KR20160110685A - 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법 - Google Patents

영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160110685A
KR20160110685A KR1020150033414A KR20150033414A KR20160110685A KR 20160110685 A KR20160110685 A KR 20160110685A KR 1020150033414 A KR1020150033414 A KR 1020150033414A KR 20150033414 A KR20150033414 A KR 20150033414A KR 20160110685 A KR20160110685 A KR 20160110685A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
rotor
permanent magnet
difference value
current difference
Prior art date
Application number
KR1020150033414A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101684073B1 (ko
Inventor
지민훈
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
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 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR1020150033414A priority Critical patent/KR101684073B1/ko
Priority to EP16150922.9A priority patent/EP3068035A1/en
Priority to CN201610077430.2A priority patent/CN105978435A/zh
Priority to US15/059,675 priority patent/US20160268936A1/en
Priority to JP2016045145A priority patent/JP2016171741A/ja
Publication of KR20160110685A publication Critical patent/KR20160110685A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101684073B1 publication Critical patent/KR101684073B1/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
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/183—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/34—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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/32—Determining the initial rotor position
    • 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
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation
    • 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
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/09—Motor speed determination based on the current and/or voltage without using a tachogenerator or a physical encoder
    • 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
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 영구자석 동기 전동기에 포함되는 회전자의 초기 자극 위치를 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법은, 고정자 권선의 u상, v상, w상에 인가될 3상 전압 벡터를 생성하는 단계, 상기 u상, 상기 v상, 상기 w상에 각각 상기 3상 전압 벡터를 인가하는 단계, 상기 3상 전압 벡터의 인가에 따라 상기 고정자 권선에서 자화 방향으로 흐르는 전류 및 비자화 방향으로 흐르는 전류를 이용하여 u상의 전류 차이값, v상의 전류 차이값, w상의 전류 차이값을 각각 연산하는 단계 및 상기 u상의 전류 차이값, 상기 v상의 전류 차이값, 상기 w상의 전류 차이값을 이용하여 회전자의 초기 자극 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 도의 자극 센서를 사용하지 않고도 영구자석 동기 전동기에 포함되는 회전자의 초기 자극 위치를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.

Description

영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법{METHOD FOR DETECTING INITIAL MAGNETIC-POLE POSITION OF ROTOR IN PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명은 영구자석 동기 전동기에 포함되는 회전자의 초기 자극 위치를 검출하는 방법에 관한 것이다.
영구자석 동기 전동기는 고효율, 고역률, 저렴한 유지비용 등의 장점으로 많은 산업 현장에서 고성능 가변 속도용 전동기로 사용되고 있다. 이러한 영구자석 동기 전동기를 제어하기 위하여 주로 인버터 시스템이 사용된다. 영구자석 동기 전동기의 토크 및 속도를 정확하게 제어하기 위해서는 인버터 시스템에서 영구자석 동기 전동기에 포함된 회전자의 자극 위치를 정확히 파악할 필요가 있다.
회전자의 자극 위치를 검출하기 위한 방법에는 자속 센서를 사용하여 측정하는 방법과 전압 벡터를 인가하여 회전자 자극의 위치를 추정하는 방법이 있다. 자속 센서를 사용하여 회전자의 자극 위치를 검출할 경우, 자속 센서를 전동기에 별도로 장착해야 하므로 전동기의 제조 비용 및 사이즈가 증가하는 단점이 있다. 또한 자속 센서를 사용할 경우 센서 고장 등으로 인하여 전동기의 유지 보수 비용이 증가하고 전동기 운용 시스템의 신뢰성이 저하된다.
한편, 전압 벡터를 인가하여 회전자 자극의 위치를 추정하는 방법은 전동기에 전압 벡터를 인가할 때 영구자석의 자속의 영향으로 인하여 전류의 크기가 커지는 지점을 회전자 자극의 위치로 추정하는 방법이다. 그러나 이와 같은 방법을 사용할 경우 전류의 크기가 커지는 지점을 확인하기 위해서 다양한 각도로 전압 벡터를 인가해야 하므로, 전압 벡터의 인가 횟수만큼 자극 위치 추정 시간과 소비 전력이 증가한다는 문제가 있다.
