KR100304555B1 - 에스알모터구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에스알 모터 구동회로에 관한 것으로, 종래 에스알 모터 구동회로는 공진 현상을 이용하여 전류의 급격한 변화를 없앨 수는 있으나, 캐패시터의 방전이 완료된 후, 권선 전류를 없애기 위해 역전압이 걸리는 순간에 다시 전류의 변화로 인한 소음이 발생하는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 입력되는 교류 전원을 평활 하고, 그 평활한 직류 전압을 공급하는 캐패시터와, 모터의 회전자 위치를 검출하고 그 검출한 위치신호를 출력하는 모터 위치 센서에서 출력되는 회전자 위치신호에 따라 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키기 위한 게이트 구동신호를 출력하는 게이트 구동부와, 상기 캐패시터와 각각 병렬로 접속되도록 상호 직렬접속된 제 1스위칭 소자, 권선 및 제 2스위칭소자와; 상기 제 1스위칭 소자와 권선의 접점에 그 애노드가 접속되고, 캐소드가 상기 캐패시터의 일측단에 접속된 제 1다이오드와; 애노드가 상기 캐패시터의 타측단에 접속되고, 캐소드가 상기 권선과 제 2스위칭 소자의 접점에 접속된 제 2다이오드를 포함하여 구성되는 에스알 모터 구동회로에 있어서, 상기 제 1 및 제 2다이오드에 병렬접속되는 제 1 및 제 2캐패시터를 더 포함하여 권선 양단의 전압을 단계적 변화시키지 않고, 소정의 기울기를 갖는 형상으로 만들어 소음저감 특성이 우수한 효과가 있다.

Description

에스알 모터 구동회로{DRIVING CIRCUIT FOR SWITCHED RELUCTANCE MOTOR}

본 발명은 에스알 모터 구동회로에 관한 것으로, 특히 캐패시터와 권선의 공진을 이용하여 소음을 줄이며, 그 권선에 역방향의 전압이 인가될 때 전류의 급격한 변화를 방지하여 소음을 줄이는데 적당하도록 한 에스알 모터 구동회로에 관한 것이다.

일반적으로, 에스알 모터(SWITCHED RELUCTANCE MOTOR)는 같은 출력의 가변속 모터 중 가격이 가장 낮은 장점을 가지고 있으나, 경방향 힘이 존재하여 소음이 큰 문제점이 있으며, 이와 같은 종래 에스알 모터를 구동하는 에스알 모터의 구동회로를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 종래 3상 에스알 모터의 구동회로도로서, 이에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류 전원을 평활 하고, 그 평활한 직류 전압을 공급하는 DC링크 캐패시터(10)와, 모터의 회전자 위치를 검출하고 그 검출한 위치신호를 출력하는 모터 위치 센서(20)와, 상기 모터 위치 센서(20)에서 출력되는 회전자 위치신호에 따라 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키기 위한 게이트 구동신호를 출력하는 게이트 구동부(30)와, 상기 DC링크 캐패시터(10)와 병렬로 연결되며 상기 게이트 구동부(30)에서 출력되는 게이트 구동신호에 따라 온/오프되는 직렬연결된 각각 쌍으로 이루어진 스위칭 소자(SA,SA')(SB,SB')(SC,SC')와, 상기 각 쌍으로 이루어진 한쪽의 스위칭 소자(SA,SB,SC)와 다른 쪽의 스위칭소자(SA',SB',SC') 사이에 연결되고, 그 스위칭 소자의 온/오프 동작에 따라 토오크를 발생시키는 3상의 모터 권선(A,A')(B,B')(C,C')과, 상기 각 권선(A,A')(B,B')(C,C')의 일측과 타측단자에 각 에노드가 접속되며, 각 캐소드가 상기 DC링크 캐패시터(10)의 일측단에 접속된 다이오드(D2),(D4),(D6)와, 각 캐소드가 상기 권선(A,A')(B,B')(C,C')의 타측단에 접속되고, 각 에노드가 상기 DC링크 캐패시터(10)의 타측단에 접속된 다이오드(D1),(D2),(D3)로 구성된다.

또한, 도1은 에스알 모터의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 각 권선(A,A')(B,B')(C,C')이 회전자(40)의 각 방향에 감겨 권선(A,A')(B,B')(C,C')에 흐르는 전류에 따라 회전자(40)가 회전하게 된다.

이와 같이 구성된 종래 에스알 모터의 구동회로의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

초기에 상기 회전자(40)의 위치를 모터 위치 센서(20)가 감지하고 그 감지한 회전자 위치신호를 게이트구동부로 출력시키면 모터가 스타팅(starting)하게 된다.

회전자(40)가 도3a처럼 위치한 경우, 그 회전자(40)의 위치를 모터 위치 센서(20)가 감지하여 게이트 구동부(30)로 출력한다.

