JP5524377B2 - 2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置及びその制御方法に関する。
スイッチドリラクタンスモータ(Switched Reluctance Motor;以下、SRM)は、スイッチング制御装置が結合された形態のモータであって、固定子と回転子が両方とも突極型構造を有している。
特に、固定子部分にのみ巻線が巻回されており、回転子部分には、どのような形態の巻線や永久磁石も存在しないため、構造が簡単である。
このような構造上の特徴により、製作生産の面において相当な利点を有しており、直流モータのように起動特性に優れ、トルク(torque)が大きい反面、メンテナンスの必要性が少なく、単位体積当たりのトルク、効率及びコンバータの定格など多くの部分において優れた特性を有しており、使用分野が増加しつつある。
このようなスイッチドリラクタンスモータは、単相、2相、3相などの様々な形態を有しており、特に、2相SRMは、3相SRMに比べて駆動回路が簡単であり、ファン、ブロワ及びコンプレッサなどの応用分野において大きく注目されている。
また、このような2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置は、固定子巻線の電流を単一方向に制御するために提案された様々な方式を使用しており、前記提案された方式で、従来の交流電動機を駆動するための非対称ブリッジコンバータを用いたスイッチング装置が挙げられる(特許文献1参照)。
前記非対称ブリッジコンバータは、1相当り二つのスイッチとダイオードを有し、3段階の動作モードを有する。
ここで、動作モード1は、二つのスイッチの両方をターンオンし、DC電源電圧を巻線に印加して電流を上昇させるモードであり、動作モード2は、巻線に電流が流れている場合、一つのスイッチをターンオフし、電流を循環させて電流を徐々に減少させるモードであり、動作モード3は、二つのスイッチを同時にターンオフし、迅速に電流を減少させるモードである。
このように動作する非対称ブリッジコンバータは、SRM駆動用コンバータのうち、制御の多様性において最も優れており、各相の電流制御が独立しているため、二つの相の電流を重畳することができる。また、高電圧、大容量に適しており、スイッチの定格電圧が相対的に低い。
しかし、このようなスイッチング装置は、100,000RPM以上の高速回転領域で駆動すると、スイッチング装置を構成するインバーターまたはコンバータ回路のスイッチング損失が増加し、効率が減少するという問題が生じる。
本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであり、零電圧ターンオンスイッチング法が適用された2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
前記のような目的を果たすための本発明の装置は、商用電源を整流する整流部と、二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードとを含み、各相巻線に対して動作モード1〜3で動作し、前記整流部から提供される商用電源を2相SRMに提供して前記2相SRMを駆動する零電圧スイッチングコンバータと、を含む。
また、本発明の装置は、前記2相SRMの位置及び速度を検知し、前記零電圧スイッチングコンバータを制御することで前記2相SRMを駆動させるマイクロプロセッサをさらに含む。
また、本発明の装置の前記一対の上部スイッチ及び下部スイッチは、相巻線のうち何れか一つの上部に直列連結されている第1上部スイッチと、相巻線のうち何れか一つの下部に直列連結されている第1下部スイッチと、相巻線のうち他の一つの上部に直列連結されている第2上部スイッチと、相巻線のうち他の一つの下部に直列連結されている第2下部スイッチと、を含み、前記一対のダイオードは、相巻線のうち何れか一つと第1下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち他の一つと第2上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第1ダイオードと、相巻線のうち他の一つと第2下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち何れか一つと第1上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第2ダイオードと、を含む。
また、本発明の装置の前記零電圧スイッチングコンバータは、エンコーダ波形を基準として第1下部スイッチ及び第2上部スイッチを調節することで進み角を制御する。
また、本発明の装置の前記零電圧スイッチングコンバータは、第1上部スイッチ及び第2下部スイッチを調節することで導通角を制御する。
また、本発明の装置は、前記第1上部スイッチ及び第1下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード1で動作し、前記第2上部スイッチ及び第2下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち他の一つに対して動作モード1で動作する。
また、本発明の装置は、前記第1上部スイッチがターンオフされ、第1下部スイッチがターンオンされ、その後に第2下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード2で動作し、前記第2上部スイッチがターンオフされ、第2下部スイッチがターンオンされ、その後に第1下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード2で動作する。
