KR920002369B1

KR920002369B1 - 절환식 리럭턴스 모터용 회전자위치 평가기

Info

Publication number: KR920002369B1
Application number: KR1019880014017A
Authority: KR
Inventors: 리차드 맥민 스테폰; 버나드 로에머 피터
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴패니; 아더 엠. 킹
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1992-03-23
Also published as: DE3836240A1; JPH01164288A; GB2211682B; KR890007051A; IT1231535B; GB8825082D0; GB2211682A; FR2623033B1; US4772839A; DE3836240C2; FR2623033A1; IT8822403A0

Abstract

내용 없음.

Description

절환식 리럭턴스 모터용 회전자위치 평가기

제1도는 회전자위치센서를 사용한 통상의 SRM구동시스템의 블록선도.

제2도는 인덕턴스를 3가지 정류자 위상에 대한 회전자위치의 함수로서 나타낸 파형도.

제3도는 본 발명의 원리에 따라서 구성된 회전자위치평가기를 결합한 SRM제어시스템의 블록선도.

제4도는 본 발명을 수행하는데 유용한 각도결합기 및 추정기의 블록선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 절환식 리럭턴스 모터, 12 : 위치센서,

14 : 회전자, 16 : 신호조절기,

18 : 제어기, 20 : 3상 인버터,

30 : 위치평가기, 44,46,48,59 : A/D변환기,

52 : 임피던스 센싱제어로직, 58 : 계산블록,

60 : 함수블록, 62 : 각도결합기/평가기.

본 발명은 시프트 위치센서 없이 작동하는 가변 리럭턴스 구동식 회전자의 위치를 평가하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 비작동된 고정자상의 인덕턴스 특성으로부터 회전자위치를 평가해 내기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

이에 대해서는 몇해 전부터 알려지고 있으나, 최근 절환식 리럭턴스 모터(SRM)구동장치에 대한 관심이 고조되고 있다. 통상의 유도식 및 동기식 모터 구동시스템에 비해 SRM구동이 그 구성 및 경제적인 면에서 간단하다. 아울러 전력을 SRM 머신에 인가하는 변환기는 소형의 전력장치를 필요로 하므로, 보다 경제적이며 신뢰성이 높다. 이들의 잇점에 비추어, 절환식 리럭턴스 모터 구동시스템은 통상의 구동시스템과는 다른 매력을 제공하며 또한 산업적 응용면에서도 폭넓은 인기를 가질 것으로기대된다.

절환식 리럭턴스 모터는 통상 고정자 및 회전자 양자에 대하여 다수의 폴(poles) 또는 티쓰(teeth)를 갖는데, 상기 고정자상에는 상 권선이 있으나 회전자상에는 권선 또는 자석이 전혀없다. 대향된 각쌍의 고정자 폴들은 직렬로 연결되어, 다상 절환식 리럭턴스 모터의 독립상을 형성한다.

각 상 권선내의 전류를 회전자에 각도위치로서 동기화되는 소정의 순서대로 스위칭 온하게 되면 토오크가 발생되는데, 이에 따라 서로 근접해 있는 회전자 및 고정자 폴들사이에 자력이 형성된다. 상기 전류는 고정자 폴에 가장 근접한 회전자 폴이 그 정렬된 위치를 지나 회전하기전에 각각의 상으로 스위치 오프된다. 그렇게 되지 않는 경우에는 상기 자력이 음의 혹은 브레이킹 토오크를 생성할 수도 있다. 이와 같이 생성된 토오크는 회전자운동으로 동기화되는 단일방향 전류펄스들이 다이리스터나 혹은 트랜지스터와 같은 단일방향 전류 스위칭소자를 이용한 변환기에 의해 고정자 상 권선에 인가될 수 있도록 하기 위해 전류 이동 방향과는 별도로 형성된다.

절환식 리럭턴스 구동장치는 고정자상 전류를 회전자위치와의 동기로 스위칭 온 또는 스위칭 오픈시킴으로써 동작한다. 회전자각도에 관한 점화펄스를 적절히 위치설정시킴으로써, 정전 혹은 역전 동작과 그리고 모터링 혹은 제네레이팅 동작이 얻어질 수 있다. 통상, 소망의 상 전류 정류는 회전자위치신호를 시프트 위치센서, 예컨대 엔코더 또는 리졸버로부터 제어기로 피드백함으로써 달성된다. 비용면에서는 소형 구동장치를 그리고 신뢰성면에서는 보다 큰 구동장치를 필요로 하는바, 이러한 모든 구동장치에 있어서의 사이즈, 무게 및 관성을 감소시키기 위해서는 상기한 시프트 위치센서를 제거하는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 모터의 단자전압 및 단자전류를 모니터링함으로써 간접적으로 회전자위치를 감지하기 위한 여러 가지 방법이 이미 제안되어 왔다. 그 한가지 방법(파형 검출법으로서 약칭됨)은 백(back)기전력에 달려 있는데, 이는 저속에는 신뢰성이 없으며 제로속도에서는 동작하지 않는다.

