KR100320206B1 - The method of operation of reluctance motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동기 리럭턴스 모터의 구동방법에 관한 것으로, 종래에는 홀센서를 두개를 사용하여 위치신호에 의한 인터럽트(Interrupt)를 전기적으로 90도마다 발생하는데, 그 인터럽트(Interrupt)의 간격이 넓을 경우 위치에 대한 정밀도가 떨어지고, 또한 초기 기동시 회전방향의 결정이 불가능해지는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 위치 신호를 보정하기 위한 인터럽트(Interrupt) 신호의 발생 유무에 따라 플래그(Flag)를 소정 처리하여 속도 데이터로부터 보정각(△θ)을 연산하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 보정각(△θ)을 이전각(θ(t-1))에 가산하여 그 가산각(θ(t))에 대한 사인값을 사인 테이블에서 리드하는 제2 단계와; 오버플로우 (Overflow) 발생 유무에 따라 해당 영역을 결정하여 3상 정현파를 출력하는 제3 단계로 수행함으로써 하나의 홀센서와 위치검출용 링마그네트를 사용하여 위치신호의 정밀도를 향상시켜 안정적으로 3상 정현파를 발생할 수 있고, 또한 하나의 홀센서를 사용하므로 비용이 절감되는 효과가 있다.The present invention relates to a method of driving a synchronous reluctance motor. In the related art, an interrupt caused by a position signal is electrically generated every 90 degrees by using two Hall sensors. When the interval of the interrupt is wide, There was a problem that the accuracy of the position was inferior and the determination of the rotation direction was impossible at the time of initial startup. Accordingly, the present invention includes a first step of processing a flag according to whether or not an interrupt signal for correcting a position signal is generated to calculate a correction angle? A second step of adding the correction angle [Delta] [theta] of the first step to the previous angle [theta] (t-1) and reading the sine of the addition angle [theta] (t) in a sine table; Performs the third step of outputting three-phase sinusoids by determining the corresponding area according to the occurrence of overflow, and improving the accuracy of the position signal by using one hall sensor and the ring magnet for position detection. A sinusoidal wave can be generated, and since a single hall sensor is used, cost can be reduced.
Description
본 발명은 동기 리럭턴스 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 하나의 홀센서와 위치검출용 링마그네트를 사용하여 안정적인 3상 정현파를 발생할 수 있도록 한 동기 리럭턴스 모터의 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving a synchronous reluctance motor, and more particularly, to a method of driving a synchronous reluctance motor capable of generating a stable three-phase sine wave by using one hall sensor and a position detecting ring magnet.
도1은 기본적인 플럭스-배리어 형태의 동기 리럭턴스 모터를 도시한 것으로,플럭스-배리어에 의해 나타나는 Q축과 D축의 인덕턴스 차를 이용하여 토크가 발생하게 된다.Fig. 1 shows a basic flux-barrier synchronous reluctance motor in which torque is generated using the inductance difference between the Q-axis and the D-axis represented by the flux-barrier.
그리고, 도2는 가장 일반적인 3상 정현파 구동방식의 동기 리럭턴스 모터 구동회로의 개락도인데, 모터 구동시 로터 위치검출을 위한 엔코더와, 소정 제어신호에 의해 스위칭되어 3상 정현파를 발생하여 모터를 구동시키는 인버터부와; 상기 엔코더의 위치 검출신호에 의해 상기 인버터부의 스위칭을 제어하는 마이크로컴퓨터를 구비한다.2 is a general diagram of a synchronous reluctance motor driving circuit of the most common three-phase sine wave driving method, wherein the motor is switched by an encoder for detecting a rotor position and a predetermined control signal to generate a three-phase sine wave when the motor is driven. An inverter unit for driving; And a microcomputer for controlling the switching of the inverter unit by the position detection signal of the encoder.
