KR100790914B1 - 회전 전자기 장치에서 토르크 불규칙성을 능동적으로감소시키는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정자에 대한 소정의 각도 위치를 다른 각도 위치에 비해 선호하는 장치의 회전자의 경향을 능동적으로 극복하도록 회전 전자기 장치의 고정자 권선의 여자를 능동적으로 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

회전 전자기 장치에서 토르크 불규칙성을 능동적으로 감소시키는 방법 및 장치{ACTIVE REDUCTION OF TORQUE IRREGULARITIES IN ROTATING MACHINES}

도 1은 본 발명에 따라 구성된 시스템(10)의 예시도.

도 2는 3상의 12개 슬롯을 갖는 8극 영구 자석 모터(12s8p PM 장치)의 한 위상에서 측정된 역기전력(Bemf) 데이터(중립으로의 라인)의 표시도.

도 3은 도 2에서 도시된 데이터를 발생하도록 사용되는 12s8p PM 장치에서 측정된 코깅 토르크의 표시도.

도 4는 도 2의 Bemf 데이터, 및 피트(fit) 에러와 함께 100으로 나누어진 피트의 예시도.

도 5는 도 3에서 표시된 코깅 토르크 데이터에 관한 FFT의 크기의 도시도.

도 6은 도 3/10, 피트/10 및 피트 에러로 구성된 코깅 데이터의 표시도.

도 7은 도 2및 3에서 도시된 모터의 알맞은 제어 전류를 회전자(장치)의 각도 위치에 대한 함수로써 도시한 도시도.

도 8은 본 발명에 따라 구성된 시스템에서 능동적 코깅 제거 회로를 사용하는 샤프트 토르크 및 코깅 토르크의 도시도.

도 9는 도 2및 3에서 표시된 장치에서 알맞은 제어 전류 및 3N＊m 출력에 대해 10으로 승산된 출력 토르크의 도시도.

도 10은 도 2및 3의 특징을 갖는 장치를 포함하는 시스템에서 최소 감도의 코깅 제거 피드(feeds)인 바람직한 제어 전류(Ia, Ib 및 Ic), Bemf 파형 및 10으로 승산된 토르크 출력의 예시도.

도 11은 도 2및 3의 데이터로 특징지어진 모터를 제어하기 위해 사용되는 이상적인 제어 전류에 대한 FFT's의 예시도.

도 12는 도 2및 3에서 특징지어진 모터를 제어하기 위해 사용되는 이상적인 위상 A의 제어 전류에 대한 도시도.

도 13은 도 12의 제어 전류에 대해 발생된 출력 토르크의 도시도.

도 14는 도 2및 3에서 표시된 모터를 제어하기 위해 사용되는 2개의 최소 감소 솔루션 및 최소 RMS 전류 솔루션에 대한 퍼센티지 리플 대 센서 에러의 도시도.

도 15a, 15b 및 16은 바람직하지 않은 토르크 불규칙성을 감소 또는 제거하기 위해 능동적 코깅 제거를 이용하는 제어기의 도시도.

도 17은 도 15 및 16의 제어기로 발생될 수 있는 대표적인 토르크 제거(또는 앤티-코깅)의 예시도.

도 18은 도 15 및 16의 제어기로 발생될 수 있는 대표적인 토르크 발생 전류의 예시도.

도 19는 토르크 제거 피드를 제어 법칙 소자로부터의 전압 출력에 추가하는 본 발명에 따라 구성된 제어기의 도시도.

도 20은 바람직한 -4 N＊m 출력을 발생하도록 도 2및 3에 예시된 코깅 및 토르크 시그니쳐를 갖는 장치와 사용하는 전류 솔루션의 도시도.

도 21은 회전하는 기준 프레임으로 여럿의 전류 솔루션에서 0 시퀀스 전류를 무시하는 α,β평면의 도시도.

도 22는 본 발명에 따라 구성되는 능동적 토르크의 불규칙성을 감소시키는, α,β,0을 토대로한 제어 시스템의 도시도.

도 23은 하나의 특정한 Q,D,0의 회전 기준 프레임으로 동작하는 제어기에 의해 동작된 모터에 대해 2개의 출력 토르크(0 N＊m 및 2 N＊m)에 대해 Q(실수부) 및 D(허수부) 파형(그 제로 시퀀스 성분이 제로)의 도시도.

도 24는 도 22의 제어 시스템을 사용해서 얻어질 수 있는 각종의 토르크 출력의 예시도.

도 25및 26은 본 발명에 따라 구성되는 회전하는 QD0 기준 프레임을 사용하는 제어 시스템의 예시도.

도 27은 비선형 영역에서 동작하는 모터에 대해 본 발명에 따라 구성된 제어기의 도시도.

본 출원은 "회전 장치에서 토르크 불규칙성을 능동적으로 감소시키는 것"을 명칭으로 하여 1999년 6월 17일에 출원된 프로비져널 특허 출원 제 60/139,703호에 대한 우선권을 청구한다.

일반적으로 많은 전자기 장치,특히 영구 자석의 전기 모터는 그 회전자가 그 고정자에 대해 회전함에 따라 토르크 불규칙성을 나타낸다. 그러한 불규칙성으로 인해 불규칙한 토르크를 출력하여, 회전자의 회전을 불규칙하게 한다. 설정된 장치의 물리적인 구조로 인해서도 그와 같은 토르크 불규칙성을 야기할 수 있다. 예컨대, 설정된 회전자 위치에 설치되어 있는 베어링으로부터 및, 장치의 전자기적 특성으로 인해 회전자가 고정자에 대한 소정의 각도 위치를 선호하게 되는 사실로부터 토르크 불규칙성을 야기할 수 있다. 전자기 장치의 전자기 특성에서 발생한 토르크 불규칙성은 "코깅(cogging)" 불규칙성으로 일반적으로 공지되고 회전자의 최종적인 불규칙 회전 또는 불규칙 토르크 출력이 "코깅"으로 공지되어 있다.

영구 자석 장치의 경우, 장치의 물리적인 구조로 인해 코깅이 발생한다. 특히, 외부에 불연속의 북극 및 남극을 갖는 회전자를 사용해서 회전자 주변에 대해 매끄러우나 고르지 못한 자속을 주변에 분포하게 한다. 또한, 그 장치와 일반적으로 사용된 고정자는 회전자 권선에 의해 발생된 자속이 고정자 주변에 대해 매끄럽지 않은 자속 분포를 제공하는 방법으로 형성된다. 그 회전자 및 고정자, 및 수반하는 매끄럽지 않은 자속 분포의 결합으로 인해 바람직하지 않은 코깅의 불규칙성이 발생한다. 소정의 장치에서 발생된 역기전력 고조파로 인해 회전자 출력의 불규칙성이 발생하는 것도 가능하다.

다수의 모터를 이용하는 경우에 토르크 불규칙성으로 인한 회전자 회전에서의 미소한 불규칙성은 거의 문제로 되지 않는다. 예컨대, 대형 부하를 구동하는 대형 모터에서, 출력 토르크의 미소한 변화는 회전자 속도에 영향을 미치지 않고 회전자 속도의 미소한 변화는 그 장치에 의해 구동되는 시스템에 거의 영향을 미치지 않는다. 다른 데서 이용하는 경우에, 회전자 회전 또는 모터의 토르크 출력이 정밀 제어되거나 규칙적이어야하고, 그 불규칙성은 허용될 수 없다. 예컨대, 전력 스티어링 시스템 및 디스크 드라이브에서, 회전자의 회전 출력 또는 모터의 토르크가 매끄러워야하고 많은 변화가 없어야한다. 많은 사용에서 최대 첨두 대 첨두 토르크 립플 또는 회전 속도 립플은 꽉찬 부하 평균의 퍼센티지로서 1% 내지 2% 정도이다. 그 장치가 매우 적고 상대적으로 낮은 질량의 회전자를 갖기 때문에, 적은 크기인 토르크 불규칙성으로 인해 장치의 출력에 역효과를 낸다.

전자기 장치에서 바람직하지 않은 토르크 불규칙성을 감소시키는 종래의 방식에서는 장치의 물리적인 특성을 제거하기 위해 설계된 상대적으로 복잡한 회전자 또는 고정자 구조에 촛점을 두어왔고, 그렇치 않은 경우에는 불규칙성이 발생한다. 종래의 장치 구조 방식에서 토르크의 불규칙성을 감소시키는 반면에, 그 방식에서는 회전자 및 고정자와 같은 구성요소의 설계 및 구조를 복잡하게하여, 그 복잡한 구성요소로 인해 일반적으로 그 장치를 설계하기 어렵게 하고, 제조자를 힘들게 하고, 더욱이 종래의 구조로 된 구성요소보다 비용을 더 들게 한다. 그 종래 기술의 해결책에서 요구되는 많은 물리적인 변화로 인해 비교가능한 종래의 장치에서 예측했던 것이상으로 장치의 효율 또는 기타 성능 파라미터를 최종적으로 상당히 감소시킨다. 그러므로, 다수의 종래 기술에서는 토르크의 불규칙성을 감소시켜서 장치의 성능의 비용을 감소시킨다.

본 발명의 목적은 상기 설명되었고 종래 기술과 관련된 다른 한계를 갖지 않는, 토르크 불규칙성에 관련된 부정적인 결과를 감소시키는 방법 및 장치를 개선하는 데 있다.

본 발명은 고정자에 대한 소정의 각도 위치를 다른 각도 위치에 비해 선호하게 하는 회전자의 경향을 능동적으로 극복하도록 전자기 장치의 고정자 권선의 여자를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 하나의 전형적인 실시예에 의하면, 본 발명은, 고정자에 대한 회전자의 각도 위치의 전기적 표시를 발생하는 단계와, 고정자에 대한 소정의 각도 위치를 다른 각도 위치에 비해 선호하게 하는 회전자의 경향을 능동적으로 극복하도록 고정자에 대한 회전자의 전기적 표시에 응답해서 고정자 권선의 여자를 제어하는 단계를 구비한다.

또 다른 실시예에 의하면, 평탄한 출력 토르크를 제공하도록 회전하는 전자기 장치의 고정자 권선을 여자하기 위해 제어기가 그 장치에 구비되고, 그 장치는, 고정자에 대한 소정의 각도 위치를 기타 위치에 비해 선호하는 회전자와, 고정자에 대한 회전자의 각도 위치의 표시를 입력에서 수신하고 그 수신된 각도 위치를 선호하는 회전자의 경향에 대응하는 여자 명령을 출력에서 발생시키는 토르크 제거 회로와, 그 토르크 제거 회로의 출력에 응답해서 평탄한 출력 토르크를 제공하기 위해 회전하는 전자기 장치의 고정자 권선을 여자시키는 여자 회로를 구비한다.

도 1에서, 본 발명에서 구성된 시스템(10)을 예시한다. 그 시스템(10)은 전자기 장치에 공급된 전력을 능동적으로 제어하여, 본 발명을 사용하지 않으면 그 장치에서 발생하는, 부정적인 결과인 토르크 불규칙성을 감소 또는 제거한다.

시스템(10)에는 전자기 장치(12) 및 드라이브(14)를 포함하고 있고, 그 드라이브(14)가 전력을 전자기 장치에 공급한다. 전자기 장치(12)가 토르크의 불규칙성을 나타내는 회전 장치일 수도 있다. 예컨대, 도 1에서, 장치(12)가 회전 구성요소("회전자") 및 고정 구성요소("고정자")를 포함하고 있는 종래의 구조인 영구 자석 모터이다. 단자(15,16 및 17)에 전력을 인가하는 것을 통해 여자될 수 있는 여자가능한 다수의 고정자 권선이 고정자에 대해 감겨진다.

장치(12)를 영구 자석 모터로 설명하지만, 다른 형태의 전자기 장치가 본 명세서에 포함된 교시에 벗어남이 없이 사용될 수 있음을 본 개시의 장점을 아는 당업자는 인식하게 된다.

모터(12)의 단자(15,16 및 17)에 전력을 공급하기 위해 드라이브(14)를 결합한다. 또한 드라이브(14)는 회전자 위치 정보부(18) 및 여자 피드백(19)에 의해 모터(12)로부터의 피드백을 수신하도록 결합된다. 기타의 피드백 정보가 드라이브 (14)에 제공될 수 있다. 드라이브(14)가 모터(12)에 3개의 전력 단자를 구비하는 형태로 예시되지만, 3개 이상의 위상을 갖고 3개 이하의 위상을 갖거나 여러 형태의 인버터(예를 들어, 중립적인 연결부를 갖는)를 사용하는 모터 즉, 장치를 수용하기 위해서는 3개 이상 또는 이하의 전력 단자를 설치해야하는 것이다.

여자 피드백(19)은 모터(12)의 동작 특성을 표시하기 위해 설치되어야 하고 예컨대, 고정자 권선의 전류 흐름 및/또는 단자(15,16 및 17)의 전압에 관계하는 피드백을 포함할 수 있다. 위치 및 여자 파라미터는 표준 회전자 위치 검출기 및/또는 표준 전류/전압 센서 등과 같은 종래의 검출기를 통해 검출될 수 있다. 대체 실시예에서는 회전자 위치 및 피드백 파리미터가 직접 검출되는 것이 아니라 공지된 기술을 통해 계산 또는 추정되게 된다. 예를 들어, 실시예에서는 단자 전압만이 모터(12)의 고정자 권선을 통해 흐르는 전류와 함께 공지 또는 감지되고 그 감지된 전류 및 전압값을 사용하여 회전자 위치 정보를 인출한다.

