KR102658919B1 - 전동기의 효율을 제어하기 위한 장치의 동작 방법 및 이를 수행하는 장치 - Google Patents

전동기의 효율을 제어하기 위한 장치의 동작 방법 및 이를 수행하는 장치 Download PDF

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Abstract

실시예는, 전동기의 효율을 제어하기 위한 장치의 동작 방법에 대한 것이다. 실시예에 따른 장치의 동작 방법은, 전동기의 입력 전압에 따라 전동기의 속도 및 전류에 대응하는 최대 토크점들을 획득하는 단계; 최대 토크점들에 기초하여 입력 전압에 따라 최대 효율을 제공하는 전류맵을 생성하는 단계; 및 최대 효율을 제공하기 위해 전류맵에 기초하여 입력 전압을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전동기의 효율을 제어하기 위한 장치의 동작 방법 및 이를 수행하는 장치{APPARATUS OPERATING METHOD FOR CONTROL EFFICIENCY OF VERNIER MOTOR AND APPARATUS OF THEREOF}
실시예는, 전동기의 효율을 제어하는 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
최근 전동기의 적용 범위가 더욱 다양해짐에 따라 특화성을 높인 전동기를 사용하여 효율 및 공간적 한계를 극복하려는 시도가 많아지고 있다. 과거 영구자석 전동기의 응용 분야는 세탁기, 냉장고와 같은 가정용 산업기기에 주로 쓰였으나 최근에는 자동차 부품과 국방용 전기기기에도 사용되고 있다. 이러한 분야로 인한 전동기의 필요성은 사람의 생명과 관련되어 있어 안정성이 요구되고 극한의 조건에서 구동되어야 하기 위한 높은 신뢰성과 품질이 요구된다.
기존의 전동기 제어는 룩 업 테이블(Look-up table, LUT) 기반의 전류 지령기를 이용하였다. 속도/토크 지령에 따른 2차원 룩 업 테이블을 적용하거나, 자속/토크 지령에 따른 2차원의 룩 업 테이블을 적용하였다.
속도/토크 룩 업 테이블에 따라 전류를 적용하는 제어기는 고정된 DC-link 전압을 일반적으로 사용하는데, DC-link 전압이 가변 되는 경우 이에 대한 전류 지령 오차가 발생하게 되고, 약계자 제어가 불안정하게 수행되는 문제가 있다. 또한, 자속/토크 룩 업 테이블을 적용하는 경우, DC-link 최소 전압 기준으로 전류맵을 작성하더라도 가변하는 전압 크기에 따라 제어 가능한 전동기 출력이 상승하나 실시간으로 전류맵을 자속 대한 데이터로 변경을 하고 이에 필요한 자속 추정기와 토크 제한기를 연산하기 때문에 토크 오차가 발생하게 된다.
기존 전동기 구동용 인버터의 경우 배터리를 DC-link 단에 연결하는 방식을 채택하였다. 하지만 버니어 전동기는 배터리의 SOC(State of Charge: 충전상태) 또는 내부 전압 강하에 의한 영향이 기존 전동기에 비해 크게 나타나기 때문에, 이를 보정하기 위한 일반적인 DC/DC 컨버터가 요구된다. 기존의 DC-DC 컨버터를 이용해 전동기의 회전 속도에 따라 정토크 영역과 약계자 영역으로 DC-link 전압을 가변하도록 제어를 하지만 부하가 클수록 스위칭 손실이 증가하게 되고 효율이 낮아지게 된다.
실시예에 따른 발명은 전동기의 손실을 개선하기 위한 것으로, 각 전압별 전류맵을 분석하여 가변 입력 전압을 반영한 전동기의 최대 효율을 제어하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
자세하게는, 전동기의 전 구동 영역의 효율 구간을 확장함으로써 전동기의 효율을 개선하는 방법을 제공하고자 한다.
