KR102291226B1 - Srm 상 전환 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR102291226B1
KR102291226B1 KR1020190022300A KR20190022300A KR102291226B1 KR 102291226 B1 KR102291226 B1 KR 102291226B1 KR 1020190022300 A KR1020190022300 A KR 1020190022300A KR 20190022300 A KR20190022300 A KR 20190022300A KR 102291226 B1 KR102291226 B1 KR 102291226B1
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Abstract

SRM의 상 전환 제어를 위한 방법 및 그 장치가 개시된다. 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 상 전환 제어 방법에 있어서, 상 인덕턴스의 변곡점을 각각 검출하는 단계; 및 상기 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

SRM 상 전환 제어 방법 및 그 장치{Method and apparatus for phase switch control of SRM}
본 발명은 SRM의 상 전환 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 룩업 테이블을 이용하여 상 전환을 제어하는 스위치드 릴럭턴스 전동기(SRM: switched reluctance motor, 이하 SRM이라 칭하기로 함)의 블록도를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 SRM 구동에 따른 인덕턴스를 나타낸 도면이다. 도 1과 같이 룩업 테이블을 이용하여 상 전환을 제어하는 종래의 방법은 정보를 저장할 수 있는 추가적인 하드웨어가 필요하며, 정보의 정확도를 위해 많은 양의 데이터가 필요한 단점이 있다.
(01) 대한민국등록특허공보 제10-0-1301385호(2013.08.22.)
본 발명은 비 정렬 위치에서 발생하는 상 인덕턴스의 변곡점을 파악하여 상 전환을 제어할 수 있는 전동기 및 이의 상 전환 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 종래 기술에 비해 계산량을 줄일 수 있으며, 추가적인 하드웨어를 구비할 필요가 없고, 회전자 위치 정보의 검출 정확성을 높일 수 있는 전동기 및 이의 상 전환 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 비 정렬 위치에서 발생하는 상 인덕턴스의 변곡점을 파악하여 상 전환을 제어할 수 있는 전동기의 상 전환 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 상 전환 제어 방법에 있어서, 상 인덕턴스의 변곡점을 각각 검출하는 단계; 및 상기 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하는 단계를 포함하는 SRM 상 전환 제어 방법이 제공될 수 있다.
상기 상 인덕턴스의 변곡점은 제어 주기에서 상 인덕턴스의 값이 최대이거나 최소인 지점 중 적어도 하나이다.
상기 상 전환 지점을 결정하는 단계는, 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스 상승각을 계산하는 단계; 및 상기 다음 상 인덕턴스의 상승각을 이용하여 다음 상의 여자 지점을 상 전환 지점으로 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다음 상 인덕턴스 상승각을 계산하는 단계는, 상기 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스의 값이 증가하기 시작하는 시작점까지의 상승 시간을 카운트하는 단계; 및 상기 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점 사이의 시간과 회전자 위치 변경 각도에 대한 상기 상승 시간과 상기 다음 상 인덕턴스 상승각의 비례 관계식을 이용하여 상기 다음 상 인덕턴스 상승각을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다음 상 인덕턴스 상승각은 하기 수학식을 이용하여 계산되되,
Figure 112019019962113-pat00001
여기서,
Figure 112019019962113-pat00002
는 정렬 위치에서의 상 인덕턴스 변곡점 사이의 시간을 나타내고,
Figure 112019019962113-pat00003
는 상기 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스의 값이 증가하기 시작하는 시작점까지의 상승 시간을 나타낸다.
상기 상 전환 지점은 하기 수학식을 이용하여 계산되되,
Figure 112019019962113-pat00004
여기서,
Figure 112019019962113-pat00005
는 상 인덕턴스의 변곡점 사이의 시간의 시간을 나타내며,
Figure 112019019962113-pat00006
는 상 인덕턴스 상승각을 나타내며,
Figure 112019019962113-pat00007
는 턴 온각을 나타내고,
Figure 112019019962113-pat00008
는 오프 각을 나타낸다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 상 전환 제어를 위한 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 상 전환 제어 장치에 있어서, 상 인덕턴스를 계산하는 인덕턴스 계산부; 상기 상 인덕턴스를 이용하여 상 인덕턴스의 변곡점을 검출하는 변곡점 검출부; 및 상기 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하여 상 전환 시점 계산부를 포함하는 상 전환 제어 장치가 제공될 수 있다.