드라이브(14)는 회전자 속도, 출력 토르크 등과 같은 모터(12)의 소망하는 출력 파라미터에 대응하는 입력 명령 신호(13)를 수신한다.

하기에서 더 상세히 설명하듯이, 드라이브(14)는 토르크의 불규칙성(코깅 토르크를 포함)을 감소 또는 제거하는 방법으로 모터(12)에 대한 전력 인가를 회전자 위치에 대한 함수로써 능동적으로 제어한다.

일반적으로, 드라이브(14)가 회전자 위치 정보를 수신하고 그 정보를 토대로 모터(12)의 여자를 능동적으로 조절하는 제어 신호를 발생시켜서 그 회전 위치에서 존재하는 토르크의 불규칙성을 감소시킨다. 이러한 제어는 여자의 능동적 제어의 부재시 존재하는 토르크 불규칙성에 대한 정보를 얻기 위해 모터(12)에 우선 특성을 부여하고/모델링함으로써 및 그후 상기 설명했듯이 제어기를 동작시키도록 그 특성 정보를 사용해서 이루어질 수 있다.

복잡한 모터 또는 고정자 구조를 통해 그 불규칙성을 감소시키는 것에 대립하는 것으로서 토르크의 불규칙성을 능동적으로 감소시키는 드라이브(14)를 사용하는 시스템은 양호한 시스템으로 되고, 왜냐하면 예컨대 종래의 저비용의 모터 및 모터 구조 기술에서 그 모터와 공통적으로 관련된 바람직하지 않은 토로크의 불규칙성을 갖지 않고 사용할 수 있기 때문이다.

상기 설명했듯이, 본 명세서에서 설명된 소자에 따라 제어 시스템을 동작시키기 전에, 전위 토르크 불규칙성에 대한 정보를 얻기 위해 제어될 장치에 특성을 부여하는 것이 유리하다. 그것은 다음과 관련한 정보를 얻도록 장치에 특성을 부여해서 수행될 수 있다. 즉: (1) 장치의 토르크 발생 특성, 즉 장치의 역기전력("Bemf")의 함수; (2) 본 명세서에서 논의한 바와 같이 능동적 제어의 부재시 모터에서 발생된 토르크의 불규칙성.

설정된 장치에 대한 토르크 특성의 이해는 (1) 계산 및/또는 추정; (2) 그 설정된 장치의 실험적인 테스팅; (3) 설정된 구조로 된 하나 이상의 장치에 알맞은 샘플에 관한 테스팅 및 그 얻어진 결과의 처리(예컨대, 평균화) ; 또는 (4) 앞선 것들의 결합에 의해 이루어질 수 있다. 일반적으로, 설정된 형태로 된 하나 이상의 장치에 관한 실제 테스팅에서 가장 바람직한 결과를 나타낸다고 믿어진다. 그러한 것으로서, Bemf 및 토르크의 불규칙성을 결정하는 그 방법은 상세하게 설명된다. 설정된 장치에서 토르크 데이터를 얻는 다른 방법이 본 명세서의 교시에서 벗어남이 없이 사용될 수 있음을 당업자는 이해하게 된다.

설명을 쉽게 하기 위해, 본 개시는 많은 예에서 "모터"를 참조한다. 그 참조 문헌이 예시만을 위한 것이고 그 참조 문헌에서 본 명세서에서 설명했듯이 토르크의 불규칙성을 나타내는 모든 전자기 장치가 포함된다는 것을 당업자는 이해하게 된다. 더구나, 많은 예에서 본 개시는 "코깅 토르크" 또는 "코깅"을 참조한다. 그 참조 문헌에서는 회전 장치와 관련된 모든 토르크의 불규칙성을 포함하게 된다는 것을 당업자는 이해해야 한다.

설정된 모터의 Bemf를 결정하는 하나의 수용가능한 방식은 종래의 기술 및 분석 디바이스를 사용해서 Bemf를 간단히 측정하는 것이다. 그 기술 및 디바이스는 당분야에서 공지되어 있어서 본 명세서에서 상세하게 논의되지 않는다. 도 2는 3상의 12개 슬롯을 갖는 8극 영구 자석 모터(12s8p PM 장치)의 한 위상에서 측정된 Bemf 데이터(라인 대 중립적인)의 표시도이다. 그 예시된 예에서, 그 데이터는 약 1000 RPM에서 얻어진 데이터를 표시한다. 본 명세서에서 설명된 방법 및 장치가 2상만을 갖는 모터로부터 3상 이상을 갖는 장치까지를 범위로 하는 장치를 포함하는 변화된 구조로 된 장치에 적용할 수 있을 때, 3상의 12s8p PM 모터가 예시를 목적으로 선택된다.

도 2의 Bemf 파형은 분석중인 모터에 관한 하나의 완전한 전기적 사이클을 표시한다.

모터의 Bemf를 검출하는, 상기 설명된 바와 같은 공지된 방식이 모터의 코깅 토르크 특성에 대한 정보를 얻기 위해 사용될 수 있다. 도 3은 도 2에서 도시된 데이터를 발생하도록 사용되는 12s8p PM 장치에서 4개의 전기적 사이클(하나의 장치 사이클)로 측정된 코깅 토르크의 표시도이다.

회전 장치의 그 검출된 Bemf 파형이 장치의 전기적 사이클에 대응하는 비율로 반복하는 반복 파형으로 된다. Bemf 파형을 통상적으로 전기적인 각도로 표시한다. 그러나, 토르크의 불규칙성 파형 또는 코깅 토르크 파형이 회전자의 회전 속도에 대응하는 비율로 반복하는 반복 파형으로 된다. 그것은 왜냐하면 그 불규칙성을 생성하는 물리적인 현상이 장치의 물리적이 아닌 전기적 특성과 기본적으로 관련되 기 때문이다.

설정된 모터의 Bemf 및 코깅 토르크 정보가 측정해서 계산 또는 결정될 때, 각 제어를 하기 위해 Bemf 및 코깅 토르크를 공통 파라미터(들)에 의해 표시하는 것이 바람직하다. 하나의 전형적인 방식에서는 Bemf 및 코깅 토르크의 표시를 고정자에 대한 회전자의 각도 위치의 함수로 표시하는 것이다.

모터의 Bemf를 하나 이상의 피트(fit) 파라미터(예컨대, 각도 회전자 위치)의 함수로서 표시하는 것이 (1) Bemf 정보에 피트될 수 있는 고조파 시리즈를 형성하는 것; (2) 고조파 시리즈의 도함수를 피트될 파라미터의 함수로서 정의하는 것; (3) 피트될 각 파라미터에 대한 Bemf 고조파 시리즈 및 그 부분 도함수를 포함하는 피트 벡터를 정의하는 것; (4) Bemf의 표시를 피트될 파라미터의 함수로서 선택하도록 피트 벡터를 사용하는 것에 의해 수행될 수 있다.

도 2에 도시된 데이터를 사용하고, 피트 파라미터만을 각도 회전자 위치라고 가정할 때, 다음의 내용은 도 2의 Bemf 데이터를 회전자의 각도 위치의 함수로서 발생시키기위해 사용될 수 있는 방식의 예를 제공한다. 즉,

첫째, 시리즈("Bemf 함수")가 그 측정 라인 대 중립적인 Bemf 데이터에 피트되는 것으로 정의된다. Bemf 데이터의 특성때문에, 고조파 시리즈는 다음과 같이 사용될 수 있다. 즉,

둘째, Bemf 함수의 도함수는 피팅 파라미터에 대해 정의된다. 피팅 파라미터는 각 고조파 계수 및 전기적인 각주파수이다. 설명된 실시예에서, Bemf 데이터를 수집하는 정밀한 회전자 샤프트가 자세히 공지되지 않았지만, Bemf 데이터는 약 1000 RPM의 회전 속도에서 측정된다. 따라서, 상기 사실을 수용하기 위해, 파라미터로서 전기적인 각주파수를 갖는 일반화된 피트는 다음과 같이 사용될 수 있다. 즉

세째, Bemf 함수 및 그것과 관련된 부분 도함수를 정의하면, 함수 (Bemf_function(t,k))의 피트 벡터는 피트될 각 파라미터(이 경우에 각 고조파 계수 및 전기적인 각주파수)에 대한 Bemf 함수 및 그 부분 도함수를 포함하는 것으로 설정된다. 계산을 용이하게 하기 위해, 결정될 각 파라미터에 관한 초기 게스(guess) (vg)는 다음과 같이 제공된다. 즉

다음에, 피팅 함수의 입력 데이터 벡터는 다음과 같이 정의되고, 즉,

알맞은 방식을 사용하여 피트 파라미터를 해석한다. 지금의 예에서 다른 솔루션을 사용할 수 있지만 데이터에 대한 Bemf 함수의 일반적인 최소 자승 피트는 선택된다.

각종의 피트 파리미터를 더 정밀하게 결정하기 위해, Bemf 데이터 및 피트 에러와 함께 100으로 나누어진 그 피트를 고려하는 것이 도움이 된다. 그 정보는 도 4에서 예를 들어 도시된다.

Bemf 피트에서, 회전자 및 피트 파라미터에 관한 각도 위치의 함수로써 Bemf를 표시하는 것은 다음과 같이 정의될 수 있다. 즉,

회전자의 각도 위치에 관한 함수로서 Bemf를 표시할 때, 다음에 코깅 토르크 데이터를 대응해서 표시하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 같은 방법을 사용하는 것도 가능하다.

첫째, 코깅 토르크의 시리즈 표시가 개발되야한다. 코깅 데이터가 회전자 샤프트의 하나의 완전한 기계적인회전에 통상적으로 대응하기 때문에, 및 기본적인 코깅 성분이 하나의 기계적인회전에서 다수의 사이클을 포함하는 것을 토르크의 불규칙성 발생 메카니즘이 확정하기 때문에, 어떤 성분이 양호한 피트에 필요한 지를 결정하기 위해 FFT 시리즈를 사용한다. 코깅 데이터의 FFT를 계산하는 것은 다음의 내용을 고려해서 수행될 수 있다. 즉,

도 3에 도시된 코깅 토르크 데이터에 관한 FFT 크기가 도 5에 도시된다. 도 5에서, 코깅 토르크의 중요한 주파수를 결정할 수 있다. 0.001이상의 크기를 갖는 성분을 그 피트에 사용한다. 그러므로, 그 관심있는 성분은 8Xωmech, 16Xωmech, 24Xωmech, 25Xωmech, 47Xωmech, 48Xωmech 이다. 그 피트에서 DC를 고려할 수 있으나, 그 시스템에 부정적인 영향을 미침이 없이 코깅 함수를 정의할 때 무시될 수 있다. 같은 것이 Bemf 피트에도 해당된다. 그러므로, 코깅 토르크를 표시하는 알맞은 시리즈는 다음과 같이 정의될 수 있다. 즉,

둘째, 피팅 파라미터에 대한 코깅 함수의 부분 도함수는 정의된다. 그 예시된 예에서, 데이터를 수집하는 고조파 계수 및 기계적인각주파수 모두가 관심으로 된다. 각 피팅 파라미터에 대한 코깅을 설명하는 함수의 부분 도함수는 다음과 같은 Cogging_function(t,k)의 로우(rows)에서 계산 및 포함된다.

세째, Bemf를 회전자 각도 위치의 함수로서 표시하기 위해 사용된 방식에서 처럼, 피트 매트릭스 및 초기 파라미터 게스는 다음과 같이 정의된다. 즉.

다음에, 피트에서 사용되는 코깅 데이터 벡터가 정의되고 피트 파라미터는 다음과 같이 계산된다. 즉,

코깅 함수의 반복 특성으로 인해, 코깅 데이터/10, 그 피트/10 및 피트 에러 를 고려하는 것은 피트 파라미터를 해석하는 데 도움이 된다. 그 정보는 도 6의 예로 예시된다.

위에서, 코깅 토르크를 회전자의 각도 위치에 관한 함수로서 표시하는 것은 다음과 같이 표시될 수 있다. 즉,

다음의 논의와의 관련성으로 인해, 회전자 각도에 대한 코깅 함수의 부분 도함수는 결정될 수 있고 다음과 같이 설명된다. 즉,

Bemf 및 코깅 토르크의 상기 표시는 전기적인 각도 및 기계적인각도 각각에 의한 회전자의 각도 위치에 의한 것이다. 계산을 쉽게 하기 위해, 기계적인각도에의해 표시를 하는 것이 바람직하다고 결정하였다. 그 예시된 예에서, Bemf 측정 데이터의 전기적 주파수가 제공되는 특정 예와 관련해서 논의할 목적으로 441.472인 k_13 Bemf 피트 파라미터에서 계산될 수 있다. 상기 정보를 사용해서 다음과 같이 전기적인 각도 및 기계적인각도간의 비교가 행해진다. 즉,

Bemf 함수에 대한 정규화 계수는 다음과 같이 계산될 수 있다.

