KR20020022947A - 에스알엠의 기동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에스알엠의 기동 방법에 관한 것으로, 특히 센서의 상승신호와 하강신호를 이용하여 상의 통전각을 결정하여 운전토록 한 에스알엠의 기동 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 한 개의 위치 검지 센서를 사용하는 N상의 에스알엠에 있어서, 상기 위치 검지 센서로부터 위치 검지 신호를 읽어들이는 단계와, 상기에서 읽어들인 위치 검지 신호의 상승신호와 하강신호를 이용하여 온 타임을 설정하고, 그 온 타임을 갖는 각 상의 온 신호를 발생시키는 단계와, 상기 각 상의 온 신호에 의해 모터를 회전시키는 단계로 동작토록 한 것이다.

Description

에스알엠의 기동 방법{STARTING METHOD FOR SWITCHED RELUCTANCE MOTOR}

본 발명은 에스알엠(SRM:Switched Reluctance Motor)의 운전에 관한 것으로, 특히 위치 검지 센서의 상승신호(rising signal)와 하강신호(falling signal)를 모두 이용하여, 상의 통전각을 결정하여 운전하도록 한 에스알엠의 기동 방법에 관한 것이다.

종래 위치 센서를 사용하는 3상 에스알엠(SRM)의 경우, 운전시의 통전각을 결정함에 있어 센서의 상승신호(rising signal)를 기준으로 통전각을 결정한다.

즉, 도 1에서와 같이 상승(rising)하는 센서신호가 뜰 때 마다 먼저 일정한 지연시간(DELAY TIME)을 준 후 A상→B상→C상→A상→B상 과 같이 상 신호를 온시킨다. 여기서 상 신호의 통전시간은 온 타임 이후로 일정시간을 통전시키는 방법을 사용한다.

3상의 에스알엠(SRM)에는 도 2에서와 같이 6/4 구조 또는 12/8 구조 등이 있다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 운전각을 결정하기 위해 센서의 상승신호(rising signal)를 기준으로 하여 온(ON)시간과 오프(OFF)시간을 결정하게 되면, 운전속도가 달라질 경우 오프시간을 정확히 결정할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 상기에서 오프시간을 정확히 결정하지 못할 경우 토크리플 저감을 위해서 운전 RPM별 오프시간에 대한 데이터를 가지고 있어야 하는 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 위치 검지 센서에서 검지한 신호에서 상승신호(rising signal)와 하강신호(falling signal)를 모두 이용하여 상 신호의 통전시간을 결정하도록 한 에스알엠의 기동 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 운전 속도가 변하더라도 오프되는 기계적인 각도를 일정하게 할 수 있도록 한 에스알엠의 기동 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 에스알엠(SRM)을 운전시키기 위한 신호 파형도.

도 2는 6/4 구조와 12/8 구조를 갖는 에스알엠의 단면도.

도 3은 본 발명 에스알엠(SRM)의 구동회로를 보여주는 구성도.

도 4는 도 3에서, 에스알엠을 운전시키기 위한 신호 파형도.

도 5는 도 3에서, 각도별 정전 토오크(static torque) 및 인덕턴스 프로파일을 보여주는 파형도.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

C : 직류 링크 캐패시터 D1-D6 : 프리휠 다이오드

Q1-Q6 : 스위칭 소자 Rd : 전류 검지 저항

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 한 개의 위치 검지 센서를 사용하는 N상의 에스알엠에 있어서, 상기 위치 검지 센서로부터 위치 검지 신호를 읽어들이는 단계와, 상기에서 읽어들인 위치 검지 신호의 상승신호와 하강신호를 이용하여 온 타임을 설정하고, 그 온 타임을 갖는 각 상의 온 신호를 발생시키는 단계와, 상기 각 상의 온 신호에 의해 모터를 회전시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 에스알엠의 기동 방법은, 한 개의 위치 검지 센서를 사용하는 N상의 에스알엠에 있어서, 상기 위치 검지 센서로부터 위치 검지 신호를 읽어들이는 단계와, 상기 위치 검지 신호의 상승신호와 하강신호를 이용하여 온 타임을 설정하는 단계와, 상기에서 설정된 온 타임을 갖는 각 상의 온 신호를 발생시키는 단계와, 상기 각 상의 온 신호에 의해 모터를 회전시키는 단계로 이루어진다.

상기에서, 각 상의 온신호는 위치 검지 신호의 상승신호부터 그 다음 위치검지 신호의 하강신호까지 온시켜 주도록 한다.

또한, 상기에서 위치 검지 신호의 상승신호는 인덕턴스가 가장 낮은 지점 또는 그 전후의 전기각으로 10도 이내로 발생하도록 하고, 위치 검지 신호의 하강신호는 스태틱 토오크가 감소하기 시작하는 부분과 스태틱 토오크가 0인 사이에서 발생하도록 한다.

