KR20200110179A - 회전 포지션 신호를 생성하기 위한 포지셔닝 디바이스 및 리졸버에 대한 여기 신호를 생성하기 위한 여기 디바이스 - Google Patents

회전 포지션 신호를 생성하기 위한 포지셔닝 디바이스 및 리졸버에 대한 여기 신호를 생성하기 위한 여기 디바이스 Download PDF

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resolver
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alternating
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KR1020200023153A
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리스토 티아이넨
마티 이스카니우스
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단포스 에디트론 오와이
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Abstract

리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한 포지셔닝 디바이스 (101) 가 제시된다. 포지셔닝 디바이스는, 리졸버로부터 교번 신호들 (V_cos, V_sin) 을 수신하기 위한 신호 인터페이스 (102), 및 교번 신호들의 포지션-의존적 진폭들에 그리고 리졸버의 여기 신호 (V_exc) 의 극성을 나타내는 극성 정보에 기초하여 포지션 신호를 생성하기 위한 프로세싱 시스템 (103) 을 포함한다. 프로세싱 시스템은, 교번 신호들의 일방 또는 양방의 파형에 대한, 주파수 또는 위상의 변경과 같은, 극성 표시자를 인식하도록 그리고 인식된 극성 표시자에 기초하여 극성 정보를 결정하도록 구성된다. 따라서, 여기 신호에 관련된 극성 정보가 교번 신호들에 포함되고, 따라서, 포지셔닝 디바이스에 극성 정보를 전송하기 위한 별도의 시그널링 채널에 대한 필요성이 존재하지 아니한다.

Description

회전 포지션 신호를 생성하기 위한 포지셔닝 디바이스 및 리졸버에 대한 여기 신호를 생성하기 위한 여기 디바이스{A POSITIONING DEVICE FOR PRODUCING A ROTATIONAL POSITION SIGNAL AND AN EXCITATION DEVICE FOR PRODUCING AN EXCITATION SIGNAL FOR A RESOLVER}
기술 분야
본 개시는 리졸버 (resolver) 의 회전 포지션 (rotational position) 을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한 포지셔닝 디바이스에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 리졸버에 대한 여기 신호를 생성하기 위한 여기 디바이스에 관한 것이다.
배경
전기 구동 시스템은 통상적으로, 액추에이터를 구동하기 위한 전기 기계 및 그 전기 기계를 제어하기 위한 컨버터를 포함한다. 액추에이터는 예를 들어 이동 기계의 휠 또는 체인 트랙 또는 정지형 기계의 도구일 수 있다. 컨버터는 예를 들어 주파수 컨버터일 수 있다. 많은 경우들에서, 전기 구동 시스템은 전기 기계의 로터 (rotor) 의 회전 포지션을 검출하기 위한 리졸버를 포함하고, 컨버터는 로터의 검출된 회전 포지션에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 기계의 동작을 제어하도록 구성된다. 리졸버는 예를 들어, 교번하는 여기 신호를 수신하고, 제 1 및 제 2 교번 신호들 (alternating signals) 의 엔벨로프들 (envelopes) 이 상호 위상 시프트 (mutual phase shift) 를 가지도록 진폭들이 리졸버의 회전 포지션에 의존하는 그러한 제 1 및 제 2 교번 신호들을 생성하는 가변 자기저항 (variable reluctance; VR) 리졸버일 수 있다. 가변 자기저항 리졸버는 리졸버의 로터에서의 권선들 (windings) 에 대한 필요성이 존재하지 아니한다는 점에서 유리하다. 하지만, 리졸버는, 리졸버의 로터 권선에 여기 신호를 전송하기 위한 브러시들 또는 회전형 트랜스포머를 포함하는 권선-로터 리졸버인 것이 또한 가능하다. 컨버터는, 리졸버에 여기 신호를 송신하도록 그리고 리졸버로부터 상기 언급된 제 1 및 제 2 교번 신호들을 수신하도록 그리고 그 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들에 그리고 리졸버의 상기 언급된 여기 신호의 극성 (polarity) 에 기초하여 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하도록 구성된다.
많은 전기 구동 시스템들에서, 전기 기계는 별도의 컨버터가 각각 공급되는 2 개 이상의 권선 시스템들을 포함하는 다중-권선 기계이다. 전기 기계는 예를 들어 2 개의 3-상 스테이터 (stator) 권선들의 각각의 자기 축들 사이에 30 도의 전기적 각도들이 존재하도록 2 개의 3-상 스테이터 권선들을 포함할 수도 있다. 상기 언급된 종류의 전기 구동 시스템에서, 컨버터들의 각각은 전기 기계의 로터의 회전 포지션을 나타내는 정보를 필요로 한다. 통상적으로, 예컨대 주파수 컨버터와 같은 컨버터는, 리졸버에 여기 신호를 송신하고, 리졸버로부터, 교번 신호들의 엔벨로프들이 상호 위상 시프트를 가지도록 진폭들이 리졸버의 회전 포지션에 의존하는 그러한 교번 신호들을 수신하기 위한 신호 전송 인터페이스를 포함한다. 간단한 접근법은 컨버터들이 존재하는 만큼 많은 리졸버들을 사용하는 것이지만, 모든 컨버터들에 대해 단일의 리졸버를 사용하는 것이 보다 비용 효율적일 것이다. 또한, 제품 포트폴리오 관리의 관점에서, 전기 기계의 상이한 권선 시스템들에 대해 상호 유사한 컨버터들이 사용될 수 있는 것이 유리하다.
