KR20090056978A

KR20090056978A - 브러쉬리스 센서리스 전동기에서 모터 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20090056978A
Application number: KR1020097003053A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 슈바르츠코프; 카르스텐 로세; 필리피스 피에트로 데
Original assignee: 브로제 파르초이크타일레 게엠베하 운트 코. 카게, 뷔르츠부르크
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: KR101382552B1; WO2008006771A2; DE102006032491A1; US20100019710A1; CN101553979A; US8018188B2; CN101553979B; DE112007001630A5; WO2008006771A3; BRPI0714228A2; DE112007001630B4

Abstract

브러쉬리스 센서리스 다상 전동기(1)에서 로터 위치를 결정하기 위한, 간단한 수단으로 수행될 수 있는 방법 및 그 방법을 수행하는데 매우 적합한 장치를 제공한다. 그러한 방법에 따르면, 탐지 시간(T_E) 동안 제1 모터 위상(V)을 중간 회로(7)의 기준 전위(U_Z, M)로부터 분리한 후에 클램프 측에서 그 모터 위상(V)에 인가되는 위상 전압(U_V)을 탐지하고, 탐지 시간(T_E)에 걸쳐 탐지된 위상 전압(U_V)의 피크 값(U_V*)을 검출하며, 피크 값(U_V*)을 비교치(U_C)와 비교하고, 피크 값(U_V*)이 비교치(U_C)를 초과하는 경우에 위치 신호(S_p)를 생성하는 조치가 취해진다. 여기서, 비교치(U_C)가 제1 모터 위상(V)에서 유도되는 전압(U_Vind)의 제로 크로싱 시의 위상 전압(U_V)의 값 또는 그에 비해 소정의 교정 값(ㅿQ)만큼 높여지거나 낮춰진 값에 해당하도록 비교치(U_C)를 수치적으로 결정한다.

Description

브러쉬리스 센서리스 전동기에서 모터 위치를 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE ROTOR OF A BRUSHLESS AND SENSORLESS ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 특히 자동차 엔진용 벤틸레이터(ventilator)를 작동하는데 사용되는 바와 같이 다상 브러쉬리스 센서리스(multiphase brushless and sensorless) 전동기에서 로터 위치를 결정하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이기도 하다.

소위 브러쉬리스 전동기에서는, 구동 전류를 전기적으로 통전시킨다. 그를 위해, 통상적으로 전기 중간 회로를 거쳐 전압을 공급받는 인버터 회로가 전동기에 부속된다. 그러한 인버터 회로는 스테이터(stator)를 중심으로 회전 스테이터 자기장을 생성하는 3상 전류를 스테이터 코일에 제공한다. 전동기의 로터(rotor)는 로터를 중심으로 정적 로터 자기장을 생성하는 하나 또는 그 이상의 영구 자석을 종종 구비한다. 스테이터 자기장과 로터 자기장의 교대 작용으로부터 로터를 움직이는 토크가 나오게 된다.

인버터 회로에 의해 생성된 3상 전류와 그에 딸린 스테이터 자기장의 위상들을 모터 위상이라 지칭한다. 전의적인 의미에서, 그러한 위상과 관련된 각각의 스 테이터 코일과 그에 딸린 연결 라인을 그러한 용어로 지칭하기도 한다. 모터 위상들은 Y 결선에서는 흔히 상호 연결된다. 인버터 회로는 모터 위상들을 로터 위치에 의존하여 트리거하고, 그를 위해 로터 위치를 계측 기술적으로 결정하여야 한다. 로터의 위치 검출을 위해, 즉 로터의 회전각을 검출하기 위해, 흔히 예컨대 홀 센서(Hall sensor)와 같은 센서들이 마련된다. 무엇보다도 비용상의 이유로, 그에 대한 대안으로서 센서리스 회전각 검출기가 종종 사용된다. 그러한 회전각 검출기에 의해 전동기의 소위 역기전력(역-EMK로 약칭하거나 영문 용어로 back-EMF라 지칭함)을 탐지함으로써 위치 결정이 이뤄지게 된다. 회전 로터 자기장에 의해 스테이터 코일에 유도되는 전압을 그러한 용어로 지칭한다. 그러한 구조의 모터를 센서리스 전동기라 지칭한다.

종래의 센서리스 회전각 검출기는 통상적으로 아날로그 전기 회로로서 구성된다. 그러한 회로는 모든 위상 전압들을 탐지 및 분석함으로써 역-EMK를 산출한다. 스위칭 과정 또는 펄스 폭 변조(pulse width modualtion; PWM)로 인해 생기는 위상 전압들의 동요가 잘못된 위치 결정을 가져오는 것을 피하기 위해, 종래의 회전각 검출기는 통상적으로 그러한 교란을 필터링에 의해 제거하는 부가의 적절한 필터 회로를 포함한다. 결과적으로 나온 역-EMK는 비교기에서 비교 전압과 비교되는데, 그 비교기는 역-EMK가 소정의 비교치를 넘는 경우에 위치 신호를 생성한다.

종래에는, 역-EMK의 플러스 제로 크로싱(zero-crossing) 시에(즉, 역-EMK의 부호가 마이너스로부터 플러스로 바뀔 때에) 위치 신호가 생성된다. 그에 대해 대안적으로, 전동기를 프리 이그니션(pre-ignition) 또는 포스트 이그니션(post- ignition)으로 동작시키는 것도 통상적이다. 그를 위해, 역-EMK의 제로 크로싱 전이나 후에 위치 신호가 방출되도록 비교 전압이 조정된다.

역-EMK는 모터 전류가 단절되는 하나의 모터 위상에서만 측정될 수 있다. 따라서, 하나의 모터 위상에서 역-EMK를 측정하기 위해서는, 그러한 모터 위상을 중간 회로의 기준 전위로부터 분리한 후라도 그 시간 내에 소위 프리 휠링 전류(free-wheeling current)가 그 모터 위상에서 사라지는 소위 정류 시간(commutation period)을 대기하여야 한다. 여기서, 모터 위상의 유도 관성(inductive inertia)으로 인해 모터 위상의 분리 후에도 일시적으로 유지되는 전류를 프리 휠링 전류라 지칭한다. 프리 휠링 전류의 측정을 위해, 흔히 종래의 회전각 검출기에는 프리 휠링 전류가 사라진 후에야 비로소 위치 결정을 시작하거나 동작시키는 별개의 회로가 부속된다.

회전각 검출기로부터 출력되는 위치 신호는 통상적으로 인버터 회로를 트리거하는 마이크로제어기에 "트리거 신호"로서 공급된다.

본 발명의 목적은 구조적으로 간단하고 저렴하게 구현될 수 있는 브러쉬리스 센서리스 전동기에서의 위치 결정 방법 및 그러한 방법을 수행하는데 매우 적합한 장치를 제공하는 것이다.

