KR20070113150A - 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신용 출력 제어 장치 및방법 - Google Patents

계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신용 출력 제어 장치 및방법 Download PDF

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가부시키가이샤 덴소
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Abstract

요구된 출력을 획득하기 위해서 여자 권선을 갖는 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신(field winding type dynamo-electric machine)의 여자 전류를 제어하기 위한 본 발명에 따른 제어 장치는, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 검출하도록 구성된 여자 전류 검출 회로; 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 회전자의 회전 속도를 검출하도록 구성된 회전 속도 검출 회로; 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력을 추정하도록 구성된 출력 추정 회로; 및 요구된 출력을 획득하기 위해서 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 보정하고, 여자 전류에 대한 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력의 다치 기능성(multi-valued functionality)을 고려하여, 보정된 여자 전류를 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 권선으로 공급하도록 구성된 여자 전류 제어 회로를 포함한다.
계자 권선, 여자 권선, 다이나모-일렉트릭 머신, 회전전기, 발전기, 여자 전류, 쇄교 자속, 발전 토크, 발전 전류, 히스테리시스, 자화, 회전자, 전기자

Description

계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신용 출력 제어 장치 및 방법{OUTPUT CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR FIELD WINDING TYPE DYNAMO-ELECTRIC MACHINE}
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신에서 사용하기 위한 여자 전류 제어 장치의 구성을 도시한 블록도.
도2는 전기자 권선의 쇄교 자속과 계자 권선 회로에 포함된 부재인 철심의 여자 전류 사이의 관계를 나타내는 자화 곡선의 그래프.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전 토크 제어 장치의 동작 절차를 도시한 흐름도.
도4는 여자 전류의 보정값의 계산예를 도시한 도면.
도5는 본 발명의 제1 실시예의 변형에 따른 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신에서 사용하기 위한 여자 전류 제어 장치의 구성을 도시한 블록도.
도6은 전기자 권선의 쇄교 자속과 철심의 여자 전류 사이의 관계를 나타내는 자화 곡선의 동작점의 회복 동작을 도시한 흐름도.
도7은 도1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전 속도 검출 회로의 상세 구성을 도시한 도면.
도8은 도1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 여자 전류 검출 회로의 상 세 구성을 도시한 도면.
도9는 도1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 여자 전류 제어 회로의 상세 구성을 도시한 도면.
도10은 도1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전 토크 계산 회로의 구성을 도시한 블록도.
도11은 도1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전 토크 계산 회로의 구성을 도시한 또다른 블록도.
도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신에서 사용하기 위한 여자 전류 제어 장치의 구성을 도시한 블록도.
도13은 도12에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전 토크 계산 회로의 구성을 도시한 블록도.
도14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 여자 전류 제어 장치의 동작 절차를 도시한 흐름도.
도15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신에서 사용하기 위한 여자 전류 제어 장치의 구성을 도시한 블록도.
도16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 여자 전류 제어 장치의 동작 절차를 도시한 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 발전 제어 장치 2: 발전기
3: 엔진 제어 장치 4: 배터리
5: 전원 관리 ECU 100: 여자 전류 검출부
102: 회전 속도 검출부 104: 출력 전압 검출부
110: 발전 토크 제어부 110a: 여자 전류 보정부
110A: 발전 전류 제어부 110b: 발전 토크 추정부
110c: 동작점 복원부 110d: 여자 전류 보상부
110e: 발전 전류 추정부 120: 여자 전류 제어부
130: 파워 트랜지스터 140: 환류 다이오드
151, 152, 153: 저항 소자 160: 통신부
170: 전원부 200: 전기자 코일
210: 3상 전파 정류기 220: 계자 코일
300: 다이나모-일렉트릭 머신 302: PWM 인버터
304: AC 전원 306: 회전자 위치 검출부
308: 계자 방위 제어부 310: 명령 전류 보상부
1000: 여자 전류 검출 회로 1004, 1030: A/D 변환 회로
1020: 회전 속도 검출 회로 1101: CPU
1102: 메모리 1200: 여자 전류 제어 회로
1203: 톱니파 발생 회로
(발명의 기술분야)
본 발명은, 여자 전류를 제어함으로써 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신 또는 유도 모터의 요구된 기계적 및/또는 전기적 출력을 출력하도록 설계된 출력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 요구된 기계적 및/또는 전기적 출력을 획득하기 위해서, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신 또는 유도 모터로 공급되는 적절한 여자 전류를 공급하기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 전술한 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신 또는 유도 모터의 기계적 및/또는 전기적 출력은 발전 토크 및 발전 전류이다. 또한, 본 발명은, 차량에서 사용하기 위한 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신 또는 유도 모터의 여자 전류를 제어함으로써 요구된 기계적 및/또는 전기적 출력을 출력하도록 설계된 출력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 출원은, 2006년 5월 23일자에 출원된 일본특허출원 제2006-142841호에 관련되고, 이를 참조로서 포함한다.
(종래 기술의 설명)
차량은, 내부 연소 엔진에 의해 회전 및 구동되는 발전기를 장착하고 있다. 이러한 발전기는, 배터리를 충전하고, 엔진을 점화하고, 전조등이나 방향 지시등을 점등하고, 전력을 소모하는 다른 전기 유닛(이하, "전기 부하"로 언급됨)으로 전력 을 공급하기 위하여 차량에 장착된다. 또한, 최근에 하이브리드 차량이 널리 보급되고 있다. 하이브리드 차량에 있어서, 전기 모터에 의해 차량의 활성화가 수행되고, 전기 모터로 전력을 공급하기 위하여 내부 연소 엔진이 구동된다.
차량 내에 설치되는 이러한 발전기로서 AC 발전기가 광범위하게 알려져 있다. 대안적으로, 현재 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 발전기 또는 모터의 도입은 출력 제어의 조종 가능성(manageability)을 고려하여 이루어지고 있다.
발전기는, 계자 코일(field coil)을 갖는 회전자의 회전에 따라 고정자로 제공되는 고정자 코일에서의 3상 교류를 발생시킨다. 3상 교류는 6개의 다이오드로 이루어지는 3상 브리지 정류기에 의해 정류되고, 직류로서 출력된다.
발전기의 발전 전압은, 계자 코일을 통해 흐르는 여자 전류의 크기 및 회전자의 회전 속도에 비례한다. 배터리를 충전하거나 차량 내의 각종 전기 부하로 전력을 공급하기 위해 이용되는 전압은 소정의 레벨로 유지되는 것이 요구된다. 종래 기술의 발전기는, 발전 전압이 회전자의 회전 속도의 변동(fluctuation)에 의해 변하는 경우에도, 레귤레이터의 도움으로 여자 전류를 조정함으로써 발전 전압을 제어하기 위한 출력 제안 수단을 포함하였다.
출력 제어 수단은, 펄스폭 변조 제어 하에서 여자 전류의 듀티비(duty ratio)를 달성함으로써, 즉 계자 권선으로 공급되는 계자 전류를 조정하기 위해서, 발전기의 출력을 제어한다. 상세하게는, 발전기 출력의 목표값은, 배터리 및 전기 부하에 의해 요구되는 전력값에 따라 결정되고, 계자 전류의 목표값도 발전기 출력의 목표값에 따라 결정되고, 그 다음에 계자 전류의 목표값에 기초하여 여자 전류 의 듀티비에 대한 결정이 이루어진다. 그런 다음, 여자 전류의 듀티비를 실현하기 위해서, 스위칭 소자의 ON-OFF 제어가 수행된다. 보다 상세하게는, 배터리 전압의 목표값과 검출값 사이의 편차(deviation)는 통상적으로 여자 전류를 증가/감소시키기 위한 피드백 제어를 달성하는데 이용된다.
최근에, 발전 토크 제어에 기초하여 여자 전류를 제어하기 위한 장치 및 방법이 알려지고 있다. 이 방법에 있어서, 요구된 발전 토크에 기초하여 계산되는 여자 전류값에 따라 여자 전류가 제어된다.
일본특허공개공보 제2003-074368호, 제2003-284257 및 미국특허 제6,900,618호는 각각 발전 토크 제어 하에서 여자 전류를 제어하는 방법을 개시하는데, 여기서 발전 토크는, 여자 전류의 검출값 및 회전자의 회전 속도의 검출값을 적어도 여자 전류, 회전자의 회전 속도와 발전 토크 사이의 관계를 나타내는 맵에 대입함으로써 계산된다. 이 방법에 있어서, 내부 연소 엔진 제어에 이용되기 위해서, 발전기의 계산된 발전 토크는 차량의 ECU(Electronic Control Unit)로 송신되고, 또는 배터리 제어를 위해 동일한 방식으로 계산된 발전 전류가 이용된다.
차량용 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신을 위해 이용되는 여자 전류를 제어하기 위한 장치는, 여자 전류의 검출값을 출력하기 위해서, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 검출하기 위한 여자 전류 검출 유닛; 회전 속도의 검출값을 출력하기 위해서, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 회전자의 회전 속도를 검출하기 위한 회전 속도 검출 유닛; 발전 토크의 검출값을 출력하기 위해서, 여자 전류의 검출값과 회전자의 회전 속도의 검출값 사이의 관계에 기초하여 발전 토크를 추정하기 위한 발전 토크 계산 유닛; 및 계자 권선으로 발전 토크의 추정값에 기초하여 계산된 여자 전류 명령값에 대응하는 여자 전류를 공급하기 위한 여자 전류 제어 유닛을 포함한다.
차량용 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신을 위해 이용되는 여자 전류를 제어하기 위한 전술한 장치는, 발전 토크 제어 하에서 여자 전류를 제어하는 전술한 방법을 이용하는데, 이 방법에 있어서, 여자 전류, 회전자의 회전 속도와 발전 토크 사이의 관계를 나타내는 맵 또는 테이블에 대한 참조가 이루어진다. 그러나, 이 방법은, 발전 토크의 명령값에 기초하여 계산되는 결정된 여자 전류에 있어서 계산의 정밀도가 낮은 문제점을 갖는다. 이 문제점은, 요구된 발전 토크 또는 출력 전류와 실제 발생된 발전 토크 또는 발전 전류 사이에 작지 않은 오차가 발생할 수 있는 또다른 문제점을 생성한다.
한편, 유도 모터의 발전 토크를 제어하는 방법으로서 벡터 제어 방법이 광범위하게 이용되고 있다. 이 벡터 제어 방법에 있어서, 유도 모터의 토크 발생 메커니즘은 DC 모터에 대해 등가인 것으로 간주된다. 다시 말하면, 이 방법은, 2차 쇄교 자속과 토크 성분 전류 사이의 직교성에 기초한 순간 발전 토크 제어를 가능하게 한다.
미국특허 제5,334,923호(Lorenz 등)는 에어-갭 자속에 기초하여 유도 머신의 발전 토크를 간접적으로 제어하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 상세하게는, 이 장치 및 방법은, 순간적으로 발전 토크 제어를 달성하기 위해서, 전기자 자속과 같은 모터 자속과 발전 토크 명령 전류 사이에 이루어지는 공간 각도(space angle)의 제어를 수행한다. 보다 상세하게는, Lorenz 등의 이 장치 및 방법은, 전기자 자속과 같은 모터 자속의 진폭 및 위치 성분으로 이루어지는 벡터량을 제어한다. 따라서, Lorenz 등의 장치 및 방법에 따르면, 전기자 자속과 같은 모터 자속의 진폭 및 위치의 측정이 이루어진다. 전기자 자속은 에어-갭 자속으로부터 계산될 수 있다. 특히, 에어-갭 자속의 제3 고조파(third harmonics)의 측정은 전기자 자속의 진폭 및 위치를 고정밀도로 결정할 수도 있다. 미국특허 제5,272,429호(Lipo 등)는 고정자 전압 및 전류에 기초하여 에어-갭 자속의 제3 고조파를 계산하는 방법을 개시한다. 이 방법은, 요구된 발전 토크를 보상하기 위해 필요한 여자 전류를 보정하기 위해서 전기자 자속의 진폭 및 위치에 기초하여 슬립 이득 오차(slip gain error)를 계산한다.
그러나, 전술한 문헌들에 개시된 장치 및 방법은, 발전 토크 명령 전류와 유도 머신의 발전 토크 사이에 선형 관계가 있다는 가정 하에 제공된다. 이는, 예를 들어 몇몇 이유로 인해 선형성이 깨지는 경우에 발전 토크 제어의 정밀도에서 불충분하다는 문제점을 야기한다. 비선형성이 야기될 수도 있는 요인 중 하나는, 자화 회로의 히스테리시스 특성(hysteresis characteristics)이나 자기 포화(magnetic saturation), 또는 모터에 의해 구동되는 회전 부재가 관성 중량(inertia weight)을 갖는다는 사실이다.
