KR20240007671A - 모터 시스템을 위한 동적으로 구성 가능한 하드웨어 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

특정 모터 조건이 주어지면 성능을 개선시키기 위해 재구성될 수도 있는 재구성 가능 전기 모터(또는 기계)이다. 모터는 고정자, 회전자, 복수의 마이크로인버터를 포함하는 마이크로인버터 네트워크, 및 처리 회로를 포함하는 모터 제어기를 포함하는 모터 시스템의 부분이다. 모터 제어기는 복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어한다. 모터 제어기는 결정된 모터 조건에 기초하여, 모터를 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하고, 여기서 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖는다. 모터 제어기는 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 추가로 제어한다.

Description

모터 시스템을 위한 동적으로 구성 가능한 하드웨어 시스템 및 그 동작 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 2021년 5월 13일 출원된 발명의 명칭이 "모터 시스템을 위한 동적으로 구성 가능한 하드웨어 시스템 및 그 동작 방법(Dynamically Configurable Hardware System for Motor System and Method for Operating Same)"인 미국 가출원 제63/188,374호에 대한 우선권을 주장한다.

연방 정부 후원 연구에 관한 진술

해당 없음

기술분야

본 명세서에 설명된 기술은 일반적으로 전기 모터에 관한 것으로서, 더 구체적으로 전기 모터의 구성 가능성(configurability)에 관한 것이다.

다양한 유형의 전기 모터가 많은 산업 및 상황에서 생산되어 사용되어 왔다. 특정 유형의 모터는 효율 레벨, 최대/최소 토크 출력 레벨, 최대/최소 속도 레벨 등과 같은 특정 사용 경우에 바람직한 특정 특성을 갖도록 선택되고 설계될 수도 있다.

특정 용례 내에서, 모터의 동작 특성은 해당 용례의 상황에 따라 크게 달라질 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 상황에서, 차량의 트랙션 모터로서 역할을 하는 전기 모터가 높은 토크를 제공하도록 요청될 수도 있고, 반면 다른 상황에서는, 낮은 토크 출력이 허용 가능하다. 전기 모터는 각각의 상황에서 적절한 성능을 제공하도록 설계될 수도 있다. 그러나, 각각의 상황에서 적절한 성능을 제공하기 위해 설계 고려 사항을 균형화함으로써, 전기 모터는 각각의 상황에서 차선으로 동작할 수도 있다. 예를 들어, 높은 토크 출력을 최적화하기 위해(예를 들어, 전력 효율적인 방식으로 높은 토크 출력을 제공함) 특정 수의 자기 극, 고정자 권선, 회전자 권선, 톱니 등으로 모터를 설계하기보다는, 모터는 특정 평균 전력 효율에서 용례에 필요한 토크의 범위를 제공할 수도 있는 극, 고정자 권선, 회전자 권선 등의 수를 갖도록 설계될 수도 있다. 그러나, 높은 토크 상황에서는, 모터는 모터가 높은 토크 상황을 위해 특별히 설계된 경우 가능한 것보다 덜 효율적으로 동작할 수도 있고; 낮은 토크 상황에서는, 모터는 모터가 낮은 토크 상황을 위해 특별히 설계된 경우 가능한 것보다 덜 효율적으로 동작할 수도 있다. 또한, 전통적인 영구 자석 기계는 회전자가 자기 재료에 의해 정의된 영구 필드, 및 극을 갖기 때문에 이들의 극 수를 재구성할 수 없다. 이는 이러한 회전자 설계를 본질적으로 불변적이고 정적이 되게 하는데 여기서 회전자의 토폴로지 또는 기계 내의 극 쌍 수가 동작 상황에 기초하여 변경될 수 없다.

본 명세서에 설명된 실시예는 특정 모터 조건(예를 들어, 모터 전류, 모터 전압, 모터 전력, 모터 토크, 현재 모터 구성, 수신된 모터 명령(토크 또는 속도))이 주어지면 성능을 개선하도록 재구성될 수도 있는 재구성 가능, 또는 적응 가능한 전기 모터에 관한 것이다. 예를 들어, 이러한 재구성은 전기 기계의 고정자 및/또는 회전자 내의 극 수, 권선 패턴, 기자력(mmf) 분포, 전류 분포 및/또는 전압 분포를 변경하는 것을 칭할 수도 있다.

일 실시예에서, 모터를 제어하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터 네트워크의 마이크로인버터를 제어하는 단계를 포함한다. 방법은 모터의 하나 이상의 모터 조건을 결정하는 단계, 및 하나 이상의 모터 조건에 기초하여, 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하는 단계를 더 포함한다. 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖는다. 방법은 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터 네트워크의 마이크로인버터를 제어하는 단계를 더 포함한다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터 네트워크는 고정자 슬롯 전도체에 대한 전력을 조절하는 고정자 마이크로인버터 네트워크이고, 제1 극 수는 제1 고정자 극 수이고, 제2 극 수는 제2 고정자 극 수이다.

몇몇 예에서, 각각의 마이크로인버터는 제1 DC 버스 소스에 결합되는 제1 직류(DC) 단자, 제2 DC 버스 소스에 결합되는 제2 직류 단자, 및 제1 DC 버스 소스와 제2 DC 버스 소스를 고정자 슬롯 전도체 중 적어도 하나에 선택적으로 연결하는 전력 스위칭 소자를 포함한다.

몇몇 예에서, 제1 DC 버스 소스는 DC 버스 바아 링이다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터는 인버터 마이크로제어기를 각각 포함하고, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터를 제어하는 단계는: 인버터 마이크로제어기에 의해, 중앙 마이크로제어기로부터 제어 명령을 수신하는 단계; 및 각각의 인버터 마이크로제어기에 의해, 제어 명령에 기초하여 발생된 제어 신호로 인버터 마이크로제어기를 갖는 마이크로인버터의 전력 스위칭 소자를 제어하는 단계를 포함한다.

몇몇 예에서, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터를 제어하는 단계는: 마이크로인버터의 전력 스위칭 소자에 의해, 중앙 마이크로제어기로부터 제어 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터는 모터의 고정자의 제1 축방향 측면 상의 마이크로인버터의 제1 서브세트 및 제1 축방향 측면에 대향하는 고정자의 제2 축방향 측면 상의 마이크로인버터의 제2 서브세트를 포함하고, 마이크로인버터의 제1 서브세트의 각각의 마이크로인버터는 고정자 슬롯 전도체의 전도체에 의해 마이크로인버터의 제2 서브세트의 적어도 하나의 마이크로인버터에 결합된다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터는 모터의 회전자와 함께 회전하고 회전자 슬롯 전도체에 대한 전력을 조절하는 회전자 마이크로인버터이고, 제1 극 수는 제1 회전자 극 수이고, 제2 극 수는 제2 회전자 극 수이다.

몇몇 예에서, 모터 조건에 기초하여 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정하는 단계는: 하나 이상의 모터 조건에 기초하여 제1 구성에 대한 비용을 결정하는 단계; 및 하나 이상의 모터 조건에 기초하여 제2 구성에 대한 비용을 결정하는 단계를 포함한다.

몇몇 예에서, 제2 극 수는 제1 극 수보다 크고, 모터 조건에 기초하여 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정하는 단계는: 하나 이상의 모터 조건의 토크 명령이 토크 임계값을 초과한다고 결정하는 단계를 포함한다.

몇몇 예에서, 제1 구성 및 제2 구성은 모터(예를 들어, 모터의 고정자 및/또는 회전자의) 내의 극 수, 권선 패턴, mmf-분포, 전류 분포, 및/또는 전압 분포 중 하나 이상을 정의한다.

다른 실시예에서, 모터의 고정자 조립체, 회전자의 회전자 조립체, 복수의 마이크로인버터를 포함하는 마이크로인버터 네트워크 및 처리 회로를 포함하는 전자 모터 제어기를 포함하는 모터 시스템이 제공된다. 고정자 조립체는 고정자 베이스로부터 반경방향으로 연장하는 복수의 톱니 및 복수의 슬롯을 포함하고, 복수의 슬롯의 슬롯은 복수의 톱니 중 각각의 인접한 톱니의 쌍 사이에 있다. 각각의 슬롯은 고정자 조립체의 복수의 고정자 슬롯 전도체 중 적어도 하나의 고정자 슬롯 전도체를 수용하도록 구성된다. 회전자 조립체는 고정자 조립체에 대해 회전하도록 구성된다. 전자 모터 제어기는 복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하기 위해 복수의 마이크로인버터를 제어하도록 구성된다. 전자 모터 제어기는 모터의 하나 이상의 모터 조건을 결정하고, 모터 조건에 기초하여, 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하도록 더 구성된다. 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖는다. 전자 모터 제어기는 제2 구성에 따라 모터를 구동하기 위해 복수의 마이크로인버터를 제어하도록 더 구성된다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터 네트워크는 고정자 슬롯 전도체에 대한 전력을 조절하는 고정자 마이크로인버터 네트워크이고, 제1 극 수는 제1 고정자 극 수이고, 제2 극 수는 제2 고정자 극 수이다.

몇몇 예에서, 복수의 마이크로인버터의 각각은 양의 DC 버스 소스에 결합되는 양의 직류 단자, 음의 DC 버스 소스에 결합되는 음의 직류 단자, 및 양의 DC 버스 소스와 음의 DC 버스 소스를 고정자 슬롯 전도체 중 적어도 하나의 고정자 슬롯 전도체에 선택적으로 연결하는 전력 스위칭 소자를 포함한다.

몇몇 예에서, 복수의 마이크로인버터의 각각은 인버터 마이크로제어기를 포함하고, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어하기 위해, 전자 모터 제어기는 인버터 마이크로제어기에 제어 명령을 송신하도록 더 구성되고; 각각의 인버터 마이크로제어기는 제어 명령에 기초하여 발생된 제어 신호로 인버터 마이크로제어기를 갖는 마이크로인버터의 전력 스위칭 소자를 제어하도록 구성된다.

몇몇 예에서, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터를 제어하기 위해, 전자 모터 제어기는: 마이크로인버터의 전력 스위칭 소자에 제어 신호를 송신하도록 더 구성된다.

몇몇 예에서, 복수의 슬롯은 N개의 슬롯을 포함하고, 고정자 마이크로인버터 네트워크는 적어도 N/2개의 마이크로인버터를 갖는다.

몇몇 예에서, 모터 조건에 기초하여 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정하기 위해, 전자 모터 제어기는: 모터 조건 및 토크 요구에 기초하여 제1 구성에 대한 비용을 결정하고; 모터 조건 및 토크 요구에 기초하여 제2 구성에 대한 비용을 결정하도록 더 구성된다.

몇몇 예에서, 제2 극 수는 제1 극 수보다 크고, 모터 조건에 기초하여 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정하기 위해, 전자 모터 제어기는: 토크 요구가 토크 임계값을 초과하는 것으로 결정하도록 더 구성된다.

몇몇 예에서, 복수의 슬롯은 N개의 슬롯을 포함하고, 고정자 마이크로인버터 네트워크는 N개의 마이크로인버터, 2×N개의 마이크로인버터, 및 4×N개의 마이크로인버터의 그룹으로부터 선택된 하나를 갖는다.

몇몇 예에서, 고정자 마이크로인버터 네트워크는 인쇄 회로 기판 조립체를 포함하고, 복수의 마이크로인버터는 인쇄 회로 기판 조립체 상에 위치되고, 복수의 마이크로인버터의 각각은: 적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및 복수의 슬롯의 슬롯을 통과하는 복수의 고정자 슬롯 전도체의 고정자 슬롯 전도체에 연결된 단자를 포함한다.

몇몇 예에서, 시스템은 고정자 조립체의 제1 축방향 단부에 있는 제1 직류(DC) 버스 소스; 및 고정자 조립체의 제1 축방향 단부에 있고 제1 DC 버스 소스의 반경방향 내향에 위치되는 제2 DC 버스 소스를 더 포함하고, 복수의 마이크로인버터는 상이한 원주방향 위치에서 인쇄 회로 기판 조립체 상에 위치되고, 복수의 마이크로인버터의 각각은: 제1 DC 버스 소스에 연결된 제1 DC 단자, 및 제2 DC 버스 소스에 연결된 제2 DC 단자를 더 포함한다.

몇몇 예에서, 제1 DC 버스 소스는 DC 버스 바아 링이다.

몇몇 예에서, 인쇄 회로 기판 조립체는 제1 인쇄 회로 기판 조립체이고, 제1 인쇄 회로 기판 조립체 상의 복수의 마이크로인버터는 마이크로인버터의 제1 서브세트이고, 고정자 마이크로인버터 네트워크는: 고정자 조립체의 제1 축방향 단부에 대향하는 고정자 조립체의 제2 축방향 단부 상의 제2 인쇄 회로 기판 조립체; 및 제2 인쇄 회로 기판 조립체 상에 위치된 복수의 마이크로인버터의 제2 서브세트를 더 포함하고, 마이크로인버터의 제2 서브세트의 각각은: 적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및 제1 축방향 단부 상의 마이크로인버터의 제1 서브세트의 마이크로인버터에 연결된 고정자 슬롯 전도체 중 하나에 연결된 단자를 포함한다.

몇몇 예에서, 시스템은 고정자 조립체의 제2 축방향 단부에 있는 제3 DC 버스 소스; 및 고정자 조립체의 제2 축방향 단부에 있고 제3 DC 버스 소스의 반경방향 내향에 위치되는 제4 DC 버스 소스를 더 포함한다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터 네트워크는 회전자 마이크로인버터 네트워크이고, 회전자 마이크로인버터 네트워크는: 회전자 조립체의 제1 축방향 단부 상의 인쇄 회로 기판 조립체; 및 인쇄 회로 기판 조립체 상에 위치된 복수의 회전자 마이크로인버터를 포함하고, 복수의 회전자 마이크로인버터의 각각은: 적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및 회전자 조립체의 복수의 회전자 슬롯의 슬롯을 통과하는 회전자 슬롯 전도체에 연결된 회전자 단자를 포함한다.

몇몇 예에서, 회전자 조립체는 제1 회전자 슬롯 전도체가 권취되는 적어도 제1 영구 자석을 더 포함한다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터 네트워크는 회전자 마이크로인버터 네트워크이고, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어하기 위해, 전자 모터 제어기는 고정자 조립체의 적어도 하나의 고정자 슬롯 전도체를 통해 임베드 통신을 사용하여 회전자 마이크로인버터 네트워크에 제어 신호를 전송하도록 더 구성된다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터 네트워크는 고정자 마이크로인버터 네트워크이고, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어하기 위해, 전자 모터 제어기는 제1 구성에서와는 상이한 제2 구성에서의 극 수를 갖게 회전자 조립체를 재구성하기 위해 회전자 인버터에 제어 신호를 전송하도록 더 구성된다.

몇몇 예에서, 고정자 마이크로인버터 네트워크는 고정자 조립체의 제1 축방향 단부 상의 복수의 횡방향 인쇄 회로 기판을 포함하고, 횡방향 인쇄 회로 기판의 각각은 복수의 마이크로인버터 중 적어도 하나의 마이크로인버터를 포함하고, 복수의 마이크로인버터의 각각은: 적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및 복수의 슬롯의 슬롯을 통과하는 복수의 고정자 슬롯 전도체의 고정자 슬롯 전도체에 연결된 단자를 포함한다.

몇몇 예에서, 시스템은 각각의 횡방향 인쇄 회로 기판을 상호 연결하는 적층형 직류(DC) 버스 바아 링을 더 포함한다.

몇몇 예에서, 적층형 DC 버스 바아 링은 인터리빙되어 있는 양극성 적층형 전도체와 음극성 적층형 전도체를 포함한다.

몇몇 예에서, 시스템은 횡방향 인쇄 회로 기판의 각각을 상호 연결하는 통신 링을 더 포함하고, 전자 모터 제어기는 통신 링을 통해 횡방향 인쇄 회로 기판 상의 복수의 마이크로인버터와 통신하도록 구성된다.

몇몇 예에서, 마이크로인버터 네트워크는 회전자 마이크로인버터 네트워크이고, 회전자 마이크로인버터 네트워크는: 회전자 조립체의 회전자 샤프트 내에 위치된 회전자 카트리지 조립체의 하나 이상의 인쇄 회로 기판을 포함한다.

몇몇 예에서, 회전자 마이크로인버터 네트워크는 하나 이상의 인쇄 회로 기판 상에 위치된 복수의 회전자 마이크로인버터를 더 포함하고, 복수의 회전자 마이크로인버터의 각각은: 적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및 회전자 조립체의 복수의 회전자 슬롯의 슬롯을 통과하는 회전자 슬롯 전도체에 연결된 회전자 단자를 포함한다.

몇몇 예에서, 시스템은 회전자 조립체의 축방향 단부에 위치되고 회전자 단자와 회전자 슬롯 전도체 사이에 전도성 연결을 제공하는 환형 회전자 인쇄 회로 기판을 더 포함한다.

다른 실시예에서, 복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하기 위해 인버터 네트워크를 제어하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 모터는 모터의 하나 이상의 모터 조건을 결정하는 단계, 및 하나 이상의 모터 조건에 기초하여, 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하는 단계를 더 포함한다. 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖는다. 모터는 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 인버터 네트워크를 제어하는 단계를 더 포함한다.

몇몇 예에서, 모터는 회전자 조립체와 고정자 조립체를 포함하고, 인버터 네트워크는: 모터의 회전자 조립체에 고정되어 모터의 동작 중에 회전자 조립체와 함께 회전하는 회전자 인버터; 모터 동작 중에 고정자 조립체에 대해 고정 상태를 유지하는 회전자 조립체에 오프보드인 회전자 인버터; 모터의 회전자 조립체에 고정되어 모터의 동작 중에 회전자 조립체와 함께 회전하는 회전자 마이크로인버터 네트워크; 및 모터의 고정자 조립체에 고정된 고정자 마이크로인버터 네트워크의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이다.

다른 실시예에서, 모터의 고정자 조립체, 회전자의 회전자 조립체, 인버터 네트워크 및 처리 회로를 포함하는 전자 모터 제어기를 포함하는 모터 시스템이 제공된다. 고정자 조립체는 고정자 베이스로부터 반경방향으로 연장하는 복수의 톱니 및 복수의 슬롯을 포함하고, 복수의 슬롯의 슬롯은 복수의 톱니 중 각각의 인접한 톱니의 쌍 사이에 있다. 각각의 슬롯은 고정자 조립체의 복수의 고정자 슬롯 전도체 중 적어도 하나의 고정자 슬롯 전도체를 수용하도록 구성된다. 모터의 회전자 조립체는 고정자 조립체에 대해 회전하도록 구성된다. 전자 모터 제어기는 복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하기 위해 인버터 네트워크를 제어하도록 구성된다. 전자 모터 제어기는 모터의 하나 이상의 모터 조건을 결정하고, 하나 이상의 모터 조건에 기초하여, 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하도록 더 구성된다. 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖는다. 전자 모터 제어기는 제2 구성에 따라 모터를 구동하기 위해 인버터 네트워크를 제어하도록 더 구성된다.

몇몇 예에서, 인버터 네트워크는: 모터의 회전자 조립체에 고정되고 모터의 동작 중에 회전자 조립체와 함께 회전하도록 구성된 회전자 인버터; 모터 동작 중에 고정자 조립체에 대해 고정 상태를 유지하도록 구성되고 회전자 조립체에 오프보드인 회전자 인버터; 모터의 회전자 조립체에 고정되고 모터의 동작 중에 회전자 조립체와 함께 회전하도록 구성된 회전자 마이크로인버터 네트워크; 및 모터의 고정자 조립체에 고정된 고정자 마이크로인버터 네트워크의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이다.

본 개시내용의 전술된 양태 및 다른 양태와 장점은 이하의 설명으로부터 나타날 것이다. 설명에서, 그 부분을 형성하고 실시예 또는 실시예들이 예시로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 그러나, 이들 실시예는 반드시 본 발명의 전체 범주를 나타내는 것은 아니며, 따라서 본 발명의 범주를 해석하기 위해 청구범위 및 본 명세서를 참조한다. 이하의 설명에서는 도면들 사이의 유사한 부분을 지칭하기 위해 유사한 참조 번호가 사용될 것이다.

도 1은 몇몇 실시예에 따른 동기 모터 시스템의 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 시스템에 대한 각각의 고정자 구동 회로의 도면이다.
도 3a-1 내지 도 3b는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 시스템에 대한 각각의 회전자 구동 회로의 도면이다.
도 3c 내지 도 3g는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 시스템에 대한 회전자와의 임베드된 전력 전송 및/또는 통신을 위한 무선 결합을 도시하고 있다.
도 3h 내지 도 3j는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 시스템에 대한 각각의 회전자 구동 회로의 도면이다.
도 3k는 몇몇 실시예에 따른 DQ 공간에서의 벡터 주입의 도면을 도시하고 있다.
도 3l은 몇몇 실시예에 따른 DQ 공간에서의 벡터 주입의 도면을 도시하고 있다.
도 3m은 몇몇 실시예에 따른 고정자 권선으로부터 회전자로의 다양한 유형의 무선 전송을 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4e는 몇몇 실시예에 따른 모터 조립체의 예를 도시하고 있다.
도 5는 몇몇 실시예에 따른 적층형 버스 바아 링을 갖는 모터 조립체를 도시하고 있다.
도 6a 내지 도 6u는 몇몇 실시예에 따른 모터 조립체의 예를 도시하고 있다.
도 6v 내지 도 6ac는 몇몇 실시예에 따른 모터 조립체의 다른 예를 도시하고 있다.
도 6ad 내지 도 6ak는 몇몇 실시예에 따른 모터 조립체의 다른 예를 도시하고 있다.
도 6aj 내지 도 6aq는 몇몇 실시예에 따른 모터 조립체의 다른 예를 도시하고 있다.
도 6ar은 몇몇 실시예에 따른 회전자 카트리지 조립체의 분해도를 도시하고 있다.
도 7a 및 도 7b는 몇몇 실시예에 따른 마이크로인버터 네트워크 구성의 도면을 도시하고 있다.
도 7c 및 도 7d는 몇몇 실시예에 따른 마이크로인버터의 도면을 도시하고 있다.
도 8a 내지 도 8i는 몇몇 실시예에 따른 마이크로인버터 네트워크 회로의 도면을 도시하고 있다.
도 9a 내지 도 9c는 몇몇 실시예에 따른 회전자 인버터 회로를 도시하고 있다.
도 10a 내지 도 10d는 몇몇 실시예에 따른 고정자 조립체에 대한 고정자 극 구성을 도시하고 있다.
도 11a 내지 도 11d는 몇몇 실시예에 따른 회전자 조립체에 대한 회전자 극 구성을 도시하고 있다.
도 12는 몇몇 실시예에 따른 동기 모터를 제어하기 위한 프로세스를 도시하고 있다.
도 13은 몇몇 실시예에 따른 예시적인 모터 구성의 속도 및 토크 효율의 그래프를 도시하고 있다.
도 14 내지 도 20은 몇몇 실시예에 따른 동기 모터를 제어하기 위한 프로세스를 도시하고 있다.
도 21a 및 도 21b는 본 개시내용의 양태와 함께 사용될 수 있는 예시적인 회전자 제어 회로 토폴로지의 개략도를 도시하고 있다.
도 22a는 예시적인 전기 기계의 구성요소에 대한 시간에 따른 전압의 플롯을 도시하고 있다.
도 22b는 본 개시내용의 양태와 함께 사용될 수 있는 예시적인 회전자 제어 회로 토폴로지의 개략도를 도시하고 있다.

하나 이상의 실시예가 이하의 설명과 첨부 도면에 설명되고 예시된다. 이들 실시예는 본 명세서에 제공된 특정 상세에 한정되지 않고 다양한 방식으로 수정될 수도 있다. 더욱이, 본 명세서에 설명되지 않은 다른 실시예가 존재할 수도 있다. 또한, 다수의 구성요소에 의해 수행된 기능은 단일의 구성요소에 의해 통합되어 수행될 수도 있다. 유사하게, 하나의 구성요소에 의해 수행되는 것으로 본 명세서에 설명된 기능은 분산 방식으로 다수의 구성요소에 의해 수행될 수도 있다. 부가적으로, 특정 기능을 수행하는 것으로서 설명된 구성요소는 또한 본 명세서에 설명되지 않은 부가의 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 특정 방식으로 "구성"된 디바이스 또는 구조체는 적어도 그 방식으로 구성되지만, 또한 열거되지 않은 방식으로 구성될 수도 있다.

본 출원에서 사용될 때, "비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체"는 모든 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하지만 일시적인 전파 신호로 구성되지는 않는다. 이에 따라, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 예를 들어, 하드 디스크, CD-ROM, 광학 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 레지스터 메모리, 프로세서 캐시, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.

추가로, 본 명세서에 사용된 어법 및 용어는 설명을 위한 것이며 한정적인 것으로서 고려되어서는 안된다. 예를 들어, 본 명세서에서 "포함하는", "구비하는", "함유하는" 또는 "갖는" 및 이들의 변형의 사용은 이후에 열거된 항목 및 그 등가물 뿐만 아니라 부가의 항목을 포함하는 것으로 의도된다. 부가적으로, 용어 "연결" 및 "결합"은 광범위하게 사용되고 직접 및 간접 연결 및 결합의 모두를 포함하며, 물리적 또는 전기적 연결 또는 결합을 나타낼 수도 있다. 더욱이, 2개 이상의 항목과 함께 사용되는 구문 "및/또는"은 항목을 개별적으로 커버하고 양 항목을 함께 커버하도록 의도된다. 예를 들어, "a 및/또는 b"는 a; b; 및 a 및 b를 커버하도록 의도된다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "실질적으로", "대략" 등은 의도된 양, 값, 각도, 또는 다른 수량의 + 또는 -1%(즉, 플러스 또는 마이너스 1 퍼센트), + 또는 -5%, + 또는 -10%인 값을 나타낼 수도 있다.

도 1은 몇몇 실시예에 따른, 동기 모터 시스템(100)을 도시하고 있다. 모터 시스템(100)은 전원 장치(105), 모터 제어기(110), 모터 구동 회로(115) 및 동기 모터(120)를 포함한다. 전원 장치(105)는 모터 구동 회로(115)에 직류(DC) 전력을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 전원 장치(105)는 모터 구동 회로(115)에 DC 전력을 제공하는 DC 전원(122)을 포함한다. DC 전원(122)은 예를 들어, 하나 이상의 배터리, 광전지 등일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 전원 장치(105)는 유틸리티 그리드(utility grid) 또는 외부 발전기일 수도 있는 AC 전원(130)으로부터 교류(AC) 전력을 수신하는 AC/DC 정류기(125)를 포함한다. 이들 실시예에서, AC/DC 정류기(125)는 DC 전력을 모터 구동 회로(115)에 출력한다. 몇몇 실시예에서, AC 전원(130)은 전원 장치(105)의 부분이다(예를 들어, 현장 풍력 터빈 또는 발전기의 경우). 몇몇 실시예에서, 전원 장치(105)는 DC 전원(122) 및 AC/DC 정류기(125)의 모두를 포함하고, 전원 장치(105)로부터 모터 구동 회로(115)로의 DC 전력은 하나 또는 양 전원으로부터 제공된다. 도시되어 있지는 않지만, DC 전원 장치(105)는 또한, 모터 제어기(110)를 포함하여 모터 시스템(100)의 다른 구성요소에 전력을 공급하도록 구성된다.

모터 제어기(110)는 모터(120)의 회전을 구동하기 위해 DC 전원 장치(105)로부터 모터(120)로의 전력의 인가를 제어하도록 모터 구동 회로(115)를 제어한다. 모터 제어기(110)는 전자 프로세서(140) 및 메모리(145)(집합적으로, 처리 회로)를 포함하고, 모터 구동 회로(115), 모터 센서(155) 및 입출력 디바이스(160)에 결합된다. 일반적으로, 모터 제어기(110)는 모터(120)의 특성을 모니터링하고(예를 들어, 모터 센서(155)로부터 수신된 신호에 기초하여), 이들 특성에 기초하여, 모터(120)의 회전을 구동하기 위해 DC 전원 장치(105)로부터 모터(120)로의 전력의 인가를 제어하도록 모터 구동 회로(115)에 제어 신호를 제공한다.

입출력 디바이스(160)는 디스플레이, 터치스크린, 터치스크린 디스플레이, 키보드, 마우스, 푸시버튼, 다이얼, 페달 등 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 입출력 디바이스(160)는 모터 속도 명령 또는 모터 토크 명령과 같은 동작 파라미터를 수신하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 동작 파라미터는 모터(120)를 제어하기 위해 모터 구동 회로(115)에 제공하기 위한 제어 신호를 결정하는 데 사용을 위해 모터 제어기(110)에 제공된다.

모터 센서(155)는 전류 센서(165)와 모터(120)의 회전자의 위치를 결정하기 위한 위치 센서(170)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 부가의 또는 더 적은 수의 모터 센서가 모터 센서(155)에 포함된다. 예를 들어, 모터 센서(155)는 또한 하나 이상의 전압 센서, 진동 센서, 온도 센서 등을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 전류 및/또는 전압 센서가 모터(120)의 각각의 고정자 위상 및/또는 각각의 회전자 위상에 대해 제공된다. 몇몇 예에서, 모터 제어기(110)는 모터 특성을 직접적으로 감지하기보다는, 제1 모터 특성(예를 들어, 전류 또는 전압)을 추론한다. 이에 따라, 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 전류 센서(165) 중 하나 이상은 모터 시스템(100)에 포함되지 않는다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 고정자 조립체(180)의 전압 센서(또는 센서들)(예를 들어, 역기전력(back emf)을 감지함)를 통해 회전자 전류 또는 모터 구성의 상태를 결정하도록 구성될 수도 있다. 다른 예에서, 모터 제어기(110)는 전압 및/또는 전류의 감지를 통해 증분 인덕턴스, 및 시간에 대한 그 변화를 따라 추론하도록 구성된다.

부가적으로, 몇몇 예에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)의 전류 및/또는 전압의 모니터링을 통해 회전자 위치를 도출하는 "센서리스(sensorless)" 제어를 구현하여, 별개의 위치 센서(170)가 모터 센서(155)에 포함되지 않을 수도 있게 된다. 모터 제어기(110)는 역기전력 추정(예를 들어, 고정자 권선의 전압 변화에 기초하여)을 통해, 또는 고주파수 신호 주입/섭동을 통해 회전자의 위치 또는 회전 속도를 결정할 수도 있다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 모터 조립체(190)가 유의미한 시간 기간에 걸쳐 정상 상태에서 동작하는 것을 방지하기 위해 모터 조립체(190) 내에 섭동을 주입할 수도 있다. 이러한 신호는 관찰 불가능한 조건, 예를 들어 식별 불가능한 위치를 방지하고, 또는 고정자와 회전자 사이의 에너지 교환을 강제하는 데 사용될 수 있다. 통상적으로, 예를 들어 토크 리플(torque ripple)을 야기하는 토크 발생과의 상호 작용을 방지하기 위해 모터 조립체(190)의 기본 주파수보다 적어도 1 내지 2배, 2 내지 5배, 또는 5 내지 10배 더 높은 주파수로 섭동이 선택된다.

메모리(145)는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 또는 다른 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 중 하나 이상을 포함한다. 전자 프로세서(140)는 무엇보다도, 메모리(145)로부터 명령 및 데이터를 수신하고 명령을 실행하여, 예를 들어 도 12의 프로세스(1200)(또는 흐름도), 뿐만 아니라 도 14 내지 도 20의 프로세스(또는 흐름도)(1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000)를 포함하여, 본 명세서에 설명된 모터 제어기(110)의 기능을 수행하도록 구성된다. 예를 들어, 메모리(145)는 무엇보다도, 모터(120)에 대한 복수의 모터 구성을 정의하는 제어 소프트웨어를 포함한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 일반적으로, 전자 프로세서(140)는 모터(120)를 모니터링하고, 모터 명령을 수신하고, 복수의 모터 구성들로부터 모터 구성을 선택하고, 모터(120)를 구동하기 위해 선택된 모터 구성에 따라 모터 구동 회로(115)를 구동하기 위해 제어 소프트웨어를 실행하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 본 명세서에 설명된 모터 제어기(110)의 기능을 수행하기 위해 메모리(145)로부터 소프트웨어를 실행하는 대신에 또는 추가하여, 전자 프로세서(140)는 이 기능의 일부 또는 모두를 수행하도록 구성된 하나 이상의 하드웨어 회로 요소를 포함한다.

모터 제어기(110), 전자 프로세서(140) 및 메모리(145)는 각각의 단일 유닛으로서 각각 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서는, 이들 구성요소 중 하나 이상은 분산형 구성요소이다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 전자 프로세서(140)는 하나 이상의 마이크로프로세서 및/또는 하드웨어 회로 요소를 포함한다.

모터 구동 회로(115)는 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)를 더 포함한다. 도 2a, 도 2b 및 도 3a-1 내지 도 3b에 대해 설명된 바와 같이, 마이크로인버터 네트워크(175)는 고정자 마이크로인버터 네트워크, 회전자 마이크로인버터 네트워크, 또는 고정자 및 회전자 마이크로인버터 네트워크의 모두를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 각각은 동기 모터(120)로의 전류의 공급을 조절하기 위해 모터 제어기(110)에 의해 제어되는 복수의 마이크로인버터를 포함한다.

동기 모터(120)는 고정자 조립체(180)와 회전자 조립체(185)를 포함한다. 고정자 조립체(180)는 회전자 조립체(185)를 회전시키는 자기장을 유도하기 위해 전류로 선택적으로 구동되는 복수의 고정자 권선(도 2a 및 도 2b의 권선(215) 참조)을 포함한다. 도 1을 계속 참조하면, 회전자 조립체(185)는 회전자 조립체(185)와 함께 회전되는 회전자 샤프트(예를 들어, 도 4a의 회전자 샤프트(406))를 더 포함하거나 그에 결합될 수도 있다(즉, 회전자 샤프트는 회전자 조립체(185)에 회전식으로 고정될 수도 있음). 회전자 샤프트는 부하(예를 들어, 전기 자동차 또는 다른 모터 구동 디바이스의 구동 트레인)에 추가로 결합될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 동기 모터(120)는 계자 권선형 동기 모터(Wound Field Synchronous Motor: WFSM)이고, 회전자 조립체(185)는 회전자 조립체(185)를 회전시키기 위해 고정자 조립체(180)의 자기장과 상호 작용하는 자기장을 유도하도록 전류로 선택적으로 구동되는 계자 권선을 포함한다. 다른 실시예에서, 회전자 조립체(185)는 영구 자석과 계자 권선의 조합을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 회전자 조립체(185)는 영구 자석을 포함하지만, 회전자 계자 권선은 포함하지 않는다. 이에 따라, 본 명세서에 개시된 특징은 주로 WFSM-형 모터에 대해 설명되었지만, 특징은 또한 동기식이거나 그렇지 않을 수도 있는 다른 모터 유형 및 동작 방안에도 적용 가능하다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 모터(120)는 동기 모터가 아니라, 오히려 다른 유형의 모터(예를 들어, 비동기 모터 또는 영구 자석 회전자를 갖는 모터(회전자 계자 권선을 갖지 않음))이다. 그럼에도 불구하고, 동적으로 재구성 가능한 기계의 동작은 동기 조건 하에서 발생할 수 있고, 이러한 동기 조건은 낮은 역률과 높은 무효 전류가 효율성을 감소시키거나 기계의 효율적인 동작을 방해할 수 있는 비동기 동작 시스템의 비효율성을 극복한다. 또한, 본 명세서에 설명된 동기 기계의 몇몇 실시예는, 회전자의 외부의 표면에 전류를 풀링할(pool) 수도 있는 비동기 기계(예를 들어, 농형(squirrel cage)) 상에 존재할 수도 있는 전도체 또는 단선 전도체(solid conductors)에 대해 더 효율적이고 열적으로 안정한 동작을 위해 더 큰 전도체를 가로질러 전류를 확산시키는 연선 전도체(stranded conductors), 바아 권선, 리츠 와이어 등(예를 들어, 회전자 상의 권선용)의 사용을 포함한다.

또한, 잘 알려진 바와 같이, 입력 전력으로부터 기계적 동력을 출력하는 전기 모터로서 역할을 하는 전기 기계가 또한 역으로 동작하여 입력 기계적 동력으로부터 전력을 출력하는 발전기로서 역할을 할 수도 있다. 이에 따라, 용이한 설명을 위해, 본 명세서에 설명된 전기 기계는 일반적으로 모터(예를 들어, 동기 모터(120))라 칭할 것이지만, 또한 발전기와 전기 모터 및 발전기의 모두로서 동작할 수도 있는 디바이스를 포함하도록 의도된다.

집합적으로, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)를 포함하여, 동기 모터(120)와 모터 구동 회로(115)는 모터 조립체(190)라 칭할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110), DC 전원 장치(105), 모터 센서(155), 및 입출력 디바이스(160)와 같은 모터 시스템(100)의 다른 부분이 모터 조립체(190) 내에 포함된다.

모터 제어기(110)는 복수의 모터 제어 구성(195)을 더 포함할 수도 있고, 각각의 모터 제어 구성(195)은 모터 조립체(190)에 대한 상이한 모터 구성과 연관되어 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 모터 제어기(110)에 의한 특정 모터 제어 구성의 실행은 모터 조립체(190)가 특정 모터 구성에 진입하고 제어되게 한다. 각각의 모터 구성은 예를 들어, 고정자 극 구성, 회전자 극 구성, 또는 양자 모두와 연관될 수도 있다. 예를 들어, 각각의 모터 제어 구성(195)은, 특정 모터 구성에 대한 고정자 극 구성 및/또는 회전자 극 구성을 갖는 이러한 방식으로 동기 모터(120)를 구동하기 위해 모터 제어기(110)가 마이크로인버터 네트워크(들)(175)에 제어 신호를 제공하게 하는 모터 구동 방안 또는 기술을 정의할 수도 있다. 또한, 몇몇 예에서, 특정 모터 구성은 모터(120)(예를 들어, 고정자 조립체(180), 회전자 조립체(185), 또는 양자 모두의) 내의 극 수(pole count), 권선 패턴, mmf-분포, 전류 분포, 및/또는 전압 분포 중 하나 이상을 정의한다.

도시되어 있는 바와 같이, 메모리(145)는 모터 조립체(190)에 대한 복수의 모터 제어 구성(195)을 저장할 수도 있다. 각각의 모터 제어 구성은 전자 프로세서(140)에 의해 실행될 때, 모터 조립체(190)가 특정 모터 구성에서 동작하게 하는 제어 명령 세트 및/또는 제어 파라미터를 포함할 수도 있다. 몇몇 예에서, 메모리(145)에 저장된 소프트웨어 기반 모터 제어 구성(195)보다는, 모터 제어 구성(195) 중 하나 이상은 등가 하드웨어 회로를 사용하여 전체적으로 또는 부분적으로 구현된다. 이에 따라, 모터 조립체(190)를 구성하기 위한 각각의 특정 모터 제어 구성은 소프트웨어(및 그 실행), 하드웨어 또는 이들의 다양한 조합을 통해 모터 제어기(110)에 의해 구현될 수도 있다.

도 2a 내지 도 3b의 다양한 구동 회로와 고정자 및 회전자 마이크로인버터 네트워크를 참조하기 전에, 본 명세서에 제공된 바와 같은 마이크로인버터의 일반적인 설명을 제공한다. 마이크로인버터는 2개의 다른 전기 노드 사이의 그 연결을 스위칭할 수도 있는 노드를 포함할 수도 있고, 여기서 노드는 실질적으로 동일한 전압에서 전도성 요소에 의해 연결되거나 노드 내의 임의의 2개의 지점 사이의 전압이 무시될 수 있도록 하는 회로의 부분으로 고려될 수도 있다. 마이크로인버터 모듈은 하나 이상의 마이크로인버터를 포함할 수도 있는데, 이는 공통 노드를 공유할 수도 있거나 공유하지 않을 수도 있고 또는 그 노드는 공통 회로 요소를 통해 서로 연결될 수도 있다. 마이크로인버터 네트워크는 공통 통신, 공통 고정 노드 및/또는 공통 스위치 노드를 통해 서로 통신하는 마이크로인버터 또는 마이크로인버터 모듈을 포함할 수도 있다. 마이크로인버터는 최대 수 Mhz를 포함하여, 수백 Hz 이상의 주파수에서 동작할 수도 있는 전력 반도체 디바이스를 포함할 수도 있다. 이들 전력 반도체 디바이스는 IGBT, FETS, MOFETS, IGCT 등일 수도 있다. 마이크로인버터의 이들 전력 반도체 디바이스는 그 극성을 포함하여, 회로를 정의하도록 연결된다. 마이크로인버터는 또한 전기 기계 내의 전기 네트워크를 통해, 전압을 인가하거나 전류를 전달하기 위해 다른 이러한 서브유닛과의 그 작용을 조절할 수 있는 독립적으로 제어되는 서브유닛으로서 설명될 수도 있다. 마이크로인버터는 시스템의 전력 전체를 전달하지 않을 수도 있지만, 네트워크 내의 마이크로인버터의 동기화를 통해, 마이크로인버터 네트워크는 전역 또는 로컬 제어 또는 그 조합을 통해 시스템에 대한 전체 전력 회로를 정의할 수 있다.

전기 기계 또는 모터의 맥락에서, 마이크로인버터는 기계의 서브세트를 형성하는 슬롯 또는 슬롯의 세트 내의 전압 또는 전류 응답을 제어할 수 있고, 여기서 기계의 서브세트는 마이크로인버터 네트워크 내의 임의의 다른 마이크로인버터 또는 마이크로인버터 모듈에 독립적으로 또는 협력하여 동작 중에 변경되거나 재구성될 수도 있다. 마이크로인버터는 기계 내의 다른 마이크로인버터에 독립적으로 동작할 수도 있다.

