KR20050043658A - 전자장치의 동작 시스템 및 방법 - Google Patents

전자장치의 동작 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20050043658A
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노만로즈메리앤
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스위치드 릴럭턴스 드라이브즈 리미티드
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Abstract

본 발명은 물리적 로터 위치검출기를 사용하지 않고도 제어되는 전자장치에 관한 것이다. 요구된 토크출력이 낮으면, 제어방법은 상기 전자장치가 모든 상들보다 더 적게 동작하도록 함으로써, 상전류를 증가시키고 위치검출 알고리즘의 분석을 향상시킨다. 본 발명의 방법은 장치의 상전류를 샘플화하는 단계, 상기 상전류가 기설정된 임계값 이상인지를 결정하는 단계, 활성적인 상의 수를 감소시키는 단계, 및 나머지 상들에서 증가된 상전류로부터 로터 위치의 값을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전자장치의 동작 시스템 및 방법{System And Method Of Operation Of An Electrical Machine}
본 발명은 다상(polyphase) 전자장치, 특히, 배타적인 것은 아니지만, 다상 스위치드 리럭턴스 장치(swithced reluctance machine)의 동작에 관한 것이다.
스위치드 리럭턴스 시스템의 특징 및 동작은 해당기술분야에 잘 알려져 있고, 예를 들어, 1993년 6월 21-24일, 뉘른버그의 PCIM'93에서 스텝헨슨(Stephenson)과 블랙(Black)의 논문"The characteristics, design and application of swithced reluctance motors and drives"에 설명되어 있고, 상기 문헌은 본 명세서에 참조문헌으로 합체되어 있다. 도 1은 스위치드 리럭턴스 모터(12)가 부하(load)(19)를 구동하는 개략적인 형태의 일반적인 스위치드 리럭턴스 구동장치를 도시한 것이다. 입력 DC 전원(11)은 배터리이거나 정류되고 필터링된 AC 전원일 수 있다. 상기 전원(11)에 의해 공급된 DC 전압은 전자제어장치(14)의 제어하에 전력 컨버터(13)에 의해 모터(12)의 상권선(phase windings)(16)의 양단에 걸쳐서 스위칭된다. 스위칭(switching)은 구동의 적절한 동작을 위한 로터의 회전각도에 정확하게 동기되어야만 하고, 로터위치검출기(15)는 일반적으로 로터의 각위치에 해당하는 신호를 제공하는데 사용된다.
다른 많은 전력 컨버터 토폴로지가 알려져 있고, 이들 중 몇개는 상기 인용된 스텝헨슨 논문에 설명되어 있다. 가장 통상적인 구성중 하나가 도 2에 있는 다상 시스템 중 단상에 대해 도시되어 있고, 상기 도 2에서 장치의 상권선(16)은 버스바(busbars)(26 및 27)의 양단에 2개의 스위칭 구동장치(21 및 22)와 직렬연결되어 있다. 버스바(26 및27)는 집합적으로 컨버터의 "DC 링크(link)"로서 기술된다. 에너지 복구 다이오드(energy recovery diodes)(23 및 24)는 스위치(21 및 22)가 개방될 때 권선전류가 DC 링크에 역으로 흐르게 하도록 상기 권선에 연결된다. 저항기(28)는 전류 피드백 신호를 제공하도록 하부 스위치(22)와 직렬연결된다. "DC 링크 커패시터"로 알려진 커패시터(25)는 전원으로부터 인출되거나 또는 전원으로 복귀될 수 없는 DC 링크 전류(즉, 소위 "맥동전류")의 임의의 교류 성분을 소스(source) 또는 싱크(sink)하기 위해 DC 링크의 양단에 연결된다. 실제적인 용어로, 커패시터(25)는 직렬 및/또는 병렬 연결된 수개의 커페시터를 포함할 수 있고, 병렬연결된 곳에, 소자들 중 일부가 컨버터를 통해 분배될 수 있다.
다상 시스템은 일반적으로 전자장치의 상들(phases)을 활성화시키기 위해 병렬연결된 도 2의 수개의 "상 레그(phase legs)"를 사용한다. 스위치드 리럭턴스 장치는 일반적으로 상들 사이에서 매우 낮은 상호 인덕턴스를 갖기 때문에, 단독으로 작동하는 한 상의 동작을 먼저 고려하고, 각각이 적절한 양만큼 시간천이된 타 상들에 해당하는 기여를 간단히 더하는 것이 해당기술분야에서의 표준의 관행이다.
