KR20100099253A - 전기기계적 컨버터, 컨트롤러 및 컴퓨터 프로그램 제품을 작동하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기기계적 컨버터, 특히 전기 변화가능한 트랜스미션을 작동하는방법에 관한 것으로서, 장착된 로터를 가지는 주 샤프트, 장착된 인터로터를 가지는 부 샤프트 및, 상기 전기기계적 컨버터의 하우징에 고정 장착된 스테이터가 제공되고, 방사상 방향으로 상기 주 샤프트로부터 보면, 상기 로터, 상기 인터로터 및 상기 스테이터는 서로에 관해 동심으로 배열된다. 상기 로테이터와 상기 스테이터는 하나 또는 그 이상의 와인딩을 가지게 디자인된다. 상기 인터로터는 기계적으로 그리고 전기자기적으로 하나의 전체를 형성하고, 적어도 탄젠셜 방향에서 자기 플럭스를 위한 컨덕터로서 배열된다. 상기 방법은 자기 로터 플럭스를 다양하게 조절하는 단계를 포함한다.

Description

전기기계적 컨버터, 컨트롤러 및 컴퓨터 프로그램 제품을 작동하는 방법{A METHOD OF OPERATING AN ELECTROMECHANICAL CONVERTER, A CONTROLLER AND A COMPUTER PROGRAM PRODUCT}

본 발명은 전기기계적 컨버터, 특히 전기적으로 변하는 트랜스미션의 작동 방법으로서, 그 상부에 장착된 로터를 가지는 주 샤프트, 그 상부에 장착된 인터로터를 가지는 부 샤프트 및, 상기 전기기계적 컨버터의 하우징에 고정 장착된 스테이터가 제공되고, 방사상 방향으로 상기 주 샤프트로부터 보면, 상기 로터, 상기 인터로터 및 상기 스테이터는 서로에 관해 동심으로(concentrically) 배열되며, 상기 로터와 상기 스테이터는 하나 또는 그 이상의 와인딩(winding)을 가지게 디자인되고, 상기 인터로터는 기계적 그리고 전기자기적인 하나의 전체를 형성하고, 적어도 탄젠셜 방향에서 자기 플럭스를 위한 컨덕터로서 배열되는 전기기계적 컨버터 작동 방법에 관한 것이다.

전기 변화가능한 트랜스미션(EVT; electric variable transmission)은 두 기계적 포트, 예를 들어 주(구동시키는) 샤프트와 부(구동되는) 샤프트 및 에너지가 교환되는 전기 게이트를 가지는 전기기계적 컨버터이다. 만약 전기 게이트가 사용되지 않으면, EVT는 공통의 무한 변화가능한 트랜스미션으로 작동하고, 여기서 트랜스퍼(transfer) 비는 매우 폭넓은 범위를 가진다. EVT는 클러치 조합과 차량의 기어박스의 것에 필적할만한 기능을 발휘한다. EVT와 결합되어, 연소 엔진(combustion engine)은 사실 파워 소스로서 작동하고, 이로써 속도는 엔진의 최적 특성에 따라 설정될 수 있다. 연료 소모(fuel consumption), 노이즈 레벨(noise level)과 차량으로부터의 유해 가스(noxious gas)의 배출은 따라서 감소될 수 있다. EVT가 무한히 변화가능한 트랜스미션이기 때문에, 가속 중 기어이동 쇼크는 없다. 이는 또한 일정(최대 허용가능한) 파워를 가지는 가속이 항상 가능하고, 종래 기어박스 내에서는 시간의 함수(function of time)로서 파워의 대략적 톱니형태 코스(sawtooth-shaped course)를 가지진 않는다는 것을 의미한다. 동일 엔진으로, EVT를 가진 가속은 따라서 종래 기어박스를 가진 것보다 더 빨리 처리한다.

EVT는 전기 게이트를 온보드 배터리(on-board battery)에 연결함으로써 실질적으로 마모가 없는 스타터 모터(starter motor)로서 작동할 수 있다. 결과적으로, EVT를 갖춘 시내 버스는 예를 들어 어떤 반대없이 정류장에서 엔진을 스위치 오프(swich off)할 수 있고, 이는 더 편안하며 잦은 시동(satring)이 스타터 모터와 종래 스타터 모터의 스타터 링의 과도한 마모를 수반하기 때문에 실질적인 연료 절약을 이끌어낸다.

