KR20160145505A - 전기 추진 시스템용 모터의 동기화 - Google Patents

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KR20160145505A
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마이클 제임스 암스트롱
마크 존 블랙웰더
앤드류 마크 볼만
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롤스-로이스 코포레이션
롤스-로이스 노쓰 아메리칸 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

AC 구동 회로, 동기화 회로, 및 제어 유닛을 포함하는 전기 추진 시스템이 설명된다. AC 구동 회로는, 복수의 추진기 모터, AC 전력 버스, 및 AC 전력을, 복수의 추진기 모터를 동시에 구동하기 위한 AC 전력 버스로 전달하는 AC 발전기를 포함한다. 동기화 회로는, 복수의 추진기 모터로부터의 단일의 추진기 모터를 AC 발전기와 따로따로 동기화하도록 구성된다. 제어 유닛은, 단일의 추진기 모터가 AC 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하는 것에 응답하여 동기화 회로를 단일의 추진기 모터와 연동시키는 것에 의해 단일의 추진기 모터와 AC 발전기 사이의 동기성을 유지하도록 구성된다.

Description

전기 추진 시스템용 모터의 동기화{SYNCHRONIZING MOTORS FOR AN ELECTRIC PROPULSION SYSTEM}
몇몇 항공기(aircraft) 및 선박(marine craft)은 온보드 발전기(onboard generator)로부터 하나 이상의 추진기로 전력을 분배하기 위한 터보 전기 분배형 추진(turbo electric distributed propulsion; TeDP) 시스템을 사용한다. 각각의 추진기는, 수송 수단(vehicle)의 공기역학적(aerodynamic) 그리고 유체역학적(hydrodynamic) 성능에 긍정적으로 영향을 끼치기 위해, 소정의 속도로 회전하는 프로펠러 또는 팬을 구동하기 위한 모터를 포함할 수 있다. 각각의 추진기 모터를 구동하는 전력은, 터보샤프트 엔진에 의해 구동되는 발전기로부터 유래할 수도 있다.
AC 발전기로부터 하나 이상의 AC 추진기 모터로 전력을 분배하기 위한 TeDP 시스템이 DC 분배 시스템에 의존하는 경우, TeDP 시스템은, DC 분배 시스템의 출력을, 추진기에 전력을 공급하기 위한 AC 전력의 적절한 양으로 다시 변환하는, 각각의 추진기 모터에 위치되는 전용 인버터에 의존할 수도 있다. 각각의 전용 인버터는 바람직하지 않게 큰 크기(mass)와 중량이 문제가 될 수도 있다. 추가적으로, DC 및 전용 인버터에 대한 각각의 정류는 바람직하지 않은 손실을 시스템에 도입하며, 이것은 시스템 비효율성으로 이어지고 열 부하를 증가시킨다.
몇몇 TeDP 시스템은, 발전기로부터 유래하는 가변 주파수 AC 전력을 이용하여, 각각의 추진기 모터를 직접적으로 구동함으로써, 전용 인버터에 기인하는 큰 크기 및 중량을 회피하려고 시도한다. 예를 들면, 몇몇 TeDP 시스템은 DC 분배 시스템 및 관련 인버터의 사용을 거부하고, 대신, 전력을, 터보 발전기로부터 직접적으로, 추진기 모터로 분배하는 가변 주파수 AC 마이크로그리드(microgrid)에 의존한다. 사이즈 및 무게를 절약함에도 불구하고, AC 마이크로그리드 분배 시스템을 사용하여 추진기 모터에 직접적으로 전력을 공급하는 것은 도전과제가 있을 수도 있다. 예를 들면, 각각의 추진기 모터는, 기동(start-up) 동안, 및 추진기의 과도 부하(transient loading) 동안 모두에서, 발전기와의 속도 동기성(speed synchronicity)을 유지해야만 한다. 발전기와 추진기 모터 사이의 동기성이 (예를 들면, 토크 스파이크로 인해) 상실되면, TeDP 시스템은 추진기 팬 또는 프로펠러를 구동할 수 없을 수도 있고, 항공기 또는 선박은 추력(thrust)을 상실할 수도 있다.
하나의 예에서, 본 개시는, 복수의 추진기 모터, AC 전력 버스, 및 AC 전력을 복수의 추진기 모터를 동시에 구동하기 위한 AC 전력 버스로 전달하는 AC 발전기를 포함하는 AC 구동 회로를 갖는 전기 추진 시스템을 대상으로 한다. 전기 추진 시스템은, 복수의 추진기 모터로부터의 단일의 추진기 모터를 AC 발전기와 따로따로(at a time) 동기화하도록 구성되는 동기화 회로, 및 단일의 추진기 모터가 AC 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 동기화 회로를 단일의 추진기 모터와 연동시키는(engaging) 것에 의해 단일의 추진기 모터와 AC 발전기 사이의 동기성을 유지하도록 구성되는 제어 유닛을 더 포함한다.
다른 예에서, 본 개시는, 추진기 모터의 뱅크로부터의 단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하기 위한 수단, 단일의 추진기 모터만을 발전기로부터 연동해제하기(disengaging) 위한 수단, 및 단일의 추진기 모터만을, 추진기 모터의 뱅크에 의해 공유되는 동기화 회로와 연동시키기 위한 수단을 포함하는 전기 추진 시스템을 대상으로 한다. 전기 추진 시스템은, 단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정하기 위한 수단, 단일의 추진기 모터를 동기화 회로로부터 연동해제하기 위한 수단, 및 단일의 추진기 모터를 발전기와 연동시키기 위한 수단을 더 포함한다.
하나의 예에서, 본 개시는, 전기 추진 시스템의 추진기 모터의 뱅크로부터의 단일의 추진기 모터가 전기 추진 시스템의 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 제어 유닛에 의해, 단일의 추진기 모터만을, 추진기 모터의 뱅크에 의해 공유되는 전기 추진 시스템의 동기화 회로와 연동시키는 것, 및 단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 제어 유닛에 의해, 단일의 추진기 모터를 동기화 회로로부터 연동해제하는 것을 포함하는 방법을 대상으로 한다.
하나 이상의 예의 상세는 첨부된 도면 및 하기의 설명에서 개시된다. 본 개시의 다른 피쳐, 목적 및 이점은 하기의 설명과 도면, 및 특허청구범위로부터 명확해질 것이다.
도 1은, 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른, 다수의 추진기 모터와 공유된 전원 사이의 동기화를 유지하도록 구성되는 예시적인 전기 추진 시스템을 예시하는 개념도이다.
도 2는, 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른, 도 1의 예시적인 전기 추진 시스템의 공유된 전원과 다수의 추진기 모터 사이의 동기화를 유지하도록 구성되는 예시적인 제어 유닛에 의해 수행되는 예시적인 동작을 예시하는 플로우차트이다.
도 3a 내지 도 3d는, 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른, 기동 동안의 그리고 예시적인 전기 추진 시스템이 다수의 추진기 모터를 공유된 전원과 동기화하는 동안의, 도1의 예시적인 전기 추진 시스템을 예시하는 개념도이다.
도 4a 내지 도 4d는, 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른, 런타임(run-time) 동안의 그리고 예시적인 전기 추진 시스템이 다수의 추진기 모터를 공유된 전원과 동기화하는 동안의, 도1의 예시적인 전기 추진 시스템을 예시하는 개념도이다.
일반적으로, 본 개시의 기술 및 회로는, 항공기 또는 선박 상의 터보 전기 분배형 전력(TeDP) 시스템과 같은 전기 추진 시스템이, 단일의 저전력 동기화 회로(간단히, "싱크 회로(synch circuit)"로 칭해짐)를 사용하여, 다수의 추진기를 공유된 전원(예를 들면, 발전기)과 개별적으로 동기화하는 것을 가능하게 할 수도 있다. 다수의 추진기의 동시적 시작 및 동기를 핸들링할 수 있는 고전력 동기화 회로부를 사용하는 대신, 본 시스템은, 단일의 추진기를 따로따로 시동시키고 동기화하도록 사이즈가 정해지는 지능형 저전력 싱크 회로를 사용한다. 시간에 걸쳐, 단일의 저전력 싱크 회로는, 각각의 추진기가 공유된 전원과의 동기를 (예를 들면, 토크 스파이크로 인해) 벗어날 수도 있기 때문에, 각각의 추진기와 독립적으로 연동하도록 그리고 보조하도록 구성된다.
