KR20160102311A - 스위치드 릴럭턴스 모터의 기동 방법 - Google Patents

Abstract

향상된 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동 방법은 회전자를 그것의 초기 위치로 가져가기 위해 가압된 두 개의 이웃하는 코일 쌍을 사용한다. 하나의 코일 쌍이 꺼지고 회전자는 초기의 회전 속도를 갖기 위해 다른 하나의 코일 쌍에 의해 유도된다. 중간 스테이지는 모든 코일의 정상 싸이클이 사용될 수 있는 이후, 모터의 단 하나의 코일 쌍을 사용하여 모터를 작동 속도까지 올린다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터의 기동 방법{SWITCHED RELUCTANCE MOTOR STARTING METHODS}

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motors) 에 관한 것으로, 특히 상기 모터를 기동하는 방법에 관한 것이다.

전형적인 스위치드 릴럭턴스 모터는 도 1a, 1b, 및 도 2 내지 도 4에 도시되었다. 이 예들은 고정자(1)에 6개의 바람직하게는 균일한 거리로 배열된 폴(2)과 회전자(4)에 4개의 바람직하게는 균일한 거리로 배열된 폴(3)의 조합을 갖는다. 이 예에서, 고정자의 폴들은 고정자링(5)으로부터 내부로 돌출되고, 링은 고정자 폴들 사이에서 저 저항 물질에 대한 통로를 제공한다.

회전자는 십자형 판의 스택으로 형성되고, 또한 저저항 물질로 형성된다. 따라서, 각각의 회전자 폴은 저저항 통로에 의하여 180 도 반대 회전자 폴에 연결되며, 그 이유는 이하에서 명확해진다. 따라서, 표시된 바와 같이, 폴 U는 저저항 통로에 의하여 폴 U'에 연결되고, 폴 V는 폴 V'에 연결된다.

고정자의 각 폴들은 코일(6)에 의하여 결합되고, 코일은 쌍으로 배열되고, 각각의 쌍들은 모터의 회전축을 통한 각각의 직경 반대 끝단에 코일들을 포함한다.

따라서, 이 경우, 쌍들은 표시된 바와 같이 코일 AA', BB', 및 CC'이다. 한 쌍의 코일들은 동시에 가압되고, 이때 전류는 모터 제어회로(10)(도 5)에 의하여 제공되고, 하나는 회전축 방향으로 자기장을 공급하고 하나는 축 반대방향으로 제공하는 방식을 취한다.

도면들에서, 코일 상의 화살표들은 명세서 평면 상에서 코일 내 전류의 방향을 보여주고 있고, 점선 화살표들은 자기 플럭스를 보여준다. 가압된 코일에 의하여 형성되는 자기 플럭스 라인과 이들 각각의 폴들은 일반적으로 그들 사이의 직경을 따라 배열되고, 그리고, 고정자 링을 따라(양 원주방향으로) 해당 쌍의 다른 가압된 코일로 이어진다.

회전자는 고정자 폴들의 가압된 쌍들 사이의 공간에서 자기장 라인의 분배를 조절한다. 회전자의 180 도 반대의 한 쌍의 폴들이 고정자 폴들의 가압된 쌍들 사이 직경을 따라 배열된 회전자의 위치는 배열된 회전자 폴들, 가압된 고정자 폴들 및 고정자 링 사이에 회전자를 포함하는 자기 회로를 위한 최소 저항을 갖는 회전자의 위치이다. 고정자 폴 A와 A' 사이에 배열된 회전자 폴 U 및 U'의 예는 도 1b에 도시되었다.

이와 같은 위치는 따라서 최소 자기 에너지의 위치이다. 비정렬된 위치에서, 예를 들어, 도 1a와 같은 위치에서, 자기 플럭스는 여전히 회전자의 폴들 사이의 저저항 통로를 따라 흐르고, 플럭스는 고정자의 가압된 폴들 사이에서 직경으로부터 방향을 바꾸게 된다. 그 결과로 플럭스는 회전자 및 고정자의 폴들 사이에서 더 큰 공기 간극을 가로질러야 하고, 자기 회로의 저항 및 자기 에너지를 증가시킨다. 따라서, 만약 회전자가 정렬되어 있지 않은 경우, 정렬된 위치로 이를 유도하는 토크가 존재한다.

작동 회전 속도에서, 모터는 동력을 공급하는 고정자 코일의 쌍에 의하여 구동되고, 이에 따라 회전자 폴을 회전 방향으로 유도한다. 따라서, 예를 들어, 회전자가 도 1a의 위치에 있고, 회전자가 시계방향으로 회전하는 경우, 이에 따라 회전자 폴 U 및 U'은 고정자 폴 A 및 A'으로 접근하고, A 및 A'의 코일은 가압되어 U 및 U'은 A 및 A'으로 유도된다. 도 1b의 위치가 U 및 U'이 코일 A 및 A'와 정렬되는 것으로 도달하는 경우, A 및 A'은 꺼지고(도 2), 이에 따라 회전자는 느려지거나 또는 A 및 A'로 유도되지 않고 연속적으로 회전할 수 있다. 이 시점에서, 회전자 폴 V 및 V'는 코일 B 및 B'의 고정자 폴들에 접근하고, B 및 B'은 가압되어(도 2) 고정자 폴 V 및 V'을 시계방향으로 B 및 B'으로 유도하게 된다.

