KR100403783B1 - Hybrid Excitation Method for Reduction of Vibration and Acoustics Noise of SRM - Google Patents

Hybrid Excitation Method for Reduction of Vibration and Acoustics Noise of SRM Download PDF

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KR100403783B1 KR10-2001-0021303A KR20010021303A KR100403783B1 KR 100403783 B1 KR100403783 B1 KR 100403783B1 KR 20010021303 A KR20010021303 A KR 20010021303A KR 100403783 B1 KR100403783 B1 KR 100403783B1
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Abstract

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 전동기 구동시의 진동 소음 저감의 관한 것으로, 지금까지의 개발연구의 방향은 토오크, 효율, 신뢰도, 비용 등에 대한 향상을 목표로 한 적정 자기회로설계와 제어방식에 집중되어 있었다. 그러나 최근에 들어 정밀제어 및 가정용 전자제품으로의 영역을 넓히는 데에 있어 가장 장애가 되고 있는 것은 운전시 토오크 맥동 및 소음과 진동이다. 현재까지의 진동, 소음 저감에 관한 연구는 기계적 구조의 조정 및 권선 방식의 조정, 여자방식(勵磁方式)의 조정 등으로 진행되어왔다. 하이브리드 여자 방식은 기존의 SRM의 상여자중에 1상여자방식과 2상여자방식을 교번하여 여자하는 방식이다. 이 방식에서는 2상 동시여자 구간을 이용하기 위하여 도통각을 늘려주게 된다. 늘어난 도통구간에 의해 상 스위치의 오프 시점이 인덕턴스가 상당히 큰 구간이 선택됨으로 인하여 상 전류(轉流, 커뮤테이션; commutation)시 상전류의 소호시간이 길어진다. 이에 의한 SRM 운전 효율이 감소되는 데, 이를 개선하고자 본 발명에서는 Boost회로를 응용한 C-dump 회로를 구동 인버터로 구성하고, 진동, 소음 및 효율 특성을 6/4극 SRM의 실험적으로 확인, 평가하였다.The present invention relates to the reduction of vibration noise when driving a switched reluctance motor, and the direction of development research so far has been focused on proper magnetic circuit design and control method aimed at improving torque, efficiency, reliability, and cost. . However, in recent years, the most obstacles to widening the range of precision control and home electronics are torque pulsation and noise and vibration during operation. Until now, studies on vibration and noise reduction have been carried out by adjusting the mechanical structure, adjusting the winding method, and adjusting the excitation method. The hybrid excitation method is to alternately excite the 1-phase excitation method and the 2-phase excitation method among the existing SRM donors. In this method, the conduction angle is increased to use the 2-phase simultaneous excitation section. Due to the increased conduction section, the section of which the inductance of the phase switch is significantly larger is selected, so that the extinguishing time of the phase current in the commutation becomes longer. As a result, the SRM operation efficiency is reduced. To improve this, the present invention configures a C-dump circuit using a boost circuit as a drive inverter, and experimentally confirms and evaluates vibration, noise, and efficiency characteristics of a 6 / 4-pole SRM. It was.

6/4극 SRM 구동 시스템의 하이브리드 여자를 위한 SRM의 권선 구성은 기존의 단절권 1상 여자방식과 같게 한다. 2상 여자 방식의 가변 상호인덕턴스 성분의 조합을 효과적으로 이용하기 위하여 도1의 권선의 여자방향 중b상의 상 여자방향을 바꾸어 반대극성으로 여자함으로써 자속 경로의 방향이 한 방향으로 일어나도록 구성하였다.The winding configuration of SRM for hybrid excitation of a 6/4 pole SRM drive system is the same as that of the existing single winding excitation phase. In order to effectively use the combination of the two-phase excitation variable mutual inductance component, the direction of the magnetic flux path is generated in one direction by changing the phase excitation direction on b of the excitation direction of the winding of FIG.

