KR20210099653A - 발전기로서 작동하는 전기 회전 머신을 제어하는 방법 및 컷오프 시 네트워크 전압을 감소시키기 위한 대응하는 제어 시스템 - Google Patents

발전기로서 작동하는 전기 회전 머신을 제어하는 방법 및 컷오프 시 네트워크 전압을 감소시키기 위한 대응하는 제어 시스템 Download PDF

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로렌트 카베스
라파엘 필리페
미카엘 체민
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발레오 에뀝망 엘렉뜨리끄 모떼르
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Abstract

본 발명은 다상 회전 전기 머신(multi-phase rotary electric machine)을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 그 고정자(stator)는 복수의 병렬 장착된 스위칭 암들을 포함하는 제어 브리지에 의해 제어되고, 각각의 암은 회전 전기 머신의 상에 연결되는 중심 탭에서 함께 연결되는 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치를 포함하는데, 회전 전기 머신은 발전기로서 동작하고 전기 네트워크, 특히 자동차의 온-보드 네트워크에 연결된다. 이 방법은 네트워크의 전압의 측정값(V*)가 제 1 사전 결정된 값(VS1)을 초과할 때 고정자의 적어도 하나의 상 권선을 단락시키는 단계(E400)를 포함하고, 단락 단계(E400) 이후에, 스위칭 암을 활성화하는 단계(E500, E600, E700, E800)를 더 포함하는데, 스위칭 암의 중심 탭은 적어도 하나의 단락된 상 권선에 연결되며, 활성화 단계 동안, 단락된 권선에서의 강도(Iu)가 측정되고, 측정된 강도가 양이면 활성화된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치는 폐쇄 위치로 이동되며, 그렇지 않으면 활성화된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치는 개방 위치로 이동된다.

Description

발전기로서 작동하는 전기 회전 머신을 제어하는 방법 및 컷오프 시 네트워크 전압을 감소시키기 위한 대응하는 제어 시스템
본 발명은 부하 덤프(load dump) 발생 시 전기 네트워크, 특히 자동차의 온-보드 네트워크에 연결된 다상 회전 전기 머신(multi-phase rotary electric machine)을 제어하기 위한 방법 및 이 방법을 구현하는 데 적합한 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한 이러한 제어 시스템 및 이러한 제어 시스템에 의해 제어되는 다상 회전 전기 머신을 포함하는 전기 시스템에 관한 것이다.
자동차에서 온-보드 네트워크는 차량에 장착된 다양한 전기 장비 아이템들에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 전력은 적어도 하나의 배터리에 의해 공급된다. 이는 차량의 열 엔진의 회전에 의해 공급되는 에너지에 기초하여 회전 전기 머신에 의해 재충전된다. 회전 전기 머신은 일반적으로 온-보드 네트워크에 공급하는 직류 출력 전류를 생성하기 위해 사용되는 임의의 다상 회전 전기 머신인 것으로 이해된다. 특히, 이는 교류 발전기(alternator) 또는 시동기-교류기(starter-alternator)까지도 포함할 수 있다.
온-보드 네트워크로부터, 배터리로부터, 또는 이들 모두로부터의 전기 충전이 갑작스럽게 접속해제되는 경우, 온- 보드 네트워크 상에 과전압을 초래하는 "로드 덤프" 현상이 발생한다. 실제로, 머신이 로드 덤프에 순간적으로 반응하지 않으면, 온-보드 네트워크의 전류 소비가 하락한 동안에도 동일한 출력 전류를 계속 전달하게 된다. 그 결과 온-보드 네트워크 충전에 연결된 모든 캐패시터 및 온- 보드 네트워크의 직류 전압이 상당히 증가하게 된다.
이러한 과전압은 회전 전기 머신 자체뿐만 아니라 온-보드 네트워크에 연결된 모든 전기 기기들의 신뢰성을 손상시키거나 감소시킬 수 있다.
따라서, 이처럼 높은 과전압을 검출하고, 가능하다면 회전 전기 머신을 보호할 필요가 있다.
이를 위해, 다상 회전 전기 머신을 제어하는 방법이 종래 기술로부터 알려져 있는데, 이 제어 방법은 부하 덤프 발생 시 고정자의 적어도 하나의 상 권선(phase winding)을 단락시키는 것과 관련된 유형으로서, 네트워크의 전압이 제 1 사전 결정된 값을 초과할 때 고정자의 적어도 하나의 상 권선을 단락시키는 단계를 포함한다.