몇몇 예에서, 기술 및 회로는, 고정 속도 전원 및 가변 속도 전원 둘 다에 대해 그리고 고정 피치 프로펠러 또는 팬 및 가변 피치 프로펠러 또는 팬 둘 다에 대해 적용 가능할 수도 있다. 시스템은, 추진기 모터 및 AC 발전기가 동기화되어 있는지 또는 그렇지 않은지의 여부를 결정할 때 가변 피치 레벨 및 가변 속도 레벨을 관리할 수도 있다. 또한, 몇몇 예에서, 시스템은, 전원 제어와 같은 다른 컴포넌트 또는 시스템, 및 동기화 및 기동 시간 동안 바람직한 기동 동안의 특정 발전기 속도와 같은 적절한 동작 속도를 획득하기 위한 다른 컨트롤러와 조화될 수도 있다.
도 1은, 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른, 다수의 추진기 모터(6A-6N)(총칭하여 "모터(6)")와 공유된 전원(2) 사이의 동기화를 유지하도록 구성되는 예시적인 전기 추진 시스템으로서 시스템(1)을 예시하는 개념도이다. 전기 추진 시스템(1)은, 전력을 하나 이상의 추진기 모터로 분배하기 위한, 몇몇 선박 또는 항공기에서 발견될 수도 있는 가변 주파수의 3상 AC 분배 시스템이다.
시스템(1)은 AC 구동 회로(14), 동기화("싱크(synch)") 회로(4), 및 제어 유닛(12)을 포함한다. AC 구동 회로(14)는, AC 발전기(2), 복수의 추진기 모터(6), 및 격리 디바이스(isolation device)(5A-5H)(총칭하여 "격리 디바이스(5)")를 포함한다. 싱크 회로(4)는, 정류기(8), 인버터(9), 및 에너지원(10)으로 이루어지는 DC 링크 회로를 포함한다.
AC 구동 회로(14)는, 복수의 추진기 모터(6)를 동시에 구동하기 위한 AC 전력 버스(16)를 통해 전력이 이동할 때, AC 발전기(2)에 의해 제공되는 AC 전력의 흐름을 분배한다. AC 발전기(2)는, 시스템(1)과 같은 전기 추진 시스템에서 사용하기 위한 임의의 고전압 또는 고전류 가변 주파수 AC 전원을 나타낸다. 예를 들면, AC 발전기(2)는, 엔진 또는 하나 이상의 추진기 모터, 예컨대 모터(6)를 구동하기 위한 전력을 생성할 수 있는 다른 타입의 머신에 의해 구동되는 터보샤프트 발전기일 수도 있다. 몇몇 예에서, AC 발전기(2)는, 모터(6)의 각각에 전용되는(본질적으로 모터(6)마다 하나의 머신) 또는 모터(6)의 서브셋에 전용되는 권선(winding)의 독립적인 세트를 구비할 수도 있다. 다른 예에서, AC 발전기(2)는 모터(6) 전체와 관련되는 권선의 공유된 세트만을 구비한다.
복수의 추진기 모터(6)의 각각은 전기 추진 시스템에 의해 제공되는 AC 전력을 수신하기 위한 임의의 타입의 모터를 나타낸다. 모터(6)는, 도 1에서, 예를 들면, 프로펠러를 구동하기 위한 항공기 또는 선박용 추진 모터인 것으로 도시된다. 모터(6)는, 모터(6)를 제어하기 위해 사용되는 시스템(1)의 컴포넌트, 예컨대 싱크 회로(4)의 인버터(9) 및 제어 유닛(12)으로 정보(예를 들면, 전압, 전류, 속도, 주파수, 위상, 등등)를 다시 제공하기 위한 피드백 회로부 및/또는 추가적인 센서를 포함할 수도 있다.
AC 전력 버스(16)는, AC 발전기(2)에 의해 생성되는 전류를 모터(6)의 각각으로 분배하도록 구성되는 AC 전기 버스이다. 격리 디바이스(5)는, 도 1의 다양한 컴포넌트를 버스(16)로부터 격리하기 위한, 선택적으로 제어가능한 격리 디바이스를 나타낸다. 즉, 격리 디바이스(5)는, 버스(16)로부터 전력을 수용하는 시스템(1)의 다양한 컴포넌트에서, 전압을 저지하도록, 전류를 차단하도록, 그리고 도체를 물리적으로 격리하도록 구성가능하다.
격리 디바이스(5)의 예는, 차단기, 스위치, 변환기, 또는 전기 컴포넌트를 전기 버스에 그리고 전기 컴포넌트를 전기 버스로부터 전기적으로 커플링하도록, 그리고 전기적으로 디커플링하도록(예를 들면, 연결하도록 그리고 연결해제하도록) 구성가능한 임의의 다른 타입의 전기 격리 디바이스를 포함한다. 예를 들면, 격리 디바이스(5C)는, 스위치 온되면 모터(6B)의 전기 입력을, AC 발전기(2)로부터 AC 전력을 수용하기 위한 전력 버스(16)에 전기적으로 커플링하는 하나 이상의 스위치를 포함할 수도 있다. 스위치 오프되면, 격리 디바이스(5C)의 하나 이상의 스위치는, 모터(6B)가 AC 발전기(2)로부터 AC 전력을 수용하는 것을 방지하기 위해, 모터(6B)로의 전기 입력을 전력 버스(16)로부터 전기적으로 디커플링할 수도 있다.
몇몇 예에서, 격리 디바이스(5)는, 동기화 회로(4)가 격리된 추진기 모터(6)를 AC 발전기(2)와 동기화하는 동안, 추진기 모터(6) 중 임의의 단일의 하나로부터 AC 발전기(2)를 전기적으로 격리하도록 제어 유닛(12)에 의해 구성가능하다. 또한, 격리 디바이스(5)는 또한, 동기화 회로(4)가 단일의 추진기 모터(6)를 AC 발전기(2)와 동기화하는 동안, AC 발전기(2)를, 싱크 회로(4)에 의해 동기화되고 있는 단일의 추진기 모터(6) 이외의 복수의 추진기 모터(6)의 각각에 전기적으로 커플링하도록 제어 유닛(12)에 의해 구성가능하다. 예를 들면, 싱크 회로(4)를 사용하여 모터(6A)를 동기화하고, 또한 동시에 AC 발전기(2)로 모터(6B-6N)에 전력을 공급하기 위해, 제어 유닛(12)은 디바이스(5H)가 발전기(2)로부터 전력 버스(16)로 전력을 전송하는 것을 가능하게 하고 또한 격리 디바이스(5A, 5E, 5C, 및 5D)를 인에이블 또는 스위치 온하고, 동시에 격리 디바이스(5B, 5F, 및 5G)를 디스에이블(disable)할 수도 있다.
제어 유닛(12)은, 시스템(1)이 어떻게 그리고 언제 분배하는지를 제어하도록 구성되고, AC 발전기(2)로부터 모터(6)로 전력을 분배하는 것을 중지한다(refrain). AC 발전기(2)로부터 모터(6)의 각각으로의 전력의 분배를 제어함에 있어서, 제어 유닛(12)은, 개개의 모터(6) 중 임의의 하나가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나게 될 때, 때때로, 싱크 회로(4)를 그 모터(6)와 선택적으로 연동시킬 수도 있다. 다르게 말하면, 제어 유닛(12)은, 개개의 추진기 모터(6)가 AC 발전기(2)와 동기화되어 있지 않다는 것(본원에서는 "비동기화되어" 있는 것으로도 또한 칭해짐)을 결정하는 것에 응답하여, 동기화 회로(4)를 추진기 모터(6) 중 개개의 하나와 선택적으로 연동시키는 것에 의해, 모터(6)의 각각과 AC 발전기(2) 사이의 동기성을 유지할 수도 있다.