도 3은 도 2에 도시된 회로의 동작 주기에 대한 대표적인 파형을 도시한 것이다. 도 3(a)는 스위치(21 및 22)가 닫힌 경우 전도각(conduction angle) θc의 지속시간동안 가해진 전압을 도시한 것이다. 도 3(b)는 피크까지 올라간 후 서서히 떨어지는 상권선(16)에서의 전류를 도시한 것이다. 전도 주기의 종료시에, 스위치들은 개방되고 전류는 다이오드로 이동되며, 권선의 양단에 반전된 링크 전압(link voltage)이 걸리며, 이에 따라 자속과 전류가 0으로 떨어지게 한다. 0 전류에서, 다이오드는 도전을 중단시키고, 회로는 후속한 도전 주기가 시작할 때까지 활성화되지 않는다. DC 링크상의 전류는, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 스위치가 개방될 때 반전되고, 복귀한 전류는 전원으로 복귀되는 에너지를 나타낸다. 전류파형의 형태는 장치의 동작점 및 채택된 스위칭 방식에 따라 변한다. 잘 알려지고, 예를 들어, 상기 인용된 스텝헨슨의 논문에 기재된 바와 같이, 저속동작은 일반적으로 피크 전류를 포함하는 전류 쵸핑(current chopping)의 사용을 포함하고, 비동시(非同侍)으로 스위치들의 스위치 오프는 일반적으로 "프리휠링(freewheeling)"으로 알려진 동작모드를 제공한다.
스위치드 리럭턴스 장치의 성능은, 부분적으로, 로터 위치에 대한 상 활성화의 정확한 타이밍에 따른다. 로터위치의 검출은 통상적으로, 스테이터상에 장착된 광학적 또는 자기적 센서와 협동하는 기계의 로터상에 장착된 회전하는 이모양의 디스크(toothed disk)와 같은, 도 1에 개략적으로 도시된 트랜스듀서(15)를 사용하여 달성된다. 스테이터에 대한 로터위치를 나타내는 펄스열(pulse train)이 생성되고 제어회로에 공급되어서 정확한 상의 활성화를 하게 해준다. 이 시스템은 단순하고 많은 응용에서 잘 작동한다. 그러나, 로터 위치 트랜스듀서는 조립물의 전체비용을 증가시키고, 장치에 가외의 전기연결을 추가시키고, 따라서, 전원으로서는 신뢰할 수 없다.
로터 위치 트랜스듀서를 없애는 여러 방법들이 제안되었다. 이들 중 몇몇은 영국, 브리톤(Brighton)의 The European Power Electronics Conference, 1993년 9월 13-16일, Vol. 6, pp7-13에 출간된, 더블유 에프 레이(W F Ray) 및 아이 에이치 알-바하드리(I H Al-Bahadly)의 "Sensorless Methods for Determining the Rotor Position of Switched Reluctance Motors" 논문에 개시되었고, 상기 문헌은 본명세서에 참조문헌으로 합체되어 있다.
전기적으로 구동되는 장치에서 로터 위치측정을 위해 제안된 이들 방법들 중 몇몇은 다른 값들이 도출될 수 있는 하나 이상의 장치 파라미터들의 측정을 사용한다. 예를 들어, 상 자속쇄교(phase flux-linkage)(즉, 시간에 대해 인가된 전압의 적분) 및 하나 이상의 상에서의 전류가 감시될 수 있다. 위치는 각도 및 전류의 함수로서 장치의 인덕턴스에서의 변동에 대한 지식을 사용하여 계산된다. 이러한 특징은 자속쇄교/각도/전류 테이블로서 저장될 수 있고, 도 4에서 그래프로 표현된다. 이 데이터의 저장은 저장된 지점들 사이의 데이터 내삽을 위한 큰 메모리 배열 및/또는 추가적인 시스템 경상비의 사용을 포함한다.
몇몇 방법들은 저속으로 이 데이터를 사용하게 하는데, 상기 방법에서 "쵸핑" 전류 제어는 발현된 토크를 가변시키 위한 주 제어 방식이다. 전류와 인덕턴스 파형들이 상 인덕턴스 주기를 통해 도시된 도 5(a)에 도표로 쵸핑 제어가 예시되어 있다(인덕턴스의 변화가 이상적인 형태로 도시되어 있음을 유의하라). 이들 방법들은 대개 비토크 산출 상들(non-torque-productive phases)(즉, 특정 순간에 전원으로부터 직접적으로 활성화되지 않는 이들 상들)에서의 진단에 유용한 활성화 펄스를 사용한다. 저속 동작에 적합한 방법으로, 1991년 이탈리아 피렌체의 Proceedings of the European Power Electronics Conference, Vol. 1, pp 390-393에 출간된 엔 엠 엠뷴기(N M Mvungi)와 제이 엠 스텝헨슨(J M Stephenson)의 논문"Accurate Sensorless Rotor Position Detectiion in an S R Motor"에 제안되었으며, 상기 문헌은 본 명세서에 참조문헌으로 합체되어 있다. 이들 방법들은 비교적 저속에서 가장 잘 작동하며, 진단 펄스에 의해 취해진 시간 길이는 인덕턴스 주기의 전반적인 주기시간에 비해 작다. 속도가 상승함에 따라, 펄스는 주기의 더 긴 부분을 차지하고 곧 신뢰할 수 있는 위치정보가 이용가능하지 않는 점에 도달된다.
