KR100793212B1 - 이중 전압원을 구비한 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 스위치드 릴럭턴스 드라이브는 휴지 구간 동안 제1 전압원(V1)으로부터 전압을 공급받아, 에너지를 제2 전압원(V2)에 전달한다. 이어서 머신이 제2 전압원(V2)으로부터 고전력으로 가동되므로, 제1 전압원(V1)은 상기 머신이 고전력으로 동작하고 있을 때 요구 전류를 공급할 필요가 없다. 상기 드라이브는 제2 전압원(V2)에 전달되는 예너지량을 조절할 수 있다.

Description

이중 전압원을 구비한 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템 및 그 동작 방법{OPERATION OF SWITCHED RELUCTANCE DRIVE SYSTEMS FROM DUAL VOLTAGE SOURCES}

도 1은 종래의 스위치드 릴럭턴스 시스템의 개략적인 도면이고,

도 2는 한 개의 상 권선과 전력 변환기의 연결을 나타내는 도면이고,

도 3의 (a)는 도 2의 상 권선에 인가된 통상의 전압 파형을 나타내는 도면이고,

도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 대한 위상 전류 파형을 나타내는 도면이고,

도 3의 (c)는 도 3의 (b)에 대한 변환기 공급 전류 파형을 나타내는 도면이고,

도 4는 스위치드 릴럭턴스 머신의 단상에 대한 회로이고,

도 5는 도 4의 머신의 다상 형태에 대한 회로이고,

도 6은 스위치드 릴럭턴스 머신에 대한 별법적인 회로이고,

도 7은 도 6의 머신의 다상 형태에 대한 회로이고,

도 8은 도 6의 회로의 변형을 나타내는 도면이며,

도 9는 도 8의 머신의 다상 형태에 대한 회로이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

V1 : 제1 전압원

V2 : 제2 전압원

21, 22, 28 : 스위치

23, 24 : 에너지 회수 다이오드(energy recovery diode)

25 : 제1 콘덴서

29 : 제2 콘덴서

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템에 관한 것이다. 특히, 제한된 용량을 갖는 공급 시스템상에서 제한된 듀티 사이클로 동작하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템에 관한 것이다.

스위치드 릴럭턴스 시스템의 특성과 동작은 종래 기술에서도 잘 알려져 있고 예컨대, 참조 문헌으로 본 명세서에 포함되는, 1993년 6월 21∼24일 뉘른베르그(Nurnberg)의 PCIM`93에서 스테펜슨(Stephenson)과 브레이크(Blake)가 발표한 논문 "The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance Motors and Drives"에 기재되어 있다. 도 1은 스위치드 릴럭턴스 모터(12)가 부하(19)를 구동시키는 전형적인 다상(多相)의 스위치드 릴럭턴스 드라이브 시스템의 개략적 형태를 나타낸다. 입력 DC 전원(11)은 예컨대, 배터리이거나 정류 및 필터링된 AC 주전원(mains)일 수 있다. 전원(11)에 의해 공급되는 DC 전압은 전자 제어부(14)의 제어 하에서 전력 변환기(13)에 의해 모터(12)의 상 권선(10) 양단에서 스위치된다. 드라이브 시스템의 적절한 동작을 위해서 스위칭은 로터의 회전각에 정확히 동기되어야 한다. 이를 위해서, 통상적으로 로터 위치 검출기(15)가 채용되어 로터의 각위치에 대응하는 신호를 공급한다. 상기 로터 위치 검출기(15)는 소프트웨어 알고리즘 형태를 비롯한, 여러 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 검출기의 출력은 속도 피드백 신호를 발생시키는 데 이용되기도 한다.

