KR100400516B1 - 스위치 릴럭턴스 기계용 콘트롤러 - Google Patents

Abstract

제어 법칙표가 필요하지 않고, 각도 콘트롤러에 의해 스위치 릴럭턴스 전동기의 토크를 제어하는 전동기 콘트롤러가 개시된다. 회전자 위치에 따라 동기하고 그 펄스 지속 시간이 토크 요구에 따라 변화하는 하나의 펄스 시동 신호를 발생시키기 위해 각도 콘트롤러는 에지 트리거된 준안정 회로를 채택하고 있다.

Description

스위치 릴럭턴스 기계용 콘트롤러

본 발명은 스위치 릴럭턴스(switched reluctance)기계의 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 제어 법칙표(control law table)를 필요로 하지 않는 스위치 릴럭턴스 기계를 제어용 회로와 방법에 관한 것이다. 본 발명의 회로와 방법은 모두 4개의 토크/속도 평면의 4사분면 전부에 응용할 수 있다.

전동기는 전기 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 일을 수행한다. 전동기는 하나 이상의 권선에 전압을 인가하고 권선을 여자(energising)함으로써 릴럭턴스 자계를 발생하여 동작한다. 자계에 의해 야기된 기계적인 인력은 전동기내의 회전자를 운동시킨다. 전동기의 효율은 전동기에 전압을 인가하는 타이밍과 각각 인가되는 전압의 크기에 부분적으로 좌우된다. 전압이 인가되는 타이밍은 스위치 릴럭턴스 전동기의 경우 특히 중요하다.

종래의 스위치 릴럭턴스 전동기는 기타 다른 형태의 전동기와 효율적으로 경쟁할 수 없다고 생각해왔다. 그러나, 최근 전동기의 설계와 전자 제어 스위칭에 대한 이용 방법이 충분히 이해되고, 광범위한 사이즈, 전력 및 속도에 걸쳐 고레벨의 성능이 가능한 로버스트 스위치 릴럭턴스 드라이브가 제조되고 있다. 본 명세서에서 "전동기"라는 용어가 사용되고 있지만, 이 용어는 당업자가 이해할 수 있도록 특별히 구분하지 않는 한 발전 모드에 속하는 동일한 기계도 포함하고 있는 것이다.

스위치 릴럭턴스 전동기는 회전부(회전자로 칭함)의 권선 또는 영구자석 없이 대개 구성되며, 고정부분(고정자로 칭함)에 전류를 전달하는 권선을 포함하고 있다. 통상, 직경상에서 대향하는 고정자 폴로 이루어진 복수개의 쌍은 직렬 또는 병렬로 접속하여 정전적으로 다상 (multi-phase) 스위치 릴럭턴스 전동기의 한 형태를 형성할 수 있다. 전동기의 토크는 회전자의 각 위치에 의해 동기하는 소정의시퀀스로 각각의 위상 권선에 전압을 인가함으로써 발생하고 회전자와 고정자가 서로 접근함에 따라 양쪽의 폴 사이에 끌어당기는 자력이 발생한다. 마찬가지로, 폴이 서로 멀어지는 사이클의 한 부분에 전압펄스를 인가하면 발전 작용이 발생한다.

스위치 릴럭턴스 전동기의 설계와 동작에 대한 일반적인 이해는 예컨대, 스테휀슨 및 블레이크에 의해 "The Characteristics, Design and Aplications of Switched Reluctance Motors and Drives에 설명되고, 1993년 6월 21일에서 24 일까지 독일, 뇌른베르그에서 열린 PCIM 1993 박람회에 전시되었다.

종합적인 가변속도 구동시스템의 일부로서 스위치 릴럭턴스 전동기를 제어하기 위한 여러 방법이 제안되어 왔다. 일반적으로 이러한 방법은 크게 2 가지 방법으로 구분할 수 있다. 즉, 회전자의 고정 회전 각도에 따라 전류를 제어하는 시스템과, 회전자 회전 각도에 따라 전압을 제어하는 시스템이다. 본 발명은 전압 제어를 사용하는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 본 명세서에서 "위상 주기"는 제1 회전자 폴이 해당 고정자 폴과 완전히 정렬할 때 회전자의 위치와, 인접하는 회전자 폴이 상기 고정자 폴과 완전히 정렬될 때 회전자의 위치 사이의 기간을 말하고 있다. 회전자와 고정자 폴의 개수에 따라 회전자의 각 1 회전에 대해 다수의 위상 주기가 있다.

대개 전류의 크기 제어를 채택하는 시스템은 각 위상 주기 중 위상 권선 내의 전류의 크기를 제어함으로써 스위치 릴럭턴스 전동기의 토크를 제어하고 있다. 종래의 릴럭턴스 전동기 시스템에서는 전동기의 시동 제어(motoring firing control)는 회전자 폴이 해당 고정자 폴과 완전히 정렬되는 포인트에서 또는 근처에서 위상 권선내의 전류가 강하하도록 구성된다. 이는 회전자 풀이 해당 고정자 폴과 정렬되는 포인트 이후에서 위상 권선내의 전류가 전동기의 동작에 거의 바람직하지 않은 브레이크 토크를 발생하기 때문이다.

정지 및 저속 상태에서 토크는 목표한 토크의 극성을 발생하는 위상 주기의 부분에서 이 위상 전류를 변화시켜 제어할 수 있다. 이것은 위상 전류 피드백을 포함하는 전류 기준을 사용하여 전류를 쵸핑하거나 펄스 폭 변조(PWM) 전압 제어에 의해 달성될 수 있다. 일반적으로 이해될 수 있지만, 본 발명의 후술하는 설명을 돕기 위해 이하 간략히 설명한다.

제1도는 쵸핑이 사용될 때 저속 영역의 전형적 전동기의 위상 권선 전류 파형을 예시하고 있다. 제1도에 예시한 바와 같이 전류가 쵸핑될 기준 전류에 도달할 때까지 증가하고, 제어기에 의해 추가적인 증가가 방지된다. 이어서 전압이 재인가되고 전류가 다시 증가함에 따라 보다 낮은 제어 레벨로 감쇠한다. 이러한 절차는 위상 주기가 끝날 때까지 반복된다.

전동기의 각속도가 증가함에 따라 각 위상 주기 동안 경감될 전류의 2회이상의 "쵸핑(chopping)"을 발생하기 위한 시간이 부족한 점에 도달한다. 따라서 이들 속도에서는 쵸핑 방법과 펄스 폭 변조 모두 효과가 없다. 이들 속도에서 전동기의 토크는 위상 주기 동안 권선에 인가되는 전압 펄스의 지속 시간과 위치를 제어함으로써 공통적으로 제어된다. 전압의 한 펄스가 각 위상 주기 동안 인가되기 때문에 이러한 형태의 제어는 "단일 펄스 제어(single pulse control)" 라고 한다.

제2도는 단일 펄스 제어에 따른 전동기 작동 상태의 위상 전류의 전류 파형예를 도시한다. 단일 펄스 제어에서 토크레벨은 회전자의 각속도와; 위상 권선에 전압이 인가될 때 회전자가 회전하는 동안의 포인트("턴온 각도(turn-ON angle)"라 함)와; 권선에 전압 인가가 정지될 때 회전자가 회전하는 동안의 포인트("턴오프 각도(turn-OFF angle)"라 함)와; 위상 권선에 인가되는 전압의 크기에 의해 대개 결정되는 전압 펄스의 크기와 형상에 의해 정의된다. 턴온 및 턴오프 각도는 "전도각(conduction angle)"으로 정의한다. 이 전도각은 턴온각과 턴오프각 사이의 거리이다. 제2도는 턴온 및 턴오프 각도의 개략적 위치와 전형적인 파형에 대한 전도각 지속 시간을 나타낸다.

