KR102026009B1 - 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법에 대해 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 자기 베어링 제어장치는 베어링 코일과 회전자의 갭 정보, 및 베어링 코일에 인가되는 전류 정보에 기초하여 복수의 스위칭 제어신호를 출력하는 베어링 제어부, 복수의 스위칭 제어신호에 따라 자체 구성된 복수의 스위칭 소자를 턴 온/오프 제어하여 베어링 코일로 인가되는 전류량을 제어함으로써, 베어링 코일과 상기 회전자 간의 자기장 세기를 조절하는 코일 구동부를 포함하며, 베어링 제어부는 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터 충전 기간이 확보될 수 있도록 복수의 스위칭 제어신호를 생성 및 출력하는바, 부트스트랩 커패시터 추가 구조에 의해 자기 베어링 제어 회로구조를 단순화시킬 수 있다.

Description

자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법{MAGNETIC BEARING CONTROL DEVICE AND METHOD FOR CONTOL THE SAME}
본 발명의 자기 부상 방식의 자기 베어링 제어 회로 구조를 단순화하면서도 코일 전류의 리플 개선을 통해 코일의 전력 손실을 줄일 수 있는 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
실내 환경을 조성하기 위한 공기 조화기나 칠러(chiller) 등은 냉매를 압축하기 위한 압축기와 열교환기, 및 증발기 등을 포함해서 구성된다. 이중 압축기와 열교환기 등에는 모터 구동시 마찰력을 최소화하기 위한 베어링 구조가 적용된다.
압축기와 열교환기 등에 다양하게 적용되는 베어링은 모터나 코일, 및 주변 물체들과의 물리적인 마찰을 최소화하며, 각 물체들 간의 동작을 더욱 부드럽게 유지하는 데 사용되고 있다. 이러한 베어링은 압축기나 열교환기 외에도 다양한 기계 분야에 적용되고 있다.
근래에는 자력선을 이용하는 자기 베어링(magnetic bearing) 또는 자기 부상 방식의 베어링이 개발되었다. 이러한 자기 베어링은 자기력으로 대상 물체를 지지하므로, 대상 물체와 베어링 간의 기계적인 접촉이 전혀 발생하지 않게 된다.
예를 들어, 압축기 모터에 자기 베어링이 적용되는 경우에는 자기 베어링 코일에 전류를 흘려주어 자기력을 형성한 후, 자기력에 의해 압축기 모터의 회전자가 자기 부상(magnetic levitation)되도록 한다. 이에, 압축기 모터가 구동되더라도 기계적인 마찰 없이 회전자를 회전시킬 수 있다. 이렇게, 자기 베어링은 소음, 윤활, 정기적인 유지보수의 불필요 등의 장점이 있으며, 기존의 접촉식 베어링의 한계를 극복할 수 있는 특징을 구비하고 있다.
하지만, 자기 베어링 구동시에는 정밀한 제어가 어려우면서도 다소 복잡한 회로 구조의 제어 회로들이 대상 물체들의 개수에 맞게 필요하기 때문에, 그 적용 비용과 개선 요건이 매우 까다로운 문제점들이 있었다.
일 예로, 자기 베어링 제어를 위한 제어 회로는 모터를 구동하는 인버터의 스위칭 구조와 유사하게 다수의 스위치를 풀 브리지(Full Bridge) 방식으로 연결하여 구성하기도 하였다. 이러한 풀 브리지 구조의 제어 회로들 또한 다수의 스위칭 소자들을 정밀하게 순차적으로 제어하기 위한 제어 방식이 복잡하면서도, 스위칭 소자들의 구동 전압 확보를 위해 추가되는 회로 구조들도 복잡하다.
근래에는 풀 브리지 회로 구조를 단순화하기 위해 특정 위치의 스위칭 소자 대신 다이오드를 적용하거나, 스위칭 소자들의 구동 전압을 확보하기 위해 커패시터를 추가로 적용하는 등의 방안이 제시되기도 하였다. 하지만, 스위칭 소자들의 구동 전압을 확보하기 위해 추가된 커패시터들의 효율적인 충전 방안이 더 필요한 실정이며, 다수 적용된 스위칭 소자들의 온/오프 지연에 따른 리플 발생 문제들도 개선이 필요한 상황이다.
본 발명의 목적은 자기 베어링 제어 회로의 부트스트랩 커패시터를 효율적으로 충전시킬 수 있도록 하여 자기 베어링 제어 회로구조를 단순화시킬 수 있는 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 자기 베어링 제어 회로의 코일 전류 리플 개선을 통해 자기 베어링 코일의 전력 손실을 줄일 수 있는 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자기 베어링 제어장치는 베어링 제어부에서 베어링 코일과 회전자의 갭 정보, 및 베어링 코일에 인가되는 전류 정보에 기초하여 복수의 스위칭 제어신호를 출력한다. 그리고 코일 구동부에서는 베어링 코일로 인가되는 전류량을 제어함으로써, 베어링 코일과 회전자 간의 자기장 세기를 조절한다. 이때, 베어링 제어부는 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터 충전 기간이 확보될 수 있도록 복수의 스위칭 제어신호를 생성하여 코일 구동부로 전송한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자기 베어링 제어장치의 제어 방법은 베어링 코일과 회전자 간의 자기장 세기를 조절하는 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터 충전 기간이 확보될 수 있도록 복수의 스위칭 제어신호를 생성한다. 이때는 먼저 베어링 코일과 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터가 충전되는 제1 동작 모드가 수행되도록 복수의 스위칭 제어신호를 생성한다. 그리고 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터에 의해 베어링 코일에 인가되는 전류량이 유지되도록 하는 제2 동작 모드가 수행되도록 복수의 스위칭 제어신호를 가변시킨다. 다음으로, 베어링 코일과 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터가 단계적으로 방전되도록 복수의 스위칭 제어신호를 가변시켜 출력한다.