요약
이하에서는 다양한 발명 실시형태들의 몇몇 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 간단한 요약을 제시한다. 그 요약은 본 발명의 광범위한 개관은 아니다. 그것은 본 발명의 핵심적인 또는 중요한 요소들을 식별하기 위한 것도 아니고 본 발명의 범위를 개괄하려는 의도도 아니다. 다음의 요약은 실시형태들을 예시하는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 단순화된 형태로 본 발명의 몇몇 개념들을 단지 제시한다.
본 발명에 따르면, 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한 새로운 포지셔닝 디바이스가 제공된다. 본 발명에 따른 포지셔닝 디바이스는:
- 제 1 교번 신호 및 제 2 교번 신호를 수신하기 위한 신호 인터페이스, 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 엔벨로프들이 상호 위상 시프트를 가지도록, 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들은 리졸버의 회전 포지션에 의존함, 및
- 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들에 그리고 리졸버의 여기 신호의 극성을 나타내는 극성 정보에 기초하여 포지션 신호를 생성하기 위한 프로세싱 시스템
을 포함한다.
포지셔닝 디바이스의 프로세싱 시스템은:
- 제 1 교번 신호의 파형에 대해 및/또는 제 2 교번 신호의 파형에 대해, 예컨대 주파수의 변경 또는 위상의 변경과 같은, 극성 표시자를 인식하고, 그리고
- 인식된 극성 표시자에 기초하여 극성 정보를 결정하도록 구성된다.
여기 신호의 극성을 표현하는 극성 정보가 제 1 및 제 2 교번 신호들에 포함되므로, 포지셔닝 디바이스에 극성 정보를 전달하기 위해 별도의 시그널링 채널에 대한 필요성이 존재하지 않는다.
본 발명에 따라, 리졸버에 대한 여기 신호를 생성하기 위한 새로운 여기 디바이스가 제공된다. 본 발명에 따른 여기 디바이스는:
- 여기 신호를 생성하기 위한 신호 발생기,
- 여기 신호를 리졸버에 송신하기 위한 신호 인터페이스, 및
- 여기 신호에 미지의 부호 (unknown sign) 를 갖는 이득이 곱해진 것인 신호에 대해 극성 표시자가 검출될 때 여기 신호의 극성을 표현하는 극성 표시자를 포함하도록 여기 신호의 파형을 변조하기 위한 변조기 (modulator) 를 포함한다.
본 발명에 따라, 전기 기계의 권선 시스템의 전압들을 제어하기 위한 새로운 컨버터가 또한 제공된다. 컨버터는 예를 들어 주파수 컨버터일 수 있다. 본 발명에 따른 컨버터는 본 발명에 따른 포지셔닝 디바이스 및/또는 본 발명에 따른 여기 디바이스를 포함한다.
본 발명에 따라, 하나 이상의 전기 기계들의 2 개 이상의 권선 시스템들의 전압들을 제어하기 위한 본 발명에 따른 2 개 이상의 컨버터들을 포함하는 새로운 컨버터 시스템이 또한 제공된다.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 컨버터 시스템에서, 각 컨버터는 본 발명에 따른 포지셔닝 디바이스 및 본 발명에 따른 여기 디바이스를 포함한다. 이 예시적인 경우에서, 컨버터들 중 하나는 전기 기계에 접속된 리졸버에 여기 신호를 송신하도록 구성되고, 모든 컨버터들은, 교번 신호들의 엔벨로프들이 상호 위상 시프트를 가지도록 진폭들이 리졸버의 회전 포지션에 의존하는 교번 신호들을 리졸버로부터 수신하도록 구성된다. 따라서, 오직 하나의 리졸버만이 필요하다. 또한, 컨버터들은 서로 유사할 수 있다.
본 발명에 따라,
- 2 개 이상의 권선 시스템들을 포함하는 하나 이상의 전기 기계들,
- 상기 하나 이상의 전기 기계들의 회전 포지션을 검출하기 위한 리졸버, 및
- 상기 하나 이상의 전기 기계들을 제어하기 위한 본 발명에 따른 컨버터 시스템
을 포함하는 새로운 전기적 구동 시스템이 또한 제공된다.
전기 구동 시스템은 예를 들어, 권선 시스템들의 각각의 자기 축들의 방향들이 서로 상이하도록 적어도 2 개의 권선 시스템들을 갖는 전기 기계를 포함할 수도 있다. 전기 기계는 예를 들어 2 개의 3-상 스테이터 권선들의 각각의 자기 축들 사이에 30 도의 전기적 각도들이 존재하도록 2 개의 3-상 스테이터 권선들을 포함할 수도 있다. 하지만, 2 개 이상의 전기 기계들이 존재하여서, 전기 기계들의 샤프트들이 기계적으로 직접 상호접속되거나 샤프트들의 회전 포지션들이 서로 구속되도록 기어로 상호접속되도록 되는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 따르면, 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한 새로운 방법이 또한 제공된다. 본 발명에 따른 방법은:
- 리졸버로부터 제 1 교번 신호 및 제 2 교번 신호를 수신하는 단계, 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들은 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 엔벨로프들이 상호 위상 시프트를 가지도록 리졸버의 회전 포지션에 의존함,
- 제 1 교번 신호의 파형에 대해 및/또는 제 2 교번 신호의 파형에 대해 극성 표시자를 인식하는 단계,
- 인식된 극성 표시자에 기초하여, 리졸버의 여기 신호의 극성을 나타내는 극성 정보를 결정하는 단계, 및
- 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들에 그리고 극성 정보에 기초하여 포지션 신호를 생성하는 단계
를 포함한다.
