KR20180098312A - 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법(100) 및 장치(200). 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법(100)은: 고주파 맥동 전압 신호를 주입하는 단계(110); 상기 고주파 맥동 전압 신호에 응답하는 d-축 고주파 전류 신호를 획득하는 단계(120); 및 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파에 따라 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하는 단계(130)를 포함한다. 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치(200)가 또한 제공되며, 상기 장치(200)는, 고주파 맥동 전압 신호를 주입하도록 구성되는 전압 주입 유닛(210), 상기 고주파 맥동 전압 신호에 응답하는 d-축 고주파 전류 신호를 획득하도록 구성되는 전류 획득 유닛(220), 및 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파를 분석하도록 구성되는 분석 유닛(330)을 포함한다.

Description

표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법 및 장치
본 발명의 실시예들은 표면 영구 자석 전기 기계 제어 분야에 관한 것으로서, 특히 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법, 및 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치에 관한 것이다.
표면 영구 자석 동기식 전기 기계(SPMSM/SPM: 표면 영구 자석 동기식 모터(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor))를 구동하도록, 벡터 제어(FOC: Field Oriented Control)를 실현하기 위해 회전자 위치를 획득해야할 필요가 있다. 회전자 위치 센서가 없는 경우, 회전자 위치는 측정된 위상 전류(measured phase current)들로부터 위치 정보를 추출함으로써 추정될 수 있는다. 동기식 전기 기계가 영 속도(zero speed) 또는 저속도(일반적으로, 정격 속도의 10 %)에서 동작할 때, 그 속도는 매우 작기 때문에 역기전력(back emf)이 매우 작다. 이러한 상황에서, 고주파 맥동 전압 주입(HFPVI)의 방법이 일반적으로 회전자 위치 정보를 추출하기 위해 사용된다.
원칙적으로, HFPVI 방법은 회전자 돌극(rotor salient pole)의 위치만을 추적하며; 이러한 위치는 회전자 위치 극성(rotor position polarity)을 포함하지 않는다. 상기 추정된 회전자 위치 극성이 정확하지 않은 경우, 전자기 토크(electromagnetic torque)는 기준 토크와 반대가 될 것이고, 이는 극 제어(pole control)를 실패로 이끌게 될 것이다. 회전자 위치 극성을 추정하기 위한 종래의 방법은 d-축의 포지티브 및 네가티브 방향들로부터 전압 펄스들을 각각 주입하고 측정된 전류 진폭 차이에 따라 회전자 극성을 결정하는 것이다. 그러나, 이러한 방법은 적어도 2 번의 전압 신호들의 주입을 필요로 하며, 회전자 극성이 결정되기 전에 긴 시간(수백 밀리 초 정도)이 소비되어야 한다; 더욱이, 상기 방법은 상기 극(pole)이 정지 상태에 있을 때 회전자 극성을 결정해야한다. 따라서, 이러한 방법은 오프-라인 방법이 되며, 따라서 특정 초기 속도를 갖는 전기 기계를 시동시키는데 사용될 수 없다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 완화 또는 해소할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
온라인 회전자 위치 결정, 특히 특정 속도를 갖는 전기 기계의 회전자 위치 결정을 실현하기 위해, 혁신적인 방법이 본 발명에 따라 제공된다; 상기 방법은 온라인 방법이며, 영 속도(zero speed) 또는 낮은 제 1 속도(low first speed)에서 시작되는 전기 기계에 사용될 수 있다. 상기 방법은 d-축 상의 고주파 전류의 제 2 고조파에 기초하여 실현된다. 상기 방법은 고정자 임피던스 및 PWM 지연의 영향을 보상할 수 있고, 그에 의해 회전자 위치 에러 캐리어 전류 및 상기 회전자 위치 캐리어 전류의 신호 대 잡음 비를 최대화할 수 있다. 따라서, 정지 상태 또는 저속 상태에서 있을 때 회전자 위치 추정의 정밀도가 향상될 수 있다.
