KR102306037B1 - 릴럭턴스 모터 시스템 - Google Patents

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Abstract

전기 모터의 동작을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 컨트롤러는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하도록 구성되어 있다. 컨트롤러는 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성되어 있다. 디스크는 디스크와 플레이트 사이에서 가장 가까운 점이 디스크의 주변을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있다.

Description

릴럭턴스 모터 시스템 {RELUCTANCE MOTOR SYSTEM}
본 발명은, 일반적으로 전기 모터 시스템, 특히 제어하는 전기 모터 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 릴럭턴스 모터 시스템(reluctance motor system, 자기 저항 모터 시스템)을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
전기 모터는 전기 동력(electrical power)을 기계 동력(mechanical power)으로 변환하는 장치이다. 전기 모터는 다양한 응용에 이용된다. 이러한 응용은 팬, 펌프, 공구(tool), 디스크 드라이브(disc drive), 드릴, 및 이들과 다른 타입(type)의 플랫폼에서 발견될 수 있는 다른 타입의 장치를 포함한다.
전기 모터의 한가지 타입이 릴럭턴스 모터(reluctance motor, 자기 저항 모터)이다. 릴럭턴스 모터는, 예를 들어 비동기 릴럭턴스 모터, 가변 릴럭턴스 모터, 스위치드 릴럭턴스 모터(switched reluctance motor), 가변 릴럭턴스 스테핑 모터(variable reluctance stepping motor) 또는 어떤 다른 유사한 타입의 모터일 수 있다.
이러한 타입의 모터는 원하는 비용을 위해 전력 밀도의 원하는 레벨을 제공할 수 있다. 릴럭턴스 모터는 원하는 레벨의 정확도(accuracy)로 위치를 유지하는 능력을 제공할 수 있다. 릴럭턴스 모터는 다른 타입의 전기 모터에 비해 위치 결정 정확도에 부가하여 더 작은 크기로 토크의 원하는 레벨을 제공할 수 있다. 이러한 타입의 모터는 다양한 응용에 이상적일 수 있다. 예를 들어, 릴럭턴스 모터는 위치로 항공기의 공기 역학적 제어 표면(aerodynamic control surface)을 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 릴럭턴스 모터는 원하는 위치로 안정 장치(stabilizer), 방향타(rudder), 플랩(flap), 보조 날개(aileron), 및 다른 적절한 제어 표면을 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 릴럭턴스 모터는 항공기의 추진력(propulsion)을 위해 사용될 수 있다.
가변 릴럭턴스 모터는 원하는 레벨의 토크 및 위치 결정 정확도를 제공할 수 있지만, 원하는 레벨의 평활도(smoothness)로 릴럭턴스 모터의 이동을 관리하는 것은 원하는 것보다 더 어려울 수 있다. 따라서, 적어도 상술한 문제 중 몇 가지뿐만 아니라 다른 문제를 고려하는 방법 및 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다.
하나의 예시적인 예에서, 장치는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하도록 구성된 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 더 구성되어 있다. 디스크는 디스크와 플레이트 사이에서 가장 가까운 점이 디스크의 주변을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있다.
다른 예시적인 예에서, 전기 모터 시스템은 전기 모터 및 컨트롤러를 구비한다. 전기 모터는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트, 및 디스크와 플레이트 사이에서 가장 가까운 점이 디스크의 주변을 따라 변화하도록 이동하게 구성된 디스크를 가지고 있다. 컨트롤러는 코일에 대해 측정된 인덕턴스에 기초하여 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하도록 구성되어 있다. 컨트롤러는 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성되어 있다.
또 다른 예시적인 예에서는, 전기 모터의 동작을 제어하기 위한 방법이 제공된다. 디스크의 위치는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대하여 식별된다. 코일로 전송되는 전류는 디스크의 위치에 기초하여 제어된다. 디스크는 디스크와 플레이트 사이에서 가장 가까운 점이 디스크의 주변을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있다.
다른 예시적인 예에서, 시스템은 유압 모터 시스템(hydraulic motor system), 릴럭턴스 모터 시스템(reluctance motor system), 및 릴럭턴스 모터와 관련된 컨트롤러(controller)를 구비한다. 릴럭턴스 모터 시스템은 유압 모터 시스템을 위한 부스터(booster)로서 동작한다. 컨트롤러는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하도록 구성되어 있다. 컨트롤러는 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 더 구성되어 있다.
또 다른 예시적인 예에서, 전기 모터 시스템은 제1 전기 모터와 관련된 제1 컨트롤러 및 제2 전기 모터와 관련된 제2 컨트롤러를 구비한다. 제1 컨트롤러는 제1 플레이트와 물리적으로 관련된 제1 코일을 갖는 제1 플레이트에 대한 제1 디스크의 위치를 식별하도록 구성되어 있다. 제1 컨트롤러는 제1 디스크의 위치에 기초하여 제1 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 더 구성되어 있다. 제2 컨트롤러는 제2 플레이트와 물리적으로 관련된 제2 코일을 갖는 제2 플레이트에 대한 제2 디스크의 위치를 식별하도록 구성되어 있다. 제2 컨트롤러는 제2 디스크의 위치에 기초하여 제2 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 더 구성되어 있다. 제1 컨트롤러와 제2 컨트롤러는 병렬로 동작하도록 구성되어 있다.
또 다른 예시적인 예에서, 전기 모터 시스템은 컨트롤러 및 컨트롤러와 관련된 전기 모터를 구비한다. 컨트롤러는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하도록 구성되어 있다. 컨트롤러는 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 더 구성되어 있다. 컨트롤러는 명령된 회전자 아암 위치를 수신하여 현재의 회전자 아암 위치를 식별하고, 디스크에 대한 속도 명령을 생성하도록 더 구성되어 있다.
또한, 본 발명은 다음의 절(clause)에 따른 예를 포함한다:
절 1. 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하고, 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 구비하되, 디스크는 디스크와 플레이트 사이에서 가장 가까운 점이 디스크의 주변을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 2. 디스크의 제2 이빨(teeth)과 맞물리는 제1 이빨을 갖는 회전자를 더 구비하되, 디스크의 이동이 회전자의 회전을 일으키는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 3. 디스크와 코일을 갖는 플레이트가 모터를 형성하고, 모터가 공기 역학적 제어 표면, 프로펠러 및 휠 중 하나로부터 선택된 장치에 접속되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절 2의 장치.
절 4. 디스크의 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성된 센서 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 5. 센서 시스템은 인덕턴스 센서, 인코더, 홀 효과 센서, 레이저 레인지 파인더, 카메라, 거리 센서 또는 전류 센서의 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 절 4의 장치.
절 6. 컨트롤러는 코일에 대해 측정된 인덕턴스에 기초하여 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 7. 컨트롤러는 코일에 대한 인덕턴스 정보 및 코일 위치 정보로부터 디스크에 대한 디스크 법선 벡터를 식별하도록 구성된 법선 벡터 산출기; 디스크 법선 벡터와 플레이트 법선 벡터의 외적(cross product)으로부터 벡터를 식별하도록 구성된 외적 발생기; 및 외적 발생기로부터 수신된 벡터 정보로부터 가장 가까운 점에 대한 각도를 식별하도록 구성된 가장 가까운 점 식별기를 구비하되, 벡터 정보가 벡터에 기초를 두고 있는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 8. 디스크가 제1 디스크이고, 플레이트가 제1 플레이트이며, 코일은 제1 코일이고, 위치가 제1 위치이며, 컨트롤러는 제2 플레이트와 물리적으로 관련된 제2 코일을 갖는 제2 플레이트에 대한 제2 디스크의 위치를 식별하고, 제2 디스크의 위치에 기초하여 제2 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 더 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 9. 디스크가 하향 경사 운동(nutating motion)으로 이동하는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 10. 디스크와 플레이트가 릴럭턴스 모터, 가변 릴럭턴스 모터 및 가상 타원 장치 중 하나로부터 선택된 전기 모터를 형성하는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 11. 컨트롤러는, 코일에 흐르는 전류에 기초하여 전기 모터의 듀티 사이클 상태를 식별하고, 전기 모터의 듀티 사이클 상태에 기초하여 범위 내에서 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 전류 명령을 생성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 12. 디스크, 플레이트 및 코일을 포함하는 전기 모터; 및 유압 모터 시스템을 더 구비하되, 컨트롤러가 유압 모터 시스템의 동작을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 13. 컨트롤러, 디스크 및 플레이트는 이동 플랫폼, 고정 플랫폼, 지상 기반 구조, 수중 기반 구조, 공간 기반 구조, 항공기, 무인 항공기, 시추 장비, 전기 크레인, 풍차, 윈치(winch), 표면 선박, 탱크, 병력 수송차, 기차, 우주선, 우주 정거장, 위성, 잠수함, 자동차, 발전소, 교량, 댐, 주택, 제조 시설, 빌딩, 로봇, 로봇 아암 및 전기 추진 시스템으로부터 선택된 플랫폼에 위치된 전기 모터를 형성하는 것을 특징으로 하는 절 1의 장치.
절 14. 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트 및 디스크와 플레이트 사이에서 가장 가까운 점이 디스크의 주변을 따라 변화하도록 이동하게 구성된 디스크를 가진 전기 모터; 및 코일에 대해 측정된 인덕턴스에 기초하여 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하고, 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류는 제어하도록 구성된 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템.
절 15. 디스크의 제2 이빨과 맞물리는 제1 이빨을 갖는 회전자를 더 구비하되, 디스크의 이동이 회전자의 회전을 일으키는 것을 특징으로 하는 절 14의 전기 모터 시스템.
절 16. 디스크의 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성된 센서 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절 14의 전기 모터 시스템.
절 17. 컨트롤러는 코일에 대한 인덕턴스 정보 및 코일 위치 정보로부터 디스크에 대한 디스크 법선 벡터를 식별하도록 구성된 법선 벡터 산출기; 디스크 법선 벡터와 플레이트 법선 벡터의 외적으로부터 벡터를 식별하도록 구성된 외적 발생기; 및 외적 발생기로부터 수신된 벡터 정보로부터 가장 가까운 점에 대한 각도를 식별하도록 구성된 가장 가까운 점 식별기를 구비하되, 벡터 정보가 벡터에 기초를 두고 있는 것을 특징으로 하는 절 14의 전기 모터 시스템.
절 18. 디스크가 하향 경사 운동으로 이동하는 것을 특징으로 하는 절 14의 전기 모터 시스템.
절 19. 전기 모터의 동작을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은, 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크 위치를 식별하는 단계; 및 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하는 단계를 구비하되, 디스크는 디스크와 플레이트 사이에서 가장 가까운 점이 디스크의 주변을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
절 20. 식별하는 단계는, 코일에 대해 측정된 인덕턴스에 기초하여 디스크에 대한 제1 법선 벡터를 식별하는 단계; 디스크에 대한 제1 법선 벡터와 플레이트에 대한 제2 법선 벡터의 외적을 생성하는 단계; 및 디스크에 대한 제1 법선 벡터와 플레이트에 대한 제2 법선 벡터의 외적에 기초하여 플레이트에 대한 디스크의 가장 가까운 점의 각도 위치를 식별하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 절 19의 방법.
절 21. 디스크의 이동은, 디스크의 제2 이빨과 맞물리는 제1 이빨을 갖는 회전자의 회전을 일으키는 것을 특징으로 하는 절 19의 방법.
절 22. 회전자는 공기 역학적 제어 표면, 프로펠러 및 휠 중의 하나로부터 선택된 장치에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 절 21의 방법.
절 23. 센서 시스템은 디스크의 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절 19의 방법.
절 24. 유압 모터 시스템, 릴럭턴스 모터 시스템, 및 릴럭턴스 모터와 관련된 컨트롤러를 구비하되, 릴럭턴스 모터 시스템은 유압 모터 시스템을 위한 부스터(booster)로서 동작하고, 컨트롤러는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하고 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
절 25. 제1 전기 모터와 관련된 제1 컨트롤러 및 제2 전기 모터와 관련된 제2 컨트롤러를 구비하되, 제1 컨트롤러는 제1 플레이트와 물리적으로 관련된 제1 코일을 갖는 제1 플레이트에 대한 제1 디스크의 위치를 식별하고 제1 디스크의 위치에 기초하여 제1 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성되어 있고, 제2 컨트롤러는 제2 플레이트와 물리적으로 관련된 제2 코일을 갖는 제2 플레이트에 대한 제2 디스크의 위치를 식별하고 제2 디스크의 위치에 기초하여 제2 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성되어 있으며, 제1 컨트롤러와 제2 컨트롤러는 병렬로 동작하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템.
절 26. 컨트롤러 및 컨트롤러와 관련된 전기 모터를 구비하되, 컨트롤러는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하고 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성되어 있으며, 컨트롤러는 명령된 회전자 아암 위치를 수신하여 현재의 회전자 아암 위치를 식별하고 디스크에 대한 속도 명령을 생성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터 시스템.
특징 및 기능은 본 발명의 다양한 예에서 독립적으로 달성될 수 있거나 또는 상세(詳細)가 다음의 설명 및 도면을 참조하여 보여질 수 있는 또 다른 예에 조합될 수 있다.
