KR102292005B1 - 브러시리스 dc 모터들에서의 사분면 변경 제어 - Google Patents

브러시리스 dc 모터들에서의 사분면 변경 제어 Download PDF

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Abstract

브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 모터의 동작에서의 사분면 변경이 식별된다. 사분면 변경의 식별에 응답하여, 스위치 브리지 내의 복수의 스위치들 중에서, 직류 전원을 모터의 권선들에 연결하여 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 제어될 선택 스위치들이 선택된다.

Description

브러시리스 DC 모터들에서의 사분면 변경 제어{QUADRANT CHANGE CONTROL IN BRUSHLESS DC MOTORS}
본 개시는 일반적으로 브러시리스 직류(DC: direct current) 모터들과 같은 전기 모터들 및 이러한 전기 모터들의 제어에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 서로 다른 동작 사분면들 간에 변경하도록 브러시리스 DC 모터를 제어하는 것에 관한 것이다.
항공기는 다양한 전자 디바이스들 및 시스템들을 이용하여 항공기에 대한 다양한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 항공기 상의 전기 모터들은 비행 조종면들을 이동시키고, 착륙 장치를 상승 및 하강시키며, 항공기에 대한 다른 기능들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 전기 모터들 및 항공기 상의 다른 전자 시스템들 및 디바이스들에 대한 전력은 항공기 전력 시스템에 의해 공급될 수도 있다.
항공기에 그리고 많은 다른 애플리케이션들에 사용되는 전기 모터의 타입의 일례는 브러시리스 DC 전기 모터이다. 이러한 타입들의 모터들은 또한 전자 정류 모터들로도 알려져 있다. 브러시리스 DC 모터들은 직류(DC) 전기에 의해 전력이 공급되며 전자 정류기들을 갖는다.
브러시리스 DC 모터는 회전하는 영구 자석들 및 스테이터 권선들을 포함하는 고정된 전기자를 갖는다. 전자 제어기는 권선들에 공급되는 전력의 위상을 끊임없이 스위칭하여 모터 회전을 유지한다. 제어기는 고체 상태 회로를 이용하여 모터 권선들에 대한 때에 맞는 전력 분배를 제공할 수도 있다.
제어기가 로터 회전을 지시하기 때문에, 제어기는 스테이터 권선들에 대한 로터의 배향을 결정하는 어떤 수단을 필요로 한다. 어떤 브러시리스 DC 모터들은 홀 효과 센서들 또는 로터리 인코더를 사용하여 로터의 포지션을 직접 측정한다. 다른 것들은 미구동 권선들에서 역기전력(back electromotive force (EMF))을 측정하여 로터 포지션을 추론한다. 이러한 후자 타입의 제어기들은 흔히 센서리스 제어기들로 불린다. 다른 센서리스 제어기들은 자석들의 포지션에 의해 야기된 권선 포화를 측정하여 로터 포지션을 추론할 수 있다.
브러시리스 DC 모터에 대한 제어기는 양방향 출력들을 제공하여 모터 권선들에 대한 DC 전력의 구동을 제어할 수도 있다. 출력들은 로직 회로에 의해 제어될 수도 있다. 단순한 제어기들은 비교기들을 이용하여 출력 위상이 언제 진행되어야 하는지를 결정할 수도 있다. 더 고급의 제어기들은 마이크로컨트롤러를 이용하여 가속을 관리하고, 속도를 제어하며, 모터 효율을 미세 조정할 수 있다. 이러한 타입의 모터 제어기들은 전자 속도 제어기들로 지칭될 수도 있다.
제어기는 스위치 브리지 내의 스위치들을 제어함으로써 DC 모터의 권선들에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 스위치 브리지는 DC 전원을 DC 모터의 권선들에 연결한다. 예를 들어, 3상 스위치 브리지는 DC 모터의 3개의 모터 권선들에 DC 전원을 연결하기 위한 3개의 병렬 하프 H-브리지들을 형성하도록 배열된 6개의 스위치들을 가질 수도 있다. 스위치 브리지의 스위치들은 모터 권선들 각각에 대해 어느 한 방향으로 전류를 구동하도록 제어기에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 스위치 브리지는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)들과 같은 고체 상태 스위칭 디바이스들을 사용하여 구현될 수 있다.
스위치 브리지 내의 스위치들을 제어하여 브러시리스 DC 모터의 권선들에서 전류를 변조하기 위해 다양한 방법들이 사용될 수도 있다. 그러나 브러시리스 DC 모터의 모터 권선들에서 전류를 변조하기 위한 기존의 방법들은 약점들을 갖는다. 이러한 약점들을 극복하는, 브러시리스 DC 모터의 권선들에서 전류를 제어하기 위한 방법이 바람직하다.
브러시리스 DC 모터의 로터는 시계 방향 또는 반시계 방향의 어느 한 방향으로 회전하도록 제어될 수도 있다. 모터의 권선들에서의 전류는 시계 방향 또는 반시계 방향의 어느 한 방향으로 로터에 토크를 발생시키도록 제어될 수도 있다. 권선들의 전류는 특정 시점에 로터의 회전 방향과 동일한 방향인 또는 로터의 회전 방향과는 반대 방향인 토크를 로터에 발생시키도록 제어될 수도 있다.
따라서 브러시리스 DC 모터의 동작은 4개의 사분면들과 관련하여 설명될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 동작 사분면에서, 로터는 시계 방향으로 회전하고 있을 수도 있고, 모터 권선들의 전류는 동일한 시계 방향으로 로터에 토크를 발생시킬 수도 있다. 제 2 동작 사분면에서, 로터는 반시계 방향으로 회전하고 있을 수도 있으며, 모터 권선들의 전류는 반대인 시계 방향으로 로터에 토크를 발생시킬 수도 있다. 제 3 동작 사분면에서, 로터는 반시계 방향으로 회전하고 있을 수도 있으며, 모터 권선들의 전류는 동일한 반시계 방향으로 로터에 토크를 발생시킬 수도 있다. 제 4 동작 사분면에서, 로터는 시계 방향으로 회전하고 있을 수도 있고, 모터 권선들의 전류는 반대인 반시계 방향으로 로터에 토크를 발생시킬 수도 있다.
브러시리스 DC 모터가 4개의 모든 동작 사분면들에서 동작하도록 제어될 때 순조롭고 연속적인 전류 제어를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 모터의 동작이 하나의 동작 사분면에서 다른 동작 사분면으로 변경되도록 제어될 때 모터에서 원치 않은 전류들을 감소시키거나 제거하는 것이 바람직할 수도 있다.
이에 따라, 앞서 논의한 이슈들 중 하나 또는 그보다 많은 이슈뿐만 아니라 가능하게는 다른 이슈들도 고려하는 방법 및 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 개시의 한 실시예는 권선들 및 로터를 포함하는 모터, 스위치 브리지, 피드백 제어기, 스위치 제어기 및 사분면 변경 제어기를 포함하는 장치를 제공한다. 스위치 브리지는 복수의 스위치들을 통해 직류 전원을 권선들에 연결하도록 구성된다. 피드백 제어기는 전류 지시에 의해 표시되는 권선들에서의 원하는 전류와 전류 피드백에 의해 식별되는 권선들에서의 실제 전류 사이의 차에 비례하여 출력을 발생시키도록 구성된다. 스위치 제어기는 권선들에서의 실제 전류를 제어하기 위해 피드백 제어기로부터의 출력에 응답하여 복수의 스위치들을 제어하도록 구성된다. 사분면 변경 제어기는 모터의 동작에서 제 1 사분면 변경을 식별하고, 그리고 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 복수의 스위치들 중에서, 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 스위치 제어기에 의해 제어될 제 1 선택 스위치들을 선택하도록 구성된다.
본 개시의 한 실시예는 또한 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법을 제공한다. 모터의 동작에서의 제 1 사분면 변경이 식별된다. 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여, 스위치 브리지 내의 복수의 스위치들 중에서, 직류 전원을 모터의 권선들에 연결하여 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 제어될 제 1 선택 스위치들이 선택된다.
본 개시의 한 실시예는 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 다른 방법을 제공한다. 모터의 동작에서의 사분면 변경이 식별된다. 사분면 변경의 식별에 응답하여, 스위치 브리지 내의 복수의 스위치들 중에서, 직류 전원을 모터의 권선들에 연결하여 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 제어될 선택 스위치들이 선택된다. 또한, 사분면 변경의 식별에 응답하여, 복수의 스위치들 중 선택 스위치들은 스위치 브리지를 통해 권선들에서의 실제 전류를 단락(short circuit)하도록 제어된다.
추가로, 본 개시는 다음 조항들에 따른 실시예들을 포함한다:
조항 1. 장치로서,
권선들 및 로터를 포함하는 모터;
복수의 스위치들을 통해 직류 전원을 상기 권선들에 연결하도록 구성된 스위치 브리지;
전류 지시에 의해 표시되는 상기 권선들에서의 원하는 전류와 전류 피드백에 의해 식별되는 상기 권선들에서의 실제 전류 사이의 차에 비례하여 출력을 발생시키도록 구성된 피드백 제어기;
상기 권선들에서의 실제 전류를 제어하기 위해 상기 피드백 제어기로부터의 출력에 응답하여 상기 복수의 스위치들을 제어하도록 구성된 스위치 제어기; 및
상기 모터의 동작에서 제 1 사분면 변경을 식별하고, 그리고 상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 상기 스위치 제어기에 의해 제어될 제 1 선택 스위치들을 선택하도록 구성된 사분면 변경 제어기를 포함하는, 장치.
조항 2. 제 1 항에 있어서, 상기 사분면 변경 제어기는,
상기 전류 지시가 상기 권선들에서 원하는 전류의 방향의 변경을 표시하는 것; 그리고
상기 피드백 제어기로부터의 출력이 상기 권선들에서의 실제 전류를 다시 상기 직류 전원으로 회생시키도록 상기 스위치 브리지를 구성하기 위해 상기 복수의 스위치들을 제어하도록 상기 스위치 제어기를 제어하는 것
에 응답하여 상기 제 1 사분면 변경을 식별하도록 구성되는, 장치.
조항 3. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 사분면 변경은, 상기 로터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 제 1 전류 방향이어서 상기 로터에 상기 제 1 회전 방향으로 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 제 2 회전 방향으로 상기 토크를 발생시키는 제동 동작 사분면으로의 변경을 포함하고, 상기 제 1 회전 방향은 상기 제 2 회전 방향과 다르고, 상기 제 1 전류 방향은 상기 제 2 전류 방향과 다르며, 그리고
상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 스위치 제어기에 의해 제어될 상기 제 1 선택 스위치들은 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 상기 제 1 전류 방향에서 상기 제 2 전류 방향으로 변경하도록 선택되는, 장치.
조항 4. 제 3 항에 있어서, 상기 사분면 변경 제어기는 상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들을 개방하도록 추가로 구성되는, 장치.
조항 5. 제 4 항에 있어서,
상기 스위치 제어기는 스위칭 사이클 동안 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들을 개방 및 폐쇄하여 상기 권선들에서의 실제 전류를 제어하도록 구성되며,
상기 사분면 변경 제어기는 상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 전체 스위칭 사이클 동안 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들을 개방하도록 상기 스위치 제어기를 제어하기 위해 상기 피드백 제어기의 출력을 설정하도록 추가로 구성되는, 장치.
조항 6. 제 3 항에 있어서, 상기 사분면 변경 제어기는,
상기 모터의 동작에서 상기 제동 동작 사분면에서 상기 트랙션 동작 사분면으로의 제 2 사분면 변경을 식별하고,
상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 상기 제 2 전류 방향에서 상기 제 1 전류 방향으로 변경하도록 제어될 제 2 선택 스위치들을 선택하고, 그리고
상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락하게 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 2 선택 스위치들을 제어하도록 추가로 구성되는, 장치.
조항 7. 제 6 항에 있어서,
상기 스위치 제어기는 주기적인 스위칭 사이클 동안 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 2 선택 스위치들을 개방 및 폐쇄하여 상기 권선들에서의 실제 전류를 제어하도록 구성되고, 그리고
상기 사분면 변경 제어기는 상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여 전체 스위칭 사이클 동안 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락하기 위해 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 2 선택 스위치들을 제어하도록 상기 스위치 제어기를 제어하기 위해 상기 피드백 제어기의 출력을 설정하도록 추가로 구성되는, 장치.
조항 8. 제 3 항에 있어서, 상기 사분면 변경 제어기는 상기 제동 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 2 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 상기 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 상기 제 2 회전 방향으로 상기 토크를 발생시키는 역 트랙션 동작 사분면으로의 제 2 사분면 변경을 식별하도록 구성되는, 장치.
조항 9. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 제어기는 비례 적분 제어기인, 장치.
조항 10. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 스위치들은 스위칭 디바이스들이 폐쇄될 때 제 1 방향으로 전도하도록 구성된 스위칭 디바이스들을 포함하고, 상기 스위칭 디바이스들과 병렬인 다이오드들은 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 전도하도록 구성되는, 장치.
조항 11. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 항공기 상에 있는, 장치.
조항 12. 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법으로서,
모터의 동작에서 제 1 사분면 변경을 식별하는 단계; 및
상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여, 스위치 브리지 내의 복수의 스위치들 중에서, 직류 전원을 상기 모터의 권선들에 연결하여 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 제어될 제 1 선택 스위치들을 선택하는 단계를 포함하는, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
조항 13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 사분면 변경을 식별하는 단계는,
상기 권선들에서 상기 원하는 전류의 방향의 변경을 표시하는 전류 지시를 식별하는 단계; 및
상기 권선들에서의 실제 전류를 다시 상기 직류 전원으로 회생시키기 위해 상기 스위치 브리지를 구성하도록 상기 복수의 스위치들을 제어하는 피드백 제어기로부터의 출력을 식별하는 단계를 포함하는, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
조항 14. 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 사분면 변경은,
상기 모터의 로터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 모터의 권선들에서의 실제 전류가 제 1 전류 방향이어서 상기 로터에 상기 제 1 회전 방향으로 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 제 2 회전 방향으로 상기 토크를 발생시키는 제동 동작 사분면으로의 변경 ― 상기 제 1 회전 방향은 상기 제 2 회전 방향과 다르고, 상기 제 1 전류 방향은 상기 제 2 전류 방향과 다름 ―; 및
상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들의 개방을 포함하는, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
조항 15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 전체 스위칭 사이클 동안 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들을 개방하도록 피드백 제어기의 출력을 설정하는 단계를 더 포함하는, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
조항 16. 제 14 항에 있어서,
상기 모터의 동작에서 상기 제동 동작 사분면에서 상기 트랙션 동작 사분면으로의 제 2 사분면 변경을 식별하는 단계;
상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 상기 제 2 전류 방향에서 상기 제 1 전류 방향으로 변경하도록 제어될 제 2 선택 스위치들을 선택하는 단계; 및
상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락하도록 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 2 선택 스위치들을 제어하는 단계를 더 포함하는, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
조항 17. 제 15 항에 있어서, 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여 상기 전체 스위칭 사이클 동안 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락하기 위해 상기 복수의 스위치들 중 제 2 선택 스위치들을 제어하도록 상기 피드백 제어기의 출력을 설정하는 단계를 더 포함하는, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
조항 18. 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법으로서,
모터의 동작에서 사분면 변경을 식별하는 단계;
사분면 변경의 식별에 응답하여, 스위치 브리지 내의 복수의 스위치들 중에서, 직류 전원을 상기 모터의 권선들에 연결하여 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 제어될 선택 스위치들을 선택하는 단계; 및
사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락하도록 상기 복수의 스위치들 중 상기 선택 스위치들을 제어하는 단계를 포함하는, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
조항 19. 제 18 항에 있어서, 상기 사분면 변경은, 상기 모터의 로터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 모터의 권선들에서의 실제 전류가 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 제 2 회전 방향으로 토크를 발생시키는 제동 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 제 1 전류 방향이어서 상기 로터에 상기 제 1 회전 방향으로 상기 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면으로의 변경이고, 상기 제 1 회전 방향은 상기 제 2 회전 방향과 다르고, 상기 제 1 전류 방향은 상기 제 2 전류 방향과 다른, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
조항 20. 제 18 항에 있어서, 사분면 변경의 식별에 응답하여 전체 스위칭 사이클 동안 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락하게 상기 복수의 스위치들 중 상기 선택 스위치들을 제어하도록 피드백 제어기의 출력을 설정하는 단계를 더 포함하는, 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
특징들 및 기능들은 본 개시의 다양한 실시예들에서 독립적으로 달성될 수 있고 또는 또 다른 실시예들에서는 결합될 수도 있으며, 이들의 추가 세부사항들은 다음의 설명 및 도면들을 참조로 확인될 수 있다.
