KR101912694B1 - 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법 - Google Patents

모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법에 관한 것으로, 가변 자력 모터의 운전 상태에 따라 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하여 모터 내부의 자력을 제어할 수 있는 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법을 제공하고자 한다.

Description

모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법{MODULE FOR CONTROLLING VARIABLE MAGNETIC FORCE MOTOR, APPARATUS FOR CONTROLLING VARIABLE MAGNETIC FORCE MOTOR, SYSTEM OF CONTROLLING VARIABLE MAGNETIC FORCE MOTOR AND MEHTOD FOR CONTROLLING VARIABLE MAGNETIC FORCE MOTOR}
본 명세서는 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 가변 자력 모터의 자력을 가변 제어하는 모터 제어 모듈, 가변 자력 모터를 제어하는 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 가변 자력 모터를 제어하기 위한 모터 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은, 가변 자력 모터의 제어 기술에 관한 것이다.
가변 자력 모터는, 회전자가 하나 이상의 가변 자석을 포함하여, 상기 가변 자석의 자속이 증자 또는 감자됨으로써 모터 내부의 자력이 가변되는 모터를 의미한다. 상기 가변 자석의 자속은 상기 모터에 인가되는 전류에 의해 변화되는데, 상기 모터에 전류가 인가되면 전기자반작용으로 인해 상기 가변 자석에 자속이 발생하게 된다. 이때, 상기 가변 자석에 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향이면 자속이 더해짐으로써 증자하게 되고, 반대 방향이면 자속이 상쇄됨으로써 감자하게 되는데, 이러한 증자/감자 원리에 의해 상기 가변 자력 모터 내부의 자력이 증감하게 된다.
이러한 가변 자력 모터를 제어하는 종래의 기술은, 모터의 운전 중 자속을 증감시키기 위한 전류를 인가하기 어려운 점, 자속이 전류의 변화에 민감하게 변화됨으로써 제어 지령에 따른 정확한 자속 증감 제어가 이루어지기 어려운 점 등의 한계가 있었다. 즉, 자력을 가변하기 위한 제어 자체가 어려웠으며, 모터의 운전 상태, 또는 요구 성능에 따른 적절한 자력 제어 자체가 이루어지기 어려울 수 밖에 없는 문제가 있었다. 또한, 이에 따라 모터 내부의 자속, 전류 및 이의 영향에 따른 속도 제어에 있어서 오차가 발생할 수 밖에 없었으며, 이는 특히, 센서리스 제어 방식이 적용되는 모터의 제어에 큰 제약이 되었다.
이와 같은 한계들로 인해 정확하고 효율적으로 자력을 가변 제어하기 위한 시점, 즉 자속을 증감시키기 위한 전류의 인가 시점이나, 자속을 증감시키기 위해 전류를 제어하는 기술 자체도 제안되기 어려울 수 밖에 없었으며, 이에 따라 적정하고 신뢰성있는 모터의 운전 및 운전 제어가 이루어지기 어려운 문제도 있었다. 아울러, 정확한 자속 제어가 어려운 점으로 인해, 안정적이고 효율적인 운전 및 제어도 어려워질 수 밖에 없는 문제도 있었다.
즉, 종래에는 가변 자력 모터를 정확하고 효율적으로 제어하기 위한 기술 자체가 제안되지 못했으며, 가변 자력 모터의 운전 성능이 보장되지 못하였고, 이는 결과적으로 가변 자력 모터의 활용 및 적용이 제한될 수 밖에 없는 문제로 연장되었다.
따라서, 본 명세서는 종래기술의 한계를 개선하는 것을 과제로 하여, 가변 자력 모터의 운전 상태에 따라 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하여 모터 내부의 자력을 제어할 수 있는 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서는 자력 제어에 있어서, 운전 상태에 따른 적정하고 효율적인 가변 자력이 이루어질 수 있는 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법을 제공하고자 한다.
아울러, 본 명세서는 자력 제어를 수행함에 있어서, 모터의 운전 제어가 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있고, 운전 성능이 유지될 수 있는 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법은, 기설정된 인가 시점에 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류를 모터에 인가하여, 모터 내부의 자력을 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로, 기설정된 인가 시점에 모터에 인가되는 구동 전류를 모터 내부의 자속을 증감시키는 증감 전류로 제어하여 모터에 인가함으로써, 모터 내부의 자력을 제어한다.
또는, 기설정된 인가 시점에 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하여 모터 내부의 자력을 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로, 기설정된 인가 시점에 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하여 모터 내부에 포함된 가변 자석의 자속을 증감시킴으로써, 모터 내부의 자력을 제어한다.
이와 기술적 특징은, 본 명세서에 개시된 바와 같은 가변 자력 모터를 제어하기 위한 모터 제어 모듈, 가변 자력 모터를 제어하는 모터 제어 장치, 가변 자력 모터를 포함하는 모터 제어 시스템 및 가변 자력 모터를 제어하기 위한 모터 제어 방법 등에 적용되어, 상술한 바와 같은 과제를 해결하게 될 수 있다.
상기와 같은 기술적 특징을 과제 해결 수단으로 하는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈은, 가변 자력 모터를 제어하기 위한 모터 제어 모듈로, 상기 모터의 운전 상태에 따라 상기 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하기 위한 전류 지령을 생성하는 전류 제어부 및 상기 전류 지령에 따라 상기 모터에 전류를 인가하는 인버터를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 인가하는 신호 생성부를 포함하고, 상기 전류 제어부는, 기설정된 인가 시점에 상기 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하여, 상기 모터 내부의 자력을 제어한다.
일실시 예에서, 상기 모터는, 가변 자석을 포함하는 회전자 및 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 상기 증감 전류가 인가되는 고정자를 포함할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 모터는, 상기 회전자의 극수와 상기 고정자의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 모터 내부의 자속은, 상기 가변 자석의 자속이고, 상기 모터 내부의 자력은, 상기 가변 자석의 자속에 의한 자력일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시점은, 상기 모터의 회전자의 위치에 따른 시점일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시점은, 상기 회전자가 상기 모터의 고정자와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 전류 제어부는, 상기 모터의 속도 및 상기 모터 내부의 자속을 추정하고, 추정 결과를 근거로 상기 모터 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 전류 제어부는, 상기 추정 결과를 기설정된 상태 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 상태 기준은, 상기 모터의 운전 속도에 따른 상기 모터 내부의 적정 자속에 대한 기준일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 전류 제어부는, 추정한 자속을 상기 상태 기준 중 추정한 속도에 해당하는 적정 자속과 비교하여, 상기 추정한 자속과 상기 적정 자속의 차이에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 전류 제어부는, 상기 모터 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터 내부의 자속이 증자되도록 상기 전류 지령을 생성하고, 상기 모터 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터 내부의 자속이 감자되도록 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 전류 제어부는, 상기 모터의 고정자에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 고정자에 인가되는 구동 전류를 제어하여, 상기 고정자에 인가된 상기 증감 전류에 의해 상기 모터의 회전자에 포함된 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
일실시 예에서, 상기 전류 제어부는, 상기 고정자에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류가 상기 고정자에 인가되도록 하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
일실시 예에서, 상기 전류 제어부는, 상기 가변 자석의 자속을 증자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고, 상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 전류 제어부는, 상기 인가 시점에 상기 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하되, 기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 조건은, 상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시간은, 상기 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 상기 증감 전류의 크기에 따른 시간일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시간은, 상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터의 회전자가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 모터 제어 장치는, 가변 자력 모터를 제어하는 모터 제어 장치로, 상기 모터에 구동 전류를 인가하는 인버터부 및 상기 인버터부를 제어하여 상기 구동 전류를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 기설정된 인가 시점에 상기 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터 내부의 자력을 제어한다.
일실시 예에서, 상기 모터는, 가변 자석을 포함하는 회전자 및 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 상기 증감 전류가 인가되는 고정자를 포함할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 모터는, 상기 회전자의 극수와 상기 고정자의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 모터 내부의 자속은, 상기 가변 자석의 자속이고, 상기 모터 내부의 자력은, 상기 가변 자석의 자속에 의한 자력일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시점은, 상기 모터의 회전자의 위치에 따른 시점일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시점은, 상기 회전자가 상기 모터의 고정자와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 모터의 속도 및 상기 모터 내부의 자속을 추정하고, 추정 결과를 근거로 상기 모터 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 모터 내부의 자력을 제어할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 추정 결과를 기설정된 상태 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 상태 기준은, 상기 모터의 운전 속도에 따른 상기 모터 내부의 적정 자속에 대한 기준일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어부는, 추정한 자속을 상기 상태 기준 중 추정한 속도에 해당하는 적정 자속과 비교하여, 상기 추정한 자속과 상기 적정 자속의 차이에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 모터 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터 내부의 자속이 증자되도록 상기 구동 전류를 제어하고, 상기 모터 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터 내부의 자속이 감자되도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 모터의 고정자에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 고정자에 인가되는 구동 전류를 제어하여, 상기 고정자에 인가된 상기 증감 전류에 의해 상기 모터의 회전자에 포함된 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 고정자에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류가 상기 고정자에 인가되도록 하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 가변 자석의 자속을 증자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고, 상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 인가 시점에 상기 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하되, 기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 조건은, 상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시간은, 상기 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 상기 증감 전류의 크기에 따른 시간일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시간은, 상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터의 회전자가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 모터 제어 시스템은, 가변 자석을 포함하는 회전자 및 인가된 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 고정자;를 포함하는 가변 자력 모터 및 상기 모터에 구동 전류를 인가하여 상기 모터의 운전을 제어하는 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 모터의 속도 및 상기 모터 내부의 자속을 추정하여, 추정 결과를 근거로 상기 모터 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 기설정된 인가 시점에 상기 가변 자석의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류를 상기 고정자에 인가하여, 상기 모터 내부의 자력을 제어한다.