상기 변곡점 검출부는, 비정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점을 검출할 수 있다.
상기 상 전환 시점 계산부는, 다음 상 인덕턴스의 상승각을 계산하고, 상기 다음 상 인덕턴스의 상승각을 이용하여 다음 상의 여자 지점을 계산하여 상 전환 지점을 결정할 수 있다.
상기 상 전환 시점 계산부는, 상기 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점 검출 이후 다음 상 인덕턴스가 증가하기 시작하는 최소점까지의 시간을 카운트하며, 상 인덕턴스 변곡점 사이의 회전자 위치 변경 각도와 상기 상 인덕턴스 변곡점 사이의 전체 시간에 대한 상기 다음 상 인덕턴스의 상승각과 상기 다음 상 인덕턴스가 증가하기 시작하는 최소점까지의 시간의 비례 관계를 이용하여 상기 다음 상 인덕턴스의 상승각을 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 2상 스위치 컨버터; 및 상기 스위치 컨버터의 상 전류 및 상 전압을 이용하여 상 인덕턴스의 변곡점을 검출하며, 상기 검출된 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하는 제어부를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상 인덕턴스를 계산하는 인덕턴스 계산부; 상기 상 인덕턴스를 이용하여 상 인덕턴스의 변곡점을 검출하는 변곡점 검출부; 및 상기 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하여 상 전환 시점 계산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 상 전환 제어 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 비 정렬 위치에서 발생하는 상 인덕턴스의 변곡점을 파악하여 상 전환을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 기술에 비해 계산량을 줄일 수 있으며, 추가적인 하드웨어를 구비할 필요가 없고, 회전자 위치 정보의 검출 정확성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 룩업 테이블을 이용하여 상 전환을 제어하는 스위치드 릴럭턴스 전동기의 블록도를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 SRM 구동에 따른 인덕턴스를 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 위치에 따른 상 인덕턴스를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM의 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 인덕턴스와 회전자 위치 관계를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 인덕턴스 상승각 검출을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 상전환 시점을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 상 전환 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 상 인덕턴스 및 상 전류를 기반으로 상 인덕턴스 최소점을 검출하여 여자상 포인트를 결정한 일 예를 도시한 예시도.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 위치에 따른 상 인덕턴스를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시시예에서는 SRM이 2상 SRM인 것을 가정하여 이를 중심으로 설명하기로 한다. 여기서, SRM의 2상은 상보적으로 동작하지 않으며, 독립적으로 움직일 수 있다.
이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 도 3 및 도 4를 참조하여, SRM의 구동에 따른 회전자 위치 변화에 기반한 상 인덕턴스 변화에 대해 우선 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, SRM의 구동에 따른 인덕턴스의 변곡점을 전기적인 물리량을 이용하여 검출하며, 이를 기반으로 회전자 위치 정보를 획득함으로써 상 전환을 스위칭할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM은 종래의 룩업 테이블을 필요로 하지 않음으로써 추가적인 하드웨어를 구비할 필요가 없는 이점이 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 회전자의 극호 길이는 데드존을 줄이기 위해 고정자의 극호 길이보다 길게 형성될 수 있다. 회전자가 회전함에 따라 회전자의 극과 고정자의 극이 겹쳐지는 단면적이 변화하게 되며, 이로 인해 인턱턴스도 변화하게 된다. 회전자의 위치에 따른 상 인덕턴스의 변화를 수학식으로 표현하면 수학식 1과 같다.
Figure 112019019962113-pat00009
여기서, N은 상 권선의 턴 수를 나타내고,
Figure 112019019962113-pat00010
는 투자율을 나타내며,
Figure 112019019962113-pat00011
은 자속 경로 길이를 나타내고, A는 고정자 극과 회전자 극이 겹쳐지는 단면적을 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 제1 시점(
Figure 112019019962113-pat00012
)의 경우, 회전자의 극과 고정자의 극이 겹쳐지기 전으로, 회전자의 극과 고정자의 극의 겹쳐지는 단면적의 변화가 없기 때문에 인덕턴스의 변화도 발생하지 않는다.
