KR100572164B1

KR100572164B1 - 정류제어기

Info

Publication number: KR100572164B1
Application number: KR1019980053876A
Authority: KR
Inventors: 데이빗 마크 서든
Original assignee: 스위치드 릴럭턴스 드라이브즈 리미티드
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2018-12-09
Also published as: EP0923191A1; US6008615A; EP0923191B1; JP3355141B2; KR19990062920A; CN1088284C; DE69831786T2; CN1219799A; JPH11252971A; BR9805337A; GB9726397D0; DE69831786D1

Abstract

전환형 자기 저항기용의 정류 제어기는 전동 모드 및 발전 모드에 대한 각각의 착화(firing) 신호를 결정하는 독립된 타이머 회로를 갖는다. 각 타이머 회로는 램프 발생기와, 한쌍의 비교기를 포함하는데, 상기 비교기는 램프 출력이 이 비교기에 인가된 사전 설정된 임계치를 통과할 때에 온각(ON-angle) 및 오프각(OFF-angle)을 나타낸다. 다중화기(multiplexer)는 전기 기기의 동작 모드에 따라 전동 타이머 및 발전 타이머 중 하나의 타이머로부터 출력을 선택한다. 상기 전동 모드 및 발전 모드에 대한 타이밍 신호를 독립적이고 연속적으로 공급함으로써, 전동 모드와 발전 모드간의 천이가 타이밍 오차가 없이 원활하게 행할 수 있다.

Description

정류 제어기{COMMUTATION CONTROLLER}

본 발명은 전자적으로 정류된 전기 기기용 정류 제어기에 관한 것으로, 특히 전환형 자기 저항기용 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 자기 저항기는 자기 회로의 자기 저항이 최소화되는 위치, 즉 여자 권선(exciting winding)의 인덕턴스가 최대화되는 위치로 이동시키기 위해 회전력(torque)이 그 가동부의 특성에 의해 공급되는 전기 기기이다. 이 자기 저항기의 한가지 유형으로서, 위상 권선의 여자(energisation)는 제어된 주파수에서 발생된다. 이러한 유형은 대체로 동기식 자기 저항기로 칭한다. 이 자기 저항기는 모터 또는 발전기에 의해 동작될 수 있다. 이 자기 저항기의 두 번째 유형으로서, 회전자의 각위치(angular position)를 검출하고 그 회전자 위치의 함수로서 위상 권선을 여자시키기 위한 회로가 제공되는 타입이다. 이 두 번째 유형의 자기 저항기로는 통상 전환형 자기 저항기로서 알려져 있다. 이 자기 저항기도 역시 모터 또는 발전기에 의해 동작될 수 있다. 이러한 전환형 자기 저항기의 특성은 이미 잘 알려져 있고, 예를들어 Stephenson 및 Blake 씨 등에 의한 "The characteristics, design and application of switched reluctance motors and drives"(PCIM'93, Nurnberg, 1993년 6월 21-24일)에 개시되어 있다.

도 1에는 종래의 전환형 자기 저항 시스템(10)의 주요 구성 요소를 도시하고 있다. 입력 DC 전원(11)은 배터리 또는 정류 및 필터링된 AC 전원이 될 수도 있다. DC 전원(11)에 의해 공급되는 DC 전압은 전자 제어 유닛(14)의 제어하에서 전력 변환기(13)에 의해 전기 기기(16)의 위상 권선(12)의 양단에서 전환된다. 이러한 전환은 전환형 자기 저항 시스템(10)의 적절한 조작을 위해 회전자의 회전각에 대해 정확히 동기되어야만 한다. 회전자 위치 검출기(15)는 통상 회전자의 각위치(angular position)에 대응하는 신호를 공급하기 위해 사용된다. 이 회전자 위치 검출기(15)의 출력은 속도 귀환 신호를 발생시키기 위해 사용될 수도 있다.

회전자 위치 검출기(15)는 여러 가지 형태를 취할 수 있는데, 예컨대 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같이 하드웨어의 형태를 취할 수 있거나, 또는 예를들어 EP-A-0573198(Ray)호에 개시된 바와 같이 구동 시스템의 다른 감시 파라미터로부터 위치를 계산하는 소프트웨어 알고리즘의 형태를 취할 수도 있다. 몇가지 시스템에 있어서는, 회전자 위치 검출기(15)는 전력 변환기(13)에서 상이한 교환 장치가 필요로 되는 위치로 회전자를 회전시킬 때에 각 상태를 변화시키는 출력 신호를 제공하는 회전자 위치 트랜스듀서를 포함하고 있다.

