KR100358242B1 - 전류프로파일에의한스위칭된자기저항모터의잡음감소방법및장치 - Google Patents

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Abstract

위상의 활성 부분동안 단일 또는 다상 SRM(M)의 전류 프로파일(P2)을 제어하는 장치(10)에 관한 것이다. 스위치(S1,S2)는 위상의 활성 부분 동안 닫혀서 전류 흐름을 권선(W)으로 향하게 한다. 홀 효과 센서(14)와 다른 센서들은 SRM의 다양한 동작 파라미터들을 감지하는데 사용된다. PWM 신호 발생기(16) 또는 마이크로프로세서(20)는 센서 입력에 응답하여 PWM 동작 신호(G2)를 최소한 하나의 스위치에 제공하여 권선으로의 전류 흐름을 제어한다. 동작 신호는 스위치 동작이 동작 신호의 신호 특성의 함수로서 제어되도록 스위치를 조절한다. 이로 인하여 권선으로의 전류 공급은 전류 프로파일과 일치하게 된다. 프로파일에 따라, 위상이 활성 상태가 되면 전류 흐름은 초기에 제로로부터 피크간(Ip')으로 신속히 증가된다. 이 전류는 위상이 비활성 상태가 될 때까지 이 피크값에서 제2의 감소된 값(Ip)으로 감소된다. 전류는 위상이 비활성 상태가 되면 제2의 값에서 제로로 감소된다. 위상이 활성 상태에서 비활성 상태로 스위칭될 때 발생하는 전류 프로파일의 전이는 더 이상 급격한 전이가 아니며, 다소 완만한 전이이다. 이 완만한 전이는 권선으로의 전류 흐름이 정지할 때 보통 발생되는 모터의 울림을 감소시킴으로써 모터 잡음을 감소시킨다.

Description

전류 프로파일에 의한 스위칭된 자기 저항 모터의 잡음 감소 방법 및 장치
본 발명은 스위칭된 자기 저항(SRM) 모터에 관한 것이며, 구체적으로 모터에 대한 전류 프로파일을 제어하거나 처리함으로써 모터 잡음을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
스위칭된 자기 저항, 즉 SRM 모터는 공지되어 있다. 이들 모터를 동작시키는데 있어서의 하나의 문제점은 잡음이다. 계류중인 특허 출원 제08/175,268호에 개시된 바와 같이, 이 잡음의 하나의 원인은 각 위상이 주기의 단부에서 스위칭될 때 모터의 위상 권선의 전류의 소실에 의한 것이다. 모터가 하나의 위상에서 다른 위상으로 스위칭될 때, 활성 상태동안 위상 권선에 공급되는 에너지의 대략 30%의 에너지는 감소한다. 상기 출원에 개시된 바와 같이, 이 에너지의 일부는 기억 커패시터에 의해 복원되거나 소실된다.
일반적으로, 모터 잡음의 주원인은 모터가 영향을 받는 정규 힘의 급격한 변화이다. 이들 전이가 모터 주기의 최대 편향점에서 발생한다면 특히 심각하다. 본 출원인의 미국 특허 제5,239,217호에 "타원형화(ovalizing)"로 언급되는 현상이 개시되어 있다. 이는 모터의 일반적인 원형 회전자와 고정자가 회전자 극과 고정자 극이 정합될 때 발생되는 힘에 의해 타원형으로 왜곡되는 상태이다. 이들 선행 출원에는 이들 타원형화 힘이 최소화될 수 있는 기술이 추가로 개시되어 있다. 선행 출원에 나타난 접근법도 모터 잡음을 감소시키는데 효과적이지만, 모터 잡음은 추가로 감소시키는 다른 노력도 또한 중요하다. 하나는 각 모터 위상의 전류 프로파일을 제어하는 것이다. 토크를 최소화하도록 전류를 제어하는 제어 구조는 효과적인 제어를 위해 다양한 탐색(look-up) 테이블 또는 스케줄을 사용한다(Anderson 등의 미국 특허 제4,868,477호를 참조한다). 위상의 길이를 앞당김으로써 전류 프로파일을 제어하는 위상에 대한 모터 일시 정지 시간을 증가시키는 것은 공지되어 있다(Ray 등의 미국 특허 제4,253,053호를 참조한다). 제3의 구조는 S. Chan과 H. R. Bolton에 의해 1993년 9월 IEEE Proceedings-B, 통권 140호, 논문 제5번에 'Performance Enhancement of Single-phase Switched Reluctance Motor by DC Link Voltage Boosting'으로 개시되어 있다. 여기에서, 전류는 위상으로 입력되고 위상의 단부의 개시점에서 부스트(boost) 전압을 채용함으로써 정상 속도보다 빠르게 연속적으로 출력된다. 이러한 접근법의 단점은 불변성이다.
