KR101203977B1 - 전기 자동차의 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법 - Google Patents

Abstract

전기 자동차의 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법이 개시된다. 본 발명은 종래 기술에 따라 모터의 회전자 속도의 변동에도 동일한 기본 시정수를 사용하여 제어함으로써 발생하는 문제점을 해결하고, 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경함으로써 초기 가속 시에 회전자 시정수를 크게 하여 슬립 주파수를 느리게 하고, 가속 소음을 줄이며, 일정 속도 이상에서 다시 회전자 시정수를 작게 하여 시스템의 안정성을 제고한다.

Description

전기 자동차의 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법{APPRATUS AND METHOD FOR CONTROLLING MOTOR OF ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로서, 특히 전기 자동차의 특성에 맞게 전기 자동차에 내장된 모터를 제어하는 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

전기 자동차(Electric Vehicle; EV)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말하는 것으로, 크게는 전기 배터리만을 이용하는 전기 자동차와, 다른 동력원, 예를 들어 가솔린과 전기 배터리를 함께 사용하는 하이브리드 전기 자동차를 포함한다. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기 자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못했다. 최근 화석연료 등 에너지 자원의 부족 문제와 더불어 가솔린 자동차에 의한 환경오염문제가 대두되면서 1990년대부터 다시 개발되었다.

전기 자동차용 전기 모터로는 직류 모터, 교류 모터를 모두 사용할 수 있으나, 최근에는 브러쉬리스 직류 모터(Blush-Less DC Motor)나 유도 모터(Induction Motor)를 사용하거나, 이들을 변형하여 주로 사용한다.

전기 자동차의 발전에 있어서, 배터리, 모터의 개발과 아울러 모터를 제어하는 방법이나 장치에 대한 기술 개발이 필요한데, 전기 자동차의 모터를 제어하는 방법이나 장치에 있어서는 가속 시 가속 특성, 소음, 전류 제어 등을 고려해야 한다.

본 발명은 전기 자동차 내에 구비된 모터의 속도를 검출하거나 연산하고, 이에 따라 회전자 시정수를 변경하는 전기 자동차의 모터 제어 장치 및 방법을 제공함에 일 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 장치는, 배터리로부터 공급된 전압을 저장하는 직류 링크 커패시터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 상기 모터의 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경하여 상기 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 회전자 속도에 대한 상기 회전자 시정수를 패턴화하여 설정하는 시정수 설정부를 포함한다. 여기서, 상기 시정수 설정부는, 상기 회전자 속도가 미리 설정된 기준 속도 보다 작으면 상기 회전자 시정수를 변경하고, 상기 기준 속도 이상이면 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지한다. 또, 상기 시정수 설정부는, 상기 회전자의 속도가 증가함에 따라 미리 설정된 제1 속도까지 상기 회전자 시정수를 증가시키고, 상기 제1 속도에서 미리 설정된 제2 속도까지는 상기 회전자 시정수를 감소시키며, 상기 제2 속도 이상에서는 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지한다.

본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 장치는, 모터 기동 시, 상기 회전자 시정수를 증가시켜 슬립 주파수를 느리게 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 방법은, 배터리로부터 공급된 전압을 저장하는 직류 링크 커패시터와, 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터를 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 방법에 있어서, 상기 모터에 구비된 회전자의 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경하는 단계와, 상기 변경된 회전자 시정수를 근거로 제어신호를 생성하는 단계와, 상기 제어신호를 이용하여 상기 인버터를 구동하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 방법에 있어서, 상기 회전자 시정수를 변경하는 단계는, 상기 회전자 속도와 미리 설정된 기준 속도를 비교하는 과정을 포함하고, 비교 결과, 상기 회전자 속도가 상기 기준 속도보다 작으면, 상기 회전자 시정수를 변경한다.

본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 방법에 있어서, 상기 회전자 시정수를 변경하는 단계는, 상기 회전자 속도가 증가함에 따라 미리 설정된 제1 속도까지 상기 회전자 시정수를 증가하는 과정과, 상기 제1 속도에서 미리 설정된 제2 속도까지 상기 회전자 시정수를 감소하는 과정과, 상기 회전자 속도가 상기 제2 속도 이상이 되면 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지하는 과정을 포함한다.

