KR20140079736A - 고정자의 회전자계와 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

고정자의 회전자계와 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20140079736A
KR20140079736A KR1020130158105A KR20130158105A KR20140079736A KR 20140079736 A KR20140079736 A KR 20140079736A KR 1020130158105 A KR1020130158105 A KR 1020130158105A KR 20130158105 A KR20130158105 A KR 20130158105A KR 20140079736 A KR20140079736 A KR 20140079736A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor
amplitude
electric motor
reverse voltage
component
Prior art date
Application number
KR1020130158105A
Other languages
English (en)
Inventor
마티아스 슈나이더
티보르 타칵스
안드라스 메르지히
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로베르트 보쉬 게엠베하 filed Critical 로베르트 보쉬 게엠베하
Publication of KR20140079736A publication Critical patent/KR20140079736A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/46—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

본 발명은 전기 모터의 가속시 전기 모터의 무센서 정류 전기 모터의 회전자계(300)의 주파수와 전기 모터의 영구 여자 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법(200)에 관한 것이며, 상기 방법(200)은 검출 단계(202)와 조정 단계(204)를 포함한다. 검출 단계(202)에서 회전자계(300)와 역전압(302) 사이의 위상 변이를 얻기 위해, 회전자계(300)의 위상 위치와 회전자에 의해 고정자에 유도된 역전압(302)의 위상 위치가 검출된다. 조정 단계(204)에서 회전 속도와 주파수를 동기화하기 위해, 회전자가 회전자계(300)를 뒤따르는 경우에, 성분의 진폭은 커지거나, 또는 회전자가 회전자계(300)에 선행하는 경우에, 성분의 진폭은 작아지도록, 위상 변이(304)를 이용하여 회전자계(300)의 성분의 실제 진폭이 조정된다.

Description

고정자의 회전자계와 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR SYNCHRONIZING ROTATIONAL SPEED OF A ROTOR WITH ROTATING FIELD OF A STATOR}
본 발명은 전기 모터의 고정자의 회전자계와 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법, 상응하는 장치 및 상응하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
무센서 정류식 직류 모터에서는, 회전자의 회전에 의한 회전자의 자기장으로부터 고정자의 코일에 충분히 높은 역전압이 유도될 때야 비로소 회전자의 각도 위치가 결정될 수 있다.
DE 102 21 385 A1호에는 무브러시 직류 모터의 시동 방법이 기술되어 있다.
본 발명의 과제는 전기 모터의 고정자의 회전자계와 회전자의 회전 속도를 동기화하하기 위한 새로운 방법, 상응하는 장치 및 상응하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 의해 독립 청구항들에 따른, 전기 모터의 가속 또는 시동 시 전기 모터의 무센서 정류식 고정자의 회전자계와 전기 모터의 영구 여자 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법, 전기 모터의 가속 또는 시동 시 전기 모터의 무센서 정류식 고정자의 회전자계와 전기 모터의 영구 여자 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 장치, 및 상응하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 관련 종속 청구항들 및 하기 설명에 제시된다.
무브러시 직류 모터의 효과적인 정류를 위해 회전자의 자기장 방향 설정에 대한 위치 정보가 필요하다. 무센서 직류 모터의 경우에 임계 회전 속도 미만에서는 충분히 정확한 위치 정보가 검출될 수 없다. 직류 모터가 시동되는 경우에, 시동 과정은 임계 회전 속도까지 무조건적으로 그리고 회전자가 고정자 코일의 회전자계에 의해 임계 회전 속도까지 가속된다는 가정 하에 이루어질 수 있다. 회전자가 임계 회전 속도보다 빨리 회전하면, 고정자에 유도된 역전압으로부터 위치 정보가 검출될 수 있다.
위치 정보가 검출될 수 있는 경우에, 회전자의 자기장 방향 설정과 고정자의 정해진 방향으로 예를 들어 자기장과 같은 성분 또는 정류에 의해 형성된 회전자계의 각도 방향 설정 사이의 각도 차가 결정될 수 있다. 각도 차가 포지티브인 경우에, 즉 회전 방향으로 회전자 자기장의 각도가 회전자계 또는 상기 회전자계의 자기력선의 각도보다 크면, 각도 차를 줄이기 위해 회전자계의 회전이 약화되거나 또는 느려질 수 있다. 각도 차가 네거티브인 경우에, 즉 회전 방향으로 회전자 자기장의 각도가 회전자계 또는 상기 회전자계의 자기력선의 각도보다 작으면, 각도 차를 줄이기 위해 회전자계의 회전이 강화되거나 또는 가속될 수 있다.
예를 들어 정지 상태로부터 회전자의 시동과 설정 회전 속도로 동기화된 가속 사이의 중단 없는 이행에 의해 연속적인 힘 흐름이 달성될 수 있다. 가속 중에 회전자에 대한 부하 모멘트가 변동되면, 이러한 변동은 동기화에 의해 보상될 수 있다.