전환형 자기 저항기에서의 위상 권선의 여자(energisation)의 타이밍은 회전자의 각위치의 정확한 검출에 크게 좌우된다. 회전자 위치 트랜스듀서(15)로부터 정확한 신호를 검출하는 것에 관해서는 모터로서 동작하는 자기 저항기의 전환을 설명하는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명할 것이다.

도 2는 화살표 22에 따라 고정자 극(21)에 접근하는 회전자 극(20)을 도시하고 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 위상 권선(12)을 갖춘 위상 권선부(23)는 고정자 극(21)에 감겨져 있다. 전술한 바와 같이, 고정자 극(21)에 감져진 위상 권선부(23)가 여자되면, 고정자 극(21)과 일직선상으로 회전자 극(20)을 끌어당기도록 회전자 상에는 힘이 가해질 것이다. 도 3에는 고정자 극(21)에 감겨진 위상 권선부(23)의 여자를 제어하는 전력 변환기(13)의 종래의 스위칭 회로를 도시하고 있다. 이 스위칭 회로는 제1 및 제2 스위치(31, 32)와, 각 스위치에 대한 복귀 다이오드(33, 34)를 포함하고 있다. 스위치(31, 32)가 폐쇄되면, 위상 권선(12)은 DC 전원에 접속되어 여자된다. 여러 가지 다른 구조의 스위칭 회로가 종래 기술에 공지되어 있고, 이중 몇가지 구조는 전술한 Stephenson 및 Blake에 의한 논문 중에 개시되어 있다.

일반적으로, 위상 권선은 다음과 같이 회전자의 회전을 실행하기 위해 여자된다. 회전자의 제1 각위치[턴온 각(θ_ON)이라 칭함]에서 제어기(14)는 스위칭 장치(31, 32)의 양자 모두를 온시키기 위한 스위칭 신호를 제공한다. 이 스위칭 장치(31, 32)가 온될 때, 위상 권선은 전기 기기에 설정될 자속을 증가시키도록 DC 전원에 접속된다. 이것에 의해 전동 토크(회전력)를 생성하는 회전자 극 상에는 자속이 작용된다. 전기 기기 내에서 자속이 증가함으로써, DC 전원으로부터 스위칭 장치(31, 32) 및 위상 권선(12)을 통해서 전류가 흐른다. 일부 제어기에 있어서는 전류 귀환이 사용되고, 위상 전류의 크기는 스위칭 장치(31, 32)중 하나 또는 양쪽 모두가 신속하게 스위칭 온 및 오프되는 것에 의해 전류를 쵸핑(chopping)함으로서 제어된다. 전동 동작에 있어서, 턴온 각(turn-on angle)은 회전자 위치에 대해 종종 선택되는데, 회전자 상의 자극간 공간의 중심선은 고정자 극의 중심선과 일직선으로 맞추어지지만, 일부는 다른각으로 맞추어질 수도 있다.

다수의 시스템에 있어서, 회전자가 "자유 전륜각(freewheeling angle)"(θ_FW)으로 칭하는 각에 도달하도록 회전될때까지 위상 권선은 DC 버스(또는 쵸핑이 사용되는 경우에는 쵸핑에 접속됨)에 접속되어 유지하고 있다. 회전자가 자유 전륜각(예컨대, 도 2에 도시된 위치)에 대응하는 각위치에 도달되면, 스위치 중 하나(예컨대, 31)는 턴오프된다. 그 결과, 위상 권선을 통해서 흐르는 전류는 연속해서 흐를 수 있지만, 여기에서는 스위치 중 하나(이 예에서는 32) 및 복귀 다이오드중 하나(이 예에서는 34)를 통해서만 흐를 수 있다. 자유 전륜 주기 동안, 위상 권선 양단의 전압 강하는 작으며, 자속은 실질적으로 일정하게 유지된다. 이 회로는 회전자가 "턴오프 각(turn-off angle)"(θ_OFF)으로서 공지된 각위치로 회전할때(예컨대, 회전자 극의 중심선이 고정자 극의 중심선과 일직선으로 맞추어지면)까지 이러한 자유 전륜 상태를 유지한다. 턴온 각을 가지고 선택할 수 있지만, 턴오프 각이 일부 다른 위치로 선택될 수도 있다.

회전자가 턴오프 각에 도달되면, 양쪽의 스위치(31, 32)는 턴오프되고, 위상 권선(12)에서의 전류는 다이오드(33, 34)를 통해서 흐르기 시작한다. 다이오드(33, 34)에는 전기 기기에 자속이 저감되도록 반대 감지(위상 전류)에 의해 DC 버스로부터 DC 전압이 인가된다.