본 발명에 따라, 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법이 제안되며, 상기 방법은:
고주파 맥동 전압 신호를 주입하는 단계;
상기 고주파 맥동 전압 신호에 응답하는 d-축 고주파 전류 신호를 획득하는 단계; 및
상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파에 기초하여 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하기 위해 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파의 혁신적인 사용이 이루어지며, 이로써 상기 표면 영구 자석 전기 기계가 특정의 초기 속도, 예를 들어 제 1 속도를 갖는 경우에도, 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치가 정확하게 추정될 수 있으며, 그에 따라 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치의 온라인 추정을 실현할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 고주파 맥동 전압 신호는 고정자 임피던스 및 펄스 폭 변조 지연을 보상하기 위해 위상 보상을 받게 된다. 이러한 위상 보상을 통해, 고정자 임피던스 및 펄스 폭 변조 지연이 보상될 수 있고, 그에 따라 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 추정된 초기 위치의 정확도가 증가될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 제 1 속도는 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 정격 회전 속도의 10 %를 초과하지 않는다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 초기 위치는 회전자 돌극 위치(rotor salient pole position) 및 회전자 위치 극성(rotor position polarity)을 포함한다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 방법은 단지 하나의 단일 고주파 맥동 전압 신호를 주입함으로써 회전자 돌극 위치 및 회전자 위치 극성을 포함하는 초기 위치의 추정을 실현할 수 있으며, 그로써, 초기 위치를 추정하고 시스템 실행을 개선하는 데 걸리는 시간을 감소할 뿐만 아니라, 회전자 위치 극성 정보를 추가로 획득할 수 있으며, 그에 따라 후속하는 벡터 제어에 대한 필요하고 유용한 정보를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파에 기초하여 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하는 단계는:
제 1 성분 및 제 2 성분을 얻기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호를 d-q 좌표계로 변환하는 단계;
상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 돌극 위치를 얻기 위해, 제 1 성분에 대해 대역 통과 필터링, 사인 프로세싱, 저역 통과 필터링, 및 루엔버거 관측기(Luenberger observer) 또는 위상-고정 루프 회로를 사용한 관측을 수행하는 단계; 및
상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 위치 극성을 얻기 위해, 제 2 성분에 대해 대역 통과 필터링, 코사인 프로세싱, 저역 통과 필터링 및 극성 결정을 수행하는 단계를 포함한다.
당업자는, 본 발명에 따른 방법이 상기 처리 단계들을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파에 의한 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치의 추정이 다른 적절한 기술 수단에 의해 역시 실현될 수 있다는 것을 이해해야한다.
또한, 본 발명에 따라, 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치가 또한 제공되며, 상기 장치는:
고주파 맥동 전압 신호를 주입하도록 구성된 전압 주입 유닛;
상기 고주파 맥동 전압 신호에 응답하는 d-축 고주파 전류 신호를 획득하도록 구성된 전류 획득 유닛; 및
상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파를 분석하도록 구성된 분석 유닛을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 전압 주입 유닛은 또한, 고정자 임피던스 및 펄스 폭 변조 지연을 보상하기 위해, 상기 고주파 맥동 전압 신호에 대해 위상 보상을 받도록 구성된다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 제 1 속도는 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 정격 회전 속도의 10 %를 초과하지 않는다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 초기 위치는 회전자 돌극 위치 및 회전자 위치 극성을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 분석 유닛은:
제 1 성분 및 제 2 성분을 얻기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호를 d-q 좌표계로 변환하도록 구성되는 좌표계 변환 유닛;
제 1 대역 통과 필터, 사인 프로세싱 유닛, 제 1 저역 통과 필터 및 루엔버거 관측기 또는 위상-고정 루프 회로를 포함하는 제 1 프로세싱 유닛으로서, 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 돌극 위치를 얻기 위해 상기 제 1 성분에 대해 대역 통과 필터링, 사인 프로세싱, 저역 통과 필터링, 및 루엔버거 관측기 또는 위상-고정 루프 회로를 사용한 관측을 수행하도록 구성되는, 상기 제 1 프로세싱 유닛; 및
제 2 대역 통과 필터, 코사인 프로세싱 유닛, 제 2 저역 통과 필터 및 극성 결정 회로를 포함하는 제 2 프로세싱 유닛으로서, 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 위치 극성을 얻도록 하기 위해 상기 제 2 성분에 대해 대역 통과 필터링, 코사인 프로세싱, 저역 통과 필터링 및 극성 결정을 수행하도록 구성되는, 상기 제 2 프로세싱 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 제 2 저역 통과 필터는 상기 제 2 저역 통과 필터에 의해 도입된 위상 시프트를 보상하기 위해 영(zero) 지연을 갖는 자체 적응형 필터(self-adaptive filter)이다.
