KR20020095432A

KR20020095432A - 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템의 제어 방법

Info

Publication number: KR20020095432A
Application number: KR1020020032059A
Authority: KR
Inventors: 탄카드마이클폴
Original assignee: 스위치드 릴럭턴스 드라이브즈 리미티드
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2002-12-26
Also published as: KR100896728B1; JP2003018890A; CN1392665A; US6759826B2; EP1267480A3; EP1267480B1; JP4173322B2; EP1267480A2; CN1235330C; US20020190684A1; GB0114531D0

Abstract

본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 드라이브는 전원으로부터 전원 공급되고 DC 링크 양단에 DC 링크 커패시터가 있는 DC 링크를 갖고 있다. 릴럭턴스 머신의 위상은 각각의 위상 권선을 DC 링크에 결합시키는 스위치를 제어하는 제어기에 의해 제어된다. 이 제어기는 DC 링크 커패시터 상에 나타나는 피크 전압을 최소화하는 시퀀스로 각각의 위상의 스위치를 오프함으로써, 커패시터의 전압비를 감소시킬 수 있다.

Description

스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템의 제어 방법{A CONTROL STRATEGY FOR SWITCHED RELUCTANCE DRIVE SYSTEMS}

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템에서의 과도 전압을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.

스위치드 릴럭턴스 시스템의 특성 및 동작은 종래 기술에 잘 알려져 있는데, 예를 들면 본 명세서에 참조용으로 포함시킨 Stephenson 과 Blake가 1993년 6월 21∼24일, 독일의 뉘른베르그에서 열린 PCIM^,93 기술 발표회에서 발표한 "The characteristics, design and application of switched reluctance motors and drives" 라는 논문에 개시되어 있다. 도 1은 일반적인 스위치드 릴럭턴스 드라이브의 개략적인 형태를 도시하는 도면으로, 스위치드 릴럭턴스 모터(12)가 부하(19)를 구동시키고 있다. 입력의 DC 전원(11)은 배터리이거나 정류되고 필터링된 AC 메인(main)일 수 있다. 전원(11)에 의해 공급되는 DC 전압은 전자 제어 장치(14)의 제어를 받는 전력 컨버터(13)에 의해 모터(12)의 위상 권선(16) 양단에서 스위칭된다. 이 스위칭은 스위치드 릴럭턴스 드라이브의 적절한 동작을 위해 회전자의 회전각에 정확히 동기화되어야만 한다. 회전자 위치 검출기(15)는 일반적으로 회전자의 각도 위치에 상응하는 신호를 공급하는데 이용한다. 회전자 위치 검출기(15)는 소프트웨어 알고리즘의 형태를 포함한 많은 형태를 가질 수 있다. 회전자 위치 검출기의 출력은 또한 속도 피드백 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 위상 권선 또는 각각의 위상 권선에 대해 전류 변환기(17)로 피드백 전류를 공급한다. 상기 인용한 Stephenson의 논문에서 다루고 있는 바와 같이, 릴럭턴스 머신은 모터링 모드 또는 제너레이팅 모드로 동작할 수 있다. 입력 디맨드(18)는 모터링에 대한 토크 또는 속도 디맨드이거나, 제너레이팅에 대한 전류 또는 전압 디맨드일 수 있다.

많은 상이한 전력 컨버터 토폴로지가 공지되어 있는데, 이중에서 복수의 토폴로지를 상기 인용한 Stephenson의 논문에서 다루고 있다. 도 2는 다상 시스템의 단일 위상에 대한 가장 통상적인 구성 중의 하나를 도시하고 있고, 이 도면에서 릴럭턴스 머신의 위상 권선(16)은 버스바(busbar)[26, 27] 양단의 2 개의 스위칭 소자(21, 22)와 직렬로 결합되어 있다. 버스바(26, 27)는 통틀어 전력 컨버터의 "DC 링크"로서 기술한다. 에너지 복구 다이오드(23, 24)는 위상 권선에 결합되어 스위치(21, 22)가 개방되는 경우에 위상 권선의 전류가 DC 링크로 환류하도록 할 수 있다. "DC 링크 커패시터"로 공지된 커패시터(25)는 DC 링크의 양단에 결합되어, 전원으로부터 유도되거나 전원으로 복귀할 수 없는 DC 링크 전류의 어떠한 교류 성분(예를 들어, "리플 전류")을 제공하거나 감소시킬 수 있다. 실제로, 커패시터(25)는 직렬 결합 및/또는 병렬 결합된 복수의 커패시터를 포함할 수 있는데, 병렬 결합이 사용되는 경우에는 몇몇의 소자가 컨버터의 도처에 분포할 수 있다. 항공 우주 분야의 응용 또는 자동차 분야의 응용 등과 같이, 스위치드 릴럭턴스 드라이브의 비용과 이 드라이브가 차지하는 공간에 민감한 이러한 커패시터의 비용 및/또는 크기는 설치시에 중요하다.

