KR100284496B1 - 동기 리럭턴스모터의 회전자 위치 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동기 리럭턴스 모터의 회전자 위치를 검출 함에 있어서, 2상 통전방법을 채용하는 경우 종래의 3개의 센서 대신에 2개의 센서만을 사용하여 SRM의 회전자 위치를 검출하도록 하는 SRM의 위치 검출 방법에 관한 것이다.

이것을 위해 본 발명은 소정각도마다 회전자의 위치를 구분하기 위하여 N극, S극이 비대칭으로 착자된 링 마그네트와 2개의 홀 센서를 이용하여 2상 통전 방식으로 회전자 위치를 검출하도록함을 특징으로 하는 것이다.

Description

동기 리럭턴스모터의 회전자 위치 검출 방법

본 발명은 동기 리럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor: 이하 SRM으로 약칭함)에 관한 것으로, 특히 SRM의 회전자 위치를 검출함에 있어서 2상 통전 방법을 채용하는 경우 종래의 3개의 센서 대신에 2개의 센서만을 사용하여 SRM의 회전자위치를 검출하도록 하는 SRM의 위치 검출 방법에 관한 것이다.

도 1 은 일반적인 4극, 3상 SRM의 구조를 나타내고, 도 2 는 SRM를 구동하는 기본적인 구동회로를 나타낸 것이다.

또한 도 3 은 SRM을 3상 통전하여 사인(Sine)파형의 전류가 흐르도록 하였을때의 전류 파형을 나타내고, 도 4 는 도 3 과는 달리 2상 통전 방법을 사용하였을때의 전류 파형을 나타낸 것이다.

주지와 같이 SRM은 주로 3상 통전방법으로 제어가 되며, 이 경우에 전류파형은 항상 도 3 과 같이 나타나게 된다.

그러나 이와같은 3상 통전방법의 경우는 제어가 용이하지 못하므로 단순한 응용분야에서는 도 4 에 나타낸바와 같이 2상 통전방법으로 제어하게 된다.

이 경우 종래의 브러쉬레스직류(BLDC)모터 등과 같이 2상 통전을 하기 위해서는 4극, 3상 모터의 경우 각 상에 해당하는 센서가 모두 3개가 있어야만 한다.

따라서 2상 통전 방식의 경우 도 5 와 같이 적절한 위치에 설치된 3개의 센서를 이용하여 전기적으로 60도마다 회전자의 위치를 검출하여 제어를 하게 되는데, 이 경우 회전자와 동상으로 착자된 링 마그네트와 홀(Hall)소자를 주로 사용하게 된다.

도 6 은 고정자의 권선 방향과 함께 회전자의 방향을 감지하기 위한 링 마그네트를 나타내고 있다.

이와같은 구조에서는 링 마그네트는 회전자의 d, q축과 관련하여 착자되어 있기 때문에 전기각으로 360도 마다 도 7 과 같이 홀 센서(Ha, Hb, Hc)에서 출력되는 신호로부터 전기적으로 60도마다 회전자의 위치를 검출할 수가 있는 것이다.

도 7에 나타낸 3상(U, V, W)은 그의 회전자 위치에 따라 인가되어야 하는 전류 파형을 나타내고 있다.

그러나 이러한 종래의 SRM의 위치 검출방법은 3개의 센서를 사용하는 것이어서, 센서 장착에 따른 구조가 매우 복잡하여 생산성이 용이하지 못할 뿐만 아니라 제품 코스트가 상승되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 SRM을 2상 통전 방법으로 제어하는 경우에 사용되는 센서의 개수를 줄여 생산공정상의 단순화 및 구조의 간략화를 도모함은 물론 제품 코스트를 절감할수 있도록 하는 SRM의 위치 검출방법을 제공함에 그 목적이 있따.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은 소정각도마다 회전자의 위치를 구분하기 위하여 N극, S극이 비대칭으로 착자된 링 마그네트와 2개의 홀 센서를 이용하여 2상 통전 방식으로 회전자 위치를 검출하도록 함을 특징으로 한다.

또한 상기한 링 마그네트는 N극과 S극이 각각 60도와 120도 각도로 착자됨을 특징으로 한다.

그리고 상기한 2개의 홀 센서간의 각도차에 따라 발생하는 전기적 신호에 의하여 회전자의 위치를 60도 구간마다 구분하고 다음 180도 구간은 마이컴의 프로그램상에서 플래그를 변환하는 방법으로 구분하도록 함을 특징으로 한다.

도 1 은 일반적인 4극, 3상 동기 리럭턴스 모터의 구조도.

도 2 는 일반적인 동기 리럭턴스 모터의 구동 회로도.

도 3 은 3상 통전시의 전류 파형도.

도 4 는 2상 통전시의 전류 파형도.

도 5 는 종래의 2상 통전시 위치 검출방법을 설명하는 도면.

도 6 은 종래의 위치 검출방법을 설명하는 등가 회로도.

도 7 은 종래의 3개 센서 사용시 제어 방법을 설명하는 파형도.