도 4의 (a)에는 2개의 고정 레벨간에 전류가 쵸핑되는 경우에 쵸핑 동작 모드의 종래의 전류 파형을 도시하고 있다. 전기 기기의 속도가 상승함에 따라서 전류를 쵸핑 레벨로 상승시키 위해서는 작은 시간이 소요되며, 구동은 "단펄스(single-pulse)" 동작 모드로 통상적으로 수행된다. 이 단펄스 동작 모드에서 턴온 각, 자유 전륜각 및 턴오프 각은 예를들어 속도 및 부하 토크의 함수로서 선택된다. 도 4의 (b)에는 자유 전륜각이 제로인 경우에 종래의 단펄스 전류 파형을 도시하고 있다.

서로 다른 모터 속도에 대한 턴온 각, 자유 전륜각 및 턴오프 각의 값이 사전 결정되어, 제어 시스템에 의한 검색을 필요로 하거나 또는 실시간으로 계산 또는 추론될 수 있는 참조용 표와 같은 몇가지 적절한 포맷으로 저정될 수 있는 것이 잘 알려져 있다. 어느 경우에서도, 요구되는 스위칭 동작이 수행되기 위해서는 회전자의 적절한 각 위치를 검출할 필요가 있다. 일반적으로, 이것에 의해 위치 검출기 자체로서 고정밀도의 위치 해상도를 제공하기 위해 충분히 정교하게 되거나 또는 고해상도의 위치 정보를 제공하도록 몇가지 방식으로 회전자 위치 검출기의 신호를 보간하는 것이 요구된다. 첫 번째 경우에는 비교적 복잡하고 고가인 위치 엔코더의 사용을 수반한다. 두 번째 경우의 예로는 적당한 각 위치가 보간될 수 있는 디지탈 램프를 발생시키기 위해 고주파수 클럭을 사용하는 EP-A-0735664(Sugden)에 개시되어 있다.

도 5에는 상부에 광차단 각도로 이격된 세그먼트를 갖는 회전 날개(44)와 연동하는 광학 센서(42)를 사용하는 회전자 위치 트랜스듀서(RPT)(15)를 예시하고 있다. 회전 날개(44)는 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같이 센서로하여금 각 센서를 통과하는 세그먼트로서 하이 및 로우 출력을 발생시키는 전기 기기의 회전자에 의해 회전한다. 이 예에서는 각 센서의 출력이 기기 권선의 각 위상의 여자를 제어하기 위해 사용하는 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다른 장치에 있어서는 센서의 수가 위상의 수보다 크거나 작은 경우에 사용하는 것으로 알려져 있다.

도 1의 제어기(14)는 RPT로부터의 일련의 출력 신호를 수신할 수 있고, 전환형 자기 저항기의 위상 권선의 여자를 제어하기 위해 이 출력 신호들을 전원 장치의 스위칭을 제어하는데 이용한다. 이것에 의해 회전 날개가 회전함에 따라서 도 5의 광학 센서에 의해 발생되는 펄스 열을 관찰할 수 있다. 도 6에는 회전 날개가 정속도로 회전함으로써 도 5의 3개의 광학 센서에 의해 발생되는 신호를 예시하고 있다. 도 6에는 상승 및 하강 구간에서 3개의 신호중 하나에 천이가 존재하는 각 시간이 발생되도록 3개의 센서 신호의 단순한 논리 게이트에 의해 발생되는 신호도 예시하고 있다.

도 7의 (a)에는 도 1에 도시된 전기 기기의 하나의 위상(예컨대, 위상 A)의 이상적인 인덕턴스 파형을 도시하고 있다. 이것은 회전자 극 피치에 의해 규정된 주기를 갖는 자기 저항기와 유사한 것으로 인식될 수 있다. 실제로, 인덕턴스 파형의 코너는 자속단과 같이 2차적 영향에 의해 원형으로 되지만, 이러한 영향은 전기 기기의 조작에 대해 부차적이 될 수 있다. 도 7의 (b)에는 상기 인덕턴스 파형에 대하여 도 6의 신호 RPT_A 와의 관계를 도시하고 있다. 광학 센서(42)는 고정자 극에 대하여 정렬되고 회전 날개는 회전자 극에 대하여 정렬되어, 최대 및 최소 인덕턴스 영역의 중심에서 출력 신호 레벨의 천이를 제공하게 된다. 이러한 천이는 예컨대 전술한 EP-A-0735664(Sugden)호에 개시된 바와 같이, 전자적으로 정류된 기기의 정류의 타이밍을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 만일 제어각 θ_ON 및 θ_OFF 가 전압 레벨 또는 디지탈 워드로 적절히 지정되면, 적절한 전압 레벨 또는 디지탈 워드가 도달되는 위치의 검출은 이하에서 후술하는 바와 같이 스위칭 장치에 대해 요구되는 착화 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다.

