KR101912970B1

KR101912970B1 - 브러시리스 모터를 동작시키는 방법 및 디바이스

Info

Publication number: KR101912970B1
Application number: KR1020137034282A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 페르넨겔; 크리슈티안 하이어
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2018-10-29
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: DE102012208631A1; CN103608241A; US10116248B2; CN103608241B; WO2012160090A2; EP2714489A2; EP2714489B1; WO2012160090A3; US20140184117A1; KR20140037140A

Abstract

본 발명은 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 방법에 관한 것이며, 그 권선들은 6개의 스위치들을 사용하여 인버터에 의해 제어되고, 여기서, 인버터는 전기 모터의 권선들과 연관된 3개의 출력부들을 포함하고, 각각의 전력 반도체 스위치는 인버터의 출력부들과 권선들 사이에 배열되고, 결함 스위치들을 검출하는 검출 유닛, 인버터의 출력부들에서 전압을 측정하는 유닛, 및 모터 각 위치를 결정하는 모터 각 위치 센서가 제공된다. 본 발명은 추가로 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 디바이스에 관한 것이다. 전력 반도체 스위치들을 손상시키지 않기 위해, 본 발명에 따르면, 인버터 (3) 는, 결함 스위치 (5) 가 검출된 이후에, 어떠한 부가적인 전력도 전기 모터 (1) 의 권선들 (U, V, W) 로 도입되지 않고 또한 모터 각 위치 센서 (6) 가 미리결정된 모터 각 위치

에서 전력 반도체 스위치들 (2) 을 연속적으로 개방하도록 스위칭 오프된다. 모터 각 위치 센서 (6) 는 전력 경로 외부에 위치되고, 인버터 (3) 에서의 스위치 (5) 가 결함성이더라도 전력 반도체 스위치들 (2) 을 신뢰성있게 개방할 수 있다.

Description

브러시리스 모터를 동작시키는 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR OPERATING A BRUSHLESS MOTOR}

본 발명은 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 방법에 관한 것이며, 그 권선들은 6개의 스위치들을 이용하여 AC 변환기에 의해 제어되고, 여기서, AC 변환기는 전기 모터의 권선들에 할당된 3개의 출력부들을 포함하고, 전력 반도체 스위치는, 각각의 경우에, AC 변환기의 출력부들과 권선들 사이에 배열되고, 결함 스위치들을 검출하는 검출 유닛, AC 변환기의 출력부들에서 전압을 측정하는 유닛, 및 모터 위치각을 결정하는 모터 위치각 센서가 제공된다. 본 발명은 추가로 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 디바이스에 관한 것이다.

브러시리스 모터들을 제어하는 AC 변환기들은 일반적으로 6개의 스위치들을 포함한다. 결함인 경우, 각각의 스위치는 원칙적으로 2가지 상이한 특성들: 즉, 비-전도성 (즉, 개방된 스위칭 위치에서, 스위치가 차단 기능을 수행함), 또는 전도성 (즉, 폐쇄된 스위칭 위치에서, 스위치가 차단 기능을 수행함) 을 포함할 수 있다. 전도성의 결함 스위치는 또한 단락 회로라고 알려져 있다. 또한, 특히, 안전이 관련된 어플리케이션들에 있어서, 전기 모터를 매우 신속히 긴급 모드로 스위칭하거나 상기 전기 모터를 즉시 스위칭 오프하는 것이 중요하다.

기계적 릴레이들과 대조적으로, 전력 반도체 스위치들의 사용은, 유도 부하들이 스위칭 오프될 때, 부하 전류의 크기 및 그 부하의 유도성에 의존하여, 유도 부하가 스위칭 오프되는 순간에 전력 반도체 스위치가 파괴되고 결과적으로 상기 전력 반도체 스위치가 더 이상 그 역할을 이행할 수 없는 그러한 크기의 에너지의 양을 방출하는 것이 가능하다는 단점으로 방해된다. 특히, 안전이 중요하고 또한 보호 기능을 제공하기 위해 전력 회로에 있어서의 모터를 스위칭 오프하는 것이 필요한 어플리케이션들에 있어서 브러시리스 모터들에 대한 전력 반도체 스위치들을 사용할 경우, 전력 반도체 스위치들에 대한 손상을 회피하는 것이 필요하다. 안전이 중요한 일 어플리케이션은 자동차의 전자기계식 스티어링 배열에 있어서의 브러시리스 전기 모터의 사용이다.