다양한 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들이 첨부된 종속 청구항들에서 기술된다.
그 추가 목적들 및 이점들과 함께 그 구성들 및 그 동작 방법들 양자 모두에 관한 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들은, 첨부 도면들과 함께 읽혀질 때 특정 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들의 이하의 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
동사들 "구비하는 것" 및 "포함하는 것" 은, 기재되지 않은 특징들의 존재를 배제하지도 요구하지도 않는 개방적 제한들로서 이 문서에서 사용된다. 종속 청구항들에 기재된 피처들 (features) 은 달리 명시적으로 진술되지 않으면 상호 자유롭게 조합가능하다. 또한, 이 문서 전반에 걸친 "a" 또는 "an", 즉, 단수 형태의 사용은 복수를 배제하지 않음이 이해되어야 한다.
도면들의 간단한 설명
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들 및 그것들의 이점들이 예들의 면에서 그리고 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 자세히 설명된다.
도 1 은 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 포지셔닝 디바이스 및 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 여기 디바이스를 포함하는 전기 구동 시스템의 개략적 예시를 나타낸다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c 는 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들에 따른 여기 디바이스들에 의해 생성된 여기 신호들의 예시적인 파형들 및 리졸버에 의해 생성된 교번 신호들의 대응하는 예시적인 파형들을 도시한다.
도 3 은 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 방법의 플로우차트를 나타낸다.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들의 설명
하기의 설명에서 제공된 특정 예들은 첨부된 청구항들의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 설명에서 제공된 예들의 리스트들 및 그룹들은 달리 명시적으로 진술되지 않으면 포괄적이지 않다.
도 1 은 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 전기 구동 시스템 (100) 의 개략적 도시를 나타낸다. 전기 구동 시스템은 2 개의 권선 시스템들을 포함하는 전기 기계 (110) 를 포함한다. 이 예시적인 경우에서, 전기 기계는 2 개의 3-상 스테이터 권선들의 각각의 자기 축들 사이에 30 도의 전기적 각도들이 존재하도록 2 개의 3-상 스테이터 권선들을 포함한다. 전기 기계 (110) 는, 예를 들어 하지만 반드시 그런 것은 아니지만, 영구 자석 동기 기계, 전기적으로 여기되는 동기 기계, 유도 기계, 또는 동기 자기저항 기계일 수 있다. 전기 기계 (110) 는 액추에이터 (111) 를 구동하도록 배열된다. 액추에이터 (111) 는, 예를 들어 하지만 반드시 그런 것은 아니지만, 휠, 체인 트랙, 유압 펌프, 목재 칩핑 기계의 커터, 또는 몇몇 다른 액추에이터일 수 있다.
전기 구동 시스템 (100) 은 전기 기계 (110) 의 로터의 회전 포지션을 검출하기 위한 리졸버 (112) 를 포함한다. 리졸버 (112) 는 예를 들어 가변 자기저항 (VR) 리졸버일 수 있다. 하지만, 리졸버는, 리졸버의 로터 권선에 여기 신호를 전송하기 위한 브러시들 또는 회전형 트랜스포머를 포함하는 권선-로터 리졸버인 것이 또한 가능하다. 리졸버 (112) 는 교번하는 여기 신호 (V_exc) 를 수신하고, 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 을 생성하며, 그 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들은, 제 1 및 제 2 교번 신호들의 엔벨로프들이 상호 위상 시프트를 가지도록 진폭들이 리졸버 (112) 의 회전 포지션에 의존한다. 여기 신호 (V_exc) 및 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 은 다음과 같은 식들로 모델링될 수 있다:
V_exc = V(t)sin(φ(t)),
V_sin = V(t) sin(φ(t) + φc) × TR sin(Θ), (1)
V_cos = V(t)sin(φ(t) + φc) × TR cos(Θ),
여기서, t 는 시간이고, V 는 여기 신호 (V_exc) 의 진폭이며, TR 은 리졸버 (112) 의 여기 권선과 리졸버 (112) 의 출력 권선들 사이의 최대 변환 비이고, φ 는 여기 신호 (V_exc) 의 시간-의존적 위상이고, φc 는 리졸버 (112) 에서의 철 및 구리 손실들에 의해 야기되는 위상 시프트이고, Θ 는 리졸버 (112) 의 로터의 전기적 회전 각도이다. 여기 신호 (V_exc) 의 주파수 (dφ/dt)/2π 는 시간 의존적이거나 일정할 수 있다. 대응하여, 여기 신호 (V_exc) 의 진폭 (V) 은 일정하거나 시간 의존적일 수 있다. 식들 (1) 의 도움으로 예시된 예시적인 경우에서, 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 엔벨로프들 사이의 상기 언급된 위상 시프트는 90 도의 전기적 각도 Θ 이다.