도 7의 (c)에는 회전자 각과 함께 선형으로 상승하는 전압 레벨을 포함하는 위상 A에 대한 전동 램프를 예시하고 있다. 이 전동 램프는 RPT 신호의 각 하강 구간에서 리셋한다. 위상이 여자(energise)된 상태 이후에 비여자(de-energise) 상태가 되는 제어각 θ_ON 및 θ_OFF 에 대응하는 2개의 임계치가 설정된다. 제어각 θ_ON 은 램프가 θ_ON 임계치를 통과할 때 착화 펄스를 개시시킨다. 이 착화 펄스는 동일한 램프가 θ_OFF 임계치를 통과할 때까지 유지된다. θ_ON 임계치를 조절함으로써, 전동 착화 펄스의 초기 모멘트가 변화된다. 이와 유사하게, θ_OFF 임계치를 조절함으로써, 전동 착화 펄스의 구간이 변화된다. 도 7의 (d)에는 θ_ON 및 θ_OFF 임계치를 통과한 램프의 천이에 의해 발생될 수 있는 전동 착화 펄스를 예시하고 있다.

도 7의 (e)에는 RPT 신호의 상승 구간의 발전 모드에서 개시되는 램프를 예시하고 있다. 또한, θ_ON 및 θ_OFF 임계치를 통과한 램프의 천이는 발전 착화 펄스의 시작 및 지속 구간을 결정한다. 이 펄스는 도 7의 (f)에 도시하고 있다.

이와 같은 원리에 기초한 시스템은 구성에 있어서 경제적이고, 정상 상태로 동작한다. 그러나, 천이가 전동 모드에서 발전 모드로 또는 그 반대로 이루어지면, 초기에 잘못 위치된 착화 펄스가 존재할 가능성이 있다. 이것은 음향 노이즈를 발생시킬 수 있는 기기 내에서 불규칙하게 위치되는 토크 펄스를 유도하고 또한 높은 고장 전류가 유도되는 원인이 될 수 있다. 한가지 옵션으로서, 착화 펄스가 하나의 모드로부터 다른 모드로의 천이에서 잘못 위치될 수 있는 상황을 검출하여, 그 펄스를 전체적으로 생략하는 방법이 있다. 선택된 모드에 있어서의 제어는 연속해서 다음단에서 취할 수 있다. 이러한 결과에 의해, 일시적으로 연장된 임의의 위상 여자가 전혀 없는 것으로 인해 회전력의 중요한 장애가 발생되게 된다.

다른 방법으로서는 초기 모드와 관련된 램프를 제한하고, 모드들간에 천이의 모멘트에서 제2 모드의 제1 램프를 개시하는 방법이 있다. 이것은 도 7의 (g)에 예시되어 있다. 각 위치(T)에서 전동 모드로부터 발전 모드로의 천이를 취하도록 하는 명령은 발전 램프에 의해 즉시 일어나는 전동 램프를 삭제한다. 그러나, 발전 램프의 이론적으로 정확한 개시점과 발전 착화 펄스의 이론적으로 정확한 종료점 사이에서 천이가 발생되기 때문에, 발전 램프는 RPT 신호의 상승 구간과 일치하는 정확한 위치에서 개시하지 않게 되는 문제가 있었다. 도 7의 (h)에 도시한 바와 같이, 제1 발전 착화 펄스는 소정의 회전자 위치에서 램프의 크기에 있어서 오차가 존재함으로 인해 보다 짧은 지속 구간이 디스플레이 된다. 이것은 바람직한 위치와 도 7의 (i)에 도시된 천이에 후속된 제1 발전 착화 펄스의 지속 구간 사이에 뚜렷한 차이를 보여주고 있다.

본 발명의 목적은 정상 상태 및 천이 상태의 양쪽에 있어서 각 위치 정보를 유도하고 전자적으로 정류된 전기 기기에 대해 신뢰할 만한 착화 펄스를 제공하는 비용 효율이 높은 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 회전자와 고정자를 갖는 전자적으로 정류된 전기 기기용 정류 제어 회로에 있어서, 고정자에 대하여 회전자의 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 제공하는 수단과, 상기 위치 검출 신호에 응답하여 전기 기기의 전동 모드용 전동 착화 펄스를 공급하는 전동 타이머와, 상기 상기 위치 검출 신호에 응답하여 전기 기기의 발전 모드용 발전 착화 펄스를 공급하는 발전 타이머와, 상기 전동 타이머 및 발전 타이머의 착화 펄스들 사이에서 상기 전동 모드와 발전 모드중 선택된 하나의 모드로 상기 전기 기기를 정류하는 정류 신호를 공급하기 위해서 선택하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전동 모드 및 발전 모드가 서로 독립적으로 동작하기 때문에 정확한 정류를 제공할 수 있다. 따라서, 모드간에 있어서 발생되는 천이 상태에서 회전자 사이클의 위치와 무관하게, 선택된 모드에서의 정류는 이전의 모드에 영향을 받지 않게 된다.

