KR100424514B1

KR100424514B1 - 싱크로너스 전동기 시동 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100424514B1
Application number: KR20027012088A
Authority: KR
Inventors: 삐에르카트르; 브르노프랑코; 기슬린람베르트
Original assignee: 하이드로-퀘벡
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 2004-03-27
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: EP0800718A1; KR20020095470A; CA2208182A1; TR199501703A2; CA2208182C; TW278272B; MX9704859A; EP0889580A2; KR100381071B1; US5537020A; EP0800718B1; AU3976895A; EP0889580A3; BR9510371A; DE69515519D1; DE69515519T2; JPH10511537A; ATE190443T1; WO1996020528A1; AR000499A1

Abstract

본 발명은 과부하가 걸린 전동기의 경우에 회전자와 와인딩을 갖는 고정자를 가지는 싱크로너스 전동기의 시동을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것으로서, 싱크로너스 전동기의 시동 방법과 관련하여, 상기 방법은 (a) 와인딩들을 위한 전류의 예정된 가변 위상을 가지는 예정된 수반되는 벡터적인 합들을 적용하는 단계를 포함하며, (b) (a)단계에서 적용된 전류의 각 벡터적인 합들을 위해 고정자에 대한 회전자의 움직임과 이 움직임의 방향을 측정하고 저장하는 단계와; (c) (d)단계에서 저장된 움직임과 방향을 기초로 위상에 관한 함수 F1과 연속되는 벡터적인 합들의 진폭을 기초로 위상에 관한 함수 F2를 확립하는 단계와; (d) 위상차로 얻어진 확립된 식에 따른 함수 F1과 F2의 결과로 식 F를 수학적으로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 그것으로 인해 전동기는 위상차로부터 동작시키기 위해 준비된다.

Description

싱크로너스 전동기 시동 장치 및 방법{Apparatus and method for starting a synchronous machine}

[기술분야]

본 발명은 회전자와 와인딩들을 구비한 고정자를 가지는 교류 전동기를 시동하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

[배경기술]

알려진 종래의 기술로는 무브러시형 직류 전동기의 시동을 위한 방법과 장치를 설명한 것으로 유럽특허출원 EP-A-0,571,076호가 있다. 상기 사용된 방법은 후술한 것과 같이 설명된다. 첫째로 전기적인 벡터는 전동기에 제공되고, 이 벡터의 위상은 예정된 값(+)를 얻을때까지 증가된다. 회전자의 이동의 마지막 지점(C1)은 유의해야 한다. 둘째로 전기적인 벡터는 전동기에 제공되고, 이 벡터의 위상은 예정된 값 (-)에 도달될때까지 감소된다. 회전자의 이동의 마지막 지점(C2)는 유의해야 한다. 이동지점 C1과 C2로부터 평균치는 자극 벡터와 전동기 자기력의 Ⅰ의 위치에 대응되는 위치가 결정된 시동 지점 값과 같이 얻어진다.

전동기를 시동하기 위한 이방법과 관련된 중요한 단점은 시동되기 이전에 회전자가 임의로 두 번의 위치를 바꾸어야만 한다는 것이다. 더 상세하게는 전동기에 과부하가 걸렸을 때 문제가 발생하며 전동기가 시동되기 전에 회전자의 임의의 움직이도록 허용하지 못한다.

또한 알려진 종래의 기술로는 위치 센서를 갖추지 않은 무브러시형 직류 전동기의 시동을 위한 방법 및 장치를 설며한 미국 특허 제5,323,094호가 있다. 상기 방법은 자기장을 발생하기 위해 전류가 통하는 최소한 고정자의 최소한 두 개의 3상 위상들에서 시작되는 결과를 제공함으로 인하여 워하는 방향으로 회전하는 전동기의 회전자가 존재하는 것을 설명하였다.

유럽특허 출원 EP-A-0,571,076의 경우에서 처럼, 전동기의 시동을 위한 이 방법은 전동기가 시동되기전에 회전자가 임의의 방법으로 위치해야만 한다는 중요한 단점을 나타낸다. 더 상세하게는 전동기에 과부하가 걸렸을 경우에 문제가 발생하고 전동기가 시동되기 전에 회전자의 임의의 움직임을 허용하지 않는다.

또한, 알려진 종래의 기술로는 직류 전동기의 작동을 위한 회로를 기술한 스코트 W. 카메론의 미국특허 제 5,221,881호가 있다. 첫 번째 단의 52열부터 60열에는 상술한 것에 관해 예를 들고 있는데, 잘 알려진 방법에 따르면 전동기는 알고 있는 지점에서 시작됐고 그 다음에 모터의 순간 또는 흐름의 지점에 관한 정보를 얻는다. 상기 전동기의 순간지점에 대해 그와 같은 정보를 얻기 위한 한가지 수단은 전동기의 정류방법의 사용에 의한 것이고, 동일한 플로팅 코일과 고정자에 의해 발생한 자기장을 통해 움직이는 것처럼 상기 코일에서 유도된 기전력의 역기전력의 측정을 포함한다. 전동기를 시동하기 위한 이 방법에 대한 단점은 회전자의 지점이 움직이기 시작하는 순간을 알아야 한다는 것이다. 움직이기 시작한 순간의 회전자의 이 지점을 결정하기 위해서는 상기 회전자는 기전력을 측정할 수 있을 때까지 고정자에 대해 충분한 움직임을 가져야 한다. 좀더 명확하게는, 전동기에 과부하가 걸리고 움직이기 시작하는 동안 회전자의 실제적인 임의의 움직임이 불가능하다는 것이 문제점이다.