회전자의 극이
Figure 112019019962113-pat00013
로 회전함에 따라 고정자의 극과 회전자 극이 겹쳐지는 단면적이 증가함에 따라 인덕턴스 또한 증가하게 된다. 모터는 인덕턴스가 양으로 증가하는 동안 구동되며, 음의 토크가 발생될 때는 발전기가 구동된다. 도 5에서 인덕턴스가 최소인 지점(Qon)이 스위치 턴 온 지점이 된다.
또한, 회전자의 극이
Figure 112019019962113-pat00014
로 회전함에 따라 고정자의 극과 회전자 극이 겹쳐지는 단면적이 감소하게 되며, 이로 인해 인덕턴스 또한 감소하게 된다.
도 4에서 회전자의 극과 고정자의 극이 일치하는 지점인
Figure 112019019962113-pat00015
지점을 정렬 위치라 칭하기로 한다.
다시 정리하면, 회전자의 극이
Figure 112019019962113-pat00016
로 회전함에 따라 회전자의 극과 고정자의 극이 겹쳐지는 단면적의 변화에 따라 상 인덕턴스가 변화하는 것을 알 수 있다. 즉, 상 인덕턴스는 회전자의 극과 고정자의 극이 겹쳐지는 단면적의 크기에 비례하는 것을 알 수 있다.
도 4에서
Figure 112019019962113-pat00017
는 회전자의 극과 고정자의 극이 겹쳐지기 시작할 때(
Figure 112019019962113-pat00018
)의 인덕턴스를 나타내고,
Figure 112019019962113-pat00019
는 회전자의 극과 고정자의 극이 완전히 겹쳐졌을 때(
Figure 112019019962113-pat00020
)의 인덕턴스를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 비 정렬 위치에서 상 인덕턴스의 변곡점을 파악하여 상 전환을 스위칭할 수 있다. 이에 대해 도 5을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM의 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 인덕턴스와 회전자 위치 관계를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 인덕턴스 상승각 검출을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 상전환 시점을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 구동 장치(500)는 2상 스위치 컨버터(510), AD 변환부(520), 제어부(530) 및 스위칭 발생 모듈(540)을 포함하여 구성된다. 물론, 이외에도 SRM 구동 장치(500)는 정류부, 커패시터 등을 더 포함할 수도 있으나, SRM 구동 장치의 일반적인 구성은 본 발명의 주요 논지와는 무관하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 주요 논지를 설명하기 위해 필요한 SRM 구동 장치의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
스위치 컨버터(510)는 2상 스위치 컨버터로, 비대칭 컨버터일 수 있다. 스위치 컨버터(510)는 상당 2개의 스위치 전력 스위치와 2개의 다이오드를 포함하며, 스위치 온/오프에 따라 자화모드, 프리휠링모드, 감자모드와 같은 3개의 모드로 운전된다.
자화모드의 경우, 각 상의 두개의 스위치(Sw1, Sw2 또는 Sw3, Sw4)가 모두 온(On)되어 직류단으로부터 공급되는 전원(
Figure 112019019962113-pat00021
)이 권선에 인가되어 여자된 상의 전류가 증가하게 된다.
프리휠링모드는 2개의 스위치 중 하나는 온(On) 상태를 유지하고 다른 스위치는 오프(Off)되어 1개의 다이오드와 1개의 스위치로 이루어진 프리휠링 회로(
Figure 112019019962113-pat00022
)가 구성되게 된다. 프리휠링 회로에 의해 만들어지는 폐회로를 따라 상의 전류는 유지된다.
감자모드는 각 상의 스위치가 모드 오프(off)되어 2개의 다이오드를 따라 전류가 감소하게 되며, 권선에는 -
Figure 112019019962113-pat00023
가 인가된다.
AD 변환부(520)는 스위치 컨버터(510)를 통해 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 수단이다.