그러면 상기 게이트 구동부(30)는 스위칭 소자(SA,SA')는 온 시키고, 나머지 스위칭 소자(SB,SB'),(SC,SC')는 오프 시키기 위한 게이트 구동신호를 각각 출력한다.

그러면 전류가 도3b에서와 같이 DC링크 캐패시터(10)에서 스위칭 소자(SA)를 거쳐 모터권선(A,A')을 통하고, 다시 스위칭 소자(SA')를 통하여 흐르게 된다.

이 전류가 흐르면 회전자(40)는 도3a에서와 같이 반시계 방향의 힘을 받아 회전하게 된다.

이렇게 회전자(40)가 회전하여 도3c에서와 같이 위치하게 되면, 이와 같은 위치에 대한 모터 위치 센서(20)로부터의 위치신호에 따라 게이트 구동부(30)는 스위칭 소자(SA,SA')를 오프 시키는 게이트 구동신호를 출력한다.

그러면 상기 모터 권선(A,A')에 자기에너지로 축적된 에너지는 도3d에서와 같이 전류는 모터 권선(A,A')에서 역방향 다이오드(D2)를 거쳐 DC링크 캐패시터(10)와 다이오드(D1)를 통해 흐른다.

이렇게 하여 모터 권선의 축적된 에너지는 상기 DC링크 캐패시터(10)로 축적된다.

도4a처럼 회전자(40)가 A상이 오프되는 시점에 위치하게 되면, 이와 같은 위치에 대한 모터 위치 센서(20)로부터의 위치신호에 따라 게이트 구동부(30)는 스위칭 소자(SB,SB')를 온 시키기 위한 게이트 구동신호를 출력한다.

그러면 상기 B상의 두 스위칭 소자(SB,SB')가 턴온되어 B상 권선(B,B')에 전류가 흐르면 회전자는 도4a에서와 같이 반시계 방향의 힘을 받아 회전하게 된다.

이렇게 회전자(40)가 회전하며 앞에서 설명한 A상과 마찬가지로 회전자가 회전 후 일정한 위치에 오게 되면 B상의 두 스위칭소자는 오프되며 권선의 자기에너지는 다시 DC링크 캐패시터(10)에 축적된다.

그러나, 상기와 같은 구성의 에스알 모터 구동회로는 권선에 전류가 흐르게 되면 자기 플럭스가 발생하며, 이 플럭스의 경로저항이 작아지는 방향으로 힘이 발생하게 되어, 고정자(50)와 회전자(40)의 사이에 인력이 발생한다. 그 인력은 회전력과 경방향 힘으로 나눌 수 있는데 경방향 힘은 고정자(50)를 회전자(40)방향으로 잡아당겼다가 오프되는 시점에서 팽창하게 된다. 이러한 수축과 팽창에 의해서 소음이 발생하는 문제점이 있었으며, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 캐패시터와 권선의 공진을 이용하여 소음을 줄이는 방안이 제안되었다.

도5 또는 도6은 종래 에스알 모터의 소음 저감을 위해 제안된 에스알 모터 구동회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 도2에 도시한 구성에서, 권선(A,A'),(B,B'),(C,C')과 병렬 접속되거나, 다이오드(D1,D3,D5)와 병렬 접속된 캐패시터(C1~C3)를 더 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 에스알 모터 구동회로의 동작을 설명한다.

도7a 내지 도7g는 본 발명 에스알 모터의 LC공진회로의 동작에 따른 회로구성도이고, 도8은 권선에 흐르는 전류파형 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 특정 상의 전류가 인가되는 경우 도8에 도시한 제 1구간(1)에서는 도7a에 도시한 바와 같이 상기 두 스위칭 소자(SA,SA')가 턴온되어 권선(A,A')과 캐패시터(C1)에 DC링크 캐패시터(10)의 전류가 인가되어 흐른다. 이때 캐패시터(C1)에서는 소정 전압의 충전이 일어난다.

그 다음, 도8에 도시한 제 2구간(2)에서는 회전자가 회전하여 턴오프 위치에 서게 되어 상기 스위칭 소자(SA')가 턴오프되는 구간으로, 이때는 도5b에 도시한 바와 같이 캐패시터(C1)와 권선(A,A')간에 공진을 일으켜 권선(A,A')에 흐르는 전류가 서서히 감소된다. 이때, 상기 캐패시터(C1)에 충전된 전압은 권선(A,A')을 통해 방전되어 충전된 전압값이 0이된다. 이와 같은 과정으로 전류의 급격한 변화가 없어지고 경방향 힘이 줄어들어 모터의 진동이 줄어들게 되며, 이에 따라 소음도 줄게된다.