また、本発明の装置の前記第2下部スイッチがターンオンされた状態で第2上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード3で動作し、前記第1下部スイッチがターンオンされた状態で第1上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード3で動作する。
また、本発明の装置の前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対して動作モード1から動作モード2、また動作モード3に順に変化するように制御し、相巻線のうち他の一つに対して動作モード1から動作モード2、また動作モード3に順に変化するように制御する。
また、本発明の装置の前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード3から相巻線のうち他の一つに対する動作モード1に変化するように制御する際、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード3と、相巻線のうち他の一つに対する動作モード1とを一定時間重畳する。
一方、本発明の方法は、(A)マイクロプロセッサが2相SRMの二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードと、を含み、各相巻線に対して動作モード1〜3で動作する零電圧スイッチングコンバータを制御して相巻線のうち何れか一つを励磁した後、残留電流を除去する段階と、(B)マイクロプロセッサが前記零電圧スイッチングコンバータを制御して相巻線のうち他の一つを励磁した後、残留電流を除去する段階と、を含む。
また、本発明の方法の前記一対の上部スイッチ及び下部スイッチは、相巻線のうち何れか一つの上部に直列連結されている第1上部スイッチと、相巻線のうち何れか一つの下部に直列連結されている第1下部スイッチと、相巻線のうち他の一つの上部に直列連結されている第2上部スイッチと、相巻線のうち他の一つの下部に直列連結されている第2下部スイッチと、を含み、前記一対のダイオードは、相巻線のうち何れか一つと第1下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち他の一つと第2上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第1ダイオードと、相巻線のうち他の一つと第2下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち何れか一つと第1上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第2ダイオードと、を含む。
また、本発明の方法の前記(A)段階の零電圧スイッチングコンバータの制御は、相巻線のうち何れか一つに対して動作モード1から動作モード2、また動作モード3に順に変化するように制御し、前記(B)段階の零電圧スイッチングコンバータの制御は、相巻線のうち他の一つに対して動作モード1から動作モード2、また動作モード3に順に変化するように制御する。
また、本発明の方法の前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード3から相巻線のうち他の一つに対する動作モード1に変化するように制御する際、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード3と、相巻線のうち他の一つに対する動作モード1とを一定時間重畳する。
また、本発明の方法の前記(A)段階の前記動作モード1は、前記第1上部スイッチ及び第1下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード1で動作し、前記(B)段階の前記動作モード1は、前記第2上部スイッチ及び第2下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち他の一つに対して動作モード1で動作する。
また、本発明の方法の前記(A)段階の前記動作モード2は、前記第1上部スイッチがターンオフされ、第1下部スイッチがターンオンされ、その後に第2下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード2で動作し、前記(B)段階の前記動作モード2は、前記第2上部スイッチがターンオフされ、第2下部スイッチがターンオンされ、その後に第1下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード2で動作する。
また、本発明の方法の前記(A)段階の前記動作モード3は、前記第2下部スイッチがターンオンされた状態で第2上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード3で動作し、前記(B)段階の前記動作モード3は、前記第1下部スイッチがターンオンされた状態で第1上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード3で動作する。
前記のような本発明によると、零電圧スイッチングターンオン(Zero−Voltage Switching Turn−ON)が可能になり、高速回転を要するモータにおいてスイッチング損失を減らすことができる。
また、本発明によると、従来のSRM用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、コストを低減することができる。
また、本発明によると、従来のSRM用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、サイズを小型化することができる。
また、本発明によると、従来のSRM用スイッチング装置に比べて、入力電流のリップルが小さく、インダクタとキャパシタで構成するEMIフィルタのサイズを減らすことができる。