전기적인 각도로 상기 개발된 Bemf 표시를 고려할 때, 모터의 Bemf가 다음과 같이 전기적인 θ= θmech＊극/2 = θmech＊4에서 기계적인 각도에 의해 발생될 수 있다.

(장치적인) 각도에 대한 Bemf의 도함수는 상기 변환 계수를 사용해서 결정될 수 있고 Bemf 함수에 대해 그 이전에 계산된 도함수 정보가 다음과 같이 설명될 수 있다. 즉,

Bemf 및 코깅 토르크 정보가 일단 처리되고 토르크 특성을 회전자의 각도적인 장치 위치에 관한 함수로써 표시하는 것이 개발되고, 본 발명에 따른 능동적 제어 시스템을 개발하는 다음 단계는 (1) 모터를 알맞게 제어하고, (2) 코깅 토르크를 감소 또는 제거하는 제어 방식을 개발한다. 그것은 다양한 방법으로 수행될 수 있고 상당한 수의 능동적인 제어 방식이 설명된 기준에 맞는, 본 명세서의 교시를 사용해서 개발될 수 있음을 이해해야한다. 그것은 왜냐하면 본 명세서의 교시가 다른 기준에 맞는 제어 시스템을 개발하기 위해 사용되는 것도 가능하기 때문이다.

하나의 예로서, 균형화된 3상 피드로서 공지되는 것을 사용하는 것이 다수의 적용에서 공통으로 이루어진다. 그 시스템에서, 3상 모터를 사용할 때, 3상 전류의 합이 제로로 된다. 그러므로, 본 명세서의 교시를 사용해서, 균형화된 피드뿐만 아니라 상기 논의되는 바람직한 토르크 출력 및 감소된 코깅 토르크를 제공하는 것을 실행하는 균형화된 3상 피드 시스템을 개발하는 것이 가능하다.

다른 예에서, 소정의 시스템은, 비용, 공간 또는 기타의 제한 요소 때문에, 모든 또는 일부의 특정 속도 범위에서 상당한 에러를 갖게 되는 회전자 위치 검출기의 사용을 요구한다. 그러한 시스템에서, 회전자 위치 에러에 최소 감도를 갖는 모터 제어기를 개발하는 것이 바람직하다. 그 모터 제어는 균형화된 3상 피드를 실행하기 위해 설계된 것과 다르게 동작하고, 그 피드에서 회전자 위치 검출기 감도를 발생시키지 않는 다.

또한, 소정의 시스템에서, 바람직한 모터 출력을 얻기 위해 최저로 가능한 RMS 전류값을 사용하는 모터 제어를 개발하는 것이 바람직하다. 모터 제어는 능동적인 코깅을 감소시키고, 모터를 구동시키기 위해 사용된 RMS 전류를 최소화하는 것은 설계된 모터 제어로부터 다른 설계 기준으로 변화시킨다.

코깅 등과 같은 바람직하지 않은 토르크의 불규칙성을 감소시키고 각종의 설계 기준(예컨대, 균형화된 피드, 최소 RMS 전류, 최대 토르크 출력, 샤프트 센서 에러에 대한 최소 감도 등)을 동시에 실행하는, 본 명세서에서 설명된 방법 및 장치의 능력은 상당한 장점으로 된다.

모터 제어 시스템상에 설치될 수 있는 설계 기준에서의 큰 변화 때문에, 본 발명의 개시는 본 명세서에서 개시된 제어 시스템 및 방법의 모든 잠재적인 실행예를 논의하거나 예시할 수는 없는 것이다. 따라서, 다음의 논의가 설계 기준을 실행하는 모터 제어 시스템을 설명하고 다른 모터 제어 시스템 및 방법이 본 명세서에서 포함된 교시로부터 벗어남이 없이 사용될 수 있음을 본 개시의 장점을 아는 당업자는 이해하게 된다.

제 1예에 의하면, 모터 제어 시스템은 다음의 설계 기준에 맞게 개발된다.즉,

1. 코깅 토르크 없음(즉, 능동적인 코깅 제거 전류가 모터에 흐를 때 총

토르크)

2. 균형화된 3상 피드

3. 최소 RMS 전류

제어 시스템이 소망하는 출력 토르크를 발생시킬 수 있다는 것이 하나의 제어 기준이기 때문에, 그 설명된 설계 기준에 맞는 모터 제어를 개발할 때 제 1단계는 장치에 대해 토르크 평형 상태를 개발하는 것이다. 본 예에서, 그것은 제어되는 모터로의 전류 흐름이고, 토르크 평형상태는 3상 모터에서 제어 전류(Ia, Ib 및 Ic)로 식으로 표시된다. 장치의 총 토르크 출력이 장치의 Bemf, 장치의 전류 흐름, 및 그 장치에 의해 발생된 코깅 토르크에 관한 함수인 것을 알았을 때, 장치의 토르크 출력이 다음과 같은 식으로 표시될 수 있다. 즉,

여기서 Ia, Ib 및 Ic는 장치의 3상 전류를 나타내고, k_bemf는 기계적인 각도에 의한 회전자의 각도 위치에 의해 Bemf 표시의 고조파 계수를 나타내고, 세타는 기계적인 각도에 의해 회전자의 각도 위치를 나타내고, K-cog는 코깅 토르크 표시의 고조파 계수를 상기 결정했듯이 (기계적인) 회전자의 각도 위치에 관한 함수로서 나타낸다.

발생하는 소망하는 출력 토르크에 더해져서, 상기 예의 다른 설계 기준은 피드를 균형화시켜야한다는 것이다. 항시 전류는 합이 제로로 되야한다. 즉,

Ia + Ib + Ic = 0

상기 설계 기준은 다음과 같이 제로로 세트되는 소망하는 출력 토르크를 갖는 매트릭스 형태로 다음과 같은 식으로 표시될 수 있다. 즉

상기 표시는 표준 A＊x=b 매트릭스 형태로 되어 있다. 공지된 수학적 기술을 사용할 때, 제어 방식은 다음과 같은 A의 일반화된 역함수를 사용해서 최소 rms 전류에 대해 개발될 수 있었다. 즉,

이 경우에 A의 일반화된 역함수는 다음과 같다. 즉,

B 매트릭스를 다음과 같이 정의한다. 즉,

위상 전류는 다음과 같이 계산될 수 있다. 즉,

그 계산된 전류를 표시하기 위해 기계적인 각도 벡터를 다음과 같다. 즉,

다음과 같은 최소 rms 전류 솔루션을 해석한다. 즉,

바람직한 설계 기준을 실행하기 위해 (기계적인) 회전자의 각도 위치에 관한 함수로서 제어 전류(Ia, Ib 및 Ic)를 알맞게 얻을 수 있다. 이 예에서 상기 설명된 모터에서 알맞은 제어 전류는 도 7에 도시되어 (기계적인) 회전자의 각도 위치에 관한 함수로서 반영된다.

위에서 반영된 전류(Ia, Ib 및 Ic)가 코깅 토르크를 제거한다는 사실은 샤프트 출력 토르크를 예시된 전류 파형의 함수로써 계산하여 입증될 수 있다. 본 예에서 소망하는 출력 토르크 및 최종 코깅 토르크를 다음과 같은 표시를 사용할 때, 즉,

도 8에서 능동적인 코깅 제거를 사용하는 사용하는 샤프트 토르크 및 코깅 토르크에 대한 도면이 개발될 수 있다.

도 8에 알 수 있듯이, 모터 제어기가 도 7에서 반영된 전류로 모터를 여자할 때, 모터의 최종 출력 토르크는 제로이다(즉, 코깅 토르크 없음).

위에서 제공된 특정 솔루션의 경우에는 코깅 토르크를 제거하나 모터의 출력을 제로로 한다. 확실하게, 제어 시스템은 코깅 토르크를 감소시켜야하고 바람직한 모터 출력 토르크를 제공한다. 따라서, 부가적인 예에서, 3 뉴우톤-미터(3N＊m)의 모터 출력을 바라게 될 때, 균형화된 3상의 최소 RMS 전류 솔루션이 개발된다. 이 예에서 Te의 바람직한 값이 이전의 계산에서 제로에 대립하는 것으로 3N-M으로 된다. 그러므로, 다음, 즉,

및

을 고려할 때, 알맞은 제어 전류가 개발될 수 있다. 3N＊m 출력에서 알맞은 제어 전류에 대한 도면은 모터에 대해 도 9에 있다. 도 9에 도시된 것은 다음의 식 을 사용해서 계산되는 스케일된 출력 토르크이다.

인식할 수 있듯이, 코깅 토르크가 완전히 제거되었을 때, 출력 토르크가 안정적이고 3N＊m 로 된다.

제 1예는 모터 제어의 개발에 관한 것이고, 그 모터 제어의 설계 기준에서는 균형화된 시스템 및 최소 RMS 전류를 필요로 한다. 제 2예에서는 바람직한 제어 전류가 선택되어 단위당 샤프트 센서 에러에 대해 최소 립플을 발생시키는 평탄한 토르크 솔루션을 제공한다.

감도 조건(terms)은 다음과 같은 총 토르크 식에서 인출되고, 그 식에서 여기 토르크 및 코깅 모두가 고려된다. 즉,

토르크의 총 미분을 다음과 같이 계산할 수 있다. 즉,

토르크 식의 총 미분은 확장된 형태로 다음과 같이 기재될 수 있다. 즉,

단위 센서 에러마다 발생된 토르크 립플은 제로인 각도에 대한 토르크의 총 미분의 2개 성분 또는 다음과 같은 수학적인 조건으로 세팅함에 의해 최소화될 수 있다. 즉,

상기 설명된 제 1감도 식(각도에 대한 토르크의 부분 도함수)을 이용해서, 그 문제는 다음과 같이 매트릭스 식으로 정의된다. 즉,

상기 설명된 장치를 사용하고 종래의 3상 wye로 연결된다고 가정할 때, A 매트릭스는 완전 충만한 랭크이어서, 종래의 매트릭스 역은 솔루션을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 다음과 같이 A 및 B 매트릭스를 정의한다. 즉,

바람직한 3N＊m 출력에 대한 솔루션 함수 및 솔루션 매트릭스는

에서 인출될 수 있다.

최소 감도의 코깅 제거 피드를 해석할 때, 도 10에 예시된 바람직한 제어 전류(Ia, Ib 및 Ic)를 계산할 수 있다.

도 10에 예시된 것은 Bemf 파형(예시된 사이클수를 도시하는) 및 다음 식을 사용해서 계산되어 10으로 승산된 출력 토르크이다.

도 10에서 알 수 있듯이, 최소 감도의 솔루션에 대한 바람직한 전류 파형은 상대적으로 복잡하다. 잠재적으로 더 취급하기 쉬운 제어 전류를 제공하기 위해, 제어 파라미터, 즉,

를 설정하도록 최소 RMS 전류 솔루션을 미소한 다른 매트릭스를 사용해서 최소 감도의 솔루션과 균형을 이루는 솔루션을 고려하는 것이 가능하다.

상기 절반-최소 RMS/절반 최소 감도 솔루션에 대한 이상적인 제어 전류의 개발은 본 명세서에서 반영되지 않으나 본 개시의 장점을 아는 당업자의 능력내에 있게 된다.

인식할 수 있듯이, 최소 감도 솔루션의 이상적인 전류 제어 파형은 최소 rms 솔루션의 이상적인 제어 전류보다 더 높은 주파수 성분을 갖는 전류를 포함한다. 2개의 솔루션에 대해 이상적인 제어 전류를 갖는 FFT's를 다음의 식을 사용해서 계 산할 수 있다. 즉,

그 FFTs가 계산되고 비교할 목적으로 도 11에서 예시된다.

상기 제공된 최소 감도 솔루션은 장치 감도의 특정한 정의를 토대로 개발된다. 대체되는 감도 정의가 개발되어 사용되었고 따라서 이상화된 제어 전류를 달리해서 발생하는 것을 당업자는 인식하게 된다. 예컨대, 상기 제공된 감도의 정의와 대조적으로, 다음과 같이 설명중인 3상 장치에 대한 감도를 정의할 수 있다. 즉,

그 제 2감도 선택을 사용해서 이상적인 제어 전류에 대한 솔루션을 계산하는 것은 고조파 시리즈를 솔루션(위상 전류)으로 함에 의해 대수(algebraic) 문제로 변할 수 있다.

다른 결정된 식 세트는 사인 및 코사인 고조파 계수로 해석될 수 있다. Bemf 함수의 고조파 성분 파라미터는 이 시점에서 편리성을 위해 짧은 명칭을 갖는 변수와 같게 세트된다.

