KR20010076914A - 단상 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

단상 SRM의 기동 실패를 방지할 수 있도록 한 단상 SRM 구동장치 및 방법에 관한 것으로, 단상 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM: Switched Reluctance Motor)와, 단상 SRM의 회전수 및 저속 구동용 로터위치 검출을 위한 제1 센서와, 고속 구동용 로터 위치 검출을 위한 제2 센서와, 제1 센서와 제2 센서의 출력 및 단상 SRM 회전수에 따라 로터가 정위치에 위치하는지 여부를 판단하고 정위치에 위치하지 않는 것으로 판단되면 로터를 정위치에 위치시키기 위한 정렬 신호를 출력하며, 로터가 정위치에 위치하는 것으로 판단되면 제1 센서 및 제2 센서의 출력에 따라 구동신호를 출력하는 마이컴과, 마이컴에서 출력된 구동신호에 상응하는 전원을 공급하여 단상 SRM을 구동하는 구동부를 포함하여 구성되므로 단상 SRM의 기동 실패를 방지하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

단상 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING SINGLE PHASE SWITCHED RELUCTANCE MOTOR}

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 특히 단상 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor: 이하, SRM)의 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 SRM은 단상, 2상, 3상 등이 있는데, 2상 또는 3상의 경우 구동상문제는 없지만 IGBT 등의 구동소자가 고가이므로 인버터 적용이 어렵고, 단상의 경우 구조 및 구동회로가 간단하여 저가로 구현할 수 있으나, 로터 위치에 따라 기동이 불가능한 경우가 발생하는 문제를 내포하고 있다.

이와 같이 종래의 기술에 따른 단상 SRM 구동장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 단상 SRM(10), 상기 단상 SRM(10)의 회전수 및 저속 구동 제어용 로터(12)위치 검출을 위한 제1 센서(20), 고속 구동 제어용 로터(12) 위치 검출을 위한 제2 센서(30), 상기 제1 센서(20) 및 제2 센서(30)의 출력에 따라 현재 단상 SRM(10) 회전수와 저속 및 고속 구동 제어용 로터(12)위치를 검출하고 그 회전수에 상응하는 펄스 폭을 갖는 구동 펄스가 단상 SRM(10)에 인가되도록 구동신호를 출력하는 마이컴(40), 상기 마이컴(40)에서 출력된 구동신호에 상응하는 전원을 공급하여 상기 단상 SRM(10)을 구동하는 구동부(50)를 포함하여 구성된다.

이때 단상 SRM(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 인가된 전원에 따라 자력을 발생시키는 스테이터(11), 스테이터(11)에 발생된 자력에 의해 회전 운동하는 로터(12), 로터(12)를 항상 동일한 위치 즉, 구동 토크 발생이 가능한 위치에 정지시키기 위한 파킹 마그넷(Parking Magnet)(13)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 기술에 따른 단상 SRM 구동장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 구동명령이 인가되면 마이컴(40)은 제1 센서(20)가 로터(12)를 검출하는 시점에서 구동부(50)로 구동신호를 출력한다.

이때 저속 회전 즉, 10000rpm 이하의 회전수일 경우 정 토크(Touqe)에 의한올바른 방향으로의 구동이 중요하므로 도 2와 같이, 정 토크가 확실히 발생되는 위치를 검출하도록 설치된 제1 센서(20)의 출력에 따라 구동신호를 출력하는 것이다.

이어서 구동부(50)는 상기 구동신호에 상응하는 전원을 스테이터(11)에 공급하여 단상 SRM(10)을 회전시킨다.

이때 단상 SRM(10)의 로터(12)는 상술한 파킹 마그넷(13)에 의해 센서(20) 검출 위치임과 동시에 구동 토크 발생가능 위치에 정지된 상태이므로, 전원이 인가된 스테이터(11)에서 발생된 인덕턴스 즉, 자력에 의해 끌어 당겨져 해당 방향으로 회전하게 되는 것이다.

이어서 마이컴(40)은 상기 제1 센서(20)의 출력에 따라 회전수를 연산하고 현재 저속 회전상태이면, 제1 센서(20)의 출력에서 로터(12) 위치가 검출되는 시점마다 단상 SRM(10)을 해당 회전수로 구동시키기 위한 구동신호를 구동부(50)로 출력한다.

이어서 구동부(50)는 상기 마이컴(40)에서 출력된 구동신호에 상응하는 전원을 공급하여 단상 SRM(10)을 해당 회전수로 구동시킨다.

한편, 회전수가 상승하여 10000rpm 이상의 고속회전 상태가 되면 저속과 달리 회전이 이루어지고 있는 상태이므로 회전력을 최대로 하고 역 토크가 발생되지 않는 위치에서 구동 펄스가 인가되어야 한다.

따라서 마이컴(40)은 도 2와 같이, 상기 로터(12)가 상기 위치에 도달하는 시점을 검출할 수 있도록 설치된 제2 센서(30)가 로터(12)를 검출하는 시점에서 구동신호를 구동부(50)로 출력한다.

