KR20120077175A - Ｎｅｖ용 10ｋｗ급 ｂｌｄｃ모터와 그를 이용한 제어시스템 및 제어방법 - Google Patents

Ｎｅｖ용 10ｋｗ급 ｂｌｄｃ모터와 그를 이용한 제어시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 NEV용 10KW급 BLDC모터 그를 이용한 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 AC전원을 사용하고, 모터에 고전압, 대전류를 흐르게 하여 이에 맞는 고정자의 권선을 다상 독립 병렬 분포권을 사용하고, 큰 출력이 가능하며, 모터를 제어하기 위한 전기적인 상을 한정하지 않음으로써, 자력이 센 자석을 사용하여도 쉽게 자력을 극복하여 모터의 기동력을 증가시키는 NEV용 10KW급 BLDC모터와 그를 이용한 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 하우징, 샤프트 및 영구자석을 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터에 있어서, A극의 영구자석이 직교사방형의 구조로 구성된 회전자; K개의 극치와 슬롯의 연속적인 배열로 구성되며, n상의 권선이 각각 독립적이고 병렬로 결선되는 고정자; 상기 회전자에 부착되고, 상기 회전자의 위치를 감지하기 위한 엔코더; 및 상기 엔코더에 의해 감지한 회전자의 위치를 센서신호로 출력하기 위한 센서를 포함하는 기술적 특징이 있다.

Description

ＮＥＶ용 10ＫＷ급 ＢＬＤＣ모터와 그를 이용한 제어시스템 및 제어방법{BLDC motor for NEV in 10KW and Method and system thereof}
본 발명은 NEV용 10KW급 BLDC모터와 그를 이용한 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 AC전원을 사용하고, 모터에 고전압, 대전류를 흐르게 하여 이에 맞는 고정자의 권선을 다상 독립 병렬 분포권을 사용하고, 큰 출력이 가능하며, 모터를 제어하기 위한 전기적인 상을 한정하지 않음으로써, 자력이 센 자석을 사용하여도 쉽게 자력을 극복하여 모터의 기동력을 증가시키는 NEV용 10KW급 BLDC모터와 그를 이용한 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 BLDC(Brushless DC motor, 이하 "BLDC"라 칭함) 모터는 회전자가 영구자석으로 이루어지고 고정자가 코어에 권선이 감긴 전기자로 구성되며, 사다리꼴 형태의 역기전력 파형을 가지고, 유도모터에 비해 같은 크기의 출력에 대해서 무게가 가볍고 부피가 작으며 효율이 높고, 가변속 모터로서 고성능 구동분야에서 널리 사용되고 있다.
그러나 종래의 BLDC 모터는 고속구동을 위해서 높은 전류 토오크의 발생이 필요하기 때문에 저속으로 구동되는 경우보다 더 많은 전류의 투입이 필요하고, 직렬결선 구조를 갖는 BLDC 모터는 개개의 상을 구성하고 있는 코일이 직렬로 결선되어 있는 구조를 갖기 때문에 그 저항값이 높고, 전동기에 투입 가능한 전류의 양 역시 작은 값으로 제한되므로 높은 토오크를 발생하기 어렵고, 고속, 고토크 운전 역시 불가능하여 큰 출력을 내는데 문제점이 있다.
