KR101678737B1 - 영구 자석 동기 모터에 대한 리졸버 교정 - Google Patents

영구 자석 동기 모터에 대한 리졸버 교정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영구 자석 동기 모터에 대한 리졸버 교정에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 고주파 회전 전압 벡터가 생성되고, 영구 자석 동기 모터(PMSM)와 관련된 리졸버 내에 주입된다. 돌출 효과로 인해, 위상 전류 내에서 기준 포인트가 검출될 때, PMSM의 회전자 위치가 알려진다. 이 시점에서, 리졸버 위치를 획득함으로써, 교정을 위해 리졸버 오프셋이 정확하게 결정될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 장치 치수 및 비용의 증가 없이 리졸버 오프셋이 정확하게 결정되고 교정될 수 있다. 각각의 방법, 장치, 시스템 및 컴퓨터 제품이 개시된다.

Description

영구 자석 동기 모터에 대한 리졸버 교정{RESOLVER CALIBRATION FOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 모터 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
가벼운 무게, 작은 부피, 높은 전력 밀도 및 높은 전체 효율과 같은 장점들로 인해, 하이브리드 전기차, 전기차 등과 같은 다양한 분야에서 영구 자석 동기 모터(permanent magnet synchronous motor(PMSM))들이 널리 사용된다. PMSM들의 전력 능력을 이용하기 위해서는 제어 기술들이 중요하다. 알려진 바와 같이, PMSM에 의해 생성되는 토크는 PMSM의 전류의 제어에 의해 제어될 수 있는데, 그 이유는 그들이 통상적으로 비례하기 때문이다. PMSM의 전류를 효과적으로 제어하기 위해서는 PMSM의 회전자 위치를 계속 획득하는 것이 필요하다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "회전자 위치(rotor position)"는 PMSM 내의 모터 회전자의 절대 위치가 아니라 상대 각도를 지칭한다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 회전자 위치는 통상적으로 모터 회전자의 자속 연결부와 고정자 프레임 내의 α 축 간의 선단 각도로서 정의된다.
PMSM의 회전자 위치를 획득하기 위하여, PMSM은 통상적으로 관련 리졸버를 구비한다. 리졸버는 PMSM 내의 모터 회전자의 위치들을 연속 감지하기 위한 위치 센서로서 기능하는 회전 가능 전자 변압기이다. 리졸버의 출력은 일반적으로 전용 컨버터에 의해 디지털 형태의 각도 값으로 변환될 수 있는 사인 또는 코사인 파형을 갖는다. 그러나, 리졸버에 의해 제공되는 각도 값은 모터 회전자의 절대 위치를 지시하므로, 전술한 바와 같은 PMSM 제어에서 필요한 회전자 위치로서 직접 사용되지 못한다. PMSM의 리졸버의 제로 위치가 모터의 제어 각도의 제로 포인트와 기계적으로 엄격하게 정렬될 때만, 리졸버에 의해 제공되는 각도가 PMSM의 회전자 위치로서 직접 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 이것은 실제로는 거의 불가능한데, 그 이유는 그러한 기계적 정렬이 설계 및 제조의 복잡성을 증가시키고, 더 많은 시간 및 인력을 소비하여, 비용을 상당히 증가시키기 때문이다.
리졸버의 제로 위치와 PMSM의 제어 제로 포인트 사이의 오프셋은 리졸버 오프셋으로 지칭된다. 리졸버 오프셋을 교정하기 위하여, 하나의 중요한 문제는 그러한 오프셋을 어떻게 정확하게 결정할지의 문제이다. 리졸버 오프셋을 결정하기 위한 여러 해법이 제안되어 왔다. 예를 들어, 오프셋은 PMSM의 후방 기전력 파형의 측정에 의해 추정될 수 있다. 리졸버 오프셋은 또한 PMSM에 의해 생성되는 토크의 측정에 의해 결정되고 교정될 수 있다. 그러나, 그러한 해법들은 추가 회로들 및/또는 장치들에 의존해야 하며, 이는 비용 및 장치 치수를 증가시키고, PMSM의 적용 가능 분야를 제한한다. 더욱이, 일부 공지 해법들에 의해 결정되는 리졸버 오프셋은 종종 정확도 면에서 모터 제어의 요구들을 충족시키지 못한다.
전술한 사항을 고려할 때, 리졸버를 교정하기 위해 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 오프셋을 정확하게 결정하기 위한 간단하고 실행 가능하고 비용 효과적인 해법이 이 분야에 필요하다.
상기 및 다른 잠재적인 문제들을 해결하기 위해, 본 발명은 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버를 교정하는 데 사용되는 기술적 해법을 제안한다.
일반적으로, 본 발명의 기본 아이디어는 영구 자석 동기 모터에서의 돌출 효과를 이용하여 리졸버 오프셋을 결정하는 것이다. 돌출 효과로 인해, PMSM에 의해 생성되는 위상 전류와 회전자 위치 사이에는 고유한 대응 관계가 존재한다. 또한, 위상 전류의 검출에 기초하여 리졸버 위치를 적절히 획득함으로써 위상 전류와 리졸버 위치 간의 대응 관계가 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 위상 전류를 이용하여, 동일한 특정 순간에 리졸버 위치 및 회전자 위치 양자의 값들을 획득하여 리졸버 오프셋을 결정할 수 있다. 이 때문에, 다루어질 기술적 문제들은 적어도 (1) 검출에 이용 가능한 적절한 위상 전류를 생성하도록 PMSM을 제어하는 것 및 (2) 위상 전류를 검출함으로써 리졸버 오프셋을 결정하는 것을 포함한다.
본 발명의 제1 양태는 검출 가능한 위상 전류를 생성하도록 PMSM을 제어하기 위한 해법과 관련된다. 이 양태에서의 실시예들은 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 고주파 회전 전압 벡터를 생성하는 단계와, 저속으로 동작하고 있는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 상기 고주파 회전 전압 벡터를 주입하여 상기 영구 자석 동기 모터로 하여금 위상 전류를 생성하게 하는 단계를 포함하고, 상기 위상 전류는 상기 리졸버의 상기 교정에 사용된다.
이 양태에서의 실시예들은 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치를 더 포함한다. 상기 장치는 고주파 회전 전압 벡터를 생성하도록 구성되는 전압 생성 유닛과, 저속으로 동작하고 있는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 상기 고주파 회전 전압 벡터를 주입하여 상기 영구 자석 동기 모터로 하여금 위상 전류를 생성하게 하도록 구성되는 전압 주입 유닛을 포함하고, 상기 위상 전류는 상기 리졸버의 상기 교정에 사용된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, PMSM이 검출될 위상 전류를 생성하도록 고주파 회전 전압 벡터를 주입함으로써 PMSM의 효과적인 제어를 달성하는 것이 가능하다. 더욱이, 그러한 PMSM의 제어는 간단하고 실행 가능하다. 특히, 주입되는 회전 전압 벡터는 높은 주파수를 가지므로, PMSM 내에서의 순수한 저항성 전압 강하의 영향을 제거하여, 후속 검출 및 교정의 정확도의 개선을 촉진할 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 위상 전류 검출에 의하여 리졸버 오프셋을 결정하기 위한 해법과 관련된다. 이 양태에서의 실시예들은 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 고주파 회전 전압 벡터가 주입되는 것에 응답하여, 상기 영구 자석 동기 모터에 의해 생성되는 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 검출하는 단계와, 상기 기준 포인트가 검출될 때 상기 리졸버의 위치를 획득하는 단계와, 상기 리졸버를 교정하기 위해 상기 리졸버의 상기 획득된 위치와 상기 기준 포인트에 대응하는 상기 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치 간의 오프셋을 결정하는 단계를 포함한다.
