KR20200063246A - 전기 기계들에서 영구 자석 자기소거를 방지하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

전기 기계들에서 영구 자석 자기소거를 방지하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영구 자석 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브에 관한 것으로, 이러한 모터 드라이브는 전기 기계에서의 전류 흐름과 단자 전압들을 제어하도록 선택적으로 작동되는 스위치들을 가지는 인버터와 그러한 전기 기계에서 전류 흐름과 단자 전압들을 제어하기 위해 스위치들의 스위칭을 제어하도록 인버터에 작동 가능하게 연결되는 제어기를 포함한다. 이러한 제어기는 하나 이상의 위상으로 전기 기계에 제공되는 전류들 및 전압들 중 적어도 하나에 관한 입력을 수신하고, 그러한 전기 기계에서의 결함을 식별하기 위해 전압들 및 전류들을 분석하며, 식별된 결함에 기초하여 전기 기계에서 전류 흐름과 단자 전압들을 변경하기 위해 인버터에서 복수의 스위치들을 스위칭하는 것을 제어하고, 그러한 전기 기계에서의 변경된 전류 흐름과 단자 전압들을 전기 기계에서의 영구 자석들의 자기소거를 방지한다.

Description

전기 기계들에서 영구 자석 자기소거를 방지하기 위한 시스템 및 방법
본 발명은 일반적으로 영구 자석 전기 기계들에 관한 것으로, 더 구체적으로는 그러한 전기 기계들에서 영구 자석들의 자기소거를 방지하기 위해 후-결함 보호 계획(post-fault protection scheme)을 구현하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
다양한 업계에서의 전기 기계들의 사용은 시간이 지남에 따라 다수의 공업, 상용, 및 운송 업계들에서 계속해서 더욱 더 유행되어져 왔다. 그러한 업계들에서 흔히 사용되는 전기 기계의 한 가지 그러한 타입은 영구 자석(PM: permanent magnet) 기계로서, 이러한 영구 자석 기계는 전기 기계에서 토크를 만들기 위해 회전자 필드가 상호작용하는 자기 장을 제공하기 위해 기계 내/상에 위치한 영구 자석들을 갖는 전기 기계들이다. 대부분의 표준 PM 기계들, 즉 PM 동기(synchronous) 기계들에서, 영구 자석들은 회전자 상에 위치하고 회전자의 라미네이션 스택(lamination stack) 상에 장착된 표면이거나 그러한 라미네이션 스택 안쪽에 임베드된(embedded) 표면이다. 고정자 PM 기계들에서는, 영구 자석들과 권선(winding)들이 기존의 회전자 영구 자석 토폴로지(topology) 대신 고정자에 위치하고, 고정자 PM 기계들의 예들에는 영구 자석 플럭스 스위칭 기계들, 플럭스 역전 기계들(flux reversal machines), 및 이중돌극형(doubly salient) 영구 자석 기계들이 포함된다.
영구 자석들이 종종 적어도 부분적으로는, 흔한 예로서 네오디뮴 자석들과 같은 고가의 희토류 원소로 형성되기 때문에, PM 전기 기계들에 대한 하나의 단점은 영구 자석들을 형성하는데 사용되는 재료들의 막대한 비용이 든다는 점이다. 비용들을 감소시키기 위해, 희토류 영구 자석들에 대한 대안으로서 세라믹 영구 자석들이 이용될 수 있다. 세라믹 자석들은 값이 저렴하고 PM 동기 기계들 또는 고정자 PM 기계들의 성능을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 하지만, 세라믹 영구 자석들은 모터 권선들에 내부 결함이 있는 경우 발생하는 높은 자기 소거 자기장들에 대한 자기소거(demagnetizing)에 대해 거의 저항을 나타내지 않는다. 일단 자석들이 자기 소거되면, 기계의 고정자 및 회전자가 모두 폐기되어야 한다. 또한 모터의 갑작스런 고장은 또한 프로세스의 제어되지 않은 정지(halt) 때문에, 기계가 연관되는 그러한 프로세스가 손상될 수 있다.
그러므로 고장 후 낮은 비용의 영구 자석들(예컨대, 세라믹 영구 자석들)의 자기소거를 방지하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 그러한 자기소거의 방지는 그것이 연결되는 프로세스가 안전하고 제어된 방식으로 정지를 하면서 전기 기계가 보호되는 것을 허용하고, 따라서 그러한 전기 기계에 대한 손상은 그것의 권선들에 대해서만 제한되며, 이는 상대적으로 쉽게 재구성될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 하나 이상의 영구 자석들을 내부에 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브가 제공된다. 이러한 모터 드라이브는 상기 전기 기계에서 전류 흐름과 단자 전압들을 제어하도록 선택적으로 작동되는 복수의 스위치들을 가지는 인버터 및 상기 인버터에 작동 가능하게 연결되고 상기 전기 기계에서 상기 전류 흐름과 단자 전압들을 제어하기 위해 상기 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함한다. 이러한 제어기는 상기 전기 기계에서 결함(fault)을 식별하기 위해 하나 이상의 위상(phase)들에서 상기 전기 기계에 제공되는 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하고, 식별된 결함에 기초하여 상기 전기 기계에서 전류 흐름과 단자 전압들을 변경하기 위해 상기 인버터에서 상기 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 프로그래밍되고, 상기 전기 기계에서 변경된 전류 흐름과 단자 전압들은 상기 전기 기계에서 상기 하나 이상의 영구 자석들의 자기소거(demagnetization)를 방지한다.
본 발명에 다른 양태에 따르면, 전기 기계에서 영구 자석들의 자기소거를 방지하기 위한 후-결함 보호 기술(post-fault protection technique)을 구현하는 방법이 제공된다. 이 방법은 제어기를 통해, 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계; 상기 제어기를 통해, 상기 전기 기계에서 결함 상태를 탐지하기 위해 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하는 단계; 상기 제어기를 통해, 상기 전압들 및 전류들 중 분석된 적어도 하나에 기초하여 탐지된 결함 상태의 결함 타입을 결정하는 단계; 및 상기 제어기를 통해, 상기 결정된 결함 타입에 기초하여 적어도 하나의 단계에서 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들을 변경하는 단계를 포함하고, 상기 전기 기계에서 음의 d축 자속(negative d-axis magnetic flux)을 제어하고 그것에 의해서 상기 영구 자석들의 자기소거를 방지하도록, 상기 적어도 하나의 단계에서 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들을 변경하는 단계는 상기 전기 기계에서 결함 전류를 제한한다(constrain).
본 발명에 또 다른 양태에 따르면, 연결되는 영구 자석 전기 기계로의 전류들 및 전압들 출력을 제어하도록 인버터의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기가 제공된다. 이 제어기는 하나 이상의 위상들에서 상기 영구 자석 전기 기계에 제공되는 전류들 및 전압들 중 적어도 하나에 관한 입력들을 수신하고, 상기 영구 자석 전기 기계에서 결함을 식별하기 위해 상기 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하며, 결함을 식별할 때, 식별되는 결함의 타입에 기초하여 상기 영구 자석 전기 기계에 제공되는 전류들 및 전압들을 변경하기 위해 상기 인버터에서 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 프로그래밍되는 프로세서를 포함한다. 상기 영구 자석 전기 기계에 제공되는 변경된 전류들 및 전압들은 하나 이상의 영구 자석들의 자기소거를 방지하는 레벨로 상기 영구 자석 전기 기계에서 d축 자속을 유지한다.
다양한 다른 특징들 및 장점들은 후속하는 상세한 설명 및 도면들로부터 명백해질 것이다.
도면들은 본 발명을 실행하기 위해 현재 계획되는 바람직한 실시예들을 예시한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들로 사용 가능한 영구 자석 기계의 도면들.
도 3은 본 발명의 실시예들로 사용 가능한 플럭스-스위칭 영구 자석 기계의 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예들로 사용 가능한 스포크 회전자 영구 자석 기계의 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예들로 사용 가능한 표면 영구 자석 기계의 개략도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들로 사용 가능한 IPM(internal permanent magnet) 기계의 일부의 개략도들.
