KR20180073701A - 영구자석 모터의 파킹 위치를 결정하는 방법 - Google Patents

영구자석 모터의 파킹 위치를 결정하는 방법 Download PDF

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크리스토퍼 존 베이트만
리보 젱
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다이슨 테크놀러지 리미티드
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Abstract

영구자석 모터의 회전자의 파킹 위치를 결정하는 방법. 이러한 방법은, 제 1 전압을 모터의 상권선에 인가하는 단계, 제 1 파라미터를 측정하는 단계, 상기 제 1 전압을 상기 상권선으로부터 제거하는 단계, 상기 상권선 내의 전류가 제로로 감소되도록 대기하는 단계, 반대 극성을 가지는 제 2 전압을 상권선에 인가하는 단계, 제 2 파라미터를 측정하는 단계, 상기 제 1 파라미터와 상기 제 2 파라미터를 비교하는 단계, 및 상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 작으면 상기 회전자가 제 1 파킹 위치에 있다고 결정하고, 상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 크면 상기 회전자가 제 2 파킹 위치에 있다고 결정하는 단계를 포함한다. 제 1 파라미터 및 제 2 파라미터는 (i) 상권선 내의 전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간, 및 (ii) 시간 간격의 종료 시에 상권선 내의 전류의 크기 중 하나에 각각 대응한다.

Description

영구자석 모터의 파킹 위치를 결정하는 방법
본 발명은 영구자석 모터의 회전자의 파킹 위치를 결정하는 방법에 관한 것이다.
영구자석 모터를 시동하기 위해서는, 어떤 위치에 회전자가 파킹되었는지를 알아서 적절한 극성의 전압이 상권선에 인가될 수 있게 할 필요가 있다. 모터는 회전자의 위치를 결정하기 위한 홀-효과 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 센서의 위치에 공차가 있으면, 이것은 센서가 회전자의 파킹 위치를 신뢰성있게 결정할 수 없다는 것을 의미할 수 있다. 홀-효과 센서에 대한 대안으로, 모터는 회전자의 위치를 결정하기 위하여 무센서 스킴을 채용할 수 있다. 그러나, 무센서 스킴에서는 통상적으로 회전자의 위치를 결정하기 위해서 회전자가 이동하고 있어야 한다.
본 발명은 영구자석 모터의 회전자의 파킹 위치를 결정하는 방법으로서, 제 1 전압을 상기 모터의 상권선에 인가하는 단계; (i) 상기 상권선 내의 전류가 임계치치를 초과하는 데에 걸리는 시간, 및 (ii) 시간 간격의 종료 시에 상기 상권선 내의 전류의 크기 중 하나에 대응하는 제 1 파라미터를 측정하는 단계; 상기 제 1 전압을 상기 상권선으로부터 제거하는 단계; 상기 상권선 내의 전류가 제로로 감소되도록 대기하는 단계; 상기 제 1 전압과 동일한 크기이지만 반대 극성을 가지는 제 2 전압을 상기 모터의 상권선에 인가하는 단계; (i) 상기 상권선 내의 전류가 임계치치를 초과하는 데에 걸리는 시간, 및 (ii) 상기 시간 간격의 종료 시에 상기 상권선 내의 전류의 크기 중 하나에 대응하는 제 2 파라미터를 측정하는 단계; 상기 제 1 파라미터와 상기 제 2 파라미터를 비교하는 단계; 및 상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 작으면 상기 회전자가 제 1 파킹 위치에 있다고 결정하고, 상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 크면 상기 회전자가 제 2 파킹 위치에 있다고 결정하는 단계를 포함하는, 파킹 위치 결정 방법을 제공한다.