제어 유닛(12)은, 일반적으로, AC 구동 회로(14), 싱크 회로(4)를 포함해서, 시스템(1)의 모든 컴포넌트에 동작적으로 커플링되어 있는 것으로 도시된다. 도 1에서 구체적으로 도시되지는 않지만, 제어 유닛(12)은 또한, AC 발전기(2), 모터(6) 중 하나 이상, 격리 디바이스(5) 중 하나 이상, 정류기(8), 인버터(9), 및 에너지원(10)을 포함해서, AC 구동 회로(14) 및 싱크 회로(4)의 개개의 컴포넌트의 각각에 동작적으로 커플링될 수도 있다. 다시 말하면, 제어 유닛(12)은, 시스템(1)의 상이한 컴포넌트(2, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 및 14)의 각각, 및 시스템(1)으로 하여금 전력을 AC 발전기(2)로부터 모터(6)로 분배하게 하고, 그리고 분배를 중지하게 하는 데 필요한 임의의 다른 컴포넌트로 및/또는 이들로부터, 신호 및 정보를, 제공 및/또는 수신할 수도 있다. 예를 들면, 제어 유닛(12)은, 다른 제어 모듈, 예컨대 동기화 동안 속도 및 잠재적인 부하 동특성(load dynamics)을 AC 발전기(2)와 조화시키기 위한 AC 발전기(2)와 관련되는 제어 모듈과 통신할 수도 있다.
제어 유닛(12)은, 본원의 제어 유닛(12)에 기인하는 기술을 수행하기 위해, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합의 임의의 적절한 배치를 포함할 수도 있다. 제어 유닛(12)의 예는, 임의의 하나 이상의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 주문형 반도체(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 또는 임의의 다른 집적 또는 이산 로직 회로부뿐만 아니라 이러한 컴포넌트의 임의의 조합을 포함한다. 제어 유닛(12)이 소프트웨어 또는 펌웨어를 포함하면, 제어 유닛(12)은 소프트웨어 또는 펌웨어를 저장하고 실행하기 위한 임의의 필요한 하드웨어, 예컨대 하나 이상의 프로세서 또는 프로세싱 유닛을 더 포함한다.
일반적으로, 프로세싱 유닛은 하나 이상의 마이크로프로세서, DSP, ASIC, FPGA, 또는 임의의 다른 등가의 집적 또는 이산 로직 회로부뿐만 아니라 이러한 컴포넌트의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 도 1에서 도시되지는 않지만, 제어 유닛(12)은 데이터를 저장하도록 구성된 메모리를 포함할 수도 있다. 메모리는 임의의 휘발성 또는 불휘발성 매체, 예컨대 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 리드 온리 메모리(read only memory; ROM), 불휘발성 RAM(non-volatile RAM; NVRAM), 전기적으로 소거가능한 프로그래머블 ROM(electrically erasable programmable ROM; EEPROM), 플래시 메모리 등등을 포함할 수도 있다. 몇몇 예에서, 메모리는 제어 유닛(12) 외부에 있을 수도 있다(예를 들면, 제어 유닛(12)이 하우징되는 패키지 외부에 있을 수도 있다).
본원에서 설명되는 기술을 수행하기 위한 시스템(1)의 컴포넌트의 각각을 제어하기 위한 주 유닛(primary unit)인 것으로 제어 유닛(12)이 일반적으로 설명되지만, 몇몇 예에서, 구동 회로(14) 및/또는 싱크 회로(4)의 개개의 컴포넌트는, 제어 유닛(12)에 대하여 하기에서 설명되는 동작 중 일부 또는 전체를 수행하기 위한 추가적인 기능성을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 정류기(8), 인버터(9), 에너지원(10), 격리 디바이스(5), AC 발전기(2), 및 모터(6) 중 하나 이상의 조합은, 단일의 추진기 모터(6)가 AC 발전기(2)와 비동기화되어 있다는 것을 결정하는 것에 응답하여 단일의 추진기 모터(6)만을 동기화 회로(4)와 연동시키기 위한 수단, 및 단일의 추진기 모터(6)가 AC 발전기(2)와 동기화되어 있다는 것에 응답하여, 동기화 회로(4)로부터 단일의 추진기 모터(6)를 연동해제하기 위한 수단을 포함할 수도 있다.
몇몇 예에서, 제어 유닛(12)은 또한, 동기화 회로(4)가 단일의 추진기 모터(6)를 AC 발전기(2)와 동기화한 이후, 단일의 추진기 모터(6)로부터 동기화 회로(4)를 연동해제하는 것에 의해, 단일의 추진기 모터(6)와 AC 발전기(2) 사이의 동기성을 유지하도록 구성된다. 다시 말하면, 싱크 회로(4)가 동기를 벗어난 모터(6)에게 AC 발전기(2)의 상황이 어떤지를 알려주는 것을 완료한 경우, 제어 유닛(12)은, 개개의 모터가 동기 상태에 있다는 것을 감지하고, 싱크 회로(4)를 그 개개의 모터(6)로부터 연동해제하고, 개개의 모터(6)를 AC 전력 버스(16)와 전기적으로 다시 커플링할 수도 있다.
예를 들면, 싱크 회로(4)를 모터(6A)와 연동시키기 위해, 제어 유닛(12)은, AC 전력 버스(16)로부터 모터(6A)를 전기적으로 디커플링하도록 격리 디바이스(5B)를 구성하는 것 외에, 먼저, 싱크 회로(4)를 AC 전력 버스(16)에 전기적으로 커플링하도록 격리 디바이스(5A)를 구성할 수도 있다. 후속하여, 제어 유닛(12)은, 모터(6A)를 싱크 회로(4)와 전기적으로 커플링하도록 격리 디바이스(5E)를 구성하는 것에 의해, 모터(6A)와의 싱크 회로(4)의 연동을 완료할 수도 있다.
역으로, 모터(6A)로부터 싱크 회로(4)를 연동해제하기 위해, 제어 유닛(12)은, 먼저, 싱크 회로(4)로부터 모터(6A)를 전기적으로 디커플링하도록 격리 디바이스(5E)를 구성할 수도 있다. 후속하여, 제어 유닛(12)은, 모터(6A)를 AC 전력 버스(16)에 전기적으로 커플링하도록 격리 디바이스(5B)를 격리하는 것 외에 AC 전력 버스(16)로부터 싱크 회로(4)를 전기적으로 디커플링하도록 격리 디바이스(5A)를 구성하는 것에 의해, 모터(6A)와의 싱크 회로(4)의 연동해제를 완료할 수도 있다.
몇몇 예에서, 기술 및 회로는, 고정 속도 전원 및 가변 속도 전원 둘 다에 대해 그리고 고정 피치 프로펠러 또는 팬 및 가변 피치 프로펠러 또는 팬 둘 다에 대해 적용 가능할 수도 있다. 제어 유닛(12)은, 모터(6) 및 AC 발전기(2)가 동기화되어 있는지 또는 그렇지 않은지의 여부를 결정할 때 가변 피치 레벨 및 가변 속도 레벨을 관리할 수도 있다.
항공기 상에서 가변 피치가 이용가능하면, 동기화 회로(4)는, 동기화 및 기동 동안, 그리고 또한 (예를 들면, 비행 동안 재동기화하는 경우) 윈드밀링 조건(windmilling condition) 하에서, 추진기(6)의 프로펠러 피치 제어와 조화될 수도 있다.
제어 유닛(12)은 전원 제어와 같은 다른 컨트롤러, 및 AC 발전기(2)의 적절한 동작 속도, 및 적용 가능한 경우, 가변 피치가 추진기(6)에 대해 이용가능하면 프로펠러 피치를 획득하기 위한 시스템(1)의 다른 컨트롤러(도시되지 않음)와 조화될 수도 있다. 예를 들면, 제어 유닛(12)은, 동기화 및 기동 시간 동안 바람직한, 기동 동안의 특정 발전기 속도를 획득할 수도 있다.