본 발명은 별도의 자극 센서를 사용하지 않고도 영구자석 동기 전동기에 포함되는 회전자의 초기 자극 위치를 정확하게 검출할 수 있는 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 회전자의 초기 자극 위치를 검출함에 있어서 종래에 비해 고정자 권선에 전압 벡터를 인가하는 횟수를 줄임으로써 초기 자극 위치 검출에 소요되는 시간과 소비 전력을 감소시킬 수 있는 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법에 있어서, 고정자 권선의 u상, v상, w상에 인가될 3상 전압 벡터를 생성하는 단계, 상기 u상, 상기 v상, 상기 w상에 각각 상기 3상 전압 벡터를 인가하는 단계, 상기 3상 전압 벡터의 인가에 따라 상기 고정자 권선에서 자화 방향으로 흐르는 전류 및 비자화 방향으로 흐르는 전류를 이용하여 u상의 전류 차이값, v상의 전류 차이값, w상의 전류 차이값을 각각 연산하는 단계 및 상기 u상의 전류 차이값, 상기 v상의 전류 차이값, 상기 w상의 전류 차이값을 이용하여 회전자의 초기 자극 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 도의 자극 센서를 사용하지 않고도 영구자석 동기 전동기에 포함되는 회전자의 초기 자극 위치를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 회전자의 초기 자극 위치를 검출함에 있어서 종래에 비해 고정자 권선에 전압 벡터를 인가하는 횟수를 줄임으로써 초기 자극 위치 검출에 소요되는 시간과 소비 전력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 영구 자석 전동기의 모델을 나타낸 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 장치의 구성도.
도 3은 종래 기술에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법의 흐름도.
도 4는 종래 기술에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 시 영구 자석 전동기에 인가되는 벡터의 등가 모델을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법의 흐름도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 시 영구 자석 전동기에 인가되는 벡터의 등가 모델을 나타내는 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 영구 자석 전동기의 모델을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 영구 자석 전동기에는 고정자 권선(101) 및 회전자 권선(102)이 포함된다. 영구 자석 전동기의 고정자 권선(101)의 세 축, 즉 u축(103), v축(104), w축(105)은 좌표 변환을 통해 각각 ds축(103)과 qs축(106)으로 나타낼 수 있다. 또한 회전자 권선(102)의 축은 각각 dr축(107)과 qr축(108)로 표현될 수 있다.
도 1에서 θre는 고정자 권선(101)의 d축인 ds축(103)과 회전자 권선(102)의 d축인 dr축(107) 간의 각도를 나타내는데, 일반적으로 회전자 권선(102)의 dr축(107)은 회전자의 N극과 연동되어 움직이므로, 회전자의 초기 자극 위치는 θre로 표현될 수 있다.
또한 종래 기술에서는 다음과 같은 원리에 의해 회전자의 초기 자극 위치를 검출한다. 고정자 권선(101)에 전압 벡터를 인가하면 고정자 권선(101)에는 전류가 흐르게 된다. 이 때 고정자 권선 코어는 비선형 자화 특성을 갖는데, 회전자 자극에 가까이 위치한 고정자 권선 코어는 그렇지 않은 코어에 비해 보다 강하게 자화된다. 만약 고정자 권선(101)이 회전자의 자극에 가까이 있다면, 자화 방향으로 흐르는 고정자 권선(101)의 전류의 절대값은 고정자 코어의 자극 포화로 인하여 비자화 방향으로 흐르는 고정자 권선(101)의 전류의 절대값보다 크게 나타난다. 따라서 자화 방향으로 흐르는 고정자 권선(101)의 전류의 절대값과 비자화 방향으로 흐르는 고정자 권선(101)의 전류의 절대값의 차이를 통해 해당 전압 벡터가 인가된 고정자 권선(101)이 회전자의 자극에 얼마나 가까이 위치해 있는지를 추정할 수 있다.