본 발명의 실시 예에 따른 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법으로는 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터 충전 기간이 확보될 수 있도록 복수의 스위칭 제어신호를 생성한다. 이렇게, 부트스트랩 커패시터를 효율적으로 충전시킬 수 있도록 함으로써, 부트스트랩 커패시터 추가 구조에 의해 자기 베어링 제어 회로구조를 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법으로는 자기 베어링 제어 회로의 온/오프 제어시 미리 설정된 기간 단위로 코일 전류 공급이 제한될 수 있도록 한다. 이에, 자기 베어링 제어 회로의 코일 전류 리플을 개선하고 자기 베어링 코일의 전력 손실을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자기 베어링 제어장치를 나타낸 구성 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 베어링 제어부를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 코일 구동부의 회로 구성을 구체적으로 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 3의 코일 구동부로 입력되는 입력 신호 및 내부 전류 변화를 나타낸 타이밍도이다.
도 5는 도 2의 듀티 지령부에서 생성되는 듀티 지령치를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6은 도 3에 도시된 제1 및 제2 스위칭 소자의 턴-온 타이밍을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 7은 도 3의 코일 구동부로 입력되는 입력 신호 및 내부 전류 변화를 나타낸 다른 타이밍도이다.
도 8은 도 7에 도시된 스위칭 모드 중 제1 스위칭 모드의 제어기간 동안의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 9는 도 7에 도시된 스위칭 모드 중 제2 스위칭 모드의 제어기간 동안의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 10은 도 7에 도시된 스위칭 모드 중 제3 스위칭 모드의 제어기간 동안의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 11은 도 7에 도시된 스위칭 모드 중 제4 스위칭 모드(d)의 제어기간 동안의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 12는 도 7에 도시된 동작 모드 중 제2 동작 모드의 제어기간 동안의 제1 및 제2 스위칭 신호의 생성 및 출력 방법을 나타낸 타이밍도이다.
도 13은 도 7에 도시된 동작 모드 중 제1 동작 모드의 제어기간 동안의 제1 및 제2 스위칭 신호의 생성 및 출력 방법을 나타낸 다른 타이밍도이다.
도 14는 도 7에 도시된 동작 모드 중 제3 동작 모드의 제어기간 동안의 제1 및 제2 스위칭 신호의 생성 및 출력 방법을 나타낸 또 다른 타이밍도이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자기 베어링 제어장치를 나타낸 구성 블록도이다.
도 1에 도시된 자기 베어링 제어장치(300)는 갭 센서(330), 전류 검출부(M), 베어링 제어부(310), 및 코일 구동부(320)를 포함한다.
일반적으로, 열교환기나 압축기 등에 구비될 수 있는 자기 베어링(100)은 회전자의 회전 동작을 수행하는 적어도 하나의 모터(110), 및 각 모터(110)의 회전자와 각각 대응되도록 조립된 베어링 코일(120) 등을 포함한다. 이에, 자기 베어링 제어장치는 실시간으로 베어링 코일(120)의 자기장 세기를 조절함으로써, 모터(110)의 회전자(미도시)가 부상 정도와 랜딩(landing) 정도를 조절한다.
베어링 제어부(310)는 베어링 코일(120)과 모터 회전자의 갭(gap) 정보(GP)를 베어링 코일(120) 주변에 배치되는 적어도 하나의 갭 센서(330)로부터 수신한다. 그리고 베어링 코일(120)로 인가되는 전류 정보(IB)를 전류 검출부(M)로부터 수신한다.
베어링 제어부(310)는 수신된 갭 정보(GP)와 전류 정보(IB)에 기초하여, 코일 구동부(437) 제어를 위한, 복수의 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력한다.
베어링 제어부(310)는 베어링 코일(120)에서 모터(110) 회전자가 소프트하게 부상할 수 있도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 베어링 제어부(310)는 베어링 코일(120)과 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터 충전량이 점진적으로 증가되도록 복수의 스위칭 제어신호(Sci)를 생성 및 출력하여, 제1 동작 모드가 수행되도록 할 수 있다.
이어, 베어링 제어부(310)는 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터에 의해 베어링 코일(120)에 인가되는 전류량이 유지되도록 하는 제2 동작 모드가 수행되도록 복수의 스위칭 제어 신호(Sci)를 가변시켜 출력할 수 있다.
반면, 베어링 제어부(310)는 베어링 코일(120)에서 모터(110) 회전자가 소프트하게 랜딩될 수 있도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 베어링 제어부(310)는 베어링 코일(120)과 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터가 단계적으로 방전되도록 복수의 스위칭 제어신호(Sci)를 생성 및 출력하여, 제3 동작 모드가 수행되도록 할 수 있다.
코일 구동부(320)는 복수의 스위칭 제어 신호(Sci)에 기초하여, 자체 구성된 복수의 스위칭 소자의 턴 온/오프 제어를 수행한다. 이러한 코일 구동부(320) 내의 스위칭 소자 턴 온/오프 제어에 의해, 베어링 코일(120)에 인가되는 전류량을 제어함으로써, 베어링 코일(120)의 자기장이 발생 또는 소멸되도록 한다. 이렇게 코일 구동부(320)는 베어링 코일(120)의 자기장 세기를 조절함으로써, 모터(110)의 회전자 부상 정도 및 랜딩 정도를 실시간으로 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 베어링 제어부를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 2에 도시된 베어링 제어부(310)는 전류 지령 생성부(315), 및 듀티 생성부(316)를 포함한다.