싱크 회로(4)는, 추진기 모터(6) 중 단일의 하나를 AC 발전기(2)와 따로따로 동기화하도록 구성된다. 몇몇 예에서, 제어 유닛(12) 및/또는 싱크 회로(4)는, 기동 동안 시스템(1)을 순차적으로 보조하기 위해, 싱크 회로(4)를 모터(6)의 각각과 연동시킬 것이다. 또한, 제어 유닛(12) 및/또는 싱크 회로(4)는, 몇몇 예에서, AC 발전기(2)와의 동기성을 유지하기 위해, 개개의 또는 다수의 추진기 모터(6)에 (예를 들면, 댐핑을 삽입할) 동기화 신호를 제공하기 위한 싱크 회로(4)를 구성할 수도 있다.
싱크 회로(4)는, 하나의 개개의 모터(6)를 순차적으로 시동시키고 및/또는 AC 구동 회로(14)와 따로따로 동기화하기 위한, 정류기(8) 및 인버터(9)를 포함하는 저전력 전자장치로 이루어지는 저전력 DC 링크 회로를 포함한다. 싱크 회로(4)의 DC 링크 회로는 저전력이며 따라서 단일의 추진기 모터(6)만을 따로따로 구동하기 위한 충분한 전력 정격(power rating)을 갖는다. 즉, (예를 들면, 각각의 추진기 모터에 대해 하나씩의) 다수의 고전력 동기 회로에 의존할 수도 있는 다른 전기 추진 시스템과는 달리, 시스템(1)은 하나의 저전력 싱크 회로(4)만을 포함할 수도 있다. 싱크 회로(4)의 DC 링크 회로는 모터(6)의 각각을 AC 발전기(2)와 동기화할 수 있지만, 그러나, 싱크 회로(4)는 모터(6) 중 하나만을 AC 발전기(2)와 따로따로 동기화할 수 있도록 사이즈가 정해진다.
몇몇 예에서, 싱크 회로(4)는, 모터(6) 중 하나에 일시적이고 간헐적인 댐핑을 인가하는 것에 의해, 안정성을 유지함에 있어서 시스템(1)을 보조하도록 구성될 수도 있다. 이 예에서, 모터(6) 중 안정화될 하나의 모터는 AC 전력 버스(16)로부터 격리될 필요가 없다. 대신, 안정화될 모터(6)는, 싱크 회로(4) 및 AC 발전기(2) 둘 다로부터 유래하는 AC 전력에 의해 구동된다. 예를 들면, 모터(6A)가 안정화를 필요로 하는 예를 고려한다. 제어 유닛(12)은 격리 디바이스(5A 및 5E)를 인에이블할 수도 있고, 한편 격리 디바이스(5B)는, 모터(6A)가 싱크 회로(4)의 출력(예를 들면, 동기화 또는 댐핑 신호) 및 AC 발전기(2)에 의해 생성되는 AC 전력에 의해 구동되도록, 인에이블된다. 이 방식에서, 시스템(1)은 싱크 회로(4) 및 AC 발전기(2)를 병렬로 작동하도록 구성할 수도 있다. 이 방식에서 병렬로 작동하도록 하기 위해, AC 발전기(2)는 모터(6)의 각각에 전용되는 독립적인 세트의 권선을 필요로 할 수도 있다는 것을 유의한다(본질적으로는 추진기당 하나의 머신). 몇몇 예에서, 싱크 회로(4)의 컴포넌트는 다수의 모터(6)의 동기화를 동시에 지원하도록 사이즈가 정해질 수도 있다.
싱크 회로(4)의 DC 링크 회로의 정류기(8)는, AC 발전기(2)에 의해 AC 전력 버스(16)를 통해 전달되는 AC 전력에 기초하여, DC 전력을 인버터(9)로 제공하도록 구성된다. 정류기(8)는, AC 발전기(2)에 의해 전달되고 있는 AC 전력의 특성을 반영하는 DC 전력을 생성하는 데 필요한 전자장치 및 회로부의 임의의 적절한 조합을 포함할 수도 있다. 정류기(8)에 의해 생성되는 DC 전력은, 모터(6) 중 하나를 다시 AC 발전기(2)와의 동기 상태에서 구동시키기 위해 싱크 회로(4)가 생성할 필요가 있는 동기화 신호와 관련되는 주파수, 위상, 전압, 및/또는 전류에 관한 표시(indication)를 제어 유닛(12) 및/또는 인버터(9)로 제공할 수도 있다.
인버터(9)는, 정류기(8)로부터 수신되는 DC 전기 신호 및/또는 AC 전력 버스(16)로부터 수신되는 DC 전기 신호에 기초하여, 추진기 모터(6) 중 단일의 하나를 AC 발전기(2)와 동위상으로 구동하기 위한 동기화용 전력(synchronizing electrical power)을 출력하도록 구성된다. 인버터(9)는, 동기를 벗어난 모터(6)를 다시 AC 발전기(2)와의 동기 상태에서 구동시키기 위해, 동기화용 전력의 위상, 주파수, 전압 진폭, 전류 진폭, 및/또는 다른 특성을 변경시킬 수도 있다. 예를 들면, 인버터(9)는, 제어 유닛(12)으로부터 및/또는 모터(6) 중 동기를 벗어난 하나로부터 직접적으로, 동기를 벗어난 모터의 속도를 나타내는 정보를 수신할 수도 있다. 인버터(9)는, 동기를 벗어난 모터가 다시 AC 발전기(2)와의 동기 상태에 있다는 것을 속도 정보가 나타낼 때까지, 동기화용 전력 특성을 변경시킬 수도 있다.
몇몇 예에서, 싱크 회로(4)의 DC 링크 회로는, 정류기(8)와 인버터(9) 사이에서 지나가는 DC 전력을 안정화시키기 위한(예를 들면, 일시적인 소스 손실 라이드 스루(temporary source loss ride through)에 대한) 에너지원(10)을 더 포함한다. 예를 들면, AC 발전기(2)에 의해 전달되고 있는 AC 전력과 관련되는 잠재적인 손실 조건 동안, 에너지원(10)은, 싱크 회로(4)로부터 AC 전력 버스(16)로 출력되고 있는 전력에서의 이상(anomaly)을 손실 조건이 도입하는 것을 방지하는 동기화용 전력을 제공할 수도 있다. 에너지원(10)은 또한, 다른 터보 발전기 또는 분배 시스템 고장으로부터의 복원을 위해, 몇몇 레벨의 용장성(redundancy)을 제공할 수도 있다.
몇몇 예에서, 추진기 모터(6) 하나가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나 있는 경우, 동기화 회로(14)는, 단일의 추진기 모터를 AC 발전기와 동기화하기 위한 동기화용 전력을 단일의 추진기 모터로 출력하는 것에 의해, 동기를 벗어난 추진기 모터(6)를 AC 발전기(2)와 동기화하도록 구성되는데, 동기화용 전력은, AC 발전기에 의해 전달되는 AC 전력으로부터 유도된다. 예를 들면, 모터(6A)가 AC 발전기(2)와 (예를 들면, 위상, 속도 등등에서) 동기를 벗어나는 예를 고려한다. 인버터(9)는, 정류기(8) 또는 AC 버스로부터 수신되는 DC 신호에 기초하여 동기화용 전력을 생성할 수도 있고, 모터(6A)를 다시 AC 발전기(2)와의 동기 상태로 가져가기 위해, 그 동기화용 전력을 모터(6A)로 출력할 수도 있다.
몇몇 예에서, 추진기 모터(6) 중 하나가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나는 경우, 동기화 회로(14)는, 동작 속도 임계치를 충족하는 속도에서 단일의 추진기 모터가 동작하고 있다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 동기화용 전력의 출력을 중지하는 것에 의해, 동기를 벗어난 추진기 모터(6)를 AC 발전기(2)와 동기화하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 인버터(9)는 모터(6A)의 현재 속도를 나타내는 정보를 모터(6A)로부터(또는 제어 유닛(12)으로부터) 수신할 수도 있다. 속도 정보에 기초하여, 인버터(9)는, 모터(6A)가 다시 AC 발전기(2)와의 동기 상태로 돌아올 때까지 또는 다르게는 다시 AC 발전기(2)와의 인라인 상태로 돌아올 때까지, 모터(6A)의 속도를 증가시키거나 감소시키도록, 버스(16)로 출력되고 있는 동기화용 전력을 변경할 수도 있다. 몇몇 예에서, 속도 정보에 기초하여, 인버터(9)는, (예를 들면, 윈드 밀링 기술을 통해) 모터(6A)에게 동기화를 부여하기 위해 사용될 수도 있는 가변 피치 메커니즘과 조화하여 동기화용 전력을 변경할 수도 있다.