또한, 본 발명은 전환형 자기 저항 시스템에 있어서, 회전자, 고정자 및 적어도 하나의 위상 권선을 갖는 자기 저항기와, 상기 각 위상 권선의 여자를 제어하기 위해 조작가능한 스위치 수단과, 상기 스위치 수단을 조작하기 위해 설치되고 전술한 정류 제어 회로를 포함하는 제어기를 포함하고, 상기 스위치 수단은 상기 각 위상 권선을 여자시키기 위해 상기 정류 제어 회로의 정류 신호에 응답하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 모드들간의 선택은 다중화기를 사용하여 선택된다.

바람직하게 상기 위치 검출 신호는 상승 및 하강 구간을 가지며, 상기 전동 및 발전 타이머는 상승 및 하강 구간중 하나의 구간에 각각 응답하여 각각의 착화 펄스의 개시 및 종료에 기초하여 상승 신호값 또는 카운트값의 형태로 램프를 개시한다.

또한, 본 발명에 따르면, 회전자와 고정자를 갖는 전기 기기에서 전동 또는 발전용의 정류 타이밍 수행 방법에 있어서, 고정자에 대하여 회전자의 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 제공하는 단계와; 상기 위치 검출 신호에 응답하여 전기 기기의 전동 모드에서 전기 기기를 조작하는 전동 착화 펄스를 제공하는 단계와; 상기 위치 검출 신호에 응답하여 전기 기기의 발전 모드에서 전기 기기를 조작하는 발전 착화 펄스를 제공하는 단계와; 상기 전동 모드 및 발전 모드의 착화 펄스들 사이에서 선택된 하나의 모드로 상기 전기 기기를 실행시키기 위해서 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 정류 타이밍 수행 방법은 발전 착화 펄스의 연속 시퀀스를 제공함과 동시에 전동 착화 펄스의 연속 시퀀스를 제공하는 단계를 포함한다.

상기 위치 검출 신호는 착화 펄스의 개시 및 종료가 발생하는 고정자에 대하여 회전자의 소정의 위치를 나타내기 위해 사용될 수도 있다. 또한, 개시된 착화 펄스는 지연 이후에 종료될 수 있다.

본 발명은 전동 및 발전 모드의 양 모드에서 전환형 자기 저항 드라이브용의 저비용으로 효율적인 제어 시스템을 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 이 제어 시스템에 의하면, 천이 상태하에서 전환형 자기 저항 드라이브의 비용 효율이 높은 제어가 가능하게 된다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 이하의 실시예의 상세한 설명을 통하여 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.

도 8을 참조하면, 전환형 자기 저항기의 하나의 위상에 대한 정류 제어 회로는 전동 램프 카운터(60)와 발전 램프 카운터(62)를 포함한다. 각 카운터(60, 62)는 고주파수(HF) 클럭(61, 63)의 펄스를 계수한다. 전동 램프 카운터(60)는 3개의 위상 A, B 및 C 중 하나의 위상에 대해 RPT(15)(도 9의 (a)참조)의 출력중 하나의 하강 구간에 의해 리셋된다. 발전 램프 카운터(62)는 인버터(64)에 의해 RPT(15)의 출력의 반전된 형태로 리셋된다.

RPT(15)는 도 5에 예시되어 있다. 여기에서는 특정 RPT가 예시되어 있지만, 본 발명에서는 다른 타입 및 구성의 회전 날개, 센서 및 다른 형태의 위치 엔코더에도 적용할 수 있다. 예컨대, 센서의 수와 위치는 특정 용도에 적합하도록 변경될 수 있다. 또한, 회전 날개가 광 금지부 및 광 투과부를 규정하는 것은 필수적인 것이 아니다. 다른 유형의 회전 날개 및 센서가 사용될 수도 있다. 예컨대, 회전 날개는 자기 표시 영역 및 비자기 공간 영역을 구성할 수도 있고, 센서는 홀 효과 소자를 포함할 수도 있다. 이와 유사하게, 회전 날개는 강자성체 재료의 톱니를 포함할 수 있고, 센서는 자기 저항 센서의 형태가 될 수도 있다. 또한, 전술한 예에 있어서는, RPT 출력의 표시와 공간 사이에서의 천이는 각 기기의 위상 사이클 내에서 최대 및 최소 인덕턴스 영역의 중심과 일치하고 있다. RPT 신호의 표시와 공간 사이에서의 천이 상태의 기타의 위치 설정과 관련해서는 당업자라면 명확히 이해할 수 있는 바와 같이 동일한 효과를 제공하기 위해 사용될 수도 있다.