방법에 있어서, 그러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다. 그에 따르면, 역-EMK를 분석해야 할 모터 위상을 분리한 후에 탐지 시간 동안 위상 전압을 탐지하고, 그 탐지 시간에 걸쳐 위상 전압의 피크 값을 검출하는 조치가 취해진다. 그 위상 전압을 탭핑(tapping)하는 전술된 모터 위상을 이후로 제1 모터 위상이라 지칭하기로 한다. 하지만, 그와 같이 지칭한다 할지라도, 본 목적을 위해 전동기의 임의의 모터 위상을 선택할 수 있다.

중간 회로의 2개의 기준 전위들, 즉 통상적으로 플러스로 선택되는 동작 전위와 접지를 분리함으로써 위상을 분리한다. 위상 전압이 탐지시간의 시작부터 실제 시점까지 차지하는, 경우에 따라 교란 플럭스가 제거된 최대치를 피크 값이라 지칭한다.

이어서, 그러한 피크 값을 비교치와 비교하는데, 그 피크 값이 비교치를 초과할 경우에 위치 신호를 생성한다. 그와 관련하여, 비교치는 그것이 제1 모터 위상에서 유도된 전압, 즉 역-EMK의 제로 크로싱 시의 위상 전압의 값에 해당하도록 수치적으로 결정된다. 대안적으로, 프리 이그니션 또는 포스트 이그니션을 구현하기 위해, 비교치를 역-EMK에 해당하는 값에 비해 소정의 교정 값만큼 높이거나 낮추는 조치가 취해진다.

본 발명은 위치 결정 방법의 개개의 단계를 아날로그 전기 회로 기술에 의해서가 아니라, 수치적으로 수행할 경우에 방법의 수행에 필요한 구조적 복잡성이 줄어들 수 있다는 인식을 그 기반으로 하고 있다. 즉, 수치 알고리즘의 수행을 위해, 모터 제어에 있어 어차피 제공되는 표준적인 마이크로제어기를 프로그램 기술적으로, 그에 따라 부가의 구조적 비용 없이 갖출 수 있다.

그와 더불어, 제1 모터 위상에서 역-EMK를 검출하는데 다른 모터 위상들의 위상 전압들을 측정하는 것이 반드시 필요한 것이 아니라, 다른 모터 위상들 중의 하나의 모터 위상의 하나 이상의 위상 전압을 계산할 수 있든지, 아니면 그러한 위상 전압을 기본 방정식의 적절한 수학적 변형에 의해 및/또는 구조적 조치에 의해 고전적으로 결정할 수 있다는 인식을 통해 결정적으로 방법의 단순화가 가능케 된다. 단일의 위상 전압, 즉 제1 모터 위상의 위상 전압만을 계측 기술에 의해 결정하는 것이 바람직하다.

탐지된 위상 전압의 피크 값을 인지적으로 간단하고 저렴하게 구현될 수 있는 전자 회로에 의해 아날로그 신호의 형태로 형성하여 제공하는 것이 바람직하다. 반면에, 피크 값을 비교치와 비교하는 것은 수치적으로 수행하여 그를 위해 별개의 비교기를 필요로 하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

피크 값을 탐지하는 중에, 스위칭 과정으로 인해 유발되는 위상 전압의 동요(소위 위상 전압의 "스위칭 오버슈트(switching overshoot)")를 필터링에 의해 제거하여 피크 값의 왜곡 및 그에 의해 발생하는 위치 결정 에러를 배제시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 간단하고 바람직한 구성에서는, 비교치를 식 U_v = U_z/2 + ㅿQ에 따라 결정한다. 여기서, U_z는 중간 회로의 동작 전위, 특히 접지에 대한 15볼트를 나타낸다. ㅿQ는 통상적으로 프리 이그니션 또는 포스트 이그니션을 설정하기 위해 마이너스 또는 플러스 값을 취하거나 0의 값을 취할 수도 있는 교정치를 나타낸다. 그와 관련하여, 탐지 시간의 시작 전에 제1 모터 위상을 동작 전위에 연결함으로써 동작 전위를 계측 기술적으로 탐지하는 것이 바람직하다. 그러면, 동작 전위를 그 상태에서 검출된 위상 전압의 피크 값으로부터 간단하게 유도해낼 수 있다.

그 존속 시간이 제1 모터 위상에서 흐르는 프리 휠링 전류의 단절에 의해 결정되는 정류 시간을 탐지 시간에 선행시키는 것이 바람직하다. 그와 관련하여, 정류 시간의 종료를 다시 위상 전압의 피크 값의 탐지 및 분석에 의해 결정하는 것이 바람직하다. 여기서, 정류 시간은 피크 값이 소정의 한계치 미만인 경우에 종료된 것으로 식별된다.

장치에 있어서, 전술된 목적은 본 발명에 따라 청구항 9의 특징들에 의해 달성된다. 그에 따르면, 피크 값의 검출을 위해, 검출된 피크 값의 측정 신호를 수치적인 후속 방법 수행을 위해 마이크로제어기의 아날로그 접속 단자에 제공하는 아날로그 전자 평가 회로가 마련된다. 여기서, 마이크로제어기는 피크 값을 비교치와 비교하여 피크 값이 비교치를 초과할 경우에 위치 신호를 생성하도록 프로그램 기술적으로 구성된다. 또한, 마이크로제어기는 비교치를 전술된 방법에 따라 결정하도록 구성된다.

바람직한 매우 간단한 구성에서는, 평가 회로가 기본적으로 제1 커패시터 및 제1 다이오드에 의해 구성된다. 여기서, 제1 커패시터는 제1 모터 위상의 위상 전압의 전압 탭(voltage tap)과 접지 사이에 결선된다. 다이오드는 도전 방향으로 모터 위상과 커패시터 중간에 결선된다. 모터 회전수가 높고 그에 상응하게 역-EMK의 값이 큰 경우에 마이크로제어기의 아날로그 접속 단자의 과부하를 방지하기 위해, 대략 위상 전압에 비례하여 감소된 전압을 제1 다이오드에 공급하는 전압 분할기(voltage divider) 회로가 평가 회로에 선행하여 결선되는 것이 바람직하다.

전압 분할기 회로 내에는, 제1 다이오드와 병렬 접속된 제2 다이오드가 배치되는 것이 바람직하다. 그러한 제2 다이오드는 수치적인 후속 방법 수행의 결과를 왜곡할 수 있는 제1 다이오드의 다이오드 전압의 제조 조건부, 노화 조건부, 및 온도 조건부 공차들을 보상하는 역할을 한다. 그와 관련하여, 제1 다이오드와 구조적으로 동일한 구성을 갖는 다이오드를 제2 다이오드로서 사용함으로써 매우 양호한 보상이 이뤄지게 된다. 특히, 양 다이오드들을 포함하는 전자 소자가 사용되는데, 그것은 무엇보다도 그러한 집적 소자의 다이오드들이 통상적으로 매우 유사한 특성들을 갖기 때문이다.