마이크로인버터 네트워크는 전역 및 로컬 제어기를 포함할 수도 있고, 여기서 이러한 로컬 제어기는 적어도 하나의 마이크로인버터 모듈 또는 마이크로인버터를 제어할 수도 있다. 마이크로인버터 네트워크는 전기적으로 정의되고(예를 들어, 구성 및 재구성됨) 재구성을 위해 기계적 릴레이 등을 사용하지 않을 수도 있다.

마이크로인버터 네트워크는 적어도 2개의 마이크로인버터, 또는 마이크로인버터 모듈을 포함할 수도 있고, 각각의 마이크로인버터(또는 마이크로인버터 모듈)는 주어진 세트의 다른 마이크로인버터(또는 마이크로인버터 모듈)와 협력하여 작용할 수도 있지만, 마이크로인버터(또는 마이크로인버터 모듈)는 조절 마이크로인버터(또는 마이크로인버터 모듈)의 세트 사이의 그 멤버십을 변경할 수도 있다.

마이크로인버터 네트워크는 전기 기계 내에서 다양한 mmf 패턴의 형상을 부과하는 데 사용될 수도 있다. 마이크로인버터 단독으로는 기계의 풀가동을 가능하게 하기에는 불충분할 수도 있다. 그러나, 이는 전기 기계의 단자 내에 그 자체 전압 또는 전류를 부과하기 위해 동작 상태가 결정되는 높거나 낮은 명령, 또는 기준 토크와 같은 입력 범위에 기초하여 기계의 단자에 전압 또는 전류를 부과할 수 있는 완전한 기능을 갖는 서브유닛이다.

마이크로인버터 네트워크는 전기 기계의 단부 권선 대신에 사용될 수도 있고 그리고/또는 전기 기계의 상대 위상 또는 피치 수를 결정할 수도 있다.

마이크로인버터 네트워크 내의 마이크로인버터(또는 마이크로인버터 모듈)는 극의 가변 개수, 가변 극 피치 및/또는 극 내의 mff의 가변 분포를 가질 수 있는 mmf 분포를 부과하기 위해 협력하여 동작할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 기계는 더 이상 전통적인 고정 설계에 의해 요구되는 바와 같은 특정 극 슬롯 조합에 한정되지 않는다.

마이크로인버터 네트워크는 전기 기계 내의 전자의 흐름을 변경할 수 있다. 마이크로인버터는 기계의 단자 상에 전압을 부과하는 것을 담당할 수도 있고 다른 마이크로인버터와 협력하여 작동하여 그 경로가 마이크로인버터 네트워크 내의 다른 마이크로인버터의 조합 내에서 가변될 수도 있는 기계의 단자 내에 전류를 부과할 수도 있다. 마이크로인버터는 마이크로인버터 네트워크 내의 임의의 다른 마이크로인버터와 함께 전류 흐름을 위한 기능 회로를 형성할 수도 있다.

동작시, 마이크로인버터 네트워크는 가요성일 수도 있고 기계 내의 다수의 서브유닛으로 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로인버터는, 시스템 내에서 발생하는 저항 손실의 양에 대해 기계 내에서 원하는 mmf 패턴을 제공하기 위해 슬롯을 통한 전도체가 마이크로인버터 단자 또는 노드에 직접 연결되도록 기계와 밀접하게 접촉된다. 부가적으로, 필요한 또는 원하는 mmf 분포는 전통적인 기계 설계에 따른 정현파 분포가 아닐 수도 있다.

이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 1의 구동 회로(115)의 고정자 구동 회로에 대한 대안적인 배열이 도시되어 있다. 더 구체적으로, 도 2a는 고정자 구동 회로(200)를 도시하고 있다. 고정자 구동 회로(200)는 DC 전원 장치(105)를 고정자 조립체(180)의 고정자 권선(215)에 연결하는 구동 회로(115)의 부분이다. 고정자 구동 회로(200)는 하나 이상의 DC 버스 링(205) 및 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 포함한다. DC 버스 링(205)은 DC 전원 장치(105)에 연결되어 전력을 수신하는 전도성 링이다. DC 버스 링(205)은 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)에 추가로 연결된다. 모터 제어기(110)는 DC 버스 링(205)으로부터의 전류로 고정자 권선(215)을 선택적으로 구동하여 (도 1의) 회전자 조립체(185)를 회전시키는 자기장을 유도하도록 고정자 구동 회로(200), 및 특히 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)는 모터 제어기(110)에 의해 복수의 구성 상태로 구성될 수도 있고, 각각의 구성 상태는 상이한 수의 고정자 극과 연관되어 있다. 따라서, 적어도 이 이유로, 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)는 모터(120)의 구성을 적어도 부분적으로 정의할 수도 있다. 몇몇 실시예에서 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 전력 전자 기기는 고정자 상에 또는 내에 임베드될 수도 있다. 다른 실시예에서, 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 전력 전자 기기는 고정자와 별개로 위치되거나 패키징될 수도 있다. 유사하게, 몇몇 실시예에서, 회전자 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 예를 들어 도 3a와 관하여 이하에 설명되는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310))의 전력 전자 기기는 회전자 상에 또는 내에 임베드될 수도 있다. 다른 실시예에서, 회전자 마이크로인버터 네트워크의 전력 전자 기기는 회전자와 별개로 위치되거나 패키징될 수도 있다.

도 2b는 고정자 구동 회로(225)를 도시하고 있다. 고정자 구동 회로(225)는 DC 전원 장치(105)를 고정자 조립체(180)의 고정자 권선(215)에 연결하는 구동 회로(115)의 부분이다. 고정자 구동 회로(225)는 DC 전원 장치(105)에 연결되어 전력을 수신하는 고정자 인버터 네트워크(230)를 포함한다. 고정자 인버터 네트워크(230)는 고정자 권선(215) 및 모터 제어기(110)에 추가로 연결된다. 모터 제어기(110)는 고정자 구동 회로(225), 및 특히 고정자 인버터 네트워크(230)를 제어하여, DC 전원 장치(105)로부터의 전류로 고정자 권선(215)을 선택적으로 구동하여 (도 1의) 회전자 조립체(185)를 회전시키는 자기장을 유도한다.

고정자 인버터 네트워크(230)는, 예를 들어 브리지 구성으로 연결된 복수의 전력 스위칭 소자를 포함한다. 전력 스위칭 소자는 예를 들어, 전계 효과 트랜지스터(FET)(예를 들어, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)), 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 또는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 같은 반도체 스위칭 디바이스이다. 고정자 인버터 네트워크(230)는 동기 모터(120)의 각각의 위상에 대한 출력 단자를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 3개의 위상을 갖는 동기 모터(120)의 실시예에서, 고정자 인버터 네트워크(230)는 동기 모터(120)의 각각의 위상의 단자에 각각 연결되는 3개의 출력 단자를 포함할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 각각의 출력 단자에서 구동 신호를 발생하여 각각의 구동 신호로 모터의 각각의 위상을 구동하도록 고정자 인버터 네트워크(230)를 제어할 수도 있다. 구동 신호는 기계에 대해 1보다 크거나 같은 소정 배수에서 주기적인 신호이다. 마이크로인버터 네트워크는 동작 조건에 따라 다양한 이러한 배수의 구동을 가능하게 한다.

도 3a-1, 도 3a-2 및 도 3b는 도 1의 구동 회로(115)의 회전자 구동 회로에 대한 대안적인 배열을 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 3a-1은 회전자 구동 회로(300)를 도시하고 있다. 회전자 구동 회로(300)는 DC 전원 장치(105)를 회전자 조립체(185)의 회전자 계자 권선(315)에 연결하는 구동 회로(115)의 부분이다. 회전자 구동 회로(300)는 회전자 전력 회로(305), 회전자 마이크로인버터 네트워크(310), 및 회전자 통신 회로(312)를 포함한다. 회전자 전력 회로(305)는 전력을 수신하기 위해 DC 전원 장치(105)에 연결된다. 회전자 전력 회로(305)는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)에 추가로 연결된다. 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)는 그 전도 상태에 따라, 각각의 회전자 계자 권선(315)의 극성을 정의하는 전력 스위칭 소자를 포함한다. 모터 제어기(110)는 회전자 통신 회로(312)를 통해 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)와 통신하여 회전자 구동 회로(300), 및 특히 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 제어한다. 더 구체적으로, 모터 제어기(110)는 회전자 전력 회로(305)로부터의 전류로 회전자 계자 권선(315)을 선택적으로 구동하여 (도 1의) 회전자 조립체(185)를 회전시키는 자기장을 유도하도록 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 제어한다.

몇몇 실시예에서, 회전자 조립체(185)는 회전자 권선(315)에 추가하여 영구 자석(320)을 포함한다. 영구 자석(320)은 회전자 조립체(185) 상에 기자력(mmf)의 영구 소스를 제공함으로써 토크 발생을 보조하는 데 사용될 수도 있는 영구 자석(PM) 재료를 포함한다. 영구 자석(320)의 이러한 추가는 회전자 권선(315) 상에 운반되는 전류의 양을 감소시킴으로써, 또는 동기 모터(120)의 인덕턴스 프로파일을 변경함으로써(예를 들어, 동기 모터(120)의 돌극성(saliency) 또는 릴럭턴스(reluctance)를 성형함) 특정 실시예에서 손실을 감소시키는 것을 도울 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 영구 자석(320) 중 하나 이상은 권취되어 있다(예를 들어, 회전자 계자 권선(315) 중 하나가 영구 자석(320)의 각각의 권취된 자석 주위에 감겨 있음). 권선은 mmf를 증폭시키기 위해 영구 자석 필드에 대해 보강적일 수 있다. 몇몇 실시예(예를 들어, 양방향 실시예)에서, PM 재료는 PM 재료를 탈자(demagnetize)하기 위해 권선에 의해 반대될 수 있고, 이에 의해 PM은 반대 구성 하에서 자화(magnetized)될 수 있다. 이들 (디)-플럭싱 실시예에 대한 예시적인 PM 재료는 알니코(Alnico), 페라이트, SmCo, FeCrCo 합금, 아노크롬(Arnokrome) 5 또는 낮은 보자력을 갖지만 높은 잔류 자기(remanence)를 갖는 경향이 있는 재료를 포함한다. NeFeB와 같은 소량의 더 높은 보자력 재료를 갖는 PM 재료가 또한 사용될 수도 있다. 코발트, 아노크롬 5, 수소 어닐링된 순철(Vim Var 코어 철) 적층과 같은 다른 적층 재료가 또한 벌크 보자력 및 높은 포화 능력을 제공하는 데 사용될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 영구 자석(320) 중 하나 이상은 회전자 계자 권선(315)에 의해 권취되지 않는다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)는 모터 제어기(110)에 의해 복수의 구성 상태로 구성될 수도 있고, 각각의 구성 상태는 상이한 수의 회전자 극과 연관되어 있다.

회전자 마이크로인버터 네트워크(310)는 모터(120)의 동작 중에 회전자 조립체(185)와 함께 회전한다. 회전자 전력 회로(305)는 고정된(즉, 비회전) 전원 장치(105)와, 회전하는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310) 사이에 전력 결합을 제공한다. 따라서, 회전자 전력 회로(305)는 고정 부분과 회전 부분을 포함할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 회전자 전력 회로(305)는 회전 부분으로서 전도체의 슬립 링과 고정 부분으로서 전도성 브러시를 포함한다. 각각의 전도체는 회전자 샤프트 또는 회전자 조립체(185)의 다른 부분에 결합되어 이들과 함께 회전할 수도 있고, 각각의 전도체는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)에 연결된다. 전도성 브러시는 슬립 링의 전도체당 적어도 하나의 전도성 브러시를 포함하고 슬립 링이 회전자 조립체(185)와 함께 회전할 때 슬립 링의 연관된 전도체와의 전기적 연결을 유지한다.

몇몇 실시예에서, 회전자 전력 회로(305)는 고정 부분으로부터 회전 부분으로의 비접촉 전력 전송을 포함한다. 예를 들어, 회전자 전력 회로(305)는 하나 이상의 용량성 결합 또는 하나 이상의 유도성 결합을 제공하는 슬립 링을 포함할 수도 있다. 각각의 유도성 결합에 대해, 고정 부분 상의 제1 전도체는 제2 권선을 형성하는 회전 부분 상의 제2 전도체에 무선으로 전력을 전송하는 제1 권선을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 제1 전도체와 제2 전도체는 서로 대면하는 대향하는 실질적으로 편평한 코일의 형태일 수도 있다. 각각의 부가의 유도성 결합은 부가의 인덕터를 형성하는 부가의 전도체 쌍을 포함할 수도 있다.

제1 예시적인 유도성 결합(382)이 도 3c 내지 도 3g에 도시되어 있다. 유도성 결합(382)은 회전자 조립체(예를 들어, 회전자 조립체(185))에 부착된 회전 코일 조립체(383) 및 고정자 조립체(예를 들어, 고정자 조립체(180)) 또는 모터 시스템(100)의 다른 고정 하우징 또는 요소에 부착된 고정 코일 조립체(384)를 포함한다. 회전 코일 조립체(383)는 제1 코일(또는 코일들)을 포함할 수도 있고, 고정 코일 조립체(384)는 제2 코일(또는 코일들)을 포함할 수도 있다.

제2 예시적인 유도성 결합(385)이 도 3d에 도시되어 있다. 유도성 결합(385)은 회전자 조립체(예를 들어, 회전자 조립체(185))에 부착된 회전 코일 조립체(386) 및 고정자 조립체(예를 들어, 고정자 조립체(180)) 또는 모터 시스템(100)의 다른 고정 하우징 또는 요소에 부착된 고정 코일 조립체(387)를 포함한다. 회전 코일 조립체(386)는 제1 코일(또는 코일들)을 포함할 수도 있고, 고정 코일 조립체(387)는 제2 코일(또는 코일들)을 포함할 수도 있다.

회전자 전력 회로(305)의 슬립 링의 각각의 용량성 결합에 대해, 회전 부분 상의 제2 전도체에 무선으로 전력을 전송하는 고정 부분 상의 제1 전도체가 커패시터를 형성한다. 몇몇 실시예에서, 제1 전도체 및 제2 전도체는 외부 실린더 내에 설치되는 내부 실린더의 형태(즉, 반경방향 간극을 갖는 내포형 실린더)일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 전도체와 제2 전도체는 축방향 간극에 의해 분리된 각각의 디스크의 형태일 수도 있다. 슬립 링의 각각의 부가의 용량성 결합은 부가의 커패시터를 형성하는 부가의 전도체 쌍을 포함할 수도 있다. 따라서, 슬립 링은 각각의 층이 별개의 용량성 결합(예를 들어, 통신 및/또는 전력 전송을 위한)을 제공하는 다층 커패시터일 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 결합(382 및/또는 385)은 전도성 결합이고, 여기서 회전 코일 조립체(383, 386)는 제1 전도체(또는 전도체들)를 포함하고 고정 코일 조립체(384, 387)는 제2 전도체(또는 전도체들)를 포함하고, 각각의 전도체 쌍(고정 하나, 회전 하나)이 함께 커패시터를 형성한다.

부가적으로, 슬립 링에 대한 예시적인 용량성 결합이 예시적인 내포형 용량성 결합의 각각의 도면을 도시하고 있는 도 3e, 도 3f 및 도 3g에 도시되어 있다.

몇몇 실시예에서, 고정 부분은 임베드된 전력 전송이라 칭하는, 회전자 계자 권선(315) 또는 보조 회전자 코일(들)에 전력을 무선으로 전송하는 하나 이상의 고정자 권선(215)을 포함한다. 더 구체적으로, 고정자 권선(215)은 전력 전송을 위한 특정 섭동을 갖는 자속 기준 제어(field-oriented controls)로 구동될 수도 있다. 섭동은 몇몇 실시예에서는 고정자 권선(215)의 전류의 기본 주파수보다 적어도 1 내지 5배 더 높고, 다른 실시예에서는 기본 주파수보다 2 내지 10배 더 높고, 그리고/또는 또 다른 실시예에서는 기본 주파수보다 10배 초과 더 높은 주파수를 가질 수도 있다. 섭동은, 정류되고, 저장되고, 이어서 회전자 계자 권선(315)을 구동하는 데 사용될 수 있는 회전자 계자 권선(315)에 AC 여자(excitation)를 생성한다.

더 구체적으로, , , 및 는 직접 직교 영점(direct-quadrature-zero: DQZ) 기준 시스템에 표현되는 기본 주파수에서의 전류를 표현한다(예를 들어, 주 제어 성분). Z 성분은 또한 널(Null) 성분이라고도 칭할 수도 있다. DQZ 기준 시스템은 클라크 변환(Clarke Transform)과 파크 변환(Park Transform)의 적(product)이고 동기 모터(120)를 분석 및 제어하기 위해 사용될 수도 있는 회전 기준 프레임이다. 예를 들어, DQZ 기준 프레임은 단일 회전 기준 프레임의 3상 고정자 및 회전자 양을 선형 시불변 시스템으로서 예시할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 DQZ 시스템이 유의미한 시간 기간에 걸쳐 정상 상태에서 동작하는 것을 방지하기 위해 동기 모터(120)의 DQZ 시스템 내에 섭동을 주입할 수도 있다. 이러한 주입된 섭동 또는 신호는 관찰 불가능한 조건, 예를 들어 식별 불가능한 조건 위치를 방지하고, 고정자 조립체(180)와 회전자 구성요소(즉, 회전자 조립체(185) 및/또는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)) 사이의 에너지 교환을 강제하고, 그리고/또는 데이터 또는 상태를 전달하는 데 사용될 수 있다.

주입된 섭동은 미리 정의된 D, Q 또는 Z 축(DQZ 기준 프레임의)을 따른 맥동 신호 또는 신호들 또는 DQ 공간(DQZ 기준 프레임의)에서 고주파수로 회전하는 벡터를 포함할 수도 있다. 명확성을 위해, 회전자는 D-축을 정의할 수도 있고 신호 또는 섭동이 이에 포함될 수도 있다. 주입된 신호는 모터 제어기(110)에 의해 추가되는 전류 또는 전압 벡터일 수 있다. 몇몇 예에서, 전류 벡터 주입은 더 낮은 주파수(전류 제어 대역폭 미만)에서 이루어질 수도 있고, 전압 주입은 더 높은 주파수(전류 제어 대역폭 초과)에서 이루어질 수도 있다. 주입된 신호 또는 섭동은 그 마이크로인버터 네트워크(들)를 포함하여 고정자와 회전자 사이에 전력, 데이터 또는 양자 모두를 전송하도록 작동할 수도 있다.

이들 주입된 섭동은 동기 기준 프레임의 준-DC 신호 상에 부과되는 하나 이상의 신호로 구성된 AC 여자를 생성한다. 고정자 권선 내에 주입된 섭동은, 코일 내로 정류되거나 회전자 상의 마이크로인버터 네트워크에 의해 포획될 수 있는, 회전자 권선(315) 상의 회전자 전류 또는 전력과 직접적으로 상관될 수도 있다. 회전자 마이크로인버터 네트워크는 또한 커패시터 또는 임의의 이러한 에너지 저장 디바이스에서 전력을 포획할 수도 있다. 따라서, 고정자 조립체(180)와 회전자 조립체(185) 및 회전자 마이크로인버터 네트워크(310) 사이에 전력 또는 정보를 전달하기 위해 하나 이상의 고주파수 제어 채널이 제공되고, 여기서 이러한 결합이 허용된다(예를 들어, DQZ 기준 프레임 내의 동기 모터의 d-축). 다른 전략들 중에서도, 벡터 변조가 섭동을 정의하는 것을 돕기 위해 채용될 수 있다.

자속 기준 개념에서, 섭동 제어 전략은 DQZ 시스템에서 표현된 기본 주파수에서 전류 신호(, 및 )로 분해될 수도 있다. 이어서, 모터 제어기(110)는 이하와 같이 총 고정자 전류를 생성하는 기본 전류 상에 부과되는 하나 이상의 DQZ 축에 독립적인 여자를 추가할 수도 있다:

여기서 , , 및 는 모터 제어기(110)에 의해 선택될 수 있는 독립적인 섭동 신호이다. 몇몇 실시예에서, 섭동은 예를 들어, 분석을 단순화하기 위해 정현파가 되도록 선택될 수 있다. 이들 섭동은 이하와 같이 더 설명될 수 있다:

섭동 크기와 주파수는 차원별로 독립적으로 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 섭동은 단일 축에 인가될 수도 있는데, 여기서 다른 2개의 축에는 섭동이 인가되지 않고, 섭동은 전력 전송을 위한 필드 여자를 발생하는 데 사용되고, 뿐만 아니라:

(1) D-축 섭동은 토크 리플을 최소화하거나 토크를 최대화하기 위한 시도시에 및/또는 직접적으로 회전자 조립체(185)에 전력을 전송하는 데 사용될 수 있고; (2) Q-축 섭동은 d-축 섭동이 불충분한 경우 또는 d-축 섭동과 조합하여 사용되어 회전 벡터 주입을 형성할 수 있고; (3) Z-축 섭동은 토크 리플에 영향을 미치지 않고(또는 실질적으로 영향을 미치지 않음) DQ 기준 시스템의 지식을 요구하지 않지만; 모터 시스템(100)은 z-축 섭동을 구현하기 위해 Z-축 전도 경로를 요구할 수도 있는 데, 이는 몇몇 모터 드라이브에서는 이용 가능하지 않다.

대안적인 접근법은 및 를 선택하는 회전 벡터의 주입이다. 이하의 수학식을 참조하면, 벡터 주입은 DQZ 기준 프레임의 처음 2개의 차원인 D와 Q에 포커싱될 수도 있다. 벡터 주입은 마찬가지로 Z-축 주입과 조합될 수 있다.

여기서

벡터 주입은 일정한 크기와 일정한 각속도를 갖는 벡터 운동을 기술할 수도 있고, DQ 공간에서 원을 기술한다(도 3k 참조). 따라서, 이 개념은 회전 자기장의 발생이 일정한 전체 섭동을 야기하는 결과로서 실현될 수 있다.

벡터 변조는 D-축 또는 Q-축(또는 적용 가능한 경우 Z-축)에서 회전자 구조가 허용하는 회전자를 결합하는 데 직접 사용될 수도 있고, 진폭 변조(AM), 전류각 변조(CAM) 또는 양자 모두로 구현될 수도 있다. AM 대 CAM의 상대적 효율성은 변조의 크기 및 변화율 모두에 비례한다(후자는 주파수 변조, FM으로서 기술됨). FM은 또한 공진을 설정하기 위해, 회로 토폴로지 및 디바이스와 함께 사용될 수도 있다.

주어진 전류각에서의 진폭 변조(AM)는 AC 코일(회전자 권선(315) 또는 보조 코일)에 전력을 전송하는 데 사용될 수 있고, 여기서 최대 전력은 회전자 코일에 대한 최대 결합의 전류각(D-축 및 Q-축에 의해 정의되는 바와 같은)에서 전송된다. 예를 들어, 동기 DQZ 기준 프레임에 대한 Q-축 상의 회전자 코일에 대해, 최대 전력 전송은 전기적 90도의 변조에서 발생할 것이다(여기서 전기적 0도는 동기 기준 프레임의 D-축으로서 정의됨). 동기 기준 프레임의 D-축 상의 AC 코일은 동기 기준 프레임의 전기적 0도에서 최대 결합을 가질 것이다. AM은 크기와 주파수에 의해 정의될 수 있다.

전류각 변조(CAM)는 회전자 권선(315) 또는 회전자의 보조 코일에 전력을 전송하는 데 사용될 수 있고, 여기서 전류각의 진동은 D-축 및 Q-축에 의해 정의된 바와 같은 전류각의 설정된 동작 지점(예를 들어, 암페어당 최대 토크, MTPA)에 대해 정의된다. CAM 섭동은 진동, 크기 및 주파수에 의해 정의될 수 있고 또한 D-축 및 Q-축 양의 상보적인 진폭 변조로서 표현될 수 있고, D/Q 축의 벡터 합은 일정한 크기로 유지된다.

고정자의 mmf 크기의 변조(FM)의 주파수를 변경하는 것은 시스템의 응답 또는 전력 전송의 효율성에 영향을 미칠 수 있다. 부가적으로, 제어부 및 회로는, 이들이 시스템을 회전자 권선(315) 또는 회전자의 보조 코일 상의 LRC 공진점 부근에 두도록 조절될 수 있다.

고정자 마이크로인버터 네트워크(210) 및 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)의 적어도 몇몇 실시예와 같은, 각각의 코일이 독립적으로 동작될 수도 있는 마이크로인버터 네트워크에서, 기계에는 고정자와 회전자 사이에 전력 또는 정보를 전송하기 위한 하나 이상의 AC 신호를 갖는 준-DC 성분을 각각 갖는 하나 이상의 주기적 구동 신호가 있을 수도 있다. 이들 주기적 구동 신호 또는 구동 신호 세트의 각각은 전술된 바와 같이 그 자신의 DQZ 기준 프레임에 의해 기술될 수도 있다. 명확성을 위해, 이는 회전자 및/또는 고정자의 모두에 적용된다.

마이크로인버터 네트워크의 맥락에서, 기계 내에서 상이한 배수로 발생하는 다수의 DQ 기준 프레임이 있을 수도 있다. 각각의 DQ 시스템 내에는, 다양한 진폭 및 주파수의 준-DC 성분 및 하나 이상의 AC 성분(정현파, 사다리꼴, 구형파 등)이 있다. AC 성분의 진폭 또는 주파수의 변조는 고정자와 회전자 사이에 전력 또는 정보를 전송하는 데 이용될 수 있다.

일 구성 예에서, 4극 회전자 실시예에서 순수 직각 위상으로 동작(θ_e = 90°), I_Q = I_mag, I_D = 0, I_z = 0, I_D,mod 및/또는 I_Z,mod은 0 신호에 부과되는 변조가 된다. 그러나, I_D,mod 및/또는 I_Z,mod는 0 신호에 대한 변조일 필요는 없다. 예를 들어, θ_e ≠ 90°이면, I_D,mod는 동기 기준 프레임에서 0이 아닌 DC 값에 대한 변조이다. D/Q 기준 프레임 내의 "DC" 신호는 예를 들어, 주어진 동작 지점에 대한 동기 기준 프레임으로의 3상 교류의 변환을 표현하는 공칭 준-DC 신호이고, 준-DC 신호는 상이한 모터 상태에 대해 변화할 수 있다는 것을 주목하라.

몇몇 구현예에서, I_D,mod, I_Q,mod 및/또는 I_{z_mod}에 포함된 데이터 신호는 독립적인 데이터를 전달하는 별개의 데이터 신호 여자이고 본질적으로 개별적으로 처리될 수 있다. 그러나, 몇몇 구현예에서, 데이터 신호는 예를 들어 전류각 및/또는 총 전류 크기의 변조에서, I_D,mod, I_Q,mod 및 I_{z_mod} 중 2개 이상의 조합으로 임베드된다. 몇몇 구현예에서, 회전자 회로 구성은 데이터 신호 여자를 통해 고정자와의 상호 작용을 위해 이용 가능한 제어 가능한 축을 정의하는 것을 도울 수 있다.

"전력 전송" 및 연관된 용어는 무시할 수 없는 기자력을 발생하기 위해 충분히 회전자 권선을 여자하는 고정자-회전자 결합을 지칭한다. "데이터 신호 전송" 및 연관된 용어(예를 들어, 데이터 신호)는 주로 데이터 전송을 나타내는 고정자-회전자 결합을 지칭하는데, 예를 들어 무시할 수 없는 기전력을 발생하기 위해 또는 토크 생성을 위해 충분히 회전자 권선을 여자하지 않는다.

몇몇 경우에, 전력 전송은 전송되는 전력의 크기에 의해 데이터 신호 전송과 구별될 수도 있다. 예를 들어, 전력 전송은 데이터 신호 전송보다 고정자 권선으로부터 회전자 권선으로 전송되는 전력의 적어도 10배, 적어도 100배, 또는 적어도 1000배만큼 연관될 수도 있다. 몇몇 경우에, 전력 전송은 연관된 고정자 전압의 크기에 의해 데이터 신호 전송과 구별될 수도 있다. 예를 들어, 전력 전송과 연관된 고정자 전압은 데이터 신호와 연관된 고정자 전압의 적어도 10배, 적어도 100배, 또는 적어도 1000배일 수도 있다. 몇몇 경우에, 전력 전송은 전송이 발생하는 주파수에 의해 데이터 신호 전송과 구별될 수도 있다. 예를 들어, 데이터 신호 전송을 대표하는 전류 및/또는 자기장은 전력 전송을 대표하는 전류 및/또는 자기장의 주파수의 적어도 10배, 적어도 100배, 또는 적어도 1000배인 주파수에서 진동할 수도 있다. 몇몇 경우에, 전력 전송은 각각의 고정자 전류의 형태에 의해 데이터 신호 전송과 구별될 수도 있다.

구현예는 본 개시내용에 명시적으로 설명된 D-축 결합 및 Q-축 결합 예에 한정되지 않는다. 일반적으로, 고정자로부터 회전자로의 필드 결합(토크 제어, 전력 전송 및/또는 데이터 신호)은 모터 내의 다양한 제어 가능한 채널(축)을 가로질러 구현될 수 있다. 토크 제어, 전력 전송 및/또는 데이터 신호 전송은, 적절한 고정자 토폴로지, 회전자 토폴로지 및/또는 여자 패턴에 기초하여, 이들 축 중 하나, 2개, 또는 그 초과 상에서 토크를 제어하고, 전력을 결합하고, 그리고/또는 데이터 신호를 전송하는 진동 고정자측 전류를 사용하여 수행될 수도 있다. 몇몇 경우에, 축이 기능들 사이에 공유되고, 몇몇 경우에 축이 단일 기능에만 전용된다. 예를 들어, 전력 전송은 제1 축 상에서 수행될 수도 있고, 데이터 신호는 제2 상이한 축을 통해 전송될 수도 있거나, 또는 적절한 회전자 회로 토폴로지가 주어지면, 하나의 축이 양자 모두를 위해 사용될 수도 있다.

추가로, 본 개시내용에 따른 몇몇 실시예는 권선 이외에 고정자-회전자 결합 요소를 포함하지 않지만, 몇몇 실시예는 부가의 결합 요소, 예를 들어 브러시, 슬립 링, 광학 송신기/센서 등을 포함한다. 이들 부가의 결합 요소는 몇몇 실시예에서, 데이터 신호 전송 및/또는 전력 전송에 사용될 수도 있어, 필드 결합 축과 함께 대안적인 제어 가능한 축을 나타낸다.

기능이 상이한 제어 가능한 축을 가로질러 분산될 수 있는 다양한 방식 이외에, 기능은 또한 상이한 회전자 권선을 가로질러 분산될 수 있다. 제1 회전자 권선은 데이터 신호 전송을 위해 사용될 수도 있고, 제2 상이한 회전자 권선은 전력 전송을 위해 사용될 수도 있으며, 토크 제어는 제1 및 제2 회전자 권선 중 하나 또는 모두로의 결합에 의해 또는 제3 권선으로의 결합에 의해 수행될 수도 있다. 더욱이, 상이한 기능을 수행하는 권선은 고정자로부터 동일한 자속에 노출될 수도 있거나(예를 들어, 극 쌍을 형성함), 또는 상이한 자속에 노출될 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 하나의 회전자 권선이 데이터 신호 전송과 전력 전송의 모두를 위해 사용된다.

다양한 제어 방안이 능동 정류기 회로의 제어를 위해 사용될 수도 있다. 몇몇 제어 방안은, 이들이 고정자로부터 회전자로 특수 데이터 신호의 전송을 요구하지 않고; 오히려, 회전자측 회로는 회전자 권선을 여자하고 회전자의 이동을 구동하는(예를 들어, 전력 전송 신호 및/또는 토크 제어 신호에 기초하여) 동일한 D-축 및/또는 Q-축 전류에 의해 회전자 권선에 유도된 전류에 기초하여 능동 정류기 회로를 제어한다는 점에서 "자체 동기화"이다. 다른 제어 방안은 이들이 고정자 권선-대-회전자 권선 D-축 전류 및/또는 Q-축 전류 내에 임베드되어(예를 들어, 전력 전송 신호 또는 토크 제어 신호 내에 임베드됨) 모터 상태 데이터를 고정자로부터 회전자로 통과시키는 인코딩된 데이터 신호, 예를 들어, 데이터 신호를 포함한다는 점에서 "신호 구동식"이다. 신호 구동 제어 방안은 대안적으로 또는 부가적으로 전력 전송 및/또는 토크 제어를 위해 사용되는 축과 별개인 축 상의 데이터 신호를 포함할 수도 있다. 몇몇 제어 방안은 자체 동기화 및 신호 구동식 특징의 모두를 포함한다. 고정자측 전류는 고정자측 전압에 대응할 수도 있기 때문에, 전류 내에 임베드된 신호를 포함하는 방안은 전압 내에 임베드된 신호를 포함하는 등가 방안에 대응할 수도 있다. 고정자측 전압 내의 신호와 관련하여 본 개시내용에 설명된 구현예는 고정자측 전류 내의 신호와 등가일 수도 있고, 또한 기술할 수도 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.

이들 방안은 반드시 부가의 고정자-대-회전자 결합 요소를 필요로 하지는 않고; 오히려, 몇몇 구현예에서, 회전자 권선 여자 및 이동을 위해 이미 사용된 고정자 권선 및 회전자 권선을 사용하여 신호가 전송된다. 이는 고정자로부터 회전자로 신호를 전송하는 특수 검출기, 센서, 유선 또는 무선 연결 또는 브러시를 통합하는 방안에 비교하여 비용을 절감하고 성능과 유연성을 증가시키는 것을 도울 수 있다.

도 21a는 회전자 제어를 위한 예시적인 회로 개략도를 도시하고 있다. 이 예에서, 회전자 권선(2100)은 회전자 권선(2100) 내의 전류를 정류하는 능동 정류기 회로(2102)에 결합된다. 추정기 유닛(2104)은 회전자 전류(I_R) 및 회전자 전압(V_R)을 측정 또는 추정하고, 이들 값에 기초하여, 추정된 고정자 AC 전압(V_S)을 결정하도록 구성된다. V_S에 기초하여, 추정기 유닛(2104)은 능동 정류기 회로(2102)의 스위칭 가능 요소를 제어하여 회전자 전류 상에 원하는 타이밍과 레벨을 부과한다. 능동 정류기 회로(2102) 및 추정기 유닛(2104)은 예를 들어, 이하에 설명되는 도 7a 및 도 7c의 마이크로인버터(720) 또는 이하에 설명되는 도 7b 및 도 7d의 마이크로인버터(760)와 같은, 본 명세서에 설명된 바와 같은 마이크로인버터에 의해 구현될 수도 있다. 여기서, 능동 정류기(2102)는 한 쌍의 전력 스위칭 소자(730, 도 7c 및 도 7d 참조)로서 구현될 수도 있고 추정기 유닛(2104)은 마이크로인버터 제어기(725, 도 7c) 또는 제어 신호 인터페이스(785)(도 7d)에 의해 구현될 수도 있다. 복수의 마이크로인버터를 포함하는 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 마이크로인버터 네트워크(210 및/또는 310))의 경우, 각각의 마이크로인버터는 각각의 능동 정류기 회로(2102) 및 추정기 유닛(2104)을 구현할 수도 있다.

예를 들어, 고정자 및 전압 권선의 몇몇 구성에서, 고정자 전압(V_S)은 수학식 V_S = L_k·dI_k/dt + V_R에 의해 I_R 및 V_R와 관련되고, 여기서 L_k는 고정자와 회전자 사이의 유효 누설 인덕턴스이고, I_k는 회전자 누설 전류(회전자 전류의 주입 성분)이다. 따라서, I_k 및 V_R의 회전자측 측정 또는 추정은 V_S의 추정을 허용한다. 이는 V_S가 별개의 데이터 신호에 기초하지 않고, 전력 전송 신호 및/또는 토크 제어 신호에 의해 유도된 회전자 전류/전압에 기초하여 추정되기 때문에 이는 자체 동기화 계산이다.

이 수학식은 고정자-회전자 시스템의 하나의 가능한 모델을 나타내지만, 다른 모델이 회전자 권선 내의 전압 및/또는 전류에 기초하여 고정자측 값을 추정하기 위해 대안적으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 추정기 유닛(2104) 내의 디지털 메모리는 고정자-회전자 시스템의 하나 이상의 수학적 모델을 저장하고 추정된 고정자 신호 파라미터를 결정하기 위해 디지털 로직과 함께 이들 모델을 사용할 수도 있다.

V_S에 기초하여 수행될 수도 있는 제어 기능의 예는 다음 중 하나 이상을 포함한다. 고정자 AC 전압의 위상이 추정되고, 회전자 전류/전압 파형이 직각 위상에서 제어되어 전력 전송을 제어한다(예를 들어, 전력 전송을 최대화하기 위해). 고정자 AC 전압의 주파수가 추정되고, 회전자 전류/전압 파형은 고정자 AC 전압의 주파수와 정합하는 주파수를 갖거나 또는 고정자 AC 전압과 상이한 미리 정의된 관계를 갖도록 제어된다. 고정자 AC 전압의 진폭이 추정되고, 회전자 전압 파형은 고정자 AC 전압의 진폭과 정합하거나 고정자 AC 전압의 진폭의 2배인 진폭을 갖거나, 또는 고정자 AC 전압과 상이한 미리 정의된 관계를 갖도록 제어된다.

V_S와 I_S를 모두 측정하거나 추정할 필요는 없을 수도 있고; 오히려, 몇몇 구현예에서 이들 값 중 단지 하나만이 측정되거나 추정되고, 제어 기능은 그 측정 또는 추정에 기초하여 수행된다.

도 21b는 자체 동기화 제어 방안의 상세한 예를 도시하고 있다. 회전자 권선(2100)은 회전자 권선(100) 내의 전류를 정류하는 능동 정류기 회로(2102)에 결합된다. 추정기 유닛(2106)은 회전자 전류(I_R) 및 회전자 전압(V_R)을 측정 또는 추정하고, 이들 값에 기초하여, 추정된 고정자 AC 전압(V_S), 추정된 고정자 AC 주입 주파수(f_S), 및 추정된 고정자 AC 주입 위상(Φ_S)을 결정하도록 구성된다.

주입 주파수(f_S)에 기초하여, 변환기 유닛(2108)은 대응 회전자 전류 설정점(I_R,Sp)을 결정한다. 결정은 f_S와 I_R,Sp 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 이루어진다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서 더 많은 전력이 더 낮은 고정자 AC 주입 주파수에서 전송되어, 미리 결정된 관계가 f_S에 역 관계를 갖는 I_R,Sp를 나타내게 된다.

회전자 전류 설정점(I_R,Sp) 및 측정되거나 추정된 회전자 전류(I_R)는 게이트 구동 유닛(2112)에 입력을 제공하는 비교기(2110)에 공급되고, 입력은 회전자 전류가 회전자 전류 설정점과 정합하게 하기 위해 게이트 구동 유닛(2112)에 의해 사용된다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 회전자 위상(Φ_R)은 추정된 고정자 AC 주입 위상(Φ_S)에 기초하여 고정자 AC 전압과 회전자 전압/전류 사이의 상대 위상을 증가시키거나 감소시키도록 조정된다. 상대 위상은 전송되는 전력의 양을 조정하고 따라서 회전자 전류를 조절한다.

게이트 구동 유닛(2112)은 예를 들어, 트랜지스터 게이트 또는 트랜지스터 베이스 전압의 변조에 의해 능동 정류기 회로(2102)의 스위칭 소자(예를 들어, 트랜지스터)를 제어한다.

이 예에서, 추정된 고정자 AC 전압(V_S)은 게이트 구동 유닛(2112), 비교기(2110) 또는 다른 회전자 로직 유닛에 직접 공급되지 않지만; 몇몇 구현예에서는, V_S가 또한 또는 대신에 능동 정류기 회로(2102)의 요소를 제어하는 데 사용되는 로직 연산에 사용된다.

다양한 구현예에서, 이 예의 것들 이외의 다른 로직 연산이, 측정된 또는 추정된 회전자 전류 및/또는 고정자 전압에 의해 유도된 전압에 기초하여, 회전자 전류/전압이 특정 크기, 주파수, 위상 또는 다른 파라미터를 갖게 하는 데 사용될 수도 있다. 추정기 유닛은 측정된 또는 추정된 V_R 및 I_R 이외의 데이터를 입력으로 취할 수도 있고; 예를 들어, 이들 값을 측정하거나 추정하는 대신에 또는 추가로, 회전자 회로는 V_R 및/또는 I_R에서 극성 스위칭 이벤트를 검출하고 이들 이벤트에 기초하여 추정을 행할 수도 있다. 추가로, 예시적인 추정된 고정자측 파라미터(V_S, f_S, 및 Φ_S) 이외에, 다른 고정자측 파라미터, 예를 들어 고정자 전류(I_S) 또는 고정자 전류/전압 극성 스위칭 이벤트가 추정될 수도 있다. 위상 고정 루프 방법은 회전자 주파수를 고정자 주파수에 동기화하고, 회전자 주파수의 특정 상대 위상을 설정하거나, 다른 회전자측 제어를 수행하는 데 사용될 수도 있다.

