KR102534325B1 - 모터 드라이버 및 그 작동방법 - Google Patents

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Abstract

복수의 회전자 치로 이루어진 회전자와, 복수의 고정자 치로 이루어진 고정자를, 구비하는 전기 모터를 구비한 장치를 제공한다. 이 장치는, 상기 전기 모터를 구동하기 위해, 전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 제1 단자에 결합되는, 승압 컨버터; 및 상기 전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 상기 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자에 결합되는, 감압 컨버터를, 구비하는 드라이버 회로를 갖는다. 상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 유도성 소자는, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나의 상기 코일 권선에 의해 제공되고, 상기 전하축적소자는, 코일 권선의 제2 단자를 전원에 결합하기 위한 전원 노드에 대해 기준으로 삼는다.

Description

모터 드라이버 및 그 작동방법
본 개시내용은 전기 모터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은, 전기 모터용 코일 드라이버 회로에 관한 것이다.
전기 모터의 고정자의 일부로서 코일 권선을 갖는 전기 모터, 이를테면 스위치드 릴럭턴스(switched reluctance) 모터에 있어서, 그 전기 모터는 3상 전원 공급장치에 의해 전원이 투입되고 AC 파형을 상기 코일 권선에 인가하여 상기 모터의 작동을 제어하는 것이 일반적이다. 일부의 전기 모터는, 보다 많은 위상을 갖게 생산되고 있지만, 그러한 다중 위상 전기 모터를 생산할 때의 중요한 요소는 위상 드라이버 전자 기기의 비용이다. 종래의 모터에서는, (전형적으로, 모터 코일들을 쌍방향으로 구동하도록 H 브릿지 형태로 배치된) 펄스폭 변조(PWM) 전압 제어기가 대형 전원 공급장치에 결합되어, 상기 모터 코일들을 구동하는데 필요한 큰 전압 및 전류가 상기 드라이버 회로의 비용에 상당히 추가할 수 있다. 이에 따라, 다중 코일 드라이버 회로들을 필요로 하는 다중 위상 모터들은, 현대의 기술에 따라 생산하는데 비용이 비싸다.
또한, 종래의 모터는, 보통, 완전한 설계 출력 전력레벨에서 작동할 때 최고의 효율로 작동할 뿐이다. 모터가 감소된 출력 전력레벨에서 작동하게 하기 위해 가변 출력 드라이버를 제공하는 것이 알려져 있지만, 그 모터 효율은 보다 작은 자기장의 덜 효과적인 결합으로 인해 현저하게 감소된다. 따라서, 적당한 효율을 유지하기 위해 상기 모터들은 설계 포인트 근처의 좁은 범위에서 작동되어야 하고, 기계적 기어박스 및 트랜스미션 시스템(심지어 다중 모터를 갖는 일부도)은 보다 폭넓은 범위의 출력레벨에 걸쳐 효율성을 유지하는데 사용되어도 되어야 한다. 이러한 구성은, 비싸고 기계적으로 복잡하다.
여기서 설명된 적어도 하나의 예에서 제공하는 장치는:
복수의 회전자 치(teeth)로 이루어진 회전자와, 복수의 고정자 치로 이루어진 고정자를, 구비하는 전기 모터와,
상기 전기 모터를 구동하기 위해,
전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 제1 단자에 결합되는, 승압 컨버터; 및
상기 전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 상기 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자에 결합되는, 감압 컨버터를, 구비하는 드라이버 회로를 구비하고,
상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 유도성 소자는, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나의 상기 코일 권선에 의해 제공되고,
상기 전하축적소자는, 코일 권선의 제2 단자를 전원에 결합하기 위한 전원 노드에 대해 기준으로 삼는다.
여기서 설명된 적어도 하나의 예에서 제공한, 전기 모터의 코일 권선을 구동하는 모터 드라이버 회로는:
전기 모터의 코일 권선의 제1 단자에 결합되도록 배치된 전하축적소자와 입력노드를 구비하는 승압 컨버터; 및
상기 전하축적소자와 상기 입력노드를 구비하는 감압 컨버터를 구비하고,
상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 인덕턴스는, 입력노드가 전기 모터의 코일 권선에 결합될 때 제공되고,
상기 승압 컨버터의 출력은 상기 전하축적소자에 걸쳐 생긴 전압이고, 상기 감압 컨버터의 입력은 상기 전하축적소자에 걸쳐 생긴 전압이고,
상기 전하축적소자는 전원 노드에 대해 기준으로 삼고, 상기 전원 노드는 코일 권선의 제2 단자를 전원에 결합시키도록 배치된다.
여기서 설명된 적어도 하나의 예에서 제공한, 전기 모터를 구동하는 드라이버 회로의 작동방법은:
전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 제1 단자에 결합된 승압 컨버터를, 코일 권선의 제1 단자가 전원의 접지 노드에 접속하도록 전환하는 단계-상기 전원의 전원 노드는 상기 코일 권선의 제2 단자에 결합됨-;
상기 전하축적소자를 구비하고, 상기 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자에 결합된 감압 컨버터를, 상기 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자가 상기 전하축적소자에 접속하도록 전환하는 단계-상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 유도성 소자가 복수의 고정자 치 중 적어도 하나의 상기 코일 권선에 의해 제공됨-; 및
상기 전하축적소자를 상기 전원 노드에 대해 기준으로 삼는 단계를 포함한다.
본 발명을, 아래의 첨부도면에 도시된 것과 같은 특별한 예들을 참조하여 예시로만 한층 더 설명하겠다:
도 1은 일례에서 2개의 고정자부를 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 일례에서 코일 드라이버 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 도 2의 회로에서 승압신호와 감압신호를 사용하여 고정자 코일 전류에 변동을 일으키는 것을 도시한 것이고,
도 4는 일례에서 2개의 코일 드라이버 회로의 4위상 동작과 그 결과로 얻어진 전류 흐름을 도시한 것이고,
도 5a는 일례에서 드라이버 회로의 일부를 구성하는 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5b는 일례에서 드라이버 회로의 일부를 구성하는 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 일례에서 드라이버 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 7은 일례에서 16개의 회전자 치와 24개의 고정자 치를 갖는 스위치드 릴럭턴스 전기 모터의 단부 도면을 도시한 것이고,
도 8은 일례에서 6개의 고정자 코일들로 이루어진 군의 6스테이지 제어 동작을 도시한 것이고,
도 9는 단방향 전류만을 제공하는 구성과 비교하여 일례의 쌍방향 코일 드라이버 회로에 의해 전원이 투입된 스위치드 릴럭턴스 모터의 자기장 밀도의 시뮬레이션을 도시한 것이고,
도 10a는 일례에서 전기 모터에서 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 회전위치 정보를 제공하는 3개의 광학 센서의 배치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 10b는 도 10a에 도시된 상기 3개의 광학 센서의 6개의 가능한 광학 센서 출력의 세트를 도시한 것이고,
도 11a 및 11b는 모터 코일에서 자기장 극성이 어떻게 반전되는지의 2개의 예를 개략적으로 도시한 것이고,
도 12는 일례에서 6개의 전기 모터 코일 드라이버 회로로 이루어진 드라이버 보드를 개략적으로 도시한 것이고,
도 13은 일례에서 도 12에 도시된 것처럼 8개의 드라이버 보드로 이루어진 스위치드 릴럭턴스 전기 모터 드라이버 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 14는 일례의 방법에서 취해진 일련의 단계들을 개략적으로 도시한 것이고,
도 15는 차량의 휠에 전원을 투입하는데 사용된 일례의 모터 시스템을 개략적으로 도시한 것이고,
도 16은 모터 시스템이 자동차의 브레이크 디스크의 구성에 의해 제공된 일례를 개략적으로 도시한 것이고,
도 17은 전하축적소자가 전원 기준형(supply-referenced)인 일례에서 코일 드라이버 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 18a는 전하축적소자가 전원 기준형인 일례에서 드라이버 회로의 일부를 구성하는 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 18b는 전하축적소자가 전원 기준형인 일례에서 드라이버 회로의 일부를 구성하는 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 19는 전하축적소자가 전원 기준형인 일례에서 드라이버 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 20 및 21은 전하축적소자가 전원 기준형이고 추가의 보호형 전원 커패시터와 전원 다이오드가 설치되는 예들에서, 드라이버 회로를 개략적으로 도시한 것이고,
도 22 및 23은 전하축적소자가 접지 기준형(ground-referenced)인 일례에서 시간에 따른 공급 전류의 변동을 개략적으로 도시한 것이고,
도 24 및 25는 전하축적소자가 전원 기준형인 일례에서 시간에 따른 공급 전류의 변동을 개략적으로 도시한 것이고,
도 26 및 27은 3상 배치의 2개의 예, 즉 일례는 공동 전원 기준형 축적 커패시터이고 일례는 위상마다 별개의 축적 커패시터들인 예를 개략적으로 도시한 것이다.
일부의 예들에서의 장치는:
복수의 회전자 치로 이루어진 회전자와, 복수의 고정자 치로 이루어진 고정자를, 구비하는 전기 모터와,
상기 전기 모터를 구동하기 위해,
전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 제1 단자에 결합되는, 승압 컨버터; 및
상기 전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 상기 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자에 결합되는, 감압 컨버터를, 구비하는 드라이버 회로를 구비하고,
상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 유도성 소자는, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나의 상기 코일 권선에 의해 제공되고,
상기 전하축적소자는, 코일 권선의 제2 단자를 전원에 결합하기 위한 전원 노드에 대해 기준으로 삼는다.
아래에 보다 상세히 설명하는 것처럼, 여기서 논한 기술들은, 전기 모터 코일용 드라이버 회로내에 조합형 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 구성을 제공한다. 이와 관련하여, 보다 많은 종래의 예상은 전하축적소자가 상기 회로에서 접지 노드에 대해 기준으로 삼아질 수도 있을지 모르지만, 전하축적소자를 전원 노드에 대해 기준으로 삼는 추가의 대안의 구성이 확립되어 있다. "승압 위상"과 "감압 위상"을 갖는 것을 특징으로 할 수도 있는 상기 드라이버 회로의 동작에 있어서, 상기 드라이버 회로의 일부 구성들은, 드라이버 회로가 감압 위상의 전원을 차단하고 그 감압 위상이 자체를 재충전하기 때문에 이 배치에 의해 향상될 수 있다는 것이 확인되었다.
유도성 소자가 접지 노드가 아닌 전원 노드에 부착되고, 여기서 전하축적소자도 접지 노드가 아닌 전원 노드에 부착되기 때문에, 전체 감압 위상은 전하축적소자와 유도성 소자 사이의 타이트한 루프에서 전하를 덤프(dump)하고, 전원은 더 이상 관련되지 않는다. 따라서, 유도성 소자가 감압 위상에서 전하축적소자로부터 충전될 때, 전류는 상기 전원에 더 이상 흐르지 않고 그후 유도성 소자는 감압 위상에서 방전되고, 그 전하는 전하축적소자에 역으로 흘러 여기로부터 나온다.
이것은, 전하축적소자의 크기( 및 따라서 현저하게 비용도) 감소를 고려하는데, 그 이유는 전하축적소자가 항상 전원 전압에서 바이어스 되기 때문이다. 상술한 것처럼, 이렇게 전하축적소자의 전원을 기준으로 삼는 것은, 그 전원이 전하축적소자에 관련되는 임의의 전류에 참여하지 않는 것을 의미하는데, 그 이유는, 상기 전원이 전하축적소자가 충전 또는 방전중일 때마다 바이패스되어서, 그 전원의 크기가 감소될 수 있기 때문이다. 접지 기준형 전하축적소자의 경우와는 달리, 상기 유도성 소자 전류는 공급 전류와 일치하지 않는다. 이러한 배치는 그 밖의 결과들을 가질 수도 있다, 예를 들면 이것은 (예를 들면, 에너지 회복 제동에 사용된) 쌍방향 동작을 방해할 수도 있지만, 이것은 모든 모터 응용들(예를 들면, 펌프 및 블로워(blower)에 설치된 것들)의 중요한 특징이 아니라는 것이 인식된다.
