KR20060108021A - The driving method of switched reluctance motor and apparatus for the same - Google Patents
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Abstract
스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 방법 및 장치가 개시된다. 이 장치는 n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 n상 구동회로, 상기 n상 구동회로를 이용하여 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method and apparatus for driving a switched reluctance motor are disclosed. The apparatus is characterized in that it comprises an n-phase driving circuit for driving a switched reluctance motor having an n-phase, and a motor driver for driving a switched reluctance motor having a 2n phase using the n-phase driving circuit.
본 발명에 따르면, n상 구동회로를 이용하여 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시킬 수 있는 모터 구동장치를 제공함으로써 스위칭 소자의 증가로 인한 추가적인 비용을 부담하지 않고도 토크리플을 감소시키는 효과가 있다. According to the present invention, by providing a motor drive device capable of driving a switched reluctance motor having a 2n phase by using an n-phase drive circuit has the effect of reducing torque ripple without additional costs due to the increase in switching elements have.
Description
도 1은 일반적인 3상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성을 도시한 것이다.Figure 1 shows the configuration of a typical three-phase switched reluctance motor.
도 2는 일반적인 3상 스위치드 릴럭턱스 모터의 구동회로를 도시한 것이다.2 shows a driving circuit of a typical three-phase switched lux tux motor.
도 3은 3상 릴럭턴스 모터의 토크 파형을 도시한 도이다.3 is a diagram illustrating a torque waveform of a three-phase reluctance motor.
도 4는 4상 및 5상 릴럭턴스 모터의 토크 파형을 도시한 도이다.4 is a diagram showing torque waveforms of four-phase and five-phase reluctance motors.
도 5는 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 장치를 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram showing a driving device of a switched reluctance motor according to the present invention.
도 6은 n상 구동회로의 보다 상세한 구성을 포함한 블록도이다.6 is a block diagram including a more detailed configuration of an n-phase driving circuit.
도 7은 본 발명에 의한 6상 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 도이다. 7 is a diagram illustrating a six-phase switched reluctance motor according to the present invention.
도 8은 본 발명에 의한 6상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동회로를 도시한 것이다.8 shows a driving circuit of a six-phase switched reluctance motor according to the present invention.
도 9는 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a method of driving a switched reluctance motor according to the present invention.
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 n상 구동회로를 이용하여 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시킬 수 있는 모터 구동방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for driving a switched reluctance motor, and more particularly, to a motor driving method and apparatus capable of driving a switched reluctance motor having a 2n phase using an n-phase driving circuit.
스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)는 고정자와 회전자가 모두 돌출극으로 형성되어 있는 모터로서 고정자의 돌출극에만 권선이 감겨있고, 회전자는 돌출극 형태의 코어로만 이루어진 구조이다. 따라서 스위치드 릴럭턴스 모터는 구조가 간단하고, 또한 토크 밀도가 큰 장점을 가진다.A switched reluctance motor is a motor in which both the stator and the rotor are formed as protruding poles, and the winding is wound only on the protruding pole of the stator, and the rotor is composed of the core of the protruding pole type. Therefore, the switched reluctance motor has the advantages of simple structure and high torque density.
도 1은 일반적인 3상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구성을 도시한 것이다. 도시된 바에 따른 3상 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자와 회전자로 구성되어 있다. 고정자 돌출극에 감겨 있는 권선에 전류를 흘리면 회전자의 돌출극이 고정자의 돌출극에 정렬하려고 하는 자기 인력이 발생하게 되며, 이로써 회전력을 발생시킨다.Figure 1 shows the configuration of a typical three-phase switched reluctance motor. The three phase switched reluctance motor as shown is composed of a stator and a rotor. When a current flows through the winding wound on the stator protrusion pole, magnetic attraction that tries to align the protrusion pole of the rotor with the stator pole of the stator is generated, thereby generating a rotational force.
도 2는 일반적인 3상 스위치드 릴럭턱스 모터의 구동회로를 도시한 것이다. 도시된 바에 따른 3상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동회로는 6개의 스위칭 소자(Q1~Q6)와 6개의 환류 다이오드(D1~D6)로 구성되어 있다. 2 shows a driving circuit of a typical three-phase switched lux tux motor. The driving circuit of the three-phase switched reluctance motor as shown is composed of six switching elements (Q1 ~ Q6) and six reflux diodes (D1 ~ D6).
