KR20200088549A

KR20200088549A - Srm의 직접토크제어방법

Info

Publication number: KR20200088549A
Application number: KR1020190004902A
Authority: KR
Inventors: 안진우; 정광일; 그레이스; 판자이
Original assignee: 경성대학교 산학협력단
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2020-07-23

Abstract

본 발명은 SRM의 직접토크제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 역 위상 토크(negative phase torque)를 제거하므로 토크 리플(torque ripple) 및 부하 손실(copper loss)을 감소시켜 SRM 효율이 뛰어나게 하기 위한 SRM의 직접토크제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 SRM의 직접토크제어방법은 제1 내지 제3 위상(phase)을 가지고 회전자가 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로, 상기 제2 위상에서 제3 위상으로, 상기 제3 위상에서 상기 제1 위상으로 반시계 방향으로 회전하며 인버터와 연동되고, 상기 SRM의 회전자 각도

에 따라 상기 인버터는,
상기 제1 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제2 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되기 시작하는 시점에 상기 제1 위상의 차핑(chopping)이 시작되게 제어되고,
상기 제1 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제2 위상의 인덕턴스가 반전하여 증가되기 시작하는 시점을 지나서 상기 제1 위상의 차핑(chopping)이 끝나고 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로 정류(commutation)가 시작되게 제어된다.

Description

SRM의 직접토크제어방법{A Direct Torque Control Method of Switched Reluctance Motor}

본 발명은 SRM의 직접토크제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 역 위상 토크(negative phase torque)를 제거하므로 토크 리플(torque ripple) 및 부하 손실(copper loss)을 감소시켜 SRM 효율이 뛰어나게 하기 위한 SRM의 직접토크제어방법에 관한 것이다.

스위치드 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor; 이하, SRM이라 함)는 스위칭 제어 장치가 결합된 형태의 모터로서, 고정자와 회전자 모두가 돌극형 구조로 되어 있다.

특히 고정자 부분에만 권선이 감겨 있으며, 회전자 부분에는 어떠한 형태의 권선이나 영구자석도 존재하지 않으므로 구조가 간단하다.

이러한 구조상의 특징으로 인해, 제작 생산적인 측면에서 상당한 이점을 가지고 있고, 직류 모터와 같이 기동 특성이 좋고 토크(torque)가 큰 반면에, 유지, 보수의 필요성이 적으며, 단위 체적당 토크, 효율 및 컨버터의 정격 등 많은 부분에서 우수한 특성을 가지고 있어 사용 분야가 점차 증가하고 있는 추세이다.

한편, 직접 토크 제어(DTC)는 교류모터에서 널리 채택되고 있는 일정한 출력 토크를 생성할 수 있는 고성능 토크 제어 방법이다.

그러나 종래의 직접 토크 제어(DTC)에서 SRM의 토크 출력은 정과 역 위상 토크(positive and negative phase torque)의 보완에 의해 유지되며, DTC가 더 높은 부하 손실(copper loss)을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 DTC는 전부하(full load)보다 낮은 효율을 갖는 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 제10-17181188호, 발명의 명칭 "저전압 팬 구동용 4상 8/6 SRM"(등록일자 2017.03.14.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 역 위상 토크(negative phase torque)를 제거하므로 토크 리플(torque ripple) 및 부하 손실(copper loss)을 감소시켜 SRM 효율이 뛰어나게 하는 SRM의 직접토크제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 SRM의 직접토크제어방법은 제1 내지 제3 위상(phase)을 가지고 회전자가 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로, 상기 제2 위상에서 제3 위상으로, 상기 제3 위상에서 상기 제1 위상으로 반시계 방향으로 회전하며 인버터와 연동되는 SRM을 제어하는 방법으로,

상기 SRM의 회전자 각도

에 따라 상기 인버터는,

상기 제1 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제2 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되기 시작하는 시점에 상기 제1 위상의 차핑(chopping)이 시작되게 제어되고,

상기 제1 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제2 위상의 인덕턴스가 반전하여 증가되기 시작하는 시점을 지나서 상기 제1 위상의 차핑(chopping)이 끝나고 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로 정류(commutation)가 시작되게 제어된다.