기존의 방법과 비교하여, 본 발명의 방법은 주로 다음과 같은 이점들을 갖는다:
우선, 본 방법은 온라인 회전자 위치 극성 결정을 실현하고, 시작이 저속으로 수행될 때 회전자 위치 극성 결정을 실현할 수 있으므로, 회전자가 정지 상태에 있을 때만 사용될 수 있는 종래 기술의 오프-라인 방법에 비해 현저한 비교 우위를 갖는다.
둘째, 종래의 오프-라인 방법과 비교하여, 본 발명의 방법은 회전자 위치를 결정하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있으며; 상기 방법에 필요한 시간은 단지 약 20 내지 40 밀리 초이고, 동시에 고정자 임피던스 및 PWM 지연을 보상할 수 있으며, 이에 따라 회전자 위치 추정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명은 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점을 더욱 명백하게 할 것이다.
도 1은 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치의 온라인 추정을 위한 본 발명에 따른 방법(100)의 흐름도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치의 온라인 추정을 위한 본 발명에 따른 장치(200)의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 분석 유닛(230)의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도면 전체에 있어서, 동일하거나 유사한 참조 부호는 동일하거나 유사한 장치(모듈) 또는 단계를 나타낸다.
이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명에서, 본 발명의 일부를 형성하는 첨부 도면이 참조될 것이다. 첨부된 도면은 본 발명을 실현할 수 있는 특정 실시예를 논증적으로 나타낸다. 그러한 논증적인 실시예들은 본 발명에 따른 모든 실시예들을 규명하도록 의도되지는 않는다. 본 발명의 범주가 벗어나지 않고 구조적 또는 논리적 수정이 이루어질 수 있다는 조건하에 다른 실시예들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 따라서, 이하의 특정 설명은 제한적이지 않으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 규정된다.
이론적으로, d-축 자속과 d-축 전류 사이의 관계는 다음과 같다: 상기 d-축 전류가 포지티브일 때, 상기 d-축 전기자 반응 자속은 영구 자석 자속의 방향과 동일한 방향이며 이러한 것은 상기 d-축 자기 회로에 대한 추가적인 포화를 야기할 것이고 상기 d-축 인덕턴스를 떨어지게 하며; 대응하여, 상기 d-축 전류가 네가티브일 때, 상기 d-축 전기자 반응 자속은 영구 자석 자속과 반대 방향이며 이러한 것은 상기 d-축 자기 회로의 포화 레벨을 떨어뜨리게 할 것이고 상기 d-축 인덕턴스를 상승시킨다. 상기 회전자의 N 극과 S 극은 따라서 상기 인덕턴스 포화 효과를 통해 구별될 수 있다.
상기한 설명으로부터, 상기 d-축 전류는 상기 d-축 자속의 함수이고, 위치
Figure pct00001
에서의 상기 함수로부터 라그랑주 나머지(Lagrange remainder)를 생략함으로써 얻어진 2 차 테일러 급수(second-order Taylor series)는 다음과 같다:
Figure pct00002
(1)
여기서,
Figure pct00003
및
Figure pct00004
다음의 고주파 맥동 전압 신호가 추정된 d-q 좌표계에 주입되는 경우:
Figure pct00005
(2)
고정자 임피던스와 PWM 지연을 고려하면, 고주파 응답 전류는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00006
(3)
여기서,
Figure pct00007
, 및
Figure pct00008
는 PWM 지연에 의해 야기된 위상 시프트이다.
