KR20210025318A - 스위치드 릴럭턴스 모터의 가속 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

스위치드 릴럭턴스 모터를 구동하는 구동 회로 및 이의 동작 방법이 개시된다. 본 개시의 기술적 사상에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)를 구동하는 구동 회로는, 상기 SR 모터의 회전자 주변에 배치되는 적어도 두 개의 위치 감지 센서를 구비하고, 상기 적어도 두 개의 위치 감지 센서에 의하여 감지되는 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 출력하는 위치 센서부, 수신되는 입력 전압을 구동 전압으로 변환하는 전압 변환 회로, 상기 SR 모터의 복수의 권선 코일들에 연결되고, 복수의 스위칭 신호들을 기초로 상기 구동 전압을 상기 복수의 권선 코일들에 인가하는 SR 모터 드라이버 및 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 SR 모터의 회전 속도 및 회전 방향을 검출하여 상기 SR 모터가 설정된 회전 방향 및 타켓 속도에 도달하도록 상기 복수의 스위칭 신호들을 조정하는 구동 컨트롤러를 포함하고, 상기 구동 컨트롤러는, 초기 구동 시 저주파의 기준 신호를 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 회전 방향이 설정된 회전 방향과 일치하고, 상기 회전 속도가 기준 속도에 도달하면 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성할 수 있다.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터의 가속 제어 방법{Method for controlling acceleration of a switched reluctance motor}
본 개시의 기술적 사상은 스위치드 릴럭턴스 모터 (Switched Reluctance Motor; 이하, 'SR 모터'라 한다)를 구동하는 구동 회로 및 이의 동작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구동 회로가 SR 모터의 가속을 제어하는 방법에 관한 것이다.
SR 모터는 자기저항(reluctance)의 변화에 따라 발생하는 토크를 이용하여 회전력을 발생시키는 전동기이다. SR 모터는 고성능 및 고내구성을 가지며, 구조가 단순하여 최근 폭넓은 관심을 받고 있다. SR 모터는, 세탁기, 냉장고, 에어컨, 쿠커 등과 같은 각종 가전기기나 다양한 운송기계, 의료 장비 등의 구동장치로서 사용될 수 있다. SR 모터가 탑재되는 시스템은 SR 모터의 속도를 피드백하고, 피드백 결과에 기초하여 SR 모터가 원하는 속도로 회전하도록 제어할 수 있다.
한편, SR 모터에 회전자의 초기 위치에 따라 전압이 인가될 경우, SR 모터가 역방향으로 회전할 수 있는데 이 경우 속도 제어로 인하여 SR 모터가 역방향으로 최대 속도로 급발진 하는 오동작이 발생할 수 있다. 따라서, SR모터의 역방향 회전을 방지하고 안정적으로 SR 모터를 가속시킬 수 있는 방법이 요구된다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 SR 모터의 초기 구동 시, SR 모터가 회전하도록 SR 모터를 초기 구동하는 SR 모터 구동 회로 및 이의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 역방향 회전이 발생하지 않도록 SR 모터의 가속을 제어하는 SR 모터 구동 회로 및 이의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 SR 모터를 구동하는 구동 회로는, 상기 SR 모터의 회전자 주변에 배치되는 적어도 두 개의 위치 감지 센서를 구비하고, 상기 적어도 두 개의 위치 감지 센서에 의하여 감지되는 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 출력하는 위치 센서부, 수신되는 입력 전압을 구동 전압으로 변환하는 전압 변환 회로, 상기 SR 모터의 복수의 권선 코일들에 연결되고, 복수의 스위칭 신호들을 기초로 상기 구동 전압을 상기 복수의 권선 코일들에 인가하는 SR 모터 드라이버 및 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 SR 모터의 회전 속도 및 회전 방향을 검출하여 상기 SR 모터가 설정된 회전 방향 및 타켓 속도에 도달하도록 상기 복수의 스위칭 신호들을 조정하는 구동 컨트롤러를 포함하고, 상기 구동 컨트롤러는, 초기 구동 시 저주파의 기준 신호를 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 회전 방향이 설정된 회전 방향과 일치하고 상기 회전 속도가 기준 속도에 도달하면 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 SR 모터의 가속을 제어하는 SR 모터 구동 회로 및 이의 동작 방법에 따르면, SR 모터의 초기 구동 시, 저주파수의 기준 신호를 기초로 SR 모터를 구동하고, SR 모터가 설정된 방향으로 정상적으로 회전하면 SR 모터의 회전자의 위치를 기초로 SR 모터를 구동하고, SR 모터의 속도를 제어함으로써, SR 모터가 역방향으로 회전하는 것을 방지하고, SR 모터를 안정적으로 구동시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 구동 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 구조 및 기본 동작 원리를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SRM 드라이버의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 구동을 위한 코일들의 여자 순서(excitation order)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 구동을 위한 스위칭 신호들의 파형을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 초기 구동 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 속도 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 구동 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 구동 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 구조 및 기본 동작 원리를 나타내는 도면이다. 본 개시의 예시적 실시예에 따른 SR 모터 시스템(10)은 믹서, 쿠커(cooker), 블랜더 등과 같은 조리 기기에 탑재될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, SR 모터 시스템(10)은 세탁기, 냉장고, 에어컨 등과 같은 각종 가전기기나 다양한 운송기계, 의료 장비 등에 탑재될 수 있다. SR 모터 시스템(10)은 탑재되는 가전 기기의 동작을 전반적으로 제어하는 메인 컨트롤러(20)의 제어에 기초하여 동작할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 메인 컨트롤러(20)를 함께 도시하기로 한다.
