KR100408053B1 - 에스알엠의 토크리플 저감방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에스알엠의 토크리플 저감방법에 관한 것으로, 하나의 위치검지센서로 감지된 회전자의 위치검지신호의 폭을 최적으로 설계하여 토크리플을 저감하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 SRM에 연결되어 SRM의 회전자 위치에 따라 반응하여 위치신호를 발생시키는 하나의 광센서와, 그 광센서의 신호에 따라 상을 판단하고 센서신호에 따라 SRM의 각상에 게이트신호를 내어주는 마이크로컴퓨터와, 게이트신호에 따라 스위칭을 해주는 스위칭소자로 이루어진 SRM에 있어서, 회전자의 위치를 검출하여 그에 따른 위치검출신호의 폭을 설정하는 제1 단계와; 상기 위치검출신호의 상승 및 하강에지에 동기하여 상을 구동 및 정지시키는 제2 단계와; 상기 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 그 시점부터 수초동안 펄스폭변조신호의 듀티비를 감소시키다가 그 다음 위치검출신호의 상승에지가 검출되면 원래의 듀티비로 전환하는 제3 단계로 수행한다.
Description
본 발명은 에스알엠의 토크리플 저감방법에 관한 것으로, 특히 하나의 위치검지센서로 감지된 회전자의 위치검지신호의 폭을 최적으로 설계하여 토크리플을 저감하도록 한 에스알엠의 토크리플 저감방법에 관한 것이다.
일반적으로, 에스알엠은 구동시 회전자의 위치신호가 있어야 되고, 최소 1개의 위치센서를 채용하여도 모터의 정/역회전 변경시점을 정확히 인지하여 그 에스알엠을 정/역방향으로 제어할 수 있다.
이하, 3개의 위치센서를 가진 에스알엠을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도1은 일반적인 6/4 구조를 갖는 에스알엠의 전원공급 및 구동회로도로서, 이에 도시된 바와같이, 모터 권선에 순차적으로 전압을 인가하도록 하는 제어용 전원공급장치(11)와, 상기 제어용 전원공급장치(SMPS)에 신호를 인가하여 전압을 15V-40V까지 변화시키도록 제어하는 마이크로 컴퓨터(12)와, 모터내 회전자의 위치를 검출하고 그에따른 회전자 위치신호를 출력하는 위치센서(Sa,Sb,Sc)와 상기 회전자 위치신호에 따라 스위치소자를 온/오프할 수 있는 피엔피 스위치소자로 이루어진 베이스 구동부(13)와, 병렬로 N상의 수 만큼 각각 연결되는 N개의 모터 권선 (La ,Lb,Lc)과, 이 모터 권선(La,Lb,Lc)에 상,하로 직렬연결된 스위치소자 (Q1a ,Q1b ,Q1c) (Q2a,Q2b,Q2c)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 에미터와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD2 ,FRD4,FRD6)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 콜렉터와 하위 스위치소자 (Q2a ,Q2b ,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD3,FRD5,FRD7)와, 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 베이스와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결되어 상위 스위치소자 (Q1a,Q1b,Q1c)와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)를 동시에 온시키도록 하는 저항(R21-R23)과, 상기 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)에 흐르는 전류를 검출하는 저항(Rd1,Rd2,Rd3)으로 구성되며, 이와같이 구성한 에스알엠의 동작을 설명한다.
먼저, 마이크로 컴퓨터(12)는 그의 출력포트(PORT1)로 모터 속도를 가변시키기 위한 신호를 제어용 전원공급장치(11)로 인가한다.
여기서 상기 제어용 전원공급장치(11)는 SMPS(SWITCHING MODE POWER SUPPLY)이다.
그러면 상기 제어용 전원공급장치(11)는 15V-40V 까지 변화시킬 수 있으며, 이 변화된 전압을 에스알엠(SRM) 모터로 공급하고, 이에 따라 에스알엠(SRM) 모터의 회전자가 회전하게 되고, 그 회전 속도는 가변된다.
이때 모터의 회전자의 위치를 위치센서(Sa,Sb,Sc)에서 검출하게 되는데, 즉 고정자 권선 A상에 전기가 유기될 수 있도록 회전자의 위치를 검출하여 베이스 구동부(13)의 A상의 위치센서(PHOTO Sa)에서 신호를 출력하면 피엔피 스위치소자 (PNP1)가 온된다.
상기 피엔피 스위치소자(PNP1)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sa)가 A상의 하위 스위치소자(Q2a)의 베이스로 공급되고, 이에 의해 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)가 턴온된다.
