KR0150112B1 - 마이컴에 의한 모터의 위상각 제어장치 - Google Patents

Abstract

고정된 각도판을 사용하면서 속도에 따른 위상각을 가변으로 할 수 있는 SRM 위상각 제어장치에 관한 것으로, 위상각을 효율적으로 제어할 수 없다는 문제점을 해소하기 위해, 광검출수단으로 부터의 출력에 따라 모터의 회전속도를 산출하는 수단, 산출수단으로 부터의 속도값과 미리 설정된 속도값과 비교하는 제1 비교수단, 이 제1의 비교수단으로 부터의 비교결과에 따라 출력단자를 변환해서 가속모드를 변환하는 수단, 변환 수단으로 부터의 속도값과 미리 설정된 속도값과 비교하는 제2의 비교수단과 제1 및 제2의 비교수단으로 부터의 비교결과가 미리 설정된 속도값에 도달하는 경우, 정속운전을 실행하고 제1의 비교수단으로 귀환시키는 속도감시 수단을 마련한다. 이와같은 SRM 위상각 제어장치를 이용하는 것에 의해 간단히 각도판에 의해 위치를 감지하고, 시지연 루프의 작동만으로 위상각 제어를 실행할 수가 있다.

Description

마이컴에 의한 모터의 위상각 제어장치

제1도는 광 센서를 사용한 종래의 모터 위상각 제어장치의 구성도.

제2도는 홀센서를 사용한 종래의 모터 위상각 제어장치의 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 모터 위상각 제어장치의 블록도.

제4도는 본 발명에 따른 모터 위상각 제어장치의 제어 흐름도.

제5도는 본 발명에 따른 구동회로의 1예의 회로도.

제6도는 6폴 스테이터와 4폴 로테이터의 구조로 이루어진 SRM 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 로테이터 2 : 로테이터 축

3,5 : 각도판 4 : 광 센서

6 : 홀센서 31 : 모터

32 : 각도판 33 : 광 인터럽터

34 : 마이컴 35 : 인터페이스

36 : 구동부

본 발명은 마이컴에 의한 모터의(SRM) 위상각 제어장치에 관한 것으로, 특히 고정된 각도판을 사용하면서 속도에 따른 위상각을 가변으로 할 수 있는 모터의(SRM) 위상각 제어장치에 관한 것이다. 모터(이하 SRM; Solid rocket motor이라 한다)는 가변속 운전이 자유로운 모터이지만 각도에 따라 특성의 변화가 매우 심하다. 따라서 운전 속도에 따라 위상각을 적절히 조절해 줄 필요가 있다. 특히, 가전용에서는 경제적인 제로 비용을 위하여 엔코너(encoder)를 사용하지 않는 제어방식을 채택하는 경우가 많다. 이러한 경우에서의 속도에 따른 위상각 제어를 위하여 마이컴을 사용하며, 감지된 속도에 따라 통전개시 시간과 통전 시간을 가감하여 고효율의 SRM구동을 달성할 필요가 있었다.

종래에는 SRM에서 엔코더를 사용하여 위치 감지를 하는 방법과 광 센서 또는 홀센서(hall-sensor)를 사용하여 위치를 감지하는 방법이 사용되었지만, 엔코더를 사용하는 방법에서는 위치감지 뿐만 아니라 위상각 제어도 가능하게 되지만, 후자의 방법은 위치 감지의 기능밖에 없다.

제1도는 광 센서를 사용한 종래의 SRM 위상각 제어장치의 구성도이며, 제2도는 홀센서를 사용한 종래의 SRM 위상각 제어장치의 구성도이다.

제1도에 있어서, (1)은 로테이터(rotor), (2)는 로테이터 축, (3)은 로테이터 축에 고정된 각도판, (4)는 광 인터럽터로서 기능하는 광 센서이다.

제1도에서 고정된 각도판(3)이 모터의 로테이터(1) 축에 고정된 상태로 로테이터의 회전과 같이 회전한다. 회전하는 각도판에 의해 로테이터(1)의 각도 정보를 얻기 위하여 도시하지 않은 스테이터가 고정된 광 센서의 광 인터럽터가 구비되어 있다.

