KR100284504B1 - 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 2상 통전 제어 때에 펄스폭 변조 듀티를 가변하여 소음을 저감하도록 하는 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법에 관한 것이다.

개시된 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법은, 부하의 위치신호를 측정하여 현재 부하의 구동 로직상태를 판단하는 단계; 현재 부하의 구동 로직상태에 대응하는 윗상, 아랫상 게이트신호를 결정하여 출력하면서 제1 소정의 시간 동안 증가된 제1 펄스폭 변조 듀티를 발생하는 단계; 제1 소정의 시간 경과후 증가된 제1 펄스폭 변조 듀티와 상반되는 제2 펄스폭 변조 듀티를 제2 소정시간 동안 발생하는 단계; 제1 펄스폭 변조 듀티와 제 2펄스폭 변조 듀티를 가지고 윗상, 아랫상 게이트신호를 펄스폭 변조하여 인버터회로의 스위칭 시간을 달리주는 단계를 포함하며;

이에 따라 프리 휠링 구간에서의 전류의 변화량이 줄어들어 동기 리럭턴스 모터를 구동할 때 저속 고토크 영역에서 소음이 발생되지 않는 이점이 있다.

Description

동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법{The method for reduction of noise in synchronous reluctance motor}

본 발명은 동기 전동기 등의 리럭턴스 모터의 소음저감 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 말하면, 자기저항 차이를 이용하여 모터의 토오크를 발생시키는 동기 리럭턴스 모터(Synchronous Reluctance Motor)에서, 특히 2상 통전 제어 때에 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 듀티를 가변하여 소음을 저감하도록 하는 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법에 관한 것이다.

예를 들면, 동기 리럭턴스 모터는 일반적으로 통상의 유도식 및 동기식 모터 구동 시스템에 비해 그 구성 및 경제적인 면에서 간단하다. 아울러, 전력을 동기 리럭턴스 모터에 인가하는 변환기는 소형의 전력장치를 필요로 하므로, 보다 경제적이며 신뢰성이 높다.

이들의 이점에 비추어 동기 리럭턴스 모터의 구동 시스템은 통상의 구동 시스템과 다른 효과를 제공하며, 또한 산업적 응용면에서도 폭넓게 이용되고 있다.

동기식 리럭턴스 모터는 통상 고정자 및 회전자 양자에 대하여 다수의 자극(Poles) 또는 티쓰(teeth)를 갖는데, 상기 고정자상에는 상 권선이 있으나, 회전상에는 권선 또는 자석이 전혀 없는 것이 특징이며, 대향된 각쌍의 고정자 자극들은 직렬로 연결되어 다상 동기 리럭턴스 모터의 독립상을 형성한다.

각 상 권선내의 전류를 회전자에 각도 위치로서 동기화되는 소정의 순서대로 스위칭 온(on)하게 되면 토오크가 발생하고, 이것에 수반하여 서로 근접해 있는 회전자 및 고정자 자극들사이에 자력이 형성된다. 상기 전류는 고정자 자극에 가장 근접한 회전자 자극이 그 정렬된 위치를 지나 회전하기 전에 각각의 상으로 스위칭 오프(off)된다.

동기 리럭턴스 모터는 고정자상 전류를 회전자 위치와의 동기로 스위칭 온(on) 또는 스위칭 오프(off)시킴으로써 동작한다.

회전자 각도에 관한 점화펄스를 적절히 위치설정 시킴으로써, 정전 혹은 역전 동작과 그리고 모터링 혹은 제네레이팅 동작이 얻어질 수 있다. 통상, 소망의 상 전류 정류는 회전자 위치신호를 위치센서, 예컨대 엔코더 또는 리졸버로부터 제어기로 피드백함으로써 달성된다.

도 1은 일반적인 동기 리럭턴스 모터의 단면도이고, 도 2는 상기 동기 리럭턴스 모터의 구동을 위한 기본적인 인버터회로를 나타낸다.

동기 리럭턴스 모터(104)는, 고정자(10)와 회전자(11)를 구비하고 있다.

또한, 동기 리럭턴스 모터(104)의 고정자(10)는 통상의 유도 전동기와 같은 구조로 되어 있다.

3상 통전 방식을 사용하여 사인(Sine) 파형의 전류 구동 시에 도 3과 같은 전류가 흐르게 된다.

