KR20220011612A - 센서리스 정류 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정류 방법 및 2개의 권선 연결들 있는 권선 스트랜드를 갖는 단일 스트랜드 EC 모터에 관한 것으로, 권선 연결들 사이의 권선 스트랜드들의 전류 조절 디바이스를 포함하고, 전류 조절 디바이스는 일정한 값에서 각각의 경우에 양의 전류가 흐르는 제1 정류 위상과 음의 전류가 흐르는 제2 정류 위상 동안 상기 단일 스트랜드 EC 모터의 권선 전류를 조절하도록 설계되고, 전류 레귤레이터의 평균 출력 전압 값 u_w(t)은 정류 시간을 확인하는 데 사용된다.

Description

센서리스 정류 방법

본 발명은 단상(single-phase) EC 모터의 센서리스 정류 방법(sensorless commutation method) 및 단상 EC 모터에 관한 것이다.

단상 전자 정류 모터(electronically commutated motor, ECM)는 비교적 저렴하므로 예를 들어, 팬, 송풍기 또는 회전식 펌프 용과 같은 특정 드라이브 작업에 자주 사용된다. 이들은 일반적으로 홀 센서(Hall sensor)를 통해 제어된다.

EP 2 086 104 A2는 출력 신호를 생성하는 H-브리지 및 회전자 위치 센서가 있는 전자적으로 정류된 모터를 개시한다. 출력 신호의 함수로서, H-브리지의 하부 스위치는 시간 t2'에서 도전성 상태로 스위칭되고 결과적인 전기 회로에 의해, 전기 에너지가 기계적 에너지로 변환되어 시간 t3' 또는 t1에서, 출력 신호에 따라 전류가 흐르지 않거나 소량만 권선(winding)을 통해 흐르는 정류(commutation)가 발생할 수 있다. 시간 t2'는 정류 이후 권선에 흐르는 전류의 측정 및 평가를 통해 최적화된다.

그러나 최근 몇 년 동안 센서리스 정류(sensorless commutation)에 대한 수요가 증가하고 있다. 기본적으로, 단상 EC 모터의 센서리스 정류에 대한 다음 원리는 선행 기술에서 알려져 있다:

- 모터의 동기 내부 전압(synchronous internal voltage)의 모델 기반 계산을 통해 단상 EC 모터의 위치 센서리스 정류.

- 정전압 진폭의 사양으로 권선 전류(winding current)의 시간 곡선의 평가를 통해 단상 EC 모터의 위치 센서리스 정류.

- 무전류 위상(전류 갭) 동안 모터의 동기 내부 전압의 직접 평가를 통해 단상 EC 모터의 위치 센서리스 정류.

EC 모터를 정확하게 정의하기 위해, 한편으로는, 360°의 회전자 회전당 고정자 전류 펄스의 수는 예를 들어 1펄스, 2펄스, 3펄스 등으로 표시되며, 다른 한편으로 고정자의 위상 권선의 수는 예를 들어, 단상, 2상, 3상 등으로 표시된다.

따라서 이들은, 예를 들어, 단상 2펄스 ECM 또는 2상 2펄스 ECM이라고 지칭된다. 물리적 기능 측면에서 이 두 모터 유형들 사이에 기본적으로 차이가 없고 실제로는 항상 용어를 단순화하는 경향이 있으므로, 이러한 모터들은 전류 펄스당 하나의 위상 권선만 갖기 때문에 일반적으로 단상 EC 모터라고 지칭된다.

EP 2 60 397 A1에는 먼저 전류 리지(current ridge)의 위치와 전류 리지의 최대값에서 전류 진폭이 결정되는 실시 예가 개시되어 있다. 그런 다음 전류 새들(current saddle)의 영역의 최소 전류가 결정되고 가능하게는 그의 진폭도 결정된다. 최소값을 통한 통과(passage)가 발생하고 정류 절차를 트리거해야 하는 전류의 크기에 대한 값이 감지된 경우, 그런 다음 모터 전류가 이 계산된 값에 도달하거나 초과하면 정류 절차가 트리거링된다. 이 경우 요구 사항에 따라, 정류 절차를 트리거링하는 이 전류 값은 예를 들어 정류가 착수(start-up) 중에 늦게 발생하고 회전 속도가 증가함에 따라 초기 방향으로 점점 더 시프팅되는 방식으로 수학적으로 조작될 수 있다.