부하 회로에서의 유도 에너지가 전력 반도체 스위치의 수용가능한 흡수 능력을 초과하는 이러한 타입의 어플리케이션들에 있어서, 그 구성으로 인해, 시장에서 현재 입수가능한 전력 반도체 스위치들과 비교하여 상당히 더 큰 흡수 능력을 포함하는 기계식 릴레이를 대신 사용하는 것이 공지되어 있다. 유도 부하들을 암류로 스위칭할 경우에 필연적으로 발생하는 스위칭-오프 에너지를 기계식 릴레이가 부스팅하고 따라서 어느때라도 활성화될 수 있지만, 기계식 시스템만큼 매우 심각한 가용성 문제들을 갖는다. 추가적인 가능성은, 예로서, 전력 반도체 스위치 상의 부하를 경감시키는 억제 다이오드와 같은 에너지 싱크로 유도 부하를 스위칭 오프하는 동안 발생하는 에너지의 양을 우회시키는데 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 반도체 스위치들에 대한 손상이 유도 부하들을 스위칭 오프하는 동안에 신뢰성있게 회피되는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다.

이 목적은 독립항들의 특징들로 인해 달성된다. AC 변환기는, 결함 스위치의 검출 이후에, 전력이 더 이상 전기 모터의 권선들로 도입되지 않고 또한 모터 위치각 센서가 미리 정의된 모터 위치각에서 전력 반도체 스위치들을 연속적으로 개방하는 그러한 방식으로 스위칭 오프된다.

유리한 전개예는 종속항들에서 명백하다.

이로부터, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에 있어서, 모터 위치각들은 각각의 경우에서 권선에 그리고 그 전력 반도체 스위치에 할당되며 할당된 전력 반도체 스위치들이 개방 프로세스 동안에 손상되지 않는 그러한 방식으로 선택됨이 제공되는 것을 수반한다. 이러한 목적으로, 모터 위치각들은, 전력 반도체 스위치들에서 지배적인 (prevailing) 드레인 전류가 제로, 거의 제로, 또는 네거티브가 되도록 선택된다.

유도 부하들로 하여금 전력 반도체 스위치들을 손상시키지 않고 스위칭 오프되게 하는 드레인 전류들의 순시 값들은 모터 각에 결정론적으로 의존함이 제공되며, 이 순시 값들은 전력 반도체 스위치들에서 지배적이다. 그 방법은 측정 기술을 직접 사용하여 상전류들을 모니터링하는 것이 절대적으로 필요한 것은 아님이 중요하며, 왜냐하면 그 목적을 위해 요구된 정보가 측정된 모터 각으로부터 인출될 수 있기 때문이다.

상기 목적은 또한, AC 변환기가, 결함 스위치의 검출 이후 마이크로제어기에 의해, 전력이 더 이상 전기 모터의 권선들로 도입되지 않고 또한 모터 위치각 센서가 미리 결정된 모터 위치각에서 전력 반도체 스위치들을 연속적으로 개방하도록 설계되는 그러한 방식으로 스위칭 오프되는 디바이스에 의해 달성된다.

본 발명의 청구물의 특히 유리한 전개예에 있어서, 모터 위치각 센서는, 모터 위치각들을 각각의 경우에서 권선 및 상기 권선의 전력 반도체 스위치에 할당하도록, 그리고 할당된 전력 반도체 스위치들이 개방 프로세스 동안에 손상되지 않게 상기 모터 위치각들을 선택하도록 설계된다. 모터 위치각 센서는, 전력 반도체 스위치들에서 지배적인 드레인 전류가 제로, 거의 제로, 또는 네거티브가 되게 모터 위치각들을 선택하도록 설계된다.

전력 반도체 스위치들은 전력 MOSFET 트랜지스터들로서 구현됨이 제공된다.

