KR20160124854A - 각위치 센서를 구비한 동기기 - Google Patents

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KR20160124854A
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Abstract

본 발명은 고정자(2)와 회전자(3)를 포함하는 동기기(1)에 관한 것이다. 동기기에는 회전자(3)의 각위치의 적어도 하나의 센서(1a)가 구비되며, 고정자(2)는 전력 디바이스에 의해 다상 전류가 공급되도록 구비되는 권선을 포함하는 것을 특징으로 한다. 영구 자석(4)을 포함하는 회전자(3)는 고정자(2) 주위로 회전하도록 구비된다. 각위치 센서(1a)는 회전자(3)로부터 멀리 연장하며 영구자석(4)에서 회전자와 정렬된다. 각위치 센서(1a)는 자기유도 측정을 위한 적어도 두 개의 센서(6)를 포함하며 전압 형태로 회전자(3)의 축방향 자계의 변경을 검출하기 위해 구비되며, 각위치 센서(1a)는 게다가, 자기유도 측정 센서(6)의 전압을 수신하여 이로부터 회전자(3)의 각위치를 절대적으로 유도하며 대응하는 정보를 실시간으로 전력 디바이스에 전송하도록 구비되는 적어도 하나의 전자 유닛을 포함한다.

Description

각위치 센서를 구비한 동기기{SYNCHRONOUS MACHINE PROVIDED WITH AN ANGULAR POSITION SENSOR}
본 발명은 각위치 센서의 일반 기술 분야와, 자기유도 생성 수단과, 그러한 타입의 위치 센서를 포함하는 동기기의 일반 기술 분야에 관한 것이다.
더욱 상세하게도, 본 발명은 사인파 기전력을 사용하는 동기기로서, 그러한 기기의 전력 공급을 제어하는 위치 센서를 포함하는 동기기에 관한 것이다. 본래, 본 발명은 다상 AC 전압에 의해 전원 공급되는 동기기의 분야에서 응용될 수 있다.
본 발명은, 예컨대 영구 자석의 사용을 포함하는 자기유도 생성 수단에 대해 다음에서 상세하게 그러나 비제한적으로 기술될 것이다.
영구 자석을 사용하는 동기기는 권선이 감기는 고정자와, 영구 자석을 지원하는 회전자를 포함한다. 이러한 타입의 기기는 전력 전자기기에 의해 공급되며 구동된다.
영구 자석과 사인파 기전력을 사용하는 동기기는 벡터 제어 시스템에 의해 제어할 수 있다. 당연히 알려져 있는 이러한 타입의 제어로 인해, 고성능, 즉 고정밀도와 고 다이내믹 토크를 얻을 수 있다. 이러한 성능은, 특히 견인 모터에 필요하다.
그러나, 고성능을 얻게 하는 제어 시스템은 실시간으로 회전자의 각위치를 정확히 알고 있어야 한다. 일반적으로, 회전자의 각위치는 특히 회전자와 기계적으로 링크되는 회전 부품을 포함하는 위치 센서에 의해 제공된다. 회전자의 각위치를 판정하는 상이한 알려진 기술이 있다. 예컨대, 우리는 "리졸버(resolver)"로 알려진 위치 센서, 증분 디지털 인코더 또는 절대 인코더를 참조할 수 있다.
그러나 이들 알려진 기술은 결점을 갖고 있다. 사실, 알려진 위치 센서 모두는 회전자와 기계적으로 링크되는 회전 부품을 갖는다. 이점이, 위치 센서가 통합될 기기의 설계에 영향을 미치는 주된 제약이다. 대체로, 각위치 센서의 회전 부품은 구동 튜브를 통해 회전 구동된다. 대체로, 그러한 구동 튜브는 고정자를 통과하며, 자주 큰 관성을 가지며, 이러한 관성은 각위치의 측정을 느리게 할 수 있다. 이러한 타입의 측정에 의해 제공되는 정밀도 부족은 결국 기기 성능의 변경을 초래한다. 게다가, 각위치 정보를 복구하도록 기기를 통과해야 한다는 점은 실질적으로 전체적인 복잡도를 증가시킨다. 이점은 상당한 수의 기계 부품을 사용하여, 고장 위험을 증가시킴을 의미한다.
