KR19980033779A - 스윗스드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치에 관한 것으로, 제 1 내지 제 3 지연기(24-1, 24-2, 24-3)가 A상, B상, C상 위치 센서(22-1, 22-2, 22-3)에서 출력된 A상, B상, C상 로터 위치 신호를 일정 시간 지연시켜 출력하여 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 하단 스위칭 소자(Q2, Q4, Q6)의 게이트 신호로 각각 출력함에 따라, 하단 스위칭 소자(Q2)가 상단 스위칭 소자(Q1) 보다 일정시간 후 `오프'되어, 스위칭 소자(Q1, Q2)가 `오프'시 발생되는 레디알 포스가 서로 상쇄되어 감소됨에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음이 감소하게 되는 것이다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor : SRM)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동시 발생되는 레이알 포스(radial force)를 감소시키기 위한 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 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 상의 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 로터 위치 신호를 논리곱하여 출력하는 논리곱 게이트(16)를 포함하여 이루어져, 상기 논리곱 게이트(16)에서 출력된 신호는 스위칭 소자(Q1)의 게이트단으로 입력되고, 상기 A상 위치 센서(14)에서 출력된 신호는 스위칭 소자(Q2)의 게이트단으로 입력된다.
상기와 같이 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 스위칭 소자가 '오프'되는 시점에서 레디알 포스가 발생하게 되는데, 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자가 동시에 '오프'됨에 따라 레디알 포스가 크게 발생하고, 상기 레디알 포스에 의해 모터의 소음이 크게 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동시 발생되는 레디알 포스를 감소시킴으로써, 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음을 감소시키는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치는, 펄스폭 변조 신호를 생성하는 펄스폭변조신호생성기, 로터의 위치를 감지하여 로터 위치 신호를 출력하는 위치센서, 상기 펄스폭 변조 신호와 상기 로터 위치 신호를 조합하여 상단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호로 출력하는 상단 게이트제어신호생성기 및, 상기 로터 위치 신호를 입력받아 상기 상단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호 보다 일정 시간 연장된 하단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호를 생성하여 출력하는 하단게이트제어신호생성기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 개략적인 구조도,
도 2는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로도,
도 3은 도 2에 도시된 스위칭 소자의 게이트 제어 회로의 개략적인 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치의 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치에서 하단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호가 생성되는 과정의 파형도,
도 6은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치에서 상단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호가 생성되는 과정의 파형도,
도 7은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치에서 레디알 포스가 감쇄되는 과정의 파형도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20 : 펄스폭 변조신호 생성기22-1 : A상 위치 센서
22-2 : B상 위치 센서22-3 : C상 위치 센서
24-1~24-3 : 제 1 내지 제 3 지연기
26-1~26-3 : 제 1 내지 제 3 인버터부
28-1~28-3 : 제 4 내지 제 6 인버터부
30-1~30-3 : 제 1 내지 제 3 논리곱 게이트
32 : A상 코일34 : B상 코일
36 : C상 코일D1~D3 : 다이오드
VR1~VR3 : 가변 저항C1~C3 : 캐패시터
INV1~INV12 :인버터
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하다.
도 4는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치의 회로도로서, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치는, 펄스폭 변조신호 생성기(20)와, A상 위치 센서(22-1), B상 위치 센서(22-2), C상 위치 센서(22-3), 제 1 내지 제 3 지연기(24-1, 24-2, 24-3), 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3), 제 4 내지 제 6 인버터부(28-1, 28-2, 28-3) 및, 제 1 내지 제 3 논리곱 게이트(30-1, 30-2, 30-3)으로 이루어져 있다.
상기 펄스폭 변조신호 생성기(20)는,펄스폭 변조신호를 생성하여 출력하도록 되어 있고, 상기 A상, B상, C상 위치 센서(22-1, 22-2, 22-3)는 스테이터의 A상, B상, C상 극에 각각 설치되어, 로터(도시하지 않음)가 상기 스테이터의 A상, B상, C상 극에 위치될 때 이를 감지하여 A상, B상, C상 로터 위치 신호를 각각 출력한다.
