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KR102262371B1 - 모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법 - Google Patents

모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법 Download PDF

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KR102262371B1
KR102262371B1 KR1020140069921A KR20140069921A KR102262371B1 KR 102262371 B1 KR102262371 B1 KR 102262371B1 KR 1020140069921 A KR1020140069921 A KR 1020140069921A KR 20140069921 A KR20140069921 A KR 20140069921A KR 102262371 B1 KR102262371 B1 KR 102262371B1
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temperature
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Abstract

본 발명은 3상 모터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 영구자석을 이용하는 모터의 온도변화를 실시간 제어에 반영하여 모터의 효율 및 토크 정밀도를 높이는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법에 대한 것이다.

Description

모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법{Apparatus and Method for minimizing influence due to temperature change in a motor}
본 발명은 3상 모터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 영구자석을 이용하는 모터의 온도변화를 실시간 제어에 반영하여 모터의 효율 및 토크 정밀도를 높이는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 자속 테이블을 1개만 사용함으로써 개발기간 단축 및/또는 프로세서의 연산량을 줄이는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 대기오염 및 석유 고갈의 위기에 대응하여 전기 에너지를 차량의 동력으로 사용하는 친환경 차량(environmentally friendly vehicle)과 관련된 기술들이 활발하게 개발되고 있다.
이러한 친환경 차량으로는 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 전기 자동차(Plug-in Electric Vehicle), 연료 전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle) 및 전기 자동차(electric vehicle) 등을 들 수 있다.
이들 친환경 차량에는 영구 자석형 전기모터가 많이 적용되고 있다. 영구자석형 전기모터는 영구자석을 이용하여 구동력을 발생한다. 영구자석의 자화의 세기는 그 동작 환경, 특히 인가되는 약계자 전류의 크기와 전기모터의 동작온도에 따라 영구적인 변화가 일어날 수 있다.
이 경우 전기모터는 원하는 구동력을 발생할 수 없고, 이로 인해 전기 자동차의 경우 가속능력과 연료 절감 효과가 급격히 저하되는 현상 등이 발생한다.
이를 해소하는 방식으로 모터의 온도를 측정하여 모터 온도 측정값을 생성하고 이 모터 온도 측정값에 매칭되는 고온/중온/저온의 3개의 온도별 자속 테이블을 이용하여 모터의 자속 크기 및 토크를 조절하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 방식의 경우, 온도별 자속 테이블을 추출하기 위한 실험을 실시해되므로 개발 일정이 과다하다는 문제점이 있다.
또한, 특정 온도에서의 토크 및 자속 지령에 대하여 DQ축 전류 지령을 생성하기 위해 이웃하는 2개의 자속 테이블을 연산하고, 그 출력을 보간 연산하는 과정이 요구된다. 따라서, 마이크로 프로세서의 연산량이 과다하게 발생한다는 문제점이 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2009-0062663호 2. 한국공개특허번호 제10-2009-0055707호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 영구자석을 이용하는 모터의 온도변화를 실시간 제어에 반영하여 모터의 효율 및 토크 정밀도를 높이는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자속 테이블을 1개만 사용함으로써 개발기간 단축 및/또는 프로세서의 연산량을 줄이는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 제안된 것으로서, 영구자석을 이용하는 모터의 온도변화를 실시간 제어에 반영하여 모터의 효율 및 토크 정밀도를 높이는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치를 제공한다.