스위치드 릴럭턴스 드라이브는 실제로 가변적인 속도 시스템이고, 교류를 공급받는 종래의 릴럭턴스 머신의 위상 권선에서의 전압 및 전류와 릴럭턴스 머신의 위상 권선에서의 전압 및 전류가 매우 다르다는 점을 특징으로 한다. 잘 공지되어 있는 바와 같이, 스위치드 릴럭턴스 시스템에는 두 개의 기본적인 동작 모드가 있다(단일 펄스 모드 및 초핑 모드, 이 2 가지 동작 모드는 상기 인용한 Stephenson의 논문에 기술됨). 이 두 가지 동작 모드를 본 명세서에서 다음과 같이 간략히 기술한다.

소정의 회전자 각도에서, 전력 컨버터(13)에서 스위치를 온시키고 전도 각도인 소정의 각도 θ_C에 대한 일정한 전압을 제공함으로써 전압을 위상 권선에 인가한다. θ_C를 벗어나는 경우, 스위치는 개방되고 에너지 복구 다이오드의 작용으로 음 전압을 위상 권선의 양단에 두어 릴럭턴스 머신내에 플럭스를 유발시킴으로써,전류를 0으로 감소시킨다. 그후, 일반적으로 영(0) 전류의 기간이 있은 후, 사이클이 반복된다. 위상은 θ_C동안에 에너지를 전원으로부터 유도하고 그후 보다 작은 양의 에너지를 전원에 복귀시키는 것이 분명할 것이다. 이것은 도 3a에 도시되어 있다. 이 모드는 위상 주기내의 위상에 인가된 전압 펄스가 1 개만 존재하기 때문에 일반적으로 단일 펄스 모드로서 알려져 있다. 단일 펄스 모드는 일반적인 드라이브의 속도 범위에 있는 중간의 고속도에 통상적으로 사용된다. 양쪽의 스위치를 동시에 개방시키지 않고, 제1 스위치보다 제2 스위치를 각도 θ_f만큼 후에 개방하여, 전류가 폐로 스위치, 위상 권선 및 다이오드에 의해 형성된 루프를 순환하도록 하는 것이 유리한 상황이 있다. 이러한 기술은 "프리휠링(freewheeling)"으로 알려져 있고, 피크 전류의 제한 및 음향 잡음의 감소를 포함하는 다양한 이유로 이 기술이 사용된다. 프리휠링을 포함시킨 것을 도 3b에 도시하고 있다. 프리휠링은 넓은 속도 범위에 걸쳐서 사용할 수 있다. 프리휠링의 개시 타이밍 및 그 주기는 속도에 의존한다.