본 발명은 이러한 상황을 고려하여 이루어지고, 그에 따라 본 발명의 목적 은, 명령된 발전 토크를 출력하기 위한 적절한 여자 전류가 계산되고, 특히 차량에서 사용하기 위한 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신 또는 유도 모터로 공급되는 여자 전류 공급 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 주요 특징에 따르면, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신에서 사용하기 위한 여자 전류 공급 장치는, 여자 전류 검출 회로, 회전 속도 검출 회로, 발전 토크 계산 회로 및 여자 전류 제어 회로를 포함한다. 여자 전류 검출 회로는, 검출된 여자 전류값으로서 측정 결과를 출력하기 위해서, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 자속 권선의 여자 전류를 측정하도록 설계된다. 회전 속도 검출 회로는, 검출된 회전 속도로서 검출 결과를 출력하기 위해서, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 회전자의 회전 속도를 검출하도록 설계된다. 발전 토크 계산 회로는, 발전 토크의 추정값으로서 추정 결과를 출력하기 위해서, 적어도 여자 전류의 검출값, 회전 속도의 검출값과 출력 발전 토크 사이의 관계를 포함하는 소정의 테이블을 참조함으로써 다이나모-일렉트릭 머신의 출력 발전 토크를 추정하도록 설계된다. 발전 토크 계산 회로에 있어서, 발전 토크의 명령값에 대해 적절한 여자 전류도 계산될 수 있다. 여자 전류 제어 회로는, 명령 발전 토크를 획득하기 위해서, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신을 향하여 발전 토크 계산 회로에서 계산된 여자 전류를 공급하도록 설계된다. 전술한 바와 같이 설계 및 구성된 여자 전류 제어 및 공급 장치에 있어서, 발전 토크 계산 회로는, 적어도 여자 전류에 대한 출력 발전 토크의 다치 종속성(multi-valued dependency)을 고려한 회전 속도의 검출값 및 여자 전류의 검출값으로부터 다이나모-일렉트릭 머신의 출력 발전 토크를 계산할 수 있는 것이 바람직하다.
그러므로, 발전 토크 계산 회로는, 여자 전류를 제어함으로써 다이나모-일렉트릭 머신의 출력 발전 토크의 정밀도를 향상시킬 수 있다, 다시 말하면 여자 전류에서의 오차를 보상함으로써 출력 발전 토크의 추정 오차를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음과 같은 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각종 실시예가 설명된다.
본 발명은 모든 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신에 대해 적용 가능하다. 그러나, 본 개시를 위하여, 3상 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신이 설명된다.
도1 내지 도11을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 특히 차량에서 사용하기 위한 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신용 출력 제어 장치가 후술된다.
도1은 차량에서 사용하기 위한 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른, 특히 차량에서 사용하기 위한 출력 또는 발전 제어 장치(1)(본 발명에 있어서, 여자 전류 제어 장치로 언급됨)는, 특히 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)(본 발명에 있어서, 차량에서 사용하기 위한 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신으로 언급됨) 및 엔진 제어 장치(3)에 접속된다. 또한, AC 발전기(2)는 배터리(4)에 접속되고, 엔진 제어 장치(3)는 전원 관리 ECU(5)에 접속된다. 엔진 제어 장치(3)는, 전원 관리 ECU(5) 등과의 통신을 통해 토크 명령값을 결정하고, 이를 차량에서 사용하기 위한 발전 제어 장치(1)로 송신한다.
차량에서 사용하기 위한 발전 제어 장치(1)는 발전한 발전 전류를 배터리(4)로 공급하고, 엔진 제어 장치(3)로부터 토크 명령값을 수신한다. 또한, 발전 제어 장치(1)는 여자 전류, 회전 속도 및 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 출력 전압을 검출한다. 차량에서 사용하기 위한 발전 제어 장치(1)는, 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 출력 전압을 소정의 조정 전압 설정값(즉, 14V)으로 제어하는 기능, 및 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 발전 토크를 엔진 제어 장치(3)로부터의 토크 명령값으로 제어하는 기능을 갖는다. 상세하게는, 차량에서 사용하기 위한 발전 제어 장치(1)는 또한 발전 토크 추정값의 계산 및 발전 전류의 계산을 수행하고, 계산된 토크 추정값 및 수신된 토크 명령값에 기초하여, 계자 코일(220)로 전달되는 여자 전류의 크기를 제어한다.
차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)는, 3상 전기자 코일(200), 3상 전파(full-wave) 정류기(210) 및 계자 코일(220)을 포함한다.
유도된 교류 출력이 3상 전파 정류기(210)로 공급된다. 정류기(210)는, 전기자 코일(200)의 교류 출력을 직류 출력으로 정류하는 전파 정류기 회로이다. 계자 코일(220)은, 전기자 코일(200)에 전압을 유도하기 위한 쇄교 자속(linkage magnetic flux)을 발생시키기 위하여 여자 전류를 흘림으로써 필드를 발생시킨다.
엔진 제어 장치(3)는, 통신부(160)를 통해 발전 토크 제어부(110)로부터 입력되는 토크 추정값 및 전원 관리 ECU(5)로부터 입력되는 배터리 전압(또는 배터리 SOC가 허용 가능할 수도 있음)에 기초하여, 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 여자 전류에 대한 여자 전류 명령값을 계산한다.
여자 전류 명령값의 계산의 기초는, 엔진 제어 장치(3)에 의해 계산된 토크 명령값과 수신된 토크 추정값 사이의 차를 추정하기 위해서, 여자 전류(If)를 증가 및 감소시키기 위한 공지의 피드백 제어로서 수행된다. 물론, 발전 전류 및 배터리 전압의 크기도 또한 토크 명령값의 계산을 위해 고려된다. 이는, 배터리 전압이 큰 경우에는 여자 전류 명령값을 감소시키는 것을 가능하게 하고, 배터리 전압이 작은 경우에는 여자 전류 명령값을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 토크 추정값을 이용하는 여자 전류 피드백 제어에 있어서 각종 변형이 있다.
차량에서 사용하기 위한 발전 제어 장치(1)는, 여자 전류 검출부(100), 회전 속도 검출부(102), 출력 전압 검출부(104), 발전 토크 제어부(110), 여자 전류 제어부(120), 파워 트랜지스터(130), 프리-휠(free-wheel) 다이오드(140), 저항 소자(151 내지 153), 통신부(160) 및 전원부(170)를 포함한다.
여자 전류 검출부(100)는, N-채널 MOSFET로 구성된 파워 트랜지스터(130)의 소스 단자와 접지 사이에 접속된 전류 검출용 저항 소자(151)의 전압 강하에 기초하여 계자 코일(220)에 흐르는 여자 전류를 검출하고, 이를 여자 전류 검출값으로서 출력한다.
도7은 여자 전류 검출부(100)의 여자 전류 검출 회로(1000)를 도시한 도면이다. 도7에 도시된 바와 같이, 여자 전류 검출 회로(1000)는 계산 증폭 회로(1001), 저항(1002 및 1003) 및 A/D 변환 회로(1004)를 포함한다. 2개의 저항(1002 및 1003)에 의해 결정된 증폭 인수를 갖는 증폭기는 계산 증폭 회로(1001) 및 2개의 저항(1002 및 1003)으로 구성된다. 증폭기는 여자 전류에 대응하는 값을 갖는 입력 전압을 증폭하고, 증폭된 전압을 출력한다. A/D 변환 회로(1004)는, 입력 단자에서는 증폭기로부터의 출력 신호를, 부논리(negative logic)에서의 클록 단자(CL)에서는 구동 신호를 수신하고, 구동 신호가 하이 레벨로부터 로우 레벨로 시프트하는 타이밍에서는 전술한 바와 같은 증폭기의 출력 전압을 취하고, 이를 여자 전류값에 대한 정보를 포함하는 디지털 데이터로 변환한다. 디지털 데이터는 발전 토크 제어부(110)로 출력된다.
회전 속도 검출부(102)는 전기자 코일(200)의 1상 전압의 주파수에 기초하여 회전 속도를 검출한다. 전기자 코일(200)의 위상 전압(Vp)은, 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 회전 속도에 비례하는 주파수 및 50% 듀티비를 갖는 파형을 취한다. 따라서, 위상 전압(Vp)을 이진화한 이후에, 회전 속도 검출부(102)는 단위 시간당 펄스의 수를 카운트하고, 이를 회전 속도 검출값으로서 발전 토크 및 발전 전류 제어부(110)로 출력한다.
회전 속도 검출부(102)는, 회전 속도뿐만 아니라, 회전 속도의 시변 성분, 즉 회전 가속도를 계산하도록 구성될 수도 있다.
도8은 회전 속도 검출부를 구성하는 회전 속도 검출 회로(1020)를 도시한 도면이다. 도8에 도시된 바와 같이, 회전 속도 검출 회로(1020)는 트랜지스터(1021), 다이오드(1022), 커패시터(1023 및 1024), 저항(1025 내지 1029) 및 A/D 변환 회로(1030)를 포함한다.
전기자 코일(200)의 위상 전압 중 어느 하나는 저항(1025, 1026)으로 구성된 분할 회로에 의해 분할되고, 트랜지스터(1021)의 베이스에 인가된다. 파형 정류기 회로는 트랜지스터(1021) 및 그 컬렉터 측에 접속된 저항(1027)으로 구성된다. 위상 전압 파형을 정형(shaping)함으로써 이루어지는 신호는 트랜지스터(1021)의 컬렉터로부터 출력된다. 그 출력은, 커패시터(1023) 및 저항(1028)으로 구성된 미분 회로(differentiation circuit)로 입력되고, 그 미분 출력은 다이오드(1022)에 의해 정류된다. 다음에, 정류된 출력은, 커패시터(1024) 및 저항(1029)으로 구성된 충전 및 방전 회로로 입력된다. 이들 구성은, 전기자 코일(200)의 위상 전압의 주파수에 비례하는 전압의 발생 및 이를 A/D 변환 회로(1030)로 입력하는 것을 가능하게 한다. A/D 변환 회로(1030)는 입력 전압을 디지털 데이터로 변환한다. 디지털 데이터는 발전 토크 및 발전 전류 제어부(110)로 출력된다.
출력 전압 검출부(104)는, 저항 소자(152, 153)로 구성된 저항 분할 회로에 의해 분할되는 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 출력 전압의 부분 전압에 기초하여 검출된 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 출력 전압을 디지털 신호로 변환하고, 이를 출력 전압 검출값으로서 발전 토크 제어부(110)로 출력한다.
출력 전압 검출부(104)는 디지털 신호로서 검출 결과를 출력할 수 있는 전압계일 수도 있고, 또는 아날로그 전압계 및 A/D 변환기의 결합일 수도 있다.
도10에 도시된 바와 같이, 발전 토크 제어부(110)는 여자 전류 보정부(110a), 발전 토크 추정부(110b) 및 동작점 복원부(110c)를 포함한다. 여자 전류 보정부(110a)는 여자 전류 보정 기능을 갖고, 발전 토크 추정부(110b)는 발전 토크 추정 기능을 갖고, 동작점 복원부(110c)는 후술되는 동작점 복원 동작 기능을 갖는다. 여자 전류 보정부(110a)는 토크 맵을 포함한다.
도11에 도시된 바와 같이, 발전 토크 제어부(110)는 적어도 CPU(1101) 및 메모리(1102)로 구성된다. 발전 토크에 대한 출력 전압, 회전 속도 및 여자 전류의 관계를 나타내는 토크 맵에 부가적으로, 메모리(1102)는, 여자 전류 보정 기능을 제공하는 컴퓨터 프로그램, 발전 토크 추정 기능을 제공하는 컴퓨터 프로그램 및 동작점 복원 동작을 수행하는 프로그램을 저장한다.
일례에 있어서, 여자 전류의 보정은 여자 전류 검출부(100)에 의해 검출된 여자 전류 검출값을 보정하고, 입력 파라미터로서 발전 토크 및 발전 전류 계산을 위해 이용되는 보정된 여자 전류값을 계산한다. 대안적으로, 여자 전류의 보정 및 발전 토크 계산은 통합적으로 처리될 수도 있다.
보정된 여자 전류값의 계산은, 계자 코일(220)의 자기 회로를 구성하는 자기 물질의 히스테리시스 특성에 의해 야기된 토크 추정 오차를 보정하기 위한 계산이다. 그 계산은, 보정된 여자 전류값을 결정하기 위해서 입력된 여자 전류 검출값에 대해 수행되고, 보정된 여자 전류값은, 토크 추정값을 결정하기 위해서 발전 토크 제어부(110)에 의해 이용된다.
발전 토크 추정시, 토크 추정값은, 예를 들어 보정된 여자 전류값, 회전 속도 검출값 및 출력 전압 검출값에 기초하여 계산된다. 예를 들어, 발전 토크 제어부(110)는, 사전에 발전 토크에 대한 출력 전압, 회전 속도 및 여자 전류의 관계를 나타내는 토크 맵을 저장하고, 보정된 여자 전류값 및 회전 속도 검출값을 맵에 대 입함으로써 토크 추정값을 계산한다.
