KR20200039696A - 전자적으로 정류된 전기 모터의 작동 방법 - Google Patents

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KR20200039696A
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Abstract

본 발명은 전기 모터(10)의 지속적인 작동 동안, 전기 모터(10)의 최적 작동점을 달성하기 위해, 제어 장치(12)에 의해 제공된 사전 정류 각도(14)가 조절되는, 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 전기 모터(10)의 작동 동안, 주기 신호(16)는 사전 정류 각도(14)로 변조되고, 전기 모터(10)의 효율과 상관되는 전기 모터(10)의 상태 파라미터(18)가 검출된다.

Description

전자적으로 정류된 전기 모터의 작동 방법
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 전자적으로 정류된 전기 모터의 작동 방법에 관한 것이다.
전자적으로 정류된 전기 모터를 작동시키는 방법은 이미 제안되어 있으며, 이 방법에서, 전기 모터의 지속적인 작동 동안, 전기 모터의 최적 작동점에 도달하기 위해, 제어기에 의해 제공된 사전 정류 각도가 조절된다.
본 발명의 과제는 종래 기술에 비해 개선된, 전자적으로 정류된 전기 모터의 작동 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 전기 모터의 지속적인 작동 동안, 전기 모터의 최적 작동점에 도달하기 위해, 제어기에 의해 제공된 사전 정류 각도가 조절되는, 전기적으로 정류된 전기 모터의 작동 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 전기 모터의 작동 동안 주기 신호, 바람직하게는 고조파 신호가 사전 정류 각도로 변조되고, 전기 모터의 효율과 상관되는 전기 모터의 상태 파라미터, 특히 전기 모터의 소비 전류의 전류 신호가 검출된다.
전기 모터는 특히 브러시리스 직류 모터로서 설계된다. 특히, 전기 모터는 회전 운동을 발생시키도록 제공되고, 전기 모터의 바람직하게는 영구 여기식 및/또는 타려식 회전자가 특히 다수의 상 권선(winding phase)을 갖는 전기 모터의 고정자에 대해 회전 가능하게 장착된다. 전기 모터는 특히 외부 회전자 모터로서 또는 내부 회전자 모터로서 설계될 수 있다. 특히, 3상 전기 모터일 수 있지만, 예를 들어 5상 또는 7상과 같은 다상도 가능하다.
전기 모터의 최적 작동을 위해, 특히 최소 전류가 전기 모터에 설정될 필요가 있다. 이를 위해, 전기 모터의 내부 전압과 관련 모터 기본파 전류가 동위상이어야 한다. 이를 위해, 특히 전기 모터의 인덕턴스로 인해 위상의 시간상 사전 오프셋된 제어가 필요하다. 모터 기본파 전류의 래깅 동작을 보상하는 이러한 보정은 소위 사전 정류 각도로 나타난다. 사전 정류 각도가 이상적이면 전기 모터의 효율이 최적이다. 특정 조건 하에서, 예를 들어 부하 및 모터 치수로 인해, 최대 온도 및/또는 전력에서 전기 모터가 전압 설계 한계에서 작동되는 경우, 사전 정류 각도의 조절이 필수적일 수 있다.
사전 정류 각도를 조절하기 위해 전기 모터는 추가 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는 사전 정류 각도를 재조정함으로써 전기 모터를 최적의 작동점으로 안내하기 위해 제공된다. "제공된다"는 특히 특별히 프로그램되고, 설계되고 및/또는 장착되는 것을 의미한다. 특정 기능을 위해 객체가 제공된다는 것은 특히 상기 객체가 적어도 하나의 적용 상태 및/또는 작동 상태에서 상기 특정 기능을 수행 및/또는 실행한다는 것을 의미한다.
전기 모터의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도를 결정하기 위해, 하나의 방법 단계에서, 전기 모터의 작동 동안, 주기 신호, 바람직하게는 고조파 신호, 특히 작은 진폭의 고조파 신호가 현재 사전 정류 각도로 변조된다. 주기 신호의 주파수는 전기 모터의 안정화 시간(settling time)에 따라 조정되어야 한다. 전기 모터의 비교적 느린 열 과정을 조절하기 위해, 예를 들어, 10초 주기의 신호로 충분하다. 또한, 전기 모터의 효율과 상관되는 전기 모터의 상태 파라미터가 검출된다. 바람직하게는, 전기 모터의 소비 전류의 전류 신호가 검출된다. 총 전류를 측정하는 대신, 다른 변수, 예를 들어 전기 모터의 평균 소비 전류를 검출하는 것도 가능하다. 전류 측정은 바람직하게는 변조된 주기 신호의 주기당 > 10개 측정점으로 수행된다. 이로 인해, 형상에 충실한 신호 재구성이 달성될 수 있다.
