KR20030047853A

KR20030047853A - 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법

Info

Publication number: KR20030047853A
Application number: KR1020020078277A
Authority: KR
Inventors: 이나가와도시노리; 이지마요시히로; 나카무라미츠루; 와키타니츠토무
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2003-06-18
Also published as: EP1322031A2; TW575718B; US20030107348A1; EP1322031A3; KR100654415B1; EP1322031B1; US6774590B2; CN1424816A

Abstract

본 발명은 회전자의 위치 검출소자를 사용하지 않고도 큰 시동 토오크가 얻어져 강제전류로부터 통상운전으로의 전환을 간단하고 또한 원활하게 행할 수 있는 브러시리스회전전기의 시동방법을 제공한다.

시동시에 초기여자로서 3상 고정자 권선 중 어느 2개의 권선 사이에만 통전하여 상기 자석 회전자의 위치를 고정한다(단계 S1, S2). 이어서 통전량을 서서히 증가하면서 각 상의 권선 사이에 순차 강제적으로 통전한다(단계 S3). 이 강제전류시에 통전하지 않은 권선으로 유기되는 전압신호로 형성된 회전위치 검출신호에 의거하여 자석 회전자를 구동하여 내연기관의 출력축을 구동한다. 회전위치 검출신호에 의하여 검출되는 내연기관의 회전수가 소정 회전수에 도달한 시점에서 통전을 정지한다.

Description

내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법{METHOD OF STARTING BRUSHLESS REVOLVING-ARMATURE FOR INTERNAL-COMBUSTION STARTER}

본 발명은 브러시리스 회전전기의 시동방법에 관한 것으로, 특히 시동시에 큰 토오크를 발생시키는 데 적합한 브러시리스 회전전기의 시동방법에 관한 것이다.

회전전기로서의 브러시리스 모터에 있어서는 3상 고정자 권선에의 통전을 회전자(이하, 「로우터」라 함)가 전기각으로 120°회전할 때마다 순차 전환하여 로우터에 회전을 가하고 있다. 종래의 브러시리스 모터는 로우터의 회전위치를 검출하기 위한 홀소자 등의 위치 검출소자를 구비하는 것이 일반적이다. 최근 브러시리스 모터의 소형화의 요청에 따르기 위하여 위치 검출소자를 사용하지 않는 브러시리스 모터가 제안되고 있다.

예를 들면 일본국 특공평5-24760호 공보에 기재된 브러시리스 모터에서는 통전이 3상 고정자 권선 중 순차 다른 2상 사이에서 행하여지는 것을 감안하여 통전되어 있지 않은 상으로 유기되는 전압을 검출하고, 이 검출된 전압에 의거하여 로우터의 위치를 산출하고 있다. 이 브러시리스 모터에서는 시동시에는 로우터의 위치를 산출하는 기준이 되는 유기전압이 얻어지지 않기 때문에 먼저 로우터를 약간 회전시키는 강제전류(强制轉流)를 행한다. 강제전류란, 로우터의 위치에 관계 없이 스테이터의 각 상 사이의 임의의 것, 예를 들면 U상 및 V상 사이에 통전하는(이하, 「1상 통전」이라 함) 것을 말한다. 그리고 이 때의 유기전압에 의거하여 로우터의 위치를 검출하고, 그후는 이 검출위치를 기준으로 하여 통상의 통전으로 이행한다.

모터가 통전되어 있지 않은 자유로운 상태에서 정지할 때의 로우터와 고정자(이하, 「스테이터」라 함)와의 상대위치관계는 자석의 흡인력 및 반발력의 관계로 규정된다. 예를 들면 3상의 고정권선을 가지는 아웃터 로우터형의 브러시리스 모터의 경우, 로우터 및 스테이터의 상대위치로서의 정지위치는 도 13에 나타나 있는 6 형태, 즉 정지위치(p1∼p6)가 존재한다. 또한 도 13은 상기 모터가 자유로운 상태에서 정지할 때의 로우터와 스테이터의 상대위치관계를 나타냄과 동시에 브러시리스 모터의 주요부의 구성을 나타내는 것이다.

도 13에 있어서, 로우터의 회전방향은 도면 중 반시계방향 회전을 정회전 (Rs), 시계방향 회전을 역전(Rr)이라 한다. 브러시리스 모터의 안 둘레측에는 스테이터(100)가, 바깥 둘레에는 로우터(200)가 배치된다. 스테이터(100)는 U, V, W상의 자극(300)을 가진다. 자극(300)에는 권선이 감겨져 있다. 로우터(200)에는 원주방향으로 교대로 N극 및 S극의 극성을 가지는 영구자석(m1, m2, m3, …)이 설치된다.

