KR20150041643A - 전기 기계, 특히 자동차를 위한 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템 - Google Patents

전기 기계, 특히 자동차를 위한 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

전기 기계, 특히 자동차를 위한 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템. 영구자석 3상 전기 기계(10)의 전자기 토크의 제어를 위한 시스템(1)은, 전류를 측정하기 위한 수단(2), 측정된 3개의 전류들을 3상 시스템들의 변환에 기초하여 전류의 직축 성분(Id) 및 횡축 성분(Iq)으로 치환(transpose)할 수 있는 치환 수단(3), 토크 설정점(
Figure pct00046
)을 전류의 횡축 성분(Iq)에 대한 설정점(Ireq) 및 전류의 직축 성분(Ia)에 대한 설정점(Ireq)으로 변환할 수 있는 변환 수단(4), 제어 전압들(U1, U2, U3)을 결정하기 위한 수단, 및 상기 결정된 제어 전압들(U1, U2, U3)을 상기 전기 기계(10)에 인가할 수 있는 제어 수단(9)을 포함한다.

Description

전기 기계, 특히 자동차를 위한 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템{System for controlling the electromagnetic torque of an electric machine in particular for motor vehicle}
본 발명은 전기 구동 기계가 장착된 자동차의 트랜스미션의 전자기 토크, 특히 열 엔진 및 전기 구동 기계가 장착된 자동차의 하이브리드 트랜스미션의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
하이브리드 트랜스미션은 일반적으로, 2개의 동심(concentric) 주 샤프트들, 및 상기 2개의 주 샤프트들 사이의 제1 결합 수단을 포함하며, 상기 2개의 동심 주 샤프트들 각각은 상기 차량의 휠들에 연결된 부 샤프트 상에 적어도 하나의 레벨-다운 기어를 가지는바(carry), 상기 제1 결합 수단은 3개의 위치들:
상기 전기 기계를 상기 휠들에 연결하는 기구 연쇄(kinematic chain)로부터 상기 열 엔진이 분리되는 제1 위치,
상기 열 엔진이 상기 전기 기계에 독립적으로 휠들을 구동하는 제2 위치, 및
상기 열 엔진 및 상기 전기 기계의 개별의 토크들이 상기 휠들의 방향으로 더해지도록 상기 열 엔진 및 상기 전기 기계가 결합되는 제3 위치를 점유할 수 있다.
상기 전기 모터에 연결된 상기 주 샤프트를 상기 부 샤프트에 연결하기 위한 3개의 위치들:
상기 전기 모터가 상기 부 샤프트에 직접 결합되지 않는 제1 위치,
상기 전기 모터가 제1 비율로 상기 부 샤프트에 직접 연결되는 제2 위치, 및
상기 전기 모터가 제2 비율로 상기 부 샤프트에 직접 연결되는 제3 위치도 있다.
상기 전기 기계만이 추진 토크를 상기 자동차에 제공하는 경우, 다시 말하자면 순전히 전기 추진력을 가지는 자동차에서와 같이 순전히 전기 추진력의 경우에, 상기 전기 기계에 의해 제공되는 토크는 제어되어야만 한다. 전기 기계의 토크는 상기 전기 기계 안에서 순환하는 전류들에 직접적으로 연계되기 때문에 이 전류들은 정밀한 방식으로 제어되어야만 한다.
전기 기계에서, 특히 영구자석 축방향-자속 3상 동기기에서, 고정자의 상기 3개의 상들에 있어서의 전류들은 사인파형이며, 각각의 경우에 있어서
Figure pct00001
만큼 위상 편이된다. 이 전류들은 상기 전기 기계 내에서 회전 자기장을 생성한다. 회전자는, 예를 들어 1 내지 5개 사이의 극쌍들의 영구 자석들로 구성된다. 나침반과 유사하게 상기 회전자는 스스로 자연스럽게, 상기 회전자에 의해 생성된 상기 회전 자기장과 정렬된다. 따라서 상기 회전자의 회전의 주파수는 상기 고정자(동기식)의 전류들의 주파수와 동일하다. 상기 기계의 회전에 필요한 토크를 생성하는 것은 상기 고정자의 전류들의 진폭들 및 상기 회전자의 자석들의 파워(power)이다. 따라서, 이 전류들을 제어하기 위하여 그 각각도
Figure pct00002
만큼 위상 편이된 사인파형 전압들을 상기 고정자의 각각의 상에 인가할 필요가 있다.
