[논문]영구자석형 동기전동기에서 자기식 위치 센서를 사용한 초기 회전자 위치 검출 성능의 개선

박문수; 윤덕용

doi:10.5762/kais.2021.22.6.398

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본 논문에서는 영구자석형 동기전동기의 벡터제어를 수행하는데 필요한 회전자의 위치, 특히 기동시의 초기 회전자 위치를 정확하게 검출하기 위하여 자기식 위치 센서를 사용하는 방법을 제안한다. 기존에는 홀센서의 출력 신호를 사용하여 초기 회전자의 위치를 판단하거나 이러한 센서를 사용하지 않는 센서리스 방식으로 제어를 수행하였으나 이 방법들은 위치 오차가 발생하고 정확도가 떨어지기 때문에 실용성 측면에서 만족스럽지 못하였다. 이와 같은 문제점을 해결하고자 본 논문에서는 자기식 위치 센서(magnetic position sensor)를 사용하여 초기 회전자의 위치를 검출하고자 한다. 이 방식을 사용하여 동기전동기의 초기 회전자 위치 검출이 부정확하여 벡터제어 시스템에서 전동기의 기동특성이 나빠지는 문제점을 해결하며, 소용량의 벡터제어 인버터를 저가격화하는 목적으로 자기식 위치 센서를 속도 및 위치 검출에 사용함으로써 자극 검출용의 홀센서와 회전속도 측정용의 로터리 엔코더를 하나로 통합하여 가격을 절반 이하로 낮추는 방안을 제안한다.

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This paper proposes a method of using a magnetic position sensor to detect accurately the rotor position required to perform vector control of a permanent-magnet synchronous motor, particularly the initial rotor position at startup. In the existing vector control systems, the initial rotor position ...

This paper proposes a method of using a magnetic position sensor to detect accurately the rotor position required to perform vector control of a permanent-magnet synchronous motor, particularly the initial rotor position at startup. In the existing vector control systems, the initial rotor position was determined using the output signals of the Hall sensors, or the control was performed in a sensorless method without using such a sensor. On the other hand, the accuracy is degraded due to the occurrence of a position detection error, and the practicality was not satisfactory. This paper attempts to detect the initial rotor position using a magnetic position sensor to solve this problem. This method is used to solve the deteriorating starting characteristics of the motor in the vector control system. In addition, to lower the price of a low-power vector control inverter, this paper proposes a method of integrating the existing sensors and reducing the price to less than half using a magnetic position sensor for speed and position detection.

주제어

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그림 Fig. 1. Detection of initial rotor position at starting using Hall sensor signals(electrical angle)
표 Table 1. Detection of initial rotor position at forward/ reverse starting using Hall sensor signals
그림 Fig. 2. Operation of internal Hall sensors in AS5047U
그림 Fig. 3. Rotor angle detection according to the position of cylindrical permanent magnet
표 Table 2. Comparison of AS5047U and PMSM built-in sensor
그림 Fig. 4. Structure of magnetic encoder using AS5047U
그림 Fig. 5. Experimental results when the actual initial position of the rotor is behind the estimated position
그림 Fig. 6. Experimental results when the actual initial position of the rotor is ahead of the estimated position
그림 Fig. 7. Horizontal and vertical distances between magnet and sensor
그림 Fig. 8. Angle error according to distance between magnet and sensor
그림 Fig. 9. Speed response characteristics in case of using the PMSM built-in sensor
그림 Fig. 10. Speed response characteristics in case of using magnetic position sensor

참고문헌 (5)

A. Boglietti, A. Cavagnino, L. Feraris, M. Lazzari, "Energy-efficient motors", IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 2, no. 4, pp. 32-37, Dec. 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/MIE.2008.930360

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T. Lifang, "Study of the SVPWM Converter Based on TMS320F24X", IEEE ISDEA, pp. 1316-1319, Jan. 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ISDEA.2012.311
S. Nakashima, Y. Inagaki and I. Miki, "Sensorless initial rotor position estimation of surface permanent- magnet synchronous motor", IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 36, no. 6, pp. 1598-1603, Nov./Dec. 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/IEMDC.1999.769165
H. Mehta, U. Thakar, V. Joshi, K. Rathod and P. Kurulkar, "Hall sensor fault detection and fault tolerant control of PMSM drive system", IEEE ICIC, pp. 624-629, May. 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/IIC.2015.7150817
ams AG, AS5047U Datasheet, Oct. 2018.

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