KR102311288B1 - Method for controlling acceleration of a switched reluctance motor - Google Patents
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Abstract
스위치드 릴럭턴스 모터를 구동하는 구동 회로 및 이의 동작 방법이 개시된다. 본 개시의 기술적 사상에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)를 구동하는 구동 회로는, 상기 SR 모터의 회전자 주변에 배치되는 적어도 두 개의 위치 감지 센서를 구비하고, 상기 적어도 두 개의 위치 감지 센서에 의하여 감지되는 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 출력하는 위치 센서부, 수신되는 입력 전압을 구동 전압으로 변환하는 전압 변환 회로, 상기 SR 모터의 복수의 권선 코일들에 연결되고, 복수의 스위칭 신호들을 기초로 상기 구동 전압을 상기 복수의 권선 코일들에 인가하는 SR 모터 드라이버 및 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 SR 모터의 회전 속도 및 회전 방향을 검출하여 상기 SR 모터가 설정된 회전 방향 및 타켓 속도에 도달하도록 상기 복수의 스위칭 신호들을 조정하는 구동 컨트롤러를 포함하고, 상기 구동 컨트롤러는, 초기 구동 시 저주파의 기준 신호를 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 회전 방향이 설정된 회전 방향과 일치하고, 상기 회전 속도가 기준 속도에 도달하면 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성할 수 있다. A driving circuit for driving a switched reluctance motor and a method of operating the same are disclosed. A driving circuit for driving a switched reluctance motor (SR motor) according to the technical concept of the present disclosure includes at least two position detection sensors disposed around a rotor of the SR motor, and the at least two position detection sensors. a position sensor unit outputting at least two position sensing signals sensed by the The SR motor driver applies the driving voltage to the plurality of winding coils and generates the plurality of switching signals, and detects the rotation speed and rotation direction of the SR motor based on the at least two position sensing signals to determine the SR and a driving controller that adjusts the plurality of switching signals so that the motor reaches a set rotation direction and target speed, wherein the driving controller generates the plurality of switching signals based on a low-frequency reference signal during initial driving, When a rotation direction coincides with a set rotation direction and the rotation speed reaches a reference speed, the plurality of switching signals may be generated based on the at least two position sensing signals.
Description
본 개시의 기술적 사상은 스위치드 릴럭턴스 모터 (Switched Reluctance Motor; 이하, 'SR 모터'라 한다)를 구동하는 구동 회로 및 이의 동작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구동 회로가 SR 모터의 가속을 제어하는 방법에 관한 것이다. The technical idea of the present disclosure relates to a driving circuit for driving a switched reluctance motor (hereinafter referred to as an 'SR motor') and an operating method thereof, and more particularly, the driving circuit controls the acceleration of the SR motor. it's about how to
SR 모터는 자기저항(reluctance)의 변화에 따라 발생하는 토크를 이용하여 회전력을 발생시키는 전동기이다. SR 모터는 고성능 및 고내구성을 가지며, 구조가 단순하여 최근 폭넓은 관심을 받고 있다. SR 모터는, 세탁기, 냉장고, 에어컨, 쿠커 등과 같은 각종 가전기기나 다양한 운송기계, 의료 장비 등의 구동장치로서 사용될 수 있다. SR 모터가 탑재되는 시스템은 SR 모터의 속도를 피드백하고, 피드백 결과에 기초하여 SR 모터가 원하는 속도로 회전하도록 제어할 수 있다. The SR motor is a motor that generates rotational force by using the torque generated according to the change in reluctance. SR motors have recently received wide attention due to their high performance and durability, and their simple structure. The SR motor may be used as a driving device for various home appliances, such as washing machines, refrigerators, air conditioners, and cookers, various transport machines, and medical equipment. The system on which the SR motor is mounted may feed back the speed of the SR motor and control the SR motor to rotate at a desired speed based on the feedback result.
한편, SR 모터에 회전자의 초기 위치에 따라 전압이 인가될 경우, SR 모터가 역방향으로 회전할 수 있는데 이 경우 속도 제어로 인하여 SR 모터가 역방향으로 최대 속도로 급발진 하는 오동작이 발생할 수 있다. 따라서, SR모터의 역방향 회전을 방지하고 안정적으로 SR 모터를 가속시킬 수 있는 방법이 요구된다.On the other hand, when a voltage is applied to the SR motor according to the initial position of the rotor, the SR motor may rotate in the reverse direction. Accordingly, there is a need for a method capable of preventing the reverse rotation of the SR motor and stably accelerating the SR motor.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 SR 모터의 초기 구동 시, SR 모터가 회전하도록 SR 모터를 초기 구동하는 SR 모터 구동 회로 및 이의 동작 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY An object of the present disclosure is to provide an SR motor driving circuit that initially drives the SR motor so that the SR motor rotates when the SR motor is initially driven, and an operating method thereof.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 역방향 회전이 발생하지 않도록 SR 모터의 가속을 제어하는 SR 모터 구동 회로 및 이의 동작 방법을 제공하는데 있다. SUMMARY An object of the present disclosure is to provide an SR motor driving circuit for controlling acceleration of an SR motor so that reverse rotation does not occur, and an operating method thereof.
본 개시의 기술적 사상에 따른 SR 모터를 구동하는 구동 회로는, 상기 SR 모터의 회전자 주변에 배치되는 적어도 두 개의 위치 감지 센서를 구비하고, 상기 적어도 두 개의 위치 감지 센서에 의하여 감지되는 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 출력하는 위치 센서부, 수신되는 입력 전압을 구동 전압으로 변환하는 전압 변환 회로, 상기 SR 모터의 복수의 권선 코일들에 연결되고, 복수의 스위칭 신호들을 기초로 상기 구동 전압을 상기 복수의 권선 코일들에 인가하는 SR 모터 드라이버 및 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 SR 모터의 회전 속도 및 회전 방향을 검출하여 상기 SR 모터가 설정된 회전 방향 및 타켓 속도에 도달하도록 상기 복수의 스위칭 신호들을 조정하는 구동 컨트롤러를 포함하고, 상기 구동 컨트롤러는, 초기 구동 시 저주파의 기준 신호를 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 회전 방향이 설정된 회전 방향과 일치하고 상기 회전 속도가 기준 속도에 도달하면 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성할 수 있다. A driving circuit for driving an SR motor according to the technical spirit of the present disclosure includes at least two position detection sensors disposed around a rotor of the SR motor, and at least two position detection sensors sensed by the at least two position detection sensors. A position sensor unit that outputs position sensing signals, a voltage conversion circuit that converts a received input voltage into a driving voltage, is connected to a plurality of winding coils of the SR motor, and converts the driving voltage based on a plurality of switching signals to the plurality of The SR motor driver and the plurality of switching signals applied to the winding coils of a driving controller that adjusts the plurality of switching signals to reach a target speed, wherein the driving controller generates the plurality of switching signals based on a low-frequency reference signal during initial driving, and the rotation direction is set in a rotation direction and when the rotation speed reaches the reference speed, the plurality of switching signals may be generated based on the at least two position sensing signals.