도 8은 본 발명의 실시예들로 사용 가능한 외부 회전자 영구 자석 기계의 개략도.
도 9는 본 발명의 실시예들로 사용하기 위한 모터 드라이브와 연관된 인버터 및 제어기의 개략적인 회로도.
도 10은 영구 자석 전기 기계에서 턴-투-턴 고장을 예시하는 개략적인 회로도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 영구 자석 전기 기계에서의 세라믹 영구 자석들의 자기소거를 방지하기 위한 후-고장 보호 계획(scheme)을 예시하는 흐름도.
본 발명의 실시예들은 PM 전기 기계에 공급된 전압들 및 전류들을 제어하여 모터의 결함 상태를 탐지시 그러한 결함의 발생시 자석들의 자기소거를 회피하기 위한 제어 계획들을 가지고, 낮은 비용의 영구 자석들(예컨대, 세라믹 영구 자석들)을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는 PM 전기 기계들에 관한 것이다. 그러한 제어 계획들은 회전자 또는 고정자에 영구 자석들이 위치하는 영구 자석 기계들에서 활용될 수 있고, 그 자석 구성은 Halbach 어레이(array)를 포함하는, IPM(interior permanent magnet), XPM(Inset permanent magnet), 스포크(spoke) PM, 또는 임의의 다른 구성을 포함하는 SPM(Surface Permanent magnet)일 수 있다. 영구 자석 기계에는 기계 결함이 있을 때 생기는 높은 자기 소거 자기 장들에 대한 자기소거에 저항을 거의 나타내지 않는 세라믹 영구 자석들(또는 다른 저비용 영구 자석들) 또는 고출력 치밀한 전기 기계(high-power dence electric machine)들에서 사용될 때와 같이, 특정 적용예들에서 자기소거를 또한 거칠 수 있는 자기소거에 대한 더 높은 저항성을 나타내는 다른 더 높은 비용이 드는 영구 자석들(예컨대, 네오디뮴 자석 또는 사마륨 자석과 같은 희토류 자석들)이 포함된다. 본 발명의 실시예들이 어떻게 구현될 수 있는지를 예시할 목적으로, 본 명세서에서의 기술은 대부분 3상(three-phase)의 방사상 플럭스 회전 기계에서 발생하는 턴-투-턴(turn-to-turn) 결함의 특별한 실시예를 참조한다. 하지만, 상이한 타입의 결함들, 상이한 타입의 기계들(예컨대, 선형 기계들이나 축 방향 플럭스 기계들, 3상 또는 다른 다상(multi-phase) 기계들 등)이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다는 것이 인지된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들로부터 이익을 얻을 수 있는 전형적인 PM 전기 기계(10)가 도시된다. 전기 기계(10)는 공기 간극(air-gap)(15)이 고정자(12)와 회전자(14) 사이에 존재하고, 방사상 방향으로 회전자(14)를 둘러싸며 회전자(14)를 따라 축 방향으로 연장하는 고정자(12)(예컨대, 라미네이션(lamination)(13)으로 형성된 박형화된(laminated) 철 고정자)를 포함한다. 고정자(12)는 복수의 고정자 폴(pole)(16)들을 추가로 포함하고, 이 경우 각각의 고정자 폴(16)은 고정자 폴 쌍을 형성하기 위해 방사상으로 대향하는(opposite) 고정자 폴과 매칭되어 있다. 고정자 폴 쌍들(16a, 16b)은 제어기(22)에 의해 제어 가능한 전원(power source)(20)(예컨대, 제어된 AC 전원)을 통해 기존 방식으로 구동될 수 있는 위상 권선(phase winding)(18)으로 감긴다. 별도의 위상 권선(18)들이 또한 유사한 방식으로 다른 고정자 폴(16)들 상에 포함된다.
도 1에 도시된 것처럼, 비록 회전자가 대안적인 구성(예컨대, 둥근 회전자)을 가질 수 있다는 것이 인지되더라도 회전자(14)는 복수의 돌출한 폴(salient pole) 피스(piece)(26)들을 가지는 돌출한 회전자로서 형성된다. 일 실시예에 따르면, 비록 회전자 코어가 단일 피스로서 또한 형성될 수 있다는 것 - 예를 들면, 그러한 코어는 강철로 기계 가공되거나 소결된 자성 재료들로부터 형성되어 있으면서 - 을 인지하더라도, 회전자(14)는 도 2에서 제공된 회전자(14)의 도면에서 보여질 수 있는 것처럼, 일체형 라미네이션들(integral laminations)(28)의 스택(stack)으로 구성된다. 회전자(14)는 돌출하는 자기 폴들로서 작용하는 다수의 돌출부(projection)들/톱니(teeth)(26)를 포함한다. 회전자(14)의 가운데 부분은 드라이브 샤프트(drive shaft)(30)가 삽입될 수 있는 회전자 구멍(rotor bore)를 포함하고, 이러한 회전자 구멍 주위를 회전자(14)가 회전할 수 있다.
전기 기계의 정확한 구조는 본 발명의 실시예들에 따라 다수의 형태들을 취할 수 있다. 예를 들면, 전기 기계는 고정자에 임베드된 영구 자석들(32)(점선으로 도시된)을 포함하는 고정자 PM 기계(예컨대, 영구 자석 플럭스 스위칭 기계, 영구 자석 플럭스 역전 기계, 또는 예를 들면 이중돌극형 영구 자석 기계들)로서 구성될 수 있다. 그러한 고정자 PM 기계들에서는, 권선(18)들에서의 전류가 회전자(14)의 회전을 야기하기 위해 자석(32)들과 연관된 자기 장들과 상호 작용한다. 전기 기계는 회전자에 붙여지거나 임베드된 영구 자석(32)들(점선으로 도시된)을 포함하는 내부 영구 자석(IPM) 기계로서 대신 구성될 수 있다. 그러한 IPM 기계들에서, 권선(18)들에서의 전류는 회전자(14)의 회전을 야기하기 위해 자석(32)들과 연관된 자기 장들과 상호작용한다.
다양한 영구 자석 전기 기계들의 더 구체적인 예들은 본 발명의 실시예들에 따라 구현될 수 있는 도 3 내지 도 8에 도시된다. 먼저 도 3을 참조하면, 플럭스-스위칭 영구 자석 기계(40)의 개략적인 평면도가 본 발명의 일 실시예에 따라 도시된다. 플럭스-스위칭 영구 자석 기계(40)에서, 고정자(42)가 회전자(44)에 대해 위치하는 것으로 도시되고, 이 경우 고정자(42)와 회전자(44)는 각각 각각의 톱니(46, 48)를 가진다. 영구 자석(50)은 고정자 라미네이션(42)의 각각의 톱니에 임베드된다. 회전자(44)와 고정자(42)는 상이한 개수의 톱니를 가지고, 따라서 고정자(42)에 대한 회전자(44)의 임의의 배향(orientation)을 위해, 회전자 톱니의 특정 것들이 가장 가까운 고정자 톱니에 대해 오프셋된다. 교류가 고정자 권선(52)들을 통과하고, 영구 자석(50)들로부터 생기는 고정된 자기 장 위에서 겹쳐 있는 가변 자기 장이 생성된다. 그 결과로 생기는 조합된(combined) 자기 장이 시간에 따라 변하고, 이는 회전자(44)로 하여금 고정자(42) 내에서 회전하게 하는데, 이는 그것이 회전자 톱니(48)를 고정자 톱니(46)에 대하여 최소 자기 저항(reluctacne)을 갖는 위치로 가져가려고 시도하기 때문이다.