회전자 돌극 위치는 상기 식(3)의 첫 번째 항을 통해 추출될 수 있으며, 다음의 정보: 상기 회전자 위치가 N 극 또는 S 극 쪽으로 향하는지 여부가 식(3)의 두 번째 항으로부터 추출될 수 있다: 구체적인 추출 방법은 다음 절에서 자세히 설명될 것이다.
다음의 회전자 위치 에러 신호가 상응하는 방법으로 얻어질 수 있다:
Figure pct00009
(4)
여기서,
Figure pct00010
.
회전자 위치 극성 에러 신호는 다음과 같다:
Figure pct00011
(5)
회전자 위치 추정 에러가
Figure pct00012
또는
Figure pct00013
라면, 극성 캐리어 신호 진폭은 다음과 같다:
Figure pct00014
(6)
여기서,
Figure pct00015
.
상기 식(4) 및 식(6)으로부터 알 수 있듯이, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치는 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치의 온라인 추정을 위한 본 발명에 따른 방법에 의해 추정될 수 있으며; 구체적으로, 도 1은 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치의 온라인 추정에 대한 방법의 흐름도(100)를 도시하며, 도 1에서 알 수 있듯이, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
우선, 단계(110)에서, 고주파 맥동 전압 신호가 주입될 것이고;
다음 단계(120)에서, 상기 고주파 맥동 전압 신호에 응답하는 d-축 고주파 전류 신호가 획득될 것이고;
마지막으로, 단계(130)에서, 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치가 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파에 기초하여 추정된다.
선택적으로 또는 부가적으로, 상기 제 1 속도는 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 정격 회전 속도의 10 %를 초과하지 않는다.
상기 식에서, 상기 초기 위치는 회전자 돌극 위치 및 회전자 위치 극성을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 방법은 단지 하나의 단일 고주파 맥동 전압 신호를 주입함으로써 회전자 돌극 위치 및 회전자 위치 극성을 포함하는 초기 위치의 추정을 실현할 수 있으며, 그로써 초기 위치를 추정하고 시스템 수행을 개선하는 데 걸리는 시간을 감소할 뿐만 아니라, 회전자 위치 극성 정보를 추가로 획득할 수 있으므로 후속하는 벡터 제어에 필요하고 유용한 정보를 제공한다.
상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치가 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파에 기초하여 추정되는, 상기 단계(130)는 또한:
제 1 성분 및 제 2 성분을 얻기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호를 d-q 좌표계로 변환하는 단계;
상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 돌극 위치를 얻기 위해 상기 제 1 성분에 대해 대역 통과 필터링, 사인 프로세싱, 저역 통과 필터링, 및 루엔버거 관측기(LO) 또는 위상-고정 루프 회로를 사용한 관측을 수행하는 단계; 및
상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 위치 극성을 얻기 위해, 상기 제 2 성분에 대해 대역 통과 필터링, 코사인 프로세싱, 저역 통과 필터링, 및 극성 결정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 구현 단계들은 이제 도 2의 장치 블록도(200) 및 도 3의 관련 분석 장치의 상세한 블록도(300)를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
구체적으로, 도 2는 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치의 온라인 추정을 위한 본 발명에 따른 장치(200)의 블록도를 도시하고, 도 3은 본 발명에 따른 분석 유닛(230)의 블록도를 도시한다.
도 2로부터 알 수 있듯이, 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치의 온라인 추정을 위한 본 발명에 따른 장치(200)는 다음 성분들을 포함한다:
고주파 맥동 전압 신호를 주입하도록 구성되는 전압 주입 유닛(210);
상기 고주파 맥동 전압 신호에 응답하는 d-축 고주파 전류 신호를 획득하도록 구성되는 전류 획득 유닛(220); 및
상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파를 분석하도록 구성되는 분석 유닛(230).