초기에는 한 상여자의 토오크가 최대인 구간을 취하고 한 상 여자의 토오크 구간이 줄어드는 시점에서 두 상여자 구간의 토오크를 취함으로서 일정한 토오크를 얻을 수 있도록 하여, 토오크 맥동의 발생원인 중 상간의 전류(轉流, 커뮤테이션; commutation)작용이 원활히 이루어지지 못해서 생기는 토오크 맥동을 현저히 줄일 수 있다. 또한 순간적으로 두 상을 여자함으로써 급격한 기자력 변화를 피할 수 있게 되어 진동, 소음의 저감된다.Initially, the torque of one donor is taken maximum, and the torque of two donor sections is taken when the torque section of one donor decreases, so that a constant torque can be obtained, and the current between phases among the causes of torque pulsation ( Torque pulsation caused by poor commutation action can be significantly reduced. In addition, by exciting two phases instantaneously, a sudden change in magnetic force can be avoided, which reduces vibration and noise.

본 발명에서는 진동, 소음의 주원인인 급격한 기자력의 변화를 완화시키는 방법으로 한 상의 스위치 오프 전 다른 상이 동작하도록 중복시키는 하이브리드 여자방식을 채택하였다. 또한 상간 적절한 중복으로 인하여 토오크 맥동도 현저하게 줄일 수 있었다. 그러나 이러한 방법은 효율의 저하를 가져오는 단점이 있는 데 이는 C-dump 인버터를 사용하여 보완하였다. 본 방식은 시뮬레이션과 제어시스템으로 구현한 실험을 통하여 그 타당성을 검증하였다.In the present invention, as a method of alleviating a sudden change in magnetomotive force, which is a main cause of vibration and noise, a hybrid excitation method is adopted in which another phase operates before one phase is switched off. Torque pulsation was also significantly reduced due to the proper overlap between phases. However, this method has a disadvantage of lowering efficiency, which is compensated by using a C-dump inverter. The validity of this method was verified through experiments implemented by simulation and control system.

Description

에스알엠의 진동 소음 저감을 위한 하이브리드 여자방식{Hybrid Excitation Method for Reduction of Vibration and Acoustics Noise of SRM}Hybrid Excitation Method for Reduction of Vibration and Acoustics Noise of SRM

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 전동기(Switched Teluctance Motor) 구동에 있어서의 하이브리드 여자방식을 이용한 토오크 맥동 및 소음과 진동의 저감에 관한 것이다.The present invention relates to reduction of torque pulsation and noise and vibration using a hybrid excitation method in driving a switched reluctance motor.

스위치드 릴럭턴스 전동기(Switched Reluctance Motor, 이하 SRM이라 함) 구동 시스템은 제작이 간단하며 비용이 싸며 운전사고에 잘 견디어 상대적으로 신뢰성이 높은 전력전자 구동장치로써 산업기기, 항공기기, 자동차, 가전기기 등의 응용분야에서 높은 토오크/부피 및 출력, 고효율 가변속 운전, 경제성 있는 인버터 전력의 관점에서 기존의 유도전동기와 영구자석 전동기에 비교될 만한 특성을 가지고 있다.Switched Reluctance Motor (hereinafter referred to as SRM) drive system is a relatively reliable power electronic drive device that is simple to manufacture, inexpensive, and withstands accidents and is a relatively reliable power electronic drive device for industrial equipment, aircraft, automobiles, home appliances, etc. In terms of high torque / volume and output, high efficiency variable speed operation, and economical inverter power, it has characteristics that can be compared with conventional induction motor and permanent magnet motor.

즉 SRM의 기계적인 구조는 가변 릴럭턴스 토오크를 최대화하기 위하여 고정자와 회전자 구조가 2중 돌극형으로 되어있고, 단일 여자방식으로 구동을 하게 되어 토오크 발생 메카니즘상 기존의 가변속 전동기에 비하여 비교적 높은 진동과 소음이 발생한다. 이러한 진동, 소음은 릴럭턴스 토오크의 발생과정에서 주된 회전력으로 작용하는 접선 방향의 힘뿐 만 아니라 방사 방향의 힘이 작용하여 각 상을 온, 오프할 때 고정자 프레임을 방사 방향으로 진동시킴으로서 발생하게 된다.따라서 SRM은 이미 광산용 등 소음에 덜 민감한 응용분야부터 적용되고 있으나 가전분야나 사무용등에는 적용하기 어려운 점이 있다.In other words, the mechanical structure of SRM has a double pole type of stator and rotor structure in order to maximize the variable reluctance torque, and it is driven by a single excitation method, and the vibration is relatively high compared to the conventional variable speed motor in terms of torque generation mechanism. And noise occurs. Such vibration and noise are generated by vibrating the stator frame in the radial direction when each phase is turned on and off, as well as the tangential force acting as the main rotational force during the generation of the reluctance torque. Therefore, SRM has been applied to less noise-sensitive applications such as mines, but it is difficult to apply to home appliances and offices.

