KR101754446B1 - Rpt 신호 오프셋 학습 시스템 - Google Patents

Abstract

인접한 상들의 쌍들을 포함하는 전기 기계에서 로터-스테이터 기하구조의 기준점에 대해 로터 위치 트랜스듀서(RPT) 신호 오프셋을 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은, 제 1 상에 지정 최대 듀티 사이클 값의 제어 전압을 인가하고, 그리고 동시에, 제 1 상에 인접한 상에 지정 최소 값의 PWM 제어 전압을 인가하는 단계와, 이어서, PWM 워크-업 단계를 적용하고, 이어서 워크-다운 단계를 적용하며, 각 쌍의 인접한 상들에 대해 워크-업 및 워크-다운을 반복하는 단계와, RPT 신호 전이가 발생할 때, 소프트웨어 인코더와 같은 인코더 수단을 이용하여, 각각의 로터 자극에 대한 RPT 신호 오프셋을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

RPT 신호 오프셋 학습 시스템 {RPT SIGNAL OFFSET LEARNING SYSTEM}

본 발명은 전기 기계에서 로터 위치 트랜스듀서(RPT)의 신호 오프셋 측정에 관한 것이다.

RPT는 전기 기계의 로터의 회전을 측정하는데 사용된다. 예를 들어, 도 1은 전기 기계(2) 상의 RPT 신호 발생의 개략적 도해다. 로터 샤프트(4) 상에 장착되는 자기 링(6)은 전기 회로 보드(도시되지 않음) 상에 장착되는 홀-효과 자석 센서(8)를 여기시켜서, 모터 제어 소프트웨어용 로터 위치 정보를 발생시킨다. 북-남/남-북 전환점이 (10)에 도시되며, 고압 및 저압이 각각 H와 L로 표시된다.

자석 링(6), 로터 샤프트(4), 및 자석 센서(8)의 조립 공차로 인해, RPT 신호는 로터-스테이터 기하구조의 적절한 기준점에 완벽하게 정렬되지 않을 수 있고, 따라서, RPT 신호의 측정 오차를 야기하게 된다. 요망 응답 및 효율을 실현하기 위해, 이러한 오차는 스테이터 단계를 여기시키기 위해 제어 법칙을 적용할 때 보정되어야 한다.

앞서, 모터로부터 RPT의 신호 오프셋을 평가하는 방법은,

a) 전기 기계를 분해하고, 로터 샤프트 또는 임펠러의 원주 상에 기준점을 마킹한다.

b) 모든 제어 전자 장치를 제거하고 직접 DC 전력 공급원을 이용하여 스테이터 상-A를 여기한다.

c) 로터가 상-A로 잠금될 때, 기준점을 이용하여 기계 하우징 상에 위치를 마킹한다(따라서, "로터가 상-A로 잠기는 위치"를 식별한다).

d) 모두 4개의 로터 자극에 대해 상-A로 잠김 위치가 식별될 때까지, 각각의 로터 자극에 대하여, 회전하고 단계 c)를 반복한다.

e) 전자 장치를 재조립한다.

f) 오실로스코프 또는 멀티-미터를 이용하여 RPT 신호를 모니터링한다.

g) RPT 신호 하강 에지가 나타나는 위치를 식별하도록 로터를 수동으로 회전시키고, 기준점을 이용하여 기계 하우징 상에 위치를 표시한다(따라서 RPT-하강-에지 위치"를 식별한다).

h) RPT-하강-에지 위치가 모두 4개의 로터 자극에 대해 식별될 때까지 각각의 로터 자극에 대해 단계 g)를 반복한다.

i) 상-A로 잠김 위치와 PT-하강-에지 위치 사이의 거리를 측정하낟.

j) 알려진 기계 원주 및 직경과, 단계 i)에서 식별된 거리를 이용하여, 4개의 로터 자극 각각에 대한 RPT 신호 오프셋 각도를 얻는다.

본 발명의 목적은 전기 기계의 RPT 신호 오프셋을 측정하는 장치 및 방법을 제공하여, 현재 이용되는 방법에 비해 간단하고 빠르며 정확한 RPT 신호 오프셋 측정을 실현하는 것이다.

따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 청구항 1에 기재된 전기 기계의 RPT 신호 오프셋을 측정하는 방법을 제공한다.