본 발명에 따르면, 경쟁력 있는 토크 제어 응답(torque control response)과 낮은 전류 소비(current consumption)를 가지는 이점이 있다.

또한, 토크 리플(torque ripple) 및 부하 손실(copper loss)를 감소시키는 이점이 있다.

또한, 역 위상 토크(negative phase torque)가 제거되는 이점이 있다.

또한, 다른 부하 조건(different load condition)을 기준으로 기준 자속(reference flux)을 조정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 효율(efficiency) 및 전류 소비(current consumption)가 전 부하 조건(full load condition)보다 향상되는 이점이 있다.

도 1은 3상 비대칭 하프 브리지 컨버터 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 하프 브리지 컨버터의 가능한 구동 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 직접 토크 제어(DTC)의 섹터 및 전압 벡터를 도시한 도면이다.
도 4는 3상 하프 브리지 컨버터의 가용 전압벡터를 도시한 도면이다.
도 5는 직접 토크 제어(DTC)의 스위칭 테이블을 도시한 도면이다.
도 6은 종래 SRM의 직접 토크 제어(DTC)에 대한 개략도를 도시한 도면이다.
도 7은 인덕턴스 섹터(Inductance sector)를 도시한 도면이다.
도 8은 역 위상 토크 발생 메카니즘(Negative phase torque generating mechanism)을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에서 제안하는 섹터 정의(sector definition)를 도시한 도면이다.
도 10은 위상 A 및 위상 B 관련 섹터의 스위칭 테이블을 도시한 도면이다.
도 11은 위상 B 및 위상 C 관련 섹터의 스위칭 테이블을 도시한 도면이다.
도 12는 위상 C 및 위상 A 관련 섹터의 스위칭 테이블을 도시한 도면이다.
도 13은 위상 A 및 위상 B 관련 섹터의 전압 벡터를 도시한 도면이다.
도 14는 위상 B 및 위상 C 관련 섹터의 전압 벡터를 도시한 도면이다.
도 15는 위상 C 및 위상 A 관련 섹터의 전압 벡터를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명이 제안하는 직접 토크 제어(DTC)에 대한 개략도를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명이 제안하는 파형을 예시적으로 도시한 도면이다.

먼저, 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서 본 발명은 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시 예의 구성 요소가 해당 실시 예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시 예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시 예가 통합된 하나의 실시 예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 도면의 도시에 있어서 요소들 간의 크기 비율이 다소 상이하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 간의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면상에 나타나는 표현의 차이는 해당 분야의 종사자들이 용이하게 이해 가능한 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1은 3상 비대칭 하프 브리지 컨버터 회로를 도시한 도면이고, 도 2는 하프 브리지 컨버터의 가능한 구동 회로를 도시한 도면이며, 도 3은 직접 토크 제어(DTC)의 섹터 및 전압 벡터를 도시한 도면이다.

또한, 도 4는 3상 하프 브리지 컨버터의 가용 전압벡터를 도시한 도면이고, 도 5는 직접 토크 제어(DTC)의 스위칭 테이블을 도시한 도면이며, 도 6은 종래 SRM의 직접 토크 제어(DTC)에 대한 개략도를 도시한 도면이다.

또한, 도 7은 인덕턴스 섹터(Inductance sector)를 도시한 도면이고, 도 8은 역 위상 토크 발생 메카니즘(Negative phase torque generating mechanism)을 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에서 제안하는 섹터 정의(sector definition)를 도시한 도면이다.

또한, 도 10은 위상 A 및 위상 B 관련 섹터의 스위칭 테이블을 도시한 도면이고, 도 11은 위상 B 및 위상 C 관련 섹터의 스위칭 테이블을 도시한 도면이며, 도 12는 위상 C 및 위상 A 관련 섹터의 스위칭 테이블을 도시한 도면이다.

또한, 도 13은 위상 A 및 위상 B 관련 섹터의 전압 벡터를 도시한 도면이고, 도 14는 위상 B 및 위상 C 관련 섹터의 전압 벡터를 도시한 도면이며, 도 15는 위상 C 및 위상 A 관련 섹터의 전압 벡터를 도시한 도면이다.