회전자 위치 센서가 없는 정류는 모터의 전자소자들(electronics)이 모터에서 떨어진 곳에 위치할 수 있으므로 전자소자들의 구성 요소들이 다른 작업에도 사용될 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어, 모터에 사용되는 마이크로프로세서는 작업을 조절하는 데에도 예를 들어 온도 조절을 위해 사용될 수 있다. 이것은 또한 필요한 경우 모터의 더 작은 실시 예를 허용한다.

이러한 모터에는 모터가 전자기 토크를 생성할 수 없는 회전자의 회전 위치가 존재하기 때문에, 보조 토크가 사용되며, 이는 이러한 제로 포인트(zero point)들에서 효과적이다. 이것은 자기적으로 생성된 보조 토크일 수 있으며, 이는 릴럭턴스 토크(reluctance torque)라고 지칭된다. 대안적으로, 이 보조 토크는 예를 들어 특정 회전 위치에서 응력을 받은 그 후 제로 포인트에서 그의 저장된 에너지를 방출하는 스프링을 통해 기계적으로 생성될 수 있다. 이 보조 토크의 기능은 주로 회전자를 회전시키는 것이며, 그래서, 그렇지 않으면 모터가 시작될 수 없기 때문에, 시작 시, 이는 모터가 전자기 토크를 생성할 수 없는 회전 위치에 있지 않는다. 대안적으로 비대칭성(asymmetry)들이 사용된다.

이러한 모터는 선호된 회전 방향을 갖는다. 송풍기나 펌프는 수송 매체에 의해, 예를 들어 공기 흐름에 의해 말하자면 "외부적으로 구동"될 수 있다는 점에서 추가적인 어려움이 발생한다; 이 외부 구동으로 인해 회전자가 원하는 방향으로 회전할지 아니면 반대 방향으로 회전할지 알 수 없다.

강력한 전류에서, 회전자의 회전 속도는 실제로 상당히 높을 수 있으며 홀 센서가 없는 모터에서는 이 경우 먼저 회전 방향을 결정하고 잘못된 경우 모터를 반전시키는 것이 요구된다.

예를 들어, EP 1 596 495 A2는 유도 전압의 형태에 기초하여, 즉, 회전하는 영구 자석 회전자가 무전류 위상 권선을 유도하는 전압에 기초하여 릴럭턴스(reluctance) 보조 토크로 이러한 EC 모터에서 회전 방향을 검출하는 것을 개시하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 단점을 극복하고 회전 방향의 검출도 가능한 단상 EC 모터에 대한 최적화되고 개선된 센서리스 정류 방법을 제안하는 것이다. 이 경우에도 EC 모터를 임의의 회전 방향(즉, 선호하는 회전 방향 및 그 반대 방향)으로 시작할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또 다른 목적은 외부 구동의 경우 이를 감지하고 EC 모터를 제동할 수 있다는 사실로 구성된다.