이 양태에 따른 실시예들은 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치를 더 포함한다. 상기 장치는 저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 고주파 회전 전압 벡터가 주입되는 것에 응답하여, 상기 영구 자석 동기 모터에 의해 생성되는 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 검출하도록 구성되는 전류 검출 유닛과, 상기 기준 포인트가 검출될 때 상기 리졸버의 위치를 획득하도록 구성되는 위치 획득 유닛과, 상기 리졸버를 교정하기 위해 상기 리졸버의 상기 획득된 위치와 상기 기준 포인트에 대응하는 상기 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치 간의 오프셋을 결정하도록 구성되는 오프셋 결정 유닛을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, PMSM에서의 돌출 효과로 인해, 위상 전류를 이용하여 회전자 위치와 리졸버 위치 간의 정량적 대응 관계를 형성한다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 PMSM과 관련된 리졸버의 오프셋을 더 적은 비용 및 더 높은 정확도로 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 양태들은 전술한 방법들을 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품들 및 전술한 장치들을 포함하는 PMSM과 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 시스템을 포함한다. 아래의 설명으로부터, 본 발명에 따른 실시예들은 비용 효과적이라는 것을 알 것이다. 더욱이, 본 발명의 실시예들은 양호한 호환성을 가지며, 배치되고 사용된 PMSM들을 포함하는 돌출 효과를 갖는 다양한 PMSM들에 적용될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부 도면들과 관련된 본 발명의 실시예들의 더 상세한 도시를 통해 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버에 대한 교정 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 제어 장치의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 제어 장치의 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 유효 변조 주파수의 향상의 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 단계에서 병합되는 전압의 개략도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 검출 장치의 블록도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 검출 장치의 블록도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버에 대한 교정 시스템의 특정 구현의 블록도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 제어 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 제어 방법의 흐름도를 나타낸다.
도면들 전반에서 동일하거나 유사한 참조 번호들은 동일하거나 대응하는 요소들을 나타내는 데 사용된다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다. 본 발명의 일부 실시예들이 첨부 도면들에 도시되지만, 본 발명은 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 따라서 본 명세서에서 설명되는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다. 이와 달리, 그러한 실시예들은 본 발명의 충분하고 완전한 이해를 위해 그리고 이 분야의 기술자들에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하는 능력을 위해 제공된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 기본 아이디어는 영구 자석 동기 모터에서의 돌출 효과를 이용하여 리졸버 오프셋을 결정하는 것이다. 내부 PMSM, V형 내부 PMSM, 방사상 배열의 내부 PMSM 등과 같은 다양한 종류의 PMSM들에서 영구 자석들의 자속이 철보다 낮은 투자율을 갖는 것으로 알려져 있다. 결과적으로, 자속 경로 내의 유효 에어 갭은 모터 회전자의 위치에 따라 변한다. 이러한 현상은 돌출 효과라고 하며, PMSM 위상 전류(특히, 그의 저주파 성분)가 PMSM의 회전자 위치에 의해 변조되게 한다. 즉, 위상 전류의 진폭과 회전자 위치 사이에는 고유한 대응 관계가 존재한다. 더구나, 위상 전류의 검출에 기초하여 리졸버 위치를 적절히 획득함으로써 위상 전류와 리졸버 위치 간의 대응 관계가 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 위상 전류에 의해 리졸버 위치와 회전자 위치 간의 정량적 대응 관계를 형성하여 리졸버 오프셋을 결정하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PMSM과 관련된 리졸버의 교정을 위한 교정 시스템(100)의 블록도를 나타내는 도 1을 먼저 참조한다. 도시된 바와 같이, 교정 시스템(100)은 일반적으로 2개의 장치, 즉 제어 장치(101) 및 검출 장치(102)를 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 동작 중에, 제어 장치(101)는 고주파 회전 전압 벡터를 생성하고, 생성된 고주파 회전 전압 벡터를 저속으로 동작하고 있는 PMSM 내에 주입하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "저속"은 PMSM의 회전 속도가 사전 결정된 임계치보다 낮다는 것을 의미한다. 저속으로 동작하도록 PMSM을 구동하는 것은 위상 전류의 검출 분해능 및 교정 정확도의 개선을 촉진한다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 주입된 전압 벡터의 회전 주파수와 PMSM의 회전 속도 간의 차이를 충분히 크게 하는 것이 유리하다. 구현에 있어서, PMSM의 회전 속도는 PMSM의 파라미터들, 사용되는 제어 기술들 등과 같은 다양한 팩터들에 기초하여 결정될 수 있다. 본 발명의 범위는 이와 관련하여 한정되지 않는다.
고주파 회전 전압 벡터의 주입에 응답하여, PMSM은 위상 전류들을 생성할 것이다. 검출 장치(102)는 PMSM에 의해 생성된 위상 전류를 샘플링하고, 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 검출하도록 동작할 수 있다. 그러한 기준 포인트가 검출될 때, 검출 장치(102)는 그 순간의 리졸버의 위치를 획득한다. 전술한 바와 같이, 기준 포인트가 검출되는 특정 순간에서의 돌출 효과로 인해, 기준 포인트에 대응하는 PMSM의 회전자 위치가 알려진다. 따라서, 동시에 획득된 리졸버 위치 및 회전자 위치에 기초하여 리졸버 위치와 회전자 위치 간의 오프셋이 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치(101)의 블록도를 나타내는 도 2를 참조한다. 도시된 바와 같이, 제어 장치(101)는 고주파 회전 전압 벡터를 생성하도록 구성되는 전압 생성 유닛(201)을 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때, "고주파 회전 전압 벡터"는 사전 결정된 임계치보다 높은 각속도로 회전하는 전압 벡터를 지칭한다. 일례로서, 일부 실시예들에서, 고주파 회전 전압 벡터의 회전 주파수는 500Hz 내지 2500Hz 범위 내일 수 있다. 다른 실시예들에서는, PMSM의 파라미터들에 따라 임의의 다른 적절한 값들이 사용될 수 있다. 높은 주파수의 회전 전압을 생성하고 사용하는 것은 PMSM 내의 순수한 저항성 전압 강하의 잠재적 영향으로부터의 후속 검출의 보호를 용이하게 한다는 것을 알 것이다.
특히, 일부 실시예들에서, 전압 생성 유닛(201)은 고정 진폭 및 회전 주파수를 갖는 고주파 회전 전압 벡터를 생성하도록 구성될 수 있다. 대안으로서, 고주파 회전 전압 벡터의 진폭 및/또는 회전 주파수는 예를 들어 주기적으로 또는 사용자 입력에 응답하여 변경될 수 있다. 본 발명의 범위는 이와 관련하여 한정되지 않는다. 일례로서, 일부 실시예들에서, 전압 생성 유닛(201)에 의해 생성되는 바와 같은 고주파 회전 전압 벡터는 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014096197595-pat00001
여기서,
Figure 112014096197595-pat00002
는 PMSM의 α 및 β 축들에 대한 고주파 회전 전압 벡터를 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00003
는 전압의 진폭을 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00004
는 각속도를 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00005
는 시간을 나타낸다. 식 1에 표현된 바와 같은 고주파 회전 전압 벡터는 예시적일 뿐이라는 점에 유의해야 한다. 고주파 회전 전압 벡터는 현재 알려져 있는지 또는 미래에 개발되는지에 관계없는 임의의 방식으로 생성될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이와 관련하여 한정되지 않는다.