전기 게이트를 경유하여, 선택적으로 파워 전자 컨버터를 경유하여, 온보드 네트워크가 제공될 수 있어 온보드 배터리가 충전될 수 있다. 따라서 실질적으로 마모가 없는 교류 발전기(alternator)가 획득되어졌다. 종래 발전기(dynamos)가 효율이 낮기 때문에, 이는 또한 연료 절약을 이끈다. 보통 발전기를 가지는 전기 시스템에서, 파워는 벨트 드라이브(belt drive)와 낮은 온보드 전압에 의해 실질적으로 제한된다. EVT 사용에 있어, 선택적으로 파워 전자 컨버터를 경유하며, 더 높은 전압 레벨이 간단히 생성될 수 있고 파워는 연소 엔진에 의해서만 제한된다. 이는 현재 엔진에 의해서 직접적으로 구동되는 어떤 부가 장치가, 예를 들어 파워 스티어링(power steering)을 위한 펌프 또는 버스의 컴프레셔(compressor)가 고 효율로 전기적으로 구동될 수 있다는 것을 의미한다. 그것들은 어떠한 부하 손실도 없도록 마음대로 스위치를 온 및 오프할 수 있다. 이는 또한 연료 절약을 이끈다.

EVT를 가지고, 모터에 의해 간단히 제동이 가능하다. 제동 파워는 엔진의 속력을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 하지만, 이는 증가된 노이즈 생성이 수반된다. 또한 전기 게이트에 연결된 제동 에너지 저항을 분산시키는 것이 가능한다. 이는 정지하도록 제동하는 것을 가능하게 하고, 이는 대조적으로, 예를 들어 버스 내 종래 지연기(retarder)에 관한 것이 된다. 제동이 가능할 때, 모터는 연료 소모를 감소시키고 엔진이 노이즈를 생성하지 않도록 스위치 오프될 수 있다.

전기 게이트에 배터리, 슈퍼캡(supercap) 및/또는 플라이휠(flywheel) 시스템의 형태로 전기 에너지 저장 시스템이 연결될 수 있다. 이것들을 가지고, 제동 에너지가 저장될 수 있고, 이는 가속에 다시 연속적으로 사용될 수 있다. 상기 비교적 경비적인(costly) 연장은, 특히 지방 버스에 있어 연료의 실질적인 절약을 낳는다.

전기 게이트는 하이브리드 차량에 있어 사용에 특히 적합하게 컨버터를 만든다; 카던 샤프트(cardan shaft)를 위한 기계적 에너지는 IC 엔진에 의해 그리고 전기 소스에 의해 생성될 수 있다.

전기기계적 컨버터는, 도입 단락에서 설명된 대로, 국제 특허 공개 WO 03/075437로부터 공지되었다. 거기에 설명된 전기기계적 컨버터의 두 로터(rotor) 부분은 전기기계적으로 쌍을 이루고, 기대 부피와 무게의 절약이 가능하도록 하나의 전체에 통합되어진다. 전기기계적 컨버터에 있어, 물론 방사상 방향의 자기 플럭스 도전(magnetic flux conduction)이 존재한다.

WO '437에서 전기 기계의 일부는 전기기계적으로 커플되었다: 플럭스 이동이 로터로부터 인터로터(interrotor)를 경유하여 스테이터(stator)로 가도록 그리고 그 역으로 일어날 수 있다. 기계는 기계적으로 그리고 전기자기적으로 하나의 전체를 형성한다. 전기자기적 트랜스미션의 일부는 단일 제어 장치에 의해 제어된다. 인터로터가 방사상 방향으로 자기 플럭스에 대한 컨덕터를 형성할 뿐만 아니라 탄젠셜 방향으로도 형성한다는 특징 때문에, 전기기계적 컨버터의 한 부분에서 플럭스 완화(flux attenuation)을 사용하는 것이 가능하게 만들어지는 반면, 이것은 컨버터의 다른 파트에서 행해지지 않는다.

컨버터의 출력 토크는 인터로터 주파수에 의해 결정되고, 기계 입력 토크는 인터로터 주파수와 결합되는 외부 및 내부 필드의 각도에 의존한다. 전기기계적 컨버터의 조작 중 하나 또는 그 이상의 물리 변수가 인터로터의 기대 파워와 속도를 얻기 위해 제어된다. 비교적 높은 회전 속도에서, 스테이터의 와인딩에 대한 전압 차동(voltage differential)과 따라서 스테이터 플럭스는 시스템 한계를 벗어나는 전압 차동 값이 중화(counteract)되도록 역 전자기 힘(back EMF)를 제한하기 위해 감소될 수 있다. 하지만, 스테이터 필드 약화 조건 하에 전기기계적 컨버터의 효율이 악화된다.

