KR100226409B1 - Driving current control device of switched reluctance motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치에 관한 것으로, 펄스폭변조 소자(34)가 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류값에 따라 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 변화시켜 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류가 항상 일정하게 흐르도록 함으로써, 과전류로부터 구동 회로를 보호하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 각상 초기 기동시에 발생되는 구동 전류의 니플 현상(토오크의 니플 현상)을 제거하여 모터의 소음을 감소시킬 수 있는 것이다.The present invention relates to a drive current control apparatus for a switched reluctance motor, in which a pulse width modulation device (34) changes the pulse width of a pulse width modulation signal in accordance with a drive current value of a switched reluctance motor Not only the reliability of the switched reluctance motor can be improved by protecting the drive circuit from the overcurrent, but also the nipple phenomenon (torque nipple phenomenon) of the drive current generated at the initial start of each phase is removed, It is possible to reduce the noise of the vehicle.
Description
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Relucance Motor : SRM)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류가 항상 일정하게 흐르도록 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Switched Reluctance Motor (SRM), and more particularly, to a drive current control apparatus for a switched reluctance motor that allows a drive current of a switched reluctance motor to flow constantly.
일반적으로, 스위치드 릴럭턴스 모터는 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이터(2)와 로터(4)를 포함하여 구성되는 한편, 상기 스테이터(2)의 +A극와 -A극, +B극과 -B극, +C극과 -C극에는 각각 A상 코일(6), B상 코일(8), C상 코일(10)이 감겨진 구조로 되어 있다.In general, the switched reluctance motor includes a stator 2 and a rotor 4, as shown in Fig. 1, while a + A pole, a-pole, a + B pole, Phase coil 6, a B-phase coil 8, and a C-phase coil 10 are wound around the B pole, the + C pole, and the C pole, respectively.
상기와 같은 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 직류 전압을 생성하기 위한 평활 콘덴서(C)와, 각 상 코일 (6, 8, 10)에 전압을 인가하기 위한 6개의 스위칭 소자(Q1∼Q6), 상기 각 상의 코일(6, 8, 10)에 전압을 인가 후 상기 각 스위칭 소자(Q1∼Q6)가 '오프' 시에 생성되는 역기전압을 환류시키기 위한 6개의 다이오드(D1∼D6)를 포함하여 구성되어 있다.As shown in FIG. 2, the driving circuit of the above-described switched reluctance motor includes a smoothing capacitor C for generating a DC voltage, six smoothing capacitor C for applying a voltage to each phase coil 6, 8, Switching elements Q1 to Q6 and six diodes for refluxing a back electromotive voltage generated when each of the switching elements Q1 to Q6 is turned off after a voltage is applied to the coils 6, (D1 to D6).
이때, 상기 A상 스위칭 소자(Q1,Q2)의 동작을 제어하는 게이트 신호를 생성하는 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성하는 오실레이터(12)와, 상기 오실레이터(12)에서 생성된 펄스폭 변조(PWM) 신호와 로터(4)가 스테이터(2)의 A상 극에 위치될 때 A 상 위치 센서(14)로부터 출력된 위치 신호를 논리 곱하여 출력하는 논리곱 게이트(16)를 포함하여 이루어져, 상기 논리곱 게이트(16)에서 출력된 위치 신호는 스위칭 소자(Q1)의 게이트단으로 입력되고, 상기 A상 위치 센서(14)에서 출력된 신호는 스위칭 소자(Q2)의 게이트단으로 입력된다.The apparatus for generating a gate signal for controlling the operation of the A phase switching elements Q1 and Q2 includes an oscillator 12 for generating a pulse width modulation (PWM) signal, Phase position sensor 14 when the rotor 4 is positioned at the A-phase pole of the stator 2 and a pulse-width modulation (PWM) The position signal output from the AND gate 16 is input to the gate terminal of the switching element Q1 and the signal output from the A phase position sensor 14 is input to the switching element Q1, Q2.
