(57)【要約】【課題】モータの効率を最大化することができるモータの速度制御システム及び方法を提供する。【解決手段】本発明によるモータの速度制御方法は、モータ２０９のホールセンサ２０９ｓからの信号を受信してモータの現在速度を測定する段階と、測定されたモータの現在速度と基準速度とを比較して誤差を算出する段階と、算出された誤差に基づいてモータの速度制御値を出力する段階と、出力された速度制御値を一定範囲の値に制限する段階と、制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流のデューティまたは位相を制御する段階と、デューティまたは位相制御に基づいて、モータ駆動信号を生成してモータに印加する段階と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに設けられているホールセンサからの信号を受信してモータの現在速度を測定する速度測定部と、
前記速度測定部によって測定されたモータの現在速度と基準速度とを比較して誤差を算出する比較部と、
前記比較部によって算出された誤差に基づいてモータの速度制御値を出力する速度制御部と、
前記速度制御部によって出力された速度制御値を一定範囲の値に制限する制限部と、
前記制限部によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流のデューティを制御するデューティ制御部と、
前記制限部によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流の位相を制御する位相制御部と、
前記デューティ制御部によるデューティ制御及び前記位相制御部による位相制御に基づいて、モータ駆動信号を生成してモータに印加するモータ駆動部と、を含むモータの速度制御システム。
【請求項２】
前記制限部によって制限された速度制御値と前記ホールセンサからの信号に基づいて、モータの速度を制御するためのデューティ制御または位相制御を決定する制御決定部をさらに含む、請求項１に記載のモータの速度制御システム。
【請求項３】
前記位相制御部による電流の位相制御は、前記ホールセンサからの信号を基準として電流の方向が変わり始めるタイミングを調節することによりなされる、請求項１に記載のモータの速度制御システム。
【請求項４】
前記モータ駆動部は互いに並列に接続された第１単位回路部及び第２単位回路部を含んでおり、前記第１単位回路部は、互いに直列に接続された第１Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ及び第１Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを含み、前記第２単位回路部は、互いに直列に接続された第２Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ及び第２Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを含む、請求項１に記載のモータの速度制御システム。
【請求項５】
前記第１Ｐチャンネル型及びＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴと、前記第２Ｐチャンネル型及びＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴの各ソース端子とドレイン端子との間にはダイオードがそれぞれ設けられる、請求項４に記載のモータの速度制御システム。
【請求項６】
速度測定部、比較部、速度制御部、制限部、デューティ制御部、位相制御部及びモータ駆動部を含むモータの速度制御システムによるモータの速度制御方法であって、
ａ）前記速度測定部により、モータに設けられているホールセンサからの信号を受信してモータの現在速度を測定する段階と、
ｂ）前記比較部により、前記速度測定部によって測定されたモータの現在速度と基準速度とを比較して誤差を算出する段階と、
ｃ）前記速度制御部により、前記比較部によって算出された誤差に基づいてモータの速度制御値を出力する段階と、
ｄ）前記制限部により、前記速度制御部によって出力された速度制御値を一定範囲の値に制限する段階と、
ｅ）前記デューティ制御部により、前記制限部によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流のデューティを制御する段階と、
ｆ）前記位相制御部により、前記制限部によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流の位相を制御する段階と、
ｇ）モータ駆動部により、前記デューティ制御部によるデューティ制御または前記位相制御部による位相制御に基づいて、モータ駆動信号を生成してモータに印加する段階と、を含むことを特徴とするモータの速度制御方法。
【請求項７】
前記段階ｄ）とｅ）及びｆ）の間に、制御決定部により、前記制限部によって制限された速度制御値と前記ホールセンサからの信号に基づいて、モータの速度を制御するためのデューティ制御または位相制御を決定する段階をさらに含む、請求項６に記載のモータの速度制御方法。
【請求項８】
前記段階ｆ）での前記位相制御部による電流の位相制御は、前記ホールセンサからの信号を基準として電流の方向が変わり始めるタイミングを調節することによりなされる、請求項６に記載のモータの速度制御方法。
