KR100210917B1 - 전기자동차의 전동기과열방지장치 - Google Patents

전기자동차의 전동기과열방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과열에 의한 차륜구동용 전동기의 손상을 미연에 방지할 수 있도록 된 전기자동차의 전동기 과열방지장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 전력원인 축전지의 직류전력을 스위칭하여 차륜구동용 전동기에 공급하는 인버터와,상기 전동기의 구동시 온도를 감지하는 온도센서를 구비하여 전동기의 구동시 온도가 기설정된 구동차단온도이상이면 인버터의 전력차단 및 전동기의 구동을 정지시키도록 된 전기자동차의 전동기 과열방지장치에 있어서, 상기 온도센서(15)에 의해 감지된 전동기의 온도값과 전동기의 과열을 방지하기 위하여 소정 값으로 기설정된 과열방지온도(Vref2)를 비교하고 비교결과에 따라 상기 인버터(12)의 출력전류값을 제한하기 위한 전류제한값(IL)을 출력하는 온도제어기(23)와, 상기 인버터(12)의 스위칭을 제어하여 출력전류를 제어하는 전류제어기(20)와, 상기 온도제어기(23)로부터 입력되는 전류제한값(IL)과 외부로부터의 입력되는 부하량에 비례한 전류명령값(Ii)을 비교하여 상기 전류제어기(20)의 출력을 제어하는 제어부(21)를 구비한다.

