Operation of Brushless DC Motor without a Rotor Magnet Position Sensor

회전자극 위치센서 없는 Brushless DC전동기의 운전에 관한 연구

Brushless DC Motor(BLDCM) has high efficiency. But this type of motor needs a rotor sensor which complicates the motor configuration. Rotor position sensor degrades system reliability in the severe environmental condition. In this paper, we study a controller which permits the determination of the rotor position by the back EMF to eliminate the rotor position sensor Also, since the back EMF is zero at standstill, a starting technique which permits the starting of an asynchronous motor without a sensor is described. The controller is implemented using microcontroller for minimal external component.

브러시 없는 직류전동기(BLDCM)는 일반 직류전동기에 비해 유지, 보수성, 응답특성, 효율이 좋으며, 구조상의 특성으로 냉각이 용이하다. 이러한 장점으로 여러 분야의 산업용 기계에 사용되고 있으며, 특히 브러시에서 나오는 전기 스파크가 없고 브러시 가루에 의한 문제가 발생하지 않으므로 화재나 폭발의 위험성이 있는 공정과 의료기기 등 정밀함과 청결함이 요구되는 곳에 사용될 수 있다. 그러나 이러한 형태의 전동기는 회전자의 자극을 검출하기 위한 위치센서가 필요하므로 전동기의 제어가 매우 복잡해진다 특히 전동기가 외부와 완전히 차단되어 높은 온도나 낮은 온도 등의 극한 환경에서 사용되는 경우에는 반도체 소자로 구성되는 위치센서로 인해 그 신뢰도가 떨어지게 된다. 본 연구에서는 BLDCM의 회전자를 검출하기 위한 센서를 사용하지 않고 BLDCM의 특성에 의해 발생되는 역기전압을 검출하여 회전자의 위치정보로 사용하여 BLDCM을 운전하는 방법을 연구하였으며, 역기전압 검출회로와 마이크로콘트롤러를 이용한 제어부를 구성하여 실험을 통해 가능성을 입증하였다. 운전방법은 최초구동을 위해서 비동기 구동명령을 인버터에 인가하여 강제로 BLDCM을 구동시켰다. 구동된 후 알고리즘 적용 속도범위(300rpm∼500rpm)에 이르면 전력선으로부터 검출한 역기전압을 이용해 회전자의 위치정보를 생성하고, 이 위치정보에 동기를 맞추어 인버터에 구동명령을 인가하였다. 실험을 통해 최초 비동기 구동명령 모드에서 정상운전 모드로의 전환이 부드럽게 이루어지는 것을 확인할 수 있었으며, 알고리즘 적용 최고 속도인 500rpm까지 정상적으로 운전되는 것을 확인하였다.