도 4를 참조하면, 회전자 조립체(56)와 고정자 조립체(58)를 포함하는 IPM 기계(54)가 도시되고 이러한 IPM 기계(54)는 분할된(segmented) 스포크 회전자 영구 자석 기계로서 구성된다. 회전자 조립체(56)는 회전자 샤프트(62) 상에 배치된 회전자 코어(60)를 포함하고, 이러한 회전자 코어(60)는 IPM 기계(54)의 길이방향 축 주위를 회전하도록 구성되어 있다. 샤프트(62)는 메인(main) 샤프트 몸체(66) 상에 형성된 다수의 돌출부(64)들을 가지게 구성되고, 이러한 돌출부(64)들은 메인 샤프트 몸체(66) 주위에 그리고 메인 샤프트 몸체(66)의 축 방향 길이를 따라서 원주형으로 형성되어 있다.
도 4에 도시된 것처럼, 회전자 코어(60)는 복수의 별개의 돌출한 회전자 폴(68)들로부터 형성된 분할된 회전자로서 구성된다. 회전자 폴(68)들 각각은 각각의 돌출부(22) 상에 배치되는 라미네이션들(미도시)의 스택으로부터 형성된다. 회전자 폴(68)들을 형성하는 라미네이션들의 스택들은, 인접하는 회전자 폴(68)들 사이에 양극을 잇는(interpolar) 간극(gap)(70)들(즉, 비둘기 꽁지형 오목부(dovetailed recess))이 인접한 회전자 폴들(68) 사이에 형성되도록, 샤프트(62) 둘레에 원주 방향으로 배치된다(즉, 비둘기 꽁지 모양으로). 영구 자석(72)들은 양극을 잇는 간극(70)들에 배치되고, 이 경우 영구 자석(72)들은 회전자(56)과 고정자(58) 사이의 공기 간극에서 방사상으로 향하도록 자기 장을 발생시킨다. 영구 자석(72)들에 의해 발생된 자기 장은 토크를 생성하기 위해 고정자 자기 장과 추가로 상호작용한다.
IPM 기계(10)의 고정자 조립체(58)는 고정자 코어(74)의 중심에서 공동(78)을 형성하도록 원주 방향으로 배치된 다수의 고정자 톱니(76)를 갖는 고정자 코어 (74)를 포함한다. 고정자 조립체(58)는 자기 장을 발생시키고 공동(78)을 규정하는 내부면을 가지고 길이 방향 축을 따라 연장한다. 위에서 논의된 것처럼 회전자 조립체(56)는 고정자 코어(40)에 의해 규정된 공동(78) 내에 배치된다. 고정자 조립체(58)는 톱니(76) 상에서 감기는 분산된 권선(82)들을 수용하기 위한 고정자 슬롯(80)들을 포함한다. 권선(82)들은 예를 들면 구리 코일들로서 형성될 수 있고, AC 전류들에 의해 여기될 때 공기 간극에서 상당히 정현파적으로 회전하는 장(sinusoidal rotating field)을 생성하는 기능을 한다.
이제 도 5 내지 도 7을 참조하면, 일반적으로 둥근 회전자(round rotor)(즉, 돌출한 회전자 폴들이 없는)를 통합하는 추가적인 IPM 기계들이 도시된다. 도 5는 외면(89)에 붙은/임베드된 표면 영구 자석(88)들(SPM들)을 가지는 회전자(86)가 있는 IPM 기계(84)를 예시한다. 도 6과 도 7은 각각 회전자에(즉, 회전자 라미네이션들의 스택 내에) 임베드된 영구 자석(94)들을 가지는 회전자(92)가 있는 IPM 기계(90)의 부분을 보여주고, 이 경우 도 6은 U자 모양의 패턴과 V자 모양의 패턴으로 임베드된 영구 자석(94)들을 가지는 회전자(92)를 예시하고, 도 7은 V자 모양의 패턴으로 임베드된 영구 자석(94)들을 가지는 회전자(92)를 예시한다.
도 8을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 외부 회전자 영구 자석 전기 기계(95)가 예시된다. 기계(95)의 구성은 회전자(96)가 기계의 외부 부분을 형성하고 고정자(97) 주위에 위치하도록 되어 있다. 영구 자석(98)들은 고정자(97)에 인접한 내면 상의 회전자에서 제공되고, 이 경우 영구 자석(98)들은 회전자(96)와 고정자(97) 사이의 공기 간극에서 방사상으로 향하도록 자기 장을 발생시킨다. 영구 자석(98)들에 의해 발생된 자기 장은 토크를 생성하기 위해 고정자 자기 장과 추가로 상호작용한다.
도 3 내지 도 8은 오로지 본 발명의 실시예들을 통합하는 것으로부터 이익을 얻을 수 있는 전기 기계들의 예들을 예시하도록 의도된다. 즉, 본 발명의 실시예들은 복수의 상이한 타입의 PM 전기 기계들로 구현될 수 있고, 따라서 본 발명의 실시예들은 도 3 내지 도 8에서 도시되고 설명되는 전기 기계들의 타입들에만 국한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 통합하는 실시예들로부터 이익을 또한 얻을 수 있는 추가적인 PM 전기 기계들의 비제한적인 목록 - 그 전부가 본 명세서에 명확히 예시되지는 않는다 - 은 모터들 및/또는 발전기(generator)들로서 기능하는 PM 전기 기계들, 방사상 플럭스, 축방향 플럭스, 및 횡방향 플럭스 전기 기계 토폴로지들로서 기능하는 PM 전기 기계들; 및 내부 회전자, 외부 회전자, 이중 고정자, 또는 이중 회전자 전기 기계들을 포함하는 대안적인 방사상 플럭스 기계를 포함한다. 또한, 그러한 PM 전기 기계들은 예를 들면 감긴 톱니(집중된) 또는 분산된 권선들; 형성된 감겨진 코일 또는 랜덤하게 감겨진 코일들; 솔리드(solid) 와이어 전도체들 또는 리츠(Litz) 와이어 전도체들; 및 속이 비지 않거나 속이 빈 전도체들을 포함하는 다양한 특징들/아키텍처들을 통합할 수 있다.
본 발명의 전형적인 실시예들에 따르면, 도 1 내지 도 8에 도시된 PM 전기 기계들 각각은 결함 발생 동안 발생할 수 있는 영구 자석들의 자기소거를 방지하기 위해 작동하는 동안 구현된 보호 계획을 가질 수 있다. PM 전기 기계에 공급된 3상 전압들 및 전류들에서의 변화의 탐지를 통한 것과 같은 PM 전기 기계에서의 결함(예컨대, 턴-투-턴(turn-to-turn) 결함, 풀 페이스 등)의 탐지시, 각 위상에서 PM 전기 기계에 제공된 전압들(그리고 연관된 전류들)을 제어하여 영구 자석들의 자기소거를 방지하도록, PM 전기 기계에 3상 전력을 공급하는 인버터에서의 스위칭을 선택적으로 제어하도록 제어 계획이 작동한다.
이제 도 9를 참조하면, 본 발명을 설명할 목적으로 PM 전기 기계에 3상 전력을 제공하는 모터 드라이브(101)의 부분으로서 작동되는 인버터(100)의 개략도가 예시된다. 도 9에 도시된 것처럼, DC 링크(102)는 PM 전기 기계(104)에 전력을 공급하는 AC 파형으로 3상 펄스 폭 변조(PWM) 인버터(100)에 의해 전환되는 DC 입력 전압을 제공한다. 인버터(100)는 위상 레그(phase leg)마다 2개의 직렬 연결된 스위칭 장치들을 포함한다. 예를 들면, 장치들(106, 108)은 제1 위상 레그를 형성하고, 장치들(110, 112)은 제2 위상 레그를 형성하며, 장치들(114, 116)은 제3 위상 레그를 형성한다. 장치들(106 내지 116)은 예를 들면 IGBT들, MOSFET들, SCR, 또는 IGCT 타입 장치들과 같은 기존의 실리콘 반도체 스위칭 장치들이다. 다이오드(118)들은 각각의 실리콘 스위칭 장치들(106 내지 116)에 걸쳐 반병렬(anti-parallel) 관계로 결합된다. 제어기(120)는 전도성 온(conducting On) 상태와 비전도성 오프(non-conducting OFF) 상태 사이의 스위칭을 제어하기 위해 스위칭 장치들(106 내지 116)에 작동 가능하게 연결되어 PM 전기 기계(104)에 제공된 3상 출력 전류들과 전압들을 제어한다.
