KR100354776B1 - Method for driving a Switched Reluctance Motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단상 에스알엠(Switched Reluctance Motor) 구동 방법에 관한 것으로서, (a) 전원 입력과 함께 회전자와 고정자를 초기 얼라인(Align) 하는 단계; (b) 상기 단계 (a)와 같이 회전자와 고정자가 얼라인 된 후 소정의 공백시간을 갖는 단계; (c) 소정의 공백시간이 지난 후, 모터의 초기 회전을 위한 이탈 펄스를 인가하는 단계; (d) 제 1센서를 통해 신호를 입력받아 PWM 듀티비을 조정하여 상기 단계 (c)를 통해 기동한 모터의 회전 속도를 증가시키는 단계; (e) 모터의 회전 속도와 시스템에서 정한 기준 속도를 비교하는 단계; (f) 상기 단계 (e)의 비교 결과 모터의회전 속도가 시스템에서 정한 기준 속도보다 이상으로 될때제 2센서를 통해 신호를 입력받아 드웰 타임으로 모터의 회전 속도를 제어하는 단계 및 (g) 상기 단계 (e)의 비교 결과 모터의 회전 속도가 시스템에서 정한 기준 속도보다 이하일때 제 1센서에 의해 PWM운전을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a single-phase Switched Reluctance Motor driving method, comprising: (a) initial aligning a rotor and a stator with a power input; (b) having a predetermined free time after the rotor and stator are aligned as in step (a); (c) applying a breakaway pulse for initial rotation of the motor after a predetermined idle time; (d) increasing the rotational speed of the motor started through step (c) by receiving a signal through a first sensor and adjusting a PWM duty ratio; (e) comparing the rotational speed of the motor with a reference speed determined by the system; (f) controlling the rotational speed of the motor by dwell time by receiving a signal through the second sensor when the rotational speed of the motor becomes higher than the reference speed determined by the system as a result of the comparison in step (e); and ( g) Performing PWM operation by the first sensor when the rotational speed of the motor is less than the reference speed determined by the system as a result of the comparison in step (e); Characterized in that it comprises a.

또한 상기와 같은 본 발명에 의하면, 비정상 파킹 때문에 모터가 기동 안돼는 것을 방지하며, 소자의 스위칭 손실을 최소로 할 수 있으며 고속/고효율로 구동할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention as described above, it is possible to prevent the motor from starting due to abnormal parking, it is possible to minimize the switching loss of the device can be driven at high speed / high efficiency.

Description

단상 에스알엠 구동 방법.{ Method for driving a Switched Reluctance Motor}Method for driving a Switched Reluctance Motor

본 발명은 단상(Single Phase) 에스알엠(SRM : Switched Reluctance Motor) 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 에스알엠을 구성하고 소자의 스위칭 주파수를 최소로 하고, 모터를 안정하게 구동할 수 있는 단상 에스알엠 구동 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single phase Switched Reluctance Motor (SRM) driving method. In particular, the present invention relates to a Single Phase Switched Reluctance Motor (SRM) driving method. It is about a method.

에스알엠은 현재 국내에서도 연구가 활발히 진행되고 있는 모터의 일종으로서, 스위칭 제어 장치가 결합된 특수 형태의 모터로 분류되어진다.SLM is a type of motor that is currently being actively researched in Korea, and is classified as a special type of motor combined with a switching control device.

또한, 에스알엠은 고정자와 회전자 모두가 돌극형 구조를 하고 있으며, 각기 다른 갯수의 극을 가진다. 특히 고정자 부분에만 권선이 감겨져 있으며 회전자 부분에는 어떠한 형태의 권선 이나 영구 자석도 존재하지 않으므로 이러한 간단한 구조의 형태를 에스알엠의 가장 큰 특징으로 볼 수 있다.In addition, SM has both a stator and a rotor with a salient pole structure, and each has a different number of poles. In particular, since the winding is wound only on the stator part, and the rotor part does not have any type of winding or permanent magnet, this simple structure can be regarded as the biggest feature of SLM.

상기와 같은 에스알엠의 구조상의 특징으로 인해, 제작 생산적인 측면에서 상당한 이점을 갖고 있으며 또한, 직류 모터와 같이 기동 특성이 좋고 토오크가 큰 반면에 정기적으로 브러쉬를 교환하는 등의 유지, 보수의 필요성이 적으며 인버터로 구동하는 유도 전동기와 비교할 때는 구동장치의 구조가 간단하며, 단위 체적당 토오크, 효율 및 컨버터의 정격등 많은 부분에서 우수한 특성을 지니고 있다.Due to the structural characteristics of SLM, it has significant advantages in terms of production and production. In addition, it has a good starting characteristic and a high torque like a DC motor. In comparison with the induction motor driven by the inverter, the structure of the driving device is simple, and it has excellent characteristics in many parts such as torque per unit volume, efficiency, and converter rating.

