KR20030014270A - 전기 모터를 갖는 액추에이터 - Google Patents

전기 모터를 갖는 액추에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위치에 좌우되는 총합 모멘트로써 작동하고 전자식으로 정류된 전기 모터를 구비한 액추에이터에 관한 것이며, 상기 전기 모터는 연속적으로 증가하는 모멘트 시간 특성 곡선에 따라 모멘트 조절기 및 조절 시스템에 의해, 프리세팅 가능하며 회전 모멘트에 따르는 목표값으로 조절될 수 있고, 모멘트 조절기에는 조절 신호를 도출하기 위해 목표값 외에도, 회전 모멘트에 따르는 전기 모터의 실제값이 제공될 수 있다. 모멘트 조절에는, 총합 모멘트의 최대치 사이에서 최소치가 빠르고 확실하게 통과되고 전기 모터가 최대치의 영역에서 정지하도록 하는 위치 조절이 기초가 된다.

Description

전기 모터를 갖는 액추에이터{Actuator with an electric motor}
위치에 따라 좌우되는 모터 회전 모멘트를 갖는 전기 모터의 경우, 상의 중첩 영역에 바로 총합 모멘트의 강하가 주어지며, 상기 강하는 스위칭된 릴럭턴스 모터로서 전기 모터가 설계될 때 특정의 회전 모멘트 레벨로부터 상전류의 상승을 통해 더 이상 보상될 수 없다. 다른 모터 토폴로지의 경우, 모터 회전 모멘트 위치 특성 곡선은 교대로 최소치와 최대치를 제시하며 최대치는 전기 모터의 단지 각각 하나의 상이 공급되는 위치에서 일어난다.
최소치는 서로 연달아 전류가 공급되는 2 개의 상의 중첩 영역에 위치하며, 이때 양 상에는 전류가 공급되고, 상기 상에 의해 모터 회전 모멘트가 일어나며 상기 모멘트의 총합은 하나의 상에 의해 발생된 최대 모터 회전 모멘트보다 작다.
모터 회전자의 위치가 천천히 그리고 연속적으로 변하면, 조정된 종료 위치에서 정지 위치는 모터 회전 모멘트 위치 특성 곡선의 최소치와 일치할 수 있다. 최소치의 상기 위치로부터 전기 모터가 시동되는 것은, 부하 모멘트가 높고 정지 마찰이 클 경우 더 이상 확실히 일어나지 않을 수 있다.
조절 과정 중 목표 모멘트가 크고 모멘트의 변화가 느릴 경우, 총합 모멘트의 최소치가 통과될 경우 부하 모멘트 및 마찰로 인해서 전기 모터가 정지할 위험이 있다.
본 발명은 위치에 따라 좌우되는 총합 모멘트로써 작동하고 전자식으로 정류된 전기 모터를 구비한 액추에이터에 관한 것이며, 상기 전기 모터는 연속적으로 증가하는 모멘트 시간 특성 곡선에 따라 모멘트 조절기 및 조절 시스템에 의해, 프리세팅 가능하며 회전 모멘트에 따르는 목표값으로 조절될 수 있고, 모멘트 조절기에는 조절 신호를 도출하기 위해 목표값 외에도, 회전 모멘트에 따르는 전기 모터의 실제값이 제공될 수 있다.
도 1은 전류가 일정한 경우 회전자각에 따르는, 3상이며 4극인 전기 모터의 총합 모멘트를 도시한 그래프.
도 2는 전기 모터의 모멘트 시간 특성 곡선을 도시한 그래프.
도 3은 시간에 따른, 모멘트 조절기의 조절 신호로서 목표 위치를 도시한 그래프.
도 4는 컴퓨터 회로에 의해, 시간 및 모멘트에 따라 변경되고 위치 컴퓨터에 공급된 목표 위치를 도시한 그래프.
도 5는 모멘트 조절기, 컴퓨터 회로, 위치 조절기 및 조절 시스템을 구비한 전기 모터의 조절 회로를 도시한 도면.
본 발명의 과제는 서두에 언급된 종류의 전기 모터를 갖는 액추에이터에서, 항상 최종 위치에 도달되도록 하는 것이며, 상기 위치는 구동이 새롭게 시작된 경우 및 부하 모멘트가 높은 경우와 마찰이 큰 경우에도 액추에이터의 확실한 시동을 보장한다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 모멘트 조절기가 조절 신호를 목표 위치로서 송출해서 하위의 위치 조절기에 제공함으로써, 또한 전기 모터의 최대 모멘트보다 작으며 프리세팅된 임계값 모멘트에 도달할 때까지 목표 위치는 위치 조절기에 변경되지 않게 공급될 수 있고 조절 시스템을 위해 조절 신호를 도출하기 위해 전기 모터의 실제 위치가 사용됨으로써, 임계값 모멘트가 초과된 후 프리세팅된 목표 위치에 도달될 때까지, 목표 위치가 변경된 목표 위치로서 위치 조절기에 공급될 수 있음으로써 해결되며, 변경된 목표 위치는 증가된 총합 모멘트의 후속하는 피크값의 상승에 상응하여 여러번 갑자기 상승된다.
부가적인 위치 조절에 의해, 전기 모터는 항상 최종 위치에 오게 되며, 상기 최종 위치는 모멘트 위치 특성 곡선의 최대치의 영역에 위치하고, 따라서 후속하는 재시동시 근사한 최대 모터 회전 모멘트로써 시동된다. 따라서 높은 부하 모멘트와 큰 마찰은 확실히 극복되며 전기 모터의 확실한 시동이 보장된다.
또한 변경된 목표 위치가 갑작스럽게 변함으로써, 목표값이 증가할 경우 프리세팅된 임계값 모멘트로부터 총합 모멘트의 최소치가 빠르고 확실하게 통과되며 후속하는 최대치의 다음 위치는 마지막으로, 목표값에 상응하는 최종 위치에 도달될 때까지 조정될 수 있다.
액추에이터는 전기 모터식으로 작동하는 자동차 브레이크에서 전형적으로 사용된다. 전기 모터는 높은 모멘트를 일으키는 작동점으로부터 시동되고 제동력은 천천히 계속 상승된다. 브레이크 플라이어를 조정하는 전기 모터는 브레이크의 이미 높은 복원 모멘트에 대항해 상기 플라이어를 천천히 계속 눌러야 한다. 본 발명에 따른 조절에 의해 최종력은 대략 8% 증가될 수 있고 동시에 자동차 전기 계통으로부터의 전류 소비도 대략 삼분의 일로 줄어든다.