상기 모터 온도 변화 영향 최소화 장치는,
모터;
상기 모터의 온도를 센싱하여 온도 정보를 생성하는 온도 센서;
센싱된 온도 정보에 따라 토크 지령 또는 자속 지령을 보상하여 보상 토크 지령값 또는 보상 자속 지령값을 생성하는지령 보상부;
보상 토크 지령값 또는 보상 자속 지령값에 매칭되는 D축 전류 지령값을 생성하는 D축 전류 지령 테이블;
지령 보상에 따라 매칭되는 Q축 전류 지령값을 생성하는 Q축 전류 지령 테이블;
D축 전류 지령값 및 Q축 전류 지령값에 따라 D축 전압 지령값 및 Q축 전압 지령값을 생성하는 전류 제어기; 및
D축 전압 지령값 및 Q축 전압 지령값에 따라 상기 모터를 구동하는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지령 보상부는, 이전 D축 전류 지령값 및 이전 Q축 전류 지령값을 생성하는 한 쌍의 지연기; 상기 이전 D축 및 Q축 전류 지령값을 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값으로 변환하는 제 2 좌표 변환기; 상기 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값에 매칭되는 D축 자속값을 생성하는 자속 테이블; 상기 이전 D축 전류 지령값 및 자속 지령값을 보상 반영하여 토크 지령값으로부터 보상 토크 지령값을 생성하는 토크 지령 보상기; 및 상기 D축 자속값을 보상 반영하여 자속 지령값으로부터 보상 자속 지령값을 생성하는 자속 지령 보상기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 자속 테이블은 일정 온도에서의 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 이전 D축 및 Q축 전류 지령값을 직각 좌표계값이고, 상기 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값은 각좌표계인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 지령 보상기는 상기 토크 지령값의 변화가 미리 설정된 특정값보다 작으면 보상을 수행하고, 상기 특정값보다 크면 보상을 수행하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 자속 테이블은 고정자 코일 온도와 회전자 온도가 유사한 값을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 온도를 산출하기 위한 회전자 온도 추정기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 회전자 온도 추정기는 D축 및 Q축 전류 측정값, D축 및 Q 축 전압 지령값, 온도 정보, 및 회전자 속도를 이용하여 회전자 온도를 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 온도 센서는 상기 모터의 모터 고정자 온도를 센싱하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모터 온도 변화 영향 최소화 장치는, 상기 3 상 전류를 측정하는 전류 센서; 측정된 3상 전류를 D축 및 Q축 전류 측정값을 변환하는 제 2 좌표 변환기; 및 상기 회전자 속도를 측정하는 위치 속도 센서;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 모터는 매입형 영구자석 모터(Interior Permanent Magnet Motor)이며, 상기 매입형 영구자석 모터의 영구자석은 희토류 자석인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 인버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하는 PWM 인버터인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 자속 테이블은, 고정자 온도에 따라 생성된 고정자 저항 테이블 및 상기 고정자 저항 테이블을 이용하여 생성된 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 모터의 온도를 센싱하여 온도 정보를 생성하는 온도 정보 생성 단계; 센싱된 온도 정보에 따라 토크 지령 또는 자속 지령을 보상하여 보상 토크 지령값 또는 보상 자속 지령값을 생성하는 지령 보상 단계; D축 전류 지령 테이블을 이용하여 보상 토크 지령값 또는 보상 자속 지령값에 매칭되는 D축 전류 지령값 및 Q축 전류 지령 테이블을 이용하여 지령 보상에 따라 매칭되는 Q축 전류 지령값을 생성하는 전류 지령값 단계; D축 전류 지령값 및 Q축 전류 지령값에 따라 D축 전압 지령값 및 Q축 전압 지령값을 생성하는 전압 지령값 생성 단계; 및 D축 전압 지령값 및 Q축 전압 지령값에 따라 상기 모터를 구동하는 모터 구동 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 방법을 제공한다.