일실시 예에서, 상기 모터는, 상기 회전자의 극수와 상기 고정자의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시점은, 상기 회전자가 상기 고정자와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어 장치는, 상기 추정 결과를 기설정된 상태 기준과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 상태 기준은, 상기 모터의 운전 속도에 따른 상기 모터 내부의 적정 자속에 대한 기준일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어 장치는, 추정한 자속을 상기 상태 기준 중 추정한 속도에 해당하는 적정 자속과 비교하여, 상기 추정한 자속과 상기 적정 자속의 차이에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어 장치는, 상기 모터 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 가변 자석의 자속이 증자되도록 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가하고, 상기 모터 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 가변 자석의 자속이 감자되도록 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어 장치는, 상기 고정자에 인가되는 구동 전류를 제어하여 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가하고, 상기 증감 전류에 의해 상기 고정자에 발생하는 자속을 통해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어 장치는, 상기 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어 장치는, 상기 가변 자석의 자속을 증자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 상기 고정자에 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고, 상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 상기 고정자에 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 제어 장치는, 상기 인가 시점에 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가하되, 기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 조건은, 상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시간은, 상기 가변 자석의 자속을 증감시키기 위한 상기 증감 전류의 크기에 따른 시간일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시간은, 상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터의 회전자가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 모터 제어 방법은, 가변 자력 모터를 제어하기 위한 모터 제어 방법으로, 상기 모터의 운전 중, 상기 모터의 속도 및 상기 모터 내부의 자속을 추정하는 단계, 상기 모터의 속도가 기설정된 속도 기준에 도달한 경우, 상기 모터 내부의 자속을 기설정된 자속 기준과 비교하여 상기 모터 내부의 자력 증감 제어 여부를 판단하는 단계 및 판단 결과에 따라 상기 모터 내부의 자력이 증감되도록 상기 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제어하는 단계는, 기설정된 인가 시점에 인가되는 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터 내부의 자속을 증감시킨다.
일실시 예에서, 상기 모터는, 가변 자석을 포함하는 회전자 및 상기 구동 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 고정자를 포함하되, 상기 회전자의 극수와 상기 고정자의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 모터 내부의 자력은, 상기 모터의 회전자에 포함된 가변 자석에 의한 자력일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 자속 기준은, 상기 속도 기준에 따른 상기 모터 내부의 적정 자속에 대한 기준일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 판단하는 단계는, 상기 모터 내부의 자속과 상기 자속 기준의 차이가 기설정된 기준치 이상인 경우, 상기 모터 내부의 자력의 증가 또는 감소가 필요한 것으로 판단할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시점은, 상기 회전자가 상기 고정자와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 구동 전류를 제어하는 단계는, 상기 모터의 회전자에 포함된 가변 자석의 자속이 증감되도록 상기 모터의 고정자에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 구동 전류를 제어하는 단계는, 상기 모터 내부의 자력을 증가시키는 경우, 상기 구동 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하여, 상기 가변 자석의 자속을 증자시키고, 상기 모터 내부의 자력을 감소시키는 경우, 상기 구동 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하여, 상기 가변 자석의 자속을 감자시킬 수 있다.
일실시 예에서, 상기 구동 전류를 제어하는 단계는, 기설정된 인가 조건에 따라 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 조건은, 상기 구동 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시간은, 상기 가변 자석의 자속을 증감시키기 위한 상기 구동 전류의 크기에 따른 시간일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 시간은, 상기 구동 전류가 인가되는 시간 및 상기 구동 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정될 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 주기는, 상기 구동 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기일 수 있다.
일실시 예에서, 상기 인가 주기는, 상기 구동 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 구동 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터의 회전자가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정될 수 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법은, 모터의 운전 상태에 따라 기설정된 인가 시점에 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류를 모터에 인가하여, 모터 내부의 자력을 제어함으로써, 모터의 운전 상태에 따른 자력 증감이 적정하고 효율적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법은, 가변 자력 모터의 운전이 안정적이고 효율적으로 이루어질 수 있으며, 모터의 효용성 및 활용성이 증대될 수 있는 효과가 있다.
또한, 이에 따라 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법은, 가변 자력 모터의 제어가 정확하고 인정적으로 이루어질 수 있고, 운전 성능이 유지될 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법은, 상술한 바와 같은 효과들을 통해, 당해 기술분야의 종래의 한계를 개선할 수 있음은 물론, 당해 기술분야의 활용/적용 가능성 및 범위를 확장시킬 수 있으며, 이에 따라 가변 자력 모터 및 이의 제어 기술, 또는 이러한 기술이 적용되는 모든 분야의 성능 및 기능을 확장 및 향상시킬 수 있는 효과도 기대할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법이 적용되는 가변 자력 모터 제어 시스템의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈의 구성을 나타낸 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 모터 제어 모듈의 실시 예에 따른 구성을 나타낸 구성도.
도 4는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 가변 자력 모터의 구조를 나타낸 예시도.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 가변 자력 모터의 구조를 간략화하여 나타낸 예시도.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 구조에서 자력 증가 제어가 이루어지는 예시를 나타낸 예시도.
도 7은 도 5에 도시된 바와 같은 구조에서 자력 감소 제어가 이루어지는 예시를 나타낸 예시도.
도 8은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 개념을 설명하기 위한 예시도.
도 9는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 1.
도 10은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 2.
도 11은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 3.
도 12는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 4.
도 13은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 5.
도 14는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 자력 제어 과정의 예시를 나타낸 예시도.
도 15는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시간의 개념을 설명하기 위한 예시도.
도 16은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 주기에 따른 자력 제어 알고리즘을 나타낸 알고리즘도.
도 17은 본 명세서에 개시된 모터 제어 방법의 순서를 나타낸 순서도.
도 18은 본 명세서에 개시된 모터 제어 방법의 실시 예에 따른 예시를 설명하기 위한 예시도.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법은, 가변 자력 모터를 제어하는 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법에 적용될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 기존의 모든 가변 자력 모터의 운전/구동을 제어하는 제어 장치, 구동 장치, 인버터 장치, 제어 장치의 제어 방법, 인버터 장치의 제어 방법, 모터 제어 수단 및 이의 제어 방법, 인버터 장치를 제어하는 제어 장치 및 이의 제어 방법, 상기와 같은 기술 수단을 포함하는 모터 시스템 및 모터 제어 시스템 등에도 유용하게 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하, 도 1 내지 도 18을 참조하여 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법을 순서대로 설명한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법이 적용되는 가변 자력 모터 제어 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 모터 제어 모듈의 실시 예에 따른 구성을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 가변 자력 모터의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 가변 자력 모터의 구조를 간략화하여 나타낸 예시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 구조에서 자력 증가 제어가 이루어지는 예시를 나타낸 예시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 바와 같은 구조에서 자력 감소 제어가 이루어지는 예시를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 1이다.
도 10은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 2이다.
도 11은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 3이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 4이다.
도 13은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시점의 위치 예시를 나타낸 예시도 5이다.
도 14는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 자력 제어 과정의 예시를 나타낸 예시도이다.
도 15는 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 시간의 개념을 설명하기 위한 예시도이다.
도 16은 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 증감 전류의 인가 주기에 따른 자력 제어 알고리즘을 나타낸 알고리즘도이다.
도 17은 본 명세서에 개시된 모터 제어 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 18은 본 명세서에 개시된 모터 제어 방법의 실시 예에 따른 예시를 설명하기 위한 예시도이다.
<모터 제어 모듈>
먼저, 본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈을 설명한다.
본 명세서에 개시된 <모터 제어 모듈>은 하술된 실시 예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시 예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하지 않는다.
상기 모터 제어 모듈(이하, 제어 모듈이라 칭한다)은, 가변 자력 모터를 제어하는 제어 모듈일 수 있다.
상기 제어 모듈(20)은, 도 1에 도시된 바와 같은 가변 자력 모터(200)(이하, 모터라 칭한다)의 제어 시스템(1000)에서, 상기 모터(200)를 제어하기 위한 모터 제어 장치(200)(이하, 제어 장치라 칭한다)에 포함되어, 상기 모터(200)의 제어를 수행하는 제어 전용 모듈일 수 있다.
즉, 상기 제어 모듈(20)은, 상기 제어 장치(100)에 포함된 제어부일 수 있다.
상기 제어 모듈(20)은, 상기 제어 장치(100)에 포함되어, 상기 제어 장치(100)의 연산 및 신호 처리를 수행하는 중앙 처리 장치를 의미할 수 있다.
상기 제어 모듈(20)은, 상기 제어 장치(100)에 포함되어, 상기 제어 장치(100)에 포함된 인버터(10)를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 인버터(10)는, 상기 모터(200)에 구동 전류를 인가하여 상기 모터(200)를 구동하는 전력 변환 장치를 의미할 수 있다.
즉, 상기 제어 모듈(20)은, 상기 인버터(10)를 제어하여 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 제어함으로써, 상기 모터(200)를 제어하게 될 수 있다.
상기 제어 모듈(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 전류 제어부(21) 및 신호 생성부(22)를 포함한다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 제어하기 위한 전류 지령을 생성하고, 상기 신호 생성부(22)는, 상기 전류 지령에 따라 상기 모터(200)에 전류를 인가하는 인버터(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여, 상기 제어 신호를 상기 인버터(10)에 인가한다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200)의 운전 상태를 추정하고, 상기 인버터(10)가 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 제어하도록, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 전류 지령을 생성한다.
상기 신호 생성부(22)는, 상기 인버터(10)가 상기 전류 지령에 따라 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 제어하도록, 상기 전류 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여, 상기 인버터(20)를 제어한다.
즉, 상기 제어 모듈(20)은, 상기 전류 제어부(21)가 상기 모터 (200)의 운전 상태에 따라 상기 전류 지령을 생성하고, 상기 신호 생성부(22)가 상기 전류 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(10)에 인가함으로써, 상기 인버터(10)를 제어하게 될 수 있다.
이에 따라 상기 제어 모듈(20)은, 상기 인버터(10)를 제어하여 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 제어하게 됨으로써, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 된다.
상기 제어 모듈(20)의 구체적인 구성은, 도 3에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 제어 모듈(20)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전류 제어부(21) 및 상기 신호 생성부(22)를 포함하고, 속도 제어부(21a), 전류 검출부(21b), 위치 추정부(21c) 및 자속 추정부(21d)를 더 포함할 수 있다.
상기 속도 제어부(21a)는, 외부로부터 입력된 명령 또는 상기 모터(200)의 운전 상태를 근거로 상기 모터(200)의 속도를 제어하기 위한 속도 지령을 생성하고, 상기 전류 검출부(21b)는, 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 검출하고, 상기 위치 추정부(21c) 및 상기 자속 추정부(21d)는, 상기 전류 검출부(21b)의 검출 결과를 근거로 상기 모터(200)의 위치 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정할 수 있다.
