WO2017104871A1 - 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체 - Google Patents

영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체 Download PDF

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박현종
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법은, 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스를 추정하는 방법에 있어서, 상기 동기 전동기의 3상 전압 방정식으로부터 선간 전압을 계산하는 단계; 상기 선간 전압으로부터 각 선간 전압에 대한 무부하 역기전력을 구하는 단계; 각각의 3상 전압 또는 전류에 대해서 상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계; 및 d축-q축 인덕턴스를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 회전자에 의해 쇄교되는 자속 성분과 무관하게 d, q축 인덕턴스를 추정하기 때문에 보다 정확한 인덕턴스를 추정할 수 있다.

Description

영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체
본 발명은 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3상 전압, 전류를 이용해 회전자에 의해 쇄교되는 자속 성분과 무관하게 d, q축 인덕턴스를 추정할 수 있는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체를 제공한다.
일반적으로 영구자석 동기 전동기의 토크를 제어할 때 인덕턴스를 추정할 수 있다면, 정확한 실제 토크를 계산할 수 있기 때문에 지령 토크와 실제 토크 사이의 오차를 현저히 줄일 수 있게 되어 효율적이고 성능이 좋은 전동기 토크 제어를 할 수 있다.
종래기술에 따른 영구자석 전동기의 인덕턴스 추정 기술에는 직류 전류 감소 시험법을 통한 정지 상태 파라미터 추정 기술, MRAC(Model Reference Adaptive Control)를 이용한 인덕턴스 추정 기술 등이 있다.
이러한 종래의 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정의 경우에는 전동기의 정지 상태에서 인덕턴스 등의 파라미터를 추정하기 때문에 전동기의 운전 상태를 고려할 수 없고 정확한 인덕턴스를 추정하지 못한다. 또한, 전동기의 운전 상태를 고려한 추정 기술의 경우에는 수치 해석적인 접근이 필요하기 때문에 복잡한 연산이 요구되어 고가의 고성능 DSP(Digital Signal Processor)가 필요한 단점이 있다.
또한, 종래의 경우에는 구동시 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정의 경우 영구자석에 의한 쇄교자속성분이 필요한데, 이 쇄교자속성분은 전동기의 온도 및 자기포화로 인해 변할 수 있다. 즉, 영구자석 동기 전동기는 국부적인 자기포화현상이 심하기 때문에 전류의 크기 및 위상각 등 각종 조건에 의해 저항(R), 인덕턴스(Ld, Lq)와 같은 전동기 파라미터가 비선형적으로 변하게 된다. 인덕턴스(Ld, Lq)의 변화 양상은 동기 전동기의 용량, 형상, 동작특성 등에 따라 불규칙적이므로 고정자 전류 지령에 직접적인 영향을 미치는 이러한 파라미터의 부정확한 예측 및 추정은 전동기 운전 성능을 저하시키는 주된 요인이며, 해석상에서는 고조파 성분을 제외한 기본파 성분만을 사용하는 반면, 실제 구동은 PWM으로 인해 고조파 성분이 포함되어 있다.
따라서, 전동기의 전기자 쇄교자속성분을 고려하지 않고 전동기의 인덕턴스(Ld, Lq)를 추정할 수 있다면 정확한 전동기 토크 제어를 할 수 있기 때문에 쇄교자속성분과 무관하게 인덕턴스(Ld, Lq)를 추정하는 기술에 대한 필요성이 점차 커지고 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0039613호(발명의 명칭; 영구자석 동기 전동기 구동 시스템의 파라미터 추정장치, 공개일자; 2013년 4월 22일)가 있다.
본 발명은 영구자석 동기 전동기의 회전자에 의해 쇄교되는 자속성분과 무관하게 d-q축 인덕턴스를 추정하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체를 제공한다.
본 발명은 전동기의 운전 상태에서 파라미터를 추정하기 때문에 구동 환경에 따른 전동기의 파라미터 변동을 추정하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기 및 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체를 제공한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법은, 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스를 추정하는 방법에 있어서, 상기 동기 전동기의 3상 전압 방정식으로부터 선간 전압을 계산하는 단계; 상기 선간 전압으로부터 각 선간 전압에 대한 무부하 역기전력을 구하는 단계; 각각의 3상 전압 또는 전류에 대해서 상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계; 및 d축-q축 인덕턴스를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 회전자에 의해 쇄교되는 자속 성분과 무관하게 d, q축 인덕턴스를 추정하기 때문에 보다 정확한 인덕턴스를 추정할 수 있다.