본 출원인에게 공동 양도된 미합중국 특허 제4,611,157호 및 제4,642,543호에는 시프트 위치보다는 평균 직류 링크전류를 피드백함으로써 동적으로 안정화된 절환식 리럭턴스 구동장치상에서 행해지는 동작을 기재하고 있다. 이러한 제어기는 그 패드백 정보의 평균값과 그리고 시동위치로 지터(jitter)하는 용장성에 의해 제어된다. 이것은 팬형 및 블로워형 응용에 유용하지만, 이들 제어기는 정확한 속도 및 위치제어가 필요한 서어보형 응용에는 응용할 수 없다.

＂스테핑 모터 및 그 구동회로(Stepping Motors and Drive Circuit There for)＂란 명칭의 미합중국 특허 제4,520,302호에서는 상 권선의 인덕턴스가 회전자위치에 따라 달라져서 실질상 최대에서 최소까지 사인파형으로 변화하는 것을 인정하고 있다. 이 특허에 따르면 인덕턴스의 변화는 회전자위치의 간접적인 표시를 나타내도록 모니터될 수 있는 상 전류흐름 특성에 대한 대응변화를 초래한다. 작동되거나 혹은 비작동되는 상 권선을 통한 전류흐름은 모니터될 수 있다. 쵸퍼(Chopper)형 구동회로의 경우에 있어서, 측정된 전류흐름의 특성은 전류 상승시간, 전류감소시간이나 혹은 쵸핑주파수일 수도 있다. 비록 이 특허에서는 여러 가지 수행방법이 제안되고 있으나 그들은 모두 주지된 바와 같은 서치 방법을 수반하는 것으로 보이는데, 예를들면 측정된 상 전류의 변화와 그리고 목표 인덕턴스에 대한 검출위치의 불명확성에 기인한 최소 인덕턴스 값은 모니터되는 전류흐름 특성이 회전자위치로서 증가하는지 혹은 감소하는지의 여부를 고려함으로써 제거된다(참조열 6의 62행 내지 65행, 참조열 8의 12행 내지 19행). 이러한 해소 방법은 모터가 주어진 방향으로 이동하는 것을 전제로 한다. 따라서 그것은 모터가 정지상태에서 시동상태로 되는 경우 유효해지지는 않는다. 이와 같은 후자의 제한은 시동중일 때 구동 지글(drive jiggle)을 허용하지 않는 서어보 구동시스템에서 특히 중요하다.

미합중국 특허 제4,520,302호의 간접 회전자위치 평가 및 피드백 방법은 1985년 8월에 간행된 IEEE트랙 잭션지 제32권 제3호의 페이지 215-222에 게재된 ＂전류파형의 모니터링에 의한 스테핑 및 절환식 모터내의 회전자위치검출(Detection of Rotor Position in Stepping and Switched Motors by Monitoring of Current Wave Forms)＂이란 명칭의 논문에 추가로 기재되어 있다. 초기단계 구동에 대한 그들 방법의 응용에 있어서 상기 논문의 저자는 4상 모터의 비 여기된 상들내의 상 전류의 쵸핑특성에 대한 모니터링을 권장했다. 또한 상기 저자는 각각의 인덕턴스 및 위치특성의 기울기가 그 위치영역의 한 단부에서 제로로 접근하기 때문에 그것은 매우 중요하다고 강조하였다. 그 영역의 중간점에서 이러한 사전 방법은 회전자위치에 관한 불명확성을 해소시키는 모터 회전방향에 따라 극히 신뢰할 수 있게 된다는 것을 알 수 있다.

절환식 리럭턴스 모터에서는 초기단계 구동장치와는 달리 모니터될 수 있는 2개의 고정자 위상이 항상 있는 것이 아니다. 아울러 회전자위치를 확인하는 것이 필수적이거나 혹은 회전자의 회전방향을 평가할 수 있는 경우가 있다. 따라서 모터속도나 방향에 관계없이 그리고 회전자위치센서를 재분류함이 없이도 SRM내의 순간 회전자위치를 정확히 평가할 수 있는 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명에 따라서 이러한 요구가 충족되고, 종래 기술의 단점은 2가지의 지연위상에 대한 전류변화를 동시에 측정하며, 이러한 각각의 위상에 대한 한쌍의 회전자각도를 제공하는 측정값을 처리하고, 또한 순간회전자위치의 단일 평가를 산출하는 방식으로 상기 각도를 결합시키는 간접 회전자위치 평가방법에 의해 극복한다. 만일 SRM의 2개의 위상이 샘플링주기전반에 걸쳐서 비작동상태로 유지되지 않거나 혹은 모터의 어떤 위상이 샘플링주기동안의 상태변화를 거치면, 본 발명은 평가된 순간 회전자위치 대신 추정된 회전자 위치를 제공한다. 이러한 평가는 회전자속도를 검출하기 위한 공정을 무시한 최소 자승법의 평가를 수반한다.