또한, 도 16은 본 발명이 제안하는 직접 토크 제어(DTC)에 대한 개략도를 도시한 도면이고, 도 17은 본 발명이 제안하는 파형을 예시적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 수정된 토크 제어전략(torque control strategy)으로, 역 위상 토크(negative phase torque)를 제거하기 위해 직접 토크 제어(DTC, Direct Torque Control)방법을 기반으로 하는 3상 스위치드 릴럭턴스모터(SRM)를 제시한다.

또한, 본 발명에서 제안된 히스테리시스 직접 토크 제어(hysteresis DTC)는 2상 전도 및 3상 전도를 사용하는 대신 단상 전도(one-phase conduction) 및 2상 전도(two-phase conduction)만이 사용된다.

종래 방법은 높은 토크 응답(torque response)과 낮은 토크 리플(torque ripple)을 유지하기 위해 높은 정격 전류(rms current)와, 역 위상 토크(negative phase torque)를 보상하기 위해 높은 피크 정 위상 토크(positive phase torque)를 필요로 하는 문제점이 있었다.

본 발명에서 스위칭 섹터(Switching sectors), 전압 벡터(voltage vectors) 및 스위칭 테이블(switching table)은 모두 SRM 인덕턴스특성(inductance characteristics)을 고려하여 다시 구성된다.

본 발명에서 제안하는 방법은 경쟁력 있는 토크 제어 응답(torque control response)과 낮은 전류 소비(current consumption)를 보여주고, 역 위상 토크(negative phase torque)가 제거된다.

또한, 본 발명에서 제안된 방법은 다른 부하 조건(different load condition)을 기준으로 기준 자속(reference flux)을 조정할 수 있으므로, 효율(efficiency) 및 전류 소비(current consumption)가 전부하 조건(full load condition)보다 향상된다.

일반적으로 직접 토크 제어(DTC)는 AC 기계용으로 처음 개발된 고성능 토크제어 방법이다.

최근 수십 년 동안 직접 토크 제어(DTC)는 수많은 연구자의 노력으로 스위치드 릴럭턴스 장비(SRMs)에 성공적으로 적용되어 왔다.

본 발명의 일실시 예에 따라 여기에서 이루어진 논의는 도 1에 도시된 3상 비대칭 하프-브리지 컨버터 구성을 갖는 3상 6/4 SRM에 기초하여 설명하지만, 다른 구성, 즉 4상이나 5상, 또는 8/6 등에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

비대칭 하프-브리지 컨버터의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 자화(magnetization), 프리휠(freewheel), 및 탈자(demagnetization)의 3가지 동작 모드(operation modes) 또는 스테이지(stages)가 존재한다.

종래의 SRM-DTC에서 6개의 전압 벡터(voltage vectors)가 자속 및 토크를 동시에 제어하기 위해 사용되고, 이들은 공간(space)에서 균등하게 60°로 분리된다.

공간(space)은 도 3에 도시된 하나의 전기주기(electrical period)에 대해 S1, S2, S3, S4, S5, S6으로 표시된 6개의 섹터로 동등하게 분할된다.

이 전체 공간(whole space)에서, 취할 수 있는 이용 가능한 전압 벡터(voltage vectors)가 도 4에 나열되어 있다.

그러나 선택은 자속 오차(flux error), 토크 오차(torque error) 및 해당 섹터(corresponding sector)에 따라 달라지며, 하나의 전압 벡터(voltage vector)는 도 5의 스위칭 테이블에 따라 적절하게 선택될 것이다.

도 6은 종래의 DTC의 전체 개략도를 도시한 것으로, 일부 요약하면 종래의 DTC에서 본 발명이 도출된다.

SRM의 다른 제어 방법과 비교하면, DTC 방법은 몇 가지 매우 다른 특징을 가지고 있다.

(1). AC 모터의 DTC 방식과 마찬가지로 종래 SRM-DTC는 부하각도(power angle)를 제어하거나 고정자의 자속 벡터(stator flux vector)를 가속 또는 감속하여 출력 토크(output torque)를 조절한다.