상기 접근법이 효과적일 수도 있지만, 이들은 상당한 정도로 제어를 하기 위해서는 많은 양의 회로소자나 많은 조작을 요구한다. 전류 프로파일 제어에 대한 다른 방법이 더욱 효과적이고 실행하기 용이할 수 있다. 잡음 감소는 위상의 활성 부분의 단부에서의 전류 프로파일의 기울기와 프로파일의 후미 전류 감소 부분의 기울기를 가능한 한 밀접하게 정합시킴으로써 수행된다. 계류중인 특허 출원 제 08/175,268호에 후미 전류 감소를 제어하는 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이 개시에 따라, 프로파일의 감소 부분의 기울기는 제어 가능하다. 개시된 바와 같은 회로소자와 방법으로써 프로파일의 위상 활성 부분은 제어 가능하며 잡음 감소를 실행하기 위해 위상의 주기나 다른 중요한 모터 동작 파라미터에 영향을 주지 않고서 완만한 전이를 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 몇가지 목적 중에서 단일 SRM 또는 예컨대 12-6, 2상 SRM 및 6-4, 3상 SRM과 같은 2상 및 3상 SRM인 다상 SRM의 쪽 위상의 전류 프로파일을 처리하는 전류 구조 및 방법과, 모터 잡음을 감소시키기 위해 각 위상의 활성 부분 동안 전류 프로파일을 제어하는 제어 구조 및 방법과, 전류 프로파일을 제어하기 위해 하드 초핑(hard chopping) 또는 소프트 초핑(soft chopping) 전류 제어 기술을 사용하는 제어 구조 및 방법과, 전류가 보통 구동되는 크기를 초과하는 피크 크기로 전류 레벨을 구동시키는 제어 구조 및 위상과, 전류가 피크에서 저레벨로 추가로 떨어지도록 하는 제어 구조와 방법을 제공하는데, 이는 위상의 정규 위상 활성 부분 동안 발생함으로써 위상이 비활성화될 때 발생하는 전류 프로파일의 기울기의 변화가 이러한 방법이 사용되지 않을 때보다 덜 급격하며, 기존의 SRM 제어 회로소자에 쉽게 포함되며 마이크로프로세서를 포함할 수 있는 제어 구조 및 방법과, 처음에 위상 권선으로의 전압 입력을 매우 증가시킴으로써 전류를 피크로 구동시키는 제어구조 및 방법과, 위상이 활성 상태일 때 위상 권선의 전류 흐름을 제어하는데 사용되는 PWM 신호의 듀티 사이클을 제어함으로써 위상의 활성 주기의 개시점에서 신속히 전류의 피크 크기를 구동시키는 제어 구조 및 방법과, PWM 신호의 주파수를 선택적으로 제어하여 동일한 결과를 얻는 제어 구조 및 방법과, 듀티 사이클 및 PWM 주파수를 변화시켜서 동일한 결과를 얻는 제어 구조 및 방법과, 모터내의 정규 힘을 조절하여 모터 위상이 활성 상태에서 비활성 상태로 변화할 때 모터상에 작용하는 정규화된 타원형화 힘이 덜 급격히 변화하도록 함으로써 모터의 울림을 감소시키는 제어 구조 및 방법과, SRM 동작 범위에 걸쳐 잡음을 감소시키는 기능을 갖는 신뢰성 있는 저가의 제어 회로를 제공한다.
본 발명에 따라, 일반적으로 전술한 장치가 위상의 활성 부분 동안 단일 또는 다상 SRM의 전류 프로파일을 제어하기 위해 제공된다. 위상이 활성 상태이면 스위치는 닫혀서 전류 흐름을 권선으로 향하게 한다. 흘 효과 센서 및 다른 형태의센서가 SRM의 다양한 동작 파라미터를 감지하는데 사용된다. PWM 신호 발생기, 또는 PWM 신호 출력을 갖는 마이크로프로세서는 센서 입력에 응답하여 PWM 동작 신호를 최소한 하나의 스위치에 제공하여 권선으로의 전류 흐름을 제어한다. 동작 신호는 스위치를 조절하는데 이러한 동작은 동작 신호의 신호 특성의 함수로서 제어 가능하다. 이로 인하여 권선으로의 전류 공급이 미리 설정된 프로파일과 일치하게 된다. 이 프로파일에 따라 전류 흐름은 위상이 활성 상태가 되면 처음에 제로에서 피크값으로 신속히 증가한다. 이 전류는 위상이 비활성 상태로 되는 동안 피크값에서 제2의 감소된 값으로 감소된다. 이 전류는 위상이 비활성 상태가 되면 제2의 값에서 제로로 감소된다. 위상이 활성 상태에서 스위칭될 때 발생하는 전류 프로파일의 전이는 더 이상 급격한 전이가 아니며 다소 완만해진다. 이 완만한 전이는 권선으로의 전류 흐름이 정지할 때 보통 발생하는 모터의 울림을 감소시킴으로써 모터의 잡음을 감소시킨다. 이 전류 프로파일을 제어하는 방법도 개시되어 있다. 다른 목적과 특징은 차후에 설명된다.