몇몇 예에서, 추진기 모터(6) 중 하나가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나 있는 경우, 동기화 회로(14)는, 동기를 벗어나 있는 하나의 단일의 추진기 모터 외에, 복수의 추진기 모터의 각각으로 임의의 안정화용 전력(stabilizing electrical power)을 출력하는 것을 중지하는 것에 의해, 동기를 벗어난 추진기 모터(6)를 AC 발전기(2)와 동기화하도록 구성될 수도 있다. 다르게 말하면, 인버터(9)가 정류기(8) 또는 AC 버스(16)로부터 수신되는 DC 신호에 기초하여 동기화용 전력을 생성할 수도 있고, 모터(6A)를 다시 AC 발전기(2)와의 인라인 상태로 가져가기 위해, 그 동기화용 전력을 모터(6A)로 출력할 수도 있지만, 생성되어 싱크 회로(4)로부터 출력되고 있는 동기화용 전력은, 역시 동기를 벗어나 있을 수도 있는 임의의 모터(6)를 구동하기에 불충분할 수도 있다. 이 방식에서, 싱크 회로(4)의 사이즈 및 전력 요건은 상대적으로 작게 유지될 수 있고, 그만큼, 더 경량의, 더 소형의, 그리고 더 저가의 항공기 및 선박의 전기 추진 시스템에 보다 쉽게 사용가능할 수 있다.
시스템(1)의 제어 유닛(12), 싱크 회로(4), 및 다른 컴포넌트의 동작은 모터(6)의 상태에 의존한다. 예를 들면, 모터(6) 중 하나가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나게 되는 경우, 제어 유닛(12)은 먼저 그 모터(6)를 가변 주파수 AC 전력 버스(16)로부터 격리할 수도 있고, 그 다음, 그 모터(6)를 다시 AC 발전기(2)와의 동기 상태로 가져가기 위해, 싱크 회로(4)를 그 모터(6)와 연동시킬 수도 있다. 제어 유닛(12) 및/또는 싱크 회로(4)는, 싱크 회로(4)가 그 모터(6)를 구동할 때, 그 모터(6)의 속도가 AC 발전기(2)와 동기화될 때까지, 그 모터(6)와 관련되는 위치, 속도, 전압, 주파수 및/또는 위상에 관한 정보(예를 들면, 데이터)를 수집할 수도 있다. 다시 말하면, 발생할 동기화의 경우, 제어 유닛(12)은 AC 발전기(2) 및 모터(6)의 세 개의 특성을 동기화할 수도 있다. 동일해야 하는 세 개의 것은, 전압, 위상 및 주파수(속도)이다. 예를 들면, 모터(6) 중 하나가 AC 발전기(2)와 동위상이더라도, 그 모터(6)와 발전기(2) 사이의 전압 레벨이 동일하지 않으면, 두 디바이스는 동기 상태에 있는 것으로 간주되지 않을 수도 있다.
그 모터(6)의 속도, 위상, 전압, 및/또는 주파수가 AC 발전기(2)와 동기화되면, 제어 유닛(12) 및/또는 싱크 회로(4)는 그 모터(6)로부터 싱크 회로(4)를 연동해제할 수도 있고 동시에 또한 그 모터(6)를 AC 전력 버스(16)와 다시 연동시킬 수도 있다. 제어 유닛(12) 및/또는 싱크 회로(4)는, 모터(6)의 각각을 AC 발전기(2)와의 동기화로 가져가기 위해, 모터(6)에 각각에 대해 상기 단계를 반복할 수도 있다.
이 방식에서, 본원에서 설명되는 싱크 회로는, 전기 추진 시스템의 모든 추진기 모터로 DC 전력을 동시에 제공하도록 사이즈가 정해질 필요는 없다. 단일의 추진기 모터만으로 DC 전력을 따로따로 제공하도록 사이즈가 정해지는 것의 결과로서, 본원에서 설명되는 싱크 회로는, 추진기를 구동하는데 필요한 전기 추진 시스템의 전력 전자장치의 중량을 크게 감소시킬 수도 있고 전력 전자 손실(power electronic loss)도 또한 감소시킬 수도 있다. 싱크 회로는 또한, (예를 들면, 토크 이벤트 이후) 모터를 재동기화하기 위한 중앙집중형 전기 수단(centralized electrical means)을 제공할 수도 있다. 단일의 동기화 회로를 사용하는 것에 의해, 예시적인 추진 시스템의 크기(예를 들면, 사이즈, 중량 등등)는, 다수의 동기화 회로에 의존하는 다른 전자 추진 시스템의 크기의 수 분의 1일 수도 있다. 또한, 예시적인 추진 시스템은 비용이 더 저렴할 수도 있고 다른 시스템보다 유지가 더 용이할 수도 있다.
도 2는, 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른, 도 1의 예시적인 전기 추진 시스템(1)의 공유된 전원(2)과 다수의 추진기 모터(6) 사이의 동기화를 유지하도록 구성되는 예시적인 제어 유닛으로서의 제어 유닛(12)에 의해 수행되는 예시적인 동작을 예시하는 플로우차트이다. 도 2는 하기에서 도 1의 시스템(1)의 맥락에서 설명된다.
동작에서, 제어 유닛(12)은, 추진기 모터의 뱅크로부터의 단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정할 수도 있다(100). 예를 들면, 정상 동작 동안, 모터(6A)는 (예를 들면, 시스템(1)의 내재적인 불안정성으로 인해) 점진적으로 또는 (예를 들면, 돌풍, 파편, 공기역학적 격리, 등등으로 인해) 급격하게 AC 발전기(2)와의 동기성을 벗어날 수도 있다. 제어 유닛(12)은 AC 발전기(2) 및/또는 모터(6A)로부터, 모터(6A)가 느려졌거나, 빨라졌거나, AC 발전기(2)와 위상이 맞지 않게 되었거나, 또는 다르게는 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나게 되었다는 것을 나타내는 정보를 수신할 수도 있다.
제어 유닛(12)은, 그 모터가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나 있는지, 또는 다시 동기 상태에 있는지의 여부를 결정하기 위해, 각기 개개의 모터(6)와 관련되는 속도, 전압, 주파수, 및/또는 위상을 분석할 수도 있다. 예를 들면, 제어 유닛(12)은, 모터(6)의 각기 개개의 하나와 관련되는 속도, 전압, 주파수, 및/또는 위상을 나타내는 정보를 모터(6)의 각각으로부터 수신할 수도 있다. 몇몇 예에서, 제어 유닛(12)은 모터(6) 중 하나의 속도를, 그 모터(6)로부터 인출되고 있는 전류에 기초하여 결정할 수도 있다. 다시 말하면, 제어 유닛(12)은, 모터(6) 중 하나의 속도를, 그 모터(6)와 관련되는 전류 레벨에 기초하여 추측할 수도 있다. 예를 들면, 더 높은 전류 레벨은, 모터(6) 중 하나가 더 빠른 속도에서 동작하고 있다는 것을 나타낼 수도 있고, 한편, 더 낮은 전류가 인출되고 있거나 또는 어떤 전류도 인출되지 않는 것은, 모터(6) 중 하나가 더 느린 또는 제로의 속도에서 동작하고 있다는 것을 나타낼 수도 있다.
추진기 모터의 뱅크로부터의 단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하는 것에 응답하여 그리고 단일의 추진기 모터만을 동기화 회로와 연동시키기 이전에, 제어 유닛(12)은 단일의 추진기 모터만을 발전기로부터 연동해제할 수도 있다(110). 다르게 말하면, 싱크 회로(4)를 모터(6A)와 연동시키기 이전에, 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5A 또는 5E)가 모터(6A)를 싱크 회로(14)와 연동시키는 것을 가능하게 하기 이전에, 모터(6A)를 AC 전력 버스(16)로부터 전기적으로 디커플링하도록 격리 디바이스(5B)를 디스에이블할 수도 있다.