예시적인 예의 특성이라 믿어지는 신규한 특징은 첨부된 특허청구의 범위에 기재되어 있다. 그러나, 예시적인 예뿐만 아니라 사용의 바람직한 모드, 추가의 목적 및 그 특징은, 첨부 도면과 함께 읽을 때 본 발명의 예시적인 예의 다음의 상세한 설명의 참조에 의해 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 예에 따른 전기 모터 환경의 블록도를 도시한 도면이다;
도 2는 예시적인 예에 따른 릴럭턴스 모터를 도시한 도면이다;
도 3은 예시적인 예에 따른 릴럭턴스 모터의 분해도를 도시한 도면이다;
도 4는 예시적인 예에 따른 릴럭턴스 모터에서 플레이트의 디스크를 도시한 도면이다;
도 5는 예시적인 예에 따른 플레이트의 상측(top side)을 도시한 도면이다;
도 6은 예시적인 예에 따른 디스크의 위치를 식별하기 위한 방정식을 도시 한 도면이다;
도 7은 예시적인 예에 따른 디스크의 위치를 식별하기 위한 컨트롤러의 구성요소를 도시한 도면이다;
도 8은 예시적인 예에 따른 디스크의 위치를 도시한 도면이다;
도 9는 예시적인 예에 따른 디스크의 위치를 식별하기 위한 컨트롤러의 구성요소를 도시한 도면이다;
도 10은 예시적인 예에 따른 전기 모터 제어 시스템을 도시한 도면이다;
도 11은 예시적인 예에 따른 부스터를 갖는 유압 모터 시스템을 도시한 도면이다;
도 12는 예시적인 예에 따른 전기 모터의 그룹을 도시한 도면이다;
도 13은 예시적인 예에 따른 전류 컨트롤러의 블록도를 도시한 도면이다;
도 14는 예시적인 예에 따른 듀티 사이클 상태의 테이블을 도시한 도면이다;
도 15는 예시적인 예에 따른 4사분면 제어(four-quadrant control)를 도시한 도면이다;
도 16은 예시적인 예에 따른 전기 모터의 동작을 제어하기 위한 프로세스의 플로우차트를 도시한 도면이다;
도 17은 예시적인 예에 따른 전기 모터에서 디스크의 위치를 식별하기 위한 프로세스의 플로우차트를 도시한 도면이다;
도 18은 예시적인 예에 따른 전기 모터 시스템을 동작시키기 위한 프로세스의 플로우차트를 도시한 도면이다;
도 19는 예시적인 예에 따른 전기 모터로 전송되는 전류를 제어하기 위한 프로세스의 플로우차트를 도시한 도면이다;
도 20은 예시적인 예에 따른 데이터 처리 시스템의 블록도를 도시한 도면이다;
도 21은 예시적인 예에 따른 항공기 제조 및 서비스 방법의 블록도를 도시한 도면이다; 및
도 22는 예시적인 예들이 구현될 수 있는 항공기의 블록도를 도시한 도면이다.
예시적인 예는 다수의 고려 사항(consideration)을 인식하여 고려하고 있다. 예를 들어, 예시적인 예는 전기 모터의 부드러운 이동(smooth movement)이 바람직할 수 있는 릴럭턴스 모터의 하나의 타입이 가상 타원 장치(virtual ellipse device, VED)인 것을 인식하여 고려하고 있다. 이러한 타입의 전기 모터에 의해, 디스크(disc)가 코일을 갖는 플레이트에 대한 폴(pole)에 장착된다.
예시적인 예는, 디스크의 위치가 코일에서의 전류에 기초하여 코일을 갖는 플레이트에 대하여 이동할 수 있다는 것을 인식하여 고려하고 있다. 예를 들어, 디스크는, 디스크의 주변의 가장 가까운 점이 코일로 전송되는 전류의 변화에 따라 위치를 변경하도록 이동할 수 있다. 이러한 타입의 이동은 디스크의 회전이 일어나지 않는 하향 경사 운동(nutating motion)일 수 있다.
예시적인 예는, 디스크의 위치가 디스크의 원하는 운동을 제공하기 위해 코일로 전류를 전송하기 위해 사용될 수 있다는 것을 인식하여 고려하고 있다. 예시적인 예는 또한, 디스크의 위치가 식별될 수 있는 한가지 방식은 디스크의 위치에 대한 타이밍을 식별하는 시뮬레이션을 통한 것임을 인식하여 고려하고 있다. 바꾸어 말해서, 이러한 시뮬레이션은, 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 주변의 가장 가까운 점이 가상 타원 장치의 동작 중의 주어진 시점에 대해 예상되는 경우를 식별할 수 있다. 이러한 시뮬레이션에 기초하여, 디스크를 이동시키기 위해 코일로 전류를 전송하기 위한 명령(command)이 생성될 수 있다. 그러나, 이러한 타입의 솔루션(solution)은, 환경적인 요인이 가상 타원 장치가 동작하는 시기 또는 방법을 변경할 수 있다는 것을 고려하지 않는다. 결과적으로, 모터의 동작이 원하는 만큼 부드럽지 않을 수 있다.
따라서, 예시적인 예는 전기 모터의 동작 중에 변화하는 가장 가까운 점으로 주변부를 가진 디스크를 갖는 전기 모터를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 이 장치는 컨트롤러를 포함하고 있다. 컨트롤러는 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별하고, 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성되어 있다. 디스크는 디스크와 플레이트 사이에서 가장 가까운 점이 디스크의 주변을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있다.
예시적인 예는 또한, 원하는 레벨의 정확도로 디스크의 위치를 식별하는 것이 원하는 것보다 더 어려울 수 있음을 인식하여 고려하고 있다. 결과적으로, 디스크의 위치를 식별하는 정확도가 원하는 만큼 크지 않은 경우, 이동이 원하는 만큼 부드럽지 않을 수 있다. 따라서, 예시적인 예에서, 디스크의 위치는 코일의 인덕턴스에 기초하여 식별될 수 있다. 인덕턴스는 전기 모터의 동작 중에 측정될 수 있다. 더욱이, 위치는 전기 모터의 동작 중이라기보다는 시뮬레이션으로부터의 시간에 기초하여 위치를 예측하는 것을 통해 식별될 수 있다. 위치는 전기 모터의 동작 중에 측정, 산출 및 양쪽 모두를 이용하여 식별될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 특히 도 1을 참조하면, 전기 모터 환경의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 전기 모터 환경(100)은 예시적인 예들이 구현될 수 있는 환경의 일례이다.
도시된 바와 같이, 전기 모터 환경(100)은 전기 모터 시스템(102)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 전기 모터 시스템(102)은 전기 모터의 그룹(104), 전원 공급기(power supply; 106), 컨트롤러(108) 및 센서 시스템(110)을 포함한다. 다른 타입의 모터가 전기 모터의 그룹(104)에 존재할 수 있다. 예를 들어, 전기 모터의 그룹(104) 내의 전기 모터는, 릴럭턴스 모터, 가변 릴럭턴스 모터, 가상 타원 장치(virtual ellipse device), 또는 다른 적절한 타입의 모터 중 하나로부터 선택될 수 있다. 이 예시적인 예에서, 전기 모터의 그룹(104)은 직류(direct current, DC) 전기 모터일 수 있다.
도시된 바와 같이, 전기 모터의 그룹(104)은 릴럭턴스 모터의 그룹(112)의 형태를 취한다. 항목(item)을 참조하여 본원에서 사용된 바와 같은 "의 그룹(group of)"은 하나 이상의 항목을 의미한다. 예를 들어, 전기 모터의 그룹(104)은 하나 이상의 전기 모터이다.
전원 공급기(106)는 컨트롤러(108)를 통해 전기 모터의 그룹(104)으로 전류(114)를 공급한다. 전원 공급기(106)는 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급기(106)는 적어도 하나의 배터리, 교류를 직류로 변환하는 전원 공급 장치, 발전기, 또는 몇몇 다른 적절한 구성요소(component) 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 문구 "중 적어도 하나(at least one of)"는, 항목의 리스트와 함께 사용될 때, 리스트된 항목의 하나 이상의 다른 조합이 이용될 수 있고 리스트에서의 각 항목 중 하나만이 필요로 될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, "항목 A, 항목 B 또는 항목 C 중 적어도 하나"는 제한없이 항목 A, 항목 A 및 항목 B, 또는 항목 B를 포함할 수 있다. 이 예는 또한, 항목 A, 항목 B, 및 항목 C 또는 항목 B 및 항목 C를 포함할 수 있다. 물론, 이들 항목의 임의의 조합이 존재할 수 있다. 다른 예에서는, "중 적어도 하나"는 예를 들어 제한 없이 항목 A 중의 2, 항목 B 중의 하나 및 항목 C 중의 10; 항목 B 중의 4 및 항목 C 중의 7; 또는 어떤 다른 적절한 조합일 수 있다. 항목은 특정 물체, 사물(thing) 또는 카테고리일 수 있다. 바꾸어 말해서, "중 적어도 하나"는 항목 또는 다수의 항목의 임의의 조합이 목록으로부터 사용될 수 있지만, 목록의 항목 모두가 필요로 될 수 없음을 의미한다.
컨트롤러(108)는 이러한 예시적인 예에서 하드웨어 장치이다. 컨트롤러(108)는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 하드웨어는 컨트롤러(108)에서 연산을 수행하도록 동작하는 회로를 포함할 수 있다.
예시적인 예에서는, 하드웨어는 회로 시스템, 집적 회로, 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC), 프로그램 가능한 논리 장치, 또는 다수의 동작을 수행하도록 구성된 하드웨어의 어떤 다른 적절한 형태를 취할 수 있다. 프로그램 가능한 논리 장치에 의해, 장치는 다수의 동작을 수행하도록 구성되어 있다. 장치는 다수의 동작을 수행하기 위해 나중에 다시 구성될 수 있거나, 또는 영구적으로 구성될 수 있다. 프로그램 가능한 논리 장치의 예는, 예를 들어 프로그램 가능한 논리 어레이, 프로그램 가능한 어레이 로직, 필드 프로그램 가능 논리 어레이, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이 및 다른 적절한 하드웨어 장치를 포함한다. 추가적으로, 프로세스는 무기 구성요소와 통합된 유기 구성요소로 구현될 수 있거나, 및/또는 완전히 인간을 제외한 유기 구성요소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세스는 유기 반도체의 회로로 구현될 수 있다.
컨트롤러(108)는 컴퓨터 시스템(116)에서 구현될 수 있다. 컴퓨터 시스템(116)은 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터가 컴퓨터 시스템(116)에 존재하는 경우, 이러한 시스템은 네트워크와 같은 통신 매체를 통해 서로 통신할 수 있다.
이 예시적인 예에서, 컨트롤러(108)는 전기 모터의 그룹(104)의 동작을 제어하도록 구성되어 있다. 특히, 컨트롤러(108)는 릴럭턴스 모터의 그룹(112) 내에서 릴럭턴스 모터(118)를 제어할 수 있다. 릴럭턴스 모터(118)는 이 예에서 전기 모터이다. 도시된 바와 같이, 릴럭턴스 모터(118)는 디스크(120), 플레이트(122) 및 코일(124)을 구비한다. 이 예시적인 예에서, 코일(124)은 플레이트(122)와 물리적으로 관련되어 있다.
하나의 구성요소가 다른 구성요소와 "물리적으로 관련되어(physically associated)" 있을 때, 관련은 도시된 예에서 물리적인 관련(physical association)이다. 예를 들어, 코일(124)과 같은 제1 구성요소는, 제2 구성요소에 고정, 제2 구성요소에 접합, 제2 구성요소에 장착, 제2 구성요소에 용접, 제2 구성요소에 파스너로 고정, 및/또는 몇몇 다른 적절한 방식으로 제2 구성요소에 접속됨으로써, 플레이트(122)와 같은 제2 구성요소와 물리적으로 관련되는 것으로 간주될 수 있다. 제1 구성요소는 또한 제3 구성요소를 이용하여 제1 구성요소에 접속될 수 있다. 제1 구성요소는, 제2 구성요소의 일부, 제2 구성요소의 연장부, 또는 양쪽 모두로 형성됨으로써, 제2 구성요소와 물리적으로 관련되는 것으로 간주될 수 있다.
이 예시적인 예에서, 디스크(120)는 물리적인 구조물이다. 디스크(120)는 원형, 타원형 또는 어떤 다른 적절한 형상을 갖는 단면을 가질 수 있다. 디스크(120)에 대한 입체 형상(three-dimensional shape)은, 예를 들어 타원, 반구, 또는 몇몇 다른 적절한 입체 형상일 수 있다.
또한, 디스크(120)는 플레이트(122)에 대한 가장 가까운 점(126)을 가지도록 구성되어 있다. 가장 가까운 점(126)은 플레이트(122)의 표면(140)에 대한 디스크(120)의 주변(128)을 따를 수 있다. 일부 예시적인 예에서, 가장 가까운 점(126)은, 두 개의 구성요소 사이에서 접촉이 일어나는 경우의 디스크(120)와 플레이트(122) 사이의 점일 수 있고, 다른 예시적인 예에서는 두 개의 구성요소 사이의 접촉은 가장 가까운 점(126)에서는 일어나지 않는다.
디스크(120)는 코일(124)의 자기장과 상호 작용하는 다수의 서로 다른 재료로 구성될 수 있다. 예시적인 예에서, 디스크(120)는 자기장이 원하는 레벨을 가지고 있는 자체 내에서의 자기장의 형성을 지지하도록 구성된 투과성을 갖는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스크(120)는 강자성 재료로 구성될 수 있다. 디스크(120)에 대한 재료는, 철, 니켈, 코발트, 이들 재료 중 하나 이상을 함유하는 금속 합금, 및 다른 적절한 재료와 같은 재료로부터 선택될 수 있다.
디스크(120)는, 두 개의 구성요소 사이의 가장 가까운 점(126)이 디스크(120)의 주변(128)를 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있다. 예시적인 예에서, 디스크(120)의 이동(130)은, 릴럭턴스 모터(118)의 코일(124)로 전송되는 전류(114)를 제어하는 것을 통해 발생된다. 디스크(120)는 일부 예시적인 예에서 워블 플레이트(wobble plate, 회전 경사판)의 형태를 취할 수 있다.
도시된 바와 같이, 컨트롤러(108)는 플레이트(122)와 물리적으로 관련된 코일(124)을 갖는 플레이트(122)에 대한 디스크(120)의 위치(132)를 식별하도록 구성되어 있다. 또한, 컨트롤러(108)는 위치(132)에 기초하여 코일(124)로 전송되는 전류(114)를 제어하도록 구성되어 있다. 이러한 제어에 의해, 디스크(120)는, 디스크(120)와 플레이트(122) 사이에서 가장 가까운 점(126)이 디스크(120)의 주변(128)를 따라 변화하도록 이동한다.
이 예시적인 예에서, 디스크(120)는 하향 경사 운동(120)으로 이동한다. 이 하향 경사 운동은, 디스크(120)를 회전시키지 않고 가장 가까운 점(126)을 변화시키기 위해 디스크(120)를 요동시키는 것(wobbling)일 수 있다.