또한, DC전원을 사용하고 고정자의 권선을 집중권으로 되어 있는 BLDC모터에 AC전원을 사용하면 DC전원을 사용할 때보다 출력이 제한되는 문제점이 있으며, 모터를 구동함에 있어서, 모터에 역기전력이 발생하여 역기전력을 없애기 위해 복잡한 드라이브 구성이 필요하고, 그에 따른 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, AC전원을 사용하고, 모터에 고전압, 대전류를 흐르게 하여 이에 맞는 고정자의 권선을 다상 독립 병렬 분포권을 사용함으로써, 모터크기는 소형이지만 큰 출력이 나오도록 함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 모터를 제어하기 위한 전기적인 상을 한정하지 않고 다상독립구조로 분산전력제어가 가능함으로써, 자력이 센 자석을 사용하여도 쉽게 자력을 극복하여 모터의 대출력이 가능하고, 기동력을 증가토록 하며, 코일에 전류 부담이 줄어 열의 발생이 줄어드는 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 독립구조로 각 상의 코일이 서로 절연되어 있어, 다른 상에 영향을 미치지 않기 때문에 1상만 구동이 가능해도 모터로 구성된 시스템이 정지하는 일은 발생하지 않는 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스위칭 소자의 상하단 구동 신호를 다르게 줌으로써 코일에 잔류전력을 해소하여 모터에서 발생되는 서지 및 역기전력을 발생을 억제하고, 분산전력제어로 스위칭 소자의 용량을 줄여 그에 따른 비용을 줄이는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적은 하우징, 샤프트 및 영구자석을 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터에 있어서, A극의 영구자석이 직교사방형의 구조로 구성된 회전자; K개의 극치와 슬롯의 연속적인 배열로 구성되며, n상의 권선이 각각 독립적이고 병렬로 결선되는 고정자; 상기 회전자에 부착되고, 상기 회전자의 위치를 감지하기 위한 엔코더; 및 상기 엔코더에 의해 감지한 회전자의 위치를 센서신호로 출력하기 위한 센서를 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 A극의 영구자석이 직교사방형인 회전자와 K개의 극치와 슬롯의 연속적인 배열인 고정자로 구성된 NEV용 10KW급 BLDC모터; 상기 모터의 회전자의 위치를 감지하기 위한 엔코더; 상기 엔코더에서 감지한 회전자의 위치를 센서 신호로 출력하기 위한 센서부; 교류전원을 직류전원으로 변환하여 메인부와 스위칭소자부로 인가하기 위한 전원부; 상기 NEV용 10KW급 BLDC모터를 구동하는 속도 지령치 신호를 발생하기 위한 입력부; 상기 속도 지령치 신호와 센서 신호를 이용하여 상기 NEV용 10KW급 BLDC모터를 구동하는 구동신호를 출력하기 위한 메인부; 및 상기 NEV용 10KW급 BLDC모터를 구동하는 구동신호를 발생하기 위한 스위칭소자부를 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 교류전원을 직류전원으로 변환하여 메인부와 스위칭소자부에 전원을 인가하는 제 1단계; 상기 메인부의 프로세서부에 속도 지령치 신호와 정역신호를 인가하는 제 2단계; 상기 프로세서부에서 속도 지령치 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 상기 디지털 신호와 센서부의 센서신호를 동기화하며, 동기화된 신호를 연산하여 드라이브부로 출력하는 제 3단계; 상기 드라이브부에서 출력된 신호를 수신하여 스위칭소자부를 구동하기 위한 신호를 출력하는 제 4단계; 상기 스위칭소자부에서 출력된 신호를 수신하여 NEV용 10KW급 BLDC모터를 구동하기 위해 NEV용 10KW급 BLDC모터에 구동신호를 인가하는 제 5단계; 상기 NEV용 10KW급 BLDC모터가 구동신호에 의해 회전하고 NEV용 10KW급 BLDC모터의 회전자 위치를 감지하는 센서신호를 출력하는 제 6단계; 및 상기 NEV용 10KW급 BLDC모터의 속도 지령치가 0인지를 확인하고, 0이면 BLDC 모터를 정지하는 제 7단계를 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 NEV용 10KW급 BLDC모터 및 제어시스템과 제어방법은 AC전원을 사용하고, 모터에 고전압, 대전류를 흐르게 하여 이에 맞는 고정자의 권선을 다상 독립 병렬 분포권을 사용함으로써, 큰 출력이 나오도록 하는 장점이 있다.
또한, 모터를 제어하기 위한 전기적인 상을 한정하지 않고, 다상독립구조로 분산전력제어가 가능함으로써, 자력이 센 자석을 사용하여도 쉽게 자력을 극복하여 모터의 대출력이 가능하고, 기동력을 증가토록 하며, 코일에 전류 부담이 줄어 열의 발생이 줄어드는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
또한, 독립구조로 각 상의 코일이 서로 절연되어 있어, 다른 상에 영향을 미치지 않기 때문에 1상만 구동이 가능해도 모터로 구성된 시스템이 정지하는 일은 발생하지 않는 다른 효과가 있다.
