KR20140051957A

KR20140051957A - 모터 제어기

Info

Publication number: KR20140051957A
Application number: KR1020147004128A
Authority: KR
Inventors: 가데리 아흐마드
Original assignee: 니혼 덴산 가부시키가이샤
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-05-02
Also published as: JP6028800B2; WO2013105506A1; US20140354196A1; KR101534546B1; JP2015518362A; CN103875177A; US9252697B2; CN103875177B

Abstract

SRM을 제어하기 위한 모터 제어기로서 SRM에 연결된 인버터; 상기 인버터의 출력값과 상기 스위치 리럭턴스 모터의 회전자 각도를 바탕으로 하여 상기 스위치 리럭턴스 모터에서 발생한 토크와 플럭스를 추정 토크와 추정 플럭스로 추정하는 토크 및 플럭스 추정기; 참조 토크와 상기 추정 토크의 비교 결과, 참조 플럭스와 상기 추정 플럭스의 비교 결과, 플럭스 위상각을 바탕으로 전환 패턴 중 하나를 선택하고, 선택된 전환 패턴에 따라 상기 인버터의 전환을 실행하는 전환 패턴 선택기; 플럭스 궤도의 변화와 더불어 플럭스 궤도와 상기 회전자 각도로부터 상기 참조 플럭스를 얻는 참조 플럭스 계산기를 포함하고, 상기 플럭스 궤도가 상기 회전자 각도와 상기 참조 플럭스 간의 관계를 나타내는 것을 특징으로 하는 모터 제어기이다.

Description

모터 제어기{MOTOR CONTROLLER}

본 발명은 스위치 리럭턴스 모터 제어를 제어하기 위한 모터 제어기에 관한 것이다.

스위치 리럭턴스 모터는 낮은 생산 단가와 단순하고 튼튼한 구조의 이점 때문에 최근에 자주 언급되고 있다. 스위치 리럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor)(이하 "SRM"이라 지칭함)는 회전자 권선이나 영구자석이 없으며, 속도가 빠를 때와 넓은 속도 범위에서 우수한 내구성을 갖는다. SRM에서는 인덕턴스가 바뀌는 동안 고정자 권선에 전류를 흐르게 하여 토크가 생성된다. 인덕턴스가 증가할 때 전류가 흐르면 정토크(Positive Torque)가 만들어지지만, 인덕턴스가 감소할 때 전류가 흐르면 부토크(Negative Torque)가 만들어진다.

SRM을 효율적으로 제어하기 위해서, 고속, 중속, 저속에서 개별적인 알고리즘이 사용된다. 예를 들면, 저속에서는 쵸핑 모드 제어(Chopping Mode Control)가 사용되며 여기서 각각의 상(phase)에 별개의 정전류가 흐른다. 고속에서는, 각도 제어(Angle Control)라 불리는 다른 제어가 사용된다. 이 제어의 전환 패턴을 "단일-펄스 모드(Single-Pulse Mode)"라 하며 여기서 인덕턴스의 각각의 싸이클에 단일 펄스가 흐른다. 중속에서는, 저속과 고속이 혼합된 제어가 사용된다.

SRM에게 요구되는 전류 패턴을 달성하기 위해서는 대안으로 다양하고 특별한 인버터가 제안된다. 예를 들면, Zeljko 등(스위치 리럭턴스 모터 드라이브용 새로운 파워 인버터, Elec. Energ 18권 3호, 2005년 12월, 453-456쪽)은 네 개의 인버터 레그(leg)가 3상 SRM 공급을 위하여 제공되는 위상을 개시한다. 네 번째 레그(leg)를 이용하여 3상 권선의 스타 포인트를 연결한다. 이러한 위상으로 각각의 상은 독립적으로 제어될 수 있다.

