KR20230110796A - 보정 정보 결정 방법, 전기 기계 제어 방법, 장치, 전기 구동 장치, 히트 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한 전기 기계(7)를 위한 보정 정보를 결정하는 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 회전자의 기준 회전각(φRef)이 선택되고, 회전자의 회전에 의해 영향을 받는 실제 변수가 결정되어 간섭파(SW)에 대해 모니터링되며, 간섭파(SW)가 검출되면, 기준 회전각(φRef)에 관련된, 상기 검출된 간섭파(SW)를 보상하기 위한 간섭파 보정 지침 및 기준 회전각(φRef)에 관련된 간섭파(SW)의 기준 특징이 결정되며, 회전자의 전기적 회전 시 통과되는 회전각 간격(Δφel)과 관련하여 기준 회전각(φRef)의 기준 회전각 값이 결정되며, 결정된 간섭파 보정 지침, 결정된 기준 특징 및 결정된 기준 회전각 값은 서로 할당되어 보정 정보로서 저장된다.

Description

보정 정보 결정 방법, 전기 기계 제어 방법, 장치, 전기 구동 장치, 히트 펌프

본 발명은, 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한 전기 기계를 위한 보정 정보를 결정하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 그러한 전기 기계를 제어하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 제어 유닛을 이용하여 보정 지침을 결정하기 위한 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 제어 유닛을 이용하여 전기 기계를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 전기 구동 장치 및 히트 펌프에 관한 것이다.

전기 기계는 일반적으로, 회전 가능하게 장착된 회전자 및 고정자 권선을 가진 고정자를 구비한다. 고정자 권선은, 고정자 권선에 적절한 에너지를 공급하여 회전자가 회전할 수 있는 방식으로 회전자 주위에 분포되어 배열된다. 예를 들어 농형 비동기 기계 또는 영구 자석 여자형 동기 기계와 같은 유도 기계는 그 구조 방식으로 인해 에어 갭 내에서 이상적인 사인파 플럭스 분포를 갖지 않는다. 작동 중에 사인파 전류를 이용한 제어 시 고조파의 영향을 받는 불균일한 토크가 야기된다. 그로 인해 구동 트레인에서 발생하는 비틀림 진동 외에, 앞서 언급한 불균일성으로 인해 고정자와 회전자 사이에 방사형 힘 여기(force excitation)도 발생하며, 이는 즉각 하우징 진동 및 결과적으로 소음 방사(Noise Vibration Harshness - NVH)의 형태로 나타난다. 이 문제는 예를 들어 압축기로 인한 것과 같은 외부 진동 부하 토크로 인해 악화된다. 그 결과, 전체적으로 전기 구동 시스템의 구조적 특성으로 인해 구동 트레인, 전력망 및/또는 청각적으로 인지 가능한 소음 방출에서 바람직하지 않은 인지 가능한 진동이 발생하는 경우가 있다. 자속 기준 제어(field-oriented control)를 이용하여 전기 기계를 제어하는 것이 공지되어 있다. 이 제어는 실질적으로 전류의 기본파를 제어하기 위해 설계되었으며, 이를 위해 전류의 기본파는 d/q 변환을 이용하여 회전자와 함께 회전하는 좌표계에서 DC 변수(DC variable)로 변환된다. 이러한 DC 변수를 토크 형성 전류(iq) 및 자속 형성 전류(id)라고도 한다. DC 변수는 회전자 고정 좌표계에서 제어되고, 결정된 조작 변수(ud, uq)가 이어서 재변환되어 전기 기계의 제어를 위한 전압의 기본파로서 사용된다. 이로써 고조파에 영향을 주거나 고조파를 감소시키는 것은 불가능하다.

종래 기술로부터, 고조파의 영향을 받는 전기 기계의 거동을 전기 기계의 구동의 변경을 통해 보상하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 출원인의 아직 공개되지 않은 한 특허 출원은 미리 결정된 간섭파 보정 지침, 본 경우에는 제어 매트릭스를 이용하여 보상이 수행되는 방법을 개시한다.

고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한 전기 기계를 위한 보정 정보를 결정하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 방법은 청구항 제1항의 특징들에 따라, 회전자의 기준 회전각이 선택되고, 회전자의 회전에 의해 영향을 받는 실제 변수가 결정되어 간섭파에 대해 모니터링되며, 간섭파가 검출되면, 기준 회전각에 관련된, 상기 검출된 간섭파를 보상하기 위한 간섭파 보정 지침 및 기준 회전각에 관련된 간섭파의 기준 특징(reference feature)이 결정되며, 회전자의 전기적 회전 시 통과되는 회전각 간격과 관련하여 기준 회전각의 기준 회전각 값이 결정되며, 결정된 간섭파 보정 지침, 결정된 기준 특징 및 결정된 기준 회전각 값은 서로 할당되어 보정 정보로서 저장되는 것을 특징으로 한다.