【請求項９】
前記段階ｅ）でのデューティ制御と前記段階ｆ）での位相制御を行う際に、この二つのうち何れか一つに優先順位を設定して制御を行う、請求項６に記載のモータの速度制御方法。
【請求項１０】
前記デューティ制御に優先順位を設定した場合には、先にデューティを調整してモータが最大速度に達すると位相を一段階調整し、さらにデューティを調整した後、モータが最大速度に達すると、さらに位相を一段階調整する方式により制御を行う、請求項９に記載のモータの速度制御方法。
【請求項１１】
前記位相制御に優先順位を設定した場合には、先に位相を調整してモータの速度が基準速度または最大速度に達するとデューティ値を調整する方式により制御を行う、請求項９に記載のモータの速度制御方法。
【請求項１２】
前記位相を先に調整してモータの速度を調整する際に、モータの速度が基準速度に達しないと、デューティ値を用いて微細調整する方式により制御を行う、請求項１１に記載のモータの速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの速度制御システム及び方法に関し、特に、モータの速度を制御するにあたり、デューティ（ｄｕｔｙ）値と位相（ｐｈａｓｅ）値を同時に制御することにより、モータの効率を最大化することができるモータの速度制御システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの速度を制御する方式として、開ループ制御（ｏｐｅｎ  ｌｏｏｐ  ｃｏｎｔｒｏｌ）方式及び閉ループ制御（ｃｌｏｓｅｄ  ｌｏｏｐ  ｃｏｎｔｒｏｌ）方式がある。開ループ制御方式は、モータの現在速度を検出しないため、周辺の環境変化によって速度制御が正確になされない可能性がある。その反面、閉ループ制御方式は、速度制御が周辺環境に適応的に反応することにより、常に一定の速度を維持することができる。従来は、デューティを用いてモータの速度を制御する方式を用いていたが、モータの特性によって最大効率を実現することができない場合もあった。
【０００３】
図１は従来の閉ループ制御方式のモータの速度制御システムの一例を示す図面である。
【０００４】
図１に図示されたように、従来のモータの速度制御システムは、速度測定部 １０７と、比較部１０２と、速度制御部１０３と、制限部１０４と、ＰＷＭ生成部１０５と、を含んで構成される。
【０００５】
上記のような従来のモータの速度制御システムにおいて、ＰＷＭを用いた速度制御の場合、デューティが０％である時に最低速度となり、デューティが１００％である時に最高速度となる。ＰＷＭ生成部１０５がデューティ１００％のＰＷＭをモータ１０６に印加する場合にも、モータ１０６の速度が基準速度１０１に達しない場合には、それ以上速度を制御することができない。通常、デューティ値のみで速度を制御する際に、モータ１０６の最大速度が制限される場合が多い。即ち、速度制御部１０３の制御結果として１００％以上のデューティが出るとしても、物理的に１００％が最大デューティであるため、制限部１０４はデューティ値を０〜１００％の範囲内に制限する。従って、モータの効率を最大化することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国公開特許公報第１０‐２０１２‐００７６７２４（２０１２．０７．１０．公開）
【特許文献２】韓国公開特許公報第１０‐２０１０‐００４１７９４（２０１０．０４．２２．公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、モータの速度を制御するにあたり、モータに印加される電流のデューティ（ｄｕｔｙ）値と位相（ｐｈａｓｅ）値を同時に制御することにより、モータの効率を最大化することができるモータの速度制御システム及び方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を果たすための本発明によるモータの速度制御システムは、モータに設けられているホールセンサからの信号を受信してモータの現在速度を測定する速度測定部と、前記速度測定部によって測定されたモータの現在速度と基準速度とを比較して誤差を算出する比較部と、前記比較部によって算出された誤差に基づいてモータの速度制御値を出力する速度制御部と、前記速度制御部によって出力された速度制御値を一定範囲の値に制限する制限部と、前記制限部によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流のデューティを制御するデューティ制御部と、前記制限部によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流の位相を制御する位相制御部と、前記デューティ制御部によるデューティ制御及び前記位相制御部による位相制御に基づいて、モータ駆動信号を生成してモータに印加するモータ駆動部と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記制限部によって制限された速度制御値と前記ホールセンサからの信号に基づいて、モータの速度を制御するためのデューティ制御または位相制御を決定する制御決定部をさらに含むことができる。
【００１０】
また、前記位相制御部による電流の位相制御は、前記ホールセンサからの信号を基準として電流の方向が変わり始めるタイミングを調節することによりなされることができる。
