KR100408056B1 - 단일 센서 구동용 에스알엠의 운전제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 센서 구동용 에스알엠의 운전제어방법에 관한 것으로, 외부 노이즈가 들어오는 경우에 과도상태를 거쳐 다시 자기 상을 찾아 정상적인 운전을 수행할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 고정자와 회전자의 극수비가 6/4 또는 12/8 인 한개의 센서를 사용하는 3상 에스알엠에 있어서, 에스알엠내의 회전자가 기설정된 특정 기계각에 위치하면, 기계적인 각도마다 센서신호를 발생하는 제1 과정과; 순차적으로, 각 상을 센서신호의 상승에지 검출시점에 온시키다가 그 다음 센서신호의 하강에지 검출시점에 오프시켜 운전하는 제2 과정으로 이루어진다.

Description

단일 센서 구동용 에스알엠의 운전제어방법{DRIVING CONTROL METHOD OF SWITCHED RELUCTANCE MOTOR FOR SINGLE SENSOR}

본 발명은 단일 센서 구동용 에스알엠의 운전제어방법에 관한 것으로, 특히 외부 노이즈가 들어오는 경우에 과도상태를 거쳐 다시 자기 상을 찾아 정상적인 운전을 수행할 수 있도록 한 단일 센서 구동용 에스알엠의 운전제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 에스알엠은 도1과 같이 6/4 또는 12/8 구조를 가지는 에스알엠과 그 에스알엠을 구동하고 각 상에 흐르는 전류를 검출하기 위한 회로를 구비한다.

도2는 상기 에스알엠의 전류를 검출하기 위한 실시예의 회로도로서, 모터권선 (LA,LB,LC)에 대하여 스위칭소자(Q1~Q6)가 아래상 과 위상에 연결되어 있고, 다이오드(D1~D6)가 모터권선(LA,LB,LC)과 전원부에 각각 병렬 연결되며, 3상의 전류를 검출하기 위한 저항(Rd)이 아랫상에 연결된 스위칭소자 (Q2,Q4,Q6)에 연결되고, 상기 하부 스위칭소자 (Q2,Q4,Q6)에 각기 전류검지를 위한 저항(Rd1,Rd2,Rd3)이 연결된다.

상술한 에스알엠에 있어서, 센서의 노이즈를 검지하는 방법은 크게 두가지가 있는데, 하나는 속도의 변화를 감지하는 것이고, 다른 하나는 전류를 검지하는 것이다.

먼저, 외부의 노이즈를 속도의 변화로 감지하는 경우, 정상적인 RPM이 나올때까지 상을 시프트 시키는데, A상을 온시켜야 하는 경우에는 B상을 온시키고, B상을 온시켜야 하는 경우에는 C상을 온시키는 방식으로 상을 시프트시킨다. (A→B,B→C,C→A)

즉, 정상적인 운전상태에서는 자기 상을 여자시켜 정상 RPM으로 회전하다가 노이즈가 들어오는 경우에 RPM이 감소하게 되는데, 이때 상기 RPM을 감지하여 이상 유무를 판단한후,다음 상으로 상을 시프트시킨다.

상술한 과정을 정상 RPM으로 운전될 때까지 반복 수행한다.

한편, 외부의 노이즈를 전류의 검출로 감지하는 경우, 각상에 흐르는 상전류를 검출하고 그 값을 기준값과 비교하여 자기 상을 여자시키는 것인지를 비교한다.

만약, 자기상을 여자시키지 않을 경우에는 상을 하나씩 시프트 시키면서 운전한다.

여기서, 센서로부터의 신호는, 도3과 같이 전류의 증가량이 위치에 따라 다르게 나타나는데, 센서신호를 맞게 인식한 경우와 잘못 인식한 경우의 전류값은 차이가 많이 발생하게 된다.

이때, 상기 전류값을 미리 인지한후, 운전시 검지한 값과 비교하여 센서신호가 맞게 인식되었는지를 판단한다.

만약, 센서신호가 잘못 인식되었을 경우, 상을 하나씩 시프트하면서 운전하는데, 이러한 동작을 정상상태가 될때까지 반복한다.

상기와 같이, 노이즈의 입력을 검지하기 위하여, 속도 또는 전류를 항상 검지하여 기준치를 판단해야 하는데, 이러한 경우 운전속도가 가변되는 경우 또는 외부 환경에 의해 전압이 변동될 경우, 각 경우에 해당하는 기준 RPM 또는 기준 전류치를 기억하고 있어야 한다.

