KR20150132097A - 영구 자석 모터 열화 진단 시스템 - Google Patents

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Abstract

모터 자석 열화 제어 및 진단을 위한 기술이 개시된다. 예시적인 기술은 모터의 감지된 전류 및 전압 정보에 기초하여 영구 자석 모터의 q-축 전류, d-축 전류, q-축 전압, 및/또는 d-축 전압을 결정한다. 이 정보는 플럭스 정보를 결정하는데 이용된다. 플럭스 정보는 복수의 모터 자석의 집합적 상태 조건을 평가하는데 그리고 복수의 모터 자석의 부분집합의 국부화된 상태 조건을 평가하는데 이용된다. 평가는 상승된 온도 조건, 물리적 열화 또는 화학적 열화의 결과로서 발생할 수도 있는 자석들 중 하나 이상에 대한 열화 또는 손상을 식별하는데 사용될 수도 있다.

Description

영구 자석 모터 열화 진단 시스템 {PERMANENT MAGNET MOTOR DEGRADATION DIAGNOSTICS SYSTEM}
영구 자석 모터는 전기 모터가 향상된 효율, 전력 밀도 및 속도 제어 정확성을 포함하여 냉매 압축기를 구동하는데 이용되는 용례를 위한 상당한 잠재적인 이익을 제공한다. 이러한 모터는 또한 제어 및 진단 과제를 제시한다. 이러한 모터의 자석 재료의 온도는 예를 들어 부적절한 냉각 또는 증가된 고정자 또는 회전자 손실로부터 발생할 수 있는 상승된 온도 조건으로부터 손상을 회피하도록 제어되어야 한다. 더욱이, 몇몇 용례는 자석에 대한 화학적 또는 기계적 공격의 위험을 제시한다. 영구 자석 모터를 제어하고 진단하기 위한 통상의 기술은 다른 결점들 중에서도, 부정확성, 계산 복잡성 및 비효율, 주파수 의존성, 응답 속도 및 마이크로프로세서-부담성 분할 작업을 포함하는 다수의 결점을 겪는다. 본 명세서에 개시되어 있는 고유한 발명적 제어 및 진단에 대한 요구가 존재하고 있다.
본 발명의 예시적인 실시예, 실시예를 구성하고 사용하는 방식 및 프로세스를 명료하고, 구체적으로 그리고 정확하게 설명하기 위해, 그리고 실시예를 실시하고, 구성하고 사용하는 것을 가능하게 하기 위해, 이제 도면에 도시된 것들을 포함하는 특정 예시적인 실시예를 참조할 것이고, 특정 언어가 실시예를 설명하는데 사용될 것이다. 본 발명의 범주의 어떠한 한정도 이에 의해 생성되지 않고, 본 발명은 본 발명이 관련되는 기술 분야의 통상의 기술자들에게 발생할 수 있는 예시적인 실시예의 이러한 변경, 수정 및 추가의 용례를 포함하고 보호한다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
영구 자석 모터 자석 열화 및 손상 제어 및 진단을 위한 고유의 제어 및 진단 기술이 개시된다. 특정 예시적인 실시예는 모터의 감지된 전류 및 전압 정보에 기초하여 영구 자석 모터의 q-축 전류, d-축 전류, q-축 전압, 및/또는 d-축 전압을 결정하고 플럭스 정보를 결정하기 위해 이 정보를 이용한다. 플럭스 정보는 복수의 모터 자석의 집합적 상태 조건을 평가하는데 그리고 복수의 모터 자석의 부분집합의 국부화된 상태 조건을 평가하는데 이용될 수도 있다. 평가는 상승된 온도 조건, 물리적 열화, 또는 화학적 열화의 결과로서 발생할 수도 있는 자석들 중 하나 이상에 대한 열화 또는 손상을 식별하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예, 형태, 목적, 특징, 장점, 태양 및 이익은 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 냉각기 시스템의 개략도이다.
도 2는 예시적인 가변 주파수 구동부 및 영구 자석 모터의 개략도이다.
도 3 및 도 4는 예시적인 제어 및 진단 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 국부화된 플럭스 정보의 그래프이다.
도 6은 집합적 플럭스 정보의 그래프이다.
도 1을 참조하면, 압축기(110), 응축기(120) 및 증발기(130)를 포함하는 예시적인 냉각기 시스템(100)이 도시되어 있다. 냉매는 압축기(110)로부터 응축기(120)로, 증발기(130)로, 그리고 재차 압축기(110)로 폐루프로 시스템(100)을 통해 유동한다. 다양한 실시예는 예를 들어, 냉매 유동을 제어하기 위한 밸브, 냉매 필터, 절약기(economizers), 오일 분리기 및/또는 냉각 부품 및 다양한 시스템 부품들을 위한 유동 경로를 포함하는 부가의 냉매 루프 요소를 또한 포함할 수도 있다.