또한 알려진 종래의 기술로는 영구좌석 전동기에 적용된 제어 회로 분야를기술한 알렌 B. 프런키트의 미국특허 제 4,814,677호가 있다. 이 특허의 7문단 22열부터 29열에는, 고정자의 자기장이 제공될 때 번갈아 정렬된 그것 속에서 움직이기 위한 회전자의 충분한 원인인 Ⅰa 증가를 기술하고 있다. 나중의 전류 Ⅰa 는 회전자의 정렬을 충분한 시간동안 가능케 하기 위해 제공되고, 인버터(37)는 β축에 따라 전류를 형성하는 램프를 발생하도록 전류를 통하게 되며. 에어갭에서 회전하는 기자력 여기파를 발생하고, 회전자의 준비동작에서 토오크가 발생한다. 다시말하면, 이 동작의 단점은 회전자에 과부하가 걸렸을 때 전동기의 움직이기 시작하는 동안 회전자의 실제적인 임의의 움직임을 불가능하게 한다는 것이다.

또한 알려진 것으로 무부러시형 직류 전동기의 회전자의 시동 지점을 제어하기 위한 방법과 장치에 대해 기술한 지로 타누마 등의 미국 특허 제4,748,387호가 있다. 세 번째 문단의 4열에서 5열에는, 전동기가 시동된 경우에 몇몇의 다른 위상에서 그들을 자극하는 전기자 코일에 제공되는 전류를 스위칭함으로써 그것으로 인해 시동 각 지점에 관련 있는 회전자를 위치시키는 단계를 포함하는 방법을 기술하고 있다. 회전자 상에서 실행되는 부하는 상쇄시키고, 그리고 그 결과로 회전 드라이버는 회전자의 각 지점을 감지하기 위한 속도 감지 수단의 출력 펄스의 카운트에 의해 제어된다. 회전자의 회전 방향은 속도 감지 수단과 그 출력 펄스들의 카운트 결과로부터 출력되는 펄스들의 기부 상에서 제어된다. 다시 말해서, 전동기를 작동하기 위한 이 방법과 관련된 단점은 회전자에 걸린 부하가 시동되는 동안 제거되어야만 한다는 것이다. 이 방법은 전동기에 부하가 걸렸을 때 전동기의 작동을 실행할 수 없다.

또한 알려진 종래의 기술로는 KIDD의 미국특허 제 4,368,411호, NEEPER등의 미국특허 제 4,409,530호, UTENICK의 미국특허 제 4,429,262호, PRTERSON등의 미국특허 제 4,546,293호, NAGASAWA 등의 미국특허 제 4,712,050호, OHI의 미국특허 제 5,162,709호, SHAMOTO의 미국특허 제 5,194,794호, RADUN의 미국특허 제 5,204,604GH, BARAHOLOW 등의 미국특허 제 5,221,880호 등이 있다.

과부하가 걸린 전동기의 경우에서 전동기를 시동하기 위한 방법을 제공하고 대체로 회전자의 임의의 움직임을 실행하는 특허는 없다.

본 발명의 목적은 과부하가 걸린 전동기의 경우에 회전자와 와인딩을 갖는 고정자를 가지는 싱크로너스 전동기의 시동을 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 회전자와 와인딩들을 갖춘 고정자를 가지는 싱크로너스 전동기를 시동하기 위한 방법에 관련하여, 상기 방법은 (a) 와인딩들을 위한 전류의 예정된 가변 위상을 가지는 예정된 수반되는 벡터적인 합들을 적용하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 (b)(a)단계에서 적용된 전류의 각 벡터적인 합들을 위해 고정자에 대한 회전자의 움직임과 이 움직임의 방향을 측정하고 저장하는 단계와;

(c)(d)단계에서 저장된 움직임과 방향을 기초로 위상에 관한 함수 F1과 연속되는 벡터적인 합들의 진폭을 기초로 위상에 관한 함수 F2를 확립하는 단계와;

(d)위상차로 얻어진 확립된 식에 따른 함수 F1과 F2의 결과로 식 F를 수학적으로 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 그것으로 인해 전동기는 위상차로부터 동작시키기 위해 준비된다.

본 발명은 또한 회전자와 와인딩을 갖는 고정자를 가지는 싱크로너스 전동기를 작동하기 위한 장치에 관한 것으로:

와인딩들을 위한 전류의 예정된 가변 위상을 가지는 예정된 연속되는 벡터적인 합들을 적용하는 수단과:

전류의 각 벡터적인 합들의 적용에 의해 고정자에 대한 회전자의 움직임과 이 움직임의 방향을 검출하고 저장하는 수단과:

상기 움직임과 방향을 기초로 위상에 관한 함수 F1을 확립하는 수단과:

상기 연속되는 벡터적인 합들의 진폭을 기초로 위상에 관한 함수 F2를 확립하는 수단과:

상기 위상차로 얻어진 확립된 식에 따른 함수 F1과 F2의 결과로 식 F를 수학적으로 결합하는 수단을 포함하며, 그것으로 인해 전동기는 위상차로부터 동작시키기 위해 준비된다.

