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KR20190062009A - Electrical angle estimation method for sinusoidal drive of Brushless DC Motor and motor control system using the method - Google Patents

Electrical angle estimation method for sinusoidal drive of Brushless DC Motor and motor control system using the method Download PDF

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Publication number
KR20190062009A
KR20190062009A KR1020170160968A KR20170160968A KR20190062009A KR 20190062009 A KR20190062009 A KR 20190062009A KR 1020170160968 A KR1020170160968 A KR 1020170160968A KR 20170160968 A KR20170160968 A KR 20170160968A KR 20190062009 A KR20190062009 A KR 20190062009A
Authority
KR
South Korea
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angle
electrical angle
time
point
error
Prior art date
Application number
KR1020170160968A
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Korean (ko)
Other versions
KR101989138B1 (en
Inventor
양광웅
신은철
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020170160968A priority Critical patent/KR101989138B1/en
Publication of KR20190062009A publication Critical patent/KR20190062009A/en
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Publication of KR101989138B1 publication Critical patent/KR101989138B1/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/12—Bandpass or bandstop filters with adjustable bandwidth and fixed centre frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Disclosed is a method for estimating an electric angle for sinusoidal drive of a brushless direct current (BLDC) motor. The method comprises the steps of: using a sensor signal generated from one hall sensor to calculate an angle speed of a rotator; calculating a time interval between sensor signals generated from the plurality of hall sensors; calculating a rotation angle between the calculated time intervals; updating an error between an actual electric angle included in the calculated rotation angle and a theoretical electric angle; and using the updated error to estimate the current electric angle.

Description

ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법 및 이를 이용한 모터 제어 시스템{Electrical angle estimation method for sinusoidal drive of Brushless DC Motor and motor control system using the method}Technical Field [0001] The present invention relates to an electric angle estimation method for driving a sinusoidal wave of a BLDC motor and a motor control system using the same,

본 발명은 BLDC 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 홀 센서를 이용하여 전기각을 추정하는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric angle estimation technique for driving a sinusoidal wave of a BLDC motor, and more particularly, to a technique for estimating electric angle using a hall sensor.

BLDC(Brushless DC) 모터는 DC(Direct Current) 모터에 비해 구조가 단순하고 수명이 길며 효율이 높아 가전 및 산업 전반에 다양하게 적용되어 사용된다. 반면 DC모터에 비해 별도의 구동 회로가 필요하며 제어가 복잡해지는 문제가 있다.BLDC (Brushless DC) motors are simpler in structure than DC (direct current) motors, have a long life span, and have high efficiency. On the other hand, a separate driving circuit is required in comparison with the DC motor, and the control becomes complicated.

일반적으로 BLDC 모터를 구동하기 위해서는 U, V, W 각 단자에 구형파(Square Wave) 전압이 인가된다. 이는 BLDC 모터가 회전하면서 발생하는 역기전력의 파형 모양이 사다리꼴 형상을 하고 있기 때문이다. Generally, square wave voltage is applied to each terminal of U, V, W to drive a BLDC motor. This is because the wave shape of the back electromotive force generated when the BLDC motor rotates has a trapezoidal shape.

그런데 구형파 전압을 인가하면, 모터 회전자의 전기적 사이클을 구분하는 섹터의 경계에서 전압이 순간적으로 변경(commutate)되기 때문에 전류의 흐름이 급격하게 변하면서 토크 리플이 발생하게 된다. However, when a square wave voltage is applied, since the voltage is instantaneously changed at the boundary of the sector that distinguishes the electric cycle of the motor rotor, the current flow suddenly changes and torque ripple occurs.

이러한 토크 리플은 고속 회전 시 모터에서 소음과 진동을 유발하며, 모터의 효율을 저하시킨다. 그래서 구형파 전압이 아닌 정현파(Sinusoidal Wave) 전압으로 BLDC 모터의 구동을 제어하기도 하는데, BLDC 모터의 구동을 정현파 전압으로 제어하기 위해서는, 회전자의 위치, 즉, 전기각(electrical angle)을 정확하게 찾는 것이 매우 중요하다.Such torque ripple causes noise and vibration in the motor at high speed rotation, and lowers the efficiency of the motor. Therefore, the driving of the BLDC motor is controlled by the sinusoidal wave voltage rather than the square wave voltage. In order to control the driving of the BLDC motor by the sinusoidal voltage, the position of the rotor, that is, the electrical angle, very important.

잘 알려진 바와 같이, 회전자의 전기각은 BLDC 모터에 설치된 엔코더(encoder)로부터 획득될 수 있다. 엔코더의 해상도(resolution)가 높을수록 회전자의 전기각을 정확하게 찾을 수 있다. 하지만 고해상도(high resolution)의 엔코더는 모터의 전체 크기를 증가시키며 모터의 가격도 증가시키는 단점이 있다. As is well known, the electrical angle of the rotor can be obtained from an encoder installed in the BLDC motor. The higher the resolution of the encoder, the more accurate the electric angle of the rotor can be found. However, high resolution encoders increase the overall size of the motor and increase the cost of the motor.

본 특허에서는 해상도가 높은 엔코더를 사용하지 않고 모터에 장착된 홀 센서(Hall Effect Sensor)만을 사용하여 전기각을 계산하고, 정현파 전압을 가하여 모터를 구동하는 방법에 대하여 설명한다. 기존의 방법에서 홀센서의 섹터 변경 시점에 존재하는 오차를 측정하고 전기각 계산에 반영함으로 좀 더 정확히 전기각을 계산하여 모터의 토크 리플을 줄이는 것이 목적이다.In this patent, a method of calculating an electric angle using only Hall effect sensors mounted on a motor without using an encoder having a high resolution and driving the motor by applying a sinusoidal voltage will be described. The purpose of the conventional method is to reduce the torque ripple of the motor by calculating the electric angle more precisely by measuring the error present at the time of sector change of the Hall sensor and reflecting it in the electric angle calculation.

따라서, 본 발명의 목적은 고해상도의 엔코더를 사용하지 않고, BLDC 모터에 장착된 홀센서(Hall Effect Sensor)만을 사용하여 BLDC 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric angle estimation method for sinusoidal wave driving of a BLDC motor using only Hall effect sensors mounted on a BLDC motor without using a high-resolution encoder.

추가로, 본 발명의 다른 목적은 섹터의 변경 시점에 존재하는 홀 센서의 오차를 고려한 전기각 추정 방법을 제공하는 데 있다. It is still another object of the present invention to provide an electric angle estimation method that takes into account the error of a Hall sensor existing at a time of a sector change.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법은 하나의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호를 이용하여 회전자의 각속도(

Figure pat00001
)를 계산하는 단계; 다수의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호들 중에서
Figure pat00002
시점에서 발생한 센서 신호와
Figure pat00003
시점에서 발생한 센서 신호 사이의 시간 간격(
Figure pat00004
)을 계산하는 단계; 상기
Figure pat00005
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00006
), 상기
Figure pat00007
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00008
) 및 실제 전기각의 변화량(
Figure pat00009
)을 이용하여, 상기 계산된 시간 간격(
Figure pat00010
)에 대한 회전각(
Figure pat00011
)을 계산하는 단계; 상기 계산된 회전각(
Figure pat00012
) 에 포함된 상기
Figure pat00013
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00014
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00015
)와 상기
Figure pat00016
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00017
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00018
)를 특정 값에 수렴하도록 업데이트하는 단계; 및 상기 업데이트된 오차(
Figure pat00019
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00020
)을 추정하고, 상기 업데이트된 오차(
Figure pat00021
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00022
)을 추정하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric angle estimation method for driving a sine wave of a BLDC motor, the method comprising:
Figure pat00001
); Among the sensor signals generated from a plurality of Hall sensors
Figure pat00002
Sensor signal generated at the time point
Figure pat00003
Time interval between sensor signals generated at the point
Figure pat00004
≪ / RTI > remind
Figure pat00005
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00006
), remind
Figure pat00007
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00008
) And the change amount of the actual electric angle (
Figure pat00009
), The calculated time interval (
Figure pat00010
) ≪ / RTI >
Figure pat00011
≪ / RTI > The calculated rotation angle (
Figure pat00012
),
Figure pat00013
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00014
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00015
) And the above
Figure pat00016
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00017
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00018
) To converge to a specific value; And the updated error (
Figure pat00019
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00020
), And the updated error (
Figure pat00021
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00022
).

