KR20080098317A

Control of a brushless electrical machine

Abstract

A brushless electric machine has at least one phase winding that creates a magnetic flux in the machine. The controller controls the magnetic flux in the device with reference to the required magnetic flux and stabilization signal and, when coupled, enables the controller to operate in a stable manner in the presence of disturbances at the inputs or parameters of the controller. The controller may operate with a hardware rotor position sensor or a sensorless position algorithm.Magnetic flux, stabilization signal, controller, brushless electrical equipment

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Term

Projected expiry 11 April 2028.

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42 claims: 3 independent, 39 dependent

  1. 1
    적어도 한 개의 위상 권선(phase winding)을 가지는 브러쉬리스 전기 기기(brushless electrical machine)를 위한 제어기에서, 입력 시그널(input signal)에 응답하여 상기 위상 권선의 여자화(energisation)를 위한 제어 시그널(control signal)을 만들기 위해 사용 가능한 제어 수단(control means)을 포함하고, 그리고 자속 안정화 시그널(flux stabilisation signal)을 사용하는 상기 입력 시그널을 변경하기 위해 사용될 수 있고, 그것에 의하여 상기 기기의 출력을 안정화시키기 위해 상기 위상 권선에 의해 만들어지는 상기 자속을 변경하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  2. 2
    제 1항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 상기 위상 권선에서의 자속 쇠퇴(flux decay)가 상기 입력 시그널에 따라 개시되는 순간에 영향을 끼치도록 정렬되는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  3. 3
    제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 위상 권선의 여자화의 반복의 기간과 일치하는 기간을 가지는 가변적인 시그널로써 상기 자속 안정화 시그널을 발생시키기 위한 수단을 포함하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  4. 4
    제 3항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 시간에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  5. 5
    제 3항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 회전자 각도에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  6. 6
    제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자속 여자화 시그널을 발생시키기 위한 상기 수단은 톱니 모양 파형(sawtooth waveform)을 만들기 위해 사용 가능한 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  7. 7
    제 6항에 있어서, 상기 톱니 모양 파형은 자속 쇠퇴가 시작되는 순간에서 변하는 임계 입력 시그널을 정의하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  8. 8
    제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 시그널을 만들기 위해 자속 피드백 시그널(flux feedback signal), 자속 요구 시그널(flux demand signal) 및 상기 자속 안정화 시그널을 수신하기 위한 수단을 포함하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  9. 9
    제 8항에 있어서, 상기 수신하기 위한 수단은 첫번째 입력으로서의 상기 자속 피드백 시그널 및 두번째 입력으로서의 상기 자속 요구 시그널과 상기 자속 안정화 시그널의 결합을 수신하기 위해 정렬된 비교기(comparator)를 포함하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  10. 10
    제 8항에 있어서, 상기 수신하기 위한 수단은 첫번째 입력으로서의 상기 자속 요구 시그널 및 두번째 입력으로서의 상기 자속 피드백 시그널과 상기 자속 안정화 시그널의 결합을 수신하기 위해 정렬된 비교기(comparator)를 포함하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  11. 11
    제 9항에 있어서, 제 6항 또는 제 7항에 종속할 때, 상기 톱니 모양 파형의 기울기는 네거티브(negative)인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  12. 12
    제 10항에 있어서, 제 6항 또는 제 7항에 종속할 때, 상기 톱니 모양 파형의 기울기는 포지티브(positive)인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  13. 13