본 발명의 청구물의 추가의 유리한 전개예는, 결함 스위치들을 검출하는 유닛 및 AC 변환기의 출력부들에서 전압을 측정하는 유닛이 마이크로제어기에 통합됨을 제공한다.

본 발명은 첨부 도면들과 관련하여 2개의 예시적인 실시형태들을 사용하여 하기에서 더 설명된다.

도 1 은 종래 기술에 따른 브러시리스 전기 모터의 권선들 및 AC 변환기의 개략도를 도시한 것이다.
도 2a 는 전기 모터의 포지티브 회전 방향의 경우 할당된 전력 반도체 스위치를 스위칭 오프시키는 모터 위치각들을 갖는 다이어그램을 도시한 것이다.
도 2b 는 전기 모터의 네거티브 회전 방향의 경우 할당된 전력 반도체 스위치를 스위칭 오프시키는 모터 위치각들을 갖는 다이어그램을 도시한 것이다.
도 3 은 종래 기술에 따른 도 1 에 대응하는 개략도를 도시한 것이다.
도 4 는 본 발명에 따른 디바이스의 개략도를 도시한 것이다.
도 5 는 제 2 의 예시적인 실시형태의 개략 회로도를 도시한 것이다.

도 1 은 브러시리스 전기 모터 (1) 를 개략적으로 도시한 것이고, 그 권선들 (U, V, W) 은 AC 변환기 (3) 에 의해 제어된다. 이러한 목적으로, AC 변환기 (3) 는 6개의 스위치들 (5) 을 포함하고, 여기서, 도 1 에서의 상부 스위치들 (5) 은 포지티브 공급 전압에 할당되고, 도 1 에서의 하부 스위치들 (5) 은 네거티브 공급 전압에 할당된다. 도 1 로부터 추가로 명백한 바와 같이, 전압 탭핑 포인트들 (17, 18, 19) 은 포지티브 공급 전압에 할당된 상부 스위치들 (5) 과 네거티브 공급 전압에 할당된 하부 스위치들 (5) 사이에 위치되고, 그 전압 탭핑 포인트들에서, 권선들 (U, V, W) 에서 지배적인 전압이 탭핑되고, 상기 전압은 전압을 측정하기 위해 제공된 유닛 (11) 에 공급된다. 전압을 측정하기 위해 제공된 유닛 (11) 으로부터의 측정 결과들은, 한편으로는 스위치들 (5) 을 제어하고 다른 한편으로는 전압을 측정하기 위해 제공된 유닛 (11) 에 의해 생성된 정보를 평가하는 마이크로제어기 (4) 에 공급된다. 부가적으로, 검출 유닛 (10) 은 결함 스위치들 (5) 을 검출하기 위해 제공된다. 검출 유닛 (10) 에 의해 생성된 정보는, 유사하게, 평가를 위해 마이크로제어기 (4) 에 공급된다. 전력 반도체 스위치들 (2) 은 권선들 (U, V, W) 로 안내하는 위상 라인들에 배열된다.

일 실시형태에 있어서, 실제로, 스위치들 (5) 은 반도체 스위치들 및/또는 트랜지스터들 또는 MOSFET 트랜지스터들에 의해 형성된다. 실제로, 검출 유닛 (10) 은 브리지 드라이버로서 구현되고, 트랜지스터로서 구현된 스위치들 (5) 에 전압을 인가하며, 상기 검출 유닛은 트랜지스터의 스위칭 위치가 변하는지 여부를 확인한다. 실제로, 전압 탭핑 포인트들 (17, 18, 19) 에서 전압을 측정하기 위해 제공된 유닛 (11) 은 전압 분배기로서 구현되며, 펄스폭 변조된 전압의 듀티 사이클을 결정한다. 듀티 사이클은 펄스 지속기간 및 주기 지속기간으로부터 발생하는 몫에 대응한다.