상기 선간 전압을 계산하는 단계는 3상 전압 또는 전류를 직교좌표계로 변환하지 않고 3상 전압 또는 전류를 이용할 수 있다.
상기 무부하 역기전력을 구하는 단계는 상기 선간 전압으로부터 인덕턴스 추정에 필요한 계수를 구할 수 있다.
상기 무부하 역기전력을 구하는 단계는 상기 동기 전동기의 돌극차로 인한 인덕턴스 변동 함수를 구하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계는 상기 동기 전동기의 영구자석의 전기자 쇄교자속을 소거할 수 있다.
상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계는 상기 선간 전압에 대한 상기 동기 전동기의 전기 각속도를 소거할 수 있다.
상기 d축-q축 인덕턴스를 추정하는 단계는 상기 동기 전동기의 d축-q축 인덕턴스의 평균값 및 자화 인덕턴스의 변동분에 관한 행렬식을 이용하여 d축-q축 인덕턴스를 추정할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법을 수행하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기에 있어서, 상기 영구자석 동기 전동기의 3상 전압, 3상 전류 및 전기 각속도가 입력되는 추정기 계수선정부; 상기 추정기 계수선정부에서 얻은 계수 및 상기 3상 전압과 전류를 이용하여 동기 전동기의 전기자 쇄교자속을 소거하는 쇄교자속 소거부; 및 상기 쇄교자속 소거부에서 얻은 상기 동기 전동기의 d축-q축 인덕턴스의 평균값과 자화 인덕턴스의 변동분을 이용하여 d축-q축 인덕턴스를 연산하는 인덕턴스 연산부;를 포함하는, 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기를 제공할 수 있다.
상기 추정기 계수선정부는 상기 선간 전압으로부터 각 선간 전압에 대한 무부하 역기전력 및 상기 동기 전동기의 돌극차로 인한 인덕턴스 변동 함수를 계수로 선정할 수 있다.
상기 쇄교자속 소거부는 각각의 3상 전압 또는 전류에 대해서 상기 무부하 역기전력의 비를 구할 수 있다.
본 발명은 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법은 회전자에 의해 쇄교되는 자속 성분과 무관하게 d, q축 인덕턴스를 추정하기 때문에 보다 정확한 인덕턴스를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법은 영구자석 동기 전동기의 속도 제어 시에 인덕턴스를 이용해 고속 영역의 운전 포인트를 결정할 수 있기 때문에 넓은 영역으로 운전하는 부하 조건에서 시스템 성능을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법은 좌표 변환 및 PI 제어기를 필요로 하지 않기 때문에 간단한 연산을 통해 인덕턴스를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법은 철심의 포화, 비선형성 또는 과도 상태를 고려한 인덕턴스를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법은 전동기의 운전상태를 고려하기 때문에 넓은 운전영역을 갖는 시스템에 적용할 수 있으며 고성능 및 고효율 운전을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 제어시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕턴스 추정기의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕턴스 추정방법을 보여주는 순서도이다.
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
100: 영구자석 동기 전동기의 제어 시스템
110: 속도제어기
120: 전류벡터 제어기
130: PI제어기
140: 인버터
150: 영구자석 동기 전동기
160: 위치센서
170: 변류센서
200: 인덕턴스 추정기
210: 인덕턴스 연산부
230: 쇄교자속 소거부
250: 추정기 계수선정부
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 제어시스템의 구성을 보여주는 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕턴스 추정기의 구성을 보여주는 도면, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕턴스 추정방법을 보여주는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 제어시스템(100)은, 속도제어기(110), 전류벡터 제어기(120), PI제어기(130), 인버터(140), 영구자석 동기 전동기(150), 위치센서(160), 전류센서(170), 그리고, 인덕턴스 추정기(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 영구자석 동기 전동기(150)는 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM: Interior Permanent Magnet Synchronous Motor), 표면 부착형 영구자석 동기 전동기(SPMSM: Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor)을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 매입형 영구자석 동기 전동기를 예로서 설명한다.
