KR100715661B1 - 전동기용 인버터 시스템 및 인버팅 방법 - Google Patents

전동기용 인버터 시스템 및 인버팅 방법 Download PDF

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KR100715661B1
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이승훈
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이병찬
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Abstract

본 발명은 가속페달이 눌려진 정도에 따라 전동기의 출력을 변화시키는 전동기용 인버팅 방법으로서, 회전자에 고정된 위치표시판의 위치를 적외선 센서로 검출하는 위치검출단계, 상기 위치표시판의 위치에 따라 인버터에 포함된 사이리스터를 개폐하며 가속페달이 눌려진 정도에 따라 상기 사이리스터의 개폐속도를 제어하는 속도제어단계, 전원으로부터 공급된 직류를 교류로 변환하고 상기 제어된 사이리스트의 개폐속도에 따라 상기 변환된 교류 주파수 및 전동기에 공급되는 전류량을 변화시키는 교류변환단계 및 상기 인버터의 사이리스터에 의해 공급된 교류를 회전동력으로 변환하고 상기 공급된 교류 주파수 및 전류량에 따라 전동기의 출력을 변화시키는 출력변환단계로 구성된 전동기용 인버터 시스템 및 인버팅방법에 관한 것이다.
인버터, 사이리스터, 3상유도전동기, 슬립, 자동차, 연료전지

Description

전동기용 인버터 시스템 및 인버팅 방법{INVERTER SYSTEM AND INVERTING METHOD USING FOR MOTOR}
도 1은 본 발명이 일실시예로서 직류전원으로서 연료전지를 사용한 예를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예로서 자동차에 사용되는 자동변속기의 동작원리를 나타낸 상세도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예로서 인버터 구동회로, 인버터 및 3상유도전동기의 구성을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 인버터의 작동원리를 나타낸 도면이다.
도 5는 인버터에 의해 공급된 3상유도전동기의 각 단(R, S, T)에 흐르는 전류파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 3상유도전동기에 의해 회전구동되는 회전자의 구성 및 위치검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 회전자와 위치검출부의 구성을 회전축에 대하여 수직방향으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 의해 주행시 위치표시판의 위치표시각에 따른 문제를 나타낸 도면이다.
도 9는 전(全)부하시나 고속주행시의 시간에 따른 고정자(R, S, T) 중 어느 하나의 전류파형을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명에 다른 실시예에 따른 보완회로(M)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 상기 보완회로(M)를 인버터 구동회로의 구동회로부에 포함시킨 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2, 3, 4, 5, 6 : 인버터의 사이리스터
R, S, T : 3상유도전동기의 고정자
100 : 연료전지시스템
110 : 공기압축기
120 : 연료전지
130 : 수소탱크
140 : 연료변환기
150 : 가솔린(메탄올) 연료탱크
160 : 축전지
200 : 자동변속기
210 : 자동변속기 사이리스터
220 : 자동변속기
230 : 브레이크
300 : 인버터 구동회로,
1Ir, 2Ir, 3Ir, 4Ir, 5Ir, 6Ir : 구동스위치
Vr1, Vr2, Vr3, Vr4, Vr5, Vr6 : 가변저항
C1, C2, C3, C4, C5, C6 : 콘덴서
Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6 : 트랜지스터
SCR1, SCR2, SCR3, SCR4, SCR5, SCR6 : 구동회로부의 사이리스터
310, 320, 330, 340, 350, 360 : 구동회로부
400 : 인버터
500 : 3상유도전동기
510 : 고정자
600 : 회전자
610, 620, 630, 640, 650, 660 : 위치표시판
700 : 위치검출부
710, 720, 730, 740, 750, 760 : 적외선센서
800 : 자동차 바퀴
M : 보완회로,
P1, P2, P3 : 스위치
본 발명은 배터리나 연료전지에 의해 구동되는 전기식 자동차, 트랙터 및 중장비 등의 전동기에 사용되는 인버터 시스템에 관한 것으로, 특히 자동차에 사용되는 인버터 시스템 및 인버팅 방법에 관한이다.