구체적으로, 전류 지령 생성부(315)는 갭 센서(330)로부터의 갭 정보(Gp)와 미리 설정된 갭 지령치(Gpi)에 기초하여, 전류 지령치(IBi)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(315)는 갭 정보(Gp)와 갭 지령치(Gpi)의 차이에 기초하여, 베어링 코일(120)의 전류량 제어를 수행하기 위한 전류 지령치(IBi)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 전류 지령 생성부(315)는 제1 연산부(311), 및 제1 제어기(312)를 포함한다.
제1 연산부(311)는 갭 센서(330)로부터의 갭 정보(Gp)와 미리 설정된 갭 지령치(Gpi)의 차이 값을 출력한다.
제1 제어기(312)는 갭 정보(Gp)와 갭 지령치(Gpi)의 차이 값에 기초하여 베어링 코일(120)의 전류량 제어를 위한 전류 지령치(IBi)를 생성 및 출력한다.
전류 지령 생성부(315)는 전류 지령치(IBi)가 미리 설정된 허용 범위를 초과하지 않도록 전류 지령치(IBi)의 레벨을 제한하는 리미터를 더 포함할 수 있다.
듀티 생성부(316)는 전류 검출부(M)로부터의 전류 정보(IB)와 전류 지령 생성부(315)로부터의 전류 지령치(IBi)에 기초하여, 코일 구동부(320)에 구비된 스위칭 소자들의 온/오프 듀티를 제어하기 위한 듀티 지령치를 생성한다. 구체적으로, 듀티 생성부(316)는 전류 정보(IB)와 전류 지령치(IBi)의 차이에 기초하여, 코일 구동부(320)에 구비된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하기 위한 듀티 지령치를 스위칭 소자별로 생성한다. 그리고 스위칭 소자별 듀티 지령치에 대응되도록 복수의 스위칭 제어 신호(Sci)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 듀티 생성부(316)는 제2 연산부(313), 및 제2 제어기(316)를 포함할 수 있다.
제2 연산부(313)는 전류 검출부(M)부터의 전류 정보(IB)와 전류 지령 생성부(315)로부터의 전류 지령치(IBi)의 차이 값을 출력한다.
제2 제어기(316)는 전류 정보(IB)와 전류 지령치(IBi)의 차이 값에 기초하여 코일 구동부(320)에 구비된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하기 위한 듀티 지령치를 스위칭 소자별로 생성한다. 그리고 스위칭 소자별 듀티 지령치에 대응되도록 복수의 스위칭 제어 신호(Sci)를 생성한다.
듀티 생성부(316) 또한 듀티 지령치가 미리 설정된 허용 범위를 초과하지 않도록 듀티 지령치의 레벨을 제한하는 리미터를 더 포함할 수도 있다.
전술한 구성의 베어링 제어부(310)는 자기 베어링(100)의 베어링 코일(120)과 회전자 사이의 갭이, 미리 설정된 갭 지령치(Gpi) 보다 작은 경우, 갭 증가를 위해 듀티가 증가되도록 하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다. 이때, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)는 스위칭 주기가 증가하고, 증가된 스위칭 주기 내에서 듀티가 증가하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)는 일정한 스위칭 주기 내에서, 듀티가 증가하는 것을 의미할 수도 있다.
다른 예로, 베어링 제어부(310)는 자기 베어링(100)의 베어링 코일(120)과 회전자 사이의 갭이, 미리 설정된 갭 지령치(Gpi) 보다 큰 경우, 갭 감소를 위해 듀티가 감소하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
이러한 베어링 제어부(310)의 동작에 따라, 회전자의 회전시, 갭이 일정하도록 유지될 수 있게 된다.
또한, 베어링 제어부(310)는 회전자 부상시, 베어링 코일(120)과 회전자 사이의 갭이 단계적으로 증가될 수 있도록 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
반대로, 베어링 제어부(310)는 회전자 랜딩시, 베어링 코일(120)과 회전자 사이의 갭이 단계적으로 감소될 수 있도록 듀티가 감소하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
베어링 제어부(310), 특히 베어링 제어부(310)의 제2 제어기(316)는 베어링 코일(120)과 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터 충전량이 점진적으로 증가되도록 하는 제1 동작 모드가 수행되도록 스위칭 제어 신호(Sci)를 가변시켜 출력할 수 있다. 그리고 제2 제어기(316)는 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터에 의해 베어링 코일(120)에 인가되는 전류량이 유지되도록 하는 제2 동작 모드가 수행되도록 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다. 또한, 제2 제어기(316)는 베어링 코일(120)과 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터가 단계적으로 방전되도록 하는 제3 동작 모드가 수행되도록 스위칭 제어 신호(Sci)를 가변시켜 출력할 수 있다. 이에 따라, 자기 부상 방식에서 모터(110) 정지시, 모터(110)의 회전자를 소프트 랜딩 시킬 수 있게 되며, 따라서, 모터(110)의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다. 그 외, 자기 베어링(100), 갭 센서(330) 등의 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 3은 도 1에 도시된 코일 구동부의 회로 구성을 구체적으로 나타낸 회로도이다.
도 3에 도시된 코일 구동부(320)는 제1 직류 전원(Vbs,322)의 dc단 양단(a-b단) 간에 제1 직류 전원(Vbs, 322)을 충/방전하는 제1 커패시터(Cbs)가 배치되며, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제1 다이오드 소자(Db1)가 직렬 연결된 상태로 상기 제1 커패시터(Cbs)의 양단(a-b단)에 병렬로 접속된다. 그리고 제2 다이오드 소자(Db2) 및 제2 스위칭 소자(Sb2)는 직렬 연결된 상태로 제1 스위칭 소자(Sb1) 및 제1 다이오드 소자(Db1)에 병렬로 접속된다.