여자 전류 제어부(120)는, 통신부(160)를 통해 엔진 제어 장치(3)로부터 수신된 여자 전류 명령값에 따라 여자 전류-구동 파워 트랜지스터(130)를 간헐적으로 제어한다.
도9는 여자 전류 검출부를 구성하는 여자 전류 제어 회로(1200)를 도시한 도면이다. 도9에 도시된 바와 같이, 여자 전류 제어 회로(1200)는 저항(1201), 커패시터(1202), 톱니파 발생 회로(1203), 전압 비교기(1204) 및 AND 회로(1205)를 포함한다. 평활화 회로는 저항(1201) 및 커패시터(1202)로 구성된다. 통신부(160)로부터 출력된 신호는 전압 비교기(1204)의 (+) 단자로 입력된다. 톱니파 발생 회로(1203)로부터 출력된 톱니파 신호는 전압 비교기(1204)의 (-) 단자로 입력된다. 전압 비교기(1204)는, (+) 단자로 입력된 평활화된 입력과 (-) 단자로 입력된 톱니파 신호를 비교하고, 그에 따라 대응 듀티비를 갖는 PWM 신호를 AND 회로(1205)로 출력한다.
한편, 저항 소자(152, 153)로 구성된 저항 분할 회로에 의해 분할되는 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 출력 전압의 분할된 전압에 기초하여 검출된 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 출력 전압은 전원부(170)에서 적절한 동작 전압으로 변환되고, 여자 전류 제어부(120)로 입력된다. 다음에, 이는 AND 회로(1205)로 입력된다.
AND 회로(1205)는 전원 회로로부터 동작 전압 및 PWM 신호를 수신한다. 다음에, 이는, 이들의 논리 AND에 대해 등가인 구동 신호를 파워 트랜지스터(130)로 출 력한다.
파워 트랜지스터(130)는 계자 코일(220)과 직렬 접속되고, ON 상태에 있는 경우에 계자 코일(220)로 여자 전류를 흘린다. 여자 전류를 검출하기 위한 감지 저항에 대해 등가인 저항(151)은 파워 트랜지스터(130)의 소스 측에 접속된다. 여자 전류는, 여자 전류가 파워 트랜지스터(130)의 소스와 드레인 사이 및 저항(151)을 통해 계자 코일(220)에 흐르는 경우에 발생되는 저항(151)의 단자 전압에 기초하여 여자 전류 검출부(100)에 의해 검출된다.
계자 코일(220)과 병렬 접속된 프리-휠 다이오드(140)는, 파워 트랜지스터(130)가 OFF 상태에 있는 경우에 여자 전류를 환류시킨다.
통신부(160)는, 발전 토크 제어부(110)에 의해 획득된 토크 추정값을 엔진 제어 장치(3)로 송신하고, 엔진 제어 장치(3)에 의해 획득된 여자 전류 명령값을 여자 전류 제어부(120)로 송신한다. 물론, 통신부(160)는 이들 데이터를 송수신하기 위한 통신 프로토콜을 갖고, 목적지에서의 데이터 수신에 적합한 데이터 포맷으로 변환한다.
(여자 전류 보정의 특정예 1)
이하, 도2를 참조하여 여자 전류 보정의 특정예 1이 설명된다.
여자 전류의 보정은, 실질적으로 전술한 토크 맵 및 발전 전류 맵을 생성하는 경우에 이용되었던 여자 전류 검출값(If)과 메모리 생성 여자 전류(Ifm) 사이의 오차(△If = Ifm - If)를 보정한다. 오차(△If)는, 계자 자속이 흐르는 자기 회로를 구성하는 자기 물질의 히스테리시스 특성으로 인해 발생된다. 히스테리시스 특 성에 의해 야기된 오차(△If)의 발생은 후술된다.
도2는 여자 전류 및 전기자 코일 쇄교 자속량(또는 고정자 코일 쇄교 자속으로도 언급됨)(φ)을 도시한 도면이다. 잘 알려진 바와 같이, 전기자 코일 쇄교 자속량은 전기자 코일의 무부하 전압(Eo)에 비례한다. 도2는 단지 제1 사분면만을 도시한다. LO는 초기 자화 특성 라인(또는 초기 상승 곡선으로도 언급됨)을 나타내고, L1은 자기 포화 상태로부터 강하하는 경우의 특성 라인(또는 포화 및 감소 특성 라인으로도 언급됨)을 나타내고, L2는 L1로부터 여자 0 상태(최대 잔류 자화 상태(maximum residual magnetization state))가 달성되는 소정의 점으로부터 여자가 수행되는 경우의 특성 라인을 나타낸다. φrmax는 최대 잔류 자속량이다.
이 실시예에 있어서, 출하시, 출하 이전에 계자 자기 회로를 자기적으로 포화시키기 위해서 계자 코일(220)로 최대량의 전류가 전달된다. 또한, 그 이후에, 계자 자기 회로를 실질적인 자기 포화 상태로 정기적으로 복원하기 위해서 적어도 수초 동안(시정수 이상 동안) 소정의 타이밍에 듀티비 100%로 파워 트랜지스터(130)로 전류가 전달된다. 강제 자기 포화 동작은 엔진 시동 직후에 또는 부하 전류가 큰 경우에 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 여자 전류값(If)의 증가에 의해 야기된 발전 전류의 증가를 흡수하기 위해서, 이는, 배터리 전압이 낮고, 배터리의 SOC가 작은 상태에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 이 발전 전류의 증가가 보다 작기 때문에, 이는, 엔진 회전 속도가 작은 상태에서 수행되는 것이 바람직하다. 이 구성은, 도2에 도시된 바와 같이 계자 자기 회로의 철심의 비자기 상태에서의 동작점을 좌표점(A)(If=0, φrmax)으로 복귀시키는 것을 가능하게 한다. 이 러한 동작점 복원 동작은 도6을 참조하여 후술된다.
적절한 동작 환경에서 수행되는 복원 통전(restoration energization)은, 전류가 계속해서 감소하는 경우에 계자 자기 회로의 특성을 정기적으로 특성 라인(L1)으로 복귀시키는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 특성 라인(L1)의 관계에 기초하여 생성된 토크 맵(이하, 제2 맵으로 언급됨)이 사전에 저장된 경우에는, 여자 전류(Ifmax)로부터 여자 전류(If)가 단조 감소하는 경우에 오차(△If)는 제2 맵을 이용함으로써 발생되지 않는다. 또한, 특성 라인(L2)의 관계에 기초하여 생성된 발전 전류 맵(이하, 제1 맵으로 언급됨) 및 토크 맵이 사전에 저장된 경우에는, 여자 전류(If=0)로부터 여자 전류(If)가 단조 증가하는 경우에 오차(△If)가 발생되지 않는다.
이들 맵을 생성하기 위한 데이터 수집을 위하여, 맵은, 엔진 룸에서의 온도에 근접하는 주위 온도에서, 예를 들어 주위 온도 90℃에서 생성되었다는 것에 주목하라.
이하, 도2에서의 다이나모-일렉트릭 머신의 동작점을 3가지 케이스로 분류함으로써 여자 전류 보정의 상세가 설명된다.
(케이스 1)
전술한 좌표점(A)의 복원 때문에, 발전이 개시된 이후에, 동작점은 좌표점(A)으로부터 특성 라인(L2)을 따라 상승한다. 측정 결과에 따르면, 특성 라인(L2)은, 여자 전류(If)가 증가함에 따라 초기 자화 특성 라인(L0)에 접근한다. 그 값이 소정의 여자 전류값(IfH) 이상인 경우에, 그 라인은 실질적으로 초기 자화 특성 라인(L0)으로 간주되고, 그에 따라 큰 오차는 발생되지 않는다.
다시 말하면, 동작 중에, 여자 전류(If)는 좌표점(A)으로부터 단조 증가하기 시작하고, 여자 전류값(IfH)을 초과하는 경우에, 특성 라인(L2)은 특성 라인(L0)과 일치하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 여자 전류(If)가 여자 전류(IfH) 이상인 경우에, 특성 라인(L2)에 기초한 제1 맵을 이용하는 발전 전류 추정 및 토크 추정에 의해 야기된 오차는 발생되지 않는다고 간주될 수 있다.
다시 말하면, 본 실시예에 있어서, 특성 라인(L2)은, 전술한 제1 맵을 생성하는 경우에 이용되는 메모리 생성 여자 전류(Ifm)로서 채택된다. 케이스 1(여자 전류가 If=0으로부터 단조 증가하는 경우)의 동작 상태에 있어서, 여자 전류값이 IfH 이상이 된 이후에, 특성 라인(L2)에 기초한 제1 맵을 이용하여 토크 추정 오차가 계산된다. 이 구성은 오차를 현저히 감소시킬 수 있다.
(케이스 2)
다음에, 여자 전류(If)가 여자 전류(Ifmax)와 동일하다고 간주될 수 있는 상태로부터 여자 전류(If)가 감소하는 경우에, 전기자 코일 쇄교 자속량(φ)은 특성 라인(L1)을 따라 감소한다. 또한, IfH 내지 Ifmax인 상태로부터 여자 전류(If)가 감소하는 경우에, 여자 전류값(If)은 특성 라인(L3)을 따라 감소하고, 그 값이 소정의 여자 전류값(IfL) 이하인 경우에, 그 라인은 특성 라인(L1)으로서 간주되고, 그에 따라 큰 오차는 발생되지 않는다.
다시 말하면, 동작 중에, 여자 전류값이 IfH 내지 Ifmax인 상태로부터 여자 전류(If)가 단조 감소하고, 그 값이 여자 전류값(IfL)보다 작은 경우에, 특성 라 인(L3)은 특성 라인(L1)과 일치하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 여자 전류(If)가 여자 전류(IfL) 이하인 경우에는, 특성 라인(L1) 또는 특성 라인(L3)에 기초한 제2 맵을 이용하는 토크 추정에 의해 야기된 오차는 발생되지 않는다고 간주될 수 있다.
다시 말하면, 본 실시예에 있어서, 특성 라인(L1)은, 전술한 제1 맵을 생성하는 경우에 이용되는 메모리 생성 여자 전류(Ifm)로서 채택되고, 케이스 2(여자 전류가 If=Ifmax로부터 단조 감소하는 경우)의 동작 상태에 있어서, 또는 여자 전류(If)가 IfH 내지 Ifmax로부터 IfL 이하로 단조 감소하는 경우에, 특성 라인(L1)에 기초한 제2 맵을 이용하여 토크 추정 오차가 계산된다. 이 구성은 오차를 현저히 감소시킬 수 있다.
(케이스 3)
전술한 케이스 1 또는 케이스2 이외의 동작 상태에 있어서(케이스 3의 경우에), 동작점은 도2에 도시된 사선 영역에 존재한다. 본 실시예에 있어서, 각각 제1 토크 추정값과 발전 전류 추정값 및 제2 토크 추정값을 결정하기 위해서, 검출된 여자 전류 검출값(If)이 전술한 제1 맵 및 제2 맵에 대입된다. 다음에, 토크 추정값들의 평균값을 결정하기 위해서, 이들의 평균이 계산된다. 이 구성은 발전 토크 추정시 히스테리시스 오차를 감소시킬 수 있다.
(여자 전류 보정의 특정예 2)
이하, 여자 전류 보정의 특정예 2가 설명된다. 특정예 2에 있어서, 사전에 특성 라인(L2 및 L3)이 저장된다. 케이스 3에 있어서, 여자 전류 검출값(If)을 특 성 라인(L2 및 L3)에 대입하고, 보정된 여자 전류값을 결정하기 위해서 이들의 평균 자속값을 특성 라인(L2)에 대입하고, 보정된 여자 전류값을 전술한 제1 맵에 대입하여 2개의 전기자 코일 쇄교 자속량(φ)을 결정함으로써, 토크 추정이 수행된다. 보정된 여자 전류값을 결정하기 위해서 전술한 평균 자속값을 특성 라인(L3)에 대입하고, 보정된 여자 전류값을 전술한 제2 맵에 대입함으로써 토크 추정이 수행될 수도 있다는 것에 주목하라.
(여자 전류 보정의 특정예 3)
이하, 여자 전류 보정의 특정예 3이 설명된다. 특정예 3에 있어서, 직전의 여자 전류 검출값의 히스토리에 기초하여, 직전의 여자 전류가 전술한 특정예 2에서 증가하는 경향이 있는지 또는 감소하는 경향이 있는지 여부가 결정된다.