종래, 전기식 자동차 등에 있어 직류전원을 사용하는 경우에는 직류전동기의 속도조절의 어려움, 저항으로 인한 효율저하, 브러쉬로 인한 저항손실, 저속에서의 낮은 출력, 잦은 고장 및 이로 인한 정비상의 문제점 등으로 인해 현재에는 인버터를 사용하여 직류전원을 교류전원으로 변환하여 사용하는 것이 대세적인 추세로 변화하고 있었다.
하지만, 상기와 같이 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터를 사용하고 있는 종래의 전동기의 경우에는 단순히 전동기에 인가되는 교류의 주파수를 변화시켜서 전동기의 속도를 제어하고자 하고 있으며, 이와 같이 특정 속도를 얻기 위해 단순히 교류 주파수만을 변화시키는 경우에는 원하는 특정 속도에 다다르기 전에 슬립이 발생하여 회전자 손실, 즉 동손(動損)이 증가하여 효율이 저하되는 현상이 일어나고 있었으며, 상기 슬립에 따른 동손은 특히 저속으로 변환할 경우 많이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같은 종래 기술에 의해서는 슬립발생으로 인한 동손이외에 일정시간 경과 후 특정속도에 다다르기 전인 구동 초기에 정확히 속도를 제어하기 어려운 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 현재 회전자의 속도에 따라 3상 유도전동기에 공급되는 전류의 주파수 제어하고자 하는 시도가 이루어지고 있으며, 이러한 경우에는 슬립현상을 방지할 수 있으며, 또한 이에 따른 동손을 줄여 전력효율을 증가시켜 에너지를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
하지만, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 종래 기술에 의하면, 회전자의 속도를 센싱하여 전동기에 공급되는 공급전류의 주파수를 제어하는 프로그램을 사용하는 경우가 있었으나 이러한 경우에는 복잡한 디지털회로를 사용하여야 하므로 이에 따라 유지보수가 어렵고 비용이 많이 드는 문제점이 있으며, 또한 디지털 특성에 따른 속도의 정밀한 제어가 어려운 문제점이 있어 보다 간이하게 회전자의 속도에 따른 전류량 또는 전류 주파수를 직접적으로 제어할 수 있는 기술이 강하게 요망되어 오고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가속페달이 눌려진 정도에 따라 전동기의 출력을 변화시키는 전동기용 인버터 시스템 및 인버팅 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 전동기용 인버터 시스템은, 직류전원으로부터 공급된 직류를 교류로 변환하여 동력을 발생하는 전동기용 인버터 시스템에 있어서, 구동스위치, 가변저항, 콘덴서, 트랜지스터 및 사이리스터(Thyristor)로 구성된 하나 이상의 구동회로부를 포함하는 인버터 구동회로와, 상기 인버터 구동회로에 의해 구동되며 하나 이상의 사이리스터(Thyristor)로 구성되어 직류전원으로부터 공급된 직류를 교류로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에 의해 공급된 교류를 동력으로 변환하는 3상유도전동기와, 상기 3상유도전동기에 의해 회전구동되며 하나 이상의 위치표시판을 구비한 회전자 및 상기 위치표시판의 위치를 검출하는 위치검출부를 포함하여 구성된 인버터 시스템으로서, 상기 구동스위치는 위치표시판의 위치에 의해 개폐되며, 상기 가변저항은 가속페달이 눌려진 정도에 따라 저항이 변하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일시시예는 상기 구동회로부, 인버터의 사이리스터 및 위치표시판은 각각 6개로 구성되고, 상기 트랜지스터는 BJT이며, 상기 6개의 위치표시판 각각은 회전자 중심축에 대하여 수직방향으로 고정된 부채꼴 형상을 가지며 회전자의 원주를 1/6 등분함으로써 위치표시판 양 모서리의 각도가 회전자 중심축에 대하여 60°각도를 이루는 동일크기와 동일형상을 가지며, 상기 위치검출부는 6개의 적외 선센서에 의해 위치표시판 각각의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 전동기용 인버터 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 상기 구동회로부 각각의 출력단은 상기 인버터의 사이리스터 2개의 게이트에 접속되며, 상기 인버터의 사이리스터 각각의 게이트는 상기 서로 다른 2개의 구동회로부 출력단에 접속된 것을 특징으로 하는 전동기용 인버터 시스템에 관한 것이다.