이에 따라 종래 기술에서는 전압 벡터의 각도를 조절하여 고정자 권선(101)의 서로 다른 위치에 전압 벡터를 인가하고, 각각의 위치에서 고정자 권선(101)의 자화/비자화 방향으로 흐르는 전류의 절대값 간 차이가 가장 큰 위치를 회전자의 초기 자극 위치로 추정하게 된다.
도 2는 종래 기술에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 장치의 구성도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법의 흐름도이다. 또한 도 4는 종래 기술에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 시 영구 자석 전동기에 인가되는 벡터의 등가 모델을 나타내는 도면이다. 이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 종래 기술에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 영구 자석 전동기(205)의 회전자 초기 자극 위치 검출 장치는 전압 지령부(201), 각도 지령부(202), 좌표 변환부(203), PWM 출력부(204), 회전자 위치 검출부(206)를 포함한다. 또한 회전자 위치 검출부(206)는 전류 연산부(207), 최대 전류 비교부(208), 최대 전류 저장부(209), 각도 확인부(210)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 먼저 전압 지령부(201) 및 각도 지령부(202)는 고정자 권선에 인가될 전압 벡터를 구성하는 전압 지령 및 각도 지령을 각각 생성한다(301). 보다 구체적으로, 전압 지령부(201)는 영구 자석 전동기(205)의 고정자의 u상, v상, w상에 인가될 전압 벡터를 생성하기 위하여 d축 전압 지령 및 q축 전압 지령을 생성한다. 그리고 각도 지령부(202)는 영구 자석 전동기(205)의 고정자의 u상, v상, w상에 인가될 전압 벡터에 적용될 각도 지령을 생성하는데, 도 4에 도시된 바와 같이 각도 지령은 각 전압 벡터 간 각도 차이가 15°, 7.5°, 3.75°등이 되도록 생성될 수 있다.
이 때 전압 지령부(201)에 의해 생성되는 d축 전압 지령은 미리 설정된 임의의 크기를 갖는 전압 지령으로 생성될 수 있고, q축 전압 지령은 0으로 생성될 수 있다. 전압 지령부(201) 및 각도 지령부(202)에 의해 생성된 d축 전압 지령(
Figure pat00001
) 및 q축 전압 지령(
Figure pat00002
)은 각각 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00003
다음으로, 좌표 변환부(203)는 전압 지령부(201) 및 각도 지령부(202)에 의해 생성된 d축 전압 지령(
Figure pat00004
) 및 q축 전압 지령(
Figure pat00005
), 즉 동기 좌표계 전압 벡터를 아래와 같이 3상 좌표계로 변환하여 3상 전압 벡터를 생성한다(302).
Figure pat00006
좌표 변환부(203)에 의해 생성된 3상 전압 벡터(
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
)는 PWM 출력부(204)로 입력되고, PWM 출력부(204)는 3상 전압 벡터를 PWM 신호 형태로 영구 자석 전동기(205)에 인가한다(303). 이 때 3상 전압 벡터는 자화 방향(401a) 및 비자화 방향(401b)으로 인가될 수 있다.
영구 자석 전동기(205)에 3상 전압 벡터가 인가되면, 영구 자석 전동기(205)의 고정자 권선(101)에 전류가 흐르게 된다. 전류 연산부(207)는 자화 방향(401a) 및 비자화 방향(401b)으로 흐르는 각각의 전류 크기의 절대값을 연산하고, 이들 절대값의 차이, 즉 전류 차이값을 연산한다(304). 이하에서는 자화 방향(401a) 전류 크기의 절대값과 비자화 방향(401b) 전류 크기의 절대값 간의 차이를 "전류 차이값"으로 정의한다.
