KR950010666B1

KR950010666B1 - 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로

Info

Publication number: KR950010666B1
Application number: KR1019930001155A
Authority: KR
Inventors: 임준영
Original assignee: 엘지전자주식회사; 이헌조
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2013-01-29
Also published as: KR940019056A

Abstract

내용 없음.

Description

스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로

제1도는 종래 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자와 센서 구성도.

제2(a)도는 종래 스위치드 릴럭턴스 모터의 고정자와 회전자 구조도, 제2(b)도는 종래 스위치드 릴럭턴스 모터의 센서 디스크 구조도.

제3도는 제2도의 각부의 파형도.

제4도는 제1도 논리회로에서 출력되는 상여자 신호 파형도.

제5도는 본 발명 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로도.

제6도는 본 발명 회로의 변형 회로도.

제7도는 본 발명 회로의 또다른 변형 회로도.

제8도는 제5도 각부의 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전자 2 : 센서디스크

3 : 발광센서 4 : 수광센서

6 : 고정자 8 : 고정자극

11~13, 40~45 : 스위치부 17, 19, 20 : 프리휠링부

28, 30, 32 : 합성부 34, 36, 38 : 로우패스 필터

S₁, S₂, S₃: 위치검출센서

R₁~R₆, R₁₄~R₁₆, R₁₇~R₂₂: 전류검출저항

본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)에 관한 것으로, 특히 스위치드 릴럭턴스 모터 권선에 흐르는 전류를 이용하여 회전자의 위치를 검출하게 함으로써 위치검출센서를 사용하지 않고서도 회전자의 위치를 정확히 검출할 수 있게 한 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로에 관한 것이다.

종래 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자와 센서구성은 제1도에 도시된 바와 같이, 고정자극에 의해 자계가 발생되면 회전하는 회전자(1)와, 이 회전자(1)의 샤프트에 설치되어 회전자(1)와 동시에 회전하는 센서디스크(2)와, 이 센서디스크(2)가 회전하면 그 센서디스크(2)에 의해 차단 또는 통과되는 빛의 상태를 검출하는 위치검출센서(S₁~S₃)와, 이 위치검출센서(S₁~S₃)에서 위치검출신호가 입력되면 상여자신호(PH-a, PH-b, PH-c)를 출력하는 논리회로(5)로 구성되어 있다.

종래 스위치드 릴럭턴스모터 회전자와 센서의 작용을 제1도 내지 제4도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2(b0도와 같은 돌출부(9)와 개구부(10)를 갖는 센서디스크(2)를 제작하여 회전자(1)에 설치하고, 회전자(1)를 회전시키면 센서디스크(2)도 동시에 회전한다.

이 센서디스크(2)가 회전하면 위치검출센서(S₁), (S₂), (S₃)의 발광센서(3)에 의해 발생된 빛이 센서디스크(2)의 돌출부(9)와 개구부(10)에 의해 단속되는데, 이를 수광센서(4)에서 검출함에 따라 제3도와 같은 파형의 신호가 출력된다.

이와 같이 위치검출센서(S₁, S₂, S₃)에서 출력되는 신호를 제1도의 논리회로(5)에서 입력받아 그 논리회로(5)에서는 제4도와 같은 상여자신호(PH-a, PH-b, PH-c)를 출력하고, 이 상여자신호(PH-a, PH-b, PH-c)를 제2(a)도의 단자(INa, INb, INc)로 각각 입력시켜 A상 권선(La), B상 권선(Lb) 및 C상 권선(Lc)를 차례로 여자시켜 회전자(1)를 회전시키게 된다.

