KR20020095083A - 스위치드 릴럭턴스 모터의 여자 - Google Patents

Abstract

스위치드 릴럭턴스(SR) 드라이브는 전원으로부터 공급된다. 상기 장치의 위상은 특정 출력을 위해 끌어내어지는 공급 전류를 최소화하는 여자 전략을 이용하는 전류 차핑 컨트롤러에 의해 제어된다. 상기 전략은 들어오는 위상이 여자되는 동안에 양(+)의 토크를 발생시키는 한 나가는 위상이 프리휠링되도록 할 수 있다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터의 여자{EXCITATION OF SWITCHED RELUCTANCE MOTORS}

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(이하, SR 모터)의 여자(勵磁)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 특정 출력을 위해 끌어내어진 공급 전류를 최소화하는 여자에 관한 것이다.

SR 시스템의 특성 및 동작은 당업계에 잘 알려져 있고, 예컨대 스테판슨 및 블레이크의 "SR 모터 및 드라이브의 특성, 설계 및 응용"(PCIM'93, Nurnberg, 21-24, 1993년 6월; 본 명세서에 참고로 통합함)에 설명되어 있다. 도 1은 전형적인 SR 드라이브를 개략적인 형태로 나타내고 있는데, SR 모터(12)는 부하(load)(19)를구동한다. 입력 DC 전원 장치(11)는 배터리 또는 정류된 AC 메인 및 필터링된 AC 메인일 수 있다. 전원 장치(11)에 의해 제공되는 DC 전압은 전자 제어 유닛(14)의 제어 하에서, 파워 컨버터(13)에 의해 모터(12)의 위상 권선(phase winding)(16)에 걸쳐 스위칭된다. 이러한 스위칭은 상기 드라이브의 적절한 동작을 위해 회전자(回轉子)의 회전 각도에 정확히 동기화되어야 하고, 보통 회전자 위치 검출기(15)가 채용되어 상기 회전자의 각도 위치에 상응하는 신호를 제공한다. 회전자 위치 검출기(15)는 많은 형태를 취할 수도 있고, 그 출력은 또한 속도 피드백 신호를 생성하는 데에 사용될 수도 있다.

많은 종류의 상이한 파워 컨버터 토폴로지가 공지되어 있고, 이들 중 몇몇은 상기 스테판슨의 논문에서 논의되고 있다. 가장 흔한 구조 중의 하나가 다상(多相; polyphase) 시스템의 단상(單相)에 대하여 도 2에 도시되어 있는데, 장치의 위상 권선(16)은 버스바(busbar)(26, 27)에 걸쳐 2개의 스위칭 기구(21, 22)에 직렬로 연결되어 있다. 버스바(26, 27)는 총괄적으로 파워 컨버터의 "DC 링크"로서 설명된다. 에너지 회수 다이오드(energy recovery diode)(23, 24)가 상기 권선에 연결되어, 스위칭 기구(21, 22)가 개방되었을 때 권선 전류가 DC 링크로 돌아갈 수 있도록 해준다. "DC 링크 커패시터"라고 알려진 커패시터(25)가 DC 링크에 걸쳐 연결되어, 전원 장치로부터 끌어내어질 수 없거나 그 전원 장치로 복귀할 수 없는 DC 링크 전류의 임의의 교류 성분["리플 전류(ripple current)"]을 공급 또는 감소시킨다. 실질적인 조건에서, 커패시터(25)는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 여러 개의 커패시터를 포함할 수도 있고, 병렬 접속이 이용되는 경우에, 몇몇 요소들이 상기 컨버터 전체에 걸쳐 분산될 수도 있다.

임의의 시스템에 대하여, 고정자(固定子)에 대한 회전자의 위치를 알아야 할 필요가 있다. 고분해능의 리졸버(high resolution resolver)를 사용할 수 있지만, 이들은 비교적 고가이고 대부분의 용례에 있어서 불필요할 정도로 복잡하다. 대신에, 비교적 간단한 회전자 위치 변환기(rpt)가 보통 사용되는데, 이 rpt는 상기 회전자에 고정된 성 모양의 부재(castellated member)와 고정자에 대해 고정된 검출기 세트를 포함한다. 통상의 시스템에서는 고정자 상의 광학 또는 자기 검출기, 전형적으로는 상기 드라이브의 각 위상에 대해 1개의 검출기와 함께, 회전자 상의 디스크 또는 컵 모양의 베인(vane)을 사용하는데, 그 베인의 잇날수는 회전자 극(pole)의 수와 같다.