그 다음, 도8에 도시한 제 3구간(3)에서는 권선(A,A')을 통해 흐르는 전류는 빠르게 감소되어야 하며, 이때의 회로구성은 도5c에 도시하였다. 이때는 상기 스위칭 소자(SA,SA')가 모두 턴오프되며, 이에 따라 전류는 다이오드(D1,D2)를 통해 흐르게 되며, 캐패시터(C1)는 무시된다.

그 다음, 도8의 제 4구간(4)에서는 권선에(A,A')에 축적된 전류가 모두 외부로 흘러 모터가 동작하지 않는 시점이며 이때 회로구성은 도7d에 도시한 바와 같이 권선(A,A')이 다이오드(D1,D2)를 통해 DC링크 캐패시터(10)와 역방향 직렬로 접속된 형태를 갖는다. 이와 같은 구성으로 권선(A,A')의 전류는 급격한 감소를 보이나, 이는 캐패시터(C1)에 충전된 전압에 의해 완화되며, 그 감소정도가 완만해지게 되어 경방향 힘을 완화시켜 소음을 줄일 수 있게 된다.

그 다음, 도8의 제 5구간(5) 내지 제 7구간(7)에서는 권선(A,A')과 캐패시터(C1)의 충방전이 교차하면서 계속 공진을 일으켜 전류의 급격한 감소를 방지하게 되며, 이와 같은 회로를 도7e 내지 도7g에 도시하였다.

그러나, 상기와 같은 종래 에스알 모터의 구동회로는 공진현상을 이용하여 전류의 급격한 변화를 없앨 수는 있으나, 캐패시터의 방전이 완료된 후, 권선전류를 없애기 위해 역전압이 걸리는 순간에 다시 전류의 변화로 인한 소음이 발생하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 전류의 급격한 감소를 보다 부드럽게 감소시켜 소음의 발생을 방지하는 에스알 모터 구동회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 에스알 모터의 단면도.

도2는 종래 에스알 모터 구동회로도.

도3a 내지 도3d는 회전자의 위치에 따른 에스알 모터의 단면도 및 구동회로의 전류흐름도.

도4a 및 도4b는 회전자의 위치에 따른 에스알 모터의 단면도 및 구동회로의 전류흐름도.

도5 및 도6은 종래 소음저감을 위한 에스알 모터 구동회로도.

도7a 내지 도7g는 종래 도5의 전류흐름도.

도8은 권선에 흐르는 전류파형 그래프도.

도9는 본 발명 에스알 모터 구동회로도.

도10a 내지 도10d는 도9의 전류흐름도.

도11은 도9에서 권선에 인가된 전압파형 그래프도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10:DC링크 캐패시터 20:모터 위치 센서

30:게이트 구동부 40:회전자

상기와 같은 목적은 입력되는 교류 전원을 평활하고, 그 평활한 직류 전압을 공급하는 캐패시터와, 모터의 회전자 위치를 검출하고 그 검출한 위치신호를 출력하는 모터 위치 센서에서 출력되는 회전자 위치신호에 따라 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키기 위한 게이트 구동신호를 출력하는 게이트 구동부와, 상기 캐패시터와 각각 병렬로 접속되도록 상호 직렬접속된 제 1스위칭 소자, 권선 및 제 2스위칭소자와; 상기 제 1스위칭 소자와 권선의 접점에 그 애노드가 접속되고, 캐소드가 상기 캐패시터의 일측단에 접속된 제 1다이오드와; 애노드가 상기 캐패시터의 타측단에 접속되고, 캐소드가 상기 권선과 제 2스위칭 소자의 접점에 접속된 제 2다이오드를 포함하여 구성되는 에스알 모터 구동회로에 있어서, 상기 제 1 및 제 2다이오드에 병렬접속되는 제 1 및 제 2캐패시터를 더 포함함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도9는 본 발명 에스알 모터의 구동회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 도2에 도시한 종래의 구성에 각 다이오드(D1~D6)에 각각 병렬접속되는 캐패시터(C1~C6)를 더 포함하여 구성되며, 도9에서는 A상 전류에 의한 동작, 즉 권선(A,A')를 포함한 회로만을 도시하였다. 이와 같은 구성은 권선(B,B'),(C,C')를 포함하는 전체 회로에 적용할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 에스알 모터의 구동회로의 동작을 설명한다.

먼저, 도10a 내지 10d는 본 발명 에스알 모터의 동작설명을 위한 회로구성도이고,도11은 권선(A,A')에 인가되는 전압파형을 도시한 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 하나의 특정 상에 대해 도11의 제 1구간(M1)에서는 도10a에 도시한 바와 같은 회로의 구성으로 동작한다. 즉, 두 스위칭 소자(SA,SA')가 턴온되어 권선(A,A')에 고전위의 상기 DC링크 캐패시터(10)의 전압이 인가되어 전류를 흐르게 하며, 이에 따라 회전자가 구동되며, 캐패시터(C1),(C2)에는 소정의 전압값이 충전된다.

