KR20220047835A - 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치, 전기 기계 및 방법 - Google Patents

전기 기계의 작동을 위한 제어 장치, 전기 기계 및 방법 Download PDF

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크리스토프 엠데
안드레아스 슈미트레인
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전기 기계(1)의 작동을 위한 제어 장치(8)에 관한 것이고, 이러한 기계(1)는 회전자(2), 고정자(4) 및 전력 전자 장치(7)를 포함하고, 회전자(2)는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트(3)에 회전 불가능하게 배열되고, 고정자(4)는 하우징에 고정된 상태로 배열되고, 3개 이상의 위상(U, V, W)들을 갖는 고정자 권선(5)을 포함하고, 전력 전자 장치(7)는, 위상(U, V, W)들이 전기 에너지 저장기(6)와 전기적으로 연결되도록/연결 가능하도록 하는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 제어 장치(8)는 제1 컴퓨팅 유닛(10) 및 제2 컴퓨팅 유닛(11)을 포함하고, 컴퓨팅 유닛(10, 11)들에 의해 스위칭 소자들의 제어를 위한 제어 신호들을 결정하도록 형성된다. 제1 컴퓨팅 유닛(10)은 회전자(2)를 위한 설정 회전수(RPM설정) 및 회전자(2)의 실제 회전수에 따라 위상(U, V, W)들을 위한 설정 전압 벡터의 절대값(|U|)을 결정하도록 형성되고, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 통신 기술적으로 제1 컴퓨팅 유닛(10)과 연결되고, 설정 전압 벡터의 절대값(|U|) 및 회전자(2)의 실제 회전 각도(
Figure pct00023
실제)에 따라 제어 신호들을 결정하도록 형성된다.

Description

전기 기계의 작동을 위한 제어 장치, 전기 기계 및 방법
본 발명은 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치에 관한 것이며, 이러한 기계는 회전자, 고정자 및 전력 전자 장치를 포함하고, 회전자는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트에 회전 불가능하게 배열되고, 고정자는 하우징에 고정된 상태로 배열되고, 3개 이상의 위상들을 갖는 고정자 권선을 포함하고, 전력 전자 장치는, 위상들이 전기 에너지 저장기와 전기적으로 연결되도록/연결 가능하도록 하는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 이러한 제어 장치는 제1 컴퓨팅 유닛 및 제2 컴퓨팅 유닛을 포함하고, 컴퓨팅 유닛들에 의해 스위칭 소자들의 제어를 위한 제어 신호들을 결정하도록 형성된다.
또한, 본 발명은 이러한 유형의 제어 장치를 구비한 전기 기계에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 유형의 제어 장치에 의해 전기 기계를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 기계는 회전자 및 고정자를 포함한다. 이 경우, 회전자는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트에 회전 불가능하게 배열된다. 고정자는 하우징에 고정된 상태로 배열되므로, 회전자와 고정자는 서로에 대해 회전 가능하다. 대부분의 경우, 고정자는 3개 이상의 위상들을 갖는 고정자 권선을 포함한다. 이 경우, 위상들은, 위상들의 적절한 전류 공급을 통해 회전자가 구동 가능하거나 회전 가능한 방식으로 회전자를 중심으로 분포된 상태로 배열된다. 위상들의 적절한 전류 공급을 보장하기 위하여, 전력 전자 장치에 복수의 스위칭 소자들이 제공된다. 전력 전자 장치 또는 스위칭 소자들을 통해 위상들은 전기 에너지 저장기와 전기적으로 연결되거나 에너지 저장기로부터 전기적으로 분리된다.
