KR20140038878A

KR20140038878A - 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치 및 센서리스 구동 방법

Info

Publication number: KR20140038878A
Application number: KR1020130103309A
Authority: KR
Inventors: 마사키 하노; 요시타카 이와지
Original assignee: 히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-03-31
Also published as: JP2014064385A; CN103684129B; JP5960008B2; US20140084824A1; US9729091B2; CN103684129A; DE102013218894A1

Abstract

본 발명은 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치 및 센서리스 구동 방법에 관한 것이다. 구동 장치는 브러쉬리스 모터를 구형파로 구동하고 있는 상태에서 브러쉬리스 모터의 회전 속도가 설정 속도보다 높아진 것을 검출하면, 그 후 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도가 소정 각도가 된 것을 검출할 때에 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로 변환된다. 구동 장치는 상기 소정 각도로서 구형파 구동에 있어서 통전 모드의 변환을 행하는 각도나 구형파 구동에 있어서 모터 토크가 피크값이 되는 각도를 설정한다.

Description

브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치 및 센서리스 구동 방법 {SENSORLESS DRIVING DEVICE AND SENSORLESS DRIVING METHOD FOR BRUSHLESS MOTOR}

본 발명은 브러쉬리스 모터를, 구형파 구동과 정현파 구동으로 변환하여 센서리스로 구동하는 구동 장치 및 구동 방법에 관한 것이다.

브러쉬리스 모터의 구동 방식으로서 정현파 구동 외에, 구형파 구동이 알려져 있다. 상기 구형파 구동은 브러쉬리스 모터의 3상(3-phase)에 대하여, PWM 제어를 실시하는 상(phase), 하이(High) 신호를 출력하는 상(phase), 로우(Low) 수준 신호를 출력하는 상(phase)을 결정하는 구동 방식이다.

또한, 구동 방식을, 회전자의 각도를 검출하는 센서를 사용하지 않고 실현하는 방법이, 예를 들면, 일본 공개 특허 공보 2009-189176호에 개시되어 있다.

정현파 구동에 있어서는 회전자가 회전하는 것에 의하여 발생하는 유기 전압 (바꾸어 말하면, 속도 기전압)으로부터 회전자의 각도 정보를 얻을 수 있다. 또한, 구형파 구동에 있어서는 통전상에 대한 펄스상의 전압 인가에 의하여 비통전상의 유기되는 전압 (바꾸어 말하면, 변압기 기전압)으로부터 회전자의 각도 정보를 얻을 수 있다.

그런데, 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치에 있어서, 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 모터 회전 속도에 기초하여 행하는 경우가 있다. 이 때, 구형파 구동에 있어서의 통전 모드의 변환 주기의 사이에 모터 회전 속도가 구동 방식의 변환을 행하는 속도에 도달하면, 회전자의 각도가 불분명한 상태에서 정현파 구동으로 바뀌게 된다.

정현파 구동에서는 구형파 구동에 비하여 더 세밀한 각도 주기에서의 위치 정보를 필요로 하기 때문에, 회전자의 각도가 불분명한 상태로 정현파 구동으로 변환되면, 변환 당초의 제어성이 악화되어, 탈조(脫調)나 토크 저하가 발생할 가능성이 있었다.

이에, 본원 발명은 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환 직후에 있어서의 탈조나 토크 저하를 억제할 수 있는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치 및 센서리스 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치는 상기 브러쉬리스 모터를 구형파로 구동하는 제1 구동 수단, 상기 브러쉬리스 모터를 정현파로 구동하는 제2 구동 수단, 상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도가 소정 각도일 때에 상기 제1 구동 수단으로부터 상기 제2 구동 수단으로 변환하는 변환 수단을 포함하도록 하였다.

또한, 본 발명에 관한 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법은 상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도가 소정 각도인지 아닌지를 검출하고, 상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도가 상기 소정의 각도일 때에 상기 브러쉬리스 모터의 구동을 구형파에서의 구동으로부터 정현파에서의 구동으로 변환하도록 하였다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 아래의 상세한 설명으로부터 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 구동 장치 및 브러쉬리스 모터의 구성을 나타내는 회로 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 구동 방식의 변환 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 구동 방식의 변환을 행하는 각도 위치의 일례를 나타내는 타임차트이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 구동 방식의 변환을 행하는 각도 위치의 일례를 나타내는 타임차트이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 타임차트이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 구동 방식의 변환을 실시하는 각도 위치의 일례를 나타내는 타임차트이다.