이들 각 정지위치(p1∼p6)로부터 초기여자를 하지 않고 U상으로부터 W상으로 강제 전류한 경우의 로우터의 움직임을 이하에 도면에 따라 설명한다. 또한 U상으로부터 W상으로 통전하면 U상의 극성은 N극, W상은 S극이 된다.

정지위치(p1)에서는 U상의 N극에 자석(m2)의 S극이 흡인되고, W상의 S극에 자석(m2)의 S극이 반발되어 로우터(200)는 최대의 토오크로 정회전방향(Rs)으로 회전한다. 정지위치(p2)에서는 U상의 N극에 자석(m2)의 S극이 흡인됨과 동시에, 자석 (m3)의 N 극이 반발되어 로우터(200)는 최대의 토오크로 정회전방향(Rs)으로 회전한다. 정지위치(p3)에서는 U상의 N극 및 자석(m2)의 S극 사이의 흡인력과, W상의 S 극 및 자석(m1)의 N극 사이의 흡인력이 서로 균형을 이루므로 로우터(200)에 대한 회전력이 발생하지 않는다.

정지위치(p4)에서는 W상의 S극에 자석(m2)의 N극이 흡인됨과 동시에, 자석 (m1)의 S극이 반발되어 로우터(200)는 역전방향(Rr)으로 회전한다. 마찬가지로 정지위치(p5)에서는 U상의 N극에 자석(m3)의 S극이 흡인됨과 동시에, 자석(m2)의 N극이 반발되어 로우터(200)는 역전방향(Rr)으로 회전한다. 정지위치(p6)에서는 U상의 N극 및 자석(m2)의 N극 사이의 반발력과, W상의 S극 및 자석(m1)의 S극 사이의 반발력이 서로 균형을 이루므로 로우터(200)에 대한 회전력은 발생하지 않는다.

이와 같이 정지위치(p3, p6)에서는 시동 토오크가 발생하지 않거나, 발생하여도 작기 때문에 브러시리스 모터를 시동할 수 없는 경우가 있다. 특히 브러시리스 모터에 연결되어 있는 있는 부하가 커서 큰 시동 토오크가 요구되는 경우에 문제가 되기 쉽다. 예를 들면 내연기관(엔진) 시동용 모터에서는 엔진의 프리쿠션이 크기 때문에, 큰 능력의 모터를 사용하였다 하여도 시동 토오크가 충분히 얻어지지 않는 경우가 많이 발생한다. 또 정지위치(p4, p5)에서는 로우터가 역전하므로, 로우터 위치검출을 위한 필요한 유기전압이 얻어지지 않아 통상의 통전으로 이행할수 없다. 이와 같이 모터가 자유로운 상태로 정지하고 있는 상태로부터 강제전류를 행하면 모터를 정회전시킬 수 있을 수 있는 것은 6회 중 겨우 2회, 즉 확률 1/3뿐이다.

본 발명의 목적은 로우터의 위치 검출소자를 사용하지 않는 경우에도 큰 시동토오크가 얻어지는 브러시리스 회전전기의 시동방법을 제공하는 것에 있다. 또 다른 목적은 강제전류로부터 통상운전으로의 전환을 간단하고 또한 원활하게 행할 수 있는 브러시리스 회전전기의 시동방법을 제공하는 것에 있다.

또 다른 목적은 강제전류시에 상한전류를 계속 공급함으로써 과잉 토오크에 대처할 수 있는 브러시리스 회전전기의 시동방법을 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 브러시리스 회전전기의 일 실시형태인 엔진 발전장치의 측면도,

도 2는 도 1의 V-V 단면도,

도 3은 엔진 발전장치의 시스템도,

도 4는 엔진 발전장치의 시동제어의 플로우차트,

도 5는 초기여자 제어의 플로우차트,

도 6은 제 1, 제 2 초기여자의 동작 설명도,

도 7은 제 1, 제 2 초기여자의 동작 설명도,

도 8은 강제전류의 제 1 실시예의 제어 플로우차트,

도 9는 강제전류의 제 2 실시예의 제어 플로우차트,

도 10은 통상 통전의 제어 플로우차트,

도 11은 초기 정지위치(p1∼p6)에 있어서 1상 여자한 경우의 회전자의 안정시간을 나타내는 도,

도 12는 초기여자 종료후의 강제전류로부터 통상통전에 이르기까지의 통전전류의 변화, PWM 듀티의 변화 및 엔진의 크랭크회전수의 변화를 나타내는 도,

도 13은 자유로운 상태에서 정지시켰을 때의 고정자와 회전자의 상대위치관계를 나타내는 도면이다.