전기 모터의 가속 또는 시동 시 전기 모터의 무센서 정류식 고정자의 회전자계의 주파수와 전기 모터의 영구 여자 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법이 제안되고, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
회전자계와 역전압 사이의 위상 변이를 얻기 위해, 회전자계의 위상 위치와 회전자에 의해 고정자에 유도된 역전압의 위상 위치를 검출하는 단계 및
회전 속도와 주파수를 동기화하기 위해, 회전자가 회전자계를 뒤따르는 경우에, 성분의 진폭이 커지거나, 또는 회전자가 회전자계에 선행하는 경우에, 성분의 진폭이 작아지도록 위상 변이를 이용하여 회전자계의 적어도 하나의 성분의 실제 진폭을 조정하는 단계.
회전자는 전기 기계의 회전 가능한 부분일 수 있다. 고정자는 전기 기계의 회전 불가능한 부분일 수 있다. 회전자의 회전 속도는 단위 시간당 고정자에 대한 회전자의 완전한 회전의 수일 수 있다. 회전자는 회전자에 고정 연결된 적어도 하나의 영구 자석을 포함할 수 있고, 상기 영구 자석은 회전자와 함께 회전 가능한 일정한 자기장을 발생시키도록 형성된다. 예를 들어 회전자는 종 형상으로 형성될 수 있고, 둘레에 영구 자석 링을 포함할 수 있다. 회전자는 단극 또는 다극으로 구현될 수 있다. 고정자는 고정자에 대해 회전 가능한 가변 자기장, 즉 회전자계를 형성하기 위한 적어도 2개의 전기 코일을 포함할 수 있다. 고정자는 단극 또는 다극으로 구현될 수 있다. 회전자계는 예컨대 자기장, 자력 선속 또는 자기력선과 같은 성분들을 포함할 수 있고, 이들의 방향 또는 방향 설정은 특정 주파수로 변경된다. 주파수는 단위 시간당 고정자에 대한 회전자계의 성분인 자기력선의 띠의 수를 나타낸다. 고정자는 예를 들어 회전자의 종 형상 내에 배치될 수 있다. 고정자는 무센서로 구현될 수 있다. 전기 코일은 가변 전압 및/또는 가변 전류 흐름을 형성하기 위한 제어 가능한 수단에 연결될 수 있다. 예를 들어 고정자는 3개의 전기 코일을 포함할 수 있고, 상기 전기 코일은 서로 120°의 각도로 배치되고, 서로 무관하게 결선될 수 있다. 전기 모터는 무브러시 직류 모터일 수 있다. 직류 모터의 경우에 회전자계를 형성하기 위해, 코일을 통해 미리 정해진 순서로 전류가 흐를 수 있다. 코일들 중 2개의 코일을 통해 동시에 전류가 흐를 수도 있다. 정류란 상기 순서로 코일의 전환일 수 있다. 전환에 의해 회전자계의 회전이 이루어질 수 있다. 가속 또는 시동은 회전자가 정지 상태로부터 목표 회전 속도 또는 설정 회전 속도까지 가속되는 과정일 수 있다. 위상 위치는 고정자 또는 고정자의 권선에 대한 자기장 또는 회전자계의 자기장의 각도일 수 있다. 역전압은 회전자의 회전 및 회전자의 영구 자기장으로 인해 고정자의 코일에 유도되는 전압일 수 있다. 역전압은 회전자계의 형성을 위한 전압 및/또는 전류를 저지할 수 있다. 역전압은 고정자의 개별 코일에서 사인 형태의 곡선을 가질 수 있다. 역전압은 회전자의 자기장과 동기로 코일에 형성될 수 있다. 역전압은 회전자의 회전 속도에 비례해서 증가할 수 있다. 회전자계의 위상 위치는 역전압의 위상 위치에 대해 이동될 수 있다. 위상 변이는 회전자계의 위상 위치와 역전압의 위상 위치 사이의 각도차일 수 있다. 회전자계의 성분의 진폭은 코일에 의해 형성된 자기장의 강도일 수 있다. 회전자계의 성분의 진폭이 더 큰 경우에, 회전자에 더 많은 모멘트가 전달될 수 있다. 고정자의 코일에 전류가 공급되는 동안 코일 내의 역전압은 코일 내의 전류에 의해 중첩될 수 있으므로 거의 검출될 수 없다.
또한, 전기 모터의 가속 또는 시동 시 전기 모터의 무센서 정류식 고정자의 회전자계의 주파수와 전기 모터의 영구 여자 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 장치가 제안되고, 상기 장치는 하기 특징들을 포함한다:
회전자계의 위상 위치와 회전자에 의해 고정자에 유도된 역전압의 위상 위치를 검출하고 회전자계와 역전압 사이의 위상 변이를 제공하도록 형성된 검출 수단을 포함하고,
회전 속도와 주파수를 동기화하기 위해, 회전자가 회전자계를 뒤따르는 경우에, 성분의 진폭이 커지거나, 또는 회전자가 회전자계에 선행하는 경우에 성분의 진폭이 작아지도록, 위상 변이를 이용하여 회전자계의 적어도 하나의 성분의 실제 진폭을 조정하도록 형성된 조정 수단을 포함한다.
장치 형태의 본 발명의 이러한 실시예에 의해 본 발명의 과제는 신속하고 효율적으로 해결될 수 있다.