일부 예들에서 상기 장치는, 순방향으로 전원 노드를 코일 권선의 제2 단자에 결합하는 전원 다이오드를 더 구비한다. 예를 들면 트루(true) 다이오드의 형태를 취할 수도 있거나 또한, 가령 스위치로서 배치된 트랜지스터에 의해 제공될 수도 있는, 상기 전원으로부터 직렬로 배치된 상기와 같은 전원 다이오드는, 전류가 상기 전원에 역으로 흐르는 것을 방해할 수 있다. 이러한 예들에서, 상기 드라이버 회로가 전류를 (감압 인덕터 방전에만 발생한) 상기 전원에 역으로 구동하려고 할 때, 전압은 (여기서 "로컬 전원" 노드라고도 하는) 상기 전원 노드의 노드 "하류측"에서 점점 커진다. 재발생도 방지될 수도 있다. 이 로컬 전원에서 전압이 증가함에 따라, 그 전류의 일부는 전하축적소자를 향해 역으로 구동되어, 전하축적소자를 일부 재충전할 것이다.
로컬 전원에 저장된채로 있는 전기 에너지는, 일부 구성들에서, 로컬 전압들이 상대적으로 높아질 가능성이 있고, 이에 따라 일부 예들에서 상기 장치는 상기 전원 다이오드에 걸치는 전원 커패시터를 더 구비한다. 이러한 전원 커패시터는, 이러한 추가의 로컬 전류를 흡수하고 그 로컬 전원 전압의 레벨을 감소시킬 수 있다. 일부 예들에서 유사한 다른 구성에 있어서, 상기 장치는, 코일 권선의 제2 단자를, 전원 노드에 대해 전원의 반대측의 접지 노드에 결합하는 전원 커패시터를 더 구비한다.
상술한 것처럼, 특별한 구성과, 추가의 보호 다이오드들의 설치 여부에 따라, 일부 예들에서 상기 전원은, 쌍방향 전원이다. 그 밖의 예들에서, 상기 전원은, 단방향 전원이다.
일부의 예들에서, 상기 장치는 전기 모터를 구동하는 2개의 추가의 드라이버 회로를 구비하고, 여기서 상기 드라이버 회로와 2개의 추가의 드라이버 회로는 전기 모터의 3개의 독립적인 코일 권선들에 결합되고, 상기 드라이버 회로와 2개의 추가의 드라이버 회로는 전원을 공유하며, 상기 드라이버 회로와 2개의 추가의 드라이버 회로는 서로에 대해 3상 배치로 동작하도록 배치된다. 이러한 3상 배치에서, 상기 회로에서 전하축적소자의 전원 노드에 대해 기준으로 삼는 것은, (동등한 접지 노드를 기준으로 삼는 배치와 비교하여) 공급 전류의 절반정도로 도시되게 될 수 있고 각각의 전하축적소자들이 상기 크기의 절반정도만이 될 필요가 있다.
일부 예들에서, 상기 승압 컨버터는, 상기 전하축적소자의 제1 전극과 상기 코일 권선에 결합된 다이오드; 및 상기 코일 권선을, 상기 전원 노드에 대해 전원의 반대측의 접지 노드에 접속하도록 배치된 스위치를 더 구비한다. 이 때문에, 기본적으로 이러한 예들은, 승압 다이오드와 승압 스위치의 형태로 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로의 2개의 중요한 부품들을 제공한다.
일부 예들에서, 상기 감압 컨버터는, 전원 노드에 대해 전원의 반대측의 접지 노드와 상기 코일 권선에 결합된 다이오드; 및 상기 코일 권선을 감압 신호에 따라 전하축적소자의 제1 전극에 접속하도록 배치된 스위치를 더 구비한다. 이전의 문단에 기재된 승압 배치와 마찬가지로, 이 때문에 상기 예들은, 감압 다이오드와 감압 스위치의 형태로 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 2개의 중요한 부품들도 제공한다.
일부 예들에서, 전기 모터의 코일 권선을 구동하는 모터 드라이버 회로는:
전기 모터의 코일 권선의 제1 단자에 결합되도록 배치된 전하축적소자와 입력노드를 구비하는 승압 컨버터; 및
상기 전하축적소자와 상기 입력노드를 구비하는 감압 컨버터를 구비하고,
상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 인덕턴스는, 입력노드가 전기 모터의 코일 권선에 결합될 때 제공되고,
상기 승압 컨버터의 출력은 상기 전하축적소자에 걸쳐 생긴 전압이고, 상기 감압 컨버터의 입력은 상기 전하축적소자에 걸쳐 생긴 전압이고,
상기 전하축적소자는 전원 노드에 대해 기준으로 삼고, 상기 전원 노드는 코일 권선의 제2 단자를 전원에 결합시키도록 배치된다.
일부 예들에서, 전기 모터를 구동하는 드라이버 회로의 작동방법은:
전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 제1 단자에 결합된 승압 컨버터를, 코일 권선의 제1 단자가 전원의 접지 노드에 접속하도록 전환하는 단계-상기 전원의 전원 노드는 상기 코일 권선의 제2 단자에 결합됨-;
상기 전하축적소자를 구비하고, 상기 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자에 결합된 감압 컨버터를, 상기 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자가 상기 전하축적소자에 접속하도록 전환하는 단계-상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 유도성 소자가 복수의 고정자 치 중 적어도 하나의 상기 코일 권선에 의해 제공됨-; 및
상기 전하축적소자를 상기 전원 노드에 대해 기준으로 삼는 단계를 포함한다.
일부 예들에서 제공한 전기 모터 코일을 구동하도록 구성된 드라이버 회로는: 전기 모터 코일에 결합되도록 배치된 축적 커패시터와 입력노드를 구비하는 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로; 및 상기 입력노드와 상기 축적 커패시터를 구비하는 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로를 구비하고, 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로의 인덕턴스와 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 인덕턴스는 상기 입력노드가 전기 모터 코일에 결합될 때 제공되고, 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로의 출력은 축적 커패시터에 걸쳐 생긴 전압이고 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 입력은 축적 커패시터에 걸쳐 생긴 전압이다.
스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로가 각각 개별적으로 알려져 있지만, 본 기술들의 드라이버 회로는 그 2개를 특별한 방식으로 적응 및 조합한다. 첫째로, 축적 커패시터는 전형적으로 상기 승압 전압 컨버터의 출력이 되는 경우 제공되고, 둘째로, 승압 전압 컨버터의 출력은 상기 감압 전압 컨버터의 입력을 제공한다. 실제로, 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로의 일부를 형성하는 축적 커패시터는, 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 일부도 형성하여, 상기 승압 전압 컨버터 회로에 의해 상기 축적 커패시터에 걸쳐 생긴 전압은 상기 감압 전압 컨버터 회로에 그 입력을 제공하도록 구성된다.
본 발명자가 확인한 놀랄만한 것은, 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로를 조합한 상기와 같은 구성이, 전기 모터 코일용 드라이버 회로와 관련하여 특별한 이점을 가질 수 있다는 것이다. 전기 모터 코일은 상기 승압 전압 컨버터 회로와 상기 감압 전압 컨버터 회로 양쪽에서 스위치드 인덕턴스 요소를 제공하고, 이렇게 하여 이 회로들을 조합하는 것은, 승압 전압 컨버터 회로가 우세할 때 전환 전류가 전기 모터 코일을 통해 일방향으로 흐르게 하고, 감압 전압 컨버터 회로가 우세할 때 전환 전류가 전기 모터 코일을 통해 반대방향으로 흐르게 한다.
이 배치는 각종 이점들을 갖는다. 전기 모터 코일의 인덕턴스가 클 경우, 대형 전압은 전류 흐름을 변경하는데 필요할 것이다. 전류 변경의 레이트(rate)는 상기 인덕턴스로 나누어진 전압으로 주어지므로(di/dt=V/L), 전류 흐름을 빠르게 시작하고 전류 흐름을 빠르게 정지시키기 위해서 고전압을 제공하기 위해 대형 인덕턴스를 갖는 전기 모터 코일에 전원을 투입할 때 필요로 할 수도 있는 것이 일반적이다. 그렇지만, 본 배치에 의하면, 상기 회로가 자신의 승압 전압 컨버터 회로의 액션을 통해 그 자신의 고전압을 작성하기 때문에, 고전압은 초기에 전류 흐름을 시작하도록만 제공될 필요가 있고, 자체 승압 전압은 그것을 정지하는데 사용된다. 이에 따라, 통상(종래기술) 드라이버 회로의 전원 전압의 절반정도로만 필요하다. 예를 들면, 전원 150V와 전기 모터 코일 35mH를 갖는 구성에 있어서, 그 전원 전압은, 도통하는 것을 시작하기 위해 상기 코일에 인가될 수 있다. 상기 코일로부터 전압이 제거될 때, 전류는, 상기 에너지가 그 코일로부터 소모됨에 따라 계속 흐를 것이다. 상기 코일로부터 소모된 이 에너지는 드라이버 회로를 사용하여 축적 커패시터에 축적된다. 상기 예를 계속하면 이것은 빠르게 축적 커패시터를 약 300V로 승압하고 그 결과로 얻어진 -150V 차이는 빠르게 그 코일에서의 전류를 셧다운한다. 게다가, 그 후, 축적 커패시터에 저장된 승압된 전압은, 코일을 반대방향으로 통전하는데 이용 가능하다. 그리고, 감압 전압 컨버터 회로의 동작은, 이전에 승압된 전압을 전기 모터 코일에 인가할 수 있고, 전류를 원래의 전원 공급장치를 향해 역으로 구동한다. 상기 예를 한층 더 계속하면, 약 300V는 150V 전원 공급장치에 대해 150V차이를 내고, 빠르게 상기 코일에서의 전류를 빠르게 끌어 올린다. 그것을 셧다운하기 위해서, 약 300V는 제거되고 접지 접속이 인가된다. 따라서, 코일은 그 후 -150V를 보이고 빠르게 셧다운한다.
또한, 본 드라이버 회로가 조합된 스위치드 인덕턴스 승압 및 감압 전압 컨버터 회로를 갖는 배치는, 이 드라이버 회로가 (많은 종래기술의 드라이버 회로들이 하는 것처럼) 펄스폭 변조(PWM) 제어기로서 작용하지 않고 이 때문에 그것이 행하는 전환은 전류가 흐를 때 발생할 수 있고 전환 전압들이 낮아, 상기 드라이버 회로에서의 전력 소모를 적게 한다는 것을 의미한다. 이것의 특별한 결과는, 상기 드라이버 회로를 구성하는 부품들에 대한 것이어서, 본 드라이버 회로의 전반적인 보다 낮은 비용에 기여하는 정격들과 허용 오차들이 상대적으로 낮은 회로 부품들에 의해 제공될 수 있다.
상기 드라이버 회로의 일부 예들에서, 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로는, 입력노드와 축적 커패시터의 제1 전극을 순방향으로 접속하는 승압 다이오드; 및 승압신호에 따라 축적 커패시터의 제2 전극에 입력노드를 접속하도록 배치된 승압 스위치를 구비하고, 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로는, 축적 커패시터의 제2 전극을 입력노드에 순방향으로 접속하는 감압 다이오드; 및 감압신호에 따라 축적 커패시터의 제1 전극에 입력노드를 접속하도록 배치된 감압 스위치를 구비한다. 이러한 배치의 대칭은, 축적 커패시터의 전기 모터 코일에의 (입력노드를 거쳐) 각 방향으로 결합에 대한 제어가 편의상 각각의 승압 및 감압 신호들에 의해 실시되는 상기 드라이버 회로의 쌍방향 특징을 지원하는 균형잡힌 배치를 제공한다.
일부 예들에서, 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로는, 입력노드를 승압 스위치의 제1 접속부에 순방향으로 접속하는 제1 승압 회로 다이오드를 더 구비한다. 이 방식으로 전기 모터 코일로부터의 입력노드를 승압 스위치의 제1 접속부에 접속하는 다이오드를 제공하는 것은, 특히 승압 스위치를 감압 전압 컨버터 회로로부터 분리시킴으로써 승압 스위치에 대한 보호의 레벨을 제공하여, 승압 전압 컨버터 회로의 동작에 의해 승압 스위치에의 손상 위험이 상당히 감소된다. 게다가, 이 다이오드의 제공은, 상기 회로에서의 "링잉(ringing)"(즉, 전류 발진)의 발생을 크게 감소시킨다. 이 요인들 때문에, 승압 스위치의 고유의 회복력이 감소될 수 있고, 즉 승압 스위치는 보다 작고, 보다 약하여서 보다 싼 부품에 의해 제공될 수 있어서, 전반적인 드라이버 회로의 비용을 감소시킬 수 있다.