본 발명은 종래 기술에 따라 모터의 회전자 속도의 변동에도 동일한 기본 시정수를 사용하여 제어함으로써 발생하는 문제점을 해결하고, 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경함으로써 슬립 주파수를 느리게 하고, 가속 소음을 줄인다. 또한, 본 발명은 초기 가속 시에 회전자 시정수를 크게 하여 슬립 주파수를 느리게 하고, 가속 소음을 줄이며, 일정 속도 이상에서 다시 회전자 시정수를 작게 하여 시스템의 안정성을 제고한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차를 개략적으로 보인 도;
도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 3은 도 2에서 회전자의 속도를 검출하는 수단을 구비한 모터 제어 장치를 개략적으로 보인 도;
도 4는 도 2에서 회전자의 위치를 검출하는 수단을 구비한 모터 제어 장치를 개략적으로 보인 도;
도 5는 도 2에서 센서리스 모터 제어 장치를 개략적으로 보인 도;
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 제어 방법을 도시한 흐름도;
도 9는 본 발명의 일 예에 따라 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경하는 동작을 설명하기 위한 그래프이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법을 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 직류전원을 공급하는 배터리(100), 배터리(100)가 공급하는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 회전력을 발생하는 동력 모듈(150), 동력 모듈(150)에 의해 회전되는 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520), 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)를 포함한다. 또한, 상기 전기 자동차는, 모터(300)의 회전속도를 기어비에 따라 변환하는 구동기어(미도시)가 추가적으로 구비할 수 있다.

동력 모듈(150)은, 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치(200), 모터 제어 장치(200)에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 모터(300)를 포함한다.

배터리(100)는 동력 모듈(150)에 직류 전원을 공급한다. 배터리(100)는 일반적으로 복수 개의 단위 셀(cell)이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 집합을 형성한다. 복수 개의 단위 셀은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 의해 일정한 전압을 유지하도록 관리된다. 즉, 배터리 관리 시스템은 상기 배터리(100)가 일정한 전압을 방출하도록 한다. 배터리(100)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리(100)로는 일반적으로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지 등이 사용된다.

모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는다. 모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 받는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(300)에 공급한다. 일반적으로 모터 제어 장치(200)는 모터에 삼상 교류 전원을 공급한다.

모터(300)는 회전하지 않고 고정되는 고정자(미도시)와, 회전하는 회전자(미도시)로 구성되며, 모터 제어 장치(200)에서 공급되는 교류 전원을 공급받아 회전력을 발생한다. 교류 전원이 모터(300)에 인가되면, 모터(300)의 고정자가 교류 전원을 받아 자기장을 발생한다. 영구자석을 구비한 모터의 경우에는, 고정자에서 발생한 자기장과 회전자에 구비된 영구자석의 자기장이 반발하여 회전자가 회전한다. 회전자의 회전으로 회전력을 발생한다.

모터(300)의 일측에는 구동기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동기어는 모터(300)의 회전력을 기어비에 따라 변환시킨다. 구동기어에서 출력되는 회전력은 앞바퀴(510) 및/또는 뒷바퀴(520)에 전달되어 자동차가 움직이도록 한다.

전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 차체에 대하여 각각 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520)를 지지한다. 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 스프링 또는 감쇠기구에 의해 노면의 진동이 차체에 닿지 않도록 한다.

앞바퀴(510)에는 조향장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 조향장치는 자동차를 운전자가 의도하는 방향으로 주행시키기 위하여 앞바퀴(510)의 방향을 조절하는 장치이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 장치는, 배터리(100)로부터 공급된 전압을 저장하는 직류 링크 커패시터(210)와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터(210)로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터(230)와, 상기 모터의 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경하여 상기 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛(250)을 포함하여 구성된다.