여기서 장치란 센서 신호를 처리하고 그에 따라서 제어 및/또는 데이터 신호를 출력하는 전기 장치일 수 있다. 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어적으로 형성될 수 있는 인터페이스를 포함할 수 있다. 하드웨어적인 형성 시 인터페이스는 예를 들어, 장치의 다양한 기능을 포함하는 소위 시스템-ASIC의 부분일 수 있다. 그러나 인터페이스는 고유의 집적 회로일 수 있거나 또는 적어도 부분적으로 이산 소자들로 이루어질 수 있다. 소프트웨어적인 형성 시 인터페이스는 다른 소프트웨어 모듈 외에 예를 들어 마이크로컨트롤러에 제공된 소프트웨어 모듈일 수 있다.
실제 전류 흐름이 회전자계를 형성하는 고정자의 코일에 의해 변경됨으로써, 회전자계의 성분의 진폭이 변경될 수 있고, 이 경우 회전자가 회전자계를 뒤따르는 경우에, 전류 흐름은 증가하거나, 또는 회전자가 회전자계에 선행하는 경우에, 전류 흐름은 감소한다. 회전자계의 성분의 진폭은 전류 흐름에 비례할 수 있다. 전류 흐름이 증가하거나 또는 상승하는 경우에, 회전자계의 성분들은 강해질 수 있다. 전류 흐름이 감소하거나 낮아지는 경우에, 회전자계의 성분들은 약해질 수 있다.
펄스폭 변조의 실제 듀티 사이클이 변동됨으로써, 전류 흐름이 변경될 수 있고, 이 경우 회전자가 회전자계를 뒤따르는 경우에, 듀티 사이클은 증가하거나, 또는 회전자가 회전자계에 선행하는 경우에, 듀티 사이클은 감소한다. 펄스폭 변조는 2개의 스위칭 상태를 갖는 스위치의 스위칭 지속 시간의 조정에 의해 전류 흐름의 다양한 값을 가능하게 할 수 있다. 스위칭 지속 시간 동안 최대 전류 흐름이 가능해질 수 있고, 스위칭 지속 시간 외에서는 전류 흐름이 불가능해질 수 있으며, 이 경우 전류 흐름의 선택적인 평활화 후에 효과적인 전류 흐름으로서 전류 흐름의 평균값이 얻어진다.
위상 변이가 한계값보다 작은 경우에, 회전자계의 성분의 진폭은 회전자의 설정 회전 속도와 회전자의 회전 속도를 이용하여 조절될 수 있고, 회전 속도가 설정 회전 속도보다 작은 경우에, 회전자계의 성분의 진폭은 커지거나, 또는 회전 속도가 설정 회전 속도보다 큰 경우에, 회전자계의 성분의 진폭은 작아질 수 있다. 회전 속도는 조절 회로에서 조절될 수 있다. 피드백되는 조절 변수는 회전 속도일 수 있다. 조절 회로는 기준 변수로서 설정 회전 속도를 포함할 수 있다. 조절 변수는 성분의 진폭일 수 있다. 조절 변수는 비례 상수 및/또는 적분 상수 및/또는 미분 상수를 이용해서 조절 편차로부터 결정될 수 있다.
역전압의 진폭이 최소 진폭보다 큰 경우에, 회전자계의 위상 위치 및 대안으로서 또는 추가로 역전압의 위상 위치가 검출될 수 있다. 역전압의 진폭이 최소 진폭보다 큰 경우에, 위상 위치가 확실하게 검출될 수 있다. 조절 복잡성을 줄이기 위해, 역전압의 진폭이 최소 진폭보다 큰 경우에, 회전자계의 위상 위치가 검출될 수 있다.
방법은 시동 신호에 응답해서 구현되는 회전자계의 제공 단계를 포함하고, 이 경우 회전자계의 주파수는 사전 설정된 램프 함수(ramp function)의 사용해서 증가한다. 램프 함수는 주파수의 일정한 증가를 나타낼 수 있다. 램프 함수에 의해 모터는 회전자의 실제 회전 속도를 검출하지 않고 시동될 수 있는데, 그 이유는 램프의 기울기는, 회전자가 그 관성에도 불구하고 회전하는 회전자계에 의한 가속을 따를 수 있도록 설정될 수 있기 때문이다. 역전압이 검출될 수 있는 경우에야, 회전자의 가속 또는 시동이 제어될 수 있다.
역전압의 진폭이 검출될 수 있고, 회전자계의 성분의 진폭은 역전압의 진폭을 이용하여 변경될 수 있다. 고정자의 코일에서 높은 시동 전류를 방지하기 위해, 회전자계의 성분의 진폭은 역전압의 진폭과 관련해서 증가할 수 있다. 이로 인해 전기 모터에 의해 최대로 전달될 수 있는 회전 모멘트가 제한될 수 있다.
반도체 메모리, 하드 디스크 메모리 또는 광학 메모리와 같은 기계 판독 가능한 캐리어에 저장될 수 있고 전술한 실시예들 중 하나에 따른 방법을 실시하기 위해 사용되는 프로그램 코드를 가진 컴퓨터 프로그램 제품도, 상기 프로그램 제품이 컴퓨터 또는 장치에서 실행되는 경우에 바람직하다.
