KR20150145436A - 모터 온도 변화 제어 장치 및 방법 - Google Patents

모터 온도 변화 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3상 모터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유도 모터의 회전자 저항을 실시간으로 추정함으로써 회전자 온도가 변하는 상황에서도 토크 제어 성능을 유지하는 모터 온도 변화 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.

Description

모터 온도 변화 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling temperature changes in a motor}
본 발명은 3상 모터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유도 모터의 회전자 저항을 실시간으로 추정함으로써 회전자 온도가 변하는 상황에서도 토크 제어 성능을 유지하는 모터 온도 변화 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 회전자 자속 전류 모델과 전압 모델의 자속 계산 오차를 이용하여 회전자 저항을 추정하는 모터 온도 변화 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 대기오염 및 석유 고갈의 위기에 대응하여 전기 에너지를 차량의 동력으로 사용하는 친환경 차량(environmentally friendly vehicle)과 관련된 기술들이 활발하게 개발되고 있다.
이러한 친환경 차량으로는 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 전기 자동차(Plug-in Electric Vehicle), 연료 전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle) 및 전기 자동차(electric vehicle) 등을 들 수 있다.
이들 친환경 차량에는 영구 자석형 전기모터가 많이 적용되고 있다. 영구자석형 전기모터는 영구자석을 이용하여 구동력을 발생한다. 영구자석의 자화의 세기는 그 동작 환경, 특히 인가되는 약계자 전류의 크기와 전기모터의 동작온도에 따라 영구적인 변화가 일어날 수 있다.
이 경우 전기모터는 원하는 구동력을 발생할 수 없고, 이로 인해 전기 자동차의 경우 가속능력과 연료 절감 효과가 급격히 저하되는 현상 등이 발생한다.
이를 해소하는 방식으로 모터의 고정자 온도에 따라 회전자 저항을 간접적으로 계산하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 개념을 보여주는 도면이 도 1에 도시된다.
도 1을 참조하면, 유도 전동기(80)의 고정자의 온도를 측정하는 고정자 온도센서(40), 상기 고정자의 온도와 회전자 저항의 관계에 따라 회전자 저항을 추정하고, 상기 회전자 저항으로 회전자 시정수를 보상하고, 상기 보상된 회전자 시정수를 이용하여 슬립 각속도를 산출하는 슬립 각속도 산출부(50), 상기 전동기(80)의 회전자에 연결된 인코더(85)에 의해 측정된 회전자 각속도 및 상기 슬립 각속도를 이용하여 슬립 주파수를 산출하는 벡터 생성부(60), 및 상기 슬립 주파수에 따라 q축 지령 전류 및 d축 지령 전류를 생성하는 좌표 변환부(70) 등을 포함한다. 이에 대한 자세한 설명은 한국등록특허번호 제10-1251533호(발명의 명칭: 유도 전동기 제어장치 및 유도전동기 제어 방법)에 개시되어 있다.
그러나, 이러한 방식의 경우, 고정자 온도를 이용하여 회전자 저항을 간접적으로 계산한다는 단점이 있다.
부연하면, 회전자 온도와 고정자 온도는 경우에 따라 최대 약 100도까지 차이가 발생할 수 있다. 회전자의 저항 변화는 슬립의 변화를 유발하고, 이는 토크 제어 오차를 유발하는 원인이 된다.
1. 한국등록특허번호 제10-1251533호 2. 한국등록특허번호 제10-0951975호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 유도 모터의 회전자 저항을 실시간으로 추정이 가능한 모터 온도 변화 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 회전자 자속 전류 모델과 전압 모델의 자속 계산 오차를 이용하여 회전자 저항을 추정하는 모터 온도 변화 제어 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 제안된 것으로서, 유도 모터의 회전자 저항을 실시간으로 추정이 가능한 모터 온도 변화 제어 장치를 제공한다.
