KR100294209B1 - 스위치드릴럭턴스모터의전류제어장치 - Google Patents

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Abstract

다상의 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적으로 스위칭하는 인버터부를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 전류 감지부가 인버터부에 전기적으로 접속되어 아마추어 코일에 인가되는 실제 인가 전류를 감지하면, 전류 제어부를 통해 전류 지령부의 전류 지령과 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 보상되도록 전류 제어 신호를 발생하고, 이를 입력받아 펄스폭 변조를 수행하여 인버터부에 제공함으로써 전류 오차를 최소화하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치에 따른 최적의 전류 제어가 가능함에 따라 모터의 회전 토크를 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 회전시 토오크 리플에 의해 발생하는 소음을 감소시킬 수 있고, 결과적으로 스위치드 릴럭턴스 모터의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, SRM) 전류 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전류 지령부에 의해 지령된 전류 제어 신호와 스위치드 릴럭턴스 모터에 실제로 제공되는 실제 인가 전류를 비교하여 전류 오차를 구한 후, 비교된 전류 오차에 대응하는 전류값을 보상하도록 함에 따라 지령 전류에 근접한 전류로 스위치드 릴럭턴스 모터를 동작시킴으로써 모터 회전시 토오크 리플에 의한 소음을 감소시키고, 또한 모터의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치에 관한 것이다.
통상, 스위치드 릴럭턴스 모터는 아마추어 코일을 권취하여 자기력을 발생하는 다상(polyphase)의 고정자(stater)와, 고정자에서 발생하는 자기력과 이(tooth)의 상대적인 위치에 따라 발생하는 자기 흡입력에 의해 회전하는 회전자(rotor)와, 위치 검출 센싱부와 센서판을 구비하여 회전자의 위치가 가변됨에 따라 소정 각도 분해능으로 위치 검출 펄스를 감지함으로써 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출부를 주요 구성 요소로 구비한 릴럭턴스 모터의 일종으로, 회전자에는 복수의 이(tooth)가 대칭적으로 형성되고, 다상의 고정자(stater )에는 대칭적으로 아마추어 코일(armature coil)이 각각 권취되어 있으며, 위치 검출 센싱부가 회전자의 위치를 검출하여 위치 검출 펄스를 출력함으로써 위치 검출 펄스에 동기시켜 다상의 아마추어 코일을 순차적으로 구동하는 것이 특징이다.
다상의 고정자에 권취된 아마추어 코일에 공급되는 전원을 스위칭 소자를 통해 단속하게 되는 데, 위치 검출부의 위치 검출 펄스에 동기시켜 스위칭 소자의 제어단에 입력 펄스 신호를 인가시킴에 따라 회전자와 고정자 간의 여자 상태를 순차적으로 가변시킴으로써 자기 흡입력에 의해 회전자에 입력 펄스 신호에 대응하는 정방향 회전 토오크(rotating torque)를 발생시킬 수 있고, 또한, 특정 여자 상태를 가변시키지 않을 시에는 일정 위치에서 회전자가 정지하도록 할 수 있으며, 최대 인덕턴스 형상을 기점으로 스위칭 소자에 인가되는 입력 펄스 신호의 위상을 제어함으로써 역회전력을 발생시킬 수도 있는 다양한 구동 제어가 가능함에 따라 세탁기 등과 같이 다양한 방향의 제어가 필요한 응용 분야에 유용하게 이용되고 있다.
이때, 각 상의 여자 상태를 순차적으로 가변시키기 위해서는 회전자의 위치를 감지해야 하는 것이 필수적이다.
스위치드 릴럭턴스 모터는 응용 분야가 광범위함에 힘입어 다수의 선출원 특허가 특허 공보를 통해 공지되어 있는 데, 본 발명과 관련된 대표적인 선출원예들로는, 1988년 5월에 공고된 미합중국 특허 제 4,748,387 호 "DC brushless motor driving method and apparatus for accurately controlling starting position of rotor", 1991년 2월에 공고된 미합중국 특허 제 4,990,843 호 "Reluctance Motor", 1992년 5월에 공고된 미합중국 특허 제 5,111,095 호 "Polyphase Switched Reluctance Motor", 1995년 10월에 공고된 미합중국 특허 제 5,461,295 호 "Noise Reduction in a Switched Reluctance Motor by Current Profile Manipulation", 1996년 7월에 공고된 미합중국 특허 제 5,539,293 호 "Rotor Position Encoder Having Features in Decodable Angular Position" 등을 그 예로 들 수 있다.