압축기(110)는 가변 주파수 구동부(155)에 의해 구동되는 영구 자석 전기 모터(170)를 포함하는 구동 유닛(150)에 의해 구동된다. 예시된 실시예에서, 가변 주파수 구동부(155)는 3상 PWM 구동 신호를 출력하도록 구성되고, 모터(170)는 표면 자석 영구 자석 모터이다. 다른 유형 및 구성의 가변 주파수 구동부 및 내부 자석 영구 자석 모터와 같은 영구 자석 전기 모터의 사용이 또한 고려된다. 본 명세서에 개시된 원리 및 기술은 광범위한 구동부 및 영구 자석 모터 구성에 적용될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
응축기(120)는 압축기(110)로부터 수용된 압축된 냉매로부터 열을 전달하도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 응축기(120)는 입구(121)에서 냉각수를 수용하고, 냉매로부터 열을 냉각수에 전달하고, 출구(122)에서 냉수를 출력하는 수냉식 응축기이다. 예를 들어, 공랭식 응축기 또는 증발식 응축기와 같은 다양한 유형의 응축기가 이용될 수도 있다는 것이 또한 고려된다. 본 명세서에서의 물의 참조는 달리 한정되지 않으면 부가의 성분을 포함하는 수용액을 포함한다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다.
증발기(130)는 응축기(120)로부터 냉매를 수용하고, 수용된 냉매를 팽창시켜 그 온도를 감소시키고, 냉각된 매체로부터 열을 냉매에 전달하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 증발기(130)는 입구(131)에 제공된 물을 수용하고, 열을 물로부터 냉매로 전달하고, 냉각된 물을 출구(132)에서 출력하는 물 냉각기로서 구성된다. 무엇보다도, 건식 팽창 증발기, 만액식 증발기(flooded type evaporators), 나관식 증발기(bare tube evaporators), 플레이트면 증발기 및 핀형 증발기(finned evaporators)를 포함하는, 다수의 특정 유형의 증발기 및 냉각기 시스템이 이용될 수도 있는 것이 고려된다.
냉각기 시스템(100)은 모터(170) 및 압축기(110)의 작동을 제어하기 위해 제어 신호를 가변 주파수 구동부(155)에 출력하는 제어기(160)를 더 포함한다. 제어기(160)는 또한 구동 유닛(150)의 작동에 대한 정보를 수신한다. 예시적인 실시예에서, 제어기(160)는 모터 전류, 모터 단자 전압, 및/또는 모터의 다른 작동 특성에 관한 정보를 수신한다. 본 명세서에 설명된 제어부, 제어 루틴 및 제어 모듈은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 및 이들의 다양한 조합을 사용하여 구현될 수도 있고, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 다수의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 실행 가능한 명령을 이용할 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 제어기(160)는 다양한 형태로 제공될 수도 있고, 본 명세서에 개시된 것들과 같은 다수의 하드웨어 및 소프트웨어 모듈 및 구성 요소를 포함할 수도 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 가변 주파수 구동부(200)를 위한 예시적인 회로 다이어그램이 도시되어 있다. 구동부(200)는 예를 들어, 3상 AC 전력을 라인 필터 모듈(220)에 제공하는 400/480 VAC 상용 전원과 같은 전력 소스(210)에 접속된다. 라인 필터 모듈(220)은 구동 부품으로부터 전력 소스(210)로 고조파 피드백(harmonic feedback)으로부터 발생할 수 있는 손실을 완화하기 위한 고조파 댐핑을 제공하도록 구성된다. 라인 필터 모듈(220)은 AC 전력을 DC 전력을 변환하고 DC 전력을 DC 버스(291)에 제공하는 정류기(290)에 3상 AC 전력을 출력한다. DC 버스는 인버터(280)에 접속된다. 도시 및 설명의 명료화를 위해, 정류기(290), DC 버스(291) 및 인버터(280)는 개별 블록으로서 도시되어 있다. 그러나, 이들 구성 요소들 중 2개 이상은 다양한 부가의 회로 및 구성 요소를 또한 포함할 수도 있는 공통 모듈, 기판 또는 기판 조립체에 제공될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 12-펄스, 18-펄스, 24-펄스 또는 30-펄스 정류기와 같은 다중 펄스 정류기가 6-펄스, 12-펄스, 18-펄스, 24-펄스, 또는 30-펄스 작동을 위한 적절한 위상 입력을 제공하는 위상 편이 변압기와 함께 이용될 수도 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다.