상기 속도 제어부(21a), 상기 전류 검출부(21b), 상기 위치 추정부(21c) 및 상기 자속 추정부(21d)는, 상기 전류 제어부(21)에 포함될 수 있으며, 상기 전류 제어부(21)는, 상기 속도 제어부(21a), 상기 전류 검출부(21b), 상기 위치 추정부(21c) 및 상기 자속 추정부(21d)를 통해 상기 모터(200)의 운전 상태를 추정하고, 상기 인버터(10)가 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 제어하도록, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 상기 제어 모듈(20)에서 상기 전류 제어부(21)는, 기설정된 인가 시점에 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류가 상기 모터(200)에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어한다.
즉, 상기 제어 모듈(20)은, 상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 상기 모터(200)에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하고, 상기 전류 지령에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(10)를 제어함으로써, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 된다.
다시 말하면, 상기 제어 모듈(20)은, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 증감 전류가 상기 모터(200)에 인가되도록 상기 인버터(10)를 제어하여, 상기 모터(200)의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어 모듈(20)의 상기 증감 전류 제어에 의해 자력이 제어되는 상기 모터(200)는, 가변 자석을 포함하여, 상기 가변 자석의 자속이 증자 또는 감자됨으로써 자력이 가변되는 가변 자력 모터일 수 있다.
상기 모터(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 가변 자석을 포함하는 회전자(210) 및 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 상기 증감 전류가 인가되는 고정자(220)를 포함할 수 있다.
상기 회전자(210)는, 상기 증감 전류의 영향으로 인해 자속이 증감되는 하나 이상의 가변 자석 및 하나 이상의 영구 자석을 포함할 수 있고, 상기 고정자(220)는, 상기 증감 전류가 인가되는 하나 이상의 코일 슬롯을 포함할 수 있다.
즉, 상기 모터(200)는, 상기 회전자(210)가 하나 이상의 가변 자석을 포함하여 이루어지고, 상기 고정자(220)는 상기 증감 전류가 인가되는 코일로 이루어질 수 있다.
상기 모터(200)는, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조일 수 있다.
이를 테면, 상기 회전자(210)의 극수가 48극이고, 상기 고정자(220)의 슬롯수가 36슬롯으로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 모터(200)는, 상기 고정자(220)에 상기 증감 전류가 인가되어, 상기 증감 전류에 의해 상기 모터(200) 내부의 자속이 증감됨으로써, 상기 모터(200) 내부의 자력이 가변될 수 있다.
상기 모터(200) 내부의 자속은, 상기 가변 자석의 자속이고, 상기 모터(200) 내부의 자력은, 상기 가변 자석의 자속에 의한 자력일 수 있다.
즉, 상기 제어 모듈(20)은, 상기 가변 자석의 자속이 증감되도록 상기 증감 전류를 제어하여, 상기 증감 전류를 통해 상기 가변 자석의 자속을 증감시킴으로써, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 증감 전류에 의해 상기 모터(200) 내부의 자력이 제어되는 예시를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 상기 모터(200)의 구조를 간략화한 것으로, 상기 회전자(210)에서 상단(211)은 영구 자석으로 이루어질 수 있고, 상기 회전자(210)의 하단(212)은 가변 자석으로 이루어질 수 있으며, 상기 회전자(210)의 자석 중 우상향 사선으로 도시된 자석(1, 3, 4 및 6)은 N극의 자석에 해당하고, 좌상향 사선으로 도시된 자석(2, 5 및 7)은 S극의 자석에 해당할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같은 구조에서, 상기 고정자(220)의 코일 각각에 상기 증감 전류가 인가되면, 상기 증감 전류의 방향에 따라 상기 가변 자석(212)에 자속이 발생하게 되어, 상기 가변 자석(212)의 자속이 변화됨으로써 상기 회전자(210)의 자력이 증감하게 될 수 있다.
상기 회전자(210)의 자력을 증가 제어하는 예시는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석(212)에서 발생하는 자속이 상기 영구 자석(211)의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록, 상기 고정자(220)의 각 코일에 상기 가변 자석(211)의 자속 방향과 동일한 방향의 상기 증감 전류를 인가하여, 동일한 방향으로 발생되는 자속을 통해 상기 가변 자석(212)의 자속을 증자시킴으로써, 상기 회전자(210)의 자력을 증가하게 될 수 있다.
상기 회전자(210)의 자력을 감소 제어하는 예시는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석(212)에서 발생하는 자속이 상기 영구 자석(211)의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록, 상기 고정자(220)의 각 코일에 상기 가변 자석(211)의 자속 방향과 반대 방향의 상기 증감 전류를 인가하여, 반대 방향으로 발생되는 자속을 통해 상기 가변 자석(212)의 자속을 감자시킴으로써, 상기 회전자(210)의 자력을 감소하게 될 수 있다.
즉, 상기 제어 모듈(20)은, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 경우, 상기 고정자(220)에 상기 가변 자석(212)의 자속 방향과 동일한 방향의 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 경우, 상기 고정자(220)에 상기 가변 자석(212)의 자속 방향과 반대 방향의 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하여, 상기 증감 전류를 제어하게 될 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 모터(200) 내부의 자속이 증감되도록, 상기 증감 전류를 인가하도록 제어하는 상기 전류 지령을 생성하되, 상기 인가 시점에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
즉, 상기 전류 제어부(21)는, 기설정된 상기 인가 시점에 상기 증감 전류가 인가되도록 제어하게 될 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 모터(200)의 회전자(210)의 위치에 따른 시점일 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정될 수 있다.
즉, 상기 증감 전류는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(210)가 상기 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점에 상기 고정자(220)에 인가될 수 있다.
이는, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조에 따라 설정된 것으로, 즉, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정된 상기 인가 시점은, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조의 모터에 최적화된 시점일 수 있다.
상기 증감 전류가 상기 인가 시점 각각에 인가되는 구체적인 예시를 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 9는 상기 회전자(210) 및 상기 고정자(220)의 기준 위치에 해당하고, 도 10은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°에 해당하는 위치, 도 11은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 120°에 해당하는 위치, 도 12는 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 180°에 해당하는 위치 및 도 13은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 240°에 해당하는 위치를 나타낸다.
상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 상기 고정자(220)의 코일에 인가되는 경우, 도 9에 도시된 바와 같은 상기 회전자(210) 및 상기 고정자(220)의 위치에서 상기 모터(200)가 회전하게 되어, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 10에 도시된 바와 같은 60°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 V상에 해당하는 코일에 첫 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 11에 도시된 바와 같은 120°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 W상에 해당하는 코일에 두 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 12에 도시된 바와 같은 180°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 U상에 해당하는 코일에 세 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 13에 도시된 바와 같은 240°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 V상에 해당하는 코일에 네 번째 증감 전류가 인가될 수 있다.
이 경우 상기 인가 시점 각각에 인가되는 상기 증감 전류 각각은, 상기 모터(200) 내부의 자력의 증감 제어 여부에 따라, 상기 가변 자석(212)의 자속을 증감시킬 수 있는 방향의 전류로 인가될 수 있다.
또한, 이 경우 상기 증감 전류는, 상기 가변 자석(212)의 자속을 증감시킬 수 있는 크기로 인가될 수 있다.
이를 테면, 도 8에 도시된 바와 같이, 25[A] 내외의 크기로 인가될 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 모터(200)의 구조에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200)의 운전 중 상기 모터(200)의 운전 상태를 추정하여, 상기 회전자(210)의 위치가 상기 고정자(220)와 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 경우, 상기 증감 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 제어하게 될 수 있다.
즉, 상기 전류 제어부(21)는, 상기 인가 시점에 상기 모터(200) 내부의 자력이 증감하도록 제어하게 될 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정하고, 추정 결과를 근거로 상기 모터(200) 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
즉, 상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200)의 속도 또는 상기 모터(200) 내부의 자속에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하기 위한 상기 전류 지령을 생성하게 될 수 있다.
이와 같은 상기 전류 제어부(21)의 제어 과정은, 도 14에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 모터(200)의 운전 중(P1), 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정(P2)하고, 상기 추정 결과를 근거로 상기 모터(200) 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단(P3)하여, 판단 결과에 따라 상기 전류 지령을 생성하여 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어(P4)하거나, 상기 모터(200)의 속도 제어를 유지(P5)하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 증감 제어 여부의 판단(P3)은, 상기 추정 결과를 기설정된 기준과 비교함으로써 이루어지게 될 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 추정 결과를 기설정된 상태 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
상기 상태 기준은, 상기 모터(200)의 운전 속도에 따른 상기 모터(200) 내부의 적정 자속에 대한 기준일 수 있다.
이를 테면, x[RPM]에선 x'[wb], y[RPM]에선 y'[wb]로 설정된 것과 같은 테이블 기준일 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 추정한 자속을 상기 상태 기준 중 추정한 속도에 해당하는 적정 자속과 비교하여, 상기 추정한 자속과 상기 적정 자속의 차이에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
예를 들면, 상기 모터(200)의 속도가 x[RPM]이고, 상기 모터(200) 내부의 자속이 z[wb]인 경우, 상기 추정한 자속인 z[wb]와 상기 상태 기준 중 x[RPM]에 해당하는 적정 자속인 x'[wb]를 비교하여, 상기 추정한 자속인 z[wb]와 상기 적정 자속인 x'[wb]의 차이에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단하게 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 추정한 자속인 z[wb]가 상기 적정 자속인 x'[wb]보다 작은 경우, 상기 모터(200) 내부의 자력이 적정 기준보다 약한 것으로 판단하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단하게 될 수 있고, 또는 상기 추정한 자속인 z[wb]가 상기 적정 자속인 x'[wb]보다 큰 경우, 상기 모터(200) 내부의 자력이 적정 기준보다 강한 것으로 판단하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속이 증자되도록 상기 전류 지령을 생성할 수 있고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속이 감자되도록 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200)의 고정자(220)에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류를 제어하여, 상기 고정자(220)에 인가된 상기 증감 전류에 의해 상기 모터(200)의 회전자(210)에 포함된 가변 자석(212)의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
즉, 상기 전류 제어부(21)는, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 회전자(210)의 가변 자석(212)의 자속을 증자시키는 증자 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하는 전류 지령을 생성하고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 회전자(210)의 가변 자석(212)의 자속을 감자시키는 감자 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하는 전류 지령을 생성하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석(212)의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
여기서, 상기 d축 전류는, d-q축 전류로 나타내어지는 상기 전류 지령에서, 상기 모터(200) 내부의 자속 제어에 대한 지령치인 d축 전류를 의미할 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 가변 자석(212)의 자속을 증자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자(210)에 포함된 영구 자석(211)의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고, 상기 가변 자석(212)의 자속을 감자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석(211)의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어할 수 있다.