아울러, 광범위한 가변속 범위의 초저속 운전을 요구하는 부분에 있어서는 아주 우수한 특성을 나타내므로 선진국을 중심으로 사용 분야가 증가되고 있는 추세이다.In addition, in the part requiring ultra-low speed operation of a wide variable speed range, the use field is increasing, especially in developed countries, because it shows very excellent characteristics.

도 1은 종래의 단상 에스알엠 구동 장치를 개략적으로 보여주는 블럭 구성도 이다.1 is a block diagram schematically showing a conventional single-phase SM drive device.

도 1을 참조하면, 종래의 단상 에스알엠 구동 장치는, 상용(AC) 전원(101)으로부터 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 평활 하는 평활 회로부(102), 상기 평활 회로부(102)로부터 공급되는 전압과 마이콤(106)으로부터 제어신호를 인가 받아 모터(104)를 구동하기 위한 모터 구동부(103) 및 모터(104)의 위치 및 속도를 감지하여 상기 마이콤(106)으로 신호를 출력하는 홀 센서(105)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the conventional single-phase SM drive device includes a smoothing circuit unit 102 for smoothing an AC voltage applied from a commercial (AC) power source 101 to a DC voltage, and a voltage supplied from the smoothing circuit unit 102. And a Hall sensor 105 that receives a control signal from the microcomputer 106 and senses the position and speed of the motor driver 103 and the motor 104 to drive the motor 104, and outputs a signal to the microcomputer 106. It is composed of

이하 도 1을 참조하여 상기와 같이 구성된 종래의 단상 에스알엠 구동 장치의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the conventional single-phase SM drive device configured as described above will be described in detail with reference to FIG. 1.

먼저, 평활 회로부(102)는 입력되는 상용 전원(101)을 평활 한다. 상기와 같이 평활된 전압은 모터 구동부(103)로 공급되고, 모터 구동부(103)는 마이콤(106)의 제어신호에 따라 모터(104)로 전압을 공급한다.First, the smoothing circuit unit 102 smoothes the input commercial power supply 101. The voltage smoothed as described above is supplied to the motor driver 103, and the motor driver 103 supplies the voltage to the motor 104 according to the control signal of the microcomputer 106.

이후, 홀 센서(105)는 모터(104)의 회전 속도 및 위상을 검출하여 신호를 발생하게 되고, 마이콤(106)은 상기 홀 센서(105)에서 발생된 신호를 입력으로 하여 상기 모터 구동부(103)를 제어하여, 모터 구동부(103)에서 모터(104)로 공급되는 전압을 제어하게 된다.Thereafter, the hall sensor 105 detects the rotational speed and phase of the motor 104 and generates a signal, and the microcomputer 106 receives the signal generated by the hall sensor 105 as an input and outputs the motor driver 103. ) To control the voltage supplied from the motor driver 103 to the motor 104.

도 2는 일반적인 에스알엠 모터 구동부의 구조를 보여주기 위한 도면이다.2 is a view showing the structure of a typical SM motor drive unit.

도 2를 참조하여, 에스알엠 모터 구동부의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Referring to Figure 2, it will be described in detail the operation of the SM motor drive unit.

에스알엠 모터 구동부는, 입력되는 교류 전원을 평활 하고, 그 평활한 직류 전압을 공급하는 DC 링크 캐패시터(201), 상기 DC 링크 캐패시터(201)와 병렬로 연결되고, 에스알엠의 회전자(208) 위치 신호에 따라 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키기 위한 게이트 구동신호를 출력하는 스위치 구동부(미도시)의 구동 신호에 따라 온, 오프되는 직렬 연결된 상, 하부 스위칭 소자(202,203), 상기 상, 하부 스위칭 소자(202,203)의 온, 오프 동작에 따라 토오크를 발생시키는 모터 권선(206) 및 상기 상부 스위칭 소자(202)의 일측단과 상기 하부 스위칭 소자(203)의 일측단 사이에 연결된 제 1다이오드(204), 상기 상부 스위치의 타측단과 상기 하부 스위치의 타측단 사이에 연결된 제 2 다이오드(205)로 구성되어 있다.The SM motor drive unit is connected to the DC link capacitor 201 and the DC link capacitor 201 in parallel to smooth the input AC power and supply the smooth DC voltage, and the rotor 208 of the SM. Series connected lower and lower switching elements 202 and 203 turned on and off in accordance with a drive signal of a switch driver (not shown) for outputting a gate driving signal for rotating the motor in a forward or reverse direction according to the position signal, and the upper and lower switching. The first diode 204 connected between the motor winding 206 generating torque according to the on / off operation of the elements 202 and 203 and one end of the upper switching element 202 and one end of the lower switching element 203. And a second diode 205 connected between the other end of the upper switch and the other end of the lower switch.

이하 상기와 같은 구성을 갖는 에스알엠 모터 구동부의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the SM motor driver having the above configuration will be described in detail.