도 3의 위치가 V 및 V'가 코일 B 및 B'와 정렬되는 것으로 도달하는 경우, B 및 B'는 꺼지고, 이에 따라 회전자는 느려지거나 B 및 B'로 유도되는 것 없이 연속적으로 회전할 수 있다. 이 시점에서, 회전자 폴 U' 및 U는 코일 C 및 C'의 고정자 폴에 접근하고, 코일 C 및 C'은 가압되어 회전자 폴 U' 및 U가 시계 방향으로 C 및C'으로 유도되도록 한다.

도 4의 위치가 U' 및 U가 C 및 C'과 정렬되는 것으로 도달하는 경우, 코일 C 및 C'은 꺼지고, 회전자는 느려지거나 C 및 C'으로 유도되는 것 없이 연속적으로 회전할 수 있다. 이 시점에서, 회전자 폴 V' 및 V는 고정자 폴 A 및 A'로 접근하고, 코일 A 및 A'는 가압되어 고정자 폴 V' 및 V가 시계방향으로 A 및 A'로 유도되도록 한다.

V' 및 V가 A 및 A'에 도달할 때, 회전자는 90 °로 회전하고, 회전자가 4중의 회전 대칭을 가지기 때문에, 실제로 도 2와 같이 동일한 위치에 위치하고, 코일 B 및 B', 다음으로 C 및 C' 및 다음으로 A 및 A'를 가압하는 사이클이 회전자를 다음 90 ° 및 그 이후로 이동시키기 위하여 반복된다.

당업자들에게 자명한 바와 같이, 코일들은 회전자 회전의 특정 각도에서 예를 들어 코일에 의하여 생성되는 신호를 측정하는 것에 반응하여 꺼지고 켜진다. 왜냐하면 이들은 모두 전류 및 회전자 폴이 지나감에 따라 유도되는 변화에 의하여 구동되기 때문이다. 첫 번째 공지의 모터 제어 회로(10)가 도 5에 도시되어 있다.

이는 DC 전원 공급부(20)를 가로질러 평행하게 연결된 고정자 코일 쌍을 포함한다. 서로 평행하게 연결된 코일 A 및 A'는 클로징 스위치(21 및 22)에 의하여 가압되고, 유사하게 코일 B 및 B'는 스위치(23 및 24)에 의하여 가압되고, 코일 C 및 C'는 스위치(25 및 26)에 의하여 가압된다.

상기 스위치들은 제어회로(10)에 의하여 작동되고, 코일이 가압되려 할 때 스위치를 닫는다. 스위치(21 및 22)의 일반 쌍에 의하여 작동하는 코일 A 및 A'를 갖는 것(유사하게 각 코일 쌍 B 및 B', C 및 C', 각각 쌍들의 일반 스위치를 포함)은 상기한 코일 동력화의 패턴을 공급하는데 충분하다. 예를 들어, 스위치 21에서 26은 FET 또는 IGBT 트랜지스터로서 공급된다. 전류 측정은 모터 제어 회로(10)에 의하여 사용되어 회전자의 위치를 결정하고, 또한 스위치 21 내지 26의 작동 타이밍을 결정한다.

보다 구체적으로, 도 5의 제어 회로(10)는 코일이 전류와 회전자 폴이 지나감에 따라 유도되는 변화에 의하여 구동되기 때문에 코일에 의하여 생성되는 신호를 감지한다. 이와 같은 인덕턴스(inductance)는 DC 전원 공급부(20)를 가로질러 평행하게 연결된 고정자 코일 쌍을 포함한다. 이 공급부의 전압은 응용분야에 따라 달라지며, 예를 들어 12 V, 24 V, 48 V 또는 300 V일 수 있다. 서로 평행하게 연결되어 있는 코일 A 및 A'는 클로징 스위치 21 및 22에 의하여 가압되고, 유사하게 코일 B 및 B'는 스위치 23 및 24에 의하여 가압되고, 코일 C 및 C'은 스위치 25 및 26에 의하여 가압된다. 이와 같은 스위치들은 스위치 제어유닛(27)에 의하여 작동되고, 코일이 가압되려 할 때 스위치를 닫는다. 각 코일 쌍의 전류는 연속적으로 연결되어 전류에 비례하는 전압 신호를 제공하는 저항기(28)에 의하여 측정되고, 이는 회전자 위치를 결정하는데 사용되고, 이는 다시 스위치 21 및 22, 23 및 24, 및 25 및 26의 작동 타이밍을 결정하는데 사용된다.