반면에 WO/2011/65406은 내부 영구자석 모터를 위한 직접적인 토크 제어(이하 "DTC"라 지칭함)시스템을 개시한다. DTC 시스템에서 인버터를 위한 전환 패턴의 하나는 토크, 참조 토크, 플럭스, 참조 플럭스, 위상각 등에 따라서 선택된다. 참조 플럭스는 플럭스 크기와 위상각 사이의 관계를 보여주는 플럭스 궤도를 참조하여 얻을 수 있다. WO2011/65406에 개시된 DTC 시스템은 토크, 참조 토크, 모터속도와 크로스오버 속도에 따라서 원과 다각형 사이에서 플럭스 궤도 형태를 변하게 한다.

SRM용 일반적인 인버터는 특별한 위상을 가지고 있으며, 이에 따라서 인버터는 디스크리트 부품(discrete component)을 가져야 한다. 인버터에서 단일 모듈 대신 디스크리트 부품을 사용하면 비용이 늘어나며 무거워지고 크기가 커지며 조립시간이 늘어나고 복잡해지며 인버터의 신뢰도와 견고함을 감소시킨다. 게다가 이러한 인버터는 다른 유형의 모터에는 사용될 수 없다.

또한, SRM용 인버터는 고속, 중속, 저속일 때 개별적인 알고리즘이 필요하고 이는 시스템을 복잡하게 하며 세팅 시간도 늘어나게 한다.

본 발명의 실시 예의 한 단면으로서 스위치 리럭턴스 모터를 제어하기 위한 모터 제어기는 스위치 리럭턴스 모터에 연결된 인버터; 상기 인버터와 상기 스위치 리럭턴스 모터의 회전자 각도의 출력 값을 바탕으로 하여 상기 스위치 리럭턴스 모터에서 발생한 토크와 플럭스를 추정 토크와 추정 플럭스로 추정하는 토크 및 플럭스 추정기; 참조 토크와 상기 추정 토크의 비교 결과, 참조 플럭스와 상기 추정 플럭스의 비교 결과, 플럭스 위상각을 바탕으로 전환 패턴 중 하나를 선택하고, 선택된 전환 패턴에 따라 상기 인버터의 전환을 실행하는 전환 패턴 선택기; 상기 스위치 리럭턴스 모터의 상기 참조 토크와 회전 속도에 따른 플럭스 궤도의 변화와 더불어 플럭스 궤도와 상기 회전자 각도로부터 상기 참조 플럭스를 얻는 참조 플럭스 계산기를 포함하고, 상기 플럭스 궤도가 상기 회전자 각도와 상기 참조 플럭스 간의 관계를 나타내는 것을 특징으로 하는 모터 제어기이다.

본 발명의 이러한 목적과 다른 목적, 특징, 단면 및 장점은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 아래의 도면을 참고하여 명확하게 알 수 있다.

본 발명은 스위치 리럭턴스 모터의 제어를 단순화한다.

도 1은 모터 제어기의 구성을 보여주는 블럭 선도이다.
도 2는 SRM의 개략도이다.
도 3은 인버터의 구성을 보여준다.
도 4는 플럭스 위상각, K 와 전압 벡터의 관계를 도시한다.
도 5는 코일의 위치를 보여준다.
도 6은 코일의 연결을 보여준다.
도 7은 참조 플럭스 계산기의 구성을 보여준다.
도 8은 플럭스 궤도를 보여준다.
도 9는 플럭스 궤도를 보여준다.
도 10은 플럭스 궤도를 보여준다.
도 11은 인버터와 권선 간의 연결을 보여준다.
도 12는 코일의 연결을 보여준다.
도 13은 전압 벡터의 구성요소를 보여준다.
도 14는 플럭스 위상각, K 와 전압 벡터 간의 관계를 보여준다.

도 1은 모터 제어기(1)의 구성을 도시하는 블럭 선도이다. 모터 제어기(1)는 DTC(Direct Torque Control)하에 SRM(스위치 리럭턴스 모터)(9)을 제어한다.