예시적인 실시예들의 특성으로 여겨지는 신규한 특징들이 첨부된 청구항들에서 제시된다. 그러나 예시적인 실시예들뿐만 아니라 선호되는 사용 모드, 추가 목적들 및 이들의 특징들은 본 개시의 예시적인 실시예의 하기의 상세한 설명을 참조로 첨부 도면들과 함께 읽으면 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 모터 제어 환경의 블록도의 예시이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 모터 제어기의 블록도의 예시이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라 구동 구성에서 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 제 1 코스팅 구성에서 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라 제 2 코스팅 구성에서 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따라 회생 구성에서 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따라 모터에 구동 및 코스팅 전류를 제공하는 스위칭 사이클에 대한 스위치 타이밍의 예시이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라 모터에 코스팅 전류만을 제공하는 스위칭 사이클에 대한 스위치 타이밍의 예시이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라 모터에 코스팅 및 회생 전류를 제공하는 스위칭 사이클에 대한 스위치 타이밍의 예시이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따라 모터에 회생 전류만을 제공하는 스위칭 사이클에 대한 스위치 타이밍의 예시이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 모터의 동작 사분면들의 예시이다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른 모터의 동작 사분면들 간의 변화들의 상태도 예시이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따라 모터의 동작 사분면을 변경하도록 브러시리스 DC 모터의 전류를 제어하기 위한 프로세스의 흐름도의 예시이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 모터의 권선들에서의 전류들 및 전류 지시들의 파형도의 예시이다.
서로 다른 예시적인 실시예들은 다수의 서로 다른 고려 사항들을 인식하여 고려한다. 항목들과 관련하여 본 명세서에서 사용되는 "수"는 하나 또는 그보다 많은 항목들을 의미한다. 예를 들어, "다수의 서로 다른 고려 사항들"은 하나 또는 그보다 많은 서로 다른 고려 사항들을 의미한다.
서로 다른 예시적인 실시예들은 모터 권선들에서 스위칭 변조를 통해 전류를 제어하기 위한 여러 가지 기존의 방법들이 존재함을 인식하여 고려한다. 그러나 이러한 기존의 방법들은 모두 약점들을 가질 수도 있다.
서로 다른 예시적인 실시예들은 모터 권선들의 전류를 제어하기 위해 흔히 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulation)가 사용됨을 인식하여 고려한다. 그러나 펄스 폭 변조를 사용하여 제어되는 모터 전류는 모든 동작들, 심지어 휴지 동작들 동안에도 리플(ripple) 전류들을 겪는다. 펄스 폭 변조에 의해, 영전류 지시가 리플 전류를 야기한다. 인덕턴스, 전원 및 듀티 사이클 주파수에 따라, 리플 전류들이 커지게 되어 스위치 브리지의 불필요한 스위치 발열, 모터의 와전류 가열, 및 끊임없이 들리는 모터 버징(buzzing)을 야기할 수도 있다. 모터 제어를 위한 펄스 폭 변조 방법들의 사용은 또한 모터 설계에 대해 허용되는 최소한의 인덕턴스에 대해 제약을 부과한다. 이러한 제한은 인덕턴스를 감소시켜 로터의 높은 회전율을 증가시키는 바람직함과 충돌한다.
서로 다른 예시적인 실시예들은 또한, 다른 방법들이 모터 권선들의 단락을 이용하여 모터에서 리플 전류들 및 결과적인 가열을 없앤다는 점을 인식하여 고려한다. 그러나 이러한 방법들은 단지 2 사분면 제어기들이다. 2 사분면 제어는 권선들이 양전류를 가질 때 제어기가 단지 전류 하중 함수의 양의 변화에만 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 권선들이 음전류를 가질 때는 제 2 사분면이 전류 하중 함수의 음의 변화에 영향을 미치고 있다. 모터 전류의 2 사분면 제어는 전류 요구가 1 전류 레벨에 있지만 역전자기력이 전류를 동일한 방향에서 더 높은 전류 레벨에 있게 하고 있는 상황들에서 전류를 제어하려는 시도를 할 때 문제들을 야기할 수도 있다. 이 예에서, 2 사분면 제어기는 음의 방향으로 전류를 구동하기 위한 하중 함수를 제공하지 않는다.
서로 다른 예시적인 실시예들은 또한, 히스테릭 초퍼들이 모터 권선들의 전류를 제어하는 다른 방법을 제공한다는 점을 인식하여 고려한다. 그러나 이러한 방법들은 상당히 비선형적이고 주파수를 변화시킬 수 있어, 예측할 수 없는 열 상태들을 야기할 수 있다.
예시적인 실시예들은 임펄스 폭 변조(IWM: impulse width modulation)를 사용하여 DC 모터의 권선들에서 전류의 제어를 제공한다. 브러시리스 DC 모터들의 임펄스 폭 변조는 스위치 브리지 스위칭 구성으로 모터 권선들 내에서 전류의 4 사분면 제어를 제공하는 디지털 알고리즘적 방법이다. 각각의 듀티 사이클 동안, 원하는 양의 또는 음의 펄스의 전류를 제공하기 위해 폐루프 동작이 하나의 스위치 브리지 스위치가 온 또는 오프될 적절한 시간을 결정한다.
예시적인 실시예에 따르면, 전류는 각각의 듀티 사이클에 대해 원하는 방향으로만 펄스화된다. 다음에, 다른 스위치를 개방 또는 폐쇄함으로써 권선들이 단락된다. 따라서 듀티 사이클마다 단 하나의 스위치만이 온 및 오프 전환된다. 이는 종래의 펄스 폭 변조 모터 제어에 비해 바람직한 스위칭 방법을 제공하는데, 이는 4개의 스위치들을 온 및 오프 전환함으로써 각각의 듀티 사이클 동안 양전류 하중 함수와 음전류 하중 함수 간에 순환한다. 예시적인 실시예에 따른 임펄스 폭 변조는 펄스 폭 변조와 연관된 리플 전류 없이 전류의 정확한 제어를 제공하도록 발생 및 회생 상태들 동안 적절한 스위치 선택들을 제공한다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 모터 제어 환경의 블록도의 예시가 도시된다. 플랫폼(102) 상에서의 동작을 위해 모터(101)를 제어하기 위한 모터 제어 환경(100)이 구현될 수 있다. 플랫폼(102)은 모터(101)가 작동될 수 있는 임의의 고정 또는 이동 구조일 수도 있다.
모터 제어 환경(100)은 플랫폼(102) 상에서 임의의 적절한 기능 또는 기능들의 결합을 수행하게 모터(101)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 플랫폼(102)은 항공기(104) 또는 다른 차량일 수도 있다. 항공기(104)는 고정 날개, 회전 날개 또는 경비행기(lighter-than-air aircraft)일 수도 있다.
일부 예시적인 예들에서, 항공기(104)는 또한 유인 또는 무인일 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 항공기(104)는 상용 여객기, 화물 수송기, 군용 항공기, 정부용 항공기, 개인용 항공기, 또는 임의의 적절한 작업 또는 임무 또는 작업들이나 임무들의 결합을 수행하도록 구성된 임의의 다른 타입의 항공기일 수도 있다. 추가 예들로서, 플랫폼(102)은 잠수함, 자동차, 위성, 또는 공중에서, 우주에서, 육지에서, 수면 위에서, 수중에서, 또는 임의의 다른 매체 또는 매체들의 결합에서 이동할 수 있는 임의의 다른 차량일 수도 있다.
모터(101)는 전기 모터이다. 구체적으로, 모터(101)는 브러시리스 DC 모터(108)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 모터(101)는 브러시리스 내부 영구 자석 모터, 영구 자석 동기 모터, 또는 임의의 다른 적절한 타입의 브러시리스 DC 모터(108) 또는 다른 적절한 전기 모터를 포함할 수도 있다.
모터(101)는 권선들(110) 및 로터(112)를 포함한다. 권선들(110)은 움직이지 않으며 모터 스테이터를 형성한다. 권선들(110)은 또한 코일들로 지칭될 수도 있다. 권선들(110)에 전력이 공급되어 로터(112)의 회전을 구동할 수 있다. 따라서 권선들(110)은 모터(101)에 대한 전기자를 형성한다.
로터(112)는 부하(114)에 연결될 수도 있다. 부하(114)는 로터(112)에 대한 임의의 적절한 직접 또는 간접 접속을 통해 임의의 방식으로 이동될 수 있는 임의의 구조일 수 있다. 예를 들어, 항공기(104) 상에서, 부하(114)는 비행 관제 서비스들를 위한, 착륙 장치에 대한, 또는 항공기(104) 상에서 임의의 다른 적절한 기능들 또는 기능들의 결합들을 수행하기 위한 액추에이터들을 포함할 수도 있다. 다른 애플리케이션들에서, 부하(114)는 펌프, 차량 구동 트레인(tranin), 다른 기능을 수행하기 위한 액추에이터, 또는 플랫폼(102) 상의 임의의 다른 적절한 부하 또는 부하들의 결합일 수도 있다.
모터(101)에 대한 전력은 DC 전원(116)에 의해 공급될 수 있다. DC 전원(116)은 임의의 적절한 DC 전원을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 항공기(104) 상의 DC 전원(116)은 AC-DC 전력 변환기로부터의 DC 전력이 공급되는 DC 버스를 포함할 수도 있다. AC-DC 전력 변환기에 대한 전력은 AC 버스 상에서 AC 전력으로부터 공급될 수도 있다. AC 버스 상의 AC 전력은 항공기(104) 상의 발생기에 의해 공급될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 발생기는 항공기(104) 상의 다수의 엔진들에 의해 구동될 수도 있다. 다른 애플리케이션들에서, DC 전원(116)은 배터리 또는 임의의 다른 적절한 DC 전원 또는 DC 전원들의 결합과 같은 다른 타입의 DC 전원일 수도 있다.
DC 전원(116)은 스위치 브리지(118)를 통해 모터(101)의 권선들(110)에 연결된다. 스위치 브리지(118)는 다양한 구성들로 권선들(110)에 DC 전원(116)을 접속하기 위해 개방 및 폐쇄되도록 구성되는 복수의 스위치들을 포함한다. 스위치 브리지(118) 내의 복수의 스위치들은 권선들(110) 상에 적절한 구성의 전력을 공급하여 모터(101)를 원하는 방식으로 작동시키도록 제어될 수도 있다. 스위치 브리지(118) 내의 스위치들의 수와 배치는 모터(101)의 권선들(110)의 위상들의 수에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 스위치 브리지(118)는 3상 모터의 3상 권선들에 DC 전원(116)을 연결하기 위한 3개의 병렬 하프 H-브리지들을 포함하는 3상 브리지일 수도 있다.
모터 제어기(120)는 모터(101)의 동작을 원하는 방식으로 제어하기 위해 스위치 브리지(118)의 스위칭을 제어하도록 구성될 수 있다. 청구항들을 포함하는 본 출원에서, 스위치 브리지의 스위칭은 스위치 브리지 내의 하나 또는 그보다 많은 스위치들의 스위칭을 의미한다. 예를 들어, 모터 제어기(120)는 모터(101)에서 원치 않은 전류들이 감소되거나 제거되도록 모터(101)의 동작 사분면들 간의 순조로운 변경들을 제공하기 위해 스위치 브리지(118)의 스위칭을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 모터 제어기(120)는 전류 지시(122), 전류 피드백(124) 및 회전 피드백(126)을 이용하여 모터(101)를 제어할 수도 있다.
전류 지시(122)는 모터(101)의 권선들(110)에서 원하는 전류를 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 전류 지시(122)는 권선들(110)에서 전류의 원하는 크기 및 방향을 나타낼 수도 있다. 모터(101)에 의해 발생되는 토크는 모터(101)의 권선들(110)에서의 전류의 함수이다. 따라서 전류 지시(122)는 토크 지시(128)로 지칭될 수도 있다.
모터 제어기(120)는 전류 지시(122)를 수신하여 모터(101)를 시작하거나, 모터(101)를 정지시키거나, 또는 모터(101) 또는 부하(114)를 원하는 방향에서 원하는 속도로 작동시킬 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 모터 제어기(120)는 전류 지시(122)를 사용하여 모터(101)의 동작 사분면의 변화들을 식별하도록 구성될 수도 있다.
전류 지시(122)는 임의의 적절한 소스로부터의 임의의 적절한 형태로 모터 제어기(120)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 전류 지시(122)는 모터(101) 또는 부하(114)를 제어하기 위한 하나 또는 그보다 많은 상위 레벨 제어기들로부터 모터 제어기(120)에 의해 수신될 수 있다. 이러한 상위 레벨 제어기는 완전히 자동화된 제어기, 휴먼 오퍼레이터, 또는 기계 제어기와 결합한 휴먼 오퍼레이터를 포함할 수도 있다.
전류 피드백(124)은 모터(101)의 권선들(110)에서의 전류를 식별할 수 있다. 전류 피드백(124)에 의해 식별되는 모터(101)의 권선들(110)의 전류는 권선들(110)에서의 실제 전류로 지칭될 수도 있다. 바람직하게, 전류 피드백(124)은 권선들(110)에서 전류의 크기와 방향 모두를 식별하는 정보를 포함한다.
전류 피드백(124)은 임의의 적절한 전류 센서(130)에 의해 제공될 수 있다. 전류 센서(130)는 원하는 전류 피드백(124)을 제공하도록 구성될 수도 있는 임의의 수의 적절한 센서들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 모터 제어기(120)는 전류 피드백(124)에 의해 식별된 것과 같은 모터(101)의 권선들(110)에서의 전류를 전류 지시(122)에서 식별된 원하는 전류와 매칭시키기 위해 스위치 브리지(118)의 스위칭을 적절한 방식으로 제어하도록 구성될 수도 있다.
회전 피드백(126)은 모터(101)의 로터(112)의 회전을 식별할 수도 있다. 바람직하게는, 회전 피드백(126)은 로터(112)의 회전 방향과 속도 모두를 식별하는 정보를 포함한다. 회전 피드백(126)은 임의의 적절한 회전 센서(132)에 의해 제공될 수도 있다. 회전 센서(132)는 원하는 회전 피드백(126)을 제공하도록 구성될 수도 있는 임의의 수의 적절한 센서들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 회전 피드백(126)은 모터(101)의 동작 사분면의 변화들을 식별하도록 그리고 모터(101)의 제어를 위한 임의의 다른 적절한 목적으로 모터 제어기(120)에 의해 사용될 수도 있다.
모터 제어기(120)는 하드웨어 또는 소프트웨어와 결합한 하드웨어를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 모터 제어기(120)는 구성 가능한 하드웨어(134), 프로그래밍 가능한 디바이스(136), 또는 둘 다를 사용하여 구현될 수도 있다. 구성 가능한 하드웨어(134)는 모터 제어기(120)의 하나 또는 그보다 많은 기능들을 수행하도록 구성 가능한 하드웨어를 포함할 수도 있다. 프로그래밍 가능한 디바이스(136)는 모터 제어기(120)의 하나 또는 그보다 많은 기능들을 구현하도록 프로그래밍 가능한 임의의 디바이스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 프로그래밍 가능한 디바이스(136)는 프로그래밍 가능한 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 또는 다른 프로그래밍 가능한 디바이스를 포함할 수도 있다.
프로그래밍 가능한 디바이스(136)는 모터 제어기(120)의 하나 또는 그보다 많은 기능들을 구현하기 위한 프로그램 명령들(138)의 형태로 소프트웨어 또는 펌웨어를 실행하도록 구성될 수도 있다. 프로그램 명령들(138)은 프로그래밍 가능한 디바이스(136)에 의한 사용 또는 프로그래밍 가능한 디바이스(136)로의 전송을 위해 임의의 적절한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(140)에 저장될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(140)는 컴퓨터 판독 가능 저장 디바이스 또는 프로그램 명령들(138)을 저장하기 위한 임의의 다른 물리적 매체 포함할 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(140) 상에 저장된 프로그램 명령들(138)은 컴퓨터 프로그램 물건(142)을 포함할 수도 있다.