전기 구동 시스템 (100) 은 전기 기계 (110) 의 2 개의 권선 시스템들의 전압들을 제어하기 위한 컨버터 시스템을 포함한다. 컨버터 시스템은 권선 시스템들 중 제 1 권선 시스템의 전압들을 제어하기 위한 컨버터 (108) 및 권선 시스템들 중 제 2 권선 시스템의 전압들을 제어하기 위한 컨버터 (109) 를 포함한다. 이 예시적인 경우에서, 컨버터들의 각각은 주파수 컨버터이다.
컨버터 (108) 는 제어가능한 교번 전압들을 생성하기 위한 인버터 스테이지 (115), 컨버터 (108) 에 공급된 교번 전압을 정류하기 위한 정류기 스테이지 (113), 및 정류기 스테이지 (113) 와 인버터 스테이지 (115) 사이의 중간 회로 (114) 를 포함한다. 컨버터 (108) 는 추가로, 리졸버 (112) 에 대한 여기 신호 (V_exc) 를 생성하기 위한 여기 디바이스 (104) 를 포함한다. 여기 디바이스 (104) 는 여기 신호 (V_exc) 를 생성하기 위한 신호 발생기 (105) 및 리졸버 (112) 에 여기 신호 (V_exc) 를 송신하기 위한 신호 인터페이스 (106) 를 포함한다. 여기 디바이스 (104) 는 추가로, 미지의 부호를 갖는 이득으로 곱해진 여기 신호 (V_exc) 인 신호에 대해 극성 표시자가 검출될 때 여기 신호 (V_exc) 의 극성을 표현할 수 있는 극성 표시자를 포함하도록 여기 신호 (V_exc) 의 파형을 변조하기 위한 변조기 (107) 를 포함한다. 미지의 부호를 갖는 이득은 상기 식들 (1) 에서 제시된 TRcos(Θ) 또는 TRsin(Θ) 이다.
컨버터 (108) 는 리졸버 (112) 의 회전 포지션을 나타내는 제 1 포지션 신호를 생성하기 위한 포지셔닝 디바이스 (151) 를 포함한다. 컨버터 (108) 의 인버터 스테이지 (115) 는, 제 1 포지션 신호 및 다른 제어 양들, 예컨대: 전기 기계 (110) 의 측정된 또는 추정된 회전 속도, 전기 기계 (110) 에 의해 생성된 측정된 또는 추정된 토크, 기준 속도, 기준 토크, 및또는 하나 이상의 다른 제어 양들 등에 기초하여 전기 기계 (110) 의 권선 시스템들 중 제 1 권선 시스템에 공급되는 전압들을 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다.
컨버터 (108) 의 포지셔닝 디바이스 (151) 는 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 을 수신하기 위한 신호 인터페이스 (152), 및 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 진폭들 및 여기 신호 (V_exc) 의 극성에 기초하여 상기 언급된 제 1 포지션 신호를 생성하기 위한 프로세싱 시스템 (153) 을 포함한다. 주어진 순간에서 여기 신호 (V_exc) 의 극성, 즉, 부호는, 식들 (1) 에서 나타낸 cos(Θ) 가 포지티브 (positive) 인지 또는 네거티브인 (negative) 인지 여부를 발견하기 위해서 그리고 sin(Θ) 가 포지티브인지 또는 네거티브인지 여부를 발견하기 위해서 이 순간에서 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 극성들에 대해 비교된다. 리졸버 (112) 의 회전 포지션을 결정할 때 식들 (1) 에서 나타낸 위상 시프트 φc 가 고려되는 것 또한 가능하다. φc 의 값은 정정 파라미터로서 프로세싱 시스템 (103) 에 주어질 수 있는 경험적으로 결정된 값일 수 있다.
컨버터 (109) 는 인버터 스테이지, 정류기 스테이지, 및 그 정류기 스테이지와 인버터 스테이지 사이의 중간 회로를 포함한다. 컨버터 (109) 는 리졸버 (112) 의 회전 포지션을 나타내는 제 2 포지션 신호를 생성하기 위한 포지셔닝 디바이스 (101) 를 포함한다. 컨버터 (109) 의 인버터 스테이지는 제 2 포지션 신호 및 하나 이상의 다른 제어 양들에 기초하여 전기 기계 (110) 의 권선 시스템들 중 제 2 권선 시스템에 공급되는 전압들을 제어한다.
컨버터 (109) 의 포지셔닝 디바이스 (101) 는 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 을 수신하기 위한 신호 인터페이스 (102) 를 포함한다. 포지셔닝 디바이스 (101) 는 추가로, 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 진폭들에 그리고 여기 신호 (V_exc) 의 극성을 나타내는 극성 정보에 기초하여 상기 언급된 제 2 포지션 신호를 생성하기 위한 프로세싱 시스템 (103) 을 포함한다. 프로세싱 시스템 (103)은, 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 파형에 대해 및/또는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 파형에 대해 극성 표시자를 인식하도록 구성된다. 프로세싱 시스템 (103) 은 인식된 극성 표시자에 기초하여 극성 정보를 결정하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 에 여기 신호 (V_exc) 의 극성을 표현하는 극성 정보가 포함되므로, 포지셔닝 디바이스 (101) 에 극성 정보를 전달하기 위한 별도의 시그널링 채널에 대한 필요성이 존재하지 않는다.