도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 내부 구조를 도시한 일례로, 3상 고정자를 구비한 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 예시도이다.
일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터(1)는 회전자(2)의 주위에 배치된 고정자(3)의 코어(Core)에 아마추어 코일(4)이 권취되어 있어, 아마추어 코일(4)을 통전시킬 때 자화되는 고정자(3)의 코어와 회전자(2)간에 작용하는 자기 흡인력에 의해 토크(Torque)가 발생되며, 이처럼 각 상(Phase)의 아마추어 코일(4)을 순차적으로 통전시킴으로써 회전자(2)를 원하는 방향으로 회전시킬 수 있는 구조를 갖는다.
또한, 일반적으로 스위치드 릴럭턴스 모터(1)의 내부에는 도 2에 도시된 바와 같이 다수 개의 슬리트(6)가 동심원주를 따라 천공된 센서판(7)이 회전자(2)에 결합되어 있고, 슬리트(6)에 대향되어 발광 소자와 수광 소자가 쌍을 이룬 광센서(미도시)가 설치되어 있어, 발광 소자에서 발사된 빛이 센서판(7)의 슬리트(6)를 투과하여 수광 소자로 입사됨에 따라 소정의 검출 펄스가 발생됨에 따라 이에 기초하여 회전자의 위치를 검출할 수 있도록 되어 있다.
이처럼 검출된 회전자(2)의 위치에 따라 후술한 인버터부에 공급되는 스위칭펄스를 조절함으로써 정방향 회전 토오크(forward rotating torque) 및 역방향 회전 토오크(reverse rotating torque)를 발생시킬 수 있고, 또한, 특정 여자 상태를 가변시키지 않을 시에는 일정 위치에서 회전자가 정지하도록 할 수 있다.
한편, 도 3에는 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, 통전 신호 파형은 도 1에 도시된 회전자(2)가 화살표 방향으로 회전되는 경우의 파형이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 회전자(2)가 고정자(3)의 각 코어 중 임의의 상을 갖는 코어에 접근할수록 인덕턴스(L) 형상은 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.
이러한 동작 특성에 힘입어 스위치드 릴럭턴스 모터는 내환경성이 우수하며, 정류한계가 없어서 고속으로 높은 토오크를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 직류 모터와는 달리 브러쉬가 없어서 보수가 용이한 편이다. 반면에 스위칭 펄스를 이용한 상전류 제어가 부정확하게 될 경우에는 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작 특성이 극단적으로 악화되는 동작 특성을 갖고 있다.
정확한 상전류 제어를 저해하는 대표적인 요인으로는 전류 지령부에 의해 지령된 전류 제어 신호와 스위치드 릴럭턴스 모터에 실제로 제공되는 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 허용치를 초과하고 이러한 전류 오차가 누적·전파됨으로써 스위치드 릴럭턴스 모터를 오동작시키거나 불규칙한 회전 토크를 발생시키는 것을 들 수 있다. 종래 기술에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치는 이와 같이 누적·전파되는 오차 전류를 효과적으로 제거하거나 보상하지 못함에 따라 회전 토오크를 저하시킴과 동시에 소음의 원인이 되며 결과적으로 스위치드 릴럭턴스 모터의 전체적인 효율을 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다상(polyphase)의 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치에 따라 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적으로 스위칭함으로써 회전 토크를 발생시키는 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 전류 지령부에 의해 지령된 전류 제어 신호와 스위치드 릴럭턴스 모터에 실제로 제공되는 실제 인가 전류를 비교하여 전류 오차를 구한 후, 비교된 전류 오차에 대응하는 전류값을 보상하도록 함에 따라 지령 전류에 근접한 전류로 스위치드 릴럭턴스 모터를 동작시킴으로써 모터 회전시 토오크 리플에 의해 발생하는 소음을 감소시키고, 또한 모터의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 내부 구조를 도시한 예시도,
도 2는 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자의 위치를 감지하기 위한 센서판의 구조를 나타낸 예시도,
도 3은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 인덕턴스에 대한 파형도,
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도,
도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세 회로도,
도 6은 본 발명에 적용 실시할 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터의 인버터부의 일 실시예를 도시한 회로도,
도 7은 회전자의 위치를 감지하기 위한 본 발명의 센서판에 대한 일 실시예를 나타낸 예시도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예의 주요 구성부에 대한 출력 파형을 도시한 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명
40 : 인버터부 100 : 위치 감지부
110 : 전류 지령부 120 : 디지털-아날로그 변환부
130 : 전류 감지부 140 : 전류 제어부
150 : 펄스폭 변조부
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치는, 다상의 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적으로 스위칭하는 인버터부를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 전류 감지부가 인버터부에 전기적으로 접속되어 아마추어 코일에 인가되는 실제 인가 전류를 감지하면, 전류 제어부를 통해 전류 지령부의 전류 지령과 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 보상되도록 전류 제어 신호를 발생하고, 이를 입력받아 펄스폭 변조를 수행하여 인버터부에 제공함으로써 전류 오차를 최소화하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.
