KR100805650B1 - 전기 모터를 가진 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위치 의존성 합계 모멘트로 작동하는 전자 정류식 전기 모터를 구비한 액추에이터에 관한 것이며, 상기 전기 모터는 연속적으로 증가하는 모멘트- 시간 특성 곡선에 따라 모멘트 조절기 및 조절 시스템에 의해, 프리세팅 가능한 회전 모멘트에 따르는 목표값으로 조절될 수 있고, 모멘트 조절기에는 조절 신호를 도출하기 위해 목표값 외에도, 전기 모터의 회전 모멘트 의존성 실제값이 제공될 수 있다. 모멘트 조절에는, 합계 모멘트의 최대치 사이에서 최소치가 빠르고 확실하게 통과되고 전기 모터가 최대치의 영역에서 정지하도록 하는 위치 조절이 기초가 된다.

모멘트 조절기, 위치 조절기, 임계값 모멘트, 컴퓨터 회로

Description

전기 모터를 가진 액추에이터{Actuator with an electric motor}

본 발명은 위치 의존성 합계 모멘트로 작동하는 전자 정류식 전기 모터를 가진 액추에이터에 관한 것으로, 상기 전기 모터는 모멘트 조절기 및 조절 시스템에 의해 연속적으로 증가하는 모멘트-시간 특성 곡선에 따라 프리세팅 가능한 회전 모멘트 의존성 목표값으로 조절될 수 있고, 모멘트 조절기에는 조절 신호를 도출하기 위해 목표값 외에도, 전기 모터의 회전 모멘트 의존성 실제값이 제공될 수 있다.

위치 의존성 모터 회전 모멘트를 갖는 전기 모터의 경우, 상(phase)들의 중첩 영역에서 합계 회전 모멘트의 강하가 주어지며, 상기 강하는 전기 모터가 스위칭된 릴럭턴스모터(switched reluctance motor)로 설계될 때 특정의 회전 모멘트 레벨부터 상 전류의 상승에 의해 더 이상 보상될 수 없다. 다른 모터 토폴로지(topologies)의 경우, 모터 회전 모멘트-위치 특성 곡선은 교대로 최소치와 최대치를 나타내며, 최대치는 전기 모터의 각각 하나의 상에만 전류 공급되는 위치에서 발생한다.

최소치는 연속해서 전류 공급된 2 개의 상의 중첩 영역에 위치하며, 이때 2 개의 상에는 전류가 공급되고, 상기 상을 통해 모터 회전 모멘트가 발생되며, 상기 회전 모멘트의 합계는 하나의 상에 의해 발생된 최대 모터 회전 모멘트보다 작다.

모터 회전자의 위치가 천천히 그리고 연속적으로 변하면, 조절된 최종 위치에서 정지 위치는 모터 회전 모멘트-위치 특성 곡선의 최소치와 일치할 수 있다. 최소치의 상기 위치로부터 전기 모터가 시동되는 것은, 부하 모멘트가 높고 정지 마찰이 클 경우 더 이상 확실히 일어나지 않을 수 있다.

조절 과정 중에 목표 모멘트가 크고 모멘트의 변화가 느릴 경우, 합계 모멘트의 최소치를 통과하는 동안 부하 모멘트 및 마찰로 인해서 전기 모터가 정지할 위험이 있다.

본 발명의 목적은 상기 방식의 전기 모터를 가진 액추에이터에서, 부하 모멘트가 높은 경우와 마찰이 큰 경우에도 새로운 제어 시에 액추에이터의 확실한 시동을 보장하는 최종 위치가 항상 얻어지게 하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 모멘트 조절기가 조절 신호를 목표 위치로서 송출해서 후치된 위치 조절기에 제공하고, 전기 모터의 최대 모멘트보다 작은 프리세팅된 임계값 모멘트에 도달할 때까지, 목표 위치는 위치 조절기에 변경 없이 공급될 수 있고 조절 시스템용 조절 신호를 도출하기 위해 전기 모터의 실제 위치와 함께 사용되며, 임계값 모멘트를 초과한 후 프리세팅된 목표 위치에 도달될 때까지, 목표 위치는 변경된 목표 위치로서 위치 조절기에 공급될 수 있고, 변경된 목표 위치는 증가하는 합계 모멘트의 후속하는 피크값의 상승에 따라 여러 번 갑작스럽게 상승된다.