먼저, 외부로부터 AC 전압이 공급되면 이를 DC 링크 캐패시터(201)에서 직류 전압으로 평활 한다. 이렇게 평활된 직류 전압은 상, 하부 스위칭 소자(202,203)의 스위칭 동작에 의해 모터 권선(206)으로 공급된다.First, when an AC voltage is supplied from the outside, it is smoothed to a DC voltage in the DC link capacitor 201. The smoothed DC voltage is supplied to the motor winding 206 by the switching operation of the upper and lower switching elements 202 and 203.

즉, 에스알엠의 회전자(208), 고정자(207)의 위치에 따라 상부 및 하부 스위치(202,203)가 일정시간 온(ON) 되어 DC 링크 캐패시터(201), 상부 스위칭 소자(202), 모터 권선(206) 및 하부 스위칭 소자(203)로 전류 패스가 형성되어 모터 권선(206)에 전압을 여자하고 고정자(207)에 자기력을 발생시켜 회전자(208)를 끌어당긴다. 이에 따라 에스알엠은 회전하게 된다.That is, the upper and lower switches 202 and 203 are turned on for a predetermined time according to the positions of the rotor 208 and the stator 207 of the SM, so that the DC link capacitor 201, the upper switching element 202, and the motor windings are turned on. A current path is formed by the 206 and the lower switching element 203 to excite the voltage on the motor winding 206 and generate a magnetic force in the stator 207 to attract the rotor 208. Accordingly, the SM is to rotate.

이렇게 에스알엠은 회전하다가 상부 및 하부 스위치(202,203)를 동시에 오프시키면 권선에 인가되었던 상전류가 제 1다이오드(204), 모터 권선(206), 제 2다이오드(205) 및 DC 링크 캐패시터(201)를 통해 제거되게 된다.As the SM rotates and simultaneously turns off the upper and lower switches 202 and 203, the phase current applied to the windings causes the first diode 204, the motor winding 206, the second diode 205 and the DC link capacitor 201 to be turned off. To be removed.

상기에서 설명한 바와 같이 에스알엠은 모터 구동부를 구성하고 있는 상, 하부 스위칭 소자(203,204)의 온, 오프에 따라 모터에 전압을 공급 또는 차단하여 모터를 구동하게 된다.As described above, the SLM drives the motor by supplying or blocking a voltage to the motor according to the on and off of the upper and lower switching elements 203 and 204 constituting the motor driving unit.

여기서 상, 하부 스위칭 소자(202,203)에 인가되는 제어신호는 도 1에서 설명한 바와 같이 홀 센서에서 모터의 회전 속도 및 위상을 감지하여 신호를 발생시켜 마이콤으로 입력하면 마이콤에서는 홀 센서로부터 입력된 신호로 PWM(Pulse Width Modulation)을 하여 PWM 듀티비에 따라 상기 상, 하부 스위칭 소자(202,203)의 온, 오프 동작을 제어하게 된다.Here, the control signal applied to the upper and lower switching elements 202 and 203 detects the rotational speed and phase of the motor in the hall sensor and generates a signal as input to the microcomputer. Pulse width modulation (PWM) is performed to control the on and off operations of the upper and lower switching elements 202 and 203 according to the PWM duty ratio.

그러나 상기와 같이 고속으로 회전하는 에스알엠에서는 저속에서 고속회전까지 PWM 듀티비 조정을 통해 상, 하부 스위칭 소자를 제어하게 되면, 많은 스위칭에 따른 소자의 스위칭 손실이 생기게 되고 또한, 전자파가 많이 발생하는 문제점이 있다.However, in the above-mentioned SM, which rotates at a high speed, when the upper and lower switching devices are controlled by adjusting the PWM duty ratio from low speed to high speed rotation, switching losses of the devices due to many switching are generated, and a lot of electromagnetic waves are generated. There is a problem.

도 3a 내지 3b는 에스알엠의 정상 파킹 위치와 비정상 파킹 위치를 보여주는 도면이다.3A to 3B are views illustrating normal parking positions and abnormal parking positions of SLM.

도 3a 내지 3b를 참조하면, 에스알엠에서는 모터가 정지할 때 다음 회전을 위해 도 3a와 같이 파킹 마그네트(301a)의 N극과 회전자(302a)에 고정 설치된 마그네트(304a)의 S극, 파킹 마그네트(301a)의 S극과 회전자(302a)에 고정 설치된 마그네트(304a)의 N극이 대응하여 상호간의 인력에 의해 파킹되어 정상적인 파킹 상태가 되는 것이다.3A to 3B, in the SM, the N pole of the parking magnet 301a and the S pole of the magnet 304a fixed to the rotor 302a, parking for the next rotation when the motor stops, parking The S pole of the magnet 301a and the N pole of the magnet 304a fixedly installed on the rotor 302a correspond to each other and are parked by mutual attraction to be in a normal parking state.