더 나아가, 알려진 동기기의 초기 시운전 시에, 캘리브레이션으로 알려진 동작을 컨버터에 의해 수행해야 한다. 이 동작 동안, 기기는 회전하고 있으며, 컨버터는 0을 통과하는 기전력에 대응하는 각도를 측정한다. 이러한 캘리브레이션 동작은 다시, 센서 교체, 회전자 또는 고정자 또는 전자기 부품의 교체 또는 전체 기기의 교체와 같은 유지관리 동작에서 실행되어야 한다. 이와 같은 캘리브레이션 동작은 종종 특히 철도 차량과 같은 긴 차량에서 실행하기 종종 어려우며, 이는 이러한 차량은 캘리브레이션 동안 휠의 자유 배향을 허용하도록 들려야 하기 때문이다.
캘리브레이션 동작은 그러나, 회전자의 측정된 각위치와 그 실제 위치 사이의 각도 오프셋이 토크의 상당한 강하를 초래하기 때문에, 특히 중요하다. 예컨대, 1의 기계적 각도(mechanical degree)의 오프셋은 대략 5%의 강하를 초래하며, 2의 기계적 정도의 오프셋은 20%의 토크 강하를 발생시킨다.
문헌(EP 1 758 230)에 따르면, 더욱 상세하게는 영구 자석 회전자와 하나 또는 여러 개의 자기 센서를 포함하여 회전자로부터 방출되는 자기 누설을 검출하는 알려진 전기 회전기가 또한 있다. 고정자가 회전자 주위로 연장하는 그러한 기기에서, 자기 흐름의 검출은 그러한 회전자의 절대 각위치를 제공하지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 앞서 언급한 단점을 해결하고, 신뢰할만하게 자기유도 값을 공급하여 회전자의 절대 각위치를 판정하는 각위치 센서를 포함하는 새로운 동기기를 공급하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 각위치 센서 모듈의 조립과 교체가 특히 간단한 새로운 동기기를 공급하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 그러한 기기의 초기 시운전 동안 또는 유지관리 동작의 완료 시 복잡한 캘리브레이션 동작이 없는 새로운 동기기를 공급하는 것이다.
본 발명의 부여된 목적은, 고정자와 회전자를 포함하며, 적어도 하나의 회전자 각위치 센서가 장착된 동기기로서,
- 고정자는, 전류가 공급되는 인버터와 같은 전력 디바이스에 의해 다상 AC 전류가 공급되도록 설계된 권선을 가지고,
- 회전자는 자기유도 생성 수단을 포함하며, AC 전류가 회전자에 공급될 때 회전하여 움직이도록 설계되고,
- 각위치 센서 모듈은, 전압을 공급하면서 자기유도 생성 수단에 의해 생성되는 축방향 자계의 변경을 검출하는 적어도 한 쌍의 두 개의 자기유도 측정 센서를 포함하며, 각 쌍의 센서의 그러한 센서는 90 전기각의 각도 편차가 있고,
- 고정자와 일체로 된 자기유도 측정 센서는 자기유도 생성 수단의 축방향 에지와 마주보며 그 바로 옆인 회전자의 축방향 단부로부터 연장하며,
- 각위치 센서 모듈은, 절대적으로 회전자의 각위치를 계산하여 대응 정보를 실시간으로 전력 디바이스에 송신하기 위해, 자기유도 측정 센서에 의해 공급되는 여러 전압을 수신하는 적어도 하나의 전자 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기기에 의해 달성된다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 일예에 따라, 회전자는 고정자 주위에서 연장한다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 일예에 따라, 자기유도 측정 센서는, 자기유도 생성 수단의 축방향 에지의 연속 커브와 실질적으로 매칭하는 커브를 갖는 라인을 따라 연장하도록 적어도 하나의 탈착 가능한 지지부에 부착되고 배치된다.
본 발명에 부합하는 실시예의 일예에 따라, 동기기는 상호 각도 편차를 갖는 적어도 두 개의 각위치 센서 모듈을 포함한다.
본 발명에 부합하는 실시예의 일예에 따라, 동기기는, 다섯 개의 자기유도 측정 센서를 각각 갖는 두 개의 탈착 가능한 지지부를 포함한다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 일예에 따라, 탈착 가능한 지지부는 전자 유닛의 적어도 하나의 전자 회로를 포함한다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 일예에 따라, 탈착 가능한 지지부는 상기 동기기의 주위 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도 센서를 포함한다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 일예에 따라, 자기유도 측정 센서는 홀 효과 센서이다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 다른 예에서, 자기유도 측정 센서는 자기저항 센서이다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 다른 예에 따라, 전력 디바이스는 펄스폭 변조에 의해 상기 동기기를 구동하는 컨버터를 포함한다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 다른 예에서, 자기유도 생성 수단은 영구 자석이다.