도 1은 본 발명에 관한 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치의 일실시 형태를 나타내는 회로도이다.

도 1에 도시하는 브러쉬리스 모터(1)는, 예를 들면 차량에 있어서 전동 오일 펌프나 전동 워터 펌프 등의 전동식 유체 펌프의 동력원으로서 사용할 수 있다.

도 1에 도시하는 구동 장치(2)는 브러쉬리스 모터(1)의 회전자의 각도를 검출하는 센서를 사용하지 않고 브러쉬리스 모터(1)를 구동하는 센서리스 구동 장치이다.

구동 장치(2)는 모터 구동 회로(212)와 컴퓨터를 구비한 제어기(213)를 포함한다.

브러쉬리스 모터(1)는 3상 DC 브러쉬리스 모터, 바꾸어 말하면, 3상 동기 전동기이다. 브러쉬리스 모터(1)의 U상, V상 및 W상의 3상 코일(215U, 215V, 215W)는 도시를 생략한 원통상의 고정자에 설치되고, 이 고정자의 중앙부에 형성된 공간에 영구 자석 회전자(216)가 배치된다.

모터 구동 회로(212)는 역병렬의 다이오드(218a 내지 218f)를 포함하여 이루어지는 스위칭 소자(217a 내지 217f)를 3상 브릿지 접속한 회로와, 전원 회로(219)를 가진다.

스위칭 소자(217a 내지 217f)의 게이트 단자는 제어기(213)에 접속되어 있고, 제어기(213)는 스위칭 소자(217a 내지 217f)를 제어한다.

제어기(213)는 브러쉬리스 모터(1)의 각 상에의 인가 전압을 연산하여, 구동 회로(212)에 출력하는 구동 제어 신호를 생성하는 회로이다.

제어기(213)는 회전자(216)의 각도 (바꾸어 말하면, 자극(磁極) 위치)를, 센서를 사용하지 않고 검출하고, 이러한 위치 정보에 기초하여 각 상에의 인가 전압을 제어하여 브러쉬리스 모터(1)를 구동한다.

제어기(213)는 브러쉬리스 모터(1)의 구동 방식을, 정현파 구동 방식과 구형파 구동 방식으로 변환한다. 정현파 구동 방식은 회전자(216)의 위치 정보에 기초하여 정현파를 출력하는 180도 통전형의 구동 방식이고, 구형파 구동 방식은 회전자(216)의 위치 정보에 기초하여 PWM 제어를 실시하는 상, 하이 신호를 출력하는 상, 로우 신호를 출력하는 상을 결정하는 120도 통전형의 구동 방식이다.

또한, 구형파 구동에 있어서, PWM 제어를 실시하는 상, 하이 신호를 출력하는 상, 로우 신호를 출력하는 상의 조합 패턴으로서 6 가지가 설정되어, 회전자(217)가 60도 회전할 때마다 출력 패턴이 순차적으로 변환된다.

또한, 제어기(213)는 정현파 구동에 있어서는, 회전자(216)가 회전하는 것에 의하여 발생하는 유기 전압으로부터 회전자(216)의 위치 정보를 얻는 한편, 구형파 구동에 있어서는, 통전상에 대한 펄스상의 전압 인가에 의하여 비통전상에 유기되는 전압으로부터 회전자(216)의 위치 정보를 얻음으로써, 센서리스로 구동을 실시한다.

또한, 제어기(213)는 정현파 구동에 있어서, 속도 기전압에 의한 회전자 위치의 검출 주기의 사이에 모터 회전 속도로부터 회전자의 위치를 추정하고, 추정한 회전자의 위치와 PWM 듀티로부터, 3상 각각에의 출력값을 산출한다.

제어기(213)는 정현파 구동에 있어서, 예를 들면 벡터 제어형 센서리스 방식으로, 브러쉬리스 모터(1)를 구동한다.

제어기(213)는 벡터 제어형 센서리스 방식에 의한 구동을 일례로서 이하와 같이 하여 실시한다.

제어기(213)는 d축 검출 전류(Idc), q축 검출 전류(Iqc), d축 및 q축 전류 지령값 (Vd* 및 Vq*)을 입력하고, 회전자의 실회전 위치 (실회전 좌표 축)와 가상 회전 위치 (제어축)의 위치 오차인 축 오차 △θc를 연산한다.