회전자가 복수의 극 쌍을 갖는 경우, 회전자의 전기적 회전각은 회전자의 기계적 회전 시 n*360°의 회전각 간격을 통과하며, 여기서 n은 극 쌍의 수이다. 예를 들어 2개의 극 쌍이 있는 경우, 전기적 회전각은 720°의 회전각 간격을 통과한다. 3개의 극 쌍이 있는 경우, 전기적 회전각은 1080°의 회전각 간격을 통과한다. 즉, 회전자의 각각의 극 쌍에 대해 전기적 회전각은 회전자의 기계적 회전 시 360°의 회전각 간격을 통과한다. 이에 상응하게, 회전자의 1회의 기계적 회전 시 회전자는 극 쌍의 수에 상응하는 수의 전기적 회전을 거친다. 복수의 극 쌍이 존재하는 경우, 전기적 회전각의 회전각 값만에 기초해서는 회전자의 기계적 회전각에 대한 명확한 할당이 불가능하다. 예를 들어 2개의 극 쌍이 있는 경우, 전기적 회전각의 회전각 값이 0°일 때 제1 기계적 회전각 또는 180° 이동된 제2 기계적 회전각이 있을 수 있다.

복수의 극 쌍을 가진 전기 기계의 제어 시 고조파의 영향을 받는 전기 기계의 거동이 간섭파 보정 지침을 고려하여 보상되어야 하는 경우, 간섭파 보정 지침의 위상 위치를 올바르게 규정해야 할 필요가 있다. 이를 위해 일반적으로 회전자의 기계적 회전각을 검출하도록 구성된 회전각 센서가 제공된다. 그에 비해 본 발명에 따른 방법은, 본 발명에 따라 결정된 보정 정보가 한편으로는 간섭파 보정 지침을 포함하고, 다른 한편으로는 기계적 회전각의 검출을 위한 회전각 센서 없이 간섭파 보정 지침의 위상 위치가 올바르게 규정될 수 있는 토대가 되는 정보를 포함한다는 이점이 있다.

본 발명에 따라 회전자의 기준 회전각이 선택된다. 예를 들어, 기준 회전각으로서 회전자의 특정 기계적 회전각이 선택된다. 바람직하게는 기준 회전각으로서 회전자의 특정 기계적 회전각이 선택된다. 바람직하게는 기준 회전각으로서 회전자의 기계적 회전 시 통과되는 전기적 회전각 간격 중에서 하나의 전기적 회전각이 선택된다. 예를 들어 3개의 극 쌍이 있는 경우, 1080°의 전기적 회전 간격 중에서 하나의 전기적 회전각이 선택된다. 이 경우, 어느 회전각이 기준 회전각으로서 선택되는지는 기본적으로 임의적이다. 예를 들어, 1080°의 전기적 회전각 간격 중에서 0°의 전기적 회전각이 기준 회전각으로서 선택된다. 또한, 본 발명에 따라, 회전자의 회전에 의해 영향을 받는 실제 변수가 결정되어 간섭파에 대해 모니터링된다. 실제 변수란, 그 프로파일에서 고조파의 영향을 받는 전기 기계의 거동이 간섭파로 인식될 수 있는 변수를 의미한다. 간섭파가 검출되면, 기준 회전각에 관련된, 상기 검출된 간섭파를 보상하기 위한 간섭파 보정 지침 및 기준 회전각에 관련된 간섭파의 기준 특징이 결정된다. 검출된 간섭파를 보상하기 위한 간섭파 보정 지침은, 전기 기계의 구동 시 이를 고려할 경우 간섭파가 보상되게 하는 데이터를 의미한다. 예를 들어, 앞서 언급한 제어 매트릭스는 간섭파 보정 지침이다. 간섭파 보정 지침은 기준 회전각과 관련이 있다. 간섭파를 보상하려면 전기 기계 구동의 주기적 변경이 필요하다. 그러한 점에서 간섭파 보정 지침 자체도 주기적이다. 예를 들어, 간섭파 보정 지침은 이 간섭파 보정 지침이 기준 회전각과 관련하여 특정 위상 위치를 갖는다는 점에서 기준 회전각과 관련이 있다. 간섭파의 기준 특징은 간섭파의 특정 속성을 의미한다. 기준 특징도 기준 회전각과 관련이 있다. 예를 들어 간섭파는 회전자의 회전각이 기준 회전각에 상응할 때 기준 특징을 갖는다. 또한, 본 발명에 따라, 회전자의 전기적 회전 시 통과되는 회전각 간격과 관련하여 기준 회전각의 기준 회전각 값이 결정된다. 회전자는 복수의 극 쌍을 가지므로, 회전자의 전기적 회전 시 통과되는 전기적 회전각 간격의 각각의 회전각 값은 회전자의 기계적 회전 시 여러 번 주어진다. 마지막으로, 결정된 간섭파 보정 지침, 결정된 기준 특징 및 결정된 기준 회전각 값은 서로 할당되어 보정 정보로서 저장된다. 즉, 간섭파 보정 지침은 결정된 기준 특징에 따라 그리고 결정된 기준 회전각 값에 따라 저장된다. 기준 특징과 기준 회전각 값은 함께 간섭파 보정 지침의 위상 위치의 올바른 규정을 가능케 한다. 본 개시내용의 범주에서 "결정"은 검출 또는 측정뿐만 아니라 검출되거나 측정된 값의 함수로서의 계산도 의미한다. 보정 정보를 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 바람직하게 공장에서의 전기 기계의 응용의 범주에서 수행된다.