이하, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도이며, 도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세 회로도를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치의 바람직한 실시예는 도 4에 도시한 바와 같이, 다상의 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적으로 스위칭하는 인버터부(90)를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서,
회전자가 회전함에 의해 가변되는, 다상의 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치를 소정 각도 분해능으로 감지하는 위치 감지부(100),
회전자의 위치에 대응하는 전류를 고정자에 권취된 아마추어 코일에 제공하기 위해 스위칭 펄스를 통해 전류 지령을 내리는 전류 지령부(110),
전류 지령부(110)로부터 출력된 스위칭 펄스를 입력받아 디지털-아날로그 변환(Digital to Analog Conversion, DAC)하여 직류 제어 전압을 발생하는 디지털-아날로그 변환부(120),
인버터부(90)에 전기적으로 접속되어 아마추어 코일에 인가되는 실제 인가 전류를 감지하는 전류 감지부(130),
디지털-아날로그 변환부(120)의 출력과 전류 감지부(130)의 출력을 입력받아 전류 지령부(110)의 전류 지령과 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 보상되도록 전류 제어 신호를 발생하는 전류 제어부(140) 및
전류 제어부(140)의 출력을 입력받아 펄스폭 변조를 수행하여 인버터부(90)에 제공함으로써 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동하는 펄스폭 변조부(150)를 포함하여 구성한다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치의 바람직한 실시예의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 스위치드 릴럭턴스 모터는 다상(polyphase)의 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치에 따라 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적으로 스위칭함으로써 원하는 방향에 대한 회전 토크를 발생시키는 구조를 갖는다.
이때, 인버터부(90)는 펄스폭 변조부(150)의 출력을 입력받은 구동 제어부(91)가 다상의 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적으로 스위칭함으로써 모터를 직접적으로 구동 제어하는 역할을 담당한다.
도 6은 본 발명에 적용 실시할 수 있는 스위치드 릴럭턴스 모터의 인버터부(90)의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
3상의 스위치드 릴럭턴스 모터의 인버터부(90)는 도 6에 도시한 바와 같이, 입력 펄스 신호에 의해 스위칭 소자가 턴온되어 제 1 상(first phase)의 자속이 발생하는 자기력을 회전자에 제공하는 제 1 구동부(A)와, 입력 펄스 신호에 의해 스위칭 소자가 턴온되어 제 2 상(second phase)의 자속이 발생하는 자기력을 회전자에 제공하는 제 2 구동부(B)와, 입력 펄스 신호에 의해 스위칭 소자가 턴온되어 제 3 상(third phase)의 자속이 발생하는 자기력을 회전자에 제공하는 제 3 구동부(C)로 구성된다.
여기서, 제 1 구동부(A)는 제 1 상(first phase)의 자속을 발생시키는 제 1 아마추어 코일(L1)과, 제 1 아마추어 코일(L1)의 일측에 접속되어 제어 단자를 통해 입력되는 입력 펄스 신호에 따라 공급 전원을 단속하는 제 1 트랜지스터(Q1)와 제 1 트랜지스터(Q1)의 온/오프시에 제 1 아마추어 코일(L1)에서 발생하는 역기전력으로부터 제 1 트랜지스터(Q1)를 보호하는 제 1 보호용 다이오드(d1)를 구비한 제 1 스위칭부(S1)와, 제 1 아마추어 코일(L1)의 타측에 접속되어 제어 단자를 통해 입력되는 입력 펄스 신호에 따라 공급 전원을 단속하는 제 2 트랜지스터(Q2)와 제 2 트랜지스터(Q2)의 온/오프시에 제 1 아마추어 코일(L1)에서 발생하는 역기전력으로부터 제 2 트랜지스터(Q2)를 보호하는 제 2 보호용 다이오드(d2)를 구비한 제 2 스위칭부(S1)와, 제 1 아마추어 코일(L1)의 양단에 각각 접속되어 전류를 궤환하는 제 1 전류 궤환용 다이오드(D1) 및 제 2 전류 궤환용 다이오드(D2)로 구성되며, 제 2 상 구동부(B) 및 제 3 상 구동부(C)는 제 1 상 구동부(A)와 동일한 구성을 갖는다.