도 2는 SRM(9)의 개략도이다. SRM(9)은 회전자(91)와 고정자(92)를 포함한다. 회전자(91)는 베어링 메커니즘(미도시)에 의하여 회전 축 둘레에서 회전 가능하게 지지된다. 회전자(91)는 고정자(92) 쪽으로 돌출된 복수의 부분(911)을 가지고 고정자(92)는 회전자(91) 쪽으로 돌출된 복수의 부분(921)을 갖는다. 즉 SRM(9)은 이중 철극성(Double Saliency)을 가진다. 고정자(92)의 코어(core)는 강판(steel lamination)에 의해 형성된다. 전선은 코일(922)을 형성하기 위하여 고정자(92)의 각각의 돌출된 부분(921)의 주위에 감아져 있다. 회전자(91)는 강판에 의해 형성되며 코일이나 영구 자석은 가지지 않는다. 토크는 각 상권선, 즉 코일(들)(922)의 인덕턴스가 변하는 동안 전류 공급 패턴을 전환함에 따라 생산된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 모터 제어기(1)는 인버터(11), 토크 및 플럭스 추정기(12), 전환 패턴 선택기(13), 토크 이력 비교기(141), 플럭스 이력 비교기(142), 토크 감산기(151), 플럭스 감산기(152)와 참조 플럭스 계산기(16)를 포함한다. 토크 및 플럭스 추정기(12)는 추정 토크 T와 추정 플럭스 ψ(Psi)를 추정한다.

전환 패턴 선택기(13)는 미리 준비된 전환 패턴(switching pattern) 중에서 하나의 전환 패턴을 선택하고 선택된 전환 패턴에 따라서 인버터(11)의 전환을 실행한다. 토크 감산기(151)는 추정 토크 T와 참조 토크 T*간의 차이를 얻고 토크 이력 비교기(141)에 그 차이를 입력한다. 토크 이력 비교기(141)는 그 차이에 이력을 도입하여 전환 패턴 선택기(13)에 그 차이를 입력한다. 플럭스 감산기(152)는 추정 플럭스 Psi와 참조 플럭스 Psi*간의 차이를 얻으며 플럭스 이력 비교기(151)에 그 차이를 입력한다. 플럭스 이력 비교기(151)는 그 차이에 이력을 도입하여 전환 패턴 선택기(13)에 그 차이를 입력한다. 참조 플럭스 계산기(16)의 기능은 후술한다.

도 3은 SRM(9)에 연결된 인버터(11)의 구성을 보여준다. 인버터는 일반용 VSI(Voltage Source Inverter)(전압형 인버터)이며 6개의 스위칭 소자를 갖는 3상 브리지 인버터이다. 인버터(11)는 축전기(111), 세 쌍의 스위칭 소자(112) 그리고 세 쌍의 다이오드(113)를 갖는다. 이것들은 직류공급기(114)에 병렬로 연결된다. 세 개의 전류 공급 라인 중 각각의 라인은 스위칭 소자의 각 쌍의 소자들 간의 점으로부터 인출되며 SRM(9)에 연결된다. SRM(9)의 권선(923)은 델타 결선 되어 있다. 인버터(11)로부터 공급되는 전류는 양극성(bipolar)이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 각도 θr과 인버터(11)의 출력인 전류 I는 토크 및 플럭스 추정기(12)에 입력된다. 토크 및 플럭스 추정기(12)는 SRM(9)에 의해 생산된 토크와 SRM(9)에서 발생한 플럭스를 추정 토크 T와 추정 플럭스 Psi로 추정한다. 추정 토크 T는 토크 감산기(151)에 입력된다. 추정 플럭스 Psi는 플럭스 감산기(152)에 입력된다.

참조 토크 T* 또한 토크 감산기(151)에 입력된다. 토크 감산기(151)는 토크 이력 비교기(141)에 차이를 입력하기 위하여 추정 토크 T와 참조 토크 T*의 차이 (+/-값을 지닌)를 얻는다. 참조 토크 T*는 회전자(91)의 회전 속도가 목표 속도에 도달하게끔 만드는 토크로서 예를 들면 계산기(미도시)에 의해 계산된다. 참조 플럭스 Psi*는 또한 플럭스 감산기(152)에 입력된다. 플럭스 감산기(152)는 플럭스 이력 비교기(142)에 차이를 입력하기 위하여 추정 플럭스 Psi와 참조 플럭스 Psi*간의 차이(+/-값을 지닌)를 얻는다. 참조 플럭스 Psi*는 후술하는 참조 플럭스 계산기(16)에 의해 계산된다.