도 1의 예시는 서로 다른 예시적인 실시예들이 구현될 수 있는 방식에 대한 물리적인 또는 구성적인 제한들을 시사하는 것으로 여겨지는 것은 아니다. 예시되는 것들에 부가하여, 또는 그 대신에, 또는 그에 부가하는 것과 대신하는 것 모두로, 다른 컴포넌트들이 사용될 수도 있다. 일부 예시적인 실시예들에서는 일부 컴포넌트들이 불필요할 수도 있다. 또한, 일부 기능 컴포넌트들을 예시하기 위해 블록들이 제공된다. 이러한 블록들 중 하나 또는 그보다 많은 블록은 서로 다른 예시적인 실시예들에서 구현될 때 서로 다른 블록들로 결합되거나 나뉠 수도 있다.
예를 들어, 모터(101)는 하나보다 더 많은 부하를 구동하도록 접속될 수도 있다. 예시적인 실시예들은 임의의 애플리케이션 또는 동작 환경에서의 사용을 위해 임의의 크기의 모터들을 제어하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 예시적인 실시예들은 자동차들, 비행기들, 보트들, 우주선 및 다른 차량들에 사용되는 모터들을 제어하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 예시적인 실시예들은 우주선 상의 포인팅 안테나들에 대해, 난방, 통풍 및 공기 조화(HVAC: heating ventilation and air conditioning) 시스템들에 대해, 항공기 날개들 및 동체들 상에 리벳으로 고정하기 위한 천공 디바이스에 대해, 그리고 다른 애플리케이션들에 대해 모터들을 제어하는 데 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 모터 제어기의 블록도의 예시가 도시된다. 이 예에서, 모터 제어기(200)는 도 1의 모터 제어기(120)의 한 구현의 일례일 수도 있다. 모터 제어기(200)는 스위치 브리지(202)의 스위칭을 제어하여 브러시리스 DC 모터의 동작을 원하는 방식으로 제어하도록 구성될 수도 있다.
이 예에서, 스위치 브리지(202)는 도 1의 모터(101)에 대한 스위치 브리지(118)의 일례이다. 특히, 모터 제어기(200)는 스위치 브리지(202)의 스위칭을 제어하여 모터에서 원치 않은 전류들을 감소시키거나 없애는 식으로 모터의 동작 사분면을 변경하도록 구성될 수도 있다. 모터 제어기(200)는 피드백 제어기(204), 스위치 제어기(206) 및 사분면 변경 제어기(208)를 포함할 수 있다.
피드백 제어기(204)는 입력으로서 전류 지시(210) 및 전류 피드백(212)을 수신하도록 구성될 수도 있다. 전류 지시(210)는 모터의 권선들에서 원하는 전류(211)를 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 전류 지시(210)는 모터의 권선들에서 전류의 원하는 크기 및 방향을 나타낼 수도 있다. 전류 피드백(212)은 모터의 권선들에서 실제 전류(213)를 식별할 수도 있다. 피드백 제어기(204)는 원하는 전류(211)와 실제 전류(213) 간의 차에 비례하는 출력(214)을 발생시키도록 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 피드백 제어기(204)는 원하는 전류(211)와 실제 전류(213) 간의 차에 비례하는 출력(214)을 제공하기 위한 비례 적분 제어기(216) 또는 임의의 다른 적절한 제어기를 포함할 수도 있다. 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214)은 스위치 제어기(206)에 제공될 수 있다.
스위치 제어기(206)는 스위치 브리지(202) 내의 스위치들을 원하는 방식으로 개방 및 폐쇄하기 위한 적절한 제어 신호들을 발생시키도록 구성될 수 있다. 스위치 제어기(206)와 스위치 브리지(202) 사이에 임의의 적절한 회로가 제공되어 스위치 제어기(206)에 의해 발생되는 제어 신호들이 스위치 브리지(202) 내의 스위치들을 개방 및 폐쇄하게 할 수도 있다.
스위치 제어기(206)는 스위치 브리지(202) 내의 스위치들이 구동(218), 코스팅(220) 또는 회생(222)을 위해 구성되게 스위치 브리지(202) 내의 스위치들을 개방 및 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 스위치 브리지(202) 내의 스위치들이 구동(218)을 위해 구성될 때, 모터 권선들에 걸쳐 DC 전원이 접속되어 권선들에서 전류의 크기를 증가시킬 수도 있다. 구동(218)은 또한 모터의 권선들에서의 전류 발생으로 지칭될 수도 있다. 스위치 브리지(202) 내의 스위치들은 스위치 브리지(202)를 통해 모터 권선들을 단락시켜 코스팅(220)을 위해 스위치 브리지(202)를 구성하도록 구성될 수도 있다.
코스팅(220) 동안, 모터 권선들의 전류는 비교적 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 코스팅(220) 동안, 모터 권선들에서의 전류는 스위치 브리지(202) 및 모터 권선들에서의 저항 및 비슷한 손실들로 인해서만 감소할 수도 있다. 스위치 브리지(202) 내의 스위치들이 회생(222)을 위해 구성될 때, 모터 권선들에 걸쳐 DC 전원이 접속되어 모터 권선들에서의 에너지를 DC 전원으로 돌려보낼 수 있다. 회생(222) 동안, 모터 권선들에서의 전류의 크기는 비교적 빠르게 감소된다.
스위치 제어기(206)는 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214)을 기초로 구동(218), 코스팅(220) 또는 회생(222)을 위해 스위치 브리지(202)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 스위치 제어기(206)는 스위칭 사이클(224)마다 스위치 브리지(202) 내의 스위치들의 스위칭을 제어할 수도 있다. 스위칭 사이클(224)의 듀레이션은 임의의 적절한 방식으로 선택될 수도 있다. 스위치 제어기(206)는 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214)을 기초로 스위치 브리지(202)가 구동(218), 코스팅(220) 또는 회생(222)을 위해 구성되는 각각의 스위칭 사이클(224)의 부분을 제어하도록 스위칭 사이클(224)마다 스위치 브리지(202) 내의 스위치들을 제어할 수도 있다.
예를 들어, 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214)은 모터 권선들에서의 원하는 전류가 모터 권선들의 현재 전류보다 더 큼을 나타낼 수도 있다. 이 경우, 스위치 제어기(206)는 스위칭 사이클(224)의 적어도 일부 동안 스위치 브리지(202)를 구동(218)을 위해 구성하여 권선들의 전류를 증가시키도록 스위치 브리지(202) 내의 스위치들을 제어할 수도 있다.
피드백 제어기(204)로부터의 출력(214)은 듀티 사이클(226)을 포함할 수도 있다. 듀티 사이클(226)은 스위치 브리지(202)가 구동(218), 코스팅(220) 또는 회생(222)을 위해 구성되어야 하는 각각의 스위칭 사이클(224)의 부분을 나타낼 수 있다. 스위치 제어기(206)는 다음에, 스위칭 사이클(224)마다 스위치 브리지(202) 내의 스위치들을 제어하여 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214)으로서 제공되는 듀티 사이클(226)을 구현하도록 구성될 수도 있다.
예를 들어, 제한 없이, 듀티 사이클(226)은 모터 권선들에서의 원하는 전류가 모터 권선들에서의 현재 전류보다 더 큰지 아니면 더 작은지 뿐만 아니라, 모터 권선들에서의 원하는 전류와 현재 전류 간의 차의 크기도 모두 나타내는, 피드백 제어기(204)로부터의 단일 값 출력(214)으로서 제공될 수도 있다. 예를 들어, 듀티 사이클(226)의 부호는 권선들에서 원하는 전류가 현재 전류보다 더 큰지 아니면 더 작은지를 나타낼 수도 있다. 듀티 사이클(226)의 절대값은 원하는 전류와 현재 전류 간의 차의 크기를 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 이 경우, 듀티 사이클(226)에 대한 값은 모터 권선들에서의 원하는 전류가 모터 권선들에서의 현재 전류와 매칭될 때 0일 수도 있다.
사분면 변경 제어기(208)는 모터의 동작 사분면의 변경이 발생하는 시점을 식별하고 모터에서 원치 않은 전류들을 감소시키는 식으로 하나의 동작 사분면에서 다른 동작 사분면으로의 모터의 동작 변화를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사분면 변경 제어기(208)는 사분면 변경 식별기(228)를 포함할 수도 있다.
사분면 변경 식별기(228)는 모터의 동작 사분면의 변경을 식별하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 사분면 변경 식별기(228)는 모터 권선들에서 전류 방향의 원하는 변경을 나타내는 전류 지시(210) 및 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214) 모두에 응답하여 모터의 동작 사분면의 변경을 식별할 수도 있다. 예를 들어, 사분면 변경 식별기(228)는 모터 권선들에서 전류의 원하는 방향의 변경을 나타내는 전류 지시(210) 및 스위치 제어기(206)가 스위칭 사이클(224)에서 스위치 브리지(202)를 회생(222)을 위해 구성할 것을 요하는 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214) 모두에 응답하여 모터의 동작 사분면의 변경을 식별하도록 구성될 수도 있다. 사분면 변경 식별기(228)는 또한 로터의 회전 방향의 변경을 나타내는 회전 피드백(230)에 응답하여 모터의 동작 사분면의 변경을 식별할 수도 있다.
스위치 브리지(202)를 구동(218), 코스팅(220) 또는 회생(222)을 위해 구성하도록 제어되는, 스위치 브리지(202) 내의 스위치들은 모터의 권선들에서 전류의 원하는 방향에 따라 서로 다를 수도 있다. 즉, 스위치 브리지(202)를 구동(218), 코스팅(220) 또는 회생(222)을 위해 구성하도록 제어되는, 스위치 브리지(202) 내의 스위치들은 모터의 동작 사분면에 따라 서로 다를 수도 있다.
사분면 변경 제어기(208)는 모터의 특정 동작 사분면에 대해 스위치 브리지(202)를 구동(218), 코스팅(220) 및 회생(222)을 위해 구성하도록 스위치 제어기(206)에 의해 제어될 적절한 스위치들을 스위치 브리지(202) 내에서 선택하기 위한 스위치 선택기(232)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 스위치 선택기(232)는 사분면 변경 식별기(228)에 의한 모터의 동작 사분면 변경의 식별에 응답하여 적절하게 스위치 제어기(206)에 의해 제어되는 스위치들을 스위치 브리지(202) 내에서 변경하도록 구성될 수도 있다.
사분면 변경 제어기(208)는 또한 피드백 제어기 출력(234)을 설정하도록 구성될 수도 있다. 설정된 피드백 제어기 출력(234)은 사분면 변경 식별기(228)에 의한 모터의 동작 사분면 변경의 식별에 응답하여 피드백 제어기(204)의 출력(214)을 설정하도록 구성될 수도 있다. 특히, 설정된 피드백 제어기 출력(234)은 모터의 동작 사분면 변경시 모터에서 원치 않은 전류들을 감소시키는 식으로 모터의 동작 사분면 변경에 응답하여 피드백 제어기(204)의 출력(214)을 설정하도록 구성될 수도 있다.
모터의 동작 사분면의 변경에 응답하여 피드백 제어기(204)의 출력(214)을 설정된 피드백 제어기 출력(234)으로 설정한 후, 다음에 피드백 제어기(204)는 정상적인 방식으로 동작하여 모터에서 전류를 조정하도록 허용될 수 있다. 피드백 제어기(204)의 출력(214)을 설정된 피드백 제어기 출력(234)으로 설정하는 것으로부터 발생하는, 스위치 제어기(206)에 의한 스위치 브리지(202)의 스위칭 변경들은 바람직하게는, 스위치 제어기(206)에 의해 제어되고 있는 스위치들에 대한, 스위치 선택기(232)에 의한 임의의 적절한 변경들 이후에 구현된다.
예를 들어, 제한 없이, 설정된 피드백 제어기 출력(234)은 스위치 제어기(206)가 사분면 1에서 사분면 4로의 모터의 동작 변화에 응답하여 전체 스위칭 사이클(224) 동안 스위치 브리지(202) 내의 스위치들을 계속 개방함으로써, 스위치 브리지(202)를 회생(222)을 위해 구성할 것을 요하도록 피드백 제어기(204)의 출력(214)을 설정할 수도 있다. 다른 예로서, 설정된 피드백 제어기 출력(234)은 스위치 제어기(206)가 사분면 4에서 다시 사분면 1로의 모터의 동작 사분면의 변경에 응답하여 전체 스위칭 사이클 동안 스위치 브리지(202) 내의 스위치들을 코스팅(220)을 위해 구성할 것을 요하도록 피드백 제어기(204)의 출력(214)을 설정할 수도 있다.
도 2의 예시는 다른 예시적인 실시예들이 구현될 수 있는 식으로의 물리적인 또는 구성적인 제한들을 시사하는 것으로 여겨지는 것은 아니다. 예시되는 것들에 부가하여, 또는 그 대신에, 또는 그에 부가하는 것과 대신하는 것 모두로, 다른 컴포넌트들이 사용될 수도 있다. 일부 예시적인 실시예들에서는 일부 컴포넌트들이 불필요할 수도 있다. 또한, 일부 기능 컴포넌트들을 예시하기 위해 블록들이 제공된다. 이러한 블록들 중 하나 또는 그보다 많은 블록은 서로 다른 예시적인 실시예들에서 구현될 때 서로 다른 블록들로 결합되거나 나뉠 수도 있다.
이제 도 3을 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시가 도시된다. 이 예에서, 스위치 브리지(300)는 도 1의 스위치 브리지(118) 및 도 2의 스위치 브리지(202)의 한 구현의 일례이다.
스위치 브리지(300)는 라인(302) 상의 DC 전력과 접지(304)에 접속된다. 스위치 브리지(300)는 라인(302) 상의 DC 전력을 모터의 권선들(306), 권선들(308) 및 권선들(310)에 연결하도록 구성된다.
이 예에서, 스위치 브리지(300)에 접속된 모터는 위상 A에 대한 권선들(306), 위상 B에 대한 권선들(308) 및 위상 C에 대한 권선들(310)을 포함하는 3상 모터이다. 본 설명의 목적으로, 각각 화살표(307), 화살표(309) 및 화살표(311)로 표시된 방향으로의 권선들(306), 권선들(308) 및 권선들(310)의 전류는 양전류 또는 양의 방향으로의 전류로 지칭될 수도 있다. 화살표(307), 화살표(309) 및 화살표(311) 반대 방향으로의 권선들(306), 권선들(308) 및 권선들(310)의 전류는 음전류 또는 음의 방향으로의 전류로 지칭될 수도 있다.
스위치 브리지(300)는 3개의 병렬 하프 H-브리지들을 형성하도록 배치된 스위칭 유닛들(312, 314, 316, 318, 320, 322)을 포함한다. 스위칭 유닛들(312, 314, 316, 318, 320, 322)은 고체 상태 회로 엘리먼트들을 사용하여 구현될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 스위칭 유닛들(312, 314, 316, 318, 320, 322)은 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)들, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: insulated-gate bipolar transistor)들, 또는 다른 트랜지스터들, 또는 트랜지스터들의 결합들을 사용하여 구현될 수도 있다. 스위칭 유닛들(312, 314, 316, 318, 320, 322)은 스위칭 디바이스들이 폐쇄될 때 제 1 방향으로 전도하도록 구성된 스위칭 디바이스들을 포함할 수 있으며, 다이오드들은 스위칭 디바이스들과 병렬로 접속되며 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 전도하도록 구성된다.
스위칭 유닛(312)은 라인(302)과 위상 A에 대한 권선들(306) 사이에 접속된다. 스위칭 유닛(312)은 스위치 AH(324) 및 다이오드(326)를 포함한다. 스위치 AH(324)는 닫힐 때 라인(302)으로부터 권선들(306)로의 방향으로 전류를 전도한다. 다이오드(326)는 스위치 AH(324)와 평행하며 스위치 AH(324)의 반대 방향으로 전류를 전도한다.