일반적으로, 상수(constant)들에 대하여 조절(regulation)을 적용하는 것이 사인파형 신호들에 조절을 적용하는 것보다 용이하다. 등가 단상 시스템을 만들기 위하여 3차원 공간 내에 3상 시스템을 투영(project)하는 데에, 3상 시스템들의 변환, 예컨대 파크 변환(Park’s transform)이 일반적으로 이용된다. 따라서, 3상 시스템의 3개의 상들에 상대적으로 상기 고정자의 3개의 사인파형 전압들 및 상기 3개의 전류들을, 전류 또는 전압의 3개의 사인파형 신호들이 전류 또는 전압의 2개의 일정한(constant) 신호들의 형태로 표현되는 공간으로 치환하는 것이 가능한바, 상기 2개의 일정한 신호들 중 하나는 직축(Xd) 상에 있으며, 다른 하나는 횡축(Xq) 상에 있다. 이를 위하여, 파크(Park)의 기준계는 상기 회전하는 장에 연계된 기준계에 기초하는바, 즉, 상기 회전자에 연계된 기준계에 놓인 동기기의 경우이다.
따라서 파크 공간(Park’s space) 내에 표현되는 전류들 및 전압들을 가지고 작업함으로써, 제어될 3상 기계를 조절하기 위하여 사인파형 신호들 대신에 일정한 전류들 또는 전압들에 영향을 미치는 것이 가능하다.
역변환을 수행함으로써, 상기 기계의 보통 기준계(normal reference frame)로 복귀하는 것이 가능하며, 따라서 상기 기계의 각각의 상에서 어떤 전압들이 또는 어떤 전류들이 인가되는지를 정확하게 아는 것이 가능하다.
상기 3상 전기 기계를 위한 파워 공급원으로서 배터리를 이용하는 것은, 인가가능한 전압들이 상기 배터리의 캐패시턴스들에 의해 제한된다는 점에서 추가적인 제약조건들을 부과한다. 사실, 이 제한들로 인하여 특정 설정점들에 도달하는 것이 가능하지 않다. 달성가능한(attainable) 범위 외측의 설정점은 종종 불안정성의 생성자(generator)이다.
본 발명의 일 목적은, 전압 제한들에도 불구하고, 상기 기계 내의 전류들의 조절 동안에 상기 기계 내의 전류들의 안정성을 보장하는 것이다. 이 제약조건들로써 상기 설정점들이 달성불가능한 채로 남는다면, 그 목적은 상기 설정점에 가능한 한 가까이 도달하는 것이다.
미국 특허 US 6 181 091호에는 영구자석 동기기를 제어하기 위한 방법이 개시되는바, 그 방법에서 상기 모터의 각각의 지선(branch)을 가로지르는 전압들을 보장하는 펄스폭 변조(PWM) 모듈의 기능을 변경함으로써 포화가 회피된다. 이 알려진 제어 방법에서 전압 포화를 회피하기 위하여, 상기 동기기에 의해 접근가능(accessible)한 전자기 토크는, 특히 파크 공간(Park’s space) 내의 전류 성분을 직접적으로 제어함으로써, 감소된다.
