KR20200120659A - 하이 로터 폴 스위치드 릴럭턴스 모터의 제조 감응형 제어 - Google Patents

Abstract

스위치드 릴럭턴스 기계(switched reluctance machine, SRM) 시스템을 이용하여 SRM을 제어하는 방법이 제공된다. 이 방법은 광범위한 속도 및 부하에 걸쳐서 적응형 펄스의 위치결정을 가능하게 한다. 초기화 기구를 사용하여 SRM에 대한 초기 로터 위치가 제공된다. 전류 파형의 초기 전류 상승 위상 동안 위상 전류 파형 상의 고정 포인트가 정의된다. 전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기가 결정된다. 기울기는 다음에 SRM 제어 시스템의 정류 모듈에 공급된다. 계산된 인덕턴스 또는 전류 기울기로부터의 에러 신호는 SRM 제어 시스템에서 제어 루프에 대한 입력으로서 사용된다. 시간 결정 모듈은 다음 펄스를 발생시키는 최적의 시간 신호를 결정한다. 최적의 시간 신호는 다수의 SRM 스위치를 온 및 오프 상태로 전환하기 위한 SRM에 공급된다.

Description

하이 로터 폴 스위치드 릴럭턴스 모터의 제조 감응형 제어

본 발명은 개괄적으로 스위치드 릴럭턴스 기계(switched reluctance machine, SRM)를 제어하는 방법에 관한 것으로, 특히 광범위한 속도와 부하에 걸쳐서 적응형 펄스의 위치결정을 가능하게 하는 SRM을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

스위치드 릴럭턴스 기계(SRM)는 릴럭턴스 토크로 동작하는 간단한 유형의 전기 모터이다. SRM은 돌출된 로터 폴 및 스테이터 폴을 포함한다. 스테이터 상에는 집중 권선이 있지만 로터 상에는 권선이나 영구자석이 없다. 이들 특징을 통해 SRM은 통상의 비-SRM 모터에 비해 매우 빠른 속도를 달성하는 것이 가능하다. 로터에는 권선이 없으므로, 전력은 로터가 아닌 스테이터의 권선에만 전달되며, 이러한 간단한 기계적 구성으로 인해, SRM은 통상의 전기 모터에 비해 낮은 유지 보수 비용을 제공한다. 전류가 스테이터 권선을 통과하면, 로터 폴이 여기된 스테이터 폴과 정렬되려는 경향에 의해서 토크가 발생한다. 각 위상의 여자를 로터 위치와 동기화함으로써 연속적인 토크가 발생될 수 있다. 모터 토크를 제어하기 위해서는 정확한 로터의 위치 정보가 필수적이다.

활성상 또는 비활성상의 인덕턴스를 사용하여 위치를 추정하기 위한 몇가지 기술이 제안되었다. 대부분의 방법에서는 제어된 신호가 사용되며, 이것이 위상 권선에 인가되어 인덕턴스를 추정함으로써, 위치 인코더를 사용하지 않고도 로터의 위치를 결정할 수 있다. 어떤 다른 방법들은 모터의 자동 교정을 설명한다. 그러한 한가지 방법은 기계의 위상 권선과 관련된 전류 및 플럭스의 전류 센서 및 플럭스 센서로부터 신호를 수신하는 디지털 프로세서를 갖는 센서리스 로터 위치 측정 시스템을 설명한다. 전류 및 플럭스의 측정은 예측된 기준 로터 위치에서 가능하다. 전류와 플럭스는 통전 주기당 한번만 샘플링된다. 이 방법은 위치 추정 방법론을 기반으로 하지만, 완벽한 로터의 위치 정보를 제공하지 못한다.

또 다른 방법은 스위치드 릴럭턴스 모터 내에서 로터 위치의 간접 감지를 통해서 스위치드 릴럭턴스 모터를 제어하는 회로를 설명한다. 이 방법은 2개의 미리 결정된 레벨들 사이에서 전류가 상승하는 시간을 측정한다. 측정된 전류 상승 시간을 원하는 전류 상승 시간과 비교하여 모터 위상에서의 전도 간격이 로터의 위치와 동위상인지 또는 로터의 위치보다 후행하거나 선행하는지를 결정할 수 있다. 그러나, 이 방법은 전류 상승 시간을 계산하기 위해서 복잡한 알고리즘을 사용한다.