만약, 2상 통전방식을 사용하는 경우에는 전기적으로 60도 마다의 구분만이 필요하기 때문에 보통 상기 엔코더 대신에 저가의 홀센서와 링 마그네트를 이용하게 되는데, 근래에는 마이크로컴퓨터의 가격 대비 성능이 좋아짐에 따라 엔코더 대신에 홀센서를 사용하여 3상 정현파 구동이 가능하게 되었다.In the case of using the 2-phase energization method, since only the electrical separation is required every 60 degrees, a low-cost Hall sensor and a ring magnet are usually used instead of the encoder. In recent years, the performance of the microcomputer has improved in price. This allows three-phase sinusoidal drive using a Hall sensor instead of an encoder.
예를 들어, 도시바의 TMP88CK49의 경우에는 PMD라는 모터 전용기능과 캡쳐기능을 사용하여 센서 2개로부터 위치신호를 받고 내부 타이머와 캡쳐 기능으로 부터각 순간의 속도를 이용하여 그 순간의 위치를 추정하게 되는데, 이와같은 방법으로 펄스폭 변조를 수행할 때 대표적인 것으로 DEAD-BAND 펄스폭 변조방식을 들 수 있다.For example, Toshiba's TMP88CK49 uses the motor-specific function and capture function called PMD to receive position signals from two sensors and to estimate the position of each moment using the speed of each moment from the internal timer and capture function. One example of the pulse width modulation in this manner is the DEAD-BAND pulse width modulation method.
즉, 도3과 같이 홀센서의 위치 검출신호를 90도 구간으로 구분한후, 그외의 부분은 모터의 속도를 측정하여 내부에서 위치를 추정하게 된다.That is, after dividing the position detection signal of the Hall sensor into a 90-degree intervals as shown in Figure 3, the other parts to estimate the position from the inside by measuring the speed of the motor.
각 위치에 따른 출력은 사인 테이블을 이용하는데, 그 사인 테이블에 0~120도에 해당하는 사인값이 저장되고, 구동시에는 120도 마다 오버플로우(Overflow)나 언더플로우(Underflow) 발생과 90도 마다의 인터럽트(Interrupt)를 통해 위치를 보정한다.The output of each position uses a sine table, and the sine value corresponding to 0 to 120 degrees is stored in the sine table, and when driven, overflow or underflow occurs every 90 degrees and 90 degrees. The position is corrected through each interrupt.
즉, 상기와 같이 홀센서를 두개를 사용하는 경우에는 위치신호에 의한 인터럽트(Interrupt)는 전기적으로 90도 마다 발생하게 되는데, 이럴 경우 초기 기동시에 회전 방향의 결정에 어려움이 따른다.That is, when two Hall sensors are used as described above, an interrupt caused by the position signal is electrically generated every 90 degrees. In this case, it is difficult to determine the rotation direction at the initial startup.
즉, 상술한 바와같이 종래 장치는 홀센서를 두개를 사용하여 위치신호에 의한 인터럽트(Interrupt)를 전기적으로 90도마다 발생하는데, 그 인터럽트 (Inte rrupt)의 간격이 넓을 경우 위치에 대한 정밀도가 떨어지고, 또한 초기 기동시 회전방향의 결정이 불가능해지는 문제점이 있었다.That is, as described above, the conventional device generates two interrupts by position signals electrically every 90 degrees by using two Hall sensors. When the interval of the interrupts is wide, the accuracy of the position is reduced. In addition, there was a problem in that it is impossible to determine the rotation direction during the initial startup.
따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 전기적으로 180도만 구분하여도 구동이 가능한 토크 특성을 이용하여 하나의 홀센서와 위치검출용 링마그네트로 안정적인 3상 정현파를 발생할 수 있도록 한 동기 리럭턴스 모터의구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention devised in view of the above-mentioned problems is a synchronous to generate a stable three-phase sine wave with one hall sensor and a position detection ring magnet by using a torque characteristic that can be driven even if only 180 degrees electrically. The purpose is to provide a method of driving a reluctance motor.