일반적으로 전류의 횡축 성분을 제어하기 위하여, 도달될 횡축 성분 설정점의 함수로서 상기 전류의 직축 성분을 주는 맵핑(mapping)이 이용된다. 이 방법은 상기 전류 맵핑들 상에 일련의 조절들을 수행해야 하는 단점을 가진다. 덧붙여, 주어진 전자기 토크에 대하여 최적인 전류들이 얻어질 것이라는 점이 보장될 방법이 없다. 사실, 이 맵핑 방법으로 전압 포화의 조건들에 직면하지 않기를 보장하기 위하여 전류의 직축 성분의 값에 대한 안전 여분(margin)이 제공되는바, 다시 말하자면 상기 시스템을 제어할 때 포화에 직면할 위험을 겪지 않기 위하여 전류의 직축 성분은 필요한 것보다 더 많이 감소된다. 이 안전 여분은 상기 기계의 출력(output)의 손실로 현실화(implement)된다.
상기 전류의 직축 성분의 그러한 감소는 전압들의 감소를 수반하고 따라서 접근가능한 전자기 토크의 감소를 수반한다.
본 발명은, 전기 기계의 상태가 어떻든, 조절기(regulator)의 미리 결정된 일정한 이득들로써 전기 기계 내의 전류들의 안정성을 보장할 수 있도록 영구자석 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법을 제공하는 것을 제안한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 영구자석 3상 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템을 제공하는 것이 일 실시예에서 제안되는바, 상기 전자기 토크 제어 시스템은, 상기 기계의 3개의 상들을 가로질러 전달되는 전류를 측정하기 위한 수단, 상기 측정된 3개의 전류들을 3상 시스템들의 변환에 기초하여 전류의 직축 성분 및 횡축 성분(quadratic component)으로 치환(transpose)할 수 있는 치환 수단, 토크 설정점을 전류의 횡축 성분에 대한 설정점 및 전류의 직축 성분에 대한 설정점으로 변환할 수 있는 변환 수단, 제어 전압들을 결정하기 위한 수단, 및 상기 결정된 제어 전압들을 상기 전기 기계에 인가할 수 있는 제어 수단을 포함한다.
본 발명의 일반적 특징에 따라, 상기 결정 수단은, 전류의 상기 직축 성분 및 횡축 성분, 및 상기 설정점들을 수신하는 제1 계산 모듈, 및 제2 계산 모듈을 포함하고, 상기 제1 계산 모듈은, 변수들의 변화(change)를 적용하고 제어 변수들의 집합을 조절 모듈에 제공할 수 있으며, 상기 조절 모듈은 상기 제어 변수들의 함수로서 방정식 시스템(a system of equations)에 기초하여 계산되는 제어 파라미터들을 전달할 수 있고, 상기 방정식 시스템은 상기 전기 기계의 회전자의 자석들에 의해 발생되는 자속에 의해 야기되는 교란항들(disturbance terms)을 상기 전자기 토크에 기여하는 항들로부터 분리(isolating)하며, 상기 제2 계산 모듈은 상기 제어 파라미터들에 기초하여 결정되는 전압의 직축 성분 및 횡축 성분에 기초하여 제어 전압들을 계산할 수 있다.
변수 변화(change of variable)는 파크 공간에서 표현된 전자기 토크를 조절하는 방정식 시스템을 상기 자속에 의해 야기되는 교란들에 특유한 외인성 변수들(exogenous variables) 및 상기 전자기 토크에 특유한 내인성 변수들(endogenous variables)을 포함하는 방정식 시스템으로 변환할 수 있게 한다. 따라서 이 변수에 있어서의 변화는 교란들의 주파수를 상기 전자기 토크의 제어로부터 분리(isolate)함으로써 상기 교란들을 오프셋(offset)시킬 수 있게 한다.
또한 이 제어 시스템은 상기 전기 기계의 전류 리플들을 감소시킴으로써 상기 전기 기계의 전자기 토크를 평탄화(smooth)시킬 수 있게 한다.
3상 시스템들의 변환은 파크 변환일 수 있다. 또한 상기 변환은 포트스큐 변환(Fortescue transform), 클라크 변환(Clarke transform) 또는 Ku 변환(Ku transform)일 수 있다.