상기에서, 각 상의 온신호는 온 타임(ON TIME) 동안 PWM신호 또는 싱글 펄스(single pulse)로 발생하도록 한다.

상기 각 단계로 이루어진 방법을 수행하기 위한 본 발명 에스알엠의 구동회로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 한 개의 센서를 사용하는 N상의 에스알엠(SRM)에 있어서, 입력되는 전원을 평활시켜 얻어지는 직류전압을 모터측으로 공급하는 직류 링크 캐패시터(C)와, N상의 수 만큼 각각 연결되는 N개의 모터 권선(La,Lb,Lc)과, 상기 모터 권선(La,Lb,Lc)의 상단부와 하단부에 각각 직렬로 연결된 상,하위 스위칭소자(Q1,Q3,Q5)(Q2,Q4,Q6)와, 상기 상위 스위칭소자(Q1,Q3,Q5)의 에미터와 -전원단자에 각각 연결되는 프리휠 다이오드(D1,D3,D5)와, 상기 하위 스위칭소자(Q2,Q4,Q6)의 콜렉터와 +전원단자에 각각 연결되는 프리휠 다이오드(D2,D4,D6)와, 상기 하위 스위칭소자(Q2,Q4,Q6)의 에미터와 연결되는 전류 검지 저항(Rd)로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

에스알엠(SRM)은 일반적으로 돌극을 가지는 회전자와 고정자로 이루어져 있고, 전류를 상에 인가하였을 때 인덕턴스가 증가하는 방향으로 생기는 릴럭턴스 토크에 의해 회전한다.

고정자에 감긴 권선은 상 별로 직렬로 연결되어 있다.

에스알엠(SRM)은 운전을 위해서 위치 검지 센서를 필요로 하며, 본 발명에서는 하나의 위치 검지 센서를 사용한다.

상기 위치 검지 센서는 회전자의 위치를 검출하고, 그 검출한 회전자의 위치 검지 신호를 미도시된 마이크로 프로세서로 전달한다.

그러면 상기 마이크로 프로세서는 위치 검지 센서의 위치 검지 신호중 상승신호(rising signal)로부터 다음 위치 검지 신호의 하강신호(falling signal)까지를 온 타임(ON TIME)으로 설정하고, 이 설정된 온 타임을 갖는 상의 온신호를 생성한다.

즉, 도 4에서와 같은 센서의 위치 검지 신호가 입력되면 마이크로 프로세서는 먼저 입력되는 위치 검지 신호의 상승신호(rising signal)부터 다음으로 입력되는 위치 검지 신호의 하강신호(falling signal)까지를 온 타임을 갖는 A상의 온신호를 생성하여 도 3에 도시한 A상의 상,하위 스위칭소자(Q1,Q2)로 각각 공급한다.

이에 상기 A상의 상,하위 스위칭소자(Q1,Q2)가 동시에 턴온된다.

상기 A상의 상,하위 스위칭소자(Q1,Q2)가 턴온됨에 따라 모터 권선(La)으로 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 A상의 모터 권선(La)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이렇게 A상의 모터 권선(La)에 전류가 흐르는 상태에서 마이크로 프로세서로위치 검지 센서의 두번째 위치 검지 신호가 입력되면, 그 위치 검지 신호의 상승 구간부터 다음(세 번째) 위치 검지 신호의 하강신호까지를 온 타임으로 설정하여 생성되는 B상의 온 신호를 도 3에 도시한 B상의 상,하위 스위칭소자(Q3,Q4)로 각각 공급한다.

따라서 상기 B상의 상,하위 스위칭소자(Q3,Q4)가 동시에 턴온된다.

상기 B상의 상,하위 스위칭소자(Q3,Q4)가 턴온됨에 따라 모터 권선(Lb)으로 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이와 같이 A상과 B상의 모터 권선(La)(Lb)에 모두 전류가 흐르다가 A상의 온 타임이 경과하여 A상의 상,하위 스위칭소자(Q1)(Q2)는 각각 오프상태가 된다.

상기 상,하위 스위칭소자(Q1)(Q2)가 오프되면, A상의 모터 권선(La)에 유기된 전류는 프리휠 다이오드(D2)→ 직류 링크 캐패시터(C) → 프리휠 다이오드(D1), 모터권선(La)에 의해 제거되면서 모터는 원할하게 회전하게 된다.

다시 B상의 모터권선(Lb)으로 전류가 흐르는 상태에서 위치 검지 센서의 세번째 위치 검지 신호중 상승 구간이 시작되면 마이크로 프로세서는 C상의 상,하위 스위칭소자(Q5)(Q6)로 온 타임을 생성하여 출력시킴으로써 각각 턴온시킨다.

이에 따라 C상의 모터 권선(Lc)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

상기 B상과 C상의 모터 권선(Lb)(Lc)에 동시에 전류가 흘러 동작하다가, B상의 온 타임이 경과하여 B상의 상,하위 스위칭소자(Q3)(Q4)는 각각 오프상태가 된다.

