KR100242012B1 - 스위치드릴럭턴스모터의전류중첩제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터: Switched Reluctance Motor)의 전류중첩 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동하는 경우 모터의 회전속도에 따라 각상의 모터코일에 흐르는 중첩된 전류의 양을 조절하여 모터의 회전속도가 저속 또는 중속인 경우에는 각상의 모터코일에 중첩된 전류를 통전시키고, 모터의 회전속도가 고속인 경우에는 중첩이 없는 전류를 각상의 모터코일에 통전시켜 모터를 효율적으로 구동시키고, 모터를 구동할 때 발생하는 토크 리플에 의한 소음을 감소시킬 수 있도록 한 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 특징은, 3상의 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동하고, 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전속도를 측정하고; 측정된 회전속도에 대응하여 기 분할된 저속범위와 중속범위 및 고속범위 중 회전속도에 대응하는 속도범위를 검출하며; 검출된 속도범위가 저속범위이면, 각 상에
Figure pat00001
만큼 중첩된 상태로 전류를 통전시키고; 검출된 속도범위가 중속범위이면 각 상에 저속대비

Description

스위치드릴럭턴스모터의전류중첩제어방법
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터: Switched Reluctance Motor)의 전류중첩(nesting) 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동할 때 모터의 회전속도에 따라 각 상(A상, B상, C상)의 모터코일에 흐르는 중첩된 전류의 양을 조절하여 모터의 회전속도가 저속 또는 중속인 경우에는 각 상의 모터코일에 중첩된 전류를 통전시키고, 모터의 회전속도가 고속인 경우에는 중첩이 없는 전류를 각 상의 모터코일에 통전시켜 모터를 효율적으로 구동시킴으로써, 모터를 구동할 때 발생하는 토크 리플에 의한 소음을 감소시킬 수 있도록 한 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법에 관한 것이다.
일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)는 입력펄스신호로 여자상태가 변화할 때마다 일정한 각도만큼 나아가고, 여자상태가 변화하지 않으면 일정위치를 유지하는 성질을 이용한 모터로서, 직류모터에 비해서 브러시(Brush)가 없어서 보수가 용이하고, 내환경성이 우수하며, 정류한계가 없어서 고속으로 토크를 발생시키는 장점이 있는 반면에 정확한 상 전류 제어가 필요하였던 것이다.
도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)의 블럭구성도로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)를 구동할 때 모터의 위치 및 회전속도를 감지하는 광센서(10)와, 상기 광센서(10)에서 감지한 모터의 위치 및 회전속도에 따라 전류제어신호를 송출하는 마이크로 프로세서(20)와, 마이크로 프로세서(20)에서 송출된 전류제어신호에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)의 구동을 제어하는 인버터회로부(30)로 구성되어 있다.
또한, 도 2는 인버터회로부(30)의 상세회로도로서, 도 2에서와 같이 마이크로 프로세서로(20)부터 송출되는 전류신호에 의해 스위칭되는 전계효과 트랜지스터(FET1~FET6)와, 각 상(A상, B상, C상)의 모터코일(L1~L3)에 흐르는 전류를 제어하는 전류궤환용 다이오드(D1~D6)로 구성되어 있다.
도 3은 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동할 때 각 상(A상, B상, C상)의 모터코일에 인가되는 전류파형도로서, 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)를 구동할 때 광센서(10)는 모터의 위치 및 회전속도를 감지하여 감지한 신호를 마이크로 프로세서(20)로 송출한다.
따라서, 마이크로 프로세서(20)는 모터의 위치 및 회전속도에 따라 전류의 양을 제어하고, 제어된 전류제어신호를 인버터회로부(30)내의 전계효과 트랜지스터(FET1~FET6)에 순차적으로 공급한다.