이때, 상기 지령 보상 단계는, 상기 토크 지령값의 변화가 미리 설정된 특정값과 비교하는 단계; 비교 결과, 특정값 보다 작으면 보상을 수행하는 단계; 및 비교 결과, 특정값 보다 크면 보상을 수행하지 않는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 특정값 보다 작으면 보상을 수행하는 단계는, 이전 D축 전류 지령값 및 이전 Q축 전류 지령값을 생성하는 단계; 상기 이전 D축 및 Q축 전류 지령값을 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값으로 변환하는 단계; 자속 테이블을 이용하여 상기 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값에 매칭되는 D축 자속값을 생성하는 단계; 상기 이전 D축 전류 지령값 및 자속 지령값을 보상 반영하여 토크 지령값으로부터 보상 토크 지령값을 생성하는 단계; 및 상기 D축 자속값을 보상 반영하여 자속 지령값으로부터 보상 자속 지령값을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 자속 테이블은, 고정자 온도에 따른 고정자 저항 테이블을 생성하는 단계; 및 상기 고정자 저항 테이블을 이용하여 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블을 작성하는 단계;에 의해 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 모터의 온도변화를 실시간 제어에 반영함으로써 모터 토크 제어의 정밀도가 향상되며 효율이 증가한다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 자속 테이블 1개만을 이용하게 되므로 3개의 온도별 테이블을 이용하는 방식에 비해 연산 시간이 감소된다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 자속 테이블 1개만을 작성하면 되므로 제어 로직 개발일정이 단축된다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도 변화 영향 최소화 장치(100)의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토크/자속 지령 보상 기능의 동작 상태를 보여주는 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 테이블을 작성하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 일반적으로 희토류 자석을 사용하는 영구자석 전동기의 역기전력 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 토크/자속 지령 보상 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도 변화 영향 최소화 장치 및 방법을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 온도 변화 영향 최소화 장치(100)의 블럭도이다. 도 1을 참조하여, 우선 모터(150)를 설명하면, 모터(150)는 3상 교류 모터로서, 코일이 권선된 모터 고정자(151)와, 모터 회전자(153)로 구성된다. 물론, 본 발명의 일실시예에서는 설명의 이해를 위해 3상 교류 모터를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 단상 모터에도 적용될 수 있다. 또한, 모터(150)는 매입형 영구자석 모터(Interior Permanent Magnet Motor)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 유니버셜 모터 등이 될 수 있다.
이러한 모터 고정자(151)쪽에는 모터 고정자(151)의 전류를 센싱하여 3상 전류값(ias,ibs,ics)을 전류 제어기(115)에 제공하는 전류 센서(155)가 구성된다. 이 전류 센서(155)는 모터 고정자 전류 센서가 된다.
물론, 전류 센서는 제 1 모터 고정자 전류 센서(미도시)와 제 2 모터 고정자 전류 센서(미도시)로 구성될 수 있다.
이러한 3상 전류값(ias,ibs,ics)은 제 1 좌표 변환기(116)에 의해서 DQ축 전류 측정값(
Figure 112014053985818-pat00001
)이 변환되어 전류 제어기(115) 및 회전자 온도 추정기(117)에 제공된다.
회전자 온도 추정기(117)는 회전자 온도(Tr)를 산출한다. 부연하면, 회전자 온도 추정기(117)는 제 1 좌표 변환기(116)에 의해 생성된 D축 및 Q축 전류 측정값(
Figure 112014053985818-pat00002
), 전류 제어기(115)에 의해 생성된 D축 및 Q축 전압 지령값(
Figure 112014053985818-pat00003
,
Figure 112014053985818-pat00004
), 온도 센서(159)에 의해 생성된 온도 정보로서 고정자 코일 온도(Ts), 위치 속도 센서(157)에 의해 생성된 회전자 속도(Wr)를 이용하여 회전자 온도(Ts)를 추정하며, 이를 지령 보상부(111)에 공급한다.
또한, 이와 함께, 모터(150)의 온도를 센싱하기 위해 온도 센서(159) 및 모터 회전자(153)의 위치 속도를 센싱하기 위해 위치 속도 센서(157) 등이 구성된다.
특히 온도 센서(159)는 모터 고정자(151)의 코일 온도를 센싱하여 온도 정보를 생성한다.
또한, 모터(150)에 교류 전원을 공급하는 인버터(120)가 구성된다.