本発明の目的、特定の利点及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ相違する図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第1」、「第2」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施例による2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置の構成図である。
図1を参照すると、本発明の第1実施例による2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置は、商用電源10を整流して直流電源を供給する整流部20と、前記整流部20に連結されたキャパシタ30と、前記キャパシタ30に連結された零電圧スイッチングコンバータ40と、2相SRM50の位置及び速度を検知して零電圧スイッチングコンバータ40を制御するマイクロプロセッサ60と、で構成される。
前記整流部20は、入力される商用電源10を整流して直流電源をキャパシタ30に供給する。また、キャパシタ30は、整流された直流電圧の力率を改善し、ノイズを吸収して零電圧スイッチングコンバータ40に供給する。
前記零電圧スイッチングコンバータ40は、2相SRM50の二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードと、を含み、マイクロプロセッサ60の制御によって動作モード1〜3で動作し、前記2相SRM50を駆動させる。
一方、マイクロプロセッサ60は、2相SRM50の位置及び速度を検知して零電圧スイッチングコンバータ40の一対の上部スイッチ及び下部スイッチを制御し、スイッチが動作モード1〜3で動作するようにして2相SRM50を駆動させる。
ここで、動作モード1は、2相SRM50の該相巻線に陽の直流電圧を印加して巻線に対する電流を上昇させ、動作モード2は、巻線に電流が流れている時に巻線を循環させて電流を徐々に減少させ、動作モード3は、該相巻線に陰の直流電圧を印加して電流を迅速に減少させる。
このように構成される2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置は、次のように動作する。
先ず、前記マイクロプロセッサ60は、零電圧スイッチングコンバータ40を動作モード1〜3で動作するように制御し、2相SRM50の二つの相巻線のうち何れか一つを励磁した後、励磁状態を終了させる。
また、次いで、前記マイクロプロセッサ60は、零電圧スイッチングコンバータ40を動作モード1〜3で動作するように制御し、2相SRM50の二つの相巻線のうち他の一つを励磁した後、励磁状態を終了させる。
その後、前記マイクロプロセッサ60は、このような動作を繰り返して行い、2相SRM50を駆動させる。
この際、前記マイクロプロセッサ60は、零電圧スイッチングコンバータ40を動作モード1〜3で動作するように制御するために様々な方式を用いることができる。
図2は、図1の零電圧スイッチングコンバータの詳細構成図である。
図2を参照すると、図1の零電圧スイッチングコンバータは、A相巻線の上部に直列連結されている第1上部スイッチS1と、A相巻線の下部に直列連結されている第1下部スイッチS2と、B相巻線の上部に直列連結されている第2上部スイッチS3と、B相巻線の下部に直列連結されている第2下部スイッチS4と、からなる。
また、前記零電圧スイッチングコンバータ40は、A相巻線と第1下部スイッチS2との接点に陽極が連結されており、B相巻線と第2上部スイッチS3との接点に陰極が連結されている第1ダイオードD1と、B相巻線と第2下部スイッチS4との接点に陽極が連結されており、A相巻線と第1上部スイッチS1との接点に陰極が連結されている第2ダイオードD2と、を含んでいる。
このような零電圧スイッチングコンバータ40において、第1上部スイッチS1と第2下部スイッチS4は、図3に図示されたように、互いに180度の位相差を有し、半周期ごとにターンオン(on)されている。
また、第1下部スイッチS2と第2上部スイッチS3もまた、図3に図示されたように、180度の位相差を有し、半周期ごとにターンオン(on)されている。
このような零電圧スイッチングコンバータ40は、図3に図示されたように、エンコーダ波形を基準として、第1下部スイッチS2と第2上部スイッチS3を調節することで進み角を制御し、第1上部スイッチS1と第2下部スイッチS4を調節することで、導通角を制御することができる。
以下、このような零電圧スイッチングコンバータ40の動作について詳細に説明すると次の通りである。
先ず、第1上部スイッチS1と第1下部スイッチS2がターンオン(Turn−On)される。そうすると、図4Aに図示されたように、第1上部スイッチS1と、A相巻線と、第1下部スイッチS2と、からなる電流ループが形成される(A相の動作モード1)。
このように、第1上部スイッチS1と第1下部スイッチS2がターンオンされた後に一定時間が経つと、正常動作区間T1〜T2に入り、図5に図示されたように、第1上部スイッチS1に印加電圧による電流Isaが流れるが、第1上部スイッチS1に流れる電流Isaは、時間が経つにつれて徐々に減少する。この際、第1上部スイッチS1の電圧Vsaは、ターンオンによって零電圧になる。
また、このように第1上部スイッチS1と第1下部スイッチS2がターンオンされた後に一定時間が経つと、正常動作区間に入り、図5に図示されたように、第1下部スイッチS2に直流電圧の印加による電流Isbが流れるが、第1下部スイッチS2に流れる電流Isbは、時間が経つにつれて徐々に減少する。この際、第1下部スイッチS2の電圧Vsbは、ターンオン状態によって零電圧になる。
無論、正常動作区間T1〜T2において第1上部スイッチS1と第1下部スイッチS2に流れる電流は、同一である。