통상 스테이터는 모터의 하우징 안에 고정되므로, 광 인터럽터는 하우징 외부 표면의 적절한 곳에 위치하게 된다. 각도판(3)이 회전하면서 광 인터럽터(4)의 가운데를 지나게 되고, 각도판(3)에 의해 빛의 통과 및 차단이 반복된다. 이렇게 하여 광 인터럽터(4)에서의 출력이 변화하며, 이 변화되는 출력신호가 도시하지 않은 증폭회로에서 적절히 증폭되고, 파워 스위치의 제어단자로 입력된다.

제어단자는 MOS-FET를 사용하는 경우 게이트가 되며, 파워 트랜지스터인 경우 베이스 이다.

이와 같이, 파워 트랜지스터가 온 또는 오프 되므로서 각각의 모터 권선에 필요한 시간동안 전류가 흐르게 된다.

제2도는 홀센서를 사용한 종래의 SRM 위상각 제어장치의 구성도이다.

제2도에서, (5)는 영구 자석을 교대로 부착한 각도판, (6)은 홀센서이다.

제2도에서 영구 자석을 교대로 부착한 각도판(5)이 모터의 로테이터(1)의 축(2)에 고정된 상태로 로테이터(1)의 회전과 같이 회전하게 된다. 회전하는 각도판에 의해 로테이터(1)의 각도 정보를 얻기위하여 스테이터에 고정된 홀센서(6)가 사용된다. 통상 스테이터는 모터의 하우징안에 고정되므로 홀센서(6)는 하우징 외부표면의 적절한 곳에 위치한다. 각도판(5)이 움직이면서 홀센서(6)의 위를 지나게 되고, 각도판(5)의 자극의 극성에 따라 홀센서(6)의 출력이 변화한다. 이 변화되는 출력신호가 도시하지 않은 증폭회로에서 적절히 증폭되어 파워 스위치의 제어단자로 입력된다. 제어단자는 MOS-FET의 경우 게이트가 되고, 파워 트랜지스터인 경우 베이스가 된다. 이렇게 하여 파워 트랜지스터가 온 또는 오프되므로 각각의 모터 권선에 필요한 시간동안 전류가 흐른다.

상술한 바와 같이 종래의 기술에 있어서는 각도판(3),(5)에는 이미 일정한 각도로 통전각이 물리적으로 결정되어져 있고, 이곳은 한 번 정착되고 나면 운전중 필요하다고 하여도 가변으로 할 수가 없었다.

또한, 각도판(3),(5)이 로테이터 축(2)에 한 번 고정되고 나면 통전각도는 운전도중 필요하다고 해도 그 위치가 가변으로 되지 않는다. 즉, 이러한 상태만으로는 위상각 제어를 할 수 없고 따라서 효율적인 운전을 할 수가 없다. 또한, SRM은 위상각의 변화에 따른 특성의 변화가 매우 크다. 따라서 원활하고 효율적인 운전을 위해서는 속도에 따른 위상각 제어가 필수적이다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로서, 엔코더를 사용하지 않고 위치 감지를 하는 방법에 있어서, 고정된 각도판을 사용하면서 속도에 따라 위상각을 가변할 수 있는 SRM 위상각 제어장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 SRM 위상각 제어장치는 모타, 각도판 및 광검출 수단을 구비한 SRM의 위상각 제어장치에 있어서, 상기 광검출 수단으로 부터의 출력에 따라 상기 모터의 회전속도를 산출하는 수단, 상기 산출수단으로 부터의 속도값과 미리 설정된 속도값과의 비교를 실행하는 제1의 비교수단, 상기 제1이 비교수단으로 부터의 비교결과에 따라 출력단자를 전환해서 가속 모드로 변환하는 수단, 상기 변환수단으로 부터의 속도값과 상기 미리 설정된 속도값과의 비교를 실행하는 제2의 비교수단과 상기 제1 및 제2의 비교수단으로 부터의 비교결과가 상기 미리 설정된 속도값에 도달하는 경우 정속운전을 실행하고, 상기 제1의 비교수단으로 귀환시키는 속도 감지수단을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 있어서는 미리 설정된 속도값을 몇 개의 단계로 나누고, 해당속도에 대응하는 소정의 지연시간이 상술한 제1 및 제2의 비교수단에 입력된다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다. 또 실시예를 설명하기 위한 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.