도 3과 같은 전류를 동기 리럭턴스모터(104)의 각 상에 흘리기 위해서는 도 4와 같이 각 상의 펄스폭 변조(PWM) 듀티(Duty)를 조절하여 인버터회로(103)를 제어해주어야만 한다.

또한, 3상의 전류가 120도씩 위상차를 갖고 있어야만 하므로 상마다의 펄스폭 변조를 각각 조절해 주어야만 한다. 이를 위하여 기존의 방법들은 동기 리럭턴스 모터(103)의 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류센서나 속도를 검출하는, 즉 회전자의 위치 검출을 위한 엔코더 등을 이용하여 현재 회전자의 위치를 확인하고 정해진 각도를 유지하며 전류를 흘려주고 있다.

반면에 동기 리럭턴스 모터(103)를 2상 통전 방식으로 구동할 때에는 이후에 설명될 도 5와 같은 구성으로 하나의 펄스폭 변조(PWM)와 외부의 변조회로(101)를 사용한다.

이 경우에는 펄스폭 변조 출력은 속도 제어에 따라서 듀티만 가변될 뿐 각 상에 인가되는 펄스폭 변조는 같게 된다.

따라서, 2상 통전 때에는 3상 통전과는 달리 각 상마다의 펄스폭 변조를 따로 제어해주지 않으며 더 저가격의 마이크로 프로세서(100)를 사용하여도 실현이 가능하다.

도 6은 일반적인 2상 통전 때의 전류 파형을 나타내는 것으로서, (a)는 저속 때의 전류 파형도이고, (b)는 고속 때의 전류 파형도이다.

도 4와 같은 펄스폭 변조 파형을 발생시키기 위해서는 일반적으로 저가격의 마이크로 프로세서를 사용하는데는 한계가 있다. 우선 동기 리럭턴스 모터(104)의 각 상마다의 펄스폭 변조 제어를 하기 위해서는 마이크로 프로세서의 내부에서 펄스폭 변조를 하여 게이트 출력을 내 보내거나 벡터 제어 등의 제어 이론을 이용하여야만 한다. 그러나 가정용 기기에 쓰이는 저가격 8비트의 마이크로 프로세서로는 제어이론에 따른 연산량으로 인해 복잡한 제어이론의 적용이나 내부에서 게이트 신호에 펄스폭 변조를 처리하여 내보내는 것등은 어렵다.

또한, 정확하게 3상 통전을 이루기 위해서는 정확한 회전자 위치를 알기 위하여 엔코더 또는 홀센서와 같은 속도검출수단이나 트랜스와 같은 전류센서 등이 필요하며, 필요에 따라 전류제어 회로의 추가도 필요하다.

특히 3상 통전방식으로 인하여 암 쇼트(Am-Short) 등에 대하여 보호회로의 추가가 필요하므로, 전반적으로 가정용 저가격에 이용하기에는 고가격화가 된다.

반면에 2상 통전방식은 3개의 센서를 사용하여 3상의 경우와 같은 기존 전류센서나 엔코더를 사용하는 것에 비하여 저가격이 가능하며, 특히 단순한 전압제어 방식으로 전반적으로 회로가 간단해 진다.

그러나 펄스폭 변조 방식에 따라서 소음 특성이 많이 바뀌게 된다.

이하, 2상 통전방식에 대해 도 5를 참조하여 이하를 통해 구체적으로 설명한다.

도 5는 2상 통전방식으로 구동할 때의 동기 리럭턴스 모터의 구동장치를 나타내는 블록도이다.

상기 장치에 있어서, 고정자(10)와 회전자(11)로 구비되어 자기저항 토오크에 의해 회전하는 동기 리럭턴스 모터(104)와, 도면에 도시되지 않은 센서로부터 검출되어 입력되는 회전자(11)의 위치신호(Wr)를 가지고 동기 리럭턴스 모터(104)의 현재 구동상태를 판단하며 그 판단한 구동상태에 따라 자체 내의 테이블에 저장된 구동로직을 읽어들여 윗상 게이트신호(105)와 아랫상 게이트신호(106) 및 펄스폭 변조(PWM) 신호를 발생하는 마이크로 프로세서(100)와, 마이크로 프로세서(100)에서 발생된 펄스폭 변조 신호에 따라 윗상 게이트신호(105)와 아랫상 게이트신호(106)의 펄스폭을 변조하는 변조회로(101)와, 변조회로(101)에서 펄스폭 변조된 윗상 게이트신호(105)를 절연하는 절연회로(102)와, 변조회로(101)에 의해 펄스폭 변조된 아랫상 게이트신호(106)와 절연회로(102)를 통한 윗상 게이트신호(105)에 의해 스위칭 타임이 결정되어 동기 리럭턴스 모터(104)의 구동을 제어하는 인버터회로(103)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 기술에 따른 2상 통전 방식의 동기 리럭턴스 모터의 구동장치를 이하를 통해 설명한다.