다른 방법들은 고속에서 "단일 펄스" 활성화 모드로 동작한다. 이 모드는 도 5(b)에 도시되어 있으며, 상기 도 5(b)에서 전류와 인덕턴스 파형들이 상 인덕턴스 주기를 통해 도시되어 있다. 이들 방법들은 통상적인 동작으로 인터페이스하지 않고도 활성 상의 동작 전압들 및 전류들을 감시한다. 일반적인 고속 방법이 국제특허출원 제WO 91/02401호에 기술되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.
동시에 양 스위치들을 여는 대신에, 전류가 닫혀진 스위치, 상 권선 및 다이오드에 의해 형성된 루프 주위로 순환하도록, θon 보다 늦은 θf 각도에서 제 2 스위치를 여는 것이 이로운 경우가 있다. 일반적인 파형이 도 5(c)에 예시되어 있다. 이 기술은 "프리휠링(freewheeling)"으로 알려져 있고, 피크 전류 제한 및 음향 잡음감소를 포함한 여러가지 이유로 사용된다.
스위치드 리럭턴스 장치의 상 인덕턴스 주기는, 예를 들어, 로터 폴들과 관련된 각각의 스테이터 폴들이 완전히 맞추어지게되는 경우 최대값 사이의 상, 또는 각 상에 대한 인덕턴스의 변화주기이다. 도 5(a)는 이상화된 형태의 인덕턴스 프로파일을 도시한 것이지만, 실제로 프로파일의 코너는 자속퍼짐(flux fringing) 및 강자성 경로의 포화로 인해 만곡된다.
단일 펄스 모드에서 스위치드 리럭턴스 장치의 상전류 파형의 형태가 상 권선의 인덕턴스 프로파일과 관계있다는 것이 알려져 있다. 실제로, 스테이터와 로터 폴들 사이의 중복 시작으로 인한 인덕턴스 프로파일의 상승부의 시작은 상전류가 상 인덕턴스 주기에서 상승에서 하락까지 변할 때의 롤오버(rollover)에 해당한다. 본 명세서에 참조로 합체된, 유럽특허출원 제EP 1109309A호에서는 이런 현상을 설명하고, 로터 위치검출방법의 기초로서, 단일펄스 동작의 전류에서의 자연스러운 피크를 사용한다.
이들 방법들 모두에서, 로터위치검출을 위해 사용되는 파라미터의 파형크기는 선택된 알고리즘이 신뢰할 수 있게 작동하도록 충분히 커야만 한다. 이는 장치가 전부하(full load)일 때 또는 전부하의 상당한 부분일 때는 문제가 되지 않으나, 장치가 무부하 또는 매우 작은 출력으로 특정속도에서 동작하도록 요구되면, (예를 들어) 자속 또는 전류가 때로는 너무 작아서 위치검출 알고리즘이 잘해야 오류경향이 있고, 때로는 완전히 실패하며, 따라서, 제어 시스템은 장치를 제어하지 못하게 된다. 많은 적용에서, 이는 용납될 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 물리적 로터 위치검출기를 사용하지 않고도 제어되는 다상 전기장치 동작방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 컴퓨터상에 로드될 때 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 배열된 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 저장매체를 제공하는 것이다.
본 발명은 첨부된 독립항에 정의되고, 몇몇 바람직한 특징들이 종속항에 인용된다.
일 형태로, 본 발명의 바람직한 실시예는 기요구출력에 대한 적어도 한 상의 듀티(duty)를 감소시키는 단계; 상기 기요구출력에 대한 적어도 한 상의 듀티에서의 감소를 보상하기 위해 다른 상(들)의 듀티를 증가시키는 단계를 포함하고, 상기 다른 상들의 듀티를 증가시키는 단계에서, 상들의 듀티에서의 변화가, 예를 들어, 저부하에서 유리한 로터위치검출을 하게 하는 다상 전기장치 동작방법을 제공한다.
상의 듀티는 복수의 상출력으로 이루어진 장치의 전체 출력에 대한 기여이다. 이상적인 정상의 운행조건하에서, 각 상의 듀티는 동일하다. 이러한 본 발명의 실시예는 상들 중 적어도 하나의 듀티를 변경시키고 다른 상들에서의 출력을 보상하도록 조절한다. 이는 이전의 가능한 생각보다 더 광범위한 시스템 부하에 걸쳐서 안정적이고 비용효과적인 로터위치검출을 용이하게 한다.
바람직하기로, 적어도 한 상의 듀티는 0으로 감소된다.
본 발명의 방법은 파라미터의 임계값이 도달될 때마다 또는 임계값이 기설정된 주기 또는 기설정된 주기내에서 주어진 횟수를 지난 후에 행사된다. 이는 본 방법이 종래 동작기술에 대해 행사되거나 복귀되는 변동성(volatility) 문제를 다룬다.
파라미터(예를 들어, 상전류 또는 자속쇄교)는 센서리스 로터 위치검출 기술에서 스테이터에 대한 기계의 로터의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 나머지 상(들)에 이송되는 전류가 증가되도록 하여, 그렇지 않은 경우 오류경향이 있는 임계값 이상에서 읽히는 파라미터를 증가시킨다.