전압이 상권선에 인가되면, 고정자 필드가 생성된다. 상전류가 증가함에 따라, 고정자 자속의 밀도가 증가하고 결국 포화되기 시작한다. 고정자가 포화됨에 따라, 상권선의 인덕턴스가 감소되고 따라서 상전류가 더 빠른 속도로 증가한다. 인가된 전압의 극성 및 회전자의 파킹 위치에 따라서, 회전자 자속은 고정자 자속과 같이 정렬되거나 반대가 될 것이다. 회전자 자속이 고정자 자속과 나란하게 정렬되면, 포화가 더 빨리 일어나고, 따라서 상전류는 더 빠른 속도로 증가한다. 반대로, 회전자 자속이 고정자 자속에 반대가 되면, 포화가 더 느리게 일어나고, 따라서 상전류는 더 느린 속도로 증가한다. 본 발명은 회전자의 파킹 위치를 결정하기 위하여 이러한 거동을 이용한다. 특히, 제 1 전압이 상권선에 인가되고 제 1 파라미터가 측정된다. 그러면, 제 2 전압이 상권선에 인가되고 제 2 파라미터가 측정된다. 제 2 전압이 제 1 전압에 반대 극성을 가지기 때문에, 회전자 자속은 두 번의 측정 중 하나 동안에는 고정자 자속과 정렬될 것이고, 회전자 자속은 두 번의 측정 중 다른 것 동안에는 고정자 자속에 반대가 될 것이다. 그러므로, 제 1 파라미터는 회전자의 파킹 위치에 따라서 제 2 파라미터보다 작아지거나 커질 것이다. 그러므로, 본 발명은 홀-효과 센서 등이 필요 없이 회전자의 파킹 위치를 결정할 수 있다.
생각할 수 있는 바로는, 회전자의 위치는 단지 제 1 파라미터만을 측정하고 이것을 판별 임계치치와 비교함으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 회전자는 제 1 파라미터가 판별 임계치치보다 작으면 제 1 파킹 위치에 있다고 결정되고, 제 1 파라미터의 파킹 위치가 이러한 임계치치보다 크면 제 2 위치에 있다고 결정될 수 있다. 그러나, 모터에 존재하는 공차 및 회전자의 온도 변화에 의하여 측정된 파라미터에 분산(variance)이 생길 것이다. 결과적으로, 측정된 파라미터는 판별 임계치치보다 더 커야 하는 경우에 판별 임계치치보다 작을 수 있고, 그 반대의 경우도 생길 수 있다. 그러면, 이러한 방법에 의하여 회전자의 파킹 위치가 부정확하게 결정될 것이다. 두 개의 파라미터를 측정하고 비교함으로써, 회전자의 파킹 위치는 더 신뢰성있게 결정될 수 있다. 특히, 두 개의 파라미터 각각과 연관된 분산이 존재할 수 있지만, 이러한 파라미터 중 하나는 다른 것보다 계속해서 작다. 결과적으로, 회전자의 위치가 더 신뢰성있게 결정될 수 있다.
두 개의 파라미터 각각을 측정할 때에 동일한 임계치치 및 동일한 시간 간격이 사용되는 한, 임계치치 또는 시간 간격이 미리 결정되거나 고정되는 것이 필수적이지 않다. 그러므로, 예를 들어, 본 발명의 방법은 인가된 전압의 크기에 따라 달라지는 임계치치 또는 시간 간격을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상권선 내의 전류가 제로로 감소하도록 대기하는 것은, 전류가 제로로 감소되기에 충분한 특정한 시간 기간 동안 대기하는 것을 포함할 수 있다. 그러면 이것은 제 1 전압이 제거된 이후에 상전류를 측정하는 것이 필요하지 않다는 장점을 가지고, 따라서 더 저렴한 전류 센서가 채용될 수 있다. 또는, 상권선 내의 전류가 제로로 감소되는 것은, 상전류를 측정한 후 측정된 전류가 제로에 도달할 경우에만 제 2 전압을 인가하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 회전자, 고정자 및 전술된 바와 같은 방법을 수행하도록 구성되는 제어 시스템을 더 제공한다.
제어 시스템은 인버터, 게이트 드라이버 모듈, 제어기, 및 전류 센서를 포함할 수 있다. 그러면, 인버터는 상권선에 커플링되고, 게이트 드라이버 모듈이 인버터의 스위치의 개폐를 제어기에 의해 출력되는 제어 신호에 응답하여 구동한다. 전류 센서는 상권선 내의 전류의 측정치를 제공하는 신호를 출력한다. 제어기는, 제 1 전압이 상권선에 인가되도록 제어 신호의 제 1 세트를 출력하고, 전류 센서에 의해 출력되는 신호를 사용하여 제 1 파라미터를 측정하며, 제 1 전압이 상권선으로부터 제거되도록 제어 신호의 제 2 세트를 출력하고, 제 2 전압이 상권선에 인가되도록 제어 신호의 제 3 세트를 출력하며, 전류 센서에 의해 출력되는 신호를 사용하여 제 2 파라미터를 측정하고, 제 1 파라미터와 제 2 파라미터를 비교하며, 이러한 비교에 응답하여 회전자의 파킹 위치를 결정한다.
