KR20130124786A

KR20130124786A - 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20130124786A
Application number: KR1020120048187A
Authority: KR
Inventors: 이근홍; 배한경; 김형준; 김세주
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-11-15
Also published as: US20130293181A1; CN103391033A; US9059656B2

Abstract

본 발명은 정류부; 및 한쌍의 공통 스위치와, 직렬 연결의 한쌍의 제1 상 스위치와, 직렬의 한쌍의 제2 상 스위치와, 상기 스위치들에 각각 연결되어 있는 다수의 전류 궤환 다이오드와, 상기 스위치들을 제어하는 한쌍의 드라이버를 포함하여 동작 모드 1 내지 3으로 동작하여 상기 정류부에서 제공되는 상용 전원을 상기 2상 SRM에 제공하여 상기 2상 SRM을 구동하는 능동형 컨버터를 포함하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치와 그를 이용한 제어 방법을 제공한다.

Description

2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치 및 그 방법{Switching control apparatus for two phase switched reluctance motor and method thereof}

본 발명은 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor; 이하, SRM이라 함)는 스위칭 제어 장치가 결합된 형태의 모터로서, 고정자와 회전자 모두가 돌극형 구조로 되어 있다.

특히 고정자 부분에만 권선이 감겨져 있으며, 회전자 부분에는 어떠한 형태의 권선이나 영구자석도 존재하지 않으므로 구조가 간단하다.

이러한 구조상의 특징으로 인해, 제작 생산적인 측면에서 상당한 이점을 가지고 있으며, 직류 모터와 같이 기동 특성이 좋고 토오크(torque)가 큰 반면에, 유지, 보수의 필요성이 적으며, 단위 체적당 토오크, 효율 및 컨버터의 정격 등 많은 부분에서 우수한 특성을 가지고 있어 사용분야가 점차 증가하고 있는 추세이다.

이와 같은 스위치드 릴럭턴스 모터는 단상, 2상, 3상 등의 다양한 형태가 있으며, 특히 2상 SRM은 3상 SRM에 비해 구동회로가 간단하여 팬, 블로워 및 컴프레셔 등의 응용 분야에서 크게 주목받고 있다.

그리고, 이러한 2상 SRM의 스위칭 제어 장치는 고정자 권선의 전류를 단방향으로 제어하기 위해 많은 방식들이 제안되어 사용되고 있으며, 상기 제안된 방식으로 기존의 교류 전동기 구동을 위한 비대칭 브릿지 컨버터를 이용한 스위칭 제어 장치가 있다.

상기 비대칭 브릿지 컨버터는 상당 두개의 스위치와 다이오드를 가지며 3 단계의 동작 모드를 가진다.

여기에서, 동작 모드 1은 두 스위치를 모두 턴 온시켜 DC 전원 전압을 권선에 인가하여 전류를 상승시키는 모드이며, 동작 모드 2는 권선에 전류가 흐르고 있을 때 한 개의 스위치를 오프하여 전류가 한 개의 다이오드와 스위치 및 권선을 순환하게 하여 천천히 감소시키는 모드이며, 동작 모드 3은 두 스위치를 동시에 턴오프하여 빠르게 전류를 감소시키는 모드이다.

이와 같이 동작하는 비대칭 브릿지 컨버터는 SRM 구동용 컨버터 중에서 제어의 다양성이 가장 뛰어나며 각 상의 전류 제어가 독립적이어서 두 상의 전류 중첩이 가능하다. 그리고, 고전압, 대용량에 적합하며 스위치의 정격전압이 상대적으로 낮다.

하지만, 이와 같은 2상 SRM의 스위칭 제어 장치는 각상별로 2개의 와이어 인출선을 필요로 하여 결선이 복잡하고, 이에 따라 회로 설계의 어려움을 가중시키고 있다.

또한, 스위치 소자와 분리된 독립적인 다이오드가 다수개 구비됨에 따라 제작 비용이 높고, 제작 공간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

[특허문헌]

