The sensorless controlled brushless DC motor with trapezoidal back EMF has been studied. Since the detected position information on the sensorless rotor has some uncertainty, the brushless DC motor cannot be driven with a maximum torque. In order to investigate the nature of torque in the sensorless controlled brushless DC motor, the torque characteristics as a function of commutation delay (or commutation timing error) has been analyzed. It shows that the generation torque is influenced by the commutation delay and has a single maximum point. This maximum point is changed by the rotating speed and load conditions. Therefore, it is needed to adjust at every operating point. However, if the operating condition is varied continuously, the sensorless controlled brushless DC motor cannot be driven with a maximum torque at every operating point.
In this paper, an iterative learning algorithm and a fuzzy logic controller are employed to drive the brushless DC motor with a maximum torque. To show the effectiveness of the proposed control scheme, the change of the torque-current ratio is shown in various operating points through the computer simulations and real experiments It is well demonstrated from these results that the proposed drive method provides the desirable performance of the sensorless controlled brushless DC motor with trapezoidal back EMF
전기적 구동 장치로 많이 사용되는 브러쉬 없는 직류전동기에서 전동기의 고정자 권선의 권선 형태와 회전자 영구 자석의 착자 형태에 따라서 역기전력의 모양이 정현파 이거나 사다리꼴 모양이 된다. 일반적으로 가격 경쟁이 무척 치열한 가전제품에서는 역기전력의 모양이 정현파인 전동기에 비하여 생산원가가 저렴한 사다리꼴의 역기전력을 갖는 브러쉬 없는 직류 전동기를 사용한다. 이와 같은 브러쉬 없는 직류 전동기는 회전자의 위치 검출을 위하여 별도의 검출기가 필요하며 일반적인 경우에는 큰 문제 없이 사용된다. 그러나 회전자 위치 검출기를 부착하기 어려울 만큼 전동기의 크기가 무척 작거나 전동기의 사용 환경이 무척 열악할 경우 회전자 위치 검출기를 사용할 수 없다. 이 경우 고정자 권선에 인가하는 전압 혹은 전류로부터 회전자의 위치를 간접적으로 얻을 수 있고 여러 가지 방법이 발표 되었다. 그 방법들 중에서는 각 상의 고전자 권선에 인가하는 전압으로부터 회전자의 위치를 알아내는 방법이 가장 현실적이다.
사다리꼴의 역기전력을 갖는 브러쉬 없는 직류 전동기에서는 통상 120도 여자 방식을 사용 하게 되는데, 어느 한상의 고정자 권선에 120동안은 정의 직류 전압을 인가 하며 다음 60도 동안은 오픈 상태 그리고 120도 동안은 부의 직류 전압을 인가 한 뒤 다시 60도 동안 오픈을 시킨다. 이 경우 오픈되어 있는 상의 전압으로부터 회전자의 위치를 알 수 있고 회전자의 위치에 맞는 상의 권선에 전류를 흘림으로써 회전자 위치 검출기 없이 브러쉬 없는 직류 전동기를 구동할 수 있다.
그런데 이때 오픈 되어 있는 상의 전압을 측정하는 과정에서 필수적으로 측정 오차를 동반하게 되어 있고 이 측정 오차로 인하여 각 상에 인가하는 전압의 인가 시점의 오차가 발생한다. 이 경우에는 전동기는 출력 토크가 줄어 들거나 토크 순간 변화가 커지게 되어 전동기의 효율을 저해하는 요인이 된다. 본 논문에서는 우선 상전압 인가시점의 오차와 전동기 출력 토크와의 관계를 알아 보았으며 이 관계를 잘 보여 줄 수 있는 모델 식이 제시 되었다. 제시된 모델식에 의하여 비 정현파 적인 구동과 비 정현파 적인 구조로 되어있는 사다리꼴의 역기전력을 갖는 브러쉬 없는 직류 전동기를 좀더 명확히 규명할 수 있었고 특히 전압 인가 시점의 오차와 출력 토크와의 관계, 그리고 최대 토크가 발생되는 조건을 명확히 할 수 있었다. 최대 토크의 발생 조건은 회전 속도에 따라 변하게 되며 그변화에 적응 하기 위하여는 적절한 제어기가 설계되어야 한다.
본 논문에서는 회전자의 위치 검출의 오차를 보정하면서 항상 최고의 출력 토크를 발생 할 수 있는 제어기가 제시 되었다. 제시된 제어기는 콤필터를 이용한 검출 오차 보정기와 퍼지 로직 제어기를 이용한 최대 출력 발생기로 구성되어 있다. 콤필터를 이용한 오차 보정기는 주기적으로 일정하게 유입되는 오차를 효과적으로 제거 할 수 있었으며 퍼지 로직 제어기는 제어기의 설계자 의도에 맞도록 항상 최고의 출력 토크를 발생 시킬 수 있었다. 제안된 제어기는 컴퓨터를 이용한 모의 실험과 실제 실험을 통하여 효과적으로 검증되었으며 제품에도 구현되어 있다.