그 다음, 도11의 제 2구간(M2)에서는 도10b에 도시한 바와 같이 스위칭 소자(SA1)가 턴온되고, 스위칭 소자(S2)가 턴오프되며, 상기 캐패시터(C1)에 충전된 전압에 의한 전류가 권선(A,A')을 통해 흐르게 되고, 전류가 흐름에 따라 캐패시터(C1)의 전압은 감소하며, 이에 따라 권선(A,A')의 양단에 인가된 전압도 감소하게 된다. 이때, 상기 캐패시터(C1)에 충전된 전압이 모두 방전된 상태에서 상기 스위칭 소자(SA)가 턴온되어 있는 상태라면 다이오드(D1)이 충전되게 되어 스위칭 소자(SA), 권선(A,A'), 다이오드(D1)를 통해 흐르는 전류패스가 유지된다.

이와 같은 상태에서는 상기 캐패시터(C1)의 전압이 방전될 때까지 권선(A,A')의 양단에 인가된 전압이 서서히 감소하며, 방전된 후에는 0V의 값을 유지한다.

그 다음, 도11의 제 3구간(M3)에서는, 도10c에 도시한 바와 같이 상기 스위칭 소자(SA,SA')가 모두 턴오프되면, 상기 캐패시터(C2)에 충전된 전압에 의한 전류가 권선(A,A')과 다이오드(D1)를 통해 흐르게 되며, 이에 따라 권선(A,A')에 인가된 전압은 음의 값으로 감소하게 된다.

즉, 최초에 스위칭소자(SA')가 오프되면 전류 패스는 커패시터(C2)와 권선(A,A'), 그리고 다이오드(D1)과 DC링크 캐패시터(10)가 되며, 이때 권선(A,A')과다이오드(D1)의 전압을 0으로 본다. 이 후에 전류가 흐르면서 커패시터(C2)가 방전을 하게 되면 권선(A,A') 사이의 전압은 DC링크 커패시터(10)의 전압과 커패시터(C2)의 전압간의 차이가 되며, 커패시터(C2)가 모두 방전된 후에는 권선(A,A')의 전압은 DC링크 전압의 역전압이 되고, 다이오드(D2)가 턴온된다. 따라서 권선(A,A')의 전압은 서서히 음의 값으로 감소하게 된다.

그 다음, 도11의 제 4구간(M4)에서는 도10d에 도시한 바와 같이 스위칭 소자(SA,SA')가 모두 턴오프되며, 이에 따라 다이오드(D2)와 권선(A,A') 및 다이오드(D1)를 통해 상기 DC링크 캐패시터(10)의 음의 전류가 흘러, 권선(A,A')의 양단에는 음의 전압이 인가된다.

그 다음, 도11의 제 5구간(M5)에서는 권선에(A,A')에 축적된 전류가 모두 외부로 흐르는 구간이며, 전류가 모두 소모되면, 캐패시터(C1,C2)와 권선(A,A')에서 공진이 발생하여 불규칙한 전압 값을 보이나, 상대적으로 권선(A,A')에 흐르는 전류가 작은 값이므로 크게 문제되지 않으며, 이후에는 다시 제 1구간(M1)의 동작을 수행한다.

상기한 바와 같이 본 발명 에스알 모터 구동회로는 권선 양단의 전압을 단계적 변화시키지 않고, 소정의 기울기를 갖는 형상으로 만들어 소음저감 특성이 우수한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 입력되는 교류 전원을 평활하고, 그 평활한 직류 전압을 공급하는 캐패시터와, 모터의 회전자 위치를 검출하고 그 검출한 위치신호를 출력하는 모터 위치 센서에서 출력되는 회전자 위치신호에 따라 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키기 위한 게이트 구동신호를 출력하는 게이트 구동부와, 상기 캐패시터와 각각 병렬로 접속되도록 상호 직렬접속된 제 1스위칭 소자, 권선 및 제 2스위칭소자와; 상기 제 1스위칭 소자와 권선의 접점에 그 애노드가 접속되고, 캐소드가 상기 캐패시터의 일측단에 접속된 제 1다이오드와; 애노드가 상기 캐패시터의 타측단에 접속되고, 캐소드가 상기 권선과 제 2스위칭 소자의 접점에 접속된 제 2다이오드를 포함하여 구성되는 에스알 모터 구동회로에 있어서, 상기 제 1 및 제 2다이오드에 병렬접속되는 제 1 및 제 2캐패시터를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 에스알 모터 구동회로.