일 특정 형태에 따르면, 본 방법은 장치의 파라미터를 감지하는 단계; 상기 파라미터가 기설정된 임계값을 지날때를 결정하는 단계; 및 응답에서 적어도 한 상의 듀티를 감소시키는 단계를 포함한다.
상의 듀티에서의 감소는, 예를 들어, 파라미터 신호레벨에서 임계값 세트가 각각 통과될 때마다 점차 도입될 수 있다. 대안으로, 각 상의 듀티는 임계값 세트가 각각 통과될 때마다 감소될 수 있다.
본 발명은 여러방식으로 실시될 수 있으며, 상기 방법들 중 일부는 첨부도면을 참도로 예로써만 설명되어진다.
설명된 예시적인 실시예는 전동모드에서 3상 스위치드 리럭턴스 구동장치를 사용하지만, 1이상의 임의의 상 수가 전동모드 또는 발전모드에서 구동장치와 함께 사용될 수 있다.
평형의, 다상 전자장치가 정상상태(steady state)에서 동작하는 경우, 모든 상들이 장치의 출력에 동일하게 기여하고 입력 상의 양도 동일하다. 예를 들어, 장치가 전동모드이면, 출력은 기계력(mechanical power)이고 입력은 평형상태의 상전류이다. 장치가 발전모드에서 동작하면, 출력은 평형을 이룬 상전류 형태의 전기력이고 입력은 로터에 대한 기계력이다. 이들 경우, 장치는 상들 중에서 요구된 출력을 동일하게 제공하는 듀티를 공유한다고 한다.
도 6은 4000rev/min으로 22kW의 전부하 부근에서 동작하는 예시적인 3상 스위치드 리럭턴스 장치의 측정된 상전류 파형들을 도시한 것이다. 예측되는 바와 같이, 전류들은 평형되어 있다. 상전류의 크기, 대략 78A 피크는, 로터 위치를 측정하기 위해 제어기(controller)가 만족스러운 방식으로 위치검출루틴을 사용하는데 적합하다.
도 7은 대략 5A 피크의 상전류들을 갖는 전부하 토크의 2%에서 동작하는 동일 장치의 상전류 파형을 도시한 것이다. 전류가 여전히 대략적으로 평형을 이루고 있으나, 부하에서 비교적 작은 요동이 전류에 상당한 과도한 불평형을 야기한다. 전류의 크기는 위치 검출 루틴이 신뢰할 수 있게 동작할 수 없는 정도로 떨어졌다. 도 8은 수요시에 더 매우 작은 감소 결과를 도시한 것으로, 제어기가 제어를 상실하고 상을 정확하게 상들로 정류하는 것이 중단된다. 루틴(routines)들이 이러한 조건으로부터의 복귀에 대해 공지되어 있지만, 사용자에게 용납될 수 없는 장치의 출력에 대한 불가피한 요동이 있게 된다.
본 발명은 이 점이 도달되기 전에 실행될 수 있다. 장치는 상기 장치에 있는 총 상수보다 더 작은 상들에서 동작하도록 야기된다. 주어진 부하수요(given load demand)에 대해, 이는 장치가 여전히 동작하는 상에서, 더 힘들게 동작하게 하므로, 이들 상들에서의 전류가 증가한다. 도 8의 예에서, 장치는 3상들 중 하나에서만 동작된다. 도 9는 한 상의 전류파형을 도시한 것으로, 속도와 출력 토크가 도 7과 동일하다. 피크 전류는, 5A 에서 15A 까지 올라가서, 위치검출 알고리즘이 더 큰 안전성 마진(margin)으로 동작할 수 있도록 하여준다. 이 경우, 듀티는 나머지 상들의 듀티가 0으로 감소되기 때문에 상들 중 하나에만 있게 된다.
이 동작 방법은 위치검출 알고리즘의 견고성(robustness)을 크게 증가시키고, 그렇지 않는 경우, 가능할 수 있는 것보다 훨씬 광범위한 부하수요에 걸쳐서 위치검출 알고리즘을 성공적으로 동작하도록 한다. 토크 맥동(torque ripple)이 증가될 수 있는 반면에, 단지 하나의 상만이 3상 대신에 출력에 기여하므로, 이것은 위치 트랙을 상실한 센서리스(sensorless) 알고리즘으로 인해 정류(commutation)가 되지 못하는 경우의 토크의 갑작스런 손실에 바람직하다.