SRM은 이미 광산용 등 소음에 덜 민감한 응용분야부터 적용되고 있으나 가전분야나 사무용등에는 적용하기 어려운 점이 있다. 즉, SRM의 토오크 발생 메카니즘상 토오크리플과 소음 등이 정숙한 운전을 요구하는 분야의 적용에 제한요소로 작용하고 있다. 이러한 소음은 릴럭턴스토오크의 발생과정에서 주된 회전력으로 작용하는 접선방향의 힘뿐만 아니라 방사방향의 힘이 작용하여 각 상을 온, 오프 할 때고정자프레임을 방사방향으로 진동시킴으로써 발생하게 된다.SRM has already been applied to noise-sensitive applications such as mines, but it is difficult to apply to home appliances and offices. In other words, torque ripple and noise are the limiting factors in the application of the SRM's torque generation mechanism. These noises are generated by vibrating the stator frame in the radial direction when each phase is turned on and off as well as the tangential force acting as the main rotational force during the generation of the reluctance stoke.

최근까지의 개발연구의 방향은 토오크, 효율, 신뢰도, 비용 등에 대한 향상을 목표로 한 적정 자기회로설계와 제어방식에 집중되어 있었다. 그러나 최근에 들어 정밀제어 및 가정용 전자제품으로의 영역을 넓히는 데에 있어 운전특성의 안정화를 위한 토오크 맥동의 억제와 소음과 진동의 저감에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.The direction of development research until recently was focused on proper magnetic circuit design and control method aimed at improving torque, efficiency, reliability, and cost. However, in recent years, researches on the suppression of torque pulsation and the reduction of noise and vibration have been actively conducted to broaden the scope of precision control and home appliances.

또한 진동·소음 발생 원인으로는 크게 기계적인 원인과 전자기적인 원인이 있다. 기계적인 원인으로는 공심의 동심도, 직진도, 접촉 마찰, 중량 불균형 제작 등과 같은 제작상의 문제와 베어링과 같은 적용부품에서의 기계적인 진동과 공기와의 마찰 등에 의해 소음이 발생한다. 전자기적인 원인으로는 상 스위치의 온, 오프 순간에 발생하는 갑작스런 기자력의 변화에 의한 수축 팽창작용 등이 있다. 이 중 여러 연구보고에 의하면 SRM의 진동, 소음은 주로 고정자의 방사향향의 힘의 변동에 의해 발생되는 것으로 보고되고 있다.최근의 연구에 따르면 SRM의 스위칭에 따른 진동, 소음은 스위치 온, 스위치 오프 때에 각각 나타나고 특히 스위치 오프에서 가장 심하고 따라서 거의 모든 제어가 스위치 오프시의 진동, 소음을 저감하는 데 집중하고 있다. 또한 스위치 오프 이후에 감자기간에 길어지면 진동, 소음이 완화되나 효율이 나빠지는 단점이 있다.In addition, vibration and noise generation causes largely mechanical and electromagnetic causes. Mechanical causes include noise due to mechanical problems such as concentricity of concentricity, straightness, contact friction, unbalanced weight manufacturing, and mechanical vibrations and friction with air in applications such as bearings. Electromagnetic causes include contraction and expansion by sudden changes in magnetomotive force occurring at the moment of phase switch on and off. According to several studies, the vibration and noise of SRM are mainly caused by the fluctuation of radial force of stator. According to the recent research, the vibration and noise of SRM switching are switched on and switched. They appear at the time of off and are most severe at the time of switching off, and therefore almost all control is focused on reducing vibration and noise at the time of switching off. In addition, if the longer the potato period after the switch off, vibration, noise is alleviated, but the efficiency is worse.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 기자력의 급격한 변화를 개선하여 진동과 소음이 저감되며, 효율이 높은 SRM의 여자방식을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, and aims to provide a high efficiency SRM excitation method by reducing vibration and noise by improving a sudden change in the magnetomotive force.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 구동시 로터의 위치를 파악하는 감지부와 스위칭소자가 구비되며 상기 스위칭소자의 작동에 의해 상기 전압을 공급하는 구동인버터와 상기 감지부의 위치파악에 따라 상기 스위칭소자를 작동시키는 게이트신호를 발생하게되는 제어수단을 포함하여 구성되는 SRM에 있어서, 상기 구동인버터는 Boost회로로 이루어진 C-dump회로로 구성되어 상여자가 이루어지며, 상여자시 1상여자와 2상여자가 교번되어 여자되며, 도통각을 증가시켜 1상 여자와 2상여자의 여자구간이 중첩되도록 하여 구동하게 되는 것을 특징으로 하게 된다.The present invention is provided with a sensing unit and a switching element for detecting the position of the rotor during driving to achieve the above object and the switching according to the position of the drive inverter and the sensing unit for supplying the voltage by the operation of the switching element In the SRM configured to include a control means for generating a gate signal for operating the device, the drive inverter is composed of a C-dump circuit consisting of a boost circuit is made up of an exciting, when the first exciting and 2 The donors are alternately excited, and the conduction angle is increased to drive the female sections of the first phase and the second phase.