그러나 이와 같은 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동회로에 있어서는 위치검출센서를 모터에 장착해야 하므로 여러가지 기계적 가공을 해야 하며, 위치검출센서를 설치할 공간을 확보해야 하고, 또한 모터내부가 고온 또는 콤프레서와 같은 냉매 윤활유동을 튀기며 혼잡한 양상을 일으킬때 위치검출센서가 오동작하게 되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 위치검출센서를 사용하지 않고 스위치드 릴럭턴스 모터의 권선에 흐르는 전류를 전압으로 검출하고, 그 검출전압으로부터 회전자의 위치정보를 얻게 하여 스위치드 릴럭턴스 모터 구동신호로 사용하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제5도는 본 발명 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 펄스폭 변조신호(PWM)가 베이스에 입력되면 이 펄스폭 변조신호(PWM)에 따라 온/오프하여 A상 권선(La)에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭부(11)와, 이 스위칭부(11)의 오프기간동안 전류검출 저항(R₁) 및 다이오드(D₁)를 통하여 상기 A상 권선(La)측으로 전류를 흘리는 프리휠링부(17)와, 이 프리휠링부(17)에서 검출된 전압을 아날로그반전기(26)를 통해 반전시킨 후 상기 스위칭부(11)에서 검출된 전압과 아날로그 가산기(27)로 합성하여 출력하는 합성부(28)와, 이 합성부(28)에서 합성되어 출력되는 신호를 저역통과시키는 로우패드필터(34)로 구성한 것으로, 상기 스위칭부(11)는 직류전압(Vdc)의 플러스단을 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₁) A상 권선(La), 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스로 인가받는 트랜지스터(Q₂) 및 전류검출저항(R₂)을 순차로 통해 상기 직류전압(Vdc)의 마이너스단에 접속하고, 상기 A상 권선(La) 및 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터 접속점을 다이오드(D₂)를 통해 상기 직류전압(Vdc)의 플러스단에 접속하여 구성하고, 상기 프리휠링부(17)는 직류전압(Vdc)의 마이너스단을 전류검출저항(R₁) 및 다이오드(D₁)를 통하여 상기 트랜지스터(Q₁)의 에미터 및 A상 권선(La)의 접속점에 접속하여 구성한다. 그리고, B상 및 C상에 대해서도 상기와 동일하게 스위칭부(12), (23), 프리휠링부(19), (20), 합성부(30), (32) 및 로우패스필터(36), (38)로 구성한다.

제6도는 상기 제5도에서 설명한 본 발명 회로의 변형 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 직류전압(Vdc)의 플러스단을 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₁), 전류검출저항(R₁₄), A상 권선(La) 및 상기 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₂)를 순차로 통해 상기 직류전압(Vdc)의 마이너스단에 접속하고, 상기 A상 권선(La) 및 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터 접속점을 다이오드(D₂)를 통해 상기 직류전압(Vdc)의 플러스단에 접속하며, 상기 직류전압(Vdc)의 마이너스단을 다이오드(D₁)를 통해 상기 트랜지스터(Q₁)의 에미터 및 전류검출저항(R₁₄)의 접속점에 접속하여 스위칭부(40)를 구성하고, B상 및 C상에 대한 스위칭부(41, 42)도 상기 스위칭부(40)와 동일하게 구성하여, 상기 스위칭부(40), (41), (42)의 전류검출저항(R₁₄), (R₁₅), (R₁₆)에서 검출되는 전압신호가 로우패스필터(34), (36), (38)에 입력되게 구성한다.

제7도는 상기 제5도에서 설명한 본 발명 회로의 또 다른 변형 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 직류전압(Vdc)의 플러스단을 권선(L₁), 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₁) 및 전류검출저항(R₁₇)을 통해 상기 직류전압(Vdc)의 마이너스단에 접속하고, 그 직류전압(Vdc)의 마이너스단을 저항(R₁₈), 권선(L₂) 및 다이오드(D₁)를 통해 상기 직류전압(Vdc)의 플러스단에 접속하여, 상기 트랜지스터(Q₁)의 에미터 및 전류검출저항(R₁₇)의 접속점을 상기 아날로그 가산기(27)의 입력측에 접속하고, 상기 저항(R₁₈) 및 권선(L₂)의 접속점을 상기 아날로그 반전기(26)의 입력측에 접속하여 스위칭부(43)를 구성하고, B상 및 C상에 대한 스위칭부(44), (45)도 상기 스위칭부(43)와 동일하게 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용효과를 제8도의 파형도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제5도에서 스위칭부(11)의 트랜지스터(Q₁), (Q₂)의 베이스에 제8(a)도와 같은 펄스폭 변조신호(PWM)가 입력되면, 그 펄스폭 변조신호(PWM)의 고전위구간에서 트랜지스터(Q₁), (Q₂)가 도통되고, 펄스폭 변조신호(PWM)의 저전위구간에서 트랜지스터(Q₁), (Q₂)가 오프되는 동작을 반복하게 된다. 따라서 상기 트랜지스터(Q₁), (Q₂)가 도통되는 동안에는 직류전압(Vdc)의 플러스단에서 트랜지스터(Q₁), A상 권선(La), 트랜지스터(Q₂) 및 전류검출저항(R₂)을 통해 직류전압(Vdc)의 마이너스단으로 전류가 흐르므로 그 전류검출저항(R₂)에서 전압강하가 발생하여 접속점(b)에 제8(b)도와 같은 전압이 발생된다.