또한, 스위칭 소자의 상하단 구동 신호를 다르게 줌으로써 코일에 잔류전력을 해소하여 모터에서 발생되는 서지 및 역기전력을 억제하고, 분산전력제어로 스위칭 소자의 용량을 줄여 그에 따른 비용을 줄이는데 또 다른 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 전원부 구성도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 프로세서부 구성도,
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 정역신호를 나타낸 도면,
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 속도 지령치 신호를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 드라이브부 구성도,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 스위칭소자부 구성도,
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 소자의 스위칭 신호를 나타낸 도면,
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 구성도,
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 센서판과 엔코더판의 구성도,
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 센서판 구성도,
도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 엔코더판을 나타낸 도면,
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 결선도를 나타낸 도면,
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 소자의 타임차트를 나타낸 도면,
도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 고정자 권선의 4상 4극을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 센서부의 구성도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터 구조를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어방법의 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 구성도이다. 도 1을 참조하면, 제어시스템은 전원부(110), 입력부(120), 메인부(130), 스위칭소자부(140), BLDC 모터(150), 엔코더(160), 센서부(170)로 구성되고, 메인부(130)는 프로세서부(132), 드라이브부(134)를 포함한다.
전원부(110)는 AC전원이 공급되면 컨버터와 브릿지 다이오드를 사용하여 DC전원으로 변환하여 메인부(130)와 스위칭 소자부(140)에 전원을 공급하고, 입력부(120)는 속도 지령치 신호를 입력받는다. 변환한 상기 DC전원은 메인부(130)의 프로세서부(132)와 드라이브부(134)로 각각 공급하며, 메인부(130)의 프로세서부(132)는 입력부(120)에서 입력받은 속도 지령치 신호, 정역신호 및 센서부(170)의 센서신호를 받아 연산하여 A1,A2,A3,A4라는 신호를 드라이브부(134)로 출력한다.
상기 드라이브부(134)는 A1,A2,A3,A4의 신호를 받아 스위칭소자부(140)를 구동하기 위한 Q1,Q2,Q3,Q4를 출력하고, 스위칭소자부(140)는 드라이브부(134)로부터 출력된 Q1,Q2,Q3,Q4를 이용하여 BLDC 모터를 구동하기 위한 구동신호를 BLDC 모터(150)에 인가하면 BLDC 모터(150)는 회전한다.
엔코더(160)는 BLDC 모터(150)의 축에 부착되어 BLDC 모터(150)의 회전자의 위치를 감지하고, 센서부(170)는 엔코더(160)에 의해 감지된 회전자 위치의 센서신호 A와 A'를 출력하여 메인부(130)로 전송하는 것을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 전원부 구성도이다. 도 2를 참조하면, 전원부는 BLDC 모터를 구동하기 위한 모터구동 전원과 로직회로를 구동하기 위한 로직전원에 전원을 공급한다. BLDC 모터를 구동하기 위한 모터구동 전원은 AC입력 전원이 발생하면 AC/DC컨버터(210)를 이용하여 AC전원을 DC전원으로 변환하고, 변환된 상기 DC전원을 스위칭소자부로 공급하여 BLDC 모터를 구동하기 위한 모터구동 전원으로 사용한다.