도 21a와 마찬가지로, 능동 정류기 회로(2102), 추정기 유닛(2104), 변환기(2108), 비교기(2110), 및 게이트 드라이버 로직(2112)은 예를 들어, 이하에 설명되는 도 7a 및 도 7c의 마이크로인버터(720) 또는 이하에 설명되는 도 7b 및 도 7d의 마이크로인버터(760)와 같은, 본 명세서에 설명된 바와 같은 마이크로인버터에 의해 구현될 수도 있다. 여기서, 능동 정류기(2102)는 한 쌍의 전력 스위칭 소자(730, 도 7c 및 도 7d 참조)로서 구현될 수도 있고 추정기 유닛(2104), 변환기(2108), 비교기(2110), 및 게이트 드라이버 로직(2112)은 마이크로인버터 제어기(725, 도 7c) 또는 제어 신호 인터페이스(785)(도 7d)에 의해 구현될 수도 있다. 복수의 마이크로인버터를 포함하는 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 마이크로인버터 네트워크(210 및/또는 310))의 경우, 각각의 마이크로인버터는 능동 정류기 회로(2102), 추정기 유닛(2104), 변환기(2108), 비교기(2110), 및 게이트 드라이버 로직(2112)을 포함하는 도 21b에 도시되어 있는 바와 같이 각각의 회로를 구현할 수도 있다.

도 22a는 신호 구동 회전자 제어 방안에 사용되는 고정자측 전압의 예를 도시하고 있다. 고정자측 전력 전송 전압(2200)은 본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 바와 같이, 회전자 권선으로의 전력 전송을 수행하는 데 사용된다. 그러나, 전력 전송 전압(2200)(예를 들어, 다양한 구현예에서, 동등하게 토크 제어 전압일 수 있음)에 추가로, 부가의 데이터 신호(2202)가 고정자 권선 전압 내에, 이 예에서는(보편적이지는 않음) 전력 전송 전압(2200)과 동일한 제어 가능한 축을 따라 임베드된다. 데이터 신호는 결과적인 회전자 전압 설정점(2204)을 제어하기 위해 회전자 내의 검출기 유닛에 의해 사용된다. 이 예에서, 전력 전송과 데이터 신호 전송의 모두는 동기 기준 프레임 내의 D-축을 통해 수행되고, 양 결합은 동일한 회전자 권선(2212)에 이루어진다. 그러나, 전술된 바와 같이, 이는 일반적으로 반드시 그럴 필요는 없다.

데이터 신호(2202)는 데이터 신호(2202)와 동일한 제어 가능한 축을 따라 또한 결합되는 전력 전송 전압(2200)보다 상당히 더 높은 주파수를 갖도록 구성된다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서 전력 전송 전압 또는 토크 제어 전압은 100 Hz 내지 500 Hz의 주파수를 갖고, 데이터 신호는 1 kHz 내지 10 kHz의 주파수를 갖는다. 추가로, 데이터 신호의 주파수는 고정자 인버터의 스위칭 주파수의 2배 미만, 예를 들어 고정자 인버터의 스위칭 주파수의 1/10 미만일 수도 있다.

데이터 신호 및 전력 전송 신호는 토크 제어 신호 및 회전자의 기본 이동(예를 들어, 회전 주파수)과 특정 주파수 관계를 가질 필요는 없다. 예를 들어, 데이터 신호와 전력 전송 신호는 토크 제어 신호의 더 고차 고조파일 필요는 없다. 오히려, 구동 주파수(토크 제어 신호의 주파수)는 다른 신호(예를 들어, 전력 전송 신호 및 데이터 신호)의 주파수에 독립적일 수도 있고, 모터 동작 상태의 변화는 예를 들어 데이터 신호의 대응 변화에 반영될 필요는 없다. 예를 들어, 회전자 속도 변화는 토크 제어 속도 변화에 동시에 대응할 수 있고, 반면 데이터 신호 주파수 및/또는 전력 신호 주파수는 일정하게 유지될 수 있거나 또는 FM 데이터 전송을 위해 변조될 수 있다.

예를 들어, 제1 동작 모드 동안, 토크 제어 신호는 주파수(f₁)를 가질 수도 있고; 제2 동작 모드 동안, 토크 제어 신호는 f₁와는 상이한 주파수(f₂)를 가질 수도 있고; 양 동작 모드 동안의 데이터 신호 및/또는 전력 전송 신호는 일정한 주파수 또는 FM 데이터 전송을 수행하기 위해 일정한 주파수로부터 변조되는 주파수를 가질 수도 있다.

상이한 고정자-회전자 상호 작용의 이러한 결합 해제는 회전자측 회로 설계에 향상된 유연성을 제공하는데, 이는 회전자 동작 조건에 기초하는 신호 전송으로 제한될 필요가 없다.

도 22a의 예에서, 데이터 신호(2202)는 이진 온/오프 데이터를 회전자 권선에 전송한다. 데이터 신호(2202)가 온/활성일 때(예를 들어, 시간 길이(2206) 동안), 회전자 전압 설정점(2204)은 양으로 제어된다. 데이터 신호(2202)가 오프/비활성일 때(예를 들어, 시간 길이(2207) 동안), 회전자 전압 설정점(2204)은 음으로 제어된다. 따라서, 데이터 신호(2202)는 회전자 전압 설정점(2204)(따라서 비이상성 및 스위칭 지연을 무시하고, 회전자 전압)이 90° 위상 지연을 갖는 전력 전송 전압(2200)과 정합하는 주파수를 갖게 된다.

동작적으로, 도 22a의 예시적인 제어 방안은 회전자 내의 검출기 유닛에 고역 통과 또는 대역 통과 필터를 포함함으로써 구현될 수도 있어, 검출기 유닛이 전력 전송 전압(2200)으로부터 데이터 신호(2202)를 격리하고 이에 따라 회전자 전압 설정점(2204)을 조정할 수 있게 된다.

도 22a의 예는 회전자 전압의 극성을 제어하기 위한 간단한 이진 데이터 전송을 포함한다. 그러나, 많은 다른 유형의 데이터가 여기에 설명된 방법을 사용하여 송신될 수도 있다. 예를 들어, 단순한 극성 정보 이외에도, 회전자 전류, 회전자 전압, 회전자 주파수 및/또는 회전자 위상에 대한 실제 설정점 값은 고정자측 데이터 신호의 적절한 구성 및 회전자측 검출기 유닛 및 다른 스위칭 및 로직 요소의 상보적 구성에 의해 송신될 수 있다. 데이터 신호는 다양한 포맷 중 하나 이상일 수도 있다. 예를 들어, 진폭 변조(AM) 및/또는 주파수 변조(FM)는 데이터 신호의 데이터를 고정자로부터 회전자로 전송하는 데 사용될 수도 있다.

도 722b는 도 22a의 예시적인 신호 구동 회전자 제어 방안을 구현하는 예시적인 토폴로지의 개략도를 도시하고 있다. 다른 정보 중에서 제어 정보를 인코딩할 수도 있는 데이터 신호는 고정자 권선(2210) 내의 전압 내에 임베드되고 회전자 권선(2212)에 대응 전압을 유도한다. 검출기 유닛(2214)은 전체 회전자 전류(I_R)를 측정하고(다른 구현예에서, 다른 회전자 파라미터가 대신에 또는 부가적으로 측정될 수도 있음) 인코딩된 정보를 포함하는 데이터 신호를 나타내거나 표현하는 신호 전류를 전체 회전자 전류로부터 추출한다. 검출기 유닛(2214)은 신호 전류에 기초하여 회전자 전압 설정점(V_R,sp)을 발생하기 위해 미리 결정된 로직을 채용한다. 회전자 전압 설정점(V_R,sp)은 능동 정류기(2218)의 스위칭 소자를 제어하고, 특히 스위칭 소자가 회전자 전압을 회전자 전압 설정점(V_R,sp)과 동일하게 하기 위해 게이트 구동 유닛(2216)에 의해 사용된다.

검출기 유닛(2214)은 검출된 데이터 신호를 정확하게 추출 및 해석하고(즉, 인코딩된 정보를 디코딩함) 능동 정류기(2218)를 제어하기 위해 게이트 구동 유닛(2216)에 의해 이해될 것인 출력을 게이트 구동 유닛(2216)에 제공하도록 구성된다. 이 검출기 유닛(2214)은 검출된 회전자 전류 및/또는 전압으로부터 특정 유형의 신호를 추출하고 대응 출력을 제공하도록 구성된 아날로그 회로, 추출 및 출력을 수행하도록 프로그래밍된 구성 가능한 디지털 로직, 또는 이들 요소의 혼합을 통한 "하드코딩"을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 검출기 유닛(2214)의 필터링 회로는 먼저 데이터 신호를 격리할 수도 있고, 검출기 유닛(2214)의 아날로그 대 디지털 변환기는 데이터 신호를 디지털 데이터 스트림으로 변환할 수도 있고, 검출기 유닛(2214)의 마이크로프로세서는 디지털 데이터 스트림을 분석하여 출력(예를 들어, 회전자 전압 주파수 설정점)을 얻고 출력을 게이트 구동 유닛(2216)으로 통과시킬 수도 있고, 이 게이트 구동 유닛은 회전자 동작이 출력에 순응하게 하기 위해 필요한 스위칭 동작을 구현한다.

도 21a 및 도 21b와 마찬가지로, 능동 정류기 회로(2218), 검출기(2214), 및 게이트 드라이버 로직(2216)은 예를 들어, 이하에 설명되는 도 7a 및 도 7c의 마이크로인버터(720) 또는 이하에 설명되는 도 7b 및 도 7d의 마이크로인버터(760)와 같은, 본 명세서에 설명된 바와 같은 마이크로인버터에 의해 구현될 수도 있다. 여기서, 능동 정류기(2218)는 한 쌍의 전력 스위칭 소자(730, 도 7c 및 도 7d 참조)로서 구현될 수도 있고 검출기(2214) 및 게이트 드라이버 로직(2216)은 마이크로인버터 제어기(725, 도 7c) 또는 제어 신호 인터페이스(785)(도 7d)에 의해 구현될 수도 있다. 복수의 마이크로인버터를 포함하는 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 마이크로인버터 네트워크(210 및/또는 310))의 경우, 각각의 마이크로인버터는 능동 정류기 회로(2218), 검출기(2214), 및 게이트 드라이버 로직(2216)을 포함하는 도 22b에 도시되어 있는 바와 같이 각각의 회로를 구현할 수도 있다.

회전자 상의 마이크로프로세서(예를 들어, 마이크로인버터 제어기(725))는 예를 들어, 회전자 상의 하나 이상의 커패시터, 예를 들어 회전자의 능동 정류기에 포함된 하나 이상의 커패시터에 의해 전력 공급될 수도 있다. 이들 커패시터는 고정자에 의해 간접적으로 충전되기 때문에, 이들은 모터가 오프될 때 미충전 상태에서 시작하고, 따라서 마이크로프로세서도 또한 오프된다. 그러나, 몇몇 구현예에서, 능동 정류기는 커패시터가 충전되고 마이크로프로세서가 전력 공급되어 스위칭 동작을 제어하는 것이 가능할 때까지 수동적으로 작용한다.

마이크로프로세서는 대안적으로 또는 부가적으로 회전자 내에 또는 상에 포함된 전용 저전압 변압기, 예를 들어 회전자 상에 장착되고 전력 전송을 위해 또한 사용되는 제어 가능한 축에 결합하도록 배열된 부가의 코일에 의해 전력 공급될 수도 있다. 부가의 코일의 턴 카운트는 동작을 위해 마이크로프로세서에 의해 필요한 전압을 제공하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 전력 전송 신호는 또한 마이크로프로세서에 별개의 전용 전력을 제공하여 능동 정류를 가능하게 한다.

몇몇 구현예에서, 마이크로프로세서는 대안적으로 또는 부가적으로 회전자 전원 장치, 예를 들어 회전자 내에 포함된 배터리에 의해 전력 공급된다.

본 개시내용은 때때로 데이터 신호가 다른 신호에 "임베드"되는 것으로서 언급하지만, 몇몇 구현예에서는 데이터 신호(D/Q 공식에서)는 0이 아닌 신호에 "임베드"되지 않고, 오히려 주어진 제어 가능한 축을 따른 유일한 신호이다.

몇몇 구현예에서, 자체 동기화 및 신호 구동 제어 방안이 동시에 또는 서로 함께 사용된다. 예를 들어, 자체 동기화는 회전자 전압 주파수를 제어하는 데 사용될 수도 있고, 데이터 신호가 추출되고 해석되어 회전자 전류 설정점을 제어할 수도 있다.

집합적으로, 검출기 유닛(2214), 게이트 구동 유닛(2216), 및 능동 정류를 제어하는 데 관련된 임의의 다른 유닛 및/또는 회로(예를 들어, 도 21b에 도시되어 있는 비교기(2110) 및 변환기 유닛(2108))는 제어부에 기초하든지 또는 자체 동기화 방식이든지간에, 회전자 제어 유닛이라고 지칭될 수도 있다.

고정자와 회전자 사이의 전력 또는 정보의 전송의 추가의 설명은 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는, 2022년 3월 4일자로 출원된 발명의 명칭이 "능동 정류된 회전자 권선을 갖는 전기 기계 내에서의 무선 전력 전송(Wirelessly Transferring Power within an Electric Machine with Actively Rectified Rotor Windings)"인 PCT 출원 번호 PCT/US2022/019040에서 발견될 수 있다.

다른 실시예에서, 신호의 시간적 또는 공간적 변위는 제어를 위해 회전자 및 회전자 회로에 의해 포획되거나 결합될 수 있다. 그러나, 신호 성분은 회전자 회로에 의해 이산화(discretized)될 수 있고 시간 또는 공간 도메인에 엄격하게 종속되지 않는다.

국소 자속 변동은 회전자 조립체(185)가 슬롯팅 효과로 인해 회전함에 따라 자연적으로 발생하고 또한 쇄교 자속의 변화로 인해 AC 응답을 발생함으로써 전력을 전송하는 데 사용될 수도 있다. 이들 변동에 의존할 때, 모터 제어기(110)는 전체 자기장에서 고주파수 변동/섭동을 포함하지 않을 수도 있다. 이 접근법은 더 적은 손실(예를 들어, 스위칭 및 코어 손실)을 발생할 수도 있지만, 변동은 회전자 회전 속도의 함수이기 때문에 이들 변동은 완전히 제어 가능하지 않을 수도 있다. 이 접근법은 회전자 조립체(185)의 특정 회전 속도에서 가장 효과적일 수도 있고, 그 속도는 기계의 원하는 토크, 속도 및 동작 모드가 주어지면 변경될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 모터 제어기는 단지 하나의 기술에 대한 의존성을 회피하기 위해 하이브리드 여자 방안을 구현한다. 예를 들어, 일 하이브리드 방안에서, 모터 제어기(110)는 국소 자속 변동에 추가하여 AC 부과를 사용한다. 이 접근법은 AC 신호를 통한 명시적인 제어 및 국소 자속 변동의 효율의 이점을 제공한다. 이러한 하이브리드 접근법은 예를 들어, 모터 제어기(110)가 낮은 회전자 회전 속도 및 높은 토크 조건에서 AC 신호에 의존하거나 모터 제어기(110)가 큰 토크 단계를 구현할 때 구현될 수도 있다. 이어서, 모터 제어기(110)는 자속 요구가 그다지 높지 않을 것인 더 낮은 토크, 고속 조건 하에서 국소 자속 변동을 사용한다.

회전자 통신 회로(312)는 고정된(즉, 비회전) 제어기(110)와, 회전하는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310) 사이에 통신 결합을 제공한다. 통신 결합은 양방향 통신 또는 단방향 통신을 허용할 수도 있다. 따라서, 회전자 통신 회로(312)는 회전자 전력 회로(305)와 같이, 고정 부분과 회전 부분을 또한 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 고정 부분과 회전 부분은 교번하는 고정 및 이동 구성요소의 층상 또는 내포형 구조일 수도 있다. 예를 들어, 고정 부분은 회전 부분이 부착되는 회전 샤프트의 내부에 놓일 수도 있다.

회전자 전력 회로(305)와 같이, 회전자 통신 회로(312)는 회전 부분으로서 전도체의 슬립 링 및 고정 부분으로서 전도성 브러시를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 회전자 통신 회로(312)는 고정 부분과 회전 부분 사이의 비접촉(무선) 데이터 전송을 포함한다. 비접촉 결합은 회전자 전력 회로(305)에 관하여 설명된 것과 같은, 용량성 또는 유도성 결합을 포함할 수도 있다. 또한, 회전자 통신 회로(312)는 고정자 권선(215) 중 하나 이상을 포함하는 고정 부분과 회전자 계자 권선(315) 또는 보조 회전자 코일 또는 디바이스를 포함하는 회전 부분 사이의 비접촉 결합을 포함할 수도 있다. 더 구체적으로, 고정자 권선(215)은 데이터 전송을 위한 특정 섭동을 갖는 자속 기준 제어로 구동될 수도 있는데, 이는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)에 의해 회전자 계자 권선(315) 또는 보조 코일 또는 디바이스에 대한 AC, 준-AC 또는 맥동 DC 여자로서 검출 및 디코딩된다. 데이터는 임베드된 전력 전송에 관하여 전술된 기술을 사용하여 AM, FM 또는 AM과 FM의 조합을 사용하여 전송될 수도 있다. 데이터를 전송하는 데 사용될 때, 이 전송 기술은 임베드 통신이라 칭할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 임베드 통신은 양방향성이다. 달리 말하면, 몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110)는 회전자 권선(315) 또는 보조 회전자 코일(들)을 통해 회전자(예를 들어, 회전자 마이크로인버터 네트워크(310), 회전자 조립체(185), 또는 다른 회전자 회로)에 데이터를 통신하도록 고정자 권선(215) 내에 섭동을 주입하고, 회전자(예를 들어, 회전자 마이크로인버터 네트워크(310) 또는 다른 회전자 회로)는 고정자 권선(215)을 통해(예를 들어, 모터 제어기(110) 또는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)로) 데이터를 통신하도록 회전자 권선(315) 또는 보조 회전자 코일(들) 내에 섭동을 주입한다.

이에 따라, 동기 모터(120)에서, 고정자와 회전자는 여러 목적으로 무선 신호 또는 에너지를 전송할 수도 있다. 예를 들어, 도 3l의 도면은 (1) 필드 반응 신호, (2) 필드 강도 신호, (3) 필드 보조 신호(예를 들어, 임베드 전력 및 데이터 전송) 및 (4) 피드백 신호(예를 들어, 임베드 데이터 전송)를 포함하여, 고정자 권선(215)으로부터 회전자 권선(315)(또는, 몇몇 경우에, 보조 회전자 코일 또는 디바이스)으로의 다양한 유형의 무선 전송을 도시하고 있다. 특정 예로서, 필드 보조 신호는, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 회전자 조립체를 특정 극 구성으로 구성하기 위해(예를 들어, 도 12의 흐름도(1200)의 제1 및 제2 구성 참조) 모터 제어기(110)로부터 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)(또는 이하에 설명되는 회전자 인버터(322))로의 데이터 통신을 포함할 수도 있다. 또한, 도 3m은 임베드 전력 전송 및 임베드 통신에 사용을 위한 예시적인 등가 회로를 도시하고 있다.

부가적으로, 고정자 및/또는 회전자의 마이크로인버터 네트워크의 사용은 무선 전력 전송 및/또는 무선 통신 전송에 장점을 제공한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 마이크로인버터(고정자, 회전자 또는 양자 모두를 위한)의 사용은, 극 또는 위상 내의 권선의 그룹의 극 또는 위상 레벨 제어보다는, 개별 권선 상의 전류 및/또는 전압을 제어하는 능력과 같은, 부가의 제어 능력을 가능하게 한다. 명확성을 위해, 권선은 또한 기계의 슬롯 또는 위상을 칭할 수도 있다. 이러한 부가의 제어 능력은 무선 전력 전송 및 무선 통신을 위해 사용되는 고정자 권선 및/또는 회전자 권선 내의 주입된 섭동의 타이밍 및 로케이션의 더 정밀한 제어를 가능하게 한다. 그 결과, 예를 들어, 주입된 섭동의 타이밍 및 로케이션은 무선 전력 전송 또는 통신의 효율, 전송된 무선 전력의 양(예를 들어, 단위 시간당), 통신되는 데이터의 양(예를 들어, 단위 시간당), 권선(또는 채널)을 가로지르는 무선 전력 전송 또는 통신의 분포, 동시에 동작하는 통신 채널의 양, 통신의 효율성 또는 강인성(예를 들어, 중복성을 통한), 전송 전력 단위(예를 들어, 밀리와트)당 데이터(예를 들어, 비트) 등을 최대화, 증가 또는 개선하도록 선택될 수 있다.

예를 들어, 회전자 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 무선 전력 전송 또는 통신용)에 의해 제공되는 개별적으로 제어 가능한 회전자 위상에 의해, 모터 조립체는 더 많은 데이터 또는 전력을 전송하거나 통신함으로써(예를 들어, 각각의 위상은 별개의 통신 또는 전력 전송 채널임), 더 강인한 통신(예를 들어, 다중 채널에 대한 중복성)을 제공함으로써, 그리고/또는 하나 초과의 채널을 가로질러 통신 또는 전송 부하의 분산을 통해 임의의 하나의 채널 상의 전송 전력 또는 보오 레이트(baud rate)를 감소시킴으로써 더 효과적으로 통신할 수 있다.

마이크로인버터 네트워크(들)(175), 고정자 마이크로인버터 네트워크(210), 회전자 마이크로인버터 네트워크(310) 및/또는 마이크로인버터 네트워크(715)와 같은 마이크로인버터 네트워크는 네트워크를 포함하는 로컬 모듈 또는 마이크로인버터의 집합에 의해 설명될 수도 있다. 모듈의 네트워크는 시스템의 주요 원하는 동작 모드를 관리하는 전역 제어기에 의해 제어될 수도 있다. 원하는 동작 모드에 대한 전역 제어 신호가 주어지면, 각각의 로컬 마이크로인버터 모듈은 이러한 전역 제어 신호에 대한 그 자신의 로컬 응답을 결정할 수도 있다. 이러한 로컬 응답은 고정자 또는 회전자 권선 또는 그 집합에 반영될 수도 있다. 이들 로컬 응답은 기계 내의 다양한 통신 및 제어 채널을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 출력 토크, 회전자 위치 및/또는 기계 구성(예를 들어, 극의 수)으로 구성될 수도 있는 전역 신호가 제공되면, 마이크로인버터 모듈은 필드 및 토크 전류 또는 전압 응답을 생성하기 위해 그 자신의 전류 출력을 결정할 수도 있다. 복합 기계 응답은 전역 명령에 대한 응답으로 다양한 로컬 모듈 명령으로 구성될 수도 있다. 또한, 이 제어 방안은 양방향성이다. 즉, 전역 제어기는 마이크로인버터 네트워크 모듈로부터 명령을 수집하고 집계할 수 있다. 예를 들어, 모터 상태(예를 들어, 전압) 보고는 다수의 모듈에 의해 제공되고 전역 제어기에 의해 집계되어 로케이션 또는 위치 데이터를 제공할 수도 있다. 또한 도 7a 및 도 7c의 마이크로인버터 네트워크(715)와 관련된 이하의 설명을 참조하면, 여기서 로컬 마이크로인버터(720)는 모터 제어기(110)로부터의 신호(예를 들어, 전역 신호)를 처리하기 위한 마이크로인버터 제어기(725)를 포함한다.

도 3a-2로 복귀하면, 회전자 구동 회로(321)가 도시되어 있다. 회전자 구동 회로(321)는, 회전자 인버터(322)가 회전자 마이크로인버터 네트워크(310) 대신에 제공되는 것을 제외하고는, 회전자 구동 회로(300)와 유사하다. 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)는 각각의 슬롯 또는 인접한 슬롯 쌍을 통한 전류를 독립적으로 제어하기 위해(예를 들어, 회전자 톱니 주위에 권취된 계자 권선의 경우) 회전자 권선당 적어도 한 쌍의 스위칭 소자를 포함할 수도 있는 반면, 회전자 인버터(322)는 도 9a 내지 도 9c에 관하여 이하에 더 상세히 설명되는 것과 같은 인버터 브리지이다. 도 3a-2의 도면의 다른 구성요소는 도 3a-1의 유사한 참조 부호의 요소와 유사하고, 이들 요소에 대한 상기 설명은 도 3a-2에 관하여 여기서 유사하게 적용된다.

도 3b로 복귀하면, 회전자 구동 회로(325)가 도시되어 있다. 회전자 구동 회로(325)는 DC 전원 장치(105)를 회전자 조립체(185)의 회전자 권선(315)에 연결하는 구동 회로(115)의 부분이다. 회전자 구동 회로(325)는 전력을 수신하기 위해 DC 전원 장치(105)에 연결되는 회전자 전력 회로(330)를 포함한다. 회전자 전력 회로(330)는 회전자 계자 권선(315) 및 모터 제어기(110)에 추가로 연결된다. 모터 제어기(110)는 회전자 구동 회로(325), 및 특히 회전자 전력 회로(330)를 제어하여, DC 전원 장치(105)로부터의 전류로 회전자 계자 권선(315)을 선택적으로 구동하여 도 1의 회전자 조립체(185)를 회전시키는 자기장을 유도한다.

회전자 전력 회로(330)는 고정된(즉, 비회전) 전원 장치(105)와, 회전하는 회전자 조립체(185)의 회전자 계자 권선(315) 사이에 전력 결합을 제공한다. 따라서, 회전자 전력 회로(330)는 회전자 전력 회로(305)와 같이, 고정 부분과 회전 부분을 또한 포함할 수도 있다.

회전자 전력 회로(330)는, 예를 들어, 고정 부분(예를 들어, 회전자 인버터)으로서 브리지 구성으로 연결된 복수의 전력 스위칭 소자를 포함한다. 전력 스위칭 소자는 예를 들어, 전계 효과 트랜지스터(FET)(예를 들어, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)), 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 또는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 같은 반도체 스위칭 디바이스이다. 회전자 전력 회로(330)는 독립적으로(예를 들어, 각각의 회전자 위상에 대해) 구동될 수도 있는 하나 이상의 회전자 계자 권선(315)의 각각의 세트에 대한 출력 단자를 포함할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 각각의 주기적인 구동 신호로 각각의 회전자 위상을 구동하기 위해 각각의 출력 단자에서 주기적인 구동 신호를 발생하도록 회전자 전력 회로(330)를 제어할 수도 있다. 주기적인 구동 신호는 예를 들어, 정현파, 사다리꼴, 구형파, 또는 주기적인 다른 구동 신호일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 회전자 전력 회로(330)의 각각의 출력 단자는, 전력 스위칭 소자와 같이, 고정된 전도성 브러시에 연결된다. 각각의 전도성 브러시는 회전자 조립체(185)와 함께 회전하는 슬립 링의 각각의 전도체와 맞물린다. 회전 부분을 형성하는 슬립 링의 각각의 전도체는 계자 권선(315) 중 하나 이상에 결합될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 용량성 또는 유도성 슬립 링 또는 결합이 회전자 전력 회로(330)를 계자 권선(315)에 연결하기 위해 제공된다.

몇몇 실시예에서, 회전자 전력 회로(330)는 슬립 링의 분할형 전도체와 간헐적으로 맞물리는 DC 전원 장치(105)에 결합된 전도성 브러시를 포함한다. 분할형 전도체는, 전도성 브러시가 회전자 계자 권선(315)에 원하는 구동 전류를 제공하기 위해 슬립 링의 특정 아치형 부분과 접촉하도록 회전식으로 정렬되는 아치형 부분이다. 달리 말하면, 회전자 조립체(185)가 회전함에 따라, 전도성 브러시는 회전자 권선(315)에 원하는 전류 흐름을 발생하기 위해 적절한 시간에 세그먼트 전도체와 접촉을 행하고 차단한다. 이들 실시예 중 몇몇에서, 전도성 브러시 및 분할형 전도체의 설명된 물리적 배열로 인해, 회전자 전력 회로(330)는 모터 제어기(110)로부터의 통신 및 제어 없이 회전자 계자 권선(315)을 구동할 수도 있다.

도 3a-1에 관하여 언급된 바와 같이, 회전자 구동 회로(325)를 포함하는 동기 모터(120)의 몇몇 실시예에서, 회전자 조립체(185)는 회전자 계자 권선(315)에 추가하여 회전자 영구 자석(320)을 포함한다. 도 3a-1에 관하여 제공된 회전자 영구 자석(320)의 포함의 설명은 도 3b의 회전자 조립체(185)에도 유사하게 적용된다.

몇몇 실시예에서, 회전자 조립체(185)는 회전자 계자 권선이 없는 영구 자석 회전자 조립체이다. 이들 실시예에서, 회전자 조립체(185)는 구동될 회전자 계자 권선을 포함하지 않기 때문에, 회전자 구동 회로(325)는 제거될 수도 있다.

도 3h는 회전자 전력 회로(330)를 포함하는 회전자 조립체(예를 들어, 회전자 조립체(185))의 다른 도면을 제공한다. 이 예에서, 회전자 전력 회로(330)는 회전자 회로(360)에 연결된 슬립 링(355)에 연결된 회전자 인버터(350)(예를 들어, 전술된 전력 스위칭 소자를 포함함)를 포함한다. 회전자 인버터(350)는 모터 제어기(110)에 의해 구동되어 DC 전원 장치(105)(도 3b 참조)로부터 슬립 링(355)에 전력을 제공한다. 전술된 바와 같이, 슬립 링(355)은 고정 구성요소(예를 들어, 회전자 인버터(350))와 회전자 조립체의 회전 구성요소(예를 들어, 회전자 회로(360) 및 회전자 권선(315)) 사이의 연결을 제공할 수도 있다. 슬립 링 연결은 전술된 바와 같은, 전도성 결합, 유도성 결합, 또는 용량성 결합 중 하나 이상일 수도 있다. 회전자 회로는 회전자 권선(315)을 슬립 링(355)에 연결하는 트레이스, 단자 및 다른 온보드 회로 요소(예를 들어, 저항기, 커패시터 등)를 포함한다. 도시되어 있는 바와 같이, 4개의 채널(365)이 회전자 인버터(350)로부터 회전자 권선(315)까지 제공되어, 최대 4개의 회전자 위상을 가능하게 한다. 명확성을 위해, 각각의 채널(365)은 단일 라인으로서 그려져 있지만, 완전한 전기 회로를 정의할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 채널은 별개의 전도성 경로를 표현할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 2개의 요소(예를 들어, 회전자 인버터(350), 슬립 링(355), 회전자 회로(360) 및/또는 회전자 권선(315))를 연결하는 채널(365) 중 하나 이상의 부분은 다중화되는(예를 들어, 시간 다중화 또는 주파수 다중화) 공유 전도체에 의해 구현될 수도 있다. 다른 실시예에서, 더 많거나 더 적은 채널(365)이 제공된다. 고정자 구동 회로(225)가 도 3h에 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 고정자 구동 회로(200)는 고정자 구동 회로(225) 대신에 제공되고 모터 제어기(110)에 결합된다.

도 3i는 회전자 구동 회로(300)를 포함하는 회전자 조립체(예를 들어, 회전자 조립체(185))의 다른 도면을 제공한다. 이 예에서, 회전자 조립체는, 고정자 권선(215)으로부터 회전자 구동 회로(300)에 전력 및 통신(예를 들어, 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)에 대한 제어 신호)을 전송하는 4개의 채널(370)에 의해 표현되어 있는, 고정자 권선(215)으로부터 회전자 구동 회로(300)로 임베드 전력 전송 및 임베드 통신을 사용한다. 도면을 단순화하기 위해, 회전자 전력 회로(305) 및 회전자 통신 회로(312)는 단일 회전자 전력 통신 회로(372)로서 예시된다. 회전자 구동 회로(300)는 4개의 회로 또는 전도성 경로(380)를 통해 회전자 권선(315)에 연결될 수도 있어, 최대 4개의 회전자 위상을 가능하게 한다. 다른 실시예에서, 더 많거나 더 적은 전도성 경로(380)가 제공된다. 명확성을 위해, 각각의 경로(380)는 단일 라인으로서 그려져 있지만, 완전한 전기 회로를 정의할 수도 있다. 도 3i에는 도시되어 있지 않지만, 채널(370)을 통해 전력 및 통신을 전송하는 것에 추가하여, 고정자 권선(215)을 통한 전류는 또한 회전자 조립체(185) 상에 토크를 발생하고 권선(315)을 포함하는 회전자 조립체(185)의 회전을 위한 필드 변조를 제어하는 자기장을 발생한다. 몇몇 실시예에서, 회전자 구동 회로(321)(회전자 인버터(322)를 포함함)는 도 3i에 도시되어 있는 회전자 조립체 내의 회전자 구동 회로(300) 대신에 제공된다. 부가적으로, 도 3a-1 및 도 3a-2에 관하여 전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서 임베드 전력 전송 및 통신보다는, 브러시형, 유도성 또는 용량성 결합을 통해 회전자 구동 회로(300 또는 321)에 대한 전력 전송 및 통신을 위해 슬립 링이 제공된다. 고정자 구동 회로(225)가 도 3i에 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 고정자 구동 회로(200)는 고정자 구동 회로(225) 대신에 제공되고 모터 제어기(110)에 결합된다.

도 3j는 회전자 구동 회로(300 또는 321, 325)로부터의 특징의 조합인 하이브리드 회전자 구동 회로(375)를 포함하는 회전자 조립체(예를 들어, 회전자 조립체(185))의 다른 도면을 제공한다. 이 예에서, 회전자 조립체는 회전자 권선(315)을 구동하기 위해 고정자 권선(215)으로부터 회전자 구동 회로(300 또는 321)(도 3i에 관하여 설명된 바와 같이)로의 임베드 전력 전송 및 임베드 통신을 사용할 수도 있고, 그리고/또는 회전자 권선(315)을 구동하기 위해 회전자 전력 회로(330)(도 3h에 대해 설명된 바와 같이)를 사용할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 다양한 시나리오에서 구동 모드 사이(즉, 회전자 전력 회로(330)를 사용하는 것과 회전자 구동 회로(300)를 사용하는 것 사이)를 스위칭할 수도 있다. 도 3j에는 도시되어 있지 않지만, 채널(370)을 통해 전력 및 통신을 전송하는 것에 추가하여, 고정자 권선(215)을 통한 전류는 또한 회전자 조립체(185) 상에 토크를 발생하고 권선(315)을 포함하는 회전자 조립체(185)의 회전을 위한 필드 변조를 제어하는 자기장을 발생한다. 개별적으로 도시되었지만, 회전자 회로(360)는 회전자 전력 회로(330) 또는 회전자 구동 회로(300)의 부분으로 고려될 수도 있다. 고정자 구동 회로(225)가 도 3j에 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 고정자 구동 회로(200)는 고정자 구동 회로(225) 대신에 제공되고 모터 제어기(110)에 결합된다.

도 3h 내지 도 3j 및 수반하는 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 회전자 조립체(185)는 보조 채널(들)(예를 들어, 전도성 결합(예를 들어, 브러시), 용량성 결합, 또는 유도성 결합을 갖는 슬립 링)을 통해, 임베드 채널(예를 들어, 임베드 전력 전송 및/또는 통신용)을 통해, 또는 보조 및 임베드 채널의 조합을 통해 전력을 수신할 수도 있다. 유사하게, 회전자 조립체(185)는 보조 채널(들)(예를 들어, 전도성 결합(예를 들어, 브러시), 용량성 결합, 유도성 결합, 또는 광학 결합을 갖는 슬립 링)을 통해, 임베드 채널(예를 들어, 임베드 전력 전송 및/또는 통신용)을 통해, 또는 보조 및 임베드 채널의 조합을 통해 통신을 수신하고 전송할 수도 있다. 부가적으로, 회전자 조립체(185)가 보조 및 임베드 채널의 모두를 포함하는 예에서, 이들 채널은 다양한 모드(예를 들어, 보조 채널 모드 대 임베드 채널 모드) 사이에서 교번될 수도 있고, 동시에 동작할 수도 있고(예를 들어, 보조 전력 전송 채널(들) + 임베드 통신 채널(들), 또는 보조 통신 채널(들) + 임베드 전력 전송 채널(들)), 또는 다른 방식으로 조합하여 사용될 수도 있다.

도 1로 복귀면, 모터 구동 회로(115)의 다양한 실시예는 도 2a, 도 2b, 도 3a-1, 도 3a-2, 및 도 3b의 고정자 및 회전자 구동 회로의 다양한 조합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 모터 구동 회로(115)는 (1) 고정자 구동 회로(200) 및 회전자 구동 회로(300), (2) 고정자 구동 회로(200) 및 회전자 구동 회로(321), (3) 고정자 구동 회로(200) 및 회전자 구동 회로(325), (4) 고정자 구동 회로(200) 및 회전자 구동 회로(300 또는 321) 및 회전자 전력 회로(330)(도 3j의 하이브리드 설계), (5) 고정자 구동 회로(225) 및 회전자 구동 회로(300), (6) 고정자 구동 회로(225) 및 회전자 구동 회로(300), (7) 고정자 구동 회로(225) 및 회전자 구동 회로(300)(도 3h에 도시되어 있는 회전자 인버터(350)를 가짐), 및 (8) 고정자 구동 회로(225) 및 회전자 구동 회로(300 또는 321) 및 회전자 전력 회로(330)(도 3j의 하이브리드 설계)를 포함할 수도 있다.

모터 구동 회로(115)가 고정자 구동 회로(200) 및 회전자 구동 회로(300)를 포함할 때, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210) 및 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 포함한다. 모터 구동 회로(115)가 고정자 구동 회로(200) 및 회전자 구동 회로(321 또는 325)를 포함할 때, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 포함한다. 모터 구동 회로(115)가 고정자 구동 회로(225) 및 회전자 구동 회로(300)를 포함할 때, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 포함한다. 이에 따라, 이들 조합의 각각에서, 모터 구동 회로(115)는 적어도 하나의 마이크로인버터 네트워크(175), 회전자 인버터(322), 및/또는 회전자 인버터(350)를 포함하고, 따라서 이하에 더 설명되는 바와 같이 모터 조립체(190)를 재구성하는 것을 제공한다.

도 4a 내지 도 4e는 도 1의 모터 조립체(190)의 예인 동기 모터 조립체(400)를 도시하고 있다. 동기 모터 조립체(400)는 고정자 조립체(402)와, 고정자 조립체(402) 내에서 회전하는 회전자 조립체(404)를 포함한다. 도 4a는 정면 사시도를 도시하고 있고, 도 4b는 정면도를 도시하고 있고, 도 4c는 후면 사시도를 도시하고 있고, 도 4d는 정면 단면도를 도시하고 있고, 도 4e는 측단면도를 도시하고 있다.

회전자 조립체(404)는 회전자 코어(410)에 결합되고 이를 통해 축방향으로 연장하는 회전자 샤프트(406)를 포함한다(도 4d 참조). 회전자 코어(410)는 회전자 코어(410)의 중심부(414)로부터 반경방향 외향으로 연장하는 12개의 회전자 톱니(412)를 포함한다. 회전자 코어(410)는 복수의 슬롯(416)을 더 포함하고, 여기서 회전자 슬롯(416)은 톱니(412)의 인접한 톱니의 각각의 쌍 사이에 위치된다. 각각의 톱니(412)는, 특정 톱니(412) 주위에 감기고 톱니(412)의 양 측면 상의 슬롯(416)을 통과하는 회전자 계자 권선(420)을 지지한다. 예를 들어, 도 4d를 참조하면, 회전자 계자 권선(420a)은 톱니(412)의 톱니(412a) 주위에 감기고, 회전자 계자 권선(420b)은 톱니(412)의 톱니(412b) 주위에 감긴다. 또한, 회전자 권선(420a, 420b)은 톱니(412a, 412b) 사이에 위치된 회전자 슬롯(416a)을 통과한다.

회전자 조립체(404)는, 함께 회전자 마이크로인버터 네트워크(432)를 형성하는 복수의 회전자 마이크로인버터(430)를 더 포함한다. 회전자 계자 권선(420)은 도 3의 회전자 계자 권선(315)의 예이고, 회전자 마이크로인버터 네트워크(432)는 도 3의 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)의 예이다. 회전자 마이크로인버터 네트워크(432)는 회전자 톱니(412)당 하나씩, 12개의 회전자 마이크로인버터(430)를 포함한다. 도면을 단순화하기 위해, 단지 하나의 회전자 마이크로인버터(430), 하나의 톱니(412), 및 하나의 회전자 계자 권선(420)이 도 4a 내지 도 4c에 표기되어 있지만; 12개의 회전자 마이크로인버터(430), 회전자 톱니(412) 및 회전자 계자 권선(420)의 각각은 적어도 도 4b에 도시되어 있다.

회전자 마이크로인버터(430)는 인쇄 회로 기판(PCB)(434) 상에 장착되고, 각각의 회전자 마이크로인버터(430)는 톱니(412)와 정렬된다. 인쇄 회로 기판(434)은 환형이고, 실질적으로 편평하며, 회전자 샤프트(406) 주위로 연장된다. 인쇄 회로 기판(434)은 회전자 코어(410)의 전방면에 고정되어 회전자 조립체(404)와 함께 회전한다.

몇몇 실시예에서, 회전자 코어(410)는 회전자 적층체의 스택으로 구성되고, 각각의 적층체는 얇은 금속 플레이트이고, 회전자 적층체의 스택은 절연 전방 및 후방 회전자 단부 캡(436a, 436b) 사이에 개재되어 있다. 몇몇 실시예에서, 인쇄 회로 기판(434)은 전방 회전자 단부 캡(436a)의 전방면에 고정된다. 도 4d에 도시되어 있는 바와 같이, 적층체는 회전자 샤프트(406)가 통과하는 관통 구멍(438)을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 고정자 조립체(402)는 일반적으로 원통형 형상이고 또한 일반적으로 원통형 형상인 회전자 조립체(404)를 에워싸는 고정자 코어(450)(도 4d 및 도 4e)를 포함한다. 고정자 코어(450)는 고정자 적층체의 스택으로 구성되고, 각각의 적층체는 얇은 금속 플레이트이고, 외부 원통형 쉘(452)에 의해 둘러싸여 있다. 고정자 적층 스택은 절연 전방 표면 및 후방 표면 고정자 단부 캡(454a, 454b) 사이에 개재되어 있다.