부가적인 위치 조절에 의해, 전기 모터는 항상 최종 위치로 이동되며, 상기 최종 위치는 모멘트-위치 특성 곡선의 최대치의 영역에 있으며, 따라서 후속하는 재시동시 대략 최대 모터 회전 모멘트로 시동된다. 따라서 높은 부하 모멘트와 큰 마찰은 확실히 극복되며 전기 모터의 확실한 시동이 보장된다.

또한, 변경된 목표 위치가 갑작스럽게 변함으로써, 목표값이 증가할 경우 프리세팅된 임계값 모멘트에서부터 합계 모멘트의 최소치가 빠르고 확실하게 통과되며 후속하는 최대치의 다음 위치는, 마지막으로 목표값에 상응하는 최종 위치가 도달될 때까지 조정될 수 있다.

액추에이터는 통상 전기 모터식으로 작동하는 자동차 브레이크에 사용된다. 전기 모터는 높은 모멘트를 일으키는 작동점으로부터 시동되고 제동력이 천천히 상승된다. 브레이크 캘리퍼를 조정하는 전기 모터는 브레이크의 높은 복원 모멘트에 대항하여 상기 브레이크 캘리퍼를 천천히 계속 폐쇄해야 한다. 본 발명에 따른 조절에 의해 최종력은 대략 8% 증가될 수 있고 동시에 자동차 전기 시스템으로부터의 전류 소비도 대략 삼분의 일 정도 줄어든다.

실시예에 따라 임계값 모멘트는 전기 모터의 최대 모멘트의 대략 70%로 선택된다.

변경된 목표 위치는, 임계값 모멘트가 초과된 후 변경된 목표 위치가 갑자기 상승한 후 마다 그 값은 합계 모멘트의 후속하는 최대치에 할당된, 변경되지 않은 목표 위치에 이를 때까지 일정하게 유지된 후 다시 갑자기 변경되도록, 계속 상승된다.

따라서 변경된 목표 위치는 모멘트 조절기의 위치 신호의 함수, 프리세팅된 임계값 모멘트의 함수 및 회전 모멘트 의존성 목표값의 함수이다.

조절 회로는, 바람직하게 모멘트 조절기와 위치 조절기 사이에 컴퓨터 회로가 삽입되고, 상기 컴퓨터 회로에는 모멘트 조절기의 조절 신호가 목표값 및 목표 위치로서 공급될 수 있으며, 상기 컴퓨터 회로는 목표 위치 및 목표값에 따라 임계값 모멘트의 고려하에 목표 위치를 변경된 목표 위치로 환산하여 위치 조절기에 공급하도록 구성된다.

본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 실시예에 의해 더 자세히 설명된다.

도 1은 전류가 일정한 경우 회전자 각에 따르는, 3상이며 4극인 전기 모터의 합계 모멘트를 도시한 그래프.

도 2는 전기 모터의 모멘트-시간 특성 곡선을 도시한 그래프.

도 3은 시간에 따른, 모멘트 조절기의 조절 신호로서 할당된 목표 위치를 도시한 그래프.

도 4는 컴퓨터 회로에 의해, 시간 및 모멘트에 따라 변경되고 위치 컴퓨터에 공급된 목표 위치를 도시한 그래프.

도 5는 모멘트 조절기, 컴퓨터 회로, 위치 조절기 및 조절 시스템을 구비한 전기 모터의 조절 회로를 도시한 도면.