모터 제어 회로(10)은 수많은 단계에서 코일로부터의 신호를 처리하여 제어 루프를 형성한다. 위치 추정기(position estimator)(30)는 코일 전류를 나타내는 신호를 수신하여 이로부터 연속적으로 회전자의 위치를 계산하고, 회전자 위치 신호(31)를 제시한다. 상기 계산은 미세 제어기(micro controller)에 의하여 수행된다.

속도 추정기(32)는 이와 같은 신호들을 시간에 따라 구별하고, 회전자 속도 신호(33)를 제공한다. 제어루프는 인풋 신호, 속도 목표 신호(35), 및 속도 오류 신호(37)를 형성하기 위하여 감산기(36)에 의하여 형성되는 속도 목표 신호와 회전자 속도 신호 사이의 차이에 의하여 정하여지는 모터의 속도를 조절하기 위하여 설계된다.

루프 제어기(38), 예를 들어, 이 경우 비례-적분 제어기가 이와 같은 신호를 사용하여 모터를 위한 토크 목표치(39)를 조절한다. 모터에 의하여 정상상태 속도에 적용되는 토크 사이의 관계는 일반적으로 점진적으로 증가한다. 따라서, 속도 오류가 모터가 요구되는 것보다 늦게 작동하는 것을 나타내는 경우 제어기(38)는 토크 목표치를 증가시키고, 만약 모터가 목표보다 빠르게 작동하는 경우 토크 목표치를 감소시킨다. 제어기(38)는 또한 루프의 반응을 부드럽게 하기 위하여 제어 루프를 따라 순환하는 신호를 정제한다.

모터(1)는 물론 토크 목표에 의하여 직접 제어되는 것은 아니고, 토크 목표(39)는 모터의 스위치를 위하여 조절 각도(42)로 변환된다. 이와 같은 각도들은 회전자의 각도들이고, 그 각도에서 모터의 스위치들이 작동하며, 특히 코일 쌍이 켜지는 각도이고, 그 각도에서 "자유회전(freewheel)"이 허용되고, 그 각도에서 스위치가 꺼진다.

한 쌍의 코일을 켜기 위하여, 관련된 스위치들 모두가 켜진다(코일 AA', 스위치 21 및 22). 자유회전 모드에서는, 코일을 양극 공급부(positive supply)에 연결하는 스위치(예를 들어 21)는 개방되나, 전류는 다이오드를 통하여 연속적으로 순환하고, 오프 각도(off angle)에서는 모든 스위치가 개방되고, 코일 내 전류는 다른 표지된 다이오드를 통하여 흐르고, 스위치가 개방된 후 단시간 내에 소멸한다(대안으로, 자유회전 모드 중, 코일을 음극 공급부에 연결하는 스위치가 대신 개방될 수 있고, 이때 전류는 한 쌍의 코일 및 다른 표지된 다이오드를 통하여 연속적으로 흐른다. 두 스위치 중 어느 스위치가 개방될지는 그들 사이에서 스위치에 의하여 소멸하는 파워를 조절하기 위하여 제어될 수 있다.).

토크 목표 신호를 이와 같은 각도로 변환하는 것은 대조표(41)에 의하여 수행될 수 있다. 설정된 토크를 공급하기 위하여 필요한 각도는 회전자의 속도에 의존하고, 따라서, 회전자 속도 신호(33)는 또한 대조표(41)에 제공되어, 그 토크 및 속도를 위한 각도를 제공하게 된다. 이와 같은 각도는 모터를 구동하고 바람직한 로드에 연결되어 있는 동안 경험적으로 결정된다.

대조표(41)에 의하여 얻어지는 각도(42)는 스위치 제어유닛(27)으로 전달되고, 이와 같은 각도들이 회전자 위치 신호(31)와 매칭될 때 각도(42)에서 스위치를 작동시킨다. 보다 구체적으로, 제공된 각도(42)는 각 코일 쌍들에 대하여 동일하고, 코일 쌍의 각위치에 대하여 상대적이다. 스위치 제어부(27)는 어느 코일 쌍이 다음에 작동할 것인지를 확인하고, 각(42)과의 비교를 위하여 회전자 위치값(31)을 30 °로 나눈 나머지를 사용한다.

회로 블록(30, 32, 36, 38, 41 및 27)은 바람직하게는 미세 제어기(micro controller)에 의하여 작동된다. 종래의 다른 형태의 제어 회로가 널리 알려져 있다. 하나의 유사한 회로는 예를 들어 회전자가 다양한 위치를 지나갈 경우 이를 인지하기 위해, 코일 전류 대신 홀 이펙트 센서를 사용한다.