도면을 참조하면, 스위칭된 자기 저항 모터 M(제6A도, 제6B도 참조)은 단일 위상 스위칭된 자기 저항 모터이며, 또는 이 모터는 통상적인 다중극 모터인 2상, 3상, 또는 4상 모터와 같은 다상 모터일 수 있다. 이러한 모터들의 예는 12-6, 2 상 모터 또는 6-4, 3상 모터이다. 이 모터는 다수의 고정자 이(teeth) ST를 포함하는 고정자 어셈블리(S)를 갖는데, 이들 중 하나만이 도시되어 있다. 모터는 축 H상에 장착되며 고정자 어셈블리에 대해 회전하도록 배치된 회전자 어셈블리 R을 추가로 포함한다. 회전자 어셈블리는 다수의 회전자 이 RT를 포함한다. 회전자가 도면에 나타난 시계 방향으로 회전함에 따라 고정자 및 회전자 어셈블리 모두에 힘이 발생된다. 이득 힘은 제6A도, 제6B도에 화살표의 크기로서 나타난 바와 같이 회전자 이가 고정자 이의 정반대에 위치될 때 피크에 도달한다. 이들 힘은 모터상에서 타원화 효과를 발생시킨다.
모터 동작시, 각 모터 위상은 연속적으로 에너자이징 및 디에너자이징된다. 각 위상이 활성 상태인 시간의 길이는 다양한 동작 파라미터상에 기초하며, 다양한 제어 구조가 한 위상으로부터 다음 위상으로의 스위칭이 발생되어야 할 때를 결정하기 위해 실행되었다. 위상이 활성화되면, 전류는 모터의 위상 권선 W에 인가된다. 전류는 위상이 활성 상태인 기간 동안 계속적으로 권선에 인가된다. 제4B도에 도시된 바와 같이, 전류는 시간 To에서 권선에 인가된다.
본 발명의 장치(10)는 각 위상의 활성 부분 동안 단일 또는 다상 스위칭된 자기 저항 모터 M의 전류 프로파일 P(제4D도 참조)를 제어하는데 사용된다. 제1도에 도시된 바와 같이, 위상 권선 W는 스위칭 수단(12)을 통하여 DC 버스에 접속된다. 스위치 수단은 위상이 활성 상태일 때 전류 흐름을 권선으로 향하게 하며 권선을 버스의 한 측면에 접속시키는 제1의 스위치 S1과 권선을 버스의 다른 측면에 접속시키는 제2의 스위치 S2를 포함한다. 이 스위치 수단은 각각의 다이오드 D1, D2를 포함한다. 권선에 의해 나타난 위상이 활성화 상태일 때, 스위치 S1,S2는 닫힌다.
다양한 감지 수단은 모터 동작 파라미터를 결정하는데 제공된다. 예컨대, 제6A도에서 글 효과 센서(14)가 회전자 어셈블리 R의 순간 위치를 결정하기 위해 제공된다. 도시되지 않은 다른 센서들은 모터 속도, 토크 및 유사한 파라미터 정보를 제공하기 위해 사용된다. 다음으로, 제1도에서 '16'으로 표시된 신호 발생 수단은 동작 신호를 차후 설명하는 이유로 권선 W로의 전류 흐름을 제어하는 스위치 S1,S2 중 어느 하나 또는 모두에 제공하는 PWM 신호 발생기를 포함한다. 제1도에서 '18'로 표시된 제어 수단은 감지 수단으로부터의 입력에 응답하여 신호 발생 수단의 동작을 제어한다. 제어 수단은 신호 발생 수단의 동작을 제어하며, 그에 따라 신호 발생 수단은 권선으로의 전류 공급이 미리 설정된 프로파일에 따라 행하여지게 하는 동작 특성을 갖는 동작 신호를 제공한다.
제4A도, 제4B도 및 제5A도를 참조하여, 모터 위상에 대한 통상적인 전류 프로파일 P1과 모터의 결과적인 정규 힘이 나타나 있다. 제4B도에서, 전류 레벨은 권선이 활성 상태가 되는 것과 연관된 특정 위상 이전에는 제로 암페어(A)로 나타나있다. 위상은 시간 To에서 활성화된다. 그 후, 시간 Tc까지 전류는 위상 권선에 인가된다. 시간 Tc에서 위상은 비활성화되고 권선으로의 전류 흐름은 정지한다. 시간 Tc로부터 시간 Tf까지 전류는 제로로 감소한다. 전류가 위상 권선으로 흐르기 시작하면, 전류 레벨은 통상적으로 레벨 Ip로 상승하고, 시간 Tx에서 이 레벨에 도달한다. 시간 Tx에서 Tc까지 권선으로의 전류 흐름은 일정하며, 레벨 Ip로 유지된다. 권선으로의 전류 흐름이 시간 Tc에서 정지하면, 전류 프로파일의 기울기에 급격한 전이가 발생한다. 이는 시간 Tc에서의 권선 전류가 전류 프로파일의 급경사에 의해 나타나는 바와 같이 제로로 갑자기 떨어지기 때문이다. 권선 W에 대한 인덕턴스 프로파일 L은 제4A도에 나타나 있으며 제4B도의 프로파일에 따른 위상에 인가되는 전류를 갖는 권선의 인덕턴스를 나타내고 있다. 제5A도에 도시된 바와 같이, 모터에 대해 정규화된 힘 프로파일 F1도 전류 컷 오프 시간 Tc에서 감작스런 전이를 나타내고 있다. 정규화된 힘 프로파일의 기울기의 급격한 변화로 인하여 제5A도의 파형 V1에 의해 나타나는 큰 울림이 발생한다. 그리고, 이 울림은 모터에 고레벨의 잡음을 발생시킨다. 이 잡음은 바람직하지 못하다.