Description

전기자동차의 전동기과열방지장치
본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과열에 의한 차륜구동용 전동기의 손상을 방지할 수 있도록 된 전기자동차의 전동기 과열방지장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 전기자동차의 구동시스템의 일예에 따른 구성블럭도이다. 이는 도시된 바와 같이, 전기자동차에 구동전원을 공급하기 위한 전력원인 축전지(10), 차륜을 구동하기 위한 3상 전동기(14), 상기 축전지(10)로부터 공급된 직류전원을 전력스위칭소자, 예를 들어 절연게이트바이폴라트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)에 의하여 단속제어하여 상기 전동기(14)에 소정 주파수의 교류전원을 공급하는 인버터(12), 상기 인버터(12)에 축전지(10)로부터의 직류전원을 공급 또는 차단하는 개폐기(11), 상기 전동기(14) 내부의 온도를 감지하는 온도센서(15), 온도센서(15)에 의해 감지된 온도에 상응하는 전기신호를 증폭하는 증폭부(16), 상기 증폭부(16)에 의해 소정 정도 증폭된 전기신호를 상기 개폐기(11)를 오프시키기 위하여 기설정된 차단온도값(Vref1)과 비교하고 그 비교결과에 따라 상기 개폐기(11)의 구동신호를 출력하는 비교기(17), 상기 인버터(12)로부터 전동기(14)에 인가되는 전류를 감지하는 전류센서(S1)(S2), 상기 전류센서(S1)(S2)의 감지결과에 따라 상기 인버터(12)의 전력스위칭소자의 스위칭을 제어하는 전류제어기(13)를 구비한다.
한편, 전동기(14)의 운전시 전기자 권선에 흐르는 전류에 의한 동손과 자속의 교번에 의하여 발생되는 철손등의 손실에 의하여 전동기가 가열된다. 전동기가 정격이상으로 운전되거나 주위온도가 높아 전동기 내부온도가 과도하게 상승되면 권선피막의 절연파괴, 기계부품파손등의 손상이 발생되게 된다.
따라서, 종래 전기자동차의 전동기 보호장치에서는 이러한 전동기의 손상을 방지하기 위하여 전동기(14) 내부에 온도센서(15)를 장착하여 전동기의 구동시 온도를 감지하고, 감지된 온도값을 비교기(17)에 의해 전동기(14)의 과열로 인한 손상을 방지하도록 기설정된 차단온도값(Vref1)과 비교하게 된다. 이때 비교기(17)의 비교결과 전동기내부의 온도가 차단온도값(Vref1)이상으로 상승되면 인버터(12)의 구동을 차단하거나, 혹은 개폐기(11)를 동작시켜 축전지(10)로부터 인버터(12)에 공급되는 전원을 차단하여 전동기(14)의 과열을 방지할 수 있도록 하였다.
그러나, 이러한 종래의 전기자동차의 전동기 보호장치에 있어서 전기자동차용 전동기의 경우 가속,등판,고속주행시 또는 주위온도가 높을 경우에 전동기가 과열되게 되는 데 주행중인 상태에서 전동기의 과열방지를 위해 전동기에 인가되는 전력을 차단하게 되면 주행이 정지되어 운전자가 전동기의 조작을 할 수 없는 위험한 상황이 발생되게 된다.
또한, 과열로 인하여 전동기의 전력이 차단되게 되면 이를 재운전시키기 위하여 사람의 조작이 요구되는 불편함이 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 전동기의 구동시 온도변화에 따라 인버터의 구동을 제어하여 과열로 인한 전동기로의 전력차단 및 전동기의 손상을 방지할 수 있도록 된 전기자동차의 전동기 과열방지장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래 전기자동차의 구동시스템의 일예에 따른 블럭구성도,
도 2는 본 발명에 다른 전기자동차의 전동기과열방지장치의 일예에 따른 블럭구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 축전지 11 : 개폐기
12 : 인버터 14 : 전동기
15 : 온도센서 16 : 증폭부
17 : 비교기 20 : 전류제어기
21 : 제어부 22 : 경보부
23 : 온도제어기 S1,S2 : 전류센서
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 전기자동차의 전동기 과열방지장치는 전력원인 축전지의 직류전력을 스위칭하여 차륜구동용 전동기에 공급하는 인버터와,상기 전동기의 구동시 온도를 감지하는 온도센서를 구비하여 전동기의 구동시 온도가 기설정된 구동차단온도이상이면 인버터의 전력차단 및 전동기의 구동을 정지시키도록 된 전기자동차의 전동기 과열방지장치에 있어서,
상기 온도센서에 의해 감지된 전동기의 온도값과 전동기의 과열을 방지하기 위하여 소정 값으로 기설정된 과열방지온도를 비교하고 비교결과에 따라 상기 인버터의 출력전류값을 제한하기 위한 전류제한값을 출력하는 온도제어기와, 상기 인버터의 스위칭을 제어하여 출력전류를 제어하는 전류제어기와, 상기 온도제어기로부터 입력되는 전류제한값과 외부로부터의 입력되는 부하량에 비례한 전류명령값을 비교하여 상기 전류제어기의 출력을 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 구성 및 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 구동시스템의 일예에 따른 블럭구성도이며 도 1과 동일요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차의 구동시스템은 전기자동차에 구동전원을 공급하기 위한 전력원인 축전지(10), 차륜을 구동하기 위한 3상 전동기(14), 상기 축전지(10)로부터 공급된 직류전원을 전력스위칭소자,예를 들어 절연게이트바이폴라트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)에 의하여 단속제어하여 상기 전동기(14)에 소정 주파수의 교류전원을 공급하는 인버터(12), 상기 인버터(12)에 축전지(10)로부터의 직류전원을 공급 또는 차단하는 개폐기(11), 상기 전동기(14) 내부의 온도를 감지하는 온도센서(15), 온도센서(15)에 의해 감지된 온도에 상응하는 전기신호를 소정 정도로 증폭하는 증폭부(16), 상기 증폭부(16)에 의해 소정 정도 증폭된 전기신호를 상기 개폐기(11)를 오프시키기 위하여 기설정된 구동차단온도값(Vref1)과 비교하고 그 비교결과에 따라 상기 개폐기(11)의 구동신호를 출력하는 비교기(17), 상기 인버터(12)로부터 전동기(14)의 u상 및 v상에 인가되는 전류를 감지하는 전류센서(S1)(S2)를 구비하며, 이는 도 1에 도시한 것과 동일한 구조를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 전기자동차의 전동기과열방지장치는 상기 온도센서(15)에 의해 감지된 전동기(14)의 온도값과 전동기의 과열을 방지하기 위하여 소정 값으로 기설정된 과열방지온도(Vref2)를 비교하고 비교결과에 따라 인버터(12)의 출력전류값을 제어하기 위한 전류제한값(IL)을 출력하는 온도제어기(23)와, 상기 전류센서(S1)(S2)의 감지결과에 따라 상기 인버터(12)의 전력스위칭소자의 스위칭을 제어하여 인버터(12)의 출력전류를 제어하는 전류제어기(20)와, 상기 온도제어기(23)로부터 출력되는 전류제한값과 가속신호등과 같이 외부로부터의 조작신호에 의해 입력되는 부하량에 비례한 전류명령값(Ii)을 비교하여 상기 전류제어기(20)의 출력을 제어하는 제어부(21)와, 상기 제어부(21)의 제어신호를 입력받아 구동되며 전동기(14)의 구동시 온도가 과열방지온도이상이면 운전자에게 부저 및 램프등에 의하여 경보를 발하는 경보부(22)를 구비한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 전기자동차의 전동기과열방지장치의 동작 및 작용효과를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 소정 시간동안 주행을 계속하여 전동기(14)의 온도가 상승되게 되면 온도센서(15)는 전동기의 온도를 감지하여 그에 상응하는 전기신호를 증폭부(16)에 출력하게 되고, 증폭부(16)는 입력된 전기신호를 소정 정도 증폭하여 비교기(17) 및 온도제어기(23)에 출력하게 된다.
따라서, 비교기(17)는 증폭부(16)로부터 입력된 전동기(14)의 온도값과 인버터(12)의 구동 및 전력을 차단하기 위하여 기설정된 구동차단온도값(Vref1)을 비교하고, 비교결과 전동기(14)의 온도값이 구동차단온도값(Vref1)이상이면 종래와 같이 인버터(12)의 구동을 차단하거나 혹은 개폐기(11)를 오프시켜 축전지(10)로부터 인버터(12)에 인가되는 전력을 차단시키게 된다. 또한, 온도제어기(23)에서는 온도센서(15)에 의해 감지된 온도값과 전동기의 과열을 방지하기 위하여 조작자에 의하여 기설정된 과열방지온도값(Vref2)을 비교하고, 비교결과 전동기(14)의 온도값이 과열방지온도값(Vref2)이상인 경우에는 인버터(12)의 출력전류를 제한하기 위한 전류제한값(IL)을 제어부에 입력하게 된다. 이때 상기 비교기(17)의 일입력단자에 입력되는 구동차단온도값(Vref1)은 온도제어기(23)에 기설정된 과열방지온도값(Vref2)보다 높은 값으로 설정되며, 이는 전동기의 과열이전에 인버터(12)의 출력전류를 제어하여 과열방지온도(Vref2)를 넘는 온도상승을 방지하기 위함이다.
한편, 온도제어기(23)로부터 전류제한값(IL)이 입력되게 되면 제어부(21)에서는 외부로부터 입력되는 전류명령값(Ii)을 전류제한값(IL)이하로 제한하게 된다. 즉, 제어부(21)는 전류명령값(Ii)이 전류제한값(IL)이하인 경우에는 전류제어기(20)에 전류명령값(Ii)을 출력하고, 전류명령값(Ii)이 전류제한값(IL) 이상인 경우에는 전류제어기(20)에 전류제한값(IL)을 출력하게 된다. 동시에 제어부(21)는 전류제한값(IL)이 입력되면 경보부(22)를 구동시켜 외부의 운전자에게 전동기의 과열이전에 경보를 발생하여 전동기의 과열을 미연에 방지할 수 있도록 한다.
또한, 전류제어기(20)는 제어부(21)로부터 입력되는 구동명령에 따라 인버터(12)의 전력스위칭소자의 스위칭을 제어하게 되는 데, 이때 전류제어기(20)는 각 전류센서(S1)(S2)로부터 감지되는 인버터(12)의 출력전류가 구동명령에 의하여 제한되는 전류값과 동일하게 되도록 인버터(12)의 구동을 제어하여 전동기(14)의 온도상승을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차의 전동기 과열방지장치에 의하여 과부하로 인한 전동기의 온도상승에 따라 인버터의 출력전류를 제어하여 전동기를 정격으로 구동시킴으로써 과열로 인한 전동기의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 전동기의 과열이전에 전동기의 온도변화에 따라 인버터의 출력을 능동적으로 가변제어함으로써 인버터의 전력차단 및 전동기의 구동정지등을 방지하고, 개폐기를 사용하는 차단형 과열방지장치와 함께 사용함으로써 과열에 대한 전동기의 이중제어가 가능하게 된다.