본 개시의 기술적 사상에 따른 SR 모터의 가속을 제어하는 SR 모터 구동 회로 및 이의 동작 방법에 따르면, SR 모터의 초기 구동 시, 저주파수의 기준 신호를 기초로 SR 모터를 구동하고, SR 모터가 설정된 방향으로 정상적으로 회전하면 SR 모터의 회전자의 위치를 기초로 SR 모터를 구동하고, SR 모터의 속도를 제어함으로써, SR 모터가 역방향으로 회전하는 것을 방지하고, SR 모터를 안정적으로 구동시킬 수 있다. According to the SR motor driving circuit for controlling the acceleration of the SR motor and the operating method thereof according to the technical spirit of the present disclosure, when the SR motor is initially driven, the SR motor is driven based on a low-frequency reference signal, and the SR motor is set in a direction When rotating normally, the SR motor is driven based on the position of the rotor of the SR motor and the speed of the SR motor is controlled, thereby preventing the SR motor from rotating in the reverse direction and driving the SR motor stably.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 구동 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 구조 및 기본 동작 원리를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SRM 드라이버의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 구동을 위한 코일들의 여자 순서(excitation order)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 구동을 위한 스위칭 신호들의 파형을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 초기 구동 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 속도 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 구동 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 동작 방법을 설명하는 도면이다.1 is a block diagram illustrating an SR motor driving system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
2A and 2B are diagrams illustrating a structure and a basic operating principle of an SR motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure;
3 is a diagram illustrating the configuration of an SRM driver according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
4 is a diagram illustrating an excitation order of coils for driving an SR motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
5 is a diagram illustrating waveforms of switching signals for driving an SR motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
6 is a view for explaining an initial driving method of an SR motor system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
7 is a view for explaining a method of detecting a speed of an SR motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
8 is a view for explaining a method of driving an SR motor system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
9 is a view for explaining a method of operating an SR motor system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the technical idea of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 구동 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 구조 및 기본 동작 원리를 나타내는 도면이다. 본 개시의 예시적 실시예에 따른 SR 모터 시스템(10)은 믹서, 쿠커(cooker), 블랜더 등과 같은 조리 기기에 탑재될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, SR 모터 시스템(10)은 세탁기, 냉장고, 에어컨 등과 같은 각종 가전기기나 다양한 운송기계, 의료 장비 등에 탑재될 수 있다. SR 모터 시스템(10)은 탑재되는 가전 기기의 동작을 전반적으로 제어하는 메인 컨트롤러(20)의 제어에 기초하여 동작할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 메인 컨트롤러(20)를 함께 도시하기로 한다. 1 is a block diagram illustrating an SR motor driving system according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating the structure and basic operating principle of an SR motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The SR
도 1을 참조하면, SR 모터 시스템(10)은 SR 모터(110), SR모터 드라이버(120)(이하, SRM 드라이버라고 함), 위치 센서부(130), 구동 컨트롤러(140), 전압 변환 회로(150)를 포함할 수 있다. SR모터 드라이버(120), 위치 센서부(130), 구동 컨트롤러(140) 및 전압 변환 회로(150)는 SR 모터(110)의 구동을 위한 구동 회로로 지칭될 수 있다. Referring to FIG. 1 , the SR
SR 모터(110)는, 자기저항의 변화에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)를 이용하여 회전력을 얻을 수 있다. 도 2a를 참조하면, SR 모터(110)는 고정자(11)(stator) 및 회전자(12)(rotator)를 포함할 수 있다. 고정자(11) 및 회전자(12)는 투자율이 높은 자성 물질들로 구성될 수 있으며, 예컨대, 규소 강판이 적층된 구조를 가질 수 있다. SR 모터(110)는 고정자(11)와 회전자(12)가 모두 돌극형 구조를 가지는 이중 돌극형(double salient pole)구조를 가질 수 있다. 고정자(11) 및 회전자(12)는 각각 복수의 돌극(silent-pole)을 포함한다. 고정자(11)의 돌극들에는 코일(13)이 권선된다. 회전자(12)의 중심에는 SR 모터(110)의 샤프트가 연결되며, 회전자(12)와 동시에 회전하는 센서 마그넷이 샤프트 또는 회전자(12)에 장착될 수 있다. The SR
이하, 본 개시는 SR 모터(110)가 4상 모터 구조를 가지는 것을 일 예로서 설명하기로 한다. 그러나, 본 개시의 기술적 사상은 이에 제한되는 것은 아니며, SR 모터(110)의 구조는 가변될 수 있다. Hereinafter, the present disclosure will be described as an example that the
SR 모터(110)의 고정자(11)는 8개의 돌극들(예컨대, A극, B극, C극, D극, A'극, B'극, C'극, D'극)을 포함하고, 회전자(12)는 6개의 돌극들을 포함할 수 있다. 고정자(11)의 서로 대향하는 돌극들에는 코일이 권선된다. 도 2a에서는 A극과 A'극에 코일(13)이 감겨진 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, A극과 A'극, B극과 B'극, C극과 C'극, D극과 D'극에 각각 A상 코일, B상 코일, C상 코일 및 D상 코일이 권선될 수 있다.The
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 코일(13)의 양단에 전압이 인가되어, 즉 코일(13)이 통전되어 코일(13)에 전류가 흐르면, 코일(13)이 권선된 돌극들이 여자(excitation)되고, 전류의 방향에 직교하는 방향으로 자속이 발생한다. 예컨대, A극과 A'극에 권선된 코일(13)의 권선 방향에 따라서, A극의 오른쪽에서 왼쪽으로 전류(I)가 흐르면 A극과 A'극이 여자되고, 전류(I)에 직교하는 F1 방향으로 자속이 발생한다. 자속이 회전자(12)를 경유함에 따라서, 회전자(12)에 전류가 발생하고, 고정자(11)의 자속과 회전자(12)의 자속이 쇄교함에 따라 토크(torque)가 발생하게 된다. 이하, 본 개시에서, 돌극이 여자된다는 표현은 상기 돌극에 권선된 코일(13)이 통전됨으로써 여자된다는 의미와 동일하게 사용하기로 한다. 2A and 2B, when a voltage is applied to both ends of the
자속이 회전자(12)를 경유함에 따라서, 회전자(12)에 전류가 발생하고, 고정자(11)의 자속과 회전자(12)의 자속이 쇄교함에 따라 토크(torque)가 발생하게 된다. 즉, 고정자(11)와 회전자(12) 간에 작용하는 자기 흡인력에 의하여 토크가 발생할 수 있다. A상, B상, C 상 및 D상의 코일들에 순차적으로 전압이 인가됨으로써, 회전자(12)가 회전할 수 있다. As the magnetic flux passes through the
계속하여 도 1을 참조하면, 전압 변환 회로(150)는 수신되는 입력 전압(Vin)을 기초로 SR 모터(110)의 구동에 적합한 구동 전압(Vdc)을 생성할 수 있다. 예컨대, 입력 전압(Vin)은 상용 교류 전압일 수 있으며, 전압 변환 회로(150)는 교류 전압을 정류하여 직류 전압인 구동 전압(Vdc)으로 변환할 수 있다. 전압 변환 회로(150)는 구동 컨트롤러(140)의 제어에 기초하여 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨을 결정하고 가변시킬 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 있어서, 전압 변환 회로(150)는 메인 컨트롤러(20)의 제어에 기초하여 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨을 결정하고 가변시킬 수 있다. Continuing to refer to FIG. 1 , the