전동기의 효율을 제어하기 위한 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 전동기의 토크 및 속도를 입력 받는 단계; 상기 전동기의 인가 전압 별 토크 및 속도에 따른 효율에 기초하여 기 작성된 룩 업 테이블에 기초하여 상기 토크 및 속도에 대응하는 전류 지령 및 전압 지령을 획득하는 단계; 및 상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 이용하여 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함하는, 장치의 동작 방법이 제공될 수 있다.
상기 룩 업 테이블은, 복수의 인가 전압들 각각에 대응하여 상기 전동기의 토크 및 속도에 따른 효율이 미리 정해진 기준 이상인 효율 영역을 추출하고, 상기 복수의 인가 전압들에 대응하는 효율 영역들의 전류 맵들을 합성함으로써 작성될 수 있다.
상기 룩 업 테이블은, 제1 인가 전압의 효율 영역에 속하는 제1 토크의 인덱스 및 제1 속도의 인덱스에 대응하여, 상기 제1 인가 전압을 지시하는 제1 전압 지령 및 상기 제1 인가 전압에서 상기 전동기를 상기 제1 토크 및 제1 속도로 제어하는 제1 전류 지령을 저장하고, 제2 인가 전압의 효율 영역에 속하는 제2 토크의 인덱스 및 제2 속도의 인덱스에 대응하여, 상기 제2 인가 전압을 지시하는 제2 전압 지령 및 상기 제2 인가 전압에서 상기 전동기를 상기 제2 토크 및 제2 속도로 제어하는 제2 전류 지령을 저장할 수 있다.
상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 이용하여 상기 전동기를 제어하는 단계는, 상기 전압 지령을 DC-DC 컨버터로 입력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 이용하여 상기 전동기를 제어하는 단계는, 상기 전류 지령을 dq축 전류로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전동기는 영구자석 전동기일 수 있다.
실시예에 따른 발명을 통해, 전동기의 손실을 개선할 수 있고, 각 전압별 전류맵을 분석하여 가변 입력 전압을 반영한 전동기의 최대 효율을 제어하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 있어서, 전동기의 효율을 제어하기 위한 장치의 동작 방법의 흐름도이다.
도 2는 실시예에서, 전동기의 출력 영역에 따른 측정 전류 벡터를 도시한 것이다.
도 3은 실시예에서, 전동기의 손실, 효율을 도시한 그래프이다.
도 4는 실시예에서, 속도 및 토크에 따라 최대 효율에 기초하여 전동기를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예에서, 전압 별로 효율 영역에 해당하는 전류맵을 도시한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 공진형 DC-DC 컨버터의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 실시예에서, 전동기의 효율을 제어하는 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 실시예에서, 전동기의 출력 영역에 따른 측정 전류 벡터를 도시한 것이다.
도 1에 의하면, 정토크 영역에서 전압이 낮은 저속인 경우, 역기전력 크기가 작아 전압의 여유가 있으므로, 전류 제한 원을 고려하여 토크점을 측정할 수 있다. 속도가 증가하여 역기전력 크기가 점차 전류 제한원과 만나게 되는데, 이때는 약계자 1 영역에 해당한다
또한, 전동기의 파라미터에 따라 위치가 달라지는 특이점은 제어 방식이 다르게 나타나는데, 특이점이 전류 제한원 바깥에 있거나, 전류 제한원가 일치하는 경우, 최대 출력점은 전류 제한원과 전압 제한 원의 교점으로 제어할 수 있다. 다만, 특이점이 전류 제한원 내부에 있으면, 전류의 크기가 증가하더라도 토크가 증가하지 않는 영역이 발생하며, 해당 영역에서는 MTPV 점이 최대 출력점이 될 수 있다.
만약, 특이점과 전류 제한원이 일치한다면, 이론적으로 무한대의 속도까지 제어할 수 있으나, 설계 파라미터에 따라 최대 속도에 한계가 있으므로, 해당 속도의 전압 제한원에 제어 한계가 있다.