이때, 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)가 온됨에 따라, 전류가 접지측으로 바이패스 되어 저항(R21)을 통해서 저전위신호가 A상의 상위 스위치소자(Q1a)의 베이스로 인가되어, 상기 A상의 상위 스위치소자(Q1a)도 턴온되며, 이에의해 A상의 모터 권선(La)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 A상의 모터 권선(La)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 B상의 위치센서(PHOTO Sb)에서 신호가 발생되고, 이에 따라 상기 A상의 위치센서(PHOTO Sa)는 오프되어 피엔피 스위치소자(PNP1)도 오프되며, 이에 따라 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)도 오프됨과 동시에 상위 스위치소자(Q1a)도 오프됨에 따라 모터 권선(La)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD3, FRD2)에 의해 제거되므로 모터가 원활하게 회전된다.
이때, B상의 위치센서(PHOTO Sb)에서 발생된 회전자 위치신호에 의해 피엔피 스위치소자(PNP2)도 턴온되고, 그 피엔피 스위치소자(PNP2)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sb)가 B상의 하위 스위치소자(Q2b)의 베이스로 공급되어 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 턴온된다.
여기서, 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 온됨에 따라 전류가 접지측으로 바이패스 되므로, 저항(R22)을 통해 저전위신호가 B상의 상위 스위치소자(Q1b)의 베이스로 인가되어, 상기 B상의 상위 스위치소자(Q1b)도 턴온되며, 이에 의해 상기 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.
이후, 상기 B상의 모터 권선(Lb)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 C상의 위치센서(PHOTO Sc)에서 신호가 발생되어 C상의 상,하위 스위치소자(Q1c,Q2c)가 턴온되고, 이에 의해 상기 C상의 모터 권선(Lc)에 전기가 유기되어 회전을 가속하게 되고, 이와같은 일을 반복하게 됨으로써 에스알엠 모터는 회전하게 된다.
즉, 마이크로컴퓨터(12)가 위치센서로부터 위치신호를 입력받아 그에 따라 각 상의 구동을 제어한다.
이때, 일반적인 동작은 상기와 거의 동일하나, 다만, 가격 절감을 위하여 하나의 위치센서를 사용하는 3상 에스알엠은 운전중 회전자의 위치를 항상 기억하고 있어야 하므로, 위치센서가 현재의 위치를 인크리멘탈 엔코더처럼 위치신호가 하나씩 발생할 때마다 회전상을 하나씩 시프트시켜 인지하여 그에 따라 각 상의 구동을 제어한다.
여기서, 도2는 일반적인 에스알엠의 스태틱 토크를 보인 파형도로서, 한 상에 기계적인 각도로 22.5도 부분은 양의 토크를 발생하고, 그 다음의 22.5도 부분은 음의 토크를 발생하는데, 이때 상기 토크는 각 상에 인가된 전류에 의해 발생하고, 각 상에 대한 토크의 합으로 토크리플이 발생한다.
그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 기술은 기본적으로 토오크 리플이 크게 발생하는데, 특히 하나의 위치센서를 이용하여 각 상의 구동을 제어하는 경우에는 토오크 리플이 더욱 심화되어 소음이 크게 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 하나의 위치검지센서로 감지된 회전자의 위치검지신호의 폭을 최적으로 설계하여 그 위치감지신호에 하강에지로부터 일정시간동안 스위칭소자를 구동시키기 위한 펄스폭변조신호의 듀티비를 가변함으로써 토크 리플을 저감하도록 한 에스알엠의 토크 리플 저감방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 일반적인 6/4 구조를 갖는 에스알엠의 전원공급 및 구동회로도.
도2는 일반적인 에스알엠의 스태틱 토크를 보인 파형도.
도3은 본 발명 에스알엠의 토크리플 저감방법에 대한 동작흐름도.
도4는 도3에 있어서, 위치검출신호에 대응하는 상 구동신호 및 펄스폭변조신호의 파형도.
도5는 펄스폭 변조신호의 듀티비를 가변하지 않을 경우에 생성되는 토크리플을 보인 파형도.
도6은 위치센서에서 발생되는 위치감지신호의 펄스폭을 최적으로 설정하기 전에 생성되는 토크리플을 보인 파형도.