부가적으로, 평가 회로의 매우 바람직한 구성에서는 제2 다이오드가 전압 분할기 회로의 가역적인 인에비블(enable) 내지 디스에이블(disable)을 가능케 한다. 인에비블을 위해, 액티브 상태에서 전압 분할기의 접지 측 말단이 동작 전위에 해당하는 전압으로 설정되고, 그럼으로써 제2 다이오드가 차단된다. 전압 분할기의 인에이블 내지 디스에이블은 마이크로제어기에 의해 구조적으로 간단하게 수행된다. 그를 위해, 마이크로제어기의 디지털 접속 단자가 전압 분할기에 접속된다.

스위칭 과정에 기인한 위상 전압의 동요를 필터링에 의해 제거하기 위해, 제1 커패시터 및 제1 다이오드와 병렬로 제2 커패시터가 결선되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구성에서는, 전동기가 소위 프리 휠링(free-wheeling) 상태에 있는 경우에도 위치 결정이 가능케 된다. "프리 휠링" 이란 개념("프리 휠링 다이오드" 및 "프리 휠링 전류"라는 개념과는 전적으로 무관한 현상임)은 모터 위상들이 통전되지 않아도 로터가 움직이는 동작 상태를 나타낸다. 전동기는 전형적으로 모터 전류의 차단 후 전지할 경우에 프리 휠링 상태에 있게 된다. 그와 함께, 벤틸레이터를 작동하는데 사용되는 전동기는 벤틸레이터에 작용하는 기류에 의해서도 프리 휠링 상태로 될 수 있다. 비통전 상태에서 다른 모터 위상들에 일정한 테스트 전압을 인가함으로써 프리 휠링 상태에서의 위치 결정이 아주 간단하게 가능케 된다. 그것은 바람직하게는 다른 모터 위상들을 전압 분할기 회로의 중심 탭에 접속함으로써 매우 간단하게 구현된다. 그와 관련하여, 전압 분할기 회로는 모터 트리거에 별 영향을 미치지 않을 정도로 충분히 높은 임피던스로 구성된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 개선된 구성에서는, 평가 회로에 연결된 마이크로 제어기의 아날로그 접속 단자가 입력으로서는 물론 출력으로서도 구성될 수 있다. 입력으로서 구성될 경우, 아날로그 접속 단자는 평가 회로부터 공급되는 피크 값을 받아 아날로그-디지털 변환을 하는 역할을 한다. 출력으로서 구성될 경우, 아날로그 접속 단자는 평가 회로를 간단하고도 적합하게 출력 상태로 리셋하는 역할을 한다. 그를 위해, 아날로그 접속 단자는 특히 출력 신호로도 제로 신호를 부여받는다. 그러한 상태에서, 아날로그 접속 단자는 내부적으로 접지에 연결되고, 그에 따라 평가 회로의 커패시터가 마이크로제어기에 의해 방전되게 된다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면들에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,

도 1은 인버터 회로와, 평가 회로 및 평가 회로를 트리거하는 마이크로제어 기를 포함하는 로터 위치 결정 및 전동기 트리거용 제어 유닛을 구비한 브러쉬리스 센서리스 전동기의 블록 선도이고,

도 2는 선택된 모터 위상에서의 위상 전압의 추이와 평가 회로로부터 제공되는 그 피크 값의 추이를 단편적으로 대조시켜 개략적으로 나타낸 단순화된 시간 도표이며,

도 3은 평가 회로의 제1 실시 양태의 전기 회로도이고,

도 4는 관련 모터 위상의 정류 동안의 위상 전압의 추이를 개략적으로 나타낸 단순화된 시간 도표이며,

도 5는 모터 트리거 동안 위치 결정을 위해 이뤄지는 방법 경과의 개요를 나타낸 흐름도이고,

도 6은 전동기의 프리 휠링 시에도 위치결정을 가능케 하기 위해 일정한 테스트 전압을 다른 모터 위상들에 인가할 수 있는 전압 분할기 회로의 전기 회로도이며,

도 7은 프리 휠링 시의 위치 결정을 위해 이뤄지는 방법 경과의 개요를 나타낸 도 5에 따른 바와 같은 흐름도이고,

도 8은 평가 회로의 대안적 구성 양태를 나타낸 도 2에 따른 바와 같은 전기 회로도이며,

도 9는 평가 회로의 또 다른 실시 양태를 나타낸 도 2에 따른 바와 같은 전기 회로도이다.

도 1은 에너지 공급을 위해 인버터 회로(2)가 부속되는 브러쉬리스 센서리스 전동기(이후로 모터(1)라 약칭함)의 블록 선도를 나타낸 것이다. 도시된 모터(1)는 3상으로 구성되고, 그에 따라 3개의 모터 위상들(U, V, W)을 포함하는데, 그 모터 위상들(U, V, W)은 모터(1)의 스테이터에 배치된 전기자 코일을 각각 구비한다. 모터 위상들(U, V, W)은 예컨대 Y 결선으로 서로 결선되고, 그에 따라 중립 점(P)에서 서도 도전 연결된다. 하지만, 이후로 설명될 방법은 다르게 결선된 모터 위상들, 특히 델타 결선으로 결선된 모터 위상들을 갖는 전동기에도 적용될 수 있다.

중립 점(P)과 각각 대향된 각각의 모터 위상(U, V, W)의 접속 단(각각의 모터 위상(U, V, W)의 위상 클램프(3)라고도 지칭함)은 인버터 회로(2)에 딸린 하프 브리지(half bridge)(4)의 중심 탭에 각각 연결된다. 각각의 하프 브리지(4)는 2개의 파워 스위치들(5, 6)을 포함하는데, 그 파워 스위치들(5, 6)은 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)로서 각각 형성되는 것이 바람직하다. 각각의 하프 브리지(4)에 배치된 파워 스위치(5)에 의해, 관련 모터 위상(U, V, W)이 동작 전위(U_z)에 접속될 수 있다. 각각의 다른 파워 스위치(6)에 의해, 모터 위상(U, V, W)이 접지 전위(이후로 "접지(M)"이라 약칭함)를 부여받을 수 있다. 동작 전위(U_z)와 접지(M)는 소위 중간 회로(7)를 거쳐 인버터 회로(2)에 공급된다. 각각의 파워 스위치(5, 6)에는 소위 프리 휠링 다이오드(또는 리커버리 다이오드)(8 내지 9)가 병렬 접속된다.

파워 스위치(5, 6)를 트리거하기 위해, 인버터 회로(2)에는 제어 유닛(10)이 부속된다. 그러한 제어 유닛(10)은 모터(1)의 동작 중에 모터 위상들(U, V, W)의 전기자 코일이 모터(1)의 로터(도시를 생략함)를 구동하는 회전 자기장을 생성하도록 파워 스위치(5, 6)를 각각 트리거한다.