본 발명이 더 용이하게 이해될 수도 있게 하기 위하여, 본 발명의 실시예는 이제 첨부 도면들을 참조하여 예를 들어서 설명될 것이다:
도 1 은 본 발명에 따르는 영구자석 모터의 회로도이다;
도 2 는 영구자석 모터의 제어기에 의해 발급된 제어 신호에 응답하여 인버터의 허용된 상태를 상세화한다;
도 3 은 (a) 제 1 위치, 및 (b) 제 2 위치에 파킹된 경우의 영구자석 모터의 회전자를 예시한다; 그리고
도 4 는 회전자의 파킹 위치를 결정하기 위하여 영구자석 모터의 제어 시스템에 의해 수행되는 방법의 흐름도이다.
도 1 의 영구자석 모터(1)는 회전자(2), 고정자(3), 및 제어 시스템(4)을 포함한다.
회전자(2)는 샤프트(6)에 고정된 사극 영구 자석(5)을 포함한다. 고정자(3)는 4 개의 돌출극(salient pole)을 가지는 한 쌍의 코어(7), 및 코어(7) 주위에 권선된 상권선(8)을 포함한다.
제어 시스템(4)은 인버터(10), 게이트 드라이버 모듈(11), 제어기(12), 및 전류 센서(13)를 포함한다.
인버터(10)는 상권선(8)을 파워 서플라이(미도시)의 전압 레일에 커플링하는 4 개의 전력 스위치(Q1-Q4)의 풀 브리지를 포함한다.
게이트 드라이버 모듈(11)은 제어기(12)에 의하여 출력된 제어 신호에 응답하여 스위치(Q1-Q4)의 개폐를 구동한다.
제어기(12)는 모터(1)의 동작을 제어하는 것을 담당하고, 3 개의 제어 신호: DIR1, DIR2, 및 FW#을 생성한다. 제어 신호는 게이트 드라이버 모듈(11)로 출력되고, 이것은 이에 응답하여 스위치(Q1-Q4)의 개폐를 구동한다.
DIR1이 논리 하이로 풀링되고 DIR2가 논리 로우로 풀링되면, 게이트 드라이버 모듈(11)은 스위치 Q1 및 Q4를 닫고 스위치 Q2 및 Q3을 개방한다. 결과적으로, 제 1 극성을 가지는 전압이 상권선(8)에 인가되어, 전류가 좌에서 우로 상권선(8)을 통해 구동되게 한다. 반대로, DIR2가 논리 하이로 풀링되고 DIR1이 논리 로우로 풀링되면, 게이트 드라이버 모듈(11)은 스위치 Q2 및 Q3를 닫고 스위치 Q1 및 Q4를 개방한다. 결과적으로, 제 2 의 반대 극성을 가지는 전압이 상권선(8)에 인가되어, 전류가 우에서 좌로 상권선(8)을 통해 구동되게 한다. 그러므로, DIR1 및 DIR2는 상권선(8)에 인가되는 전압의 극성을 제어하고, 따라서 상권선(8)을 통과하는 전류의 방향을 제어한다. DIR1 및 DIR2 모두가 논리 로우로 풀링된다면, 게이트 드라이브 모듈(11)은 모든 스위치(Q1-Q4)를 개방한다.
FW#이 논리 로우로 풀링되면, 게이트 드라이버 모듈(11)은 양자 모두의 하이측 스위치(Q1, Q3)를 개방한다. 그러면, 상권선(8) 내의 전류는 인버터(10)의 로우측 루프를 DIR1 및 DIR2로 규정된 방향에서 순환하거나 프리휠링한다. 각각의 스위치 Q1-Q4는 한 방향으로만 통전하지만 보디 다이오드를 포함한다. 그러므로, 인버터(10)의 로우측 루프에서 프리휠링하는 전류는 로우측 스위치 Q2, Q4 중 하나를 통해서 그리고 다른 로우측 스위치 Q2, Q4 의 보디 다이오드를 통해서 흐른다. 특정 타입의 전력 스위치(예를 들어 MOSFET)는 닫히면 양방향으로 통전할 수 있다. 이러한 실례에서, FW#이 논리 로우로 풀링되면, 양자 모두의 로우측 스위치 Q2, Q4는 닫혀서 전류가 보디 다이오드 중 하나를 통해서가 아니라 스위치 Q2, Q4 양자 모두를 통해서 흐르게 할 수 있다.