본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 다른 예에서, 자기유도 생성 수단은 전기 권선을 포함한다.
본 발명에 부합하는 동기기는 예컨대 철도나 도로-주행 차량의 휠-모터이다.
본 발명에 부합하는 동기기는 그러므로 절대적으로 실시간으로 회전자 각위치의 정밀한 측정을 지원하는 장점이 있다.
본 발명에 부합하는 동기기의 다른 장점은, 그 각위치 센서 모듈을 통해, 이 기기의 두 페이즈 사이의 가능한 단락 회로를 검출할 가능성으로부터 얻는다.
본 발명에 부합하는 동기기의 다른 장점은, 이것이 특히 유지보수 작업 다음에 임의의 캘리브레이션 작업을 필요로 하지 않는다는 점에 관련된다.
본 발명에 부합하는 동기기의 다른 장점은, 이동 위치 센서가, 영구 자석에 의해 생성되는 자계를 직접 측정함으로써, 시간적으로 자계의 변화를 나타내며, 그에 따라 기기가 단단한지 또는 노화 - 동기기 성능에 해로울 수 있음 - 를 겪고 있는지를 추정한다는 점으로부터 얻는다.
본 발명의 다른 특징과 장점은 또한 비제한적인 예시로서 제공되는 도면에서 나타날 것이다.
도 1은, 고정자의 부품 상에 각위치 센서를 병합하는 본 발명에 부합하는 동기기의 실시예의 예를 예시한다.
도 2는 도 1의 단면 상세도를 도시한다.
도 3은, 프런트-온이 도시되며 본 발명에 부합하는 동기기에 삽입하기 위해 설계된 각위치 센서 모듈을 위한 탈착 가능한 지지부의 실시예의 예를 예시한다.
도 4는, 본 발명에 부합하는 동기기의 각위치 센서 모듈의 작동에 필요한 전자 수단의 블록도이다.
도 5는, 본 발명에 부합하는 영구 자석과 사인파 기전력 동기기의 벡터 제어 시스템의 예를 기능도에 의해 예시한다.
도 6은 본 발명에 부합하는 동기기가 갖는 자기유도 센서에 의해 측정된 신호의 예이다.
도 7은, 두 개의 센서를 포함하는 각위치 센서 모듈에 의해 얻어 시간에 따른 표준화된 축방향 필드 값을 발생시키는 정정된 신호의 예이다.
도 8은, 본 발명에 부합하는 두 개의 극을 갖는 동기기에서 측정한 축방향 필드로부터 계산한 각위치를 나타낸다.
도 1은, 도 4에 개략적으로 예시한 고정자(2)에 장착된 각위치 센서를 포함하는 동기기(1)의 실시예의 예를 예시한다. 도 1은 예컨대 고정자(2)와 기계적으로 일체형인 플랜지의 형태로 된 단부 부품(2a)을 도시한다.
동기기(1)는 또한 영구 자석(4)이 구비된 회전자(3)를 포함한다.
단부 부품(2a)은 회전자(3)의 축방향 단부(3a)를 적어도 부분적으로 접촉 없이 덮는다. 축방향 단부(3a)와 단부 부품(2a) 사이의 셋업의 예는 도 2에 상세하게 예시한다.
고정자(2)는, 컨버터나 인버터로도 알려져 있는 전력 디바이스에 의해 다상 전류를 공급받도록 설계된 미도시한 권선을 포함한다. 유리하게도, 권선에는 전압과 전류가 공급된다.
회전자(3)는 유리하게도 실질적으로 원통 형상(3b)을 가지며, 이 형상의 내면은 영구 자석(4)으로 덮인다. 회전자(3)는 상기 회전자(3) 내부에 포함되는 자유 공간으로 연장하는 고정자(2)의 부품을 중심으로 회전하도록 설계된다. 영구 자석(4)은 예컨대 실린더(3b)의 내면에 만들어진 축방향 홈의 축방향으로 스택된다. 영구 자석(4)의 회전자(3) 내면으로의 조립과 부착은 알려진 방식으로 행한다.
예컨대, 영구 자석(4)은 축방향 홈에 미끄러지게 하여 삽입되며, 이 홈에서, 이들 자석은 상기 홈과 상기 영구 자석(4)의 매칭하는 형상에 의해 방사상으로 홀드된다.