상기 모터 온도 변화 제어 장치는,
DQ축 전압 지령값 및 좌표 변환 DQ축 전류값을 이용하여 모터의 회전자 저항 추정값을 산출하는 회전자 저항 추정기;
상기 회전 저항 추정값, 상기 모터의 회전자 속도 및 DQ축 전류 지령값을 이용하여 동기각을 추정하는 동기각 추정기;
상기 동기각 및 센싱 전류값을 이용하여 상기 좌표 변환 DQ축 전류값을 생성하는 좌표 변환기;
DQ축 전류 지령값 및 좌표 변환 DQ축 전류값을 이용하여 DQ축 전압 지령값을 생성하는 전류 제어기; 및
상기 DQ축 전압 지령값에 따라 상기 모터에 전원을 변환하여 공급하는 전원 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 회전자 저항 추정기는, 전압 모델을 이용한 제 1 회전자 자속 추정기와 전류 모델을 이용한 제 2 회전자 자속 추정기의 오차를 이용하여 상기 회전자 저항 추정값을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 저항 추정기는 전압 모델을 기준 모델로 이용하고, 전류 모델을 적응 모델로 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 회전자 자속 추정기에는 회전자 저항값(Rr)이 없고, 제 2 회전자 자속 추정기에는 회전자 저항값이 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 저항값은 회전자 온도에 따라 변하는 값으로서 자속, 전류값에 비해 느리게 변하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 저항 추정값은 전압모델의 자속 추정값과 전류모델의 자속 추정값을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 전압 모델의 자속 추정값은 정상상태에서의 값이고, 상기 전류모델의 자속 추정값은 실시간에서의 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 좌표 변환기는 동기 좌표계를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 동기각 추정기는, PLL(Phase Locked Loop) 기법을 이용하여 각 추정오차가 영이 되도록 PI(Proportional Integral) 제어 이득을 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 동기각 추정기는 전류모델을 이용하여 회전자 DQ 자속의 위치를 산출하며, 상기 각 추정오차는 회전자 DQ 자속의 비율과 크기가 유사하며, 회전자 DQ 자속의 비율은 0.1보다 작은 값으로 유지되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전원 변환부는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 DQ축 전압 지령값을 상기 모터의 입력 전류로 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 DQ축 전류 지령값은 토크 지령값 및 동기 각속도값에 대응하는 값들이 각각 미리 설정되는 Q축 전류맵과 D축 전류맵을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 저항 추정기는 토크지령 변화값 및 동기 각속도 변화값을 각각 미리 설정된 특정값과 비교하여 상기 특정값 이하이면 회전자 저항 추정 기능을 온하고 상기 특정값 이상이면 회전자 저항 추정 기능을 오프하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, DQ축 전압 지령값 및 좌표 변환 DQ축 전류값을 이용하여 모터의 회전자 저항 추정값을 산출하는 회전자 저항 추정 단계; 상기 회전 저항 추정값, 상기 모터의 회전자 속도 및 DQ축 전류 지령값을 이용하여 동기각을 추정하는 동기각 추정 단계; 상기 동기각 및 센싱 전류값을 이용하여 상기 좌표 변환 DQ축 전류값을 생성하는 좌표 변환 단계; DQ축 전류 지령값 및 좌표 변환 DQ축 전류값을 이용하여 DQ축 전압 지령값을 생성하는 전압 지령값 생성 단계; 및 상기 DQ축 전압 지령값에 따라 상기 모터에 전원을 변환하여 공급하는 전원 변환 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법을 제공한다.
이때, 상기 회전자 저항 추정 단계는, 전압 모델을 이용한 제 1 회전자 자속 추정기와 전류 모델을 이용한 제 2 회전자 자속 추정기의 오차를 이용하여 상기 회전자 저항 추정값을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 저항 단계는 전압 모델을 기준 모델로 이용하여, 전류 모델을 적응 모델로 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 저항 추정 단계는, 토크지령 변화값 및 동기 각속도 변화값을 각각 미리 설정된 특정값과 비교하는 단계; 비교결과, 상기 특정값 이하이면 회전자 저항 추정 기능을 온하는 단계; 및 비교결과, 상기 특정값 이상이면 회전자 저항 추정 기능을 오프하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유도 모터의 회전자 저항을 실시간으로 추정함으로써 회전자 온도가 변하는 상황에서도 토크 제어 성능을 유지하게 되어 회전자 온도 변화에 둔감한 토크 제어의 성능 확보가 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 고정자 코일 온도를 이용하는 방식보다 더 정확한 회전자 저항값을 추정(즉 회전자 온도 모니터링이 가능)할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 열저항/열용량을 이용하는 방식에 비해 구현이 용이하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 유도 전동기 제어 장치의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도 변화 제어 장치(200)의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회전자 저항 추정 기능의 동작 상태를 보여주는 상태도이다.