【００１１】
また、前記モータ駆動部は互いに並列に接続された第１単位回路部及び第２単位回路部を含んでおり、前記第１単位回路部は、互いに直列に接続された第１Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及び第１Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを含み、前記第２単位回路部は、互いに直列に接続された第２Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ及び第２Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを含む。
【００１２】
この際、好ましくは、前記第１Ｐチャンネル型及びＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴと、前記第２Ｐチャンネル型及びＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴの各ソース端子とドレイン端子との間にはダイオードがそれぞれ設けられる。
【００１３】
また、上記の目的を果たすための本発明によるモータの速度制御方法は、速度測定部、比較部、速度制御部、制限部、デューティ制御部、位相制御部及びモータ駆動部を含むモータの速度制御システムによるモータの速度制御方法であって、ａ）前記速度測定部により、モータに設けられているホールセンサからの信号を受信してモータの現在速度を測定する段階と、ｂ）前記比較部により、前記速度測定部によって測定されたモータの現在速度と基準速度とを比較して誤差を算出する段階と、ｃ）前記速度制御部により、前記比較部によって算出された誤差に基づいてモータの速度制御値を出力する段階と、ｄ）前記制限部により、前記速度制御部によって出力された速度制御値を一定範囲の値に制限する段階と、ｅ）前記デューティ制御部により、前記制限部によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流のデューティを制御する段階と、ｆ）前記位相制御部により、前記制限部によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流の位相を制御する段階と、ｇ）モータ駆動部により、前記デューティ制御部によるデューティ制御または前記位相制御部による位相制御に基づいて、モータ駆動信号を生成してモータに印加する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記段階ｄ）とｅ）及びｆ）の間に、制御決定部により、前記制限部によって制限された速度制御値と前記ホールセンサからの信号に基づいて、モータの速度を制御するためのデューティ制御または位相制御を決定する段階をさらに含むことができる。
【００１５】
また、前記位相制御部による電流の位相制御は、前記ホールセンサからの信号を基準として電流の方向が変わり始めるタイミングを調節することによりなされることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような本発明によると、デューティ（ｄｕｔｙ）値と位相（ｐｈａｓｅ）値をモータの速度を制御するフィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ）値として同時に用いて、モータに印加される電流のデューティ値と位相値を同時に制御することにより、モータの効率を最大化することができる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の閉ループ制御方式のモータの速度制御システムの一例を示す図面である。
【図２】本発明の実施形態によるモータの速度制御システムの構成を概略的に示す図面である。
【図３】図２のモータの速度制御システムのモータ駆動部の内部回路構成を示す図面である。
【図４】本発明の実施形態によるモータの速度制御方法の実行過程を示すフローチャートである。
【図５】ホールセンサを用いた単相ＢＬＤＣモータの駆動部のスイッチの駆動信号パターンを示す図面である。
【図６】デューティ制御と位相制御の組合せの例を概念的に示す図面である。
【図７】デューティと位相を交互に変えながらモータの速度を制御することを概念的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
明細書の全体において、ある構成要素を「含む」ということは、特別に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのでなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。また、明細書に記載された「…部」、「…器」、「モジュール」、「システム」などの用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、これはハードウェアやソフトウェアまたはハードウェア及びソフトウェアの結合により具現されることができる。
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
図２は本発明の実施形態によるモータの速度制御システムの構成を概略的に示す図面である。
【００２１】