K_BEMF=Bemf_fit_parameter

는 코사인 및 사인 토르크 발생 조건을 정의한다. 상기에서 제 2감도 정의로 설명된 솔루션의 수학적인 도함수를 간단히 하기 위해, 장치는 장치에서 합리적인 가정이나 일반적으로 솔루션의 그 버젼에서는 필요로 하지 않는 대칭(각 위상 Bemf가 동일)으로 된다고 가정된다. "토르크 조건" 은 다음과 같이 각 위상 Bemf 및 그 위상 전류의 각 대응하는 고조파 항을 승산시킨 합으로 정의된다.

dAn_Te_cos_dI_dθ및 dAn_Te_sin_dI_dθ(각도에 대한 각 위상 전류의 도함수의 배수인 각 위상 전류에 대한 각 토르크 항의 부분 도함수-(dpartial(Bemf＊I)/ dpartial_I)＊dI/dθ-sense_I-sense_I 가 위상 전류의 도함수를 관계 각도-제 2감도 정의로써 사용하는 솔루션을 지정하기 위해 사용된다) 항은 다음과 같이 각 위상 Bemf 및 그 위상 전류의 각 대응하는 고조파 항의 각도에 대한 도함수를 승산시킨 합으로 표현된다. 즉,

그 제안된 솔루션의 고조파 성분수는 다음과 같이 본 예를 목적으로 정의될 수 있다. 즉,

계산에서 사용되는 전기적인 주파수 고조파는 하기에서 설명된 것으로 세트 될 수 있다. 즉,

위상 전류의 고조파 사인 및 코사인 계수에 대한 솔루션을 "최소 자승 센스(sense)"에서 발견되게 할 수 있는 "A 매트릭스"를 정의할 때, 다음과 같이 결정된 선형식 세트에 대해 일반화된 역함수를 정의할 수 있다. 즉,

"B vec"는 위상 전류의 고조파 사인 및 코사인 계수에 대한 솔루션을 최소 자승 센스에서 발견될 수 있도록 정의될 수 있다. 본 예의 목적을 위해, 특정한 솔루션은 다음과 같이 최소 감도를 갖는 바람직한 3 N＊m 출력을 본 명세서에서 제공된 제 2정의를 사용해서 샤프트 센서 에러에 제공되게 된다. 즉,

을 사용해서 3 N＊m 및 최소 감도를 발생하는 목록으로 된 고조파에 대한 전류 고조파 계수를 계산할 때, 위상 전류를 그 고조파 성분으로부터 계산하는 함수를 정의하는 것이 가능하다.

위상 전류를 다음과 같이 평탄한 토르크, (제 2정의에 따른) 최소 감도 솔루션에서 계산한다. 즉,

그 완전한 전류에 대한 계산이 본 개시의 장점을 아는 당업자의 수준내에 있으므로, 감도의 제 2정의를 사용하는 솔루션에 대해 완전 충만한 이상적인 제어 전류에 대해서는 본 명세서에서 설명되지 않는다.

상기 논의된 3개의 솔루션에서의 이상적인 제어 전류 및 최종 계산된 토르크를 3 N.＊ 출력에 대해 비교하는 것이 중요하고, 그 출력은 (1) 최소 RMS 전류에 대한 3NM; (2) 최소 감도에 대한 3 N＊m 솔루션(제 1정의); (3) 최소 감도에 대한 3 N＊m 솔루션(제 2정의)이다. 그것은 토르크를 계산하는 회전자 각도 오프세트를 형성하고 다음과 같이 "sense_I"(제 2정의) 및 sense_θ(제 1정의)로 이하에서 불리워지는 2개의 최소 감도 솔루션에서 전기적 토르크를 계산하여 행해진다.

전기적 토르크를 3 N＊m 의 최소 감도 솔루션, sense_I 및 sense_θ모두에 대해 계산한다.

비교하기 위해, 모든 3개의 솔루션(하나의 전기적 사이클을 통한 최소 rms., 최소 감도(제 2정의)"sense_I", 최소 감도(제 1정의)"sense_θ")에 대한 이상화된 위상 A 제어 전류는 도 12에 도시되어 있고, 모든 3개의 솔루션에 대해 발생된 출력 토르크는 도 13에 도시되어 있다.

sense_I가 "최소 자승"이기 때문에, 순간적인 토르크에는 적은 립플량(1%보다 적은)을 포함한다. 모든 3개의 솔루션에서 전기적 각도에 대한 퍼센티지 대 센서 에러가 도 14에서 도시된다.

일단은 장치가 그 Bemf 및 코깅 시그니쳐를 생성하는 것을 특징으로 하고 제어 방식이 각종의 설계 기준을 실행하는 그 파라미터를 사용해서 개발될 때, 그 개발된 제어 방식을 실행하는 것이 바람직하다. 당업자가 알 수 있듯이, 각종의 방식 및 기준 프레임을 사용하여 설정된 제어 방식을 실행한다. 본 개시에서 능동적인 토르크 불규칙성을 감소시키는 방식은 어떤 특정한 제어 방식 또는 기준 프레임으 로 제한되지 않는다. 그러나, 논의를 목적으로, 소수의 특정한 기준 프레임이 논의된다.

바람직한 솔루션을 실행하기위한 가장 친근하고 간단한 방식중 하나는 모터제어를 통해 단위 위상당 기준 프레임을 사용하도록 동작하는 것이다. 그러한 모터 제어에서, 모터의 개별적인 위상 전류를 실시간으로 검출하고 분리해서 제어한다. 3상 시스템에서, 상기 기준 프레임은 ABC 기준 프레임으로 일반적으로 불리워지고, 여기서 3상은 A, B 및 C 위상으로 일반적으로 불리워진다.

일반적으로 ABC 프레임에서 동작하는 모터 제어기는 제어될 모터의 각 위상에서 흐르는 전류에 대응하는 신호를 수신 또는 발생시킨다. 상기 신호는 각 위상에 대해 전류 명령 신호와 비교되어 에러 신호를 발생시키고, 그 에러 신호는 위상 권선에 공급된 전류를 조절하도록 사용되어 바람직한 제어 방식을 실행시킨다.

ABC 프레임에서 각 위상에 대한 총전류 명령은 다음과 같은 2개의 성분의 합으로서 계산된다.

1) "코깅 제거 성분" 및

2) "토르크 발생 성분"

설정된 장치의 코깅 토르크를 발생시키는 물리적인 현상이 선형의 경우에 장치에 흐르는 전류와 별개이기 때문에, 선형의 경우에 설정된 회전자 위치에 대한 코깅 제거 성분의 진폭은 고정되어 장치에 흐르는 전류 진폭 또는 장치의 소망하는 출력 토르크를 변화시키지 않는 다. 그러나, 그것은 토르크 발생 전류 성분에는 해당되지 않으나, 그 장치가 선형 영역에서 동작하면, 출력 토르크를 선형으로 변화시킨다.

선형의 경우에 전류 명령의 코깅 제거 성분이 설정된 회전자 위치에서 고정되기 때문에, 바람직한 모터 제어기로 주입되는 능동적인 코깅 제거 성분을 갖는 것을 제외하고는 종래의 제어기와 많은 면에서 비슷한 모터 제어기를 개발하는 것이 가능하다. 그 제어기의 예가 도 15a, 15b, 및 16에 도시된다.

도 15a에서, 토르크 발생 성분 위상 전류 기준치를 발생시키는 회로(30)를 도시한다. 상기 위상 전류 기준치(ia_ref, ib_ref 및 ic_ref)는 도 15b의 제어기로 통과된다. 토르크 발생 성분 위상 전류 기준치는 일반적으로 소망하는 출력 토르크, 회전자 위치 및 회전자 속도에 대한 함수이다.

15a의 회로에서, 토르크 발생 성분 위상 전류 기준 발생기(30)는 입력으로서 (1) 제어기(151)에 의해 제어되는 장치의 그 명령된 토르크 출력을 나타내는 전기적 신호인 Te 명령(32); 및 (2) 회전자의 각도 위치 및 속도를 나타내는 회전자 위치 피드백 신호(153)를 수신한다. 토르크 명령 신호인 Te 명령(32)은 바람직한 회전자 속도 등과 같은 감지된 모터 파라미터 및 바람직한 명령 파라미터에 응답하여 바람직한 토르크 명령을 발생시키는 공지된 제어 회로에 의해 발생될 수 있다. 예컨대, 토르크 명령 신호는 토르크 명령을 발생시키기위해 모터의 출력 속도를 바람직한 출력 속도와 비교해서 발생될 수 있고, 그 토르크 명령은 실제 속도가 바람직한 속도이하일 때 증가하고 실제 속도가 바람직한 속도이상일 때 감소한다.전기적 장치 제어에서 토르크 명령 신호를 발생시키는 기술 및 회로는 당분야의 기술에서 공지되어 있어서 더 이상 설명되지 않는다.

일반적으로, 선형 영역에서, 전류 기준 발생기(30)는 토르크 명령 신호(32) 및 위치 피드백 신호(153)를 입력으로서 수신하고, 제어되는 모터의 위상 권선에서 설정되야하는 전류에 대응하는 전기적 명령을 출력으로서 응답하게 되어 바람직한 토르크 출력을 발생시킨다. 제어기(30)에 대한 입력 및 그 제어기의 출력간의 관계는 모터마다 달라질 수 있고 설정된 모터의 알맞은 입력/출력 관계는 상기 설명된 방법뿐만 아니라 다른 공지된 모터 제어 방법을 사용해서 결정 또는 계산될 수 있다.

선형 영역에서 동작하는 모터의 1N＊m 입력 명령 토르크에 대한 바람직한 위상 전류 기준치 대 회전자 각도 위치가 도 18에 도시되어 있다. 그 예시된 예에서, 모터가 선형 영역에서 동작하기 때문에, 토르크 발생 성분 위상 전류 기준치는 어떤 명령된 토르크에서 회전자 위치에 대해 일반적으로 동일한 "형태(shape)"를 갖고 (명령된 토르크에 직접 비례하는) 그 명령된 토르크와 함께 진폭 방향으로 선형으로 즉시 변화한다.

전류 기준 발생기(32)를 실행시키기위해서는 하드웨어(어드레스인 입력 파라미터를 알맞은 출력 파라미터에 맵하는 룩업 테이블 등)와, 입력 파라미터로부터 바람직한 위상 전류 명령을 계산하는 소프트웨어, 또는 그둘의 결합(예컨대, 입력을 보간 소프트웨어로 출력에 맵하는 스퍼스(sparse) 매트릭스)을 사용한다. 그 회로의 제조는 본 개시의 장점을 아는 당업자의 능력내에서 가능하므로, 본 명세서에서 더 설명하지 않는다.

도 15b에서 모터 제어 시스템(150)에는 전기 모터(152)의 전류를 제어하는 제어기(151)를 포함하여 소망하는 출력 토르크 또는 속도를 발생시킨다. 제어기(151)는, (a) 예컨대, 바람직한 토르크, 회전자 위치 및 속도의 함수로서 도 15a의 회로를 사용해서 발생된 바람직한 위상 전류에 대응하는 전류 명령 신호 (Ia_ref, Ib_ref 및 Ic_ref)와, (b) 회전자의 각도 위치 및 속도를 나타내는 회전자 위치 피드백 신호(153)와, (c) 모터(152)에 흐르는 실제 전류를 나타내는 현재의 피드백 신호(Ia, Ib 및 Ic)를 입력으로서 수신한다. 현재의 피드백 신호(Ia, Ib 및 Ic)는 종래의 전류 송신 또는 추정 방식을 사용해서 발생될 수 있고 회전자 위치 및 속도 정보는 충분한 정확도를 회전자 위치 검출기, 분해기(resolver), 인코더를 사용하거나 회전자 위치를 계산 또는 추정하는 센서를 갖지 않는 방법을 통해 발생될 수 있다. 그 예시된 실시예에서, 현재의 피드백 신호(Ia, Ib 및 Ic)가 전력을 모터(152)에 제공하기 위해 사용되는 인버터(154)의 출력으로부터 얻어진다.

도 15b에서, 제어 회로(151)는 회전자 위치 및 속도 신호(153)를 입력으로서 수신하는 토르크 불규칙성 제거부(155)를 포함하고 토르크 발생 성분 명령 전류 (Ia_ref, Ib_ref 및 Ic_ref)에 추가되는 토르크 불규칙성 제거 전류 피드 기준치를 발생한다.일반적으로, 토르크 불규칙성 제거부(155)는 코깅 토르크를 소거하거나 그 소거를 하지 않으면 존재하는 다른 토르크의 불규칙성을 소거하기 위해 모터(152)에 흘러야하는 전류에 대응하는 전류 신호를 발생시키는 구성 요소이다. 설정된 위치 및 속도에서 그 전류값을 결정하는 것은 상기 설명된 방법을 사용해서 이루어질 수 있다.