도 4는 일반적인 자속 추정 원리를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 4에 도시된 DQ 자속의 비율에 따른 각 추정 오차를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 각 추정 오차를 산출하는 개념을 보여주는 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 모델을 이용한 회전자 자속을 산출하는 개념을 보여주는 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 모델 및/또는 전류 모델을 이용한 회전자 저항 추정기의 동작 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자 저항 추정 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도 변화 제어 장치 및 방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도 변화 제어 장치(200)의 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 상기 모터 온도 변화 제어 장치(200)는, 모터 제어 유닛(210), 전원 변환부(220), 배터리(230), 및 모터(250) 등을 포함하여 구성된다.
모터 제어 유닛(210)은 토크 지령값(
Figure pat00001
) 및/또는 동기 각속도(
Figure pat00002
)의 입력에 따라 Q축 전류 지령값(
Figure pat00003
)으로 변환하는 Q축 전류맵(213-1), D축 전류 지령값(
Figure pat00004
)으로 변환하는 D축 전류맵(213-2), DQ축 전압 지령값(
Figure pat00005
,
Figure pat00006
) 및 좌표 변환 DQ축 전류값(
Figure pat00007
,
Figure pat00008
)을 이용하여 모터(150)의 회전자 저항 추정값(
Figure pat00009
)을 산출하는 회전자 저항 추정기(211), 상기 회전 저항 추정값(
Figure pat00010
), 상기 모터(250)의 회전자 속도(
Figure pat00011
) 및 DQ축 전류 지령값(
Figure pat00012
,
Figure pat00013
)을 이용하여 동기각(
Figure pat00014
)을 추정하는 동기각 추정기(212), 상기 동기각(
Figure pat00015
) 및 센싱 전류값(ias,ibs)을 이용하여 상기 좌표 변환 DQ축 전류값을 생성하는 좌표 변환기(216), 및 DQ축 전류 지령값(
Figure pat00016
,
Figure pat00017
) 및 좌표 변환 DQ축 전류값(
Figure pat00018
,
Figure pat00019
)을 이용하여 DQ축 전압 지령값(
Figure pat00020
,
Figure pat00021
)을 생성하는 전류 제어기(215) 등을 포함하여 구성된다.
또한, 전원 변환부(220)는 전류 제어기(215)에서 결정되어 인가되는 DQ축 전압 지령값에 따라 배터리(230)의 출력 전원을 변환하여 모터(250)에 공급한다. 이를 위해 전원 변환부(220)는 PWM부(221), 및 인버터(223) 등으로 구성된다.
PWM부(221)는 DQ축 전압 지령값을 PWM 방식을 이용하여 변환하고, 이러한 PWM 신호(Gating signals)가 인버터(223)를 제어한다.
인버터(120)는 전압형 인버터인 PWM(Pulse Width Modulation) 인버터가 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니고 일부 구성요소를 수정하는 방식으로 전류형 인버터의 적용도 가능하다.
PWM 인버터의 경우 정류된 직류 전압을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어방식을 이용하여 전압과 주파수를 동시에 제어한다.
따라서, 인버터(223)는 다수개의 전력 스위치 소자로 이루어진다. 전력 스위치 소자는 IGBT(Insulated Gate Transistor)가 주로 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니며 바이폴라, 전력 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 소자 등이 사용될 수 있다. 전력 MOSFET 소자는 고전압 고전류 동작으로 일반 MOSFET와 달리 DMOS(Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor) 구조를 갖는다.
배터리(230)는 배터리 셀(미도시)이 직렬 및/또는 병렬로 구성되며, 이 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리 등의 전기 차량용 고전압 배터리가 될 수 있다. 일반적으로 고전압 배터리는 전기 차량을 움직이는 동력원으로 사용하는 배터리로서 100V 이상의 고전압을 말한다. 그러나, 이에 한정되지는 않으며, 저전압 배터리도 가능하다.
여기서, 전기 차량의 예로서는 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 연료 전지 차량 등을 들 수 있다.
모터(250)는 3상 교류 유도 모터로서, 코일이 권선된 모터 고정자(미도시)와, 모터 회전자(미도시)로 구성된다. 물론, 본 발명의 일실시예에서는 설명의 이해를 위해 3상 교류 유도 모터를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 변형 및/또는 수정을 통해 단상 모터에도 적용될 수 있다.
또한, 모터(250)는 매입형 영구자석 모터(Interior Permanent Magnet Motor)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 유니버셜 모터 등이 될 수 있다.