또한, 제어기(213)는 축 오차(△θc)와 축 오차 지령값(△θ*)과의 차를 구하여, 이 차가 제로(0)가 되도록 인버터 주파수 지령값(ω1*)을 조정하는 PLL 제어를 실시한다.

또한, 제어기(213)는 d축 전류 지령값(Id*) 및 q축 전류 지령값(Iq*)과 인버터 주파수 지령값(ω1*)를 이용하여 벡터 연산을 실시하여 Vd* 및 Vq*를 구하고, Vd* 및 Vq*를 3상 축에 좌표 변환하여 3상 전압 지령값 (Vu*, Vｖ*, Vw*)을 출력한다.

상기 벡터 제어형 센서리스 방식에 의한 구동에 있어서, 제어기(213)는 실제의 회전자 위상각과 제어 상 가정하고 있는 위상각과의 편차 (축 오차)를 추정하고, 이 편차가 영(0)이 되도록 제어상의 위상을 수정함으로써 센서리스 제어를 실현하고 있고, 제어기(213)는 축 오차를 유기 전압에 기초하여 산출한다.

정현파 구동에 있어서, 제어기(213)는 속도 기전압으로부터 회전자(216)의 위치 정보를 얻기 위하여, 모터 회전 속도가 낮을 때에는 속도 기전압이 저하하여 회전자(216)의 위치 정보의 검출 정밀도가 저하된다.

한편, 구형파 구동에 있어서는, 제어기(213)는 펄스상의 전압 인가에 의하여 비통전상에 유기되는 전압으로부터 회전자(216)의 위치 정보를 얻기 때문에, 정지 상태를 포함하는 모터 회전 속도가 낮은 영역에서도 위치 정보를 검출할 수 있다.

이에 제어기(213)는 속도 기전압에 기초하여 충분한 정밀도로 회전자(216)의 위치를 검출할 수 있는 모터 회전 속도의 영역, 바꾸어 말하면, 속도 기전압이 설정 전압을 웃도는 모터 회전 속도의 영역에 기초하여, 정현파 구동과 구형파 구동을 변환한다. 즉, 제어기(213)는 브러쉬리스 모터(1)의 회전 속도가 소정 속도를 웃도는 고속 영역에서는 정현파 구동을 실시하고, 브러쉬리스 모터(1)의 회전 속도가 상기 소정 속도를 밑도는 저속 영역에서는 구형파 구동을 실시한다.

즉, 본 실시 형태에 있어서, 정현파 구동은 고속 영역에서 사용하는 센서리스 구동 방식이고, 구형파 구동은 저속 영역에서 사용하는 센서리스 구동 방식이다.

또한, 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환 직후에 있어서의 탈조나 토크 저하를 억제하기 위하여, 제어기(213)는 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을, 모터 회전 속도가 설정 속도를 웃돌고, 또한, 회전자(216)의 각도가 구동 방식의 변환을 행하게 하는 각도가 된 것을 검출하였을 때에 실시한다.

제어기(213)는 구형파 구동에 있어서, 비통전상의 전압과 역치 전압을 비교 함으로써, 회전자(216)의 위치가 출력 패턴 (통전 모드)의 변환을 실시하는 각도인지 아닌지를 검출하여, 출력 패턴의 변환을 실시한다.

이를 위하여, 직전에 출력 패턴의 변환을 실시한 각도와 다음에 변환을 실시하는 각도와의 사이에서, 모터 회전 속도에 기초한 정현파 구동에의 변환 지령이 발생하면, 제어기(213)는 출력 패턴의 변환 주기 내인 것은 알지만 정현파 구동에 필요한 더 세밀한 위치 정보를 얻지 못하여, 정현파 구동을 개시하였을 때에 탈조나 토크 저하가 발생할 가능성이 있다.

이에, 제어기(213)는 모터 회전 속도가 설정 속도를 웃도는 것을 검출하고 나서, 회전자(216)의 각도가 미리 설정된 각도가 되는 것을 기다렸다가, 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시한다.

이와 같은 구성으로 하면, 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 행하였을 때의 회전자(216)의 각도가 이미 알려진 것이기 때문에, 제어기(213)는 이 이미 알려진 각도와 그 때의 모터 회전 속도에 기초하여, 정현파 구동 제어에 필요한 것보다 작은 각도 주기에서의 위치 정보를 얻을 수 있다.