도7은 도3에 있어서, 위치감지신호의 펄스폭을 최적으로 설정한 경우에 생성되는 토크리플을 보인 파형도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 SRM에 연결되어 SRM의 회전자 위치에 따라 반응하여 위치신호를 발생시키는 하나의 광센서와, 그 광센서의 신호에 따라 상을 판단하고 센서신호에 따라 SRM의 각상에 게이트신호를 내어주는 마이크로컴퓨터와, 게이트신호에 따라 스위칭을 해주는 스위칭소자로 이루어진 SRM에 있어서, 회전자의 위치를 검출하여 그에 따른 위치검출신호의 폭을 설정하는 제1 단계와; 상기 위치검출신호의 상승 및 하강에지에 동기하여 상을 구동 및 정지시키는 제2 단계와; 상기 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 그 시점부터 수초동안 펄스폭변조신호의 듀티비를 감소시키다가 그 다음 위치검출신호의 상승에지가 검출되면 원래의 듀티비로 전환하는 제3 단계로 수행함을 특징으로 한다.
상기 제2 단계는 위치검출신호의 상승에지가 검출되면 상을 구동하기 위한 스위칭소자를 턴온시킨후, 그 다음번에 발생하는 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 상기 스위칭소자를 오프시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 에스알엠의 얼라인 토크리플 저감방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명 에스알엠의 얼라인 토크리플 저감방법이 적용되는 장치는 종래 도1과 동일하므로 생략한다.
도3은 본 발명 에스알엠의 얼라인 토크리플 저감방법에 대한 구성을 보인 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 회전자의 위치를 검출하여 그에 따른 위치검출신호의 폭을 설정하는 제1 단계와; 상기 위치검출신호의 상승 및 하강에지에 동기하여 상을 구동시키는 제2 단계와; 상기 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 그 시점부터 펄스폭변조신호의 듀티비를 가변하여 출력하는 제3 단계로 이루어지며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.
먼저, 일반적인 동작은 종래와 동일하다. 즉, 마이크로 컴퓨터(12)는 그의 출력포트(PORT1)로 모터 속도를 가변시키기 위한 신호를 제어용 전원공급장치(11)로 인가한다.
여기서 상기 제어용 전원공급장치(11)는 SMPS(SWITCHING MODE POWER SUPPLY)이다.
그러면 상기 제어용 전원공급장치(11)는 15V-40V 까지 변화시킬 수 있으며, 이 변화된 전압을 에스알엠(SRM) 모터로 공급하고, 이에 따라 에스알엠(SRM) 모터의 회전자가 회전하게 되고, 그 회전 속도는 가변된다.
이때 모터의 회전자의 위치를 위치센서(Sa,Sb,Sc)에서 검출하게 되는데, 즉 고정자 권선 A상에 전기가 유기될 수 있도록 회전자의 위치를 검출하여 베이스 구동부(13)의 A상의 위치센서(PHOTO Sa)에서 신호를 출력하면 피엔피 스위치소자 (PNP1)가 온된다.
상기 피엔피 스위치소자(PNP1)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sa)가 A상의 하위 스위치소자(Q2a)의 베이스로 공급되고, 이에 의해 상기 A상의 하위 스위치소자 (Q2a)가 턴온된다.
이때, 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)가 온됨에 따라, 전류가 접지측으로 바이패스 되어 저항(R21)을 통해서 저전위신호가 A상의 상위 스위치소자(Q1a)의 베이스로 인가되어, 상기 A상의 상위 스위치소자(Q1a)도 턴온되며, 이에의해 A상의 모터 권선(La)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 A상의 모터 권선(La)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 B상의 위치센서(PHOTO Sb)에서 신호가 발생되고, 이에 따라 상기 A상의 위치센서(PHOTO Sa)는 오프되어 피엔피 스위치소자(PNP1)도 오프되며, 이에 따라 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)도 오프됨과 동시에 상위 스위치소자(Q1a)도 오프됨에 따라 모터 권선(La)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD3, FRD2)에 의해 제거되므로 모터가 원활하게 회전된다.
이때, B상의 위치센서(PHOTO Sb)에서 발생된 회전자 위치신호에 의해 피엔피 스위치소자(PNP2)도 턴온되고, 그 피엔피 스위치소자(PNP2)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sb)가 B상의 하위 스위치소자(Q2b)의 베이스로 공급되어 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 턴온된다.
여기서, 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 온됨에 따라 전류가 접지측으로 바이패스 되므로, 저항(R22)을 통해 저전위신호가 B상의 상위 스위치소자(Q1b)의 베이스로 인가되어, 상기 B상의 상위 스위치소자(Q1b)도 턴온되며, 이에 의해 상기 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.