본 발명의 다른 일면에 따른 BLDC 모터의 정현파 구동을 위한 전기각을 추정하는 모터 제어 시스템은 하나의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호를 이용하여 회전자의 각속도(

Figure pat00023
)를 계산하는 각속도 계산부; 다수의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호들 중에서
Figure pat00024
시점에서 발생한 센서 신호와
Figure pat00025
시점에서 발생한 센서 신호 사이의 시간 간격(
Figure pat00026
)을 계산하는 시간간격 계산부; 상기
Figure pat00027
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00028
), 상기
Figure pat00029
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00030
) 및 실제 전기각의 변화량(
Figure pat00031
)을 이용하여, 상기 계산된 시간 간격(
Figure pat00032
)에 대한 회전각(
Figure pat00033
)을 계산하는 회전각 계산부; 상기 계산된 회전각 (
Figure pat00034
) 에 포함된 상기
Figure pat00035
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00036
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00037
)와 상기
Figure pat00038
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00039
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00040
)를 특정 값에 수렴하도록 필터링하는 필터; 상기 업데이트된 오차(
Figure pat00041
)와 오차(
Figure pat00042
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00043
)과 현재의 전기각(
Figure pat00044
)을 추정하여, 상기 추정된 현재의 전기각(
Figure pat00045
)과 현재의 전기각(
Figure pat00046
)을 상기 회전자의 전기적 사이클을 구분하는 섹터의 경계로 추정하는 전기각 추정부; 상기 추정된 현재의 전기각(
Figure pat00047
)과 현재의 전기각(
Figure pat00048
) 사이의 전기각에 대응하는 PWM 구동 신호를 출력하는 PWM 구동부; 및 상기 PWM 구동 신호에 응답하여 정현파 구동을 위한 모터 구동 전압을 BLDC 모터에 인가하는 인버터;를 포함한다.A motor control system for estimating an electric angle for driving a sinusoidal wave of a BLDC motor according to another aspect of the present invention uses a sensor signal generated from a Hall sensor to calculate an angular velocity
Figure pat00023
An angular velocity calculation unit for calculating an angular velocity; Among the sensor signals generated from a plurality of Hall sensors
Figure pat00024
Sensor signal generated at the time point
Figure pat00025
Time interval between sensor signals generated at the point
Figure pat00026
); remind
Figure pat00027
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00028
), remind
Figure pat00029
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00030
) And the change amount of the actual electric angle (
Figure pat00031
), The calculated time interval (
Figure pat00032
) ≪ / RTI >
Figure pat00033
A rotation angle calculation unit for calculating a rotation angle; The calculated rotation angle (
Figure pat00034
),
Figure pat00035
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00036
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00037
) And the above
Figure pat00038
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00039
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00040
) To converge to a specific value; The updated error (
Figure pat00041
) And error
Figure pat00042
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00043
) And the current electrical angle (
Figure pat00044
), Estimates the estimated current electric angle (
Figure pat00045
) And the current electrical angle (
Figure pat00046
) Estimating an electric angle of a sector as a boundary of a sector that identifies an electric cycle of the rotor; The estimated current electrical angle (
Figure pat00047
) And the current electrical angle (
Figure pat00048
A PWM driving unit for outputting a PWM driving signal corresponding to an electrical angle between the PWM signal and the PWM signal; And an inverter for applying a motor driving voltage for sinusoidal wave driving to the BLDC motor in response to the PWM driving signal.

본 발명에 따르면, 엔코더를 사용하지 않고, 모터에 장착된 홀센서(Hall Effect Sensor)만을 사용하여 전기각을 계산하고, 계산된 전기각에 기초하여 모터의 정현파 구동을 실현할 수 있기 때문에, 엔코더 설계의 생략에 따라, BLDC 모터의 크기를 줄이고 가격을 낮출 수 있다.According to the present invention, it is possible to calculate an electric angle using only Hall effect sensors mounted on a motor without using an encoder, and to realize sinusoidal drive of the motor based on the calculated electric angle, The size of the BLDC motor can be reduced and the price can be lowered.

또한, 모터 회전자의 전기적 사이클을 구분하는 섹터의 변경시점에 존재하는 홀 센서의 오차를 고려하여 BLDC 모터의 전기각을 추정함으로써, 엔코더 없이, 홀센서만을 이용하더라도 정현판 구동을 위한 전기각을 정확하게 추정할 수 있다.Also, by estimating the electric angle of the BLDC motor in consideration of the error of the hall sensor existing at the time of changing the sector that discriminates the electric cycle of the motor rotor, the electric angle for driving the sagittal plate Can be accurately estimated.

또한, 홀센서만을 이용하여 정현판 구동을 위한 전기각을 정확하게 추정함으로써, 궁극적으로, BLDC 모터의 토크 리플을 줄일 수 있다.Further, by precisely estimating the electric angle for driving the sinusoidal plate using only the hall sensor, it is possible to ultimately reduce the torque ripple of the BLDC motor.

도 1은 기존의 6-스텝 커뮤테이션에 따른 모터 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 6-스텝 커뮤테이션의 모터 구동 방식에서 발생하는 토크 리플을 줄이기 위해 3상 U, V, W 단자에 인가되는 120°위상차를 가지는 정현파 전압의 파형도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정을 위한 전체 모터 시스템의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 3개의 홀 센서들에서 발생하는 구형 펄스들과 이 센서 신호들에 대해 배타적 논리합 연산을 수행하여 발생한 구형 펄스들의 파형도이다.
도 5는 도 3에 도시된 각속도 계산부에서 수행하는 각속도 계산 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 시간간격 계산부에서 수행하는 시간간격 계산 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 필터에서 수행하는 업데이트 프로세스에 따라 업데이트 되는 오차와 업데이트된 오차를 에 따라 추정된 전기각을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법의 흐름도이다.1 is a view for explaining a motor driving method according to a conventional six-step commutation.
FIG. 2 is a waveform diagram of a sinusoidal voltage having a 120 ° phase difference applied to three-phase U, V, and W terminals in order to reduce torque ripple occurring in the motor drive system of the six-step commutation shown in FIG.
3 is a configuration diagram of an entire motor system for electric angle estimation for sinusoidal wave driving of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a waveform diagram of spherical pulses generated in the three Hall sensors shown in FIG. 3 and spherical pulses generated by performing an exclusive OR operation on the sensor signals.
5 is a diagram for explaining an angular velocity calculation process performed by the angular velocity calculation unit shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram for explaining a time interval calculation process performed by the time interval calculation unit shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining an electric angle estimated according to an updated error and an updated error according to an update process performed in the filter shown in FIG. 3. FIG.
8 is a flowchart of an electric angle estimation method for sinusoidal wave driving of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.The various embodiments of the present invention are capable of various changes and may have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and the detailed description is described with reference to the drawings. It should be understood, however, that it is not intended to limit the various embodiments of the invention to the specific embodiments, but includes all changes and / or equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the various embodiments of the invention. In connection with the description of the drawings, like reference numerals have been used for like elements.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는“포함한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The use of "including" or "including" in various embodiments of the present invention can be used to refer to the presence of a corresponding function, operation or component, etc., which is disclosed, Components and the like. Also, in various embodiments of the present invention, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, components, Steps, operations, elements, components, or combinations of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 실시 예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한 다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.In the embodiments of the present invention, the expressions " or " include any and all combinations of words listed together. For example, " A or B " may comprise A, comprise B, or both A and B.

본 발명의 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the embodiments of the present invention are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the embodiments of the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시 예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted to have the meanings consistent with the contextual meanings of the related art and, unless expressly defined in the various embodiments of the present invention, It is not interpreted as meaning.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 모터의 전기각 추정 방법에 대해 상세히 기술하기로 한다. 이에 앞서, 발명의 이해를 돕기 위해, 종래의 홀 센서를 이용한 BLDC 모터의 정현파 구동에 대해 간략히 소개한다. Hereinafter, an electric angle estimation method of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail. In order to facilitate the understanding of the invention, the sinusoidal wave driving of a conventional BLDC motor using a hall sensor will be briefly described.

도 1은 기존의 BLDC 모터에서 6-스텝 커뮤테이션의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a view for explaining the operation of a six-step commutation in a conventional BLDC motor.

도 1을 참조하면, 기존의 BLDC 모터에서의 일반적인 구동 방법(모터 권선의 여자(excitation) 방법)으로, 6-스텝 커뮤테이션(six-step commutation)이 있을 수 있다. 6-스텝 커뮤테이션은 '6-스텝 사다리꼴' 또는 '120°통전방식'으로 불리기도 한다. 각 스텝(또는 섹터; sector)은 전기적으로 60°이므로, 6-스텝은 전기적으로 360°즉, 전기적인 1회전을 의미한다. Referring to Fig. 1, there can be a six-step commutation in a conventional driving method (a motor winding excitation method) in a conventional BLDC motor. Six-step commutation is sometimes referred to as a 'six-step trapezoid' or '120 ° energization method'. Since each step (or sector) is electrically 60 degrees, six steps means electrically 360 degrees, that is, one electrical turn.

도 1의 (A)에서, 화살표는 각 6-스텝에서 모터 권선을 통해 흐르는 전류의 방향을 의미한다. 도 1의 (B)에 도시한 그래프는 6-스텝 동안 모터의 3상 단자에 인가되는 3상(U, V, W) 전압을 의미한다. 6-스텝의 스퀀스는 모터가 전기적으로 1회전하도록 한다. In Fig. 1 (A), arrows indicate directions of currents flowing through the motor windings in each of six steps. The graph shown in FIG. 1 (B) represents the three-phase (U, V, W) voltage applied to the three-phase terminal of the motor during six steps. A sequence of six steps allows the motor to make one electrical turn.