본 발명은 트리거 이벤트(trigger event)에 응답하여 실행될 수 있다. 이 이벤트는, 예를 들어, 기설정된 레벨 이하로 떨어지는 부하수요 또는 기설정된 레벨 이하로 떨어지는 상전류, 또는 안정적인 동작 영역의 에지 부근에 위치검출 알고리즘과 상관되는 몇몇 다른 이벤트일 수 있다. 하기에 설명된 예에서, 임계값은 상전류로 설정된다. 다른 구동예에서, 상전류의 측정은 편의적이거나 가능하지 않을 수 있으므로, 말하자면, 부하수요의 임계값이 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 형태가 구현된 방법을 실행하기 위한 시스템을 도시한 것이다. 도 10에서, 도 1에 도시된 컨버터와 일반적으로 동일한 전력 컨버터(13)가 스위치드 리럭턴스 장치를 제어하기 위해 제공된다. 컨버터(13)를 제어하는 것은 제어기(140)인데, 이 실시예에서, 상기 제어기(140)는 프로세서, 특히 디지털 신호 프로세서(144), 예를 들어, 아날로그 장치 2181 패밀리(family) 중에서 하나 및 결합되는 프로그램과 데이터 메모리(146)를 포함한다. 다른 실시예들은, 해당기술분야에 공지된 바와 같이, 마이크로프로세서 또는 다른 형태의 프로그램가능한 장치를 포함할 수 있다. 프로세서는 본 발명의 방법을 실행하도록 메모리(146)에 저장된 프로그램 코드에 따라 종래방식으로 운영된다.
도 11은 제어기(140)에서 본 발명의 실시예를 실행하는 제어방법을 약술하는 흐름도를 도시한 것이다. 단계 150에서, 제어기는 공지된 방법에 의해, 예를 들어, 전류 트랜스듀서(18)로부터 출력을 검사함으로써, 상전류를 샘플화한다. 단계 152에서, 제어기는 피크 상전류가 설정 임계값 이하로 떨어졌는지 검사하도록 테스트를 실행한다. 이 임계값은 임의의 장치에 대해 고정될 수 있거나, 속도 함수일 수 있다. 테스트가 충족되지 않으면, 제어기는 모든 상들을 사용하여 정상적으로 동작한다. 테스트가 충족되면, 장치는 감소된 상수에서 동작되어야 하고, 그런 후 상의 활성화되는 상의 수는 기설정된 수로 설정됨을 나타낸다. 물론, 상들의 감소된 수는 전류 센서(18)가 배열되는 연관된 상을 포함해야 한다. 바람직한 형태에서, 활성화되는 상의 수는 하나로 감소되어서, 나머지 상이 가장 크게 증가된다.
상전류에 의해 임계값에 도달된 때를 측정하는 기초 기술의 또 다른 발전에 있어서, 장치 동작이 감소된 수의 상에서 계속되기 전에, 시스템은 연속한 전류 값이 임계값이나 임계값 아래로 있게 하는 것을 필요로 한다. 이는 스퓨리어스 리딩(spurious reading)의 경우에 제어 방식에서의 부적절한 변경을 피하게 한다. 마찬가지로, 임계값에 도달된 후 주어진 주기에 걸쳐서 상전류의 평가는 받아들이기 어렵게 변동되는 제어영역 변화를 피하기 위해 동일한 목적으로 사용될 수 있다.
도 12에서 개략적인 형태로 도시된 더 정교한 배열은 동작 상들의 수를 성공적으로 감소시키 위한 것이며, 이에 따라 임의의 부하에 대해 동작하는 최대 수를 유지한다. 부하가 더 감소되고 전류가 다시 임계값으로 떨어짐에 따라, 동작하는 상의 수도 다시 감소된다. 따라서, 예를 들어, 4상 시스템은 부하가 점차 감소함에 따라 3, 2 및 1의 상으로 동작할 수 있다. 이 경우, 상을 제거하거나 재도입할 때의 결정이 취해질 수 있는 임계값 세트가 확립된다. 또한, 전류가 주어진 임계값에서 또는 주어진 임계값 주위 있을 때 상들을 제거하고 재도입하는 변동은 전류가 주어진 주기에 대한 임계값 또는 주어진 주기에서의 횟수 이하로 떨어지면 바로 착수함으로써 다루어질 수 있다.
도 12에서, 전류가 한세트의 임계값에서 다음 임계값 이하로 떨어졌는지를 결정하기 위한 또 다른 테스트가 155에서 실행된다. 테스트가 충족되면, 제어는, 가능하다면, 상수가 더 감소되는 154로 다시 복귀한다. 동작하는 상의 수가 결정되면, 제어는 전과 같이 단계 156을 지나고 선택된 센스리스 알고리즘이 로터 위치를 결정하기 위해 실행되며, 상기 제어는 통상적인 방식으로 단계 158에서 계속된다.
도 11 또는 도 12의 루틴은, 구동장치에 대한 사양에 적합한 것은 어느 것이든지, 각각의 전기적 주기로, 또는 주기적 기초로 실행될 수 있다.
예시된 장치는 3상을 가지나, 본 발명은 임의의 특정 장치 토폴로지에 한정되지 않으므로, 당업자는 다른 상의 수를 갖는 장치 또는 폴 조합을 갖는 장치가 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 8 스테이터 폴과 6 로터 폴을 갖는 4상의 장치가 상 A라고 하는 1상으로, 또는, 상 A 및 B, 또는 상 A 및 C라고 하는 2 상으로 동작될 수 있다.