최대 전류 비교부(208)는 현재 계산된 전류 차이값과 이전에 계산된 전류 차이값을 비교하고(305), 이 중 더 큰 전류 차이값이 최대 전류 저장부(209)에 저장된다(306). 이와 같은 과정은 도 4에 도시된 바와 같이 고정자 권선의 전 영역에 걸쳐 전압 벡터를 15°간격으로 인가할 때까지 계속된다. 이에 따라 각도 확인부(210)는 고정자 권선의 전 영역에 전압 벡터가 인가되었는지를 확인하기 위하여 각도 지령의 조절이 완료되었는지를 판단하여(307) 고정자 권선의 전 영역에 전압 벡터가 인가될 때까지 단계 301 내지 306이 반복된다.
도 4에서 고정자 권선의 전 영역에 걸쳐 15°간격으로 전압 벡터의 인가 및 전류 차이값의 계산이 완료되면 가장 큰 전류 차이값을 갖는 전압 벡터, 즉 제1 전압 벡터를 확인할 수 있다. 이후 전압 지령부(201) 및 각도 지령부(202)는 제1 전압 벡터를 기준으로 ±7.5°의 각도 차이를 갖는 전압 지령을 생성하고, 이에 따른 두 개의 전압 벡터가 고정자 권선에 인가된다. 회전자 위치 검출부(206)는 이 두 개의 전압 벡터에 의한 자화 방향(402a 또는 403a) 및 비자화 방향(402b 또는 403b) 전류의 절대값을 측정하고, 이들 절대값의 차이, 즉 전류 차이값을 각각 연산한다. 이와 같이 연산된 두 개의 전류 차이값 중 보다 큰 전류 차이값을 나타내는 전압 벡터가 제2 전압 벡터가 된다.
이후 전압 지령부(201) 및 각도 지령부(202)는 제2 전압 벡터를 기준으로 ±3.75°의 각도 차이를 갖는 전압 지령을 생성하고, 이에 따른 두 개의 전압 벡터가 고정자 권선에 인가된다. 회전자 위치 검출부(206)는 이 두 개의 전압 벡터에 의한 자화 방향(404a 또는 405a) 및 비자화 방향(404b 또는 405b) 전류의 절대값을 측정하고, 이들 절대값의 차이, 즉 전류 차이값을 각각 연산한다. 이와 같이 연산된 두 개의 전류 차이값 중 보다 큰 전류 차이값을 나타내는 전압 벡터가 제3 전압 벡터가 된다. 회전자 위치 검출부(206) 제3 전압 벡터가 ds축과 이루는 각도(θre)를 회전자의 초기 자극 위치로 결정한다(308).
그러나 전술한 바와 같은 종래 기술에 따르면 전압 벡터의 각도 조절 및 이에 따른 반복적인 전압 벡터 인가로 인하여 회전자의 초기 자극 위치 검출 시간이 증가하게 되며, 검출을 위한 소비 전력 또한 증가하게 된다. 예컨대 도 2 내지 도 4의 실시예에서는 각도 조절에 따라 총 20회의 전압 벡터 인가 및 이에 따른 전류 차이값 연산이 이루어지게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고정자 권선에 인가되는 전압 벡터의 인가 횟수를 감소시켜 자극 위치 검출 시간과 이에 소요되는 소비 전력을 줄이는 것을 목적으로 한다. 이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법을 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 장치의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법의 흐름도이다. 또한 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 시 영구 자석 전동기에 인가되는 벡터의 등가 모델을 나타내는 도면이다.
먼저 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 장치는 전압 지령부(501), 각도 지령부(502), 좌표 변환부(503), PWM 출력부(504), 회전자 위치 검출부(506)를 포함한다. 또한 회전자 위치 검출부(506)는 전류 연산부(507) 및 각도 연산부(508)를 포함한다.
도 6을 참조하면, 먼저 전압 지령부(501) 및 각도 지령부(502)는 고정자 권선에 인가될 전압 벡터를 구성하는 전압 지령 및 각도 지령을 각각 생성한다(601). 보다 구체적으로, 전압 지령부(501)는 영구 자석 전동기(505)의 고정자의 u상, v상, w상에 인가될 전압 벡터를 생성하기 위하여 d축 전압 지령 및 q축 전압 지령을 생성한다. 그리고 각도 지령부(502)는 영구 자석 전동기(505)의 고정자의 u상, v상, w상에 인가될 전압 벡터에 적용될 각도 지령을 생성한다.