제어 유닛(12)은, 그 모터(6)의 속도가 모터(6)의 동작 속도 임계치를 충족한다는 것을 결정하는 것에 응답하여 단일의 추진기 모터가 AC 발전기(2)와 동기화되어 있다는 것을 결정할 수도 있고, 역으로, 속도가 모터(6)의 동작 속도 임계치를 충족하지 않는다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 단일의 추진기 모터가 AC 발전기(2)와 비동기화되어 있다는 것을 결정할 수도 있다. 시스템(1)의 모터(6A)가 AC 발전기(2)와 비동기화되어 있다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 제어 유닛(12)은, 단일의 추진기 모터만을, 추진기 모터의 뱅크에 의해 공유되는 전기 추진 시스템의 동기화 회로와 연동시킬 수도 있다(120). 즉, 제어 유닛(12)은, 모터(6A)와 AC 발전기(2) 사이의 동기성을 안정화시키거나 또는 되찾는 작업을 싱크 회로(4)에게 부과할 수도 있다. 격리 디바이스(5H)가 버스(16)에 전력을 제공하도록 인에이블되지만, 제어 유닛(12)은 격리 디바이스(5A)가 싱크 회로(14)의 정류기(8)를 AC 전력 버스(16)와 전기적으로 커플링하는 것을 가능하게 할 수도 있고 격리 디바이스(5E)가 싱크 회로(14)의 인버터(9)의 출력을 모터(6A)와 전기적으로 커플링하는 것을 가능하게 할 수도 있다.
몇몇 예에서, 제어 유닛(12)은, 단일의 추진기 모터 외에, 추진기 모터의 뱅크로부터의 추진기 모터의 각각과 발전기 사이의 전기적 커플링을 유지하면서, 단일의 추진기 모터를 발전기로부터 전기적으로 격리하도록 복수의 격리 디바이스를 구성하는 것에 의해, 단일의 추진기 모터만을 동기화 회로와 연동시킬 수도 있다. 다시 말하면, 제어 유닛(12)이 격리 디바이스(5A 및 5B)를 인에이블하고 모터(6A)를 싱크 회로(4)와 연동시키기 위한 격리 디바이스(5E)를 디스에이블하기 때문에, 제어 유닛(12)은 격리 디바이스(5F 및 5G)를 디스에이블된 상태로 유지할 수도 있고 격리 디바이스(5C, 5D, 및 5H)를 인에이블된 상태로 유지할 수도 있다. 이 방식에서, 제어 유닛(12)은, 싱크 회로(4)가 모터(6A)를 다시 AC 발전기(2)와의 동기 상태에서 구동하는 동안, 모터(6B-6N)를 싱크 회로(4)로부터 연동해제되도록 그리고 AC 발전기(2)와 연동되도록 구성할 수도 있다.
제어 유닛(12)은, 단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정할 수도 있다(130). 예를 들면, 어떤 나중의 시간에, 싱크 회로(14)가 동기화용 전력으로 모터(6A)의 구동을 시작한 이후, 제어 유닛(12)은, 모터(6A)와 관련되는 (예를 들면, 전류, 속도 등등을 나타내는) 정보를 수신할 수도 있고 모터(6A)가 다시 AC 발전기(2)와의 동기 상태에 있는 것으로 간주할 수도 있다.
단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 제어 유닛(12)은 단일의 추진기 모터를 발전기와 연동시킬 수도 있다(140). 예를 들면, 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5B)가 모터(6A)를 AC 전력 버스(16)와 전기적으로 커플링하는 것을 가능하게 하는 것에 의해, 모터(6A)를 다시 AC 발전기(2)와의 온라인으로 가져갈 수도 있다.
몇몇 예에서, 단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정하는 것에 응답하여 그리고 단일의 추진기 모터를 발전기와 연동시킨 이후, 제어 유닛(12)은 단일의 추진기 모터를 동기화 회로로부터 연동해제할 수도 있다(150). 예를 들면, 제어 유닛(12)은, 싱크 회로(14)의 인버터(9)의 출력을 모터(6A)로부터 전기적으로 디커플링하도록 격리 디바이스(5E)를 디스에이블할 수도 있다. 제어 유닛(12)이 모든 다른 모터(6)가 AC 발전기(2)와 동기 상태에 있는 것으로 간주하면, 제어 유닛(12)은 또한, 싱크 회로(4)의 정류기(8)를 AC 전력 버스(16)로부터 전기적으로 디커플링하도록 격리 디바이스(5A)를 디스에이블할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3d는, 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른, 기동 동안의 그리고 전기 추진 시스템(1)이 추진기 모터(6)를 공유된 전원(2)과 동기화하는 동안의, 도1의 전기 추진 시스템(1)을 예시하는 개념도이다. 도 4a 내지 도 4d는, 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른, 런타임 동안의 그리고 전기 추진 시스템(1)이 추진기 모터(6)를 공유된 전원(2)과 동기화하는 동안의, 도1의 전기 추진 시스템(1)을 예시하는 개념도이다.
도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4d는 하기에서, 도 1의 시스템(1) 및 도 2의 동작(100 내지 150)의 맥락에서 설명된다. 도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4d 전체에 걸쳐, 격리 디바이스(5)는, 격리 디바이스(5)가 인에이블되거나 또는 닫힐 때(예를 들면, 전류를 도통할 때)를 나타내기 위한 음영이 진 "블랙" 박스인 것으로 또는 격리 디바이스(5)가 디스에이블되거나 개방될 때(예를 들면, 전류를 도통하지 않을 때)를 나타내기 위한 음영이 없는 "백색" 박스인 것으로 도시된다.
도 3a 내지 도 3d 각각은, 모두가 동기화될 때까지 각각의 모터(6)의 안정성을 지원하는 것에 싱크 회로(4)가 순차적으로 관련되는 기동 시퀀스의 상이한 단계를 나타낸다. 도 3a는, 모터(6)의 순차적 기동의 초기 단계 동안의 시스템(1)을 도시한다. 기동시, AC 발전기(2)로부터의 전류가 버스(16)에서 출력되도록 격리 디바이스(5H)가 인에이블될 수도 있는 동안 내내, 모터(6)의 각각은 AC 발전기(2)에 의해 구동되고 있지 않으며 격리 디바이스(5B-5D 및 5F 및 5G)는 AC 발전기(2)로부터의 전류가 모터(6) 각각에 도달하는 것을 방지하도록 디스에이블된다. 모터(6B-6N)의 각각을 싱크 회로(4)로부터 계속 격리하는 동안, 격리 디바이스(5A 및 5E)를 인에이블하는 것에 의해, 제어 유닛(12)은 싱크 회로(4)를 모터(6A)와 연동시켜, 모터(6A)에게 상황이 어떤지를 알리기 시작할 수도 있다.
도 3b는, 도 3a에서 도시되는 초기 단계 직후의, 모터(6)의 순차적인 기동의 후속 단계 동안의 시스템(1)을 도시한다. 도 3b에서, 제어 유닛(12)은 싱크 회로(4)가 모터(6A)에게 상황이 어떤지를 알려 주는 것을 완료했다는 것을 결정했다. 제어 유닛(12)은 격리 디바이스(5B)를 인에이블하는 것에 의해 모터(6A)를 AC 전력 버스(16)와 연동시킬 수도 있고, 그 다음 격리 디바이스(5E)를 디스에이블하는 것에 의해 모터(6A)를 싱크 회로(4)로부터 연동해제할 수도 있다. 모터(6A)가 상황이 어떤지를 통지받고 AC 발전기(2)에 의해 구동됨으로써, 제어 유닛(12)은, 모터(6)의 순차적인 기동의 또 다른 후속 단계 동안 모터(6B)에게 계속 상황이 어떤지를 알려주게 된다. 제어 유닛(12)은 격리 디바이스(5F)를 인에이블할 수도 있고 그 결과, 싱크 회로(4)가 모터(6B)를 AC 발전기(2)와 동기 상태로 가져갈 수 있도록, 모터(6B)를 싱크 회로(4)와 연동시킬 수도 있다.