이어서 구동부(50)는 상기 마이컴(40)의 구동신호에 상응하는 전원을 공급하여 단상 SRM(10)을 회전시킨다.

이어서 마이컴(40)은 고속회전이 진행되면 제2 센서(30)를 통해 로터(12)가 검출되는 시점마다 현재 회전수에 따른 구동신호를 출력하여 단상 SRM(10)의 구동을 제어한다.

이때 파킹 마그넷(13)은 그 자력이 너무 강할 경우 로터(12)의 회전을 방해하고 너무 약할 경우 로터(12)의 정확한 파킹이 이루어지지 못하므로 적정한 자력을 갖도록 구성된다. 따라서 단상 SRM에 소정 부하가 연계된 경우 정지시 정확한 위치에 정지하지 못하는 경우가 발생한다.

종래의 기술에 따른 단상 SRM은 부하가 연결된 상태에서 구동후 정지시 정확한 위치 즉, 파킹 마그넷에 의한 자력에 의해 정지되는 위치에 정지하지 못하는 경우가 발생하여 이후 구동 실패를 초래하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 단상 SRM의 기동실패를 방지할 수 있도록 한 단상 SRM 구동장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 단상 SRM 구동장치의 구성을 나타낸 블록도

도 2는 도 1의 단상 SRM을 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 단상 SRM 구동장치의 구성을 나타낸 블록도

도 4는 본 발명에 따른 단상 SRM 구동방법을 나타낸 플로우챠트

도 5는 본 발명에 따른 단상 SRM 구동방법을 설명하기 위한 파형도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 단상 SRM 200: 제1 센서

300: 제2 센서 400: 마이컴

500: 구동부

본 발명에 따른 단상 SRM 구동장치는 단상 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM: Switched Reluctance Motor)와, 단상 SRM의 회전수 및 저속 구동용 로터위치 검출을 위한 제1 센서와, 고속 구동용 로터 위치 검출을 위한 제2 센서와, 제1 센서와제2 센서의 출력 및 단상 SRM 회전수에 따라 로터가 정위치에 위치하는지 여부를 판단하고 정위치에 위치하지 않는 것으로 판단되면 로터를 정위치에 위치시키기 위한 정렬 신호를 출력하며, 로터가 정위치에 위치하는 것으로 판단되면 제1 센서 및 제2 센서의 출력에 따라 구동신호를 출력하는 마이컴과, 마이컴에서 출력된 구동신호에 상응하는 전원을 공급하여 단상 SRM을 구동하는 구동부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 단상 SRM 구동방법은 단상 SRM 회전수와 제1 센서 및 제2 센서의 출력에 따라 로터가 정위치에 위치하는지 여부를 판단하는 단계와, 로터가 정위치에 위치하지 않는 것으로 판단되면 로터를 정위치로 이동시키기 위한 정렬 펄스를 출력하는 단계와, 정렬 펄스를 출력하고 설정시간후 제1 및 제2 센서의 출력에 따라 정상적인 단상 SRM 구동을 수행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단상 SRM 구동장치 및 방법의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 단상 SRM 구동장치의 구성을 나타낸 블록도, 도 4는 본 발명에 따른 단상 SRM 구동방법을 나타낸 플로우챠트이고, 도 5는 본 발명에 따른 단상 SRM 구동방법을 설명하기 위한 파형도이다.

본 발명에 따른 단상 SRM 구동장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 단상 SRM(100),상기 단상 SRM(100)의 회전수 및 저속 구동용 로터 위치 검출을 위한 제1 센서(200), 고속 구동용 로터 위치 검출을 위한 제2 센서(300), 상기 제1센서(200)와 제2 센서(300)의 출력 및 단상 SRM 회전수에 따라 로터가 정위치에 위치하는지 여부를 판단하고 정위치에 위치하지 않는 것으로 판단되면 로터를 정위치에 위치시키기 위한 정렬 신호를 출력하며, 로터가 정위치에 위치하는 것으로 판단되면 상기 제1 센서(200) 및 제2 센서(300)의 출력에 따라 구동신호를 출력하는 마이컴(400), 상기 마이컴(400)에서 출력된 구동신호에 상응하는 전원을 공급하여 상기 단상 SRM(100)을 구동하는 구동부(500)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 단상 SRM의 구동방법을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 마이컴(400)은 구동명령이 입력되는지 판단하고(S31), 구동명령이 입력되면 상기 제1 센서(200)의 출력에 따라 rpm이 '0'인지 즉, 회전이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단한다(S32).

이어서 상기 판단결과(S32), rpm이 '0'이면 즉, 로터가 정지된 상태이면 제1 및 제2 센서(200)(300)의 출력이 '하이'인지 판단한다(S33).

이때 제1 및 제2 센서(200)(300)는 로터를 감지한 경우 '하이'를 출력한다.

그리고 상기 판단결과(S33), 제1 또는 제2 센서(200)(300)의 출력이 '하이'가 아니면 센서의 이상으로 판단하고 구동 정지명령이 입력되는지 판단하여(S38), 구동정지 명령이 입력되면 종료한다.