인버터 모듈(280)은 DC 버스(291)의 포지티브 및 네거티브 라인에 접속된 스위치(285, 286, 287)를 포함한다. 스위치(285, 286, 287)는 바람직하게는 IGBT 및 다이오드 기반 스위치로서 구성되지만, 전력 MOSFET 또는 다른 전기 스위칭 장치와 같은 다른 유형의 전력 전자 스위칭 부품을 또한 이용할 수도 있다. 스위치(285, 286, 287)는 모터 단자(275, 276, 277)에 출력을 제공한다. 전류 센서(281, 282, 283)는 인버터 모듈(280)로부터 모터(270)로 흐르는 전류를 검출하고 ID 모듈(293)에 전류 정보를 송신하도록 구성된다. 전압 센서들은 또한 모터 단자(275, 276, 277)와 작동적으로 결합되고, 모터 단자들로부터 ID 모듈(293)로 전압 정보를 제공하도록 구성된다.
ID 모듈(293)은 추가의 처리를 위해 아날로그 대 디지털 변환기에 최종적으로 제공된 전류 신호에 스케일링을 설정하기 위해 전류 감지와 연계하여 사용된 버든 저항(burden resistors)을 포함한다. ID 모듈(293)은 ID 모듈(293) 상의 하드웨어에 설정된 식별 비트를 사용하여 어느 크기인지를(즉, 어느 유형의 스케일링이 전류 포스트 ADC에 사용되는지) VFD에 보고한다. ID 모듈(293)은 전류 및 전압 정보를 게이트 구동 모듈(250)에 또한 출력하고, 게이트 구동 모듈(250)이 접속되어 있는 부하의 유형 및 크기를 식별하는 식별 정보를 게이트 구동 모듈(250)에 또한 제공한다. ID 모듈(293)은 전력 공급 상태 정보를 감지하는 전류를 게이트 구동 모듈(250)에 또한 제공할 수도 있다. ID 모듈(293)은 다른 실시예에서 전압 또는 플럭스 신호와 같은 다른 파라미터에 대한 스케일링 기능성을 또한 제공할 수도 있다.
게이트 구동 모듈(250)은 감지된 전류 및 전압 정보를 DSP 모듈(260)의 아날로그 대 디지털 변환기 입력에 제공한다. DSP 모듈(260)은 감지된 전류 및 전압 정보를 처리하고, 제어 신호를 게이트 구동 모듈(250)에 또한 제공하는데, 이 제어 신호는 게이트 구동 모듈(250)이 모듈(251, 252, 253)을 부스트하도록 전압을 출력하게 하고, 이어서 부스트된 전압을 스위치(285, 286, 287)에 출력한다. 스위치(285, 286, 287)에 제공된 신호는 이어서 모터(270)의 단자(275, 276, 277)에 제공된 출력을 제어한다.
모터(270)는 고정자(271), 회전자(273) 및 회전자와 고정자 사이의 공기 간극(272)을 포함한다. 모터 단자(275, 276, 277)는 고정자(271) 내에 제공된 권선에 접속된다. 회전자(273)는 복수의 영구 자석(274)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 자석(274)은 회전자(273)의 원주 둘레에 위치된 표면 영구 자석으로서 구성된다. 회전자는 통상적으로 본질적으로 일정한 자기 플럭스가 회전자의 표면에 존재하는 이러한 방식으로 영구 자석을 사용하여 구성된다. 작동시에, 회전자의 회전에 의해, 고정자 내의 권선을 형성하는 전기 도전체는 사인파형 플럭스 링크를 생성하도록 배치된다. 다른 실시예는 내부 자석 구성과 같은 다른 자석 구성의 사용을 또한 고려한다. 내부 자석 구성은 통상적으로 q-축 및 d-축에서 상이한 인덕턴스를 갖는다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
도 3을 참조하면, 도 2와 관련하여 도시되고 설명된 DSP 모듈(260)과 같은 마이크로프로세서 기반 제어 모듈에 바람직하게 구현된 예시적인 제어 및 진단 프로세스(300)에 따른 흐름도(300)가 도시되어 있다. 프로세서(300)는 동작 310에서 시작하고, 여기서 제어기는 영구 자석 모터용 구동부를 제어하도록 작동된다. 바람직한 형태에서, 제어기는 회전자의 원주 둘레에 위치된 복수의 영구 자석을 포함하는 동기식 표면 영구 자석 모터에 PWM 신호를 출력하는 가변 주파수 구동부에 제어 신호를 제공하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 내부 회전자 자석을 갖는 모터와 같은 다른 유형의 모터가 이용될 수도 있고, 교류 모터 구동부가 사용될 수도 있다.