또한 본 발명의 다른 실시예는 상기 구동회로부는 각각 가속페달의 위치와 회전자의 회전속도에 따라 개폐되는 하나 이상의 보완스위치로 구성된 보완회로를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 인버터 시스템에 관한 것이다.
또한 본 발명의 다른 실시예는 상기 보완스위치부는 가속페달이 완전히 눌려졌을 때 접속되는 스위치(P1)와, 가속페달이 일정각도 이상 눌려졌을 때 접속되는 스위치(P2) 및 회전자의 회전속도가 일정 RPM이상 되었을 때 접속되는 스위치(P3)로 구성된 것을 특징으로 하는 인버터 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 의한 전동기용 인버팅 방법은, 가속페달이 눌려진 정도에 따라 전동기의 출력을 변화시키는 전동기용 인버팅 방법으로서, 회전자에 고정된 위치표시판의 위치를 적외선 센서로 검출하는 위치검출단계, 상기 위치표시판의 위 치에 따라 인버터에 포함된 사이리스터를 개폐하며 가속페달이 눌려진 정도에 따라 상기 사이리스터의 개폐속도를 제어하는 속도제어단계, 전원으로부터 공급된 직류를 교류로 변환하고 상기 제어된 사이리스트의 개폐속도에 따라 상기 변환된 교류 주파수를 변화시키고 전동기에 공급되는 전류량을 변화시키는 교류변환단계 및 상기 인버터의 사이리스터에 의해 공급된 교류를 회전동력으로 변환하고 상기 공급된 교류 주파수 및 전류량에 따라 전동기의 출력을 변화시키는 출력변환단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 속도제어단계는 가속페달이 완전히 눌려지거나, 회전동력의 RPM이 특정값 이상이고 가속페달이 특정값 이상 눌려진 경우에는 인버터의 사이리스터를 접속시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구체적인 동작원리와 구성을 명세서에 첨부된 도면과 실시예를 참고로 하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
이하에 기술되는 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.
도 1은 본 발명이 일실시예로서 직류전원인 연료전지를 사용한 예를 나타낸 블록도로서, 연료전지(100)로부터 공급된 직류전류를 인버터(400)에 의해 교류로 변환시키고 이를 3상유도전동기(500)에 공급하여 자동차의 바퀴(800)를 회전구동시키는 연료전지시스템을 나타낸 도면이다.
본 명세서에서의 연료전지시스템의 구성은 종래 기술의 연료전지시스템과 동일하므로 그 구체적인 구성 및 동작에 관하여는 생략한다.
도 2는 본 발명의 일실시예로서 자동차에 사용되는 자동변속기의 동작원리를 나타낸 상세도면이다. 본 도면에는 도시되어 있지 않으나 자동변속기(200)와 인버터(400)사이에는 인버터 구동회로(300)가 구성되나 설명의 편의를 위해 생략하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 직류전원으로부터 공급된 전류는 인버터를 통해 전동기로 흐르게 되며, 자동변속은 구동위치(D)에 기어가 놓일 때 무단변속으로 구동되어지며, 기어가 브레이크위치(P)에 놓이거나 중립위치(N)에 놓일 경우에는 회로는 차단되어 인버터로 직류전원이 인가되지 않으며, 기어가 후진위치(R)에 놓이게 되면 인버터에는 구동위치(D)와 역방향으로 직류전원이 인가되어 자동차가 후진하게 된다. 도시된 바와 같이 본 예에 있어서는 이러한 전원의 단속이 4개의 사이리스터에 의해 이루어지고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예로서 인버터 구동회로(300), 인버터(400) 및 3상 유도전동기(500)의 구성을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 인버터 구동회로(300)는 6개의 구동회로부(310, 320, 330, 340, 350, 360)로 구성되며, 또한 각 구동회로부(310, 320, 330, 340, 350, 360)는 각각 구동스위치(1Ir, 2Ir, 3Ir, 4Ir, 5Ir, 6Ir), 가변저항(Vr1, Vr2, Vr3, Vr4, Vr5, Vr6), 콘덴서(C1, C2, C3, C4, C5, C6), 트랜지스터(Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6) 및 사이리스터(SCR1, SCR2, SCR3, SCR4, SCR5, SCR6)로 구성된다.