도 1 에 도시된 예시적인 컨버터 시스템 에서, 컨버터 (109) 는, 신호 발생기 (155), 신호 발생기 (155) 를 제어하기 위한 변조기 (157), 및 생성된 여기 신호를 송신하기 위한 신호 인터페이스 (106) 를 포함하는 여기 디바이스 (154) 를 포함한다. 도 1 에 도시된 예시적인 상황에서, 컨버터 (109) 의 여기 디바이스 (154) 는 사용 중에 있지 않고, 컨버터 (108) 의 포지셔닝 디바이스 (151) 는 컨버터 (108) 의 여기 디바이스 (104) 로부터 직접 여기 신호 (V_exc) 를 수신하도록 배열된다. 포지셔닝 디바이스 (151) 가 포지셔닝 디바이스 (101) 와 유사한 예시적인 경우에서, 포지셔닝 디바이스 (151) 가 여기 디바이스 (104) 로부터 직접 여기 신호 (V_exc) 를 수신하는 것을 가능하게 하는 장치에 대한 필요성이 존재하지 않는다. 여기 디바이스들 (104 및 154) 은 유리하게는 서로 유사하고, 포지셔닝 디바이스들 (101 및 151) 은 유리하게는 서로 유사하다. 이 예시적인 경우에, 컨버터들 (108 및 109) 은 서로 유사할 수 있다.
포지셔닝 디바이스 (101) 의 프로세싱 시스템 (103) 및 포지셔닝 디바이스 (151) 의 프로세싱 시스템 (153) 은 하나 이상의 프로세서 회로들로 구현될 수 있고, 각각의 프로세서 회로는 적절한 소프트웨어가 제공된 프로그래머블 프로세서 회로, 전용 하드웨어 프로세서, 이를테면 예를 들어, 주문형 집적 회로 (ASIC), 또는 구성가능 하드웨어 프로세서, 이를테면 예를 들어 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA) 일 수 있다. 또한, 프로세싱 시스템 (103) 및 프로세싱 시스템 (153) 은 예컨대 랜덤-액세스 메모리 (RAM) 와 같은 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 수도 있다. 대응하여, 변조기 (107) 및 변조기 (157) 는 하나 이상의 프로세서 회로들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 수도 있다.
도 2a 는 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들에 따라 여기 디바이스에 의해 생성된 여기 신호 (V_exc) 의 예시적인 파형을 도시한다. 또한, 도 2a 는 도 1 에서 도시된 리졸버 (112) 에 의해 생성된 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 대응하는 예시적인 파형들을 도시한다. 이 예시적인 경우에서, 도 1 에서 도시된 변조기 (107) 는, 여기 신호 (V_exc) 가 주파수의 각각의 변경의 발생 순간에 미리결정된 극성을 가지도록, 주파수의 변경들을 포함하도록 여기 신호 (V_exc) 의 파형을 변조하도록 구성된다. 따라서, 여기 신호 (V_exc) 의 주파수 (dφ/dt)/2π 는 변화된다. 도 2a 에서 예시된 예시적인 경우에서, 주파수의 각각의 변경 후의 처음 펄스는 포지티브이다. 도 2a 는 주파수의 2 개의 변경들 및 주파수의 이들 변경들이 참조번호들 (221 및 222) 로 표시된 후의 처음 펄스들을 나타낸다. 도 2a 에서 도시된 예시적인 경우에, 여기 신호 (V_exc) 의 주파수는 2 개의 가능한 값들을 갖는다, 즉, 도 1 에서 도시된 신호 발생기 (105) 는 0101... 주파수 시프트 키잉 (frequency shift keying; FSK) 에 따라 제어된다. 2 개보다 많은 주파수 값들을 사용하는 것이 또한 가능하다.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 포지셔닝 디바이스에서, 도 1 에서 도시된 프로세싱 시스템 (103) 은, 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 주파수의 변경 및/또는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 주파수의 변경을 인식하도록, 그리고 인식된 주파수의 변경에 기초하여 여기 신호 (V_exc) 의 극성을 결정하도록 구성된다. 도 2a 에서 도시된 바와 같이, 여기 신호 (V_exc) 의 펄스들 (221 및 222) 에 대응하는 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 펄스들은 네거티브이다. 따라서, 프로세싱 시스템 (103) 은 식들 (1) 에서 나타낸 cos(Θ) 가 t2 에서부터 t4 까지의 기간 동안 네거티브라고 결정할 수 있다. 도 2a 에서 도시된 바와 같이, 여기 신호 (V_exc) 의 펄스 (221) 에 대응하는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 펄스는 포지티브이고, 펄스 (222) 에 대응하는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 펄스는 네거티브이다. 따라서, 프로세싱 시스템 (103) 은, 식들 (1) 에서 나타낸 sin(Θ) 가 t1 내지 t3 의 기간 동안 포지티브이고 t3 에서부터 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 진폭이 제로인 다음 순간까지의 기간 동안 네거티브라고 결정할 수 있다.