본 발명은 하기에서 첨부된 도면을 참고로 예시적으로 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 고정자의 회전자계와 전기 모터의 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 장치의 블록 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 고정자의 회전자계와 전기 모터의 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법의 흐름도.
도 3은 전기 모터의 시동 과정 동안 역전압의 특성 곡선 및 회전자계의 자력 선속의 특성 곡선을 도시한 도면.
도 4는 다양한 전기 모터의 회전 모멘트 곡선을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 접속 다이어그램과 함께 선행하는 역전압을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 접속 다이어그램과 함께 뒤따르는 역전압을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 접속 다이어그램과 함께 동기화된 역전압을 도시한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예의 하기 설명에서 다양한 도면들에 도시된 유사한 작용을 하는 부재들에는 동일하거나 유사한 도면부호가 사용되고, 이 경우 상기 부재들의 반복 설명은 생략된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 가속 또는 시동 시 전기 모터의 무센서 정류식 고정자의 회전자계 또는 주파수와 전기 모터의 영구 여자 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 장치(100)의 블록 회로도를 도시한다. 장치(100)는 검출 수단(102)과 조정 수단(104)을 포함한다. 검출 수단(102)은, 회전자에 의해 고정자에 유도된 역전압의 위상 위치와 회전자계의 위상 위치를 검출하도록 형성된다. 또한, 검출 수단(102)은 회전자계와 역전압 사이의 위상 변이를 제공하도록 형성된다. 조정 수단(104)은, 회전 속도와 회전자계 또는 주파수를 동기화하기 위해, 회전자계의 성분의 실제 진폭을 위상 변이를 이용하여 조정하도록 형성된다. 즉, 회전자가 회전자계를 뒤따르는 경우에 진폭은 커지거나, 또는 회전자가 회전자계에 선행하는 경우에 진폭은 작아진다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 고정자의 회전자계 또는 주파수와 전기 모터의 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 방법(200)은 검출 단계(202)와 조정 단계(204)를 포함한다. 검출 단계(202)에서, 회전자계와 역전압 사이의 위상 변이를 얻기 위해, 회전자계의 위상 위치와 회전자에 의해 고정자에 유도된 역전압의 위상 위치가 검출된다. 조정 단계(204)에서, 회전자계 또는 주파수와 회전 속도를 동기화하기 위해, 회전자계의 (성분의) 실제 진폭이 위상 변이를 이용하여 조정되고, 이 경우 회전자가 회전자계를 뒤따르는 경우에 진폭은 커지거나, 또는 회전자가 회전자계에 선행하는 경우에 진폭은 작아진다.
도 3은 전기 모터의 시동 과정 동안 역전압의 특성 곡선(302)과 회전자계의 자력 선속의 시간에 따른 특성 곡선(300)을 도시한다. 회전자계(300)와 역전압(302)은 전기 모터의 고정자와 관련해서 제시된다. 세로 축에 진폭이 도시된다. 도시된 경우에 회전자계(300) 및 역전압(302)은 사인 형태의 특성 곡선을 갖는다. 이 경우 회전자계와 역전압의 주파수는 동기로 상승한다. 회전자계(300)는 일정한 진폭을 갖는(예를 들어 자력 선속과 같은) 성분을 갖는다. 역전압의 진폭은 주파수에 비례한다. 회전자계(300)는 위상 변이(304)만큼 역전압(302)에 선행한다. 도시된 특성 곡선(300, 302)에 역전압(302)의 임계값(306)이 도시된다. 임계값(306)은 진폭의 도시되지 않은 중립 위치에 대해 대칭으로 도시된다. 역전압(302)은 제 4 진동에서 임계값(306)만큼 높다. 제 5 진동에서 역전압(302)은 임계값(306)보다 크다. 예를 들어 역전압(302)은 임계값(306)부터 정확히 검출될 수 있으므로, 역전압(302)의 위상 위치가 결정될 수 있다. 따라서, 역전압(302)이 임계값(306)을 초과한 후에, 여기에 제안된 방법에 따라 회전자계(300)의 진폭이 증가할 수 있으므로, 위상 변이(304)는 감소하고 및/또는 0을 향해 갈 수 있다. 위상 변이(304)가 한계값보다 작으면, 회전자계(300)와 역전압은 동기화된다.
BLDC-모터는 무브러시 직류 전기 모터이고, 상기 전기 모터는 영구자석 회전자와 전기 정류식 고정자 코일로 이루어진다. 상기 전기 모터는 브러시를 포함하지 않기 때문에, 자기장은 전기 제어장치 및 구동 회로 장치에 의해 회전된다. 회전자는 기계적 하중에 의존해서 회전하는 자기장을 따른다.
회전하는 영구자석은 고정자 코일에 전압(302)을 유도하고, 상기 전압은 회전자계를 생성하기 위한 교류 전압(300)과 중첩된다. 이러한 유도 전압(302)은 역전기력이라고 하고(역-EMK 또는 역전압)(BEMF), BEMF-신호들은 회전자의 회전 속도에 비례한다.
