JP2013099240A - スイッチドリラクタンスモータの駆動装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スイッチドリラクタンスモータの駆動装置及びその方法に関する。
【解決手段】本発明は、電源部と、Ｎ対のコイルと、前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの上部に直列連結されたＮ対の上位スイッチ素子と、前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの下部に直列連結されたＮ対の下位スイッチ素子と、２Ｎ個の第１フリーホイールダイオードと、２Ｎ個の第２フリーホイールダイオードと、前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子に制御信号を提供してＮ対のコイルに順に電流が供給されるようにするスイッチ駆動部と、を含むスイッチドリラクタンスモータの駆動装置とその方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチドリラクタンスモータの駆動装置及びその方法に関する。

近年、自動車、航空宇宙、軍需産業、医療機器などの様々な分野において電動機の需要が大幅に増加している。特に、希土類物質の価格急騰により永久磁石を活用するモータのコストが上昇し、新たな代案としてスイッチドリラクタンスモータ（ＳＲＭ；Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ）がまた注目されている。

スイッチドリラクタンスモータの駆動原理は、磁気抵抗（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）の変化に応じて発生するリラクタンストルク（Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｔｏｒｑｕｅ）を用いてロータを回転させることである。

図１に図示されたように、従来技術によるスイッチドリラクタンスモータ１は、ロータ１１及びステータ１２を含み、前記ロータ１１には複数の回転子突極１１−１が形成され、前記ステータ１２には前記回転子突極１１−１に対向する複数個の固定子突極１２−１が形成される。また、前記固定子突極１２−１にコイル１３が巻き取られる。
また、前記ロータ１１は、いかなる励磁装置、例えば、コイルの巻線または永久磁石なしに鉄心のみで構成される。

従って、外部から前記コイル１３に電流を流すと、前記コイル１３から発生する磁気力によって前記ロータ１１が前記コイル１３方向に移動するリラクタンストルクが発生し、前記ロータ１１は磁気回路の抵抗が最小になる方向に回転する。

しかし、従来技術によるスイッチドリラクタンスモータ１は、駆動の際に磁束の経路が前記ステータ１２及びロータ１１を全て通過するため、コア損失（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）が発生するという問題点を有していた。

近年、このような従来技術の問題点を解決するために、改善した技術により、インロータ及びアウトロータを含むダブルロータ型スイッチドリラクタンスモータが開発されている。

しかし、このような改善した技術において、駆動制御のために依然として従来技術による６個のスイッチを用いる非対称ハーフブリッジ形の駆動装置を用いるため、効率的な弱界磁制御が難しいという問題点があった。

韓国特許公開番号１０−２００８−００５４４９５

本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであり、インロータとアウトロータを個別に駆動するようにして弱界磁において効率的な駆動を可能にするスイッチドリラクタンスモータの駆動装置及びその方法を提供することを目的とする。

前記のような問題点を解決するために本発明は、直流電流を供給する電源部と、前記電源部が供給する電流によって磁界を誘導してスイッチドリラクタンスモータに駆動力を提供する並列に２個一対のＮ対のコイルと、前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの上部に直列連結されて前記電源部から供給される直流電流を開閉するＮ対の上位スイッチ素子と、前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの下部に直列連結されて前記Ｎ対のコイルを経由した電流を開閉するＮ対の下位スイッチ素子と、前記Ｎ対のコイルそれぞれの下部と前記Ｎ対の下位スイッチ素子それぞれの連結点に一端子が連結され、電源供給端子に他の端子がそれぞれ連結された２Ｎ個の第１フリーホイールダイオードと、前記Ｎ対のコイルそれぞれの上部と接地との間にそれぞれ連結された２Ｎ個の第２フリーホイールダイオードと、前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子に駆動制御信号を提供して、Ｎ対のコイルに順に電流が供給されるようにするスイッチ駆動部と、を含む。

また、本発明は、前記電源部から供給される直流電流を平滑化して前記Ｎ対のコイルに供給し、前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子がオフされる時に前記Ｎ対のコイルの残留電流を充電するキャパシタをさらに含む。

また、本発明の前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して、第１基準数より小さい場合、前記電源部を制御して最大電力が供給されるようにすることを特徴とする。

また、本発明の前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して、第１基準数より大きい場合、前記電源部を制御して定格電力が供給されるようにすることを特徴とする。

また、本発明の前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して、第２基準数より大きい場合、前記Ｎ対のコイルに対して各対のコイルのうちいずれか一つのコイルにのみ電流が流れるように、前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子に駆動制御信号を提供することを特徴とする。

