KR101056572B1

KR101056572B1 - 전기 기기의 토크를 결정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101056572B1
Application number: KR1020087019528A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 아이젠하르트; 슈테판 블린트; 군터 괴팅
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2011-08-11
Also published as: WO2007090760A3; EP1985006A2; CN101379690A; DE102006005854A1; US7688012B2; US20090167222A1; JP2009526512A; KR20080108083A; WO2007090760A2

Abstract

본 발명은 전기 기기의, 특히 영구히 여기된 전기 기기(1)의 토크(M)를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 토크(M)는 전기 기기(1)의 위상 전압(U_ind)과 회전수(n 또는

)가 측정되고 이로부터 토크(M)가 계산될 때, 특히 간단하고 정확하게 결정될 수 있다.

전기 기기, 위상 전압, 회전수, 토크, 제어기

Description

전기 기기의 토크를 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE TORQUE OF AN ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른, 전기 기기의, 특히 영구히 여기된 전기 기기의 토크를 결정하기 위한 방법과 제5항의 전제부에 따른, 이에 상응한 장치에 관한 것이다.

최근의 하이브리드 차량에서는 대개 영구히 여기된 동기기가 전기 구동 장치로써 사용된다. 영구히 여기된 동기기는 자속을 발생시키는 자석이 내부에 배치된 회전자와, 고정자 권선을 구비한 고정자를 포함한다. 전기 기기는 특히 기기 내 위상 전류 및 자속에 좌우되는 토크를 발생시킨다. 발생된 토크는 차량의 가속 특성 및 주행 특성을 결정하고, 따라서 결정되어야 하는 중요 변수를 나타낸다.

종래의 차량에서 전기 기기의 토크는 대체로 수학적 모델을 이용하여 계산된다. 자기 저항 모멘트가 나타나지 않는다는 전제 조건 하에, 토크(M)에 다음 관계식이 적용된다.

M = K * I_q *

,

상기식에서, K는 기계 상수이고, I_q는 기기 내 크로스 전류(필드용 제어)이고,

는 기기 내 자속이다.

그러나 토크(M)의 계산은 자속(

)이 일정하지 않고 특히 온도에 따라 변화되므로 비교적 부정확하다. 이로 인해 여러 가지 형태의 비교적 높은 에러율이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 전기 기기의 토크를 결정하기 위한 방법 및 이에 상응하는 장치를 제공하여 토크가 한층 더 정확하게 결정될 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 제1항과 청구항 제5항에 제시된 특징부에 의해 달성된다. 추가의 발명의 실시예는 종속항의 대상이다.

발명의 중요한 개념은 전기 기기의 위상 전압과 회전수를 측정하고, 이로부터 토크를 계산하는 것이다. "회전수"라 함은 여기서 또한, 예를 들어 각 진동수와 같이, 비례하는 변수로 이해되어야 한다. 이는 전기 기기의 토크(M)가 더 정확하게 계산될 수 있으며, 이때 특히 온도의 영향이 고려될 수 있는 중요한 장점을 지닌다.

토크는 다음의 수학적 모델에 따라 바람직하게 계산되며,

M = K * I_q *

상기 수학식에서, 자속(

)은 측정된 위상 전압(U_ind)과 전기 기기의 회전수 및 각 진동수로부터 계산된다. 자속(

)에 대해 다음 관계식이 적용된다.

= U_ind/

,

상기식에서, U_ind는 유도 전압이고,

는 각 진동수이다.

위상 전압(U_ind)은 바람직하게 전기 기기(1)의 무부하 상태로 측정된다. 이 상태에서 전기 기기와 연결된 펄스 제어 인버터(pulse-controlled inverter)의 전체 스위치가 개방되며 위상 전압은 대체로 사인파의 곡선을 나타낸다. 따라서 위상 전압은 정확하게 측정될 수 있다. 모멘트(M)의 계산을 위해 바람직하게 위상 전압(U_ind)의 최대값이 사용된다.

본 발명에 따른, 전기 기기의, 특히 영구히 여기된 전기 기기의 토크를 결정하기 위한 장치는 토크(M)를 결정하기 위한 알고리즘을 사용하는 제어기를 포함하며, 제어기에 위상 전압 신호(U_ind)와 회전수 신호를 공급하며, 상기 알고리즘은 이들 변수에 기초하여 토크(M)를 계산한다.

제어기는 특히 전기 기기의 출력을 변경할 수 있는 펄스 제어 인버터(PCI)를 제어하기 위하여 바람직하게 출력 신호를 발생시킨다.

이하, 본 발명은 첨부되는 도면을 참조하여 예시로써 더욱 상세하게 설명된다.

도1은 3상의 전기 기기(1)와 이에 연결된 펄스 제어 인버터(2)의 개략도이다.

도1에는 3상의 전기 기기(1)와 이에 연결된 펄스 제어 인버터(2)가 개략적으로 도시되어 있다. 펄스 제어 인버터(PCI)(2)는, 전기 기기(1)의 각각의 위상(U, V, W)과 연결되고 높은 공급 전위(중간 회로 전압U_z) 또는 낮은 기준 전위(접지)에 대항하여 위상(U, V, W)을 절환하는 출력 스위치(6a 내지 6f)를 포함한다. 여기서, 높은 공급 전위(U_z)에 연결된 스위치(6a 내지 6c)는 "하이-사이드-스위치(High-Side-Switch)"로써, 접지와 연결된 스위치(6d 내지 6f)는 "로우-사이드-스위치(Low-Side-Switch)"로써 표시된다. 펄스 제어 인버터(2)는 또한 스위치(6a 내지 6f) 중 하나에 각각 병렬 배치된 다수의 회복 다이오드(7a 내지 7f)를 포함한다.