따라서, 제어기(213)는 정현파 구동에 있어서 속도 기전력에 기초한 최초의 위치 검출이 이루어질 때까지의 사이에 있어서 고정밀도의 구동 제어가 가능해지게 되어, 탈조나 토크 저하를 억제할 수 있다.

예를 들면, 브러쉬리스 모터(1)가 차량의 오일 펌프를 구동하는 모터인 경우, 오일 유량의 요구 등으로부터, 브러쉬리스 모터(1)를 낮은 회전 속도로 운전시킬 필요가 있으면, 제어기(213)는 구형파 구동에서 브러쉬리스 모터(1)를 낮은 회전 속도로 운전시킨다.

또한, 브러쉬리스 모터(1)를 높은 회전 속도로 운전시킬 요구가 발생하면, 제어기(213)는 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로 변환하지만, 이러한 구동 방식의 변환시에 탈조나 토크 저하가 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 오일 유량의 요구 등에 따라 브러쉬리스 모터(1)의 회전 속도를 안정적으로 제어할 수 있고, 오일 유량의 제어 정밀도가 향상된다.

이에 의하여, 오일 펌프가 윤활이나 냉각용의 오일을 공급하는 펌프이면, 오일 유량이 과잉이 되는 것을 억제하면서, 윤활이나 냉각에 필요한 오일 유량을 안정적으로 얻을 수 있어서 윤활, 냉각 성능을 높일 수 있다.

도 2는 제어기(213)에 의한, 구형파 구동, 정현파 구동의 변환 제어의 일례를 나타내는 플로우차트이다.

도 2의 플로우차트에 나타내는 루틴은 일정 시간마다 나누어 실행되고, 먼저, 제어기(213)는 단계 S201에서, 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃돌고 있는지 아닌지를 판단한다. 또한, 모터 회전 속도(MS)는 회전자(216)의 위치 정보의 검출 주기로부터 산출된다.

상기 설정 속도(SL)는 속도 기전압에 기초하여 충분한 정밀도로 회전자(216)의 위치를 검출할 수 있는지 아닌지를 판별할 수 있도록 미리 설정되어 있다.

따라서, 설정 속도(SL)보다 모터 회전 속도(MS)가 높은 경우에는 속도 기전압이 높아짐으로써 속도 기전압에 기초하여 충분한 정밀도로 회전자(216)의 위치를 검출할 수 있다. 한편, 설정 속도(SL)보다 모터 회전 속도(MS)가 낮은 경우에는 속도 기전압이 작아짐으로써 속도 기전압에 기초하는 위치 검출의 정밀도가 악화되어, 정현파 구동을 실시할 수 없다.

이에 제어기(213)는 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL) 이하인 경우에는 단계 S202로 진행되어, 비통전상에 있어서의 변압기 기전압에 기초하여 위치 검출을 실시하는 구형파 구동을 실시한다.

통전상에 대한 펄스상의 전압 인가에 의하여 비통전상의 유기되는 전압 (변압기 기전압)으로부터 회전자(216)의 위치를 검출하는 경우에는 모터 회전 속도가 낮은 영역에서도 구형파 구동에 필요한 정밀도로 위치 검출을 실시할 수 있다.

이에, 제어기(213)는 브러쉬리스 모터(1)의 기동시부터 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃돌게 될 때까지의 저속 영역에서는 구형파 구동에 의하여 브러쉬리스 모터(1)를 회전 구동한다.

한편, 구형파 구동에 의하여 브러쉬리스 모터(1)를 구동하는 저속 영역으로부터 모터 회전 속도(MS)가 상승하여, 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃도는 고속 영역, 즉, 속도 기전력에 의하여 위치 검출을 실시할 수 있는 속도 영역으로 이행하면, 제어기(213)는 단계 S201로부터 단계 S203으로 진행한다.

단계 S203에서, 제어기(213)는 구동 방식으로서 구형파 구동을 선택하고 있는지 아닌지를 판단하고, 구형파 구동을 선택하고 있는 경우에는 단계 S204로 진행된다.

단계 S204에서, 제어기(213)는 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로 변환을 실시함으로써 미리 설정되어 있는 회전자(216)의 각도 위치(DCA)가, 구형파 구동 상태에서 검출되었는지 아닌지를 판단한다.