축방향으로, 영구 자석(4)은, 도 2에 상세하게 예시한 자화 방지 소재의 보관 부품(5)에 의해 각 홈에서 로킹된다.
비제한적인 실시예의 예에 따라, 보관 부품(5)은 대응하는 홈에서 맞물리는 영구 자석(4)의 축방향 이동을 방지하는 멈춤부(5a)를 형성한다. 보관 부품(5)의 크기와 형상은, 각 홈에서 맞물리는 마지막 영구 자석(4)의 축방향 에지(4a)의 적어도 일부분 맞은편에 위치한 영역으로의 접근을 방지하지 않도록 선택된다. 다른 알려진 기술적 보관 솔류션도 상정할 수 있다.
영구 자석(4)을 갖지 않는 실린더(3b)의 축방향 단부(3a)는 유리하게는 의도적으로 방사 방향으로 약간 외부로 우묵한(hollowed-out) 형상을 포함한다. 이러한 형상으로 인해, 보관 부품(5)의 부착으로 인해 얻는 치수를 제한할 수 있다. 유리하게도, 보관 부품(5)은, 각각의 홈의 단부에서 나사(5b)에 의해 실린더(3b)에 부착되어, 영구 자석(4)의 행 모두를 능동적으로 로킹한다.
본 발명에 부합하는 동기기(1)는 또한 회전자(3)를 위한 각위치 센서 모듈(1a)을 포함한다. 상세하게도, 각위치 센서 모듈은 하나 또는 여러 쌍의 자기유도 측정 센서(6)를 포함한다. 이 센서는 영구 자석(4)에 의해 생성되는 축방향 자계의 변경을 검출하도록 설계된다. 축방향 자계의 이러한 변경은 검출되고 전압으로 변환되어, 자기유도 측정 센서(6)에 의해 공급된다.
각 쌍의 센서(6) 사이의 각도 편차는 90 전기각이다. 예컨대, 90 전기각은 20쌍의 극을 갖는 모터에 대해 4.5 기계적 각도를 나타낸다.
각위치 센서(1a)는, 자기유도 측정 센서(6)로부터 유도 전압을 수신하여 이로부터 회전자(3)의 각위치를 유도하도록 설계된 적어도 하나의 전자 유닛을 또한 포함한다. 이러한 판정은 절대적으로 수행된다.
전자 유닛으로 인해, 회전자(3)의 각위치에 대한 정보의 전력 디바이스로의 실시간 송신을 또한 허용한다.
자기유도 측정 센서(6)는 단부 부품(2a)과 기계적으로 일체형이며, 홈에 맞물려진 마지막 영구 자석(4)의 축방향 에지(4a) 맞은편 바로 옆인 회전자(3)의 축방향 단부에서 연장한다. 회전자(3)가 회전할 때, 각각의 축방향 에지(4a)는 그러므로 자기유도 측정 센서(6) 앞을 통과한다.
유리하게도, 자기 측정 센서(6)는 탈착 가능한 지지부(7)에 부착된다.
이를 위해, 탈착 가능한 지지부(7)는 축방향 지지 부품(7a)과 지지 단부 부품(7b)을 갖는다. 지지 단부 부품(7b)은 축방향 지지부 부품(7a)에 실질적으로 횡방향으로 연장한다. 자기유도 측정 센서(6)는 축방향 지지 부품(7a)의 자유단의 외면(7c) 상에 배치된다.
탈착 가능한 지지부(7)는 바람직하게도 회전자(3)의 커브와 실질적으로 매칭하는 커브를 형성한다. 자기유도 측정 센서(6)는 유리하게도, 영구 자석(4)의 축방향 에지(4a)의 연속 커브와 실질적으로 매칭하는 커브를 갖는 라인 상에서 외면(7c)에 부착되고 이 외면에 배치된다.
탈착 가능한 지지부(7)는 예컨대 단부 부품(2a)에 만들어진 슬롯(8)에 삽입된다. 당연히, 슬롯(8)은 축방향 지지부 부품(7a)의 커브와 동일하거나 유사한 커브를 갖는다.
