KR20220088756A

KR20220088756A - 가변 자속 메모리 모터의 자화 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20220088756A
Application number: KR1020227017422A
Authority: KR
Inventors: 니콜라우스 래드포드; 모하마드레자 발제가란바볼리
Original assignee: 자코비 모터스 엘엘씨
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2022-06-28
Also published as: EP4049361A1; WO2021081383A1; JP2022554183A; US20220376638A1

Abstract

가변 자속 메모리 모터(VFMM)의 회전자에서 연자성체를 자화하는 방법으로서, 0.1ms 이상 2ms 이하의 지속시간을 갖는 전류의 제1 펄스를 생성하는 단계; 및 상기 제1 펄스를 상기 VFMM의 고정자 권선에 인가하여 상기 연자성체의 자화 상태를 제1 자화 상태로 설정하는 단계를 포함한다.

Description

가변 자속 메모리 모터의 자화 및 제어 방법

본 발명은 가변 자속 메모리 모터의 자화 및 제어 방법에 관한 것이다. 본 출원은 35 U.S.C. § 119(e)에 의하여, 2019년 10월 25일에 출원된 “METHODS OF MAGNETIZING AND CONTROLLING A VARIABLE-FLUX MEMORY MOTOR”라는 제목의 미국 가출원 번호 62/926,126에 대한 우선권을 주장한다. 그 내용은 전체가 참고로 여기에 포함된다.

가변 자속 메모리 모터와 같은 영구 자석이 있는 동기 전동기는 높은 효율성 때문에 팬, 펌프, 압축기, 엘리베이터, 냉장고, 산업 기계, 및 전기 자동차와 같은 산업, 상업 및 주거 분야에서 광범위하게 사용된다. 또한, 동기 전동기의 회전자에 권선 대신 영구 자석을 사용하기 때문에 회전자 냉각이 필요하지 않다. 다른 장점들(예: 브러시리스(brushless)라는 것)과 함께 이러한 장점들로 인해 동기식 전기 모터는 전기 모터의 높은 토크, 고효율, 또는 낮은 유지 보수가 필요한 곳에서 널리 사용된다.

일 양태에서, 본 발명의 실시예들은 가변 자속 메모리 모터(VFMM)의 회전자에서 연자성체를 자화하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 0.1 밀리초(ms) 이상 2ms 이하의 지속시간을 갖는 전류의 제1 펄스를 생성하는 단계; 및 상기 제1 펄스가 종료될 때 상기 연자성체의 자화 상태를 제1 자화 상태로 설정하기 위해 상기 VFMM의 고정자 권선에 상기 제1 펄스를 인가하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면은 하기 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 동기 전동기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 가변 자속 메모리 모터(VFMM)의 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 VFMM 회전자의 자화 곡선을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 연자성체를 자화하기 위한 전류 펄스를 도시한 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 전류 펄스에 따른 연자성체의 자화 곡선을 도시한 도면이다.
도 4c는 도 4b에 도시된 자화 곡선에 대응하는 잔류 자화를 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 전류 펄스에 응답하는 연자성체의 자화를 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 연자성체의 자화를 위한 전류 펄스를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 연자성체의 자화를 측정하기 위한 장치를 도시한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 VFMM의 고정자 권선의 단순화된 회로 모델을 도시한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 VFMM의 고정자 권선을 도시한 도면이다.
도 7c는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 VFMM의 고정자 권선과 감지 코일의 단순화된 회로 모델을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 VFMM의 자화 방법을 나타낸 순서도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 VFMM의 자화 방법을 나타낸 순서도를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 다이어그램을 도시한 도면이다.

이제 본 발명의 특정 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 여러 도면에서 동일한 요소는 일관성을 위해 동일한 참조 번호로 표시된다.

본 발명의 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 보다 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 설명을 불필요하게 복잡하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 특징들은 자세히 설명하지 않았다.

도 1은 회전자(101), 고정자(102), 및 회전자 허브(104) 주위에 배치된 고정자 권선(103)을 포함하는 종래의 동기 전동기(100)(이하, “동기 전동기”라 함)의 분해도를 도시한다. 상기 동기 전동기는 또한 입력 전원, 냉각 팬, 회전자 위치 센서, 온도 센서, 액체 냉각 하우징 등을 연결하기 위한 단자함을 포함할 수 있다. 회전자(101)는 각각 영구 자석들(105)(PM)을 포함하는 다중 극을 포함한다.

동기 전동기(100)는 각 위상이, 다른 두 개의 위상보다 120도 지연된 3상 AC 입력을 통해 작동한다. 3상 AC 입력을 생성하기 위해 전력 변환기는 고전압 DC 소스(예: 배터리)에서 전력 변환기에 공급되는 DC 전력을 변환할 수 있다. 3상 AC 입력을 상기 동기 전동기에 적용함으로써, 상기 고정자 권선은 PM(105)의 자기장과 상호 작용하는 3상 자기장을 생성하고, 회전자(101)가 정상 상태(이하, “RPM”이라 함)에서 고정된 분당 회전수(RPM) 속도로 회전하도록 한다. 상기 동기 전동기의 RPM은, 극수, 가용 전압, 자속 쇄교수(λ_m)와 같은 제한 요소들에 의해 정해지며, 이는 상기 PM들에 의해 제공되고 정해진다. 동기 전동기는 팬, 펌프, 압축기, 엘리베이터, 냉장고, 산업 기계, 및 전기차와 같은 산업, 상업, 및 주거용 응용 분야에서 광범위하게 사용된다.