도1은 3상 6/4SRM의 상과 하이브리드 여자에 의한 자속 분포도.1 is a magnetic flux distribution diagram of three-phase 6 / 4SRM phase and hybrid excitation.

도2는 하이브리드 여자 방식의 인덕턴스 프로파일과 상전류 파형도.2 is an inductance profile and a phase current waveform diagram of a hybrid excitation method.

도3은 SRM의 회전자 위치에 따른 토오크 파형도.Figure 3 is a torque waveform diagram according to the rotor position of the SRM.

도4는 하이브리드 여자를 위한 C-dump인버터 회로도.4 is a circuit diagram of a C-dump inverter for hybrid excitation.

도5는 하이브리드 여자를 위한 C-dump 인버터의 동작과정.5 is an operation of the C-dump inverter for hybrid excitation.

도6은 하이브리드 여자방식에서의 상전류.6 is a phase current in a hybrid excitation method.

도7은 시비율에 따른 전동기의 운전 특성 및 회수회로의 특성.7 is a characteristic of the driving characteristics and the recovery circuit of the motor according to the ratio of ratio.

도8은 시험용 전동기 규격8 is a test motor specification

도9는 진동 소음 측정 시스템의 구성도.9 is a configuration diagram of a vibration noise measuring system.

도10은 C-dump 인버터의 도통각 조정에 의한 진동특성.10 is vibration characteristics by the conduction angle adjustment of the C-dump inverter.

도11은 1상여자 방식과 하이브리드 여자방식의 진동,소음,효율특성11 shows the vibration, noise and efficiency characteristics of the single-phase excitation method and hybrid excitation method.

비교도.Comparison diagram.

본 발명에서는 진동, 소음의 주원인인 급격한 기자력의 변화를 완화시키는 방법으로 한 상의 스위치 오프 전 다른 상이 동작하도록 중복을 시키는 하이브리드 여자방식을 채택하고 있다. 이는 상간 여자구간의 적절한 중복으로 인하여 토오크 맥동도 현저하게 줄이기 위함이다. 그러나, 이러한 방법은 효율의 저하를 가져오는 단점이 있으므로 C-dump 인버터를 사용하여 보완하게 된다.In the present invention, a hybrid excitation method that allows the other phase to operate before switching off one phase is adopted as a method of alleviating a sudden change in the magnetomotive force, which is the main cause of vibration and noise. This is to significantly reduce the torque pulsation due to the proper overlap between the female phases. However, this method has a disadvantage in that the efficiency is lowered, which is complemented by using a C-dump inverter.