상기 방법의 추가 과정에서, 전기 모터의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도는 주기 신호와 상태 파라미터의 변화 사이의 상관 관계로부터 결정된다. 바람직하게는, 하나의 방법 단계에서, 검출된 상태 파라미터는 주기 신호 및 90°위상 변이된 주기 신호와 곱해진다. 추가 방법 단계에서, 상태 파라미터와 주기 신호 및 90°위상 변이된 주기 신호의 곱셈의 곱의 적분이 수행된다. 또한, 추가 방법 단계에서, 적분 결과가 분할되고 몫의 아크 탄젠트 함수가 계산된다. 추가 방법 단계에서, 계산된 각도는 전기 모터의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도로서 사용된다. 상기 방법에 의해 결정된 각도는 전기 모터에 대한 제어 신호로서 직접 사용될 수 있다.
이러한 방법에 의해, 사전 정류 각도의 간단한 제어 및 그에 따라 전기 모터의 효율적인 작동이 달성될 수 있다. 또한, 전기 모터의 구동 거동은 바람직하게는 전기 모터의 실제 실시예에 따라 조정될 수 있다. 또한, 전기 모터의 지속적인 작동 중에 제어에 의해, 사전 정류 각도가 바람직하게 전기 모터의 가열에 따라 조정될 수 있다. 또한, 마모 및/또는 노화로 인한 전기 모터 부품들의 변화가 보상될 수 있고, 설계 시 치수 예비분이 바람직하게 생략될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 제어 장치는 전자적으로 정류된 전기 모터의 지속적인 작동 동안 전기 모터의 최적 작동점을 달성하기 위해 사전 정류 각도를 조절하도록 제공된 적어도 하나의 제어 유닛을 포함한다.
제어 장치는 전기 모터의 작동 동안 주기 신호, 바람직하게는 고조파 신호를 사전 정류 각도로 변조하기 위해 제공되는 적어도 하나의 신호 발생기 유닛을 포함한다. 특히, 신호 발생기 유닛은 고조파 신호, 특히 작은 진폭의 고조파 신호를 생성 및/또는 출력하고 이를 현재 사전 정류 각도로 변조하기 위해 제공된다. 주기 신호의 주파수는 전기 모터의 안정화 시간에 따라 조정되어야 한다. 전기 모터의 비교적 느린 열 과정을 조절하기 위해, 예를 들어, 10초 주기의 신호로 충분하다. 또한, 제어 장치는 전기 모터의 효율과 상관되는 전기 모터의 상태 파라미터, 바람직하게는 전기 모터의 소비 전류의 전류 신호를 검출하기 위해 제공되는 적어도 하나의 센서 유닛을 포함한다. 상태 파라미터의 검출은 바람직하게는 변조된 주기 신호의 주기당 > 10 개의 측정점으로 수행된다. 이로 인해, 형상에 충실한 신호 재구성이 달성될 수 있다. 이러한 제어 장치에 의해, 사전 정류 각도의 간단한 제어 및 그에 따라 전기 모터의 효율적인 작동이 달성될 수 있다.
또한, 제어 장치는 주기 신호와 상태 파라미터의 변화 사이의 상관 관계로부터 전기 모터의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도를 결정하기 위해 제공되는 컴퓨팅 유닛을 포함한다. "컴퓨팅 유닛"은 특히 정보 입력부, 정보 처리부 및 정보 출력부를 갖는 유닛을 의미한다. 컴퓨팅 유닛은 바람직하게는 적어도 하나의 프로세서, 메모리, 입력 및 출력 수단, 추가 전기 부품, 작동 프로그램, 조절 루틴, 제어 루틴 및/또는 계산 루틴을 포함한다. 컴퓨팅 유닛은 특히 검출된 상태 파라미터를 주기 신호 및 90°위상 변이된 주기 신호와 곱하기 위해 제공된다. 또한, 컴퓨팅 유닛은 상태 파라미터와 주기 신호 및 90°위상 변이된 주기 신호의 곱셈의 곱을 적분하기 위해 제공된다. 또한, 컴퓨팅 유닛은 적분 결과의 분할을 실행하고 몫의 아크 탄젠트 함수를 계산하기 위해 제공된다. 이렇게 계산된 값은 바람직하게는 전기 모터의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도로서 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 전자적으로 정류된 전기 모터 및 적어도 하나의 본 발명에 따른 제어 장치를 포함하는 구동 시스템이 제안된다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 제어 장치는 전술한 응용 및 실시예로 제한되지 않는다. 특히, 본 발명에 따른 방법 및/또는 본 발명에 따른 제어 장치는 여기에 설명된 기능을 수행하기 위해 여기에 언급된 개수와는 다른 개수의 개별 요소, 부품, 유닛 및/또는 방법 단계를 포함할 수 있다.