상기 제어 유닛(250)은, 상기 회전자 속도에 대한 상기 회전자 시정수를 패턴화하여 설정하는 시정수 설정부(400)를 포함한다. 상기 시정수(Tr)는 회전자 자기 인덕턴스와 회전자 저항의 비이다. 그러나, 일반적인 모터 제어 장치에서는 상기 시정수(Tr)를 일정한 값으로 설정하여 모터를 제어한다. 일반적으로 모터 제어 장치는 수학적으로 모델링하여 모터를 제어하는데, (d, q) 좌표계를 사용하고, d축을 자속축으로 하여 제어한다. 이때, 상기 모터 제어 장치는 자속각(θe)로 d-q축을 회전하면서 모터를 제어하게 되는데, 상기 자속각(θe)은 동기 각속도(ω^*e)를 적분한 값이고, 상기 동기 각속도(ω^*e)는 슬립 각속도(ω^*sl)와 회전자 속도(ωr)의 합이다.

일반적으로 회전자 권선에 유기된 기전력으로 인해 회전자 도체에 전류가 흐르고, 회전자 전류와 고정자 회전자계와의 상호 작용으로 토크가 발생하여 회전자는 회전하기 시작한다. 이때, 회전자의 최종적인 속도를 n이라 하면, 상기 회전자 속도는 항상 회전자계(Rotating Magnetic Field)의 속도(이하, '동기 속도') ns보다 느리다. 여기서, 회전자 속도와 동기 속도와의 차이를 나타내는 지표가 슬립(Slip)이고, 하기 수학식과 같이 표현된다.

일반적으로 상기 슬립(s)은 0 ~ 1의 값을 갖고, 범용 유도 모터의 정상 운전 시에 0.05의 값을 가진다.

상기 제어 유닛(250)은 상기 시정수 설정부(400)를 통해 회전자 시정수를 입력받고, 슬립 각속도를 연산하는 슬립 각속도 연산부(251)를 포함할 수 있다. 상기 슬립 각속도는 동기 좌표계에서 d축 전류(i^{e *}ds)와 q축 전류(i^{e *}qs)의 비로 나타낼 수 있는데, 하기 수학식과 같이 표현된다.

즉, 상기 슬립 각속도는 고정자 전류를 d축 전류(자속 성분 전류) i^{e *}ds와 q축 전류(토크 성분 전류) i^{e *}qs를 분배하는 기준이 된다. 슬립 주파수(fr)는 슬립 속도(ns - n)를 주파수로 나타낸 것으로서, 회전자 회로의 주파수, 즉 회전자의 전류 및 유기 기전력의 주파수이다. 회전자계와 회전자와의 속도 차이만큼 자속이 변동하므로, 상기 슬립 주파수(fr)는 고정자 권선의 주파수(fs)와 슬립(s)의 곱으로 표현된다. 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 모터 기동 시에 상기 회전자 시정수를 증가시킴으로써 슬립 주파수를 느리게 한다.

상기 시정수 설정부(400)는 회전자 속도에 대응하여 회전자 시정수가 설정되도록 하는 프로그램을 이용하거나, 또는 미리 테이블로 만들거나 패턴화하여 상기 회전자 시정수를 설정한다. 일 예로, 상기 시정수 설정부(400)는, 상기 회전자 속도가 미리 설정된 기준 속도 보다 작으면 상기 회전자 시정수를 변경하고, 상기 기준 속도 이상이면 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지한다. 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 기준 속도(a) 이하에서 회전자 시정수(Tr)를 A에서 B로 변경한다.

