KR100749067B1 - 비엘디시 모터의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비엘디시 모터의 구동 제어 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 비에디시 모터를 구동할 때 극성 경계를 센싱하여 전자 스위치를 개폐하는 방식으로 구동을 제어하는 종래 방법과는 달리, 비엘디시 모터를 초기 구동하고, 비엘디시 모터의 구동 중에 측정된 구동 전류가 한계 전류 미만인지를 체크하며, 측정된 구동 전류가 한계 전류 미만인 경우 검출된 구동 회전수를 최적 회전수와 비교한 후에, 검출된 구동 회전수가 최적 회전수를 초과한 경우 전원 차단 구간을 증가시켜 비엘디시 모터를 구동하고, 검출된 구동 회전수가 최적 회전수 미만인 경우 전원 차단 구간을 감소시켜 비엘디시 모터를 구동함으로써, 비엘디시 모터의 구동 중에 극성이 변하는 경계에서의 제동 상태와 발전 상태를 방지하여 항상 최적 상태의 회전수를 유지하게 할 수 있는 것이다.
Description
도 1은 본 발명에 따라 전류 및 구동 회전수에 따라 비엘디시 모터의 구동을 제어하는데 적합한 제어 장치의 블록구성도,
도 2는 본 발명에 따라 전류 및 구동 회전수에 따라 비엘디시 모터의 구동을 제어하는 과정을 도시한 플로우차트,
도 3은 본 발명에 따라 비엘디시 모터의 구동 조건을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따라 비엘디시 모터의 구동 조건을 이용하여 각 상에 인가되는 신호를 테이블로 저장하는 것을 예시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 : 구동 제어부 104 : 전원 스위칭부
106 : 비엘디시 모터 108 : 전류 측정부
110 : 회전 속도 검출부
본 발명은 비엘디시(BLDC : BrushLess Direct Current) 모터를 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비엘디시 모터의 제어 과정 중 극성 경계에서 발생하는 제동 상태와 발전 상태를 방지하는데 적합한 비엘디시 모터의 제어 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 일반 DC 모터는 자석의 흡입, 반발력을 이용하여 회전자를 회전 또는 수평으로 이동시킨다. 이러한 DC 모터는 회전자와 고정자로 구성되며, 회전자와 고정자에는 DC 전압을 공급하여 자력을 띄도록 하고, 이러한 자력으로 회전 또는 수평 이동 에너지를 발생시킨다.
그리고, 비엘디시(BLDC) 모터는 회전자를 영구자석으로 대치함으로써, 회전자에 자력 발생을 위한 별도의 DC 전압을 인가할 필요가 없다. 이러한 구조는 회전자에 DC 전압을 공급하는 전극-브러시를 생략할 수 있도록 한다. 대신에 회전자의 자력 극성에 따라 고정자의 자력 극성을 변환하는 회로가 필요하다. 따라서, DC 모터의 정류자와 브러시 대신 회전자의 자력 극성을 센싱하는 센서와 고정자에 전기에너지를 공급하는 전자 스위칭 회로가 추가된다.
이러한 비엘디시(BLDC) 모터는 회전자에 DC 전기에너지를 공급하는 브러시를 생략함으로써, 정류자에서 발생하는 기계적 마찰음과 전기적 아크로 인한 전자파가 발생되지 않아 효율이 높고 소음이 없다는 장점을 갖는다. 이러한 비엘디시(BLDC) 모터는 주로 하드디스크의 스핀들 모터, CD-ROM, DVD, FDD 등의 컴퓨터 부품, 소형 Fan 모터 등의 사무기기 계통의 소형 모터의 주류를 이루고 있다.
또한, 비엘디시(BLDC) 모터는 영구 자석의 극 수에 따라 권선 방법과 제어 방식에 다소 차이가 있으나 코일이 직렬로 구성되어 있으며, 권선 방식이 Y 결선, Δ 결선 등으로 구분될 경우 이러한 방식은 단상 여자 제어방식을 의미한다. 이러 한 단상 여자 방식은 제어를 위한 회로 구성이 단순하여 소형화하기가 용이하다는 장점이 있다.