정회전 방향을 따라 각각 상(phase)에 있어 인덕턴스 형상의 최대 상한선 내에서 제 1 상 구동부(A), 제 2 상 구동부(B) 및 제 3 상 구동부(C)를 순차적으로 동작시키기 위해서는 회전자의 위치를 감지해야 하는 것이 필수적이며, 인버터부(90)는 다상의 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치 정보에 근거하여 제 1 상 구동부(A), 제 2 상 구동부(B) 및 제 3 상 구동부(C)를 전압 상태를 스위칭함으로써 결과적으로 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적시킴에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자를 원하는 방향으로 회전시킨다.
한편, 본 발명의 위치 감지부(100)는 회전자의 회전축에 센서판이 결합되어 회전함에 따라 동심 슬리트군의 각각의 슬리트를 광학적으로 관통하는 빛에 의해 이산적으로 발생하는 위치 검출 펄스를 감지함으로써 슬리트의 배치에 의해 결정되는 소정 각도 분해능으로 다상의 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치를 감지한다.
도 7은 회전자의 위치를 감지하기 위한 본 발명의 센서판에 대한 일 실시예를 나타낸 예시도로, 이를 통해 본 발명의 위치 감지부(100)를 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 7에 도시된 바와 같이, 센서판(10)에는 회전자의 회전축(11)을 중심으로 제 1 반경을 갖는 동심원주를 따라 소정 각도 분해능을 갖도록 천공된 복수의 슬리트들로 구성된 제 1 동심 슬리트군(12)과, 회전자의 회전축(11)을 중심으로 제 1 반경보다 상대적으로 작은 제 2 반경을 갖는 동심원주를 따라 소정 각도 분해능을 갖도록 천공된 복수의 슬리트들로 구성된 제 2 동심 슬리트군(13)이 형성되어 있는 데, 통상, 제 1 동심 슬리트군(12)과 제 2 동심 슬리트군(13)을 구성하는 각각의 슬리트들은 서로 어긋난 위치에 형성되는 것이 일반적이며, 이 센서판(10)은 회전자의 회전측(11)의 선단에 취부되어 있음에 따라 모터의 회전자가 회전할 시에 함께 회전할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 복수의 슬리트군을 이용하는 이유는 회전자의 위치를 감지하기 위한 각도 분해능을 높이기 위함이다.
위치 감지부(100)는 전술한 바와 같은 센서판(10)과 이 센서판(10)에 형성된 슬리트를 광학적으로 관통하는 빛에 의해 이산(discrete)적으로 발생되는 위치 검출 펄스를 통해 회전자의 위치를 감지한다.
스위치드 릴럭턴스 모터(1)는 위치 검출 펄스를 검출하기 위해 그 내부에 슬리트(6)에 대향되어 발광 소자와 수광 소자가 쌍을 이룬 광센서(미도시)가 설치되어 있어, 센서판(10)이 회전자와 함께 회전함에 따라 발광 소자에서 발사된 빛은 센서판(10)의 슬리트(slit)들을 관통하여 수광 소자에 이산적으로 입사되고 이때, 수광 소자는 소정의 위치 검출 펄스를 발생시켜 출력함에 따라 위치 감지부(100)는 출력되는 위치 검출 펄스를 입력받아 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치를 추정한다.
이때, 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터는 단일 광센서만을 이용하여 회전자의 위치를 감지할 경우, 다상 제어에 필요한 회전자의 위치 정보를 충분히 파악할 수 없음에 기인하여 통상, 스위치드 릴럭턴스 모터는 복수의 광센서를 사용하는 것이 일반적이다.