위치(132)의 식별에 의해, 컨트롤러(108)는 디스크(120)의 이동(130)이 일어나도록 코일(124)로 전송되는 전류(114)를 제어할 수 있다. 제어는, 이동(130)이 부드럽거나, 계단 모양이거나, 또는 디스크(120)에 대한 몇몇 다른 타입의 원하는 이동 중 적어도 하나일 수 있도록 수행될 수 있다.
예시적인 예에서, 위치(132)는 센서 시스템(110)을 이용하여 식별된다. 센서 시스템(110)은 하드웨어 시스템이고 소프트웨어를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 센서 시스템(110)은 디스크(120)의 위치(132)에 대한 정보(134)를 생성하도록 구성되어 있다. 예시적인 예에서, 센서 시스템(110)은 인덕턴스 센서(inductance sensor), 인코더(encoder), 홀 효과 센서(Hall effect sensor), 레이저 레인지 파인더(laser range finder), 카메라, 거리 센서(distance sensor), 전류 센서(current sensor), 또는 몇몇 다른 적절한 타입의 센서 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
정보(134)는 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 정보(134)는 위치(132) 또는 다른 적절한 타입의 정보를 산출하기 위해 사용되는 측정값(measurements)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 정보(134)는 코일(124)에 대해 측정된 인덕턴스(inductance)를 포함할 수 있다. 결과적으로, 정보(134)는 센서 시스템(110)에 의해 코일(124)에 대해 측정된 인덕턴스에 기초하여 플레이트(122)와 물리적으로 관련된 코일(124)을 갖는 플레이트(122)에 대한 디스크(120)의 위치(132)를 식별하기 위해 컨트롤러(108)에 의해 사용될 수 있다. 다른 예시적인 예에서, 센서 시스템(110)은 코일(124)의 인덕턴스의 측정으로부터 위치(132)를 산출하여 컨트롤러(108)에 의해 식별된 정보(134)로서 위치(132)를 전송할 수 있다.
위치(132)가 원하는 레벨의 정확도로 식별될 때, 전류(114)는 이동(130)이 부드러운 이동과 같은 원하는 이동을 가지도록 제어될 수 있다. 이와 같이 해서, 릴럭턴스 모터(118)는 플랫폼(138) 내의 장치(136)에 접속될 수 있다. 릴럭턴스 모터(118)는 장치(136) 또는 장치(136) 내의 구성요소의 그룹 중 적어도 하나를 이동시킬 수 있다.
장치(136)는 다른 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 장치(136)는 공기 역학적 제어 표면, 프로펠러, 휠, 및 몇몇 다른 적절한 장치 중 하나로부터 선택될 수 있다. 플랫폼(138)도 또한 다른 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(138)은 이동 플랫폼, 고정 플랫폼, 지상 기반 구조, 수중 기반 구조, 공간 기반 구조, 항공기, 무인 항공기, 시추 장비(drilling equipment), 전기 크레인, 풍차(windmill), 윈치(winch), 표면 선박, 탱크, 병력 수송차(personnel carrier), 기차, 우주선, 우주 정거장, 위성, 잠수함, 자동차, 발전소, 교량, 댐, 주택, 제조 시설, 빌딩, 로봇, 로봇 아암, 전기 추진 시스템 및 몇몇 다른 적절한 타입의 플랫폼 중 하나로부터 선택될 수 있다.
도 1에서의 전기 모터 환경(100)의 도면은, 예시적인 예가 구현될 수 있는 방식에 물리적 또는 구조적인 제한을 내포하는 것은 아니다. 예시된 것에 더하여 또는 예시된 것들 대신에 다른 구성요소가 사용될 수 있다. 일부 구성요소는 불필요할 수 있다. 또한, 일부 기능적인 구성요소를 설명하기 위해 블록들이 제시되어 있다. 이들 블록 중 하나 이상은, 예시적인 예에서 구현되는 경우 다른 블록에 결합, 분할 또는 결합 및 분할될 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(108)는 제2 플레이트와 물리적으로 관련된 제2 코일을 갖는 제2 플레이트에 대한 제2 디스크의 제2 위치를 식별하고, 제2 디스크의 제2 위치에 기초하여 제2 코일로 전송되는 전류를 제어하도록 구성될 수 있다. 이들 구성요소는 전기 모터의 그룹(104)의 다른 전기 모터에 위치될 수 있다.
이 예시적인 예에서, 플레이트(122) 및 코일(124)은 별도의 기능적인 구성요소로서 나타내어져 있다. 다른 예시적인 예에서, 이들 두 개의 기능적인 구성요소는 코일(124)이 플레이트(122)와 통합(일체화)되어 있는 단일의 물리적 구조로서 구현될 수 있다.
다음에 도 2를 참조하면, 릴럭턴스 모터의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 도면에서, 릴럭턴스 모터(200)는 도 1에서 블록 형태로 나타낸 릴럭턴스 모터(118)에 대한 구현의 일례이다. 이 특정 예에서, 릴럭턴스 모터(200)는 가상 타원 장치이다.
릴럭턴스 모터(200)는 하우징(204)을 포함한다. 하우징(204)은 제1 부분(206)과 제2 부분(208)을 가지고 있다. 제1 부분(206)은 하우징(204) 내에 위치된 다른 구성요소의 보기(view)를 제공하기 위해 환영(phantom, 가상 선)으로 나타내어져 있다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 릴럭턴스 모터(200)는 또한 플레이트(210), 코일(212), 포스트(post; 214), 센서(216), 디스크(218), 회전자(220) 및 샤프트(222)를 포함한다.
이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 코일(212) 및 센서(216)는 플레이트(210)와 물리적으로 관련되어 있다. 포스트(214)는 플레이트(210)로부터 연장되어 디스크(218)를 지지한다.
코일(212)은 도 1에 블록 형태로 나타낸 코일(124)의 물리적 구현의 일례이다. 이 예시적인 예에서, 코일(212)은 다수의 코일일 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 "다수의(number of)"는 하나 또는 그 이상을 의미한다. 예를 들어, 다수의 코일(212)은 하나 이상의 코일(212)이다.
전류는 디스크(218)의 이동을 일으키도록 코일(212)로 전송될 수 있다. 센서(216)는 도 1에 블록 형태로 나타낸 센서 시스템(110)에 있을 수 있는 센서의 물리적인 구현의 일례이다. 이 예에서, 센서(216)는 코일(212)의 인덕턴스를 검출하도록 구성되어 있다. 센서(216)는 코일(212)에서 검출된 인덕턴스로부터 플레이트(210)에 대한 디스크(218)의 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성되어 있다.
회전자(220)는 디스크(218)의 표면(230)의 제2 이빨(228)에 맞물리는 표면(226)의 제1 이빨(224)을 가지고 있다. 디스크(218)의 이동은 회전자(220)의 이동을 일으킨다. 특히, 디스크(218)의 이동은 화살표(234)의 방향으로 회전자(220)의 회전을 일으킨다.
샤프트(222)는 하우징(204)의 제1 부분(206)의 개구부(236) 밖으로 회전자(220)의 표면(232)으로부터 연장된다. 도시된 예에서, 샤프트(222)는 공기 역학적 제어 표면, 프로펠러, 휠, 또는 몇몇 다른 적절한 장치 등과 같은 장치에 접속되도록 구성되어 있다. 릴럭턴스 모터(200)는 또한 도 1에서 블록 형태로 나타낸 컨트롤러(108)와 같은 컨트롤러에 접속되도록 구성되어 있다.
다음에 도 3을 참조하면, 릴럭턴스 모터의 분해도의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 도면에서는, 회전자(220)에 대한 베어링(300)을 볼 수 있다. 베어링(300)은 회전자(220)가 화살표(234)의 방향으로 회전할 수 있도록 하우징(204)의 제1 부분(206)에 회전자(220)를 유지하도록 구성되어 있다.
이제 도 4를 참조하면, 릴럭턴스 모터에서의 플레이트 상의 디스크의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 도면에서, 디스크(218)는 플레이트(210)의 상측(426)으로부터 연장된 포스트(214) 상에 나타내어져 있다. 다른 구성요소는 플레이트(210)에 대한 디스크(218)의 위치 결정의 설명을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 나타내지 않았다.
이 도면에서, 코일(212)은 플레이트(210)와 물리적으로 관련되어 있다. 코일(212)은 코일 A(400), 코일 B(402), 코일 C(404)를 포함한다. 전류는 이 예시적인 예에서는 디스크(218)를 이동시키기 위해 원하는 방식으로 코일 A(400), 코일 B(402) 및 코일 C(404)로 전송될 수 있다. 전류는 원하는 방식으로 디스크(218)를 이동시키기 위해 다른 레벨에서 서로 다른 시간에 코일 A(400), 코일 B(402) 및 코일 C(404)로 전송될 수 있다. 예를 들어, 원하는 이동은 디스크(218)의 부드러운 이동, 계단 모양의 이동 또는 몇몇 다른 적절한 타입의 이동 중 적어도 하나일 수 있다.
도시된 바와 같이, 디스크 평면(disc plane; 408)은 디스크(218)를 통해 연장된다. 플레이트 평면(410)은 플레이트(210)를 통해 연장된다. 디스크 평면(408)과 디스크(218)는 법선(normal; 412)을 가지고 있다. 플레이트 평면(410) 및 플레이트(210)는 법선(413)을 가지고 있다. 평면 플레이트(410) 및 법선(413)은 이 예에서는 기준 평면 및 법선이다.
디스크 평면(408)과 법선(412)은 디스크(218)가 플레이트(210)에 대하여 이동함에 따라 변경될 수 있다. 디스크 평면(408) 및 법선(412)은 플레이트(210)에 대한 디스크(218)의 위치를 식별하기 위해 사용될 수 있다.
이 예에서, 센서(414), 센서(416) 및 센서(418)는 센서(216)의 예이며 플레이트(210)와 물리적으로 관련되어 있다. 센서(414)는 코일 A(400)의 인덕턴스에 관한 정보를 생성하도록 구성되어 있고, 센서(416)는 코일 B(402)의 인덕턴스에 관한 정보를 생성하도록 구성되어 있으며, 센서(418)는 코일 C(404)의 인덕턴스에 관한 정보를 생성하도록 구성되어 있다.
코일(212) 중 하나 이상에서의 인덕턴스에 관한 정보는 법선(412)을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 코일(212)의 인덕턴스에 관한 정보는 도 4에서의 디스크(218)의 위치를 식별하기 위해 도 1에 블록 형태로 나타낸 컨트롤러(108)에 의해 사용될 수 있다.
예를 들어, 디스크(218)의 위치는 플레이트(210)에 대해 디스크(218)의 가장 가까운 점(422)을 포함할 수 있다. 가장 가까운 점(422)은 이 예에서는 디스크(218)의 주변(424)을 따르고 있다. 가장 가까운 점(422)에서, 디스크(218)는 플레이트(210)와 접촉할 수 있거나 또는 접촉하지 않을 수 있다.
디스크(218)의 이동 중에, 플레이트(210)에 대한 디스크(218)의 가장 가까운 점(422)이 변화한다. 이 예에서, 디스크(218)와 가장 가까운 점(422)은 화살표(428)의 방향으로 이동한다. 도시된 바와 같이, 디스크(218)의 이동은 회전 이동이라기보다는 하향 경사 이동이다. 코일(212)을 통해 흐르는 전류의 변화는 디스크(218)의 이동을 제어하도록 제어될 수 있다. 코일(212)을 통해 흐르는 전류가 변화함에 따라, 코일(212)의 인덕턴스는 디스크(218)의 위치를 식별하기 위한 정보를 생성하기 위해 센서(414), 센서(416) 및 센서(418)에 의해 검출될 수 있다.
다음에 도 5를 참조하면, 플레이트의 상측의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 코일 A(400)는 중심(center; 500)을 가지며, 코일 B(402)는 중심(502)를 가지며, 코일 C(404)는 중심(504)을 가진다.
코일(212)의 위치는 코일(212)의 중심의 위치에 기초하여 설명될 수 있다. 예를 들어, 코일 A(400)에 대한 중심(500)은 좌표(Xa, Ya)를 가지며, 코일 B(402)에 대한 중심(502)은 좌표(Xb, Yb)를 가지며, 코일 C(404)에 대한 중심(504)은 좌표(Xc, Yc)를 가진다.
또한, 인덕턴스는 코일(212)에 대해 측정될 수 있다. 예시적인 예에서, 코일 A(400)의 인덕턴스는 La이고, 코일 B(402)의 인덕턴스는 Lb이며, 코일 C(404)의 인덕턴스 Lc이다.
도시된 바와 같이, x축(506)과 y축(508)은 플레이트 평면(410)에 위치될 수 있다. 가장 가까운 점(422)은 x축(506)에 대하여 각도(510)로서 설명될 수 있다. 가장 가까운 점(422)은 코일(212)의 인덕턴스를 측정하고 디스크 평면(408)에 대한 방정식(equation)을 식별함으로써 식별될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 디스크의 위치를 식별하기 위한 방정식의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 도 6에 도시된 방정식은 도 4에서의 디스크 평면(408)과 같은 평면의 위치를 식별하기 위해 사용될 수 있는 방정식의 예이다. 방정식은 또한 디스크 평면(408)에 대한 법선 벡터를 식별하기 위해 사용될 수 있다.
방정식(600)은 평면에 대한 표준 방정식이다. 이 예에서, 방정식(600)은 도 4에서의 디스크 평면(408)을 식별하는데 사용된다. 도시된 바와 같이, x, y 및 z는 디스크 평면(408)에 대한 좌표값이다.
방정식(600)에서의 상수 a, b, c 및 d는, 각각 방정식(602), 방정식(604), 방정식(606) 및 방정식(608)을 이용하여 산출될 수 있다. 이 예에서, LA는 코일 A(400)의 인덕턴스이고, LB는 코일 B(402)의 인덕턴스이며, LC는 코일 C(404)의 인덕턴스이다.
코일 A(400), 코일 B(402) 및 코일 C(404)의 위치는 또한, a, b, c 및 d를 산출하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 코일 A(400), 코일 B(402) 및 코일 C(404)의 중심의 위치가 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, xA는 코일 A(400)의 중심(500)에 대한 x값이고, yA는 코일 A(400)의 중심(500)에 대한 y값이다. xB는 코일 B(402)의 중심(502)에 대한 x값이고, yB는 코일 B(402)의 중심(502)의 y값이다. xC는 코일 C(404)의 중심(504)에 대한 x값이고, yC는 코일 C(404)의 중심(504)의 y값이다. 코일(212)의 이들 위치뿐만 아니라 코일(212)의 각각의 인덕턴스는, 값 a, b, c 및 d의 식별을 초래한다.