도 8 은 본 발명에 의한 위치 검출방법을 설명하는 등가 회로도.

도 9 는 본 발명의 2개 센서 사용시 제어방법을 설명하는 파형도.

도 10 은 본 발명에서 동기 리럭턴스모터 4극 회전자 경우의 d, q축을 나타낸 도면.

도 11 은 본 발명에서 동기 리럭턴스 모터 2극 회전자 경우의 d, q축을 나타낸 도면.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

RM : 링 마그네트 Ha, Hb : 홀 센서

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명한다.

도 8 은 본 발명에 의한 위치 검출 방법을 설명하는 등가 회로도를 나타낸 것이다.

도시한바와 같이 2개의 홀 센서(Ha, Hb)만으로 구성되며 이 경우 60도 마다 회전자의 위치를 정확하게 구분하기 위하여 링 마그네트(RM)를 비대칭으로 착자 하게 된다.

도 9는 홀 센서(Ha, Hb)로 부터의 감지신호를 이용하여 60도마다 회전자의 위치를 인식하여 U, V, W 상중 적절한 상을 인가하는 파형도를 나타내고 있다.

이 경우에 인가되는 순서는 도 7 에 나타낸 바와 같이 3개의 센서를 사용하는 방식과 동일하지만 홀 센서(Ha, Hb)로 부터의 감지신호는 전체 전기각 360도 중에서 180도에 해당하는 부분만이 회전자의 위치가 구분되고, 구간 1과 구간 2는 단순히 홀 센서의 감지신호만으로는 회전자의 위치가 구분되지 않는다.

그러나 SRM의 경우 BLDC모터 등과는 다르게 전기각이 360도가 아닌 180도가 토오크 발생의 1주기가 되는 것이다.

도 10은 4극 형태의 SRM의 회전자 구조를 나타내고 있는 것으로서, 각각 d, q축은 형태에 따라 도 10과 같이 정의 할 수가 있다.

도 11은 예로서, 2극 형태의 SRM의 회전자의 회전에 따른 d, q축의 회전상태를 나타낸 도면으로서, SRM을 2상 통전할 경우, 홀 센서의 기능은 회전자의 위치, 즉 회전자의 d, q축의 위치에 따라 60도마다 구분하도록 동작된다.

그러나 SRM의 경우에는 BLDC 모터와는 달리 도 9에서의 구간 2가 구간 1 과 동일한 것이 된다.

도 11 에 나타낸바와 같이 도 9 의 구간 1의 A + B - 와 구간 2의 A - B + 는 기자력(MMF)의 방향은 다르지만 q축에 대한 각도는 동일하게 된다.

따라서 SRM의 경우에는 구간 1과 구간 2를 구분할 필요는 없고, 단지 상(相)이 인가되는 순서만을 구분하면 된다.

한편 BLDC 모터의 경우에는 구간 1과 구간 2가 바뀌게 되면 회전자의 회전 방향이 바뀌게 된다.

따라서 본 발명과 같이 SRM의 경우에 2개의 홀 센서를 이용하여 전기적으로 60도 구간마다 회전자의 위치를 구분하고, 단지 구간1과 구간 2는 별도의 마이컴의 프로그램상에서 도 9와 같이 플래그(Flag)를 변환하는 방법으로 처리할 수가 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 도 8 에 도시한 링 마그네트(RM)와는 달리 N극을 60도, S극을 120도로 착자하고 홀 센서(Ha, Hb)간의 각도를 120도로 하였을 경우에도 전기적으로 180도의 구간을 60도마다 구분이 가능한 것이다.

이상에서 설명한바와 같이 본 발명은 동기 리럭턴스모터의 회전자 위치를 검출함에 있어서 2상 통전방법을 채용하는 경우 기존에 3개의 센서를 사용하던 것을 2개의 센서만을 사용하여 SRM의 회전자 위치를 검출함으로써 생산공정의 단순화 및 구조의 간략화는 물론 제품 코스트를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 소정 각도마다 회전자의 위치를 구분하기 위하여 N극, S극이 비대칭으로 착자된 링 마그네트(RM)와 2개의 홀센서(Ha, Hb)를 이용하여 2상 통전 방식으로 회전자 위치를 검출하도록 함을 특징으로 하는 동기 리럭턴스모터의 회전자 위치 검출방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 링 마그네트(RM)가 N극과 S극이 각각 60도와 120도 각도로 착자됨을 특징으로 하는 동기 리럭턴스모터의 회전자 위치 검출방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 2개의 홀 센서(Ha, Hb)간의 각도차에 따라 발생하는 전기적 신호에 의하여 상기 회전자의 위치를 60도 구간마다 구분하고 다음 180도 구간은 마이컴의 프로그램상에서 플래그를 변환하는 방법으로 구분하도록함을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 회전자 위치 검출방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 링 마그네트(RM)의 N극과 S극이 각각 60도와 120 각도로 착자되고 상기 홀 센서(Ha, Hb)간의 각도를 120도로 한 경우 전기적으로 180도의 구간을 60도마다 구분이 가능하도록 함을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 회전자 위치 검출방법.