상기 SR 드라이브는 본질상 가변 속도 시스템이고, 종래의 사인 곡선식으로 공급된 형태의 장치에서 발견되는 것과는 현저히 다른, 상기 장치의 위상 권선에서의 전압과 전류를 특징으로 한다. 주지(周知)되어 있는 것과 같이, 2가지의 기본적인 SR 시스템 동작 모드가 있다. 즉, 차핑 모드(chopping mode)와 단일 펄스 모드(single-pulse mode)가 있는데, 이들 동작 모드는 상기 스테판슨의 논문에 설명되어 있다. 도 3은 단일 펄스 제어를 나타낸다. 도 3a는 전형적으로, 컨트롤러에 의해 위상 권선에 인가된 전압 파형을 나타낸다. 미리 정해진 회전자 각도에서, 파워 컨버터(13)에 들어 있는 스위치의 스위칭 및 주어진 각도(θc)[전도 각도(conduction angle)]에 대하여 일정한 전압을 인가함으로써 상기 전압이 인가된다. 전류는 도 3b에 도시된 바와 같이, 0으로부터 상승하여, 통상 피크에 도달한 후 약간 감소한다. θc가 통과되면, 스위치는 개방되고, 에너지 복귀 다이오드의 작용에 의해 상기 권선에 걸쳐 음(-)의 전압이 놓여지게 되어 상기 장치의 플럭스 및 따라서 전류는 0으로 떨어진다. 이어서, 통상적으로, 상기 사이클이 반복될 때까지 전류가 0인 기간이 존재한다. 상기 위상은 θc 동안 전원 장치로부터 에너지를 끌어 낸 후에 보다 작은 양의 에너지를 전원 장치에 돌려보낸다는 것은 명확하다. 도 3c는 파워 컨버터에 의해 위상 권선에 공급되어야 하는 전류와, 상기 에너지 복귀 기간 동안 상기 컨버터로 돌아가는 전류를 나타낸다. 스위치 모두를 동시에 개방하는 대신에, 다른 스위치에 앞서 한 스위치를 개방하여, 전류가 그 닫힌 스위치, 위상 권선 및 다이오드에 의해 형성된 루프의 둘레에서 순환할 수 있도록 하는 것이 유리하다는 것은 잘 알려져 있는데, 이것은 "프리휠링"으로 알려져 있으며, 피크 전류 제한 및 음향 노이즈 감소를 비롯한 여러 가지 이유 때문에 이용된다. 단일 펄스 모드는 보통, 전형적인 드라이브의 속도 범위에서 중간 속도 및 고속에 대하여 이용된다.

그러나, 0의 속도 및 저속에서, 경험하게 되는 높은 피크 전류 때문에 단일 펄스 모드는 적당하지 않고, 차핑 모드가 사용된다. 차핑 모드에 대한 2개의 기본적인 변형이 있다. 가장 단순한 방법은 위상 권선에 연결된 2개의 스위치, 예컨대 도 2의 스위치(21, 22)를 동시에 개방하는 것이다. 이것은 에너지를 상기 장치로부터 DC 링크로 복귀시킨다. 이것은 종종 "하드 차핑(hard chopping)"이라고 알려져 있다. 별법의 방법은 스위치 중 하나만을 개방하여 프리휠링이 일어나도록 하는 것이다. 이것은 "프리휠 차핑" 또는 "소프트 차핑"이라고 알려져 있다. 이러한 제어 모드에서는, 어떠한 에너지도 위상 권선으로부터 DC 링크로 복귀되지 않는다.

임의의 차핑 계획에 있어서, 사용될 전류 수준을 결정하기 위한 전략 선택이 있다. 이러한 여러 가지 전략은 당업계에 공지되어 있다. 흔히 사용되는 한 가지 계획은 상측 전류와 하측 전류 사이에서 차핑을 가능하게 하는 이력(履歷) 컨트롤러를 사용하는 것이다. 전형적인 계획이 하드 차핑에 대하여 도 4에 도시되어 있다. 선택한 스위치-온 각도(θon)(이것은 종종 상기 위상이 최소의 인덕턴스를 갖고 있는 위치이지만, 종종 몇몇 다른 위치일 수도 있다)에서, 전압은 상기 위상 권선에 인가되고, 위상 전류는 상측의 이력 전류(I_u)에 도달할 때까지 상승하게 된다. 이 시점에서, 두 스위치는 모두 개방되고, 전류는 하측 전류(I_l)에 도달할 때까지 떨어지며, 스위치는 다시 닫히고, 차핑 사이클이 반복된다. 도 5는 프리휠링을 이용하는 이력 컨트롤러에 대한 대응하는 위상 전류 파형을 나타내고 있는데, 차핑 주파수의 감소를 바로 알 수 있다.