국내 공개번호 2010-0115209호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 제어의 다양성과 각 상의 전류 제어의 독립성을 유지하면서 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 와이어 인출수를 줄일 수 있도록 한 스위칭 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한, 본 발명의 장치는 상용 전원을 정류하는 정류부; 2상 SRM의 2개의 상권선이 접점에 공통으로 연결되어 있는 한쌍의 공통 스위치와, 2개의 상권선중에서 어느 하나의 상권선에 상기 한쌍의 공통 스위치와 브리지 결합되어 있는 직렬 연결의 한쌍의 제1 상 스위치와, 2개의 상권선중에서 다른 하나의 상권선에 상기 한쌍의 공통 스위치와 브리지 결합되어 있는 직렬의 한쌍의 제2 상 스위치와, 상기 스위치들에 각각 연결되어 있는 다수의 전류 궤환 다이오드와, 상기 스위치들을 제어하는 한쌍의 드라이버를 포함하여 동작 모드 1 내지 3으로 동작하여 상기 정류부에서 제공되는 상용 전원을 상기 2상 SRM에 제공하여 상기 2상 SRM을 구동하는 능동형 컨버터; 및 상기 2상 SRM의 위치와 속도를 감지하여 상기 능동형 컨버터의 한쌍의 드라이버를 제어하여 상기 2상 SRM이 구동되도록 하는 마이크로 프로세서를 포함한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 한쌍의 드라이버는 제1 드리이버와 제2 드라이버로 구성되어 있으며, 상기 제1 드라이버는 2상 SRM의 일측에 위치하는 스위치들을 제어하고, 상기 제2 드라이버는 2상 SRM의 다른 측에 위치하는 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 한쌍의 공통 스위치는 직렬로 연결된 상위 공통 스위치와 하위 공통 스위치로 이루어져 있고 접점에 상기 2상 SRM의 2개의 상권선이 연결되어 있고, 상기 한쌍의 제1 상 스위치는 직렬로 연결된 상위 제1 상 스위치와 하위 제1 상 스위치로 이루어져 있으며, 접점에 상기 2상 SRM의 2개의 상권선중 어느 하나가 연결되어 있고, 상기 한쌍의 제2 상 스위치는 직렬로 연결된 상위 제2 상 스위치와 하위 제2 상 스위치로 이루어져 있으며, 접점에 상기 2상 SRM의 2개의 상권선중 다른 하나가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 상위 제1 공통 스위치와 하위 제1 상 스위치는 온되어 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 1로 동작하고, 상기 하위 제1 공통 스위치와 상위 제2 상 스위치는 온되어 상기 2상 SRM의 다른 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 1로 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치는 상기 하위 제1 공통 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드와 상위 제1 상 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드가 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 2로 동작하고, 상기 상위 제1 공통 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드와 하위 제2 상 스위치는 온되어 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 2로 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치는 상기 상위 제1 공통 스위치가 온된 상태에서 상위 제1 상 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드가 잔류 전류의 순환 경로를 제공하여 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 3으로 동작하고, 상위 제2 상 스위치는 온된 상태에서 상기 상위 제1 공통 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드가 잔류 전류의 순환 경로를 제공하여 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 3로 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 마이크로 프로세서는 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 변화되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 마이크로 프로세서는 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 2로 그리고 동작 모드 3으로 변화되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 마이크로 프로세서는 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 2로 변화되는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 방법은 (A) 마이크로 프로세서가 2상 SRM의 각 상권선에 브리지 결합된 복수의 스위치와 상기 스위치에 각각 결합된 다수의 전류 궤환 다이오드 그리고 상기 복수의 스위치를 분할하여 제어하는 한쌍의 드라이버로 이루어진 능동형 컨버터를 제어하여 어느 하나의 상권선을 여자시키는 후에 잔류 전류를 제거하는 단계; 및 (B) 마이크로 프로세서가 상기 능동형 컨버터를 제어하여 다른 하나의 상권선을 여자시키는 후에 잔류 전류를 제거하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 한쌍의 드라이버는 제1 드리이버와 제2 드라이버로 구성되어 있으며, 상기 제1 드라이버는 2상 SRM의 일측에 위치하는 스위치들을 제어하고, 상기 제2 드라이버는 2상 SRM의 다른 측에 위치하는 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 복수의 스위치는 2상 SRM의 2개의 상권선에 공통으로 연결되어 있는 한쌍의 공통 스위치; 2개의 상권선중에서 어느 하나의 상권선에 상기 한쌍의 공통 스위치와 브리지 결합되어 있는 한쌍의 제1 상 스위치; 및 2개의 상권선중에서 다른 하나의 상권선에 상기 한쌍의 공통 스위치와 브리지 결합되어 있는 한쌍의 제2 상 스위치로 이루어진다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 (A) 단계와 (B) 단계의 능동형 컨버터의 제어는 상기 마이크로 프로세서가 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 변화되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 (A) 단계와 (B) 단계의 능동형 컨버터의 제어는 상기 마이크로 프로세서가 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 2로 그리고 동작 모드 3으로 변화되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 마이크로 프로세서는 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 2로 변화되는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 와이어 인출수를 3개에서 2개로 줄일 수 있는 효과가 있다. 그리고, 이에 따라 결선이 단순해지고, 회로 설계상의 이점을 가질 수 있다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 각 상별로 4개의 스위치가 연결되어 있어 제어의 다양성이 뛰어나다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 각 상별로 독립적인 제어가 가능하여 전류 중첩이 가능하도록 한다.