SRM 드라이버(120)(또는 SRM 인버터로 지칭됨)는 스위칭 동작을 통해, 구동전압(Vdc)을 SRM 모터(110)의 코일들(예컨대, A상, B상, C상 및 D상 코일들) 각각에 인가할 수 있다. SRM 드라이버(120)는 전압 변환 회로(150)로부터 제공되는 구동 전압(Vdc)을 SRM 모터(110)의 코일들에 인가할 수 있다. The SRM driver 120 (or referred to as an SRM inverter) applies the driving voltage Vdc to the coils of the SRM motor 110 (eg, A-phase, B-phase, C-phase and D-phase coils) through a switching operation. can be applied to each. The
SRM 드라이버(120)는 스위칭 소자들(후술되는 도 3의 Q1 내지 Q6)을 포함할 수 있으며, 스위칭 소자들이 스위칭 신호들(SSWs)에 응답하여 '턴-온' 또는 '턴-오프'되어 코일들에 전압을 인가할 수 있다. 또한, SRM 드라이버(120)는 SR 모터(110)의 상태를 감지하기 위한 센싱 신호들(Ssen), 예컨대, 전류, 온도, 전압 등을 센싱하기 위한 센싱 신호들(Ssen)을 출력할 수 있다. The
위치 센서부(130)는 회전자(12)의 각도 위치에 상응하는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 제공한다. 실시예에 있어서, 위치 센서부(130)는 센서 마그넷에 근접하게 배치되는 복수의 홀 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어서, 위치 센서부(130)는 제1 홀 센서(131) 및 제2 홀 센서(132)를 포함할 수 있다. 제1 홀 센서(131) 및 제2 홀 센서(132)는, 회전자(12)가 회전 시 센서 마그넷의 자기 신호를 감지하여, 각각 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 출력할 수 있다. The
구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)의 구동을 제어할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 메인 컨트롤러(20)로부터 SR 모터(110)의 동작 여부, 회전 방향, 회전 속도, 전압 설정 등에 대한 지령들을 구동 제어 신호로서 수신하고, 수신된 구동 제어 신호에 기초하여 SR 모터 시스템(10)의 전반적인 동작, 즉 SR 모터(110)의 구동을 위한 동작을 제어할 수 있다. The driving
구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)의 초기 구동, 저속 구동, 중속 구동, 고속 구동, 가속, 정지 및 긴급 정지 등을 제어할 수 있으며, 이러한 구동 또는 제동 제어를 위한 제어 모듈들 및/또는 회로들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈들은 하드웨어 또는 소프트웨어(또는 펌웨), 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.The
실시예에 있어서, 구동 컨트롤러(140)는 마이크로 컨트롤러(또는 마이크로 컴퓨터)로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 구동 컨트롤러(140)는 CPU(Central Processing Unit), 프로세서, DSP(Digital Signal Processing), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP), MCU(Micro Controller Unit), 또는 FPGA(field programmable gate array)와 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다. In an embodiment, the driving
구동 컨트롤러(140)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 생성기(141)를 포함할 수 있으며, PWM 신호 생성기(141)는 PWM 신호들을 생성하고, PWM 신호들을 스위칭 신호들(SSWs)로서 제공할 수 있다. PWMW 신호 생성기(141)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2) 또는 기준 신호를 기초로, PWM 신호들, 즉 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있으며, 소정의 제어 신호 및 센싱 신호들(Ssen)을 기초로 PWM 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절할 수 있다. 이때, 기준 신호는 소정의 주파수 이하의 저주파수의 신호로서 초기 구동 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 대체하는 가상의 센싱 신호일 수 있다. 기준 신호는 구동 컨트롤러(140)에서 내부적으로 생성되거나 또는 외부(예컨대, 메인 컨트롤러(20) 또는 다른 회로)로부터 제공될 수 있다. 실시예에 있어서, PWM 신호 생성기(141)는 구동 컨트롤러(140)와 별개의 구성으로서 구현될 수도 있다. The driving
PWM 신호 생성기(141)에서 생성된 스위칭 신호들(SSWs)은 SRM 드라이버(120)에 제공될 수 있다. 도시되지 않았으나, SR 모터 시스템(10)은 레벨 쉬프터 회로를 더 포함하고, 스위칭 신호들(SSWs)은 레벨 쉬프터 회로를 통해, 전압 레벨이 SRM 드라이버(120)에 구비되는 스위칭 소자들을 제어할 수 있는 레벨로 변환되고, 레벨 변환된 스위칭 신호들(SSWs)이 SRM 드라이버(120)에 제공될 수 있다. The switching signals SSWs generated by the
구동 컨트롤러(140)는 설정된 회전 방향 및 속도 등에 기초하여, PWM 신호 생성기(141)가 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하도록 제어할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)의 회전 속도를 검출하고, SRM 드라이버(120)로부터 출력되는 센싱 신호(Ssen)를 기초로, SRM 모터(110)의 코일들을 통해 흐르는 전류량을 검출할 수 있으며, 속도 지령에 따른 타겟 속도와 SR 모터(110)의 회전 속도(즉, 현재 속도)의 차이를 기초로 SRM 모터(110)의 코일들을 통해 흐르는 전류량을 증가시키거나 또는 감소시키기 위하여 PWM 신호 생성기(141)가 스위칭 신호들(SSWs)의 듀티비를 조절하도록 제어할 수 있다. The driving
한편, 구동 컨트롤러(140)는 초기 구동 시(예컨대, 기동 단계), PWM 신호 생성기(141)가 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)이 아닌, 저주파의 기준 신호를 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하도록 제어할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 기준 신호의 주파수를 점진적으로 증가시킬 수 있다. On the other hand, when the driving
실시예에 있어서, 구동 컨트롤러(140)는 초기 구동 시 전압 변환 회로(150)가 타겟 전압 레벨(예컨대 기본 설정된 전압 레벨) 보다 낮은 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 생성하도록 제어할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 기준 신호의 주파수 증가에 상응하여 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨이 증가되도록 전압 변환 회로(150)를 제어할 수 있다. In an embodiment, the driving
이때, 구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)가 정방향, 예컨대 메인 컨트롤러(20)의 제어에 따라 설정된 방향으로 정상적으로 회전하는지 판단할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)가 정방향으로 회전한다고 판단되면 이후, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)를 구동할 수 있다. 다시 말해서, 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)가 정방향으로 소정의 기준 속도 이상의 속도로 회전한다고 판단되면 PWM 신호 생성기(141)가 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하도록 제어할 수 있다. 또한, 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)가 정방향으로 회전한다고 판단되면 그 이후부터 타겟 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 생성하도록 전압 변환 회로(150)를 제어할 수 있다. In this case, the driving
이와 같이, 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)의 초기 구동 시(예컨대 저속구동 시) 저주파의 기준 신호를 기초로 SR모터(110)를 구동하되, 기준 신호의 주파수를 점진적으로 증가시킴으로써, SR 모터(110)의 속도를 증가시키고, SR 모터(110)가 중, 고속으로 동작 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)를 구동함으로써, SR 모터(110)의 동작 상태의 피드백을 기초로, 설정된 속도로 동작하도록 제어할 수 있다. In this way, the
예를 들어, PWM 신호 생성기(141)는 초기 구동 시, 구동 컨트롤러(140)로부터 또는 외부 신호 생성기로부터 제공되는 저주파의 기준 신호를 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하고, 기준 신호의 주파수는 점진적으로 증가될 수 있다. 기준 신호의 최초 주파수는 10Hz(hertz) 이하일 수 있으며, 실시예에 있어서, 기준 신호의 최초 주파수는 0Hz일 수 있다. 전압 변환 회로(150)는 낮은 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 생성할 수 있으며, 예컨대, 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨은 초기 구동 시, SRM 드라이버(120)가 정상적으로 동작할 수 있는 최소 전압 레벨, 예컨대, SRM 드라이버(120)에 구비되는 스위칭 소자들이 턴-온(또는 턴-오프)시킬 수 있는 최소 전압 레벨이거나 또는 최소 전압 레벨에 근접할 수 있다. 전압 변환 회로(150)는 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨을 증가시킬 수 있다. For example, during initial driving, the