종래 기술의 이러한 간단한 방법은, 온-보드 네트워크 전압이 허용 가능한 레벨로 복귀할 때까지 고정자의 적어도 하나의 상(phase)을 단락된 상태로 유지함으로써 이 전압이 감소되게 한다.
그러나, 온-보드 네트워크 전압이 허용가능한 레벨로 복귀하기까지 상당한 시간이 경과할 수 있다.
본 발명의 목적은 이러한 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다.
이를 위해, 제 1 양태에 따른 본 발명은 다상 회전 전기 머신을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 다상 회전 전기 머신의 고정자는 복수의 병렬 장착된 스위칭 암들을 포함하는 제어 브리지에 의해 제어되는데, 각각의 암은 회전 전기 머신의 상에 연결되는 중심 탭에서 함께 접속되는 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치를 포함하고, 회전 전기 머신은 발전기로서 동작하고 전기 네트워크, 특히 자동차의 온-보드 네트워크에 연결되며, 이 방법은 네트워크의 전압의 측정값이 제 1 사전 결정된 값을 초과할 때 고정자의 적어도 하나의 상 권선을 단락시키는 단계와, 단락 단계 이후에 적어도 하나의 단락된 상 권선에 연결되는 중심 탭을 갖는 스위칭 암을 활성화하는 단계를 포함하고, 활성화 단계 동안,
1. 단락된 권선에서의 강도(intensity)가 측정되고,
2. 측정된 강도가 양이면, 활성화된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치는 폐쇄 위치로 이동되며,
3. 그렇지 않으면, 활성화된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치는 개방 위치로 이동된다.
본 발명에서 이 강도는 전류가 적어도 하나의 단락된 권선에 연결된 중심 탭으로부터 적어도 하나의 단락된 권선으로 흐르거나 또는 복귀할 때 양(positive)이다.
따라서, 본 발명에 따른 제어 방법은 부하 덤프 발생 시 고정자의 적어도 하나의 상 권선을 단락시키는 것을 포함하는 유형이다.
본 발명에 따른 제어 방법은 또한 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 고려되는 하기 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다.
본 방법은 고정자의 적어도 하나의 상 권선이 단락될 때 고정자의 제어 브리지가 제어되어, 온-보드 네트워크의 전압을 낮추기 위해 온-보드 네트워크로부터 발생하는 전류를 이전에 단락된 고정자의 상 권선에 유도한다는 점에서 주목할 만하다.
본 발명의 특정 실시예에서, 측정된 강도가 양인 경우 활성화된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치는 개방 위치로 이동된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 측정된 강도가 양이 아니면, 활성화된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치는 폐쇄 위치로 이동된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 고정자의 적어도 하나의 상 권선을 단락시키는 단계 동안, 활성화된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치는 개방 위치로 이동된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 고정자의 적어도 하나의 상 권선을 단락시키는 단계 동안, 활성화된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치가 폐쇄 위치로 이동되기 전에 활성화된 스위치 암의 하이-사이드 스위치는 개방 위치로 이동된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 고정자의 적어도 하나의 상 권선을 단락시키는 단계 동안, 이 고정자의 모든 상 권선은 단락되고, 모든 스위칭 암의 모든 하이-사이드 스위치는 개방 위치로 이동된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 네트워크의 전압의 측정값은 네트워크의 전압을 사전 결정된 시 상수(time constant)로 필터링함으로써 획득된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 활성화 단계는 적어도 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 2 사전 결정된 값 미만이 될 때까지 반복된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 활성화 단계는 사전 결정된 시간 기간 동안 반복된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 고정자의 모든 상 권선은 단락 단계 동안 단락되고, 단락 단계 이후에 활성화 단계가 모든 스위칭 암에 대해 수행된다.