본 명세서에서 전류 제어 및 내재적으로는 컨트롤러에 대한 피드백과 관련하여 SR 모터를 설명하지만, 당업자라면 SR 모터의 출력은 대신 플럭스 제어에 놓여질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 정말, 플럭스는 출력 토크 또는 힘과 보다 직접적인 관계를 갖고 있으며, 따라서 모터를 제어하는 데에 기반이 되는 보다 정밀한 특성이 된다.

전술한 것 중 어떤 것도 2 이상의 위상의 기여를 고려할 때 어떤 일이 일어나는 가에 대해 고려하고 있지 않다. 이러한 상황에서, 각 위상과 관련된 버스 전류가 추가되어 총 DC 링크 전류를 제공한다.

함께 전달되는 2 이상의 위상은 여러 가지 상이한 시스템에서 일어날 수 있다. 2-위상 시스템에서는 보통 그러한 위상들을 번갈아 가며 동작시키지만, 본 양수인에게 공동 양도된 미국 특허 제5,747,962호는 장치의 전기 사이클의 일부에 걸쳐 두 위상 모두를 동시에 동작시키는 방법을 개시하고 있다. 3-위상 장치에서는, 위상 A만을 여자시키고, 다음에 위상 B만을 여자시키며, 이어서 위상 C만을 여자시킴으로써 동작할 수 있다. 그러나, 그 장치의 최소 토크 및 평균 토크 출력을 개선하기 위하여, 각 위상 사이클의 토크 생성 부분들이 겹친다는 사실은 종종 이점으로 고려된다. 따라서, A, AB, B, BC, C, CA, A...의 여자 패턴이 보통 이용된다. 유사하게, 4-위상 장치에 대하여, 필요한 방향으로 토크를 생성하는 2개의 위상이 보통 항상 있어, 그 위상들은 쌍, 즉 AB, BC, CD, DA, AB...으로 여자될 수 있다. 보다 더 많은 수의 위상에 대하여 상응하는 규칙이 적용되며, 그러한 경우에 전기 사이클의 적어도 일부에 대하여 3개 이상의 위상을 사용할 수 있다.

톱니부의 각도 폭이 위상으로부터의 토크 블록의 원하는 각도 폭과 상응하도록, rpt의 마크:공간 비율(mark:space ratio)을 수정하는 것도 공지되어 있다. 이러한 방식으로, rpt로부터 직접 신호를 이용하여, 임의의 원하는 정도의 겹침(overlap)을 생성할 수 있다. 그러나, 이러한 토크 겹침은 그 오버랩 영역 동안 공급 전류를 바로 상승시키는데, 이는 수용되지 못할 정도일 수 있다.

이러한 여자는 공급 전류에 현저히 증대된 부담을 준다. 어떤 용례에서는 DC 링크 전류의 절대적인 크기가 토크 출력보다 이차적이지만, 다른 용례에서는 공급원이 제한된 용량을 가질 수 있기 때문에, DC 링크 전류에 대해 극히 민감하다. 통상적으로, 이러한 시스템은 독립형 발전원(stand-alone generation)을 갖고 있는 장소, 또는 자동차, 선박 또는 항공기 용례와 같은 모바일 상황에서 발견된다. 이들은 피크 전류 요구로 인해 2개의 위상에 의한 동시 전달이 이루어지는 드라이브에는 적당하지 않다.

도 1은 공지의 SR 시스템의 개략도이다.

도 2는 한 위상 권선을 도 1의 드라이브의 파워 컨버터에 연결한 것을 나타내는 도면이다.

도 3a 내지 도 3c는 공지의 단일 펄스 동작 모드에 대한 전압, 위상 전류 및 공급 전류의 파형을 나타내는 도면이다.

도 4는 공지의 하드 차핑 동작 모드에 대한 위상 전류 파형을 나타내는 도면이다.