여기에서 코일 전류(300)라고 하는 회전하는 자기장 및 BEMF(302)가 동기화되면, BLDC-모터는 최적으로 제어된다(최소 전류 소비, 최소 소음). 최적의 제어를 보장하기 위해, 회전자의 위치가 검출되어야 한다. 따라서 자기장(300)은 BEMF(300)에 상응하게 회전될 수 있다.
회전자 위치를 검색하기 위한 센서가 제공되지 않은 경우에, 회전자 위치를 평가하기 위해 BEMF(302)가 사용될 수 있다. 특정 임계 회전 속도부터 평가가 가능하다. 이러한 한계치(306) 미만에서 BEMF-신호(302)는 회전자 위치 평가를 실시하기에 충분하지 않고, 이 경우 BEMF(302)의 진폭은 회전자 회전 속도에 비례한다. 따라서 자기장(300)과 BEMF(302)의 동기화는 불가능할 수 있다. 도 3에는 시동 과정이 도시되고, 이 경우 자기장(300)과 BEMF(302)는 동기화되지 않는다. 자기장(300)과 BEMF(302)는 시동 과정 동안 위상 변이(304)를 갖는다.
전술한 임계값(306)으로부터 2개의 이산 위상으로, 즉 모터 시동 모드와 정상 모드로 BLDC-모터 모드를 분리할 필요가 있다. 시동을 위한 가장 간단한 가능성은 "블라인드" 알고리즘이고, 상기 알고리즘은 BEMF 레벨(302)이 임계값(306) 미만인 동안, 자기장(300)의 주파수를 회전자 위치를 고려하지 않고 단계적으로 증가시킨다. 임계값(306)에 도달하고 BEMF-신호들(302)이 액세스되면, 정상 모드로 전환하기 전에 자기장(300)과 회전자의 위치의 동기화가 필요하다. 여기에 제시된 방법은 가속 과정과 특히 시동 단계로부터 정상 모드로 평활한 이행을 가능하게 하는 알고리즘을 다룬다.
속도 임계값(306)에 도달하면, 모터는 회전자계를 생성하는 모든 AC-소스들의 분리에 의해 자유롭게 작동될 수 있다. 그리고 나서 BEMF(302)가 측정될 수 있고, 자기장(300)은 다시 정확한 위치에 형성될 수 있다. 이러한 방법에 의해 동기화 단계 동안 부하 변동은 모터의 정지를 야기할 수 있다. 프리휠링 단계 동안 회전자는 그 관성에 의해서만 더 회전된다. 기계적 펄스에서 중단이 이루어진다.
도 4는 다양한 전기 모터들의 회전 모멘트 곡선(400, 402, 404, 406)을 도시한다. 가로 축에 회전 속도가 도시된다. 회전 속도는 0의 원점에서 시작한다. 세로 축에 회전 모멘트가 도시된다. 회전 모멘트도 0의 원점에서 시작한다. 제 1 전기 모터는 제 1 회전 모멘트 곡선(400)을 갖는다. 제 1 전기 모터의 회전 모멘트는 회전 속도에 걸쳐 일정하다. 제 2 전기 모터는 제 2 회전 모멘트 곡선(402)을 갖는다. 제 2 전기 모터의 회전 모멘트는 회전 속도에 걸쳐 선형으로 증가한다. 제 3 전기 모터는 제 3 회전 모멘트 곡선(404)을 갖는다. 제 3 전기 모터의 회전 모멘트는 회전 속도에 걸쳐 2차 함수적으로 증가한다. 제 4 전기 모터는 제 4 회전 모멘트 곡선(406)을 갖는다. 제 4 전기 모터의 회전 모멘트는 회전 속도에 반비례적으로 감소한다.
도 4에는 예를 들어 일정한 회전 모멘트(400), 회전 속도에 대해 선형으로 증가하는 회전 모멘트(402), 회전 속도에 대해 2차 함수적으로 증가하는 회전 모멘트(404) 및 회전 속도에 반비례적으로 감소하는 회전 모멘트(406)를 갖는 다양한 유형의 모터의 회전 모멘트들이 도시된다.