따라서, 제 2 양태에 따른 본 발명의 목적은 발전기로서 작동하고 제 1 및 제 2 전원 단자에 의해 전기 네트워크에 연결되는 다상 회전 전기 머신을 위한 제어 시스템을 제공하는 것으로서, 이 전기 네트워크는 특히 자동차의 온-보드 네트워크이며, 제어 시스템은,
복수의 병렬 장착된 스위칭 암을 포함하며 전기 네트워크에 전압을 공급하는 제어 브리지 - 스위칭 암 각각은 회전 전기 머신의 상 권선에 연결된 중심 탭에서 함께 접속된 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치를 포함함 - 와,
제어 브리지의 스위치들을 개방 또는 폐쇄할 수 있는 제어 회로와,
상기 제 1 및 제 2 전원 공급 단자 사이의 전압을 측정하기 위한 디바이스
를 포함하되,
제어 시스템은, 사전 결정된 스위칭 암에 또한 접속된 적어도 하나의 사전 결정된 상 권선에 대해, 사전 결정된 상 권선을 통과하는 전류를 측정하기 위한 디바이스를 더 포함하고, 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 1 값을 초과할 때,
- 제어회로가 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고,
- 전류 측정 디바이스는 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하며,
- 측정된 전류의 강도가 양일 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하고,
- 그렇지 않은 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 측정된 전류의 강도가 양인 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 개방한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 측정된 전류의 강도가 양이 아니면, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고 사전 결정된 스위치 암의 하이-사이드 스위치는 개방한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고 고정자의 적어도 하나의 사전 결정된 상 권선을 단락시킨다.
본 발명의 특정 실시예에서, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고, 고정자의 적어도 하나의 사전 결정된 상 권선을 단락시키며, 사전 결정된 스위치 암의 하이-사이드 스위치는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치가 폐쇄 위치로 이동되기 전에 개방 위치로 이동된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고, 고정자의 모든 상 권선을 단락시키며, 모든 스위칭 암의 모든 로우-사이드 스위치가 폐쇄 위치로 이동되기 전에 제어 브리지의 모든 스위칭 암들의 모든 하이-사이드 스위치가 개방 위치로 이동된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 1 사전 결정된 값을 초과하는 것을 나타내는 검출에 후속하여, 사전 결정된 기간 동안 또는 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 2 사전 결정된 값을 초과하는 동안 반복적인 방식으로,
- 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고,
- 전류 측정 디바이스는 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하며,
- 측정된 전류의 강도가 양인 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하고,
- 그렇지 않은 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 1 사전 결정된 값을 초과한다는 것을 나타내는 검출에 후속하여 그리고 사전 결정된 상 권선의 단락에 후속하여, 사전 결정된 기간 동안 또는 전압 측정 디바이스들에 의해 측정되는 전압이 제 2 사전 결정된 값을 초과하는 동안 반복적인 방식으로,
- 전류 측정 디바이스는 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하고,
- 측정된 전류의 강도가 양인 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 개방하고 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하며,
- 그렇지 않은 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방하고 사전 결정된 스위치 암의 로우-사이드 스위치는 폐쇄한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 1 사전 결정된 값을 초과하는 것을 나타내는 검출에 후속하여, 사전 결정된 기간 동안 또는 전압 측정 디바이스에 의해 측정되는 전압이 제 2 사전 결정된 값을 초과하는 동안 반복적으로,
- 전류 측정 디바이스는 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하고,
- 측정된 전류의 강도가 양인 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 개방하고 사전 결정된 스위치 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하하며,
- 그렇지 않은 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방하고 사전 결정된 스위치 암의 로우-사이드 스위치는 폐쇄한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 제어 시스템은 각각의 상에 대해, 이러한 상을 통과하는 전류를 측정하기 위한 디바이스를 더 포함하고, 각각의 상에 대해,
- 제어 회로는 중앙 탭에 의해 해당 상에 연결된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고,
- 전류 측정 디바이스는 해당 상을 통과하는 전류를 측정하며,
- 이 상에서 측정된 전류의 강도가 양인 경우, 제어 회로는 그 중심 탭에 의해 해당 상에 연결된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하고,
- 그렇지 않은 경우, 제어 회로는 중앙 탭에 의해 해당 상에 연결된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방한다.
제어 시스템은 이 제어 방법과 관련하여 이전에 언급한 것과 동일한 이점들로부터 이익을 얻는다.
제3 양태에 따른 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 제 2 양태에 따른 제어 시스템 및 이 제어 시스템에 의해 제어되는 다상 코일형 회전 전기 머신을 포함하는 전기 시스템을 제공하는 것이다.
전기 시스템은 제어 방법 및 제어 시스템과 관련하여 이전에 언급한 것과 동일한 이점들로부터 이익을 얻는다.