한편, 종래 비엘디시(BLDC) 모터를 제어하는 방법은 센서를 통한 극성(N, S) 검출 신호를 이용하여 전자 스위치를 계폐하는 방식을 사용하기 때문에 극성이 변하는 경계에서 발생하는 제동 상태와 발전 상태를 완전히 제거하지 못하여 비엘디시(BLDC) 모터의 성능을 저하시키는 요인이 되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비엘디시(BLDC) 모터의 제어 과정 중 극성이 변하는 경계에서 발생하는 제동 상태와 발전 상태를 방지하여 모터 성능을 향상시킬 수 있는 비엘디시(BLDC) 모터의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 비엘디시(BLDC) 모터에서 전류와 회전수를 계산하여 각상의 여자와 발전 상태를 구분 제어함으로써, 부하 변경에 따른 정속 제어와 선형 가속을 수행할 수 있는 비엘디시(BLDC) 모터의 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비엘디시 모터의 구동을 제어하는 방법으로서, 상기 비엘디시 모터를 초기 구동하는 제 1 과정과, 상기 비엘디시 모터의 구동 중에 측정된 구동 전류가 한계 전류 미만인지를 체크하는 제 2 과정과, 상기 측정된 구동 전류가 한계 전류 미만인 경우 검출된 구동 회전수를 최적 회전수와 비교하는 제 3 과정과, 상기 검출된 구동 회전수가 최적 회전수를 초과한 경 우 전원 차단 구간을 증가시켜 상기 비엘디시 모터를 구동하는 제 4 과정과, 상기 검출된 구동 회전수가 최적 회전수 미만인 경우 전원 차단 구간을 감소시켜 상기 비엘디시 모터를 구동하는 제 5 과정을 포함하는 비엘디시 모터의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 핵심 기술요지는, 비엘디시 모터를 초기 구동하고, 비엘디시 모터의 구동 중에 측정된 구동 전류가 한계 전류 미만인지를 체크하며, 측정된 구동 전류가 한계 전류 미만인 경우 검출된 구동 회전수를 최적 회전수와 비교한 후에, 검출된 구동 회전수가 최적 회전수를 초과한 경우 전원 차단 구간을 증가시켜 비엘디시 모터를 구동하고, 검출된 구동 회전수가 최적 회전수 미만인 경우 전원 차단 구간을 감소시켜 비엘디시 모터를 구동한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 전류 및 구동 회전수에 따라 비엘디시 모터의 구동을 제어하는데 적합한 제어 장치의 블록구성도로서, 구동 제어부(102), 전원 스위칭부(104), 비엘디시 모터(106), 전류 측정부(108) 및 회전 속도 검출부(110)를 포함한 다.
도 1을 참조하면, 구동 제어부(102)는 비엘디시 모터의 전반적인 동작 제어를 수행하는 것으로, 초기 구동 시에 비엘디시 모터(106)로의 전원을 인가하기 위한 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 전달하고, 전원이 인가되어 구동 중인 비엘디시 모터(106)로부터 측정되는 전류값을 전류 측정부(108)에서 전달받아 한계 전류값보다 큰 값인지를 체크한 후에, 이에 따라 비엘디시 모터(106)로의 전원을 차단하기 위한 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 제공한다. 여기에서, 비엘디시 모터의 초기 구동은 최적 회전수(RPM_ST), 한계 전류(AMP) 및 전원 차단 구간 ΔT의 단계 상수(t)의 조건으로 수행되고, 초기 구동은 ΔT0의 값이 0인 값으로 수행된다. 여기에서, 전원 차단 구간 ΔT는 극성이 변하는 경계 지점에서의 제동 상태 및 발전 상태를 방지하기 위한 구간을 의미한다.
또한, 구동 제어부(102)는 전원이 인가되어 구동 중인 비엘디시 모터(106)로부터 측정되는 구동 회전수(RPM)를 전달받아 최적 회전수와 비교한 후에, 구동 회전수(RPM)가 최적 회전수(RPM_ST)보다 작을 경우(즉, 비엘디시 모터의 전체 전류가 증가하는 경우) ΔT0의 값을 ΔT0-t의 값으로 적용하고, 이러한 ΔT0의 값이 1보다 작은 경우 ΔT0의 값을 0으로 적용하여 모터의 구동 조건에 따라 비엘디시 모터(106)로의 전원을 스위칭하기 위한 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 제공한다.