로직회로를 구동하기 위한 로직전원은 상기 AC입력 전원이 발생하면 브릿지 다이오드(220)와 DC/DC 컨버터(230,240)를 이용하여 5V, 15V DC전원으로 변환하고, 5V는 메인부의 프로세서부에 공급하며, 15V는 메인부의 드라이브부로 공급한다. 상기 전원부의 전원을 조정함으로써 BLDC 모터의 속도를 조절할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 프로세서부 구성도이다. 상기 전원부로부터 상기 로직전원 5V를 입력받아 프로세서부를 구동시키고, 정역신호(CW/CCW)와 속도 지령치 신호(AD0) 및 센서신호(A상,A'상)를 전송받아 연산하여 PWM(Pulse width modulation, 이하"PWM"라 칭함)신호인 A1,A2,A3,A4를 드라이브부로 출력한다. 또한, 상기 센서신호와 속도 지령치 신호를 동기화시킴으로써 선형정밀제어가 가능한 것을 포함한다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 정역신호를 나타낸 도면이다. 도 3b를 참조하면, 정역신호(CW/CCW)는 상기 프로세서부의 CW/CCW 단자에 입력되어 BLDC 모터의 회전방향을 설정하는 것으로, 5V(High) 출력시는 정방향(CW)으로 설정되고, 0V(Low) 출력시는 역방향(CCW)으로 설정하여 양방향제어가 가능한 것을 포함한다.
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 속도 지령치 신호를 나타낸 도면이다. 도 3c를 참조하면, 속도 지령치 신호(AD0)는 BLDC 모터의 속도를 가변하기 위한 가변신호 입력회로로 가변 저항으로 구성되며, 5V의 전원을 0V에서 5V로 가변하여 프로세서부의 AD0단자에 입력하는 것을 포함한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 드라이브부 구성도이다. 도 4를 참조하면, H브릿지로 구성된 스위칭소자부를 구동하기 위한 드라이브부로써, 프로세서부로부터 A1,A2,A3,A4의 출력신호를 받아 IC칩(410,420)을 통해 Q1,Q2,Q3,Q4를 상기 스위칭소자부로 출력한다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 스위칭소자부 구성도이다. 도 5a를 참조하면, 스위칭소자부는 BLDC 모터(550)를 구동하는 구동신호를 발생하는 회로이다. H브릿지 회로로 구성되며, 전원부에서 모터구동 전원을 받고, 드라이브부로부터 Q1,Q2,Q3,Q4의 출력신호를 받아 BLDC 모터(550)를 구동하는 구동신호를 출력한다.
상기 스위칭소자부의 SW1(510)와 SW4(540)의 스위치를 먼저 온(ON)시키면 전류는 Q1->BLDC 모터(550)->Q4로 흘러 BLDC 모터는 정방향으로 구동하고, SW2(520)와 SW3(530)의 스위치를 먼저 온(ON)시키면 전류는 Q2->BLDC 모터(550)->Q3로 흘러 BLDC 모터는 역방향으로 구동하는 것을 포함한다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 소자의 스위칭 신호를 나타낸 도면이다. 도 5b를 참조하면, 상기 스위칭소자부의 스위칭 신호에서 SW1(510)와 SW4(540)를 온(ON)시킨 후, 오프(OFF)시킬 경우, 하단부의 SW4(540)스위치를 상단부의 SW1(510)보다 길게 온(ON) 시킴으로써, BLDC 모터(550) 구동시에 모터에 남아있는 잔류전력과 다시 입력되는 전력과의 충돌때문에 발생하는 서지 및 역기전력의 발생을 방지한다. 또한, SW2(520)와 SW3(530)을 온(ON)시킨 후, 오프(OFF)시킬 경우에도 하단부의 SW3(530)을 상단부의 SW2(520)보다 길게 온(ON) 시켜 서지 및 역기전력의 발생을 억제하는 것을 포함한다.
상기 도 5a에 도시된 스위칭소자부는 1상 H브릿지회로도로, 4상일 경우, 4개의 H브릿지로 구성되며, n상(n=2,3,4,...)인 것을 포함하고, 스위치소자는 트랜지스터로서 TR, GTO, IGBT 등으로 구성되는 것을 포함한다.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 구성도이다. 도 6을 참조하면, n상(n=2,3,4...)을 가진 4상 4극의 BLDC 모터로서, 1상은 A코일과 A'코일이 병렬로 연결된 상태이다. 4상에 해당하는 권선이 서로 독립적으로 결선되어 전원에 각각 연결되기 때문에 다른 상에 영향을 미치지 않아 1상만 코일이 연결되어도 모터 구동이 가능함으로써 비상시에 모터구동이 가능하다. 상기 NEV용 10KW급 BLDC모터는 BLDC 모터를 사용하는 것을 포함한다.