필요한 토크의 값과 각각의 전동기의 속도에 대한 개략적 턴온 및 턴오프 각도(DC 링크 전압이 일정하다고 가정) 사이의 관계는 간단한 수식으로는 정확히 정의될 수 없다. 종래의 스위치 릴럭턴스 전동기 시스템에서 이러한 복잡한 관계는 턴온 및 턴오프 사이의 관계와, 전동기의 속도와 토크의 요구량 사이의 관계를 나타내는 신호를 저장하는 회로를 사용하여 대개 구현되고 있다. 이러한 형태의 회로는 대개 "제어 법칙표"가 참조된다.

스위치 릴럭턴스 전동기를 위한 여러 종래의 콘트롤러에서 제어 법칙표는 여러 회전자의 속도와 토크 요구의 조합에 대한 턴온 및 턴오프 각도를 포함하는 회로로 대개 구성된다. 대부분의 시스템에서 제어 법칙표에 기억되는 정보는 토크 요구량을 발생시키는데 필요한 적절한 턴온 및 턴오프 각도가 여러 상이한 회전속도에 대해 결정되는 "특성화(characterization)"로서 대개 알려져 있는 절차를 통해 경험적으로 포착된다. 경험적으로 포착된 정보는 종종 경험적으로 포착되는 정보로부터 보간된 비테스트 속도 및 토크 요구량에 관련한 정보와 함께 제어 법칙표에 기억된다.

제3도는 제어 법칙표를 사용하는 형태의 단일 펄스 제어를 위한 전형적인 가변 속도 콘트롤러인 단순화된 블록을 예시하고 있다. 예시된 바와 같이 콘트롤러(30)는 전동기의 목표한 속도를 나타내는 신호를 수신해서 에러 검출기 (31)에서 이 신호와 전동기의 실제 속도를 나타내는 신호를 비교한다. 에러 검출기 (31)의 출력은 목표한 속도와 실제 속도간의 차이에 따라 선형적으로 변화하고 전동기가 목표한 속도가 되도록 하는데 필요한 토크요구에 대응하는 아날로그 신호이다.

토크 요구 신호와 회전자의 각속도를 나타내는 피드백신호는 적절한 턴온 및 턴오프 각도를 나타내는 신호를 공급하는 제어 법칙표(32)를 내장한 회로에 제공된다. 대응하는 전도각과 관련한 정보는 회전자의 각 위치 표시도 수신하는 전력 변환 장치(34)(power converter)에 공급된다. 전력 변환 장치(34)는 대응하는 턴온 및 턴오프 각도의 위치를 나타내는 신호와 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호를 비교해서 회전자의 각도 위치가 목표한 턴온 각도와 동일할 때 대응하는 위상 권선에 전압이 인가되고, 회전자의 위치가 턴오프 턴오프 각도와 동일할 때 위상 권선으로부터 제거되도록 전력 변환 장치를 제어한다. 제어 법칙표를 사용하는 콘트롤러의 구조와 동작은 1989년 독일 아켄에서 개최된 Proceeding of the 3rd European Conference on Power Electronics Applications (EPE'89)에서 D.M. Sugden, P.D. Webster, J.M. Stephenson의 "The Control of SR Drives. Review and CurrentStatus"에 설명되어 있다.

제어 법칙표를 사용하는 콘트롤러의 한 단점은 제어법칙회로를 제공할 필요가 있다는 점이다. 특히 제어법칙 정보를 기억하기 위해 대개 사용되는 디지탈 메모리는 비교적 고가이고 전체적인 제어 시스템의 비용을 상승시킨다. 더욱이 제어 법칙표를 사용하는 것은 전동기를 특성화하는 절차가 각각의 새로운 전동기와 콘트롤러를 위해 필요할 수도 있다는 점에서 새로운 제어 시스템의 개발에 필요한 비용과 시간을 증가시킬 수 있다. 또, 제어 법칙표의 다른 결점은 이산화(discretisation)가 발생한다는 것이다. 즉, 제어 법칙표는 속도/토크 요구 조합의 별개의 수에 대해서만 전도각 정보를 기억할 수 있다. 실제 속도/토크 요구 조합이 제어 법칙표에 포함된 것과 다르다면 제어 시스템은 실제의 속도/토크 요구 포인트에 가장 가까운 속도/토크 요구 포인트에 대한 전도각 정보를 제공한다. 이것은 각각의 속도/토크 요구 포인트에 대해 반드시 최적이 아닌 전도각 정보의 사용으로 나타난다.

과거에 고가인 제어 법칙표에 의존하지 않는 스위치 릴럭턴스 전동기를 위한 콘트롤러를 제공하려는 몇몇 시도가 있었다. 이하 검토되는 바와 같이 제어 법칙표에 대한 대부분의 종래의 대안들은 심각한 단점이 있었다.

예컨대, 1991년 이태리의 플로렌스에서 열린 4th European Conference on Power Electronics and Applications(EPE'91) 에서 "Design and Control of Low Power Switched Reluctance Motors(<1 kw)"에 단순화된 각도 콘트롤러를 A.Weller와 P.Trawinski 가 제안하고 있다. 여기서 제안된 콘트롤러에서 턴온 및 턴오프 각도는 속도에 의해서는 변하지만 토크에 의해서는 변하지 않도록 콘트롤러내에 프로그램된다. 이러한 시스템의 토크 정보가 전도각 신호의 생성은 고려하지 않기 때문에 상기 제어 시스템은 넓은 동작 범위에 걸쳐 연속적으로 무난한 동작을 제공하지는 않을 것이다. 더욱이 개시된 시스템은 속도 루프 불안정 상태에 대한 가능성을 가지고 있다.

대형이고 고가인 제어 법칙표에 대한 또 하나의 대안은 Bose 등의 IEEE Trans. on Industry Applications, IA-22 July/August 1986, pp 708-715의 "Micro controller Control of Switched Reluctance Motor"에 개시되어 있다. Bose에 의해 개시되는 콘트롤러에는 비교적 소형이면서 조악한 제어 법칙표가 제공되고 실제적인 전도각 정보가 보간(interpolation)을 사용하여 실시간으로 계산된다. 이렇게 제안된 대안들은 대형이고 고가인 제어 법칙표에 대한 필요성을 없애 주고는 있지만 증가된 계산능력과 콘트롤 시스템내의 복잡함으로 인해 상당히 비싸다. 더욱이 보간과 연관된 부가적인 시간 부담(time overhead)으로 인해 상기의 대안들은 부하 토크와 속도의 급속한 변화를 용이하게 극복할 수 없다.

본 발명은 규모가 대형이고 고가인 제어 법칙표를 사용하거나 복잡한 계산 방법을 사용하지 않으면서 하나의 펄스 영역내의 스위치 릴럭턴스 기계를 제어하기 위한 시스템과 방법에 관한 것이다.

본 발명은 첨부한 독립항에 한정되고 있다. 바람직한 특성은 종속항에 인용되고 있다.