한 바람직한 실시예에 따라, 간섭파 보정 지침이 NVH 센서의 센서 신호에 따라 결정된다. NVH 센서의 센서 신호에 따라 간섭파 보정 지침의 정밀한 결정이 가능하다. 예를 들어 전기 기계의 구동은 NVH 센서의 센서 신호가 최소화되도록 조정된다. 그런 다음, 상기 수행된 구동 조정에 따라 간섭파 보정 지침이 결정된다. 바람직하게는 NVH 센서로서 가속도 센서, 레이저 센서 또는 음향 센서가 사용된다. 바람직하게 NVH 센서는 외부 센서이다. 그에 상응하게 NVH 센서는 전기 기계의 일부가 아니라 상기 방법을 수행하기 위해 기계에 할당될 뿐이다. 예를 들어 NVH 센서는 외부 보정 장치의 일부이다.

바람직하게, 실제 변수로서 고정자 권선을 통해 흐르는 적어도 하나의 전기적 실제 상전류(phase current)가 결정된다. 전기 기계의 작동 중에 고정자 권선을 통해 흐르는 실제 상전류 자체는 사인파형 프로파일 또는 주기적 프로파일을 갖는다. 간섭파는 실제 상전류의 프로파일에서 실제 상전류의 진폭을 기반으로 인식될 수 있다. 실제 변수로서의 실제 상전류의 결정은, 실제 상전류가 일반적으로 어차피 전기 기계의 표준 센서 시스템에 의해 결정되기 때문에 특히 적합하다.

한 바람직한 실시예에 따라, 실제 변수로서 토크 형성 전류가 결정된다. 이는 전술한 바와 같이 회전자 고정 좌표계와 관련되며, 이에 상응하게 DC 변수로서 주어진다. 토크 형성 전류가 DC 변수이기 때문에, 간섭파를 특히 용이하게 검출할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 바람직하게 실제 변수로서 자속 형성 전류가 결정된다.

바람직하게 기계는 압축기를 구동하도록 구성되며, 이 경우 실제 변수로서 상기 압축기에 의해 이송된 유체의 유체 압력이 결정된다. 그런 다음 기계의 회전자가 압축기의 구동을 위해 압축기와 연결된다. 그에 따라 고조파의 영향을 받는 기계의 거동이 유체 펌프에 의해 이송된 유체의 유체 압력으로도 전달된다. 그에 상응하게, 간섭파는 유체 압력의 프로파일에서도 인식될 수 있다.

바람직하게 기준 특징으로서 간섭파의 위상 위치가 결정된다. 즉, 간섭파의 위상 위치는 기준 회전각과 관련하여 결정된다. 위상 위치는 하기의 예시에서 설명되듯이 기준 회전각을 특성화하기 위한 기준 특징으로서 특히 적합하다. 본 예시에서는 회전자가 다시 3개의 극 쌍을 갖는다. 이에 상응하게, 회전자의 기준 회전각에서 주어지는 전기적 회전각 값은 회전자의 기계적 회전 시 총 3회 주어진다. 간섭파는 회전자의 기계적 회전 주파수의 관점에서 1차 고조파인 간섭파라고 가정된다. 이에 상응하게, 기준 회전각과 관련한 간섭파의 위상 위치는 기준 회전각에서와 동일한 전기적 회전각 값이 주어지는 다른 회전각 중 하나와 관련한 위상 위치와 다르다. 따라서 기준 회전각은 간섭파의 위상 위치에 따라 다른 회전각과 명확하게 구별될 수 있다.

한 바람직한 실시예에 따라, 기준 특징으로서 실제 변수의 적어도 하나의 최대값 및/또는 적어도 하나의 최소값이 결정된다. 예를 들어, 기준 회전각이 주어진 직후의 최대값 또는 최소값이 기준 특징으로서 결정된다. 최대값 또는 최소값에 따라서도 기준 회전각이 명확하게 특성화될 수 있다.