실시예에 따라 임계값 모멘트는 전기 모터의 최대 모멘트의 대략 70%로 선택된다.
임계값 모멘트가 초과된 후 변경된 목표 위치가 계속 상승하는 것은, 변경된 목표 위치가 매번 갑자기 상승한 후 그 값은 총합 모멘트의 후속하는 최대치에 할당된, 변경되지 않은 목표 위치에 이를 때까지 일정하게 유지되고 그 후 다시 갑자기 변경되도록 설계된다.
따라서 변경된 목표 위치는 모멘트 조절기의 위치 신호의 함수, 프리세팅된 임계값 모멘트의 함수 및 회전 모멘트에 따르는 목표값의 함수이다.
조절 회로는 바람직한 방법에 따라, 모멘트 조절기와 위치 조절기 사이에 컴퓨터 회로가 삽입되도록 또한 상기 컴퓨터 회로가 목표 위치에 따라 또한 임계값 모멘트의 고려하에 목표값에 따라 목표 위치를 변경된 목표 위치로 변환하여 위치 조절기에 공급하도록 구성되며, 상기 컴퓨터 회로에는 목표값 및, 모멘트 조절기의 조절 신호가 목표 위치로서 공급될 수 있다.
본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 실시예에 의해 더 자세히 설명된다.
도 1은 4 개의 회전자극 및 3 상을 구비하며 스위칭된 릴럭턴스 모터의, 위치에 따르는 모멘트 위치 특성 곡선을 도시한다. 상기 모터 토폴로지의 경우, 인접한 상(Ph1, Ph2, Ph3및 Ph4) 사이의 중첩 영역에 있는 총합 모멘트(Mss)는 분명한 강하를 도시하는데, 즉 특정의 모멘트로부터 상 전류의 상승을 통해 더 이상 보상될 수 없는 최소치를 도시한다. 예컨대 6 개의 회전자극 및 4 상인 다른 모터 토폴로지의 경우, 총합 모멘트는 2 개의 상이 중첩된 영역에서 최대치 및 최소치를 도시하며, 여기서는 단지 하나의 상만이 전류 공급된다. 각각의 경우, 위치에 따르는 총합 모멘트로써 작동하는 전기 모터에 관한 것이다.
선택된 실시예에서 총합 모멘트(Mss)의 최대치는 단지 하나의 상(Ph1, Ph2또는 Ph3) 만이 전류 공급되는 위치(P1내지 P4)에 위치한다. 상기 최대치 사이에, 도 1에 따른 모멘트 위치 특성 곡선에 도시된 바와 같이 최소치가 위치한다. 도시된 임계값 모멘트(Msw)는 최대 피크값(M) 100%의 대략 70%로 선택된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 목표값(Msoll)에는 연속적으로 증가하는 목표값 시간 특성 곡선이 할당되며, 상기 시간 특성 곡선은 액추에이터 조정 운동시, 즉 전기 모터의 시동을 조정할 시에 시간의 경과를 재현한다. 이때 시점(t1) 후 프리세팅된 임계값 모멘트(Msw)에 이른다.
도 3은 상응하는 시간 그래프의 경우, 모멘트 조절기에 의해 송출된 목표 위치가 위치 조절기에 대한 조절 신호로서 연장되는 것을 도시한다. 마지막으로도 4는 시점(t1)으로부터, 즉 프리세팅된 임계값 모멘트(Msw)가 초과되면서부터 목표 위치가 변경된 목표 위치로 전환되는 것을 도시한다. 임계값 모멘트(Msw)에 도달하면, 변경된 목표 위치는 갑자기 최대값(P1)에 할당된 값으로 변경된다. 따라서 총합 모멘트의 후속된 최소치는 빠르고 확실하게 통과될 수 있다. 변경된 목표 위치의 상승된 값은 위치(P2)에 도달할 때까지 유지된다. 그 후 변경된 목표 위치의 갑작스러운 변경은, 프리세팅된 목표값(Msoll)에 상응하는 위치(P1, P2, P3또는 P4)에 도달되고 전기 모터가 정지할 때까지 재현된다. 총합 모멘트가 계속적으로 상승할 경우, 최대치도 상승되고 도 4에 따른 특성 곡선의 갑작스러운 변화가 검출되는 것이 인지된다.
전기 모터에 대한 전체 조절 회로는 도 5에 개략적으로 도시된다. 회전 모멘트에 따르는 목표값(Msoll)은 회전 모멘트에 따르는 실제값(Mist)과 함께 모멘트 조절기(RM)에 공급되며 상기 조절기는 조절 신호로서 목표 위치를 후속하는 컴퓨터 회로(RS)에 전송하고, 상기 신호는 도 3에 도시된 특성 곡선을 따른다. 목표값(Msoll)은 컴퓨터 회로(RS)에도 공급되며, 상기 회로는 임계값 모멘트(Msw)의 고려하에 상기 특성 곡선을 도 4에 따라 변경된 목표 위치에 대한 변경된 특성 곡선으로 전환한다. 도 3과 4에 따른 특성 곡선의 비교는 변경된 목표 위치의 특성 곡선이, 시점(t1)에 대해 임계값 모멘트(Msw)에 도달할 때까지 도 3에 따른 목표 위치의 특성 곡선에 대해 변하지 않은 채로 이뤄지는 것을 나타낸다. 그러나 그 후 변경된 목표 위치는 갑작스럽게 변경되며, 상기의 갑작스러운 변경은 컴퓨터 회로(RS)에 의해 프리세팅되므로 상기 변경은 총합 모멘트(Mss)의 후속하는, 증가하는 최대치의 위치에 상응한다. 이로써 최대치(P1, P2) 사이에서 일어나는 최소치는 빠르고 확실하게 통과될 수 있다. 도 4에 따른 특성 곡선에 도시된 바와 같이, 최소값이 매번 통과되는 경우 변경된 목표 위치의 상기와 같은 갑작스러운 변경은 위치(P1내지 P4)에 있는 전기 모터가 마지막으로 목표값(Msoll)에 도달하면서 정지될 때까지 재현된다.

