버퍼에 저장된 동기각의 차를 구해 정류자 오프셋을 연산하는 정류자 오프셋 연산수단(212)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기모터의 정류자 오프셋 자동 검출장치.