영구자석 동기 전동기(150)는 외측의 고정자 및 상기 고정자의 내부에 마련된 회전자를 포함할 수 있다. 상기 회전자에는 영구자석이 매입되어 있다. 본 발명은 상기 인덕턴스 추정기(200) 및 이를 이용한 인덕턴스 추정방법에 관한 것으로서, 동기 전동기 전기자의 쇄교자속성분과 무관하게 d-q축 인덕턴스를 추정할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕턴스 추정기(200)는 추정기 계수선정부(250), 쇄교자속 소거부(230) 및 인덕턴스 연산부(210)를 포함할 수 있다.
추정기 계수선정부(250)에는 인버터(140)로 들어가는 3상 전압(vabc)과 전류센서(170)에서 나온 3상 전류(iabc)가 입력으로 들어간다. 또한, 전기 각속도(ωr)도 추정기 계수선정부(250)에 입력으로 들어간다.
이와 같이 추정기 계수선정부(250)에는 영구자석 동기 전동기(150)의 3상 전압, 3상 전류 및 전기 각속도가 입력될 수 있다. 추정기 계수선정부(250)는 쇄교자속 소거부(230)에서 쇄교자속을 소거하는데 적합한 계수를 선정하는 것이 바람직하다.
추정기 계수선정부(250)에서는 3상 선간 전압(vab, vbc, vca)으로부터 각 선간 전압에 대한 무부하 역기전력(αabc) 및 상기 동기 전동기의 돌극차로 인한 인덕턴스 변동 함수(βabc)를 계수로 선정할 수 있다. 여기서, 무부하 역기전력과 인덕턴스 변동 함수는 각각의 선간 전압(vab, vbc, vca)에 대해서 각각 다른 수학식으로 표현되지만 각각의 수학식의 의미는 동일하다고 할 수 있다.
한편, 3상 선간 전압에 대한 각각의 무부하 역기전력(αab, αbc, αca)의 수학식은 모두 쇄교자속성분(Φf)을 포함하고 있다.
쇄교자속 소거부(230)는 추정기 계수선정부(250)에서 얻은 계수(αabc , βabc ) 및 상기 3상 전압(vabc)과 전류(iabc)를 이용하여 동기 전동기(150)의 전기자 쇄교자속을 소거할 수 있다. 쇄교자속 소거부(230)는 각각의 3상 전압(vabc) 또는 전류(iabc)에 대해서 상기 무부하 역기전력(αabc)의 비(ratio)를 구할 수 있다. 이와 같이, 각각의 선간에 대해서 무부하 역기전력의 비율(αab/αbc, αbc/αca, αca/αab)을 구하면 분자 및 분모에 각각 포함된 쇄교자속성분이 서로 소거되기 때문에 쇄교자속성분에 무관한 수학식을 얻을 수 있다.
쇄교자속 소거부(230)는 쇄교자속성분을 소거하여 비(比)선간 역기전력(γabc), 영구자석 동기 전동기(150)의 누설 인덕턴스(Lls), 자화 인덕턴스의 평균값(LA), 자화 인덕턴스의 변동분(LB)를 구할 수 있다. 여기서, 누설 인덕턴스(Lls)와 자화 인덕턴스의 평균값(LA)으로부터 d-q축 인덕턴스의 평균값(Lls +A)을 구할 수 있다.
인덕턴스 연산부(210)는 쇄교자속 소거부(230)에서 얻은 상기 동기 전동기(150)의 d축-q축 인덕턴스의 평균값(Lls +A)과 자화 인덕턴스의 변동분(LB)을 이용하여 d축-q축 인덕턴스(Ld, Lq)를 연산할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕턴스 추정기(200)는 쇄교자속성분에 무관하게 d-q축 인덕턴스(Ld, Lq)를 구하여 이를 전류벡터 제어기(120)로 보내게 된다.
이하에서는 인덕턴스를 추정하는 방법에 대해서 설명한다.