이후, 전류 지령부(110)는 회전자의 위치에 대응하는 전류를 고정자에 권취된 아마추어 코일(1)에 제공하기 위해 도 8의 (a)와 같은 스위칭 펄스를 통해 전류 지령을 내린다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예의 주요 구성부에 대한 출력 파형을 도시한 파형도이다.
회전자의 위치에 대응하여 전류 지령을 생성하는 기술은 이와 관련된 다수의 선출원 특허들에 상세하게 공고되어 있음에 따라 본원에서는 이를 당분야의 통상의 기술로 간주하기로 하며, 더 이상의 상세한 설명은 1995년 10월에 공고된 미합중국 특허 제 5,461,295 호 "Noise Reduction in a Switched Reluctance Motor by Current Profile Manipulation"을 참조하기로 한다.
한편, 전류 지령부(110)로부터 전류 지령이 스위칭 펄스 형태로 출력됨에 따라 디지털-아날로그 변환부(120)는 전류 지령부(110)의 출력을 입력받아 디지털-아날로그 변환(Digital to Analog Conversion, DAC)하여 직류 제어 전압을 발생한다.
본 발명의 디지털-아날로그 변환부(120)는 도 5에 도시한 바와 같이, 전류 지령부(110)의 출력을 저주파 필터링하여 디지털-아날로그 변환하는 제 1 저주파 필터링부(121) 및 제 1 저주파 필터링부(121)의 출력을 저주파 필터링하여 평활화하는 제 2 저주파 필터링부(122)로 구성된다.
여기서, 제 1 저주파 필터링부(121)는 반전 입력단이 제 1 저항(R1)을 통해 전류 지령부(110)의 출력을 입력받고 비반전 입력단이 접지된 제 1 연산 증폭기(OP1)와, 일측이 제 1 저항(R2)과 제 1 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력단 간의 접점에 접속되고 타측이 제 1 연산 증폭기(OP1)의 출력단에 접속된 제 2 저항(R2)과, 제 2 저항에 병렬로 접속된 제 1 콘덴서(C1)로 구성되며, 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2) 및 제 1 콘덴서(C1)에 의해 결정되는 시정수에 따라 전류 지령부(110)의 출력을 디지털-아날로그 변환한다.
제 1 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력단을 통해 전류 지령부(110)의 출력을 입력받음에 따라 도 8의 (b)와 같이 반전된 형태의 출력 파형이 관측되며, 일반적인 시스템의 특성상, 이상적인 평활화가 수행될 수 없음에 따라 소정의 리플이 관측된다.
그리고, 제 2 저주파 필터링부(122)는 반전 입력단이 제 3 저항(R3)을 통해 제 1 저주파 필터링부(121)의 출력을 입력받고 비반전 입력단이 접지된 제 2 연산 증폭기(OP2)와, 일측이 제 3 저항(R3)과 제 2 연산 증폭기(OP2)의 반전 입력단 간의 접점에 접속되고 타측이 제 2 연산 증폭기(OP2)의 출력단에 접속된 제 4 저항(R4)과, 제 2 저항의 양측에 병렬로 접속된 제 2 콘덴서(C2)로 구성되며, 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2) 및 제 2 콘덴서(C2)에 의해 결정되는 시정수에 따라 제 1 저주파 필터링부(121)의 출력을 평활화한다.
제 2 연산 증폭기(OP2)의 반전 입력단을 통해 제 1 저주파 필터링부(121)의 출력을 입력받음에 따라 전류 지령부(110)의 출력을 기준으로 할 때, 도 8의 (c)와 같이, 리플이 거의 제거된 비반전된 형태의 출력 파형을 관측할 수 있다.