도 2 는 제어기(12)의 제어 신호에 응답하여 스위치(Q1-Q4)에 허용된 상태들을 요약한다. 이제부터, 용어 '세팅(set)' 및 '클리어(clear)'는 신호가 논리 하이로 그리고 로우로 각각 풀링되었다는 것을 표시하기 위하여 사용될 것이다.
전류 센서(13)는 인버터(10)와 제로 전압 레일 사이에 위치된 감지 저항(R1)을 포함한다. 전류 센서(13) 양단의 전압은 DIR1 또는 DIR2가 세팅될 때 상권선(8) 내의 전류의 측정치를 제공한다. 전류 센서(13) 양단의 전압이 신호 I_PHASE로서 제어기(12)로 출력된다.
회전자(2)가 정지되면, 회전자(2)는 4 개의 위치 중 하나에 파킹된다. 그러나, 회전자(2)의 회전 대칭성 때문에, 회전자(2)는 두 개의 구별가능한 위치 중 하나에 파킹된다고 말할 수 있다. 도 3 의 (a)는 제 1 파킹 위치에 있는 회전자(2)를 예시하고, 도 3 의 (b)는 제 2 파킹 위치에 있는 회전자(2)를 예시한다.
만일 회전자(2)가 제 1 위치에 파킹되고 양의 전압이 상권선(8)에 인가되면, 결과적으로 얻어지는 고정자 필드는 회전자(2)를 말하자면 시계방향으로 구동할 것이다. 그러나, 회전자(2)가 제 2 위치에 파킹되고 동일한 양의 전압이 상권선(8)에 인가되면, 결과적으로 얻어지는 고정자 필드는 회전자를 반시계방향으로 구동할 것이다. 그러므로, 적절한 극성의 전압을 상권선(8)에 인가하기 위해서, 제어기(12)는 회전자(2)가 어느 위치에 파킹되었는지를 알 필요가 있다.
회전자(2)의 파킹 위치를 결정하기 위하여, 제어 시스템(4)은 도 4 에 개략화된 방법을 수행한다. 제어기(12)는 DIR1을 세팅하고, DIR2를 클리어링하며 FW#을 세팅하면서 시작한다. 동시에, 제어기(12)는 내부 타이머를 시동한다(단계 S20). DIR1 을 세팅하는 결과로서, 제 1 전압이 상권선(8)에 인가된다. 그러므로, 상권선(8) 내의 전류가 증가된다. 제어기(12)는 I_PHASE 신호를 통해서 상전류의 크기를 모니터링한다(단계 S21). 상전류가 임계치치를 초과하면(단계 S22), 제어기(12)는 FW#을 클리어링하고 내부 타이머를 중지시킨다(단계 S23). 내부 타이머의 값은 상전류가 제로로부터 임계치까지 증가하는데 걸리는 시간에 대응한다. 제어기(12)는 타이머 값을 제 1 간격으로서 저장하고 타이머를 리셋한다(단계 S24). FW#을 클리어링한 결과로서, 제 1 전압이 상권선(8)으로부터 제거되고, 상전류는 인버터(10)의 로우측 루프에 프리휠링한다. 그러므로, 상전류(8)가 감소된다. 그러면, 제어기(12)는 상전류가 제로까지 감소될 때까지 대기한다(단계 S25). 전류 센서(13)는 프리휠링되는 중에 상전류를 측정할 수 없다. 그러므로, 제어기(12)는 상전류가 제로로 감소되기에 충분한 설정된 시간 기간동안 대기한다. 이러한 기간의 길이는 자연적으로 모터(1)의 특성(예를 들어 상권선(8)의 인덕턴스) 및 임계치의 크기에 따라 달라질 것이다. 세트 기간이 끝날 때, 제어기(12)는 DIR1을 클리어링하고, DIR2를 세팅하며 FW#을 세팅한다. 동시에, 제어기(12)는 타이머를 재시작한다(단계 S26). DIR2를 세팅한 결과로서, 제 2 전압이 상권선(8)에 인가된다. 제 2 전압은 제 1 전압과 동일한 크기 하지만 반대 극성을 가진다. 상권선(8) 내의 전류가 다시 증가하고, 제어기(12)는 I_PHASE 신호를 통하여 상전류의 크기를 모니터링한다(단계 S27). 상권선(8) 내의 전류가 이제 반대 방향으로 흐르지만, 전류 센서(13)를 통과하는 전류의 방향은 변하지 않는다. 그러므로, 전류 센서(13)는 상전류의 크기에는 민감하지만 극성에는 반응하지 않는다. 상전류가 임계치를 초과하면(단계 S28), 제어기(12)는 FW#을 클리어링하고 내부 타이머를 중지시킨다(단계 S29). 타이머의 값은 다시 한번 상전류가 제로로부터 임계치까지 증가하는데 걸리는 시간에 대응한다. 그러면, 제어기(12)는 이러한 타이머 값을 제 2 간격으로서 저장한다(단계 S30). 마지막으로, 제어기(12)는 제 1 간격과 제 2 간격을 비교한다(단계 S31). 제 1 간격이 제 2 간격보다 짧으면, 제어기(12)는 회전자(2)가 제 1 파킹 위치에 있다고 결정한다(단계 S32). 그렇지 않으면, 제어기(12)는 회전자(2)가 제 2 위치에 있다고 결정한다(단계 S33).