즉, 이때 A상 권선(La)의 인덕턴스에 의해서 전류는 트랜지스터(Q₁), (Q₂)가 도통되는 기간동안 증가하고, 오프되는 기간동안은 다이오드(D₂)와 전류검출저항(R₁) 및 다이오드(D₁)를 통하여 감소한다.

따라서, 트랜지스터(Q₁), (Q₂)가 오프되는 기간동안은 직류전압(Vdc)의 마이너스단에서 전류검출저항(R₁), 다이오드(D₁), A상 권선(La) 및 다이오드(D₂)를 통하여 전류가 흐르므로 전류검출저항(R₁)에서 전압강하가 발생하여 접속점(a)에 제8(c)도와 같은 전압이 발생한다.

결국, 펄스폭 변조신호(PWM)에 의해 트랜지스터(Q₁, Q₂)가 온/오프동작을 반복함에 따라 그에 따른 전류의 흐르는 방향으로 인하여 트랜지스터(Q₂)의 에미터 및 전류검출저항(R₂)의 접속점(b)에는 제8도의 (b)와 같은 양의 전위가 발생하고, 전류검출저항(R₁) 및 다이오드(D₁)의 접속점(a)에는 제8(c)도와 같은 음의 전위가 발생한다.

이와 같이 접속점(a)에서 발생되는 전압(Va)은 아날로그 반전기(26)에서 반전된 후 저항(R₇)을 통해 아날로그 가산기(27)에 인가됨과 아울러 접속점(b)에서 발생되는 전압(Vb)은 저항(R₈)을 통해 그 아날로그 가산기(27)에 공통 인가되어 합성되므로, 그 아날로그 가산기(27)에서 제8(c)도와 같은 신호가 출력된다.

센서를 사용하지 않고 스위치드 릴럭턴스 모터를 구동시키기 위하여는 스위치드 릴럭턴스 모터 권선에 흐르는 전류의 모양이 중요한 정보가 되며 불연속점을 갖지 않도록 상기 합성부(28)의 출력전압(V₃)을 로우패스필터(34)를 통해 필터링시키면 제8(e)도와 같은 파형의 전압(V₃)이 출력된다. 이와 같이 출력되는 파형의 전압(V'₃)을 미분기에 의해 미분한 후 제로크로싱점(Zero Crossing Point)을 검출함으로써 그 검출신호가 모터의 제어를 위한 회전자의 위치정보로서 활용된다.

제6도에 도시된 본 발명의 변형 회로에서는 스위치드 릴럭턴스 모터의 A상 권선(La), B상 권선(Lb) 및 C상 권선(Lc)에 직렬로 전류검출저항(R₁₄), (R₁₅) 및 (R₁₆)을 연결함으로써 각 상당 1개의 전류검출저항(R₁₄, R₁₅, R₁₆)으로도 각상의 권선(La, Lb, Lc)에 흐르는 전류파형을 전압으로 검출할 수 있고, 이 파형의 검출전압을 로우패스필터(34, 36, 38)를 통과시켜 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동제어를 위한 회전자의 위치정보로 활용될 수 있게 된다.