상기 전류 제어부(21)는, 상기 인가 시점에 상기 증감 전류가 상기 모터(200)에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하되, 기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류가 상기 모터(200)에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
즉, 상기 증감 전류는, 상기 인가 조건에 따라 상기 모터(200)의 고정자(220)에 인가될 수 있다.
상기 인가 조건은, 상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준일 수 있다.
상기 인가 시간은, 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시키기 위한 상기 증감 전류의 크기에 따른 시간일 수 있다.
즉, 상기 인가 시간은, 상기 증감 전류가 인가되는 동안, 인가되는 크기까지 상기 증감 전류가 증가하는 시간을 의미할 수 있다.
상기 인가 시간은, 상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정될 수 있다.
이를 테면, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류(Id)가 인가되는 시간(offset) 및 상기 증감 전류(Id)의 인가가 유지되는 시간(α)을 포함한 시간이 상기 인가 시간(offset+α)으로 설정되어, 상기 인가 시점에 해당하는 시점에 상기 인가 시간(offset+α)동안 상기 증감 전류(Id)가 인가될 수 있게 된다.
이 경우, 상기 전류 제어부(21)는, 상기 인가 시간에 따라 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하되, 상기 인가 시점에 상기 인가 시간을 반영하여, 상기 인가 시간이 반영된 시점에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 전류 지령을 생성할 수 있다.
도 15를 참조하여 예를 테면, 상기 증감 전류가 최대로 증가한 시점(offset 종점)이 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)이 되도록, 상기 인가 시점에 앞서서 상기 증감 전류의 인가가 시작되도록(offset 시점) 상기 전류 지령을 생성하게 될 수 있다.
상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기일 수 있다.
즉, 상기 인가 주기는, 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시키기 위한 상기 증감 전류의 인가 방법/과정을 의미할 수 있다.
상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터(200)의 회전자(210)가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정될 수 있다.
이를 테면, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류(Id)가 25[A] 내외의 크기로 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류(Id)가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터(200)의 회전자(210)가 전기각 기준으로 n회(4회) 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정되어, 상기 모터(200) 내부의 자력이 제어되는 동안 상기 증감 전류(Id)가 적어도 총 8회 인가될 수 있게 된다.
보다 구체적인 예를 들면, 60°시기에 첫 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 모터(200)의 회전자가 4회 이하로 회전된 후 120°시기에 두 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 모터(200)의 회전자가 4회 이하로 회전된 후 180°시기에 세 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 모터(200)의 회전자가 4회 이하로 회전된 후 240°시기에 네 번째 증감 전류가 인가되되, 이와 같은 과정을 한 번 더 반복하여 상기 증감 전류가 총 8회 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하게 될 수 있다.
즉, 상기 전류 제어부(21)는, 상기 증감 전류(Id)가 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)마다 연속적으로 인가되도록 하는 것이 아닌, 각 시기 사이에 상기 모터(200)의 회전자(210)가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전된 후 다음 시기에 인가되도록 제어함으로써, 선인가된 증감 전류에 의해 상기 가변 자석(212)의 증자 또는 감자가 안정화된 후 다음 시기의 증감 전류가 인가되도록 하여 자속 증감이 안정적으로 이루어지게 할 수 있고, 또한 이와 같은 과정이 한 번 더 반복되도록 제어함으로써, 상기 가변 자석(212)의 자속을 확실하게 증감시키게 될 수 있다.
<모터 제어 장치>
이하, 본 명세서에 개시된 모터 제어 장치를 설명한다.
본 명세서에 개시된 <모터 제어 장치>는 상술 및 하술된 실시 예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시 예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하지 않는다.
상기 모터 제어 장치(이하, 제어 장치라 칭한다)는, 가변 자력 모터를 제어하는 제어 장치일 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 모터의 운전 및 모터 내부의 자력을 제어하는 제어 장치일 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같은 가변 자력 모터(200)(이하, 모터라 칭한다)의 제어 시스템(1000)에서, 상기 모터(200)를 제어하기 위한 제어 장치일 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 인버터부(10) 및 제어부(20)를 포함한다.
여기서, 상기 제어부(20)는, 앞서 설명한 상기 제어 모듈(20)일 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(100)는, 앞서 설명한 상기 제어 모듈(20)을 포함하여, 상기 모터(200)의 운전을 제어할 수 있다.
이하, 앞서 상기 제어 모듈(20)에서 설명한 내용과 중복되는 부분은 가급적 생략하되, 상기 제어 장치(100)의 실시 예에 대한 설명 중 필요한 부분은 재차 인용하여 설명한다.
상기 인버터부(10)는, 상기 모터(200)에 구동 전류를 인가한다.
상기 인버터부(10)는, 상기 모터(200)에 구동 전류를 인가하여 상기 모터(200)를 구동하는 전력 변환 장치일 수 있다.
상기 인버터부(10)는, 복수의 스위칭 소자를 포함하여, 상기 제어부(20)의 제어에 의해 DC 전력을 AC 전력으로 변환할 수 있다.
상기 인버터부(10)는, 상기 제어부(20)의 제어에 따른 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 통해 DC 전력을 3상 AC 전력으로 변환하여, 상기 모터(200)에 구동 전류를 인가할 수 있다.
상기 인버터부(10)는, 상기 제어부(20)에서 생성된 제어 신호를 근거로 동작할 수 있다.
즉, 상기 인버터부(10)는, 상기 제어부(20)에서 생성된 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 인버터부(10)를 제어하여 상기 구동 전류를 제어한다.
상기 제어부(20)는, 상기 구동 전류를 제어하여 상기 모터(200)의 운전을 제어할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 모터(200)의 운전 상태를 추정 또는 검출하여, 추정 또는 검출한 결과를 근거로 상기 모터(200)의 운전을 제어할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 인버터부(10)를 제어하여 상기 모터(200)의 운전을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, 상기 인버터부(10)의 동작을 제어함으로써 상기 모터(200)에 인가되는 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터(200)의 운전을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 구동 전류를 제어하기 위한 전류 지령을 생성하는 전류 제어부(21) 및 상기 전류 지령에 따라 상기 인버터부(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여, 상기 제어 신호를 상기 인버터부(10)에 인가하는 신호 생성부(22)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(20)는 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전류 제어부(21) 및 상기 신호 생성부(22)를 포함하고, 속도 제어부(21a), 전류 검출부(21b), 위치 추정부(21c) 및 자속 추정부(21d)를 더 포함할 수 있다.
상기 속도 제어부(21a)는, 외부로부터 입력된 명령 또는 상기 모터(200)의 운전 상태를 근거로 상기 모터(200)의 속도를 제어하기 위한 속도 지령을 생성하고, 상기 전류 검출부(21b)는, 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 검출하고, 상기 위치 추정부(21c) 및 상기 자속 추정부(21d)는, 상기 전류 검출부(21b)의 검출 결과를 근거로 상기 모터(200)의 위치 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정할 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 인버터부(10) 및 상기 제어부(20)를 포함하여 상기 모터(200)의 운전 및 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어한다.
상기 제어 장치(100)에 의해 제어되는 상기 모터(200)는, 상기 제어 장치(100)의 제어에 의해 상기 모터(200) 내부의 자속이 증감됨으로써, 상기 모터(200) 내부의 자력이 가변될 수 있다.
상기 모터(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 가변 자석을 포함하는 회전자(210) 및 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 상기 증감 전류가 인가되는 고정자(220)를 포함할 수 있다.
상기 회전자(210)는, 상기 증감 전류의 영향으로 인해 자속이 증감되는 하나 이상의 가변 자석 및 하나 이상의 영구 자석을 포함할 수 있고, 상기 고정자(220)는, 상기 증감 전류가 인가되는 하나 이상의 코일 슬롯을 포함할 수 있다.
즉, 상기 모터(200)는, 상기 회전자(210)가 하나 이상의 가변 자석을 포함하여 이루어지고, 상기 고정자(220)는 상기 증감 전류가 인가되는 코일로 이루어질 수 있다.
상기 모터(200)는, 상기 회전자(210) 및 상기 고정자(220)를 포함하여, 상기 제어 장치(100)의 제어에 의해 상기 가변 자석의 자속이 증감됨으로써 자력이 가변될 수 있다.
즉, 상기 모터(200) 내부의 자속은, 상기 가변 자석의 자속이고, 상기 모터(200) 내부의 자력은, 상기 가변 자석의 자속에 의한 자력일 수 있다.
상기 모터(200)는, 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류에 의해 상기 회전자(210)의 가변 자석의 자속이 증감됨으로써 자력이 가변될 수 있다.
상기 모터(200)는, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조로 이루어질 수 있다.
상기 모터(200)의 운전 및 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하는 상기 제어 장치(100)에서 상기 제어부(20)는, 기설정된 인가 시점에 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류가 상기 모터(200)에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어한다.
즉, 상기 제어부(20)는, 상기 고정자(220)에 인가되는 상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시킴으로써 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 모터(200)의 회전자(210)의 위치에 따른 시점일 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정될 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점에 상기 증감 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 제어하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하여 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하되, 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정하고, 추정 결과를 근거로 상기 모터(200) 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 모터(200)의 운전 중(P1), 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정(P2)하고, 상기 추정 결과를 근거로 상기 모터(200) 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단(P3)하여, 판단 결과에 따라 상기 구동 전류를 제어하여 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어(P4)하거나, 상기 모터(200)의 속도 제어를 유지(P5)하게 될 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 증감 제어 여부를 판단(P3)하는 경우, 상기 추정 결과를 기설정된 상태 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
상기 상태 기준은, 상기 모터(200)의 운전 속도에 따른 상기 모터(200) 내부의 적정 자속에 대한 기준일 수 있다.