SR 모터(110)가 정방향으로 안정적인 속도, 예컨대 기준 속도 이상으로 회전하는 시점부터 PWM 신호 생성기(141)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하고, 전압 변환 회로(150)는 타겟 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 생성할 수 있다. From the point in time when the
SR 모터 시스템(10)의 초기 구동 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)의 회전자의 초기 위치에 따라 SR 모터(110)를 구동할 경우, 예컨대 초기 위치에 따라 여자 전압을 인가할 경우 SR 모터(110)는 역방향으로 회전할 수 있으며, SR 모터(110)가 설정된 속도로 가속되도록 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)의 주파수가 증가함으로써, 역방향 회전이 더욱 가속되어 SR 모터가 역방향으로 급발진하는 현상이 발생할 수 있다. When the
그러나, 전술한 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 SR 모터 시스템(10)은 SR 모터(110)의 초기 구동 시, 저주파의 기준 신호 및 저전압의 구동 전압(Vdc)을 기초로 SR 모터(110)를 구동하고, SR 모터(110)가 정방향으로 기준 속도가 되도록 기준 신호의 주파수 및 저전구동 전압(Vdc)의 전압 레벨을 점진적으로 증가시킬 수 있다. SR 모터 시스템(10)은 SR 모터(110)가 안정적으로 동작하면, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2), 즉 SR 모터(110)의 회전자의 위치 정보를 기초로 SR 모터(110)가 타겟 속도로 회전하도록 구동 할 수 있다. 이에 따라서, SR 모터(110)가 역방향 회전의 위험 없이, 목표하는 방향 및 속도로 안정적으로 동작할 수 있다. However, as described above, when the
도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SRM 드라이버의 구성을 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, SR 모터(도 1의 10)에 권선된 코일들을 나타내는 등가 회로(10')를 함께 도시한다. 등가 회로(10')는 고정자(11)에 권선된 4상의 코일들(La, Lb, Lc, Ld)을 포함한다. 3 is a diagram illustrating the configuration of an SRM driver according to an exemplary embodiment of the present disclosure. For convenience of explanation, an
SRM 드라이버(120)는 커패시터(C1), 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6), 복수의 다이오드들(D1 내지 D6)을 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor) 등으로 구현될 수 있다. The
커패시터(C1)는 DC 링크 커패시터로서, 제1 입력 노드(Ip) 및 제2 입력 노드(In)(즉, DC 링크)에 연결되며, 제1 및 제2 입력 노드(Ip, In)를 통해 수신되는 구동 전압(Vdc)(구동 전압)을 안정적으로 제공할 수 있다. The capacitor C1 is a DC link capacitor, which is connected to the first input node Ip and the second input node In (ie, the DC link), and is received through the first and second input nodes Ip and In. It is possible to stably provide the driving voltage Vdc (the driving voltage).
제1 스위칭 소자(Q1) 및 제1 다이오드(D1)는 제1 노드(N1)를 통해 A상 코일(La)의 일 단(A극 방향의 단자) 및 C상 코일(Lc)의 일 단(C극 방향의 단자)에 전기적으로 연결된다. 제2 스위칭 소자(Q2) 및 제2 다이오드(D2)는 제2 노드(N2)를 통해 A상 코일(La)의 타 단(A'극 방향의 단자)에 연결되고, 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제3 다이오드(D3)는 제3 노드(N3)를 통해 C상 코일(Lc)의 타 단(C'극 방향의 단자)에 전기적으로 연결된다. 제4 스위칭 소자(Q4) 및 제4 다이오드(D4)는 제4 노드(N4)를 통해 B상 코일(Lb)의 일 단(B극 방향의 단자) 및 D상 코일(Ld)의 일 단(D극 방향의 단자)에 연결된다. 제5 스위칭 소자(Q5) 및 제5 다이오드(D5)는 제5 노드(N5)를 통해 B상 코일(Lb)의 타 단(B'극 방향의 단자)에 연결되고, 제6 스위칭 소자(Q6) 및 제6 다이오드(D6)는 제6 노드(N6)를 통해 D상 코일(Ld)의 타 단(D' 극 방향의 단자)에 연결된다. The first switching element Q1 and the first diode D1 have one end (terminal in the A-pole direction) of the A-phase coil La and one end of the C-phase coil Lc through the first node N1 ( terminal in the direction of the C pole). The second switching element Q2 and the second diode D2 are connected to the other end (a terminal in the A' pole direction) of the phase A coil La through the second node N2, and the third switching element Q3 ) and the third diode D3 are electrically connected to the other end (terminal in the direction of the C′ pole) of the phase C coil Lc through the third node N3 . The fourth switching element Q4 and the fourth diode D4 are connected to one end (terminal in the B-pole direction) of the B-phase coil Lb and one end of the D-phase coil Ld through the fourth node N4 ( terminal in the direction of the D pole). The fifth switching element Q5 and the fifth diode D5 are connected to the other end (a terminal in the B' pole direction) of the B-phase coil Lb through the fifth node N5, and the sixth switching element Q6 ) and the sixth diode D6 are connected to the other end (terminal in the direction of the D′ pole) of the D-phase coil Ld through the sixth node N6.
A상 코일(La) 및 C상 코일(Lc)은 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제1 다이오드(D1)를 공유할 수 있으며, B상 코일(Lb) 및 D상 코일(Ld)은 제4 스위칭 소자(Q4) 및 제4 다이오드(D4)를 공유할 수 있다. 이와 같은, 스위칭 소자 공유 방식이 적용됨으로써, SR 모터(110)를 구동하기 위한 스위칭 소자 및 다이오드의 개수가 감소될 수 있으며, SRM 드라이버(120)의 회로 사이즈가 감소될 수 있다. The A-phase coil La and the C-phase coil Lc may share the first switching element Q1 and the first diode D1, and the B-phase coil Lb and the D-phase coil Ld are the fourth The switching element Q4 and the fourth diode D4 may be shared. By applying such a switching element sharing method, the number of switching elements and diodes for driving the
스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)은 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2) 중 대응하는 스위칭 신호에 응답하여 '턴-온' 또는 '턴-오프'하는 스위칭 동작을 수행함으로써, 코일들(La, Lb, Lc, Ld)에 전압을 인가할 수 있다. A상, B상, C상 및 D상의 코일들(La, Lb, Lc, Ld) 각각은 양단에 연결된 스위칭 소자들이 '턴-온'되면 통전될 수 있다. 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)의 스위칭 동작에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. The switching elements Q1 to Q6 perform a switching operation of 'turn-on' or 'turn-off' in response to a corresponding switching signal among the switching signals S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, and S2L2. , a voltage may be applied to the coils La, Lb, Lc, and Ld. Each of the A-phase, B-phase, C-phase, and D-phase coils La, Lb, Lc, and Ld may be energized when the switching elements connected to both ends are 'turned-on'. The switching operation of the switching elements Q1 to Q6 will be described in more detail with reference to FIG. 5 .