파워 스위치들(5, 6)의 트리거는 소위 정류(commutation) 개요에 따라 로터 위치에 의존하여 이뤄진다. 특히, 양극성 블록 정류(bipolar block commutation)을 동원한다. 그러한 양극성 블록 정류에서는, 풀 사이클 동안, 즉 로터의 1 회전 동안 제1(플러스) 정류 블록 내에서 각각의 모터 위상(U, V, W)을 일시적으로 동작 전위(U_z)로 스위칭한다. 제2(마이너스) 정류 블록 동안에는, 모터 위상(U, V, M)을 접지로 스위칭한다. 각각의 정류 블록은 로터 회전을 기준으로 트리거 각도로 지칭되는 180°미만의 회전 각도 범위에 걸쳐 연장된다. 따라서, 정류 블록들 사이에 각각의 모터 위상(U, V, W)이 중간 회로(7)로부터 분리되는, 즉 부속 하프 브리지(4)의 고 전위 측 파워 스위치(5)는 물론 부속 하프 브리지(4)의 접지 측 파워 스위치(6)도 모두 도전 상태로 닫히지 않는 중간 각도 범위가 형성된다. 전기적 3상 전류를 생성하기 위해, 각각의 모터 위상(U, V, W)을 다른 모터 위상들(U, V, W)에 대해 120°만큼 엇갈리게 트리거한다.

모터 전력의 제어를 위해, 모터 위상들(U, V, W)을 펄스 폭 변조하여 트리거한다. 그와 관련하여, 각각의 모터 위상(U, V, W)은 플러스 정류 블록에서 전체의 트리거 각도에 걸쳐 동작 전위(U_z)로 스위칭되는 것이 아니라, 주기적으로 펄스형으로 동작한다.

모터 트리거를 실제의 로터 회전과 동기화시키기 위해, 정류의 진행을 위치 신호(S_p)에 의해 트리거한다. 위치 신호(S_p)는 로터가 일정한 로터 위치를 통과하는 시점을 지시한다. 그러한 위치 신호(S_p)를 선택된 모터 위상에서 로터 회전에 의해 유도되는 전압(역-EMK)에 의거하여 이후에 상세히 설명될 방식으로 검출한다. 도 1에 따르면, 역-EMK의 결정을 위한 기준으로서 모터 위상(V)이 선택되어 있다.

제어 유닛(10)에 의해 수행되는 위치 결정 방법은 다음의 전자기 기초 원리에 입각하고 있다:

중립 점(P)에서의 전위(이후로 중립 전압(U_p)라 지칭함)에 대해, 다음의 식이 성립한다:

여기서, U_U, U_V, U_W는 각각의 위상 클램프(3)에 탭핑할 수 있는 모터 위상(U, V, 내지 W)의 위상 전압을 나타낸다. 통상적으로, 각각의 위상 전압(U_X)(X = U, V, W)에 대해 다음의 식이 성립한다:

여기서, U_Xind는 모터 위상(X = U, V, W)에서 유도된 전압(또는 역-EMK)을 나 타낸다. 모터 위상(V)에서 유도된 전압의 제로 크로싱 시에, 즉 U_Vind = 0에 대해, 다음에 해당하는 식이 성립한다:

수학식 1과 수학식 3으로부터, 역-EMK(U_Vind)의 제로 크로싱에 대해 다음의 식이 주어진다:

수학식 4에 따라, 위상 전압(U_V)이 나머지 위상 전압들(U_U, U_W)의 평균치를 넘어서는 것으로부터 모터 위상(V)에서의 역-EMK의 제로 크로싱 및 그 제로 크로싱에 해당하는 로터 위치를 알아낼 수 있다.

제어 유닛(10)에 의해 수행되는 위치 결정 방법은 그러한 법칙에 입각하고 있다. 즉, 그 기초 원리를 따르고 있다. 그에 따르면, 오로지 위상 전압(U_V)만을 계측 기술적으로 탐지한다. 위상 전압(U_V)이 비교 전압(U_C)을 넘어설 경우에 위치 신호(S_p)를 생성하는데, 비교 전압(U_C)은 수학식 4(또는 그로부터 유도된 방정식)에 의거하여 일정한 역-EMK(U_Vind)의 값일 때의, 특히 제로 크로싱 시의 위상 전압(UV)과 일치하도록 결정된다. 통상적으로, 비교 전압(U_C)은 다음의 식에 따라 선택된 다:

여기서, 수학식 4와 수학식 5에 들어 있는 위상 전압들(U_U, U_W)은 직접 측정되는 것이 아니라, 마이크로제어기(11)에 존재하는 모터 트리거에 관한 정보에 의거하여 수치적으로 결정되는 것이다. ㅿQ는 교정률을 나타내는 것으로, 그 교정률은 모터(1)가 역-EMK의 제로 크로싱을 갖는 위상에서 위치 신호(S_p)를 생성할 경우에는 0의 값을 부여받는다. 프리 이그니션 또는 포스트 이그니션에 있어서는, ㅿQ가 마이너스 또는 플러스 값을 부여받는다.

전술된 기초 원리를 실제로 구현함에 있어서는, 수학식 4를 기반으로 한 로터 위치의 결정이 펄스 폭 변조(PWM)으로 인해 힘들어진다는 점을 감안하여야 하는데, 그것은 무엇보다도 측정된 위상 전압(U_V)는 물론 다른 위상 전압들(U_U, U_W)도 고주파에서 PWM 펄스에 의해 시간에 따라 펄스 형태로 변하기 때문이다. 부가적으로, 측정된 위상 전압(U_V)의 추이는 스위칭 가정에 기인한 동요(스위칭 오버슈트)로 인해 교란된다. 예시적으로, PWM 펄스 및 스위칭 오버슈트로 인해 교란되는 위상 전압(U_V)의 추이가 도 2의 시간 도표에 예시적으로 개략적으로 도시되어 있다.

따라서, 위치 결정 방법을 단순화하기 위해서는, 실제의 위상 전압(U_V)을 비 교에 끌어들이는 것이 아니라, 소정의 탐지 시간(T_E)에 걸쳐 스위칭 오버슈트만큼이 제거된 위상 전압(U_V)의 최대치를 나타내는 그 위상 전압(U_V)의 피크 값(U_V*)을 끌어들인다. 도 2에는, 그러한 피크 값(U_V*)의 추이가 실제의 위상 전압(U_V)의 추이와 대비되어 있다.

위상 전압(U_V)은 제어 유닛(10) 내에서 아날로그 전자 평가 회로(12)에 의해 탐지된다. 그러한 평가 회로(12)에 의해, 피크 값(U_V*)에 해당하는 측정 신호(S_UV _*)가 이후에 상세히 설명될 방식으로 생성되어 마이크로제어기(11)의 아날로그 접속 단자(13)에 공급된다. 이어서, 마이크로제어기(11)에서는 그 피크 값(U_V*)에 의거하여 이후에 상세히 설명될 방식으로 로터 위치를 수치적으로 결정하여 위치 신호(S_p)를 생성한다.