전기 기계들의 작동을 위해, 제1 컴퓨팅 유닛 및 제2 컴퓨팅 유닛을 포함하는 제어 장치들이 종래 기술로부터 공지되어 있으며, 제어 장치들은 컴퓨팅 유닛들에 의해 스위칭 소자들의 제어를 위한 제어 신호들을 결정하도록 형성된다. 이 경우, 사전에 공지된 제어 장치들에 따라, 일반적으로 제1 컴퓨팅 유닛은 회전자를 위한 설정 회전수, 회전자의 실제 회전수, 회전자의 실제 회전 각도에 따라 개별 위상들을 위한 설정 위상 전압들을 결정하도록 형성된다. 이때, 제2 컴퓨팅 유닛은 결정된 설정 위상 전압들에 따라 스위칭 소자들의 제어를 위한 제어 신호들을 결정하도록 형성된다. 제어 신호들에 따라 스위칭 소자들을 제어함으로써, 이때 위상들에는 원하는 설정 위상 전압들이 가해진다. 예를 들어, 이를 위해 전력 전자 장치의 스위칭 소자들은 펄스폭 변조 방식으로 스위칭된다.
청구항 제1항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 제어 장치는, 제1 컴퓨팅 유닛 내의 제어 신호들의 결정을 위해 보유되어야 하는 컴퓨팅 용량이 사전에 공지된 제어 장치들에 비해 감소된다는 장점을 갖는다. 본 발명에 따르면, 이를 위해 제1 컴퓨팅 유닛은 회전자를 위한 설정 회전수 및 회전자의 실제 회전수에 따라 위상들을 위한 설정 전압 벡터의 절대값을 결정하도록 형성되고, 제2 컴퓨팅 유닛은 설정 전압 벡터의 절대값 및 회전자의 실제 회전 각도에 따라 제어 신호들을 결정하도록 형성된다. 이를 위해, 본 발명에 따라 제2 컴퓨팅 유닛은 통신 기술적으로 제1 컴퓨팅 유닛과 연결되므로, 제1 컴퓨팅 유닛은 제2 컴퓨팅 유닛에 설정 전압 벡터의 절대값을 제공할 수 있다. 이 경우, 설정 회전수는, 제어 신호들에 따라 스위칭 소자들을 제어함으로써 달성되어야 하는 사전 결정된 회전수를 의미한다. 설정 전압 벡터는, 설정 위상 전압들에 대응하는 전압 벡터이다. 예를 들어, 설정 위상 전압들은, 회전자와 함께 회전하는 좌표 또는 고정자에 고정된 좌표 내의 설정 전압 벡터를 통해 설명된다. 이 경우, 제1 컴퓨팅 유닛을 통해서는 설정 전압 벡터의 절대값만 결정된다. 바람직하게, 제2 컴퓨팅 유닛은 설정 전압 벡터의 배향 및/또는 개별 설정 위상 전압들을 결정하도록 형성된다. 이 경우, 제어 신호들은 바람직하게, 제어 신호들에 따라 전력 전자 장치가 제어될 때 사인파 곡선을 갖는 실제 위상 전압이 각각의 위상들에 각각 인가되는 방식으로 결정된다.
바람직한 일 실시예에 따라, 제어 장치는 마이크로컨트롤러로서 형성된다. 즉, 제어 장치는, 제1 컴퓨팅 유닛 뿐만 아니라 제2 컴퓨팅 유닛도 포함하는 전자 부품, 즉 마이크로컨트롤러이다. 이 경우, 컴퓨팅 유닛들은 특히 마이크로컨트롤러의 동일한 회로 기판 상에 배열된다. 제어 장치를 마이크로컨트롤러로서 형성함으로써 제어 장치는 공간 절약식으로 형성된다.
바람직하게, 제1 컴퓨팅 유닛은 마이크로컨트롤러의 메인 컴퓨팅 유닛이다. 제1 컴퓨팅 유닛이 메인 컴퓨팅 유닛임으로 인하여, 제어 신호들의 결정을 위해 마이크로컨트롤러의 메인 컴퓨팅 유닛의 감소된 컴퓨팅 용량만이 요구된다. 이에 따라, 메인 컴퓨팅 유닛은 메인 컴퓨팅 유닛을 통해 실행될 그 밖의 컴퓨팅 프로세스를 위해 충분한 컴퓨팅 용량을 여전히 갖는다.