먼저, 정토크 영역의 토크점을 추출하는 방법에 대해서 설명한다. 정토크 영역에서는 단위 전류당 최대 토크를 출력할 때 고정자 전류와 전류각을 이용하여 룩 업 테이블을 작성할 수 있다.
정토크 영역에서 전동기는 영구자석이 표면에 부착되어 있어 고정자와 회전자 사이의 공극이 일정하며, 자기저항의 차이가 거의 없기 때문에 d-q 축 인덕턴스의 크기는 동일하다 가정할 수 있다. 이러한 특성 때문에 정토크 영역에서의 d 축 전류는 토크에 영향을 주지 않는다. 정토크 영역에 토크점을 측정하기 위해 전동기를 일정 속도로 회전시켜 고정자 전류 IS를 일정 전류 크기에 인가할 수 있다. 이때 토크점를 출력하는 idq 전류을 측정할 수 있으며, 해당되는 전류를 측정한 후, 다시 일정 속도로 증가시켜 고정자 전류 Is를 가변할 수 있다. 이러한 방법으로 정토크 영역에서는 iq축에 대한 최대 토크가 나타나게 될 수 있다.
회전 속도 증가로 전압 제한원과 전류 제한원이 만나는 지점이 나타나는데 이 지점은 약계자 영역으로 진입하는 구간이 될 수 있다.
약계자 영역에서 토크점을 추출하는 방법은 정토크 영역에서 단위 전류당 최대 토크점을 얻는 방법과 동일하나 해당 영역에서는 접압 제한원이 고려될 수 있다. 이에, 전류 제어기 출력, 전동기의 역기전력을 고려할 필요가 있다. 즉, 전동기의 역기전력 전압을 살펴볼 필요가 있다.
실시예에서, 정토크 영역에서 전류 크기 Is를 계속해서 증가하게 되면 역기전력이 전압 제한원을 근접하는 구간이 약계자 1 영역이 된다. 전류제어기의 출력이 포화되기 이전 단계이므로 다음 속도 단계에서 전류크기를 점차 증가시켜 최대 토크점을 측정을 한 후 전압 제한원이 교점이 될 때, 전류각을 조절해 전류 제한원까지 최대 토크점을 측정할 수 있다.
초기 전동기의 구동 시 회전 속도가 매우 빨라 영토크를 제어할 때 약계자를 위한 id축 전류가 필요할 수 있다. 이때 전압 제한원을 넘지 않도록 초기에 영토크 제어가 가능한 id축 전류를 획득해야 하는데, id축 전류를 확보하지 않은 상태에서 속도를 증가시키면 역기전력이 전압 제한원을 넘을 수 있으며, DC-link 단에 매우 큰 전류가 흐르게 되어 전동기의 제어가 불가능해진다. 이에 초기 구동 시 역기전력을 감소를 위한 id축 전류가 충분히 인가될 수 있다.
실시예에서, 특이점이 외부에 있거나 전류 제한원과 일치할 경우에는 최대 토크점을 찾아 전류맵을 작성할 수 있었다. 하지만 특이점이 전류제한원 내부에 있는 경우 전류크기와 전류각을 가변하면서 최대 토크점을 측정하면 어느 지점부터 토크가 감소하는 부분이 나타나게 되는데, 이때 토크가 감소하는 토크점 보다 이전 토크점이 최대 토크점이 될 수 있다. 이를 MTPV(Maximum Torque Per Voltage) 영역 또는 MTPF(Maximum Torque Per Flux)라고 한다.
도 2는 실시예에 있어서, 전동기의 효율을 제어하기 위한 장치의 동작 방법의 흐름도이다.
실시예에 따른 전동기는 영구자석 전동기에 해당할 수 있다.
단계(210)에서 장치는, 전동기의 토크 및 속도를 입력 받는다.
단계(220)에서 장치는, 기 작성된 룩 업 테이블에 기초하여 토크 및 속도에 대응하는 전류 지령 및 전압 지령을 획득한다.
