KR19980025940A - 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치 - Google Patents

스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치 Download PDF

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KR19980025940A
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    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08—Reluctance motors
    • H02P25/098—Arrangements for reducing torque ripple

Abstract

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치에 관한 것으로, 펄스폭 변조 소자(34)가 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류값에 따라 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 변화시켜 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류가 항상 일정하게 흐르도록 함으로써, 과전류로부터 구동 회로를 보호하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 각상 초기 기동시에 발생되는 구동 전류의 니플 현상(토오크의 니플 현상)을 제거하여 모터의 소음을 감소시킬 수 있는 것이다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor : SRM)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류가 항상 일정하게 흐르도록 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스위치드 릴럭턴스 모터는 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이터(2)와 로터(4)를 포함하여 구성되는 한편, 상기 스테이터(2)의 +A극과 -A극, +B극과 -B극, +C극과 -C극에는 각각 A상 코일(6), B상 코일(8), C상 코일(10)이 감겨진 구조로 되어 있다.
상기와 같은 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 직류 전압을 생성하기 위한 평활 콘덴서(C)와, 각 상 코일(6, 8, 10)에 전압을 인가하기 위한 6개의 스위칭 소자(Q1 ~ Q6), 상기 각 상 코일(6, 8, 10)에 전압을 인가 후 상기 각 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)가 '오프'시에 생성되는 역기전압을 환류시키기 위한 6개의 다이오드(D1 ~ D6)를 포함하여 구성되어 있다.
이때, 상기 A상 스위칭 소자(Q1, Q2)의 동작을 제어하는 게이트 신호를 생성하는 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성하는 오실레이터(12)와, 상기 오실레이터(12)에서 생성된 펄스폭 변조(PWM) 신호와 로터(4)가 스테이터(2)의 A상 극에 위치될 때 A상 위치 센서(14)로부터 출력된 위치 신호를 논리곱하여 출력하는 논리곱 게이트(16)를 포함하여 이루어져, 상기 논리곱 게이트(16)에서 출력된 위치 신호는 스위칭 소자(Q1)의 게이트단으로 입력되고, 상기 A상 위치 센서(14)에서 출력된 신호는 스위칭 소자(Q2)의 게이트단으로 입력된다.
즉, 스위치드 릴럭턴스 모터의 A상에 전원을 인가하기 위하여 스위칭 소자(Q1, Q2)의 게이트단에 동작신호를 주어 스위칭 소자(Q1, Q2)를 동작시키면 스테이터(2)의 A상 코일(6)에 전류가 흘러 상기 스테이터의 +A극과 -A극이 자화되고, 가까운 위치의 로터(4)를 자화된 A상 극에서 끌어 당기는 힘을 발생시켜 로터(4)를 회전시키게 된다.
상기와 마찬가지로, B상 코일(8), C상 코일(10)에 인가되는 전류 또한 상기 A상과 동일한 동작에 의해 인가되어 A상-B상-C상의 순으로 스테이터(2)가 자화되고, 그 힘으로 로터(4)가 회전하게 되어 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전을 계속하게 되는 것이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터는, 구동 회로의 이상 동작이나 순간적인 과전류 발생시 신뢰성이 보장되지 않으며 모터의 효율이 낮고 각 상 초기 기동시에 발생되는 구동 전류의 니플 현상(토오크의 니플 현상)에 의해 발생되는 모터의 소음이 큰 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위한 것으로, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류가 일정하게 흐르도록 하여, 과전류로부터 구동 회로를 보호하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 각상 초기 기동시에 발생되는 구동 전류의 니플 현상(토오크의 니플 현상)을 제거하여 모터의 소음을 감소시키는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치는, 로터의 위치 신호와 펄스폭 변조 신호를 논리곱하여 출력하는 논리곱 게이트와, 상기 논리곱 게이트의 출력 및 상기 로터의 위치 신호에 따라 각 상 코일에 전압을 인가 또는 차단하는 스위칭 소자를 포함하여 구성된 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로에 있어서, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류를 감지하는 전류 감지 수단과; 상기 전류 감지 수단의 출력에 따라 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 변화시켜 상기 논리곱 게이트로 입력하는 펄스폭 변조 신호 생성부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 개략적인 구조도,
도 2는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로도,
도 3은 제 2 도의 스위칭 소자의 게이트 제어 회로의 개략적인 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스의 구동 전류 제어 장치의 회로도,
도 5a는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 파형도,
도 5b는 본 발명에 따른 구동 전류 제어 장치가 구비된 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 파형도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 전류 감지 수단30 : 펄스폭 변조 신호 생성부
32 : 기준 전압 입력부34 : 펄스폭 변조 소자
36 : 주기 결정부40 : 논리곱 게이트
Rs : 션트 저항C1, C2, CT: 캐패시터
VR : 가변 저항R1~R3, RT: 저항
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치의 회로도로서, A상 코일(6)에 전압을 인가 또는 차단하는 스위칭 소자(Q1, Q2)의 게이트를 제어하는 경우를 예롤 들어 설명한 것이다.