스위칭 유닛(314)은 라인(302)과 위상 B에 대한 권선들(308) 사이에 접속된다. 스위칭 유닛(314)은 스위치 BH(328) 및 다이오드(330)를 포함한다. 스위치 BH(328)는 닫힐 때 라인(302)으로부터 권선들(308)로의 방향으로 전류를 전도한다. 다이오드(330)는 스위치 BH(328)와 평행하며 스위치 BH(328)의 반대 방향으로 전류를 전도한다.
스위칭 유닛(316)은 라인(302)과 위상 C에 대한 권선들(310) 사이에 접속된다. 스위칭 유닛(316)은 스위치 CH(332) 및 다이오드(334)를 포함한다. 스위치 CH(332)는 닫힐 때 라인(302)으로부터 권선들(310)로의 방향으로 전류를 전도한다. 다이오드(334)는 스위치 CH(332)와 평행하며 스위치 CH(332)의 반대 방향으로 전류를 전도한다.
스위칭 유닛(318)은 위상 A에 대한 권선들(306)과 접지(304) 사이에 접속된다. 스위칭 유닛(318)은 스위치 AL(336) 및 다이오드(338)를 포함한다. 스위치 AL(336)은 닫힐 때 권선들(306)로부터 접지(304)로의 방향으로 전류를 전도한다. 다이오드(338)는 스위치 AL(336)과 평행하며 스위치 AL(336)의 반대 방향으로 전류를 전도한다.
스위칭 유닛(320)은 위상 B에 대한 권선들(308)과 접지(304) 사이에 접속된다. 스위칭 유닛(320)은 스위치 BL(340) 및 다이오드(342)를 포함한다. 스위치 BL(340)은 닫힐 때 권선들(308)로부터 접지(304)로의 방향으로 전류를 전도한다. 다이오드(342)는 스위치 BL(340)과 평행하며 스위치 BL(340)의 반대 방향으로 전류를 전도한다.
스위칭 유닛(322)은 위상 C에 대한 권선들(310)과 접지(304) 사이에 접속된다. 스위칭 유닛(322)은 스위치 CL(344) 및 다이오드(346)를 포함한다. 스위치 CL(344)은 닫힐 때 권선들(310)로부터 접지(304)로의 방향으로 전류를 전도한다. 다이오드(346)는 스위치 CL(344)과 평행하며 스위치 CL(344)의 반대 방향으로 전류를 전도한다.
예시적인 실시예에 따르면, 스위치 브리지(300) 내의 스위치들은 권선들(306), 권선들(308) 및 권선들(310)의 전류를 제어하기 위해 임펄스 폭 변조를 사용하여 제어될 수 있다. 권선들(306), 권선들(308) 또는 권선들(310) 중 하나에서 양의 또는 음의 방향 중 하나로의 기존 전력에 대해, 스위치 브리지(300)는 라인(302) 상의 DC 전력으로부터의 기존 전류를 구동하거나, 스위치 브리지(300)의 기존 전류를 코스팅하거나, 또는 기존 전류를 다시 라인(302)으로 회생시키도록 구성될 수 있다. 스위치 브리지(300)는 또한 권선들(306), 권선들(308) 및 권선들(310)의 전류를 반전시켜 모터의 동작 사분면을 변경하도록 제어될 수도 있다.
스위치 브리지(300)는 다양한 예시적인 실시예들의 동작을 보다 명확히 설명하기 위해 제시되는 일반적인 스위치 브리지 구조의 일례이다. 도 3의 예시는 서로 다른 예시적인 실시예들에 따라 스위치 브리지가 구현될 수 있는 방식에 대한 물리적인 또는 구성적인 제한들을 시사하는 것으로 여겨지는 것은 아니다. 서로 다른 예시적인 실시예들에 따른 스위치 브리지는 예를 들어, 도 3에 예시된 것들과는 다른 부분들의 결합들로 구현될 수도 있다.
예를 들어, IGBT들을 사용하여 구현되는 스위치 브리지의 경우, IGBT들은 바디 다이오드들을 갖지 않기 때문에, 스위치 브리지의 스위칭 유닛들 내의 다이오드들은 개별 디바이스들로서 제공될 필요가 있을 수도 있다. MOSFET들을 사용하여 구현되는 스위치 브리지의 경우, MOSFET들의 내부 바디 다이오드들이 사용될 수도 있다. 스위치들에 사용되는 MOSFET들로, 개별 프리휠링(freewheeling) 다이오드들이 필요하지 않다. MOSFET 스위치들과 직렬인 개별 다이오드들 또한 필요하지 않지만, 일부 애플리케이션들에서는 사용될 수도 있다.
도 4 - 도 7을 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 모터의 권선들에서의 전류를 구동, 코스팅 및 회생하기 위한 도 3의 스위치 브리지(300)의 다양한 구성들이 도시된다. 도 4 - 도 7의 예시적인 구성들은 제 1 동작 사분면에서 동작하는 모터의 한 세트의 권선들에서 전류를 구동, 코스팅 및 회생하기 위한 것이다. 모터의 다른 권선들에서 그리고 다른 동작 사분면들에 대해 전류를 구동, 코스팅 및 회생하기 위한 스위치 브리지의 스위칭 구성들은 본 명세서에서 제시되는 바와 같이 상세한 설명 및 예시적인 실시예들의 예들을 기초로 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 알려질 것이다.
도 4를 참조하면, 구동 구성에서 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 스위치 브리지(400)는 도 3의 스위치 브리지(300)의 예시적인 구성이다.
이 예에서, 스위치 브리지(400)에 대한 구동 구성은 스위치 AH(324) 및 스위치 BL(340)의 폐쇄를 포함한다. 스위치들 AH(324) 및 BL(340)의 폐쇄는 전류(402)가 라인(302)으로부터 폐쇄된 스위치 AH(324)를 통과하고, 화살표(307)의 양의 방향으로 위상 A에 대한 권선들(306)을 통과하고, 폐쇄된 스위치 BL(340)을 통과하여 접지(304)로 이어지게 한다. 화살표(307) 방향에서 권선들(306)에서의 기존의 양전류를 가정하면, 전류(402)가 권선들(306)에서 기존 전류를 구동함으로써, 권선들(306)의 전류를 증가시킬 것이다. 예를 들어, 제한 없이, 권선들(306)에서 화살표(307)의 양의 방향으로의 전류가 증가되어야 한다는, 모터 제어기로부터의 표시에 응답하여 스위치 브리지(400)에 대한 구동 구성이 사용될 수도 있다.
이제 도 5를 참조하면, 제 1 코스팅 구성에서 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 스위치 브리지(500)는 도 3의 스위치 브리지(300)의 다른 예시적인 구성이다.
이 예에서, 스위치 AH(324)가 폐쇄되어 스위치 브리지(500)에 대한 코스팅 구성을 제공한다. 화살표(307) 방향에서 권선들(306)에서의 기존의 양전류를 가정하면, 스위치 AH(324)의 폐쇄는 권선들(306)의 기존 전류에 대해 스위치 브리지(500)를 통한 단락을 발생시킨다. 스위치 브리지(500)에서의 결과적인 전류(502)는 권선들(306)로부터 스위칭 유닛(314) 내의 다이오드(330)를 통과하고, 폐쇄된 스위치 AH(324)를 통과하여, 화살표(307)의 양의 방향으로 다시 권선들(306)로 이어진다. 코스팅 구성의 스위치 브리지(500)로 권선들(306)의 기존 전류가 비교적 일정하게 유지될 수 있다.
코스팅 구성의 스위치 브리지(500)로, 권선들(306)에서의 기존 전류는 스위치 브리지(500)와 권선들(306) 및 권선들(308)에서의 저항 및 비슷한 손실들로 인해 비교적 소량 감소할 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 권선들(306)에서 화살표(307)의 양의 방향으로의 전류가 현재 레벨로 유지되어야 한다는, 모터 제어기로부터의 표시에 응답하여 스위치 브리지(500)에 대한 코스팅 구성이 사용될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 제 2 코스팅 구성으로 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 스위치 브리지(600)는 도 3의 스위치 브리지(300)의 다른 예시적인 구성이다.
이 예에서, 스위치 BL(340)이 폐쇄되어 스위치 브리지(600)에 대한 코스팅 구성을 제공한다. 화살표(307) 방향에서 권선들(306)에서의 기존의 양전류를 가정하면, 스위치 BL(340)의 폐쇄는 권선들(306)의 기존 전류에 대해 스위치 브리지(600)를 통한 단락을 발생시킨다. 스위치 브리지(600)에서의 결과적인 전류(602)는 권선들(306)로부터 폐쇄된 스위치 BL(340)을 통과하고, 스위칭 유닛(318) 내의 다이오드(338)를 통과하여, 화살표(307)의 양의 방향으로 다시 권선들(306)로 이어진다. 권선들(306)에서 기존 전류는 코스팅 구성의 스위치 브리지(600)로 비교적 일정하게 유지될 수 있다.
코스팅 구성의 스위치 브리지(600)로 권선들(306)에서의 기존 전류는 스위치 브리지(600)와 권선들(306) 및 권선들(308)에서의 저항 및 비슷한 손실들로 인해 비교적 소량 감소할 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 권선들(306)에서 화살표(307)의 양의 방향으로의 전류가 현재 레벨로 유지되어야 한다는, 모터 제어기로부터의 표시에 응답하여 스위치 브리지(600)에 대한 코스팅 구성이 사용될 수도 있다.
도 5의 스위치 브리지(500) 및 도 6의 스위치 브리지(600)의 코스팅 구성들은 권선들(306)에서 화살표(307)의 양의 방향으로의 전류를 코스팅하기 위한 대안적인 구성들이다. 예시적인 실시예에 따르면, 권선들(306)에서 화살표(307) 방향으로 양전류를 코스팅하는 것이 요구되는 스위칭 사이클 동안 두 대안적인 구성들 모두가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 권선들(306)에서 양전류를 코스팅하는 것이 요구되는 스위칭 사이클 동안, 스위치 AH(324)는 폐쇄되고 스위치 BL(340)은 개방되어 스위칭 사이클의 일부분 동안 도 5의 스위치 브리지(500)에 대한 코스팅 구성을 구현할 수도 있다. 다음에, 스위치 AH(324)는 개방되고 스위치 BL(340)은 폐쇄되어 스위칭 사이클의 다른 부분 동안 도 6의 스위치 브리지(600)에 대한 코스팅 구성을 구현할 수도 있다.
이런 식으로 서로 다른 코스팅 구성들 간에 스위칭하는 것은 스위칭 사이클마다 코스팅 전류를 전달하는 부담을 스위치 브리지의 서로 다른 컴포넌트들 사이에 분담한다. 따라서 이런 식으로 서로 다른 코스팅 구성들 간에 스위칭하는 것은 코스팅 전류의 전달로부터 발생하는 스위치 브리지 내의 컴포넌트들의 원치 않은 발열을 감소시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 회생 구성으로 모터의 전류를 제어하기 위한 스위치 브리지의 개략적인 회로도의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 스위치 브리지(700)는 도 3의 스위치 브리지(300)의 다른 예시적인 구성이다.
이 예에서, 스위치 브리지(700)의 회생 구성은 스위치 브리지(700) 내의 모든 스위치들의 개방을 포함한다. 화살표(307) 방향에서 권선들(306)에서의 기존의 양전류를 가정하면, 스위치 브리지(700) 내의 모든 스위치들의 개방은 회생 전류(702)를 야기할 것이다.
회생 전류(702)는 접지(304)로부터 다이오드(338)를 통과하고, 화살표(307)의 양의 방향으로 권선들(306)을 통과하고, 다이오드(330)를 통과해 라인(302)으로 이어지는 방향으로 진행한다. 회생 전류(702)는 라인(302)을 통해 권선들(306)에서의 에너지를 다시 DC 전원으로 돌려보냄으로써, 권선들(306)에서의 전류를 감소시킨다. 예를 들어, 제한 없이, 권선들(306)에서 화살표(307)의 양의 방향으로의 전류가 감소되어야 한다는, 모터 제어기로부터의 표시에 응답하여 스위치 브리지(700)에 대한 회생 구성이 사용될 수도 있다.
도 8 - 도 10을 참조하면, 모터의 권선들에서 전류를 구동, 코스팅 및 회생하기 위해 스위치 브리지 내의 스위치들을 제어하기 위한 다양한 스위칭 사이클들에서의 스위치 타이밍이 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 도 8 - 도 10의 예시적인 스위칭 사이클들은 제 1 동작 사분면에서 동작하는 모터의 한 세트의 권선들에서 전류를 구동, 코스팅 및 회생하기 위한 것이다. 모터의 다른 권선들에서 그리고 다른 동작 사분면들에 대해 전류를 구동, 코스팅 및 회생하기 위해 스위치 브리지 내의 스위치들을 제어하기 위한 스위칭 사이클들은 본 명세서에서 제시되는 바와 같이 상세한 설명 및 예시적인 실시예들의 예들을 기초로 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 알려질 것이다. 도 8 - 도 10의 특정 스위치들에 대한 참조들은 도 3의 스위치 브리지(300) 내의 대응하는 스위치들에 대한 참조들이다.
도 8을 참조하면, 모터에 구동 및 코스팅 전류를 제공하는 스위칭 사이클에 대한 스위치 타이밍의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 스위칭 사이클(800)은 도 2의 스위치 브리지(202) 내의 또는 도 3의 스위치 브리지(300) 내의 스위치들을 제어하기 위해 스위치 제어기(206)로 구현되는 스위칭 사이클(224)의 한 구현의 일례일 수도 있다.
스위칭 사이클(800)은 삼각파(802)에 관해 정의될 수도 있다. 삼각파(802)의 주파수는 스위칭 사이클(800)의 주파수를 정의할 수도 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 스위치 브리지 내의 스위치들이 모터 제어기에 정의된 대로, 각각의 스위칭 사이클 동안 개방 및 폐쇄되어 모터의 권선들에 원하는 구동, 코스팅 및 회생 전류를 제공할 수 있다. 따라서 삼각파(802)의 주파수는 또한 스위치 브리지 내의 스위치들의 스위칭 주파수를 정의할 수도 있다. 삼각파(802)의 주파수 그리고 이에 따라 스위칭 사이클(800)의 주파수는 임의의 적절한 방식으로 선택될 수 있다.
이 예에서, 삼각파(802)에 대한 라인(804)의 포지션은 스위칭 사이클(800) 동안 스위치 브리지 내의 스위치 AH의 스위칭 타이밍을 정의할 수도 있다. 예를 들어, 스위치 AH는 포인트(808)에서 폐쇄될 수 있는데, 여기서 삼각파(802)는 하강하고 있고 라인(804)을 가로지른다. 스위치 AH는 포인트(810)에서 개방될 수 있는데, 여기서 삼각파(802)는 상승하고 있고 라인(804)을 가로지른다. 마찬가지로, 삼각파(802)에 대한 라인(806)의 포지션은 스위칭 사이클(800) 동안 스위치 브리지 내의 스위치 BL의 스위칭 타이밍을 정의할 수도 있다. 예를 들어, 스위치 BL은 포인트(812)에서 개방될 수 있는데, 여기서 삼각파(802)는 하강하고 있고 라인(806)을 가로지른다. 스위치 BL은 포인트(814)에서 폐쇄될 수 있는데, 여기서 삼각파(802)는 상승하고 있고 라인(806)을 가로지른다.
알게 되는 바와 같이, 삼각파(802)에 대한 라인(804) 및 라인(806)의 포지션들은 각각의 스위칭 사이클 동안 얼마나 오랜 시간 스위치 브리지가 모터의 권선들에서 전류를 구동, 코스팅 또는 회생하도록 구성되는지를 정의할 수도 있다. 따라서 삼각파(802)에 대한 라인(804) 및 라인(806)의 포지션들은 모터 권선들에서 원하는 전류를 달성하기에 적절하게 모터 제어기에 의해 조정될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 삼각파(802)에 대한 라인(804) 및 라인(806)의 포지션들은 도 2의 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214)과 같은 피드백 제어기로부터의 출력에 응답하여 조정될 수도 있다.