동작 310으로부터, 프로세스(300)는 동작 320으로 진행하고 여기서 제어기는 모터와 연계된 플럭스 정보를 결정한다. 바람직한 형태에서, 플럭스 정보는 식 1에 따라 q-축 플럭스 정보를 계산하도록 프로그램된 제어기에 의해 결정된다.
Figure pct00001
(1)
식 1에서, F는 결정될 q-축 플럭스 정보이고, Vq는 q-축 모터 전압이고, Iq는 q-축 모터 전류이고, Id는 d-축 모터 전류이고, Ld는 d-축 모터 인덕턴스이고, Rs는 모터 고정자 저항이다. 식 1의 마이크로프로세서 기반 구현예는 다양한 제어 하드웨어, 소프트웨어 및 이들의 조합을 사용하여 제공될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
식 1에 의해 정의된 것과 유사한 관계가 또한 식 2에 따라 d-축 플럭스 정보에 대해 설명될 수도 있다.
Figure pct00002
(2)
식 2에서, Fd는 결정될 d-축 플럭스 정보이고, Vd는 d-축 모터 전압이고, Id는 d-축 모터 전류이고, Iq는 d-축 모터 전류이고, Lq는 d-축 모터 인덕턴스이고, Rs는 모터 고정자 저항이다. 식 2의 마이크로프로세서 기반 구현예는 다양한 제어 하드웨어, 소프트웨어 및 이들의 조합을 사용하여 제공될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
바람직한 형태에서, 제어기는 dq0(d-축, q-축, 제로축) 변환을 실행함으로써 감지된 모터 전류 및 전압 정보에 기초하여 적어도 Vq, Iq 및 Id, 또는 적어도 Vd, Id 및 Iq를 결정하도록 구성되고, Rs 및 Ld 또는 Lq는 미리 결정된 상수이다. 다른 형태에서, Ld, Lq 및/또는 Rs는 모터 작동 정보에 기초하여 제어기에 의해 결정될 수도 있다. 부가적으로, 계산 효율을 위해, dq0 변환의 제로 성분은 제로인 것으로 가정되고 생략될 수도 있다.
식 1에 의해 정의된 일반적인 관계는 dq0 좌표계 이외의 기준 프레임에 또한 적용될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 상이한 실시예에서 기준 프레임은 회전자 기준 프레임, 고정 기준 프레임, 또는 전기 기준 프레임일 수 있다. 간단화를 위해, 본 명세서의 개시 내용은 dq0 좌표계를 칭하고 있지만, 이 설명은 전술된 대안적인 기준 프레임에 마찬가지로 동등하게 적용 가능하고 포함한다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
동작 320으로부터, 프로세스는 복수의 자석과 집합적으로 연계된 기준에 대해 결정된 플럭스 정보를 평가하는 조건 330으로 진행한다. 바람직한 형태에서, 플럭스 정보는 실시간으로 결정되고, 복수의 자석을 집합적으로 또는 벌크로 표현하는 평균화된 플럭스값을 제공하기 위해 미리 결정된 시간 간격에 걸쳐 평균화된다. 특정 예시적인 실시예에서, 플럭스 정보는 이동 또는 구름 평균을 제공하도록 시간에 걸쳐 필터링된다. 특정 예시적인 실시예에서, 평균 플럭스 정보는 플럭스 정보의 RMS로서 결정될 수도 있다. 평균화된 플럭스 정보는 이어서 임계치에 대해 평가된다. 임계치는 디자인의 분류에 대해 규정된 엔지니어링값과 같은 미리 결정된 값, 제조 또는 조립 중에 개별 기계에 대해 결정된 값, 기계가 사용됨에 따라 기술자에 의해 현장에서 조정되는 값, 또는 가이드라인으로서 미리 결정된 경계를 사용하여 반복 연산으로부터 피드백에 기초하여 임계치 또는 접근 파라미터를 조정하는 인공 지능 알고리즘에 의해 학습되는 값일 수도 있다. 특정 실시예에서, 시스템은 제조시에 측정된 플럭스값으로 초기화되고, 이 값은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되고, 손상 또는 온도에 기인하는 플럭스 감소가 판단되는 기준값으로서 사용된다. 특정 실시예에서, 시스템은 손상 또는 온도에 기인하는 플럭스 감소가 판단되는 모터의 순시적 플럭스 함수에 대해 제조시에 특정화된다.