(2). 동일한 부하 토크(load torque)의 경우, 부하각(power angle)은 기준 자속(reference flux)과 음의 상관관계를 갖는다. 즉, 기준 자속(reference flux)의 증가 또는 감소는 동일한 출력 토크(output torque)를 유지하기 위해 부하각(power angle)을 감소 또는 증가시킨다. 또한, 기준 자속(reference flux)이 다르더라도 동일한 출력 토크(output torque)가 생성될 수 있다.

(3). 부하각(power angle)은 부하 토크(load torque) 및 기준 자속(reference flux)의 함수이다.

(4). RMS 전류(rms current)는 기준 자속(reference flux)과 밀접한 관계가 있지만 부하 토크(load torque)와는 관련이 없다. 다른 제어 방법에서는 높은 토크를 얻기 위해 높은 전류가 필요하기 때문에 일반적으로 이 설명이 사실이 아니다. 부하 손실(copper loss)은 rms 전류에 직접 연결되기 때문에, 기준 자속(reference flux)의 적절한 값을 선택함으로써 효율을 최적화할 수 있다.

(5). RMS 전류의 증가가 반드시 출력 토크(output torque)를 증가시키는 것은 아니며, 다른 RMS 전류는 동일한 출력 토크(output torque)에 대응할 수 있다.

(6). 최대 역 위상 토크(negative phase torque)는 기준 자속(reference flux)과 관련이 있다. 기준 자속(reference flux)이 증가하면 동일한 토크를 유지하기 위해 역 위상 토크(negative phase torque)가 증가되어 높은 정 토크(positive torque)로 보상해야 한다. 기준 자속(reference flux)을 줄이는 것은 역 위상 토크(negative phase torque)를 줄이는 효과적인 방법이다. 그러나 낮은 기준 자속(reference flux)만 적용하면 완전히 제거할 수 없다. DTC 운전시 역 토크(negative torque) 발생 영역이 상대적으로 크기 때문에 종래 SRM-DTC가 효율이 떨어지는 이유 중 하나이다.

(7). (4)에서 전체 부하 범위(entire load range)에서 고정된 기준 자속(reference flux)을 사용하기 때문에 부하(load) 및 전부하(full load)에서 전류 소비가 거의 동일하다는 것을 알 수 있다. 부하 각(power angle)만 토크 요구사항을 충족하도록 변경된다. 경 부하 조건(light load condition)에서의 부하 손실(copper loss)은 전 부하 상태(full load condition)에서의 부하 손실과 거의 같은 수준이며 이는 불필요한 손실임을 나타낸다. 다른 제어 방법에서는 전류가 낮기 때문에 경 부하 조건에서 부하 손실(copper loss)이 낮아야 한다는 것이 주지의 사실이다.

또한, SRM 작동은 컨버터의 스위칭 동작에 의존한다. 위상(phase)은 해당 전원 스위치를 켜고 끄면(on and off) 연속적으로 여기(勵起)된다(excited).

이러한 특성으로 인해 SRM은 일정한 연속 토크(constant continuous torque)를 생성할 수 없으므로 상대적으로 토크 리플 특성(torque ripple characteristic)을 갖는다.

토크 리플(torque ripple)은 SRM에서 부드러운 회전을 방해할 뿐 아니라 진동(vibration)의 주요 원인 중 하나이므로 제거가 바람직하다.

또한, 턴 오프(turn off) 단계 또는 정류(commutaion) 단계에서 제어가 어려우며 결과적으로 토크(torque)가 위상 간(between the phases)에 어떻게 할당될지 결정하기 쉽지않다.

또한, 직접 토크 제어(DTC)는 AC 모터에서 널리 채택되고 있는 일정한 출력 토크(output torque)를 생성할 수 있는 고성능 토크 제어 방법이다.

그러나 DTC에서 SRM의 토크 출력(torque output)은 정과 역 위상 토크(positive and negative phase torque)의 보완에 의해 유지되며, Direct Instantaneous Torque Control(DITC) 및 토크 공유 기능(Torque Sharing Function)방법에 비해 DTC가 더 높은 부하 손실(copper loss)을 초래한다.