방정식(602), 방정식(604), 방정식(606) 및 방정식(608)을 이용하여 산출된 a, b, c 및 d는, 디스크의 평면(408)을 식별하기 위해 방정식(600)에서 사용될 수 있다. 방정식(600)은 3차원 공간에서의 디스크 평면(408)의 방정식을 나타낸다.
디스크(408)에 대한 법선(412)은 또한 방정식(610)과 더불어 값 a, b 및 c를 이용하여 식별될 수 있다. 이 예시적인 예에서, 방정식(610)에서의 [a, b, c]는 법선(412)의 [x, y, z]에 대응한다. 바꾸어 말해서, [a, b, c]는 방정식(600)을 이용하여 산출된 디스크 평면에 법선 벡터, 법선(412)을 제공한다.
도 1의 컨트롤러(108)는, 그 후, 플레이트 평면(410)에 대하여 디스크(218)의 가장 가까운 점(422)을 식별하기 위해 방정식(610)에 의해 식별된 바와 같은 법선(412)을 사용할 수 있다. 가장 가까운 점(422)은 도 7을 참조하여 설명되는 바와 같이 각도를 산출함으로써 식별될 수 있다.
다음에 도 7을 참조하면, 디스크의 위치를 식별하기 위한 컨트롤러의 구성요소의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 전기 모터를 제어하는 디스크의 위치를 식별하기 위한 컨트롤러(108)의 구성요소의 예가 이 도면에 나타내어져 있다. 도시된 바와 같이, 컨트롤러(108)는 법선 벡터 산출기(normal vector calculator; 700), 외적 발생기(cross product generator; 702) 및 가장 가까운 점 식별기(closest point identifier; 704)를 포함한다. 이 예에서, 이들 구성요소는 도 2에서 디스크(218)의 위치를 산출하도록 구성되어 있다.
도시된 바와 같이, 법선 벡터 산출기(700)는 인덕턴스 정보(706) 및 코일 위치 정보(708)를 수신하도록 구성되어 있다. 인덕턴스 정보(706)는 도 2∼도 5에 나타낸 바와 같이 코일(212)의 인덕턴스에 대해 측정된 값을 포함하고 있다. 예를 들어, 코일(212)이 도 4∼도 5에 나타낸 바와 같이 코일 A(400), 코일 B(402) 및 코일 C(404)를 포함하고 있을 때, 인덕턴스 정보는 LA, LB 및 LC를 포함한다.
코일 위치 정보(708)는 코일(212)의 위치를 포함한다. 코일(212)의 위치는 다수의 방법으로 설명될 수 있다. 예를 들어, 위치는 코일(212)의 중심에 대한 좌표일 수 있다. 이들 중심은 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이 중심(500), 중심(502) 및 중심(504)일 수 있다. 이들 위치 좌표는 상기 도 6에서 설명된 바와 같이 방정식(602), 방정식(604), 방정식(606) 및 방정식(608)으로의 위치 입력에 대응한다.
법선 벡터 산출기(700)는 디스크 법선 벡터(710)를 산출하기 위해 방정식(602), 방정식(604) 및 방정식(606)을 이용한다. 디스크 법선 벡터(710)는 도 4에서의 법선(412)에 대한 법선 벡터이며 도 6의 방정식(610)에서 나타낸 [a, b, c] 또는 [x, y, z]로서 정의될 수 있다. 바꾸어 말해서, 코일(212)의 중심의 위치 및 코일(212)의 각각의 인덕턴스를 이용하여, 법선 벡터 산출기(700)는 디스크 법선 벡터(710)를 식별한다.
외적 발생기(702)는 법선 벡터 산출기(700)로부터 디스크 법선 벡터(710)를 수신한다. 외적 발생기(702)는 또한 플레이트(210)에 대한 플레이트 법선 벡터(712)를 수신한다. 플레이트 법선 벡터(712)는 도 4에서 보여지는 플레이트 평면(410)에 대한 법선(413)에 대한 벡터이다. 이 예시적인 예에서, 플레이트 법선 벡터(712)는 [0,0,1]로서 정의된다.
외적 발생기(702)는 디스크 법선 벡터(710)와 플레이트 법선 벡터(712)의 외적으로부터 벡터(714)를 생성한다. 벡터(714)는 [Xn, Yn, Zn]으로서 설명되어 있다. 예시적인 예에서, 벡터(714)는 디스크 법선 벡터(710)와 플레이트 법선 벡터(712) 모두에 서로 직교한다.
외적 발생기(702)는 벡터(714)에 기초하여 가장 가까운 점 식별기(704)에 벡터 정보(716)를 전송한다. 이 예시적인 예에서, 벡터 정보(716)는 벡터(714)로부터의 XN과 YN을 포함한다.
벡터 정보(716)에 의해, 가장 가까운 점 식별기(704)는 가장 가까운 점(422)에 대한 각도(510)를 식별한다. 이 예시적인 예에서, 각도(510)는 Φ = arctan(Yn/Yn)으로서 식별된다. 다른 예시적인 예에서, 가까운 점 식별기(704)는 XN과 YN에 더하여 또는 XN과 YN 대신에 다른 정보를 이용하여 가장 가까운 점(422)을 식별할 수 있다.
각도(510)의 식별은 디스크 평면(408)의 위치를 결정하는데 이용된다. 식별된 디스크 평면(408)의 위치에 의해, 컨트롤러(108)는 실시간으로 원하는 방식으로 정류(commutate)할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(108)가 디스크 평면(408)의 정확한 피치를 가지고 있기 때문에, 컨트롤러(108)는 원하는 방식으로 디스크 평면(408)을 이동시키기 위해 코일(212)로 도 1에서의 전류(114)를 스위치 온 및 오프할 수 있다. 일부의 예에서, 컨트롤러(108)는 현재 사용되는 시스템보다 더 부드럽게 디스크 평면(408)을 동작시키기 위해 각도(510)에 의해 식별된 디스크 평면(408)의 위치를 사용할 수 있다.
다음에 도 8을 참조하면, 디스크의 위치의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 기준 평면(800)은 플레이트 평면(410)에 평행하다. 디스크 평면(408)과 기준 평면(800)은 모두 중심(802)을 가지고 있다.
도시된 바와 같이, 각도(804)는 이 예시적인 예에서 피치(pitch)를 나타낸다. 각도(804)는 디스크 평면(408)에 대한 법선(412)과 기준 평면(800)에 대한 법선(413) 사이의 각도이다.
이 예시적인 예에서, ZI는 기준 평면(800)의 법선(413)이고, E3는 디스크 평면(408)의 법선(412)이다. E2'는 도 7에서의 벡터(714)에 대응하는 외적 발생기(702)에 의해 생성된 벡터 외적의 결과 벡터이다. E1'는 E2'의 E3와의 외적으로부터 산출된 제2 외적 발생기의 결과 벡터이다. 결과 벡터 E1'는 피치 각도를 결정하기 위해 구성요소 정보를 제공한다.
각도(804)의 식별은, 도 9에서 설명된 프로세스를 이용하는 도 6의 방정식을 이용하여 각도(510)에 대해 유사한 방식으로 이루어질 수 있다. 디스크 평면(408)의 피치 각도를 산출하는 것은, 기어 이빨이 분리(disengage, 맞물림 해제)될 때를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 상황은, 기어 이빨이 미끄러지도록 하는 양만큼 피치 각도가 감소할 때 발생할 수 있다. 기어 이빨은 도 2에서 보여지는 바와 같이 제1 이빨(224) 및 제2 이빨(228)이다. 예를 들어, 기어 이빨은 피치 각도가 피치 각도에 대해 원하는 각도보다 약 2도 낮은 값을 가질 때 분리되는 것으로 간주될 수 있다. 디스크의 피치 각도의 식별은, 디스크(218)가 원하는 방식으로 도 2∼도 4로부터 회전자(220)와 맞물리지 않을 때를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
추가적으로, 피치 각도의 변화는 또한 도 2∼도 3에서의 릴럭턴스 모터(200)의 하우징(204) 내에 이물질로부터의 재밍(jamming, 막힘)의 표시로 될 수 있다. 이러한 상황이 검출되면, 릴럭턴스 모터(200)는 종료되거나 막힘을 취소 또는 외부 파편(foreign debris)을 제거하는 방법으로 기동(maneuver)될 수 있다.
도 9를 참조하면, 디스크의 위치를 식별하기 위한 컨트롤러의 구성요소의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 전기 모터를 제어하는 디스크의 위치를 식별하기 위한 도 1의 컨트롤러(108)의 구성요소의 예가 도면에 나타내어져 있다. 도시된 바와 같이, 컨트롤러(108)는 변위 유닛(displacement unit; 900), 디스크 법선 산출기(disc normal calculator; 902), 제1 외적 발생기(904), 제2 외적 발생기(906), 및 피치 식별기(pitch identifier; 908)를 포함한다. 이 예에서, 이들 구성요소는 도 2에서의 디스크(218)의 피치를 산출하도록 구성되어 있다. 도시된 바와 같이, 피치는 도 8에서의 각도(804)이다.
도시된 바와 같이, 변위 유닛(900)은 인덕턴스 정보(910)를 수신한다. 인덕턴스 정보(910)는 코일(212)의 인덕턴스에 대해 측정된 값으로 구성된다.
변위 유닛(900)은 인덕턴스 정보(910)에 기초하여 수직 변위(914)를 식별한다. 변위 유닛(900)은, 피치 각도를 산출하기 위해 3개의 공간 치수(spatial dimension)가 필요하기 때문에, 인덕턴스 정보(910)를 공간 정보로 변환하는데 사용된다.
디스크 평면(408)이 도 2∼도 5에서 보여지는 코일(212)에 더 가까워짐에 따라, 인덕턴스는 최대로 된다. 인덕턴스는 가장 높은 점에서 최소로 된다. 따라서, 수직 변위(914)는 선형 외삽 방정식 z = -k*(L - Lmax)를 이용하여 식별될 수 있다. 여기서, L은 일정 기간에서의 코일의 인덕턴스이고, Lmax는 접촉 인덕턴스이며, k는 상수이다. 이와 같이 해서, 인덕턴스 정보(910)는 z에 의해 표시되는 수직 변위로 변환된다. 선형 외삽 방법은 변위가 식별될 수 있는 방식이지만, 다른 기술도 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 기술은 인덕턴스의 주어진 기하학적 의존성에 더 높은 정확도를 제공하기 위해 더 높은 차수의 다항식 근사(polynomial approximation)로 될 수 있다.
디스크 법선 산출기(902)는 변위 유닛(900)으로부터 수직 변위(914)를 수신한다. 추가적으로, 디스크 법선 산출기(902)는 코일 위치 정보(912)를 수신한다. 코일 위치 정보(912)는, 상기한 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이 코일(212)의 위치이다.
디스크 법선 산출기(902)는 디스크 법선 벡터(916)를 식별한다. 이 식별은, 이 특정 예에서 도 6에 도시된 방정식(602), 방정식(604) 및 방정식(606)을 이용하여 이루어진다. 디스크 법선 벡터(916)는 [a, b, c]로서 정의된다.
제1 외적 발생기(904)는 입력으로서 디스크 법선 벡터(916)를 수신한다. 추가적으로, 제1 외적 발생기(904)는 또한 입력으로서 플레이트 법선 벡터(918)를 수신한다. 이 예시적인 예에서, 플레이트 법선 벡터(918)는 [0,0,1]로서 정의된다. 제1 외적 발생기(904)는 디스크 법선 벡터(916)와 플레이트 법선 벡터(918)의 외적으로부터 벡터(920)를 생성한다. 벡터(920)는 [Xn, Yn, Zn]으로서 정의된다.
제2 외적 발생기(906)는 입력으로서 벡터(920) 및 디스크 법선 벡터(916)를 수신한다. 제2 외적 발생기(906)는 벡터(922)에 기인하는 이들 두 벡터의 외적을 생성한다. 이 예시적인 예에서, 벡터(922)는 [Xm, Ym, Zm]으로서 정의된다.
제2 외적 발생기(906)는 피치 식별기(908)로 벡터 정보(924)를 전송한다. 이 예시적인 예에서, 벡터 정보(924)는 [Xm, Ym, 0] 및 [Xm, Ym, Zm]을 포함한다. 예시적인 예에서, A = [xm, ym, 0]이고 B = [xm, ym, zm]이다. 도시된 바와 같이, 관심있는 각도가 B 벡터와 코일 평면으로의 B 벡터의 투사(projection) 사이의 각도이기 때문에, A 벡터의 z 성분은 0과 동일하게 설정된다. 도시된 바와 같이, B는 제1 외적 발생기(904)에서의 이전 외적의 벡터를 나타낸다. 도시된 바와 같이, x 및 y 평면 상에 A를 위치시키는 제로와 동일하게 설정한 z 성분을 갖는 B에 기초를 두고 있는 벡터이다.
피치 식별기(908)는 각도(804)를 식별한다. 각도(804)는 이 예시적인 예에서 피치 각도이다. 각도(804)는 θ = acrcos(A * B /(|A| * |B|))로서 식별된다.
각도(804)의 식별은, 디스크(218)가 맞물림(engagement)의 원하는 각도로부터 일탈하고 있는지 여부를 결정하는데 사용된다. 맞물림의 각도는, 회전자(220) 상의 제1 이빨(224)과 디스크(218) 상의 제2 이빨(228)이 도 2에서 서로 맞물리는 경우의 각도이다. 회전자(220)에 대하여 미끄러지는 디스크(218)에 기인할 수 있는 맞물림의 각도로부터의 변화는, 선택된 임계값보다 큰 변화이다. 바꾸어 말해서, 각도(804)를 이용하여 식별된 디스크(218)의 피치가 맞물림 각도를 둘러싸는 허용 오차(tolerance)보다 작아지면, 디스크(218)는 회전자(220)에 대하여 미끄러질 수 있다. 허용 오차는, 예를 들어 약 -2도일 수 있다. 이 상황은 릴럭턴스 모터(200)의 성능을 감소시킬 수 있다.