스위치드 릴럭턴스 전기 기계를 제어하는 또 다른 방법은 동작 특성을 나타내는 센서 신호를 발생하고 전달하는 센서, 스위치드 릴럭턴스 모터에 작동 가능하게 결합된 컨트롤러, 및 방법을 실행하는 센서와 컨트롤러를 갖는 스위치드 릴럭턴스 전기 기계를 포함한다. 여기서, SRM의 센서리스 제어는 전압의 펄스를 주입하여 위상에 생성된 전류를 측정함으로써 행해진다. 그러나, 이 방법은 스위치드 릴럭턴스 전기 기계를 제어하기 위해 추가 전압 펄스를 주입한다.

그러므로, 스위치드 릴럭턴스 기계를 제어하여 적응형 펄스의 위치결정을 달성하는 방법이 필요하다. 이러한 방법은 기계의 제조 결함 및 노화 효과(aging effect)를 감소시키게 된다. 또한, 이러한 방법은 제조된 기계의 전체 배치(batch) 대신에 각 개별 기계에 대한 제어 파라미터를 조정하게 된다. 게다가, 이러한 방법은 정확한 로터의 위치 정보를 제공하게 된다. 이러한 방법은 전류 상승 시간을 계산하기 위해서 간단한 알고리즘을 사용하게 된다. 또한, 이러한 방법은 스위치드 릴럭턴스 전기 기계를 제어하기 위해 추가 전압 펄스를 주입하지 않아도 된다. 이들 및 다른 목적들이 본 실시예에 의해서 달성된다.

종래 기술에서 발견된 제한사항을 최소화하고, 본 명세서를 읽을 때 명백해질 그 밖의 제한사항을 최소화하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예는 스위치드 릴럭턴스 기계(SRM)를 제어하고 광범위한 속도와 부하에 걸쳐서 적응형 펄스의 위치결정을 가능하게 하는 SRM 제어 시스템을 제공한다. 이 SRM 제어 시스템은 초기화 기구를 사용하여 SRM에 대한 초기 로터 위치를 제공하는 초기화 모듈을 포함한다. SRM 제어 시스템 내의 포인트 정의 모듈은 전류 파형의 초기 전류 상승 위상 동안 위상 전류 파형 상의 고정 포인트(pinned point)를 정의한다. 정의된 고정 포인트는 SRM의 기본 인덕턴스 값에 대해 정적이다.

바람직하게는, 동작 조건 및 부하 토크 프로파일의 변화를 처리하기 위해 새로운 고정 포인트를 결정하는 2가지 옵션이 있다. 첫 번째 옵션은 새로운 동작 조건을 위해 이 전류에 대한 인덕턴스 값의 지식에 의해서 결정되거나 계산될 수 있다. 두 번째 옵션은 제어 방법론의 단순화가 가능한 경우, 이 인덕턴스를 기반으로 일정한 기간 동안 전류 프로파일 (원하는 전류 상승)의 기울기만 필요하다는 것이다. 전류의 기울기(상승)는 파형이 고정된 전류 레벨에 도달함에 따라 측정된다.

SRM 제어 시스템 내의 기울기 결정 모듈은 전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기를 결정한다. 시스템 내의 정류 모듈은 기울기 결정 모듈로부터 전류 상승의 기울기 및 주파수 입력 신호를 수신하도록 설계된다. SRM 제어 시스템은 에러 신호를 계산하는 에러 계산 모듈을 더 포함한다. SRM 제어 시스템은 기본 인덕턴스 또는 측정된 전류 상승을 사용하여 에러 신호를 계산하도록 설계된다. 하나의 구성에서, 전류 상승의 기울기는 원하는 인덕턴스로부터 에러 신호를 계산하는데 사용되는 기본 인덕턴스를 계산하는데 이용된다. 다른 구성에서, SRM 제어 시스템은 일정한 기간 동안 측정된 전류 상승을 사용하여 원하는 전류 상승으로부터 에러 신호를 계산하도록 설계된다. 계산된 인덕턴스 또는 전류 기울기로부터의 에러 신호는 SRM 제어 시스템에서 제어 루프에 대한 입력으로서 사용된다. 시간 결정 모듈은 다음 펄스를 발생시키는 최적의 시간을 결정한다.