다음에, 직전의 여자 전류가 증가하는 경향이 있는 경우에는, 여자 전류 검출값(If)을 특성 라인(L2 및 L3)에 대입하여 2개의 전기자 코일 쇄교 자속량(φ)을 결정하고, 이들의 평균 자속값으로부터 소정의 값(△φ)을 감산함으로써 결정된 값을 특성 라인(L2)에 대입하여 보정된 여자 전류값을 결정하고, 보정된 여자 전류값을 전술한 제1 맵에 대입함으로써 케이스 3에서 토크 추정이 수행된다.
다음에, 직전의 여자 전류가 감소하는 경향이 있는 경우에는, 여자 전류 검출값(If)을 특성 라인(L2 및 L3)에 대입하여 2개의 전기자 코일 쇄교 자속량(φ)을 결정하고, 이들의 평균 자속값으로 소정의 값(△φ)을 가산함으로써 결정된 값을 특성 라인(L3)에 대입하여 보정된 여자 전류값을 결정하고, 보정된 여자 전류값을 전술한 제2 맵에 대입함으로써 케이스 3에서 토크 추정이 수행된다.
(특정 제어예 1)
이하, 도3에 도시된 흐름도를 참조하여 특정 제어예 1이 설명된다.
먼저, 단계(S100)에서, 회전 속도 검출값(N) 및 출력 전압 검출값(V)이 판독된다. 회전 속도 검출값(N)은 회전 속도 검출부(102)에 의해 획득된다. 출력 전압 검출값은 출력 전압 검출부(104)에 의해 획득된다.
단계(S102)에서, 여자 전류 검출값(If)이 판독된다. 여자 전류 검출값(If)은 여자 전류 검출부(100)에 의해 획득된다.
단계(S104)에서, 판독된 여자 전류 검출값(If)이 보정된 여자 전류값(If')으로 보정된다.
다음에, 단계(S106)에서, If', N 및 V를 여자 전류 검출값(If), 회전 속도 검출값(N), 출력 전압 검출값(V)과 발전 토크(T) 사이의 관계를 나타내는 토크 맵에 대입함으로써, 토크 추정값이 결정된다. 토크 맵은 여자 전류 보정부(110a)에 저장된다.
다음에, 단계(S108)에서, 여자 전류 제어부(120)에서 결정된 토크 추정값을 이용하여 여자 전류가 제어된다. 피드백 제어가 제어 알고리즘으로서 광범위하게 이용된다.
(보정된 여자 전류값(If')의 계산예 1)
다음에, 도4를 참조하여 단계(S104)에 기재된 보정된 여자 전류값(If')의 계산이 설명된다.
전술한 바와 같이, 케이스 1에 있어서, 사전에 저장되는 자화 특성 라인(L2) 이 동작점과 일치하기 때문에, 자화 특성 라인(L2)에 대응하는 토크 맵을 선택하기 위한 명령이 제공된다. 케이스 2에 있어서, 사전에 저장되는 자화 특성 라인(L1)이 동작점과 일치하기 때문에, 자화 특성 라인(L1)에 대응하는 토크 맵을 선택하기 위한 명령이 제공된다.
케이스 3에 있어서, 동작점은 도4에 도시된 바와 같이 자화 특성 라인(L1)과 자화 특성 라인(L2) 사이에 존재한다. 따라서, 이 예에 있어서, 자화 특성 라인(L1)과 자화 특성 라인(L2) 사이의 중간에서 이루어지는 자화 특성이 가정되고, 중간 자화 특성을 위한 전기자 코일 쇄교 자속량(φx)(=(φ1+φ2)/2)이 가정된다. 전기자 코일 쇄교 자속량(φx)에 대응하는 여자 전류를 맵에 입력하는 것이 요구된다. 자화 특성 라인(L2)이 이용되는 경우에, φx를 자화 특성 라인(L2)에 대입함으로써 보정된 여자 전류값(I1)이 결정된다. 이 경우, 단계(S106)에서 보정된 여자 전류값(I1)을 자화 특성 라인(L2)에 기초한 토크 맵에 대입함으로써 토크 추정이 수행될 수도 있다.
토크 추정시 자화 특성 라인(L1)이 이용되는 경우에, φx를 자화 특성 라인(L1)에 대입함으로써 보정된 여자 전류값(I2)이 결정된다는 것에 주목하라. 이 경우, 단계(S106)에서 보정된 여자 전류값(I2)을 자화 특성 라인(L1)에 기초한 토크 맵에 대입함으로써 토크 추정이 수행될 수도 있다.
(보정된 여자 전류값(If')의 계산예 2)
이하, 도4를 참조하여 단계(S104)에 기재된 보정된 여자 전류값(If')을 계산하는 제2 방법이 설명된다.
전술한 계산예 1에 있어서, 자화 특성 라인(L1)과 자화 특성 라인(L2) 사이의 중간에 동작점이 위치된다는 가정 하에, 보정된 여자 전류값(If')으로서 I1 또는 I2가 결정된다. 그러나, 여자 전류가 증가하는 경향이 있는 경우에는, 동작점은 L1보다 자화 특성 라인(L2)에 더 근접하고, 여자 전류가 감소하는 경향이 있는 경우에는, 동작점은 L2보다 자화 특성 라인(L1)에 더 근접한다.
다음에, 도4에서 여자 전류가 증가하는 경향이 있는 경우에, 동작점은 자화 특성 라인(L2) 상의 점(m3)과 중간점(m) 사이의 중간(m1)에 설정된다. 토크 추정시 자화 특성 라인(L2)이 이용되기 때문에, φ3을 자화 특성 라인(L2)에 대입함으로써 보정된 여자 전류값(I3)이 결정된다. 이 경우, 단계(S106)에서, 보정된 여자 전류값(I3)을 자화 특성 라인(L2)에 기초한 토크 맵에 대입함으로써 토크 추정이 수행될 수도 있다.
또한, 도4에서 여자 전류가 감소하는 경향이 있는 경우에, 동작점은 자화 특성 라인(L1) 상의 점(m4)과 중간점(m) 사이의 중간(m2)에 설정된다. 토크 추정시 자화 특성 라인(L1)이 이용되기 때문에, φ4를 자화 특성 라인(L1)에 대입함으로써 보정된 여자 전류값(I4)이 결정된다. 이 경우, 단계(S106)에서, 보정된 여자 전류값(I4)을 자화 특성 라인(L1)에 기초한 토크 맵에 대입함으로써 토크 추정이 수행될 수도 있다.
(동작점의 복원)
이하, 도6에 도시된 흐름도를 참조하여 동작점 복원 동작의 일례가 설명된다.
먼저, 단계(S200)에서, 엔진 회전 속도가 소정의 값 이하인지 여부가 검사된다. 엔진 회전 속도는 회전 속도 검출부(102)에 의해 검출된다. 그 값이 소정의 값 이하인 경우에는, 루틴은 단계(S204)로 진행하고, 그 값이 소정의 값을 초과하는 경우에는, 루틴은 단계(S202)로 진행한다.
단계(S202)에서, 배터리 전압이 소정의 값 이하인지 여부가 검사된다. 배터리 전압은 전원부(170)에 의해 측정되고, 발전 토크 제어부(110)의 동작점 복원부(110c)로 송신된다. 그 값이 소정의 값 이하인 경우에는, 루틴은 단계(S204)로 진행한다.
단계(S204)에서, 100% 듀티비를 갖는 전류가 수초 이상 계자 코일(220)에 인가된다. 보다 상세하게는, 회전 속도 검출부(102)로부터 엔진 회전 속도를, 전원부(170)로부터 배터리 전압을 수신한 발전 토크 제어부(110)의 동작점 복원부(110c)는, 수초 이상 100% 듀티비를 갖는 전류를 인가하기 위해서 통신부(160)를 통해 여자 전류 제어부(120)로 명령을 제공한다. 이는, 계자 회로의 철심에서 비여자 상태에서의 동작점을 도2에서의 좌표점(A)(If=0, φrmax)으로 복귀시키는 것을 가능하게 한다.
(변형 실시예)
각각의 좌표축으로서 여자 전류 및 전기자 코일 쇄교 자속량을 갖는 2-차원 공간에서 과거 전류 히스토리에 기초하여 전류 좌표점을 추정하고, 발전 토크와 사전에 메모리에 저장된 여자 전류 사이의 관계(맵)에 기초하는 전기자 코일 쇄교 자속량과 여자 전류 사이의 관계에서 검출된 여자 전류값에 대응하는 전기자 코일 쇄 교 자속량과 전술한 전류 좌표점의 전기자 코일 쇄교 자속량 사이의 편차를 보정함으로써, 계산이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 전술한 전류 좌표점의 전기자 코일 쇄교 자속량(φ)에 대응하는 여자 전류값이 결정되고, 토크 추정을 위해 전술한 메모리에 대입될 수도 있다.
그 결과, 차량 및 엔진에서 사용하기 위한 AC 발전기가 발전 토크에 기초하여 고정밀도로 제어될 수 있다. 예를 들어, 차량의 감속 중에 엔진의 초과 토크값이 회생(regeneration)될 수 있기 때문에, 급격한 회생에 의해 야기된 운전 용이도(drivability)의 악화가 방지될 수 있고, 회생량이 증가할 수 있다. 또한, 엔진 토크 변동을 상쇄하는 방향으로 엔진 유휴 동안 차량 진동을 야기하는 엔진 토크 변동에 대하여 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기의 발전 토크가 고정밀도로 제어되고, 그에 따라 엔진 토크 변동은 감소된다. 그 결과, 적은 유휴가 달성될 수 있고, 보다 큰 연료 절약이 달성될 수 있다.
(변형 실시예)
도3의 단계(S108)에서, 요구된 발전 토크에 대한 여자 전류가 공급되는 경우, D.W. Novotny 및 T.A. Lipo의 저서 "Vector Control and Dynamics of AC Drive" (Oxford univ. press, 1966)의 제6장에 기재된 바와 같은 벡터 제어가 이용될 수도 있다. 벡터 제어 방법이 교류의 진폭 및 위상 양쪽 모두를 제어하기 때문에, 이는 벡터 제어로 지칭된다.
대체로, 벡터 제어에 있어서, 자기 회로의 히스테리시스가 고려되지 않고, 전기자 코일 쇄교 자속량은 다치 펑크션(multi-valued function)이 아니다. 또한, 전술한 바와 같은 방법의 이용은, 심지어 벡터 제어에서도 자기 회로의 히스테리시스가 자기 회로의 히스테리시스를 고려하는 것을 가능하게 한다.
이와 같이 함으로써, 종래 기술과 비교하여 볼 때, 발전 토크 추정 정밀도가 현저히 증가될 수 있다. 따라서, 고정밀도로 발전 토크 제어형 여자 전류 제어가 실현될 수 있다.
(변형 실시예)
본 발명은 전술한 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 요약의 범위 내에서 각종 변형이 구현될 수 있다는 것에 주목하라.
도5를 참조하여, 변형예 중 하나가 설명된다. 제1 실시예에 있어서, 차량에서 사용하기 위한 발전 제어 장치(1) 내에 발전 토크 제어부(110)가 제공된다. 발전 토크 제어부(110)는 도6에 도시된 바와 같이 엔진 제어 장치(3) 내에서 수행될 수도 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 차량에서 사용하기 위한 발전 제어 장치(1) 내에 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기의 회전 속도 검출부가 제공된다. 대신에, 도6에 도시된 바와 같이, 이는, 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)와 엔진 사이의 풀리비(pulley ratio) 및 검출된 엔진 회전 속도로부터 차량에서 사용하기 위한 AC 발전기(2)의 회전 속도를 검출하기 위해서 엔진 제어 장치(3) 내에 제공될 수도 있다.
또한, 차량에서 사용하기 위한 발전 제어 장치(1)는, 엔진 제어 장치(3)로부터 수신된 토크 명령값 및 자체 계산된 토크 추정값에 기초하여 여자 전류 명령값 을 계산할 수도 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예의 효과가 설명된다.
전술한 내용에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예는, 토크 추정부가 여자 전류와 발전 토크 사이의 비선형성을 보상하기 위한 기능을 갖는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명의 제1 실시예는, 토크 추정부가, 발전 토크가 여자 전류의 다치 펑크션인 것을 보상하기 위한 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
종종, 출력이 입력에 대한 다치 펑크션인 물리 시스템에서 히스테리시스가 관측된다.
히스테리시스에 수반되는 현상은, 물리 시스템에 입력되는 힘에 대해 물리 시스템이 즉각 응답하지 않는 현상으로 정의된다. 다시 말하면, 이는, 소정의 순간의 시스템의 상태가 시스템이 변하기 직전의 상태에 종속하는 현상으로 정의된다.
본 발명의 토크-제어 여자 전류를 제어하는 방법 및 장치에 있어서, 발전 토크가 여자 전류의 다치 펑크션인 것을 보상함으로써 고정밀도의 토크 추정이 수행될 수 있다.