피치 각도, 각도(804)의 식별은, 작업이 감소 또는 디스크(218)의 미끄러짐을 저감 또는 방지하기 위한 조치(action)가 취해질 수 있을 때를 표시하기 위해 사용될 수 있다. 컨트롤러는, 디스크(218)가 회전자(220)에 대하여 미끄러질 수 있음을 각도(804)가 표시하는 경우에 예방 대책을 구현하는 법을 제어하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 취해질 수 있는 하나의 조치는, 디스크(218)가 맞물림의 원하는 각도에 관하여 각도(804)에 대해 원하는 값으로 유지될 수 있도록 전류를 증가시키도록 할 수 있다.
각도(804)의 식별은 또한, 회전자(228) 상의 제1 이빨(220)의 디스크(218) 상의 제2 이빨(228)과의 맞물림에 영향을 미치는 외부 파편이 존재하는지를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 추가적으로, 외부 파편의 존재가 검출되면, 외부 파편의 영향을 제거하거나 감소시키기 위한 조치가 또한 컨트롤러(108)에 의해 개시될 수 있다.
식별된 디스크 평면(408)의 피치에 의해, 컨트롤러(108)는 실시간으로 원하는 방식으로 정류할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(108)가 디스크 평면(408)의 정확한 피치를 가지고 있기 때문에, 컨트롤러(108)는 원하는 방식으로 디스크 평면(408)을 이동시키기 위해 코일(212)로 전류(114)를 스위치 온 및 오프할 수 있다.
도 10에는, 전기 모터 제어 시스템의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 예에서, 도 1에서의 컨트롤러(108)를 이용하는 도 2의 릴럭턴스 모터(200)의 동작이 더 상세히 나타내어져 있다.
도시된 바와 같이, 컨트롤러(108)는 위치 식별기(position identifier; 1000), 위치 추적기(position tracker; 1002), 속도 변환기(velocity converter; 1004), 위치 추적기(1006), 위치 추적기(1008), 정류기(commutator; 1010) 및 전류 추적기(current tracker; 1012)를 포함하고 있다. 위치 식별기(1000)는 도 7 및 도 9에 나타낸 구성요소에 대한 구현의 일례이다. 바꾸어 말해서, 위치 식별기(1000)는 디스크 평면(408)의 위치를 식별하기 위해 각도(510), 각도(804), 또는 각도(510)와 각도(804) 양쪽 모두를 산출하기 위한 구성요소를 포함한다.
이 예시적인 예에서, 위치 식별기(1000)는 도 4에서의 코일 A(400), 코일 B(402), 코일 C(404)에 대응하는 인덕턴스 측정값, LA, LB 및 LC를 받아들인다. 위치 식별기(1000)는, 그 후 도 7 및 도 9를 참조하여 설명된 바와 같이 디스크 평면(408)의 각도 위치를 출력한다. 각도 위치는 각도(510), 각도(804), 이들 양쪽, 또는 다른 적절한 각도 위치 정보를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 위치 추적기(1002)는 사용자로부터 릴럭턴스 모터(200)의 동작을 위한 명령을 받아들인다. 이들 명령은 릴럭턴스 모터(200)의 명령된 회전자 아암 위치(1001)를 포함할 수 있다. 특히, 명령된 회전자 아암 위치(1001)는 릴럭턴스 모터(200)의 회전자 아암의 편향(deflection)일 수 있다. 위치 추적기(1002)는 명령된 회전자 아암 위치(1001)를 회전자 아암 위치(1003)와 비교한다. 회전자 아암 위치(1003)는 회전자 아암의 현재의 위치일 수 있다. 명령된 회전자 아암 위치(1001)가 회전자 아암 위치(1003)와 일치하지 않으면, 위치 추적기(1002)는 명령된 회전자 아암 위치(1001)와 회전자 아암 위치(1003) 사이의 차를 나타내는 에러 값을 제공한다.
위치 추적기(1002)는, 그 후 디스크 평면(408)에 대한 속도 명령(1005)을 생성한다. 속도 명령(1005)은 회전자 아암이 명령된 회전자 아암 위치(1001)에 있을 수 있도록 원하는 위치로 디스크 평면(408)을 진행시키기 위해 사용된다. 이 예에서, 속도 명령(1005)은 디스크 평면(408)에 대한 스핀 명령(spin command)일 수 있다.
도시된 바와 같이, 속도 변환기(1004)는 속도를 증가 속도(incremental velocity)로 변환한다. 속도 변환기(1004)는 방정식 βcmd = β + Δβcmd를 이용하여 출력 속도를 산출한다. 여기서, β는 위치 식별기(1000)의 출력이고, Δβcmd는 속도 명령(1005)이다
이 도시된 예에서, 위치 추적기(1006)는 측정된 샤프트 위치, β와 속도 명령(1005) 사이의 차를 산출한다. 위치 추적기(1008)는 디스크 평면(408)의 명령된 위치와 디스크 평면(408)의 측정된 위치, α 사이의 차를 산출한다.
이 예시적인 예에서, 정류기(1010)는 릴럭턴스 모터(200)의 코일(212)에서의 전류를 제어한다. 코일(212)에서의 전류에 대한 타이밍은, 디스크 평면(408)의 위치 및 회전자 아암을 진행시키도록 회전시키는데 필요한 회전 디스크 평면(408)의 속도 및 거리에 기초하여 산출된다. 바꾸어 말해서, 코일(212)에 대한 전류의 스위칭의 순서 및 크기가 결정된다. 이 스위칭의 순서는, 원하는 순서로 코일(212)에 전류를 전송하기 위해 컨트롤러(108)에 의해 이용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 전류 추적기(1012)는 전류 제어 블록이다. 이 예에서, 전류 추적기(1012)는 전류(ia) 추적기(1014), 전류(ib) 추적기(1016) 및 전류(ic) 추적기(1018)를 포함한다. 전류 추적기(1014)는 코일 A(400)에서의 전류를 모니터링 및 명령하고, 전류 추적기(1016)는 코일 B(402)에서의 전류를 모니터링 및 명령하며, 전류 추적기(1018)는 코일 C(404)에서의 전류를 모니터링 및 명령한다. 전류 추적기(1012)의 각각에 의해 모니터링된 전류에 기초하여, 전류 명령(current commands; 1019)은 코일 A(400), 코일 B(402) 및 코일 C(404)의 각각에서의 전류의 크기를 증가 또는 감소시키기 위해 스위칭 시스템(1020)으로 전송될 수 있다.
이 예시적인 예에서, 릴럭턴스 모터(200)는 스위칭 시스템(1020), 코일(212) 및 센서(1026)를 포함한다. 스위칭 시스템(1020)은 코일(212)로의 전류를 제어하는 스위치(1022)를 구비한다. 전류 명령(1019)은 스위치 온 및 오프시키도록 스위치(1022)에 명령한다.
스위칭 시스템(1020)은 이 예시적인 예에서 전원 공급기 및 코일(212)에 접속되어 있는 하드웨어이다. 전류 명령(1019)은 온 및 오프를 토글(toggle)하거나 또는 일부 다른 적절한 방식으로 동작할 수 있도록 스위치(1022)에 명령할 수 있다.
도시된 바와 같이, 전류 측정값(1024)은 코일 A(400), 코일 B(402) 및 코일 C(404)에 대해 취해진다. 전류 측정값(1024)은, ia, ib 및 ic에 의해 표시되고 코일 A(400), 코일 B(402) 및 코일 C(404)와 각각 관련될 수 있다. 이 예에서, 코일(212)의 각각에 대한 전류 측정값(1024)은 전류 추적기(1012)로 입력된다. 전류 측정값(1024)은 전류 센서(도시하지 않음)를 이용하여 측정될 수 있다
이 도시된 예에서, 센서(1026)는 센서(414), 센서(416), 센서(418) 및 위치 센서(1028)를 포함한다. 센서(414), 센서(416) 및 센서(418)는 각각 코일 A(400), 코일 B(402), 코일 C(404)에 대한 인덕턴스 측정값(1025)을 생성한다. 인덕턴스 측정값(1025)은 LA, LB 및 LC를 포함하고, 전술한 바와 같이 위치 정보를 산출하기 위해 위치 식별기(1000)로 입력을 제공한다. 위치 센서(1028)는 회전자 아암 위치(1003)를 측정한다. 위치 센서(1028)는 이 예시적인 예에서 반경 위치 센서일 수 있다. 회전자 아암 위치(1003)는 명령된 회전자 아암 위치(1001)와의 비교를 위해 위치 추적기(1002)로 전송된다.
도시된 바와 같이, 이펙터 부하(effector load; 1030)는 릴럭턴스 모터(200)의 물리적인 부하로 될 수 있다. 이 예에서, 전력 필터(1032)는 입력 전력에 대한 필터일 수 있다.
이와 같이 해서, 코일(212)에서의 전류가 보다 정확하게 제어될 수 있도록 피드백 루프가 작성된다. 게다가, 디스크 평면(408)은 회전자 아암이 명령된 위치로 이동하도록 컨트롤러(108)에 의해 제어된다. 결과적으로, 스위치(1022)로 전송된 전류 명령(1019)은 원하는 방식으로 코일(212)을 동작시키기 위해 동적으로 변경될 수 있다. 결과적으로, 릴럭턴스 모터(200)는 효율이 좋으면서 부드럽게 동작할 수 있다.
도 11을 참조하면, 부스터를 갖는 유압 모터 시스템의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서는, 유압 모터 시스템(1100) 및 릴럭턴스 모터 시스템(1102)이 나타내어져 있다. 릴럭턴스 모터 시스템(1102)은 도 1에 블록 형태로 나타낸 컨트롤러(108)를 갖는 릴럭턴스 모터(118)에 대한 하나의 구현의 일례일 수 있다.
도시된 바와 같이, 유압 모터 시스템(1100) 및 릴럭턴스 모터 시스템(1102)은 병렬로 동작하고 있다. 몇몇의 예에서, 릴럭턴스 모터 시스템(1102)은 유압 모터 시스템(1100)에 대한 부스터(booster)일 수 있다. 릴럭턴스 모터 시스템(1102)이 부스터일 때, 릴럭턴스 모터 시스템(1102)은 이펙터 부하(effector load; 1104)에 대해 추가적인 힘을 제공할 수 있다.
이 예시적인 예에서, 위치 명령(position command; 1106)은 유압 액츄에이터 컨트롤러(hydraulic actuator controller; 1108)로 전송된다. 위치 명령(1106)은 유압 피스톤(hydraulic piston; 1109)에 대한 원하는 위치일 수 있다. 유압 액츄에이터 컨트롤러(1108)는, 그 후 유압 모터 시스템(1100)의 동작을 위한 속도 명령(rate command; 1110)을 생성한다. 특히, 속도 명령(1110)은 유압 모터 시스템(hydraulic motor system; 1100)의 유압 밸브(hydraulic valve; 1111) 및 유압 피스톤(1109)을 동작시키도록 명령할 수 있다. 유압 피스톤(1109)의 위치가 측정될 수 있고, 위치(1113)는 이 예시적인 예에서 새로운 속도 명령을 생성하기 위해 유압 실린더 컨트롤러(1108)로 입력될 수 있다.
유압 액츄에이터 컨트롤러(1108)는 또한, 릴럭턴스 모터 시스템(1102)의 컨트롤러(1112)로 속도 명령(1110)을 전송할 수 있다. 이와 같이 해서, 유압 액츄에이터 컨트롤러(1108)의 동작과 컨트롤러(1112) 사이의 동기화가 일어날 수 있다. 릴럭턴스 모터 시스템(reluctance motor system; 1102)의 컨트롤러(1112)는 도 1에서의 컨트롤러(108)에 대한 구현의 일례일 수 있다. 컨트롤러(1112)는, 원하는 방식으로 릴럭턴스 모터(reluctance motor; 1114)를 동작시키기 위해 속도 명령(1110)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(1112)는, 상술한 바와 같이, 릴럭턴스 모터(1114)에서 디스크 평면의 위치를 변경하기 위해 속도 명령(1110)을 이용할 수 있다. 일례로서, 컨트롤러(1112)는 이펙터 부하(1104)에 추가적인 힘을 제공하도록 릴럭턴스 모터 시스템의 동작을 제어하기 위해 위치 식별기, 위치 추적기, 인덕턴스 센서, 위치 센서, 및 다른 구성요소 또는 도 2∼도 10을 참조하여 논의된 구성요소의 조합을 이용할 수 있다.
따라서, 유압 모터 시스템(1100)의 컨트롤러(1112)에 의해, 유압 밸브(1111), 유압 피스톤(1109), 또는 이들 양쪽을 이동시키거나 또는 위치 결정하는 것 중의 적어도 하나에서 증가된 정확도가 수행될 수 있다. 결과적으로, 더 높은 양의 제어성이 이펙터 부하(1104)에 관한 조작을 수행하기 위해 존재할 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 전기 모터의 그룹의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 전기 모터의 그룹(1200)은 도 1에서의 전기 모터의 그룹(104)에 대한 구현의 하나의 예일 수 있다.
전기 모터의 그룹(1200)은, 컨트롤러(1206)를 갖는 릴럭턴스 모터(1202)와 컨트롤러(1208)를 갖는 릴럭턴스 모터(1204)를 포함하고 있다. 릴럭턴스 모터(1202) 및 릴럭턴스 모터(1204)는 이들 예시적인 예에서 병렬로 동작하는 가상 타원 장치일 수 있다. 릴럭턴스 모터(1202) 및 릴럭턴스 모터(1204)는 이펙터 부하(1210)에 원하는 레벨의 힘을 제공하기 위해 병렬로 동작할 수 있다.