또한, 종래의 DTC는 전부하(full load)보다 낮은 효율을 갖는다.

따라서 본 발명에서는 새로운 섹터, 전압 벡터 및 스위칭 테이블을 사용하여 역 위상 토크(negative phase torque)를 제거하고 부하 손실(copper loss)을 줄이기 위해 직접 토크 제어(DTC)가 수정되었다.

역 위상 토크(negative phase torque)의 생성은 섹터의 부적절한 분할 및 전압 벡터의 부적절한 선택으로 인한 종래의 DTC의 고유한 단점이다.

역 토크(negative torque)는 역 인덕턴스 슬로프 영역(negative inductance slope region)에 도달하는 꼬리전류(tail current)를 피하기 위해 턴 오프 각도(turn off angle)를 앞당길 때와 같이 대부분의 제어 방법이 제거하려고 하는 바람직하지 않은 상황이므로, 섹터를 적절하게 분할하고 적절한 스위칭 테이블을 만들어 역 위상 토크(negative phase torque)를 제거할 수 있다.

또한, 역 위상 토크(negative phase torque)가 생성되는 방법을 이해하기 위해, 인덕턴스 섹터(inductance sector)는 도 7에 도시된 바와 같이 종래의 DTC 섹터와 함께 중첩될 수 있다. 역 토크 생성 메커니즘(negative torque generation mechanism)은 도 8에 나와 있다.

예를 들어, 섹터 S2와 섹터 L-11-1의 겹쳐진 부분을 고려해 본다.

도 8에 도시된 바와 같이, 위상 B를 향하고 있기 때문에 일반적으로 위상 A와 C는 위상 A와 C의 인덕턴스 프로파일(inductance profiles)이 떨어지므로 꺼야(turn off)한다.

그러나 섹터 S2에서 토크와 자속을 조절하기 위해 전압 벡터(voltage vector) V6, V8, V20 및 V22가 사용된다. 각 벡터의 위상 성분을 검사하면 벡터 V20 및 V22가 위상 A를 켜고 벡터 V6이 위상 C를 켜고자 시도하는 것을 알 수 있다.

결과적으로 위상 A 및 C의 역 토크(negative torque)가 생성된다. 동일한 결론은 다른 섹터 부분을 관찰함으로써 또한 이루어질 수 있다.

이러한 메커니즘으로 인해, 종래의 직접 토크 제어(DTC)에서는 역 위상 토크(negative phase torque)를 결코 제거할 수 없었다. 이러한 상황을 피하기 위한 해법은 역 위상 토크(negative phase torque)를 발생시킬 수 있는 벡터를 사용하지 않는 것이다. 비대칭 하프 브리지 컨버터의 구성 덕분에 브리지 컨버터보다 더 많은 벡터를 사용할 수 있다.

따라서 본 발명에서 제안된 섹터는 도 9 내지 도 15에 도시된 바와 같이 단상 섹터(chopping sector)와 2상 섹터(commutation sector 및 fast demagnetization sector)로 구성된다.

즉, A 차핑(chopping), B 차핑(chopping) 및 C 차핑(chopping)과 같이 단상 섹터에서는 토크를 조절하기 위해 단상 자극(A 상, B 상 또는 C 상 중 하나)만 사용된다.

참고로, 차핑(chopping)은 예를 들어 0에서 5V의 입력을 가했을 때 스위치 Q1과 Q2의 게이트에 인가되는 전압이 5V의 직렬로 인가되는 것이 아니라, 0에서 5V가 잘게 쪼개어 처리되는 것을 통칭한다.

또한, 정류 섹터(commutation sector)에서 DTC의 원리는 토크와 자속을 조절하는 데 사용된다.

또한, 빠른 탈자 섹터(demagnetization sectors)에서는 출력 위상(outgoing phase)이 꺼지고 입력 위상(incoming phase)의 여기(excitation)가 토크를 조절하는 데 사용된다.