파크 공간 내에서 상기 변수들은 상기 동기기의 파크 평면(Park’s plan)의 2개의 축들(직축 및 횡축)에 적용되는 직축 성분 및 횡축 성분을 포함한다. 전압의 직축 성분 및 횡축 성분은 상기 동기기의 전류의 직축 성분 및 횡축 성분의 함수로서 표현된다.
유리하게, 등가 인덕턴스의 횡축 성분과 실질적으로 등가인 등가 인덕턴스의 직축 성분을 얻을 수 있도록, 상기 동기기가 3상 시스템들의 변환 평면(plan of the transform)의 직축과 횡축 사이에 대칭성을 가진다.
이 대칭성은 평탄한 비돌극들(smooth non-salient poles)을 이용함으로써 상기 전기 기계의 제조 중에 얻어질 수 있다. 그것은, 상기 전기 기계의 자석들에 의해 야기되는 자속의 유일한 인수(unique factor)의 함수로서 상기 전기 기계의 전자기 토크를 표현할 수 있게 한다.
파크 공간 내에서 조절될 연립 방정식(system of equations)은 다음의 표현에 따른 제어 변수들에 기초하여 표현된다:
Figure pct00003
여기에서 등가 인덕턴스는 Ls=Ld=Lq, 및 등가 저항은 Rs=Rd=Rq,
Figure pct00004
그리고
Figure pct00005
이며, Id는 상기 전기 기계에 의해 전달되는 전류의 직축 성분을 표현하고, Iq는 그 횡축 성분을 표현하며,
Figure pct00006
그리고
Figure pct00007
이며, Vd는 상기 전기 기계의 단자들에서의 전압의 직축 성분을 표현하고, Vq는 그 횡축 성분을 표현한다.
Figure pct00008
그리고
Figure pct00009
는, 파크 공간 내에서 표현된 교란들의 직축 성분 및 횡축 성분에 각각 대응되며, Φf는 상기 기계의 자석들에 의해 발생되는 자속을 표현하고, ωr은 상기 기계의 자기장의 회전 속력을 표현한다.
제어 파라미터들은 다음 수식에 기초하여 계산되며, 상기 제어 파라미터를 기초로 전압의 횡축 성분 및 직축 성분, 그 다음에 제어 전압들이 결정되는바, 그 다음 수식은:
Figure pct00010
여기에서 Kd, Kid, Kq, Kiq는 미리 결정된 일정한 이득들이며,
Figure pct00011
3 +
Figure pct00012
3 그리고
Figure pct00013
이며,
Figure pct00014
는 상기 직축 성분의 전류의 설정점을 표현하고,
Figure pct00015
는 상기 횡축 성분의 전류의 설정점을 표현한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 영구자석 3상 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법이 일 실시예에 따라 제안되는바, 상기 전자기 토크 제어 방법은, 상기 전기 기계의 3개의 상들을 가로질러 전달되는 전류의 측정, 3상 시스템들의 변환에 기초한, 상기 측정된 3개의 전류들의, 전류의 직축 성분 및 횡축 성분(quadratic component)으로의 치환(transposition), 상기 3상 시스템들의 변환에 결부된 평면(plan) 내에서 전류의 횡축 성분 및 직축 성분에 대한 2개의 설정점들의 수신, 제어 전압들의 결정, 및 상기 전기 기계에 인가될 전압들의 제어를 포함하고, 상기 제어 전압들의 결정은, 제어 변수를 제공하는 변수의 변화, 상기 제어 변수의 함수로서 표현된 연립 방정식에 기초하여 계산되는 제어 파라미터들의 조절, 및 상기 제어 파라미터들에 기초하여 결정되는 전압의 직축 성분 및 횡축 성분에 기초한 제어 전압들의 계산을 포함하며, 상기 연립 방정식은 상기 전기 기계의 회전자의 자석들에 의해 발생되는 자속에 의해 야기되는 교란항들(disturbance terms)을 상기 전자기 토크에 기여하는 항들로부터 분리(isolating)하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은 비제한적 실시예 및 실시의 비제한적인 모드의 상세한 설명을 살핌으로써, 그리고 또한 첨부 도면들을 살핌으로써 더 명확해질 것인바, 상기 첨부 도면들 중에서:
- 도 1에는 일 실시예에 따른 영구자석 3상 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법의 흐름도가 도시되며;
- 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 3상 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템이 개략적으로 도시된다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른, 영구자석 3상 동기기의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법의 흐름도가 도시된다.