전압이 상권선(8)에 인가되면, 고정자 필드가 생성된다. 상전류가 증가함에 따라, 고정자 자속의 밀도가 증가하고 결국 포화되기 시작한다. 고정자(3)가 포화됨에 따라, 상권선(8)의 인덕턴스가 감소되고 따라서 상전류가 더 빠른 속도로 증가한다. 인가된 전압의 극성 및 회전자(2)의 파킹 위치에 따라서, 회전자 자속은 고정자 자속과 같이 정렬되거나 반대가 될 것이다. 회전자 자속이 고정자 자속과 정렬되면, 고정자(3)의 포화가 더 신속하게 발생한다. 결과적으로, 상전류가 임계치를 초과하는 데에 더 짧은 시간 기간이 걸린다. 반대로, 회전자 자속이 고정자 자속과 반대이면, 고정자(3)의 포화가 더 느리게 발생한다. 결과적으로, 상전류가 임계치를 초과하는 데에 더 긴 시간 기간이 걸린다. 그러면, 제어기(12)는 회전자(2)의 파킹 위치를 결정하기 위하여 이러한 거동을 이용한다. 특히, 제어기(12)는 DIR1을 세팅함으로써 제 1 전압이 상권선(8)에 인가되게 한다. 그러면, 제어기(12)는 상전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간을 측정하고 이것을 제 1 간격으로서 저장한다. 그러면, 제어기(12)는 DIR2를 세팅함으로써 반대 극성의 제 2 전압이 상권선(8)에 인가되게 한다. 그러면, 제어기(12)는 상전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간을 측정하고 이것을 제 2 간격으로서 저장한다. 양의 전압 및 음의 전압 양자 모두를 상권선(8)에 인가함으로써, 회전자 자속은 두 개의 간격 중 하나 동안에는 고정자 자속과 정렬될 것이고, 회전자 자속은 두 개의 간격 중 다른 것 동안에는 고정자 자속에 반대가 될 것이다. 그러므로, 제 1 간격은 회전자(2)의 파킹 위치에 따라서 제 2 간격보다 작아지거나 커질 것이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 회전자 자속은 DIR1이 세팅되고 회전자(2)가 제 1 파킹 위치에 있는 경우 고정자 자속과 정렬되는 것으로 추정된다. 결과적으로, 회전자(2)가 제 1 파킹 위치에 있으면 제 1 간격은 제 2 간격보다 더 짧고, 회전자(2)가 제 2 파킹 위치에 있으면 제 1 간격은 제 2 간격보다 더 길다.