본 발명의 장점과 다른 모양은 선택된 실시예의 묘샤에 제한되지 않고 읽음으로서 좀더 명확해 질 수 있는데, 그 목적은 첨부된 도면을 참조하여 얻을 수 있다.

[실시예]

제 1 도에 관하여 설명하면, 그것은 회전자(보이지 않음)와 와인등들(보이지 않음)을 갖는 고정자(보이지 않음)를 가지는 싱크로너스 전동기(2)를 시동하기 위한 장치를 나타낸 것이다. 상기 회전자와 와인등을 구비한 고정자는 제 7 도에 도시되어 있다. 이와 같은 회전자와 와인딩들을 구비한 고정자를 가지는 싱크로너스 전동기는 잘 알려진 기술이다. 상기 회전자는 상기 고정자에 대하여 알지 못하는초기점을 가진다.

예를 들어, 싱크로너스 전동기는 미국특허 제 5,327,034에 나타나 있는 것과 같이 전기 자동차의 회전전동기로 사용할 수 있다. 이와 같이 쉽게 이해할 수 있고, 상기 전기 자동차의 충분하지 못한 렌덤한 움직임은 안전의 이유로 시동되는 동안 실행할 수 있다.

상기 장치는 전선들의 공급수단(4)으로 인해 고정자의 와인딩들에 제공되는 전류들의 연속되는 벡터적인 합들중 첫 번째 벡터적인 합의 시동 위상을 초기화 하는 수단(6)과; 와인딩들을 위한 전류의 연속되는 벡터적인 합들을 제공하는 수단(6, 8, 10, 12)을 포함한다. 각각의 연속되는 벡터적인 합들은 주어진 위상을 가진다.

상기 장치는 또한 각각의 제공되는 전류의 벡터적인 합들로 인해 전동기(2) 회전자의 움직임 뿐만 아니라 고정자에 대한 이 움직임의 방향을 검출하는 수단(14, 16)과; 검출된 각각의 움직임과 각각의 움직임 방향에 의해 그것들의 초기지 점쪽으로 회전자를 뒤로 이끌리도록 하는 전동기(2) 적용된 연속되는 벡터적인 합들에 수반되는 벡터적 합들의 위상을 보정하는 수단(6)과; 상기 전류의 연속되는 벡터적인 합들이 적용된 후에 만약 전동기(2)의 회전자가 고정자에 대해 움직이지 않는다면, 다중 전기도 180으로부터 다른 값으로 인해 시동 위상을 증가시키는 수단(6)을 포함한다.

상기 장치는 또한 상기 전동기(2)의 회전자에 제공된 연속되는 벡터적인 합들의 마지막 위상 값을 저장하는 수단(6)을 포함한다. 다음에 전동기(2)는 저장하는 수단(6)으로 인해 저장된 위상 값으로부터 동작될 수 있도록 준비된다.

상기 각각의 제공되는 전류의 벡터적인 합들로 인해 전동기(2) 회전자의 움직임 뿐만 아니라 고정자에 대한 이 움직임의 방향을 측정하는 수단(14, 16)은 업/다운 카운터(16)의 이득 인코더(14)를 포함한다. 상기 이득 인코더(14)는 전동기(2)의 회전자에 연결된 입력단(18)과 제어 유니트(6)의 입력단(37)에 연결된 출력단(36)을 가지는 업/다운 카운터(16)의 입력단(22)에 연결된 출력단(20)을 가진다.

좀더 바람직하게는, 전동기가 전기 자동차의 구동 전동기이고 실행되는 자동차의 랜덤한 움직임이 충분하지 못할 경우에, 이득 인코더(16)의 결과는 충분히 높게 선택되도록해야만하고 그래서 회전자의 매우 작은 움직임을 검출하고 보정할수 있도록 하여, 비록 구동 전동기라도 정지 수단으로 인해 고정되도록 한다.

상기 초기화 수단, 증가 수단, 측정 수단, 그리고 보정 수단들은 명령을 받도록 하기 위해 입력단(39)을 가지는 제어 유니트(6)의 모든 부품에 있다. 상기 제어 유니트(6)는 작동 소프트웨어를 갖는 TM320C30 디지털 신호 프로세싱이다.

상기 적용 수단(6,8,10,12)은 작동 소프트웨어를 갖는 제어 유니트(6)와; 전동기(2)의 와인딩에 적용된 전류의 검출을 위한 입력단들(24)과 상기 제어 유니트(6)의 입력단(27)에 연결된 디지털 출력단(26)을 가지는 전류 디텍터(8)와; 전선 적용 수단(4)으로 인해 전동기(2)의 와인딩들을 위한 연속되는 벡터적인 합들을 제공하기 위한 출력단(28)과 파워 서프라이 전압을 수취하기 위한 입력단(11)과, 제어 유니트(6)의 출력단(29)으로부터 명령신호들을 수취하기 위한 입력단(30)을 가지는 인버터(10)와; 상기 인버터(10)에 제공되는 파워 서프라이 전압 Vdc를 검출하기 위한 입력단(32)과 제어 유니트(6)의 입력단(35)에 연결된 디지털 출력단(34)을 가지는 전압 디텍터(12)를 포함한다.