토르크 불규칙성 제거부(155)의 구조는 여러 형태로 된다. 도 15a 및 15b의 제어 회로가 프로그램가능한 프로세서를 프로그래밍하거나 전용의 디지털 신호 프로세서("DSP") 알맞게 구성시킴으로써 실행되고, 토르크 불규칙성 제거부(155)는 회전자 위치 및 속도 신호(153)에 응답해서 토르크 불규칙성 제거 신호를 발생시키는 소프트웨어 루틴의 형태로 된다. 그것은 소프트웨어 루틴에 의해 수행될 수 있고, 그 소프트웨어 루틴은, (1) 모든 회전자 위치 및 속도를 토르크 제거 신호에 상관시키는 룩업 데이터; (2) 대응하는 회전자 위치, 속도, 및 토르크 불규칙성 제거 신호로 구성된 거친(rough) 매트릭스 및 그 매트릭스에서 반영안된 위치 및 속도에 대한 정보를 보간하는 루틴; (3) 예컨대, 상기 설명된 방법을 사용해서 저장된 데이터로부터의 토르크 불규칙성 제거 성분과 회전자 위치 및 속도 정보를 계산하는 루틴; 또는 (4) 상기 (1)-(3)의 결합을 포함한다. 토르크 불규칙성 제거부 (155)의 기본적인 소프트웨어 실행예에 더해서, 토르크 불규칙성 제거부(155)의 하드웨어 및 부분-하드웨어/부분-소프트웨어 실행예도 계획된다. 예컨대, 토르크 불규칙성 제거부(155)는 회전자의 위치 및 속도의 디지털 표시를 어드레스 입력으로서 수신하고 토르크 제거 기준치의 디지털 또는 아날로그 표시를 출력으로서 제공하는 룩업 테이블을 간단히 구성할 수 있다. 그 토르크 불규칙성 제거부(155)의 제조는 본 개시의 장점을 아는 당업자의 능력내에서 가능하게 된다.

인식할 수 있듯이, 토르크 불규칙성 제거부(155)는 3상 권선(A, B 및 C) 각각에 대한 토르크 불규칙성 제거 전류 기준치를 출력으로서 제공한다. 상기 토르크 불규칙성 제거 기준치는 토르크 명령 전류 명령(Ia_ref, Ib_ref 및 Ic_ref)과 합산되어 복합 전류 명령을 발생시키고, 그 복합 전류 명령은 시스템의 바람직한 제어 법칙을 실행시키는 제어 법칙 테이블 또는 루틴(156)에 인가된다. 일반적으로, 제어 법칙 소자(156)는 복합 전류 명령 및 회전자 위치 및 속도 신호를 입력으로서 수신하고 입력으로서 제공되는 명령 전압(Va, Vb 및 Vc)을 인버터(154)에 제공한다. 모터 시스템을 제어하기 위해 비례 제어 P, 집적 제어 I 또는 비례+집적 제어 PID 등과 같은 다수의 제어 법칙을 사용할 수 있음을 당업자는 이해하게 된다. 회전자 위치 및 속도 정보는 속도 및 위치에 종속하는 전기적 특성을 설명하는 "피드 포워드 속도 보상", 회전자 위치 및 속도에 종속하는 "이득 스케줄링", "피드 포워드 속도 보상" 제어 법칙 등을 사용할 수 있다. 또한, 모터 제어 시스템에서 제어 법칙을 선택 및 실행하는 종래의 방식을 사용하여 제어 법칙 소자(156)를 실행시킨다.

인버터(154)는 명령 전압을 수신하고, 그 전압에 응답하여 제어된 전력을 모터(152)에 인가하여 모터(152)의 위상 권선 전류가 복합 명령 전류에 접근하도록 한다. 인버터(154)는 종래의 구조일 수 있고 공지된 기술을 사용하여 전력을 모터(152)에 인가하도록 제어한다. 예컨대, 인버터(154)는 펄스 폭 변조, 펄스 주파수 변조, 공간 벡터 변조, 기타의 방법을 사용하여 전력을 모터(152)에 인가하도록 제어한다. 대체 설계는 모터(152)의 위상 권선에 흐르는 전류를 알맞게 제어하는 공지된 전류 제어기와 결합시켜서 인버터(154)를 설치 또는 사용하는 것으로 계획된다.

제어기(151)에 의해 모터(152)에서 발생된 전류가 (Ia_ref, Ib_ref 및 Ic_ref에 응답해서 발생된) 소망하는 출력 토르크를 발생시키게 하는 토르크 발생 성분과 (토르크 불규칙성 제거 기준치에 응답해서 발생된) "앤티-코깅 성분" 모두를 포함하기 때문에, 모터(152)의 출력은 예컨대, 코깅에서 발생하는 바람직하지 않은 토르크 불규칙성없이 소망하는 출력 토르크로 되게 된다.

상기 설명된 제어기(151)는 예시를 위한 것이고 등가의 제어기가 모든 하드웨어, 기본적인 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 사용하여 이루어질 수 있음을 당업자는 이해하게 된다.

도 15a 및 15b의 ABC 모터 제어기는 구조에서 간단하지만, 전용의 토르크 제거부를 갖는 모터 제어기(151)를 개발하는 것이 필요하다. 도 16에서 본 명세서에서 설명된 요지인 토르크를 제거하는 장점은 종래의 제어기를 변형없이 그대로 사용해서 이루어지는 방식을 예시한다.

도 16은 모터 제어기(161) 및 모터(152)를 포함하는 모터 제어 시스템(160)을 예시한다. 모터 제어기(161)는 도 15b의 제어기(151)와 구조 및 동작면에서 비슷하고 같은 도면 번호는 같은 소자를 나타낸다. 모터 제어기(161)는 그 내부에 토르크 제거부를 포함하지 않는다. 이러한 의미에서, 모터 제어기(161)는 능동적인 토르크 제거부를 포함하지 않고 입력 기준 전류 명령에 응답해서 전류를 제어하는 소자를 포함하고 있는 다수의 사용가능한 모터 제어기와 비슷하다. 예컨대, 도 15a의 시스템 등과 같은 알맞은 시스템은 입력 기준 전류 명령을 제공한다. 그러므로, 제어기(161)는 종래의 모터 제어기일 수도 있다.

종래의 제어기(161)과 분리되는 토르크 제거 회로(162)는 모터 제어기(161)에 결합된다. 토르크 제거 회로(162)는 회전자의 각도 위치 및 속도를 피드백 신호(153)를 통해 입력으로 수신하고 실제 피드백 전류 신호(Ia, Ib 및 Ic)와 합산되는 토르크 제거 신호를 제공하여 제어기(161)의 전류 피드백 입력에 인가되는 변형된 피드백 신호를 발생시킨다. 구조에서 "코깅" 토르크 제거부(162)는 도 15b의 토르크 불규칙성 제거부(155)와 비슷하다. 그러나, 토르크 제어 회로(155)가 토르크 불규칙성을 능동적으로 제거하기 위해 흘러야하는 전류를 정극성으로 표시되게 하는 반면에, 토르크 제거 회로(162)는 (제어 법칙으로 조절된) 그 전류를 부극성으로 되게 하여 알맞은 제어를 실행시킨다. 상기 부극성 신호를 추가시켜서 그 감지된 전류를 조절하여 모터 제어기에 대한 입력은 실제 감지된 전류가 아니라 변형된 실제 감지된 전류로 된다. 그러므로 종래의 모터 제어기(161)는 그 개시된 요지인 앤티-코깅의 장점이 종래의 제어기를 사용해서 얻어지는 방법으로 실제 전류값에 대립하는 변형된 전류값을 제어하게 된다. 제어기(161)는 복합 피드백 전류를 조정하기 위해 전류 명령 신호(Ia_ref, Ib_ref 및 Ic_ref)로써 종래의 방법으로 동작한다. 도 16의 회로(162) 및 시스템을 통해 종래의 제어기는 능동적인 토르크 불규칙성을 제거하는 데 효과적으로 사용될 수 있고 종래의 제어기를 사용하는 시스템은 개장(retrofit)되어 능동적인 토르크 불규칙성을 감소시킨다.

도 16의 회로(162)에 의해 제공된 부극성 전류 기준치가 선택되어 제어기(161)의 제어 법칙 소자에 의해 실행된 제어 법칙 및 이득을 보상하는 것을 인식해야한다.

도 15b 및 도 16의 제어기 각각에서, 위상 전류(또는 그 반대로)의 코깅 제거 성분을 각 위상 전류 기준치로 나타낸다. 각 위상 전류 기준치 중 나머지 성분은 도 15a에 예시된 시스템에 의해 제공될 수 있는 "토르크 발생 성분"이다. 대표적인 토르크 제거(또는 앤티-코깅 전류)의 예시는 도 17에 도시된다. 대표적인 토르크 발생 전류의 예시는 도 18에 도시된다.

도 15a, 15b, 및 16에서 ABC를 토대로한 시스템에서, 제어 시스템은 전류 명령을 토대로 하고 토르크 불규칙성 기준치를 전류로 표시한다. 전압을 토대로한 시스템이 사용되고 토르크 제거 피드가 전압으로 표시하는 것을 당업자는 인식하게 된다. 그런 시스템에서, 제어 법칙 소자로부터 전압 출력에 추가된 토르크 불규칙성 기준치를 갖는 것이 바람직하다. 도 19에 시스템(190)이 예시된다. 그 시스템에서 토르크 불규칙성 제거 기준치를 전압으로 표시하여 토르크 제거 회로(191)에 구비시키고 전압 기준치가 제어 법칙 소자(156)에서 합산된다. 소자들 중 나머지 소자는 도 15에서 상기 설명했듯이 동작한다. 그 설명된 제어기는 ABC 기준 프레임으로 동작된다. 대체되는 능동적인 토르크 제거 제어기는 α,β,0 프레임으로 동작하는 것으로 계획된다. α,β,0 프레임은 "X" 및 "Y"상에서 ABC 변수의 기하학적인 분해이고, ABC 성분의 합이 새로운 프레임에서 0성분으로 된다. 아래에서 "C"로 세트된 변환은 A, B, C로부터 α,β,0 프레임으로의 변환이다.

상기 기준 프레임으로 전류는 α전류, αβ전류, 및 항시 0인 제 3전류로 표시되어 정의된다. 전류들 중 하나가 0이기 때문에, 어떤 경우에 α,β,0 기준 프레임을 사용하는 제어기는 ABC 기준 프레임을 사용하는 제어기보다 복소 계산이 덜 필요하고 대역폭이 적다.

A, B, C 프레임으로부터 α,β,0 프레임으로의 변환을 다음과 같이 정의된 다. 즉,

α,β,0 프레임으로부터 A, B, C 프레임으로의 역변환은 다음과 같이 정의된다. 즉,

A, B, C프레임 및 α,β,0 프레임의 변수들간의 관계는 다음과 같이 기재된다. 즉,

예컨대, 위치 에러에 대한 감도를 최소화한 α,β,및 0 프레임 전류 기준치는 다음과 같이 계산된다. 즉,

토르크식은 다음과 같은 ABC 프레임 토르크식에서 Iα,Iβ및 I0로 표시하여 [Ia,Ib,Ic]를 대치하여 α,β,0 프레임으로 변환될 수 있다. 즉,

설정된 장치에서 토르크 및 코깅 시그니쳐를 사용해서, 설정된 장치에서 상기 논의된 기술, 및 상기 제공된 변환, α,β,및 0 전류 기준치로서 소망하는 출력 토르크를 가질 수 있고 바람직하지 않은 토르크 불규칙성을 감소시키게 된다. 바람직한 -4 N＊m 출력 토르크에서 도 2및 3에 예시된 코깅 및 토르크 시그니쳐를 갖는 장치에 대한 전류 솔루션이 도 20에 도시된다. 도 20에 도시했듯이 0 기준 전류가 항시 제로이다. 제어기가 알맞은 기준 전류를 룩업 테이블을 통해 회전자의 각도 위치 및 속도의 함수로서 제공되는 것으로 개발되면, α,β,및 0을 토대로한 제어기가 ABC 프레임을 사용하는 제어기보다 룩업 메모리를 적게 요구하는 데, 왜나하면 3개의 필요성에 대립하는 2개만의 룩업은 완료되야 하기 때문이다. 또한, 제어 전류를 실시간으로 계산하는 제어기에서, α,β,및 0 기준을 토대로한 제어기는 ABC 기준을 토대로한 제어기보다 계산을 더 적게 할 수 있다.

도 20은 -4 N＊m 토르크 출력에서 α,β,및 0 평면을 도시한다. 0 전류가 0값을 항시 가지기 때문에, 0 전류는 무시된다. 도 21은 0 전류를 각종의 토르크 출력에서 무시하는 α,β평면을 예시한다. 인식하듯이, 소정의 토르크 범위에서, 쉽 게 계산 및 제어되는 α전류 및 β전류간에 이미 이루어진 관계가 존재한다. 모터가 더 간단한 관계 중 하나에 대응하는 토르크 범위에서 동작하는 것으로 공지되어 있다면, α,β,및 0 기준을 토대로한 제어기는 그 제어기를 ABC를 토대로한 제어기를 통해 실행시키는 데 필요한 계산의 복잡성을 감소시키기 때문에 바람직하다.

능동적인 토르크 불규칙성을 감소시키는 α,β,및 0 을 토대로한 제어 시스템(220)이 도 22에 도시된다. 다른 기준 프레임을 사용했다는 것을 제외하고는, 시스템(220)의 동작은 도 15a 및 15b의 상기 설명된 시스템(150)의 동작과 비슷하다.