제 4 양태에 따른 본 발명의 다른 목적은, 발전기로서 동작하고 제 1 및 제 2 전원 단자에 의해 전기 네트워크에 연결되는 다상 회전 전기 머신을 위한 제어 시스템을 제공하는 것으로, 전기 네트워크는 특히 자동차의 온-보드 네트워크이고, 제어 시스템은,
복수의 병렬 장착된 스위칭 암을 포함하며 전기 네트워크에 전압을 공급하는 제어 브리지 - 스위칭 암 각각은 회전 전기 머신의 상 권선에 연결된 중심 탭에서 함께 접속된 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치를 포함함 - 와,
제어 브리지의 스위치들을 개방 또는 폐쇄할 수 있는 제어 회로와,
제 1 및 제 2 전원 공급 단자 사이의 전압을 측정하기 위한 디바이스
를 포함하되,
제어 시스템은, 사전 결정된 스위칭 암에 또한 접속된 적어도 하나의 사전 결정된 상 권선에 대해, 사전 결정된 상 권선을 통과하는 전류를 측정하기 위한 디바이스를 더 포함하고,
전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 1 값을 초과할 때,
- 제어회로가 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방하고, 적어도 하나의 사전 결정된 상 권선을 단락시키며,
- 전류 측정 디바이스는 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하고,
- 측정된 전류의 강도가 양일 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 개방하며, 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하고,
- 그렇지 않은 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방하고, 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 적어도 하나의 사전 결정된 상 권선의 단락에 후속하여 그리고 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 1 사전 결정된 값을 초과함을 나타내는 검출에 후속하여, 사전 결정된 기간 동안 또는 전압 측정 디바이스들에 의해 측정되는 전압이 제 2 사전 결정된 값을 초과하는 동안 반복적인 방식으로,
- 전류 측정 디바이스는 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하고,
- 측정된 전류의 강도가 양인 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하고,
- 그렇지 않은 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 적어도 하나의 사전 결정된 상 권선의 단락에 후속하여 그리고 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 1 사전 결정된 값을 초과함을 나타내는 검출에 후속하여, 사전 결정된 기간 동안 또는 전압 측정 디바이스들에 의해 측정되는 전압이 제 2 사전 결정된 값을 초과하는 동안 반복적인 방식으로,
- 전류 측정 디바이스는 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하고,
- 측정된 전류의 강도가 양인 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 개방하고 사전 결정된 스위치 암의 하이-사이드 스위치는 폐쇄하며,
- 그렇지 않은 경우, 제어 회로는 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 개방하고 사전 결정된 스위치 암의 로우-사이드 스위치는 폐쇄한다.
제5 양태에 따른 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 제 2 양태에 따른 제어 시스템 및 제어 시스템에 의해 제어되는 다상 코일형 회전 전기 머신을 포함하는 전기 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 제어 방법, 제어 시스템 및 전기 시스템은 전술한 특징의 전부 또는 일부를 조합하여 갖는 것을 고려할 수 있다.
본 발명에 따르면 전술한 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 특정 특징 및 이점은 도면을 참조하여 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 시스템의 제 1 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른 제어 방법을 흐름도로서 도시한다.
도 3은 단락된 상에서 측정된 전류와 이 상과 연관된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치의 상태 사이의 관계를 그래프의 형태로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 시스템(100)의 제 1 실시예를 도시한다. 이러한 전기 시스템은 예를 들어 자동차에 사용되도록 의도된다.
전기 시스템(100)은 적어도 하나의 직류 전압원(102)을 포함하는 자동차의 온-보드 네트워크(1)에 연결된다. 직류 전압원(102)은 양의 단자 및 음의 단자를 포함하는데, 음의 단자는 일반적으로 자동차의 섀시와 같은 전기 접지(GND)에 연결된다. 직류 전압원(102)은 이들 단자들 사이에 직류 입력 전압(E)을 공급하도록 설계된다.
전기 시스템(100)은 먼저 다상 회전 전기 머신(106)를 포함한다. 본 명세서에 설명된 예에서, 다상 회전 전기 머신(106)는 설명된 예에서 중성점(neutral point: N)에 연결되는 제 1 단부를 각각 포함하는 고정자 상(stator phases: U, V, W)을 포함한다. 설명된 예에서 전기 머신(106)은 삼상 전기 머신이다. 전기 머신(106)은 예를 들어, 시동기-교류기 벨트에 결합되어 모터로서 작동할 때 이 벨트를 구동하고 발전기로서 작동할 때 벨트에 의해 구동되도록 하는 동기형 (synchronous) 전기 머신이다.