도 1을 참조하면, SR 모터 시스템(10)은 SR 모터(110), SR모터 드라이버(120)(이하, SRM 드라이버라고 함), 위치 센서부(130), 구동 컨트롤러(140), 전압 변환 회로(150)를 포함할 수 있다. SR모터 드라이버(120), 위치 센서부(130), 구동 컨트롤러(140) 및 전압 변환 회로(150)는 SR 모터(110)의 구동을 위한 구동 회로로 지칭될 수 있다.
SR 모터(110)는, 자기저항의 변화에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)를 이용하여 회전력을 얻을 수 있다. 도 2a를 참조하면, SR 모터(110)는 고정자(11)(stator) 및 회전자(12)(rotator)를 포함할 수 있다. 고정자(11) 및 회전자(12)는 투자율이 높은 자성 물질들로 구성될 수 있으며, 예컨대, 규소 강판이 적층된 구조를 가질 수 있다. SR 모터(110)는 고정자(11)와 회전자(12)가 모두 돌극형 구조를 가지는 이중 돌극형(double salient pole)구조를 가질 수 있다. 고정자(11) 및 회전자(12)는 각각 복수의 돌극(silent-pole)을 포함한다. 고정자(11)의 돌극들에는 코일(13)이 권선된다. 회전자(12)의 중심에는 SR 모터(110)의 샤프트가 연결되며, 회전자(12)와 동시에 회전하는 센서 마그넷이 샤프트 또는 회전자(12)에 장착될 수 있다.
이하, 본 개시는 SR 모터(110)가 4상 모터 구조를 가지는 것을 일 예로서 설명하기로 한다. 그러나, 본 개시의 기술적 사상은 이에 제한되는 것은 아니며, SR 모터(110)의 구조는 가변될 수 있다.
SR 모터(110)의 고정자(11)는 8개의 돌극들(예컨대, A극, B극, C극, D극, A'극, B'극, C'극, D'극)을 포함하고, 회전자(12)는 6개의 돌극들을 포함할 수 있다. 고정자(11)의 서로 대향하는 돌극들에는 코일이 권선된다. 도 2a에서는 A극과 A'극에 코일(13)이 감겨진 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, A극과 A'극, B극과 B'극, C극과 C'극, D극과 D'극에 각각 A상 코일, B상 코일, C상 코일 및 D상 코일이 권선될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 코일(13)의 양단에 전압이 인가되어, 즉 코일(13)이 통전되어 코일(13)에 전류가 흐르면, 코일(13)이 권선된 돌극들이 여자(excitation)되고, 전류의 방향에 직교하는 방향으로 자속이 발생한다. 예컨대, A극과 A'극에 권선된 코일(13)의 권선 방향에 따라서, A극의 오른쪽에서 왼쪽으로 전류(I)가 흐르면 A극과 A'극이 여자되고, 전류(I)에 직교하는 F1 방향으로 자속이 발생한다. 자속이 회전자(12)를 경유함에 따라서, 회전자(12)에 전류가 발생하고, 고정자(11)의 자속과 회전자(12)의 자속이 쇄교함에 따라 토크(torque)가 발생하게 된다. 이하, 본 개시에서, 돌극이 여자된다는 표현은 상기 돌극에 권선된 코일(13)이 통전됨으로써 여자된다는 의미와 동일하게 사용하기로 한다.
자속이 회전자(12)를 경유함에 따라서, 회전자(12)에 전류가 발생하고, 고정자(11)의 자속과 회전자(12)의 자속이 쇄교함에 따라 토크(torque)가 발생하게 된다. 즉, 고정자(11)와 회전자(12) 간에 작용하는 자기 흡인력에 의하여 토크가 발생할 수 있다. A상, B상, C 상 및 D상의 코일들에 순차적으로 전압이 인가됨으로써, 회전자(12)가 회전할 수 있다.
계속하여 도 1을 참조하면, 전압 변환 회로(150)는 수신되는 입력 전압(Vin)을 기초로 SR 모터(110)의 구동에 적합한 구동 전압(Vdc)을 생성할 수 있다. 예컨대, 입력 전압(Vin)은 상용 교류 전압일 수 있으며, 전압 변환 회로(150)는 교류 전압을 정류하여 직류 전압인 구동 전압(Vdc)으로 변환할 수 있다. 전압 변환 회로(150)는 구동 컨트롤러(140)의 제어에 기초하여 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨을 결정하고 가변시킬 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 있어서, 전압 변환 회로(150)는 메인 컨트롤러(20)의 제어에 기초하여 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨을 결정하고 가변시킬 수 있다.
SRM 드라이버(120)(또는 SRM 인버터로 지칭됨)는 스위칭 동작을 통해, 구동전압(Vdc)을 SRM 모터(110)의 코일들(예컨대, A상, B상, C상 및 D상 코일들) 각각에 인가할 수 있다. SRM 드라이버(120)는 전압 변환 회로(150)로부터 제공되는 구동 전압(Vdc)을 SRM 모터(110)의 코일들에 인가할 수 있다.
SRM 드라이버(120)는 스위칭 소자들(후술되는 도 3의 Q1 내지 Q6)을 포함할 수 있으며, 스위칭 소자들이 스위칭 신호들(SSWs)에 응답하여 '턴-온' 또는 '턴-오프'되어 코일들에 전압을 인가할 수 있다. 또한, SRM 드라이버(120)는 SR 모터(110)의 상태를 감지하기 위한 센싱 신호들(Ssen), 예컨대, 전류, 온도, 전압 등을 센싱하기 위한 센싱 신호들(Ssen)을 출력할 수 있다.
위치 센서부(130)는 회전자(12)의 각도 위치에 상응하는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 제공한다. 실시예에 있어서, 위치 센서부(130)는 센서 마그넷에 근접하게 배치되는 복수의 홀 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어서, 위치 센서부(130)는 제1 홀 센서(131) 및 제2 홀 센서(132)를 포함할 수 있다. 제1 홀 센서(131) 및 제2 홀 센서(132)는, 회전자(12)가 회전 시 센서 마그넷의 자기 신호를 감지하여, 각각 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 출력할 수 있다.