Claims (5)

  1. 전력원인 축전지의 직류전력을 스위칭하여 차륜구동용 전동기에 공급하는 인버터와,상기 전동기의 구동시 온도를 감지하는 온도센서를 구비하여 전동기의 구동시 온도가 기설정된 구동차단온도이상이면 인버터의 전력차단 및 전동기의 구동을 정지시키도록 된 전기자동차의 전동기 과열방지장치에 있어서,
    상기 온도센서(15)에 의해 감지된 전동기의 온도값과 전동기의 과열을 방지하기 위하여 소정 값으로 기설정된 과열방지온도(Vref2)를 비교하고 비교결과에 따라 상기 인버터(12)의 출력전류값을 제한하기 위한 전류제한값(IL)을 출력하는 온도제어기(23)와,
    상기 인버터(12)의 스위칭을 제어하여 출력전류를 제어하는 전류제어기(20)와,
    상기 온도제어기(23)로부터 입력되는 전류제한값(IL)과 외부로부터의 입력되는 부하량에 비례한 전류명령값(Ii)을 비교하여 상기 전류제어기(20)의 출력을 제어하는 제어부(21)를 구비한 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전동기 과열방지장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도제어기(23)는 상기 온도센서(15)에 의해 감지된 전동기의 온도가 전동기의 과열을 방지하기 위하여 기설정된 과열방지온도값(Vref2)이상이면 인버터(12)의 출력전류를 제한하기 위한 전류제한값(IL)을 제어부(21)에 출력하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전동기 과열방지장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 온도제어기(23)로부터 전류제한값(IL)이 입력되면 상기 제어부(21)는 전류명령값(Ii)과 전류제한값(IL)을 비교하여 전류명령값(Ii)이 전류제한값(IL)이하인 경우에는 상기 전류제어기(20)에 전류명령값(Ii)을 출력하여 인버터(12)의 출력전류가 전류명령값(Ii)과 동일하게 되도록 하고, 전류명령값(Ii)이 전류제한값(IL) 이상인 경우에는 전류제어기(20)에 전류제한값을(IL) 출력하여 인버터(12)의 출력전류를 전류제한값(IL)으로 제한시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전동기 과열방지장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 전류명령값(Ii)이 전류제한값(IL)이상인 경우에 상기 제어부(21)로부터 구동신호를 입력받아 구동되어 운전자에게 경보를 발하는 경보부(22)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전동기 과열방지장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 과열방지온도(Vref2)는 구동차단온도(Vref1)보다 낮은 온도로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전동기 과열방지장치.
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