도 22에서, α,β,및 0 을 토대로한 제어 시스템(220)은 제어된 전력을 모터(152)에 제공하는 α,β,및 0 을 토대로한 제어기(224)를 포함하는 것으로 예시된다. 제어기(221)는 입력선(153)상의 회전자 위치 및 속도 정보 및, 도 15a에 도시되고 이미 설명된 것과 비슷한 형태로 동작하는, I_ref 계산 수단으로부터 Iα및 Iβ로 표시된 명령 전류 정보를 입력으로서 수신한다. 그 차이는 토르크 발생 성분 기준치가 Iα_ref, Iβ_ref, I0_ref로 된다는 것이고, 0 성분이 항시 제로이고 필요로 하지 않는다. Iα_ref 및 Iβ_ref는 변환 "C"를 Ia_ref, Ib_ref 및 Ic_ref 신호에 간단히 인가함하여 이전에 설명된 수단으로 계산될 수 있고, 예컨대, 그것이 도 18에 도시된다. Iα_ref, Iβ_ref는 이전에 설명된 방법을 사용해서 α,β,0 프레임으로 변환되었던 모터 토르크식으로부터 직접적으로 계산될 수 있다. 0 전류가 항시 제로값이기 때문에, 0 전류 명령을 필요로 하지 않는다.

토르크 제거부(225)는 회전자 위치 및 속도 신호(153)를 수신하고 Iα및 Iβ로 표시된 토르크 제거 피드를 제공한다. 다시, 0 전류 성분을 필요로 하지 않는다. 토르크 제거부(225)의 출력은 명령 전류와 합산되어 제어 법칙 소자(226)에 제공되는 복합 신호를 발생시키고, 그 제어 법칙 소자(226)는 α,β,및 0 기준 프레임으로 알맞은 제어를 실행시켜서 α,β, 및 0로 표시된 명령 전압을 발생시킨다. 물리적인 모터는 3상 A, B 및 C에 따라 동작하기 때문에 및 인버터(154)가 Ia, Ib 및 Ic로 표시된 전류를 제공하기 때문에, 변환기 회로/알고리즘(224)이 구비되어 α,β, 및 0로 표시되는 명령 전압을 ABC로 표시되는 명령으로 변환시킨다. 인버터는 도 15b에서 상기 설명했듯이 동작하여 모터(152)를 알맞게 여자시킨다. 또한, 인버터(154)는 모터(152)에서 실제 전류를 나타내는 현재의 피드백 신호를 제공한다. 다시, 모터 전류가 ABC로 표시되어 감지되기 때문에, 변환기(228)가 구비되어 ABC 기준 프레임의 감지된 전류를 α,β, 및 0 프레임으로 변환시킨다. 그후 α,β, 및 0로 표시된 피드백 전류는 처리하기 위해 제어 법칙 소자(226)에 제공된다.

도 22의 제어기(221)는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합을 통해 실행될 수 있고, 상기 도 15b에서 상기 설명했듯이 변형될 수 있다. ABC 및 α,β, 및 0 기준에서 실행되는 것에 덧붙여서, 본 개시의 능동적인 토르크 불규칙성 제거 방식은 설정된 주파수에서 회전하는 기준 프레임으로 동작하는 제어기를 통해 실행될 수 있다. 본 명세서에서 제공된 교시에 따른 모터 제어기에서, 기준 프레임에 대해 가장 유사한 캔디데이트는 제어될 모터의 Bemf 시그니쳐와 동기하여 회전하는 프레임; 또는 장치의 코깅 시그니쳐를 고려하는 기준이다.

첫째, Bemf와 동기하여 회전하는 회전 기준 프레임을 사용하는 제어기를 논의한다. 특정한 회전 프레임이 사용되어 전류 명령의 토르크 발생 성분을 특성상 준-고정(quasi-static)으로 되게 하는 것을 보증한다. 그러나, 전류 명령의 코깅 제거 성분이 준-고정으로 되지 않는 다. 바람직한 전류 명령은 복소 지수 함수로 표현된다.

우선, 전류 명령은 회전하는 기준 프레임으로 표현되야한다. 그것은 (1) 다음과 같이 전류 명령 표시를 ABC 프레임으로부터 α,β, 0 프레임으로 변환하는 것, 즉,

(2) 다음의 식에 따라 전류 기준치의 극 표시에서 "각도 및 반지름"을 계산하여 명령 전류의 복소 극 표시를 인출하는 것에 의해 행해질 수 있다.

제어 전류의 복소 지수 함수 형태를 계산하는 것이 다음과 같이 수행된다. 즉,

전류 피드의 토르크 발생 성분을 보증하는 변환은 예컨대, 다음의 식을 통해 명령 전류의 1Nm 토르크 발생 성분으로부터 계산될 수 있다.

회전 프레임(또는 구적법, 직접, 및 0"QDO" 성분)으로 표시되는 전류 피드의 회전 성분을 계산하는 함수를 다음과 같이 정의한다. 즉,

QDO의 예는 다음의 식을 사용해서 계산될 수 있다.

도 23은 2개의 출력 토르크(0 N＊m 및 2 N＊m)의 Q(실수부) 및 D(허수부) 파형(0 시퀀스 성분이 0)을 도시한 것이다. 파형의 립플은 피드의 코깅 제거 성분에 기인한다. D축(허수부) 전류가 0 NM 및 2 NM 토르크 출력에 대해서도 같다.

도 23에서 알 수 있듯이, Q 및 D축 전류가 꽤 높은 대역폭을 의미하는 상당한 립플을 포함할 때, 제어 법칙에서 전류 기준치를 트랙킹하는 것이 필요로 한다(ABC 또는 α,β, 및 0 프레임만큼의 높은 대역폭이 가까이에 없지만). 그 요구 조건을 경감시키기위해 제어 전류의 코깅 제거 부분의 변하는 특성을 변환하여 새로운 변환이 인출될 수 있다. 그 변환은 몇개의 단계로 수행된다.

첫째, 복소 지수 함수로 표시된 위상 제어 전류 명령은 다음과 같이 2개항의 합이고, 즉

그 2개항은 토르크 발생 항 및 코깅 제거 항이다.

코깅 제거 항은 선형 장치의 경우에 불변 부하이고 토르크 발생 항은 명령된 토르크와 선형적으로 변화한다. 전류 진폭에 따라서만 변하는 전류 기준치의 변환된 복소 지수 함수 표시를 발생시키는 것을 그 목표로 한다. 그 목표를 이룰때 제 1단계는 피드의 코깅 제거 부분의 변하는 특성을 변환하는 것이다. 여러 변수는 "제로"로 되어 다음과 같이 계산용 메모리를 자유롭게 한다.

전체 위상 전류 명령의 복소 지수 함수 표시는 다음과 같이 제어되는 모터의 코깅 시그니쳐와 동기하는 회전 프레임으로 변화될 수 있다. 즉,

여기서:

(1) R_cog_rej는 코깅 제거 성분 기준의 "반지름"이다. (2) σ_cog_rej는 코깅 제거 성분 기준의 극 각도이다. (3) R_Te_ref는 토르크 발생 성분 기준의 "반지름"이다. (4) σ_Te_ref는 토르크 발생 성분 기준의 극 각도이다. (5) Te_com은 장치의 바람직한 토르크 출력이다.

간단히 하면,

다음 단계는 식의 양측에서 1을 감산하는 것이다.

도함수의 마지막 단계는 식의 우측에서 Te_com를 격리시키는 식에 의해 식의 양측을 승산시키는 것이다.

간단히 하면,

그러므로, 요약해서, ABC 프레임으로부터 코깅을 포함하는 QDO 회전 프레임으로의 변환은 다음과 같이 기재된다.

여기서 X_ABC_cog는 이전에 설명했듯이 ABC 프레임 전체 기준의 극 표시를 나타낸다(I_sv_tot).

Q 축 전류는 상기 변환을 사용해서 샤프트 출력 토르크에 비례한다.

역변환은 인출될 수 있다.

수치적인 예가 지금 계산될 수 있다.

ABC 내지 QDO 변환의 제 1항을 계산하는 함수를 정의한다.

ABC 내지 QDO 변환의 제 2항을 계산하는 함수를 정의한다.

2개 함수의 합으로서 전체 변환을 정의한다.

ABC 최소 감도 전류 피드의 복소 지수함수 표시를 계산한다.

실수부를 Q축 전류로 하고 허수부를 D축 전류로 하는 QDO 전류를 계산한다(피드를 균형화시켰기 때문에 제로 시퀀스 성분은 제로이다).

코깅 시그니쳐 데이터를 결합시키는 상기 프레임을 사용할 때, 각종의 바람직한 토르크 출력에 대한 Q 및 D 전류는 도 24에 도시되어 있다. 도 24에서 알 수 있듯이, 상기 기준 프레임의 제어 출력에서 그 설명된 변환을 사용해서 준-고정 제어 기준치가 설정되고, 그 제어 기준치는 제어 변수가 일정하게 변하는 것보다 더 효율적이고 미세한 제어를 가능하게 한다.

도 25 및 26은 회전(QD) 기준을 사용하는 제어 시스템(250)을 일반적으로 예시한 것이다. 변환을 QDO 기준 프레임에 대해 계산하기 위해 사용된 그 특정한 방법은 설명된 변환 방식 중 어느 것이 사용되었는 지에 달려있다. 그러나, 본 개시의 장점을 아는 당업자는 본 발명의 시스템을 구성할 수 있다.

도 25에서 모터(152) 및 모터 제어기(251)를 포함하는 모터 제어 시스템 (250)을 예시한다. 제어기(251)는 회전 기준 프레임을 사용하고, 그 회전 기준 프레임으로 전류의 코깅 제거 성분을 포함하지 않는 다. 도 25의 제어기(251)에서 사용될 수 있는 회전 기준 프레임은 코깅 제거 성분을 포함하지 않은 회전 기준 프레임이고, 예컨대 상기 회전 기준에서 전류의 토르크 발생 성분을 보증하는 상기 설명된 프레임일 수 있고, 준-고정 평균 상수는 안정 상태에 있다. 회전 프레임은 종래의 동기성 "팍스(Park's)" 프레임으로 된다.

도 25의 시스템은 QDO 기준 프레임에 있는 토르크 발생 전류 기준 명령(iq_ref, id_ref 및 ic_ref)을 입력으로서 수신한다. 그런 토르크 발생 기준 전류 명령이 QDO 기준 프레임에 있기 때문에, 그들은 회전자 위치에 따라 변하지 않는 다. QDO 토르크 발생 전류 기준 명령은 출력 기준 전류를 QDO 기준 프레임에 제공하기 위해 사용되었던 도 15a에 도시된 것과 같은 회로에 의해 제공될 수 있다. "0" 기준은 통상적으로 제로 된다.

도 25에 의해 반영된 바와 같이, QD0 토르크 발생 전류 기준에 부가하여, 제어기(251)도 선로(153)로부터의 회전자 위치 피드백 정보를 입력으로서 수신한다. 회전자 피드백 정보는 토르크 제거 기준 신호에 응답하여 발생하는 토르크 제거 성분(255)에 제공된다. 이 토르크 제거 기준 신호는 복합 전류 명령 기준을 발생하기 위해 QD0 토르크 발생 전류 기준치와 합산되는 QD0항의 전류 기준을 포함한다. 이 기준 프레임으로의 QD0 코깅 제거 성분 기준치는 회전자 위치와 실시간으로 계산된 속도의 함수로서 기억될 수 있고, 블록/소자(255)는 도 15B의 소자(155), 도 16의 162, 도 19의 191 및 도 22의 225에 관한 전술의 설명에 따라 동작하고 구성될 수 있다.

토르크 제거 신호는 회전자의 위치에 따라 변하기 때문에, 복합 전류 명령 기준치도 회전자의 위치에 따라 변할 것이다. 복합 전류 명령 "0" 기준은 전형적으로 항상 0이다. 예시적인 복합 (전체) 전류 명령 기준치는 도 23에 도시되어 있다.

도 25에 반영되어 있는 바와 같이, 복합 전류 명령 기준치는 적당한 QD0 제어를 이용하여 Vq, Vd 및 V0항의 제어 전압을 출력하는 제어 법칙 소자(256)에 제공된다. 제어 법칙 소자(256)로의 다른 출력은 QD0항의 모터 전류와 회전자의 각 위치(그리고 그 위치 신호로부터 추출되지 않는 경우에는 속도)를 나타내는 피드백 신호를 나타내는 전류 피드백 명령이다.

제어 법칙 소자(256)의 출력은 인버터(154)에 인가되는 ABC 전압 명령을 제공하기 위해 변환되는 QD0 전압 명령이다. 설명된 예에서, 그 변환의 달성은 VQD0 대 V_vs 블록(263)에 의해 이용되어 고정 프레임(V_sv)에서 256으로부터의 QD0 전압을 전압의 극성 표시법으로 변경하는 우선적인 변환에 의해 행해진다. 도 25를 통해 설명된 회전 프레임의 경우에는 그 연산자가 전술한 바와 같이 (Vq+1j*Vd)*R_Te*exp(1j*σTe)변환일 수 있다. 다른 변환의 예로서는 약간 다른 연산자인 (Vq+1j*Vd)*RV_Te*exp(1j*σV_Te)일 수 있으며, 여기에서 RV_Te와 σV_Te는 토르크 발생 전류 성분이 모터(152)에 흐르게 하는 데 필요한 전압을 극성으로 표 시한 것이다. 환언하면, 모터의 위상과 Bemf의 임피던스는 제어 법칙 적용을 통해서라기 보다 오히려 주로 그 변환에서 고려될 것이다.