도 4d에 도시되어 있는 바와 같이, 고정자 코어(450)는 회전자 코어(410)의 중심부(414)로부터 반경방향 외향으로 연장하는 서른 여섯개(36개)의 고정자 톱니(460)를 포함한다. 고정자 코어(450)는 서른 여섯개(36개)의 슬롯(462)을 더 포함하고, 여기서 슬롯(462) 중 하나는 톱니(460)의 인접한 톱니의 각각의 쌍 사이에 위치된다. 각각의 슬롯(462) 내에는 고정자 권선(464)이 있다. 예시된 실시예에서, 고정자 권선(464a)은 단일 전도성 바아이다. 이에 따라, 고정자 권선(464)이라 칭하지만, 도 4a 내지 도 4e의 실시예와 같은 몇몇 실시예에서, 고정자 권선(464)은 권취되지 않는다(예를 들어, 톱니(460) 둘레에). 다른 실시예에서, 고정자 권선(464)은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 권취되거나 상이한 형태를 취한다. 도 4d를 참조하면, 톱니(460)의 톱니(460a)는 인접한 슬롯(462a)을 통과하는 고정자 권선(464a) 및 다른 인접한 슬롯(462b)을 통과하는 고정자 권선(464b)을 갖는다. 부가적으로, 톱니(460b)는 전도체(464b)를 갖는 슬롯(462b)에 인접하고, 고정자 권선(464c)은 톱니(460b)의 다른 측면에서 슬롯(462c)을 통과한다.

고정자 조립체(402)는, 함께 고정자 마이크로인버터 네트워크(472)를 형성하는 복수의 고정자 마이크로인버터(470)를 더 포함한다. 고정자 권선(464)은 도 2의 고정자 권선(215)의 예이고, 고정자 마이크로인버터 네트워크(472)는 도 2의 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 예이다. 고정자 마이크로인버터 네트워크(472)는 고정자 권선(464)당 2개씩, 일흔 두개(72개)의 고정자 마이크로인버터(740)를 포함한다. 서른 여섯개(36개)의 고정자 마이크로인버터(470)는 전방 인쇄 회로 기판(474a) 상에 장착된 모터 조립체(400)의 전방에 위치되고, 서른 여섯개(36개)의 고정자 마이크로인버터(470)는 후방 인쇄 회로 기판(474b) 상의 모터 조립체(400)의 후방에 위치된다. 각각의 고정자 마이크로인버터(470)는 톱니(460)와 정렬되고 인접한 고정자 권선(464)에 연결된 단자를 갖는다. 따라서, 각각의 고정자 권선(464)은 모터 조립체(400)의 전방에서 고정자 마이크로인버터(470)에 그리고 후방에서 고정자 마이크로인버터(470)에 연결된다. 예를 들어, 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이, 고정자 마이크로인버터(470a)는 고정자 권선(464a)에 연결된 단자를 갖고, 모터 조립체(400)의 후방의 고정자 마이크로인버터(470)(예를 들어, 도 4c에 도시되어 있는 고정자 마이크로인버터(470b))는 후방 측면에서 고정자 권선(464a)에 연결된 단자를 갖는다.

인쇄 회로 기판(474a, 474b)은 환형이고, 실질적으로 편평하고, 회전자 샤프트(406) 주위로 연장되고, 회전자 코어(405)의 직경보다 더 큰 내경을 갖는다. 전방 인쇄 회로 기판(474a)은 고정자 코어(450)의 전방면(예를 들어, 전방 고정자 단부 캡(452a) 상의)에 고정되고, 후방 인쇄 회로 기판(474b)은 고정자(450)의 후방면(예를 들어, 후방 고정자 단부 캡(452b) 상의)에 고정된다.

고정자 조립체(402)는 모터 조립체(400)의 전방에 제1 버스 바아 링(480a)과 제2 버스 바아(480b)를, 그리고 모터 조립체(400)의 후방에 제3 버스 바아 링(480c)과 제4 버스 바아 링(480d)을 포함하는 환형 버스 바아 링을 더 포함한다. 버스 바아 링(480a 내지 480d)은 도 2a의 버스 바아 링(205)의 예이고, 고정자 마이크로인버터 네트워크(472)와 DC 전원 장치(105) 사이의 연결을 제공한다(도 2a 참조). 버스 바아 링(480a, 480b)은 전방 인쇄 회로 기판(474a) 상에 위치되고 전도성 스트랩(484)으로 그에 고정된다. 전도성 스트랩(484)은 직접적으로 또는 전방 PCB(474a) 상의 트레이스를 통해 고정자 마이크로인버터(470)의 단자에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 전방 PCB(474a) 상의 각각의 고정자 마이크로인버터(470)는 제1 전도성 스트랩(484)을 통해 버스 바아 링(480a)에 연결된 제1 전력 단자와, 제2 전도성 스트랩(484)을 통해 버스 링(480b)에 연결된 제2 전력 단자를 가질 수도 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 버스 바아 링(480a)은 내부 버스 바아 링인 버스 바아 링(480b)보다 더 큰 직경을 갖는 외부 버스 링이다. 또한, 마이크로인버터(470)는 버스 바아 링(480a, 480b) 사이에 반경방향으로 위치되어, 그에 대한 연결을 단순화한다.

유사하게, 버스 바아 링(480c, 480d)은 후방 인쇄 회로 기판(474b) 상에 위치되고 전도성 스트랩(484)으로 그에 고정된다. 전도성 스트랩(484)은 직접적으로 또는 후방 PCB(474b) 상의 트레이스를 통해 고정자 마이크로인버터(470)의 단자에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 후방 PCB(474b) 상의 각각의 고정자 마이크로인버터(470)는 제1 전도성 스트랩(484)을 통해 버스 바아 링(480c)에 연결된 제1 전력 단자와, 제2 전도성 스트랩(484)을 통해 버스 링(480d)에 연결된 제2 전력 단자를 가질 수도 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 버스 바아 링(480c)은 내부 버스 바아 링인 버스 바아 링(480d)보다 더 큰 직경을 갖는 외부 버스 링이다. 또한, 마이크로인버터(470)는 버스 바아 링(480c, 480d) 사이에 반경방향으로 위치되어, 그에 대한 연결을 단순화한다.

적어도 하나의 버스 링(480a 내지 480d)은 DC 전원 장치(105)의 포지티브 레그에 연결되고, 적어도 하나의 다른 버스 링(480a 내지 480d)은 DC 전원 장치(105)의 네거티브 레그에 연결된다. 다른 버스 링(480a 내지 480d)은 고정자 마이크로인버터(470) 사이의 상호 연결을 제공할 수도 있다.

모터 조립체(400) 상에 버스 바아(480a 내지 480d)를 통합함으로써, 일반적인 모터의 단부 권선에 의한 연결에 비해 제조가 단순화되고, 마이크로인버터(470)에 대한 긴 리드가 회피된다. 예시된 버스 바아(480a 내지 480d)는 중실 전도성 바아이다. 다른 실시예에서, 버스 바아는 적층되거나 인터리빙될 수도 있는데, 이는 중실 버스 바아 링에 비해 전력 손실을 감소시키고 그리고/또는 정전용량을 증가시킬 수도 있다. 예를 들어, 도 5는 도 4a 내지 도 4c 및 도 4e에 도시되어 있는 중실 버스 바아 링(480a 내지 480d)과 대조적으로, 모터 조립체(500)가 적층형 버스 바아 링(505a, 505b)을 포함한다는 점을 제외하고는, 모터 조립체(400)와 유사한 모터 조립체(500)를 도시하고 있다. 전도성 스트랩 대신에, 적층형 버스 바아 링(505a, 505b)은 고정되고 전도성 페그(510)를 통해 전방 인쇄 회로 기판(474a)에 전기적으로 연결된다. 모터 조립체(400)의 요소와 유사한 도 5의 모터 조립체(500)의 요소는 도 4a 내지 도 4e와 동일한 요소 번호로 표기되어 있다. 인터리빙된 버스 바아는 편조 또는 교번 적층체이고, 여기서 층은 버스 바아 링 전반에 걸쳐 교번된다. 층을 교번함으로써, 전류가 더 균등하게 분산될 수도 있는데, 이는 와전류 및 근접 효과를 관리하는 것을 보조할 수 있다. 버스 바아 링은 "링" 또는 "환형"으로서 본 명세서에 설명되고 예시되어 있지만, 버스 바아 링은 파단부 또는 개방형 세그먼트를 포함할 수도 있고 따라서 집합적으로 고정자 조립체 주위에 일반적으로 환형 푸트프린트를 갖는 하나 이상의 아치형 부분 또는 직선 부분으로 구성될 수도 있다. 버스 바아 링의 이러한 실시예는 비파단 환형 링을 형성하는 완전한 버스 바아 링과 비교하여, 분할형 버스 바아 링이라 칭할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 마이크로인버터는 버스 링에 연결되지 않고, 오히려 DC 버스로서 역할을 하는 다른 전도체(예를 들어, 와이어 또는 케이블, 기판 상의 트레이스, 또는 전도성 플레이트 또는 디스크)에 연결된다.

도 4의 동기 모터 조립체(400)는 단지 도 1의 모터 조립체(190)의 예일 뿐이다. 모터 조립체(190)는 다양한 다른 형태를 취할 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 도 4a 내지 도 4e의 모터 조립체(400)와 대조적으로, 도 1의 모터 시스템(100)의 모터 조립체(190)는: 다른 변형들 중에서도, (1) 전방, 후방, 또는 전방 및 후방 측면의 모두에 상이한 수의 고정자 마이크로인버터를 갖거나 고정자 마이크로인버터를 갖지 않을 수도 있고; (2) 전방, 후방, 또는 전방 및 후방 측면의 모두에 상이한 수의 회전자 마이크로인버터를 갖거나 회전자 마이크로인버터를 갖지 않을 수도 있고; (3) 전방, 후방 또는 전방 및 후방 측면의 모두에 상이한 수의 버스 바아 링을 가질 수도 있고; (4) 고정자 및/또는 회전자의 슬롯당 상이한 수의 권선을 가질 수도 있고; (5) 상이한 유형의 고정자 권선 전도체를 가질 수도 있고; (6) 영구 자석 회전자 또는 영구 자석과 계자 권선을 갖는 하이브리드 회전자를 가질 수도 있고; (7) 상이한 수의 회전자 톱니 수를 가질 수도 있고; (8) 상이한 수의 고정자 톱니를 가질 수도 있고; (9) 반경방향 내향으로 연장하는 톱니를 갖는 외부 회전자와, 반경방향 외향으로(회전자를 향해) 연장하는 톱니를 갖는 내부 고정자를 가질 수도 있고; (10) 회전자와 고정자 사이에 축방향 공기 간극을 갖는 모터(또한 축방향 자속 모터 또는 축방향 간극 모터라고도 칭함)일 수도 있고; (11) 회전식으로 구동되는 회전자 조립체(185)보다는, 고정자 조립체(180)에 의해 선형으로 구동되는 활주 조립체를 갖는 선형 모터일 수도 있다. 더욱이, 몇몇 실시예에서, 모터(120)는 유도 모터와 같은 비동기 모터이다. 예를 들어, 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는, 모터(120)에 관하여 본 명세서에 설명된 바와 같이, 고정자 권선 또는 회전자 권선을 통해 전류를 더 정밀하게 제어하기 위해 비동기 모터를 갖는(예를 들어, 비동기 모터의 고정자 조립체 및 회전자 조립체 중 하나 또는 모두 상에) 모터 조립체(190)에 통합될 수도 있다.

도 6a 내지 도 6aq는 도 1의 모터 시스템(100)의 모터 조립체를 구현할 수도 있는 다른 모터 조립체(600a 내지 600j)의 예를 도시하고 있다. 모터 조립체(600a 내지 600j)는 일반적으로 도 4a 내지 도 4e의 모터 조립체(400)와 유사하다. 이에 따라, 모터 조립체(400)의 설명은 본 명세서에 언급된 모터 조립체 사이의 차이점을 제외하고는, 모터 조립체(600a 내지 600j)에도 유사하게 적용된다. 부가적으로, 모터 조립체(600a 내지 600j)와 모터 조립체(400) 사이의 유사한 구성요소를 참조하기 위해 유사한 번호가 사용된다.

도 6a 내지 도 6c는 모터 조립체(600a)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6a는 모터 조립체(600a)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6b는 후면도를 도시하고 있고, 도 6c는 정면 단면도를 도시하고 있다. 모터 조립체(600a)는, 모터 조립체(600a)가 전방 측면에 2개의 버스 바아 링(480a, 480b)을 포함하고 후방 측면에 버스 바아 링을 포함하지 않는다는 점을 제외하고는, 모터 조립체(400)와 유사하다. 이에 따라, 모터의 후방 측면의 마이크로인버터(470)(도 6b)는 인접한 권선(464)에 연결되지만 버스 바아 링에는 연결되지 않는다. 모터 조립체(600a)는 또한 회전자 PCB(434) 및 회전자 마이크로인버터 네트워크(432)와 함께 도시되어 있다. 그러나, 모터 조립체(600a)의 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600a)는 도 3b에 관하여 설명된 바와 같이, 회전자 마이크로인버터 네트워크(432)를 갖는 회전자 PCB(434)를 포함하지 않는다.

도 6d 내지 도 6f는 모터 조립체(600b)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6d는 모터 조립체(600b)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6e는 후면도를 도시하고 있고, 도 6f는 정면 단면도를 도시하고 있다. 모터 조립체(600b)는, 모터 조립체(600b)가 슬롯당 단일 고정자 권선(464)보다는, 슬롯당 2개의 고정자 권선(605)을 포함한다는 점을 제외하고는, 모터 조립체(400)와 유사하다. 이에 따라, 각각의 마이크로인버터(470)는 2개의 고정자 권선(605)(톱니(460)의 각각의 측면에 하나씩)에 연결된다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600b)는 도 6a 내지 도 6c의 모터 조립체(600a)와 같이, 후방측 버스 바아 링(480c, 480d)을 포함하지 않는다. 부가적으로, 모터 조립체(600a)의 회전자 PCB(434)와 대조적으로, 모터 조립체(600b)는 예를 들어 12개의 회전자 권선(420)을 갖는 모터 조립체(600a)보다 더 적은 수의 회전자 권선(607)(총 6개)의 존재로 인해, 회전자 마이크로인버터 네트워크에 대한 감소된 회로 푸트프린트를 갖는 회전자 PCB(606)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600b)는 도 3b에 관하여 설명된 바와 같은, 회전자 마이크로인버터 네트워크를 갖는 회전자 PCB를 포함하지 않는다.

도 6g 내지 도 6i는 모터 조립체(600c)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6g는 모터 조립체(600c)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6h는 후면도를 도시하고 있고, 도 6i는 정면 단면도를 도시하고 있다. 모터 조립체(400)와 대조적으로, 모터 조립체(600c)는 모터 조립체(600b)와 유사하게, 슬롯당 2개의 고정자 권선(610)을 포함한다. 부가적으로, 모터 조립체(400)와 대조적으로, 모터 조립체(600c)는 후방 측면에 후방 인쇄 회로 기판(474b) 또는 마이크로인버터(470)를 포함하지 않는다. 오히려, 고정자 권선(610)은 도 6h에 도시되어 있는 바와 같이, 톱니(612)의 후방 측면 주위에 감긴다. 이에 따라, 각각의 마이크로인버터(470)는 회전자 조립체(600)의 전방 측면에서, 버스 바아 링(480a, 480b)에 결합되고, 특정 마이크로인버터(470)와 정렬된 고정자 톱니(612)의 양 측면에서 슬롯(462)을 통해 연장되는 고정자 권선(610)의 2개의 단부(615)에 결합된다. 부가적으로, 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600c)는 도 3b에 관하여 설명된 바와 같은, 회전자 마이크로인버터 네트워크를 갖는 회전자 PCB를 포함하지 않는다.

도 6j 내지 도 6l은 모터 조립체(600d)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6j는 모터 조립체(600d)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6k는 후면도를 도시하고 있고, 도 6l은 정면 단면도를 도시하고 있다. 모터 조립체(400)와 대조적으로, 모터 조립체(600d)는 모터 조립체(600b, 600c)와 유사하게, 슬롯당 2개의 고정자 권선(610)을 포함한다. 부가적으로, 모터 조립체(400)와 대조적으로, 모터 조립체(600d)는 모터 조립체(600c)와 유사하게, 후방 측면에 후방 인쇄 회로 기판(474b) 또는 마이크로인버터(470)를 포함하지 않는다. 오히려, 36개의 고정자 권선(610)의 각각은 도 6k에 도시되어 있는 바와 같이, 중립 노드(620)로서 후방 측면에서 함께 연결된다. 이에 따라, 각각의 마이크로인버터(470)는 회전자 조립체(600)의 전방 측면에서, 버스 바아 링(480a, 480b)에 결합되고, 특정 마이크로인버터(470)와 정렬된 고정자 톱니(612)의 양 측면에서 슬롯(462)을 통해 연장되는 2개의 고정자 권선(610)에 결합된다. 부가적으로, 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600d)는 도 3b에 관하여 설명된 바와 같은, 회전자 마이크로인버터 네트워크를 갖는 회전자 PCB를 포함하지 않는다.

도 6m 내지 도 6o는 모터 조립체(600e)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6m은 모터 조립체(600e)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6n은 후면도를 도시하고 있고, 도 6o는 정면 단면도를 도시하고 있다. 모터 조립체(400)와 대조적으로, 모터 조립체(600e)는 슬롯당 2개의 고정자 권선(610)을 포함한다. 부가적으로, 모터 조립체(600e)는 모터 조립체(600e)의 각각의 측면에 슬롯당 2개의 마이크로인버터(470)를 포함한다. 이에 따라, 각각의 마이크로인버터(470)(예를 들어, 마이크로인버터(470a 내지 470d) 참조)는 하나의 고정자 권선(610)(예를 들어, 고정자 권선(610a, 610b) 참조)과 연관되고, 각각의 고정자 권선(610)은 전방 측면에서 하나의 마이크로인버터(470)에 그리고 모터 조립체(600e)의 후방 측면에서 하나의 마이크로인버터(470)에 연결된다. 예를 들어, 전도체(610a, 610b)는 슬롯(462)을 통과하고; 마이크로인버터(470a)는 전방 측면에서 전도체(610a)에 그리고 후방 측면에서 마이크로인버터(470b)에 연결되고; 마이크로인버터(470c)는 전방 측면에서 전도체(610b)에 그리고 후방 측면에서 마이크로인버터(470d)에 연결된다. 부가적으로, 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600e)는 도 3b에 관하여 설명된 바와 같은, 회전자 마이크로인버터 네트워크를 갖는 회전자 PCB를 포함하지 않는다.

도 6p 내지 도 6r은 모터 조립체(600f)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6p는 모터 조립체(600f)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6q는 후면도를 도시하고 있고, 도 6r은 정면 단면도를 도시하고 있다. 모터 조립체(400)와 대조적으로, 모터 조립체(600f)는 슬롯(462)당 2개의 고정자 권선(630)을 포함하고, 각각의 고정자 권선(630)은 집중적으로 권취된 멀티-턴 전도체이다. 각각의 마이크로인버터(470)는 하나의 고정자 권선(630)과 연관되고, 고정자 권선(630)의 각각의 단부는 마이크로인버터(470)에 연결된다(예를 들어, 연결 지점(632a, 632b) 참조). 부가적으로, 모터 조립체(400)와 대조적으로, 모터 조립체(600f)는 후방 측면에 후방 인쇄 회로 기판(474b) 또는 마이크로인버터(470)를 포함하지 않는다. 부가적으로, 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600f)는 도 3b에 관하여 설명된 바와 같은, 회전자 마이크로인버터 네트워크를 갖는 회전자 PCB를 포함하지 않는다.

도 6s 내지 도 6u는 모터 조립체(600g)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6s는 모터 조립체(600g)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6t는 후면도를 도시하고 있고, 도 6u는 정면 단면도를 도시하고 있다. 모터 조립체(600g)는, 모터 조립체(600g)가 톱니(612)의 절반에 고정자 권선(630)을 가져, 톱니의 절반(톱니(634) 참조)이 노출된 축방향 단부를 갖고 각각의 슬롯(462)을 통해 단일 전도체를 생성한다는 점을 제외하고는, 모터 조립체(600f)와 유사하다. 더 구체적으로, 톱니(612)의 모든 다른 톱니는 특정 톱니 주위에 권취된 집중된 멀티-턴 전도체의 형태의 고정자 권선(630)을 갖는다. 모터 조립체(600g)는 또한 각각의 고정자 권선(630)에 연결된 하나의 마이크로인버터(470)를 갖고, 이에 따라, 모터 조립체(600f)의 절반만큼 많은 마이크로인버터(470)를 갖는다. 예를 들어, 각각의 고정자 권선(630)의 각각의 단부는 마이크로인버터(470)의 각각에 연결된다(예를 들어, 연결 지점(632a, 632b) 참조). 부가적으로, 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600g)는 도 3b에 관하여 설명된 바와 같은, 회전자 마이크로인버터 네트워크를 갖는 회전자 PCB를 포함하지 않는다.

도 6v 내지 도 6ac는 모터 조립체(600h)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6v는 모터 조립체(600h)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6w는 도 6v의 점선 박스 부분의 확대도를 제공하고 있고, 도 6x는 모터 조립체(600h)의 후면도를 도시하고 있고, 도 6y는 모터 조립체(600h)의 정면 단면도를 도시하고 있고, 도 6z는 모터 조립체(600h)의 정면 사시도를 도시하고 있고, 도 6aa는 도 6z의 점선 박스 부분의 확대도를 제공하고 있고, 도 6ab는 모터 조립체(600h)의 측단면도를 도시하고 있고, 도 6ac는 도 6ab의 점선 박스 부분의 확대도를 제공하고 있다. 모터 조립체(400)와 대조적으로, 모터 조립체(600h)는 슬롯당 12개의 고정자 권선(610)을 포함한다(도 6y 참조). 부가적으로, 모터 조립체(600h)는 각각의 슬롯마다 모터 조립체(600h)의 전방 및 후방 측면의 각각에 2개씩, 슬롯당 4개의 마이크로인버터(470)를 포함한다. 각각의 마이크로인버터(470)는 일반적으로 중간점 노드에서, 고정자 권선(610)에 연결되는 고측(high side) 전력 스위칭 소자와 저측(low side) 전력 스위칭 소자를 포함한다(예를 들어, 도 8a 내지 도 8f의 다양한 회로도 참조). 각각의 슬롯에 대해 4개의 마이크로인버터(470)에 의해, 슬롯의 권선(610)의 절반은 슬롯에 대한 제1 쌍의 마이크로인버터(470)(모터의 전방 및 후방의 각각에 하나씩)에 의해 제어될 수도 있고, 권선(610)의 다른 절반은 슬롯에 대한 나머지(제2) 쌍의 마이크로인버터(470)(역시, 모터의 전방 및 후방의 각각에 하나씩)에 의해 제어될 수도 있다. 물론, 본 명세서에 설명된 다양한 모터 조립체(600a 내지 600j)와 마찬가지로, 슬롯, 슬롯 내의 권선, 슬롯당 마이크로인버터의 특정 수는 다양하고, 마이크로인버터 쌍당 권선 및 도 6v 내지 도 6ac에 도시되어 있는 이들 요소에 대한 특정 수량은 단지 예시의 목적으로 예일 뿐이다. 부가적으로, 모터 조립체(400, 600a 내지 600g)(도시되어 있는 바와 같이)와 대조적으로, 모터 조립체(600h)는 (i) 모터의 전방 측면 및 후방 측면의 각각에 적층형 버스 바아 링(640)(도 6v 및 도 6w 참조), (ii) 모터의 전방 측면 및 후방 측면의 각각에 마이크로인버터(고정자 슬롯당 하나)용 복수의 횡방향으로 위치된 인쇄 회로 기판(PCB)(644); 및 (iii) 모터의 전방 측면 및 후방 측면의 각각에 있는 통신 링(648)을 포함한다.

적층형 버스 바아 링(640)은 적층형 전도체(650)의 인터리빙된 스택을 포함한다. 각각의 적층형 전도체(650)는 예를 들어, 전기 절연 재료의 얇은 층 사이에 적층되거나 개재된 구리 시트 또는 층(또는 다른 전도성 시트 또는 층)을 포함한다. 따라서, 각각의 적층형 전도체(650)의 전도성 층은 이웃하는 적층형 전도체(650)로부터 전기적으로 절연된다. 적층형 전도체(650)는 DC 전압을 운반하고 스택 내의 적층형 전도체는 형상 및/또는 전압 극성이 교번하여 인터리빙된다. 예를 들어, 적층 버스 바아 링(640)은 10개의 적층형 전도체의 스택을 포함하고, 여기서 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 적층형 전도체("홀수 적층형 전도체")는 양의 DC 전압을 운반할 수도 있고 제2, 제4, 제6, 제8 및 제10 적층형 전도체("짝수 적층형 전도체")는 음의 DC 전압을 운반할 수도 있다(그 반대의 경우도 마찬가지임). 적층형 전도체(650)의 특정 수는 적층형 버스 바아 링의 다른 예에서 10개보다 많거나 적다.

예시된 각각의 적층형 전도체(650)는 일반적으로 환형 프로파일을 갖지만, 홀수 적층형 전도체의 각각은 짝수 적층형 전도체와는 상이한 형상을 갖는다. 예시된 특정 예에서, 도 6v, 도 6w, 도 6z, 및 도 6aa에 가장 명확하게 볼 수 있는 전방-지향 제1 적층형 전도체를 포함하는 홀수 적층형 전도체는 원을 형성하는 내부 반경방향 경계와 일련의 마루부(또는 돌출부)와 골부(또는 오목부)로 형성된 외부 반경방향 경계를 포함한다. 예를 들어, 도 6w를 참조하면, 제1 적층형 전도체(652)는 내부 경계(654)와 외부 경계(656)를 포함한다. 외부 경계(656)는 교번하는 골부(658)와 마루부(660)를 더 포함한다. 마루부(660)는 일반적으로 고정자의 슬롯(462)과 정렬되고, 반면 골부(658)는 일반적으로 고정자 톱니(460)와 정렬된다. 도 6v, 도 6w, 도 6z, 및 도 6aa에 부분적으로 볼 수 있는(제1 적층형 전도체(652)에 의해 부분적으로 가려져 있기 때문에) 짝수 적층형 전도체는 원을 형성하는 외부 반경방향 경계와 일련의 마루부(또는 돌출부)와 골부(또는 오목부)로 형성된 내부 반경방향 경계를 포함한다. 예로서, 도 6w를 참조하면, 제2 적층형 전도체(662)는 내부 경계(664)와 외부 경계(666)를 포함한다. 짝수 적층형 전도체의 외부 경계는 도 6aa에서 더 쉽게 보일 수도 있지만, 홀수 적층형 전도체의 마루부는 여전히 짝수 적층형 전도체의 외부 경계의 일부를 부분적으로 가리고 있다. 내부 경계(664)는 대안적으로 골부(668)와 마루부(670)를 더 포함한다. 따라서, 홀수 적층형 전도체의 마루부는 반경방향 외향으로 돌출하는 반면, 짝수 적층형 전도체의 마루부는 반경방향 내향으로 돌출된다. 몇몇 예에서, 적층형 전도체(650)는 도 6v 내지 도 6ac에 도시되어 있는 것과는 상이한 형상 또는 형태를 갖는다.

적층형 전도체(650)의 각각의 마루부(660, 670)는 횡방향 PCB(644) 중 하나의 수용을 위한 슬릿 또는 절결부(680)를 포함한다. 부가적으로, 각각의 횡방향 PCB(644)는 슬롯 또는 절결부(682)(도 6ab 참조)를 포함하여, 적층형 전도체(650)의 본체가 통과하게 하기 위한 간극(684)(도 6aa 참조)을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 적층형 전도체(650)는 PCB(644)에 납땜되어 PCB 사이에 전도성 연결을 제공한다. 예를 들어, 적층형 전도체는 슬릿(680)의 일 또는 양 측면에서, 각각의 적층형 전도체(650)의 각각의 마루부에서 PCB(644)에 결합될 수도 있다. 따라서, 짝수 적층형 전도체(외부 반경방향 마루부를 가짐)는 적층형 전도체의 외부 반경방향 부분에서 PCB(644)에 결합될 수도 있고, 반면 홀수 적층형 전도체(내부 반경방향 마루부를 가짐)는 적층형 전도체의 내부 반경방향 부분에서 PCB(644)에 결합될 수도 있다. 짝수 적층형 전도체가 양의 DC 전압을 운반할 수도 있고, 반면 홀수 적층형 전도체는 음의 DC 전압을 운반할 수도 있는(또는 그 반대도 마찬가지임) 적층형 전도체(650)의 스택의 교번 특성 때문에, 반대 극성 연결부 사이에 간격이 제공되고, 이는 적층형 전도체(650)의 DC 버스 상에 증가된 정전용량을 제공한다. DC 버스 상의 이러한 증가된 정전용량은 과도 전류 및 전압(예를 들어, 전류 또는 전압 스파이크)을 필터링할 수 있는데, 이는 (i) 모터 조립체(600h) 상의 회로(예를 들어, PCB(644) 또는 회전자 상의 구성요소), 및 (ii) 모터 조립체(600h)를 전원에 연결하는 회로 및 전원 회로 자체와 같은, 모터 조립체(600h)에 연결되는 회로 중 하나 또는 모두를 보호할 수 있다.

PCB(644)는 이들 PCB(644)의 장착 표면이 실질적으로 축방향 차원 및 반경방향 차원(즉, 이들 2개의 차원이 각각의 장착 표면의 평면을 정의함)으로 연장하여 횡방향으로 위치된다. 이러한 위치설정은 축방향 외향으로 지향하는 장착 표면을 갖는(예를 들어, 장착 표면에 수직으로 연장하는 라인이 회전자 샤프트의 회전축과 실질적으로 평행함) 다른 실시예의 환형 PCB와 대조된다. 각각의 횡방향 PCB(644)는 횡방향 PCB(644)의 각각의 측면(또는 장착면)에 하나씩 2개의 마이크로인버터(470)를 포함한다. 또한, 각각의 횡방향 PCB(644)는 특정 PCB(644)에 인접한 슬롯(462)의 고정자 권선(610)에 대한 연결부를 포함한다. 횡방향 PCB(644)의 이러한 예는 이하에 더 설명되는 모터 조립체(600j)에 관하여 도 6aq에 더 명확하게 도시되어 있다. 복수의 횡방향 PCB(644)를 포함함으로써, 모터 조립체(600h)는 제조 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나의 비교적 작은 횡방향 PCB(644)가 결함 또는 고장 구성요소를 갖는 경우, 하나의 고장난 횡방향 PCB(644)는 대체물로 교체될 수도 있다. 대조적으로, 예로서, 모터 조립체가 모든 마이크로인버터를 갖는 하나의 더 큰 환형 PCB를 포함하고 이들 마이크로인버터 중 하나가 고장인 경우, 전체 환형 PCB가 대체물로 교체되어야 할 수도 있다. 유사하게, 횡방향 PCB(644)에 의해, 전체 전력 전자 기기 조립체는 전체 회전자 조립체와 함께 또는 없이 교체될 수 있다.

전술된 바와 같이, 모터 조립체(600h)는 또한 별개의 통신 링(648)을 포함한다. 이 통신 링(648)은 횡방향 PCB(644)와 그 마이크로인버터(470), 뿐만 아니라 모터 조립체(600h)의 고정자 상에 위치되지 않을 수도 있는 외부 제어 회로(예를 들어, 모터 제어기(110)) 사이의 통신을 가능하게 한다. 각각의 PCB(644)는 특정 PCB(644)를 통신 링(648)에 연결하여 언급된 통신을 가능하게 하는 통신 링 커넥터(688)(예를 들어, 도 6w, 도 6z 및 도 6aa 참조)를 포함할 수도 있다.

모터 조립체(600h)는 도시되어 있는 바와 같이, 횡방향 PCB를 갖는 적층형 전도체 링을 포함하는 모터 조립체의 특정 예이다. 그러나, 다른 예에서, 모터 조립체(600h)는 슬롯당 더 많거나 더 적은 마이크로인버터(470), 슬롯당 더 많거나 더 적은 권선(610), 더 많거나 더 적은 고정자 슬롯 및 톱니, 및/또는 더 많거나 더 적은 회전자 슬롯 및 톱니를 포함한다. 예를 들어, 모터 조립체(600h)의 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600h)의 후방은 마이크로인버터(470)를 포함하지 않고, 대신에, 도 6j 내지 도 6l의 모터 조립체(600d)의 중립 노드(620)와 유사하게 그리고 도 6al 내지 도 6aq에 관하여 이하에 설명되는 바와 같이, 다양한 고정자 권선을 연결하는 중립 노드를 포함한다.

도 6ad 내지 도 6ak는 모터 조립체(600i)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6ad는 모터 조립체(600i)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6ae는 도 6ad의 점선 박스 부분의 확대도를 제공하고 있고, 도 6af는 모터 조립체(600i)의 후면도를 도시하고 있고, 도 6ag는 모터 조립체(600i)의 정면 단면도를 도시하고 있고, 도 6ah는 모터 조립체(600i)의 정면 사시도를 도시하고 있고, 도 6ai는 도 6ah의 점선 박스 부분의 확대도를 제공하고 있고, 도 6aj는 모터 조립체(600i)의 측단면도를 도시하고 있고, 도 6ak는 도 6aj의 점선 박스 부분의 확대도를 제공하고 있다. 모터 조립체(600i)는 적층형 버스 바아 링의 배열을 제외하고는, 일반적으로 모터 조립체(600h)와 유사하다. 예를 들어, 모터 조립체(600i)는 유사하게, 각각의 슬롯에 대해 모터 조립체(600h)의 전방 및 후방 측면의 각각에 2개의 마이크로인버터(470)로 슬롯당 12개의 고정자 권선(610)과 슬롯당 4개의 마이크로인버터(470)를 포함한다. 물론, 본 명세서에 설명된 다양한 모터 조립체(600a 내지 600j)와 마찬가지로, 슬롯, 슬롯 내의 권선, 슬롯당 마이크로인버터의 특정 수는 다양하고, 마이크로인버터 쌍당 권선 및 도 6ad 내지 도 6ak에 도시되어 있는 이들 요소에 대한 특정 수량은 단지 예시의 목적으로 예일 뿐이다. 부가적으로, 모터 조립체(600i)는 (i) 모터의 전방 측면 및 후방 측면의 각각에 적층형 버스 바아 링(689)(도 6ad 및 도 6ae 참조), (ii) 모터의 전방 측면 및 후방 측면의 각각에 마이크로인버터(고정자 슬롯당 하나)용 복수의 횡방향으로 위치된 인쇄 회로 기판(PCB)(644); 및 (iii) 모터의 전방 측면 및 후방 측면의 각각에 통신 링(648)을 포함한다.

모터 조립체(600i)의 적층형 버스 바아 링(689)은, 적층형 전도체(690)의 인터리빙된 스택을 또한 포함한다는 점에서, 모터 조립체(600h)의 적층형 버스 바아 링(640)과 유사하다. 적층형 전도체(650)와 같이, 각각의 적층형 전도체(690)는 예를 들어, 전기 절연 재료의 얇은 층 사이에 적층되거나 개재된 구리 시트 또는 층(또는 다른 전도성 시트 또는 층)을 포함하고; 각각의 적층형 전도체(690)는 DC 전압을 운반하고; 적층형 전도체(690)는 교번하는 형상 및/또는 전압 극성으로 스택 내에 인터리빙된다. 예를 들어, 적층 버스 바아 링(689)은 10개의 적층형 전도체의 스택을 포함하고, 여기서 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 적층형 전도체("홀수 적층형 전도체")는 양의 DC 전압을 운반할 수도 있고 제2, 제4, 제6, 제8 및 제10 적층형 전도체("짝수 적층형 전도체")는 음의 DC 전압을 운반할 수도 있다(그 반대의 경우도 마찬가지임). 적층형 전도체(690)의 특정 수는 적층형 버스 바아 링의 다른 예에서 10개보다 많거나 적다.

적층형 버스 바아 링(640)(예를 들어, 도 6v의)과 대조적으로, 적층형 버스 바아 링(689) 및 그 적층형 전도체(690)(예를 들어, 도 6ad의)는 상이한 형상을 포함하고 모터 조립체(600h)와는 상이하게 PCB(644)에 연결된다. 예시된 각각의 적층형 전도체(690)는 일반적으로 환형 프로파일을 갖지만; 홀수 적층형 전도체의 각각은 짝수 적층형 전도체와는 상이한 형상을 갖는다. 예시된 특정 예에서, 도 6ad, 도 6ae, 도 6ah, 및 도 6ai에 가장 명확하게 볼 수 있는 전방-지향 제1 적층형 전도체를 포함하는 홀수 적층형 전도체는 원을 형성하는 내부 반경방향 경계와 일련의 마루부(또는 돌출부)와 골부(또는 오목부)로 형성된 외부 반경방향 경계를 포함한다. 예를 들어, 도 6w를 참조하면, 제1 적층형 전도체(691)는 내부 경계와 외부 경계를 포함한다. 외부 경계는 교번하는 골부(692)와 마루부(693)를 더 포함한다. 도 6ae에 도시되어 있는 바와 같이, 마루부(693)는 그 높이(반경방향으로)보다 크고 골부(692)의 폭보다 더 큰 폭을 갖지만, 다른 예에서, 이들 폭 대 높이 관계는 도시되어 있는 것과는 상이하다. 부가적으로, 골부(692)는 일반적으로 고정자의 슬롯(462)과 정렬되고, 반면 마루부(693)는 일반적으로 고정자 톱니(460)와 정렬되는데, 이는 모터 조립체(600h)의 적층형 전도체(650)와 대조적이다. 도 6ad, 도 6ae, 도 6ah, 및 도 6ai에 부분적으로 볼 수 있는(제1 적층형 전도체(691)에 의해 부분적으로 가려져 있기 때문에) 짝수 적층형 전도체는 원을 형성하는 외부 반경방향 경계와 일련의 마루부(또는 돌출부)와 골부(또는 오목부)로 형성된 내부 반경방향 경계를 포함한다. 예로서, 도 6ae를 참조하면, 제2 적층형 전도체(694)는 내부 경계와 외부 경계를 포함한다. 짝수 적층형 전도체의 외부 경계는 도 6ai에서 더 쉽게 보일 수도 있지만, 홀수 적층형 전도체의 마루부는 여전히 짝수 적층형 전도체의 외부 경계의 일부를 부분적으로 가리고 있다. 내부 경계는 대안적으로 골부(695)와 마루부(696)를 더 포함한다. 마루부(696)는 그 높이(반경방향에서)보다 크고 골부(695)의 폭보다 더 큰 폭을 갖는다. 따라서, 홀수 적층형 전도체의 마루부(693)는 반경방향 외향으로 돌출하는 반면, 짝수 적층형 전도체의 마루부(696)는 반경방향 내향으로 돌출된다. 부가적으로, 골부(695)는 일반적으로 고정자의 슬롯(462)과 정렬되고, 반면 마루부(696)는 일반적으로 고정자 톱니(460)와 정렬된다.

각각의 횡방향 PCB(644)는 슬롯 또는 절결부(682)(도 6ak 참조)를 포함하여, 적층형 전도체(690)의 본체가 통과하게 하기 위한 간극(684)(도 6ai 참조)을 생성한다. 적층형 전도체(690)는 볼트(697) 및 L형 전도성 플레이트(698)를 통해 PCB(644)에 연결된다. 볼트(697)는 자체로 전도성일 수도 있거나 적층형 전도체(690)와 각각의 L형 전도성 플레이트(698) 사이의 전도성 연결을 제공하기 위해(예를 들어, 와셔 또는 단락 적층체로 적층체의 전도성 홀 또는 면과의 맞물림을 통해) 각각의 볼트 주위에 전도성 슬리브를 포함할 수도 있다. 더 구체적으로, 각각의 마루부(693, 696)는 각각의 볼트(697)가 통과하는 2개의 관통 구멍을 포함한다. 각각의 볼트(697)는 또한 각각의 PCB(644)에 또한 장착되는 각각의 플레이트(698)의 관통 구멍을 통과한다. 따라서, 각각의 PCB(644)의 각각의 측면은 홀수 적층형 전도체의 스택과 짝수 적층형 전도체의 스택의 모두에 대한 연결부를 갖는다. 짝수 적층형 전도체가 양의 DC 전압을 운반할 수도 있고, 반면 홀수 적층형 전도체는 음의 DC 전압을 운반할 수도 있는(또는 그 반대도 마찬가지임) 적층형 전도체(690)의 스택의 교번 특성 때문에, 반대 극성 연결부 사이에 간격이 제공되고, 이는 적층형 전도체(690)의 DC 버스 상에 증가된 정전용량을 제공한다. DC 버스 상의 이러한 증가된 정전용량은 과도 전류 및 전압(예를 들어, 전류 또는 전압 스파이크)을 필터링할 수 있는데, 이는 (i) 모터 조립체(600i) 상의 회로(예를 들어, PCB(644) 또는 회전자 상의 구성요소), 및 (ii) 모터 조립체(600i)를 전원에 연결하는 회로 및 전원 회로 자체와 같은, 모터 조립체(600i)에 연결되는 회로 중 하나 또는 모두를 보호할 수 있다.