도 2를 계속 참조하면, 제어 장치(101)는 PMSM으로 하여금 리졸버의 교정을 위한 위상 전류를 생성하게 하기 위해 전압 생성 유닛(201)에 의해 생성되는 고주파 회전 전압 벡터를 저속으로 동작하고 있는 PMSM 내에 주입하도록 구성되는 전압 주입 유닛(202)을 더 포함한다. 예를 들어, 3상 PMSM에 대해, 전압 주입 유닛(202)은 고주파 회전 전압 벡터를 3상 단자들을 통해 PMSM의 고정자 권선들 내에 주입할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 저속으로 회전하는 PMSM을 다양한 방식으로 유지하는 것이 가능하다. 예를 들어, 고주파 회전 전압 벡터를 주입하기 전에 기준 전압 벡터를 이용하여 PMSM을 구동할 수 있다. 이어서, 기준 전압 벡터의 공급을 스위치 오프하여 PMSM이 소정 기간 동안 관성에 의해 계속 회전하게 할 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 고주파 회전 전압 벡터를 주입하는 동안 적절한 기준 전압 벡터를 PMSM에 공급하여, 저속으로 동작하도록 PMSM을 구동할 수 있다. 특히, PMSM이 기준 전압 벡터에 의해 계속 구동되는 실시예들에서는, 고주파 회전 전압 벡터와 기준 전압 벡터가 병합될 수 있으며, 따라서 전압 주입 유닛(202)은 병합된 전압 벡터를 PMSM 내에 주입한다. 이러한 양태에서의 실시예는 아래에서 상술될 것이다.
위의 설명으로부터, 제어 장치(101)는 PMSM이 검출에 이용 가능한 위상 전류를 생성하도록 고주파 회전 전압 벡터를 생성하고 주입함으로써 PMSM을 효과적으로 제어할 수 있다는 것을 알 것이다. 특히, 제어 장치(101)에 의해 주입되는 회전 전압 벡터는 높은 주파수를 가지므로, PMSM 내에서의 순수한 저항성 전압 강하의 잠재적 영향이 효과적으로 제거될 수 있으며, 이는 후속 검출 및 교정의 정확도의 개선을 촉진한다. 게다가, PMSM의 제어는 아주 간단하고 편리하다. 더욱이, 제어 장치(101)는 돌출 효과를 갖는 임의의 현재 알려져 있거나 미래에 개발될 PMSM과 관련하여 사용될 수 있으며, 따라서 양호한 호환성을 갖는다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 장치(101)의 블록도를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 장치(101)는 또한 전압 생성 유닛(201) 및 전압 주입 유닛(202)을 포함한다. 도 2와 관련하여 전술한 바와 같은 다양한 특징들은 도 3에 도시된 바와 같은 제어 장치(101)에도 적용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서는, 전압 생성 유닛(201)에 의해 생성되는 고주파 회전 전압 벡터에 대해 펄스폭 변조(PWM)를 수행할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서는, 고주파 회전 전압 벡터에 대해 공간 벡터 펄스폭 변조(SVPWM) 또는 그의 임의의 변형들을 수행할 수 있다. 다른 형태의 PWM들도 가능하며, 본 발명의 범위는 이와 관련하여 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 고주파 회전 전압 벡터의 PMSM은 전압 생성 유닛(201)에 의해 또는 임의의 다른 적절한 컴포넌트에 의해 수행될 수 있다.
그러한 실시예들에서, 제어 장치(101) 내의 분해능 향상 유닛(301)이 PWM 동안 고주파 회전 전압 벡터의 분해능을 향상시키도록 구성될 수 있다. 고주파 회전 전압 벡터의 분해능은 PMSM 제어 및 검출의 정확도에 영향을 줄 것이라는 것을 알 것이다. 실제로, PMSM을 수행하기 위한 스위치 장치는 일반적으로 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등에 의해 구현되고, 스위치 주파수는 예를 들어 8kHz 내지 12kHz의 범위에 걸친다. 그러한 PWM 스위치에 의해 제공되는 변조 주파수는 고주파 회전 전압 벡터(예를 들어, 800Hz 이상의 회전 주파수)에 대해 너무 낮아서, 변조 전압의 분해능을 열악하게 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 분해능 향상 유닛(301)은 PWM 동안 고주파 회전 전압 벡터의 분해능을 다양한 방식으로 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 분해능 향상 유닛(301)은 PWM을 수행하기 위한 스위치 장치(예를 들어, IGBT 장치)의 스위치 주파수를 증가시키도록 구성되는 제1 향상 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이것은 구현하기 쉽지만, 고주파 스위칭은 전력 효율을 낮추고 장치 제품 수명을 단축하는 IGBT 장치에 대한 스위칭 손실을 증가시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 일부 실시예들에서, 분해능 향상 유닛(301)은 대안으로서 또는 추가로 PWM의 캐리어에 대한 유효 변조 주파수를 증가시키도록 구성되는 제2 향상 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 제2 향상 유닛은 인접하는 캐리어 사이클들 내의 PWM 전도 기간들을 함께 시프트시켜서 PWM의 유효 변조 주파수를 증가시킴으로써 인접하는 PWM 캐리어 사이클들을 논리적으로 병합하도록 구성될 수 있으며, 이는 아래에서 도 4를 참조하여 상술될 것이다.
더구나, 본 발명의 일부 실시예들에서는, 전술한 바와 같이, 고주파 회전 전압 벡터가 주입되는 동안 기준 전압 벡터를 제공하여, 저속으로 동작하도록 PMSM을 구동할 수 있다. 게다가, 기준 전압 벡터에 대해서도 SVPWM과 같은 PWM을 수행할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 고주파 회전 전압 벡터 및 기준 전압 벡터는 PMSM 내에 주입되기 전에 병합될 수 있다. 이 때문에, 제어 장치(101)는 도 3에 도시된 바와 같이 고주파 회전 전압 벡터와 기준 전압 벡터를 병합하도록 구성되는 전압 병합 유닛(302)을 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 고주파 회전 전압 벡터와 기준 전압 벡터의 병합은 αβ 축 전압 계산의 단계에서 수행될 수 있다. 그러나, 그러한 병합은 높은 계산 복잡성 및 비용을 유발할 것이라는 것을 알 수 있는데, 그 이유는 SVPWM 계산이 절반 PWM 사이클마다 수행되어야 하고, 승산 및 제산이 요구되기 때문이다.
대안으로서, 전압 병합 유닛(302)은 고주파 회전 전압 벡터와 기준 전압 벡터를 이러한 2개의 전압 벡터의 PWM 계산 동안 병합하도록 구성될 수 있다. 이와 관련된 일 실시예가 아래에서 도 5를 참조하여 상술될 것이며, 여기서는 고주파 회전 전압 벡터 및 기준 전압 벡터가 5-섹터 SVPWM을 통과한 후에 3상 PMSM 내로 주입된다.