또한, 상기와 같은 본 발명에 따르면 종래 3상 인버터를 본 발명에 따른 스위칭 장치와 공용화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 능동형 컨버터의 상세 구성도이다.
도 3은 도 2의 스위치부의 2상 SRM의 상권선과 결선 관계를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 4c는 능동형 컨버터의 A상권선에 대한 동작 모드 1 내지 3을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 5c는 능동형 컨버터의 B상권선에 대한 동작 모드 1 내지 3을 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 능동형 컨버터의 제1 스위칭 방식을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7은 도 1의 능동형 컨버터의 제2 스위칭 방식을 설명하기 위한 파형도이다.
도 8은 도 1의 능동형 컨버터의 제3 스위칭 방식을 설명하기 위한 파형도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 방법의 흐름도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치는 상용 전원(10)을 정류하여 직류 전원을 공급하는 정류부(20), 상기 정류부(20)에 연결된 커패시터(30), 상기 커패시터(30)에 연결된 능동형 컨버터(40) 및 2상 SRM(50)의 위치 및 속도를 감지하여 능동형 컨버터(40)를 제어하는 마이크로 프로세서(60)로 구성된다.

상기 정류부(20)는 입력되는 상용 전원(10)을 정류하여 커패시터(30)에 공급한다. 그리고, 커패시터(30)는 정류된 전압의 역률을 개선하고 노이즈를 흡수하여 능동형 컨버터(40)에 공급한다.

상기 능동형 컨버터(40)는 2상 브리지 형태로 접속된 6개의 스위치 소자들로 이루어진 스위치 소자부와, 상기 스위치 소자들의 각각의 입력단과 출력단 사이에 역방향으로 접속된 복수의 전류 궤환 다이오드 및 상기 스위칭 소자들을 온/오프시키는 제1 및 제2 드라이버를 포함하여, 마이크로 프로세서(60)의 제어에 따라 동작 모드 1 내지 3으로 동작하여 상기 2상 SRM(50)을 구동시킨다.

한편, 마이크로 프로세서(60)는 2상 SRM(50)의 위치와 속도를 감지하여 능동형 컨버터(40)의 제1 드라이버와 제2 드라이버를 제어하여 스위치들이 동작 모드 1 내지 3으로 동작하도록 하여 2상 SRM(50)이 구동되도록 한다.

여기에서, 동작 모드 1은 2상 SRM(50)의 해당 상권선에 양의 기준 전압을 인가하여 권선에 전류를 상승시키고, 동작 모드 2는 권선에 전류가 흐르고 있을 때 권선을 순환하여 천천히 감소시키며, 동작 모드 3은 해당 상권선에 음의 기준 전압을 인가하여 빠르게 감소시킨다.

이와 같이 구성되는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 상기 마이크로 프로세서(60)는 능동형 컨버터(40)를 동작 모드 1 내지 3으로 동작하도록 제어하여 2상 SRM(50)의 2개의 상권선 가운데 어느 하나의 상권선을 여자시킨 후에 여자 상태가 종료되도록 한다.

그리고, 계속해서 상기 마이크로 프로세서(60)는 능동형 컨버터(40)를 동작 모드 1 내지 3으로 동작하도록 제어하여 2상 SRM(50)의 2개의 상권선 가운데 다른 하나의 상권선을 여자시킨 후에 여자 상태가 종료되도록 한다.

이후에, 상기 마이크로 프로세서(60)는 이러한 동작을 반복적으로 수행하여 2상 SRM(50)이 구동되도록 한다.

이때, 상기 마이크로 프로세서(60)는 능동형 컨버터(40)를 동작 모드 1 내지 3으로 동작하도록 제어하는데 다양한 방식으로 제어할 수 있다.

일예로 상기 마이크로 프로세서(60)는 능동형 컨버터(40)를 동작 모드 1에서 동작 모드3으로 변화되도록 제어하는 제1 스위칭 방식으로 제어하거나, 동작 모드 1에서 동작모드 2로 그리고 동작모드 3으로 변환되도록 제어하는 제2 스위칭 방식이나, 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 다시 동작 모드 1로 그리고 다시 동작 모드 3으로 동작 모드 1과 3을 반복하는 제3 스위칭 방식이 있다.