도 2를 참조하면 스위칭 소자 Q1과 Q2를 ON시키면 A권선에 직류전압이 인가되어 전류가 흐르게 되며 회전자의 돌출극은 A권선이 감겨 있는 돌출극에 정렬하게 된다. 다음으로 스위칭 소자 Q3와 Q4를 ON시켜 B권선을 여자시킴으로써 회전자의 돌출극을 B권선에 정렬시키고 이와 동시에 권선 A에 연결된 환류 다이오드 D1과 D2가 도통되어 A권선에 축적된 에너지를 전원측으로 환원시킨다. 이와 같이 권선을 A, B, C, A..(Q1-Q2, Q3-Q4, Q5-Q6, Q1-Q2...)의 순으로 여자시킨다면 회전자는 시계방향으로 회전을 하게 된다.Referring to FIG. 2, when the switching elements Q1 and Q2 are turned on, a DC voltage is applied to the winding A, so that a current flows, and the protruding pole of the rotor is aligned with the protruding pole in which the winding A is wound. Next, the switching elements Q3 and Q4 are turned on to excite the B winding to align the protruding poles of the rotor with the B winding, and at the same time, the reflux diodes D1 and D2 connected to the winding A are conducted to reduce the energy accumulated in the A winding to the power supply side. Let's do it. Thus, if the winding is excited in the order of A, B, C, A .. (Q1-Q2, Q3-Q4, Q5-Q6, Q1-Q2 ...), the rotor rotates clockwise.
그러나 이와 같은 동작을 하는 3상 스위치드 릴럭턴스 모터는 토크 리플이 크다는 문제점을 가진다. 도 3은 3상 릴럭턴스 모터의 토크 파형을 도시한 도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 3상 릴럭턱스 모터는 큰 토크 리플을 갖게 되는데, 토크 리플은 진동과 소음을 유발하며 불안정한 출력 특성을 나타내므로 이를 최소화하는 방향으로 설계와 구동이 이루어지도록 해야 한다.However, the three-phase switched reluctance motor having such an operation has a problem that the torque ripple is large. 3 is a diagram illustrating a torque waveform of a three-phase reluctance motor. As shown in FIG. 3, the three-phase relaxation tux motor has a large torque ripple, and the torque ripple causes vibration and noise and shows an unstable output characteristic. Therefore, the design and driving should be performed in a direction that minimizes this.
도 4는 4상 및 5상 릴럭턴스 모터의 토크 파형을 도시한 도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 모터의 상(Phase) 수를 늘림으로써 토크 리플을 줄이고, 상기 문제점을 해결할 수 있다. 다만, 모터의 상수를 늘리는 경우, 구동회로에 추가된 상을 제어하기 위한 추가적인 스위칭 소자가 필요하게 되어 제조 원가가 상승하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 4 is a diagram showing torque waveforms of four-phase and five-phase reluctance motors. As shown in FIG. 4, by increasing the number of phases of the motor, it is possible to reduce torque ripple and solve the above problem. However, when increasing the constant of the motor, an additional switching element for controlling the phase added to the driving circuit is required, which causes a problem that the manufacturing cost increases.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시킴에 있어서 스위칭 소자의 증가로 인한 추가적인 비용을 부담하지 않고도 토크리플을 감소시키기 위하여, n상 구동회로를 이용하여 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to drive a 2n phase switched reluctance motor in order to reduce torque ripple without incurring additional costs due to the increase in switching elements, by using the n-phase drive circuit 2n phase The present invention provides a method and apparatus for driving a switched reluctance motor.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 장치는 n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 n상 구동회로, 상기 n상 구동회로를 이용하여 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 모터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above technical problem, an apparatus for driving a switched reluctance motor is an n-phase driving circuit for driving a switched reluctance motor having n phases, and a switched reluctance having 2n phases using the n-phase driving circuit. It characterized in that it comprises a motor driving unit for driving the traction motor.
상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한, 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 방법은 n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 n상 구동회로에 있어서, 상기 n상 구동회로를 이용하여 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키는 모터구동단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above technical problem, a method of driving a switched reluctance motor in the n-phase driving circuit for driving a switched reluctance motor having an n-phase, having a 2n phase by using the n-phase driving circuit And a motor driving step of driving the switched reluctance motor.