하나 이상의 실시예에서, PM들에 의해 제공되는 λ_m이 고정되어 있기 때문에, PM들이 있는 동기 전동기들은 좁은 일정한 전력 속도 범위(CPSR)를 가지며, 이것은 상기 모터의 드라이브가 상기 모터의 입력 전압과 전류의 제한된 값으로 일정한 전력을 유지할 수 있는 속도 범위이다. 따라서, 자속 약화(flux-weakening) 제어 방법을 구현하는 것과 같은 고급 제어 기술을 사용하지 않고 동기 전동기들의 CPSR을 높이는 것은 어렵다. 상기 동기 전동기들의 CPSR 범위가 좁기 때문에, 상기 동기 전동기로 구동되는 시스템의 CPSR을 변경하려면 전송 시스템을 사용해야 할 수 있다. 이러한 고급 방법을 사용하더라도 상기 동기 전동기의 CPSR은 2에서 3으로 확장된다. 반면, 하나 이상의 실시예에 따른 VFMM의 CPSR은 4 내지 6을 달성할 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 실시예는 VFMM의 설계, VFMM용 회전자들, 및 VFMM를 자화하기 위한 방법에 관한 것이다. VFMM은 VFMM의 작동 중에 VFMM의 회전자 자석들의 자화가 조정(즉, 변경)될 수 있는 일종의 동기 전동기이다. 상기 회전자 자석들의 자화(이하, 편의상 “VFMM 자화”라 함) 조정은 VFMM의 RPM을 변화시킨다. 하나 이상의 실시예에 따르면, VFMM 자화의 변화를 용이하게 하기 위해, 상기 회전자 자석들은 알루미늄 니켈 코발트(AlNiCo) 또는 일부 유형의 세라믹과 같은 연질 강자성체(soft-ferromagnetic material)로 제조된다. 이하, 연질 강자성체로 이루어진 회전자 자석을 “연자성체(soft magnet)”라 한다. 연자성체는 보자력이 낮은 자석 (LCF: Low Coercive Force Magnet)이다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 상기 연자성체는 등급 1 내지 9의 AlNiCo, 캐스트(cast), 세라믹, 또는 일부 등급의 사마륨 코발트로 구성된 자석, 또는 이들 재료의 소결 구조일 수 있다. 당업자는 VFMM의 원하는 기능을 달성하기 위해 이러한 재료의 특정량을 사용할 수 있음이 명백하다.

하나 이상의 실시예에 따른 VFMM은, VFMM의 제한된 전압으로 최대 달성 가능한 RPM이 VFMM 자화를 변경함으로써 더 효율적으로 달성될 수 있기 때문에, 동기 전동기에 대한 더 나은 대안이다. 즉, VFMM의 CPSR은 동기 전동기의 CPSR에 비해 더 넓은 범위를 가질 수 있다. 따라서, 상기 전송 시스템을 VFMM에 연결할 필요가 없다.

하나 이상의 실시예에 따른 VFMM은, VFMM의 제한된 전압으로 최대 달성 가능한 RPM이 VFMM 자화를 변경함으로써 더 효율적으로 달성될 수 있기 때문에 동기 전동기에 대한 더 나은 대안이다. 즉, VFMM의 CPSR은 동기 전동기의 CPSR에 비해 더 넓은 범위를 가질 수 있다. 따라서, 전송 시스템을 VFMM에 연결할 필요가 없다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 연자성체들이 전동기 내부에 조립되는 동안 연자성체들은 신속하고 효율적으로 자화 및 탈자화(demagnetized)될 수 있다. 따라서, VFMM을 사용하면 조립 중에 자화 또는 탈자화되기 때문에 전기 모터가 장착된 시스템의 제조 비용을 잠재적으로 줄일 수 있다.

연질 강자성체는 높은 투자율(permeability)을 갖지만(철과 니켈의 합금과 같은 경질 강자성 재료와 동일), 보자력(coercivity)은 낮다(경질 강자성체와 다름). 연질 강자성체의 보자력이 낮기 때문에, 연질 강자성체의 자화를 변화시키는 것은 경질 강자성체에 비해 상대적으로 작은 자기장을 필요로 한다.

하나 이상의 실시예에서, VFMM의 회전자의 자석으로 연자성체만이 사용될 수 있고, 회전자에 장착된 경자성체(즉, 경질 강자성체로 만들어진 자석)가 없을 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 실시예에서, 연자성체와 경자성체 모두가 VFMM의 회전자의 자석으로서 사용될 수 있다. 경자성체는 회토류 재료로 만들어지고 연자성체(예: AlNiCo)보다 훨씬 더 비싸기 때문에, 본 발명의 실시예들은 경자성체만을 사용하는 동기 전동기에 비해 이점을 가질 수 있다. 따라서, VFMM에서 경자성체 대신 연자성체를 부분적으로 또는 전체적으로 사용하면 기존 동기 전동기에 비해 VFMM의 제조 비용이 크게 절감된다.

또한, 연자성체를 사용하는 다른 이점은, VFMM의 전체 자석들의 전체 자화 제어 및 변경이 넓은 범위에서 수행될 수 있다는 것이다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 연자성체들의 전체 자화는 0% 자화(즉, 연자성체들이 완전히 자화됨)에서 100% 자화(즉, 연자성체들이 최대 용량까지 자화됨)까지 임의의 값으로 변경될 수 있다. 이러한 자화 변화는 짧은 시간(예: 1 밀리초) 내에 발생할 수 있다.

대조적으로, 경자성체들은 자화를 쉽게 변경하지 않는 경향이 있다. 따라서, 경자성체들의 자화를 변경하려면, VFMM 또는 다른 유형의 동기 전동기의 작동 전력보다 훨씬 더 많은 전력이 필요하다. 예를 들어, 일부 등급의 네오디뮴 철 붕소(NdFeB) 및 사마륨 코발트(SmCo)와 같은 경자성체들의 자화를 변경하려면, 연자성체들의 자화를 변경하는 데 필요한 전력보다 10배 이상의 전력이 필요할 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, VFMM 또는 VFMM을 제어하는 컨트롤러에서 원치 않는 글리치(glitch)로 인해 전류(이하, “글리치 전류”라 함)가 생성될 수 있다. 고정자 권선의 작동 전류보다 훨씬 높은 전류가 고정자 권선을 통과하면, 이 전류가 일시적으로 연자성체들의 자화를 원치 않는 값으로 변경할 수 있다. 그러나, 고정자 권선이 견딜 수 있는 다른 전류에 의해 연자성체들의 자화를 쉽게 되살릴 수 있다. 연자성체는 다른 자화를 쉽게 수용할 수 있기 때문에(자화를 변경하기 위해 고전류가 필요한 경자성체에 비해), 글리치 전류가 아무리 높아도 글리치 전류보다 상대적으로 작은 전류를 통해 연자성체들의 자화를 되살릴 수 있다.