도 2는 도 1의 능동형 컨버터의 내부 구성도이고, 도 3은 도 2의 스위치부의 2상 SRM의 상권선과 결선 관계를 나타내는 도면이다.

도 2 및 3을 참조하면, 본 발명에 따른 능동형 컨버터는 3상 브리지 형태로 접속된 6개의 스위치들(SW1~SW6)로 이루어진 스위치 소자부(101)와, 상기 스위치 소자들의 각각의 입력단과 출력단 사이에 역방향으로 접속된 복수의 전류 궤환 다이오드(D1~D6) 및 상기 스위칭 소자들를 온/오프시키는 제1 및 제2 드라이버(111, 112)를 포함한다.

여기에서, 복수의 스위치(SW1~SW6)는 BJT로 구현하였지만, 각각 MOSFET로 구현 할 수 있으며, 이 경우에 복수의 전류 궤환 다이오드(D1~D6)는 각각 해당하는 MOSFET의 드레인과 소스 사이에 역방향으로 연결되어 있는 본체 다이오드로 구현할 수 있다. 이 때 본체 다이오드는 MOSFET의 본질적인 특성으로 서로 분리될 수가 없다.

상기 스위치 소자들(SW1~SW6)에 있어서 'SW1'과 'SW2', 'SW3'과 'SW4', 'SW5'와 'SW6'가 각각 직렬 연결되고, 그 각각은 병렬 구성되고 있다.

여기서, 상기 'SW1', 'SW3', 'SW5'는 2상 SRM(50)의 구동시 2상 SRM(50)의 전단에 위치하고, 상기 'SW2', 'SW4', 'SW6'은 상기 2상 SRM(50)의 후단에 위치한다.

즉, 스위치 소자 SW1과 SW2의 연결점은 2상 SRM(50)의 2개의 상권선에 모두 연결되고, 스위치 소자 SW3과 SW4의 연결점은 2상 SRM(50)의 하나의 상권선에 연결되고, 스위치 소자 SW5와 SW6의 연결점은 2상 SRM(50)의 다른 하나의 상권선에 연결된다.

다음으로, 상기 제1 및 제2 드라이버(111 및 112)는 마이크로 프로세서(60)의 제어에 따라 각각 대응되는 스위치들(SW1~SW6)을 온/오프시킨다.

이처럼 상기 제1 및 제2 드라이버(111, 112)가 2상 SRM(50)를 구동할 경우에 접속된 스위치들(SW1~SW6)을 온/오프하면 2상 SRM(50)의 각 코일에 유입되는 전류 및 각 코일로부터 유출되는 전류의 흐름을 각각 스위칭할 수 있으며, 이에 따라 2상 SRM(50)이 구동되도록 할 수 있다.

이러한 능동형 컨버터(40)의 구성에서 도 4a에 도시된 바와 같이 한쌍의 공통 스위치(SW1, SW2)중 하나(SW1)와 한쌍의 제1 상 스위치(SW3,SW4) 중 하나(SW4)가 스위치 온되면 동작 모드 1로 동작하여 A상권선을 여자시킨다.

또한, 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이 한쌍의 공통 스위치(SW1, SW2)에 형성되어 있는 전류 궤환 다이오드(D1, D2)중 하나(D2)와 한쌍의 제1 상 스위치(SW3, SW4)에 형성되어 있는 전류 궤환 다이오드(D3, D4)중 하나(D3)는 잔류 전류가 전원측으로 환원되도록 하는데 사용된다.

그리고, 도 4c에 도시되어 있는 바와 같이 상기 능동형 컨버터(40)의 공통 스위치(SW1,SW2)중 하나(SW1)가 온되면 한쌍의 제 1상 스위치(SW3,SW4)에 형성되어 있는 전류 궤환 다이오드(D3,D4)중 하나(D3)와 동작 모드 3으로 동작하여 A상권선의 잔류 전류가 순환되도록 한다.

이와 동일하게 B상의 경우에도 도 5a에 도시된 바와 같이 한쌍의 공통 스위치(SW1, SW2)중 하나(SW2)와 한쌍의 제2 상 스위치(SW5,SW6) 중 하나(SW5)가 스위치 온되면 동작 모드 1로 동작하여 B상권선을 여자시킨다.