구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)의 구동을 제어할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 메인 컨트롤러(20)로부터 SR 모터(110)의 동작 여부, 회전 방향, 회전 속도, 전압 설정 등에 대한 지령들을 구동 제어 신호로서 수신하고, 수신된 구동 제어 신호에 기초하여 SR 모터 시스템(10)의 전반적인 동작, 즉 SR 모터(110)의 구동을 위한 동작을 제어할 수 있다.
구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)의 초기 구동, 저속 구동, 중속 구동, 고속 구동, 가속, 정지 및 긴급 정지 등을 제어할 수 있으며, 이러한 구동 또는 제동 제어를 위한 제어 모듈들 및/또는 회로들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈들은 하드웨어 또는 소프트웨어(또는 펌웨), 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
실시예에 있어서, 구동 컨트롤러(140)는 마이크로 컨트롤러(또는 마이크로 컴퓨터)로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 구동 컨트롤러(140)는 CPU(Central Processing Unit), 프로세서, DSP(Digital Signal Processing), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP), MCU(Micro Controller Unit), 또는 FPGA(field programmable gate array)와 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
구동 컨트롤러(140)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 생성기(141)를 포함할 수 있으며, PWM 신호 생성기(141)는 PWM 신호들을 생성하고, PWM 신호들을 스위칭 신호들(SSWs)로서 제공할 수 있다. PWMW 신호 생성기(141)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2) 또는 기준 신호를 기초로, PWM 신호들, 즉 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있으며, 소정의 제어 신호 및 센싱 신호들(Ssen)을 기초로 PWM 신호의 듀티비(duty ratio)를 조절할 수 있다. 이때, 기준 신호는 소정의 주파수 이하의 저주파수의 신호로서 초기 구동 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 대체하는 가상의 센싱 신호일 수 있다. 기준 신호는 구동 컨트롤러(140)에서 내부적으로 생성되거나 또는 외부(예컨대, 메인 컨트롤러(20) 또는 다른 회로)로부터 제공될 수 있다. 실시예에 있어서, PWM 신호 생성기(141)는 구동 컨트롤러(140)와 별개의 구성으로서 구현될 수도 있다.
PWM 신호 생성기(141)에서 생성된 스위칭 신호들(SSWs)은 SRM 드라이버(120)에 제공될 수 있다. 도시되지 않았으나, SR 모터 시스템(10)은 레벨 쉬프터 회로를 더 포함하고, 스위칭 신호들(SSWs)은 레벨 쉬프터 회로를 통해, 전압 레벨이 SRM 드라이버(120)에 구비되는 스위칭 소자들을 제어할 수 있는 레벨로 변환되고, 레벨 변환된 스위칭 신호들(SSWs)이 SRM 드라이버(120)에 제공될 수 있다.
구동 컨트롤러(140)는 설정된 회전 방향 및 속도 등에 기초하여, PWM 신호 생성기(141)가 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하도록 제어할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)의 회전 속도를 검출하고, SRM 드라이버(120)로부터 출력되는 센싱 신호(Ssen)를 기초로, SRM 모터(110)의 코일들을 통해 흐르는 전류량을 검출할 수 있으며, 속도 지령에 따른 타겟 속도와 SR 모터(110)의 회전 속도(즉, 현재 속도)의 차이를 기초로 SRM 모터(110)의 코일들을 통해 흐르는 전류량을 증가시키거나 또는 감소시키기 위하여 PWM 신호 생성기(141)가 스위칭 신호들(SSWs)의 듀티비를 조절하도록 제어할 수 있다.
한편, 구동 컨트롤러(140)는 초기 구동 시(예컨대, 기동 단계), PWM 신호 생성기(141)가 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)이 아닌, 저주파의 기준 신호를 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하도록 제어할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 기준 신호의 주파수를 점진적으로 증가시킬 수 있다.
실시예에 있어서, 구동 컨트롤러(140)는 초기 구동 시 전압 변환 회로(150)가 타겟 전압 레벨(예컨대 기본 설정된 전압 레벨) 보다 낮은 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 생성하도록 제어할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 기준 신호의 주파수 증가에 상응하여 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨이 증가되도록 전압 변환 회로(150)를 제어할 수 있다.
이때, 구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)가 정방향, 예컨대 메인 컨트롤러(20)의 제어에 따라 설정된 방향으로 정상적으로 회전하는지 판단할 수 있다. 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)가 정방향으로 회전한다고 판단되면 이후, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)를 구동할 수 있다. 다시 말해서, 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)가 정방향으로 소정의 기준 속도 이상의 속도로 회전한다고 판단되면 PWM 신호 생성기(141)가 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하도록 제어할 수 있다. 또한, 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)가 정방향으로 회전한다고 판단되면 그 이후부터 타겟 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 생성하도록 전압 변환 회로(150)를 제어할 수 있다.
이와 같이, 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)의 초기 구동 시(예컨대 저속구동 시) 저주파의 기준 신호를 기초로 SR모터(110)를 구동하되, 기준 신호의 주파수를 점진적으로 증가시킴으로써, SR 모터(110)의 속도를 증가시키고, SR 모터(110)가 중, 고속으로 동작 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)를 구동함으로써, SR 모터(110)의 동작 상태의 피드백을 기초로, 설정된 속도로 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, PWM 신호 생성기(141)는 초기 구동 시, 구동 컨트롤러(140)로부터 또는 외부 신호 생성기로부터 제공되는 저주파의 기준 신호를 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하고, 기준 신호의 주파수는 점진적으로 증가될 수 있다. 기준 신호의 최초 주파수는 10Hz(hertz) 이하일 수 있으며, 실시예에 있어서, 기준 신호의 최초 주파수는 0Hz일 수 있다. 전압 변환 회로(150)는 낮은 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 생성할 수 있으며, 예컨대, 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨은 초기 구동 시, SRM 드라이버(120)가 정상적으로 동작할 수 있는 최소 전압 레벨, 예컨대, SRM 드라이버(120)에 구비되는 스위칭 소자들이 턴-온(또는 턴-오프)시킬 수 있는 최소 전압 레벨이거나 또는 최소 전압 레벨에 근접할 수 있다. 전압 변환 회로(150)는 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨을 증가시킬 수 있다.