이러한 모터 고정자(미도시)쪽에는 모터 고정자의 전류를 센싱하여 3상 전류값(ias,ibs,ics)을 전류 제어기(215)에 제공하는 전류 센서(260)가 구성된다. 이 전류 센서(260)는 모터 고정자 전류 센서가 된다. 물론, 전류 센서(260)는 제 1 모터 고정자 전류 센서(261)와 제 2 모터 고정자 전류 센서(262)로 구성될 수 있다.
이러한 3상 전류값(ias,ibs,ics)은 좌표 변환기(216)에 의해서 좌표 변환 DQ축 전류값(
Figure pat00022
)으로 변환되어 전류 제어기(215)에 제공된다. 여기서, 좌표 변환기(216)는 동기 좌표계를 이용하는 방식이 된다.
또한, Q축 전류맵(213-1)과 D축 전류맵(213-2)에는 토크 지령값 및/또는 동기 각속도값에 대응하는 DQ축 전류 지령값들이 미리 맵핑되어 설정된다. 따라서, 토크 지령값 및/또는 동기 각속도값이 입력되면, 이에 맵핑되는 DQ축 전류 지령값들이 산출된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회전자 저항 추정 기능의 동작 상태를 보여주는 상태도이다. 도 3을 참조하면, 회전자 저항 추정 오프(OFF) (310)는 회전자 저항 추정 기능이 오프(OFF) 상태를 말한다.
부연하면, 토크 지령 변화값이 제한값(ΔTe_th) 보다 크고 동시에 동기 각속도 변화값이 제한값(ΔWe_th)보다 큰 경우에는 회전자 저항 추정을 하지 않는다. 여기서 제한값(ΔTe_th,ΔWe_th)은 미리 설정된 기준값이 된다.
회전자 저항 추정 온(ON) (320)은 회전자 저항 추정 기능이 온(ON) 상태를 말한다.
부연하면, 토크 지령 변화값이 제한값(ΔTe_th) 보다 작고 동시에 동기 각속도 변화값이 제한값(ΔWe_th)보다 작은 경우에는 회전자 저항 추정을 수행한다.
도 4는 일반적인 자속 추정 원리를 보여주는 그래프이다. 도 5는 도 4에 도시된 DQ 자속의 비율에 따른 각 추정 오차를 나타내는 그래프이다.
동기각 추정기(도 2의 212)는 도 4 및 도 5에 도시된 그래프의 원리를 이용하여 동기각(
Figure pat00023
)을 추정한다. 이러한 동기각(
Figure pat00024
)을 추정하기 위하여 PLL(Phase Locked Loop) 기법을 이용하여 각 추정오차(
Figure pat00025
)가 0이 되도록 PI(Proportional/Integral)(비례/적분) 제어 이득을 설정한다.
PI 제어 이득은 다음 수학식과 같이 2차계 응답 특성을 만족하도록 설정한다.
Figure pat00026
Figure pat00027
여기서,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
이다.
이때, 각 추정 오차(
Figure pat00030
)는 오차값이 작을때, 회전자 DQ 자속의 비율(λq/λd)과 크기가 유사하다. 또한, 회전자 Q축 자속은 0이 되도록 제어하므로, 회전자 DQ 자속의 비율은 약 0.1 보다 작은 값으로 유지된다.
따라서, 회전자 DQ 자속의 비율을 각 추정 오차(
Figure pat00031
)의 대체변수로 이용한다. 이렇게 하면 오차가 클때 수렴속도가 빨라지는 장점도 있다. 각 추정 오차(
Figure pat00032
)를 수학식 표현하면 다음과 같다.
Figure pat00033
위에서 설명한 수식들을 이해하기 쉽게 나타낸 것이 도 6이다. 즉, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 각 추정 오차를 산출하는 개념을 보여주는 블럭도이다. 여기서, Wsl: 슬립 각속도, Wr: 회전자 속도, We: 동기 각속도를 나타낸다.
이때, 회전자 DQ 자속은 전류모델을 이용한 회전자 자속 추정기를 이용하여 계산한다. 이에 대하여는 후술하기로 한다.
결론적으로, 회전자 Q축 자속이 0으로 수렴하면, 동기각 추정값이 실제값에 수렴하게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 모델을 이용한 회전자 자속을 산출하는 개념을 보여주는 블럭도이다. 이를 수학식으로 표현하면 다음식과 같다.