우선 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법은, 영구자석 동기 전동기(150)의 인덕턴스를 추정하는 방법에 있어서, 상기 동기 전동기(150)의 3상 전압 방정식으로부터 선간 전압(vab, vbc, vca)을 계산하는 단계(1100); 상기 선간 전압으로부터 각 선간 전압에 대한 무부하 역기전력(αabc)을 구하는 단계(1200); 각각의 3상 전압 또는 전류에 대해서 상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계(1300); 및 d축-q축 인덕턴스(Ld, Lq)를 추정하는 단계(1400);를 포함할 수 있다.
상기 선간 전압(vab, vbc, vca)을 계산하는 단계(1100)는 3상 전압 또는 전류를 직교좌표계로 변환하지 않고 3상 전압 또는 전류를 이용할 수 있다.
종래의 경우에는, 3상 영구자석 동기 전동기는 3상의 전압, 전류가 인가되며, 이 3상인 a,b,c 상 변수들을 변환하여 d,q,0 축으로 이루어진 직교 좌표계 상의 변수로 변환하는 것을 좌표변환이라고 하며, 통상적으로 교류기의 모델링 또는 해석시 이 방식을 통하여 실행한다. 기본적으로 좌표변환, 즉 d-q 변환한 후에 d축과 q축의 전류와 전압을 이용하여 인덕턴스를 추정하였다. 즉, 기존의 영구자석 동기 전동기의 파라미터 추정은 d, q축 상에서 이루어졌다. 그렇지만, 본 발명에서는 관점을 달리 하기 위해 d, q축이 아닌, a, b, c축으로부터 d,q축 인덕턴스(Ld, Lq)를 추정할 수 있다. d, q축은 a, b, c축에서 시작하기 때문에 구조적으로 분석한다면, 본 발명에 따른 인덕턴스 추정방법은 d-q축 직교좌표계로 변환하지 않고 a, b, c상 전압 및 전류를 토대로 인덕턴스(Ld, Lq)를 얻을 수 있다.
상기 선간 전압(vab, vbc, vca)을 계산하는 단계(1100)에서는 하기 [수학식 1]로 표현되는 3상 전압 방정식으로부터 선간 전압(vab, vbc, vca)을 계산할 수 있다. 선간 전압(vab, vbc, vca)은 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2015013908-appb-I000001
[수학식 2]
Figure PCTKR2015013908-appb-I000002
Figure PCTKR2015013908-appb-I000003
Figure PCTKR2015013908-appb-I000004
[수학식 1]과 [수학식 2]에서,
Figure PCTKR2015013908-appb-I000005
, iab=ia-ib,
Figure PCTKR2015013908-appb-I000006
, θr은 전기각이다. a, b, c상에서의 전압은 va, vb, vc이고, 전류는 ia, ib, ic이다.
상기 무부하 역기전력을 구하는 단계(1200)는 상기 선간 전압(vab, vbc, vca)으로부터 인덕턴스 추정에 필요한 계수를 구할 수 있다. 즉, [수학식 2]와 같이 표현된 선간 전압(vab, vbc, vca)의 수학식에서부터 각 선간 전압에 대한 무부하 역기전력(αabc)을 하나의 계수로 선정할 수 있다.
3상 선간 전압에 대한 각각의 무부하 역기전력(αab, αbc, αca)은 [수학식 2]에서 일점쇄선으로 둘러싸인 수식이다. [수학식 2]에서 알 수 있듯이 3상 선간 전압에 대한 각각의 무부하 역기전력(αab, αbc, αca)의 수식은 모두 쇄교자속성분(Φf)을 포함하고 있다.
한편, 상기 무부하 역기전력을 구하는 단계(1200)는 상기 동기 전동기(150)의 돌극차로 인한 인덕턴스 변동 함수(βabc)를 계수로 선정하는 것을 더 포함할 수도 있다. 동기 전동기(150)의 돌극차로 인한 인덕턴스의 변동함수(βab, βbc, βca)는 [수학식 2]에서 점선으로 둘러싸인 수식이다.
