KR100228716B1 - 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)의 구동제어방법에 관한 것으로서, 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전속도를 정밀하게 제어하고 구동효율을 극대화하기 위하여, 모터의 회전속도에 대응되도록 설정된 스위칭펄스의 발생시점데이터를 이용하여 모터의 구동을 제어하는 방법에 있어서: 상기 모터의 회전속도를 검출하는 속도검출단계; 상기 검출된 속도에 대응하여 상기 설정된 스위칭펄스 발생위치를 추정하는 스위칭펄스 발생위치 추정단계; 상기 회전자의 현재위치를 검출하는 위치검출단계; 및 상기 회전자의 현재위치가 상기 스위칭펄스의 발생위치와 동일하면 스위칭펄스를 출력하여 상기 모터를 구동시키는 모터구동단계를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동제어방법을 제시하였다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)의 구동제어방법

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(이하, 'SR모터'라 약칭함)의 구동제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 SR모터의 회전자(Rotor)의 회전속도를 감지하고, 감지된 회전속도에 따라 고정자(Stator)의 각 상에 권선된 아마튜어코일(Armature Coil)에 인가되는 스위칭펄스(펄스폭 변조신호, 통상 'PWM신호'라 칭함)의 발생시점을 제어하도록 한 SR모터의 구동제어방법에 관한 것이다.

일반적인 SR모터의 내부구조가 도 1에 도시되어 있다. 즉, 일반적인 SR모터(1)는 회전축에 설치되는 회전자(2)의 주위에 배치된 고정자(3)의 코어(Core)에 아마튜어코일(4)이 권취되어 있어, 아마튜어코일(4)을 통전시킬 때 자화되는 고정자(3)의 코어와 회전자(2)간에 작용하는 흡인력에 의해 토크(Torque)가 발생되며, 이처럼 각 A, B, C상(Phase)의 아마튜어코일(4)을 순차적으로 통전시킴으로써 회전자(2)를 회전시키는 구조를 갖는다.

한편, 도 2에는 전술한 3상의 SR모터의 구동을 제어하기 위한 구동제어회로가 도시되어 있다. 도 2를 보면, 베이스단자에 인가되는 스위칭펄스(PWM신호)에 따라 전원으로부터 SR모터의 각 아마튜어코일(4a, 4b, 4c)에 흐르는 전류를 스위칭하는 복수개의 트랜지스터쌍(Q1, Q2)(Q3, Q4)(Q5, Q6)으로 이루어진 인버터부(5)와, 전류궤환용 다이오드(D1∼D6)로 구성되며, 복수개의 트랜지스터쌍(Q1, Q2)(Q3, Q4)(Q5, Q6)은 그 베이스단자에 스위칭펄스가 입력될 때 도통되어 아마튜어코일(4a, 4b, 4c)에 상기 통전신호와 동상인 전류를 흘려주어 통전시킴으로써, 각 A, B, C상 코어의 여자상태를 변화시켜 SR모터의 구동을 제어한다.

이러한 SR모터(1)는, 각 상의 아마튜어코일(4a, 4b, 4c)을 통전시켜 고정자(3)의 코어를 자화시킬 때 그와 회전자(2)간의 상대적인 위치에 따라 회전방향이 결정되고 또한 회전자(2)를 회전 및 정지시킬 수 있기 때문에, 회전자(2)의 속도 및 위치를 검출하는 것이 중요한데, 일반적으로 SR모터(1) 내부에는 도 3에 도시된 바와 같이 다수개의 홀(6)이 천공된 센서판(7)이 회전자(2)에 결합되어 있고, 홀(6)에 대향되어 투광소자와 발광소자가 쌍을 이룬 광센서(도시되지 않았음)가 설치되어 있어, 투광소자에서 발사된 빛이 센서판(7)의 홀(6)을 투과하여 수광소자로 입사됨에 따라 소정의 검출신호가 발생되므로, 이에 기초하여 회전자의 위치 및 속도를 검출할 수 있도록 되어 있다.