또한, 각 구동회로부(310, 320, 330, 340, 350, 360)의 출력단은 인버터 사이리스터(1, 2, 3, 4, 5, 6) 중 2개의 인버터 사이리스터의 게이트에 접속되며 마찬가지로 각 인버터사이리스터(1, 2, 3, 4, 5, 6)는 각각 2개의 구동회로부 출력단과 접속된다.
보다 상세하게 설명하면, 본 실시예에서는 구동회로부(310)의 출력단은 인버터 사이리스터(1, 2)의 게이트에 접속하고, 구동회로구동회로부(320)의 출력단은 인버터 사이리스터(2, 3)의 게이트에 접속하고, 구동회로부(330)의 출력단은 인버터 사이리스터(3, 4)의 게이트에 접속하고, 구동회로부(340)의 출력단은 인버터 사이리스터(4, 5)의 게이트에 접속하고, 구동회로부(350)의 출력단은 인버터 사이리스터(5, 6)의 게이트에 접속하고, 구동회로부(360)의 출력단은 인버터 사이리스터(6, 1)의 게이트에 접속한다.
마찬가지로, 인버터 사이리스터(1)의 게이트는 상기 구동회로부(310, 360)의 출력단과 접속하고, 인버터 사이리스터(2)의 게이트는 상기 구동회로부(310, 320)의 출력단과 접속하며, 인버터 사이리스터(3)의 게이트는 상기 구동회로부(320, 330)의 출력단과 접속하고, 인버터 사이리스터(4)의 게이트는 상기 구동회로부(330, 340)의 출력단과 접속하며, 인버터 사이리스터(5)의 게이트는 상기 구동회로부(340, 350)의 출력단과 접속하고, 인버터 사이리스터(6)의 게이트는 상기 구동회로부(350, 360)의 출력단과 접속한다.
설명의 편의를 위해, 도 3에 있어서 구동회로부(310)에 대하여 우선 설명을 하면, 본 발명의 일실시예인 도 6에 도시된 3상유도전동기(500)에 의해 회전되는 회전자(600)에 고정된 위치표시판이 회전자의 회전운동에 의해 회전하게 되면 상기 위치표시판(610, 620, 630, 640, 650, 660) 중 어느 하나는 적외선센서(710, 720, 730, 740, 750, 760) 중 어느 하나에 의해 위치가 검출되며 도 6의 도시와 같이 이중 만약 적외선센서(710)에 의해 위치표시판(610)의 위치가 검출되면 구동스위치(1Ir)가 접속하게 된다.
이에 따라 직류전원으로부터 공급된 전류는 구동스위치(1Ir)를 거쳐 구동회로부(310) 전체에 인가된다. 가변저항(Vr1)은 자동차 등의 가속페달이 눌려진 정도에 따라 그 저항이 변하게 되며 본 실시예에서는 가속페달이 눌려지기 전에 최대 저항값을 유지하고 있다가 가속페달이 눌려짐에 따라 저항값이 작아지게 된다.
따라서, 직류전원으로부터 인가된 전압은 저항(R2)과 가변저항(Vr1)에 의해 전압강하되며, 이에 따라 콘덴서(C1)에는 직류전원으로부터 공급된 전압에서 저항(R2) 및 가변저항(Vr1) 양단에 걸리는 전압을 차감한 만큼의 전압이 인가된다.
직류전원으로부터 공급되어 구동스위치(1Ir) 및 가변저항(Vr1)을 거친 전류 에 의해 콘덴서(C1)는 충전되기 시작하며 충전이 완료된 시점에 본 발명의 실시예에 의한 양극접합트랜지스터(BJT)의 베이스(B)와 이미터간(E)의 전압이 일정정도 유기되게 되며, 이후 BJT의 베이스(B)에 전류가 흐르고 이에 따라 BJT의 이미터(E)단에 전류가 흐르게 되며 또한 BJT의 이미터(E)에 연결된 사이리스터(SCR1)의 게이트에 전류가 흐르게 됨으로써 사이리스터는 접속하여 사이리스터의 출력단인 구동회로부(310)의 출력단에는 전류가 흐르게 된다.