수개의 상이한 전력 변환기 토폴로지가 알려져 있고, 그 중 여러 개가 상기 스테펜슨의 논문에 기재되어 있다. 머신의 상 권선(16)이 버스바(busbar)(26, 27) 양단에서 2개의 스위칭 디바이스(21, 22)와 직렬로 연결되는 다상 시스템의 단상에 관한 것이 가장 흔한 구성이며 이는 도 2에 도시된다. 버스바(26, 27)는 일괄적으로 변환기의 "DC 링크"로서 기재된다. 에너지 회수 다이오드(23, 24)는 상기 권선에 연결되어 스위치(21, 22)가 개방될 때 DC 링크에 권선 전류가 다시 흐르게 한다. "DC 링크 콘덴서"라고 알려진 콘덴서(25)는 DC 링크 양단에 연결되어 전원으로부터 인출될 수 없거나 전원으로 리턴될 수 없는 DC 링크 전류["리플 전류"라고도 부름]의 임의의 교류 성분의 소스가 되거나 싱크가 된다. 실제로, 콘덴서(25)는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 여러 개의 콘덴서를 포함하는데, 병렬로 연결될 경우 몇몇 소자는 변환기 주변에 분포된다.

도 3은 도 2에 도시된 회로의 동작 사이클에 대한 전형적인 파형을 나타내고 있다. 도 3의 (a)는 스위치(21, 22)가 폐쇄될 때 도통각(conduction angle) 구간(θc)에 인가되는 전압을 나타내고 있다. 도 3의 (b)는 상 권선(16)의 전류가 피크까지 상승한 후에 서서히 하강하는 것을 나타내고 있다. 도통 주기 끝에서, 스위치가 개방되고 다이오드로 전류가 전달되어 상기 권선 양단에 반전된 링크 전압을 걸어주므로, 플럭스를 낮게 하고 전류를 제로가 되게 한다. 전류가 제로인 지점에서, 다이오드의 도통이 중지되어 회로는 다음의 도통 주기가 시작될 때까지 비활성된다. DC 링크 상에서의 전류는 스위치가 개방될 때 역방향으로 흐르며, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 리턴된 전류는 전원으로 리턴될 에너지를 나타낸다. 에너지를 공급 회로로 리턴되게 하는 스위치드 릴럭턴스 머신의 이러한 특성은 유용하다. 예컨대, 본 명세서에 참조 문헌으로 포함되는 미국 특허 제5,705,918호에는 발전 효율을 높이기 위해 에너지를 고전압 버스에서 저전압 버스로 전달할 수 있는 발전기가 개시되어 있다.

스위치드 릴럭턴스 드라이브의 전류 파형의 형상은 머신의 동작점과 채택된 스위칭 방법에 따라 변한다. 잘 알려져 있고, 예컨대 상기 스테페슨 논문에 기재되어 있는 바와 같이, 대개 저속도 동작시에는 피크 전류를 포함하기 위해 전류 초핑(chopping)을 이용하고, 스위치를 비동시적으로 오프하는 것에 의해서, 일반적으로 "환류(freewheeling)"라고 알려진 동작 모드를 얻을 수 있다.

스위치드 릴럭턴스 드라이브는 주전원으로부터 전기가 공급되어 통상적으로 구동된다. 그러나, 어떤 드라이브는 예컨대, 해상 또는 자동차 기기에 설치되기 때문에 공공 전원에 고정 연결되지 않는다. 이러한 상황에 있어서, 상기 시스템은 화석 연로 발화 원동기에 의해 구동되는 교류 발전기에 의해 통상적으로 급전된다. 원동기를 시동하기 위해 충분한 에너지를 축적하여 발전기 용량을 넘어 부하에 급전하기 위해서 통상 축전 배터리가 설치된다. 축전 배터리는 시스템 부하가 요구하는 상기 충분히 발생된 용량이 있을 경우 교류 발전기에 의해 재충전된다.

전술한 교류 발전기/축전 배터리 시스템에 있어서, 기본 비용과 중량 및 성능간의 절충이 피할 수 없게 된다. 설계자는 시스템의 전압이 약해지는 일없이 임의의 혹은 모든 부하에 급전할 수 있도록 시스템을 설계하려 하겠지만, 이는 배터리 및/또는 교류 발전기의 용량을 증대시킴으로써만 행해질 수 있다. 이것은 시스템의 자본비와 중량을 증대시키면서 선박 또는 차량에 있어 운전 비용을 증대시키고 및/또는 동적 성능을 저하시킨다. 대형 부하가 간헐적으로 동작될 때, 특히 시스템이 전압 변동에 민감한 다른 부하에 이미 급전하고 있을 때 특수한 문제가 발생한다. 예컨대, 백열 필라멘트를 이용하는 자동차 또는 선실의 조명은 전압 변동에 민감하다고 알려진 부하이고 또 다른 부하가 동일한 공급 버스상에서 스위치될 때 경미한 흐릿함이 발생하는 것은 실제로 흔한 일이다. 부하가 예컨대 수초의 온 다음에 수십초의 오프의 듀티 사이클을 갖는 경우, 이것은 눈을 자극할 수 있다.