목적은 청구항 1의 특징에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명의 기본적인 아이디어 중 하나는 단상 EC 모터의 위치 센서리스 정류가 전류 조절을 직접 사용하여 수행된다는 사실로 구성된다. 이 전류 조절(예를 들어, 2-포인트 조절)은 단상 모터의 권선 전류를 두 개의 정류 위상들(양의 전류 흐름, 음의 전류 흐름) 동안 부분적으로 일정한 크기로 조절한다. 이 경우 모터의 두 권선 연결들 사이에 존재하는 이 (2-포인트) 전류 레귤레이터의 평균 출력 전압의 크기는 정류 시간, 즉, 두 정류 위상들 사이의 전환을 결정하는 데 사용된다. 이는 제한 값과의 단순 비교를 통해 수행된다. 값이 이 제한 값 아래로 떨어지면, 정류 위상의 전환이 수행된다. 여기서 제한 값은 정전류(옴 전압 강하)의 진폭에 비례하도록 선택될 수 있다. 이 경우, 정류 시간은 모터의 동기 내부 전압의 제로 크로싱 시간에 대응한다. 따라서 권선 전류와 동기 내부 전압은 위상이 같으며 최적화된 토크가 생성된다. 이것은 예를 들어 동기 내부 전압을 직접 감지하는 기존 방법의 정류 시간에 대응하지만 설명된 방법에서는 전류 갭을 통합할 필요가 없다는 장점이 있다. 상이한 제한 값들을 사용함으로써, 정류 시간을 변화시키는 것이 가능하고, 따라서 예를 들어 유리한 사전정류를 달성할 수 있다. 그러면 권선 인덕턴스로 인해 발생하는 정류 시간에 모터 권선의 전류 흐름의 지연된 반전이 보상된다.

유리한 실시 예에서, 감지된 정류 시간 이후 전류 흐름의 반전은 최대 속도가 아니라 정의된 변화율로 발생할 수 있다(예를 들어, 전류 레귤레이터의 입력에서 램프 함수의 지정을 통해). 따라서 특히 축류 팬(axial fan)의 경우 소음 방출(noise emission)과 관련하여 추가 개선을 달성하는 것이 가능하다.

정지 상태에서 모터의 시동이 2개의 정류 위상들 사이의 전환의 선택적 트리거링을 통해 강제되는 것도 유리하다. 이는 예를 들어 만료 후 정류 단계의 강제 전환이 수행되는 고정 시간 간격을 통해 지정될 수 있다. 따라서 회전자가 움직이고 동기 내부 전압을 (2-포인트) 전류 조정기의 출력 전압으로 피드백하여 추가 정류가 차례로 수행된다.

본 발명의 유리한 실시 예들에 따르면, 정류 위상 동안 (2-포인트) 전류 레귤레이터의 출력 전압 크기의 평균 기울기의 평가는 모터의 회전 방향을 결정하는 데 사용된다. 모터 구조의 비대칭으로 인해, 동기 내부 전압 크기의 평균 기울기는 회전자의 회전 방향에 따라 달라진다. 이는 (2-포인트) 전류 레귤레이터의 출력 전압 곡선에 직접 반영된다. 따라서 정류 위상 동안 평균적으로 양인 크기의 기울기는 양의 회전 방향으로 정의될 수 있으며 반대로, 평균적으로 음의 크기의 기울기는 음의 회전 방향으로 정의될 수 있다. 결과적으로, 양의 원하는 회전 방향이 필요할 때, 원하지 않는 음의 실제 회전 방향을 감지하고 적절한 방식, 예를 들어 제동 및 후속 재시동 시도로 대응할 수 있다.

이 경우 (2-포인트) 전류 레귤레이터의 평균 출력 전압은 기본적으로 듀티 사이클의 정의와 동일하다. 즉, 권선 연결들에서 평균 전압을 감지하는 대신 트리거링의 듀티 사이클/듀티 인자를 사용하는 것이 유리하다(사이클 지속 시간에 상대적인 온-타임(on-time) 또는 더 정확하게 말하면 온 타임(on-time) + 오프-타임(off-time)에 대한 온-타임(on-time)). 본 발명의 유리한 실시 예들에서, 이는 또한 펄스 폭 변조(PWM)에 의한 트리거링의 PWM 듀티 사이클일 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 변형은 종속항에 개시되어 있고 도면에 기초한 본 발명의 바람직한 실시 예의 설명과 함께 하기에 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은 정류 위상이 있는 예시적인 정전류 조정을 도시한다;
도 2는 평균 출력 전압의 크기와 전압 제한 값을 나타내는 함수 그래프를 도시한다;
도 3은 정의된 변화율로 전류 레귤레이터에서 미리설정된 전류(preset current)를 나타내는 함수 그래프를 도시한다;
도 4는 고정자 톱니(stator teeth)의 비대칭 설계를 가진 단상 EC 모터의 양 및 음의 회전 방향을 가진 동기 내부 전압의 시간 곡선을 도시한다;
도 5는 EC 모터의 양 및 음의 회전 방향으로 평균 출력 전압 크기의 시간 곡선을 도시한다;
도 6은 정류 방법의 블록도를 도시한다;
도 7은 흐름도를 도시한다: 특정 회전 방향으로의 시작;
도 8은 흐름도를 도시한다: 센서리스 시작을 위한 준비;
도 9는 흐름도를 도시한다: EC 모터의 능동 제동(active braking);
도 10은 능동 제동 중 평균 출력 전압의 크기와 전압 제한 값을 나타내는 함수 그래프를 도시한다;
도 11은 수평을 유지하는 회전자로 배향 동안 평균 출력 전압의 크기를 나타내는 함수 그래프를 도시한다;
도 12는 이미 올바르게 배향된 회전자로 배향 동안 평균 출력 전압의 크기를 나타내는 함수 그래프를 도시한다.