도1은 기본적인 플럭스-배리어 형태의 동기 리럭턴스 모터를 보인 개략도.1 is a schematic diagram showing a synchronous reluctance motor in the form of a basic flux-barrier;
도2는 일반적인 동기 리럭턴스 모터의 구동회로에 대한 개략도.2 is a schematic diagram of a driving circuit of a general synchronous reluctance motor;
도3은 도2에 있어서, DEAD-BAND 펄스폭변조방식을 보인 타이밍도.FIG. 3 is a timing diagram showing a DEAD-BAND pulse width modulation method in FIG.
도4는 본 발명 동기 리럭턴스 모터의 구동방법에 대한 동작 흐름도.4 is an operational flowchart of a method of driving a synchronous reluctance motor of the present invention;
도5는 도4에 있어서, 홀센서와 링마그네트의 모습을 보인 개략도.Figure 5 is a schematic diagram showing the state of the Hall sensor and the ring magnet in Figure 4;
도6은 도4에 있어서, 홀센서와 링마그네트를 이용하여 3상 정현파를 출력하는 모습을 보인도.FIG. 6 is a view showing a three-phase sine wave output using a hall sensor and a ring magnet in FIG. 4; FIG.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 위치 신호를 보정하기 위한 인터럽트(Interrupt) 신호의 발생 유무에 따라 플래그(Flag)를 소정 처리하여 속도데이터로부터 보정각(△θ)을 연산하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 보정각(△θ)을 이전각(θ(t-1))에 가산하여 그 가산각(θ(t))에 대한 사인값을 사인테이블에서 리드하는 제2 단계와; 오버플로우(Overflow) 발생 유무에 따라 해당 영역을 결정하여 3상 정현파를 출력하는 제3 단계로 수행함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a first step of calculating a correction angle (Δθ) from the speed data by predetermined processing of the flag (Flag) according to the presence or absence of the interrupt signal for correcting the position signal Wow; A second step of adding the correction angle [Delta] [theta] of the first step to the previous angle [theta] (t-1) and reading the sine of the addition angle [theta] (t) in a sine table; A third step of outputting a three-phase sine wave is determined by determining a corresponding region according to whether overflow occurs.
이하, 본 발명에 의한 동기 리럭턴스 모터 구동방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation and effect of the synchronous reluctance motor driving method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 적용되는 장치는 도1과 동일하고, 다만 홀센서를 하나만을 사용하는 것이 다르며, 도4는 본 발명 동기 리럭턴스 모터 구동방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 위치 신호를 보정하기 위한 인터럽트(Interrupt) 신호의 발생 유무에 따라 플래그(Flag)를 소정 처리하여 속도데이터로부터 보정각(△θ)을 연산하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 보정각(△θ)을 이전각(θ(t-1))에 가산하여 그 가산각(θ(t))에 대한 사인값을 사인테이블에서 리드하는 제2 단계와; 오버플로우(Overflow) 발생 유무에 따라 해당 영역을 결정하여 3상 정현파를 출력하는 제3 단계로 이루어진다.The apparatus to which the present invention is applied is the same as that of FIG. 1, except that only one Hall sensor is used, and FIG. 4 is an operation flowchart of the synchronous reluctance motor driving method of the present invention. A first step of processing a flag according to whether or not an interrupt signal is generated to calculate a correction angle Δθ from speed data; A second step of adding the correction angle [Delta] [theta] of the first step to the previous angle [theta] (t-1) and reading the sine of the addition angle [theta] (t) in a sine table; A third step of outputting a three-phase sine wave is determined by determining a corresponding area according to whether overflow occurs.
상기 제1 단계는 인터럽트(Interrupt)신호가 발생되면 내부에 설정된 플래그(Flag)가 '1'인지를 판단하는 단계와; 상기 단계의 판단결과 플래그(Flag)가'1'이면 그 플래그(Flag)를 '0', 위치각을 30도로 설정하는 단계와; 상기 단계의 판단결과 플래그(Flag)가 '1'이 아니면 그 플래그(Flag)를 '1', 위치각을 90도로 설정하는 단계를 포함한다.The first step includes determining whether a flag set inside is '1' when an interrupt signal is generated; Setting a flag of '0' and a position angle of 30 degrees if the flag is '1'; If the flag flag is '1', the flag flag is set to '1' and the position angle is set to 90 degrees.