본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치는 SRM의 고정자 위상이 현재 비 여기중임을 결정함과 아울러 샘플링펄스를 그 각각의 비 여기된 위상으로 인가시키는 임피던스 센싱제어로직을 포함한다. 상기 샘플링펄스는 무시할만한 상 전류와 회전자운동을 초래하는 짧은 지속시간을 갖는다. 샘플링펄스를 인가하게 되면 각각의 비 여기된 상 전류의 변화를 초래한다. 형성된 샘플링주기에 따른 전류변화는 각각의 비 여기된 상과 관련되는 전류센서에 의해 감지된다. 감지된 전류변화에 의해서는 평가된 인덕턴스 값이 각기 비 여기된 상태로 유도되고, 또 이와같이 유도되어 평가된 인덕턴스 값으로부터 각각의 비 여기된 상에 대한 평가된 인덕턴스 값에 대응하는 한쌍의 평가된 회전자각도가 확인된다. 각도결합기는 비 여기된 제1위상과 관련된 한쌍의 평가된 각도를 비 여기된 제2위상의 주지된 위상변위에 대응하는 값만큼 시프트하여, 이 시프트된 쌍의평가된 각도를 각도 정합을 결정하는 제2위상에 대한 평가된 각도 쌍과 결합시킨다. 이에 따라 이 정합 각도와 같은 평가된 순간 회전자각도가 생성된다. 추정기는 추정된 회전자각도위치를 발생시키는데 이에 따라 고정자 위상이 샘플링주기동안의 상태변화를 거치거나 혹은 모터의 2개의 비 여기된 위상이 상기 샘플링주기전반에 걸쳐 비 여기된 상태로 존재하지 않게 되면 평가된 순간 위치 대신에 추정된 회전자위치를 나타내는 출력신호를 발생시킨다.

상술된 장치는 단일 마이크로 프로세서에 의해 수행될 수 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 회전자위치 평가장치가 절환식 리럭턴스 모터에 대한 폐루우프제어를 형성하는 제어기 및 인버터와 결합될 수 있다. 따라서 본 발명의 기본적인 목적은 회전자위치센서에 대한 필요성을 제거하고 비용을 감소시키며, 또한 신뢰성을 높임은 물론 무게 및 스페이스 요건을 만족시키도록 순간 회전자위치를 간접적으로 평가하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의다른 목적은 모터의 단자를 통해 회전자위치의 정확한 측정을 가능케하고, 또한 모터의 여기 및 회전자위치의 결정에 대한 기존 와이어링을 사용할 수 있게 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 모터속도나 방향에 관계없이 유효한 회전자위치평가기를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 실시간에 연속 및 불명확한 위치정보를 공급하여 위상 커플링을 도모하되, 마이크로 프로세서에서 용이하게 수행되고 특히 서어보 위치와 다른 고성능 구동장치에 사용하는데 적합한 회전자위치평가를 제공하는 것이다.

본 발명의 이들 목적 및 다른 목적, 특징 및 잇점들은 이하 첨부한 도면과 관련한 다음의 상세한 설명으로부터 보다 용이하게 이해될 것이다.

제1도는 회전자(14)의 각도위치를 측정하기 위한 위치센서(12)를 사용하는 절환식 리럭턴스 모터(10)에 대한 종래의 구동시스템을 예시한 것이다. 위치센서(12)로부터의 출력신호는 회전자각도를 나타내는 전기신호를 제어기(18)에 공급하는 신호조절기(16)로 조절된다. 주지된 바와같이 제어기(18)는 인버터(20)에 정류신호를 공급해서 모터(10)에 대한 구동신호를 발생시킨다. 통상, 전류조절기회로(도시생략)에 결합된 전류센서는 모터에 공급되는 전류를 조절하는데 사용된다.

본발명에 따르면, 종래기술의 시스템에 대한 시프트 위치센서 및 신호조절기가 제거되고, 대신에 위치평가기에 의해 발생되는 평가된 회전자각도위치가 제어기에 대한 입력신호로서 공급된다.

절환식 리럭턴스 모터의 회전자 및 고정자 양자에서의 특징으로 인해서 고정자 상 권선의 단자로부터 알 수 있는 인덕턴스가 회전자위치와 강한 함수관계를 갖는다. 하나 이상의 상 권선이 어떤 주어진 시간에서 스위치 오프되므로, 저레벨신호를 가지며 그 입력 임피던스를 결정하는 권선에 대한 정보를 프로브하는 것이 가능하다. 이러한 정보는 인덕턱스 및 위치간의 함수관계에 대한 인식과 함께 회전자의 각도위치를 단지 전기측정에 의해 결정하는 것을 가능케하므로, 시프트 위치센서의 필요성을 제거되게 한다.