또한, 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한 전기 기계의 제어를 위한 방법이 제공된다. 전기 기계를 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법은 청구항 제8항의 특징에 따라, 간섭파 보정 지침, 전기적 기준 회전각 값 및 기준 특징을 갖는 보정 정보가 제공되며, 회전자의 회전에 의해 영향을 받는 실제 변수가 결정되어 간섭파에 대해 모니터링되며, 간섭파가 검출되면, 기준 회전각 값에 상응하는 회전각 값을 갖는 회전자의 각각의 전기적 회전각에 대해, 각각 전기적 회전각에 관련된 간섭파의 실제 특징이 결정되며, 결정된 실제 특징이 기준 특징과 비교되고, 상기 비교에 따라 간섭파 보정 지침의 위상 위치가 규정되며, 전기 기계를 위한 구동 신호는 상기 규정된 위상 위치를 갖는 간섭파 보정 지침에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 제어를 위한 방법이란 구동을 위한 방법을 의미한다. 특히, 이 경우 전기 기계가 구동되며, 바람직하게는 제어된다.

이로부터, 전기 기계의 표준 센서 시스템을 이용하여 간섭파 보정 지침의 위상 위치의 올바른 결정이 수행될 수 있다는 이점이 도출된다. 즉, 전기 기계의 작동 중에 발생하는 간섭파를 보상하기 위해 예컨대 회전각 센서와 같은 추가 센서 시스템이 불필요하다.

바람직하게는 보정 정보로서, 본 발명에 따른 보정 정보 결정 방법으로 결정된 보정 정보가 제공된다. 바람직하게는 실제 변수로서, 고정자 권선을 통해 흐르는 전기적 실제 상전류, 토크 형성 전류, 자속 형성 전류 및/또는 유체 압력이 결정된다. 바람직하게는 실제 특징으로서, 간섭파의 위상 위치, 간섭파의 최대값 또는 간섭파의 최소값이 결정된다. 본 발명에 따라, 상기 결정된 실제 특징은 보정 정보에 포함된 기준 특징과 비교되고, 상기 비교에 따라 간섭파 보정 지침의 위상 위치가 규정된다. 예를 들어, 기준 특징과의 편차가 가장 작은 실제 특징이 선택된다. 이 경우, 상기 실제 특징에 할당된 회전자의 회전각이 회전자의 기준 회전각에 상응한다고 가정된다. 간섭파 보정 지침이 기준 회전각과 관련하여 결정되었기 때문에, 그에 따라 간섭파 보정 지침의 위상 위치가 올바르게 규정될 수 있다. 마지막으로, 전기 기계를 위한 구동 신호가 상기 규정된 위상 위치를 갖는 간섭파 보정 지침에 따라 결정된다. 즉, 이 경우 전기 기계는 상기 규정된 위상 위치를 갖는 간섭파 보정 지침에 따라 제어된다.

바람직하게, 전기 기계는 결정된 구동 신호를 이용하여 구동되고, 특히 제어된다. 전기 기계의 제어 및/또는 구동은 상기 결정된 구동 신호를 이용하여 수행된다.

본 발명은 또한 전기 기계를 위한 보정 정보를 결정하는 장치에 관한 것이며, 상기 기계는 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한다. 상기 장치는 청구항 제10항의 특징에 따라, 지정된 사용 시 본 발명에 따른 보정 정보 결정 방법을 수행하도록 특별히 구성된 제어 유닛을 특징으로 한다. 이로부터도 이미 방법과 관련하여 언급한 장점들이 도출된다. 또 다른 바람직한 특징 및 특징 조합은 설명부 및 청구항을 참조한다.

본 발명은 또한 전기 기계를 제어하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 기계는 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한다. 상기 장치는 청구항 제11항의 특징에 따라, 지정된 사용 시 본 발명에 따른 전기 기계 제어 방법을 수행하도록 특별히 구성된 제어 유닛을 특징으로 한다. 이로부터도 이미 방법과 관련하여 언급한 장점들이 도출된다. 또 다른 바람직한 특징 및 특징 조합은 설명부 및 청구항을 참조한다.

본 발명에 따른 전기 구동 장치는 전기 기계 및 이 전기 기계를 작동하기 위한 장치를 갖는다. 이 구동 장치는 청구항 제12항의 특징에 따라, 상기 장치의 본 발명에 따른 구성을 특징으로 한다. 이로부터도 이미 언급한 장점들이 도출된다. 또 다른 바람직한 특징 및 특징 조합은 설명부 및 청구항을 참조한다.

본 발명에 따른 히트 펌프는 압축기 및 이 압축기를 구동하기 위한 전기 구동 장치를 갖는다. 이 히트 펌프는 청구항 제13항의 특징에 따라, 상기 구동 장치의 본 발명에 따른 구성을 특징으로 한다.

하기에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.

도 1은 히트 펌프의 개략도이다.
도 2는 히트 펌프의 전기 기계를 위한 보정 정보를 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 전기 상전류의 프로파일을 나타낸 다이어그램이다.
도 4는 토크 형성 전류의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 유체 압력의 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 6은 전기 기계의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1은 히트 펌프(1)의 개략도를 도시한다. 히트 펌프(1)는 압축기(2)를 갖는다. 본 경우에, 히트 펌프(1)는 응축기(3), 스로틀(4) 및 증발기(5)도 갖는다. 압축기(2)에는 압축기(2)를 구동하기 위한 전기 구동 장치(6)가 할당된다. 본 경우에, 압축기(2)는 트윈 로터리 피스톤 압축기(2)이다. 그러나 본 발명에 의해 달성되는 유리한 효과는 다른 유형의 압축기를 사용해서도 달성될 수 있다.