도 3에 따른 제1 실시 양태에서는, 평가 회로(12)가 전압 분할기 회로(30)를 포함하는데, 그 전압 분할기 회로(30)의 범위 내에서는 2개의 저항들(R₁, R₂)이 접지(M)와 탭(31)(도 1 및 도 3을 참조) 사이에 직렬 접속된다. 도전 방향으로 분극된 다이오드(D₁)가 선행되어 있는 커패시터(C₁)가 저항(R₂)과 병렬 접속된다. 전압 분할기 회로(30)의 접지 측 가지에도 역시 도전 방향으로 분극된, 그에 따라 다이오드(D₁)와 병렬 접속된 제2 다이오드(D₂)가 배치된다. 또한, 평가 회로(12)는 다이오드(D₁) 및 커패시터(C₁)와 병렬 접속된 커패시터(C₂)를 포함한다.

전압 분할기 회로(30)로 인해, 다이오드(D₁)에는 직접적으로 위상 전압(U_V)이 공급되는 것이 아니라, 그에 대략 비례하는 전압이 공급되는데, 그 크기는 저항들(R₁, R₂)의 적절한 크기 설정에 의해 위상 전압(U_V)의 약 20%에 해당하게 된다. 커패시터(C₁, C₂)의 영향을 고려하지 않는다면, 다이오드(D₁)의 출력에 인가되는 출력 전압에 대해 계산적으로 다음의 식이 주어진다:

여기서, UD₁과 UD₂는 다이오드들(D₁, D₂)의 플럭스 전압을 나타낸다. 바람직한 구성에서는, 다이오드들(D₁, D₂)이 동일한 구조의 것으로 선택되고, 특히 집적 소자(32)로서 구성되며, 그에 따라 양호한 근사로 동일한 플럭스 전압(U_D = U_D1 = U_D2)을 갖는다. 그럼으로써, 수학식 6은 다음의 식으로 주어지게 된다:

다이오드(D₁)에 의해 커패시터(C₁)가 충전된다. 그와 관련하여, 다이오드(D₁)는 전하가 흘러나가는 것을 방지하여 커패시터(C₁)가 충전 상태로 전하를 저장한다. 그럼으로써, 커패시터(C₁)에 걸쳐 강하하는 전압이 탐지 시간(T_E) 동안 출 력 전압(U_a)이 취하는 최대치와 대략 일치하게 된다. 하지만, 예컨대 전형적으로 스위칭 과정으로 인해 생기는 것과 같은 단시간의 전압 피크들은 커패시터(C₂)에 의해 트랩핑(trapping)되거나 필터링된다. 커패시터(C₁)에 걸쳐 강하하는 전압은 측정 신호(S_UV)로서 마이크로제어기(11)의 아날로그 접속 단자(13)에 공급된다. 마이크로·제어기(11)는 아날로그-디지털 변환을 통해 측정 신호(SUV)의 수치적 전압 크기를 결정하고, 저항들(R₁, R₂) 및 다이오드 전압(U_D)에 대한 저장 값에 의거하여 그 수치적 전압 크기로부터 피크 값(U_V*)의 실제 크기를 계산한다.

탐지 시간(T_E)은 커패시터(C₁)의 최후의 방전(또는 방전된 커패시터(C₁)에의 출력 전압(U_a)의 인가)로부터 시작되어 실제 시점까지 또는 늦어도 커패시터(C₁)가 새로이 방전되는 시점까지 지속한다(도 2를 참조). 아날로그 접속 단자(13)는 탐지 시간(T_E) 동안에는 전압 입력으로서 구성되어 그에 상응하게 높은 임피던스로 구성되고, 그에 따라 마이크로제어기(11)를 통한 커패시터(C₁)의 방전이 방지되게 된다.

방전을 위해, 아날로그 접속 단자(13)는 전압 출력으로서 재구성되어 0의 전위로 동작한다. 그러한 상태에서는, 마이크로제어기(11) 내에서 아날로그 접속 단자(13)가 접지(M)로 스위칭되고, 그에 따라 커패시터(C₁)에 저장된 전하가 마이크로제어기(11)를 통해 흘러나갈 수 있게 된다.

다이오드(D₂)는 다이오드(D₁)의 플럭스 전압(U_D1)의 공차를 적어도 부분적으로 보상하는 작용을 한다. 다이오드(D2)가 없을 경우(U_D2 = 0)에는 수학식 6으로부터 다음의 식이 주어질 것이라는 것을 상상해본다면, 그것을 바로 알 수 있을 것이다:

수학식 7과 수학식 8을 비교해보면, 다이오드(D₂)의 사용에 의해 플럭스 전압(U_D = U_D1)의 공차가 고작 R₂ : (R₁ + R₂)의 비율로만 산입되어 다이오드(D₁)의 영향이 그 비율만큼 줄어들게 된다는 것을 알 수 있다.

모터 트리거 동안의 위치 검출:

역-EMK(U_Vind)는 모터 위상(V)이 통전되지 않는 경우에 그 모터 위상(V)에서만 검출될 수 있다. 따라서, 모터(1)의 트리거 동안, 중간 각도 범위 중에서 모터 위상(V)이 중간 회로(7)로부터 분리되는 범위에서만 위치 식별이 가능하다. 그러한 동작 상태에서는, 다른 모터 위상들 중의 하나(U 또는 W)를 동작 전위(U_Z)로 계속 스위칭하고(적어도 일시적으로), 나머지 모터 위상(W 또는 U)을 접지(M)로 계속 스위칭한다. 그럼으로써, 수학식 5가 다음의 식으로 단순화된다:

수학식 9에 들어있는 동작 전위(U_Z)는 상수로서 마이크로제어기(11)에 저장될 수 있다. 하지만, 동작 전위(U_Z)를 계측 기술적으로 탐지하는 것이 바람직하다. 그를 위해, 정류 블록의 종료 후에 모터 위상(V)을 부속된 고 전위 측 파워 스위치(5)의 트리거에 의해 측정 시간(T_M)(도 4를 참조)의 존속 시간 동안 기준 전위(U_z)로 단시간 스위칭한다. 그와 관련하여, 기준 전위(U_z)는 그 동작 상태에서 동작 전위(U_z)에 해당하는 피크 값(U_V*)을 탐지함으로써 평가 회로(12)에 의해 탐지되어 추후의 사용을 위해 마이크로제어기(11)에 저장된다. 측정 전에, 평가 회로(12)를 커패시터(C₁)의 방전에 의해 리셋한다.

모터 트리거 동안 역-EMK(U_Vind)의 플러스 제로 크로싱만, 즉 역-EMK의 마이너스로부터 플러스로의 부호 변경만을 탐지하는 것이 바람직하다. 역-EMK(U_Vind)의 플러스 제로 크로싱은 모터 위상(V)이 접지(M)로 스위칭되는 마이너스 정류 블록 후마다 이뤄진다.