작동시, 제어기(120)(그리고 내부의 프로세스(121))는 영구 자석들을 자기소거하는 작용을 하는 피크(peak) 자속 구성요소의 제한, 즉 플럭스의 음의 d축 구성요소를 제한하는 것이 이루어지도록 PM 전기 기계(104)의 결함이 생긴 섹션(들)에서 흐르는 전류(들)와 결합하는 인버터(100)로부터의 대응하는 출력 전류들을 발생시키도록 각 위상(phase)(122)에서 인버터(100)에 의한 전압들 또는 전류들의 세트를 생성하기 위해 - 전압을 제어함으로서 직접적으로 또는 간접적으로 제어되는 전류들을 가지고 - 인버터(100)에서 스위칭 장치들(106 내지 116)의 스위칭을 선택적으로 제어하기 위한(스위칭 장치들로 게이팅 신호(gating signal)들을 제공하는 것을 통해) 제어 계획을 구현하도록 작동한다. 특별한 결함에 맞춤화된(customized) 해결책이 자기소거를 방지하기 위해 제공되도록 PM 전기 기계(104)에 제공된 전류들의 세트는 식별된 결함, 즉 결함 타입, 위상들의 개수 등에 특정될 것이다.
PM 전기 기계에서의 3상 전류들, 전압들, 및 자속들의 제어에 관하여 전기 기계 분석에서 dq0(또는 dqz) 변환이 흔한 도구인 것으로 알려져 있고, 이 경우 dq0 변환은 기계에서 정현파 모양으로(sinusoidally) 변하는 신호들(즉, 전류들, 전압들, 자속들)을 일정한 값들로 변환하는 베이스-변환(base-transformation)이고, 따라서 분석을 수행하기 훨씬 더 쉽게 만든다. 3상 전기 기계에 있어서, 그러한 변환은:
Figure pct00001
로 기술되고, 여기서 P는 이용된 변환 매트릭스이며 θ는 보통 고정자와 회전자 기준점(reference point)들 사이의 상대적인 전기 위치와 같다고 가정되는 그러한 변환의 파라미터이고, 하나의 흔한 선택은 기계들의 위상들 중 하나에서의 기본 플럭스 쇄교자속(flux linkage)의 피크(peak)에 대응하는 고정자-회전사 상대적 위치에 관해 θ=0이라고 가정하는 것이다.
균형이 잡히고(balanced) 대칭적인 3상 시스템에 관해서는, 수학식 1이:
Figure pct00002
를 생기게 하고, 여기서 ω는 rad/s로 표현되는, 자기 장의 기본 구성요소의 전기 속도(electrical speed)이며(
Figure pct00003
, f synch 는 기계의 동기 주파수이다), γ는 기계의 위상들에 공급된 전류들의 균형잡힌 세트와 회전자에 위치한 자석들에 의해 만들어진 회전하는 자기 장에 의해 동일한 위상들에서 유도된 역전기력(back-emf)의 균형잡힌 세트 사이의 위상 변위 각도이다.
하지만, 결함 상태가 존재하는 PM 전기 기계에 관해서는, 기계에서의 3상 전류들, 전압들, 및 자속들이 불균형이 되고, 이러한 불균형이 플럭스의 음의 d축 구성요소가 제한되지 않는 기계에서의 영구 자석들에 손상을 가져올 수 있다는 점이 인지된다. 이제 도 10을 참조하면, 턴-투-턴 결함을 예시하는 개략적이 회로가 일 예에 따라 PM 전기 기계에서의 그러한 불균형을 설명할 목적으로 제공된다. 도 10에서는, 짧아진 턴(shorted turn)들에 걸쳐 결함 저항(fault resistance)(R_short)을 연결함으로써 위상 A의 1차 권선(primary winding) 상에 결함이 예시되었다. 턴-투-턴 결함이 PM 전기 기계에 존재할 때, 결함이 있는 섹션은 실제로 인버터에 의해 직접적으로 공급되지 않은 제4 상(fourth phase)과 같이 행동하고, 따라서 기계에서의 3상 전압들인 Va, Vb, Vc는
Figure pct00004
에 따라 기술될 수 있고, 여기서 벡터들과 매트릭스들은
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
에 대응하며, 여기서 e는 회전하는 자석들에 의해 위상에서 유도된 시변 역전기력들을 나타내고(즉, 개방 회로 전압들),
Figure pct00010
와
Figure pct00011
는 각각 위상(j)의 자기 인덕턴스와 위상들(j와 k) 사이의 상호 인덕턴스를 나타낸다. 잠재적으로, 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스는 또한 이방성 회전자의 영향에 따라 회전자 위치의 함수일 수있다(예컨대, 도 8에 도시된 IPM 구성들). 첨자들인 ah와 af는 각각 위상 권선의 건강한 부분과 결함이 있는 부분을 나타낸다. 마지막으로 용어 Vaf(0-)는 결함의 발생 바로 전의 권선의 결함이 있는 부분에 작용한 유도 전압을 나타내는 수학적 인공물(mathematical artifact)이고, 이러한 용어는 권선의 결함이 있는 부분에 연관되는 인덕턴스에서의 결함의 순간에서 저장된 에너지(자기 장으로서)를 나타낸다. 그러한 에너지가 즉시 0으로 감쇠할 수 없으므로, 전류가 결함 발생 직후에 동일한 진폭을 유지하고 권선 저항의 저항손(ohmic loss)으로서 저장된 에너지가 손실됨에 따라 천천히 감소하도록 결함이 있는 회로에서 전류의 단극 구성요소(unipolar component)을 유도한다 - 궁극적으로는 결함 전류의 순수하게 정현파 구성요소(sinusoidal component)를 이끌어낸다. Vaf(0-)는 정현파 전압원이라기 보다는 DC이다.
턴-투-턴 결함의 발생 동안에는, 결함 전류인 I flt가 제어될 수 있지만, 모든 다른 파라미터가 알려진 상태에서 수학식 3에 의해 매 시간 순간에서 계산될 수 있다. 일단 전류들이 알려지면, 위상들(a, b, c)에서의 쇄교자속들(Ψ)(그리고 가능하게는 턴-투-턴 결함의 경우에서는 a f ,)이 또한:
Figure pct00012
에 따라 계산될 수 있고, 이 경우 Ψ af 는 건강한 위상 a 쇄교자속이며, L은 수학식 3에서 도입된 인덕턴스들의 매트릭스이고, Ψ o 는 개방 회로 쇄교자속이고 이는 역전기력들을 생성한다. 위상 쇄교자속들로부터, 변환된 쇄교자속 값들(Ψ d, Ψ q, Ψ z)이 또한 결정될 수 있으며, 이 경우 Ψ z는 더 이상 상수가 아닌 것이 인지된다(즉, 더 이상 z=0이 아니다). 제4 위상이 도입될 때 수학식 1에서 도시된 변환 매트릭스가 더 이상 유효하지 않고 특정 결함 상태에 관해 맞게 고쳐진 새로운 것이 결정되어야 하는 것을 지적할 가치가 있고, 이는 예를 들면 공간 벡터 분해 방법을 이용함으로써 행해질 수 있다. 새로운 변환은 보통의 d축 및 q축이 전자기계 에너지 전환에 기여하지 않는, z1과 z2라고 부르는 2개의 z축들에 의해 보완되는, 새로운 4차원 공간을 만들어낸다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 인버터(100)(도 9)로부터의 3상 전력(전압들과 연관된 전류들) 출력은 d축 플럭스(Ψ d)가 자기소거 문턱값 아래에 남아 있게 제어되도록 선택적으로 제어되고, 이 경우 d축 플럭스(Ψ d)에서의 변화는 PM 전기 기계의 구성에 기초하여 변할 수 있는 식별된 레벨 밑으로 유지된다(예컨대, -0.2볼트-초(V-s)). 전형적인 실시예에서, Ψ d는 사전 결함(pre-fault) 상태와 후 결함(post-fault) 상태 사이에서 일정하게 유지되고, 이 경우 Ψ q, Ψ z1, 및 Ψ z2는 변동/변하도록 허용되며, 이러한 제어는:
Figure pct00013
에 따라 기술된다.