바람직한 방법은 SRM 제어 시스템의 전체 제어 아키텍처를 설명한다. 이 제어 구조에 따르면, 시스템에 대한 입력으로서 기준 속도 또는 토크가 제공된다. 전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기가 계산되어 정류 모듈에 공급된다. 기본 인덕턴스 값은 전류 상승의 기울기를 사용하여 계산된다. 주파수 입력 신호는 샤프트 속도에 대한 디지털 추정값을 제공하는 정류 모듈에 제공된 다른 입력이다. 전류 속도는 전류 상승의 기울기 및 주파수 입력 신호를 사용하여 계산된다. 기준 속도와 전류 속도 간의 에러 발생기는 명령된 전류를 발생시키는 레귤레이터 유닛을 통해 처리된다. 레귤레이터 유닛은 비례 적분(proportional-integral, PI) 레귤레이터일 수 있다. 명령된 전류는 SRM 제어 시스템에서 내부 전류 루프에 의해서 측정된 전류와 비교된다. 그 후, 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호가 발생됨으로써, 시간 신호(Ton, T0ff)를 사용하여 SRM의 다수의 스위치를 온 및 오프 상태로 전환하기 위한 다수의 정류 각도를 생성한다.

바람직한 실시예는 SRM 제어 시스템을 사용하여 SRM을 제어하는 방법을 포함한다. 이 방법은 SRM 제어 시스템을 제공하는 것으로 시작된다. 다음에, 초기화 기구를 사용하여 SRM에 대한 초기 로터 위치가 제공된다. 이어서, 전류 파형의 초기 전류 상승 위상 동안 위상 전류 파형 상의 고정 포인트가 정의된다. 그 후, 전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기가 결정된다. 기울기는 다음에 정류 모듈에 공급된다. 그 후, 계산된 인덕턴스 또는 전류 기울기로부터의 에러 신호는 SRM 제어 시스템에서 제어 루프에 대한 입력으로서 사용된다. 마지막으로, 시간 결정 모듈은 다음 펄스를 발생시키는 최적의 시간 신호를 결정한다. 최적의 시간 신호는 다수의 SRM 스위치를 온 및 오프 상태로 전환하기 위한 SRM에 공급된다.

전류 파형의 고정 포인트가 전류 파형의 초기 상승의 상단 근처에 있고 이것이 고정되는 유도 프로파일 상의 상기 포인트가 기계의 그 위상에 대한 유도 상승의 시작 근처에 있으면, SRM의 최적의 효율과 최대 부하 용량이 얻어진다.

본 발명의 제 1 목적은 센서리스 환경에서 정확한 펄스의 위치결정을 가능하게 하는 SRM 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 제 2 목적은 기계의 제조 결함 및 경년변화의 영향을 줄이는 SRM을 제어하는 SRM 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 제 3 목적은 제조된 기계의 전체 배치 대신에 각 개별 기계에 대한 제어 파라미터를 조정하도록 적응할 수 있는 SRM 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 추가 목적은 전류 상승 시간을 계산하기 위한 간단한 알고리즘을 사용하는 SRM 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 추가 목적은 스위치드 릴럭턴스 전기 기계를 제어하기 위해 추가적인 전압 펄스를 주입하지 않는 SRM 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 기술 분야의 숙련자가 본 발명을 이해할 수 있도록 본 발명의 이들 및 그 밖의 장점과 특징을 구체화하여 설명한다.