도 5는 공지의 프리휠 차핑 동작 모드에 대한 위상 전류 파형을 나타내는 도면이다.

도 6은 종래의 회전자 위치 변환기를 나타내는 도면이다.

도 7은 도 6의 변환기로부터의 출력 신호를 나타내는 도면이다.

도 8a 및 도 8b는 3-위상 모터에 대한 여자 계획을 나타내는 도면이다.

도 9는 3-위상 장치의 두 위상에 대한 토크 곡선을 나타내는 도면이다.

도 10은 도 9의 토크 곡선을 결합하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 11은 도 9의 토크 곡선을 결합하는 제2 방법을 나타내는 도면이다.

도 12는 도 9의 토크 곡선을 결합하는 제3 방법을 나타내는 도면이다.

도 13은 본 발명에 따른 여자 패턴을 나타내는 도면이다.

도 14는 본 발명에 따른 복합 토크 곡선을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12 : SR 모터

13 : 파워 컨버터

14 : 전자 제어 유닛(컨트롤러)

16 : 위상 권선

21, 22 : 스위칭 기구

25 : 커패시터

26, 27 : 버스바

본 발명의 한 가지 실시 형태에 따르면, 다상 SR 모터를 제어하는 방법이 제공되는데, 제1 위상을 여자시키고, 후속하여 제2 위상을 여자시키며, 제1 위상의 프리휠링과 제2 위상의 여자를 동시에 개시하는 것을 비롯하여 제2 위상의 여자 기간 중 적어도 일부 기간과 동시적으로 제1 위상을 프리휠링시키는 것을 포함한다.

본 발명은 전류가 어떤 위상 권선에서 프리휠링할 때 그 전류는 출력(예컨대, 토크)을 생성할 수도 있지만 전원 장치로부터 끌어 내어진 전류에는 기여하지 않는다는 사실을 알아낸 것을 이용한다. 이것은 한 위상이 그 보통의 여자 블록(excitation block)을 완료한 후에 프리휠링 기간이 모터 출력(예컨대, 토크)에 기여하도록 함으로써 좋은 결과를 야기할 수 있다. 본 발명은 이동부(예컨대, 회전자)가 토크 또는 힘 발생 영역에서 고정부(예컨대, 고정자)에 대해 위치할 때, 상기 프리휠링 단계를 추가하여 제1 위상의 여자 종료 시점과 제2 위상의 여자 시작 시점 사이에서 전기 공급부로부터 전류를 끌어내는 일이 없이 최소 토크 또는힘 출력을 증대시킴으로써 모터의 이동을 보조할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 고정자, 위상 권선, 이동부, 제1 위상을 여자시키고, 후속하여 제2 위상을 여자시키며, 제1 위상의 프리휠링과 제2 위상의 여자를 동시에 개시하는 것을 비롯하여 제2 위상의 여자 기간 중 적어도 일부 기간과 동시적으로 제1 위상을 프리휠링시킴으로써 이동부를 고정자에 대해 이동시키기 위하여 위상 권선의 여자를 제어하도록 동작 가능한 컨트롤러를 구비하는 릴럭턴스 장치를 포함하는 다상 SR 드라이브가 제공된다.

바람직하게는, 위상의 여자는 전류 또는 플럭스 제어에 의해 제어된다. 모터를 시동시키기 위하여, 제1 위상은 모터가 제2 위상의 여자 전에 제1 위상의 프리휠링 위치에서 휴지 상태에 있을 때 제1 위상을 여자시킴으로써 프리휠링하도록 프라임될 수 있다. SR 장치에서 통상적인 것과 같이, 고정자에 대한 이동부의 몇몇 형태의 위치 피드백을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 위상 전류와 같은 상기 장치의 특성을 모니터링함으로써 유도될 수 있고, 또는 위치 변환기를 사용하여 유도될 수 있다. 후자의 경우에, 변환기 기구는 또한 컨트롤러에 프라이밍 타이밍 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 한 가지 특별한 형태에 따르면, 위상 권선이 있는 고정자와 이동부를 포함하고, 이동부의 위치가 출력 생성 영역을 형성하는 다상 SR 모터로부터의 출력을 제어하는 방법이 제공되는데, 제1 출력 생성 영역에서 제1 위상을 여자시키고, 대응하는 제2 출력 생성 영역에서 제2 위상을 여자시키며, 제1 위상의 프리휠링과 제2 위상의 여자를 동시에 개시하는 것을 비롯하여, 제1 위상의 프리휠링에의해 모터의 출력이 증대되도록 제2 출력 생성 영역의 적어도 일부와 일치하는 제1 출력 생성 영역의 일부에서 제1 위상을 프리휠링시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특별한 형태에 따르면, 위상 권선이 있는 고정자와, 이동부를 포함하고 고정자에 대한 이동부의 위치에 의해 출력 생성 영역이 형성되는 다상 릴럭턴스 장치, 각 위상 권선을 전기 공급원에 연결하는 스위치 수단, 상응하는 제1 출력 생성 영역에서 제1 위상 권선을 여자시키고, 상응하는 제2 출력 생성 영역에서 제2 위상 권선을 여자시키며, 제1 위상 권선의 프리휠링과 제2 위상 권선의 여자를 동시에 개시하는 것을 비롯하여 제1 출력 생성 영역의 일부에서 제1 위상 권선을 프리휠링시키기 위하여 상기 스위치 수단을 제어하도록 동작 가능한 컨트롤러를 포함하는 SR 드라이브 시스템이 제공되며, 상기 제1 위상 권선의 프리휠링에 의해 상기 장치의 출력이 증대된다.