그러므로, 사실상 전압 외란을 일으키는 일없이 제한된 용량 버스상에서 드라이브를 간헐적으로 동작시키는 방법이 필요하다.

본 발명의 제1 특징적인 관점에 있어서, 로터와; 권선을 구비한 스테이터와; 권선에 급전하기 위해 제1 및 제2 전압원에 선택적으로 연결하는 수단과, 상기 권선과 상기 제2 전압원 사이의 에너지 리턴 경로를 구비하는 제어기를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브가 제공되며, 상기 에너지 리턴 경로는 상기 제1 전압원이 상기 권선에 급전하는데 사용될 때, 리턴되는 에너지를 상기 권선에서 상기 제2 전압원으로 전달하여 상기 제2 전압원을 충전하기 위한 것이다.

상기 드라이브의 장점은 간헐적인 이용을 위해 제2 전압원을 충전하기 위하여 에너지가 권선에서부터 전달되는 것이다.

상기 제2 전압원은 제1 전압원보다 더 클 수 있다. 양호하게는, 제2 전압원은 소정치, 예컨대 제1 전압원의 2배 또는 3배 값까지 충전된다.

제1 및 제2 전압원은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 전압원은 각각 전압원 양단에 병렬로 연결되는 콘덴서를 포함할 수도 있다.

에너지 리턴 경로는 권선의 한 단부와 제2 전압원 사이에 연결된 다이오드를포함하여 에너지가 상기 권선에서 제2 전압원으로 전달되게 한다.

상기 권선에 급전하기 위해 제1 및 제2 전압원 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 수단은 병렬로 배치된 한 쌍의 스위치를 포함하는데, 제1 스위치는 권선과 제1 전압원 사이에 연결되고, 제2 스위치는 권선과 제2 전압원 사이에 연결되며, 상기 제1 스위치가 개방되고 상기 제2 스위치가 폐쇄될 때, 제2 전압원은 권선에 급전하는데 사용될 수 있다. 제3 스위치가 설치되어 제1 및 제2 전압원 양측의 공통 단자와 권선을 연결할 수 있다.

상기 권선에 급전하기 위해 제1 및 제2 전압원 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 수단은 한쪽 위치에서는 제1 전압원에 연결되어 권선에 급전하도록 동작 가능하고 다른 쪽 위치에서는 제2 전압원에 연결되어 권선에 급전하도록 동작 가능한 변환 스위치(change-over switch)를 포함할 수 있다. 상기 권선은 스위치 쌍 사이에서 스위치 쌍과 직렬로 연결될 수 있다.

본 발명의 또다른 특징적인 관점에 따르면, 로터와, 권선을 구비한 스테이터를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브를 동작하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 권선에 급전하기 위해 제1 전압원을 드라이브에 연결하는 단계와; 상기 권선 양단에서 제1 전압원을 스위치 온 및 오프하는 스위칭 단계와; 제1 전압원이 스위치 오프될 때 에너지를 상기 권선에서 제2 전압원으로 전달하여 제2 전압원을 충전하는 에너지 전달 단계 및 상기 권선에 급전하기 위해 제2 전압원을 선택적으로 연결하는 단계를 포함한다.

양호하게, 상기 전달 단계는 제2 전압원이 소정치, 양호하게는 제1 전압원의 정격 전압보다 높은 값, 예컨대 제1 전압원의 2배 또는 3배 값으로 충전될 때까지 실행된다.

제1 및 제2 전압원은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 전압원 각각은 각 전압원의 양단에 병렬로 연결되는 콘덴서를 포함할 수도 있다.