회전자(2)의 파킹 위치를 결정하기 위하여, 제어기(12)는 두 개의 간격을 측정하고 비교한다. 제 1 간격은 제 1 극성을 가지는 전압이 상권선(8)에 인가되는 경우 측정되고, 제 2 간격은 제 2 의 반대 극성을 가지는 전압이 상권선(8)에 인가되는 경우 측정된다. 생각할 수 있는 바로는, 제어기(12)는 하나의 극성만을 가지는 전압을 상권선(8)에 인가함으로써 단일 간격을 측정할 수 있다. 그러면, 제어기(12)는 측정된 간격을 판별 임계치에 대해서 비교할 수 있다. 특히, 측정된 간격이 판별 임계치보다 작으면(즉 상전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간이 상대적으로 짧으면), 제어기(12)는 회전자(2)가 제 1 파킹 위치에 있다고 결정할 것이다. 반대로, 측정된 간격이 판별 임계치보다 크면(즉 상전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간이 상대적으로 길면), 제어기(12)는 회전자(2)가 제 2 파킹 위치에 있다고 결정할 것이다. 이러한 대안적인 방법은 회전자(2)의 파킹 위치가 더 빨리 결정될 수 있다는 장점을 가진다. 그러나, 지금부터 설명되는 바와 같이, 이러한 방법과 연관된 큰 단점들이 있다. 대량 생산되면 모터(1)에 있는 공차는 측정된 간격에 분산이 생기게 할 것이다. 결과적으로, 측정된 간격은 판별 임계치보다 더 커야 하는 경우에 판별 임계치보다 작을 수 있고, 그 반대의 경우도 생길 수 있다. 그러면, 제어기(12)는 회전자(2)의 파킹 위치를 부정확하게 결정할 것이다. 이것은 특히, 상권선(8)의 인덕턴스가 상대적으로 낮고 상전류가 회전자(2)의 파킹 위치와 무관하게 상대적으로 빠른 속도로 증가할 경우에 그러하다. 두 개의 간격을 측정하고 비교함으로써, 회전자(2)의 파킹 위치는 더 신뢰성있게 결정될 수 있다. 예를 들어, 특정 모터에 대한 상권선(8)의 인덕턴스가 정상보다 높다면, 각각의 측정된 간격은 더 길어질 것이다. 그러면, 단일 간격을 사용하면 파킹 위치가 부정확하게 결정될 수 있다. 그러나, 두 개의 간격을 사용함으로써, 파킹 위치는 계속해서 정확하게 결정될 것이다. 특히, 각각의 간격이 변하는 것에 무관하게, 하나의 간격은 계속하여 다른 것보다 작을 것이다. 단일 측정을 사용하는 것의 다른 문제점은, 회전자(2)의 온도가 변할 경우 발생한다. 예를 들어, 회전자(2)의 온도는 모터(1)가 최근에 사용된 경우에 크게 높을 수 있다. 회전자(2)의 온도가 올라감에 따라, 회전자 자속의 밀도가 감소된다. 결과적으로, 회전자(2)가 회전자 자속이 고정자 자속과 정렬되는 위치에 파킹되면, 포화하는 데에 다소 더 걸리고, 따라서 측정된 간격이 더 길어진다. 반대로, 회전자(2)가 회전자 자속이 고정자 자속에 반대인 위치에 파킹되면, 더 약한 회전자 자속 때문에 상전류는 조금 더 빠른 속도로 증가하고, 따라서 측정된 간격은 더 짧다. 그러므로 각각의 측정된 간격과 연관된 온도-의존적 분산이 존재한다. 결과적으로, 하나의 간격만이 측정되면, 이러한 간격은 판별 임계치보다 더 커야 하는 경우에 판별 임계치보다 작을 수 있고, 그 반대의 경우도 생길 수 있다. 두 개의 간격이 측정되면, 회전자(2)의 온도가 증가함에 따라 두 개의 간격 사이의 차이가 감소된다. 그러나, 간격들 중 하나는 계속하여 다른 것보다 작다. 결과적으로, 회전자(2)의 파킹 위치가 계속하여 정확하게 결정된다. 그러므로, 두 개의 간격을 측정하고 비교하는 것은 회전자(2)의 파킹 위치가 더 신뢰성있게 결정될 수 있다는 분명한 장점을 가진다.
전술된 실시예에서, 제어기(12)는 상전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간을 측정한다. 대안적인 실시예에서, 제어기(12)는 그 대신에 특정한 시간 간격의 종료 시에 상전류의 크기를 측정할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 상전류가 커지는 속도는 회전자(2)의 파킹 위치에 따라 달라진다. 결과적으로, 회전자(2)가 회전자 자속이 고정자 자속과 정렬되는 위치에 파킹되면, 상전류는 해당 시간 간격의 끝에서 더 커질 것이다. 반대로, 회전자(2)가 회전자 자속이 고정자 자속과 반대인 위치에 파킹되면, 상전류는 해당 시간 간격의 끝에서 더 작을 것이다. 따라서, 이러한 시간 간격의 끝에서의 상 전류의 크기는 회전자(2)의 위치를 결정하기 위하여 사용될 수도 있다. 위에서 요약된 것과 같은 이유 때문에, 제어기(12)는 양의 전압 및 음의 전압 양자 모두가 상권선(8)에 인가된 이후에 해당 시간 간격의 종료 시에 상전류의 크기를 측정한다.