일부 예들에서, 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로는, 축적 커패시터의 제2 노드를 승압 스위치의 제1 접속부에 순방향으로 접속하는 제2 승압 회로 다이오드를 더 구비한다. 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로에서의 상기와 같은 제2 노드의 제공은, 감압 전압 컨버터 회로가 활성일 때 상기 드라이버 회로에서 일어날 수도 있는 역전류에 대해 승압 스위치에 대한 보호의 추가의 레벨을 제공할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 승압 스위치는 N형 전계효과 트랜지스터이다. 본 드라이버 회로의 구성은, 상대적으로 작은 전환 디바이스, 이를테면 보다 비싸고, 보다 중형 디바이스, 이를테면 절연된 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)라기 보다는, 승압 스위치가 전계효과 트랜지스터에 의해 제공되는 것이 특히 적절하다. 실제로, 일부 예들에서, 승압 스위치는, N형 MOSFET에 의해 제공되어도 된다. 종래기술의 전기 모터 코일 드라이버 회로들과 대조하여, 본 기술들에 의해 드라이버 회로는 그 상대적으로 약한 부품들에 의해 전환될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로는, 감압 스위치의 제1 접속부를 입력노드에 순방향으로 접속하는 제1 감압 회로 다이오드를 더 구비한다. 상술한 제1 승압회로 다이오드와 유사하게, 이 제1 감압 회로 다이오드는, 승압 전압 컨버터 회로가 활성일 때 역전류로부터 상기 감압 스위치를 보호하고 상기 드라이버 회로내의 링잉을 한층 더 방지한다.
일부 예들에서, 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로는, 축적 커패시터의 제1 전극을 감압 스위치의 제2 접속부에 순방향으로 접속하는 제2 감압 회로 다이오드를 더 구비한다. 이 제2 감압 회로 다이오드의 제공은, 드라이버 회로의 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로에서의 링잉을 한층 방지한다.
일부 예들에서, 상기 감압 스위치는 P형 전계효과 트랜지스터이다. N형 전계효과 트랜지스터에 의해 상기 승압 스위치를 제공할 가능성에 대해 상기 언급과 마찬가지로, 본 드라이버 회로의 구성은, IGBT라기 보다는, 상대적으로 작은 전환 디바이스, 이를테면, 감압 스위치가 전계효과 트랜지스터에 의해 제공되는데 특히 적절하다. 일부 예들에서, 상기 감압 스위치는, P형 MOSFET에 의해 제공되어도 된다.
일부 예들에서, 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로는, 감압 신호를 접지 접속부에 대해 기준으로 삼고 상기 축적 커패시터의 제2 전극에서의 전압에 대해 기준으로 삼아진 게이트 전압을 상기 감압 스위치의 게이트에서 제공하도록 구성된, 기준회로를 더 구비한다. 축적 커패시터가 승압 전압 컨버터 회로와 감압 전압 컨버터 회로의 작동에 의해 충방전됨에 따라 상당한 범위에 걸쳐 상기 축적 커패시터의 제1 전극의 전압이 가변할 가능성이 있다면, 그 기준회로를 제공하는 것이 이로워서, 상기(예를 들면, P형 전계효과 트랜지스터) 감압 스위치의 게이트 전압은, 감압 스위치의 고유 전압 범위 허용 오차가 축적 커패시터가 겪은 전압 범위 상당히 미만일 가능성이 있음에도 불구하고 상기 축적 커패시터의 전압에 대해 적절하게 설정될 수 있고, 따라서 상기 감압 스위치는 감압신호가 이것이 일어나야 하는 것을 가리킬 때 정확히 전환할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 기준회로는, 감압 스위치의 게이트에 결합된 제1 및 제2 저항 경로를 제공하도록 배치된 분압기를 구비하고, 상기 제1 저항 경로는 축적 커패시터의 제1 전극을 감압 스위치의 게이트에 접속하고, 상기 제2 저항 경로는 감압 스위치의 게이트를 감압신호에 따라 접지 접속부에 접속한다. 이에 따라, 제1 및 제2 저항 경로의 이 구성은, 상기 감압 스위치의 이 게이트가 제1 및 제2 저항 경로가 충족하는 포인트에서 제공된 전압에 결합되어서, 상기 제1 및 제2 저항 경로의 저항의 적절한 설정에 의해, 상기 감압 스위치의 게이트가 감압신호에 따라 적절하게 전환하도록 제어될 수 있는, 배치를 제공한다.
일부 예들에서, 상기 제2 저항 경로는, 제2 저항 경로를 감압신호에 따라 접지 접속부에 접속하도록 배치된 N형 전계효과 트랜지스터를 구비한다. 따라서, 상기 감압 전압 컨버터 회로에서의 이 제2 트랜지스터는, 감압신호가 상대적으로 낮은 전압 디지털 신호로서 제공되는 것을 가능하게 할 수 있고, 감압 스위치가 보다 높은 전압들을 핸들링할 수도 있는 축적 커패시터에 결합되어 작동하게 한다.
일부 예들에서, 상기 제1 저항 경로는, 축적 커패시터의 제1 전극을 감압 스위치의 게이트에 순방향으로 접속하는 제3 감압회로 다이오드를 구비한다. 이 제3 감압회로 다이오드는, 상술한 제2 감압회로 다이오드와 관련지어 제공될 수 있어, 축적 커패시터의 제1 전극은 감압 스위치의 제2 접속부(예를 들면, 소스 접속부)에 또한, 병렬 다이오드들에 의해 감압 스위치의 게이트 접속부에 결합된다. 제3 감압회로 다이오드는, 제2 감압회로 다이오드와 같고, 결과 전압과 온도 변화가 이 2개의 다이오드의 병렬 응답에 의해 보상될 수 있는 것과 같은 구성을 갖도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 상기 드라이버 회로는, 감압 스위치용 게이트-소스 접속부를 제공하는 제1 감압회로 커패시터를 더 구비한다. 이 커패시터의 제공은, 특히, 이와는 달리 감압 스위치의 원하지 않는 전환을 야기할 수 있는 노이즈를 억제함으로써 상기 감압 스위치의 동작을 안정화할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 제1 저항 경로는, 제1 저항 경로의 적어도 일부와 병렬로 제2 감압회로 커패시터를 더 구비한다. 이 제2 감압회로 커패시터는, 그 회로에서의 노이즈를 한층 더 억제할 수 있고, 특히 전압 및 온도 변화에 대한 그들 각각의 경로의 동일한 보상을 할 수 있는 제1 감압회로 커패시터에 대한 유사한 구성을 갖도록 구성되어도 된다.
일부 예들에서, 상기 드라이버 회로는 승압신호와 감압신호를 제공하도록 구성된 제어회로를 더 구비하고, 이 제어회로는 전기 모터 코일에서의 전류 흐름이 제로일 때 상기 승압신호나 상기 감압신호의 어서션을 시작하도록 구성된다. 드라이버 회로가 전류 흐름이 제로일 때 그것의 전환이 발생하도록 드라이버 회로를 구성하는 것은, 상기 드라이버 회로의 부품들과 특히 승압 및 감압 스위치들이 상대적으로 "경량의"(즉, 약하여서 값싼) 디바이스들에 의해 제공되는 것을 한층 더 가능하게 한다.
일부 예들에서, 상기 제어회로는 상호 배타적으로 상기 승압신호와 감압신호를 어서트하도록 구성된다. 이것은, 상기 드라이버 회로의 부품들에 대한 추가의 보호 레벨을 제공할 수 있어, 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로 중 한쪽만이 임의의 주어진 시간에 동작하고, (특히 전류 구동방향에 대해) 2개간의 충돌이 회피된다.
일부 예들에서, 상기 제어회로는 단일의 연속 펄스로서 상기 승압신호와 감압신호의 각각을 어서트하도록 구성된다. 이에 따라, 이 신호들을 제공하는 상기 제어회로가 디지털 제어 디바이스의 상대적으로 단순한 구성으로 제공될 수 있다.
일부 예들에서 제공한, 스위치드 릴럭턴스 전기 모터의 적어도 2개의 전기 모터 코일을 구동하는 드라이버 보드는: 적어도 2개의 전기 모터 코일의 제1 전기 모터 코일을 구동하기 위한 제1 국면에 따른 제1 드라이버 회로; 및 적어도 2개의 전기 모터 코일의 제2 전기 모터 코일을 구동하기 위한 제2 국면에 따른 제2 드라이버 회로를 구비하고, 상기 제1 드라이버 회로와 상기 제2 드라이버 회로는 공동 전원에 의해 전원이 투입된다. 공동 전원에 의해 전원이 투입된 단일의 드라이버 보드상에 2개의 드라이버 회로를 함께 위치시키는 것은, 특히 제1 및 제2 드라이버 회로에 의해 구동되는 제1 및 제2 전기 모터 코일이 서로에 대해 동작의 반대 위상으로 배치될 때, 특별한 이점을 가질 수 있어, 상기 공동 전원에 대해 하나의 드라이버 회로에서의 전류 흐름이 상기 공동 전원에 대해 제2 드라이버 회로와 반대이기 때문에, 상기 전원상에 인출된 네트 전류가 상당히 감소될 수 있는데, 그 이유는 대다수의 전류 흐름이 제1 드라이버 회로와 제2 드라이버 회로 사이에 있거나 상기 드라이버 보드를 온 또는 오프할 수 없기 때문이다.
일부 예들에서, 상기 드라이버 보드는, 제1 동작 스테이지에서 제1 전기 모터 코일이 제1 극성의 전류로 충전되고 제2 전기 모터 코일이 상기 제1 극성의 반대인 제2 극성의 전류로 충전되고; 제2 동작 스테이지에서 제1 전기 모터 코일이 제1 드라이버 회로의 축적 커패시터에 방전되고 제2 전기 모터 코일이 공동 전원에 방전되고; 제3 동작 스테이지에서 제1 전기 모터 코일이 제2 극성의 전류로 충전되고 제2 전기 모터 코일이 제1 극성의 전류로 충전되고; 제4 동작 스테이지에서 제1 전기 모터 코일이 공동 전원에 방전되고 제2 전기 모터 코일이 제2 드라이버 회로의 축적 커패시터에 방전되는, 4개의 동작 스테이지에서 상기 드라이버 보드를 동작시키도록 구성된 제어회로를 더 구비한다. 이에 따라, 이렇게 하여 각 드라이버 회로의 동작을 조정함으로써, 제1 및 제2 드라이버 회로에 의해 유도된 우세한 전류 흐름은 조정되어, 그 우세한 전류 흐름은 공동 전원에 및 공동 전원으로부터가 아닌 제1 드라이버 회로와 제2 드라이버 회로 사이에 있다. 예를 들면, 1A의 전류가 상기 전원으로부터 한쪽의 드라이버 회로에 나오는 구성에 있어서, 다른쪽의 드라이버 회로는 0.75A의 전류를 동시에 상기 전원에 되돌리고 있는 중일 수도 있다. 이 때문에, 상기 전원상에 도시된 네트는, 단지 0.25A일 뿐이고, 그렇다 하더라도, 제1 드라이버 회로와 제2 드라이버 회로의 그들 각각의 모터 코일에 대해 (동작의 위상면에서) 반대의 구성에 의해서, 1.75A의 전류는 각각의 모터 코일에서 흘러 자기장(따라서 전기 모터의 출력 토크)을 발생한다. 특히, 코일 에너지가 전류의 제곱에 비례하므로, 이것은 상기 전원으로부터 도시된 것보다 49배 많은 상기 모터 코일들에 전달된 에너지를 나타낸다(1.752/0.252=49). 다소 반직관적일지라도, 이러한 추가의 에너지는 상기 모터의 코일들 또는 드라이버 회로의 축적 커패시터에 이전에 저장되어 있고, 본 기술들에 의해 제공된 드라이버 회로는 전원 공급장치로부터 "프레쉬(fresh)" 에너지를 그것의 각각의 위상을 갖는 각 사이클에서 모터 코일에 제공하는 대신에, 이것이 상기 모터 코일과 저장회로 사이에서 효율적으로 전후로 이동되는 것을 가능하게 한다는 것이, 기억되어야 한다.