본 발명은 내연기관의 출력축에 연결되는 자석 회전자와, 전기각으로 120°의 위상차를 가지게 하여 배치된 제 1, 제 2, 제 3 상의 고정자 권선을 가지고, 상기 회전자의 회전위치 검출신호에 의거하여 상기 각 고정자 권선에 순차 통전하여 강제전류를 행하도록 구성한 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법에 있어서, 시동시에 초기여자로서 상기 제 1, 제 2, 제 3의 고정자 권선 중 어느 2개의 권선 사이에만 통전하여 상기 자석 회전자의 위치를 고정하고, 이어서 상기 강제전류로서 통전량을 서서히 증가하면서 상기 각 상의 권선 사이에 순차 강제적으로 통전하여 상기 자석 회전자를 강제적으로 회전시키고, 상기 강제통전시에 통전하지 않는 권선으로 유기되는 전압신호로 회전위치 검출신호를 형성하고, 해당 형성된 회전위치 검출신호에 의거하여 통상 통전에 의하여 상기 자석 회전자를 구동하여 상기 내연기관의 출력축을 구동함과 동시에, 해당 회전위치 검출신호로부터 상기 내연기관의 회전횟수 또는 회전수를 검출하여 소정 회전횟수 또는 회전수에 도달한 시점에서 통전을 정지하도록 한 점에 제 1 특징이 있다.

이 특징에 의하면 위치 검출소자를 설치하는 일 없이 시동 토오크가 큰 내연기관의 시동을 행할 수 있게 된다. 따라서 브러시리스 회전전기를 브러시리스 시동 모터와 겸용하는 것이 용이하게 된다.

또 본 발명은 상기 강제전류로부터 통상통전으로 이행하는 타이밍을 상기 회전위치 검출신호로부터 산출한 회전횟수 또는 회전수가 소정값에 도달한 것으로 판단하도록 한 점에 제 2 특징이 있다.

이 특징에 의하면 내연기관의 회전횟수 또는 회전수가 소정값에 도달하였을 때, 즉 전류동작과 회전과의 관계가 어느 정도 안정된 다음에 자동적으로 통상운전으로 전환되기 때문에 전환을 간단하고 또한 원활하게 행할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 상기 초기여자 종료후의 통전은, 통전전류를 소정값으로 제한하는 리미터를 설치한 상태에서 PWM의 듀티를 서서히 증가시키도록 한 점에 제 3 특징이 있다.

이 특징에 의하면 시동 회전수의 원활한 상승을 확보하면서, 통전용 드라이버의 용량을 작게 억제할 수 있게 된다.

또 본 발명은 통전전류가 소정값을 초과하지 않도록 감시한 상태에서 서서히 통전량을 증가시키도록 통전하여 초기여자하고, 통전 전류치가 미리 설정한 감시값에 도달하였을 때에는 해당 감시값 부근에서 통전을 계속하도록 한 점에 제 4 특징이 있다.

이 특징에 의하면, 강제전류시에 있어서 상한전류를 계속 공급할 수 있으므로 큰 시동 토오크가 얻어지는 브러시리스 회전전기의 시동방법을 제공할 수 있게 된다. 또 이 때문에 내연기관을 시동시키기 위한 과잉 토오크가 필요한 때에는 그 과잉 토오크를 제공하여 시동 토오크가 큰 내연기관을 위치센서를 사용하지 않고 시동할 수 있게 된다.

또 본 발명은 상기 자석 회전자의 강제회전에 의하여 통전하고 있지 않은 권선으로 유기되는 전압신호로 회전위치 검출신호를 형성하여 회전횟수 또는 회전수가 소정값 이상이 된 다음에는 상기 회전위치 검출신호에 의거하여 상기 각 상의 권선에 대한 통전을 행하도록 한 점에 제 5 특징이 있다.

이 특징에 의하면 회전위치 검출신호를 기초로 산출된 회전횟수 또는 회전수가 소정값에 도달한 후, 즉 전류동작과 회전과의 관계가 어느 정도 안정된 다음에 는 회전수에 따른 스위칭에 의한 통상운전으로 자동적으로 전환할 수 있게 된다.

또 본 발명은 상기 초기여자상태에 있어서, 통전전류가 소정값을 초과한 경우에는 통전을 정지하도록 한 점에 제 6 특징이 있다.

이 특징에 의하면 초기여자상태에 있어서의 과부하 운전상태를 회피할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 상기 각 상 권선에 대한 통전제어는 PWM의 듀티를 정량적으로 증감하는 제어에 의하여 행하도록 한 점에 제 7 특징이 있다.