반면, 연자성체들이 있는 동기 전동기(예: VFMM)에 경자성체들이 포함되어 있고 글리치 전류가 경자성체들의 자화를 변경하는 경우, 고정자 권선의 전류를 통해 경자성체들의 자화를 되살리는 것은 어려울 것이다. 경자성체들을 되살릴 수 있는 그러한 전류는 고정자 권선이나 동기 전동기의 다른 부분을 견디기에는 너무 높을 수 있다. 예를 들어, 이러한 고전류는 고정자 권선을 태울 수 있거나 회전자 및 권선과 같은 동기 전동기의 다양한 구성요소들을 변위시킬 수 있다. 경자성체들을 되살리려면 동기 전동기를 열어야 하고 경자성체들을 동기 전동기에서 분리하여 높은 자기장 하에 놓아야 한다. 그러나, 위에서 설명한 것처럼 연자성체들을 되살리기 위해 VFMM을 분해할 필요는 없다.

하나 이상의 실시예에서, 특정 수 또는 양의 경자성체들이 VFMM에 대한 자화 기준을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 경자성체의 자화는 변화를 꺼리기 때문에, 경자성체의 자화는 자화 기준이 될 것이며, 연자성체의 자화는 자화 기준으로부터 전체 자화를 변경한다(VFMM의 토크 및 RPM에 따라 상기 기준에서 더 높거나 낮은 자화로).

도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 VFMM(200)의 단면도를 도시한다. 도 2의 VFMM(200)은 인접한 고정자 톱니들(202) 사이의 슬롯들에 고정자 권선을 유지하는 고정자(201), 및 회전자(203)를 포함한다. 회전자(203)는 회전자 코어(206)에 장착된 연자성체들(204) 및 철 쐐기들(205)을 포함한다. 회전자(203)는 샤프트(208)에 장착된다. 회전자(203)는 연자성체들(204)과 철 쐐기들(205)을 함께 유지하는 슬리브(207)를 포함한다. 슬리브(207)는 반경 방향으로 0.5 내지 3mm 두께일 수 있다. 상기 두께는 연자성체들(204)과 철 쐐기들(205)에 의해 가해지는 원심력에 의해 결정된다. 대안적으로, 하나 이상의 실시예에서, 슬리브(207)는 연자성체들(204), 철 쐐기들(205), 및/또는 회전자 코어(206) 중 어느 하나에 부착될 수 있다.

이들 실시예에서, 슬리브(207)는 연자성체들(204), 철 쐐기들(205), 및/또는 회전자 코어(206)에 부착되지 않는 비-결합 재료로 형성될 수 있다. 비-결합 슬리브(207)는 탄소 섬유 HEX TOW IM10 또는 케블라 토우(Kevlar tow)(즉, 케블라 연사(Kevlar twine))로 형성될 수 있다. 대안적으로, 슬리브(207)는 회전자 어셈블리의 일부일 수 있다.

VFMM(200)에 대한 d-축(직접 축) 및 q-축(직교 축)은 도 2에 도시되어 있다. D-축은 회전자의 자기장이 최대가 되는 축이다. 예를 들어, 도 2의 d-축은 도 2의 회전자(203)의 자기장이 가장 높은 인접하는 철 쐐기들(205) 사이인 인접하는 극들의 중간에 있다. q-축은 d-축에서 90도 위상만큼 떨어져 있다. 예를 들어, 도 2의 q-축은 회전자(203)의 자기장이 가장 낮은 극들의 연질 RM들(204) 사이에 있다.

VFMM의 실시예에 대한 더 자세한 내용은 2019년 4월 12일에 출원된 “A VARIABLE-FLUX MEMORY MOTOR AND METHODS OF CONTROLLING A VARIABLE-FLUX MOTOR”라는 제목의 미국 특허 출원 제16/383,274호에 개시되어 있으며, 이는 그 전체가 여기에 참조로 포함된다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에서, VFMM들의 인덕턴스 효과들이 개시된다. 도 3은 200 마이크로 헨리(μm)의 인덕턴스에 해당하는 VFMM의 설계 1과, 33μm의 인덕턴스에 해당하는 VFMM의 설계 2를 보여준다. 1.5 킬로 암페어(kA)의 균일한 진폭을 갖는 단계 전류(step electric current)가 VFMM들에 공급되고 단계 전류에 대한 VFMM들의 자화(즉, B-H 곡선들)가 도 3에 도시된 바와 같이 플로팅된다. 자화 도표들에서, 자화 곡선들 아래의 영역들(즉, 자화 곡선들과 “B”(자기장) 축 사이의 영역)은 VFMM들에서 소비되는 에너지를 나타낸다. 따라서, (인덕턴스가 더 낮은) 설계 2의 VFMM들에서 소비되는 에너지는, (컨덕턴스가 더 높은) 설계 1보다 약 50% 낮다. 소비 전력의 이러한 감소는 설계 2에 대한 VFMM의 최대 자화(즉, 가장 높은 자기장(B))가 설계 1에 대한 VFMM의 최대 자화보다 약 16%만 낮다는 점을 고려할 때 중요하다.

VFMM을 자화하기 위해, 전류가 d축에서 연자성체들에 인가된다. 그 다음, VFMM의 토크를 높게 유지하기 위해 전류를 제거한다. 따라서, 전류 펄스는 일반적으로 VFMM에 공급된다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 전류 펄스의 지속시간은 VFMM의 효율을 증가시키기 위해 감소된다(즉, VFMM에 의해 소비되는 전력을 감소시켜 연자성체들의 미리 결정된 수준의 자화를 달성함). 이러한 발견은 도 4a 내지 도 4c, 도 5를 참조하여 이하에 설명된다.

도 4a는 저전력 VFMM들(즉, 30 킬로와트(kW) 미만)을 자화하기 위한 일반적인 펄스 지속시간인 약 18 밀리초(ms)(긴 펄스)의 지속시간을 갖는 삼각형 형태의 긴 펄스, 및 약 1ms(짧은 펄스)의 지속시간을 갖는 삼각형 형태의 짧은 펄스를 도시한다. 1ms 펄스는 2ms 이상인 고전력 VFMM들(즉, 100kW 이상)의 일반적인 펄스 지속시간보다 훨씬 짧다. 하나 이상의 실시예에서, 펄스의 지속시간은 전류 펄스의 진폭이 펄스의 피크 진폭의 10% 이상인 기간이다. 도 4a의 짧은 펄스는 필터링될 수 있는 네거티브 오버슈트(negative overshoot)가 있다.