모터 조립체(600i)는 도시되어 있는 바와 같이, 횡방향 PCB를 갖는 적층형 전도체 링을 포함하는 모터 조립체의 특정 예이다. 그러나, 다른 예에서, 모터 조립체(600i)는 슬롯당 더 많거나 더 적은 마이크로인버터(470), 슬롯당 더 많거나 더 적은 권선(610), 더 많거나 더 적은 고정자 슬롯 및 톱니, 및/또는 더 많거나 더 적은 회전자 슬롯 및 톱니를 포함한다. 예를 들어, 모터 조립체(600i)의 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(600i)의 후방은 마이크로인버터(470)를 포함하지 않고, 대신에, 도 6j 내지 도 6l의 모터 조립체(600d)의 중립 노드(620)와 유사하게 그리고 도 6al 내지 도 6aq에 관하여 이하에 설명되는 바와 같이, 다양한 고정자 권선을 연결하는 중립 노드를 포함한다.

도 6al 내지 도 6ar은 모터 조립체(600j)를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 6al은 모터 조립체(600j)의 정면도를 도시하고 있고, 도 6am은 모터 조립체(600j)의 후면도를 도시하고 있고, 도 6an은 모터 조립체(600j)의 정면 단면도를 도시하고 있고, 도 6ao는 모터 조립체(600j)의 정면 사시도를 도시하고 있고, 도 6ap는 모터 조립체(600j)의 후면 사시도를 도시하고 있고, 도 6aq는 모터 조립체(600j)의 측단면도를 도시하고 있다. 모터 조립체(600j)는 (i) 전방측 적층형 버스 바아 링, 전방측 PCB, 및 전방측 통신 링 대신에 중립 노드(620)를 포함하는 모터 조립체(600j)의 전방 측면, 및 (ii) 회전자 샤프트 내의 회전자 마이크로인버터 회로의 위치설정을 제외하고는, 일반적으로 모터 조립체(600h)와 유사하다. 이에 따라, 모터 조립체(600j)는 슬롯당 12개의 고정자 권선(610)을 포함하지만, 슬롯당 단지 2개의 마이크로인버터(470)를 포함하고, 양 마이크로인버터(470)는 각각의 슬롯에 대해 모터 조립체(600h)의 후방 측면에 있다. 물론, 본 명세서에 설명된 다양한 모터 조립체(600a 내지 600j)와 마찬가지로, 슬롯, 슬롯 내의 권선, 슬롯당 마이크로인버터의 특정 수는 다양하고, 마이크로인버터 쌍당 권선 및 도 6al 내지 도 6aq에 도시되어 있는 이들 요소에 대한 특정 수량은 단지 예시의 목적으로 예일 뿐이다. 부가적으로, 모터 조립체(600j)는 (i) 모터의 후방 측면에 적층형 버스 바아 링(640)(도 6am 및 도 6ap 참조), (ii) 모터의 후방 측면에 마이크로인버터(고정자 슬롯당 하나)용 복수의 횡방향으로 위치된 인쇄 회로 기판(PCB)(644); 및 (iii) 모터의 후방 측면에 통신 링(648)을 포함한다.

후방 측면에서, 모터 조립체(600j)의 적층형 버스 바아 링(640) 및 횡방향 PCB(644)는, 전원 장치 회로(예를 들어, DC 전원 장치(105))에 홀수 및 짝수 적층형 전도체에 대한 연결 지점을 각각 제공하는 단자(640a, 640b)의 예시를 제외하고는, 모터 조립체(600h)의 적층형 버스 바아 링(640) 및 횡방향 PCB(644)와 유사하다. 모터 조립체(600j)의 전방 측면에는, 도 6j 내지 도 6l의 중립 노드(620)와 유사한 중립 노드(620)가 제공된다. 즉, 모터 조립체(600j)의 중립 노드(620)는 모터 조립체(600j)의 전방 측면에서 모터 조립체(600j)의 각각의 고정자 권선(610)에 연결된다. 모터 조립체(600j) 내의 중립 노드(620)는 고정자의 각각의 슬롯(462)에서 고정자 권선(610)에 대한 연결 지점을 갖는 환형 전도성 버스 바아를 포함할 수도 있다.

전술된 바와 같이, 모터 조립체(600j)에서, 회전자 마이크로인버터 회로는 회전자 샤프트 내에 위치된다. 예를 들어, 도 6aq에 도시되어 있는 바와 같이, 모터 조립체(600j)는, 일반적으로 원통형일 수도 있고 함께 회전하기 위해 회전자 샤프트(406) 내에 끼워질 수도 있는 회전자 카트리지 또는 하우징(699b)을 포함하는 회전자 카트리지 조립체(699a)를 포함한다. 달리 말하면, 회전자 샤프트(406)는 회전자 카트리지(699b)를 수용하는 공동을 그 내부에 형성하는 외주 부분을 포함한다. 회전자 샤프트(406)는 모터 조립체(600j) 내에서 회전자의 회전을 가능하게 하는 모터의 베어링 및/또는 부싱과 인터페이싱한다. 회전자 카트리지(699b)는 다수의 축방향으로 이격된 PCB(699c)를 포함할 수도 있고, 각각의 PCB(699c)는 회전자 마이크로인버터 회로의 부분을 포함할 수도 있다(예를 들어, 회전자 마이크로인버터(430)는 이들 PCB(699c) 사이에 분포될 수도 있음). 몇몇 예에서, PCB(699c)는 도시되어 있는 바와 같이 축방향으로 이격된 방식으로 적층되기보다는, 횡방향으로 배열될 수도 있다. 어느 경우든, 이 배열은 회전자 마이크로인버터(430)가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있는 PCB(434)와 같은 환형 PCB 상에 위치하는 것과 대조된다. 그러나, 모터 조립체(600j)는 회전자 권선(420)이 회전자 카트리지 조립체(699a)에 연결되게 하기 위한 연결 지점을 제공하기 위해 환형 회전자 PCB(699d)를 여전히 포함할 수도 있다. 환형 회전자 PCB(699d)는 이어서 PCB(699c) 및 그 위의 마이크로인버터(430)에 추가로 연결된다. 회전자 카트리지(699b)는 커패시터, 슈퍼 커패시터, 인덕터, 배터리 또는 이들의 조합과 같은 에너지 저장 디바이스일 수도 있는 구성요소(699e)를 추가로 수용할 수도 있다. 몇몇 예에서, 이러한 에너지 저장 디바이스는 일반적으로 회전자 카트리지(699b) 또는 회전자 회로에 포함되지 않는다. 회전자 카트리지 조립체(699a)는 회전자 카트리지(699b)의 외부 부분에 고전압 버스 바아를 더 포함할 수도 있는데, 이 버스 바아에는 각각의 PCB(699c)가 카트리지 하우징을 통해 연장하는 탱 또는 핀을 통해 연결된다. PCB(699c)는 제어기(들) 및/또는 PCB(699c) 상의 다른 저전압 회로에 공급 전력을 제공하기 위해 저전압 전력 레일에 의해 추가로 연결될 수도 있다. 이러한 고전압 버스 바아는 도 6ar에 더욱 명확하게 도시되어 있다.

도 6ar은 회전자 카트리지 조립체(699e) 대신에(예를 들어, 모터 조립체(600j)에서) 사용될 수도 있는 회전자 카트리지 조립체(2300)의 다른 실시예의 분해도를 제공한다. 회전자 카트리지 조립체(2300)는 부가의 PCB(699c)의 포함을 제외하고는, 회전자 카트리지 조립체(699a)와 유사하다. 회전자 카트리지 조립체(2300)는 베어링(2302), 캡(2304) 및 카트리지 하우징(2318)을 포함하는 본체, 커패시터 기판(2306) 및 회전자 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 네트워크(310))의 회로 요소(예를 들어, 아날로그 회로 요소, 디지털 회로 요소, 수동 회로 요소, 능동 회로 요소 및/또는 집적 회로)를 포함하는 인쇄 회로 기판 스택(2308)을 형성하는 PCB(699c)를 포함한다.

PCB 스택(2308)은 PCB 스택(2308)의 상호 연결부(2310), 예를 들어 회전자 권선에 접근하기 위해 샤프트 내의 통로를 통과하는 전도체에 의해 회전자 권선(2311)에 전도성 연결된다. 몇몇 실시예에서, 회전자 권선(2311)은 샤프트(406) 외부에 위치된 PCB 또는 상호 연결부(2312)에 연결될 수도 있고, 이는 이어서 2310에서 상호 연결부를 통해 PCB 스택(2308)(및 그 위의 구성요소)에 인터페이싱된다. PCB 스택(2308) 내에는, 고전압 버스 바아 상호 연결부(2314)와 함께 저전압 커넥터가 존재한다. 버스 바아(2314)는 각각의 절연 플레이트(2316)에 의해 커버되어 유지될 수도 있는데, 이는 접착제, 초음파 용접 또는 카트리지 구성요소 하우징(2318)에 의한 기계적 유지에 의해 적소에 유지될 수도 있다. 대안적으로, 특정 실시예에서, 버스 바아 상호 연결부는 PCB 스택(2308)과 함께 하우징(2318) 내부에 위치될 수도 있다. PCB 스택(2308)의 다양한 회로 기판(699c)은 커넥터, 접점, 하니스, 납땜 등을 통해 서로 연결될 수도 있다.

도 6aq 및 도 6ar에 도시되어 있는 바와 같이, 회전자 마이크로인버터 회로를 회전자 샤프트 내에 위치설정함으로써, 더 축방향으로 콤팩트한 회전자(및 모터)가 제공될 수도 있다.

모터 조립체(600j)는 도시되어 있는 바와 같이, 횡방향 PCB를 갖는 적층형 전도체 링을 포함하는 모터 조립체의 특정 예이다. 그러나, 다른 예에서, 모터 조립체(600j)는 슬롯당 더 많거나 더 적은 마이크로인버터(470), 슬롯당 더 많거나 더 적은 권선(610), 더 많거나 더 적은 고정자 슬롯 및 톱니, 및/또는 더 많거나 더 적은 회전자 슬롯 및 톱니를 포함한다.

부가적으로, 회전자 카트리지 조립체는 도 6al 내지 도 6aq의 모터 조립체(600j)의 특정 실시예에 관하여 설명되지만, 회전자 카트리지 조립체는 또한 본 명세서에 설명된 모터 조립체 및 회전자의 다른 실시예에서 구현될 수도 있다. 즉, 본 명세서에 설명된 모터 조립체 및 회전자의 다양한 다른 실시예에서, 회전자 마이크로인버터는, 회전자의 일 또는 양 측면 상의 환형 회전자 PCB 상에, 또는 회전자 조립체의 다른 로케이션(예를 들어, 도 4a 및 도 4b 및 도 6a 내지 도 6ak의 몇몇 실시예에 도시되어 있는 바와 같이)에 위치되기보다는, 회전자 샤프트에 통합된 회전자 카트리지 조립체 내에 위치될 수도 있다.

다양한 모터 조립체(400, 600a 내지 600j)는 단지 적어도 하나의 마이크로인버터 네트워크(175)를 포함하고 도 1의 시스템(100)에서 구현될 수도 있는 모터 조립체의 예의 비포괄적인 세트일 뿐이다. 도 1의 시스템(100)의 다른 실시예에서, 이들 모터 조립체의 다른 변형이 사용된다. 예를 들어, 모터 조립체(400 및 600a 내지 600j)에 관하여 설명된 다양한 특징은 상호 교환되어 도 1의 시스템(100)의 모터 조립체(190)로서 사용될 수도 있는 모터 조립체의 특징의 새로운 조합을 야기할 수도 있다. 예를 들어, 각각의 모터 조립체(400, 600a 내지 600j)는 도시되어 있는 바와 같은 중실 버스 바아 링보다는, 적층형 버스 바아 링(도 5 참조) 또는 인터리빙된 버스 바아 링을 사용할 수도 있다. 또한, 각각의 모터 조립체(400, 600a 내지 600j)의 고정자 톱니 및 회전자 톱니의 수(및 대응하는 슬롯의 수)는 예로서 선택되었으며, 이들 모터 조립체의 다른 실시예는 더 많거나 더 적은 톱니(예를 들어, 2, 4, 6 또는 12개의 회전자 톱니와 조합하여 4, 6, 12 또는 24개의 고정자 톱니 또는 다른 수량)를 포함한다. 부가적으로, 각각의 슬롯 내의 전도체의 수는 이들 실시예의 각각에서 다양할 수도 있다. 예를 들어, 각각의 모터 조립체(400, 600a 내지 600j)는 각각의 슬롯 내에 1개, 2개 또는 4개의 전도체, 또는 각각의 슬롯 내에 다른 수의 전도체를 가질 수도 있고, 마이크로인버터의 수는 전도체의 수에 대응하도록 조정된다. 부가적으로, 각각의 예시적인 모터 조립체(400, 600a 내지 600j)에서, 회전자 조립체와 고정자 조립체의 모두는 마이크로인버터를 포함할 수도 있고(예를 들어, 도 2a 및 도 3a-1 참조), 고정자 조립체는 마이크로인버터 없이 구성될 수도 있고(도 2b 참조), 반면 회전자 조립체는 마이크로인버터를 포함하고(도 3a-1 참조), 또는 회전자 조립체는 마이크로인버터 없이 구성될 수도 있고(도 3b 참조), 반면 고정자 조립체는 마이크로인버터를 포함한다(도 2a 참조).

또 다른 실시예에서, 모터 조립체(190)는 마이크로인버터(175)를 포함하지 않는 재구성 가능 모터(120)를 포함하고; 오히려, 예를 들어, 모터 조립체(190)는 고정자 구동 회로(225)에 의해 구동되는 고정자 조립체(180)와 회전자 구동 회로(321 또는 325)에 의해 구동되는 회전자 조립체(185)를 포함한다. 이에 따라, 이들 실시예에서, 고정자 조립체(180)의 구성은 정적일 수도 있지만, 회전자 조립체(185)의 구성은 재구성 가능하다(예를 들어, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 회전자 조립체(185)는 상이한 극 구성을 갖도록 제어될 수도 있음).

도 7a 및 도 7b는 대안적인 마이크로인버터 네트워크 구성(700, 705)을 도시하고 있다. 마이크로인버터 네트워크 구성(700)은 통신 버스(710)에 의해 N개의 마이크로인버터(720)를 갖는 마이크로인버터 네트워크(715)에 연결된 모터 제어기(110)를 포함한다. 마이크로인버터 네트워크(715)는 도 1의 마이크로인버터 네트워크(175)의 예이다. 또한, 마이크로인버터 네트워크(715)는 도 2a의 고정자 마이크로인버터 네트워크(210) 또는 도 3a-1의 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)의 예일 수도 있다. 통신 버스(710)는 다중화된 통신 버스일 수도 있거나 각각의 마이크로인버터(720)에 대한 개별 연결부(예를 들어, 와이어 및/또는 트레이스)를 포함할 수도 있다.

각각의 마이크로인버터(720)는 전자 제어기(725)(또한 마이크로인버터 전자 제어기라고도 칭함)와, 전력 스위칭 소자(730)(또한 마이크로인버터 전력 스위칭 소자라고도 칭함)를 포함한다. 전자 제어기(725)는 모터 제어기(110)와 같이, 전자 제어기(725)의 기능을 수행하기 위한 전자 프로세서 및 메모리를 포함한다. 전자 제어기(725)는 모터 제어기(110)로부터 명령을 수신하고 마이크로인버터(720)가 결합되는 고정자 또는 회전자의 권선을 구동하기 위해 전력 스위칭 소자(730)에 대한 제어 신호를 발생하도록 구성된다. 도 7a의 도면을 단순화하기 위해, 마이크로인버터(720)에 대한 전력 라인 연결부(예를 들어, DC 버스 바아 링(205) 또는 회전자 전력 회로(305)에 대한 연결부)는 도시되어 있지 않다.

도 7b를 참조하면, 마이크로인버터 네트워크 구성(750)은 통신 버스(710)에 의해 N개의 마이크로인버터(760)를 갖는 마이크로인버터 네트워크(755)에 연결된 모터 제어기(110)를 포함한다. 마이크로인버터 네트워크(755)는 도 1의 마이크로인버터 네트워크(175)의 예이다. 또한, 마이크로인버터 네트워크(755)는 도 2a의 고정자 마이크로인버터 네트워크(210) 또는 도 3a-1의 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)의 예일 수도 있다. 통신 버스(710)는 다중화된 통신 버스일 수도 있거나 각각의 마이크로인버터(760)에 대한 개별 연결부(예를 들어, 와이어 및/또는 트레이스)를 포함할 수도 있다.

각각의 마이크로인버터(760)는 전력 스위칭 소자(730)(또한 마이크로인버터 전력 스위칭 소자라고도 칭함)를 포함한다. 마이크로인버터(720)와 대조적으로, 마이크로인버터(760)는 전자 제어기를 포함하지 않는다. 오히려, 마이크로인버터(720) 내의 전자 제어기(725)에 의해 수행되는 처리는 모터 제어기(110)에 통합된다. 이에 따라, 모터 제어기(110)는, 이어서 전력 스위칭 소자(730)에 대한 제어 신호를 발생하는 마이크로인버터 제어기에 의해 해석되는 명령보다는, 전력 스위칭 소자(730)를 제어하는 제어 신호를 송신한다. 모터 제어기(110)로부터의 제어 신호는 전력 스위칭 소자(730)를 제어하여 마이크로인버터(720)가 결합되는 고정자 또는 회전자의 권선을 구동한다. 도 7b의 도면을 단순화하기 위해, 마이크로인버터(760)에 대한 전력 라인 연결부(예를 들어, DC 버스 바아 링(205) 또는 회전자 전력 회로(305)에 대한 연결부)는 도시되어 있지 않다.

도 7c 및 도 7d는 마이크로인버터(720, 760)의 예를 각각 더 상세히 도시하고 있다. 도 7c에서, 마이크로인버터(720)는 마이크로인버터(720)의 고측 단자(770)와 저측 단자(775) 사이에 결합된 730a 및 730b로 표기된 2개의 전력 스위칭 소자(730)를 포함한다. 전력 스위칭 소자(730a, 730b) 사이의 중간점은 마이크로인버터(720)의 권선 단자에 결합된다. 제어기(725)는 모터 제어기(110)로부터 명령을 수신하고 전력 스위칭 소자(730a, 730b)에 대한 제어 신호를 발생하도록 구성된다.

도 7d에서, 마이크로인버터(760)는, 마이크로인버터 제어기(725)가 제어 신호 인터페이스(785)로 대체되는 것을 제외하고는, 마이크로인버터(720)와 유사하게 구성된다. 제어 신호 인터페이스는 모터 제어기(110)로부터 제어 신호를 수신하고 제어 신호를 전력 스위칭 소자(730a, 730b)에 제공하도록 구성된다.

도 8a 내지 도 8i는 본 명세서에 설명된 고정자 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 네트워크(210, 472, 715 또는 755))를 구현하는 데 사용될 수도 있는 고정자 마이크로인버터(예를 들어, 고정자 마이크로인버터(470))에 대한 예시적인 회로도를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로라 칭할 수도 있는 도 8a 내지 도 8i의 회로도는 도 1의 모터 조립체(190)의 하나의 슬롯에 대한 전력 공급 라인(예를 들어, DC 버스 바아 링(205)) 및 고정자 권선(예를 들어, 고정자 권선(215, 464, 605, 610 또는 630))과 관련하여 고정자 마이크로인버터의 전력 스위칭 소자의 예시적인 배열을 도시하고 있다.

도 8a는 슬롯(802a 내지 802d)당 4개의 고정자 권선, 슬롯당 8개의 마이크로인버터(804a 내지 804h)(모터 조립체의 대향 축방향 측면에 각각, 고정자 권선당 2개), 및 8개의 버스 바아 링(806a 내지 806h)(모터 조립체의 축방향 측면당 4개)을 갖는 고정자 조립체(180)를 갖는 모터 조립체(190)의 예를 표현하는 제1 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(800)를 도시하고 있다. 회로(800)는 전체 마이크로인버터 네트워크(175)의 일부와 고정자 조립체(180)의 고정자 권선을 표현한다. 회로(800)는 고정자 조립체(180)의 각각의 슬롯에 대해 복제될 수도 있고, 버스 바아 링(806a 내지 806h)은 회로(800)의 다수의 인스턴스 사이에서 공유된다. 이에 따라, 고정자 조립체(180)가 36개의 슬롯을 포함하는 경우, 모터 조립체(190)는 회로(800)의 36개의 인스턴스를 포함할 수도 있다(버스 바아 링(806a 내지 806h)은 회로 사이에서 공유됨). 일 예로서, 제1 회로(800)는, 모터 조립체(600e)와 유사하지만, 모터 조립체의 전방 및 후방 측면에서 두 배의 양의 버스 링과 인버터를 갖고 각각의 슬롯 내에 두 배의 양의 고정자 권선을 갖는 모터 조립체에 적용될 수 있다.

도 8a에서, 회로(800)는 3개의 부분: 고정자 조립체(180)의 전방 측면 또는 면을 나타내는 전방 부분(810); 고정자 조립체(180)의 중앙 또는 코어를 나타내는 코어 부분(812); 및 고정자 조립체(180)의 후방 측면 또는 면을 나타내는 후방 부분(814)을 포함한다. 모터 조립체(400)와 같이, 고정자 조립체(180)는 전방 부분(810)의 회로 요소가 장착되는 전방 측면 상의(예를 들어, 고정자 단부 캡 상의) 전방 인쇄 회로 기판; 그 사이에 슬롯을 갖는 고정자 톱니를 형성하는 고정자 적층 스택으로 구성된 고정자 코어; 및 후방 부분(814)의 회로 요소가 장착되는 후방 측면 상의(예를 들어, 후방 고정자 단부 캡 상의) 후방 인쇄 회로 기판을 포함할 수도 있다. DC 전원 장치(105)는 전방 부분(810)에 있는 것으로서 도시되어 있지만; 몇몇 예에서, 도 8a의 도면의 DC 전원 장치(105)는 모터 조립체 자체와는 별개로 다른 곳에 위치되는 DC 전원 장치(105)에 연결된 단자를 나타낸다.

회로(800)에서, DC 전원 장치(105)는 마이크로인버터(804a, 804b)와 같이, 버스 바아 링(806a, 806b)을 가로질러 연결된다. 마이크로인버터(804c, 804d)는 버스 바아 링(806c, 806d)을 가로질러 연결되고; 마이크로인버터(804e, 804f)는 버스 바아 링(806e, 806f)을 가로질러 연결되고; 마이크로인버터(804g, 804h)는 버스 바아 링(806g, 806h)을 가로질러 연결된다. 부가적으로, 커패시터(C₁)는 버스 바아 링(806e, 806f)을 가로질러 결합되고, 커패시터(C₂)는 버스 바아 링(806c, 806d)을 가로질러 결합되고, 커패시터(C₃)는 버스 바아 링(806g, 806h)을 가로질러 결합된다. 각각의 마이크로인버터(804a 내지 804h)는 도 7a 및 도 7b의 마이크로인버터(720 또는 740) 중 하나와 유사하고 고측 단자와 저측 단자 사이에 연결된 2개의 전력 스위칭 소자, 및 2개의 전력 스위칭 소자 사이의 중간점에 결합된 권선 단자를 포함한다. 부가적으로, 마이크로인버터(804a 내지 804h)는 각각 중간점과 고측 단자를 가로질러 그리고 중간점과 저측 단자를 가로질러 연결된 다이오드를 포함한다. 유사한 다이오드가 마이크로인버터(720, 740)에 포함될 수도 있지만, 도 7a 및 도 7b를 단순화하기 위해 도시되어 있지 않다.

마이크로인버터(804a 내지 804h)는 마이크로인버터 쌍으로 그룹화될 수도 있고, 각각의 쌍은 모터의 대향 측면들 상에 마이크로인버터 및 그 사이에 연결된 고정자 권선을 갖는다. 예를 들어, 마이크로인버터(804a, 804e)는 각각의 마이크로인버터(804a, 804e)의 권선 단자에 연결된 고정자 권선(802a)을 갖는 마이크로인버터 쌍이고; 마이크로인버터(804b, 804h)는 각각의 마이크로인버터(804b, 804h)의 권선 단자에 연결된 고정자 권선(802d)을 갖는 마이크로인버터 쌍이고; 마이크로인버터(804c, 804f)는 각각의 마이크로인버터(804c, 804f)의 권선 단자에 연결된 고정자 권선(802b)을 갖는 마이크로인버터 쌍이고; 마이크로인버터(804d, 804g)는 각각의 마이크로인버터(804d, 804g)의 권선 단자에 연결된 고정자 권선(802c)을 갖는 마이크로인버터 쌍이다.

회로(800)는 복수의 전압 레벨 중 하나로 고정자 조립체(180)의 슬롯 내의 4개의 권선(802a 내지 802d)의 선택적 구동을 가능하게 하는 다중 레벨 인버터 토폴로지를 형성한다. 예를 들어, 마이크로인버터(804a 내지 804h) 내의 전력 스위칭 소자는 슬롯 내의 권선(802a 내지 802d)을 가로질러 상이한 전압 레벨을 얻고, 따라서 슬롯을 통해 상이한 전류 레벨을 얻도록 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수도 있다. 슬롯 내의 권선(802a 내지 802d)은, 마이크로인버터 스위치 전이 중에 일시적으로 발생하는 불균형이 사라진 후, 동일한 전압을 갖도록 토폴로지의 물리적 성질에 의해 강제될 수도 있다. 일반적으로, 다중 레벨 인버터 토폴로지의 각각의 부가의 레벨은 부하(즉, 고정자 권선(들))에 인가될 수 있는 버스 전압의 부가의 부분에서 더 정밀한 전압 레벨 제어를 허용한다.

도 8b는 고정자 조립체(180)와 함께 사용될 수도 있는 제2 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(815)를 도시하고 있다. 회로(815)는 회로(800)와 유사한 구성요소를 갖고, 이에 따라, 유사한 번호는 유사한 구성요소를 식별하는 데 사용된다. 또한, 회로(800)의 설명은 본 명세서에 설명되거나 고유한 회로(800, 815) 사이의 차이점을 제외하고는, 일반적으로 회로(815)에 적용된다. 회로(800)와 대조적으로, 회로(815)에서, DC 전원 장치(105)는 DC 버스 링(806a, 806d)을 가로질러 결합되고, 부가의 커패시터(C₀)가 DC 버스 링(806a, 806b)을 가로질러 제공된다.

회로(800, 815)는 고정자 조립체(180) 내에 슬롯당 4개의 고정자 권선을 포함하는 모터 조립체(190)의 예에 적용된다. 그러나, 모터 조립체(400, 600a 내지 600j)에 도시되어 있는 것과 같은 몇몇 예에서, 모터 조립체(190)는 슬롯당 상이한 수의 고정자 권선을 포함한다. 회로(800, 815)는 예를 들어, 슬롯을 통해 각각의 부가의 고정자 권선에 대해 다른 마이크로인버터 쌍을 추가하고, 슬롯으로부터 제거된 각각의 고정자 권선에 대해 마이크로인버터 쌍을 제거함으로써 슬롯당 다양한 수의 고정자 권선을 고려하도록 수정될 수도 있다. 예를 들어, 슬롯당 2개의 고정자 권선을 포함하는 모터 조립체에 대해, 회로(800)는 도 8c에 더 상세히 설명된 바와 같이, 회로(800)의 우측 절반을 제거함으로써 수정될 수도 있다.

도 8c는 고정자 조립체(180)와 함께 사용될 수도 있는 제3 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(820)를 도시하고 있다. 회로(820)는 회로(800)와 유사한 구성요소를 갖고, 이에 따라, 유사한 번호는 유사한 구성요소를 식별하는 데 사용된다. 또한, 회로(800)의 설명은 본 명세서에 설명되거나 고유한 회로(800, 820) 사이의 차이점을 제외하고는, 일반적으로 회로(820)에 적용된다. 회로(800)와 대조적으로, 회로(820)는 슬롯당 2개의 마이크로인버터 쌍: 고정자 권선(802a)을 위한 마이크로인버터(804a, 804c), 및 고정자 권선(802b)을 위한 마이크로인버터(804b, 804d)를 포함한다. 회로(800)에 비해, 회로(820)는 더 적은 이산 전압 레벨에서 고정자 권선(802a, 802b)을 구동하도록 구성될 수도 있다.

도 8d는 고정자 조립체(180)와 함께 사용될 수도 있는 제4 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(825)를 도시하고 있다. 회로(825)는 회로(800)와 유사한 구성요소를 갖고, 이에 따라, 유사한 번호는 유사한 구성요소를 식별하는 데 사용된다. 또한, 회로(800)의 설명은 본 명세서에 설명되거나 고유한 회로(800, 825) 사이의 차이점을 제외하고는, 일반적으로 회로(825)에 적용된다. 회로(800)와 대조적으로, 회로(825)는 슬롯당 1개의 마이크로인버터 쌍: 고정자 권선(802a)을 위한 마이크로인버터(804a, 804b)를 포함한다. 부가적으로, 회로(825)에서, 마이크로인버터(804a)는 버스 바아 링(806a, 806b) 사이에 결합되고 마이크로인버터(804b)는 버스 바아 링(806c, 806d) 사이에 결합된다. 또한, 커패시터(830a)가 버스 바아 링(806a, 806b) 사이에 결합되고, 커패시터(830b)가 버스 바아 링(806b, 806c) 사이에 결합되고, 커패시터(830c)가 버스 바아 링(806c, 803d) 사이에 결합된다. 커패시터(830b)는 고정자 조립체(180)의 코어 부분(812)에 있는 것으로서 도시되어 있지만, 몇몇 예에서, 커패시터(830b)는 전방 부분(810) 또는 후방 부분(814) 상에 위치된다. 마이크로인버터(804a, 804b)의 어느 스위치가 활성화되는지에 따라, 회로(825)는 +V_DC, +2/3 V_DC, +1/3 V_DC, 0V, -1/3 V_DC, -2/3 V_DC, 및 -V_DC에서 고정자 권선(802a)을 구동하도록 구성될 수도 있다.

몇몇 예에서, 고정자 조립체(180)는 단지 하나의 축방향 단부 상에(예를 들어, 전방 측면 상에) 마이크로인버터를 갖는 마이크로인버터 네트워크(175)를 포함한다. 이러한 고정자 조립체의 예는 모터 조립체(600c, 600d, 600f, 600g)에 존재한다. 이들 실시예에서, 고정자 권선이 마이크로인버터 쌍 사이에 연결되지 않는 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로가 제공될 수도 있다. 예를 들어, 도 8e를 참조하면, 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(835)가 모터 조립체(600c)와 함께 사용을 위해 제공되고, 도 8f를 참조하면, 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(845)가 모터 조립체(600d)와 함께 사용을 위해 제공된다.

도 8e의 회로(835)는 고정자 조립체(180)와 함께 사용될 수도 있다. 회로(835)는 회로(800)와 몇몇 유사한 구성요소를 갖고, 이에 따라, 유사한 번호는 유사한 구성요소를 식별하는 데 사용된다. 또한, 회로(800)의 설명은 본 명세서에 설명되거나 고유한 회로(800, 835) 사이의 차이점을 제외하고는, 일반적으로 회로(825)에 적용된다. 회로(800)와 대조적으로, 회로(835)는 마이크로인버터(804) 대신에 H-브리지 마이크로인버터(840)를 포함하지만, 다른 실시예에서는 마이크로인버터(840)는 2개의 마이크로인버터(804)에 의해 구현될 수도 있다. H-브리지 마이크로인버터(840)에서, 전력 스위칭 소자의 각각의 쌍 사이의 중간점은 고정자 권선(802a)에 결합된다. 고정자 권선(802a)은 도 6c, 도 6p, 및 도 6s의 모터 조립체(600c, 600f, 600g)에 각각 제공된 것과 같이, 고정자 조립체(180) 내의 인접한 슬롯을 통과한다. 몇몇 예에서, 각각의 H-브리지 마이크로인버터(840)는 2개의 슬롯과 연관되고, 각각의 슬롯은 상이한 H-브리지 마이크로인버터(840)(예를 들어, 모터 조립체(600c) 및 모터 조립체(600f) 참조)에 의해 각각 제어되는 2개의 고정자 권선을 갖는다. 다른 예에서, 각각의 H-브리지 마이크로인버터(840)는 2개의 슬롯과 연관되지만, 각각의 슬롯은 하나의 고정자 권선을 갖는다(예를 들어, 모터 조립체(600g) 참조).

도 8f의 회로(845)는 고정자 조립체(180)와 함께 사용될 수도 있다. 회로(845)는 회로(800)와 몇몇 유사한 구성요소를 갖고, 이에 따라, 유사한 번호는 유사한 구성요소를 식별하는 데 사용된다. 또한, 회로(800)의 설명은 본 명세서에 설명되거나 고유한 회로(800, 845) 사이의 차이점을 제외하고는, 일반적으로 회로(845)에 적용된다. 회로(800)와 대조적으로, 회로(845)는 고정자 조립체(180)의 전방 부분(810) 상에, 각각의 슬롯에 하나씩, 마이크로인버터(804a-N)를 포함하지만, 후방 부분(814) 상에는 마이크로인버터를 포함하지 않는다. 오히려, 권선(802a 내지 802N)은 중립 노드(850)에서 함께 결합된다. 회로(845)는 도 6j 내지 도 6l의 모터 조립체(600d) 및 도 6al 내지 도 6aq의 모터 조립체(600j)에 적용 가능할 수도 있다.

도 8g는 이 도면에서, 고정자 권선(L_a, L_b)이 제1 고정자 슬롯 내에 있는 것으로 가정되고, 고정자 권선(L_c, L_d)은 인접한 고정자 슬롯 내에 있는 것을 제외하고는, 도 8a의 회로(800)에 대한 단순화된 도면을 도시하고 있다. 도 8g에서, 회로(800)는 특정 스위칭 상태(855)를 갖는다. 스위칭 상태(855)에서, V_BUS는 4개의 고정자 권선(L_a 내지 L_d)을 가로질러 인가되고, 4개의 커패시터(C₀ 내지 C₃)는 0의 전류를 갖는다.

도 8h는 도 8a의 회로(800)에 대한 다른 단순화된 도면을 도시하고 있고, 여기서 고정자 권선(L_a, L_b)이 제1 고정자 슬롯 내에 있는 것으로 가정되고, 고정자 권선(L_c, L_d)은 인접한 고정자 슬롯 내에 있다. 도 8h에서, 회로(800)는 벅-부스트 스위칭 상태(860)를 갖는다. 회로(800)에서 스위칭 상태를 변경함으로써, 커패시터(C₀-C₃)는 3개의 상태: 직렬, 역직렬 또는 바이패스(도 8g에 도시되어 있는 바와 같이) 중 하나로 배치될 수 있어 그 사이의 전하 균형을 유지하고 고정자 권선 상에 부과할 부가의 전압 레벨을 제공한다. 도 8h의 벅-부스트 스위칭 상태(860)에서, C₁는 4개의 고정자 권선(L_a 내지 L_d)과 직렬로 배치되고 정상 상태에서 V_BUS로 충전될 것인데, 이 시점에 고정자 권선(L_a 내지 L_d)의 단자를 가로지르는 순 전압은 0일 것이다. 정상 상태에 도달한 후, C₁와 연관된 스위치는 반전되고, 이제 2×V_BUS가 4개의 권선을 가로질러 부과된다. 동일한 것이 커패시터(C₂, C₃)에 적용될 수도 있어, 최대 4×V_BUS가 고정자 권선 그룹(L_a 내지 L_d)을 가로질러 인가될 수 있게 한다. 도 8b의 회로(815)는 유사하게 벅-부스트 모드에서 동작될 수도 있다.

도 8i는 도 8b의 회로(815)에 대한 단순화된 도면을 도시하고 있고, 여기서 고정자 권선(L_a, L_d)이 제1 고정자 슬롯 내에 있는 것으로 가정되고, 고정자 권선(L_b, L_c)은 인접한 고정자 슬롯 내에 있다. 도 8i에서, 회로(815)는 스위칭 상태(865)를 갖는다. 스위칭 상태(865)에서, 커패시터가 여전히 0의 전류 상태에 있는 동안 V_BUS를 C₀+ 및 C₂-에 연결함으로써, 도 8g의 회로(800)에서와 같이 전압의 두 배인 V_BUS가 (L_a, L_b) 및 (L_c, L_d)를 가로질러 인가된다. 도 8i에서, 고정자 권선 쌍은 도 8g에 비해 상이하다. 구체적으로, L_a 및 L_d 권선이 하나의 슬롯 내에 있고, L_b 및 L_c 권선은 상보형 슬롯 내에 있어, 전압 및 전류의 극성이 전도체 쌍 내에서 정합되게 된다.

고정자 권선(215)에 관하여 전술된 바와 같이, 도 8a 내지 도 8i의 다양한 고정자 권선(802)은 전도성 바아, 적층형 바아, 연선 권선, 리츠 와이어 유형, 하이브리드 뢰벨(Roebel) 바아 유형(예를 들어, 공기간극 부근의 연선 권선(예를 들어, 5%, 10%, 20%, 30%) 및 슬롯의 저부를 향한 바아를 가짐), 톱니 주위의 집중형 권취 권선(톱니의 대향 측면들 상의 각각의 슬롯 내의 "전진(go)" 및 "복귀(return)"를 가짐), 또는 토로이드형 권선(슬롯의 "전진" 스트랜드가 "복귀"를 위해 고정자의 백 아이언 주위에 감김)과 같은 다양한 형태를 취할 수도 있다. 달리 언급되지 않으면, 본 명세서에 사용될 때, 용어 고정자 권선 및 고정자 슬롯 전도체는 고정자 톱니 사이의 슬롯을 점유하는 다양한 형태의 전도성 요소 중 임의의 것을 칭할 수도 있다(예를 들어, 고정자 권선은 고정자 슬롯 내의 전도성 바아 및 또한 고정자 톱니 주위의 집중형 권취 권선을 칭할 수도 있음). 또한, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 각각의 슬롯 내의 고정자 권선의 수는 설계에 따라 달라질 수도 있다. 예를 들어, 각각의 슬롯은 1개, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 다른 수의 고정자 권선(802)을 포함할 수도 있다. 부가적으로, 도 8a 내지 도 8i의 마이크로인버터의 도면 중 몇몇은 전력 스위칭 소자의 중간점과 고측 및 저측 단자 사이에 결합된 각각의 다이오드를 도시하고 있지 않지만, 이러한 다이오드는 적어도 몇몇 실시예에서 존재할 수도 있다. 또한, 도 8a 내지 도 8i의 마이크로인버터 네트워크 회로(800)는 인덕턴스로 표현된 권선(802)을 도시하고 있다. 이러한 권선(802)은 또한 정전용량, 저항 및/또는 시스템 임피던스를 정의할 수도 있고, 이산 커패시터 또는 저항기가 포함될 수도 있거나 이러한 정전용량, 저항 및/또는 시스템 임피던스는 권선(802) 자체에 의해 정의될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

도 8a 내지 도 8i의 다양한 회로로부터 명백한 바와 같이, 고정자 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 도 1의 마이크로인버터 네트워크(175)와 같음)를 형성하는 마이크로인버터는 전통적인 인버터 브리지를 사용하는 고정자와 비교하여 고정자 조립체(180)의 각각의 슬롯을 통한 전류의 더 특정한 제어를 가능하게 한다. 이러한 향상된 제어 능력은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 모터 조립체의 재구성 및 정밀한 제어를 허용한다. 일 예로서, 본 명세서에 설명된 고정자 마이크로인버터 네트워크는, 더 많은 수 또는 모든 슬롯 또는 권선을 가로질러 동시에 구현되는 스위칭 이벤트보다는, 개별 슬롯 또는 권선에 대한 스위칭 이벤트의 인터리빙을 허용한다. 개별 고정자 슬롯 또는 권선의 스위칭 이벤트 사이에 약간의 시간 오프셋을 제공함으로써(즉, 스위칭 이벤트를 인터리빙하거나 엇갈리게 함), 주어진 순간의 총 노이즈 또는 과도 신호가 감소시킬 수 있고, 대신에 더 긴 시간 기간을 가로질러 확산하거나 분산될 수 있다. 이러한 감소 및 분산은 스위칭시 발생하고 권선, 마이크로인버터, 제어기, 전원 장치 및/또는 모터 조립체의 다른 결합된 회로에 다른 방식으로 영향을 미치거나 이들에 의해 경험될 것인 노이즈 또는 과도 현상(예를 들어, 노이즈 또는 과도 현상의 진폭 또는 강도)을 감소시킬 수 있다. 회로가 경험할 수도 있는 잠재적인 노이즈 또는 과도 현상을 감소시킴으로써, 일반적으로 더 작고 비용이 적게 드는 낮은 등급의 구성요소가 사용될 수도 있다.

유사하게, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8g, 도 8h, 및 도 8i에 도시되어 있는 바와 같은 다중 레벨 마이크로인버터 네트워크의 사용은 또한 주어진 순간에 스위칭되는 총 전압, 전류 및/또는 전력을 감소시키고, 대신에 더 긴 시간 기간을 가로질러 확산하거나 분배할 수 있다. 이러한 감소 및 분산은 또한 스위칭시 발생하고 권선, 마이크로인버터, 제어기, 전원 장치 및/또는 모터 조립체의 다른 결합된 회로에 다른 방식으로 영향을 미치거나 이들에 의해 경험될 것인 노이즈 또는 과도 현상(예를 들어, 노이즈 또는 과도 현상의 진폭 또는 강도)을 감소시킬 수 있다.