図２を参照すると、本発明によるモータの速度制御システムは、速度測定部２１０と、比較部２０２と、速度制御部２０３と、制限部２０４と、デューティ制御部２０６と、位相制御部２０７と、モータ駆動部２０８と、を含んで構成される。
【００２２】
前記速度測定部２１０は、モータ２０９に設けられているホールセンサ２０９ｓからの信号を受信してモータ２０９の現在速度を測定する。
【００２３】
前記比較部２０２は、前記速度測定部２１０によって測定されたモータ２０９の現在速度と基準速度とを比較して誤差を算出する。
【００２４】
前記速度制御部２０３は、前記比較部２０２によって算出された誤差に基づいてモータ２０９の速度制御値を出力する。
【００２５】
前記制限部２０４は、前記速度制御部２０３によって出力された速度制御値を一定範囲の値に制限する。
【００２６】
前記デューティ制御部２０６は、前記制限部２０４によって制限された一定範囲の値に応じて、モータ２０９に印加される電流のデューティを制御する。
【００２７】
前記位相制御部２０７は、前記制限部２０４によって制限された一定範囲の値に応じて、モータ２０９に印加される電流の位相を制御する。
【００２８】
前記モータ駆動部２０８は、前記デューティ制御部２０６によるデューティ制御及び前記位相制御部２０７による位相制御に基づいて、モータ駆動信号を生成してモータ２０９に印加する。
【００２９】
ここで、前記制限部２０４によって制限された速度制御値と前記ホールセンサ２０９ｓからの信号に基づいて、モータ２０９の速度を制御するためのデューティ制御または位相制御を決定する制御決定部２０５をさらに含むことができる。
【００３０】
また、前記位相制御部２０７による電流の位相制御は、前記ホールセンサ２０９ｓからの信号を基準として電流の方向が変わり始めるタイミングを調節することによりなされることができる。
【００３１】
また、前記モータ駆動部２０８は、互いに並列に接続された第１単位回路部２０８ａ及び第２単位回路部２０８ｂを含んでおり、前記第１単位回路部２０８ａは互いに直列に接続された第１Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴＱ１及び第１Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴＱ２を含み、前記第２単位回路部２０８ｂは互いに直列に接続された第２Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴＱ３及び第２Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴＱ４を含む。
【００３２】
この際、好ましくは、前記第１Ｐチャンネル型及びＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２と、前記第２Ｐチャンネル型及びＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴＱ３、Ｑ４の各ソース端子とドレイン端子との間にはダイオードがそれぞれ設けられる。
【００３３】
以下、上記の構成を有する本発明によるモータの速度制御システムによるモータの速度制御方法について説明する。
【００３４】
図４は本発明の実施形態によるモータの速度制御方法の実行過程を示すフローチャートである。
【００３５】
図４を参照すると、本発明によるモータの速度制御方法は、上述の速度測定部２１０、比較部２０２、速度制御部２０３、制限部２０４、デューティ制御部２０６、位相制御部２０７及びモータ駆動部２０８を含むモータの速度制御システムによるモータの速度制御方法であって、まず、前記速度測定部２１０により、モータ２０９に設けられているホールセンサ２０９ｓからの信号を受信してモータ２０９の現在速度を測定する（Ｓ４０１）。
【００３６】
次に、前記比較部２０２により、前記速度測定部２１０によって測定されたモータ２０９の現在速度と予め設定された基準速度２０１とを比較して誤差を算出する（Ｓ４０２）。
【００３７】
次に、前記速度制御部２０３により、前記比較部２０２によって算出された誤差に基づいてモータの速度制御値を出力する（Ｓ４０３）。
【００３８】
次に、前記制限部２０４により、前記速度制御部２０３によって出力された速度制御値を一定範囲の値に制限する（Ｓ４０４）。
【００３９】
その後、前記デューティ制御部２０６により、前記制限部２０４によって制限された一定範囲の値に応じて、モータ２０９に印加される電流のデューティを制御する（Ｓ４０５）。
【００４０】
次に、前記位相制御部２０７により、前記制限部２０４によって制限された一定範囲の値に応じて、モータに印加される電流の位相を制御する（Ｓ４０６）。この際、このような位相制御部２０７による電流の位相制御は、前記ホールセンサ２０９ｓからの信号を基準として電流の方向が変わり始めるタイミングを調節することによりなされることができる。
【００４１】
ここで、さらに好ましくは、前記Ｓ４０４とＳ４０５及びＳ４０６の間に、制御決定部２０５により、前記制限部２０４によって制限された速度制御値と前記ホールセンサ２０９ｓからの信号に基づいて、モータ２０９の速度を制御するためのデューティ制御または位相制御を決定する段階をさらに含むことができる。
【００４２】