상기 에너지 전달 단계는 에너지를 상기 권선에서 제2 전압원으로 전달하기 위하여 상기 권선의 한 단부와 제2 전압원 사이에 연결된 다이오드를 포함하는 에너지 리턴 경로를 경유하여 에너지를 권선에서 제2 전압원으로 보내는 단계를 포함한다.

권선은 한 쌍의 스위치 사이에서 그 한 쌍의 스위치와 직렬로 연결될 수 있고 상기 스위칭 단계는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 그 스위치 쌍을 스위칭하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 제2 전압원이 소정 레벨까지 충전될 때를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 양호하게는, 상기 방법은 제2 전압원이 소정 레벨까지 충전될 때 상기 제2 전압원으로 리턴되는 에너지를 저감시키기 위하여 상기 스위칭 단계를 수정하는 단계를 포함한다.

이제, 본 발명의 여러 가지 실시 형태들은 첨부 도면을 참조함으로써, 오직 예시적인 방식으로 설명될 것이다.

도 4는 제1 DC 링크(26/27) 양단에 연결된 제1 전압원(V1)과 제1 콘덴서(25) 및 제2 DC 링크 양단에 연결된 제2 전압원(V2)과 제2 콘덴서(29)를 나타내며, 상기 제1 및 제2 DC 링크는 공통 네거티브 라인(27)을 공유한다. 권선(16)의 상단부에 연결된 제1 스위치(21)는 제1 DC 링크의 포지티브 라인에 연결되고, 권선은 그 하단부에서 공통 네거티브 라인에 연결된 제2 스위치(22)에 연결된다. 권선(16)의 상단부와 네거티브 라인 사이에 연결된 다이오드(24)는 네거티브 라인으로부터 권선(16) 쪽으로 전류를 흐르게 하도록 동작 가능하다. 제3 스위치(28)는 권선(16)의 상단부와 제2 DC 링크의 포지티브 라인 사이에 연결된다. 권선(16)의 하단부와 제2 DC 버스의 포지티브 라인 사이에서 다이오드(23)는 권선(16)에서 제2 DC 버스로 전류가 흐르도록 연결된다. 이런 식으로, 다이오드(23)는 권선(16)과 제2 전압원(V2) 사이에 에너지 리턴 경로를 제공한다.

도 4의 머신은 휴지 모드(idle mode)에서 통상의 스위치(21, 22)를 이용하여 상대적으로 저속도로 소량 전류가 제1 전압원(V1)에서 인출되도록 동작될 수 있다. 상기 스위치들이 개방될 때마다, 리턴된 전류가 제2 전압원(V2) 및/또는 그 콘덴서(29)로 흐른다. 그러므로, 여러 동작 사이클을 걸쳐, 전압원(V2)의 전압은 V1보다 통상적으로 2배 또는 3배 더 높은 소정치까지 상승한다. 이 때, 머신은 이하에서 설명하겠지만, 스위치 오프되거나 사이클의 단부에서 극소량의 에너지를 리턴시키는 모드로 동작될 수 있다. 머신이 고전력으로 동작되어야 할 경우, 스위치(28)는 스위치(21) 대신에 이용되어, 머신이 더 높은 전압원(V2)에 의해 구동되게 한다. 이것은 전자 제어부(14)의 제어 하에서 행해진다. 머신이 V2에 의해 구동될 때, V1으로부터 인출되는 전류가 없으므로 라인(26) 상에서 전압 외란은 없다.

이상에서는 V1로부터 급전될 때 머신이 휴지 모드에 있다고 전술하였지만, 이것이 이 경우에만 필요한 것이 아니라고 이해해야 할 것이다. 예컨대, 머신은 V2를 충전시키면서 제1의 비교적 낮은 부하를 구동하는 데에 사용될 수 있다. 부하가 증가하면, 증대한 부하를 구동시키도록 머신은 V2에 의해 급전되어 동작된다. 선택적으로, 머신의 로터는 머신이 V1에 의해 급전되고 V2가 충전 중일 때 정지하고 있을 수도 있다. 이 경우, 머신은 충전 기간 동안 동시에 단상 또는 다상을 이용하여 동작된다. 머신이 부하를 구동시켜야 한다면, V2는 머신에 급전하여 부하를 구동시키도록 연결된다. 임의의 경우에, 부하가 머신의 로터에 고정 연결되기도 하며 원할 경우 부하에 로터를 연결하기 위해 클러치(clutch)를 설치하기도 한다.