그러나, 영 및 낮은 속도에서, 단일 펄스 모드는 발생되는 높은 피크 전류로 인하여 적절하지 않고, 피크 전류가 전도의 전체 주기 동안에 어떠한 소정값으로 제한되는 쵸핑 모드를 사용한다. 단일 펄스 제어에 관해서는 쵸핑 모드의 두 개의 주요한 변형이 존재한다. 가장 간단한 방법은 위상 권선에 결합된 2 개의 스위치, 예를 들어 도 2의 스위치(21, 22)를 동시에 개방하는 것이다. 이것은 에너지가 릴럭턴스 머신으로부터 DC 링크로 복귀되도록 하는데, 종종 "하드 쵸핑(hardchopping)"으로 알려져 있다. 어떠한 쵸핑 구조로도, 사용되는 전류 레벨을 판정하기 위한 방법에 관한 선택권은 존재한다. 많은 그러한 방법이 당해 기술에 알려져 있다. 하나의 구조는 상부 전류 레벨과 하부 전류 레벨 사이의 쵸핑을 가능하게 하는 히스테리시스 제어기를 사용한다. 하드 쵸핑에 대한 일반적인 구조는 도 4a에 도시되어 있다. 선택된 스위치 온 각도 θ_on(종종 위상이 최소 인덕턴스를 갖는 위치이지만, 어떠한 다른 위치일 수 있음)에서, 전압은 위상 권선에 인가되고 위상 전류는 상부의 히스테리 전류 I_U에 도달할 때까지 상승한다. 이 위치점에서, 양쪽 스위치는 개방되고 전류는 하부 전류 I_I에 도달할 때까지 하강하고 스위치들은 다시 폐로되어, 쵸핑 사이클을 반복한다. 다른 방법은 하나의 스위치만을 개방하고 프리휠링이 발생하도록 하는 것으로, "프리휠링 쵸핑" 또는 "소프트 쵸핑"으로 공지되어 있다. 도 4b는 프리휠링 쵸핑 또는 소프트 쵸핑을 사용하는 히스테리시스 제어기에 대한 위상 전류의 파형을 도시하고 있다.

미국 특허 제4,933,621호(MacMinn)에는 스위칭 주파수를 감소시킴으로써 스위칭 장치의 손실을 줄이고, 커패시터의 리플 전류의 비율을 줄이기 위해 플리휠링 쵸핑의 사용을 제안하고 있다. 미국 특허 제5,942,865호(Kim)에는 연속된 PWM 펄스의 끝부분에서 프리휠링하기 위한 시스템을 기술하고 있고, 여기서 지연 시간은 고정자 상의 방사 방향의 힘을 줄임으로써 방출되는 음향 잡음을 줄이도록 선택된다. 이와 유사한 방법이 유럽 특허 제700,945호(Wu)에 개시되어 있는데, 여기서 프리휠링 주기는 고정자의 공진 주파수에 관련하여 선택되고, 그 의도는 동일한 크기의대응되는 펄스를 갖는 고정자의 진동을 활성적으로 소거하는 것이다. 국제 특허 공개 번호 제90/16111호(Hedlund) 및 미국 특허 제5,760,565호(Randall)에는 피크 플럭스를 감소시켜 고속도에서의 연관된 철손(iron loss)을 줄이기 위해서 더욱 긴 프리휠링 주기의 사용을 제안하고 있다.

어떠한 종래 기술에서도 프리휠링을 이용하여 DC 링크 커패시터의 전압비를 줄이는 것에 대해서는 다루고 있지 않다. 커패시터의 비용은 예를 들어, 동작 온도, 수명 요구량, 리플 전류비, 내부 임피던스 등의 수많은 요구 사항에 의해 영향을 받지만, 이 요구 사항 중에서 가장 중요한 사항 중 하나는 전압비이다. 이 전압비는 DC 링크의 공칭값에 의해서가 아니라 그 링크 상에 나타나는 과도 전압 및 가장 높은 예상 과도값 이상의 안전율(safety margin)을 갖는 요구 사항에 의해 결정된다. 특히, 24Ｖ 또는 48Ｖ 배터리로 동작하는 저 전압 시스템에서, 커패시터의 비용은 과도 전압의 사양에 매우 의존적이다.

도 1은 공지된 스위치드 릴럭턴스 시스템의 개략도.

도 2는 하나의 위상 권선을 전력 컨버터에 결합시킨 도면.

도 3a는 프리휠링을 사용하지 않은 공지된 단일 펄스 동작 모드에 대한 전압 파형과 위상 전류 파형을 도시하는 도면.

도 3b는 프리휠링을 사용한 공지된 단일 펄스 동작 모드에 대한 전압 파형과 위상 전류 파형을 도시하는 도면.

도 4a는 공지된 하드 쵸핑 동작 모드에 대한 위상 전류를 도시하는 도면.

도 4b는 공지된 프리휠 쵸핑 동작 모드에 대한 위상 전류를 도시하는 도면.

도 5a는 이상적인 회로에 대한 DC 링크 전압의 파형을 도시하는 도면.

도 5b는 실제적인 회로에 대한 DC 링크 전압의 파형을 도시하는 도면.

도 6a는 본 발명의 일면에 따라 동작하는 회로에 대한 DC 링크 전압의 파형도.