이장치에서, 동기 리럭턴스 모터(104)가 구동을 하여 회전하면 도면에 도시하지 않은 홀센서와 같은 위치감지 센서가 동기 리럭턴스 모터(104)의 회전자(11)의 위치를 감지하여 위치신호(Wr)를 8비트용 마이크로 프로세서(100)에 제공한다.

마이크로 프로세서(100)는 입력되는 위치신호(Wr)를 인터럽트로 받아 동기 리럭턴스 모터(104)의 현재 구동 상태 및 현재의 구동 로직을 판정한다.

그리고, 판정한 현재의 구동로직과 자체의 데이터 테이블에 저장된 전체 구동 로직을 비교하여 이후의 구동 로직을 결정한 후 인버터회로(103)의 스위칭 시간을 조절하기 위해 3비트의 윗상 게이트신호(105)와 3비트의 아랫상 게이트신호(106)를 각각 절연회로(102)와 인버터회로(103)에 제공한다.

또한, 동기 리럭턴스 모터(104)의 현재 구동 상태와 목표 속도 및 목표 토오크(torque)를 감안하여 3비트의 윗상 및 아랫상 게이트신호(105, 106)를 펄스폭 변조하기 위한 펄스폭 변조 패턴을 결정하여 펄스폭 변조(PWM) 신호를 변조회로(101)에 제공한다.

변조회로(101)는 마이크로 프로세서(100)에서 입력되는 펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라 3비트의 윗상 게이트신호(105)와 아랫상 게이트신호(106)를 펄스폭 변조하게 된다.

펄스폭 변조된 3비트의 윗상 게이트신호(105)는 절연회로(102)에서 절연되어 인버터회로(103)의 윗상 그룹의 전력용 스위칭소자를 스위칭하고, 펄스폭 변조된 3비트의 아랫상 게이트신호(106)는 인버터회로(103)의 아랫상 그룹의 전력용 스위칭소자를 스위칭한다.

인버터회로(103)는 펄스폭 변조된 윗상, 아랫상 게이트신호(105, 106)에 의해 전술한 바와 같이, 각각 전력용 스위칭소자의 스위칭 시간이 제어되어 동기 리럭턴스 모터(104)의 구동을 제어하게 된다.

따라서, 2상 통전방식의 경우에 최종적으로 인버터회로(103)에 인가되는 윗상, 아랫상 게이트신호는 도 7 에 나타낸 바와 같다.

이때, 인버터회로(103)의 전력용 스위칭소자의 도통시간은 도 8에 나타내는 전류의 파형에 의해 결정되며 두 개의 스위칭소자가 통전된다.

또한, 아랫상 제어방식을 적용함에 따라 인버터회로(103)의 다이오드에 의해 동기 리럭턴스 모터(104)의 각 상(A, B, C)의 프리 휠링되는 전류는 (+)방향과 (-)방향이 서로 다르게 나타난다.

즉 동기 리럭턴스 모터(104)에 흐르는 전류는 도 8의 파형도에 나타내는 바와 같이 서로 다른 프리 휠링 구간(FW)을 가지므로 비 대칭성을 갖는다.

도 7은 도 5의 아랫상 펄스폭 변조만을 할 경우의 게이트신호를 보인 타이밍도를 나타내며, 도 8은 도 7의 아랫상 펄스폭 변조만을 할 경우의 전류 파형을 나타낸다.

도 8에서 전류가 (+)방향과 (-)방향에 비 대칭 현상이 발생하는 것은 도 9의 (a),(b)에서와 같이 프리 휠링 패치가 다르기 때문에 인가되는 전압이 다르기 때문이다.