본 발명의 목적은 도입 단락에 따른 전기기계적 컨버터를 작동시키는 방법을 제공하는 것이고, 상기 방법은 효율을 향상시킨다.

따라서, 본 발명에 따르면 상기 방법은 인터로터의 자기포화가 감소되도록 자기 로터 플럭스를 다양하게 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명은 필드 약화 조건 하에서, 로터가 인터로터를 자기화하고, 특히 포화 영역에서 인터로터가 작동할 때, 높은 로터 코퍼 상실(copper loss)을 만든다는 견해에 부분적으로 기초한다. 이는 로터가 쉽게 냉각되지 않을 수 있고 로터가 스테이터보다 더 낮은 토크 용량을 가지는 것과 같은 어떤 단점을 가진다. 또한, 인터로터 플럭스는 인터로터 내 아이언 로스(iron loss)의 초래를 증가시킨다. 결과적으로, 전기기계적 컨버터의 효율은 스테이터 필드 약화 조건 하에서 악화된다.

필드 약화 조건 하에서 스테이터는 인터로터의 자기화에 대한 작은 공헌을 한다는 것에 유의한다.

인터로터 내 자기 포화가 감소되도록 자기 로터 플럭스를 다양하게 제어함으로써, 인터로터 자기화 커브 상의 작동점은 인터로터가 덜 포화되게 수정될 수 있어, 로터 내 코퍼 로스는 인터로터 내 아이언 로스와 함께 감소되어 전기기계적 컨버터의 효율을 향상시킬 수 있다.

본문에서, 자기 로터 플럭스가 상이한 성분, 즉 로터 내로 단지 연장되는 자기 플럭스, 로터와 인터로터 사이에 갭(gap)으로 연장되는 자기 플럭스 및 인터로터 내 내부 스퀴럴 케이지(squirrel cage)를 연결하는 플럭스를 포함할 수 있다는 것에 유의한다. 상술한 성분은 상호 연관되어, 하나 또는 그 이상의 상기 로터 플럭스 성분을 제어하는 것은 인터로터 자기화 커브 상의 작동점의 기대 수정을 원리적으로 이끌 수 있다.

유리하게, 자기 로터 플럭스는 스테이터 필드 약화 조건 하에서 감소될 수 있어, 인터로터 내 아이언 로스 뿐만 아니라 로터 내 코퍼 로스를 감소시킬 수 있고, 인터로터는 따라서 덜 포화된다. 로스의 감소는 최대 필드를 생성하는 공통적으로 적용되는 생각을 지배함으로써 획득된다.

본 발명은 전기기계적 컨버터에 관련될 뿐만 아니라, 전기 설비를 제공하기 위해서 또는 구동 연소 엔진을 시동시키기 위해 상술한 바와 같이 전기기계적 컨버터가 제공된 장치와 에너지 저장을 위한 시스템과 상술한 전기기계적 컨버터가 제공된 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 컨트롤러에 관한 것이다.

또한 본 발명은 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예는 다음의 청구항에 설명된다.

유리하게, 자기 로터 플럭스는 스테이터 필드 약화 조건 하에서 감소될 수 있어, 인터로터 내 아이언 로스 뿐만 아니라 로터 내 코퍼 로스를 감소시킬 수 있고, 인터로터는 따라서 덜 포화된다. 로스의 감소는 최대 필드를 생성하는 공통적으로 적용되는 생각을 지배함으로써 획득된다.

예를 들기 위해, 본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 전기 변화가능한 트랜스미션의 개략적 횡단면도를 보인다;
도 2는 도 1의 전기 변화가능한 트랜스미션 내 로터-인터로터-스테이터 조합의 부분 횡단면을 보인다;
도 3은 도 1의 전기 변화가능한 트랜스미션의 인터로터의 플럭스 다이어그램을 보인다;
도 4는 물리 양의 페이서(phasor) 다이어그램을 보인다; 그리고
도 5는 도 1의 전기 변화가능한 트랜스미션의 인터로터의 다른 플럭스 다이어그램을 보인다.
도면은 본 발명에 따른 단지 바람직한 실시예를 보이는 것에 유의한다. 도면에서 동일 참조부호는 동일 부분 또는 대응 부분을 가리킨다.