상기 제어부(20)는, 추정한 자속을 상기 상태 기준 중 추정한 속도에 해당하는 적정 자속과 비교하여, 상기 추정한 자속과 상기 적정 자속의 차이에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속이 증자되도록 상기 구동 전류를 제어하고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속이 감자되도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속이 증자되도록 하는 증자 전류가 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속이 감자되도록 하는 감자 전류가 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 모터(200)의 고정자(220)에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류를 제어하여, 상기 고정자(220)에 인가된 상기 증감 전류에 의해 상기 모터(200)의 회전자(210)에 포함된 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 가변 자석의 자속이 증자되도록 하는 증자 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 가변 자석의 자속이 감자되도록 하는 감자 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
즉, 상기 증감 전류는, 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류의 d축 전류 성분일 수 있으며, 상기 제어부(20)는, 상기 구동 전류의 d축 전류를 제어함으로써, 상기 증감 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 하게 될 수 있다.
여기서, 상기 d축 전류는, d-q축 전류로 나타내어지는 상기 구동 전류의 전류 지령에서, 상기 모터(200) 내부의 자속 제어에 대한 d축 성분의 전류를 의미할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 가변 자석의 자속을 증자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자(210)에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고, 상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 인가 시점에 상기 증감 전류가 상기 모터(200)에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하되, 기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류가 상기 모터(200)에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
즉, 상기 증감 전류는, 상기 인가 조건에 따라 상기 모터(200)의 고정자(220)에 인가될 수 있다.
상기 인가 조건은, 상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준일 수 있다.
상기 인가 시간은, 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시키기 위한 상기 증감 전류의 크기에 따른 시간일 수 있다.
상기 인가 시간은, 상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정될 수 있다.
이를 테면, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류(Id)가 인가되는 시간(offset) 및 상기 증감 전류(Id)의 인가가 유지되는 시간(α)을 포함한 시간이 상기 인가 시간(offset+α)으로 설정되어, 상기 인가 시점에 해당하는 시점에 상기 인가 시간(offset+α)동안 상기 증감 전류(Id)가 인가되도록 제어하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 제어부(20)는, 상기 인가 시간에 따라 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하되, 상기 인가 시점에 상기 인가 시간을 반영하여, 상기 인가 시간이 반영된 시점에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기일 수 있다.
상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터(200)의 회전자(210)가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정될 수 있다.
이를 테면, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류(Id)가 25[A] 내외의 크기로 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류(Id)가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터(200)의 회전자(210)가 전기각 기준으로 n회(4회) 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정되어, 상기 모터(200) 내부의 자력이 제어되는 동안 상기 증감 전류(Id)가 적어도 총 8회 인가되도록 제어하게 될 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, 상기 증감 전류(Id)가 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)마다 연속적으로 인가되도록 하는 것이 아닌, 각 시기 사이에 상기 모터(200)의 회전자(210)가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전된 후 다음 시기에 인가되도록 제어함으로써, 선인가된 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 증자 또는 감자가 안정화된 후 다음 시기의 증감 전류가 인가되도록 하여 자속 증감이 안정적으로 이루어지게 할 수 있고, 또한 이와 같은 과정이 한 번 더 반복되도록 제어함으로써, 상기 가변 자석의 자속을 확실하게 증감시키게 될 수 있다.
<모터 제어 시스템>
이하, 본 명세서에 개시된 모터 제어 시스템을 설명한다.
본 명세서에 개시된 <모터 제어 시스템>은 상술 및 하술된 실시 예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시 예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하지 않는다.
상기 모터 제어 시스템(이하, 제어 시스템이라 칭한다)은, 가변 자력 모터를 제어하는 시스템일 수 있다.
상기 제어 시스템(1000)은, 가변 자력 모터의 운전 및 모터 내부의 자력을 제어하는 제어 시스템일 수 있다.
상기 제어 시스템(1000)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 가변 자력 모터(100)를 제어하는 제어 장치(100) 및 상기 가변 자력 모터(200)를 포함한다.
여기서, 상기 제어 장치(100)는, 앞서 설명한 상기 제어 장치(100)일 수 있다.
즉, 상기 제어 시스템(1000)은, 앞서 설명한 상기 제어 장치(100)를 포함하여, 상기 모터(200)의 운전을 제어할 수 있다.
이하, 앞서 상기 제어 모듈(20) 및 상기 제어 장치(100)에서 설명한 내용과 중복되는 부분은 가급적 생략하되, 상기 제어 시스템(1000)의 실시 예에 대한 설명 중 필요한 부분은 재차 인용하여 설명한다.
상기 제어 시스템(1000)에서 상기 제어 장치(100)는, 상기 모터(200)에 구동 전류를 인가하여 상기 모터(200)의 운전을 제어한다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 모터(200)에 구동 전류를 인가하는 인버터부(10) 및 상기 인버터부(10)를 제어하여 상기 구동 전류를 제어하는 제어부(20)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 구동 전류를 제어하기 위한 전류 지령을 생성하는 전류 제어부(21) 및 상기 전류 지령에 따라 상기 인버터부(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여, 상기 제어 신호를 상기 인버터부(10)에 인가하는 신호 생성부(22)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(20)는 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전류 제어부(21) 및 상기 신호 생성부(22)를 포함하고, 속도 제어부(21a), 전류 검출부(21b), 위치 추정부(21c) 및 자속 추정부(21d)를 더 포함할 수 있다.
상기 속도 제어부(21a)는, 외부로부터 입력된 명령 또는 상기 모터(200)의 운전 상태를 근거로 상기 모터(200)의 속도를 제어하기 위한 속도 지령을 생성하고, 상기 전류 검출부(21b)는, 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 검출하고, 상기 위치 추정부(21c) 및 상기 자속 추정부(21d)는, 상기 전류 검출부(21b)의 검출 결과를 근거로 상기 모터(200)의 위치 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정할 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 인버터부(10) 및 상기 제어부(20)를 포함하여 상기 모터(200)의 운전 및 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어한다.
상기 제어 시스템(1000)에서 상기 모터(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 가변 자석을 포함하는 회전자(210) 및 인가된 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 고정자(220)를 포함한다.
즉, 상기 모터(200)는, 상기 제어 장치(100)의 제어에 의해 상기 가변 자석의 자속이 증감됨으로써, 상기 모터(200) 내부의 자력이 가변될 수 있다.
상기 모터(200)에서 상기 회전자(210)는, 상기 증감 전류의 영향으로 인해 자속이 증감되는 하나 이상의 가변 자석 및 하나 이상의 영구 자석을 포함할 수 있고, 상기 고정자(220)는, 상기 증감 전류가 인가되는 하나 이상의 코일 슬롯을 포함할 수 있다.
상기 증감 전류에 의해 상기 모터(200) 내부의 자력이 제어되는 예시를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 상기 모터(200)의 구조를 간략화한 것으로, 상기 회전자(210)에서 상단(211)은 영구 자석으로 이루어질 수 있고, 상기 회전자(210)의 하단(212)은 가변 자석으로 이루어질 수 있으며, 상기 회전자(210)의 자석 중 우상향 사선으로 도시된 자석(1, 3, 4 및 6)은 N극의 자석에 해당하고, 좌상향 사선으로 도시된 자석(2, 5 및 7)은 S극의 자석에 해당할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같은 구조에서, 상기 고정자(220)의 코일 각각에 상기 증감 전류가 인가되면, 상기 증감 전류의 방향에 따라 상기 가변 자석(212)에 자속이 발생하게 되어, 상기 가변 자석(212)의 자속이 변화됨으로써 상기 회전자(210)의 자력이 증감하게 될 수 있다.
상기 회전자(210)의 자력을 증가 제어하는 예시는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석(212)에서 발생하는 자속이 상기 영구 자석(211)의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록, 상기 고정자(220)의 각 코일에 상기 가변 자석(211)의 자속 방향과 동일한 방향의 상기 증감 전류를 인가하여, 동일한 방향으로 발생되는 자속을 통해 상기 가변 자석(212)의 자속을 증자시킴으로써, 상기 회전자(210)의 자력을 증가하게 될 수 있다.
상기 회전자(210)의 자력을 감소 제어하는 예시는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석(212)에서 발생하는 자속이 상기 영구 자석(211)의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록, 상기 고정자(220)의 각 코일에 상기 가변 자석(211)의 자속 방향과 반대 방향의 상기 증감 전류를 인가하여, 반대 방향으로 발생되는 자속을 통해 상기 가변 자석(212)의 자속을 감자시킴으로써, 상기 회전자(210)의 자력을 감소하게 될 수 있다.
상기 모터(200)는, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조일 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 상기 모터(200)의 운전 및 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하는 상기 제어 장치(100)는, 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정하여, 추정 결과를 근거로 상기 모터(200) 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 기설정된 인가 시점에 상기 가변 자석의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어한다.
상기 인가 시점은, 상기 회전자(210)가 상기 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점일 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(100)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점에 상기 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
이는, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조에 따라 설정된 것으로, 즉, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정된 상기 인가 시점은, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조의 모터에 최적화된 시점일 수 있다.
상기 증감 전류가 상기 인가 시점 각각에 인가되는 구체적인 예시를 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 9는 상기 회전자(210) 및 상기 고정자(220)의 기준 위치에 해당하고, 도 10은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°에 해당하는 위치, 도 11은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 120°에 해당하는 위치, 도 12는 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 180°에 해당하는 위치 및 도 13은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 240°에 해당하는 위치를 나타낸다.
상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 상기 고정자(220)의 코일에 인가되는 경우, 도 9에 도시된 바와 같은 상기 회전자(210) 및 상기 고정자(220)의 위치에서 상기 모터(200)가 회전하게 되어, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 10에 도시된 바와 같은 60°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 V상에 해당하는 코일에 첫 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 11에 도시된 바와 같은 120°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 W상에 해당하는 코일에 두 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 12에 도시된 바와 같은 180°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 U상에 해당하는 코일에 세 번째 증감 전류가 인가되고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 13에 도시된 바와 같은 240°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 V상에 해당하는 코일에 네 번째 증감 전류가 인가될 수 있다.
이 경우 상기 인가 시점 각각에 인가되는 상기 증감 전류 각각은, 상기 모터(200) 내부의 자력의 증감 제어 여부에 따라, 상기 가변 자석(212)의 자속을 증감시킬 수 있는 방향의 전류로 인가될 수 있다.
또한, 이 경우 상기 증감 전류는, 상기 가변 자석(212)의 자속을 증감시킬 수 있는 크기로 인가될 수 있다.