상기 제3 단계는 오버플로우(Overflow)가 발생하면 위치각(θ)을 '0'으로 하고, 영역값을 '1'만큼 가산한후 그 영역값이 '3'인지를 판단하는 단계와; 상기 단계의 판단결과 영역값이 '3'이면 제1 영역으로 설정하고, 영역값이 '3'이 아니면 제2 영역 또는 제3 영역으로 설정하는 단계를 포함하며, 이와 같은 본 발명의 동작을 설명한다.The third step may include determining a position value '0' when the overflow occurs, adding an area value by '1', and determining whether the area value is '3'; If the area value is '3' as a result of the determination of the step, setting the first area, and if the area value is not '3', setting the area to the second area or the third area, and the operation of the present invention will be described. do.
우선, 도1과 같은 동기 리럭턴스 모터의 경우에 발생하는 토크는 아래의 수식으로 구현된다.First, the torque generated in the case of the synchronous reluctance motor as shown in FIG. 1 is implemented by the following equation.
------식(1) ------ Equation (1)
여기서,는 각각 d,q축 인덕턴스,mmf각을 나타낸다.here, Denotes d, q-axis inductance and mmf angle, respectively.
상기 식1에서, 동기 리럭턴스 모터는 전기적으로 주기가 180도이므로, 실제 전기적으로 180도만 구분하여도 구동이 가능한데, 본 발명에서는 이를 이용하여 3상 정현파를 구동한다.In Equation 1, since the period of the synchronous reluctance motor is electrically 180 degrees, it is possible to drive even if only 180 degrees electrically, in the present invention, the three-phase sine wave is driven by using the same.
여기서, 4극 동기 리럭턴스 모터의 경우 전기각과 기계각은 두배의 차이가 있게 되는데, 즉 기계적으로 180도를 회전할 때 전기적으로 360도가 되게 된다.Herein, in the case of the 4-pole synchronous reluctance motor, the electric angle and the mechanical angle are doubled, that is, when the mechanical rotation is 180 degrees, the electrical angle is 360 degrees.
이때, 전기적으로 180도를 구분하기 위해서는 링마그네트를 4극으로 착자를 하면 되는데, 이럴 경우 전기적으로 180도의 구분밖에 되지 않으므로 기동시 문제가 발생하게 된다.In this case, the magnet may be magnetized into four poles in order to electrically distinguish 180 degrees. In this case, only 180 degrees may be electrically distinguished, thereby causing problems during startup.
따라서, 본 발명에서는 도5와 같이 8극으로 착자된 링마그네트를 사용하는데, 극수는 착자용 요크의 설계에 의한 것으로 8극 링마그네트를 사용함에 따른 추가적인 비용은 없다.Therefore, the present invention uses a ring magnet magnetized into an 8-pole as shown in Figure 5, the number of poles is due to the design of the magnet yoke, there is no additional cost of using an 8-pole ring magnet.
도6은 홀센서 신호 및 구동방식을 보인도로서, 위치신호에서 볼수 있듯이 90도마다 신호가 발생하지만 전기적으로 180도의 구분은 안되고 있다.6 shows a Hall sensor signal and a driving method. As can be seen from the position signal, a signal is generated every 90 degrees but is not electrically separated by 180 degrees.
즉, 영역A와 영역C,그리고 영역B와 영역D가 구분이 안되는데, 동기 리럭턴스 모터의 경우에는 상기 식(1)에 의해 전,후 180도 구간의 구분은 의미가 없다.That is, the area A and the area C, and the area B and the area D cannot be distinguished. In the case of the synchronous reluctance motor, the division of the front and rear 180 degrees sections is not meaningful according to Equation (1).