그러나, 도 3b와 같이 회전자(302b)가 정지할 때 회전자(302b)에 고정된 마그네트의 N극과 파킹 마그네트(301b)의 N극, 회전자(302b)에 고정된 마그네트의 S극과 파킹 마그네트(301b)의 S극이 대응하여 상호간의 척력에 의해 파킹되는 비정상적인 파킹 상태가 발생하게 된다.However, as shown in FIG. 3B, when the rotor 302b is stopped, the N pole of the magnet fixed to the rotor 302b, the N pole of the parking magnet 301b, and the S pole of the magnet fixed to the rotor 302b, An abnormal parking state occurs in which the S poles of the parking magnet 301b correspond to each other and are parked by mutual repulsive forces.

상기와 같은 비정상적인 파킹 위치에 회전자가 위치할 경우 모터의 회전을 위해 고정자에 전류를 흘려주더라도 회전자가 회전하지 않거나 불안정하게 동작하는 문제점이 있다.When the rotor is located at the abnormal parking position as described above, even if a current is flowed to the stator for rotation of the motor, the rotor does not rotate or operates unstable.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 특히 단상 에스알엠을 구성하고 소자의 스위칭 주파수를 최소로 하고, 모터를 안정하게 구동할 수 있는 단상 에스알엠 구동 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and in particular, to provide a single-phase SM driving method capable of constituting a single-phase SM, minimizing the switching frequency of the device, and capable of stably driving the motor. The purpose is.

도 1은 종래의 단상 에스알엠 구동 장치를 개략적으로 보여주는 블럭 구성도.1 is a block diagram schematically showing a conventional single-phase SM drive device.

도 2는 일반적인 단상 에스알엠의 모터구동부의 구조를 상세히 보여주는 도면.Figure 2 is a view showing in detail the structure of the motor driving unit of a typical single-phase SM.

도 3a 내지 3b는 단상 에스알엠의 회전자의 정상 파킹 위치 및 비정상 파킹 위치를 보여주기 위한 도면.3a to 3b are views for showing the normal parking position and abnormal parking position of the rotor of the single-phase SM.

도 4는 본 발명의 단상 에스알엠 구동 장치를 개략적으로 보여주는 블럭 구성도.Figure 4 is a block diagram schematically showing a single-phase SM drive of the present invention.

도 5는 단상 에스알엠의 위상 변화에 따른 인덕턴스 프로파일과 이에 따라 본 발명을 구성하고 있는 기동 센서 및 운전 센서가 발생하는 신호를 보여주는 도면.FIG. 5 is a diagram illustrating an inductance profile according to a phase change of a single phase SLM and a signal generated by a starting sensor and a driving sensor constituting the present invention.

도 6은 본 발명의 단상 에스알엠 구동 과정을 보여주기 위한 흐름도.Figure 6 is a flow chart for showing a single-phase SM driving process of the present invention.

도 7은 본 발명의 에스알엠 구동 방법을 그래프로 도시한 도면7 is a graph illustrating a method of driving an SM of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

101,401 ... 상용 전원 102,402 ... 평활 회로부101,401 ... commercial power supply 102,402 ... smooth circuit

103,403 ... 모터 구동부 104,404 ... 모터103,403 ... motor drive 104,404 ... motor

105 ... 홀 센서 106,407 ... 마이콤105 ... Hall sensor 106,407 ... Micom

201 ... 캐패시터 202,203 ... 트랜지스터201 ... Capacitor 202,203 ... Transistor

204,205 ... 다이오드 206 ... 모터 권선204,205 ... Diode 206 ... Motor winding

207,301a,301b ... 고정자 208,302a,302b ... 회전자207,301a, 301b ... Stator 208,302a, 302b ... Rotor

303a,303b ... 파킹 마그네트 304a,304b ...마그네트303a, 303b ... parking magnet 304a, 304b ... magnet

405 ... 기동센서 406 ... 운전센서405 ... Start sensor 406 ... Run sensor

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에스알엠 구동 방법은,SM drive method of the present invention for achieving the above object,

(a) 전원 입력과 함께 회전자와 고정자를 초기 얼라인(Align) 하는 단계;(a) initial aligning the rotor and stator with a power input;

(b) 상기 단계 (a)와 같이 회전자와 고정자가 얼라인 된 후 소정의 공백시간을 갖는 단계;(b) having a predetermined free time after the rotor and stator are aligned as in step (a);

(c) 소정의 공백시간이 지난 후, 모터의 초기 회전을 위한 이탈 펄스를 인가하는 단계;(c) applying a breakaway pulse for initial rotation of the motor after a predetermined idle time;

(d) 제 1센서를 통해 신호를 입력받아 PWM 듀티비을 조정하여 상기 단계 (c)를 통해 기동한 모터의 회전 속도를 증가시키는 단계;(d) increasing the rotational speed of the motor started through step (c) by receiving a signal through a first sensor and adjusting a PWM duty ratio;