탈착 가능한 지지부(7)에 자기유도 측정 센서(6)가 구비되면, 단부 부품(2a)의 외면 상에서 지지 단부 부품(7b)에 접할 때까지 슬롯(8) 내로 축방향으로 삽입된다. 탈착 가능한 지지부(7)의 치수, 및 상세하게는 축방향 지지 부품(7a)의 축방향 길이는, 자기유도 측정 센서(6)가 축방향 에지(4a)로부터 거리(e)까지 연장하도록 선택한다. 거리(e)는 예컨대 1.5mm와 2.5mm 사이이며 바람직하게는 2mm와 같다.
미도시한 모든 타입의 부착 수단을 또한 사용할 수 있어서 지지 단부(7b)를 단부 부품(2a)과 일체형이 되게 할 수 있다.
실시예의 일예에서, 동기기(1)는 탈착 가능한 지지부(7) 상에 배치되고 서로 90 전기각으로 놓이는 적어도 두 개의 자기유도 측정 센서(6)를 포함한다.
실시예의 다른 예에서, 도 1에 예시한 본 발명에 부합하는 동기기(1)는, 예컨대 적어도 두 개의 자기유도 측정 센서(6)가 각각 구비되는 두 개의 탈착 가능한 지지부(7)를 포함한다.
도 3은, 다섯 개의 자기유도 측정 센서(6)를 포함하는 탈착 가능한 지지부(7)의 실시예의 예의 헤드-온 예시이다. 따라서, 도 3의 실시예의 예에 따라, 동기기(1)는, 다섯 개의 자기유도 측정 센서(6)를 각각 포함하는 두 개의 탈착 가능한 지지부(7)를 포함한다.
유리하게도, 축방향 지지 부품(7a)의 외면(7c)에는 온도 센서(9)가 구비된다. 온도 센서는 동기기(1)의 제어를 조정하기 위해 이 기기의 주위 온도를 측정하는데 사용되며, 이는 유도가 온도에 의존하기 때문이다.
실시예의 우선적인 예에서, 탈착 가능한 지지부(7)는 전자 유닛의 적어도 하나의 전자 회로나 상기 전자 유닛의 전자 회로의 일 부품을 포함한다.
예로서, 전력 디바이스는 펄스폭 변조에 의해 동기기(1)를 구동하는 컨버터이다.
자기유도 측정 센서(6)는 바람직하게는 홀 효과 센서이다.
동기기(1)의 실시예의 다른 예에서, 자기유도 측정 센서(6)는 자기저항 센서로도 알려져 있는 AMR/GMR 센서로 구성된다.
홀 효과 센서는 자계의 연속 성분을 측정하는데 사용되는 반면, 자기저항 센서는 소재에 적용되는 자계의 방향에 따라 이 소재의 전기 저항 변경을 기반으로 하여 동작한다. 이들 센서는 당연히 알려져 있으며 그에 따라 더 이상 기술하지 않는다.
홀 효과 센서나 자기저항 센서를 사용하여, 각위치 센서(1a)를 캘리브레이션하는 동작은 더 이상 필요하지 않다. 이제, 이들 센서는, 동기기(1)가 정지해 있을 때에도 영구 자석(4)에 의해 생성되는 자계의 공간 분포를 측정한다. 이점은 동기기(1)의 시운전시나 상기 동기기(1)에 관한 유지보수 동작 후의 임의의 캘리브레이션 작업의 필요를 없앤다. 이점은 본 발명에 부합하는 동기기(1)에 대한 뛰어난 장점을 나타낸다.
도 4는, 본 발명에 부합하는 동기기(1)의 각위치 센서 모듈(1a)의 동작에 필요한 전자 수단의 블록도이다. 동기기는 그러므로 권선이 감겨진 고정자(2)와 영구 자석(4)을 포함하는 회전자(3)를 포함한다.
각위치 센서(1a)는 그러므로, 전자 유닛과 관련되어 신호를 획득하고 회전자(3)의 위치각을 계산하기 위한 유도 측정 센서(6)를 포함하는 기능 수단을 포함한다.
기능 수단은 예컨대 고정되며 영구 자석(4)에 접촉하지 않고 마주보도록 장착되는 두 개의 자기유도 측정 센서(6)를 포함한다. 이들 자기유도 측정 센서(6)로부터 유래한 정보는 그 후, 컴퓨터(12)에 의해 획득되기 전, 증폭 수단(10)과 필터링 수단(11)에 의해 각각 증폭되어 필터링된다. 전자 유닛의 이 컴퓨터(12)는 그러므로 유도 측정 센서(6)로부터의 정보로부터 회전자 각(회전자의 각위치)을 판정하여 실시간으로 이 회전자 각을, 컨버터(14)를 제어하는 벡터 제어 시스템(13)에 송신한다.