도 6b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 동작하는 회로에 대한 DC 링크 전압의 파형을 도시하는 도면.

도 7은 본 발명을 실행하기 위해 변경된 회로를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : DC 전원

13 : 전력 컨버터

14 : 제어기

19 : 부하

21, 22 : 스위칭 소자

25 : DC 링크 커패시터

32 : 시퀀서

34 : 카운터

본 발명에 따르면, 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템에서의 과도 전압의 크기를 줄이는 방법을 제공하고 있는데, 여기서 이 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템은 적어도 하나의 위상 권선을 갖는 고정자와 이 고정자와 관련되어 이동할 수 있는 이동부를 갖는 릴럭턴스 머신과, 위상 권선 또는 각각의 위상 권선의 양단에 결합되어, 위상 권선이 위상 전도 주기 동안에 전원으로부터의 스위치 수단을 통해 가동되는 가동 모드로 구성될 수 있는 스위치 수단과, 위상 권선내의 어떠한 인가전압 및 전류가 재순환하지 않는 프리휠링 모드 및 적어도 하나의 위상 권선 양단의 전압이 전도되는 비가동 모드와, 스위치 수단의 전원측 양단에 결합된 DC 링크 커패시터를 포함하고, 상기 과도 전압의 크기를 줄이는 방법은 적어도 하나의 위상 권선의 위상 전도 주기의 개시시에 가동 모드를 개시하는 단계와, 프리휠링 모드를 개시하여 커패시터의 양단에 제1 과도 전압 스파이크를 유발시키는 단계와, 프리휠링 모드 개시의 소정의 주기 후에 비가동 모드를 개시하여 커패시터의 양단에 제2 과도 전압 스파이크를 유발시키는 단계를 포함하고 있다.

스위치드 릴럭턴스 드라이브에서의 스위칭 시간이 가능하면 짧아야만 한다는 것은 종래의 생각이다. 이것은 고속도에서 특히 심각함이 분명하다. 과도 전압을 줄이기 위해 프리휠링 단계를 도입하는 것은 이러한 인식과는 본질적으로 상충한다. 프리휠링 및 비가동 모드의 개시 사이의 소정의 시간의 선택은 전체의 스위칭 동작에 걸리는 시간에 대해 절충(trade-off)되는 것이 바람직하다. 스위칭 동작에 활용 가능한 시간은 스위치드 릴럭턴스 머신의 속도가 증가할 때 감소한다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 지금까지, DC 링크 커패시터 상의 과도 전압의 부담을 완화하기 위해서 프리휠링 단계를 사용할 기회를 인식하지 못했다.

제2 과도 전압 스파이크의 크기는 부분적으로 DC 링크 커패시터 양단의 전압감소의 정도에 의존할 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 비가동 모드로 진입하는 시점은 제2 전압 스파이크의 부가가 제1 스파이크를 초과하지 않을 DC 링크 전압 감소에서의 시점이 상이하거나 그 시점과 일치하지 않도록 선택된다. 이것은 스파이크들의 크기 사이의 절충(trade-off)과 프리휠링에서 비가동으로의 스위칭 사이의 시간을 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 소정의 주기는 제1 과도 전압 스파이크의 감소에 따라 고정된다.

본 발명의 특정 실시예에 따르면, 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템에서의 과도 전압의 크기를 줄이는 방법을 제공하고 있는데, 여기서 이 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템은, 적어도 하나의 위상 권선을 갖는 고정자와 이 고정자와 관련되어 이동할 수 있는 이동부를 갖는 릴럭턴스 머신과, 위상 권선이 위상 전도 주기 동안에 전원으로부터의 스위치 수단을 통해 가동되는 가동 모드로 구성될 수 있는 위상 권선 또는 각각의 위상 권선의 양단에 결합되는 스위치 수단과, 위상 권선 양단의 전압이 감소할 때 위상 권선내의 어떠한 인가 전압 및 전류가 재순환하지 않는 프리휠링 모드 및 적어도 하나의 위상 권선 양단의 전압이 전도되는 비가동 모드와, 스위치 수단의 전원측 양단에 결합된 DC 링크 커패시터를 포함하고, 상기 과도 전압의 크기를 줄이는 방법은 적어도 하나의 위상 권선의 위상 전도 주기의 개시시에 가동 모드를 개시하는 단계와, 프리휠링 모드를 개시하여 커패시터의 양단에 제1 과도 전압 스파이크를 유발시키는 단계와, 프리휠링 모드 개시 후에 비가동 모드를 개시하여 커패시터의 양단에 제2 과도 전압 스파이크를 유발시키는 단계와, 위상 권선을 비가동시키는 걸린 시간에 대해 제2 과도 전압 스파이크의 크기를 균형화하도록 제1 및 제2 과도 전압 스파이크 사이의 주기를 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 다양한 방법으로 실행될 수 있고, 몇몇의 방법이 첨부된 도면을참조하여 실시예로서 설명될 것이다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 위상에 대한 스위칭 회로를 갖는, 도 1에 도시한 것과 같은 드라이브 시스템의 제1 실시예에서 구현될 수 있다. 본 발명에 따르면, 제어기(14)의 프로그래밍에 의해 스위칭 회로의 프리휠링 구성을 이용하는데 제어 방법을 적용한다.