베어링 코일(RB,120)은 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제1 다이오드 소자(Db1) 사이의 제1 노드, 및 제2 다이오드 소자(Db2)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 사이의 제2 노드 간에 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제1 다이오드 소자(db1)의 사이에는 제2 직류 전원(Vbk,321)을 충/방전하는 제2 커패시터(Cbk)를 포함할 수 있다. 그리고 제2 직류 전원(321, Vbk)과 제2 커패시터(Cbk) 사이에 접속되는, 저항 소자(Rbk) 및 제3 다이오드(Dbk)를 더 포함할 수 있다.
베어링 제어부(310)는 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보를 위해, 제2 커패시터(Cbk)에 제2 직류 전원(Vbk)이 충전 되도록 하는 부트스트랩 동작이 수행되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위칭 소자(Sb1)가 턴-오프되고, 제2 스위칭 소자(Sb2)가 턴-온되도록 하는 경우에도 제2 커패시터(Cbk)에 제2 직류 전원(Vbk)이 충전되는 부트스트랩 동작이 수행될 수 있다.
도 3으로 제시된 바와 같이, 베어링 제어부(310)는 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)를 별개로 구동시킴으로써, 간단하고 효율적으로, 제2 커패시터(Cbk)를 이용해 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보가 가능하게 된다. 즉, 이러한 부트스트랩 동작에 기초하여, 제2 커패시터(Cbk)에 저장된 제2 직류 전원(Vbk)에 의한 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보가 가능하게 된다.
한편, 베어링 제어부(310)는 부트스트랩 동작 기간이 미리 설정된 최소 기준 시간 이상이 되도록 확보함이 바람직하다. 여기서, 제2 커패시터(Cbk)의 전압 충전 시간은 RC 시정수에 기초하여 결정되므로, 부트스트랩 동작 기간 제2 커패시터(Cbk)의 커패시턴스와 저항 소자(Rbk)의 저항값에 기초해서 결정될 수 있다.
또한, 베어링 제어부(310)는 제2 커패시터(Cbk)의 커패시턴스와 저항 소자(Rbk)의 저항값에 기초하여, 부트스트랩 동작 기간이 가변되도록 제어할 수 있다. 이에 의해, 충분한 부트스트랩 동작 기간이 확보되어, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보가 가능하게 된다.
도 4는 도 3의 코일 구동부로 입력되는 입력 신호 및 내부 전류 변화를 나타낸 타이밍도이다.
도 3과 함께 도 4를 참조하면, Tp 기간에는 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온된다.
반면, Tg 기간에는 제1 스위칭 소자(Sb1)는 턴 오프되고, 제2 스위칭 소자(Sb2)는 턴 온된다.
다시 말해, 제2 스위칭 소자(Sb2)는 Tp 기간 동안 턴 온되며, Tr 기간 동안에는 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 오프된다. 이 중, Tg 기간과 Tp 기간 동안에 부트스트랩 동작이 수행되어, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압을 효율적으로 확보할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, Tg 기간은 부트스트랩 동작이 수행되는 기간으로서, 미리 설정된 최소 기준 시간 이상되는 것이 바람직하다.
도 5는 도 2의 듀티 지령부에서 생성되는 듀티 지령치를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5의 (a)는 듀티 지령치 생성을 위한 주기(T)에 대응하는 삼각 파형(CV1)을 나타내고, (b)는 제1 스위칭 소자(Sb1)에 대한 듀티 지령치(CV2)를 나타내는 파형이며, (c)는, 제2 스위칭 소자(Sb2)에 대한 듀티 지령치(CV3)를 나타내는 파형이다.
제1 스위칭 소자(Sb1)에 대한 듀티 지령치(CV2)와, 제2 스위칭 소자(Sb2)에 대한 듀티 지령치(CV3)의 하이 레벨의 차이가 클수록, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압을, 효율적으로 확보할 수 있게 된다.
도 6은 도 3에 도시된 제1 및 제2 스위칭 소자의 턴-온 타이밍을 설명하기 위한 타이밍도이다.
전술한 바와 같이, 베어링 코일(120)의 개수는 모터(110)의 개수에 비례해서 구성되기 때문에, 압축기나 열교환기 등에 구성되는 자기 베어링(100)의 수만큼 다수 구성될 수 있다.
이에 따라, 자기 베어링(100)의 수만큼 구성된 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)들이 모두 동시에 턴 온 되도록 하는 경우보다, 도 6과 같이, 순차적으로 턴 온 되도록 함이 바람직하다. 이에 의해, 스위칭시의 피크 전류가 감소하게 되어 회로 소자의 소손 가능성 등이 저하되게 된다.
도 7은 도 3의 코일 구동부로 입력되는 입력 신호 및 내부 전류 변화를 나타낸 다른 타이밍도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 베어링 제어부(310), 특히 베어링 제어부(310)의 제2 제어기(316)는 코일 구동부(320)의 구동시, 제1 내지 제3 동작 모드(drv_1, drv_2, drv_3)로 구분하여 코일 구동부(320)를 구동할 수 있다.
또한, 제2 제어기(316)는 코일 구동부(320)를 제1 내지 제3 동작 모드(drv_1,drv_2,drv_3)로 각각 구동하는 기간에, 코일 구동부(320)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)를 각각 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드((a),(b),(c),(d)) 중 적어도 하나의 모드가 선택적으로 적용될 수 있도록 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력한다.