특히, 부하의 상황에 따라 속도를 가변시켜야 하는 경우에는 기준치를 설정하기 어려운데, 노이즈가 들어와 상을 시프트 시키면서 자기 상을 찾아가는 경우에 부하의 관성이 작으면 정지되는 문제점이 있다.

또한, 정확한 전류검지를 위해, 검지저항을 3개 써야 함은 물론, 이에 맞게 각각의 A/D포트를 할당해야 하므로 마이크로컴퓨터의 부담이 많아지게 된다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은, 외부 노이즈가 들어오는 경우에 과도상태를 거쳐 다시 자기 상을 찾아 정상적인 운전을 수행할 수 있도록 한 단일 센서 구동용 에스알엠의 운전제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 에스알엠의 6/4구조와 12/8구조를 보인 개략도.도2는 종래 에스알엠의 전류를 검출하기 위한 실시예의 회로도.

도3은 에스알엠의 전류검출시 센서신호를 맞게 인식한 경우와 잘못 인식한 경우를 보인도.

도4는 본 발명 단일센서 구동용 에스알엠의 운전제어방법이 적용되는 회로도.도5는 본 발명 단일 센서 구동용 에스알엠의 운전제어방법이 적용된 경우에 대한 각상의 ON구간 인덕턴스파형도 및 토크.

도6은 12/8구조의 3상 에스알엠의 회전자의 위치에 대한 각 상의 인덕턴스를 나타낸도.

도7은 정상 운전중 센서신호에 노이즈가 하나 입력될 경우에 대하여 상이 하나씩 앞당겨진 것을 보인도.

도8은 노이즈가 입력되어 역토크에 의해 속도가 점차 줄어들다가 역방향으로 회전하게 됨에 따라 발생하는 상황을 나타낸도.

도9는 스테이트가 3인 구간에서 정토크를 받아 정방향으로 회전하는 상황을 나타낸도.

도10은 스테이트가 6인 구간에서 정토크를 입력받아 정방향으로 회전하게 되는 상황을 나타낸도.

도11은 각 상에 전압을 인가하는 경우에 센서신호의 위치를 보인도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정자와 회전자의 극수비가 6/4 또는 12/8 인 한개의 센서를 사용하는 3상 에스알엠에 있어서, 에스알엠내의 회전자가 기설정된 특정 기계각에 위치하면, 기계적인 각도마다 센서신호를 발생하는 제1 과정과; 순차적으로, 각 상을 센서신호의 상승에지 검출시점에 온시키다가 그 다음 센서신호의 하강에지 검출시점에 오프시켜 운전하는 제2 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 에스알엠의 운전제어방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4는 본 발명 에스알엠의 운전제어방법이 적용되는 장치의 구성을 보인 회로도로서, 모터권선 (LA,LB,LC)에 대하여 스위칭소자(Q1~Q6)가 아래상 과 위상에 연결되어 있고, 다이오드(D1~D6)가 모터권선(LA,LB,LC)과 전원부에 각각 병렬 연결되며, 3상의 전류를 검출하기 위한 저항(Rd)이 아랫상에 연결된 스위칭소자 (Q2,Q4,Q6)에 연결된다.본 발명 에스알엠의 운전제어방법은, 도5에 도시된 바와같이, 상의 전환을 감지하기 위하여, 기계적인 각도마다 센서신호를 발생하는 제1 과정과; 순차적으로, 각 상을 센서신호의 상승에지 검출시점에 온시키다가, 그 다음 센서신호의 하강에지 검출시점에 오프시켜 운전하는 제2 과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 에스알엠에서, 한상에 대한 인덕턴스는 고정자와 회전자의 상대위치에 의해서 결정되는데, 도6은 12/8구조의 3상 에스알엠의 회전자의 위치에 대한 각 상의 인덕턴스를 나타낸다.

이때, 에스알엠이 정지 상태일 경우의 전압방정식은 V=Ldi/dt 이므로, 각 상에 흐르는 전류는 아래와 같은 수학식으로 표현된다.

여기서, V는 상에 인가된 전압, i는 전압인가시 상권선에 걸리는 전류, L은 회전자와 고정자의 상대적인 위치에서 결정되는 인덕턴스이다.