이 특징에 의하면 간단한 방법으로 각 상 권선에의 통전제어를 행할 수 있다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태를 상세하게 설명한다. 도 1은 브러시리스 회전전기의 일 실시형태인 엔진 발전장치의 측면도, 도 2는 도 1의 V-V 단면도이다.

엔진 발전장치(1)는 엔진(2)과 발전기(3)를 구비한다. 발전기(3)는 자석식 다극 발전기이다. 엔진(2)의 크랭크축(4)은 크랭크 케이스(5)의 측벽(5a)에 설치되는 베어링(6)으로 지지되고, 한쪽 끝이 엔진(2)의 외부로 인출된다. 크랭크축(4)을 둘러 싸는 크랭크 케이스(5)의 측벽(5a)의 둘레 가장자리 보스부에는 고리형상 별형철심(7)이 볼트(8)에 의하여 고정된다. 철심(7)은 고리형상의 계철부(繼鐵部)(7a)와, 그것으로부터 방사상으로 돌출되는 27개의 돌극부(7b)로 이루어진다.

상기 돌극부(7a)에는 3상의 권선이 순차 교대로 감겨져 스테이터(8)를 구성한다. 철심(7)은 이와 같이 다극화함으로써 대출력을 인출시킬 수 있게 됨과 동시에, 고리형상의 계철부(7a) 및 돌극부(7b)의 반경방향의 치수를 짧게 하는 것이 가능하게 되어 경량화에 기여한다.

크랭크축(4)의 선단에는 단조품인 허브(9)가 끼워지고, 이 허브(9)에 로우터 요크를 겸하는 플라이휠(10)이 결합된다. 플라이휠(10)은 고장력 강판을 컵형상으로 압축 성형하여 형성된 디스크부(1Oa)와 원통부(1Ob)로 이루어진다. 디스크부 (10a)가 허브(9)에 고정되어 원통부(10b)가 철심(7)의 돌극부(7b) 바깥쪽을 덮 도록 설치된다.

플라이휠(10)의 원통부(1Ob)의 안 둘레면에는 높은 자력을 가지는 네오듐계의 자석(11)이 둘레방향에 걸쳐 18개 고정되어 아웃터 로우터형 자석 로우터(12)를 구성한다. 이와 같은 로우터(12)는 자석(11)을 원통부(10b)의 안 둘레면에 깔아 채워 형성됨으로써 충분한 용량을 확보하고, 이에 의하여 플라이휠로서의 기능을 다할 수 있다.

플라이휠(10)의 디스크부(10a)에는 냉각팬(13)이 설치된다. 냉각팬(13)은 둥근 고리형상의 기판(13a)의 한쪽 측면에 복수의 블레이드(13b)가 둘레방향에 걸쳐 세워 설치된 것으로, 기판(13a)은 플라이휠(10)의 디스크부(10a)의 외표면에 고정된다. 냉각팬(13)을 덮는 팬커버(14)는 플라이휠(10)의 옆쪽으로부터 엔진(2)에 이르는 냉각풍의 도풍로(14a)를 형성한다.

도 3은 엔진 발전장치(1)의 시스템도이다. 발전기(3)는(내연) 엔진(2)으로 구동되어 3상 교류를 발생한다. 발전기(3)의 출력교류는 반도체 정류소자를 브리지에 조립한 정류회로로 이루어지는 컨버터(15)로 전파 정류되어 직류로 변환된다. 컨버터(15)로부터 출력되는 직류는 콘덴서 평활회로(16)에서 평활화되어 인버터 (17)에 입력되고, 인버터(17)를 구성하는 FET의 브리지회로에서 소정 주파수의 교류로 변환된다. 인버터(17)로부터 출력되는 교류는 복조 필터(18)에 입력되어 저주파성분(예를 들면 상용 주파수)만이 통과한다.

복조 필터(18)를 통과한 교류는 릴레이(19) 및 퓨즈(20)를 거쳐 출력단자 (21)에 접속된다. 릴레이(19)는 엔진(2)의 시동시에는「개방」이 되고, 엔진(2)이소정 정도까지 시동되면 「폐쇄」가 된다.

엔진 발전장치(1)의 발전기(3)는 엔진(2)를 시동하기 위한 시동기로서 사용할 수 있다. 발전기(3)는 그것을 위한 시동 드라이버(22)를 가진다. 시동 드라이버(22)에 엔진(2)의 시동을 위한 전류를 공급하기 위하여 정류회로(23)와 평활회로 (24)가 설치된다. 정류회로(23)는 고조파 필터(231)와 컨버터(232)로 구성된다. 고조파 필터(231)는 퓨즈(20A)를 가지고, 이 퓨즈(20A)를 거쳐 출력단자 (21)에 접속된다. 발전기(3)의 출력측은 예를 들면 교류 200V의 단상 전원(25)에 접속되어 있어, 이 전원(25)으로부터 시동을 위한 교류가 공급된다. 이 교류는 고조파 필터 (231)에 입력되어 고조파가 제거되고, 컨버터(232)에서 직류로 변환된 후, 다시 평활회로(24)를 거쳐 시동 드라이버(22)에 공급되어 그 전원으로서 사용된다.