이후, 상기 B상의 모터 권선(Lb)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 C상의 위치센서(PHOTO Sc)에서 신호가 발생되어 C상의 상,하위 스위치소자(Q1c,Q2c)가 턴온되고, 이에 의해 상기 C상의 모터 권선(Lc)에 전기가 유기되어 회전을 가속하게 되고, 이와같은 일을 반복하게 됨으로써 에스알엠 모터는 회전하게 된다.
여기서, 본 발명은, 마이크로컴퓨터에서 위치센서로부터 입력되는 회전자 위치검출신호의 상승에지 및 하강에지를 기준으로 각 상을 순차적으로 턴온시켜 토크리플을 제어하게 되는데, 이를 도4를 참조하여 설명한다.
우선, 위치센서가 회전자의 위치를 검출하여 도4의 (a)와 같은 위치검출신호를 출력하는데, 이때 상기 위치검출신호의 폭을 최적으로(기계각으로 6도) 설계한다.
이후, 상기 위치검출신호의 상승 및 하강에지에 동기하여 상을 구동시키는데, 즉 위치검출신호의 상승에지가 검출되면 그 시점부터 각상의 스위칭소자를 순차적으로 구동시킨후 그 다음 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 그 시점에 스위칭소자를 오프시킨다.
이때, 상기 스위칭소자를 구동시키기 위한 구동신호에 도4의 (e)와 같은 펄스폭변조신호를 실어서 전송하는데, 즉 상기 위치센서의 위치검출신호로부터 하강에지가 검출되면 그 시점에 일정 시간동안 펄스폭변조신호의 듀티비를 가변하여 상기 구동신호에 실어 전송한다.
여기서, 상기 펄스폭변조신호의 듀티비는 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 그 시점으로부터 수초동안 감소되다가 점차로 증가된다.
다시 말해서, 본 발명은 한개의 위치센서로 회전자의 위치를 파악한후, 이 위치센서에서 검출된 위치검출신호의 상승에지와 하강에지를 기준으로 각 상을 구동시키면서 아울러, 그 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 그 시점에 펄스폭변조신호의 듀티비를 감소시키다가, 그 다음 위치검출신호의 상승에지가 검출되면 펄스폭변조신호의 듀티비를 원래 대로 전환하여 각상을 구동하기 위한 신호에 실어 전송함으로써 토크리플을 저감한다.
여기서, 도5는 위치센서에서 발생되는 위치감지신호의 하강에지 이후 펄스폭 변조신호의 듀티비를 가변하지 않을 경우에 생성되는 토크리플을 보인 파형도이고, 도6은 위치센서에서 발생되는 위치감지신호의 펄스폭을 최적으로 설정하기 전에 생성되는 토크리플을 보인 파형도이며, 도7은 본 발명을 적용하여 위치센서에서 발생되는 위치감지신호의 펄스폭을 최적으로 설정한 경우에 생성되는 토크리플을 보인 파형도이다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 하나의 위치검지센서로 감지된 회전자의 위치검지신호의 폭을 최적으로 설계하여 그 위치감지신호에 하강에지로부터 일정시간동안 스위칭소자를 구동시키기 위한 펄스폭변조신호의 듀티비를 가변함으로써 토크 리플을 저감하는 효과가 있다.
Claims (4)
- SRM에 연결되어 SRM의 회전자 위치에 따라 반응하여 위치신호를 발생시키는 하나의 광센서와, 그 광센서의 신호에 따라 상을 판단하고 센서신호에 따라 SRM의 각상에 게이트신호를 내어주는 마이크로컴퓨터와, 게이트신호에 따라 스위칭을 해주는 스위칭소자로 이루어진 SRM에 있어서,회전자의 위치를 검출하여 그에 따른 위치검출신호의 폭을 설정하는 제1 단계와;상기 위치검출신호의 상승 및 하강에지에 동기하여 상을 구동 및 정지시키는 제2 단계와;상기 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 그 시점부터 수초동안 펄스폭변조신호의 듀티비를 감소시키다가 그 다음 위치검출신호의 상승에지가 검출되면 원래의 듀티비로 전환하는 제3 단계로 수행함을 특징으로 하는 에스알엠의 토크리플 저감방법.
- 제1 항에 있어서, 제2 단계는 위치검출신호의 상승에지가 검출되면 상을 구동하기 위한 스위칭소자를 턴온시킨후, 그 다음번에 발생하는 위치검출신호의 하강에지가 검출되면 상기 스위칭소자를 오프시키는 것을 특징으로 하는 에스알엠의 토크리플 저감방법.
- 제1 항에 있어서, 위치검출신호의 폭은 기계각으로 약 6도로 설정되는 것을 특징으로 하는 에스알엠의 토크리플 저감방법.
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