상기 제 4 도에 도시된 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치는, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류를 감지하는 전류 감지 수단(20)과; 상기 전류 감지 수단(20)의 출력에 따라 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 변화시켜 출력하는 펄스폭 변조 신호 생성부(30) 및; 상기 펄스폭 변조 신호 생성부(30)로부터 입력된 펄스폭 변조(PWM) 신호와 로터 위치 신호를 논리곱하여 게이트 제어 신호로 출력하는 논리곱 게이트(40); 상기 게이트 신호에 따라 동작하여 A상 코일(6)에 전압을 인가 또는 차단하는 스위칭 소자(Q1, Q2)를 포함하여 구성되어 있다.
그리고, 상기 전류 감지 수단(20)은, 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 (-)단에 연결되어 구동 전류값에 비례하는 전압값을 출력하는 션트 저항(Rs)으로 이루어져 있다.
그리고, 상기 펄스폭 변조 신호 생성부(30)는, 가변 저항(VR)과 저항(R1, R2)로 이루어져 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부(32)와, 상기 기준 전압 생성부(32)에서 출력된 기준 전압값과 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값을 비교하여 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 크면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 작게 하는 한편, 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 작으면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 크게 하여 출력하는 펄스폭 변조 소자(34) 및, 저항(RT) 및 캐패시터(CT)로 이루어져 상기 펄스폭 변조 소자(34)에서 생성되어 출력되는 펄스폭 변조 신호의 주기를 결정하는 주기 결정부(36)로 이루어져 있다.
상기 펄스폭 변조 소자(34)는 소자명 UC2842N을 사용하는 것이 바람직하며, 상기에서 미설명된 C1, C2는 캐패시터이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치의 작용을 도 2, 도 4, 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로는 A상, B상, C상 코일(6, 8, 10)로 구성되어 있으며, 각 상에 전압이 인가되는 과정은 동일하다.
스위치드 릴럭턴스 모터의 A상 코일(6)에 전원을 인가하기 위하여 스위칭 소자(Q1, Q2)의 게이트에 동작 신호를 주어 스위칭 소자(Q1, Q2)가 동작시키면 스테이터의 A상 코일(6)에 전류가 흘러 상기 스테이터의 +A극과 -A극이 자화되고, 가까운 위치의 로터를 자화된 A상 극에서 끌어 당기는 힘을 발생시켜 로터를 회전시키게 된다.
상기와 마찬가지로, B상 코일(8), C상 코일(10)에 인가되는 전류 또한 상기 A상과 동일한 동작을 하여 A상-B상-C상의 순으로 스테이터가 자화되고, 그 힘으로 로터가 회전하게 되어 스위치드 릴럭턴스 모터는 회전을 계속하게 되는 것이다.