이러한 모터(150)를 제어하는 모터 제어 유닛(110)은 온도에 따라 토크 지령(
Figure 112014053985818-pat00005
) 및/또는 자속 지령(
Figure 112014053985818-pat00006
)을 보상하여 보상 토크 지령값(
Figure 112014053985818-pat00007
) 및/또는 보상 자속 지령값(
Figure 112014053985818-pat00008
)을 생성하는 지령 보상부(111), 보상 토크 지령값(
Figure 112014053985818-pat00009
) 및/또는 보상 자속 지령값(
Figure 112014053985818-pat00010
)에 따라 매칭되는 D축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00011
)을 생성하는 D축 전류 지령 테이블(113-1)(
Figure 112014053985818-pat00012
), 지령 보상에 따라 매칭되는 Q축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00013
)을 생성하는 Q축 전류 지령 테이블(113-2)(
Figure 112014053985818-pat00014
), D축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00015
) 및 Q축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00016
)에 따라 D축 전압 지령값(
Figure 112014053985818-pat00017
) 및 Q축 전압 지령값(
Figure 112014053985818-pat00018
)을 생성하는 전류 제어기(115), D축 전압 지령값(
Figure 112014053985818-pat00019
) 및 Q축 전압 지령값(
Figure 112014053985818-pat00020
)에 따라 모터(150)를 전원을 공급하는 인버터(120) 등을 포함하여 구성된다.
부연하면, 모터 제어 유닛(110)은 인버터(120)를 통하여 모터(150)와 연결되어 제어 신호 및/또는 센싱 신호를 송수신한다.
전류 제어기(115)는 D/Q축 전류 지령을 모터 고정자 D/Q축에 대한 D/Q축 전압 지령값으로 변환하여 출력한다.
인버터(120)는 전류 제어기(115)에서 결정되어 인가되는 D/Q축 전압 지령값에 따라 모터(150)에 전원을 공급한다. 즉, 인버터(120)는 D/Q축 전압 지령값을 받아 이에 해당하는 전원을 모터(150)에 공급한다.
인버터(120)는 전압형 인버터인 PWM(Pulse Width Modulation) 인버터가 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니고 일부 구성요소를 수정하는 방식으로 전류형 인버터의 적용도 가능하다.
PWM 인버터의 경우 정류된 직류 전압을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어방식을 이용하여 전압과 주파수를 동시에 제어한다.
따라서, 인버터(120)는 다수개의 전력 스위치 소자로 이루어진다. 전력 스위치 소자는 IGBT(Insulated Gate Transistor)가 주로 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니며 바이폴라, 전력 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 소자 등이 사용될 수 있다. 전력 MOSFET 소자는 고전압 고전류 동작으로 일반 MOSFET와 달리 DMOS(Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor) 구조를 갖는다.
지령 보상부(111)는 D축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00021
) 및 Q축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00022
) 보다 앞서는 이전 D축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00023
) 및 이전 Q축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00024
)을 생성하는 한 쌍의 제 1 및 제 2 지연기(11-9,111-9'), 직각 좌표값인 이전 D축 및 Q축 전류 지령값을 각좌표계인 전류 크기 지령값(
Figure 112014053985818-pat00025
) 및 전류각 지령값(
Figure 112014053985818-pat00026
)으로 변환하는 제 2 제 2 제 2 좌표 변환기(111-7), 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값에 매칭되는 D축 자속값(
Figure 112014053985818-pat00027
)을 생성하는 자속 테이블(111-5), D축 자속값을 반영하여 자속 지령값(
Figure 112014053985818-pat00028
)으로부터 보상 자속 지령값(
Figure 112014053985818-pat00029
)을 생성하는 자속 지령 보상기(111-3), 및 이전 D축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00030
)을 반영하여 토크 지령값(
Figure 112014053985818-pat00031
)으로부터 보상 토크 지령값(
Figure 112014053985818-pat00032
)을 생성하는 토크 지령 보상기(111-1) 등을 포함하여 구성된다.