また、本発明の前記モータは、内周面に沿って等間隔に突出された複数個の突極が形成されたアウトロータと、外周面に沿って等間隔に突出された複数個の突極が形成されたインロータと、前記アウトロータの内部に設けられ、前記インロータが回転可能になるように内周部に設けられ、前記アウトロータの突極に向けて突出された一対のアウトステータ突極と、前記アウトステータ突極を連結支持するアウトステータヨークからなる複数個のアウトステータコアと、前記インロータの突極に向けて突出された一対のインステータ突極と、前記インステータ突極を連結支持したインステータヨークからなる複数個のインステータコアを含むステータとを含み、前記Ｎ対のコイルは、前記アウトステータ突極とインステータ突極にそれぞれ巻き取られていることを特徴とする。

また、本発明の前記アウトステータコアは、パイ（Π）形状に形成されることを特徴とする。
また、本発明の前記アウトステータコアは、前記ステータの円周方向に対して外周面に沿って等ピッチで６個が形成され、前記インステータコアは、前記ステータの円周方向に対して内周面に沿って等ピッチで６個が形成され、前記アウトステータ突極及びインステータ突極にそれぞれ前記コイルが巻き取られて３相巻線からなり、前記アウトロータの突極は、アウトロータの円周方向に対して等ピッチで１０個が形成され、前記インロータの突極は、インロータの円周方向に対して等ピッチで１０個が形成されたことを特徴とする。

一方、本発明の方法は、（Ａ）前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータのＮ対のコイルに、前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの上部に直列連結されたＮ対の上位スイッチ素子と、前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの下部に直列連結されたＮ対の下位スイッチ素子とを制御し、離脱パルスを印加して前記スイッチドリラクタンスモータを機動する段階と、（Ｂ）前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータのＮ対のコイルに、前記Ｎ対の上位スイッチ素子と前記Ｎ対の下位スイッチ素子を制御して最大電流を供給し、前記スイッチドリラクタンスモータを回転させる段階と、を含む。

また、本発明の方法は、前記（Ａ）段階の前に、（Ｃ）スイッチ駆動部は、電源部から電源が供給されると、前記Ｎ対の上位スイッチ素子と前記Ｎ対の下位スイッチ素子を制御して、スイッチドリラクタンスモータを初期整列する段階をさらに含む。

また、本発明の方法は、前記（Ｃ）段階以降に、（Ｄ）前記スイッチドリラクタンスモータのロータが正常なパーキング位置に位置するように一定の空白時間を提供する段階をさらに含む。

また、本発明の方法は、（Ｅ）前記スイッチ駆動部は、スイッチリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して第１基準数と比較する段階と、（Ｆ）前記スイッチ駆動部は、スイッチリラクタンスモータの分当たりの回転数が第１基準数より大きい場合、電源部を制御して定格電流が前記Ｎ対のコイルに供給されるようにする段階と、をさらに含む。

また、本発明の方法は、（Ｇ）前記スイッチ駆動部は、スイッチリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して第２基準数と比較する段階と、（Ｈ）前記スイッチ駆動部は、スイッチリラクタンスモータの分当たりの回転数が第２基準数より大きい場合、前記Ｎ対のコイルに対して各対のコイルのうちいずれか一つのコイルにのみ電流が流れるように、前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子を制御する段階と、をさらに含む。

本発明の詳細な説明に先立ち、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従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。

前記のような本発明によると、インロータとアウトロータを個別に駆動するため、高トルク区間と高効率区間、及び高速度区間からなる駆動状態に応じて区間別に最も最適化した制御を可能にする。

特に、本発明によると、高速度区間で、インロータとアウトロータのうちいずれか一つのみを駆動するようにすることにより、効率的な駆動を可能にする。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係わる以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。本明細書において、第１、第２などの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、前記構成要素は前記用語によって限定されない。

以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図２は、本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータの駆動装置の回路図である。

図２を参照すると、本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータの駆動装置は、３個のインコイルと３個のアウトコイルで構成され、その具体的な構成は、第１相インコイル１００と、第１相アウトコイル１０１と、第２相インコイル１０２と、第２相アウトコイル１０３と、第３相インコイル１０４と、第３相アウトコイル１０５とで構成される。

また、前記スイッチドリラクタンスモータの駆動装置は、３対のインスイッチ、３対のアウトスイッチで構成されており、これを具体的に説明すると、第１相インスイッチ素子２００、２０１と、第１相アウトスイッチ素子２０２、２０３と、第２相インスイッチ素子２０４、２０５と、第２相アウトスイッチ素子２０６、２０７と、第３相インスイッチ素子２０８、２０９と、第３相アウトスイッチ素子２１０、２１１とがそれぞれ直列に接続されている。

このようなスイッチは、ＭＯＳＦＥＴ素子や、ＢＪＴ素子またはリレースイッチ素子などを用いて具現することができ、本発明の第１実施例ではＭＯＳＦＥＴ素子を用いて具現した。