회전 모멘트가 일정한 경우에, 가속은 한계 회전 속도에 도달 시 자기장과 BEMF가 동기화되도록 설정될 수 있다. 이러한 방법은 예컨대 크레인 또는 와인딩 모터의 경우에서와 같이 일정한 회전 모멘트를 필요로 한다. 상이한 기계적 부하 프로파일(400, 402, 404, 406)이 도 4에 도시된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 접속 다이어그램과 함께 선행하는 역전압(302)을 도시한다. 개별 모터 위상에서 전압 레벨이 도시되고, 상기 전압 레벨은 전기 모터의 회전 동안 전류 흐름과 인과 관계에 있다. 전압 레벨은 6단계 블록 정류를 이용하여 조절된다. 6단계 블록 정류 시 회전은 6번의 동일한 크기의 각도 단계(500, 502, 504, 506, 508, 510)로 분할된다. 여기에 도시된 실시예에서 위상은 제 3 단계(504) 및 제 4 단계 (506) 단계 동안 PWM (펄스폭 변조) 모드에서 액티브하게 제어된다. 모터 위상에서 제 3 단계(504) 및 제 4 단계(506) 동안 일정한 높은 전류(512)가 흐른다. 제 3 단계(504) 및 제 4 단계(506) 동안 역전압(302)이 검출될 수 없다. 제 3 단계(502) 및 제 5 단계(508)에서 역전압(302)이 스캐닝된다. 중첩된 BEMF(역전압)-신호(302)는 여기 신호(512)에 대해서 우측으로 제 6 단계(510)의 방향으로 이동된다. 스캐닝에 의해 역전압(302)의 위상 위치가 결정될 수 있다. 도시된 실시예에서 전기 모터의 회전자는 회전자계에 선행하고, 따라서 제 5 단계(508)에서만 역전압(302)이 검출된다 역전압(302)은 제 5 단계(508)에서 사인 형태로 강하한다. 회전자계와 회전자를 동기화하기 위해, 여기에 제시된 방법에 따라 모터 위상과 역전압(302)의 위상 위치들이 검출되므로, 위상 변이가 결정될 수 있다. 회전자는 회전자계에 선행하기 때문에, 제 3 단계(504)와 제 4 단계(506)에서 전류(512)의 전류 강도는 감소한다. 더 낮은 전류 강도에 의해 고정자 내의 자기장이 더 약해지고, 회전자에 더 작은 힘이 작용함으로써, 회전자는 약간 제동되고, 위상 변이는 작아진다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 접속 다이어그램과 함께 뒤따르는 역전압(302)을 도시한다. 도면은 도 5의 도면에 상응한다. 도 5와 달리 중첩된 BEMF-신호(302)는 여기 신호(512)에 대해서 좌측으로 제 2 단계(502)의 방향으로 이동된다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 모터 위상에서 제 3 단계(504)와 제 4 단계(504) 동안 전류(512)가 흐른다. 위상은 제 3 단계(504)와 제 4 단계(506) 동안 PWM-모드(puls width modulation)에서 액티브하게 제어된다. 여기에 도시된 실시예에서 역전압(302)은 제 2 단계(502)에서 사인 형태로 상승하는 한편, 제 5 단계(508)에서 전압은 검출될 수 없다. 즉, 전기 모터의 회전자는 회전자계를 뒤따른다. 회전자계와 회전자를 동기화하기 위해, 도 5에서처럼 위상 변이가 결정된다. 회전자는 회전자계를 뒤따르기 때문에, 전류(512)의 전류 강도는 증가한다. 더 큰 전류 강도에 의해 고정자 내의 자기장이 더 강해지고, 회전자에 더 큰 힘이 작용함으로써, 위상 변이는 작아진다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 모터의 접속 다이어그램과 함께 동기화된 역전압(302)을 도시한다. 도면은 도 5 및 도 6의 도면에 상응한다. 도 5 및 도 6에서 나타나는 바와 같이, 모터 위상에서 제 3 단계(504)와 제 4 단계(506) 동안 전류(512)가 흐르고, 위상은 제 3 단계(504)와 제 4 단계(506) 동안 PWM-모드에서 액티브하게 제어된다. 여기에 도시된 실시예에서 중첩된 BEMF-신호(302)는 여기 신호(512)에 대해서 정확히 동기화된다. 제 2 단계(502) 동안 역전압(302)은 사인 형태로 상승한다. 제 5 단계에서 역전압(302)은 사인 형태로 강하한다. 전기 모터의 회전자는 회전자계에 선행하지도 뒤따르지도 않는다. 전기 모터는 이제 설정 회전 속도로 가속될 수 있다. 설정 회전 속도로 가속 시 가속력에 의해 위상에서 전류 흐름(512)은 증가할 수 있으므로, 더 많은 회전 모멘트가 회전자에 전달될 수 있고, 새로운 위상 변이는 저지될 수 있다.
다시 말해서, 도 5, 도 6 및 도 7은 BLDC 모터의 시동 중에 그리고 제어된 시동과 정상적인 작동 사이의 전환 중에 역전압(302)의 동기화의 실시예들을 도시한다. 예를 들어 모터는 오일 펌프의 구동 장치로서 사용될 수 있고, 여기에 제시된 방법에 따라 제어될 수 있다. 도 5, 도 6 및 도 7은 BLDC-모터의 제어된 무센서 가속의 최종 위상을 도시한다. 이 경우 회전하는 자기장과 BEMF(302)의 동기화는 회전 모멘트 손실 없이 이루어진다.
임계값에 도달하면, 위상 변이의 방향이 검출된다. BEMF(302)는 자기장 및 야기되는 전류(512)를 뒤따르거나(도 6) 선행한다(도 5). BEMF(302)가 뒤따르는 경우에(도 6), 자기장의 진폭은 커질 수 있다. BEMF(302)가 선행하는 경우에(도 5), 진폭은 작아질 수 있다. 여기 신호(512)는 PWM(puls width modulation) 신호일 수 있다. 진폭 조절은 듀티 사이클의 변동에 의해 변경될 수 있다. 적절하게 동기화된 상태에 도달하면(도 7), 가속 과정은 종료될 수 있다. 이때 물론 폐쇄 루프에 의해 정상적인 조절 위상으로 전환이 이루어지고 이미 제공된 위치 정보가 이용될 수 있다.