도 4의 구성은 팬을 간헐적으로 구동시키는 자동차에 편리하게 이용될 수 있다. 이 경우, 자동차 배터리는 V1으로 사용되어 머신에 급전하고, 다른 전압원(V2)을 충전하여, 팬을 구동시키는 데에 충분한 전력을 제공한다. 이 용도의 구체적인 예로서, 조명 및 기타 부수적인 부하에 급전하기 위해 제공되는 표준 12V 차(車) 배터리를 V1로서 사용하고, V2로서 보통 36 V 정격의 소형의 보조 배터리를 사용한다. 정격(定格) 속도의 15 %의 휴지 속도에서, 머신은 V1에 의해 급전된다. 이 단계에서, 머신이 휴지중이라면, 배터리(V2)는 권선(16)에서 V2로 전달되는 에너지에 의해 충전된다. 팬을 가속하여 고속으로 동작시켜야 할 경우, 전원 요구가 증가해 배터리(V2)는 동작에 스위치될 수 있다.

즉각 밝혀지지 않는 추가 장점이 도 4에 있다. 종래의 회로를 사용함에 있어서, 스위치는 최대 전력에 연관된 피크 전류에 대처할 수 있는 정격이어야 한다. 그러나, 더 높은 전압원(V2)에 의해 동작될 때, 동일한 전력 출력에 대해 요구되는 피크 전류에서 대응하는 강하가 존재한다. 이것에 의해서 스위치(22, 28)는 보다 작은 정격 전류를 가질 수 있다. 휴지 모드에서는 스위치(21)만 사용하므로, 역시 작은 정격을 가질 수 있다. 스위치 정격의 이러한 저감은 여분의 스위치, 콘덴서 및 전압원의 비용을 상쇄하는데 이용될 수 있다.

도 4에는 단상만 도시되지만, 본 발명의 원리는 다상 구성에서도 동일하다는 것을 이해해야 한다. 이 경우, 회로는 스위치, 다이오드 및 권선만을 복제하게 되고 콘덴서와 전압원은 모든 위상에서 공통된다. 2상 머신에 대한 변환기 회로의 예가 도 5에 도시된다.

본 발명을 실시하기 위한 별법적 회로가 도 6에 도시된다. 이 경우, 회로의 제1 전압원(V1)과 제2 전압원(V2)은 직렬로 연결된다. 2개의 전압원(V1, V2) 사이에는 출력 단자(52)가 있으므로, 머신이 사용하는 전압은 V1의 출력 또는 V1과 V2의 조합된 출력일 수 있다. 2개의 출력 간을 토글하기 위해, 변환 스위치(50)가 장착된다. 스위치(50)와 DC 버스의 네거티브 단부 사이에 콘덴서(25)가 연결된다. 콘덴서(25)와 병렬로 제1 스위치(21), 권선(16) 및 제2 스위치(22)의 직렬 조합이 순서대로 연결된다. 제1 스위치(21)와 권선(16) 사이에 다이오드(24)의 한 단부가 연결되고, 상기 다이오드의 다른 단부는 DC 버스의 네거티브 라인에 연결되며, 상기 네거티브 라인(27)에서 권선(16)의 상단부로 전류가 흐르도록 상기 다이오드가 도통된다.

제2 스위치(22)와 권선(16)의 하단부 사이에 다이오드(23)의 한 단부가 연결되며, 상기 다이오드의 다른 단부는 제2 전압원(V2)의 포지티브 단부에 연결되므로, 권선(16)에서 제2 전압원(V2)으로 전류가 흐른다. 이런 식으로, 권선(16)과 제2 전압원(V2) 사이에 에너지 리턴 경로가 제공된다. 다이오드(23)의 상단부와 하측 DC 링크 사이에는 콘덴서(29)가 연결되고, 상기 콘덴서는 사실상 제1 및 제2 전압원 양측 사이에 유효하게 연결된다.