본 발명은 도 1 내지 도 12를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.

도시된 예시적인 실시 예로, 회전자 위치 검출을 위해 요구되는 홀(Hall) IC의 구성 요소 및 실장 비용을 절약하는 것이 가능하다. 홀 IC를 제거하면 모터 하우징(housing)에 회로 기판을 배치할 때도 자유도가 높아진다. 설명된 방법은 기본적으로 PWM 듀티 사이클(duty cycle)을 변경하여 모터 전류를 지속적으로 조절하는 전류 레귤레이터(current regulator)와 함께 펄스 폭 변조(PWM)을 통한 브리지-트리거링(bridge-triggering)을 기초로 한다. 이 PWM 듀티 사이클의 시간 곡선(time curve)의 평가를 기초로, 정류 시간을 감지하는 것 외에도 센서리스 정류(sensorless commutation)의 맥락에서 다른 하위작업의 경우, 정류 시간, 즉 정상 작동, 중에 전류 공급 패턴이 전환되는 시간, 회전 방향 감지, 능동 제동, 주로 미리 결정된 배향 위치로 수평을 유지하고 있는 회전자 운동의 진행 상황을 감지하기 위한 상기 회전자의 수평화(leveling-off) 동작의 크기를 결정할 수 있는 수평화 검출을 달성하는 것이 가능하다(시작 시 필요한 배향 시간을 단축/최소화하기 위해).

방법은 회전자를 원하는 배향 위치로 이동시키는 회전자의 파킹 기능(parking function)을 통해 향상된다. 원하는 회전 속도 값이 제거되고(taken away)(모터 작동 후) 또는 최소 지연(회전자의 배향에 기인한)으로 후속 모터 시동을 가능하게 하기 위해 공급 전압이 인가될 때(모터 작동 전) 시퀀스 제어 또는 자동 동작 제어는 모터 시동 중(제동, 수평화 감지로 배향, 선호하는 회전 방향 또는 반대 방향으로 킥 스타트(kick start))에 필요한 단계들의 실행을 보장하고 EC 모터가 원하는 회전 방향으로 회전하도록 한다. 필요한 경우, 독립적인 시동 시도가 반복적으로 수행된다.

도 1은 2개의 연속적인 정류 위상들 A와 B를 사용하여 정전류 조절이 가능한 단상 EC 모터의 예시적인 정류를 보여준다. 이 경우 단상 EC 모터의 위치 센서리스 정류(position sensorless commutation)는 전류 조절을 통해 발생한다. 이 전류 조절(예를 들어, 2-포인트 조절)은 EC 모터의 권선 전류 i_w(t)를 조절한다. 하나의(제1) 정류 위상 A에서 전원은 양의 전류 흐름으로 공급되고 각각 정류 위상 A에 이어지는 제2 정류 위상 B에서 파워는 음의 전류 흐름으로 공급된다. 정류 위상들 A 및 B 동안, 이 경우 전류 흐름은 본질적으로 일정하며 각각

및

값에 대응한다. 화살표와 점선은 정류 전자소자-또는 보다 정확하게는 전류 레귤레이터로 언급됨-가 정류 위상들 A 및 B 사이에서 전환을 생성하는 정류 시간을 나타낸다.