도 1은 본 발명에 따른 전기기계적 컨버터(1)의 제1실시예를 보인다.

EVT(electric variable transmission)은 두 기계 게이트와 한 전자 게이트를 가지는 전기기계적 컨버터이다. EVT는 주로 무한히 변화가능한 트랜스미션이고, 전기 게이터 에너지를 경유하여 교환될 수 있다.

EVT의 기본 구조는 도 1에 개략적으로 도시되고, 국제 특허 공개 WO 03/075437로부터 공지되었다. 상기 EVT는 전기기계부(1)과 파워 전기부(12, 13)으로부터 만들어진다. 전기기계부(1)는 주 샤프트(5)를 가지는 주 유도 기계(primary induction machine)와 부 샤프트(7)를 가지는 부 유도 기계가 정렬되는 하우징(3)을 포함한다. 두 샤프트(5 및 7)은 하우징 내 베어링 장착된다. 주 유도 기계는 상기 실시예에서 전기적으로 접근가능한 다상(poly phase) 와인딩을 가지는 슬립(slip) 링(ring) 전기자(armature)에 의해 형성된 로터(8)와 비전기적 접근가능한 케이지 전기자(9)를 포함한다. 부 유도 기계는 정적부(stationary part), 하우징에 고정되게 연결되는 스테이터(10) 및 부 샤프트(7)에 장착되는 케이지 전기자(11)를 포함한다. 부 유도 기계의 부 샤프트(7)는 또한 로터(8) 내 베어링 장착된다. 스테이터(10)는 전기적으로 접근가능한 다상 와인딩을 가진다. 로터(8)와 스테이터(10) 사이에, 전기 에너지는 제어 유닛을 경유하여 교환될 수 있고, 이는 여기서 슬립 링과 브러시(brush)의 조합(14)을 경유하여 로터 와인딩에 연결되는 제1 파워 전기 AC/DC 컨버터(12)와 제2 파워 전기 AC/DC 컨버터(13)를 포함하고, 이는 교번 전압-직접 전압 인버터(inverter)로서 둘 다 설계된다. 두 인버터(12, 13)의 DC 터미널은 상호연결되고 또 배터리 또는 슈퍼캡과 같은 DC 저장 에너지 시스템(2)에 연결된다. 제어 유닛은 와인딩을 흐르는 전류를 제어하도록 제어 소자(16)을 포함한다. 따라서, 제어 소자(16)는 데이터 라인(17, 18)을 경유하여 인버터(12, 13)을 제어한다. 주 유도 케이지 전기자(9)와 부 유도 케이지 전기자(11)는 연결되어 인터로터(15)를 형성한다. EVT의 기초는 전자기 클러치(clutch)를 재생하는 것으로서 작용하는 주 유도 기계이고, 낮은 로스 속도 비 제어를 가능하게 한다. 부 기계는 주 기계로부터 재생 에너지에 의해 공급되며, 토크 다중화(torque multiplication)를 가능하게 하는 부가 모터(auxiliary motor)로 작동한다.

인터로터는 하나 이상의 전기 회로와 자기 회로를 포함한다. 본 발명에 따른 제1실시예에서, 자기 회로는, 그 내부에 전기 회로를 형성하는 쇼트회로(shortcircuit) 와인딩이 연장되고, 그 사이에 종방향으로 연장된 그루브(groove)가 위치하는 톱니를 가지는 방사상 내면과 외면 상에 제공되는 실린더형 요크에 의해 형성된다. 제2실시예에서, 인터로터는 자기 플럭스 도전 실린더 요크에 의해 형성되는 반면, 방사상 방향의 내부 및 외부면 상에서 영속적으로 자기 물질이, 예를 들어 블럭의 형태로 배열된다. 제3실시예에서, 인터로터는 자기 플럭스 도전 실린더형 요크에 의해 형성되는 반면, 일면에서 영속적으로 자기 물질이 제공되고, 다른 일면에서는 전기적으로 접근가능한 와인딩이 제공되는, 종방향으로 연장되는 그루브가 배열된다. 후자의 경우, 하지만 현재 제공점이 인터로터 상에 존재하거나 부 샤프트 상에 존재하는 것이 보장된다; 부 샤프트 상에서, 슬립 링은 쉽게 장착될 수 있고, 이를 경유하여 전류가 공급되거나 제거될 수 있다.