시동 드라이버(22)는 엔진(2)을 시동시키기 위하여 발전기(3)의 3상 권선의 각 상에 예정된 순서로 순차 전류를 공급한다. 각 상의 권선에 전류를 순차 공급하기 위한 스위칭소자(FET)(221)와, CPU(222)와, 로우터(12)의 위치를 검출하기 위한 센서(자극 검출센서)를 사용하지 않는 센서없는 구동부(223)가 설치된다. 상기 센서없는 구동부(223)는 로우터의 회전에 따라 전기각으로 120°의 위상차를 가지게 배치된 제 1, 제 2, 제 3 고정자 권선에 유기되는 전압신호에 의거하여 로우터의 위치를 검출하고, 그 고정자 권선에의 통전을 결정한다.

도 4는 엔진 발전장치(1)의 시동제어의 플로우차트이다. 발전기(3)가 자유롭게 회전을 정지한 상태로부터 기동하려고 하면 로우터·스테이터의 상호위치관계에 의하여 강제전류시에 큰 시동토오크가 얻어지지 않는 경우가 있다. 또 정회전되지않는 경우가 있다. 따라서 단계 S1, S2에서는 강제전류에 의하여 가장 큰 토오크가 얻어지고, 또한 정회전되는 로우터·스테이터의 상호 관계위치에 로우터(12)를 변위시키기 위한 제 1, 제 2 초기여자를 행한다. 이들 초기여자에 의하여 최대 토오크가 얻어지는 소정의 위치에 로우터(12)를 변위시킬 수 있게 된다. 제 1 및 제 2 초기여자는 서로 통전하는 상은 다르나 처리는 동일하다(뒤에서 설명함). 뒤에서 설명하는 바와 같이 2회의 초기여자에 의하여 로우터·스테이터가 상기 자유로운 정지상태에 있을 때, 즉 어떠한 상호위치관계[도 13의 정지위치(p1∼p6)]에서 정지하고 있을 때에도 최대 토오크가 얻어지는 위치로 로우터(12)를 변위시킬 수 있게 된다. 초기 여자시간은 너무 짧으면 로우터의 움직임이 안정되지 않아 정지해야 할 위치에서 요동하기 때문에 초기여자의 통전시간은 로우터의 위치가 안정되기 까지의 시간, 예를 들면 1초 정도가 가장 적합하다.

단계 S3에서는 강제전류를 행한다. 강제전류는 상기 제 2 초기여자를 끝낸 상기 최대 토오크가 얻어지는 로우터·스테이터의 위치관계로부터 1상 통전을 행한다. 강제전류에 의하여 통전하고 있지 않은 상으로부터 유기전압을 검출하고, 이 유기전압에 의거하여 로우터(12)의 위치를 검출한다. 유기전압이 검출되어 로우터 (12)의 위치가 검출되면 단계 S4로 진행하여 통상의 통전, 즉 통상통전을 행한다.

도 5는 초기여자(제 1 및 제 2 초기여자 공통)의 처리를 나타내는 플로우차트이다. 단계 S10에서는 상기 FET(221)를 제어하여 미리 정해진 상에 통전한다. 제 1 초기여자에서는 V상으로부터 U상으로 통전하고, 제 2 초기여자에서는 V상으로부터 W상으로 통전한다. 단계 S11에서는 통전 듀티의 초기값을 미리 정해진 증량값(예를 들면 1%) 증대시킨다. 단계 S12에서는 역기전력이 발생한 후에 로우터·스테이터의 이니셜위치(뒤에서 설명하는 p1'∼p6')에 로우터(12)가 정지하였는지의 여부를 판단한다. 정지하고 있으면 역기전력이 「O」이므로 역기전력이「0」인지의 여부에 의하여 이니셜위치에 로우터(12)가 정지하고 있는지의 여부를 판단할 수 있다. 또한 이 판단 단계에서는 역기전력이 일단 발생한 후의 역기전력이 「0」인지의 여부를 판단하는 것으로, 1번도 역기전력을 발생하지 않은 경우는 「부」라고 판단된다. 단계 S12가 긍정이면, 초기여자는 종료하였다고 판단되어 다음 처리로 진행한다. 즉 제 1 초기여자후는 제 2 초기여자로, 제 2 초기여자후는 강제전류로 이행한다.