이하, 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for driving a switched reluctance motor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 장치를 나타내는 블록도이다. 도시된 바에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 장치는 n상 구동회로(500), 모터 구동부(510)를 포함하여 이루어진다. 5 is a block diagram showing a driving device of a switched reluctance motor according to the present invention. The driving apparatus of the switched reluctance motor as shown in the drawing includes an n-
상기 n상 구동회로(500)는 n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시킨다. 도 6은 n상 구동회로(500)의 보다 상세한 구성을 포함한 블록도이다. 도 6을 참조하면 상기 n상 구동회로(500)는 전압인가부(600), 전압방출부(610)를 포함하는 것이 바람직하다.The n-
상기 전압인가부(600)는 상기 모터의 각 상에 DC전압을 인가한다. 이때 전압 인가부(600)는 상기 모터의 각 상을 스위칭 소자를 통해 DC전압과 연결한다. 상기 전압인가부(600)의 스위칭 소자는 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하다. The voltage applying unit 600 applies a DC voltage to each phase of the motor. In this case, the voltage applying unit 600 connects each phase of the motor with a DC voltage through a switching element. The switching element of the voltage applying unit 600 is preferably implemented with a transistor.
상기 전압방출부(610)는 상기 인가된 전압을 방전시킨다. 이때 전압방출부(610)는 상기 모터의 각 상을 환류다이오드로 DC전압과 연결한다. 전압방출부(610)는 상기 모터의 각 상의 상부가 기준전위 점과 상기 환류다이오드로 결선되고 상기 모터의 각 상의 하부가 DC전압과 상기 환류다이오드로 결선되는 것이 바람직하다.The voltage discharge unit 610 discharges the applied voltage. At this time, the voltage discharge unit 610 connects each phase of the motor with a DC voltage as a reflux diode. In the voltage dissipation unit 610, an upper portion of each phase of the motor is connected to a reference potential point and the freewheeling diode, and a lower portion of each phase of the motor is connected to a DC voltage and the reflux diode.
상기 모터구동부(510)는 상기 n상 구동회로를 이용하여 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시킨다. 이때 모터구동부(510)는 모터의 나머지 n상이 상기 n상 구동회로의 한 상단부 스위치에서 인접한 옆단의 하단부 스위치로 결선되는 것이 바람직하다.The motor driver 510 drives a switched reluctance motor having a 2n phase by using the n-phase driving circuit. In this case, it is preferable that the motor driving unit 510 is connected to the lower end switch of the adjacent side end from the one upper end switch of the n-phase driving circuit.
도 7은 본 발명에 의한 6상 스위치드 릴럭턴스 모터를 도시한 도이며, 도 8은 본 발명에 의한 6상 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동회로를 도시한 것이다. 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.7 is a diagram illustrating a six-phase switched reluctance motor according to the present invention, and FIG. 8 illustrates a driving circuit of the six-phase switched reluctance motor according to the present invention. A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
도 8을 참조하면 각 스위칭 소자에는 모두 2개의 상이 결선되어 있다. 6상의 권선 중 3상은 종래의 3상 구동회로와 동일하게 결선되어 있고, 나머지 3상은 구동회로의 한 상단부 스위치에서 인접한 옆단의 하단부 스위치로 결선되어 있다.Referring to FIG. 8, two phases are connected to each switching element. Three phases of the six-phase windings are connected in the same manner as the conventional three-phase driving circuit, and the remaining three phases are connected to one lower end switch of the adjacent side end from one upper end switch of the driving circuit.
먼저 도 8의 Q1과 Q2 소자를 ON 시키면 A권선에 직류전압이 인가되어 전류가 흐르게 되며 회전자의 돌출극은 A권선이 감겨 있는 돌출극에 정렬하게 된다. 다음으로 Q2소자를 OFF시키고 Q4소자를 ON시켜 B권선을 여자시킴으로써 회전자의 돌출 극을 B권선에 정렬시키고 이와 동시에 권선 A에 연결된 환류 다이오드 D1과 D2가 도통되어 A권선에 축적된 에너지를 전원측으로 환원시킨다.First, when the Q1 and Q2 elements of FIG. 8 are turned on, a DC voltage is applied to the A winding to flow a current, and the protruding pole of the rotor is aligned with the protruding pole in which the A winding is wound. Next, turn off the Q2 element and turn on the Q4 element to excite the B winding to align the protruding pole of the rotor with the B winding, and at the same time, the reflux diodes D1 and D2 connected to the winding A are turned on to store the energy stored in the A winding on the power side To reduce.