즉, 스위치드 릴럭턴스 모터의 A상에 전원을 인가하기 위하여 스위칭 소자(Q1,Q2)의 게이트단에 동작신호를 주어 스위칭 소자(Q1,Q2)를 동작시키면 스테이터(2)의 A상 코일(6)에 전류가 흘러 상기 스테이터의 +A극과 -A극이 자화되고, 가까운 위치의 로터(4)를 자화된 A상 극에서 끌어 당기는 힘을 발생시켜 로터(4)를 회전시키게 된다.That is, when the switching elements Q1 and Q2 are operated by giving an operation signal to the gate terminals of the switching elements Q1 and Q2 to apply power to the phase A of the switched reluctance motor, the A phase coil 6 of the stator 2 , The + A pole and the -A pole of the stator are magnetized, and the rotor 4 is rotated by generating a force to pull the rotor 4 at the near position from the magnetized A phase pole.
상기와 마찬가지로, B상 코일(8), C상 코일(10)에 인가되는 전류 또한 상기 A상과 동일한 동작에 의해 인가되어 A상-B상-C상의 순으로 스테이터(2)가 자화되고, 그 힘으로 로터(4)가 회전하게 되어 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전을 계속하게 되는 것이다.The current applied to the B-phase coil 8 and the C-phase coil 10 is also applied by the same operation as the A-phase, and the stator 2 is magnetized in the order of A-phase-B-phase, The rotor 4 is rotated by the force, and the switched reluctance motor continues to rotate.
그러나, 상기와 같은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터는, 구동 회로의 이상 동작이나 순간적인 과전류 발생시 신뢰성이 보장되지 않으며 모터의 효율이 낮고 각 상초기 기동시에 발생되는 구동 전류의 니플 현상(토오크의 니플 현상)에 의해 발생되는 모터의 소음이 큰 문제점이 있었다.However, in the conventional switched reluctance motor as described above, reliability is not guaranteed when an abnormal operation of the drive circuit or an instantaneous overcurrent occurs, the efficiency of the motor is low and the nipple phenomenon of the drive current The noise of the motor is large.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위한 것으로, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류가 일정하게 흐르도록 하여, 과전류로부터 구동 회로를 보호하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 각상 초기 기동시에 발생되는 구동 전류의 니플 현상(토오크의 니플 현상)을 제거하여 모터의 소음을 감소시키는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to improve the reliability of a switched reluctance motor by protecting a drive circuit from an overcurrent by making a drive current of a switched reluctance motor constantly flow And it is an object of the present invention to provide a drive current control device for a switched reluctance motor which reduces noise of a motor by eliminating a nipple phenomenon (torque nipple phenomenon) of a drive current generated at the initial start of each phase.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치는, 로터의 위치 신호와 펄스폭 변조 신호를 논리곱하여 출력하는 논리곱 게이트와, 상기 논리곱 게이트의 출력 및 상기 로터의 위치 신호에 따라 각 상 코일에 전압을 인가 또는 차단하는 스위칭 소자를 포함하여 구성된 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로에 있어서, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류를 감지하는 전류 감지 수단과 ; 상기 전류 감지 수단의 출력에 따라 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 변화시켜 상기 논리곱 게이트로 입력하는 펄스폭 변조 신호 생성부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling a drive current of a switched reluctance motor, including: a logic multiplication gate for logically multiplying a position signal of a rotor and a pulse width modulation signal and outputting the result; And a switching element for applying or blocking a voltage to each phase coil according to a position signal, the driving circuit comprising: current sensing means for sensing a driving current of the switched reluctance motor; And a pulse width modulation signal generator for varying the pulse width of the pulse width modulation signal according to the output of the current sensing means and inputting the pulse width modulation signal to the AND gate.