단계 S12가 부정일 때는 단계 S13로 진행하여 FET(221)의 통전 듀티가 예정의 상한치(예를 들면 50%) 이상인지의 여부를 판단한다. 상한치 이상이 아니면 현 듀티로 통전하여(단계 S14) 단계 S11로 진행한다. 듀티가 상한치에 도달하여도 로우터(12)가 이니셜위치에 정지하지 않거나 또는 1번도 역기전력을 발생하지 않을 때는 단계 S13은 긍정이 되어 록상태 또는 과부하상태에 있다고 판단하여 단계 S15에서 듀티를 「0」으로 하여 페일종료한다(단계 S16).

상기 제 1 초기여자 및 제 2 초기여자의 동작을 도 6 및 도 7을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 6, 도 7의 가장 왼쪽의 정지위치(p1∼p6)는 발전기가 자연정지하였을 때의 스테이터(100)에 대한 로우터(200)의 초기 정지위치를 나타내고, 이것은 도 13의 p1∼p6과 동일하다. 제 1 초기여자를 위하여 V상으로부터 U상에의 통전을 하면 V상의 극성은 N극, U상의 극성은 S극이 된다. 이 때문에 초기 정지위치(p1)에 있는 로우터(200)의 영구자석(m2)은 V상 N극에 흡인되고, 영구자석(m3)은 U상 S극에 흡인되어 스테이터(100)와 로우터(200)의 자극과의 균형이 취해지기 때문에 로우터(200)는 움직이지 않고 정지위치(p1')가 된다. 초기 정지위치(p2∼p6)의 경우의 스테이터(100)와 로우터(200)의 상호 위치관계도 동일한 이유에 의하여 각각 정지위치(p2'∼p6')가 된다. 분명한 바와 같이 정지위치(p1'∼p6') 중, 정지위치 (p4')만이 다른 정지위치(p1'∼p3', p5', p6')와 다르다.

다음에 제 2 초기여자를 위하여 V상으로부터 W상에 통전하면 V상의 극성은 N극, W상의 극성은 S극이 된다. 이에 의하여 W상 S극에 로우터(200)의 S극이 반발, N극이 흡인되어, V상 N극의 위치에 S극의 영구자석(m2), W상 S극의 위치에 N극의 영구자석(m1)이 온 상태에서 로우터(200)는 정지한다. 이 정지위치(p1")는 상기제 1 초기여자의 결과 얻어진 모든 정지위치(p1'∼p6')에 제 2 초기여자를 실시하면얻어지는 것은 분명하다. 즉, 최초의 정지위치(p1∼p6)에 제 1, 제 2 초기여자를 실시하면 하나의 정지위치(p1")에 수렴시킬 수 있다. 이 스테이터와 로우터의 위치관계는 다음의 강제전류인 U상으로부터 W상에의 통전에 의하여 U상 N극, W상 S극이 되었을 때에 정회전시에 가장 큰 기동 토오크를 내는 위치이다.

따라서 상기 정지위치(p1")의 상태에 있는 발전기에 강제전류를 실시하면 발전기는 가장 큰 토오크가 나오는 로우터, 스테이터의 위치관계로부터 기동되기 때문에 발전기는 원활하게 정회전측으로 회전을 개시한다.

다음에 상기 제 1, 제 2 초기여자의 여자시간에 대하여, 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 상기 초기 정지위치(p1∼p6)에 있는 스테이터와 로우터에 1상여자를 하였을 때에 로우터의 움직임이 안정되기까지에 요하는 시간을 나타내는 것이다. 초기 여자시간이 너무 짧으면 로우터의 움직임이 안정되지 않고 정지해야 할 위치에서 요동한다. 도면으로부터 분명한 바와 같이 초기여자를 개시하고 나서 로우터의 움직임이 안정되기까지의 시간은 초기 정지위치(p5)일 때에 가장 큰, 즉 약 0.7초가 됨을 알 수 있다. 따라서 여유를 예상하여 로우터의 움직임이 안정되기까지의 초기여자의 통전시간은 예를 들면 1초 정도로 하는 것이 적합하다.

도 8은 강제전류의 처리를 나타내는 플로우차트이다. 단계 S20에서는 미리 정해진 상, 예를 들면 U상으로부터 W에의 통전을 행한다. 단계 S21에서는 PWM의 듀티를 서서히, 예를 들면 1%씩 증가시킨다. 단계 S22에서는 엔진을 시동시키는 데에 필요한 토오크, 예를 들면 특히 큰 토오크가 필요한 압축 상사점을 통과하였을 때의 전류가 통전 허용값을 기준로 하여 설정한 상한치를 초과하는 값(= 과전류)이 되었는지의 여부의 판단이 이루어진다.