한편, 제1 및 제2 센서(200)(300)의 출력이 '하이'이면 로터가 정위치 즉, 파킹 마그넷에 의해 정지되는 위치에 위치하지 않는 것으로 판단하고 도 5와 같이, 로터를 정위치로 이동시키기 위하여 소정 듀티비 예를 들어, 30㎲/200㎲(온/오프)의 듀티비를 갖는 정렬 펄스를 소정 회 출력한다(S34).

따라서 로터는 상기 정렬 펄스에 따라 소정 각도 이동하여 정위치로 정렬된다.

이어서 도 5의 '휴지'와 같이, 설정시간 동안 대기한 후 시동 펄스를 출력하여(S35), 로터가 약 1회 회전하도록 한다.

그리고 상기 로터가 회전하는 동안 제1 및 제2 센서(200)(300)의 출력이 정상적으로 변화하는지 판단하여(S36), 정상적으로 변화하면 제1 및 제2 센서(200)(300)의 출력에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 제어방식으로 단상 SRM(100)을 구동하고 구동정지 명령이 입력되는지 판단하여(S38), 구동정지 명령이 입력되지 않으면 상기 단계(S32)로 복귀한다.

한편, 상기 판단결과(S36), 제1 및 제2 센서(200)(300)의 출력이 정상적으로 변화하지 않으면, 카운트값을 '1'증가시키고(S39), 현재 카운트값이 설정값 예를 들어, '3'인지 판단한다(S40).

이어서 상기 판단결과(S40), 카운트값이 '3'이면 카운트값을 '0'으로 초기화시키고(S41), 구동정지 명령이 입력되는지 판단하여(S38), 구동정지 명령이 입력되면 종료한다.

한편, 상기 판단결과(S40), 카운트값이 '3'에 도달하지 않았으면 상기 단계(S34) 즉, 정렬 펄스를 출력하는 단계로 복귀하여 이하 단계(S35 ~ S41)를 재수행한다.

본 발명에 따른 단상 SRM 구동장치 및 방법은 회전수와 제1 및 제2 센서를 이용하여 로터 위치이상을 감지하고 정렬 펄스를 인가하여 로터를 정상위치로 복귀시킨후 정상적인 구동제어를 수행하므로 단상 SRM의 기동실패를 방지하고 항상 정상적인 단상 SRM 구동을 가능하게 하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 단상 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM: Switched Reluctance Motor),

   상기 단상 SRM의 회전수 및 저속 구동용 로터위치 검출을 위한 제1 센서,

   고속 구동용 로터 위치 검출을 위한 제2 센서,

   상기 제1 센서와 제2 센서의 출력 및 단상 SRM 회전수에 따라 로터가 정위치에 위치하는지 여부를 판단하고 정위치에 위치하지 않는 것으로 판단되면 로터를 정위치에 위치시키기 위한 정렬 신호를 출력하며, 로터가 정위치에 위치하는 것으로 판단되면 상기 제1 센서 및 제2 센서의 출력에 따라 구동신호를 출력하는 마이컴,

   상기 마이컴에서 출력된 구동신호에 상응하는 전원을 공급하여 상기 단상 SRM을 구동하는 구동부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 단상 스위치드 릴럭턴스 모터 구동장치.
2. 회전수 검출 및 저속 구동용 제1 센서, 고속 구동용 제2 센서, 마이컴을 구비한 단상 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM) 구동방법에 있어서,

   상기 단상 SRM 회전수와 제1 센서 및 제2 센서의 출력에 따라 로터가 정위치에 위치하는지 여부를 판단하는 단계,

   상기 로터가 정위치에 위치하지 않는 것으로 판단되면 로터를 정위치로 이동시키기 위한 정렬 펄스를 출력하는 단계,

   상기 정렬 펄스를 출력하고 설정시간후 상기 제1 및 제2 센서의 출력에 따라 정상적인 단상 SRM 구동을 수행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 단상 스위치드 릴럭턴스 모터 구동방법.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 단상 SRM 회전수와 제1 센서 및 제2 센서의 출력에 따라 로터가 정위치에 위치하는지 여부를 판단하는 단계는

   단상 SRM의 회전수가 '0'인지 여부를 판단하는 단계와,

   상기 단상 SRM의 회전수가 '0'이면 상기 제1 및 제2 센서의 출력레벨이 로터를 감지한 출력레벨인지 판단하는 단계와,

   상기 제1 및 제2 센서의 출력레벨이 로터를 감지한 출력레벨이면 로터가 정위치에 위치하지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 단상 스위치드 릴럭턴스 모터 구동방법.
4. 제2 항에 있어서,

   상기 정렬 펄스는 기설정된 듀티비로 소정 회 반복되는 펄스임을 특징으로 하는 단상 스위치드 릴럭턴스 모터 구동방법.
5. 제2 항에 있어서,

   상기 정렬 펄스를 출력하고 설정시간후 상기 제1 및 제2 센서의 출력에 따라정상적인 단상 SRM 구동을 수행하는 단계는

   상기 정렬 펄스를 출력하고 설정시간후 단상 SRM을 소정 회 회전시키기 위한 시동 펄스를 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 단상 스위치드 릴럭턴스 모터 구동방법.