제1 단계(110)에서 전류(I1, I2, I3)가 상기 영구자석 3상 동기기의 3개의 상들 각각에 대하여 측정된다.
제2 단계(120)에서, 상기 전기 기계에 의해 전달되는 전류를 회전하는 기준계에서 전류의 직축 성분(Id) 및 전류의 횡축 성분(Iq)에 따라 표현하도록, 측정된 3개의 상기 전류들(I1, I2, I3)에 파크 변환이 적용된다.
파크 공간에서 상기 동기기에 대하여 제어될 연립 방정식은 다음과 같다:
Figure pct00016
여기에서 Vd 및 Vq는 상기 전기 기계의 파크 평면의 2개의 축들(각각 직축 및 횡축)을 가로질러 인가되는 전압들이며, Id 및 Iq는 상기 파크 평면의 상기 2개의 축들(각각 직축 및 횡축)을 가로질러 상기 기계 내에서 순환하는 전류들이며, Rs는 상기 기계의 고정자의 등가 저항이며, Ld 및 Lq는 상기 기계의 파크 평면의 각각의 축(각각 직축 및 횡축)을 가로지르는 등가 인덕턴스들이고, ωr은 상기 기계의 자기장의 회전 속력인바 이는 상기 회전자의 회전 속력에 상기 기계의 극쌍들의 수를 곱한 값에 이르며, Φf는 상기 회전자의 자석들에 의해 발생되는 자속이다.
상기 동기기에 의해 발생되는 전자기 토크는 다음의 수식에 기초하여 계산될 수 있다:
Figure pct00017
여기에서 Cem는 상기 기계에 의해 발생되는 전자기 토크이며, p는 상기 기계의 회전자의 극쌍들의 수이고, φd 및 φq는 상기 기계의 축들(각각 직축 및 횡축)을 가로질러 발생되는 자속의 성분들인바 다음의 형태로 표현된다:
Figure pct00018
그리고
Figure pct00019
본 경우에 상기 동기기는 파크 공간의 직축과 횡축 사이에 대칭성을 가짐으로써 주목할 만한 속성인 Ld=Lq를 얻게 할 수 있으며, 따라서
Figure pct00020
라고 쓰게 할 수 있다.
그러한 기계에서, 상기 전류의 직축 성분(Id)에 의해 발생되는 줄 손실(Joules loses)을 최대한 제한함으로써 상기 토크를 제어하기 위하여, 가능한 한 영에 가까운, 상기 전류의 직축 성분(Id)을 가지도록 규정할 필요가 있는바, 왜냐하면 상기 횡축 성분(Iq)만이 상기 전자기 토크에 기여하기 때문이다.
단계(130)에서, 전류의 횡축 성분(Iq)에 대한 제1 설정점(Iq _ req) 및 전류의 직축 성분(Id)에 대한 제2 설정점(Id_req)은 3상 시스템들의 변환에 결부된 평면 내에 수용된다.
다음 단계(140)에서, 다음을 고려하는 변수 변화가 적용된다:
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
이는 다음 형태로 상기 제어 시스템(1)을 표현할 수 있게 한다:
Figure pct00024
덧붙여,
Figure pct00025
를 감안하면,
Figure pct00026
및
Figure pct00027
를 고려하여 다음과 같이 쓰는 것이 가능하다:
Figure pct00028
여기에서 Ud 및 Uq는 제어 파라미터들인바, 그 각각은, 변수들(Xq, Xd)에 의존하는 내인성 변수들 및 그것들의 도함수, 및 외인성 변수들(Pq(t) 또는 Pd(t))을 개별적으로 포함하는바, 상기 내인성 변수들 및 그것들의 도함수는 상기 전자기 토크(Cem)를 제어할 수 있게 하고, 외인성 변수들은 교란들이다.