이때, 전계효과 트랜지스터(FET1~FET6)가 ″턴-온″되어 각상(A상, B상, C상)의 모터코일(L1, L2, L3)에 도 3에 도시한 일정한 전류파형이 공급됨에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)는 회전하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)는 모터를 구동할 때 모터의 코일에 인가되는 전류형상이 각 로터의 회전수에 무관한 상태로 일정하게 공급되므로, 모터의 회전속도가 저속인 경우에는 토크 리플에 의한 소음이 발생하게 되고, 모터의 회전속도가 고속인 경우에는 전류중첩에 의해 모터의 구동효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동할 때 모터의 회전속도에 따라 각 상(A상, B상, C상)의 모터코일에 흐르는 중첩된 전류의 양을 조절하여 모터의 회전속도가 저속이면 각 상이
Figure pat00003
만큼의 중첩되는 형태의 전류를 통전시키고, 모터의 회전속도가 중속이면 각 상이 저속대비
Figure pat00004
크기만큼의 중첩된 형태의 전류를 통전시키며, 모터의 회전속도가 고속이면 중첩이 없는
Figure pat00005
만큼의 전류를 통전시킴으로써 모터를 효율적으로 구동시키고, 모터를 구동할 때 발생하는 토크 리플에 의한 소음을 감소시킬 수 있도록 한 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법을 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 블럭구성도이고,
도 2는 도 1에서의 인버터회로부의 상세회로도이며,
도 3은 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동할 때 각상(A상, B상, C상)의 모터코일에 인가되는 전류파형도이고,
도 4는 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법의 수행과정을 나타내는 동작흐름도이며,
도 5는 스위치드 릴럭턴스 모터의 속도에 따라 각상(A상, B상, C상)에 공급되는 전류파형도로서,
a는 모터의 회전속도가 저속일 때 각 상에 나타나는 전류파형도이고,
b는 모터의 회전속도가 중속일 때 각 상에 나타나는 전류파형도이며,
c는 모터의 회전속도가 고속일 때 각 상에 나타나는 전류파형도이다.
＜도면의주요부분에사용된부호의설명＞
20: 마이크로 프로세서 S10: 모터속도 측정단계
S20, S40: 모터속도 판별단계 S30: 제1 전류 통전단계
S50: 제2 전류 통전단계 S60: 제3 전류 통전단계
S70: 통전전류 송출단계 S80: 모터 구동단계
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 3상의 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동하고, 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전속도를 측정하고; 측정된 회전속도에 대응하여 기 분할된 저속범위와 중속범위 및 고속범위 중 회전속도에 대응하는 속도범위를 검출하며; 검출된 속도범위가 저속범위이면, 각 상에
Figure pat00006
만큼 중첩된 상태로 전류를 통전시키고; 검출된 속도범위가 중속범위이면 각 상에 저속대비
Figure pat00007
크기만큼 중첩된 전류를 통전시키며; 검출된 속도범위가 고속범위이면 각 상이 상호 중첩되지 않도록 전류를 통전시키고; 통전전류를 각 상의 모터코일에 송출하여 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키도록 한 점에 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 첨부 도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4에는 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법의 수행과정을 나타내는 동작흐름도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전류중첩 제어방법은 모터를 구동할 때 모터의 회전속도를 측정하는 모터속도 측정단계(S10)와, 측정한 모터의 회전속도가 저속인가를 판별하는 제1 모터속도 판별단계(S20)와, 모터의 회전속도가 저속이면 각 상이
Figure pat00008
만큼의 중첩된 형태의 전류를 통전시키는 제1 전류 통전단계(S30)와, 모터의 회전속도가 저속이 아니면 모터의 회전속도가 중속인가를 판별하는 제2 모터속도 판별단계(S40)와, 모터의 회전속도가 중속이면 각 상이 저속대비
Figure pat00009
크기만큼 중첩된 형태의 전류를 통전시키는 제2 전류 통전단계(S50)와, 모터의 회전속도가 중속이 아니면 고속으로 판정하여 중첩 없는
Figure pat00010
만큼의 전류를 각 상에 통전시키는 제3 전류 통전단계(S60)와, 통전전류를 각 상의 모터코일에 송출하여 모터를 구동하는 통전전류 송출단계(S70)로 구성된다.