도 4b는 도 4a에 도시된 펄스에 대한 AlNiCo-9 연자성체의 자화 곡선들을 나타낸다. 전류가 0에서 펄스의 피크 진폭으로 증가하면 연자성체의 평균 자속이 증가한다. 피크 진폭에서, 더 긴 펄스(18ms의 지속시간을 가짐)에 해당하는 연자성체의 평균 자속은, 더 짧은 펄스(1ms의 지속시간을 가짐)에 해당하는 연자성체의 평균 자속보다 0.3 테슬라(T)만큼 더 높다. 그러나, 펄스가 피크 진폭에서 0으로 감쇠하면, 더 긴 펄스에 해당하는 연자성체의 평균 자속이 더 짧은 펄스에 해당하는 평균 자속보다 많이 감소한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 펄스가 오버슈트에서 음이 되기 전에 0으로 감쇠하면, 더 긴 펄스에 해당하는 연자성체의 평균 자속은 더 짧은 펄스에 해당하는 평균 자속보다 약 0.05T만 더 높다.

비록 도 4b 및 도 4c는 AlNiCo-9 연자성체를 위해 준비된 것으로, 당업자는 본 발명이 AlNiCo-9에만 국한되지 않고 다른 유형의 연자성체 자료로 본 발명의 실시예가 확장될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 다른 등급의 AlNiCo로 확장될 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 네거티브 오버슈트에서 더 짧은 펄스는 네거티브 오버슈트 내에서 네거티브가 된 다음 0에서 안정화된다(즉, 안정적인 제로 전류). 네거티브 오버슈트 후에도, 더 긴 펄스에 해당하는 연자성체의 평균 자속은 더 짧은 펄스에 해당하는 연자성체의 평균 자속보다 약 0.15T만 더 높다. 다시 말해서, 두 펄스가 동일한 피크 진폭에서 0으로 감쇠하면, 더 짧은 펄스에 대한 응답으로 연자성체의 탈자화(demagnetization)가 더 작아진다. 이하에서, 펄스 이후 안정적으로 0인 전류에서의 평균 자속을 “잔류 자화(residual magnetization)”라 한다. 도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시된 더 길고 더 짧은 펄스들에 대응하는 연자성체의 잔류 자화를 나타낸다.

도 4b에 따르면, 더 짧은 펄스에 응답하는 연자성체의 잔류 자화는 더 긴 펄스에 응답하는 것보다 약 16% 낮은 한편, 더 짧은 펄스에 의해 소비되는 전력은 더 긴 펄스에 의해 소비되는 전력의 약 5%이다. 따라서, 훨씬 더 적은 전력으로 연자성체의 높은 자화가 달성될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 전류 펄스의 지속시간은 0.1ms 이상일 수 있다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 전류 펄스의 지속시간은 0.3ms 이상 2ms 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 펄스의 지속시간은 1ms 이상일 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 펄스의 지속시간은 1ms 이상일 수 있고, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 오직 하나의 펄스만이 연자성체를 자화시킬 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 각각이 1ms 미만의 지속시간을 갖는 다수의 연속 펄스는 연자성체를 자화할 수 있다. 복수의 연속적인 짧은 펄스를 사용함으로써, 저전력 소모를 유지하면서 연자성체의 잔류 자화를 증가시킬 수 있다. 이들 실시예들의 예인 도 5는, 각각이 약 0.5ms의 지속시간을 갖는 2개의 연속 펄스가 연자성체를 자화하기 위해 사용되는 것을 보여준다. 첫 번째 펄스 후, 연자성체의 잔류 자화는 약 0.8T로 유지된다. 그런 다음, 두 번째 펄스는 이 잔류 자화를 0.9T의 더 높은 잔류 자화로 증가시킨다. 도 5의 펄스 조합에 의해 소비되는 전력량은, 도 4a에 도시된 더 긴 펄스에 의해 소모되는 전력의 약 8%인 한편, 도 5의 펄스와 도 4a에 도시된 더 긴 펄스의 조합에 응답하는 잔류 자화는 거의 동일하다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 연자성체를 자화하기 위해 2개 이상의 연속 펄스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 지속시간이 0.5ms인 10개의 연속 펄스가 10ms의 기간 동안 사용될 수 있다. 10개의 연속 펄스가 있더라도, 펄스에 의해 소비되는 총 전력은 도 4a에 도시된 18ms 길이 펄스의 약 30%일 것이다. 따라서, 짧은 펄스를 사용하여, VFMM에서 연자성체의 높은 자화를 달성할 수 있으며, 연자성체를 자화하는 데 소비되는 전력을 크게 줄일 수 있다.

전류 펄스의 지속시간 및 형태는 연자성체를 자화하는 데 필요한 양의 에너지를 제공하는 전원 공급 장치의 실제 제한에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 연자성체가 완전히 탈자화된다고 가정하고(연자성체의 전류 MS가 0%임), 연자성체를 20% MS 및 100% MS로 자화하려면 각각 1000A 및 4000A의 직접축 전류(direct-axis current)(Id)가 필요하다고 가정한다. 이 두 전류가 동일한 지속시간의 펄스로 연자성체에 인가되면, 전원이 공급되는 전류 펄스의 형태는 도 5b에 도시된 바와 같이 전원의 용량에 따라 달라질 수 있다.

짧은 전류 펄스를 제공하는 전원 공급 장치의 성능은, 전류 펄스가 제공되는 회로의 인덕턴스(예: 연자성체를 자화하는 데 사용되는 확장기)에 따라 다르다. 예를 들어, 더 높은 인덕턴스를 갖는 더 큰 권선의 경우, 전류 펄스의 시정수(time constant)는 더 높을 것이다. 즉, 권선 인덕턴스가 클수록, 전류 펄스가 목표 전류 피크에 도달하는 데 시간이 더 오래 걸린다.