추가의 장점들은 하기의 실시예 설명에 제시된다. 도면에는, 본 발명의 실시예가 도시되어 있다. 도면, 상세한 설명 및 청구 범위는 수많은 특징들을 조합하여 포함한다. 당업자는 상기 특징들을 개별적으로 고려하여, 의미 있는 추가 조합으로 통합할 것이다.
도 1은 전자적으로 정류된 전기 모터 및 제어 장치를 구비한 구동 시스템의 블록도.
도 1은 구동 시스템(38)의 블록도를 도시한다. 구동 시스템(38)은 전자적으로 정류된 전기 모터(10) 및 전기 모터(10)를 조절하기 위한 제어 장치(12)를 포함한다. 제어 장치(12)는, 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 지속적인 작동 동안 전기 모터(10)의 최적 작동점을 달성하기 위해 사전 정류 각도(14)를 조절하도록 제공된 제어 유닛(30)을 포함한다. 특히, 전기 모터(10)는 회전 운동을 발생시키도록 제공되고, 이 경우 전기 모터(10)의 바람직하게는 영구 여기식 및/또는 타려식 회전자가 특히 다수의 상 권선을 갖는 전기 모터(10)의 고정자에 대해 회전 가능하게 장착된다. 전기 모터(10)는 특히 외부 회전자 모터로서 또는 내부 회전자 모터로서 설계될 수 있다. 특히, 3상 전기 모터(10)일 수 있지만, 예를 들어 5상 또는 7상과 같은 다상도 가능하다.
제어 장치(12)는 전기 모터(10)의 작동 중에 주기 신호, 바람직하게는 고조파 신호(16), 특히 사인파 신호를 생성하여 이를 사전 정류 각도(14)로 변조하기 위해 제공되는 신호 발생기 유닛(32)을 포함한다. 특히, 신호 발생기 유닛(32)은 작은 진폭의 고조파 신호(16)를 생성 및/또는 출력하고 이를 현재 사전 정류 각도(14)로 변조하기 위해 제공된다. 주기 신호(16)의 주파수는 특히 전기 모터(10)의 안정화 시간(settling time)에 따라 조정된다. 전기 모터(10)의 비교적 느린 열 과정을 조절하기 위해, 예를 들어, 10 초의 주기를 갖는 고조파 신호(16)로 충분하다.
또한, 신호 발생기 유닛(32)은 주기 신호(16)와 병렬로 90°위상 변이된 주기 신호(20)를 출력하기 위해 제공된다. 또한, 제어 장치(12)는, 전기 모터(10)의 효율과 상관되는 전기 모터(10)의 상태 파라미터(18), 바람직하게는 전기 모터(10)의 소비 전류의 전류 신호를 검출하기 위해 제공되는 센서 유닛(34)을 포함한다. 센서 유닛(34)에 의한 상태 파라미터(18)의 검출은 바람직하게는 변조된 주기 신호(16)의 주기마다 > 10 개의 측정점으로 수행된다. 이로 인해, 형상에 충실한 신호 재구성이 달성될 수 있다. 또한, 제어 장치(12)는 주기 신호(16)와 상태 파라미터(18)의 변화 사이의 상관 관계로부터 전기 모터(10)의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도(14)를 결정하기 위해 제공되는 컴퓨팅 유닛(36)을 포함한다.
전기 모터(10)의 작동 동안 사전 정류 각도(14)의 자동 제어를 위해, 전기 모터(10)의 작동 동안 신호 발생기 유닛(32)에 의해 생성된 주기 신호(16)가 현재 사전 정류 각도(14)로 변조된다. 또한, 전기 모터(10)의 작동 중에, 센서 유닛(34)에 의해 전기 모터(10)의 효율과 상관되는 전기 모터(10)의 상태 파라미터(18), 바람직하게는 전기 모터(10)의 소비 전류의 전류 신호가 검출된다. 검출된 상태 파라미터(18)는 하나의 방법 단계에서 주기 신호(16), 및 신호 발생기 유닛(32)에 의해 생성된 90°위상 변이된 주기 신호(20)와 곱해진다. 이를 위해, 컴퓨팅 유닛(36)은 2 개의 승산기(40, 42)를 포함한다. 제 1 승산기(40)는 상태 파라미터(18)를 주기 신호(16)와 곱하기 위해 제공된다. 제 2 승산기(42)는 상태 파라미터(18)를 90°위상 변이된 주기 신호(20)와 곱하기 위해 제공된다.