인코더 수단은 소프트웨어 인코더 알고리즘 또는 회전 인코더를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명될 것이다.
도 1C은 전기 기계(2) 상의 RPT 신호 발생의 개략적 도면이고,
도 2는 전기 기계의 로터 및 스테이터 기하구조의 개략적 도면이며,
도 3은 도 2의 전기 기계의 A, B, C 상(phase)의 펄스 폭 변조(PWM)이고,
도 4는 회전 인코더를 포함하는 본 발명에 따른 방법을 착수하기 위한 생산 엔드-오브-라인 테스트 리그 셋업(production end-of-line test rig setup)의 개략적 도면이며,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, "PWM Walk"와 로터 위치 사이의 관계 표이고,
도 6은 소프트웨어 인코더를 포함하는 본 발명에 다른 방법에 착수하기 위한 생산 엔드-오브-라인 테스트 리그 셋업의 개략적 도면이다.

회전 인코더를 이용한 RPT 신호 오프셋 학습

발명의 제 1 실시예는 전기 기계의 로터 샤프트 상에 장착되는 회전 인코더를 포함하는 인코더 수단과, 컨트롤러를 이용하여 전기 기계(12)로부터 RPT 신호 오프셋을 학습하는 방법을 포함한다.

도 2를 참조하면, 전기 기계는 6개의 스테이터 자극(A1, B1, C1, A2, B2, C2) 및 4개의 로터 자극(α1, β1, α2, β2)을 포함한다. 스테이터 자극 상의 코일은 3상으로 연결된다 - 상-A는 A1 및 A2를 포함하고, 상-B는 B1 및 B2를 포함하며, 상-C는 C1 및 C2를 포함한다 - 즉, A1 및 A2 상의 코일은 항상 동시에 여기된다(또는 B1 및 B2 또는 C1 및 C2).

제어 시스템은 제어 전압을 이용하여 조정되는 전류 모드에서 모터를 구동하고, 전압은 PWM에 의해 제어된다. 본 경우에 "PWM Walk"를 포함하는, 전압 워크(voltage walk)가 사용되고, 특정 상에 인가되는 PWM 제어 전압은 지정 값만큼 스텝 업 또는 스텝 다운되어, 결과적으로 전기 기계의 코일 내 전류가 또한 제어된다.

임의의 시간에, PWM 제어 전압이 제 1 상에, 그리고 인접한 상인 제 2 상에 인가된다. 최초에, 제 1 상에 인가되는 PWM 제어 전압은 지정된 최대 듀티 사이클 값으로 설정되고, 제 2 상에 인가되는 PWM 제어 전압은 지정된 최소 듀티 사이클 값(0일 수 있음)으로 설정된다.

제 2 상에 인가되는 최소 듀티 사이클은 "전압 워크", 본 경우에 "PWM 워크"로 후속하여 증가한다 - 즉, 제 2 상에 인가되는 PWM 제어 전압이 최대 듀티 사이클 PWM 제어 전압 값까지 지정 단계로 점차적으로 증가한다. 제 2 상에 인가되는 PWM 제어 전압이 최대 듀티 사이클 값에 도달할 때, 제 1 상에 인가되는 PWM 제어 전압은 다른 "PWM 워크"로 점차적으로 감소한다 - 즉, 제 1 상에 인가되는 PWM 제어 전압이 최소 듀티 사이클 PWM 값까지, 그리고 후속하여 0까지(최소 듀티 사이클 PWM 값이 0이 아닌 경우에), 지정 단계로 점차적으로 감소한다.

예를 들어, 최초에 PWM 제어 전압이 최대 듀티 사이클 값에서 상-A에 인가되고, PWM 제어 전압은 최소 듀티 사이클 값에서 상-C에 인가된다. 상-C에 인가되는 PWM 제어 전압은 최대 듀티 사이클 값까지 "워크-업"된다 - 즉, 점차적으로 증가한다. 상-C에 인가되는 PWM 제어 전압이 최대 듀티 사이클 값에 도달할 때, 상-C의 "전압 워크-업", 이러한 경우에 "PWM 워크-업"은 중지되고, 상-Z의 듀티 사이클은 "전압 워크-다운", 이러한 경우에 "PWM 워크-다운"을 시작한다 - 즉, 상-A에 인가되는 PWM 제어 전압은 최소 듀티 사이클 PWM 제어 값에 도달할 때까지 지정 단계로 점차적으로 감소하고, 이 지점(최소 듀티 사이클 PWM 제어 값에 도달할 때)에서 상-A에서의 "PWM 워크-다운"이 중지된다.