また、前記スイッチドリラクタンスモータの駆動装置は、電源部１０から提供される電源を平滑化し、前記第１、第２及び第３相コイル１００〜１０５と前記第１、第２及び第３相スイッチ素子２００〜２１１が動作された後、前記第１、第２及び第３相スイッチ素子２００〜２１１のターンオフ時に残留電流で充電され、上位スイッチ素子２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０と下位スイッチ素子２０１、２０３、２０５、２０７、２０９、２１１及び第１、第２及び第３相コイル１００〜１０５でそれぞれ形成された回路と並列に接続されるキャパシタ３００を含む。

また、前記スイッチドリラクタンスモータの駆動装置は、電源部１０の供給端子と下位スイッチ素子２０１、２０３、２０５、２０７、２０９、２１１のドレインの間に連結された第１フリーホイールダイオード４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０と、前記上位スイッチ素子２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０のソースと接地（ＧＮＤ）との間に連結された第２フリーホイールダイオード４０１、４０３，４０５、４０７、４０９、４１１と、を含む。

また、前記スイッチドリラクタンスモータの駆動装置は、上位スイッチ素子２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０と下位スイッチ素子２０１、２０３、２０５、２０７、２０９、２１１をオンまたはオフ制御するスイッチ駆動部５００を含んでいる。
このような構成で前記キャパシタ３００は、電源部１０から入力される電源を平滑化し、平滑化された直流電圧をＳＲＭに供給する。

また、前記キャパシタ３００は、前記第１、第２及び第３相コイル１００〜１０５と前記第１、第２及び第３相スイッチ素子２００〜２１１が動作された後、前記第１、第２及び第３相スイッチ素子２００〜２１１のターンオフ時に残留電流で充電されることにより、前記第１、第２及び第３相コイル１００〜１０５の残留電流を除去する。

また、前記第１相インスイッチ素子２００、２０１は、ＳＲＭのロータ位置信号に応じてＳＲＭを正方向または逆方向に回転させるための駆動制御信号を出力するスイッチ駆動部５００の駆動制御信号に応じてオンまたはオフされ、オンされる時に電源部１０から供給される電圧を第１インコイル１００に供給する。

これと同様に、前記第１相アウトスイッチ素子２０２、２０３は、ＳＲＭのロータ位置信号に応じてＳＲＭを正方向または逆方向に回転させるための駆動制御信号を出力するスイッチ駆動部５００の駆動制御信号に応じてオンまたはオフされ、オンされる時に電源から供給される電圧を第１アウトコイル１０１に供給する。

また、前記第２相インスイッチ素子２０４、２０５は、ＳＲＭのロータ位置信号に応じてＳＲＭを正方向または逆方向に回転させるための駆動制御信号を出力するスイッチ駆動部５００の駆動制御信号に応じてオンまたはオフされ、オンされる時に電源部１０から供給される電圧を第２インコイル１０２に供給する。

これと同様に、前記第２相アウトスイッチ素子２０６、２０７は、ＳＲＭのロータ位置信号に応じてＳＲＭを正方向または逆方向に回転させるための駆動制御信号を出力するスイッチ駆動部５００の駆動制御信号に応じてオンまたはオフされ、オンされる時に電源部１０から供給される電圧を第２アウトコイル１０３に供給する。

また、前記第３相インスイッチ素子２０８、２０９は、ＳＲＭのロータ位置信号に応じてモータを正方向または逆方向に回転させるための駆動制御信号を出力するスイッチ駆動部５００の駆動制御信号に応じてオンまたはオフされ、オンされる時に電源部１０から供給される電圧を第３インコイル１０４に供給する。

これと同様に、前記第３相アウトスイッチ素子２１０、２１１は、ＳＲＭのロータ位置信号に応じてＳＲＭを正方向または逆方向に回転させるための駆動制御信号を出力するスイッチ駆動部５００の駆動制御信号に応じてオン、オフされ、オンされる時に電源部１０から供給される電圧を第３アウトコイル１０５に供給する。

一方、第１フリーホイールダイオード４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０と第２フリーホイールダイオード４０１、４０３，４０５、４０７、４０９、４１１は、それぞれに対応するスイッチ素子２００〜２１１がオフされる時に、各相のインまたはアウトコイル１００〜１０５に誘起された残留電流がキャパシタ３００に充電されるように電流経路を提供して、各相のインまたはアウトコイル１００〜１０５に誘起された残留電流が除去されるようにする。

また、スイッチ駆動部５００は、ＳＲＭのロータ位置信号に応じてＳＲＭを正方向または逆方向に回転させるための駆動制御信号を生成して上位スイッチ素子２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０と下位スイッチ素子２０１、２０３、２０５、２０７、２０９、２１１を順にオンまたはオフ制御する。