상기 무부하 역기전력(αab, αbc, αca)의 비(ratio)를 구하는 단계(1300)는 상기 동기 전동기(150)의 영구자석의 전기자 쇄교자속(Φf)을 소거할 수 있다. 무부하 역기전력의 비(αab/αbc, αbc/αca, αca/αab)는 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2015013908-appb-I000007
Figure PCTKR2015013908-appb-I000008
Figure PCTKR2015013908-appb-I000009
[수학식 3]에서 알 수 있듯이, 무부하 역기전력의 비(αab/αbc, αbc/αca, αca/αab)를 표현하는 수학식의 분자와 분모에는 공통적으로 쇄교자속(Φf)이 있는데 이를 소거하면, 쇄교자속(Φf)에 무관한 수학식을 얻을 수 있다.
또한, 상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계(1300)에서는 상기 선간 전압에 대한 상기 동기 전동기(150)의 전기 각속도(ωr)를 소거할 수 있다. 전기 각속도(ωr)도 분자와 분모에 공통적으로 있기 때문에 서로 소거할 수 있다.
이러한 과정을 통해서, 영구자석의 전기자 쇄교자속과 무관한 식을 얻을 수 있고, 속도 측정 오차에 따른 변동도 줄일 수 있다.
한편, [수학식 3]에서 점선으로 둘러싸인 수식은 비(比)선간 역기전력(γabc)을 의미한다.
쇄교자속성분을 소거한 후에, 상기 d축-q축 인덕턴스를 추정하는 단계(1400)에서는 상기 동기 전동기(150)의 d축-q축 인덕턴스의 평균값(Lls +A) 및 자화 인덕턴스의 변동분(LB)에 관한 행렬식을 이용하여 d축-q축 인덕턴스(Ld, Lq)를 추정할 수 있다. 행렬식은 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2015013908-appb-I000010
[수학식 4]에서 d-q축 인덕턴스의 평균값(Lls +A)은 누설 인덕턴스(Lls)와 자화 인덕턴스의 평균값(LA)으로부터 구할 수 있다.
상기 d축-q축 인덕턴스를 추정하는 단계(1400)는 영구자석 동기 전동기(150)의 누설 인덕턴스(Lls), 자화 인덕턴스의 평균값(LA), 자화 인덕턴스의 변동분(LB)를 통해 d-q축 인덕턴스(Ld, Lq)를 추정하는 최종 단계이다. 여기서, 영구자석 동기 전동기(150)의 누설 인덕턴스(Lls)와 자화 인덕턴스의 평균값(LA)를 하나로 묶어서 표현하면 수식 하나가 줄어들기 때문에 연산이 더욱 간단해 짐에 따라서 연산 속도가 증가하고 DSP에 부담이 줄어드는 이점을 얻을 수 있다.
d-q축 인덕턴스(Ld, Lq)는 [수학식 5]를 통해서 추정될 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2015013908-appb-I000011
[수학식 5]에 의하면, d-q축 인덕턴스(Ld, Lq)의 수식에는 각각 영구자석 동기 전동기(150)의 누설 인덕턴스(Lls)와 자화 인덕턴스의 평균값(LA)가 공통적으로 포함되어 있다. 여기서, 영구자석 동기 전동기(150)의 누설 인덕턴스(Lls)와 자화 인덕턴스의 평균값(LA)을 하나로 묶어서 d-q축 인덕턴스의 평균값(Lls +A)으로 표현하면, 수식이 줄어들기 때문에 연산 속도를 높일 수 있다.