본 발명의 제어 시스템과 방법은 시동 펄스를 트리거하는 지연을 사용하여회전자 위치 정보로부터 시동 펄스를 포착하는 간단한 시스템을 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면 종래의 스위치 릴럭턴스 전동기 콘트롤러의 전술한 단점은 전도각에 대응하고 아울러 증가하는 토크 요구로 인해 증가하면서 실제적인 회전자 위치로 동기되는 펄스폭을 가지는 출력이 있는 에지-트리거 단안정회로를 채용함으로써 극복된다. 이러한 실시예에서 전도각에 대응하는 단안정의 펄스폭은 제어 법칙표로부터의 파라메터로도 역시 제어되지 않는다.

본 발명의 다른 양상과 이점은 도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

실시예

여러 변형과 대안적 형태에 민감한 본 발명의 여러 특정 실시예가 도면을 통해 나타나있고 본 명세서에서 상술하기로 한다. 그러나 이것은 개시된 특정 실시예에 본 발명을 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 첨부한 청구항에 의해 한정되는 바와 같은 본원 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않는 모든 변형물과, 균등물, 및 대안물을 망라하고 있다.

종래의 스위치 릴럭턴스 전동기를 위한 종래의 콘트롤러에서 본 발명은 대형이고 고가인 제어 법칙표를 필요로 하지 않는다.

일반적으로 본 발명은 속도 명령신호를 수신하는 가변속도 콘트롤러를 구현해서 토크 요구 신호를 발생한다. 다음에 토크 요구신호는 대응하는 위상 권선에 인가될 전압에 비해 각도 주기를 나타내는 전도각 신호를 생성하는데 사용된다. 회전자의 각도 속도와 위치에 관련한 정보는 위상 권선에 대한 전압의 인가가 위상주기의 목표한 부분 동안 발생하도록 턴온 및 턴오프 각도를 세트시키는데 사용된다.

설명을 간단히 하기 위해 이하의 설명은 단상 스위치 릴럭턴스 전동기로 제한된다. 당업자라면 인식할 수 있겠지만 본 발명은 다상 스위치 릴럭턴스 기계에도 적용할 수 있다. 다상 기계에 본 발명을 적용하려면 각각의 위상 주기 동안 여자에 대한 대응하는 위상 권선을 식별하기 위해 부가적인 회로를 설치할 필요가 있다. 본 명세서에 포함된 본원 발명이 개시되면 본 발명을 구체화하는 다상 스위치 릴럭턴스 기계의 구성은 일상적 기술중 하나가 되므로 상세히 설명하지는 않는다.

동일한 참조 문자는 일부 도면에 있어 동일한 부품을 나타낸다.

제4도는 본 발명에 따른 단상 스위치 릴럭턴스 기계를 위한 가변속도 콘트롤러를 블록형태로 나타낸 도면이다. 본 발명의 콘트롤러는 여러 형태의 스위치 릴럭턴스 기계에 적용할 수 있고, 상기 기계의 구성은 종래의 방법과 기술에 의해 구현될 수 있다.

콘트롤러(40)는 회전자 위치를 나타내는 출력신호를 발생시키기 위한 샤프트 센서 (41)를 포함하고 있다. 제4도의 실시예에서 샤프트 센서(41)는 위상 주기에 대한 회전자의 각도 위치에 대응하는 상승 및 하강 에지를 갖는 전압 펄스를 발생시키기 위한 회전자 위치 변환기(RPT)를 구비하고 있다.

제5도는 해당 고정자 폴에 대한 회전자의 위치의 함수로서 제4도의 샤프트 센서(41)를 구비하는 RPT의 출력을 나타내고 있다. 샤프트 센서(41)를 구비하고 있는 RPT는 회전자 폴이 해당 고정자 폴과 완전히 정렬될 때 제1 하강 에지(50)가 발생하고 인접 회전자 폴이 해당 고정자 풀과 정렬될 때 제2 하강 에지(52)가 발생하도록 구성된다. 제4도의 실시예에서 RPT 는 공간영역(논리적 로우 영역)에 대한 표지영역(논리적 하이 영역)의 관계가 비록 이것이 회로의 동작을 위해 필수적이지는 않더라도 거의 일치하게 구성된다. 공간 영역에 대한 표지 영역의 관계는 제4도에 예시된 것과는 다를 수도 있다. 제5도에 나타낸 바와 같이 각각의 하강 에지사이의 주기는 "위상 주기"를 한정한다. 제4도의 실시예에서 회로는 에지 트리거되므로 펄스의 폭에 주로 좌우되지는 않지만 위상 주기를 한정하는 에지에 좌우된다.

제4도의 샤프트 센서(41)를 구비하고 있는 것은 RPT 이지만 본 발명을 구현하기 위해 사용될 수도 있는 여러 센서중 하나일 수도 있다. 예컨대, 회전자의 실제 위치를 나타내는 디지탈 신호를 공급하는 샤프트 센서 또는 분해기(resolver)가 이용될 수도 있고, 상이한 상승 또는 하강 에지 포인트가 있는 전압 펄스를 발생하도록 구성된 RPT 가 이용될 수도 있다. 본 발명은 상기한 유형의 센서에 한정되는 것은 아니며, 회전자 위치정보가 포착될 수 있는 여러 상이한 형태의 회전자 위치 센서에 적용할 수 있다. 이것은 예컨대, 기계의 위상 권선과 연관된 전류, 전압 및/또는 인덕턴스로부터 정보가 포착되는 소위 "센서리스(sensorless)" 기술을 포함하고 있다.

제4도를 참조하면 본 발명의 콘트롤러(40)는 샤프트 센서(41)의 출력을 수신하는 속도 측정 블록(42)도 포함하고 있다. 속도 측정 블록(42)은 회전자의 각 속도에 대응하는 신호를 발생시키기 위해 소정 시간 이상 샤프트 센서(41)로부터 회전자 위치 신호의 변화 회수를 모니터한다. 한 실시예에서 속도 측정 블록(42)의출력은 일정 주기 이상의 평균 회전자 속도에 대응하는 디지탈 워드(word)이다. 대안적인 실시예에서 속도 측정 블록(42)의 출력은 회전자의 속도에 비례해서 변화하는 아날로그 신호일 수도 있다. 샤프트 센서(41)의 출력으로부터 동작하는 속도 측정회로를 사용하는 것은 본 발명에서는 필수적인 것은 아니며, 다른 형태의 속도 감지회로(타코제너레이터(tachogenerators) 등과 같은)가 본 발명의 범위를 벗어나는일 없이 사용될 수 있다.

상기한 바와 같이 저속에서 전류 쵸핑은 스위치 릴럭턴스 전동기의 토크를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 제4도는 본 발명에 따라 구성된 콘트롤러에 사용될 수 있는 쵸핑 회로의 일례를 나타내고 있다.

제4도에는 목표한 기준 전류를 나타내는 신호와 전동기의 위상 권선의 실제 전류를 나타내는 피드백신호를 수신할 수 있는 쵸핑전류 비교기(43)가 도시되고 있다. 쵸핑전류 비교기(43)는 목표한 기준 전류가 실제 전류를 초과할 때 마다 제1 논리레벨(예컨대, 논리가 하이, 즉 "1")의 논리신호를 발생시키고, 기준 전류가 실제전류를 초과하지 않으면 제2 레벨(예컨대, 논리가 로우 즉, "0")의 논리 신호를 발생시킨다. 쵸핑비교기(43)의 출력은AND 게이트(44)에 제1 입력으로서 공급된다. 예시한 실시예에서, AND 게이트(44)는 그 입력 2개가 모두 논리가 하이인 경우마다 전력 변환 장치(도시생략)가 대응하는 위상 권선에 전압을 인가하도록 명령하는 시동 신호를 공급한다.