최근의 연구에 따르면 SRM의 스위칭에 따른 진동, 소음은 스위치 온, 스위치 오프 때에 각각 나타나고 특히 스위치 오프에서 가장 심하고 따라서 거의 모든 제어가 스위치 오프시의 진동, 소음을 저감하는 데 집중하고 있다. 또한 스위치 오프 이후에 감자기간에 길어지면 진동, 소음이 완화되나 효율이 나빠지는 단점이 있다.According to a recent study, the vibrations and noises of SRM switching are shown at the time of switching on and off, respectively. In particular, most of the control is focused on reducing vibration and noise at the time of switching off. In addition, if the longer the potato period after the switch off, vibration, noise is alleviated, but the efficiency is worse.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하이브리드 여자 방식에서는 2상 동시여자 구간을 이용하기 위하여 도통각을 늘려주게 된다. 늘어난 도통구간에 의해 상 스위치의 오프 시점이 인덕턴스가 상당히 큰 구간에서 선택되어 져 상 커뮤테이션시 상전류(轉流, 커뮤테이션; commutation)의 소호시간이 길어진다. 이에 의한 SRM 운전 효율이 감소가 나타나는데, 이를 개선하고자 본 발명에서는 Boost회로를 응용한 C-dump 회로를 구동 인버터로 구성하고, 진동, 소음 및 효율 특성을 검토하였다.In order to achieve the above object, in the hybrid excitation method of the present invention, the conduction angle is increased to use the two-phase simultaneous excitation section. Due to the increased conduction period, the off point of the phase switch is selected in a section in which the inductance is quite large, and the extinguishing time of the phase current (commutation) becomes long during phase commutation. As a result, the SRM operation efficiency is reduced, and in order to improve the present invention, the C-dump circuit using the boost circuit is configured as a drive inverter, and vibration, noise, and efficiency characteristics are examined.

6/4극 SRM 구동 시스템의 하이브리드 여자를 위한 SRM의 권선 구성은 기존의 단절권 1상 여자방식과 같게 한다. 2상 여자 방식의 가변 상호인덕턴스 성분의 조합을 효과적으로 이용하기 위하여 도 1에서 권선의 여자방향 중b상의 상 여자방향을 바꾸어 반대극성으로 여자함으로써 자속 경로의 방향이 한 방향으로 일어나도록 구성하였다.The winding configuration of SRM for hybrid excitation of a 6/4 pole SRM drive system is the same as that of the existing single winding excitation phase. In order to effectively use the combination of the variable mutual inductance component of the two-phase excitation method, the direction of the magnetic flux path is generated in one direction by changing the phase excitation direction on the b phase among the excitation directions of the winding in FIG.

도 1은 하이브리드 여자방식에서의 각 여자구간에 대한 자속경로를 나타내고 있다.a상의 상 여자에 대한 도 1(a)의 자속 경로에서b상을 여자하게 되면 2상 여자구간인 도 1(b)의 자속 경로가 이루어진다. 2상 여자구간에서a상을 오프 시키면 자속은 도 1(b)의 자속경로를 어느 정도 일정하게 유지하다가 마지막으로 1상 여자의 자속경로인 도 1(c)의 자속 경로를 이루게 된다. 따라서, 상 스위치 오프 시점에서의 급격한 기자력의 변화를 2상 여자기법으로 저감시킬 수 있게 된다.1 shows a magnetic flux path for each excitation section in a hybrid excitation method. When the phase b is excited in the magnetic flux path of FIG. 1 (a) with respect to the phase excitation of a phase, the magnetic flux path of FIG. When the two phase excitation-off phase in a flux region is formed a magnetic flux path in Fig. 1 (b), the magnetic flux path to some degree while maintaining constant the last one degree of the magnetic flux path of the one phase excitation (c) of. Therefore, it is possible to reduce the sudden change in the magnetomotive force at the time of phase switch-off by the two-phase excitation technique.

도 2는 하이브리드 여자방식에 따른 인덕턴스와 각 상전류 파형을 보여주고 있다. b상이 오프 하기 이전에 c상을 온함으로써 도 2에서 구간 2-3사이에 두상이 동작을 하게 되어 b상이 오프시에 발생되는 과도한 진동, 소음을 저감할 수 있으며 중첩을 함으로써 상간의 전류과정에서 발생하는 토오크 맥동을 저감시킬 수 있다.Figure 2 shows the inductance and each phase current waveform according to the hybrid excitation method. By turning on the c phase before the b phase is turned off, the two phases are operated between the sections 2-3 in FIG. 2 to reduce excessive vibration and noise generated when the b phase is turned off. The generated torque pulsation can be reduced.