구동 장치(6)는 회전 가능하게 장착된 회전자와 고정자 권선을 갖는 전기 기계(7)를 갖는다. 회전자는 복수의 극 쌍을 갖는다. 하기에서는 본 발명을 설명하기 위해 회전자가 3개의 극 쌍을 갖는다고 가정한다. 고정자 권선은, 고정자 권선에 적절한 에너지를 공급하여 회전자가 회전할 수 있는 방식으로 회전자 주위에 분포되어 배열된다. 이를 위해 고정자 권선은 복수의 위상을 갖는다. 하기에서는 본 발명을 설명하기 위해 고정자 권선이 3개의 위상(U, V 및 W)을 갖는다고 가정한다.

구동 장치(6)는 또한 전기 에너지 저장 장치(8)를 갖는다. 에너지 저장 장치(8)는 복수의 스위칭 소자를 갖는 전력 전자 시스템(9)에 의해 고정자 권선의 위상과 전기적으로 연결된다.

구동 장치(6)는 또한 전기 기계(7)의 제어를 위한 장치(10)를 갖는다. 제어는 특히 피드백이 없는 구동을 의미하기도 한다. 제어는 특히 루프백(loopback)이 없는 구동을 의미하기도 한다. 제어는 특히 구동일 수도 있다. 장치(10)는 전기 기계(7)를 구동하도록 구성된 제어 유닛(11)을 갖는다. 이를 위해 제어 유닛(11)은, 전력 전자 시스템(9)의 스위칭 소자를 위한 구동 신호를 결정하고 이 구동 신호에 따라 스위칭 소자를 전도성으로 또는 비전도성으로 스위칭하도록 구성된다. 상기 구동 신호를 이용하여 전기 기계(7)가 구동되고, 특히 제어된다. 장치(10)는 또한 데이터 메모리(12)를 갖는다. 데이터 메모리(12)에는 적어도 하나의 보정 정보가 저장되어 있다/저장될 수 있다. 데이터 메모리(12)는 제어 유닛(11)에 보정 정보를 제공하기 위해 통신 기술적으로 제어 유닛(11)과 연결된다.

고정자 권선에는 제1 센서 장치(13)가 할당된다. 제1 센서 장치(13)는, 고정자 권선의 위상(U, V 및 W)을 통해 흐르는 실제 전기 상전류를 검출하도록 구성된다. 이를 위해, 제1 센서 장치(13)는 적어도 하나의 전류 센서를 갖는다. 제1 센서 장치(13)는, 검출된 실제 상전류를 제어 유닛(11)에 제공하기 위해 통신 기술적으로 제어 유닛(11)과 연결된다.

히트 펌프(1)는 또한 제2 센서 장치(14)를 갖는다. 제2 센서 장치(14)는, 압축기(2)에 의해 이송된 유체의 유체 압력을 검출하도록 구성된다. 이를 위해, 제2 센서 장치(14)는 적어도 하나의 압력 센서를 갖는다. 제2 센서 장치(14)는, 검출된 유체 압력을 제어 유닛(11)에 제공하기 위해 통신 기술적으로 제어 유닛(11)과 연결된다.

하기에서는 도 2와 관련하여 전기 기계(7)를 위한 보정 정보를 결정하기 위한 한 바람직한 방법이 더 상세히 설명된다. 이 방법은 제어 유닛(11)에 의해 수행된다.

제1 단계(S1)에서, 전기 기계(7)는 추정된 전기적 회전각에 기반한 자속 기준 제어를 이용하여 작동된다. 이 경우, 기계(7)의 작동 시 들릴 수 있거나 감지할 수 있는 진동이 발생한다. 이러한 진동은 한편으로 기계(7)의 구조적 특성으로 인해 발생하고, 다른 한편으로는 기계(7)에 의해 구동된 압축기(2)의 압축 사이클로 인해 발생한다.

제2 단계(S2)에서는 회전자의 기준 회전각(φRef)이 선택된다. 기준 회전각(φRef)으로서, 회전자의 기계적 회전 시 통과되는 회전각 간격 중에서 특정 전기적 회전각이 선택된다. 회전자가 3개의 극 쌍을 갖기 때문에, 전기적 회전각은 회전자의 기계적 회전 시 1080°의 회전각 간격을 통과한다. 기준 회전각(φRef)의 선택은 기본적으로 임의적이다. 예를 들어, 기준 회전각(φRef)으로서 0° 또는 540°의 전기적 회전각이 선택된다. 하기에서는 기준 회전각(φRef)으로서 전기 회전각(0°)이 선택된 것으로 가정한다.