이 예에서, 스위칭 사이클(800)의 완전한 주기는 t1 시점에서 t6 시점까지 이어질 수 있다. t1 시점에서 t2 시점까지의 시간 기간(816) 동안, 스위치 브리지 내의 스위치 BL은 폐쇄되고 스위치 브리지 내의 스위치 AH는 개방된다. 따라서 시간 기간(816) 동안, 스위치 브리지는 도 6에 예시된 것과 같이 전류를 코스팅하도록 구성될 수 있다. t2 시점에서는 스위치 AH가 폐쇄된다. t2 시점에서부터 t3 시점까지의 시간 기간(818) 동안에는, 스위치 BL과 스위치 AH 모두가 폐쇄된다. 따라서 시간 기간(818) 동안, 스위치 브리지는 도 4에 예시된 것과 같이 전류를 구동하도록 구성될 수 있다.
t3 시점에는 스위치 BL이 개방된다. t3 시점에서부터 t4 시점까지의 시간 기간(820) 동안, 스위치 BL은 개방되고 스위치 AH는 폐쇄된다. 따라서 시간 기간(820) 동안, 스위치 브리지는 도 5에 예시된 것과 같이 전류를 코스팅하도록 구성될 수 있다. t4 시점에서는, 스위치 BL이 다시 폐쇄된다. t4 시점에서부터 t5 시점까지의 시간 기간(822) 동안에는, 스위치 BL과 스위치 AH 모두가 폐쇄되고 스위치 브리지는 다시 시간 기간(818)에서와 같이 구동하도록 구성된다. t5 시점에서, 스위치 AH는 개방된다. t5 시점에서부터 t6 시점까지의 시간 기간(824) 동안, 스위치 BL은 폐쇄되고 스위치 AH는 개방되며 스위치 브리지는 다시 시간 기간(816)에서와 같이 코스팅하도록 구성된다.
이 예에서, 스위치 브리지는 스위칭 사이클(800) 동안의 시간의 대략 1/2 동안 전류를 구동하도록 구성된다. 스위칭 사이클(800) 동안의 시간의 다른 1/2 동안 스위치 브리지는 코스팅하도록 구성된다. 따라서 예를 들어, 제한 없이, 스위칭 사이클(800)에 대한 듀티 사이클은 50% 듀티 사이클 또는 +50% 듀티 사이클로 지칭될 수도 있다.
피드백 제어기로부터의 출력은 스위치 브리지 내의 스위치들의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의할 수도 있다. 이 경우, 예를 들어, 제한 없이, 스위치 브리지 내의 스위치들은 피드백 제어기로부터의 0.5의 출력 값에 응답하여 스위칭 사이클(800)에 대해 설명한 바와 같이 제어될 수 있다.
도 9를 참조하면, 모터에 코스팅 전류만을 제공하는 스위칭 사이클에 대한 스위치 타이밍의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 스위칭 사이클(900)은 도 2의 스위치 브리지(202) 내의 또는 도 3의 스위치 브리지(300) 내의 스위치들을 제어하기 위해 스위치 제어기(206)로 구현되는 스위칭 사이클(224)의 한 구현의 일례일 수도 있다.
이 예에서는, 스위치 브리지 내의 스위치 AH의 스위칭 타이밍을 정의하는 라인(804) 및 스위치 브리지 내의 스위치 BL의 스위칭 타이밍을 정의하는 라인(806) 모두가 삼각파(802)의 피크들 사이의 중간에 포지셔닝된다. 이 경우, 스위칭 사이클(900) 동안 스위치 AH가 폐쇄되는 것과 동시에 스위치 BL이 개방되고 스위치 BL이 폐쇄되는 것과 동시에 스위치 AH가 개방된다. 각각의 스위치 AH 및 BL은 스위칭 사이클(900)의 주기 동안 한 번 개방 및 폐쇄된다.
따라서 이 예에서는, 스위칭 사이클(900) 동안의 시간의 대략 1/2 동안 스위치 BL은 폐쇄되고 스위치 AH는 개방된다. 이 시간 동안, 스위치 브리지는 도 6에 예시된 것과 같이 전류를 코스팅하도록 구성될 수 있다. 스위칭 사이클(900) 동안의 시간의 다른 1/2 동안 스위치 BL은 개방되고 스위치 AH는 폐쇄된다. 이 시간 동안, 스위치 브리지는 도 5에 예시된 것과 같이 전류를 코스팅하도록 구성될 수 있다.
이와 같이 스위치 브리지는 스위칭 사이클(900) 동안의 거의 모든 시간 동안 전류를 코스팅하도록 구성된다. 따라서 예를 들어, 제한 없이, 스위칭 사이클(900)에 대한 듀티 사이클은 0% 듀티 사이클로 지칭될 수도 있다. 피드백 제어기로부터의 출력은 스위치 브리지 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의할 수도 있다. 이 경우, 예를 들어, 제한 없이, 스위치 브리지 내의 스위치들은 피드백 제어기로부터의 0의 출력 값에 응답하여 스위칭 사이클(900)에 대해 설명한 바와 같이 제어될 수 있다.
도 10을 참조하면, 모터에 코스팅 및 회생 전류를 제공하는 스위칭 사이클에 대한 스위치 타이밍의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 스위칭 사이클(1000)은 도 2의 스위치 브리지(202) 내의 또는 도 3의 스위치 브리지(300) 내의 스위치들을 제어하기 위해 스위치 제어기(206)로 구현되는 스위칭 사이클(224)의 한 구현의 다른 예일 수도 있다. 이전 예들에서와 같이, 삼각파(802)에 대한 라인들(804, 806)의 포지션들은 스위칭 사이클(1000) 동안 스위치 브리지 내의 스위치 AH 및 스위치 BL의 스위칭 타이밍을 각각 정의할 수도 있다.
이 예에서, 스위칭 사이클(1000)의 완전한 주기는 t1 시점에서 t5 시점까지 이어질 수 있다. t1 시점에서 t2 시점까지의 시간 기간(1002) 동안, 스위치 브리지 내의 스위치 BL은 폐쇄되고 스위치 브리지 내의 스위치 AH는 개방된다. 따라서 시간 기간(1002) 동안 스위치 브리지는 도 6에 예시된 것과 같이 전류를 코스팅하도록 구성될 수 있다. 삼각파(802)가 하강하고 있고 라인(806)을 가로지를 때, t2 시점에서 스위치 BL이 개방된다.
t2 시점에서부터 t3 시점까지의 시간 기간(1004) 동안에는, 스위치 BL과 스위치 AH 모두가 개방된다. 따라서 시간 기간(1004) 동안 스위치 브리지는 도 7에 예시된 것과 같이 전류를 회생하도록 구성될 수 있다. 삼각파(802)가 하강하고 있고 라인(804)을 가로지를 때, t3 시점에서 스위치 AH가 폐쇄된다. t3 시점에서부터 t4 시점까지의 시간 기간(1006) 동안, 스위치 BL은 개방되고 스위치 AH는 폐쇄된다. 따라서 시간 기간(1006) 동안 스위치 브리지는 도 5에 예시된 것과 같이 전류를 코스팅하도록 구성될 수 있다. t4 시점에서, 삼각파(802)가 상승하고 있고 라인(804)을 가로지를 때 스위치 AH가 개방된다. t4 시점에서부터 t5 시점까지의 시간 기간(1008) 동안, 스위치 BL과 스위치 AH 모두가 개방되고 스위치 브리지는 다시 시간 기간(1004)에서와 같이 회생하도록 구성된다.
이 예에서, 스위치 브리지는 스위칭 사이클(1000) 동안의 시간의 대략 1/2 동안 전류를 회생하도록 구성된다. 스위칭 사이클(1000) 동안의 시간의 다른 1/2 동안, 스위치 브리지는 코스팅하도록 구성된다. 회생 전류는 모터에서의 구동 전류와 반대 방향이다. 따라서 예를 들어, 제한 없이, 스위칭 사이클(1000)에 대한 듀티 사이클은 -50% 듀티 사이클로 지칭될 수도 있다.
피드백 제어기로부터의 출력은 스위치 브리지의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의할 수도 있다. 이 경우, 예를 들어, 제한 없이, 스위치 브리지 내의 스위치들은 피드백 제어기로부터의 -0.5의 출력 값에 응답하여 스위칭 사이클(1000)에 대해 설명한 바와 같이 제어될 수 있다.
도 11을 참조하면, 모터에 회생 전류만을 제공하는 스위칭 사이클에 대한 스위치 타이밍의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 스위칭 사이클(1100)은 도 2의 스위치 브리지(202) 또는 도 3의 스위치 브리지(300) 내의 스위치들을 제어하기 위해 스위치 제어기(206)로 구현되는 스위칭 사이클(224)의 한 구현의 다른 예일 수도 있다.
도 8 - 도 10의 예시적인 스위칭 사이클들은 제 1 동작 사분면에서 동작하는 모터의 한 세트의 권선들에서의 전류를 제어하기 위한 것이다. 반면, 스위칭 사이클(1100)은 모터가 제 4 동작 사분면에서 동작하고 있을 때 모터의 동일한 세트의 권선들에서의 전류를 제어하기 위한 스위칭 사이클의 일례이다.
제 4 동작 사분면에서 구동, 코스팅 및 회생을 위한 권선들에서의 전류들의 방향들은 제 1 동작 사분면에서 구동, 코스팅 및 회생을 위한 권선들에서의 전류들의 방향들과 반대일 수도 있다. 따라서 스위칭 사이클 동안 제 4 동작 사분면에서 제어되는 스위치 브리지 내의 스위치들은, 제 1 사분면에서의 모터 동작을 위한 전류들에 대해 반대 방향인, 제 4 사분면에서의 모터 동작을 위해 원하는 구동, 코스팅 및 회생 전류들을 제공하도록 스위칭 사이클 동안 제 1 동작 사분면에서 제어되는 스위치 브리지 내의 스위치들과 다를 수도 있다.
예를 들어, 도 8 - 도 10에서 스위치 브리지 내의 스위치 AH 및 스위치 BL은 스위칭 사이클 동안 제 1 사분면에서 동작하는 모터에 대해 모터 권선들의 전류를 제어하도록 제어된다. 반면, 스위치 브리지 내의 스위치 AL 및 스위치 BH는 스위칭 사이클(1100) 동안 제 4 사분면에서 동작하는 모터에 대해 동일한 권선들의 전류를 제어하도록 제어된다.
이 예에서, 삼각파(802)에 대한 라인(1104)의 포지션은 스위칭 사이클(1100) 동안 스위치 브리지 내의 스위치 AL의 스위칭 타이밍을 정의할 수도 있다. 예를 들어, 스위치 AL은 삼각파(802)가 하강하고 있고 라인(1104)을 가로지를 때 폐쇄될 수 있고 삼각파(802)가 상승하고 있고 라인(1104)을 가로지를 때 개방될 수 있다. 마찬가지로, 삼각파(802)에 대한 라인(1106)의 포지션은 스위칭 사이클(1100) 동안 스위치 브리지 내의 스위치 BH의 스위칭 타이밍을 정의할 수도 있다. 예를 들어, 스위치 BH는 삼각파(802)가 올라가고 있고 라인(1106)을 가로지를 때 폐쇄될 수 있고 삼각파(802)가 하강하고 있고 라인(1106)을 가로지를 때 개방될 수 있다.
따라서 삼각파(802)에 대한 라인(1104) 및 라인(1106)의 포지션들은 각각의 스위칭 사이클 동안 얼마나 오랜 시간 스위치 브리지가 모터의 권선들에서 전류를 구동, 코스팅 또는 회생하도록 구성되는지를 정의할 수도 있다. 따라서 삼각파(802)에 대한 라인(1104) 및 라인(1106)의 포지션들은 모터 권선들에서 원하는 전류를 달성하기에 적절하게 모터 제어기에 의해 조정될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 삼각파(802)에 대한 라인(1104) 및 라인(1106)의 포지션들은 도 2의 피드백 제어기(204)로부터의 출력(214)과 같은 피드백 제어기로부터의 출력에 응답하여 조정될 수도 있다.
이 예에서, 라인(1104) 및 라인(1106)은 삼각파(802)가 결코 라인들(1104, 1106)을 가로지르지 않도록 삼각파(802)의 정반대 편 피크들에 포지셔닝된다. 이 경우, 스위치 AL 및 스위치 BH는 스위칭 사이클(1100) 내내 둘 다 계속 개방되어 있을 수도 있다. 따라서 스위치 브리지는 전체 스위칭 사이클(1100) 동안 모터 권선들에서 회생 전류만을 제공하도록 구성될 수 있다.
제 4 동작 사분면에서의 모터의 동작 동안의 모터 권선들의 전류들은 제 1 동작 사분면에서의 모터의 동작 동안의 모터 권선들의 전류들과는 반대 방향이다. 따라서 제 4 동작 사분면에서의 모터의 동작 동안 권선들에서의 회생 전류는 제 1 동작 사분면에서의 모터의 동작 동안 권선들에서의 구동 전류와 동일한 방향이다. 따라서 예를 들어, 제한 없이, 스위치 브리지가 스위칭 사이클(1100)의 거의 모든 시간 동안 모터 권선들의 전류를 회생하도록 구성되는 스위칭 사이클(1100)에 대한 듀티 사이클은 100% 듀티 사이클로 지칭될 수도 있다.
피드백 제어기로부터의 출력은 스위치 브리지 내의 스위치들의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의할 수도 있다. 이 경우, 예를 들어, 제한 없이, 스위치 브리지 내의 스위치들은 피드백 제어기로부터의 1의 출력 값에 응답하여 제 4 동작 사분면에서의 모터의 동작 중에 스위칭 사이클(1100)에 대해 설명한 바와 같이 제어될 수 있다.
도 12를 참조하면, 모터의 동작 사분면들의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 모터의 동작 사분면들(1200)은 도 1의 모터(101)의 동작 사분면들의 예들일 수도 있다. 동작 사분면들(1200)은 모터의 회전율 및 모터 권선들의 전류에 관해 정의될 수도 있다.
이 예에서, 모터의 회전율은 수평 축(1202)에 관해 식별된다. 예를 들어, 제한 없이, 모터의 회전율은 분당 회전수(RPM: revolutions per minute)로, 또는 로터가 얼마나 빠르게 회전하고 있는지를 나타내기 위한 임의의 다른 적절한 단위들을 사용하여 표현되는 로터의 속도일 수도 있다.
수평 축(1202) 상의 포인트(1206)에서의 모터의 회전율은 0이다. 따라서 수평 축(1202) 상의 포인트(1206)는 어느 방향으로도 모터의 회전이 없음에 대응한다.
수평 축(1202) 상의 포인트(1206)의 오른쪽으로의 포인트들은 제 1 회전 방향으로의 모터의 회전에 대응한다. 수평 축(1202) 상의 포인트(1206)의 더 오른쪽으로의 포인트들은 제 1 회전 방향으로의 모터의 더 빠른 회전에 대응한다. 예를 들어, 제한 없이, 수평 축(1202) 상의 포인트(1206)의 오른쪽으로의 포인트들은 시계 방향으로의 모터의 회전에 대응한다. 수평 축(1202) 상의 포인트(1206)의 오른쪽으로의 포인트들은 양수들로 식별될 수도 있다. 따라서 제 1 회전 방향으로의 모터의 회전은 양의 회전으로 지칭될 수도 있다.
수평 축(1202) 상의 포인트(1206)의 왼쪽으로의 포인트들은 제 2 회전 방향으로의 모터의 회전에 대응한다. 수평 축(1202) 상의 포인트(1206)의 더 왼쪽으로의 포인트들은 제 2 회전 방향으로의 모터의 더 빠른 회전에 대응한다. 제 2 회전 방향은 제 1 회전 방향에 대한 반대 회전 방향으로 지칭될 수도 있다.
마찬가지로, 제 1 회전 방향은 제 2 회전 방향에 대한 반대 회전 방향으로 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 수평 축(1202) 상의 포인트(1206)의 왼쪽으로의 포인트들은 반시계 방향으로의 모터의 회전에 대응한다. 수평 축(1202) 상의 포인트(1206)의 왼쪽으로의 포인트들은 음수들로 식별될 수도 있다. 따라서 제 2 회전 방향으로의 모터의 회전은 음의 회전으로 지칭될 수도 있다.