도 5a는 도 2 회로의 하나의 위상이 종래의 방법으로 동작하여 도 3a의 위상 전류 파형을 생성하는 경우에 DC 링크 커패시터(25)의 단자에서의 전압(예를 들어, DC 링크 전압)의 파형을 도시하고 있다. 이 그래프는 전압 소스(11) 및 DC 링크 커패시터가 그들의 인덕턴스가 최소인 이상적인 경우의 상태를 도시하고 있다. DC 링크 전압은 사실상 일정하고, 위상이 스위치 오프되는 시점에서 짧은 지속 기간의 매우 작은 스파이크를 갖는 것을 알 수 있다.

그러나, 실제 회로에서는 전압 소스가 저항과 인덕턴스를 가질 것이고, 커패시터 및 그 결합 리드(lead) 역시 약간의 기생 인덕턴스를 가질 것이다. 이들 인덕턴스의 결합 효과에 의해서, 스위칭 소자(21, 22)가 개방되는 경우에 DC 링크 전압의 급격한 상승이 생긴다. 이것은 도 5b에 도시되어 있는데, 여기서 과도 전압은 스위치들이 시점(X)에서 개방될 때 공칭 DC 링크 전압의 136%까지 상승한다. 그래프 영역 Y 상의 전압 곡선의 처진 부분은 전압 소스 임피던스를 통해 흐르는 위상 전류에 의해 발생한 변동이다.

본 발명에 따르면, 과도 전압은 매우 짧은 시간 주기 동안 프리휠링함으로써 감소되는데, 그 주기는 제1 스위치를 스위치 오프함으로써 생성된 과도 전압 펄스의 폭과 관련되어 있다. 도 6a에서, 공칭 전원 전압은 13.5Ｖ이고, 전원, 커패시터, 스위치 및 위상 권선의 파라미터는 도 5와 동일하다. A로 표시한 제1 전압 스파이크는 제1 스위치(21)의 개방으로 인한 것으로서, 위상을 프리휠링하여, 위상 권선(16)에서의 전류가 재순환하고 비교적 점진적으로 감소한다. B로 표시한 제2 전압 스파이크는 제2 스위치(22)의 개방으로 인한 것으로서, 위상 권선을 비가동(de-energize)시켜 플럭스 즉, 위상 전류를 감소시킨다. 제2 스파이크(B)는 제1 스파이크보다 작은데, 이 이유는 위상 권선 전류가 프리휠링시에 펄스들 사이의 구간에서 감소하여, 보다 작은 전류가 보다 작은 스파이크를 생성하기 때문이다. 이제, 전압의 오버슛은 116%, 즉 종래의 동작에 의해 생성되는 것의 대략 반까지 감소된다는 점을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 스위치(22)가 제1 스위치(21)보다 소정의 시간후에 개방되어, 권선의 비가동이 개시되는 시점에서 감소하고 있는 제1 스파이크와 보다 작은 제2 스파이크의 합(addition)은 제1 펄스의 피크와 실질적으로 동일하다. 이것은 도 6b에 도시되어 있는데, 여기서 파형에서의 2 개의 피크는 실질적으로 동일하다. 위에서 사용된 성분값과, 6 개의 고정자극/4 개의 회전자극의 스위치드 릴럭턴스 머신의 경우, 스위치 작동 사이의 시간은 36㎲이다. 이것은 커패시터 상의 과도 전압이 가능한 한 낮게 유지되고 전체의 스위칭 동작은 가능한한 짧은 주기내에 완료되는 조건이다. 본 발명은 별도의 스위칭 단계를 부과하고 있다. 이것은 빠른 스위칭의 근본적인 요구와 상충되는 것이다. 그러나, 두개의 단계의 타이밍은 전체의 스위칭에 어떠한 상당한 악효과를 갖지 않을 정도로 근접해있다. 지연은 모든 드라이브에 대해 고정되어 있고 드라이브의 속도 또는, 드라이브를 제어하는데 이용되는 제어 법칙과 무관함에 주목해야 한다. 어떠한 상황에서는, 전압 스파이크들이 동일한 크기로 되도록 전압이 충분히 감소할 정도로 스위칭 단계 사이의 소정의 시간을 길게 하는 것이 불가능할 수 있다. 이 경우에, 제1 과도 전압 스파이크를 초과하는 제2 과도 전압 스파이크는 에너지가 두개의 단계에 걸쳐 여전히 분포되어 있을 때, DC 링크 커패시터 상의 과도 전압 스파이크 부담의 완화를 여전히 나타낼 것이다.