SR 모터(110)가 정방향으로 안정적인 속도, 예컨대 기준 속도 이상으로 회전하는 시점부터 PWM 신호 생성기(141)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하고, 전압 변환 회로(150)는 타겟 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 생성할 수 있다.
SR 모터 시스템(10)의 초기 구동 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)의 회전자의 초기 위치에 따라 SR 모터(110)를 구동할 경우, 예컨대 초기 위치에 따라 여자 전압을 인가할 경우 SR 모터(110)는 역방향으로 회전할 수 있으며, SR 모터(110)가 설정된 속도로 가속되도록 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)의 주파수가 증가함으로써, 역방향 회전이 더욱 가속되어 SR 모터가 역방향으로 급발진하는 현상이 발생할 수 있다.
그러나, 전술한 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 SR 모터 시스템(10)은 SR 모터(110)의 초기 구동 시, 저주파의 기준 신호 및 저전압의 구동 전압(Vdc)을 기초로 SR 모터(110)를 구동하고, SR 모터(110)가 정방향으로 기준 속도가 되도록 기준 신호의 주파수 및 저전구동 전압(Vdc)의 전압 레벨을 점진적으로 증가시킬 수 있다. SR 모터 시스템(10)은 SR 모터(110)가 안정적으로 동작하면, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2), 즉 SR 모터(110)의 회전자의 위치 정보를 기초로 SR 모터(110)가 타겟 속도로 회전하도록 구동 할 수 있다. 이에 따라서, SR 모터(110)가 역방향 회전의 위험 없이, 목표하는 방향 및 속도로 안정적으로 동작할 수 있다.
도 3은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SRM 드라이버의 구성을 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, SR 모터(도 1의 10)에 권선된 코일들을 나타내는 등가 회로(10')를 함께 도시한다. 등가 회로(10')는 고정자(11)에 권선된 4상의 코일들(La, Lb, Lc, Ld)을 포함한다.
SRM 드라이버(120)는 커패시터(C1), 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6), 복수의 다이오드들(D1 내지 D6)을 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor) 등으로 구현될 수 있다.
커패시터(C1)는 DC 링크 커패시터로서, 제1 입력 노드(Ip) 및 제2 입력 노드(In)(즉, DC 링크)에 연결되며, 제1 및 제2 입력 노드(Ip, In)를 통해 수신되는 구동 전압(Vdc)(구동 전압)을 안정적으로 제공할 수 있다.
제1 스위칭 소자(Q1) 및 제1 다이오드(D1)는 제1 노드(N1)를 통해 A상 코일(La)의 일 단(A극 방향의 단자) 및 C상 코일(Lc)의 일 단(C극 방향의 단자)에 전기적으로 연결된다. 제2 스위칭 소자(Q2) 및 제2 다이오드(D2)는 제2 노드(N2)를 통해 A상 코일(La)의 타 단(A'극 방향의 단자)에 연결되고, 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제3 다이오드(D3)는 제3 노드(N3)를 통해 C상 코일(Lc)의 타 단(C'극 방향의 단자)에 전기적으로 연결된다. 제4 스위칭 소자(Q4) 및 제4 다이오드(D4)는 제4 노드(N4)를 통해 B상 코일(Lb)의 일 단(B극 방향의 단자) 및 D상 코일(Ld)의 일 단(D극 방향의 단자)에 연결된다. 제5 스위칭 소자(Q5) 및 제5 다이오드(D5)는 제5 노드(N5)를 통해 B상 코일(Lb)의 타 단(B'극 방향의 단자)에 연결되고, 제6 스위칭 소자(Q6) 및 제6 다이오드(D6)는 제6 노드(N6)를 통해 D상 코일(Ld)의 타 단(D' 극 방향의 단자)에 연결된다.
A상 코일(La) 및 C상 코일(Lc)은 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제1 다이오드(D1)를 공유할 수 있으며, B상 코일(Lb) 및 D상 코일(Ld)은 제4 스위칭 소자(Q4) 및 제4 다이오드(D4)를 공유할 수 있다. 이와 같은, 스위칭 소자 공유 방식이 적용됨으로써, SR 모터(110)를 구동하기 위한 스위칭 소자 및 다이오드의 개수가 감소될 수 있으며, SRM 드라이버(120)의 회로 사이즈가 감소될 수 있다.
스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)은 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2) 중 대응하는 스위칭 신호에 응답하여 '턴-온' 또는 '턴-오프'하는 스위칭 동작을 수행함으로써, 코일들(La, Lb, Lc, Ld)에 전압을 인가할 수 있다. A상, B상, C상 및 D상의 코일들(La, Lb, Lc, Ld) 각각은 양단에 연결된 스위칭 소자들이 '턴-온'되면 통전될 수 있다. 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)의 스위칭 동작에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
복수의 다이오드들(D1 내지 D6)은 코일들(La, Lb, Lc, Ld)에 전압을 인가된 후, 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)이 '턴-오프'시에 생성되는 역기전압을 환류시킬 수 있다.