도 3c에서, 제어 유닛(12)은, 싱크 회로(4)가 모터(6B)에게 상황이 어떤지를 알려주는 것을 완료했다는 것을 결정했고, 격리 디바이스(5C)를 인에이블하는 것에 의해 모터(6A)를 AC 전력 버스(16)와 연동시키고 격리 디바이스(5F)를 디스에이블하는 것에 의해 모터(6B)를 싱크 회로(4)로부터 연동해제한다. 이제 모터(6A 및 6B)가 상황이 어떤지를 알게 되고 AC 발전기(2)에 의해 구동됨으로써, 제어 유닛(12)은 다른 모터(6)에게 상황이 어떤지를, 순차적으로, 그리고 하나씩 따로따로, 계속 알려준다. 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5G)를 인에이블하고 그 결과, 싱크 회로(4)가 모터(6B)를 AC 발전기(2)와 동기 상태로 가져갈 수 있도록, 모터(6N)를 싱크 회로(4)와 연동시키는 것에 의해, 기동 시퀀스를 완료할 수도 있다.
도 3d에서, 제어 유닛(12)은, 싱크 회로(4)가 모터(6N)에게 상황이 어떤지를 알려주는 것을 완료했다는 것을 결정한 이후, 기동 시퀀스를 완료한다. 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5N)를 인에이블하는 것에 의해 모터(6N)를 AC 전력 버스(16)와 연동시키고, 격리 디바이스(5A 및 5G)를 디스에이블하는 것에 의해 모터(6N)를 싱크 회로(4)로부터 연동해제한다. 결과적으로, 기동 시퀀스가 완료되고, 모터(6)의 각각은 AC 발전기(6)에 의해 구동된다.
도 4a 내지 도 4d 각각은, 시스템(1)의 동작 동안 각각의 모터(6)의 안정성 및 동기화를 지원하는 것에 싱크 회로(4)가 관련될 수도 있는 시간의 상이한 순간을 나타낸다. 도 4a는, 싱크 회로(4)가 모터(6) 중 어느 것과도 연동되지 않고, 대신, 모터(6)의 각각이 AC 전력 버스(16)에 의해 구동되고 있는 정상 동작 동안의 순간을 도시한다. 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5A 및 5E 내지 5G)의 각각을 디스에이블하는 동안 격리 디바이스(5B-5D, 및 5H)의 각각을 인에이블하는 것에 의해 모터(6)의 각각을 AC 발전기(2)로 구동할 수도 있다.
결국, 제어 유닛(12) 및/또는 싱크 회로(4)는, 모터(6N)가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나게 되었다는 것을 나타내는 정보를 모터(6N)로부터 수신할 수도 있다. 도 4b는, 격리 디바이스(5A 및 5G)를 인에이블하고 격리 디바이스(5D)를 디스에이블하는 것에 의해 모터(6N)를 다시 동기 상태로 가져가기 위해, 제어 유닛(12)이 싱크 회로(4)를 모터(6N)와 연동시킬 수도 있다는 것을 도시한다.
도 4c에서, 모터(6N)는 다시 AC 발전기(2)와 동기 상태로 되고 결과적으로, 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5D)가 모터(6N)를 AC 발전기(2)로 구동시키는 것을 다시 가능하게 할 수도 있고 격리 디바이스(5G)를 디스에이블할 수도 있다. 제어 유닛(12) 및 또는 싱크 회로(4)는, 모터(6A)가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나게 되었다는 것을 나타내는 정보를 모터(6A)로부터 수신할 수도 있고 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5A 및 5E)를 인에이블하고 격리 디바이스(5B)를 디스에이블하는 것에 의해, 모터(6A)를 다시 동기 상태로 가져가기 위해, 싱크 회로(4)를 모터(6A)와 연동시킬 수도 있다.
그리고 도 4d에서, 모터(6A)는 다시 AC 발전기(2)와 동기 상태로 되고 결과적으로, 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5B)가 모터(6A)를 AC 발전기(2)로 구동시키는 것을 다시 가능하게 할 수도 있고 격리 디바이스(5E)를 디스에이블할 수도 있다. 제어 유닛(12) 및 또는 싱크 회로(4)는, 모터(6B)가 AC 발전기(2)와 동기를 벗어나게 되었다는 것을 나타내는 정보를 모터(6B)로부터 수신할 수도 있고 제어 유닛(12)은, 격리 디바이스(5A 및 5F)를 인에이블하고 격리 디바이스(5C)를 디스에이블하는 것에 의해, 모터(6B)를 다시 동기 상태로 가져가기 위해, 싱크 회로(4)를 모터(6B)와 연동시킬 수도 있다. 결국, 모터(6B)가 다시 AC 발전기(2)와 동기 상태에 있게 되면, 제어 유닛(12)은, 모터(6B)를 AC 발전기(2)로 한 번 더 구동하기 위해, 격리 디바이스(5C)를 다시 인에이블하고 격리 디바이스(5F)를 디스에이블 할 수도 있다.
하나 이상의 예에서, 설명된 동작은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되면, 동작은, 하나 이상의 명령어 또는 코드로서, 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장되거나 또는 컴퓨터 판독가능 매체를 통해 전송될 수도 있고 하드웨어 기반의 프로세싱 유닛에 의해 실행될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 데이터 저장 매체와 같은 유형의 매체, 또는 예를 들어, 통신 프로토콜에 따라, 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체에 대응하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함할 수도 있다. 이러한 방식에서, 컴퓨터 판독 가능한 매체는, 일반적으로, (1) 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 (2) 신호 또는 반송파와 같은 통신 매체에 대응할 수도 있다. 데이터 저장 매체는 본 개시에서 설명된 기술의 구현을 위한 명령어, 코드, 및/또는 데이터 구조를 검색하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 또는 하나 이상의 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있다.
비제한적인 예로서, 이러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지, 또는 다른 자기 스토리지 디바이스, 플래시 메모리, 또는 소망의 프로그램 코드를 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 저장하기 위해 사용될 수 있으며 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속이 컴퓨터 판독 가능한 매체로서 적절히 칭해진다. 예를 들면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선(twisted pair), 디지털 가입자 회선 (digital subscriber line; DSL), 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술을 이용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 명령어가 송신되면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술은 매체의 정의 내에 포함된다. 그러나, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 데이터 저장 매체는 접속, 반송파, 신호, 또는 다른 일시적 매체를 포함하지 않으며, 대신 비일시적인 유형의 저장 매체를 대상으로 한다는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 이용되는 바와 같은, 디스크(disk) 및 디스크(disc)는, 컴팩트 디스크(compact disc; CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다기능 디스크(digital versatile disc; DVD), 플로피 디스크, 및 블루레이 디스크를 포함하는데, 여기서 디스크(disk)는 통상 자기적으로 데이터를 재생하는 반면, 디스크(disc)는 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 상기한 것의 조합도 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 또한 포함되어야 한다.
하나 이상의 DSP, 범용 마이크로프로세서, ASIC, FPGA, 또는 다른 등가의 집적 또는 이산 로직 회로부와 같은 하나 이상의 프로세서에 의해 명령어가 실행될 수도 있다. 따라서, 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "프로세서"는 상기 구조체 중 임의의 것 또는 본원에서 설명된 기술의 구현에 적합한 임의의 다른 구조체를 지칭할 수도 있다. 또한, 몇몇 양태에서, 본원에서 설명된 기능성은 전용 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈 내에서 제공될 수도 있다. 또한, 기술은 하나 이상의 회로 또는 논리 소자에서 완전히 구현될 수 있을 것이다.
본 개시의 기술은, 프로세서, 집적 회로(integrated circuit; IC) 또는 IC의 세트(예를 들면, 칩 세트)를 포함하는 아주 다양한 디바이스 또는 장치에서 구현될 수도 있다. 다양한 컴포넌트, 모듈, 또는 유닛은, 개시된 기술을 수행하도록 구성되는 디바이스의 기능적 양태를 강조하도록 본 개시에서 설명되지만, 반드시 상이한 하드웨어 유닛에 의해 실현될 필요는 없다. 대신, 상술한 바와 같이, 다양한 유닛은, 적절한 소프트웨어 및/또는 펌웨어와 연계하여, 하드웨어 유닛에 통합되거나 또는 상술한 하나 이상의 프로세서를 포함해서, 상호운용 가능한 하드웨어 유닛의 집합체(collection)에 의해 제공될 수도 있다.