예를 들어, AD 변환부(520)는 스위치 컨버터(510)로부터 출력되는 각 상의 전류 및 전압을 디지털 신호로 변환할 수 있다. AD 변환부(520)는 디지털 신호로 변환된 각 상의 전류 및 전압을 제어부(530)로 출력할 수 있다. 하기에서 별도의 설명이 없더라도 각 상의 전류 및 전압은 디지털 신호인 것으로 이해되어야 할 것이다.
제어부(530)는 각 상의 전류 및 전압을 이용하여 상 인덕턴스 변곡점을 파악한 후 이를 이용하여 상 전환을 제어하기 위한 수단이다.
제어부(530)는 인덕턴스 계산부(531), 변곡점 검출부(533), 상승각 계산부(535) 및 상 전환 시점 계산부(537)를 포함하여 구성된다.
인덕턴스 계산부(531)는 스위치 컨버터(510)로부터 각 상 전류 및 각 상 전압을 각각 입력 받으며, 이를 이용하여 상 인덕턴스를 계산할 수 있다.
상 인덕턴스는 전체 전기 사이클상에 존재하나 상 전류가 "0"으로 감소하면 상 인덕턴스의 값을 계산할 수 없게 된다. 상 전류가 구동시 각 상 별로 불연속이기 때문에 비 여자 상 어떠한 검출 신호도 주입되지 않으면 전체 사이클의 상 인덕턴스를 획득하기 어렵다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상 전류가 "0"일 때 상 인덕턴스는 계산 없이 "0"으로 설정하기로 한다.
상 인덕턴스는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019019962113-pat00024
여기서,
Figure 112019019962113-pat00025
는 상 전류를 나타내고,
Figure 112019019962113-pat00026
는 상 전압을 나타낸다. 또한,
Figure 112019019962113-pat00027
는 상 저항을 나타낸다.
인덕턴스 계산부(531)는 스위치 컨버터(510)로부터 지속적으로 상 전류 및 상 전압을 입력받고, 이를 이용하여 지속적으로 상 인덕턴스를 계산할 수 있다. 물론, 인덕턴스 계산부(531)는 a상 및 b상 인덕턴스를 각각 계산할 수 있음은 당연하다. 하기에서는 a상, b상을 구분하여 설명하고 있지 않으며, 상 인덕턴스는 시점에 따라 a상 인덕턴스일 수도 있으며 b상 인덕턴스일 수도 있다.
변곡점 검출부(533)는 계산된 상 인덕턴스를 이용하여 인덕턴스 변곡점을 검출하기 위한 수단이다.
예를 들어, 변곡점 검출부(533)는 과거와 현재의 상 인덕턴스의 값을 이용하여 인덕턴스 변곡점을 검출할 수 있다. 상 인덕턴스의 값은 고정자와 회전자의 상대 위치에 따라 주기적으로 변하게 된다. 이 주기를 전기각으로 나타내면 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019019962113-pat00028
여기서,
Figure 112019019962113-pat00029
는 회전자의 극수를 나타낸다.
상 인덕턴스는 특정 회전자 위치에서 기울기가 변하게 되는데, 기울기가 변하는 지점을 인덕턴스 변곡점이라 정의하기로 한다. 상 인덕턴스 변곡점이 발생되는 지점은 수학식 3과 같이 항상 동일한 주기를 가진다(도 6 참조). 이에, 본 발명의 일 실시예에서는 상 인덕턴스의 변곡점이 발생하는 지점을 파악한 후 이를 이용하여 상 전환 지점을 결정할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 변곡점 검출부(533)는 제어 주기마다 과거와 현재의 상 인덕턴스의 값을 이용하여 상 인덕턴스의 변곡점을 검출할 수 있다. 예를 들어, 변곡점 검출부(533)는 제어 주기마다 상 인덕턴스의 값의 이력을 이용하여 인덕턴스 기울기를 도출할 수 있으며, 인덕턴스 기울기를 이용하여 인덕턴스 변곡점을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 비정렬 위치에서의 인덕턴스 변곡점을 검출하는 것을 가정하기로 한다. 비정렬 위치에서의 인덕턴스 변곡점을 검출한다는 의미는 회전자와 고정자의 극이 정렬되지 않은 위치에서의 인덕턴스 변곡점을 검출하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 이를 다시 정리하면, 정렬 위치에서의 인덕턴스 변곡점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스가 증가하기 시작하는 시작점(최소점)을 본 발명의 일 실시예에서는 비정렬 위치에서의 인덕턴스 변곡점으로 검출하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 마찬가지로 정렬 위치에서의 인덕턴스 변곡점은 회전자와 고정자의 극이 정렬된 위치에서의 인덕턴스 최대점으로 이해되어야 할 것이다.