여기에 제시된 방법에 의해 모터는 전체 시간 동안 조절될 수 있으므로, 기계적인 회전 모멘트에 중단이 발생하지 않는다. 가속 중에 부하 변동은 어느 정도는 허용될 수 있다.
전술한 기술은 자동 변속기-제어 유닛에서 BLDC 기반의 전기 오일 펌프의 제어를 위해 사용될 수 있다.
보완적으로 적응형 가속 또는 시동이 실시될 수 있다. 이 경우 시동 위상 동안 BEMF-신호 형태(302)는 전술한 바와 동일한 로직으로 확인된다. 자기장의 진폭은 검출된 형태에 따라 보정되므로, 전기 모터의 시동 전류는 최소화될 수 있다. 도 7에서처럼 동기화된 BEMF(302)가 검출되는 경우에, 폐루프 조절로의 전환이 이루어진다. 적응형 시동 위상을 포함하는 방법에 의해 시동 전류는 감소할 수 있고 가속 과정은 더 신속해질 수 있다.
도면에 도시되고 전술한 실시예들은 예시적으로만 선택되었다. 상이한 실시예들은 전체적으로 또는 개별 특징들과 관련해서 서로 조합될 수 있다. 또한, 하나의 실시예는 다른 실시예의 특징에 의해 보완될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법 단계들은 반복해서 그리고 전술한 순서와 다른 순서로 실시될 수 있다.
실시예가 제 1 특징과 제 2 특징 사이에 "및/또는" 접속사를 포함하는 경우에, 이는 실시예가 하나의 구현에 따라 제 1 특징과 제 2 특징을 포함하고, 다른 구현에 따라 제 1 특징 또는 제 2 특징만을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
100 장치
102 검출 수단
104 조정 수단
200 방법
202 검출 단계
204 조정 단계
300 회전자계
304 위상 변이
512 전류 흐름

Claims (9)

  1. 전기 모터의 가속 또는 시동 시 상기 전기 모터의 무센서 정류식 고정자의 회전자계(300)의 주파수와 상기 전기 모터의 영구 여자 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법(200)으로서, 상기 방법(200)은
    상기 회전자계(300)와 역전압(302) 사이의 위상 변이(304)를 얻기 위해, 상기 회전자계(300)의 위상 위치와 상기 회전자에 의해 상기 고정자에 유도된 역전압(302)의 위상 위치를 검출하는 검출 단계(202), 및
    주파수와 회전 속도를 동기화하기 위해, 상기 회전자가 상기 회전자계(300)를 뒤따르는 경우에, 성분의 진폭이 커지거나, 또는 상기 회전자가 상기 회전자계(300)에 선행하는 경우에, 성분의 진폭이 작아지도록, 상기 위상 변이(304)를 이용하여 상기 회전자계(300)의 적어도 하나의 성분의 실제 진폭을 조정하는 조정 단계(204)를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조정 단계(204)에서 실제 전류 흐름(512)이 상기 회전자계(300)를 형성하는 상기 고정자의 코일에 의해 변경됨으로써, 상기 회전자계(300)의 상기 성분의 진폭이 변경되고, 이 경우 상기 회전자가 상기 회전자계(300)를 뒤따르는 경우에, 상기 전류 흐름(512)은 증가하거나, 또는 상기 회전자가 상기 회전자계(300)에 선행하는 경우에, 상기 전류 흐름(512)은 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 조정 단계(204)에서 펄스폭 변조의 실제 듀티 사이클이 변동됨으로써, 상기 전류 흐름(512)이 변경되고, 이 경우 상기 회전자가 상기 회전자계(300)를 뒤따르는 경우에, 상기 듀티 사이클은 증가하거나, 또는 상기 회전자가 상기 회전자계(300)에 선행하는 경우에, 상기 듀티 사이클은 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 단계(204)에서 상기 위상 변이(304)가 한계값보다 작은 경우에, 상기 회전자계(300)의 성분의 진폭은 상기 회전자의 설정 회전 속도와 상기 회전자의 회전 속도를 이용하여 조절되고, 회전 속도가 상기 설정 회전 속도보다 작은 경우에, 상기 회전자계(300)의 성분의 진폭은 커지거나, 또는 회전 속도가 상기 설정 회전 속도보다 큰 경우에, 상기 회전자계(300)의 성분의 진폭은 작아지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 단계(202)에서 상기 역전압(302)의 진폭이 최소 진폭(306)보다 큰 경우에, 상기 회전자계(300)의 위상 위치 및/또는 상기 역전압(302)의 위상 위치가 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자계(300)의 제공 단계를 포함하고, 상기 제공 단계는 시동 신호에 응답해서 실시되고, 상기 회전자계(300)의 주파수는 사전 설정된 램프 함수를 이용해서 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제공 단계에서 상기 역전압(302)의 진폭이 검출되고, 상기 조정 단계(204)에서 상기 회전자계(300)의 성분의 진폭은 상기 역전압(302)의 진폭을 이용해서 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 전기 모터의 가속 또는 시동 시 상기 전기 모터의 무센서 정류식 고정자의 회전자계(300)의 주파수와 상기 전기 모터의 영구 여자 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 장치(100)로서, 상기 장치(100)는 적어도 하나의 하기 특징들, 즉
    상기 회전자계(300)의 위상 위치와 상기 회전자에 의해 상기 고정자에 유도된 역전압(302)의 위상 위치를 검출하고 상기 회전자계(300)와 상기 역전압(302) 사이의 위상 변이를 제공하도록 형성된 검출 수단(102)을 포함하고,
    상기 회전 속도와 상기 주파수를 동기화하기 위해, 상기 회전자가 상기 회전자계(300)를 뒤따르는 경우에, 성분의 진폭이 커지거나, 또는 상기 회전자가 상기 회전자계(300)에 선행하는 경우에, 성분의 진폭이 작아지도록, 상기 위상 변이(304)를 이용하여 상기 회전자계(300)의 적어도 하나의 성분의 실제 진폭을 조정하도록 형성된 조정 수단(104)을 포함하는 장치.