토크 이력 비교기(141)는 3치 비교기이다. 토크 이력 비교기(141)는 참조 토크 T*와 추정 토크 T간의 차이(+/-값을 지닌)가 예정된 양성의 임계값보다 크면 "1"을 출력하고 그 차이가 예정된 음성의 임계값보다 작으면 "-1"을 출력한다. 그 차이가 양성의 임계값과 음성의 임계값 사이에 있으면, 토크 이력 비교기(141)는 "0"을 출력한다. 플럭스 이력 비교기(142)는 2치 비교기이다. 플럭스 이력 비교기(142)는 참조 플럭스 Psi*와 추정 플럭스 Psi간의 차이(+/-값을 지닌)가 예정된 양성의 임계값보다 크면 "1"을 출력하고 그 차이가 예정된 음성의 임계값보다 작으면 "-1"을 출력한다. 그 차이가 양성의 임계값과 음성의 임계값 사이에 있으면, 플럭스 이력 비교기(142)는 이전의 상태인 "1" 이나 "-1"을 출력하는 것을 유지한다.

토크 이력 비교기(141)와 플럭스 이력 비교기(142)로부터 출력된 값은 즉, 참조 토크 T*와 추정 토크 T의 비교 결과와 참조 플럭스 Psi*와 추정 플럭스 Psi의 비교 결과는 전환 패턴 선택기(13)에 입력된다. 반면에, 토크 및 플럭스 추정기(12)는 플러스 위상각 θp을 추정하고 플럭스 위상각 θp을 전환 패턴 선택기(13)에 입력한다. 전환 패턴 선택기(13)는 이들 입력된 값을 바탕으로 복수의 전환 패턴(131)으로부터 하나의 전환 패턴을 선택하고 선택된 전환 패턴에 따라서 인버터(11)의 전환을 실행한다.

표 1은 전환 패턴을 선택하기 위한 표를 보여준다. 토크(T)열의 "↑"는 토크 이력 선택기(141)에서 전환 패턴 선택기(13)에 입력된 값이 "1"이란 것을 나타낸다. 즉, 이는 SRM(9)에서 플럭스 벡터가 반 시계 방향으로 돌았으며 반 시계 방향의 토크가 증가했다는 것을 나타낸다. "↓"은 입력된 값이 "-1"임을 나타내며 SRM(9)에서 플러스 벡터가 시계 방향으로 돌았으며 반 시계 방향의 토크는 감소했다는 것을 나타낸다. "→"은 입력된 값이 "0"이며 토크는 유지되고 있다는 것을 나타낸다. 실제로, 플럭스가 점차적으로 감소함에 따라서 토크도 점차적으로 감소한다.

T	ψ	n
↑	↓	K+2
↑	↑	K+1
→	-	0
↓	↑	K-1
↓	↓	K-2

플럭스(Psi)열의 "↑"은 플럭스 이력 비교기(142)로부터 전환 패턴 선택기(13)에 입력된 값이 "1"임을 나타낸다. 즉, 이는 SRM(9)에서 발생한 플럭스가 증가되어야 한다는 것을 나타낸다. "↓"은 입력된 값이 "-1"이며 플럭스는 감소되어야 한다는 것을 나타낸다. "-"은 플럭스 이력 비교기(142)로부터 전환 패턴 선택기 (13)에 입력된 값을 무시하는 것을 나타낸다.

표 1에 도시된 "n"은 인버터(11)에 설정된 전환 패턴의 수이다. n은 K에 플럭스 위상각 θp의 범위를 나타내는 값을 대입하면 결정된다. 도 4는 플럭스 위상각 θp, K 와 전압 벡터 간의 관계를 보여준다. 범위 R(1)은 플럭스 위상각 θp의 범위를 보여주며 여기서 1을 K에 대입한다. 유사하게 R(2), R(3), ..., R(6)도 범위를 보여주며 2, 3, ..., 6을 K에 각각 대입한다. (K + 2)나 (K + 1)이 6보다 클 때 (K + 2)나 (K + 1)로부터 6을 뺀 값이 n으로 정해진다. (K - 1)이나 (K - 2)가 1보다 작으면 (K + 2) 나 (K + 1)에 6을 더한 값이 n으로 정해진다.