바람직하게, 제2 컴퓨팅 유닛은 마이크로컨트롤러의 보조 컴퓨팅 유닛이다. 이러한 유형의 보조 컴퓨팅 유닛들은 주변 장치 유닛들로서 일반적으로는 어차피 마이크로컨트롤러들 내에 이미 포함되어 있다. 이에 따라, 그밖에는 존재하지 않는, 제어 신호들의 결정을 위한 추가 컴퓨팅 유닛이 제공될 필요가 없다. 바람직하게, 보조 컴퓨팅 유닛은 마이크로컨트롤러의 타이머이다. 이러한 타이머는 특히 짧은 순환 시간을 가지므로, 시간적으로 연속하는 제어 신호들이 제어 신호들 사이의 짧은 시간 간격들로 결정 가능하다. 이를 통해, 제어 장치에 의한 전기 기계의 정확한 제어가 가능하다.
바람직한 일 실시예에 따라, 제1 컴퓨팅 유닛은 제1 순환 시간을 갖고, 제2 컴퓨팅 유닛은 제2 순환 시간을 가지며, 제2 순환 시간은 제1 순환 시간보다 짧다. 시간적으로 연속하는 제어 신호들을 결정할 때, 제어 신호들 사이의 특히 짧은 시간 간격들이 바람직하다. 설정 전압 벡터의 시간적으로 연속하는 절대값들을 결정할 때는, 이와 같이 짧은 시간 간격들이 필요하지 않다. 이에 따라, 더 짧은 제2 순환 시간을 갖는 제2 컴퓨팅 유닛 및 더 긴 제1 순환 시간을 갖는 제1 컴퓨팅 유닛을 제공하는 것이 특히 바람직하다. 특히, 제1 컴퓨팅 유닛은 느린 제1 조절 장치 또는 회전수 조절 장치를 형성하고, 제2 컴퓨팅 유닛은 제1 조절 장치에 비해 빠른 제2 조절 장치를 형성한다. 제1 컴퓨팅 유닛은 예를 들어 약 1㎳의 순환 시간을 갖는다. 예를 들어, 제2 컴퓨팅 유닛은 약 50㎲의 순환 시간을 갖는다.
바람직한 일 실시예에 따라, 제어 장치는 하나의 디바이스를 포함하고, 제2 컴퓨팅 유닛은, 이러한 디바이스에 의해 수신된 데이터에 따라 회전자의 실제 회전 각도를 결정하도록 형성된다. 제2 컴퓨팅 유닛을 통한 실제 회전 각도가 제어 신호들의 결정을 위해 필요하기 때문에, 제2 컴퓨팅 유닛은 특히 제2 컴퓨팅 유닛의 짧은 순환 시간으로 인하여 회전 각도의 결정에 특히 적합하다. 특히, 이러한 디바이스는 통신 기술적으로 전기 기계의 회전 각도 센서와 연결되므로/연결 가능하므로, 이러한 회전 각도 센서를 통해 측정되는 데이터가 디바이스에 제공 가능하다.
바람직한 일 실시예에 따라, 제1 컴퓨팅 유닛은, 하나 이상의 허용 가능한 최대 위상 전류를 결정하고, 결정된 최대 위상 전류를 제2 컴퓨팅 유닛에 지정하도록 형성되고, 제2 컴퓨팅 유닛은 최대 위상 전류에 따라 제어 신호들을 결정하도록 형성된다. 이 경우, 최대 위상 전류는, 위상들을 통해 흐르는 전류의 최대로 허용 가능한 값을 의미한다. 최대 위상 전류의 지정을 통해, 회전자의 실제 회전수의 특히 매끄러운 진행 곡선이 달성된다.