회전머신에 있어서의 전압 V 및 전류 I간의 순간관계는

로 주어지는데, 여기서 Ψ는 자속 결합력을 나타낸다. 또 상기(1)식을 전류관계로 표현하면

인데, 여기서 L은 고정자 단자로부터 알 수 있는 머신 인덕턴스이며 r은 고정자 저항값이다. 절환식 리럭턴스 모터에서는 인덕턴스 L이 위치 함수이면 상기(2)식은

로 표현되고, 또 회전자 속도

이면

로 표현된다.

즉 턴 온 되는 위상에서는 상 전류가 적어지므로, 상기 식(4)에서의 IR강하 및 백 Emf기한이 적어진다. 그리고 단자 전압관계는 다음과 같이 감소된다.

회전자위치를 평가하기 위해 본 발명에서 사용되는 일반적인 아이디어는 전류의 형성 및 회전자운동이 무시될 수 있도록 충분히 짧은 시간주기동안 비 여기된 위상을 개시시키는 것이다. 이러한 경우, 상기 위상 인덕턴스는 대략

로 표현되는데, 여기서 상기 부호＂＂는 평가된 값을 의미한다.

이러한 인덕턴스 평가를 이용하여 회전자위치가 다음과 같이 즉

로 평가될 수 있는데, 여기서

이다.

초기 전류의 기울기를 이용하는 아이디어는 인덕턴스를 결정하도록 비 여기된 위상을 상승시키는 것인데, 이에 따라 회전자위치가 알려진다. 그러나, 본 출원인은 모터 운동방향이 알려지지 않은 경우 단지 회전자위치만을 결정하기 위해서는 하나 이상의 위상을 샘플링 하는 것이 필요하다는 것을 발견하였다. 이것은 함수 L=G(θ)가 단일값이 아니기 때문이지만, 이러한 함수는 주기적이므로 회전자위치를 결정하는데는 2개의 위상에서의 측정만으로 충분하다.

제2도는 위상 인덕턴스 L을 3상 SRM에 대한 회전자위치 θ의 함수로서 도시한 파형도이다. 상기 위상들은 C,A 및 B로 표시되며, 이 각각의 위상 C,A 및 B와 관련된 인덕턴스 값은 비록 제2도에 단지 L_C및 L_A만이 도시되어 있으나 이 도면은 위상 C 및 A가 비 여기될때의 순간을 나타내므로 대응하는 서브스크립트 (Subscript)를 갖는다. 제2도로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 인덕턴스 파형의 극단에서를 제외하고는 각각의 위상에 대해 각각의 인덕턴스 값과 관련된 2개의 가능한 회전자각도, 예컨대 인덕턴스 값 L_C를 갖는 각도 θ_C1및 θ_C2가 존재한다. 따라서 단일 평가된 회전자위치를 확립하기 위해서는 다른 위상들에 대한 2가지 측정이 결합된다. 예를들어 특정 순간에 만일 비 여기된 위상 C에 대해 평가된 인덕턴스가 L_C이고 비 여기된 위상 A에 대해 평가된 인덕턴스 값이 L_A이면 이들 각각의 위상과 관련된 평가된 각도 쌍은 각기 θ_C1및 θ_C2, 그리고 θ_A1및 θ_A2로 된다. 제2도로부터 알수 있는 바와 같이 위상 A각도중 하나 즉 θ_A1및 위상 C각도중 하나 즉 θ_C2는 서로 일치하며, 다른 각도는 일치하지 않는다. 정합 각도는 실제 회전자위치를 나타낸다.

이러한 각도 결합단계는 여기된 위상으로부터 각도평가를 얻어, 그 위상들간의 각도 변위에 의해 하나의 위상에 대한 각도평가를 시프트하고, 이어서 각도 정합을 결정하도록 비교함으로써 달성된다.

절환식 리럭턴스 모터에서는 하나의 위상 전류가 여전히 감소하고 다른 위상 전류가 여전히 증가하기 때문에, 즉 다시 말해서 3상 머신내의 단지 하나의 위상이 완전히 비 여기되기 때문에 2가지의 고정자 위상이 샘플링과 무관하지 않는 회전자위치가 있을 수 있다. 2가지 위상이 샘플링과 무관하지 않는 이러한 환경하에서 본 발명은 샘플링이 다시 가능할때까지의 각도를 추정한다. 이하 보다 완전하게 설명되는 바와 같이 양호한 추정기는 회전자속도의 평가를 무시한 지수를 가진 최소 자승식 평가기를 사용한다. 만일 액티브 위상중 하나가 비 액티브 위상내의 저레벨 전류감지동안 턴 오프되면 감지된 신호내에 잡음스파이크가 발생한다. 따라서 본 발명은 전류 샘플링주기동안 여기된 위상내에 상태 변화가 발생할때마다 추정을 행하는 것이다.