그리고, 제 1 내지 제 3 지연기(24-1, 24-2, 24-3)는, 상기 A상, B상, C상 위치 센서(22-1, 22-2, 22-3)의 출력단과 상기 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3)의 입력단 사이에 순방향으로 각각 연결된 제 1 내지 제 3 다이오드(D1, D2, D3)와, 상기 제 1 내지 제 3 다이오드(D1, D2, D3)에 병렬로 각각 연결된 제 1 내지 제 3 가변 저항(VR1, VR2, VR3) 및, 상기 다이오드(D1, D2, D3) 및 가변 저항(VR1, VR2, VR3)의 출력단과 상기 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3)의 입력단에 일단이 공통으로 각각 연결되고 타단이 접지에 각각 연결된 제 1 내지 제 3 캐패시터(C1, C2, C3)로 이루어져, 상기 A상, B상, C상 위치 센서(22-1, 22-2, 22-3)에서 출력된 A상, B상, C상 로터 위치 신호를 지연시켜 출력하도록 되어 있다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 3 가변 저항(VR1, VR2, VR3)은 상기 제 1 내지 제 3 다이오드(D1, D2, D3)에서 지연되는 A상, B상, C상 로터 위치 신호의 길이를 조절하기 위한 것으로, 외부의 조작에 의해 저항값이 가변되어 상기 제 1 내지 제 3 다이오드(D1, D2, D3)에 의해 지연되는 상기 A상, B상, C상 로터 위치 신호의 길이를 조절하도록 되어 있다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3)는 각각 서로 직렬로 연결된 2개의 인버터(INV1, INV2), (INV3, INV4), (INV4, INV5)로 이루어져, 상기 제 1 내지 제 3 지연기(24-1, 24-2, 24-3)에서 각각 지연되어 출력된 신호를 2회 반전시켜 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 하단 스위칭 소자(Q2, Q4, Q6)의 게이트 신호로 각각 출력하도록 되어 있다.
또한, 상기 제 4 내지 제 6 인버터부(28-1, 28-2, 28-3)는 각각 서로 직렬로 연결된 2개의 인버터(INV7, INV8), (INV9, INV10), (INV11, INV12)로 이루어져, 상기 A상, B상, C상 위치 센서(22-1, 22-2, 22-3)에서 출력된 신호를 2회 반전시켜 각각 출력하도록 되어 있다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 3 논리곱 게이트(30-1, 30-2, 30-3)는 상기 펄스폭 변조신호 생성기(20)에서 출력된 펄스폭 변조신호와 상기 제 4 내지 제 6 인버터부(28-1, 28-2, 28-3)에서 출력된 신호를 각각 논리곱하여 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 상단 스위칭 소자(Q1, Q3, Q5)의 게이트 신호로 각각 출력하도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치의 작용을 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
스위치드 릴럭턴스 모터의 설치된 A상, B상, C상 위치 센서(22-1, 22-2, 22-3)는 로터가 스테이터의 A상, B상, C상 극에 각각 위치될 때 이를 감지하여 A상, B상, C상 로터 위치 신호를 각각 출력한다.
그리고, 제 1 내지 제 3 지연기(24-1, 24-2, 24-3)는 상기 A상, B상, C상 로터 위치 신호를 지연시켜 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3)로 각각 출력한다.
즉, 상기 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3)의 제 1 내지 제 3 다이오드(D1, D2, D3)가 상기 A상, B상, C상 위치 센서(22-1, 22-2, 22-3)로부터 출력된 A상 내지 C상 로터 위치 신호를 각각 지연시켜 출력하고, 제 1 내지 제 3 가변 저항(VR1, VR2, VR3)은 상기 제 1 내지 제 3 다이오드(D1, D2, D3)에서 지연되는 A상 내지 C상 로터 위치 신호의 지연 길이를 조절하기 위한 것으로, 외부의 조작에 의해 저항값이 가변되어 상기 제 1 내지 제 3 다이오드(D1, D2, D3)에서 지연되는 상기 A상 내지 C상 로터 위치 신호의 길이를 조절할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3)의 제 1 내지 제 3 캐패시터(C1, C2, C3)가 상기 다이오드(D1, D2, D3)와 가변 저항(VR1, VR2, VR3)를 통해 지연된 A상 내지 C상 로터 위치 신호를 유지시켜 상기 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3)로 입력한다.
또한, 상기 제 1 내지 제 3 인버터부(26-1, 26-2, 26-3)는 상기 제 1 내지 제 3 지연기(24-1, 24-2, 24-3)에서 출력된 신호를 2회 반전시킴으로써 구형파로 정형화시켜 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 하단 스위칭 소자(Q2, Q4, Q6)의 게이트 신호로 입력한다.