또한, 제어기(213)는 회전자(216)의 각도가 각도 위치 DCA가 될 때까지 대기하고, 회전자(216)의 각도가 각도 위치 DCA가 되고 나서, 단계 S205로 진행하고, 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로 변환한다.

이에 의하여, 제어기(213)는 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃돌게 되어도 즉시 정현파 구동으로 변환하는 것이 아니라, 그 후, 회전자(216)의 각도가 각도 위치 DCA가 되는 것을 기다렸다가 정현파 구동으로 변환한다.

또한, 제어기(213)는 정현파 구동으로의 변환시부터, 속도 기전압에 기초한 최초의 위치 검출이 이루어질 때까지는 각도 위치 DCA와 모터 회전 속도로부터 회전자(216)의 위치를 추정하여, 정현파 구동에 있어서의 출력을 설정한다.

따라서, 제어기(213)는 정현파 구동으로의 변환 직후부터 회전자(216)의 위치를 고정밀도로 검출하여, 정현파 구동에 의하여 브러쉬리스 모터(1)를 구동할 수 있어, 탈조나 토크 저하를 억제할 수 있다.

단계 S203 및 단계 S204의 처리를 실시하지 않는 경우, 제어기(213)는 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃돌게 되었을 때에 정현파 구동으로 변환된다.

구형파 구동에서는 제어기(213)는 60도마다 출력 패턴을 바꾸기 때문에 60도 마다의 각도를 검출하고, 이와 같은 위치 검출을 하는 동안에 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃돌면, 회전자(216)의 각도가 60도 구간의 어느 위치인지가 불분명한 상태에서 정현파 구동을 개시하게 된다. 이 경우, 속도 기전압에 기초한 최초의 위치 검출이 이루어질 때까지의 사이에, 제어기(213)에 의한 제어성이 악화되어, 탈조나 토크 저하가 발생할 가능성이 있다.

제어기(213)는 단계 S205로 진행하여 정현파 구동을 실시하면, 그 후에는 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃도는 상태가 계속되고 있으면, 단계 S203에서, 정현파 구동을 선택하고 있다고 판단하고, 단계 S204를 우회하여 단계 S205로 진행되어, 정현파 구동을 계속한다.

그리고, 정현파 구동을 선택하고 있는 고속 영역으로부터 모터 회전 속도(MS)가 저하하여 설정 속도(SL)를 밑돌게 되면, 제어기(213)는 단계 S201로부터 단계 S202로 진행하여, 구형파 구동으로 변환된다.

정현파 구동으로부터 구형파 구동으로의 변환에 있어서는 정현파 구동에 있어서 구형파 구동을 실시하는 경우에 비하여 분해능이 높은 위치 검출이 이루어지므로, 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 밑돌게 된 시점에서 120도 통전 구형파 구동으로 변환하더라도, 120도 통전 구형파 구동의 개시 당초부터 적절한 출력 패턴을 선택할 수 있다.

또한, 정현파 구동으로부터 구형파 구동으로의 변환을, 구형파 구동에 있어서 출력 패턴의 변환을 실시하는 각도 위치 PCA에서 실시하게 할 수 있다.

다음으로, 단계 S204에서의 제어기(213)에 의한 각도 위치 DCA의 검출의 일례를, 도 3에 따라서 설명한다.

도 3에 나타내는 예는 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시하게 하는 각도 위치 DCA를, 구형파 구동에 있어서 출력 패턴의 변환을 실시하는 각도 위치 PCA에 일치시켰다.

구형파 구동에 있어서, 6가지 출력 패턴 (통전 모드)을, 예를 들면, 30도, 90도, 150도, 210도, 270도, 330도의 각 각도 위치 PCA에서 변환하는 경우, 제어기(213)는 비통전상의 전압의 검출값과 각 각도 위치 PCA에서의 비통전상의 전압으로서 미리 설정된 역치 전압을 비교하여 각도 위치 PCA인지 아닌지를 판단한다.

또한, 제어기(213)는 30도, 90도, 150도, 210도, 270도, 330도의 각 각도 위치 PCA 중에서, 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃돌게 된 시점에서 정회전방향에 가장 가까운 각도에서 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시한다.

도 3에 나타내는 예는 6 가지 출력 패턴 중 제3 패턴 (제3 통전 모드)이 330도에서 30도까지의 60도 구간에서 선택되는 예이며, 역치 전압 V3-4는 제3 패턴으로부터 제4 패턴으로의 변환을 실시하는 30도의 위치에서의 비통전상의 유기 전압이다.