    제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 기울기는 사이클 동안 일정한 값인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  14. 14
    제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 전기 사이클(electrical cycle) 동안 상기 위상 권선에 의해 만들어지는 자속의 상승과 하강의 크기들이 실제적으로 동일하게 되도록 유지하기 위해 적응되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  15. 15
    제 1항 또는 제 2항에 있어서, 위상 여자화 사이클(phase energisation cycle)에서의 한 지점이 언제 도달되는지를 결정하고 미리 결정된 회전자 위치(predetermined rotor position)로 타이밍을 맞추는 것을 개시하기 위한 수단, 상기 위치에서 상기 위상 권선에 대한 자속의 시그널 지시(signal indicative)로부터 상기 입력 시그널을 드라이빙하기 위한 수단, 상기 자속 안정화 시그널을 상기 입력 시그널에 더하기 위한 수단, 그리고 위상 권선에서의 자속 쇠퇴가 시작되는 순간을 결정하기 위해 변경된 입력 시그널(modified input signal)로부터 자속 요구의 미리 결정된 임계값(predetermined threshold of flux demand)을 추정하기 위한 수단을 포함하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  16. 16
    제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 브러쉬리스 전기 기기 시스템(brushless electrical machine system)은 브러쉬리스 전기 기기(brushless electrical machine), 제어기(controller) 및 상기 위상 권선과 사용 가능하게 연결되고 위상을 여자화하기 위해 제어 시그널에 응답하는 스위치 수단(switch means)을 포함하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  17. 17
    제 16항에 있어서, 제 6항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 종속할 때, 상기 톱니 모양 파형의 상기 기울기는 기기의 속도에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  18. 18
    제 16항에 있어서, 제 6항, 제 7항, 제 11항, 제 12항 및 제 17항 중 어느 한 항에 종속할 때, 상기 톱니 모양 파형은 기기의 속도에 따라 변하지 않는 고정된 피크 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  19. 19
    제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 기기는 릴럭턴스 기기 또는 브러쉬리스 DC 기기인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기를 위한 제어기.
  20. 20
    적어도 하나의 위상 권선을 가지는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법으로, 입력 시그널에 응하여 위상 권선을 여자화하기 위한 제어 시그널을 만드는 단계;및 자속 안정화 시그널을 사용하는 상기 입력 시그널을 변경하는 단계를 포함하되, 변경된 입력 시그널은 위상 권선에 의해 만들어진 자속이 기기의 출력을 안정화시키기 위해 변경되도록 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  21. 21
    제 20항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 위상 권선에서의 자속 쇠퇴가 상기 입력 시그널에 따라 시작되는 순간에 영향을 끼치는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  22. 22
    제 20항 또는 제 21항에 있어서, 상기 위상 권선의 여자화의 반복의 기간과 일치하는 기간을 가지는 가변적인 시그널로써 상기 안정화 시그널을 발생시키는 단계를 포함하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  23. 23
    제 22항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 시간에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  24. 24
    제 22항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 회전자 각도에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  25. 25
    제 22항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 톱니 모양 파형을 가지는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  26. 26
    제 25항에 있어서, 상기 톱니 모양 파형은 자속 쇠퇴가 시작되는 순간에서 임계 입력 시그널을 정의하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  27. 27
    제 20항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 자속 피드백 시그널, 자속 요구 시그널 및 상기 자속 안정화 시그널로부터 상기 입력 시그널을 만드는 단계를 포함하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  28. 28
    제 27항에 있어서, 상기 자속 피드백 시그널 및 상기 자속 요구 시그널과 상기 자속 안정화 시그널의 결합을 비교하는 단계를 포함하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  29. 29