회전자 각은 SSI, PROFIBUS 또는 다른 것과 같은 필드 BUS 타입 프로토콜을 통해 벡터 제어 시스템(13)에 송신된다. 게다가, 컴퓨터(12)에 의해 판정되는 회전각의 부호가 동기기(1)의 회전 방향을 한정한다.
도 5는, 기능도에 의해, 사인파 기전력과 영구 자석(4)을 갖는 동기기(1)의 벡터 제어 시스템(13)을 예시한다. 벡터 제어 시스템의 이 예에서, 동기기(1)는 전압이 공급되는 컨버터(14)를 포함한다.
벡터 제어 시스템(13)은 펄스폭 변조(PWM)에 의해 컨버터(14)를 제어하여 동기기(1)의 페이즈(P1, P2 및 P3) 각각 상의 중간 전원 전압을 생성하며, 그리하여 상기 페이즈(P1, P2 및 P3)의 각각에서의 판정된 전류를 생성한다. 컨버터(14)는 그러므로 DC 전원(U)에 의해 공급되는 전압을 동기기(1)에 공급하는 3상 전압으로 변환한다. 동기기는 예컨대 견인에 의해 동작하며 대안적으로는, 차량이 브레이킹 상태에 있을 때 3상 전압 발전기로서 동작한다.
벡터 제어 시스템(13)은 컨버터 제어 유닛(14), 전류 센서(15), 전압 센서(16) 및 동기기(1)의 각위치 센서(1a)를 포함한다.
벡터 제어 시스템(13)은 예컨대 토크 세트포인트(C)를 수신한다. 전류 센서(15), 각위치 센서 모듈(1a) 및 세트포인트(C)로부터 유도한 정보로부터, 컨버터 제어 유닛(14)은 상기 컨버터(14)에 적용되는 전압 벡터를 계산하여, 동기기(1)는 토크 세트포인트(C)에 도달한다.
벡터 제어 시스템(13), 특히 영구 자석(4)과 사인파 기전력 동기기(1)는 당연히 알려져 있어서, 여기서 더 이상 기재하지 않을 것이다.
동기기(1)는, 영구 자석(4)에 의해 발생한 자계를 바로 측정할 수 있으며 그에 따라 자계가 시간의 경과에 따라 어떻게 변화하는지를 알 수 있는 각위치 센서(1a)를 포함하는 장점이 있다. 이런 식으로, 영구 자석(4)의 성능의 임의의 열화를 검출할 수 있으며, 그에 따라 본 발명에 부합하는 동기기(1)의 성능의 열화도 검출할 수 있다.
더 나아가, 동기기(1)의 각위치 센서(1a)는, 페이즈 사이의 단락 회로로부터 유래하는 유도 자계의 갑작스런 증가를 검출할 수 있다.
도 6은, 서로 90 전기각으로 상호 배치되는 자기유도 센서(6)에 의해 측정한 신호의 예이다; 이러한 형태의 배치는 20 쌍의 극을 포함하는 기기의 경우 4.5°의 기계적 각도에 대응한다. 이러한 형태의 모듈은 자석에 의해 발생한 축방향 자계를 측정할 수 있다. 각각 미세 및 넓은 선에 의해 도시한 신호(A 및 B)는 전압(V)의 형태로 두 개의 각각의 센서(6)에 의해 공급되며, 축방향 자계에서 3차 고조파의 존재에 의해 변형되는 사인파 신호로 구성된다. 신호(A 및 B)는 알려진 방식으로 측정되어 필터링되는 신호이다.
신호의 비-선형성을 정정하기 위해, 당연히 알려져 있는 적응 필터링 디바이스를 사용할 수 있거나, 모듈 사이의 임의의 각도 편차를 갖는 여러 각위치 센서 모듈(1a)의 사용을 기반으로 하여 정정 디바이스를 사용할 수 있다.
이 정정 다음에, 측정되고, 필터링되어 정정된 값은 사인파 형상(A1 및 B1)을 가지며, 이 형상으로부터 회전자(3)의 각위치를 판정할 수 있다. 도 7은, 두 개의 센서를 포함하여 시간에 따라 표준화된 축방향 자계 값을 발생시키는 각위치 센서 모듈에 의해 얻어지는 정정된 신호(A1 및 B1)의 예이다.