각각의 스위치 (5) 는, 원칙적으로, 2개의 상이한 타입들의 결함을 포함할 수 있거나, 오히려, 결함인 경우, 각각의 스위치는 본질적으로 2개의 후속적으로 설명되는 상태들 중 하나: 즉, 비-전도성 결함 (즉, 개방된 스위칭 위치에서, 스위치가 차단 기능을 수행함); 또는 전도성 결함 (즉, 폐쇄된 스위칭 위치에서, 스위치가 차단 기능을 수행함) 에 위치될 수 있다. 전도성의 결함 스위치 (5) 는 또한 단락 회로라고 알려져 있다.

특히, 전자기계식 스티어링 디바이스에서와 같이 안전이 관련된 어플리케이션들에 있어서, 전기 모터 (1) 를 매우 신속히 긴급 모드로 스위칭하거나 상기 전기 모터를 즉시 스위칭 오프하는 것이 중요하다. 전도성의 결함 스위치 (5) 의 고장은, 결함인 경우에 차량의 운전자가 제너레이터 모드에서 전기 모터 (1) 를 움직이고 스티어링 휠에서의 스티어링 움직임에 즉시 대항하는 전류를 유도하기 때문에 증가된 스티어링 토크를 초래한다. 차량의 운전자의 회전 방향에 대항하는 이러한 토크는, 후속적으로, 제동 토크로서 공지된다. 회전 속도에 의존하는 제동 토크는, AC 변환기 (3) 에서의 단락 회로로 인해 영구적으로 여기된 동기식 머신에서 발생된다. 전도성의 결함 스위치 (5) 는 유도의 결과로서 모터 권선들 (U, V, W) 에 걸쳐 단락 회로가 발생하게 한다.

전기 모터 (1) 의 위상 커넥터들은 브러시리스 전기 모터 (1) 를 이용할 목적으로 전력 반도체 스위치들 (2) 에 의해 구동하는 AC 변환기 (3) 의 출력부들에 접속된다. 이러한 배열의 목적은, AC 변환기 (3) 에서의 결함인 경우 전기 모터 (1) 의 전원을 끊는 것 및 결과적으로 상기 전기 모터를 미리 설명된 제동 토크로부터 접속해제하는 것이다. 이는 또한 안전 셧다운으로서 설명된다. AC 변환기 (3) 에서의 결함이 마이크로제어기 (4) 에 의해 검출된 후, AC 변환기 (3) 는 처음에 스위칭 오프되며, 즉, 스위치들 (5) 이 개방되어 전력이 더 이상 전기 모터 (1) 로 도입되지 않게 된다. 전기 모터 (1) 가 관성에 의해 또는 외부로부터의 드라이브에 의해 여전히 그 회전 상태에 있다면, 전류 피크는, 전도성의 결함이 있는 것으로서 가정된 스위치 (5) 및 기생 다이오드들에 의한 전기 모터 (1) 의 유도 전압의 정류에 의해 AC 변환기 (3) 내에서 주기적으로 증대하며, 상기 전류 피크는 원치않는 제동 토크를 발생시킨다. 위상 라인들에서 전력 반도체 스위치들 (2) 을 스위칭 오프하는 프로세스는 이를 방지한다. 전기 모터 (1) 로부터의 에너지의 수용불가능하게 높은 유도성 양의 결과로서의 전력 반도체 스위치들 (2) 에 대한 손상을 방지하기 위해, 상기 전력 반도체 스위치들은 정의된 모터 위치각들 (

) 의 윈도우에서 개별적으로 스위칭 오프되며, 결과로서, 각각 영향받은 권선 (U, V, W) 을 통해 흐르는 임의의 전류는 할당된 전력 반도체 스위치 (2) 를 손상시키지 않는다. 전력 반도체 스위치들 (2) 은 전력 MOSFET 트랜지스터들로서 구현되며, 제로, 네거티브 또는 낮은 포지티브인 드레인 전류 (I_D) 의 단기 값은 손상되지 않는다. 이러한 방법의 특성은, 적절한 모터 위치각 윈도우들 (

) 이 AC 변환기 (3) 에서의 전도성의 결함 스위치 (5) 의 위치와 무관하게 항상 일정하게 유지되고, 오직 전기 모터 (1) 의 회전 방향에만 의존한다는 것이다. 따라서, 마이크로제어기 (4) 에 의한 수용가능한 모터 위치각 윈도우들 (

) 의 검출에 의해 의도적인 방식으로 개별 전력 반도체 스위치들 (2) 을 스위칭 오프하는 것은 충분하다. 모터 위치각 (

) 은 모터 위치각 센서(6) 를 이용하여 검출된다. 브러시리스 전기 모터 (1) 를 제어하기 위해 모터 위치각 (

) 을 검출하는 것이 필요하다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 방법을 구현하기 위해 추가적인 센서가 필요하지는 않다.