복수의 다이오드들(D1 내지 D6)은 코일들(La, Lb, Lc, Ld)에 전압을 인가된 후, 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)이 '턴-오프'시에 생성되는 역기전압을 환류시킬 수 있다. After voltage is applied to the coils La, Lb, Lc, and Ld, the plurality of diodes D1 to D6 reflux the counter electromotive voltage generated when the switching elements Q1 to Q6 are 'turned off'. can do it
한편, SRM 드라이버(120)는 SR 모터(110)의 상태를 감지하기 위한 센싱부(SU)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 센싱부(SU)는 DC 링크에 흐르는 전류를 검출하기 위한 저항(Rsen)을 더 포함할 수 있다. 저항(Rsen) 양단의 센싱 전압들(Vsen)이 센싱 신호로서, 구동 컨트롤러(도 1의 140)에 제공되면, 구동 컨트롤러(140)는 센싱 전압들(Vsen)및 저항(Rsen)의 저항값을 기초로 DC 링크의 전류를 검출할 수 있다. Meanwhile, the
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 구동을 위한 여자 순서(excitation order)를 나타내는 도면이다. 예시적으로 회전자(12)가 시계 방향으로 회전하는 실시예가 도시된다. 4 is a diagram illustrating an excitation order for driving an SR motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure. An exemplary embodiment in which the
도 2a 및 도 2b를 참조하여 전술한 바와 같이, 고정자(11)의 돌극들은 각 돌극들에 권선된 코일이 통전됨으로써 여자될 수 있으며, 고정자(11)의 돌극들이 반시계 방향으로 차례로 여자되면, 회전자(12)가 시계 방향으로 회전할 수 있다. 예컨대, 제1 단계(step1), 제2 단계(step2), 제3 단계(step3) 및 제4 단계(Step4)가 차례로 진행됨에 따라 고정자(11)의 돌극들이 반시계 방향으로 차례로 여자되고, 이에 따라 회전자(12)의 회전자(12)의 돌극, 예컨대 제1 돌극(P1)이 시계 방향으로 회전함을 알 수 있다. As described above with reference to FIGS. 2A and 2B , the salient poles of the
제1 단계에서, 고정자(11)의 A극과 A'극이 여자되고, 도시된 방향과 같이 자기력선이 발생한다. 자기 흡인력에 의하여 고정자(11)의 A극에 인접한 제1 돌극(P1)이 고정자(11)의 A극에 정렬된다. 제2 단계에서, B극과 B'극이 여자되고, 제1 단계에서 고정자(11)의 B극에 가장 인접했던 회전자(12)의 돌극이 B극에 정렬된다. 이에 따라서, 제1 돌극(P1)은 15도 회전할 수 있다. 이후, 제3 단계에서 C극과 C'극이 여자되고, 제4 단계에서 D극과 D'극이 여자되면, 각 단계에서, 제1 돌극(P1)이 15도씩 회전할 수 있다. 제1 단계 내지 제4 단계가 차례로 진행됨에 따라서 회전자(12)가 시계 방향으로 60도 회전할 수 있으며, 제1 단계 내지 제4 단계의 진행이 6번 수행되면 회전자(12)가 360도, 즉 일 회전할 수 있다. 예컨대, 1초 동안 제1 단계 내지 제4 단계의 진행이 6번 수행되면, 즉 코일들이 6Hz로 통전되면, 1분 동안 회전자(12)는 60회 회전할 수 있다. SR 모터(110)에서, 주파수 6Hz는 6RPM을 의미하게 된다. In the first step, the A pole and the A' pole of the
한편, 전술한 바와 반대로, 고정자(11)의 돌극들이 시계 방향으로 여자되면, 즉, 제4 단계, 제3 단계, 제2 단계 및 제1 단계가 차례로 진행되면, 회전자(12)가 반시계 방향으로 회전할 수 있다. On the other hand, contrary to the above, when the salient poles of the
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 구동을 위한 스위칭 신호들의 파형을 나타내는 도면이다. 도 5는 SR 모터가 목표하는 방향으로 안정적으로 동작할 경우, 스위칭 신호 생성부(도 1의 141)에서 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 생성되는 스위칭 신호들의 파형을 나타낸다. 5 is a diagram illustrating waveforms of switching signals for driving an SR motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 5 shows waveforms of switching signals generated by the switching signal generator ( 141 of FIG. 1 ) based on the position sensing signals PSS1 and PSS2 when the SR motor stably operates in a target direction.
도 5는, 도 4에 도시된 바와 같이 SR 모터(110)의 회전자(12)가 시계 방향으로 회전하도록 제어하기 위한 SRM 드라이버(도 3의 120)의 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)의 파형을 나타낸다. 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)은 PWM 신호 생성기(도 1의 141)에서 생성될 수 있다. 도 3을 함께 참조하여 설명하기로 한다. 5 is, as shown in FIG. 4, the switching signals S1H, S1L1, S1L2, of the SRM driver (120 of FIG. 3) for controlling the
PWM 신호 생성기(도 1의 141)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)의 조합에 기초하여 P1 내지 P4 구간을 구분하고, P1 내지 P4 구간에 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)을 생성할 수 있다. 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)은 제1 레벨, 예컨대 로직 하이 및 제2 레벨, 예컨대 로직 로우를 가질 수 있다. 실시예에 있어서, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)의 제1 레벨의 구간 및 제2 레벨의 구간은 서로 동일할 수 있으며, 한 주기(예컨대, P1 내지 P4 구간)에서, 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)는 90도의 위상 차이를 가질 수 있다. The PWM signal generator ( 141 of FIG. 1 ) divides the period P1 to P4 based on the combination of the position sensing signals PSS1 and PSS2 , and switches the switching signals S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1 in the period P1 to P4. , S2L2) can be created. The position sensing signals PSS1 and PSS2 may have a first level, for example, a logic high level, and a second level, for example, a logic low level. In an embodiment, the section of the first level and the section of the second level of the position sensing signals PSS1 and PSS2 may be the same, and in one period (eg, section P1 to P4), the first position sensing signal The phase difference between the PSS1 and the second position sensing signal PSS2 may be 90 degrees.
우선, P1 구간에 S1H 신호 및 S1L1 신호가 생성될 수 있다. 본 개시에서, 신호가 생성된다는 것은 상기 신호가 활성 레벨로 천이된다는 것을 의미한다. 이에 따라서, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)가 '턴-온'되어 A상 코일(La)이 통전될 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q1), A상 코일(La), 및 제2 스위칭 소자(Q2)를 통해 전류가 흐를 수 있다. First, the S1H signal and the S1L1 signal may be generated in the P1 period. In the present disclosure, generating a signal means that the signal transitions to an active level. Accordingly, the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are 'turned-on', so that the A-phase coil La may be energized. A current may flow through the first switching element Q1 , the A-phase coil La, and the second switching element Q2 .
한편, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)가 P1 구간 동안 '풀-온'되면, 전류가 과다하게 유입될 뿐만 아니라, 전류의 양을 조절하기가 어려워진다. 반면, P1 구간에, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 '턴-온' 및 '턴-오프'가 반복되면, 즉 반복 스위칭되면, 전류의 양이 조절될 수 있다. 그러나, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)가 모두 반복 스위치할 경우, 스위칭 손실이 발생할 수 있다. 따라서, 제2 스위칭 소자(Q2)가 '풀-온'되고, 제1 스위칭 소자(Q1)가 반복 스위칭함으로써, 전류의 양을 조절할 수 있다. 따라서, P1 구간에, 제2 스위칭 소자(Q2)가 '풀-온'되도록 제어하는 활성 레벨, 예컨대 로직 하이를 갖는 S1L1 신호 및 제1 스위칭 소자(Q1)가 스위칭되도록 제어하는 펄스폭 변조된 S1H 신호가 생성될 수 있다. 이와 유사하게, 다른 구간들, 즉 P2, P3, 및 P4 구간에도 스위칭 소자들이 '턴-온'되도록 제어하는 두 스위칭 신호들 중 하나는 펄스폭 변조된 신호로서 생성될 수 있다.On the other hand, when the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are 'pull-on' during the period P1, current is excessively introduced and it is difficult to control the amount of current. On the other hand, in the period P1, if the 'turn-on' and the 'turn-off' of the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are repeated, that is, repeatedly switched, the amount of current may be adjusted. . However, when both the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are repeatedly switched, a switching loss may occur. Accordingly, the second switching element Q2 is 'pull-on' and the first switching element Q1 is repeatedly switched, thereby controlling the amount of current. Accordingly, in the period P1, the S1L1 signal having an active level, for example, a logic high for controlling the second switching element Q2 to be 'pull-on', and the pulse width modulated S1H for controlling the switching of the first switching element Q1 A signal may be generated. Similarly, one of the two switching signals controlling the switching elements to be 'turned-on' in other sections, ie, sections P2, P3, and P4, may be generated as a pulse width modulated signal.
