KR100680778B1 - 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매입형 영구자석 동기 전동기에 대해서 효율적으로 최적제어가 가능한 전류맵을 추출 할 수 있는 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법에 관한 것으로, 일정한 크기를 갖는 전류를 인가각을 변화시켜 가면서 모터에 인가하여 최대 토크가 나오는 d, q축 전류(id, iq)를 찾아내는 단계와; 각각의 전류의 크기에 대한 최대 토크점을 이용하여 최적의 맵(MAP) 데이터를 구하는 단계를 포함하여 이루어진다.

모터, 전동기, 전류, 맵

Description

매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법{CURRENT MAP DRAWING OUT METHOD OF INTERIOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법을 구현하기 위한 장치 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법을 도시한 흐름도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전류당 최대 토크(MTPA) 곡선과 전류 맵을 도시한 도면.

본 발명은 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 매입형 영구자석 동기 전동기의 2차원 맵(MAP) 방식 전류제어 방법에 있어서 해당 맵(MAP)에는 필수적으로 데이터를 입력하여야 하며, 최적의 제어를 위해서 모터 특성으로부터 최적화된 데이터를 추출하는 것이 필요하다.

이와 관련된 특별한 종래의 기술은 없다.

다만, 통상 모터 모델로부터 수학적으로 계산하여 구하는 방법이 있을 수 있다.

위와 같은 방법을 사용할 때 모델식으로부터 계산에 의해 구할 수 있으나 인덕턴스는 전류의 크기에 따라 비선형적이므로 계산에 사용되어지는 상기 방법에 의하여 실제 적용 가능한 맵(MAP) 데이터를 구하는 것은 매우 어렵다.

본 발명의 목적은 매입형 영구자석 동기 전동기에 대해서 효율적으로 최적제어가 가능한 전류맵을 추출 할 수 있는 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법에 있어서, 일정한 크기를 갖는 전류를 인가각을 변화시켜 가면서 모터에 인가하여 최대 토크가 나오는 d, q축 전류(id, iq)를 찾아내는 단계와; 각각의 전류의 크기에 대한 최대 토크점을 이용하여 최적의 맵(MAP) 데이터를 구하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법을 구현하기 위한 장치 구성도이다.

매입형 영구자석 동기모터(IPMSM ; Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)는 회전자 철심 내부에 영구자석을 삽입한 구조로서, 일반적인 표면 부착형 영구자석 동기모터에 비해 기계적으로 견고하고 고속 회전에 유리한 특징이 있다.

매입형 영구자석 동기모터로부터 발생되는 토크는 전자기력 이외에 추가적으로 릴럭턴스 토크가 존재하여 고토크 운전이 가능하므로 현재 대부분의 하이브리드 전기 차량(HEV ; Hybrid Electric Vehicle)에 적용되고 있다.

도 1을 참조하면 본 발명의 실시예는 제어부, 모터 제어부(MCU ; Motor Control Unit), 인터페이스 보드(Interface Board), 토크 미터를 포함하여 구성한다.

제어부(PC, 컴퓨터)는 전류 인가각 조정을 위한 일종의 함수 발생기(삼각파 : 전류 인가각 조정) 기능을 하며, 모드 결정과 전류 크기 입력 및 해당되는 데이터(Isq_ref, Isd_ref, Tact) 저장 및 분석을 수행한다.

모터 제어부(MCU)는 전류 지령에 따른 운전이 가능하고 토크 출력값을 아날로그/디지털 컨버터(A/D converter)로 읽어 캔(CAN) 통신을 통해 상기 제어부로 해당되는 데이터를 전달한다.

인터페이스 보드는 출력 토크 전압 레벨을 상기 모터 제어부의 아날로그/디지털 컨버터단 입력전압으로 크기(0~5V) 조정한다.

토크 미터는 모터 토크를 센싱하여 아날로그 값으로 변환한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법을 도시한 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전류당 최대 토크(MTPA) 곡선과 전류 맵을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵(MAP) 추출 방법을 설명한다.

본 발명의 실시예는 전류 맵(MAP)에 입력하는 최적의 데이터를 추출하는 방법에 관한 것으로, 일정한 크기를 갖는 전류를 인가각을 변화시켜 가면서 모터에 인가하여 최대 토크가 나오는 d, q축 전류(id, iq)를 찾아낸다.

이어서, 모든 전류의 크기에 대해 이와 같이 수행하여 각각의 전류의 크기에 대한 최대 토크점을 이용하여 최적의 맵(MAP) 데이터를 구하는 것이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 제어부는 전류 지령 인가 범위 및 단위를 결정한다(S210).