제3도는 본 발명에 따른 SRM 위상각 제어장치의 블록도이고, 제4도는 본 발명에 따른 SRM 위상각 제어장치의 제어흐름도이며, 제5도는 제3도에 도시한 구동회로의 1예의 회로도이고, 제6도는 6폴 스테이터(pole stator)와 4폴 로테이터(pole rotor)의 구조로 이루어진 SRM의 설명도이다.

제3도에서 (31)은 모터, (32)는 모터(31)의 축에 고정된 각도판, (33)은 각도판의 회전을 검출하는 광 인터럽터이다.

또, (34)는 광 인터럽터(33)의 출력신호에 따라 모터(31)를 제어하는 마이컴이고, (35)는 인터페이스, (36)은 마이컴(34)의 제어명령에 따라 모터(31)의 속도를 제어하는 구동회로를 이루는 구동부이다.

모터(31)의 축에 고정된 각도판(32)은 가동시에 가장 효율적으로 되도록 설치 고정된다. SRM의 경우 속도가 상승할수록 통전개시 각도는 로테이터의 위치가 스테이터에서의 슬롯 중앙보다 앞서도록 해야만 효율 좋은 운전이 가능하다. 즉, 선행각도(advanced angle)가 필요하며 속도가 높을수록 이러한 선행각도가 커져야 한다. 반대로 속도가 낮을수록 선행각도는 작아져야 하며, 기동시의 경우는 최저의 선행각도로 된다.

가동시, 마이컴(34)에서는 각도판(32)에 의한 신호주기와 같이 구동부(36)의 제5도에 도시한 구동회로에서 파워 스위치의 온 또는 오프를 명령한다. 그러나, 속도가 상승하여 1차 지정속도에 도달하면, 시지연시켜 다른 파워 스위치를 작동시킨다. 가동시의 파워 스위치의 온 시퀀스와 다른 시퀀스를 하는 이유는 속도가 상승하도록 선행각도를 인가해야 하고, 이것도 마이컴(34)에서 시간적으로 앞선 작동이 이루어져야 하므로, 다음 위상에 시지연된 신호를 인가한다.

예를 들어 제6도에 도시한 바와 같이, 6폴 스테이터와 4폴 로테이터의 구조를 갖는 SRM의 경우, 시계방향으로 회전했을 때 가동시의 시퀀스는 A-B-C 순서이다. 그러나, 속도가 상승하여 지정속도에 도달하면, 시지연된 신호가 B-C-A 순서로 입력된다.

즉, 하기 표에서와 같이, 기동시에는 센서 Sa가 작동하면, 위상 A로 전류가 흐르고, 센서 Sb가 작동하면 위상 B에 전류가 흐르고, 센서 Sc가 작동하면 위상 C로 전류가 흘러서 로테이터가 회전한다.

회전속도가 증가하여 제1 지정속도에 도달하면 턴은 시퀀스가 변경된다. 즉, 센서 Sa가 작동하면 시지연하여 위상 B에 전류가 흐르고, 센서 Sb가 작동하면 시지연하여 위상 C에 전류가 흐르고, 센서 Sc가 작동하면 시지연하여 위상 A에 전류가 흐른다.

이하, 이러한 동작을 제 4도를 참조하여 구체적으로 설명한다. 센서의 위치는 기동시와 변함이 없다. 모터(31)가 기동되면(ST 1단계), 마이컴(34)은 기동모드의 상태로 되고(ST 2단계), 각도판(32)과 광인터럽터(33)에 의해 모터(31)의 회전속도를 계산한다(ST 3단계).

속도계산은 마이컴(34)이 내장하고 있는 시계기능(clock)을 이용하여 1초간 입력되는 펄스의 수를 카운트하여 회전수를 인식한다. 예를 들어 6/4폴 SRM인 경우, 한 개의 상으로부터 입력되는 신호의 개수가 4개이면 1회전 한 것이다. 따라서, 1초간 입력된 신호를 4로 나누면 회전수가 된다.

예를들어 12/8폴 SRM인 경우 8개의 신호가 입력되면 1회전 한 것이다. 따라서 1초간 입력된 신호를 8로 나누면 회전수가 된다. 다음에 속도계산에서 산출된 속도와 마이컴(34)내에 미리 내장된 목표치와의 속도 비교를 한다(ST 4단계). 이 비교는 마이컴(34)내의 프로그램에서 CMP 명령으로 실행할 수 있다.