한편, SRM 드라이버(120)는 SR 모터(110)의 상태를 감지하기 위한 센싱부(SU)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 센싱부(SU)는 DC 링크에 흐르는 전류를 검출하기 위한 저항(Rsen)을 더 포함할 수 있다. 저항(Rsen) 양단의 센싱 전압들(Vsen)이 센싱 신호로서, 구동 컨트롤러(도 1의 140)에 제공되면, 구동 컨트롤러(140)는 센싱 전압들(Vsen)및 저항(Rsen)의 저항값을 기초로 DC 링크의 전류를 검출할 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 구동을 위한 여자 순서(excitation order)를 나타내는 도면이다. 예시적으로 회전자(12)가 시계 방향으로 회전하는 실시예가 도시된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 전술한 바와 같이, 고정자(11)의 돌극들은 각 돌극들에 권선된 코일이 통전됨으로써 여자될 수 있으며, 고정자(11)의 돌극들이 반시계 방향으로 차례로 여자되면, 회전자(12)가 시계 방향으로 회전할 수 있다. 예컨대, 제1 단계(step1), 제2 단계(step2), 제3 단계(step3) 및 제4 단계(Step4)가 차례로 진행됨에 따라 고정자(11)의 돌극들이 반시계 방향으로 차례로 여자되고, 이에 따라 회전자(12)의 회전자(12)의 돌극, 예컨대 제1 돌극(P1)이 시계 방향으로 회전함을 알 수 있다.
제1 단계에서, 고정자(11)의 A극과 A'극이 여자되고, 도시된 방향과 같이 자기력선이 발생한다. 자기 흡인력에 의하여 고정자(11)의 A극에 인접한 제1 돌극(P1)이 고정자(11)의 A극에 정렬된다. 제2 단계에서, B극과 B'극이 여자되고, 제1 단계에서 고정자(11)의 B극에 가장 인접했던 회전자(12)의 돌극이 B극에 정렬된다. 이에 따라서, 제1 돌극(P1)은 15도 회전할 수 있다. 이후, 제3 단계에서 C극과 C'극이 여자되고, 제4 단계에서 D극과 D'극이 여자되면, 각 단계에서, 제1 돌극(P1)이 15도씩 회전할 수 있다. 제1 단계 내지 제4 단계가 차례로 진행됨에 따라서 회전자(12)가 시계 방향으로 60도 회전할 수 있으며, 제1 단계 내지 제4 단계의 진행이 6번 수행되면 회전자(12)가 360도, 즉 일 회전할 수 있다. 예컨대, 1초 동안 제1 단계 내지 제4 단계의 진행이 6번 수행되면, 즉 코일들이 6Hz로 통전되면, 1분 동안 회전자(12)는 60회 회전할 수 있다. SR 모터(110)에서, 주파수 6Hz는 6RPM을 의미하게 된다.
한편, 전술한 바와 반대로, 고정자(11)의 돌극들이 시계 방향으로 여자되면, 즉, 제4 단계, 제3 단계, 제2 단계 및 제1 단계가 차례로 진행되면, 회전자(12)가 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 구동을 위한 스위칭 신호들의 파형을 나타내는 도면이다. 도 5는 SR 모터가 목표하는 방향으로 안정적으로 동작할 경우, 스위칭 신호 생성부(도 1의 141)에서 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 생성되는 스위칭 신호들의 파형을 나타낸다.
도 5는, 도 4에 도시된 바와 같이 SR 모터(110)의 회전자(12)가 시계 방향으로 회전하도록 제어하기 위한 SRM 드라이버(도 3의 120)의 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)의 파형을 나타낸다. 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)은 PWM 신호 생성기(도 1의 141)에서 생성될 수 있다. 도 3을 함께 참조하여 설명하기로 한다.
PWM 신호 생성기(도 1의 141)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)의 조합에 기초하여 P1 내지 P4 구간을 구분하고, P1 내지 P4 구간에 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)을 생성할 수 있다. 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)은 제1 레벨, 예컨대 로직 하이 및 제2 레벨, 예컨대 로직 로우를 가질 수 있다. 실시예에 있어서, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)의 제1 레벨의 구간 및 제2 레벨의 구간은 서로 동일할 수 있으며, 한 주기(예컨대, P1 내지 P4 구간)에서, 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)는 90도의 위상 차이를 가질 수 있다.
우선, P1 구간에 S1H 신호 및 S1L1 신호가 생성될 수 있다. 본 개시에서, 신호가 생성된다는 것은 상기 신호가 활성 레벨로 천이된다는 것을 의미한다. 이에 따라서, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)가 '턴-온'되어 A상 코일(La)이 통전될 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q1), A상 코일(La), 및 제2 스위칭 소자(Q2)를 통해 전류가 흐를 수 있다.
한편, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)가 P1 구간 동안 '풀-온'되면, 전류가 과다하게 유입될 뿐만 아니라, 전류의 양을 조절하기가 어려워진다. 반면, P1 구간에, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 '턴-온' 및 '턴-오프'가 반복되면, 즉 반복 스위칭되면, 전류의 양이 조절될 수 있다. 그러나, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)가 모두 반복 스위치할 경우, 스위칭 손실이 발생할 수 있다. 따라서, 제2 스위칭 소자(Q2)가 '풀-온'되고, 제1 스위칭 소자(Q1)가 반복 스위칭함으로써, 전류의 양을 조절할 수 있다. 따라서, P1 구간에, 제2 스위칭 소자(Q2)가 '풀-온'되도록 제어하는 활성 레벨, 예컨대 로직 하이를 갖는 S1L1 신호 및 제1 스위칭 소자(Q1)가 스위칭되도록 제어하는 펄스폭 변조된 S1H 신호가 생성될 수 있다. 이와 유사하게, 다른 구간들, 즉 P2, P3, 및 P4 구간에도 스위칭 소자들이 '턴-온'되도록 제어하는 두 스위칭 신호들 중 하나는 펄스폭 변조된 신호로서 생성될 수 있다.