  9. 프로그램 제품이 장치에서 실행되는 경우에, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 프로그램 코드를 가진 컴퓨터 프로그램 제품.
KR1020130158105A 2012-12-19 2013-12-18 고정자의 회전자계와 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법 및 장치 KR20140079736A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012223847.6A DE102012223847A1 (de) 2012-12-19 2012-12-19 Verfahren und Vorrichtung zum Synchronisieren einer Drehzahl eines Rotors mit einem Drehfeld eines Stators
DE102012223847.6 2012-12-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140079736A true KR20140079736A (ko) 2014-06-27

Family

ID=50878617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130158105A KR20140079736A (ko) 2012-12-19 2013-12-18 고정자의 회전자계와 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법 및 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9281768B2 (ko)
JP (1) JP6440355B2 (ko)
KR (1) KR20140079736A (ko)
DE (1) DE102012223847A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10920627B2 (en) 2016-09-22 2021-02-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Adjusting unit of an internal combustion engine
EP3299595A1 (de) 2016-09-22 2018-03-28 Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG Nockenwellenversteller
DE102016218192B3 (de) * 2016-09-22 2018-01-25 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Nockenwellenversteller

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0515179A (ja) * 1991-07-03 1993-01-22 Shinko Electric Co Ltd 同期電動機の起動方法
JP3852740B2 (ja) * 2000-06-30 2006-12-06 スズキ株式会社 フットレストの取付構造
DE10221385A1 (de) 2002-05-14 2003-11-27 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Starten eines bürstenlosen Gleichstrommotors
US7403584B2 (en) * 2003-12-31 2008-07-22 Intel Corporation Programmable phase interpolator adjustment for ideal data eye sampling
JP2012090464A (ja) * 2010-10-21 2012-05-10 Panasonic Corp インバータ制御装置と電動圧縮機および電気機器

Also Published As

Publication number Publication date
US9281768B2 (en) 2016-03-08
JP2014124086A (ja) 2014-07-03
US20140167664A1 (en) 2014-06-19
DE102012223847A1 (de) 2014-06-26
JP6440355B2 (ja) 2018-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9998059B2 (en) Motor driving apparatus
KR101041076B1 (ko) 브러시리스 직류모터의 기동제어방법
TWI316785B (en) Apparatus for controlling an electric motor
JP4167232B2 (ja) ブラッシュレス直流モーターの制御方法
JP2009033928A (ja) モータ起動装置及びモータ起動方法
JPWO2016035298A1 (ja) モータ駆動装置およびブラシレスモータ
US20140203743A1 (en) Drive apparatus and drive method for brushless motor
EP1739822A1 (en) Three phase BLDC motor controller and control method thereof
CN112913136A (zh) 电动机控制装置
KR20180067029A (ko) 진상각 제어기
KR20140079736A (ko) 고정자의 회전자계와 회전자의 회전 속도를 동기화하기 위한 방법 및 장치
KR102619910B1 (ko) 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치
EP3168981A1 (en) Rotor position detection apparatus and motor control apparatus
CN108092572B (zh) 一种不具有整流器的三相同步电机的启动的控制方法
JP2011030385A (ja) モータ駆動装置、及びモータに備えられたロータの相対位置の判別方法
KR100859077B1 (ko) 압축기 구동 모터의 기동제어 방법
JP4531180B2 (ja) 同期モータおよび同期モータの起動方法
JP2007282319A (ja) 同期モータ制御装置
CN107528504B (zh) 用于驱动包括转子的电机的方法和驱动电路
JP7415864B2 (ja) モータの制御システムおよび制御方法
KR101912694B1 (ko) 모터 제어 모듈, 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법
KR101927514B1 (ko) 정현파 전류구동 드라이브 ic로 단일 홀-센서를 갖는 bldc 모터를 구동하는 방법 및 이를 위한 장치
JP5422526B2 (ja) ブラシレスモータの駆動装置
KR20180034462A (ko) 전자 정류 전동기의 시간 이산적 제어 방법
KR20100083919A (ko) 모터의 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid