KR20000024769A - 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치에 관한 것으로, 스위치드 리럭턴스 모터의 구동시 로터의 위치를 감지하는 위치감지부와, 스위칭소자의 스위칭 동작에 의해 전압을 공급하여 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 인버터 및, 상기 위치감지부로부터 입력된 로터의 위치신호와 자체 생성한 펄스폭변조신호를 조합하여 상기 스위칭소자의 게이트신호를 출력함과 더불어 상기 스위칭소자가 '오프'된 후 일정시간 동안 소정의 듀티 주기를 가지는 펄스폭변조신호를 상기 스위칭소자의 게이트신호로 출력하는 제어부를 포함하여 구성되어, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동시 발생되는 레이알 포스를 감쇠시킴으로써, 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음을 감소시키는 효과가 있다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor : SRM) 구동장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동시 발생되는 레디알 포스(radial force)를 감쇠시키기 위한 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스위치드 릴럭턴스 모터는 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이터(2)와 로터(4)를 포함하여 구성되는 한편, 상기 스테이터(2)의 +A극와 -A극, +B극과 -B극, +C극과 -C극에는 각각 A상 코일(LA), B상 코일(LB), C상 코일(LC)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, 상코일(LA, LB, LC)에 전압을 인가하기 위한 6개의 스위칭 소자(QA+, QA-, QB+, QB-, QC+, QC-)와, 상기 상코일(LA, LB, LC)에 전압을 인가 후 상기 각 스위칭 소자(QA+, QA-, QB+, QB-, QC+, QC-)가 '오프'시에 생성되는 역기전압을 환류시키기 위한 6개의 다이오드(DA1, DA2, DB1, DB2, DC1, DC2)를 포함하여 구성되어 있다.
이때, 상기 A상 스위칭 소자(QA+, QB+)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 상단 스위칭 소자(QA+)의 게이트단으로 입력되고, 상기 A상 위치 센서(14)에서 출력된 신호는 하단 스위칭 소자(QA-)의 게이트단으로 입력된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 스위치드 릴럭턴스 모터의 A상에 전원을 인가하기 위하여 스위칭 소자(QA+, QA-)의 게이트단에 게이트신호를 주어 스위칭 소자(QA+, QA-)를 동작시키면 스테이터(2)의 A상 코일(LA)에 전류(i)가 흘러 상기 스테이터(2)의 +A극과 -A극이 자화되고, 가까운 위치의 로터(4)를 자화된 A상 극에서 끌어 당기는 힘을 발생시켜 로터(4)를 회전시키게 된다.
상기와 마찬가지로, B상 코일(LB), C상 코일(LC)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 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(QA+, QA-)가 '오프'되는 되는 시점에서 레디알 포스가 발생하게 되는데, 상단 스위칭 소자(QA+)와 하단 스위칭 소자(QA-)가 동시에 '오프'됨에 따라 스위칭 소자(QA+, QA-)의 '오프'시 레디알 포스가 크게 발생하고, 상기 레디알 포스에 의해 소음이 크게 발생되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동시 발생되는 레디알 포스를 감쇠시킴으로써, 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음을 감소시키는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치는, 스위치드 리럭턴스 모터의 구동시 로터의 위치를 감지하는 위치감지부와, 스위칭소자의 스위칭 동작에 의해 전압을 공급하여 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 인버터 및, 상기 위치감지부로부터 입력된 로터의 위치신호와 자체 생성한 펄스폭변조신호를 조합하여 상기 스위칭소자의 게이트신호를 출력함과 더불어 상기 스위칭소자가 '오프'된 후 일정시간 동안 소정의 듀티 주기를 가지는 펄스폭변조신호를 상기 스위칭소자의 게이트신호로 출력하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치는, 스위치드 리럭턴스 모터의 구동시 로터의 위치를 감지하는 위치감지부와, 스위칭소자의 스위칭 동작에 의해 전압을 공급하여 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 인버터 및, 상기 위치감지부로부터 입력된 로터의 위치신호와 자체 생성한 펄스폭변조신호를 조합하여 듀티 주기가 점차 감소하는 펄스폭변조신호를 상기 스위칭소자의 게이트신호로 출력하는 제어부를 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 제어회로의 개략적인 블록구성도,
도 4는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터에서 레디알 포스가 발생되는 과정을 설명하기 위한 파형도,
도 5는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치의 개략적인 블록구성도,
도 6은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치의 인버터 및 전류감지부의 회로도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치에서 레디알 포스가 감쇠되는 과정을 설명하기 위한 파형도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치에서 레디알 포스가 감쇠되는 과정을 설명하기 위한 파형도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : 키입력부 40 : 위치감지부
50 : 전류감지부 60 : 인버터
70 : 제어부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치의 개략적인 블록구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치의 인버터 및 전류감지부의 회로도로서, 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치는, 키입력부(30)와, 위치감지부(40), 전류감지부(50), 인버터(60) 및, 제어부(70)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 키입력부(30)는 스위치드 릴럭턴스 모터(20)의 기동 여부를 선택하기 위한 기동명령신호 및 정지명령신호를 상기 제어부(70)로 입력하도록 되어 있다.
상기 위치감지부(40)는 스위치드 릴럭턴스 모터(20) 구동시 로터의 위치를 검출하여 상기 제어부(70)로 입력하며, 상기 전류감지부(50)는 스위치드 릴럭턴스 모터(20) 구동시에 스위치드 릴럭턴스 모터(20)에 흐르는 전류를 검출하여 상기 제어부(70)로 입력하도록 되어 있다.
상기 인버터(60)는 상기 제어부(70)에서 출력된 게이트신호에 의해 스위칭소자가 스위칭동작하여 스위치드 릴럭턴스 모터(20)로 전압을 공급함으로써, 스위치드 릴럭턴스 모터(20)를 구동시키도록 되어 있다.
이때, 상기 인버터(60)는 도 6에 도시된 바와 같이, 직류 전압을 생성하기 위한 평활 콘덴서(C)와, 상코일(LA, LB, LC)에 전압을 인가하기 위한 6개의 스위칭 소자(QA+, QA-, QB+, QB-, QC+, QC-) 및, 상기 상코일(LA, LB, LC)에 전압을 인가 후 상기 스위칭 소자(QA+, QA-, QB+, QB-, QC+, QC-)가 '오프'시에 생성되는 역기전압을 환류시키기 위한 6개의 다이오드(DA1, DA2, DB1, DB2, DC1, DC2)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 상기 전류감지부(50)는 도 6에 도시된 바와 같이, A상 스위칭소자(QA+, QA-)가 '온'되었을 때 흐르는 전류를 감지하는 제1감지저항(RS1)과, A상 스위칭소자(QA+, QA-)가 '오프'되었을 때 흐르는 전류를 감지하는 제2감지저항(R2)과, 상기 제1감지저항(RS1)과 제2감지저항(RS2)에 의해 감지된 전류값을 차동증폭하는 차동증폭기(OP-amp) 및, 상기 차동증폭기(OP-amp)에서 출력되는 전류값을 조절하기 위한 저항(R1, R2, R3, R4)을 포함하여 구성되어 있다.
한편, 상기 제어부(70)는 상기 전류감지부(50)로부터 입력된 전류감지신호에 따라 듀티 주기를 결정하여 펄스폭변조(PWM)신호를 생성하고, 이 펄스폭변조(PWM)신호와 상기 위치감지부(40)로부터 입력된 로터의 위치신호를 조합하여 상기 스위칭소자(QA+, QA-, QB+, QB-, QC+, QC-)를 스위칭 동작시키기 위한 게이트신호로 출력하도록 되어 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치에 있어서, 상기 제어부(70)는 상기 스위칭소자(QA+, QA-, QB+, QB-, QC+, QC-)가 '오프'된 후 일정시간 동안 소정의 듀티 주기를 가지는 펄스폭변조(PWM)신호를 상기 스위칭소자(QA+, QA-, QB+, QB-, QC+, QC-)의 게이트신호로 출력하도록 되어 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치에 있어서, 상기 제어부(70)는 듀티 주기가 점차 감소되는 펄스폭변조(PWM)신호를 상기 스위칭소자(QA+, QA-, QB+, QB-, QC+, QC-)의 게이트신호로 출력하도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동장치의 작용 및 효과를 도 7 및 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치에서, 제어부(70)는 전류감지부(50)로부터 입력된 전류감지신호에 따라 듀티 주기를 결정하여 펄스폭변조(PWM)신호를 생성하고, 이 펄스폭변조(PWM)신호와 위치감지부(40)로부터 입력된 로터의 위치신호를 조합하여 소정의 듀티 주기를 가지는 펄스폭변조(PWM)신호를 상단 스위칭소자(QA+)의 게이트신호로 출력하고, 100%의 듀티 주기를 가지는 펄스폭변조신호를 하단 스위칭소자(QA-)의 게이트신호로 출력한다.