정류기는 도 1의 제어기(14)로서 실행될 수 있다. 본 발명에서는 본 정류기를 통합한 전환형 자기 저항 시스템으로 확장한다.

본 발명의 정류기는 편의상 2개의 부분으로 분리할 수 있다. 전동부는 전동 램프 카운터(60)와 관련된다. 발전부는 발전 램프 카운터(62)와 관련된다. 전동부를 선택하면, 전동 램프 카운터(60)로부터의 8비트 출력 워드는 온각(ON-angle) 전동 비교기(65) 및 오프각(OFF-angle) 전동 비교기(66)로 입력 B로서 공급된다. 또한, 각 비교기(65, 66)는 위상의 여자를 제어하는 스위치 온 또는 스위치 오프하는데 요구되는 카운터(60)로부터의 8비트 출력 워드의 크기에 대응하는 각 경우에서 요구 입력 A를 수신한다. 이들 온각 신호 및 오프각 신호는 도 4의 (b)와 관련해서 언급된 위치 θ_ON 및 θ_OFF 에 대응한다. 각 비교기(65, 66)의 출력은 기기의 위상 권선에 적합한 스위치용의 착화 펄스를 공급하기 위해서 AND 게이트(68)에서 조합된다. 그 결과, 전동 착화 펄스는 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 착화 펄스의 상승 및 하강 구간은 카운터 출력이 2개의 임계치를 통과하는 지점과 일치하고 있다.

제어기의 발전부에 있어서, RPT의 반전된 신호는 고주파수 클럭 입력비로 자신의 램프 출력을 공급하는 발전 램프 카운터(62)에 인가된다. 발전 램프는 RPT 신호의 상승 구간 상에서 개시된다. 발전 램프 카운터(62)로부터의 증가된 8비트 워드는 제어기의 전동부에 대해서 전술한 것과 동일한 방식으로 온각 발전 비교기(72) 및 오프각 발전 비교기(74)의 각각에 인가된다.

도 9의 (d)는 도 9의 (a)의 RPT 신호의 상승 구간에서 개시된 발전 램프를 예시하고 있다. 전동 상태에서와 같이, 임계치는 비교기(72, 74)에 인가된 값으로 설정되고, 램프의 기울기는 발전용 θ_ON 및 θ_OFF 를 결정한다. 그에 따라서 도 9의 (e)에 도시한 바와 같이 발전 착화 펄스는 AND 게이트(76)에 의해 공급된다.

동작중에, AND 게이트(68) 및 AND 게이트(76)의 양자가 연속 흐름의 착화 펄스를 발생하는 것은 이해할 수 있을 것이다. 이중 하나를 사용하기 위해 선택되고 있다. 전동 또는 발전의 선택은 기기를 실행시키기 위해 모터 또는 발전기로서 어느 것이 요구되는지에 따라서 도 1의 제어기(14)에 의해 다중화기(70)에서 라인 78상의 토크 사인 신호에 따라 AND 게이트(68, 76)중 하나로부터 착화 펄스를 선택한다. 라인 79 상에는 적절한 착화 펄스가 출력된다.

시스템이 전동되거나 또는 발전되는지의 여부를 판정하기 위해서 동시에 정확하게 동기되는 전동 및 발전 램프를 연속해서 공급하고 라인 78상의 토크 사인 신호를 사용함으로써, 적절한 램프로부터 착화 펄스를 설정하고, 본 발명에 의해 공급되는 착화 펄스는 천이가 전동과 발전 모드 사이에서 발생되는 지점과 무관하게 정확한 각 위치에 항상 존재한다.

예시의 목적으로 도 9의 (f)에는 전동 및 발전에 대한 정확하게 타이밍된 2개의 램프를 도시한다. T 점 이전의 2개의 중첩부는 도 7에 대해서 전술한 바와 같이 종래 기술에서 지연되고 있던 발전 펄스에 의한 지속 구간이다.

도 9의 (g)는 T 점에서 전동에서 발전으로 변화되는 바람직한 펄스를 예시하고 있다. 도 9의 (h)는 본 발명에 따른 정확하게 타이밍된 전동 및 발전 착화 펄스의 발생을 예시하고 있다. 발전 모드용 다중화기(70)로부터의 착화 펄스에 대한 램프는 각각 독립적으로 발전되는 바와 같이 전동 모드용 착화 펄스에 대한 이전의 램프에 의해 영향을 받지 않는다. T 점에서 천이가 필요하면, 토크 사인 신호의 변화는 요구되는 발전기 착화 펄스에 대한 정확한 각 위치를 제공하기 위해 전동 펄스가 종료되고 발전 펄스가 선택되는 것을 보장할 수 있다.