조건 330이 평균화된 플럭스 정보가 임계치 미만인 것으로 판정하면, 이는 동작 390에 실패 출력을 제공하고, 여기서 제어기는 모터 및 구동부에 작동을 정지하거나 감속(de-rate)하도록 명령하고 에러 조건 코드를 저장한다. 조건 330이 평균화된 플럭스 정보가 임계치 미만인 것으로 판정하면, 이는 패스 출력을 제공하고 프로세스(300)는 조건 340으로 진행하는데, 이는 복수의 자석의 국부화된 부분집합과 연계된 기준에 대한 결정된 플럭스 정보를 평가한다. 바람직한 형태에서, 플럭스 정보는 실시간으로 결정되고 순시적 또는 국부적 플럭스 임계치에 비교된다. 조건 340이 플럭스 정보가 임계치 미만인 것으로 판정하면, 이는 실패 출력을 동작 390에 제공하고, 여기서 제어기는 모터 및 구동부에 작동을 정지하거나 감속하도록 명령하고, 에러 조건 코드를 저장한다. 조건 340이 플럭스 정보가 임계치 미만인 것으로 판정하면, 프로세스(300)는 동작 310으로 복귀하고 반복한다. 부가의 형태에서, FFT와 같은 푸리에 변환이 측정된 플럭스 신호로부터 고조파 정보를 추출하도록 수행된다. 플럭스 신호는 사인형이기 때문에, 상당한 고차 고조파의 외관이 국부화된 손상의 지시로서, 또는 온도 조건에 걸쳐 이용될 수도 있다.
다수의 상이한 현상이 조건 330 및 340에 대해 실패 조건을 야기할 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 온도에 따른 자석 조건, 자석의 화학적 열화 또는 손상 또는 자석의 물리적 열화 또는 손상은 실패 조건을 발생하는 평균화된 플럭스 정보를 야기할 수도 있다. 플럭스 정보는 예를 들어 자석 온도와 플럭스 정보를 상관하는 상수를 사용하여 온도 정보로의 변환에 의해, 상기 식들을 수행하기 전에 더 처리될 수도 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다. 부가적으로, 조건 330 및 340은 반대 순서로 또는 병렬로 수행될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
도 4를 참조하면, 바람직하게는 마이크로프로세서 기반 제어 모듈에서 구현되는 예시적인 제어 및 진단 프로세스(400)에 따른 흐름도가 도시되어 있다. 프로세스(400)는 입력(401)에서 d-축 전류 정보(Id), 입력(402)에서 q-축 전류 정보(Iq) 및 입력(403)에서 q-축 전류 정보(Vq)를 수신하는 동작 410에서 시작한다. 연산자(412)는 Iq와 Rs를 곱하고, 연산자(413)에 출력한다. 연산자(413)는 Vq로부터 연산자(412)의 출력을 감산하고, 그 출력을 시간에 대해 적분하는 연산자(414)에 출력하고, 연산자(415)에 출력한다. 연산자(411)는 Id와 Ld를 곱하고, 연산자(415)에 출력한다. 연산자(415)는 연산자(414)의 적분된 출력으로부터 연산자(411)의 출력을 감산하고, 결과적인 플럭스 정보 출력은 예를 들어 셧다운 임계치, 감속 임계치 또는 양자 모두로 연산자(416)에 제공된다.
연산자(416)의 플럭스 정보는 동작 420에 제공되고, 이 동작은 예를 들어 상기에서 본 명세서에 개시된 것들과 같은 기술을 사용하여, 복수의 자석에 집합적으로 기인하는 집합적인 플럭스 정보를 결정하도록 플럭스 정보를 처리한다. 연산자(420)는 하나 이상의 집합적 기준에 대한 집합적 플럭스 정보를 평가하는 연산자(422)에 집합적 플럭스 정보를 출력한다. 집합적 플럭스 정보가 집합적 기준을 만족하면, 프로세스(400)는 동작 470으로 진행하고, 이는 동작 410으로 복귀한다. 집합적 플럭스 정보가 집합적 기준을 만족하지 않으면, 프로세스(400)는 동작 490으로 진행하고, 여기서 제어기는 모터 및 구동부에 작동을 정지하거나 감속하도록 명령하고, 에러 조건 코드를 저장하고 그리고/또는 시스템을 감속하거나 셧다운한다.