P2 구간에 S2H 신호 및 S2L1 신호가 생성될 수 있으며, S2H 신호 및 S2L1 신호에 응답하여, 제4 스위칭 소자(Q4) 및 제5 스위칭 소자(Q5)가 '턴-온'되어 D상 코일(Ld)이 통전될 수 있다. P3 구간에 S1H 신호 및 S1L2 신호가 생성될 수 있으며, S1H 신호 및 S1L2 신호에 응답하여, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제3 스위칭 소자(Q3)가 '턴-온'되어 C상 코일(Lc)이 통전될 수 있다. 또한, P4 구간에 S2H 신호 및 S2L2 신호가 생성될 수 있으며, S2H 신호 및 S2L2 신호에 응답하여, 제4 스위칭 소자(Q4) 및 제6 스위칭 소자(Q6)가 '턴-온'되어 B상 코일(Lb)이 통전될 수 있다.
이와 같이, P1 구간 내지 P4 구간에 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)이 생성되고, 스위칭 신호들(S1H, S1L1, S1L2, S2H, S2L1, S2L2)이 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)에 인가됨으로써, 고정자(11)의 돌극들에 권선된 4상 코일들(La, Lb, Lc, Ld)이 반시계 방향으로 통전되고, 회전자(12)가 시계 방향으로 회전할 수 있다. 4상 코일들(La, Lb, Lc, Ld) 각각에 흐르는 전류는 상전류 또는 여자 전류로 지칭될 수 있다.
한편, SR 모터 초기 구동 시, 스위칭 신호 생성부(도 1의 141)는 적어도 하나의 기준 신호를 기초로 스위칭 신호들을 생성할 수 있으며, 도 5에서, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)은 적어도 하나의 기준 신호로 대체될 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 초기 구동 방법을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 구동 컨트롤러(140)에 구비되는 PWM 신호 생성기(141), 속도 검출부(142), 기준 신호 생성기(143), 및 기동 제어부(144)가 SRM 모터(110)의 초기 구동을 위하여 동작할 수 있다.
초기 구동 시, PWM 신호 생성기(141)는 기준 신호 생성기(143)로부터 출력되는 적어도 하나의 기준 신호(S_REF)를 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있다. 도 6에서는 하나의 기준 신호(S_REF)가 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기준 신호(S_REF)는 초기 구동 시, 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 대체하는 가상 센싱 신호일 수 있으며, 기준 신호 생성기(143)는 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)와 같은 위상 변화 관계를 가지는 두 개의 기준 신호(S_REF)를 생성할 수 있다. 예컨대 두 개의 기준 신호(S_REF)는 약 90도(degree)의 위상 차이를 갖는 저주파 신호들일 수 있다.
SRM 드라이버(120)는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, PWM 신호 생성기(141)로부터 제공되는 스위칭 신호들(SSWs) 및 전압 변환 회로(150)로부터 제공되는 구동 전압(Vdc)을 기초로 SR 모터(110)를 구동할 수 있다. SR 모터(110)가 구동되기 시작할 때, 즉 최초 구동 시, 구동 전압(Vdc)의 전압 레벨은 타겟 전압 레벨보다 낮고, 기준 신호(S_REF)는 0Hz 에 가까운 매우 낮은 주파수를 가질 수 있다.
초기 구동부(144)는 기준 신호(S_REF)의 주파수가 점진적으로 증가되도록 기준 신호 생성기(143)를 제어하고, 또한, 구동 전압(Vdc)이 점진적으로 증가되도록 전압 변환 회로(150)를 제어할 수 있다. 이에 따라서, SR 모터(110)가 설정된 방향으로 회전하고, 회전 속도가 증가될 수 있다.
한편, 속도 검출부(142)는 SR 모터(110)의 회전 방향 및 속도를 검출할 수있다. 속도 검출부(142)는 위치 센서부(130)의 제1 홀센서(131) 및 제2 홀센서(132)로부터 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 수신하고, 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 기초로 SR 모터(110)의 속도를 검출(추정)할 수 있다. 속도 검출부(142)는 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)의 주파수 분석을 통하여 SR 모터(110)의 속도(ωm)(회전 속도)를 검출할 수 있다. 속도 검출부(142)는 도 7의 속도 검출 방법에 따라서, 속도(ωm)를 검출할 수 있다. 또한, 속도 검출부(142)는 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)의 위상 변화를 기초로 SR 모터(110)의 회전 방향을 검출할 수 있다. 속도 검출부(142)는 검출된 속도(ωm) 및 회전 방향(DS)을 초기 구동부(144)에 제공할 수 있다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터의 속도 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 위치 센싱 신호(PSS)(예컨대 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 또는 제2 위치 센싱 신호(PSS2))는 제1 레벨, 예컨대 로직 하이 및 제2 레벨, 예컨대 로직 로우를 가질 수 있다. 위치 센싱 신호(PSS)의 폭(예컨대 제1 레벨의 구간)은 센서 마그넷과 홀센서들(131, 132)의 배치에 따라서 달라질 수 있다. 이상적인 위치 센싱 신호(PSS)에서, 제1레벨의 구간과 제2 레벨의 구간이 동일할 수 있다.
속도 검출부(142)는 위치 센싱 신호(PSS)를 샘플링(또는 캡쳐)함으로써, 위치 센싱 신호(PSS)의 주파수를 인식할 수 있다. 위치 센싱 신호(PSS)의 주파수는 SR 모터(110)의 회전 속도, 즉 속도(ωm)와 정비례할 수 있다. SR 모터(110)의 회전자(12)는 6개의 돌극들을 포함하므로, 회전자(12)가 1회전 할 때, 6개의 주기가 발생한다. 속도 검출부(142)는 1초에 수 MHz로 위치 센싱 신호(PSS)를 샘플링하여, 위치 센싱 신호(PSS)의 라이징 엣지(RE1)들 및 폴링 엣지(FE)들을 검출하고, 라이징 엣지(RE)와 폴링 엣지(FE) 간의 시간을 측정함으로써, 한 주기(1P)를 판단할 수 있다. 예컨대, 한 주기(1P)는 로직 하이 시간(T_H) 및 로직 로우 시간(T_L)의 합일 수 있다. 한 주기(1P)에 기초하여 위치 센싱 신호(PSS)의 주파수, 즉 SR 모터(110)의 주파수가 검출되며, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이, 주파수는 속도로 환산될 수 있다. 예컨대, 위치 센싱 신호(PSS)의 주파수가 100Hz일 경우, SR 모터(110)의 속도(ωm)는 1000rpm일 수 있다. 이와 같이, 속도 검출부(142)는 위치 센싱 신호(PSS)를 기초로, SR 모터(110)의 속도(ωm)를 검출할 수 있다.