한편, 제 4 내지 제 6 인버터부(28-1, 28-2, 28-3)는 상기 A상, B상, C상 위치 센서(22-1, 22-2, 22-3)에서 출력된 신호를 2회 반전시켜 출력하는데, 상기와 같이 제 4 내지 제 6 인버터부(28-1, 28-2, 28-3)를 사용하는 이유는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 상단 스위칭 소자(Q1, Q3, Q5)로 입력되는 게이트 신호의 시작점을 하단 스위칭 소자(Q2, Q4, Q6)로 입력되는 게이트 신호의 시작점과 일치시키기 위한 것이다.
그리고, 제 1 내지 제 3 논리곱 게이트(30-1, 30-2, 30-3)는 펄스폭 변조신호 생성기(20)에서 출력된 펄스폭 변조신호와 상기 제 4 내지 제 6 인버터부(28-1, 28-2, 28-3)에서출력된 각 신호를 논리곱하여 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 상단 스위칭 소자(Q1, Q3, Q5)의 게이트 신호로 입력한다.
도 5는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 제어 장치에서 하단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호가 생성되는 과정의 파형도이고, 도 6은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 제어 장치에서 상단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호가 생성되는 과정의 파형도이며, 도 7은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 제어 장치에서 레디알 포스가 감쇄되는 과정의 파형도로서, 도 5의 (가)에 도시된 바와 같은 A상 위치 센서(22-1)에서 출력된 A상 로터 위치 신호는 제 1 지연기(24-1)의 다이오드(D1)을 거치면서 도 5의 (나)에 도시된 바와 같이 지연이 발생한다.
이때, 상기 다이오드(D1)에 의해 지연된 폭은 가변 저항(VR1)에 의해 크기가 조절되고, 상기와 같이 지연된 폭의 길이에 따라 하단 스위칭 소자(Q2)의 '오프'시점이 결정된다.
그리고, 상기와 같이 가변 저항(VR1)에 의해 지연 폭이 조절된 신호는 캐패시터(C1)에 의해 유지되고, 유지된 신호는 제 1 인버터(INV1)에서 반전되어 도 5의 (다)와 같이 출력된다.
즉, 상기 제 1 인버터(INV1)는 자체 로직 레벨에 의해 상기 제 1 지연기(24-1)에서 입력된 신호를 정형화하여 구형파를 출력하는 것이다.
그리고, 상기 제 1 인버터(INV1)에서 출력된 신호는 제 2 인버터(INV2)에 의해 다시 반전되어 도 5의 (라)에 도시된 바와 같은 신호가 출력되는데, 이 신호가 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 하단 스위칭 소자(Q2)의 게이트 제어 신호로 입력되는 것이다.
이때, 도 5의 (마)에 도시된 바와 같이, 하단 스위칭 소자(Q2)의 게이트 제어 신호는 A상 로터 위치 신호 보다 일정 시간(Td) 만큼 지연되는 것이다.
한편, 상기와 같은 과정에 의해 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 하단 스위칭 소자(Q2)의 게이트 신호가 입력되는 동안에, 상기 A상 위치 센서(22-1)로부터 출력된 A상 로터 위치 신호는 제 4 인버터부(28-1)로 입력된다.
그리고, 상기 제 4 인버터부(28-1)의 인버터(INV7)는 도 6의 (나)에 도시된 바와 같은 A상 로터 위치 신호를 반전시켜 도 6의 (다)에 도시된 바와 같은 신호를 출력한다.
그리고, 상기 제 4 인버터부(28-1)의 인버터(INV8)는 도 6의 (다)에 도시된 바와 같이 입력 신호를 반전시켜 도 6의 (라)에 도시된 바와 같은 신호를 출력한다.
또한, 제 1 논리곱 게이트(30-1)는 펄스폭 변조 신호 생성기(20)에서 출력된 도 6의 (가)와 같은 펄스폭 변조 신호와 상기 제 4 인버터부(28-1)에서 출력된 신호를 논리곱하여 도 6의 (마)에 도시된 바와 같은 펄스폭 변조 신호를 출력하는데, 이 신호가 도 6의 (사)에 도시된 바와 같은 스위치드 릴럭턴스 모터 구동 회로의 상단 스위칭 소자(Q1)의 게이트 제어 신호로 입력되는 것이다.