一方、その後(図5の時間T2〜T3区間)、第1上部スイッチS1は、ターンオフされ、第1下部スイッチS2は、ターンオン状態を維持する。そうすると、図4Bに図示されたように、A相巻線、第1下部スイッチS2、第2下部スイッチS4及び第2ダイオードD2からなる電流ループが形成される(A相の動作モード2)。
この際、第1上部スイッチS1がターンオフされることによって、第1上部スイッチS1には電流が流れず、両端の電圧Vsaは、印加される直流電圧に近接した電圧が形成される。
また、第1下部スイッチS2は、オン状態を維持しているため、徐々に電流が減少し、電圧もまたターンオン状態による零電圧になり、変動がない。
但し、この際、第1上部スイッチS1がターンオフされ、第1上部スイッチの両端に印加電圧が印加されると、第2下部スイッチS4の内部ダイオードと第2ダイオードD2を介してA相巻線に流れた電流が循環する。
これにより、第2下部スイッチS4の内部ダイオードには、第1下部スイッチS2の両端の電圧が、図5に図示されたように、零電圧を維持している状態でA相巻線の循環する電流Isdが流れる。
勿論、図4Bに図示されたように、A相巻線、第1下部スイッチS2、第2下部スイッチS4及び第2ダイオードD2からなる電流ループに流れる電流は、徐々に減少する。
この際、第2ダイオードD2に流れる電流Idbは、図5に図示されたように、第1下部スイッチS2に流れる電流と同一である。
次に、このような状態で、第1下部スイッチS2は、ターンオン状態を維持し続け、第2下部スイッチS4をターンオンさせる(図5の時間区間T3〜T4)。
そうすると、第1下部スイッチS2は、オン状態を維持しているため、徐々に電流が減少し、電圧もまたターンオン状態による零電圧になり、変動がない。
また、この際、第2下部スイッチS4がターンオンされることによって、図4Cに図示されたように、A相巻線に流れた電流が第2下部スイッチS4の内部ダイオードではなく、第2下部スイッチS4を介して直接流れるようになり、以前の状態と同様に、第2ダイオードD2を介してA相巻線に流れた電流が依然として循環する(A相の動作モード2状態を維持)。
これにより、第2下部スイッチS4には、第2下部スイッチS4の両端の電圧Vsdが、図5に図示されたように、零電圧を維持している状態で、A相巻線の循環する電流が流れる。
勿論、この際、A相巻線、第1下部スイッチS2、第2下部スイッチS4及び第2ダイオードD2からなる電流ループに流れる電流が徐々に減少される。
さらに、この際、第2下部スイッチS4は、零電圧以下の状態でスイッチがターンオンされ、スイッチング損失を最小化することができる。
また、このように第2下部スイッチS4が零電圧以下の状態でターンオンされると、以下の式1により、電流勾配が速度起電力によって徐々に減少する。
一方、その後に第2下部スイッチS4を維持した状態で、第1下部スイッチS2がターンオフされる(図5の時間区間T4〜T5参照)。
そうすると、第1下部スイッチS2のターンオフによって、図4Dに図示されたように、第1上部スイッチS3の内部ダイオード、第1ダイオードD1、A相巻線、第2ダイオード及び第2下部スイッチからなる電流ループが形成される。
また、第1下部スイッチS2がターンオフされることによって、第1下部スイッチS2には、図5に図示されたように、電流が流れず、電圧は、ターンオフによって入力電圧に近づく。
この際、前記第2下部スイッチS4には、依然としてA相巻線の循環電流が流れ、前記第2上部スイッチS3の内部ダイオードには、図5に図示されたように、A相巻線の循環電流Iscが流れる。
勿論、第2上部スイッチの両端の電圧Vscは、内部ダイオードを介する循環電流の流れによって零電圧状態に変化する。
この際、第1ダイオードD1を介して流れる電流Idaは、図5に図示されたように、第2ダイオードD2を介して流れる電流と同一である。
次に、その後(図5の時間区間T5〜T6参照)、第2下部スイッチS4のターンオンを維持した状態で、第2上部スイッチS3をターンオンさせる。
そうすると、第2上部スイッチS3、B相巻線、及び第2下部スイッチS4からなる電流ループと、第1上部スイッチS3、第1ダイオードD1、A相巻線、第2ダイオード及び第2下部スイッチからなる電流ループとが、図4Eに図示されたように重畳する。
そうすると、B相巻線に流れる電流とA相巻線に流れる電流の差ほど、第2上部スイッチS3と第2下部スイッチS4に電流が流れる(A相の動作モード3とB相の動作モード1との重畳)。
この際、勿論、第2上部スイッチS3の両端の電圧は、内部ダイオードを介する循環電流の流れによって零電圧状態に変化していたため、これによって、第1上部スイッチは、零電圧状態でターンオンされ、スイッチング損失を最小化する。
その後(図5の時間区間T6〜T7)、第2上部スイッチS3と第2下部スイッチS4がターンオン状態を維持し続けると、A相巻線に流れる電流を徐々に減少し、これによって、第2上部スイッチS3と第2下部スイッチS4に流れる電流ループのみが残る(B相の動作モード1)。
その後、また第2下部スイッチS4のターンオンを維持した状態で、第2上部スイッチS3をターンオフし(B相の動作モード2)、また一定時間後、第2下部スイッチS4をターンオンした状態で、第1下部スイッチS2をターンオンし(B相の動作モード3)、第2下部スイッチS4のターンオンを維持した状態で、第1上部スイッチS1をターンオンして(B相の動作モード3とA相の動作モード1との重畳)維持する(A相の動作モード1)過程を繰り返してモータを駆動させる。
前記のような本発明によると、零電圧スイッチングが可能であり、高速回転を要するモータにおいてスイッチング損失を減らすことができる。
また、本発明によると、従来のSRM用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、コストを低減することができ、サイズを小型化することができる。
また、本発明によると、従来のSRM用スイッチング装置に比べて、トルクリップルを減らすことができる。