연산자(416)의 플럭스 정보는 또한 연산자(430)에 제공되고, 이 연산자는 예를 들어 상기에서 본 명세서에 개시된 것들과 같은 기술을 사용하여, 복수의 자석의 국부화된 영역 또는 부분집합에 기인하는 국부화된 플럭스 정보를 결정하도록 플럭스 정보를 처리한다. 연산자(430)는 하나 이상의 기준, 예를 들어 셧다운 임계치, 감속 임계치 또는 양자 모두에 대한 국부화된 플럭스 정보를 평가하는 연산자(422)에 국부화된 플럭스 정보를 출력한다. 국부화된 플럭스 정보가 국부화된 기준을 만족하면, 프로세스(400)는 동작 470으로 진행하고, 이는 동작 410으로 복귀한다. 국부화된 플럭스 정보가 국부화된 기준을 만족하지 않으면, 프로세스(400)는 동작 490으로 진행하고, 여기서 제어기는 모터 및 구동부에 작동을 정지하거나 감속하도록 명령하고, 에러 조건 코드를 저장한다.
도 5를 참조하면, 시간에 대한 표면 자석 영구 자석 모터(surface magnet permanent magnet motor: SMPMM)에 대한 공기 간극 플럭스 링크의 그래프가 도시되어 있다. 플럭스 파형(510)은 범위(511)에 걸쳐 실질적으로 사인형 동작, 및 위치(513, 515)에서 고조파형으로 왜곡된 거동을 도시한다. 파형(510)은 상승된 온도에 기인하는 자석 열화 또는 손상, 물리적 손상 또는 화학적 손상을 지시하는 에러 조건을 식별하기 위해 순시적 플럭스 임계치(520)에 대해 평가될 수도 있다. 에러 조건은 이산점에서 파형(510)의 값을 샘플링하고 샘플링된 값을 순시적 플럭스 임계치(520)에 비교함으로써 결정될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 시간에 대한 SMPMM에 대한 RMS 평균 공기 간극 플럭스의 그래프가 도시되어 있다. 플럭스 곡선(610)은 평균화된 플럭스 임계치(620)에 대해 평가될 수 있는 RMS 평균화된 플럭스를 도시한다. 곡선(610) 상의 임의의 점은 범위(611)에 걸친 것과 같은 허용 가능한 작동, 또는 범위(613)에 걸친 것과 같은 자석 열화 또는 손상을 지시하는 에러 조건을 식별하기 위해 평균화된 플럭스 임계치(620)에 대해 평가될 수도 있다. 열화 또는 손상은 상승된 온도, 물리적 손상 또는 화학적 손상에 기인할 수도 있다.
상기에 요약되고 상세히 설명되고 도면에 도시되어 있는 예시적인 실시예는 예시적인 것이고 한정적이거나 제한적인 것이 아니라는 것이 이해될 수 있을 것이다. 단지 현재 바람직한 실시예들이 도시되고 설명되어 있지만, 본 발명의 범주 내에 있는 모든 변경 및 수정이 보호되어야 한다. 이하에 설명된 실시예 및 형태들은 특정 경우에 조합될 수도 있고, 다른 경우에 서로 배타적일 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 마찬가지로, 이하에 설명된 실시예 및 형태는 본 명세서에서 다른 위치에 개시된 다른 태양 및 특징과 조합될 수도 있고 또는 조합되지 않을 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 전술된 실시예의 다양한 특징 및 태양은 필수적인 것을 아닐 수도 있고, 이러한 것들이 결여되어 있는 실시예가 또한 보호된다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 청구범위를 숙독할 때, 단수 표현, "적어도 하나" 또는 "적어도 하나의 부분"과 같은 단어들이 사용될 때, 청구범위에서 구체적으로 반대로 언급되지 않으면, 청구항을 단지 하나의 항목에 한정하려는 의도는 없다는 것이 의도된다. 언어 "적어도 일부" 및/또는 "부분"이 사용될 때, 항목은 구체적으로 반대로 언급되지 않으면 일부 및/또는 전체 항목을 포함할 수 있다.