전기 시스템(100)은 본 발명에 따른 제어 시스템(101)을 더 포함하며, 이 시스템은,
a) 한편으로는 직류 전압원(102)의 단자들에 연결되고, 다른 한편으로는 직류 전압원으로부터 전기 머신(106)의 고정자 상들(U, V, W)에 전원 공급하기 위한 제어 브리지(108) - 제어 브리지(108)는 직류 전압원(102)의 포지티브 및 네거티브 단자들에 각각 연결되는 하이 단자(BHos) 및 로우 단자(BBos)를 포함하고, 하이 단자 BHos로부터 고정자 전류(iE)를 수신하거나 공급하도록 의도됨 - 와,
b) 전자 제어 회로(120)와,
c) 하이 단자(BHos)와 로우 단자(BBos) 사이의 전압을 측정하기 위한 디바이스(130)와,
d) 고정자 상(U)에서 순환하는 전류(Iu)의 강도를 측정하기 위한 측정 디바이스(140u)와,
e) 고정자 상(V)에서 순환하는 전류(Iv)의 강도를 측정하기 위한 측정 디바이스(140v)와,
f) 고정자 상(W)에서 순환하는 전류(Iw)의 강도를 측정하기 위한 측정 디바이스(140w)
를 포함한다.
제어 브리지(108)는 고정자 상(U, V, W)과 각각 관련된 암을 더 포함한다. 각각의 암은 하이 단자(BHos)에 접속된 하이-사이드 스위치와 로우 단자(BBos)에 접속된 로우-사이드 스위치를 포함한다. 하이-사이드 스위치와 로우-사이드 스위치는 연관된 고정자 상(U, V, W)에 접속된 센터 탭(Pu, Pv, Pw)에서 함께 접속된다. 각각의 암은 두 개의 구성 사이에서 스위칭되도록 의도된다. 하이-사이드 구성으로 불리는 제 1 구성에서, 하이-사이드 스위치는 폐쇄되고 로우-사이드 스위치는 개방되어, 입력 전압(E)이 연관된 고장자 상(U, V, W)의 제 2 단부에 인가되도록 한다. 로우-사이드 구성으로 불리는 제 2 구성에서, 하이-사이드 스위치는 개방되고 로우-측 스위치는 폐쇄되어, 제로 전압이 연관된 고정자 상(U, V, W)의 제 2 단부에 인가되도록 한다. 제어 브리지(108)는 각 암을 이들 두 구성 사이에서 스위칭하도록 전자 제어 회로(120)에 의해 제어되어, 고정자 상(U V, W)을 통과하여 흐르는 전류를 제어한다.
본 명세서에 설명된 실시예에서, 제어 브리지(108)의 하이-사이드 및 로우-사이드 스위치는, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 더 일반적으로 알려진, 격리된 게이트 전계 효과 트랜지스터이다.
전기 머신(106)의 고정자 상(U)에서 순환하는 전류를 측정하기 위한 디바이스(140u)는 중심 탭(Pu)으로부터 중성점(N)으로 순환하는 전류를 측정한다.
유사하게, 전기 머신(106)의 고정자 상(V)에서 순환하는 전류를 측정하기 위한 디바이스(140v)는 중심 탭(Pv)으로부터 중성점(N)으로 순환하는 전류를 측정한다. 관례상 이 전류는 전류가 중심 탭(Pv)으로부터 고정자 상(V)으로 진입할 때 양(positive)이고 반대일 때 음(negative)이다.
이와 유사하게, 전기 머신(106)의 고정자 상(W)에서 순환하는 전류를 측정하기 위한 디바이스(140w)는 중심 탭(Pw)으로부터 중성점(N)으로 순환하는 전류를 측정한다. 관례상 이 전류는 전류가 중심 탭(Pw)으로부터 고정자 상(W)으로 진입할 때 양이고 반대일 때 음이다.
전기 시스템(100)은 제어 브리지(108)의 단자들(BHos, BBos) 사이에 연결된 캐패시터(104)를 더 포함한다. 캐패시터(104)는 예를 들어 하나 이상의 캐패시터, 예컨대 화학적 캐패시터를 포함한다.
도 2를 참조하여, 회전 전기 머신(106)이 발전기 동작 모드에 있을 때 제어 시스템(101)에 의해 구현되는 본 발명에 따른 제어 방법의 주요 단계들이 이제 설명될 것이다.