이미 전술한 바와 같이, 회전자의 극과 고정자의 극이 정렬되지 않음에 따라 인덕턴스는 양의 방향으로 증가하게 되며, 회전자의 극과 고정자의 극이 정렬되는 경우 인덕턴스의 값은 최대값을 가지게 되며 다시 회전자의 회전에 따라 회전자의 극과 고정자의 극이 겹쳐지는 단면적이 줄어듬에 따라 상 인덕턴스는 감소하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SRM은 2상 SRM으로 a상과 b상의 인덕턴스 최대점 사이의 회전자 위치 변경 각도는 90도로 일정하다. 이는 2상 SRM의 a상과 b상의 인덕턴스 최소점 사이의 회전자 위치 변경 각도에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상 인덕턴스 최대점은 제어 시간마다 상 인덕턴스의 값이 최대인 지점을 의미한다.
또한, 상 인덕턴스 최소점은 상 인덕턴스 최대점 검출 이후 다음 상 인덕턴스의 값이 증가하기 시작하는 시작점을 의미한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 변곡점 검출부(533)는 제어 주기마다 과거와 현재의 상 인덕턴스의 값과 기울기를 이용하여 상 인덕턴스의 변곡점을 검출할 수 있다. 예를 들어, 변곡점 검출부(533)는 제어 주기마다 이전 상 인덕턴스의 값과 현재의 상 인덕턴스의 값을 비교하여 인덕턴스 기울기를 획득할 수 있다. 이를 통해, 변곡점 검출부(533)는 이전 시점과 현재 시점의 인덕턴스 기울기를 비교하여 인덕턴스 변곡점을 검출할 수 있다. 인덕턴스 변곡점이 검출되면, 변곡점 검출부(533)는 검출된 인덕턴스 변곡점에 상응하는 상 인덕턴스 값을 저장한다. 변곡점 검출부(533)는 저장된 상 인덕턴스 값의 검출 영역을 정의할 수 있다.
이와 같이, 검출된 인덕턴스 변곡점에 상응하는 상 인덕턴스 값을 이용하여 검출 영역을 추가적으로 설정함으로써, 변곡점 검출부(533)는 그 다음 주기에 검출된 상 인덕턴스의 값이 검출 영역내에 포함되지 않으면, 인덕턴스 변곡점의 검출 과정을 완료하지 않고 이전 시점과 현재 시점의 인덕턴스 기울기를 비교하여 인덕턴스 변곡점을 검출 과정을 반복하여 수행하도록 할 수 있다.
상승각 계산부(535)는 상 인덕턴스의 상승각을 계산한다.
도 7을 참조하여 이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
이미 전술한 바와 같이, 상 인덕턴스 변곡점은 일정 주기마다 검출되며, 상 인덕턴스 변곡점 검출시, 회전자 위치 변경 각도는 90도로 일정하다. 물론, 본 발명의 일 실시예에서는 2상 SRM을 기반으로 설명하므로, 상 인덕턴스 변곡점(최대점) 사이의 회전자 위치 변경 각도가 90도가 되나, 3상 SRM에서는 각도가 상이해질 수 있음은 당연하다.
도 7을 참조하여, a상 인덕턴스 변곡점(최대점)이 710이고, b상 인덕턴스 변곡점(최대점)이 720이라고 가정하기로 한다. 720과 같이 b상 인덕턴스 변곡점이 검출된 이후 다음 상(a 상)의 인덕턴스가 증가하기 시작하는 시작점(상 인덕턴스 최소점)이 730과 같이 검출되었다고 가정하기로 한다.