도시된 바와 같이, 릴럭턴스 모터(1202) 및 릴럭턴스 모터(1204)는 각각 도 2에 나타낸 릴럭턴스 모터(200)에 나타낸 구성요소를 구비한다. 컨트롤러(1206) 및 컨트롤러(1208)는 도 10에서 컨트롤러(108)를 참조하여 설명된 구성요소를 구비한다. 예를 들어, 컨트롤러(1206) 및 컨트롤러(1208)는 위치 식별기, 위치 추적기, 속도 변환기, 정류기, 전류 추적기 및 릴럭턴스 모터(1202)와 릴럭턴스 모터(1204) 각각에 대한 위치 및 속도 정보를 모니터링 및 산출하기 위한 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
이 예시적인 예에서, 피드백(1212)은 릴럭턴스 모터(1202)로부터 컨트롤러(1206)로 전송되는 반면에, 피드백(1214)은 릴럭턴스 모터(1204)로부터 컨트롤러(1208)로 전송된다. 피드백(1212)은 릴럭턴스 모터(1202)의 회전자 아암 위치 정보, 릴럭턴스 모터(1202)의 코일의 인덕턴스 측정값, 전류 측정값, 릴럭턴스 모터(1202) 내의 디스크의 각도 위치, 및 컨트롤러(1206)가 릴럭턴스 모터(1202) 내의 구성요소의 위치를 변경하기 위해 이용할 수 있는 적절한 다른 타입의 피드백을 포함할 수 있다. 피드백(1214)은, 릴럭턴스 모터(1204)의 회전자 아암 위치 정보, 릴럭턴스 모터(1204)의 코일의 인덕턴스 측정값, 전류 측정값, 릴럭턴스 모터(1204) 내의 디스크의 각도 위치, 및 컨트롤러(1208)가 릴럭턴스 모터(1204) 내의 구성요소의 위치를 변경하기 위해 이용할 수 있는 적절한 다른 타입의 피드백을 포함할 수 있다. 피드백(1212) 및 피드백(1214)은 각각 상술한 바와 같이 컨트롤러(1206) 및 컨트롤러(1208) 내의 각종의 구성요소에 의해 사용될 수 있다.
추가적으로, 이 예시적인 예에서, 컨트롤러(1206) 및 컨트롤러(1208)는 서로 통신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(1206)는 컨트롤러(1208)로 동작 정보(operation information; 1216)를 전송할 수 있다. 동작 정보(1216)는, 예를 들어 속도 명령, 회전자 위치 정보, 인덕턴스 측정값 및 다른 적절한 타입의 정보를 포함할 수 있다. 동작 정보(1216)는 원하는 대로 병렬로 릴럭턴스 모터(1202) 및 릴럭턴스 모터(1204)를 동작시키기 위해 컨트롤러(1206) 및 컨트롤러(1208)에 의해 사용될 수 있다.
도 2∼도 12에 나타낸 다른 구성요소는, 도 1의 구성요소와 결합되어 도 1의 구성요소와 함께, 또는 둘의 조합으로 사용될 수 있다. 추가적으로, 도 2∼도 12의 구성요소 중 일부는 도 1에서 블록 형태로 나타낸 구성요소가 어떻게 물리적인 구조로서 구현될 수 있는지를 나타내는 예시적인 예일 수 있다.
더욱이, 도 2∼도 12의 릴럭턴스 모터(200)의 도면이 다른 예시적인 예가 구현될 수 있는 방식을 한정하는 것은 아니다. 3개의 코일이 릴럭턴스 모터(200)에 대해 나타내어져 있지만, 다른 수의 코일이 다른 예시적인 예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 코일, 5개의 코일, 8개의 코일, 또는 일부 다른 수의 코일이 사용될 수 있다. 더욱이, 예시적인 예에서의 다른 전기 모터는 하나 이상의 다른 사분면(quadrant)에서 동작될 수 있다.
다음에 도 13을 참조하면, 전류 컨트롤러의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 전류 컨트롤러(1300)는 도 1의 컨트롤러(108)에서 구현될 수 있다. 특히, 전류 컨트롤러(1300)는 도 1의 전기 모터의 그룹(104)으로 전송된 전류(114)에 대한 값의 범위를 선택하기 위해 사용될 수 있다. 전류(114)의 이러한 제어는, 전류가 도 1의 릴럭턴스 모터(118)의 코일(124)을 통해 흐르는 동안에 수행될 수 있다.
전류 컨트롤러(1300)는, 릴럭턴스 모터(118)의 동작 중에 전류(114)가 변화함에 따라 전기 모터의 그룹(104)으로 전송된 전류(114)의 크기를 제어하도록 구성된다. 바꾸어 말해서, 전기 모터의 그룹(104)으로 전류(114)를 전송하기 위한 명령된 전류가 식별된 때, 크기에 대한 범위는 릴럭턴스 모터(118)로의 명령된 전류에 기초하여 전류(114)를 보내기 위해 사용될 수 있다. 이러한 예시적인 예에서, 명령된 전류는 전기 모터의 그룹(104)으로 전송되는 전류(114)의 크기에 대한 값이다.
이 예시적인 예에서, 전류 컨트롤러(1300)는 다수의 구성요소를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전류 컨트롤러(current controller; 1300)는 한계 산출기(limit calculator; 1302), 듀티 사이클 상태 식별기(duty cycle state identifier; 1304) 및 스위치 명령 발생기(switch command generator; 1306)를 포함한다.
한계 산출기(1302)는 입력으로서 명령된 전류(commanded current, icmd) (1308)를 수신한다. 한계 산출기(1302)는 명령된 전류(1308)로부터 상부 전류 한계(iUL)(1310) 및 하부 전류 한계(iLL)(1312)를 식별한다. 이들 두 값은 명령된 전류(1308)의 범위를 식별한다. 이 예시적인 예에서, 식별은 다수의 다른 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상부 전류 한계(1310)는 icmd + k로 될 수 있고, 하부 전류 한계(1312)는 icmd - k로 될 수 있다. 도시된 바와 같이, k는 상수이며 예시적인 예에서는 임의의 원하는 값으로 선택될 수 있다. 다른 예시적인 예에서, 상수는 하부 전류 한계(1312)를 식별하는 것과 비교해서 상부 전류 한계(1310)를 식별할 때 다르게 될 수 있다.
이와 같이 해서, 전류(114)는 상부 전류 한계(1310) 및 하부 전류 한계(1312)에 의해 규정되는 한계로 명령된 전류(1308)의 범위 내에서 코일(124)에 흐르도록 제어될 수 있다.
듀티 사이클 상태 식별기(1304)는 입력으로서 한계 산출기(1302)로부터 상부 전류 한계(1310) 및 하부 전류 한계(1312)를 수신한다. 추가적으로, 듀티 사이클 상태 식별기(1304)는 또한 입력으로서 피드백 전류(ib)(1314)를 수신한다. 이들 입력은 듀티 사이클 상태(1316)를 식별하기 위해 사용된다. 피드백 전류(ib)(1314)는 코일(212)을 통해 흐르는 전류이다.
듀티 사이클 상태(1316)는 스위치 명령 발생기(1306)로 전송된다. 스위치 명령 발생기(1306)는 듀티 사이클 상태(1316)로부터 스위치 명령(1318)을 생성한다. 이들 스위치 명령은 전원 공급기로부터 릴럭턴스 모터(118)와 같은 전기 모터로의 전류의 전송을 제어하는 컨트롤러(108)에서의 스위치를 위한 것이다.
스위치 명령(1318)은, 전류의 크기를 변경하기 위해, 릴럭턴스 모터(118)의 코일(124)과 같은 전기 모터의 코일을 가로지르는 전압의 과도 인가(transient application)를 제어하는 스위치를 제어한다. 이들 스위치는, 예를 들어 도 10에서의 스위치(1022)일 수 있다. 전압의 인가는 코일에 흐르는 전류의 크기의 변화에 대해 주어진 듀티 사이클 동안 시간이 지남에 따라 변화한다.
듀티 사이클은, 전압이 코일을 가로질러 인가되는 시간의 부분(fraction)을 제공한다. 이러한 시간의 부분 동안 권선(winding)을 가로질러 인가되는 전압은 권선에서의 전류의 크기에 영향을 미친다.
이와 같이 해서, 피드백 전류(ib)(1314)는 듀티 사이클을 식별하기 위해 정보를 제공한다. 피드백 전류(ib)(1314)의 명령된 전류(1308)와의 비교는, 이 예시적인 예에서는 듀티 사이클 상태(1316)를 식별하기 위해 사용된다. 도시된 바와 같이, 듀티 사이클 상태(1316)로부터 식별된 듀티 사이클은 원하는 방식으로 코일에서의 전류를 변화시키기 위해 스위치에 인가된다.
다음에 도 14를 참조하면, 도 13으로부터의 듀티 사이클 상태(1316)의 테이블의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 테이블(1400)은 듀티 사이클 상태(1316)에 대한 듀티 사이클 상태 식별기(1304)에 의해 식별될 수 있는 듀티 사이클 상태를 나타낸다.
이 예시적인 예에서, 테이블(1400)은 조건 열(condition column; 1402)과 듀티 사이클 상태 열(duty cycle state column; 1404)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 테이블(1400)은 엔트리(entry; 1406), 엔트리(1408), 엔트리(1410) 및 엔트리(1412)를 포함하고 있다. 상부 전류 한계(1310), 하부 전류 한계(1312) 및 피드백 전류(ib)(1314) 등과 같은 입력에 의존해서, 특정 엔트리에 대한 듀티 사이클 상태 열(1404)에서의 듀티 사이클 상태를 식별하기 위한 특정 조건이 조건 열(1402)에서 충족될 수 있다.
결과적으로, 상수 이득 값은 듀티 사이클을 능동적으로 변화시키는데 불필요할 수 있다. 다시 말해서, 듀티 사이클이 릴럭턴스 모터(118)의 동작 중에 일정하게 변화되는 듀티 사이클의 능동 제어(active control)가 불필요하다. 따라서, 사용하는 듀티 사이클이 피드백 전류와 명령된 전류 사이의 에러를 최소화하도록 변화하는 비례 적분 미분(proportional-integral-derivative, PID) 기술의 이용이 필요하지 않게 된다.
대신에, 예시적인 예는 측정된 전류와 상부 및 하부의 명령된 전류 한계 사이의 논리적인 비교(logical comparison)에 기초하여 듀티 사이클 상태(1316)를 식별한다. 이 예에서, 측정된 전류는 피드백 전류(ib)(1314)이다. 예시적인 예에서, 듀티 사이클 상태(1316)는, 예를 들어 증가 전류 상태(100% DC(duty cycle, 듀티 사이클)), 전류 감쇠 상태(0% 듀티 사이클) 및 회생 전류(regen current; -100% 듀티 사이클)로 될 수 있다. 특정 구현에서는 다른 수의 상태가 사용될 수 있다. 상태는 식별되어 현재 사용되는 제어 시스템보다 더 간단하게 하는 식으로 릴럭턴스 모터(118)에 대해 명령되는 전류를 제어하기 위한 범위로 사용된다.
명령된 전류 주위의 "제어의 긴장(tightness, 압박감)"은 릴럭턴스 모터(118)의 동작 중에 변화될 수 있다. 바꾸어 말해서, 범위는 변화될 수 있다. 범위의 변화는 전류 변동(current swing)을 줄이기 위해 선택될 수 있다. 바꾸어 말해서, 제1 전류 범위가 선택될 수 있으며, 릴럭턴스 모터(118)의 동작 중에 점진적으로 감소한다.
이와 같이 해서, 도 13에서의 전류 컨트롤러(1300)는 전류(114)가 명령된 전류(1308)에 대한 범위 내에서 전류 컨트롤러(1300)를 이용하여 변화할 수 있도록 하는 능력을 제공할 수 있다. 즉, 컨트롤러(108)는 전류(114)가 도 1의 코일(124)로 전송되어야 할 때 식별되는 디스크(120)의 위치(132)를 식별할 수 있다. 추가적으로, 컨트롤러(108)는 또한 코일(124) 내의 전류를 제어하는 것을 식별하도록 구성될 수 있다. 이 제어는, 전류(114)가 코일(124)을 통해 흐르면 도 13에서 전류 컨트롤러(1300)를 이용하여 수행될 수 있다.
도 13에서의 전류 컨트롤러(1300) 및 도 14에서의 테이블(1400)의 도면은, 다른 전류 컨트롤러가 구현될 수 있는 방식을 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 수의 엔트리, 조건, 또는 듀티 사이클이 도 13의 듀티 사이클 상태(1316)를 식별하기 위해 존재할 수 있다.
상태 또는 범위 중 적어도 하나를 사용하는 전류 컨트롤러(1300)에 대한 이러한 타입의 컨트롤러는, 릴럭턴스 모터(118)의 인덕턴스를 변화시키는 것과 관련된다. 인덕턴스가 시간에 관하여 변화하기 때문에, 기존의 비례 적분 미분(PID) 컨트롤러에 사용되는 상수 이득 값은 사용될 수 없다. 이득 상수는 인덕턴스의 상수 값에 좋다. 시간이 지남에 따라 변화하는 인덕턴스에 의해, 이득 상수도 물론 시간이 지남에 따라 변화할 것이다. 결과적으로, 전류 컨트롤러(1300)는 재생으로 부드럽게 움직이도록 증가 전류로부터 전환할 때 전류 컨트롤러(1300)라고 말하기 위해 명령된 전류 주위의 범위를 이용한다. 이러한 타입의 제어와 결합된 위치 산출기는, 릴럭턴스 모터(118)의 평활한 정류 및 동작의 원하는 레벨을 제공하도록 구성되어 있다.
이제 도 15를 참조하면, 4사분면 제어(four-quadrant control)의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 도 1에서의 전기 모터 시스템(102)은 다수의 경우에 사용될 수 있다. 특히, 컨트롤러(108)는 그래프(1500)에 의해 도시된 바와 같이 4사분면에서 동작하도록 도 1의 전기 모터의 그룹(104)을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 컨트롤러(108)는 그래프(1500)에 도시된 4사분면 중 하나 이상에서 전기 모터의 그룹(104)의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
도시된 바와 같이, 그래프(1500)는 토크(torque) 대 속도(speed)를 나타낸다. x축(1502)은 속도를 나타낸다. y축(1504)은 토크를 나타낸다. 이 예시적인 예에서는, 제1 사분면(1506), 제2 사분면(1508), 제3 사분면(1510), 및 제4 사분면(1512)이 도시되어 있다. 제1 사분면(1506)은 속도가 제1 방향으로 있고 토크가 제1 방향으로 있는 모터의 가속(acceleration)을 나타낸다. 제2 사분면(1508)은 토크가 역방향으로 있는 반면에 속도가 순방향으로 있는 모터 제동(motor braking)을 나타낸다. 제3 사분면(1510)은 토크가 제2 방향으로 있고 속도가 제2 방향으로 있는 모터의 가속을 나타낸다. 제4 사분면(1512)은 역으로 운행하는 모터의 제동을 나타낸다. 이 사분면에서는, 속도가 역방향으로 있는 반면에 토크는 순방향으로 있다.