도 2는 2-포인트 전류 레귤레이터의 평균 출력 전압 u_w(t)의 크기와 전압 제한 값 u_WG를 나타내는 함수 그래프를 도시한다. 이 (2-포인트) 전류 레귤레이터의 평균 출력 전압의 크기는 이 경우 필요한 정류 시간, 즉, 두 정류 위상들 A 및 B 사이의 전환을 결정하는 데 사용된다. 이것은 표시된 전압 제한 값 u_WG와 간단한 비교를 통해 수행된다.

출력 전압 u_w(t)는 처음에 떨어지고 전압 제한 값 u_WG 아래로 떨어지면 정류 위상 A에서 정류 위상 B로의 전환이 수행된다. 이 경우 전압 제한 값 u_WG는 도 1로부터의 정전류의 크기에 비례하도록 선택될 수 있다(옴 전압 강하). 이 경우의 정류 시간은 동기 내부 전압의 제로 통과의 시간에 대응한다.

도 3은 시간 곡선에서 정의된 변화율로 전류 레귤레이터에서 미리 설정된 전류를 나타내는 기능 그래프를 도시한다. 의도적으로 다른, 즉 편차, 전압 제한 값 u_WG에 의해, 정류 시간을 변경하는 것이 가능하고 따라서 예를 들어 유리한 사전정류(precommutation)를 달성할 수 있다. 그러면 권선 인덕턴스로 인해 발생하는 정류 시간에 모터 권선의 전류 흐름의 지연된 반전(reversal)이 보상된다. 도 3에서, 검출된 정류 시간 이후 전류 흐름의 각 반전이 불규칙하게 또는 최대 속도(도 1에 도시된 바와 같이)에서 발생하지 않고 대신 정의된 변화율 s_w를 갖는 램프 함수(ramp function)를 따라 발생한다는 것이 분명하며, 여기서 s_w는 시간 도함수(time derivative)를 나타내며 따라서 평균 변화율을 나타낸다. 이것은 전류 i_w의 시간 차이에 의해 결정된다. 기술적으로, 이는 예를 들어 전류 레귤레이터의 입력에서 램프 함수를 지정함으로써 달성된다.

도 6은 정류 방법의 예시적인 블록도를 도시한다. 램프 함수는 전류 레귤레이터(11)의 입력에서 "희망 전류 값(desired current value)"으로 지정된 희망 값 입력 "희망 값(desired value)"에 의해 램프 생성 유닛(10)을 통해 구현된다. 이를 위해, 전류 조절기(11)는 EC 모터(13)에 연결된 전력 전자소자(12)에 대응하는 "제어 변수(control variable)"를 전송한다. 전력 전자소자(12)는 또한 "실제 전류 값"을 검출하기 위해 전류 검출 디바이스(14)를 포함한다. 이것은 필요하다면 "제어 변수"를 조정하기 위해 다시 한번 전류 레귤레이터(11)로 보내진다.

제한 값은 제한 값 검출기(15)를 통해 제어 로직 회로로 전송되고, 입력에서의 정류 상태는 OR 스위치(16) 및 플립플롭(17)을 통해 램프 생성 유닛으로 전송된다. 회전 속도 검출기(18) 및 회전 방향 검출기(19)도 제공된다. 명백한 바와 같이, 회전 방향 검출기(19)는 전압의 시간 곡선의 크기를 사용하고 이를 기울기 검출기(20)로부터 수신한다.