바람직한 일 실시예에 따라, 제1 컴퓨팅 유닛은 하나 이상의 설정 정류 각도를 결정하도록 형성되고, 결정된 설정 정류 각도를 제2 컴퓨팅 유닛에 지정하도록 형성되고, 제2 컴퓨팅 유닛은 설정 정류 각도에 따라 제어 신호들을 결정하도록 형성된다. 이 경우, 설정 정류 각도는 위상들의 사전 정류를 발생시키기 위해 지정된 각도를 의미한다. 원하는 사전 정류 또는 설정 정류 각도는 일반적으로 회전수에 따라 지정된다. 설정 전압 벡터의 절대값을 결정하기 위한 제1 컴퓨팅 유닛의 설정 회전수 및 실제 회전수가 어차피 공지되기 때문에, 제1 컴퓨팅 유닛은 설정 정류 각도의 결정에 특히 적합하다.
본 발명에 따른 전기 기계는 회전자, 고정자 및 전력 전자 장치를 포함하고, 회전자는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트에 회전 불가능하게 배열되고, 고정자는 하우징에 고정된 상태로 배열되고, 3개 이상의 위상들을 갖는 고정자 권선을 포함하고, 전력 전자 장치는, 위상들이 전기 에너지 저장기와 전기적으로 연결되도록/연결 가능하도록 하는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 이러한 전기 기계는 청구항 제9항의 특징들에 의하여 본 발명에 따른 제어 장치를 특징으로 한다. 이로부터도, 상술한 장점들이 얻어진다. 추가의 바람직한 특징들 및 특징들의 조합이 상기 설명 내용 및 청구항들로부터 얻어진다.
바람직한 일 실시예에 따라, 기계는 회전자의 실제 회전 각도를 모니터링하기 위한 회전 각도 센서를 포함한다. 바람직하게, 회전 각도 센서는, 회전자와 함께 회전하는 측정값 송신기, 특히 자기장 생성기와, 하우징에 고정된 수신기, 특히 자기장 감지 요소를 포함한다.
회전자, 고정자, 전력 전자 장치 및 제어 장치를 포함하는 전기 기계의, 본 발명에 따른 작동 방법으로서, 회전자는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트에 회전 불가능하게 배열되고, 고정자는 하우징에 고정된 상태로 배열되고, 3개 이상의 위상들을 갖는 고정자 권선을 포함하고, 전력 전자 장치는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 스위칭 소자들의 제어를 위한 제어 신호들이 제어 장치를 통해 결정되고, 스위칭 소자들은, 위상들이 스위칭 소자들을 통해 선택적으로 전기 에너지 저장기와 전기적으로 연결되거나 전기 에너지 저장기로부터 전기적으로 분리되는 방식으로 제어 신호들에 따라 제어되는, 전기 기계의 작동 방법은 청구항 제11항의 특징들에 의하여, 회전자를 위한 설정 회전수 및 회전자의 실제 회전수에 따라 위상들을 위한 설정 전압 벡터의 절대값이 제어 장치의 제1 컴퓨팅 유닛을 통해 결정되고, 설정 전압 벡터의 절대값과 회전자의 실제 회전 각도에 따라 제어 신호들이 제1 컴퓨팅 유닛과 통신 기술적으로 연결된 제어 장치의 제2 컴퓨팅 유닛을 통해 결정되는 것을 특징으로 한다.
하기에서 본 발명은 도면들에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1은 제어 장치를 구비한 전기 기계를 도시한 도면이다.
도 2는 제어 장치를 개략적으로 도시한 상세도이다.
도 3은 전기 기계의 작동 방법을 도시한 도면이다.
도 1은 전기 기계(1)를 개략적인 도면으로 도시한다. 이 경우, 기계(1)는 전기 정류 기계(1)이다. 기계(1)는, 이 경우 영구 자석인 회전자(2)를 포함한다. 회전자(2)는, 기계(1)의 도시되지 않은 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 회전자 샤프트(3)에 배열된다. 또한, 기계(1)는 고정자 권선(5)을 구비한 고정자(4)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에 따라, 고정자 권선(5)은 3개의 위상(U, V 및 W)들을 포함한다. 이러한 위상(U, V 및 W)들은, 위상(U, V 및 W)들의 적절한 전류 공급을 통해 회전자(2)가 구동 가능하거나 회전 가능한 방식으로 회전자(2)를 중심으로 분포된 상태로 배열된다.