먼저 홀 센서의 입력으로부터 회전자가 위치한 섹터를 검출하고, 도 1의 (B)에 도시한 그래프와 같이, 각 섹터(1, 2, 3, 4, 5, 6)에 대한 전압을 3상(U, V, W) 단자에 인가하게 된다. 도 1의 (B)에서는 6개의 섹터가 나타나며, 각 섹터는 전기적 사이클의 60°구간에 해당하며, 섹터의 번호는 임의 결정된 것이다. 또한, 전압이 변경되는 커뮤테이션은 각 섹터의 경계지점에서 발생한다. 그러므로, 섹터의 경계지점을 검출하는 것이 필요하다. First, the sector where the rotor is located is detected from the input of the Hall sensor, and the voltage for each sector (1, 2, 3, 4, 5, 6) , V, W) terminals. In FIG. 1B, six sectors are shown, each sector corresponding to a 60-degree section of an electrical cycle, and the sector number being arbitrarily determined. In addition, the commutation that changes the voltage occurs at the boundary of each sector. Therefore, it is necessary to detect the boundary point of the sector.

한편, 도 1의 (B)에 도시된 바와 같은 각 섹터에 대한 전압을 3상(U, V, W) 단자에 인가하는 방식으로 모터 구동을 제어하면, 각 섹터의 경계지점(또는 각 섹터의 전환 시점)에서 모터 와인딩(U, V, W winding)에 흐르는 전류를 갑자기 끊거나 흘리게 하면, 토크 리플이 발생하게 된다. On the other hand, when the motor drive is controlled by applying the voltage for each sector to the three-phase (U, V, W) terminal as shown in FIG. 1B, the boundary of each sector When the current flowing in the motor winding (U, V, W winding) is suddenly cut off or shed at the time of switching, the torque ripple occurs.

이에, 도 2에 도시된 바와 같이, 3상(U, V, W) 단자에 120° 위상차를 가지는 정현파 전압을 인가하는 방식으로 BLDC 모터 구동을 제어하면, 토크 리플을 줄일 수 있다.Thus, as shown in FIG. 2, by controlling the driving of the BLDC motor by applying a sinusoidal voltage having a phase difference of 120 degrees to the three-phase (U, V, W) terminal, the torque ripple can be reduced.

이와 같이, BLDC 모터의 3상(U, V, W) 단자에 도 2에 도시된 바와 같은 120° 위상차를 가지는 정현파 전압을 인가하는 경우, 회전자의 전기각(또는 회전자의 위치)을 알아야 한다. In this way, when a sinusoidal voltage having a phase difference of 120 DEG is applied to the three-phase (U, V, W) terminals of the BLDC motor, it is necessary to know the electric angle of the rotor (or the position of the rotor) do.

만일 BLDC 모터에 회전자의 전기각을 알 수 있는 엔코더와 같은 기기 설치 없이, 오직 홀 센서만이 설치된 경우, 홀 센서로부터 획득한 센서 신호를 이용하여 회전자의 각속도(

Figure pat00049
)를 측정하고, 이를 시간에 대해 적분함으로 회전자의 전기각(
Figure pat00050
)은 아래의 수학식 1과 같이 추정될 수 있다.If only a Hall sensor is installed without installing a device such as an encoder that can recognize the electric angle of the rotor in the BLDC motor, the sensor signal obtained from the hall sensor can be used to calculate the angular speed
Figure pat00049
), And integrates it with respect to time to calculate the electrical angle of the rotor
Figure pat00050
Can be estimated as Equation (1) below.

Figure pat00051
Figure pat00051

여기서,

Figure pat00052
는 회전자가 하나의 섹터를 지나가는 동안 일정한 값을 유지하는 상수로 보고,
Figure pat00053
는 섹터를 지나갈 때의 시각,
Figure pat00054
는 현재 시각이다. 그리고
Figure pat00055
는 섹터의 경계가 바뀔 때 아래의 수학식 2로 결정할 수 있다.here,
Figure pat00052
Is a constant that maintains a constant value while the rotor passes through one sector,
Figure pat00053
Is the time when it passes the sector,
Figure pat00054
Is the current time. And
Figure pat00055
Can be determined by Equation (2) below when the boundary of the sector is changed.

Figure pat00056
Figure pat00056

만일 홀 센서로부터 측정되는 속도가 오차를 포함하고 있다면, 적분한 회전자의 전기각이 섹터의 범위를 넘어가는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우 모터에 잘못된 토크가 작용하여 회전이 불안정하게 되기 때문에, 아래의 수학식 3과 같이 전기각의 최소값(

Figure pat00057
)과 최대값(
Figure pat00058
) 범위를 설정해야 한다.If the velocity measured from the hall sensor contains an error, the electrical angle of the integrated rotor may exceed the range of the sector. In such a case, since a wrong torque is applied to the motor and the rotation becomes unstable, the minimum value of the electric angle (
Figure pat00057
) And the maximum value (
Figure pat00058
) Range should be set.

Figure pat00059
Figure pat00059

그리고 회전자가 진입한 섹터를 벗어나지 않았을 때는 전기각(

Figure pat00060
)이 최소 및 최대 범위를 벗어나지 않도록 제한해야 한다. 이를 식으로 나타내면, 아래의 수학식 4와 같다.When the rotor is not out of the entered sector, the electric angle (
Figure pat00060
) Must not be outside the minimum and maximum ranges. This can be expressed by the following equation (4).

상기와 같이, 회전자의 전기각을 계산한 후, 회전자의 전기각을 기반으로 고정자의 U, V, W 단자에 아래의 수학식 5로 나타낼 수 있는 120° 간격의 정현파 전압을 인가하면 모터는 부드럽게 회전한다. After the electric angle of the rotor is calculated as described above, when a sinusoidal voltage of 120 DEG intervals is applied to the U, V, and W terminals of the stator based on the electric angle of the rotor, Rotate gently.

Figure pat00062
Figure pat00062

이상 설명한 내용이 종래의 홀 센서를 이용한 BLDC 모터의 정현파 구동 방법이다. The above is a method of driving a sinusoidal wave of a BLDC motor using a conventional hall sensor.

만일 홀 센서에서 발생하는 신호가 60°간격(이론 상의 섹터 간격)으로 일정하게 발생한다면, 이상 설명한 종래의 정현파 구동 방법은 특별한 문제가 없다.If the signals generated by the Hall sensors are constantly generated at intervals of 60 degrees (the theoretical sector interval), the above-described conventional sinusoidal wave driving method has no particular problem.

그러나 실질적으로 대부분의 BLDC 모터에 설치된 홀 센서에서는 신호가 대략 ±5°의 오차를 포함하고 있기 때문에, 섹터의 변경시점(변경지점 또는 경계지점)에서 회전자의 전기각이 불연속적이고, 이에 따라, 토크 리플이 발생하게 된다. However, in hall sensors installed in most BLDC motors, the electric angle of the rotor at the time of change of the sector (change point or boundary point) is discontinuous because the signal contains an error of approximately ± 5 degrees, Torque ripple occurs.

이러한 토크 리플은 고속 회전 시 모터에서 소음과 진동을 발생시킨다. 홀 센서에 발생하는 신호가 오차를 유발하는 이유는, 3개의 홀 센서들을 사용하는 경우, 전기각 120° 간격으로 배치되어야 하는 3개의 홀 센서들이 물리적으로 120° 간격으로 배치되지 않거나 홀 센서의 감도가 서로 다를 수 있기 때문이다.These torque ripples generate noise and vibration in the motor at high speeds. The reason why the signal generated in the Hall sensor causes an error is that when three Hall sensors are used, the three hall sensors to be arranged at intervals of 120 electrical degrees are not physically arranged at intervals of 120 degrees, May be different from each other.

본 발명은 섹터의 변경시점(변경지점 또는 경계지점)에 존재하는 홀 센서의 오차를 고려하여 BLDC 모터의 전기각을 추정함으로써, 홀 센서만을 이용한 BLDC 모터의 정현파 구동 위한 전기각을 정확하게 추정하는 것이다.The present invention accurately estimates an electric angle for driving a sinusoidal wave of a BLDC motor using only a hall sensor by estimating an electric angle of a BLDC motor in consideration of an error of a hall sensor existing at a change point (a change point or a boundary point) of a sector .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 모터의 전기각 추정 방법에 대해 상세히 기술하기로 한다. Hereinafter, a method of estimating an electric angle of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정을 위한 모터 시스템의 개략적인 전체 구성도이다.3 is a schematic overall configuration diagram of a motor system for electric angle estimation for sinusoidal wave driving of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 시스템은 6-스텝 커뮤테이션(six-step commutation)에 따라 BLDC 모터의 정현파 구동을 제어하는 것으로 가정한다. Referring to FIG. 3, it is assumed that the motor system according to the embodiment of the present invention controls the sinusoidal drive of the BLDC motor according to six-step commutation.

본 발명의 실시 예에 따른 모터 시스템은 BLDC 모터(110), 다수의 홀 센서(H1, H2, H3), 각속도 계산부(120), 연산기(130), 시간간격 계산부(140), 회전각 계산부(150), 필터(160), 전기각 추정부(170), PWM 구동부(180) 및 인버터(190)를 포함하도록 구성될 수 있다.The motor system according to the embodiment of the present invention includes a BLDC motor 110, a plurality of Hall sensors H1, H2 and H3, an angular velocity calculator 120, a calculator 130, a time interval calculator 140, And may include a calculator 150, a filter 160, an electrical angle estimator 170, a PWM driver 180, and an inverter 190.

BLDC 모터(100)는 고정자와 회전자를 포함하도록 구성된 것으로, 본 발명은 BLDC 모터(100)의 구조적 특징 또는 기능적 특징을 한정하는 것이 아니므로, 이에 대한 상세 설명은 공지기술로 대신한다. 도 3에서는 BLDC 모터(100)의 모터 형태만을 간략하게 도시한 것이다. Since the BLDC motor 100 is configured to include a stator and a rotor, the present invention does not limit the structural or functional characteristics of the BLDC motor 100, and a detailed description thereof will be omitted. 3, only the motor type of the BLDC motor 100 is schematically shown.