제 3 도를 설명하면, 그것은 와인딩들을 구비한 회전자와 고정자를 가지는 싱크로너스 전동기(2)를 작동하기 위한 방법을 나타낸 것이다. 상기 방법은 상술한 장치로 인해 실행할 수 있다. 상기 회전자는 고정자에 대하여 초기점을 가진다.

상기 방법은 전동기(2)의 와인딩에 제공되는 전류의 연속되는 벡터적인 함들의 첫 번째 벡터적인 합의 시동 위상을 초기화 사키는 단계(a)를 포함한다.

좀더 바람직하게는, 상기 단계(a)는 회전자의 임의의 지점을 검출하고 가변 MEMCNT에 그것을 저장하는 단계(i)와; 위상의 에러를 통합한 것을 나타내는 가변 INT에 제로 값을 저장하는 단계(ii)와; 진폭을 나타내는 가변 AVE에 제로값을 저장하는 단계(iii)와; 예를 들어 0.02 값을 가지는 가변 INT로 인해 가변 AVE를 증가시키는 단계(iv)와; 예를 들어 200 값을 가지는 상수 AVEmax 보다 높은 가변 AVE에서 검출하고 이 조건은 (a) 초기화단계에서 항상 네가티브적인 경로인 단계(v)와; 회전자의 지점을 다시 검출하고 이 지점에 관하여 회전자가 움직이지 않기 때문에 가변 MEMCNT처럼 같은 값을 가지는 가변 CNT에서 회전자와 저장하는 단계(vi); INT=K*(CNT-MEMCNT)+INT(여기서, K는 상수이며 예를 들어 -0.02의 값을 가지고, 잔존하는 INT값은 이 지점에서 CNT와 MEMCNT가 같기 때문에 같다)식의 수단으로 인해 합성된 오류를 계산하는 단계(vii)와; 전류의 연속되는 벡터적인 합들의 첫 번째 벡터적인 합을 나타내는 가변 PVE에 CNT와 INT의 합을 저장하는 단계(viii)와; 인버터를 위해 제공된 전압을 검출하고 가변 Vdc에 그것들의 값을 저장하는 단계(ix)와; 전동기(2)에 공급된 3상 전류를 검출하고 초기화 단계에서 이지점에 관하여 제로값을 가지는 가변 Ia, Ib 그리고 Ic에 그들 값을 저장하는 단계(x)와; 가변 PVE, AVE, Vcd Ia, Ib 그리고 Ic 등의 값으로부터 PWMa, PWMb 그리고 PWMc 값을 계산하는 단계(xi)를 포함한다. 전류의 연속되는 벡터적인 합들의 첫 번째 벡터적인 합의 저장된 위상은 초기화된다.

상기 방법은 또한 와인딩들에 제공되는 전류의 연속되는 벡터적인 합들을 공급하는 다음 단계(b)를 포함하며, 여기서 각각의 연속되는 벡터적인 합들은 위상을 가진다.

좀더 바람직하게는 이 단계(b)는 인버터를 위한 명령신호 Cmd를 발생하고, 제 1 도의 10으로 인해 확인하고, PWMa, PWMb 그리고 PWMc 값으로부터 얻어지고, (iv)단계로 돌아오며 그리고 안정된 (v)단계의 조건에 이르기까지 (xii)에 의해 반복된 단계 (iv)를 포함한다.

좀더 정확하게, 상기 단계(b)는 와인딩들에 제공되는 전류의 각 연속되는 벡터적인 합들을 위해 와인딩에 제공된 연속되는 벡터적인 합들의 수반되는 벡터적인 합의 증가된 진폭 값을 검출하는 단계(iv)와; 상기 수반되는 벡터적인 합들의 증가된 진폭 값이 예정된 진폭 값에 도달하고 그리고 단계(b)의 전류의 연속적인 합들의 제공을 종결하고 만약 이어지는 벡터적 합들의 증가된 진폭 값이 예정된 진폭 값에 도달했다면 단계(e)를 발생하거나 단계(b)의 연속되는 벡터적인 합들의 영구적인 적용을 유지하는 단계(v)를 포함한다.

좀더 바람직하게 단계(b)에서 전류의 연속되는 벡터적인 합들 각각은 위상-폭변조 신호들의 수단으로 인하여 와인딩들에 적용시킨다.

상기 방법은 또한 단계(b)에서 제공된 전류의 각 벡터적인 합들에 의해 전동기(2)의 고정자에 대한 회전자의 움직임과 이 움직임의 방향을 측정하는 단계(c)를 포함한다. 좀더 바람직하게 이 단계는 상술한 (vi), (vii) 그리고(viii)로 인해 실행 된다.

상기 방법은 또한 단계(c)에서 검출한 각각의 움직임과 방향에 의해 그것의 최초의 지점 쪽으로 회전자를 이끄는 것처럼 와인딩들에 제공되는 전류의 연속되는 벡터적인 합들의 수반되는 벡터적인 합의 위상을 보정하는 단계(d)를 포함한다.

좀더 바랍직하게, 이 단계는 PWMa, PWMb 그리고 PWMc 값이 상기 보정의 완료로 인하여 마지막으로 계산된 통합오류를 계산하는데 이용한 방법과 같이 계산된 상술한 단계(xi)에서 실행된다.