구체적으로, 제2 제어기(316)는 제1 동작 모드로 코일 구동부(320)를 구동하는 기간에, 베어링 코일(120)과 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터(Cbk)의 충전량이 점진적으로 증가되도록 한다. 즉, 제1 동작 모드는 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터를 충전시키는 모드이다.
제1 동작 모드로 코일 구동부(320)를 구동하는 기간에, 제2 제어기(316)는 코일 구동부(320)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)를 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중 제1, 제3, 제1, 제2 스위칭 모드의 순서((a)-(c)-(a)-(b))로 되도록 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력한다.
제2 제어기(316)는 스위칭 제어 신호(Sci) 중 제1 스위칭 소자(Sb1)를 제어하는 제1 스위칭 신호(S1) 출력시, 미리 설정된 주파수로 스윙하는 제1 캐리어 신호(CL1)의 전압 레벨이 미리 설정된 기준 신호(Ref_L)보다 낮은 기간에 턴-온 신호로 출력한다.
제2 제어기(316)는 스위칭 제어 신호(Sci) 중 제2 스위칭 소자(Sb2)를 제어하는 제2 스위칭 신호(S2) 출력시, 제1 캐리어 신호(CL1)와 위상이 반전된 제2 캐리어 신호(CL2)의 전압 레벨이 미리 설정된 기준 신호(Ref_L)보다 낮은 기간에 턴-온 신호로 출력한다.
미리 설정된 기준 신호(Ref_L)의 전압 레벨은 제1 내지 제3 동작 모드(drv_1,drv_2,drv_3)별로 각각 다르게 가변될 수 있다. 예를 들어, 제2 동작 모드(drv_2)에서 기준 신호(Ref_L)의 전압 레벨은 제1 및 제2 캐리어 신호(CL1,CL2)의 50% 전압 레벨이 될 수 있다. 반면, 제1 동작 모드(drv_1)에서 기준 신호(Ref_L)의 전압 레벨은 제1 및 제2 캐리어 신호(CL1,CL2)의 50% 전압보다 높은 전압 레벨이 될 수 있다. 그리고 제3 동작 모드(drv_3)에서 기준 신호(Ref_L)의 전압 레벨은 제1 및 제2 캐리어 신호(CL1,CL2)의 50% 전압보다 더 낮은 전압 레벨이 될 수 있다.
이어, 제2 제어기(316)는 제2 동작 모드로 코일 구동부(320)를 구동하는 기간에, 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터(Cbk)의 충/방전 반복 동작에 의해 베어링 코일(120)에 인가되는 전류량이 유지되도록 한다. 즉, 제2 동작 모드(drv_2)는 제2 커패시터(Cbk)의 충/방전 반복 동작에 의해 베어링 코일(120)에 인가되는 전류량이 유지되도록 하는 모드이다.
제2 동작 모드(drv_2)로 코일 구동부(320)를 구동하는 기간에, 제2 제어기(316)는 코일 구동부(320)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)를 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중 제2 및 제3 스위칭 모드가 반복되는 순서((c)-(b)-(c)-(b))가 되도록 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력한다.
다음으로, 제2 제어기(316)는 제3 동작 모드(drv_3)로 코일 구동부(320)를 구동하는 기간에, 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터(Cbk)가 단계적으로 방전되도록 스위칭 제어 신호(Sci)를 가변시켜 출력한다. 즉, 제3 동작 모드(drv_3)는 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터를 방전시키는 모드이다.
제3 동작 모드(drv_3)로 코일 구동부(320)를 구동하는 기간에, 제2 제어기(316)는 코일 구동부(320)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)를 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중 제1, 제1, 제2 스위칭 모드가 반복되는 순서((c)-(a)-(b))가 되도록 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력한다.
도 8은 도 7에 도시된 스위칭 모드 중 제1 스위칭 모드의 제어기간 동안의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)를 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중, 중 제1 스위칭 모드(a)는 제1 동작 모드의 구동 기간(drv_1)에 반복적으로 수행된다.
이러한, 제1 스위칭 모드(a)는 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)가 모두 턴-온되어 베어링 코일(120)의 코일 전류가 상승할 수 있도록 제어하는 기간의 제어 상태이다.
도 8과 같이, 제1 스위칭 모드(a)의 제어 상태에서는 제1 직류 전원(Vbs,322)으로부터의 전류가 제1 커패시터(Cbs)에 충전되면서 제1 스위칭 소자((Sb1)를 통해 베어링 코일(RB,120)로 전송된다. 이 경우, 제1 직류 전원(Vbs,322)이 제1 스위칭 소자((Sb1)와 베어링 코일(RB,120)을 통해 제2 스위칭 소자((Sb2) 및 저전위 방향인 정방향 전류가 흐르게 된다.
도 9는 도 7에 도시된 스위칭 모드 중 제2 스위칭 모드의 제어기간 동안의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)를 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중, 중 제2 스위칭 모드(b)는 제1 내지 제3 동작 모드의 구동 기간(drv_1, drv_1, drv_3)에 선택적으로 각각 수행된다.
이러한, 제2 스위칭 모드(b)는 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2) 중 제1 스위칭 소자(Sb1)만 턴-온 되어 베어링 코일(120)의 코일 전류가 유지될 수 있도록 제어하는 기간의 제어 상태이다.
도 9와 같이, 제2 스위칭 모드(b)의 제어 상태에서는 제1 직류 전원(Vbs,322)으로부터의 전류가 제1 스위칭 소자((Sb1)를 통해 베어링 코일(RB,120)로 전송된다. 이 경우, 제1 직류 전원(Vbs,322)이 제1 스위칭 소자((Sb1)와 베어링 코일(RB,120)을 통해 제2 다이오드 소자((Db2) 방향으로 흐르게 되어, 베어링 코일(120)의 코일 전류가 프리 휠링(Free-Wheeling) 상태로 유지된다.