Claims (5)

  1. 위치에 좌우되는 총합 모멘트로써 작동하고 전자식으로 정류된 전기 모터를 구비한 액추에이터로서, 상기 전기 모터는 연속적으로 증가하는 모멘트 시간 특성 곡선에 따라 모멘트 조절기 및 조절 시스템에 의해, 프리세팅 가능하며 회전 모멘트에 따르는 목표값으로 조절될 수 있으며, 모멘트 조절기에는 조절 신호를 도출하기 위해 목표값 외에도, 회전 모멘트에 따르는 전기 모터의 실제값이 제공될 수 있는 액추에이터에 있어서,
    상기 모멘트 조절기(RM)는 조절 신호를 목표 위치로서 송출하여 하위의 위치 조절기(RP)에 제공하며, 전기 모터의 최대 모멘트(Mss) 보다 작고 프리세팅된 임계값 모멘트(Msw)에 도달할 때까지 목표 위치는 변경되지 않게 위치 조절기(RP)에 공급될 수 있고 조절 시스템(S)를 위한 조절 신호(u)를 도출하기 위해 전기 모터의 실제 위치가 사용되며, 임계값 모멘트(Msw)가 초과된 후 목표 위치는 프리세팅된 목표 위치에 도달할 때까지, 변경된 목표 위치로서 위치 조절기(RP)에 공급될 수 있고, 변경된 목표 위치는 증가된 총합 모멘트(Mss)의 후속하는 피크값(P1 내지 P4)의 증가에 상응하게 여러번 갑자기 상승하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 임계값 모멘트(Msw)는 전기 모터의 최대 모멘트의 대략 70%에 일치하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 변경된 목표 위치가 매번 갑작스럽게 상승된 후 그 값은, 총합 모멘트(Mss)의 후속하는 최대치에 할당된, 변경되지 않은 목표 위치에 이를 때까지 일정하게 유지되며 그 후 다시 갑자기 변경되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 변경된 목표 위치는 모멘트 조절기(RM)의 위치 신호의 함수, 프리세팅되며 회전 모멘트에 따르는 목표값(Msoll)의 함수 및 프리세팅된 임계값 모멘트(Msw)의 함수인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모멘트 조절기(RM)dhk 위치 조절기(RP) 사이에 컴퓨터 회로(RS)가 삽입되며, 상기 회로에는 모멘트 조절기(RM)의 조절 신호가 목표 위치로서, 또한 목표값(Msoll)이 공급될 수 있고, 컴퓨터 회로(RS)는 목표 위치및, 임계값 모멘트(Msw)의 고려하에 목표값(Msoll)에 따라 목표 위치를 변경된 목표 위치로 변환하여 위치 조절기(RP)에 공급하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
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