(e) 모터의 회전 속도와 시스템에서 정한 기준 속도를 비교하는 단계: 및(f) 상기 단계 (e)의 비교 결과 모터의회전 속도가 시스템에서 정한 기준 속도보다 이상으로 될때제 2센서를 통해 신호를 입력받아 드웰 타임으로 모터의 회전 속도를 제어하는 단계;(g) 상기 단계 (e)의 비교 결과 모터의 회전 속도가 시스템에서 정한 기준 속도보다 이하일때 제 1센서에 의해 PWM운전을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.더 바람직하게는, (h) 상기 단계 (f)이후, 전원을 턴 오프하고, 다시 전원이 턴 온 되는지 여부를 판단하는 단계;(i) 상기 단계 (h)의 판단 결과 전원이 턴 온 되었다면 모터가 정지되어 있는지를 판단하는 단계;(j) 상기 단계 (i)의 판단 결과 모터가 정지하지 않았다면, 상기 단계(d)로 피드백하여 상기 단계들을 반복 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.(e) comparing the rotational speed of the motor with a reference speed determined by the system: and (f) a signal through the second sensor when the rotational speed of the motor becomes higher than the reference speed determined by the system as a result of the comparison of step (e) Controlling the rotational speed of the motor by the dwell time received; ( g) PWM operation by the first sensor when the rotational speed of the motor is less than the reference speed determined by the system as a result of the comparison of the step (e); More preferably, (h) after step (f), turning off the power, and determining whether the power is turned on again; (i) of step (h) Determining whether the motor is stopped if the power is turned on; (j) if the motor is not stopped as a result of the determination of step (i), feeding back to step (d) to repeat the steps. It further comprises.

도 4는 본 발명의 단상 에스알엠 구동 장치를 개략적으로 보여주는 블럭 구성도이다.Figure 4 is a block diagram schematically showing a single phase SM drive of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 단상 에스알엠 구동 장치는, 상용(AC) 전원(401)으로부터 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 평활 하는 평활 회로부(402), 상기 평활 회로부(402)로부터 공급되는 전압과 마이콤(407)으로부터 제어신호를 인가 받아 모터(404)를 구동하기 위한 모터 구동부(403), 모터(404)의 회전 속도 및 위상을 감지하여 상기 마이콤(407)으로 신호를 출력하는 기동 센서(405) 및 운전 센서(406)로 구성된다.Referring to FIG. 4, the single-phase SM driving device of the present invention is provided with a smoothing circuit section 402 and a smoothing circuit section 402 for smoothing an AC voltage applied from a commercial (AC) power supply 401 to a DC voltage. A start sensor that senses the rotational speed and phase of the motor driver 403 and the motor 404 for driving the motor 404 by receiving a control signal from the voltage and the microcomputer 407 and outputs a signal to the microcomputer 407. 405 and driving sensor 406.

이하 도 4를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 단상 에스알엠 구동 장치의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the single-phase SM driving device of the present invention configured as described above with reference to FIG. 4 will be described in detail.

먼저, 평활 회로부(402)는 입력되는 상용 전원(401)을 평활 한다. 상기와 같이 평활된 전압은 모터 구동부(403)로 공급되고, 모터 구동부(403)는 마이콤(406)의 제어신호에 따라 모터(404)로 전압을 공급한다.First, the smoothing circuit unit 402 smoothes the input commercial power supply 401. The smoothed voltage is supplied to the motor driver 403, and the motor driver 403 supplies the voltage to the motor 404 according to the control signal of the microcomputer 406.

이후, 기동 센서(405)와 운전 센서(406)는 모터(404)의 회전 속도 및 위상을 검출하여 신호를 발생한다.Thereafter, the starting sensor 405 and the driving sensor 406 detect the rotational speed and phase of the motor 404 to generate a signal.

이때 상기 기동 센서(405)와 운전 센서(406)는 회전자의 서로 다른 위상(Phase)을 검출하고 있다. 보다 상세하게는 상기 운전 센서(406)는 상기 기동 센서(405)보다 앞선 위상을 검출한다.At this time, the starting sensor 405 and the driving sensor 406 detect different phases of the rotor. More specifically, the driving sensor 406 detects a phase ahead of the starting sensor 405.

상기와 같이 기동 센서(405) 및 운전 센서(406)에서 발생된 신호는 마이콤(407)으로 입력되게 되고, 모터의 최초 기동시에는 마이콤에서 기동 센서(405)에서 발생되는 신호를 선택하여 모터 구동부(403)를 제어하기 위한 제어 신호를 발생한다.As described above, the signals generated by the starting sensor 405 and the driving sensor 406 are input to the microcomputer 407. When the motor is initially started, the motor driving unit selects the signals generated by the starting sensor 405 from the microcomputer. Generate a control signal for controlling 403.

또한, 모터의 속도가 시스템에서 정한 기준 속도 이상이 되면, 운전 센서(406)에서 발생되는 신호를 선택, 입력으로 하여 모터 구동부(403)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.When the speed of the motor is equal to or higher than the reference speed determined by the system, a signal generated by the driving sensor 406 is selected and input, and a control signal for controlling the motor driving unit 403 is output.