그 명확성을 높이고 본 발명의 다양한 요소 및 실시예에 대한 이해를 향상시키기 위해, 도면의 요소는 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 대한 명확한 견해를 제공하기 위해 산업계에 있는 사람들에게 일반적인 것으로 공지되고 잘 알려져 있는 요소는 도시하지 않았다. 그러므로, 도면은 명확성과 간결함을 위한 형태로 일반화되어 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치드 릴럭턴스 기계(SRM) 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 각도의 변화에 대한 인덕턴스 프로파일의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 루프와 전류 루프를 갖는 SRM 제어 시스템의 전체 제어 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SRM 제어 시스템을 사용하여 SRM을 제어하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 SRM의 위상 전류를 제어하는 비대칭 브리지 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 SRM의 전류 파형에서의 고정 포인트를 나타내는 도면이다.

본 발명의 다수의 실시예 및 응용을 다루는 다음의 논의에서, 본 발명의 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예로서 도시한 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예가 사용될 수 있으며, 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

서로 독립적으로 또는 다른 특징들과 조합하여 각각 사용될 수 있는 다양한 발명의 특징을 아래에서 설명한다. 그러나, 임의의 단일 발명의 특징은 위에서 논의한 문제점 중 어느 것도 해결하지 못하거나 위에서 논의한 문제점 중 한가지만을 해결할 수 있다. 또한, 위에서 논의한 한가지 이상의 문제는 아래에서 설명하는 특징 중 어느 것에 의해서 완전히 해결되지 않을 수도 있다.

본원에서 사용한 바와 같이, 단수 형태의 "부정관사(a, an)" 및 "정관사(the)"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 다수의 대상을 포함한다. 본원에서 사용한 바와 같이, "및"은 달리 명시적으로 언급하지 않는 한 "또는"과 상호 교환적으로 사용된다. 본원에서 사용한 바와 같이, "약"은 언급한 파라미터의 +/-5%를 의미한다. 문맥에서 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 본 발명의 임의의 측면에 따른 모든 실시예는 조합하여 사용할 수 있다.

문맥상 달리 명확하게 필요로 하지 않는 한, 설명 및 청구범위 전체를 통해, "포함한다", "포함하는" 등의 단어는 배타적이거나 총망라한 의미가 아닌 포괄적인 의미; 다시 말해서, "포함하지만 이에 제한되지 않는다"는 의미로 해석해야 한다. 단수 또는 복수를 사용하는 단어는 각각 복수 및 단수도 포함한다. 또한, 본 출원에서 사용할 때, "여기서", "여기에서", "반면에", "위에서" 및 "아래에서"란 단어 및 유사한 의미의 단어는 본 출원의 어떤 특정 부분이 아닌 전체로서 본 출원을 지칭해야 한다.

본 발명의 실시예들의 설명은 개시된 정확한 형태로 본 발명을 총망라하거나 제한하려는 것이 아니다. 본 발명의 특정 실시예들 및 예들을 예시의 목적으로 본원에서 설명하지만, 당해 기술분야의 숙련가들이 인식하는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 등가의 수정이 가능하다.

도 1은 스위치드 릴럭턴스 기계 (switched reluctance machine, SRM) (26)을 제어하는 SRM 제어 시스템(10)을 나타내는 블록도이다. SRM 제어 시스템(10)은 광범위한 속도 및 부하에 걸쳐서 적응형 펄스의 위치결정을 가능하게 한다. SRM 제어 시스템(10)은 초기화 기구를 사용하여 SRM(26)에 대한 초기 로터 위치를 제공하는 초기화 모듈(12)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 초기화 기구는 하드 정렬 또는 임의의 다른 수학적 접근 같은 여러 접근을 구현하도록 적응 가능하다. SRM 제어 시스템(10) 내의 포인트 정의 모듈(14)은 전류 파형의 초기 전류 상승 위상 동안 위상 전류 파형 상의 고정 포인트를 정의한다. 정의된 고정 포인트는 SRM(26)의 기본 인덕턴스 값에 대해 정적이며, 원하는 동작 포인트(operating point)의 함수이다. 속도 루프용 PI 컨트롤러는 x(고정 포인트)에서부터 다음 위상의 턴-온시까지의 시간을 제어한다. 속도에 대한 요구가 변하면, 전류에 대한 요구도 변한다. 이것은 기울기가 상이하고 고정 포인트의 변경을 필요로 하는 것을 의미한다. 특히 동작 조건(부하 토크)에 급격한 변화가 있는 경우, 고정 포인트는 초기 전류 상승시 정상 상태 전류의 50% 내지 100% 사이에서 특별히 선택된 전류의 크기로 정의된다. 이것은 단일 펄스 모드로 들어가고 파형이 정렬된 위치에 가까워질수록 전류 파형이 안정을 유지하기 시작함에 따라, 정확도를 개선하는데 유용할 수 있다. 목표는 충분히 낮거나 만곡된 전류 프로파일로부터 충분히 먼 고정 포인트를 갖도록 하는 것이다.