일부 예들에서, 스위치드 릴럭턴스 전기 모터의 6개의 전기 모터 코일을 구동하도록 구성되고, 그 6개의 전기 모터 코일들의 각각의 전기 모터 코일을 각각 구동하기 위한 제1 국면에 따른 6개의 각각의 드라이버 회로들을 구비하고, 상기 제어회로는 6개의 드라이버 회로들을 3개의 쌍으로 구동하도록 구성되고, 제1 드라이버 회로는 제4 드라이버 회로와 쌍으로 되고, 제2 드라이버 회로는 제5 드라이버 회로와 쌍으로 되고, 제3 드라이버 회로는 제6 드라이버 회로와 쌍으로 되며, 드라이버 회로들의 쌍마다 상기 제어회로는 해당 쌍의 한쪽의 드라이버 회로의 승압신호를 해당 쌍의 다른쪽의 드라이버 회로의 감압신호와 동시에 어서트하도록 구성된다. 이렇게 6개의 각각의 드라이버 회로들을 한쪽의 드라이버 보드상의 동일한 장소에 배치하는 것은, 3개의 쌍들의 드라이버 회로간의 조정을 용이하게 하고, 특히 스위치드 릴럭턴스 전기 모터에서 6개의 인접한 전기 모터 코일들을 구동하는데 유용하다. 6개의 인접한 전기 모터 코일들은, 예를 들면 스위치드 릴럭턴스 전기 모터가 고정자 치와 회전자 치와의 비율이 3:2이도록 구성될 때 중요할 수 있어, (각각의 코일들이 감긴) 6개의 인접한 고정자 치에 대해서 2개만이 고정자에서 회전자의 임의의 주어진 방향에 대한 회전자 치와 정렬될 것이다. 따라서, 이 6개의 인접한 고정자 치의 코일들에 대해서, 그들 중 정확히 2개는 임의의 시간에 전력을 필요로 하고, 게다가 이들은 (한쪽의 코일을 구동하는) 한쪽의 채널이 전원으로부터 전류를 당길 때, (다른쪽 코일을 구동하는) 다른쪽의 채널이 그것을 역으로 제공중이도록 배치될 수 있고, 네트 효과는, 해당 사이클상의 적은 퍼센트의 손실을 회복하는데 필요한 것보다 많은 에너지를 위한 전원을 이용하지 않고 (동일한 드라이버 보드상에서) 제공 채널로부터 직접 상기 당기는 채널에 직접 진행하는 에너지다.
일부 예들에서, 상기 제어회로는 드라이버 회로들의 각 쌍을 선택적으로 사용 불가능하도록 구성된다. 비록 전기 코일 모터가 드라이버 회로의 3개의 쌍 전부가 사용 가능한 상태로 되어 가장 강력하게 동작하지만, 3개의 쌍 전부는 전기 모터가 동작하기 위해 작동되는 것이 필요하지 않고, 이 때문에 전기 모터는, 드라이버 회로들의 쌍 중 적어도 하나가 사용 불가능할 때 저전력 구성으로 작동될 수 있다.
일부 예들에서는, 서로 상관없이 스위치드 릴럭턴스 전기 모터의 24개의 전기 모터 코일을 구동하도록 구성되고, 적어도 6상 동작 사이클의 선택된 위상에 대해 24개의 전기 모터 코일의 각각을 구동하도록 구성된, 제2 국면에 따른 4개의 드라이버 보드들을 구비하는, 스위치드 릴럭턴스 전기 모터 드라이버 장치를 제공한다.
일부 예들에서, 상기 스위치드 릴럭턴스 전기 모터 드라이버 장치는, 각 드라이버 보드를 선택적으로 사용 불가능하도록 구성된다. 따라서, 각 드라이버 보드는, 스위치드 릴럭턴스 전기 모터의 24개의 전기 모터 코일들 중 6개를 구동하도록 구성되고, 따라서, 예를 들면 상기 전기 모터의 사분면에 해당하여도 된다. 따라서, 전기 모터의 각 사분면은 저전력 구성으로 전기 모터를 작동하기 위해서 선택적으로 오프로 전환되어도 된다.
일부 예들에서, 상기 스위치드 릴럭턴스 전기 모터 드라이버 장치는, 제2 국면에 따라 8개의 드라이버 보드를 구비하고, 적어도 6상 동작 사이클에서 스위치드 릴럭턴스 전기 모터의 48개의 전기 모터 코일들을 구동하도록 구성되고, 여기서 전기 모터의 쌍들은 적어도 6상 사이클의 동일한 위상으로 구동된다. 예를 들면, 전기 모터는, 전기 모터의 종방향 길이를 2개의 파트로 분할하는 2개의 별개의 고정자부들을 갖도록 구성되어도 된다. 따라서, 본 기술들에 의하면, 48개의 전기 모터 코일들의 각각은, 개별적으로 제어 및 구동되지만, 일부 예들에서 2개의 고정자부들은 서로 병렬로 구동되도록 구성되어, 위상 사이클의 동일한 위상이, 한쪽이 각 고정자부인 2개의 전기 모터 코일들에 인가된다.
일부 예들에서 제공한 전기 모터를 구동하는 드라이버 회로의 작동방법은: 전원으로부터의 제1 극성의 전류로 전기 모터 코일을 충전하는 단계; 전기 모터 코일을 드라이버 회로의 축적 커패시터에 방전하는 단계; 드라이버 회로의 축적 커패시터로부터 상기 제1 극성과 반대의 제2 극성의 전류로 전기 모터 코일을 충전하는 단계; 및 전기 모터 코일을 전원에 방전하는 단계를 포함한다.
일부 예들에서 제공한 전기 모터 코일을 구동하는 드라이버 회로는: 전원으로부터의 제1 극성의 전류로 전기 모터 코일을 충전하는 수단; 전기 모터 코일을 드라이버 회로의 축적 커패시터에 방전하는 수단; 드라이버 회로의 축적 커패시터로부터 상기 제1 극성과 반대의 제2 극성의 전류로 전기 모터 코일을 충전하는 수단; 및 전기 모터 코일을 전원에 방전하는 수단을 구비한다.
일부 예들에서 제공한 장치는, 회전자부와 고정자부로 이루진 스위치드 릴럭턴스 전기 모터-상기 회전자부는 복수의 회전자 치를 구비하고, 상기 고정자부는 적어도 12개의 고정자 치를 구비하고, 각 고정자 치는 각각의 코일로 감겨진다-; 및 스위치드 릴럭턴스 전기 모터의 코일들의 전기 모터 코일을 구동하는 모터 드라이버 회로를 구비하고, 상기 모터 드라이버 회로는, 전기 모터 코일에 결합되도록 배치된 입력노드와 축적 커패시터로 이루어진 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로; 및 상기 입력노드와 상기 축적 커패시터로 이루어진 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로를 구비하고, 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로의 인덕턴스와 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 인덕턴스는 입력노드가 전기 모터 코일에 결합될 때 제공되고, 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로의 출력은 축적 커패시터에 걸쳐 생긴 전압이고, 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 입력은 축적 커패시터에 걸쳐 생긴 전압이다.
이하, 일부의 특별한 예들에 대해 첨부도면들을 참조하여 설명하겠다.
도 1은 일례에서 스위치드 릴럭턴스 전기 모터 시스템(10)을 개략적으로 도시한 것이다. 그 전기 모터는, 2개의 고정자부(14, 16)내에서 회전하도록 구성된 회전자부(12)를 구비한다. 이 회전자부는, 방사상으로 외향으로 연장되고 상기 고정자부 14와 16 양쪽을 통해 상기 회전자부의 길이를 따라 움직이는 종방향 스파인(spine)들을 구성하는 16개의 회전자 치를 갖도록 구성된다. 각 고정자부는, 내향으로 연장되고 또한 각 고정자부의 길이를 따라 움직이는 종방향 스파인들을 구성하는 24개의 고정자 치를 갖도록 구성된다. 각 고정자 치에는, 다수의 턴(turn)-이 경우에는 약 2백 턴으로 이루어진 코일이 감겨 있다. 도 1에 도시된 예에서, 상기 고정자 치 코일들에 전원을 투입하여서 발생된 자기장은 상기 모터가 상기 회전자상의 자기장들의 작용에 의해 회전되게 하므로, 상기 회전자 치상에 코일들이 없다.
상기 전기 모터 시스템(10)은, 상기 연관된 제어회로(22)에 의해 제어되도록 구성된 고정자 코일 드라이버 회로(20)를 더 구비한다. 전원 공급장치(24)는, 상기 고정자 코일 드라이버 회로와 상기 모터의 고정자 코일들에 모두 결합된다. 이 때문에, 상기 고정자 코일들과 상기 전원 공급장치(24)간에, 또한 상기 고정자 코일들과 상기 고정자 코일 드라이버 회로(20)간에 모두 전류 흐름이 있을 수 있다. 이러한 배치의 의미는, 또 다른 도면의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 2는 단일 고정자 코일과 연관된 상기 고정자 코일 드라이버 회로의 주요 부품을 개략적으로 도시한 것이다. 본질적으로, 도 2에 도시된 상기 회로는, 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 조합이다. 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로는 상기 승압 다이오드(30)와 상기 승압 스위치(32)를 구비하고, 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로는 상기 감압 다이오드(34)와 상기 감압 스위치(36)를 구비한다. 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로는, 상기 축적 커패시터(38)를 공유한다. 또한, 각각은 상기 입력노드(44)를 거쳐, 본 회로와 상기 전원 공급장치(42)에 의해 구동된 고정자 코일(40)에 접속된다. 상기 승압 스위치(32)와 상기 감압 스위치(36)용 제어신호들, 즉 상기 승압신호와 상기 감압신호 각각은, (여기서는 도 1에 도시된 것처럼 동일한 제어회로(22)로 표현된) 상기 제어회로에 의해 발생된다.
동작상, 도 2의 상기 예의 승압신호와 감압신호는 상호 배타적으로 상기 제어회로(22)에 의해 어서트되어 상기 고정자 코일(40)에 전원이 투입되게 되고, 게다가 쌍방향으로 구동되게 되고, 이때, 전류를, ("승압" 작동 동안에) 상기 고정자 코일을 통해 일 방향으로 흐르게 하고 나서 ("감압" 작동 동안에) 상기 고정자 코일을 통해 다른 방향으로 흐르게 한다. 상기 승압신호를 어서트하여 상기 승압 스위치(32)가 닫히게(도통하게) 함으로써, 상기 전원 공급장치(42)에서 제공한 공급 전압이 상기 고정자 코일(40)에 인가되게 한다. 상기 승압신호는, 상기 고정자 코일에서의 전류 흐름이 상기 모터의 작동 동안 상기 필요한 자기장을 발생중일 때까지 적절한 기간에 어서트된다. 상기 승압신호가 스위치 오프될 때, 즉 상기 승압 스위치(32)가 열리면, 에너지가 상기 코일로부터 소모되므로 (상기 승압 다이오드(30)를 거쳐) 전류가 계속 흐른다. 상기 고정자 코일(40)로부터 소모된 이 에너지는, 상기 축적 커패시터(38)를 충전하여서 축적된다. 이것은, 상기 코일에서의 전류를 차단하는 정전형 전압으로 상기 축적 커패시터를 빠르게 승압시킨다.
그리고, 축적 커패시터(38)에 축적된 이 "승압된 전압"은, 역방향으로 상기 고정자 코일(40)을 통전시키는데 이용 가능하다. 이것이 필요하면, 상기 감압신호가 어서트되어 상기 감압 스위치(36)가 닫히게(도통하게) 하고, 이전에 승압된 전압은 상기 승압 위상과 역방향으로 상기 고정자 코일(40)에 (감압 다이오드 34를 거쳐) 인가될 수 있다.
도 3은, 상기 고정자 코일 전류를 먼저 상기 승압신호의 어서션에 의한 일(예를 들면, 포지티브) 방향으로 구동시킨 후, 상기 고정자 코일 전류를 상기 감압신호의 어서션에 의한 타(예를 들면, 네가티브) 방향으로 구동시키는, 도 2에 도시된 상기 회로의 순환 동작을 도시한 것이다. 상기 감압신호의 어서션은 상기 고정자 코일 전류가 0으로 떨어질 때까지 일어나지 않는다는 것을 주목한다. 이것이 의미하는 것은, 상기 드라이버 회로에 있어서 전압들은 전류가 낮을 때 스위칭되고, 전류들은 전압이 낮을 때 스위칭되어, 그 스위칭 디바이스에서의 전력 소모를 아주 작게 한다는 것이다. 도 5a, 5b 및 도 6에 도시된 예를 참조하여 보다 상세히 설명하는 것처럼, 이것은, 비교적 경량의 스위치들(예를 들면, 보다 값비싼 IGBT들 대신에, MOSFET들)이 상기 회로에서의 스위치들로서 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
전기 모터 고정자 코일들을 구동하는 것에 대한 본 기술의 특별한 이점을, 일례에서 2개의 고정자 코일이 구동되는 4위상 처리를 도시하는 도 4로부터 알 수 있다. 2개의 고정자 코일은, 각각, 공동(DC) 전원 공급장치와 그들 자신의 각각의 코일 드라이버 회로에 결합된다.