도 6a, 도 6b는 도 4b 및 도 5에 도시된 연자성체를 자화하고 자화 곡선들을 측정하기 위한 설정들을 도시한다. 도 6a에서 두 개의 철 부품(602)이 서로 인접하여 배치된다. 자석 코일(604)은 철 부품들(602) 주위에 배치되어 자석 코일(604)에 전류(예를 들어, 전류 펄스)를 인가할 때 철 부품들(602) 내부에 자속을 유도한다. 자화될 연자석은 철 부품들(602) 사이의 간극(606)에 배치된다. 철 부품들(602) 내부의 유도 자속은 연자성체를 자화시킨다. 연자성체의 자화 곡선들을 측정하기 위해, 하나 이상의 측정 코일(608)이 철 부품들(602) 사이의 작은 에어 갭(610)에 배치된다. 연자성체의 자속은 철 부품들(602)의 자속에 의해 측정 코일에 유도된 전기 신호를 통해 측정된다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 고정자 권선은 VFMM을 자화하고 회전자를 회전시키는 데 필요한 자속을 생성한다. 도 7a는 Y자 구성으로 감긴 고정자 권선의 단순화된 회로 모델을 도시한다. 서로 120도 지연되는 위상 A, B, 및 C를 전달하는 3개의 고정자 권선(즉, 제1 고정자 권선(701A), 제2 고정자 권선(701B), 및 제3 고정자 권선(701C))이 있다. 예를 들어, 위상 A가 0이면 위상 B는 120도이고 위상 C는 -120도이다. 3개의 고정자 권선이 널(null)에 연결된다. 3개의 고정자 권선 각각은 동일한 방향으로 권선되어 서로 연결된 다중 권선 코일을 포함할 수 있다.

도 7b는 하나 이상의 실시예에 따른 예로서 3개의 고정자 권선이 고정자에 어떻게 감겨 있는지를 도시한다. 각각의 고정자 권선은 복수의 권선 코일을 포함한다. 도 7b에 도시된 예에서, 위상 A, B, 및 C에 대한 각각의 고정자 권선은 20개의 권선 코일을 포함한다. 3개의 위상 각각에 대해, 권선 코일은 단일 위상(즉, 위상 A, B, 및 C 중 하나)을 전달한다.

도 7b에 도시된 예에서, 고정자 슬롯들(702) 각각은 하나의 권선 코일의 일단과 다른 권선 코일의 일단을 수용한다. 예를 들어, 도 7b의 확대도에 도시된 고정자 슬롯(2)은, 위상 A에 대한 권선 코일의 단부를 수용하는 상부 섹션(2T) 및 위상 B에 대한 권선 코일의 단부를 수용하는 하부 섹션(2B)을 포함한다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 위상 A, B, 및 C 각각은 연자성체의 MS를 측정하기 위해 (권선 코일들에 더하여) 감지 코일을 가질 수 있다. 따라서, 3개의 감지 코일(즉, 제1, 제2, 제3 감지 코일)이 있을 수 있다. 감지 코일은 고정자 권선에 배치되거나 내장될 수 있지만, 감지 코일은 고정자 권선과 전기적으로 절연되어 있다. 도 7c는 제1, 제2, 및 제3 고정자 권선(각각 701A, 701B, 701C)의 단순화된 회로 모델을 보여주며, 제1, 제2, 및 제3 감지 코일(704A, 704B, 704C)은 Y자 구성으로 감겨 있는 위상 A, B, C에 각각 해당한다. 당업자는 고정자 권선 및 감지 코일이 특정 기능들을 달성하기 위해 Δ(델타) 구성으로 권선될 수 있음을 이해할 것이다. 하나 이상의 실시예에서, 높은 전류 펄스가 연자성체들을 자화 또는 탈자화하기 위해 필요할 수 있기 때문에, 고정자 권선은 Y자 구성으로 감을 수 있으며, 이는 Y자 구성에서 각 위상에 대한 VFMM 전원 라인의 전류 펄스가 해당 위상에 대한 고정자 권선의 전류와 동일하기 때문이다. 따라서, 전력선의 전류를 제어 및 측정함으로써 고정자 권선의 전류를 직접 제어하고 간단하게 측정할 수 있다. 그러나, 상기 Δ 구성에서 고정자 권선의 전류는 반드시 전력선의 전류와 같을 필요는 없다.

하나 이상의 실시예에서, 감지 코일은 연자성체들의 자속을 사용하여 역기전력(bemf: back electromotive force)을 유도적으로 생성한다. bemf(역기전력)의 강도(진폭)은 연자성체들의 MS와 회전자 위치를 나타낸다. bemf에는 인덕턴스 및 저항과 같은 고정 값을 갖는 매개변수가 있다. bemf에는 각속도, 각 위치, 및 전류와 같은 변수 값을 갖는 매개변수도 있다. 하나 이상의 실시예에서, 연자성체의 MS를 측정하기 위해, 이러한 고정 및 가변 값 매개변수들을 알아야 한다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 도 7c에 도시된 감지 코일들의 3개의 와이어 사이의 전압을 측정하고, 그 다음 고정자 권선의 위상들 사이의 실제 전압을 얻기 위해 변환 비율이 적용된다. 변환 비율은 감지 코일과 고정자 권선 사이의 권선비이다. 예를 들어, 고정자 권선들 각각에 대한 권수는 190회일 수 있다. 이 예에서, 각 권선 코일에 대해 감지 코일이 한 회전만 사용되는 경우, 각 위상에 대한 감지 코일의 권선 수는 20이다. 따라서, 이 예에서 전환율은 20/190

0.105이다. 하나 이상의 실시예에서, 175kW VFMM에 대한 변환비는 0.0874일 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 연자성체들의 MS는 수식 λ_m=V_s/(KХω)에 기초하여 결정되고, 여기서 λ_m는 자속 쇄교수, Vs는 감지 코일의 측정된 전압, ω는 RPM이고 정상 상태에서 일정하며, K는 VFMM의 정상상태에서 고정되는 VFMM의 d-축 및 q-축 저항과 인덕턴스 및 변환비와 같은 구조적 값과 관련된 상수이다. 정상 상태에서 상수 K와 ω를 갖고 감지 코일에서 유도된 Vs를 가지면, λ_m를 결정할 수 있다. 그 다음, 상수이며 VFMM의 설계에 따라 달라지는 변환 비율을 λ_m에 곱하여 λ_m로부터 MS를 얻을 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 상기 수식은 다음과 같이 확장될 수 있다.