초기에(단계 D), 회전 전기 머신(106)는 발전기 모드에 있다.
전자 제어 회로(120)는 단계(E100) 동안, 동기 정류기 모드로 알려진 동작 모드에서 제어 브리지(108)의 로우-사이드 및 하이-사이드 스위치들의 개방 및 폐쇄를 교대로 제어한다.
동시에 단계(E200) 동안, 전압 측정 디바이스(130)는 하이 및 로우 단자들(BHos, BBos) 사이의 전압(V*)을 측정하고, 이 측정된 전압을 제어 회로(120)에 전송한다. 전압(V*)은, 예를 들어, 정류로부터 초래되는 임의의 전류 리플들을 회피하기 위해 그리고 부하 손실의 잘못된 검출을 회피하기 위해, 하이 및 로우 단자들(BHos, BBos) 사이의 전압을 필터링함으로써 획득된다.
단계(E300) 동안, 측정된 전압(V*)은 제어 회로(120)에 의해 예를 들어 58V인 제 1 사전 결정된 값(VS1)과 비교된다.
측정된 전압(V*)이 제 1 사전 결정된 값(VS1) 미만이면, 어떠한 부하 손실도 검출되지 않고, 제어 시스템은 병렬 단계들(E100 및 E200)을 반복한다.
측정된 전압(V*)이 제 1 사전 결정된 값(VS1)을 초과하면, 예를 들어, 직류 전압원(102)의 접속해제로 인한 온-보드 네트워크(1)의 과전압이 검출되고, 전자 제어 회로(120)는 단계(E400) 동안 회전 전기 머신(106)의 고정자 상들(U, V 및 W)을 단락시킨다.
단락은 제어 브리지(108)의 스위칭 암의 모든 로우-사이드 스위치의 폐쇄를 명령함으로써 구현된다. 다시 말해서, 제어 브리지(108)의 모든 스위칭 암들은 로우 구성 상태에 있게 된다.
그 후 단계(E500) 동안, 측정 디바이스(140u)는 고정자 상(U)에서 순환하는 전류(Iu)를 측정한다.
단계(E600) 동안, 측정된 전류(Iu)는 제어 회로(120)에 의해 제로 값과 비교된다.
전류(Iu)가 양인 경우 단계(E800) 동안, 전자 제어 회로는 고정자 상(U)과 연관된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치의 폐쇄 및 로우-사이드 스위치의 개방을 명령한다.
그렇지 않은 경우(Iu는 음 또는 0임) 단계(E700) 동안, 전자 제어 회로는 고정자 상(U)과 연관된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치의 개방 및 로우-사이드 스위치의 폐쇄를 명령한다.
단계들(E500, E600, E700, E800)과 동시에, 본 명세서에 설명된 실시예에서, 방법은 단계(E510, E610, E710, E810, E910)를 수행한다.
단계(E510) 동안, 측정 디바이스(140u)는 고정자 상(V)에서 순환하는 전류(Iv)를 측정한다.
단계(E610) 동안, 측정된 전류(Iv)는 제어 회로(120)에 의해 제로 값과 비교된다.
전류(Iv)가 양인 경우, 단계(E810) 동안, 전자 제어 회로는 고정자 상(V)과 연관된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치의 폐쇄 및 로우-사이드 스위치의 개방을 명령한다.
그렇지 않은 경우(Iv는 음 또는 0임), 단계(E710) 동안, 전자 제어 회로는 고정자 상(V)과 연관된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치의 개방 및 로우-사이드 스위치의 폐쇄를 명령한다.
단계 E500, E600, E700, E800 및 E510, E610, E710, E810과 동시에, 본 발명에 따른 방법은 단계 E520,E620, E720, 그리고 E820 및 E920을 수행한다.
단계(E520) 동안, 측정 디바이스(140w)는 고정자 상(W)에서 순환하는 전류(Iw)를 측정한다.
단계(E620) 동안, 측정된 전류(Iw)는 제어 회로(120)에 의해 제로 값과 비교된다.
전류(Iw)가 양인 경우, 단계(E820) 동안, 전자 제어 회로는 고정자 상(W)과 연관된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치의 폐쇄 및 로우-사이드 스위치의 개방을 명령한다.