또한, 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이 한쌍의 공통 스위치(SW1, SW2)에 형성되어 있는 전류 궤환 다이오드(D1, D2)중 하나(D1)와 한쌍의 제2 상 스위치(SW5, SW6)에 형성되어 있는 전류 궤환 다이오드(D5, D6)중 하나(D6)는 잔류 전류가 전원측으로 환원되도록 하는데 사용된다.

그리고, 도 5c에 도시되어 있는 바와 같이 상기 능동형 컨버터(40)의 제2 상 스위치(SW5,SW6)중 하나(SW5)가 온되면 한쌍의 공통 스위치(SW1,SW2)에 형성되어 있는 전류 궤환 다이오드(D1,D2)중 하나(D1)와 동작 모드 3으로 동작하여 B상권선의 잔류 전류가 순환되도록 한다.

이처럼 한쌍의 공통 스위치(SW1, SW2)와 한쌍의 제 1상 스위치(SW3, SW4)가 협력하여 모드 1 내지 3을 형성하고, 한쌍의 공통 스위치(SW1, SW2)와 한쌍의 제2 상 스위치(SW5, SW6)가 협력하여 모드 1 내지 3을 형성하면, 다양한 제어가 가능하다.

그 일예로, 스위치드 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치는 모드 1과 모드 3을 사용한 제1 스위칭 방식이 가능하다.

이를 좀더 상세히 살펴보면, 도 6에 도시된 바와 같이 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 상위 공통 스위치(SW1)를 스위치 온시키고, 한쌍의 제1상 스위치(SW3, SW4)의 하위 제1 상 스위치(SW4)는 온시켜 동작 모드 1로 동작하여 A상권선에 전압(VD)가 기준 전압(V)이 인가되도록 하여 여자시킨다.

이후에, 일정 시간이 지나면 도 6에 도시된 바와 같이 공통 스위치(SW1, SW2)중에서 상위 공통 스위치(SW1)는 온상태를 유지하고, 한쌍의 제1 상 스위치(SW3, SW4)의 하위 제1상 스위치(SW5)는 오프시켜 동작 모드를 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 변경하여 A상 권선에 잔류 전류가 상위 제2 상 스위치(SW3)에 연결된 전류 궤환 다이오드(D3)를 통하여 순환하도록 한다. 그러면, A상권선에 유기된 전류는 시간이 지남에 따라 0으로 수렴한다.

이러한 동작은 B상에 대해서도 동일하게 수행되는데 먼저 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 하위 공통 스위치(SW2)를 스위치 온시키고, 한쌍의 제2 상 스위치(SW5, SW6)의 상위 제2 상 스위치(SW5)는 온시켜 동작 모드 1로 동작하여 B상권선에 기준 전압이 인가되도록 하여 여자시킨다.

이후에, 일정 시간이 지나면 한쌍의 제2 상 스위치(SW5, SW6)의 상위 제2상 스위치(SW5)는 온상태를 유지하고, 공통 스위치(SW1, SW2)중에서 하위 공통 스위치(SW2)를 오프상태로 변경하여 동작 모드를 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 변화되도록 하여 B상 권선에 잔류 전류가 상위 공통 스위치(SW1)에 연결된 전류 궤환 다이오드(D1)를 통하여 순환하도록 한다. 그러면, B상권선에 유기된 전류는 시간이 지남에 따라 0으로 수렴한다.

이러한 제1 스위칭 방식에 의하면 상권선에 기준 전압과 0전압이 인가되어 전류 상승 구간과 평탄 구간에서 추종이 잘 이루어진다.

다른 제어 방식으로 스위칭 제어 장치는 모드 1~3을 사용하여 제2 스위칭 방식을 구현할 수 있다.

이를 좀더 상세히 살펴보면, 도 7에 도시된 바와 같이 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 상위 공통 스위치(SW1)는 일정 시간 온상태를 유지하고, 그 기간중에 하위 제1 상 스위치(SW4)는 온상태에서 오프 상태로 다시 온상태로 변환하여 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 그리고 다시 동작 모드 1로 변환되도록 하여 A상 권선에 기준전압을 인가하여 여자시킨다.

이후에, 상위 공통 스위치(SW1)는 오프 상태로 변환하고 이후에 온상태로 변환되도록 하며 다시 오프 상태로 변환되도록 하고, 이때 하위 제1 상 스위치(SW4)는 반대로 동작하여 동작 모드 3 상태로 되도록 하여 A상 권선의 잔류 전류가 순환되도록 한다.