여기서, 만약 가속페달이 많이 눌려지게 되면 가변저항(Vr1)의 저항값은 크게 감소하게 되며 이에 따라 콘덴서(C1)의 충전시간이 짧아지게 되고 결과적으로 사이리스터(SCR1)의 개폐속도가 증가하게 되어 종국적으로 전동기에 공급되는 교류 주파수가 높아지고 전류량이 증가되어 전동기의 출력이 증가하여 회전자의 회전속도도 증가하게 된다.
본 명세서에 있어서, 사이리스터가 접속한다는 의미는 사이리스터의 양단을 통하여 전류가 흐르는 것을 의미하며, 사이리스터가 스위치로 사용된 경우 스위치가 접속됨을 의미한다.
구동회로부(310)의 출력단은 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 사이리스터(1, 2)의 게이트에 연결되며 구동회로부(310)의 출력단으로부터 출력된 전류에 의해 인버터(400)의 사이리스터(1, 2)는 접속하게 되어 3상유도전동기의 고정자(R, T)에 각각 양전류(플러스전류)와 음전류(마이너스전류)가 유기된다. 여기서 전류의 방 향은 인버터(400)로부터 공급되는 방향을 양(플러스)으로 정의하였으나 어느 방향을 양의 방향으로 정할 지는 단순히 설명의 편의를 위한 것이다.
이후, 회전자(600)의 회전에 의해 위치표시판(610)이 위치검출부(700)의 적외선 센서(710)의 센싱영역으로부터 이탈하게 되면 구동스위치(1Ir)는 차단되며 이에 따라 구동회로부(310)에 직류전원으로부터의 전원은 차단된다. 따라서, 사이리스터(SCR1)도 마찬가지로 차단되며 사이리스터의 출력단의 전류는 영(Zero)이 된다.
따라서, 인버터(400)의 사이리스터(1, 2)는 차단되며 이에 따라 고정자(R, T)에는 구동회로부(310)에 의한 전압은 유기되지 않는다.
구동회로부(320, 330, 340, 350, 360)의 동작과 이에 의한 인버터(400)의 동작은 상기에서 설명한 구동회로부(310)에 의한 동작과 이에 의한 인버터(400)의 동작과 동일하며 다만, 구동회로부(320)는 회전자(600)의 위치표시판(620)이 위치검출부(700)의 적외선센서(720)의 센싱영역에 위치여부에 따라 구동여부가 결정되며, 이에 의해 구동회로부(320)의 출력단에 접속된 인버터(400)의 사이리스터(2, 3)가 개폐되어 3상유도전동기(500)의 고정자(S, T)에 각각 양전압과 음전압의 유기여부가 제어된다.
도 4a 및 도 4b는 상기에서 설명한 인버터(400)의 작동원리를 보다 구체적으로 나타낸 도면으로써, 도 4a는 상기 구동회로부(330)가 동작할 때 그 출력단에 게이트가 접속된 인버터(400)의 사이리스터(3, 4)가 접속될 경우의 전류의 흐름을 나타낸 도면이며, 도 4b는 상기 구동회로부(360)가 동작할 때 그 출력단에 게이트가 접속된 인버터(400)의 사이리스터(6, 1)가 접속될 경우의 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 인버터에 의해 공급된 3상유도전동기(500)의 각 단(R, S, T)에 흐르는 전류파형을 나타낸 도면으로써, 상기와 같은 인버터 구동회로(300), 인버터(400) 및 3상유도전동기(500)의 동작에 의해 3상유도전동기(500)의 고정자(R, S, T)단에 유기되는 전류를 나타낸다.