제어기(14)는 다른 형태로 구현될 수 있다. 통상, 그것은 특정 용도를 위한 집적 회로(ASIC) 등과 같은 프로그래머블 또는 전용 장치이다. 스위칭 타이밍은 프로그래밍의 일부이다. 두개의 단계의 스위칭 동작을 마련하기 위해서는 당업자에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 상기 장치의 근본적인 재프로그래밍이 필요하다. 이와 달리, 도 7에 도시한 바와 같이, 타이밍이 별도의 카운터 회로에 의해 영향받을 수 있다. 이 실시예에서, 제어기(14)가 설치되어 전류 변환기(17), rpt(15) 및 입력 디맨드(18)로부터 피드백되는 정보를 기초로 하여 제어 신호(30)를 생성한다. 시퀀서(32)는 제어 신호(30)를 수신하여 스위치(21, 22) 중의 하나를 개방함으로써 전력 컨버터(13)의 프리휠링 모드를 최초로 즉시 개시한다. 이와 동시에, 나머지 하나의 스위치를 개방함으로써, 전력 컨버터(13)의 비가동 구성으로 진입되기 전에 소정의 시간(예를 들어, 36㎲) 동안 순환하는 카운터(34)가 기동된다.

그후, 카운터(34)는 다음의 위상 또는 단일 위상의 다음 싸이클의 준비를 위해 0이 된다.

도 5 및 도 6의 파형은 명확성을 위해 하나의 위상에 대해서만 도시하였다. 스위치드 릴럭턴스 머신내에 다른 위상이 존재한다면, 파형에 대한 그들 위상의 공헌도를 당업자에 의해 잘 인식되는 바와 같이, 삽입해도 될 것이다.

상기 예시적인 실시예를 모터 동작 모드와 관련지어 설명하였지만, 본 발명은 제너레이팅 동작 모드에 동일하게 적용할 수 있고 커패시터 전압에서 수반되는 감소를 가져올 수 있음을 인식할 것이다. 이 경우에, 제2 펄스는 일반적으로 두개의 펄스 중에서 높은 것이므로(왜냐하면, 전류는 일반적으로 제너레이팅에서 프리휠링 동안에 상승하기 때문), 최선의 방법은 펄스들을 중복시키는 것이 아니라 제2 스위치를 개방하기 전에 제1 펄스가 사실상 0으로 감소할 때까지 대기하는 것이다.

상기 예시적인 설명이 특정한 세트의 회로 파라미터를 사용하였지만, 본 발명은 위상 수, 스위치드 릴럭턴스 머신 토폴로지, 구성 요소 및 회로 전압의 특정값으로 제한되지 않는다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 유일한 요구 사항은 스위치드 릴럭턴스 머신의 스위칭 회로가 선택된 소정의 시간 동안에 프리휠링 할 수 있다는 점이다.