본 발명은 여러 가지 방식으로 실시될 수 있는데, 이하에서는 이 중 몇몇 방식을 첨부 도면을 참조하여 예를 통해 설명한다.

본 발명은 도 2에 도시한 것과 같이 위상 각각에 대하여 스위칭 회로가 마련된 도 1에 도시한 것과 같은 드라이브 시스템에서 바람직한 실시 형태로 수행된다. 본 발명에 따르면, 제어 전략은 컨트롤러(14)를 프로그램밍함으로써 스위칭 회로의 프리휠링 구조를 이용하기에 적합하게 되어 있다.

도 1의 3-위상, 4 회전자 극(pole) 드라이브에 대한 전형적인 회전자 위치 변환기(rpt)가 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 3개의 센서는 120°의 기계적 오프셋을 두고 도시되어 있지만, 120°의 전기적 오프셋과 같은 임의의 오프셋을가질 수 있다. 도시한 개략도에는 단일의 마크:공간 비를 갖고 있는 치형부가 있다. 실제, 이것은 센서의 비이상적인 특성, 예컨대 광학 센서에서의 비임 폭, 또는 홀 효과 센서에서의 프린징(fringing)을 수용하도록 약간 변형될 수도 있어, rpt로부터의 최종 신호는 단일 마크:공간에 있거나 그 부근에 수용 가능하게 있다.

도 6에 도시한 rpt로부터의 출력은 도 7에 도시되어 있는데, 각 rpt 신호는 상기 장치의 한 전기 사이클과 동일한 주기를 갖고 있음을 볼 수 있다. 통상적으로, 베인과 센서는 위상 신호의 천이(transition)가 그 위상에서의 최소 및 최대 인덕턴스의 위치에 대응하도록 고정자에 대해 정렬된다. 다음에, 저속에서, 장치의 전환을 이러한 천이에 직접 바탕을 두고 할 수 있다. 예컨대, rpt 출력이 1이면 위상은 여자되고 그 출력이 0이면 탈여자될 수 있어, 3-위상 장치에 대해 전술한 A, AB, B, BC,... 여자 패턴을 부여한다. 이러한 패턴은 당업계에서 50% 전도 및 1 1/2 위상 전도와 같이 다양하게 기술된다.

이러한 여자 패턴은 주어진 위상 전류에 대해 최대의 토크를 만들어 내는데,왜냐하면 그 패턴은 원하는 극성의 토크를 만들어 내는 반(半) 사이클에 걸쳐 위상을 여자시키기 때문이다. 그러나, 그와 같이 할 때, 그 패턴은 생성된 토크가 작은 토크 곡선의 일부에서 위상을 여자시킨다. 따라서, 상기 패턴은 최대의 가능한 토크를 만들어 내지만, DC 링크 전류의 사용이 비교적 빈약하고, 두 위상이 전도될 때 피크를 갖는다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 소정의 시간에서 하나의 위상만을 이용하는 전략이 종종 채택되는데, 이는 33% 전도 및 1-위상 전도와 같이 다양하게 알려져 있다.