상 인덕턴스 최대점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스 최소점이 검출되기까지의 시간(편의상 다음 상 인덕턴스 상승시간이라 칭하기로 함)을
Figure 112019019962113-pat00030
라 정의하기로 한다.
상승각 계산부(535)는 상 인덕턴스 최대점들 사이의 시간(
Figure 112019019962113-pat00031
)과 회전자 위치 변경 각도(90)에 대한 비례 관계를 이용하여 다음 상 인덕턴스 상승시간에 대한 인덕턴스 상승각을 도출할 수 있다. 이를 수학식으로 나타내면 수학식 4와 같다.
본 발명의 일 실시예에서 다음 상 인덕턴스 상승각은 상 인덕턴스 최대점 검출 이후 다음 상 인덕턴스 최소점까지의 회전자 위치 변경 각도로 이해되어야 할 것이다.
Figure 112019019962113-pat00032
여기서,
Figure 112019019962113-pat00033
는 상 인덕턴스 최대점 사이의 시간을 나타내고,
Figure 112019019962113-pat00034
는 상 인덕턴스 최대점 검출 이후 다음 상 인덕턴스가 증가하기 시작하는 시작점(다음 상 인덕턴스 최소점)까지의 시간을 나타낸다.
상 전환 시점 계산부(537)는 상 인덕턴스 상승각을 이용하여 상 전환 지점을 결정한다.
4/2 SRM에서 상 인덕턴스의 최대점과 다음 상 인덕턴스의 최대점 사이의 각도는 90도이므로, 상 인덕턴스의 최소점과 다음 상 인덕턴스의 최소점 사이의 각도 또한 90이므로 시간 간격은
Figure 112019019962113-pat00035
로 추정될 수 있다.
따라서, 상 전환 시점 계산부(537)는 상 인덕턴스 상승각을 이용하여 다음 상의 원하는 여자 지점을 수학식 5와 같은 비례식을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112019019962113-pat00036
예를 들어, S 상 전환 시점 계산부(537)는 상 인덕턴스의 최소점, 즉 상 인덕턴스의 상승각을 이용하여 제어 시간(
Figure 112019019962113-pat00037
)의 일정 % 이내로 여자 지점이 결정되도록 상 전환 지점을 결정할 수 있다.
예를 들어, 상 전환 시점 계산부(537)는
Figure 112019019962113-pat00038
의 90% 이내로 턴 온 시간(
Figure 112019019962113-pat00039
)을 결정할 수 있다. 다른 예를 들어, 상 전환 시점 계산부(537)는 턴 온 시간(
Figure 112019019962113-pat00040
)의 90% 시간 동안 턴 오프 시간(
Figure 112019019962113-pat00041
)을 결정할 수 있다(도 8 참조).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SRM 상 전환 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서는 2상 SRM 구동 장치의 제어부를 SRM 상 전환 제어 장치로 통칭하여 설명하기로 한다.
단계 910에서 SRM 상 전환 제어 장치(900)는 2상 스위치 컨버터(510)로부터의 각 상 전류 및 전압을 입력받고, 이를 이용하여 각 상 인덕턴스를 각각 계산한다. 이미 전술한 바와 같이, 각 상 인덕턴스는 전체 전기 사이클 상에 존재하나 상 전류가 "0"인 경우, 상 인덕턴스는 계산 없이 "0"으로 설정하기로 한다.
SRM 상 전환 제어 장치(900)는 스위치 컨버터(510)로부터 지속적으로 각 상 전류 및 전압을 입력받아 각 상 인덕턴스를 주기적으로 계산할 수 있음은 당연하다.
단계 915에서 SRM 상 전환 제어 장치(900)는 상 인덕턴스를 이용하여 상 인덕턴스 변곡점을 검출한다.