このように構成されるスイッチドリラクタンスモータの駆動装置の動作を説明すると次のとおりである。
先ず、キャパシタ３００が電源部１０から入力される電源を平滑して製造された直流電圧をＳＲＭに供給する。

これにより、ＳＲＭは回転するようになり、これによってモータ内部にフォトインターラプターと各相と関連するスロットを有するディスクを設けることにより、ロータの位置をフォトセンサーで検出する。

これによって、前記スイッチ駆動部５００は、第１相コイル１００、１０１に磁界が誘導されることができるように、ハイ状態の第１相の駆動制御信号を第１相コイル１００、１０１に直列連結された第１相の上位、下位スイッチ素子２００、２０１、２０２、２０３のゲートにそれぞれ供給する。

そうすると、前記第１相の上位、下位スイッチ素子２００、２０１、２０２、２０３が同時にターンオンされる。
このように前記第１相の上位、下位スイッチ素子２００、２０１、２０２、２０３がオンされることによって第１相コイル１００、１０１に電流が流れるようになり、これによって第１相コイル１００、１０１に磁界が誘導される。

このように第１相コイル１００、１０１に電流が流れるようにした後、スイッチ駆動部５００はロー状態の駆動制御信号を第１相の上位、下位スイッチ素子２００、２０１、２０２、２０３に出力する。

そうすると、前記第１相の上位、下位スイッチ素子２００、２０１、２０２、２０３は、同時にターンオフされ、第１相コイル１００、１０１に誘導された磁界によって発生される残留電流は、第１フリーホイールダイオード４００、４０２、キャパシタ３００、第２フリーホイールダイオード４０１、４０３、第１相コイル１００、１０１によって除去され、モータは円滑に回転される。

その後、また第２相コイル１０２、１０３上に磁界が誘導されることができるように、前記スイッチ駆動部５００は、ハイ状態の第２相の駆動制御信号を第２相コイル１０２、１０３に直列連結された第２相の上位、下位スイッチ素子２０４、２０５、２０６、２０７のゲートにそれぞれ供給する。

そうすると、前記第２相の上位、下位スイッチ素子２０４、２０５、２０６、２０７が同時にターンオンされる。
前記第２相の上位、下位スイッチ素子２０４、２０５、２０６、２０７がオンされることにより、第２相コイル１０２、１０３に電流が流れるようになり、これによって第２相コイル１０２、１０３に磁界が誘導される。

このように第２相コイル１０２、１０３に電流が流れるようにした後、スイッチ駆動部５００は、ロー状態の駆動制御信号を第２相の上位、下位スイッチ素子２０４、２０５、２０６、２０７に出力する。

従って、前記第２相の上位、下位スイッチ素子２０４、２０５、２０６、２０７は、同時にターンオフされ、第２相コイル１０２、１０３に誘導された磁界によって発生された残留電流は、第１フリーホイールダイオード４０４、４０６、キャパシタ３００、第２フリーホイールダイオード４０５、４０７、第２相コイル１０２、１０３によって除去され、モータは円滑に回転する。

また、第３相も前記と同様な動作によって動作される。このようなことを繰り返すことにより、ＳＲＭが回転する。
一方、スイッチ駆動部５００は、高トルク区間、例えば、モータの分当たりの回転数が０〜２００ｒｐｍである高トルク区間である場合に、図３に図示されたように、各相のスイッチ素子２００〜２１１を順にオンさせて各相のインコイル１００、１０２、１０４とアウトコイル１０１、１０３、１０５に電流が供給されて磁界が誘導されるようにする。

この際、スイッチ駆動部５００は、電源部１０を制御して各相のインコイル１００、１０２、１０４とアウトコイル１０１、１０３、１０５に最大電流（例えば、１４４Ｖで７０Ａが定格電流である場合、最大電流は２００〜３００Ａ範囲であることができる）が供給されて磁界が誘導されるようにする。

このように、各相のインコイル１００、１０２、１０４とアウトコイル１０１、１０３、１０５に最大電流が供給されると、ＳＲＭのトルクは供給される電流に比例するようになり、高いトルクを維持することができる。

勿論、ＳＲＭにおける速度はトルクが増加するほど増加させにくくなる。その理由は、各相のインコイル１００、１０２、１０４とアウトコイル１０１、１０３、１０５の場合に該当する各相のスイッチ素子２００〜２１１がターンオフされる区間で残留電流により残留トルクが発生するようになり、発生した残留トルクがロータの回転力に対する抵抗力として作用し、前記残留電流と残留トルクは、各相のスイッチ素子２００〜２１１がターンオンされる区間における印加電流に比例するためである。