도 10은 도 7에 도시된 스위칭 모드 중 제3 스위칭 모드의 제어 기간 동안의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)를 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중, 중 제3 스위칭 모드(c)는 제1 내지 제3 동작 모드의 구동 기간(drv_1, drv_1, drv_3)에 선택적으로 각각 수행된다. 제3 스위칭 모드(c)는 제2 스위칭 모드(b)와 교번하는 형태로 수행될 수 있다.
이러한, 제3 스위칭 모드(c)는 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2) 중 제2 스위칭 소자(Sb2)만 턴-온 되어 베어링 코일(120)의 코일 전류가 유지될 수 있도록 제어하는 기간의 제어 상태이다.
도 10과 같이, 제3 스위칭 모드(c)의 제어 상태에서는 제2 직류 전원(Vbk)이 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터(Cbk)에 충전되면서 베어링 코일(RB,120)로 인가된다. 이에, 베어링 코일(RB,120)의 전류가 제2 스위칭 소자((Sb2)와 제1 다이오드 소자((Db1) 방향으로 폐회로를 이루게 되어, 베어링 코일(120)의 코일 전류가 프리 휠링(Free-Wheeling) 상태로 유지된다.
제3 스위칭 모드(c)의 수행 기간은 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터(Cbk)가 충전되는 기간이 될 수 있으므로, 제3 스위칭 모드(c)의 제어 기간은 미리 설정된 최소 기준 시간 이상 확보되는 것이 바람직하다.
도 11은 도 7에 도시된 스위칭 모드 중 제4 스위칭 모드(d)의 제어기간 동안의 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)를 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중, 중 제4 스위칭 모드(d)는 제3 동작 모드의 구동 기간(drv_3)에 반복적으로 수행된다.
이러한, 제4 스위칭 모드(d)는 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)가 모두 턴-오프되어 베어링 코일(120)의 코일 전류가 방전될 수 있도록 제어하는 기간의 제어 상태이다.
도 11과 같이, 제4 스위칭 모드(d)의 제어 상태에서는 제1 커패시터(Cbs)의 전류가 방전되면서 제1 및 제2 다이오드 소자(Db1, Db2)를 통해 베어링 코일(RB,120)의 전류가 방전된다.
도 12는 도 7에 도시된 동작 모드 중 제2 동작 모드의 제어기간 동안의 제1 및 제2 스위칭 신호의 생성 및 출력 방법을 나타낸 타이밍도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제2 동작 모드(drv_2)의 구동 기간에는 제3 스위칭 모드(c)와 제2 스위칭 모드(b)가 교번적으로 수행된다. 따라서, 제2 동작 모드(drv_2)의 구동 기간에는 제1 스위칭 소자(Sb1) 및 제2 스위칭 소자(Sb2)가 서로 반대로 반복해서 온/오프된다. 이렇게, 제1 스위칭 소자(Sb1) 및 제2 스위칭 소자(Sb2)가 서로 반대 동작으로 구동되기 때문에 베어링 코일(120)의 코일 전류가 유지될 수 있다. 하지만, 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)의 온/오프 동작이 지연되지 않게 정확히 이루어지지 못하고, 온/오프 동작에 따라 전류 흐름이 서서히 낮아지거나 높아지기 때문에 베어링 코일(120)의 코일 전류에는 리플이 발생할 수 있다.
베어링 제어부(310), 특히 베어링 제어부(310)의 제2 제어기(316)는 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)의 턴-온/오프 동작이 서로 다르게 변환되는 교차 기간(d,dead)에 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)가 동시에 턴-오프 되도록 제1 및 제2 스위칭 신호(S1,S2)를 출력한다. 이를 위해, 제2 제어기(316)는 제1 및 제2 캐리어 신호(CL1,CL2)의 50% 전압 레벨에 ±게인 값(±DCT)을 설정하여, 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)가 동시에 턴-오프되는 밴드 전압 범위를 설정한다. 그리고 밴드 전압 범위에 제1 및 제2 캐리어 신호(CL1,CL2)의 전압 레벨이 포함되는 기간을 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)의 턴-온/오프 동작 교차 기간(d,dead)으로 인식한다. 이어, 제2 제어기(316)는 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)의 턴-온/오프 동작 교차 기간(d,dead) 동안에 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)가 동시에 턴-오프되도록 제1 및 제2 스위칭 신호(S1,S2)를 출력한다. 이에 따라, 베어링 코일(120)의 코일 전류 리플 발생을 방지할 수 있게 된다.
도 13은 도 7에 도시된 동작 모드 중 제1 동작 모드의 제어기간 동안의 제1 및 제2 스위칭 신호의 생성 및 출력 방법을 나타낸 다른 타이밍도이다.
전술한 바와 같이, 제2 제어기(316)는 제1 스위칭 소자(Sb1)를 제어하는 제1 스위칭 신호(S1) 출력시, 미리 설정된 주파수로 스윙하는 제1 캐리어 신호(CL1)의 전압 레벨이 미리 설정된 기준 신호(Ref_L)보다 낮은 기간에 제1 스위칭 신호(S1)를 턴-온 신호로 출력한다. 이에, 기준 신호(Ref_L)가 높아질수록 제1 스위칭 소자(Sb1)의 턴-온 기간은 길어질 수밖에 없다.