다수의 홀 센서들(H1, H2, H3)는 회전자에 구비된 영구자석에서 발생되는 자기장의 크기 및 방향을 감지하여 자석의 극변화에 따른 회전자의 위치 또는 속도를 검출하는 역할을 한다. The plurality of hall sensors H1, H2, and H3 detect the magnitude and direction of the magnetic field generated in the permanent magnet provided in the rotor and detect the position or speed of the rotor according to the pole change of the magnet.

다수의 홀 센서들(H1, H2, H3) 각각은 도 4에 도시된 바와 같이, 자석의 극변화에 대응하는 구형펄스로 이루어진 센서 신호들을 출력하며, 이론상 120도 간격으로 배치되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 120도의 위상차를 갖는 센서 신호들을 출력한다. BLDC 모터(100)와 마찬가지로, 본 발명에서는 홀 센서의 구조적 특징 또는 기능적 특징을 한정하는 것이 아니므로, 이에 대한 상세 설명은 공지기술로 대신한다. 다만, 본 실시 예에서는 홀 센서들이 회전자에 대해 일정한 각도, 즉, 120도의 간격으로 배치되어야 하지만, 실제 홀 센서의 설치과정에서의 발생하는 장착 위치 오차에 의해, 이론상 120도의 간격으로 배치되지 않음을 전제로 한다.As shown in FIG. 4, each of the plurality of hall sensors H1, H2, and H3 outputs sensor signals composed of rectangular pulses corresponding to pole changes of the magnets, And outputs sensor signals having a phase difference of 120 degrees, as shown in Fig. Like the BLDC motor 100, the present invention does not limit the structural or functional characteristics of the Hall sensor, so that detailed description thereof will be omitted. However, in the present embodiment, the hall sensors should be arranged at a certain angle with respect to the rotor, that is, at an interval of 120 degrees. However, due to the mounting position error occurring in the actual hall sensor installation process, .

각속도 계산부(120)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1, H2, H3) 중 어느 하나의 홀 센서(H1)에서 발생하는 센서 신호를 이용하여 회전자의 각속도(

Figure pat00063
)를 계산한다. The angular velocity calculator 120 calculates the angular velocity of the rotor using the sensor signals generated by any one of the first through third hall sensors H1, H2, and H3
Figure pat00063
).

연산기(130)는, 회전자의 전기적 사이클을 6-스텝 커뮤테이션 방식에 따라 6개의 섹터들 각각의 시간간격(

Figure pat00064
)을 계산하기 위해, 제1 내지 제3 홀 센서(H1, H2, H3)에서 발생한 센서 신호들에 대해 배타적 논리합(exclusive or; XOR) 연산을 수행하여, 도 4의 아래쪽 파형도와 같이, 하이 상태와 로우 상태로 구분되는 6개의 섹터들(sector1~ sector6)을 포함하는 구형 펄스를 출력 한다. The computing unit 130 computes the electrical cycle of the rotor based on the time interval of each of the six sectors in accordance with the six-step commutation method
Figure pat00064
(XOR) operation on the sensor signals generated in the first through third hall sensors H1, H2, and H3 to calculate a high state And six sectors (sector 1 to sector 6 ) that are divided into a low state and a low state.

시간간격 계산부(140)는 각 섹터의 시간간격(

Figure pat00065
)에 대응하는 하이 상태 및 로우 상태의 유지시간을 카운팅하여, 6개의 섹터들 각각의 시간간격(
Figure pat00066
)을 계산한다. 즉, 시간간격 계산부(140)는
Figure pat00067
시점의 섹터 경계에서 발생한 센서 신호의 상승 에지(또는 하강 에지)와
Figure pat00068
시점의 섹터 경계에서 발생한 센서 신호의 하강 에지(또는 상승 에지) 사이의 시간 간격(
Figure pat00069
)을 계산한다. The time interval calculator 140 calculates the time interval (
Figure pat00065
) And counts the holding time of the low state corresponding to the time interval of each of the six sectors (
Figure pat00066
). That is, the time interval calculation unit 140 calculates
Figure pat00067
The rising edge (or falling edge) of the sensor signal generated at the sector boundary of the starting point
Figure pat00068
The time interval between the falling edge (or rising edge) of the sensor signal generated at the sector boundary of the starting point
Figure pat00069
).

회전각 계산부(150)는 상기

Figure pat00070
시점의 섹터 경계에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00071
), 상기
Figure pat00072
시점의 섹터 경계에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00073
) 및 실제 전기각의 변화량(
Figure pat00074
)을 이용하여, 상기 계산된 시간 간격(
Figure pat00075
) 사이에서의 회전각(
Figure pat00076
)을 계산한다.The rotation angle calculation unit 150 calculates the rotation angle
Figure pat00070
The previous electrical angle estimated at the sector boundary of the starting point (
Figure pat00071
), remind
Figure pat00072
The previous electrical angle estimated at the sector boundary of the starting point (
Figure pat00073
) And the change amount of the actual electric angle (
Figure pat00074
), The calculated time interval (
Figure pat00075
) ≪ / RTI >
Figure pat00076
).

필터(160)는 상기 계산된 회전각(

Figure pat00077
) 에 포함된 상기
Figure pat00078
시점의 섹터 경계에서의 실제 전기각 (
Figure pat00079
)과 상기
Figure pat00080
시점의 섹터 경계에서의 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00081
)와 상기
Figure pat00082
시점의 섹터 경계에서의 실제 전기각 (
Figure pat00083
)과 상기
Figure pat00084
시점의 섹터 경계에서의 이론상 전기각 사이의 오차(
Figure pat00085
)를 특정 값에 수렴하도록 필터링(또는 업데이트)한다. 이때, 필터(160)는 저역 통과 필터(Low-pass filter)일 수 있으며, 상기 오차(
Figure pat00086
)와 상기 오차(
Figure pat00087
) 각각은 상기 저역 통과 필터(Low-pass filter)의 필터 계수(K)에 따라 결정된 업데이트 양에 따라 필터링(또는 업데이트)될 수 있다. 여기서, 오차(
Figure pat00088
)와 오차(
Figure pat00089
)는 섹터 경계시점에서의 오차를 의미한다.The filter 160 computes the calculated rotation angle < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00077
),
Figure pat00078
The actual electrical angle at the sector boundary of the starting point (
Figure pat00079
) And the above
Figure pat00080
The error between the theoretical electric angles at the sector boundary of the starting point (
Figure pat00081
) And the above
Figure pat00082
The actual electrical angle at the sector boundary of the starting point (
Figure pat00083
) And the above
Figure pat00084
The error between the theoretical angles at the sector boundary of the starting point (
Figure pat00085
) To converge to a specific value. At this time, the filter 160 may be a low-pass filter,
Figure pat00086
) And the error
Figure pat00087
May be filtered (or updated) according to the update amount determined according to the filter coefficient K of the low-pass filter. Here, the error (
Figure pat00088
) And error
Figure pat00089
) Denotes an error at the sector boundary point.

전기각 추정부(170)는 상기 업데이트된 오차(

Figure pat00090
)와 오차(
Figure pat00091
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00092
)과 현재의 전기각(
Figure pat00093
)을 추정한다. The electrical angle estimator 170 may calculate the updated error
Figure pat00090
) And error
Figure pat00091
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00092
) And the current electrical angle (
Figure pat00093
).

전기각 추정부(170)는 추정된 현재의 전기각(

Figure pat00094
)과 현재의 전기각(
Figure pat00095
)을 회전각 계산부(150)로 전달하고, 회전각 계산부(150)는 상기
Figure pat00096
시점에서 추정한 현재의 전기각(
Figure pat00097
), 상기
Figure pat00098
시점에서 추정한 현재의 전기각(
Figure pat00099
) 및 실제 전기각의 변화량(
Figure pat00100
)을 이용하여, 상기 계산된 시간 간격(
Figure pat00101
) 사이에서의 회전각(
Figure pat00102
)을 다시 계산하고, 이를 필터(160)로 전달한다. 그러면, 필터(160)는 다시 계산된 회전각(
Figure pat00103
)에 포함된 상기 오차(
Figure pat00104
)와 상기 오차(
Figure pat00105
)가 특정 값에 수렴하도록 필터링(또는 업데이트)한다. The electrical angle estimating unit 170 estimates the current electrical angle (
Figure pat00094
) And the current electrical angle (
Figure pat00095
To the rotation angle calculation unit 150, and the rotation angle calculation unit 150 calculates the rotation angle
Figure pat00096
The current electrical angle estimated at the time (
Figure pat00097
), remind
Figure pat00098
The current electrical angle estimated at the time (
Figure pat00099
) And the change amount of the actual electric angle (
Figure pat00100
), The calculated time interval (
Figure pat00101
) ≪ / RTI >
Figure pat00102
) And passes it to the filter 160. [ The filter 160 then computes the rotation angle < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00103
) ≪ / RTI &
Figure pat00104
) And the error
Figure pat00105
) To converge to a specific value.