Figure pat00034
여기서, Rr: 회전자 저항, Lr: 회전자 자기 인덕턴스, Lm: 자화 인덕턴스를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 모델 및/또는 전류 모델을 이용한 회전자 저항 추정기(도 2의 211)의 동작 개념도이다. 도 8을 참조하면, 회전자 저항 추정기(211)는, 전압 모델을 이용한 제 1 회전자 자속 추정기(810)와 전류 모델을 이용한 제 2 회전자 자속 추정기(820)의 오차를 이용하여 회전자 저항 추정값(
Figure pat00035
)을 산출한다.
제 1 회전자 자속 추정기(810)는 전압 모델을 이용하는 것으로 다음식과 같이 표현된다.
Figure pat00036
여기서, Rs: 고정자 저항, Lm: 자화 인덕턴스, Lr: 회전자 자기 인덕턴스, Ls: 고정자 자기 인덕턴스, σ: 1-(Lm*Lm)/(Lr*Ls)를 나타낸다.
위 수식에서 미분항을 무시(즉 제거)하면 다음식과 같이 간략하게 표현할 수 있다.
Figure pat00037
도 8을 계속 참조하면, 회전자 저항 추정기(211)는 동기 좌표계에서 전압 모델을 기준 모델로 사용하고, 전류 모델을 적응 모델로 설정한다.
여기서, 회전자 저항 추정값(
Figure pat00038
)은 다음식과 같다.
Figure pat00039
전압모델을 이용한 제 1 회전자 자속 추정기(810)에는 Rr값이 없고, 전류모델을 이용한 제 2 회전자 자속 추정기(820)에는 회전자 저항값(Rr)이 있으므로 전압모델과 전류모델의 자속 추정값 차이를 이용하면 회전자 저항값(Rr)을 추정할 수 있다.
또한, 전압모델은 내부 변수들이 미분항에 의해 복잡하게 얽혀 있으므로, 회전자 자속 추정값이 적분기 초기값에 민감할 수 있다.
그리고, 전류/자속이 변화량을 무시할 수 있을 만큼 느리게 변하는 경우에는 미분항을 무시하고 정상상태로 간주하여 좀 더 정확한 회전자 자속을 계산하는 것이 가능하다.
회전자 저항값은 회전자 온도에 따라 변하는 값으로서 자속/전류에 비해 매우 느리게 변한다. 이러한 특성을 이용하여 전류/자속이 느리게 변하는 상황에서 (정상상태) 전압모델의 자속추정값과 (실시간) 전류모델의 자속추정값을 이용하여 회전자 저항을 추정할 수 있다.
특히, 전류모델에 의한 회전자 자속추정값은 동기각 추정을 위하여 실시간으로 계산되고 있으므로 그 값을 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자 저항 추정 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 토크지령 변화값 및 동기 각속도 변화값을 각각 미리 설정된 특정값과 비교한다(단계 S910).
단계 S910에서, 비교결과, 토크지령 변화값 및 동기 각속도 변화값이 특정 제한값(ΔTe_th,ΔWe_th) 이하이면 회전자 저항 추정 기능을 온하여 회전자 저항 추정을 수행한다. 부연하면, 회전자 자속의 위치를 계산하고, 전류모델과 전압모델의 오차를 이용하여 회전자 저항을 추정한다(단계 S920,S930).
이와 달리, 단계 S910에서, 비교결과, 비교결과, 토크지령 변화값 및 동기 각속도 변화값이 특정 제한값(ΔTe_th,ΔWe_th) 이상이면 회전자 저항 추정 기능을 오프하여 회전자 저항 추정을 수행하지 않는다.