특히, 자속 테이블(111-5)은 일정 온도(T0)에서의 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블이 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토크/자속 지령 보상 기능의 동작 상태를 보여주는 상태도이다. 도 2를 참조하면, 토크/자속 지령 보상 OFF(210)는 토크/자속 지령의 보상 기능이 오프(OFF) 상태를 말한다.
부연하면, 토크 지령값의 변화가 제한값(ΔTe_th) 보다 큰 경우에는 지령 보상을 하지 않는다.
토크/자속 지령 보상 ON(220)은 토크/자속 지령의 보상 기능이 온(ON) 상태를 말한다. 부연하면, 토크 지령값의 변화가 제한값(ΔTe_th) 보다 작은 경우에는 지령 보상을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 테이블을 작성하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 모터 고정자(151)의 온도에 따른 고정자 저항 테이블(Rs(Tr))을 작성한다(단계 S310).
희토류 자석을 사용하는 영구자석 전동기의 역기전력은 온도 증가에 따라 감소하는 특성이 있다. 이를 보여주는 도면이 도 4에 도시된다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 VS 역 EMF(Electro Motive Force) 상수 관계를 보여주는 그래프이다.
도 4에 도시된 온도와 역기전력의 관계는 오프라인(offline) 실험을 통하여 미리 구한 다음, 수식 및/또는 테이블로 만들어서 사용한다. 예를 들면, E = function(Tr)에서 E(Tr)=λPM(Tr)가 되는 것을 들 수 있다. 여기서, λPM은 영구자석의 자속을 나타낸다.
계속 도 3을 참조하면, 고정자 저항 테이블(Rs(Tr))의 작성이 완료되면 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블(기준온도: T0)을 작성한다(단계 S320).
D축 및 Q축은 모터 회전자(153)의 일축이다. 이와 함께, 모터(150)의 Q축 전압 방정식은 다음식과 같이 표현된다.
Figure 112014053985818-pat00033
여기서, Rs는 모터 고정자 저항을 나타내고, iqs은 Q축 전류 측정값(또는 지령값)을 나타내고, λds는 D축 자속값을 나타내며, ωr는 모터 회전자 속도를 나타낸다.
수학식 1을 이용하여 D축 자속을 다음식과 같은 Q축 전압지령, Q축 전류, 회전자 속도, 고정자 코일 저항의 함수로 표현할 수 있다.
Figure 112014053985818-pat00034
Figure 112014053985818-pat00035
여기서, Rs(Ts)는 코일 온도에 따라 변하는 고정자 저항값을 나타낸다.
고정자 저항 Rs은 고정자 코일 온도(Ts)에 따라 변하고, Q축 전압지령은 회전자 속도와 Q축 전류 고정자 전류가 일정하다고 가정할 경우 고정자 코일온도(Ts)와 회전자 자석 온도(Tr)에 따라 변하는 값이다.
또한, imag는 전류 크기를 나타내고, iang는 전류각을 나타낸다.
자속 테이블 작성을 위한 오프라인(Offline) 실험을 할 때 전류-자속 테이블은 위 수학식3을 이용한다. Offline 실험을 할 때, Ts = Tr이 되도록, 즉 고정자 코일 온도와 회전자 온도가 유사한 값을 갖도록 한다. 여기서, 역기전력은 회전자 자석 온도(Tr)의 함수이다.
위 수학식을 이용하여 회전자 온도 Tr0에서 작성한 '전류-자속 테이블'은 실시간 제어를 할 때 아래 수학식과 같이 활용할 수 있다. 아래 수학식은 한 주기 이전 (k-1)의 전류 크기 및 각도 지령으로 부터 D축 자속 (회전자 온도 Tr0에서의 D축 자속)을 계산하는 식이다.
Figure 112014053985818-pat00036
위 식에서 전류크기(imag), 전류각(iang)은 DQ축 전류와 아래 수학식의 관계를 갖는다.