그리고, 하위 제1 상 스위치(SW4)를 오프상태로 유지하고, 상위 공통 스위치(SW1)를 오프 상태에서 온상태로 다시 오프상태로 변화시켜 동작 모드 2에서 동작 모드 3으로 그리고 다시 동작 모드2로 동작하도록 하여 A상권선의 잔류 전류가 전원측으로 환원되도록 한다.

이러한 동작은 B상에 대해서도 동일하게 수행되는데 먼저 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 하위 공통 스위치(SW2)는 일정 시간 온상태를 유지하고, 그 기간중에 상위 제2 상 스위치(SW5)는 온상태에서 오프 상태로 다시 온상태로 변환하여 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 그리고 다시 동작 모드 1로 변환되도록 하여 B상 권선에 기준전압을 인가하여 여자시킨다.

이후에, 하위 공통 스위치(SW2)는 오프 상태로 변환하고 이후에 온상태로 변환되도록 하며 다시 오프 상태로 변환되도록 하고,상위 제2 상 스위치(SW5)는 반대로 동작하여 동작 모드 3 상태로 되도록 하여 B상 권선의 잔류 전류가 순환되도록 한다.

그리고, 하위 제2 상 스위치(SW6)를 온상태로 유지하고, 상위 공통 스위치(SW1)를 오프 상태에서 온상태로 다시 오프상태로 변화시켜 동작 모드 2에서 동작 모드 3으로 그리고 다시 동작 모드2로 동작하도록 하여 B상권선의 잔류 전류가 전원측으로 환원되도록 한다.

이러한 제2 스위칭 방식은 전류 상승 구간과 전류 하강 구간에서 전류 추종이 잘 이루어진다.

다른 제어 방식으로 스위칭 제어 장치는 모드 1과 모드 3을 사용하여 제3 스위칭 방식을 구현할 수 있다.

이를 좀더 상세히 살펴보면, 도 8에 도시된 바와 같이 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 상위 공통 스위치(SW1)는 온시키고, 하위 제1 상 스위치(SW4)를 온시켜 동작 모드 1이 되도록 하여 A상 권선에 기준 전압이 인가되어 여자되도록 한다.

이후에, 일정 시간이 지나면 상위 공통 스위치(SW1)와 하위 제1 상 스위치(SW4)를 오프시켜 동작 모드 3으로 변경하여 A상 권선에 잔류 전류가 순환되도록 한다.

또한, 일정 시간후에 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 상위 공통 스위치(SW1)는 온시키고, 하위 제1 상 스위치(SW4)를 온시켜 동작 모드 1이 되도록 하여 A상 권선에 기준 전압이 인가되어 여자되도록 한다. 이때, 온시간은 앞서의 온시간보다 짧다.

이후에, 일정 시간이 지나면 상위 공통 스위치(SW1)와 하위 제1 상 스위치(SW4)를 오프시켜 동작 모드 3으로 변경하여 A상 권선에 잔류 전류가 순환되도록 한다. 이때, 오프 시간은 앞선 오프시간보다 길다.

또한, 일정 시간이 지나면 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 상위 공통 스위치(SW1)는 온시키고, 하위 제1 상 스위치(SW4)를 온시켜 동작 모드 1이 되도록 하여 A상 권선에 기준 전압이 인가되어 여자되도록 한다. 이때, 온시간은 앞서의 온시간보다 짧다.

이후에, 일정 시간이 지나면 상위 공통 스위치(SW1)와 하위 제1 상 스위치(SW4)를 오프시켜 동작 모드 3으로 변경하여 A상 권선에 잔류 전류가 순환되도록 한다. 이때, 오프 시간은 잔여 시간이 된다.

이러한 동작은 B상에 대해서도 동일하게 수행되는데 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 하위 공통 스위치(SW2)는 온시키고, 상위 제2 상 스위치(SW5)를 온시켜 동작 모드 1이 되도록 하여 B상 권선에 기준 전압이 인가되어 여자되도록 한다.

이후에, 일정 시간이 지나면 하위 공통 스위치(SW2)를 오프시키고 하위 제2 상 스위치(SW6)를 온시켜 동작 모드 3으로 변경하여 B상 권선에 잔류 전류가 순환되도록 한다.

또한, 일정 시간후에 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 하위 공통 스위치(SW2)는 온시키고, 상위 제2 상 스위치(SW5)를 온시켜 동작 모드 1이 되도록 하여 B상 권선에 기준 전압이 인가되어 여자되도록 한다. 이때, 온시간은 앞서의 온시간보다 짧다.