도 5는 에스알엠의 위상 변화에 따른 인덕턴스 변화와 본 발명을 구성하고 있는 기동 센서 및 운전 센서에서 감지하여 발생하는 신호를 보여주는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an inductance change according to a phase change of SLM and a signal generated by sensing by a start sensor and a driving sensor of the present invention.

도 5를 참조하면, 에스알엠의 회전자의 돌극부와 고정자의 돌극부가 정확히 어긋나 있을 때(Misalign시) 인덕턴스가 가장 작게 되는데, 인덕턴스가 증가하기 시작하는 시점에서 모터 구동부에서 전압을 에스알엠으로 공급하여 전류를 모터 권선에 흘려주게 된다.Referring to FIG. 5, when the protrusion of the rotor of the SM and the protrusion of the stator are exactly misaligned (when misaligned), the inductance is the smallest. At the time when the inductance starts to increase, the motor driver supplies the voltage to the SM. Current flows through the motor windings.

본 발명 에스알엠 구동 장치에 채용되는 기동센서는 인덕턴스가 증가하기 시작하는 위상을 감지하여 신호를 발생하게 되고, 운전센서는 상기 기동센서가 감지하는 위상보다 앞선 위상을 감지하게 된다.The start sensor employed in the SM drive of the present invention generates a signal by detecting a phase at which the inductance starts to increase, and the driving sensor detects a phase ahead of the phase detected by the start sensor.

상기와 같이 기동 센서 및 운전 센서는 모터의 회전 속도 및 위상을 감지한 후 신호를 발생하여 마이콤으로 보내게 되는데, 상기 마이콤에서는 모터의 회전 속도에 따라 입력되는 두 센서의 발생 신호중 하나를 선택, 입력으로 하여 모터 구동부에 제어신호를 출력하게 되는 것이다.As described above, the starting sensor and the driving sensor detect a rotational speed and phase of the motor, and then generate a signal and send the signal to the microcomputer. In the microcomputer, one of the generated signals of the two sensors input according to the rotational speed of the motor is selected and input. The control signal is outputted to the motor driving unit.

도 6은 도 4와 같이 구성된 본 발명의 단상 에스알엠 구동 장치를 구동하는 과정을 보여주기 위한 흐름도 이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of driving the single-phase SM driving device of the present invention configured as shown in FIG. 4.

이하 도 6을 참조하여, 본 발명의 단상 에스알엠 구동 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, referring to FIG. 6, the single-phase SM driving method of the present invention will be described in detail.

먼저, 단상 에스알엠을 구동하기 위해 전원을 턴 온 하게 되면(단계 601), 초기 align을 실시하게 된다(단계 602). 이렇게 초기 align을 하는 이유는 에스알엠의 회전자에 고정된 마그네트의 특성상 토크(torque)가 제로(Zero)인 점이 존재하기 때문이다. 즉, 종래의 문제점에서 언급한 바와 같이 파킹 마그네트와 회전자에 고정된 마그네트 상호간 척력에 의한 비정상적인 파킹이 되는 문제를 해소하기 위함이다.First, when the power is turned on to drive the single-phase SM (step 601), the initial alignment is performed (step 602). The reason for this initial alignment is that the torque is zero due to the characteristics of the magnet fixed to the rotor of SLM. That is, to solve the problem of abnormal parking by repulsive force between the magnets fixed to the parking magnet and the rotor as mentioned in the conventional problem.

초기 Align을 하는 방법으로는 모터 구동부의 상, 하부 스위칭 소자에 작은 펄스를 많은 개수 출력하여 전류를 모터 권선에 일시적으로 가한다.In the initial alignment method, a large number of small pulses are output to the upper and lower switching elements of the motor driving unit to temporarily apply current to the motor windings.

상기 단계 602에서와 같이 초기 align을 마치고 나면, 회전자가 도 3b와 같이 정상적인 파킹 위치에 위치하도록 일정시간 공백 시간을 둔다(단계 603). 본 발명에서는 공백시간을 약 1초 가량 둔다고 가정한다.After the initial alignment is completed as in step 602, a certain amount of time is allowed to leave the rotor at the normal parking position as shown in FIG. 3B (step 603). In the present invention, it is assumed that the blank time is about 1 second.

상기와 같은 단계들을 통해 회전자가 정상 파킹 위치에 가게 되면 파킹 위치에서 회전자가 이탈할 수 있도록 큰 펄스(이탈 펄스), 즉 많은 전류를 모터 권선에 가한다.(단계 604).When the rotor goes to the normal parking position through the above steps, a large pulse (escape pulse), that is, a large amount of current is applied to the motor winding so that the rotor can escape from the parking position (step 604).

상기와 같이 이탈 펄스를 모터 구동부에 가하여 순간 토크를 발생시키면, 회전자가 회전을 시작하게 되고, 작은 듀티의 PWM(Pulse Width Modulation)을 실시하여 회전자의 회전 속도를 서서히 증가시키게 되고, 계속적으로 PWM의 듀티비를 증가시켜 회전자의 회전 속도를 증가시키게 된다(단계 605).As described above, when the release pulse is applied to the motor driving unit to generate the instantaneous torque, the rotor starts to rotate, and the rotation speed of the rotor is gradually increased by performing a small duty pulse width modulation (PWM). Increasing the duty ratio of the motor increases the rotational speed of the rotor (step 605).