도 8a 내지 도 8i의 다양한 고정자 마이크로인버터 네트워크는 또한 회전자 조립체(185)를 위한 회전자 마이크로인버터 네트워크를 구현하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도 8a를 참조하면, 코일(802a 내지 802d)은 회전자 조립체(185)의 슬롯을 통한 회전자 계자 권선(315)일 수도 있다. 회전자 조립체(185)는 전술된 바와 같이, 임베드 전력 전송 기술 또는 슬립 링을 통해 DC 전원 장치(105)에 결합되는 버스 바아 링(806a 내지 806h)을 가질 수도 있고, 또는 회전자 조립체(185)는 마이크로인버터를 DC 전원 장치(105)에 결합하기 위한 버스 바아 링 이외의 전도성 결합을 가질 수도 있다. 도 8b 내지 도 8i의 다른 회로는 유사하게 회전자 마이크로인버터 네트워크를 구현하는 데 사용될 수도 있고, 여기서 도시되어 있는 DC 버스 링, 전력 스위칭 소자 및 권선은 고정자 조립체(180)에 관해 사용되는 것보다는, 회전자 마이크로인버터 네트워크 및/또는 회전자 조립체(185)의 것들이다.

고정자 권선(215)과 같이, 본 명세서에 설명된 모터(120)의 다양한 예에서 회전자 계자 권선(315)은 전도성 바아, 적층형 바아, 연선 권선, 리츠 와이어 유형, 하이브리드 뢰벨 바아 유형(예를 들어, 공기간극 부근의 연선 권선(예를 들어, 5%, 10%, 20%, 30%) 및 슬롯의 저부를 향한 바아를 가짐), 톱니 주위의 집중형 권취 권선(톱니의 대향 측면들 상의 각각의 슬롯 내의 "전진" 및 "복귀"를 가짐), 또는 토로이드형 권선과 같은 다양한 형태를 취할 수도 있다. 달리 언급되지 않으면, 본 명세서에 사용될 때, 용어 회전자 계자 권선, 회전자 권선 및 회전자 슬롯 전도체는 회전자 톱니 사이의 슬롯을 점유하는 다양한 형태의 전도성 요소 중 임의의 것을 칭할 수도 있다.

도 8a 내지 도 8i의 다양한 회로로부터 명백한 바와 같이, 마이크로인버터가 회전자 마이크로인버터 네트워크(예를 들어, 도 1의 마이크로인버터 네트워크(175)와 같음)를 형성할 때, 회전자 마이크로인버터 네트워크는 전통적인 인버터 브리지를 사용하는 회전자와 비교하여 회전자 조립체(185)의 각각의 슬롯을 통한 전류의 더 특정한 제어를 가능하게 한다. 이러한 향상된 제어 능력은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 모터 조립체의 재구성 및 정밀한 제어를 허용한다. 일 예로서, 고정자 마이크로인버터 네트워크에 대해 언급된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 회전자 마이크로인버터 네트워크는 더 많은 수 또는 모든 슬롯 또는 권선을 가로질러 동시에 구현되는 스위칭 이벤트보다는, 개별 슬롯 또는 권선에 대한 스위칭 이벤트의 인터리빙을 허용한다. 개별 고정자 슬롯 또는 권선의 스위칭 이벤트 사이에 약간의 시간 오프셋을 제공함으로써(즉, 스위칭 이벤트를 인터리빙하거나 엇갈리게 함), 주어진 순간의 총 노이즈 또는 과도 신호가 감소시킬 수 있고, 대신에 더 긴 시간 기간을 가로질러 확산하거나 분산될 수 있다. 이러한 감소 및 분산은 스위칭시 발생하고 권선, 마이크로인버터, 제어기, 전원 장치 및/또는 모터 조립체의 다른 결합된 회로에 다른 방식으로 영향을 미치거나 이들에 의해 경험될 것인 노이즈 또는 과도 현상(예를 들어, 노이즈 또는 과도 현상의 진폭 또는 강도)을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 채널 또는 위상을 가로질러 무선 전력 전송 신호 및/또는 통신을 인터리빙함으로써, 전력 전송 및/또는 통신이 더욱 연속적일 수도 있다. 회로가 경험할 수도 있는 잠재적인 노이즈 또는 과도 현상을 감소시킴으로써, 일반적으로 더 작고 비용이 적게 드는 낮은 등급의 구성요소가 사용될 수도 있다. 유사하게, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8g, 도 8h, 및 도 8i에 도시되어 있는 바와 같은, 회전자 마이크로인버터 네트워크를 위한 다중 레벨 마이크로인버터 네트워크의 사용은 또한 주어진 순간에 스위칭되는 총 전압, 전류 및/또는 전력을 감소시키고, 대신에 더 긴 시간 기간을 가로질러 확산하거나 분배할 수 있다.

도 9a 내지 도 9c는 본 명세서에 설명된 회전자 인버터(예를 들어, 회전자 인버터(322 또는 350))를 구현하는 데 사용될 수도 있는 예시적인 인버터 회로도를 도시하고 있다. 더 구체적으로, 도 9a 내지 도 9c의 회로도는 전력 공급 라인(예를 들어, 회전자 전력 회로(305)) 및 회전자 권선(예를 들어, 회전자 권선(315 또는 420))과 관련하여 회전자 인버터의 전력 스위칭 소자의 예시적인 배열을 도시하고 있다. 회전자 마이크로인버터와 비교하여, 도 9a 내지 도 9c의 회전자 인버터의 전력 스위칭 소자 쌍은 비인접 슬롯 내에 고정자 권선을 포함하는 회로를 제어하도록 구성된다.

회전자 인버터(322)는 회전자 조립체(185)에 부착되어 동기 모터(120)의 동작 중에 그와 함께 회전하는 온보드 인버터일 수도 있다. 회전자 인버터(350)는, 고정되어 있고 동기 모터(120)의 동작 중에 회전자 조립체(185)와 함께 회전하지 않는 오프보드 인버터일 수도 있다. 도 9a 내지 도 9c의 각각의 전력 공급 라인은 임베드 전력 전송 기술을 통해 슬립 링을 통해 또는 고정자 권선을 통해 전력을 공급받을 수도 있다. 유사하게, 모터 제어기(110)는 임베드 통신 기술을 통해 슬립 링을 통해 또는 고정자 권선을 통해 각각의 전력 스위칭 소자(905)에 결합될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110)는 모터 제어기의 일부(예를 들어, 제1 서브제어기)가 회전자 조립체(185)에 온보드되고 모터 제어기의 다른 부분(예를 들어, 제2 서브제어기)이 회전자 조립체에 오프보드되도록 하는 분산형 제어기이다. 이들 실시예에서, 제2 서브제어기는 전력 스위칭 소자(905)에 대한 제어 신호를 발생하기 위한 명령을 해석하고 실행하는 제1 서브제어기에 제어 명령을 제공할 수도 있다. 부가적으로, 제1 및 제2 서브제어기는 임베드 통신 기술을 통해 슬립 링을 통해 또는 고정자 권선을 통해 결합될 수도 있다.

도 9a는 모터 제어기(110)에 의해 제어되는 8개의 쌍의 전력 스위칭 소자(905)를 포함하는 제1 회로(900)를 도시하고 있다. 전력 스위칭 소자(905)는 FET, BJT 등일 수도 있고, 제어 신호(907)의 각각의 제어 신호를 수신하기 위해 모터 제어기(110)에 결합된 제어 단자를 가질 수도 있다. 전력 스위칭 소자(905)는 양의 DC 버스(910)에 연결된 고측 소자 또는 음의 DC 버스(915)에 연결된 저측 소자이다. 각각의 고측 소자는 스위치 쌍을 형성하기 위해 노드에서 저측 소자에 결합되고, 각각의 노드는 회전자 권선(315)의 각각의 권선 회로 단자(회로 1 내지 4의 단자)에 결합된다. 각각의 회로는 하나 초과의 권선, 적어도 하나의 턴의 루프, 또는 전도체를 포함할 수도 있지만, 도면에서는 저항성 구성요소를 갖는 단일 권선으로서 표현되어 있다. 인덕턴스 및 저항에 추가하여, 권선, 루프 또는 전도체는 또한 회전자 및/또는 회전자 극의 정전용량을 정의할 수 있다. 즉, 이러한 권선, 루프 또는 전도체는 또한 정전용량 또는 시스템 임피던스를 정의할 수도 있고, 이산 커패시터가 포함될 수도 있거나 이러한 정전용량이 권선, 루프 또는 전도체 자체에 의해 정의될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 회전자 권선 및/또는 회로는 서로로부터 전기적으로 절연될 수도 있다.

도 9b는 모터 제어기(110)에 의해 제어되는 4개의 쌍의 전력 스위칭 소자(905)를 포함하는 제2 회로(925)를 도시하고 있다. 전력 스위칭 소자(905)는 FET, BJT 등일 수도 있고, 제어 신호(907)의 각각의 제어 신호를 수신하기 위해 모터 제어기(110)에 결합된 제어 단자를 가질 수도 있다. 전력 스위칭 소자(905)는 양의 DC 버스(910)에 연결된 고측 소자 또는 음의 DC 버스(915)에 연결된 저측 소자이다. 각각의 고측 소자는 스위치 쌍을 형성하기 위해 노드에서 저측 소자에 결합되고, 각각의 노드는 회전자 권선(315)의 각각의 권선 회로 단자(회로 1 내지 2의 단자)에 결합된다. 각각의 회로는 하나 초과의 권선, 적어도 하나의 턴의 루프, 또는 전도체를 포함할 수도 있지만, 도면에서는 저항성 구성요소를 갖는 단일 권선으로서 표현되어 있다. 인덕턴스 및 저항에 추가하여, 권선, 루프 또는 전도체는 또한 회전자 및/또는 회전자 극의 정전용량을 정의할 수 있다. 즉, 이러한 권선, 루프 또는 전도체는 또한 정전용량 또는 시스템 임피던스를 정의할 수도 있고, 이산 커패시터가 포함될 수도 있거나 이러한 정전용량이 권선, 루프 또는 전도체 자체에 의해 정의될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 회전자 권선 및/또는 회로는 서로로부터 전기적으로 절연될 수도 있다.

도 9c는 모터 제어기(110)에 의해 제어되는 2개의 쌍의 전력 스위칭 소자(905)를 포함하는 제2 회로(935)를 도시하고 있다. 전력 스위칭 소자(905)는 FET, BJT 등일 수도 있다. 전력 스위칭 소자(905)는 양의 DC 버스(910)에 연결된 고측 소자 또는 음의 DC 버스(915)에 연결된 저측 소자이다. 고측 소자는 스위치 쌍을 형성하기 위해 노드에서 저측 소자에 결합되고, 노드는 회전자 권선(315)의 권선 회로 단자(회로 1의 단자)에 결합된다. 각각의 회로는 하나 초과의 권선, 적어도 하나의 턴의 루프, 또는 전도체를 포함할 수도 있지만, 도면에서는 저항성 구성요소를 갖는 단일 권선으로서 표현되어 있다. 인덕턴스 및 저항에 추가하여, 권선, 루프 또는 전도체는 또한 회전자 및/또는 회전자 극의 정전용량을 정의할 수 있다. 즉, 이러한 권선, 루프 또는 전도체는 또한 정전용량 또는 시스템 임피던스를 정의할 수도 있고, 이산 커패시터가 포함될 수도 있거나 이러한 정전용량이 권선, 루프 또는 전도체 자체에 의해 정의될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 회전자 권선 및/또는 회로는 서로로부터 전기적으로 절연될 수도 있다.

인버터 회로(900, 925, 935)의 몇몇 예에서, 각각의 회로 1 내지 4의 하나의 단자는 직접적으로 또는 모터 제어기(110)에 의해 제어되는 다른 전력 스위칭 소자(905)를 통해 공유 중립 노드에 결합된다.

도 1의 구동 회로(115)의 부분인 도 9a 내지 도 9c의 회전자 인버터는, 영구 자석 회전자 또는 전통적인 여자 회로를 사용하는 회전자에 비교하여, 회전자 계자 권선(315)을 통한 전류 및 극성의 더 특정한 제어를 가능하게 한다. 이러한 향상된 제어 능력은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 모터 조립체의 재구성 및 정밀한 제어를 허용한다.

도 1에 관하여 전술된 바와 같이, 모터 제어기(110)는 모터 조립체(190)의 각각의 모터 구성마다 하나씩, 복수의 모터 제어 구성(195)을 포함할 수도 있다. 모터 제어기(110)에 의한 특정 모터 제어 구성의 실행은 모터 조립체(190)가 특정 모터 구성에 진입하고 제어되게 한다. 특정 모터 구성은 특정 고정자 극 구성, 회전자 극 구성, 또는 고정자 극 구성과 회전자 극 구성의 모두를 포함할 수도 있다.

각각의 모터 제어 구성(195)은 각각의 마이크로인버터 네트워크(175)에 대해, 따라서 고정자 조립체(180) 및/또는 회전자 조립체(185)에 대해 극 구성을 정의할 수도 있다. 예를 들어, 마이크로인버터 네트워크(175)가 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 포함할 때, 모터 제어 구성은 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)에 대해, 그리고 이에 의해 고정자 조립체(180)에 대해 극 구성을 정의할 수도 있다. 마찬가지로, 마이크로인버터 네트워크(175)가 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 포함할 때, 모터 제어 구성(195)은 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)에 대해, 그리고 이에 의해 회전자 조립체(185)에 대해 극 구성을 정의할 수도 있다.

극 구성(들)은 각각의 모터 제어 구성의 구동 제어 방안에 의해 정의될 수도 있다. 예를 들어, 고정자 권선(215)이 모터 제어기(110)(및 고정자 마이크로인버터 네트워크(210))에 의해 구동되는 방식은 슬롯을 통한 전류의 방향 및, 따라서 고정자 조립체(180)의 자기 극을 정의한다. 마찬가지로, 회전자 권선(315)이 모터 제어기(110)(및 회전자 마이크로인버터 네트워크(310))에 의해 구동되는 방식은 슬롯을 통한 전류 및, 따라서 회전자 조립체(185)의 자기 극을 정의한다. 이에 따라, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어함으로써 고정자 조립체(180)의 자기 극의 수 및 위치를 제어할 수 있고, 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 제어함으로써 회전자 조립체(185)의 자기 극의 수 및 위치를 제어할 수 있다.

도 10a 내지 도 10d는 이전에 도 6g 내지 도 6i에 도시되어 있는 모터 조립체(600c)의 고정자 조립체에 대한 상이한 극 구성의 예를 도시하고 있다. 모터 조립체(600c)는 36개의 고정자 슬롯(462)과 슬롯당 2개의 고정자 권선(610)을 갖는 고정자 조립체(1000)(고정자 조립체(180)의 예임)를 포함한다. 도 10a는 교번하는(N-S-N-S...N-S) 서른 여섯개(36개)의 고정자 극(1010)을 갖는 제1 모터 또는 고정자 구성(1005)을 갖는 모터 조립체(600c)를 도시하고 있다. 즉, 모터 제어기(110)가 모터 조립체(600c)를 구동하기 위해 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어할 때의 주어진 시간 순간에, 고정자 권선(610)을 통한 전류는 도시되어 있는 극(1010) 세트를 생성하는 자기장을 발생한다. 도면을 단순화하기 위해, 단지 선택된 고정자 극(1010), 고정자 권선(610) 및 슬롯(462)만이 표기되어 있다. 물론, 발생된 자기장이 회전자(1020)가 회전되게 함에 따라, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어하여 극이 회전되게 하는 고정자 권선(610)을 통해 전류를 구동하여 제2 시간 순간에, 36개의 고정자 극(1010)의 각각이 반전된 극성을 갖게 되고, 따라서 여전히 교번하게 된다(S-N-S-N...S-N). 고정자 권선(610) 내의 전류를 연속적으로 변화시킴으로써, 자기장이 연속적으로 변화하고 이에 의해 회전자(1020)를 회전시킨다.

도 10b는 2개의 극마다 극성을 교번하는(N-N-S-S...N-N-S-S) 서른 여섯개(36개)의 고정자 극(1010)을 갖는 제2 모터 또는 고정자 구성(1030)을 갖는 모터 조립체(600c)를 도시하고 있다. 따라서, 사실상, 제2 모터 구성(1030)은 열 여덟개(18개)의 유효 극(1035)을 갖고, 각각의 유효 극(1035)은 한 쌍의 고정자 극(1010)을 포함한다. 유효 극(1035) 중 하나 내의 각각의 고정자 극(1010)의 쌍은 유닛 또는 단일 극으로서 제어된다. 즉, 유효 극(1035) 내의 하나의 고정자 극(1010)을 제어하는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 마이크로인버터에 대한 제어 신호는 유효 극(1035) 내의 다른 고정자 극(1010)을 제어하는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 마이크로인버터에 대한 제어 신호와 동일하거나 정합한다. 이에 따라, 모터 제어기(110)가 모터 조립체(600c)를 구동하기 위해 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어할 때의 주어진 시간 순간에, 고정자 권선(610)을 통한 전류는 도시되어 있는 유효 극(1035) 세트를 생성하는 자기장을 발생한다. 물론, 발생된 자기장이 회전자(1020)가 회전되게 함에 따라, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어하여 극이 회전되게 하는 고정자 권선(610)을 통해 전류를 구동하여 제2 시간 순간에, 각각의 유효 극(1035)은 반전되지만 여전히 교번한다(S-S-N-N...S-S-N-N). 고정자 권선(610) 내의 연속적으로 변화하는 전류는 자기장이 연속적으로 변화하고 이에 의해 회전자(1020)를 회전시키게 한다.

도 10c는 극성을 교번하는(N-0-S-0-N...S-0-N-0-S, 여기서 "0"은 비활성 극을 나타냄) 비활성 극(1010a)으로서 모든 다른 극(1010)을 갖고 활성 극(1010b)으로서 나머지 극(1010)을 갖는 서른 여섯개(36개)의 고정자 극(1010)을 갖는 제3 모터 구성(1040)을 갖는 모터 조립체(600c)를 도시하고 있다. 따라서, 사실상, 제3 모터 구성(1040)은 열 여덟개(18개)의 유효 극을 갖고, 각각의 유효 극은 활성 극(1010b)이다. 각각의 비활성 극(1010a)은 전류로 구동되지 않는 고정자 톱니의 양 측면 상의 인접한 슬롯을 통해 고정자 권선(610)과 연관된다. 달리 말하면, 비활성 극(1010a)의 고정자 권선(610)을 제어하는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 마이크로인버터는 개방형 전력 스위칭 소자를 갖도록 제어되어, DC 버스 바아 링(205)으로부터 고정자 권선(610)을 분리하여, 본질적으로 분리된 비활성 고정자 권선(610)을 통해 전류를 생성하지 않는다. 이에 따라, 모터 제어기(110)가 모터 조립체(600c)를 구동하기 위해 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어할 때의 주어진 시간 순간에, 고정자 권선(610)을 통한 전류는 유효 극으로서 도시되어 있는 활성 극(1010b) 세트를 생성하는 자기장을 발생한다. 물론, 발생된 자기장이 회전자(1020)가 회전되게 함에 따라, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어하여 극이 회전되게 하는 고정자 권선(610)을 통해 전류를 구동하여 제2 시간 순간에, 각각의 활성 극(1010b)은 반전되지만 여전히 교번하는 극성을 갖는다(S-0-N-0-S...N-0-S-0-N). 고정자 권선(610) 내의 연속적으로 변화하는 전류는 자기장이 연속적으로 변화하고 이에 의해 회전자(1020)를 회전시키게 한다.

도 10d는 열 두개(12개)의 유효 극(1055)을 제공하도록 제어되는 서른 여섯개(36개)의 고정자 극(1010)을 갖는 제4 모터 구성(1050)을 갖는 모터 조립체(600c)를 도시하고 있고, 각각의 유효 극(1055)은 동일한 극성을 갖도록 제어되는 3개의 고정자 극(1010)을 포함한다(N-N-N-S-S-S-N-N-N ... S-S-S). 유효 극(1055) 중 하나 내의 각각의 고정자 극(1010)은 유닛 또는 단일 극으로서 제어된다. 즉, 유효 극(1055) 내의 하나의 고정자 극(1010)을 제어하는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 마이크로인버터에 대한 제어 신호는 유효 극(1055) 내의 다른 고정자 극(1010)을 제어하는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 마이크로인버터에 대한 제어 신호와 동일하거나 정합한다. 이에 따라, 모터 제어기(110)가 모터 조립체(600c)를 구동하기 위해 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어할 때의 주어진 시간 순간에, 고정자 권선(610)을 통한 전류는 도시되어 있는 유효 극(1055) 세트를 생성하는 자기장을 발생한다. 물론, 발생된 자기장이 회전자(1020)가 회전되게 함에 따라, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어하여 극이 회전되게 하는 고정자 권선(610)을 통해 전류를 구동하여 제2 시간 순간에, 각각의 유효 극(1055)은 반전되지만 여전히 교번한다(S-S-S-N-N-N-S-S-S ... N-N-N). 고정자 권선(610) 내의 연속적으로 변화하는 전류는 자기장이 연속적으로 변화하고 이에 의해 회전자(1020)를 회전시키게 한다.

도 10a 내지 도 10d의 모터 구성은, 상이한 유효 극을 생성하는 고정자 극(1010)의 다른 그룹이 몇몇 실시예에서 사용되기 때문에, 모터 조립체(600c)에 대한 예시적인 모터 구성의 비포괄적 세트이다. 부가적으로, 이전에 언급된 바와 같이, 모터 조립체(600c)는 본 명세서에 설명된 몇몇 실시예에서 구현된 모터 조립체(190)의 단지 일 예일 뿐이다. 모터 조립체(190)는 본 명세서에 설명된 다른 모터 조립체와 같은 다른 모터 조립체에 의해 구현될 수도 있고, 유사하게 특정 모터 조립체(190)의 마이크로인버터 네트워크(들)(175)의 제어를 통해 상이한 모터 구성으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 각각의 모터 조립체를 그 특정 모터 조립체에 대한 복수의 모터 구성 중 임의의 하나로 구성하기 위해 각각의 모터 조립체(400, 600a 내지 600g)의 마이크로인버터 네트워크(들)(175)를 제어할 수도 있다.

모터 조립체(190)의 고정자 조립체(180)는 활성 극 수(즉, 주어진 시간에서의 독립적인 슬롯 명령의 수 또는 유효 극 수)에 대한 최고 극 수(즉, 제어 가능한 슬롯 수)의 비의 견지에서 설명될 수도 있다(예를 들어, 최고 극 수: 활성 극 수). 고정자 조립체(180)에 12개의 슬롯 고정자를 포함하는 모터 조립체(190)의 예에 대해, 이하의 비 및 극 구성이 모터 제어기(110)에 의한 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 제어를 통해 달성될 수 있다:

고정자 조립체(1000)가 고정자 톱니 주위에 감긴 고정자 권선(610)을 갖고 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 고정자 조립체(1000)는 주어진 톱니를 둘러싸지 않는 각각의 슬롯(462)을 통한 전도체 또는 그 조합을 포함할 수도 있다.

고정자 권선 세트는 고정 극 주위의 특정 권선 세트 내의 전압 및 전류량을 변경하기 위해 직렬 또는 병렬로 사용될 수도 있다. 그러나, 이것만으로는 모터 또는 고정자 재구성을 가능하게 하지 않는다. 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는 단순히 자기 회로의 동일한 영역을 에워싸는 2개의 코일을 취하는 것에 한정되지 않고, 오히려, 다수의 고정자 전도체에서의 전압 또는 전류를 제어하여 물리적 분포로서 mmf 파형을 합성하여 고정자 슬롯 내의 전류를 이산적으로 구동할 수 있게 된다. 이와 같이 함으로써, 마이크로인버터 네트워크(175)(예를 들어, 다중 레벨 고정자 마이크로인버터 네트워크)는 어떻게 전압이 모터(120) 및 그 슬롯 전반에 걸쳐 인가되는지, 및 어떻게 전압이 인가되는지에 기초하여 모터(120)의 주기성을 재구성할 수 있다.

따라서, 본 명세서의 모터(120)는 동일한 자기 회로를 포함하지 않는 전도체의 네트워크와 함께 동작하는 것이 가능하다. 달리 말하면, 이는 공기간극 자속 밀도, 역기전력 및 회전자 결합을 포함할 수도 있는 모터(120)의 응답을 성형하기 위해 공기간극 주위의 mmf 파형의 기본과는 상이한 위상 오프셋을 갖는 전도체를 이용할 수 있다. 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는 해당 기간 내의 주기성과 파형 형상에 기초하여 자기 회로를 변경할 수 있다. 또한, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는 어떻게 전류가 전도체 내에서 구동되는지에 기초하여, 예를 들어 사다리꼴 또는 정현파와 같은 주기적인 공기 간극 분포를 제공할 수 있다. 특히, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는 고정 코일을 포함하는 스트랜드에 한정되지 않고, 또한 자기 회로를 형성하기 위해 어떻게 이들 코일이 연결되는지에도 한정되지 않는다. 오히려, 모터 제어기(110)는 마이크로인버터 네트워크(들)(175)의 제어를 통해, 해당 자기 회로의 피치 또는 회로의 주기성, 및 기간 내의 mmf의 형상을 결정할 수 있다.

도 11a 내지 도 11c는 도 1의 회전자 조립체(185)의 예인 회전자 조립체(1100)에 대한 상이한 극 구성의 예를 도시하고 있다. 회전자 조립체(1100)는 12개의 회전자 톱니(1110)를 분리하는 12개의 회전자 슬롯(1105)을 갖고, 여기서 각각의 회전자 슬롯(1105)은 회전자 권선(315) 중 적어도 하나의 회전자 권선을 갖는다. 도 11a는 또한 회전자 조립체(1100)의 권선(315)을 구동하는 데 사용될 수도 있는 도 9a의 회로(900)를 도시하고 있다. 부가적으로, 도 11a는 12개의 전위 극(각각의 회전자 슬롯/톱니에 대해 하나씩)의 각각에 대한 자기 극을 예시하는 극 맵(1120)을 도시하고 있다. 극 맵(1120)은 3개의 상이한 구성: 12극 구성, 6극 구성, 및 4극 구성에 대한 12개의 전위 극의 각각에 대한 자기 극의 맵핑을 나타내고 있다. 12극 구성에서, 회전자 조립체(185)는 극성이 교번하는(N-S-N-S...-N-S) 12개의 유효 극을 갖는다. 6극 구성에서, 회전자 조립체(185)는 6개의 유효 극을 갖고, 각각의 유효 극은 동일한 극성을 갖도록 제어되는 한 쌍의 인접한 극을 포함한다. 각각의 유효 극은 극성을 교번한다. 예를 들어, 극 1 및 2는 제1 유효 극을 형성하고 양자 모두 극성 N을 갖고; 극 3 및 4는 제2 유효 극을 형성하고 양자 모두 극성 S를 갖는 등이다. 4극 구성에서, 회전자 조립체(185)는 4개의 유효 극을 갖고, 각각의 유효 극은 동일한 극성을 갖도록 제어되는 3개의 쌍의 인접한 극을 포함한다. 각각의 유효 극은 극성을 교번한다. 예를 들어, 극 1, 2, 및 3은 제1 유효 극을 형성하고 극성 N을 갖고; 극 4, 5, 및 6은 제2 유효 극을 형성하고 극성 S를 갖는 등이다.

회전자 조립체(1100)의 12개 극은 각각 회전자 권선의 4개 회로 중 하나 및, 따라서 회로(900)의 4개의 스위치 쌍 중 하나와 연관된다(즉, 그에 의해 제어됨). 특히, 극 1, 4, 9, 및 12는 회로 1과 연관되고; 극 2 및 11은 회로 2와 연관되고; 극 3, 6, 7, 및 10은 회로 3과 연관되고; 극 5 및 8은 회로 4와 연관된다. 각각의 회로는 하나 초과의 권선, 적어도 하나의 턴의 루프, 또는 전도체를 포함할 수도 있지만, 도면에서는 저항성 구성요소를 갖는 단일 권선으로서 표현되어 있다. 인덕턴스 및 저항에 추가하여, 권선, 루프 또는 전도체는 또한 회전자 및/또는 회전자 극의 정전용량을 정의할 수 있다. 회전자 권선 및/또는 회로는 서로로부터 전기적으로 절연될 수도 있다.

도 11b는 회전자 조립체(1100)의 권선(315)을 구동하는 데 사용될 수도 있는 도 9b의 회로(925)와 함께 회전자 조립체(1100)를 도시하고 있다. 부가적으로, 도 11b는 12개의 전위 극(각각의 회전자 슬롯/톱니에 대해 하나씩)의 각각에 대한 자기 극을 예시하는 극 맵(1130)을 도시하고 있다. 극 맵(1130)은 2개의 상이한 구성: 12극 구성, 및 4극 구성에 대한 12개의 전위 극의 각각에 대한 자기 극의 맵핑을 나타내고 있다. 12극 구성에서, 회전자 조립체(185)는 극성이 교번하는(N-S-N-S...-N-S) 12개의 유효 극을 갖는다. 4극 구성에서, 회전자 조립체(185)는 4개의 유효 극을 갖고, 각각의 유효 극은 동일한 극성을 갖도록 제어되는 3개의 쌍의 인접한 극을 포함한다. 각각의 유효 극은 극성을 교번한다. 예를 들어, 극 12, 1, 및 2는 제1 유효 극을 형성하고 극성 N을 갖고; 극 3, 4, 및 5는 제2 유효 극을 형성하고 극성 S를 갖는 등이다.

회전자 조립체(1100)의 12개 극은 각각 회전자 권선의 2개 회로 중 하나 및, 따라서 회로(925)의 2개의 스위치 쌍 중 하나와 연관된다(즉, 그에 의해 제어됨). 특히, 극 1, 4, 7, 및 10은 회로 1과 연관되고; 극 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 및 12는 회로 2와 연관된다. 각각의 회로는 하나 초과의 권선을 포함할 수도 있지만, 도면에서는 저항성 구성요소를 갖는 단일 권선으로서 표현되어 있다. 예를 들어, 도 11d는 도 11b의 회로 1 및 회로 2의 예를 더 상세히 도시하고 있고, 여기서 12개의 극의 각각은 회전자 권선(및 저항성 구성요소)과 연관되어 있다.

도 11c는 회전자 조립체(1140)의 권선(315)을 구동하는 데 사용될 수도 있는 도 9c의 회로(935)와 함께 회전자 조립체(1140)를 도시하고 있다. 회전자 조립체(1140)는 회전자 조립체(1140)가 극 1, 4, 7, 및 10에 대한 고정 코일(즉, 고정 극(1142))을 더 포함한다는 점을 제외하고는, 회전자 조립체(1100)와 유사하다. 몇몇 예에서, 극 1, 4, 7, 및 10과 정렬되도록 배열된 영구 자석을 더 포함한다(즉, 고정 극이 고정 영구 자석과 고정 코일의 조합으로 형성되도록). 부가적으로, 도 11c는 12개의 전위 극(각각의 회전자 슬롯/톱니에 대해 하나씩)의 각각에 대한 자기 극을 예시하는 극 맵(1145)을 도시하고 있다. 극 맵(1145)은 2개의 상이한 구성: 12극 구성, 및 4극 구성에 대한 12개의 전위 극의 각각에 대한 자기 극의 맵핑을 나타내고 있다. 12극 구성에서, 회전자 조립체(185)는 극성이 교번하는(N-S-N-S...-N-S) 12개의 유효 극을 갖는다. 4극 구성에서, 회전자 조립체(185)는 4개의 유효 극을 갖고, 각각의 유효 극은 동일한 극성을 갖도록 제어되는 3개의 쌍의 인접한 극을 포함한다. 각각의 유효 극은 극성을 교번한다. 예를 들어, 극 12, 1, 및 2는 제1 유효 극을 형성하고 극성 N을 갖고; 극 3, 4, 및 5는 제2 유효 극을 형성하고 극성 S를 갖는 등이다.

고정 극(1142)이 아닌 회전자 조립체(1100)의 8개 극은 각각 회전자 권선의 회로(회로 1), 및 따라서, 회로(935)의 스위치 쌍과 연관된다(즉, 그에 의해 제어됨). 특히, 극 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 및 12는 회로 1과 연관된다. 각각의 회로는 하나 초과의 권선, 적어도 하나의 턴의 루프, 또는 전도체를 포함할 수도 있지만, 도면에서는 저항성 구성요소를 갖는 단일 권선으로서 표현되어 있다. 인덕턴스 및 저항에 추가하여, 권선, 루프 또는 전도체는 또한 회전자 및/또는 회전자 극의 정전용량을 정의할 수 있다. 회전자 권선 및/또는 회로는 서로로부터 전기적으로 절연될 수도 있다.

극 맵(1120, 1130, 1145)의 각각의 구성에서, 회전자 조립체(185)의 극은 주어진 시간 순간에 표시된다. 즉, 모터 제어기(110)가 회로(900)를 제어할 때의 주어진 시간 순간에, 회전자 권선(315)을 통한 전류는 각각의 맵에 표시되어 있는 특정 구성의 예시된 극 세트를 생성하는 자기장을 발생한다. 발생된 자기장이 회전자 조립체(1100)가 회전되게 함에 따라, 모터 제어기(110)는 회로(900, 925 또는 935)(경우에 따를 수도 있음)를 제어하여 극이 회전하게 하는 회전자 권선(315)을 통해 전류를 구동하여 제2 시간 순간에, 각각의 유효 회전자 극이 반전된 극성을 갖게 된다. 회전자 권선(315) 내의 연속적으로 변화하는 전류는 자기장이 연속적으로 변화하고 이에 의해 회전자 조립체(1100)를 회전시키게 한다.

도 12는 동기 모터를 제어하기 위한, 또한 흐름도(1200)라고도 칭하는 프로세스(1200)를 도시하고 있다. 프로세스(1200)는 모터 시스템(100)에 의해 수행되는 것으로서 설명된다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 프로세스(1200)는 다른 모터 시스템에 의해 구현될 수도 있다. 부가적으로, 프로세스(1200)의 블록은 특정 순서로 예시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 블록 중 하나 이상은 부분적으로 또는 전체적으로 병렬로 실행될 수도 있고, 도 12에 예시된 것과는 상이한 순서로 실행될 수도 있고, 또는 바이패스될 수도 있다.

블록 1205에서, 모터 제어기(110)는 모터 조립체(190)의 복수의 모터 구성 중 제1 모터 구성에 따라 동기 모터(120)를 구동하도록 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 마이크로인버터를 제어한다. 예를 들어, 제1 모터 구성은 예를 들어, 모터 시동시 사용되는 초기 모터 구성일 수도 있고, 또는 동기 모터(120)의 연속적인 동작에 사용되는 모터 구성일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 초기 모터 구성은 가장 많은 수의 극을 갖는 구성일 수도 있다. 다른 실시예에서, 시동 모터 구성은 시동 토크 응답 또는 시동 영역에 대해 사용되는 최고량의 효율을 제공할 수도 있다. 제1 모터 구성은, 복수의 모터 구성의 각각과 같이, 모터 제어기(110)의 모터 제어 구성(195) 중 하나와 연관된다. 이에 따라, 제1 모터 구성에 따라 동기 모터(120)를 구동하기 위해 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 마이크로인버터를 제어하기 위해, 모터 제어기(110)는 모터 제어 구성(195) 중 제1 모터 제어 구성에 따라 모터 조립체(190)를 구동한다.

더 구체적으로, 제1 모터 제어 구성은 모터 조립체(190)에 대한 제어 알고리즘 또는 방안을 정의할 수도 있다. 제어 방안에 기초하여, 모터 제어기(110)는 모터 조건을 결정하고 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)에 대한 제어 신호를 발생하여 동기 모터(120)의 권선 내에 전류를 구동하여 회전자 조립체(185)를 회전시킨다. 제어 방안에 기초하여, 제1 제어 구성을 포함하는 모터 제어 구성(195)의 각각은 모터 조립체(190)에 대한 극 구성을 정의한다. 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 포함하는 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 경우, 모터 제어기(110)는 결정된 모터 조건에 기초하여 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)에 제어 신호를 발생하고, 이에 의해 고정자 극 구성을 정의한다. 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 포함하는 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 경우, 모터 제어기(110)는 결정된 모터 조건에 기초하여 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)에 제어 신호를 발생하고, 이에 의해 회전자 극 구성을 정의한다. 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(190)가 회전자 구동 회로(321)를 포함하는(예를 들어, 회전자 마이크로인버터 네트워크는 포함하지 않음) 경우, 블록 1220에서, 제1 구성에 따라 동기 모터를 구동하기 위해 고정자 마이크로인버터 네트워크의 복수의 마이크로인버터를 제어하는 모터 제어기(110)에 추가하여, 모터 제어기(110)는 제1 구성에 대한 회전자 극 구성을 정의하기 위해 결정된 모터 조건에 기초하여 회전자 인버터(322)에 대한 제어 신호를 발생한다.

도 10a 내지 도 11c에 관하여 설명된 바와 같이, 고정자 및 회전자 극 구성은 고정자 및 회전자 조립체(180, 185)에 대한 유효 또는 활성 극의 수를 각각 정의한다. 달리 말하면, 고정자 및 회전자 극 구성은 고정자 및 회전자 조립체(180, 185)에 대한 유효 또는 활성 극의 수를 각각 정의한다. 모터 제어기(110)가 제1 제어 구성의 제어 방안에 따라 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)를 구동하는 결과로서, 모터 조립체(190)는 제1 모터 구성으로 구성된다.

도 10a 내지 도 10d의 고정자 조립체(1000)를 살펴보면, 예를 들어, 제1 구성이 고정자 구성(1005)(도 10a)을 정의할 때, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)에 대한 제어 신호를 발생하여 36개의 권선(610)의 각각을 독립적으로 제어하여, 36개의 활성 극을 제공한다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 36개의 독립적인 명령을 발생하고 제공할 수도 있고, 각각의 명령은 고정자 권선(610) 중 하나와 연관된 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 하나 이상의 마이크로인버터의 서브그룹에 제공된다. 명령은 마이크로인버터 서브그룹의 어느 전력 스위칭 소자를 활성화 및 비활성화할지를 직접적으로 또는 암시적으로 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 도 8e의 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(835)를 참조하면, 명령은 마이크로인버터(840)의 4개의 전력 스위칭 소자의 각각이 고정자 권선(802a)을 통한 전류를 제어하기 위해 활성화 또는 비활성화되어야 하는지 여부를 나타낼 수도 있다. 도 8e의 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(835)가 고정자 구성(1005)을 갖는 고정자 조립체(1000)에 사용되어, 고정자 조립체(1000)가 36개의 마이크로인버터(840)를 포함하게 될 때, 모터 제어기(110)는 각각의 마이크로인버터(840)에 하나씩, 36개의 독립적인 명령을 제공할 수도 있다.

대조적으로, 제1 구성이 고정자 구성(1030)(도 10b)을 정의할 때, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)에 대한 제어 신호를 발생하여 36개의 권선(610)에 의해 제공된 18개의 유효 극(1135)의 각각의 권선의 쌍을 독립적으로 제어한다. 이에 따라, 18개의 유효 극(1135)의 각각의 고정자 권선(610)의 각각의 쌍의 전류를 구동하는 마이크로인버터에 대한 제어 신호는 이들 마이크로인버터 사이의 공유 제어 신호이다. 달리 말하면, 유효 극(1135)으로서 작용하도록 함께 제어되는 고정자 권선(610)의 각각의 그룹에 대한 마이크로인버터가 일제히 제어된다. 예를 들어, 도 8e의 고정자 마이크로인버터 네트워크 회로(835)가 고정자 구성(1030)(도 10b)을 갖는 고정자 조립체(1000)에 사용될 때, 고정자 조립체(1000)는 여전히 36개의 마이크로인버터(840)를 갖지만, 36개의 마이크로인버터(840)는 18개의 쌍의 2개의 마이크로인버터(840)로 그룹화된다(각각의 유효 극(1135)에 대해 한 쌍). 따라서, 이 예에서, 모터 제어기(110)는 마이크로인버터(840)의 각각의 쌍에 하나씩, 18개의 독립적인 명령을 제공할 수도 있다. 공유 명령으로 마이크로인버터(840)의 쌍을 공동으로 제어함으로써, 마이크로인버터(840)의 쌍과 연관된 고정자 권선을 통한 전류는 동일(또는 대략 동일)하여, 이웃하는 권선 또는 전도체가 동일한 극성을 갖게 하고 단일 극(즉, 유효 극)으로서 작용하게 한다.

이에 따라, 모터 제어기(110)는 도 10a의 고정자 구성(1005)에 대해 36개의 독립적인 명령을 발생할 수도 있는 반면, 모터 제어기(110)는 도 10b의 고정자 구성(1030)에 대해 절반(18개)의 독립적인 명령을 발생할 수도 있다. 모터 제어기(110)가 발생하는 독립적인 명령의 수는 고정자 구성의 활성, 유효 극의 수에 대응한다.

회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 포함하는 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 경우, 모터 제어기(110)는 결정된 모터 조건에 기초하여 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)에 제어 신호를 발생하여 모터 제어기(110)가 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)에 대한 제어 신호를 발생하는 것과 유사한 방식으로 회전자 극 구성을 정의한다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 특정 회전자 구성의 각각의 활성, 유효 극에 대해 독립적인 명령을 발생할 수도 있다. 회전자는 공기 간극 내의 필드와 동시에 동작한다는 점에서 고정자와는 상이하다. 고정자 코일 전류는 공기 간극 필드의 정확한 배향을 유지하기 위해 업데이트되고 심지어 극성이 역전되어야 하는 반면, 회전자는 공기 간극 필드 에너지의 원하는 분포를 달성하기 위해 벌크 코일 전류를 변경하기만 하면 된다. 도 11a는 1:1, 6:1 또는 4:1의 슬롯 대 극 비를 갖도록 재구성된 기계에서, 1, 2 또는 3개의 개별 전류 명령이 발행되고 제어될 수도 있도록, 이들 구성의 각각에서 공기 간극에 대한 개별 톱니를 통한 mmf의 제어가 어떻게 3개의 개별 그룹으로 분해될 수도 있는지를 도시하고 있다. 이러한 발행 및 제어 실시예는 각각의 슬롯 상의 마이크로인버터의 경우 논리적이거나, 또는 원하는 톱니를 통한 mmf 패턴을 실행하기 위해 회전자 구조를 에워싸는 물리적 전도체의 경우 물리적일 수도 있다. 논리적 그룹화의 경우, 회전자 발행 및 제어 구현은 고정자의 동기 프레임 명령과 동일하다.