    제 27항에 있어서, 상기 자속 요구 시그널 및 상기 자속 피드백 시그널과 상기 자속 안정화 시그널의 결합을 비교하는 단계를 포함하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  30. 30
    제 28항에 있어서, 제 25항 또는 제 26항에 종속할 때, 상기 톱니 모양 파형의 기울기는 네거티브인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  31. 31
    제 29항에 있어서, 제 25항 또는 제 26항에 종속할 때, 상기 톱니 모양 파형의 기울기는 포지티브인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  32. 32
    제 30항 또는 제 31항에 있어서, 상기 기울기는 사이클 동안 일정한 값인 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  33. 33
    제 20항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자속 안정화 시그널은 전기 사이클 동안 상기 위상 권선에 의해 만들어지는 자속의 상승과 하강이 실제적으로 동일하게 되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  34. 34
    제 20항 또는 제 21항에 있어서, 위상 여자화 사이클에서의 한 지점이 언제 도달되는지를 결정하는 단계, 미리 결정된 회전자 위치로 타이밍을 맞추는 것을 개시하는 단계, 상기 위치에서 상기 위상 권선에 대한 자속의 시그널 지시로부터 입력 시그널을 드라이빙하는 단계, 상기 자속 안정화 시그널을 상기 입력 시그널에 더하는 단계, 및 위상 권선에서의 자속 쇠퇴가 시작되는 순간을 결정하기 위해 변경된 입력 시그널로부터 자속 요구의 미리 결정된 임계값을 추정하는 단계를 포함하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  35. 35
    제 25항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니 모양 파형의 기울기는 기기의 속도에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  36. 36
    제 25항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니 모양 파형은 기기의 속도에 따라 변하지 않는 고정된 피크 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  37. 37
    제 20항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서, 릴럭턴스 기기 또는 브러쉬리스 DC 기기에 적용되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 전기 기기의 출력을 안정화하는 방법.
  38. 38
    회전자, 적어도 하나의 위상 권선을 가지는 고정자 및 적어도 하나의 위상 권선을 여자화하기 위한 스위치 수단(switch means)을 가지는 스위치드 릴럭턴스 기기를 위한 제어기에서, 상기 스위치 수단을 구동시키기 위한 구동 시그널들(actuation signals)을 발생하기 위해 동작할 수 있고, 적어도 하나의 위상 권선에서 자속이 자속 요구 시그널(flux demand signal)을 초과할 때 상기 스위치 수단을 제어하기 위하여 스위치-오프(switch-off) 시그널을 만들기 위한 첫번째 스위치 제어 수단(first switch control means) 및 고정자에 관계있는 회전자의 위치에 따라 상기 스위치 수단을 제어하기 위하여 구동 시그널들을 만들기 위한 두번째 스위치 제어 수단(second switch control means)을 포함하는 스위치드 릴럭턴스 기기를 위한 제어기.
  39. 39
    제 38항에 있어서, 적어도 하나의 위상 권선에서의 자속의 최초 자속 시그널 지시(first flux signal indicative) 및 상기 요구된 자속(demanded flux)의 두번째 자속 시그널 지시(second flux signal indicative)를 수신하도록 정렬되고, 상기 첫 번째 자속 시그널(first flux signal)이 상기 두번째 자속 시그널(second flux signal)을 초과할 때 스위치-오프 시그널(switch-off signal)을 만들도록 정렬되는 비교기(comparator)를 더 포함하는 스위치드 릴럭턴스 기기를 위한 제어기.
  40. 40
    제 38항 또는 제 39항에 있어서, 상기 두 번째 스위치 제어 수단(second switch control means)은 상기 회전자가 상기 고정자에 관계하여 미리 결정된 위치에 도달할 때 스위치-온 시그널(switch-on signal)을 만들기 위해 사용될 수 있고, 그로써 상기 위상 권선에서의 자속은 증가되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 기기를 위한 제어기.
  41. 41
    제 40항에 있어서, 상기 두 번째 스위치 제어 수단은 회전자가 고정자에 관계하여 프리휠링 위치에 도달했을 때 적어도 하나의 위상 권선에서의 전류를 프리휠링(freewheeling)시키기 위한 프리휠링 시그널(freewheel signal)을 만들기 위해 사용될 수 있고, 그로써 상기 위상 권선에서의 자속은 쇠퇴되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 기기를 위한 제어기.
  42. 42
    제 38항 내지 제 41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 번째 스위치 제어 수단은 상기 회전자가 상기 고정자에 관계하여 스위치-오프 위치(switch-off position)에 도달할 때 스위치-오프 시그널(switch-off signal)을 만들기 위해 사용될 수 있고, 그로써 상기 위상 권선에서의 자속은 억제되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 기기를 위한 제어기.
Independent claims42