도 5는 도 4에 도시되어 있는 플럭스 방향 a, b, c에 상응하는 각 상의 코일(922)의 위치를 보여주고 있다. 도 6은 코일(922)의 연결을 보여주는 개략도이다. La, Lb, Lc의 블럭은 각 상의 코일을 나타내며 도 6은 인버터(11)로부터 인출된 코일 그룹 La, Lb, Lc와 전선 A, B, C 간의 관계의 연결을 보여준다. 도 5에서 a'에서 a로의 방향은 도 4에서 (a-)에서 (a+)로의 방향에 상응한다. b'에서 b로의 방향은 도 4의 (b-)에서 (b+)로의 방향과 상응하며, c'에서 c로의 방향은 도 4의 (c-)에서 (c+)로의 방향과 상응한다. 도 6에서 델타 결선 된 코일 그룹 La, Lb, Lc에 시계 방향으로 전류가 흐르면 플럭스는 도 4에서 (a+), (b+), (c+) 방향으로 각각 발생한다.

토크 이력 비교기(141), 플럭스 이력 비교기(142), 플럭스 위상각 θp 과 표 1로부터 입력된 값을 바탕으로 하여 전환 패턴 선택기(13)로 n을 결정한 후에, 전압 벡터 Vn(A, B, C)을 얻기 위하여 인버터(11)의 전환 패턴이 선택된다. Vn(A, B, C)는 도 4에 도시된 전압 벡터 V1(1, -1, 1), V2(-1, -1, 1), ..., V6(1, -1, -1)중의 하나이며, n값에 따라서 각각의 A, B, C는 "1" 또는 "-1"로 정해진다. "1"은 전선 A, B, C에 양전압(Positive Voltage)을 인가하는 것을 나타내며 "-1"은 전선 A, B, C에 음전압(Negative Voltage)을 인가하는 것을 나타낸다.

예를 들면, 토크 이력 비교기(141)로부터 입력된 값이 "1"이고, 플럭스 이력 비교기(142)로부터 입력된 값이 "-1"이며, 플럭스 위상각 θp이 범위 R(1)에 있으면, 표 1의 가장 위의 줄을 참고하여 "1"을 K에 대입하고 n은 (K+2) 즉, 3으로 정해진다. 따라서, 도 4에 도시된 전압 벡터 V3(-1, 1, 1)을 만들기 위해서, 도 5에 도시된 전선 A, B, C에 각각 음전압, 양전압, 양전압을 인가하는 전환 패턴이 인버터(11)에 설정된다. 플럭스 벡터는 전압 벡터의 적분에 의해 표현되므로, 범위 R(1)에 있는 플럭스 벡터의 끝점은 도 4의 V3 방향으로 움직인다. 그 결과 토크는 증가하고 플럭스는 감소한다.

다른 예를 들면, 토크 이력 비교기(141)로부터 입력된 값이 "-1"이고, 플럭스 이력 비교기(142)로부터 입력된 값이 "1"이며, 플럭스 위상각 θp가 범위 R(3)에 있으면, 표1의 세 번째 줄을 참고하여 "3"을 K에 대입하고 n은 (K-1) 즉, 2로 정해진다. 따라서, 도 4에 도시된 전압 벡터 V2(-1, -1, 1)을 만들기 위해서, 도 5에 도시된 전선 A, B, C에 각각 음전압, 음전압, 양전압을 인가하는 전환 패턴이 인버터(11)에 설정된다. 범위 R(3)에 있는 플럭스 벡터의 끝점은 도 4의 V2 방향으로 움직이며 토크는 감소하고 플럭스는 증가한다.