다양한 예가 설명되었다. 이들 및 다른 예는 하기의 특허청구범위의 범위 내에 있다.

Claims (20)

  1. 전기 추진 시스템(electric propulsion system)에 있어서,
    AC 구동 회로로서,
    복수의 추진기 모터;
    AC 전력 버스; 및
    AC 전력을, 상기 복수의 추진기 모터를 동시에 구동하기 위한 상기 AC 전력 버스로 전달하는 AC 발전기를 포함하는 것인, AC 구동 회로;
    상기 복수의 추진기 모터로부터의 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 따로따로(at a time) 하나씩 개별적으로 동기화하도록 구성되는 동기화 회로; 및
    상기 단일의 추진기 모터가 상기 AC 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 동기화 회로를 상기 단일의 추진기 모터와 연동시키는(engaging) 것에 의해 상기 단일의 추진기 모터와 상기 AC 발전기 사이의 동기성을 유지하도록 구성되는 제어 유닛
    을 포함하는, 전기 추진 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동기화 회로는, 상기 AC 발전기에 의해 전달되는 상기 AC 전력으로부터 유도되는, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동위상으로 구동하기 위한 동기화용 전력(synchronizing electrical power)을 상기 단일의 추진기 모터로 출력하는 것에 의해, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화하도록 구성되는, 전기 추진 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동기화 회로는, 상기 단일의 추진기 모터가 동작 속도 임계치를 충족하는 속도에서 동작하고 있다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 동기화용 전력을 출력하는 것을 중지하는 것에 의해, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화하도록 구성되는, 전기 추진 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 동기화 회로는 또한, 상기 단일의 추진기 모터 외에, 상기 복수의 추진기 모터의 각각으로 동기화용 전력을 출력하는 것을 중지하는 것에 의해, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화하도록 구성되는, 전기 추진 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동기화 회로는, 상기 AC 발전기에 의해 전달되는 상기 AC 전력의 주파수의 허용 임계치 내에 있도록 상기 추진기 모터의 주파수를 상기 동기화용 전력으로 조정하는 것에 의해, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화하도록 구성되는, 전기 추진 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동기화 회로는, 상기 AC 발전기에 의해 전달되는 상기 AC 전력의 주파수의 허용 임계치 내에 있도록 상기 추진기 모터의 위상 시프트를 상기 동기화용 전력으로 조정하는 것에 의해, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화하도록 구성되는, 전기 추진 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동기화 회로는, 상기 AC 발전기와 관련되는 전압의 허용 임계치 내에 있도록 상기 추진기 모터의 전압을 상기 동기화용 전력으로 조정하는 것에 의해, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화하도록 구성되는, 전기 추진 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동기화 회로는 정류기 및 인버터를 포함하는 DC 링크 회로를 포함하고, 상기 정류기는, 상기 AC 발전기에 의해 전달되는 상기 AC 전력에 기초하여, DC 전기 신호를 상기 인버터로 제공하도록 구성되고, 상기 인버터는, 상기 정류기로부터 수신되는 상기 DC 전기 신호에 기초하여 또는 상기 AC 버스에 기초하여, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동위상으로 구동하기 위한 동기화용 전력을 출력하도록 구성되는, 전기 추진 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 DC 링크 회로는, 상기 AC 발전기에 의해 전달되고 있는 상기 AC 전력과 관련되는 잠재적인 손실 조건 동안 상기 DC 전기 신호를 동기화하기 위한 에너지원을 더 포함하는, 전기 추진 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 DC 링크 회로는 상기 복수의 추진기 모터로부터의 단일의 추진기 모터만을 따로따로 구동하기 위한 충분한 전력 정격(power rating)을 갖는, 전기 추진 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 AC 구동 회로는, 상기 동기화 회로가 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화하는 동안 상기 AC 발전기를 상기 단일의 추진기 모터로부터 전기적으로 격리하도록 상기 제어 유닛에 의해 구성가능한 복수의 격리 디바이스를 더 포함하는, 전기 추진 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 격리 디바이스는 또한, 상기 동기화 회로가 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화하는 동안, 상기 단일의 추진기 모터 외에, 상기 복수의 추진기 모터의 각각으로 상기 AC 발전기를 전기적으로 커플링하도록 상기 제어 유닛에 의해 구성가능한, 전기 추진 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 추진 시스템은 분배형 추진 시스템(distributed propulsion system)을 포함하고, 상기 AC 발전기는 엔진에 의해 구동되는 샤프트를 포함하는, 전기 추진 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 또한, 상기 동기화 회로가 상기 단일의 추진기 모터를 상기 AC 발전기와 동기화한 이후, 상기 동기화 회로를 상기 단일의 추진기 모터로부터 연동해제하는(disengaging) 것에 의해 상기 단일의 추진기 모터와 상기 AC 발전기 사이의 동기성을 유지하도록 구성되는, 전기 추진 시스템.
  15. 전기 추진 시스템에 있어서,
    추진기 모터의 뱅크로부터의 단일의 추진기 모터가 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하기 위한 수단;
    상기 단일의 추진기 모터만을 상기 발전기로부터 연동해제하기 위한 수단;
    상기 단일의 추진기 모터만을 상기 추진기 모터의 뱅크에 의해 공유되는 동기화 회로와 연동시키기 위한 수단;
    상기 단일의 추진기 모터가 상기 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정하기 위한 수단;
    상기 단일의 추진기 모터를 상기 발전기와 연동시키기 위한 수단; 및
    상기 단일의 추진기 모터를 상기 동기화 회로로부터 연동해제하기 위한 수단
    을 포함하는, 전기 추진 시스템.
  16. 방법에 있어서,
    전기 추진 시스템의 추진기 모터의 뱅크로부터의 단일의 추진기 모터가 상기 전기 추진 시스템의 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 제어 유닛에 의해, 상기 단일의 추진기 모터만을, 상기 추진기 모터의 뱅크에 의해 공유되는 상기 전기 추진 시스템의 동기화 회로와 연동시키는 단계; 및
    상기 단일의 추진기 모터가 상기 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 제어 유닛에 의해, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 동기화 회로로부터 연동해제하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 추진기 모터의 뱅크로부터의 상기 단일의 추진기 모터가 상기 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하는 것에 추가로 응답하여, 그리고 상기 단일의 추진기 모터만을 상기 동기화 회로와 연동시키기 이전에, 상기 제어 유닛에 의해, 상기 단일의 추진기 모터만을 상기 발전기로부터 연동해제하는 단계; 및
    상기 단일의 추진기 모터가 상기 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정하는 것에 추가로 응답하여, 상기 제어 유닛에 의해, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 동기화 회로로부터 연동해제하기 이전에, 상기 단일의 추진기 모터를 상기 발전기와 연동시키는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 제어 유닛에 의해, 상기 단일의 추진기 모터와 관련되는 속도를 결정하는 단계;
    상기 속도가 상기 추진기 모터의 뱅크의 동작 속도 임계치를 충족한다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 제어 유닛에 의해, 상기 단일의 추진기 모터가 상기 발전기와 동기화되어 있다는 것을 결정하는 단계; 및
    주파수, 전압 및 위상이 상기 추진기 모터의 뱅크의 상기 동작 속도 임계치를 충족하지 않는다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 제어 유닛에 의해, 상기 단일의 추진기 모터가 상기 발전기와 동기화되어 있지 않다는 것을 결정하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 단일의 추진기 모터와 관련되는 상기 속도를 결정하는 단계는, 상기 단일의 추진기 모터와 관련되는 전류 레벨에 기초하여 상기 속도를 추측하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단일의 추진기 모터만을 상기 동기화 회로와 연동시키는 단계는, 상기 단일의 추진기 모터 외에, 상기 추진기 모터의 뱅크로부터의 상기 추진기 모터의 각각과 상기 발전기 사이의 전기적 커플링을 유지하는 동안 상기 단일의 추진기 모터를 상기 발전기로부터 전기적으로 격리하도록 상기 전기 추진 시스템의 복수의 격리 디바이스를 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
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