이때, A상의 스위칭 소자(Q1, Q2)가 오프되고, B상의 스위칭 소자가 '온'될 때, A상 코일(6)에 잔류된 전압은 다이오드(D2) - A상 코일(6) - 다이오드(D1)을 통해 평활 콘덴서(C)로 충전되고, 다음상 동작시 이용되게 되어, 모타 효율을 높힌다.
그리고, 구동 회로의 (-)단에 연결된 션트 저항(Rs)은 구동 회로에 흐르는 전류를 감지하여 V=IR의 기본 식에 의해 전압으로 출력하는데, 상기 션트 저항(Rs)에서 출력된 전압값은 펄스폭 변조 신호 생성부(30)의 펄스폭 변조 소자(34)로 입력된다.
또한, 기준 전압 생성부(32)는 가변 저항(VR)에 의해 기준 전압을 결정하여 상기 펄스폭 변조 소자(34)로 입력한다.
상기 펄스폭 변조 소자(34)는 상기 기준 전압 생성부(32)에서 출력된 기준 전압값과 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값을 비교하여 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 크면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 작게 하여 출력하는 한편, 상기 션트 저항(Rs)으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 작으면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 크게 하여 출력한다.
이때, 상기 펄스폭 변조 소자(34)에서 출력되는 펄스폭 변조 신호는 저항(RT) 및 캐패시터(CT)로 이루어진 주기 결정부(36)에 의해 항상 일정한 주기를 가진다.
그리고, 논리곱 게이트(40)는 상기와 같이 펄스폭 변조 신호 생성부(30)의 펄스폭 변조 소자(34)에 출력된 펄스폭 변조(PWM) 신호와 로터 위치 감지 센서(도시하지 않음)로부터 하단 스위칭 소자(Q2)로 입력되는 로터 위치 신호를 논리곱하여 상단 스위칭 소자(Q1)의 게이트 제어 신호를 출력한다.
즉, 본 발명에서는 구동 회로의 이상 동작이나 순간적인 과전류 발생시에 이를 감지하여 상기 상단 스위칭 소자(Q1)의 게이트 신호로 입력되는 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 작게 하고, 구동 회로에 저전류가 흐를 경우에는 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 크게 함으로써, 항상 일정한 모터 구동 전류가 흐르게 하는 것이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터에서는 전류 파형이 피크치(peak value)로 나타나 불균일하지만, 본 발명에서는 전류 파형이 일정한 형태로 나타난다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류가 항상 일정하게 흐르도록 하여, 과전류로부터 구동 회로를 보호하여 스위치드 릴럭턴스 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 각상 초기 기동시에 발생되는 구동 전류의 니플 현상(토오크의 니플 현상)을 제거하여 모터의 소음을 감소시킬 수 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 로터의 위치 신호와 펄스폭 변조 신호를 논리곱하여 출력하는 논리곱 게이트와, 상기 논리곱 게이트의 출력 및 상기 로터의 위치 신호에 따라 각 상 코일에 전압을 인가 또는 차단하는 스위칭 소자를 포함하여 구성된 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로에 있어서,
    스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류를 감지하는 전류 감지 수단과;
    상기 전류 감지 수단의 출력에 따라 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 변화시켜 상기 논리곱 게이트로 입력하는 펄스폭 변조 신호 생성부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 감지 수단은, 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 (-)단에 연결되어 구동 전류값에 비례하는 전압값을 출력하는 션트 저항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스폭 변조 신호 생성부는, 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부와,
    상기 기준 전압 생성부에서 출력된 기준 전압값과 상기 션트 저항으로부터 입력된 전압값을 비교하여 상기 션트 저항으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 크면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 작게 하는 한편, 상기 션트 저항으로부터 입력된 전압값이 상기 기준 전압값 보다 작으면 펄스폭 변조 신호의 펄스폭을 크게 하여 출력하는 펄스폭 변조 소자 및;
    상기 펄스폭 변조 소자에서 생성되어 출력되는 펄스폭 변조 신호의 주기를 결정하는 주기 결정부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 펄스폭 변조 소자는 소자명 UC2842N인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 전류 제어 장치.
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