제4도의 실시예에서 AND 게이트(44)의 제2 입력은 멀티플렉서(45)의 출력이다. 멀티플렉서(45)는 2 개의 입력 신호와 하나의 제어 신호(도시 생략)를 수신한다. 입력신호는 샤프트 센서(41)의 출력과 각도 제어회로(46)의 출력으로 이루어진다. 제어신호는 속도 측정 블록(42)의 출력으로부터 포착된 신호를 포함하고 있다.

전동기의 토크를 제어하기 위해 쵸핑이 이용될 수 있도록 전동기가 저속에서 동작하고 있음을 속도 측정 블록(42)의 출력이 지시할 때 멀티플렉서(45)에 인가된 제어신호는 멀티플렉서의 출력이 샤프트 센서(41)의 출력이 되도록 될 것이다. 이러한 저속에서 전류 쵸핑 비교기(43)는 전동기의 전류를 제어하는 기준 전류 초퍼로서 동작한다.

저속에서 전류 쵸핑을 통해 토크 제어를 구현하기 위해 전류 쵸핑 비교기(43)를 사용하는 실시예에서, 전류 쵸핑 비교기(43)는 하나의 개별 IC 비교기 일수도 있고, 전류 기준신호는 기준 제어 회로에 의해 생성되거나 또는 ASIC 또는 마이크로 콘트롤러로부터의 PWM 신호를 저역 필터링 시킴으로써 포착될 수 있다.

고속에서 하나의 펄스 제어가 필요하다면 멀티플렉서(45)에 인가되는 제어신호는 그 출력이 각도 제어 회로(46)의 출력을 따라가게 될 것이다. 이하 설명되는 바와 같이 각도 제어회로(46)는 제어 법칙표를 사용하지 않고 전동기의 하나의 펄스 제어를 할 수 있게 한다.

하나의 펄스 전압제어가 이용될 때 전류 쵸핑 비교기(43)는 과전류 보호기능을 구현할 수 있도록 사용될 수 있다. 상기의 과전류 보호 기능을 구현하려면 기준 전류는 최대 수용할 수 있는 위상 전류로 설정되어야 한다. 기준 전류가 상기 높은 값으로 설정될 때 AND 게이트(44)에 의해 제공되는 시동 신호가 멀티플렉서(45)의출력(즉, 각도 제어 회로(46)의 출력)을 따르도록 출력 비교기(43)는 정상적인 동작동안 논리가 하이가 될 것이다. 비교기(43)가 전류 보호 회로로서 이용될 때 전류 기준 신호에 의해 정의되는 바와 같이 최대 수용가능 전류를 실제 전동기 전류가 초과할 때마다 AND 게이트(44)로부터의 시동 신호는 금지될 것이다.

이하 설명되는 바와 같이 하나의 펄스 제어가 필요함을 속도 측정회로(42)의 출력에 의해 나타나는 것과 같이 회전자의 속도가 나타낼 때 전력 장치의 시동을 제어하는 신호는 토크 요구 신호에 응답하여 각도 제어회로(46)에 의해 발생된다.

본 발명에서 토크 요구 신호는 예컨대, 비례-적분 콘트롤러(proportio nal plus integral controller)(47)인 보상기를 사용하여 발생되며, 이러한 보상기는 실제 회전속도(속도 측정 블록(42)의 출력에 의해 표시되는 것과 같은)와 콘트롤러에 공급되는 목표한 속도 요구 명령 신호 사이의 차이에 따라 변화하는 속도 에러 신호를 수신한다.

제4도를 참조하면 회로는 실제 회전자 속도와 목표한 속도 사이의 차이에 비례해서 변화하는 속도 에러 신호를 발생시키기 위해 회전자의 실제 속도와 에러 검출기(48)의 목표한 속도를 비교함으로써 속도 에러 신호를 발생시킨다.

P+I 콘트롤러(47)는 종래의 P+I 제어 기술의 응용을 통해 토크 요구 신호로 속도 에러 신호를 변환한다. P+I 콘트롤러(47)의 비례 및 적분 성분의 값은 콘트롤러가 예상한 동작 속도 이상으로 안정적으로 동작하도록 경험적으로 결정되거나 또는 표준 P+I 제어 이론을 사용하여 계산될 수도 있다. P+I 콘트롤러(47)의 비례 및 적분 성분의 특정값은 본 발명에서는 중요한 것은 아니다.

당업자라면 본 발명을 벗어나지 않는 한 비례, 비례-적분-미분계수, 슬라이딩 모드 또는 퍼지 논리 보상기로서 구현될 수 있음을 알 것이다.

P+I 콘트롤러(47)의 출력은 각도 제어회로(46)의 한 입력으로서 인가되는 토크 요구 신호이다. 각도 제어 회로(46)의 다른 출력은 샤프트 센서(41)의 출력이다. 토크 요구 신호와 샤프트 센서(41)의 출력에 응답하여 각도 제어회로(46)는 콘트롤러가 하나의 펄스 제어 모드에서 동작할 때 시동 신호를 발생시킨다.

각도 제어회로(46)의 구조와 동작은 제6도에 보다 상세히 설명되어 있다. 제6도는 주기 측정 블록(60), 배율기(62), 제1 에지 트리거 준안정 회로(64), 제2 에지 트리거 준안정 회로(66)과 2 개의 합산기(67,68)를 포함하고 있는 회로를 개시하고 있다. 제6도는 본 발명에 따라 구성된 일반적인 동작 블록과 1콘트롤러의 특성을 나타내고 있고, 실제 콘트롤러는 제6도의 블록으로 나타낸 기능을 수행하기 위해 아날로그 또는 디지탈 회로의 어느 하나를 사용할 수도 있다.

제6도를 참조하면 주기 측정 블록(60)은 샤프트 센서(41)의 출력을 수신해서 상기 샤프트 센서(41)의 출력의 연속적 하강 에지(즉, 위상 주기의 시간 지속 시간) 사이의 시간 지속 시간에 비례하여 변화하는 신호를 생성한다. 주기 측정 블록(60)에 의해 생성되는 신호는 하나의 위상에 대해 필요한 시간 간격에 대응하는 신호이다.

상기한 바와 같이 하나의 펄스 제어에서 하나의 전압펄스는 각각의 위상 주기에서 전도각의 지속 시간에 대해 위상 권선에 인가된다. 현재의 실시예에서 전도각은 시동 신호가 나타나는 시간의 주기에 의해 결정된다. 일반적으로 위상 주기동안(즉, 보다 큰 전도각) 보다 긴 시동 신호는 보다 큰 토크로 나타난다. 따라서 토크 요구 신호가 클수록 전도각이 더 커지며 아울러 시동 신호의 지속 시간이 길어진다.