바람직하게는, 동작 조건 및 부하 토크 프로파일의 변화를 처리하기 위해 새로운 고정 포인트를 결정하는 2가지 옵션이 있다. 첫 번째 옵션은 새로운 동작 조건을 위해 이 전류에 대한 인덕턴스 값의 지식에 의해서 결정되거나 계산될 수 있다. 두 번째 옵션은 제어 방법론의 단순화가 가능한 경우, 이 인덕턴스를 기반으로 일정한 기간 동안 전류 프로파일의 기울기 (원하는 전류 상승)만 필요하다는 것이다.

기울기 결정 모듈(16)은 전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기(42)(도 3 참조)를 결정한다. 전류의 기울기(상승)는 파형이 고정된 전류 레벨에 도달함에 따라 측정된다. 도 2에 나타낸 그래픽 표현에 도시한 바와 같이, 전류 값을 변경하면, 인덕턴스 프로파일도 그와 함께 변경된다. 이는 이전의 경우에 도달했었던 것과 동일한 기울기에 도달할 때까지 고정 위치에 대응하는 각도를 변경해야 하는 것을 의미한다.

정류 모듈(18)은 기울기 결정 모듈(16)로부터 전류 상승의 기울기(42)를 수신하도록 설계된다. SRM 제어 시스템(10)은 에러 신호를 계산하는 에러 계산 모듈(20)을 더 포함한다. SRM 제어 시스템(10)은 기본 인덕턴스 또는 측정된 전류 상승을 사용하여 에러 신호를 계산하도록 설계된다. 하나의 구성에서, 전류 상승의 기울기(42)는 원하는 인덕턴스로부터 에러 신호를 계산하는데 사용되는 기본 인덕턴스를 계산하는데 이용된다. 다른 구성에서, SRM 제어 시스템(10)은 일정한 기간 동안 측정된 전류 상승을 사용하여 원하는 전류 상승으로부터 에러 신호를 계산하도록 설계된다. 계산된 인덕턴스 또는 전류 기울기로부터의 에러 신호는 SRM 제어 시스템(10)에서 제어 루프(22)에 대한 입력으로서 사용된다. 마지막으로, 시간 결정 모듈(24)은 다음 펄스를 발생시키는 최적의 시간(Ton, Toff)(40)(도 3 참조)을 결정한다. 최적의 시간(Ton, Toff)(40)은 SRM(26)의 다수의 스위치를 온 및 오프 상태로 전환한다. 바람직한 실시예에 따른 하나의 구성에서, 다음 펄스를 발생시키도록 위치가 결정된다.

도 3은 속도 루프 및 전류 루프를 갖는 SRM 제어 시스템(10)의 전체 제어 아키텍처를 도시한다. 여기서, 시스템(10)에 대한 입력으로서 기준 속도(Ref Speed)(32) 또는 토크가 제공된다. 바람직하게는, SRM(26)을 제어하는 제안된 방법은 전류 피드백을 사용한다. 전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기(42)가 계산되어 정류 모듈(18)에 공급된다. 기본 인덕턴스 값은 전류 상승의 기울기(42)를 사용하여 계산된다. 주파수 입력 신호(Tp)(44)는 샤프트 속도에 대한 디지털 추정값을 제공하는 정류 모듈(18)에 제공된 다른 입력이다. 전류 속도(36)는 전류 상승의 기울기(42) 및 주파수 입력 신호(Tp)(44)를 사용하여 계산된다. 기준 속도(32)와 전류 속도(36) 간의 에러 발생기는 명령된 전류(Iced)(34)를 발생시키는 레귤레이터 유닛(30)을 통해 처리된다. 레귤레이터 유닛(30)은 비례 적분(proportional-integral, PI) 레귤레이터일 수 있다. 명령된 전류(34)는 SRM 제어 시스템(10)에서 내부 전류 루프에 의해서 측정된 전류(Iphase)(38)와 비교되어 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호를 발생한다. PWM 신호는 시간 신호(Ton, Toff)(40)을 사용하여 SRM(26)의 다수의 스위치를 온 및 오프 상태로 전환하기 위한 다수의 정류 각도를 생성한다.