미리 언급된 바와 같이, 적절한 모터 위치각 윈도우들 (

) 은 AC 변환기 (3) 에서의 전도성의 결함 스위치 (5) 의 위치에 의존하지 않는다. 적절한 모터 위치각들 (

) 은 실제로 일정하게 유지된다. 이러한 상관이 도 2 에 도시된다.

3위상 BLDC 모터의 경우, 유도 전압들에 의해 발생되고 AC 변환기 (3) 에서의 전도성의 결함 스위치 (5) 에 의해 야기된 전류들이 개별 위상들에서 제로인 모터 위치각 윈도우들은 이론적으로 120°까지의 폭이다. 위상 (U) 인, 외부로부터 구동되는 모터 (1) 의 유도 전압이 그 최대에 있는 포인트에서 모터 각이

로서 정의된다면, 전원이 끊긴 각 윈도우들은 간격들

=[300°; 60°],

=[60°; 180°] 및

=[180°; 300°] 에서 3개 위상으로 놓인다. 이들 값들은, 모터의 기계적 회전 속도 (N) 로 인해 발생하는 전기적 시간 주기 (TPER=1/(N*폴 쌍들의 수)) 가 위상 임피던스 (τPH=L/R) 의 시상수들과 비교하여 작게 유지되며 따라서 모터에서의 전류들 및 전압들이 대략적으로 부합하는 방식으로 여전히 확장하는 이상화된 비율들을 위해 적용한다. 하지만, 실제로, 이러한 이상화된 비율들은 자동으로 생성되지 않는다. 따라서, 모터 특성 변수들 및 고려될 최대 회전 속도에 의존하여, 모터 위치각 윈도우는 120° 미만이 될 수 있고, 부가적으로, 도 2a 및 도 2b 에 도시된 바와 같이, 회전의 방향에 의존하게 될 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 모터 위치각 윈도우들의 경계 값들은 특정 어플리케이션에 대하여 디멘져닝되어야 한다. 하지만, 이는, 미리 정의된 모터 위치각 윈도우 내의 유도 부하들을 스위칭 오프하는 기본적인 방법에 있어서 어떠한 변경들도 야기하지 않는다.

스위칭 오프 프로세스에 대한 모터 위치각 윈도우들 (

) 은 불행히도 각각의 어플리케이션에 대하여 동일하지 않다. 회전이 외부로부터 생성되는 모터 샤프트의 회전은, 실제로 항상, 3위상 브러시리스 전기 모터 (1) 에 대한 3위상 시스템에 대응하여 각각의 경우 서로에 대하여 120° 로 변위된 사인파 형상의 진행을 갖는 3개의 유도 전압들을 생성하며, 그 후, 결과적으로, 이들은 전류 피크들의 증대를 유도한다. 하지만, 이러한 전류 피크들은 유도 전압들에 대하여 부합하는 방식으로 확장하지 않으며, 오히려, 모터 위상들 (U, V, W) 의 복소 임피던스의 결과로서, 첫째로 시간 지연을 경험하고 둘째로 AC 변환기 (3) 에서의 단락 회로와의 외부 경계 조건의 결과로서 형태에 있어서의 왜곡을 경험한다. 더욱이, 전류 피크들은 증가하는 모터 회전 속도 (N) 에 따라 확장하며, 모터 위치각 윈도우들 (

) 은 대응하여 더 작아지게 된다. 결국, 모터 위치각 윈도우들 (

) 을 결정하는 프로세스는, 이용되고 있는 전기 모터의 특성 값들 및 또한 고려될 최대 회전 속도 (N) 를 고려하는 측정 작업이다. 전력 반도체 스위치들 (2) 에 대하여 수용가능한 에너지의 양은 또한 하나의 기준이며, 이러한 에너지의 양이 클수록, 스위칭 오프 프로세스 동안 여전히 존재할 수 있는 상전류의 단기 값도 커지며, 이는 모터 위치각 윈도우 (

) 를 최대화할 경우에 유용하다.