상기 NEV용 10KW급 BLDC모터는 고정자(610)와 회전자(630)로 이루어지며 상기 고정자(610)는 극치(650)와 슬롯(620)의 연속적인 배열에 코일이 권선된 구조로서, AC전원을 사용하고, 모터에 고전압, 대전류를 흐르게 하고, 다상 독립 병렬 분포권으로 구성하여 큰 출력을 낼 수 있도록 한다.
회전자(630)는 영구자석(640)을 직교사방형으로 배치하여 자속을 집중시켜 고토크를 얻을 수 있으며, 상기 회전자의 영구자석(640)은 네오디늄 자석을 사용하지만 이것에 국한되지 않는 것을 포함한다.
상기 다상 독립 병렬 분포권은 릴럭턴스토크가 우수하여 토크 및 효율을 높이고, 다상으로 여러 각도에서 동시에 힘을 가하므로 기동이 쉽고 자력을 쉽게 극복하며, 고속회전이 가능하므로 상기 NEV용 10KW급 BLDC모터가 작아져도 큰 출력을 낼 수 있다.
고정자(610)가 K개의 극치(650)로 이루어지고, 회전자(630)는 A극의 영구자석으로 이루어지며, 전기적인 상은 복수의 상이고 n상(n=2,3,4...)으로 표현하는 것을 포함한다.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 센서판과 엔코더판의 구성도이다. 도 6b을 참조하면, 포토인터럽터 센서소자(660), 센서판(670), 엔코더판(680)으로 구성되어 있으며, 도 6c의 센서판(670)과 도 6d의 엔코더판(680)이 결합된 것으로, 엔코더판(680)은 센서판(670)과 결합되어 여자되는 포토인터럽터 센서소자(660)와 비여자되는 포토인터럽터 센서소자(660)를 결정한다.
도 6b는 4상일 때를 도시한 것으로, BLDC모터의 회전시퀀스는 A1-B1-C1 → B1-C1-D1 → C1-D1-A2 → D1-A2-B2 → A2-B2-C2 → B2-C2-D2 → C2-D2-A1 → D2-A1-B1 → A1-B1-C2 → A1-B1-C1 순으로 여자하며, BLDC모터는 n-1상(n=2,3,4...)으로 여자하는 것을 포함한다.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 결선도를 나타낸 도면이다. 도 7a를 참조하면, 다상 독립 병렬 구조를 가진 BLDC모터의 등가회로로, 분산전력 n-1상(n=2,3,4...) 여자하는 시퀀스도를 나타내며, 4상을 기준으로 여자순서는 A-B-C -> B-C-D -> C-D-A -> D-A-B -> A-B-C 순으로 스위칭되며 상은 다상이므로 4상에 국한되지 않는 것을 포함한다.
다상 독립 병렬 분포권이므로 분산전력제어가 가능하고 각상에 전류부담과 열발생률이 적어 모터를 구동하는데 있어서 신뢰성이 높고, 각 상별로 절연되어 있는 구조를 나타내므로 다른 상으로 구성된 모터에 영향을 미치지 않아 모터 코일에 이상이 발생되어도 n상(n=2,3,4...)중 1상이상만 구동이 가능하다면 모터가 정지하는 일은 발생하지 않는다.
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 소자의 타임차트를 나타낸 도면이다. 도 7b를 참조하면, n상(n=2,3,4...)을 가진 4상 4극 BLDC 모터를 구동하기 위한 스위칭 신호로, 상기 스위칭 신호는 n-1상(n=2,3,4...)을 가지며, 쉬는 상과 쉬는 구간을 통해 모터의 잔류전력을 없앤다.
예를 들어, 22.5도와 45도 사이의 스위칭 신호는 A상,B상,D상이 온(ON) 되고, C상이 오프(OFF)되어 있는 것으로 항상 3상은 온(ON), 1상은 오프(OFF)가 되므로 어떤 구간이든지 전력이 일정하게 공급되어 일정 토크를 유지할 수 있기 때문에 정밀토크제어가 가능하다. 또한, A상의 경우 67.5도에서 90도 사이에 쉬는 구간을 두어 이 구간에서 BLDC 모터의 잔류전력을 없앨 수 있다.