토크 이력 비교기(141)로부터 입력된 값이 "0"이면, "0"이 n으로 정해지며 V0(1,1,1) 또는 V0(-1,-1,-1)이 선택된다. 그 결과, 전환 패턴은 양전압이나 음전압 중 하나를 전선 A,B,C에 인가하기 위하여 선택된다.

상술한 바와 같이, 토크와 플럭스는 전환 패턴 선택기(13)에 의해 인버터(11)의 전환 패턴을 선택함에 따라 제어되며, SRM(9)은 추정 토크 T와 추정 플럭스 Psi가 참조 토크 T*와 참조 플럭스 Psi*를 따르도록 제어된다.

도 7은 참조 플럭스 계산기(16)의 구성을 보여준다. 참조 플럭스 계산기(16)는 플럭스-인덕턴스 각도 계산기(161)와 플럭스 궤도 변경기(162)를 포함한다. 참조 토크 T*와 회전 속도 ωr는 플럭스-인덕턴스 각도 계산기(161)에 입력된다. 회전 속도 ωr는 SRM(9)에 구비된 센서에 의해 감지된다. 회전 속도 ωr는 회전자 각도 θr로부터 계산할 수 있다. 즉, 회전자 각도 θr를 얻는 센서와 회전 속도 ωr를 얻는 센서는 SRM(9)와 같이 제공되며 회전 속도 ωr를 얻는 센서는 생략될 수 있다.

플럭스-인덕턴스 각도 계산기(161)는 참조 토크 T*와 회전 속도 ωr를 바탕으로 하여 플럭스-인덕턴스 각도를 계산한다. 플럭스 궤도 변경기(162)는 플럭스-인덕턴스 각도에 따라서 플럭스 궤도(8)를 변경한다. 참조 플럭스 계산기(16)는 회전자 각도 θr와 플럭스 궤도(8)를 바탕으로 하여 참조 플럭스 Psi*를 계산한다.

도 8은 플럭스 궤도(8)의 예를 보여준다. 플럭스 궤도(8)는 도 8에서 극 좌표계에 그려져 있으며, 방사상의 방향은 플럭스 크기에 상응하고 원주 방향은 회전자 각도 θr에 상응한다. 플럭스 궤도(8)의 모양은 거의 정삼각형이다. 예를 들면, 회적자 각도가 도 8에서 도시된 바와 같이 θr1이면 참조 플럭스 Psi*1가 계산되며, 여기서 참조 플럭스 크기는 중심과 플럭스 궤도(8)사이의 거리이다. 회전자 각도 θr에 상응하는 참조 플럭스 Psi*가 계산되고, 참조 플럭스 Psi*에 근접한 추정 플럭스 Psi를 얻기 위하여 제어가 실행되기 때문에, 원래의 출발점(origin)에서 시작한 플럭스 벡터의 끝점은 플럭스 궤도(8)를 따라 움직인다.

도 8은 플럭스-인덕턴스 각도 θa가 30도인 경우의 플럭스 궤도(8)를 보여준다. 도 9는 플럭스-인덕턴스 각도 θa가 60도일때 플럭스 궤도(8)를 보여주며 도 10은 플럭스-인덕턴스 각도 θa가 0도일때 플럭스 궤도(8)를 보여준다. 플럭스-인덕턴스 각도 θa는 한 상에서 플럭스와 인덕턴스의 진폭이 유사한 점들 사이의 각도이다. 예를 들면, 플럭스-인덕턴스 각도는 최대 플럭스와 최대 인덕턴스가 각각 발생되는 두 각도 (또는 방향)사이의 각도로 정의할 수 있다. 물리적으로, 플럭스-인덕턴스 각도 값은 플럭스와 인덕턴스 사이의 상의 관계를 나타낸다.

도 8 내지 10에 도시된 바와 같이, 플럭스-인덕턴스 각도 θa는 참조 토크 T*와 회전속도 ωr를 바탕으로 하여 변하게 된다. 플럭스 궤도(8)는 플럭스-인덕턴스 각도 θa의 변화에 따라서 회전하게 된다. 즉, 플럭스 궤도(8)는 플럭스-인덕턴스 각도 θa가 변할 때 회전자 각도 θr에 따라서 이동한다 (shift).