변환 스위치(50)를 이용하여 머신 양단에 V1를 연결하고 통상의 스위치(21, 22)를 이용함으로써 제1 전압원(V1)으로부터 소량의 전류를 인출하기 위해, 도 6의 머신은 비교적 저속 또는 전술한 바와 같이 정지 모드로 동작될 수 있다. 통상의 스위치들이 개방될 때마다, 리턴되는 전류는 다이오드(23)를 경유하여 제2 전압원(V2) 및/또는 그 콘덴서(29)로 흐른다. 그러므로, 여러 동작 사이클을 걸쳐, 전압원(V2)의 전압은 V1보다 높은 소정치까지 상승한다. 머신이 고전력으로 동작되어야 한다면, 변환 스위치(50)는 토글되어 V1과 V2의 조합 출력을 권선(16) 양단에 연결하여 더 높은 조합 전압에 의해 머신을 구동하게 한다. 자동차의 경우에 있어서, 스위치 토글은 자동차의 유효 전력에 따라 종래의 엔진 관리 시스템에 의해 결정될 것이다. 다른 경우에서는 대응하는 제어 수단이 동일한 효과를 얻기 위해 이용될 수 있고 예컨대, 도 1의 제어부(14)에 통합될 수 있다.

도 6의 회로에 있어서, 저전압의 피크 전력에 대해 요구될 수 있는 전류보다 훨씬 더 작을지라도, 전압원(V1)은 저전압과 고전압 양측에서 머신을 동작시킬 때 권선(16)에 전류를 공급해야만 한다.

도 6은 단상에 대한 것이지만, 다상 구성에도 그 원리가 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이 경우, 그 회로는 스위치, 다이오드 및 권선만을 복제하게 되고 콘덴서와 전압원은 모든 위상에서 공통된다. 2상 머신에 대한 변환기 회로의 예가 도 7에 도시된다.

도 8은 본 발명이 실시되는 또다른 시스템을 나타낸다. 이 시스템은 제1, 제2 전압원(V1, V2) 각각이 병렬로 배치되는 것을 제외하고, 도 6과 도 7의 구성과 유사하다. 그러나, 이 구성은 2개의 전압원의 독립적 동작을 허용하므로, 머신이 전체(full) 전력으로 동작될 때 낮은 전압원(V1)에서 여분의 전류를 공급할 필요가 없다.

도 8은 단상에 대한 것이지만, 다상 구성에도 그 원리가 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 다상 회로는 스위치, 다이오드 및 권선만을 복제하게 되고 콘덴서와 전압원은 모든 위상에서 공통된다. 도 6 내지 도 9에 도시된 구성을 이용하게 되면, 머신의 위상 수와 관계없이, 오직 1개의 변환 스위치(50)만 필요하다.

도 6 내지 도 9에 도시된 구성을 이용하게 되면, 콘덴서(25)는 변환 스위치(50)가 개방될 때 전압 변화에 갑자기 노출되어, 콘덴서와 스위치에의 스트레스 및/또는 전압원에의 외란을 잠재적으로 일으키게 된다. 이 문제는 콘덴서(25)와 단자(52)와의 상부 접속을 이동시킴으로써 피할 수 있다. 이것은 원하지 않는 빗나간 인덕턴스를 스위칭 경로로 유도하는 스위치(21, 22)로부터 콘덴서의 연결을 물리적으로 떨어지게 할 수 있다. 이것은 콘덴서(25)를 2개 이상의 소자 즉, 저주파 성분을 대처하기 위한 사이즈로 단자(25)에 장착되는 대형 콘덴서와, 오직 고주파 성분만을 흡수하기 위한 사이즈로, 스위치가 개방될 때 회로상에서 충격이 매우 적은, 상기 스위치에 근접 연결되는 한 개 이상의 소형 콘덴서로 분리함으로써 해결된다.

전술한 예에서의 V1은 배터리와 같은 임의의 적합한 전원일 수 있다. V2는 축전용 예컨대, 배터리 또는 콘덴서 또는 울트라 콘덴서 등의 임의의 적합한 장치일 수 있다.