도 9 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 하나의 전기주기(an electrical period)에서 섹터(sector)는 전체 3개의 그룹에서 각 그룹에 대해 세 개로 나뉘며, 전체 그룹에서 인덕턴스(inductance)가 감소하면서 항상 하나의 위상(역 토크 위상)이 있게 된다.

이와 같이, 각 그룹 내에서 역 토크 위상(negative torque phase)이 항상 오프(off) 상태로 유지되면 상기 단계의 역 토크(negative torque)는 피할 수 있다.

그리고 역 토크 위상 성분(negative torque phase component)이 0으로 유지되는 방식으로 전압 벡터(voltage vector)를 정의함으로써 달성된다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 하나의 그룹에서 벡터 또는 스위칭 테이블의 선택이 나와 있다. 자속은 정류(commutation) 섹터에서만 폐쇄 루프로 제어된다.

도 13 내지 도 15는 이해하는 데 도움을 주기 위하여 위상에 따른 전압 벡터를 도시한 도면이다.

또한, 도 16은 본 발명이 제안하는 직접토크제어(DTC) 개략도를 도시한 도면이고, 도 17은 본 발명이 제안하는 회전자 각도(

)에 따른 자속(Ψ), 토크(T), 전류(i)의 파형을 예시적으로 도시한 도면이다.

따라서, 본 발명의 일실시 예에 따른 SRM의 직접토크제어방법은 제1 내지 제3 위상(phase)을 가지고 회전자가 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로, 상기 제2 위상에서 제3 위상으로, 상기 제3 위상에서 상기 제1 위상으로 반시계 방향으로 회전하며 인버터와 연동되는 SRM을 제어하는 방법으로,

상기 SRM의 회전자 각도

에 따라 상기 인버터는,

상기 제1 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제2 위상의 인덕턴스가 반전하여 증가되기 시작하는 시점을 지나서 상기 제1 위상의 차핑(chopping)이 끝나고 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로 정류(commutation)가 시작되게 제어되며,

상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로 정류(commutation)가 시작된 이후에 여전히 상기 제2 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제1 위상의 인덕턴스가 반전하여 감소되기 이전에 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로 정류(commutation)가 끝나고 상기 제1 위상의 빠른 탈자(fast demagnetization)가 시작되게 제어되고,

상기 제2 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제1 위상의 인덕턴스가 반전하여 감소되기 시작하는 시점에 상기 제1 위상의 빠른 탈자(fast demagnetization)가 끝나게 제어된다.

본 발명의 일실시 예에 따른 SRM의 직접토크제어방법은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

제1 내지 제3 위상(phase)을 가지고 회전자가 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로, 상기 제2 위상에서 제3 위상으로, 상기 제3 위상에서 상기 제1 위상으로 반시계 방향으로 회전하며 인버터와 연동되는 SRM의 직접토크제어방법에 있어서,
상기 SRM의 회전자 각도
에 따라 상기 인버터는,
상기 제1 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제2 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되기 시작하는 시점에 상기 제1 위상의 차핑(chopping)이 시작되게 제어되고,
상기 제1 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제2 위상의 인덕턴스가 반전하여 증가되기 시작하는 시점을 지나서 상기 제1 위상의 차핑(chopping)이 끝나고 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로 정류(commutation)가 시작되게 제어되는 것을 특징으로 하는 SRM의 직접토크제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로 정류(commutation)가 시작된 이후에 여전히 상기 제2 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제1 위상의 인덕턴스가 반전하여 감소되기 이전에 상기 제1 위상에서 상기 제2 위상으로 정류(commutation)가 끝나고 상기 제1 위상의 빠른 탈자(fast demagnetization)가 시작되게 제어되는 것을 특징으로 하는 SRM의 직접토크제어방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 위상의 인덕턴스가 증가되고, 상기 제3 위상의 인덕턴스가 감소되며, 상기 제1 위상의 인덕턴스가 반전하여 감소되기 시작하는 시점에 상기 제1 위상의 빠른 탈자(fast demagnetization)가 끝나게 제어되는 것을 특징으로 하는 SRM의 직접토크제어방법.