최대로 가능한 플럭스는 SRM(9)에서 유도된 역기전력(back EMF)에 의해 제한된다. 이것은 플럭스 진폭이 고속에서 증가 될 수 없기 때문에, 가능한 평균 토크는 플럭스-인덕턴스 각도 θa를 변화시킴으로써 정해진다는 것을 의미한다. 그러므로, 플럭스-인덕턴스 각도 계산기(161)는 회전 속도 ωr를 감시하고, 참조 토크 T*를 바탕으로 하여 플럭스-인덕턴스 각도 θa를 계산한다. 구체적으로 보면, 플럭스-인덕턴스 각도 계산기(161)는 모터 효율성을 제고하기 위하여 회전속도 ωr와 참조 토크 T*를 바탕으로 하여 플럭스-인덕턴스 각도 θa를 계산한다.

일반적인 DTC에서, 참조 플럭스는 플럭스 위상각을 참조하여 플럭스 궤도로부터 얻어진다. 하지만, SRM은 이중의 철극성을 가지며 회전이 인덕턴스의 변화를 이용하여 얻어지므로, 참조 플럭스는 플럭스 위상각을 참조하여 얻어질 수 없다. 그러므로, 모터 제어기(1)는 회전자 각도 θr를 참조하여 참조 플럭스 Psi*의 계산을 실시한다. 또한, 일반적인 DTC가 이중의 철극성을 가지지 않는 모터를 제어하기 때문에 참조 플럭스 크기는 크게 변화하지 않는다. 따라서, 일반적인 플럭스 궤도의 형상은 원형이거나 거의 다각형이다. SRM은 이중의 철극성을 가지며, 따라서 참조 플럭스는 인덕턴스에 따라 크게 변화되어야 한다. 위와 같은 이유로, 복수의 오목부(81)를 가지는 플럭스 궤도(8)가 바람직하다. 상기 플럭스 궤도(8)에서, 볼록부(82)와 오목부(82)가 원주 방향으로 교대로 배치된다.

모터 제어기(1)는 DTC하에서 SRM(9)을 제어한다. 모든 DC 링크 전압은 상들의 자화(magnetization)와 소자(demagnetization)가 가능하며, 따라서, 모터는 전 속도 범위 내에서 작동할 수 있다. 그 결과, 고속, 중속, 저속에서 일반적인 개별 제어 알고리즘이 필요하지 않고, 이것이 모터 제어를 단순화시킨다. 단일 알고리즘이 모든 속도의 영역에서 사용되기 때문에, 복잡한 세팅은 필요하지 않다. 동적 반응은 DTC를 사용함에 따라 이전의 SRM 제어보다 훨씬 크며, 따라서, 모터 제어기(1)는 특히 차량과 관련한 응용에 적합하다.

또한, 다른 유형의 모터 (IM, IPM, SPM 등)를 위한 "3상의 VSI 6팩"인 일반용 인버터가 인버터(11)로 활용될 수 있다.

이것은 생산 단가, 무게, 크기, 조립시간과 모터 제어기(1)의 복잡성을 줄이며 인버터 신뢰도 및 견고함을 증가시킬 수 있다.

상술한 DTC는 성형결선(star connection) 된 권선을 가지는 SRM에 적용될 수 있다. 이 경우 모터 제어기(1)의 구조는 도 1에서 도시된 구조와 동일하다. 도 11은 인버터(11)와 권선(923)간의 연결을 보여주며 도 3에 상응한다. 인버터(11)의 구조는 또한 성형결선 된 모터가 제어될 때의 일반용 인버터의 구조와 동일하다.