즉 다시 말해서, 도 9의 (a)에서와 같이, 게이트신호가 각 상 B+, C-가 인가되는 순간으로 이 때는 +방향의 A상 전류가 프리 휠링하게 된다. 이 경우에는 아랫상이 펄스폭 변조되고 있으므로 펄스폭 변조가 온/오프됨에 따라 각각 패치(PT2), 패치(PT1)을 따라서 프리 휠링을 하며 인가되는 전압은 0, -Vdc가 각각 걸리게 된다.

반면에 도 9의 (b)와 같이 -방향의 전류가 프리 휠링할 경우에는 윗상 그룹의 전력용 스위칭소자(IGBT)가 항상 온(on) 상태이므로 프리 휠링 패치는 일정하며 인가 전압은 0이 된다.

따라서, 아랫상 펄스폭 변조만을 할 경우에는 전류의 비대칭성 문제와 +방향 전류의 급격한 감소로 인한 소음 문제가 발생하게 된다.

도 10은 또다른 방식으로서의 윗상 아랫상 펄스폭 변조로 할 경우의 게이트신호를 보인 타이밍도를 나타내며, 도 11은 도 10의 윗상, 아랫상 펄스폭 변조에 따른 전류의 파형도를 나타낸다.

윗상, 아랫상 펄스폭 변조를 사용할 경우에는 +, -방향 전류의 프리 휠링 패치가 펄스폭 변조 온, 오프에 따라 0, Vdc의 전압이 인가되게 된다. 그러나, 이 경우에는 양방향의 전류가 모두 급격하게 감소함에 따라 소음이 커지게 된다.

특히 동기 리럭턴스 모터와 같이 마그네트가 없이 리럭턴스 토크만을 사용하는 모터의 경우에는 저속 고토크의 부하에서 매우 큰 전류를 필요로 하며 상대적으로 전류의 급격한 감소에 의한 소음 문제는 심각해지게 된다.

전술한 종래 기술에 따른 동기 리럭턴스 모터의 구동장치는, 제조 비용이 고려되어 비교적 낮은 등급의 마이크로 프로세서가 채용되므로 부득이 아랫상 펄스폭 변조, 또는 윗상, 아랫상 펄스폭 변조 제어방식을 적용하여 동기 리럭턴스 모터의 구동을 제어하게 됨을 알 수 있다.

그러나, 이와 같은 동기 리럭턴스 모터의 구동장치는, 부하에 비 대칭성의 전류가 흘러 토크 리플(ripple) 등의 영향으로 소음이 크게 발생하며, 특히 동기 리럭턴스 모터 또는 스위치 리럭턴스 모터와 같이 마그네트가 사용되지 않고 리럭턴스 토크만을 사용하는 부하의 경우에는 저속 토크영역에서 비 대칭성의 전류로 인하여 발생되는 소음의 레벨이 더욱 상승되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 치유하면서도 비용 면에서는 저가의 구동장치를, 그리고 신뢰성 면에서는 보다 효율적이고 소음이 발생되지 않는 구동장치를 제공하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은 윗상, 아랫상 펄스폭 변조를 이용하여 +, -방향 전류의 대칭성을 유지하면서 소음을 줄이도록 하는 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 윗상, 아랫상을 펄스폭 변조하면서 전류의 급격한 변화를 줄이도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 저가의 마이크로 프로세서를 사용하는 경우, 2상 통전 방식으로 동기 리럭턴스 모터를 구동할 때, 저속 고토크 영역에서 급격하게 감소하는 전류를 안정화 시키도록 하는 것이며, 상기 안정화 방법으로서는 펄스폭 변조 구간을 나누어 듀티를 다르게 하는 것을 특징으로 한다.