기계(1)에는 전기 에너지 저장기(6)가 할당된다. 에너지 저장기(6)는 기계(1)의 전력 전자 장치(7)에 의해 위상(U, V 및 W)들과 전기적으로 연결되고/연결 가능하다. 이를 위해, 전력 전자 장치(7)는 예를 들어, 위상(U, V 및 W)들의 수에 상응하는 수의 하프 브리지들을 포함하고, 각각의 하프 브리지들은 각각 2개의 반도체 스위치들을 포함하고, 각각의 위상(U, V 및 W)들은 하프 브리지들 중 각각 하나의 다른 하프 브리지를 통해 에너지 저장기(6)와 연결되고/연결 가능하다.
또한, 기계(1)는 회전자(2)의 실제 회전 각도(
Figure pct00001
실제)를 모니터링하기 위한 회전 각도 센서(9)를 포함한다. 이러한 회전 각도 센서(9)는 예를 들어, 측정값 송신기로서의 자기장 생성기 및 수신기로서의 자기장 감지 요소를 포함한다.
또한, 전기 기계(1)는, 위상(U, V 및 W)들을 통해 흐르는 실제 위상 전류(I합)들을 측정하도록 형성된 전류 측정 장치(17)를 포함한다. 이 경우, 전류 측정 장치(17)는 전력 전자 장치(7)와 전기적으로 연결되고, 전력 전자 장치(7)의 영역 내의 실제 위상 전류(I합)들을 측정하도록 형성된다.
또한, 기계(1)는 전력 전자 장치(7)의 스위칭 소자들을 제어하기 위한 제어 신호들을 결정하고, 이러한 제어 신호들에 따라 전력 전자 장치(7)를 제어하도록 형성된 제어 장치(8)를 포함한다. 제어 장치(8)는 통신 기술적으로 회전 각도 센서(9)와 연결되므로, 제어 장치(8)에는 제어 신호들의 결정을 위하여 회전 각도 센서(9)를 통해 측정되는 데이터가 제공 가능하다. 또한, 제어 장치(8)는 전류 측정 장치(17)와도 통신 기술적으로 연결되므로, 제어 장치(8)에는 측정된 실제 위상 전류(I합)들도 제공 가능하다.
도 2는 제어 장치(8)의 개략적인 상세도를 도시한다. 제어 장치(8)는 마이크로컨트롤러(8)이다. 이러한 마이크로컨트롤러(8)는, 마이크로컨트롤러(8)의 메인 컴퓨팅 유닛(10)인 제1 컴퓨팅 유닛(10)과, 마이크로컨트롤러(8)의 보조 컴퓨팅 유닛(11) 또는 타이머(11)인 제2 컴퓨팅 유닛(11)을 포함한다. 이 경우, 컴퓨팅 유닛(10 및 11)들은 자신들의 순환 시간들에 있어 서로 상이하다. 제1 컴퓨팅 유닛(10)은, 제2 컴퓨팅 유닛(11)의 제2 순환 시간보다 긴 제1 순환 시간을 갖는다.
이 경우, 제1 컴퓨팅 유닛(10)은 회전자(2)를 위한 설정 회전수(RPM설정) 및 회전자(2)의 실제 회전수에 따라 위상(U, V 및 W)들을 위한 설정 전압 벡터의 절대값(|U|)을 결정하도록 형성된다. 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 통신 기술적으로 제1 컴퓨팅 유닛(10)과 연결되고, 설정 전압 벡터의 결정된 절대값(|U|) 및 회전자(2)의 실제 회전 각도(
Figure pct00002
실제)에 따라 제어 신호들을 결정하도록 형성된다.
이를 위해, 제1 컴퓨팅 유닛(10)은 절대값 결정 유닛(12), 정류 각도 지정 유닛(13) 및 최대 전류 지정 유닛(14)을 포함한다. 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 제어 신호 결정 유닛(15) 및, 회전자 각도 결정 유닛(16)인 디바이스(16)를 포함한다.