도 2b 는 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들에 따라 여기 디바이스에 의해 생성된 여기 신호 (V_exc) 의 예시적인 파형을 도시한다. 또한, 도 2b 는 도 1 에서 도시된 리졸버 (112) 에 의해 생성된 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 대응하는 예시적인 파형들을 도시한다. 이 예시적인 경우에서, 도 1 에서 도시된 변조기 (107) 는, 여기 신호 (V_exc) 가 위상의 각각의 변경의 발생 순간에 미리결정된 극성을 가지도록, 위상의 변경들을 포함하도록 여기 신호 (V_exc) 의 파형을 변조하도록 구성된다. 도 2b 에서 예시된 예시적인 경우에서, 위상의 각각의 변경 후의 처음 펄스는 포지티브이다. 도 2b 는 위상의 2 개의 변경들 및 위상의 이들 변경들이 참조번호들 (223 및 224) 로 표시된 후의 처음 펄스들을 나타낸다. 도 2b 에서 도시된 예시적인 경우에, 여기 신호 (V_exc) 의 위상은 2 개의 가능한 값들을 갖는다, 즉, 도 1 에서 도시된 신호 발생기 (105) 는 위상 시프트 키잉 (phase shift keying; PSK) 에 따라 제어된다.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 포지셔닝 디바이스에서, 도 1 에서 도시된 프로세싱 시스템 (103) 은, 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 위상의 변경 및/또는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 위상의 변경을 인식하도록, 그리고 인식된 위상의 변경에 기초하여 여기 신호 (V_exc) 의 극성을 결정하도록 구성된다. 도 2b 에서 도시된 바와 같이, 여기 신호 (V_exc) 의 펄스들 (223 및 224) 에 대응하는 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 펄스들은 네거티브이다. 따라서, 프로세싱 시스템 (103) 은 식들 (1) 에서 나타낸 cos(Θ) 가 t2 에서부터 t4 까지의 기간 동안 네거티브라고 결정할 수 있다. 도 2b 에서 도시된 바와 같이, 여기 신호 (V_exc) 의 펄스 (223) 에 대응하는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 펄스는 포지티브이고, 여기 신호 (V_exc) 의 펄스 (224) 에 대응하는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 펄스는 네거티브이다. 따라서, 프로세싱 시스템 (103) 은, 식들 (1) 에서 나타낸 sin(Θ) 가 t1 내지 t3 의 기간 동안 포지티브이고 t3 에서부터 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 진폭이 제로인 다음 순간까지의 기간 동안 네거티브라고 결정할 수 있다.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 포지셔닝 디바이스에서, 도 1 에서 도시된 프로세싱 시스템 (103) 은, 상기 언급된 주파수의 변경들 또는 상기 언급된 위상의 변경들을 인식하기 위해, 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 파형의 제로-크로싱들 및/또는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 파형의 제로-크로싱들을 인식하기 위한 제로-크로싱 검출기 (zero-crossing detector) 를 구성하도록 구성된다.
도 2c 는 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태들에 따라 여기 디바이스에 의해 생성된 여기 신호 (V_exc) 의 예시적인 파형을 도시한다. 또한, 도 2c 는 도 1 에서 도시된 리졸버 (112) 에 의해 생성된 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 대응하는 예시적인 파형들을 도시한다. 이 예시적인 경우에서, 도 1 에서 도시된 변조기 (107) 는, 여기 신호 (V_exc) 가 각각의 미리결정된 파형 패턴의 발생 순간에 미리결정된 극성을 가지도록, 미리결정된 파형 패턴들을 포함하도록 여기 신호 (V_exc) 의 파형을 변조하도록 구성된다. 도 2c 에서 예시된 예시적인 경우에서, 미리결정된 파형 패턴은 여기 신호 (V_exc) 의 포지티브 펄스 및 후속하는 네거티브 펄스를 포함하여서, 이들 펄스들의 진폭들은 여기 신호 (V_exc) 의 이웃하는 펄스들의 진폭들보다 더 크다. 도 2c 는 2 개의 파형 패턴들 (225 및 226) 을 도시한다. 도 2c 에서 도시된 예시적인 경우에서, 신호 발생기 (105) 는 진폭 변조에 따라 제어된다. 미리결정된 파형 패턴을 구성하는 포지티브 및 네거티브 펄스들의 진폭들은, d(sin(Θ))/dt 또는 d(cos(Θ))/dt 가 그것의 최대 절대 값에 도달하는 상황들에서도 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 파형들에 대해 미리결정된 파형 패턴이 인식가능하도록 높을 필요가 있다.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 다른 포지셔닝 디바이스에서, 도 1 에서 도시된 프로세싱 시스템 (103) 은, 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 파형 및/또는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 파형을 상기 언급된 미리결정된 파형 패턴에 대해 비교하고, 상기 제시된 비교에서의 매치 (match) 에 응답하여, 그 미리결정된 파형 패턴에 매칭되는 제 2 교번 신호의 부분 및/또는 제 1 교번 신호의 부분에 기초하여 여기 신호 (V_exc) 의 극성을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세싱 시스템 (103) 은, 반대되는 극성들을 갖는 연속적인 펄스들이 이웃하는 펄스들의 진폭들보다 더 큰 진폭들을 갖는 상황을 인식하기 위해, V_cos 또는 V_sin 의 연속적인 포지티브 펄스들의 진폭들을 서로 비교하고 연속적인 네거티브 펄스들의 진폭들을 서로 비교하도록 구성될 수 있다. 