또한, 모터 회전 속도(MS)가 설정 속도(SL)를 웃돌게 되었다고 판단된 시점에서, 330도에서 30도까지의 60도 구간의 도중에 있으면, 제어기(213)는 30도의 각도 위치가 검출되는 것을 기다렸다가 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시한다.

상기와 같이, 구형파 구동에 있어서 출력 패턴의 변환을 실시하는 각도 위치 PCA와 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시하는 각도 위치 DCA를 일치시키면, 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로 변환하는 각도의 검출을 개별적으로 실시할 필요가 없어서, 제어가 간편하게 된다.

도 4는 단계 S204에 있어서의 제어기(213)에 의한 각도 위치 DCA의 검출의 다른 예를 나타낸다.

도 4에 나타내는 일례에서는 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시하는 각도 위치 DCA를, 구형파 구동에 있어서의 모터 토크에 따라 결정하였는데, 상세하게는 모터 토크가 피크값 (극대값)이 되는 각도 위치 MTP에 각도 위치 DCA를 설정하고 있다.

구형파 구동에서는 모터 토크에 변동이 발생하여, 구형파 구동에 있어서 출력 패턴 (통전 모드)의 변환을 실시하는 각도 위치 PCA에서의 모터 토크는 정현파 구동 상태에서의 모터 토크보다 낮아지는 경우가 있다.

제어기(213)는 정현파 구동 제어로서 모터에 인가하는 전압과 전류로부터 모터 회전자 축과 제어계 축의 축 오차를 추정하여, 추정된 축 오차를 소정값으로 제어하도록 모터에 인가하는 전압과 전류를 조정하면서, 속도 지령인 주파수에 기초하여 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 PWM 제어한다.

이와 같은 정현파 구동 제어에 있어서, 정현파 구동으로 발생하는 모터 토크보다 낮은 모터 토크 상태에서 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로 변환하면, 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 정현파 구동으로의 변환 타이밍인 시각 t1에 있어서 축 오차를 일으키게 된다.

또한, PLL (Phase Locked Loop) 제어의 이득(gain)에 따라서는 정현파 구동의 개시 초기에 축 오차를 일으킴으로써, 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 정현파 구동으로의 변환 후인 어느 시각 t1 이후에 있어서 축 오차의 추정 값이 헌팅하여 토크 헌팅을 일으키고, 최악의 경우에는 브러쉬리스 모터(1)가 탈조할 가능성이 있다.

예를 들면, 브러쉬리스 모터(1)가 전동 오일 펌프를 구동하는 모터인 경우, 오일 온도에 따라 모터 부하가 변화하기 때문에, PLL 이득의 설정에 따라서는 제어의 추종성을 확보하지 못하고, 브러쉬리스 모터(1)가 탈조할 가능성이 있다.

이에, 도 4에 도시하는 예에서는, 제어기(213)는 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을, 구형파 구동에 있어서 모터 토크가 피크값이 되는 각도 위치 MTP로 함으로써, 도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 정현파 구동의 개시 시에 있어서의 축 오차를 0도에 근사하게 하여 토크 헌팅의 발생, 나아가 탈조의 발생을 억제한다.

도 5(B)에서는 모터 토크가 피크값이 되는 시각 t0에 있어서 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시하고 있는데, 축 오차가 0도를 유지함으로써, 시각 t0 이후에서의 토크 헌팅이 억제되고 있다.

모터 토크가 피크값이 되는 각도 위치 MTP의 검출은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비통전상의 전압과 각도 위치 MTP에 대응하는 역치 전압 VTP의 비교에 기초하여 이루어진다. 또한, 제어기(213)는 모터 회전 속도가 설정 속도(SL)를 웃돌게 되어도, 그 후의 각도 위치 MTP의 검출을 기다렸다가 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시한다.

또한, 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환은 모터 토크가 피크값이 되는 각도 위치에 한정되지 않고, 제어기(213)는 구형파 구동에 있어서 출력 패턴의 변환을 실시하는 각도 위치 PCA보다 모터 토크가 더 높아지는 각도 위치에서 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시할 수 있다. 이 경우에도, 각도 위치 PCA에서 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시하였을 경우보다 토크 헌팅의 발생을 억제할 수 있다.