이를 테면, 도 8에 도시된 바와 같이, 25[A] 내외의 크기로 인가될 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 모터(200)의 구조에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 추정 결과를 기설정된 상태 기준과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가할 수 있다.
상기 상태 기준은, 상기 모터(200)의 운전 속도에 따른 상기 모터(200) 내부의 적정 자속에 대한 기준일 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 추정한 자속을 상기 상태 기준 중 추정한 속도에 해당하는 적정 자속과 비교하여, 상기 추정한 자속과 상기 적정 자속의 차이에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 가변 자석의 자속이 증자되도록 상기 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가하고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 가변 자석의 자속이 감자되도록 상기 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가할 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류를 제어하여 상기 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가하고, 상기 증감 전류에 의해 상기 고정자(220)에 발생하는 자속을 통해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(100)는, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 가변 자석의 자속이 증자되도록 하는 증자 전류를 상기 고정자(220)에 인가하고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 가변 자석의 자속이 감자되도록 하는 감자 전류를 상기 고정자(220)에 인가하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
즉, 상기 증감 전류는, 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류의 d축 전류 성분일 수 있으며, 상기 제어부(20)는, 상기 구동 전류의 d축 전류를 제어함으로써, 상기 증감 전류가 상기 고정자(220)에 인가되도록 하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 가변 자석의 자속을 증자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 상기 고정자(220)에 발생하는 자속이 상기 회전자(210)에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고, 상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 경우, 상기 증감 전류에 의해 상기 고정자(220)에 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어할 수 있다.
상기 제어 장치(100)는, 상기 인가 시점에 상기 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가하되, 기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류를 상기 고정자(220)에 인가할 수 있다.
상기 인가 조건은, 상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준일 수 있다.
상기 인가 시간은, 상기 가변 자석의 자속을 증감시키기 위한 상기 증감 전류의 크기에 따른 시간일 수 있다.
상기 인가 시간은, 상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정될 수 있다.
이를 테면, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류(Id)가 인가되는 시간(offset) 및 상기 증감 전류(Id)의 인가가 유지되는 시간(α)을 포함한 시간이 상기 인가 시간(offset+α)으로 설정되어, 상기 인가 시점에 해당하는 시점에 상기 인가 시간(offset+α)동안 상기 증감 전류(Id)를 인가하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 제어 장치(100)는, 상기 인가 시간에 따라 상기 증감 전류를 인가하되, 상기 인가 시점에 상기 인가 시간을 반영하여, 상기 인가 시간이 반영된 시점에 상기 증감 전류를 인가하게 될 수 있다.
상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기일 수 있다.
상기 인가 주기는, 상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 회전자(210)가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정될 수 있다.
이를 테면, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 증감 전류(Id)가 25[A] 내외의 크기로 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류(Id)가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터(200)의 회전자(210)가 전기각 기준으로 n회(4회) 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정되어, 상기 모터(200) 내부의 자력이 제어되는 동안 상기 증감 전류(Id)를 적어도 총 8회 인가하게 될 수 있다.
즉, 상기 제어 장치(100)는, 상기 증감 전류(Id)를 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)마다 연속적으로 인가하는 것이 아닌, 각 시기 사이에 상기 회전자(210)가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전된 후 다음 시기에 인가함으로써, 선인가된 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 증자 또는 감자가 안정화된 후 다음 시기의 증감 전류를 인가하여 자속 증감이 안정적으로 이루어지게 할 수 있고, 또한 이와 같은 과정이 한 번 더 반복되도록 제어함으로써, 상기 가변 자석의 자속을 확실하게 증감시키게 될 수 있다.
<모터 제어 방법>
이하, 본 명세서에 개시된 모터 제어 방법을 설명한다.
본 명세서에 개시된 <모터 제어 방법>은 상술 및 하술된 실시 예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시 예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하지 않는다.
상기 모터 제어 방법(이하, 제어 방법이라 칭한다)은, 가변 자력 모터를 제어하기 위한 제어 방법일 수 있다.
상기 제어 방법은, 상기 모터를 제어하는 제어 장치, 구동 장치 및 이를 비롯한 제어 수단의 제어 방법일 수 있다.
상기 제어 방법은, 상기 모터의 운전 및 상기 모터 내부의 자력을 제어하는 제어 방법일 수 있다.
상기 제어 방법은, 상기 모터가 구동하는 중, 상기 모터의 운전 및 상기 모터 내부의 자력을 제어하는 제어 방법일 수 있다.
상기 제어 방법은, 앞서 설명한 상기 제어 모듈(20), 상기 제어 장치(100) 및 상기 제어 시스템(1000)의 제어 방법일 수 있다.
이하, 앞서 상기 제어 모듈(20), 상기 제어 장치(100) 및 상기 제어 시스템(1000)에서 설명한 내용과 중복되는 부분은 가급적 생략하되, 상기 제어 방법의 실시 예에 대한 설명 중 필요한 부분은 재차 인용하여 설명한다.
상기 제어 방법은, 도 4에 도시된 바와 같은 가변 자력 모터(200)의 운전 및 모터(200) 내부의 자력을 제어한다.
상기 제어 방법은, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 모터(200)의 운전 중, 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정하는 단계(S10), 상기 모터(200)의 속도가 기설정된 속도 기준에 도달한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속을 기설정된 자속 기준과 비교하여 상기 모터(200) 내부의 자력 증감 제어 여부를 판단하는 단계(S20) 및 판단 결과에 따라 상기 모터(200) 내부의 자력이 증감되도록 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 제어하는 단계(S30)를 포함하고, 상기 제어하는 단계(S30)는, 기설정된 인가 시점에 인가되는 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시킨다.
여기서, 상기 모터(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 가변 자석을 포함하는 회전자(210) 및 상기 구동 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 고정자(220)를 포함하되, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조일 수 있다.
상기 구동 전류에 의해 상기 모터(200) 내부의 자력이 제어되는 예시를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 상기 모터(200)의 구조를 간략화한 것으로, 상기 회전자(210)에서 상단(211)은 영구 자석으로 이루어질 수 있고, 상기 회전자(210)의 하단(212)은 가변 자석으로 이루어질 수 있으며, 상기 회전자(210)의 자석 중 우상향 사선으로 도시된 자석(1, 3, 4 및 6)은 N극의 자석에 해당하고, 좌상향 사선으로 도시된 자석(2, 5 및 7)은 S극의 자석에 해당할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같은 구조에서, 상기 고정자(220)의 코일 각각에 상기 구동 전류가 인가되면, 상기 구동 전류의 방향에 따라 상기 가변 자석(212)에 자속이 발생하게 되어, 상기 가변 자석(212)의 자속이 변화됨으로써 상기 회전자(210)의 자력이 증감하게 될 수 있다.
상기 회전자(210)의 자력을 증가 제어하는 예시는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 구동 전류에 의해 상기 가변 자석(212)에서 발생하는 자속이 상기 영구 자석(211)의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록, 상기 고정자(220)의 각 코일에 상기 가변 자석(211)의 자속 방향과 동일한 방향의 상기 구동 전류를 인가하여, 동일한 방향으로 발생되는 자속을 통해 상기 가변 자석(212)의 자속을 증자시킴으로써, 상기 회전자(210)의 자력을 증가하게 될 수 있다.
상기 회전자(210)의 자력을 감소 제어하는 예시는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 구동 전류에 의해 상기 가변 자석(212)에서 발생하는 자속이 상기 영구 자석(211)의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록, 상기 고정자(220)의 각 코일에 상기 가변 자석(211)의 자속 방향과 반대 방향의 상기 구동 전류를 인가하여, 반대 방향으로 발생되는 자속을 통해 상기 가변 자석(212)의 자속을 감자시킴으로써, 상기 회전자(210)의 자력을 감소하게 될 수 있다.
즉, 상기 제어 방법은, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 경우, 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류를 상기 가변 자석(212)의 자속 방향과 동일한 방향으로 자속을 발생시키도록 제어하여 인가하고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 경우, 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류를 상기 가변 자석(212)의 자속 방향과 반대 방향으로 자속을 발생시키도록 제어하여 인가하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 추정하는 단계(S10)는, 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속에 대한 운전 상태를 추정하는 단계일 수 있다.
상기 추정하는 단계(S10)는, 상기 모터(200)에 인가되는 구동 전류를 검출하여, 검출 결과를 근거로 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정할 수 있다.
즉, 상기 추정하는 단계(S10)는, 센서리스 제어 방식으로 상기 모터(200)의 운전 상태를 추정하는 단계일 수 있으며, 상기 제어 방법은, 센서리스 제어 방법일 수 있다.
상기 판단하는 단계(S20)는, 상기 추정하는 단계(S10)에서 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정한 결과, 상기 모터(200)의 속도가 상기 속도 기준에 도달한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속을 상기 자속 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 자력 증감 제어 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 모터(200) 내부의 자력은, 상기 모터(200)의 회전자(210)에 포함된 가변 자석에 의한 자력일 수 있다.
상기 속도 기준은, 상기 모터(200)의 운전시 속도에 대한 기준일 수 있다.
상기 속도 기준은, 상기 모터(200) 내부의 자력 제어가 요구되는 속도에 대한 기준일 수 있다.
상기 속도 기준은, 하나 이상의 속도 기준이 설정될 수 있다.
이를 테면, x[RPM], y[RPM]으로 테이블화된 기준으로 설정될 수 있다.
상기 자속 기준은, 상기 모터(200) 내부의 자속에 대한 기준일 수 있다.
상기 자속 기준은, 상기 속도 기준에 따른 상기 모터(200) 내부의 적정 자속에 대한 기준일 수 있다.
상기 자속 기준은, 하나 이상의 속도 기준 각각에 따른 적정 자속 기준이 설정될 수 있다.
이를 테면, x[RPM]에선 x'[wb], y[RPM]에선 y'[wb]로 테이블화된 기준으로 설정될 수 있다.