여기서, V_q는 감지 코일에 유도된 q-축 전압, L_d는 d-축 인덕턴스, I_d는 d-축 전류, I_q는 q-축 전류, r_s는 각 위상에서 감지 코일의 저항이며 상수이다. λ_m를 측정하기 위해, I_d는 0으로 간주되고 I_q는 VFMM을 제어하는 필드 지향(field-oriented) 컨트롤러를 통과하는 위상 전류와 같다. 따라서, 감지 코일에 의해 측정된 V_q를 알고 정상 상태에서 r_s, I_q, 및 ω가 일정하면 λ_m을 결정할 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 고정자 권선에 공급되는 I_d의 펄스는 VFMM 자화를 변경할 수 있고, 결과적으로 VFMM의 RPM을 변경할 수 있다. 연자석들의 MS를 변경할 수 있기 때문에, VFMM의 최대 RPM을 변경할 수 있다. 따라서, VFMM은 전기 모터의 토크 대 속도 비율을 변경하기 위해 변속기 시스템을 필요로 하지 않고 사용될 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 연자성체들의 자화를 제어한다. 제어부는 감지 코일에 의해 측정된 bemf 파형(이하, "bemf"라 함)에 기초하여 연자석의 MS를 결정할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 정보를 저장 및 편집할 수 있고 상기 정보에 따라 연자성체들의 자화를 변경하도록 VFMM 구동장치들에 명령할 수 있다(예: 발명자들, 전원 공급 장치 등). 컨트롤러는 MS의 제어를 수행하기 위해 메모리(예: RAM)에 연결된 프로세서(예: CPU)를 포함하는 컴퓨터일 수 있다.

도 8은 연자성체들의 MS를 수동으로 제어하고 이에 따라 컨트롤러를 사용하여 VFMM의 토크를 수동으로 제어하는 방법을 나타낸 순서도를 도시한다. 이하에서, MS의 수동 제어는 토크 및 그에 따른 MS를 변경하기 위한 초기 명령이 인간에 의해 개시되는 제어 절차이다. 비제한적인 예로서, VFMM이 전기차의 모터인 경우, 명령은 기어 변속 또는 운전자로부터 전기차의 속도를 높이라는 명령일 수 있다. 또는, VFMM이 산업기계의 모터인 경우, 운전자의 제어 패널상의 입력을 통해 명령을 내릴 수 있다.

805 단계(S805)에서, 컨트롤러는 MS의 변경 명령을 수신한다. 예를 들어, 명령은 MS를 변경해야 하는 모터 토크/RPM의 증가 또는 감소일 수 있다.

S810에서, 컨트롤러는 S805에서 수신한 명령에 기초하여 이상적인 MS를 결정하고 설정한다.

예를 들어, 명령이 기어 변속인 경우, 이상적인 MS는 가장 최적의 MS를 선택한 기어에 대한 이상적인 MS로 연관시키는 예비 분석(예: 테이블)을 기반으로 결정된다. 예를 들어, 기어 1은 100%의 MS와 연관될 수 있는 반면, 기어 2는 80%의 MS와 연관될 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 100%의 MS는, 연자성체가 최대 용량으로 자화된 연자석의 MS 또는 VFMM의 특정 설계 또는 기능을 기반으로 한 최대 자화로 정의된(또는 제한된) 연자성체의 자화일 수 있다. 한편, 0%의 MS는 연자성체들이 완전히 탈자화된 연자성체의 MS이다.

하나 이상의 실시예에 따른 다른 예에서, 원하는 RPM/토크를 달성하기 위한 명령이 수신되면, 컨트롤러는 원하는 RPM/토크를 이상적인 MS와 연관시키는 테이블로부터 이상적인 MS를 찾을 수 있다. 아래의 표 1은 원하는 RPM/토크를 이상적인 MS와 연관시키는 예시적인 테이블을 보여준다.

RPM	토크 (N.m.)	이상적인 MS (%)
1000	100	100
2000	200	100
4000	400	100
6000	250	75 (±5%)
6000	150	75 (±5%)
12000	100	50 (±5%)
18000	50	22 (±5%)

S815에서, 컨트롤러는 VFMM의 bemf를 측정한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, bemf는 회전자에 의해 감지 코일에서 생성된 전압이다. bemf는 상수 인자에 의해 λ_m에 비례한다. 따라서, bemf는 실시간 MS(즉, 측정 시 연자성체들의 실제 MS)를 나타낸다.

S820에서, 컨트롤러는 S815에서 측정된 bemf의 값을 과도 오류(transient error)로부터 보정할 수 있다. 예를 들어, VFMM 또는 전력 변환기의 과도 작동으로 인해 측정된 bemf에는 실시간 MS를 투영하지 않는 과도 오류/노이즈(예: 스파크, 발진 등)가 포함될 수 있다. 컨트롤러는 실시간 MS의 보다 현실적인 값을 얻기 위해 bemf에서 일시적인 오류/노이즈들을 제거할 수 있다.

S825에서 컨트롤러는 bemf를 기반으로 실시간 MS를 결정한다. 예를 들어, 컨트롤러는 실시간 MS의 값에 다양한 bemf 값을 연관시키는 테이블에 기초하여 실시간 MS를 결정할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 S820에서 보정된 bemf에 기초하여 실시간 MS를 결정한다. 대안적으로, 컨트롤러는 실시간 MS를 결정하기 위해 보정되지 않은 bemf 값을 사용할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 보정되지 않은 또는 보정된 bemf로부터 실시간 MS를 결정할 수 있고, 그 다음, 컨트롤러는 실시간 ms의 최종 값을 획득하기 위해 실시간 MS 값에 일부 보정(예: 필터링 노이즈)을 적용할 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, S805의 명령 이후에 실시간 MS와 이상적인 MS가 동시에 결정될 수 있다. 이를 위해, S815 내지 S825는 S810과 동시에 수행될 수 있다.