더 일반적인 의미에서, 제어기(12)는 제 1 전압이 상권선(8)에 인가될 때 제 1 파라미터를 측정하고, 제 2 전압이 상권선(8)에 인가될 때 제 2 파라미터를 측정한다고 말할 수 있다. 그러면, 각각의 파라미터는 (i) 상전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간, 또는 (ii) 시간 간격의 종료 시의 상전류의 크기 중 하나에 대응한다. 그러면, 제어기(12)는 제 1 파라미터 및 제 2 파라미터를 비교하고, 이러한 비교에 응답하여 회전자(2)의 파킹 위치를 결정한다.
회전자(2)의 파킹 위치가 시간 간격의 종료 시에 상전류의 크기를 측정함으로써 결정되지만, 이러한 방법은 단점 상전류가 덜 양호하게 제어되는 단점을 가진다. 예를 들어, 이러한 시간 간격 동안, 상전류는 제어 시스템(4)의 구성 요소에 손상을 입힐 수 있는 과도한 레벨까지 증가할 수 있다. 이러한 현상은 적절한 길이의 시간 간격을 선택하거나 및/또는 고장이 발생하지 않는(fail-safe) 임계치를 사용함을 통해서 완화될 수 있다. 그러나, 상전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간을 측정하는 앞선 방법은 상전류의 크기가 임계치에 의하여 제한된다는 단점을 가진다.
전술된 실시예에서, 제 1 전압은 FW#을 클리어링함으로써 상권선(8)으로부터 제거된다. 결과적으로, 하이측 스위치 Q1, Q3가 개방되고 상권선(8) 내의 전류가 인버터(10)의 로우측 루프에서 프리휠링한다. 생각할 수 있는 바로는, 그 대신에 로우측 스위치 Q2, Q4가 개방되어 전류가 인버터(10)의 하이측 루프에서 프리휠링하게 할 수 있다. 상권선(8)의 인덕턴스에 따라서, 프리휠링 중에 상전류가 제로까지 감소하는 데에 상대적으로 긴 시간이 걸릴 것이다. 따라서, 인버터(10)의 스위치 Q1-Q4 모두를 개방함으로써, 프리휠링이 아니라 제 1 전압이 상권선(8)으로부터 제거될 수 있다. 그러면, 상권선(8) 내의 전류는 보디 다이오드를 통해 파워 서플라이로 반환될 것이고, 따라서 상전류가 더 빠른 속도로 감소될 것이다. 추가적인 대체예에서, 제 1 전압을 제거하는 것은 제 2 전압을 상권선(8)에 인가하는 것을 수반할 수 있다. 제 2 전압이 제 1 전압의 극성과는 반대 극성을 가지기 때문에, 상전류는 제로까지 더 빨리 풀다운될 것이다.
전류 센서(13)는 단일 감지 저항(R1)을 포함한다. 단일 저항을 사용하는 것은 제어 시스템(4)의 구성 요소 비용을 낮추는 장점을 가진다. 그러나, 제 1 전압이 상권선(8)으로부터 제거된 이후에 전류 센서(13)가 상전류를 측정할 수 없다는 것은 단점이다. 결과적으로, 제 1 파라미터를 측정한 이후에, 제어기(12)는 제 2 전압을 상권선(8)에 인가하기 전에, 상전류가 제로로 감소되기에 충분한 설정된 시간 기간 동안 대기한다. 생각할 수 있는 바로는, 전류 센서(13)는 제 1 전압이 제거된 경우 상전류를 추가적으로 측정할 수 있는 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(13)는 한 쌍의 저항을 포함할 수 있고, 이들 각각은 인버터(10)의 하부 다리에 위치된다. 그러면, 저항 중 하나는 좌에서 우로 상권선(8)을 통해 흐를 때에 전류의 측정치를 제공할 것이고, 다른 저항은 우에서 좌로 상권선(8)을 통해 흐를 때에 전류의 측정치를 제공할 것이다. 다른 대안으로서, 전류 센서(13)는 상권선(8) 내의 전류를 감지할 수 있는 변류기 또는 다른 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 전류 센서(13)가 제 1 전압이 제거된 이후에 상전류를 측정할 수 있는 경우, 제어기(12)는 제 1 파라미터를 측정한 이후에 상전류의 크기를 모니터링하고, 측정된 상전류가 제로에 도달하는 경우 제 2 전압을 인가할 수 있다.