여기서 PWM 듀티비는 다음 수학식에 의해 결정된다.The PWM duty ratio is determined by the following equation.

상기 수학식 1에서는 듀티비,은 상, 하부 스위칭 소자의 온 구간의 시간이며,는 상, 하부 스위칭 소자의 오프 구간 시간을 나타낸다. 상기 수학식 1에서 보는 바와 같이 듀티비는 분모 값이 일정하므로 분자 값인값에 의해 결정된다.In Equation 1 The duty ratio, Is the time of the on period of the upper and lower switching elements, Denotes the off section time of the upper and lower switching elements. As shown in Equation 1, the duty ratio is a numerator value because the denominator is constant. Determined by the value.

따라서, 듀티비를 증가시킨다는 것은 도 2와 같은 구성을 갖는 모터 구동부의 상, 하부 스위칭 소자의 온 시간을 길게 한다는 것이고, 이는 모터 권선에 더 많은 전류를 흘려 회전자가 빨리 회전하게 됨을 의미한다.Therefore, increasing the duty ratio means that the on time of the upper and lower switching elements of the motor driver having the configuration as shown in FIG. 2 is increased, which means that the rotor rotates faster by flowing more current to the motor windings.

또한, 상기와 같은 PWM은 기동 센서의 라이징 에지(Rising Edge)부터 폴링 에지(Falling Edge)까지 구간에서 실시한다.In addition, the PWM is performed in a section from a rising edge to a falling edge of the start sensor.

이후 기동 센서를 이용하여 모터의 회전 속도 및 위상을 감지하고 시스템에서 정한 기준속도와 비교한다(단계 606)Then, using the start sensor, the rotational speed and phase of the motor are detected and compared with the reference speed determined by the system (step 606).

상기 단계 606의 비교 결과 감지된 모터의 회전 속도가 시스템에서 정한 기준 속도 보다 빠르게 되면, 전류(轉流)(Commutation)의 기준을 기동센서에서 운전센서로 옮겨 드웰(Dwell) 타임 제어를 실시하며, 기준속도 이하이면 PWM 듀티비를 조정하는 과정을 계속한다.When the detected rotational speed of the motor is faster than the reference speed determined by the system as a result of the comparison of step 606, the dwell time control is performed by moving the reference of the current from the start sensor to the operation sensor. If it is below the reference speed, continue the process of adjusting the PWM duty ratio.

상기와 같은 드웰 타임 제어는 상기의 PWM과 같이 스위칭 소자들을 듀티비에 따라 온, 오프 하는 것과는 달리, 마이콤에서 정하는 일정 시간 동안 한꺼번에 전류를 흘렸다, 끊었다 해주는 것을 말하는 것으로, PWM과 비교할 때 모터 구동부의스위칭 소자들의 스위칭 횟수가 현저히 줄어들게 된다.The dwell time control as described above refers to the fact that the current flows at a time during the predetermined time defined by the microcomputer, instead of turning on and off the switching elements according to the duty ratio as in the PWM. The number of switching of the switching elements is significantly reduced.

여기서, 드웰 타임 제어는 이전에 읽은 값으로 다음 값이 예측 가능할 때 사용되는데, 드웰 타임 제어시 전류(Commutation) 기준을 기동 센서에서 운전 센서로 옮겨 실시하는 이유는 전류(Commutation) 기준이 기동센서일때는 RPM 변화가 많아 이전에 읽은 값으로 다음 값을 예측하기가 어렵기 때문이다.Here, the dwell time control is a value previously read and is used when the next value is predictable. The reason why the current reference is moved from the start sensor to the operation sensor during the dwell time control is when the commutation reference is the start sensor. Because the RPM changes a lot, it is difficult to predict the next value with the previously read value.

그런 다음, 외부 전원을 턴 오프 하게 되면(단계 608), 외부 전원이 다시 턴 온 되는지 여부를 판단한다(단계 609).Then, when the external power is turned off (step 608), it is determined whether the external power is turned on again (step 609).

상기 단계 609의 판단 결과 외부 전원이 턴 온 되지 않으면 에스알엠 구동을 종료하고(단계 611), 만일 단계 609의 판단 결과 다시 외부 전원이 턴 온 되면 모터가 회전하고 있는지 여부를 판단하게 된다(단계 610).If the external power is not turned on as a result of the determination of step 609, the driving of the SLM ends (step 611). If the external power is turned on again as a result of the determination of step 609, it is determined whether the motor is rotating (step 610). ).