이와 같은 동작 제어과정에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 마이크로 프로세서(20)의 롬(ROM)에 도 5a, 도 5b, 도 5c의 전류공급형태를 룩-업 테이블형태로 저장한다. 즉, 롬(ROM)에는 모터의 회전속도가 저속인 경우에 대응하여 각 상이
Figure pat00011
만큼의 중첩된 형태의 전류형상(도 5a 참조)이 저장되고, 모터의 회전속도가 중속인 경우에 대응하여 각 상이 저속대비
Figure pat00012
크기만큼 중첩된 형태의 전류형상(도 5b 참조)이 저장되며, 모터의 회전속도가 고속인 경우에 대응하여 중첩이 없는
Figure pat00013
크기의 전류형상(도 5c 참조)이 저장된다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 모터의 회전속도별 전류공급형태에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
모터의 회전속도가 저속(도 5a 참조)인 경우, 전류공급시간이
Figure pat00014
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 선형적으로 증가하고, 전류공급시간이
Figure pat00015
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 정전류 즉, 일정하게 유지되며, 전류공급시간이
Figure pat00016
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 선형적으로 감소하는 형태를 갖는다. 이때, A상은 한 주기가
Figure pat00017
이고, B상은 한 주기가
Figure pat00018
이며, C상은 한 주기가
Figure pat00019
이다. 따라서, 각 상에 대한 중첩도는 전류공급시간을 기준으로
Figure pat00020
크기만큼이 되며, 중첩되는 면적을 계산하면 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00021
다음으로, 모터의 회전속도가 중속(도 5b 참조)인 경우, 전류공급시간이
Figure pat00022
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 선형적으로 증가하고, 전류공급시간이
Figure pat00023
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 정전류 즉, 일정하게 유지되며, 전류공급시간이
Figure pat00024
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 선형적으로 감소하는 형태를 갖는다. 이때, A상은 한 주기가
Figure pat00025
이고, B상은 한 주기가
Figure pat00026
이며, C상은 한 주기가
Figure pat00027
이다. 따라서, 각 상에 대하여 중첩되는 면적(
Figure pat00028
)은 저속대비
Figure pat00029
크기만큼이 된다.
마지막으로, 모터의 회전속도가 고속(도 5c 참조)인 경우, 전류공급시간이
Figure pat00030
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 선형적으로 증가하고, 전류공급시간이
Figure pat00031
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 정전류 즉, 일정하게 유지되며, 전류공급시간이
Figure pat00032
에서는 모터코일에 공급되는 전류레벨이 선형적으로 감소하는 형태를 갖는다. 이때, A상은 한 주기가
Figure pat00033
이고, B상은 한 주기가
Figure pat00034
이며, C상은 한 주기가
Figure pat00035
이다. 따라서, 각 상에 대하여 중첩되는 면적(
Figure pat00036
)은 ″0″이 된다.
여기서, 각 전류파형의 중첩되는 면적은 모터의 회전력과 직접적으로 관련되기 때문에 이 면적의 크기에 따라 모터의 회전속도가 제어된다.
이와 같이, 마이크로 프로세서(20)의 롬(ROM)에 모터의 속도(저속, 중속, 고속)에 따른 전류형상을 저장한 상태에서, 광센서(10)는 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)를 구동할 때 모터의 위치 및 회전속도를 감지하고, 감지한 신호를 마이크로 프로세서(20)에 입력한다. 마이크로 프로세서(20)는 센서부(10)로부터 입력된 감지신호를 통하여 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)의 회전속도를 측정한다(S10). 여기서, 마이크로 프로세서(20)는 모터의 회전속도범위(0~최고 회전속도)를 세 개의 영역으로 구분하여 설정해두고, 검출된 회전속도를 각 영역에 대입하여 모터의 회전속도가 저속인지 혹은 중속인지 혹은 고속인지를 판별하도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 마이크로 프로세서(20)는 검출된 모터의 회전속도를 이용하여 모터의 회전속도가 저속인가를 체크한다(S20).
만일, 모터의 회전속도가 저속이면, 인버터회로부(30)내의 각 상(A상, B상, C상)의 모터코일(L1, L2, L3)에 도 5a와 같이
Figure pat00037
만큼의 중첩된 형태의 전류를 통전시키고(S30), 저속이 아니면 마이크로 프로세서(20)는 모터의 회전속도가 중속인가를 체크하여(S40), 모터의 회전속도가 중속이면 상술한 바와 마찬가지로 각 상(A상, B상, C상)의 모터코일(L1, L2, L3)에 도 5b와 같이 저속대비
Figure pat00038
크기만큼 중첩된 형태의 전류를 통전시킨다(S50).
만일, 모터의 회전속도가 중속이 아니면, 마이크로 프로세서(20)는 모터의 회전속도가 고속이라고 판정하여 각 상(A상, B상, C상)의 모터코일(L1, L2, L3)에 도 5c와 같이 중첩이 없는
Figure pat00039
주기의 전류를 통전시킨다(S60).