특히, 본 발명은, 히스테리시스 특성에 의해 야기된 토크 추정값에서의 오차를 감소시키기 위한 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다. 종래 기술이 비해 토크 추정 정밀도가 크게 향상될 수 있기 때문에, 이러한 단계는 고정밀도의 토크-제어 여자 전류 제어를 실현할 수 있다.
종래의 토크-제어 여자 전류 제어에 있어서, 여자 전류와 회전 속도 사이의 관계, 보다 바람직하게는 출력 전압과 발전 토크 사이의 관계를 나타내는 맵에 대 해 여자 전류와 같은 검출된 데이터를 할당함으로써 발전 토크가 추정된다. 그러나, 이 맵은, 기준으로서 계자 자기 회로의 초기 자화 특성을 갖는 것으로 제안되었다. 그러나, 잘 알려져 있는 바와 같이, 계자 자기 회로를 구성하는 소프트한 자기 물질이 히스테리리스 특성(또는 "직류 히스테리시스 특성"으로도 언급됨)을 갖기 때문에, 여자 전류에 따라 변함에 따라, 동작점이 초기 자화 특성으로부터 벗어나게 되고, 그 결과 발전 토크와 여자 전류 사이의 관계가 변할 수도 있다. 즉, 이는, 토크-제어 여자 전류 제어에서의 토크 추정 오차가 계자 자기 회로의 히스테리시스 특성으로부터 기인하기 때문이다.
이는, 맵에서의 기초가 되는 전기자 권선 쇄교 자속량과 여자 전류 사이의 관계가, 그 값이 소위 히스테리시스 특성으로 인해 메모리에 저장된 맵에 기록되어 있는 상태로부터 벗어나는 것을 허용함으로써, 추정된 토크 오차가 발생하기 때문이다. 이는, 이 편차가 감소되는 경우에, 추정된 토크 오차가 감소되는 것을 허용한다.
예를 들어, 여자 전류 검출값에 여자 전류 오차(△If)를 가산함으로써 여자 전류 검출값의 보상과 같은 처리를 수행하기 위해서, 발전 토크의 연산을 위해 저장된 무부하 포화 전압과 동작 여자 전류 사이의 관계에 있어서 여자 전류 검출값과 동작 여자 전류 사이의 여자 전류 오차(△If)를 구함으로써, 고정밀도로 발전 토크가 추정될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 토크 추정부는, 전기자 권선 쇄교 자속량 등가물과 실질적으로 토크 추정을 위해 이용되는 여자 전류 사이의 관계를 나타내는 계자 자기 회로의 자화 특성으로서 여자 전류 감분 시간 자화 특성 및 여자 전류 증분 시간 자화 특성을 저장하고, 차량 계자 와이어-와운드(wire-wound) 모터의 동작 상태에 기초하여, 실질적으로 토크 추정을 위해 이용되는 유동 특성(poloidal characteristics)을 선택한다.
즉, 이 실시예에 있어서, 여자 전류 감분 시간 및 여자 전류 증분 시간에 따라 계자 자기 회로의 자화 특성(히스테리시스 특성)이 크게 변하고, 동작 상태(예를 들어, 여자 전류 직전의 변화 추세)에 기초하여, 여자 전류 감분 시간 자화 특성 및 여자 전류 증분 시간 자화 특성 중 소정의 하나가 선택된다는 것에 주목하라. 바람직하게는, 여자 전류가 증가하는 경우에는, 여자 전류 증분 시간 자화 특성에 기초하여 토크 추정 맵이 선택되고, 여자 전류가 감소하는 경우에는, 여자 전류 감분 시간 자화 특성에 기초하여 토크 추정 맵이 선택된다. 이러한 단계는 종래 기술에 비해 토크 추정 정밀도를 훨씬 더 향상시킬 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 토크 추정부는, 여자 전류 직전의 변화 추세가 전류 증분 추세인지 또는 전류 감분 추세인지 여부를 판정하고, 전류 감분 추세인 경우에는, 실질적으로 여자 전류 감분 시간 자화 특성보다 여자 전류 증분 시간 자화 특성에 보다 근접한 자화 특성을 이용함으로써 발전 토크를 추정하고, 또한 전류 증분 추세인 경우에는, 실질적으로 여자 전류 증분 시간 자화 특성보다 여자 전류 감분 시간 자화 특성에 보다 근접한 자화 특성을 이용함으로써 발전 토크를 추정한다.
즉, 이 실시예에 있어서, 여자 전류가 증가하는 경우에는, 토크 추정부는, 사전저장되는 여자 전류 증분 시간 자화 특성 대신에 여자 전류 감분 시간 자화 특성보다 여자 전류 증분 자화 특성에 보다 근접한 자화 특성에 대응하는 토크 추정 맵을 이용하여 발전 토크를 추정하고, 여자 전류가 감소하는 경우에는, 사전저장되는 여자 전류 감분 시간 자화 특성 대신에 여자 전류 증분 시간 자화 특성보다 여자 전류 감분 자화 특성에 보다 근접한 자화 특성에 대응하는 토크 추정 맵을 이용하여 발전 토크를 추정한다. 이러한 단계는 종래 기술에 비해 토크 추정 정밀도를 훨씬 더 향상시킬 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 토크 추정부는, 차량 계자 와이어-와운드 모터의 동작 상태에 기초하여, 실질적으로 유동 특성의 중간 자화 특성을 이용하여 토크 추정을 선택한다. 바람직하게는, 여자 전류와 전기자 권선 쇄교 자속량 사이의 관계를 나타내는 차원 공간에서 사전저장된 자화 특성으로부터 동작점이 크게 벗어날 것 같은 동작 상태에 있어서(전술한 케이스 3), 토크 추정부는, 여자 전류 증분 시간 자화 특성과 여자 전류 감분 시간 자화 특성 사이의 중간 자화 특성에 대응하는 맵에 기초하여, 발전 토크를 추정한다. 심지어, 이 경우에, 토크 추정부는, 여자 전류가 증가하는 경우에는 여자 전류 증분 시간 자화 특성에 다소 근접한 자화 특성에 대응하는 맵에서 발전 토크를 추정하는 것이 바람직하고, 또한, 토크 추정부는, 여자 전류가 감소하는 경우에는 여자 전류 감분 시간 자화 특성에 다소 근접한 자화 특성에 대응하는 맵에서 발전 토크를 추정하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 여자 전류 감분 시간 자화 특성은, 여자 전류가 실질적으로 자기 포화 상태에 도달한 이후에 단순히 감소하는 경우의 자화 특 성(L1)이다. 계자 자기 회로 상에서 자기 포화 처리를 수행함으로써 여자 전류 감분 시간 자화 특성이 자화 특성과 일치되는 것이 허용될 수 있기 때문에, 발전 토크 추정 오차가 감소될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 여자 전류 증분 시간 자화 특성은, 여자 전류 제로의 상태에 도달하기 위해서 여자 전류가 실질적으로 자기 포화 상태로부터 단순히 감소한 이후에 단순히 감소하는 경우의 자화 특성(L2)이다. 계자 자기 회로 상에서 자기 포화 처리를 수행함으로써 여자 전류 증분 시간 자화 특성이 자화 특성과 일치되는 것이 허용될 수 있기 때문에, 토크 추정 오차가 감소될 수 있다.
보다 상세하게는, 특성 곡선(L1) 및 특성 곡선(L2)(도2 참조)에 의해 포위된 히스테리시스 루프가 매우 협소하고, 특성 곡선(L1 또는 L2)과 내부에 존재하는 동작점 사이의 거리는 초기 자화 특성 라인(L0)과 동작점 사이의 거리보다 현저히 좁고, 또한 전술한 자기 포화 처리에 의해 주기적으로 또는 필요에 따라 동작점이 특성 곡선(L1 및 L2)으로 복귀될 수 있기 때문에, 토크 추정 오차가 크게 향상될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 소정의 시간 동안 소정의 값 이상의 여자 전류를 전도함으로써, 계자 자기 회로 상에서 자기 포화 처리가 수행된다. 이는, 동작점이 자화 특성 곡선(L2) 상에서 시작되는 것을 가능하게 한다. 그 이후에, 자화 특성 곡선(L1) 및 자화 특성 곡선(L2)(도2 참조)에 의해 포위된 히스테리시스 루프 내부(도2에서 사선으로 표시된 자화 특성 곡선(L1)과 자화 특성 곡선(L2) 사이의 공간)에 동작점이 존재할 수 있다. 그 결과, 발전 토크가 표준으로서 자화 특성 곡 선(L1 및 L2)를 이용하여 추정되는 경우, 추정 오차가 감소될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 소정의 타이밍에 계자 자기 회로를 자기적으로 포화시키기 위해서 충분한 양 및 시간으로 여자 전류가 전도된다. 이는, 동작점이 소정의 타이밍에 자화 특성 곡선(L2) 상에서 시작될 수 있게 한다. 그 이후에, 자화 특성 곡선(L1) 및 자화 특성 곡선(L2)(도2 참조)에 의해 포위된 히스테리시스 루프 내부(도2에서 사선으로 표시된 자화 특성 곡선(L1)과 자화 특성 곡선(L2) 사이의 공간)에 동작점이 존재할 수 있다. 그 결과, 발전 토크가 표준으로서 자화 특성 곡선(L1 및 L2)를 이용하여 추정되는 경우, 추정 오차가 감소될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 엔진이 정지되는 경우에 여자 전류가 전도된다. 이는, 잔류 자속을 회복시키기 위해서 큰 여자 전류가 전도되는 경우에도, 큰 발전 전류가 발생되는 것을 허용하지 않고, 그 처리는 문제가 될 수 없다.
바람직한 실시예에 있어서, 엔진의 회전 속도가 소정의 값 이하인 때에 여자 전류가 전도된다. 이는, 잔류 자속을 회복시키기 위해서 큰 여자 전류가 전도되는 경우에도, 큰 발전 전류가 발생되는 것을 허용하지 않고, 그 처리는 문제가 될 수 없다.
바람직한 실시예에 있어서, 차량 계자 와이어-와운드 모터로부터 전력이 공급되는 배터리의 축전 상태가 소정의 값 이하인 경우에, 여자 전류가 전도된다. 이는, 잔류 자속을 회복시키기 위해서 큰 발전 전류로 하여금 발생되도록 하는 경우에도, 배터리를 충전시키는데 발전 전류가 효과적으로 이용될 수 있기 때문에, 문제가 발생하지 않을 수도 있다.
또한, 바람직한 실시예에 있어서, 발전 토크 제어부는, 벡터 제어에 의해 요구된 발전 토크에 대응하는 여자 전류를 공급시키기 위한 명령을 발행한다.
일반적으로, 벡터 제어에 있어서, 자기 회로의 히스테리시스가 고려되지 않고, 전기자 권선 쇄교 자속량은 여자 전류의 다치 펑크션이 아니다. 여자 전류 증분 시간 자화 특성 및 여자 전류 감분 시간 자화 특성 중 소정의 하나를 선택함으로써 벡터 제어에서 자기 회로의 히스테리시스가 고려될 수 있다. 이러한 단계는 종래 기술에 비해 토크 추정 정밀도를 훨씬 더 향상시킬 수 있기 때문에, 고정밀도의 토크-제어 여자 전류 제어가 실현될 수 있다.
또한, 동작 상태에 응답하여 최적 발전 토크의 여자 전류 종속성뿐만 아니라, 계자 자기 회로의 히스테리시스 특성으로부터 벗어난 발전 토크와 여자 전류 사이의 관계의 다가 특성(multivalent property)을 추정 및 이용함으로써, 고정밀도의 토크-제어 여자 전류 제어가 실현될 수 있다.
또한, 차량 모터에 있어서, 회전자는 관성 모멘트(inertia moment)를 갖는다. 이는 관성 모멘트로부터 벗어난 관성 토크를 가산함으로써 고려될 수도 있다.
이 경우, 회전 속도 검출부(102)에 있어서, 회전 속도뿐만 아니라, 회전 속도의 시변 성분, 즉 회전 가속도가 계산된다. 또한, 모터의 관성 모멘트값이 발전 토크 제어부(110)에 저장되고, 그 값을 이용함으로써 모터의 전이 상태(transition state)에서의 관성 토크가 계산될 수 있다.
이러한 단계는 종래 기술에 비해 토크 추정 정밀도를 훨씬 더 향상시킬 수 있기 때문에, 고정밀도의 토크-제어 여자 전류 제어가 실현될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 발전 토크 추정시, 토크-제어 차량 AC 모터 여자 전류 제어기에서의 여자 전류에 기초하여, 여자가 보상된다. 그러나, 차량 AC 다이나모-일렉트릭 머신 또는 차량 다이나모-일렉트릭 머신에 대해 단순한 보상이 적용될 수도 있다.