여기서, 회전자의 위치검지를 위해, 하나의 센서를 사용하는 경우, 센서의 신호를 입력받아 이를 인크리멘탈 엔코더처럼 기억해야 하는데, 즉 초기에 기본적인 위치를 기억하고 있다가, 센서의 신호가 입력되면 상을 하나씩 시프트 시키면서 구동해야 한다.

만약, 구동 도중 노이즈가 들어오면, 상이 시프트되어 이상 동작을 하게 되는데, 적절한 센서위치 및 센서각도,오버랩 알고리즘을 사용하여 센서신호의 노이즈를 해결한다.

본 발명을 고정자의 극수가 12, 회전자의 극수가 8인 12/8구조의 3상 에스알엠을 예로하여 설명하면, 우선 12/8구조의 에스알엠은 회전자가 한번 회전할때, 상을 24번(각 상마다 8번) 전환시켜 주어야 하는데, 즉 기계적인 각도로 15도마다 한번씩 전환되어야 한다.

한개의 센서를 사용하는 경우, 회전자의 위치를 감지하기 위해, 센서가 기계적인 각도로 15도마다 발생한다.

상기 센서는 도5와같이, 인덕턴스가 가장 낮은 곳에서 '하이'가 발생한후, 기계적인 각도로 7.5도후 '로우'가 발생하고, 15도 마다 센서신호가 발생하도록 설계된다.

여기서, 각 상은 인덕턴스가 가장 낮은 구간에서 인식된 '하이'시점부터 그 다음 센서신호의 '로우' 검출시점까지 온되므로, 센서신호가 '하이'인 구간에서는 두개의 상이 같이 온되고, 센서신호가 '로우'인 구간은 한상만 온된다.

또한, 센서신호가 '하이'로 발생할 때마다, 온되는 상은 A상→B상→C상→A상의 순서로 바뀌면서 운전을 수행한다.

즉, 도5는 정상운전을 수행할 경우의 인덕턴스 프로파일과 각 상을 온시키는 구간을 도시한 것으로, 센서신호의 '하이' 검출시점에 온되고, 그 다음 센서신호의 '로우' 검출시점에 오프되는데, 상기 센서신호가 '하이'로 발생되면 상을 시프트시킨다.

즉, 도5에서 보는 바와같이, 22.5도 동안 한상이 온되고 7.5도 동안 앞상 또는 뒷상과 오버랩(Overlap) 되어 운전된다.

만약, 상이 온되는 구간에서만 전류가 발생한다고 가정하면, 토크 곡선은 도5와 같이 나타난다.

도7은 정상 운전중, 센서신호에 노이즈가 하나 입력될 경우,상이 하나씩 앞당겨진 것을 보인도로서, 상이 하나씩 앞당겨지므로 상이 온되는 구간이 달라지게 되고, 또한 도5와 같이 원하는 회전방향(이하, 정방향)에 반대되는 토크가 전구간에 걸쳐 발생하게 된다.

이와 같이, 정방향에 반대되는 방향으로 토크(이하, 역토크)가 발생하므로, 회전자의 속도는 점점 줄어들게 되고, 어느 순간에 다시 정방향의 반대 방향으로 회전하게 된다.

도8은, 노이즈가 입력되어, 역토크에 의해 속도가 점차 줄어들다가, 역방향으로 회전하게 됨에 따라 발생하는 상황을 나타낸 것으로, 일정 순간 정지하다가 역방향으로 회전함으로 인하여, 인덕턴스 프로파일과 센서신호는 그 순간을 기점으로 대칭되는데, 센서신호가 발생함에 따라 정토크와 역토크가 발생하게 되어 6개의 스테이트로 분류되며, 지속적으로 반복된다.

이때, 역방향으로 회전하면서 6개의 스테이트중 2개는 정토크를 발생하고, 4개는 역토크를 발생하게 되는데, 역토크인 구간에서는 계속 역방향으로 회전하게 된다.

그러나, 정토크인 부분에서 힘을 받아 정방향으로 회전하게 되면, 다시 원래의 상을 찾아 정상상태로 운전하게 된다.

그리고, 도9는 스테이트가 3인 구간에서 정토크를 받아 정방향으로 회전하는 상황을 도시한 것으로, 정토크를 입력받아 정방향으로 회전하게 되면 이 지점을 기준으로 센서와 인덕턴스 파형은 공간적으로 다시 대칭이 되고, 정상상태로 운전을 수행하게 된다.