상-A의 "PWM 워크-업" 및 이어지는 상-A의 "PWM 워크-다운"의 결과로, 로터가 제어되는 방식으로 '상-A로 잠김'으로부터 '상-C로 잠김'으로 이동한다. 특히, 잠긴 상 주위 근방에서, 상-A로부터 상-C로 이동하는 단계는, 복수의 "PWM 워크" 단계를 적용함으로써 임의적으로 작은 값들로 제어될 수 있다.

도 3을 참조하여 세부적으로, PWM 워크를 실현하기 위해 다음의 단계들이 이어진다:

1) PWM 제어 전압으로 상-A(A1 및 A2)를 여기시키고, 듀티 사이클은 PWM_HI 다. 스테이터 자극(α1, α2)이 원 위치로부터 각각 A1, A2에 부착되고, "잠김 위치"라 불리는 위치(즉, 로터가 스테이터의 여기 상에 잠김되는 위치)에서 안정화된다.

2) 상 A는 여전히 PWM 제어 전압으로 여기되어 있고, 듀티 사이클은 PWM_HI 다. 상-C는 PWM 제어 전압으로 여기되고, 듀티 사이클은 PWM_LO로부터 시작되며, 그 후 PWM_HI에 도달할 때까지 스텝-업된다.

3) 상-C는 듀티 사이클 PWM_HI 전압으로 여기되고, 상-A는 PWM_HI로부터 PWM_LO까지 점진적으로 감소하는 PWM 제어 전압으로 여기된다.

4) 위 과정은 상-C 및 상-B에 대해 반복된다.

5) 위 과정은 상-B 및 상-A에 대해 반복된다.

6) 이 프로세스는 360도 회전을 완성하기 위해 단계 1)로부터 4회 반복된다.

도 3을 참조하면, 단계 1로부터 단계 5까지, 로터는 상-A로부터 상-C로, 그 후 상-B로, 그리고 마지막으로 다시 상-A까지 잠길 것이다. 일 스테이터 자극으로부터 다음 스테이터 자극까지 잠길 때 시계 방향 30도 스테핑이 있을 것이다. 90도 후, 전기 사이클이 완료됨을 알 수 있고, β2는 스테이터 자극(A1)으로 잠긴다.

전기 기계로부터 RPT 신호 오프셋을 확인하기 위해 회전 인코더가 위의 PWM 워크와 연계하여 사용된다. RPT 신호 오프셋을 학습하기 위한 완전한 방법은 다음의 단계들을 포함한다.

1) 로터를 상-A로 잠그고, 인코더 드라이버를 초기화하며, 인코더-각도 = 0°.

2) 앞서 설명한 바와 같이, "PWM 워크"를 이용하여 모터 스테핑

3) 일 회전 중, RPT 신호 H-L 전이가 발생할 때 인코더 판독치를 레코딩한다. 4개의 각도 판독치 - θ1, θ2, θ3, θ4 - 를 얻을 것이다.

4) θ1, θ2, θ3, θ4를 기준 기하점과 비교하여, 각각의 로터 자극에 대한 RPT 신호 오프셋을 연산한다.

회전 인코더를 이용하여 위 방법에 착수하기 위한 생산 엔드-오브-라인 테스트 리그의 일례가 도 4에 개략적으로 도시된다.

소프트웨어 인코더 알고리즘을 이용한 RPT 신호 오프셋 학습

발명의 제 2 실시예는 소프트웨어 인코더 알고리즘을 포함하는 인코더 수단과, 컨트롤러를 이용하여, 전기 기계로부터 RPT 신호 오프셋을 학습하는 방법을 포함한다.

2개의 상이 서로 다른 제어 전압(본 경우에 PWM 제어 전압)으로 여기될 때, 로터는 예를 들어, 도 2에 도시되는 바와 같이, 여러 상 위치로 잠김 사이의 위치에서 안정화될 것이다. 로터 위치는 상-A 및 상-C에서의 PWM 듀티 사이클의 함수다. 상-A로 잠김 위치 주위 근방에서, "전압 워크", 본 경우에 "PWM 워크"와 계단 각도 사이의 관계를 설명하는 실증적 데이터 세트를 얻을 수 있다. 도 5의 표의 PWM 듀티 사이클 카운트는 특정 타입의 전기 기계에 기초한다. 양의 로터 위치는 로터 자극이 상-A로 잠김 위치 다음에 있음을 의미하고, 음의 로터 위치는 로터 자극이 상-A로 잠김 위치 이전임을 의미하며, 상-A로 잠김 위치는 도 2에 도시되는 바와 같이 0[도]다. 상-B 전압이, 본 경우에 "PWM 워크 다운"으로, "워크-다운" 중일 때, 로터 자극은 상-A 로 잠김 위치를 향해 이동한다. 상-A로 잠긴 후, 이러한 경우에 "PWM 워크-업"으로 상-C 전압 "워크-업"하면서, 로터 자극이 도 3에 도시되는 바와 같이 상-A를 떠난다.