제어 장치(8)는 회전자 각도 결정 유닛(16)에 의하여 회전 각도 센서(9)와 통신 기술적으로 연결된다. 회전자 각도 결정 유닛(16)은, 회전 각도 센서(9)를 통해 측정된 데이터에 따라 회전자(2)의 실제 회전 각도(
Figure pct00003
실제)를 결정하도록 형성된다. 또한, 회전자 각도 결정 유닛(16)은 통신 기술적으로 제어 신호 결정 유닛(15) 및 절대값 결정 유닛(12)과 연결됨으로써, 결정된 실제 회전 각도(
Figure pct00004
실제)를 이러한 유닛(15 및 12)들에 제공할 수 있게 된다.
제어 장치(8)는 제어 신호 결정 유닛(15)에 의하여 통신 기술적으로 전류 측정 장치(17)와 연결되므로, 전류 측정 장치(17)를 통해 측정된 실제 위상 전류(I합)들은 제어 신호 결정 유닛(15)에 제공 가능하다.
절대값 결정 유닛(12)은, 실제 회전 각도(
Figure pct00005
실제) 또는 실제 회전 각도(
Figure pct00006
실제)의 진행 곡선에 따라 회전자(2)의 실제 회전수를 결정하도록 형성된다. 또한, 절대값 결정 유닛(12)은 회전자(2)를 위한 설정 회전수(RPM설정)를 수신하도록 형성된다. 이를 위해, 절대값 결정 유닛(12)은 도시되지 않은 추가 제어 장치와 통신 기술적으로 연결된다. 절대값 결정 유닛(12)은, 설정 회전수(RPM설정) 및 실제 회전수에 따라 설정 전압 벡터의 절대값(|U|)을 결정하도록 형성된다. 출력측에서, 절대값 결정 유닛(12)은 정류 각도 지정 유닛(13), 최대 전류 지정 유닛(14) 및 제어 신호 결정 유닛(15)과 통신 기술적으로 연결됨으로써, 결정된 절대값(|U|)을 이러한 유닛(13, 14 및 15)들에 제공할 수 있게 된다.
정류 각도 지정 유닛(13)은 통신 기술적으로 제어 신호 결정 유닛(15)과 연결되므로, 정류 각도 지정 유닛(13)의 실제 위상 전류(I합)들은 제어 신호 결정 유닛(15)을 통해 제공 가능하다. 정류 각도 지정 유닛(13)은, 수신된 절대값(|U|) 및 수신된 실제 위상 전류(I합)들에 따라 설정 정류 각도(
Figure pct00007
오프셋)를 결정하고, 설정 정류 각도(
Figure pct00008
오프셋)를 제어 신호 결정 유닛(15)에 제공하도록 형성된다.
최대 전류 지정 유닛(14)은, 수신된 절대값(|U|)에 따라 허용 가능한 최대 위상 전류(I최대)를 결정하고, 허용 가능한 최대 위상 전류(I최대)를 제어 신호 결정 유닛(15)에 제공하도록 형성된다.
궁극적으로, 제어 신호 결정 유닛(15)은, 절대값(|U|), 설정 정류 각도(
Figure pct00009
오프셋), 허용 가능한 최대 위상 전류(I최대), 실제 회전 각도(
Figure pct00010
실제) 및 실제 위상 전류(I합)에 따라 전력 전자 장치(7)의 스위칭 소자들을 위한 제어 신호들을 결정하도록 형성된다.
하기에는 도 3을 참조하여, 제어 장치(8)에 의해 전기 기계(1)를 작동시키기 위한 바람직한 방법이 흐름도에 의하여 설명된다.
제1 단계(S1)에서, 회전 각도 센서(9)는 회전자(2)의 실제 회전 각도(
Figure pct00011
실제)를 모니터링한다.