도 2c 에서 도시된 바와 같이, 여기 신호 (V_exc) 의 파형 패턴들 (225 및 226) 에 대응하는 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 펄스들은 여기 신호 (V_exc) 의 파형 패턴들 (225 및 226) 의 대응하는 펄스들에 대해 반대되는 극성들을 갖는다. 따라서, 프로세싱 시스템 (103) 은 식들 (1) 에서 나타낸 cos(Θ) 가 t2 에서부터 t4 까지의 기간 동안 네거티브라고 결정할 수 있다. 도 2c 에서 도시된 바와 같이, 여기 신호 (V_exc) 의 파형 패턴 (225) 에 대응하는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 펄스들은 여기 신호 (V_exc) 의 파형 패턴 (225) 의 대응하는 펄스들과 동일한 극성들을 가지고, 여기 신호 (V_exc) 의 파형 패턴 (226) 에 대응하는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 펄스들은 파형 패턴 (226) 의 대응하는 펄스들에 대해 반대되는 극성들을 갖는다. 따라서, 프로세싱 시스템 (103) 은, 식들 (1) 에서 나타낸 sin(Θ) 가 t1 내지 t3 의 기간 동안 포지티브이고 t3 에서부터 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 진폭이 제로인 다음 순간까지의 기간 동안 네거티브라고 결정할 수 있다.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 여기 디바이스에서, 도 1 에 도시된 변조기 (107) 는 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 을 수신하도록 그리고 제 1 및 제 2 교번 신호들 (V_cos 및 V_sin) 의 엔벨로프들의 제로-크로싱들에서 여기 신호 (V_exc) 의 주파수를 변경하도록 구성된다. 여기 신호 (V_exc) 의 주파수는 예를 들어 4 개의 가능한 주파수 값들 (f1, f2, f3, 및 f4) 을 가져서, 식들 (1) 에서 나타낸 cos(Θ) 및 sin(Θ) 양자가 포지티브일 때 여기 신호의 주파수는 f1 이고, cos(Θ) < 0 및 sin(Θ) > 0 일 때 주파수는 f2 이며, cos(Θ) > 0 및 sin(Θ) < 0 일 때 주파수는 f3 이고, cos(Θ) < 0 및 sin(Θ) < 0 일 때 주파수는 f4 이다. 이 예시적인 경우에서, 여기 신호 (V_exc) 의 주파수는 cos(Θ) 및 sin(Θ) 의 부호들을 직접적으로 나타낸다. 여기 신호 (V_exc) 의 주파수는 간전적으로 극성 표시자로서 작용하여서, 여기 신호 (V_exc) 의 극성은, 예컨대, 주파수가 f1 또는 f3 일 때 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 극성이고, 주파수가 f2 또는 f4 일 때 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 극성에 대해 반대이다. 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 포지셔닝 디바이스에서, 도 1 에서 도시된 프로세싱 시스템 (103) 은, 제 1 교번 신호 (V_cos) 의 주파수 및/또는 제 2 교번 신호 (V_sin) 의 주파수를 인식하도록 구성되고, 여기서, 인식된 주파수는 cos(Θ) 및 sin(Θ) 의 부호들을 나타내고, 상기 설명된 방식으로 여기 신호의 극성을 나타내는 극성 정보를 표현한다.
도 3 은 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 방법의 플로우차트를 나타낸다. 그 방법은 다음의 액션들을 포함한다:
- 액션 (301): 리졸버로부터 제 1 교번 신호 및 제 2 교번 신호를 수신하는 것, 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들은 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 엔벨로프들이 상호 위상 시프트를 가지도록 리졸버의 회전 포지션에 의존함,
- 액션 (302): 제 1 교번 신호의 파형에 대해 및/또는 제 2 교번 신호의 파형에 대해 극성 표시자를 인식하는 것,
- 액션 (303): 인식된 극성 표시자에 기초하여, 리졸버의 여기 신호의 극성을 나타내는 극성 정보를 결정하는 것, 및
- 액션 (304): 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들에 그리고 극성 정보에 기초하여 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하는 것.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 방법에서, 극성 표시자를 인식하는 것은 제 1 교번 신호의 위상의 변경 또는 주파수의 변경 및/또는 제 2 교번 신호의 위상의 변경 또는 주파수의 변경을 인식하는 것을 포함한다. 이 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 방법에서, 극성 정보는 인식된 위상의 변경 또는 인식된 주파수의 변경에 기초하여 결정된다.
예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 방법에서, 극성 표시자를 인식하는 것은, 제 1 교번 신호의 파형 및/또는 제 2 교번 신호의 파형을 미리결정된 파형 패턴에 대해 비교하는 것을 포함한다. 예시적인 그리고 비제한적인 실시형태에 따른 방법에서, 극성 정보는 미리결정된 파형 패턴에 매칭되는 제 2 교번 신호의 부분 및/또는 제 1 교번 신호의 부분에 기초하여 결정된다.
상기 주어진 설명에서 제공된 특정 예들은 첨부된 청구항들의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 상기에서 주어진 설명에서 제공된 예들의 리스트들 및 그룹들은, 달리 명시적으로 진술되지 않으면 포괄적이지 않다.