도 6 및 도 7은 3상유도전동기(500)에 의해 회전구동되는 회전자(600)의 구성 및 위치검출부(700)의 구성을 나타낸 도면으로, 도 6은 회전자(600)의 종축방향으로 도시한 도면이며, 도 7은 그 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 회전자(600)의 횡축방향으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 회전자(600)에 부착된 위치표시판(610, 620, 630, 640, 650, 660)은 회전자 중심축에 대하여 수직방향으로 고정된 부채꼴 형상을 가지며 회전자의 원주를 1/6 등분함으로써 위치표시판 양 모서리의 각도가 회전자 중심축에 대하여 60°각도를 이루는 동일크기와 동일형상을 가진다. 따라 서 도 7에 도시된 바와 같이 회전자(600)의 횡축방향으로 회전자(600)에 고정된 위치표시판(610, 620, 630, 640, 650, 660)은 전체로써 회전자(600)의 외주를 빈틈없이 완전히 감싸는 형상을 가지게 되며, 이에 따라 어느 순간에도 위치검출부(700)의 적외선센서(710, 720, 730, 740, 750, 760) 중의 어느 하나는 상기 6개의 위치표시판(610, 620, 630, 640, 650, 660) 중 어느 하나의 위치를 검출하게 되며, 또한 상기 적외선센서(710, 720, 730, 740, 750, 760)는 어느 순간에도 상기 위치표시판(610, 620, 630, 640, 650, 660) 중의 어느 하나만을 센싱하도록 구성되어 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 도 3의 인버터 구동회로(300)를 사용할 경우 전(全)부하시나 고속주행시 나타날 수 있는 주행시 위치표시판의 위치표시각에 따른 문제를 나타낸 도면이며, 도 9는 전(全)부하시나 고속주행시의 시간에 따른 고정자(R, S, T) 중 어느 하나의 전류파형을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 가속페달을 완전히 바닥까지 눌러 위치표시판(610, 620, 630, 640, 650, 660)의 위치표시각(60°) 중에서 각(α°) 만큼은 비록 적외선센서(710, 720, 730, 740, 750, 760)에 의해 위치표시판(610, 620, 630, 640, 650, 660)의 위치가 검출되어 구동스위치(1Ir, 2Ir, 3Ir, 4Ir, 5Ir, 6Ir)가 접속되더라도 구동회로부(310, 320, 330, 340, 350, 360)가 구동되지 못하는 영역을 나타내는 것으로, 이는 인버터 구동회로(300)의 콘덴서(C1, C2, C3, C4, C5, C6)가 충전되는 시간동안은 구동회로부가 구동되지 못하기 때문에 발생하는 현상이 다.
이러한 문제점은 도 9에 도시된 바와 같이, 고속주행시(즉, 가속페달이 일정정도 이상 눌려지고 회전자의 RPM이 일정치 이상인 경우)에 더욱 두드러지게 나타난다.
도 10는 본 발명에 다른 실시예에 따른 보완회로(M)의 구성을 나타낸 도면으로, 가속페달이 완전히 눌려진 경우에는 스위치(P1)를 접속시키고 가속페달이 일정정도 눌려진 경우에는 스위치(P2)를 접속시키며 회전자의 RPM이 일정치 이상인 경우에는 스위치(P3)를 접속시켜 가속페달이 완전히 눌려지거나 가속페달이 일정정도 눌려지고 회전자의 RPM이 일정치 이상인 경우에는 구동스위치(1Ir, 2Ir, 3Ir, 4Ir, 5Ir, 6Ir)의 접속과 동시에 직류전원으로부터의 전류가 구동회로부(300)의 출력단에 인가되도록 하여 상기의 문제점을 보완하기 위한 보완회로(M)의 구성을 나타낸다.
본 실시예에서는 스위치(P2)는 가속페달이 눌려질 수 있는 전체 각도의 약 5분의 1(1/5)이상 눌려질 경우 접속되도록 하였다.
도 11은 상기 보완회로(M)를 인버터 구동회로(300)의 구동회로부(310, 320, 330, 340, 350, 360)에 포함시킨 도면이다. 도 11과 같은 보완회로(M)의 접속에 의해 상기에 설명한 고속주행시 등의 문제점을 해결할 수 있다.
상기의 구성에 의해, 본 발명은 종래, 전기식 자동차 등에 있어 직류전원을 사용하는 경우의 직류전동기의 속도조절의 어려움, 저항으로 인한 효율저하, 브러쉬로 인한 저항손실, 저속에서의 낮은 출력, 잦은 고장 및 이로 인한 정비상의 문제점 을 해소할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 회전자의 속도에 따라 전동기에 유기되는 전류 주파수를 변화시킴으로써 슬립현상을 방지할 수 있으며, 또한 이에 따른 동손을 줄여 전력효율을 증가시켜 에너지를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 구성에 의하면 간단한 구성으로 회전자의 속도에 따른 전류량 또는 전류 주파수를 직접적으로 제어함으로써, 종래 회전자의 속도를 센싱하여 전동기에 공급되는 공급전류의 주파수를 제어하는 프로그램을 사용하는 경우의 회로의 복잡성에 따른 유지보수의 어려움과 비용이 상승의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성에 의하면, 종래의 프로그램에 의해 제어하는 경우에 저속시 정밀한 회전자의 위치에 따른 주파수 제어가 사실상 어려워 슬립(Slip)에 따른 동손이 발생한다고 하는 문제를 해결할 수 있다.