제1도는 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 개략적인 구조도,FIG. 1 is a schematic diagram of a general switched reluctance motor,
제2도는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로도,FIG. 2 is a driving circuit diagram of a conventional switched reluctance motor,
제3도는 제 2도의 스위칭 소자의 게이트 제어 회로의 개략적인 블록도,Figure 3 is a schematic block diagram of the gate control circuit of the switching element of Figure 2,
제4도는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스의 구동 전류 제어 장치의 회로도,FIG. 4 is a circuit diagram of a driving current control apparatus for a switched reluctance according to the present invention,
제5a도는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 파형도,5A is a driving current waveform of a conventional switched reluctance motor,
제5b도는 본 발명에 따른 구동 전류 제어 장치가 구비된 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 파형도이다.5b is a driving current waveform diagram of the switched reluctance motor provided with the driving current control device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
20 : 전류 감지 수단 30 : 펄스폭 변조 신호 생성부20: current sensing means 30: pulse width modulation signal generating unit
32 : 기준 전압 입력부 34 : 펄스폭 변조 소자32: reference voltage input section 34: pulse width modulation element
36 : 주기 결정부 40 : 논리곱 게이트36: period determining unit 40: AND gate
Rs : 션트 저항 C1, C2, CT: 캐패시터Rs: Shunt resistor C1, C2, C T : Capacitor
VR : 가변 저항 R1 ∼ R3, RT: 저항VR: Variable resistors R1 to R3, R T : Resistance
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치의 회로도로서, A상 코일 (6)에 전압을 인가 또는 차단하는 스위칭 소자(Q1,Q2)의 게이트를 제어하는 경우를 예로 들어 설명한 것이다.FIG. 4 is a circuit diagram of a drive current control apparatus for a switched reluctance motor according to the present invention, in which the gate of the switching elements Q1 and Q2 for applying or blocking a voltage to the A-phase coil 6 is controlled as an example will be.
상기 제 4도에 도시된 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치는, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류를 감지하는 전류 감지 수단(20)과 ; 상기 전류 감지 수단(20)의 출력에 따라 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 변화시켜 출력하는 펄스폭 변조 신호 생성부(30) 및 ; 상기 펄스폭 변조 신호 생성부(30)로부터 입력된 펄수폭 변조(PWM) 신호와 로터 위치 신호를 논리곱하여 게이트 제어 신호로 출력하는 논리곱 게이트(40) ; 상기 게이트 신호에 따라 동작하여 A상 코일(6)에 전압을 인가 또는 차단하는 스위칭 소자(Q1,Q2)를 포함하여 구성되어 있다.The apparatus for controlling the driving current of the switched reluctance motor according to the present invention as shown in FIG. 4 comprises: current sensing means 20 for sensing a driving current of the switched reluctance motor; A pulse width modulation signal generation unit (30) for outputting a pulse width modulation signal in accordance with an output of the current sensing means (20); A logic multiplication gate 40 for logically multiplying the pulse width modulation (PWM) signal input from the pulse width modulation signal generator 30 and the rotor position signal and outputting it as a gate control signal; And switching elements Q1 and Q2 which operate in accordance with the gate signal to apply or cut off a voltage to the A-phase coil 6.
그리고, 상기 전류 감지 수단(20)은, 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 (-)단에 연결되어 구동 전류값에 비례하는 전압값을 출력하는 션트 저항(Rs)으로 이루어져 있다.The current sensing means 20 is connected to the (-) terminal of the switched reluctance motor driving circuit and is composed of a shunt resistor Rs for outputting a voltage value proportional to the driving current value.