그렇지 않은 경우(Iw는 음의 값 또는 0임), 단계(E720) 동안, 전자 제어 회로는 고정자 상(W)과 연관된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치의 개방 및 로우-사이드 스위치의 폐쇄를 명령한다
단계 E700, E710, E820 또는 단계 E800, E 810,E820 이후에, 전압 측정 디바이스(130)는 단계 E900 동안 하이 및 로우 단자들(BHos, BBos) 사이의 전압(V*)을 측정하고, 이 측정된 전압을 제어 회로(120)에 전송한다.
단계(E1000) 동안, 측정된 전압(V*)은 제어 회로(120)에 의해 예를 들어 54V인 제 2 사전 결정된 값(VS2)과 비교된다.
측정된 전압(V*)이 제 2 소정값(VS2)을 초과하면, 제어 시스템은 병렬 단계들(E500-E800, E510-E810, E520-E820, 및 E900)을 반복한다
측정된 전압(V*)이 제 2 소정값(VS2) 미만이면, 제어 방법은 정지한다(단계 F).
도 3은 상(U)의 권선에서 측정된 전류(Iu)의 전개 그래프를 도시하는데, 고정자 상(U)과 연관된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치가 폐쇄되는 기간을 표시했다.
본 발명에 따른 제어 방법의 이전 실시예에서, 단계(E500-E800, E510-E810, E520-E820 및 E900)는 측정된 전압(V*)이 제 2 사전 결정된 값(VS2)을 초과하는 동안 주기적으로 수행된다. 대안적인 실시예에서, 단계들(E500-E800, E510-E810, E520-E820 및 E900)은 예를 들어 40ms의 사전 결정된 시간 간격(DT) 동안 주기적으로 수행된다.
본 발명에 따른 제어 방법의 전술한 실시예에서, 단계(E500-E800, E510-E810, E520-E820)는 고정자의 모든 상에 대해 동시에 수행된다. 대안적인 실시예로서, 단계 E500 내지 E800만이 수행된다. 다시 말해서, 이러한 대안적인 실시예에서, 상(U)의 권선에서 측정된 전류(Iu)의 강도만이 제어 방법에 의해 고려된다.
물론, 본 발명은 도면들을 참조하여 설명된 실시예들로 제한되지 않으며, 대안적인 실시예들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 고려될 수 있다.
예를 들어, 이전에 설명된 실시예들에서, 트랜지스터들은 모두 MOSFET 트랜지스터들이다. 대안적인 실시예로서, 이들 트랜지스터는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)일 수 있다.
100: 전기 시스템 1: 온-보드 네트워크
102: 직류 전원 106: 다상 회전 전기 머신
U, V, W: 고정자 상 108: 제어 브리지
120: 전자 제어 회로 130: 전압 측정 디바이스
140u, 140v, 140w: 전류 측정 디바이스
Pu, Pv, Pw: 센터 탭

Claims (9)

  1. 다상 회전 전기 머신(106)을 제어하는 방법으로서,
    상기 회전 전기 머신의 고정자는 복수의 병렬 장착된 스위칭 암을 포함하는 제어 브리지 (108)에 의해 제어되고, 상기 스위칭 암 각각은 상기 회전 전기 머신의 상(U, V, W)에 연결되는 중심 탭에서 함께 접속되는 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치를 포함하며, 상기 회전 전기 머신은 발전기로서 동작하고 전기 네트워크(1), 특히 자동차의 온-보드(on board) 네트워크에 연결되며,
    상기 방법은 상기 네트워크의 전압의 측정값(V*)이 제 1 사전 결정된 값 (VS1)을 초과할 때 상기 고정자의 적어도 하나의 상 권선을 단락시키는 단계 (E400)를 포함하고,
    상기 방법은 상기 단락 단계(E400)에 후속하여, 스위칭 암 - 상기 스위칭 암의 중심 탭은 상기 적어도 하나의 단락된 상 권선에 연결됨 - 을 활성화하는 단계(E500, E600, E700, E800)를 더 포함하되,
    상기 활성화 단계동안,
    - 상기 단락된 권선에서의 강도가 측정되고,
    - 상기 측정된 강도가 양(positive)인 경우, 상기 활성화된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치가 폐쇄 위치로 이동되며,
    - 그렇지 않은 경우, 상기 활성화된 스위칭 암의 상기 하이-사이드 스위치가 개방 위치로 이동되는 것
    을 특징으로 하는 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크의 상기 전압의 상기 측정값은 사전 결정된 시 상수(time constant)로 상기 네트워크의 상기 전압을 필터링함으로써 획득되는,
    제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 활성화 단계는 적어도 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 2 사전 결정된 값(VS2)보다 작아질 때까지 반복되는,
    제어 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성화 단계는 사전 결정된 시간 동안 반복되는,
    제어 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자의 모든 상 권선은 상기 단락 단계 동안 단락되고,
    상기 단락 단계에 후속하여 상기 활성화 단계가 모든 스위칭 암에 대해 수행되는,
    제어 방법.