또, 상기 시정수 설정부(400)는, 상기 회전자의 속도가 증가함에 따라 미리 설정된 제1 속도까지 상기 회전자 시정수를 증가시키고, 상기 제1 속도에서 미리 설정된 제2 속도까지는 상기 회전자 시정수를 감소시키며, 상기 제2 속도 이상에서는 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지한다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 제1 속도(a)까지 회전자 시정수(Tr)를 A에서 B로 증가시키고, 제2 속도(b)까지 회전자 시정수(Tr)를 다시 B에서 A로 감소시키며, 제2 속도(b) 이상에서는 회전자 시정수 A를 유지한다. 예를 들어, A는 250(ms), B는 800(ms), a는 250(rpm), b는 1,200(rpm)와 같이 설정될 수 있다. 물론 최초의 회전자 시정수와 제2 속도(b) 이상에서의 회전자 시정수를 달리할 수 있다. 즉, 최초의 회전자 시정수를 A와 달리 350(ms)으로 설정할 수 있다. 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 회전자 속도가 일정 속도, 예를 들어 250(rpm) 이하의 저속일 때, 즉 모터 기동 시에 미리 설정된 회전자 시정수보다 값을 크게 하여 슬립 주파수를 느리게 하고, 가속 소음을 줄인다. 그런 다음, 상기 모터 제어 장치는, 일정 속도 이상에서 다시 회전자 시정수를 작게 하여 슬립 주파수를 빠르게 하고, 정상 운전에서는 회전자 시정수를 일정하게 유지함으로써 성능이 떨어지지 않게 한다.

도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 상기 제어 유닛(250)은 모터 구동 전류를 동기 좌표계로 변환하는 좌표 변환부(253)와, 토크 지령과 자속 지령을 입력받고, 상기 좌표 변환부(253)를 통해 변환된 모터 구동 전류를 입력받아 전압 지령을 출력하는 전류 제어부(255)를 포함하여 구성된다. 상기 제어 유닛(250)은 상기 전압 지령에 따라 인버터를 구동하는 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터(300)에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부(도 5의 257)를 더 포함할 수 있다.

전류 제어부(255)는 전류 지령과 모터 구동 전류를 입력받고, 전압 지령을 출력한다. 상기 전류 제어부(255)는 d축 전류 지령 (i^{e *}ds)과 q축 전류 지령 (i^{e *}qs)를 입력받는다. 상기 전류 제어부(255)는, 상기 q축 전류 지령(i^{e *}qs)을 비례 적분하고, 필터링하여 q축 동기좌표계 전압 지령(V^{e *}q)을 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(255)는 상기 q축 전류 지령(i^{e *}qs)과 모터 구동 전류를 좌표 변환부(253)가 좌표 변환한 상기 q축 출력 전류(i^eq)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 q축 전압 지령(V^{e *}q)을 출력한다. 한편, 상기 전류 제어부(255)는 상기 d축 전류지령(i^{e *}ds)을 역시 비례 적분하고 필터링하여 d축 동기좌표계 전압 지령(V^e*d)을 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(255)는 상기 d축 전류지령(i^{e *}ds)과 상기 전류 검출 유닛(270)을 통해 검출된 모터 구동 전류를 좌표 변환한 상기 d축 출력 전류(i^ed)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 d축 전압 지령(V^{e *}d)을 PWM 제어부(257)에 출력한다. 여기서, e는 동기좌표계를 나타낸다.

PWM 제어부(257)는 제어주기(Ts) 동안 상기 인버터(230)에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(230)로 출력한다. 상기 인버터가 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT'라 함)와 같은 스위칭 소자로 되어 있는 경우에, 상기 제어 신호는 게이트 입력 신호(Gating signal)가 된다.

상기 제어 유닛(250)은 동기좌표계 전압 지령을 정지좌표계 전압 지령으로 변환하는 동기좌표 역변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 동기좌표 역변환부는 전류 제어부(255)와 PWM 제어부의 사이에 배치되고, 동기좌표계 전압 지령(V^e*d, V^e*q)을 정지좌표계 전압 지령(V^{s *})인 (V^{s *}d, V^{s *}q)으로 변환한다. 여기서, e는 동기좌표계를, s는 정지좌표계를 나타낸다. PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 예를 들어 3상 모터의 경우에, 상기 PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령(Va^*, Vb^*, Vc^*)으로 변환하여 출력한다. 상기 동기좌표 역변환부는 상기 PWM 제어부(257)에 포함될 수 있다. 상기 PWM 제어부(257)는 각 상에 대한 전압 지령을 근거로 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 인버터에 출력하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 개폐한다.