이렇게 모터의 회전속도에 따라 서로 상이한 형태의 전류가 공급됨으로써,M 모터의 구동효율이 증가하며, 모터를 구동할 때 발생하는 토크 리플에 의한 소음이 감소된다.
결국, 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법에 따르면 다음과 같은 이점이 발생한다.
즉, 모터의 회전속도에 따라 서로 상이한 형태의 전류가 공급됨으로써, 모터의 회전속도가 저속인 경우에는 각 상에 공급되는 전류의 중첩된 면적이 증가하여 토크 리플에 의한 소음이 감소되며, 모터의 회전속도가 고속인 경우에는 각 상에 공급되는 전류의 중첩이 발생하지 않아 구동효율이 증가한다.

Claims (5)

  1. 3상의 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서,
    상기 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동하고, 상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전속도를 측정하는 모터속도 측정단계;
    측정된 상기 회전속도에 대응하여 기 분할된 저속범위와 중속범위 및 고속범위 중 상기 회전속도에 대응하는 속도범위를 검출하는 단계;
    검출된 상기 속도범위가 저속범위이면, 각 상에
    Figure pat00040
    만큼 중첩된 상태로 전류를 통전시키는 제1 전류 통전단계;
    검출된 상기 속도범위가 중속범위이면, 상기 각 상에 상기 저속대비
    Figure pat00041
    크기만큼 중첩된 전류를 통전시키는 제2 전류 통전단계;
    검출된 상기 속도범위가 고속범위이면, 상기 각 상이 상호 중첩되지 않도록 전류를 통전시키는 제3 전류 통전단계; 및
    통전전류를 상기 각 상의 모터코일에 송출하여 상기 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 통전전류 송출단계를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전류 통전단계는,
    전류공급시간이
    Figure pat00042
    에서는 전류레벨이 선형적으로 증가하고, 상기 전류공급시간이
    Figure pat00043
    에서는 전류레벨이 일정하게 유지되며, 상기 전류공급시간이
    Figure pat00044
    에서는 전류레벨이 선형적으로 감소하는 형태를 갖는 전류를 상기 모터코일에 공급하되;
    A상은 한 주기가
    Figure pat00045
    이고, B상은 한 주기가
    Figure pat00046
    이며, C상은 한 주기가
    Figure pat00047
    로 이루어지며;
    상기 각 상에 대한 중첩도는 상기 전류공급시간을 기준으로
    Figure pat00048
    크기 만큼이고, 중첩되는 면적은
    Figure pat00049
    인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 전류 통전단계는,
    상기 전류공급시간이
    Figure pat00050
    에서는 전류레벨이 선형적으로 증가하고, 상기 전류공급시간이
    Figure pat00051
    에서는 전류레벨이 일정하게 유지되며, 상기 전류공급시간이
    Figure pat00052
    에서는 전류레벨이 선형적으로 감소하는 형태를 갖는 전류를 상기 모터코일에 공급하되;
    상기 A상은 한 주기가
    Figure pat00053
    이고, 상기 B상은 한 주기가
    Figure pat00054
    이며, 상기 C상은 한 주기가
    Figure pat00055
    로 이루어지며;
    상기 각 상에 대한 중첩되는 면적(
    Figure pat00056
    )은 저속대비
    Figure pat00057
    크기인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제3 전류 통전단계는,
    상기 전류공급시간이
    Figure pat00058
    에서는 전류레벨이 선형적으로 증가하고, 상기 전류공급시간이
    Figure pat00059
    에서는 전류레벨이 일정하게 유지되며, 상기 전류공급시간이
    Figure pat00060
    에서는 전류레벨이 선형적으로 감소하는 형태의 전류를 상기 모터코일에 공급하되;
    상기 A상은 한 주기가
    Figure pat00061
    이고, B상은 한 주기가
    Figure pat00062
    이며, C상은 한 주기가
    Figure pat00063
    로 이루어지며;
    상기 각 상에 대한 중첩되는 면적(
    Figure pat00064
    )은 ″0″인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터코일에 공급되는 전류의 형태를 상기 속도범위에 일대일 대응하도록 저장해두고, 상기 속도범위 검출단계를 통하여 검출된 속도범위에 대응하는 전류의 형태를 검출하여 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류중첩 제어방법.
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