도 4는 SRM 제어 시스템(10)을 사용하여 SRM(26)을 제어하는 방법을 나타내는 플로우차트이다. 블록(50)에 도시된 바와 같이, 정류 모듈을 갖는 SRM 제어 시스템이 제공된다. 다음에, 블록(52)에 도시된 바와 같이 초기화 기구를 사용하여 SRM에 대한 초기 로터 위치가 제공된다. 이어서, 블록(54)에 나타낸 바와 같이 전류 파형의 초기 전류 상승 위상 동안 위상 전류 파형 상의 고정 포인트가 정의된다. 그 후, 블록(56)에 도시된 바와 같이 전류 파형이 고정된 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기가 결정된다. 기울기는 다음에 정류 모듈에 공급된다. 그 후, 블록(58)에 도시된 바와 같이 계산된 인덕턴스 또는 전류 기울기로부터의 에러 신호는 SRM 제어 시스템에서 제어 루프에 대한 입력으로서 사용된다. 마지막으로, 시간 결정 모듈은 블록(60)에 나타낸 바와 같이 다음 펄스를 발생시키는 최적의 시간 신호를 결정한다. 최적의 시간 신호는 다수의 SRM 스위치를 온 및 오프 상태로 전환하기 위한 SRM에 공급된다.

도 5는 SRM(26)을 제어하는데 전형적으로 사용되는 비대칭 브리지 구성을 도시한다. 이 구성은 2개의 스위치(T1, T2) 사이에 연결되어, 독립적인 제어를 허용하고 인버터가 슛-쓰루 실패(shoot-through failure)를 갖지 않게 할 수 있는 각각의 위상(each phase)을 갖고 있다. 도 3에서는 턴-온 및 턴-오프 신호(40)를 사용하여 스위치(T1 및 T2)를 제어한다.

도 6은 3상 기기에 관한 3가지 전류 파형을 도시한다. 이 예에서 "x"는 기계의 위상 A에서 전류 파형의 고정 포인트이다. 여기서, 고정 포인트(x)는 동작 조건에 대해 정상 상태 전류의 약 80%이다. 전류 파형의 고정 포인트가 전류 파형의 초기 상승의 상단 근처에 있고 이것이 고정되는 유도 프로파일 상의 상기 고정 포인트가 기계의 그 위상에 대한 유도 상승의 시작 근처에 있으면, SRM의 최적의 효율과 최대 부하 용량이 얻어진다.

본 실시예에서, 다음 펄스의 위치결정을 위해 하나의 정류 펄스로부터의 피드백이 사용된다. 그 대신, 이 펄스로부터의 피드백을 사용하여 동일한 위상에서 다음 펄스의 위치나, 다음번 특정 스테이터 로터 폴 조합에 도달하는 시간, 또는 그들 사이에 있는 것은 무엇이든 조정할 수 있다.

동일한 위상의 펄스만 수정하기 위해 각 펄스를 사용할 경우, 각 위상의 불균일 인덕턴스로 인해 위상을 독립적으로 조정할 수 있는 이점을 갖는다. 그러나, 위치 피드백은 기계 내 위상 수의 배수만큼 더 느려진다. 이것은 전류 펄스의 에러를 사용하여 2개의 제어 루프에 입력함으로써 극복할 수 있다. 2개의 제어 루프 중 하나는 전류 위상을 조정하고 다른 하나는 모든 위상을 조정하여, 위상 사이의 작은 조정을 허용하면서도 여전히 주요 제어 방법론에 대한 빠른 피드백 모두를 달성한다.