바람직하게, 인터로터의 자기 플럭스 도전 회로는, 특히 그 사이에 그루브가 위치하는 톱니를 가진 요크에서, 인터로터의 방사상 방향의 내면 및/또는 방사상 외면 상의 실질적으로 부드러운 표면을 가진다. 특히, 회로의 자기 플럭스 도전 물질의 방사상 방향 내면 및/또는 외면은 회로의 컨투어(contour)에 대해 자유롭게 외부를 향해 도달하는 부분이다. 따라서 획득된 것은 인터로터의 자기 플럭스 도전 물질 상의 자기 폴(pole)의 기설정된 고정 패턴을 가하는 현저성 폴(salient pole)이 없다는 것이고, 그리하여 인터로터의 자기 플럭스 도전 물질 내 자기 폴의 패턴은 자유롭고 조작 중 변화될 수 있다. 본문에서, 실질적으로 부드러운 표면이 완전히 부드러운 표면 뿐만 아니라, 회로에 대해 방사상 방향으로 내부를 향하는 부드러운 그루브(슬롯;slot)에 대해, 예를 들어 원형 실린더 컨투어를 가지는, 표면을 포함할 수 있다는 것을 의미한다고 이해된다. 상기 리세스(recess)는 각각 회로의 방사상 내면 또는 외면인 전체 원주의 절반보다 작게, 바람직하게는 원주의 약 20~30%보다 작게 형성된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 인터로터는 자기 및 전기 회로를 포함하고, 자기 회로는 자기 플럭스 도전 실린더를 포함하고, 전기 회로는 플럭스 도전 실린더에서 연장되는 다수의 전기 회로-형성 와인딩을 포함하며, 여기서 인터로터는, 로터와 스테이터 사이의 직접적 토크의 인가가 인터로터의 자기 포화에서 일어날 수 있도록 탄젠셜과 방사상 방향의 자기 플럭스를 위한 도전체로서 배열된다.

도 2는 도 1의 전기 변화가능한 트랜스미션(EVT)의 전기 변화가능한 트랜스미션 내 로터-인터로터-스테이터 조합의 부분 횡단면(20)을 보인다. 로터(8)는 슬립 링을 가지는 로터 터미널 섹션(21)을 경유하여 전기적으로 접근가능한 다상 와인딩(23)을 포함한다. 유사하게, 스테이터(10)는 스테이터 터미널 섹션(22)을 경유하여 전기적으로 접근가능한 다상 와인딩(24)이 제공된다. 로터와 스테이터 와인딩(23, 24)은 도 1을 참조하여 설명된 대로 인버터(12 및 13)에 연결된다. 로터와 스테이터 와인딩(23, 24)에서 모두 코퍼 로스가 일어난다. 코퍼 로스는 와인딩 내 전류에 의해 생성되는 열 전환의 결과이다. 또한, 아이언 로스가 일어난다. 아이언 로스는 자기 플럭스 히스테리시스(magnetic flux hysteresis) 및/또는 에디 전류(eddy current)에 의해 생성된다. 또한, 스트레이 플럭스(stray flux)의 존재로 인해, 생성된 플럭스는 완전히 효과적이지는 않다. 결과적으로, 생성된 플럭스는 기대 결과를 얻기 위해 계산된 것보다 더 큰 값으로 설정되어야 한다. 인터로터는 전기적으로 접근가능하지 않는 와인딩(25)을 가지는 내부 케이지 전기자(9)를 포함한다. 인터로터의 외부 케이지 전기자(11)는 또한 전기적으로 접근가능하지 않는 와인딩(26)을 포함한다. 로터(8)와 인터로터(15) 사이에 로터-인터로터 갭(27)이 존재하는 반면, 인터로터-스테이터 갭(28)은 인터로터(15)와 스테이터(10) 사이에 존재한다.

전기 변화가능한 트랜스미션의 작동 중, 자기 플럭스(29)가 유도된다. 자기 로터 플럭스는 상이한 성분, 즉 로터 내에서만 연장되는 자기 플럭스(30), 로터-인터로터 갭(27)으로 연장되는 자기 플럭스(31) 및, 인터로터 내 내부 스퀴럴 케이지(9)를 연결하는 플럭스(32)를 포함할 수 있다. 상술한 성분은 상호 의존한다.