도 3은 상 여자 방식에 따른 시뮬레이션(Vector Fields사의 오페라)된 토오크를 나타내고 있다. 하이브리드 여자방식은 1상 여자방식과 2상 여자방식의 적절한 조합에 의하여 구동되어진다. 도 3(a)의 1상 여자방식에 의한 발생하는 토오크를 보여주고 있고 그림 3(b)의 동시에 2상이 여자되었을 때 발생되는 토오크를 각각 나타내고 있다. 여기서 1상을 여자했을 때와 2상을 동시에 여자했을 때의 발생토오크의 위상차를 볼 수 있다. 이를 적적히 조합을 하면 토오크 맥동을 저감하고 한 상이 스위치 오프 하기 전에 적절한 제어를 병행하면 진동, 소음도 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.3 shows simulated torque according to the phase excitation method (Opera of Vector Fields). Hybrid excitation is driven by a suitable combination of one-phase excitation and two-phase excitation. Fig. 3 (a) shows the torque generated by the single phase excitation method, and Fig. 3 (b) shows the torque generated when the two phases are excited at the same time. Here, the phase difference between the generated torques when the first phase is excited and the second phase is simultaneously excited can be seen. When properly combined, it can be seen that torque pulsation can be reduced and vibration and noise can be reduced by appropriate control combined with one phase before switching off.

도 3(c)는 1상과 2상의 여자 구간을 적절히 선정하여 여자하면 평탄 토오크를 얻게 됨을 보여준다. 도 3(c)의 토오크 그래프에서 초기 1상여자의 토오크가 최대인 구간을 취하고 1상 여자의 토오크 구간이 줄어드는 시점에서 2상여자 구간의 토오크를 취함으로서 일정한 토오크를 얻을 수 있도록 하였다. 이렇게 하면 토오크맥동의 발생원인 중 상간의 전류(轉流, 커뮤테이션; commutation)작용이 원활히 이루어지지 못해서 생기는 토오크 맥동을 현저히 줄일 수 있다. 또한 순간적으로 두 상을 여자함으로써 급격한 기자력 변화를 피할 수 있게 되어 진동, 소음이 저감된다.3 (c) shows that the flat torque is obtained by appropriately selecting the excitation sections of the 1 phase and the 2 phases. In the torque graph of FIG. 3 (c), a constant torque can be obtained by taking a section in which the torque of the initial phase 1 woman is the maximum and taking a torque of the phase 2 phase woman at a time when the torque section of the phase 1 woman decreases. In this way, the torque pulsation caused by the failure of the current commutation between phases among the causes of the torque pulsation can be significantly reduced. In addition, by exciting two phases instantaneously, a sudden change in magnetomotive force can be avoided and vibration and noise are reduced.

하이브리드 여자방식에서 도 3(c)와 같은 평활 토오크를 얻을 수 있다. 그러나, 하이브리드 여자 방식에서 2상 여자구간을 취하기 위하여 상의 도통각을 늘려주게 되고, 늘어난 도통각에 의해 상 스위치의 오프 시점이 인덕턴스가 상당히 큰 구간에서 선택되어져 상 전류(轉流, 커뮤테이션; commutation)시 상전류(current)의 소호 시간이 길어진다. 이로 인한 상 전류(轉流, 커뮤테이션; commutation)시 부토오크의 영향을 줄이기 위하여 본 연구에서는 도 4와 같이 전력 회생부를 Boost회로로 구성한 C-dump 인버터를 응용한다. 이 회로는 상 스위치의 제어와 전력 회생용 쵸핑 스위치의 제어를 분리하여 상당 하나의 스위치가 필요하고 상전류의 중첩이 가능하도록 상간의 완전한 독립성을 지닌다. 그러면서도 에너지 회수용 커패시터 전압의 크기가 곧 역전압의 크기와 같게되게 함으로서 커패시터의 동작전압에 부담은 크게 경감된다..In the hybrid excitation method, a smooth torque as shown in FIG. 3 (c) can be obtained. However, in the hybrid excitation method, the conduction angle of the phase is increased to take a two-phase excitation section, and the off-conversion point of the phase switch is selected in a section where the inductance is considerably large due to the increased conduction angle. The extinguishing time of the phase current becomes long. As a result, in this study, a C-dump inverter having a power regenerative unit composed of a boost circuit is applied to reduce the influence of the negative torque during phase current (commutation). This circuit separates the control of the phase switch from the control of the power regenerative chopping switch, requiring a significant number of switches and having complete independence between the phases to allow phase currents to overlap. At the same time, the magnitude of the energy recovery capacitor voltage is equal to the magnitude of the reverse voltage, and the burden on the capacitor operating voltage is greatly reduced.