본 방법은 모터 또는 발전기로서 동작하는 장치들에 그리고 상에 관련된 파라미터가 로터위치검출용으로 사용되는 임의의 장치에 동일한 이점으로 적용될 수 있다. 본 방법은 위치제어 알고리즘의 한 분야에 특정되지 않는다.
당업자는 개시된 배열의 변화가, 특히, 제어기에서의 알고리즘 실행의 세부내용에서, 본 발명에 벗어나지 않고도 가능함을 인식할 것이다. 기술이 스위치드 리럭턴스에 대해 기술되었지만, 별개로 공급된 상들을 갖는 임의의 장치에 대해 사용될 수 있음이 또한 명백하다.
또한, 각 상의 듀티는 (전기적 또는 기계적) 장치 출력에 대한 전체 기여자(contributor)이거나 동작으로부터 완전히 제거되는 것으로 본 명세서에 설명된다. 장치의 일부 상황 및/또는 타입에서, 나머지 상(들)로부터 로터위치검출에 사용된 파라미터 값을 증가키시지만, 추천된 상(들)을 완전히 비활성화(de-energising)하는 것을 피하기 위해 듀티의 단지 일부 중 한 상을 제거하는 것이 이점적일 수 있다. 따라서, 부분적으로만 다른 상들에서 듀티를 감소시키는 것과 파라미터 센서가 연결된 나머지 상(들)에서 듀티의 감소에 대해 보상하는 것은 감지할 수 있는 신호를 충분히 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 회전장치에 대해 설명하였지만, 본 발명은 트랙 형태의 스테이터 및 상기 스테이서상에 움직이는 이동부를 갖는 선형장치에도 동일하게 적용될 수 있다. 단어 '로터(rotor)'는 회전 및 선형장치의 이동가능한 부분을 말하는 것으로 해당기술분야에 사용되고 있으며 본 명세서에서는 이런 식으로 이해된다. 따라서, 여러 실시예의 상기 설명은 예로써만 이루어지며 제한하려는 목적이 아니다. 약간의 변형들이 상술한 동작에 대한 상당한 변경없이도 제어방법으로 이루어질 수 있음이 당업자에게는 자명하다. 본 발명은 특허청구범위에 의해서만 제한되도록 의도되어 있다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 전자장치의 동작 방법 및 시스템의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명에 의하면, 상들 중 적어도 하나의 듀티를 변경시키고 다른 상들에서의 출력을 보상하도록 조절하며, 이로 인해, 이전 보다 더 광범위한 시스템 부하를 통한 안정적이고 비용효과적인 로터위치검출을 용이하게 하는 이점이 있다.
둘째, 본 발명에 의하면, 모터 또는 발전기로서 동작하는 장치들에 그리고 상에 관련된 파라미터가 로터위치검출용으로 사용되는 임의의 장치에 동일한 이점으로 적용될 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 일반적인 종래 기술의 스위치드 리럭턴스 구동장치(switched reluctance drive)를 도시한 것이다;
도 2는 도1의 컨버터(converter)의 한 태양에 대한 알려진 토폴로지(topology)를 도시한 것이다;
도 3(a)는 스위치드 리런턴스 장치에 대한 전압파형을 도시한 것이다;
도 3(b)는 해당하는 상전류 파형을 도시한 것이다;
도 3(c)는 해당하는 공급전류 파형을 도시한 것이다;
도 4는 파라미터로서 로터 위치에 따른, 일반적인 자속쇄교(flux linkage) 및 상전류 곡선을 도시한 것이다;
도 5(a)는 쵸핑 제어(chopping control)에서의 일반적인 구동 전류파형을 도시한 것이다;
도 5(b)는 단일 펄스 제어에서의 일반적인 구동 전류파형을 도시한 것이다;
도 5(c)는 프리휠링(freewheeling)을 사용하는 단일 펄스 제어에서의 일반적인 구동 전류파형을 도시한 것이다;
도 6은 전부하(full load)에서 동작하는 장치의 상전류 파형을 도시한 것이다;
도 7은 감소된 부하(reduced load)에서 동작하는 동일 장치의 상전류 파형을 도시한 것이다;
도 8은 또 다른 감소된 부하에서 동작하는 동일 장치의 상전류 파형을 도시한 것이다;
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 동작되는 동일 장치의 상전류 파형을 도시한 것이다;
도 10은 본 발명이 실행될 수 있는 구동 시스템을 도시한 것이다;
도 11은 일 실시예를 실행하는 컴퓨터 프로그램의 흐름도를 도시한 것이다; 그리고,
도 12는 다른 실시예를 실행하는 컴퓨터 프로그램의 또 다른 흐름도를 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
11: 입력 DC 전원 12: 모터
13: 전력 컨버터 14: 전자제어장치
15: 로터위치검출기 16: 상권선
18: 전류센서 19: 부하
21,22: 스위치 23,24: 다이오드
25: 커패시터 26,27: 버스바(busbars)
140: 제어기 144:디지털신호 프로세서
146: 메모리

Claims (25)

  1. 장치의 파라미터로부터 로터의 위치 값을 도출하는 단계;
    기요구출력에 대한 적어도 한 상의 듀티를 감소시키는 단계;
    상기 기요구출력에 대한 적어도 한 상의 듀티에서의 감소를 보상하기 위해 다른 상(들)의 듀티를 증가시킴으로써, 로터위치검출에 사용된 파라미터의 값을 변경시키는 단계를 포함하는 다상 전기장치 동작방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다른 상은 단상인 다상 전기장치 동작방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 듀티는 적어도 한 상에서 0으로 감소되는 다상 전기장치 동작방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파라미터가 기설정된 임계값을 지날 때를 결정하는 단계; 및
    응답에서 적어도 한 상의 듀티를 감소시키는 단계를 포함하는 다상 전기장치 동작방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 파라미터가 복수의 임계값들 중 각각을 지날 때를 결정하는 단계; 및,
    각각의 임계값이 지나감에 따라 다른 상의 듀티를 순차적으로 증가시키는 단계를 포함하는 다상 전기장치 동작방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 파라미터가 복수의 임계값들 중 각각을 지날 때를 결정하는 단계; 및
    각각의 임계값이 지나감에 따라 상들의 수를 증가시키는 듀티를 감소시키는 단계를 포함하는 다상 전기장치 동작방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파라미터가 기설정된 주기에 대한 임계값을 지날때 적어도 한 상의 듀티가 감소되는 다상 전기장치 동작방법.