P2 구간에 S2H 신호 및 S2L1 신호가 생성될 수 있으며, S2H 신호 및 S2L1 신호에 응답하여, 제4 스위칭 소자(Q4) 및 제5 스위칭 소자(Q5)가 '턴-온'되어 D상 코일(Ld)이 통전될 수 있다. P3 구간에 S1H 신호 및 S1L2 신호가 생성될 수 있으며, S1H 신호 및 S1L2 신호에 응답하여, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제3 스위칭 소자(Q3)가 '턴-온'되어 C상 코일(Lc)이 통전될 수 있다. 또한, P4 구간에 S2H 신호 및 S2L2 신호가 생성될 수 있으며, S2H 신호 및 S2L2 신호에 응답하여, 제4 스위칭 소자(Q4) 및 제6 스위칭 소자(Q6)가 '턴-온'되어 B상 코일(Lb)이 통전될 수 있다. The S2H signal and the S2L1 signal may be generated in the P2 period, and in response to the S2H signal and the S2L1 signal, the fourth switching element Q4 and the fifth switching element Q5 are 'turned on' to turn on the D-phase coil Ld ) can be energized. The S1H signal and the S1L2 signal may be generated in the P3 period, and in response to the S1H signal and the S1L2 signal, the first switching element Q1 and the third switching element Q3 are 'turned on' to turn on the C-phase coil Lc ) can be energized. In addition, the S2H signal and the S2L2 signal may be generated in the P4 period, and in response to the S2H signal and the S2L2 signal, the fourth switching element Q4 and the sixth switching element Q6 are 'turned-on' to the B-phase coil (Lb) can be energized.
이와 같이, P1 구간 내지 P4 구간에 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)이 생성되고, 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)이 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)에 인가됨으로써, 고정자(11)의 돌극들에 권선된 4상 코일들(La, Lb, Lc, Ld)이 반시계 방향으로 통전되고, 회전자(12)가 시계 방향으로 회전할 수 있다. 4상 코일들(La, Lb, Lc, Ld) 각각에 흐르는 전류는 상전류 또는 여자 전류로 지칭될 수 있다.In this way, the switching signals S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, and S2L2 are generated in the period P1 to P4, and the switching signals S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2 are connected to the switching elements ( By being applied to Q1 to Q6), the four-phase coils La, Lb, Lc, and Ld wound on the salient poles of the
한편, SR 모터 초기 구동 시, 스위칭 신호 생성부(도 1의 141)는 적어도 하나의 기준 신호를 기초로 스위칭 신호들을 생성할 수 있으며, 도 5에서, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)은 적어도 하나의 기준 신호로 대체될 수 있다. Meanwhile, when the SR motor is initially driven, the switching signal generator ( 141 of FIG. 1 ) may generate switching signals based on at least one reference signal, and in FIG. 5 , the position sensing signals PSS1 and PSS2 are at least It may be replaced with one reference signal.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 초기 구동 방법을 설명하는 도면이다. 6 is a view for explaining an initial driving method of an SR motor system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
도 6을 참조하면, 구동 컨트롤러(140)에 구비되는 PWM 신호 생성기(141), 속도 검출부(142), 기준 신호 생성기(143), 및 기동 제어부(144)가 SRM 모터(110)의 초기 구동을 위하여 동작할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the
초기 구동 시, PWM 신호 생성기(141)는 기준 신호 생성기(143)로부터 출력되는 적어도 하나의 기준 신호(S_REF)를 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있다. 도 6에서는 하나의 기준 신호(S_REF)가 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기준 신호(S_REF)는 초기 구동 시, 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 대체하는 가상 센싱 신호일 수 있으며, 기준 신호 생성기(143)는 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)와 같은 위상 변화 관계를 가지는 두 개의 기준 신호(S_REF)를 생성할 수 있다. 예컨대 두 개의 기준 신호(S_REF)는 약 90도(degree)의 위상 차이를 갖는 저주파 신호들일 수 있다. During initial driving, the
SRM 드라이버(120)는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, PWM 신호 생성기(141)로부터 제공되는 스위칭 신호들(SSWs) 및 전압 변환 회로(150)로부터 제공되는 구동 전압(Vdc)을 기초로 SR 모터(110)를 구동할 수 있다. SR 모터(110)가 구동되기 시작할 때, 즉 최초 구동 시, 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨은 타겟 전압 레벨보다 낮고, 기준 신호(S_REF)는 0Hz 에 가까운 매우 낮은 주파수를 가질 수 있다.As described with reference to FIGS. 3 to 5 , the
초기 구동부(144)는 기준 신호(S_REF)의 주파수가 점진적으로 증가되도록 기준 신호 생성기(143)를 제어하고, 또한, 구동 전압(Vdc)이 점진적으로 증가되도록 전압 변환 회로(150)를 제어할 수 있다. 이에 따라서, SR 모터(110)가 설정된 방향으로 회전하고, 회전 속도가 증가될 수 있다. The
한편, 속도 검출부(142)는 SR 모터(110)의 회전 방향 및 속도를 검출할 수있다. 속도 검출부(142)는 위치 센서부(130)의 제1 홀센서(131) 및 제2 홀센서(132)로부터 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 수신하고, 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 기초로 SR 모터(110)의 속도를 검출(추정)할 수 있다. 속도 검출부(142)는 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)의 주파수 분석을 통하여 SR 모터(110)의 속도(ωm)(회전 속도)를 검출할 수 있다. 속도 검출부(142)는 도 7의 속도 검출 방법에 따라서, 속도(ωm)를 검출할 수 있다. 또한, 속도 검출부(142)는 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)의 위상 변화를 기초로 SR 모터(110)의 회전 방향을 검출할 수 있다. 속도 검출부(142)는 검출된 속도(ωm) 및 회전 방향(DS)을 초기 구동부(144)에 제공할 수 있다. Meanwhile, the
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 속도 검출 방법을 설명하는 도면이다. 7 is a view for explaining a method of detecting a speed of an SR motor according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
도 7을 참조하면, 위치 센싱 신호(PSS)(예컨대 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 또는 제2 위치 센싱 신호(PSS2))는 제1 레벨, 예컨대 로직 하이 및 제2 레벨, 예컨대 로직 로우를 가질 수 있다. 위치 센싱 신호(PSS)의 폭(예컨대 제1 레벨의 구간)은 센서 마그넷과 홀센서들(131, 132)의 배치에 따라서 달라질 수 있다. 이상적인 위치 센싱 신호(PSS)에서, 제1레벨의 구간과 제2 레벨의 구간이 동일할 수 있다. Referring to FIG. 7 , the position sensing signal PSS (eg, the first position sensing signal PSS1 or the second position sensing signal PSS2) may have a first level, such as a logic high and a second level, such as a logic low. can A width (eg, a section of the first level) of the position sensing signal PSS may vary depending on the arrangement of the sensor magnet and the