제1 위상에서는, 모터 코일 양쪽이 충전되지만, 반대의 방향으로 충전된다. 제1 모터 코일은 상기 공동 전원 공급장치로부터의 제1 극성의 전류로 충전되고, 제2 모터 코일은 상기 제2 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터로부터의 제2(반대의) 극성의 전류로 충전된다. 도면에 주어진 예에서, 상기 전원 공급장치로부터의 1.6A가 상기 제1 코일에 제공되고, 상기 제2 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터로부터 얻어지는 1.3A가 상기 제2 코일을 거쳐 상기 전원 공급장치에 복귀된다. 그 결과, 네트 0.3A 공급 부하의 경우, 2.9A에 대응한 총 코일 램프 업(ramp up)이 이루어진다.
제2 위상에서는, 모터 코일 양쪽이 방전되고, 다시 반대의 방향으로 방전된다. 제1 모터 코일은 상기 제1 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터에 방전되고, 상기 제2 전기 모터 코일은 상기 공동 전원 공급장치에 방전된다. 본 도면에 주어진 예에서, 1.6A가 상기 제1 코일로부터 상기 제1 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터에 통과되고, 1.3A가 상기 전원 공급장치에 복귀되어 상기 제2 코일로부터 얻어진다. 그 결과, -1.3A에서 0으로 떨어지는 네트 공급 부하의 경우, 2.9A의 총 코일 램프 다운(ramp down)이 이루어진다.
제3 위상에서는, 모터 코일 양쪽이 다시 충전되고, 반대의 방향으로 상기 제1 위상에서 충전된다. 제1 모터 코일은 상기 제1 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터로부터의 상기 제2 극성의 전류로 충전되고, 상기 제2 모터 코일은 상기 공동 전원 공급장치로부터 상기 제1 극성의 전류로 충전된다. 본 도면에 주어진 예에서, 상기 제1 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터로부터 얻어지는 1.3A가 상기 제1 코일을 거쳐 상기 전원 공급장치에 복귀되고, 상기 전원 공급장치로부터의 1.6A가 상기 제2 코일에 제공된다. 그 결과, 네트 0.3A의 공급 부하의 경우, 2.9A에 대응한 총 코일 램프 업이 이루어진다.
끝으로, 제4 위상에서는, 모터 코일 양쪽이 다시 방전된다. 상기 제1 모터 코일은 상기 공동 전원 공급장치에 방전되고, 상기 제2 전기 모터 코일은 상기 제2 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터에 방전된다. 본 도면에 주어진 예에서, 1.3A가 상기 전원 공급장치에 복귀되어 상기 제1 코일로부터 얻어지고, 또한 1.6A가 상기 제2 코일로부터 상기 제2 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터에 통과된다. 그 결과, -1.3A에서 0으로 떨어지는 네트 공급 부하의 경우, 2.9A의 총 코일 램프 다운이 이루어진다.
이제, 일례에서의 드라이버 회로의 구성의 보다 많은 상세를 도 5a, 5b 및 도 6을 참조하여 설명한다. 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로는 도 5a에서 따로따로 표현되고, 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로는 도 5b에서 따로따로 표현되고, 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로 양쪽을 갖는 상기 조합된 드라이버 회로는 도 6에 도시되어 있다.
도 5a의 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로에 있어서, 상기 승압 스위치는 상기 NMOS(50)에 의해 구성되고, 상기 축적 커패시터(CSTORE)는 33μF 커패시터(52)에 의해 구성된다. 또한, 상기 승압 다이오드D1(54)에 추가하여, 본 예에서는 2개의 추가의 다이오드 D2(56)와 D3(58)이 제공된다는 것을 주목한다. 상기 승압 전압 컨버터 회로는 상기 고정자 코일(60)과 상기 150V DC 전원 공급장치(62)에 결합된다.
도 5b의 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로에서는, 상기 축적 커패시터(CSTORE)가 도 5a에 도시된 것과 같은 동일한 33μF 커패시터(52)이다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 도 5a 및 5b에 라벨이 붙여진 것처럼, 상기 커패시터(52)에 걸쳐 생긴 전압은, 도 5a의 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로의 출력으로서 도시될 수 있고 도 5b의 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로의 입력으로서 도시될 수 있다. 또한, 상기 감압 전압 컨버터 회로는 상기 고정자 코일(60)과 상기 150V DC 전원 공급장치(62)에 결합된다. 도 5b에 도시된 예에서, 상기 감압 스위치는, 상기 PMOS(64)에 의해 구성된다. 상기 감압 다이오드 66(D4)에 추가하여, 본 예에서는 2개의 추가의 다이오드 68 및 70(D5 및 D6)이 설치되어 있다. 끝으로, 도 5b의 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로도, 상기 감압 스위치(PMOS 64)의 게이트에 결합된 기준회로를 구비한다. 이 기준회로는, NMOS(72), 레지스터(74, 76, 78)(R7, R8 및 R9), 커패시터(80, 82)(C2 및 C3) 및 다이오드(84)(D7)로 구성된다.
이제, 도 6을 참조하여, 본 예에 있어서 풀 드라이버 회로의 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로를 조합된 구성으로 도시하는 구성에 대한 보다 상세 내용을 설명한다. 도 6의 드라이버 회로의 부품들이 도 5a 및 5b에 도시된 부품들과 같은 참조번호인 것은, 이 후자의 별도의 표시는 상기 풀 드라이버 회로의 각 부품이 속하는 각각의 부분을 강조하기 위해 별도로 도시되어야만 하기 때문이다.
본 예에서 설치된 각종 추가의 다이오드들(즉, 도 2에 도시된 상기 승압 다이오드와 감압 다이오드에 더하여)은 다용도이지만, 그 다이오드들이 작동하는 전반적으로 특별한 역할은, 모터 코일의 사이즈와 그 모터에 필요한 공급전압(예를 들면, 35mH 코일 및 150V DC 전원 공급장치)에도 불구하고, 중요한 스위칭 디바이스들(승압 스위치 50 및 감압 스위치 64)이 (이를테면, 보다 많이 비싼 IGBT 디바이스들 대신에) 매우 싼 MOSFET 디바이스들로 구성되는 것을 가능하게 하기 위함이다. 이러한 종류의 구성을 갖는 모터의 작동과 연관된 큰 EMF와 신속한 전압 변화는, (오프라고 가정될 때 그들이 턴 온되는) 전압과 게이트스텝의 손실을 일으킬 가능성이 있어서, 이 다이오드들은, 본 회로 전체에 걸쳐 사용되어 상기 스위치들을 보호하는 전력 차단을 제공한다. 또한, 이 다이오드들은, 상기 스위치드 인덕턴스 승압 전압 컨버터 회로와 상기 스위치드 인덕턴스 감압 전압 컨버터 회로를 분리하는 역할을 하여, 한쪽의 작동이 다른 쪽의 부품들에 대한 손상 위험이 없다. 예를 들면, 상기 감압 전압 컨버터 회로에서 PMOS(64)의 양쪽에 배치된 다이오드 68과 70(D5와 D6)의 조합은, 상기 코일로부터 방전하는 전류 흐름의 전력이, 상기 드라이버 회로의 "승압" 작동 모드 동안에 그 PMOS를 온 및 오프시키는 것을 방지한다(그래서, 그 승압 모드의 정확한 작동에 악영향을 주고 상기 감압 전압 컨버터 회로의 이 나머지 부품들에 대한 손상 위험이 있다).
상기 트랜지스터(64)가 (보다 싼 NMOS가 아니라) PMOS 디바이스로서 구성되는 것은, 상기 "감압" 작동 모드에서 상기 인덕턴스(코일)를 통해 상기 전원 공급장치에 감압시킬 때, 상기 인덕터(고정자 코일(60))가, 상기 감압 다이오드(66)를 통해 전류를 끌어당겨, 거기에서 스위치가 한쪽의 다이오드에 대해 저하되어 접지 아래로 저하된다는 것 때문이라는 것을 주목한다. 이것이 트랜지스터(64)용 PMOS를 사용할 때 작동되는 것은, 단지 그 드레인상에서 약간 더 저하를 추가하기 때문이다. NMOS 디바이스는, 원리상, 사용될 수 있었지만, 상술한 (그 NMOS 디바이스의 소스에 있을) 접지 아래까지 아래로 끌어당겨지기 때문에 접지 아래 레벨로 그것의 게이트 전압을 제공하는데 추가의 회로를 필요로 하는 것은, 그렇지 않으면, 상기 인덕터(고정자 코일(60))가 방전중일 때 턴 오프될 수 없었기 때문이다.
추가로, 상기 회로에서의 상기 다이오드들은, 큰 인덕터로부터 큰 커패시터를 구동할 때 강하게 일어나는 발진(링잉)을 정류하는 정류 기능을 제공한다.
상기 커패시터(80, 82)(C2, C3)는, 상기 감압 스위치(PMOS 64)의 게이트의 스위칭의 안정성에 영향을 줄 수 있는 상기 회로에서의 노이즈를 억제하도록 구성되고, 이 트랜지스터의 상기 게이트는, (비록 상기 다이오드 70, 84(D6, D7)를 거칠지라도) 상기 축적 커패시터(52)와의 접속에 의해 상기와 같은 노이즈에 특히 민감하다. 또한, 상기 커패시터(80, 82)는, 특히 상기 저항(74, 76, 78)(R7, R8, R9)과 상기 NMOS 트랜지스터(72)를 한층 더 구비하는, 상기 기준회로의 일부를 구성한다. 이러한 기준회로의 제공에 의해, 상기 감압신호(BUCK)가 접지(GND)로 기준이 될 수 있고, 상기 감압 스위치(64)의 상기 게이트 신호가 상기 축적 커패시터(52)의 (도 6에 도시된 것처럼) 상측에 존재하는 전압으로 기준이 될 수 있다. 따라서, 디지털(저전압) 감압신호의 스위칭은, (상기 축적 커패시터에 보여진 전압에 대해) 정확한 소스-드레인 임계전압을 설정하는 것에 의해 상기 감압 스위치(64)의 스위칭을 정확히 제어할 수 있다. 상기 다이오드 70, 84(D6, D7), 상기 커패시터 80, 82(C2, C3) 및 상기 저항 74, 76/78(R7, R8/R9)의 병렬 구성에 의해, 상기 회로는, 그들 각각의 쌍으로 이 부품들 각각이 온도 및 전압 변동을 가져야 하는 동등한 응답으로 인해, 그 전압 및 온도 변동의 범위에 걸쳐 지속적으로 행할 수 있다는 것을 주목한다. 논리적으로 생각하면, 상기 저항 76, 78(R8, R9)은, 전력 소모 개선뿐만 아니라 저비용 및 소형의 이유로 본 실시예에서는 비록 2개의 별도의 부품으로서 구성되지만, 단일 저항으로 구성할 수 있다는 것을 주목한다. 또한, 상기 다이오드 70,84(D6, D7)의 제공은, 상기 기준회로의 나머지로 구성되는데 필요한 상기 게이트 저하를 감소시키고, (저항 부품들의 전력 요구사항이 낮으므로) 명시적으로 구성되는데 필요한 그 저항 부품들의 비용을 저감시키고 전압의 범위가 보다 쉽게 처리되게 한다.