이러한 회전각 계산부(150), 필터(160) 및 전기각 추정부(170)에서 수행하는 피드백루프는 상기 오차(

Figure pat00106
)와 상기 오차(
Figure pat00107
)가 수렴하는 특정 값이 더 이상 변하지 않을 때까지 계속되고, 특정값이 더 이상 변하지 않는 경우, 전기각 추정부(170)는 최종적으로 필터링된(업데이트된) 오차(
Figure pat00108
)를 포함하도록 전기각(
Figure pat00109
: 섹터의 앞쪽 변경지점)을 추정하고, 최종적으로 필터링된(업데이트된) 오차(
Figure pat00110
)를 포함하도록 전기각(
Figure pat00111
: 섹터의 뒷쪽 변경지점)을 추정한다. The feedback loop performed by the rotation angle calculator 150, the filter 160, and the electrical angle estimator 170 may be based on the error
Figure pat00106
) And the error
Figure pat00107
And the specific value does not change any more, the electrical angle estimator 170 determines whether or not the finally filtered (updated) error
Figure pat00108
) Of the electric angle
Figure pat00109
: The previous change point of the sector), and finally the filtered (updated) error
Figure pat00110
) Of the electric angle
Figure pat00111
: The backward change point of the sector).

이후, PWM 구동부(180)는 최종적으로 추정된 전기각(

Figure pat00112
)과 전기각(
Figure pat00113
) 사이에서 추정된 전기각에 대응하는 PWM 구동 신호를 출력하고, 이를 인버터(190)에 전달하면, 인버터(190)는 상기 PWM 구동 신호에 응답하여 정현파 구동을 위한 모터 구동 전압을 BLDC 모터에 인가한다.Thereafter, the PWM driver 180 outputs the estimated electric angle (
Figure pat00112
) And electrical angle
Figure pat00113
, The inverter 190 outputs a PWM driving signal corresponding to the estimated electric angle to the inverter 190. In response to the PWM driving signal, the inverter 190 applies a motor driving voltage for sinusoidal wave driving to the BLDC motor do.

이하, 상기 구성들(120, 130, 140, 150, 160 및 170)에서 수행하는 프로세스에 대해 구체적인 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the processes performed in the configurations 120, 130, 140, 150, 160, and 170 will be described in detail.

각속도 Angular velocity 계산부(120)에서In the calculation unit 120, 수행하는 프로세스 Process to perform

도 5는 도 3에 도시된 각속도 계산부에서 수행하는 각속도 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining an angular velocity calculation method performed by the angular velocity calculation unit shown in FIG.

도 5를 참조하면, 홀 센서를 이용하여 각속도를 계산하는 방법은 다음과 같이 3가지 방법이 사용될 수 있다.Referring to FIG. 5, there are three methods for calculating the angular velocity using the Hall sensor.

첫 번째 방법, 홀 센서(Hall A)에서 발생한 센서 신호의 상승 에지에서 인터럽트를 설정하여, 시간(

Figure pat00114
)을 측정하고, 360도를 상기 측정된 시간(
Figure pat00115
)으로 나누면, 회전자의 각속도를 측정할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면, 아래의 수학식 6과 같다.In the first method, an interrupt is set at the rising edge of the sensor signal generated in Hall A (Hall A)
Figure pat00114
) Is measured, and 360 degrees is measured at the measured time (
Figure pat00115
), The angular velocity of the rotor can be measured. This can be expressed by the following equation (6).

Figure pat00116
Figure pat00116

두 번째 방법, 첫 번째 방법과 비교하여 좀 더 빠른 속도 측정을 위해 홀 센서들 각 센서 신호가 각각 변할 때 시간(TABC)을 측정하고, 60도를 상기 측정된 시간으로 나누면, 각속도를 측정할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면, 아래의 수학식 7과 같다.The second method is to measure the time (T ABC ) when the respective sensor signals of the Hall sensors are changed and the angular velocity by dividing the time of 60 degrees by the measured time for faster speed measurement as compared to the first method . This can be expressed by the following equation (7).

Figure pat00117
Figure pat00117

첫 번째와 두 번째 방법에서는 모터가 일정한 속도로 회전하더라도 각 섹터마다 측정한 속도가 일정하지 않을 수 있다. 이것은 홀 센서(Hall A, Hall B, Hall C)의 각 센서 신호가 바뀌는 지점 간의 간격이 60±α로 일정하지가 않기 때문이다. In the first and second methods, even if the motor rotates at a constant speed, the measured speed may not be constant for each sector. This is because the spacing between the points where the sensor signals of Hall sensors A (Hall A, Hall B, Hall C) change is not constant at 60 ± α.

실제로 정밀한 엔코더를 장착하여 센서 신호가 감지되는 위치를 측정해 보면, 홀 센서(H1, H2, H3)의 신호가 바뀌는 지점 간의 각도 오차가 10° 이상 발생하는 BLDC 모터도 있다.Actually, there is a BLDC motor in which the angular error between the points where the signals of the hall sensors (H1, H2, H3) change is more than 10 degrees when measuring the position where the sensor signal is detected by mounting the precise encoder.

만일 첫 번째 방법과 같이 360°를 기준으로 속도를 측정하더라도 모터의 극쌍수(number of pole pairs)가 2극쌍(2 pole pairs) 이상인 모터들에서는 여전히 속도 오차가 발생한다. 이는 회전자의 각 극마다 장착된 자석의 세기 및 자속 분포가 서로 다르기 때문으로 추정된다.Even if the speed is measured at 360 ° as in the first method, the speed error still occurs in motors whose number of pole pairs is more than 2 pole pairs. This is presumably because the magnitude and magnetic flux distribution of the magnets attached to each pole of the rotor are different from each other.

세 번째 방법, 센서 신호의 측정 시점을 모터의 극쌍수 만큼 확장함으로 홀 센서 및 자석의 특성에 의한 오차의 원인을 제거하는 방법이다. 만일 극쌍수가 2극이라면 홀 센서(A)에서 발생하는 펄스에 대하여 2주기에 해당하는 시간(

Figure pat00118
)을 측정하여 회전 속도를 계산할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면, 아래의 수학식 8과 같다.The third method is to eliminate the cause of the error due to the characteristics of the hall sensor and the magnet by extending the measuring point of the sensor signal by the number of pole pairs of the motor. If the number of pole pairs is two, the time corresponding to two cycles of the pulse generated by the hall sensor (A)
Figure pat00118
) Can be measured to calculate the rotation speed. This can be expressed by the following equation (8).

Figure pat00119
Figure pat00119

이상 세 가지의 각속도를 계산 방법을 설명하였는데, 모터의 속도가 느릴 때는 두 번째 방법을 모터의 속도가 빠를 때는 세 번째 방법을 사용하여 모터의 속도를 계산하는 것이 바람직하다.We have explained how to calculate the three angular velocities. When the speed of the motor is slow, it is preferable to calculate the speed of the motor using the second method.

시간간격 계산부(140)에서 수행하는 시간간격 계산프로세스The time interval calculation process performed by the time interval calculation unit 140

도 6은 도 4에 도시된 시간간격 계산부에서 수행하는 시간계산 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a time calculation process performed by the time interval calculation unit shown in FIG.

도 6을 참조하면, 3개의 홀 센서들에서 발생하는 센서 신호는 전기각이 360° 회전할 때, 6번(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥)에 걸쳐 신호가 변하게 되며, 우리는 각각의 센서 신호가 변하는 시점(신호의 천이시점)에서 이론상의 전기각을 30°, 90°, 150°, 210°, 270°, 330°로 알고 있다고 가정한다.Referring to FIG. 6, when the electric angle of the sensor signal generated by the three hall sensors is rotated 360 degrees, the signal changes over 6 times (①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥) It is assumed that the theoretical electric angles are known to be 30 °, 90 °, 150 °, 210 °, 270 °, and 330 ° at the time when each sensor signal changes (signal transition point).

이는 3개의 홀 센서들이 120°간격으로 배치되어 있고, 전기각이 360° 회전할 때 하나의 홀 센서는 상승에지(rising edge)와 하강에지(falling edge)에서 2개의 신호가 발생하기 때문에 총 6개의 신호가 발생하며, 각 신호간의 시간간격은 60°가 된다. 하지만, 전술한 바와 같이, 홀 센서의 장착위치 오차, 감도, 자석의 배치 등 다양한 물리적 요인으로 인해 각 신호간의 간격은 60°에서 오차(예를 들면, ±10°)를 가질 수 있다.This is because three Hall sensors are arranged at intervals of 120 degrees, and when the electric angle rotates 360 degrees, one Hall sensor generates two signals at a rising edge and a falling edge, And the time interval between the signals is 60 °. However, as described above, the gap between the signals may have an error (e.g., +/- 10 DEG) at 60 DEG due to various physical factors such as mounting position error, sensitivity, magnet arrangement, and the like of the Hall sensor.

이러한 이유로 모터가 일정하게 회전하더라도 각 신호 간의 시간간격을 측정하면 60°의 간격으로 일정하지가 않다. For this reason, even if the motor rotates constantly, if the time interval between the signals is measured, it is not constant at an interval of 60 °.

모터가 일정한 속도로 회전하고 이론상 전기각이 30°에서 90°로 변할 때 홀 센서의 인터럽트에 의해 측정한 시간 간격이

Figure pat00120
라면 실제 전기각의 변화량은 ωΔt12가 된다.When the motor rotates at a constant speed and the theoretical angle changes from 30 ° to 90 °, the time interval measured by the Hall sensor interrupt
Figure pat00120
If the amount of change in the actual electrical angle is a 12 ωΔt.