고정자 조립체(180)가 마이크로인버터 네트워크(175)와 연관되지 않는 경우(예를 들어, 도 2b 참조), 모터 제어기(110)는 고정자 구동 회로(225)에 대한 제어 신호를 발생할 수도 있다(예를 들어, 고정자 네트워크(230)를 구동하기 위해).

회전자 조립체(185)가 마이크로인버터 네트워크(175)(예를 들어, 도 3b 참조)와 연관되지 않지만, 회전자 권선(315)을 포함하는 경우, 모터 제어기(110)는 회전자 권선(315)을 제어하기 위해 회전자 전력 회로(330)에 대한 제어 신호를 발생한다. 회전자 조립체(185)가 영구 자석(320)을 포함하지만, 회전자 권선(315)을 포함하지 않는 경우, 모터 제어기(110)는 회전자 구동 회로(325)에 대한 제어 신호를 발생하지 않을 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 하나 이상의 마이크로인버터(175)의 전력 스위칭 소자에 대한 특정 명령 및 제어 신호를 발생하기 위해, 모터 제어기(110)는 전류 또는 전압 소스 인버터를 사용하는 동기 기준 프레임에서 자속 기준 제어를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 3개의 위상(A, B, C)을 갖는 모터 조립체(190)의 경우, 고정자는 A 위상 권선 내의 전류가 i_A이고, B 위상 권선 내의 전류가 i_B이고, C 위상 권선 내의 전류가 i_C인 고정 고정자 ABC 기준 프레임으로 표현될 수도 있다. 고정 ABC 기준 프레임은 다음 식에 의해 회전 동기 기준 프레임(dqnull)으로 변환될 수 있다.

여기서, K_CP는 클라크-파크(Clarke-Park) 변환이고, 다음과 같이 정의된다:

여기서, θ는 회전자 조립체(185)의 회전 위치(예를 들어, 0도 내지 360도)이다.

또한, 이 행렬의 역은 전치이고, 이에 따라, 전류 i_d, i_q, 및 i_null는 다음 식을 사용하여 고정 ABC 기준 프레임으로 다시 변환될 수도 있다:

부가적으로, 모터 조립체(190)가 부가의 위상(즉, K개의 고정자 위상)을 포함할 때, 변환 행렬의 k번째 열은 다음 식에 의해 주어질 수 있다:

동작시, 모터 제어기(110)는 예를 들어, 입출력 디바이스(160)를 통해 입력되거나 메모리(145)로부터 검색될 수도 있는 원하는 모터 특성(예를 들어, 원하는 모터 속도 또는 토크)을 결정할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 원하는 모터 특성에 기초하여 회전자 및 고정자에 대한 원하는 모터 전류를 결정하고, 이어서 고정 고정자 코일 내의 원하는 전류, 즉, 원하는 iA, 원하는 iB 및 원하는 iC를 명령하기 위해 이전 관계에 따라 고정자 전류를 변환할 수도 있다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 원하는 모터 특성을 각각의 회전자 및 고정자 위상의 원하는 모터 전류에 맵핑하는 룩업 테이블 또는 함수를 포함할 수도 있다.

모터 제어기(110)는 위치 센서(170)로부터의 출력에 기초하여 회전자의 회전 위치(θ)를 더 결정할 수도 있다. 위치 센서(170)는, 예를 들어, 회전자 위치를 나타내는 신호를 모터 제어기(110)로 출력하는 홀 센서 또는 회전 인코더를 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 모터 제어기(110)는 고정자 권선(215) 상의 전류 또는 전압 레벨에 기초하여 회전자의 회전 위치(θ)를 결정하는데, 이는 때때로 "센서리스" 회전자 위치 결정이라 칭한다.

모터 제어기(110)는 이어서 전술된 클라크-파크 변환을 사용하여 고정 고정자 기준 프레임으로부터 dqnull 기준 프레임으로 원하는 모터 전류를 변환할 수도 있다(예를 들어, desired_i_d, desired_i_q, desired_i_null을 얻기 위해). 몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110)는 예를 들어 룩업 테이블을 사용하여 원하는 모터 특성을 dqnull 기준 프레임 내의 원하는 전류로 직접 변환할 수도 있다.

부가적으로, 모터 제어기(110)는 모터 조립체(190)의 각각의 위상의 실제 전류(actual_i_A, actual_i_B, actual_i_C)를 결정할 수도 있고, 여기서 실제 전류는 각각의 위상 내의 측정된 전류 또는 각각의 위상 내의 측정된 전류의 추정치이다. 예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 모터 시스템(100)은 고정자 조립체(180)의 각각의 위상 내의 전류의 표시를 제공하는 전류 센서(165)를 포함할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 이어서 전술된 클라크-파크 변환을 사용하여 고정 고정자 기준 프레임으로부터 dqnull 기준 프레임으로 실제 전류를 변환할 수도 있다(예를 들어, actual_i_d, actual_i_q, actual_i_null을 얻기 위해).

비례 적분 미분(PID) 제어기와 같은 모터 제어기(110)의 조절기는 고정자 조립체(180)의 각각의 축(예를 들어, d-축, q-축, 널축)에 대한 원하는 전류에 실제 전류를 비교하고, 실제 전류를 원하는 전류에 더 근접하게 구동하도록 고정자 조립체(180)의 각각의 위상에 대한 제어 신호(예를 들어, 전압 또는 전류 제어 신호)를 발생할 수도 있다. 예를 들어, 실제 전류가 축 중 하나의 원하는 전류보다 작으면(예를 들어, actual_i_d < desired_i_d), 조절기는 d-축에 대한 전압(또는 전류) 명령을 증가시킬 것이다.

모터 제어기(110)는 또한 전술된 역 클라크-파크 변환을 사용하여 조절기에 의해 출력된 명령을 고정 기준 프레임(예를 들어, ABC)으로 다시 변환할 것이다.

회전자 명령(예를 들어, 회전자 전압 또는 회전자 전류 명령) 또는 동작 조건에 대한 등가 회전자 응답을 결정하기 위해, 모터 제어기(110)는 또한 DQN 축을 다른 회전 기준 시스템인 FDQ에 맵핑할 수도 있고, 여기서 D 축 및 Q 축은 DQN 기준 시스템과 동일하고, F 축은 회전자 필드 축이다. 모터 제어기(110)는 이하의 동적 식에서 결정된 D 축과 Q 축(예를 들어, actual_i_d 및 actual_i_q)과 측정 또는 추정된 회전자 계자 전류(예를 들어, actual_i_r)를 사용할 수도 있다:

이들 동적 식은 개별적으로 기입될 수 있고, 이어서 한 줄 식으로서 기입될 수 있다:

그리고 행렬 포맷으로 확장할 때, 이하와 같다:

토크 식은 fdq 프레임에서 이하와 같이 기입될 수도 있다:

그리고, ψ _d 과 ψ _q 를 치환하면 이하의 식을 산출한다:

모터 제어기(110)는 각각의 회전자 계자 권선 그룹 또는 회전자 조립체(185)의 유효 회전자 극에 대해 이들 상기 수학식을 사용하여 회전자 명령을 계산하여 각각의 회전자 계자 권선 그룹에 대한 회전자 명령을 결정할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 모터 동작 동안 "온 더 플라이(on the fly)"로 이들 계산을 수행하기 보다는, 모터 제어기(110)는 상기 식 또는 다른 자속 기준 제어 식에 기초하여 다수의 출력 명령(예를 들어, 고정자 명령 및 회전자 명령)에 대한 다양한 잠재적 모터 조건의 맵핑으로 미리 파퓰레이팅되는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 테이블 또는 구성요소를 포함할 수도 있어, 동작 중에 모터 제어기(110)의 계산 부담을 감소시킨다.

모터 제어기(110)는 이어서 고정자의 위상에 대해 변환된 명령을 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 각각의 마이크로인버터에 대한 명령에 맵핑할 것이다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110)는 제1 위상에 대한 전압 또는 전류 명령을 제1 위상과 연관된 각각의 고정자 마이크로인버터에 대한 마이크로인버터 명령으로 변환하기 위해 룩업 테이블을 사용할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 유사하게 서로 다른 위상에 대한 명령을 다른 위상에 연관된 각각의 고정자 마이크로인버터에 대한 마이크로인버터 명령으로 각각 변환할 수도 있다. 마이크로인버터 명령은 명령을 수신하는 마이크로인버터의 각각의 전력 스위칭 소자에 대한 펄스폭 변조(PWM) 신호일 수도 있거나 이를 나타낼 수도 있다.

다른 실시예에서, 모터 제어기(110)는 회전자 조립체(185) 및 고정자 조립체(180)에 대해 원하는 극 구성 및 고려되는 동기 프레임 전류를 결정하는 임무를 수행할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 이어서 업데이트된 전류 또는 전압 명령을 시스템 마이크로인버터에 통신하고, 각각의 마이크로인버터는 동기 기준 프레임(예를 들어, DQZ 기준 프레임)으로부터 그 제어 하에 있는 전도체의 기준 프레임으로의 필수 변환을 결정한다. 변환을 수행하기 위해, 각각의 고정자 마이크로인버터는 클라크-파크 변환을 통해 동기 기준 프레임에 관하여 해당 특정 마이크로인버터의 로케이션(위치 오프셋)를 얻고 사용할 수도 있다. 회전자 마이크로인버터가 변환을 수행하게 하기 위해, 각각의 회전자 마이크로인버터는 회전자 권선 또는 극의 논리적 그룹화를 결정하고 사용할 수도 있다(예를 들어, 도 11a 내지 도 11d에 도시되어 있는 상이한 그룹화 참조). 따라서, 특정 마이크로인버터에 대한 게이트 제어 명령을 결정해야 하는 부담이 모터 제어기(110)로부터 제거되고 마이크로인버터 사이에 분산된다. 예를 들어, 도 7a에 도시되어 있는 구성은 이 방식으로 사용될 수도 있고, 여기서 모터 제어기(110)는 각각의 마이크로인버터(720)의 제어기(725)에 결합된다.

하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 각각의 마이크로인버터에 대한 명령에 대한 전압 명령의 맵핑은 모터 조립체(190)의 각각의 모터 제어 구성(195)에 특정할 수도 있다. 예를 들어, 각각의 모터 제어 구성(195)은 전압 또는 전류 명령을 마이크로인버터 명령에 맵핑하기 위한 하나 이상의 룩업 테이블 또는 다른 변환 기능을 포함할 수도 있다. 이에 따라, 모터 제어 구성(195)과 연관된 특정 모터 구성에 대해 적절한 수의 마이크로인버터 명령이 발생될 수도 있다. 예를 들어, 도 10a 및 도 10b의 고정자 구성(1005, 1030)을 각각 다시 참조하면, 고정자 구성(1005)에 대한 모터 제어 구성(195)의 룩업 테이블(들)은 서른 여섯개(36개)의 고정자 마이크로인버터 명령을 제공할 수도 있고, 반면 고정자 구성(1030)에 대한 모터 제어 구성(195)의 룩업 테이블(들)은 열 여덟개(18개)의 고정자 마이크로인버터 명령을 제공할 수도 있다.

도 12로 복귀하면, 블록 1210에서, 모터 제어기(110)는 동기 모터(120)의 하나 이상의 모터 조건을 결정한다. 모터 조건은 다른 조건 중들에서도, 모터 전류, 모터 전압, 모터 전력, 모터 토크, 회전자 회전 속도, 회전자 회전 가속도, 현재 모터 구성(예를 들어, 이 경우, 제1 모터 구성), 수신된 모터 명령 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 모터 제어기(110)는 모터 센서(155) 중 하나 이상으로부터의 출력에 기초하여 모터 조건을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 전체 모터 전류, 평균 모터 전류, 위상당 전류, 고정자 권선당 전류 등을 계산하기 위해 전류 센서(165)로부터 하나 이상의 전류 값을 수신할 수도 있다. 유사하게, 모터 제어기(110)는 전체 모터 전압, 평균 모터 전압, 위상당 전압, 고정자 권선당 전압 등을 계산하기 위해 모터 센서(155) 중 하나 이상의 전압 센서로부터 하나 이상의 전압 값을 수신할 수도 있다. 부가적으로, 위치 센서(170)를 통해 시간 경과에 따른 회전자 위치를 추적함으로써, 모터 제어기(110)는 회전자 회전 속도 및/또는 가속도를 추론할 수 있다. 또한, 모터 토크는 전류 센서(165)에 의해 감지된 모터 전류로부터 추론될 수도 있고, 모터 센서(155)의 토크 센서에 의해 감지될 수도 있다. 부가적으로, 모터 전력은 모터 센서(155)에 의해 감지된 전압 및 감지된 모터 전류에 기초하여 계산될 수도 있다.

언급된 바와 같이, 모터 제어기(110)에 의해 결정된 모터 조건은 동기 모터(120)에 대한 수신된 모터 명령일 수도 있다. 수신된 모터 명령은 예를 들어, 속도 또는 토크 명령일 수도 있다. 속도 또는 토크 명령은 예를 들어, 입출력 디바이스(160)에 의해 모터 제어기(110)에 제공될 수도 있거나 모터 제어기(110)에 의해 메모리(145)로부터 검색될 수도 있다(예를 들어, 동기 모터(120)에 대한 제어 프로그램의 일부로서). 속도 또는 토크 명령은 동기 모터(120)에 대한 요청된 속도 또는 토크량을 각각 나타낼 수도 있다.

블록 1215에서, 모터 제어기(110)는 하나 이상의 모터 조건에 기초하여, 동기 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하고, 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖는다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 하나 이상의 모터 조건을 복수의 모터 구성의 특정 구성에 맵핑하는 룩업 테이블 또는 다른 유사한 기능을 포함할 수도 있다. 이에 따라, 모터 제어기(110)는 블록 1210에서 결정된 하나 이상의 모터 조건을 갖는 룩업 테이블에 접근할 수도 있고, 룩업 테이블은 하나 이상의 모터 조건이 제2 구성에 맵핑된다는 것을 나타낼 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 모터 조건(들)(예를 들어, 모터 전류, 모터 토크, 모터 속도, 모터 가속도 또는 모터 전력) 중 하나 이상이 임계값에 도달할 때(예를 들어, 조건에 따라, 충족, 초과 또는 미만으로 강하), 모터 제어기(110)는 동기 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정할 수도 있다. 예를 들어, 복수의 모터 구성은 시퀀스 또는 순서(예를 들어, 높은 극 수 대 낮은 극 수)를 가질 수도 있고, 실제 모터 토크 또는 수신된 토크 명령이 토크 임계값 미만으로 강하할 때, 모터 제어기(110)는 모터 구성의 시퀀스에서 나중의 모터 구성으로 변경하도록 결정할 수도 있다(즉, 이 예에서는 더 낮은 극 수를 가짐). 몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110)는 모터 속도 임계값과 같은 토크 임계값에 추가하여 하나 이상의 추가 임계값을 포함할 수도 있고, 여기서 모터 제어기(110)는 모터 속도가 속도 임계값을 초과하고 실제 또는 요청된 토크가 토크 임계값 미만으로 강하할 때 제2 모터 구성(더 낮은 극 수를 가짐)으로 변화한다. 모터 제어기(110)는 모터를 재구성할지 여부와 어떤 모터 구성을 선택할지를 결정하기 위해 임계값과 모터 조건의 다양한 조합을 사용할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110)는 결정된 모터 조건이 주어지면 제1 모터 구성에 대한 효율 등급(또는 전력 "비용")을 결정하고, 제2 모터 구성에 대한 효율 등급을 추정할 수도 있다. 제2 모터 구성에 대한 효율 등급이 제1 모터 구성을 초과할 때, 또는 제2 모터 구성에 대한 효율 등급이 적어도 임계량만큼 제1 모터 구성을 초과할 때, 모터 제어기(110)는 동기 모터(120)를 제2 모터 구성으로 재구성하도록 결정한다. 몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110)는 복수의 모터 구성 중 각각의 모터 구성에 대한 효율 등급을 추정하고, 결정된 모터 조건이 주어지면, 가장 효율적인 모터 구성을 동기 모터(120)가 재구성되는 제2 모터 구성으로 선택할 수도 있다.

블록 1220에서, 모터 제어기(110)는 제2 구성에 따라 동기 모터를 구동하도록 마이크로인버터 네트워크의 복수의 마이크로인버터를 제어한다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 블록 1205에 관하여 전술된 것과 유사한 기술을 사용하여 제2 구성에 따라 동기 모터를 구동하도록 마이크로인버터 네트워크의 복수의 마이크로인버터를 제어한다. 더 구체적으로, 제2 모터 구성은 모터 제어기(110)의 모터 제어 구성(195) 중 하나와 연관된다. 이에 따라, 제2 모터 구성에 따라 동기 모터(120)를 구동하기 위해 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 마이크로인버터를 제어하기 위해, 모터 제어기(110)는 모터 제어 구성(195) 중 제2 모터 제어 구성에 따라 모터 조립체(190)를 구동한다. 더 구체적으로, 제2 모터 제어 구성은 모터 조립체(190)에 대한 제어 알고리즘 또는 방안을 정의할 수도 있다. 제어 방안에 기초하여, 모터 제어기(110)는 모터 조건을 결정하고 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)에 대한 제어 신호를 발생하여 동기 모터(120)의 권선 내에 전류를 구동하여 회전자 조립체(185)를 회전시킨다.

제2 제어 구성은 모터 조립체(190)에 대한 극 구성을 정의한다. 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 포함하는 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 경우, 모터 제어기(110)는 결정된 모터 조건에 기초하여 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)에 제어 신호를 발생하고, 이에 의해 고정자 극 구성을 정의한다. 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)를 포함하는 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)의 경우, 모터 제어기(110)는 결정된 모터 조건에 기초하여 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)에 제어 신호를 발생하고, 이에 의해 회전자 극 구성을 정의한다. 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(190)가 회전자 구동 회로(321 또는 325)를 포함하는(예를 들어, 회전자 마이크로인버터 네트워크는 포함하지 않음) 경우, 블록 1220에서, 제2 구성에 따라 동기 모터를 구동하기 위해 고정자 마이크로인버터 네트워크의 복수의 마이크로인버터를 제어하는 모터 제어기(110)에 추가하여, 모터 제어기(110)는 제2 구성에 대한 회전자 극 구성을 정의하기 위해 결정된 모터 조건에 기초하여 회전자 인버터(322 또는 350)에 대한 제어 신호를 발생한다.

도 10a 내지 도 11c에 관하여 설명된 바와 같이, 고정자 및 회전자 극 구성은 고정자 및 회전자 조립체(180, 185)에 대한 유효 또는 활성 극의 수를 각각 정의한다. 달리 말하면, 고정자 및 회전자 극 구성은 고정자 및 회전자 조립체(180, 185)에 대한 유효 또는 활성 극의 수를 각각 정의한다. 모터 제어기(110)가 제2 제어 구성의 제어 방안에 따라 하나 이상의 마이크로인버터 네트워크(175)를 구동하는 결과로서, 모터 조립체(190)는 제2 모터 구성으로 구성된다.

몇몇 실시예에서, 모터 제어기(110)는 제1 및 제2 모터 구성 사이의 전이 기간 동안 전이 제어 모드를 구현한다. 전이 제어 모드에서, 모터 제어기(110)는 회전자 극 이동 및 전류에 동기하여 주어진 회전자 극에 대응하는 고정자 d-축 명령을 감소시킬 것이다. 제어기(220)는 극성을 변경하는 주어진 극에 대해 d-축과 회전자 극의 모두에서 전류를 감소시킨다. 다른 극은 전이 기간 동안 순 토크 생성의 증가를 확인할 수 있다. 마이크로인버터 네트워크(175)가 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 포함하는 실시예에서, 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 존재로 인해, 모터 제어기(110)는 고정자 권선(215)의 직렬 및 병렬 연결을 변경하지 않고 고정자 조립체(180)의 극 구성을 변경하는 것이 가능하다.

몇몇 실시예에서, 전이 제어 모드에서, 모터 제어기(110)는 재구성될 조립체(예를 들어, 고정자 조립체(180), 회전자 조립체(185), 또는 양자 모두)의 각각의 슬롯에 대한 별개의 전류 목표를 식별하고, 이는 2개의 인접한 구성의 중첩일 수 있다. 모터 제어기(110)는 시간 기반으로 전이(예를 들어, 100 ms 또는 다른 시간 기간 내에 12극으로부터 6극으로의 전이)를 달성하거나, 제1 및 제2 구성(예를 들어, 12극 및 6극 구성)의 가중 중첩으로 달성할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 제2 구성이 제1 구성에 인접하지 않을 때, 제어기(110)는 중간 단계로서 모터 조립체를 중간 구성으로 제어하고, 이어서 제2 구성으로 전이할 수도 있다. 예를 들어, 도 11a를 참조하면, 회전자 조립체(185)가 12극, 6극 및 4극 구성을 가질 수도 있는 경우, 12극 및 6극 구성은 인접한 것으로 고려되고, 6극 및 4극 구성은 인접한 것으로 고려될 수도 있고, 반면 12극 및 4극 구성은 인접한 것으로 고려되지 않는다. 모터 제어기(110)가 결정된 모터 조건에 기초하여 12극 구성(제1 구성)으로부터 4극 구성(제2 구성)으로 전이하도록 결정될 때, 모터 제어기(110)는 먼저 모터 조립체(190)를 중간 상태로서 6극 구성에 있도록 제어하고, 이어서 4극 구성에 있도록 모터 조립체(190)를 제어할 수도 있다.

고정자 조립체(180)의 경우, 슬롯 전류는 회전자 조립체(185)의 위치 및 극 구성에 따라 지속적으로 변화하고 있다. 이에 따라, 고정자 권선(215)은 기계가 0 속도에 있을 때만 "정적"일 수도 있다. 회전자 조립체(185)의 경우, 슬롯 명령은 주어진 구성에 대해 그 위치의 견지에서 정적일 수도 있지만, 개별 스위치는 원하는 회전자 전류 명령 및/또는 전력 전송을 달성하기 위해 지속적으로 전이한다. 시간 기반 전이에서, "쇠퇴" 극에 대응하는 슬롯(고정자 및 회전자 조립체(180, 185) 상의)은 0으로 감소된(가능하게는 심지어 역전됨) 그 명령을 확인할 것이고, 반면 "지속" 극에 대응하는 슬롯은 토크 출력을 유지하도록 조정된 그 명령을 확인할 것이다. 쇠퇴 극은 제1 구성에서는 활성이지만 제2 구성에서는 비활성이 되는 이들 극일 수도 있다. 지속 극은 제1 구성에서 활성이고 제2 구성에서 활성을 유지하는 이들 극일 수도 있다.

이에 따라, 블록(1205, 1210, 1215, 1220)을 실행함으로써, 모터 제어기(110)는 모터(120)를 재구성하고, 이러한 재구성은 모터(120)(예를 들어, 고정자 조립체(180), 회전자 조립체(185), 또는 양자 모두의) 내의 극 수, 권선 패턴, mmf-분포, 전류 분포 및/또는 전압 분포를 변경하는 것 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 블록 1220을 실행한 후, 모터 제어기(110)는 블록 1210으로 복귀한다. 따라서, 모터 제어기(110)는 프로세스(1200)를 통해 연속적으로 루핑하여, 시간에 따른 모터 조건을 모니터링하고 모터 조건에 의해 지시되는 바와 같이 동기 모터(120)의 모터 구성을 조정할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 블록 1205는 바이패스되고 프로세스(1200)는, 예를 들어 동기 모터(120)의 시동시에 블록 1210에서 시작된다. 예를 들어, 모터 제어기(110)에 의해 수신된 모터 명령(블록 1210에서 하나 이상의 모터 조건의 모터 조건으로서 역할을 함)은 특정 모터 구성에 맵핑될 수도 있다. 여기서, 블록 1215에서, 모터 제어기(110)는 블록 1215에 관하여 전술된 것과 유사한 기술을 사용하여, 모터 조건에 기초하여 모터 구성을 결정한다. 이어서, 블록 1220에서, 모터 제어기(110)는 결정된 모터 구성으로 동기 모터를 제어한다.

프로세스(1200)의 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(190)는 마이크로인버터 네트워크(175)를 포함하지 않을 수도 있고, 오히려, 모터(120)는 회전자 구동 회로(321 또는 325)를 통해 회전자 조립체(185)의 재구성을 통해 재구성된다. 이에 따라, 몇몇 실시예에서, 블록 1205에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)를 제1 구성으로 구동하도록 인버터 네트워크를 제어한다. 이러한 의미에서, 인버터 네트워크는 회전자 인버터(322)일 수도 있고, 모터 조립체(190)가 마이크로인버터 네트워크(175)를 포함하지 않거나 고정자 마이크로인버터 네트워크를 포함하는 실시예에서는 회전자 인버터(350)이거나, 또는 인버터 네트워크는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310) 또는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)일 수도 있다. 언급된 형태가 무엇을 취할 수도 있든, 모터(120)를 제2 구성으로 구동하기 위해 인버터 네트워크를 제어하는 모터 제어기(110)의 예가 이전 설명에서 제공된다. 모터 제어기(110)는 또한 마이크로인버터 네트워크로 모터를 제어하기 위한 실시예와 유사하게 블록(1210, 1215)을 실행할 수도 있다. 이어서, 블록 1220에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)를 제2 구성으로 구동하도록 인버터 네트워크를 제어할 수도 있다. 다시, 언급된 형태가 무엇을 취할 수도 있든, 모터(120)를 제2 구성으로 구동하기 위해 인버터 네트워크를 제어하는 모터 제어기(110)의 예가 이전 설명에서 제공된다.

프로세스(1200)의 몇몇 실시예에서, 제어되는 모터는 동기 모터가 아니라, 오히려 비동기 모터이다.

도 13은 동기 모터(120)의 4개의 예시적인 모터 구성에 대한 속도 및 토크 효율의 그래프(1300)를 도시하고 있다. 그래프는 각각의 구성에 대해 하나씩 4개의 플롯(1305, 1310, 1315, 1320)을 포함하고, 여기서 구성은 좌측으로부터 우측으로 점진적으로 더 적은 극을 갖는다. 예를 들어, 플롯(1305)은 가장 높은 극을 갖는 구성과 연관되고, 플롯(1320)은 가장 적은 극을 갖는 구성과 연관된다. 일반적으로, 더 높은 극 수는 더 높은 토크 능력을 제공하지만, 제한된 속도 범위를 갖고, 반면에 더 낮은 극 수는 더 높은 속도 범위를 제공하지만, 더 낮은 토크 능력을 갖는다. 2개의 중간 구성은 동기 모터(120)에 대한 다양한 가상 기어링을 제공한다. 토크-속도 범위를 넘어 각각의 구성 전체에 걸쳐 동작 지점의 효율성을 조절하여 주어진 부하 요구에 대해 동작하는 데 선호되거나 가장 효율적인 지점을 식별할 수 있다.

적용 예

도 14 내지 도 20은 재구성 가능/적응 능력을 갖는 모터 시스템(100)에 대한 예시적인 용례 또는 사용 사례에 대한 흐름도를 도시하고 있다. 흐름도의 각각의 블록은 예를 들어, 이전 섹션에서 설명된 기술 및 특징을 사용하여 모터 시스템(100)에 의해 구현될 수도 있다.

도 14는 흐름도(1400)를 도시하고 있다. 블록 1402에서, 모터 제어기는 토크 명령을 수신한다(예를 들어, 입출력 디바이스(160)를 통해 또는 메모리(145)로부터). 블록 1404에서, 모터 제어기는 하나 이상의 모터 조건을 결정한다(예를 들어, 블록 1210과 유사하게). 블록 1406에서, 모터 제어기(110)는 동기 모터(120)의 현재 모터 구성에 대한 비용 및/또는 제어 신호를 계산한다. 블록 1408에서, 모터 제어기는 현재 모터 구성보다 더 낮은 극 수를 갖는 동기 모터(120)의 하나 이상의 다른 모터 구성에 대해 계산된 비용과 각각의 비용 추정치 사이의 차이 또는 거리를 계산한다. 블록 1410에서, 모터 제어기(110)는 차이가 임계값을 초과하는지 여부를 결정한다(예를 들어, 구성을 스위칭함으로써 적어도 특정 효율 이점이 얻어질 수 있는 것을 나타냄). 임계값이 교차되지 않을 때, 블록 1412에서, 모터 제어기(110)는 현재 모터 구성에 대한 제어 신호를 발행한다(즉, 동기 모터(120)는 구성을 변경하지 않음). 임계값이 교차될 때, 블록 1414에서, 모터 제어기(110)는 더 낮은 극 수를 갖고 임계값을 초과하는 차이를 갖는 모터 구성 중 하나(제2 구성)를 선택하고, 동기 모터(120)를 제2 구성으로 재구성하기 위해 제어 신호를 발생한다. 블록 1416에서, 모터 제어기(110)는 동기 모터(120)를 제2 구성으로 재구성하기 위해 제어 신호를 발행한다. 적어도 몇몇 예에서, 흐름도(1400)는 흐름도(1200)의 특정 예로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 흐름도(1400)에서, 블록 1402 및 1404는 프로세스(1200)의 블록 1210에 대응할 수도 있고, 블록 1406 내지 1410은 블록 1215에 대응할 수도 있고, 블록 1414 내지 1416은 블록 1220에 대응할 수도 있다.

도 15는 흐름도(1500)를 도시하고 있다. 블록 1502에서, 모터 제어기(110)는 동기 모터(120)의 복수의 구성 중 최고 회전자 극 수를 갖는 제1 구성에서 동기 모터(120)를 제어한다. 블록 1504에서, 모터 제어기(110)는 동기 모터(120)의 속도를 증가시키도록 모터 구동 회로(115)를 제어한다. 블록 1506에서, 모터 제어기(110)는 하나 이상의 모터 조건을 결정한다(예를 들어, 블록 1210과 유사하게). 블록 1508에서, 모터 제어기(110)는 동기 모터(120)를 제2(더 낮은 극 수) 구성으로 재구성하는 것이 모터(120)의 부하 조건(예를 들어, 블록 1506에서 결정됨)에 기초하여 유익할 것이라고 결정한다(예를 들어, 여전히 부하 요구를 충족시키면서 효율을 증가시키기 위해). 블록 1510에서, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)의 마이크로인버터를 가로질러 모터 구성 명령을 조절한다. 블록 1512에서, 모터 제어기(110)는 회전자 마이크로인버터 네트워크(310)의 마이크로인버터를 가로질러, 회전자 인버터(322)를 가로질러, 또는 회전자 인버터(350)를 가로질러 모터 구성 명령을 조절한다. 블록 1514에서, 모터 제어기(110)는 고정자 조립체(180)와 회전자 조립체(185)(및 그 각각의 구동 회로) 사이의 모터 구성 명령을 조절한다. 블록 1516에서, 모터 제어기(110)는 고정자 조립체(180) 및 회전자 조립체(185)를 제2 모터 구성으로 재구성한다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 고정자 조립체(180)를 제2 구성으로 재구성하기 위해 구동 회로(115)(예를 들어, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)의 고정자 마이크로인버터 네트워크)를 제어하고, 모터 제어기(110)는 회전자 조립체(185)를 제2 구성으로 재구성하기 위해 구동 회로(115)(예를 들어, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)의 회전자 마이크로인버터 네트워크, 회전자 인버터(322), 또는 회전자 인버터(350))를 제어한다. 블록 1518에서, 모터 제어기(110)는 제2(더 낮은 극 수) 구성으로 모터(120)를 계속 제어한다. 적어도 몇몇 예에서, 흐름도(1500)는 흐름도(1200)의 특정 예로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 흐름도(1500)에서 블록 1502 및 1504는 블록 1205에 대응할 수도 있고; 블록 1506은 프로세스(1200)의 블록 1210에 대응할 수도 있고; 블록 1508은 블록 1215에 대응할 수도 있고; 블록 1510 내지 1518은 블록 1220에 대응할 수도 있다.

도 16은 흐름도(1600)를 도시하고 있다. 흐름도(1600)에서, 모터 시스템(100)은 차량을 추진하기 위한 트랙션/구동 모터로서 차량(예를 들어, 자동차, 트럭, 버스 등)에 있을 수도 있다. 블록 1602에서, 모터 제어기(110)는 차량을 비교적 일정한 속도로 추진(즉, 순항)하도록 제1 구성에서 동기 모터(120)를 제어한다. 블록 1604에서, 차량은 센서 출력(예를 들어, 경사 또는 가속도계 센서, 모터(120) 상의 토크 부하 증가를 나타내는 토크 감지)에 기초하여 모터 제어기(110)에 의해 검출될 수도 있는 언덕에 직면한다. 블록 1606 및 1608에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)의 속도를 유지하고 모터(120)의 토크를 증가시키도록(예를 들어, 구동 회로(115)의 전력 스위칭 소자의 PWM 듀티 사이클을 증가시킴으로써) 모터 구동 회로(115)를 제어한다. 블록 1610에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)가 모터(120)의 제1 구성에 대한 토크-속도 인벨로프의 에지 또는 그 부근에 있다고 결정하여, 모터(120)를 제어하는 동안 모터 전압 제한을 야기하고(블록 1612에 의해 표현됨) 그리고/또는 모터(120)를 제어하는 동안 토크 또는 속도 제한을 야기한다(블록 1614에 의해 표현됨). 블록 1610에서의 결정에 기초하여, 모터 제어기는 블록 1616으로 진행하여 더 낮은 극 수(예를 들어, 더 낮은 회전자 극 수, 더 낮은 고정자 극 수, 또는 더 낮은 회전자 및 고정자 극 수의 모두)를 갖는 제2 모터 구성으로 모터(120)를 재구성한다. 제2 모터 구성에서 동작하는 동안, 동기 모터(120)의 역기전력은 제1 모터 구성에 비해 감소되고(블록 1618), 토크-속도 인벨로프는 확장되고(블록 1620), 토크 및 속도 요청이 충족되고(블록 1622), 손실은 동작 지점에 대해 감소되거나 최소화된다(블록 1624). 블록 1626에서, 차량은 언덕을 순항하여 올라간다. 흐름도(1600)가 육상 기반 차량에 관하여 설명되었지만, 몇몇 실시예에서, 흐름도는 언덕 대신에, 차량이 증가된 부하 요구를 표현하는 다른 장애물에 직면하는 다른 유형의 차량(예를 들어, 공중 또는 수상 차량)에도 유사하게 적용될 수도 있다.

적어도 몇몇 예에서, 흐름도(1600)는 흐름도(1200)의 특정 예로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 흐름도(1600)에서, 블록 1602 내지 1608은 블록 1205에 대응할 수도 있고; 블록 1610 내지 1614는 프로세스(1200)의 블록 1210 및 1215에 대응할 수도 있고; 블록 1616 내지 1626은 블록 1220에 대응할 수도 있다.

도 17은 흐름도(1700)를 도시하고 있다. 흐름도(1700)에서, 모터 시스템(100)은 차량을 추진하기 위한 트랙션/구동 모터로서 차량(예를 들어, 자동차, 트럭, 버스 등)에 있을 수도 있다. 블록 1702에서, 모터 제어기(110)는 차량을 비교적 일정한 속도로 추진(즉, 순항)하도록 제1 구성에서 동기 모터(120)를 제어한다. 블록 1704에서, 차량은 센서 출력(예를 들어, 경사 또는 가속도계 센서, 모터(120) 상의 토크 부하 감소를 나타내는 토크 감지)에 기초하여 모터 제어기(110)에 의해 검출될 수도 있는 언덕의 하향 경사에 직면한다. 블록 1706에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)의 속도를 조속하거나 감소시키기 위해 모터 구동 회로(115)를 제어한다(예를 들어, 구동 회로(115)의 전력 스위칭 소자의 PWM 듀티 사이클을 감소시킴으로써). 블록 1708에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)를 제1 구성에 비해 증가된 극 수를 갖는 제2 구성으로 변경하기로 결정하고, 제2 구성으로 변경하도록 모터(120)를 제어한다. 증가된 극 수는 증가된 회전자 극 수, 증가된 고정자 극 수, 또는 증가된 회전자 및 고정자 극 수의 모두일 수도 있다. 제2 모터 구성에서 동작하는 동안, 동기 모터(120)의 역기전력은 제1 모터 구성에 비해 증가되고(블록 1710), 토크 능력이 증가된다(블록 1712). 블록 1714에서, 모터 제어기(110)는 차량 속도를 조속하고(블록 1716) 에너지 회수(즉, 회생 제동)를 허용하는(블록 1718) 모터 제동을 수행하도록 모터(120)를 제어한다. 흐름도(1700)가 육상 기반 차량에 관하여 설명되었지만, 몇몇 실시예에서, 흐름도는 언덕 대신에, 차량이 감소된 부하 요구를 표현하는 다른 상황에 직면하는 다른 유형의 차량(예를 들어, 공중 또는 수상 차량)에도 유사하게 적용될 수도 있다.

적어도 몇몇 예에서, 흐름도(1700)는 흐름도(1200)의 특정 예로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 흐름도(1700)에서, 블록 1702 내지 1706은 블록 1205에 대응할 수도 있고; 블록 1708은 프로세스(1200)의 블록 1210 및 1215에 대응할 수도 있고; 블록 1710 내지 1718은 블록 1220에 대응할 수도 있다.

도 18은 흐름도(1800)를 도시하고 있다. 흐름도(1800)에서, 모터 시스템(100)은 차량을 추진하기 위한 트랙션/구동 모터로서 차량(예를 들어, 자동차, 트럭, 버스 등)에 있을 수도 있다. 블록 1802에서, 모터 제어기(110)는 차량을 추진(예를 들어, 트랙 구동)하기 위한 제1 구성에서 동기 모터(120)를 제어한다. 제1 구성은 이 흐름도에 관하여 스테이지 1 구성이라 칭할 수도 있다. 블록 1804 및 1806에서, 모터 제어기(110)는 고속에서 그리고 높은 토크 능력으로 모터(120)를 제어하고 있다(예를 들어, 제1 구성은 모터(120)의 최고 극 수 구성일 수도 있음). 블록 1808에서, 모터 제어기는 모터(120)가 현재 모터 구성의 토크-속도 인벨로프의 에지 또는 그 부근에 있다고(또는 다른 재구성 트리거가 발생했다고) 결정한다. 블록 1810에서, 모터 제어기(110)는 속도가 임계값 초과로 증가되었다고 결정하고, 감소된 극 수(예를 들어, 더 낮은 회전자 극 수, 더 낮은 고정자 극 수, 또는 더 낮은 회전자 및 고정자 극 수의 모두)를 갖는 제2 구성으로 진입하도록 모터(120)를 제어한다. 모터 제어기(110)는 블록 1808을 루프 및 반복하여, 현재 속도와 연관된 구성이 구현될 때까지 극 수를 1회 이상 감소시킬 수도 있다. 블록 1812에서, 모터 제어기(110)는 블록 1808(1회 이상 실행됨)로부터 발생하는 구성에서 모터(120)를 제어하는데, 이는 스테이지 2 구성이라 칭할 수도 있다. 스테이지 2 구성에 있는 동안, 토크-속도 인벨로프가 확장되고(블록 1814), 속도가 유지될 수도 있고(블록 1816), 토크 능력이 유지될 수도 있다(1818). 상기 단계 1802 내지 1818의 결과로서, 모터(120)에 의해 소비되는 총 배터리 전력/충전이 감소되어, 차량의 주행 가능 거리를 연장할 수 있다(블록 1820).

적어도 몇몇 예에서, 흐름도(1800)는 특히 흐름도(1200)가 루프될 때, 흐름도(1200)의 특정 예로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 흐름도(1800)에서, 블록 1802 내지 1806은 블록 1205에 대응할 수도 있고; 블록 1808은 스테이지 2 구성이 확정될 때까지 루프되는 블록 1210, 1215 및 1220에 대응할 수도 있고; 블록 1810은 다른 통과 블록 1215에 대응할 수도 있고; 블록 1812 내지 1818은 다른 통과 블록 1220에 대응할 수도 있다.

도 19는 흐름도(1900)를 도시하고 있다. 흐름도(1900)에서, 모터 시스템(100)은 차량을 추진하기 위한 구동 모터로서 항공기(예를 들어, 헬리콥터, 프로펠러 비행기 등)에 있을 수도 있다. 블록 1902에서, 모터 제어기(110)는 차량(및 따라서 모터(120))이 진입하고 있는 동작 유형 또는 상태를 결정한다. 도시되어 있는 바와 같이, 모터 제어기(110)는 차량이 수직 이착륙(VTOL) 기동 동작 상태에 진입하고 있다고 결정한다. 블록 1904에서, 모터 제어기(110)는 동작 상태에 대한 전력 요구를 결정하고, 특히 (VTOL) 기동이 고전력 동작이라고 결정한다. 블록 1906에서, 모터 제어기(110)는 블록 1904에서 동작 상태의 결정에 기초하여 오버로드 기능(또한 오버드라이브라고도 칭함)을 개시할지 여부를 결정한다. 여기서, 동작 상태는 고전력 동작인 (VTOL) 기동 동작 상태이기 때문에, 블록 1906에서, 모터 제어기(110)는 오버로드 기능을 개시하기로 결정한다. 블록 1908에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)를 높은 또는 최대 극 수(회전자 극 수, 고정자 극 수, 또는 회전자 극 수와 고정자 극 수의 모두)를 갖는 제1 구성으로 변경하기로 결정하고, VTOL 기동을 위해 이 구성에서 모터(120)를 제어한다. 부가적으로, 모터 제어기(110)는 오버로드 기능이 활성화된 이러한 구성에서 모터(120)를 제어한다.