이하, 본 발명의 전류 감지부(130)의 구성을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전류 감지부(130)는 인버터부(90)의 전기적으로 접속되어 아마추어 코일에 인가되는 실제 인가 전류를 감지하는 데, 일측을 접지시키고 타측을 정방향의 자속을 발생시키는 폐회로 상에 직렬로 접속한 제 1 전류 분기 저항(Rd1)과, 일측을 접지시키고 타측을 역기전력을 궤환시키는 폐회로 상에 직렬로 접속한 제 2 전류 분기 저항(Rd2)을 구비한 전류 분기 저항부(131) 및
반전 입력단이 제 5 저항(R5)을 통해 제 1 전류 분기 저항(Rd1)의 타측의 출력을 입력받고 비반전 입력단이 제 6 저항(R6)을 통해 제 2 전류 분기 저항(Rd2)의 타측의 출력을 입력받으며 출력을 제 9 저항(R9)을 통해 출력하는 제 3 연산 증폭기(OP3)와, 일측이 제 5 저항(R5)과 제 3 연산 증폭기(OP3)의 반전 입력단의 접점에 접속되고 타측이 제 3 연산 증폭기(OP3)의 출력단에 접속된 제 7 저항(R7)과, 제 7 저항의 양측에 병렬로 접속된 제 3 콘덴서(C3)와, 제 6 저항(R6)과 제 3 연산 증폭기(OP3)의 비반전 입력단의 접점에 일측이 접속되고 타측이 접지된 제 4 콘덴서(C4)와, 제 6 저항(R6)과 제 3 연산 증폭기(OP3)의 비반전 입력단의 접점에 일측이 접속되고 타측이 접지된 제 8 저항(R8)과, 일측이 음전원(-VCC)에 직렬로 접속되고 타측이 제 9 저항(R9)에 접속된 제 10 저항(R10)으로 구성되어 출력을 제 9 저항(R9)과 제 10 저항(R10)의 접점을 통해 출력하는 차동 증폭부(132)로 구성된다.
이와 같은 구성을 통해 제 1 전류 분기 저항(Rd1)으로부터 분기되는 전류에 상응하는 전압과 제 2 전류 분기 저항(Rd2)으로부터 분기되는 전류에 상응하는 전압간의 차동 전압을 증폭함으로써 아마추어 코일에 흐르는 실제 인가 전류에 대한 정보를 전압의 형태로 감지한다.
한편, 전류 제어부(140)는 디지털-아날로그 변환부(120)의 출력과 전류 감지부(130)의 출력을 입력받아 전류 지령부(110)의 전류 지령과 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 보상되도록 도 8의 (d)와 같은 전류 제어 신호를 발생한다.
전류 제어부의 회로적인 구성을 살펴 보면, 도 5에 도시한 바와 같이, 반전 입력단이 제 11 저항을 통해 제 2 저주파 필터부(122)의 출력을 입력받고 차동 증폭부(132)의 출력을 입력받으며, 비반전 입력단이 접지된 제 4 연산 증폭기(OP4)와, 제 4 연산 증폭기(OP4)의 입출력 양단에 병렬로 접속된 제 12 저항(R12)과 제 4 콘덴서(C4) 및 제 5 콘덴서(C5)로 구성되어 전류 지령부(110)의 전류 지령과 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 보상되도록 전류 제어 신호를 발생한다.
그리고, 펄스폭 변조부(150)는 전류 제어 신호를 펄스폭 변조하기 위해 삼각파를 발생시키는 삼각파 발생부(151) 및 삼각파 발생부(151)의 출력을 비반전 단자를 통해 입력받고 전류 제어부(140)의 출력을 반전단자로 입력받아 전류 제어부(140)의 출력과 삼각파 발생부(151)의 출력을 비교하여 각각의 비교 결과에 따라 서로 다른 듀티비를 갖는 비교 출력을 발생시키는 전압 비교부(152)로 구성되며, 결과적으로는 전류 제어부(140)의 출력과 삼각파 발생부(151)의 출력에 대한 펄스폭 변조를 수행하여 인버터부(90)에 제공함으로써 스위치드 릴럭턴스 모터를 효과적으로 구동한다.
여기서, 삼각파 발생부(151)는 제 5 연산 증폭기(OP5) 및 제 6 연산 증폭기(OP6)를 이용하여 상호 출력을 저항 소자와 용량성 리액턴스 소자를 통해 궤환시킴으로써 도 8의 (e)와 같은 형식으로 원하는 주기의 삼각파를 발생시키며, 전압 비교기(152)는 비교기(OP)를 통해 비반전 단자의 출력이 크면 하이 상태의 출력을 발생시키고, 그렇지 않으면, 로우 상태의 출력을 발생시킴으로써 도 8의 (f)와 같은 펄스폭 변조 신호를 발생한다.