본 발명의 위치평가시(30)의 바람직한 실시예는 제3도에 도시되어 있는데, 상기 위치평가기(30)는 3상 절환식 리럭턴스 모터(10)에 대한 제어시스템내에 결합되어 있다. 이러한 제어시스템은 제어기(18)가 위치평가기(30)로부터 평가된 순간 회전자각도 θ를 제공하고 또 인버터(20)가 제어기(18)로부터 라인(32)상에 정류신호뿐만아니라 위치평가기(30)로부터 라인(34)상에 짧은 지속시간의 저레벨 센싱펄스를 공급하는 것을 제외하고는 제1도의 종래기술의 시스템에 관해 이미 설명한 것과 동일한 기본 방식으로 동작하다. 라인(32)상의 정류 명령과 라인(34)상의 센싱펄스는 인버터(20)에 입력되기 던에 OR게이트(36)를 통하여 통과된다. 이하에서 보다 완전히 설명되는 바와같이, 정류 명령은 또한 위치평가기(30)내의 제어로직에의해 모니터된다.

도면에 관해서는 여러 가지 도면에서 공통 소자가 동일한 참조번호로 표시되며, 또한 예시 목적상 3개의 선이 때때로 슬래쉬(/)를 갖는 단일 선으로 표시된다.

제3도에서 알 수 있듯이, 위상 A,B 및 C에 대한 전류센서(38),(40) 및 (42)는 안버터(20)의 출력과 모터(10)의 입력사이에 위치된다. 각각의 위상에 대한 감지된 전류 I_A,I_B및 I_C는 각기 아날로그 대 디지털변환기(44),(46) 및 (48)를 통해 통과되어 위치평가기(30)에 의해 이하 보다 완전히 설명된 바와 같이 처리된다. 마찬가지로 인버터(20)에서의 직류 링크 전압 V_DC는 아날로그 대 디지털변환기(50)를 통해 통과된 다음 위치평가기(30)에 공급된다.

이 위치평가기(30)는 여러개의 아날로그 대 디지털변환기를 선택적으로 작동시키는 임피던스 센싱제어로직(52)을 포함한다. 제어로직(52)은 또한 라인(32)상의 정류 명령과 그리고 위상들이 다른 순간에 비 여기되는 것을 결정하도록 라인(54)을 통과하는 상 전류 레벨을 모니터한다. 또, 타이머(56)는 타이밍동작을 용이하게 하기 위하여 제어로직에 접속된다.

제어로직(52)은 또한 계산블록(58)에 대한 전압 V를 나타내는 전기신호를 공급한다. 이러한 계산블록은 상술된 식(6)에 따라서 위상 A에 대한 평가된 인덕턴스 값 L_A을 유도하여, 이러한 값을 예컨대 룩업 테이블에서 평가된 임덕턴스 값 L_A에 대응하는 2개의 평가된 회전자각도 θ_A1및 θ_A2를 확인하는 계산블록(60)에 제공한다. 이어서 위상 A에 대한 평가된 각도 쌍은 각도결합기/추정기(62)에 제공된다.

제3도에서 채널 B 및 C로 표시된 블록에서는 블록(58) 및 (60)에 의해 수행되는 동작과 유사한 동작이 위상 B 및 C 에 대해 수행되는데, 이들은 각기 위상 B에 대해서는 한쌍의 평가된 각도 θ_B1및 θ_B2를, 그리고 위상 C에 대해서는 한쌍의 평가된 각도 θ_C1및 θ_C2를 발생시킨다. 위상 B 및 C에 대한 평가된 각도 쌍은 위상 A의 평가된 각도 쌍과 마찬가지로 각도결합기/추정기(62)에 제공된다. 이 각도결합기/추정기는 후술되는 방식으로 다른 위상에 대한 평가된 각도 쌍을 결합하여 제어기(18)에 사용하기 위한 순간 회전자위치를 발생시킨다.

동작시에, 임피던스 센싱제어로직(52)은 제어기(18)에 의해 발생된 정류 명령과 그리고 위상들이 초기에 비 여기되는 것을 결정하기 위하여 라인(54)상의 상 전류를 모니터한다. 이어서 제어로직(52)은 OR게이트(36)를 통해 인버터(20)로 통과되는 짧은 지속시간을 갖는 저레벨펄스를 라인(34)상에 인가한다. 이들 센싱펄스는 인버터로 하여금 매우 짧은 시간 주기동안 비 여기된 위상을 턴 온되게 한다. 상기 각각의 비 여기된 위상과 관련된 전류센서(38), (40)또는 (42)는 이미 비 여기된 위상에서 그 인덕티브관계에 따라 증가하기 시작하는 전류흐름의 개시를 응답한다. 제어로직에서 이미 비 여기된 위상의 여기 개시를 수반하는 소정의 시간이 프리세트된후 임피던스 센싱제어로직은 이들 각각의 위상에 대한 전류를 측정한 다음 그 위상을 라인(34)을 통하여 스위칭 오프시킨다.