이러한 여자 전략을 소정의 장치에 적용할 때, 도 7로부터 명백한 바와 같이, 표준의 rpt 신호가 사용되는 경우, 블록의 제1 2/3 또는 제2 2/3를 사용할지를 결정해야 하는데, 왜냐하면 천이점이 단지 블록의 1/3 및 2/3에서 알려져 있기 때문이다. 이러한 선택 사항이 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 이들 두 선택 사항은 동일한 효과를 제공하지 않는데, 왜냐하면 실제 장치에서, 후술하는 바와 같이, 토크 곡선은 부분적으로 겹치는 극의 영역에 걸쳐 각도와 선형 관계가 아니기 때문이다.

도 9는 최고의 부하 등급(full load rating) 부근에서 일정한 위상 전류가 공급된 3-위상 장치에 대한 전형적인 토크 대 각도 곡선을 나타낸다. 정확한 형태는 장치의 자기적 기하 형태의 세부적 사항 및 공급된 전류의 수준에 의존하기는 하지만, 도시된 곡선은 보통 볼 수 있는 형태의 특징으로 되어 있다. 곡선 A는 위상 A에 대하여 1 사이클에 걸친 완전한 곡선을 나타내고, 곡선 B는 인접한 위상 B에 대하여 상기 곡선의 일부를 나타낸다. 상기 곡선은 위상에 대한 최대 인덕턴스(L_max) 지점을 중심으로 대칭인 것에 유의하여야 한다. 도 10은 제1 2/3 패턴을 사용, 즉 최소의 인덕턴스 위치에서 스위치 온하여 만든 3개의 위상에 대한 복합 토크 곡선을 나타낸다. 천이점 부근에는 큰 급강하(dip)가 있음을 알 수 있다. 비교를 하기 위해, 도 11은 제2 2/3 패턴을 이용, 즉 최대의 인덕턴스 위치에서 스위치 오프한 개선 사항을 나타내는데, 급강하는 좀 더 좁다. 더욱 현저한 개선은 도 12에 도시되어 있는데, 천이점을 인접한 위상 곡선이 겹치는 지점까지 각도(δ)만큼 이동시킴으로써, 가작 작은 급강하가 만들어진다. 이러한 천이점의 이동은 단순히, rpt 센서의 스위칭점의 정렬을 각도(δ)만큼 이동시킴으로써 달성되고, 이는 SR 장치에서 흔히 사용되는 기술이다.

rpt 스위칭점을 각도(δ)만큼 이동시키는 기술은 주어진 전류에 대하여 모든 각도 위치에서 이용 가능한 가장 큰 토크를 만들어내지만, 여전히 스위칭점 부근의 복합 토크 곡선에는 급강하가 있다. 따라서, 전원 장치로부터 끌어내어지는 전류를 증가시키는 일이 없이 이용 가능한 토크를 증가시키는 방법에 대한 요구가 있다.

본 발명의 한 가지 실시 형태에 따르면, 사용된 여자 패턴은 보통 가장 덜 선호되는 패턴, 즉 도 8a 및 도 10의 제1 2/3 패턴이다. 이는 토크 생성 영역의 제1 2/3가 공급 전류에 의해 여자되도록 하고, 마지막 1/3이 프리휠 전류에 의해 여자되도록 해준다. 이것이 도 13에 개략적으로 도시되어 있다. 이것이 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따라 도 1의 컨트롤러(14)에 프로그램된 스위칭 전략이다.

프리휠에서 전류가 감소되는(도 5에 도시) 속도는 상기 드라이브의 직접적인 제어하에 있지 않은데, 왜냐하면 그 속도는 회전 속도 및 프리휠 경로에서의 전압 강하(예컨대, 도 2에 도시한 회로에 대하여, 이들은 권선의 IR 강하, 다이오드 및 스위치의 전방향 전압 강하이다)에 의존하기 때문이다. 매우 낮은 속도에서, 전압 강하가 지배적이다. 고속에서, 권선의 인덕턴스가 변하는 속도는 지배적인 효과를 갖고 있다. 그러나, 드라이브의 기계적 관성의 완만한 효과(smoothing effect) 때문에, 토크 급강하를 "보충(fill in)"할 필요성은 속도가 증가함에 따라 감소하여,속도 증가에 따라 상기 기술의 감소시키는 이점은 그 유용성을 떨어뜨리지 않는다.