상기 판단하는 단계(S20)는, 상기 모터(200) 내부의 자속과 상기 자속 기준의 차이가 기설정된 기준치 이상인 경우, 상기 모터(200) 내부의 자력의 증가 또는 감소가 필요한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들면, 상기 모터(200)의 속도가 x[RPM]이고, 상기 모터(200) 내부의 자속이 z[wb]인 경우, 상기 추정한 자속인 z[wb]와 상기 속도 기준 중 x[RPM]에 해당하는 상기 자속 기준인 x'[wb]를 비교하고, 상기 추정한 자속인 z[wb]와 상기 자속 기준인 x'[wb]의 차이와 상기 기준치를 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 자력 증감 제어 여부를 판단하게 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 추정한 자속인 z[wb]와 상기 자속 기준인 x'[wb]의 차이(|z - x'|)가 상기 기준치보다 작은 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속이 적정한 것으로 판단할 수 있고, 상기 추정한 자속인 z[wb]와 상기 자속 기준인 x'[wb]의 차이(|z - x'|)가 상기 기준치보다 큰 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속이 적정하지 않아 상기 자력 증감 제어가 필요한 것으로 판단하되, 상기 추정한 자속인 z[wb]와 상기 자속 기준인 x'[wb]의 차이(|z - x'|)와 상기 기준치의 차이에 따라 상기 모터(200) 내부의 자력의 증가 또는 감소가 필요한 것으로 판단하게 될 수 있다.
상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 판단하는 단계(S20)에서 상기 자력 증감 제어 여부를 판단한 판단 결과에 따라 상기 모터(200) 내부의 자력이 증감되도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 판단 결과에 따라 상기 인가 시점에 인가되는 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시킨다.
즉, 상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 인가 시점에 인가되는 상기 구동 전류를 제어함으로써, 상기 모터(200) 내부의 자속을 증감시켜 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 모터(200)의 회전자(210)의 위치에 따른 시점일 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정될 수 있다.
즉, 상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점에 상기 고정자(220)에 인가되는 구동 전류를 제어하여, 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
이는, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조에 따라 설정된 것으로, 즉, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정된 상기 인가 시점은, 상기 회전자(210)의 극수와 상기 고정자(220)의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조의 모터에 최적화된 시점일 수 있다.
상기 인가 시점에 인가되는 상기 구동 전류의 인가 예시를 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 9는 상기 회전자(210) 및 상기 고정자(220)의 기준 위치에 해당하고, 도 10은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 60°에 해당하는 위치, 도 11은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 120°에 해당하는 위치, 도 12는 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 180°에 해당하는 위치 및 도 13은 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 240°에 해당하는 위치를 나타낸다.
싱가 인가 시점 각각에 상기 고정자(220)의 코일에 인가되는 상기 구동 전류는, 도 9에 도시된 바와 같은 상기 회전자(210) 및 상기 고정자(220)의 위치에서 상기 모터(200)가 회전하게 되어, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 10에 도시된 바와 같은 60°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 V상에 해당하는 코일에 인가되는 구동 전류를 상기 회전자(210) 방향으로 자속을 발생시키도록 제어하여 인가하고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 11에 도시된 바와 같은 120°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 W상에 해당하는 코일에 인가되는 구동 전류를 상기 회전자(210)의 반대 방향으로 자속을 발생시키도록 제어하여 인가하고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 12에 도시된 바와 같은 180°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 U상에 해당하는 코일에 인가되는 구동 전류를 상기 회전자(210) 방향으로 자속을 발생시키도록 제어하여 인가하고, 상기 회전자(210)가 상기 모터(200)의 고정자(220)와의 전기각이 도 13에 도시된 바와 같은 240°에 해당하는 위치가 되면, 상기 고정자(220)의 V상에 해당하는 코일에 인가되는 구동 전류를 상기 회전자(210)의 반대 방향으로 자속을 발생시키도록 제어하여 인가하게 될 수 있다.
이처럼 상기 인가 시점 각각에 인가되는 상기 구동 전류 각각은, 상기 모터(200) 내부의 자력의 증감 제어 여부에 따라, 상기 회전자(210)의 가변 자석의 자속을 증감시킬 수 있는 방향으로 인가되도록 제어될 수 있다.
또한, 이 경우 상기 구동 전류는, 상기 가변 자석의 자속을 증감시킬 수 있는 크기로 인가될 수 있다.
이를 테면, 도 8에 도시된 바와 같이, 25[A] 내외의 크기로 인가될 수 있다.
상기 인가 시점은, 상기 모터(200)의 구조에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 판단하는 단계(S20)에서 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자력이 증감되도록 상기 구동 전류를 제어하고, 상기 판단하는 단계(S20)에서 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자력이 감소되도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 판단하는 단계(S20)에서 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속을 증자시키도록 상기 구동 전류를 제어하고, 기 판단하는 단계(S20)에서 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속을 감자시키도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 모터(200)의 회전자(210)에 포함된 가변 자석의 자속이 증감되도록 상기 모터(200)의 고정자(220)에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어할 수 있다.
즉, 상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 d축 전류를 제어하는 단계로, 상기 d축 전류를 제어하여 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 d축 전류는, d-q축 전류로 나타내어지는 상기 구동 전류에서, 상기 모터(200) 내부의 자속 제어에 대한 d축 성분의 전류를 의미할 수 있다.
상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가시키는 경우, 상기 구동 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자(210)에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하여, 상기 가변 자석의 자속을 증자시키고, 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소시키는 경우, 상기 구동 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하여, 상기 가변 자석의 자속을 감자시킬 수 있다.
즉, 상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 자력 증감 제어의 증가 또는 감소 여부에 따라, 상기 구동 전류에 의해 상기 회전자(210)에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향, 또는 반대 방향으로 자속이 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하여, 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시킴으로써 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 될 수 있다.
상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하되, 기설정된 인가 조건에 따라 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
상기 인가 조건은, 상기 구동 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준일 수 있다.
상기 인가 시간은, 상기 가변 자석의 자속을 증감시키기 위한 상기 구동 전류의 크기에 따른 시간일 수 있다.
상기 인가 시간은, 상기 구동 전류가 인가되는 시간 및 상기 구동 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정될 수 있다.
이를 테면, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 d축 전류(Id)가 제어된 상기 구동 전류가 인가되는 시간(offset) 및 상기 d축 전류(Id)가 제어된 상기 구동 전류의 인가가 유지되는 시간(α)을 포함한 시간이 상기 인가 시간(offset+α)으로 설정되어, 상기 인가 시점에 해당하는 시점에 상기 인가 시간(offset+α)동안 상기 d축 전류(Id)가 제어된 상기 구동 전류가 인가될 수 있다.
이 경우, 상기 구동 전류를 제어하는 단계(S30)는, 상기 인가 시간에 따라 상기 구동 전류가 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하되, 상기 인가 시점에 상기 인가 시간을 반영하여, 상기 인가 시간이 반영된 시점에 상기 구동 전류가 인가되도록 상기 구동 전류를 제어할 수 있다.
상기 인가 주기는, 상기 구동 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기일 수 있다.
상기 인가 주기는, 상기 구동 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 구동 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터(200)의 회전자(210)가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정될 수 있다.
이를 테면, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 d축 전류(Id)가 제어된 상기 구동 전류가 25[A] 내외의 크기로 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 d축 전류(Id)가 제어된 상기 구동 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 회전자(210)가 전기각 기준으로 n회(4회) 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되, 상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정되어, 상기 모터(200) 내부의 자력이 제어되는 동안 상기 d축 전류(Id)가 제어된 상기 구동 전류를 적어도 총 8회 인가하게 될 수 있다.
즉, 상기 d축 전류(Id)가 제어된 상기 구동 전류가 상기 인가 시점(60°, 120°, 180° 또는 240°)마다 연속적으로 인가하는 것이 아닌, 각 시기 사이에 상기 회전자(210)가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전된 후 다음 시기에 인가함으로써, 선인가된 구동 전류에 의해 상기 가변 자석의 증자 또는 감자가 안정화된 후 다음 시기의 구동 전류를 인가하여 자속 증감이 안정적으로 이루어지게 할 수 있고, 또한 이와 같은 과정이 한 번 더 반복되도록 제어함으로써, 상기 가변 자석(212)의 자속을 확실하게 증감시키게 될 수 있다.
상술한 바와 같은 상기 제어 방법이 적용될 수 있는 구체적인 예시를 설명하면 다음과 같다.
상기 제어 방법이 적용되는 예시 중 하나로, 저속에서 고토크로 운전하고, 고속에서 저토크로 운전하는 기기의 모터 제어에 적용될 수 있는데, 예를 들면 도 18에 도시된 바와 같은 운전 특성으로 동작하는 모터의 경우, 저속 운전 영역에서 증자가 필요한 구간 및 고속 운전 영역에서 감자가 필요한 구간 각각을 상기 속도 기준으로 설정하고, 상기 속도 기준에 해당하는 적정 자속을 상기 자속 기준으로 설정하여, 상기 모터(200)가 저속으로 운전하는 중 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정하고, 상기 모터(200)의 속도가 상기 속도 기준에 해당하는 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정한 결과를 상기 자속 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 모터(200) 내부의 자속이 증자되도록 상기 인가 시점에 인가되는 상기 구동 전류를 제어하여 상기 모터(200) 내부의 자력을 증가시킬 수 있고, 상기 모터(200)의 속도가 증가하여 고속으로 운전하는 중 상기 모터(200)의 속도 및 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정하고, 상기 모터(200)의 속도가 상기 속도 기준에 해당하는 경우, 상기 모터(200) 내부의 자속을 추정한 결과를 상기 자속 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 모터(200) 내부의 자속이 감자되도록 상기 인가 시점에 인가되는 상기 구동 전류를 제어하여 상기 모터(200) 내부의 자력을 감소시킬 수 있다.