제4D도에 나타난 프로파일 P2와 같은 전류 프로파일을 발생시키는 것이 회로 (10)의 특성이며, 본 발명의 방법이다. 본 방범에 따라, 권선으로의 전류 흐름은 위상이 활성화가 되면 제로로부터 피크값 Ip로 급격히 증가한다. 제4D도에 도시된 바와 같이, 전류는 To와 Tx간의 기간 동안 피크값으로 유도된다. 시간 Tx로부터 전류는 위상이 시간 Tc에서 비촬성화되는 시간까지 이 피크값으로부터 예컨대 전류 레벨 Ip인 제2의 피크값보다 작은 값으로 감소된다. 이 전류는 위상이 비활성화되면 제2의 값에서 제로로 감소한다. 이러한 방법으로의 전류 프로파일의 제어는 시간 Tx와 Tc간의 전류 프로파일의 기울기가 제4B도의 통상적인 상황에서 발생하는 것과 같은 실질적으로 더 이상 편평한 상태가 아니라는 이점을 가진다. 또한, 전류 프로파일은 기울기가 매우 급하지는 않지만 시간 Tx내지 Tf의 기울기와 유사한 기울기(부기울기)를 갖는다. 위상으로의 전류 공급이 시간 Tc에서 정지된다면, 발생되는 전류 프로파일의 전이는 갑작스러운 전이가 아니며, 매우 부드러운, 즉 완만한 전이이다. 전류가 프로파일 P2에 따라 위상에 인가될 때 모터에 대한 정규화된 힘 프로파일 P2를 나타내는 제5B도에서, 이 완만한 전이는 권선으로의 전류 흐름이 정지할 때 발생하는 모터의 울림의 양을 감소시킨다. 이는 제5B도에 파형 V2로써 나타나있다. 도시된 바와 같이, 결과적으로 모터 잡음이 매우 감소된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 회로(10)는 동작 신호를 스위치 S1,S2 중 어느 하나 또는 모두에 공급하는 PWM 신호 발생기(16)를 포함한다. 선택적으로, 제2도에 도시된 바와 같이, 회로(10')는 스위치에 동작 신호를 공급하는 PWM 신호 출력을 갖는 마이크로프로세서를 이용한다. 신호 발생기(16) 또는 마이크로프로세서(20)는 소프트 초핑 신호, 또는 하드 초핑 신호인 PWM 신호를 공급할 수 있다. 소프트 초핑 PWM 신호는 제3A도에 나타나 있으며, 하드 초핑 신호는 제3B도에 나타나 있다. 신호 발생기 또는 마이크로프로세서가 소프트 초핑 신호를 공급한다면, 이 신호는 스위치중 하나, 예컨대 스위치 S2에만 공급되어 스위치를 '온" 및 "오프" 위치로 조절한다. 다른 스위치 S1은 위상의 활성 부분 동안 일정한 "온" 상태로 유지된다. 반면에, 신호 발생기 또는 마이크로프로세서가 하드 초핑 신호를 공급한다면, 이 신호는 두 스위치에 동시에 공급된다.
제4C도에는 PWM 신호 G1이 나타나 있으며 이 신호에 의해 전류는 전류 프로파일 P1에 따라 위상 권선에 인가된다, 신호 G1은 시간 To내지 Tc로 연장되는 위상 활성 기간 동안 일정한 주파수 및 듀티 사이클을 갖는다. 평균 전압 곡선 A1은 활성 기간 동안 위상에 인가되는 PWM 파형의 평균 전압을 나타내며, 계속 일정한 값으로 나타타 있다. 본 발명에 따른 전류 프로파일 P2를 얻기 위해, 권선에 공급되는 PWM 신호 즉 신호 G2(제4E도 참조)는 많은 방법으로 제어될 수 있다. 제4E도에서, 동작 신호는 일정한 주파수를 가지는 것으로 나타나 있으나 가변 듀티 사이클을 갖는다. 따라서, 제4E도의 시간 To내지 Tx에 나타난 바와 같이, 동작 신호는 제 1의 값에서 시작하여 이 기간 동안 점차 짭아지는 듀티 사이클을 갖는다. 시간 Tx에서 Tc까지 동작 신호는 일정한 듀티 사이클을 갖는다. 그러나, 이 듀티 사이클은 시간 To에서 Tx까지 스위치에 공급되는 동작 신호의 듀티 사이클보다 짧다. 활성 부분 동안 위상에 공급되는 PWM 신호의 평균 전압 곡선은 평균 전압이 실질적으로 제2의 세그먼트의 평균 전압 보다 큰 제1의 세그먼트를 갖는 것으로 나타나 있다. 각 세그먼트의 길이는 위상으로의 가변 및 고정된 듀티 사이클 PWM 신호 공급의 각 기간에 대응한다. 이는 시간 Tx까지 요망되는 피크 레벨 Ip로의 전류를 구동시키기 위해 위상으로의 평균 전압 입력은 달리 인가되는 전압보다 매우 높아야 함을 의미하므로 중요하다.