(효과)
전술한 실시예에 따르면, 여자 전류 검출값을 이용하는 토크 추정시, 여자 전류 검출값과 발전 토크 사이의 관계가 맵 형성 시의 이들 관계와 상이한 관계에 대해 보상되고, 그 결과 히스테리시스 특성에 의한 토크 추정 오차를 감소시킬 수 있다.
즉, 차량 AC 다이나모-일렉트릭 머신(2)의 동작 상태에 응답하여 여자 전류와 발전 토크 사이의 관계를 나타내는 맵이, 실질적으로 히스테리시스 오차가 감소되는 방향으로 변하기 때문에, 히스테리시스 특성에 의한 토크 추정 오차가 감소될 수 있다.
또한, 이 실시예에 따르면, 차량 AC 다이나모-일렉트릭 머신의 계자 자기 회로가, 적절한 타이밍에(예를 들어, 엔진 정지 직전 또는 직후에) 여자 전류를 증가시킴으로써 자기적으로 포화되기 때문에, 히스테리시스 특성에 의해 야기된 동작점의 변위로부터 벗어난 발전 토크와 여자 전류 사이의 관계에서의 변화가 보상될 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 마찬가지로 계자 자기 회로가 선적 이전에 자기적으로 포화되기 때문에, 유사한 효과가 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 여자 전류와 발전 토크 사이의 복수 의 관계(맵)가 실질적으로 저장되기 때문에, 차량 AC 다이나모-일렉트릭 머신(2)의 동작 상태에 응답하여, 이들 중 하나 또는 이들의 중간값이 선택되고, 히스테리시스 특성에 의한 동작점의 변위로부터 벗어난 발전 토크와 여자 전류 사이의 관계에서의 변화가 보상될 수 있다.
(제2 실시예)
이하, 도2, 도4, 도6 내지 도9, 도11 내지 도14를 참조하여 본 발명의 제2 실시예가 설명된다.
또한, 제2 실시예의 여자 전류 제어기 및 제어 방법의 설명에 있어서, 설명의 생략 또는 단순화를 위해서 제1 실시예에 기재된 구성요소와 동일한 구성에 대하여 동일한 도면부호가 사용된다.
제2 실시예에 있어서, 고정밀도로 요구된 발전 전류를 실현하기 위해서 여자 전류 제어기가 개시된다. 이러한 정확한 다이나모-일렉트릭 머신 전류를 실현하기 위한 여자 전류 제어기는, 예를 들어 적절히 배터리를 충전하는데 사용된다. 또한, 일본특허출원 제2005-115932호에 개시된 바와 같은 AC 모터 및 다이나모-일렉트릭 머신의 결합으로 안정적으로 발전 토크 제어를 수행할 수 있는 차량 구동 제어기에 있어서, 정확한 모터 제어가 가능하다.
도12에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서의 차량 발전 제어 장치(1)는, 여자 전류 검출부(100), 회전 속도 검출부(102), 출력 전압 검출부(104), 출력 또는 발전 전류 제어부(110A), 여자 전류 제어부(120), 파워 트랜지스터(130), 환류 다이 오드(140), 저항 소자(151), 통신부(160) 및 전원부(170)를 포함한다.
제2 실시예에 있어서, 제1 실시예의 발전 토크 제어부(110) 대신에, 발전 전류 제어부(110A)가 제공된다.
도13에 도시된 바와 같이, 출력 또는 발전 전류 제어부(110A)는, 여자 전류 보상부(110d), 출력 또는 발전 전류 추정부(110e) 및 동작점 복원부(110c)를 포함한다.
여자 전류 보상부(110d)는 발전 전류 맵을 포함한다. 발전 전류 맵은, 여자 전류, 회전 속도, 출력 전압과 발전 전류 사이의 관계를 나타낸다.
또한, 이 실시예에서 통신부(160)는 발전 전류 제어부(110A)로부터 획득된 발전 전류 추정값을 엔진 제어 장치(3)로 송신하고, 엔진 제어기로부터 획득된 여자 전류 명령값을 여자 전류 제어부(120)로 송신한다.
전원부(170)는 배터리 전압 및 발전기 출력 전압을 입력받고, 그 정보를 발전 전류 제어부(110A)로 출력한다. 즉, 전원부(170)는 배터리 전압을 측정하기 위한 기능 및 출력 전압을 검출하기 위한 기능을 갖는다. 또한, 상세하게 후술되는 동작점 회복 동작에 있어서, 전원부는 배터리 전압의 측정값을 발전 토크 제어부(110)의 동작점 복원부(110c)로 출력한다. 또한, 전원부(170)에 있어서, 배터리 전압 및 발전기 출력 전압은 동작 전압으로 변환되고, 이는 여자 전류 제어부(120)의 AND 회로(1205)로 출력된다. 여자 전류 제어부(120)의 전압 비교기(1204)에 있어서, (-) 단자에 입력된 톱니 신호와 (+) 단자에 입력된 평활화 입력을 비교함으로써 대응 듀티비를 갖는 PWM 신호가 AND 회로(1205)로 출력된다. 그런 다음, 그 논리곱인 구동 신호가 파워 트랜지스터(130)로 출력된다.
도14는 제2 실시예의 제어예를 도시한 흐름도이다. 제1 실시예에서와 동일한 처리가 단계(S100, S102 및 S104)에서 수행된다.
단계(S110)에서, 발전 전류 추정값을 구하기 위해서, 보상된 여자 전류값(If'), N 및 V가 여자 전류 검출값(If), 회전 속도 검출값(N), 출력 전압 검출값(V) 및 발전 전류(Iout) 사이의 관계를 나타내는 발전 전류 맵에 할당된다. 발전 전류 맵은 여자 전류 보상부(110d)에 저장된다.
단계(S120)에서, 구해진 출력 추정값을 이용하여 여자 전류 제어부를 통해 여자 전류가 제어된다.
전술한 내용에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는, 발전 전류 추정부가 여자 전류와 발전 전류 사이의 비선형성을 보상하기 위한 기능을 갖는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명의 제2 실시예는, 발전 전류가 여자 전류의 다치 펑크션인 것을 보상하기 위한 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예의 여자 전류를 제어하는 방법 및 장치에 있어서, 발전 전류가 다치 펑크션인 것을 보상함으로써, 고정밀도의 발전 전류 추정이 수행될 수 있다.
특히, 본 발명의 제2 실시예는, 발전 전류 추정부가, 히스테리시스 특성에 의해 생성된 발전 전류 추정값의 오차를 감소시키는 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다. 발전 전류 추정 정밀도가 종래 기술에 비해 훨씬 더 향상될 수 있기 때문에, 이러한 단계는 고정밀도의 발전 전류-제어 여자 전류 제어를 실현할 수 있다.
정확한 발전기 발전 전류가 이용되는 경우, 경제적인 배터리 충전 및 방전이 수행될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, 발전 전류 추정시 제1 실시예의 토크 추정 오차의 감소에서와 동일한 효과가 획득될 수 있다.
또한, 제2 실시예에 있어서, 고정밀도의 요구된 발전 전류를 실현할 수 있는 여자 전류 제어기가 개시된다. 그러나, 고정밀도의 요구된 발전 전류 및 요구된 발전 토크를 동시에 실현할 수 있는 여자 전류 제어기도 구성될 수 있다.
전술한 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 여자 전류 검출값을 이용하는 발전 전류 추정시, 여자 전류 검출값과 발전 전류 사이의 관계가 맵 형성시의 이들 관계와 상이한 관계에 대해 보정된다. 이는, 히스테리시스 특성에 의해 야기된 발전 전류 추정 오차가 감소될 수 있게 한다.
즉, 여자 전류와 발전 전류 사이의 관계를 나타내는 맵이, 차량 AC 다이나모-일렉트릭 머신(2)의 동작 상태에 응답하여 히스테리시스 오차가 실질적으로 감소되는 방향으로 변하기 때문에, 히스테리시스 특성에 의해 야기된 발전 전류 추정 오차가 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 적절한 타이밍에(예를 들어, 엔진 정지 직전 또는 직후에) 여자 전류를 증가시킴으로써 차량 AC 다이나모-일렉트릭 머신(2)의 계자 자기 회로가 자기적으로 포화되고, 히스테리시스 특성에 의해 야기된 동작점의 변위로부터 벗어난 발전 전류와 여자 전류 사이의 관계에서의 변화가 보상될 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 마찬가지로 계자 자기 회로 가 선적 이전에 자기적으로 포화되기 때문에, 동일한 효과가 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 여자 전류와 발전 전류 사이의 복수의 관계(맵)가 저장되기 때문에, 차량 AC 다이나모-일렉트릭 머신(2)의 동작 상태에 응답하여, 이들 중 하나 또는 이들의 중간값이 선택되고, 히스테리시스 특성에 의해 야기된 동작점의 변위로부터 벗어난 발전 전류와 여자 전류 사이의 관계에서의 변화가 보상될 수 있다.
(제3 실시예)
이하, 도15를 참조하여 본 발명의 제3 실시예가 설명된다.
본 발명의 제3 실시예는, 다이나모-일렉트릭 머신의 계자 회로가 히스테리시스 특성을 갖고, 그에 따라 전기자 권선 쇄교 자속량이 여자 전류에 대한 다치 펑크션인 것이 고려되는 벡터 제어 시스템에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명의 제3 실시예는, 토크 명령 전류 및 전기자 자속 명령 전류와 같은 전류 형태의 파라미터 표현을 갖는 요구된 발전 토크를 획득하기 위해서, 회전자 수단, 여자 권선을 포함하는 고정자 수단 및 그 사이에 존재하는 에어 갭을 갖는 다상 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 제어하는 제어 방법을 제공한다.
도15는 전류 제어-인버터를 이용하는 계자 방위 시스템의 블록도이다. 이 실시예의 계자 방위 시스템에 있어서, 회전자의 교차 자속(cross fluxes)의 수의 명령값 및 토크 명령값이 입력되고, 그에 대응하는 고정자 명령값이 계산된다. 회전 자의 자속은 고정자 전류 명령값에 의해 제어된다.
AC 모터에 대한 벡터 제어에 대해 기재되어 있는 유도 모터용 벡터 제어 시스템에 있어서, 예를 들어 D.W. Novotny 및 T.A. Lipo의 저서 "Vector Control and Dynamics of AC Drive" (Oxford univ. press, 1966)에 기록된 공지의 기술이 있다. 이 공지의 기술에 따라, 회전자 및 고정자를 포함하는 3상 교류(AC) 모터로 공급되는 통상적인 구동 전류는, iu, iv 및 iw의 3상을 갖는 전류이다. 이러한 3상 구동 전류는 요구된 발전 토크에 기초하여 제어된다. 이러한 모터를 제어하기 위한 일반적 기술에 있어서, 각 상, 즉 u, v, w의 각 상을 갖는 전류는, 여자 전류 축(d-축) 및 토크 전류 축(q-축)으로 구성되는 d-q 축 좌표계의 전류로 변환되고, 각 변환된 축 전류는 요구된 발전 토크로부터 획득된 축 명령값을 만족시키도록 제어된다. 다시 말하면, d-q 좌표계로서 알려진 좌표계의 벡터의 표현으로 3상 유도 모터의 자속 또는 전류를 표현함으로써, 서로 독립적으로, 유도 모터의 회전자 자속 및 토크의 각각을 제어하기 위해서, 벡터 제어가 수행된다. d-q 좌표계는, 전원과 동조하여 회전하는 2개의 직교축을 갖는 회전 좌표계이다. 2개의 축 중 하나는 회전자 자속의 방향으로 취해진다.
벡터 제어에 있어서, 요구된 토크값(T), 회전자 자속 명령값(φ) 및 몇몇 모터 상수를 이용하여 다음의 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에 의해 토크 명령 전류(iq), 자속 명령 전류(id) 및 슬립 각주파수(angular frequency) 명령값(Sω)이 계산된다.
Figure 112007037616521-PAT00001
Figure 112007037616521-PAT00002
Figure 112007037616521-PAT00003
여기서, P는 모터의 극의 쌍의 수이고, Lm은 모터의 상호 인덕턴스이고, L1은 모터의 1차 자기 인덕턴스이고, L2는 모터의 2차 자기 인덕턴스이고, R2는 모터의 2차 저항이다.
그에 따라, 벡터 제어에 있어서, 회전자 자속 명령값(φ)은 토크 명령값(iq) 및 자속 명령값(id)의 양쪽 모두를 계산하는데 이용된다. 회전자 자속 명령값(φ)은, 몇몇 간접 방법에 의해 검출되거나 직접 측정되는 회전자의 회전 속도(ω)로부터 계산된다. 이 실시예에 있어서, 도2를 참조하여 전술한 실시예에서 전술한 바와 유사하게, 토크 명령 전류(iq) 및 자속 명령 전류(id)의 양쪽 모두의 계산시 모터의 계자 자기 회로에 포함되는 히스테리시스 특성이 고려된다.