即ち、スイッチ素子２００〜２１１がオン区間にある場合の印加電流が最大電流になると、それによってスイッチ素子２００〜２１１がオフ状態にある場合の残留電流もまた最大になりモータの回転力に対する最大抵抗力を発生させるためである。

次に、スイッチ駆動部５００は、トルクは低くなるが速度が増加する高効率区間、例えばモータの分当たりの回転数が２００〜６００ｒｐｍである場合に、図３に図示されたように、各相のスイッチ素子２００〜２１１を順にオンさせて各相のインコイル１００、１０２、１０４とアウトコイル１０１、１０３、１０５に電流が供給されて磁界が誘導されるようにする。

この際、スイッチ駆動部５００は、電源部１０を制御して各相のインコイル１００、１０２、１０４とアウトコイル１０１、１０３、１０５に定格電流（例えば、７０Ａであってもよい）が供給されるようにする。

このように、各相のインコイル１００、１０２、１０４とアウトコイル１０１、１０３、１０５に定格電流が供給されると、最大電流が供給される場合よりはトルクが低くなるが速度は高トルク区間より高く維持することができる。

また、スイッチ駆動部５００は、トルクは高効率区間より低くなるが、速度が増加する高速度区間、例えば、モータの分当たりの回転数が６００〜１００００ｒｐｍである場合に、図４に図示されたように、各相のスイッチ素子２００〜２１１のうちインスイッチ素子２００、２０１、２０４、２０５、２１０、２１１を順にオンさせ、各相のスイッチ素子２００〜２１１のうちアウトスイッチ素子２０２、２０３、２０６、２０７、２１０、２１１をオフさせて、各相のインコイル１００、１０２、１０４にのみ電流が供給されて磁界が誘導されるようにする。

これと異なり、スイッチ駆動部５００は、高速度区間で図５に図示されたように、各相のスイッチ素子２００〜２１１のうちインスイッチ素子２００、２０１、２０４、２０５、２１０、２１１をオフさせ、各相のスイッチ素子２００〜２１１のうちアウトスイッチ素子２０２、２０３、２０６、２０７、２１０、２１１を順にオンさせて、各相のアウトコイル１０１、１０３、１０５にのみ電流が供給されて磁界が誘導されるようにすることもできる。

この際、スイッチ駆動部５００は、電源部１０を制御して各相のインコイル１００、１０２、１０４またはアウトコイル１０１、１０３、１０５に定格電流（例えば、７０Ａであってもよい）が供給されるようにする。

このように、各相のインコイル１００、１０２、１０４またはアウトコイル１０１、１０３、１０５のうちいずれか一つにのみ定格電流が供給されると、インコイル１００、１０２、１０４とアウトコイル１０１、１０３、１０５に定格電流が供給される場合より電流供給量が減少してトルクはより低くなるが、速度は高効率区間より高く維持することができる。

前記のような本発明によると、インロータとアウトロータを個別に駆動するため、高トルク区間と高効率区間、及び高速度区間からなる駆動状態に応じて区間別に最も最適化した制御を可能にする。

特に、本発明によると、高速度区間でインロータとアウトロータのうちいずれか一つのみを駆動させて効率的な駆動を可能にする。
図６は、本発明の第１実施例による駆動装置が適用されるスイッチドリラクタンスモータの概略的な断面図であり、図７は、図６に図示したスイッチドリラクタンスモータの斜視図である。

図示したように、前記スイッチドリラクタンスモータ１１００は、アウトロータ１１１０、ステータ１１２０及びインロータ１１３０を含むダブルロータ型スイッチドリラクタンスモータである。

前記アウトロータ１１１０は、前記ステータ１１２０の外周部に位置し、前記インロータ１１３０は、前記ステータ１１２０の内周部に回転可能に位置し、前記アウトロータ１１１０とインロータ１１３０はそれぞれ前記ステータ１１２０とのリラクタンストルクによって一方向に回転する。

より具体的に、前記アウトロータ１１１０には、内周面に沿って等間隔に突出された複数の突極１１１１が形成される。そして、前記インロータ１１３０には、外周面に沿って等間隔に突出された複数の突極１１３１が形成される。

また、前記ステータ１１２０は、前記アウトロータ１１１０の内部に設けられ、複数個のアウトステータコア１１２１、コイル１１２２、支持材１１２３、冷却パイプ１１２４及びインステータコア１１２５を含む。

前記アウトステータコア１１２１は、前記アウトロータ１１１０の突極１１１１に向けて突出された一対のアウトステータ突極１１２１ａ及び前記一対のアウトステータ突極１１２１ａの一端部を連結支持するアウトステータヨーク１１２１ｂを備え、パイ（Π）形状に形成される。