도 1 내지 도 11은 종래의 기술에 따른 동기 리럭턴스 모터의 설명에 제공되는 구성을 보인도로서,

도 1은 상기 동기 리럭턴스 모터의 단면도이고,

도 2는 도 1의 동기 리럭턴스 모터의 구동을 위한 기본적인 인버터 구동회로를 나타낸 구성도이고,

도 3은 3상 통전 시의 전류의 파형을 나타낸 것이고,

도 4는 도 3과 같은 전류를 동기 리럭턴스 모터의 각 상에 흘려주기 위한 펄스폭 변조 파형도이고,

도 5는 2상 통전 방식으로 구동할 때의 상기 동기 리럭턴스 모터의 구동장치를 나타내는 블록도이고,

도 6은 도 5의 2상 통전 때의 전류 파형도로서,

(a)는 저속 때의 전류 파형도이고,

(b)는 고속 때의 전류 파형도이고,

도 7은 도 5의 아랫상 펄스폭 변조만을 할 경우의 게이트신호를 보인 타이밍도이고,

도 8은 도 7의 아랫상 펄스폭 변조만을 할 경우의 전류 파형도이고,

도 9a, 도 9b는 도 5에 따른 인버터회로에서의 프리휠링 패치 상태를 보인 설명도이고,

도 10은 또다른 방식으로서의 윗상 아랫상 펄스폭 변조로 할 경우의 게이트신호를 보인 타이밍도이고,

도 11은 도 10의 윗상, 아랫상 펄스폭 변조에 따른 전류의 파형도이고,

도 12는 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 소음 저감을 위한 펄스폭 변조 듀티의 변화를 나타내는 파형도로서,

도 12의 (a)는 동기 리럭턴스 모터에 제공되는 A상의 전류이고,

도 12의 (b)는 B상 윗상 게이트신호이고,

도 12의 (c)는 C상 아랫상 게이트 신호이고,

도 13은 도 12의 프리 휠링구간의 'H'부위에 따른 전류와 펄스폭 변조 듀티 상태를 확대하여 보인 도이고,

도 14는 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 신호 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 고정자 11 : 회전자

100 : 마이크로 프로세서 101 : 변조회로

102 : 절연회로 103 : 인버터회로

104 : 동기 리럭턴스 모터 105 : 윗상 게이트신호

106 : 아랫상 게이트신호

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 측면에 따른 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법은, 윗상 게이트신호와 아랫상 게이트신호를 펄스폭 변조하며 그 변조된 게이트신호를 가지고 인버터회로의 윗상, 아랫상 전력용 스위칭소자를 제어하여 부하를 구동하는 방법에 있어서:

(1) 상기 부하의 위치신호를 측정하여 현재 부하의 구동 로직상태를 판단하는 단계;

(2) 상기 판단한 현재 부하의 구동 로직상태에 대응하는 윗상, 아랫상 게이트신호를 결정하여 출력하면서 제1 소정의 시간 동안 증가된 제1 펄스폭 변조 듀티를 발생하는 단계;

(3) 상기 제1 소정의 시간 경과후 상기 증가된 제1 펄스폭 변조 듀티와 상반되는 제2 펄스폭 변조 듀티를 제2 소정시간 동안 발생하는 단계; 및

(4) 상기 제1 펄스폭 변조 듀티와 제 2펄스폭 변조 듀티를 가지고 상기 윗상, 아랫상 게이트신호를 펄스폭 변조하여 상기 인버터회로의 스위칭 시간을 달리주는 단계를 포함한다.

바람직하기로, 상기 제1 소정시간은 상기 프리 휠링구간인 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 제1 소정시간에 대한 상기 제1 펄스폭 변조 듀티는 오프(off)구간 ＜ 온(on)구간으로 규정한 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 제2 소정시간은 프리 휠링구간이 끝나는 시점에서부터 다음 전류(轉流) 구간의 전까지의 시간인 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 제2 소정시간에 대한 제2 펄스폭 변조 듀티는 속도제어의 결과로 계산된 것을 특징으로 한다.

이와 같이하면, 윗상, 아랫상 펄스폭 변조 제어 때에 펄스폭 변조 구간을 나누어 듀티를 다르게 인가함으로써, 리럭턴스형과 같이 전류의 크기가 큰 부하의 경우, 저속 토크영역에서의 전류의 감소가 급격히 발생되지 않음을 알 수 있다.

그 결과, 저가의 마이크로 프로세서를 사용하여 2상 통전 방식으로 리럭턴스형과 같은 부하를 구동할 때, 저속 토크영역에서 소음이 저감되는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 기타의 목적, 특징 및 이점은 예시할 목적으로 도시한 첨부 도면과 관련해서 본 발명에 의한 실시 예를 가지고 이하의 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 설명에 사용되는 각 도면에 있어서, 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

도 14는 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 신호 흐름도이다.