따라서, 4 개의 회전자 극, 4 개의 고정자 극, 및 단일 상권선(8)을 가지는 모터(1)에 대해서 참조하였지만, 제어 시스템(4)에 의해 채용되는 방법은 더 많은 극이나 및/또는 추가적인 상권선을 가지는 모터의 파킹 위치를 결정하기 위해서도 동일하게 사용될 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 영구자석 모터의 회전자의 파킹 위치를 결정하는 방법으로서,
    제 1 전압을 상기 모터의 상권선에 인가하는 단계;
    (i) 상기 상권선 내의 전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간, 및 (ii) 소정 시간 간격의 종료 시에 상기 상권선 내의 전류의 크기 중 하나에 대응하는 제 1 파라미터를 측정하는 단계;
    상기 제 1 전압을 상기 상권선으로부터 제거하는 단계;
    상기 상권선 내의 전류가 제로로 감소되도록 대기하는 단계;
    상기 제 1 전압과 동일한 크기이지만 반대 극성을 가지는 제 2 전압을 상기 모터의 상권선에 인가하는 단계;
    (i) 상기 상권선 내의 전류가 상기 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간, 및 (ii) 상기 시간 간격의 종료 시에 상기 상권선 내의 전류의 크기 중 하나에 대응하는 제 2 파라미터를 측정하는 단계;
    상기 제 1 파라미터와 상기 제 2 파라미터를 비교하는 단계; 및
    상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 작으면 상기 회전자가 제 1 파킹 위치에 있다고 결정하고, 상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 크면 상기 회전자가 제 2 파킹 위치에 있다고 결정하는 단계를 포함하는, 파킹 위치 결정 방법.
  2. 회전자, 고정자 및 제어 시스템을 포함하는 영구자석 모터로서,
    상기 제어 시스템은,
    제 1 전압을 상기 모터의 상권선에 인가하는 단계;
    (i) 상기 상권선 내의 전류가 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간, 및 (ii) 소정 시간 간격의 종료 시에 상기 상권선 내의 전류의 크기 중 하나에 대응하는 제 1 파라미터를 측정하는 단계;
    상기 제 1 전압을 상기 상권선으로부터 제거하는 단계;
    상기 상권선 내의 전류가 제로로 감소되도록 대기하는 단계;
    상기 제 1 전압과 동일한 크기이지만 반대 극성을 가지는 제 2 전압을 상기 모터의 상권선에 인가하는 단계;
    (i) 상기 상권선 내의 전류가 상기 임계치를 초과하는 데에 걸리는 시간, 및 (ii) 상기 시간 간격의 종료 시에 상기 상권선 내의 전류의 크기 중 하나에 대응하는 제 2 파라미터를 측정하는 단계;
    상기 제 1 파라미터와 상기 제 2 파라미터를 비교하는 단계; 및
    상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 작으면 상기 회전자가 제 1 파킹 위치에 있다고 결정하고, 상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 크면 상기 회전자가 제 2 파킹 위치에 있다고 결정하는 단계를 포함하는 방법을 수행하도록 구성되는, 영구자석 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 인버터, 게이트 드라이버 모듈, 제어기, 및 전류 센서를 포함하고,
    상기 인버터는 상기 상권선에 커플링되며,
    상기 게이트 드라이버 모듈은 상기 제어기에 의해 출력되는 제어 신호에 응답하여 상기 인버터의 스위치의 개폐를 구동하고,
    상기 전류 센서는 상기 상권선 내의 전류의 측정치를 제공하는 신호를 출력하며, 상기 제어기는,
    상기 제 1 전압이 상기 상권선에 인가되도록 제어 신호의 제 1 세트를 출력하고,
    상기 전류 센서에 의해 출력되는 신호를 사용하여 상기 제 1 파라미터를 측정하며,
    상기 제 1 전압이 상기 상권선으로부터 제거되도록 제어 신호의 제 2 세트를 출력하고,
    상기 제 2 전압이 상기 상권선에 인가되도록 제어 신호의 제 3 세트를 출력하며,
    상기 전류 센서에 의해 출력되는 신호를 사용하여 상기 제 2 파라미터를 측정하고,
    상기 제 1 파라미터와 상기 제 2 파라미터를 비교하며,
    상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 작으면 상기 회전자가 제 1 파킹 위치에 있다고 결정하고, 상기 제 1 파라미터가 상기 제 2 파라미터보다 크면 상기 회전자가 제 2 파킹 위치에 있다고 결정하는, 영구자석 모터.
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