그리고, 상기 펄스폭 변조 신호 생성부(30)는, 가변 저항(VR)과 저항(R1,R2)로 이루어져 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부(32)와, 상기 기준 전압 생성부(32)에서 출력된 기준 전압값과 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값을 비교하여 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 크면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 작게하는 한편, 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 작으면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 크게하여 출력하는 펄스폭 변조 소자(34) 및, 저항(RT) 및 캐패시터(CT)로 이루어져 상기 펄스폭 변조 소자(34)에서 생성되어 출력되는 펄스폭 변조 신호의 주기를 결정하는 주기 결정부(36)로 이루어져 있다.The pulse width modulation signal generating unit 30 includes a reference voltage generating unit 32 that includes a variable resistor VR and resistors R1 and R2 and generates a reference voltage, And a voltage value input from the shunt resistor Rs. If the voltage value input from the shunt resistor Rs is larger than the reference voltage value, the pulse width of the pulse width modulation signal is reduced A pulse width modulation device 34 for increasing the pulse width of the pulse width modulation signal when the voltage value inputted from the shunt resistor Rs is smaller than the reference voltage value and a pulse width modulation device 34 for outputting a pulse signal having a resistance R T and a capacitor C And a period determiner 36 for determining the period of the pulse width modulated signal generated and output from the pulse width modulator 34.
상기 펄스폭 변조 소자(34)는 소자명 UC2842N을 사용하는 것이 바람직하며, 상기에서 미설명된 C1,C2는 캐패시터이다.The pulse width modulation device 34 preferably uses the element name UC2842N, and C1 and C2, which are not described in the above, are capacitors.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치의 작용을 도 2, 도 4, 도5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the drive current control apparatus of the switched reluctance motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 4, and 5. FIG.
스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로는 A상, B상, C상 코일(6, 8, 10)로 구성되어 있으며, 각 상에 전압이 인가되는 과정은 동일하다.The driving circuit of the switched reluctance motor is composed of the A-phase, B-phase and C-phase coils 6, 8 and 10, and the process of applying the voltage to each phase is the same.
스위치드 릴럭턴스 모터의 A상 코일(6)에 전원을 인가하기 위하여 스위칭 소자(Q1,Q2)의 게이트에 동작 신호를 주어 스위칭 소자(Q1, Q2)가 동작시키면 스테이터의 A상 코일(6)에 전류가 흘러 상기 스테이터의 +A극과 -A극이 자화되고, 가까운 위치의 로터를 자화된 A상 극에서 끌어 당기는 힘을 발생시켜 로터를 회전시키게 된다.When an operation signal is given to the gates of the switching elements Q1 and Q2 to operate the A phase coil 6 of the switched reluctance motor and the switching elements Q1 and Q2 operate, The current flows to magnetize the + A pole and the -A pole of the stator and generate a force to pull the rotor at the near position from the magnetized A phase pole, thereby rotating the rotor.
상기와 마찬가지로, B상 코일(8), C상 코일(10)에 인가되는 전류 또한 상기 A상과 동일한 동작을 하여 A상-B상-C상의 순으로 스테이터가 자화되고, 그 힘으로 로터가 회전하게 되어 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전을 계속하게 되는 것이다.As described above, the currents applied to the B-phase coil 8 and the C-phase coil 10 also operate in the same manner as the A-phase, and the stator is magnetized in the order of A-phase-B-phase, So that the switched reluctance motor continues to rotate.
이때, A상의 스위칭 소자(Q1, Q2)가 오프되고, B상의 스위칭 소자가 '온' 될때, A상 코일(6)에 잔류된 전압은 다이오드(D2) - A상 코일(6) - 다이오드(D1)을 통해 평활 콘덴서(C)로 충전되고, 다음상 동작시 이용되게 되어, 모타 효율을 높힌다.At this time, when the switching elements Q1 and Q2 of the A phase are turned off and the switching elements of the B phase are turned 'on', the voltage remaining in the A phase coil 6 flows through the diode D2, the A phase coil 6, D1 to the smoothing capacitor C and is used in the next phase operation to increase the motor efficiency.
그리고, 구동 회로의 (-)단에 연결된 션트 저항(Rs)은 구동 회로에 흐르는 전류를 감지하여 V=IR의 기본 식에 의해 전압으로 출력하는데, 상기 션트 저항(Rs)에서 출력된 전압값은 펄스폭 변조 신호 생성부(30)의 펄스폭 변조 소자(34)로 입력된다.The shunt resistor Rs connected to the (-) terminal of the driving circuit senses the current flowing in the driving circuit and outputs the voltage as a voltage according to the basic formula of V = IR. The voltage value output from the shunt resistor Rs is Is input to the pulse width modulation element 34 of the pulse width modulation signal generation section 30.