전류 지령 인가 범위는 0 ~ 모터 및 제어기 용량에 따라 결정하며, 단위는 정밀도 및 계측기 오차율에 따라 결정한다.

이어서, 제어부는 전류 크기를 고정하고 전류각 변화를 고려하여 전류를 지령한다(S212).

전류각은 모터링(Motoring)시 90~135도, 재생(Regenerating)시 -90 ~ -135도로 설정하며, 각 변화율은 계측기 오차율 및 모터 제어부(MCU) 실측 토크 인식 시간 지연(Time Delay)을 고려하여 결정한다.

그리고, (S214)으로 진행하여 모터 온도를 검출한다.

이어서, 검출된 모터 온도와 설정 온도(40℃)를 비교하고 검출된 모터 온도가 설정 온도 이하이면 (S216)으로 진행하여 최대 토크 발생시 해당되는 전류값(id, iq)을 기록한다.

모터 온도가 상승할 수록 토크 손실이 발생하므로 설정 온도 이하에서 전류를 인가해야하기 때문이다.

그리고, 인가 전류와 설정 전류(MAX A)를 비교한다(S218).

만약, 전술한 (S218)에서 인가 전류가 설정 전류를 초과하면 제어부는 (S220)으로 진행하여 최대 토크 발생시 해당되는 전류값(id, iq)을 추출한다.

그리고, 전류당 최대 토크 곡선을 완성하여 2차원 맵을 구성하는 단계를 수행한다(S222, S224).

매입형 영구자석 동기 전동기의 전압 방정식 및 토크 방정식은 다음과 같다.

식 (1), (2)는 매입형 영구자석 동기 전동기의 동기 좌표계 d-q축 전압 방정 식이고 식(3)은 모터 발생 토크식이다.

식 (3)에서 모터 토크는 q-축 전류의 비례하는 전자기력항과, d-축 및 q-축 전류와 d, q축 인덕턴스 차이에의 곱으로 표시되는 릴럭턴스 항으로 구성된다.

여기서 인덕턴스 Ld, Lq는 자속포화에 의하여 변화하기 때문에 발생 토크의 정확한 추정이 곤란하다.

토크 발생식

최대 토크 운전은 전자기 및 릴럭턴스 토크 합이 최대가 되도록 d, q축 전류를 배분한다.

최대 토크가 존재하는 구간은 다음과 같다.

및

매입형 영구자석 동기모터(IPMSM)는 발생토크가 모터전류에 대해 비선형적인 특성을 가지고 있으므로 단순히 토크에 비례하도록 전류를 인가하면 토크 제어 오차가 필연적으로 발생한다.

그러므로 전토크 및 전속도 영역에 대하여 미리 선택된 d축 및 q축 지령을 맵(MAP) 형태로 저장하고 있다가, 토크지령 및 모터 속도가 입력되면, d축 및 q축 전류지령을 독립적인 2개의 2차원 맵(MAP)을 통하여 생성하여 정밀 토크를 수행한다.

이때 d, q축 전류는 동일 크기의 토크를 발생할 수 있는 여러 가지 조합의 id, iq 전류 중 상전류의 크기가 가장 적은 전류를 선택한다.

각각의 토크에 대한 id, iq전류 값이 전류당 최대 토크(MTPA ; Maximum Torque Per Ampere)곡선상에 위치한다.

도 3에 도시된 바와 같이 전류당 최대 토크(MTPA) 곡선을 통해서 원하는 토크를 발생하기 위한 가장 작은 상전류(id, iq)를 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법은 모든 매입형 영구자석 동기 전동기에 대해서 효율적으로 최적제어가 가능한 전류맵을 추출 할 수 있다.

또한, 자동적으로 전류맵 추출을 수행하여 시간소요를 줄 일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법에 있어서,

   전류 지령 인가 범위 및 단위를 결정하는 단계와;

   전류 크기를 고정하고 전류각 변화를 고려하여 전류를 지령하는 단계와;

   모터 온도를 검출하는 단계와;

   검출된 모터 온도와 설정 온도를 비교하는 단계와;

   검출된 모터 온도가 설정 온도 이하이면 최대 토크 발생시 해당되는 전류값(id, iq)을 기록하는 단계와;

   인가 전류와 설정 전류를 비교하는 단계와;

   인가 전류가 설정 전류를 초과하면 최대 토크 발생시 해당되는 전류값(id, iq)을 추출하는 단계와;

   전류당 최대 토크 곡선을 완성하여 2차원 맵을 구성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매입형 영구자석 동기 전동기의 최적 전류 맵 추출 방법.

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