제7A도 내지 제7C도를 참조하면, 제7A도는 제4E도에 도시된 신호 스트림에 대응하는 PWM 동작 신호 스트림을 나타내고 있다. 이 구조에 따라 시간 To에서 Tx까지 동작 신호의 듀티 사이클은 처음에 제1의 값에서 점차 짧아진다. 시간 Tx에서 Tc까지 동작 신호는 시간 To에서 Tx까지 스위치 수단에 공급되는 동작 신호의 듀티 사이클보다 짧은 일정한 듀티 사이클을 갖는다. 제7B도에서, 동일한 결과를 얻는 또다른 방법은, 즉 위상 활성 기간의 제1의 부분 동안 위상으로 매우 높은 전압을 인가하는 단계는 일정한 듀티 사이클과 가변 주파수를 갖는 PWM 신호를 공급하는 단계를 포함한다. 주파수는 기간 To내지 Tx동안 점차 높아지는 선택된 주파수를 개시시킨다. 시간 Tx에서 Tc까지, 동작 신호는 시간 To에서 Tx까지 스위치 수단에 공급되는 동작 신호의 주파수보다 높은 일정한 주파수를 갖는다. 마지막으로, 제7C도에서 위상 활성 기간의 제1의 부분 동안 위상으로 매우 높은 전압을 공급하는 제3의 방법은 가변 듀티 사이클과 주파수를 갖는 PWM 신호를 공급하는 단계를 포함한다. 신호의 주파수 및 듀티 사이클이 어떻게 기간 To내지 Tx를 변화시키는가에 관계없이 시간 Tx에서 Tc까지 동작 신호는 일정한 주파수와 듀티 사이클을 갖는다.
제어 구조와 단일 또는 다상 SRM의 각 위상에서 전류 프로파일을 처리하는 방법을 개시하였다. 제어 구조를 실행하는 회로 소자는 모터 잡음을 감소시키기 위해 각 위상의 활성 부분 동안 전류 프로파일을 제어한다. 이러한 회로와 방법은 전류 프로파일을 제어하기 위해 하드 초핑 또는 소프트 초핑 전류 제어 기술을 사용할 수 있다. 동작시, 전류 레벨은 먼저 전류가 보통 구동되는 크기를 초과하는 피크 크기로 유도된다. 이 전류는 위상이 비활성 상태가 되면 보통의 전류와 같이 피크로부터 동일한 전류 레벨로 떨어지게 된다. 이 결과로 위상이 비활성 상태가 되면, 전류 프로파일의 기울기는 이러한 방법이 아닐 때보다 매우 덜 급격하게 된다. 이 제어 구조와 방법은 기존 SRM 제어 회로에 쉽게 포함될 수 있으며 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 이 방법에 따라 PWM 신호의 듀티 사이클은 위상이 활성 상태일 때 위상 권선의 전류 흐름을 제어하는데 사용됨으로써 위상의 활성 주기의 개시점에서 전류를 신속히 피크 크기로 구동시킨다. 선택적으로, PWM 신호의 주파수는 동일 결과를 얻기 위해 변화된다. 동일한 결과를 수행하도록 듀티 사이클과 PWM 주파수를 변화시킬 수 있다. 모터내의 정규 힘을 변형하여 모터 위상이 활성 상태에서 비활성 상태로 변화하면 모터상에 작용하는 정규화된 타원화 힘을 덜 급격하게 변화시킴으로써 모터의 울림을 감소시키는 것은 이 제어 구조와 방법의 이점이다.
상기 관점에서, 본 발명의 몇가지 목적이 달성되며, 다른 바람직한 결과도 얻어진다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 상기 구조에 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 상세한 설명 또는 도면에 나타나 있는 것은 모두 예증으로 해석되어야 하며 한정되는 의미로 해석되어서는 안된다.
제1도는 위상의 활성 부분동안 SRM에 인가되는 전류의 전류 프로파일을 처리하는 본 발명의 제1의 회로에 대한 도면.
제2도는 전류 프로파일을 처리하는 본 발명의 제2의 회로에 대한 도면.
제3A도 및 제3B도는 권선으로의 전류 공급을 제어하는 소프트 초핑 및 하드 초핑 PWM 파형을 각각 나타내는 도면.
제4A도는 모터 위상의 활성 및 비활성 부분 동안 모터 위상의 권선 인덕턴스에 대한 그래프.
제4B도는 위상의 활성 부분동안의 통상적인 전류 프로파일과 프로파일을 발생시키는데 사용되는 제어 신호의 PWM 신호의 특성을 나타내는 도면.
제4C도는 제4B도의 PWM 신호의 평균 전압을 나타내는 도면.
제4D도는 본 발명의 회로에 의해 발생된 전류 프로파일과 프로파일을 발생시키는데 사용되는 PWM 신호의 한 형태를 나타내는 도면.
제4E도는 제4D도의 PWM 신호의 평균 전압을 나타내는 도면.
제5A도는 모터에 대한 전류 프로파일은 제4B도에 해당하며, 위상의 활성 부분동안의 정규 모터 힘과 위상이 비활성 상태가 될 때 발생되는 결과적인 울림을나타내는 도면.
제5B도는 모터의 전류 프로파일은 제4D도에 해당하며, 위상의 활성 부분동안의 정규 모터 힘과 위상이 비활성 상태가 될 때 발생되는 결과적인 울림을 나타내는 도면.