도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터의 고정자 권선의 4상 4극을 나타낸 도면이다. 도 7c를 참조하면, BLDC 모터가 4상 4극 16슬롯으로 구성된 다상 독립 병렬 분포권을 나타낸 것으로, A상의 경우 4개의 모터코일이 병렬로 결선되며, A,B,C,D상은 독립으로 결선되어 각상별 권선은 독립 결선이므로 서로 간섭하지 않기 때문에 독립제어가 가능하다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템 센서부의 구성도이다. 도 8을 참조하면, BLDC 모터의 속도지령을 주기 위한 것으로 NEV용 10KW급 BLDC모터이기 때문에 센서부가 필요하다.
BLDC 모터는 센서부의 센서신호와 속도 지령치 신호에 의해 구동되며, 엔코더판이 모터회전시 같이 회전하여 포토인터럽터 센서소자(810,820)를 지나면서 A상과 A'상을 출력한다. 엔코더판이 회전시 포토인터럽터 센서소자(810,820)를 지나면 0V(Low신호), 포토인터럽터 센서소자(810,820)를 지나지 않으면 5V(High신호)를 출력하고, 출력된 신호는 상기 프로세서부로 입력되어 연산된다. 상기 센서신호는 속도 지령치 신호와 동기화하여 정밀 가변제어를 통한 뛰어난 응답특성과 선형정밀제어가 가능토록 하는 것을 포함한다.
상기 센서부는 도 5b의 스위칭 신호에서 상단부의 스위치보다 하단부의 스위치를 더 길게 주는 신호를 발생하는 것을 포함한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터 구조를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 제 1하우징(910), 샤프트(920), 영구자석(930), 회전자(940), 고정자(950), 제 2하우징(960), 센서판(970), 엔코더판(980)으로 구성된다.
회전자(940)는 영구자석(930)과 샤프트(920)로 구성되고, 샤프트(920)는 BLDC 모터의 축이며, 영구자석(930)은 네오디늄 자석을 직교사각형으로 배치하는 것을 포함한다.
고정자(950)에는 코일이 결선되어 있고, 제 1하우징(950)과 제 2하우징(960)은 모터를 고정하는 역할을 하며, 고정자(950)에 부착된 센서판(970)과 엔코더판(980)으로 구성되는 것을 포함한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어방법의 순서도이다. 도 10을 참조하면, 전원부에서 모터구동 전원은 스위칭 소자부에 인가하고, 로직 전원은 메인부로 인가한다(S10). 프로세서부는 입력부에서 입력받은 속도 지령치 신호와 정역신호를 입력하고(S20), 상기 프로세서부는 입력받은 상기 속도 지령치 신호를 디지털 신호로 변환하여(S30) 변환된 디지털 신호와 센서부의 센서신호를 받아 동기화를 시킨다(S40).
동기화된 신호를 상기 프로세서부에서 연산하여 드라이브부로 출력하고(S50), 출력된 신호를 상기 드라이브부에서 드라이빙하여 스위칭소자부를 구동하기 위한 신호를 출력한다(S60). 상기 스위칭소자부는 출력된 신호를 수신하여 BLDC 모터를 구동하기 위한 구동신호를 인가하면(S70), BLDC 모터는 회전되고(S80) BLDC 모터가 회전하면서 모터에 부착된 센서부는 모터의 회전자 위치를 감지하는 센서신호를 출력한다(S90).