도 4는 분해능 향상 유닛(301)에 의한 분해능 향상의 일 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, PWM에 대한 캐리어 사이클들(401, 402) 각각에서, 각각의 위상(이 예에서는 위상 A, B, C)에 대한 최초의 PWM 파형들은 중심이 정렬되고, 대칭적이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 인접하는 캐리어 사이클들 내에 PWM 전도 기간들을 함께 시프트시키기 위해 시간적 변위가 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 캐리어 사이클들(401, 402) 내의 고레벨들의 기간들은 캐리어 사이클들(401, 402)의 끝 및 시작으로 각각 변환된다. 따라서, 인접하는 캐리어 사이클들(401, 402)은 최초의 캐리어 사이클(401 또는 402)에 비해 절반만큼 감소된 주파수를 갖는 새로운 캐리어 사이클(403)로 논리적으로 병합된다. 그러한 실시예에서 PWM의 듀티 사이클은 병합 후에 변하지 않는 것이 명백하다. 이러한 방식으로, PWM 스위치 장치의 스위치 주파수의 변경 없이 PWM 캐리어의 유효 변조 주파수가 배가될 수 있으며, 변조된 고주파 회전 전압 벡터의 분해능이 그에 따라 향상될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 향상 유닛 및 제2 향상 유닛은 개별적으로 또는 협력하여 동작할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 본 발명의 범위는 이와 관련하여 한정되지 않는다.
도 5는 전압 병합 유닛(302)에 의한 PWM 단계에서의 전압 병합의 일 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 기준 전압 벡터(Vref)와 관련하여, 라인들(501, 502) 사이의 기간은 T1/2로서 표현되고, 라인들(502, 503) 사이의 기간은 T2/2로서 표현되며, 라인들(503, 504) 사이의 기간은 T0/4로서 표현된다. 따라서, PWM 사이클의 절반 내에서, 위상 A 및 B의 유효 전도 시간은 각각 (T1+T2)/2 및 T2/2이고, 위상 C는 유효 전도 시간을 갖지 않는다. 유사하게, 고주파 회전 전압 벡터(Vc)에 대해, 라인들(505, 506) 사이의 기간은 T3/2로서 표현되고, 라인들(506, 507) 사이의 기간은 T4/2로서 표현되며, 라인들(508, 509) 사이의 기간은 T0'/4로서 표현된다. 따라서, 위상 B 및 C의 유효 전도 시간은 각각 (T3+T4)/2 및 T4/2이고, 위상 A는 유효 전도 시간을 갖지 않는다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기준 전압 벡터와 고주파 회전 전압 벡터의 병합은 PWM 단계에서 아래의 방식으로 구현될 수 있다. 먼저, 2개의 전압 벡터의 각각의 위상에 대해, 전도 시간들을 더한다. 도 5의 예에서, 위상 A, B 및 C의 전도 시간들의 합들은 아래에 각각 표시된다.
Figure 112014096197595-pat00006
제2 단계에서, 3개의 위상 중에서 최단 전도 시간이 식별된다. 이 예에서, 최단 전도 시간은 위상 C의 T4/2 + (T0+T0')/4이다. 이어서, 제3 단계에서, 3개의 위상의 전도 시간들로부터 최단 전도 시간을 뺀다.
Figure 112014096197595-pat00007
이러한 방식으로, 5-섹터 SVPWM의 새로운 3상 전도 시간들이 획득된다.
위의 설명들은 예시적인 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이러한 접근법은 상이한 응용 시나리오들에 대해 상이한 변형들을 가질 수 있다. 예를 들어, 7-섹터 SVPWM의 경우, PWM 사이클로부터 제3 단계에서 설명된 바와 같은 최장 전도 시간을 빼서 T0"/4를 계산한 후에 T0"/4를 각각의 위상들에 대한 전도 시간들(제3 단계의 결과들)에 더함으로써 새로운 전도 시간들이 계산될 수 있다. 따라서, 병합된 전압 V의 각각의 위상에 대한 전도 시간들은 아래와 같이 PWM 파형을 결정하도록 도출될 수 있다.
Figure 112014096197595-pat00008
여기서, Tk/2, Tk1/2 및 T0"/4는 수직선들(509와 510, 510과 511, 511과 512) 간의 시간 길이들을 각각 나타내고, Tpwm은 하나의 PWM 사이클 또는 하나의 캐리어 사이클의 시간 길이를 나타낸다.
PWM의 단계에서 고주파 회전 전압 벡터와 기준 전압 벡터를 병합함으로써, 2개의 전압의 벡터 합을 계산하기 위해 가산 및 감산을 수행하는 것만이 필요하다는 것을 알 것이다. 따라서, 계산 복잡성 및 비용이 크게 감소할 것이다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 전압 병합 유닛(302)은 룩업 테이블의 사용에 의해 전압 병합을 더 간소화하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 일부 실시예들에서, 전압 생성 유닛(201)은 고정 진폭 및 회전 주파수를 갖는 고주파 회전 전압 벡터를 생성하도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예들에서는, PWM 내에 주입될 고주파 회전 전압 벡터의 비교 값들을 미리 결정하는 것이 가능하다. 따라서, 각각의 위상에 대해, 다수의 각도에서의 고주파 회전 전압 벡터의 듀티 사이클들은 사전 계산되고 룩업 테이블에 저장될 수 있다. PWM 동안 전압 벡터들을 병합할 때, 주어진 각도에서 고주파 회전 전압 벡터의 듀티 사이클을 결정하기 위해, PWM 사이클마다의 계산 루틴 없이, 룩업 테이블에 액세스하는 것만이 필요하다. 이러한 방식으로, 계산 비용이 더 감소할 수 있으며, 동작 효율이 향상될 수 있다.
제어 장치(101)의 구조들 및 기능들이 위에서 설명되었다. 이제, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 바와 같은 검출 장치(102)의 블록도를 나타내는 도 6을 참조한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 검출 장치(102)는 고주파 회전 전압 벡터가 저속으로 동작하는 PMSM 내에 주입되는 것에 응답하여 PMSM에 의해 생성되는 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 검출하도록 구성되는 전류 검출 유닛(601)을 포함한다. 구체적으로, 제어 장치(101)가 고주파 회전 전압 벡터를 PMSM 내에 주입한 후, PMSM은 대응하는 위상 전류들을 생성할 것이다. 예를 들어, 전술한 식 1에 따라 고주파 회전 전압 벡터가 생성되는 실시예들에서, PMSM의 α 및 β 축들과 관련된 위상 전류들은 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014096197595-pat00009
여기서,
Figure 112014096197595-pat00010
및
Figure 112014096197595-pat00011
는 각각 α 및 β 축들과 관련된 위상 전류들의 진폭들을 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00012
는 직교 축(q축) 인덕턴스 및 직접 축(d축) 인덕턴스의 평균값을 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00013
는 q축 및 d축 인덕턴스들 간의 차이를 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00014
는 모터 동기 회전각(전기 각도)을 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00015
는 고주파 회전 전압 벡터의 진폭을 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00016
는 고주파 회전 전압 벡터의 각속도를 나타내고,
Figure 112014096197595-pat00017
는 시간을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전류 검출 유닛(601)은 리졸버의 교정을 실현하기 위해 위상 전류들 중 하나만을 샘플링 및 검출할 수 있다. 게다가, 전류 검출 유닛(601)이 디지털 형태의 위상 전류에 작용하는 실시예들에서, PMSM으로부터의 위상 전류는 아날로그/디지털 변환 프로세스에 의해 디지털 신호들로 변환될 수 있다. 대안으로서, 다른 실시예들에서, 전류 검출 유닛(601)은 위상 전류의 아날로그 신호에 직접 작용할 수 있다. 이러한 경우에, 아날로그/디지털 변환 프로세스는 생략될 수 있다.