시스템이 전동되거나 또는 발전되는지의 여부를 판정하기 위해서 동시에 정확하게 동기되는 전동 및 발전 램프를 연속해서 공급하고 토크 사인 신호를 사용함으로써, 적절한 램프로부터 착화 펄스를 선택하고, 착화 펄스는 천이가 발전되는 지점과 무관하게 정확한 각 위치에 항상 존재한다. 전동에서 발전으로의 천이가 요구되면, 전동 펄스는 선택되지 않고, 발전 펄스가 선택된다.

도 8이 디지탈 형태로 본 발명의 제어를 실행하기 위해 사용될 수 있는 논리 구성 요소를 도시하고 있지만, 본 발명은 상이한 디지탈 실행에 의해 동일한 효과를 실현할 수 있는 아날로그 형태로 실행할 수 있다는 것은 이해할 수 있을 것이다.

도 8에 도시한 회로가 드라이브 시스템의 각 위상에 대해서 둘로 분할될 수 있음은 이해할 수 있을 것이다. 다상 시스템의 경우에는 도 8의 일부 구성 요소, 예를들어 고주파수 클럭이 모든 위상에 대해 공통으로 구성될 수 있음은 당업자라면 명확히 이해할 수 있을 것이다.

전술한 바와 같이, 전도성 사이클 내로 자유 전륜 주기를 채용하는 것이 바람직하지만, 착화 펄스(79)를 적절히 변경시키기 위해 도 8에 논리 구성 소자의 간단한 부가에 의해 실행될 수 있음은 당업자라면 명확히 이해할 수 있을 것이다.

본 발명이 특정 실시예에 대하여 기술하였지만, 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 수정이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한 전동 및 발전 램프를 갖는 온각 및 오프각을 비교하기 위해 하나의 비교기를 번갈아 사용하여, 다중화기에 의해 액세스될 수 있는 래치에 저장할 수도 있다. 소정의 값에서 개시하여 시간이 지남에 따라 감소하는 램프 또는 제로 이외의 값에서 개시하여 시간이 지남에 따라 증가 또는 감소하는 램프를 사용하는 것도 가능하다. 이들 중 어느 경우에도, θ_ON 및 θ_OFF 의 임계치는 적절히 변경될 수 있다. 이와 유사하게, 임의의 다른 평가 기준에 따라 선택되는 RPT로부터의 신호에 대해서는 인덕턴스의 최대값 및 최소값으로 정렬할 필요는 없게 된다. 전술한 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적 목적으로 기술하고 있고, 본 발명을 여기에 개시한 설명으로 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 첨부한 특허 청구의 범위에 나타낸 발명의 기술적 사상 및 범위로 한정하지는 않는다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전동 모드 및 발전 모드의 각각에 대해 타이밍 신호를 독립적이고 연속적으로 공급함으로써 전동 모드와 발전 모드간의 천이에 있어서도 타이밍 오차가 없이 원활하게 진행될 수 있으며, 정상 상태 및 천이 상태의 양쪽에 있어서 각 위치 정보를 유도하고 전자적으로 정류된 전기 기기에 대해 비용 효율이 높은 신뢰할 만한 착화 펄스를 제공할 수가 있다.

도 1은 전환형 자기 저항 시스템의 주요 구성 요소를 도시하는 도면.

도 2는 자기 저항기에서 고정자 극에 근접한 회전자 극을 개략적으로 도시하는 도면.

도 3은 도 2의 고정자 극과 결합된 위상 권선부의 여자(energisation)를 제어하는 전력 변환기의 종래의 스위칭 회로를 도시하는 도면.

도 4는 쵸핑 및 단펄스 모드로 각각 동작하는 전환형 자기 저항 시스템의 종래의 전류 파형을 예시하는 도면.

도 5는 전환형 자기 저항 드라이브의 동작을 제어하는 회전자 위치 트랜스듀서를 예시하는 도면.

도 6은 도 5의 회전자 위치 트랜스듀서에 의해 발생될 수 있는 신호를 예시하는 도면.

도 7은 종래의 제어 시스템에서 발생되는 파형을 도시하는 도면.

도 8은 본 발명에 따른 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면.