이와 같은 동작 제어를 통해 도 8의 (g)에 도시한 파형도에서 살펴 볼 수 있듯이, 파형 ω가 전류 지령부(110)에서 하달한 전류 지령에 의해 아마추어 코일에 인가된 이상적인 전류 파형일 경우, 점선으로 나타낸 파형 ω1과 같이 전류 지령부(110)에서 하달한 전류 지령보다 높거나 파형 ω2와 같이 전류 지령부(110)에서 하달한 전류 지령보다 낮은 실제 인가 전류를 실선으로 나타낸 파형 ω로 접근해가도록 실제 인가 전류를 보상할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본원의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본원에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시예와 다른 변형을 가할 수 있으므로, 상술한 설명에서 사상을 인용한 실시예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 다상의 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적으로 스위칭하는 인버터부를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 전류 감지부가 인버터부에 전기적으로 접속되어 아마추어 코일에 인가되는 실제 인가 전류를 감지하면, 전류 제어부를 통해 전류 지령부의 전류 지령과 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 보상되도록 전류 제어 신호를 발생하고, 이를 입력받아 펄스폭 변조를 수행하여 인버터부에 제공함으로써 전류 오차를 최소화하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 동작 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치에 따르면, 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치에 따른 최적의 전류 제어가 가능함에 따라 모터의 회전 토크를 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 회전시 토오크 리플에 의해 발생하는 소음을 감소시킬 수 있고, 결과적으로 스위치드 릴럭턴스 모터의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 다상의 고정자의 각 상을 대상으로 여자 상태를 가변적으로 스위칭하는 인버터부를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터에 있어서, 상기 회전자가 회전함에 의해 가변되는, 다상의 고정자에 대한 회전자의 상대적인 위치를 소정 각도 분해능으로 감지하는 위치 감지부, 회전자의 위치에 대응하는 전류를 고정자에 권취된 아마추어 코일에 제공하기 위해 스위칭 펄스를 통해 전류 지령을 내리는 전류 지령부, 인버터부에 전기적으로 접속되어 아마추어 코일에 인가되는 실제 인가 전류를 감지하는 전류 감지부, 상기 전류 지령부의 전류 지령과 상기 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 보상되도록 전류 제어 신호를 발생하는 전류 제어부 및 상기 전류 제어부의 출력을 입력받아 펄스폭 변조를 수행하여 상기 인버터부에 제공함으로써 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동하는 펄스폭 변조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 지령부로부터 출력된 상기 스위칭 펄스를 입력받아 디지털-아날로그 변환(Digital to Analog Conversion, DAC)하여 직류 제어 전압을 발생하는 디지털-아날로그 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 디지털-아날로그 변환부는, 상기 전류 지령부의 출력을 저주파 필터링하여 디지털-아날로그 변환하는 제 1 저주파 필터링부 및 상기 제 1 저주파 필터링부의 출력을 저주파 필터링하여 평활화하는 제 2 저주파 필터링부로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 감지부는, 일측을 접지시키고 타측을 정방향의 자속을 발생시키는 폐회로 상에 직렬로 접속한 제 1 전류 분기 저항과, 일측을 접지시키고 타측을 역기전력을 궤환시키는 폐회로 상에 직렬로 접속한 제 2 전류 분기 저항을 구비한 전류 분기 저항부 및 상기 제 1 전류 분기 저항과 상기 제 2 전류 분기 저항의 출력을 입력받아 차동 증폭하여 출력하는 차동 증폭부로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 제어부는, 반전 입력단이 상기 디지털-아날로그 변환부의 출력과 상기 디지털-아날로그 변환부의 출력을 입력받고 비반전 입력단이 접지된 연산 증폭기 및 상기 연산 증폭기의 입출력 양단에 병렬로 접속된 제 1 저항과 제 1 콘덴서 및 제 2 콘덴서로 구성되어, 상기 전류 지령부의 전류 지령과 상기 실제 인가 전류 간의 전류 오차가 보상되도록 전류 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조부는, 상기 전류 제어 신호를 펄스폭 변조하기 위해 삼각파를 발생시키는 삼각파 발생부 및 상기 삼각파 발생부의 출력을 비반전 입력단을 통해 입력받고 상기 전류 제어부의 출력을 반전 입력단을 통해 입력받아 상기 전류 제어부의 출력과 상기 삼각파 발생부의 출력을 비교하여 각각의 비교 결과에 따라 서로 다른 듀티비를 갖는 비교 출력을 발생시켜 상기 인버터부에 제공하는 전압 비교부로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 전류 제어 장치.
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