도 3을 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 상기 모터에 구비되거나 연결되어, 상기 회전자 속도를 검출하는 속도 검출 유닛(710)을 더 포함하여 구성된다.

도 4를 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 상기 모터에 구비되거나 연결되어, 상기 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출 유닛(720)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제어 유닛(250)은, 상기 검출된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산하는 속도 연산부(280)를 더 포함할 수 있다.

상기 모터 제어 장치는 상기 모터(300)를 제어하기 위하여 상기 속도 검출 유닛(710)이나 상기 위치 검출 유닛(720)을 이용하여 상기 모터(300)의 위치 및 속도를 검출하여 이를 피드백한다. 상기 모터(300)의 위치와 속도를 측정하는 방식으로는 아날로그(Analog) 센서를 사용하는 방식과 디지털(Digital) 센서를 사용하는 방식이 있다. 상기 아날로그 방식의 측정 장치는 싱크로(Synchro), 레졸버(Resolver), 또는 타코 제네레이터(Taco-generator) 등이고, 아날로그 양으로 변환된 회전자의 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 상기 디지털 방식의 측정 장치는 회전식 엔코더(Rotary Encoder) 등이고, 디지털 형태로 변환된 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 예를 들어, 유도 모터에서는 디지털 방식의 엔코더(encoder)를 이용하여 상기 회전자의 위치를 검출한다. 이 경우에, 상기 모터 제어 장치는 초기 위치를 알아내는 알고리즘을 더 구비하여야 한다. 상기 엔코더는 상기 회전자의 회전 각 변동을 펄스 열(Pulse Train)로 출력하는 장치이다. 상기 펄스 열은 상기 회전자의 회전 속도에 비례하여 변동되는 주파수를 갖는다. 상기 엔코더의 종류로는 절대형 엔코더와 증분형 엔코더가 있으며, 상기 절대형 엔코더는 상기 회전자의 절대 위치 정보를 검출할 수 있으나, 증분형 엔코더는 상기 회전자의 변동분만을 검출할 수 있다. 반면, BLDC(Blush-Less DC) 모터에서는, 정류자와 브러쉬의 기능을 전력용 반도체 스위치로 구현하기 위하여 회전자의 위치를 알아야 한다. 상기 회전자는 영구자석으로 되어 있으므로, 홀 소자(Hall Element)와 같은 자속 검출 센서를 이용하여 상기 회전자의 위치를 알아낸다.

도 5를 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 상기 모터에 인가되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛(270)을 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제어 유닛(250)은, 상기 모터 구동 전류를 근거로 상기 회전자의 위치를 추정하고, 상기 추정된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산한다. 상기 전류 검출 유닛(270)은 상기 인버터(230)와 상기 모터(300)의 사이에 연결되어 각 상의 모터 구동 전류를 검출한다. 상기 전류 검출 유닛(270)으로는 일반적으로 연속적으로 상기 모터 구동 전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)를 사용한다. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 모터 구동 전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 상기 제어 유닛(250)에 출력한다. 또한, 상기 전류 트랜스듀서는 펄스 폭 변조의 전 구간에서 상기 모터 구동 전류를 검출한다. 예를 들어, 3상 모터의 경우에 상기 전류 검출 유닛(270)은 3상으로 인가되는 전류(ia, ib, ic) 전부를 검출하거나, 그 중 2상(ia, ib)만을 검출하여 ic를 연산한 다음, 이를 상기 제어 유닛(250)에 출력한다. 상기 제어 유닛(250)은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 모터 구동 전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다. 이때, 상기 모터 제어 장치는 센서리스 알고리즘을 구비하는데, 상기 제어 유닛(250)은 상기 회전자 위치와 회전자 속도를 추정하는 위치/속도 추정부(290)를 더 포함하여 추정한 회전자의 위치나 속도를 이용하여 상기 모터를 구동한다. 이는 취부상의 어려움으로 인해 위치 검출 유닛이나 속도 검출 유닛을 포함하지 아니하는 경우에 유용하다.