Pq(t) 또는 Pd(t)의 교란들의 변수들이 외인성이기 때문에, 상기 시스템(7)은 상기 전자기 토크를 좌우(governing)하는 항들에 관하여 교란들의 주파수-기판 분리(frequency-based isolation)를 제공할 수 있게 한다.
따라서 단계(150)에서 제어 파라미터들(Ud 및 Uq)의 조절을 구현함으로써, 상기 교란들을 오프셋시키고 상기 전자기 토크를 조절하는 것이 가능하다. 이 조절은 상기 전기 기계에 의해 발생되는 전류 리플들을 평탄화시킬 수 있게 한다. 덧붙여 방정식 시스템(7)에는 상기 제어 파라미터들(Ud 및 Uq)의 조절이 상기 전기 기계의 회전자의 상태에 의존하지 않고 제공된다는 점이 보여진다.
상기 제어 파라미터들(Ud 및 Uq)의 값들이 다음 시스템에 기초하여 계산된다:
Figure pct00029
여기에서 Kd, Kid, Kq, Kiq는 미리 결정된 일정한 이득들을 표현하고,
Figure pct00030
3 +
Figure pct00031
3이고
Figure pct00032
이다.
단계(160)에서 상기 전기 기계의 파크 평면의 2개의 축들(각각 직축 및 횡축)을 가로질러 인가되는 전압의 성분들의 값들(Vd 및 Vq)은 상기 제어 파라미터들(Ud 및 Uq) 및 다음 행렬 시스템에 기초하여 결정된다:
Figure pct00033
그 후 단계(170)에서, 상기 전기 기계와 상기 자동차의 공급 배터리 사이에 결합된 인버터의 제어 전압값들(U1, U2, U3)을 얻기 위하여, 전압(Vd 및 Vq)의 직축 성분 및 횡축 성분에 기초한 파크 역변환(inverse Park’s transform)이 적용된다.
최종 단계(180)에서, 상기 배터리의 단상 전압(Vbat) 및 제어 전압값들(U1, U2, U3)에 기초하여 상기 인버터에 의해 발생되는 전압들(U12, U23, U31)이 상기 전기 기계의 단자들에 인가된다.
도 2에는 본 발명의 실시예에 따라 본 발명에 따른 방법을 구현하는 영구자석 3상 전기 기계의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템이 도시된다.
영구자석 3상 동기기(10)의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템(1)은 상기 전기 기계(10)의 3개의 상들을 가로질러 전달되는 전류(I1, I2, I3)를 측정하기 위한 수단(2)을 포함한다. 이 측정 수단(2)은 치환 수단(3)에 결합되는바, 상기 치환 수단(3)은 파크 변환에 기초하여, 측정된 3개의 전류들을 전류의 직축 성분(Id) 및 횡축 성분(Iq)으로 치환할 수 있게 한다.
또한 상기 제어 시스템(1)은, 토크 설정점(
Figure pct00034
)을 전류의 횡축 성분(Iq)에 대한 설정점(
Figure pct00035
)으로 그리고 전류의 직축 성분(Id)에 대한 설정점(
Figure pct00036
)으로 변환(convert)할 수 있는 변환 수단(transformation means; 4), 및 전류의 직축 성분 및 횡축 성분(Id 및 Iq) 및 이들에 대응되는 설정점들(Iq _ req 및 Id _ req) 및 다음 방정식들에 기초하여 새로운 전류 변수들(Xq 및 Xd) 및 새로운 전류 설정점들(X_d^req 및
Figure pct00037
)을 결정할 수 있는 제1 변수 변화 수단(5)을 포함하는바, 상기 다음 방정식들은:
Figure pct00038
그리고
Figure pct00039
그리고
Figure pct00040
3 +
Figure pct00041
3 그리고
Figure pct00042
.