또한, 기준 전압 생성부(32)는 가변 저항(VR)에 의해 기준 전압을 결정하여 상기 펄스폭 변조 소자(34)로 입력한다.The reference voltage generator 32 determines the reference voltage by the variable resistor VR and inputs the reference voltage to the pulse width modulation element 34. [
상기 펄스폭 변조 소자(34)는 상기 기준 전압 생성부(32)에서 출력된 기준 전압값과 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값을 비교하여 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 크면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 작게하여 출력하는 한편, 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 작으면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 크게하여 출력한다.The pulse width modulation device 34 compares the reference voltage value output from the reference voltage generator 32 with the voltage value input from the shunt resistor Rs and outputs a voltage value input from the shunt resistor Rs When the voltage value inputted from the shunt resistor Rs is smaller than the reference voltage value, the pulse width of the pulse width modulated signal is increased to output the pulse width modulated signal, do.
이때, 상기 펄스폭 변조 소자(34)에서 출력되는 펄스폭 변조 신호는 저항(RT) 및 캐패시터(CT)로 이루어진 주기 결정부(36)에 의해 항상 일정한 주기를 가진다.At this time, the pulse width modulation signal output from the pulse width modulation device 34 has a constant period by the period determination unit 36 composed of the resistor R T and the capacitor C T.
그리고, 논리곱 게이트(40)는 상기와 같이 펄스폭 변조 신호 생성부(30)의 펄스폭 변조 소자(34)에서 출력된 펄스폭 변조(PWM) 신호와 로터 위치 감지 센서(도시하지않음)로부터 하단 스위칭 소자(Q2)로 입력되는 로터 위치 신호를 논리곱하여 상단 스위칭 소자(Q1)의 게이트 제어 신호로 출력한다.The AND gate 40 receives the pulse width modulation (PWM) signal output from the pulse width modulation element 34 of the pulse width modulation signal generator 30 and the pulse width modulation And outputs a gate control signal of the upper switching element Q1 by logically multiplying the rotor position signal input to the lower switching element Q2.
즉, 본 발명에서는 구동 회로의 이상 동작이나 순간적인 과전류 발생시에 이를 감지하여 상기 상단 스위칭 소자(Q1)의 게이트 신호로 입력되는 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 작게하고, 구동 회로에 저전류가 흐를 경우에는 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 크게 함으로써, 항상 일정한 모터 구동 전류가 흐르게 하는 것이다.That is, in the present invention, the abnormal operation of the driving circuit or instantaneous overcurrent generation is detected to reduce the pulse width of the pulse width modulation signal input to the gate signal of the upper switching element Q1, , The pulse width of the pulse width modulation signal is made larger so that a constant motor drive current always flows.
도 5a 및 도 5b 에 도시된 바와 같이, 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터에서는 전류 파형이 피크치(peack value)로 나타나 불균일하지만, 본 발명에서는 전류 파형이 일정한 형태로 나타난다.As shown in FIGS. 5A and 5B, in the conventional switched reluctance motor, the current waveform appears as a peak value, which is non-uniform. In the present invention, however, the current waveform appears constant.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류가 항상 일정하게 흐르도록 하여, 과전류로부터 구동 회로를 보호하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 각상 초기 기동시에 발생되는 구동 전류의 니플 현상(토오크의 니플 현상)을 제거하여 모터의 소음을 감소시킬 수 있는 것이다.As described above, according to the present invention, the driving current of the switched reluctance motor is constantly allowed to flow at all times, thereby improving the reliability of the switched reluctance motor by protecting the driving circuit from the overcurrent, The nipple phenomenon (torque nipple phenomenon) of the driving current can be eliminated and the noise of the motor can be reduced.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20070629 Year of fee payment: 9 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |