KR100296308B1

KR100296308B1 - 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치 및 방법

Info

Publication number: KR100296308B1
Application number: KR1019990020663A
Authority: KR
Inventors: 정윤철
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2001-07-12
Also published as: ITMI20000115A0; KR20010001442A; DE10006607A1; DE10006607B4; CN1318897A; CN1199343C; JP2001008479A; ITMI20000115A1; IT1316308B1; US6411060B1

Abstract

본 발명은 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치 및 방법에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서는 회전자의 각 상의 위치를 검출하기 위해 각 상마다 고가의 위치검출을 위한 센서가 N개의 상마다 필요하게 됨으로써, 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 입력되는 교류전원을 공통 인덕터와 커패시터를 통해 노이즈를 제거한 후, 브리지 다이오드와 정류 커패시터를 통해 직류로 만들어 다시 평활하는 정류평활부와; 전원의 오프 시 상기 정류평활부의 정류 커패시터의 잔류 전압을 방전하도록 하는 저항과; 병렬로 3상의 수 만큼 각각 연결되는 3개의 모터권선과; 상기 모터권선에 상,하로 직렬 연결된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자의 상부 스위치의 이미터와 하부 스위치의 콜렉터 사이에 위치하는 제1 다이오드와, 상부 스위치의 콜렉터와 하부 스위치의 이미터 사이에 위치하는 제2 다이오드와, 상부 스위치를 하부 스위치에 동기하여 스위칭하는 인버터와; 하나 또는 복수개의 위치검출 센서를 이용하여 회전자의 위치를 검출한 후, 그에 따른 회전자위치신호를 출력하는 모터위치 센서부와; 상기 모터위치 센서부에서 출력되는 회전자위치신호를 입력받아 회전자를 원하는 위치로 이동하도록 제어하기 위해 버퍼를 통해 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 마이컴으로 구성한 장치와 이의 구동을 제어하는 방법을 제공함으로써, 모터의 정회전을 가능하게 하여 비용의 절감 및 장치의 구성이 간결해지는 효과가 있다.

Description

스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SENSING ROTOR LOACATION OF SWITCHED RELUCTANCE MOTOR}

본 발명은 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 N상의 스위치드 리럭턴스 모터(이하 '에스알엠'이라 약칭함)에 있어서, 회전자의 위치를 검출하기 위해 N개의 상 각각에 설치하던 센서의 개수를 줄여 모터를 구동하도록 함으로써, 비용이 절감되도록 하는 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이 에스알엠(SRM)의 권선은 3상인 La, Lb, Lc로 구성되어 있고, 상기 에스알엠의 권선에 순차적으로 전압을 인가하여 순차 권선순으로 회전자가 회전을 하게 된다. 이 과정에서 회전자의 위치를 검출하게 되는데, 먼저 고정자(STATOR) 권선 A상에 전기가 유기될 수 있도록 회전자의 위치를 검출한 후, 포토(PHOTO) 센서(Sa)에서 신호를 출력하여 La상에 전기가 유기될 수 있도록 A상의 트랜지스터(Q1)가 턴-온됨으로써, 이에 따라 회전자가 회전을 하게 되며, 그 다음 순간에 B상의 포토센서(Sb)에서 신호가 발생되어 Lb상에 전기가 유도될 수 있도록 B상의 트랜지스터(Q2)가 턴-온됨으로써, 상기 회전자는 회전을 하게 되며, 그 다음은 C상의 포토센서(Sc)에서 신호가 발생되어 Lc상에 전기가 유도될 수 있도록 C상의 트랜지스터(Q3)가 턴-온되어 상기 회전자의 회전을 가속시키게 되고, 이와 같은 동작을 반복하게 됨으로써 에스알엠은 회전을 하게 된다.

상기 포토센서(Sa,Sb,Sc)에는 각 상에 맞는 위치를 검출하기 위한 센서 디스크(슬롯이 있는)를 삽입하여 에스알엠을 회전시킬 수 있는 신호를 발생하게 하면 이 신호에 따라 하부의 트랜지스터(Q1∼Q3)를 턴-온시킴으로써, 동시에 상부의 트랜지스터(Q4∼Q9)를 턴-온할 수 있도록 저항(R21∼R23)을 각각 상기 하부 트랜지스터(Q1∼Q3)의 콜렉터와 상부의 트랜지스터 (Q4∼Q9)의 베이스에 연결하여 동시에 턴-온되도록 한다. 이로 인해 상기 상부의 트랜지스터(Q4∼Q9)를 따로 턴-온시키는 구동회로가 필요없이 권선에 전기를 유기시킬 수가 있게 되며, 상기 트랜지스터를 턴-오프할 때 고정자에 유기된 자속을 제거하기 위해 접지와 상기 상부 트랜지스터(Q4∼Q9)의 콜렉터 사이에 다이오드(D2,D4,D6)를, 하부의 트랜지스터(Q1∼Q3)와 상부 트랜지스터(Q4∼Q9)의 이미터 사이에 다이오드(D3,D5,D7)를 설치하여 권선에 유기된 자속의 축적없이 제거함으로써, 모터의 회전을 원할하게 한다.

또한, 상기 모터는 모터의 가변속을 위해 마이컴(10)의 포트1에서 SMPS(20)로 제어신호를 인가하여 15V∼40V까지 변화시킬 수 있고, 이 가변전압에 따라 모터의 알피엠(RPM)을 가변하게 하는 특성을 갖는다.

상기에서와 같이 종래의 기술에 있어서는 회전자의 각 상의 위치를 검출하기 위해 각 상마다 고가의 위치검출을 위한 센서가 N개의 상마다 필요하게 됨으로써, 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 회전자의 위치를 검출하기 위해 N개의 상 각각에 설치하던 센서의 개수를 줄여 모터를 구동하도록 하는 장치와 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치의 구성을 보인 회로도.

도 2는 본 발명 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치의 구성을 보인 예시도.

도 3은 도 2의 동작 제어를 보인 흐름도.

도 4는 본 발명 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치의 구성을 보인 또 다른 예시도.

도 5는 도 4의 동작 제어를 보인 흐름도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

30 : 정류평활부 40 : 인버터

50 : 모터위치 센서부 60 : 마이컴

70 : 버퍼 Sc : 포토 센서

D1: 브리지 다이오드 Q1,Q2 : 스위칭 소자

C3 : 정류 커패시터

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치의 구성은, 입력되는 교류전원을 공통 인덕터와 커패시터를 통해 노이즈를 제거한 후, 브리지 다이오드와 정류 커패시터를 통해 직류로 만들어 다시 평활하는 정류평활부와; 전원의 오프 시 상기 정류평활부의 정류 커패시터의 잔류 전압을 방전하도록 하는 저항과; 병렬로 3상의 수 만큼 각각 연결되는 3개의 모터권선과; 상기 모터권선에 상,하로 직렬 연결된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자의 상부 스위치의 이미터와 하부 스위치의 콜렉터 사이에 위치하는 제1 다이오드와, 상부 스위치의 콜렉터와 하부 스위치의 이미터 사이에 위치하는 제2 다이오드와, 상부 스위치를 하부 스위치에 동기하여 스위칭하는 인버터와; 하나의 위치검출 센서를 이용하여 회전자의 위치를 검출한 후, 그에 따른 회전자위치신호를 출력하는 모터위치 센서부와; 상기 모터위치 센서부에서 출력되는 회전자위치신호를 입력받아 회전자를 원하는 위치로 이동하도록 제어하기 위해 버퍼를 통해 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 마이컴으로 구성한 것을 특징으로 한다.

그리고, 방법에 있어서는 플래그를 '0'으로 설정한 후, 일정시간 간격으로 고정자의 A상과 B상을 설정된 횟수만큼 온하여 A상과 B상 사이에 회전자의 상이 위치하지 않도록 하는 단계와; 상기 단계의 수행이 끝나면 A상에 일정시간 펄스폭변조 신호를 순차적으로 '로우(LOW)' 및 '하이(HIGH)' 레벨로 출력하여 정렬을 시키도록 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력되는 교류전원을 공통 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 통해 노이즈를 제거한 후, 브리지 다이오드(D1)와 정류 커패시터(C3)를 통해 직류로 만들어 다시 평활하는 정류평활부(30)와; 전원의 오프 시 상기 정류평활부의 정류 커패시터의 잔류 전압을 방전하도록 하는 저항(R2)과; 병렬로 3상의 수 만큼 각각 연결되는 3개의 모터권선과; 상기 모터권선에 상,하로 직렬 연결된 스위칭 소자(Q1,Q2)와; 상기 스위칭 소자(Q1,Q2)의 상부 스위치의 이미터와 하부 스위치의 콜렉터 사이에 위치하는 제1 다이오드(D3)와, 상부 스위치의 콜렉터와 하부 스위치의 이미터 사이에 위치하는 제2 다이오드(D2)와, 상부 스위치를 하부 스위치에 동기하여 스위칭하는 인버터(40)와; 하나의 위치검출 센서(Sc)를 이용하여 회전자의 위치를 검출한 후, 그에 따른 회전자위치신호를 출력하는 모터위치 센서부(50)와; 상기 모터위치 센서부(50)에서 출력되는 회전자위치신호를 입력받아 회전자를 원하는 위치로 이동하도록 제어하기 위해 버퍼(70)를 통해 상기 스위칭 소자(Q1,Q2)의 온/오프를 제어하는 마이컴(60)으로 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명에 따른 일실시예의 동작 과정을 첨부한 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이 에스알엠(SRM)에 직류전원을 공급하기 위하여 마이컴(60)에서는 고정자의 각 상에 맞는 신호를 포트1,2,3을 통해 출력하게 되고, 이마이컴(60)을 보호하기 위해 인버터(40)와 마이컴(60) 사이에 버퍼(70)를 두며, 상기 신호는 인버터(40)의 스위칭 소자(Q2)의 하부 트랜지스터에 각각 입력된다.

즉, A상을 온시켜야 하는 경우 마이컴(60)에서는 포트1에서 신호를 발생하고, 이에 따라 스위칭 소자(Q2)의 하부 트랜지스터는 온되어 다음 순간에 스위칭 소자(Q1)의 상부 트랜지스터(Q1) 베이스가 온될 수 있는 문턱전압이 되면 상기 상부 트랜지스터는 온되어 모터의 권선(La)에 전류를 인가함으로써, 고정자의 A상은 자속을 발생하게 되며, 이로 인해 회전자는 움직이게 되고, 이후 연속적인 회전을 위하여 다음 상에 전류를 흘려주기 위해 상기 권선(La)에 인가한 전류를 차단한 후, A상에 유기된 자속을 다이오드(D2)(D3)를 통해 제거한다.

이와 같은 동작을 B상과 C상에서도 동일하게 하며, 이것을 순차적으로 반복하여 에스알엠을 동작하게 한다.

그러나, 회전자의 상이 고정자의 A상과 B상의 중간에 위치하여 제대로 정렬이 않되는 경우가 있어 이를 가만하여 제어를 하여야 하는데, 도 3은 도 2의 동작 제어를 보인 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 마이컴(60)의 레지스터에 플래그를 '0'으로 설정한 후, 일정시간 간격으로 고정자의 A상과 B상을 설정된 횟수만큼 온하여 A상과 B상 사이에 회전자의 상이 위치하지 않도록 하고, 상기 동작의 수행이 끝나면 A상에 펄스폭변조(PWM) 신호를 일정시간 동안 순차적으로 '로우(LOW)' 및 '하이(HIGH)' 레벨로 출력하여 정렬을 시키도록 한다.

또한, 도 4는 본 발명 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치의 구성을 보인 또 다른 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 도 2의 구성에 하나의 위치검출 센서(Sb)를 더 추가하여 현재 회전자의 위치를 검출하도록 하여 정렬이 좀더 빠르게 할 수 있는데, 이의 동작은 도 5에 도시한 바와 같이 고정자의 A상에 회전자 상이 위치하는 가를 판단하여 위치하면 회전자에 펄스폭변조 신호를 출력하여 A상에 정렬을 하도록 하며, 또는 회전자 상이 B상에 위치하거나 C상에 위치하면 상기와 같이 회전자에 펄스폭변조 신호를 출력하여 B상 또는 C상에 정렬하도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치 및 방법은 회전자의 위치를 검출하는 센서를 하나 또는 두 개만을 사용하여 모터의 정회전을 가능하게 함으로써, 비용의 절감 및 장치의 구성이 간결해지는 효과가 있다.

Claims

입력되는 교류전원을 공통 인덕터와 커패시터를 통해 노이즈를 제거한 후, 브리지 다이오드와 정류 커패시터를 통해 직류로 만들어 다시 평활하는 정류평활부와; 전원의 오프 시 상기 정류평활부의 정류 커패시터의 잔류 전압을 방전하도록 하는 저항과; 병렬로 3상의 수 만큼 각각 연결되는 3개의 모터권선과; 상기 모터권선에 상,하로 직렬 연결된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자의 상부 스위치의 이미터와 하부 스위치의 콜렉터 사이에 위치하는 제1 다이오드와, 상부 스위치의 콜렉터와 하부 스위치의 이미터 사이에 위치하는 제2 다이오드와, 상부 스위치를 하부 스위치에 동기하여 스위칭하는 인버터와; 하나의 위치검출 센서를 이용하여 회전자의 위치를 검출한 후, 그에 따른 회전자위치신호를 출력하는 모터위치 센서부와; 상기 모터위치 센서부에서 출력되는 회전자위치신호를 입력받아 회전자를 원하는 위치로 이동하도록 제어하기 위해 버퍼를 통해 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 마이컴으로 구성한 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치.
플래그를 '0'으로 설정한 후, 일정시간 간격으로 고정자의 A상과 B상을 설정된 횟수만큼 온하여 A상과 B상 사이에 회전자의 상이 위치하지 않도록 하는 단계와; 상기 단계의 수행이 끝나면 A상에 일정시간 펄스폭변조 신호를 순차적으로 '로우(LOW)' 및 '하이(HIGH)' 레벨로 출력하여 정렬을 시키도록 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출방법.
입력되는 교류전원을 공통 인덕터와 커패시터를 통해 노이즈를 제거한 후, 브리지 다이오드와 정류 커패시터를 통해 직류로 만들어 다시 평활하는 정류평활부와; 전원의 오프 시 상기 정류평활부의 정류 커패시터의 잔류 전압을 방전하도록 하는 저항과; 병렬로 3상의 수 만큼 각각 연결되는 3개의 모터권선과; 상기 모터권선에 상,하로 직렬 연결된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자의 상부 스위치의 이미터와 하부 스위치의 콜렉터 사이에 위치하는 제1 다이오드와, 상부 스위치의 콜렉터와 하부 스위치의 이미터 사이에 위치하는 제2 다이오드와, 상부 스위치를 하부 스위치에 동기하여 스위칭하는 인버터와; 복수개의 위치검출 센서를 이용하여 회전자의 위치를 검출한 후, 그에 따른 회전자위치신호를 출력하는 모터위치 센서부와; 상기 모터위치 센서부에서 출력되는 회전자위치신호를 입력받아 회전자를 원하는 위치로 이동하도록 제어하기 위해 버퍼를 통해 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 마이컴으로 구성한 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출장치.
회전자 상이 고정자의 어느 상에 위치하는 가를 판단하는 단계와; 상기 단계의 판단결과에 따라 회전자에 펄스폭변조 신호를 출력하여 위치하는 고정자의 상에 정렬을 하도록 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위치드 리럭턴스 모터 회전자의 위치검출방법.