하지만, 모터 위상(V)을 분리한 후라도 역-EMK를 바로 검출할 수 있는 것이 아니다. 오히려, 모터 위상(V)에서 자기 유도에 의해 유지되다가 프리 휠링 다이오드(8)를 통해 흘러나가는 프리 휠링 전류가 그 모터 위상(V)에서 사라질 때까지 정류 시간(T_F)(도 4를 참조)의 존속 시간 동안 먼저 대기하여야 한다.

정류 시간(T_F)의 존속 시간을 결정하기 위해, 피크 값(U_V*)을 매개로 하여 간접적으로 프리 휠링 전류를 검출한다. 여기서는, 도 4에 의거하여 개략적으로 나타낸 측정 원리에 따라 조치한다. 도 4는 위상 전압(U_V)의 추이의 시간 세그먼트를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 4에서는, 알아보기 쉽게 하기 위해, 위상 전압(U_V)에 미치는 PWM 펄스 및 스위칭 오버슈트의 영향이 무시되어 있다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 시점(t₀)까지의 모터 위상(V)을 마이너스로 정류함으로써 접지(M)로 스위칭하고, 그에 따라 위상 전압(U_V)이 대략 0의 값을 가지게 된다. 시점(t₀)에서, 모터 위상(V)을 접지(M)로부터 분리한다. 고 전위 측 프리 휠링 다이오드(8)를 통해 흘러나가는 프리 휠링 전류로 인해, 위상 전압(U_V)이 대략 동작 전위(U_Z)에 해당하는 값으로 급격히 상승한다. 프리 휠링 전류가 사라지는 시점(t₁)에서야 비로소 위상 전압(U_V)이 다시 떨어지고, 그에 따라 정류 시간(T_F)이 종료되게 된다.

중간 회로 전압(U_Z)을 검출한 후에 평가 회로(12)에 의해 피크 값(U_V*)을 반복적으로 결정하여 마이크로제어기(11)에서 저장된 한계치(U_S)와 수치적으로 비교함으로써 정류 시간(T_F)을 결정한다. 피크 값(U_V*)이 한계치(U_S)를 초과하는 경우, 그것은 프리 휠링 전류가 아직 사라지지 않았다는 것을 지시하는 것으로 평가된다. 그럴 경우에는, 바로바로 또는 소정의 지연 시간 후에 측정을 반복한다. 각각의 측정 전에, 평가 회로(12)를 커패시터(C₁)의 방전을 통해 리셋한다.

전술된 비교 과정 중에 피크 값(U_V*)이 한계치(U_S) 미만이라는 것을 확인하는 순간, 그것은 프리 휠링 전류가 사라졌다는 것을 지시하는 것으로 평가된다. 그럴 경우에, 위치 검출을 시작한다.

로터 위치를 검출하기 위해, 평가 회로(12)를 커패시터(C₁)의 방전을 통해 출력 상태로 리셋하여 탐지 시간(T_E)을 개시한다. 이후로, 마이크로제어기(11)에서는 평가 회로(12)로부터 공급되는 피크 값(U_V*)을 수학식 9에 따라 산출된 비교치(U_C)와 연속적으로 또는 주기적으로 비교한다. 즉, 바로바로 측정을 반복하거나 소정의 추후 시점에 측정을 반복한다. 시점(t₃)에서 피크 값(UV*)이 비교치(U_C)를 최초로 초과하는 순간, 위치 신호(S_p)를 생성하여 모터 위상(V)의 플러스 정류를 개시한다(도 4에서는, 위상 전압(U_V)이 대략 동작 전위(U_Z)의 크기로 급격히 상승하는 것에서 그것을 미루어 알 수 있음).

그에 따라, 모터 트리거 동안의 위치 검출을 위해 도 5에서 흐름도에 의거하여 상세히 설명되는 방법 경과가 주어지게 되는데, 그 방법 경과는 프로그램 기술적으로 마이크로제어기(11)에 구현되어 있다:

마이크로제어기(11)는 마이너스 정류 블록을 종료함으로써, 그에 따라 도 4에 따른 시점(t₀)에서 방법을 시작한다. 그러한 시점(t₀)은 인버터 회로(2)의 트리거를 위해 마이크로제어기(11)로부터 미리 주어지는 것이고, 그에 따라 기지의 것이다.

다음 단계들 41 내지 44에서는, 먼저 동작 전위(U_Z)의 값을 결정한다. 그를 위해, 마이크로제어기(11)는 단계 41에서 모터 위상(V)에 부속된 파워 스위치(5)를 제어하여 모터 위상(V)을 동작 전위(U_Z)로 스위칭한다. 그러고 나서, 마이크로제어기(11)는 커패시터(C1)의 방전에 의해 평가 회로(12)를 리셋하고(단계 42) 피크 값(U_V*)의 실제 값을 획득함으로써(단계 43) 피크 값(U_V*)의 측정을 수행한다. 단계 44에서, 피크 값(U_V*)을 동작 전위(U_Z)의 값으로서 저장한다.

동작 전위(U_Z)를 결정한 후에, 마이크로제어기(11)는 모터 위상(V)을 동작 전위(U_Z)로부터 분리하도록 모터 위상(V)에 부속된 파워 스위치(5)를 제어하고(단계 45), 다음 단계들 46 내지 48에서 정류 시간(T_F)을 산출한다. 그를 위해, 마이크로제어기(11)는 다시 커패시터(C₁)를 방전하여(단계 46) 피크 값(U_V*)을 획득한다(단계 47). 이어서, 마이크로제어기(11)는 단계 48에서 획득된 피크 값(U_V*)이 한계치(U_S) 미만인지 검사한다.

비교 결과가 부정인 경우, 그것은 프리 휠링 전류가 아직 사라지지 않았다는 것을 지시하는 것으로 평가된다. 그럴 경우에는, 바로 또는 소정의 지연 시간 후에 단계들 46 내지 48을 반복한다.

비교 결과가 긍정이면, 그것은 프리 휠링 전류가 사라졌다는 것을 지시하는 것으로 평가된다. 그럴 경우에, 후속 단계들 49 내지 52에 따라 고유의 위치 검출을 시작한다.

위치 검출의 시작 시에는, 단계 49에서 커패시터(C₁)를 방전함으로써 평가 회로(12)를 리셋한다(단계 50). 이어서, 마이크로제어기(11)는 실제 피크 값(U_V*)을 획득하고(단계 51), 그 피크 값(U_V*)이 수학식 9에 따라 계산된 비교 전압(U_C)을 초과하는지 검사한다.

비교 결과가 부정인 경우, 그것은 찾고 있는 로터 위치에 도달하지 않았다는 것을 지시하는 것으로 평가된다. 그 즉시로 또는 소정의 지연 시간 후에 단계들 50 및 51을 반복한다. 비교 결과가 긍정인 경우, 그것은 찾고 있는 로터 위치에 도달하였다는 것을 지시하는 것으로 평가된다. 그럴 경우에, 마이크로제어기(11)는 위치 신호(S_p)를 생성하고(단계 52), 방법을 종료한다(단계 53).