그리고, 구동 제어부(102)는 전원이 인가되어 구동 중인 비엘디시 모터(106)로부터 측정되는 구동 회전수(RPM)를 전달받아 최적 회전수와 비교한 후에, 구동 회전수(RPM)가 최적 회전수(RPM_ST)보다 큰 경우(즉, 비엘디시 모터의 전체 전류가 감소하는 경우) ΔT0의 값을 ΔT0+t의 값으로 적용하고, ΔT0의 값이 ΔT의 값보다 크거나 또는 같은 경우 ΔT0의 값을 ΔT의 값으로 적용하여 모터의 구동 조건에 따라 비엘디시 모터(106)로의 전원을 스위칭하기 위한 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 제공한다.
다음에, 전원 스위칭부(104)는 구동 제어부(102)로부터 제공되는 전원 인가 제어신호 또는 전원 차단 제어신호에 따라 비엘디시 모터(106)로의 전원 공급을 스위칭하여 전원을 인가하거나 혹은 전원을 차단한다.
그리고, 비엘디시 모터(106)는 전원 스위칭부(104)로부터 선택적으로 인가되는 전원 공급에 따라 구동한다. 여기에서, 비엘디시 모터(106)는 로터의 계자, 스테이터에 전기자 권선을 설치하고, 홀센서 또는 포토 다이오드(photo diode) 등을 이용하여 권선의 전류 방향을 결정함으로써 브러쉬형의 모터와 같은 특성을 갖도록 한 모터로서, 전기자 권선에서 발생하는 자계의 극성이 로터에 설치된 고정 극성과 항상 90°가 되도록 전기자 전류를 흘리는 방식으로 구동된다. 이러한 브러쉬리스 모터는 AC 모터나 DC 모터가 전류의 방향 전환을 위해 3상 또는 4상 인버터를 이용하고 있는 반면 별도의 장치없이 방향 전환이 가능하며, 저속 및 고속에서 토오크가 비교적 높으며, 고속 회전이 가능하고, 무접점의 반도체 소자로 코일의 전류를 드라이브할 수 있어 그 수명이 매우 길고, 소음과 전자적인 잡음을 거의 발생시키지 않음으로써, 모터 드라이브 신호로 자체에서 직접 속도 조절을 할 수 있다는 특 징이 있다.
한편, 전류 측정부(108)는 비엘디시 모터(106)의 구동 시에 구동 전류를 측정하여 측정된 전류값을 구동 제어부(102)로 제공한다. 또한, 회전 속도 검출부(110)는 비엘디시 모터(106)의 구동 시에 구동 회전수를 측정하여 측정된 구동 회전수를 구동 제어부(102)로 제공한다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 비엘디시 모터의 제어 장치를 이용하여 전류 및 구동 회전수에 따라 비엘디시 모터의 구동을 제어하는 과정에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따라 전류 및 구동 회전수에 따라 비엘디시 모터의 구동을 제어하는 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, 구동 제어부(102)에서 모터 구동을 위한 전원인가 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 제공하고, 이에 따라 전원 스위칭부(104)에서는 비엘디시 모터(106)로 전원을 인가하여 모터 구동을 수행한다(단계202). 여기에서, 모터 구동을 위한 최적 회전수는 Rpm_St, 한계 전류는 Amp, ΔT 의 단계 상수를 t 라고 할 때, 먼저 ΔT0 를 0 으로 적용하여 구동하고, 구동 시에 구동 전류를 I, 구동하는 회전수를 Rpm, 센서값을 S라고 하며, 한상의 이동 시간 ΔT 는 Rpm/(60초*코일수6)이라고 한다.
이 때, 전류 측정부(108)에서는 비엘디시 모터(106)를 구동하는 전류를 측정하여(단계204), 측정된 전류를 구동 제어부(102)로 전달하고, 구동 제어부(102)에 서는 측정된 전류값(I)이 한계 전류(Amp) 이하인지를 체크한다(단계206).
상기 단계(206)에서의 체크 결과, 측정된 전류값(I)이 한계 전류(Amp)를 초과한 경우 구동 제어부(102)에서는 전원 스위칭부(104)에 모터 구동 전원을 차단하기 위한 제어신호를 제공하고, 이에 따라 전원 스위칭부(104)에서는 비엘디시 모터(106)로의 전원을 차단하여, 모터 구동을 정지시킨다(단계208).