본 발명에서는 종래 기술과 달리 일정 각도의 간격을 갖는 다수의 전압 벡터를 생성하는 것이 아니라 도 7과 같이 u상(601a, 601b), v상(602a, 602b), w상(603a, 603b)에 인가되는 전압 벡터만을 생성한다. 이에 따라 각도 지령부(502)는 120°씩 각도를 조절하여 각도 지령을 생성한다.
또한 전압 지령부(501)에 의해 생성되는 d축 전압 지령은 미리 설정된 임의의 크기를 갖는 전압 지령으로 생성될 수 있고, q축 전압 지령은 0으로 생성될 수 있다. 전압 지령부(501) 및 각도 지령부(502)에 의해 생성된 d축 전압 지령(
Figure pat00010
) 및 q축 전압 지령(
Figure pat00011
)은 전술한 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
좌표 변환부(503)는 전압 지령부(501) 및 각도 지령부(502)에 의해 생성된 d축 전압 지령(
Figure pat00012
) 및 q축 전압 지령(
Figure pat00013
), 즉 동기 좌표계 전압 벡터를 [수학식 2]와 같이 3상 좌표계로 변환하여 3상 전압 벡터를 생성한다(602).
PWM 출력부(504)는 좌표 변환부(503)에 의해 생성된 3상 전압 벡터를 PWM 신호 형태로 영구 자석 전동기(505)에 인가한다(603). 전술한 바와 같이 본 발명에서는 u상, v상, w상에 각각 전압 벡터가 인가된다.
회전자 위치 검출부(506)의 전류 연산부(507)는 u상의 전류 차이값, v상의 전류 차이값, w상의 전류 차이값을 각각 연산한다(604). 예를 들어 전류 연산부(507)는 u상의 자화 방향(601a) 전류의 절대값 및 비자화 방향(601b) 전류의 절대값을 각각 연산하고, 두 절대값의 차이를 u상의 전류 차이값으로 결정한다.
또한 회전자 위치 검출부(506)의 각도 연산부(508)는 u상의 전류 차이값, v상의 전류 차이값, w상의 전류 차이값을 이용하여 회전자의 초기 자극 위치를 결정한다. 회전자의 초기 자극 위치를 결정하기 위하여 각도 연산부(508)는 다음과 같이 고정자 권선의 d축과 회전자 권선의 d축 간의 각도, 즉 θre를 연산한다.
먼저 u상, v상, w상에 각각 되는 전압 벡터의 지령 전류값을 I0라 할 때, u상의 전류 차이값(Iu), v상의 전류 차이값(Iv), w상의 전류 차이값(Iw)은 각각 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00014
위 [수학식 3]에서 정의된 u상의 전류 차이값(Iu), v상의 전류 차이값(Iv), w상의 전류 차이값(Iw)을 정리하면 다음과 같이 θre를 탄젠트(tagent) 항으로 정리할 수 있다.
Figure pat00015
[수학식 4]를 다시 정리하면 다음과 같다.
Figure pat00016
[수학식 5]에 따라서 다음과 같이 θre를 구할 수 있다.
