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[국내논문] 속도 관측기를 이용한 전기스쿠터용 IN-WHEEL 영구자석 동기 전동기의 제어 방법
The Control Method of In-Wheel PMSM for Electric Scooter using Speed Observer 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.16 no.2, 2011년, pp.130 - 136  

손태식 (건국대 전기공학과) ,  이용균 (브이씨텍 기술연구소) ,  김학원 (충주대 제어계측공학과) ,  조관열 (충주대 제어계측공학과 부교수) ,  목형수 (건국대 전기공학과)

초록
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본 논문은 전기 스쿠터용 영구자석 동기 전동기(PMSM)의 토크제어 알고리듬을 제안한다. 전기 스쿠터용 인휠(In-wheel) 모터는 기구적으로 고 분해능의 회전자 위치검출 센서인 레졸버나 엔코더를 장착하기 어려워 저 분해능의 홀 센서를 사용한다. 본 논문은 홀 센서를 갖는 영구자석동기전동기의 벡터제어를 위하여 속도관측기를 사용하여 회전자의 속도 및 고분해능의 위치정보를 관측한다. 초기 기동시에는 일반적인 120도 통전방식의 BLDC 운전모드로 기동하고, 기동 후에는 벡터제어 방식으로 전환하여 단위 전류 당 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, MTPA) 운전과 약자속(Flux weakening) 제어를 수행한다. 제안한 알고리듬은 전기스쿠터의 장착실험을 통하여 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the torque control algorithm of a permanent magnet synchronous motor(PMSM) for an electric scooter. The volume of the in-wheel type motor is restricted due to the complicated mechanical structure in wheel of an electric scooter, so the hall sensors instead of resolver and encoder...

주제어

#Electric Scooter   #MRAS   #Speed observer   #In-wheel   #PMSM  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 3개의 홀 위치센서(Hall position sensor)를 갖는 영구자석 동기전동기에 대하여 고분해능의 회전자 위치를 추정한 후 벡터제어를 수행하는 방법에 대하여 제안한다.
  • 본 논문에서는 레졸버나 엔코더를 장착하기 어려운 구조를 가진 스쿠터용 PMSM을 속도 관측기를 이용하여 제어하는 방법을 제안하였다. 기존 센서리스 제어 방법의 단점인 초기 구동성능과 신뢰성을 보완하기 위하여 저가의 홀 센서를 사용하였다.
  • 불안한 석유 가격과 친환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 상대적으로 저렴한 유지비와 오염이 적은 전기 자동차나 전기 스쿠터에 대한 개발이 활발히 추진되고 있다. 본 논문에서는 전기 스쿠터용 인휠(In-wheel) 모터의 제어에 관하여 다룬다. 전기 스쿠터용 모터는 스쿠터의 협소한 환경 때문에 감속기나 기구적인 동력 전달 장치가 필요 없는 외전형(Outer rotor type) 인휠 모터를 사용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
외전형 인휠 모터의 단점은? 전기 스쿠터용 모터는 스쿠터의 협소한 환경 때문에 감속기나 기구적인 동력 전달 장치가 필요 없는 외전형(Outer rotor type) 인휠 모터를 사용한다. 이 모터는 축이 고정되어 있고 바퀴가 회전하는 구조로 되어 있어 회전자의 위치를 측정하기 위한 엔코더나 레졸버를 장착하기 힘들다. 따라서 엔코더나 레졸버를 통해 알아낸 회전자 위치 정보를 이용하여 벡터 제어를 수행하는 기존의 방법을 적용하기 어렵다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 위치센서 없는 센서리스 방식을 생각할 수 있다.
전기 스쿠터용 인휠 모터가 저 분해능의 홀 센서를 사용하는 이유는? 본 논문은 전기 스쿠터용 영구자석 동기 전동기(PMSM)의 토크제어 알고리듬을 제안한다. 전기 스쿠터용 인휠(In-wheel) 모터는 기구적으로 고 분해능의 회전자 위치검출 센서인 레졸버나 엔코더를 장착하기 어려워 저 분해능의 홀 센서를 사용한다. 본 논문은 홀 센서를 갖는 영구자석동기전동기의 벡터제어를 위하여 속도관측기를 사용하여 회전자의 속도 및 고분해능의 위치정보를 관측한다.
홀센서를 이용하여 PMSM을 구동하는 방법들의 단점은? 기존에도 홀센서를 이용하여 PMSM을 구동하는 방법은 많이 소개되었다. 홀센서를 1개만 사용하는 방법은 초기 기동 특성이 좋지 않은 단점을 가지고 있고[1], 자속 밀도에 비례하는 출력을 갖는 선형(Linear) Hall IC를 사용하는 방법은 자속이 순수한 정현파가 아닌 경우 오차가 발생할 수 있다.[3] 홀센서 2개나 3개를 사용하고, T-Method를 사용하여 속도를 추정하여 회전자 위치를 보상하는 방법도 있으나 오차가 크고[4] 속도를 추정하는 방법이 비교적 복잡하다.
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참고문헌 (7)

  1. Shen, J.X., Zhu, Z.Q., Howe, D., "PM brushless drives with low-cost and low-resolution position sensors", Power Electronics and Motion Control Conference, 2004. IPEMC 2004. The 4th International, Vol. 2, pp. 1033-1038, 2004. 

  2. Morimoto, S., Sanada, M., Takeda, Y., "Sinusoidal current drive system of permanent magnet synchronous motor with low resolution position sensor", Industry Applications Conference, 1996. Thirty-First IAS Annual Meeting, IAS '96., Conference Record of the 1996 IEEE. Vol. 1, pp. 9-14, 1996. 

  3. Caricchi, F., Capponi, F.G., Crescimbini, F., Solero, L., "Sinusoidal brushless drive with low-cost linear Hall effect position sensors", Power Electronics Specialists Conference, 2001. PESC. 2001 IEEE 32nd Annual. Vol. 2, pp. 799-804, 2001. 

  4. Hyunbae Kim, Sungmo Yi, Namsu Kim, Lorenz, R.D., "Using low resolution position sensors in bumpless position/speed estimation methods for low cost PMSM drives", Industry Applications Conference, 2005. Fourtieth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2005, Vol. 4, pp. 2518-2525, 2005. 

  5. Nobuyuki Matsui, "Sensorless PM Brushless DC Motor Drives.", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 43, No. 2, 1996, April. 

  6. 박용순, 설승기, "영구자석 동기 전동기의 제정수 오차가 센서리스 운전에 미치는 영향", 2010년도 전력전자학술대회 논문집, pp. 442-443, 2010. 7. 

  7. 김명호, 임정식, 설승기, 임성일, "영구 자석 동기 전동기의 초고속 운전에 관한 연구", 전력전자학회 논문지, 제13권, 제5호, pp. 329-335, 2008. 10. 

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