좀더 바람직하게는, 단계(d)에서 와인딩들에 제공괴는 전류의 연속되는 벡터적인 합들에 수반되는 벡터적인 합의 위상은 PVE=INT+CNT, INT=K*MOV+INT1식의 수단으로 인해 보정되는데, 여기서 PVE는 전류의 연속되는 벡터적인 합들에 수반되는 벡터적인 합의 위상이고, INT1은 마지막으로 계산된 통합 오류의 통합 오류이고, INT는 통합오류이며, MOV는 최초의 지점에 대하여 단계(c)에서 검출된 움직임과 이 움직임의 방향을 나타내는 CNT-MEMCNT와 같고, CNT는 회전자의 대표적인 지점의 값이고 K는 정해진 상수이다.

상기 방법은 또한 다중 전기도 180, 좀더 바람직하게는 전기도 90으로부터다른 값으로 인해 작동 위상이 증가되도록 전류의 연속되는 벡터적인 합들의 적용후에 고정자에 대하여 움직임을 가지는 회전자를 검출하는 단계(e)를 포함하거나 만약 회전자가 고정자에 대해 움직이지 않는다면 단계(b)로 되돌아가거나 단계(f)를 실행시킨다.

좀더 바람직하게는, 상기 단계(e)는 그것이 단계(v)의 조건이 포지티브하게 예정된 후에 선택되어지고, INT가 제로로 확인된 아래의 단계(xiii)을 포함하는데 그것은 움직이지 않는 회전자를 나타내고, 만약 이 조건이 포지티브라면, 가변 INT에 저장된 전기도 값이 90인 첨부된 단계(xiv)를 실행하고, 가변 AVE에서 제로값을 축적하며(xv)단계(iv)로 되돌아간다.

상기 방법은 또한 단계(e)의 조건이 네가티브로 검출된 후, 가변 MPVE에서 와인딩들에 제공되는 연속되는 벡터적인 합들의 마지막 통합 오류 값 INT를 저장하는 단게(f)를 포함하며, 그로 인하여 상기 전동기(2)는 단계(f)에 저장된 통합 오류값으로부터 작동될 수 있도록 준비된다. 좀더 바람직하게는, 상기 단계(f)가 이미 작동 준비를 한 전동기로부터 위상 오류값인 가변 MPVE속의 가변 INT의 값을 저장하는 단계(xiv)를 포함한다.

제 1 도에 나타낸 장치는 또한 회전자(보이지 않음)와 와인딩들(보이지 않음)을 가진 고정자(보이지 않음)를 가지는 싱크로너스 전동기를 시동시키기 위해 다르게 구체화시킨 다른 장치를 사용할 수 있다. 이 다른 장치는 제어 유니트의 각종 소프트웨어의 차이에서 상술한 장치와는 다른다.

이 다른 장치는 전동기(2)의 와인딩들을 위한 전류의 예정된 가변위상을 가지는 수반되는 벡터적인 합들을 적용하는 수단(6,8,10,12)과; 전류의 각 벡터적인 합들에 의해 전동기(2)의 고정자에 대한 회전자의 움직임과 이 움직임의 방향을 검출하고 저장하는 수단(6,14,16)과; 검출된 움직임과 방향을 기초로 위상에 대한 함수 F1을 확립하는 수단(6)과; 상기 수반되는 벡터적인 합들의 진폭을 기초로 위상에 대한 함수 F2를 확립하는 수단(6)과; 위상차를 얻기 위해 예정된 식에 따라 함수 F1 F2로부터 얻어진 결과를 수학적으로 결합하는 수단(6)을 포함하며, 그것으로 인해 전동기(2)는 상기 위상차로부터 작동할 준비를 한다.

좀더 바람직하게는, 전동기(2)의 고정자에 대한 회전자의 움직임과 이 우직임의 방향을 검출하고 저장하는 수단은 작동 소프트웨어를 갖는 제어 유니트(6)와 상기 제어 유니트(6)의 입력단(37)에 견결된 출련단(36)을 가지는 업/다운 카운터(16)와, 그리고 전동기(2)의 회전자에 연결된 입력단(18)을 가지는 이득 인코더(14)와, 그리고 상기 업/다운 카운터(16)의 입력단(22)에 연결된 출력단(20)을 포함한다. 좀더 바랍직하게는, 함수 F1을 확립하기 위한 수단과 함수 F2를 확립하기 위한 수단, 그리고 함수 F1, F2로부터 얻어진 식을 수학적으로 결합하기 위한 수단은 그들 수단을 실행하기 위한 적절한 작동 소프트웨어를 갖는 제어 유니트의 모든 부품이다.

좀더 바람직하게는, 상기 적용된 수단은 적절한 작동 소프트웨어를 갖는 제어 유니트(6);와 라인 공급 수단(4)으로 인해 전동기(2)의 와인딩에 제공되는 전류를 검출하기 위한 입력단(24)과 제어 유니트(6)의 입력단(27)에 연결된 디지털 출력단(26)을 가지는 전류 디텍터(8)와; 상기 와인딩들을 위한 전류의 연속적인 벡터적인 합들을 제공하기 위한 출력단들(28)과, 파워 서프라이 전압을 수취하는 입력단과(11), 그리고 제어 유니트(6)의 출력단(29)으로부터 명령신호를 수취하는 입력단(30)을 가지는 인버터(10)와; 상기 인버터(10)에 제공되는 파워 서프라이 전압Vcd를 측정하기 위한 입력단(32)과, 그리고 제어 유니트(6)의 입력단(35)에 연결된 디지털 출력단(34)을 가지는 전압 디텍터(12)를 포함한다.