계속해서 Q1소자를 OFF시키고, Q3소자를 ON시켜 C권선을 여자시킴으로써 C권선에 정렬시키고 동시에 D2와 D3 다이오드를 통해 B권선에 축적된 에너지를 전원측으로 환원시킨다. 이와 같이 권선을 A, B, C, D, E, F, A...(Q1-Q2, Q1-Q4, Q3-Q4, Q3-Q6, Q5-Q6, Q5-Q2, Q1-Q2...)의 순으로 여자시킨다면 회전자는 시계방향으로 회전을 하게 된다. 이와 같은 방식으로 각 스위칭 소자를 제어함으로써 6상의 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동할 수 있으며, 이로써 더 낮은 수의 상을 가지는 모터 구동시 보다 토크 리플을 감소시킬 수 있다. Subsequently, the Q1 element is turned OFF, the Q3 element is turned ON to excite the C winding to align it with the C winding, and at the same time, the energy accumulated in the B winding through the D2 and D3 diodes is reduced to the power supply side. Like this, windings A, B, C, D, E, F, A ... (Q1-Q2, Q1-Q4, Q3-Q4, Q3-Q6, Q5-Q6, Q5-Q2, Q1-Q2 ... If it is excited in the order of.), The rotor will rotate clockwise. By controlling each switching element in this way, a six-phase switched reluctance motor can be driven, which reduces torque ripple than when driving a motor with a lower number of phases.
도 9는 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명에 의한 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 방법을 도 5 및 도6과 결부시켜 설명하기로 한다.9 is a flowchart illustrating a method of driving a switched reluctance motor according to the present invention. A method of driving a switched reluctance motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
도 9를 참조하면, 상기 전압인가부(600)는 모터의 n상 가운데 1개의 상에 DC전압을 인가한다(900단계). 전압인가부(600)의 스위칭소자를 ON 시킴으로써 1상에 DC전압을 인가하게 된다. 다음 스위칭소자중 하단부를 OFF시키면 상기 전압방출부(610)의 환류다이오드를 통하여 전압이 방전되면서 1상에 인가된 DC전압을 방출하게 된다(910단계). 동시에 전압인가부(600)는 인접한 상의 스위칭 소자중 하단부를 ON시켜서 1상의 전압 방출과 동시에 인접한 상에 DC전압을 인가하게 된다(920단계). 모터구동이 완료되었는지를 판단하여(930단계), 모터구동이 완료된 경우 상기 절차를 종료하게 된다.Referring to FIG. 9, the voltage applying unit 600 applies a DC voltage to one of the n phases of the motor in operation 900. The DC voltage is applied to one phase by turning on the switching element of the voltage applying unit 600. When the lower end of the next switching element is turned off, the voltage is discharged through the reflux diode of the voltage emitting part 610 to emit the DC voltage applied to the first phase (step 910). At the same time, the voltage applying unit 600 turns on the lower end of the switching elements of the adjacent phase to apply the DC voltage to the adjacent phase simultaneously with the voltage emission of the one phase (step 920). It is determined whether the motor driving is completed (step 930), and the process is terminated when the motor driving is completed.
모터 구동이 완료되지 않은 경우 상기 900단계에서 930단계를 반복하면서 모터를 계속해서 구동하게 된다. If the motor drive is not completed, the motor continues to be driven while repeating steps 900 to 930.
이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such a method and apparatus of the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity, but these are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, n상 구동회로를 이용하여 2n상을 가지는 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시킬 수 있는 모터 구동장치를 제공함으로써 스위칭 소자의 증가로 인한 추가적인 비용을 부담하지 않고도 토크리플을 감소시키는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, by providing a motor drive device capable of driving a switched reluctance motor having a 2n phase by using an n-phase drive circuit torque without additional costs due to the increase in the switching element It has the effect of reducing ripple.
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