S830에서, 컨트롤러는 S825에서 얻은 실시간 MS에서 S810에서 얻은 이상적인 MS를 빼서 자화 차이(magnetization difference)(ΔMS)를 얻는다. ΔMS의 절대값 ≤ 임계값(예: 이상적인 MS의 5%)이면, 실시간 MS는 이상적인 MS에 충분히 가깝고 실시간 MS를 변경할 필요가 없다. 그렇지 않은 경우, 컨트롤러는 후술하는 S835로 진행한다.

S835에서, 컨트롤러는 S830에서 얻은 ΔMS를 기반으로 I_d 펄스를 결정하고 설정한다. 예를 들어, 컨트롤러는 ΔMS의 다양한 값을 I_d 펄스의 값과 연관시키는 테이블에 기초하여 I_d 펄스를 결정할 수 있다. 다른 예에서, I_d 펄스는 도 4a 내지 도 4c, 도 5를 참조하여 위에서 논의된 전류의 펄스와 유사하게 보일 수 있다.

S840에서, 컨트롤러는 S835에서 결정된 I_d 펄스를 VFMM의 고정자 권선으로 보내도록 명령한다. 예를 들어, 이 명령은 I_d 펄스를 생성하고 이를 고정자 권선으로 보내기 위해 전력 변환기로 보낼 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, I_d 펄스의 지속시간, 형상, 또는 수는 VFMM의 토크/RPM에 기초하여 결정될 수 있다. 하나 이상의 실시예에 따르면, I_d 펄스의 지속기간은 약 1 밀리초(ms)일 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, S840 이후에, 컨트롤러는 ΔMS가 임계값 내에 있는지 여부를 결정하기 위해, S815로 돌아가서 S815 및 S815 이후의 단계를 다시 실행할 수 있다. ΔMS가 임계값 내에 있지 않으면, 컨트롤러는 다른 I_d 펄스를 적용하여 실시간 MS를 조정한다. 이 프로세스는 ΔMS가 임계값 내에 있도록 실시간 MS가 조정될 때까지 계속될 수 있다.

도 9는 컨트롤러를 이용하여 연자성체들의 MS를 자동으로 제어하는 방법을 도시한 순서도이다. 이하에서, MS의 자동 제어는 VFMM의 최고 전력 효율을 유지하기 위해 VFMM의 RPM 및 토크에 기초하여 MS를 자동으로 조절하는 제어 프로세스이다.

S905에서, 컨트롤러는 VRMM의 RPM을 측정한다.

S910에서, 컨트롤러는 VRMM의 토크를 결정한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 후술하는 S920 및/또는 S925에서 측정된 bemf에 기초하여 토크를 결정할 수 있다.

S915에서 컨트롤러는 VFMM에 대해 설정된 기준에 해당하는 이상적인 MS를 결정하고 설정한다. 예를 들어, 상기 기준은 S905 및 S910에서 각각 결정된 RPM 및 토크, 최소 자기 신호(minimum magnetic signature), 최소 코일 온도 등을 기반으로 하는 최고 효율(예: 전력 효율)일 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 RPM 및 토크 값들을 이상적인 MS 값들와 연관시키는 테이블에 액세스하여 결과적으로 설정된 기준이 된다. 이 테이블에서, 컨트롤러는 측정된 RPM 및 토크에 해당하는 이상적인 MS를 결정한다.

도 10은 설정 기준이 전력 효율인 경우의 RPM 및 토크에 대한 VFMM의 전력 효율 열 그래프를 나타낸다. 하나 이상의 실시예에서, VFMM의 효율 맵 상의 각 포인트는 전력 효율을 나타내고, 이상적인 MS는 그 포인트와 연관된다.

S920에서, 컨트롤러는 VFMM의 bemf를 측정한다. 이는 위에서 설명한 S815와 유사하다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 또한 bemf에 기초하여 VFMM의 λ_m를 계산할 수 있다. 그러면, 컨트롤러는 λ_m에 기초하여 S910을 위한 토크를 결정할 수 있다.

예를 들어, 토크는 다음 수식을 기반으로 계산할 수 있다.

여기서, λ_m는 bemf를 기반으로 결정된다.

S925에서, 컨트롤러는 과도 오류(transient error)로부터 S815에서 측정된 bemf를 보정할 수 있다. 이는, 앞서 설명한 S820과 유사할 수 있다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 보정된 bemf에 기초하여 λ_m을 계산할 수 있다. 또는, 컨트롤러는 보정되지 않은 bemf를 기반으로 λ_m을 계산한 다음, 과도 오류로부터 λ_m을 보정할 수 있다.

S930에서, 컨트롤러는 보정된 bemf를 기반으로 실시간 MS를 결정한다. 이는 앞서 설명한 S825와 유사할 수 있다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 λ_m에 기초하여 실시간 MS를 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 실시간 MS의 값들에 다양한 λ_m값들을 연관시키는 테이블상에서 실시간 MS를 조회할 수 있다.

S925는 S830과 유사하다. 또한, 하나 이상의 실시예에 따르면, ΔMS의 절대값 ≤ 임계값이면, 실시간 MS가 이상적이며 상기 실시간 MS를 변경할 필요가 없다. 이 경우, 컨트롤러는 S905로 되돌아갈 수 있다. 그렇지 않으면 컨트롤러는 S940으로 진행한다.

S940은 전술한 S835와 유사하다.

S945는 전술한 S840과 유사하다.

하나 이상의 실시예에서, S945 이후에, 컨트롤러는 ΔMS가 임계값 내에 있는지 여부를 결정하기 위해 S920으로 돌아가서 S920 및 S920 이후의 단계를 다시 실행할 수 있다. ΔMS가 임계값 내에 있지 않으면, 컨트롤러는 다른 I_d 펄스를 적용하여 실시간 MS를 조정한다. 이 프로세스는 ΔMS가 임계값 내에 있도록 실시간 MS를 계속 조정할 수 있다.

하나 이상의 실시예에서, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 MS의 수동 및 자동 제어 각각의 단계들은, 달리 기술되지 않는 한 위에서 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있다. 단계들은 생략되거나 MS의 원하는 제어를 달성하기 위해 여러 번 수행될 수 있다.