제 4 도를 참조하면, 그것은 상술한 장치를 실행시킬 수 있는 회전자와 와인들을 구비한 고정자를 가지는 싱크로너스 전동기의 시동을 위한 다른 방법을 나타내고 있다.

상기 다른 방법은 전동기의 와인딩들을 위한 전류의 예정된 수반되는 벡터적인 합들의 제공하는 단계(a)를 포함한다. 상기 수반되는 벡터적인 합들은 예정된 가변 위상들을 가진다.

좀더 바람직하게, 상기 단계(a)는 전동기(2) 회전자의 임의의 지점으 검출하고 가변 MEMCNT에 임의의 지점을 저장하는 단계(i)와; 위상을 나타내는 가변 PVC에 제로 값을 저장하는 단계(ii)와; 진폭을 나타내는 가변 AVE에 예를 들어 값 200을 가지는 K1의 값을 저장하는 단계(iii)와; 인버터(10)에 제공된 전압을 검출하고 가변 Vcd에 이 값을 저장하는 단계(iv)와; 전동기(2)에 제공되는 전류의 값을 검출하고 가변Ia, Ib 그리고 Ic에 그들은 저장하는데 상기 가변값들은 이지점에서 전동기에 아직 제공하지 않는 전류처럼 제로 값을 가지는 단계(v)와; 상기 PVE, AVE, Vcd, Ia, Ib 그리고 Ic의 값들로 부터 PWMa, PWMb 그리고 PWMc 값을 계산하는 단계(vi)와; 상기 PWMa, PWMb 그리고 PWMc 값으로부터 인버터(10)를 위한 명령 신호 Cmd를 발생시키는 단계(vii)와; 상기 가변 PVC에 PVC+K2의 값을 저장하는데 여기서 K2는 상수이고 예를 들어 10-6 값을 가지며, 가변 AVE에 AVE*K3의 값을 저장하는데 여기서 K3은 200μsec의 간격으로 -1과 1 값 사이에 교차 값인 단계(x)와; 예를 들어 360°값을 가지는 상수 K4보다 큰 사변 PVE의 값을 검증하고, 네가티브인 단계(xi)의 조건에 이르기까지 단계(iv)에서 (xi)까지 되풀이하는 단계(xi)를 포함한다.

좀더 바람직하게는, 단계(a)에서 와인딩들에 제공된 전류의 예정된 수반되는 벡터적인 값들은 첫 번째 예정된 위상 값으로부터 두 번째 예정된 위상 값까지 변화되는 예정된 가변 위상들을 갖는다. 예를 들어, K4의 값에서 첫 번째 예정된 위상 값은 0°이고 두 번째 예정된 값은 360°이다.

좀더 바람직하게는, 단계(a)에서 전류의 수반되는 백터적인 합들의 각 벡터적인 합은 펄스-폭 변조 신호 수단으로 인하여 와인딩들에 제공된다.

상기 방법은 또한 단계(a)에서 제공되는 전류의 각 벡터적 합들을 위해 고정자에 대한 회전자의 움직임과 이 움직임의 방향을 검출하고 저장하는 단계(b)를 포함한다. 좀더 바람직하게, 단계(b)는 단계(vii)와 단계(xi) 사이에 회전자의 지점을 검출하고 가변 CNT에 이 지점을 저장하는 단계(vii)를 포함한다.

상기 방법은 또한 회전자의 움직임들의 변화량과 전류의 벡터적인 합들의 위상에 대한 그들 움직임의 다른 방향들을 나타내는 F1을 확정하고, 전류의 벡터적인 합득의 위상에 대한 전류의 벡터적인 합들의 진폭의 변화량을 나타내는 F2를 확정하는 단계(c)를 포함한다. 좀더 바람직하게, 단계(c)에서 단계(vii)와 단계(xi)사이에 전류의 벡터적인 합득의 각 위상 값들을 위해 F1=CNT-MEMCNT이고 F2=AVE인 함수 F1, F2를 저장하는 단계(ix)를 포함한다.

단계(ix)의 조건이 포지티브 일 때, 이것은 데이터 수집이 끝난 것을 나타낸다. 그러므로, 전동기(2)는 멈추게 된다. 상기 전동기(2)를 멈추게 하는 것은 가변 AVE에 제로 값을 저장하는 단계(xii)와; 인버터(10)에 제공되는 전압 값을 검출하고 가변 Vcd에 이 값을 저장하는 단계(xiii)와; 전동기(2)에 제공되는 전류값을 검출하고 가변 Ia, Ib 그리고 Ic에 그들 값을 저장하는 단계(xiv)와; PVE, AVE,Vcd, Ia, Ib 그리고 Ic의 값으로부터 PWMa, PWMb 그리고 PWMc의 값을 계산하는 단계(xv)와; PWMa, PWMb 그리고 PWMc의 값으로부터 인버터(10)룰 위한 명령신호 Cmd를 발생시키는 단게(xvi)를 포함한다. 그러므로서 상기 전동기는 정지한다.