전기각이 1회전 할 때, 시간간격(

Figure pat00121
)은 6개의 시간 간격(6개의 섹터)을 포함한다. 이를 수식으로 나타내면, 아래의 수학식 9와 같다.When the electric angle makes one revolution, the time interval (
Figure pat00121
) Includes six time intervals (six sectors). This can be expressed by the following equation (9).

Figure pat00122
Figure pat00122

회전각 Rotation angle 계산부(150)에서In the calculation unit 150 수행하는 회전각 계산 프로세스 The rotation angle calculation process performed

전술한 시간간격 계산 프로세스에 의해 계산된 시간간격에 대한(대응하는) 회전각은 아래의 수학식 10으로 계산될 수 있다. The (corresponding) rotation angle for the time interval calculated by the time interval calculation process described above can be calculated by the following equation (10).

Figure pat00123
Figure pat00123

여기서,

Figure pat00124
은 시간간격(
Figure pat00125
)을 구성하는
Figure pat00126
시점의 섹터 경계에서 전기각 추정부(170)가 이전 프로세스에서 추정한 전기각이고,
Figure pat00127
은 시간간격(
Figure pat00128
)을 구성하는 다른
Figure pat00129
시점의 섹터 경계에서 전기각 추정부(170)가 이전 프로세스에서 추정한 전기각이다. 그리고,
Figure pat00130
은 실제 전기각의 변화량이다. here,
Figure pat00124
Time interval (
Figure pat00125
)
Figure pat00126
At the sector boundary of the start point, the electric angle estimating unit 170 calculates the electric angle estimated in the previous process,
Figure pat00127
Time interval (
Figure pat00128
) Constituting the other
Figure pat00129
Is an electrical angle estimated by the electrical angle estimation unit 170 in the previous process at the sector boundary of the starting point. And,
Figure pat00130
Is the variation of the actual electrical angle.

상기 수학식 10으로부터, 6개의 시간간격(Δt12, Δt23, Δt34, Δt45, Δt56, Δt61)각각에 대한(또는 대응하는) 회전각은 아래의 수학식 11로부터 계산할 수 있다.Above from equation (10), six time intervals (Δt 12, Δt 23, Δt 34, Δt 45, Δt 56, Δt 61) ( or with correspondence) for each rotation angle can be calculated from equation (11) below.

Figure pat00131
Figure pat00131

이때, 모터의 회전속도는 일정한 각속도(ω)로 회전하고 있다고 가정한다. 그리고 추정한 전기각(

Figure pat00132
)은, 전술한 바와 같이, 전기각 추정부(170)가 이전 프로세스에서 추정한 값이다.At this time, it is assumed that the rotational speed of the motor is rotating at a constant angular speed ([omega]). And the estimated electric angle (
Figure pat00132
Is a value estimated by the electrical angle estimation unit 170 in the previous process as described above.

필터(160)에서 수행하는 오차 업데이트 프로세스(또는 오차 필터링 프로세스)The error update process (or error filtering process) performed by the filter 160,

도 7은 도 3에 도시된 필터에서 수행하는 업데이트 프로세스에 따라 업데이트 되는 오차와 업데이트된 오차를 에 따라 추정된 전기각을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for explaining an electric angle estimated according to an updated error and an updated error according to an update process performed in the filter shown in FIG. 3. FIG.

도 7을 참조하면, 전기각 추정부(170)가 이전 프로세스에서

Figure pat00133
시점의 섹터 경계에서 추정한 전기각
Figure pat00134
과 이전 프로세스에서
Figure pat00135
시점의 섹터 경계에서 추정한 전기각
Figure pat00136
를 올바르게 추정했다면, 이전 프로세스에서 추정된
Figure pat00137
시점의 전기각
Figure pat00138
과 이전 프로세스에서 추정된
Figure pat00139
시점의 전기각
Figure pat00140
간의 차이값과 실제 전기각의 변화량 ωΔt12은 동일해야 하는 조건이 성립해야 한다. 즉, 아래의 수학식 12가 성립해야 한다.Referring to FIG. 7, the electrical angle estimator 170 calculates
Figure pat00133
The electrical angle estimated at the sector boundary of the starting point
Figure pat00134
And in the migration process
Figure pat00135
The electrical angle estimated at the sector boundary of the starting point
Figure pat00136
, It is possible to estimate the estimated
Figure pat00137
Electrical angle of view
Figure pat00138
And the estimated
Figure pat00139
Electrical angle of view
Figure pat00140
And the change amount?? T 12 of the actual electrical angle should be satisfied. That is, Equation 12 below should be established.

Figure pat00141
Figure pat00141

하지만, 상기 수학식 12의 등식이 성립하지 않을 때는,

Figure pat00142
과
Figure pat00143
로 이루어진 오차를 조절하여 상기 수학식 12의 등식이 성립하게 할 수 있다. 이를 식으로 나타내면, 아래의 수학식 13과 같다.However, when Equation (12) does not hold,
Figure pat00142
and
Figure pat00143
The equation of Equation (12) can be established. This can be expressed by Equation (13) below.

Figure pat00144
Figure pat00144

여기서,

Figure pat00145
은 이론상의 섹터간격이고,
Figure pat00146
은 상기
Figure pat00147
시점의 섹터 경계에서 실제 전기각 (
Figure pat00148
)과 이론상의 전기각 사이의 오차이고,
Figure pat00149
는 상기
Figure pat00150
시점의 섹터 경계에서 실제 전기각 (
Figure pat00151
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00152
)이다.here,
Figure pat00145
Is the theoretical sector spacing,
Figure pat00146
Gt;
Figure pat00147
The actual electrical angle (
Figure pat00148
) And the theoretical electric angle,
Figure pat00149
Quot;
Figure pat00150
The actual electrical angle (
Figure pat00151
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00152
)to be.

만일,

Figure pat00153
라면, 수학식 12의 좌변과 우변 간의 차이값, 즉,
Figure pat00154
에 대하여 1차 저주파 통과 필터를 통과시켜 오차(
Figure pat00155
과
Figure pat00156
)를 업데이트(필터링) 하게 된다. if,
Figure pat00153
, The difference value between the left side and the right side of the equation (12), that is,
Figure pat00154
Passed through a first low-pass filter to obtain an error (
Figure pat00155
and
Figure pat00156
(Filtering).

이러한 오차의 업데이트 프로세스를 6개의 섹터에 대하여 모두 적용하면, 아래의 수학식 14와 같다.The update process of this error is applied to all six sectors, as shown in Equation (14) below.

Figure pat00157
Figure pat00157

여기서, K는 저주파 통과 필터의 계수로서, 오차의 업데이트 양을 결정하는 상수(0 < K <0.5)이다.Here, K is a coefficient of the low-pass filter, and is a constant (0 < K < 0.5) that determines the update amount of the error.

이러한 오차 업데이트 프로세스가 최초 실행되는 경우, 오차(α1 ~ α6)는 모두 0으로 초기화된 상태에서 시작한다.When this error update process is executed for the first time, the errors (alpha 1 to alpha 6 ) are all initialized to zero.

오차 업데이트 프로세스가 반복 수행되면서, 즉, 회전각 계산부(150), 필터(160) 및 전기각 추정부(170)로 구성되는 피드백 루프 제어가 반복 수행되면서, 오차(α1 ~ α6)는 특정 값으로 수렵하게 된다. 오차가 수렴된 특정 값에서 더 이상 변하지 않으면, 홀 센서의 센서 신호가 발생한 시점(각 섹터 경계)에서 전기각을 정확하게 추정한 결과로 신뢰할 수 있다. While the error updating process is repeatedly performed, that is, the feedback loop control consisting of the rotation angle calculating section 150, the filter 160 and the electrical angle estimating section 170 is repeatedly performed, the errors? 1 to? 6 are It will be hunted to a specific value. If the error does not change further from the converged specific value, it can be relied on as a result of accurately estimating the electric angle at the time of occurrence of the sensor signal of the hall sensor (boundary of each sector).

전기각Electrical angle 추정부(170)에서At the estimating unit 170 수행하는  Perform 전기각Electrical angle 추정 프로세스 Estimation process

전술한 오차 업데이트 프로세스의 반복 수행에 따라, 오차가 수렴된 특정 값에서 더 이상 변하지 않게 최종적으로 업데이트 되면, 최종적으로 업데이트된 오차(α1 ~ α6)로부터 아래의 수학식 15와 같이 전기각을 추정할 수 있게 된다.When the error is finally updated so as to remain unchanged at the converged specific value according to the repetition of the above-described error update process, an electric angle is calculated from the finally updated error (? 1 to? 6 ) .

Figure pat00158
Figure pat00158

처음 실행될 때는 오차(α1 ~ α6)가 모두 0의 값을 가지기 때문에, 전기각 추정값은 이론상의 전기각 30°, 90°, 150°, 210°, 270°, 330°을 가진다. 하지만 오차 업데이트 프로세스를 반복적으로 수행하면, αk값은 특정한 값으로 수렵하게 되며, 각 섹터의 경계에서 추정한 전기각

Figure pat00159
는 실제 전긱각에 가까워지게 된다.Since the errors (α 1 to α 6 ) have a value of 0 when they are executed for the first time, the electric angular estimation values have the theoretical electric angles of 30 °, 90 °, 150 °, 210 °, 270 ° and 330 °. However, if the error updating process is repeatedly performed, the value of [alpha] k is hunted to a specific value, and the electric angle estimated at the boundary of each sector
Figure pat00159
Becomes closer to the actual full-jaw angle.