도 3은 인터로터(15) 요크 내 일어나는 물리적 양의 플럭스 다이어그램(34)을 보인다. 더욱 상세하게는, 인터로터 자기 플럭스(Φ)는 스테이터 및/또는 로터 와인딩을 흐르는 효율적인 인터로터 자기화 전류(i)의 함수(35)로서 플롯된다. 작은 전류 영역에서, 플럭스는 자기화 전류로부터 실질적으로 선형으로 의존한다. 인터로터 와인딩 내 더 큰 전류가 흐를 때, 플럭스는 포화되고 커브(35)는 평평해진다(flatten). 전기 변화가능한 트랜스미션의 작동 중, 인터로터 플럭스(Φ)는 작동점, 예를 들어 커브(35)가 비교적 평평한 포화 영역에서의 작동점(36)에서 설정된다.

상기 본문에서, 필드 약화 조건은, 스테이터의 플럭스가 역 전기자기력(back electromagnetic force)이 미리확정된 시스템 요구조건을 넘는 반작용에 대해 비교적 높은 회전 속도에서 감소되는 전기 변화가능한 트랜스미션의 상태를 표시한다.

비교적 높은 회전 속도에서, 스테이터 플럭스를 생성하는 스테이터 내 직접 축 전류는 전압 차동값을 제한하도록 감소된다. 결과적으로, 스테이터 플럭스도 감소된다. 하지만, 인터로터 내 발생하는 자기 플럭스는 만약 자기 로터 플럭스 값이 유지된다면, 상기 스테이터 필드 약화 조건 하에서 증가한다.

선행기술 시스템에서, 로터 플럭스는 최대 토크를 생성하기 위해 최대로 생성된다. 하지만, 본 발명에 따르면, 인터로터(15)의 자기 플럭스(Φ)는 전기 변화가능한 트랜스미션의 미리 확정된 성능을 얻기 위해 자기 로터 플럭스를 다양하게 조절함으로써 간접적으로 제어된다. 더 상세하게는, 자기 로터 플럭스 제어는 인터로터 내 자기 포화가 감소하도록 한다.

인터로터 자기 플럭스(Φ)를 감소시킴으로써, 작동점(36)은 플럭스 커브(35)의 선형 영역 내에서 더 많은 다른 작동점(37)으로 이동되어, 인터로터는 덜 자기화되고, 로터 와인딩 내 코퍼 로스는 감소된다.

도 2를 다시 참조하면, 로터 플럭스 제어를 감소시킬 때, 인터로터 내 인터로터 플럭스(30-32)와 특히 탄젠셜 플럭스 성분이 감소하여, 인터 로터 내 아이언 로스가 감소하고, 자기화 전류가 감소하며, 전자기 컨버터의 전체 효율이 향상된다.

도 4는 도 3에 도시된 물리적 양의 페이서(phasor) 다이어그램을 보인다. 여기서, 플럭스 커브(35)의 포화 영역 내 인터로터 플럭스 작동점(36)에 대응하는 최초 로터 전류(40)는 세 성분, 예를 들어 내부 스퀴럴 케이지 전류에 대응하는 필드 슬립(field slip)에 의해 유도되는 전류, 내부 에어 갭 유도를 통해 흐르는 에어 갭 자기화 전류(42) 및, 인터로터 요크 유도를 통해 흐르는 인터로터 자기화 전류(43)로 이루어진다. 상술한 대로 인터로터 플럭스(Φ)를 감소시킴으로써, 인터로터 자기화 전류는 감소된 로터 전류(45)를 이끄는 제2 페이서 상태(44)까지 감소된다. 이와 같이, 도 4는 다시 선형 영역 내 작동점(37)을 향해 플럭스 커브(35)의 포화 영역 내 인터로터 플럭스(Φ)의 작동점(36)을 움직임으로써 로터 내 코퍼 로스가 감소되는 것을 보인다.

유사하게, 도 4는 스테이터 플럭스(47)와 인터로터 플럭스(48)로 이루어진 최초 상태 로터 플럭스(46)를 보인다. 로터 플럭스를 큰 값부터 제2 작은 로터 플럭스(50)로 수정함으로써 인터로터 플럭스(48)는 더 작은 페이서 상태(49)로 감소된다.

유리하게, 자기 플럭스는 로터 내 직접축 전류를 감소시킴으로써, 예를 들어 벡터 제어 스킴(vector control scheme)을 실행함으로써 감소된다.