제6도에 나타낸 각도 제어회로(46)에서 시동 신호의 지속 시간(즉, 전도각)는 P+I 콘트롤러(47)로부터의 토크 요구 신호에 의해 측정 블록(60)으로부터 위상 주기의 시간 지속 시간에 대응하는 신호를 승산함으로써 결정된다. 따라서 시동 신호의 지속 시간은 토크 요구 신호에 거의 선형적으로 비례한다. 제4도의 실시예에서 P+I 콘트롤러(47)는 그 출력이 0 과 0.5 사이의 값을 갖는 신호가 되도록 구성되고 이 경우 0.5 는 100%토크 요구를 나타낸다. 대안적인 실시예는 P+I 콘트롤러가 상이한 값을 갖는 것도 가능하다.

토크 요구 신호가 최대일 때 제4도와 제6도의 실시예에서 배율기(62)의 그 출력은 완전한 위상 주기를 위해 필요한 시간 간격 출력의 1/2 시간간격을 나타내는 신호일 것이다. 배율기(62)의 출력은 위상 주기의 반으로 제한될 수도 있는데 이는 위상 주기의 1/2 이 위상 주기 동안 위상 전류가 제로로 떨어지게할 이론적 최대 전도각을 나타내기 때문이다. 토크 요구 신호가 감소함에 따라 배율기(62)의 출력은 완전한 위상 주기를 위해 필요한 시간 간격의 일부분인 시간 간격에 대응할 것이다.

배율기(62)의 출력은 에지 트리거 준안정 회로(66)의 펄스폭(PULSE WIDTH)입력에 인가된다. 에지 트리거 준안정 회로(66)은 그 트리거(TRIGGER) 입력에서 발생하는 하강 에지에 응답하여 펄스폭 신호의 값에 비례하는 시간 간격에 대한 논리고전압 펄스를 발생하도록 구성된다.

에지 트리거 준안정 회로(66)의 트리거(TRIGGER) 입력은 에지 트리거 준안정 회로(64)의 출력에 연결된다. 준안정 회로(66)과 같이 에지 트리거 준안정 회로(64)은 그 트리거 입력에서 발생하는 하강 에지에 응답하여 그 펄스폭 입력에서 신호의 값에 비례하여 시간 간격에 대한 논리적 하이 펄스를 발생시킨다.

제6도에 예시된 바와 같이 에지 트리거 준안정 회로(64)의 트리거 입력은 샤프트 센서(41)의 출력에 연결된다. 상기한 바와 같이 샤프트 센서(41)는 각각의 위상 주기 초기에서 하강 에지를 발생시킨다. 샤프트 센서(41)로부터의 하강 에지는 준안정 회로 (64)이 샤프트 센서(41)로부터의 하강 에지 이후에 가끔 발생하는 하강 에지와 함께 종결하는 전압펄스를 발생하도록 할 것이다. 초기 위상 주기(하강하는 에지축 센서(41)에 의해 정의되는)와 준안정 회로(64)로부터의 하강 에지 출력 사이의 시간 간격은 준안정 회로(64)의 펄스폭 입력의 신호에 비례할 것이다. 준안정 회로(64)로부터의 하강 에지 출력에 응답하여 준안정 회로(66)은 그 펄스폭 입력(P+I 콘트롤러(47)로부터의 토크 요구 신호에 비례하는)에서 신호에 비례하여 출력 시동 펄스를 발생시킬 것이다.

제4도와 제6도의 실시예에서 에지 트리거 준안정 회로(64)의 펄스폭 신호는 합산기(67,68)에 의해 생성된다. 준안정 회로(66)로부터의 시동각도 펄스의 포인트 사이에서 시간 지속 시간이 종결되고 위상 주기의 끝을 나타내는 포인트는 본 명세서에서는 턴오프 시간 (TURN- OFF TIME)으로 언급되고 있다. 제4도와 제6도의 실시예에서 턴오프 시간에 대응하는 신호는 블록(60)으로부터의 위상 주기 지속 시간을나타내는 신호와 배율기(62)로부터의 전도각의 시간 간격을 나타내는 신호 사이의 차에 대응하는 제2 신호로부터 합산기(67)에 의해 감산된다. 합산기(67)의 출력은 초기 위상 주기(샤프트 센서(41)로부터의 하강 에지에 의해 정의되는)와 준안정 회로(66)로부터의 초기 시동 신호 사이의 시간 간격을 나타낸다.

제4도와 제6도에서 턴오프 시간은 최적의 구동을 수행하기 위해 계산되거나 또는 경험적으로 결정될 수 있다. 턴오프 시간이 일정하지는 않지만 회전자의 각속도에 따라 변하는 경우의 실시예가 기대된다. 턴오프 시간이 위상 주기의 일정한 부분인 경우 여전히 추가의 실시예가 기대된다. 이러한 실시예에서 위상 주기의 부분에 대응하는 일정한 단위로 된 신호(scaled signal)는 제4도와 제6도의 턴오프 신호로서 이용될 수 있는 값을 발생하도록 위상 주기를 나타내는 신호에 의해 승산된다.

제7a도와 제7b도는 회전자가 일정 속도로 회전하고 일정한 단위로된 토크 요구 신호가 0.4 일 때 제4도와 제6도의 회로 동작을 설명하는데 사용될 수도 있는 여러 신호와 신호레벨을 나타내고 있다. 제7b도에서 회로의 신호에 대응하는 시간간격(마이크로초),은 괄호 []로 표시되어 있다.

제7a도의 파형(70)은 샤프트 센서(41)의 출력을 나타낸다. 제7a도에 나타낸 예에서는 회전자가 분당 대략 16,600의 일정한 속도로 회전하고 있고, 파형(70)의 하강 에지에 의해 정의되는 위상 주기가 1800 마이크로초의 시간간격 이상으로 발생하는 것으로 했다. 따라서 제7a도와 제7b도에 대응하는 예에서는 주기 측정 블록(60)의 출력은 1800 마이크로초에 대응하는 신호가 될 것이다. 이것이 제7b도에 나타나있고, 이 경우 주기 측정 블록(60)의 출력은 1800 이다. 현재 실시예에서 일정한 단위로된 토크 요구 신호는 0.4의 값을 갖는다. 따라서 배율기(62)의 출력은 (0.4*1800)에 대응해서 실시예의 회전자 속도와 토크 요구에 대해 시동 신호가 720 마이크로초의 주기에 대해 생성되어야 함을 나타내는 720 이 될 것이다. 즉, 전도각은 720 마이크로초의 시간 간격에 대응한다.

시동 신호(또는 전도각)의 지속 시간이 결정되면 현 실시예의 제어회로는 시동 신호의 종결(termination)과 위상 주기의 끝(end) 사이의 지속 시간이 턴오프 시간과 동일한 포인트에서 제어회로가 종결하도록 언제 위상 주기에서 시동 신호를 초기화할지를 결정한다. 이것은 합산기(67,68)를 사용하여 달성된다. 현 실시예에서는 목표한 턴오프 시간은 300 마이크로초라고 해둔다. 제7b도의 예를 참조해서 필요한 감산동작을 수행하면 준안정 회로(64)을 위한 펄스폭 신호는 초기 위상 주기와 초기 시동 신호 사이의 780 마이크로초 지연에 대응하는 780 이다.