측정된 직류 링크 전압 Ⅴ에 따른 샘플링 구간의 개시 및 종료시의 감지된 전류는 위상 A의 경우 계산블럭(58)에서 처리되고 또 위상 A,B 및 C의 경우에는 각각의 비 여기된 채널에 대한 평가된 인덕턴스 값을 발생시키도록 채널 B 및 C의 대응블록에서 처리된다. 각각의 비 여기된 위상에 대한 평가된 인덕턴스 값을 나타내는 신호는 계산블록(60)과 또한 채널 B 및 C내의 대응블록에 공급되고, 또 평가된 인덕턴스 값에 대응하는 2개의 회전자위치는 각각의 비 여기된 채널에서 확인된다. 각각의 비 여기된 위상에 대한 평가된 각도 쌍을 나타내는 신호는 각도결합기/추정기(62)에 공급되는데, 그 동작은 라인(64)을 통해 임피던스 센싱제어로직(52)으로 제어된다.

제어로직(52)은 샘플링주기동안 어떤 고정자 위상에 대한 상태변화가 발생되었는지의 여부를 결정하기 위하여 샘플링주기의 종료로 각각의 정류 명령상태를 결정한다. 만일 상태변화가 전혀 발생하지 않았거나 혹은 샘플링주기 전반에 걸쳐 2개의 위상이 비 여기되었다면, 각도결합기/추정기(62)내의 각도결합기(66) (제4도참조)는 2개의 비 여기된 위상으로부터 평가된 각도를 결합시켜 감지된 순간 회전자위치 θ_S를 생성시킨다. 이러한 각도는 먼저 두 위상들간의 주지된 위상변위에 의해 비 여기된 위상들중 하나에 대한 각도 세트를 시프트하고, 이어서 각도 정합을 결정하기 위하여 상기 시프트된 각도를 제2위상에 대한 평가된 각도 세트와 비교함으로써 결합된다. 상기 정합 각도는 감지된 순간 회전자위치를 형성한다.

평가기(68)는 각도결합기(66)와 병렬로 작동한다. 상기 평가기는 본질적으로 정합속도 ω의 트랙으로 유지되는 것을 무시한 지수를 갖는 최소 자승식 평가기인 것이 바람직하다. 이러한 평가기는 그 기술분야에서 이미 잘 알려진 것이므로 더 이상의 설명은 생략한다. 평가기(68)의 출력은 미리 감지된 회전자위치 및 평가된 속도와 그리고 경과된 시간을 기초로하여 추정된 회전자위치 θ_Ε를 결정하는 추정기(70)에 공급된다. 만일 어떤 위상에서의 상태변화가 발생하거나 혹은 비 여기된 2개의 초기 위상이 샘플링주기 전반에 걸쳐 비 여기된 상태로 되지 않으면 제어로직(52)은 추정된 회전자위치를 감지된 회전자위치로 대체시키도록 스위치(72)를 제어한다. 스위치(72)에서의 출력신호는 소망의 순간 회전자위치 θ를 나타낸다.

제3도에서 도시한 위치평가기(30)의 소자는 텍사스 인스트루먼사의 TMS320형과 같은 단일의 고속 마이크로 프로세서에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 공정을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램은 다음과 같다. 즉

위치평가기 프로그램

이하 상기 프로그램에 대해 간략히 설명하도록 한다. 그 공정은 모든 것을 초기화함으로써 시작하며 그후 제어기의 파이어링 상태가 판독된다. 본질적으로 제어기가 턴 온되는 위상이 판독되고 이어서 그 상전류가 판독된다. 다음, 감지 위상세트가 결정되므로 감지하기가 용이해진다. 그후에, 센싱펄스가 이용가능한 위상으로 인가되어 특정 간격동안 대기되고 이어서 상 전류가 다시 판독된다. 그리고 상기 센싱펄스가 다시 턴 오프되고 제어기의 최종 파이어링 상태가 판독된다. 제어기의 파이어링 상태의 변화는 턴 온 또는 턴 오프되는 위상들중 하나의 변화를 의미하므로, 감지된 판독이 무시되고 그 추정이 수행된다. 상기 ＂if ＂

문은 어떤 위상에 대한 제어기 파이어리의 초기상태 및 최종상태가 같지 않은 경우 그 추정된 각도를 가리키고, 만일 그렇지 않은 경우에는 회전자각도위치 및 속도를 감지된 전류세트로부터 알아낼 수 있으므로 회전자각도위치를 나타내는 신호는 짧은 간격 이후에 발생되는데, 그 공정은 반복된다.