본 발명에서는 상기와 같이 상단 스위칭 소자(Q1)의 게이트 제어 신호의 길이가 하단 스위칭 소자(Q2)의 게이트 제어 신호의 길이보다 짧게 되므로, 상단 스위칭 소자(Q1)가 하단 스위칭 소자(Q2) 보다 빨리 '오프'된다.
이때, 상단 스위칭 소자(Q1)가 '오프'되는 시점에서 하단 스위칭 소자(Q2)가 '오프'되는 시점 사이(Td)에서 도 7의 (가)에 도시된 A부분과 같은 레이알 포스(R-F1)가 발생하고, 하단 스위칭 소자(Q2)는 상기 상단 스위칭 소자(Q1)에 비하여 일정 시간(Td) 만큼 지연되어 '오프'하여 도 7의 (나)에 도시된 C와 같은 레디알 포스(R-F2)가 발생된다.
따라서, 상단 스위칭 소자(Q1)와 하단 스위칭 소자(Q2)가 '오프'될 때 발생되는 레이알 포스가 서로 상쇄되어 도 7의 (다)에 도시된 바와 같이 레이알 포스(R-F3)가 감쇄하는 것이다.
이와 같이 본 발명은 상단 스위칭 소자(Q1)와 하단 스위칭 소자(Q2)의 '오프'되는 시점을 제어하여 서로 다른 시점에서 레이알 포스를 발생시킴에 따라 레디알 포스를 서로 상쇄시켜 레디얼 포스의 크기를 감소시키는 것이다.
즉, 스위치드 릴럭턴스 모터의 스테이터에 감긴 A상 코일에 전류가 공급된 후 상단 스위칭 소자(Q1)가 '오프'될 때 발생되는 레이알 포스는 하단 스위칭 소자(Q2)가 상기 상단 스위칭 소자(Q1) 보다 일정시간(Td)만큼 딜레이 된 후, '오프'됨에 따라 발생된 레디얼 포스가 서로 상쇄되어 감소됨에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음이 감소하게 되는 것이다.
그리고, A상 동작이 완료된 후 B상과 C상은 위의 A상의 동작과 동일한 순서로 동작하게 되고, 스위치드 릴럭턴스 모터가 회전을 계속할 때, 계속 감소된 레디얼 포스가 작용됨에 따라 레디알 포스에 의해 발생되는 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음이 감소하는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 스위치드 릴럭턴스 모터 구동시에 발생되는 레디알 포스를 감소시킴으로써, 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음을 감소시킬 수 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 펄스폭 변조 신호를 생성하는 펄스폭변조신호생성기와;
    로터의 위치를 감지하여 로터 위치 신호를 출력하는 위치센서;
    상기 펄스폭 변조 신호와 상기 로터 위치 신호를 조합하여 상단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호로 출력하는 상단 게이트제어신호생성기 및;
    상기 로터 위치 신호를 입력받아 상기 상단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호 보다 일정 시간 연장된 하단 스위칭 소자의 게이트 제어 신호를 생성하여 출력하는 하단게이트제어신호생성기를 포함하여 구성된 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하단게이트제어신호생성기는, 상기 로터 위치 신호를 일정시간 연장시켜 출력하는 지연기와, 상기 지연기에서 출력되는 신호를 2회 반전시켜 구형파로 정형화하여 하단 스위칭 소자의 게이트 신호로 출력하는 제 1 인버터부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상단게이트제어신호생성기는, 상기 상단 스위칭 소자의 게이트 신호와 상기 하단 스위칭 소자의 게이트 신호의 시작되는 점을 일치시키기 위해 상기 로터 위치 신호를 2회 반전시켜 출력하는 제 2 인버터부와, 상기 펄스폭변조신호생성기에서 출력된 펄스폭 변조 신호와 상기 제 2 인버터부에서 출력되는 신호를 논리곱하여 상단 스위칭 소자의 게이트 신호로 입력하는 논리곱 게이트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지연기는, 상기 위치센서의 출력단과 상기 제 1 인버터부의 입력단 사이에 순방향으로 연결된 다이오드와, 이 다이오드에 병렬로 연결된 저항 및, 상기 다이오드 및 저항의 출력단과 상기 제 1 인버터부의 입력단에 일단이 공통으로 연결되고 타단이 접지에 연결된 캐패시터로 이루어진 것을 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 저항이 사용자가 임의로 저항값을 조정할 수 있는 가변저항인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스의 모터 구동 제어 장치.
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