상기 방법은 또한 가변 MPVE에 축적된 위상차로 얻어진 예정된 식을 갖는 함수 F1과 F2로부터 얻어진 식F를 수학적으로 결합하는 단계(d)를 포함한다. 그러므로 상기 전동기는 위상차에 의해 작동준비를 하게 된다. 좀더 바람직하게, 상기 단계(d)는 함수 F1의 두 번째 도함수 F1"를 계산하는데 여기서인 단계(xvii)와; F=F1''*F2인 식의 수단으로 함수 F1과 F2의 결과로 얻어진 식 F에 함수 F21의 수단으로 인해 함수 F1"을 표준화하는 단계(xiv)를 포함한다.

좀더 바람직하게, 상기 결합 단계(d)는 최소자승법(least square method)으로 실행된다. 결합 단계(d)로 인해 확립된 식은 AMPL*Sin(θ+ said phase difference)인 사인 함수를 규정 짓는데 여기서 AMPL은 대표되고 진폭이고 θ는 대표되는 가변 위상이다.

제 2 도는 인덱스 신호를 발진하기 위한 두 번째 출력단(40)을 가지는 이득인코더(14)와; 인덱스 신호를 수취하기 위한 부하 입력단(44)을 가지는 업/다운 카운터를 나타낸다. 그러므로, 상기 인덱스 신호는 싱크로너스 전동기가 회전할 때 고정자에 대한 회전자의 절대 지점을 확립하는 부하신호처럼 사용된다.

제 5 도는 제 1 도와 제 2 도에 도시된 PWMa, PWMb 그리고 PWMc의 값을 계산하기 위한 제어 유니트(6)의 선택된 실시 예를 나타낸 것이다. 상기 명령 전류 Iac, Ibc, Icc의 값은 입력단(37,39)로부터 파생된 AVE와 PVE 값으로부터 계산된다. 역기전력 FEMa, FEMb 그리고 FEMc의 값은 PVE, θ그리고 Ψd의 값으로부터 계산되는데, 여기서 Ψd는 기전력을 대표하는 상수이다. 오류값 ERa, ERb 그리고 ERc는 명령 전류 Iac, Ibc 그리고 Icc와 전류값 Ia, Ib, Ic에 의해 계산된다. 상기 ERa, ERb 그리고 ERc 값은 FEMa, FEMb 그리고 FEMc의 값을 사용한 알고리즘 PID(Proportional Intergral Differential)의 수단에 의해 계산된다. 상기 PWMa, PWMb 그리고 PWMc의 값은 Vcd, REa, REb 그리고 REc의 값에 의해 계산되고 출력단(29)에 제공된다.

제 6 도는 제 1 도와 제 2도에 도식된 인버터(10)의 선택된 실시 예를 나타낸 것이다. 파워 인버터(10)는 출력단(28)을 경유하여 싱크로너스 전동기(제 1도와 제 2 도에 도시됨)에 제공되는 전류를 공급하기 위해 사용된다. IGBT의 식스 파워 스위치들은 케이트 드라이버(83)의 출력단으로부터 명령신호를 수취하기 위한 입력단들(81)을 가진다. 상기 게이트 드라이버들(83)은 인버터(30)를 경유한 명령 신호PWMa, PWMb 그리고 PWMc를 수취하기 위한 입력단들(78)을 가진다. 파워 캐패시터(82)는 파워 서프라이 Vcd필터에 입력단(11)을 횡으로 연결한다.

제 7 도는 싱크로너스 전동기의 부분 단면도를 나타낸 것이다. 위상 와이딩(A, B, C)들은 고정자(92)에 설치되게 되며, 자석(91)은 회전자(93)에 설치되게 된다. MPVE 값은 회전자(93)의 백터적인 지점(94)과 고정자(92)의 벡터적인 지점(95) 사이의 각 α의 값이다. 고정자(92)에 대한 회전자(93)의 움직임과 이 움직임의 방향을 검출하는 수단은 고정 읽기 헤드(98)를 협조하도록 하는 언코드된 링(97)을 포함한다.

예에서 처럼, 소프트웨어의 완성된 목록은 싱크로너스 전동기의 작동을 위해사용된다:

첨부된 청구범위에서 비록 봄 발명이 선택된 실시예의 어떤 변형을 지적한 선택된 실시예의 방법으로 상술한 것과 같이 묘사되었다 하더라도 변경되거나 본 발명의 제품과 청구범위를 바꾼 것은 아니다.

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제 1 도는 본 발명에 따라 싱크로너스 전동기를 시동하기 위한 장치르 나타낸 블록도.

제 2 도는 본 발명에 따라 싱크로너스 전동기를 시동하기 위한 다른 장치를 나타낸 다른 블록도.

제 3A 도와 제 3B 도는 본 발명에 따라 싱크로너스 전동기를 작동하기 휘안 방법을 나타낸 순서도

제 4A 도 내지 제 4C 도는 본 발명에 따라 싱크로너스 전동기를 작동하기 위한 다른 방법을 나타낸 다른 순서도.

제 5A 도 내지 제 5C 도는 제 1 도에 도시된 요소의 좀더 상세한 부분을 나타낸 블록도.

제 6 도는 제 1 도에 도시된 요소의 좀더 상세한 부분을 나타낸 회로도.

제 7 도는 싱크로너스 전동기의 부분 단면도.