도 4는 고정자 톱니(stator teeth)가 비대칭으로 설계된 단상 EC 모터의 양 및 음의 회전 방향을 가진 동기 내부 전압의 시간 곡선을 도시한다. 이 경우, 예를 들어 에어 갭(air gap)이 일정하지 않고 대신 권선 톱니의 톱니 위치의 함수로서 원주 방향으로 변화하는 알려진 비대칭 개념이 사용될 수 있다. 2-포인트 전류 레귤레이터의 동기 내부 전압 u_p의 크기의 평균 기울기의 평가를 통해, 동기 내부 전압 크기의 평균 기울기가 회전자의 회전 방향에 의존하기 때문에 정류 위상 동안 비대칭을 이용하여 EC 모터의 회전 방향을 결정할 수 있다. 양의 기울기, 즉, 도 4의 좌측의 이미지와 같이 동기 내부 전압 u_p가 증가하면, 양의 회전 방향의 존재를 추론할 수 있고, 음의 기울기, 즉, 도 4의 우측의 이미지와 같이 동기 내부 전압 u_p의 감소로, 반대, 즉 음의 회전 방향의 존재를 추론하는 것이 가능하다. 따라서 회전 방향은 간단하면서도 신뢰할 수 있는 방식으로 결정될 수 있다.

이 전압 곡선은 도 5에 도시된 바와 같이 2-포인트 전류 레규레이터의 출력 전압의 곡선에도 직접 반영되기 때문에, 2-포인트 전류 레귤레이터의 출력 전압의 변화로부터 회전 방향을 상응하게 판독할 수 있다. 정류 위상 동안 크기의 평균 양의 기울기 |u_w|는 따라서 양의 회전 방향으로 정의될 수 있으며 크기의 평균 음의 기울기 |u_w|는 역으로 음의 회전 방향으로 평가될 수 있다. 결과적으로 원하는 양의 회전 방향이 필요할 때, 도 9의 흐름도에 도시된 바와 같이 편차가 있는 음의 실제 회전 방향은 예를 들어 제동 및 후속 재시동 시도와 같이 제어 관점에서 적절한 방식으로 감지되고 반응될 수 있다.

도 7은 특정 회전 방향에서 단상 EC 모터의 시동을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 모터 시동에서, 먼저 회전자가 고정된 시작 위치로 배향되고 그 후 다음 제1 센서리스 정류 단계로 즉시 시작된다. 고정된, 미리 결정된 회전 필드 램프로 시간순으로(chronologically) 제어되는 가속은 발생하지 않는다. 이 경우 제1 정류 단계의 패턴은 원하는 회전 방향에 따라 약간 다르다. 회전자의 배향 이후, 제1 강제 정류가 의사-홀 신호(pseudo-Hall signal)(정류가 수행되는 데 기반을 둔 대체 홀 신호)의 반전을 통해 발생하여, 회전자가 움직이도록 설정된다(모터 시동). 시동(정상 작동과 반대)에 최적화된(전류 조절의 결과 PWM 듀티 사이클 평가를 통해) 센서리스 위치 검출의 파라미터화를 통해, 제1 후속 극성 변화(polarity change)가 이미 감지된다. 원하는 회전 방향으로 시작하면, 이 제1 검출된 정류 시간으로, 다음 전원 공급 패턴은 의사 홀 레벨을 변경하여 활성화되고, 회전자는 계속 회전한다. 시동에 최적화된 고정된 수의 이러한 정류들 이후, 회전자 위치 검출의 파라미터화는 최종적으로 정상 동작을 위한 값으로 변경되어 스위치는 센서리스 정상 동작으로 전환된다. 선호하는 회전 방향과 반대 방향으로 시동하면, 제1 검출된 정류 시간으로, 정류는 의도적으로 수행되지 않고 대신 현재 전원 공급 패턴이 유지된다. 따라서 회전자가 계속 회전함에 따라, 점차적으로 반대 방향으로 작용하는 더 강력한 토크가 설정되어 회전자를 제동하고 결국에는 반대 방향으로 움직이게 한다. 도시된 것은 정지 상태에서 시작하는 회전자로, 이는 선호하는 방향으로 첫 번째 불가피한 시동 후 수평화 동작을 통해 반대 방향으로 계속 작동한다.

도 8은 센서리스 시동의 준비를 설명하기 위한 흐름도이며, 이는 결국 정상 작동으로 전환된다.

도 9는 EC 모터의 능동 제동을 설명하기 위한 흐름도이다. 흐름도는 다음과 같은 하위 기능을 포함한다: 능동 제동을 위한 정류를 위한 대체 홀 신호 생성의 및 제동에 최적화된 센서리스 위치 감지 설정 설립.