각 펄스를 사용하여 동일한 스테이터 로터 폴 조합만 수정하는 경우, 불균일한 폴의 위치, 에어 갭 및 인덕턴스를 조정할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 이 위치 피드백은 로터 폴 수의 몇 배인 위상 수의 배수만큼 더 느리다. 이전과 유사한 방법론을 사용하여 빠른 피드백을 유지하면서 추가적인 자유도를 도입할 수 있다.

본 실시예에서는 이벤트 기반 제어 루프를 사용했다. 원하는 인덕턴스 (또는 원하는 전류 상승)와 측정된 인덕턴스 (또는 측정된 전류 상승) 간의 에러로부터 동작하는 임의 형태의 제어 루프는 바람직한 실시예의 목적을 충족시킨다.

본 실시예에서, 전류는 펄스의 초기 상승 에지에서 고정되었다. 그러나, 임의 파형을 따르는 임의 포인트를 고정 포인트로서 사용할 수 있다.

본 실시예에서, 전류 상승은 전류 상승의 특정 포인트에서 사용되었다. 그러나, 원하는 파형 위치에서, 위상이 스위치 오프되거나 프리휠링될 수 있고, 그 포인트에서의 전류 강하/감쇠를 사용하여 동일한 방식으로 위치를 제어할 수 있다.

본 실시예에서, 제어 루프의 출력은 펄스들 사이의 원하는 시간이며, 마지막 펄스로부터의 시간에 도달하면, 다음 펄스가 발생된다. 제어 루프의 출력 역시, 속도 추정값에 기반하여 계속해서 업데이트되는 소프트웨어 인코더 상의 원하는 위치가 되도록 조정할 수도 있다. 이 방법론은 소프트웨어 인코더가 속도 측정의 에러로 인해 드리프트(drift:오차)되기 쉽기 때문에 추가 에러를 유발하지만, 동일한 효과를 달성하게 된다. 마찬가지로, 하드웨어 인코더를 사용할 수 있으며, 이 방법론은 하드웨어 인코더에 대해 펄스를 위치결정할 수 있다.

이 방법론을 더 확장시켜 속도, 부하 또는 원하는 최적화를 기반으로 원하는 인덕턴스(또는 원하는 전류 상승)의 조정을 가능하게 할 수 있다. 이들 조정은 전류 동작 포인트를 기반으로 룩업 테이블(lookup table:전자 테이블)로부터 인가되거나 조정 공식을 기반으로 실시간으로 계산될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명을 위해 제시하였다. 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하거나 총망라하고자 하는 것은 아니다. 상기 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명에 의해서 제한되는 것이 아니라, 여기에 첨부한 청구범위 및 청구범위에 대한 균등물에 의해서 제한되는 것으로 되어 있다.

Claims (14)