また、前記一対のアウトステータ突極１１２１ａにそれぞれコイル１１２２が巻き取られる。
前記インステータコア１１２５は、前記インロータ１１３０の突極１１３１に向けて突出された一対のインステータ突極１１２５ａと、前記インステータ突極１１２５ａの一端部を連結支持するインステータヨーク１１２５ｂを備え、パイ（Π）形状に形成される。また、前記一対のインステータ突極１１２５ａは、互いに平行するように配置される。このように形成される場合、磁束の方向がインステータ突極１１２５ａの両側方向に傾くことを防止することができる。

また、前記一対のインステータ突極１１２５ａにそれぞれコイル１１２２が巻き取られる。
また、前記支持材１１２３は、前記複数個のアウトステータコア１１２１の間、インステータコア１１２５の間、コイル１１２２が巻き取られたアウトステータ突極１１２１ａの間、コイル１１２２が巻き取られたインステータ突極１１２５ａの間に充填される。そして、前記支持材によってステータ１１２０の強度を向上させ、騷音及び振動は低減される。また、前記支持材は非磁性体または絶縁物質からなる。

前記冷却パイプ１１２４は、高速運転により発生した熱を放熱させるためのものであって、前記支持材１１２３に挿入された状態で前記複数個のアウトステータコア１１２１の間に位置する。また、前記冷却パイプ１１２４は、内部に水が流れるウォータークーリングパイプに具現されることができる。

このように形成されることによって、本発明によるスイッチドリラクタンスモータ１１００において、前記コイル１１２２に電流を印加して励磁されて発生された磁束は、図６に矢印で示したように、アウトステータコア１１２１の一対のアウトステータ突極１１２１ａのうち一つのアウトステータ突極１１２１ａからアウトロータ１１１０の突極１１１１を通過して流れ、他のアウトステータ突極１１２１ａに流れる。

また、インステータコア１１２５の一対のインステータ突極１１２５ａのうち一つのインステータ突極１１２５ａからインロータ１１３０の突極１１３１を通過して流れ、他のインステータ突極１１２５ａに流れる。
このように行われることによって、磁束がアウトロータ１１１０及びインロータ１１３０の両方で短い経路を通過して流れるため、コアロス（ｃｏｒｅ ｌｏｓｓ）が減少されることができ、スイッチドリラクタンスモータ１１００がダブルロータを有するように具現され、高効率のトルク及び出力が得られるだけでなく、磁束の流れのバランスを取ることができる。

また、前記アウトロータは、前記複数個の突極の間に充填された防音材（不図示）をさらに含むことができ、前記防音材は非磁性体または絶縁物質からなる。
また、本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータ１１００は、前記アウトステータコア１１２１がステータ１１２０の円周方向に対して外周面に沿って等ピッチで６個が形成され、前記インステータコア１１２５がステータ１１２０の円周方向に対して内周面に沿って等ピッチで６個が形成され、前記アウトステータ突極１１２１ａ及びインステータ突極１１２５ａそれぞれにコイル１１２２が巻き取られて３相巻線からなる。また、前記アウトロータ１１１０の突極１１１１は、アウトロータ１１１０の円周方向に対して等ピッチで１０個が形成され、前記インロータ１１３０の突極１１３１は、インロータ１１３０の円周方向に対して等ピッチで１０個が形成される。

また、本発明によるスイッチドリラクタンスモータは、インステータコア及びアウトステータコアがステータの円周方向に対して等ピッチで１２個が形成され、アウトロータの突極とインロータの突極が円周方向に対して等ピッチでそれぞれ２０個が形成された倍数構造に具現されることもできる。

図８は、本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータの駆動方法のフローチャートである。
先ず、電源をターンオンすると（段階Ｓ１０１）、初期整列を実施する（段階Ｓ１０２）。このように初期整列をする理由は、ＳＲＭのロータの突極とステータの特性上、トルク（ｔｏｒｑｕｅ）がゼロ（Ｚｅｒｏ）である点が存在するためである。即ち、ステータとロータの突極相互間の斥力による非正常なパーキングになる問題を解消するためである。

ここで、初期整列をする方法としては、スイッチ駆動部が上位、下位スイッチ素子に小さいパルスを多数出力して電流をコイルに一時的に印加する方法が用いられることができる。

前記段階Ｓ１０２でのように初期整列を終了すると、ロータが正常のパーキング位置に位置するように、一定の空白時間を与える（段階Ｓ１０３）。本発明では空白時間を約１秒与えると仮定する。

前記のような段階によりロータが正常のパーキング位置に至ると、パーキング位置からロータが離脱できるようにスイッチ駆動部は大きいパルス（離脱パルス）、即ち多い電流をコイルに印加する（段階Ｓ１０４）。