  8. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파라미터가 기설정된 주기에서 기설정된 횟수로 임계값을 지날때 적어도 한 상의 듀티가 감소되는 다상 전기장치 동작방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상전류인 다상 전기장치 동작방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상전류의 피크값인 다상 전기장치 동작방법.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상의 자속쇄교인 다상 전기장치 동작방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 발전기 또는 모터로서 동작하는 스위치드 리럭턴스 장치인 다상 전기장치 동작방법.
  13. 각 상에 대한 활성화(energisation)를 제어하는 스위치 수단;
    다상 전자장치의 파라미터로부터 로터의 위치 값을 도출하는 수단; 및
    상기 장치의 출력에 기여하는 각 상의 듀티를 제어하기 위한 상기 스위치 수단에 동작가능하게 결합되고, 기 출력수요에 대한 적어도 한 상의 듀티를 감소시키며, 상기 기 출력수요에 대한 적어도 한 상의 듀티에서의 감소를 보상하기 위해 다른 상의 듀티를 증가시키도록 동작될 수 있는 제어 수단을 포함하는 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 단일의 다른 상의 듀티를 감소시키도록 동작될 수 있는 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 적어도 한 상의 듀티를 0으로 감소시키도록 동작될 수 있는 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치의 파라미터를 감지하는 수단을 포함하고, 상기 제어수단은 상기 파라미터가 기설정된 임계값을 지날때 적어도 한 상의 듀티를 감소시키도록 감지된 파라미터에 응답하는 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 파라미터가 복수의 임계값 중 각각을 지날때를 결정하는 수단을 포함하고, 상기 제어수단은 각 임계값이 지나감에 따라 증가하는 상 수의 듀티를 0으로 감소시키도록 동작될 수 있는 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 파라미터가 복수의 임계값 중 각각을 지날때를 결정하는 수단을 포함하고, 상기 제어수단은 각 임계값이 지나감에 따라 적어도 한 상의 듀티를 순차적으로 감소시키도록 동작될 수 있는 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어수단은 기설정된 주기에 대한 상기 임계값을 지나는 파라미터에 응답하여 적어도 한 상의 듀티를 감소시키도록 동작될 수 있는 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어수단은 기설정된 주기에 대한 임계값을 지나는 파라미터에 응답하여 적어도 한 상의 듀티를 감소시키도록 동작될 수 있는 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  21. 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자장치는 발전기 또는 모터로서 동작하는 스위치드 리럭턴스 장치인 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  22. 제 16 항 내지 제 21 항에 있어서,
    상기 파라미터는 전류인 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상전류의 피크 값인 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  24. 제 13 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상의 자속쇄교인 다상 전자장치를 동작하는 시스템.