선택적으로 또는 부가적으로, 상기 제 1 속도는 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 정격 회전 속도의 10 %를 초과하지 않는다. 본 발명의 한 실시예에서, 상기 초기 위치는 회전자 돌극 위치 및 회전자 위치 극성을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 분석 유닛(230)은 또한:
제 1 성분 및 제 2 성분을 얻기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호를 d-q 좌표계로 변환하도록 구성되는 좌표계 변환 유닛(232);
제 1 대역 통과 필터, 사인 프로세싱 유닛, 제 1 저역 통과 필터 및 루엔버거 관측기 또는 위상-고정 루프 회로를 포함하는 제 1 프로세싱 유닛(234)으로서, 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 돌극 위치를 얻기 위해 상기 제 1 성분에 대해 대역 통과 필터링, 사인 프로세싱, 저역 통과 필터링, 및 루엔버거 관측기 또는 위상-고정 루프 회로를 사용한 관측을 수행하도록 구성되는, 상기 제 1 프로세싱 유닛; 및
제 2 대역 통과 필터, 코사인 프로세싱 유닛, 제 2 저역 통과 필터 및 극성 결정 회로를 포함하는 제 2 프로세싱 유닛(236)으로서, 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 위치 극성을 얻기 위해 상기 제 2 성분에 대해 대역 통과 필터링, 코사인 프로세싱, 저역 통과 필터링 및 극성 결정을 수행하도록 구성되는, 상기 제 2 프로세싱 유닛을 포함한다.
그러나, 상기 고정자 임피던스 및 PWM 지연(식(4) 및 식(6)에서
Figure pct00016
및
Figure pct00017
로 각각 표현됨)은 위치 에러 진폭 및 극성 캐리어 신호 진폭을 감소시킬 것이고, 그에 따라 신호 대 잡음 비를 감소시킬 것이다. 위치 반송파 신호 및 극성 반송파 신호의 신호 대 잡음 비를 최대화하기 위해, 고정자 임피던스 및 PWM 지연을 보상해야할 필요가 있다. 바람직하게, 고정자 임피던스 및 펄스 폭 변조 지연을 보상하기 위해 고주파 맥동 전압 신호는 위상 보상을 받게 될 것이다. 그런 다음 상기 주입된 고주파 맥동 전압 신호는 다음과 같아야한다:
Figure pct00018
(7)
상기 주입된 고주파 맥동 전압 신호가 위상 보상을 받는 결과로서, 얻어지는 상기 위치 에러 진폭 및 극성 캐리어 신호 진폭은 대응적으로 다음과 같이 되어야한다:
Figure pct00019
(8)
및
Figure pct00020
(9)
상기한 식(8) 및 식(9)에서 알 수 있듯이, 상기 고정자 임피던스 및 PWM 지연(
Figure pct00021
및
Figure pct00022
) 모두는 상기한 위치 에러 진폭 및 극성 반송파 신호 진폭에서 이미 제거되었다. 따라서, 회전자 위치 추정 에러(
Figure pct00023
)는 실질적으로 영(zero)으로 향하게 되고, 회전자 위치 반송파 신호의 신호 대 잡음 비는 최대가 된다. 즉, 그러한 위상 보상을 통해, 고정자 임피던스 및 펄스 폭 변조 지연이 보상될 수 있고, 이에 따라 표면 영구 자석 전기 기계의 추정된 초기 위치의 정확성이 증가될 수 있다.
당업자들에게는, 본 발명은 전술한 실시예들의 세부 사항에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상 또는 기본 특징들을 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 실현될 수 있다. 따라서, 상기 실시예들은 모든 상황들에서 설명적이고 비-제한적으로 간주되어야 한다. 또한, 명백하게, "포함한다"라는 단어는 다른 요소들 및 단계들을 배제하지 않으며, "하나의"는 복수를 배제하지 않는다. 장치 청구항들에 언급된 다수의 요소들은 또한 하나의 요소에 의해 실현될 수 있다. 제 1 및 제 2와 같은 용어들은 지정을 나타내는 데 사용되며 특정 순서를 나타내지는 않는다.