예시적인 예에서의 다른 전기 모터는 도 15에서 설명된 네 가지의 다른 사분면 중의 하나 이상에서 동작하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 컨트롤러(108)는 제1 사분면(1506), 제2 사분면(1508), 제3 사분면(1510), 및 제4 사분면(1512) 중의 하나 이상에서 동작하도록 릴럭턴스 모터(118)를 제어할 수 있다.
이제 도 16을 참조하면, 전기 모터의 동작을 제어하기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 도 16에 도시된 프로세스는, 도 1의 전기 모터의 그룹(104)을 제어하기 위해 전기 모터 시스템(102)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 도시된 다른 동작들은 릴럭턴스 모터(118)를 제어하기 위해 구현될 수 있다.
이 프로세스는, 릴럭턴스 모터의 플레이트와 물리적으로 관련된 코일을 갖는 플레이트에 대한 디스크의 위치를 식별함으로써 시작된다(동작 1600). 그 후, 프로세스는 디스크의 위치에 기초하여 코일로 전송되는 전류를 제어하고(동작 1602), 프로세스는 이후에 종료된다. 디스크(120)는, 디스크(120)와 플레이트(122) 사이의 가장 가까운 점(126)이 도 1의 플레이트(122)를 갖는 디스크(120)의 주변(128)을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있다. 이들 예시적인 예에서, 이들 동작은 전기 모터의 동작 중에 동적으로 수행된다.
다음에 도 17을 참조하면, 전기 모터에서의 디스크의 위치를 식별하기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 도 17에 도시된 프로세스는 도 16의 동작 1600에 대한 하나의 구현의 일례이다.
프로세스는 코일에 대해 측정된 인덕턴스에 기초하여 디스크에 대한 제1 법선 벡터를 식별함으로써 시작된다(동작 1700). 프로세스는, 그 후 디스크에 대한 제1 법선 벡터와 플레이트에 대한 제2 법선 벡터의 외적을 생성한다(동작 1702). 플레이트에 대한 디스크의 가장 가까운 점의 각도 위치는 디스크에 대한 제1 법선 벡터와 플레이트에 대한 제2 법선 벡터의 외적에 기초하여 식별되고(동작 1704), 프로세스는 이후에 종료된다.
다음에 도 18을 참조하면, 전기 모터 시스템을 동작시키기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 도 18에 도시된 프로세스는 도 1의 릴럭턴스 모터(118)를 위한 컨트롤러(108)에 의해 구현될 수 있다.
프로세스는 컨트롤러에 명령된 회전자 아암 위치를 전송함으로써 시작된다(동작 1800). 이 명령된 회전자 아암 위치는 릴럭턴스 모터(118)의 사용자에 의해 입력되는 편향 위치(deflection position), x일 수 있다.
다음으로, 프로세스는 현재의 회전자 아암 위치를 식별한다(동작 1802). 프로세스는, 그 후 명령된 회전자 아암 위치를 현재의 회전자 아암 위치와 비교한다(동작 1804). 현재의 회전자 아암 위치가 명령된 회전자 아암 위치와 같은지 여부에 관한 결정이 이루어진다(동작 1806). 현재의 회전자 아암 위치와 명령된 회전자 아암 위치가 같으면, 프로세스는 동작 1800으로 되돌아간다.
현재의 회전자 아암 위치와 명령된 회전자 아암 위치가 같지 않으면, 프로세스는 디스크 평면 명령을 생성한다(동작 1808). 이 디스크 평면 명령은 코일(212)에 대한 디스크 평면(408)의 위치를 변경하기 위해 사용되는 각도 위치 또는 속도 명령일 수 있다. 바꾸어 말해서, 이 디스크 평면 명령은 플레이트 평면(408)에 대하여 하향 경사(nutating)를 초래하는 디스크 평면(408)을 야기할 수 있다.
그 후, 전류 명령이 디스크 평면 명령에 기초하여 생성된다(동작 1810). 이 전류 명령은 하나 이상의 코일(212)의 전류의 크기를 증가 또는 감소시키도록 명령할 수 있다. 프로세스는, 그 후 전류 명령에 기초하여 코일의 전류를 변화시킨다(동작 1812). 코일(212)에서의 전류의 변화는 디스크 평면(408)이 하향 경사되도록 할 수 있다.
다음에, 코일의 각각에서의 전류가 측정된다(동작 1814). 프로세스는, 그 후 측정된 전류와 명령된 전류를 비교한다(동작 1816). 명령된 전류가 측정된 전류와 같은지 여부에 관한 결정이 이루어진다(동작 1818).
명령된 전류와 측정된 전류가 같지 않으면, 새로운 전류 명령이 생성되고(동작 1820), 프로세스는 이후에 종료된다. 이 전류 명령은 코일(212)의 전류의 크기를 더 증가 또는 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 측정된 전류가 명령된 전류보다 적을 때, 코일(212)을 가로질러 충분한 전원 전압을 인가하기 위해 스위치(1022)가 단락(close)될 수 있다.
다른 예에서는, 측정된 전류가 명령된 전류로부터 원하는 임계값 내에 있을 때, 스위치(1022)는 연속 비동기 재순환을 제공하기 위해 온, 오프를 토글(toggle)할 수 있다. 또 다른 예에서는, 측정된 전류가 원하는 것보다 높은 경우, 모든 스위치(1022)가 코일(212)을 가로질러 충분한 음(negative)의 전원 전압을 제공하기 위해 개방(open)될 수 있다.
동작 1818로 돌아가서, 명령된 전류와 측정된 전류가 같으면, 상술한 바와 같이 프로세스는 동작 1800으로 되돌아간다. 이와 같이 해서, 원하는 방식으로 디스크 평면(408)를 동작시키도록 코일(212)의 동적 제어를 제공하기 위해 피드백 루프가 작성된다.
이제 도 19를 참조하면, 전기 모터로 전송된 전류를 제어하기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 도 19에 도시된 프로세스는 도 13의 전류 컨트롤러(1300)에서 구현될 수 있다.
프로세스는 전기 모터에 대해 명령된 전류를 수신함으로써 시작된다(동작 1900). 그 후, 프로세스는 전기 모터에 대한 전류의 범위를 식별한다(동작 1902). 범위는 상부 한계 및 하부 한계에 의해 정의될 수 있다. 명령된 전류는 이 예시적인 예에서 범위 이내이다.
프로세스는, 그 후 코일에 흐르는 전류에 기초하여 전기 모터의 듀티 사이클 상태를 식별한다(동작 1904). 듀티 사이클 상태는 피드백 전류에 기초하여 식별된다(동작 1906). 피드백 전류는 이 예시적인 예에서 전기 모터의 코일에 흐르는 전류이다. 듀티 상태는 또한 상부 전류 한계와 하부 전류 한계 중 적어도 하나를 이용하여 식별될 수 있다. 듀티 사이클 상태는 도 14의 테이블(1400)과 같은 테이블을 이용하여 식별될 수 있다.
프로세스는 식별된 듀티 사이클 상태에 기초하여 전기 모터에 전류를 전송하고(동작 1908), 프로세스는 이후에 종료된다. 전류는 전기 모터로의 전류의 전송을 제어하는 컨트롤러(108)의 스위치를 제어하는 스위치 명령을 생성함으로써 전기 모터에 전송될 수 있다. 전기 모터로의 전류의 전송은, 코일을 가로지르는 전압의 인가를 제어하는 스위치에 의해 발생할 수 있다. 전류는, 예시적인 예에서, 하나 이상의 코일로 전송될 수 있다.
이 프로세스는 동작 중에 소정 회수 전기 모터의 동작 중에 반복될 수 있다. 전기 모터의 원하는 동작을 위해 이러한 전류의 제어를 제공할 수 있다.
다른 도시된 예에서 플로우차트 및 블록도는 예시적인 예에서의 장치 및 방법의 몇몇 가능한 구현의 아키텍처(architecture), 기능 및 동작을 설명한다. 이와 관련하여, 플로우차트 또는 블록도의 각 블록은 모듈, 세그먼트, 기능, 및/또는 동작 또는 단계의 일부분을 표현할 수 있다. 예를 들어, 블록 중 하나 이상은 프로그램 코드로서, 하드웨어로, 또는 프로그램 코드와 하드웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 하드웨어로 구현될 때, 하드웨어는 예를 들어 플로우차트 또는 블록도에서 하나 이상의 동작을 수행하도록 제조 또는 구성되는 집적 회로의 형태를 취할 수 있다. 프로그램 코드와 하드웨어의 조합으로 구현될 때, 구현은 펌웨어의 형태를 취할 수 있다.
예시적인 예의 몇몇 대안적인 구현에 있어서, 블록으로 주지된 기능 또는 기능들은 도면에서 주지된 순서를 벗어나서 발생할 수도 있다. 예컨대, 몇몇의 경우에서, 포함된 기능성에 의존해서, 연속적으로 나타낸 2개의 블록은 실질적으로 동시에 실행될 수도 있고, 또는 블록들은 때때로 반대 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 다른 블록들이 플로우차트 또는 블록도에서 예시된 블록들에 부가하여 추가될 수도 있다.
이제 도 20을 참조하면, 데이터 처리 시스템의 블록도의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 데이터 처리 시스템(2000)은 도 1의 컴퓨터 시스템(116)을 구현하기 위해 이용될 수 있다. 이 예시적인 예에서, 데이터 처리 시스템(2000)은, 통신 프레임워크(communications framework; 2002)를 포함하는데, 이것은 프로세서 유닛(processor unit; 2004), 메모리(2006), 영구 저장소(persistent storage; 2008), 통신 유닛(communications unit; 2010), 입력/출력 유닛(input/output unit; 2012), 및 디스플레이(2014) 사이의 통신을 제공한다. 이 예에서, 통신 프레임워크는 버스 시스템(bus system)의 형태를 취할 수 있다.
프로세서 유닛(2004)은 메모리(2006)로 로드될 수 있는 소프트웨어를 위한 인스트럭션(instruction)을 실행하도록 기능한다. 프로세서 유닛(2004)은 특정 구현에 의존해서 다수의 프로세서, 멀티-프로세서 코어(multi-processor core), 또는 몇몇의 다른 타입의 프로세서일 수 있다.
메모리(2006) 및 영구 저장소(2008)는 저장 장치(storage device; 2016)의 예이다. 저장 장치는, 예를 들어 제한 없이 데이터, 함수의 형태의 프로그램 코드(program code), 및/또는 다른 적절한 정보 등과 같은 정보를 임시로(temporary basis) 및/또는 영구적으로(permanent basis) 저장할 수 있는 하드웨어의 임의의 부품(piece)이다. 저장 장치(2016)는 이들 예시적인 예에서 컴퓨터 판독가능 저장 장치라고도 지칭될 수 있다. 메모리(2006)는, 이들 예에서, 예를 들어 RAM(random access memory) 또는 임의의 다른 적절한 휘발성(volatile) 또는 비휘발성(non-volatile) 저장 장치일 수 있다. 영구 저장소(2008)는 특정 구현에 의존해서 각종의 형태를 취할 수 있다.
예를 들어, 영구 저장소(2008)는 하드 드라이브(hard drive), 플래시 메모리(flash memory), 재기록가능 광학적 디스크(rewritable optical disk), 재기록가능 자기 테이프(rewritable magnetic tape), 또는 상기한 것들의 몇몇의 조합일 수 있다. 영구 저장소(2008)에 의해 이용되는 매체(media)는 또한 제거가능할(removable) 수도 있다. 예를 들어, 제거가능한 하드 드라이브가 영구 저장소(2008)를 위해 사용될 수도 있다.
통신 유닛(2010)은, 이들 예시적인 예에서, 다른 데이처 처리 시스템 또는 장치와의 통신을 위해 제공된다. 이들 예시적인 예에서, 통신 유닛(2010)은 네트워크 인터페이스 카드이다.
입력/출력 유닛(2012)은 데이터 처리 시스템(2000)에 접속될 수 있는 다른 장치와의 데이터의 입력 및 출력을 가능하게 한다. 예를 들어, 입력/출력 유닛(2012)은 키보드, 마우스, 및/또는 몇몇의 다른 적절한 입력 장치를 통해 사용자 입력에 대한 접속을 제공할 수 있다. 더욱이, 입력/출력 유닛(2012)은 프린터로 출력을 전송할 수 있다. 디스플레이(2014)는 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 메카니즘을 제공한다.
오퍼레이팅 시스템(operating system), 애플리케이션(application), 및/또는 프로그램을 위한 인스트럭션은, 통신 프레임워크(2002)를 통해 프로세서 유닛(2004)과 통신하고 있는 저장 장치(2016)에 위치될 수 있다. 다른 예의 프로세스는, 메모리(2006)와 같은 메모리에 위치될 수 있는 컴퓨터로 구현되는 인스트럭션(computer-implemented instruction)을 이용하여 프로세서 유닛(2004)에 의해 수행될 수 있다.
이들 인스트럭션은, 프로그램 코드, 컴퓨터 이용가능 프로그램 코드(computer usable program code), 또는 프로세서 유닛(2004)에서 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드(computer readable program code)라고 지칭될 수 있다. 다른 예에서 프로그램 코드는 메모리(2006) 또는 영구 저장소(2008) 등과 같은 다른 물리적이거나 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 매립될 수 있다.
프로그램 코드(2018)는 선택적으로 제거가능한 컴퓨터 판독가능 매체(2020) 에 함수의 형태로 위치되어 있고, 프로세서 유닛(2004)에 의한 실행을 위해 데이터 처리 시스템(2000) 상으로 로드(load)되거나 데이터 처리 시스템(2000)에 전송될 수 있다. 프로그램 코드(2018)와 컴퓨터 판독가능 매체(2020)는 이들 예시적인 예에서 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product; 2022)을 형성한다. 하나의 예에서, 컴퓨터 판독가능 매체(2020)는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(computer readable storage media; 2024) 또는 컴퓨터 판독가능 신호 매체(2026)일 수 있다.