제1 스위칭 소자(Sb1)의 턴-온 기간이 길어지면 코일 전류가 계속해서 상승하기 때문에 코일 전류 상승을 억제할 필요가 있다. 따라서, 제2 제어기(316)는 하이 리미트 레벨(Lm1)을 설정하여 기준 신호(Ref_L)의 전압 레벨이 하이 리미트 레벨(Lm1) 이하의 범위에 포함될 수 있도록 한다.
제2 제어기(316)는 하이 리미트 레벨(Lm1)에 의해 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)의 턴-오프 기간이 확보될 수 있도록 함으로써, 코일 전류의 상승을 억제하면서 제1 스위칭 소자(Sb1)의 동작 전압 충전 기간을 확보할 수 있다.
도 14는 도 7에 도시된 동작 모드 중 제3 동작 모드의 제어기간 동안의 제1 및 제2 스위칭 신호의 생성 및 출력 방법을 나타낸 또 다른 타이밍도이다.
전술한 바와 같이, 제2 제어기(316)는 제2 스위칭 소자(Sb2)를 제어하는 제2 스위칭 신호(S2) 출력시, 제2 캐리어 신호(CL2)의 전압 레벨이 미리 설정된 기준 신호(Ref_L)보다 낮은 기간에 제2 스위칭 신호(S2)를 턴-온 신호로 출력한다. 이에, 기준 신호(Ref_L)가 낮아질수록 제2 스위칭 소자(Sb2)의 턴-오프 기간은 길어질 수밖에 없다.
제2 스위칭 소자(Sb2)의 턴-오프 기간이 길어지면 코일 전류가 계속해서 낮아지기 때문에 코일 전류 하강을 억제할 필요가 있다. 따라서, 제2 제어기(316)는 로우 리미트 레벨(Lm2)을 설정하여 기준 신호(Ref_L)의 전압 레벨이 로우 리미트 레벨(Lm2) 이하의 범위에 포함될 수 있도록 한다.
제2 제어기(316)는 로우 리미트 레벨(Lm2)에 의해 제1 및 제2 스위칭 소자(Sb1,Sb2)의 턴-온 기간이 확보될 수 있도록 함으로써, 코일 전류의 하강을 억제하면서 제1 스위칭 소자(Sb1)의 동작 전압 충전 기간을 확보할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법으로는 코일 구동부(320)의 부트스트랩 커패시터 충전 기간이 확보될 수 있도록 복수의 스위칭 제어신호(Sci)를 생성한다. 이렇게, 부트스트랩 커패시터를 효율적으로 충전시킬 수 있도록 함으로써, 부트스트랩 커패시터 추가 구조에 의해 코일 구동부(320)의 구조를 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자기 베어링 제어장치 및 그 제어방법으로는 코일 구동부(320)의 온/오프 제어시 미리 설정된 기간 단위로 코일 전류 공급이 제한될 수 있도록 한다. 이에, 자기 베어링(100)의 코일 전류 리플을 개선하고 자기 베어링 코일의 전력 손실을 저감시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 자기 베어링
110: 모터
120: 베어링 코일
300: 자기 베어링 장치
310: 베어링 제어부
320: 코일 구동부
330: 갭 센서

Claims (13)

  1. 베어링 코일과 회전자의 갭 정보, 및 상기 베어링 코일에 인가되는 전류 정보에 기초하여 복수의 스위칭 제어신호를 출력하는 베어링 제어부; 및
    제1 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 제1 직류 전원을 충/방전하는 제1 커패시터, 및 제2 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 제2 직류 전원을 충/방전하는 부트스트랩 커패시터를 포함해서 구성되며, 상기 복수의 스위칭 제어신호에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 턴-온/오프 제어하여 상기 베어링 코일로 인가되는 전류량을 제어함으로써, 상기 베어링 코일과 상기 회전자 간의 자기장 세기를 조절하는 코일 구동부를 포함하며,
    상기 베어링 제어부는
    상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터 충전량이 점진적으로 증가되도록 제어하는 제1 동작 모드 수행 기간에 상기 제1 스위칭 소자는 턴-오프시키고 상기 제2 스위칭 소자는 턴-온시키는 기간이 확보되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 생성 및 출력하는
    자기 베어링 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 제어부는
    상기 베어링 코일로부터의 상기 회전자 부상을 위해, 상기 제1 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 생성하며,
    상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터에 의해 베어링 코일에 인가되는 전류량이 유지되도록 하는 제2 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 가변시키고,
    상기 베어링 코일에서의 상기 회전자 소프트 랜딩을 위해, 상기 베어링 코일과 상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터가 단계적으로 방전되는 제3 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 가변시켜 출력하는 자기 베어링 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 제어부는
    적어도 하나의 갭 센서로부터의 입력되는 상기 갭 정보, 및 미리 설정된 갭 지령치에 기초하여 상기 코일 구동부의 전류량 제어를 수행하기 위한 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부; 및
    적어도 하나의 전류 검출부로부터 입력되는 전류 정보와 상기 전류 지령치에 기초하여 상기 코일 구동부에 구비된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하기 위한 듀티 지령치를 스위칭 소자별로 생성하고, 상기 스위칭 소자별 듀티 지령치에 대응되도록 상기 복수의 스위칭 제어 신호를 생성하는 듀티 생성부;
    를 포함하는 자기 베어링 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류 지령 생성부는
    상기 갭 정보와 상기 미리 설정된 갭 지령치의 차이 값을 출력하는 제1 연산부;
    상기 갭 정보와 상기 갭 지령치의 차이 값에 기초하여 상기 코일 구동부의 전류량 제어를 위한 상기 전류 지령치를 생성 및 출력하는 제1 제어기; 및
    상기 전류 지령치가 미리 설정된 허용 범위를 초과하지 않도록 상기 전류 지령치의 레벨을 제한하는 리미터;
    를 포함하는 자기 베어링 제어장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 듀티 생성부는
    상기 전류 검출부로부터의 전류 정보와 상기 전류 지령 생성부로부터의 전류 지령치의 차이 값을 출력하는 제2 연산부; 및
    상기 전류 정보와 상기 전류 지령치의 차이 값에 기초하여 상기 코일 구동부에 구비된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하기 위한 상기 듀티 지령치를 상기 스위칭 소자별로 생성하고, 상기 스위칭 소자별 듀티 지령치에 대응되도록 상기 복수의 스위칭 제어 신호를 생성하는 제2 제어기;
    를 포함하는 자기 베어링 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 제어기는
    상기 베어링 코일로부터의 상기 회전자 소프트 부상을 위해, 상기 베어링 코일과 상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터가 충전되는 제1 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 생성하며,
    상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터에 의해 베어링 코일에 인가되는 전류량이 유지되도록 하는 제2 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 가변시키고,
    상기 베어링 코일로부터의 상기 회전자 소프트 랜딩을 위해, 상기 베어링 코일과 상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터를 방전시키는 제3 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 가변시켜 출력하는 자기 베어링 제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 제어기는
    상기 코일 구동부를 상기 제1 내지 제3 동작 모드로 각각 구동하는 기간에, 상기 코일 구동부의 제1 및 제2 스위칭 소자를 각각 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중 적어도 하나의 스위칭 모드가 선택적으로 적용될 수 있도록 상기 복수의 스위칭 제어 신호를 출력하는 자기 베어링 제어장치.