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Claims

회전자(93) 및 와인딩들을 구비한 고정자(92)를 가지는 싱크로너스 전동기를 시동하는 방법으로, (a) 전류의, 예정된 가변 위상(variable phases)을 가지는 예정된 벡터적 합(vectorial sums)의 시퀀스(sequence)를 상기 와인딩에 제공하는 단계를 구비한 방법에 있어서,

(b) 상기 단계(a)에서 제공되는 전류의 각 벡터적 합들을 위해 고정자(92)에 대한 회전자(93)의 움직임과 이 움직임의 방향을 검출하고 저장하는 단계;

(c) 상기 단계(b)에서 검출된 움직임과 방향을 기초로 위상에 대한 함수 F1를 확정하고, 상기 벡터적 합의 시퀀스의 진폭을 기초로 위상에 대한 함수 F2를 확정하는 단계; 및

(d) 위상 차이를 얻기 위해서 예정된 식인, F=F1''*F2 그리고에 식 F를 수학적으로 결합하고, 그로 인하여 전동기(2)가 상기 위상 차이로부터 작동을 준비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계(a)에서 와인딩들에 제공되는 전류들의 예정된 수반되는 벡터적 합들은 첫 번째 예정된 위상 값으로부터 두 번째 예정된 위상 값까지 변화되는 예정된 가변위상을 가지는 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계(d)는 (ⅰ) 함수 F1의 두 번째 도함수 F1"를 계산하는 단계와;

(ⅱ) 함수 F1과 F2로 부터 얻어지는 식 F를 얻기 위해, 함수 F2의 수단으로 인하여 함수 F1"를 정규화(normalize)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계(a)에서 전류들의 수반되는 벡터적인 합들의 각 벡터적인 합은 펄스-폭 변조 신호들의 수단으로 인해 와인딩들에 제공되는 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계(d)의 결합은 최소 자승법(least square method)으로 실행되고; 사인 함수로 정의된 예정된 식은 AMPL*Sin(θ+ 위상차)으로 인해 나타나는데, 여기서 AMPL은 주어진 진폭이고, θ는 가변위상을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 단계(a)에서 첫 번째 예정된 위상 값은 제로인 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 방법.
회전자(93) 및 와인딩들을 구비한 고정자(92)를 가지는 싱트로너스 전동기(2)의 시동장치로서

전류의, 예정된 가변 위상을 가지는 벡터적인 합의 예정된 시퀀스를 상기 와인딩에 제공하는 수단(6,8,10,12)을 구비하는 장치에 있어서,

제공되는 전류의 벡터적인 합들에 의한 고정자(92)에 대한 회전자(93)의 움직임과 움직임의 방향을 검출하고 저장하는 수단(6,14,16)과,

상기 움직임과 상기 움직임의 방향을 기초로 위상에 대한 함수 F1을 확립(establishing)하는 수단(6)과;

벡터적인 합들의 수반되는 진폭을 기초로 위상에 대한 함수 F2를 확립하는 수단(6)과;

위상 차이를 얻기 위해서 예정된 식인 F=F1''*F2 그리고에 식 F를 수학적으로 결합하고, 그로 인하여 상기 전동기(2)가 상기 위상 차이로부터 작동을 준비하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 고정자(93)에 대한 회전자(92)의 움직임과 이 움직임에 대한 방향을 검출하고 저장하는 수단(6,14,16)은 동작 소프트웨어를 갖는 제어 유니트(6)와, 제어 유니트(6)에 연결된 출력단(36)을 가지는 업/다운 카운터(16)와, 그리고 회전자(93)에 연결된 입력단(18)과 업/다운 카운터(16)의 입력단에 연결된 출력단(20)을 가지는 이득 인코더(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 함수 F1을 확립하는 수단(6), 상기 함수 F2를 확립하는 수단(6) 그리고 함수 F1과 F2로부터 얻어진 식 F를 수학적으로 결합하기 위한 수단(6)은 동작 소프트웨어를 갖는 제어 유니트의 모든 부품인 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 적용 수단(6,8,10,12)은 동작 소프트웨어를 갖는 제어 유니트(6)와;

와인딩들에 제공되는 전류를 검출하는 입력단(24)과 제어 유니트(6)의 입력단(27)에 연결된 디지털 출력단(26)을 가지는 전류 디텍터(8)와;

상기 와인딩들을 위한 전류의 예정된 수반되는 벡터적 합들을 제공하기 위한 출력단(28)과 제어 유니트(96)로부터 명령신호를 수취하는 입력단(30)을 가지는 인버터와;

상기 인버터(10)에 제공되는 파워 서프라이 전압을 검출하기 위한 입력단들(32)과 제어 유니트(6)의 입력단(35)에 연결되는 디지털 출력단(34)을 가지는 전압 디텍터를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 이득 인코더(14)는 인덱스 신호(42)를 발진하기 위한 두 번째입력단(40)을 가지며;

상기 업/다운 카운터(16)는 인덱스 신호(42)를 수취하기 위한 부하 입력단(44)을 가지며, 그에 의해 싱크로너스 전동기(2)가 작동할 때 인덱스 신호(42)는 고정자(92)에 대한 회전자(93)의 절대 지점을 확보하기 위한 부하 신호로서 사용되는 것을 특징으로 하는 싱크로너스 전동기 시동 장치.