도 1은 4 개의 회전자극 및 3 상을 구비한 스위칭된 릴럭턴스 모터의, 위치 의존성 모멘트-위치 특성 곡선을 도시한다. 상기 모터 토폴로지의 경우, 인접한 상들 Ph₁, Ph₂, Ph₃ 및 Ph₄ 등 사이의 중첩 영역에 있는 합계 모멘트(M_ss)는 분명한 강하를 도시하는데, 즉 특정 모멘트에서부터 상 전류의 상승에 의해 더 이상 보상될 수 없는 최소치를 도시한다. 예컨대 6 개의 회전자극 및 4 상인 다른 모터 토폴로지의 경우, 합계 모멘트는 2 개의 상의 중첩 영역에서 최대치 및 최소치를 나타내며, 여기서는 단지 하나의 상에만 전류 공급된다. 어쨌든, 전기 모터는 위치 의존성 합계 모멘트로 작동하는 모터이다.

선택된 실시예에서 합계 모멘트(M_ss)최대치는 하나의 상 Ph₁, Ph₂ 또는 Ph₃에만 전류가 공급되는 위치(P₁ 내지 P₄)에 있다. 상기 최대치들 사이에, 도 1에 따른 모멘트-위치 특성 곡선에 도시된 바와 같이 최소치가 있다. 도시된 임계값 모멘트(M_sw)는 최대 피크 모멘트(M) 100%의 약 70 %로 선택된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 목표값(M_soll)에는 연속적으로 증가하는 목표값-시간 특성 곡선이 할당되며, 상기 목표값-시간 특성 곡선은 액추에이터의 조절 운동시, 즉 전기 모터 시동의 조정시 시간의 경과를 나타낸다. 이때 프리세팅된 임계값 모멘트( M_sw)는 시간 t₁ 후에 도달된다.

도 3은 위치 조절기용 조절 신호로서 모멘트 조절기에 의해 송출된 목표 위치

를 시간 경과에 따라 도시한다. 마지막으로 도 4는 시점 t₁으로부터, 즉 프리세팅된 임계값 모멘트(M_sw)가 초과되면서부터 목표 위치

가 변경된 목표 위치

로 어떻게 바뀌는지를 도시한다. 임계값 모멘트(M_sw) 가 도달되면, 변경된 목표 위치

는 갑자기 최대값 P₁에 할당된 값으로 변경된다. 따라서 합계 모멘트의 후속 최소치는 빠르고 확실하게 통과될 수 있다. 변경된 목표 위치

의 상승된 값은 위치 P₂에 도달할 때까지 유지된다. 그 후 변경된 목표 위치

의 갑작스러운 변경은, 프리세팅된 목표값(M_soll)에 따른 위치들 P₁, P₂, P₃ 또는 P₄에 도달되어 전기 모터가 정지할 때까지 반복된다. 합계 모멘트가 더 상승할 경우, 어떻게 최대치가 증가되고 도 4에 따른 특성 곡선의 갑작스러운 변화가 결정되는지가 나타난다.

전기 모터용 조절 회로 전체는 도 5에 개략적으로 도시된다. 회전 모멘트 의존성 목표값(M_soll)은 회전 모멘트 의존성 실제값(M_ist)과 함께 모멘트 조절기(RM)에 공급되며, 상기 조절기는 조절 신호로서 목표 위치

를 후속하는 컴퓨터 회로(RS)에 전송하고, 상기 신호는 도 3에 도시된 특성 곡선을 따른다. 목표값(M_soll)도 컴퓨터 회로(RS)에 공급되며, 상기 컴퓨터 회로는 임계값 모멘트(M_sw)의 고려하에 상기 특성 곡선을 도 4에 따른, 변경된 목표 위치