전술한 바와 같이, PMSM에서의 돌출 효과로 인해, 위상 전류는 PMSM의 회전자 위치에 의해 변조된다. 따라서, 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 적절히 선택함으로써, 기준 포인트가 발생하는 순간에 대응하는 회전자 위치를 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 위상 전류와 관련된 기준 포인트는 위상 전류(또는 그의 소정 성분, 예를 들어 저주파 성분)의 파형 내의 제로 교차 포인트일 수 있다. 돌출 효과로 인해, 위상 A의 필터링된 위상 전류의 제로 교차 포인트에 대응하는 회전자 위치는 예를 들어 90도 또는 270도인 것으로 알려져 있다. 대안으로서, 기준 포인트는 위상 전류가 최대 또는 최소 값에 도달하는 포인트일 수 있다. 임의의 다른 적절한 기준 포인트를 선택하는 것도 가능하며, 본 발명의 범위는 이와 관련하여 한정되지 않는다. 실제로, 예를 들어, 전류 검출 유닛(601)은 비교기에 의해 위상 전류 내의 기준 포인트의 검출을 달성할 수 있다.
도 6을 계속 참조하면, 검출 장치(102)는 기준 포인트가 검출될 때 리졸버의 위치를 획득하도록 구성되는 위치 획득 유닛(602)을 더 포함할 수 있다. 알려진 바와 같이, 리졸버는 그의 위치를 특수 회로 또는 장치에 실시간으로 또는 주기적으로 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기준 포인트가 검출될 때, 위치 획득 유닛(602)은 신호 또는 명령을 이용하여, 관련 회로 또는 장치에 지시하여, 후속 판독을 위해 이용 가능하도록 리졸버 위치를 래치하게 할 수 있다. 대안으로서, 위치 획득 유닛(602)은 회로로부터 리졸버의 위치를 직접 판독할 수 있다. 전술한 바와 같이, 리졸버의 위치는 아날로그로서 제공될 수 있으며, 이는 기준 포인트에 대응하는 회전자 위치와 함께 검출 장치(102) 내의 오프셋 결정 유닛(602)에 제공될 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 오프셋 결정 유닛(603)은 위치 획득 유닛(602)에 의해 획득된 리졸버 위치와 기준 포인트에 대응하는 회전자 위치 사이의 오프셋을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 기준 포인트가 위상 전류의 파형의 제로 교차 포인트로서 선택되는 실시예들에서, 기준 포인트에 대응하는 회전자 위치는 예를 들어 90도이다. 이 시점에서, 리졸버 위치의 각도 값과 90도 사이의 차이는 리졸버의 제로 위치와 PMSM의 제어 제로 포인트 사이의 오프셋이다. 이어서, 이 오프셋은 리졸버를 교정하고 PMSM의 회전자 위치를 정확하게 결정하는 데 사용될 수 있다.
위의 설명을 통해, PMSM에서의 돌출 효과에 기초하여, 검출 장치(102)는 위상 전류를 검출함으로써 리졸버 오프셋을 효율적으로 정확하게 결정할 수 있다는 것을 알 것이다. 이러한 방식으로 결정되는 바와 같은 리졸버 오프셋의 정확도는 정밀한 모터 제어의 요구를 충족시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 장치의 치수 및 비용이 증가하지 않을 것이다. 게다가, 검출 장치(102)는 양호한 호환성을 가지며, 돌출 효과를 갖는 임의의 현재 공지된 또는 미래에 개발될 PMSM들과 관련하여 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검출 장치(102)의 블록도를 나타낸다. 도 6의 실시예에 비해, 도 7의 실시예의 검출 장치(102)는 검출될 위상 전류에 대해 고역 통과 필터링을 수행하도록 구성되는 필터링 유닛(701)을 더 포함한다. 대안으로서 또는 추가로, 필터링 유닛(701)은 위상 전류에 대해 대역 통과 필터링 또는 임의의 다른 적절한 필터링을 수행할 수 있다. 필터링 유닛(701)은 현재 공지되었거나 미래에 개발될지에 관계없이 임의의 고역 통과, 대역 통과 또는 임의의 다른 적절한 필터들에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 범위는 이와 관련하여 한정되지 않는다.
필터링된 위상 전류는 위상 전류의 저주파 성분을 추출하기 위해 성분 추출 유닛(702)에 제공된다. 도 7에 도시된 실시예에서, 위상 전류의 저주파 성분에 대해 기준 포인트의 검출이 수행될 수 있다. 관계없는 성분들의 간섭을 배제함으로써, 위상 전류의 검출의 정확도 및 감도가 더 향상될 수 있다. 일례로서, 성분 추출 유닛(702)은 입력 위상 전류에 대해 유한 임펄스 응답(FIR) 필터링을 수행하여 저주파 성분을 추출할 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 전류 검출 유닛(601)은 위상 전류의 저주파 성분으로부터 기준 포인트를 검출하도록 구성된다.
일부 실시예들에 따르면, 검출 장치(102)는 검출 정확도를 더 개선하기 위해 전류 오프셋 교정 유닛(703) 및 전류 지연 보상 유닛(704) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 전류 오프셋 교정 유닛(703)은 위상 전류에 대해 오프셋 교정을 수행할 수 있다. 현재 알려져 있거나 미래에 개발되는지에 관계없는 다양한 종류의 전류 오프셋 교정 기술들이 본 발명의 실시예들과 관련하여 사용될 수 있으며, 여기서는 상술되지 않는다. 전류 지연 보상 유닛(704)은 전류 센서 지연, 아날로그/디지털 변환 지연, 고역 통과 필터링 지연, 저주파 성분 추출 지연 등 중 하나 이상을 보상하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 총 지연 시간이 사전 결정된 임계치 아래인 경우에는 보상이 생략될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 전류에 대한 오프셋 교정 및/또는 지연 보상은 전류 검출 유닛(601)의 검출 정확도를 개선하는 데 유리하다는 것을 알 것이다.