図6は、本発明の第1実施例によるスイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法のフローチャートである。
図6を参照すると、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチコンバータを制御し、2相SRMのA相巻線を動作モード1で駆動させる(S100)。
これについてより具体的に説明すると、第1上部スイッチS1と第1下部スイッチS2がターンオン(Turn−On)され、図4Aに図示されたように、第1上部スイッチS1と、A相巻線と、第1下部スイッチS2と、からなる電流ループが形成される。
次に、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチングコンバータを制御し、A相巻線に対して動作モード2で動作してモータを駆動させる(S200)。
これについて、より詳細に説明すると、図7に図示されたように、第1上部スイッチS1をターンオフさせ、第1下部スイッチS2をターンオン状態に維持する(S210)。そうすると、A相巻線、第1下部スイッチS2、第2下部スイッチS4及び第2ダイオードD2からなる電流ループが形成される。
このように第1上部スイッチS1がターンオフされ、第1上部スイッチの両端に印加電圧が印加されると、第2下部スイッチS4の内部ダイオードと第2ダイオードD2を介してA相巻線に流れた電流が循環される。
これにより、第2下部スイッチS4の内部ダイオードには、第1下部スイッチS2の両端の電圧が零電圧を維持している状態で、A相巻線の循環する電流が流れる。
その後、このような状態で、第1下部スイッチS2は、ターンオン状態を維持し続け、第2下部スイッチS4をターンオンさせる(S220)。
そうすると、第1下部スイッチS2は、ターンオン状態を維持しているため、徐々に電流が減少し、電圧もまたターンオン状態による零電圧になり、変動がない。
また、この際、第2下部スイッチS4がターンオンされることによって、A相巻線に流れた電流が第2下部スイッチS4の内部ダイオードではなく、第2下部スイッチS4を介して直接流れるようになり、以前の状態と同様に、第2ダイオードD2を介してA相巻線に流れた電流が依然として循環する。
これにより、第2下部スイッチS4には、第1下部スイッチS2の両端の電圧が零電圧を維持している状態で、A相巻線の循環する電流が流れる。
勿論、A相巻線、第1下部スイッチS2、第2下部スイッチS4及び第2ダイオードD2からなる電流ループに流れる電流が徐々に減少する。
さらに、この際、第2下部スイッチS4は、零電圧スイッチのターンオンを果たし、電流勾配が、速度起電力によって徐々に減少する。
その後、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチングコンバータを制御し、A相巻線に対して動作モード3で動作する(S300)。
これについて、より具体的に説明すると、第2下部スイッチS4を維持した状態で、第1下部スイッチS2をターンオフさせる。
そうすると、第1下部スイッチS2のターンオフによって、第2上部スイッチS3の内部ダイオード、第1ダイオードD1、A相巻線、第2ダイオードD2及び第2下部スイッチS4からなる電流ループが形成される。
また、第1下部スイッチS2がターンオフされることにより、第1下部スイッチS2には電流が流れず、電圧は、ターンオフによって入力電圧に近づく。
この際、前記第2下部スイッチS4には、依然としてA相巻線の循環電流が流れ、前記第1上部スイッチS1の内部ダイオードには、A相巻線の循環電流が流れる。
勿論、第1上部スイッチの両端の電圧は、内部ダイオードを介する循環電流の流れによって、零電圧状態に変化する。
次いで、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチングコンバータを制御し、A相巻線に対して動作モード3で駆動するようにした状態で、B相巻線を動作モード1で動作する(S400)。
これについて、より具体的に説明すると、図8に図示されたように、第2下部スイッチS4のターンオンを維持した状態で、第2上部スイッチS3をターンオンさせる(S410)。
そうすると、B相巻線に流れる電流とA相巻線に流れる電流との差ほど第2上部スイッチS3と第2下部スイッチS4に電流が流れる。勿論、A相巻線に流れる電流が徐々に減少し、これによって、第2上部スイッチS3と第2下部スイッチS4に流れる電流は、B相巻線に流れる電流に近づく。
この際、勿論、第1上部スイッチの両端の電圧は、内部ダイオードを介する循環電流の流れによって、零電圧状態に変化されていたため、これによって、第1上部スイッチは、零電圧スイッチのターンオンを果たす(A相巻線に対する動作モード3とB相巻線に対する動作モード1との重畳)。
その後、第2上部スイッチ及び第2下部スイッチがターンオン状態を維持し続けると(S420)、A相電流が0まで減少して流れず、B相に入力電圧が全て伝達され、B相に流れる電流を徐々に増加させて一定値に達すると、速度起電力が入力電圧より大きくなり、電流は、徐々に減少する(B相の動作モード1)。
次いで、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチングコンバータを制御し、第2下部スイッチS4をターンオンした状態で、第1下部スイッチS2をターンオンして動作モード2で駆動させ(S500)、その後、第2下部スイッチS4のターンオンを維持した状態で、第1上部スイッチS1をターンオンし、動作モード3で駆動する(S600)。
また、マイクロプロセッサは、モータが停止しているか否かを判断し(S700)、モータが停止していない場合、段階S100を行い、この際、B相巻線に対する動作モード3が維持された状態で、A相巻線に対する動作モード1が行われるようにする。