한편, 상기 단계(206)에서의 체크 결과, 측정된 전류값(I)이 한계 전류(Amp) 이하인 경우 회전 속도 검출부(110)에서는 비엘디시 모터(106)의 구동 회전수를 검출하고(단계210), 검출된 구동 회전수를 구동 제어부(102)로 전달하며, 구동 제어부(102)에서는 검출된 구동 회전수(Rpm)을 체크한다(단계212).
상기 단계(212)에서의 체크 결과, 검출된 구동 회전수(Rpm)가 최적 회전수(Rpm_St)를 초과한 경우(즉, 전류가 감소하는 경우) ΔT0 를 ΔT0+t 로 적용하고(단계214), 구동 제어부(102)에서는 ΔT0 가 ΔT 이상인지를 체크한다(단계216). 여기에서, t는 상수값으로 회전의 정밀도에 따라 설정하는데, 예를 들어 t가 1인 경우 때 t의 값은 1 micro sec(0.000001 초)가 되고, 이러한 값은 모터에 따라 각각 다르게 설정된다. 즉, ΔT0 를 ΔT0+t 로 적용함으로써, 전원 차단 구간이 증가되어 실제 모터에 전류가 인가되는 시간이 짧아지게 된다.
상기 단계(216)에서의 체크 결과, ΔT0가 ΔT 이상인 경우 ΔT0 를 ΔT 로 적용하여(단계218), 이러한 조건에 따라 구동 제어부(102)에서는 전원을 스위칭하기 위한 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 제공하고, 이에 따라 전원 스위칭부(104)에 서는 모터의 구동 조건에 따라 비엘디시 모터(106)로의 전원을 인가 또는 차단하여 모터 구동을 수행한다(단계220). 여기에서, 모터의 구동 조건은 도 3에 도시한 바와 같이 나타낼 수 있는데, Port B는 모터와 연결된 출력포트이고, A(S, 0)는 배열로 선언된 변수로서 기 설정된 값을 갖는다. 또한, S는 센서 신호에 따른 정수값으로, 센서의 개수에 따라 변하며, 모터의 설계 시에 결정된다.
일 예로서, 0, 1, 2의 값은 모터에 전류를 인가시키는 테이블 값을 세가지로 구분하여 값을 정하는 것을 나타내는데, 도 4는 본 발명에 따라 비엘디시 모터의 구동 조건을 이용하여 각 상에 인가되는 신호를 테이블로 저장하는 것을 예시한 도면으로, 모터의 각상에 전류를 인가할 경우 센서 신호가 변함에 따라 각상에 인가되는 값이 변하게 된다. 여기에서, ΔT0 는 전원이 차단되어 구동 중지되는 구간이고, ΔT 는 전원이 인가되어 구동되는 구간이며, ΔT1 는 전원이 차단되어 구동 중지되는 구간을 나타낸다.
한편, 상기 단계(216)에서의 체크 결과, 검출된 구동 회전수(Rpm)이 최적 회전수(Rpm_St)인 경우 구동 제어부(102)에서는 전원을 스위칭하기 위한 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 제공하고, 이에 따라 전원 스위칭부(104)에서는 모터의 구동 조건에 따라 비엘디시 모터(106)로 전원을 인가 또는 차단하여 모터 구동을 수행한다(단계220).
또 다른 한편, 상기 단계(216)에서의 체크 결과, 검출된 구동 회전수(Rpm)이 최적 회전수(Rpm_St) 미만인 경우(즉, 전류가 증가하는 경우) ΔT0 를 ΔT0-t 로 적 용하고(단계222), 구동 제어부(102)에서는 ΔT0 가 1 미만인지를 체크한다(단계224). 여기에서, ΔT0 가 1 이상인 경우 구동 제어부(102)에서는 전원을 스위칭하기 위한 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 제공하고, 이에 따라 전원 스위칭부(104)에서는 모터의 구동 조건에 따라 비엘디시 모터(106)로 전원을 인가 또는 차단하여 모터 구동을 수행한다(단계220). 또한, t는 상수값으로 회전의 정밀도에 따라 설정하는데, 예를 들어 t가 1인 경우 때 t의 값은 1 micro sec(0.000001 초)가 되고, 이러한 값은 모터에 따라 각각 다르게 설정된다. 즉, ΔT0 를 ΔT0-t 로 적용함으로써, 전원 차단 구간이 감소되어 실제 모터에 전류가 인가되는 시간이 길어지게 된다.