전기기계적 컨버터의 반응시간은 스테이터가 최대 허용가능한 플럭스 레벨에서 동작할 수 있기 때문에 수용가능하다는 것에 유의한다. 하이브리드 차량에서, 부가 토크는 토크를 증가시키기 위해 콰드러쳐(quadrature) 전류를 증가시킴으로써 밀리세컨드(millisecond) 영역에서 이용가능한다. 또한, 상기 변화율로 수용가능한, 기계 시간 상수(constant)가 연소 엔진 구동 컨버터의 것에 유사한 것으로 인해, 로터 플럭스를 증가시킴으로써 증가되는 입력 토크는 수백만 밀리세컨드의 차수이다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 자기 로터 플럭스는 인터로터와 연관된 기대 변수, 즉 EVT의 요청 파워와 출력 속도, 기대 엔진 토크, 속도 및 EVT 출력 토크와 같은 변수로부터 결정된다. 실제로, 상기 자기 로터 플럭스는 룩업 테이블로부터 값을 검색함으로써 및/또는 전기기계적 컨버터의 물리적 행동을 수적으로 모델링함으로써 결정될 수 있다. 상기 목적을 위해, 본 발명의 일면에 따르면, 컨트롤러는 상술한 대로 전기기계적 컨버터의 작동을 위해 배열되는 프로세서를 포함하도록 제공되고, 여기서 프로세서는 인터로터 내 자기 포화가 감소되도록 자기 로터 플럭스를 제어하기 위해 배열된다.

본 발명에 따른 방법은 지정된 하드웨어 성분 또는 컴퓨터 프로그램 제품이 로드되는 표준 성분을 사용하여 형성될 수 있다.

본 발명은 여기에 설명된 실시예에 국한되지 않는다. 많은 변형예가 가능하다는 것을 이해할 것이다.

전기기계적 컨버터를 작동하는 본 발명에 따른 방법은 연소 엔진이 컨버터를 구동하거나 다른 구동 조건에서, 즉 로터 토크가 실질적으로 제로(zero)인 전기구동 조건에 적용된다. 후자의 경우 로터 플럭스는 기계 구조 및/또는 작동점에 따라 로터 플럭스와 인터로터 플럭스의 균형을 맞춤으로써 인터로터 내 높은 자기화 로스와 코퍼 로스를 피하는 값으로 설정될 수 있다. 이와 같이, 로터 플럭스는, 로터 플럭스가 예를 들어 제로거나 최대인 최초 상태로부터 상기 값으로 설정될 수 있다. 완전히 채운(full) 플럭스 상태로부터 출발하여, 로터 플럭스는 상기 값을 얻도록 감소될 수 있다. 다른 한편으로, 최초 제로 플럭스 상황으로부터 출발했을 때, 로터 플럭스는 로터 플럭스가 기대값을 가지는 기대 상태에 도달할 때까지 증가될 수 있다. 도 5는 도 1의 전기 변화가능한 트랜스미션의 인터로터의 다른 플럭스 다이어그램을 보인다. 여기서, 플럭스 다이어그램은 로터 토크가 실질적으로 제로인 전기 구동 조건을 표시한다. 스테이터 플럭스는 상이한 성분, 예를 들어 인터로터를 통해 로터로 연장되는 자기 플럭스 성분(60)과 인터로터 내 내부 스퀴럴 케이지(9)를 연결하는 자기 플럭스 성분(61, 62)를 포함한다. 또한, 로터 플럭스(60)는 인터로터 내 자기 포화가 감소하도록 설정될 수 있으며, 따라서 전기기계적 컨버터를 더 효율적으로 만든다. 따라서, 로터 내 자기화 전류를 만듬으로써, 아이언 로스와 전체 자기화 로스는 놀랍게 감소한다. 이는 자기화 전류가 로터 내에 흐르게 할 때 자기화 전류가 증가하는 표준 기대에 상반된다. 다른 상기 변형예는 당업자에게 자명하고, 다음의 청구항에서 형성된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 생각된다.