제7a도의 파형(72)은 이전의 실시예를 위한 준안정 회로(66)로부터의 시동 신호를 나타내고 있다. 파형(70)을 참조하면 초기 위상 주기는 하강 에지(71)로 표현된다. 하강에지(71)는 초기 위상 주기 이후 780 마이크로초에서 발생하는 하강에지를 갖는 펄스를 발생시킬 준안정 회로(64)을 트리거한다. 준안정 회로(64)에 의해 생성되는 하강 에지는 720 마이크로초 동안 신호(즉, 시동 신호)를 발생시킬 준안정 회로(66)을 트리거할 것이다. 초기의 시동 신호는 제7a도의 파형(72)의 상승에지(73)에 의해 표현된다. 준안정 회로(66)의 펄스폭 입력이 720 마이크로초 주기의 전도각에 대응하기 때문에 시동 신호는 720 마이크로초 이후에, 1800 마이크로초 위상 주기의 전도각 이전인 300 마이크로초에서 종결한다. 상기한 바와 같이 이 실시예에서 300 마이크로초는 바람직한 턴오프 시간이다.

제4도와 제6도 및 제7a도와 제7b도는 개별적인 합산기, 준안정 회로와 다른 회로의 사용을 나타내고 있고, 본 발명은 하나 이상의 ASIC, 마이크로 콘트롤러 또는 마이크로 프로세서를 사용하는 콘트롤러로 구현될 수도 있다. 예컨대, 제4도의 점선에 포함되어 있는 모든 회로는 모터롤라 68HC11과 같은 하드웨어 및 소프트웨어를 통해 하나의 마이크로 콘트롤러로 구현될 수도 있다. 이러한 실시예에서 마이크로 콘트롤러(포트 A)의 온칩 메인 타이머 시스템 블록은 시동 신호 에지 트리거 준안정 회로(64,66)과 멀티플렉서(20)와 같이 동작하도록 프로그램될 수 있다.

모터롤라사의 마이크로 콘트롤러가 사용될 때 블록(60)의 위상 주기 측정 기능은 타이머 포트의 입력 획득 기능의 사용을 통하여 달성될 수 있다. 턴오프 시간과 전도 시간이 계산되어 준안정 회로 기능을 실행하기 위해 타이머 포트내로 로드될 수 있다. 디지탈 시스템내의 수치초과(numeric overflow)를 피하기 위해 위상 주기와 토크요구 신호는 승산의 최대의 일정 비율로 된 결과가 실제 위상 주기의 반이 되도록 기준화되어야 한다. 앞에서 설명한 바와 같이 이러한 비교화 (scaling)는 제8a도에 나타낸 것과 같은 시스템의 이론적 최대 연속/불연속 전류 경계 조건에 전도각이 제한되도록 할 수 있으며 소프트웨어로 행해질 수 있다.

마이크로 콘트롤러가 사용될 때 P+I 콘트롤러(47)는 속도에러가 마이크로 콘트롤러 고정 시간 인터럽트에 의해 세트되는 고정된 시간간격에서 계산되는 경우 소프트웨어만으로 구현될 수도 있고, 비례 플러스 적분 알고리즘은 토크요구를 갱신하기 위해 주기적 기준을 따라 속도 에러에 인가된다.

마이크로 프로세서 또는 마이크로 콘트롤러에 따른 본 발명의 방법과 회로를 구현할 수 있는 소프트웨어 루틴의 개발은 본 발명의 개시물의 장점을 가지는 기술에서는 평범한 기술중 하나에 대한 능력 범위내에 있을 것이다.

신호 전압 펄스의 응용이 턴온 및 턴오프 각도에 의해 정의된 전도각에 의해 정의되는 경우 신호 펄스 제어에 더해 본 발명은 신호 전류 펄스가 턴온 각도와, 프리휠 각도와 턴오프 각도로 정의되는 콘트롤러를 구현하는 데 이용될 수도 있다.

당업자라면 인식하겠지만 프리휠링이 이용될 때 여기에는 위상 권선과 연결되는 2 개의 스위칭 장치가 존재하고 있으며, 각각의 위상 주기는 다음과 같이 구분될 수 있다. (i) 위상 권선에 인가되는 전압이 없는 경우(즉, 양쪽 전원 스위치 모두 오프이고 리턴 다이오드가 비도통)의 간격; (ii) DC 링크 전압이 위상 권선에 인가될 때(즉, 양쪽 전원 장치가 모두 온일 때)의 간격; (iii) 위상 권선의 전류가 스위치 중 하나와 다이오드 중 하나를 통해 "프리휠"에 위상 권선내의 전류가 인가될 때(즉, 하나의 전원장치가 온이고 하나의 다이오드가 도통되고 있을 때); (iv) 이용할 수 있는 네가티브 DC 전압이 위상 권선에 인가될 때(즉, 양쪽 전원 스위치가 모두 오프이고 리턴 다이오드가 도통일 때)의 간격.

프리휠링을 구현하기 위한 전형적 회로배치와 이러한 회로로부터의 전형적 제어신호는 제8a도와 제8b도에 예시되고 있다. 프리휠링 배치에는 2 개의 전원장치 즉, 상부 장치(80)와 하부 장치(82)가 있다. 여기에는 또한 각각의 위상 권선과 연관된 2 개의 다이오드(84,86)도 있다. 제8b도는 프리휠링이 채택되는 위상 주기 이상의 스위칭장치(80,82)를 위한 시동 신호가 도시되어 있다. 제8b도에 예시된 바와 같이 2 개의 스위칭 장치가 모두 온이고 이용할 수 있는 DC 링크전압이 위상 권선에 인가될 때 초기 주기가 도시되어 있다. 다음에 스위칭 장치(본 명세서에서는 82)중 하나가 턴오프되는 "프리휠링"주기와 두 장치 모두가 턴오프될 때의 주기가 도시되어 있다. 프리휠링 주기에서 전류는 장치(80)와, 다이오드(84) 및 위상 권선에 의해 형성된 루프 주변을 프리휠한다.

제9a도와 제9b도는 프리휠링을 이용할 수도 있는 본 발명에 따른 각도 콘트롤러(90)의 한 예를 나타내고 있다. 제9a도의 콘트롤러는 추가적인 에지 트리거 준안정 회로(92)과 추가적인 합산기(94)가 추가되어 있는 것을 제외하면 제4도의 콘트롤러와 유사하다. 추가적인 에지 트리거 준안정 회로(92)과 합산기(94)는 하부의 스위칭 장치(82)를 위한 별도의 시동 신호를 발생시킨다. 제9a도의 실시예에서는 목표한 프리휠링(freewheeling) 주기의 시간 지속 시간에 대응하는 신호가 합산기(94)에 하나의 출력으로서 인가된다. 이러한 값은 준안정 회로(92)을 위한 펄스폭 신호를 발생하도록 목표한 전도각의 시간 간격을 나타내는 신호로부터 감산된다. 제4도의 회로와 관련해서 상기한 것과 유사한 방법으로 합산기(94)와 에지 트리거 준안정 회로(92)은 하부 스위칭 장치(82)가 프리휠링을 할수 있도록 제어할 것이다.

1800 마이크로초의 위상 주기와, 300 마이크로초의 턴오프 시간, 0.4의 비교화된 토크 요구, 100 마이크로초의 프리휠링 주기를 가지고 동작하는 전동기의 예를 위해 제9a도의 콘트롤러에 의해 생성되는 신호는 제7a도와 제7b도에 의해 행해진 것처럼 괄호를 통해 제9a도와 제9b도에 나타나 있다.