도 5는 a상에서 b상으로 전류(轉流, 커뮤테이션; commutation)될 때 인버터의 동작상태를 보여주고 있다. 에너지 회수용 커패시터의 전압이 일정하고 가정하면 상권선 양단에는 스위치 온에 의한 전원전압이 가해지고 스위치 오프에 의하여 역전압이 인가된다.5 shows an operating state of the inverter when a current is commutated from a to b. Assuming that the voltage of the energy recovery capacitor is constant, a power supply voltage by switching on is applied across the upper winding line, and a reverse voltage is applied by switching off.

도 5(b)는 a, b상이 동시에 도통되는 구간을 나타내고 있고, 도5(c),(d),(e)는 b상이 동작하고 a상을 회수용 회로를 이용하여 기계적인 출력으로 변환되지 않은 자기회로내에 자기에너지를 쵸퍼스위치의 동작에 따라 전원전압으로 회수되는 과정을 나타내고 있다.Fig. 5 (b) shows a section in which a and b phases are simultaneously conducted, and Figs. 5 (c), (d) and (e) show the b phases operating and converting a phase into a mechanical output using a recovery circuit. The process of recovering the magnetic energy into the power supply voltage in accordance with the operation of the chopper switch in the magnetic circuit is not performed.

도 6은 하이브리드 여자방식에 의한 운전시 비대칭 인버터와 활용된 C-dump 인버터에서의 상전류 파형을 보이고 있다. 비대칭 인버터의 하이브리드 여자방식 경우에서는 2상 중첩을 위하여 토오크 각을 늘려줌으로서 커뮤테이션시 전류 소호시간이 상당히 길어짐을 도 6(a)에서 보이고 있다. 이에 비하여 C-dump 인버터를 이용한 하이브리드 여자방식에서는 매우 짧은 시간 동안 상 권선의 축적 에너지가 캐패시터로 회수됨으로, 비대칭 인버터에 비해 상전류의 커뮤테이션시 전류의 소호를 빠르게 할 수 있다. 도 7은 시비율에 따른 전동기의 운전 특성 및 회수회로의 특성을 나타내고 있다. 효율에 대한 소음 및 회수용 콘덴서 전압의 적정치가 시비율이 약 0.7인 점에서 가장 적당하게 나타남을 알 수 있다. 본 실험에 이용된 전동기는 도 8에서 보는 바와 같이 회전자와 고정자의 극호각이 각각 16도와 17도인 600[W]급 12/8극 SRM이며, 부하실험 및 진동·소음 실험을 위하여 동력계와 진동 가속도 센서 및 소음측정기를 사용하여 도 9와 같이 구성하였다. 여기서 진동 가속도 센서는 고정자 극의 프레임 표면에 부착되어 졌고, 소음 측정기는 프레임에서 1피트 지점에 방사방향으로 설치하였다.FIG. 6 shows phase current waveforms of an asymmetric inverter and a utilized C-dump inverter during hybrid excitation. In the hybrid excitation method of the asymmetric inverter, it is shown in Fig. 6 (a) that the current arc extinguishing time becomes considerably longer by increasing the torque angle for two-phase superposition. On the other hand, in the hybrid excitation method using the C-dump inverter, since the accumulated energy of the phase winding is recovered to the capacitor for a very short time, the current can be quickly extinguished during the commutation of the phase current as compared to the asymmetric inverter. 7 shows the operation characteristics and the recovery circuit characteristics of the motor according to the application ratio. It can be seen that the optimum value of the noise and the recovery capacitor voltage for efficiency is most appropriate in that the application ratio is about 0.7. The motor used in this experiment is a 600 [W] class 12/8 pole SRM with 16 and 17 degrees of arc angle of the rotor and stator, respectively, as shown in Fig. 8, and the dynamometer and vibration for the load test and the vibration and noise test. It was configured as shown in Figure 9 using an acceleration sensor and a noise measuring instrument. Here, the vibration acceleration sensor was attached to the frame surface of the stator pole, and the noise detector was installed radially at 1 foot from the frame.