계속하여 도 6을 참조하면, 구동 컨트롤러(140), 예컨대 초기 구동구(144)는 속도 검출부(142)로부터 제공되는 SR 모터(110)의 속도(ωm) 및 방향(DS)을 기초로 SR 모터(110)의 상태를 모니터링할 수 있으며, SR 모터(110)가 정상적으로 동작한다고 판단되면, 이후 PWM 신호 생성기(141)가 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하도록 제어할 수 있다. 예컨대 초기 구동부(144)는 SR 모터(110)가 정방향으로 소정의 기준 속도 이상으로 회전한다고 판단되면, PWM 신호 생성기(141)에 인가되는 입력을 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)로 전환할 수 있다.
도 8은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 구동 방법을 설명하는 도면이다. 도 8은 SR 모터의 중, 고속 구동 방법을 설명한다.
도 8을 참조하면, 구동 컨트롤러(140)에 구비되는 PWM 신호 생성기(141), 속도 검출부(142), 제1 감산기(145), 속도 컨트롤러(146), 증폭기(147), 제2 감산기(148), 및 전류 컨트롤러(149)가 중, 고속 구동을 위하여 동작할 수 있다.
속도 검출부(142)는 위치 센서부(130)의 제1 홀센서(131) 및 제2 홀센서(132)로부터 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 수신하고, 제1 위치 센싱 신호(PSS1) 및 제2 위치 센싱 신호(PSS2)를 기초로 SR 모터(110)의 속도속도(ωm)를 검출(추정)할 수 있다.
제1 감산기(145)는 속도 지령(ωm*) 과 속도 검출부(142)에서 검출된 속도(ωm)의 차이(Δωm), 즉 속도 차이를 출력할 수 있다. 속도 컨트롤러(146)는 속도 차이(Δωm)를 감소시키기 위한 토크 지령(τm*)을 생성할 수 있다. 토크 지령(τm*)은 증폭기(147)에 의해 (1/τc)(τc는 토크 상수)만큼 증폭되어 DC 링크의 전류 지령(Idc*)으로서 출력될 수 있다. SRM 드라이버(120)에서 DC 링크의 전류(Idc)가 검출될 수 있다. 예컨대, 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 구동 컨트롤러(140)는 SRM 드라이버(120)로부터 제공되는 센싱 신호들(예컨대 센싱 전압들)을 기초로 DC 링크의 전류(Idc)를 검출할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, SRM 드라이버(120)에서 DC 링크의 전류(Idc)가 검출되고, DC 링크의 전류(Idc)가 구동 컨트롤러(140)에 제공될 수 있다. 제2 감산기(148)는 DC 링크의 전류 지령(Idc*)과 검출된 DC 링크의 전류(Idc)의 차이(ΔIdc), 즉 전류 차이를 출력할 수 있다. 전류 컨트롤러(149)는 전류 차이(ΔIdc)를 감소시키기 위한 듀티비 제어 신호(CTRL_dt)를 생성할 수 있다.
PWM 신호 생성기(141)는 PWM 신호들을 생성하고, PWM 신호들을 스위칭 신호들(SSWs)로서 SRM 드라이버(120)에 제공할 수 있다. PWM 신호 생성기(141)는 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로, PWM 신호들, 즉 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있다. 또한, PWM 신호 생성기(141)는, 듀티비 제어 신호(CTRL_dt)에 응답하여 PWM 신호들의 듀티비를 조절할 수 있다. PWM 신호의 듀티비가 조절됨으로써, 전류 차이(ΔIdc)가 감소될 수 있다. 예컨대, 속도 지령(ωm*) 과 검출된 속도(ωm) 간의 속도 차이(Δωm)가 증가되면, 토크 지령(τm*) 및 DC 링크의 전류 지령(Idc*)이 증가되고, 검출된 DC 링크의 전류(Idc)가 DC 링크의 전류 지령(Idc*) 보다 적다면, DC 링크의 전류(Idc)가 증가되도록 PWM 신호의 듀티비가 증가될 수 있다.
이와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 구동 컨트롤러(140)는 중, 고속 동작 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)를 기초로 SR 모터(110)의 속도(ωm)를 검출하고, 검출된 속도(ωm)및 검출된 DC 링크의 전류(Idc)를 기초로, SR 모터(110)가 원하는 속도, 즉 속도 지령(ωm*)에 따라 회전하도록 스위칭 신호들(SSWs)의 듀티비를 제어할 수 있다.
도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 SR 모터 시스템의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 9를 참조하면, SR 모터(110) 구동 요청 신호가 수신되면, PWM 신호 생성기(141)는 저주파의 기준 신호(S_REF)를 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성하고(S10), SRM 드라이버(120)는 스위칭 신호들(SSWs)의 턴-온/턴-오프에 기초하여 낮은 전압 레벨의 구동 전압(Vdc)을 SR 모터(110)에 인가할 수 있다(S20). 이에 따라서, SR 모터(110)가 정방향, 즉 설정된 방향으로 회전하도록 회전력이 발생할 수 있다.