이 단계(S22)의 판단이 긍정된 경우, 즉 상한치가 된 경우에는 드라이버의 스위칭소자 등의 보호를 위하여 단계(S24)로 진행하여 듀티를 예를 들면 1% 감소시킨다. 그리고 단계 S25에서는 이 1% 감소한 듀티로 강제전류를 실행/계속한다.

또 이 단계 S22의 판단이 부정일 때에는 단계 S23로 진행하여 내연기관이 미리 설정된 회전횟수, 예를 들면 10회전 이상 회전하였는지의 여부의 판단이 이루어진다. 단계 S23가 긍정이 되면 강제전류에 의한 회전이 안정영역에 도달하였다고 판단하여 강제전류는 종료하고, 도 10의 통상 통전으로 이행한다. 또한 상기 회전횟수 대신에 회전수, 즉 소정 시간당의 회전횟수에 의하여 회전이 안정되었지를 확인하여도 좋다.

상기의 동작 중, 상기 센서없는 구동부(223)는 통전하지 않는 권선에 유기되는 전압신호로 회전위치 검출신호를 형성하고, 그 회전위치 검출신호에 의거하여 상기 로우터를 구동한다. 또 상기 내연기관의 회전횟수 또는 회전수는 해당 회전위치검출신호로부터 검출할 수 있다.

상기한 바와 같이 통전전류를 소정값에 제한하는 리미터를 설치하고, 미리 설정한 상한치가 될 때까지 PWM의 듀티를 서서히 증가시키기 위하여 쓸데 없는 대전류 통전이 없어져 각 권선에의 통전을 효율 좋게 행하게 할 수 있다. 또 상한치가 된 경우에는 듀티를 감소시키기 위하여 각 권선에의 통전을 과전류가 되지 않는 듀티로 계속할 수 있게 된다.

도 9는 강제전류의 변형예를 나타내는 플로우차트이다. 엔진 발전장치(1)의 스위칭소자 및 드라이버 등의 능력으로부터 실제로는 상한치를 초과한 과전류상태이더라도 몇 회나 강제전류를 실행하여 과잉 토오크로 압축 상사점을 통과할 필요가 생기는 경우가 있다. 이 변형예는 이러한 경우에 적합한 처리이며, 도 8의 처리와 동일 또는 동등의 처리에는 동일한 단계번호를 붙이고 설명을 생략한다.

단계 S22에서 과전류라고 판정되었을 때에는 단계 S31로 진행하여 카운터값을 1카운트 상승한다. 단계 S32에서는 상기 카운터값이 예를 들면 10보다 커졌는지의 여부의 판단이 이루어져 부정의 경우에는 단계 S25로 진행하여 해당 과전류의 듀티로 강제전류를 실행한다. 해당 과전류에 의한 강제전류를 카운터값이 10이 될 때까지 계속하여 그래도 과전류가 계속하는 경우에(단계 S32의 판단이 부정)는 단계 S33에서 듀티를 1% 줄여 과전류를 해소한다.

도 10은 통상 통전의 처리를 나타내는 플로우차트이다. 단계 S41에서는 듀티를 1% 증량하고, 단계 S42에서는 미리 설정한 상한치인지, 즉 과전류인지의 여부의 판단을 하고, 이 판단이 부정일 때에는 단계 S43으로 진행하여 회전수가 설정 회전수(예를 들면 800rpm) 이상이 되었는지의 여부의 판단이 이루어진다. 단계 S43이 긍정이 되면 엔진은 시동하였다고 판정하여 시동기의 작용을 종료한다. 즉, 단계 S44로 진행하여 듀티를 0%로 한다. 한편 상기 단계 S42의 판단이 긍정일 때에는 과전류를 해소하기 위하여 단계 S45로 진행하여 듀티를 1% 감량하고, 단계 S46에서는 그 때의 듀티로 동작을 실행한다.

도 12는 초기 여자종료후의 강제전류로부터 통상 통전에 도달하기까지의 통전전류의 변화, PWM 듀티의 변화 및 엔진의 크랭크 회전수의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터 엔진의 시동시의 강제전류로부터 통상전류로 이행하는 과정에 있어서 엔진의 회전수가 원활하게 상승하는 것을 알 수 있다.

이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 청구항 1 내지 청구항3의 발명에 의하면 토오크가 큰 내연기관의 시동을 홀소자 등의 위치검출소자를 설치하고 있지 않은 브러시리스 회전전기를 사용하여 행할 수 있게 된다. 또 브러시리스 발전기를 브러시리스 시동모터로서 겸용하는 것이 용이하게 된다.