도 4 내지 도 9에 도시된 회로들은 공통 네거티브 레일을 이용하지만, 당업자라면 같은 효과를 위해 상기 회로를 공통 포지티브 레일을 가지도록 재구성하는 것은 일상적인 일인 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

전술한 각각의 회로를 이용하면, 고전압원에 전달되는 전력량을 조절하여 그것을 충전하는 것이 가능하다. 일부의 용도에 있어서, 머신을 발전기로서 가동할 수 있으며, 이 경우 고전압원으로 발생하고 저전압원으로부터 여자를 인출하는 종래의 스위치드 릴럭턴스 머신 제어부를 사용할 수 있다. 그러나 대부분의 상황에서, 동력원이 없을 경우 머신을 발전기로 사용하는 것은 불가능하다. 그렇지만, 전술한 기술을 이용함으로써 저전압원에서 고전압원으로 효율적인 충전이 여전히 가능하다. 상기 기술은 스위치 오프시에 회수될 수 있는 에너지량이 머신의 자계에 축적된 것과 밀접하게 관련된다는 인식에 기초한다. 스위칭 각이 사용자 제어하에 있으므로, 적절한 각을 선택하여 머신에 축전된 에너지량을, 그러므로 전기력으로 회수되는 양을 변화시킬 수 있다. 일반적으로, 피크 전동 효율을 위해서 종래 이용되는 "나중 각"(later angle)은 더 많은 에너지를 회수할 것이다.

전압원(V2)이 원하는 레벨까지 충전될 때(전압을 감시하거나 전압원에 전달된 전하량을 적분함으로써 검출할 수 있음), 머신이 가동되게 하지만 스위치 오프시 거의 축적되지 않는 에너지에 관련된 각도를 사용하기 위해서 스위칭 전략을 수정하는 것이 적절하다. 이렇게 하는 한 가지 방법은 상대적으로 짧은 도통각(사이클에서의 선두이면 양호함)에 이어 긴 구간의 환류를 이용하는 것이다. 이는 권선과 장치 양단에서의 전압 강하에 의해 플럭스를 약하게 한다. 선택적으로, 머신은 간단히 스위치 오프될 수 있거나 축적된 에너지를 저감시키기 위해 짧은 시간 동안 V2에 의해 가동될 수 있다.

본 발명은 고전압원을 충전시키면서 스위치드 릴럭턴스 머신가 제한된 용량의 저전압 버스상에서 휴지 모드로 모터로서 동작하게 하는 것을 가능하게 하는 회로와 동작 방법을 제공한다. 상기 고전압원은 따라서 저전압 버스에 대한 외란을 거의 또는 전혀 따르지 않고 단시간 동안 고전력으로 머신을 동작시키는 데 이용될 수 있다. 이러한 점은 유용하다.

본 발명의 추가 이용은 배터리 또는 주전원에 의해 급전되는 것에 관계없이, 종래의 드라이브 시스템의 비상 동작시 고전력 모드를 제공하는 것이다.

당업자는 본 발명에서 일탈하는 일없이 설명된 구성의 변형이 가능하다고 이해할 것이다. 따라서, 전술한 여러 실시 형태의 설명은 예시적인 것이며 제한의 목적이 아니다. 당업자에게는, 전술한 동작에 상당한 변화없이 최소한의 변형들이 상기 구성에서 이루어질 수 있음이 분명할 것이다. 본 발명은 다음의 청구 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (23)

1. 로터와;