공지된 바와 같이, 모터를 위한 다른 조합의 고정자 및 회전자 폴의 수도 가능하다. 이와 같은 조합들은 회전자에 앞 방향 토크를 유지하기 위하여 코일에 대한 다른 사이클의 구동조건을 갖는다. 폴의 수 사이의 일반적인 관계는 회전자 폴보다 2개 더 많은 고정자 폴을 갖는 것이고, 둘 모두 합이 짝수라는 것이다. 폴 수의 선택은 일반적으로 모터의 작동 속도, 작동 파워, 허용 가능한 정도의 토크 리플(torque ripple)(회전자 각에 대하여 모터에 의하여 공급되는 토크에 있어서의 변화), 및 요구되는 전기회로를 고려하게 된다.

상기 언급된 스위칭 사이클은 회전자가 작동 속도로 회전할 때 사용된다. 예를 들어, 상기 언급된 6개의 폴 고정자 및 4개의 폴 회전자를 사용한 공지된 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motors)의 기동방법을 하기에 나타내었다.

우선 첫째로, 모터는 임의의 고정 위치, 예를 들어 도 6에서와 같은 위치에 있다. 상기 위치에서 모터가 꺼지면서 모든 코일이 꺼진다.

모터의 초기 설정된 고정 위치가 설정되고, 두 번째 단계에서, 단 한 쌍의 고정자 코일, 예를 들어, A와 A'를 가압함으로써, 고정자 코일들이 잠시 동안 고정된다(도 7). 이들은 가장 가까운 회전자 폴, 예를 들어 U와U'를 유도한다. A와A' 코일이 고정되어 있고, 회전자, 그리고 회전자가 부착된 어떠한 것(예를 들어 슈퍼차져의 압축기 휠에)이 각 운동량을 얻어 U 와 U'폴들이 A와A'로 유도됨으로써 U와U' 폴들이 A와 A'를 지나쳐 A와 A' 위치에서 진동한다. 하지만, 마찰의 의해 에너지를 잃고 결국 A와 A'의 지름에 정렬된 U와 U'에 놓이게 된다.

3번째 단계(도 8)에서, A와 A'코일은 꺼지고 설정된 회전방향에 따라 B와B'코일 또는 C와 C'코일이 켜진다. 예를 들어, 시계방향 회전 상에서, 도 8에 나타낸 바와 같이 코일 밴드 B'가 사용될 수 있다. 회전자 폴 V와 V'가 B와 B'에 도달할 때, 상기 코일은 꺼지고(4단계), 회전자는 공지된 회전 속도를 갖는다. 상기 설명된 종래의 기동방법은 그러나, 첫 번째 단계 과정이 매우 긴 단점을 갖는다. 이것은 또한 코일에 매우 큰 전류를 요구할 수 있다.

도 1 내지 4는 공지의 스위치드 릴럭턴스가 작동 속도로 작동하는 동안 회전자 또는 상의 연속적인 회전 스테이지를 보여주고,
도 5는 도 1 등의 모터를 위한 제어 회로의 블록 회로 다이어그램이고,
도 6 내지 8은 스위치드 릴럭턴스 모터를 기동하기 위한 공지된 공정상에서의 회전 스테이지를 보여주고,
도 9 내지 11은 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터를 기동하기 위한 예시적인 절차에서의 회전 스테이지를 보여주고,
도 12는 본 발명의 예시적인 절차에 대한 흐름도(flow diagram)이고,
도 13은 본 발명에 따른 모터 제어 회로의 블록 회로 다이어그램이다.

첫 번째 측면에서, 본 발명은

제1 및 제2 고정자 코일 쌍을 동시에 가압하는 단계;

회전자의 회전력이 감소하는 시기를 기다리는 단계; 및

두 개의 코일 쌍 중 제1 코일을 끄는 반면, 가압된 제2쌍을 남겨 회전자가 상기 제2코일 쌍에 의해 회전하도록 하는 단계;를 포함하는,

각각의 쌍이 모터의 회전 축에 대해 반대편에 있는 코일을 포함하는 복수의 고정자 코일 쌍을 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법을 제공한다.

기동 위치에 있는 회전자를 정착하기 위한 2개의 코팅 쌍의 사용은 매우 유익하다. 즉, 2개의 코일 쌍에 동력을 공급하여 제공된 자장 안의 각 윈도우(angular window)가 더욱 좁아지기 때문에, 회전자가 보다 빠르게 멈출 수 있는 장점이 있다. 또한, 2개의 코팅쌍의 사용은 정착하는 단계에서 상기 2개의 코일 쌍 사이에 걸리는 전류에 균형을 잡을 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이것은 하나의 쌍을 사용할 경우 여러 번의 기동 작동, 많은 전류의 인출 이후 발생하는 성능저하를 줄일 수 있다. 또한, 이것은 코일 쌍이 균형 잡힌 상태에서의 작동이 유지하도록 도울 수 있다. 2개의 고정자 코일 쌍은 가장 가까이에 이웃하여 위치할 수 있다. 복수 개의 고정자 코일 쌍의 각각에 대해, 쌍의 코일은 고정자에 대해 180도 반대편에 위치할 수 있다.

상기 방법은 특정 시간 이후 제2 코일 쌍을 끄는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 특정 시간은 회전자가 특정 위치에 도달하기 위해 예정된 시간일 수 있다.