PM 전기 기계에 통상의 사전 결함 전압들 및 전류들을 계속 공급하면, 그것의 자연 전개(natural evolution) 후에 d축 플럭스(Ψ d )에서 수반되는 변화를 초래하고 잠재적으로 PM 전기 기계에서의 영구 자석들의 자기소거를 야기하는, 결함 전류(I f )를 초래할 수 있음이 인지된다. 하지만, 본 발명의 실시예들에 따르면, I f 의 전개를 제한하고 그에 따라 음의 d축 플럭스(Ψ d )의 진폭을 제어함으로써 PM 전기 기계에서의 영구 자석들의 자기소거를 방지하기 위해, I f 의 전개는 PM 전기 기계에 제공된 전압들/전류들의 적절한 제어 - 턴-투-턴 결함의 경우에서는 3상 전압들 각각을 제어하는 것 또는 단일 위상 결함의 경우에서는 2개의 위상들 상의 전압들을 제어하는 것 - 를 통해 간접적으로 강제/제한될 수 있다.
음의 d축 플럭스(Ψ d )의 변화를 제한함으로써 PM 전기 기계에서 영구 자석들의 자기소거를 방지하는 것 외에, 기계의 지속된 작동이 가능한 많이 최적화되도록 PM 전기 기계에 제공된 전압들/전류들을 변경하는 것이 더 바람직하다. 즉, 영구 자석들의 자기소거를 방지하면서 PM 전기 기계에 제공된 전압들/전류들이 또한 기계에서 최소화된 손실들을 가져오고 사전 결함 작동 상태들(만약 동일하지 않으면, 가능한 높게 유지된 토크/속도/전력)에 비해 기계에서 동일한 토크, 속도, 및 전력을 생성하는 것이 인지된다.
이제 도 11을 참조하고, 도 1 내지 도 9와 구성요소들을 계속해서 다시 참조하면, PM 전기 기계에서 영구 자석들의 자기소거를 방지하기 위한 후-결함 보호 계획(130)을 예시하는 흐름도가 제공되고, 이는 자기소거에 대한 저항이 것의 없음을 보여주는 낮은 비용(예컨대, 세라믹)과 자기소거에 대한 더 높은 저항을 보여주는 더 높은 비용의 영구 자석들을 포함한다(예컨대, 네오디뮴 자석이나 사마륨 자석들과 같은 희토류 자석들). 기술은 단계(132)에서 시작하고 이러한 단계(132)에서는 PM 전기 기계에서의 결함 상태의 탐지가 이루어진다. PM 전기 기계의 결함이 있는 상태는 하나 또는 다중 위상들에서/하나 또는 다중 위상들에 걸친 모터에 공급된 전압들 및/또는 전류들과 함께 PM 전기 기계의 결함에서의 전압들.전류들을 모니터링하고 이들 전압들 및/또는 전류들의 패턴에서의 변화를 측정함으로써 탐지될 수 있다. 탐지된 전압들 및/또는 전류들은 PM 전기 기계에 전력을 공급하는 온 입력 위상들(on input phases) 및/또는 도 9에서 센서(126)들에 의해 예시된 것처럼 PM 전기 기계의 권선(winding)들을 포함하는 다양한 위치들에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 감지 시스템을 통해 제공될 수 있다.
PM 전기 기계에서의 결함의 탐지시, 존재하는 결함의 타입에 관한 결정이 단계(134)에서 이루어진다. PM 전기 기계에 존재하는 결함의 타입의 결정은 도 9에 예시된 제어기(120) 또는 별도의 전용 제어기와 같은 제어기를 통해 이루어질 수 있다. 제어기(120)는 PM 전기 기계에 존재하는 결함의 타입을 식별하기 위해 인텔리전트 전압/전류 신호 식별 기술과 룩업 테이블(lookup table)을 사용하는, 저장된 알고리즘을 내부에 가질 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 이러한 알고리즘은 각 위상에서의 전압/전류 값들의 크기를 결정하고, 위상들 사이의 전압/전류 값들에서의 차이들을 결정하며, 전압/전류 판독값들을 문턱 전압/전류 값들과 비교하기 위해 및/또는 전압/전류 판독값(reading)에서의 패턴을 식별하기 위해 감지 시스템으로부터의 샘플링된(sampled) 전압/전류 판독값들을 분석할 수 있다.
각 위상에서의 전압/전류 값들의 크기를 결정하고 위상들 사이의 전압/전류 값들에서의 차이들을 결정하는데 있어서, 획득한 전압/전류 판독값들은 룩업 테이블 내에 위치한 저장된 문턱 전압/전류 값들과 비교될 수 있고, 나타낸 문턱값들 위 또는 아래에 있는 판독값들은 특별한 결함 타입을 나타낸다. 전압/전류 판독값들에서의 패턴을 식별시에, 획득한 전압/전류 판독값들은 비제한적인 예로서 5밀리초와 같이 미리 정해진 시간 기간에 걸쳐 분석될 수 있고, 그 샘플링 주파수는 모터의 특수한 역학관계와 적용예에 따라서 조정될 것이다. 획득한 전류 판독값들은 그것이 노이즈에 면역이 되고 패턴 탐지를 위한 관련된 주파수 창(frequency window) 동안에 캡처된(captured) 데이터를 포함하도록 필터링될 수 있고 그런 다음 특별한 결함 상태들을 나타내는 미리 정해진 전류 패턴들과 비교될 수 있으며, 그러한 특별한 결함 상태들은 PM 전기 기계의 작동 특성들과 사양들에 따라 달라질 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 비한정적인 예로서, 특별한 결함 상태들을 나타내는 전류 패턴들은 감지된 전류 데이터의 안정화 시간(settling time) 및/또는 감지된 전류 데이터 내의 통합된 패턴에 기초하여 규정될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(120) 또는 그것의 내부 메모리 모듈은 다양한 타입의 PM 전기 기계들에 대한 특별한 결함 상태들을 나타내는 다수의 미리 규정된 전압/전류 패턴들로 프로그래밍된다. 제어기(120)는 특별한 PM 전기 기계의 구성에 관해 적합한 미리 규정된 전압/전류 패턴들에 액세스하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어기(120)는 PM 전기 기계의 작동 동안에 특별한 결함 상태를 나타내는 전류/전압 패턴들을 식별하는 학습 모드에서 작동하도록 프로그래밍된다. 결함이 식별될 때, 제어기(120)는 결함 상태의 표시 전에 감지 시스템으로부터 수신된 감지된 전류/전압 데이터 내의 패턴들을 분석하는 알고리즘을 작동시킨다. 본 발명의 일 실시예에서, 이들 패턴들은 제어기(120)의 메모리 모듈 내 또는 컴퓨터 또는 제어기에 결합된 외부 저장 장치(미도시) 내에 세이브(save)된다. 제어기(120)는 PM 전기 기계의 나중 동작 동안에 특별한 결함을 식별하기 위해 이들 저장된 패턴들에 액세스하도록 프로그래밍된다. 하지만, 본 발명의 다른 실시예들은 결함의 타입을 식별하기 위해 신경망들 및/또는 딥 러닝 기술들을 이용할 수 있다.