본 실시 예에 따른 소음 저감 방법은, 도면에 도시되지 않은 홀센서로부터의 동기 리럭턴스 모터(104)의 위치신호(Wr)를 인터럽트로 입력받아 현재의 구동 로직상태를 판정하는 단계(ST10)와, 상기 판정한 현재 동기 리럭턴스 모터(104)의 구동 로직상태에 대응하는 각각 3비트의 윗상, 아랫상 게이트신호를 마이크로 프로세서(100)의 자체 테이블에서 읽어들이는 단계(ST20)와, 상기 각 3비트의 윗상, 아랫상 게이트신호(105, 106)를 출력포트를 통해 절연회로(102) 및 인버터회로(103)에 출력하면서 소정시간(t1)을 리세트시키는 단계(ST30)와, 이후 소정시간(t1)을 카운트하는 단계(ST40)와, 상기 소정시간(t1)의 경과여부를 확인하여 소정시간(t1)이 경과하지 않았으면 증가된 펄스폭 변조 듀티를 소정시간(t1)동안 변조회로(101)에 출력하는 단계(ST50, ST60)와, 단계(ST50)에서 소정시간(t1)이 경과되었으면 펄스폭 변조 듀티를 원래의 듀티로 복원하여 소정시간(t2)동안 변조회로(101)에 출력하는 단계(ST70)와, 단계(ST60, ST70)에서 출력되는 각각의 펄스폭 변조 듀티에 따라 상기 각 3비트의 윗상, 아랫상 게이트신호를 펄스폭 변조하여 인버터회로(103)에 제공하는 단계(ST80)로 이루어진다.

상기에서, 소정시간(t1)은 프리 휠링구간이며, 이 구간에서 출력되는 증가된 펄스폭 변조 듀티는 오프(off)구간 보다 온(on)구간이 긴 것으로 하고 있다.

또한, 소정시간(t2)은 상기 프리 휠링구간이 끝나는 시점에서부터 다음 전류(Commutation) 구간의 전까지의 구간이고, 이때의 펄스폭 변조 듀티는 속도제어를 위해 내부에서 계산된 결과의 듀티 값이다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법을 도 5, 도 12 내지 도 14를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도면에 도시되지 않은 홀센서로부터 동기 리럭턴스 모터(104)의 회전자 위치신호(Wr)가 측정되면, 마이크로 프로세서(100)는 그 위치신호(Wr)를 인터럽트로 입력받아 현재 동기 리럭턴스 모터(104)의 구동 로직을 판정한다(단계; ST10).

이와 같이, 동기 리럭턴스 모터(104)의 현재 구동 로직이 판정되면 자체에 미리 정해진 테이블에 의해 3비트의 윗상, 아랫상 게이트신호(105, 106)를 결정하여(단계; ST20) 출력포트를 통해 출력하면서 소정시간(t1)을 리세트한다(단계; ST30).

리세트 이후, 소정시간(t1)을 카운트, 즉 도 12의 (a) 및 (c)와 같이, 프리 휠링구간을 카운트한다(단계; ST40) 소정시간(t1)이 경과되지 않았으면 도 12의 (c) 및 도 13과 같이, 그 소정시간(t1)동안, 즉 프리 휠링 구간 동안 온구간이 길고 오프구간이 짧은, 즉 증가된 펄스폭 변조(PWM) 듀티를 변조회로(101)에 출력한다(단계; ST60).

그리고, 프리 휠링 구간이 경과하면 내부에서 속도제어를 위해 구해진 듀티값으로 복원한다(단계; ST70).

이에 따라 변조회로(101)는 마이크로 프로세서(100)에서 제공되는 상기의 펄스폭 변조(PWM) 듀티에 따라 펄스폭 변조가 인가될 게이트를 설정하여 상기 윗상, 아랫상 게이트신호(105, 106)를 펄스폭 변조하게 된다.

이를 도 12 및 도 13을 통해 구체적으로 설명한다.

도 12는 동기 리럭턴스 모터의 소음 저감을 위한 펄스폭 변조 듀티의 변화를 보인 파형도를 나타낸다.

윗상, 아랫상을 펄스폭 변조 하면서 전류의 급격한 변화를 줄이기 위해서 도 12의 (c)와 같이 펄스폭 변조 듀티의 변화를 준다.