Claims (13)

  1. 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한 포지셔닝 디바이스 (101) 로서, 상기 포지셔닝 디바이스는:
    - 제 1 교번 신호 (V_cos) 및 제 2 교번 신호 (V_sin) 를 수신하기 위한 신호 인터페이스 (102) 로서, 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 엔벨로프들이 상호 위상 시프트를 가지도록, 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들은 상기 리졸버의 상기 회전 포지션에 의존하는, 상기 신호 인터페이스 (102), 및
    - 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 상기 진폭들에 그리고 상기 리졸버의 여기 신호의 극성을 나타내는 극성 정보에 기초하여 상기 포지션 신호를 생성하기 위한 프로세싱 시스템 (103) 을 포함하고,
    상기 프로세싱 시스템은:
    - 적어도 상기 제 1 교번 신호의 파형에 대한 극성 표시자를 인식하고, 그리고
    - 인식된 상기 극성 표시자에 기초하여 상기 극성 정보를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 포지셔닝 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은, 상기 제 1 교번 신호의 위상의 변경 또는 주파수의 변경을 인식하도록 그리고 인식된 상기 위상의 변경 또는 인식된 상기 주파수의 변경에 기초하여 상기 극성 정보를 결정하도록 구성되는, 포지셔닝 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은, 상기 위상의 변경 또는 상기 주파수의 변경을 인식하기 위해 상기 제 1 교번 신호의 상기 파형의 제로-크로싱들을 인식하기 위한 제로-크로싱 검출기를 구성하도록 구성되는, 포지셔닝 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은, 상기 제 1 교번 신호의 상기 파형을 미리결정된 파형 패턴에 대해 비교하고, 상기 제 1 교번 신호의 상기 파형과 상기 미리결정된 파형 패턴 사이의 매치에 응답하여, 상기 미리결정된 파형 패턴에 매칭되는 상기 제 1 교번 신호의 부분에 기초하여 상기 극성 정보를 결정하도록 구성되는, 포지셔닝 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은, 상기 제 1 교번 신호의 상기 파형과 상기 제 2 교번 신호의 파형 양자에 대한 극성 표시자를 인식하도록 구성되는, 포지셔닝 디바이스.
  6. 리졸버에 대한 여기 신호 (V_exc) 를 생성하기 위한 여기 디바이스 (104) 로서, 상기 여기 디바이스는:
    - 상기 여기 신호를 생성하기 위한 신호 발생기 (105), 및
    - 상기 여기 신호를 상기 리졸버에 송신하기 위한 신호 인터페이스 (106) 를 포함하고,
    상기 여기 디바이스는, 상기 여기 신호에 미지의 부호를 갖는 이득으로 곱해진 신호에 대해 극성 표시자가 검출될 때 상기 여기 신호의 극성을 표현하는 상기 극성 표시자를 포함하도록 상기 여기 신호의 파형을 변조하기 위한 변조기 (107) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여기 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 변조기는, 상기 여기 신호가 위상의 변경 또는 주파수의 변경의 발생 순간에 미리결정된 극성을 가지도록, 상기 극성 표시자를 나타내는 상기 위상의 변경 또는 상기 주파수의 변경을 포함하도록 상기 여기 신호의 상기 파형을 변조하도록 구성되는, 여기 디바이스.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 변조기는, 상기 여기 신호의 상기 파형이 상기 극성 표시자를 나타내는 미리결정된 파형 패턴을 포함하도록, 상기 여기 신호의 진폭을 변조하도록 구성되는, 여기 디바이스.
  9. 전기 기계의 권선 시스템의 전압들을 제어하기 위한 컨버터 (108, 109) 로서, 상기 컨버터는:
    - 상기 전기 기계의 로터에 접속된 리졸버에 대한 여기 신호를 생성하기 위한, 청구항 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 여기 디바이스 (104, 154), 및
    - 상기 여기 신호의 극성을 나타내는 극성 정보 및 상기 리졸버에 의해 생성된 교번 신호들의 진폭들에 기초하여 상기 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한 프로세싱 시스템 (103, 153) 을 포함하는, 컨버터.
  10. 전기 기계의 권선 시스템의 전압들을 제어하기 위한 컨버터 (108, 109) 로서,
    상기 컨버터는, 상기 전기 기계의 로터에 접속된 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하기 위한, 청구항 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 포지셔닝 디바이스 (101, 151) 를 포함하는, 컨버터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 컨버터는, 상기 리졸버에 대한 여기 신호를 생성하기 위한, 청구항 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 여기 디바이스 (104, 154) 를 더 포함하는, 컨버터.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터는 주파수 컨버터인, 컨버터.
  13. 방법으로서,
    - 리졸버로부터 제 1 교번 신호 및 제 2 교번 신호를 수신하는 단계 (301) 로서, 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 진폭들은 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 엔벨로프들이 상호 위상 시프트를 가지도록 상기 리졸버의 회전 포지션에 의존하는, 상기 수신하는 단계 (301), 및
    - 상기 제 1 및 제 2 교번 신호들의 상기 진폭들 및 상기 리졸버의 여기 신호의 극성을 나타내는 극성 정보에 기초하여, 상기 리졸버의 회전 포지션을 나타내는 포지션 신호를 생성하는 단계 (304) 를 포함하고,
    상기 방법은:
    - 적어도 상기 제 1 교번 신호의 파형에 대한 극성 표시자를 인식하는 단계 (302), 및
    - 인식된 상기 극성 표시자에 기초하여 상기 극성 정보를 결정하는 단계 (303) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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