이 예에서, 모터의 권선들에서의 전류는 수직 축(1207)에 관해 식별된다. 예를 들어, 제한 없이, 모터 권선들의 전류는 임의의 적절한 전류 단위들을 사용하여 식별될 수도 있다. 모터에 의해 발생되는 토크의 방향 및 크기는 직접적으로, 모터 권선들의 전류의 방향 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 따라서 모터 권선들의 전류는 또한 임의의 적절한 토크 단위들을 사용하여 식별될 수도 있다. 이 경우, 모터에 의해 발생되는 토크는 수직 축(1207)에 관해 식별될 수도 있고 동작 사분면들(1200)은 모터의 회전율 및 모터에 의해 발생되는 토크에 관해 정의될 수도 있다.
수직 축(1207) 상의 포인트(1206)에서의 모터 권선들의 전류 및 모터에 의해 발생되는 토크는 0이다. 따라서 수직 축(1207) 상의 포인트(1206)는 어느 방향으로도 모터 권선들에 전류가 없음 그리고 어느 방향으로도 모터에 의해 발생되는 토크가 없음에 대응한다.
수직 축(1207) 상의 포인트(1206) 위의 포인트들은 제 1 전류 방향으로의 모터 권선들의 전류 및 제 1 회전 방향으로의 모터에 의해 발생되는 토크에 대응한다. 수직 축(1207) 상의 포인트(1206) 더 위의 포인트들은 제 1 전류 방향으로의 더 큰 크기들의 전류 및 제 1 회전 방향으로의 더 큰 토크에 대응한다. 예를 들어, 제한 없이, 수직 축(1207) 상의 포인트(1206) 위의 포인트들은 시계 방향으로의 토크에 대응할 수도 있다. 수직 축(1207) 상의 포인트(1206) 위의 포인트들은 양수들로 식별될 수도 있다. 따라서 제 1 전류 방향으로의 전류는 양전류 또는 양의 방향으로의 전류로 지칭될 수도 있고, 제 1 회전 방향으로의 토크는 양의 토크로 지칭될 수도 있다.
수직 축(1207) 상의 포인트(1206) 아래의 포인트들은 제 2 전류 방향으로의 모터 권선들의 전류 및 제 2 회전 방향으로의 모터에 의해 발생되는 토크에 대응한다. 수직 축(1207) 상의 포인트(1206) 더 위의 포인트들은 제 2 전류 방향으로의 더 큰 크기들의 전류 및 제 2 회전 방향으로의 더 큰 토크에 대응한다. 제 2 전류 방향은 제 1 전류 방향에 대한 반대 전류 방향으로 지칭될 수도 있다.
마찬가지로, 제 1 전류 방향은 제 2 전류 방향에 대한 반대 전류 방향으로 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 수직 축(1207) 상의 포인트(1206) 아래의 포인트들은 반시계 방향으로의 토크에 대응할 수도 있다. 수직 축(1207) 상의 포인트(1206) 아래의 포인트들은 음수들로 식별될 수도 있다. 따라서 제 2 전류 방향으로의 전류는 음전류 또는 음의 방향으로의 전류로 지칭될 수도 있고, 제 2 회전 방향으로의 토크는 음의 토크로 지칭될 수도 있다.
모터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 모터의 권선들에서의 전류가 제 1 전류 방향이어서 제 1 회전 방향으로의 토크를 발생시킬 때 모터는 사분면 1(1208)에서 동작하고 있을 수도 있다. 따라서 이 예에서, 사분면 1(1208)에서의 모터의 동작은 양의 회전, 양전류 및 양의 토크로 특성화될 수 있다.
모터가 제 2 회전 방향으로 회전하고 있고 모터의 권선들에서의 전류가 제 1 전류 방향이어서 제 1 회전 방향으로의 토크를 발생시킬 때 모터는 사분면 2(1210)에서 동작하고 있을 수도 있다. 따라서 이 예에서, 사분면 2(1210)에서의 모터의 동작은 음의 회전, 양전류 및 양의 토크로 특성화될 수 있다.
모터가 제 2 회전 방향으로 회전하고 있고 모터의 권선들에서의 전류가 제 2 전류 방향이어서 제 2 회전 방향으로의 토크를 발생시킬 때 모터는 사분면 3(1212)에서 동작하고 있을 수도 있다. 따라서 이 예에서, 사분면 3(1212)에서의 모터의 동작은 음의 회전, 음전류 및 음의 토크로 특성화될 수 있다.
모터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 모터의 권선들에서의 전류가 제 2 전류 방향이어서 제 2 회전 방향으로의 토크를 발생시킬 때 모터는 사분면 4(1214)에서 동작하고 있을 수도 있다. 따라서 이 예에서, 사분면 4(1214)에서의 모터의 동작은 양의 회전, 음전류 및 음의 토크로 특성화될 수 있다.
사분면 1(1208)과 사분면 3(1212)에서 모터 권선들의 전류는 모터의 회전 방향과 동일한 방향인 토크를 발생시킨다. 따라서 사분면 1(1208)과 사분면 3(1212)에서 모터에 의해 발생되는 토크는 모터의 회전을 지원한다. 사분면 1(1208)과 사분면 3(1212)에서의 모터의 동작은 트랙션으로 지칭될 수도 있다. 사분면 1(1208)과 사분면 3(1212)에서 동작하는 모터의 회전 방향들은 반전된다. 따라서 사분면 3(1212)은 사분면 1(1208)에 대한 역 트랙션 동작 사분면으로 지칭될 수도 있다. 사분면 1(1208)은 사분면 3(1212)에 대한 역 트랙션 동작 사분면으로 지칭될 수도 있다.
사분면 2(1210)와 사분면 4(1214)에서, 모터 권선들의 전류는 모터의 회전 방향과 반대 방향인 토크를 발생시킨다. 따라서 사분면 2(1210)와 사분면 4(1214)에서, 모터에 의해 발생되는 토크는 모터의 회전을 방해한다. 사분면 2(1210)와 사분면 4(1214)에서의 모터의 동작은 제동으로 지칭될 수도 있다.
일례로, 라인(1216)은 모터가 여러 동작 사분면들(1200)에서 동작될 때 모터의 변화하는 회전율, 권선 전류 및 토크를 예시한다. 모터의 동작은 사분면 1(1208)에서 시작될 수 있다. 라인 세그먼트(1218)는 양의 방향에서 모터 권선들의 전류의 초기의 비교적 큰 증가를 나타낸다. 전류의 이러한 비교적 큰 증가는 제 1 회전 방향에서 토크의 대응하는 큰 증가를 발생시켜, 모터로 하여금 제 1 회전 방향으로의 회전을 시작하게 한다.
라인 세그먼트(1220)는 제 1 회전 방향으로의 모터의 회전율을 원하는 코스팅 속도로 가속하도록 권선들의 양전류 그리고 이에 따라 제 1 회전 방향으로의 토크가 유지될 수 있음을 나타낸다. 라인 세그먼트(1220)는 모터의 회전이 시작된 후 그리고 모터의 회전율이 원하는 코스팅 속도로 가속됨에 따라 양전류의 크기 그리고 이에 따라 제 1 회전 방향에서 발생되는 토크가 점진적으로 감소될 수 있음을 나타낸다. 라인 세그먼트(1222)는 모터의 회전율이 원하는 코스팅 속도로 유지됨에 따라 모터 권선들의 양전류의 크기 그리고 이에 따라 제 1 회전 방향에서 발생되는 토크가 더 감소될 수 있음을 나타낸다.
포인트(1224)에서, 모터의 동작이 사분면 1(1208)에서 사분면 4(1214)로 변경된다. 라인 세그먼트(1226)는 음의 방향에서 모터 권선들의 전류의 비교적 큰 증가를 나타낸다. 음전류의 이러한 비교적 큰 증가는 제 2 회전 방향에서 토크의 대응하는 큰 증가를 발생시킨다. 모터에 의해 발생되는 토크가 이제 모터의 회전을 방해하여, 모터로 하여금 제동을 시작하게 한다.
라인 세그먼트(1228)는 제 1 회전 방향으로의 모터의 회전율을 감소시키도록 권선들의 음전류 그리고 이에 따라 제 2 회전 방향으로의 토크가 유지됨을 나타낸다. 라인 세그먼트(1228)는 음전류의 크기 그리고 이에 따라 제 2 회전 방향에서 발생되는 토크가 모터의 회전율이 감소될 때의 제동 중에 점진적으로 감소될 수 있음을 나타낸다.
포인트(1230)에서, 모터의 동작은 사분면 4(1214)에서 사분면 3(1212)으로 변경된다. 포인트(1230)에서, 모터의 회전 방향은 제 1 회전 방향에서 제 2 회전 방향으로 반전된다. 라인 세그먼트(1232)는 제 2 회전 방향으로의 모터의 회전율을 가속하도록 모터 권선들의 음의 전류 그리고 이에 따라 제 2 회전 방향에서 발생되는 토크가 유지될 수 있음을 나타낸다.
도 13을 참조하면, 모터의 동작 사분면들 간의 변화들의 상태도 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 상태도(1300)는 도 12의 모터의 동작 사분면들(1200) 간의 변경들을 위한 조건들의 한 구현의 일례를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 사분면 1(1302), 사분면 2(1304), 사분면 3(1306) 및 사분면 4(1308)는 각각 도 12의 사분면 1(1208), 사분면 2(1210), 사분면 3(1212) 및 사분면 4(1214)에 대응할 수 있다.
이러한 설명적인 예에서, 제한 없이, 상태도(1300)에 도시된 모터의 동작 사분면들 간의 변경들을 위한 조건들은 도 2의 사분면 변경 식별기(228)에 의해 모터의 동작 사분면의 변경들을 식별하는 데 사용될 수 있다.
사분면 1(1302)에서 모터는 제 1 회전 방향으로 회전하고 있을 수도 있고, 모터 권선들에서의 전류 방향은 모터로 하여금 역시 제 1 회전 방향인 토크를 발생시키게 할 수도 있다. 사분면 1(1302)에서 동작하는 모터의 회전율은 양의 회전율로 지칭될 수도 있다. 사분면 1(1302)에서 모터 권선들의 전류 방향은 양전류로 지칭될 수도 있다.
전류 지시가 음으로 진행하고 피드백 제어기 출력은 회생을 표시할 때(1310) 모터의 동작은 사분면 1(1302)에서 사분면 4(1308)로 변경될 수 있다. 음으로 진행하는 전류 지시는 모터 권선들에서의 전류 방향을 양전류에서 음전류로 반전시키려는 요구를 나타낸다.
피드백 제어기 출력이 회생을 표시할 때, 스위치 브리지 내의 스위칭 디바이스들은 스위치 브리지를 회생을 위해 구성하여 모터 권선들에서의 어떠한 잔류 양전류도 0으로 감소시키도록 제어될 수 있다. 피드백 제어기로부터의 출력이 스위치 브리지의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의하는 위에서 설명한 예에서, 이 경우에 회생을 나타내는 피드백 제어기 출력은 음의 값으로 진행하는 피드백 제어기 출력으로 표시될 수 있다.
사분면 4(1308)에서, 모터는 제 1 회전 방향으로 회전하고 있을 수도 있지만, 모터 권선들에서의 전류 방향은 이제 모터로 하여금 제 1 회전 방향과는 반대인 제 2 회전 방향으로 제동 토크를 발생시키게 한다. 사분면 4(1308)에서 동작하는 모터의 회전율은 사분면 1(1302)에서와 같이 양의 회전율로 지칭될 수도 있다. 사분면 4(1308)에서 모터 권선들의 전류 방향은 사분면 1(1302)에서의 전류와 반대 방향이며, 따라서 음전류로 지칭될 수도 있다.
전류 지시가 양으로 진행하고 피드백 제어기 출력은 모터링을 표시할 때(1312) 모터의 동작은 사분면 4(1308)에서 다시 사분면 1(1302)로 변경될 수 있다. 양으로 진행하는 전류 지시는 모터 권선들에서의 전류 방향을 음전류에서 다시 양전류로 반전시키려는 요구를 나타낸다.
피드백 제어기 출력이 회생을 표시할 때, 스위치 브리지 내의 스위칭 디바이스들은 스위치 브리지를 회생을 위해 구성하여 모터 권선들에서의 어떠한 잔류 음전류도 0으로 감소시키도록 제어될 수 있다. 피드백 제어기로부터의 출력이 스위치 브리지의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의하는 위에서 설명한 예에서, 이 경우에 회생을 나타내는 피드백 제어기 출력은 양의 값으로 진행하는 피드백 제어기 출력으로 표시될 수 있다.
회전율이 음으로 진행할 때(1314) 모터의 동작은 사분면 4(1308)에서 사분면 3(1306)으로 변경될 수 있다. 음으로 진행하는 회전율은 제 1 회전 방향에서 제 1 회전 방향과는 반대인 제 2 회전 방향으로의 모터의 회전 방향 변경을 나타낸다.
사분면 3(1306)에서, 모터는 제 2 회전 방향으로 회전하고 있을 수도 있고, 모터 권선들에서의 전류 방향은 모터로 하여금 역시 제 2 회전 방향인 토크를 발생시키게 할 수도 있다. 사분면 3(1306)에서 동작하는 모터의 회전율은 음의 회전율로 지칭될 수도 있다. 사분면 3(1306)에서의 모터 권선들의 전류 방향은 음전류로 지칭될 수도 있다.
전류 지시가 양으로 진행하고 피드백 제어기 출력은 회생을 표시할 때(1316) 모터의 동작은 사분면 3(1306)에서 사분면 2(1304)로 변경될 수 있다. 양으로 진행하는 전류 지시는 모터 권선들에서의 전류 방향을 음전류에서 양전류로 반전시키려는 요구를 나타낸다.
피드백 제어기 출력이 회생을 표시할 때, 스위치 브리지 내의 스위칭 디바이스들은 스위치 브리지를 회생을 위해 구성하여 모터 권선들에서의 어떠한 잔류 음전류도 0으로 감소시키도록 제어될 수 있다. 피드백 제어기로부터의 출력이 스위치 브리지 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의하는 위에서 설명한 예에서, 이 경우에 회생을 나타내는 피드백 제어기 출력은 양의 값으로 진행하는 피드백 제어기 출력으로 표시될 수 있다.
사분면 2(1304)에서, 모터는 제 2 회전 방향으로 회전하고 있을 수도 있지만, 모터 권선들에서의 전류 방향은 이제 모터로 하여금 제 2 회전 방향과는 반대인 제 1 회전 방향으로 제동 토크를 발생시키게 한다. 사분면 2(1304)에서 동작하는 모터의 회전율은 사분면 3(1306)에서와 같이 음의 회전율로 지칭될 수도 있다. 사분면 2(1304)에서의 모터 권선들의 전류 방향은 사분면 3(1306)에서의 전류와 반대 방향이며, 따라서 양전류로 지칭될 수도 있다.
전류 지시가 음으로 진행하고 피드백 제어기 출력은 모터링을 표시할 때(1318) 모터의 동작은 사분면 2(1304)에서 다시 사분면 3(1306)으로 변경될 수 있다. 음으로 진행하는 전류 지시는 모터 권선들에서의 전류 방향을 양전류에서 다시 음전류로 반전시키려는 요구를 나타낸다.
피드백 제어기 출력이 회생을 표시할 때, 스위치 브리지 내의 스위칭 디바이스들은 스위치 브리지를 회생을 위해 구성하여 모터 권선들에서의 어떠한 잔류 양전류도 0으로 감소시키도록 제어될 수 있다. 피드백 제어기로부터의 출력이 스위치의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의하는 위에서 설명한 예에서, 이 경우에 회생을 나타내는 피드백 제어기 출력은 음의 값으로 진행하는 피드백 제어기 출력으로 표시될 수 있다.
회전율이 양으로 진행할 때(1320) 모터의 동작은 사분면 2(1304)에서 사분면 1(1302)로 변경될 수 있다. 양으로 진행하는 회전율은 제 2 회전 방향에서 다시 제 2 회전 방향과는 반대인 제 1 회전 방향으로의 모터의 회전 방향 변경을 나타낸다.
이 예에서는, 모터의 회전 방향이 변경되지 않는 한, 인접한 트랙션 동작 사분면들과 제동 동작 사분면들 간의 왔다갔다하는 변경들이 가능하다. 이러한 변경들에서, 사분면 변경들 사이에서 모터 권선들에서의 전류 방향은 변경되지만 모터의 회전 방향은 변경되지 않는다. 그러나 이 예에서는, 현재 동작 사분면에서의 모터의 회전 방향이 바로 이전 동작 사분면에서의 모터의 회전 방향으로부터 반전된다면, 바로 이전 동작 사분면으로 바로 다시 변경하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 이 경우에, 모터의 동작은 다른 동작 사분면들을 거쳐 다시 모터의 회전 방향을 반전시키도록 변경될 수도 있다.