그리고, 도10은 스테이트가 6인 구간에서 정토크를 입력받아 정방향으로 회전하게 되는 상황을 도시한 것으로, 상기 도9와 같이 정토크를 입력받아 정방향으로 회전하게 되면 그 지점을 기준으로 센서신호와 인덕턴스가 공간적으로 대칭이 되어 정상상태로 운전을 수행하게 된다.

한편, 각 상에 전압을 인가하는 경우, 온되는 구간 동안 전압을 인가한후 오프시키면, 잔류 전류가 남아서 영향을 주게 되는데, 이러한 상황을 감안하여 도11과 같이, 각 상을 온시켜 주는 시점을 기계각으로 0~1도 앞선 시점으로 하고, 오프시점을 0~2도 앞선 시점으로 결정한다.

만약, 회전자와 고정자의 비가 6/4인 구조인 경우, 각 상을 온시켜 주는 시점을 기계각으로 0~2도 앞선 시점으로 하고, 오프시점을 0~4도 앞선 시점으로 결정한다.

또한, 보다 정밀한 속도제어 및 소음 저감을 위해, 각상의 온 구간을 조정할 필요가 있을 경우, 12/8 구조의 에스알엠에 있어서, 상술한 바와같이 센서신호의 '하이'검출시점을 기계각으로 0~1도 앞선 시점으로 하고, '로우'검출시점을 기계작으로 0~2도 앞선 시점으로 결정한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 외부 노이즈가 들어오는 경우에, 특별한 이상상태의 검지없이 과도상태를 거쳐 다시 자기 상을 찾아 정상적인 운전을 수행하는 효과가 있다.

또한, 센서의 위치 및 오버랩 방법을 설정하여, 기준 RPM 이하 에서만 본 발명을 적용하고, 기준 RPM 이상에서는 설정된 센서의 위치를 기준으로 사용자가 원하는 방식으로 운전제어를 수행함과 아울러 외부 노이즈에 대하여 적절히 대처하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 고정자와 회전자의 극수비가 6/4 또는 12/8 인 한개의 센서를 사용하는 3상 에스알엠에 있어서,

   에스알엠내의 회전자가 기설정된 특정 기계각에 위치하면, 기계적인 각도마다 센서신호를 발생하는 제1 과정과;

   순차적으로, 각 상을 센서신호의 상승에지 검출시점에 온시키다가 그 다음 센서신호의 하강에지 검출시점에 오프시켜 운전하는 제2 과정으로 수행함을 특징으로 하는 에스알엠의 운전 제어방법.
2. 제1 항에 있어서, 순차적으로, 각 상을 인덕턴스가 가장 낮은 부분에서 온시키다가 인덕턴스가 가장 높은 부분에서 오프시켜 운전하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에스알엠의 운전 제어방법.
3. 제1 항에 있어서, 순차적으로, 각 상을 센서신호의 상승에지 검출시점에 온시키다가 그 다음 센서신호의 하강에지 검출시점에 오프시켜 운전하는 제2 과정은,

   회전자와 고정자의 비가 12/8인 구조의 에스알엠의 경우에, 순차적으로, 각 상을 인덕턴스가 가장 낮은 지점보다 기계적인 각으로 0~1도 앞선 부분에서 온시키다가,

   인덕턴스가 가장 높은 지점보다 기계적인 각도로 0~2도 앞선 부분에서 오프시켜 운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에스알엠의 운전 제어방법.
4. 제1 항에 있어서, 순차적으로, 각 상을 센서신호의 상승에지 검출시점에 온시키다가 그 다음 센서신호의 하강에지 검출시점에 오프시켜 운전하는 제2 과정은,

   회전자와 고정자의 비가 6/4인 구조의 에스알엠의 경우에,

   순차적으로, 각 상을 인덕턴스가 가장 낮은 지점 보다 기계적인 각으로 0~2도 앞선 부분에서 온시키다가,

   인덕턴스가 가장 높은 지점보다 기계적인 각도로 0~4도 앞선 부분에서 오프시켜 운전하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에스알엠의 운전 제어방법.
5. 제1 항에 있어서, 센서신호의 노이즈로 인하여 속도가 저감되어 일정한 기준 RPM이하가 되면 순차적으로, 각 상을 센서신호의 상승에지 검출시점에 온시키다가 그 다음 센서신호의 하강에지 검출시점에 오프시켜 정상운전 상태로 회복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에스알엠의 운전 제어방법.