제7도에 도시된 본 발명의 또다른 변형회로는 제5도 본 발명 회로와 작용이 동일한데, 다시 설명하면 트랜지스터(Q₁)의 베이스에 인가되는 펄스폭 변조신호(PWM)에 따라 그 트랜지스터(Q₁)가 온/오프동작을 반복하게 되며, 이에 따라 트랜지스터(Q₁)가 도통되는 동안은 트랜지스터(Q₁)의 에미터 및 저항(R₁₇)의 접속점(b)에서 양의 전압(Vb)이 발생되고, 오프되는 동안은 저항(R₁₈) 및 권선(L₂)의 접속점(a)에서 음의 전압(Va)이 발생되며, 이 음의 전압(Va)이 아날로그 반전기(26)를 통해 반전된 후 상기 양의 전압(Va)과 아날로그 가산기(27)에서 합성되고, 이 합성전압이 로우 패스필터(34)를 통해 필터링되므로 스위치드 릴럭턴스 모터 구동제어를 위한 회전자의 위치정보로 활용될 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 고온 또는 콤프레서와 같은 냉매윤활유등이 튀기며 혼잡한 양상을 일으키는 환경에서 위치검출센서를 사용할 필요가 없이 스위치드 릴럭턴스 모터의 권선에 흐르는 전류를 전압으로 검출하고, 그 검출전압으로부터 회전자의 위치정보를 얻을 수 있게 되므로 스위치드 릴럭턴스 모터를 신뢰성 있게 구동제어할 수 있으며, 그의 구조가 보다 간단해지고 소형화 되는 효과가 있게 된다.

Claims

펄스폭 변조신호(PWM)를 공급받아 그 펄스폭 변조신호(PWM)에 따라 온/오프동작을 반복하여 각상 권선(La, Lb, Lc)의 전류의 흐름을 제어하는 스위치부(11, 12, 13)와, 상기 스위칭부(11, 12, 13)의 오프기간동안 전류검출저항(R₁, R₃, R₅) 및 다이오드(D₁, D₃, D₅)를 통하여 상기 각상 권선(La, La, Lc)에 전류를 흐르게 하는 프리휠링부(17, 19, 20)와, 상기 프리휠링부(17, 19, 20)에서 전류의 흐름에 따라 검출되는 전압을 아날로그 반전기(26)로 반전시킨 후 상기 스위칭부(11)에서 전류의 흐름에 따라 검출되는 전압과 아날로그 가산기(27, 25, 33)로 합성하여 출력하는 합성부(28, 30, 32)와, 상기 합성부(28, 30, 32)의 출력신호를 저역통과시키는 로우패스필터(34, 36, 38)로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로.
제1항에 있어서, 스위칭부(11)는 직류전압(Vdc)의 플러스단을 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₁), A상 권선(La), 상기 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₂) 및 전류검출저항(R₂)을 순차로 통해 상기 직류전압(Vdc)의 마이너스단에 접속하고, 상기 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터측 접속점을 다이오드(D₂)를 통해 상기 직류전압(Vdc)의 플러스단에 접속하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로.
제2항에 있어서, 프리휠링부(17)는 직류전압(Vdc)의 마이너스단을 전류검출저항(R₁) 및 다이오드(D₁)를 통하여 스위칭부(11)의 트랜지스터(Q₁) 에미터 및 A상 권선(La)의 접속점에 접속하여 구성된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로.
제1항에 있어서, 스위칭부(11)는 직류전압(Vdc)의 플러스단을 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₁), 전류검출저항(R₁₄), A상 권선(La) 및 상기 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₂)를 순차로 통해 상기 직류전압(Vdc)의 마이너스단에 접속함과 아울러 그 접속점을 다이오드(D₁)를 통해 상기 트랜지스터(Q₁) 및 전류검출 저항(R₁₄)의 접속점에 접속하고, 상기 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터측 접속점을 다이오드(D₂)를 통해 상기 직류전압(Vdc)의 플러스단에 접속하여, 상기 전류검출저항(R₁₄)에서 검출되는 전압이 로우패스필터(34)에 직접 입력되게 구성하고, 스위칭부(12, 13)도 상기 스위칭부(11)와 동일하게 구성하여 된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부(11)는 직류전압(Vdc)의 플러스단을 권선(L₁), 펄스폭 변조신호(PWM)를 베이스에 인가받는 트랜지스터(Q₁) 및 전류검출저항(R₁₇)을 순차로 통해 상기 직류전압(Vdc)의 마이너스단에 접속하고, 그 직류전압(Vdc)의 마이너스단을 전류검출저항(R₁₈), 권선(L₂) 및 다이오드(D₁)를 순차로 통해 상기 직류전압(Vdc)의 플러스단에 접속하여, 상기 전류검출저항(R₁₇), (R₁₈)에서 검출되는전압이 합성부(28)의 아날로그 가산기(27) 및 아날로그 반전기(26)에 각기 입력되게 구성하고, 스위칭부(12, 13)도 상기 스위칭부(11)와 동일하게 구성하여 된 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터 구동회로.