실시예에서, 룩 업 테이블은, 전동기의 인가 전압에 따라 기준 이상의 효율 영역들을 합성한 전류 맵에 기초하여 작성될 수 있다. 예를 들어, 인가 전압이 100V일 때, 150V일 때, 200V일 때 등으로 나누고, 각 전압에 대응하여 속도 및 토크에 따른 효율을 표시하여 기준 이상의 효율을 나타내는 영역들을 합성하여 룩 업 테이블을 기록하기 위한 전류를 생성할 수 있다.
영구자석 전동기는 실제 제어 시, 전류와 속도에 따라 파라미터가 가변되고, 특정 토크에 대한 효율적인 idq축 전류점을 알 수 없으므로, 전동기를 제어하기 위해서는 속도와 전류에 따라 최대 토크 지점을 찾아 룩 업 테이블을 작성함으로써 가변되는 전동기의 파라미터로부터의 영향을 줄일 수 있어 파라미터 변동에 따른 제어가 가능하다.
실시예에서, 룩 업 테이블을 작성하기 위해 데이터를 획득하는데, 정토크 영역, 약계자 영역 및 MTPV(Maximum Torque Per Voltage)에 해당하는 영역에 대한 데이터를 획득할 수 있다.
실시예에서는, 입력전압 가변 상태에서의 효율을 비교한 룩 업 테이블을 가지고 최대 효율을 제어함으로써 저속 영역의 효율을 개선하는 방법을 제공하고자 한다.
이를 위해 고정 입력전압 상태에서 idq축 전류에 따른 가변 입력 전압 상태에서의 정토크 영역, 약계자 영역 및 MTPV 영역을 포함하는 전류맵에 대한 효율 분석을 통하여 가변 입력 전압을 통한 최대 효율 제어 방법을 제안할 수 있다.
실시예에 따른 장치는 효율 제어를 위해 전동기에서 발생하는 손실에 대해서 분석할 수 있다.
실시예에 따른 전동기의 입력 전압이 가변됨에 따라 인버터의 손실 차이가 발생할 수 있다. 전동기에 입력되는 전류에 따라 듀티비가 변경되나, 전동기의 최대 전류의 듀티비를 가정하면 전동기의 최대 입력 전압으로 제어할 때 손실이 가장 적게 나타날 수 있다.
도 3은 실시예에서, 전류 맵을 구성하는 효율 구간을 설명하기 위한 도면이다.
실시예에서, 도 3(a)는 100V일 때, 도 3(b)는 150V일 때, 그리고 도 3(c)는 200V일 때 전동기의 효율을 도시하고 있다.
실시예에서 전류 맵을 구성하는 방법이 중요하다. 전류 맵은 각 전압별 효율 맵을 기준으로 기준 이상의 효율이 나오는 영역을 나눌 수 있다. 도시된 바와 같이, 전압에 따라 효율이 나타나는 구간이 다르다.
도 3(a)과 같이 100V에서는 100rpm이하의 영역이 이용되고, 도 3(b)와 같이 150V일 때 100-150rpm 사이의 영역이 이용될 수 있고, 그리고 도 3(c)와 같이 200V에서는 150rpm 이상의 구간이 이용될 수 있다. 각 구동 영역별 최대효율이 나오는 dq축 전류 맵을 하나로 합치게 되면 전 영역에서의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에서 전동기를 제어하는 데에 있어서, 전동기의 최소 전압과 정격 전압까지 최대 효율이 나타나는 idq축 전류맵을 생성하여 고속 영역까지 최대 효율로 제어할 수 있는 제어 방법을 제공할 수 있다.
실시예에서, 입력 전압의 가변에 따라 정토크 영역과 약계자 제어 시작 시점이 변경되며, 이는 정격 속도의 변동으로 표현될 수 있다.