즉, 각도 위치 PCA에서의 모터 토크보다 높은 모터 토크를 발생시키는 각도 위치를, 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시하게 하는 각도 위치 DCA로 함으로써, 각도 위치 PCA에서 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시하게 하는 경우에 비하여 토크 헌팅을 억제할 수 있어, 모터 토크가 피크값이 되는 각도 위치 MTP를 각도 위치 DCA로 하면 토크 헌팅을 가급적 작게 할 수 있다.

또한, 구형파 구동 상태에 있어서 모터 토크가 피크값이 되는 각도 위치 MTP의 검출은 비통전상의 전압에 기초하여 행하고, 또한 모터 전류의 검출값에 기초하여 실시할 수 있다.

모터 토크와 모터 전류와의 사이에는 상관이 있고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 모터 전류가 피크값이 되는 각도 위치는 모터 토크가 피크값이 되는 각도 위치이다. 따라서, 제어기(213)는 모터 전류의 검출값이 피크값이 되는 타이밍을 검출하고, 모터 전류의 검출값이 피크값이 된 타이밍에 구형파 구동으로부터 정현파 구동으로의 변환을 실시할 수 있다.

또한, 브러쉬리스 모터(1)가 전동 오일 펌프를 구동하는 모터이고, 오일 온도가 낮고 모터 부하가 높은 경우에는, 정현파 구동으로 변환하여도 모터 회전 속도가 상승하지 않고 구형파 구동과 정현파 구동과의 사이에 변환을 반복하여, 오일의 토출압의 변동이 발생하거나 정현파 구동 상태에서의 모터 전류가 과잉으로 높아지거나 할 가능성이 있다.

이에, 제어기(213)는 구형파 구동과 정현파 구동과의 사이에서 변환을 반복하는 경우, 바꾸어 말하면, 모터 부하가 높고 정현파 구동에서 모터 회전 속도가 상승하지 않는 경우에, 모터 회전 속도(SL)를 표준값보다 높은 값으로 변경함으로써, 정현파 구동으로의 변환을 억제한다.

이와 같이, 구형파 구동과 정현파 구동과의 사이에서 변환을 반복하는 것과 같은 모터 부하가 높을 때에, 정현파 구동으로의 변환을 억제하면, 구형파 구동과 정현파 구동의 사이에서 변환이 반복되는 것을 억제하여 오일의 토출압의 변동을 억제할 수 있고, 또한 모터 전류를 낮게 억제하여 구동 회로를 보호할 수 있다.

또한, 제어기(213)는 구형파 구동과 정현파 구동의 사이에서 변환을 반복하고 있는 것을 검출하였을 경우, 또는 정현파 구동에서 모터 회전 속도가 상승하지 않는 것을 검출하였을 경우에, 모터 회전 속도(SL)를 증대 방향으로 변경할 수 있다. 또한, 브러쉬리스 모터(1)가 전동 오일 펌프의 구동원인 경우, 제어기(213)는 오일 온도가 낮아질수록 모터 회전 속도(SL)를 증대 방향으로 변경할 수 있다.

또한, 브러쉬리스 모터(1)는 3상 브러쉬리스 모터에 한정되지 않고, 또한, 구형파 구동, 정현파 구동을, 120도 통전형의 구형파 구동, 180도 통전형의 정현파 구동으로 한정하는 것도 아니다.

우선권 주장을 수반하여 2012년 9월 21일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-207922호의 전체 내용은 참조로써 여기에 통합된다.

본원 발명을 설명하기 위하여 선택된 실시예들만 들었지만, 이 기술 분야의 통상의 기술자라면 첨부한 청구범위에 규정된 본원 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 것은 분명할 것이다.

또한, 본원 발명에 따른 실시예들에 대한 전술한 설명들은 예시를 위한 것일 뿐 첨부된 청구범위와 그 균등물에 의하여 규정하는 본 발명을 한정하는 것을 목적으로 하는 것은 아니다.