본 발명이 제한된 수의 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 개시의 이점을 갖는 당업자는 개시된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다른 실시예들이 고안될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

가변 자속 메모리 모터(VFMM)의 회전자 내의 연자성체를 자화시키는 방법으로서, 상기 방법은,
0.1ms 이상 2ms 이하의 지속시간을 갖는 전류의 제1 펄스를 생성하는 단계; 및
상기 VFMM의 고정자 권선에 상기 제1 펄스를 인가하여, 상기 제1 펄스가 종료될 때 상기 연자성체의 자화 상태를 제1 자화 상태로 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 펄스의 지속시간은 1ms 이하인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 펄스의 지속시간은 0.3ms 이상인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 펄스의 지속시간은 1ms 미만이고,
지속시간이 0.3ms 이상 1ms 미만인 하나 이상의 연속 펄스가 상기 연자성체를 자화하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 펄스의 지속시간은 1ms 이상이고,
상기 제1 펄스만 상기 연자성체를 자화하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 연자성체는 AlNiCo인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 연자성체는 AlNiCo-9인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 펄스의 형상은 삼각형인, 방법.
제1항에 있어서,
0.1ms 이상 2ms 이하의 지속시간을 갖는 전류의 제2 펄스를 생성하는 단계; 및
상기 VFMM의 고정자 권선에 상기 제2 펄스를 인가하여, 상기 제2 펄스가 종료될 때 상기 연자성체의 자화 상태를 제2 자화 상태로 설정하는 단계를 포함하며,
상기 제2 자화 상태는 상기 제1 자화 상태보다 높은, 방법.
제1항에 있어서,
각각이 0.1ms 이상 2ms 이하의 지속시간을 갖는 복수의 연속적인 전류 펄스를 생성하는 단계; 및
상기 VFMM의 고정자 권선에 복수의 연속 펄스를 인가하여, 상기 복수의 연속 펄스가 종료될 때 상기 연자성체의 자화 상태를 목표 자화 상태로 설정하는 단계를 포함하며,
상기 목표 자화 상태는 상기 제1 자화 상태보다 높은, 방법.
제1항에 따른 방법을 포함하는, 상기 VFMM의 연자성체의 자화 상태를 제어하는 방법으로서, 상기 VFMM의 연자성체의 자화 상태를 제어하는 방법은,
상기 연자성체의 자화 상태를 변경하라는 명령을 수신하는 단계;
상기 명령에 기초하여 상기 연자성체의 이상적인 자화 상태를 결정하는 단계;
상기 연자성체에서 발생하는 역기전력을 측정하는 단계;
상기 측정된 역기전력에 기초하여 상기 연자성체의 실시간 자화 상태를 결정하는 단계;
상기 이상적인 자화 상태와 상기 연자성체의 실시간 자화 상태의 차이에 기초하여 상기 제1 펄스를 결정하는 단계; 및
상기 이상적인 자화 상태와 상기 제1 자화 상태의 차이의 절대값이 미리 정해진 임계값 내에 있도록, 상기 VFMM의 고정자 권선에 상기 제1 펄스를 보내 상기 연자성체의 실시간 자화 상태를 상기 제1 자화 상태로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 따른 방법을 포함하는, 상기 VFMM의 연자성체의 자화 상태를 자동으로 제어하는 방법으로서, 상기 VFMM의 연자성체의 자화 상태를 자동으로 제어하는 방법은,
상기 VFMM의 속도를 측정하는 단계;
상기 VFMM의 토크를 결정하는 단계;
상기 VFMM의 속도 및 토크에 기초하여 상기 연자성체의 이상적인 자화 상태를 결정하는 단계;
상기 연자성체에서 발생하는 역기전력을 측정하는 단계;
상기 측정된 역기전력에 기초하여 상기 연자성체의 실시간 자화 상태를 결정하는 단계;
상기 이상적인 자화 상태와 상기 연자성체의 실시간 자화 상태의 차이에 기초하여 상기 제1 펄스를 결정하는 단계; 및
상기 이상적인 자화 상태와 상기 제1 자화 상태의 차이의 절대값이 미리 정해진 임계값 내에 있도록, 상기 VFMM의 고정자 권선에 상기 제1 펄스를 보내 상기 실시간 자화 상태를 상기 제1 자화 상태로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
고정자 권선을 더 포함하는 모터의 회전자에서 연자성체의 잔류 자화를 증가시키는 방법으로서, 상기 방법은,
0.1ms 이상 2ms 이하의 지속시간을 갖는 제1 펄스 전류를 생성하고 상기 고정자 권선에 전류를 인가하여 상기 제1 펄스가 종료될 때 상기 연자성체의 자화 상태를 제1 자화 상태로 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
5ms 미만의 지속시간의 펄스를 사용하여 모터의 연자성체를 자화 수준으로 자화하는 방법으로서,
상기 자화 수준은 상기 연자성체에 대한 피크 자화의 적어도 75%인, 방법.
제4항에 따른 방법을 포함하는, 상기 VFMM의 연자성체의 자화 상태를 자동으로 제어하는 방법으로서, 상기 VFMM의 연자성체의 자화 상태를 자동으로 제어하는 방법은,
상기 VFMM의 속도를 측정하는 단계;
상기 VFMM의 토크를 결정하는 단계;
상기 VFMM의 속도 및 토크에 기초하여 상기 연자성체의 이상적인 자화 상태를 결정하는 단계;
상기 연자성체에서 발생하는 역기전력을 측정하는 단계;
상기 측정된 역기전력에 기초하여 상기 연자성체의 실시간 자화 상태를 결정하는 단계;
상기 이상적인 자화 상태와 상기 연자성체의 실시간 자화 상태의 차이에 기초하여 상기 제1 펄스를 결정하는 단계; 및
상기 이상적인 자화 상태와 상기 제1 자화 상태 사이의 차이의 절대값이 미리 정해진 임계값 내에 있도록, 상기 VFMM의 고정자 권선에 상기 제1 펄스를 보내 상기 실시간 자화 상태를 상기 제1 자화 상태로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 연자성체는 AlNiCo인, 방법.
제13항에 있어서,
상기 연자성체는 AlNiCo-9인, 방법.
제14항에 있어서,
상기 연자성체는 AlNiCo인, 방법.
제14항에 있어서,
상기 연자성체는 AlNiCo-9인, 방법.
제14항에 있어서,
적어도 하나의 펄스의 형상은 삼각형인, 방법.