이처럼, 상기 모터(200)의 운전 상태에 따라 상기 모터(200) 내부의 자력을 제어하게 됨으로써, 상기 모터(200)의 운전 특성에 따른 적절한 운전이 이루어지게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 모터(200)의 운전, 또는 상기 모터(200)를 포함하는 기기의 동작 성능이 향상됨은 물론, 최적화된 운전을 통해 안정성/효율성/신뢰성있는 모터의 운전 및 제어가 이루어지게 될 수 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 각각의 실시 예들이 독립적으로 실시될 수 있고, 또한 각각의 실시 예들을 하나 이상 조합하여 실시될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 센서리스 제어 방식으로 가변 자력 모터를 제어하는 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법에 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 가변 자력 모터의 운전/구동을 제어하는 제어 장치, 구동 장치, 인버터 장치, 제어 장치의 제어 방법, 인버터 장치의 제어 방법, 모터 제어 수단 및 이의 제어 방법, 인버터 장치를 제어하는 제어 장치 및 이의 제어 방법, 상기와 같은 기술 수단을 포함하는 모터 시스템 및 모터 제어 시스템 등에도 유용하게 적용되어 실시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 모터의 운전 상태에 따라 기설정된 인가 시점에 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류를 모터에 인가하여, 모터 내부의 자력을 제어함으로써, 모터의 운전 상태에 따른 자력 증감이 적정하고 효율적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 가변 자력 모터의 운전이 안정적이고 효율적으로 이루어질 수 있으며, 모터의 효용성 및 활용성이 증대될 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 가변 자력 모터의 제어가 정확하고 인정적으로 이루어질 수 있고, 운전 성능이 유지될 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 상술한 바와 같은 효과들을 통해, 당해 기술분야의 종래의 한계를 개선할 수 있음은 물론, 당해 기술분야의 활용/적용 가능성 및 범위를 확장시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
본 명세서에 개시된 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 이에 따라 가변 자력 모터 및 이의 제어 기술, 또는 이러한 기술이 적용되는 모든 분야의 성능 및 기능을 확장 및 향상시킬 수 있는 효과도 기대할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 인버터(인버터부) 20: 모터 제어 모듈(제어부)
21: 전류 제어부 21a: 속도 제어부
21b: 전류 검출부 21c: 위치 추정부
21d: 자속 추정부 22: 신호 생성부
100: 모터 제어 장치 200: 가변 자력 모터
210: 회전자 211: 영구 자석
212: 가변 자석 220: 고정자
1000: 모터 제어 시스템

Claims (50)

  1. 가변 자력 모터를 제어하기 위한 모터 제어 모듈에 있어서,
    상기 모터의 운전 상태에 따라 상기 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하기 위한 전류 지령을 생성하는 전류 제어부; 및
    상기 전류 지령에 따라 상기 모터에 전류를 인가하는 인버터를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 인가하는 신호 생성부;를 포함하고,
    상기 전류 제어부는,
    기설정된 인가 시점에 상기 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하여, 상기 모터 내부의 자력을 제어하되,
    상기 인가 시점은,
    상기 모터의 회전자의 위치에 따른 시점인 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는,
    가변 자석을 포함하는 회전자; 및
    상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 상기 증감 전류가 인가되는 고정자;를 포함하되,
    상기 회전자의 극수와 상기 고정자의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조인 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인가 시점은,
    상기 회전자가 상기 모터의 고정자와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 모터의 속도 및 상기 모터 내부의 자속을 추정하고, 추정 결과를 근거로 상기 모터 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 전류 지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 추정 결과를 기설정된 상태 기준과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상태 기준은,
    상기 모터의 운전 속도에 따른 상기 모터 내부의 적정 자속에 대한 기준인 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    추정한 자속을 상기 상태 기준 중 추정한 속도에 해당하는 적정 자속과 비교하여, 상기 추정한 자속과 상기 적정 자속의 차이에 따라 상기 증감 제어 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 모터 내부의 자력을 증가 제어하는 것으로 판단한 경우,
    상기 모터 내부의 자속이 증자되도록 상기 전류 지령을 생성하고,
    상기 모터 내부의 자력을 감소 제어하는 것으로 판단한 경우,
    상기 모터 내부의 자속이 감자되도록 상기 전류 지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 모터의 고정자에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 고정자에 인가되는 구동 전류를 제어하여, 상기 고정자에 인가된 상기 증감 전류에 의해 상기 모터의 회전자에 포함된 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 고정자에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류가 상기 고정자에 인가되도록 하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 가변 자석의 자속을 증자시키는 경우,
    상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고,
    상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 경우,
    상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  13. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 인가 시점에 상기 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하되,
    기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 전류 지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 인가 조건은,
    상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준인 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 인가 시간은,
    상기 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 상기 증감 전류의 크기에 따른 시간인 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 인가 시간은,
    상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 인가 주기는,
    상기 증감 전류가 인가되는 시기, 횟수, 또는 반복 횟수에 대한 주기인 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 인가 주기는,
    상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터의 회전자가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되,
    상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 모듈.
  19. 가변 자력 모터를 제어하는 모터 제어 장치에 있어서,
    상기 모터에 구동 전류를 인가하는 인버터부; 및
    상기 인버터부를 제어하여 상기 구동 전류를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    기설정된 인가 시점에 상기 모터 내부의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터 내부의 자력을 제어하되,
    상기 인가 시점은,
    상기 모터의 회전자의 위치에 따른 시점인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 모터는,
    가변 자석을 포함하는 회전자; 및
    상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 상기 증감 전류가 인가되는 고정자;를 포함하되,
    상기 회전자의 극수와 상기 고정자의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  21. 삭제
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 인가 시점은,
    상기 회전자가 상기 모터의 고정자와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 속도 및 상기 모터 내부의 자속을 추정하고, 추정 결과를 근거로 상기 모터 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 모터 내부의 자력을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 고정자에 상기 증감 전류가 인가되도록 상기 고정자에 인가되는 구동 전류를 제어하여, 상기 고정자에 인가된 상기 증감 전류에 의해 상기 모터의 회전자에 포함된 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 고정자에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류가 상기 고정자에 인가되도록 하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가변 자석의 자속을 증자시키는 경우,
    상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고,
    상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 경우,
    상기 증감 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  27. 제 19 항, 제 20 항, 제 22 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인가 시점에 상기 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하되,
    기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류가 상기 모터에 인가되도록 상기 구동 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 인가 조건은,
    상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 인가 시간은,
    상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 인가 주기는,
    상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터의 회전자가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되,
    상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  31. 가변 자석을 포함하는 회전자; 및
    인가된 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 고정자;를 포함하는 가변 자력 모터; 및
    상기 모터에 구동 전류를 인가하여 상기 모터의 운전을 제어하는 제어 장치;를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 모터의 속도 및 상기 모터 내부의 자속을 추정하여, 추정 결과를 근거로 상기 모터 내부의 자력에 대한 증감 제어 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 기설정된 인가 시점에 상기 가변 자석의 자속을 증감시키기 위한 증감 전류를 상기 고정자에 인가하여, 상기 모터 내부의 자력을 제어하되,
    상기 인가 시점은,
    상기 모터의 회전자의 위치에 따른 시점인 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 회전자의 극수와 상기 고정자의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조인 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 인가 시점은,
    상기 회전자가 상기 고정자와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점인 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 고정자에 인가되는 구동 전류를 제어하여 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가하고, 상기 증감 전류에 의해 상기 고정자에 발생하는 자속을 통해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 구동 전류의 d축 전류를 제어하여 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가하고, 상기 d축 전류가 제어된 상기 증감 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증자 또는 감자시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 가변 자석의 자속을 증자시키는 경우,
    상기 증감 전류에 의해 상기 고정자에 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하고,
    상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 경우,
    상기 증감 전류에 의해 상기 고정자에 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  37. 제 31 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 인가 시점에 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가하되,
    기설정된 인가 조건에 따라 상기 증감 전류를 상기 고정자에 인가하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 인가 조건은,
    상기 증감 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준인 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 인가 시간은,
    상기 증감 전류가 인가되는 시간 및 상기 증감 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 인가 주기는,
    상기 증감 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 증감 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터의 회전자가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되,
    상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템.
  41. 가변 자력 모터를 제어하기 위한 모터 제어 방법에 있어서,
    상기 모터의 운전 중, 상기 모터의 속도 및 상기 모터 내부의 자속을 추정하는 단계;
    상기 모터의 속도가 기설정된 속도 기준에 도달한 경우, 상기 모터 내부의 자속을 기설정된 자속 기준과 비교하여 상기 모터 내부의 자력 증감 제어 여부를 판단하는 단계; 및
    판단 결과에 따라 상기 모터 내부의 자력이 증감되도록 상기 모터에 인가되는 구동 전류를 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    기설정된 인가 시점에 인가되는 상기 구동 전류를 제어하여, 상기 모터 내부의 자속을 증감시키되,
    상기 인가 시점은,
    상기 모터의 회전자의 위치에 따른 시점인 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 모터는,
    가변 자석을 포함하는 회전자; 및
    상기 구동 전류에 의해 상기 가변 자석의 자속을 증감시키는 고정자;를 포함하되,
    상기 회전자의 극수와 상기 고정자의 슬롯수의 비가 4 대 3인 구조인 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 인가 시점은,
    상기 회전자가 상기 고정자와의 전기각이 60°, 120°, 180° 및 240°에 해당하는 위치의 시점으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  44. 제 41 항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 모터 내부의 자속과 상기 자속 기준의 차이가 기설정된 기준치 이상인 경우, 상기 모터 내부의 자력의 증가 또는 감소가 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  45. 제 41 항에 있어서,
    상기 구동 전류를 제어하는 단계는,
    상기 모터의 회전자에 포함된 가변 자석의 자속이 증감되도록 상기 모터의 고정자에 인가되는 구동 전류의 d축 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 구동 전류를 제어하는 단계는,
    상기 모터 내부의 자력을 증가시키는 경우,
    상기 구동 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 회전자에 포함된 영구 자석의 자속 방향과 동일한 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하여, 상기 가변 자석의 자속을 증자시키고,
    상기 모터 내부의 자력을 감소시키는 경우,
    상기 구동 전류에 의해 발생하는 자속이 상기 영구 자석의 자속 방향과 반대 방향으로 발생하도록 상기 d축 전류를 제어하여, 상기 가변 자석의 자속을 감자시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  47. 제 41 항에 있어서,
    상기 구동 전류를 제어하는 단계는,
    기설정된 인가 조건에 따라 상기 구동 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 인가 조건은,
    상기 구동 전류의 인가 시간 또는 인가 주기에 대한 기준인 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 인가 시간은,
    상기 구동 전류가 인가되는 시간 및 상기 구동 전류의 인가가 유지되는 시간을 포함한 시간으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  50. 제 48 항에 있어서,
    상기 인가 주기는,
    상기 구동 전류가 상기 인가 시점에 따라 적어도 4회 인가되고, 상기 구동 전류가 인가되는 각 시기 사이에 상기 모터의 회전자가 전기각 기준으로 4회 이하로 회전되는 것을 한 제어 주기로 하되,
    상기 제어 주기가 적어도 2회 반복되도록 설정된 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
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