도15에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 계자 방위 시스템은 다이나모-일렉트릭 머신(300), PWM 인버터(302), 교류(AC) 전원(304), 회전자 자속 또는 위치 검출부(306), 계자 방위 제어부(308) 및 명령 전류 보상부(310)을 갖는다. AC 전원(304)는 3상 AC 전류 및 전압을 발생시킨다.
이 실시예는 명령 전류 보상부(310)를 포함한다. 자속 명령 전류 보상부(310)는, 전술한 바와 같이, 전기자 권선 쇄교 자속량이 변수로 여자 전류를 갖는 다치 펑크션이라는 사실을 고려하여, 자속 명령 전류를 보상한다.
명령 전류 보상부(310)는 계자 방위 제어부(308)에 대해 보정된 토크 명령 전류값(iq') 및 보정된 자속 명령 전류값(id')을 출력한다.
계자 방위 제어부(308)는, 보정된 토크 명령 전류값(iq') 및 보정된 자속 명령 전류값(id')을 PWM 인버터(302)를 위한 스위칭 명령으로 변환한다. iq' 및 id'에 대응하는 모터 구동 전류(iu, iv 및 iw)가 3상 모터(300)의 각 상 코일로 공급된다. 동시에, 회전자 위치 검출부(306)에서 획득된 회전자의 회전 속도(ω)에 슬립 각주파수 명령값(Sω)을 가산함으로써, 계자 방위 제어부(308)에서, PWM 인버터로 출력되는 회전 각주파수가 계산된다.
회전자 위치 검출부(306)는 회전자의 각위치(θ) 및 회전 속도를 추정하고, 계자 방위 제어부(308) 및 명령 전류 보상부(310)에 대해 θ 및 ω의 검출값을 출력한다. 검출된 각위치(θ)는, 계자 방위 제어부(308)에서, PWM 인버터(302)를 위한 스위칭 명령을 컴퓨팅하기 위해 이용된다.
도16에 있어서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 여자 전류 제어 장치의 동작 절차를 나타내는 흐름도가 도시되어 있다.
단계(S400)에서, 입력 장치(도15 및 도16에 도시되어 있지 않음)를 통해 요구된 발전 토크가 입력된다.
단계(S401)에서, 요구된 발전 토크로부터 회전자 좌표에서의 토크 명령 전류(iq) 및 자속 명령 전류(id)가 계산되고, 이는 명령 전류 보상부(310)로 입력된다.
단계(S402)에서, 다이나모-일렉트릭 머신(300)의 전기자 자속이 검출된다. 일반적으로, 동기화된 모터의 경우에 대조적으로, 다이나모-일렉트릭 머신 또는 유도 모터의 전기자 자속은 직접적으로 검출될 수 없다. 전기자 자속을 검출 또는 측정하는 몇몇 간접 방법이 제안 및 이용된다. 검출된 전기자 자속은 명령 전류 보상부(310) 및 계자 방위 제어부(308)에서 이용된다.
단계(S403)에서, 다이나모-일렉트릭 머신의 자계 회로의 자화 처리시 보여지는 히스테리시스의 현상을 고려하기 위해서 토크 명령 전류(iq) 및 자속 명령 전류(id)가 보정된다. 그 보정 방식은 제1 및 제2 실시예에서와 동일하고, 그에 따라 상세하게 기재하지 않는다. 보정된 토크 명령 전류(iq') 및 보정된 자속 명령 전류(id')는 명령 전류 보상부(310)로부터 계자 방위 제어부(308)로 출력된다.
단계(S404)에서, 계자 방위 제어부(308)에서, 보정된 토크 명령 전류(iq') 및 보정된 자속 명령 전류(id')에 대해 d-q 좌표계로부터 고정자 좌표계로의 좌표 변환이 수행된다. 이 변환은 고정자 자속의 계자 방위를 결정하는데 필요하다. 단계(S405)에서, 이와 같이 결정되는 고정자 좌표에서의 보정된 토크 명령 전류 및 보정된 자속 명령 전류가 이용된다.
단계(S405)에서, 이와 같이 결정되는 고정자 좌표에서의 보정된 토크 명령 전류 및 보정된 자속 명령 전류가, AC 전원(304)에 접속되는 PWM 인버터(302)에 의한 펄스폭 변조(PWM) 하에서 변조된 이후에, 고정자 전류가 다이나모-일렉트릭 머신의 고정자로 공급된다.
보다 상세하게는, 회전자 위치 검출부(306)는, 전기적 또는 기계적 수단에 의해, 일반적으로 간접 방법으로, 예를 들어 에어-갭 자속을 측정 및 추정함으로써, 다이나모-일렉트릭 머신에서의 회전자의 회전 속도(ω) 및 회전자 위치(θ)의 방향을 추정한다. 검출된 회전자 위치(θ) 및 회전 속도(ω)는 계자 방위 제어부(308)로 출력된다.
벡터 제어에 있어서, 회전자의 전기자 권선 쇄교 자속 명령 전류(id) 및 토크 명령 전류(iq)로서 요구된 토크값이 입력된다.
이들 회전자의 전기자 권선 쇄교 자속 명령 전류(id) 및 토크 명령 전류(iq)는 이 실시예에서 명령 전류 보상부(310)에 입력된다. 명령 전류 보상부(310)에 있어서, 제1 및 제2 실시예와 동일한 방법에 의해 전기자 권선 쇄교 자속량이 여자 전류의 다치 펑크션인 것을 고려하여, 회전자의 전기자 권선 쇄교 자속 명령 전류(id)가 보상된다. 그런 다음, 보상된 회전자의 전기자 권선 쇄교 자속 명령 전류(id') 및 토크 명령값(iq)이 계자 방위 제어부(308)로 출력된다.
계자 방위 제어부(308)에 있어서, 회전자 위치 검출부(306)로부터 검출된 전기자 자속값, 가산된 토크 명령 전류(iq) 및 보상된 회전자의 전기자 권선 쇄교 자 속 명령 전류(id')가, 각 상의 전기자 권선에 흐르는 전류값을 계산하는데 이용되고, 그 전류값은 PWM 인버터(302)로 출력된다.
PWM 인버터(302)에 있어서, AC 전원(304)으로부터의 입력은 PWM 제어되고, 전류는 3상 다이나모-일렉트릭 머신(300)에서 각 상의 전기자 권선으로 공급된다.
전술한 내용에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예는, 명령 전류 보상부(310)가, 전기자 권선 쇄교 자속량이 다치 펑크션인 것을 보상하기 위한 기능을 갖는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명은, 명령 전류 보상부가, 히스테리시스 특성에 의해 야기된 토크 추정값에서의 오차를 감소시키는 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다. 종래 기술에 비해 토크 추정 정밀도가 훨씬 더 향상될 수 있기 때문에, 이러한 단계는 고정밀도의 토크-제어 여자 전류 제어를 실현할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예의 여자 전류를 제어하는 방법 및 장치에 있어서, 전기자 권선 쇄교 자속량이 다치 펑크션인 것을 보상함으로써, 고정밀도의 발전 토크 제어가 수행될 수 있다.
이들 단계를 취하는 경우, 고정밀도의 토크-제어 여자 전류 제어가 실현되는데, 그 이유는 종래 기술에 비해 발전 토크 제어 정밀도가 훨씬 더 향상될 수 있기 때문이다.
또한, 제3 실시예에 있어서, 고정밀도로 요구된 발전 전류를 실현할 수 있는 여자 전류 제어기가 기재되어 있다.
본 발명의 제3 실시예에 있어서, 제1 실시예의 발전 토크 추정 오차의 감소에서와 동일한 효과가 달성된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 발전 토크가 여자 전류의 다치 펑크션인 것을 보상함으로써 고정밀도의 토크 추정이 수행될 수 있고, 특히 히스테리시스 특성에 의해 야기된 토크 추정값에서의 오차를 감소시키기 위한 동작을 수행함으로써, 종래 기술이 비해 토크 추정 정밀도가 크게 향상될 수 있기 때문에, 고정밀도의 토크-제어 여자 전류 제어를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (41)

  1. 요구된 출력을 획득하기 위해서, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신(field winding type dynamo-electric machine)의 여자 권선으로 공급되는 여자 전류를 제어하기 위한 제어 장치에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 검출하고, 검출된 여자 전류를 출력하도록 구성된 여자 전류 검출 회로;
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 회전자의 회전 속도를 검출하고, 상기 회전자의 검출된 회전 속도를 출력하도록 구성된 회전 속도 검출 회로;
    상기 검출된 여자 전류, 상기 검출된 회전 속도와 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력 사이의 소정의 관계에 기초하여 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력을 추정하고, 상기 추정으로부터 기인한 추정된 출력을 출력하도록 구성된 출력 추정 회로; 및
    상기 요구된 출력을 획득하기 위해서 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 상기 추정된 출력에 기초하여 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 보정하고, 보정된 상기 여자 전류를 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 권선으로 공급하도록 구성된 여자 전류 제어 회로
    를 포함하고,
    여기서, 상기 출력 추정 회로는, 상기 여자 권선의 여자 전류에 대한 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력의 다치 기능성(multi-valued functionality)을 고 려하여, 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력의 추정을 수행하기 위한 수단을 포함하는
    제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 추정 회로는, 상기 검출된 여자 전류 및 상기 회전자의 검출된 회전 속도의 기록 데이터(historical data)를 이용하여, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력의 추정을 수행하는
    제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력은 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 발전 토크이고, 상기 출력 추정 회로는, 상기 발전 토크를 추정하고, 추정된 발전 토크로서 상기 추정의 결과를 출력하도록 구성된 발전 토크 추정 회로인
    제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력은 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 발전 토크이고, 상기 출력 추정 회로는, 상기 발전 토크를 추정하고, 추정된 발전 토크로서 상기 추정의 결과를 출력하도록 구성된 발전 토크 추정 회로인
    제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력은 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 발전 전류이고, 상기 출력 추정 회로는, 상기 발전 전류를 추정하고, 추정된 발전 전류로서 상기 추정의 결과를 출력하도록 구성된 발전 전류 추정 회로인
    제어 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력은 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 발전 전류이고, 상기 출력 추정 회로는, 상기 발전 전류를 추정하고, 추정된 발전 전류로서 상기 추정의 결과를 출력하도록 구성된 발전 전류 추정 회로인
    제어 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 발전 토크 추정 회로는, 계자 회로(field circuit)의 히스테리시스(hysteresis)의 현상을 관리하면서, 상기 발전 토크의 추정을 수행하기 위한 수단을 포함하는
    제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발전 토크 추정 회로는 제1 자화 특성 곡선 및 제2 자화 특성 곡선을 갖고, 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에 상기 여자 권선의 여자 전류와 전기자 권선 쇄교 자속(armature winding flux linkage) 또는 그 등가물 사이의 참조 관계로서 상기 발전 토크를 추정하기 위해 이용되고, 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에 상기 참조 관계로서 이용되고, 상기 발전 토크의 추정시 이용되는 자화 특성 곡선은, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 구동 상태의 기록 데이터에 기초하여 상기 제1 자화 특성 곡선 및 상기 제2 자화 특성 곡선으로부터 선택되는
    제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발전 토크 추정 회로는, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는지 또는 감소하는지 여부를 판정하고, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에는, 높은 상대량(relative high amount)의 퍼센트인 상기 제1 자화 특성 곡선과 낮은 상대량(relative low amount)의 퍼센트인 상기 제2 자화 특성 곡선을 혼합함으로써 획득되는 이론적 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 토크의 추정을 수행하고, 또는 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에는, 낮은 상대량의 퍼센트인 상기 제1 자화 특성 곡선과 높은 상대량의 퍼센트인 상기 제2 자화 특성 곡선을 혼합함으로써 획득되는 추가 이론적 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 토크의 추정을 수행하는
    제어 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 발전 토크 추정 회로는, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 구동 상태의 기록 데이터에 기초한 상기 제1 자화 특성 곡선과 상기 제2 자화 특성 곡선의 평균 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 토크의 추정을 수행하기 위한 수단을 포함하는
    제어 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 여자 권선의 여자 전류와 상기 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 관계를 나타내는 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선이 자속 포화(flux saturation)로 자화된 이후에 상기 여자 권선의 여자 전류가 단조 감소하는 경우, 실험적 절차로 플로팅되는(plotted)
    제어 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 여자 권선의 여자 전류와 상기 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 관계를 나타내는 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하고, 제로에 도달한 다음, 상기 여자 권선이 자속 포화로 자화된 이후에 상기 여자 권선의 여자 전류가 단조 증가하는 경우, 실험적 절차로 플로팅되는
    제어 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 여자 권선의 여자 전류와 상기 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 관계를 나타내는 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선이 자속 포화 로 자화된 이후에 상기 여자 권선의 여자 전류가 단조 감소하는 경우, 실험적 절차로 플로팅되는
    제어 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 여자 권선의 여자 전류와 상기 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 관계를 나타내는 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하고, 제로에 도달한 다음, 상기 여자 권선이 자속 포화로 자화된 이후에 상기 여자 권선의 여자 전류가 단조 증가하는 경우, 실험적 절차로 플로팅되는
    제어 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 여자 권선의 여자 전류와 상기 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 관계를 나타내는 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선이 자속 포화로 자화된 이후에 상기 여자 권선의 여자 전류가 단조 감소하는 경우, 실험적 절차로 플로팅되는
    제어 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 여자 권선의 여자 전류와 상기 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 관계를 나타내는 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하고, 제로에 도달한 다음, 상기 여자 권선이 자속 포화로 자화된 이후에 상기 여자 권선의 여자 전류가 단조 증가하는 경우, 실험적 절차로 플로팅되는
    제어 장치.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 계자 회로는, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 계자 회로의 초기 사용 이전에, 소정의 시간 동안, 상기 계자 회로를 통한 소정의 값보다 큰 여자 전류의 통과에 의해 자속 포화로 자화되는
    제어 장치.