제2 단계(S3)에서는 회전자의 회전에 의해 영향을 받는 실제 변수가 결정되어 간섭파에 대해 모니터링된다. 실제 변수가 회전자의 회전에 의해 영향을 받기 때문에, 앞서 언급한 진동은 실제 변수의 프로파일에서 간섭파로서 검출될 수 있다. 실제 변수로서는, 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술되듯이, 다양한 변수가 가능하다.

도 3은 실제 상전류(IU, IV 및 IW)의 프로파일이 회전자의 기계적 회전각의 함수로서 도시된 다이어그램을 도시한다. 회전각 간격(Δφ)은 회전자의 완전한 1회전을 나타낸다. 즉, 회전각 간격(Δφ)은 360°의 기계적 회전각 간격에 상응한다. 여기서 회전자는 3개의 극 쌍을 가지므로, 회전각 간격(Δφ)은 1080°의 전기적 회전각 간격에 상응한다. 즉, 실제 상전류는 회전각 간격(Δφ) 내에서 3개의 주기를 통과한다. 이에 상응하게, 회전각 간격(Δφ)은 각각 360°의 전기 회전각에 대응하는 3개의 전기적 회전각 간격(Δφ1, Δφ2, Δφ3)을 갖는다.

도 3에서 알 수 있듯이, 실제 상전류는 간섭파(SW)에 의해 중첩된다. 간섭파(SW)로 인해 상전류의 다양한 최대값과 최소값이 서로 상이해진다. 예를 들어, 실제 상전류(IU)의 제1 최대값(M1)은 실제 상전류(IU)의 제2 최대값(M2)보다 더 크다. 간섭파(SW)는 주로 압축기(2)의 압축 사이클로 인해 발생한다. 이송된 유체가 압축기(2)에 의해 압축되면 실제 상전류가 증대된다. 압축기(2)가 트윈 로터리 피스톤 압축기(2)로서 구성되고, 그러한 점에서 회전자의 각각의 회전 시 2개의 압축 사이클을 통과하기 때문에, 간섭파(SW)는 회전자의 회전 주파수와 관련하여 제1 고조파이다.

도 4는 토크 형성 전류(iq)의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 스펙트럼은 토크 형성 전류(iq)의 푸리에 변환에 의해 결정되었다. 도 4에서 알 수 있듯이, 스펙트럼은 주로 100Hz의 주파수에서 신호를 갖는다. 이 신호는 간섭파(SW)에 상응한다. 즉, 진동이 토크 형성 전류(iq)의 프로파일에도 영향을 미침에 따라, 토크 형성 전류도 실제 변수로서 고려된다. 이와 유사하게, 자속 형성 전류(id)도 실제 변수로서 고려된다.

도 5는 제2 센서 장치(14)에 의해 검출된 유체 압력(P)의 프로파일을 도시한다. 여기에는 압축기(2)의 저압 섹션의 유체 압력(P)이 도시되어 있다. 도 2에서 알 수 있듯이, 유체 압력(P)의 프로파일도 간섭파(SW)의 영향을 받는다. 이러한 점에서, 유체 압력(P)도 실제 변수로서 고려된다.

하기에서는, 단계(S3)에서 실제 변수로서 토크 형성 전류(iq)가 결정되어 간섭파에 대해 모니터링된다고 가정한다. 또 다른 실시예에 따라, 실제 변수로서 적어도 하나의 실제 상전류, 자속 형성 전류(id), 압축기(2)의 저압 섹션의 유체 압력(P), 또는 압축기(2)의 고압 섹션의 유체 압력이 결정되어 간섭파에 대해 모니터링된다.

제4 단계(S4)에서는, 선택된 기준 회전각(φRef)에 관련된, 간섭파(SW)를 보상하기 위한 간섭파 보정 지침이 결정된다. 간섭파 보정 지침은, 전기 기계(7)의 제어 시 이를 고려할 경우 간섭파(SW)가 평활화되게 하는 데이터를 의미한다. 이 경우, 실제 변수의 프로파일에서 간섭파(SW)가 더 이상 나타나지 않는다. 여기서는 제어 유닛(11)이 NVH 센서의 센서 신호에 따라 간섭파 보정 지침을 결정한다. NVH 센서는, 앞서 언급한 진동을 검출하도록 구성된 센서를 의미한다. 예를 들어, NVH 센서는 가속도 센서, 레이저 센서 또는 음향 센서이다. NVH 센서는 도 2에 도시된 방법을 수행하기 위해서만 전기 기계(7)에 할당된다. 이러한 점에서 NVH 센서는 외부 센서이다. 바람직하게 제어 유닛(11)은, NVH 센서의 센서 신호가 약화되거나 최소화되는 방식으로 전기 기계(7)의 구동을 변경한다. 이를 위해 필요한 구동의 변경을 제어 유닛(11)은 간섭파 보정 지시로서 결정한다. 간섭파 보정 지침을 통해 주기적으로 발생하는 영향이 감소해야 하므로, 간섭파 보정 지침 자체도 주기적이다. 주기적인 간섭파 보정 지침의 위상 위치는 선택된 회전 기준각(φRef)과 관련된다.