속도 검출부(142)는 위치 센싱 신호(PSS)를 샘플링(또는 캡쳐)함으로써, 위치 센싱 신호(PSS)의 주파수를 인식할 수 있다. 위치 센싱 신호(PSS)의 주파수는 SR 모터(110)의 회전 속도, 즉 속도(ωm)와 정비례할 수 있다. SR 모터(110)의 회전자(12)는 6개의 돌극들을 포함하므로, 회전자(12)가 1회전 할 때, 6개의 주기가 발생한다. 속도 검출부(142)는 1초에 수 MHz로 위치 센싱 신호(PSS)를 샘플링하여, 위치 센싱 신호(PSS)의 라이징 엣지(RE1)들 및 폴링 엣지(FE)들을 검출하고, 라이징 엣지(RE)와 폴링 엣지(FE) 간의 시간을 측정함으로써, 한 주기(1P)를 판단할 수 있다. 예컨대, 한 주기(1P)는 로직 하이 시간(T_H) 및 로직 로우 시간(T_L)의 합일 수 있다. 한 주기(1P)에 기초하여 위치 센싱 신호(PSS)의 주파수, 즉 SR 모터(110)의 주파수가 검출되며, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이, 주파수는 속도로 환산될 수 있다. 예컨대, 위치 센싱 신호(PSS)의 주파수가 100Hz일 경우, SR 모터(110)의 속도(ωm)는 1000rpm일 수 있다. 이와 같이, 속도 검출부(142)는 위치 센싱 신호(PSS)를 기초로, SR 모터(110)의 속도(ωm)를 검출할 수 있다. The
계속하여 도 6을 참조하면, 구동 컨트롤러(140), 예컨대 초기 구동구(144)는 속도 검출부(142)로부터 제공되는 SR 모터(110)의 속도(ωm) 및 방향(DS)을 기초로 SR 모터(110)의 상태를 모니터링할 수 있으며, SR 모터(110)가 정상적으로 동작한다고 판단되면, 이후 PWM 신호 생성기(141)가 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하도록 제어할 수 있다. 예컨대 초기 구동부(144)는 SR 모터(110)가 정방향으로 소정의 기준 속도 이상으로 회전한다고 판단되면, PWM 신호 생성기(141)에 인가되는 입력을 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)로 전환할 수 있다. Continuing to refer to FIG. 6 , the
도 8은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 구동 방법을 설명하는 도면이다. 도 8은 SR 모터의 중, 고속 구동 방법을 설명한다.8 is a view for explaining a method of driving an SR motor system according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 8 illustrates a medium and high speed driving method of the SR motor.
도 8을 참조하면, 구동 컨트롤러(140)에 구비되는 PWM 신호 생성기(141), 속도 검출부(142), 제1 감산기(145), 속도 컨트롤러(146), 증폭기(147), 제2 감산기(148), 및 전류 컨트롤러(149)가 중, 고속 구동을 위하여 동작할 수 있다. Referring to FIG. 8 , the
속도 검출부(142)는 위치 센서부(130)의 제1 홀센서(131) 및 제2 홀센서(132)로부터 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 수신하고, 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 기초로 SR 모터(110)의 속도속도(ωm)를 검출(추정)할 수 있다. The
제1 감산기(145)는 속도 지령(ωm*) 과 속도 검출부(142)에서 검출된 속도(ωm)의 차이(Δωm), 즉 속도 차이를 출력할 수 있다. 속도 컨트롤러(146)는 속도 차이(Δωm)를 감소시키기 위한 토크 지령(τm*)을 생성할 수 있다. 토크 지령(τm*)은 증폭기(147)에 의해 (1/τc)(τc는 토크 상수)만큼 증폭되어 DC 링크의 전류 지령(Idc*)으로서 출력될 수 있다. SRM 드라이버(120)에서 DC 링크의 전류(Idc)가 검출될 수 있다. 예컨대, 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 구동 컨트롤러(140)는 SRM 드라이버(120)로부터 제공되는 센싱 신호들(예컨대 센싱 전압들)을 기초로 DC 링크의 전류(Idc)를 검출할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, SRM 드라이버(120)에서 DC 링크의 전류(Idc)가 검출되고, DC 링크의 전류(Idc)가 구동 컨트롤러(140)에 제공될 수 있다. 제2 감산기(148)는 DC 링크의 전류 지령(Idc*)과 검출된 DC 링크의 전류(Idc)의 차이(ΔIdc), 즉 전류 차이를 출력할 수 있다. 전류 컨트롤러(149)는 전류 차이(ΔIdc)를 감소시키기 위한 듀티비 제어 신호(CTRL_dt)를 생성할 수 있다. The
PWM 신호 생성기(141)는 PWM 신호들을 생성하고, PWM 신호들을 스위칭 신호들(SSWs)로서 SRM 드라이버(120)에 제공할 수 있다. PWM 신호 생성기(141)는 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로, PWM 신호들, 즉 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있다. 또한, PWM 신호 생성기(141)는, 듀티비 제어 신호(CTRL_dt)에 응답하여 PWM 신호들의 듀티비를 조절할 수 있다. PWM 신호의 듀티비가 조절됨으로써, 전류 차이(ΔIdc)가 감소될 수 있다. 예컨대, 속도 지령(ωm*) 과 검출된 속도(ωm) 간의 속도 차이(Δωm)가 증가되면, 토크 지령(τm*) 및 DC 링크의 전류 지령(Idc*)이 증가되고, 검출된 DC 링크의 전류(Idc)가 DC 링크의 전류 지령(Idc*) 보다 적다면, DC 링크의 전류(Idc)가 증가되도록 PWM 신호의 듀티비가 증가될 수 있다. The
이와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 구동 컨트롤러(140)는 중, 고속 동작 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)를 기초로 SR 모터(110)의 속도(ωm)를 검출하고, 검출된 속도(ωm)및 검출된 DC 링크의 전류(Idc)를 기초로, SR 모터(110)가 원하는 속도, 즉 속도 지령(ωm*)에 따라 회전하도록 스위칭 신호들(SSWs)의 듀티비를 제어할 수 있다. As such, the driving
도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 동작 방법을 설명하는 도면이다. 9 is a view for explaining a method of operating an SR motor system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
도 6 및 도 9를 참조하면, SR 모터(110) 구동 요청 신호가 수신되면, PWM 신호 생성기(141)는 저주파의 기준 신호(S_REF)를 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하고(S10), SRM 드라이버(120)는 스위칭 신호들(SSWs)의 턴-온/턴-오프에 기초하여 낮은 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 SR 모터(110)에 인가할 수 있다(S20). 이에 따라서, SR 모터(110)가 정방향, 즉 설정된 방향으로 회전하도록 회전력이 발생할 수 있다. 6 and 9, when the
구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 모니터링 할 수 있으며(S40), 구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)가 정방향, 즉 설정된 방향으로 회전하는지 여부를 판단할 수 있다(S40). SR 모터(110)가 정방향으로 회전하지 않는 경우, 구동 컨트롤러(140)는 다시 S10 내지 S30 단계를 진행함으로써, SR 모터(110)가 정방향으로 회전하도록 제어할 수 있다. 실시예에 있어서, SR 모터(110)가 역방향으로 회전하는 것으로 판단될 경우, 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)가 정지 또는 긴급 정지하도록 제어한 후, S10 내지 S40 단계를 진행할 수 있다. The driving
SR 모터(110)가 정방향으로 회전한다고 판단되면, 구동 컨트롤러(140)는 SR모터(110)가 기준 속도 이상으로 회전하는지 여부를 판단할 수 있다(S50). SR 모터(110)가 기준 속도 이상으로 회전하지 않는 경우, 즉 저속으로 동작할 경우, SRM 드라이버(120)는 기준 신호(S_REF)의 주파수 및 구동 전압의 전압 레벨을 점진적으로 증가시키고(S60), S20 단계 내지 S50 단계를 수행할 수 있다. 이에 따라서, SR 모터(110)의 속도가 점진적으로 증가될 수 있다. When it is determined that the
SR 모터(110)가 기준 속도 이상으로 회전할 경우, 다시 말해서, SR 모터(110)가 정상 동작한다고 판단되면, 구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있다(S60). 예컨대, PWM 신호 생성기(141)가 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있다. SRM 드라이버(120)는 스위칭 신호들(SSWs)의 온/오프에 기초하여 구동 전압을 SR 모터(110)에 인가할 수 있다(S70). 이때, 구동 전압의 레벨 또한 설정된 타겟 전압 레벨을 가질 수 있다. When the