실시예에서, 정토크 영역과 약계자 영역 사이에 정격 속도가 나타나며, 운전 영역이 최대 전류를 인가하여 정격 속도를 계산할 수 있다. 정격 속도는 전압 제한원의 크기에 따라 변경될 수 있으며, 이로 인해 입력 전압이 다를 경우 효율 구간이 다르게 나타날 수 있다. 예컨대, 입력 전압이 상승하게 되면, 입력 전압 정토크 영역이 확장될 수 있고, 확장된 정토크 영역을 제어 가능한 최대 속도를 상승시키는 반면 효율 구간을 변경시킬 수 있다.
다시 돌아가, 단계(230)에서 장치는, 전류 지령 및 전압 지령을 이용하여 전동기를 제어한다.
실시예에서는, 전압 지령을 DC-DC 컨버터로 입력함으로써 전동기를 가변할 수 있고, 전류 지령을 PI 제어기를 통해 입력할 수 있다.
도 4는 실시예에서, 속도 및 토크에 따라 최대 효율에 기초하여 전동기를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 의하면, 장치는, 입력 전압 별로 최대 효율을 제공하는 구동 전류점을 추출하여 각각의 입력 전압에 해당하는 효율맵으로 작성할 수 있다. 이후에는, 각 전압별로 손실이 최소화되는 idq축 전류만을 추출하여 또 다른 효율맵으로 작성할 수 있다.
실시예에 따라 작성된 최대 효율맵은 장치 내 프로세서에 저장되고, 속도 및 토크의 지령에 따라 최대 효율 맵에서 idq 전류 지령을 PI 제어기를 통해 인버터에서 전류를 인가함으로써 전동기를 제어할 수 있다.
이때, 속도와 토크의 지령에 따른 전압 지령을 DC-DC 컨버터로 입력함으로써 입력 전압을 가변하도록 할 수 있다. 일 예로, 공진형 DC-DC 컨버터가 활용될 수 있다. 공진형 DC-DC 컨버터는 스위칭 손실을 줄이는데 장점을 가지고 있어 저속과 고속 구간에 전동기를 제어하는데 효율을 극대화할 수 있으며 또한 저속 구간에서 입력 전압이 낮기 때문에 인버터 효율이 상승될 수 있다.
실시예에 따른 공진형 DC-DC 컨버터의 구성 및 동작에 대해서 이하에서 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 실시예에서, 전압 별로 효율 영역에 해당하는 전류맵을 도시한 도면이다.
도 5(a)는 실시예에서, 전압 별로 효율 영역에 따른 d축 전류를 도시하고 도 5(b)는 전압 별로 효율 영역에 따른 q축 전류를 도시하고 있다. 도 5(a) 및 도 5(b) 각각 모두 왼쪽부터 100V, 150V 그리고 200V일 때 효율 영역과 해당 영역에 대응하여 효율이 높은 전류 값을 도시한다.
앞서 도 4를 통해 설명했듯이, 입력 전압 별로 최대 효율을 제공하는 효율 영역을 추출할 수 있다. 각 전압별로 추출된 효율 영역에 대해서 토크와 속도에 대응하여 최대 효율을 제공할 수 있는 전류를 표시하여 도 5(a) 및 도 5(b)와 같이 효율 영역에 대응하는 전류맵을 추출할 수 있다.
실시예에서는, 각 전류 맵들에 대해 효율 영역을 기준으로 하나의 전류맵으로 합산할 수 있다. 이를 통해 d축 및 q축 가변 전압에 대한 전류맵을 생성할 수 있다.
실시예에서는, 합산된 전류맵을 기준으로 룩 업 테이블을 생성할 수 있다. 예를 들어, 토크 인덱스 및 속도 인덱스에 대응하여 효율 영역에 해당하는 전압을 전압 지령으로 저장하고, 해당 인덱스에 대응하여 최대 효율을 제공하는 전류를 전류 지령으로 저장할 수 있다.