BLDC 모터의 상기 속도 지령치가 0이 되면(S100) BLDC 모터는 정지하고(S110), 상기 속도 지령치가 0이 아니면 상기 단계에 따라 모터 회전이 계속 된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110 : 전원부 120 : 입력부
130 : 메인부 140 : 스위칭소자부
150 : BLDC모터 160 : 엔코더
170 : 센서부 610 : 고정자
620 : 슬롯 630 : 회전자
640 : 영구자석 650 : 극치
660 : 포토인터럽터 센서소자 670 : 센서판
680 : 엔코더판

Claims (12)

  1. 하우징, 샤프트 및 영구자석을 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터에 있어서,
    A극의 영구자석이 직교사방형의 구조로 구성된 회전자;
    K개의 극치와 슬롯의 연속적인 배열로 구성되며, n상의 권선이 각각 독립적이고 병렬로 결선되는 고정자;
    상기 회전자에 부착되고, 상기 회전자의 위치를 감지하기 위한 엔코더; 및
    상기 엔코더에 의해 감지한 회전자의 위치를 센서신호로 출력하기 위한 센서
    를 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자의 권선은 분포권 형태인 NEV용 10KW급 BLDC모터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자의 영구자석은 네오디늄 자석을 사용하는 전자 모터.
  4. NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템에 있어서,
    A극의 영구자석이 직교사방형인 회전자와 K개의 극치와 슬롯의 연속적인 배열인 고정자로 구성된 NEV용 10KW급 BLDC모터;
    상기 모터의 회전자의 위치를 감지하기 위한 엔코더;
    상기 엔코더에서 감지한 회전자의 위치를 센서 신호로 출력하기 위한 센서부;
    교류전원을 직류전원으로 변환하여 메인부와 스위칭소자부로 인가하기 위한 전원부;
    상기 NEV용 10KW급 BLDC모터를 구동하는 속도 지령치 신호를 발생하기 위한 입력부;
    상기 속도 지령치 신호와 센서 신호를 이용하여 상기 NEV용 10KW급 BLDC모터를 구동하는 구동신호를 출력하기 위한 메인부; 및
    상기 NEV용 10KW급 BLDC모터를 구동하는 구동신호를 발생하기 위한 스위칭소자부
    를 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 메인부는,
    상기 속도 지령치 신호와 상기 센서 신호를 동기화하고, 동기화된 신호를 연산하여 드라이브부로 출력하기 위한 프로세서부; 및
    상기 프로세서부에서 출력된 신호를 수신하여 상기 스위칭소자부를 구동하는 신호를 출력하기 위한 드라이브부
    를 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 NEV용 10KW급 BLDC모터는 BLDC 모터인 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 BLDC 모터는 n상의 권선이 각각 독립적이고, 병렬로 결선되는 고정자를 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 고정자의 권선은 분포권 형태인 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 센서부는 포토인터럽터 센서소자인 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 스위칭소자부는 H브릿지 회로로 구성되며, n상일 경우 n개의 H브릿지 회로인 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어시스템.
  11. NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어방법에 있어서,
    교류전원을 직류전원으로 변환하여 메인부와 스위칭소자부에 전원을 인가하는 제 1단계;
    상기 메인부의 프로세서부에 속도 지령치 신호와 정역신호를 인가하는 제 2단계;
    상기 프로세서부에서 속도 지령치 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 상기 디지털 신호와 센서부의 센서신호를 동기화하며, 동기화된 신호를 연산하여 드라이브부로 출력하는 제 3단계;
    상기 드라이브부에서 출력된 신호를 수신하여 스위칭소자부를 구동하기 위한 신호를 출력하는 제 4단계;
    상기 스위칭소자부에서 출력된 신호를 수신하여 NEV용 10KW급 BLDC모터를 구동하기 위해 NEV용 10KW급 BLDC모터에 구동신호를 인가하는 제 5단계;
    상기 NEV용 10KW급 BLDC모터가 구동신호에 의해 회전하고 NEV용 10KW급 BLDC모터의 회전자 위치를 감지하는 센서신호를 출력하는 제 6단계; 및
    상기 NEV용 10KW급 BLDC모터의 속도 지령치가 0인지를 확인하고, 0이면 BLDC 모터를 정지하는 제 7단계
    를 포함하는 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 7단계에서 속도 지령치가 0이 아니면 제 3단계로 돌아가는 NEV용 10KW급 BLDC모터를 이용한 제어방법.
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KR20190052883A (ko) 2017-11-09 2019-05-17 주식회사 신동아정공 중공식 비엘디씨 모터 엔코더 장치

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