도 2a 및 도 2b 에 있어서, 위상 저항성에 대한 위상 유도성의 매우 작은 비율을 갖는 모터의 경우에서의 이상화된 비율들은 검정색의 연속적인 블록들로서 도시된다. 이러한 이상적인 조건들에 있어서, 권선 (U) 에 대한 모터 위치각 윈도우 (

) 는 300° 로부터 60° 까지 이르고, 모터 위치각 윈도우 (

) 에 대응하는 권선 (V) 에 대해서는 60° 로부터 180° 까지 이르며, 권선 (W) 에 대하여 모터 위치각 윈도우 (

) 는 180° 로부터 300° 까지 이른다. 이는 높은 L/R 비율을 갖는 모터들에 대한 모터 위치각들 (

) 의 미리 간략히 설명된 원리 축약들을 포함하며, 높은 회전 속도들은 본 명세서에서 음영 표시된 블록들로서 도시된다.

도 1 에 대응하는 예시가 도 3 에 선택되어 있다. 전기 모터 (1) 는, 도 3 에 공통 블록으로서 도시된, 개방되거나 폐쇄되는 스위치들 (5) 에 의한 변환기 (3) 에 의해 작동된다. 전력 반도체 스위치들 (2) 은 전기 모터 (1) 의 권선들 (U, V, W) 과 스위치들 (5) 사이에 배열된다. 도 1 및 도 2 를 참조하여 이미 설명된 바와 같이, 전력 반도체 스위치들 (2) 은 고장인 경우에 모터 위치각들 (

) 의 함수로서 개방된다. 이러한 미리 공지된 배열들의 경우, 위치각 센서 (6) 는 그 출력 신호들을 마이크로제어기 (4) 로 공급하지 않는다. 마이크로제어기 (4) 는 전력 반도체 스위치들 (2) 을 작동시킨다.

AC 변환기 (3) 에서의 전도성의 결함 스위치 (5) 인 경우, 고장의 결과로서 파괴되는 마이크로제어기 (4) 의 리스크가 또한 존재한다. 마이크로제어기 (4) 가 AC 변환기 (3) 에서의 결함 스위치 (5) 인 경우 항상 전력 반도체 스위치들 (2) 을 안전하게 개방할 수 있도록, AC 변환기 (3) 와 마이크로제어기 (4) 간의 복소 디커플링이 필요하다.

따라서, 본 발명의 아이디어는 전력 반도체 스위치들 (2) 이 마이크로제어기 (4) 에 의해 더 이상 작동되지 않고 대신 모터 위치각 센서 (6) 에 의해 직접 작동된다는 것이다. 따라서, 도 4 에 도시된 디바이스의 경우, 전력 반도체 스위치들 (2) 을 신뢰성있게 개방하는 신호들은 모터 위치각 센서 (6) 로부터 직접 발생된다. 이는 모터 위치각 (

), 모터 속도 및 회전 방향과 같이 전력 반도체 스위치들 (2) 의 안전한 개방을 위해 필요한 정보 모두가 이러한 모터 위치각 센서 (6) 에 이미 존재하기 때문에 특히 유리하다.

본 발명에 본질적인 아이디어는, 전력 반도체 스위치들 (2) 의 개방을 위한 개시가 더 이상 마이크로프로세서 (4) 에 있지 않고 대신 모터 각 및 모터 속도를 제공하는 모터 위치각 센서 (6) 에 있다는 것이다. 이러한 솔루션은 마이크로프로세서 (4) 와는 독립적이고, 따라서, 모터 각 및 모터 속도를 제공하는 시스템으로 매우 비용 효율적으로 통합될 수 있다.