200: 모터 온도 변화 제어 장치
210: 모터 제어 유닛
211: 회전자 저항 추정기
212: 동기각 추정기
213-1: Q축 전류맵 213-2: D축 전류맵
215: 전류 제어기 216: 좌표 변환기
220: 전원 변환부
221: PWM(Pulse Width Modulation)부 223: 인버터
230: 배터리
250: 모터
251: 회전자 속도 센서 260: 고정자 전류 센서
810: 제 1 회전자 자속 추정기 820: 제 2 회전자 자속 추정기

Claims (21)

  1. DQ축 전압 지령값 및 좌표 변환 DQ축 전류값을 이용하여 모터의 회전자 저항 추정값을 산출하는 회전자 저항 추정기;
    상기 회전 저항 추정값, 상기 모터의 회전자 속도 및 DQ축 전류 지령값을 이용하여 동기각을 추정하는 동기각 추정기;
    상기 동기각 및 센싱 전류값을 이용하여 상기 좌표 변환 DQ축 전류값을 생성하는 좌표 변환기;
    DQ축 전류 지령값 및 좌표 변환 DQ축 전류값을 이용하여 DQ축 전압 지령값을 생성하는 전류 제어기; 및
    상기 DQ축 전압 지령값에 따라 상기 모터에 전원을 변환하여 공급하는 전원 변환부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자 저항 추정기는,
    전압 모델을 이용한 제 1 회전자 자속 추정기와 전류 모델을 이용한 제 2 회전자 자속 추정기의 오차를 이용하여 상기 회전자 저항 추정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전자 저항 추정기는 전압 모델을 기준 모델로 이용하고, 전류 모델을 적응 모델로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 회전자 자속 추정기에는 회전자 저항값이 없고, 제 2 회전자 자속 추정기에는 회전자 저항값이 있는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전자 저항값은 회전자 온도에 따라 변하는 값으로서 자속, 전류값에 비해 느리게 변하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전자 저항 추정값은 전압모델의 자속 추정값과 전류모델의 자속 추정값을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 모델의 자속 추정값은 정상상태에서의 값이고, 상기 전류모델의 자속 추정값은 실시간에서의 값인 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표 변환기는 동기 좌표계를 이용하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기각 추정기는, PLL(Phase Locked Loop) 기법을 이용하여 각 추정오차가 영이 되도록 PI(Proportional Integral) 제어 이득을 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 동기각 추정기는 전류모델을 이용하여 회전자 DQ 자속의 위치를 산출하며, 상기 각 추정오차는 회전자 DQ 자속의 비율과 크기가 유사하며, 회전자 DQ 자속의 비율은 0.1보다 작은 값으로 유지되는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 DQ축 전압 지령값을 상기 모터의 입력 전류로 변환하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 DQ축 전류 지령값은 토크 지령값 및 동기 각속도값에 대응하는 값들이 각각 미리 설정되는 Q축 전류맵과 D축 전류맵을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 회전자 저항 추정기는 토크지령 변화값 및 동기 각속도 변화값을 각각 미리 설정된 특정값과 비교하여 상기 특정값 이하이면 회전자 저항 추정 기능을 온하고 상기 특정값 이상이면 회전자 저항 추정 기능을 오프하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 장치.
  14. DQ축 전압 지령값 및 좌표 변환 DQ축 전류값을 이용하여 모터의 회전자 저항 추정값을 산출하는 회전자 저항 추정 단계;
    상기 회전 저항 추정값, 상기 모터의 회전자 속도 및 DQ축 전류 지령값을 이용하여 동기각을 추정하는 동기각 추정 단계;
    상기 동기각 및 센싱 전류값을 이용하여 상기 좌표 변환 DQ축 전류값을 생성하는 좌표 변환 단계;
    DQ축 전류 지령값 및 좌표 변환 DQ축 전류값을 이용하여 DQ축 전압 지령값을 생성하는 전압 지령값 생성 단계; 및
    상기 DQ축 전압 지령값에 따라 상기 모터에 전원을 변환하여 공급하는 전원 변환 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 회전자 저항 추정 단계는,
    전압 모델을 이용한 제 1 회전자 자속 추정기와 전류 모델을 이용한 제 2 회전자 자속 추정기의 오차를 이용하여 상기 회전자 저항 추정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 회전자 저항 단계는 전압 모델을 기준 모델로 이용하여, 전류 모델을 적응 모델로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 회전자 자속 추정기에는 회전자 저항값이 없고, 제 2 회전자 자속 추정기에는 회전자 저항값이 있는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 회전자 저항값은 회전자 온도에 따라 변하는 값으로서 자속, 전류값에 비해 느리게 변하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 회전자 저항 추정값은 전압모델의 자속 추정값과 전류모델의 자속 추정값을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 DQ축 전류 지령값은 토크 지령값 및 동기 각속도값에 대응하는 값들이 각각 미리 설정되는 Q축 전류맵과 D축 전류맵을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 회전자 저항 추정 단계는,
    토크지령 변화값 및 동기 각속도 변화값을 각각 미리 설정된 특정값과 비교하는 단계;
    비교결과, 상기 특정값 이하이면 회전자 저항 추정 기능을 온하는 단계; 및
    비교결과, 상기 특정값 이상이면 회전자 저항 추정 기능을 오프하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 제어 방법.
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