제6A도 및 제6B도는 고정자 극을 지나는 모터의 회전자 극의 통과 동안 모터에 생성되는 힘을 나타내는 도면.
제7A도 내지 제7C도는 제4D도의 전류 프로파일을 얻기 위해 본 발명의 회로로써 얻을 수 있는 경우의 다양한 PWM 신호 특성을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
S : 고정자 어셈블리
R : 회전자 어셈블리
12 : 스위치 수단
16 : 신호 발생 수단
18 : 제어 수단
20 : 마이크로프로세서

Claims (37)

  1. 위상의 활성 부분 동안 단일 또는 다상 SRM의 전류 프로파일을 제어하는 장치에 있어서,
    위상 권선과;
    위상이 활성 상태일 때 권선으로 전류가 흐르게 하는 스위치 수단과;
    SRM의 동작 상태를 감지하는 감지 수단과;
    권선으로의 전류 흐름을 제어하기 위해 동작 신호를 상기 스위치 수단에 제공하는 신호 발생 수단과;
    상기 감지 수단에 응답하여 권선으로의 전류 공급이 미리 설정된 프로파일에 따라서 행하여지게 하는 동작 특성을 갖는 동작 신호를 제공하도록 상기 신호 발생 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하며, 상기 미리 설정된 프로파일은 위상이 활성 상태로 될 때 전류 흐름이 신속히 제로에서 피크값으로 증가되고, 그 다음에 위상이 비활성 상태로 되는 시간 동안 상기 피크값에서 제2의 더 작은 값으로 감소되며, 위상이 비활성 상태로 될 때 상기 전류가 상기 제2의 값에서 제로로 감소되게 하여, 활성 상태에서 비활성 상태로 위상이 스위칭할 때 발생되는 전류 프로파일의 전이가 급격한 전이가 아니며, 이러한 급격하지 않은 전이가 권선으로의 전류 흐름이 정지될 때 통상적으로 발생되는 모터의 울림을 감소시킴으로써 모터 잡음을 감소시키게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 수단은 제1 및 제2의 스위치를 포함하며, 상기 스위치들은 상기 위상 권선의 각 측면상에 위치되며, 각 스위치는 위상이 활성 상태일 때 활성화되어 전류가 권선으로 흐르도록 하며, 최소한 하나의 스위치는 상기 신호 발생 수단으로부터의 동작 신호에 의해 조절되어 스위치의 동작이 상기 동작 신호의 신호 특성의 함수로서 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 두 스위치는 상기 신호 발생 수단으로부터의 동작 신호에 의해 조절되어 상기 두 스위치의 동작이 상기 동작 신호의 신호 특성의 함수로서 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 신호 발생 수단은 PWM 신호 발생기를 포함하며, 상기 신호 발생기의 펄스폭, 듀티 사이클 및 주파수는 SRM의 동작 특성의 함수이며, 소요(disired)의 전류 프로파일은 위상이 활성 상태일 때 발생되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은 SRM의 동작에 관한 입력을 수신하여 이들 입력의 함수로서 상기 발생 수단에 의해 생성되는 동작 신호의 신호 특성 및 위상이 활성 상태일 때생성되는 상기 소요의 프로파일을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 수단은 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단으로부터의 입력에 응답하여, 듀티 사이클에 초기의 소정의 길이에서 전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크값에 도달할 때까지 변화함에 따라 점차적으로 짧아지도록 상기 신호 발생 수단에 의해 생성된 PWM 동작 신호의 듀티 사이클을 변화시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 수단은 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단으로부터의 입력에 추가로 응답하여 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성 상태로 될 때까지 상기 신호 발생 수단에 의해 생성된 PWM 동작 신호의 일정한 듀티 사이클을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제어 수단은 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단으로부터의 입력에 응답하여, 주파수가 초기에 갖는 소정의 주파수에서 전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크값에 도달할 때까지 증가함에 따라 점차적으로 높아지도록 상기 신호발생 수단에 의해 생성된 PWM 동작 신호의 주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 수단은 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단으로부터의 입력에 추가로 응답하여, 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성 상태로 될 때까지 상기 신호 발생 수단에 의해 생성된 PWM 동작 신호의 일정한 주파수를 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제어 수단은 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단으로부터의 입력에 응답하여, 주파수와 듀티 사이클이 각각 초기에 갖는 각각의 값에서 전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크값에 도달할 때까지 증가함에 따라 각각 변화하도록 상기 신호 발생 수단에 의해 생성된 PWM 동작 신호의 주파수 및 듀티 사이클을 변화시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어 수단은 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단으로부터의 입력에 추가로 응답하여, 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성 상태로 될 때까지 상기 신호 발생 수단에 의해 생성된 PWM 동작 신호의 일정한 주파수 및 듀티 사이클을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 