즉, 모터의 동작 사분면들 간의 변경들은 상태도(1300)의 예에서는 일반적으로 시계 방향이다. 어떤 경우들에는, 동작 사분면들 간의 변경이 반시계 방향일 수도 있다. 예를 들어, 사분면 1(1302)에서의 제 1 회전 방향으로의 트랙션에서 사분면 4(1308)에서의 제 1 회전 방향으로의 제동으로의 변경 뒤에, 다시 사분면 1(1302)에서의 제 1 회전 방향으로의 트랙션으로의 변경이 이어질 수도 있다. 마찬가지로, 사분면 3(1306)에서의 제 2 회전 방향으로의 트랙션에서 사분면 2(1304)에서의 제 2 회전 방향으로의 제동으로의 변경 뒤에, 다시 사분면 3(1306)에서의 제 2 회전 방향으로의 트랙션으로의 변경이 이어질 수 있다.
그러나 모터의 동작이 사분면 4(1308)에서의 제 1 회전 방향으로의 회전에서 사분면 3(1306)에서의 제 2 회전 방향으로의 회전으로 변경되었다면, 사분면 1(1302)에서의 제 1 회전 방향으로의 회전으로 돌아가기 위한 유일한 방법은 사분면 2(1304)로의 변경을 거치는 것이다. 마찬가지로, 모터의 동작이 사분면 2(1304)에서의 제 2 회전 방향으로의 회전에서 사분면 1(1302)에서의 제 1 회전 방향으로의 회전으로 변경되었다면, 사분면 3(1306)에서의 제 2 회전 방향으로의 회전으로 돌아가기 위한 유일한 방법은 사분면 4(1308)로의 변경을 거치는 것이다.
상태도(1300)에서 사분면 1(1302), 사분면 4(1308) 그리고 사분면 3(1306) 사이의 변경들은 상태도(1300)에서 사분면 3(1306), 사분면 2(1304) 그리고 사분면 1(1302) 사이의 변경들의 역이라는 점이 주목될 수 있다. 즉, 상태도(1300)에서 사분면 1(1302), 사분면 4(1308) 그리고 사분면 3(1306) 사이의 변경들과 상태도(1300)에서 사분면 3(1306), 사분면 2(1304) 그리고 사분면 1(1302) 사이의 변경들은, 전류 방향들 및 회전 방향들이 동작 사분면들 간의 이러한 두 세트들의 변경들로 반전된다는 점을 제외하면 실질적으로 동일하다.
사분면 1(1302)에서 사분면 4(1308)로의 모터의 동작 사분면 변경은 제 1 사분면 변경으로 지칭될 수도 있다. 이 경우에, 사분면 4(1308)에서 다시 사분면 1(1302)로의 모터의 동작 사분면 변경은 제 2 사분면 변경으로 지칭될 수도 있다. 대안으로, 사분면 4(1308)에서 사분면 3(1306)으로의 모터의 동작 사분면 변경이 제 2 사분면 변경으로 지칭될 수도 있다. 마찬가지로, 사분면 3(1306)에서 사분면 2(1304)로의 모터의 동작 사분면 변경이 제 1 사분면 변경으로 지칭될 수도 있다. 이 경우에, 사분면 2(1304)에서 다시 사분면 3(1306)으로 모터의 동작 사분면 변경은 제 2 사분면 변경으로 지칭될 수도 있다. 대안으로, 사분면 2(1304)에서 사분면 1(1302)로의 모터의 동작 사분면 변경이 제 2 사분면 변경으로 지칭될 수도 있다.
도 14를 참조하면, 모터의 동작 사분면을 변경하도록 브러시리스 DC 모터의 전류를 제어하기 위한 프로세스의 흐름도의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 도시된 바와 같이, 프로세스(1400)는 도 2의 사분면 변경 제어기(208)로 구현되는 프로세스의 일례일 수도 있다.
모터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 모터 권선들의 전류는 역시 제 1 회전 방향인 토크를 모터에 발생시키기 위해 제 1 전류 방향인 트랙션 동작 사분면에서 모터가 동작하는 것으로 프로세스(1400)가 시작될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 프로세스(1400)는 모터가 도 12의 사분면 1(1208)에서 또는 도 13의 사분면 1(1302)에서 동작하는 것으로 시작될 수도 있다.
모터의 동작 사분면이 트랙션 동작 사분면에서 제동 동작 사분면으로 변경되어야 하는지 여부가 결정될 수 있다(단계 1402). 예를 들어, 모터 권선들에서의 전류 방향이 반전되어야 함을 나타내는 전류 지시 및 모터에 대한 스위치 브리지 내의 스위칭 디바이스들이 모터 권선들의 현재 전류를 회생하기 위해 스위치 브리지를 구성하도록 제어될 수 있음을 나타내는, 모터에 대한 피드백 제어기로부터의 출력에 응답하여 트랙션 동작 사분면에서 제동 동작 사분면으로의 변경이 식별될 수도 있다.
예를 들어, 제한 없이, 모터 권선들에서의 전류 방향이 반전되어야 함을 나타내는 전류 지시는 모터 권선들에서의 양전류를 요구하는 것에서 모터 권선들에서의 음전류를 요구하는 전류 지시로의 전류 지시 변경으로 표시될 수도 있다. 피드백 제어기로부터의 출력이 스위치 브리지 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의하는 위에서 설명한 예에서, 이 경우에 스위치 브리지가 회생을 위해 구성됨을 나타내는 피드백 제어기 출력은 음의 값으로 진행하는 피드백 제어기 출력으로 표시될 수 있다. 모터의 동작 사분면이 트랙션 동작 사분면에서 제동 동작 사분면으로 변경되지 않아야 한다는 결정에 응답하여 단계 1402가 반복될 수도 있다.
모터의 동작 사분면이 트랙션 동작 사분면에서 제동 동작 사분면으로 변경되어야 한다는 결정에 응답하여, 모터의 권선들에서 전류를 제어하도록 제어될 스위치 브리지 내의 스위치들이 모터 권선들에서의 전류 방향을 반전시키도록 선택될 수 있다(단계 1404). 다음에, 회생을 위해 스위치 브리지를 구성하도록 스위치 브리지 내의 스위치들이 개방될 수 있다(단계 1406). 전체 스위칭 사이클 동안 회생을 위해 스위치 브리지를 구성하도록 피드백 제어기의 출력이 스위치 브리지 내의 스위치들을 개방으로 유지하도록 설정될 수 있다(단계 1408).
단계들(1406, 1408)은 동일한 동작의 부분들로서 또는 개별 동작들로서 수행될 수도 있다. 피드백 제어기로부터의 출력이 스위치 브리지의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의하는 위에서 설명한 예에서, 이 경우에 전체 듀티 사이클 동안 스위치 브리지를 회생을 위해 구성하기 위한 피드백 제어기 출력은 1로 설정될 수도 있다. 예를 들어, 도 11의 스위칭 사이클(1100)은 단계 1408에서 피드백 제어기의 출력을 설정한 결과로서 스위치 브리지 내의 스위치들에 대한 스위치 타이밍의 일례일 수도 있다. 단계 1408에서 피드백 제어기의 출력이 설정된 후, 피드백 제어기는 피드백 제어기의 출력을 조정하여 정상적인 방식으로 모터의 권선들의 전류를 제어하도록 동작하는 것이 허용될 수 있다.
단계 1408에 응답하여, 모터는 제 1 회전 방향으로 회전하고 있지만 모터 권선들의 전류는 제 1 전류 방향과는 반대인 제 2 전류 방향인 제동 동작 사분면에서 모터가 동작하고 있을 수도 있다. 제 2 전류 방향으로의 모터 권선들의 전류는 제 1 회전 방향과는 반대인 제 2 회전 방향으로 모터에 토크를 발생시킨다. 예를 들어, 제한 없이, 단계 1408에 응답하여, 모터는 도 12의 사분면 4(1214)에서 또는 도 13의 사분면 4(1308)에서 동작하고 있을 수도 있다.
다음에, 모터의 동작 사분면이 제동 동작 사분면에서 트랙션 동작 사분면으로 다시 변경될지 여부가 결정될 수 있다(단계 1410). 예를 들어, 모터 권선들에서의 전류 방향이 반전되어야 함을 나타내는 전류 지시 및 모터에 대한 스위치 브리지 내의 스위칭 디바이스들이 모터 권선들의 현재 전류를 회생하기 위해 스위치 브리지를 구성하도록 제어될 수 있음을 나타내는, 모터에 대한 피드백 제어기로부터의 출력에 응답하여, 모터가 제 1 회전 방향으로 회전하는 제동 동작 사분면에서 다시 트랙션 동작 사분면으로의 변경이 식별될 수도 있다.
예를 들어, 제한 없이, 모터 권선들에서의 전류 방향이 반전되어야 함을 나타내는 전류 지시는 모터 권선들에서의 음전류를 요구하는 것에서 모터 권선들에서의 양전류를 요구하는 전류 지시로의 전류 지시 변경으로 표시될 수도 있다. 피드백 제어기로부터의 출력이 스위치 브리지의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의하는 위에서 설명한 예에서, 이 경우에 스위치 브리지가 회생을 위해 구성됨을 나타내는 피드백 제어기 출력은 양의 값으로 진행하는 피드백 제어기 출력으로 표시될 수 있다.
모터의 동작 사분면이 제동 동작 사분면에서 트랙션 동작 사분면으로 다시 변경될 것이라는 결정에 응답하여, 모터의 권선들에서 전류를 제어하도록 제어될 스위치 브리지 내의 스위치들이, 모터가 트랙션 동작 사분면에서 제동 동작 사분면으로의 변경 이전에 트랙션 동작 사분면에서 동작하고 있었던 동안 제어되고 있었던 스위치들로 다시 변경될 수 있다(단계 1412). 모터 권선들의 전류를 제어하도록 제어될 스위치 브리지 내의 스위치들을 제동 동작 사분면으로의 변경 이전에 제어되었던 스위치들이 되도록 선택하는 것은, 모터 권선들의 전류를 제 2 전류 방향에서 다시 제 1 전류 방향으로 반전시키도록 스위치 브리지 내의 스위치들이 제어되는 결과를 야기할 것이다.
다음에, 코스팅을 위해 스위치 브리지를 구성하기 위해 스위치 브리지 내의 스위치들이 스위치 브리지를 통해 모터 권선들의 전류를 단락시키도록 제어될 수 있다(단계 1414). 피드백 제어기의 출력은 스위치 브리지 내의 스위치들을 전체 스위칭 사이클 동안 스위치 브리지를 통해 모터 권선들의 전류를 코스팅하기 위한 구성으로 유지하도록 설정될 수 있다(단계 1416).
단계들(1412, 1414)은 동일한 동작의 부분들로서 또는 개별 동작들로서 수행될 수도 있다. 피드백 제어기로부터의 출력이 스위치 브리지의 스위칭에 대해 원하는 듀티 사이클을 1 내지 -1 범위 내의 부호 있는 단일 값으로서 정의하는 위에서 설명한 예에서, 이 경우에 전체 듀티 사이클 동안 스위치 브리지를 코스팅을 위해 구성하기 위한 피드백 제어기 출력은 0으로 설정될 수도 있다. 예를 들어, 도 9의 스위칭 사이클(900)은 단계 1416에서 피드백 제어기의 출력을 설정한 결과로서 스위치 브리지 내의 스위치들에 대한 스위치 타이밍의 일례일 수도 있다. 단계 1416에서 피드백 제어기의 출력이 설정된 후, 피드백 제어기는 피드백 제어기의 출력을 조정하여 정상적인 방식으로 모터의 권선들의 전류를 제어하도록 동작하는 것이 허용될 수 있다.
단계 1416에 응답하여, 모터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 모터 권선들의 전류가 제 1 전류 방향이어서 제 1 회전 방향인 모터에 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면에서 모터가 다시 한 번 동작하고 있을 수도 있다. 다음에 프로세스는 단계 1402에서 계속될 수 있다.
단계 1410에서 동작 사분면이 모터가 제 1 회전 방향으로 회전하는 제동 동작 사분면에서 다시 모터가 제 1 동작 방향으로 회전하는 트랙션 동작 사분면으로 변경되지 않아야 한다고 결정된다면, 모터가 제 1 회전 방향으로 회전하는 제동 동작 사분면에서 모터가 제 1 회전 방향과는 반대인 제 2 회전 방향으로 회전하고 있는 트랙션 사분면으로 동작 사분면이 변경되어야 하는지 여부가 결정될 수도 있다(단계 1418). 예를 들어, 단계 1418은 제 1 회전 방향에서 제 2 회전 방향으로의 모터의 회전 방향 변경의 식별에 응답하여 제동으로부터 역회전 방향인 트랙션으로의 모터의 동작 사분면의 변경을 식별하는 단계를 포함할 수도 있다.
단계 1418에서의 제동으로부터 역회전 방향인 트랙션으로의 모터의 동작 사분면 변경의 식별에 응답하여, 모터가 제 1 회전 방향과는 반대인 제 2 회전 방향으로 회전하고 있고, 모터 권선들의 전류가 제 2 전류 방향이어서 모터에 역시 제 2 회전 방향인 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면에서 모터가 동작하고 있을 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 단계 1418에서의 제동으로부터 역회전 방향인 트랙션으로의 모터의 동작 사분면 변경의 식별에 바로 응답하여, 모터는 도 12의 사분면 3(1212)에서 또는 도 13의 사분면 3(1306)에서 동작하고 있을 수도 있다.
단계 1418에서 모터의 동작 사분면의 변경을 식별하는 것에 응답하여 프로세스(1400)가 종료될 수 있다. 프로세스(1400)는 모터의 동작 사분면이 변경되지 않을 것이라는 단계 1418에서의 결정에 응답하여 단계 1410로 돌아갈 수도 있다.
프로세스(1400)는 도 12에서 사분면 1(1208)과 사분면 4(1214) 사이에 그리고 사분면 3(1212)으로 모터의 동작을 변경하기 위한, 또는 도 13에서 사분면 1(1302)과 사분면 4(1308) 사이에 그리고 사분면 3(1306)으로 모터의 동작을 변경하기 위한 프로세스의 한 구현의 일례일 수도 있다. 도 12에서 사분면 3(1212)과 사분면 2(1210) 사이에 그리고 사분면 1(1208)로 모터의 동작을 변경하기 위해 또는 도 13에서 사분면 3(1306)과 사분면 2(1304) 사이에 그리고 사분면 1(1302)로 모터의 동작을 변경하기 위해 역 프로세스가 사용될 수도 있다. 역 프로세스에서의 회전 방향들, 전류 및 토크는 프로세스(1400)에서 언급된 회전 방향들, 전류 및 토크로부터 반전될 것이다.
도 15를 참조하면, 모터의 권선들에서의 전류들 및 전류 지시들의 파형도의 예시가 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 이 예에서, 파형도(1500)의 파형들은 브러시리스 DC 모터의 동작의 컴퓨터 구현 시뮬레이션에 의해 발생된다. 파형도(1500)에서 가로축(1502)은 초 단위로 시간을 나타낸다. 파형도(1500)에서 세로축(1504)은 암페어 단위로 전류를 나타낸다.
파형(1506)은 모터의 제 1 동작 시뮬레이션에서 하나의 위상에 대한 권선들에서의 원하는 전류를 나타낸다. 따라서 파형(1506)은 제 1 시뮬레이션에서 모터 권선들의 전류에 대한 전류 지시에 대응한다. 파형(1508)은 모터의 하나의 위상에 대해 모터 권선들에서의 시뮬레이팅된 실제 전류를 나타내는데, 여기서는 파형(1506)으로 표시된 지시된 전류를 추적하도록 모터 권선들의 전류를 제어하기 위해 모터에 대한 스위치 브리지 내의 스위치들이 종래의 펄스 폭 변조를 사용하여 제어된다. 파형(1508)은 종래의 펄스 폭 변조를 사용하여 모터의 권선들에서의 전류를 제어하는 것이 대략 4 암페어 피크-대-피크의 모터 권선들의 리플 전류를 야기함을 나타낸다.