단계 610의 판단 결과 모터가 정지했다면 상기 단계 602로 피드백하여 초기 Align부터 상기 단계들을 반복 수행하게 되고, 반대로 모터가 정지하지 않았다면 상기 단계 602, 603, 604의 과정이 필요 없게 되므로 바로 단계 605로 피드백 되어 상기 단계들을 반복 수행하게 되는 것이다.If the motor is stopped as a result of the determination of step 610, the process is fed back to the step 602, and the steps are repeated from the initial alignment. If the motor is not stopped, the process of steps 602, 603, and 604 is not necessary. Thus, the above steps are repeated.

도 7은 상기에서 설명한 본 발명의 에스알엠 구동 방법을 그래프로 도시한 도면이다.FIG. 7 is a graph illustrating a method of driving an SM of the present invention as described above. FIG.

상기에서 설명한 바와 같은 본 발명의 단상 에스알엠 구동 방법에, 단상 에스알엠에서 비정상 파킹 때문에 모터가 기동 안돼는 것을 방지하며, 소자의 스위칭 손실을 최소로 할 수 있으며 고속/고효율로 구동할 수 있는 효과가 있다.As described above, the single-phase SM driving method of the present invention prevents the motor from starting due to abnormal parking in the single-phase SM, minimizes switching loss of the device, and operates at high speed / high efficiency. have.

Claims (5)

(a) 전원 입력과 함께 회전자와 고정자를 초기 얼라인(Align) 하는 단계;(a) initial aligning the rotor and stator with a power input; (b) 상기 단계 (a)와 같이 회전자와 고정자가 얼라인 된 후 소정의 공백시간을 갖는 단계;(b) having a predetermined free time after the rotor and stator are aligned as in step (a); (c) 소정의 공백시간이 지난 후, 모터의 초기 회전을 위한 이탈 펄스를 인가하는 단계;(c) applying a breakaway pulse for initial rotation of the motor after a predetermined idle time; (d) 제 1센서를 통해 신호를 입력받아 PWM 듀티비을 조정하여 상기 단계 (c)를 통해 기동한 모터의 회전 속도를 증가시키는 단계;(d) increasing the rotational speed of the motor started through step (c) by receiving a signal through a first sensor and adjusting a PWM duty ratio; (e) 모터의 회전 속도와 시스템에서 정한 기준 속도를 비교하는 단계: 및(e) comparing the rotational speed of the motor with a reference speed determined by the system: and (f) 상기 단계 (e)의 비교 결과 모터의회전 속도가 시스템에서 정한 기준 속도보다 이상으로 될때제 2센서를 통해 신호를 입력받아 드웰 타임으로 모터의 회전 속도를 제어하는 단계;(f) controlling the rotational speed of the motor by dwell time by receiving a signal through the second sensor when the rotational speed of the motor becomes higher than the reference speed determined by the system as a result of the comparison in step (e); (g) 상기 단계 (e)의 비교 결과 모터의 회전 속도가 시스템에서 정한 기준 속도보다 이하일때 제 1센서에 의해 PWM운전을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상 에스알엠 구동 방법.( g) PWM operation by the first sensor when the rotational speed of the motor is less than the reference speed determined by the system as a result of the comparison of step (e); Single-phase SM drive method comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, (h) 상기 단계 (f)이후, 전원을 턴 오프하고, 다시 전원이 턴 온 되는지 여부를 판단하는 단계;(h) after step (f), turning off the power and determining whether the power is turned on again; (i) 상기 단계 (h)의 판단 결과 전원이 턴 온 되었다면 모터가 정지되어 있는지를 판단하는 단계;(i) determining whether the motor is stopped if the power is turned on as a result of the determination of step (h); (j) 상기 단계 (i)의 판단 결과 모터가 정지하지 않았다면, 상기 단계(d)로 피드백하여 상기 단계들을 반복 수행하는 단계를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 단상 에스알엠 구동 방법.and (j) if the motor is not stopped as a result of the determination of step (i), feeding back to the step (d) and repeatedly performing the steps. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 단계 (i)의 판단결과, 모터가 정지하였다면 상기 단계 (a)로 피드백하여 상기 단계들을 반복 수행하는 단계를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 단상 에스알엠 구동 방법. And as a result of the determination of step (i), if the motor is stopped, feeding back to step (a) and repeatedly performing the steps. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초기 얼라인은 모터 권선에 흐르는 전류가 과하지 않도록 작은 펄스를 많은 개수 모터 구동부에 인가하는 것을 특징으로 하는 단상 에스알엠 구동 방법.The initial alignment is a single phase SM drive method, characterized in that for applying a small number of pulses to the motor drive so that the current flowing in the motor winding is not excessive. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계 (e)의 비교 결과 모터의 회전 속도가 시스템에서 정한 기준 속도보다 느린 경우에는 계속 제 1센서의 신호를 입력받아 PWM 듀티비를 조정하여 모터의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 단상 에스알엠 구동 방법.If the rotational speed of the motor is slower than the reference speed determined by the system as a result of the comparison of the step (e), the single-phase SR is controlled by continuously receiving the signal of the first sensor and adjusting the PWM duty ratio. Em driving method.
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