이 비교값에서 목표속도에 도달하면 정속운전이 실행되고(ST 7단계), 목표속도에 미달된 경우, 마이컴(34)의 출력단자를 이용하여 신호를 임의의 출력단자로 지정하여 보냄으로써 출력모드의 전환이 실행된다(ST 5단계).

이 출력모드의 변환값이 목표속도에 도달하였는가 재차 비교한다(ST 6단계). 이 단계에서 목표속도에 도달하면 정속운전하고(ST 7단계), 목표속도에 도달하지 않으면 다시 가속모드로 변환하도록 ST 5단계로 귀환된다.

ST 7단계에서 정속운전중이어도 계속 목표속도와 비교를 실행하기 위해 ST 4단계로 귀환된다.

이 과정을 제3도 및 제6도에 따라 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

회전하고 있는 모터(31)의 로테이터의 각도판(32)이 제6도에 도시한 예에서 센서 Sa를 작동시키면, 마이컴(34)내의 프로그램에 있는 시지연 루프를 거치게 하고 시간적으로 지연된 출력이 위상 B를 턴온하기 위해 제5도의 파워 스위치를 작동시킨다.

그동안 로테이터는 계속 회전하여 로테이터의 각도판(32)이 센서 Sb를 작동시킨다. 그러면 마이컴(34)내의 프로그램에 있는 시지연루프를 거치게 하고 지연된 출력이 위상 C를 턴온하기 위한 파워 스위치를 작동시킨다.

로테이터는 계속 회전하여 로테이터의 각도판(32)이 센서 Sc를 작동시킨다. 그러면 마이컴(34)내의 프로그램에 있는 시지연 루프를 거치게 하고 시간적으로 지연된 출력이 위상 A를 턴온하기 위한 파워 스위치를 작동시킨다.

로테이터의 회전속도가 목표속도에 도달할때까지 이러한 방법을 반복하여 점진적으로 지연시간을 줄여간다.

여기에서 지연시간을 줄인다는 의미는 이미 센서-위상 시퀀스를 변환한 상태이므로, 선행시간(각도)을 늘린다는 의미이다.

따라서, 모터(31)의 로테이터의 목표속도가 높으면, 상기 표와 같은 시퀀스에서의 시간 지연 루프의 작동시간이 짧아지고, 목표속도가 낮을수록 시간지연 루프의 작동시간이 길어진다.

이렇게 하여 최적각도에서 자유로이 위상각 이동에 의한 속도제어를 실행하게 된다.

상술한 바와 같이, 종래에는 SRM에서 위상각 제어를 실행하고자 하는 경우, 엔코더와 디코더, 적절한 위상 제어기가 필요하였지만, 본 발명에서는 간단히 각도판에 의해 위치를 감지하고 마이컴에서의 시지연 루프의 작동만으로 위상각 제어가 실행된다.

Claims (4)

1. 모터, 각도판 및 광검출수단을 구비한 SRM의 위상각 제어장치에 있어서, 상기 광검출수단으로 부터의 출력에 따라 상기 모터의 회전속도를 산출하는 수단, 상기 산출수단으로 부터의 속도값과 미리 설정된 속도값과의 비교를 실행하는 제1의 비교수단, 상기 제1의 비교수단으로 부터의 비교결과에 따라 출력단자를 전환해서 가속모드를 변환하는 수단, 상기 변환수단으로 부터의 속도값과 상기 미리 설정된 속도값과의 비교를 실행하는 제2의 비교수단과, 상기 제1 및 제2의 비교수단으로 부터의 비교결과가 상기 미리 설정된 속도값에 도달하는 경우, 정속운전을 실행하고, 상기 제1의 비교수단으로 귀환시키는 속도감시 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이컴에 의한 모터의(SRM)위상각 제어장치
2. 제1항에 있어서, 상기 미리 설정된 속도값은 몇 개의 단계로 나누어지고, 해당 속도에 대응하는 소정의 지연시간이 상기 제1 및 제2의 비교수단에 입력되는 것을 특징으로 하는 마이컴에 의한 모터의(SRM) 위상각 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 모터의 기동시의 센서-위상 시퀀스와 상기 변환수단에서 속도가 증가하여 위상각 제어를 작동시킬때의 센서-위상 시퀀스는 서로 다른 것을 특징으로 하는 마이컴에 의한 모터의(SRM) 위상각 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 광검출수단은 광센서 또는 홀센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이컴에 의한 모터의(SRM) 위상각 제어장치.