모터 회전 속도가 증가함에 따라, 전력 반도체 스위치들 (2) 을 안전하게 개방하기 위한 각 윈도우는 더 작아지게 되고, 부가적으로, 전기 모터 (1) 의 더 높은 회전 속도는, 더 작아지게 되는 각 윈도우가 또한 더 신속하게 통과됨을 의미한다. 이러한 이유로, 매우 높은 회전 속도들에서, 짧은 레이턴시 시간들을 갖는 매우 정확한 신호들이 전력 반도체 스위치들 (2) 의 안전한 개방을 위해 필요하며, 그 결과, 전력 반도체 스위치들 (2) 의 개방 시, 오직 매우 작거나 네거티브인 모터 전류들만이 계속 존재한다. 따라서, 모터 각 및 모터 속도를 제공하는 모터 위치각 센서 (6) 로부터 직접 전력 반도체 스위치들 (2) 의 개방을 위한 신호들을 발생하는 것은, 이러한 배열이 매우 짧은 프로세싱 시간으로 극히 높은 업데이트 레이트를 허용하기 때문에 매우 유리하다. 매우 짧은 프로세싱 시간은, 특히, 모터 각 정보 및 모터 속도 정보가 마이크로프로세서 (4) 로 송신되지 말아야 한다는 사실로 인해 달성된다.

따라서, 각을 제공하는 모터 위치각 센서 (6) 로부터의 직접적인 작동인 경우에 있어서의 전력 반도체 스위치들 (2) 의 안전한 개방은, 마이크로프로세서 (4) 로부터의 작동으로 가능한 것보다 더 높은 회전 속도들에서 가능하다.

도 5 는 전력 반도체 스위치들 (2) 의 토폴로지를 "스타-포인트 스위치" 로서 포함하는 제 2 실시형태를 도시한 것이며, 전력 반도체 스위치들 (2) 은 결국 전력 MOSFET 트랜지스터들로서 구현되고 모터 위상들 (U, V, W) 의 단부 커넥터들을 "스타 포인트" 에 접속시킨다. 적절한 모터 위치각 윈도우들 (

) 내에서 전력 반도체 스위치들 (2) 을 개별적으로 스위칭 오프하기 위한 모터 위치각 (

) 의 사용은, 도 4 에 도시된 실시형태에 비교하여 변경없이 유지된다.

설명된 방법의 어플리케이션은, 브러시리스 전기 모터 (1) 를 동작시키는 시스템에 있어서, 이러한 타입의 시스템의 모터 인덕턴스들 및 전류들의 크기로 인해 발생하는 유도성 에너지의 최대 가능한 양이, 이용가능한 및/또는 경제적으로 정당한 전력 반도체 스위치들의 흡수 용량을 초과하더라도, 안전 특성으로서 전력 반도체 스위치들 (2) 의 이용을 가능케 한다. 따라서, 다양한 이유들로: 즉, 마모 특성들, 습기에 대한 감도, 변하는 접촉 특성들 및 신뢰성의 결여 등으로 인해, 요구되지 않은 기계적 릴레이의 이용을 회피하는 것이 가능하며, 또한 억제 다이오드들 또는 전류를 측정하는 디바이스들과 같이 외부 에너지 흡수를 위한 추가적인 스위칭 수단들을 도입해야 할 필요없이 전력 반도체 스위치들을 이용하는 그 구성으로 인해 때때로 더 바람직한 솔루션을 이용하는 것이 가능하다.