Claims (10)

1. 전기기계적 컨버터, 특히 전기적으로 변하는 트랜스미션의 작동 방법으로서,
   그 상부에 장착된 로터를 가지는 주 샤프트, 그 상부에 장착된 인터로터를 가지는 부 샤프트 및, 상기 전기기계적 컨버터의 하우징에 고정 장착된 스테이터가 제공되고, 방사상 방향으로 상기 주 샤프트로부터 보면, 상기 로터, 상기 인터로터 및 상기 스테이터는 서로에 관해 동심으로 배열되며, 상기 로테이터와 상기 스테이터는 하나 또는 그 이상의 와인딩을 가지게 디자인되고, 상기 인터로터는 기계적으로 그리고 전기자기적으로 하나의 전체를 형성하고, 적어도 탄젠셜 방향에서 자기 플럭스를 위한 컨덕터로서 배열되며;
   상기 인터로터의 자기 포화가 감소되도록 자기 로터 플럭스를 다양하게 조절하는 단계;를 포함하는 전기기계적 컨버터 작동 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 로터 및/또는 상기 스테이터의 하나 이상의 와인딩은 단상 또는 다상 타입이고 전기적으로 접근가능한 전기기계적 컨버터 작동 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 인터로터는 자기 회로와 전기 회로를 더 포함하고, 상기 자기 회로는 자기 플럭스 도전 실린더를 포함하며, 상기 전기 회로는 상기 플럭스 도전 실린더 내로 연장되는 많은 수의 전기 회로-형성 와인딩을 포함하고, 상기 인터로터는 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 직접적 토크의 인가가 상기 인터로터의 자기 포화에서 일어날 수 있도록 탄젠셜 및 방사상 방향으로 자기 플럭스를 위한 컨덕터로서 배열되는 전기기계적 컨버터 작동 방법.
4. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자기 로터 플럭스는 스테이터 필드가 약화되는 조건 하에서 감소하는 전기기계적 컨버터 작동 방법.
5. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로터 및/또는 상기 스테이터의 전기적 접근가능한 와인딩은 상기 와인딩에 흐르는 전류를 제어하도록 제어 유닛에 연결되는 전기기계적 컨버터 작동 방법.
6. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자기 로터 플럭스는 상기 로터 내 직접-축 전류를 감소시킴으로써, 바람직하게는 벡터 제어 스킴을 실행함으로써 감소되는 전기기계적 컨버터 작동 방법.
7. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인터로터와 연관된 기대 변수로부터 자기 로터 플럭스를 결정하는 단계를 포함하는 전기기계적 컨버터 작동 방법.
8. 제7항에 있어서,
   자기 로터 플럭스는 룩업 테이블로부터 값을 검색함으로써 및/또는 전기기계적 컨버터의 물리적 행동을 수적으로 모델링함으로써 결정하는 전기기계적 컨버터 작동 방법.
9. 전기기계적 컨버터, 특히 전기 변화가능한 트랜스미션의 작동을 위해 배열된 프로세서를 포함하는 컨트롤러로서,
   그 상부에 장착된 로터를 가지는 주 샤프트, 그 상부에 장착된 인터로터를 가지는 부 샤프트 및, 상기 전기기계적 컨버터의 하우징에 고정 장착된 스테이터가 제공되고, 방사상 방향으로 상기 주 샤프트로부터 보면, 상기 로터, 상기 인터로터 및 상기 스테이터는 서로에 관해 동심으로 배열되며, 상기 로터와 상기 스테이터는 하나 이상의 와인딩을 가지게 디자인되고, 상기 인터로터는 기계적으로 그리고 전기자기적으로 하나의 전체를 형성하고, 적어도 탄젠셜 방향에서 자기 플럭스를 위한 컨덕터로서 배열되며; 상기 프로세서는 상기 인터로터 내 자기 포화가 감소되도록 자기 로터 플럭스를 다양하게 제어하도록 배열되는 컨트롤러.
10. 프로세스가 전기기계적 컨버터, 특히 전기 변화가능한 트랜스미션의 작동을 위한 방법을 실행하도록 컴퓨터 판독가능 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램으로서,
    그 상부에 장착된 로터를 가지는 주 샤프트, 그 상부에 장착된 인터로터를 가지는 부 샤프트 및, 상기 전기기계적 컨버터의 하우징에 고정 장착된 스테이터가 제공되고, 방사상 방향으로 상기 주 샤프트로부터 보면, 상기 로터, 상기 인터로터 및 상기 스테이터는 서로에 관해 동심으로 배열되며, 상기 로터와 상기 스테이터는 하나 이상의 와인딩을 가지게 디자인되고, 상기 인터로터는 기계적으로 그리고 전기자기적으로 하나의 전체를 형성하고, 적어도 탄젠셜 방향에서 자기 플럭스를 위한 컨덕터로서 배열되며;
    상기 방법은 상기 인터로터 내 자기 포화가 감소되도록 자기 로터 플럭스를 다양하게 제어하는 단계를 포함하는 컴퓨터 프로그램.

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