윗상, 아랫상을 펄스폭 변조하면 도 12의 (c) 및 도 13과 같이, 펄스폭 변조(PWM)가 오프(off)되는 시점에서 프리 휠링 패치에 Vdc가 역전압으로 걸리게 되며, 반대로 펄스폭 변조(PWM)가 온(on)되는 듀티를 프리 휠링 구간(t1) 동안 증가시켜주면 전체적으로 인버터회로(103)에 인가되는 역전압의 평균치는 감소하게 된다.

그 결과, 동기 리럭턴스 모터(104)의 각 상에 인가되는 전류의 감소가 느려지게 되며, 그로인한 소음 역시 줄어들게 된다.

프리 휠링 구간(t1)이 끝난 시점에서는 듀티의 가변이 의미가 없으므로 본래의 듀티로 돌아가게 된다.

여기서, t1 시간과 듀티의 증가되는 정도는 각 경우의 소음과 전류 파형에 맞게 설정되면 된다.

또한, 고속 저토크의 영역에서는 전류의 크기도 감소하며 자체 인덕턴스와 역기전력의 영향등으로 전류의 감소가 급격하지 않으므로, 듀티를 가변시키지 않아도 소음 문제는 심각하지 않다. 따라서, 시간적으로 프리 휠링 기간을 충분하게 갖을 수 있는 저속 고토크 영역에서만 펄스폭 변조 듀티의 가변을 해주면 소음이 줄어들게 된다.

한편, 비교 예로서, 종래의 기술, 즉 다시 말해서 각 상에 인가되는 펄스폭 변조를 같게 하여 동기 리럭턴스 모터를 제어하는 것과는 달리, 본 발명은 윗상, 아랫상 펄스폭 변조 제어 때에 펄스폭 변조 구간을 나누어 듀티를 달리 인가하여 줌을 알 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 프리 휠링 구간에서의 전류의 변화량이 줄어들어 동기 리럭턴스 모터를 구동할 때, 저속 고토크 영역에서 소음이 발생되지 않는 이점이 있다.

이 적용례에 의하면, 비용면에서는 저가의 구동장치를, 그리고 신뢰성 면에서는 보다 효율적이고, 소음이 없는 구동장치를 제공하는 것이 가능하다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명에 따른 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법에 따르면, 윗상, 아랫상 펄스폭 변조 제어 때에 펄스폭 변조 구간을 나누어 듀티를 달리 인가함으로써, 프리 휠링 때, 급격한 전류의 감소에 따라 발생되는 소음이 저감되는 효과가 있다.

또한, 저가의 마이크로 프로세서를 사용하는 경우 2상 통전 방식으로 동기 리럭턴스 모터를 구동할 때, 저속 고토크 영역에서 발생되는 소음이 저감되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 윗상 게이트신호와 아랫상 게이트신호를 펄스폭 변조하며 그 변조된 게이트신호를 가지고 인버터회로의 윗상, 아랫상 전력용 스위칭소자를 제어하여 부하를 구동하는 방법에 있어서:

   (1) 상기 부하의 위치신호를 측정하여 현재 부하의 구동 로직상태를 판단하는 단계;

   (2) 상기 판단한 현재 부하의 구동 로직상태에 대응하는 윗상, 아랫상 게이트신호를 결정하여 출력하면서 제1 소정의 시간 동안 증가된 제1 펄스폭 변조 듀티를 발생하는 단계;

   (3) 상기 제1 소정의 시간 경과후 상기 증가된 제1 펄스폭 변조 듀티와 속도제어를 위해 연산된 제2 펄스폭 변조 듀티를 제2 소정시간 동안 발생하는 단계; 및

   (4) 상기 제1 펄스폭 변조 듀티와 제 2펄스폭 변조 듀티를 가지고 상기 윗상, 아랫상 게이트신호를 펄스폭 변조하여 상기 인버터회로의 스위칭 시간을 달리하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 소정의 시간은 상기 프리 휠링구간인 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 소정의 시간에 대한 상기 제1 펄스폭 변조 듀티는 오프(off)구간 ＜ 온(on)구간으로 규정한 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 소정시간은 프리 휠링구간이 끝나는 시점에서부터 다음 전류(commutation) 구간의 전까지의 시간인 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 제2 소정시간에 대한 제2 펄스폭 변조 듀티는 속도제어를 위해 연산된 듀티를 갖는 구간으로 규정한 것을 특징으로 하는 동기 리럭턴스 모터의 소음저감 방법.