속도에 따른 1상 여자방식과 하이브리드 여자방식의 비교는 도 11에 보여주고 있다. 도 11(a)는 진동을, 도 11(b)는 소음을 비교한 것으로서 두 방식 다 속도가 올라감에 따라 진동과 소음은 커지나 전 속도구간에서 하이브리드 여자방식이 1상 여자방식보다 그 크기가 작고, 특히 1상 여자방식에서와 같이 일정 속도에서 그 크기가 심해지는 현상도 없다. 효율특성은 전반적으로 1상 여자방식과 하이브리드 여자방식이 거의 유사함을 알 수 있다. 이 결과로서 하이브리드 여자방식을 채택함으로써 소음 진동을 저감할 수 있고 C-dump 인버터를 사용하여 효율의 저하를 개선할 수 있다.The comparison between the one-phase excitation method and the hybrid excitation method according to the speed is shown in FIG. 11. Fig. 11 (a) shows the vibration and Fig. 11 (b) compares the noise. As both methods increase speed, the vibration and noise increase, but the hybrid excitation method is smaller than the one-phase excitation method in all speed sections. In particular, there is no phenomena that increase in size at a constant speed, as in the one-phase excitation method. Overall, the efficiency characteristics are almost similar to the one-phase excitation method and the hybrid excitation method. As a result, noise excitation can be reduced by adopting a hybrid excitation method, and a decrease in efficiency can be improved by using a C-dump inverter.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에서는 방사 방향의 급격한 전자력의 변화를 저감시키는 방법으로서 하이브리드 여자방식을 적용하고, 이를 이용하여 진동·소음을 저감할 수 있다. 또한 상간 전류작용이 원활하지 못해 발생하는 토오크 맥동도 현저히 저감 할 수 있음을 시뮬레이션을 통하여 알 수 있다. 그러나 하이브리드 여자방식에서는 도통 구간이 길어짐으로 인한 부토오크의 발생으로 효율이 저감된다. 이러한 효율의 저감을 C-dump 인버터의 활용으로 개선하고, 효율적인 하이브리드 여자를 통하여 진동·소음을 개선할 수 있다. 따라서 본 발명으로 SRM을 정밀기기 및 가정용 전자제품에 적용하여 실용화 하는데 기여할 것이다.As described above, in the present invention, a hybrid excitation method is applied as a method of reducing a sudden change in the electromagnetic force in the radial direction, and vibration and noise can be reduced by using the hybrid excitation method. In addition, it can be seen from the simulation that the torque pulsation caused by the inability of current action between phases can be significantly reduced. However, in the hybrid excitation method, the efficiency is reduced by the generation of the negative torque due to the longer conduction section. This reduction in efficiency can be improved by using a C-dump inverter, and vibration and noise can be improved through efficient hybrid excitation. Therefore, the present invention will contribute to the practical application by applying SRM to precision devices and household electronics.

Claims (1)

구동시 로터의 위치를 파악하는 감지부와 스위칭소자가 구비되며 상기 스위칭소자의 작동에 의해 상기 전압을 공급하는 구동인버터와 상기 감지부의 위치파악에 따라 상기 스위칭소자를 작동시키는 게이트신호를 발생하게되는 제어수단을 포함하여 구성되는 SRM에 있어서,A sensing unit and a switching element for detecting the position of the rotor during driving are provided, and the driving inverter for supplying the voltage by the operation of the switching element and the gate signal for operating the switching element according to the position of the sensing unit are generated. In the SRM configured to include a control means, 상기 구동인버터는 Boost회로로 이루어진 C-dump회로로 구성되어 상여자가 이루어지며, 상여자시 1상여자와 2상여자가 교번되어 여자되며, 1상 여자와 2상 여자의 여자구간이 중첩되도록 하여 도통각을 증가시키고 토오크 맥동과 순간적인 기자력 변화를 저감하여 구동하게 되는 것을 특징으로 하는 에스알엠의 진동 소음 저감을 위한 하이브리드 여자방식.The drive inverter is composed of a C-dump circuit consisting of a boost circuit is made up of a donor, the first phase and the second phase of the excitation when the excitation is excited, so that the excitation section of the 1-phase and 2-phase women overlap Hybrid excitation method for reducing the vibration noise of the SM, characterized in that to drive by increasing the conduction angle and reducing the torque pulsation and instantaneous magnetic force change.
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