또 청구항 2의 발명에 의하면, 통전하고 있지 않은 권선으로 유기되는 전압신호를 기초로 형성된 회전위치 검출신호에 의거하여 내연기관의 회전횟수 또는 회전수를 검출하여 해당 내연기관의 회전횟수 또는 회전수가 소정값에 도달하였을 때에 자동적으로 통상운전으로 전환하도록 하였기 때문에, 강제전류로부터 통상 통전으로의 전환이 간단하고 또한 원활하게 행하여지게 된다.

또 청구항 3의 발명에 의하면, 초기 여자종료후의 통전은, 통전전류를 소정값에 제한하는 리미터를 설치한 상태에서 PWM의 듀티를 서서히 증가시키도록 하였기 때문에 시동 회전수의 상승을 원활하게 확보하면서 통전용 드라이버의 용량을 작게 억제할 수 있게 된다.

청구항 4의 발명에 의하면, 강제전류시에서 내연기관을 시동시키기 위한 과잉 토오크가 필요한 때에는 상한전류를 계속 공급할 수 있으므로, 시동 토오크가 큰 내연기관을 시동할 수 있다.

청구항 5의 발명에 의하면, 회전위치 검출신호를 기초로 산출된 회전횟수 또는 회전수가 소정값에 도달한 후, 즉 전류동작과 회전과의 관계가 어느 정도 안정된 후에는 회전수에 따른 스위칭에 의한 통상운전으로 자동적으로 전환할 수 있게 되기 때문에, 통상운전으로의 전환이 간단하고 또한 원활하게 된다.

청구항 6의 발명에 의하면, 초기 여자상태에 있어서의 과부하 운전상태를 회피할 수 있게 된다.

청구항 7의 발명에 의하면, 간단한 방법으로 각 상 권선에의 통전제어를 행할 수 있게 됨과 동시에, 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims

내연기관의 출력축에 연결되는 자석 회전자와, 전기각으로 120°의 위상차를 가지게 하여 배치된 제 1, 제 2, 제 3 상의 고정자 권선을 가지고,

상기 회전자의 회전위치 검출신호에 의거하여 상기 각 고정자 권선에 순차 통전하여 강제전류를 행하도록 구성한 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법에 있어서,

시동시에 초기여자로서 상기 제 1, 제 2, 제 3 상의 고정자 권선 중 어느 2개의 권선 사이에만 통전하여 상기 자석 회전자의 위치를 고정하고,

이어서, 상기 강제전류로서 통전량을 서서히 증가하면서 상기 각 상의 권선사이에 순차 강제적으로 통전하여 상기 자석 회전자를 강제적으로 회전시켜,

상기 강제적 통전시에 통전하고 있지 않은 권선으로 유기되는 전압신호로 회전위치 검출신호를 형성하고,

상기 형성된 회전위치 검출신호에 의거하여 통상 통전을 행하여 상기 자석 회전자를 구동하여 상기 내연기관의 출력축을 구동함과 동시에,

상기 회전위치 검출신호로부터 상기 내연기관의 회전횟수 또는 회전수를 검출하여 소정 회전횟수 또는 회전수에 도달한 시점에서 통전을 정지하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법.
제 1항에 있어서,

상기 강제전류로부터 통상 통전으로 이행하는 타이밍은 상기 회전위치 검출신호로부터 산출한 회전횟수 또는 회전수가 소정값에 도달한 것으로 판단하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 초기 여자종료후의 통전은, 통전전류를 소정값으로 제한하는 리미터를 설치한 상태에서 PWM의 듀티를 서서히 증가시키도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법.
제 1항에 있어서,

초기 여자로서는 통전전류가 소정값을 초과하지 않도록 감시한 상태에서 서서히 통전량을 늘리도록 통전하고, 상기 강제전류후는 통전 전류값이 미리 설정한 감시값에 도달하였을 때에 상기 감시값 부근에서 통전을 계속하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법.
제 4항에 있어서,

상기 자석 회전자의 강제회전에 의하여 통전하지 않는 권선으로 유기되는 전압신호로 회전위치 검출신호를 형성하고, 회전횟수 또는 회전수가 소정값 이상이 된 다음에는 상기 회전위치 검출신호에 의거하여 상기 각 상의 권선에의 통전을 행하 도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법.
제 4항에 있어서,

상기 초기 여자상태에 있어서, 통전전류가 소정값을 초과한 경우에는 통전을 정지하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법.
제 4항에 있어서,

상기 각 상 권선에의 통전제어는 PWM의 듀티를 정량적으로 증감하는 제어에 의하여 행하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관 구동용 브러시리스 회전전기의 시동방법.