제5 단계(S5)에서는, 제어 유닛(11)이 기준 회전각(φRef)과 관련하여 간섭파(SW)의 기준 특징을 결정한다. 기준 특징은, 선택된 기준 회전각(φRef)을 특성화하는 간섭파(SW)의 특징을 의미한다. 기준 회전각(φRef)은 전기적 회전각 간격(Δφ1)과 관련하여 0°의 회전각 값을 갖는다. 전기적 회전각 간격(Δφ2) 및 전기적 회전각 간격(Δφ3)도 각각 0°의 회전각 값을 갖는 회전각, 요컨대 회전각 φ1 및 φ2를 갖는다. 예를 들어, 기준 특징으로서 기준 회전각(φRef)과 관련한 간섭파(SW)의 위상 위치가 결정된다. 예를 들어 도 3에서 알 수 있듯이, 기준 회전각(φRef)과 관련한 간섭파(SW)의 위상 위치는 회전각(φ1) 또는 회전각(φ2)과 관련한 위상 위치와 다르다. 이러한 점에서 위상 위치는 기준 회전각(φRef)의 명확한 특성화를 위해 기준 특징으로서 적합하다.

제6 단계(S6)에서는, 기준 회전각 값으로서 전기적 회전각 간격(Δφ1)과 관련하여 기준 회전각(φRef)의 회전각 값이 결정된다. 이는 이미 언급했듯이 0°이다.

제7 단계(S7)에서는, 결정된 간섭파 보정 지침, 결정된 기준 회전각 값 및 결정된 기준 특징이 서로 할당되어 보정 정보로서 데이터 메모리(12)에 저장된다.

하기에서는 도 6과 관련하여 전기 기계(7)의 제어를 위한 한 바람직한 방법이 더 상세히 설명된다. 도 6에 도시된 방법도 제어 유닛(11)에 의해 수행된다.

제1 단계(V1)에서, 전기 기계(7)는 추정된 전기적 회전각에 기반한 자속 기준 제어를 이용하여 작동된다. 즉, 단계(V1)는 도 2에 도시된 방법의 단계(S1)에 상응한다.

제2 단계(V2)에서, 도 2에 도시된 방법에 따라 결정된 보정 정보가 제어 유닛(11)에 제공된다.

제3 단계(V3)에서는 회전자의 회전에 의해 영향을 받는 실제 변수가 결정되어 간섭파에 대해 모니터링된다. 여기서, 앞서 방법 단계(S4)와 관련하여 언급한 동일한 실제 변수가 고려된다. 바람직하게, 실제 변수로서 단계(S4)에서 보정 정보의 결정 시에도 고려된 실제 변수가 결정된다.

간섭파가 검출되면, 제4 단계(V4)에서 기준 회전각 값에 상응하는 회전각 값을 갖는 회전자의 각각의 전기적 회전각에 대해, 각각 개별 회전각에 관련된 간섭파의 실제 특징이 결정된다. 앞서 언급한 바와 같이, 회전각(φRef, φ1 및 φ2)의 전기적 회전각 값은 보정 정보에 포함된 기준 회전각 값에 상응한다. 이에 상응하게, 상기 3개의 회전각 각각에 대해 각각 간섭파의 실제 특징이 결정된다. 바람직하게는 보정 정보에 포함된 기준 특징과 동질인(coessential) 실제 특징이 결정된다. 즉, 단계(S5)에서 기준 특징으로서 간섭파의 위상 위치가 결정되었다면, 단계(V4)에서도 회전각(φRef, φ1 및 φ2) 각각에 대한 실제 특징으로서 간섭파(SW)의 위상 위치가 결정된다.

제5 단계(V5)에서는, 상기 결정된 실제 특징이 기준 특징과 비교된다. 또한, 기준 특징과의 편차가 가장 작은 실제 특징이 선택된다. 이 경우, 상기 실제 특징이 결정된 전기적 회전각이 기준 회전각(φRef)이라고 가정한다.

제6 단계(V6)에서, 보정 정보에 포함된 간섭파 보정 지침의 위상 위치가 규정된다. 이는, 간섭파 보정 지침이 기준 회전각에 관련되고, 단계(V5)에서 기준 회전각(φRef)이 실제 특징과 기준 특징의 비교에 기초하여 식별되었기 때문에, 문제없이 가능하다. 간섭파 보정 지침의 위상 위치가 규정된 다음, 상기 규정된 위상 위치를 갖는 간섭파 보정 지침에 따라 전기 기계(7)를 위한 구동 신호가 결정된다. 이를 통해 간섭파(SW)가 보상됨에 따라, 전기 기계(7)의 작동 중에 진동이 감소한다.