이에, 토크 및 속도를 입력 받으면, 해당 토크 및 속도에 대응하는 인덱스를 검색하여, 인덱스에 대응하는 전압 지령 및 전류 지령을 획득할 수 있으며, 룩 업 테이블에 기초하여 전동기를 제어할 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 공진형 DC-DC 컨버터의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
속도와 토크의 지령에 따른 전압 지령을 기존 DC-DC 컨버터를 이용하게 되면 DC-link 전압이 변동하므로 손실이 존재한다. 턴온-턴오프로 인한 스위칭 손실로서 기존의 DC-DC 컨버터는 하드 스위칭으로 동작하는 하드웨어로 구성된다. 만약 벅/부스트 모드로 제어를 하는 경우 기존 DC-DC 컨버터는 전압 상승으로 인한 손실이 크게 발생할 수 있다. 이에 실시예에서는 스위칭 손실을 줄이기 위해 공진현상을 이용한 DC-DC 컨버터를 사용할 수 있다.
도 6에 도시된 컨버터는 기존의 DC-DC 컨버터의 회로에 보조회로가 추가된 공진형DC-DC 컨버터이다. 주 스위치 S1, S2의 기생 커패시턴스와 공진 커패시터 Cr1, Cr2가 병렬로 연결되었으며, 이들은 보조회로의 공진 인덕터 Lr과 공진을 일으킬 수 있다. 벅 모드 동작에는 보조 스위치 Sa2 동작할 수 있고, 부스트 모드에서는 Sa2이 작동할 수 있다.
도 6에서 공진형 DC-DC 컨버터를 활용하는 경우로 설명하였으나, 실시예들은 스위칭 손실을 줄이는 다른 구조의 DC-DC 컨버터에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
도 7은 실시예에서, 전동기의 효율을 제어하는 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 장치(700)는 프로세서(710), 메모리(730) 및 통신 인터페이스(750) 포함할 수 있다. 프로세서(710), 메모리(730) 및 통신 인터페이스(750)는 통신 버스(705)를 통해 서로 통신할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(710)는 전동기의 효율을 제어하는 방법을 수행한다. 동작 방법은 전동기의 토크 및 속도를 입력 받는 단계; 기 작성된 룩 업 테이블에 기초하여 토크 및 속도에 대응하는 전류 지령 및 전압 지령을 획득하는 단계; 및 전류 지령 및 전압 지령을 이용하여 전동기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
메모리(730)는 휘발성 메모리 또는 비 휘발성 메모리일 수 있고, 프로세서(710)는 프로그램을 실행하고, 장치(700)를 제어할 수 있다. 프로세서(710)에 의하여 실행되는 프로그램 코드는 메모리(730)에 저장될 수 있다. 장치(700)는 입출력 장치(미도시)를 통하여 외부 장치(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 연결되고, 데이터를 교환할 수 있다. 장치(700)는 스마트 폰, 테블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 텔레비전, 웨어러블 장치, 보안 시스템, 스마트 홈 시스템 등 다양한 컴퓨팅 장치 및/또는 시스템에 탑재될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 전동기의 효율을 제어하기 위한 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 전동기의 토크 및 속도를 입력 받는 단계;
    상기 전동기의 인가 전압 별 토크 및 속도에 따른 효율에 기초하여 기 작성된 룩 업 테이블에 기초하여 상기 토크 및 속도에 대응하는 전류 지령 및 전압 지령을 획득하는 단계; 및
    상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 이용하여 상기 전동기를 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 룩 업 테이블은,
    상기 전동기의 정토크 영역, 약계자 영역 및 MTPV(Maximum Torque Per Voltage) 영역을 구분하여 각 영역에 해당하는 전류맵을 획득하고,
    상기 각 영역에서 복수의 인가 전압들에 따른 효율 구간을 추출하여 작성되는,
    장치의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 룩 업 테이블은,
    복수의 인가 전압들 각각에 대응하여 상기 전동기의 토크 및 속도에 따른 효율이 미리 정해진 기준 이상인 효율 영역을 추출하고, 상기 복수의 인가 전압들에 대응하는 효율 영역들의 전류 맵들을 합성함으로써 작성되는,