프리 휠링 상태에서의 위치 결정:

프리 휠링 상태에서는, 추가의 조치 없이는 수학식 5를 기반으로 한 위치 결정이 불가능한데, 그것은 무엇보다도 그 상태에서는 위상 전압들(U_U, U_W)을 알고 있지 못하기 때문이다. 그럼에도 프리 휠링 상태에서 오로지 위상 전압(U_V)만을 측정 하더라도 위치 결정이 가능케 되도록 하기 위해, 나머지 모터 위상들(U, W)에 일정한 테스트 전압들(U_T1, U_T2)(도 1을 참조)을 인가한다.

그를 위해, 그 모터 위상들(U, W)을 도 6에 도시된 전압 분할기 회로(60)에 연결하는데, 그 전압 분할기 회로(60)는 테스트 전압(U_T1)을 제공하기 위해 저항들(R₃, R₄)을 포함하고 테스트 전압(U_T2)을 제공하기 위해 저항들(R₅, R₆)을 포함한다. 저항들(R₃ 내지 R₆)은 모터 위상들(U, W)의 정류가 전압 분할기 회로(60)에 의해 크게 교란되지 않도록 하기 충분한 정도의 높은 임피던스의 크기로 된다.

U_U = U_T1 및 U_W = U_T2인 관계식에 의해, 수학식 5가 다음의 식으로 주어지게 된다:

낮은 회전수에서 잘못된 측정을 얻지 않도록 하기 위해, 이력(hysteresis)의 타입에 따라 이전에 피크 값(U_V*)이 소정의 이력 전압(U_H)만큼 낮춰진 비교 전압(U_C) 미만이었던 경우에만 플러스 제로 크로싱을 받아들인다.

그에 따라, 도 7에서 흐름도에 의거하여 상세히 설명되는 방법 경과가 주어지게 된다:

프로그램 시작(단계 70) 후에, 마이크로제어기(11)는 단계 71에서 특히 제어 변수(플래그 1)의 조회를 통해 플러스 제로 크로싱에 대해 테스트하기 위한 전제 조건이 충족되고 있는지 검사한다. 그렇지 않을 경우, 마이크로제어기(11)는 단계 72에서 평가 회로(12)로부터 실제 피크 값(U_V*)을 획득한다. 이어서, 마이크로제어기(11)는 피크 값(U_V*)이 이력 전압(U_H)만큼 낮춰진 비교 전압(U_C) 미만인지 검사한다.

그럴 경우, 마이크로제어기(11)는 플러스 제로 크로싱에 대해 테스트하기 위한 조건이 충족되고 있음을 시그널링하고(단계 74에서 플래그1의 설정을 통해), 커패시터(C₁)의 방전을 통해 평가 회로(12)를 리셋하며, 방법 수행을 종료한다(단계 75).

단계 73에서 수행된 비교의 결과가 부정이면, 방법 수행을 즉각 종료한다.

반면에, 단계 71에서 플러스 제로 크로싱에 대해 테스트하기 위한 조건이 충족되고 있음을 확인하면, 마이크로제어기(11)는 단계 72와 유사하게 단계 76에서 실제 피크 값(U_V*)을 획득하고, 단계 77에서 그 피크 값(U_V*)이 수학식 10에 따라 결정된 비교 전압(U_C)을 초과하는지 검사한다.

긍정의 비교 결과가 나온다면, 그것은 찾고 있는 로터 위치에 도달하였다는 것을 지시하는 것으로 평가된다. 그럴 경우, 마이크로제어기(11)는 단계 78에서 위치 신호(S_p)를 생성하고, 플러스 제로 크로싱에 대해 테스트하기 위한 조건이 더 이상 충족되지 않음을 시그널링하며(플래그 1의 리셋을 통해), 방법 수행을 종료한 다.

단계 77에서 수행된 비교 결과가 부정이면, 그것은 찾고 있는 로터 위치에 아직 도달하지 않았음을 지시하는 것으로 평가된다. 그럴 경우에는, 방법 수행을 즉각 종료한다. 단계들 70 내지 78에 따른 전술된 방법은 모터(1)가 통전되지 않아 잠재적으로 프리 휠링 상태에 있는 한에는 연속적으로 또는 짧은 시간 간격을 두고 주기적으로 반복된다.

검출 정확도를 개선하기 위해, 전술된 방법은 선택적으로 역-EMK의 플러스 제로 크로싱과 마이너스 제로 크로싱을 교대로 검출하는 방식으로 수정된다. 마이너스 제로 크로싱의 검출은 원칙적으로 전술된 방식으로도 이뤄지는데, 그때에는 단계 74와 단계 77의 비교 동작에서 그 기준이 되는 비교 관계를 반대 부호로 사용한다는 것을 유의하여야 한다. 또한, 단계 72와 단계 76에서 피크 값(U_V*)을 각각 얻기 직전에 커패시터(C₁)의 방전을 통해 평가 회로(12)를 리셋한다는 것도 유의하여야 한다.

도 8 및 도 9에는, 평가 회로(12)의 2개의 선택적 실시 양태들이 도시되어 있다. 그러한 실시 양태들은 평가 회로(12)(도 1에 점선으로 나타낸 바와 같은)가 부가적으로 디지털 접속 단자(80)에 연결되어 전압 분할기 회로(30)가 마이크로제어기(11)로부터 디지털 접속 단자(80)를 경유하여 가역적으로 인에이블 및 디스에이블될 수 있다는 점에서 도 2에 따른 실시 양태와 상이하다.

전압 분할기 회로(30)의 디스에이블은 특히 모터 회전수가 낮은 경우에 중요 한데, 그것은 무엇보다도 그 경우에는 역-EMK도 단지 작은데 불과하여 위상 전압(U_V)이 제로 크로싱의 환경에서 단지 약한 시간에 따른 변화만을 갖기 때문이다.

도 8에 따른 실시 양태에서는, 저항(R₂)의 접지 측 출력에 직접 접지(M)가 걸리는 것이 아니라, 그 접지 측 출력이 마이크로제어기(11)의 디지털 접속 단자(80)에 연결된다. 그러한 구성에서 전압 분할기 회로(30)를 인에이블하기 위해, 디지털 접속 단자(80)가 출력으로서 0볼트의 출력 전위로 동작하고, 그에 따라 마이크로제어기(11) 내에서 저항(R₂)에 접지(M)가 걸리게 된다. 그 경우, 도 8에 따른 평가 회로(12)는 도 2에 따른 실시예와 유사한 기능을 한다.