대안으로서 또는 추가로, 일부 실시예들에서, 검출 장치(102)는 리졸버 오프셋의 대략적인 범위를 추정하기 위해 PMSM에 대한 회전자 위치 결정을 수행하도록 구성되는 회전자 위치 결정 유닛(705)을 더 포함할 수 있다. 주입된 고주파 회전 전압 벡터에 응답하여 PMSM에 의해 생성되는 위상 전류의 파형 타입은 예를 들어 변조된 사인 또는 코사인 파형이라는 것을 알 것이다. 따라서, 회전자 위치와 기준 포인트 간의 대응 관계는 일대일 대응 관계가 아닐 수 있다. 예를 들어, 제로 교차 포인트가 기준 포인트로서 선택될 때, PMSM의 회전자 위치는 기준 포인트가 검출될 때 90도 또는 270도일 수 있다. 회전자 위치를 고유하게 결정하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따르면, 회전자 위치 결정 유닛(705)은 위상 전류 검출 전에 PMSM에 대한 회전자 위치 결정을 수행할 수 있다. 회전자 위치 결정은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 전압을 PMSM의 하나 이상의 위상에 인가하여 회전자를 그와 정렬하도록 강제할 수 있다. 이 시점에서, 어떠한 하드웨어 장치의 추가 없이도 리졸버 위치를 판독함으로써 리졸버 오프셋의 대략적인 범위가 추정될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 회전자 위치 결정은 PMSM의 후방 기전력(EMF) 파형을 측정하여 PMSM 또는 임의의 다른 적절한 방식들에 의해 생성되는 토크를 측정함으로써 수행될 수 있다. 임의의 현재 공지된 또는 미래에 개발될 회전자 위치 결정 접근법들이 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이와 관련하여 한정되지 않는다. 이러한 방식으로, 기준 포인트가 위상 전류 내에서 검출될 때, 다수의 후보 오프셋 중에서, 추정된 오프셋 범위 내에 속하는 오프셋이 리졸버 오프셋으로서 고유하게 결정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 시스템(100)의 특정 구현의 블록도를 나타낸다. 도 8에 도시된 실시예에서는, 고주파 회전 전압 벡터가 주입되는 동안에 기준 전압 벡터를 3상 PMSM에 제공하여 PMSM을 구동한다. 도시된 바와 같이, 저역 통과/대역 통과 필터(801)는 PMSM에 의해 생성된 2개의 위상 전류(Ia, Ib)에 대해 저역 통과 또는 대역 통과 필터링을 수행하며, 변압기(802)는 필터링된 신호들에 대해 좌표 변환을 수행하여 직접-직교 축 전류(Idq)를 획득한다. 직접-직교 축 전류(Idq)는 기준 전류(Idq _ ref)에 대해 조정된 후에 제어기(803)에 제공된다. 제어기(803)는 입력 전류의 에러를 제어한 후에 좌표 역변환을 수행하여 기준 전압 벡터를 생성한다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 변압기(802) 및 제어기(803)는 PMSM 회전자 위치 또는 그의 추정치를 참조하거나 참조하지 않을 수 있으며, 따라서 폐루프 또는 개루프 모터 제어를 달성할 수 있다.
이어서, 기준 전압 벡터는 전압 생성 유닛(201)에 의해 생성된 고주파 회전 전압 벡터와 함께 분해능 향상을 위해 분해능 향상 유닛(301)에 제공된다. 분해능 향상 유닛(301)의 출력은 기준 전압 벡터와 고주파 회전 전압 벡터를 병합하기 위해 전압 병합 유닛(302)에 제공된다. 특히, 전술한 바와 같이, 고주파 회전 전압 벡터의 진폭 및 회전 주파수가 고정되는 경우, 다양한 각도에서의 고주파 회전 전압 벡터의 듀티 사이클들은 룩업 테이블에 액세스함으로써 획득될 수 있다.
이어서, 전압 주입 유닛(202)은 기준 전압 벡터 및 고주파 회전 전압 벡터를 PMSM 내에 주입한다. 도 8에 도시된 바와 같은 실시예에서, 전압 주입 유닛(202)은 전압 벡터를 3상 PMSM 내에 주입하기 위한 PWM 생성 유닛(804) 및 6 스위치 3상 인버터(B6 인버터)(805)를 포함한다. PWM 생성 유닛(804) 및 B6 인버터(805)는 여기서는 상세히 설명되지 않는 임의의 현재 공지된 또는 미래에 개발될 장치들에 의해 구현될 수 있다.
전압 벡터의 주입에 응답하여, PMSM에 의해 생성된 위상 전류들(Ia, Ib)이 전류 센서(806)에 의해 감지된 후에 아날로그/디지털 컨버터(A/D)(807)에 의해 디지털 신호들로 변환될 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, Ia 및 Ib는 저역 통과/대역 통과 필터(801)에 의해 필터링될 수 있다. 필터링된 위상 전류는 변압기(802)에 제공되며, 따라서 PMSM에 대한 제어 루프가 형성된다. 한편, 위상 전류들 중 하나(이 예에서는 Ia)는 검출 장치(102) 내의 필터링 유닛(701)에 제공된 후에, 전술한 바와 같이 성분 추출 유닛(702), 전류 오프셋 교정 유닛(703) 및 전류 지연 보상 유닛(704)에 의해 처리된다. 이어서, 처리된 위상 전류는 기준 포인트 검출을 위해 전류 검출 유닛(601)에 제공된다. 기준 포인트가 검출될 때, 위치 획득 유닛(602)은 신호 또는 명령을 이용하여, (예를 들어, 디지털 디코딩 칩으로서 구현될 수 있는) 리졸버 디지털 디코더(808)에 지시하여 리졸버의 위치를 래치하게 한다.
위치 획득 유닛(602)은 리졸버 디지털 디코더(808)로부터 예를 들어 (병렬 포트 또는 직렬 주변장치 인터페이스와 같은) 인터페이스(809)를 통해 리졸버 위치를 수신한다. 이어서, 위치 획득 유닛(602)은 획득된 리졸버 위치를 오프셋 결정 유닛(603)에 제공하여, 획득된 리졸버 위치와 기준 포인트에 대응하는 회전자 위치 사이의 오프셋을 결정하게 하며, 이는 리졸버 오프셋(즉, 리졸버의 제로 위치와 PMSM의 제어 제로 포인트 사이의 각도 차이)과 양적으로 동일하다. 오프셋을 정확하게 결정하고 교정하기 위해, 전술한 바와 같이, 검출 장치(201) 내의 회전자 위치 결정 유닛(705)은 PMSM에 대한 회전자 위치 결정을 미리 수행하여, 리졸버 오프셋의 대략적인 범위를 결정할 수 있다.
전술한 바와 같은 제어 장치(101) 및 검출 장치(102)는 2개의 개별 장치로서 설명되지만, 이들은 실제로는 단일 장치로서 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 교정 시스템(100)은 단일 회로 칩 등 내에 구현될 수 있다. 더욱이, 제어 장치(101) 및 검출 장치(102) 내의 다양한 유닛들의 분할은 전술한 예들로 한정되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예들에서는, 제어 장치(101) 내의 하나 이상의 유닛(예를 들어, 전압 생성 유닛 및/또는 전압 주입 유닛)이 검출 장치(102)에 의해 구현될 수 있으며, 그 반대일 수도 있다. 더구나, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전술한 바와 같은 다양한 유닛들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의 조합에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 리졸버의 정확한 교정은 어떠한 추가적인 하드웨어 회로 또는 전용 장치 또는 센서 없이도 달성될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들에 따른 제어 장치(101) 및/또는 검출 장치(102)는 PMSM에 대한 마이크로 제어기 유닛(MCU) 상에 구현되어, 저가의, 작은 크기의, 정밀한 리졸버 교정을 실현할 수 있다. 더욱이, 이미 설치되고 사용되고 있는 PMSM에 대해서도, 본 발명의 실시예들이 쉽게 구현될 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 PMSM의 리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법이 도 9 및 10을 참조하여 설명된다. 도 9는 전술한 바와 같은 제어 장치(101)에 의해 수행되는 방법(900)의 흐름도를 나타낸다. 단계 S901에서, 고주파 회전 전압 벡터가 생성된다. 구체적으로, 고주파 회전 전압 벡터를 생성하는 단계는 예를 들어 고주파 회전 전압 벡터에 대한 SVPWM과 같은 PWM을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 방법(900)은 옵션 단계 S902로 진행하고, 여기서 고주파 회전 전압 벡터의 분해능이 PWM 동안 향상된다. 예를 들어, 전압 분해능의 향상은 PWM 스위치 장치의 스위치 주파수의 증가 및 PWM 캐리어의 유효 변조 주파수의 증가 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 유효 변조 주파수는 예를 들어 시간적 변위에 의한 인접하는 대칭 PWM 사이클들의 병합에 의해 증가될 수 있다.