예컨대, 도 8은, 각도로 알려져 있으며, 본 발명에 부합하는 두 개의 극을 갖는 동기기(1)에서 측정한 축방향 자계로부터 계산된 절대 각위치(α)를 나타낸다.
각위치(α)의 판정은, 신호(B1)의 커브에 의해 예시되는 값에 대한 y 대응과 신호(A1)의 커브에 의해 예시되는 값에 대한 x 대응을 고려하면서 이하에서 명시한 계산에 따라 전자 유닛에 의해 이뤄진다. 따라서:
x > 0 및 y > 0이라면; α = atan(y/x)
x = 0 및 y > 0이라면; α = π/2
x < 0 및 y ≥ 0이라면; α = π + atan(y/x)
x < 0 및 y < 0이라면; α = π + atan(y/x)
x = 0 및 y < 0이라면; α = 3π/2
x > 0 및 y < 0이라면; α = atan(y/x) = 2π
본 발명에 부합하는 영구 자석(4)과 사인파 기전력 동기기(1)는 유리하게는 휠-모터를 형성한다.
본 발명에 부합하는 동기기는 윈치(winch) 모터나 엘리베이터 모터로서 사용될 수 도 있다.
본 상세한 설명은 명시적으로 기재한 예로 제한되기보다는 다른 실시예 및/또는 구현 방법에 연장됨이 자명하다. 따라서, 기재한 특징은 본 발명의 프레임워크에서 벗어나지 않고도 등가의 기술적 특징으로 대체할 수 있다.

Claims (13)

  1. 고정자(2)와 회전자(3)를 포함하며, 상기 회전자(3)의 적어도 하나의 각위치 센서 모듈(1a)이 장착되는 동기기(1)로서,
    - 상기 고정자(2)는, 인버터와 같은 전력 디바이스에 의해 다상 AC 전류가 공급되도록 설계된 권선을 가지고,
    - 상기 회전자(3)는 자기유도 생성 수단을 포함하며, 전력이 상기 고정자(2)에 공급될 때 회전하여 움직이도록 설계되고,
    - 상기 각위치 센서 모듈(1a)은, 전압을 공급하면서 상기 자기유도 생성 수단에 의해 생성되는 축방향 자계의 변경을 검출하는 적어도 한 쌍의 두 개의 자기유도 측정 센서(6)를 포함하며, 상기 모듈 또는 각 모듈(1a)의 상기 센서(6)는 90 전기각의 각도 편차가 있고,
    - 상기 고정자(2)와 일체로 되어 있는 상기 자기유도 측정 센서(6)는 상기 자기유도 생성 수단의 축방향 에지(4a)와 마주보고 그 바로 옆인 상기 회전자(3)의 축방향 단부(3a)에서 연장하며,
    - 상기 각위치 센서 모듈(1a)은, 상기 자기유도 측정 센서(6)에 의해 공급되는 여러 전압을 수신하고, 절대적으로 상기 회전자(3)의 각위치를 계산하여 대응 정보를 실시간으로 상기 전력 디바이스에 송신하는 적어도 하나의 전자 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전자(3)는 상기 고정자(2) 주위에서 연장하는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 자기유도 측정 센서(6)는, 상기 자기유도 생성 수단의 축방향 에지(4a)의 연속 커브와 실질적으로 매칭하는 커브를 갖는 라인을 따라 연장하도록 적어도 하나의 탈착 가능한 지지부(7)에 부착되고 배치되는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 동기기는 상호 각도 편차를 갖는 적어도 두 개의 각위치 센서 모듈(1a)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기기는, 다섯 개의 자기유도 측정 센서(6)를 각각 구비한 두 개의 탈착 가능한 지지부(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 탈착 가능한 지지부(7)는 상기 전자 유닛의 적어도 하나의 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  7. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈착 가능한 지지부(7)는 온도 센서(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기유도 측정 센서(6)는 홀 효과 센서인 것을 특징으로 하는, 동기기.
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기유도 측정 센서(6)는 자기저항 센서인 것을 특징으로 하는, 동기기.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 디바이스는 펄스폭 변조에 의해 상기 동기기(1)를 구동하는 컨버터(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기유도 생성 수단은 영구자석(4)인 것을 특징으로 하는, 동기기.
  12. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기유도 생성 수단은 전기 권선으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 동기기.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기기는 차량의 휠-모터인 것을 특징으로 하는, 동기기.
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