上記のようにして前記デューティ制御部２０６によるデューティ制御または前記位相制御部２０７による位相制御が完了すると、モータ駆動部２０８により、そのデューティ制御または位相制御に基づいてモータ駆動信号を生成してモータ２０９に印加する（Ｓ４０７）。上記の段階を行うことにより本発明のモータの速度制御方法が終了する。
【００４３】
以下、上記の本発明によるモータの速度制御方法についてより詳細に説明する。
【００４４】
図５はホールセンサを用いた単相ＢＬＤＣモータの駆動部のスイッチの駆動信号パターンを示す図面である。
【００４５】
図５に図示されたように、ホールセンサの出力（ＨＡＬＬ  ＯＵＴＰＵＴ）が変わる瞬間を基準としてＰＯＵＴ１、ＰＯＵＴ２、ＮＯＵＴ１、ＮＯＵＴ２信号を変化させる。本発明の方法による（交番）位相制御は、ホールセンサ信号を基準としてハイ（ｈｉｇｈ）からロー（ｌｏｗ）またはローからハイに交番（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ）が始まるタイミングを調節することである。通常、位置信号が検出されて交番が始まるまで時間遅延が発生して、電圧を変化させても電流変化はモータのインダクタンスで遅れて増加するため、ホールセンサ信号の出力前に交番を行うと（即ち、パルス入力信号の「ハイ」または「ロー」値を変更させると）、モータの速度が速くなることができる。
【００４６】
従って、本発明によるモータの速度制御方法は、速度を制御するにあたり、デューティ値と位相値を同時に制御することにより効率を最大化することを目的とする。
【００４７】
従来は、制限部がデューティ値を０〜１００％に制限した。本発明によると、位相制御（ｐｈａｓｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）に対する制御値を考慮して、制限部２０４の上限を１００以上にすることができる。
【００４８】
図６はデューティ制御と位相制御の組合せの例を概念的に示す図面である。
【００４９】
図６の（ａ）は、デューティを０〜１００、位相を０〜１００とした場合である。（ｂ）は、制限部２０４の制限範囲を０〜２００とし、デューティ値と位相を組合せた場合を示す。組合せの方法は予め決定された値を基準とすることができる。
【００５０】
図７はデューティと位相を交互に変えながらモータの速度を制御することを概念的に示す図面である。
【００５１】
図７に図示されたように、最初にはデューティ値のみを用いて速度を制御する。その後デューティまたは速度が特定瞬間に到達すると、デューティ値を位相値に変えて速度を制御する。この際、デューティ値と位相の初期値は、モータの特性に応じて適切に設定した後、図７のようにモータの速度制御を行う。
【００５２】
一方、本発明の方法によってデューティ制御と位相制御を行う際に、この二つのうち何れか一つに優先順位を設定して制御を行うことができる。例えば、デューティ制御に優先順位を設定した場合には、先にデューティを調整してモータが最大速度に達すると位相を一段階（１  ｓｔｅｐ）調整する。次に、さらにデューティを調整する。モータが最大速度に達すると、さらに位相を一段階調整する。前記図７は、このような制御方式を示す図面である。このようにデューティ値を用いて最大速度（ＲＰＭ）に達した後に位相値を調整すると、モータはさらに速くなることができる。
【００５３】
他の例として、位相制御に優先順位を設定した場合には、先に位相を調整してモータの速度が基準速度または最大速度に達するとデューティ値を調整する。この場合は、先に位相を調整してモータの速度を調整する際に、モータの速度が基準速度に達しないと、デューティ値を用いて微細調整する方式である。
【００５４】
上述したように、本発明によるモータの速度制御方法は、デューティ（ｄｕｔｙ）値と位相（ｐｈａｓｅ）値をモータの速度を制御するフィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ）値として同時に用いて、モータに印加される電流のデューティ値と位相値を同時に制御することにより、モータの効率を最大化することができる長所がある。
【００５５】
また、デューティ値だけでなく位相値もフィードバックされるため、ホールセンサからの信号のサンプル毎に存在する回転子の位置偏差に関わらず、最適の位相値を検出することができる長所がある。
【００５６】
以上、好ましい実施形態を参照して本発明について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様に変更、応用されることができることは、当技術分野の通常の技術者において自明である。従って、本発明の真の保護範囲は添付の特許請求の範囲により解釈されるべきであり、それと同等な範囲内の全ての技術的思想は本発明の権利範囲に属すると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００５７】
１０１、２０１  基準速度
１０２、２０２  比較部
１０３、２０３  速度制御部
１０４、２０４  制限部
１０５  ＰＷＭ生成部
２０５  制御決定部
２０６  デューティ制御部
２０７  位相制御部
２０８  モータ駆動部
２０９  モータ
１０７、２１０  速度測定部
２０９ｓ  ホールセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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