이처럼 검출된 회전자(2)의 위치에 따라 구동제어회로에 공급되는 스위칭펄스를 결정하므로, SR모터(1)의 회전방향을 결정하거나, 회전자(2)를 회전 및 정지시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 4에는 고정자(3)의 복수개 코어 중 임의의 상을 갖는 어느 하나의 코어와 회전자(2)의 상대적인 위치에 따른 인덕턴스(Inductance)의 파형도가 도시되어 있다. 여기서, 통전신호파형은 도 1에 도시된 회전자(2)가 '가'방향으로 회전되는 경우의 파형이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 회전자(2)가 고정자(3)의 각 코어 중 임의의 상을 갖는 코어에 접근할수록 인덕턴스(L)는 증가하고, 회전자(2)와 임의의 상을 갖는 코어가 일치하였을 때 인덕턴스(L)는 최대가 되며, 회전자(2)가 임의의 상을 갖는 코어로부터 멀어질수록 인덕턴스(L)는 감소한다. 통상적인 경우, 스위칭펄스는 회전자(2)의 회전속도에 무관하게 인덕턴스(L)가 증가하는 시점을 기준으로 0°∼7.5°만큼 앞선 지점에서 일정하게 출력되도록 설계되어 있다.

그런데, 전술한 바와 같은 경우, 회전자(2)의 회전속도에 따라 회전자(2)가 임의의 상을 갖는 코어에 도달하는 시간이 서로 상이하게 된다. 따라서, 동일한 주기로 스위칭펄스를 발생시키는 경우, 임의의 상을 갖는 여자된 코어와 회전자(2)간의 위치가 서로 상이하게 되므로, 회전자(2)에 가해지는 회전력에 오차가 발생하여 SR모터의 속도를 정밀하게 제어할 수 없을 뿐만 아니라, SR모터(1)의 구동효율이 감소되는 문제점이 발생하게 되었다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 SR모터의 회전속도를 정밀하게 제어할 수 있도록 한 SR모터의 구동제어방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 SR모터의 구동효율을 극대화시킨 SR모터의 구동제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 내부구조도,

도 2는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동제어회로도,

도 3은 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자에 결합되는 센서판을 도시한 도면,

도 4는 고정자의 복수개 코어 중 임의의 상을 갖는 어느 하나의 코어와 회전자의 상대적인 위치에 따른 인덕턴스를 나타내는 파형도,

도 5는 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동제어장치의 개략적 블럭도,

도 6은 도 5에 도시된 마이크로 컴퓨터의 동작흐름도,

도 7은 모터의 회전속도에 따라 서로 상이한 발생시점을 갖는 스위칭펄스의 출력파형도이다.

＜도면의주요부분에사용된부호의설명＞

1: SR모터2: 회전자

3: 고정자8: 속도감지부

9: 위치감지부10: 마이크로 컴퓨터

11: 구동제어회로

전술한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 모터의 회전속도에 대응되도록 설정된 스위칭펄스의 발생시점데이터를 이용하여 모터의 구동을 제어하는 방법에 있어서: 상기 모터의 회전속도를 검출하는 속도검출단계; 상기 검출된 속도에 대응하여 상기 설정된 스위칭펄스 발생위치를 추정하는 스위칭펄스 발생위치 추정단계; 상기 회전자의 현재위치를 검출하는 위치검출단계; 및 상기 회전자의 현재위치가 상기 스위칭펄스의 발생위치와 동일하면 스위칭펄스를 출력하여 상기 모터를 구동시키는 모터구동단계를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동제어방법에 있다.

전술한 본 발명의 특징에 있어서, 상기 스위칭펄스의 듀티비를 가변하여 상기 모터의 회전속도가 지정된 속도를 유지하도록 하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 SR모터의 구동제어방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5에는 본 발명에 의한 SR모터의 구동제어장치의 개략적 블럭도가 도시되어 있다. 도 5에 있어서, 도 1 내지 도 4와 동일한 참조부호는 같은 부품을 표시한다.

도 5를 보면, 회전자의 회전속도를 감지하는 속도감지부(8)와, 회전자의 위치를 감지하는 위치감지부(9)와, 위치감지부(9)로부터 회전자의 위치정보를 입력받고 속도감지부(8)로부터 회전자의 회전속도정보를 입력받아 미리 설정된 스위칭펄스발생위치정보를 검출하여 검출된 해당정보에 따라 스위칭펄스를 발생하도록 제어하는 마이크로 컴퓨터(10)와, 마이크로 컴퓨터(10)로부터 출력된 스위칭펄스에 의해 제어되어 SR모터(1)의 구동상태를 제어하는 구동제어회로(11)로 구성되어 있다.

여기서, 구동제어회로(11)는 전술한 도 2의 구동제어회로와 동일한 구성이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작에 대하여 도 6 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로 컴퓨터(10)는 SR모터(1)의 현재속도를 검출한다(S1). 여기서, SR모터(1)의 현재속도는 전술한 도 3에서와 같이, 회전자에 연동되는 센서판의 각 홀과 광센서를 이용하여 검출할 수 있다. 이렇게 SR모터(1)의 현재속도가 검출되면, 마이크로 컴퓨터(10)는 미리 설정된 스위칭펄스발생위치정보를 기준으로 검출된 현재속도에 대응하는 스위칭펄스의 발생위치를 추정한다(S2).