Figure 112014053985818-pat00037
Figure 112014053985818-pat00038
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 토크/자속 지령 보상 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 토크 지령값의 변화가 제한값(ΔTe_th) 보다 작은지를 확인한다(단계 S510).
확인 결과, 단계 S510에서 토크 지령값의 변화가 제한값(ΔTe_th) 보다 크면 보상 과정이 수행되지 않는다.
이와 달리, 단계 S510에서 토크 지령값의 변화가 제한값(ΔTe_th) 보다 작으면 보상 과정이 수행된다
즉, 전류 크기 및 전류각 지령값을 계산하고, D축 자속값을 계산한다(단계 S520). 즉, 수학식 5 및 수학식 6을 이용하여 DQ 전류 지령값으로부터 전류 크기 및/또는 전류각 지령값을 실시간으로 계산한다.
이후, 수학식 4를 이용하여 전류 크기 및 전류각 지령값에 대한 D축 자속 값(회전자 온도 Tr0에서의 D축 자속)을 계산한다.
D축 자속값이 산출되면, 다음식을 이용하여 토크 지령값을 보상한다(단계 S530).
Figure 112014053985818-pat00039
이때 한 주기 이전의 이전 Q축 전류 지령값(
Figure 112014053985818-pat00040
)과 현재 회전자 온도 (Tr)과 기준 온도(Tr0)에서의 역기전력 상수 차이 ΔλPM(Tr)를 이용하여 보상한다.
ΔλPM(Tr)은 역기전력 상수의 차이를 의미하며 다음식과 같이 정의된다.
Figure 112014053985818-pat00041
이와 함께, 단계 S530에서 위 식을 이용하여 자속 지령값을 보상한다. 이때 현재 회전자 온도 Tr과 기준 온도 Tr0에서의 역기전력 상수 차이 ΔλPM(Tr)와 수학식4에서 얻은 D축 자속값 (회전자 온도 Tr0에서의 D축 자속)을 이용하여 보상한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음식과 같다.
Figure 112014053985818-pat00042
110: 모터 제어 유닛
111: 지령 보상부
111-1: 토크 지령 보상기 111-2: 자속 지령 보상기
111-5: 자속 테이블
111-7: 제 1 좌표 변환기
111-9,111-9': 지연기
113-1: D축 전류 지령 테이블 113-2: Q축 전류 지령 테이블 115: 전류 제어기
116: 제 1 좌표 변환기 117: 회전자 온도 추정기
120: 인버터
150: 모터
151: 모터 고정자 153: 모터 회전자
155: 전류 센서 157: 위치 속도 센서
159: 고정자 온도 센서

Claims (18)

  1. 모터;
    상기 모터의 온도를 센싱하여 온도 정보를 생성하는 온도 센서;
    센싱된 온도 정보에 따라 토크 지령 또는 자속 지령을 보상하여 보상 토크 지령값 또는 보상 자속 지령값을 생성하는지령 보상부;
    보상 토크 지령값 또는 보상 자속 지령값에 매칭되는 D축 전류 지령값을 생성하는 D축 전류 지령 테이블;
    지령 보상에 따라 매칭되는 Q축 전류 지령값을 생성하는 Q축 전류 지령 테이블;
    D축 전류 지령값 및 Q축 전류 지령값에 따라 D축 전압 지령값 및 Q축 전압 지령값을 생성하는 전류 제어기; 및
    D축 전압 지령값 및 Q축 전압 지령값에 따라 상기 모터를 구동하는 인버터; 를 포함하고,
    상기 지령 보상부는,
    이전 D축 전류 지령값 및 이전 Q축 전류 지령값을 생성하는 한 쌍의 지연기;
    상기 이전 D축 및 Q축 전류 지령값을 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값으로 변환하는 제 2 좌표 변환기;
    상기 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값에 매칭되는 D축 자속값을 생성하는 자속 테이블;
    상기 이전 D축 전류 지령값 및 자속 지령값을 보상 반영하여 토크 지령값으로부터 보상 토크 지령값을 생성하는 토크 지령 보상기; 및