또, 블록(263)은 블록(600)으로부터 토르크 발생 전류 성분[반지름 및 극각(極角)] R_Te 및 σ_Te의 모양에 관한 극 표시를 입력으로서 수신한다. R_Te와 σ_Te는 예컨대 도 18의 전류에 관한 극 복소 표시법과 회전자의 위치/속도 신호(153)에 대해 이미 설명된 방정식을 이용하여 계산될 수 있다. R_Te와 σ_Te는 단위 당 1의 출력 항(예컨대, 1Nm)로 제공되어도 된다. 선형적인 경우에 있어서는 R_Te와 σ_Te가 각 함수일 뿐이다.

변환 소자(263)의 출력은 고정 프레임에서 위상 전압의 극 표시이다. 블록(264)은 블록(263)으로부터의 극 표시 출력을 입력으로서 수신하고 그 입력을 예컨대 Vα에 대한 실수부를 Vβ에 대한 허수부로 할당함으로써 αβ0 기준 프레임으로의 전압으로 변경한다. 따라서, 블록으로부터의 αβ0 전압, 즉 소자(264)는 도 22의 블록(224)과 관련하여 이미 전술된 방식으로 동작하는 블록(265)에 의해 ABC 프레임 전압으로 변환된다. 따라서, 블록으로부터의 ABC 전압/소자(265)는 입력으로서 전술한 바와 같이 모터(152)에 에너지를 공급하도록 동작하는 인버터(154)로 제공된다.

도 25에 반영된 바와 같이, 제어 법칙 소자(265)는 선로(153)에서의 회전자 위치(속도) 정보와 QD0 기준 프레임에 있어서의 전류 피드백 정보 모두를 입력으로서 수신한다. QD0 현재의 피드백 신호는 Ia, Ib 및 Ic항에서 전술한 바와 같이 현재의 피드백 신호를 우선적으로 얻음으로써 얻어진다. 이어서, ABC 전류는 소자(258)에 의해 α, β 및 0 로 변경된다. 이어서, α, β 및 0 항에서의 전류 피드백은 소자(259)에 의해 처리되어 αβ0 피드백 전류가 그 피드백 전류의 복소 극 표시로 변경된다. 블록(259)의 기능은, Iα, Iβ 및 I0가 이미 소자(258)에 의해서 계산된 것을 제외하고, I_sv의 계산 예에서 이미 설명된 바와 같이 행한다. 도 25의 예시적인 시스템에 이용되는 회전 프레임의 경우에는, 블록(260)이 이미 전술된 바와 같이 연산자 (I_sv)*(1/R_Te)*exp(1j*σTe)를 수행한다(I_sv는 복소수임). 계산식의 실수부는 Iq로서 정의되고, 허수부는 Id로서 정의된다. I0는 0이다. Iq, Id 및 I0은 블록(260)에 의한 출력이고, 제어 법칙 블록(256)에 대한 입력으로서 제공된다. 또, 블록(260)은 전술한 바와 같이 계산된, 블록(600)으로부터의 토르크 발생 전류 성분(반지름 및 극각) R_Te와 σ_Te의 모양의 극 표시를 입력으로서 수신한다.

회로의 나머지는 전술한 바와 같이 동작하고, 여기에서 R_Te와 σ_Te는 예컨대 도 18의 토르크 발생 전류 성분(반지름 및 극각)의 모양의 극 표시이고, R_cog와 σ_cog는 예컨대 도 17의 코깅 제거 전류 성분(반경 및 극각)의 모양의 극 표시이다.

도 26은 전류의 코깅 제거 성분이 회전 프레임에 포함되는 회전 기준 프레임으로 동작하는 예시적인 제어 시스템을 설명하고 있다.

도 26에서는 모터(152)에 에너지를 공급하는 제어기(551)을 포함하는 제어 시스템(550)을 설명하고 있다. 제어기(551)는 도 25의 토크 발생 기준과 관련하여 설명된 바와 같은 도 15a의 회로를 이용하여 생성될 수 있는 QD0항의 토크 발생 전 류 기준치를 입력으로서 수신한다. 도 25의 시스템과 같이, 이 회전 프레임에서의 QD0 토크 발생 성분 기준치는 회전자의 위치에 따라 변하지 않을 것이다. 도 26의 제어기에 공급하기 적당한 형태의 예시적인 토크 발생 전류 기준치가 도 24에 설명되어 있다. 도 26의 특정 예에서는 "0" 전류 기준가 항상 0이다.

도 26의 예시적인 회로에서는 QD0 프레임에 있는 적당한 출력 전압 Vq, Vd 및 V0을 제공하기 위해 도 25의 소자(256)와 관련하여 전술된 바와 같이 동작하는 제어 법칙 소자(256)에 토르크 발생 전류 기준치를 입력으로서 공급한다. 소자(256)로부터의 QD0 전압은 그 QD0 전압을 소자(256)에서 전압(V_sv)의 고정 프레임 극 표시로 변경하는 피드백 소자(563)에 입력으로서 제공된다. 소자(563)에 의해 수행되는 피드백은 코깅 제거 소자(555)의 출력과, 회전자의 위치/속도 신호(153)를 입력으로서 수신하고 그 입력에 응답하여 상기 코깅 제거 소자 (반지름 및 극각) R_cog 및 σ_cog의 극 표시를 생성하는 토르크 발생 성분 소자(600)에 응답하여 수행된다. R_cog 및 σ_cog는 도 17의 코깅 제거 성분 전류를 갖는 전류의 극 복소 표시에 대해 이미 제공된 방정식을 이용하여 계산될 수 있다. 소자(555)는 소자(600)에서 있을 수 있는 바와 같은 도 25의 소자(255)와 관련하여 설명된 바와 같이 사용될 수 있다.

변환 소자(563)는 회로(264, 265 및 154)에 입력으로서 제공될 때의 고정 프레임 극 전압 표시(이미 설명됨)가 소망하는 출력 토르크를 발생하고 토르크의 불규칙성을 감소하려는 경향을 갖는 모터의 출력 토르크를 발생하는 방식으로 QD0 전압을 제어 법칙 소자(256)에서 고정 프레임 극 전압 표시(V_sv)로 변환한다. 변환은 예컨대 다음의 연산자 V_sv=R_Te*exp(1j*σ_Te)*(Vq+1j*Vd)+R_cog*exp (1j*σ _cog)를 수행하거나, 또는 예컨대, 변환은V_sv=(RV_Te)*exp(1j*σV_Te)*(Vq+1j*Vd) +RV_cog*exp (1j*σV_ cog)를 수행할 수 있다. 여기에서, RV_Te와 σV_Te는 전류의 토르크 발생 소자가 모터(152)에 흐르게 하는 데 필요한 전압의 극 표시이고, RV_cog와 σV_cog는 전류의 코깅 제거 성분이 그 모터를 흐르게 하는 데 필요한 전압의 극 표시의 반지름과 각이다. 위상 전압 명령(V_sv)의 극 표시는 소자(563)의 출력이다.

소자(563)의 출력은 모터(152)에 에너지를 공급하기 위해 도 25와 관련하여 전술된 바와 같이 동작하는 소자(264, 265 및 154)에 제공된다.

도 26에 반영된 바와 같이, 현재의 피드백 신호(iq, id 및 i0)는 제어 법칙 블록(256)에 입력으로서 인가된다. 이들 피드백 신호의 생성은 전술된 바와 같이 인버터(154)로부터 얻어지는 신호(ia, ib 및 ic)를 이용함으로써 그리고 도 25와 관련하여 전술된 바와 같이 동작하는 변환 소자(258 및 259)를 이용함으로써 행해진다. 블록(560)은 소자(555)에 의해 제공되는 코깅 제거 매개 변수와 블록(600)으로부터의 토르크 발생 소자 기준(R_Te, σ_Te)을 고려하는 변환을 통해 블록(259)의 출력을 변환한다. 소자(560)에 의해 수행되는 변환은 입력 I_sv에 관한 다음의 연산자를 수행함으로써 행해질 수 있다. IDQ0_sv=(1/R_Te)*exp(-1j*σ_Te)*I_sv-(1/R_Te)*R_cog*exp[-1j*(σ_Te-σ_cog)]. 여기에서, IDQ0_sv는 QD0 프레임 피드백전류의 복소 표시이다. 따라서, Iq는 DQ0_sv의 실수부로서 정의되고, Id는 DQ0_sv의 허수부로서 정의되며, I0는 이 특정 예에서 0이다. 블록(600)은 도 25와 관련하여 전술한 바와 같은 방식으로 R_Te와 σ_Te를 계산한다.

전술한 모터 제어 시스템은 모터들, 또는 그들 모터가 선형의 범위에서[즉, 백-아이런(back-iron) 상황과 다른 비선형의 발생 효과가 중요하지 않은 범위에서] 동작하는 모터 동작 영역과 관련한 것이었다. 당업자는 소정의 경우에 있어서 모터가 그의 특성이 비선형적으로 변화하는 비선형 영역에서 동작하는 것을 이해할 것이다. 이미 전술된 제어 시스템과 제어기는 이러한 비선형 모터의 동작을 고려하기 위해 변형될 수 있다.

도 15a 및 도 15b에 의해 반영된, 제어기를 변경하는 데 필요한 변형예는 후술될 것이다. 단, 본 발명의 공개로 수혜를 입는 당업자는 예시적인 변형예가 본원에서 언급된 다른 예시적인 제어기에 대해서도 행해질 수 있음을 이해할 것이다.

전술된 제어기가 비선형 영역에서 동작할 수 있게 하는 한 가지 변형예는 관계식이 비선형이 되도록 토르크 발생 전류 기준을 생성하는 도 15a의 회로의 입력과 출력 간의 관계를 조정하는 것이다. 환언하면, 토르크 발생 성분 기준은 더 이상 명령받은 토르크에 선형적으로 비례하지 않는다.

전술된 제어기가 그들의 비선형 영역에서 보다 쉽게 모터를 구동할 수 있게 하는 두 번째 변형예는 코깅 제거 전류 기준/파라미터가 회전자의 위치에 따라 변할 뿐만 아니라 가능하게는 회전자의 속도가 명령받은 토르크에 따라 변하도록 코깅 제거 전류 기준(또는 코깅 제거 파라미터)를 발생하는 성분을 변형시키는 것이다. 도 27은 이러한 변형예가 도 15b의 제어 회로에 대해 행해질 수 있는 것을 설명하고 있다. 설명된 바와 같이, 소자(191')는 입력으로서, 선로(153)으로부터의 전류의 위치와 가능하게는 속도 정보 뿐만 아니라 명령받은 토르크의 Te 명령의 표시를 수신한다. 이어서, 도 27의 소자(191')는 명령받은 토르크에서의 변경에 따라 변하는 코깅 제거 전류 기준을 발생한다. 도 27의 회로의 나머지는 도 15b와 관련하여 전술한 바와 같이 동작한다.

당업자는 비선형 제어에 관한 토르크 명령 신호 Te 명령 신호의 이용이 예시적인 것임을 이해할 것이다. 다른 명령받은, 즉 감지된 파라미터(예컨대, 모터의 전류)는 이러한 목적에 이용될 수 있다. 또, 당업자는 전술된 다양한 소자와 성분이 소프트웨어 루틴을 통해 구현되는 프로그램된 프로세서를 통해 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 소프트웨어식 구현예는 본원에서 언급되고 설명된 하드웨어식 구현예와 등가이다. 이러한 소프트웨어 방법을 이용하면, 다양한 토르크/속도 환경에 최적화될 수 있는 제어기를 구성할 수 있다.

예컨대, 도 21은 예시적인 실시예에 있어서 소정의 토르크 출력 범위에서 제어 파라미터 간의 관계식이 비교적 낮은 출력 토르크 진폭에 대해서는 명료하고 쉽게 설명할 수 있는, (αβ에 대한) α와 β전류 간의 관계식의 기준 프레임이 존재하지 않도록 된다. 보다 높은 출력의 경우에는 α전류와 β전류 간의 관계식이 더 확실하다. 이러한 적용에 있어서는 낮은 토르크 범위에서는 ABC를 토대로한 모드로 동작하고 일단 출력 토르크가 소정의 차단점을 초과하면 α, β 및 0를 토대로한 어기로 전환하는 제어기를 제공할 수 있다. 프로그램 가능한 프로세서와 DSP를 이용할 준비가 되어 있으면, 소정의 토르크 범위 내에서는 ABC를 토대로한 제어기로서 동작하고 보다 높은 토르크 범위에서는 α, β 및 0를 토대로한 제어기로 전환 하는 제어기가 제공될 수 있다.