도 7은 일례에서, 회전자부와 한쪽의 고정자부의 치의 방사형 도면을 개략적으로 도시한 것이다. 본 예에서, 상기 고정자부의 (미도시된) 코일들에 대한 제어는, 6개의 고정자 치의 군들이 만들어지고 각 군에 대해서 어서트된 순환 제어 시퀀스가 그 군에서의 상기 6개의 고정자 치에 해당한 6 스테이지를 통해 동작하도록 구성된다. 도 12를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명할 본 예의 또 다른 특징은, 어떤 군에서 각 고정자 코일과 연관된 상기 드라이버 회로들이 제어회로와 단일 DC 전원 공급장치를 공유하는 하나의 보드상에 설치되는 것이 특징이어서, 동일한 전원 공급장치를 공유하는 다른 드라이버가 "승압 모드"에서 작동중인 동안에, "감압 모드"에서 작동중인 하나의 드라이버의 상술한 이점이 생길 수 있다. 도 7은, 본 실시예에 있어서 (본 도면에 1로 라벨이 붙여진) 각 군에서의 제1 고정자 코일이 제1 방향으로 현재 전원이 투입중이고(승압 모드), 여기서 그 결과로 얻어진 상기 고정자 치들에서 유도된 자기장은 북쪽(N) 방사상으로 내향하고 남쪽(S) 방사상으로 외향하게 배향되어 있고, 본 예에 있어서 각 군에서의 제4 고정자 코일이 동시에 반대로 전원이 투입중이어서(감압 모드), 그 고정자 치에서 유도된 자기장은 남쪽(S) 방사상으로 내향하고 북쪽(N) 방사상으로 외향하게 배향되는, 상기 6스테이지 사이클 중 하나의 스테이지의 스냅샷을 한층 더 도시한 것이다. 이 전기 모터의 고정자 코일들을 구동하는 것은 이렇게 쌍으로 된 대향 유도된 자력 방식으로 계속되고, 여기서, 다음 스테이지에서, 고정자 치 2, 5가 (서로에 대해 반대로) 구동된 후, 고정자 치 3, 6이 구동되고 나서, (상기 제1 위상에 반대의 자기 구성에서) 고정자 치 1, 4 등이 구동된다.
또한 도 7을 참조하여, 회전자 치와 고정자 치의 구성(특히 그들의 수의 비가 2:3)은, 상기 회전자 치의 절반이 대응한 고정자 치와 직접 정렬될 때, 상기 회전자 치의 나머지 절반이 (본 예에서 2개의 고정자 치 사이의 갭의 중앙과 정렬되어 있는) 상기 고정자 치와 정렬되어 있는 배치로 되어도 된다는 것을 주목한다. 회전자/고정자의 정렬된 쌍의 경우, 이것은, 저 릴럭턴스와 이에 따라 상기 모터로부터의 무출력 전력(제로 토크)에 해당하는 상기 회전자 치들과 상기 고정자 치들 사이의 비교적 작은 공극(예를 들면, 0.5mm미만)만이 있다는 것을 의미한다. 반대로, 이렇게 하여, 6개의 고정자 치의 세트 중 다른 고정자 치와 대응한 회전자 치와의 비정렬은 고 릴럭턴스와, 그 비정렬된 고정자/회전자 치 사이의 (보다 큰 공극, 예를 들면, 1.0mm이상으로 인한) 고 토크 구성을 제공할 수 있다. 공지된 스위치드 릴럭턴스 전기 모터에 있어서 상기 회전자 치와 고정자 치간의 일부 중첩이, 허용 가능한 효율을 위해 릴럭턴스가 낮지만, 비록 가능한 최대 이하의 레벨에 있지만 토크를 그래도 달성할 수 있는 구성으로 상기 모터를 유지하기 위해서 요구될 수도 있지만, 본 전기 모터 시스템은, (비정렬 고정자/회전자 치에 의해) 보다 높은 토크를 발생할 수 있지만 사용하고 있지 않은 자기장을 발생할 때 소비된 에너지를 재사용하기 때문에 그 효율을 높이는 구성을 제공함으로써 토크와 효율간의 향상된 트레이드오프를 달성한다.
도 8은 각 군에서 6개의 고정자 치의 세트에 대한 상술한 제어를 제공하는 상기 드라이버 회로들에서의 상기 승압신호와 감압신호의 상대 타이밍을 개략적으로 도시한 것이다. 고정자 코일 1/4, 2/5 및 3/6상의 제어에 대한 상기 언급된 페어링(pairing)을 알 수 있고, 여기서 각 쌍의 고정자 코일은 반대의 모드(승압/감압)에서 드라이버 회로에 의해 항상 구동되고 그 결과로 얻어진 전류 흐름(본 도면에서 삼각파형)은 항상 반대의 복수성을 갖는다. 상기 승압 및 감압신호의 어서션의 시작은, 각각의 드라이버 회로의 부품들이 대향하는 어떠한 잔여 전류 흐름에 의해서도 손상되지 않도록 보장하기 위해서 각각의 회로에서의 전류가 0일(또는 적어도 무시 가능할)때만 시작한다는 것을 주목한다. 도 8에 도시된 제어신호들의 시퀀스는, 상기 전기 모터가 풀 전력 구성이 되도록 구성될 때 도 7에 도시된 고정자 코일들의 4개의 군 각각에 인가되지만, 그 전기 모터는 상기 고정자 코일들의 상기 군들중 적어도 하나가 전원이 투입되지 않을 때 보다 저전력의 구성으로 작동하는 것도 가능하다. 이는, 어서트된 상기 승압 및 감압용 제어신호를 다르게 함으로써 달성될 수도 있어, 그 후 하나 이상의 드라이버 회로나 하나 이상의 드라이버 보드를 적절하게 스위칭 오프함으로써 달성될 수도 있다. 추가로, 이렇게 하여, 상기 모터가 작동하는 속도는 인가된 상기 승압 및 감압 신호(이를테면 도 8에서)의 타이밍 시퀀스에 의해 결정되고, 상기 모터가 작동중인 특별한 전력레벨상에서는 결정되지 않는다는 것을 주목해야 한다. 이 전력레벨은, 상기 선택된 승압 및 감압신호 지속기간으로 인해 발생하는 전류 펄스들의 사이즈에 의해 결정되어도 된다. 따라서, 예를 들면, 동일한 전력레벨 정도의 경우, 상기 모터는 2개의 상당히 다른 속도(예를 들면, 500rpm 및 1000rpm)로 작동될 수도 있다. 회전속도의 동작 전력레벨과의 이러한 독립성은, 유저가 상기 모터를 작동시키는 방법의 선택에 대한 상당한 융통성을 추가하고, 고정자 코일들의 어느 군에 전원을 투입할지의 선택에 의해 타이밍 시퀀스와 전반적인 작동 전력레벨에 의해 상기 회전속도에 영향을 준다. 게다가, 유저가 상기 모터의 회전속도에 대해 그러한 직접 및 독립적으로 제어한다는 사실은, 많은 경우에, 종래의 전기 모터와 관련하여 설치된 트랜스미션 또는 기어링이 생략될 수 있다는 것을 의미한다.
도 9는 도 7과 같은 방사상 표시로 보여질 때 전기 모터의 예의 하나의 작동 상태에서 생기는 자기장의 제1 시뮬레이션을 도시한 것이다. (좌측에 도시된) 이것은, "쌍방향"으로 라벨이 붙여지고, 역방향으로 일 군에서 고정자 코일들의 쌍들을 동시에 구동하는데 사용되는 본 기술에 따른 드라이버 회로들에 해당한다. 비교를 위해, (우측에 도시된) 제2 시뮬레이션은 "단방향"으로 라벨이 붙여지고, 동일한 방향으로 일 군에서 고정자 코일들의 쌍들이 동시에 구동되는 구성에 해당한다. 자기장 표시법(테슬라 단위)은, 고정자 치 사이의 공극에서 일어나는 것이다. 그 공극에서 측정될 때, (상기 단방향 케이스와 비교하여 쌍방향 케이스에 대해서) 결과적인 ON 전계가 약 25%초과, 상부 OFF전계가 약 9배 작고, 하부 OFF 전계가 거의 750배 작다는 것을 알 수 있다. ON전계가 증가하면 토크가 증가하고 OFF전계가 감소하면 드래그가 감소한다. 이것은, 본 모터 시스템의 효율성을 한층 더 향상시키는 상기 전기 모터에서 - 및 특히 회전자부에서- 상기 쌍방향 구성이 자기장의 강화를 조작한다는 사실에 기인한다.
도 10a 및 10b는, 상기 고정자 코일(들)에 대한 상기 회전자부의 상대 위치 정보를 제공하기 위해 광학 센서들을 사용한 것을 도시한 것이다. 도 10a는, a) 회전자 치가 광학 센서 및 고정자 치와 정렬될 때 하나의 광학 센서만이 회전자 치의 존재를 등록하고, b) 상기 회전자가 상기 고정자부에 대해 회전함에 따라, 3개의 광학 센서 중 최대 2개가 회전자 치의 존재를 등록하도록, 상기 고정자 치의 3개와 정렬되고 크기를 가지며 수정되게 위치 결정된 상기 3개의 광학 센서(100, 102, 104)를 도시한 것이다.
이 구성이 의미하는 것은, 3개의 광학 센서에 의해서만(결국, 사용된 센서의 종류에 따라, 아날로그 대 디지털 변환 후의 가능성이 있는, 정보의 3개의 비트가 됨), 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 상대적 방위는, (본 16개의 회전자 치/24개의 고정자 치의 예시 구성의 경우) 2.5도내로 결정될 수 있다는 것이다. 게다가, 그 상대적 회전자-고정자 위치에 대한 정보가 이용 가능하지 않은 중간 위치가 없고, 이 때문에 상기 모터가 정지하는 어떤 위치든, 모터를 작동시키기 위해 고정자 코일들을 활성화시킬지가 항상 알려질 수 있다. 도 10b는 상기 회전자가 상기 고정자에 대해 회전할 때의 대응한 3개의 광학 센서 출력을 도시한 것이다.
일부의 구성 예에서, 고정자 코일을 통과한 전력의 방향은 -이에 따라 그 결과의 자기장의 방향은 -, 그 코일과의 접속들의 특별한 구성에 의해 일어날 수도 있다. 도 11a는 코일 드라이버 회로를 사용하여 그 전력을 한 번에 활성상태인 한 쌍의 고정자 코일의 양쪽에 제공할 수 있지만, (본 도면에서 이것은 6개의 군에서 상기 제1 코일과 제4 코일이다) 반대방향으로 활성화될 수 있는, 구성의 일례를 도시한 것이다. 상기 제1 코일과 상기 제4 코일은, 서로 반대의 의미로 감겨져 있어, 상기 코일 드라이버에서 제공한 전력의 일 극성에 대해서, 상기 제1 및 제4 고정자 치에서의 반대로 배향된 자기장이 생기게 된다. 도 11b는, 상기 코일을 통과하는 전류 흐름의 방향을 결정하는 스위치 제어신호에 의해 제어된 각 고정자 코일과 관련하여 추가의 스위칭 회로가 설치된 구성의 다른 예를 도시한 것이다. 그 스위치 제어신호는 상기 코일 드라이버에 의해 제공될 수 있거나, 예를 들면 상기 코일 드라이버를 제어하는 상기 제어회로에 의해 제공될 수 있다.
도 12는 일례에서 드라이버 보드를 개략적으로 도시한 것이다. 이 드라이버 보드는, (예를 들면 도 6에 도시된 것처럼 구성된) 6개의 드라이버 회로(112, 114, 116, 118, 120, 112), 제어회로(126) 및 공동 DC 전원 공급장치(124)가 배치된 단일 집적회로 보드로서 제공된다. 상기 제어회로는, 상기 승압 및 감압 제어신호를 개별적으로 각 드라이버 회로에 제공한다. 상기 6개의 드라이버 회로와 같은 보드 상에 상기 공동 DC 전원 공급장치의 제공은, (예를 들면 도 4에 대해) 상술한 (상기 보드의 온 및 오프가 아니라) 상기 보드내에서의 전류의 대부분의 이동이 지원된다는 것을 의미한다.
도 13은 일례에서, (예를 들면, 도 12에서 도시한 것처럼 구성된) 8개의 드라이버 보드(132)를 구비하고, 따라서, (도 1에 도시된 모터 시스템의 예에 있는 것처럼) 48개의 개개의 고정자 치를 제어하도록 구성된, 완전한 스위치드 릴럭턴스 전기 모터 드라이버 장치(130)를 개략적으로 도시한 것이다. 또한, 전체 제어부(134)는 상기 장치(130)의 일부를 구성하고 상기 8개의 드라이버 보드(132)의 하이레벨 작동을 지시하여, 예를 들면, 상기 전기 모터가 저전력 모드에서 작동해야 할 경우와, 각 개개의 드라이버 보드가, 이러한 저전력 모드를 실시하기 위해 스위칭 오프될 수 있는 고정자 코일들의 세트(예를 들면 각 고정자부에서의 사분면)에 결합될 경우에, 개개의 드라이버 보드가 일시적으로 스위칭 오프되게 한다. 그렇지만, 상기 전체 제어(134)와 상기 보드 제어들(126)에 의해 제공된 드라이버 회로 제어의 조합은, 먼저 임의의 개개의 드라이버 회로가 다른 드라이버 회로의 작동에 상관없이 스위칭 온 또는 오프될 수 있고, 다음에, 각 드라이버 회로에서 제공한 각 고정자 코일상의 제어가 임의의 다른 드라이버 회로에서 제공한 임의의 다른 고정자 코일상의 제어와 완전히 독립적인, 조합이다. 그러므로, 이 때문에, 이와 같이 상기 전기 모터 드라이버 장치(130)는, 고정자 코일들의 군들과 드라이버 회로들의 쌍들에 대해서 상기 설명의 관점에서, 생기는 이점들로 인한 일부의 드라이버 회로의 작동을 근접하게 연결시키도록 선택되어도 되긴 하지만, 48개의 드라이버 회로와 그에 따라 고정자 코일들까지에 대한 개개의 제어를 제공하고, 이러한 구성에서, 각종 고정자 코일들에 제공된 전력의 위상은 동일하여도 된다.