감지된 위상세트를 결정하기 위해서 다음의 관계가 이용될 수 있다. 즉

함수 f(I, X)감지위상세트를 결정함.

개시

j의 경우 : 위상의 개수 1

Xs(j)=X(j)= 오프 및 I(j)＜허용요차

종료;

위상이 감지세트의 일 요소를 형성하는 기준은 그 위상이 턴 오프되도록 예컨대 제어기가 파이어링하지 않도록 하는 것과 그리고 그 위상내의 전류가 0이나 혹은 몇몇 허용오차 레벨 이내로 되도록 하는 것이다. 이들 조건은 여기된 바와 같은 위상을 제한하도록 하기 위한 것이다. 각각의 위상은 그 제한하는 경우를 알기 위하여 체크된다.

다음의 추정 루틴은 센싱이 사용될 수 없을 때 기존의 각도로부터 새로운 각도를 결정하도록 사용될 수 있다.

절차추정

개시

θNEW=θOLD+ω*T일정한 속력을 가정함.

종료;

이러한 루틴에서 ω로 지정되는 속도는 최소 자승식 평가기로부터 유도된다.

끝으로 다수의 비 여기된 위상의 평가된 인덕턴스 값으로부터 θ를 구하기 위한 간략화된 루틴은 다음과 같이 표현된다.

L로부터 θ를 조사함

개시

θest: θ(L) 가능한 θ를 조사함.

2개의 위상에 대한

est로부터 정확한

를 선택함.

종료

이상의 기재사항으로부터, 절환식 리럭턴스 모터의 단자들로부터 순간 회전자위치를 정확히 평가하기 위한 신규의 개선된 방법 및 장치가 개발되었음을 알 수 있을 것이다. 이러한 절환식 리럭턴스 모터는 그 단순성 및 견고성에 기인하여 항공우주학의 응용을 위한 서어보 구동장치로서의 응용을 가능케한다. 이들 응용은 폐루우프 서어보제어에 대한 정확한 위치정보를 필요로 한다. 이들 응용에서 절환식 리럭턴스모터로부터 시프트 위치센서를 제거하는 것은 항공우주산업에 극히 중요한 2가지 기준인 신뢰성을 증가시키고 그 무게를 감소시킨다. 아울러 시프트 위치센서를 제거하는 것은 산업적 구동응용을 위한 절환식 리럭턴스 모터의 매력을 증대시킨다. 본 발명의 위치평가기는 이들 목적과 전술한 모든 다른 목적을 달성한다.

지금까지는 비록 특정 실시예만을 기술하였으나 이 분야의 기술에 숙련된 자에게는 여러 가지 수정, ,교체 및 재배열등이 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고도 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 예로서 샘플링주기의 스타트는 맴돌이 전류의 영향을 피하기 위해 센싱펄스의 인가후에 약간 지연될 수도 있다. 또한 직류 링크 전압의 변화가 무시되거나 혹은 받아들일 수 있을만한 허용오차 이내로 존재하는 경우, 각각의 비 여기된 위상에 대한 평가된 각도 쌍은 예컨대 인덕턴스 값을 유도함이 없이 감지된 전류변화로부터 직접 확인될 수 있다. 이 기술에 숙련된자에게는 다른 변경도 가능할 것이다. 그러므로 여기에 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범위이내에 속하는 모든 수정 및 변경을 카바하도록 해석되어야 한다는 것이 이해될 것이다.