이후, 마이크로 컴퓨터(10)는 회전자의 현재위치를 검출한다(S3). 여기서, 회전자의 위치검출방법은 본 출원인이 출원한 바 있는 선행자료(특허출원 제97-5018호)(97. 03. 18)에 잘 제시되어 있다. 이러한 선행자료에 제시된 바와 같은 방식으로 위치검출부(9)에 의해 회전자의 위치가 검출되면, 마이크로 컴퓨터(10)는 회전자의 현재위치가 전술한 단계 2(S2)에서 추정된 스위칭펄스의 발생위치와 같은가를 비교한다(S4). 이 단계 4(S4)에서 회전자의 현재위치가 스위칭펄스의 발생위치와 상이하다고 판단되면 마이크로 컴퓨터(10)는 전술한 단계 4(S4)로 귀환하여 회전자가 스위칭펄스 발생위치에 도달할 때까지 계속 체크한다.

만약, 위의 단계 4(S4)에서 회전자의 현재위치가 스위칭펄스의 발생위치와 동일하다고 판단되면, 마이크로 컴퓨터(10)는 구동제어회로(11)에 스위칭펄스를 출력하여 SR모터(1)를 회전시키게 된다(S5). 이후, 마이크로 컴퓨터(10)는 SR모터(1)의 현재속도와 지정된 속도를 비교하여(S6), 현재속도가 지정된 속도보다 느리면 스위칭펄스의 듀티비를 증가시켜 지정된 속도를 유지시키고(S7), 현재속도가 지정된 속도보다 빠르면 스위칭펄스의 듀티비를 감소시켜 지정된 속도를 유지시킨다(S8). 이후, 마이크로 컴퓨터(10)는 단계 1(S1)로 귀환하여 전술한 과정을 반복 수행한다.

즉, 본 발명은 SR모터의 회전속도에 관계없이 회전자가 임의의 상을 갖는 코어로부터 소정위치에 도달하였을 때 각 상의 코어가 여자될 수 있도록 하기 위하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 저속일 때의 스위칭펄스발생시점을 기준으로 중속일 때에는 저속보다 앞선 시점에서 스위칭펄스를 출력하고, 고속일 때는 중속보다 앞선 시점에서 스위칭펄스를 출력하도록 설계하고, 이러한 스위칭펄스의 발생시점을 데이터화하여 저장하였다가 SR모터의 회전속도에 따라 스위칭펄스의 발생시점을 제어하도록 하였다.

또한, SR모터의 회전속도는 스위칭펄스의 듀티값을 가변시켜 안정된 회전속도를 유지하도록 설계하였다.

한편, 본 발명에서의 스위칭펄스발생시점데이터는 전술한 고속, 중속, 저속의 3단계 이외에 임의의 단계로 분할하여 설정하여도 무방하다.

결국, 본 발명에 의한 SR모터의 구동제어방법에 따르면, SR모터의 회전속도에 따라 서로 상이한 결과를 갖는 스위칭펄스의 발생시점을 데이터화하여 저장하고, 속도검출부에서 검출된 SR모터의 회전속도에 따라 상기 저장된 스위칭펄스의 발생시점을 검출하며, 위치검출부에 파악된 회전자의 현재위치에 따라 상기 검출된 스위칭펄스의 발생시점에 스위칭펄스를 발생시키도록 함으로써, 안정된 모터제어가 가능한 이점이 있다.

또한, 회전자의 회전속도에 관계없이 회전자가 고정자의 각 상에 대하여 최적의 위치에 위치하였을 때 고정자 코어가 자화되도록 함으로써, 모터구동효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 모터의 회전속도에 대응되도록 설정된 스위칭펄스의 발생시점데이터를 이용하여 모터의 구동을 제어하는 방법에 있어서:

   상기 모터의 회전속도를 검출하는 속도검출단계;

   상기 검출된 속도에 대응하여 상기 설정된 스위칭펄스 발생위치를 추정하는 스위칭펄스 발생위치 추정단계;

   상기 회전자의 현재위치를 검출하는 위치검출단계; 및

   상기 회전자의 현재위치가 상기 스위칭펄스의 발생위치와 동일하면 스위칭펄스를 출력하여 상기 모터를 구동시키는 모터구동단계를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 스위칭펄스의 듀티비를 가변하여 상기 모터의 회전속도가 지정된 속도를 유지하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동제어방법.

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