전기 기계(7)는 결정된 구동 신호에 의해 구동되고, 특히 제어된다. 전기 기계(7)의 구동은 구동 신호를 이용하여 수행된다. 바람직하게, 전기 기계(7)를 제어하기 위한 방법은 결정된 구동 신호를 이용한 전기 기계의 구동을 포함한다.

Claims (13)

1. 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한 전기 기계(7)를 위한 보정 정보를 결정하는 방법이며,
   회전자의 기준 회전각(φRef)이 선택되며,
   회전자의 회전에 의해 영향을 받는 실제 변수가 결정되어 간섭파(SW)에 대해 모니터링되며,
   간섭파(SW)가 검출되면, 기준 회전각(φRef)에 관련된, 상기 검출된 간섭파(SW)를 보상하기 위한 간섭파 보정 지침 및 기준 회전각(φRef)에 관련된 간섭파(SW)의 기준 특징이 결정되며,
   회전자의 전기적 회전 시 통과되는 회전각 간격(Δφ1)과 관련하여 기준 회전각(φRef)의 기준 회전각 값이 결정되며,
   결정된 간섭파 보정 지침, 결정된 기준 특징 및 결정된 기준 회전각 값은 서로 할당되어 보정 정보로서 저장되는, 보정 정보 결정 방법.
2. 제1항에 있어서, 간섭파 보정 지침이 NVH 센서의 센서 신호에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 보정 정보 결정 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실제 변수로서 고정자 권선을 통해 흐르는 적어도 하나의 전기적 실제 상전류(IU, IV, IW)가 결정되는 것을 특징으로 하는, 보정 정보 결정 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실제 변수로서 토크 형성 전류(iq)가 결정되고, 그리고/또는 실제 변수로서 자속 형성 전류(id)가 결정되는 것을 특징으로 하는, 보정 정보 결정 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기계(7)는 압축기(2)를 구동하도록 구성되며, 실제 변수로서 압축기(2)에 의해 이송된 유체의 유체 압력(P)이 결정되는 것을 특징으로 하는, 보정 정보 결정 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 특징으로서 간섭파(SW)의 위상 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는, 보정 정보 결정 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 특징으로서 실제 변수의 적어도 하나의 최대값 및/또는 적어도 하나의 최소값이 결정되는 것을 특징으로 하는, 보정 정보 결정 방법.
8. 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한 전기 기계(7)의 제어를 위한 방법이며,
   간섭파 보정 지침, 전기적 기준 회전각 값 및 기준 특징을 갖는 보정 정보가 제공되며, 회전자의 회전에 의해 영향을 받는 실제 변수가 결정되어 간섭파(SW)에 대해 모니터링되며, 간섭파(SW)가 검출되면, 기준 회전각 값에 상응하는 회전각 값을 갖는 회전자의 각각의 전기적 회전각(φRef, φ1, φ2)에 대해 각각 전기적 회전각(φRef, φ1, φ2)에 관련된 간섭파의 실제 특징(SW)이 결정되며, 결정된 실제 특징이 기준 특징과 비교되고, 상기 비교에 따라 간섭파 보정 지침의 위상 위치가 규정되며, 상기 규정된 위상 위치를 갖는 간섭파 보정 지침에 따라 전기 기계(7)를 위한 구동 신호가 결정되는, 전기 기계 제어 방법.
9. 제8항에 있어서, 전기 기계(7)는 상기 결정된 구동 신호를 이용하여 구동되거나 제어되는 것을 특징으로 하는, 전기 기계 제어 방법.
10. 전기 기계를 위한 보정 정보를 결정하는 장치이며, 기계(7)는 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 복수의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한, 전기 기계를 위한 보정 정보 결정 장치에 있어서,
    지정된 사용 시 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 특별히 구성된 제어 유닛(11)을 특징으로 하는, 전기 기계를 위한 보정 정보 결정 장치.
11. 전기 기계의 제어를 위한 장치이며, 기계(7)는 고정자 권선과, 회전 가능하게 장착되고 적어도 2개의 극 쌍을 갖는 회전자를 구비한, 전기 기계 제어 장치에 있어서,
    지정된 사용 시 제8항 또는 제9항에 따른 방법을 수행하도록 특별히 구성된 제어 유닛(11)을 특징으로 하는, 전기 기계 제어 장치.
12. 전기 기계(7) 및 이 전기 기계를 작동하기 위한 장치(10)를 갖는 전기 구동 장치에 있어서,
    제11항에 따른 장치(10)의 구성을 특징으로 하는, 전기 구동 장치.
13. 압축기(2) 및 이 압축기(2)를 구동하기 위한 전기 구동 장치(6)를 갖는 히트 펌프에 있어서,
    제12항에 따른 구동 장치(6)의 구성을 특징으로 하는, 히트 펌프.

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