제9a도의 실시예에서 프리휠링 시간은 콘트롤러와 전동기 시스템의 음향잡음을 최소화하기 위해 선택되는 고정된 값이다. 이러한 실시예에서 프리휠링 시간은 스위치 릴럭턴스 전동기의 자연공진에 따라 선택되거나 또는 적어도 음향잡음을 발생시키는 프리휠 시간을 결정하기 위해 프리휠링 시간을 조정하고 시스템의 음향 잡음을 모니터함으로써 결정될 수도 있다. 예컨대, 프리휠이 제어가능하면서 아울러 전동기의 속도 또는 다른 동작 파라미터에 따라 변하는 경우 대안적인 실시예가 구현된다. 여전히 다른 실시예가 구현되고 있으며 프리휠링을 개시하기 위해 사용된 스위칭 장치가 상부 및 하부 장치 사이에 번갈아 사용되고 있다. 교호 프리휠링은 전원장치간의 열손실을 균일화하고 콘트롤러의 설계를 용이하게 하기 위해 사용되어왔다. 이러한 기술은 2 개의 스위칭 장치에 신호를 교대로 공급하기 위해 멀티플렉서 또는 유사한 장치에 제9(a) 도의 2 시동 신호를 공급함으로써 구현될 수도 있다.

상기 예와 설명은 콘트롤러가 연결되는 스위치 릴럭턴스 기계가 전동기의 기능을 하고 있을 때 본 발명의 콘트롤러의 동작을 어드레스한다. 본 발명의 콘트롤러는 스위치 릴럭턴스 기계가 제너레이터로서 동작하고 있을 때도 역시 이용될 수 있다. 스위치 릴럭턴스 기계가 제너레이터로서 동작하고 있을 때 제어회로의 타이밍은 고정자 폴과 정렬되는 회전자의 내부-극 축(inter-polar axis)에 대응하는 샤프트 센서(41)로부터의 신호의 에지로부터 트리거되어야 한다. 이것은 RPT 가 균일한 표지가 있을 때 즉, 공간 비율(space ratio)이 RPT 신호의 상승 에지를 사용함으로써 활용되고 있을 때 제5도에 나타낸 것과 같이 용이하게 달성될 수 있다. 샤프트 센서(41)의 상승 에지로부터 회로를 트리거함으로써 제어회로는 제너레이터로 동작하는 기계와 함께 사용될 수도 있다. 당업자라면 RPT 신호를 처리할 수 있는 대안적 방법이 가능하고, 예컨대, 펄스 열은 위상 시프트에 부가되는 주기의 절반을 갖거나 또는 RPT가 대응하는 각도에 의해 회전자축에 이동될 수도 있음을 알 것이다. 따라서 본 발명의 제어회로는 기계 동작에 대한 모두 4 개의 토크/속도 사분면에 사용될 수도 있다.

본 발명을 앞서 설명한 예시적 실시예에 관련해서 설명하는 동안 당업자는 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 여러 변형이 있을 수 있음을 알 것이다. 따라서 몇몇 실시예의 상세는 예로서 제안된 것이며 본원 발명을 제한하려는 목적은 아니다.

제1도는 전류 쵸핑이 토크제어 방법으로 이용될 때 스위치 릴럭턴스(reluctance) 전동기의 위상 전류를 나타내는 도면.

제2도는 단일 펄스 전압 제어에 따라 동작하는 스위치 릴럭턴스 전동기를 위한 전형적인 위상 전류 파형을 나타내는 도면.

제3도는 제어 법칙표를 이용하는 스위치 릴럭턴스 전동기를 위한 전형적인 가변 속도 콘트롤러를 단순화된 블록 형태로 나타내는 도면.

제4도는 본 발명에 따라 구성된 단상 스위치 릴럭턴스 전동기를 위한 가변속도 콘트롤러를 블록 형태로 나타낸 도면.

제5도는 본 발명을 구현하는데 이용될 수 있는 회전자 위치 변환기의 출력을 나타내는 도면.

제6도는 본 발명에 따라 구성된 각도 콘트롤러의 동작 블록과 특성을 나타내는 도면.

제7a도와 제7b도는 제6도의 각도 콘트롤러의 전형적 동작 상태에 대한 신호와 신호 레벨을 나타내는 도면.

제8a도와 제8b도는 전원회로와, 본 발명에 따라 구성된 각도 콘트롤러의 프리힐링을 구현하는 데 이용될 수도 있는 제어신호를 나타내는 도면.

제9a도와 제9b도는 본 발명에 따라 구성되어 동작되는 프리휠링 각도 콘트롤러를 위한 전형적인 각도 제어회로와 신호 및 신호 레벨을 나타내는 도면.

* 도면의 해당 부분에 대한 부호의 설명 *

32 : 제어 법칙표

34 : 전력 변환 장치

40 : 콘트롤러

41 : 샤프트 센서(shaft sensor)

42 : 속도 측정 블록

43 : 쵸핑 비교기

44 : AND 게이트

45 : 멀티플렉서

46 : 각도 제어 회로

60 : 주기 측정 블록

62 : 배율기

67,68 : 합산기

Claims (19)

1. 회전자와 위상 권선을 구비한 스위치 릴럭턴스(reluctance) 기계의 토크를, 단일 펄스 모드에서 속도 요구 신호 및 회전자 위치 신호에 반응하여 제어하는 각도 시동(angle firing) 제어 시스템에 있어서,

   상기 회전자의 위치를 수신하여 상기 회전자의 각속도를 나타내는 출력 신호를 생성하는 속도 측정 회로와,

   상기 속도 측정 회로에 전기적으로 결합되고, 그 입력으로서 상기 회전자의 각속도를 나타내는 신호와 속도 요구 신호를 수신하고, 상기 두 입력 신호의 차이에 비례하는 속도 에러 신호를 생성하는 에러 검출기와,

   상기 에러 검출기의 출력을 수신하도록 결합되고, 토크 요구 신호를 제공하는 제어기와,

   상기 제어기의 출력에 결합되고, 상기 회전자 위치 신호를 수신하도록 결합되며, 상기 회전자 위치 신호에 기초하여 개시되고 상기 토크 요구 신호에 비례하는 지속 구간-타이밍 장치에 의하여 제어됨-을 가지는 시동 펄스를 생성하는 각도 제어기(angle controller)와,

   상기 각도 제어기에 결합되고, 상기 시동 펄스의 지속 구간 동안 상기 위상권선을 전원에 연결시키는 전원 스위칭 장치

   를 포함하는 릴럭턴스 기계의 토크 제어용 각도 시동 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어기는 비례-적분 제어기인 것인 각도 시동 제어 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 각도 제어기는 마이크로 콘트롤러를 포함하는 것인 각도 시동 제어 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 각도 제어기는 주문형 집적 회로를 포함하는 것인 각도 시동 제어 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 각도 제어기는 마이크로 콘트롤러의 타이머 포트를 포함하는 것인 각도 시동 제어 시스템.
6. 회전자와 위상 권선을 구비한 스위치 릴럭턴스(reluctance) 기계의 토크를, 토크 요구 신호 및 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호에 반응하여 제어하는 제어 시스템에 있어서,

   상기 토크 요구 신호를 수신하여 상기 토크 신호와 실질적으로 선형적으로 비례하는 지속 구간을 가지는 시동 신호를 생성하는 시동 회로와,

   상기 시동 회로에 결합되고 상기 시동 신호 지속 구간 동안 상기 위상 권선을 전원에 전기적으로 연결시키는 전원 스위칭 장치를 포함하고,

   상기 시동 회로는,

   상기 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호를 수신하여 상기 기계의 위상 주기를 나타내는 신호를 공급하는 주기 측정 회로와,