모터 동작 상태를 나타내는 다양한 입력에 응답하여, 위상이 활성 상태로 될 때 PWM 동작 신호의 주파수 및 듀티 사이클 중 어느 하나 또는 모두를 제어함으로써, 주파수 및/또는 듀티 사이클이 각각 초기에 갖는 각각의 값에서 전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크값에 도달할 때까지 증가함에 따라 각각 변화하도록 PWM 동작 신호의 주파수 및/또는 듀티 사이클을 각각 변화시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 위상이 활성 상태로 될 때의 입력에 추가로 응답하여 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성 상태로 될 때까지 PWM 동작 신호의 일정한 주파수 및 듀티 사이클을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 신호 발생 수단을 구동시켜서 위상이 활성 상태인 활성 시간 동안 전류의 소프트 초핑을 제공하는 동작 신호를 생성시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 신호 발생 수단을 구동시켜서 위상이 활성 상태인 활성 시간 동안 전류의 하드 초핑을 제공하는 동작 신호를 생성시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 감지 수단은 홀 효과 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 위상의 활성 부분 동안 단일 또는 다상 SRM의 전류 프로파일을 제어하는 장치에 있어서,
    위상 권선과;
    상기 위상 권선의 각 측면상에 위치되며 위상이 활성 상태일 때 활성화되어 전류가 권선으로 흐르게 하는 제1 및 제2의 스위치를 포함하여 위상이 활성 상태일 때 전류가 권선으로 흐르게 하는 스위치 수단과;
    SRM의 동작 상태를 감지하는 감지 수단과;
    권선으로의 전류 흐름을 제어하도록 스위치 수단에 PWM 동작 신호-이 동작 신호는 스위치를 조절하기 위해 최소한 하나의 스위치에 제공되어 스위치의 동작이 동작 신호의 동작 특성의 함수로서 제어되게 하는 것임-를 제공하는 신호 발생 수단과;
    상기 감지 수단에 응답하여 전선으로의 전류 공급이 미리 설정된 프로파일에 따라서 행하여지게 하는 동작 특성을 갖는 동작 신호를 제공하도록 상기 신호 발생 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하며, 상기 미리 설정된 프로파일은 위상이 활성 상태로 될 때 전류 흐름이 신속히 제로에서 피크값으로 증가 되고, 그 다음에 위상이 비활성 상태로 되는 시간 동안 상기 피크값에서 제2의 더 작은 값으로 감소되며, 위상이 비활성 상태로 될 때 상기 전류가 상기 제2의 값에서 제로로 감소되게 하여, 활성 상태에서 비활성 상태로 위상이 스위칭할 때 발생되는 전류 프로파일의 전이가 급격한 전이가 아니며, 이러한 급격하지 않은 전이가 귄선으로의 전류 흐름이 정지될 때 통상적으로 발생되는 모터의 울림을 감소시킴으로써 모터 잡음을 감소시키게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 두 스위치는 상기 신호 발생 수단으로부터의 동작 신호에 의해 조절되어 상기 두 스위치의 동작이 상기 동작 신호의 신호 특성의 함수로서 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어 수단은 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단으로부터의 입력에 응답하여, PWM 동작 신호의 주파수 및 듀티 사이클 중 어느 하나 또는 모두를 제어함으로써 상기 주파수 및/또는 듀티 사이클이 초기에 갖는 각각의 값에서 전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크 값에 도달할 때까지 증가함에 따라 각각 변화하도록 PWM 동작 신호의 주파수 및/또는 듀티 사이클을 각각 변화시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어 수단은 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단에 추가로 응답하여, 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성으로 될 때까지 PWM 동작 신호의 일정한 주파수 및 듀티 사이클을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 신호 발생 수단을 구동시켜서 위상이 활성 상태인 시간 동안 전류의 소프트 초핑을 제공하는 동작 신호를 생성시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 신호 발생 수단을 구동시켜서 위상이 활성 상태인 시간 동안 전류의 하드 초핑을 제공하는 동작 신호를 생성시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 위상의 활성 부분 동안 단일 또는 다상 SRM의 전류 프로파일을 제어하는 장치에 있어서,
    위상 권선과;
    상기 위상 권선의 각 측면상에 위치되며 위상이 활성 상태일 때 활성화되어 전류가 권선으로 흐르게 하는 제1 및 제2의 스위치를 포함하여 위상이 활성 상태일 때 전류가 권선으로 흐르게 하는 스위치 수단과;
    SRM의 각종 동작 파라미터를 감지하는 감지 수단과;