상기 방법은 예정된 회전자 회전속도에 이를 때, 제2 고정자 코일 쌍을 끄는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은 모터를 더욱 가속시키기 위해, 하나의 고정자 코일 쌍을 켜는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은 모터를 더욱 가속시키기 위해, 특정 고정자 코일 쌍을 반복적으로 온-오프 하되, 그 외 다른 고정자 코일은 꺼진 상태를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 고정자 코일 쌍은 반복적으로 일정 주기로 온-오프될 수 있다(그 외 다른 고정자 코일들은 꺼진 상태를 유지한다).

고정자 코일 쌍들이 온-오프 하는 타이밍은 바람직하게, 설정된 토크 및/또는 속도에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 타이밍은 대조표로부터 구하지 않는 것이 바람직하다. 상기 타이밍은 일정할 수 있다. 상기 타이밍은 위치 센서로부터의 산출량에 대응될 수 있다.

예를 들어, 상기 고정자 코일 쌍은 회전자가 제1 위치(바람직하게는 위치 센서에 의해 측정된 위치)에 있을 때 켜지는 것이 바람직할 수 있다. 상기 고정자 코일은 상기 회전자가 제2 위치(바람직하게는 위치 센서에 의해 측정된 위치)에 있을 때 꺼지는 것이 바람직하다.

이러한 정렬은 타이밍에 대한 계산 또는 다른 형태의 선택 필요없이 모터를 가속하는 단순한 방법을 제공하기 때문에 유익하다.

상기 방법은 각각의 쌍이 고유 위상(phase) 를 갖는 복수의 고정자 코일 쌍을 사용하여 모터를 구동하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 모터를 구동하는 추가적인 단계는 다른 고정자 코일이 꺼진 상태 유지할 때 특정한 고정자 코일 쌍이 반복적으로 온-오프하는 단계 이후에 있다.

상기 추가적인 단계의 타이밍은 바람직하게는 설정된 토크(토크 조절점)에 의해 결정된다.

모터를 구동하는 타이밍은 대조표에 있을 수 있다.

상기 방법은 슈퍼차져의 구동 압축기 휠과 커플링된 스위치드 릴럭턴스 모터에 적용될 수 있다.

첫 번째 측면에서, 본 발명은 또한,

모터의 고정자 코일을 전원 공급부에 연결하기 위한 스위치; 및

상기 스위치를 작동시켜 상기 방법의 단계를 수행하기 위한 스위치를 작동하기 위해 연결된 시작 제어부;를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)에 사용되는 제어 회로를 제공한다.

첫 번째 측면에서, 본 발명은 나아가,

회전자 및 고정자 코일을 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터;

모터의 고정자 코일에 요구된 바와 같이 연결된 제11항에 따른 제어 회로; 및

모터의 회전자에 커플링되고, 이로 인해 구동되는 압축기 휠을 갖는 슈퍼차져;를 포함하는 장치를 제공한다.

두 번째 측면에서, 본 발명은

각각의 쌍이 모터의 회전축의 맞은편에 있는 코일을 포함하는 복수의 고정자 코일 쌍을 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자를 가속하는 방법을 제공한다.

상기 방법은 모터를 가속시키기 위해 다른 고정자 코일이 꺼진 상태를 유지하는 동안 반복적으로 하나 이상의 특정 고정자 코일 쌍을 온-오프하고, 각각의 쌍 중 제1 코일이 켜져 있는 동시에 쌍의 제2 다른 코일이 꺼진다.

가속은 특히 모터의 모든 코일과 함께 정상 작동이 예를 들어 대조표(41)를 사용하여 조절될 때 유익하다. 상기 대조표는 모터 속도의 작동 범위에 대한 상세한 값을 제공한다. 하지만, 이러한 작동 속도로의 가속에 대해, 토크의 최적화, 효율 등이 필요하지 않으며, 따라서, 본 발명의 간단한 방법은 상기 상세한 사항을 조작하기 위한 것 없이 사용될 수 있다.

다른 고정자 코일이 꺼져있는 상태를 유지하는 동안, 온-오프를 동시에 반복적으로 수행하는 고정자 코일은 단 하나의 고정자 코일 쌍일 수 있다.

상기 방법은 하나 이상의 특정 고정자 코일 쌍을 동시에 온-오프를 반복하는 단계 이전에, 예정된 속도를 갖는 회전자를 제공하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은 하나 이상의 특정 고정자 코일 쌍을 동시에 온-오프를 반복하는 단계 이전에,

제1 및 제2 고정자 코일 쌍에 동시에 가압하는 단계;

회전자의 회전운동이 감소하는 시기를 기다리는 단계; 및

제2 코일 쌍에 의해 회전자가 회전하도록, 2개의 고정자 코일 쌍 중 동력이 공급된 제2 코일 쌍은 남기고 제1 코일 쌍을 끄는 단계;를 더 포함한다.