Claims (40)

  1. 영구 자석 모터 및 가변 주파수 구동부를 포함하는 시스템을 작동하는 단계로서, 상기 영구 자석 모터는 단자에 전기적으로 결합된 복수의 권선을 포함하는 고정자 및 복수의 영구 자석을 포함하는 회전자를 포함하고, 상기 가변 주파수 구동부는 상기 단자와 전기적으로 결합된 복수의 출력을 포함하는, 시스템 작동 단계와,
    모터 전류를 지시하는 정보, 단자 전압을 지시하는 정보, 모터 인덕턴스를 지시하는 정보, 및 모터 저항을 지시하는 정보에 기초하여 자기 플럭스 정보를 결정하는 단계와,
    상기 플럭스 정보에 기초하여 상기 복수의 영구 자석과 집합적으로 연계된 집합적 플럭스 에러 조건을 식별하는 단계와,
    상기 자석들 중 적어도 하나를 포함하는 상기 복수의 영구 자석의 부분집합과 연계된 플럭스 정보에 기초하여 국부화된 플럭스 에러 조건을 식별하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 감지된 모터 작동 정보에 기초하여 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, 및 q-축 전압 정보를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 자기 플럭스 정보를 결정하는 단계는 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, q-축 전압 정보, d-축 인덕턴스 정보 및 고정자 저항 정보에 기초하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, 및 q-축 전압 정보는 회전자 기준 프레임에서 규정되는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 자기 플럭스 정보를 결정하는 단계는
    상기 q-축 전류 정보와 고정자 저항 정보를 곱하여 제1 적값(product value)을 결정하는 단계,
    상기 q-축 전압 정보로부터 제1 적값을 감산하여 차이값을 결정하는 단계,
    상기 차이값을 시간에 걸쳐 적분하여 적분값을 결정하는 단계,
    상기 d-축 전류 정보와 d-축 인덕턴스를 곱하여 제2 적값을 결정하는 단계, 및
    상기 적분값으로부터 제2 적값을 감산함으로써 플럭스값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구 자석과 집합적으로 연계된 플럭스 정보에 기초하여 집합적 플럭스 에러 조건을 식별하는 단계는 임계치에 대해 평균화된 또는 필터링된 플럭스 정보를 평가하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 임계치는 모터의 조립 후에 측정된 미리 결정된 플럭스값을 포함하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 임계치는 모터의 조립 후에 특징화된 모터의 순시적 플럭스 함수에 기초하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 영구 자석의 부분집합과 연계된 플럭스 정보에 기초하여 국부화된 플럭스 에러 조건을 식별하는 단계는 임계치에 대한 샘플링된 또는 연속적인 순시적 플럭스 정보를 평가하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 자기 플럭스 정보는 회전자 및 고정자의 중간의 공기 간극을 위한 플럭스 링크를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, 및 q-축 전압 정보를 결정하기 위해 이용된 감지된 모터 작동 정보는 고정자 전류 정보 및 단자 전압 정보를 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 d-축 인덕턴스 정보 및 고정자 저항 정보는 미리 결정된 값에 의해 표현되는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 영구 자석 모터에 의해 구동된 압축기를 포함하는 냉각 루프를 더 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 자기 플럭스 정보를 결정하는 단계는 감지된 모터 작동 정보에 기초하여 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, 및 d-축 전압 정보를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 자기 플럭스 정보를 결정하는 단계는 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, d-축 전압 정보, q-축 인덕턴스 정보 및 고정자 저항 정보에 기초하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보 및 d-축 전압 정보는 고정자 기준 프레임 내에 규정되는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 자기 플럭스 정보를 결정하는 단계는
    상기 d-축 전류 정보와 고정자 저항 정보를 곱하여 제1 적값을 결정하는 단계,
    상기 d-축 전압 정보로부터 제1 적값을 감산하여 차이값을 결정하는 단계,
    상기 차이값을 시간에 걸쳐 적분하여 적분값을 결정하는 단계,
    상기 q-축 전류 정보와 q-축 인덕턴스를 곱하여 제2 적값을 결정하는 단계, 및
    상기 적분값으로부터 제2 적값을 감산함으로써 플럭스값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 단자에 전기적으로 결합된 복수의 권선을 포함하는 고정자 및 복수의 영구 자석을 포함하는 회전자를 포함하는 영구 자석 모터와,
    상기 단자와 전기적으로 결합된 복수의 출력을 포함하는 가변 주파수 구동부와,
    상기 가변 주파수 구동부에 제어 신호를 제공하고 상기 영구 자석 모터의 작동에 관한 감지된 정보를 수신하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 모터 전류를 지시하는 정보 및 단자 전압을 지시하는 정보에 기초하여 자기 플럭스 특성을 결정하고, 상기 자기 플럭스 특성에 기초하여 상기 복수의 영구 자석의 집합적 열화 조건을 평가하고, 상기 자기 플럭스 특성에 기초하여 상기 복수의 영구 자석의 국부화된 부분의 국부화된 열화 조건을 평가하도록 구성되는 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 감지된 모터 전류 및 감지된 단자 전압에 기초하여 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, 및 q-축 전압 정보를 결정하고, 상기 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, q-축 전압 정보, d-축 인덕턴스 정보 및 고정자 저항 정보에 기초하여 자기 플럭스 정보를 결정하도록 구성되는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, 및 q-축 전압 정보는 회전 좌표계에서 규정되는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 집합적 열화 조건은 과잉 온도, 물리적 손상 및 화학적 손상 중 하나 이상을 포함하는 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 상기 국부화된 열화 조건은 과잉 온도, 물리적 손상 및 화학적 손상 중 하나 이상을 포함하는 시스템.