도 14는 2개의 드라이버 회로가 작동되는 방법을 나타내는, 일례에서 행해진 단계들의 시퀀스를 도시한 것이다. 그 흐름은 단계 140에서 시작한다고 생각될 수 있고, 여기서는, 제1 위상에서, 스위치드 릴럭턴스 전기 모터의 제1 고정자 코일은 공동 전원 공급장치로부터의 제1 극성의 전류로 제1 드라이버 회로에 의해 충전되고, 제2 고정자 코일은 상기 제2 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터로부터의 제2(반대의) 극성의 전류로 충전된다. 단계 142에서는, 제2 위상에서, 모터 코일 양쪽이 방전되고, 제1 고정자 코일은 상기 제1 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터에 방전되고, 상기 제2 전기 모터 코일은 상기 공동 전원 공급장치에 방전된다. 단계 144에서는, 제3 위상에서, 모터 코일 양쪽이 다시 충전되지만, 각각 상기 제1 위상에 대해 반대의 방향으로 충전된다. 제1 모터 코일은 상기 제1 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터로부터의 상기 제2 극성의 전류로 충전되고, 상기 제2 모터 코일은 상기 공동 전원 공급장치로부터 상기 제1 극성의 전류로 충전된다. 끝으로, 단계 146에서는, 제4 위상에서, 모터 코일 양쪽이 다시 방전된다. 상기 제1 모터 코일은 상기 공동 전원 공급장치에 방전되고, 상기 제2 전기 모터 코일은 상기 제2 드라이버 회로의 상기 축적 커패시터에 방전된다.
도 15는, 전기 차량, 가령 자동차를 개략적으로 도시한 것으로, 여기서 전기 모터 시스템의 예가 발견된다. 그 차량(150)은, 자신의 모터(154)에 의해 각각 구동된 4개의 휠(152)이 있다. 각 모터(154)는 연관된 드라이버 장치(156)에 의해 구동되고, 4개의 드라이버 장치의 전반적인 제어는 중앙제어부(158)에 의해 유지된다. 각 모터(154)내에서, 각 고정자 치상에 설치된 코일 권선들이 알루미늄이다. 모바일 차량의 경우에, 이것은, 알루미늄이 구리보다 3배정도 가볍고 (무게로) 5배정도 싸기 때문에 이로워서, 면적 당 15배정도 싸다(교체복 항목이 되기에 충분히 싸다). 그 밖의 예들에서, 각 고정자 치상에 설치된 코일 권선들은 구리이어도 되거나, 적절하게 임의의 다른 전도성 금속이어도 된다.
그렇지만, 이전에는, 상기 고정자 코일 권선용 알루미늄의 선택은, 알루미늄의 저항이 단면 면적당 2배 높기 때문에, 또한 알루미늄이 구리보다 보다 빠른 진동으로 약화시키기 때문에 대체로 거부되었을 것이다. 그렇지만, 본 기술에 따른 전기 모터 시스템에 있어서, 상기 코일들에 요구된 전류는, 현저하게 낮으므로, 보다 높은 저항으로 인한 (I2R에 따른) 전력 손실이 보다 작은 의미를 갖는다. 실제, 실제로 R의 값이 높아질수록 L/R시상수를 보다 낮게 하여서, 상기 드라이버 회로는 보다 빨리 작동한다.
또한, 상기 모터의 저비용과 회전속도에 대한 동작의 융통성의 조합은, 도 15에 도시된 예에서 기어링 및 트랜스미션과 연관된 하나의 중앙 모터라기보다는 각 휠에서의 개개의 모터를 제공하는 것이 실용적이라는 것을 의미한다. 각 휠에서 상기 고정자 코일들용 알루미늄 권선들을 사용하여 상기와 같은 "싼" 모터를 배치함으로써, 상기 모터에 (가령, 브레이크 패드의 방식으로) 교체 항목이 되게 접근 가능하고, 그 싼 알루미늄을 사용하는 이점이 실현될 수 있다.
이러한 배치도, 적어도 부분적으로, 여기서는 코일로부터 상기 모터에 자기 에너지 전달의 줄어든 중요성으로 인해 가능하다는 것을 알아야 한다. 이것은, 본 기술이, 상기 코일로부터 상기 회전자에 자기적으로 전달되지 않은 어떤 자기적으로 축적된 에너지이든 회복 및 재사용될 수 있다는 것을 의미한다는 사실에, 기인한다. 상기 모터에서 상기 코일들과 상기 회전자 사이의 공극이 이전에는 매우 작게 - 예를 들면, 밀리미터의 분수- 되었을 것이어서, (상기 회전자로부터 상기 코일에의 양호한 자기 에너지 전달에 의해) 허용 효율을 유지하는 경우, 이러한 상기 공극의 사이에 관한 제약은, 에너지의 재활용으로 인해, 본 모터 시스템에 보다 완화된다. 다음에, 이것은, 상기 모터가, 보다 완화된( 및 가변하는) 공극의 보다 큰 허용오차로 인해, 보다 많이 노출된 위치에 위치 결정될 수 있다는 것을 의미한다.
실제, 도 16은, 자동차 휠(160)이, 모터의 일부를 구성하도록 구성되어 있던 브레이크 디스크(162)를 갖는 모터의 예를 도시한 것이다. 브레이크 패드들(164)은, 상기 브레이크 디스크(162)에 선택적 마찰 적용을 통해 통상의 제동 기능을 계속 행하지만, 상기 브레이크 디스크(162)의 외부 엣지(166)는 상기 모터의 (가변 릴럭턴스를 제공하기 위해 몰딩된 핀들(fins) 또는 스포크들을 갖는) 회전자부를 제공하도록 구성되어 있다. 주변 부분(168)은 상기 고정자부를 제공한다. 이렇게 "기존의" 부품과 상기 모터를 조합하는 것도 전체적으로 상기 차량의 분명한 무게 감소 이점이 있다. 또한, 예를 들면, 스틸 림이나 브레이크 드럼 등의 일반 휠 어셈블리의 그 밖의 부품으로 상기와 같은 구성을 만들 수 있다. 전형적으로, 이전의 스위치드 릴럭턴스 모터 설계는, 상기 모터에서의 상기 코일들과 상기 회전자 사이의 공극과 관련하여, 예를 들면 공극이 0.5mm미만이도록 요구하는 미세한 감도로 인해, 이러한 종류의 노출된 위치에서의 작동을 허용할 수 없을 것이고, 이렇게 비교적 비싼 모터의 노출은 통상 고려되지 않을 것이다. 그렇지만, 본 기술은, a) 덜 중요한 비용 인자를 자신이 대체하는 상당히 보다 값싼 모터 시스템을 제공하고; b) 보다 싸지만, 보다 많은 저항재료들(이를테면 알루미늄) 보다 실용적으로 구성하는 저전류 구성을 허용하고; c) 사용된 에너지를 재활용하여서, 효율성을 높이고, 회전자 공극에 대한 정밀하고 작은 코일을 덜 중요하게 하여, 예를 들면, 그 공극이 1.0mm를 초과되게 한다.
결론적으로, 상기 설명으로부터, 여기서 기술된 상기 전기 모터 시스템과 그것의 관련된 코일 드라이버 회로는 강한 자기장들로부터 회전 에너지로 변환되지 않는 미사용된 에너지를 재활용하여서 낮은 네트 전력 출력으로 상기 고정자 코일들에서의 상기 강한 자기장들을 사용 가능하게 한다는 것을 알 것이다. 이러한 능력으로, 한층 더 상기 고정자 코일들의 군들을 사용 금지할 수 있는 수단에 의해, 상기 모터는, 극히 낮은 입력레벨들에 이르기까지 효율적으로 작동될 수 있다. 예를 들면, 상술한 원리에 따라 구성된 시제 750W(1HP) 모터는, 입력 전력레벨이 15W만큼 낮은, 즉, 설계전력보다 50배 낮은, 출력 속도의 전체 범위에 걸쳐서 작동되고 있다. (다수의 위상 및 회전자 치에서 용이하게 한) 저 회전속도로 상기 모터를 작동시키는 것과 아울러, 이러한 능력에 의해, 상기 모터가, 각종 시스템에서 기어박스 및/또는 트랜스미션이 필요하지 않을 수도 있는 폭넓은 다양한 출력레벨로 효율적으로 작동할 수 있다.
도 17은 도 2에 도시된 회로의 변형 예로서 인식될 단일의 고정자 코일과 관련된 고정자 코일 드라이버 회로의 일례의 주요 부품들을 개략적으로 도시한 것이다. 실제, 도 17에서의 회로의 부품들은, 도 2에 도시된 것들과 같고, 도 2에 도시된 부품들과 같은 역할을 하며, 동일한 참조부호가 부여된다. 이 때문에, 이 부품들에 대한 반복된 설명은 여기서는 간략을 기하기 위해 생략한다. 도 17의 회로와 도 2의 회로간의 차이는, 도 17에서 축적 커패시터(38)가 접지 노드 대신에 전원 노드에 대해 기준으로 삼는다는 것이다. 고정자 코일(40)이 접지 노드가 아닌 전원 노드에 부착되고, 여기서 축적 커패시터(38)도 접지 노드가 아닌 전원 노드에 부착되기 때문에, 전체 감압 위상은 축적 커패시터(38)와 고정자 코일(40)과의 사이의 타이트한 루프에서 전하를 덤프하고, 전원(42)은 더 이상 관련되지 않는다. 따라서, 고정자 코일(40)이 감압 위상에서 축적 커패시터(38)로부터 충전될 때, 상기 전원(42)에 더 이상 전류가 흐르지 않고 나서, 고정자 코일(40)은 감압 위상에서 방전되고, 전하는 전하가 나온 축적 커패시터(38)에 역으로 흐른다.
또한, 이것은 축적 커패시터(38)의 크기의 감소(그리고 따라서 특히 비용도) 고려하는데, 그 이유는 상기 축적 커패시터(38)가 항상 전원 전압에서 바이어스되기 때문이다. 상술한 것처럼, 이렇게 축적 커패시터(38)의 전원을 기준으로 삼는 것은, 상기 전원이 축적 커패시터(38)에 관련된 임의의 전류에 참여하지 않는다는 것을 의미하는데, 그 이유는 상기 전원이 축적 커패시터(38)가 충전 또는 방전중일 때마다 바이패스되는 것에 의해, 크기가 감소될 수 있기 때문이다. 접지 기준형 축적 커패시터(38)의 경우와는 달리, 고정자 코일 전류는 공급 전류와 일치하지 않는다.
도 18a, 18b 및 19도 마찬가지로, 차례로 도 5a, 5b 및 6의 예 각각에 대한 동일한 변형 예인 일례, 즉 축적 커패시터(CSTORE)(52)는 (도 5a, 5b 및 6의 예들에서와 같이 접지 기준형인 대신에) 전원 노드 기준형인 경우의 드라이버 회로의 구성의 추가의 상세를 도시한 것이다. 또, 도 18a, 18b 및 19에서의 회로의 부품들은, 도 5a, 5b 및 6에 도시된 것과 같고, 도 5a, 5b 및 6에 도시된 부품들과 같은 역할을 하며, 동일한 참조부호가 부여된다. 이 때문에, 이 부품들에 대한 반복된 설명은 여기서는 간략을 기하기 위해 생략한다.