본 발명으로부터 생기는 토크의 증가는 권선 저항 및 기구 손실의 변화 때문에, 드라이브마다 변하지만, 이들이 상대적으로 작다면, 전류는 단지 느리게 감소하고, 추가의 토크는 도 10에 나타낸 곡선의 "미싱(missing)" 부분에 근접한다. 각도(δ)(도 9)만큼 rpt의 오프셋팅과 결합되면, 이것은 실질상 도 14에 나타낸 바와 같이, 이전의 최소 토크를 2배로 할 수 있다.

한 가지 고려할 사항은 드라이브에 대한 시작 조건이다. 프리휠링을 이용하는 전술한 방법은, 프리휠링 블록이 들어가기 전에 위상이 전달될 때만 수행될 수 있다. 드라이브가 휴지 상태, 즉 도 13의 영역(110)에 도달하면, 단순히 위상 A에서 1개의 스위치를 켜는 것은 효과가 없다. 이러한 상태에서, 위상 B에 의해서만 생성된 토크는 부하를 이동시키기에는 충분하지 않을 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 프리휠링이 보통 한 위상에서 일어나는 영역에 상기 드라이브가 위치하게 되는 것을 확실히 하기 위해 제어 작용이 취해지는 시작 토크를 증대시키기 위하여, 컨트롤러(14)에 시작 루틴(starting routine)이 포함된다. 이는 rpt 신호를 검사하고 적절한 결정을 하는 컨트롤러(14)에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도 13의 스위칭 전략을 갖는 3-위상 드라이브에서, 2개의 rpt 신호가 하이(즉, =1)인 임의의 영역은, 본 발명에 따르면 프리휠링이 한 위상에서 일어나는 영역이다. 당업자라면 상이한 수의 위상을 갖고 있는 드라이브의 컨트롤러(14)에 상응하는 시험을 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그 시험에서 프리휠링이 필요하다는 것이 보여지면, 그 위상은 도 2의 컨버터 회로를 그통상의 ON 상태에 둠으로써 전류를 주입하도록 위상 스위치(21, 22)를 동작시키는 컨트롤러(14)에 의해 "프라임된다". 통상의 조정된 전류값이 얻어질 때까지 상기 위상에 여자 상태가 유지될 수 있는데, 전류 컨트롤러(14)는 본 발명에 따른 동작이 상기 다른 위상을 그 토크 발생 영역에서 여자시키는 것과 동시에 상기 프라임된 위상을 프리휠링시킴으로써 개시되는 것을 수용하도록 프로그램되어 있다. 별법으로서, 상기 여자는 수용 가능한 전류값을 만들어 내는 미리 정한 시간 동안 적용될 수도 있다. 적절한 전류값이 도달하자마자, 상기 위상은 프리휠링 상태로 놓이고, 인접한 위상은 ON 상태에 놓인다. 그 후에, 모터 여자 과정이 도 13과 관련하여 설명한 것과 같이 진행된다.

이상, 한 방향으로의 회전과 관련하여 설명하였지만, 당업자라면 적절한 여자 시퀀스를 이용하여 양방향 동작을 이용할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 임의의 다상 시스템 및 각 위상을 프리휠링할 수 있는 임의의 스위칭 회로에 적용할 수 있다. 회전 구조에서처럼, 상기 장치의 출력을 토크로 하는 대신에, 선형 리럭턴스 모터에서처럼, 그 출력은 힘일 수 있다. 당업자라면, 상기 개시된 구조를 본 발명을 벗어나는 일이 없이 변형할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 전술한 몇몇 실시 형태는 예로서 주어진 것이고 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 당업자에게는, 전술한 동작에 대해 큰 변화를 가하는 일이 없이 상기 구조에 약간의 수정을 가할 수 있다는 것은 명백하다. 본 발명은 이하의 청구의 범위에 개시된 사상 및 범위에 의해서만 제한된다.

본 발명에 따르면, SR 모터에 있어서, 특정 출력을 위해 끌어 내어지는 공급 전류가 최소화된다.