  21. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장된 명령을 실행함으로써 자기 플럭스 특성을 결정하도록 구성되고, 상기 명령은 적분 연산을 포함하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 명령은 적분 연산, 곱셈 연산, 및 가산 또는 감산 연산으로 본질적으로 이루어지는 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 상기 명령은 주파수 정보에 독립적인 시스템.
  24. 제21항에 있어서, 상기 명령은 나눗셈 연산은 제외하는 시스템.
  25. 제16항에 있어서, 상기 자기 플럭스 특성은 모터의 축방향 간극 자기 플럭스를 포함하는 시스템.
  26. 제16항에 있어서, 상기 모터는 표면 자석 영구 자석 모터인 시스템.
  27. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 감지된 모터 전류 및 감지된 단자 전압에 기초하여 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, 및 d-축 전압 정보를 결정하고, 상기 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, d-축 전압 정보, d-축 인덕턴스 정보, 및 고정자 저항 정보에 기초하여 자기 플럭스 정보를 결정하도록 구성되는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 d-축 전류 정보, q-축 전류 정보, 및 d-축 전압 정보는 고정 좌표계에 규정되는 방법.
  29. 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령을 갖고 구성된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하고,
    상기 명령은
    복수의 영구 자석을 포함하는 영구 자석 모터를 구동하도록 가변 주파수 구동부를 작동하고,
    모터 전류 정보, 모터 전압 정보, 모터 인덕턴스 정보 및 모터 저항 정보에 기초하여 자기 플럭스 특성을 결정하고,
    상기 자기 플럭스 특성에 기초하여 집합적으로 상기 복수의 영구 자석의 또는 상기 복수의 영구 자석의 국부화된 부분의 열화 또는 손상 조건을 결정하는 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 명령은 시간 도메인 정보를 변환함으로써 dq0 좌표계에서 전류 및 전압 정보를 결정하도록 컴퓨터에 의해 실행 가능한 장치.
  31. 제29항에 있어서, 상기 자기 플럭스 특성을 결정하기 위한 명령은 본질적으로 적분 연산, 곱셈 연산, 및 가산 또는 감산 연산으로 이루어지는 장치.
  32. 제29항에 있어서, 상기 자기 플럭스 특성을 결정하기 위한 명령은 상기 모터의 각도 주파수에 의존하지 않는 장치.
  33. 제29항에 있어서, 상기 자기 플럭스 특성을 결정하기 위한 명령은 나눗셈 연산을 포함하지 않는 장치.
  34. 제29항에 있어서, 상기 명령은 이하의 식에 따라 플럭스 특성을 결정하도록 컴퓨터에 의해 실행 가능하고
    Figure pct00003

    여기서, Fq는 플럭스 특성이고, Vq는 q-축 모터 전압이고, Iq는 q-축 모터 전류이고, Id는 d-축 모터 전류이고, Ld는 d-축 모터 인덕턴스이고, Rs는 모터 고정자 저항인 장치.
  35. 제29항에 있어서, 상기 명령은 이하의 식에 따라 플럭스 특성을 결정하도록 컴퓨터에 의해 실행 가능하고,
    Figure pct00004

    여기서, Fd는 플럭스 특성이고, Vq는 q-축 모터 전압이고, Iq는 q-축 모터 전류이고, Id는 d-축 모터 전류이고, Ld는 d-축 모터 인덕턴스이고, Rs는 모터 고정자 저항인 장치.
  36. 제29항에 있어서, 상기 자기 플럭스 특성은 열화 또는 손상 조건을 결정하기 위해 임계치에 대해 평가되는 장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 임계치는 디자인의 분류에 대해 규정된 값에 기초하는 장치.
  38. 제36항에 있어서, 상기 임계치는 개별 모터의 측정치에 기초하는 장치.
  39. 제36항에 있어서, 상기 임계치는 작동 중에 조정 가능한 장치.
  40. 제36항에 있어서, 상기 임계치는 가이드라인으로서 미리 결정된 경계를 사용하여 반복 연산으로부터 피드백에 기초하여 임계치 또는 접근 파라미터를 조정하는 인공 지능 알고리즘에 의해 결정되는 장치.
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