도 9는 본 발명에 따른 제어 시스템의 파형도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

15 : 회전자 위치 트랜스듀서

60 : 전동 램프 카운터

62 : 발전 램프 카운터

64 : 인버터

65 : 온각 전동 비교기

66 : 오프각 전동 비교기

68, 76 : 앤드 게이트

70 : 다중화기

72 : 온각 발전 비교기

74 : 오프각 발전 비교기

Claims

회전자와 고정자를 갖는 전자적으로 정류된 전기 기기용 정류 제어 회로에 있어서,

고정자에 대하여 회전자의 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 제공하는 위치 검출 수단과;

상기 위치 검출 신호에 응답하여 전기 기기의 전동 모드용 전동 착화 펄스를 공급하는 전동 타이머와;

상기 위치 검출 신호에 응답하여 전기 기기의 발전 모드용 발전 착화 펄스를 공급하는 발전 타이머와;

상기 전동 모드와 상기 발전 모드 중 선택된 하나의 모드로 상기 전기 기기를 정류하는 착화 펄스를 공급하기 위해서 상기 전동 타이머와 발전 타이머간의 착화 펄스를 선택하는 선택 수단을 구비하는 것을 특징으로 정류 제어 회로.
제1항에 있어서, 상기 선택 수단은 상기 전동 착화 펄스와 상기 발전 착화 펄스의 사이에서 선택하도록 선택 신호에 응답하는 다중화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 제어 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전동 타이머와 상기 발전 타이머중 적어도 하나의 타이머는 각각의 착화 펄스를 개시하기 위한 위치 검출 신호에 응답하고, 각각의 착화 펄스를 종료하기 위한 위치 검출 신호에도 응답하는 것을 특징으로 하는 정류 제어 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전동 타이머는, 상기 위치 검출 신호에 응답하여 상기 고정자에 대하여 상기 회전자의 소정의 제1 위치에서 램프 출력을 개시하도록 배치된 램프 발생기와, 상기 램프 출력이 전동 온 임계치를 통과할 때에 전동 착화 펄스를 개시하도록 조작한 이후에 전동 착화 펄스를 종료하도록 조작가능한 전동 비교기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 제어 회로.
제4항에 있어서, 상기 전동 비교기 수단은 상기 램프 출력이 전동 오프 임계치를 통과할 때에 전동 착화 펄스를 종료하도록 조작가능한 것을 특징으로 하는 정류 제어 회로.
제3항에 있어서, 상기 발전 타이머는 상기 위치 검출 신호에 응답하여 상기 고정자에 대하여 상기 회전자의 소정의 제2 위치에서 램프 출력을 개시하도록 배치된 램프 발생기와, 상기 램프 출력이 발전 온 임계치를 통과할 때에 발전 착화 펄스를 개시하도록 조작한 이후에 발전 착화 펄스를 종료하도록 조작가능한 발전 비교기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 제어 회로.
제6항에 있어서, 상기 발전 비교기 수단은 상기 램프 출력이 발전 오프 임계치를 통과할 때에 발전 착화 펄스를 종료하도록 조작가능한 것을 특징으로 하는 정류 제어 회로.
회전자, 고정자 및 적어도 하나의 위상 권선을 갖는 자기 저항기와;

상기 위상 권선의 여자를 제어하기 위해 조작가능한 스위치 수단과;

상기 스위치 수단을 조작하기 위해 설치되고, 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 정류 제어 회로를 포함하는 제어기를 구비하고,

상기 스위치 수단은 상기 정류 제어 회로의 전동 및 발전 착화 펄스에 응답하여 선택된 전동 모드 또는 발전 모드에 따라 상기 위상 권선을 여자시키는 것을 특징으로 하는 전환형 자기 저항 시스템.
회전자와 고정자를 갖는 전기 기기에서 전동 또는 발전용의 정류 타이밍을 수행하는 방법에 있어서,

고정자에 대하여 회전자의 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 제공하는 단계와;

상기 위치 검출 신호에 응답하여 전기 기기를 상기 전기 기기의 전동 모드에서 조작하는 전동 착화 펄스를 제공하는 단계와;

상기 위치 검출 신호에 응답하여 전기 기기를 상기 전기 기기의 발전 모드에서 조작하는 발전 착화 펄스를 제공하는 단계와;

상기 전동 모드와 발전 모드간의 착화 펄스를 선택하여, 그 선택된 모드로 상기 전기 기기를 실행시키는 선택 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 타이밍 수행 방법.
제9항에 있어서, 연속 시퀀스의 전동 착화 펄스를 제공하는 단계와, 연속 시퀀스의 발전 착화 펄스를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 타이밍 수행 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 전동 모드 및 발전 모드의 착화 펄스를 제공하는 단계는 소정의 제1 회전자 위치에서 착화 펄스를 개시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 타이밍 수행 방법.
제9항에 있어서, 상기 전동 모드 및 발전 모드의 착화 펄스를 제공하는 단계는 소정의 제2 회전자 위치에서 착화 펄스를 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정류 타이밍 수행 방법.