1. 스위치드 릴럭턴스 기계(switched reluctance machine, SRM)를 제어하는 방법으로서,
   a) 정류 모듈을 갖는 SRM 제어 시스템을 제공하는 단계;
   b) 초기화 기구를 사용하여 SRM에 대한 초기 로터 위치를 제공하는 단계;
   c) 전류 파형의 초기 전류 상승 위상 동안 위상 전류 파형 상의 고정 포인트를 정의하는 단계;
   d) 전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기를 결정하고, 이 기울기는 정류 모듈에 공급되는 단계;
   e) 에러 신호를 계산하고 SRM 제어 시스템에서 제어 루프에 대한 입력으로서 에러 신호를 제공하는 단계; 및
   f) 다음 펄스를 발생시키는 최적의 시간을 결정하는 단계를 포함하여,
   SRM 제어 시스템은 광범위한 속도 및 부하에 걸쳐서 적응형 펄스의 위치결정을 가능하게 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 정의된 고정 포인트는 SRM의 기본 인덕턴스 값에 대해 정적인 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 고정 위치는 초기 전류 상승시 정상 상태 전류의 50% 내지 100% 사이의 크기에 대응하는 포인트에서 정의되는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, SRM 제어 시스템은 기본 인덕턴스를 사용하여 원하는 인덕턴스 값으로부터 에러 신호를 계산하도록 설계되는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, SRM 제어 시스템은 일정한 기간에 걸쳐서 측정된 전류 상승을 사용하여 원하는 전류 상승으로부터 에러 신호를 계산하도록 설계되는 방법.
6. 스위치드 릴럭턴스 기계 (switched reluctance machine, SRM)을 제어하는 방법으로서,
   a) 정류 모듈을 갖는 SRM 제어 시스템을 제공하는 단계;
   b) 초기화 기구를 사용하여 SRM에 대한 초기 로터 위치를 제공하는 단계;
   c) 전류 파형의 초기 전류 상승 위상 동안 위상 전류 파형 상의 고정 포인트를 정의하는 단계로, 고정 포인트는 SRM의 기본 인덕턴스 값에 대해 정적인, 단계;
   d) 전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기를 결정하고, 이 기울기는 정류 모듈에 공급되는 단계;
   e) 정류 모듈에 주파수 입력 신호를 제공하여 샤프트 속도에 대한 디지털 추정값을 얻는 단계;
   f) 전류 상승의 기울기 및 주파수 입력 신호를 사용하여 전류 속도를 계산하는 단계;
   g) 기준 속도와 전류 속도를 사용하여 레귤레이터 유닛에 의해서, 명령된 전류(commanded current)를 발생시키는 단계;
   h) SRM 제어 시스템에서 내부 전류 루프에 의해서, 명령된 전류와 측정된 전류를 비교하는 단계; 및
   i) 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호를 발생하여 SRM의 다수의 스위치를 온 및 오프 상태로 전환하기 위한 다수의 정류 각도를 생성하는 단계를 포함하여,
   SRM 제어 시스템은 광범위한 속도 및 부하에 걸쳐서 적응형 펄스의 위치결정을 가능하게 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 고정 위치는 초기 전류 상승시 정상 상태 전류의 50% 내지 100% 사이의 크기에 대응하는 포인트에서 정의되는 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 레귤레이터 유닛은 비례 적분 유닛인 방법.
9. 스위치드 릴럭턴스 기계 (switched reluctance machine, SRM)를 제어하는 SRM 제어 시스템으로서,
   초기화 기구를 사용하여 SRM에 대한 초기 로터 위치를 제공하는 초기화 모듈;
   전류 파형의 초기 전류 상승 위상 동안 위상 전류 파형 상의 고정 포인트를 정의하는 포인트 정의 모듈;
   전류 파형이 고정 포인트에 도달함에 따라 전류 상승의 기울기를 결정하는 기울기 결정 모듈;
   기울기 결정 모듈로부터 전류 상승 기울기 및 주파수 입력 신호를 수신하는 정류 모듈;
   SRM 제어 시스템에서 제어 루프에 공급되는 에러 신호를 계산하는 에러 계산 모듈; 및
   다음 펄스를 발생시키는 최적의 시간을 결정하는 시간 결정 모듈을 포함하여;
   SRM 제어 시스템은 광범위한 속도 및 부하에 걸쳐서 적응형 펄스의 위치결정을 가능하게 하는 SRM 제어 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 정의된 고정 포인트는 SRM의 기본 인덕턴스 값에 대해 정적인 SRM 제어 시스템.
11. 제 9 항에 있어서, 고정 위치는 초기 전류 상승시 정상 상태 전류의 50% 내지 100% 사이의 크기에 대응하는 포인트에서 정의되는 SRM 제어 시스템.
12. 제 9 항에 있어서, 기본 인덕턴스를 사용하여 원하는 인덕턴스 값으로부터 에러 신호를 계산하도록 설계되는 SRM 제어 시스템.
13. 제 9 항에 있어서, 일정한 기간에 걸쳐서 측정된 전류 상승을 사용하여 원하는 전류 상승으로부터 에러 신호를 계산하도록 설계되는 SRM 제어 시스템.
14. 제 9 항에 있어서, 시간 결정 모듈에서 결정된 최적의 시간을 사용하여 SRM의 다수의 스위치를 온 및 오프 상태로 전환하는 SRM 제어 시스템.

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