    상기 감지 수단에 응답하여 상기 권선에 흐르는 전류 흐름을 제어하도록 상기 스위치 수단에 PWM 동작 신호를 제공하는 마이크로프로세서 수단을 포함하고, 상기 동작 신호는 스위치를 조절하기 위해 최소한 하나의 스위치에 제공되어 상기 스위치의 동작이 상기 동작 신호의 신호 특성의 함수로써 제어되게 함으로써 상기 권선으로의 전류 공급이 미리 설정된 프로파일에 따라 이루어지게 하며, 상기 미리 설정된 프로파일은 위상이 활성 상태로 될 때 전류 흐름이 신속히 제로에서 피크값으로 증가되고, 그 다음에 위상이 비활성 상태로 되는 시간 동안 상기 피크값에서 제2의 더 작은 값으로 감소되며, 위상이 비활성 상태로 될 때 상기 전류가 상기 제2의 값에서 제로로 감소되게 하여, 활성 상태에서 비활성 상태로 위상이 스위칭할 때 발생되는 전류 프로파일의 전이가 급격한 전이가 아니며, 이러한 급격하지 않은 전이가 권선으로의 전류 흐름이 정지될 때 통상적으로 발생되는 모터의 울림을 감소시킴으로써 모터 잡음을 감소시키게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 두 스위치는 마이크로프로세서로부터의 동작 신호에 의해 조절되어 스위치의 동작이 동작 신호의 신호 특성의 함수로서 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 위상이 활성 상태로 될 때, 상기 감지 수단으로부터의 입력에 응답하여, PWM 동작 신호의 주파수 및 듀티 사이클 중 어느 하나 또는 모두를 제어함으로써 상기 주파수 및/또는 듀티 사이클이 초기에 갖는 각각의 값에서 전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크 값에 도달할 때까지 증가함에 따라 각각 변화하도록 PWM 동작 신호의 주파수 및/또는 듀티 사이클을 각각 변화시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 위상이 활성 상태로 될 때 상기 감지 수단에 추가로 응답하여, 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성으로 될 때까지 PWM 동작 신호의 일정한 주파수 및 듀티 사이클을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 위상이 활성 상태인 시간 동안 전류의 소프트 초핑을 제공하는 동작 신호를 생성시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 위상이 활성 상태인 시간 동안 전류의 하드 초핑을 제공하는 동작 신호를 생성시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 위상의 활성 부분동안 단일 또는 다상 SRM의 전류 프로파일을 제어하는 방법에 있어서,
    위상이 활성 상태일 때 전류 흐름을 권선으로 향하게 하는 회로로 위상 권선을 스위칭하는 단계와;
    권선으로의 전류 흐름을 제어하는데 사용되는 동작 신호를 발생시키는 단계와;
    상기 동작 신호가 권선으로의 전류 공급이 미리 설정된 프로파일에 따르게 하는 동작 특성을 갖도록 동작 신호의 신호 특성을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 미리 설정된 프로파일은 위상이 활성 상태로 될 때 전류 흐름이 신속히 제로에서 피크값으로 증가되고, 그 다음에 위상이 비활성 상태로 되는 시간 동안 상기 피크값에서 제2의 더 작은 값으로 감소되며, 위상이 비활성 상태로 될 때 상기 전류가 상기 제2의 값에서 제로로 감소되게 하여, 활성 상태에서 비활성 상태로 위상이 스위칭할 때 발생되는 전류 프로파일의 전이가 급격한 전이가 아니며, 이러한 급격하지 않은 전이가 권선으로의 전류 흐름이 정지될 때 통상적으로 발생되는 모터의 울림을 감소시킴으로써 모터 잡음을 감소시키게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 동작 신호를 발생시키는 단계는 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계는 듀티 사이클이 초기의 소정의 길이에서 전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크값에 도달할 때까지 증가함에 따라 점차 짧아지는 가변적인 값을 갖는 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계는 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성 상태로 될 때까지 일정한 듀티 사이클을 갖는 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계는 주파수가 초기의 소정 주파수에서전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크값에 도달할 때까지 증가함에 따라 점차 높아지는 가변적인 값을 갖는 PWM 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계는 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성 상태로 될 때까지 일정한 주파수의 PWM 동작 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계는 주파수 및 듀티 사이클이 초기의 소정 값에서 전류가 제로로부터 전류 프로파일의 피크값에 도달할 때까지 증가함에 따라 각각 변화하는 가변적인 값을 갖는 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 PWM 동작 신호를 발생시키는 단계는 전류가 전류 프로파일의 피크값에 도달하는 시간으로부터 위상이 비활성 상태로 될 때까지 일정한 주파수 및 듀티 사이클을 갖는 동작 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 위상의 활성 부분동안 단일 또는 다상 SRM의 전류 프로파일을 제어하는 방법에 있어서,
    위상이 활성 상태일 때 전류가 위상 권선 내로 흐르게 하는 회로에 위상 권선을 스위칭하는 단계와;
    상기 권선에 흐르는 전류 흐름을 제어하기 위한 동작 신호를 발생시키는 단계와;
    위상이 활성 상태로 될 때 상기 위상의 전류를 제로로부터 피크값으로 신속히 구동시키고, 그 다음에 위상이 비활성 상태로 되는 시간 동안 피크값으로부터 제2의 감소된 값으로 전류를 감소시키며, 위상이 비활성 상태로 될 때 상기 제2의 값으로부터 제로로 전류를 감소시키는 단계를 포함하고,
    상기 전류를 제로로부터 피크값으로 구동시키는 단계는 권선에 흐르는 전류 흐름을 제어하는데 사용되는 동작 신호의 평균 전압이, 전류가 피크값에서 상기 감소된 값으로 감소하는 기간 동안 권선에 흐르는 전류 흐름을 제어하는데 사용되는 동작 신호의 평균 전압보다 큰 값을 갖게 하여, 위상이 활성 상태에서 비활성 상태로 스위칭할 때 발생하는 전류 프로파일의 전이가 급격한 전이가 아닌 완만한 전이로 되어 권선으로의 전류 흐름이 정지할 때 보통 발생하는 모터의 울림을 감소시킴으로써 모터 잡음을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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