이미 전술한 바와 같이, 각 상 인덕턴스의 값의 히스토리를 이용하여 각 상 인덕턴스의 기울기를 획득할 수 있다. SRM 상 전환 제어 장치(900)는 각 상 인덕턴스 기울기를 이용하여 각 상 인덕턴스 변곡점을 각각 검출할 수 있다. 여기서, 각 상 인덕턴스 변곡점은 각 상 인덕턴스의 값이 최대인 지점(최대점)이거나 각 상의 인덕턴스의 값이 최소인 지점(최소점)일 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에서는 각 상 인덕턴스 최소점은 상 인덕턴스 최대점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스의 값이 증가하기 시작하는 시작점으로 정의하기로 한다.
SRM 상 전환 제어 장치(900)는 각 상 인덕턴스의 기울기를 이용하여 각 상 인덕턴스 변곡점을 저장한 후 그 다음 제어 주기에 검출된 상 인덕턴스의 값이 검출 영역내에 포함되지 않으면 인덕턴스 변곡점의 검출 과정을 완료하지 않고 이전 시점과 현재 시점의 인덕턴스 기울기를 비교하여 인덕턴스 변곡점 검출 과정을 반복하여 수행하도록 할 수 있다.
단계 920에서 SRM 상 전환 제어 장치(900)는 상 인덕턴스 변곡점을 이용하여 상 인덕턴스의 상승각을 계산한다.
예를 들어, SRM 상 전환 제어 장치(900)는 상 인덕턴스 변곡점 검출 이후 다음 제어 주기에서 상 인덕턴스가 증가하기 시작하는 시작점(다음 상 인덕턴스 최저점)까지의 시간을 카운트한다. SRM 상 전환 제어 장치(900)는 상 인덕턴스 변곡점(최대점) 사이의 시간 인터벌이
Figure 112019019962113-pat00042
이며, 상 인덕턴스 변곡점(최대점) 사이의 회전자 위치 변경 각도가 90도인 점을 이용하여 비례 관계식을 이용하여 상 인덕턴스 상승각을 계산할 수 있다. 이는 이미 전술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
단계 925에서 SRM 상 전환 제어 장치(900)는 상 인덕턴스의 상승각을 이용하여 다음 상의 여자 시간을 계산하여 상 전환 지점을 결정한다.
예를 들어, 상 인덕턴스 최저점과 다음 상 인덕턴스 최저점은 상 인덕턴스 변곡점(최대점) 사이의 시간 인터벌과 동일하므로
Figure 112019019962113-pat00043
로 추정될 수 있다. 또한, 상 인덕턴스 최저점과 다음 상 인덕턴스의 최저점 사이의 회전자 위치 변격 각도는 90도로 상 인덕턴스 변곡점(최대점) 사이의 각도와 동일하다.
따라서, 상 인덕턴스 상승각을 이용하여 다음 상 인덕턴스 상승각까지의 제어 시간(
Figure 112019019962113-pat00044
) 내에서 일정 비율(%)로 턴 온(turn on) 및 턴 오프(turn off) 시간 중 적어도 하나를 계산할 수 있다. 이는 이미 전술한 바와 같다.
SRM 상 전환 제어 장치(900)는 계산된 턴 온(turn on) 및 턴 오프(turn off) 시간 중 적어도 하나를 스위칭 발생 모듈(540)로 출력하며, 스위칭 발생 모듈(540)는 이를 기반으로 스위칭 제어 신호를 스위치 컨버터(510)로 출력할 수 있다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 상 인덕턴스 및 상 전류를 기반으로 상 인덕턴스 최소점을 검출하여 여자상 포인트를 결정한 일 예를 도시한 예시도이다. 도 10에서 보여지는 바와 같이, 상 인덕턴스 변곡점을 이용하여 정확하게 상 전환 지점을 결정할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
500: SRM 구동 장치
510: 2상 스위치 컨버터
520: AD 변환부
530: 제어부
531: 인덕턴스 계산부
533: 변곡점 검출부
535: 상승각 계산부
537: 상 전환 시점 계산부
540: 스위칭 발생 모듈

Claims (12)

  1. 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 상 전환 제어 방법에 있어서,
    상 인덕턴스의 변곡점을 각각 검출하는 단계-상기 상 인덕턴스의 변곡점은 제어 주기에서 상 인덕턴스의 값이 최대이거나 최소인 지점 중 적어도 하나임; 및
    상기 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 상 전환 지점을 결정하는 단계는,
    정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스의 값이 증가하기 시작하는 시작점까지의 상승 시간을 카운트하는 단계;
    상기 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점 사이의 시간과 회전자 위치 변경 각도에 대한 상기 상승 시간과 상기 다음 상 인덕턴스 상승각의 비례 관계를 이용하여 상기 다음 상 인덕턴스 상승각을 계산하는 단계;
    상기 다음 상 인덕턴스의 상승각을 이용하여 다음 상의 여자 지점을 상 전환 지점으로 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SRM 상 전환 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 다음 상 인덕턴스 상승각은 하기 수학식을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 SRM 상 전환 제어 방법.