Claims (7)

  1. 직류전원으로부터 공급된 직류를 교류로 변환하여 동력을 발생하는 전동기용 인버터 시스템에 있어서,
    구동스위치, 가변저항, 콘덴서, 트랜지스터 및 사이리스터로 구성된 하나 이상의 구동회로부를 포함하는 인버터 구동회로와,
    상기 인버터 구동회로에 의해 구동되며 하나 이상의 사이리스터로 구성되어 직류전원으로부터 공급된 직류를 교류로 변환하는 인버터와,
    상기 인버터에 의해 공급된 교류를 동력으로 변환하는 3상유도전동기와, 상기 3상유도전동기에 의해 회전구동되며 하나 이상의 위치표시판을 구비한 회전자 및 상기 위치표시판의 위치를 검출하는 위치검출부를 포함하여 구성된 인버터 시스템으로서,
    상기 구동스위치는 위치표시판의 위치에 의해 개폐되며, 상기 가변저항은 가속페달이 눌려진 정도에 따라 저항이 변하는 것을 특징으로 하는 전동기용 인버터 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동회로부, 인버터의 사이리스터 및 위치표시판은 각각 6개로 구성되고,
    상기 트랜지스터는 BJT이며, 상기 6개의 위치표시판 각각은 회전자 중심축에 대하여 수직방향으로 고정된 부채꼴 형상을 가지며 회전자의 원주를 6등분함으로써 위치표시판 양 모서리의 각도가 회전자 중심축에 대하여 60°각도를 이루는 동일크기와 동일형상을 가지며,
    상기 위치검출부는 6개의 적외선센서에 의해 위치표시판 각각의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 전동기용 인버터 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동회로부 각각의 출력단은 상기 인버터의 사이리스터 2개의 게이트에 접속되며, 상기 인버터의 사이리스터 각각의 게이트는 상기 서로 다른 2개의 구동회로부 출력단에 접속된 것을 특징으로 하는 전동기용 인버터 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동회로부는 각각 가속페달의 위치와 회전자의 회전속도에 따라 개폐되는 하나 이상의 보완스위치로 구성된 보완회로를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 인버터 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 보완스위치부는 가속페달이 완전히 눌려졌을 때 접속되는 스위치(P1)와, 가속페달이 일정각도 이상 눌려졌을 때 접속되는 스위치(P2) 및 회전자의 회전속도가 일정 RPM이상 되었을 때 접속되는 스위치(P3)로 구 성된 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
  6. 가속페달이 눌려진 정도에 따라 전동기의 출력을 변화시키는 전동기용 인버팅 방법으로서,
    회전자에 고정된 위치표시판의 위치를 적외선 센서로 검출하는 위치검출단계,
    상기 위치표시판의 위치에 따라 인버터에 포함된 사이리스터를 개폐하며 가속페달이 눌려진 정도에 따라 상기 사이리스터의 개폐속도를 제어하는 속도제어단계,
    전원으로부터 공급된 직류를 교류로 변환하고 상기 제어된 사이리스트의 개폐속도에 따라 상기 변환된 교류 주파수를 변화시키고 전동기에 공급되는 전류량을 변화시키는 교류변환단계 및,
    상기 인버터의 사이리스터에 의해 공급된 교류를 회전동력으로 변환하고 상기 공급된 교류 주파수 및 전류량에 따라 전동기의 출력을 변화시키는 출력변환단계로 구성된 전동기용 인버팅방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 속도제어단계는 가속페달이 완전히 눌려지거나, 회전동력의 RPM이 특정값 이상이고 가속페달이 특정값 이상 눌려진 경우에는 인버터 의 사이리스터를 접속시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기용 인버팅방법.
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