제2 단계(S2)에서, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은, 회전 각도 센서(9)를 통해 측정된 데이터에 따라 회전자(2)의 실제 회전 각도(
Figure pct00012
실제)를 결정한다. 또한, 결정된 실제 회전 각도(
Figure pct00013
실제)는 단계(S2)에서 제1 컴퓨팅 유닛(10)에 제공된다.
제3 단계(S3)에서, 제1 컴퓨팅 유닛(10)은 실제 회전 각도(
Figure pct00014
실제)에 따라 회전자(2)의 실제 회전수를 결정한다. 이의 대안으로서, 단계(S3)는 바람직하게 생략된다. 이러한 경우, 실제 회전수는 바람직하게 제2 컴퓨팅 유닛(11)을 통하여 이미 단계(S2)에서 결정되고, 제1 컴퓨팅 유닛(10)에는 제2 컴퓨팅 유닛(11)을 통해 결정된 실제 회전수가 제공된다.
단계(S4)에서, 제1 컴퓨팅 유닛(10)은 회전자(2)를 위한 설정 회전수(RPM설정) 및 회전자(2)의 실제 회전수에 따라 설정 전압 벡터의 절대값(|U|)을 결정한다. 또한, 결정된 절대값(|U|)은 단계(S4)에서 제2 컴퓨팅 유닛(11)에 제공된다.
단계(S5)에서, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 절대값(|U|) 및 실제 회전 각도(
Figure pct00015
실제)에 따라 전력 전자 장치(7)의 스위칭 소자들의 제어를 위한 제어 신호들을 결정한다.
단계(S6)에서, 최종적으로 전력 전자 장치(7)의 스위칭 소자들은 결정된 제어 신호들에 따라 제어되므로, 위상(U, V 및 W)들은 스위칭 소자들을 통해 전기 에너지 저장기(6)와 전기적으로 연결되거나 전기 에너지 저장기(6)로부터 전기적으로 분리된다.
바람직하게, 단계(S1) 내지 단계(S6)는 연속적으로 실행된다. 이로부터, 제어 유닛(8)에 의한 위상(U, V 및 W)들의 바람직한 전류 공급 제어가 얻어진다. 제1 컴퓨팅 유닛(10)이 제2 컴퓨팅 유닛(11)에 비해 더 긴 순환 시간을 갖기 때문에, 시간적으로 바로 연속하도록 측정되는 설정 전압 벡터의 절대값(|U|)들 사이의 시간 간격은, 시간적으로 바로 연속하도록 측정되는 전력 전자 장치(7)를 위한 제어 신호들 사이의 시간 간격보다 크다.

Claims (11)

  1. 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치로서, 이러한 기계(1)는 회전자(2), 고정자(4) 및 전력 전자 장치(7)를 포함하고, 회전자(2)는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트(3)에 회전 불가능하게 배열되고, 고정자(4)는 하우징에 고정된 상태로 배열되고, 3개 이상의 위상(U, V, W)들을 갖는 고정자 권선(5)을 포함하고, 전력 전자 장치(7)는, 위상(U, V, W)들이 전기 에너지 저장기(6)와 전기적으로 연결되도록/연결 가능하도록 하는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 제어 장치(8)는 제1 컴퓨팅 유닛(10) 및 제2 컴퓨팅 유닛(11)을 포함하고, 컴퓨팅 유닛(10, 11)들에 의해 스위칭 소자들의 제어를 위한 제어 신호들을 결정하도록 형성되는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치에 있어서,
    제1 컴퓨팅 유닛(10)은 회전자(2)를 위한 설정 회전수(RPM설정) 및 회전자(2)의 실제 회전수에 따라 위상(U, V, W)들을 위한 설정 전압 벡터의 절대값(|U|)을 결정하도록 형성되고, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 통신 기술적으로 제1 컴퓨팅 유닛(10)과 연결되고, 설정 전압 벡터의 절대값(|U|) 및 회전자(2)의 실제 회전 각도(
    Figure pct00016
    실제)에 따라 제어 신호들을 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제어 장치(8)는 마이크로컨트롤러(8)로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 제1 컴퓨팅 유닛(10)은 마이크로컨트롤러(8)의 메인 컴퓨팅 유닛(10)인 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 마이크로컨트롤러(8)의 보조 컴퓨팅 유닛(11), 특히 타이머(11)인 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 컴퓨팅 유닛(10)은 제1 순환 시간을 갖고, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 제2 순환 시간을 가지며, 제2 순환 시간은 제1 순환 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 전기 기계(1)의 회전 각도 센서(9)와 통신 기술적으로 연결되는/연결 가능한 디바이스(16)를 포함하고, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은, 디바이스(16)에 의해 수신된 데이터에 따라 실제 회전 각도(