섹터 내에서 전기각 계산Calculate electrical angles within a sector

이상과 같이, 각 섹터 경계에서 전기각을 정확하게 추정하는 방법에 대하여 설명했다. 모터의 홀 센서를 사용하면 대략적인 전기각의 위치를 알 수 있다. 하지만 모터가 전기각 360°를 회전하는 동안 홀 센서에서 발생하는 신호는 대략 60° 간격으로 6번 발생함으로, 섹터 내에서는 전기각을 측정할 방법이 없다. 이때에는 모터의 회전 속도(ω)와 마지막으로 지나각 섹터의 경계에서 추정한 전기각 (

Figure pat00160
)과 경과한 시간으로부터 아래의 수학식 16과 같이 전기각(θ)을 계산살 수 있다.As described above, a method of accurately estimating the electric angle at each sector boundary has been described. By using the Hall sensor of the motor, it is possible to know the approximate position of the electric angle. However, while the motor rotates 360 ° of electric angle, the signal generated by the Hall sensor occurs six times at intervals of 60 °, and there is no way to measure the electric angle within the sector. In this case, the rotation speed (ω) of the motor and the electric angle estimated at the boundary of each sector
Figure pat00160
) And elapsed time, the electric angle [theta] can be calculated as shown in the following equation (16).

Figure pat00161
Figure pat00161

여기서,

Figure pat00162
는
Figure pat00163
중 하나이다.here,
Figure pat00162
The
Figure pat00163
Lt; / RTI &gt;

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart of an electric angle estimation method for sinusoidal wave driving of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 먼저, 단계 S810에서, 하나의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호를 이용하여 회전자의 각속도(

Figure pat00164
)를 계산하는 과정이 수행된다. 이러한 각속도(
Figure pat00165
)는 전술한 수학식 6, 7 및 8 중 어느 하나에 의해 계산될 수 있다.Referring to FIG. 8, first, in step S810, a sensor signal generated in one Hall sensor is used to calculate an angular velocity
Figure pat00164
) Is calculated. These angular velocities (
Figure pat00165
) Can be calculated by any one of the above-mentioned expressions (6), (7) and (8).

이어, 단계 S820에서, 다수의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호들 사이의 시간간격을 계산하는 과정이 수행된다. 구체적으로, 다수의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호들 중에서

Figure pat00166
시점에서 인터럽트가 발생한 센서 신호와
Figure pat00167
시점에서 인터럽트가 발생한 센서 신호 사이의 시간간격(
Figure pat00168
)이 계산된다. 여기서, 시간간격은 각 홀 센서에서 발생한 센서 신호의 인터럽트 시점에 따라 전기적 사이클(360°)을 구분하는 섹터의 시간간격으로 정의할 수 있다. 이러한 시간간격 계산은 전술한 수학식 9에 의해 계산될 수 있다.Next, in step S820, a process of calculating a time interval between sensor signals generated in a plurality of Hall sensors is performed. More specifically, among the sensor signals generated in the plurality of Hall sensors
Figure pat00166
The sensor signal at which the interrupt occurred
Figure pat00167
The time interval between sensor signals where the interrupt occurred at
Figure pat00168
) Is calculated. Here, the time interval can be defined as a time interval of a sector that distinguishes an electrical cycle (360 °) according to the time of interruption of a sensor signal generated in each hall sensor. This time interval calculation can be calculated by the above-mentioned equation (9).

이어, 단계 S830에서, 상기

Figure pat00169
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00170
), 상기
Figure pat00171
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00172
) 및 실제 전기각의 변화량(
Figure pat00173
)을 이용하여, 상기 계산된 시간 간격(
Figure pat00174
)에 대한 회전각(
Figure pat00175
)을 계산하는 과정이 수행된다. 이러한 회전각 계산은 전술한 수학식 10 및 11에 의해 계산될 수 있다.Next, in step S830,
Figure pat00169
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00170
), remind
Figure pat00171
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00172
) And the change amount of the actual electric angle (
Figure pat00173
), The calculated time interval (
Figure pat00174
) &Lt; / RTI &gt;
Figure pat00175
) Is calculated. This rotation angle calculation can be calculated by the above-described equations (10) and (11).

이어, 단계 S840에서, 상기 계산된 회전각(

Figure pat00176
) 에 포함된 상기
Figure pat00177
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00178
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00179
)와 상기
Figure pat00180
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00181
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00182
)를 특정 값에 수렴하도록 업데이트하는 과정이 수행된다. 이러한 오차 업데이트 과정은 수학식 12 내지 14에 의해 계산될 수 있다.Next, in step S840, the calculated rotation angle (
Figure pat00176
),
Figure pat00177
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00178
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00179
) And the above
Figure pat00180
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00181
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00182
) To converge to a specific value is performed. This error updating process can be calculated by Equations (12) to (14).

이어, 단계 S850에서, 상기 업데이트된 오차(

Figure pat00183
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00184
)을 추정하고, 상기 업데이트된 오차(
Figure pat00185
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00186
)을 추정하는 과정이 수행된다. 이러한 전기각 추정과정은 수학식 15에서 설명한 바와 같다. Next, in step S850, the updated error
Figure pat00183
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00184
), And the updated error (
Figure pat00185
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00186
) Is performed. This electric angle estimation process is as described in Equation (15).

이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications not illustrated in the drawings are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

Claims (12)