Figure pat00017
본 발명의 일 실시예에 따른 각도 연산부(508)는 [수학식 6]과 같이 u상의 전류 차이값(Iu), v상의 전류 차이값(Iv), w상의 전류 차이값(Iw)을 이용하여 고정자 권선의 d축과 회전자 권선의 d축 간의 각도, 즉 θre를 연산하고, 연산된 θre를 회전자의 초기 자극 위치로 결정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법에 따르면 종래 기술에 비해 보다 적은 횟수의 전압 벡터 인가 및 연산을 통해 회전자의 초기 자극 위치를 검출하는 것이 가능하다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (5)

  1. 고정자 권선의 u상, v상, w상에 인가될 3상 전압 벡터를 생성하는 단계;
    상기 u상, 상기 v상, 상기 w상에 각각 상기 3상 전압 벡터를 인가하는 단계;
    상기 3상 전압 벡터의 인가에 따라 상기 고정자 권선에서 자화 방향으로 흐르는 전류 및 비자화 방향으로 흐르는 전류를 이용하여 u상의 전류 차이값, v상의 전류 차이값, w상의 전류 차이값을 각각 연산하는 단계; 및
    상기 u상의 전류 차이값, 상기 v상의 전류 차이값, 상기 w상의 전류 차이값을 이용하여 회전자의 초기 자극 위치를 결정하는 단계를
    포함하는 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초기 자극 위치는
    상기 고정자 권선의 d축과 상기 회전자의 d축이 이루는 각도에 의해 결정되는
    영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 3상 전압 벡터를 생성하는 단계는
    상기 고정자 권선의 d축 전압 지령 및 q축 전압 지령을 포함하는 전압 지령을 생성하는 단계;
    상기 3상 전압 벡터에 적용될 각도 지령을 생성하는 단계;
    상기 전압 지령 및 상기 각도 지령을 이용하여 동기 좌표계 전압 벡터를 생성하는 단계; 및
    상기 동기 좌표계 전압 벡터를 3상 좌표계로 변환하여 상기 3상 전압 벡터를 생성하는 단계를
    포함하는 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 차이값을 연산하는 단계는
    상기 자화 방향으로 흐르는 전류의 절대값과 상기 비자화 방향으로 흐르는 전류의 절대값의 차이를 상기 전류 차이값으로 결정하는 단계를
    포함하는 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초기 자극 위치는
    하기 [수학식 1]에 따라 결정되는
    영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법.

    [수학식 1]
    Figure pat00018

    (단, θre는 상기 고정자 권선의 d축과 상기 회전자의 d축이 이루는 각도, IU는 상기 u상의 전류 차이값, IV는 상기 v상의 측정된 전류 차이값, IW는 상기 w상의 전류 차이값)
KR1020150033414A 2015-03-10 2015-03-10 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법 KR101684073B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150033414A KR101684073B1 (ko) 2015-03-10 2015-03-10 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법
EP16150922.9A EP3068035A1 (en) 2015-03-10 2016-01-12 Method for detecting initial magnetic-pole position of rotor in permanent magnet synchronous motor
CN201610077430.2A CN105978435A (zh) 2015-03-10 2016-02-03 用于检测在永磁同步电机中的转子的初始磁极位置的方法
US15/059,675 US20160268936A1 (en) 2015-03-10 2016-03-03 Method for detecting initial magnetic-pole position of rotor in permanent magnet synchronous motor
JP2016045145A JP2016171741A (ja) 2015-03-10 2016-03-09 永久磁石同期電動機の回転子の初期磁極の位置検出方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150033414A KR101684073B1 (ko) 2015-03-10 2015-03-10 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160110685A true KR20160110685A (ko) 2016-09-22
KR101684073B1 KR101684073B1 (ko) 2016-12-08

Family

ID=55129596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150033414A KR101684073B1 (ko) 2015-03-10 2015-03-10 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160268936A1 (ko)
EP (1) EP3068035A1 (ko)
JP (1) JP2016171741A (ko)
KR (1) KR101684073B1 (ko)
CN (1) CN105978435A (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018046593A (ja) * 2016-09-12 2018-03-22 コニカミノルタ株式会社 永久磁石同期電動機の制御装置、制御方法、および画像形成装置
CN106357187A (zh) * 2016-09-22 2017-01-25 苏州汇川技术有限公司 电励磁同步电机转子初始位置辨识系统及方法
CN107979319B (zh) * 2017-12-26 2019-10-25 浙江水利水电学院 一种表贴式三相永磁同步电机转子磁极初始位置定位方法
CN110336500B (zh) * 2018-03-29 2021-01-22 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 一种永磁同步电机转子初始位置检测方法