前記のように離脱パルスをコイルに印加して瞬間トルクを発生させると、ロータが回転し始め、スイッチ駆動部は、各相のスイッチ素子に駆動制御信号を順に印加し、電源部を最大電流がＳＲＭに供給されるようにしてロータを回転させるようになり、継続して駆動制御信号のデューティ比を増加させてロータの回転速度を増加させる（段階Ｓ１０５）。

ここで、デューティ比を増加させるということは、上位、下位スイッチ素子のオン時間を長くするということであり、これは、コイルにより多い電流を流してロータが速く回転されるようになることを意味する。

その後、フォトセンサーを用いてロータの回転速度及び位相を検知し、分当たりの回転数を第１基準数と比較する（段階Ｓ１０６）。
前記段階Ｓ１０６の比較結果検知されたモータの分当たりの回転数が、第１基準数（例えば２００ｒｐｍ）より速くなると、スイッチ駆動部は高効率区間に進入したと判断して電源部を制御し、ＳＲＭに印加される電流を最大電流から定格電流に変換して供給する（Ｓ１０７）。

その後、スイッチ駆動部は、継続して制御信号のデューティ比を増加させてロータの回転速度を増加する（段階Ｓ１０８）。
ここで、デューティ比を増加させるということは、上位、下位スイッチ素子のオン時間を長くするということであり、これはコイルにより多い電流を流してロータが速く回転するようになることを意味する。

その後、フォトセンサーを用いてロータの回転速度及び位相を検知し、分当たりの回転数を第２基準数と比較する（段階Ｓ１０９）。
前記段階Ｓ１０９の比較結果検知されたモータの分当たりの回転数が、第２基準数（例えば６００ｒｐｍ）より速くなると、スイッチ駆動部は、高速度区間に進入したと判断して各相のスイッチ素子のうちインコイルまたはアウトコイルに対応するスイッチ素子にのみオン制御信号を供給し、インコイルまたはアウトコイルにのみ電流が供給されるようにする（段階Ｓ１１０）。

勿論、スイッチ駆動部は、比較結果、モータの分当たりの回転数が第２基準数以下であると、デューティ比を調整する過程を繰り返す。
一方、外部電源をターンオフすると（段階Ｓ１１１）終了し、以降、外部電源がまたターンオンするか否かを判断して（段階Ｓ１０１）、電源がターンオンされると、前記過程を繰り返す。

前記のような本発明によると、インロータとアウトロータを個別に駆動するため、高トルク区間と高効率区間、及び高速度区間からなる駆動状態に応じて区間別に最も最適化した制御を可能にする。

特に、本発明によると、高速度区間でインロータとアウトロータのうちいずれか一つのみを駆動するようにして、効率的な駆動を可能にする。
以上、本発明の好ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は、前記特定実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく、該当発明が属する技術分野において通常の知識を有した者により様々な変形実施が可能であることは明白であろう。また、このような変形実施が本発明の技術的思想や展望に対して別個なものとして理解されてはならない。

従来発明によるスイッチドリラクタンスモータの概略的な断面図である。 本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータの駆動装置の回路図である。 図２のスイッチ駆動部で高トルク区間と高効率区間から出力されるゲート信号の波形図である。 図２のスイッチ駆動部で高速度区間から出力されるゲート信号の一例による波形図である。 図２のスイッチ駆動部で高速度区間から出力されるゲート信号の他の例による波形図である。 本発明の第１実施例による駆動装置が適用されるスイッチドリラクタンスモータの概略的な断面図である。 図６に図示したスイッチドリラクタンスモータの斜視図である。 本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータの駆動方法のフローチャートである。

１０ 電源部
１００〜１０５ コイル
２００〜２１１ スイッチ素子
３００ キャパシタ
４００〜４１１ ダイオード
５００ スイッチ駆動部
１１００ スイッチドリラクタンスモータ
１１１０ アウトロータ
１１１１ 突極
１１２０ ステータ
１１２１ ステータコア
１１２２ コイル

Claims (13)