하나의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호를 이용하여 회전자의 각속도(
Figure pat00187
)를 계산하는 단계;
다수의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호들 중에서
Figure pat00188
시점에서 발생한 센서 신호와
Figure pat00189
시점에서 발생한 센서 신호 사이의 시간 간격(
Figure pat00190
)을 계산하는 단계;
상기
Figure pat00191
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00192
), 상기
Figure pat00193
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00194
) 및 실제 전기각의 변화량(
Figure pat00195
)을 이용하여, 상기 계산된 시간 간격(
Figure pat00196
)에 대한 회전각(
Figure pat00197
)을 계산하는 단계;
상기 계산된 회전각(
Figure pat00198
) 에 포함된 상기
Figure pat00199
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00200
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00201
)와 상기
Figure pat00202
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00203
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00204
)를 특정 값에 수렴하도록 업데이트하는 단계; 및
상기 업데이트된 오차(
Figure pat00205
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00206
)을 추정하고, 상기 업데이트된 오차(
Figure pat00207
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00208
)을 추정하는 단계;
를 포함하는 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법.
Using the sensor signal generated by one hall sensor, the angular velocity of the rotor (
Figure pat00187
);
Among the sensor signals generated from a plurality of Hall sensors
Figure pat00188
Sensor signal generated at the time point
Figure pat00189
Time interval between sensor signals generated at the point
Figure pat00190
&Lt; / RTI &gt;
remind
Figure pat00191
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00192
), remind
Figure pat00193
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00194
) And the change amount of the actual electric angle (
Figure pat00195
), The calculated time interval (
Figure pat00196
) &Lt; / RTI &gt;
Figure pat00197
&Lt; / RTI &gt;
The calculated rotation angle (
Figure pat00198
),
Figure pat00199
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00200
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00201
) And the above
Figure pat00202
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00203
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00204
) To converge to a specific value; And
The updated error (
Figure pat00205
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00206
), And the updated error (
Figure pat00207
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00208
);
Wherein the electric angle estimating method is for driving sinusoidal waves of a BLDC motor.
제1항에서, 상기 시간 간격(
Figure pat00209
)을 계산하는 단계는,
상기 다수의 홀 센서에서 발생하는 구형파 형태의 상기 센서 신호들에 대해 배타적 논리합(exclusive or; XOR) 연산을 수행하는 단계; 및
상기 XOR 연산에 따라 생성된 구형 펄스에서 상기 시간 간격(
Figure pat00210
)에 대응하는 하이 상태 또는 로우 상태의 유지 시간을 카운팅하는 단계
를 포함하는 것인 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법.
The method of claim 1, wherein the time interval (
Figure pat00209
),
Performing an exclusive OR (XOR) operation on the sensor signals in the form of a square wave generated by the plurality of hall sensors; And
The time interval from the rectangular pulse generated in accordance with the XOR operation (
Figure pat00210
Counting the hold time in the high state or the low state corresponding to the high state or the low state
Wherein the electric angle estimating method for sinusoidal wave driving of the BLDC motor.
제1항에서, 상기 회전각 (
Figure pat00211
) 을 계산하는 단계는,
Figure pat00212
=
Figure pat00213
-
Figure pat00214
-
Figure pat00215
에 의해, 상기 회전각 (
Figure pat00216
)을 계산하는 단계이고,
여기서, 상기
Figure pat00217
는 상기
Figure pat00218
시점에서 추정한 이전의 전기각이고, 상기
Figure pat00219
은 상기
Figure pat00220
시점에서 추정한 이전의 전기각인 것인 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법.
2. The method of claim 1,
Figure pat00211
),
Figure pat00212
=
Figure pat00213
-
Figure pat00214
-
Figure pat00215
, The rotation angle (
Figure pat00216
), &Lt; / RTI &gt;
Here,
Figure pat00217
Quot;
Figure pat00218
Is the previous electric angle estimated at the time point,
Figure pat00219
Gt;
Figure pat00220
An electric angle estimation method for sinusoidal wave driving of a BLDC motor, which is a previous electrical angle estimated at a time point.
제1항에서, 상기 업데이트하는 단계는,
저역 통과 필터(Low-pass filter)를 이용하여 상기 오차(
Figure pat00221
)와 상기 오차(
Figure pat00222
)를 상기 특정 값에 수렴하도록 업데이트하는 단계
인 것인 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법.
2. The method of claim 1,
By using a low-pass filter,
Figure pat00221
) And the error
Figure pat00222
) To converge to the specific value
Wherein the electric angle estimation method for driving the sinusoidal wave of the BLDC motor.
제4항에서, 상기 오차(
Figure pat00223
)와 상기 오차(
Figure pat00224
) 각각은,
상기 저역 통과 필터(Low-pass filter)의 필터 계수(K)에 따라 결정된 업데이트 양에 따라 업데이트되는 것인 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법.
5. The method of claim 4,
Figure pat00223
) And the error
Figure pat00224
Respectively,
(K) of the low-pass filter, and the update amount is updated according to the update amount determined according to the filter coefficient (K) of the low-pass filter.
제1항에서, 상기 추정하는 단계는,
상기
Figure pat00225
시점에 대한 상기 이론상의 전기각과 상기 업데이트된 오차(
Figure pat00226
)의 합을 상기 현재의 전기각(
Figure pat00227
)으로 추정하는 단계; 및
상기
Figure pat00228
시점에 대한 상기 이론상의 전기각과 상기 업데이트 된 오차(
Figure pat00229
)의 합을 상기 현재의 전기각(
Figure pat00230
)으로 추정하는 단계
를 포함하는 것인 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각 추정 방법.
2. The method of claim 1,
remind
Figure pat00225
The theoretical electrical angle to the point of time and the updated error
Figure pat00226
) To the current electrical angle (
Figure pat00227
); And
remind
Figure pat00228
The theoretical electrical angle to the point of time and the updated error
Figure pat00229
) To the current electrical angle (
Figure pat00230
)
Wherein the electric angle estimating method for sinusoidal wave driving of the BLDC motor.
하나의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호를 이용하여 회전자의 각속도(
Figure pat00231
)를 계산하는 각속도 계산부;
다수의 홀 센서에서 발생하는 센서 신호들 중에서
Figure pat00232
시점에서 발생한 센서 신호와
Figure pat00233
시점에서 발생한 센서 신호 사이의 시간 간격(
Figure pat00234
)을 계산하는 시간간격 계산부;
상기
Figure pat00235
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00236
), 상기
Figure pat00237
시점에서 추정한 이전의 전기각(
Figure pat00238
) 및 실제 전기각의 변화량(
Figure pat00239
)을 이용하여, 상기 계산된 시간 간격(
Figure pat00240
)에 대한 회전각(
Figure pat00241
)을 계산하는 회전각 계산부;
상기 계산된 회전각 (
Figure pat00242
) 에 포함된 상기
Figure pat00243
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00244
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00245
)와 상기
Figure pat00246
시점에 대한 실제 전기각 (
Figure pat00247
)과 이론상의 전기각 사이의 오차(
Figure pat00248
)를 특정 값에 수렴하도록 필터링하는 필터;
상기 업데이트된 오차(
Figure pat00249
)와 오차(
Figure pat00250
)를 이용하여 현재의 전기각(
Figure pat00251
)과 현재의 전기각(
Figure pat00252
)을 추정하여, 상기 추정된 현재의 전기각(
Figure pat00253
)과 현재의 전기각(
Figure pat00254
)을 상기 회전자의 전기적 사이클을 구분하는 섹터의 경계로 추정하는 전기각 추정부; 및
상기 추정된 현재의 전기각(
Figure pat00255
)과 현재의 전기각(
Figure pat00256
) 사이의 전기각에 대응하는 PWM 구동 신호를 출력하는 PWM 구동부; 및
상기 PWM 구동 신호에 응답하여 정현파 구동을 위한 모터 구동 전압을 BLDC 모터에 인가하는 인버터;
를 포함하는 BLDC 모터의 정현파 구동을 위한 전기각을 추정하는 모터 제어 시스템.
Using the sensor signal generated by one hall sensor, the angular velocity of the rotor (
Figure pat00231
An angular velocity calculation unit for calculating an angular velocity;
Among the sensor signals generated from a plurality of Hall sensors
Figure pat00232
Sensor signal generated at the time point
Figure pat00233
Time interval between sensor signals generated at the point
Figure pat00234
);
remind
Figure pat00235
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00236
), remind
Figure pat00237
The previous electrical angle estimated at the time (
Figure pat00238
) And the change amount of the actual electric angle (
Figure pat00239
), The calculated time interval (
Figure pat00240
) &Lt; / RTI &gt;
Figure pat00241
A rotation angle calculation unit for calculating a rotation angle;
The calculated rotation angle (
Figure pat00242
),
Figure pat00243
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00244
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00245
) And the above
Figure pat00246
Actual electrical angle for point in time (
Figure pat00247
) And the theoretical electric angle (
Figure pat00248
) To converge to a specific value;
The updated error (
Figure pat00249
) And error
Figure pat00250
) To calculate the current electrical angle (
Figure pat00251
) And the current electrical angle (
Figure pat00252
), Estimates the estimated current electric angle (
Figure pat00253
) And the current electrical angle (
Figure pat00254
) Estimating an electric angle of a sector as a boundary of a sector that identifies an electric cycle of the rotor; And
The estimated current electrical angle (
Figure pat00255
) And the current electrical angle (
Figure pat00256
A PWM driving unit for outputting a PWM driving signal corresponding to an electrical angle between the PWM signal and the PWM signal; And
An inverter for applying a motor driving voltage for sinusoidal wave driving to the BLDC motor in response to the PWM driving signal;
And a motor control system for estimating an electric angle for sinusoidal wave driving of the BLDC motor.
제7항에서, 상기 다수의 홀 센서에서 발생하는 구형파 형태의 상기 센서 신호들에 대해 배타적 논리합(exclusive or; XOR) 연산을 수행하는 연산기를 더 포함하며,
상기 시간간격 계산부는,
상기 연산기의 연산 결과에 따라 생성된 구형 펄스에서 상기 시간 간격(
Figure pat00257
)에 대응하는 하이 상태 또는 로우 상태의 유지 시간을 카운팅하는 것인 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각을 추정하는 모터 제어시스템.
The apparatus of claim 7, further comprising an operator performing an exclusive or XOR operation on the sensor signals in the form of a square wave generated by the plurality of Hall sensors,
Wherein the time interval calculator comprises:
The time interval from the rectangular pulse generated according to the operation result of the arithmetic unit (
Figure pat00257
) Of the BLDC motor, wherein the high-state or low-state holding time corresponding to the high-frequency or low-frequency state of the BLDC motor is counted.
제7항에서, 상기 필터는,
저역 통과 필터인 것
인 ＢＬＤＣ 모터의 정현파 구동을 위한 전기각을 추정하는 모터 제어시스템.
8. The filter according to claim 7,
A low-pass filter
A motor control system for estimating an electric angle for driving a sinusoidal wave of a BLDC motor.
제9항에서, 상기 필터는,
상기 저역 통과 필터(Low-pass filter)의 필터 계수(K)에 따라 결정된 업데이트 양에 따라 상기 오차(
Figure pat00258
)와 상기 오차(
Figure pat00259
) 각각을 업데이트하는 모듈인 것인 모터 제어시스템.
10. The filter according to claim 9,
And a filter coefficient K of the low-pass filter.
Figure pat00258
) And the error
Figure pat00259
), &Lt; / RTI &gt;
제7항에서, 상기 회전각 계산부는,
Figure pat00260
=
Figure pat00261
-
Figure pat00262
-
Figure pat00263
에 의해, 상기 회전각 (
Figure pat00264
) 을 계산하는 모듈인 것인 모터 제어 시스템.
8. The apparatus according to claim 7,
Figure pat00260
=
Figure pat00261
-
Figure pat00262
-
Figure pat00263
, The rotation angle (
Figure pat00264
&Lt; / RTI &gt;
제7항에서, 상기 전기각 추정부
상기
Figure pat00265
시점에 대한 상기 이론상의 전기각과 상기 업데이트된 오차(
Figure pat00266
)의 합을 상기 현재의 전기각(
Figure pat00267
)으로 추정하고, 상기
Figure pat00268
시점에 대한 상기 이론상의 전기각과 상기 업데이트 된 오차(
Figure pat00269
)의 합을 상기 현재의 전기각(
Figure pat00270
)으로 추정하는 모듈인 것인 모터 제어 시스템.8. The method according to claim 7,
remind
Figure pat00265
The theoretical electrical angle to the point of time and the updated error
Figure pat00266
) To the current electrical angle (
Figure pat00267
), &Lt; / RTI &gt;
Figure pat00268
The theoretical electrical angle to the point of time and the updated error
Figure pat00269
) To the current electrical angle (
Figure pat00270
), &Lt; / RTI &gt;
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