단계(136)에서 PM 전기 기계에 존재하는 특별한 결함 타입의 결정시, 기술(130)은 특별한 타입의 결함에 기초하는 적절한 개선 전략(remedial strategy)을 구현함으로써 계속된다. 즉, 그러한 개선 전략은 만약 결함이 예를 들면 단일 위상 대 다중의 상이한 위상들을 수반하는 턴-투-턴 결함이라면 기계에서 상이할 것이다. 구체적이고 적절한 개선 전략을 구현시, 기술(130)은 PM 전기 기계에 3상 전력을 공급하는 인버터에서의 스위칭을 선택적으로 제어하여 그로 인해 각 위상에서 전압들/전류들 출력을 제어하도록 작동한다.
전형적인 실시예에 따른 도 11에 예시된 것처럼, 이러한 개선 전략은 시간 t(k)에서 단계(136)에서 PM 전기 기계에 제공된 3상 전압들을 먼저 결정함으로써 구현된다. 단계(138)에서 결함 전류(I flt )는 전술한 수학식 3의 사용을 통한 것과 같이 시간 t(k)에서 계산된다. 계산된 결함 전류(I flt )에 기초하여, 시간 t(k+1)에서 인버터로부터 PM 전기 기계에 제공될 지령 전류(command current)들은 단계(140)에서 계산되고, 이들 전류들은 영구 자석들을 자기소거하는, 즉 플럭스의 음의 d축 구성요소를 제한하기 위해 작용하는 피크 자속 구성요소의 제한을 가져오도록 PM 전기 기계의 결함이 있는 섹션(들)에서 흐르는 전류(들)과 결합한다. 그런 다음 기술(130)은 시간 t(k+1)에서 개선 전략을 계속해서 구현하기 위해 단계(134)로 되돌아간다(loop back).
그러므로 유익하게, 본 발명의 실시예들은 그러한 전기 기계들에서 영구 자석들의 자기소거를 방지하기 위한 후-결함 보호 계획을 구현하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 후-결함 보호 계획은 PM 전기 기계 타입과 그러한 기계에 의해 경험된 특수한 결함, 즉 결함 타입, 위상들의 개수 등에 기초하여 구현되고, PM 전기 기계에 공급된 3상 전압들 및 전류들은 특별한 결함에 대해 맞추어진 해결책이 자기소거를 방지하기 위해 제공되도록 식별된 결함 타입에 맞게 되어 있다. PM 전기 기계에 공급된 위상 전압들과 전류들을 제어함으로써, 자속 구성요소의 피크 음의 d축 구성요소가 제어될 수 있고, 이 경우 플럭스의 음의 d축 구성요소는 만약 그 값이 일정한 값을 초과한다면 영구 자석들의 자기소거를 행하는 것이 인지된다. 그러므로 결함 후 영구 자석들의 자기소거가 방지되고, 동시에 안전하고 제어된 방식으로 PM 전기 기계에 의해 수행되는 프로세스가 멈추게 되는 것이 허용된다. 따라서, 예를 들면 영구 자석들에 전파되는 손상들 없이, 기계(상대적으로 쉽게 재구성될 수 있는) 및/또는 전력 변환기(power converter)에서 권선들에만 손상을 주는 권선 결함과 같은, PM 전기 기계에서의 결함에 의해 야기된 손상들은 내부의 덜 비싼 구성요소들에 국한/제한된다.
그러므로 본 발명의 일 실시예에 따라, 내부에 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브가 제공된다. 이러한 모터 드라이브는 전기 기계에서 전류 흐름 및 단자 전압들을 제어하기 위해 선택적으로 작동되는 복수의 스위치들을 가지는 인버터와 그러한 인버터에 작동 가능하게 연결되고 전기 기계에서의 전류 흐름 및 단자 전압들을 제어하기 위해 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함한다. 이러한 제어기는 전기 기계에서의 결함을 식별하기 위해 하나 이상의 위상들에서 전기 기계에 제공된 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하고 식별된 결함에 기초하여 전기 기계에서 전류 흐름 및 단자 전압들을 변경하기 위해 인버터에서 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 프로그래밍되고, 이 경우 전기 기계에서의 변경된 전류 흐름 및 단자 전압들은 전기 기계에서 하나 이상의 영구 자석들의 자기 소거를 방지한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전기 기계에서 영구 자석들의 자기 소거를 방지하기 위한 후-결함 보호 기술을 구현하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 제어기를 통해 전기 기계에 공급된 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계, 전기 기계에서의 결함 상태를 탐지하기 위해 제어기를 통해 전기 기계에 공급된 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하는 단계, 제어기를 통해 전압들 및 전류들 중 분석된 적어도 하나에 기초하여 탐지된 결함 상태의 결함 타입을 결정하는 단계, 및 제어기를 통해 결정된 결함 타입에 기초한 적어도 하나의 위상에서 전기 기계에 공급된 전압들 및 전류들을 변경하는 단계를 포함하고, 그러한 적어도 하나의 위상에서의 전기 기계에 공급된 전압들 및 전류들을 변경하는 단계는 전기 기계에서의 결함 전류를 제한하여, 전기 기계에서의 음의 d축 자속을 제어하고 그로 인해 영구 자석들의 자기 소거를 방지한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 연결된 영구 자석 전기 기계로의 전류들 및 전압들 출력을 제어하도록 인버터의 작동을 제어하도록 구성된 제어기가 제공된다. 이 제어기는 하나 이상의 위상들에서 영구 자석 전기 기계에 제공된 전류들 및 전압들 중 적어도 하나에 관한 입력들을 수신하고, 영구 자석 전기 기계에서 결함을 식별하기 위해 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하며, 결함의 식별시, 식별된 결함의 타입에 기초한 영구 자석 전기 기계에 제공된 전류들 및 전압들을 변경하기 위해 인버터에서 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 프로그래밍되는 프로세서를 포함한다. 영구 자석 전기 기계에 제공된 변경된 전류들 및 전압들은 하나 이상의 연구 자석들의 자기 소거를 방지하는 레벨로 영구 자석 전기 기계에서의 d축 자속을 유지한다.