이후에, 일정 시간이 지나면 상위 공통 스위치(SW1)는 오프시키고, 하위 제2 상 스위치(SW6)를 온시켜 동작 모드 3으로 변경하여 B상 권선에 잔류 전류가 순환되도록 한다. 이때, 오프 시간은 앞선 오프시간보다 길다.

또한, 일정 시간이 지나면 공통 스위치(SW1, SW2) 중에서 하위 공통 스위치(SW1)는 온시키고, 상위 제2 상 스위치(SW5)를 온시켜 동작 모드 1이 되도록 하여 B상 권선에 기준 전압이 인가되어 여자되도록 한다. 이때, 온시간은 앞서의 온시간보다 짧다.

이후에, 일정 시간이 지나면 하위 공통 스위치(SW2)는 오프시키고 하위 제2 상 스위치(SW6)를 온시켜 동작 모드 3으로 변경하여 A상 권선에 잔류 전류가 순환되도록 한다. 이때, 오프 시간은 잔여 시간이 된다.

이와 같은 제3 스위칭 방식에 의하면 평탄화 구간동안에 우수한 성능의 전류 특성을 얻을 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 와이어 인출수를 3개에서 2개로 줄일 수 있는 효과가 있다. 그리고, 이에 따라 결선이 단순해지고, 회로 설계상의 이점을 가질 수 있다.

도 9은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 방법의 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 마이크로 프로세서는 능동 컨버터를 제어하여 2상 SRM의 A상권선을 여자시킨다(S100).

이후에, 마이크로 프로세서는 능동 컨버터를 제어하여 2상 SRM의 A상권선을 잔류 전류를 제거한다(S110).

상기 마이크로 프로세서가 능동 컨버터를 제어하여 이러한 동작을 수행할 수 있는 스위칭 방식은 위에서 설명한 바와 같이 제1 스위칭 방식이나, 제2 스위칭 방식 그리고 제3 스위칭 방식 등이 있다.

여기에서 제1 스위칭 방식에 의하면 상권선에 기준 전압과 0전압이 인가되어 전류 상승 구간과 평탄 구간에서 추종이 잘 이루어진다.

그리고, 제2 스위칭 방식은 전류 상승 구간과 전류 하강 구간에서 전류 추종이 잘 이루어진다.

다음으로, 제3 스위칭 방식에 의하면 평탄화 구간동안에 우수한 성능의 전류 특성을 얻을 수 있다.

사용자는 상기 방식 중에서 장점을 감안하여 응용에 적합한 방식을 선택하여 마이크로 프로세서를 이용하여 해당 방식으로 능동 컨버터가 동작하도록 한다.

계속해서, 마이크로 프로세서는 능동 컨버터를 제어하여 2상 SRM의 B상권선을 여자시킨다(S120).

이후에, 마이크로 프로세서는 능동 컨버터를 제어하여 2상 SRM의 B상권선을 잔류 전류를 제거한다(S130).

상기 마이크로 프로세서가 능동 컨버터를 제어하여 이러한 동작을 수행할 수 있는 스위칭 방식은 A상 권선에 대하여 설명한 바와 같이 동일하게 제1 스위칭 방식이나, 제 2 스위칭 방식 그리고 제3 스위칭 방식 등이 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 2상 스위치드 릴럭턴스 모터의 와이어 인출수를 3개에서 2개로 줄인 상태에서도 각 상별로 4개의 스위치가 연결되어 있어 제어의 다양성이 뛰어나다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10 : 상용 전원 20 : 정류부
30 : 커패시터 40 : 능동형 컨버터
50 : 2상 SRM 60 : 마이크로 프로세서
101 : 스위치 소자부 111, 112 : 드라이버

Claims

상용 전원을 정류하는 정류부; 및
2상 SRM의 2개의 상권선이 접점에 공통으로 연결되어 있는 한쌍의 공통 스위치와, 2개의 상권선중에서 어느 하나의 상권선에 상기 한쌍의 공통 스위치와 브리지 결합되어 있는 직렬 연결의 한쌍의 제1 상 스위치와, 2개의 상권선중에서 다른 하나의 상권선에 상기 한쌍의 공통 스위치와 브리지 결합되어 있는 직렬의 한쌍의 제2 상 스위치와, 상기 스위치들에 각각 연결되어 있는 다수의 전류 궤환 다이오드와, 상기 스위치들을 제어하는 한쌍의 드라이버를 포함하여 동작 모드 1 내지 3으로 동작하여 상기 정류부에서 제공되는 상용 전원을 상기 2상 SRM에 제공하여 상기 2상 SRM을 구동하는 능동형 컨버터를 포함하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 2상 SRM의 위치와 속도를 감지하여 상기 능동형 컨버터의 한쌍의 드라이버를 제어하여 상기 2상 SRM이 구동되도록 하는 마이크로 프로세서를 포함하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 한쌍의 드라이버는 제1 드리이버와 제2 드라이버로 구성되어 있으며,
상기 제1 드라이버는 2상 SRM의 일측에 위치하는 스위치들을 제어하고,
상기 제2 드라이버는 2상 SRM의 다른 측에 위치하는 스위치들을 제어하는 거것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 한쌍의 공통 스위치는 직렬로 연결된 상위 공통 스위치와 하위 공통 스위치로 이루어져 있고 접점에 상기 2상 SRM의 2개의 상권선이 연결되어 있고,
상기 한쌍의 제1 상 스위치는 직렬로 연결된 상위 제1 상 스위치와 하위 제1 상 스위치로 이루어져 있으며, 접점에 상기 2상 SRM의 2개의 상권선중 어느 하나가 연결되어 있고,
상기 한쌍의 제2 상 스위치는 직렬로 연결된 상위 제2 상 스위치와 하위 제2 상 스위치로 이루어져 있으며, 접점에 상기 2상 SRM의 2개의 상권선중 다른 하나가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 상위 제1 공통 스위치와 하위 제1 상 스위치는 온되어 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 1로 동작하고,
상기 하위 제1 공통 스위치와 상위 제2 상 스위치는 온되어 상기 2상 SRM의 다른 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 1로 동작하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 하위 제1 공통 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드와 상위 제1 상 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드가 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 2로 동작하고,
상기 상위 제1 공통 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드와 하위 제2 상 스위치는 온되어 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 2로 동작하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 상위 제1 공통 스위치가 온된 상태에서 상위 제1 상 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드가 잔류 전류의 순환 경로를 제공하여 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 3으로 동작하고,
상위 제2 상 스위치는 온된 상태에서 상기 상위 제1 공통 스위치에 연결된 전류 궤환 다이오드가 잔류 전류의 순환 경로를 제공하여 상기 2상 SRM의 어느 하나의 상권선에 대하여 동작 모드 3로 동작하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 프로세서는 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 변화되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 프로세서는 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 2로 그리고 동작 모드 3으로 변화되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 프로세서는 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 2로 변화되는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 장치.
(A) 마이크로 프로세서가 2상 SRM의 각 상권선에 브리지 결합된 복수의 스위치와 상기 스위치에 각각 결합된 다수의 전류 궤환 다이오드 그리고 상기 복수의 스위치를 분할하여 제어하는 한쌍의 드라이버로 이루어진 능동형 컨버터를 제어하여 어느 하나의 상권선을 여자시키는 후에 잔류 전류를 제거하는 단계; 및
(B) 마이크로 프로세서가 상기 능동형 컨버터를 제어하여 다른 하나의 상권선을 여자시키는 후에 잔류 전류를 제거하는 단계를 포함하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 한쌍의 드라이버는 제1 드리이버와 제2 드라이버로 구성되어 있으며,
상기 제1 드라이버는 2상 SRM의 일측에 위치하는 스위치들을 제어하고,
상기 제2 드라이버는 2상 SRM의 다른 측에 위치하는 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 방법.
청구항 11항에 있어서,
상기 복수의 스위치는
2상 SRM의 2개의 상권선에 공통으로 연결되어 있는 한쌍의 공통 스위치;
2개의 상권선중에서 어느 하나의 상권선에 상기 한쌍의 공통 스위치와 브리지 결합되어 있는 한쌍의 제1 상 스위치; 및
2개의 상권선중에서 다른 하나의 상권선에 상기 한쌍의 공통 스위치와 브리지 결합되어 있는 한쌍의 제2 상 스위치로 이루어진 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 (A) 단계와 (B) 단계의 능동형 컨버터의 제어는
상기 마이크로 프로세서가 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 3으로 변화되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 (A) 단계와 (B) 단계의 능동형 컨버터의 제어는
상기 마이크로 프로세서가 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 2로 그리고 동작 모드 3으로 변화되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 마이크로 프로세서는 상기 능동형 컨버터를 동작 모드 1에서 동작 모드 2로 변화되는 과정을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2상 스위치 릴럭턴스 모터의 스위칭 제어 방법.