이들 예시적인 예에서, 컴퓨터 판독가능 저장 매체(2024)는 프로그램 코드(2018)를 전파(propagate)하거나 전송하는 매체라기보다는 프로그램 코드(2018)를 저장하기 위해 이용되는 물리적인 또는 유형의(tangible) 저장 장치이다.
그 대신에, 프로그램 코드(2018)는 컴퓨터 판독가능 신호 매체(2026)를 이용해서 데이터 처리 시스템(2000)에 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 신호 매체(2026)는, 예를 들어 프로그램 코드(2018)를 포함하고 있는 전파된 데이터 신호일 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 신호 매체(2026)는 전자기 신호, 광학적 신호, 및/또는 임의의 다른 적절한 타입의 신호일 수 있다. 이들 신호는, 무선 통신 링크, 광섬유 케이블, 동축 케이블, 와이어, 및/또는 임의의 다른 적절한 타입의 통신 링크를 통해 전송될 수 있다.
데이터 처리 시스템(2000)에 대해 도시된 다른 구성요소들은 다른 예가 구현될 수 있는 방식에 대해 구조적 제한(architectural limitation)을 제공하는 것은 아니다. 다른 예시적인 예들은 데이터 처리 시스템(2000)에 대해 도시된 것들에 추가하거나 및/또는 그 대신에 구성요소들을 포함하는 데이터 처리 시스템에서 구현될 수 있다. 도 20에 나타낸 다른 구성요소는 나타낸 예시적인 예와 달라질 수 있다. 다른 예는 프로그램 코드(2018)를 실행할 수 있는 임의의 하드웨어 장치 또는 시스템을 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 예시적인 예는 도 21에 나타낸 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(2100) 및 도 22에 나타낸 바와 같은 항공기(2200)의 맥락에서 설명될 수 있다. 전기 모터의 그룹(104)에서의 모터는 제조 및 서비스 방법(2100)의 다양한 단계 동안 제조될 수 있다. 추가적으로, 전기 모터의 그룹(104) 중 하나 이상은 제조 장비에 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 컨트롤러(108)는 전기 모터의 그룹(104)의 유지보수 또는 재작업 중에 전기 모터의 그룹(104)에 통합될 수 있다.
우선 도 21을 참조하면, 항공기 제조 및 서비스 방법의 도면이 예시적인 예에 따라 도시되어 있다. 전 생산(pre-production) 중에, 항공기 제조 및 서비스 방법(2100)은 도 22의 항공기(2200)의 사양 및 설계(specification and design; 2102)와 자재 조달(material procurement; 2104)을 포함할 수 있다.
생산(production) 중에, 도 22의 항공기(2200)의 구성요소 및 서브어셈블리 제조(component and subassembly manufacturing; 2106)와 시스템 통합(system integration; 2108)이 일어난다. 그 후, 도 22의 항공기(2200)는 서비스 중(in service; 2112)에 놓이기 위해 인증 및 인도(certification and delivery; 2110)를 거친다. 고객에 의해 서비스 중(2112)에 있는 동안, 도 22의 항공기(2200)는 변형(modification), 재구성(reconfiguration), 재단장(refurbishment), 및 다른 유지보수 및 점검을 포함할 수 있는 정기적인 유지보수 및 점검(maintenance and service; 2114)에 대한 스케줄이 잡힌다.
항공기 제조 및 서비스 방법(2100)의 각 프로세스는 시스템 통합자(system integrator), 써드 파티(third party, 제3자), 또는 오퍼레이터(operator) 중의 적어도 하나에 의해 실시되거나 수행될 수 있다. 이들 예에서, 오퍼레이터는 고객일 수 있다. 이 설명의 목적을 위해, 시스템 통합자는 제한 없이 임의의 수의 항공기 제조자 및 메이저-시스템(major-system) 하청업자를 포함할 수 있고; 써드 파티는 제한 없이 임의의 수의 판매자(vendor), 하청업자(subcontractor), 및 공급자(supplier)를 포함할 수 있으며; 오퍼레이터는 항공사(airline), 리스회사(leasing company), 군사 단체(military entity), 서비스 기구(service organization) 등일 수 있다.
이제 도 22를 참조하면, 예시적인 예가 구현될 수 있는 항공기의 블록도의 도면이 도시되어 있다. 이 예에서, 항공기(2200)는 도 21의 항공기 제조 및 서비스 방법(2100)에 의해 생산되고, 복수의 시스템(2204)을 가진 기체(airframe; 2202) 및 내부(interior; 2206)를 포함할 수 있다. 시스템(2204)의 예는 추진 시스템(propulsion system; 2208), 전기 시스템(electrical system; 2210), 유압 시스템(hydraulic system; 2212), 및 환경 시스템(environmental system; 2214) 중의 하나 이상을 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템이 포함될 수도 있다. 항공우주적인 예가 나타내어져 있지만, 다른 예시적인 예들이 자동차 산업(automotive industry)과 같은 다른 산업에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 구체화된 장치 및 방법은 도 21의 항공기 제조 및 서비스 방법(2100)의 단계들 중 적어도 하나의 단계 중에 채용될 수 있다.
하나의 예시적인 예에서, 도 21의 구성요소 및 서브어셈블리 제조(2106)에서 생산되는 구성요소 및 서브어셈블리는, 항공기(2200)가 도 21의 서비스 중(2112)에 있는 동안에 생산되는 구성요소 및 서브어셈블리와 유사한 방식으로 제작되거나 제조될 수 있다. 또 다른 예로서, 하나 이상의 장치 예, 방법 예, 또는 그 조합이 도 21의 구성요소 및 서브어셈블리 제조(2106)와 시스템 통합(2108) 등과 같은 제조 단계 중에 이용될 수 있다. 하나 이상의 장치 예, 방법 예, 또는 그 조합은, 항공기(2200)가 도 21의 서비스 중(2112)에 있는 동안, 및/또는 도 21의 유지보수 및 점검(2114) 중에 이용될 수 있다. 다수의 다른 예시적인 예의 이용은 항공기(2200)의 조립을 현저하게 가속화하고 항공기(2200)의 비용을 현저하게 감소시킬 수 있다.
따라서, 예시적인 예는 전기 모터를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 예시적인 예는 전기 모터를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 컨트롤러(108)는 전기 모터의 그룹(104)의 더 정밀한 제어를 제공할 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(108)는 평활성의 원하는 레벨로 전기 모터의 그룹(104)의 이동을 제어할 수 있다. 컨트롤러(108)는 또한 몇몇의 예시적인 예에서 강화되도록 전기 모터의 그룹(104)의 이동을 제어할 수 있다.
다른 예에서는, 제어가 전기 모터에 대한 동작의 4사분면 중 하나 이상에 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 컨트롤러(108)는 직렬로 동작하는 많은 전기 모터를 제어할 수 있다.
이와 같이 해서, 컨트롤러(108)는 정확성과 효율성의 원하는 레벨로 하나 이상의 전기 모터의 4사분면 제어를 제공할 수 있다. 이러한 정확성의 원하는 레벨은, 다른 이점 중에서 항공기 항공 제어 표면의 더 정확한 제어, 항공기 추진 시스템의 더 효율적인 제어, 유압 모터 시스템에 대한 추가적인 백업 전력, 및 릴럭턴스 모터의 동작의 증가된 평활성을 야기할 수 있다.
다른 예시적인 예들의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었으며, 개시된 형태로 예를 총망라하거나 한정하려고 하는 것은 아니다. 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다.
더욱이, 다른 예시적인 예는 그 밖의 다른 예시적인 예에 비해 다른 특징을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도시된 예는 릴럭턴스 모터를 지향하고 있지만, 다른 예시적인 예들은 코일에 대한 회전자와 같은 모터의 회전하는 부분의 위치, 회전자의 이동의 제어, 또는 이들 양쪽이 바람직한 다른 타입의 전기 모터에 적용될 수 있다. 예를 들어, 다른 예시적인 예들은, 브러시리스 직류 모터(brushless direct current motor)에 적용될 수 있다. 선택된 예 또는 예들은 원리와 실제적인 애플리케이션을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 당해 기술분야의 통상의 기술자가 심사숙고된 특정 사용에 적절한 다양한 변경을 가진 본 발명을 이해하는 것을 가능하게 하기 위해 선택 및 설명되었다.

Claims (24)

  1. 플레이트(122)와 물리적으로 관련된 코일(124)을 갖는 플레이트(122)에 대한 디스크(120)의 위치(132)를 식별하고, 디스크(120)의 위치(132)에 기초하여 코일(124)로 전송되는 전류(114)를 제어하도록 구성된 컨트롤러(108)를 구비하되,
    디스크(120)는 디스크(120)와 플레이트(122) 사이에서 가장 가까운 점(126)이 디스크(120)의 주변(128)을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있는 장치로서,
    컨트롤러(108)는,
    코일(124)에 대한 인덕턴스 정보(706) 및 코일 위치 정보(708)로부터 디스크(120)에 대한 디스크 법선 벡터(710)를 식별하도록 구성된 법선 벡터 산출기(700);
    디스크 법선 벡터(710)와 플레이트 법선 벡터(712)의 외적으로부터 벡터(714)를 식별하도록 구성된 외적 발생기(702); 및
    외적 발생기(702)로부터 수신된 벡터 정보(716)로부터 상기 가장 가까운 점(126)에 대한 각도(510)를 식별하도록 구성된 가까운 점 식별기(704)를 구비하고,
    벡터 정보(716)가 벡터(714)에 기초를 두고 있고,
    상기 각도(510)는 디스크(120) 또는 플레이트(122) 평면 상의 임의의 기준선과 상기 가장 가까운 점(126) 간의 각도인 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 디스크(120)의 제2 이빨(228)과 맞물린 제1 이빨(224)을 갖는 회전자(220)를 더 구비하되,
    디스크(120)의 이동이 회전자(220)의 회전을 일으키고, 상기 디스크(120) 및 코일(124)을 갖춘 플레이트(122)가 모터를 형성하며, 상기 모터가 공기 역학적 제어 표면, 프로펠러 및 휠 중의 하나로부터 선택된 장치(136)에 접속되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 디스크(120)의 위치(132)에 대한 정보(134)를 생성하도록 구성된 센서 시스템(110)을 더 구비하되,
    센서 시스템(110)은 인덕턴스 센서, 인코더, 홀 효과 센서, 레이저 레인지 파인더, 카메라, 거리 센서 또는 전류 센서 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 컨트롤러(108)는 코일(124)에 대해 측정된 인덕턴스에 기초하여 플레이트(122)와 물리적으로 관련된 코일(124)을 갖는 플레이트(122)에 대한 디스크(120)의 위치(132)를 식별하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 디스크(120)는 제1 디스크이고, 플레이트(122)는 제1 플레이트이며, 코일(124)은 제1 코일이고, 위치(132)는 제1 위치이며, 컨트롤러(108)는 제2 플레이트와 물리적으로 결합된 제2 코일을 갖는 제2 플레이트에 대한 제2 디스크의 제2 위치를 식별하고 제2 디스크의 제2 위치에 기초하여 제2 코일로 전송되는 전류(114)를 제어하도록 더 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 디스크(120)는 하향 경사 운동으로 이동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 디스크(120)와 플레이트(122)는 릴럭턴스 모터, 가변 릴럭턴스 모터 및 가상 타원 장치 중 하나로부터 선택된 전기 모터를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 컨트롤러(108)는 코일(124)에 흐르는 전류(114)에 기초하여 전기 모터의 듀티 사이클 상태(1316)를 식별하고, 전기 모터의 듀티 사이클 상태(1316)에 기초하여 범위 내에서 코일(124)로 전송되는 전류(114)를 제어하는 전류 명령을 생성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 디스크(120), 플레이트(122) 및 코일(124)을 포함하는 전기 모터, 및
    유압 모터 시스템을 더 구비하되,
    컨트롤러(108)가 유압 모터 시스템의 동작을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 컨트롤러(108), 디스크(120), 및 플레이트(122)는 이동 플랫폼, 고정 플랫폼, 지상 기반 구조, 수중 기반 구조, 공간 기반 구조, 항공기, 무인 항공기, 시추 장비, 전기 크레인, 풍차, 윈치, 표면 선박, 탱크, 병력 수송차, 기차, 우주선, 우주 정거장, 위성, 잠수함, 자동차, 발전소, 교량, 댐, 주택, 제조 시설, 빌딩, 로봇, 로봇 아암 및 전기 추진 시스템 중 하나로부터 선택된 플랫폼(138)에 위치된 전기 모터를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 전기 모터의 동작을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    플레이트(122)와 물리적으로 관련된 코일(124)을 갖는 플레이트(122)에 대한 디스크(120)의 위치(132)를 식별하는 단계(1600); 및
    디스크(120)의 위치(132)에 기초하여 코일(124)로 전송되는 전류(114)를 제어하는 단계(1602)를 구비하되,
    디스크(120)가 디스크(120)와 플레이트(122) 사이에서 가장 가까운 점(126)이 디스크(120)의 주변(128)을 따라 변화하도록 이동하게 구성되어 있고,
    식별하는 단계는,
    코일(124)에 대해 측정된 인덕턴스에 기초하여 디스크(120)에 대한 제1 법선 벡터(710)를 식별하는 단계(1700);
    디스크(120)에 대한 제1 법선 벡터와 플레이트(122)에 대한 제2 법선 벡터의 외적을 생성하는 단계(1702); 및
    디스크(120)에 대한 제1 법선 벡터와 플레이트(122)에 대한 제2 법선 벡터의 외적에 기초하여 플레이트(122)에 대한 디스크(120)의 상기 가장 가까운 점(126)의 각도 위치(132)를 식별하는 단계(1704)를 포함하고,
    상기 각도 위치(132)는 디스크(120) 또는 플레이트(122) 평면 상의 임의의 기준선과 상기 가장 가까운 점(126) 간의 각도인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 디스크(120)의 이동은, 디스크(120)의 제2 이빨(228)과 맞물리는 제1 이빨(224)을 갖는 회전자(220)의 회전을 일으키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 회전자(220)는 공기 역학적 제어 표면, 프로펠러 및 휠 중의 하나로부터 선택된 장치(136)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 센서 시스템(110)은 디스크(120)의 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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