    상기 D축 자속값을 보상 반영하여 자속 지령값으로부터 보상 자속 지령값을 생성하는 자속 지령 보상기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자속 테이블은 일정 온도에서의 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블인 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이전 D축 및 Q축 전류 지령값을 직각 좌표계값이고, 상기 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값은 각좌표계인 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지령 보상기는 상기 토크 지령값의 변화가 미리 설정된 특정값보다 작으면 보상을 수행하고, 상기 특정값보다 크면 보상을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 자속 테이블은 고정자 코일 온도와 회전자 온도가 유사한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전자 온도를 산출하기 위한 회전자 온도 추정기를 더 포함하되, 상기 회전자 온도 추정기는 D축 및 Q축 전류 측정값, D축 및 Q 축 전압 지령값, 온도 정보, 및 회전자 속도를 이용하여 회전자 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 모터의 모터 고정자 온도를 센싱하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 3 상 전류를 측정하는 전류 센서;
    측정된 3상 전류를 D축 및 Q축 전류 측정값을 변환하는 제 2 좌표 변환기; 및 상기 회전자 속도를 측정하는 위치 속도 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는 매입형 영구자석 모터(Interior Permanent Magnet Motor)이며, 상기 매입형 영구자석 모터의 영구자석은 희토류 자석인 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하는 PWM 인버터인 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 자속 테이블은, 고정자 온도에 따라 생성된 고정자 저항 테이블 및 상기 고정자 저항 테이블을 이용하여 생성된 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 장치.
  13. 모터의 온도를 센싱하여 온도 정보를 생성하는 온도 정보 생성 단계;
    센싱된 온도 정보에 따라 토크 지령 또는 자속 지령을 보상하여 보상 토크 지령값 또는 보상 자속 지령값을 생성하는 지령 보상 단계;
    D축 전류 지령 테이블을 이용하여 보상 토크 지령값 또는 보상 자속 지령값에 매칭되는 D축 전류 지령값 및 Q축 전류 지령 테이블을 이용하여 지령 보상에 따라 매칭되는 Q축 전류 지령값을 생성하는 전류 지령값 단계;
    D축 전류 지령값 및 Q축 전류 지령값에 따라 D축 전압 지령값 및 Q축 전압 지령값을 생성하는 전압 지령값 생성 단계; 및
    D축 전압 지령값 및 Q축 전압 지령값에 따라 상기 모터를 구동하는 모터 구동 단계;
    를 포함하고,
    상기 지령 보상 단계는,
    상기 토크 지령값의 변화가 미리 설정된 특정값과 비교하는 단계;
    비교 결과, 특정값 보다 작으면 보상을 수행하는 단계; 및
    비교 결과, 특정값 보다 크면 보상을 수행하지 않는 단계; 를 포함하며,
    상기 특정값 보다 작으면 보상을 수행하는 단계는,
    이전 D축 전류 지령값 및 이전 Q축 전류 지령값을 생성하는 단계;
    상기 이전 D축 및 Q축 전류 지령값을 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값으로 변환하는 단계;
    자속 테이블을 이용하여 상기 전류 크기 지령값 및 전류각 지령값에 매칭되는 D축 자속값을 생성하는 단계;
    상기 이전 D축 전류 지령값 및 자속 지령값을 보상 반영하여 토크 지령값으로부터 보상 토크 지령값을 생성하는 단계; 및
    상기 D축 자속값을 보상 반영하여 자속 지령값으로부터 보상 자속 지령값을 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 자속 테이블은 일정 온도에서의 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블인 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 자속 테이블은,
    고정자 온도에 따른 고정자 저항 테이블을 생성하는 단계; 및
    상기 고정자 저항 테이블을 이용하여 D축 전류 크기에 따른 D축 자속 테이블을 작성하는 단계;에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 자속 테이블은 고정자 코일 온도와 회전자 온도가 유사한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 모터 온도 변화 영향 최소화 방법.
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