    Figure 112021009383819-pat00045

    여기서,
    Figure 112021009383819-pat00046
    는 정렬 위치에서의 상 인덕턴스 변곡점 사이의 시간을 나타내고,
    Figure 112021009383819-pat00047
    는 상기 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스의 값이 증가하기 시작하는 시작점까지의 상승 시간을 나타냄.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 상 전환 지점은 하기 수학식을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 SRM 상 전환 제어 방법.
    Figure 112021009383819-pat00048

    여기서,
    Figure 112021009383819-pat00049
    는 상 인덕턴스의 변곡점 사이의 시간의 시간을 나타내며,
    Figure 112021009383819-pat00050
    는 상 인덕턴스 상승각을 나타내며,
    Figure 112021009383819-pat00051
    는 턴 온각을 나타내고,
    Figure 112021009383819-pat00052
    는 오프 각을 나타냄.
  7. 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 상 전환 제어 장치에 있어서,
    상 인덕턴스를 계산하는 인덕턴스 계산부;
    상기 상 인덕턴스를 이용하여 상 인덕턴스의 변곡점을 검출하는 변곡점 검출부-상기 상 인덕턴스의 변곡점은 제어 주기에서 상 인덕턴스의 값이 최대이거나 최소인 지점 중 적어도 하나임; 및
    상기 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하여 상 전환 시점 계산부를 포함하되,
    상기 상 전환 시점 계산부는,
    정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스의 값이 증가하기 시작하는 시작점까지의 상승 시간을 카운트하고, 상기 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점 사이의 시간과 회전자 위치 변경 각도에 대한 상기 상승 시간과 상기 다음 상 인덕턴스 상승각의 비례 관계를 이용하여 상기 다음 상 인덕턴스 상승각을 계산하며, 상기 다음 상 인덕턴스의 상승각을 이용하여 다음 상의 여자 지점을 상 전환 지점으로 계산하는 것을 특징으로 하는 상 전환 제어 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 변곡점 검출부는,
    비정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점을 검출하는 것을 특징으로 하는 상 전환 제어 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 2상 스위치 컨버터; 및
    상기 스위치 컨버터의 상 전류 및 상 전압을 이용하여 상 인덕턴스의 변곡점을 검출하며, 상기 검출된 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상 인덕턴스를 계산하는 인덕턴스 계산부;
    상기 상 인덕턴스를 이용하여 상 인덕턴스의 변곡점을 검출하는 변곡점 검출부-상기 상 인덕턴스의 변곡점은 제어 주기에서 상 인덕턴스의 값이 최대이거나 최소인 지점 중 적어도 하나임; 및
    상기 상 인덕턴스의 변곡점을 이용하여 상 전환 지점을 결정하여 상 전환 시점 계산부를 포함하되,
    상기 상 전환 시점 계산부는,
    정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점이 검출된 이후 다음 상 인덕턴스의 값이 증가하기 시작하는 시작점까지의 상승 시간을 카운트하고, 상기 정렬 위치에서의 상 인덕턴스의 변곡점 사이의 시간과 회전자 위치 변경 각도에 대한 상기 상승 시간과 상기 다음 상 인덕턴스 상승각의 비례 관계를 이용하여 상기 다음 상 인덕턴스 상승각을 계산하며, 상기 다음 상 인덕턴스의 상승각을 이용하여 다음 상의 여자 지점을 상 전환 지점으로 계산하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 장치.

  12. 삭제
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