Claims

회전자위치와의 동기로 여기되는 다수의 고정자 위상을 갖는 절환식 리럭턴스 모터에서 순간 회전자위치를 간접적으로 평가하는 방법에 있어서, 모터의 초기에 비 여기된 2개의 고정자 위상의 각각에 대한 샘플링주기상에서 짧은 지속시간의센싱펄스를 상기 각각의 고정자 위상들에 인가하는 상 전류의 변화를 감지하는 단계와; 상기 비 여기된 위상의 각각에 대한 감지된 상 전류의 변화에 대응하는 회전자각도를 확인하는 단계와; 그리고 상기 2개의 위상이 상기 샘플링주기 전반에 걸쳐 비 여기된 상태로 존재하는지의 여부를 결정하여, 만일 비 여기된 상태로 존재하면 상기 2개의 위상에 대한 상기 회전자각도 중 어느 것이 정합하는지를 결정하여 그 정합하는 회전자각도와 동일한 평가된 순간 회전자위치의 표시를 생성하고 만일 비여기된 상태로 존재하지 않으면 순간 회전자위치의 추정된 표시를 제공하도록 기존의 평가된 회전자위치로부터 추정하는 단계와를 포함하는 것을 특징으로 하는 절환식 리럭턴스 모터에서의 순간 회전자위치 간접평가방법.
제1항에 있어서 상기 2개의 회전자각도는 각기 상기 비 여기된 위상의 각각에 대한 감지된 전류변화에 대응하고 상기 2개의 위상이 비 여기된 상태로 존재하는지의 여부를 결정하는 단계는 하나의 위상의 회전자각도를 상기 2개의 위상들간의 위상변위만큼 시프트하는 단계와 그리고 어느것이 정합하는지를 결정하기 위하여 상기 2개의 위상의 회전자각도를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 추정동작은 회전자속도를 결정하기 위한 과정을 무시한 지수를 갖는 최소 자승식 평가단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
제2항에 있어서, 상기 추정동작은 고정자 위상이 상기 샘플링주기동안의 상태로 변화시키는 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 센싱펄스의 지속시간은 무시할만한 상 전류의 형성과 무시할만한 회전자의 운동을 발생하도록 충분히 짧은 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 초기에 비 여기된 위상의 각각에 대한 감지된 전류변화로부터 평가된 인덕턴스 값을 유도하는 단계를 아울러 포함하고; 상기 회전자각도를 확인하는 단계는 상기 비 여기된 위상의 각각에 대한 평가된 인덕턴스 값에 대응하는 한쌍의 회전자각도를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
회전자위치와의 동기로 선택적으로 여기되는 다수의 고정자위상을 가진 절환식 리럭턴스 모터에서 순간 회전자각도위치를 평가하는 장치에 있어서, 상기 고정자 위상들중 어느 것이 현재 비 여기되고 있는지를 결정하여 상기 비 여기된 위상의 짧은 지속시간의 샘플링펄스를 인가시키는 임피던스 센싱제어로직수단과; 상기 비 여기된 위상들의 각가에 대한 샘플링펄스의 인가에 응답하여 상기 비 여기된 위상들의 각각에 대해 형성된 샘플링주기상의 전류변화를 감지하는 전류 센싱수단과; 상기 비 여기된 각각에 대한 감지된 전류변화에 대응하는 한쌍의 추정된 회전자각도를 확인하는 신호처리수단과; 상기 비 여기된 위상들중 하나에 대한 추정된 각도 쌍을 상기 비 여기된 위상들의 1/2 위상변위와 동일한 값만큼 시프트하고, 평가된 각도의 시프트된 쌍을 상기 각도들중 어느것이 정합하는지를 결정하기 위하여 상기 비 여기된 위상들의 1/2에 대한 평가된 각도 쌍과 비교하여, 상기 정합 각도와 동일한 평가된 순간 회전자각도 위치의 표시를 생성시키는 각도 결합수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 절환신 리럭턴스 모터에서의 순간 회전자 각도위치 평가장치.
제7항에 있어서, 추정된 회전자각도 위치의 표시를 발생되게 하여, 상기 고정자위상이 샘플링주기동안 상태변화될 때 추정된 순간 위치 대신에 상기 추정된 위치의 표시를 발생시키는 추정수단을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서 상기 추정된 위치의 표시는 모터의 비 여기된 2개의 위상이 상기 샘플링주기의 전반에 걸쳐서 비여기된 상태로 존재하지 않을 때 발생되는 것을 특징으로 하는 장치
제9항에 있어서 상기 추정수단은 과정을 무시하는 지수를 갖는 최소 자승식 평가에 의해 회전자속도를 평가하기 위한 평가기수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서 상기 임피던스 센싱제어로직수단은 제어기 파이어링상태를 모니터함과 아울러 모니터된 고정자 위상이 비 여기 상태인지의 여부를 결정하기 위하여 고정자 위상에 대한 상 전류를 모니터하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서 상기 신호처리수단은 비 여기된 위상의 각각에 대한 감지된 전류변화로부터 평가된 인덕턴스 값을 유도하는 수단을 아울러 구비하고, 상기 신호처리수단은 상기 각각의 비 여기된 위상에 대한 평가된 인덕턴스 값에 응답하여 각각의 비 여기된 위상에 대한 평가된 회전자각도 쌍을 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서 상기 장치로부터 출력된 회전자각도위치의 표시를 수신하고 정류신호를 발생하는 제어기와 조합하여 상기 정류신호를 수신함과 아울러 모터에 위상구동신호를 공급하는 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치
제13항에 있어서 상기 정류신호는 또한 임피던스 센싱제어로직수단에 공급되고 상기 장치는 정류신호를 수신하여 OR게이팅한 샘플링펄스를 상기 인버터에 공급하는 OR게이트수단과 그리고 상기 샘플링주기를 형성하는 타이머수단을 아울러 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서 상기 임피던스 센싱제어로직수단, 상기 신호처리수단, 상기 각도결합 기수단 및 상기 추정수단은 마이크로프로세서내에서 모두 실행되는 것을 특징으로 하는 장치.