도 20은 전원 다이오드(200)와 전원 커패시터(202)가 추가되는, 도 17의 예의 변형 예를 도시한 것이다. 전원 다이오드(200)는, 전류가 상기 전원(42)에 역으로 흐르는 것을 방해하도록 설치된다. 따라서, 드라이버 회로가 전류를 (감압 인덕터 방전에만 발생한) 상기 전원(42)에 역으로 구동하려고 할 때, 전압은 (여기서 "로컬 전원" 노드라고도 하는) 상기 전원 노드의 노드 "하류측"에서 점점 커진다. 이 로컬 전원에서 전압이 증가함에 따라, 그 전류의 일부는 축적 커패시터(38)를 향해 역으로 구동되어, 축적 커패시터를 일부 재충전할 것이다.
로컬 전원 노드에 저장된채로 있는 전기 에너지가 로컬 전압들이 상대적으로 높아지게 될 수 있기 때문에, 도 20의 회로는, 상기 전원 다이오드(202)에 걸치는 전원 커패시터(202)를 더 구비한다. 이러한 전원 커패시터(202)는, 이러한 추가의 로컬 전류를 흡수하고 그 로컬 전원 전압의 레벨을 감소시킬 수 있다. 도 21은, 대신에, 전원 커패시터(204)가 로컬 전원 노드(즉, 코일 권선의 단자)를, 전원 노드에 대해 전원의 반대측의 접지 노드에 결합하는, 유사한 다른 구성을 도시한 것이다.
도 22-도 25는, 전하축적소자가 접지 기준형인 예들(도 22 및 23)과 전하축적소자가 각각의 승압 및 감압 위상을 통해 전원 기준형인 예들(도 24 및 25)간의 비교에 있어서 시간에 따른 공급 전류의 변동을 설명한 것이다. 도 22는, 첫째로 전원 코일(인덕터)이 전원으로부터 충전되고 나서, 둘째로 전원 코일이 상기 커패시터에 방전되는, 제1 승압 위상으로 도시되어 있다. 그리고, 이것 후에, 첫째로 상기 전원 코일(인덕터)이 커패시터로부터 충전되고 나서, 둘째로 전원 코일이 전원에 방전되는 이후의 감압 위상이 후속한다. 인덕터 전류는 공급 전류와 일치하도록 보여질 수 있다.
도 23은 각기 접지 기준형 전하축적소자들을 갖는 2개의 코일 드라이버가 어떻게 공동 전원으로부터 서로 위상이 다르게 작동되어서, 네트 코일 드라이버 공급 전류가 크게 상쇄되어, 전원이 인출됨에 따라 네트 모터 출력 전력만이 남아 있는지를 도시한 것이다. 실선은, 도 22를 참조하여 상술한 것처럼 제1 코일 드라이버에 대한 전류 프로파일에 해당한다. 점선은, 제1 코일 드라이버와 180도 위상이 다르게 작동하는 제2 코일 드라이버에 대한 전류 프로파일에 해당한다. 제1 코일 드라이버가 승압 위상에 있을 때, 제2 코일 드라이버는 감압 위상에 있고, 제1 코일 드라이버가 감압 위상에 있을 때, 제2 코일 드라이버는 승압 위상에 있다.
도 24로 가면, 시간에 따른 공급 전류의 변동은, 전하축적소자 전원 기준형인 코일 드라이버의 예로 도시되어 있다. 도 22의 예에서와 같이, 첫째로 전원 코일(인덕터)이 전원으로부터 충전되고 나서, 둘째로 전원 코일이 상기 커패시터에 방전되는 제1 승압 위상이 있다. 그렇지만, 상기 커패시터의 전원 기준형은, 전원 코일이 커패시터에 방전되고 이것이 직접 제로까지 떨어지는 것으로 보여질 수 있을 때 공급 전류가 없다는 것을 의미한다. 반대로, 이것 후에, 첫째로 상기 전원 코일(인덕터)이 커패시터로부터 충전되고 나서, 둘째로 전원 코일이 전원에 방전되는 이후의 감압 위상이 후속한다. 또, 커패시터의 전원 기준형은, 전원 코일이 커패시터로부터 충전되고 공급 전류가 제로로 그대로 있는 것으로 보여질 수 있을 때 공급 전류가 없다는 것을 의미한다. 전원 코일이 최종적으로 전원에 방전될 때 공급 전류가 제로까지 방전하기 전에 신속하게 피크로 보여질 수 있다. 전반적으로, 전원이 커패시터와 관련되는 임의의 전류에 더 이상 참여하지 않는 것을 볼 수 있고, 이 전원은 커패시터가 충전 또는 방전중일 때마다 바이패스된다. 여기서(도 22와 대조하여) 인덕터 전류는 더 이상 공급 전류와 일치하지 않는다.
이제, 도 25를 생각하면 알 수 있는 것은, 도 23에 도시된 전류들의 다중채널 상쇄는 더 이상 가능하지 않다는 것이다. 도 25는 전원 기준형 전하축적소자들이 공동 전원으로부터 서로 위상이 다르게 각각 작동되면서 2개의 코일 드라이버가 어떻게 네트 코일 드라이버 공급 전류가 상쇄되지 않게 되는지를 도시한 것이다. 본질적으로, 그 전류의 잘못된 파트들은 전원으로부터 숨겨져, 그 전류의 불연속 및 추가로 이어진다. 실선과 점선들은 2개의 코일 드라이버의 공급 전류를 표현하고, 우측에 파선으로 네트 공급 전류가 도시되어 있다. (특히, 2개의 코일 드라이버 프로파일로부터 네트 공급 전류의) 전류 트레이스의 작은 오프셋이 양쪽의 선들이 보여질 수 있도록 설명을 명백히 하기 위해서만 이용된다는 것을 주목한다. 실제로, 네트 공급 전류는 그 밖의(점 및 실) 선들 위에 가로놓여야 한다.
따라서, 전원 기준형 축적 커패시터는, 쌍으로 된 다중위상 공급 전류 상쇄가 보다 적은 관심을 갖는 배치들, 이를테면 3상 시스템의 예에서, 여기서는 전통적인 접지 기준형 축적 커패시터와 비교될 때 쌍방향 전원으로 절반만큼 전류를 직접 감소(축적 커패시터들에 대한 비용도 감소)시킬 수 있으므로, 특별한 적용 가능성을 확인할 수 있다. 단방향 전원에 대해서는, 전류는 한층 더 감소되지만, (상술한 것처럼) "로컬 전원"에 관해 추가의 전원 커패시터에 대한 필요로 인해, 커패시터 비용이 감소되지는 않는다. 도 26 및 도 27은, 3상 구성의 2개의 예를 도시한 것이다. 도 26은 공동 전원 기준형 축적 커패시터를 도시한 것이고, 도 27은 위상마다 별도의 축적 커패시터들을 도시한 것으로, 각각은 동일한 전원 노드에 대한 기준이다.
본 발명의 설명에서는 본 발명의 예시적 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 구체적인 예들에 한정되지 않고, 첨부된 청구항에서 기재된 것과 같은 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 당업자가 변경, 부가 및 수정을 여러 가지로 실시할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 종속항의 특징들과 독립항의 특징들을 여러 가지로 조합할 수 있다.

Claims (18)

  1. 복수의 회전자 치(teeth)로 이루어진 회전자와, 복수의 고정자 치로 이루어진 고정자를, 구비하는 전기 모터와,
    상기 전기 모터를 구동하기 위해,
    전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 제1 단자에 결합되는, 승압 컨버터; 및
    상기 전하축적소자를 구비하고, 복수의 고정자 치 중 상기 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자에 결합되는, 감압 컨버터를, 구비하는 드라이버 회로를 구비하고,
    상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 유도성 소자는, 복수의 고정자 치 중 적어도 하나의 상기 코일 권선에 의해 제공되고,
    상기 전하축적소자는, 코일 권선의 제2 단자를 전원에 결합하기 위한 전원 노드에 대해 기준으로 삼는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    순방향으로 전원 노드를 코일 권선의 제2 단자에 결합하는 전원 다이오드를 더 구비하는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    전원 다이오드에 걸치는 전원 커패시터를 더 구비하는, 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    코일 권선의 제2 단자를, 전원 노드에 대해 전원의 반대측의 접지 노드에 결합하는 전원 커패시터를 더 구비하는, 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원은 쌍방향 전원인, 장치.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    전원은 단방향 전원인, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 모터를 구동하는 2개의 추가의 드라이버 회로를 구비하고, 여기서 상기 드라이버 회로와 2개의 추가의 드라이버 회로는 전기 모터의 3개의 독립적인 코일 권선들에 결합되고, 상기 드라이버 회로와 2개의 추가의 드라이버 회로는 전원을 공유하며, 상기 드라이버 회로와 2개의 추가의 드라이버 회로는 서로에 대해 3상 배치로 동작하도록 배치되는, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    승압 컨버터는,
    상기 전하축적소자의 제1 전극과 상기 코일 권선에 결합된 다이오드; 및
    상기 코일 권선을, 상기 전원 노드에 대해 전원의 반대측의 접지 노드에 접속하도록 배치된 스위치를 더 구비하는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    감압 컨버터는,
    전원 노드에 대해 전원의 반대측의 접지 노드와 상기 코일 권선에 결합된 다이오드; 및
    상기 코일 권선을 감압 신호에 따라 전하축적소자의 제1 전극에 접속하도록 배치된 스위치를 더 구비하는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    승압 신호와 감압 신호를 제공하고, 코일 권선에서의 전류 흐름이 제로일 때 승압 신호나 감압 신호의 어서션을 시작하는 제어기를 더 구비하는, 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제어기는 상호 배타적으로 승압 신호와 감압 신호를 어서트하도록 구성되는, 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    제어기는 연속 펄스로서 승압 신호와 감압 신호를 어서트하도록 구성되는, 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    코일 권선을 승압 컨버터의 스위치에 순방향으로 결합하는 제1 승압 다이오드를 더 구비하는, 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    감압 컨버터의 스위치를 코일 권선에 순방향으로 결합하는 제1 감압 다이오드를 더 구비하는, 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    감압 컨버터는, 감압 신호를 접지 노드에 대해 기준으로 삼고 전하축적소자의 제1 전극에서의 전압에 대해 기준으로 삼아진 게이트 전압을 상기 스위치의 게이트에서 제공하는, 기준회로를 더 구비하는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    기준회로는 감압 스위치의 게이트에 제1 및 제2 저항 경로를 제공하는 분압기를 구비하고;
    제1 저항 경로는 전하축적소자의 제1 전극을 감압 스위치의 게이트에 결합하고, 제2 저항 경로는 감압 스위치의 게이트를 감압신호에 따라 접지 노드에 결합하는, 장치.
  17. 전기 모터의 코일 권선을 구동하는 모터 드라이버 회로로서,
    전기 모터의 코일 권선의 제1 단자에 결합되도록 배치된 전하축적소자와 입력노드를 구비하는 승압 컨버터; 및
    상기 전하축적소자와 상기 입력노드를 구비하는 감압 컨버터를 구비하고,
    승압 컨버터와 감압 컨버터의 인덕턴스는, 입력노드가 전기 모터의 코일 권선에 결합될 때 제공되고,
    승압 컨버터의 출력은 전하축적소자에 걸쳐 생긴 전압이고, 감압 컨버터의 입력은 전하축적소자에 걸쳐 생긴 전압이고,
    전하축적소자는 전원 노드에 대해 기준으로 삼고, 전원 노드는 코일 권선의 제2 단자를 전원에 결합시키도록 배치된, 모터 드라이버 회로.
  18. 전기 모터를 구동하는 드라이버 회로의 작동방법으로서,
    전하축적소자를 구비하고, 전기 모터의 복수의 고정자 치 중 적어도 하나에 코일 권선을 갖는 제1 단자에 결합된 승압 컨버터를, 코일 권선의 제1 단자가 전원의 접지 노드에 접속하도록 전환하는 단계-상기 전원의 전원 노드는 상기 코일 권선의 제2 단자에 결합됨-;
    상기 전하축적소자를 구비하고, 코일 권선을 갖는 상기 제1 단자에 결합된 감압 컨버터를, 코일 권선을 갖는 제1 단자가 전하축적소자에 접속하도록 전환하는 단계-상기 승압 컨버터와 상기 감압 컨버터의 유도성 소자가 복수의 고정자 치 중 적어도 하나의 상기 코일 권선에 의해 제공됨-; 및
    전하축적소자를 전원 노드에 대해 기준으로 삼는 단계를 포함하는, 작동방법.
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