한편, 전동기의 실제 토크를 측정하는 방법은 시험 환경에서 다이나모미터를 이용하는 방법이 유일하다. 토크 센서의 가격이 비싸기 때문에 전동기 마다 토크 센서를 부착하긴 어렵기 때문이다. 따라서, 시험 환경에서 d, q축 전류에 따른 토크를 측정하고 이를 근거로 데이터 테이블을 만들어서 토크 제어를 하는 것이 일반적이다. 그렇지만, 정확한 파라미터 추정이 가능하다면 토크 방정식에 의해 토크를 계산할 수 있기 때문에 다이나모미터를 이용하지 않더라도 토크를 측정할 수 있다. 상기한 바와 같은, 본 발명에 따른 인덕턴스 추정기 및 추정방법은 데이터 테이블을 만들지 않아도 되기 때문에 불편함을 줄일 수 있고, 더욱 정밀한 토크 제어가 가능하다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 영구자석 동기 전동기(150)는 d, q축 인덕턴스(Ld, Lq)가 다른 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)과 d, q축 인덕턴스(Ld, Lq)가 같은 표면 부착형 영구자석 동기 전동기(SPMSM) 둘 모두 포함할 수 있다. 매입형 영구자석 동기 전동기는 바타입, V타입, 방사형타입 모두를 포함할 수 있다. 또한, 표면 부착형 영구자석 동기 전동기의 경우에는 추정식 즉, [수학식 5]에서 자화 인덕턴스의 변동분(LB)를 0으로 하면 동일한 방법으로 추정 가능하다. 이 때는 영구자석의 전기 각속도(ωr)가 필요하지 않기 때문에 더욱 간단한 알고리즘이 되고, 더욱 정확하게 d, q축 인덕턴스를 추정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕턴스의 추정방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 동기 전동기(150)의 3상 전압 방정식으로부터 선간 전압을 계산하는 단계(2100), 상기 동기 전동기의 전기자 쇄교자속을 소거하는 단계(2200) 및 d축-q축 인덕턴스를 추정하는 단계(2300)를 포함할 수도 있다. 여기서, 쇄교자속을 소거하는 단계(2200)는 도 3에 관한 설명과 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 영구자석 동기 전동기(150)의 인덕턴스 추정방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체를 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕턴스 추정기 및 추정방법은 고정밀 산업 드라이브에 적용되어 효율적인 제어를 할 수 있다. 또한, 인덕턴스를 정확히 추정하여 고효율 토크 제어가 가능하며, 이를 전기자동차, 도시철도, 견인용 전동기 등 전동기의 토크 제어가 필요한 분야에 적용할 수 있으며, 세탁기, 청소기 등 고속 영역의 전동기 제어가 필요한 분야에도 적용할 수 있는 기술이다. 또한, 복잡한 알고리즘이 아니기 때문에 저성능 DSP를 이용하는 가전 분야에도 적용 가능하여 기술 발전을 기대할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 동기 전동기의 3상 전압 방정식으로부터 선간 전압을 계산하는 단계;
    상기 선간 전압으로부터 각 선간 전압에 대한 무부하 역기전력을 구하는 단계;
    각각의 3상 전압 또는 전류에 대해서 상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계; 및
    d축-q축 인덕턴스를 추정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선간 전압을 계산하는 단계는 3상 전압 또는 전류를 직교좌표계로 변환하지 않고 3상 전압 또는 전류를 이용하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무부하 역기전력을 구하는 단계는 상기 선간 전압으로부터 인덕턴스 추정에 필요한 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무부하 역기전력을 구하는 단계는 상기 동기 전동기의 돌극차로 인한 인덕턴스 변동 함수를 구하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계는 상기 동기 전동기의 영구자석의 전기자 쇄교자속을 소거하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 단계는 상기 선간 전압에 대한 상기 동기 전동기의 전기 각속도를 소거하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 d축-q축 인덕턴스를 추정하는 단계는 상기 동기 전동기의 d축-q축 인덕턴스의 평균값 및 자화 인덕턴스의 변동분에 관한 행렬식을 이용하여 d축-q축 인덕턴스를 추정하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정방법을 수행하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기에 있어서,
    상기 영구자석 동기 전동기의 3상 전압, 3상 전류 및 전기 각속도가 입력되는 추정기 계수선정부;
    상기 추정기 계수선정부에서 얻은 계수 및 상기 3상 전압과 전류를 이용하여 동기 전동기의 전기자 쇄교자속을 소거하는 쇄교자속 소거부; 및
    상기 쇄교자속 소거부에서 얻은 상기 동기 전동기의 d축-q축 인덕턴스의 평균값과 자화 인덕턴스의 변동분을 이용하여 d축-q축 인덕턴스를 연산하는 인덕턴스 연산부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기(150)의 인덕턴스 추정기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 추정기 계수선정부는 상기 선간 전압으로부터 각 선간 전압에 대한 무부하 역기전력 및 상기 동기 전동기의 돌극차로 인한 인덕턴스 변동 함수를 계수로 선정하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 쇄교자속 소거부는 각각의 3상 전압 또는 전류에 대해서 상기 무부하 역기전력의 비를 구하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 전동기의 인덕턴스 추정기.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체.
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