위에서 기술된 설명은 최상의 모드를 포함하는 본 발명을 개시하고 또한 당업자가 임의의 장치들 또는 시스템들을 만들고 사용하는 것과 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 포함하여 본 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기 위해 예들을 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범주는 청구항들에 의해 규정되고, 당업자에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들은 만약 그것들이 청구항들의 어구에 충실한(literal) 언어와는 상이하지 않은 구조적 요소들을 가진다면 또는 그것들이 청구항들의 어구에 충실한 언어들과는 대단치 않은(insubstantial) 차이들을 갖는 동등한 구조적 요소들을 포함한다면 청구항들의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브(motor drive)에 있어서:
    상기 전기 기계에서 전류 흐름과 단자 전압들을 제어하도록 선택적으로 작동되는 복수의 스위치들을 가지는 인버터; 및
    상기 인버터에 작동 가능하게 연결되고 상기 전기 기계에서 상기 전류 흐름과 단자 전압들을 제어하기 위해 상기 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는:
    상기 전기 기계에서 결함(fault)을 식별하기 위해 하나 이상의 위상(phase)들에서 상기 전기 기계에 제공되는 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하고;
    상기 전기 기계에서 상기 하나 이상의 영구 자석들의 자기소거(demagnetization)를 방지하도록, 식별된 결함에 기초하여 상기 전기 기계에서 전류 흐름과 단자 전압들을 변경하기 위해 상기 인버터에서 상기 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 프로그래밍되는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 영구 자석들을 세라믹 영구 자석들을 포함하는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 기계에서 결함 상태(fault condition)를 식별할 때, 상기 제어기는 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들 중 적어도 하나의 패턴에서 변화를 식별하도록 추가로 프로그래밍되는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 기계에서 결함 상태를 식별할 때, 상기 제어기는:
    전압 및/또는 전류 신호(signature)를 식별하도록, 인텔리전트 신호 식별 알고리즘(intelligent signature identification algorithm)을 통해 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하고;
    룩업 테이블(lookup table), 신경망(neural network), 또는 딥 러닝 기술(deep learning technique) 중 하나 이상을 통해 식별된 전압 및/또는 전류 신호에 기초하여 상기 전기 기계에서 결함 타입을 식별하도록 추가로 프로그래밍되는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 기계에서 전류 흐름과 단자 전압들을 변경할 때, 상기 제어기는 변경된 전류 흐름 및 단자 전압들에 기초하여 상기 전기 기계에서 결함 전류를 간접적으로 제어하도록 추가로 프로그래밍되는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전기 기계에서 상기 전류 흐름 및 단자 전압들을 변경하고 상기 결함 전류를 제어할 때, 상기 전기 기계에서 상기 영구 자석들의 자기소거를 방지하도록, 상기 제어기는 상기 전기 기계에서 d축 자속(d-axix magnetic flux)을 소정의 문턱값 이상으로 유지하기 위해 추가로 프로그래밍되는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 기계에서 상기 전류 흐름 및 단자 전압들을 변경할 때, 상기 제어기는 상기 전기 기계에 공급되는 변경된 전압들 및 전류들을 통해 사전-결함 토크(pre-fault torque) 및 속도 레벨(speed level)로 상기 전기 기계에서의 토크 및 속도를 유지하도록 추가로 프로그래밍되는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 기계에서 상기 전류 흐름 및 단자 전압들을 변경할 때, 상기 제어기는 상기 전기 기계에서 변경된 전류 흐름 및 단자 전압들을 통해 상기 전기 기계에서 손실들을 최소화하도록 추가로 프로그래밍되는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 식별된 결함은 턴-투-턴 결함(turn-to-turn fault) 또는 풀 페이스 결함(full phase fault) 중 하나 이상을 포함하는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  10. 제1 항에 있어서,
    구동되는 상기 전기 기계는 모터 및/또는 발전기(generator)로서 작동 가능한, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  11. 제1 항에 있어서,
    구동되는 상기 전기 기계는 방사상 플럭스, 축방향 플럭스, 또는 횡방향 플럭스 전기 기계 중 하나를 포함하고, 상기 전기 기계는 내부 회전자, 외부 회전자, 이중 고정자(dual stator), 또는 이중 회전자 전기 기계 중 하나를 포함하는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  12. 제1 항에 있어서,
    구동되는 상기 전기 기계는 감긴 톱니 또는 분산된 권선(distributed winding)들 중 하나를 포함하고, 상기 전기 기계는 형성된 감겨진 코일(formed wound coil) 또는 랜덤하게 감겨진 코일(random wound coil)들 중 하나를 포함하는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  13. 제1 항에 있어서,
    구동되는 상기 전기 기계는 솔리드 와이어(solid wire) 또는 리츠 와이어(Litz wire)들로서 형성되는 전도체들 또는 속이 비거나 속이 비지 않은 전도체들로서 형성되는 전도체들을 포함하는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 기계의 상기 하나 이상의 영구 자석들은 상기 전기 기계의 회전자 또는 고정자에 위치하고, 상기 하나 이상의 영구 자석들의 구성은 SPM(Surface Permanent magnet), IPM(interior permanent magnet), XPM(Inset permanent magnet)을 포함하거나 스포크 영구 자석(spoke permanent magnet) 구성을 포함하는, 하나 이상의 영구 자석들을 가지는 전기 기계를 구동하기 위한 모터 드라이브.
  15. 전기 기계에서 영구 자석들의 자기소거를 방지하기 위해 후-결함 보호 기술(post-fault protection technique)을 구현하는 방법에 있어서:
    제어기를 통해, 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계;
    상기 제어기를 통해, 상기 전기 기계에서 결함 상태를 탐지하기 위해 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하는 단계;
    상기 제어기를 통해, 상기 전압들 및 전류들 중 분석된 적어도 하나에 기초하여 탐지된 결함 상태의 결함 타입을 결정하는 단계; 및
    상기 제어기를 통해, 상기 결정된 결함 타입에 기초하여 적어도 하나의 단계에서 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들을 변경하는 단계를 포함하고,
    상기 전기 기계에서 음의 d축 자속(negative d-axis magnetic flux)을 제어하고 그로 인해 상기 영구 자석들의 자기소거를 방지하도록, 상기 적어도 하나의 단계에서 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들을 변경하는 단계는 상기 전기 기계에서 결함 전류를 제한하는(constrain), 후-결함 보호 기술을 구현하는 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 전기 기계에서 결함 상태를 탐지하는 단계는 상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들 중 적어도 하나의 패턴에서 변화를 식별하는 단계를 포함하는, 후-결함 보호 기술을 구현하는 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 탐지된 결함 상태의 결함 타입을 결정하는 단계는:
    전압 및/또는 전류 신호를 식별하도록, 인텔리전트 신호 식별 알고리즘을 통해 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하는 단계; 및
    룩업 테이블, 신경망, 또는 딥 러닝 기술 중 하나 이상을 통해, 식별되는 전압 및/또는 전류 신호에 기초하여 상기 전기 기계에서 결함 타입을 식별하는 단계를 포함하는, 후-결함 보호 기술을 구현하는 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 전기 기계에서 상기 d축 자속은 영구 자석들의 자기소거를 방지하도록, 소정의 문턱값 이상으로 유지되는, 후-결함 보호 기술을 구현하는 방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들을 변경할 때, 상기 방법은 상기 전기 기계에 공급되는 변경된 전압들 및 전류들을 통해 사전-결함 토크 및 속도 레벨로 상기 전기 기계에서의 토크 및 속도를 유지하는 단계를 포함하는, 후-결함 보호 기술을 구현하는 방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 전기 기계에 공급되는 전압들 및 전류들을 변경할 때, 상기 방법은 상기 전기 기계의 모든 이용 가능한 위상들에 공급되는 입력 전압들 및 전류들을 제어하기 위해 상기 전기 기계에 작동 가능하게 연결되는 모터 드라이브의 작동을 제어하는 단계를 포함하는, 후-결함 보호 기술을 구현하는 방법.
  21. 연결되는 영구 자석 전기 기계로의 전류들 및 전압들 출력을 제어하도록 인버터의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기에 있어서,
    상기 제어기는:
    하나 이상의 위상들에서 상기 영구 자석 전기 기계에 제공되는 전류들 및 전압들 중 적어도 하나에 관한 입력들을 수신하고;
    상기 영구 자석 전기 기계에서 결함을 식별하기 위해 상기 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석하며;
    결함을 식별할 때, 식별되는 결함의 타입에 기초하여 상기 영구 자석 전기 기계에 제공되는 전류들 및 전압들을 변경하기 위해 상기 인버터에서 복수의 스위치들의 스위칭을 제어하도록 프로그래밍되는 프로세서를 가지고,
    상기 영구 자석 전기 기계에 제공되는 변경된 전류들 및 전압들은 하나 이상의 영구 자석들의 자기소거를 방지하는 레벨로 상기 영구 자석 전기 기계에서 d축 자속을 유지하는, 인버터의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 결함 타입을 나타내는 전압 및/또는 전류 신호를 식별하도록, 상기 프로세서는 인텔리전트 신호 식별 알고리즘을 통해 전압들 및 전류들 중 적어도 하나를 분석함으로써 상기 결함의 타입을 결정하도록 프로그래밍되는, 인버터의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기.
  23. 제21 항에 있어서,
    상기 영구 자석 전기 기계에 제공되는 전류들 및 전압들을 변경할 때, 상기 프로세서는 변경된 전류들 및 전압들에 기초하여 상기 영구 자석 전기 기계에서 결함 전류를 간접적으로 제어하도록 프로그래밍되고, 그로 인해 원하는 레벨로 상기 영구 자석 전기 기계에서 d축 자속을 유지시키는, 인버터의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기.