Claims (11)

  1. 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법(100)에 있어서:
    고주파 맥동 전압 신호를 주입하는 단계(110);
    상기 고주파 맥동 전압 신호에 응답하는 d-축 고주파 전류 신호를 획득하는 단계(120); 및
    상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파에 기초하여 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하는 단계(130)를 포함하는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 맥동 전압 신호는 고정자 임피던스 및 펄스 폭 변조 지연을 보상하기 위해 위상 보상을 받게 되는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 속도는 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 정격 회전 속도의 10 %를 초과하지 않는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초기 위치는 회전자 돌극 위치(rotor salient pole position) 및 회전자 위치 극성을 포함하는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파에 기초하여 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하는 상기 단계(130)는:
    제 1 성분(iq) 및 제 2 성분(id)을 얻기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호를 d-q 좌표계로 변환하는 단계;
    상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 돌극 위치를 얻기 위해, 상기 제 1 성분(iq)에 대해 대역 통과 필터링, 사인 프로세싱, 저역 통과 필터링, 및 루엔버거 관측기(Luenberger observer) 또는 위상-고정 루프 회로를 사용한 관측을 수행하는 단계; 및
    상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 위치 극성을 얻기 위해, 상기 제 2 성분(id)에 대해 대역 통과 필터링, 코사인 프로세싱, 저역 통과 필터링 및 극성 결정을 수행하는 단계를 더 포함하는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 방법.
  6. 정지 상태에서 또는 제 1 속도에서 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치(200)에 있어서:
    고주파 맥동 전압 신호를 주입하도록 구성되는 전압 주입 유닛(210);
    상기 고주파 맥동 전압 신호에 응답하는 d-축 고주파 전류 신호를 획득하도록 구성되는 전류 획득 유닛(220); 및
    상기 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 추정하기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호의 제 2 고조파를 분석하도록 구성되는 분석 유닛(230)을 포함하는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 주입 유닛은 또한 고정자 임피던스 및 펄스 폭 변조 지연을 보상하기 위해 상기 고주파 맥동 전압 신호에 대해 위상 보상을 수행하도록 구성되는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 속도는 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 정격 회전 속도의 10 %를 초과하지 않는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초기 위치는 회전자 돌극 위치 및 회전자 위치 극성을 포함하는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석 유닛(230)은:
    제 1 성분(iq) 및 제 2 성분(id)을 얻기 위해 상기 d-축 고주파 전류 신호를 d-q 좌표계로 변환하도록 구성되는 좌표계 변환 유닛(232);
    제 1 대역 통과 필터, 사인 프로세싱 유닛, 제 1 저역 통과 필터 및 루엔버거 관측기 또는 위상-고정 루프 회로를 포함하는 제 1 프로세싱 유닛(234)으로서, 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 돌극 위치를 얻기 위해, 상기 제 1 성분(iq)에 대해 대역 통과 필터링, 사인 프로세싱, 저역 통과 필터링, 및 루엔버거 관측기 또는 위상-고정 루프 회로를 사용한 관측을 수행하도록 구성되는, 상기 제 1 프로세싱 유닛(234); 및
    제 2 대역 통과 필터, 코사인 프로세싱 유닛, 제 2 저역 통과 필터 및 극성 결정 회로를 포함하는 제 2 프로세싱 유닛(236)으로서, 상기 표면 영구 자석 전기 기계의 회전자 위치 극성을 얻기 위해 상기 제 2 성분(id)에 대해 대역 통과 필터링, 코사인 프로세싱, 저역 통과 필터링 및 극성 결정을 수행하도록 구성되는, 상기 제 2 프로세싱 유닛(236)을 더 포함하는, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 저역 통과 필터는 영(zero) 지연을 갖는 자체 적응형 필터(self-adaptive filter)인, 표면 영구 자석 전기 기계의 초기 위치를 온라인 추정하기 위한 장치.
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