상기 상,하위 스위칭소자(Q3)(Q4)가 오프되면, B상의 모터 권선(Lb)에 유기된 전류는 프리휠 다이오드(D4)→ 직류 링크 캐패시터(C) → 프리휠 다이오드(D3), 모터권선(Lb)에 의해 제거되면서 모터는 원할하게 회전하게 된다.

그리고 C상의 경우도 앞에서 설명한 과정을 반복하게 되고, 이에 따라 에스알엠(SRM)은 회전하게 된다.

상기에서 온 타임(ON TIME) 동안 생성되는 각 상의 온 신호는 PWM신호로 내보내거나 싱글 펄스(SINGLE PULSE)로 보내어 속도를 조절한다. 가령 최대 속력을 낼 경우에는 온 타임동안 싱글 펄스를 내보내고, 낮은 속도의 경우 PWM의 신호를 조절하여 속도를 조정한다.

이상에서와 같은 동작을 하게 되면 도 4에서 보듯이 위치 검지 센서의 위치 검지 신호가 하이상태인 경우에는 앞에 있는 상 신호와 겹치는 것을 볼 수 있는데, 그 겹치는 구간에서는 두 상에서 동시에 펄스를 내고 있는 구간이 된다.

상기 위치 검지 센서의 신호 위치 결정은 토크를 가장 많이 발생시키고, 토크 리플을 줄일 수 있는 각도로 결정된다.

12/8 구조를 갖는 3상 에스알엠의 경우, 센서에서 발생되는 위치 검지 신호는 기계각으로 15도마다 발생하고, 그 위치 검지 신호가 발생할 때 마다 온되는 상은 A상→B상→C상→A상의 순서로 바뀐다. 즉, 변환되는 각이 15도가 된다.

도 5는 각도별 정전 토오크(static torqye) 및 인덕턴스 프로파일을 보여주는 것으로, 이러한 프로파일은 15도마다 각 상에 대해서 반복된다.

그리고 도 5에서 위치 검지 센서의 위치 검지 신호중 상승신호(risingsignal)는 인덕턴스가 가장 낮은 지점 또는 그 전후의 전기각으로 10도 이내로 발생시키도록 하고, 하강 신호(falling signal)은 스태틱 토오크가 감소하는 부근으로 결정한다. 이 스태틱 토오크가 감소하는 각도보다 뒤에서 온 타임이 오프되면 감소하는 전류가 반대 방향의 토오크가 발생하는 부분까지 걸치게 되어, 반대 방향의 토오크가 발생하게 되고, 너무 빨리 온 타임을 오프시키게 되면 앞 상과의 겹치는 부분이 작아져서 결과적으로 토크 리플이 커지게 된다.

따라서 가장 적당한 각은 토오크가 감소하고 있는 부분이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 한 개의 위치 검지 센서를 사용하는 에스알엠에 있어서, 센서의 위치 검지 신호중 상승신호와 하강신호를 모두 이용하여 온 타임을 결정하여 토크 리플을 줄이고, 운전 속도가 변하더라도 오프되는 기계적인 각도를 일정하게 할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 한 개의 위치 검지 센서를 사용하는 N상의 에스알엠에 있어서, 상기 위치 검지 센서로부터 위치 검지 신호를 읽어들이는 단계와, 상기에서 읽어들인 위치 검지 신호의 상승신호와 하강신호를 이용하여 온 타임을 설정하고, 그 온 타임을 갖는 각 상의 온 신호를 발생시키는 단계와, 상기 각 상의 온 신호에 의해 모터를 회전시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 에스알엠의 기동 방법.
2. 제1항에 있어서, 각 상의 온신호는 위치 검지 신호의 상승신호부터 그 다음 위치 검지 신호의 하강신호까지 온시켜 주도록 한 것을 특징으로 하는 에스알엠의 기동 방법.
3. 제1항에 있어서, 위치 검지 신호의 상승신호는 인덕턴스가 가장 낮은 지점 또는 그 전후의 전기각으로 10도 이내로 발생하도록 한 것을 특징으로 하는 에스알엠의 기동 방법.
4. 제1항에 있어서, 위치 검지 신호의 하강신호는 스태틱 토오크가 감소하기 시작하는 부분과 스태틱 토오크가 0인 사이에서 발생하도록 한 것을 특징으로 하는 에스알엠의 기동 방법.
5. 제1항에 있어서, 각 상의 온신호는 온 타임(ON TIME) 동안 PWM신호로 발생하도록 한 것을 특징으로 하는 에스알엠의 기동 방법.
6. 제1항에 있어서, 각 상의 온신호는 온 타임 동안 싱글 펄스(single pulse)로 발생하도록 한 것을 특징으로 하는 에스알엠의 기동 방법.