또한, 상기 제어부(70)는 스위칭소자(QA+, QA-)가 '오프'된 후 일정시간(T2; 100us∼200us; 모터의 형상, 재질, 크기 등에 의해 결정됨)동안 소정의 듀티 주기를 가지는 펄스폭변조신호를 상기 스위칭소자(QA+, QA-)의 게이트신호로 출력한다.
따라서, 상기와 같이 제어부(70)로 출력된 게이트신호에 따라 스위칭소자(QA+, QA-)가 스위칭동작하여 스위치드 릴럭턴스 모터(20)에 전류(i)가 흐르게 된다.
이때, 상기 스위칭소자(QA+, QA-)의 '온'구간(T1)이 끝나는 시점(즉, 스위칭소자(QA+, QA-)가 '오프'되는 시점)에서 1차 레디알 포스가 발생하고, 상기 일정시간(T2)이 끝나는 시점에서 2차 레디알 포스가 발생하는데, 상기 2차 레디알 포스는 1차 레디알 포스와 180°위상차를 갖고 발생되므로, 1차 레디알 포스와 2차 레디알 포스가 서로 상쇄되어 최종 레디알 포스가 감쇠하고 이에 따라 레디얼 포스에 의해 발생되는 소음이 감소되는 것이다.
그리고, 이상에서는 A상 동작에 대해서만 설명하였으나 A상 동작이 완료된 후 B상과 C상은 위의 A상의 동작과 동일한 순서로 동작하게 되므로, 계속 감쇠된 레디얼 포스가 작용됨에 따라 레디알 포스에 의해 발생되는 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음이 감소하는 것이다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치에서, 제어부(70)는 상기 위치감지부(40)로부터 입력된 로터의 위치신호와 자체 생성한 펄스폭변조(PWM)신호를 조합하여 듀티 주기가 점차 감소하는 펄스폭변조(PWM)신호를 상단 스위칭소자(QA+) 및 하단 스위칭소자(QA-)의 게이트신호로 출력한다.
따라서, 상기와 같이 제어부(70)로 출력된 게이트신호에 따라 스위칭소자(QA+, QA-)가 스위칭동작하여 스위치드 릴럭턴스 모터(20)에 전류(i)가 흐르게 된다.
이때, 상기 제어부(70)에서 출력되는 게이트신호는 T1 및 T2 구간에 걸쳐 듀티 주기가 점차 감소하는 펄스폭변조(PWM)신호이므로, 스위칭소자(QA+, QA-)가 '오프'되는 구간이 없어지게 된다.
따라서, 스위치드 릴럭턴스 모터(20) 구동시 발생되는 레디얼 포스가 감쇠하게 되고, 이에 따라 레디얼 포스에 의해 발생되는 소음이 감소되는 것이다.
그리고, 이상에서는 A상 동작에 대해서만 설명하였으나 A상 동작이 완료된 후 B상과 C상은 위의 A상의 동작과 동일한 순서로 동작하게 되므로, 계속 감쇠된 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 (2)

  1. 스위치드 리럭턴스 모터의 구동시 로터의 위치를 감지하는 위치감지부와,
    스위칭소자의 스위칭 동작에 의해 전압을 공급하여 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 인버터 및,
    상기 위치감지부로부터 입력된 로터의 위치신호와 자체 생성한 펄스폭변조신호를 조합하여 상기 스위칭소자의 게이트신호를 출력함과 더불어 상기 스위칭소자가 '오프'된 후 일정시간 동안 소정의 듀티 주기를 가지는 펄스폭변조신호를 상기 스위칭소자의 게이트신호로 출력하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치.
  2. 스위치드 리럭턴스 모터의 구동시 로터의 위치를 감지하는 위치감지부와,
    스위칭소자의 스위칭 동작에 의해 전압을 공급하여 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 인버터 및,
    상기 위치감지부로부터 입력된 로터의 위치신호와 자체 생성한 펄스폭변조신호를 조합하여 듀티 주기가 점차 감소하는 펄스폭변조신호를 상기 스위칭소자의 게이트신호로 출력하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치.
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