  18. 제7항에 있어서,
    상기 계자 회로는, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 소정의 조건이 만족되는 동작시, 충분한 시간 동안, 충분한 여자 전류의 통과에 의해 자속 포화로 자화되는
    제어 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 계자 회로는, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 회전자가 정지하는 경우, 상기 여자 전류의 통과에 의해 자속 포화로 자화되는
    제어 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 계자 회로는, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 회전자의 회전 속도가 소정의 값보다 작은 경우, 상기 여자 전류의 통과에 의해 자속 포화로 자화되는
    제어 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    발전기로서 사용되는 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신으로부터의 전력을 공급함으로써 충전되는 배터리
    를 더 포함하고,
    여기서, 상기 계자 회로는, 상기 배터리의 충전 상태의 표현값이 소정의 값보다 작은 경우, 상기 여자 전류의 통과에 의해 자속 포화로 자화되는
    제어 장치.
  22. 제6항에 있어서,
    상기 출력 추정 회로는, 계자 회로의 히스테리시스의 현상을 관리하면서, 상기 발전 전류의 추정을 수행하는
    제어 장치.
  23. 제6항에 있어서,
    상기 발전 전류 추정 회로는 제1 자화 특성 곡선 및 제2 자화 특성 곡선을 갖고, 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에 상기 여자 권선의 여자 전류와 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 참조 관계로서 상기 발전 전류를 추정하기 위해 이용되고, 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에 상기 참조 관계로서 이용되고, 상기 발전 전류의 추정시 이용되는 자화 특성 곡선은, 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 구동 상태의 기록 데이터에 기초하여 상기 제1 자화 특성 곡선 및 상기 제2 자화 특성 곡선으로부터 선택되는
    제어 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 발전 전류 추정 회로는, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는지 또는 감소하는지 여부를 판정하고, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에는, 높은 상대량의 퍼센트인 상기 제1 자화 특성 곡선과 낮은 상대량의 퍼센트인 상기 제2 자화 특성 곡선을 혼합함으로써 획득되는 이론적 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 전류의 추정을 수행하고, 또는 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에는, 낮은 상대량의 퍼센트인 상기 제1 자화 특성 곡선과 높은 상대량의 퍼센트인 상기 제2 자화 특성 곡선을 혼합함으로써 획득되는 추가 이론적 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 전류의 추정을 수행하는
    제어 장치.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 발전 전류 추정 회로는, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 구동 상태의 기록 데이터에 기초한 상기 제1 자화 특성 곡선과 상기 제2 자화 특성 곡선의 평균 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 전류의 추정을 수행하는
    제어 장치.
  26. 요구된 출력을 획득하기 위해서, 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 권선으로 공급되는 여자 전류를 제어하는 제어 방법에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 검출하고, 검출된 여자 전류를 출력하도록 구성된 여자 전류 검출 단계;
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 회전자의 회전 속도를 검출하고, 상기 회전자의 검출된 회전 속도를 출력하도록 구성된 회전 속도 검출 단계;
    상기 검출된 여자 전류, 상기 검출된 회전 속도와 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력 사이의 소정의 관계에 기초하여 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력을 추정하고, 상기 추정으로부터 기인한 추정된 출력을 출력하도록 구성된 출력 추정 단계; 및
    상기 요구된 출력을 획득하기 위해서 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 상기 추정된 출력에 기초하여 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 보정하고, 보정된 상기 여자 전류를 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 권선으로 공급하도록 구성된 여자 전류 제어 단계
    를 포함하고,
    여기서, 상기 출력 추정 단계는, 상기 여자 권선의 여자 전류에 대한 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력의 다치 기능성을 고려하여, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력의 추정을 수행하는
    제어 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 출력 추정 단계는, 상기 검출된 여자 전류 및 상기 회전자의 검출된 회전 속도의 기록 데이터를 이용하여, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 출력의 추정을 수행하는
    제어 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력은 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 발전 토크이고, 상기 출력 추정 단계는, 상기 발전 토크를 추정하고, 추정된 발전 토크로서 상기 추정의 결과를 출력하도록 구성되는
    제어 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력은 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 발전 토크이고, 상기 출력 추정 단계는, 상기 발전 토크를 추정하고, 추정된 발전 토크로서 상기 추정의 결과를 출력하도록 구성되는
    제어 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력은 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 발전 전류이고, 상기 출력 추정 단계는, 상기 발전 전류를 추정하고, 추정된 발전 전류로서 상기 추정의 결과를 출력하도록 구성되는
    제어 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 다이나모-일렉트릭 머신의 출력은 상기 다이나모-일렉트릭 머신의 발전 전류이고, 상기 출력 추정 단계는, 상기 발전 전류를 추정하고, 추정된 발전 전류로서 상기 추정의 결과를 출력하도록 구성되는
    제어 방법.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 발전 토크 추정 단계는, 계자 회로의 히스테리시스의 현상을 관리하면서, 상기 발전 토크의 추정을 수행하는
    제어 방법.
  33. 제28항에 있어서,
    상기 발전 토크 추정 단계는 제1 자화 특성 곡선 및 제2 자화 특성 곡선을 갖고, 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에 상기 여자 권선의 여자 전류와 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 참조 관계로서 상기 발전 토크를 추정하기 위해 이용되고, 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에 상기 참조 관계로서 이용되고, 상기 발전 토크의 추정시 이용되는 자화 특성 곡선은, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 구동 상태의 기록 데이터에 기초하여 상기 제1 자화 특성 곡선 및 상기 제2 자화 특성 곡선으로부터 선택되고,
    상기 발전 토크 추정 단계는, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는지 또는 감소하는지 여부에 기초하여 제1 추정 단계가 수행되는지 또는 제2 추정 단계가 수행되는지 여부를 판정하는 판정 단계를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 추정 단계는, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에, 높은 상대량의 퍼센트인 상기 제1 자화 특성 곡선과 낮은 상대량의 퍼센트인 상기 제2 자화 특성 곡선을 혼합함으로써 획득되는 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 토크의 추정을 수행하고,
    상기 제2 추정 단계는, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에, 낮은 상대량의 퍼센트인 상기 제1 자화 특성 곡선과 높은 상대량의 퍼센트인 상기 제2 자화 특성 곡선을 혼합함으로써 획득되는 추가 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 토크의 추정을 수행하는
    제어 방법.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 발전 전류 추정 단계는, 계자 회로의 히스테리시스의 현상을 관리하면서, 상기 발전 전류의 추정을 수행하는
    제어 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 발전 전류 추정 단계는 제1 자화 특성 곡선 및 제2 자화 특성 곡선을 갖고, 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에 상기 여자 권선의 여자 전류와 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 참조 관계로서 상기 발전 전류를 추정하기 위해 이용되고, 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에 상기 참조 관계로서 이용되고, 상기 발전 전류의 추정시 이용되는 자화 특성 곡선은, 상기 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 구동 상태의 기록 데이터에 기초하여 상기 제1 자화 특성 곡선 및 상기 제2 자화 특성 곡선으로부터 선택되고,
    상기 발전 전류 추정 단계는, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는지 또 는 감소하는지 여부에 기초하여 제1 추정 단계가 수행되는지 또는 제2 추정 단계가 수행되는지 여부를 판정하는 판정 단계를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 추정 단계는, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에, 높은 상대량의 퍼센트인 상기 제1 자화 특성 곡선과 낮은 상대량의 퍼센트인 상기 제2 자화 특성 곡선을 혼합함으로써 획득되는 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 전류의 추정을 수행하고,
    상기 제2 추정 단계는, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에, 낮은 상대량의 퍼센트인 상기 제1 자화 특성 곡선과 높은 상대량의 퍼센트인 상기 제2 자화 특성 곡선을 혼합함으로써 획득되는 추가 자화 특성 곡선을 참조하여 상기 발전 전류의 추정을 수행하는
    제어 방법.
  36. 토크 명령 전류 및 전기자 자속 명령 전류와 같은 전류 형태의 파라미터 표현을 갖는 요구된 발전 토크를 획득하기 위해서, 회전자 수단, 여자 권선을 포함하는 고정자 수단 및 그 사이에 존재하는 에어 갭을 갖는 다상 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 제어하는 제어 방법에 있어서,
    a) 상기 회전자의 회전 속도 및 회전자 위치를 측정하는 단계;
    b) 측정된 상기 회전자의 회전 속도 및 상기 회전자 위치로부터 전기자 자속 파라미터를 계산하는 단계;
    c) 상기 여자 권선의 여자 전류와 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물의 다치 기능성을 고려하여, 전기자 자속 및 상기 요구된 발전 토크에 기초한 상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하는 단계; 및
    d) 각 여자 권선의 상기 입력 전류의 결정된 위상 및 결정된 진폭에 기초하여, 상기 회전자 수단의 회전자 명령 자속의 계자 방위(field orientation)를 제어하는 단계
    를 포함하는 제어 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    단계 c)에서 상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하는 단계는, 상기 여자 권선의 자화 처리 시의 히스테리시스의 현상을 고려하여, 상기 전기자 자속 및 상기 요구된 발전 토크에 기초한 상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 상기 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하는
    제어 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    단계 c)에서 상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하는 단계는, 상기 여자 권선의 제1 자화 특성 곡선 및 제2 자화 특성 곡선을 참조하여, 상기 전기자 자속 및 상기 요구된 발전 토크에 기초한 상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 상기 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하고, 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에 상기 여자 권선의 여자 전류와 상기 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 참조 관계로서 각 여자 권선의 상기 입력 전류의 위상 및 진폭을 추정하기 위해 이용되고, 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에 상기 참조 관계로서 이용되는
    제어 방법.
  39. 토크 명령 전류 및 전기자 자속 명령 전류와 같은 전류 형태의 파라미터 표현을 갖는 요구된 발전 토크를 획득하기 위해서, 회전자 수단, 여자 권선을 포함하는 고정자 수단 및 그 사이에 존재하는 에어 갭을 갖는 다상 계자 권선형 다이나모-일렉트릭 머신의 여자 전류를 제어하기 위한 제어 장치에 있어서,
    a) 상기 회전자의 회전 속도 및 회전자 위치를 측정하기 위한 수단;
    b) 측정된 상기 회전자의 회전 속도 및 상기 회전자 위치로부터 전기자 자속 파라미터를 계산하기 위한 수단;
    c) 상기 여자 권선의 여자 전류와 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물의 다치 기능성을 고려하여, 전기자 자속 및 상기 요구된 발전 토크에 기초한 상기 고 정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하기 위한 수단; 및
    d) 각 여자 권선의 상기 입력 전류의 결정된 위상 및 결정된 진폭에 기초하여, 상기 회전자 수단의 회전자 명령 자속의 계자 방위를 제어하기 위한 수단
    을 포함하는 제어 장치.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하기 위한 수단은, 상기 여자 권선의 자화 처리 시의 히스테리시스의 현상을 고려하여, 상기 전기자 자속 및 상기 요구된 발전 토크에 기초한 상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 상기 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하는
    제어 장치.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하기 위한 수단은, 상기 여자 권선의 제1 자화 특성 곡선 및 제2 자화 특성 곡선을 참조하여, 상기 전기자 자속 및 상기 요구된 발전 토크에 기초한 상기 고정자 수단의 각 여자 권선을 향하는 상기 입력 전류의 위상 및 진폭을 결정하고, 상기 제1 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 증가하는 경우에 상기 여자 권선의 여자 전류와 상기 전기자 권선 쇄교 자속 또는 그 등가물 사이의 참조 관계로서 각 여자 권선의 상기 입력 전류의 위상 및 진폭을 추정하기 위해 이용되고, 상기 제2 자화 특성 곡선은, 상기 여자 권선의 여자 전류가 감소하는 경우에 상기 참조 관계로서 이용되는
    제어 장치.
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