   권선을 구비한 스테이터 및

   상기 권선에 급전하기 위해 제1 및 제2 전압원 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 수단과, 상기 권선에 급전하는 데에 상기 제1 전압원을 사용하는 경우 에너지를 상기 권선에서 상기 제2 전압원으로 전달하여 상기 제2 전압원을 충전하는 것을 가능하게 하기 위한, 상기 권선과 상기 제2 전압원 사이의 에너지 리턴 경로를 구비하는 제어기를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 전압원은 소정치까지 충전되며, 상기 소정치는 양호하게는 상기 제1 전압원보다 높은 값, 예컨대 상기 제1 전압원의 2배 또는 3배 값인 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전압원은 직렬로 연결되는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전압원은 병렬로 연결되는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전압원 각각은 각 전압원의 양단에 병렬로 연결된 콘덴서를 포함하는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에너지 리턴 경로는 에너지가 상기 권선에서 상기 제2 전압원으로 전달되도록 상기 권선의 한 단부와 제2 전압원 사이에 연결된 다이오드를 포함하는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 권선에 급전하기 위해 제1 및 제2 전압원 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 수단은 병렬로 배치되는 제1 스위치와 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치는 이용시에 상기 권선과 상기 제1 전압원 사이에 연결되고, 상기 제2 스위치는 이용시에 상기 권선과 상기 제2 전압원 사이에 연결되며, 상기 제1 스위치가 개방되고 상기 제2 스위치가 폐쇄될 때, 상기 제2 전압원은 권선에 급전하는 데에 이용되는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전압원 양측의 공통 단자와 상기 권선을 연결하기 위해 제3 스위치가 설치되는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
9. 제7항에 있어서, 상기 권선에 급전하기 위해 제1 및 제2 전압원 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 수단은 상기 제1, 제2 또는 제3 스위치를 작동시키는 제어 수단을 더 포함하는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 권선에 급전하기 위해 제1 및 제2 전압원 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 수단은, 한 쪽 위치에서는 상기 제1 전압원에 연결되어 권선에 급전하도록 동작 가능하며 다른 쪽 위치에서는 상기 제2 전압원에 연결되어 권선에 급전하도록 동작 가능한 변환 스위치를 포함하는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
11. 제10항에 있어서, 상기 권선은 한 쌍의 스위치 사이에서 그 한 쌍의 스위치와 직렬로 연결되는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 전압원이 소정 레벨까지 충전될 때를 검출하는 검출기를 더 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
13. 제12항에 있어서, 상기 제2 전압원이 소정 레벨까지 충전될 때, 상기 제2 전압원에 전달되는 에너지를 저감시키기 위하여 상기 드라이브의 동작을 수정하는 수단을 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 드라이브는 다상(多相) 드라이브인 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브.
15. 로터와, 권선을 구비한 스테이터를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브를 동작시키는 방법으로서,

    상기 권선에 급전하기 위해 제1 전압원을 상기 드라이브에 연결하는 단계와;

    상기 권선 양단에서 상기 제1 전압원을 스위치 온 및 오프하는 스위칭 단계와;

    상기 제1 전압원이 스위치 오프될 때 에너지를 상기 권선에서 제2 전압원으로 전달하여 상기 제2 전압원을 충전하는 에너지 전달 단계 및

    상기 권선에 급전하기 위해 제2 전압원을 선택적으로 연결하는 단계를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 제2 전압원은 소정치, 양호하게는 제1 전압원의 정격 전압보다 높은 값, 예컨대 제1 전압원의 2배 또는 3배 값까지 충전되는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전압원은 직렬로 연결되는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.
18. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전압원은 병렬로 연결되는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.
19. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전압원 각각은 각 전압원의 양단에 병렬로 연결된 콘덴서를 포함하는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.
20. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 에너지 전달 단계는 에너지를 상기 권선에서 제2 전압원으로 전달하도록 상기 권선의 한 단부와 제2 전압원 사이에 연결된 다이오드를 포함하는 에너지 리턴 경로를 경유하여 에너지를 상기 권선에서 상기 제2 전압원으로 보내는 단계를 포함하는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.
21. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 권선은 한 쌍의 스위치 사이에서 그 한 쌍의 스위치와 직렬로 연결되며, 상기 스위칭 단계는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 그 스위치 쌍을 스위칭하는 단계를 포함하는 것인 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.
22. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제2 전압원이 소정 레벨까지 충전될 때를 검출하는 단계를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 제2 전압원이 소정 레벨까지 충전될 때 상기 제2 전압원으로 전달되는 에너지를 저감시키기 위하여 상기 스위칭 단계를 수정하는 단계를 포함하는 스위치드 릴럭턴스 드라이브 동작 방법.

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