당업자들은 본 발명을 벗어나지 않는 범위내에서, 상기 설명한 본 발명의 배열을 변형시키는 것이 가능하다는 점을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 복수의 실시예에 관한 설명은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 당업자들은 상기 설명한 동작에 대해 상당한 변경을 하지 않고 약간이 변경이 가능하다는 점을 명확히 인식할 것이다. 본 발명은 다음의 특허 청구 범위에 의해서만 제한된다.

본 발명에 따른 프리휠링을 사용하여 DC 링크 커패시터의 전압비를 감소시킬 수 있다.

Claims

적어도 하나의 위상 권선을 갖는 고정자와 상기 고정자와 관련되어 이동할 수 있는 이동부를 갖는 릴럭턴스 머신과, 상기 위상 권선 또는 각각의 상기 위상 권선의 양단에 결합되어, 상기 위상 권선이 위상 전도 주기 동안에 전원으로부터 스위치 수단을 통해 가동되는 가동 모드로 구성될 수 있는 스위치 수단과, 상기 위상 권선내의 인가 전압 및 전류가 재순환하지 않는 프리휠링(freewheeling) 모드 및 적어도 하나의 상기 위상 권선 양단의 전압이 반전되는 비가동 모드와, 상기 스위치 수단의 전원측 양단에 결합된 DC 링크 커패시터를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템내의 과도 전압의 크기를 감소시키는 방법에 있어서, 상기 방법은,

상기 적어도 하나의 위상 권선의 상기 위상 전도 주기의 개시시에 상기 가동 모드를 개시하는 단계와,

상기 프리휠링 모드를 개시하여 상기 커패시터의 양단에 제1 과도 전압 스파이크를 유발시키는 단계와,

상기 프리휠링 모드 개시의 소정의 주기 후에 상기 비가동 모드를 개시하여 상기 커패시터의 양단에 제2 과도 전압 스파이크를 유발시키는 단계를 포함하는 과도 전압의 크기 감소 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 과도 전압 스파이크는 상기 제1 과도 전압 스파이크의 크기를 초과하지 않는 크기를 갖는 것인 과도 전압의 크기 감소 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비가동 모드는 상기 제1 과도 전압 스파이크의 감소에 따라 고정된 소정의 주기 후에 개시하는 것인 과도 전압의 크기 감소 방법.
제3항에 있어서, 상기 소정의 주기는 상기 제2 전압 스파이크가 상기 제1 과도 전압 스파이크와 실질적으로 동일한 크기로 되도록 고정되는 것인 과도 전압의 크기 감소 방법.
적어도 하나의 위상 권선을 갖는 고정자와 상기 고정자와 관련되어 이동할 수 있는 이동부를 갖는 릴럭턴스 머신과, 상기 위상 권선 또는 각각의 상기 위상 권선의 양단에 결합되어, 상기 위상 권선이 위상 전도 주기 동안에 전원으로부터 스위치 수단을 통해 가동되는 가동 모드로 구성될 수 있는 스위치 수단과, 상기 위상 권선 양단의 전압이 감소할 때, 상기 위상 권선내의 인가 전압 및 전류가 재순환하지 않는 프리휠링(freewheeling) 모드 및 적어도 하나의 상기 위상 권선 양단의 전압이 반전되는 비가동 모드와, 상기 스위치 수단의 전원측 양단에 결합된 DC 링크 커패시터를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템내의 과도 전압의 크기를 감소시키는 방법에 있어서, 상기 방법은,

상기 적어도 하나의 위상 권선의 상기 위상 전도 주기의 개시시에 상기 가동모드를 개시하는 단계와,

상기 프리휠링 모드를 개시하여 상기 커패시터의 양단에 제1 과도 전압 스파이크를 유발시키는 단계와,

상기 프리휠링 모드 개시 후에 상기 비가동 모드를 개시하여 상기 커패시터 양단에 제2 과도 전압 스파이크를 유발시키는 단계와,

상기 위상 권선을 비가동시키는데 걸리는 시간에 대해 상기 제2 과도 전압 스파이크의 크기를 균형화하도록 상기 제1 및 상기 제2 과도 전압 스파이크 사이의 주기를 조정하는 단계를 포함하는 과도 전압의 크기 감소 방법.
제5항에 있어서, 상기 주기는 상기 제1 및 제2 과도 전압 스파이크가 실질적으로 동일한 크기로 되도록 조정되는 것인 과도 전압의 크기 감소 방법.