이어서, 옵션 단계 S903에서, PWM 계산 동안 고주파 회전 전압 벡터와 기준 전압 벡터가 병합된다. 구체적으로, 고주파 회전 전압 벡터가 사전 정의된 고정 진폭 및 회전 주파수를 갖는 경우, 고주파 회전 전압 벡터의 듀티 사이클은 병합 동안의 룩업 테이블 액세스에 의해 결정될 수 있으며, 룩업 테이블은 다양한 각도에서 사전 계산된 고주파 회전 전압 벡터의 듀티 사이클들을 저장한다. 이어서, 방법(900)은 단계 S904로 진행하며, 여기서 고주파 회전 전압 벡터를 저속으로 동작하고 있는 영구 자석 동기 모터 내에 주입하여, 영구 자석 동기 모터로 하여금 위상 전류를 생성하게 한다. 전술한 바와 같이, 생성된 위상 전류는 리졸버의 교정에 사용될 것이다.
도 10은 전술한 바와 같은 검출 장치(102)에 의해 구현되는 방법(1001)의 흐름도를 나타낸다. 옵션 단계 S1001에서, 고주파 회전 전압 벡터를 주입하기 전에 영구 자석 동기 모터에 대한 회전자 위치 결정을 수행하여 리졸버 오프셋의 범위를 대략적으로 추정한다. 이어서, 단계 S1002에서, 고주파 회전 전압 벡터가 저속으로 동작하는 영구 자석 동기 모터에 주입되는 것에 응답하여, 영구 자석 동기 모터에 의해 생성된 위상 전류와 관련된 기준 포인트가 검출된다. 일부 실시예들에서는, 위상 전류의 검출이 직접 수행될 수 있다. 대안으로서, 위상 전류의 검출은 위상 전류에 대해 고역 통과 필터링을 수행하고, 고역 통과 필터링된 위상 전류의 저주파 성분을 추출하고, 위상 전류의 저주파 성분에 기초하여 기준 포인트를 검출하는 것을 포함할 수 있다. 일부 옵션 실시예들에서는, 위상 전류에 대해 오프셋 교정 및/또는 지연 보상을 수행할 수 있다. 이어서, 방법(1000)은 단계 S1003으로 진행하여, 기준 포인트가 검출될 때 리졸버 위치를 획득한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기준 포인트는 위상 전류의 파형 내의 제로 교차 포인트일 수 있다. 이어서, 단계 S1004에서, 획득된 리졸버 위치와 기준 포인트에 대응하는 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치 사이의 오프셋이 리졸버의 교정을 위해 결정된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 방법(900) 및 방법(1000)은 한 번 이상 주기적으로 또는 사용자 지시에 응답하여 수행될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 방식으로, PMSM이 동작하기 전의 리졸버의 교정에 더하여, PMSM의 동작 동안에 리졸버가 정상적으로 동작하는지를 검출하는 것이 가능하다.
본 발명은 위에서 여러 바람직한 실시예를 참조하여 설명될 수 있다. 전술한 바와 같이, 블록도들 및 흐름도들 내의 각각의 블록에 표현되는 장치 및/또는 기능은 하드웨어, 예를 들어 집적 회로(IC), 주문형 집적 회로(ASIC), 범용 집적 회로 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 등에 의해 구현될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 기능들 중 일부 또는 전부는 컴퓨터 프로그램 코드를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 유형적으로 저장되는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하고, 이 컴퓨터 프로그램 제품은 실행시에 머신으로 하여금 전술한 방법(900) 및/또는 방법(1000)의 단계들을 수행하는 것을 가능하게 하는 머신 판독 가능 명령어를 포함한다. 이러한 양태에서, 컴퓨터 프로그램 코드는 하나 이상의 프로그램 설계 언어 또는 이들의 조합을 통해 컴파일될 수 있다. 더욱이, 블록들 내에 표시된 기능들은 도면들에 도시된 것과 다른 순서로도 발생할 수 있다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2개의 블록은 사실상 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 블록들은 때때로 관련 기능에 따라 역순으로 실행될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들의 설명들은 예시의 목적을 위해 제공되었을 뿐, 완전하거나 개시된 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 설명된 실시예들의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서 이 분야의 통상의 기술자들에게 많은 변경 및 변형이 명백할 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예들의 원리들, 실질적인 응용 또는 시장에서 발견되는 기술들에 대한 기술적 향상을 최상으로 설명하도록 또는 이 분야의 통상의 다른 기술자들이 본 명세서에서 설명되는 실시예들을 이해하는 것을 가능하게 하도록 선택되었다.