前記のような本発明によると、零電圧ターンオン(Zero Voltage Turn−ON)スイッチングが可能であり、高速回転を要するモータにおいてスイッチング損失を減らすことができる。
また、本発明によると、従来のSRM用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、コストを低減することができる。
また、本発明によると、従来のSRM用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、サイズを小型化することができる。
また、本発明によると、従来のSRM用スイッチング装置に比べて、入力電流のリップルが小さいため、インダクタとキャパシタで構成するEMIフィルタのサイズを減らすことができる。
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
本発明は、2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置及びその制御方法に適用可能である。
10 商用電源
20 整流部
30 キャパシタ
40 零電圧スイッチングコンバータ
50 2相SRM
60 マイクロプロセッサ
S1〜S4 スイッチ
D1、D2 ダイオード
20 整流部
30 キャパシタ
40 零電圧スイッチングコンバータ
50 2相SRM
60 マイクロプロセッサ
S1〜S4 スイッチ
D1、D2 ダイオード
Claims (17)
- 商用電源を整流する整流部と、
二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードとを含み、各相巻線に対して動作モード1〜3で動作し、前記整流部から提供される商用電源を2相SRMに提供して前記2相SRMを駆動する零電圧スイッチングコンバータと、
を含む2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。 - 前記2相SRMの位置及び速度を検知し、前記零電圧スイッチングコンバータを制御することで前記2相SRMを駆動させるマイクロプロセッサをさらに含む請求項1に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。
- 前記一対の上部スイッチ及び下部スイッチは、
相巻線のうち何れか一つの上部に直列連結されている第1上部スイッチと、
相巻線のうち何れか一つの下部に直列連結されている第1下部スイッチと、
相巻線のうち他の一つの上部に直列連結されている第2上部スイッチと、
相巻線のうち他の一つの下部に直列連結されている第2下部スイッチと、を含み、
前記一対のダイオードは、
相巻線のうち何れか一つと第1下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち他の一つと第2上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第1ダイオードと、
相巻線のうち他の一つと第2下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち何れか一つと第1上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第2ダイオードと、
を含む請求項1に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。 - 前記零電圧スイッチングコンバータは、エンコーダ波形を基準として第1下部スイッチ及び第2上部スイッチを調節することで進み角を制御する請求項3に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。
- 前記零電圧スイッチングコンバータは、第1上部スイッチ及び第2下部スイッチを調節することで導通角を制御する請求項3に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。
- 前記第1上部スイッチ及び第1下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード1で動作し、
前記第2上部スイッチ及び第2下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち他の一つに対して動作モード1で動作する請求項3に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。 - 前記第1上部スイッチがターンオフされ、第1下部スイッチがターンオンされ、その後に第2下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード2で動作し、
前記第2上部スイッチがターンオフされ、第2下部スイッチがターンオンされ、その後に第1下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード2で動作する請求項3に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。 - 前記第2下部スイッチがターンオンされた状態で第2上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード3で動作し、
前記第1下部スイッチがターンオンされた状態で第1上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード3で動作する請求項3に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。 - 前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対して動作モード1から動作モード2、また動作モード3に順に変化するように制御し、相巻線のうち他の一つに対して動作モード1から動作モード2、また動作モード3に順に変化するように制御する請求項2に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。