  6. 발전기로서 동작하고 제 1 및 제 2 전원 공급 단자에 의해 전기 네트워크(1) - 상기 전기 네트워크(1)는 자동차의 온-보드 네트워크인 - 에 접속된 다상 회전 전기 머신(106)용 제어 시스템(101)으로서,
    복수의 병렬 장착된 스위칭 암을 포함하며 상기 전기 네트워크에 전압을 공급하는 제어 브리지(108) - 상기 암 각각은 상기 회전 전기 머신의 상 권선에 연결된 중심 탭에서 함께 접속된 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치를 포함함 - 와,
    상기 제어 브리지(108)의 상기 스위치들을 개방 또는 폐쇄할 수 있는 제어 회로(120)와,
    상기 제 1 및 제 2 전원 공급 단자 사이의 전압을 측정하기 위한 디바이스(130)
    를 포함하되,
    상기 제어 시스템(101)은, 사전 결정된 스위칭 암에 또한 접속된 적어도 하나의 사전 결정된 상 권선(U)에 대해, 상기 사전 결정된 상 권선을 통과하는 전류를 측정하기 위한 디바이스를 더 포함하고, 상기 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압(V*)이 제 1 값(VS1)을 초과할 때,
    - 상기 제어회로(120)가 상기 사전 결정된 스위칭 암의 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고,
    - 상기 전류 측정 디바이스(140u)는 상기 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하며,
    - 측정된 전류(Iu)의 강도가 양(positive)일 경우, 상기 제어 회로(120)는 상기 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하고,
    - 그렇지 않은 경우, 상기 제어 회로(120)는 상기 사전 결정된 스위칭 암의 상기 하이-사이드 스위치를 개방하는 것
    을 특징으로 하는 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 전압이 제 1 사전 결정된 값을 초과하는 것을 나타내는 검출에 후속하여, 사전 결정된 기간 동안 또는 상기 전압 측정 디바이스에 의해 측정된 상기 전압이 제 2 사전 결정된 값을 초과하는 동안 반복적인 방식으로,
    - 상기 제어 회로(120)는 상기 사전 결정된 스위칭 암의 상기 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고,
    - 상기 전류 측정 디바이스(140u)는 상기 사전 결정된 상을 통과하는 전류를 측정하며,
    - 상기 측정된 전류(Iu)의 강도가 양(positive)인 경우, 상기 제어 회로(120)는 상기 사전 결정된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하고,
    - 그렇지 않은 경우, 상기 제어 회로(120)는 상기 사전 결정된 스위칭 암의 상기 하이-사이드 스위치를 개방하는 것
    을 특징으로 하는 제어 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 각 상 (U, V, W)에 대해, 그 상을 통과하는 전류를 측정하기 위한 디바이스(140u, 140v, 140w)를 더 포함하고,
    각 상에 대해,
    - 상기 제어 회로(120)는 자신의 중앙 탭에 의해 해당 상에 연결된 상기 스위칭 암의 상기 로우-사이드 스위치를 폐쇄하고,
    - 상기 전류 측정 디바이스(140)는 이 상의 전류를 측정하며,
    - 이 상에서 측정된 전류(Iu, Iv, Iw)의 강도가 양인 경우, 상기 제어 회로(120)는 자신의 중앙 탭에 의해 상기 상에 연결된 스위칭 암의 하이-사이드 스위치를 폐쇄하고,
    - 그렇지 않은 경우, 상기 제어 회로(120)는 자신의 중앙 탭에 의해 상기 상에 연결된 스위치 암의 상기 하이-사이드 스위치를 개방하는 것
    을 특징으로 하는 제어 시스템.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템(101) 및 상기 제어 시스템(101)에 의해 제어되는 다상 코일형 회전 전기 머신(106)을 포함하는 전기 시스템(100).







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