  25. 컴퓨터상에 로드될 때, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 배열된 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 저장매체.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0424367D0 (en) * 2004-11-03 2004-12-08 Switched Reluctance Drives Ltd Operation of an electrical machine
US7745949B2 (en) * 2008-02-26 2010-06-29 General Electric Company Method and apparatus for assembling electrical machines
GB0804866D0 (en) * 2008-03-17 2008-04-16 Rolls Royce Plc Electrical machine arrangement
US8143825B2 (en) * 2008-10-24 2012-03-27 Marvell World Trade Ltd. Determining stuck conditions for electric motors using inductive sensing
US8277198B2 (en) * 2008-11-13 2012-10-02 Marvell International Ltd. Fan motor control systems
US8807956B2 (en) 2008-11-13 2014-08-19 Marvell World Trade Ltd. Apparatus and method for controlling speed of a fan via a first control module connected by a cable and/or conductors between a motor and a second control module
US8810188B2 (en) * 2009-04-30 2014-08-19 Iqbal Husain Position estimation at starting and lower speeds in three-phase switched reluctance machines
US20130207588A1 (en) * 2012-02-15 2013-08-15 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Initial driving apparatus and method of two-phase srm
US8975855B2 (en) * 2012-07-23 2015-03-10 Caterpillar Inc. Compensating hysteresis bands to hold specified switching frequency
JP6070925B2 (ja) * 2012-08-24 2017-02-01 富士電機株式会社 電動機駆動システム
CN102904515B (zh) * 2012-10-22 2015-03-04 中国矿业大学 开关磁阻发电机无位置传感器控制方法
DE102013100500B4 (de) * 2013-01-18 2021-02-25 Linde Material Handling Gmbh Elektrische Hydraulikpumpenvorrichtung eines Flurförderzeugs
WO2015073651A1 (en) 2013-11-13 2015-05-21 Brooks Automation, Inc. Method and apparatus for brushless electrical machine control
WO2015073647A1 (en) 2013-11-13 2015-05-21 Brooks Automation, Inc. Sealed robot drive
US10348172B2 (en) 2013-11-13 2019-07-09 Brooks Automation, Inc. Sealed switched reluctance motor
TWI695447B (zh) 2013-11-13 2020-06-01 布魯克斯自動機械公司 運送設備
US10897217B2 (en) * 2018-08-21 2021-01-19 Caterpillar Inc. Switched reluctance motor control system

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4434389A (en) * 1980-10-28 1984-02-28 Kollmorgen Technologies Corporation Motor with redundant windings
DE3042927C2 (de) 1980-11-14 1982-10-21 Parker, Louis W., 33305 Fort Lauderdale, Fla. Anordnung zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Dreiphasendrehstromasynchronmotors
SE454928B (sv) 1986-10-10 1988-06-06 Ems Electronic Motor Systems Drivanordning for en reluktansmotor
SE464213B (sv) 1989-07-28 1991-03-18 Electrolux Mecatronik Ab Foerfarande och anordning foer sensorfri styrning av en eluktansmotor
GB9211685D0 (en) * 1992-06-03 1992-07-15 Switched Reluctance Drives Ltd Sensorless rotor position measurement
US6051942A (en) * 1996-04-12 2000-04-18 Emerson Electric Motor Co. Method and apparatus for controlling a switched reluctance machine
GB9607688D0 (en) * 1996-04-12 1996-06-12 Switched Reluctance Drives Ltd Current shaping in reluctance machines
US6107772A (en) * 1997-09-26 2000-08-22 Dana Corporation Sensorless switched reluctance motor control
US6472842B1 (en) * 1997-10-03 2002-10-29 The Texas A&M University System Self-tuning control of switched-reluctance motor drive system
US6731083B2 (en) * 1998-06-02 2004-05-04 Switched Reluctance Drives, Ltd. Flux feedback control system
SG106576A1 (en) * 1999-01-11 2004-10-29 Switched Reluctance Drives Ltd Rotor position detection in switched reluctance machines
GB9903401D0 (en) * 1999-02-15 1999-04-07 Switched Reluctance Drives Ltd Control of switched reluctance machines
US6366865B1 (en) * 1999-11-03 2002-04-02 Motorola, Inc. Apparatus and method for estimating the coil resistance in an electric motor
GB9929655D0 (en) * 1999-12-15 2000-02-09 Switched Reluctance Drives Ltd Rotor position monitoring of a switched reluctance drive
GB0007422D0 (en) * 2000-03-27 2000-05-17 Switched Reluctance Drives Ltd Position detection of switched reluctance machines
GB0020501D0 (en) * 2000-08-18 2000-10-11 Switched Reluctance Drives Ltd Apparatus and method for controlling an electric machine
US6897591B2 (en) * 2001-03-26 2005-05-24 Emerson Electric Co. Sensorless switched reluctance electric machine with segmented stator
US6456031B1 (en) * 2001-01-19 2002-09-24 Delphi Technologies, Inc. Rotor position estimation for switched reluctance machines
US6448736B1 (en) * 2001-04-16 2002-09-10 Motorola, Inc. Method for controlling switched reluctance motor, and controller
US6646407B2 (en) * 2001-06-08 2003-11-11 General Motors Corporation Electric motor control having DC-DC converter and method of using same
US6653811B2 (en) * 2001-08-08 2003-11-25 A. O. Smith Corporation Switched reluctance motor and method and apparatus for aligning the rotor thereof
US6623245B2 (en) * 2001-11-26 2003-09-23 Shurflo Pump Manufacturing Company, Inc. Pump and pump control circuit apparatus and method
GB0130237D0 (en) * 2001-12-18 2002-02-06 Switched Reluctance Drives Ltd Rotor position detection of a switched reluctance drive
US6674260B1 (en) * 2002-06-20 2004-01-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. DC motor control
US6801012B1 (en) * 2003-03-31 2004-10-05 Delphi Technologies, Inc. Sensorless control of switched reluctance electric machines

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