에 대한 변경된 특성 곡선으로 바꾼다. 도 3과 도 4에 따른 특성 곡선의 비교는 변경된 목표 위치

의 특성 곡선이, 시점 t₁에서 임계값 모멘트(M_sw)에 도달할 때까지, 도 3에 따른 목표 위치

의 특성 곡선에 비해 변경되지 않은 채로 유지되는 것을 나타낸다. 그러나 그 후 변경된 목표 위치

는 갑작스럽게 변경되며, 상기의 갑작스러운 변경은 컴퓨터 회로(RS)에 의해 프리세팅되므로, 상기 갑작스러운 변경은 합계 모멘트(M_ss)의 후속하는, 증가하는 최대치의 위치에 상응한다. 이로써 최대치 P₁, P₂ 사이에서 발생하는 최소치는 빠르고 확실하게 통과될 수 있다. 도 4에 따른 특성 곡선에 도시된 바와 같이, 변경된 목표 위치

의 상기 갑작스러운 변경은, 목표값(M_soll)에 도달시 위치들 P₁ 내지 P₄ 중 하나에 있는 전기 모터가 마지막으로 정지될 때까지 최소치의 통과시마다 반복된다.

Claims (5)

1. 위치 의존성 합계 모멘트로 작동하는 전자 정류식 전기 모터를 구비한 액추에이터로서, 상기 전기 모터는 모멘트 조절기 및 조절 시스템에 의해 연속적으로 증가하는 모멘트-시간 특성 곡선에 따라 프리세팅 가능한 회전 모멘트 의존성 목표값으로 조절될 수 있으며, 상기 모멘트 조절기에는 조절 신호를 도출하기 위해 목표값 외에도, 전기 모터의 회전 모멘트 의존성 실제값이 제공될 수 있는 액추에이터에 있어서,

   상기 모멘트 조절기(RM)는 상기 조절 신호를 목표 위치

   

   로서 송출하여 후치된 위치 조절기(RP)에 제공하며, 상기 전기 모터의 최대 모멘트(M_ss) 보다 작은, 프리세팅된 임계값 모멘트(M_sw) 에 도달할 때까지, 상기 목표 위치

   

   는 상기 위치 조절기(RP)에 변경 없이 공급될 수 있고 조절 시스템(S)용 조절 신호(u)를 도출하기 위해 상기 전기 모터의 실제 위치

   

   와 함께 사용되며, 상기 임계값 모멘트(M_sw)가 초과된 후 상기 목표 위치

   

   는 프리세팅된 목표 위치가 도달될 때까지, 변경된 목표 위치

   

   로서 상기 위치 조절기(RP)에 공급될 수 있고, 상기 변경된 목표 위치

   

   는 증가하는 합계 모멘트(M_ss)의 후속하는 피크값(P1 내지 P4)의 증가에 따라 여러 번 갑작스럽게 상승되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 가진 액추에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 임계값 모멘트(M_sw)는 상기 전기 모터의 최대 모멘트의 약 70%에 상응하는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 가진 액추에이터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 변경된 목표 위치

   

   가 갑작스럽게 상승된 후 매번 그 값은, 상기 합계 모멘트(M_ss)의 후속하는 최대치에 할당된, 변경되지 않은 상기 목표 위치

   

   에 이를 때까지 일정하게 유지된 후 다시 갑작스럽게 변경되는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 가진 액추에이터.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 변경된 목표 위치

   

   는 상기 모멘트 조절기(RM)의 위치 신호

   

   의 함수, 프리세팅된, 회전 모멘트 의존성 목표값(M_soll)의 함수 및 프리세팅된 임계값 모멘트(M_sw)의 함수인 것을 특징으로 하는 전기 모터를 가진 액추에이터.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 모멘트 조절기(RM)와 상기 위치 조절기(RP) 사이에 컴퓨터 회로(RS)가 삽입되며, 상기 컴퓨터 회로에는 상기 모멘트 조절기(RM)의 조절 신호가 상기 목표 위치

   

   및 목표값(M_soll)으로서 공급될 수 있고, 상기 컴퓨터 회로(RS)는 상기 목표 위치

   

   및 상기 목표값(M_soll)에 따라 상기 임계값 모멘트(M_sw)의 고려하에 상기 목표 위치

   

   를 상기 변경된 목표 위치

   

   로 환산하여 상기 위치 조절기(RP)에 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 모터를 가진 액추에이터.

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