1. 直流電流を供給する電源部と、
   前記電源部が供給する電流によって磁界を誘導してスイッチドリラクタンスモータに駆動力を提供する並列に２個一対のＮ対のコイルと、
   前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの上部に直列連結されて前記電源部から供給される直流電流を開閉するＮ対の上位スイッチ素子と、
   前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの下部に直列連結されて前記Ｎ対のコイルを経由した電流を開閉するＮ対の下位スイッチ素子と、
   前記Ｎ対のコイルそれぞれの下部と前記Ｎ対の下位スイッチ素子それぞれの連結点に一端子が連結され、電源供給端子に他の端子がそれぞれ連結された２Ｎ個の第１フリーホイールダイオードと、
   前記Ｎ対のコイルそれぞれの上部と接地との間にそれぞれ連結された２Ｎ個の第２フリーホイールダイオードと、
   前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子に駆動制御信号を提供して、Ｎ対のコイルに順に電流が供給されるようにするスイッチ駆動部と、を含むスイッチドリラクタンスモータの駆動装置。
2. 前記電源部から供給される直流電流を平滑化して前記Ｎ対のコイルに供給し、前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子がオフされる時に前記Ｎ対のコイルの残留電流を充電するキャパシタをさらに含む請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置。
3. 前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して、第１基準数より小さい場合、前記電源部を制御して最大電力が供給されるようにする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置。
4. 前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して、第１基準数より大きい場合、前記電源部を制御して定格電力が供給されるようにする請求項３に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置。
5. 前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して、第２基準数より大きい場合、前記Ｎ対のコイルに対して各対のコイルのうちいずれか一つのコイルにのみ電流が流れるように、前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子に駆動制御信号を提供する請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置。
6. 前記モータは、
   内周面に沿って等間隔に突出された複数個の突極が形成されたアウトロータと、
   外周面に沿って等間隔に突出された複数個の突極が形成されたインロータと、
   前記アウトロータの内部に設けられ、前記インロータが回転可能になるように内周部に設けられ、前記アウトロータの突極に向けて突出された一対のアウトステータ突極と、前記アウトステータ突極を連結支持するアウトステータヨークからなる複数個のアウトステータコアと、前記インロータの突極に向けて突出された一対のインステータ突極と、前記インステータ突極を連結支持したインステータヨークからなる複数個のインステータコアを含むステータとを含み、
   前記Ｎ対のコイルは、前記アウトステータ突極とインステータ突極にそれぞれ巻き取られている請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置。
7. 前記アウトステータコアはパイ（Π）形状に形成される請求項６に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置。
8. 前記アウトステータコアは、前記ステータの円周方向に対して外周面に沿って等ピッチで６個が形成され、前記インステータコアは、前記ステータの円周方向に対して内周面に沿って等ピッチで６個が形成され、前記アウトステータ突極及びインステータ突極にそれぞれ前記コイルが巻き取られて３相巻線からなり、前記アウトロータの突極は、アウトロータの円周方向に対して等ピッチで１０個が形成され、前記インロータの突極は、インロータの円周方向に対して等ピッチで１０個が形成された請求項６に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動装置。
9. （Ａ）前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータのＮ対のコイルに、前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの上部に直列連結されたＮ対の上位スイッチ素子と、前記Ｎ対のコイルそれぞれのコイルの下部に直列連結されたＮ対の下位スイッチ素子とを制御し、離脱パルスを印加して前記スイッチドリラクタンスモータを起動する段階と、
   （Ｂ）前記スイッチ駆動部は、前記スイッチドリラクタンスモータのＮ対のコイルに、前記Ｎ対の上位スイッチ素子と前記Ｎ対の下位スイッチ素子を制御して最大電流を供給し、前記スイッチドリラクタンスモータを回転させる段階と、を含むスイッチドリラクタンスモータの駆動方法。
10. 前記（Ａ）段階の前に、
    （Ｃ）スイッチ駆動部は、電源部から電源が供給されると、前記Ｎ対の上位スイッチ素子と前記Ｎ対の下位スイッチ素子を制御して、スイッチドリラクタンスモータを初期整列する段階をさらに含む請求項９に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動方法。
11. 前記（Ｃ）段階以降に、
    （Ｄ）前記スイッチドリラクタンスモータのロータが正常なパーキング位置に位置するように一定の空白時間を提供する段階をさらに含む請求項１０に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動方法。
12. （Ｅ）前記スイッチ駆動部は、スイッチリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して第１基準数と比較する段階と、
    （Ｆ）前記スイッチ駆動部は、スイッチリラクタンスモータの分当たりの回転数が第１基準数より大きい場合、電源部を制御して定格電流が前記Ｎ対のコイルに供給されるようにする段階と、をさらに含む請求項９に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動方法。
13. （Ｇ）前記スイッチ駆動部は、スイッチリラクタンスモータの分当たりの回転数を検出して第２基準数と比較する段階と、
    （Ｈ）前記スイッチ駆動部は、スイッチリラクタンスモータの分当たりの回転数が第２基準数より大きい場合、前記Ｎ対のコイルに対して各対のコイルのうちいずれか一つのコイルにのみ電流が流れるように、前記Ｎ対の上位スイッチ素子とＮ対の下位スイッチ素子を制御する段階と、をさらに含む請求項１２に記載のスイッチドリラクタンスモータの駆動方法。

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