동일 선로를 따라서, 변화하는 여건 하에서는 다른 제어 구조에 의해 동작하는 제어기를 제공하는 것도 가능하다. 예컨대, 회전자의 저속 회전시에는 회전자 위치 검출기의 에러에 대한 잠재력이 높다. 이와 같이, 저속에서는 회전자 위치 에러에 대해 매우 낮은 감지력으로 동작하는 제어기를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 고속시, 즉 회전자 위치 에러가 덜 중요하고 가능성도 낮은 경우에는 이러한 제어기에 의해 발생되는 고 RMS 전류가 바람직하지 않은 손실을 초래할 수 있다. 이러한 적용의 경우, 저속의 회전자 회전시에는 최소한의 감지력의 제어 구조에 따라 동작하고 고속의 회전자 회전시에는 최소한의 RMS 전류 제어 구조로 전환하는 제어기를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 두 가지 동작 모드 간의 전환은, 사실, 회전자 속도의 함수로서 한 모드에서 다른 모드로의 점진적 전이이므로, "슬라이딩 모드" 제어기가 될 수 있다. 예컨대, 회전자 위치의 감지력이 변하는 코깅 제거 기준과 토르크 발생 기준으로 된 세트는 다른 회전자 속도에 대해서도 계산되고 회전자 속도의 변화에 따라 상호 보간될 수 있고, 또는 그 계산이 실시간으로 수행될 수 있다. 다른 예는 저속시의 0 감지력 기준에서 고속시의 최소 전압 요구 피드(feed)로의 전이일 수 있다. 0 감지력 기준은 제어기의 전압 및/또는 대역폭이 0 감지력 기준을 추적하는 데 더 이상 적당하지 않은 속도까지 사용된다. 기준 세트는 점진적으로 "감지 비용"은 올라가고 "전압 비용"은 내려갈 수 있는 최적의 방법을 통해 계산된다. 그 변화는 슬라이딩 모드 제어기에서와 같이 점진적이거나 모드 변화 제어기에서와 같이 급속할 수 있다. 분명히 알 수 있는 바와 같이, 회전자의 속도와 당업자에게 공개되는 본원의 수혜에 따라 무수한 기준 조합을 상상할 수 있다.

도 15b, 16, 19, 22 및 25, 26, 27에서 설명된 제어기의 많은 요소의 일반적 유사성과 다양한 프로그램 가능형 제어기의, 속도의 증가와 비용의 감소 때문에, 전술한 바와 같은 복합 제어 슬라이딩 모드/복합 프레임 제어기의 사용은 가능하고 바람직하다.

몇 가지 예시적인 실시예의 상기 설명은 예로서 행해졌을 뿐이고 제한의 목적이 있는 것은 아니다. 본 발명의 범주와 정신을 벗어나지 않고서도 본원에서 공개된 실시예와 방법에 대해서 여러 가지 수정이 행해질 수 있다. 예컨대, 본 발명은 특정한 갯수의 고정자와 회전자 극 및 위상 권선을 갖는 회전 기구에 관한 내용으로 설명되었다. 다른 고정자/회전자 극 조합 및, 변화하는 EMF 패턴을 제공하기 위한, 위상 코일 접속, 배치 및 각 위상 권선의 순서의 다양한 조합이 다른 위상 조합(두 개의 위상, 네 개의 위상 등)이 있는 것과 마찬가지로 상상된다. 이러한 다른 구성의 이용은 본 발명의 범주를 벗어나지 않을 것이다.

부가적으로, 본 발명은 산업용의 응용, 특수 목적용의 응용, 가정용의 응용, 항공용의 응용 및 차량용의 응용을 포함하는 여러 응용에 사용될 수 있다. 또, 본 발명은 스탠드 얼론형 제너레이터 및/또는 그리드 접속용 제너레이터를 포함하는 전력 발생용의 응용에도 사용될 수 있다. 또, 본 발명의 전술된 응용 또는 다른 응용에의 사용도 본 발명의 범주와 정신을 벗어나지 않는다. 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위의 범주와 정신에 의해서만 제한되어야 할 것이다.

Claims (27)

1. 고정자, 및 코깅 불규칙성을 갖는 회전자를 포함하는 회전 전자기 장치의 고정자 권선을 여자하는(energizing) 방법에 있어서,

   상기 고정자에 대한 상기 회전자의 각도 위치를 전기적 신호로 발생시키는 단계와,

   상기 회전자의 코깅 불규칙성을 능동적으로 저지하도록 상기 회전자 위치의 상기 전기적 신호에 응답해서 상기 고정자 권선의 여자를 제어하는 단계

   를 구비하는 고정자 권선 여자 방법.
2. 평탄한 출력 토르크를 제공하기 위해, 코깅 불규칙성을 갖는 회전자를 포함하는 회전 전자기 장치의 고정자 권선을 여자하는 제어기에 있어서,

   상기 고정자에 대한 상기 회전자의 각도 위치 표시를 입력으로서 수신하고, 상기 수신된 각도 위치에 대한 상기 회전자의 임의의 코깅 불규칙성에 대응하는 여자 명령을 출력으로서 발생하는 토르크 제거 회로와,

   상기 토르크 제거 회로의 출력에 응답하여, 상기 수신된 각도 위치에 대한 상기 회전자의 코깅 불규칙성을 보상하여 평탄한 출력 토르크를 제공하기 위해 상기 회전 전자기 장치의 고정자 권선을 여자하는 여자 회로

   를 구비하는 고정자 권선 여자 제어기.
3. 제2항에 있어서, 상기 여자 회로는 상기 회전 전자기 장치의 원하는 출력 파라미터에 대응하는 신호를 입력으로서 수신하고, 상기 원하는 출력 파라미터에 대응하는 출력을 발생시키도록 상기 회전 전자기 장치의 고정자 권선을 여자하는 것인 고정자 권선 여자 제어기.
4. 제3항에 있어서, 상기 원하는 출력 파라미터는 상기 회전 전자기 장치의 원하는 출력 토르크를 표시하는 것인 고정자 권선 여자 제어기.
5. 평탄한 출력 토르크를 제공하는 제어 시스템에 있어서,

   고정자, 상기 고정자 내에 위치된 복수의 고정자 권선, 및 코깅 불규칙성을 갖는 회전자를 포함하는 회전 전자기 장치와,

   상기 고정자에 대한 상기 회전자의 각도 위치를 표시하는 회전자 위치 신호를 제공하는 회전자 위치 검출기와,

   상기 고정자 권선에 결합되어, 회전 기준 프레임으로 동작하고 입력 명령 신호 및 상기 회전자 위치 신호를 입력으로서 수신하며 상기 입력에 응답하여 상기 고정자 권선을 여자하기 위한 전력을 제공하는 제어기를 구비하고,

   상기 제어기는,

   상기 입력 명령 신호를 수신하고 상기 입력 명령 신호에 대응하는 장치 여자 신호를 발생시키는 토르크 제어 회로와,

   상기 회전자 위치 신호를 입력으로서 수신하고 상기 회전자의 코깅 불규칙성에 대응하는 토르크 제거 신호를 발생시키는 토르크 제거 회로와,

   평탄한 출력 토르크를 제공하도록 상기 토르크 명령 신호 및 상기 토르크 제거 신호에 응답해서 상기 고정자 권선을 여자하는 여자 회로

   를 구비하는 것인, 제어 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 회전 전자기 장치는 영구 자석 모터인 것인 제어 시스템.
7. 제5항에 있어서, 상기 토르크 제어 회로는 상기 회전자 위치 신호를 입력으로서 수신하는 룩업 테이블을 포함하는 것인 제어 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 룩업 테이블은 상기 명령된 토르크 신호를 입력으로서 수신하는 것인 제어 시스템.
9. 제5항에 있어서, 상기 토르크 제거 신호는, 상기 회전자의 각도 위치에 대한 상기 회전자의 임의의 코깅 불규칙성을 저지할 상기 회전 전자기 장치로부터 토르크를 발생시키도록 요구된 전류에 대응하는 것인 제어 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 입력 명령 신호는 상기 회전 전자기 장치로부터 원하는 출력 토르크를 발생시키도록 요구된 전류에 대응하고, 상기 제어기는 상기 입력 명령 신호 및 상기 토르크 제거 신호를 합산하여 복합 전류 명령 신호를 제공하는 합산 회로를 더 구비하고, 상기 여자 회로는 상기 복합 전류 명령을 입력으로서 수신하는 것인 제어 시스템.
11. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 프로그램된 디지털 프로세서를 포함하는 것인 제어 시스템.
12. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 회전 기준 프레임으로 동작하는 것인 제어 시스템.
13. 현재의 피드백 전류를 사용하는 모터 제어 회로가 사용할 조절된 피드백 신호를 발생시키도록 회전 전자기 장치로부터 전류 피드백 신호를 조절하는 토르크 제거 회로 - 여기서, 상기 회전 전자기 장치는 고정자, 상기 고정자 내에 위치된 복수의 고정자 권선, 및 코깅 불규칙성을 갖는 회전자를 포함함 - 에 있어서,

    상기 고정자에 대한 상기 회전자의 각도 위치 표시를 입력으로서 수신하고 그 수신된 각도 위치에 대한 회전자의 코깅 불규칙성을 캔슬하기 위해 요구된 전류에 대응하는 보상 전류 신호를 출력으로서 발생시키는 보상 회로와,

    상기 회전 전자기 장치로부터의 상기 전류 피드백 신호 및 상기 보상 전류 신호를 입력으로서 수신하고, 이들 신호를 합산하여 상기 모터 제어 회로에 제공하기 위한 보상 전류값을 발생시키는 합산 회로

    를 구비하는 토르크 제거 회로.
14. 제13항에 있어서, 상기 출력 보상 전류 신호는 상기 수신된 각도 위치에 대한 상기 회전자의 코깅 불규칙성을 능동적으로 캔슬하도록 흘러야 하는 전류의 정극성 표시(positive indication)를 제공하고, 상기 합산 회로는 상기 보상 전류 신호의 음극성(negative)과 상기 전류 피드백 신호를 합산하는 것인 토르크 제거 회로.
15. 제13항에 있어서, 상기 보상 회로는 상기 회전 전자기 장치의 원하는 출력 토르크에 대응하는 신호를 입력으로서 수신하는 것인 토르크 제거 회로.
16. 코깅 불규칙성을 갖는 회전자를 포함하는 모터를 제어하는 시스템에 있어서,

    상기 회전자의 각도 위치를 표시하는 회전자 위치 신호를 발생시키는 회전자 위치 검출 수단과,

    상기 회전자 위치 신호에 응답하여, 상기 회전자가 다른 회전자 위치에 비하여 상기 수신된 회전자 위치에 대한 코깅 불규칙성을 갖는 정도에 따라 변하는 여자 신호를 발생시키는 토르크 제거 수단과,

    상기 여자 신호에 응답하여, 특정한 각도 위치에 대한 상기 회전자의 코깅 불규칙성을 저지하는 출력 토르크를 발생시키도록 상기 모터를 여자하는 여자 수단

    을 구비하고,

    상기 여자 수단은 회전 기준 프레임으로 장치 제어를 수행하는 제어 법칙 소자를 구비하는 것인 모터 제어 시스템.
17. 제16항에 있어서, 상기 여자 신호는 α,β, 0 기준 프레임으로 표시된 장치의 제어가능한 파라미터에 대응하고, 상기 여자 수단은 상기 α,β, 0 기준 프레임으로 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
18. 제16항에 있어서, 상기 여자 신호는 장치의 역기전력(back emf)와 동기하여 회전하는 회전 기준 프레임으로 표시된 장치의 제어가능한 파라미터에 대응하고, 상기 여자 수단은 상기 회전 기준 프레임으로 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
19. 제16항에 있어서, 회전 기준 프레임으로 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자는 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 물리적인 회전과 동기하여 회전하는 것인 모터 제어 시스템.
20. 제16항에 있어서, 상기 여자 수단은, 장치의 회전자가 다른 각도 위치에 비하여 상기 수신된 각도 위치에 대한 코깅 불규칙성을 갖지 않는다면, 평탄한 토르크를 발생시킬 수 있는 위상 전류와 동기하여 회전하는 회전 기준 프레임으로 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
21. 제16항에 있어서, 상기 여자 수단은 다른 각도 위치에 비하여 특정한 각도 위치에 대한 장치의 회전자의 코깅 불규칙성과 역기전력(back emf)의 결합과 동기하여 회전하는 회전 기준 프레임으로 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
22. 제16항에 있어서, 상기 여자 수단은 전류의 토르크 발생 성분과 동기하여 회전하는 회전 기준 프레임으로 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
23. 제16항에 있어서, 상기 여자 수단은 상기 여자 신호에 동기하여 회전하는 회전 기준 프레임으로 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
24. 제16항에 있어서, 상기 여자 수단은 샤프트 센서 에러(shaft sensor error)에 대해 최소 립플 감도(minimum ripple sensitivity)가 되는 피드를 사용하여 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
25. 제16항에 있어서, 상기 여자 수단은 rms 위상 전류의 합산 당(per) 최대 토르크를 발생시키는 피드를 사용하여 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
26. 제16항에 있어서, 상기 여자 수단은 평탄한 토르크를 유지하면서 선전압(line voltage)에 대해 최소선(minimun line)을 요구하는 피드를 사용해서 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.
27. 제16항에 있어서, 상기 여자 수단은 "코깅 제거" 성분 및 토르크 발생 성분을 포함하는 평탄한 토르크 전류 피드와 동기하여 회전하는 회전 기준 프레임으로 장치 제어를 실행시키는 제어 법칙 소자를 포함하는 것인 모터 제어 시스템.

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