- 前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード3から相巻線のうち他の一つに対する動作モード1に変化するように制御する際、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード3と、相巻線のうち他の一つに対する動作モード1とを一定時間重畳する請求項9に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置。
- (A)マイクロプロセッサが2相SRMの二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードと、を含み、各相巻線に対して動作モード1〜3で動作する零電圧スイッチングコンバータを制御して相巻線のうち何れか一つを励磁した後、残留電流を除去する段階と、
(B)マイクロプロセッサが前記零電圧スイッチングコンバータを制御して相巻線のうち他の一つを励磁した後、残留電流を除去する段階と、
を含む2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。 - 前記一対の上部スイッチ及び下部スイッチは、
相巻線のうち何れか一つの上部に直列連結されている第1上部スイッチと、
相巻線のうち何れか一つの下部に直列連結されている第1下部スイッチと、
相巻線のうち他の一つの上部に直列連結されている第2上部スイッチと、
相巻線のうち他の一つの下部に直列連結されている第2下部スイッチと、を含み、
前記一対のダイオードは、
相巻線のうち何れか一つと第1下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち他の一つと第2上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第1ダイオードと、
相巻線のうち他の一つと第2下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち何れか一つと第1上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第2ダイオードと、
を含む請求項11に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。 - 前記(A)段階の零電圧スイッチングコンバータの制御は、相巻線のうち何れか一つに対して動作モード1から動作モード2、また動作モード3に順に変化するように制御し、
前記(B)段階の零電圧スイッチングコンバータの制御は、相巻線のうち他の一つに対して動作モード1から動作モード2、また動作モード3に順に変化するように制御する請求項12に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。 - 前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード3から相巻線のうち他の一つに対する動作モード1に変化するように制御する際、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード3と、相巻線のうち他の一つに対する動作モード1とを一定時間重畳する請求項13に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。
- 前記(A)段階の前記動作モード1は、前記第1上部スイッチ及び第1下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード1で動作し、
前記(B)段階の前記動作モード1は、前記第2上部スイッチ及び第2下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち他の一つに対して動作モード1で動作する請求項13に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。 - 前記(A)段階の前記動作モード2は、前記第1上部スイッチがターンオフされ、第1下部スイッチがターンオンされ、その後に第2下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード2で動作し、
前記(B)段階の前記動作モード2は、前記第2上部スイッチがターンオフされ、第2下部スイッチがターンオンされ、その後に第1下部スイッチがターンオンされ、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード2で動作する請求項13に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。 - 前記(A)段階の前記動作モード3は、前記第2下部スイッチがターンオンされた状態で第2上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード3で動作し、
前記(B)段階の前記動作モード3は、前記第1下部スイッチがターンオンされた状態で第1上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記2相SRMの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード3で動作する請求項13に記載の2相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。
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