Claims (25)

  1. 영구 자석 동기 모터(a permanent magnet synchronous motor)와 관련된 리졸버(resolver)의 교정에 사용하기 위한 방법에 있어서, 상기 영구 자석 동기 모터는 기준 전압 벡터에 의해 구동되고,
    고주파 회전 전압 벡터를 생성하는 단계와,
    저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 상기 고주파 회전 전압 벡터를 주입하여 상기 영구 자석 동기 모터가 위상 전류를 생성하게 하는 단계와,
    상기 고주파 회전 전압 벡터 및 상기 기준 전압 벡터에 대한 펄스폭 변조 동안 상기 고주파 회전 전압 벡터와 상기 기준 전압 벡터를 병합하는 단계
    를 포함하되,
    상기 위상 전류는 상기 리졸버의 교정에 사용되고,
    상기 고주파 회전 전압 벡터와 상기 기준 전압 벡터를 병합하는 단계는 상기 병합 동안 룩업 테이블에 액세스하여 상기 고주파 회전 전압 벡터의 듀티 사이클을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 룩업 테이블은 복수의 각도에서의 상기 고주파 회전 전압 벡터의 사전 계산된 듀티 사이클을 저장하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성된 고주파 회전 전압 벡터는 펄스폭 변조되고,
    상기 방법은,
    상기 펄스폭 변조 동안 상기 고주파 회전 전압 벡터의 분해능(resolution)을 향상시키는 단계를 더 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고주파 회전 전압 벡터의 상기 분해능을 향상시키는 단계는
    상기 펄스폭 변조 동안 스위치 장치의 스위치 주파수를 증가시키는 단계와,
    상기 펄스폭 변조 동안 캐리어의 유효 변조 주파수를 증가시키는 단계
    중 적어도 하나를 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 펄스폭 변조 동안 상기 캐리어의 유효 변조 주파수를 증가시키는 단계는
    인접하는 캐리어 사이클 내의 펄스폭 변조 전도 기간(pulse width modulation conductive time periods)을 함께 시프트시키는 단계를 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 회전 전압 벡터는 고정 진폭 및 회전 주파수를 가지는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  7. 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법에 있어서,
    저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 고주파 회전 전압 벡터가 주입되는 것에 응답하여, 상기 영구 자석 동기 모터에 의해 생성되는 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 검출하는 단계와,
    상기 기준 포인트가 검출될 때 상기 리졸버의 위치를 획득하는 단계와,
    상기 리졸버를 교정하기 위해 상기 리졸버의 상기 획득된 위치와 상기 기준 포인트에 대응하는 상기 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치 간의 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 영구 자석 동기 모터에 의해 생성되는 상기 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 검출하는 단계는
    상기 위상 전류에 대해 고역 통과 필터링을 수행하는 단계와,
    상기 고역 통과 필터링된 위상 전류의 저주파 성분을 추출하는 단계와,
    상기 위상 전류의 저주파 성분에 기초하여 상기 기준 포인트를 검출하는 단계를 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 위상 전류에 대해 오프셋 교정을 수행하는 단계와,
    상기 위상 전류에 대해 지연 보상을 수행하는 단계
    중 적어도 하나를 더 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 고주파 회전 전압 벡터를 주입하기 전에, 상기 영구 자석 동기 모터에 대한 회전자 위치 결정을 수행함으로써 상기 오프셋의 범위를 추정하는 단계를 더 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 고주파 회전 전압 벡터를 생성하는 단계와,
    저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 상기 고주파 회전 전압 벡터를 주입하여 상기 영구 자석 동기 모터로 하여금 상기 위상 전류를 생성하게 하는 단계를 더 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  12. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 기준 포인트는 상기 위상 전류의 파형 내의 제로 교차 포인트인
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 방법.
  13. 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치 - 상기 영구 자석 동기 모터는 기준 전압 벡터에 의해 구동됨 - 로서,
    고주파 회전 전압 벡터를 생성하도록 구성되는 전압 생성 유닛과,
    저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 상기 고주파 회전 전압 벡터를 주입하여 상기 영구 자석 동기 모터로 하여금 위상 전류를 생성하게 하도록 구성되는 전압 주입 유닛과,
    상기 고주파 회전 전압 벡터 및 상기 기준 전압 벡터에 대한 펄스폭 변조 동안 상기 고주파 회전 전압 벡터와 상기 기준 전압 벡터를 병합하도록 구성되는 전압 병합 유닛
    을 포함하되,
    상기 위상 전류는 상기 리졸버의 교정에 사용되고,
    상기 전압 병합 유닛은 상기 병합 동안 룩업 테이블에 액세스하여 상기 고주파 회전 전압 벡터의 듀티 사이클을 결정하도록 구성되고, 상기 룩업 테이블은 복수의 각도에서의 상기 고주파 회전 전압 벡터의 사전 계산된 듀티 사이클을 저장하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 생성된 고주파 회전 전압 벡터에 대해 펄스폭 변조를 수행하고,
    상기 장치는
    상기 펄스폭 변조 동안 상기 고주파 회전 전압 벡터의 분해능을 향상시키도록 구성되는 분해능 향상 유닛을 더 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분해능 향상 유닛은
    상기 펄스폭 변조 동안 스위치 장치의 스위치 주파수를 증가시키도록 구성되는 제1 향상 유닛과,
    상기 펄스폭 변조 동안 캐리어의 유효 변조 주파수를 증가시키도록 구성되는 제2 향상 유닛
    중 적어도 하나를 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  16. 삭제
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 고주파 회전 전압 벡터는 고정 진폭 및 회전 주파수를 가지는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  18. 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치로서,
    저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 고주파 회전 전압 벡터가 주입되는 것에 응답하여, 상기 영구 자석 동기 모터에 의해 생성되는 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 검출하도록 구성되는 전류 검출 유닛과,
    상기 기준 포인트가 검출될 때 상기 리졸버의 위치를 획득하도록 구성되는 위치 획득 유닛과,
    상기 리졸버를 교정하기 위해 상기 리졸버의 상기 획득된 위치와 상기 기준 포인트에 대응하는 상기 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치 간의 오프셋을 결정하도록 구성되는 오프셋 결정 유닛을 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 위상 전류에 대해 고역 통과 필터링을 수행하도록 구성되는 필터링 유닛과,
    상기 고역 통과 필터링된 위상 전류의 저주파 성분을 추출하도록 구성되는 성분 추출 유닛을 더 포함하되,
    상기 전류 검출 유닛은 상기 위상 전류의 저주파 성분에 기초하여 상기 기준 포인트를 검출하도록 구성되는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 위상 전류에 대해 오프셋 교정을 수행하도록 구성되는 전류 오프셋 교정 유닛과,
    상기 위상 전류에 대해 지연 보상을 수행하도록 구성되는 전류 지연 보상 유닛
    중 적어도 하나를 더 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  21. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 고주파 회전 전압 벡터를 주입하기 전에, 상기 영구 자석 동기 모터에 대한 회전자 위치 결정을 수행함으로써 상기 오프셋의 범위를 추정하도록 구성되는 회전자 위치 결정 유닛을 더 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  22. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 기준 포인트는 상기 위상 전류의 파형 내의 제로 교차 포인트인
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 장치.
  23. 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 시스템으로서, 제1 장치 및 제2 장치를 포함하고,
    상기 제1 장치는,
    고주파 회전 전압 벡터를 생성하도록 구성되는 전압 생성 유닛과,
    저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 상기 고주파 회전 전압 벡터를 주입하여 상기 영구 자석 동기 모터로 하여금 위상 전류를 생성하게 하도록 구성되는 전압 주입 유닛을 포함하되,
    상기 위상 전류는 상기 리졸버의 교정에 사용되고,
    상기 제2 장치는,
    저속으로 동작하는 상기 영구 자석 동기 모터 내에 고주파 회전 전압 벡터가 주입되는 것에 응답하여, 상기 영구 자석 동기 모터에 의해 생성되는 위상 전류와 관련된 기준 포인트를 검출하도록 구성되는 전류 검출 유닛과,
    상기 기준 포인트가 검출될 때 상기 리졸버의 위치를 획득하도록 구성되는 위치 획득 유닛과,
    상기 리졸버를 교정하기 위해 상기 리졸버의 상기 획득된 위치와 상기 기준 포인트에 대응하는 상기 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치 간의 오프셋을 결정하도록 구성되는 오프셋 결정 유닛을 포함하는
    리졸버의 교정에 사용하기 위한 시스템.
  24. 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 유형적으로 저장되고, 실행 시에 머신으로 하여금 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 방법의 단계들을 수행하게 하는 머신 실행가능 명령어를 포함하는
    컴퓨터 프로그램.
  25. 영구 자석 동기 모터와 관련된 리졸버의 교정에 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 유형적으로 저장되고, 실행 시에 머신으로 하여금 제 7 항 또는 제 8 항의 방법의 단계들을 수행하게 하는 머신 실행가능 명령어를 포함하는
    컴퓨터 프로그램.
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