구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 모니터링 할 수 있으며(S40), 구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)가 정방향, 즉 설정된 방향으로 회전하는지 여부를 판단할 수 있다(S40). SR 모터(110)가 정방향으로 회전하지 않는 경우, 구동 컨트롤러(140)는 다시 S10 내지 S30 단계를 진행함으로써, SR 모터(110)가 정방향으로 회전하도록 제어할 수 있다. 실시예에 있어서, SR 모터(110)가 역방향으로 회전하는 것으로 판단될 경우, 구동 컨트롤러(140)는 SR 모터(110)가 정지 또는 긴급 정지하도록 제어한 후, S10 내지 S40 단계를 진행할 수 있다.
SR 모터(110)가 정방향으로 회전한다고 판단되면, 구동 컨트롤러(140)는 SR모터(110)가 기준 속도 이상으로 회전하는지 여부를 판단할 수 있다(S50). SR 모터(110)가 기준 속도 이상으로 회전하지 않는 경우, 즉 저속으로 동작할 경우, SRM 드라이버(120)는 기준 신호(S_REF)의 주파수 및 구동 전압의 전압 레벨을 점진적으로 증가시키고(S60), S20 단계 내지 S50 단계를 수행할 수 있다. 이에 따라서, SR 모터(110)의 속도가 점진적으로 증가될 수 있다.
SR 모터(110)가 기준 속도 이상으로 회전할 경우, 다시 말해서, SR 모터(110)가 정상 동작한다고 판단되면, 구동 컨트롤러(140)는 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있다(S60). 예컨대, PWM 신호 생성기(141)가 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 스위칭 신호들(SSWs)을 생성할 수 있다. SRM 드라이버(120)는 스위칭 신호들(SSWs)의 온/오프에 기초하여 구동 전압을 SR 모터(110)에 인가할 수 있다(S70). 이때, 구동 전압의 레벨 또한 설정된 타겟 전압 레벨을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 SR 모터 시스템은 SR 모터(110)의 초기 구동 시, 구동 컨트롤러(140)는 미리 설정된 낮은 주파수를 갖는 기준 신호(S_REF)를 기초로 SR 모터(110)를 구동하되, 기준 신호(S_REF)의 주파수 및 구동 전압의 레벨을 점진적으로 증가시키고, SR 모터(110)가 원하는 방향으로 기준 속도 이상으로 회전한다고 판단되면, 예컨대, 중, 고속 구동 시, 위치 센싱 신호들(PSS1, PSS2)을 기초로 SR 모터(110)를 구동할 수 있다.
종래의 구동 방법에 따르면, 기동 단계에서, 고정자(도 2a의 11)의 임의의 코일에 전압이 인가되어 회전자(12)가 초기 위치에 정렬된 후, 위치 센싱 신호들을 기초로 SR 모터(110)가 구동된다. 그러나, 초기에 회전자(12)의 위치가 일정하지 않으므로, 초기 구동시부터 위치 센싱 신호들을 기초로 SR 모터(110)를 구동할 경우, 회전자(12)가 원하는 방향의 반대방향, 즉 역방향으로 회전할 가능성이 있다.
그러나, 본 개시의 실시예에 따른 구동 방법에 따르면, 초기 구동 시에는 위치 센싱 신호들이 아닌 낮은 주파수의 기준 신호(S_REF)를 기초로 SR 모터(110)가 구동되고, SR 모터(110)가 안정적으로 회전하는 단계에 진입한 후, 위치 센싱 신호들을 기초로 SR 모터(110)가 설정된 속도로 구동될 수 있다. 이에 따라서, SR 모터(110)의 역방향 회전이 방지되고 SR 모터(110)가 안정적으로 구동될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10: SR 모터 시스템 110: SR 모터
120: SR모터 드라이버 130: 위치 센서부
140: 구동 컨트롤러 150: 전압 변환 회

Claims (7)

  1. 스위치드 릴럭턴스 모터(SR 모터)를 구동하는 구동 회로에 있어서,
    상기 SR 모터의 회전자 주변에 배치되는 적어도 두 개의 위치 감지 센서를 구비하고, 상기 적어도 두 개의 위치 감지 센서에 의하여 감지되는 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 출력하는 위치 센서부;
    수신되는 입력 전압을 구동 전압으로 변환하는 전압 변환 회로;
    상기 SR 모터의 복수의 권선 코일들에 연결되고, 복수의 스위칭 신호들을 기초로 상기 구동 전압을 상기 복수의 권선 코일들에 인가하는 SR 모터 드라이버; 및
    상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 SR 모터의 회전 속도 및 회전 방향을 검출하여 상기 SR 모터가 설정된 회전 방향 및 타켓 속도에 도달하도록 상기 복수의 스위칭 신호들을 조정하는 구동 컨트롤러를 포함하고,
    상기 구동 컨트롤러는,
    초기 구동 시 저주파수의 기준 신호를 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하고, 상기 회전 방향이 설정된 회전 방향과 일치하고, 상기 회전 속도가 기준 속도에 도달하면 상기 적어도 두 개의 위치 센싱 신호들을 기초로 상기 복수의 스위칭 신호들을 생성하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 구동 컨트롤러는,
    상기 초기 구동 시, 상기 기준 신호의 주파수를 증가시킴으로써 상기 SR 모터의 상기 회전 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전압 변환 회로는,
    상기 초기 구동 시, 타겟 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨의 상기 구동 전압을 생성하고, 상기 구동 전압의 전압 레벨을 증가시키는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 속도는 상기 SR 모터의 상기 타겟 속도보다 낮은 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 신호의 최초 주파수는 10Hz(hertz) 이하인 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 구동 컨트롤러는,
    상기 회전 방향이 상기 설정된 회전 방향과 일치하지 않으면, 상기 SR 모터를 제동하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  7. 제1 항의 구동 회로, 및 상기 SR 모터를 포함하는 조리 기기.
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