상기 단계(224)에서의 체크 결과, ΔT0 가 1 미만인 경우 ΔT0 를 0 으로 적용하여(단계218), 이러한 조건에 따라 구동 제어부(102)에서는 전원을 스위칭하기 위한 제어신호를 전원 스위칭부(104)로 제공하고, 이에 따라 전원 스위칭부(104)에서는 모터의 구동 조건에 따라 비엘디시 모터(106)로의 전원을 인가 또는 차단하여 모터 구동을 수행한다(단계220).
따라서, 비엘디시 모터를 구동하는 중에 전류 및 구동 회전수에 따라 선택적으로 전원을 인가 또는 차단하여 비엘디시 모터의 발전 상태 및 제동 상태를 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 비엘디시 모터를 구동할 때 극성 경계를 센싱하여 전자 스위치를 개폐하는 방식으로 구동을 제어하는 종래 방법과는 달리, 비엘디시 모터의 구동 전류가 한계 전류 미만일 때, 구동 회전수를 측정한 후에 측정된 구동 회전수를 최적 회전수와 비교하여 극성이 변하는 경계 지점의 전원 차단 구간을 선택적으로 증가 또는 감소시키는 방식에 따라 비엘디시 모터의 구동을 제어함으로써, 비엘디시 모터의 구동 중 극성이 변하는 경계 지점에서 발생하는 제동 상태 및 발전 상태를 방지하여 모터 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 전류와 회전수를 계산하여 각상의 여자와 발전 상태를 구분 제어함으로써, 부하 변경에 따른 정속 제어와 선형 가속을 수행할 수 있다.
Claims (7)
- 비엘디시 모터의 구동을 제어하는 방법으로서,상기 비엘디시 모터를 초기 구동하는 제 1 과정과,상기 비엘디시 모터의 구동 중에 측정된 구동 전류가 한계 전류 미만인지를 체크하는 제 2 과정과,상기 측정된 구동 전류가 한계 전류 미만인 경우 검출된 구동 회전수를 최적 회전수와 비교하는 제 3 과정과,상기 검출된 구동 회전수가 최적 회전수를 초과한 경우 극성이 변하는 경계 지점에서의 전원 차단 구간을 증가시켜 상기 비엘디시 모터를 구동하는 제 4 과정과,상기 검출된 구동 회전수가 최적 회전수 미만인 경우 극성이 변하는 경계 지점에서의 전원 차단 구간을 감소시켜 상기 비엘디시 모터를 구동하는 제 5 과정을 포함하는 비엘디시 모터의 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 비엘디시 모터의 초기 구동은, 상기 전원 차단 구간 ΔT0 를 0으로 적용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 방법은,상기 제 2 과정 이후에 상기 측정된 구동 전류가 한계 전류를 초과하면 상기 비엘디시 모터로의 전원을 차단하는 제 6 과정을 더 포함하는 비엘디시 모터의 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 방법은,상기 제 3 과정 이후에 상기 검출된 구동 회전수가 최적 회전수와 동일한 경우 상기 비엘디시 모터의 초기 구동과 동일하게 상기 비엘디시 모터를 구동하는 제 7 과정을 더 포함하는 비엘디시 모터의 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 4 과정은,상기 전원 차단 구간 ΔT0 를 ΔT0 에 t 만큼 증가시켜 적용하는 과정과,상기 전원 차단 구간 ΔT0 가 전원 인가 구간 ΔT 이상인지를 체크하는 과정과,상기 전원 차단 구간 ΔT0 가 전원 인가 구간 ΔT 이상인 경우 ΔT0 를 ΔT 로 적용하여 상기 비엘디시 모터를 구동하는 과정을 포함하는 비엘디시 모터의 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 5 과정은,상기 전원 차단 구간 ΔT0 를 ΔT0 에 t 만큼 감소시켜 적용하는 과정과,상기 전원 차단 구간 ΔT0 가 1 미만인지를 체크하는 과정과,상기 전원 차단 구간 ΔT0 가 1 미만인 경우 ΔT0 를 0 으로 적용하여 상기 비엘디시 모터를 구동하는 과정을 포함하는 비엘디시 모터의 제어 방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 t는, 모터 회전의 정밀도에 따라 기 설정된 상수값인 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 제어 방법.
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