    Figure pct00017
    실제)를 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 컴퓨팅 유닛(10)은, 하나 이상의 허용 가능한 최대 위상 전류(I최대)를 결정하고, 결정된 최대 위상 전류(I최대)를 제2 컴퓨팅 유닛(11)에 지정하도록 형성되고, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 최대 위상 전류(I최대)에 따라 제어 신호들을 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 컴퓨팅 유닛(10)은 하나 이상의 설정 정류 각도(
    Figure pct00018
    오프셋)를 결정하도록 형성되고, 결정된 설정 정류 각도(
    Figure pct00019
    오프셋)를 제2 컴퓨팅 유닛(11)에 지정하도록 형성되고, 제2 컴퓨팅 유닛(11)은 설정 정류 각도(
    Figure pct00020
    오프셋)에 따라 제어 신호들을 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동을 위한 제어 장치.
  9. 회전자(2), 고정자(4) 및 전력 전자 장치(7)를 구비한 전기 기계(1)로서, 회전자(2)는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트(3)에 회전 불가능하게 배열되고, 고정자(4)는 하우징에 고정된 상태로 배열되고, 3개 이상의 위상(U, V, W)들을 갖는 고정자 권선(5)을 포함하고, 전력 전자 장치(7)는, 위상(U, V, W)들이 전기 에너지 저장기(6)와 전기적으로 연결되도록/연결 가능하도록 하는 복수의 스위칭 소자들을 포함하는, 전기 기계에 있어서,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 제어 장치(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기계.
  10. 제9항에 있어서, 회전자(2)의 실제 회전 각도(
    Figure pct00021
    실제)를 모니터링하기 위한 회전 각도 센서(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 기계.
  11. 회전자(2), 고정자(4), 전력 전자 장치(7) 및 제어 장치(8)를 포함하는 전기 기계(1)의 작동 방법으로서, 회전자(2)는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트(3)에 회전 불가능하게 배열되고, 고정자(4)는 하우징에 고정된 상태로 배열되고, 3개 이상의 위상(U, V, W)들을 갖는 고정자 권선(5)을 포함하고, 전력 전자 장치(7)는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 스위칭 소자들의 제어를 위한 제어 신호들이 제어 장치(8)를 통해 결정되고, 스위칭 소자들은, 위상(U, V, W)들이 스위칭 소자들을 통해 선택적으로 전기 에너지 저장기(6)와 전기적으로 연결되거나 전기 에너지 저장기(6)로부터 전기적으로 분리되는 방식으로 제어 신호들에 따라 제어되는, 전기 기계의 작동 방법에 있어서,
    회전자(2)를 위한 설정 회전수(RPM설정) 및 회전자(2)의 실제 회전수에 따라 위상(U, V, W)들을 위한 설정 전압 벡터의 절대값(|U|)이 제어 장치(8)의 제1 컴퓨팅 유닛(10)을 통해 결정되고, 설정 전압 벡터의 절대값(|U|)과 회전자(2)의 실제 회전 각도(
    Figure pct00022
    실제)에 따라 제어 신호들이 제1 컴퓨팅 유닛(10)과 통신 기술적으로 연결된 제어 장치(8)의 제2 컴퓨팅 유닛(11)을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계의 작동 방법.
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