상기 제어 시스템(1)은 제어 파라미터들(Ud 및 Uq)을 결정할 수 있는 조절기(regulator; 6)를 포함하는바, 상기 제어 파라미터들(Ud 및 Uq) 각각은, 변수들(Xq, Xd) 또는 그것들의 도함수에 의존하고 상기 전자기 토크(Cem)를 제어할 수 있게 하는 내인성 변수들, 및 회전자의 자석들에 의해 발생되는 자속에 의해 야기되는 교란들을 표현하는 외인성 변수들(Pq(t) 또는 Pd(t))을 개별적으로 포함하고, 제어 파라미터들(Ud 및 Uq)은, 시스템(7)에 따라 표현되고 시스템(8)에 따라 계산된다.
상기 제어 시스템(1)은, 상기 전기 기계의 파크 평면의 2개의 축들(각각 직축 및 횡축)을 가로질러 인가되는 전압의 성분들(Vd 및 Vq)을 상기 제어 파라미터들(Ud 및 Uq) 및 상기 행렬 시스템(9)에 기초하여 결정하기 위한 수단(7)을 포함한다.
상기 시스템은, 상기 전기 기계(10)와 상기 자동차의 공급 배터리(12) 사이에 결합된 인버터(11)의 제어 전압값들(U1, U2, U3)을 얻기 위하여 전압의 직축 성분 및 횡축 성분(Vd 및 Vq)에 기초하여 파크 역변환을 적용할 수 있는 역치환 수단(8)을 포함한다. 마지막으로 상기 시스템은 상기 결정된 제어 전압값들(U1, U2, U3)에 기초하여 상기 인버터(11)를 제어할 수 있는 제어 수단(9)을 포함한다.
따라서 본 발명은 영구자석 전기 기계의 상태가 어떻든 상기 전기 기계 내의 전류들의 안정성을 보장하면서도 상기 전기 기계의 전자기 토크를 제어할 수 있게 한다.
본 발명의 기술분야의 통상의 기술자에 의해, 본 발명은 파크 공간의 직축과 횡축 사이가 비대칭적이고, 따라서 Ld가 Lq와는 상이한 전기 기계로 용이하게 치환될 수 있는바, 이 치환은 요청된 토크들을 제공하기 위하여 이 2개의 축들을 따르는 전류의 설정점들을 상이하게 관리(manage)함으로써 수행된다는 점이 주목되어야 한다.

Claims (8)

  1. 영구자석 3상 전기 기계(10)의 전자기 토크를 제어하기 위한 시스템(1)으로서,
    상기 기계(10)의 3개의 상들을 가로질러 전달되는 전류를 측정하기 위한 수단(2);
    상기 측정된 3개의 전류들을 3상 시스템들의 변환에 기초하여 전류의 직축 성분(Id) 및 횡축 성분(quadratic component; Iq)으로 치환(transpose)할 수 있는 치환 수단(3);
    토크 설정점(
    Figure pct00043
    )을 전류의 횡축 성분(Iq)에 대한 설정점(
    Figure pct00044
    ) 및 전류의 직축 성분(Id)에 대한 설정점(
    Figure pct00045
    )으로 변환할 수 있는 변환 수단(4); 및
    제어 전압들(U1, U2, U3)을 결정하기 위한 수단, 및 상기 결정된 제어 전압들(U1, U2, U3)을 상기 전기 기계(10)에 인가할 수 있는 제어 수단(9);을 포함하고,
    상기 결정 수단은:
    전류의 상기 직축 성분(Id) 및 횡축 성분(Iq) 그리고 상기 설정점들(Iq _ req 및 Id_req)을 수신하는 제1 계산 모듈(5)로서, 상기 제1 계산 모듈(5)은 변수들의 변화(change)를 적용할 수 있고 제어 변수들(Xd, Xq, Xq _ req, Xd _ req)의 집합을 조절 모듈(6)에 제공할 수 있으며, 상기 조절 모듈(6)은 상기 제어 변수들(Xd, Xq, Xq _ req, Xd _ req)의 함수로서 방정식 시스템(a system of equations)에 기초하여 계산되는 제어 파라미터들(Ud, Uq)을 전달할 수 있고, 상기 방정식 시스템은 상기 전기 기계(10)의 회전자의 자석들에 의해 발생되는 자속에 의해 야기되는 교란항들(disturbance terms; Pd, Pq)을 상기 전자기 토크에 기여하는 항들로부터 분리(isolating)하는, 제1 계산 모듈(5); 및