상기 제1 및 제2 고정자 코일 쌍은 가장 가까이에 이웃하여 있을 수 있다.

상기 방법은 하나 이상의 특정 고정자 코일 쌍을 동시에 온-오프를 반복하는 단계 이전에,

제1, 단일 고정자 코일 쌍을 가압하는 단계;

회전자의 회전운동이 감소하는 시기를 기다리는 단계; 및

제2 코일 쌍에 의해 회전자가 회전하도록, 제2 다른 고정자 코일 쌍에 동력을 가하고 제1 코일 쌍을 끄는 단계;를 더 포함한다.

상기 제1 및 제2 고정자 코일 쌍은 가장 가까이에 이웃하여 있을 수 있다.

각각의 고정자 코일 쌍에 대해, 상기 쌍의 코일은 고정자에 대해 180도 반대편에 있을 수 있다.

두 번째 측면에서, 본 발명은 또한

모터의 고정자 코일을 전원 공급부에 연결되는 스위치; 및

상기 스위치를 작동시켜 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법의 단계를 수행하기 위해 연결된 시작 제어부;를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터를 위한 제어 회로를 제공한다.

두 번째 측면에서, 본 발명은 또한

회전자 및 고정자 코일을 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터;

모터의 고정자 코일에 연결된 제어 회로; 및

모터의 회전자에 커플링되고, 이에 의하여 구동되는 압축기 휠을 갖는 슈퍼차져;를 포함하는 장치를 제공한다.

상기 첫 번째 및 두 번째 측면의 본 발명은 함께 사용될 수 있다. 하나의 측면에 설명된 특징은 다른 측면에 적용될 수 있으며, 그 반대도 가능하다.

<실시 예>

도 12는 스위치드 릴럭턴스 모터를 기동하는 예시적인 방법을 나타낸 흐름도(flow diagram)이고, 도 9 내지 11은 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전 스테이지를 나타낸 그림이다.

상기 예시에 나타난 모터는 6개의 고정자 폴 및 4개의 회전자 폴을 갖는 도 1 내지 8의 것과 유사하고, ABCA'B'C' 및 UVU'로 유사하게 표시되어 있다. (ABCA'B'C'는 동일하게 폴 및 그들의 각각의 코일을 나타낸다.)

이것은 상기 제어 회로(10')(도 13)가 예시에 나타난 바와 같이, 모터의 코일을 키거나 끄기 위한 스위치(21 내지 26)를 조절하기 위해 배열되어 있는 것을 제외하고는 도 5의 것과 유사한 모터 제어 회로와 함께 작동된다. 시작 제어부(50)(바람직하게 미세 제어기(micro controller)의 추가적인 프로그램으로 수행되는 시작 제어부)가 이것을 하기 위해 제공된다.

회전자는 임의의 위치에서 시작하며, 도 9(도 12의 101단계)에 나타난 바와 같이, 회전자는 모든 꺼진 코일과 함께 상기 위치에서 정지 또는 느리게 움직일 수 있다. 이러한 위치에서, 회전자 폴 U는 고정자 폴 A 및 B의 사이에 있으며, 그것의 반대 편 회전자 폴(U')은 고정자 폴 A' 및 B'의 사이에 있다.

단계 2는 도 10(도 12의 단계 102)에 나타난 바와 같이, 두 개의 코일 쌍, A와 A', 및 B와 B'는 가압 된다. 시작 제어부(50)는 상기 코일 쌍을 가압하기 위해 스위치 제어부에 직접 지시한다. 이것은 최소 에너지 위치 즉, 회전자 폴, 이 경우, U가 A와 B 사이에 있고, 이것의 반대편 폴, 이 경우, U'가 A'와 B'사이에 있도록 회전자를 회전시킨다. 다른 기동 위치와 함께, 하나의 회전자 폴은 두 개의 가압된 쌍의 코일 사이에서 멈춰 설 것이다.

회전자는 낮은 에너지 위치에서 잠시 동안 진동할 수 있지만, 감쇠하고 멈춰설 것이다. 또한, 예시적인 방법의 단계 3(단계 103)은 회전자의 회전력이 감소하는 시기(시작 제어부가 모니터하는 시간)을 기다리는 단계이다.

기다린 이후, 단계 4(단계 104)에서, 가압된 코일 쌍 A 및 A', 또는 B 및 B' 중 하나는 (시작 제어부에 의해) 꺼진다. 이것은 회전자에 대한 설정된 회전 방향에 의해 결정된다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 코일 B 및 B'가 꺼지고 회전자 폴 U 및 U'가 고정자 폴 A및 A'에 유도되고 회전자가 시계방향으로 회전한다. 단계 5(단계 105)에서 예정된 시간이 지난 후, 코일 AA'은 꺼지고 회전자는 예정된 회전 속도를 갖는다(다시 시작 제어부가 시간을 모니터링 하고 코일을 작동한다.).

상기 회전자는 공지된 속도에 따르는 첫 번째 것과 함께, 공지된 속도로 회전하고 있고, 통상의 모든 코일 위상을 사용하여 구동될 수 있다.

그러나 상기 예에서, 모터는 하기 예시적인 방법에 따라, 코일을 가압함으로써 중간 스테이지를 통해 작동 속도까지 올리는 것이 바람직하다.

상기 코일은 매우 짧은 시간, 회전자 폴 U,V,U',V'가 코일에 접근하는 시간동안 가압 된다. 따라서, 이것은 1회전당 총 4회이다.

첫 번째 예시적인 방법에서, 모터는 상기 목적을 위한 위치 센서를 포함한다. 이것은 회전자와 함께 회전하기 위해 장착되어 있고, 동일 샤프트에 고정되어 있는 자기 표시링(60)을 포함한다. 이것은 북과 남 자화를 교대하는 8개의 교류 도메인을 갖는다.

홀 이펙트 센서(61)는 북에서 남으로의 자화 변화를 감지하기 위해 링 가까이에 위치된다(이것은 상기 센서(61)에서, 남에서 북으로의 변화와 구별된다). 상기 북에서 남으로의 4개의 경계는 각각의 회전자 폴이 코일 A, 센서 신호(62), 시작 제어부(50)에 각각의 발생 타이밍에 접근할 때, 홀 이펙트 센서(61)가 지나가기 위해 위치된다. 시작 제어부는 이후 상기 시간 으로부터 일정 시간 동안 코일 A 및 A'를 가압하고 이에 따라 회전자는 코일 A 및 A'방향으로 가속된다. 홀 이펙트 센서는 위치 추정기(30)가 낮은 속도에서 신뢰할 수 없을 수 있기 때문에 제공된다.

그러나 코일 AA'에 가압 시기의 타이밍은 예정되어 있지 않다. 첫 번째 타이밍은 상기 언급된 회전자에게 정해진 회전 속도를 주고, 측정될 수 있는 단계 3(103) 및 단계 4(104)에 의해 예정된다. 두 번째로, 예시적인 방법은 제조과정에서 모터 제어 회로에 제공된다. 각각의 순차적인 가압을 위해 필요한 타이밍은 코일 AA'의 가압 시기(추가적으로, 초기 속도)에 의해 예정된다. 또한, 상기 타이밍은 제조과정에서 모터 제어 회로에 비슷하게 제공된다.(바람직하게는, 상기 타이밍은 시작 제어부(50)에 프로그래밍 되어 있어, 상기 타이밍에 작동한다.)상기 타이밍은 코일AA'를 가압하기 위한 홀 이펙트 센서에 의해 제공되는 것들을 대체하여 사용된다. 상기 방법은 홀 이펙트 센서의 사용을 배제하는 반면, 측정된 예정 타이밍에서의 오류는 단지 특정 횟수의 회전에 대해서만 유효하다는 것을 의미한다.

두 가지 이러한 예시적인 중간 가속 방법에 대해, 코일 AA'는 바람직하게는 한 세트의 각 회전 주기 동안 가압 된다. 그러나 상기 방법이 단지 모터를 기동하기 위한 것이기 때문에, 각은 정확하게 결정되어 있을 필요는 없다. 예를 들어, 효율성 있게, 회전 속도 및 토크가 정상 작동하는 동안 사용되는 경우, 스위치 각을 세팅하는 것을 포함하는 보다 복합 제어기 루프는 사용되지 않는다.

특정 회전 속도상에서, 즉, 대조표(41)이 데이터를 갖는 상에서, 회전자가 저항기(28) 및 위치 추정기(30)에 의해 코일에 의해 발생된 신호로부터 각위치 측정은 코일이 켜져 있을 때 예를 들어, 도 2 내지 4의 방법의 작동 속도로 제어하기 위해 사용된다.

회전자를 작동속도로 올리기 위한 이러한 에시적인 방법은 또한 가압된 한 쌍의 코일로부터 다른 한 쌍의 코일로 스위칭되는 도 6 내지 8의 종래의 기동 방법에 의해 초기 회전이 주어지는 곳에 사용될 수 있다. 도 9 내지 11 및 12의 예시적인 방법에 대한 추가사항은 하기와 같다. 도 9 내지 11의 예시적인 모터는 높은 회전 대칭을 가지며, 단계 2(102)(도10)의 두 개의 코일쌍은 동일한 정도로 가압된다. 이것은 최소 에너지 위치가 A 및 B로부터 등거리에 있는 것을 의미한다. 그러나 본 발명이 이에 제한된 것은 아니다. 만약 코일이 동일하지 않거나 또는 동일한 정도로 가압되지 않을 경우, 어떠한 이유로, 최소 에너지 위치는 두 개의 고정자 폴로부터 등거리에 있지 않을 수 있다. 회전자는 그럼에도 불구하고 기동될 수 있다.

두 개의 가압된 코일 쌍은 에를 들어, 가장 가까이에 이웃하여 있을 수 있다. 많은 폴을 가진 모터에서, 상기 사항이 선호된다. 보다 떨어져 있는 코일의 사용은 회전자가 정착되어 있는, 보다 넓은 창을 정의한다. 하지만, 상기 사항이 본 발명에 제한된 것은 아니다.

단계 3(103)에서, 회전자가 단계 4(104)에 의해 가속되기 전에 정지 위치에 있도록 한다. 그러나 회전자는 절대적으로 정지되어 있지 않을 수 있다. 만약 회전자가 단계 4가 시작될 때 여전히 약간 움직이더라도, 제공된 회전자의 초기 속도에 대해 불확실성을 형성할 수 있으나, 이것은 회전자를 한 쌍의 코일과 함께 작동 속도로 올리는 (또는 코일의 정상 싸이클을 시작하는)다음 단계에서 허용될 수 있다. 이것은 필요할 경우, 단계 4(104)를 실시하기 전에 상기 방법이 기다리는 시간(단계 3)을 줄일 수 있음을 의미한다.

한편, 모터 마운트 내의 마찰 또는 상기 모터 마운트로부터 회전자가 연결되어 있는 것(예를 들어, 슈퍼차져의 압축기 휠)로의 마찰은 회전자가 정확한 최소 자기 에너지 위치로부터 약간 떨어져 멈추도록 하는 원인이 될 수 있다. 하지만, 이것은 다시 초기 회전자 속도에 대해 불확실성을 형성할 수 있으나, 이것은 허용될 수 있다.

가속의 중간 스테이지에서, 한 개 이상의 코일 쌍은 가속을 위해 사용될 수 있으나, 단순화를 위해, 하나의 쌍이 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 단순화를 위한 어떠한 경우에, 이것은 모든 고정자 코일보다 적게 있어야 한다. 만약, 하나 이상의 코일 쌍이 사용될 경우, 각각에 대해 동일한 수의 스위치 각이 가용 되는 것이 바람직하다.

또한, 가속의 중간 스테이지를 나타낸 예시는 도 9 내지 11의 초기 가속 방법과 함께 사용될 수 있으나, 이것은 다른 방법, 예를 들어 도 6 내지 8의 방법과 함께 사용될 수 있다.

마지막으로, 이것은 서로 180도 반대편에 있는 쌍의 코일을 가압하기 위한 토크 밸런스를 이유로, 대게 일반적으로 이러한 모터에서 선호된다.

Claims (14)

1. 제1 및 제2 고정자 코일 쌍을 동시에 가압하는 단계;
   회전자의 회전력이 감소하는 시기를 기다리는 단계; 및
   두 개의 코일 쌍 중 제1 코일을 끄는 반면, 가압된 제2쌍을 남겨 회전자가 상기 제2코일 쌍에 의해 회전하도록 하는 단계;를 포함하는,
   각각의 쌍이 모터의 회전 축에 대해 반대편에 있는 코일을 포함하는 복수의 고정자 코일 쌍을 갖는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 방법은
   다른 고정자 코일이 꺼져 있는 상태에서 특정 고정자 코일 쌍을 반복적으로 온-오프하여 모터를 더욱 가속시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)를 시작하는 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 2개의 고정자 코일은
   가장 가까이에 이웃하여 있는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 고정자 코일 쌍 각각에서 쌍의 코일은
   고정자에 대해 180도 반대편에 있는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
   
5. 제1항 내지 제4항에 있어서,
   상기 방법은
   특정 시간이 지난 후 제2 코일 쌍을 끄는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 특정 시간은
   회전자가 특정 위치에 도달하기 위해 예정된 시간인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은
   예정된 회전자 회전 속도에 도달할 때 제2 고정자 코일 쌍을 끄는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은
   상기 모터를 추가 가속하기 위해 한 쌍의 고정자 코일을 키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 방법은
   각각의 쌍이 고유 위상(phase)를 갖는 복수의 고정자 코일 쌍을 사용하여 모터를 구동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
   
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은
    슈퍼차져의 압축기 휠(compressor wheel)을 구동하기 위해 커플링되어 있는 스위치드 릴럭턴스 모터에 적용되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
    
11. 모터의 고정자 코일을 전원 공급부에 연결하기 위한 스위치; 및
    상기 스위치를 작동시켜 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법의 단계를 수행하기 위한 스위치를 작동하기 위해 연결된 시작 제어부;를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)에 사용되는 제어 회로.
    
12. 회전자 및 고정자 코일을 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터;
    모터의 고정자 코일에 요구된 바와 같이 연결된 제11항에 따른 제어 회로; 및
    모터의 회전자에 커플링되고, 이로 인해 구동되는 압축기 휠을 갖는 슈퍼차져;를 포함하는 장치.
    
13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 가압된 고정자 코일 쌍에서 쌍의 코일은 고정자에 대해 180도 반대편에 있는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor)의 기동방법.
    
14. 발명의 상세한 설명 및 도 9 내지 도 11에 의하여 설명된 방법.

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