Claims (13)

1. 제1 위상을 여자(勵磁)시키고,

   후속하여 제2 위상을 여자시키며,

   제1 위상의 프리휠링을 개시하는 것과 제2 위상의 여자를 동시에 하는 것을 비롯하여, 상기 제2 위상의 여자 기간 중 적어도 일부의 기간과 일치하게 상기 제1 위상을 프리휠링시키는 것

   을 포함하는 다상(多相) SR 모터의 제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 위상은 전류 또는 플럭스 제어에 따라 여자되는 것인 다상 SR 모터의 제어 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 모터가 제1 위상의 프리휠링 위치에서 휴지 상태에 있을 때 제1 위상을 여자시켜 그 위상을 프라이밍함으로써 상기 모터를 시동시키는 것을 포함하는 다상 SR 모터의 제어 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 모터는 각 위상에 대한 권선이 장착되는 고정자와, 이 고정자에 대해 이동하는 이동부를 포함하고, 상기 방법은 고정자에 대한 이동부의 위치를 나타내는 정보에 따라 상기 권선의 여자 타이밍을 결정하는 것을 더 포함하는 것인 다상 SR 모터의 제어 방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 위치를 나타내는 정보는 각 위상에 대한 여자 기간과 프리휠링 기간을 규정하는 위치 변환기로부터 유래되는 것인 다상 SR 모터의 제어 방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 위상과 제2 위상에 대한 여자는 차핑에 의해 제어되는 것인 다상 SR 모터의 제어 방법.
7. 고정자, 권선, 이동부, 제1 위상을 여자시키고, 후속하여 제2 위상을 여자시키며, 제1 위상의 프리휠링과 제2 위상의 여자를 동시에 개시하는 것을 비롯하여 제2 위상의 여자 기간 중 적어도 일부 기간과 동시적으로 제1 위상을 프리휠링시킴으로써 고정자에 대하여 이동부를 이동시키기 위하여 위상 권선의 여자를 제어하도록 동작 가능한 컨트롤러가 구비된 리럭턴스 장치를 포함하는 다상 SR 드라이브.
8. 청구항 7에 있어서, 전류 피드백 신호를 유도하는 피드백 수단을 포함하고, 상기 컨트롤러는 전류를 제어하는 장치 출력을 나타내는 것으로서 상기 피드백 신호를 수신하도록 구성되는 것인 다상 SR 드라이브.
9. 청구항 7에 있어서, 플럭스 피드백 신호를 유도하는 피드백 수단을 포함하고, 상기 컨트롤러는 플러스를 제어하는 장치 출력을 나타내는 것으로서 상기 피드백 신호를 수신하도록 구성되는 것인 다상 SR 드라이브.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서, 상기 피드백 신호는 고정자에 대한 이동부의 위치를 나타내는 신호를 제공하는 위치 변환기도 포함하는 것인 다상 SR 드라이브.
11. 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 장치가 제1 위상의 프리휠링 위치에서 휴지 상태로 있는 동안에 상기 제1 위상을 프라이밍하여 그 위상을 여자시킴으로써 상기 장치를 시동시키도록 구성되는 것인 다상 SR 드라이브.
12. 권선이 마련된 고정자와 이동부를 포함하며, 이동부의 위치는 출력 생성 영역을 형성하는 다상 SR 모터로부터의 출력을 제어하는 방법으로서,

    제1 출력 생성 영역에서 제1 위상을 여자시키고,

    상응하는 제2 출력 생성 영역에서 제2 위상을 여자시키며,

    제1 위상의 프리휠링과 제2 위상의 여자를 동시에 개시하는 것을 비롯하여, 상기 제2 출력 생성 영역의 적어도 일부와 일치하는 제1 출력 생성 영역의 일부에서 상기 제1 위상을 프리휠링시켜, 이 제1 위상의 프리휠링에 의해 상기 모터의 출력이 증가되도록 하는 것

    을 포함하는 방법.
13. 위상 권선이 포함된 고정자와 이동부를 포함하고 고정자에 대한 이동부의 위치에 의해 출력 생성 영역이 형성되는 다상 리럭턴스 장치와, 각 위상 권선을 전기 공급원에 연결하는 스위치 수단과, 상응하는 제1 출력 생성 영역에서 제1 위상을 여자시키고, 상응하는 제2 출력 생성 영역에서 제2 위상을 여자시키며, 제1 위상 권선의 프리휠링과 제2 위상 권선의 여자를 동시에 개시하는 것을 비롯하여, 제2 출력 생성 영역의 적어도 일부와 일치하는 제1 출력 생성 영역의 일부에서 제1 위상을 여자시키기 위하여 상기 스위치 수단을 제어하도록 동작 가능한 컨트롤러를 포함하고, 상기 제1 위상 권선의 프리휠링에 의해 상기 다상 리럭턴스 장치의 출력이 증대되는 것인 SR 드라이브 시스템.