도 10은 평균 출력 전압 u_w(t)의 크기와 능동 제동 중 정류에 대한 관련 전압 제한 값을 나타내는 함수 그래프를 도시한다. 능동 제동 동안 적용된 평균 전압은 모터 권선에 유도되는 동기 내부 전압의 극성과 위상이 반대이므로, 전류 레귤레이터가 권선에 가하는 전류는 비교적 낮은 평균 전압에서도 달성된다. 모터에 유도된 전압의 극성이 바뀌면, 전류 레귤레이터의 평균 출력 전압이 증가하기 시작한다. 제한 값 U_wG 위의 이러한 증가는 정류에 사용된다.

도 11 및 도 12는 각각 전류 레귤레이터에 의해 미리 결정된 일정한 권선 전류로 회전자의 배향 동안 평균 출력 전압 u_w(t)의 크기를 나타내는 함수 그래프를 도시한다. 회전자의 배향과 그의 사실상 정지된 상태는 후속 센서리스 모터 시동(킥 스타트)을 위한 기본 요구 사항이다. 도 11은 이전에 배향 홈 위치(orientation home position)에 있지 않았던 회전자의 평균 출력 전압 u_w(t)의 곡선을 보여주며 회전자의 수평 조정 동작이 곡선에 반영된다. u_w(t)(U_wA라고 함)의 아이들 레벨(idle level)에 중첩되는 교번 부분의 진폭을 평가함으로써, 그의 정지 위치로부터 수평화 회전자 운동의 편향(deflection)을 추론할 수 있으므로 회전자 배향으로부터 모터 시작(킥 스타트)으로의 전환에 대한 이상적인 가장 빠른 시간을 찾을 수 있다. 또한, 이러한 중첩 교번 부분의 순시 극성(instantaneous polarity)으로부터, 수평화 동작의 순간 방향을 추론하는 것이 가능하고 수평화 동작의 순간 방향이 수행되어야 하는 모터 시동(킥 스타트)의 방향과 일치할 때 따라서 유리한 실시 예에서 모터 시동이 그 순간에 정확하게 트리거되도록 할 수 있다. 따라서, 수평화 회전자가 완전히 정지하기 전에도 수평화 동작의 흐름 동안 모터 시동이 발생하는 것이 유리하게 가능하여 배향에 필요한 시간을 더욱 단축될 수 있다(시동 지연 최소화). 대조적으로, 도 12는 이미 배향 홈 위치에 있는 회전자의 평균 출력 전압 u_w(t)의 곡선을 도시하며, 회전자의 배향을 위해 추가 시간을 사용할 필요가 없으므로 모터 시동(킥 스타트)이 즉시 발생할 수 있다. 이 평균 출력 전압 u_w(t)의 평가로, 따라서, 서로 다른 회전자 장착들의 서로 다른 관성 모멘트들과 무관하게, 항상 회전자의 방향에서 모터 시동으로의 전환을 위한 가능한 가장 빠른 시간을 찾아 시동 지연을 최소화하는 것이 가능하다.

Claims (13)