    상기 제어 파라미터들(Ud, Uq)에 기초하여 결정되는 전압의 직축 성분(Vd) 및 횡축 성분(Vq)에 기초하여 제어 전압들(U1, U2, U3)을 계산할 수 있는 제2 계산 모듈(8);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자기 토크 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 등가 인덕턴스의 횡축 성분(Lq)과 실질적으로 등가인 등가 인덕턴스의 직축 성분(Ld)을 얻을 수 있도록, 상기 전기 기계(10)가 3상 시스템들의 변환 평면(plan of the transform)의 직축과 횡축 사이에 대칭성을 가지는, 전자기 토크 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전류의 직축 성분(Id) 및 횡축 성분(Iq)을 얻기 위하여, 측정된 전류들에 파크 변환(Park’s transform)을 적용할 수 있는 치환 수단(3)을 포함하는, 전자기 토크 제어 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템을 포함하는 전기 기계가 장착된, 자동차.
  5. 제4항에 있어서, 열 엔진도 장착된 하이브리드 트랜스미션을 포함하는, 자동차.
  6. 영구자석 3상 전기 기계(10)의 전자기 토크를 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 전기 기계(10)의 3개의 상들을 가로질러 전달되는 전류의 측정;
    3상 시스템들의 변환에 기초한, 상기 측정된 3개의 전류들의, 전류의 직축 성분(Id) 및 횡축 성분(quadratic component; Iq)으로의 치환(transposition);
    상기 3상 시스템들의 변환에 결부된 평면(plan) 내에서 전류의 횡축 성분(Iq) 및 직축 성분(Id)에 대한 2개의 설정점들(Iq_req 및 Id_req)의 수신;
    제어 전압들(U1, U2, U3)의 결정; 및
    상기 전기 기계(10)에 인가될 전압들의 제어;를 포함하고,
    상기 제어 전압들(U1, U2, U3)의 결정은:
    제어 변수(Xd, Xq, Xq _ req, Xd _ req)를 제공하는 변수의 변화;
    상기 제어 변수(Xd, Xq, Xq _ req, Xd _ req)의 함수로서 표현된 방정식 시스템에 기초하여 계산되는 제어 파라미터들(Ud, Uq)의 조절; 및
    상기 제어 파라미터들(Ud, Uq)에 기초하여 결정되는 전압의 직축 성분 및 횡축 성분(Vd, Vq)에 기초한 제어 전압들(U1, U2, U3)의 계산;을 포함하고
    상기 방정식 시스템은 상기 전기 기계(10)의 회전자의 자석들에 의해 발생되는 자속에 의해 야기되는 교란항들(disturbance terms; Pd, Pq)을 상기 전자기 토크에 기여하는 항들로부터 분리(isolating)하는 것을 특징으로 하는, 전자기 토크 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 등가 인덕턴스의 횡축 성분(Lq)과 실질적으로 등가인 등가 인덕턴스의 직축 성분(Ld)을 얻을 수 있도록, 상기 전기 기계(10)가 3상 시스템들의 변환 평면(plan of the transform)의 직축과 횡축 사이에 대칭성을 가지는, 전자기 토크 제어 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 3상 시스템들의 변환은 파크 변환(Park’s transform)인, 전자기 토크 제어 방법.
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