    장치의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 룩 업 테이블은,
    제1 인가 전압의 효율 영역에 속하는 제1 토크의 인덱스 및 제1 속도의 인덱스에 대응하여, 상기 제1 인가 전압을 지시하는 제1 전압 지령 및 상기 제1 인가 전압에서 상기 전동기를 상기 제1 토크 및 제1 속도로 제어하는 제1 전류 지령을 저장하고,
    제2 인가 전압의 효율 영역에 속하는 제2 토크의 인덱스 및 제2 속도의 인덱스에 대응하여, 상기 제2 인가 전압을 지시하는 제2 전압 지령 및 상기 제2 인가 전압에서 상기 전동기를 상기 제2 토크 및 제2 속도로 제어하는 제2 전류 지령을 저장하는,
    장치의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 이용하여 상기 전동기를 제어하는 단계는,
    상기 전압 지령을 DC-DC 컨버터로 입력하는 단계
    를 포함하는,
    장치의 동작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 이용하여 상기 전동기를 제어하는 단계는,
    상기 전류 지령을 dq축 전류로 인가하는 단계
    를 포함하는,
    장치의 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전동기는 영구자석 전동기인,
    장치의 동작 방법.
  7. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  8. 전동기의 효율을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    하나 이상의 프로세서;
    메모리; 및
    상기 메모리에 저장되어 있으며 상기 하나 이상의 프로세서에 의하여 실행되도록 구성되는 하나 이상의 프로그램을 포함하고,
    상기 프로그램은,
    상기 전동기의 토크 및 속도를 입력 받는 단계;
    상기 전동기의 인가 전압 별 토크 및 속도에 따른 효율에 기초하여 기 작성된 룩 업 테이블에 기초하여 상기 토크 및 속도에 대응하는 전류 지령 및 전압 지령을 획득하는 단계; 및
    상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 상기 전동기에 입력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 룩 업 테이블은,
    상기 전동기의 정토크 영역, 약계자 영역 및 MTPV(Maximum Torque Per Voltage) 영역을 구분하여 각 영역에 해당하는 전류맵을 획득하고,
    상기 각 영역에서 복수의 인가 전압들에 따른 효율 구간을 추출하여 작성되는,
    장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 룩 업 테이블은,
    복수의 인가 전압들 각각에 대응하여 상기 전동기의 토크 및 속도에 따른 효율이 미리 정해진 기준 이상인 효율 영역을 추출하고, 상기 복수의 인가 전압들에 대응하는 효율 영역들의 전류 맵들을 합성함으로써 작성되는,
    장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 룩 업 테이블은,
    제1 인가 전압의 효율 영역에 속하는 제1 토크의 인덱스 및 제1 속도의 인덱스에 대응하여, 상기 제1 인가 전압을 지시하는 제1 전압 지령 및 상기 제1 인가 전압에서 상기 전동기를 상기 제1 토크 및 제1 속도로 제어하는 제1 전류 지령을 저장하고,
    제2 인가 전압의 효율 영역에 속하는 제2 토크의 인덱스 및 제2 속도의 인덱스에 대응하여, 상기 제2 인가 전압을 지시하는 제2 전압 지령 및 상기 제2 인가 전압에서 상기 전동기를 상기 제2 토크 및 제2 속도로 제어하는 제2 전류 지령을 저장하는,
    장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 이용하여 상기 전동기를 제어하는 단계는,
    상기 전압 지령을 DC-DC 컨버터로 입력하는 단계
    를 포함하는,
    장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 전류 지령 및 상기 전압 지령을 이용하여 상기 전동기를 제어하는 단계는,
    상기 전류 지령을 dq축 전류로 인가하는 단계
    를 포함하는,
    장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전동기는 영구자석 전동기인,
    장치.
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