1. 2개의 권선 연결(winding connection)들이 있는 하나의 위상 권선(phase winding)을 갖는 단상 EC 모터에 있어서, 상기 권선 연결들 사이의 상기 위상 권선의 전류 조절 디바이스(current-regulating device)를 포함하고, 상기 전류 조절은 양(positive)의 전류가 흐르는 제1 정류 위상(commutation phase)과 음(negative)의 전류가 흐르는 제2 정류 위상 모두 동안 상기 단상 EC 모터의 권선 전류를 일정한 크기로 조절하도록 설계되고, 상기 정류 시간은 전류 레귤레이터(current regulator)의 평균 출력 전압 u_w(t)의 크기를 이용하여 결정되는, 단상 EC 모터.
2. 제1항에 따른 단상 EC 모터의 정류 방법에 있어서, 상기 위상 권선의 상기 전류 레귤레이터에 의한 전류 조절은 제1 정류 위상(commutation phase) (A) 동안, 상기 위상 권선에 본질적으로 일정한 양의 전류 흐름이 공급되고 제2 후속 정류 위상 (B) 동안, 상기 위상 권선에 본질적으로 일정한 음의 전류 흐름이 공급되는 방식으로 수행되며, 각각의 정류 시간은 상기 전류 레귤레이터의 평균 출력 전압 u_w(t)의 크기를 사용하여 결정되는, 정류 방법.
3. 제2항에 있어서, 각각의 정류 시간의 결정은 상기 전류 레귤레이터의 상기 평균 출력 전압 u_w(t)와 미리 결정된 전압 제한 값 u_WG의 비교를 통해 수행되고 상기 전압이 전압 제한 값 u_WG 아래로 떨어지는 시간은 정류 위상들 (A, B)의 전환이 발생하는 정류 시간으로 정의되는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 전압 제한 값 u_WG는 상기 정류 위상들 (A, B) 동안 각각의 정전류의 크기에 비례하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 정류 위상 (A)으로부터 상기 제2 정류상 (B)으로 전환이 발생하는 상기 정류 시간은 상기 EC 모터의 동기 내부 전압(synchronous internal voltage)의 제로 크로싱(zero crossing)에 대응하는 시간인 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 사전정류 각도(precommutation angle)를 달성하기 위해, 정류 시간은 상기 전압 제한 값 u_WG의 적응을 통해 변경되는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류 시간에서 상기 정류 위상들 (A, B)의 전환에서 상기 전류 흐름의 반전은 불규칙하게 발생되지 않으며, 상기 전류 레귤레이터의 입력에서 이러한 목적을 위해 램프 함수(ramp function)가 적용된다는 점에서 정의된 변화율에 따르는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 먼저, 정지로부터 상기 EC 모터의 시동은 미리 결정된 시간이 경과한 후, 회전자를 회전 운동으로 설정하기 위해 각각의 제1 정류 위상으로부터 각각의 제2 정류 위상으로의 전환이 발생하는 방식으로 상기 제1 및 제2 정류 위상들 (A, B) 사이의 전환을 선택적으로 트리거링(triggering)하여 달성되는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 정류 위상들 (A, B) 동안 상기 전류 레귤레이터의 상기 출력 전압 u_w(t) 크기의 평균 기울기 또는 시간 차이의 평가를 통해, 상기 EC 모터의 상기 회전 방향이 결정되고, 특히, 상기 정류 위상 동안 상기 크기 차이의 평균 양의 기울기 또는 양의 부호는 양의 회전 방향으로 정의되고 특히, 상기 정류 위상 동안 상기 크기 차이의 평균 음의 기울기 또는 음의 부호는 음의 회전 방향으로 정의되는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류 시간을 결정하기 위해, 상기 전류 레귤레이터의 상기 평균 출력 전압 u_w(t) 평가 대신 펄스 폭 변조(PWM)를 통한 트리거링의 PWM 듀티 사이클이 사용되는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 레귤레이터의 상기 평균 출력 전압의 시간 곡선의 평가를 통해, 특히 상기 평균 출력 전압에 중첩된 진동(oscillation)에서 상기 회전자의 수평화 동작(leveling-off motion)의 반영(reflection)의 평가를 통해 상기 회전자의 배향의 지속 시간이 단축되는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 전류 레귤레이터의 상기 평균 출력 전압에 중첩되고 상기 회전자의 상기 수평화 동작을 반영하는 AC 전압을 기초로, 순간적인 회전자 수평화 동작의 방향을 유추하는 것이 가능하고, 결과적으로, 상기 모터 시동은 배향되어야 하는 상기 회전자의 수평화가 완료되기 전에도 발생할 수 있으며 상기 회전자의 수평화 동작과 동시에 발생할 수 있는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.
13. 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 모터 시동이 멈추기 전에 모터 전류를 설정하는 상기 전류 레귤레이터의 평균 출력 전압 평가를 통해 상기 회전자가 능동 제동에 의해 제동되며, 제한 값을 초과하면 정류가 수행되는 것을 특징으로 하는, 정류 방법.

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