Claims

브러쉬리스 모터를 구형파로 구동하는 제1 구동 수단과,
상기 브러쉬리스 모터를 정현파로 구동하는 제2 구동 수단과,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도가 소정 각도일 때에 상기 제1 구동 수단으로부터 상기 제2 구동 수단으로 변환하는 변환 수단
을 포함하는, 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 변환 수단은 상기 브러쉬리스 모터의 토크가 피크값이 되는 각도로 상기 제1 구동 수단으로부터 상기 제2 구동 수단으로 변환하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 변환 수단은 상기 브러쉬리스 모터의 전류가 피크값이 되는 각도에서 상기 제1 구동 수단으로부터 상기 제2 구동 수단으로 변환하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 변환 수단은 상기 제1 구동 수단에 의하여 상기 브러쉬리스 모터가 구동되고 있는 상태에서의 비통전상의 전압에 기초하여 상기 설정 각도를 검출하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 변환 수단은 상기 제1 구동 수단에 의하여 통전 패턴이 변환되는 각도에서 상기 제1 구동 수단으로부터 상기 제2 구동 수단으로 변환하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 변환 수단은 상기 제1 구동 수단에 의하여 통전 패턴이 변환되는 각도에서의 상기 브러쉬리스 모터의 토크보다 상기 브러쉬리스 모터의 토크가 높아지는 각도에서 상기 제1 구동 수단으로부터 상기 제2 구동 수단으로 변환하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 변환 수단은 상기 제1 구동 수단에 의하여 통전 패턴이 전(前) 회에 변환된 각도와 상기 제1 구동 수단에 의하여 통전 패턴이 다음 회에 변환되는 각도와의 사이의 각도에서 상기 제1 구동 수단으로부터 상기 제2 구동 수단으로 변환하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 변환 수단은 상기 브러쉬리스 모터의 회전 속도가 설정 속도보다 높은 경우에 상기 제1 구동 수단으로부터 상기 제2 구동 수단으로 변환하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
제8항에 있어서,
상기 변환 수단은 상기 제2 구동 수단에 의하여 상기 브러쉬리스 모터가 구동되고 있는 상태에서 상기 브러쉬리스 모터의 회전 속도가 상승하지 않는 경우에, 상기 설정 속도를 더 높은 속도로 변경하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 장치.
브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법으로서,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도가 소정 각도인지 아닌지를 검출하는 단계와,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도가 상기 소정의 각도일 때에 상기 브러쉬리스 모터의 구동을 구형파에서의 구동으로부터 정현파에서의 구동으로 변환하는 단계를 포함하는 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.
제10항에 있어서,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도를 검출하는 단계는
상기 브러쉬리스 모터의 토크가 피크값이 되는 각도인지 아닌지를 검출하는 것인 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.
제10항에 있어서,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도를 검출하는 단계는
상기 브러쉬리스 모터의 전류가 피크값이 되는 각도인지 아닌지를 검출하는 것인 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.
제10항에 있어서,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도를 검출하는 단계는
상기 구형파에서의 구동에 의하여 상기 브러쉬리스 모터가 구동되고 있는 상태에서의 비통전상의 전압을 검출하고,
상기 비통전상의 전압과 역치를 비교하는 것인 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.
제10항에 있어서,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도를 검출하는 단계는
상기 구형파에서의 구동에 있어서 통전 패턴이 변환되는 각도를 검출하는 것인 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.
제10항에 있어서,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도를 검출하는 단계는
상기 구형파에서의 구동으로 통전 패턴이 변환되는 각도로의 상기 브러쉬리스 모터의 토크보다 상기 브러쉬리스 모터의 토크가 높아지는 각도를 검출하는 것인 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.
제10항에 있어서,
상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도를 검출하는 단계는
상기 구형파에서의 구동에서 통전 패턴이 전 회에 변환된 각도와 상기 구형파에서의 구동에서 통전 패턴이 다음 회 변환되는 각도와의 사이의 각도를 검출하는 것인 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.
제10항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 브러쉬리스 모터의 구동을 구형파에서의 구동으로부터 정현파에서의 구동으로 변환하는 단계는
상기 브러쉬리스 모터의 회전 속도가 설정 속도보다 높은지 아닌지를 검출하고,
상기 브러쉬리스 모터의 회전 속도가 설정 속도보다 높고, 또한 상기 브러쉬리스 모터의 회전자의 각도가 상기 소정의 각도일 때에, 상기 브러쉬리스 모터의 구동을 구형파에서의 구동으로부터 정현파에서의 구동으로 변환하는 것인 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.
제17항에 있어서,
상기 브러쉬리스 모터의 회전 속도가 설정 속도보다 높은지 아닌지를 검출하는 것은
상기 정현파에서의 구동 상태에서 상기 브러쉬리스 모터의 회전 속도가 상승하지 않는 경우에, 상기 설정 속도를 더 높은 속도로 변경하는 것인 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 방법.