추가의 방법 단계에서, 상태 파라미터(18)와 주기 신호(16) 및 90°위상 변이된 주기 신호(20)의 곱셈의 곱(48, 50)의 적분(22)이 수행된다. 이를 위해, 컴퓨팅 유닛(36)은 2 개의 적분기(44, 46)를 포함한다. 제 1 적분기(44)는 상태 파라미터(18)와 주기 신호(16)의 곱셈의 곱(48)을 적분하기 위해 제공된다. 제 2 적분기(46)는 상태 파라미터(18)와 90°위상 변이된 주기 신호(20)의 곱셈의 곱(50)을 적분하기 위해 제공된다.
추가 방법 단계에서, 적분 결과의 분할(24)이 수행되고 몫의 아크 탄젠트 함수(26)가 계산된다. 이렇게 결정된 각도(28)는 특히 PI 제어기로서 설계된 제어기(52)에 대한 제어 신호로서 직접 사용될 수 있다. 이렇게 계산된 각도(28)는 전기 모터(10)의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도(14)로서 사용된다. 특히, 사전 정류 각도(14)는 전기 모터(10)의 작동 동안 연속적으로 또는 미리 정해진 시간 간격으로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 현재 작동점에서 최적인 사전 정류 각도(14)가 결정되어 설정될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 작동점이 변경될 때에만 사전 정류 각도(14)의 새로운 결정이 수행될 수 있다.
10: 전기 모터 12: 제어 장치
14: 사전 정류 각도 16: 주기 신호
18: 상태 파라미터 20: 90°위상 변이된 주기 신호
22: 적분 24: 분할
30: 제어 유닛 32: 신호 발생기 유닛

Claims (10)

  1. 전기 모터(10)의 지속적인 작동 동안, 상기 전기 모터(10)의 최적 작동점을 달성하기 위해, 제어 장치(12)에 의해 제공된 사전 정류 각도(14)가 조절되는, 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 작동 방법에 있어서,
    상기 전기 모터(10)의 작동 동안, 주기 신호(16)는 상기 사전 정류 각도(14)로 변조되고, 상기 전기 모터(10)의 효율과 상관되는 상기 전기 모터(10)의 상태 파라미터(18)가 검출되는 것을 특징으로 하는 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 하나의 방법 단계에서 상기 상태 파라미터(18)가 상기 주기 신호(16)와 곱해지는 것을 특징으로 하는 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 작동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 하나의 방법 단계에서 상기 상태 파라미터(18)가 90°위상 변이된 주기 신호(20)와 곱해지는 것을 특징으로 하는 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 작동 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 추가 방법 단계에서, 상태 파라미터(18)와 상기 주기 신호(16) 및 상기 90°위상 변이된 주기 신호(20)의 곱셉의 곱(48, 50)의 적분(22)이 수행되는 것을 특징으로 하는 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 작동 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 추가 방법 단계에서, 적분 결과의 분할(24)이 수행되고 아크 탄젠트 함수(26)가 계산되는 것을 특징으로 하는 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 작동 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 추가 방법 단계에서, 계산된 각도(28)가 상기 전기 모터(10)의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도(14)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 작동 방법.
  7. 전자적으로 정류된 전기 모터(10)의 지속적인 작동 동안, 상기 전기 모터(10)의 최적 작동점을 달성하기 위해, 사전 정류 각도(14)를 조절하도록 제공된 적어도 하나의 제어 유닛(30)을 구비한 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 제어 장치에 있어서,
    상기 전기 모터(10)의 작동 동안 주기 신호(16)를 상기 사전 정류 각도(14)로 변조하기 위해 제공되는 적어도 하나의 신호 발생기 유닛(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 전기 모터(10)의 효율과 상관되는 상기 전기 모터(10)의 상태 파라미터(18)를 검출하기 위해 제공되는 적어도 하나의 센서 유닛(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 주기 신호(16)와 상기 상태 파라미터(18)의 변화 사이의 상관 관계로부터 상기 전기 모터(10)의 현재 작동 상태에 적합한 사전 정류 각도(14)를 결정하기 위해 제공된 컴퓨팅 유닛(36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  10. 적어도 하나의 전자적으로 정류된 전기 모터(10)와 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 제어 장치(12)를 포함하는 구동 시스템.
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