도 12는 도 6과 같은 방식의 코일(922)연결을 보여주는 개략도이다. La, Lb, Lc의 블록은 각 상의 코일을 나타내며 도 12는 인버터(11)로부터 인출된 코일 그룹 La, Lb, Lc와 전선 A, B, C 간의 연결 관계를 보여주고 있다. 도 13은 전압 벡터 V1, V2, ..., V6 과 V0 그리고 그 구성 요소를 도시하며, 여기서 양전압 또는 음전압이 전선 A, B, C에 각각 인가한다. 도 13에 도시된 바와 같이 성형결선의 경우 전압 벡터에 따른 플럭스 벡터 끝점의 이동 방향은 각각 (a+), (c-), (b+), (a-), (c+), (b-)이다. 토크 T와 플럭스 Psi를 변화시키는 것과 n간의 관계는 표 1에 도시된 바와 동일하다. n을 결정하기 위한 플럭스 위상각 θp와 K간의 관계는 도 14에 도시되어 있다.

상술한 바와 같이, 플럭스 위상각 θp과 전환 패턴 간의 관계를 제외하고서 델타-결선의 경우와 같은 방식으로 SRM(9)에서 권선(923)이 성형결선 되어 있는 경우, SRM(9)은 DTC하에 제어될 수 있다.

다양한 변경이 상술한 바람직한 실시 예에 택해질 수 있다. DTC의 세부 사항의 적절한 변경이 허용된다. 예를 들면 토크 이력 비교기(141)는 2치의 값을 출력할 수 있다. 플럭스 궤도(8)의 형상은 상술한 실시 예에 기재된 형상에 제한되지 않는다. 플럭스 궤도(8)의 변경은 회전으로 제한되지 않고, 형상이 바뀔 수도 있다.

본 발명은 상세히 도시되고 기재되어 있으나, 상술한 기재는 모든 면에서 실시 예에 관한 것이고, 이에 제한되지 않는다. 따라서 발명의 범위를 벗어나지 않는 다양한 변경과 수정이 인출될 수 있다.

본 발명은 다양한 용도의 스위치 리럭턴스 모터에 응용될 수 있다.

1 : 모터 제어기
8 : 플럭스 궤도
9 : 스위치 리럭턴스 모터
11 : 인버터
12 : 토크 및 플럭스 추정기
13 : 전환 패턴 선택기
16 : 참조 플럭스 계산기
81 : 오목부
112 : 스위칭 소자
923 : 권선
T : 추정 토크
T* : 참조 토크
Psi : 추정 플럭스
Psi* : 참조 플럭스
θp : 플럭스 위상각
θr : 회전자 각도
ωr : 회전 속도

Claims

스위치 리럭턴스 모터를 제어하기 위한 모터 제어기로서,
스위치 리럭턴스 모터에 연결된 인버터;
상기 인버터의 출력 값과 상기 스위치 리럭턴스 모터의 회전자 각도를 바탕으로 하여 상기 스위치 리럭턴스 모터에서 발생한 토크와 플럭스를 추정 토크와 추정 플럭스로 추정하는 토크 및 플럭스 추정기;
참조 토크와 상기 추정 토크의 비교 결과, 참조 플럭스와 상기 추정 플럭스의 비교 결과, 플럭스 위상각을 바탕으로 전환 패턴 중 하나를 선택하고, 선택된 전환 패턴에 따라 상기 인버터의 전환을 실행하는 전환 패턴 선택기;
상기 스위치 리럭턴스 모터의 상기 참조 토크와 회전 속도에 따른 플럭스 궤도의 변화와 더불어 플럭스 궤도와 상기 회전자 각도로부터 상기 참조 플럭스를 얻는 참조 플럭스 계산기를 포함하고, 상기 플럭스 궤도가 상기 회전자 각도와 상기 참조 플럭스 간의 관계를 나타내는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
제 1 항에 있어서,
상기 인버터는 6개의 스위칭 소자를 갖는 3상의 브리지 인버터인 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 플럭스 궤도가 상기 스위치 리럭턴스 모터의 상기 참조 토크와 상기 회전 속도에 따라 상기 참조 플럭스 계산기에 의해 상기 회전자 각도에 대하여 이동하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
극 좌표계에 그려진 상기 플럭스 궤도가 복수의 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위치 리럭턴스 모터의 권선이 델타 결선된 것을 특징으로 하는 모터 제어기.