  8. 베어링 코일과 회전자의 갭 정보, 및 상기 베어링 코일에 인가되는 전류 정보에 기초하여 복수의 스위칭 제어신호를 출력하는 단계; 및
    제1 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 제1 직류 전원을 충/방전하는 제1 커패시터, 및 제2 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 제2 직류 전원을 충/방전하는 부트스트랩 커패시터를 포함해서 구성된 코일 구동부의 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 상기 복수의 스위칭 제어신호에 따라 턴-온/오프 제어하여 상기 베어링 코일로 인가되는 전류량을 제어함으로써, 상기 베어링 코일과 상기 회전자 간의 자기장 세기를 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 복수의 스위칭 제어신호 출력 단계는
    상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터 충전량이 점진적으로 증가되도록 제어하는 제1 동작 모드 수행 기간에 상기 제1 스위칭 소자는 턴-오프시키고 상기 제2 스위칭 소자는 턴-온시키는 기간이 확보될 수 있도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 생성 및 출력하는 자기 베어링 제어장치의 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 제어신호 출력 단계는
    상기 베어링 코일로부터의 상기 회전자 부상을 위해, 상기 제1 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 생성하는 제1 단계;
    상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터에 의해 베어링 코일에 인가되는 전류량이 유지되도록 하는 제2 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 가변시키는 제2 단계; 및
    상기 베어링 코일에서의 상기 회전자 소프트 랜딩을 위해, 상기 베어링 코일과 상기 코일 구동부의 부트스트랩 커패시터가 단계적으로 방전되는 제3 동작 모드가 수행되도록 상기 복수의 스위칭 제어신호를 가변시켜 출력하는 제3 단계;
    를 포함하는 자기 베어링 제어장치의 구동방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 제어신호 출력 단계는
    상기 코일 구동부를 상기 제1 내지 제3 동작 모드로 각각 구동하는 기간에, 상기 코일 구동부의 제1 및 제2 스위칭 소자를 각각 스위칭시키기 위한 제1 내지 제4 스위칭 모드 중 적어도 하나의 스위칭 모드가 선택적으로 적용될 수 있도록 상기 복수의 스위칭 제어 신호를 출력하는 자기 베어링 제어장치의 구동방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 제어신호 출력 단계는
    적어도 하나의 갭 센서로부터의 입력되는 상기 갭 정보, 및 미리 설정된 갭 지령치에 기초하여 상기 코일 구동부의 전류량 제어를 수행하기 위한 전류 지령치를 생성하는 단계;
    적어도 하나의 전류 검출부로부터 입력되는 전류 정보와 상기 전류 지령치에 기초하여 상기 코일 구동부에 구비된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하기 위한 듀티 지령치를 상기 스위칭 소자별로 생성하는 단계; 및
    상기 스위칭 소자별 듀티 지령치에 대응되도록 상기 복수의 스위칭 제어 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는 자기 베어링 제어장치의 구동방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전류 지령치 생성 단계는
    상기 갭 정보와 상기 미리 설정된 갭 지령치의 차이 값을 연산하는 단계;
    상기 갭 정보와 상기 갭 지령치의 차이 값에 기초하여 상기 코일 구동부의 전류량 제어를 위한 상기 전류 지령치를 생성 및 출력하는 단계; 및
    상기 전류 지령치가 미리 설정된 허용 범위를 초과하지 않도록 상기 전류 지령치의 레벨을 제한하는 단계;
    를 포함하는 자기 베어링 제어장치의 구동방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 듀티 지령치 생성 단계는
    상기 전류 검출부로부터의 전류 정보와 상기 전류 지령 생성부로부터의 전류 지령치의 차이 값을 연산하는 단계; 및
    상기 전류 정보와 상기 전류 지령치의 차이 값에 기초하여 상기 코일 구동부에 구비된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하기 위한 상기 듀티 지령치를 상기 스위칭 소자별로 생성하는 단계; 및
    상기 스위칭 소자별 듀티 지령치에 대응되도록 상기 복수의 스위칭 제어 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는 자기 베어링 제어장치의 구동방법.
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