펄스 제어 인버터(2)는 전기 기기(1)의 출력 및 동작 모드를 결정하며, 제어기(12)에 의해 상응하게 제어된다. 따라서 전기 기기(1)는 선택적으로 엔진 작동 또는 제너레이터 작동을 실시할 수 있다.

또한, 펄스 제어 인버터(2)는 실질적으로 베터리 전압의 안정화를 위해 사용되는 소위, 중간 회로 커패시터(8)를 포함한다. 베터리(9)를 구비한 차량의 보오드 회로망은 중간 회로 커패시터(8)에 병렬로 접속된다.

전기 기기(1)는 본 실시예에서 3상으로 실행되며 3개의 스트랜드(3a 내지 3c)를 갖는 고정자와 다수의 영구 자석(11)을 갖는 회전자를 포함한다. 스트랜드(3a 내지 3c)의 옴의 저항은 소자(10a 내지 10c)에 의해 표시된다.

전기 기기(1)는 특히 위상 전류(I_u, I_v, I_w) 또는 크로스 전류(I_q)(필드용 제어)에 따라 그리고 전기 기기(1) 내부에서 형성된 자속(

)에 따라 토크(M)를 발생 시킨다. 전기 기기의 실제의 토크(M)는 제어기(12)에 저장된 수학적 모델을 이용하여 계산된다. 상기 모델 또는 알고리즘은 하기의 관계식에 따라 토크(M)를 계산한다.

M = K * I_q *

이러한 경우, 자속(

)은 하기의 유도 법칙에 의해 결정된다.

U_ind =

*

또는

= U_ind/

상기식에서, U_ind는 무부하 상태에서의 기기의 유도 전압이고,

는 전기의 각 진동수이다.

전기 기기(1)의 각 진동수(

)는 회전수 센서(5)를 이용하여 측정된다. 스트랜드 권선(3a 내지 3c) 내에서 유도된 전압(U_ind)은 전압원(4a 내지 4c)을 통해 개략적으로 도시되며 간단한 전압 센서를 이용하여 측정될 수 있다. 유도된 전압(U_ind)으로서 예컨대, 2개의 위상 사이, 예를 들어 U와 V 사이의 전압, 또는 위상(U, V, W) 중 하나와 기준 전위 사이의 전압이 측정될 수 있다. 상기 전압(U_ind)은 전기 기기(1)의 무부하 상태에서 사인파 곡선을 나타내며, 따라서 바람직하게 이 상태에서 측정된다.(무부하 상태에서 모든 6개의 펄스 제어 인버터(2)의 출력 스위치(6a 내지 6f)는 개방된다.)

전기 기기(1)의 회전수는 측정시 충분히 커야 한다. 그러나 다른 한편, 회복 다이오드(7a 내지 7f)가 정류기 브리지로써 작용하기 시작하는 최대의 회전수를 초과해서는 안된다. 초과 될 경우, 위상 전압(U, V, W)은 변형되어, 더 이상 사인파 곡선을 나타내지 않을 것이다.

전압 신호 및 회전수 신호(U_ind)는 제어기(12)에 입력된다. 전압 신호로부터 최대값이 계산된다. 이는 상기 언급한, 유도된 전압(U_ind)에 상응한다. 제어기(12)에 저장된 알고리즘은 이들 변수를 처리하여 이로부터 전기 기기(1)의 실제의 회전수(M)를 결정한다.

토크(M)를 계산하기 위한 수학적 모델은 분석용이거나 또는 예컨대 제어기(12) 내에서 특성 필드로서도 저장될 수 있다. 토크(M)는 상기의 방법으로 특히 정확하고 간단하게 결정될 수 있다.

Claims

전기 기기(1)의 토크(M)를 결정하기 위한 방법에 있어서,

전기 기기(1)의 위상 전압(U_ind)과 회전 속도(n,
)를 측정하는 단계와,

위상 전압(U_ind)과 회전수(n,
)로부터 토크를 계산하는 단계를 포함하고,

토크(M)는 하기 함수에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 토크를 결정하기 위한 방법.

M = f(K, I_q, U_ind,
또는 n), 여기서 M은 토크, K는 기계 상수, I_q는 크로스 전류, U_ind는 무부하 상태에서 측정된 기기 내의 유도 전압,
는 전기의 각 진동수, n는 회전 속도임
삭제
제1항에 있어서, 위상 전압(U_ind)의 최대값이 검출되는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 토크를 결정하기 위한 방법.
삭제
전기 기기(1)의 토크(M)를 결정하기 위한 장치에 있어서,

토크(M)를 결정하기 위한 알고리즘을 실행시키는 제어기(12)를 포함하고,

상기 알고리즘은 제어기(12)에 공급되는 위상 전압 신호(U_ind)및 회전 속도 신호(n,
)로부터 전기 기기(1)의 토크(M)를 결정하고,

알고리즘은 하기 함수에 의하여 토크(M)를 계산하는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 토크를 결정하기 위한 장치.

M = f(K, I_q, U_ind,
), 여기서 M은 토크, K는 기계 상수, I_q는 크로스 전류, U_ind는 유도 전압,
는 전기의 각 진동수임
제5항에 있어서, 제어기(12)는 펄스 제어 인버터(2)를 제어하기 위해 출력 신호(A)를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 전기 기기의 토크를 결정하기 위한 장치.
삭제