JP2021083246A (ja) * 2019-11-21 2021-05-27 アイシン精機株式会社 モータ制御装置
JP7467374B2 (ja) 2021-03-16 2024-04-15 日立Astemo株式会社 同期電動機の駆動装置および同期電動機の駆動方法
CN113630053A (zh) * 2021-07-30 2021-11-09 珠海格力电器股份有限公司 永磁同步电机转子初始位置角的检测方法、装置及设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060011714A (ko) * 2004-07-31 2006-02-03 재단법인서울대학교산학협력재단 위치 센서가 없는 브러시리스 직류 전동기의 회전자의초기 전기각 위치 추정 방법 및 기동 방법
KR20110086892A (ko) * 2010-01-25 2011-08-02 강원대학교산학협력단 회전자 초기 위치 추정 방법 및 장치
KR20130020081A (ko) * 2011-08-18 2013-02-27 전자부품연구원 Ｐｍｓｍ의 초기 회전자 추정 방법 및 장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2933550B1 (fr) * 2008-07-01 2012-10-12 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas Procede de determination des inductances d'une machine synchrone a aimants permanents
JP4746667B2 (ja) * 2008-11-26 2011-08-10 本田技研工業株式会社 電動機の相電流推定装置および電動機の磁極位置推定装置
US8018187B2 (en) * 2009-01-05 2011-09-13 GM Global Technology Operations LLC Initial polarity detection for permanent magnet motor drives
JP5150585B2 (ja) * 2009-08-28 2013-02-20 株式会社日立産機システム 永久磁石同期電動機の駆動装置
JP5988033B2 (ja) * 2012-11-30 2016-09-07 日本電産株式会社 検出方法および三相永久磁石同期モータ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060011714A (ko) * 2004-07-31 2006-02-03 재단법인서울대학교산학협력재단 위치 센서가 없는 브러시리스 직류 전동기의 회전자의초기 전기각 위치 추정 방법 및 기동 방법
KR20110086892A (ko) * 2010-01-25 2011-08-02 강원대학교산학협력단 회전자 초기 위치 추정 방법 및 장치
KR20130020081A (ko) * 2011-08-18 2013-02-27 전자부품연구원 Ｐｍｓｍ의 초기 회전자 추정 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP3068035A1 (en) 2016-09-14
CN105978435A (zh) 2016-09-28
US20160268936A1 (en) 2016-09-15
KR101684073B1 (ko) 2016-12-08
JP2016171741A (ja) 2016-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101684073B1 (ko) 영구자석 동기 전동기의 회전자 초기 자극 위치 검출 방법
US9825564B2 (en) Circuits and methods of determining position and velocity of a rotor
US10161766B2 (en) Magnetic pole position detection device of permanent magnet-type synchronous motor
JP5223109B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
KR20140120649A (ko) 유도전동기의 센서리스 벡터 제어 장치
CN107769633B (zh) 确定无铁pmsm电机的转子的取向的方法和电机系统
JP3687603B2 (ja) Ｐｍモータの磁極位置推定方式
KR101133673B1 (ko) 회전자 초기 위치 추정 방법 및 장치
EP2493067B1 (en) Method and apparatus for estimating rotor angle of synchronous reluctance motor
WO2013018349A1 (ja) 永久磁石型同期電動機のモータ定数算出方法およびモータ定数算出装置
Hwang et al. Parameter identification of a synchronous reluctance motor by using a synchronous PI current regulator at a standstill
JP5332301B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
JP6108114B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
KR101590251B1 (ko) 정지형 회전자 시정수 추정 방법
US9431937B2 (en) Method for increasing rotational speed range of ECM motor
JP6108109B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
JP6848680B2 (ja) 同期電動機の制御装置
JP2007082380A (ja) 同期モータ制御装置
JP6573213B2 (ja) 永久磁石形同期電動機の制御装置
JP7487826B1 (ja) 電動機の制御装置
JP2001112285A (ja) 同期電動機の抵抗値同定方法とその制御装置
JP6266082B2 (ja) 電流指令補正装置
Van Khang et al. Synchronous reluctance motor drive system parameter identification using a current regulator
CN112825462A (zh) 磁极方向检测装置以及磁极方向检测方法
KR20220084672A (ko) 전동기 제어장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 4