오버로드 기능은 열적 관점 및/또는 자기적 관점으로부터 모터(120)를 오버드라이브하는 것을 칭한다(예를 들어, 자석을 탈자하지 않고 또는 회전자의 영구 자석(존재하는 경우) 내의 음의 자속의 생성을 방지하여 증가된 토크를 제공하여 일정 시간 기간 동안 높은 토크 동작을 얻기 위해). 예를 들어, 비-오버로드 동작 중에, 특정 열적 또는 자속 임계값이 모터(120)에 대한 제어 방안의 부분으로서 적용될 수도 있다. 오버로드 동작에서, 이러한 임계값은 제어기(110)가 높은 토크 요구를 충족시키기 위해 모터(120)를 구동할 수 있게 하기 위해 일시적으로 증가될 수도 있다. 오버로드 기능을 활성화하는 것은 모터 제어기(110)가 일시적인 고성능 요구를 충족시키는 데 사용되지만, 정상 상태 동작에 대해서는 사용되지 않는 동작 지점을 활성화하기 위해 모터 구성을 변경하는 것을 포함할 수도 있다. 오버로드 특징을 제공함으로써, 모터 조립체(190)는 개선된 정상 상태 동작을 위해 더 구체적으로 크기 설정되거나 설계될 수 있지만(예를 들어, 더 작은 기계를 생성함), 발생할 수도 있는 과도 하에서 높은 동작 요구를 충족할 수 있다. 오버로드 기능은 VTOL 또는 다른 이를 요구하는 항공우주 작업에 유용할 수 있고, 이어서 정상 상태(예를 들어, 순항)에서 더 효율적인 동작을 위해 분리된다. 오버드라이브 특징은 육상 차량의 동적 기동(예를 들어, 고속도로 추월)과 같은 다른 용례 및 상황에서도 또한 유용할 수 있다.

블록 1910에서, 모터 제어기(110)는 차량이 순항 상태(VTOL보다 더 적은 전력 요구를 갖는 정상 상태)에 진입하고 있다고 결정하고 블록 1912에서 모터(120)에 대한 전력 요구가 감소되었다고 결정한다. 블록 1914에서, 모터 제어기(110)는 순항을 위한 더 효율적인 동작을 제공하기 위해 제1 구성과는 상이한 극 수를 갖는 모터(120)에 대한 제2 구성을 결정한다. 부가적으로, 블록 1914에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)를 제2 구성(오버드라이브 기능이 비활성화된 상태)으로 제어한다. 이 흐름도(1900)의 맥락에서 이러한 오버드라이브 기능을 제공하는 것에 추가하여, 오버드라이브 기능은 또한 본 명세서에 설명된 모터 시스템(100)의 다른 실시예에 포함되고 적용 가능하며, 모터 제어 구성(195) 중 하나 이상의 특성으로 고려될 수도 있다(그리고 이들에 의해 정의됨).

적어도 몇몇 예에서, 흐름도(1900)는 특히 흐름도(1200)가 루프될 때, 흐름도(1200)의 특정 예로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 흐름도(1900)에서 블록 1902, 1904, 1906, 1908은 블록 1205에 대응할 수도 있고; 블록 1910 및 1912는 블록 1210에 대응할 수도 있고; 블록 1914는 블록 1215 및 1220에 대응할 수도 있다.

도 20은 흐름도(2000)를 도시하고 있다. 흐름도(2000)에서, 모터 시스템(100)은 제1 구성으로부터 제2 구성으로 전이한다. 더 구체적으로, 블록 2002에서, 모터 제어기(110)는 모터(120)의 모터 구성을 제1 구성으로부터 제2 구성으로 스위칭하기로 결정하고, 고정자 구동 회로와 회전자 구동 회로 사이의 모터 구성 명령을 조절한다. 블록 2004에서, 모터 제어기(110)는 고정자 마이크로인버터 네트워크(210)를 제어하여 재구성될(예를 들어, 제1 구성에 대해 그 극성이 반전되어 있는 각각의 고정자 권선 상에서) 각각의 고정자 극 상의 D-축(DQZ 기준 프레임의)을 감소시킨다. 블록 2006에서, 모터 제어기(110)는 회전자 구동 회로(예를 들어, 회전자 마이크로인버터 네트워크(310), 회전자 인버터(322) 또는 회전자 인버터(350))를 제어하여 재구성될(예를 들어, 제1 구성에 대해 그 극성이 반전되어 있는 각각의 회전자 권선 상에서) 각각의 회전자 극 상의 D-축(DQZ 기준 프레임의)을 감소시킨다. 블록 2008에서, 모터 제어기는 고정자 및 회전자 조립체(180, 185)의 정적 극의 동작을 조정한다. 예를 들어, 모터 제어기(110)는 전이 중에, 예를 들어 토크 리플의 교란을 최소화하기 위해 보상 신호를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 전이 중에, 전류는 몇몇 극(예를 들어, 동적 극)에서 감소될 수도 있다. 이에 따라, 모터 제어기(110)는 전이 중에 동적 극을 보상하기 위해 정적 극을 부스팅할 수도 있다. 블록 2004, 2006, 2008은 제1 구성과 제2 구성 사이의 전이 기간의 부분인 것으로서 고려될 수도 있다. 블록 2010에서, 전이가 완료되고, 모터 제어기(110)는 제2 구성에서 모터(120)를 제어한다.

적어도 몇몇 예에서, 흐름도(2000)는 흐름도(1200)의 부분의 특정 예로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 흐름도(2000)에서, 블록 2002는 블록 1215에 대응할 수도 있고; 블록 2004 내지 2008은 블록 1220에 대응할 수도 있다.

백 아이언 두께 및 설계

모터(120)의 재구성 가능 특성은, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 모터(120)가 전도체 전류, 전도체 전압 및 자기 재료 필드 강도의 "삼중 포화" 영역을 확장할 수 있게 하여, 주어진 인벨로프 및 동작 지점 요구 사항에 대해 증가된 성능을 허용한다.

모터 설계에서, 백 아이언(즉, 요크)의 두께는 (단자 전류 및 전압) 또는 (토크 및 속도)의 견지에서 유리한 동작 지점에서 자기 포화 상태가 되도록 선택된다. 일반화된 설계 실시에서, 두께는 (공기 간극 직경)/(극 피치)에 작용하는 비례 인자로서 표현될 수도 있다(즉, 백 아이언 두께 = 비례 인자×(공기 간극 직경/극 수)). 대안 실시예에서, 이는 백 아이언 두께에 대한 고정자 톱니 폭의 비율로서 설명될 수도 있다. 본 명세서에는 전자를 규약으로서 채택하여, 더 높은 극 수를 갖는 기계에서, 자기 회로는 주어진 직경에 대한 요크 두께가 더 낮은 극 수를 갖는 기계에 대한 것보다 낮도록 이루어진다.

예를 들어, 200 mm 공기 간극 직경을 갖는 4극 기계는 백 아이언 두께 = 0.25*(200 mm)/(4) = 12.5 mm를 야기할 수도 있다. 다른 예로서, 200 mm 공기 간극 직경을 갖는 6극 기계에서, 자기 재료의 등가 로딩은: 백 아이언 두께 = 0.25*(200 mm)/6 = 8.33 mm의 값에 가까울 것이다.

종래의 기계에서, 자기 재료가 자기 재료 포화점 부근에서 동작하는 제한된 영역이 있다. 예를 들어, 높은 토크, 낮은 속도에서, 자기 재료와 전도체 전류의 모두는 증가된 입력에 대한 응답 감소의 견지에서 "포화"될 수도 있다. 더 고속에서, 회전 필드의 역기전력(BEMF)이 포화(소스 전압과 동일)에 접근하고 이에 의해 자기 재료의 로딩에 제한을 부과한다. 즉, 불충분한 전압이 원하는 패턴으로 전도체 전류를 증가시키는 데 이용 가능하여, 자기 재료 내의 더 낮은 mmf 및 더 낮은 자기장 강도를 야기한다. 피크 전력 변환(전기적과 기계적 사이)에서의 동작 지점과 전력 변환의 피크 효율은 전도체 전류, 전도체 전압 및 자기 재료 필드 강도의 삼중 포화점과 매우 밀접하게 연계될 수도 있다.

재구성을 가능하게 하는 모터(120)에서, 시스템 내의 자기 극의 수는 선택된 모터 구성에 기초하여 변경되어, 모터(120)의 동작 특성(예를 들어, 특정 용례 또는 용도)에 따라 백 아이언 비례 인자의 선택을 허용한다. 백 아이언 두께는 다양한 모터 구성을 가로질러 일정할 것이지만, 백 아이언 비례 인자는 몇몇 구성에 대해 성능을 최적화하기 위해 여전히 선택될 수 있지만 다른 구성에서는 방해 또는 제한 인자가 되지 않는다.

예를 들어, 몇몇 실시예에서, 더 낮은 극 수를 갖는 제1 모터 구성은 높은 기계적 속도에서 사용을 위해 의도될 수도 있다. 이러한 경우에, 모터(120)는 높은 극 수의 구성과 유사한 극 수를 갖는 전통적인 모터에 대해 사용될 것인 더 얇은 백 아이언을 제공함으로써 높은 극 수를 갖는 제2 모터 구성을 위한 자기 재료를 포화시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 백 아이언 비례 인자는 대략 ~0 내지 0.50, ~0 내지 0.30, ~0 내지 0.20, ~0 내지 0.10, 또는 0.1 내지 0.50, 0.40, 0.30, 0.20 또는 0.10의 값과 같이, 0.50 미만일 수도 있다. 그러나, 이 더 얇은 백 아이언은 더 고속에서 BEMF 제한으로 인해 낮은 극 구성에 단점을 부과하지 않을 수도 있다. 즉, 백 아이언을 포함하는 자기 재료는 전도체 전압 및 전류의 포화를 허용하면서, 여전히 포화될(피크 활용) 수도 있어, 이에 의해 피크 전력 변환 및/또는 전력 변환의 효율의 지표인 삼중 포화 영역을 확장한다.

다른 실시예에서, 모터(120)의 백 아이언은 가장 낮은 극 수의 모터 구성의 백 아이언 비례를 가능하게 하도록 통상적으로 크기 설정될 수도 있다. 다른 실시예에서, 기계의 백 아이언은 특정 극 수 구성 및/또는 동작 영역에 대해 크기 설정될 수도 있다.

몇몇 실시예의 장점 및/또는 영향

본 명세서에 설명된 바와 같은 재구성 가능 모터(또한 적응형 모터라고도 칭함)는 여러 장점을 제공할 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예 중 몇몇에 의해 제공되는 이들 장점 중 몇몇이 이하에 제공된다.

확장된 동작 인벨로프, 토크 및 전력 밀도, 가상 기어박스

동작시, 본 명세서에 설명된 바와 같은 재구성 가능 모터는 모터의 동작 범위를 확장하여 주어진 기계에 대한 증가된 효율 및 토크 밀도 및 증가된 열적 인벨로프를 가능하게 하는 "가상 기어박스"를 설정할 수 있다. 예를 들어, 고정자 및/또는 회전자의 더 높은 극 수는 토크 성능을 증가시킬 수 있지만, 더 높은 속도 또는 주파수 동작으로부터 발생하는 스위칭 손실과 코어 손실을 증가시킬 수 있다. 더 고속에서 동작하는 더 높은 극 수는 또한 더 높은 역기전력을 생성할 수 있는데, 이는 동작 인벨로프(예를 들어, 모터로부터 파생될 수 있는 속도 및 전력)를 낮출 수 있다. 따라서, 더 높은 극 수를 가능하게 하는 것은 더 저속 동작을 위해 더 높은 토크 레벨(따라서 토크 밀도)을 구동할 수 있는데, 이는 이어서 더 낮은 토크, 더 고속 동작을 위해 더 낮은 극 수 모터로 연속적으로 재구성될 수 있고, 이는 더 넓은 동작 인벨로프를 가로질러 더 높은 전력 밀도와 효율의 모두를 가능하게 한다.

이와 같이 함으로써, 극 수가 더 고속에서 감소되고, 이어서 더 저속에서는 증가됨에 따라 모터의 동작 인벨로프가 확장된다. 예를 들어, 제어기는 전압 제한되지만 전류 제한되지 않을 때의 고속에서와 같이 모터 구성을 가상으로 재분배할 수 있다. 모터의 극 수를 변경함으로써, 인버터(들)가 그/그들의 최대 전압 및 전류 정격에 더 근접하게 될 수 있고, 따라서 전력 출력이 고속에서 증가된다.

효율 개선

효과적으로, 재구성 가능 모터는 그 기계적 기하학 구조, 전기 및 자기 구성을 가상으로 변경함으로써 동작 지점을 더 양호하게 정합시킬 수 있다. 동작 지점을 정합하는 것은 주어진 구성 또는 구성 범위에 대한 손실을 감소시키고, 모터가 부하 조건에 적응하는 것을 가능하게 할 수 있다. 달리 말하면, 본 명세서에 설명된 것과 같은 재구성 가능 모터는 주어진 속도에 대해, 감소된 손실로 토크를 생성하도록 모터가 재구성될 수 있다. 대조적으로, 그 기하학 구조, 권선 패턴 등에 의해 물리적으로 제약을 받는 "고정" 기계는 전체 동작 범위를 가로질러 높은 효율을 갖지 않을 수도 있다. 이는 전기 자동차(EV), 트럭, 로봇 공학 등과 같은 동적 듀티 사이클 용례에 특히 성립한다.

부가적으로, 본 명세서에 개시된 몇몇 실시예는 (1) 단부 권선을 감소시키거나 제거하고 그리고/또는 (2) 전자 기기의 균일한 방향성을 유지한다. 단부 권선을 감소시키거나 제거하는 것은 비용(예를 들어, 단부 권선의 구리(Cu) 비용)과 배터리 비용을 감소시키고, 전류가 유용한 곳, 즉, 슬롯 내에서 전류 흐름을 증가시킬 수 있다. 균일한 방향성을 유지한다는 것은 서로 근접한 권선에서 전류 흐름을 동일한 방향으로 유지하는 것을 칭하는데, 이는 손실을 감소시킬 수 있다. 대조적으로, 단부 권선이 있는 모터는 단부 권선의 동일한 단면에서 반대 방향으로 이동하는 전자를 가질 수도 있다(즉, 토크를 생성하는 슬롯에 없는 권선). 따라서, 이들 시스템은 순 전자 이동이 0인 몇몇 영역을 가질 수도 있지만, 각각의 스트랜드는 최대 전류를 운반하고, 이는 손실을 증가시키고 전류 밀도를 제한할 수 있다.

차량 역학

본 명세서에 설명된 재구성 가능 모터의 몇몇 실시예는 전기 또는 하이브리드 전기 자동차(예를 들어, 자동차, 버스, 트럭 등)에 통합될 때, 이용 가능한 속도 조건에서 더 연속적인 토크를 제공함으로써 차량의 역학을 개선시킨다. 연속적인 토크는 차량 역학 및 부하 조건이 크게 변화하는 트럭 운송(예를 들어, 클래스 4 내지 8)과 같은 경우에 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 트럭은 순항 조건과 출발 및 정지 조건 사이에 더 많은 극단을 가질 수도 있다. 따라서, 극도로 높은 토크 및 매우 낮은 순항 동력 레벨에 대해 트럭의 듀티 사이클이 승용차보다 더 많이 스큐될 수도 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 몇몇 실시예는 도시 및/또는 라스트 마일 조건 하에서 효과적으로 출발 및 정지할 수 있는 능력 및/또는 효과적으로 출발 및 정지하고 고속도로 속도에 도달하는 것이 가능한 재구성 가능 모터를 제공할 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 개시된 몇몇 실시예는 트레일러 가득 참, 트레일러 비어 있음, 또는 트레일러 없음 상태에서 동작하고, 그리고/또는 고속도로 속도에서 높은 토크 동작을 요구하는 언덕 오르기 또는 내리막 주행 및 브레이크 마모를 감소시키면서 중력 위치 에너지를 결합 해제하는 것(예를 들어, 회생 제동)과 같은 조건 하에서 효과적으로 수행하는 개선된 능력을 재구성 가능한 모터에 제공할 수 있다.

통합, 크기, 중량

몇몇 실시예에서, 재구성 가능 모터는 모터와 인버터(들)가 함께 패키징되는 시스템의 긴밀한 통합을 갖는다. 이러한 통합은 시스템의 체적 및 중량 밀도를 증가시킬 수 있고, 케이블링, 뿐만 아니라 하우징과 같은 중복 인프라를 제거 및/또는 감소시킴으로써 비용과 손실의 모두를 더 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 모터 내의 감소된 중량은 배터리의 2차 효율과 비용 절약(예를 들어, 차량 경량화)으로 이어진다.

내결함성

마이크로인버터 네트워크(들)(175)를 포함하는 몇몇 실시예는 모터 시스템(100)에 내결함성을 제공한다. 이는 예를 들어, 전기 자동차, 트럭 및 오프로드 유형 용례에서 치명적인 고장을 관리하거나 제거하는 데 유용하다. 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는, 디바이스 또는 게이트 드라이버가 고장나는 경우, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)가 결함을 포함하고 성능의 약간 저하를 갖고 작동하여 안전 및 연속적인 동작을 제공할 수 있도록 림프 모드에서 결함 하에서 중복성 및 높은 동작 능력을 제공할 수 있다.

직접 구동 및 오버로드

다양한 모터 구성에 의해 제공되는 높은 토크 밀도 및 넓은 속도 범위로 인해, 모터 시스템(100)의 몇몇 실시예는 동적 직접 구동 동작(예를 들어, 속도를 스텝다운하고 그리고/또는 토크를 스텝업하기 위해 기계적 기어박스 없이 모터링/발전)을 가능하게 할 수 있다. 이 재구성 능력은 시동 토크를 효율적으로 달성하고(효율적으로 이와 같이 수행함) 또한 효율적인 고속 동작을 제공하기 위한 직접 구동 시스템에 유용하다. 더 높은 토크 능력을 얻는 것과 더 높은 속도 능력을 얻는 것 사이의 설계 상충으로 인해, 정적(재구성 불가능) 모터는 시동 토크와 고속 동작의 모두를 달성하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 유사한 토크 밀도를 달성하기 위해, 정적 모터는 희토류 금속과 같은 고가의 휘발성 재료를 상당한 양으로 사용할 수도 있다. 그러나, 이들 재료의 양을 포함함으로써, 더 높은 속도의 동작을 방지하는 전압 제약이 도입될 수도 있다.

직접 구동 시스템은 정밀 제조 제약을 가질 수도 있는 기어박스와 같은, 마모 품목을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 기어박스의 벌크를 제거하는 것은 시스템의 체적 및 중량 크기를 상당히 감소시키고, 따라서 토크 및 전력 밀도를 향상시킬 수도 있다. 부가적으로, 직접 구동 시스템을 사용하는 것은 기어박스 시스템의 기계적 손실을 감소시킬 수 있고, 시스템 내의 감소된 중량은 배터리의 2차 효율과 비용 절약(예를 들어, 수십 킬로그램 경량화)으로 이어진다.

직접 구동 시스템은, 직접 구동 기계가 (1) 손실을 방지하고 (2) 기계 품목(예를 들어, 기어박스)을 위한 유지 보수가 비용이 많이 드는 가동시간을 증가시키는 데 사용되는 풍력 발전과 같은 다른(비-차량) 용례에 또한 유용할 수 있다.

종래의 직접 구동 터빈은 메가와트당 상당한 양의 높은 희토류 함량(예를 들어, 최대 1톤의 NdFeB)을 사용할 수도 있다. 본 명세서에 설명된 실시예는 이러한 양의 희토류 함량을 회피하여, 비용을 절감할 수 있다.

모터 시스템(100)의 몇몇 실시예의 특정 구성은 또한 회전자 상의 권선이 열적 한계까지 최대로 사용될 수 있는 오버로드 조건을 허용한다. 전통적인 기계는 자석 손상을 방지하기 위해 온도를 비교적 낮게 유지해야 했다. 유도 모터와 같은 다른 기계는 몇몇 더 적은 정도로 오버로딩될 수 있지만, 전류가 외부 구리에 풀링되기 때문에 비효율적이 되고 신속하게 그 열적 한계에 도달하게 된다. 반대로, 모터 시스템(100)의 몇몇 실시예는 전류를 분배하기 위해 더 큰 표면적을 제공하고 따라서 손실을 더 낮게 유지한다.

고급 제어

가장 유리한 곳에 전류를 배치

본 명세서에 제안된 몇몇 실시예는 기계에 대해 주어진 조건 하에서 손실당 최대 또는 원하는 토크를 생성하고 토크를 감소시키는 슬롯 내의 전류를 제거하거나 감소시키기 위해 전류 및/또는 위상의 정확하거나 정밀한 정합을 가능하게 한다. 설명된 바와 같이, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)를 통해 슬롯당 제어를 갖는 것은 재구성 및 극 가상화를 가능하게 한다. 모터 시스템(100)이 전압 제한되지만 전류 제한되지는 않을 수도 있을 때의 고속과 같은 특정 경우에, 모터 제어기(110)는 극 수를 변경하여 모터 조립체(190)를 볼트 및 암페어의 견지에서 마이크로인버터 네트워크(들)(175)의 마이크로인버터의 전체 정격에 더 근접하게 만들 수 있는데, 이는 인버터 또는 인버터 네트워크 관점으로부터, 고속에서 전력 출력을 증가시킬 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 마이크로인버터 네트워크(들)(175)는 다양한 로딩 조건 및 다양한 구성에서 조건 및 저항 손실을 최적화하도록 선택되는 다수의 유형의 전력 스위칭 소자(예를 들어, FET 및 IGBT)를 포함할 수도 있다. 부가적으로, 구성은 각각의 특정 구성에서 구동되는 특정 유형의 전력 스위칭 소자에 대해 최적의 주파수를 사용할 수도 있다.

토크 리플 감소 또는 제거

마이크로인버터 네트워크(들)(175)를 통한 각각의 슬롯에 대한 제어에 의해, 동기 모터(120)의 응답이 인터리빙될 수 있고, 따라서 모터 제어기(110)는 토크 리플 및 슬롯팅 효과를 상쇄할 수 있다. 효과적으로, 모터 제어기(110)는 각각의 슬롯에 대해, 유사한 응답으로, 모터 제어기(110)가 사이클의 1/4 또는 1/2 및 전체로 2x(이중) 스위칭 주파수만큼 PWM 신호를 스큐할 수 있도록 동작 주파수를 합성할 수 있다. 이러한 제어 수정은 집합체의 전류 조절을 개선하고 전압 리플을 감소시키는데, 이는 권선-대-스택의 기생으로 인한 공통 모드 전압에서 순환 전류를 감소시킬 수 있다. 집합적으로, 이들은 베어링 전류, 베어링 손상 및 기어 손상을 감소시킨다. 부가적으로, 이는 고속 기계와 확장된 동작 범위 능력을 가능하게 한다.

슬롯당 제어를 통한 전력 전송의 장점

임베드 전력 전송에 관하여, (1) 동기 기준 프레임의 회전자 d-축과 완벽하게 정렬된(또는 거의 완벽하게 정렬된) 하나의 권선(또는 여러 권선) 및 (2) 측면 권선이 덜 완벽하게 정렬될 때, 모터 제어기(110)는 추가 제어 개선을 구동하기 위해 이들 권선 사이의 변조를 사용할 수 있다. 회전자 권선(들)(315)은 이어서 시스템에서 순 자속을 픽업하지만, 측면 채널은 모터 제어기(110)가 도입하는 변조에서 더 양호한 신호 대 노이즈비를 갖는다. 부가적으로, 모터 제어기(110)는 이중 주파수/이중 대역 통신 채널로서 사용하기 위해 상이한 주파수에서 상이한 슬롯을 변조할 수 있다.

더 많은 자유도, 감지 및 추정

시스템(100) 내에서 더 많은 자유도를 갖는 것은 위치 감지, 추정 기술(예를 들어, 회전자 전류 또는 기계 구성 상태), 조건 기반 모니터를 위한 신호 주입을 통해 상태를 자가 진단하는 능력, 공기 간극을 통한 전력 전송(임베드 전력 전송), 및 회전자로의(또는 회전자와 고정자 사이의) 통신과 같은, 다른 모터 제어 개념에 이익을 준다.

본 개시내용은 하나 이상의 실시예를 설명하였고, 명시적으로 언급된 것들 이외에, 많은 등가물, 대안, 변형 및 수정이 가능하고 본 출원의 범주 내에 있다는 것이 이해되어야 한다. 개시된 실시예의 특징은 더 많은 실시예를 생성하기 위해 본 발명의 범주 내에서 조합, 재배열 등이 될 수 있다. 몇몇 다른 양태, 장점 및 수정은 이하에 제공된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 고려된다. 제시된 청구범위는 본 명세서에 개시된 실시예 및 특징 중 적어도 몇몇을 대표한다. 다른 청구되지 않은 실시예 및 특징이 또한 고려된다. 또한, 이하에 제시된 청구항은 다중 종속성을 갖고 제시되지는 않지만, 다양한 종속항의 요소는 조합 가능하고, 실제로 몇몇 실시예에서 조합된다. 예를 들어, 제5항이 제3항에 종속하는 것으로서 기입되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 제5항은 제4항에 종속할 수도 있어, 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 및 제5항에 인용된 요소의 조합을 생성할 수도 있다. 유사하게, 제8항은 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 종속될 수도 있고, 제9항은 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 종속될 수도 있는 등이다. 즉, 선행하는 종속항이 상호 배타적인 특징을 인용하지 않는 한, 각각의 종속항은 이하의 청구항 세트 내의 임의의 선행하는 종속항에 종속될 수도 있는 것으로 고려된다.

Claims (39)

1. 모터를 제어하기 위한 방법이며,
   복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터 네트워크의 마이크로인버터를 제어하는 단계;
   모터의 하나 이상의 모터 조건을 결정하는 단계;
   하나 이상의 모터 조건에 기초하여, 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하는 단계로서, 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖는, 결정 단계; 및
   제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터 네트워크의 마이크로인버터를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 마이크로인버터 네트워크는 고정자 슬롯 전도체에 대한 전력을 조절하는 고정자 마이크로인버터 네트워크이고, 제1 극 수는 제1 고정자 극 수이고, 제2 극 수는 제2 고정자 극 수인, 방법.
3. 제2항에 있어서, 각각의 마이크로인버터는 제1 DC 버스 소스에 결합되는 제1 직류(DC) 단자, 제2 DC 버스 소스에 결합되는 제2 직류 단자, 및 제1 DC 버스 소스와 제2 DC 버스 소스를 고정자 슬롯 전도체 중 적어도 하나에 선택적으로 연결하는 전력 스위칭 소자를 포함하는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 제1 DC 버스 소스는 DC 버스 바아 링인, 방법.
5. 제3항에 있어서, 마이크로인버터는 인버터 마이크로제어기를 각각 포함하고, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터를 제어하는 단계는:
   인버터 마이크로제어기에 의해, 중앙 마이크로제어기로부터 제어 명령을 수신하는 단계; 및
   각각의 인버터 마이크로제어기에 의해, 제어 명령에 기초하여 발생된 제어 신호로 인버터 마이크로제어기를 갖는 마이크로인버터의 전력 스위칭 소자를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
6. 제3항에 있어서, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터를 제어하는 단계는:
   마이크로인버터의 전력 스위칭 소자에 의해, 중앙 마이크로제어기로부터 제어 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제2항에 있어서, 마이크로인버터는 모터의 고정자의 제1 축방향 측면 상의 마이크로인버터의 제1 서브세트 및 제1 축방향 측면에 대향하는 고정자의 제2 축방향 측면 상의 마이크로인버터의 제2 서브세트를 포함하고, 마이크로인버터의 제1 서브세트의 각각의 마이크로인버터는 고정자 슬롯 전도체의 전도체에 의해 마이크로인버터의 제2 서브세트의 적어도 하나의 마이크로인버터에 결합되는, 방법.
8. 제1항에 있어서, 마이크로인버터는 모터의 회전자와 함께 회전하고 회전자 슬롯 전도체에 대한 전력을 조절하는 회전자 마이크로인버터이고, 제1 극 수는 제1 회전자 극 수이고, 제2 극 수는 제2 회전자 극 수인, 방법.
9. 제1항에 있어서, 모터 조건에 기초하여 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정하는 단계는:
   하나 이상의 모터 조건에 기초하여 제1 구성에 대한 비용을 결정하는 단계; 및
   하나 이상의 모터 조건에 기초하여 제2 구성에 대한 비용을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
10. 제1항에 있어서, 제2 극 수는 제1 극 수보다 크고, 모터 조건에 기초하여 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정하는 단계는:
    하나 이상의 모터 조건의 토크 명령이 토크 임계값을 초과한다고 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
11. 모터 시스템이며,
    모터의 고정자 조립체로서, 고정자 조립체는 고정자 베이스로부터 반경방향으로 연장하는 복수의 톱니 및 복수의 슬롯을 포함하고, 복수의 슬롯의 슬롯은 복수의 톱니 중 각각의 인접한 톱니의 쌍 사이에 있고, 각각의 슬롯은 고정자 조립체의 복수의 고정자 슬롯 전도체 중 적어도 하나의 고정자 슬롯 전도체를 수용하도록 구성되는, 고정자 조립체;
    고정자 조립체에 대해 회전하도록 구성된 모터의 회전자 조립체;
    복수의 마이크로인버터를 포함하는 마이크로인버터 네트워크; 및
    처리 회로를 포함하는 전자 모터 제어기를 포함하고, 전자 모터 제어기는:
    복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어하고;
    모터의 하나 이상의 모터 조건을 결정하고;
    하나 이상의 모터 조건에 기초하여, 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하고 - 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 가짐 -;
    제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어하도록 구성되는, 모터 시스템.
12. 제11항에 있어서, 마이크로인버터 네트워크는 고정자 슬롯 전도체에 대한 전력을 조절하는 고정자 마이크로인버터 네트워크이고, 제1 극 수는 제1 고정자 극 수이고, 제2 극 수는 제2 고정자 극 수인, 모터 시스템.
13. 제12항에 있어서, 복수의 마이크로인버터의 각각은 양의 DC 버스 소스에 결합되는 양의 직류 단자, 음의 DC 버스 소스에 결합되는 음의 직류 단자, 및 양의 DC 버스 소스와 음의 DC 버스 소스를 고정자 슬롯 전도체 중 적어도 하나의 고정자 슬롯 전도체에 선택적으로 연결하는 전력 스위칭 소자를 포함하는, 모터 시스템.
14. 제13항에 있어서, 복수의 마이크로인버터의 각각은 인버터 마이크로제어기를 포함하고, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어하기 위해, 전자 모터 제어기는 인버터 마이크로제어기에 제어 명령을 송신하도록 더 구성되고;
    각각의 인버터 마이크로제어기는 제어 명령에 기초하여 발생된 제어 신호로 인버터 마이크로제어기를 갖는 마이크로인버터의 전력 스위칭 소자를 제어하도록 구성되는, 모터 시스템.
15. 제13항에 있어서, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 마이크로인버터를 제어하기 위해, 전자 모터 제어기는:
    마이크로인버터의 전력 스위칭 소자에 제어 신호를 송신하도록 더 구성되는, 모터 시스템.
16. 제12항에 있어서, 복수의 슬롯은 N개의 슬롯을 포함하고, 고정자 마이크로인버터 네트워크는 적어도 N/2개의 마이크로인버터를 갖는, 모터 시스템.
17. 제11항에 있어서, 모터 조건에 기초하여 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정하기 위해, 전자 모터 제어기는:
    모터 조건 및 토크 요구에 기초하여 제1 구성에 대한 비용을 결정하고;
    모터 조건 및 토크 요구에 기초하여 제2 구성에 대한 비용을 결정하도록 더 구성되는, 모터 시스템.
18. 제11항에 있어서, 제2 극 수는 제1 극 수보다 크고, 모터 조건에 기초하여 모터를 제2 구성으로 재구성하도록 결정하기 위해, 전자 모터 제어기는:
    토크 요구가 토크 임계값을 초과하는 것으로 결정하도록 더 구성되는, 모터 시스템.
19. 제12항에 있어서, 복수의 슬롯은 N개의 슬롯을 포함하고, 고정자 마이크로인버터 네트워크는 N개의 마이크로인버터, 2×N개의 마이크로인버터, 및 4×N개의 마이크로인버터의 그룹으로부터 선택된 하나를 갖는, 모터 시스템.
20. 제12항에 있어서,
    고정자 마이크로인버터 네트워크는 인쇄 회로 기판 조립체를 포함하고,
    복수의 마이크로인버터는 인쇄 회로 기판 조립체 상에 위치되고, 복수의 마이크로인버터의 각각은:
    적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및
    복수의 슬롯의 슬롯을 통과하는 복수의 고정자 슬롯 전도체의 고정자 슬롯 전도체에 연결된 단자를 포함하는, 모터 시스템.
21. 제20항에 있어서,
    고정자 조립체의 제1 축방향 단부에 있는 제1 직류(DC) 버스 소스; 및
    고정자 조립체의 제1 축방향 단부에 있고 제1 DC 버스 소스의 반경방향 내향에 위치되는 제2 DC 버스 소스를 더 포함하고,
    복수의 마이크로인버터는 상이한 원주방향 위치에서 인쇄 회로 기판 조립체 상에 위치되고,
    복수의 마이크로인버터의 각각은:
    제1 DC 버스 소스에 연결된 제1 DC 단자, 및
    제2 DC 버스 소스에 연결된 제2 DC 단자를 더 포함하는, 모터 시스템.
22. 제21항에 있어서, 제1 DC 버스 소스는 DC 버스 바아 링인, 모터 시스템.
23. 제21항에 있어서, 인쇄 회로 기판 조립체는 제1 인쇄 회로 기판 조립체이고, 제1 인쇄 회로 기판 조립체 상의 복수의 마이크로인버터는 마이크로인버터의 제1 서브세트이고,
    고정자 마이크로인버터 네트워크는:
    고정자 조립체의 제1 축방향 단부에 대향하는 고정자 조립체의 제2 축방향 단부 상의 제2 인쇄 회로 기판 조립체; 및
    제2 인쇄 회로 기판 조립체 상에 위치된 복수의 마이크로인버터의 제2 서브세트를 더 포함하고, 마이크로인버터의 제2 서브세트의 각각은:
    적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및
    제1 축방향 단부 상의 마이크로인버터의 제1 서브세트의 마이크로인버터에 연결된 고정자 슬롯 전도체 중 하나에 연결된 단자를 포함하는, 모터 시스템.
24. 제23항에 있어서,
    고정자 조립체의 제2 축방향 단부에 있는 제3 DC 버스 소스; 및
    고정자 조립체의 제2 축방향 단부에 있고 제3 DC 버스 소스의 반경방향 내향에 위치되는 제4 DC 버스 소스를 더 포함하는, 모터 시스템.
25. 제11항에 있어서, 마이크로인버터 네트워크는 회전자 마이크로인버터 네트워크이고, 회전자 마이크로인버터 네트워크는:
    회전자 조립체의 제1 축방향 단부 상의 인쇄 회로 기판 조립체; 및
    인쇄 회로 기판 조립체 상에 위치된 복수의 회전자 마이크로인버터를 포함하고, 복수의 회전자 마이크로인버터의 각각은:
    적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및
    회전자 조립체의 복수의 회전자 슬롯의 슬롯을 통과하는 회전자 슬롯 전도체에 연결된 회전자 단자를 포함하는, 모터 시스템.
26. 제25항에 있어서, 회전자 조립체는 제1 회전자 슬롯 전도체가 권취되는 적어도 제1 영구 자석을 더 포함하는, 모터 시스템.
27. 제11항에 있어서, 마이크로인버터 네트워크는 회전자 마이크로인버터 네트워크이고, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어하기 위해, 전자 모터 제어기는 고정자 조립체의 적어도 하나의 고정자 슬롯 전도체를 통해 임베드 통신을 사용하여 회전자 마이크로인버터 네트워크에 제어 신호를 전송하도록 더 구성되는, 모터 시스템.
28. 제11항에 있어서, 마이크로인버터 네트워크는 고정자 마이크로인버터 네트워크이고, 제2 구성에 따라 모터를 구동하도록 복수의 마이크로인버터를 제어하기 위해서, 전자 모터 제어기는 제1 구성에서와는 상이한 제2 구성에서의 극 수를 갖도록 회전자 조립체를 재구성하기 위해 회전자 인버터에 제어 신호를 전송하도록 더 구성되는, 모터 시스템.
29. 제12항에 있어서,
    고정자 마이크로인버터 네트워크는 고정자 조립체의 제1 축방향 단부 상의 복수의 횡방향 인쇄 회로 기판을 포함하고,
    횡방향 인쇄 회로 기판의 각각은 복수의 마이크로인버터 중 적어도 하나의 마이크로인버터를 포함하고, 복수의 마이크로인버터의 각각은:
    적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및
    복수의 슬롯의 슬롯을 통과하는 복수의 고정자 슬롯 전도체의 고정자 슬롯 전도체에 연결된 단자를 포함하는, 모터 시스템.
30. 제29항에 있어서,
    각각의 횡방향 인쇄 회로 기판을 상호 연결하는 적층형 직류(DC) 버스 바아 링을 더 포함하는, 모터 시스템.
31. 제30항에 있어서, 적층형 DC 버스 바아 링은 인터리빙되어 있는 양극성 적층형 전도체와 음극성 적층형 전도체를 포함하는, 모터 시스템.
32. 제29항에 있어서,
    횡방향 인쇄 회로 기판의 각각을 상호 연결하는 통신 링을 더 포함하고, 전자 모터 제어기는 통신 링을 통해 횡방향 인쇄 회로 기판 상의 복수의 마이크로인버터와 통신하도록 구성되는, 모터 시스템.
33. 제11항에 있어서, 마이크로인버터 네트워크는 회전자 마이크로인버터 네트워크이고, 회전자 마이크로인버터 네트워크는:
    회전자 조립체의 회전자 샤프트 내에 위치된 회전자 카트리지 조립체의 하나 이상의 인쇄 회로 기판을 포함하는, 모터 시스템.
34. 제33항에 있어서, 회전자 마이크로인버터 네트워크는:
    하나 이상의 인쇄 회로 기판 상에 위치된 복수의 회전자 마이크로인버터를 더 포함하고, 복수의 회전자 마이크로인버터의 각각은:
    적어도 2개의 전력 스위칭 소자, 및
    회전자 조립체의 복수의 회전자 슬롯의 슬롯을 통과하는 회전자 슬롯 전도체에 연결된 회전자 단자를 포함하는, 모터 시스템.
35. 제34항에 있어서, 회전자 조립체의 축방향 단부에 위치되고 회전자 단자와 회전자 슬롯 전도체 사이에 전도성 연결을 제공하는 환형 회전자 인쇄 회로 기판을 더 포함하는, 모터 시스템.
36. 모터를 제어하기 위한 방법이며,
    복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하도록 인버터 네트워크를 제어하는 단계;
    모터의 하나 이상의 모터 조건을 결정하는 단계;
    하나 이상의 모터 조건에 기초하여, 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하는 단계로서, 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖는, 결정 단계; 및
    제2 구성에 따라 모터를 구동하기 위해 인버터 네트워크를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
37. 제36항에 있어서, 모터는 회전자 조립체와 고정자 조립체를 포함하고, 인버터 네트워크는:
    모터의 회전자 조립체에 고정되어 모터의 동작 중에 회전자 조립체와 함께 회전하는 회전자 인버터;
    모터 동작 중에 고정자 조립체에 대해 고정 상태를 유지하는 회전자 조립체에 오프보드인 회전자 인버터;
    모터의 회전자 조립체에 고정되어 모터의 동작 중에 회전자 조립체와 함께 회전하는 회전자 마이크로인버터 네트워크; 및
    모터의 고정자 조립체에 고정된 고정자 마이크로인버터 네트워크
    의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인, 방법.
38. 모터 시스템이며,
    모터의 고정자 조립체로서, 고정자 조립체는 고정자 베이스로부터 반경방향으로 연장하는 복수의 톱니 및 복수의 슬롯을 포함하고, 복수의 슬롯의 슬롯은 복수의 톱니 중 각각의 인접한 톱니의 쌍 사이에 있고, 각각의 슬롯은 고정자 조립체의 복수의 고정자 슬롯 전도체 중 적어도 하나의 고정자 슬롯 전도체를 수용하도록 구성되는, 고정자 조립체;
    고정자 조립체에 대해 회전하도록 구성된 모터의 회전자 조립체;
    인버터 네트워크; 및
    처리 회로를 포함하는 전자 모터 제어기를 포함하고, 전자 모터 제어기는:
    복수의 모터 구성 중 제1 구성에 따라 모터를 구동하도록 인버터 네트워크를 제어하고;
    모터의 하나 이상의 모터 조건을 결정하고;
    하나 이상의 모터 조건에 기초하여, 모터를 복수의 모터 구성 중 제1 구성으로부터 제2 구성으로 재구성하도록 결정하고, 제1 구성은 제2 구성의 제2 극 수와는 상이한 제1 극 수를 갖고;
    제2 구성에 따라 모터를 구동하기 위해 인버터 네트워크를 제어하도록 구성되는, 모터 시스템.
39. 제38항에 있어서, 인버터 네트워크는:
    모터의 회전자 조립체에 고정되고 모터의 동작 중에 회전자 조립체와 함께 회전하도록 구성된 회전자 인버터;
    모터 동작 중에 고정자 조립체에 대해 고정 상태를 유지하도록 구성되고 회전자 조립체에 오프보드인 회전자 인버터;
    모터의 회전자 조립체에 고정되고 모터의 동작 중에 회전자 조립체와 함께 회전하도록 구성된 회전자 마이크로인버터 네트워크; 및
    모터의 고정자 조립체에 고정된 고정자 마이크로인버터 네트워크
    의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인, 모터 시스템.

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