   상기 주기 측정 회로와 결합되고, 상기 토크 요구 신호 및 위상 주기를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 위상 주기를 나타내는 신호와 상기 토크 요구 신호를 승산하여 전도각 신호를 생성하는 승산기와,

   상기 승산기에 결합되고, 상기 전도각 신호에 비례하는 지속 구간을 가지는 시동 신호를 생성하는 제1 단안정기(monostable)를 포함하는 것인 스위치 릴럭턴스 기계의 토크 제어용 제어 시스템.
7. 제6항에 있어서,

   상기 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호는 위상 주기의 개시를 나타내는 에지를 가지고, 상기 제1 단안정기는 상기 에지후 미리 정해진 시간 후에 트리거되는 에지 트리거 방식의 것인 제어 시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 시동 회로는, 상기 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호를 수신하고 이에 트리거되면 상기 제1 단안정기를 트리거하는 데 이용되는 출력을 가지는 제2 단안정기를 더 포함하는 것인 제어 시스템.
9. 제6항에 있어서,

   상기 시동 회로는 마이크로 콘트롤러를 포함하는 것인 제어 시스템.
10. 제6항에 있어서,

    상기 시동 회로는 주문형 집적 회로를 포함하는 것인 제어 시스템.
11. 제6항에 있어서,

    상기 시동 회로는 마이크로 콘트롤러의 타이머 포트를 포함하는 것인 제어 시스템.
12. 회전자와 위상 권선을 구비한 스위치 릴럭턴스 기계의 토크를, 단일 펄스 모드에서 속도 요구 신호 및 회전자 위치 신호에 반응하여 제어하는 각도 시동 제어 시스템에 있어서,

    상기 회전자의 위치를 수신하여 상기 회전자의 각속도를 나타내는 출력 신호를 생성하는 속도 측정 회로와,

    상기 속도 측정 회로에 전기적으로 결합되고, 그 입력으로서 상기 회전자의 각속도를 나타내는 신호와 속도 요구 신호를 수신하고, 상기 두 입력 신호의 차이에 비례하는 속도 에러 신호를 생성하는 에러 검출기와,

    상기 에러 검출기의 출력을 수신하도록 결합되고, 토크 요구 신호를 제공하는 제어기와,

    상기 회전자 위치 신호를 수신하도록 결합되고, 상기 제어기의 출력에 결합되며, 상기 회전자 위치 신호에 기초하여 개시되고 상기 토크 요구 신호에 비례하는 지속 구간-타이밍 장치에 의하여 결정됨-을 가지는 제1 스위칭 신호 세트와 상기 회전자 위치 신호에 기초하여 개시되고 미리 정해진 지속 구간-타이밍 장치에 의하여 결정됨-을 가지는 제2 스위칭 신호 세트를 생성하는 각도 제어기와,

    상기 각도 제어기에 결합되고, 상기 제1 스위칭 신호 세트가 지속되는 동안 상기 위상 권선을 전원에 연결하고 상기 제2 스위칭 신호 세트가 지속되는 동안 상기 위상 권선내 전류가 상기 위상 권선을 통하며 프리휠(freewheel)되도록 하는 제1 및 제2 전원 스위칭 장치

    를 포함하는 릴럭턴스 기계의 토크 제어용 각도 시동 제어 시스템.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제어기는 비례-적분 제어기인 것인 제어 시스템.
14. 회전자와 제1 및 제2 단자를 정의하는 위상 권선을 구비한 스위치 릴럭턴스 기계의 토크를, 토크 요구 신호 및 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호에 반응하여 제어하는 제어 시스템에 있어서,

    상기 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호를 수신하여 상기 기계의 위상 주기를 나타내는 신호를 공급하는 주기 측정 회로와,

    상기 주기 측정 회로와 결합되고, 상기 토크 요구 신호 및 위상 주기를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 위상 주기를 나타내는 신호와 상기 토크 요구 신호를 승산하여 전도각 신호를 생성하는 승산기와,

    상기 승산기로부터의 전도각 신호를 입력단에서 수신하도록 결합되고, 상기 전도각 신호에 비례하는 지속 구간을 가지는 제1 시동 신호를 생성하는 제1 단안정기와,

    상기 제1 단안정기로부터의 출력을 수신하도록 전기적으로 결합되고, 상기 제1 시동 신호의 지속 구간 동안 상기 위상 권선의 제1 단자를 전원에 전기적으로 연결시키는 제1 전원 스위칭 장치

    를 포함하는 스위치 릴럭턴스 기계의 토크 제어용 제어 시스템.
15. 제14항에 있어서,

    미리 정해진 지속 구간을 가지는 제2 시동 신호를 생성하는 제2 단안정기와,

    상기 제2 단안정기에 전기적으로 결합되고, 상기 제2 시동 신호가 지속되는 동안 상기 위상 권선의 제2 단자를 상기 전원에 전기적으로 연결시키는 제2 전원 스위칭 장치를 더 포함하고,

    상기 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호는 위상 주기의 개시를 나타내는 에지를 가지는 것이고,

    상기 제1 및 제2 단안정기는 에지 트리거 방식의 것으로서 상기 에지 이후의미리 정해진 시간 후에 트리거 되는 것

    인 제어 시스템.
16. 제15항에 있어서,

    상기 시동 회로는 상기 회전자의 각도 위치를 나타내는 신호를 수신하여 이에 트리거되며, 그 출력이 상기 제1 및 제2 단안정기를 트리거시키는데 이용되는 제3 단안정기를 더 포함하는 것인 제어 시스템.
17. 회전자와 위상 권선을 포함하는 스위치 릴럭턴스 기계의 단일 펄스 모드에서의 동작을 제어하는 제어 시스템에 있어서,

    상기 회전자의 위치를 나타내는 신호를 유도하는 수단과,

    상기 회전자의 각속도를 나타내는 신호를 생성하는 속도 측정 수단과,

    상기 회전자의 각속도를 나타내는 신호와 속도 요구 신호를 수신하여, 상기 각속도를 나타내는 신호와 상기 속도 요구 신호의 차이에 관련된 속도 에러 신호를 생성하는 에러 검출 수단과,

    상기 속도 에러 신호 및 상기 회전자 위치를 나타내는 신호에 반응하여 상기 회전자 위치를 나타내는 신호와 동기되어 개시되고 상기 속도 에러 신호에 관련되고 타이밍 장치에 의해 결정되는 지속 시간을 가지는 동작 신호를 생성하는 제어 수단과,

    상기 제어 수단으로부터의 동작 신호에 반응하여 상기 권선을 여자시키는 스위치 수단

    을 포함하는 스위치 릴럭턴스 기계 동작 제어용 제어 시스템.
18. 제17항에 있어서,

    상기 제어 수단은 상기 에러 신호와 관련된 토크 요구 신호를 생성할 수 있는 제1 회로와 상기 토크 요구 신호에 반응하여 상기 동작 신호를 생성하는 제2 회로를 포함하는 것인 제어 시스템.
19. 제17항에 있어서,

    상기 제어 수단은 상기 오차 신호에 대해 비례-적분 제어를 수행하여 상기 토크 요구 신호를 생성하는 것인 제어 시스템.