전술한 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 SR 모터 시스템은 SR 모터(110)의 초기 구동 시, 구동 컨트롤러(140)는 미리 설정된 낮은 주파수를 갖는 기준 신호(S_REF)를 기초로 SR 모터(110)를 구동하되, 기준 신호(S_REF)의 주파수 및 구동 전압의 레벨을 점진적으로 증가시키고, SR 모터(110)가 원하는 방향으로 기준 속도 이상으로 회전한다고 판단되면, 예컨대, 중, 고속 구동 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)를 구동할 수 있다. As described above, in the SR motor system according to an embodiment of the present disclosure, when the
종래의 구동 방법에 따르면, 기동 단계에서, 고정자(도 2a의 11)의 임의의 코일에 전압이 인가되어 회전자(12)가 초기 위치에 정렬된 후, 위치 센싱 신호들을 기초로 SR 모터(110)가 구동된다. 그러나, 초기에 회전자(12)의 위치가 일정하지 않으므로, 초기 구동시부터 위치 센싱 신호들을 기초로 SR 모터(110)를 구동할 경우, 회전자(12)가 원하는 방향의 반대방향, 즉 역방향으로 회전할 가능성이 있다. According to the conventional driving method, in the starting step, a voltage is applied to any coil of the stator (11 in FIG. 2A ) to align the
그러나, 본 개시의 실시예에 따른 구동 방법에 따르면, 초기 구동 시에는 위치 센싱 신호들이 아닌 낮은 주파수의 기준 신호(S_REF)를 기초로 SR 모터(110)가 구동되고, SR 모터(110)가 안정적으로 회전하는 단계에 진입한 후, 위치 센싱 신호들을 기초로 SR 모터(110)가 설정된 속도로 구동될 수 있다. 이에 따라서, SR 모터(110)의 역방향 회전이 방지되고 SR 모터(110)가 안정적으로 구동될 수 있다. However, according to the driving method according to the embodiment of the present disclosure, at the time of initial driving, the
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Exemplary embodiments have been disclosed in the drawings and specification as described above. Although the embodiments have been described using specific terms in the present specification, these are only used for the purpose of explaining the technical spirit of the present disclosure and are not used to limit the meaning or the scope of the present disclosure. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.
10: SR 모터 시스템 110: SR 모터
120: SR모터 드라이버 130: 위치 센서부
140: 구동 컨트롤러 150: 전압 변환 회10: SR motor system 110: SR motor
120: SR motor driver 130: position sensor unit
140: drive controller 150: voltage conversion circuit
Claims (8)
상기 SR 모터의 회전자 주변에 배치되는 적어도 두 개의 위치 감지 센서를 구비하고, 상기 적어도 두 개의 위치 감지 센서에 의하여 감지되는 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 출력하는 위치 센서부;
수신되는 입력 전압을 구동 전압으로 변환하는 전압 변환 회로;
상기 SR 모터의 복수의 권선 코일들에 연결되고, 복수의 스위칭 신호들을 기초로 상기 구동 전압을 상기 복수의 권선 코일들에 인가하는 SR 모터 드라이버; 및
상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 SR 모터의 회전 속도 및 회전 방향을 검출하여 상기 SR 모터가 설정된 회전 방향 및 타겟 속도에 도달하도록 상기 복수의 스위칭 신호들을 조정하는 구동 컨트롤러를 포함하고,
상기 구동 컨트롤러는,
초기 구동 시 저주파수의 기준 신호를 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하되 상기 기준 신호의 주파수를 증가시킴으로써 상기 SR 모터의 회전 속도를 증가시키고, 상기 회전 방향이 설정된 회전 방향과 일치하고, 상기 회전 속도가 기준 속도에 도달하면 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.A driving circuit for driving a switched reluctance motor (SR motor), comprising:
a position sensor unit having at least two position sensing sensors disposed around the rotor of the SR motor and outputting at least two position sensing signals sensed by the at least two position sensing sensors;
a voltage conversion circuit for converting a received input voltage into a driving voltage;
an SR motor driver connected to a plurality of winding coils of the SR motor and applying the driving voltage to the plurality of winding coils based on a plurality of switching signals; and
The plurality of switching signals are generated so that the SR motor reaches the set rotation direction and target speed by generating the plurality of switching signals and detecting the rotation speed and rotation direction of the SR motor based on the at least two position sensing signals. a drive controller for adjusting;
The drive controller is
During initial driving, the plurality of switching signals are generated based on a low-frequency reference signal, but by increasing the frequency of the reference signal, the rotation speed of the SR motor is increased, the rotation direction coincides with the set rotation direction, and the rotation speed and generating the plurality of switching signals based on the at least two position sensing signals when a reference speed is reached.
상기 초기 구동 시, 타겟 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨의 상기 구동 전압을 생성하고, 상기 구동 전압의 전압 레벨을 증가시키는 것을 특징으로 하는 구동 회로. According to claim 1, wherein the voltage conversion circuit,
During the initial driving, the driving circuit is configured to generate the driving voltage of a voltage level lower than a target voltage level and increase the voltage level of the driving voltage.
상기 기준 속도는 상기 SR 모터의 상기 타겟 속도보다 낮은 것을 특징으로 하는 구동 회로. According to claim 1,
The reference speed is lower than the target speed of the SR motor.
상기 기준 신호의 최초 주파수는 10Hz(hertz) 이하인 것을 특징으로 하는 구동 회로. According to claim 1,
The driving circuit, characterized in that the initial frequency of the reference signal is 10 Hz (hertz) or less.
상기 회전 방향이 상기 설정된 회전 방향과 일치하지 않으면, 상기 SR 모터를 제동하는 것을 특징으로 하는 구동 회로. According to claim 1, wherein the drive controller,
When the rotation direction does not match the set rotation direction, the SR motor is braked.
상기 기준 신호는 90도의 위상 차이를 가지는 적어도 두 개의 신호들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.According to claim 1,
The reference signal includes at least two signals having a phase difference of 90 degrees.
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---|---|---|---|
KR1020190105188A KR102311288B1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Method for controlling acceleration of a switched reluctance motor |
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