전압 분할기 회로(30)를 디스에이블하기 위해, 전압 출력으로서 동작하는 마이크로제어기(11)의 디지털 접속 단자(80)를 통해 동작 전위(U_V)가 출력된다. 그럼으로써, 다이오드(D₂)가 차단되고, 그 결과 측정 신호(S_UV _*)가 1:1의 분할비로 피크 값(U_V*)을 포함하게 된다.

도 9에 도시된 평가 회로(12)의 변형례에서는, 마이크로제어기(11)의 디지털 접속 단자(80)가 다이오드(D₂)와 저항(R₂)의 중간에 접속된 접점에 교대로 연결된다.

그러한 구성에서는, 전압 분할기 회로(30)의 인에이블을 위해, 디지털 접속 단자(80)가 전압 출력으로서 동작하고, 그에 따라 전압 분할기 회로(30)의 기능 방식에 있어 영향을 받음이 없이 유지된다. 반면에, 전압 분할기 회로(30)의 디스 에이블을 위해, 전압 출력으로서 동작하는 디지털 접속 단자(80)가 동작 전위(U_Z)를 출력하고, 그에 의해 다시 다이오드(D₂)가 차단되게 된다.

Claims

브러쉬리스 센서리스 다상 전동기(1)에서 로터 위치를 결정하기 위한 방법으로서,

- 탐지 시간(T_E) 동안 제1 모터 위상(V)을 중간 회로(7)의 기준 전위(U_Z, M)로부터 분리한 후에 클램프 측에서 그 모터 위상(V)에 인가되는 위상 전압(U_V)을 탐지하고,

- 탐지 시간(T_E)에 걸쳐 탐지된 위상 전압(U_V)의 피크 값(U_V*)을 검출하며,

- 피크 값(U_V*)을 비교치(U_C)와 비교하고,

- 피크 값(U_V*)이 비교치(U_C)를 초과하는 경우에 위치 신호(S_p)를 생성하되, 비교치(U_C)가 제1 모터 위상(V)에서 유도되는 전압(U_Vind)의 제로 크로싱 시의 위상 전압(U_V)의 값 또는 그에 비해 소정의 교정 값(ㅿQ)만큼 높여지거나 낮춰진 값에 해당하도록 비교치(U_C)를 수치적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 방법.
제1항에 있어서, 제1 모터 위상(V)의 위상 전압(U_V)만을 전적으로 탐지하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 피크 값(U_V*)을 스위칭 기술에 의해 아날로그 신호로서 검출하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 방법.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 피크 값을 검출하는 과정 중에 위상 전압(U_V)으로부터 스위칭 조건부 동요를 필터링에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 방법.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 피크 값(U_V*)과 비교치(U_C)의 비교를 수치적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 방법.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 비교치(U_C)를 수식 U_C = U_Z/2 +ㅿQ에 따라 결정하되, 여기서 U_Z는 중간 회로 동작 전위를 나타내고, ㅿQ는 미리 주어질 수 있는 임의의 교정 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 방법.
제6항에 있어서, 탐지 시간(T_E)에 선행하여 위상 전압(U_V)의 피크 값(U_V*)을 측정한 것으로부터 중간 회로 동작 전위(U_Z)를 유도하되, 그 측정을 위해 제1 모터 위상(V)을 중간 회로 동작 전위(U_Z)에 접속하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 방법.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 모터 위상(V)의 분리에 뒤따르고 그 존속 시간에 모터 위상(V)을 통해 흐르는 모터 위상 전류에 의해 결정되는 정류 시간(T_F)을 탐지 시간(T_E)에 선행시키되, 위상 전압(U_V)의 피크 값(U_V*)을 반복적으로 탐지 및 분석하다가 그 피크 값(U_V*)이 소정의 한계치(U_S) 미만인 경우에 전류 시간(T_F)을 종료시키는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 방법.
마이크로제어기(11) 및 아날로그 전자 평가 회로(12)를 구비하는, 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기(1)에서 로터 위치를 결정하기 위한 장치로서,

- 평가 회로(12)는 클램프 측에서 제1 모터 위상(V)에 인가되는 위상 전압(U_V)을 탐지하여 그 위상 전압(U_V)의 피크 값(U_V*)을 검출하도록 구성되고,

- 평가 회로(12)는 검출된 피크 값(U_V*)을 출력하기 위해 마이크로제어기(11)의 아날로그 접속 단자(13)에 의해 마이크로제어기(11)에 접속되며,

- 마이크로제어기(11)는 피크 값(U_V*)을 비교치(U_C)와 비교하여 그 피크 값(U_V*)이 비교치(U_C)를 초과하는 경우에 위치 신호(S_p)를 생성하도록 구성되고,

- 마이크로제어기(11)는 비교치(U_C)가 제1 모터 위상(V)에서 유도되는 전압(U_Vind)의 제로 크로싱 시의 위상 전압(U_V)의 값 또는 그에 비해 소정의 교정 값(ㅿQ)만큼 높여지거나 낮춰진 값에 해당하게 비교치(U_C)를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제9항에 있어서, 평가 회로(12)는 클램프 측에서 제1 모터 위상(V)에 접속되는 커패시터(C₁)와 도전 방향으로 그에 선행하는 제1 다이오드(D₁)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제10항에 있어서, 제1 다이오드(D₁)는 그에 선행하는 전압 분할기 회로(30)에 의해 위상 전압(U_V)과 대략 비례하는 전압을 공급받는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제11항에 있어서, 전압 분할기 회로(30) 내에서 제2 다이오드(D₂)와 제1 다이오드(D₁)가 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기 에서의 로터 위치 결정 장치.
제12항에 있어서, 제2 다이오드(D₂)는 제1 다이오드(D₁)와 동일한 구조로 구성되되, 특히 공통 소자의 범위 내에서 제1 다이오드(D₁)와 집적되어 구성되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제10항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 전압 분할기 회로(30)는 가역적으로 인에이블 및 디스에이블될 수 있는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제14항에 있어서, 전압 분할기 회로(30)는 인에이블 및 디스에이블을 위해 마이크로제어기(11)의 디지털 접속 단자(80)에 연결되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제10항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 위상 전압(U_Z)의 스위칭 조건부 동요를 필터링에 의해 제거하는 제2 커패시터(C₂)가 제1 커패시터(C₁) 및 제1 다이오드(D₁)와 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제9항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나의 다른 모터 위상 또는 각각의 다른 모터 위상(U, W)에 일정한 테스트 전압(U_T1, U_T2)이 인가되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제17항에 있어서, 테스트 전압(U_T1, U_T2)의 인가를 위해, 하나의 다른 모터 위상 또는 각각의 다른 모터 위상(U, W)이 전압 분할기 회로(60)에 연결되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.
제9항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 평가 회로(12)에 연결되는 마이크로제어기(11)의 아날로그 접속 단자(13)는 입력으로서 피크 값(U_V*)을 검출하고, 출력 상태에서는 출력으로서 평가 회로(12)를 리셋하도록 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 센서리스 다상 전동기에서의 로터 위치 결정 장치.