위 관계는 기계마다 다를 수 있다. 이러한 변화는 상 코일 내 전류를 편향시키는 코일 저항에 주로 상관되며, 따라서, 토크에 상관되며, 이는 로터 위치와 PWM 듀티 사이클 사이의 관계를 변화시킨다.

테스트 데이터는 동일한 생산 묶음(batch) 상에서, 이러한 변화가 RTP 신호 오프셋 정확도에 대한 공차 요건 내에 있음을 보여준다.

도 6에 개략적으로 도시되는 바와 같이, 소프트웨어 인코더를 이용한 RPT 신호 오프셋 학습 과정은 다음의 단계들을 포함한다.

1) 로터를 상_A로 잠금.

2) 상술한 바와 같이 "PWM 워크"를 이용하여 모터 스테핑

3) 일 회전 중, RPT 신호 H-L 전이가 나타날 때 상-A, 상-B, 상-C PWM 듀티 사이클 카운트를 레코딩. 4개의 RPT 신호 전치에 대응하는 4 세트의 판독치 C1, C2, C3, C4가 획득될 것이다.

4) 도 5의 표를 참조하면, C1, C2, C3, C4 값은 각각의 로터 자극에 대해 대응하는 RPT 신호 오프셋 값을 제공할 것이다.

소프트웨어 인코더를 이용하여 위 방법을 착수하기 위한 생산 엔드-오브-라인 테스트 리그의 일례가 도 6에 개략적으로 도시된다.

대안의 실시예에서, 예를 들어, 직류 전류 제한과 같이, 다른 모터 제어 수단이 사용될 수 있다. 앞서 논의한 방법이 3-상 4-6 로터-스테이터 기계에 기초하지만, 이 기술의 적용이 이러한 타입의 기계에 제한되지 않는다.

위 실시예에서, 펄스 폭 변조(PWM)가 전압 제어 수단으로 사용된다. 다른 실시예에서, 코일에 흐르는 전류를 변조할 수 있는, 다-상 기계에서 전압을 제어하기 위한 어떤 다른 적절한 수단도 사용될 수 있다. 다른 적절한 수단은 전류 초핑 및 토크 제어를 포함한다.

Claims (5)

1. 인접한 상들의 쌍들을 포함하는 전기 기계에서 로터-스테이터 기하구조의 기준점에 대해 로터 위치 트랜스듀서 신호 오프셋을 측정하기 위한 방법에 있어서,
   상기 방법은,
   a) 제 1 상에 지정 최대 듀티 사이클 값의 제어 전압을 인가하고, 제 1 상에 인접한 상에 지정 최소 값의 제어 전압을 동시에 인가하는, 최초 단계와,
   b) 제 1 상에 인접한 상에 인가되는 듀티 사이클이 지정 최대 값에 도달할 때까지 제 1 상에 인접한 상에 인가되는 듀티 사이클을 지정 단계로 증가시키는, 전압 워크-업 단계와,
   c) 제 1 상에 인가되는 듀티 사이클이 0에 도달할 때까지 상기 제 1 상에 인가되는 듀티 사이클을 지정 단계로 감소시키는, 전압 워크-다운 단계와,
   d) 전기 기계의 각 쌍의 인접 상에 대해 위 단계 a) 내지 c)를 반복하는 반복 단계와,
   e) RPT 신호 전이가 발생할 때, 전기 기계의 각각의 로터 자극에 대한 RPT 신호 오프셋을 결정하기 위해 인코더 수단을 이용하는 단계를 포함하는
   로터 위치 트랜스듀서 신호 오프셋 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   전압은 펄스 폭 변조에 의해 제어되는
   로터 위치 트랜스듀서 신호 오프셋 측정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   전압은 전류 초핑(current chopping)에 의해 제어되는
   로터 위치 트랜스듀서 신호 오프셋 측정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   전압은 토크 제어에 의해 제어되는
   로터 위치 트랜스듀서 신호 오프셋 측정 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 인코더 수단은 소프트웨어 인코더를 포함하고, 각각의 로터 자극에 대한 RPT 신호 오프셋은 지정 값과 비교되어, 각각의 로터 자극에 대한 대응하는 RPT 신호 오프셋 값을 제공하는
   로터 위치 트랜스듀서 신호 오프셋 측정 방법.

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