파형(1510)은 동일한 모터의 제 2 동작 시뮬레이션에서 하나의 위상에 대한 권선들에서의 원하는 전류를 나타낸다. 따라서 파형(1510)은 제 2 시뮬레이션에서 모터 권선들의 전류에 대한 전류 지시에 대응한다. 파형(1512)은 모터의 하나의 위상에 대해 모터 권선들에서의 시뮬레이팅된 실제 전류를 나타내는데, 여기서 파형(1510)으로 표시된 지시된 전류를 추적하도록 모터 권선들의 전류를 제어하기 위해 모터에 대한 스위치 브리지 내의 스위치들이 예시적인 실시예에 따른 임펄스 폭 변조를 사용하여 제어된다. 파형(1512)은 예시적인 실시예에 따른 임펄스 폭 변조를 사용하여 모터의 권선들에서의 전류를 제어하는 것이 대략 0.4 암페어 피크-대-피크의 모터 권선들의 리플 전류를 야기함을 나타낸다.
파형(1508)과 파형(1512)의 비교는 예시적인 실시예에 따른 임펄스 폭 변조를 사용하여 모터의 전류를 제어하는 것이 종래의 펄스 폭 변조를 사용하여 모터의 전류를 제어하는 것과 비교하여 상당한 양만큼 모터 권선들에서의 원치 않은 리플 전류를 감소시킬 수 있음을 나타낸다.
파형(1510)은 대략 2.5초 시점에서 전류 지시에 의한 모터 권선들에서의 전류 방향의 원하는 변경을 나타낸다. 모터 권선들에서의 전류 방향의 이러한 변경은 모터의 동작 사분면의 변경에 대응할 수도 있다. 파형(1512)은 동작 사분면의 변경에 응답하여 모터 권선들에서의 시뮬레이팅된 실제 전류의 방향 변경이 비교적 순조롭고, 사분면 변경이 본 명세서에서 설명된 바와 같은 예시적인 실시예에 따라 제어될 때 모터 권선들에서 받아들일 수 없는 전류들을 야기하지 않음을 나타낸다.
서로 다른 예시적인 실시예들은 완전히 하드웨어 실시예, 완전히 소프트웨어 실시예, 또는 하드웨어와 소프트웨어 엘리먼트들 모두를 포함하는 실시예의 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예들은 예를 들어, 제한 없이, 펌웨어, 상주 소프트웨어 및 마이크로코드와 같은 형태들을 포함하지만 이에 한정된 것은 아닌 소프트웨어로 구현된다.
더욱이, 서로 다른 실시예들은 명령들을 실행하는 컴퓨터 또는 임의의 디바이스 또는 시스템에 의한 사용을 위해 또는 이와 관련하여 프로그램 코드를 제공하는 컴퓨터 사용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램 물건의 형태를 취할 수 있다. 본 개시의 목적으로, 컴퓨터 사용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 일반적으로, 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의한 사용을 위해 또는 이와 관련하여 프로그램을 포함, 저장, 전달, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 유형(tangible) 장치일 수 있다.
컴퓨터 사용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어, 제한 없이, 전자, 자기, 광, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템 또는 전파 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 한정적이지 않은 예들은 반도체 또는 고체 상태 메모리, 자기 테이프, 착탈식 컴퓨터 디스켓, 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory), 판독 전용 메모리(ROM: read-only memory), 경화(rigid) 자기 디스크 및 광 디스크를 포함한다. 광 디스크들은 콤팩트 디스크-판독 전용 메모리(CD-ROM: compact disk - read only memory), 콤팩트 디스크-판독/기록(CD-R/W: compact disk - read/write) 및 DVD를 포함할 수도 있다.
또한, 컴퓨터 사용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 판독 가능 또는 컴퓨터 사용 가능 프로그램 코드가 컴퓨터 상에서 실행될 때, 이러한 컴퓨터 판독 가능 또는 컴퓨터 사용 가능 프로그램 코드의 실행이 컴퓨터로 하여금 통신 링크를 통해 다른 컴퓨터 판독 가능 또는 사용 가능 프로그램 코드를 전송하게 하도록 컴퓨터 판독 가능 또는 컴퓨터 사용 가능 프로그램 코드를 포함 또는 저장할 수도 있다. 이러한 통신 링크는 예를 들어, 제한 없이, 물리적인 또는 무선인 매체를 사용할 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 또는 컴퓨터 사용 가능 프로그램 코드를 저장 및/또는 실행하기에 적합한 데이터 프로그램 시스템은 시스템 버스와 같은 통신 패브릭을 통해 메모리 엘리먼트들에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 하나 또는 그보다 많은 프로세서들을 포함할 것이다. 메모리 엘리먼트들은 프로그램 코드의 실제 실행 중에 이용되는 로컬 메모리, 대용량 저장소, 및 코드의 실행 중에 코드가 대용량 저장소로부터 리트리브(retrieve)될 수 있는 횟수를 감소시키기 위해 적어도 일부 컴퓨터 판독 가능 또는 컴퓨터 사용 가능 프로그램 코드의 임시 저장소를 제공하는 캐시 메모리들을 포함할 수도 있다.
입력/출력 또는 I/O 디바이스들은 직접적으로 또는 개재 I/O 제어기들을 통해 시스템에 연결될 수 있다. 이러한 디바이스들은 예를 들어, 제한 없이, 키보드들, 터치 스크린 디스플레이들 및 포인팅 디바이스들을 포함할 수도 있다. 데이터 처리 시스템이 개재 개인 또는 공공 네트워크들을 통해 다른 데이터 처리 시스템들 또는 원격 프린터들 또는 저장 디바이스들에 연결될 수 있게 하기 위해 서로 다른 통신 어댑터들이 또한 시스템에 연결될 수도 있다. 모뎀들 및 네트워크 어댑터들과 같은 한정적이지 않은 예들은 현재 이용 가능한 타입들의 통신 어댑터들 중 극히 일부에 지나지 않는다.
서로 다른 예시적인 실시예들의 설명이 예시 및 설명을 목적으로 제시되었고, 개시된 형태의 실시예들을 총망라하거나 그에 제한되는 것으로 의도되는 것은 아니다. 많은 수정들 및 변형들이 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다. 또한, 서로 다른 예시적인 실시예들은 다른 예시적인 실시예들과 비교하여 서로 다른 특징들을 제공할 수도 있다. 선택된 실시예 또는 실시예들은 실시예들의 원리들, 실질적인 응용을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정들을 갖는 다양한 실시예들에 대한 개시를 이해할 수 있게 하기 위해 선택되어 설명된다.

Claims (20)

  1. 장치로서,
    권선들 및 로터를 포함하는 모터;
    복수의 스위치들을 통해 직류 전원을 상기 권선들에 연결하도록 구성된 스위치 브리지;
    전류 지시에 의해 표시되는 상기 권선들에서의 원하는 전류와 전류 피드백에 의해 식별되는 상기 권선들에서의 실제 전류 사이의 차에 비례하여 출력을 발생시키도록 구성된 피드백 제어기;
    상기 권선들에서의 실제 전류를 제어하기 위해 상기 피드백 제어기로부터의 출력에 응답하여 상기 복수의 스위치들을 제어하도록 구성된 스위치 제어기; 및
    상기 모터의 동작에서 제 1 사분면 변경을 식별하도록 구성된 사분면(quadrant) 변경 제어기
    를 포함하고,
    상기 제 1 사분면 변경은 상기 모터의 회전 방향 및 상기 권선들에서의 전류 방향에 의해 정의되는 복수의 사분면들 사이의 변경을 나타내며,
    상기 사분면 변경 제어기는, 상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 상기 스위치 제어기에 의해 제어될 제 1 선택 스위치들을 선택하도록 구성되고,
    상기 제 1 사분면 변경은, 상기 로터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 제 1 전류 방향이어서 상기 로터에 상기 제 1 회전 방향으로 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 제 2 회전 방향으로 토크를 발생시키는 제동 동작 사분면으로의 변경을 포함하며,
    상기 제 1 회전 방향은 상기 제 2 회전 방향과 상이하며, 상기 제 1 전류 방향은 상기 제 2 전류 방향과 상이하고,
    상기 스위치 제어기에 의해 제어될 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들은, 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 상기 제 1 전류 방향에서 상기 제 2 전류 방향으로 변경하도록 선택되고,
    상기 사분면 변경 제어기는,
    상기 모터의 동작에서 상기 제동 동작 사분면에서 상기 트랙션 동작 사분면으로의 제 2 사분면 변경을 식별하고,
    상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 상기 제 2 전류 방향에서 상기 제 1 전류 방향으로 변경하도록 제어될 제 2 선택 스위치들을 선택하고,
    상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락(short circuit)하게 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 2 선택 스위치들을 제어하도록
    추가로 구성되며,
    상기 스위치 제어기는, 주기적인 스위칭 사이클 동안 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 2 선택 스위치들을 개방 및 폐쇄하여 상기 권선들에서의 실제 전류를 제어하도록 구성되고, 그리고
    상기 사분면 변경 제어기는, 상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여 전체 스위칭 사이클 동안 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락하게 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 2 선택 스위치들을 제어하도록 상기 스위치 제어기를 제어하기 위해 상기 피드백 제어기의 출력을 설정하도록 추가로 구성되는,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사분면 변경 제어기는,
    상기 전류 지시가 상기 권선들에서 상기 원하는 전류의 방향의 변경을 표시하는 것; 그리고
    상기 피드백 제어기로부터의 출력이 상기 권선들에서의 실제 전류를 다시 상기 직류 전원으로 회생시키도록 상기 스위치 브리지를 구성하기 위해 상기 복수의 스위치들을 제어하도록 상기 스위치 제어기를 제어하는 것
    에 응답하여 상기 제 1 사분면 변경을 식별하도록 구성되는,
    장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 사분면 변경 제어기는 상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들을 개방하도록 추가로 구성되는,
    장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스위치 제어기는 스위칭 사이클 동안 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들을 개방 및 폐쇄하여 상기 권선들에서의 실제 전류를 제어하도록 구성되며, 그리고
    상기 사분면 변경 제어기는 상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 전체 스위칭 사이클 동안 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들을 개방하도록 상기 스위치 제어기를 제어하기 위해 상기 피드백 제어기의 출력을 설정하도록 추가로 구성되는,
    장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 사분면 변경 제어기는 상기 제동 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 2 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 상기 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 상기 제 2 회전 방향으로 상기 토크를 발생시키는 역 트랙션 동작 사분면으로의 제 2 사분면 변경을 식별하도록 구성되는,
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 제어기는 비례 적분 제어기(proportional integral controller)인,
    장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은 스위칭 디바이스들이 폐쇄될 때 제 1 방향으로 전도하도록 구성된 스위칭 디바이스들을 포함하고, 상기 스위칭 디바이스들과 병렬인 다이오드들은 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 전도하도록 구성되는,
    장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 항공기 상에 있는,
    장치.
  12. 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법으로서,
    모터의 동작에서 제 1 사분면 변경을 식별하는 단계 ― 상기 제 1 사분면 변경은 상기 모터의 회전 방향 및 권선들에서의 전류 방향에 의해 정의되는 복수의 사분면들 사이의 변경을 나타냄 ―;
    상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여, 스위치 브리지 내의 복수의 스위치들 중에서, 직류 전원을 상기 모터의 권선들에 연결하여 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 제어될 제 1 선택 스위치들을 선택하는 단계 ― 상기 제 1 사분면 변경은, 상기 모터의 로터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 모터의 권선들에서의 실제 전류가 제 1 전류 방향이어서 상기 로터에 상기 제 1 회전 방향으로 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 제 2 회전 방향으로 토크를 발생시키는 제동 동작 사분면으로의 변경을 포함하고, 상기 제 1 회전 방향은 상기 제 2 회전 방향과 상이하며, 상기 제 1 전류 방향은 상기 제 2 전류 방향과 상이함 ―;
    상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여, 전체 스위칭 사이클 동안 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들을 개방하도록 피드백 제어기의 출력을 설정하는 단계;
    제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 전체 스위칭 사이클 동안 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 상기 실제 전류를 단락하기 위해 상기 복수의 스위치들 중 제 2 선택 스위치들을 제어하도록 상기 피드백 제어기의 출력을 설정하는 단계; 및
    상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들의 개방하는 단계
    를 포함하는,
    브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 사분면 변경을 식별하는 단계는,
    상기 권선들에서 원하는 전류의 방향의 변경을 표시하는 전류 지시를 식별하는 단계; 및
    상기 권선들에서의 실제 전류를 다시 상기 직류 전원으로 회생시키기 위해 상기 스위치 브리지를 구성하도록 상기 복수의 스위치들을 제어하는 피드백 제어기로부터의 출력을 식별하는 단계를 포함하는,
    브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법으로서,
    모터의 동작에서 제 1 사분면 변경을 식별하는 단계 ― 상기 제 1 사분면 변경은 상기 모터의 회전 방향 및 권선들에서의 전류 방향에 의해 정의되는 복수의 사분면들 사이의 변경을 나타냄 ―;
    상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여, 스위치 브리지 내의 복수의 스위치들 중에서, 직류 전원을 상기 모터의 권선들에 연결하여 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 제어될 제 1 선택 스위치들을 선택하는 단계 ― 상기 제 1 사분면 변경은, 상기 모터의 로터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 모터의 권선들에서의 실제 전류가 제 1 전류 방향이어서 상기 로터에 상기 제 1 회전 방향으로 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 실제 전류가 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 제 2 회전 방향으로 토크를 발생시키는 제동 동작 사분면으로의 변경을 포함하고, 상기 제 1 회전 방향은 상기 제 2 회전 방향과 상이하며, 상기 제 1 전류 방향은 상기 제 2 전류 방향과 상이함 ―;
    상기 제 1 사분면 변경의 식별에 응답하여 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 1 선택 스위치들의 개방하는 단계;
    상기 모터의 동작에서 상기 제동 동작 사분면에서 상기 트랙션 동작 사분면으로의 제 2 사분면 변경을 식별하는 단계;
    상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 복수의 스위치들 중에서, 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 상기 제 2 전류 방향에서 상기 제 1 전류 방향으로 변경하도록 제어될 제 2 선택 스위치들을 선택하는 단계; 및
    상기 제 2 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 실제 전류를 단락하도록 상기 복수의 스위치들 중 상기 제 2 선택 스위치들을 제어하는 단계
    를 포함하는,
    브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
  18. 브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법으로서,
    모터의 동작에서 사분면 변경을 식별하는 단계 ― 상기 사분면 변경은 상기 모터의 회전 방향 및 권선들에서의 전류 방향에 의해 정의되는 복수의 사분면들 사이의 변경을 나타냄 ―;
    상기 사분면 변경의 식별에 응답하여, 스위치 브리지 내의 복수의 스위치들 중에서, 직류 전원을 상기 모터의 권선들에 연결하여 상기 권선들에서의 실제 전류의 방향을 변경하도록 제어될 선택 스위치들을 선택하는 단계; ??
    상기 사분면 변경의 식별에 응답하여, 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 상기 실제 전류를 단락하기 위해 상기 복수의 스위치들 중 상기 선택 스위치들을 제어하는 단계를 포함하는,
    브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 사분면 변경은 로터가 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 모터의 권선들에서의 실제 전류가 제 2 전류 방향이어서 상기 로터에 제 2 회전 방향으로 토크를 발생시키는 제동 동작 사분면으로부터, 상기 로터가 상기 제 1 회전 방향으로 회전하고 있고 상기 권선들에서의 상기 실제 전류가 제 1 전류 방향이어서 상기 로터에 제 1 회전 방향으로 토크를 발생시키는 트랙션 동작 사분면으로의 변경이고,
    상기 제 1 회전 방향은 상기 제 2 회전 방향과 다르고, 상기 제 1 전류 방향은 상기 제 2 전류 방향과 다른,
    브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 사분면 변경의 식별에 응답하여 전체 스위칭 사이클 동안 상기 스위치 브리지를 통해 상기 권선들에서의 상기 실제 전류를 단락하기 위해 상기 복수의 스위치들 중 상기 선택 스위치들을 제어하도록 피드백 제어기의 출력을 설정하는 단계를 더 포함하는,
    브러시리스 직류 모터의 동작 사분면 변경을 제어하는 방법.
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