  24. 제21 항에 있어서,
    상기 프로세서는 공급되는 변경된 전압들 및 전류들을 통해 사전-결함 토크 및 속도 레벨로 상기 영구 자석 전기 기계에서의 토크 및 속도를 유지하도록 프로그래밍되는, 인버터의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기.
  25. 제21 항에 있어서,
    상기 영구 자석 전기 기계에 제공되는 전류들 및 전압들의 변경은 결함 타입과 상기 결함이 존재하는 위상들의 개수에 기초하여 선택적으로 제어되는, 인버터의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3709505B1 (en) * 2019-03-12 2021-05-05 ABB Schweiz AG Method of controlling a multi-phase electrical machine
US11750054B2 (en) * 2020-05-18 2023-09-05 Launchpoint Electric Propulsion Solutions, Inc. Modulated litz wire construction for high power-density motors
DE102020211824A1 (de) * 2020-09-22 2022-03-24 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellensystem sowie Verwendung eines Seitenkanalverdichters
US12130738B2 (en) * 2020-12-22 2024-10-29 Intel Corporation Compressed cache memory with decompress on fault
CN113212169A (zh) * 2021-05-28 2021-08-06 联合汽车电子有限公司 磁链的监控方法、装置、设备和存储介质
WO2023028381A1 (en) * 2021-08-27 2023-03-02 Thompson Claiborn B Electro-mechanical power system and method
EP4468593A1 (en) * 2023-05-24 2024-11-27 Volvo Truck Corporation Electric motor drive system and transient current protection

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4651066A (en) 1982-06-07 1987-03-17 Eaton Corporation Ferrite permanent magnet electrical machine and the application thereof within vehicle traction drives
GB8414953D0 (en) 1984-06-12 1984-07-18 Maghemite Inc Brushless permanent magnet dc motor
JPS62124461A (ja) * 1985-11-26 1987-06-05 Toshiba Corp 異常診断装置
JPH0650951B2 (ja) * 1988-08-12 1994-06-29 新日本製鐵株式会社 サイリスタレオナード装置の故障診断装置
JPH0485284A (ja) * 1990-07-30 1992-03-18 Mitsubishi Electric Corp エレベータドアの制御装置
JP2519327Y2 (ja) * 1990-11-30 1996-12-04 株式会社カイジョー 指向性ビーム出力回路
JPH09289799A (ja) * 1996-04-19 1997-11-04 Toyota Motor Corp 永久磁石モータの制御装置
JP3865157B2 (ja) 1996-06-05 2007-01-10 株式会社デンソー 車両用交流発電機
JP2000228838A (ja) 1998-12-01 2000-08-15 Toyota Motor Corp 永久磁石モータ
US6340857B2 (en) 1998-12-25 2002-01-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Motor having a rotor with interior split-permanent-magnet
EP1065777B1 (en) 1999-06-30 2004-10-13 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Rare earth-based sintered magnet and permanent magnet synchronous motor therewith
SE0102753D0 (sv) 2001-08-17 2001-08-17 Abb Ab A fluid handling system
JP2004261275A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 洗濯乾燥機
JP2005049178A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Toenec Corp 電動機駆動系における故障検出診断システム
JP2005127406A (ja) 2003-10-23 2005-05-19 Nissan Motor Co Ltd 駆動システムの回転電機保護制御装置
US7190101B2 (en) * 2003-11-03 2007-03-13 Light Engineering, Inc. Stator coil arrangement for an axial airgap electric device including low-loss materials
KR100666504B1 (ko) * 2004-07-16 2007-01-09 엘에스산전 주식회사 벡터형 인버터 시스템의 전류센서 고장식별 및 오차보상을위한 장치 및 방법
JP4668721B2 (ja) 2004-11-30 2011-04-13 日立オートモティブシステムズ株式会社 永久磁石式回転電機
US7258526B2 (en) 2005-03-18 2007-08-21 Pratt & Whitney Canada Corp. Eddy current heating for reducing transient thermal stresses in a rotor of a gas turbine engine
JP4910486B2 (ja) * 2006-05-31 2012-04-04 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置
JP5134846B2 (ja) * 2007-03-26 2013-01-30 株式会社東芝 永久磁石電動機ドライブシステム
JP2008245497A (ja) * 2007-03-29 2008-10-09 Toshiba Corp 車両用電源装置
JP2009005553A (ja) * 2007-06-25 2009-01-08 Hitachi Ltd 永久磁石モータの制御方式および方法、並びにエレベータの制御方式
JP2009022091A (ja) * 2007-07-11 2009-01-29 Toshiba Corp 永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置
FR2930692B1 (fr) 2008-04-28 2017-04-28 Cooltech Applications Moteur electrique pourvu de moyens de refroidissement selectifs
JP2009273247A (ja) * 2008-05-08 2009-11-19 Toyota Motor Corp 回転電機
JP2010130823A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Nissan Motor Co Ltd 永久磁石付き界磁巻線型モータ及びモータ駆動制御装置
US7843100B2 (en) 2009-03-18 2010-11-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Methods and apparatus for preventing demagnetization in interior permanent magnet machines
JP5493793B2 (ja) * 2009-12-09 2014-05-14 株式会社デンソー ブラシレスモータ駆動装置
JP5589506B2 (ja) 2010-03-31 2014-09-17 株式会社富士通ゼネラル 永久磁石モータ
US8610452B2 (en) * 2010-04-23 2013-12-17 Korea University Research And Business Foundation Apparatus and method for diagnosing permanent magnet demagnetization of permanent magnet synchronous motor, and apparatus for driving permanent magnet synchronous motor
DE202010015364U1 (de) * 2010-11-11 2012-02-17 Hans-Peter Wyremba Bürstenloser Elektromotor oder Generator in Schalenbauweise
JP5781326B2 (ja) * 2011-02-25 2015-09-16 Ntn株式会社 電気自動車
US8796895B2 (en) 2011-05-26 2014-08-05 Lg Electronics Inc. Electric motor and electric vehicle having the same
JP5863410B2 (ja) * 2011-11-16 2016-02-16 信越化学工業株式会社 回転子及びスポーク型ｉｐｍ永久磁石式回転機
US8872455B2 (en) * 2012-05-22 2014-10-28 Deere & Company Method and controller for an electric motor with fault detection
JP5616409B2 (ja) * 2012-09-06 2014-10-29 ファナック株式会社 永久磁石の不可逆減磁を防止する永久磁石同期電動機の制御装置及びそのような制御装置を備える制御システム
US9018881B2 (en) * 2013-01-10 2015-04-28 GM Global Technology Operations LLC Stator winding diagnostic systems and methods
JP2015065758A (ja) * 2013-09-25 2015-04-09 日立アプライアンス株式会社 圧縮機
CN105450112B (zh) * 2014-02-17 2017-09-12 南通大学 具有容错运行能力的独立相控结构的风力发电系统
CN104049159A (zh) * 2014-05-16 2014-09-17 北京京东方能源科技有限公司 逆变器的故障检测方法和检测装置
GB201418685D0 (en) * 2014-10-21 2014-12-03 Rolls Royce Plc Gas turbine engine fuel system
JP6423264B2 (ja) * 2014-12-25 2018-11-14 株式会社Ｓｏｋｅｎ 電力変換装置
EP3261248B1 (en) * 2015-02-17 2025-11-26 Mitsubishi Electric Corporation Permanent magnet three-phase duplex motor and electric power steering device
WO2016135840A1 (ja) * 2015-02-24 2016-09-01 三菱電機株式会社 電動駆動装置、及び電動パワーステアリング装置
US20170272024A1 (en) * 2016-03-21 2017-09-21 Simmonds Precision Products, Inc. Motor drive, harness, and motor fault detection for a multi-channel electric brake actuator controller
CN106338264B (zh) * 2016-08-19 2018-08-21 江苏大学 混合动力车用开关磁阻bsg位置传感器的故障诊断方法
CN106712601B (zh) * 2017-01-25 2018-10-02 东南大学 基于铜耗最小的轴向磁场磁通切换容错电机容错控制方法

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