Claims

브러시리스 전기 모터 (1) 를 동작시키는 방법으로서,
상기 전기 모터의 권선들 (U, V, W) 은 6개의 스위치들 (5) 을 이용하여 AC 변환기 (3) 에 의해 제어되고, 상기 AC 변환기 (3) 는 상기 전기 모터 (1) 의 권선들 (U, V, W) 에 할당된 3개의 출력부들 (17, 18, 19) 을 포함하고, 각각의 전력 반도체 스위치 (2) 는 상기 AC 변환기 (3) 의 출력부들 (17, 18, 19) 과 상기 권선들 (U, V, W) 사이에 배열되고, 결함 스위치들 (5) 을 검출하는 검출 유닛 (10), 상기 AC 변환기 (3) 의 출력부들 (17, 18, 19) 에서 전압을 측정하는 유닛 (11), 및 모터 위치각 (
) 을 결정하는 모터 위치각 센서 (6) 가 제공되며,
상기 AC 변환기 (3) 는, 결함 스위치 (5) 의 검출 이후에, 전력이 더 이상 상기 전기 모터 (1) 의 권선들 (U, V, W) 로 도입되지 않고 또한 상기 모터 위치각 센서 (6) 가 미리 정의된 모터 위치각 (
) 에서 상기 전력 반도체 스위치들 (2) 을 연속적으로 개방하는 방식으로, 스위칭 오프되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터 위치각들 (
) 은, 권선 (U, V, W) 에 그리고 상기 권선의 전력 반도체 스위치 (2) 에 각각 할당되며 상기 할당된 전력 반도체 스위치들 (2) 이 개방 프로세스 동안에 손상되지 않는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모터 위치각들 (
) 은, 상기 전력 반도체 스위치들 (2) 에서 드레인 전류 (I_D) 가 제로가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모터 위치각들 (
) 은, 상기 전력 반도체 스위치들 (2) 에서 드레인 전류 (I_D) 가 네거티브가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터 위치각들 (
) 은 상기 결함 스위치 (5) 의 위치에 의존하지 않고, 오직 상기 전기 모터 (1) 의 회전 방향에만 의존하여 정의되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 방법.
브러시리스 전기 모터 (1) 를 동작시키는 디바이스로서,
상기 전기 모터의 권선들 (U, V, W) 은 6개의 스위치들 (5) 을 이용하여 AC 변환기 (3) 에 의해 제어되고, 상기 AC 변환기 (3) 는 상기 전기 모터 (1) 의 권선들 (U, V, W) 에 할당된 3개의 출력부들 (17, 18, 19) 을 포함하고, 각각의 전력 반도체 스위치 (2) 는, 상기 AC 변환기 (3) 의 출력부들 (17, 18, 19) 과 상기 권선들 (U, V, W) 사이에 배열되고, 결함 스위치들 (5) 을 검출하는 검출 유닛 (10), 상기 AC 변환기 (3) 의 출력부들 (17, 18, 19) 에서 전압을 측정하는 유닛 (11), 및 모터 위치각 (
) 을 결정하는 모터 위치각 센서 (6) 가 제공되며,
상기 AC 변환기 (3) 는, 결함 스위치 (5) 의 검출 이후에 마이크로제어기 (4) 에 의해, 전력이 더 이상 상기 전기 모터 (1) 의 권선들 (U, V, W) 로 도입되지 않고 또한 상기 모터 위치각 센서 (6) 가 미리 정의된 모터 위치각 (
) 에서 상기 전력 반도체 스위치들 (2) 을 연속적으로 개방하도록 설계되는 방식으로, 스위칭 오프되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 디바이스.
제 6 항에 있어서,
상기 모터 위치각 센서 (6) 는, 상기 모터 위치각들 (
) 을 권선 (U, V, W) 및 상기 권선의 전력 반도체 스위치 (2) 에 각각 할당하도록, 그리고 상기 할당된 전력 반도체 스위치들 (2) 이 개방 프로세스 동안에 손상되지 않게 상기 모터 위치각들을 선택하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 디바이스.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 모터 위치각 센서 (6) 는, 상기 전력 반도체 스위치들 (2) 에서 드레인 전류 (I_D) 가 제로가 되게 상기 모터 위치각들 (
) 을 선택하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 디바이스.
제 6 항에 있어서,
상기 전력 반도체 스위치들 (2) 은 전력 MOSFET 트랜지스터들로서 구현되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 디바이스.
제 6 항에 있어서,
상기 결함 스위치들 (5) 을 검출하는 유닛 (10) 및 상기 AC 변환기 (3) 의 출력부들 (17, 18, 19) 에서 전압을 측정하는 유닛 (11) 은 상기 마이크로제어기 (4) 에 통합되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 전기 모터를 동작시키는 디바이스.