다만, 실제 구동시 마이크로컴퓨터 내부에서 플래그(Flag)를 설정하여 전기적으로 180도를 구분한다.However, in actual driving, a flag is set inside the microcomputer to electrically distinguish 180 degrees.
즉, 초기 기동시의 위치를 전반 180도로 놓고 전기적으로 180도 마다 플래그 (Flag)를 바꾸어서 전후반을 구분하면 되고, 또한 120도 까지의 사인값이 저장되는 사인테이블을 이용하여 120도 마다 발생하는 오버플로우(Overflow)와 90도 마다 발생하는 인터럽트(Interrupt) 신호로 위치 보정을 수행한다.In other words, the position at the initial start is set to 180 degrees in the first half and the flag is electrically changed every 180 degrees to separate the front and rear half. Also, the over-over occurs every 120 degrees using a sine table that stores sine values up to 120 degrees. The position correction is performed by using an overflow signal and an interrupt signal generated every 90 degrees.
다시 말해서, 본 발명은 위치 신호를 보정하기 위한 인터럽트(Interrupt)신호의 유무에 따라 플래그(Flag)를 소정 처리하여 속도 데이터로부터 보정각(△θ)을 연산하는데, 즉 인터럽트(Interrupt)신호가 발생되면 내부에 설정된 플래그 (Flag)가 '1'인지를 판단하여 플래그(Flag)가 '1'이면 그 플래그(Flag)를 '0', 위치각(θ)을 30도로 설정하고, 플래그(Flag)가 '1'이 아니면 그 플래그(Flag)를 '1', 위치각(θ)을 90도로 설정한다.In other words, the present invention calculates a correction angle Δθ from velocity data by processing a flag according to the presence or absence of an interrupt signal for correcting a position signal, that is, an interrupt signal is generated. If the flag is set to '1', if the flag is set to '1', the flag is set to '0', the position angle θ is set to 30 degrees, and the flag is set. If is not '1', the flag Flag is set to '1' and the position angle θ is set to 90 degrees.
그 다음, 상기 보정각(△θ)을 이전각(θ(t-1))에 가산하여 그 가산각 (θ(t))에 대한 사인값을 사인테이블에서 리드한다.Then, the correction angle Δθ is added to the previous angle θ (t-1), and the sine of the addition angle θ (t) is read in the sine table.
여기서, 상기 사인테이블은 0~120도 까지의 사인값을 기저장되는 램으로 이루어진다.Here, the sine table comprises a RAM that stores sine values of 0 to 120 degrees.
그 다음, 오버플로우(Overflow) 발생 유무에 따라 해당 영역을 결정하여 상기 사인값에 해당되는 3상 정현파를 출력하는데, 즉 오버플로우(Overflow)가 발생하면 위치각(θ)을 '0'으로 하고, 영역값을 '1'만큼 가산한후 그 영역값이 '3'인지를 판단하여 영역값이 '3'이면 제1 영역으로 설정하고, 영역값이 '3'이 아니면 제2 영역 또는 제3 영역으로 설정한후 그 영역 설정값에 해당되는 3상 정현파를 표 1과 같이 출력한다.Then, the area is determined according to the occurrence of overflow, and a three-phase sine wave corresponding to the sine value is output. In other words, when overflow occurs, the position angle θ is set to '0'. After adding the area value by '1', it is determined whether the area value is '3' and if the area value is '3', it is set as the first area.If the area value is not '3', the second area or the third area is added. After setting to area, output 3-phase sine wave corresponding to the area setting value as shown in Table 1.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 하나의 홀센서와 위치검출용 링마그네트를 사용하여 위치신호의 정밀도를 향상시켜 안정적으로 3상 정현파를 발생할 수 있고,또한 하나의 홀센서를 사용하므로 비용이 절감되는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention can stably generate a three-phase sine wave by improving the accuracy of the position signal by using one hall sensor and a ring magnet for position detection, and further reduces the cost by using one hall sensor. It is effective.
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