도 6 내지 도 8을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 방법은, 배터리로부터 공급된 전압을 저장하는 직류 링크 커패시터와, 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터를 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 방법에 있어서, 상기 모터에 구비된 회전자의 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경하는 단계(S200)와, 상기 변경된 회전자 시정수를 근거로 제어신호를 생성하는 단계(S300)와, 상기 제어신호를 이용하여 상기 인버터를 구동하는 단계(S400)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 2 내지 도 5를 참조한다.

도 7을 참조하면, 상기 회전자 시정수를 변경하는 단계(S200)는, 상기 회전자 속도와 미리 설정된 기준 속도를 비교하는 과정(S211)을 포함하고, 비교 결과, 상기 회전자 속도가 상기 기준 속도보다 작으면, 상기 회전자 시정수를 변경한다(S213).

상기 모터 제어 장치는 회전자 속도에 대응하여 회전자 시정수가 설정되도록 하는 프로그램을 이용하거나, 또는 미리 테이블로 만들거나 패턴화하여 상기 회전자 시정수를 설정한다. 일 예로, 상기 모터 제어 장치는, 상기 회전자 속도가 미리 설정된 기준 속도 보다 작으면 상기 회전자 시정수를 변경하고(S213), 상기 기준 속도 이상이면 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지한다(S212). 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 기준 속도(a) 이하에서 회전자 시정수(Tr)를 A에서 B로 변경한다.

도 8을 참조하면, 상기 회전자 시정수를 변경하는 단계(S200)는, 상기 회전자 속도가 증가함에 따라 미리 설정된 제1 속도까지 상기 회전자 시정수를 증가하는 과정(S221, S223)과, 상기 제1 속도에서 미리 설정된 제2 속도까지 상기 회전자 시정수를 감소하는 과정(S225, S227)과, 상기 회전자 속도가 상기 제2 속도 이상이 되면 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지하는 과정(S229)을 포함한다.

상기 모터 제어 장치는, 상기 회전자의 속도가 증가함에 따라 미리 설정된 제1 속도까지 상기 회전자 시정수를 증가시키고(S223), 상기 제1 속도에서 미리 설정된 제2 속도까지는 상기 회전자 시정수를 감소시키며(S227), 상기 제2 속도 이상에서는 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지한다(S229). 예를 들어, 도 9를 참조하면, 제1 속도(a)까지 회전자 시정수(Tr)를 A에서 B로 증가시키고, 제2 속도(b)까지 회전자 시정수(Tr)를 다시 B에서 A로 감소시키며, 제2 속도(b) 이상에서는 회전자 시정수 A를 유지한다. 예를 들어, A는 250(ms), B는 800(ms), a는 250(rpm), b는 1,200(rpm)와 같이 설정될 수 있다. 물론 최초의 회전자 시정수와 제2 속도(b) 이상에서의 회전자 시정수를 달리할 수 있다. 즉, 최초의 회전자 시정수를 A와 달리 350(ms)으로 설정할 수 있다. 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 회전자 속도가 일정 속도, 예를 들어 250(rpm) 이하의 저속일 때, 즉 모터 기동 시에 미리 설정된 회전자 시정수보다 값을 크게 하여 슬립 주파수를 느리게 하고, 가속 소음을 줄인다. 그런 다음, 상기 모터 제어 장치는, 상기 기준 속도 이상에서 다시 회전자 시정수를 작게 하여 슬립 주파수를 빠르게 하고, 정상 운전에서는 회전자 시정수를 일정하게 유지함으로써 성능이 떨어지지 않게 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법은, 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경함으로써 초기 가속 시에 회전자 시정수를 크게 하여 슬립 주파수를 느리게 하고, 가속 소음을 줄이며, 일정 속도 이상에서 다시 회전자 시정수를 작게 하여 시스템 성능을 유지하고, 시스템의 안정성을 제고한다.

100: 배터리 200: 모터 제어 장치
210: 직류 링크 커패시터 230: 인버터
250: 제어 유닛 300: 모터
400: 시정수 설정부 710: 속도 검출 유닛
720: 위치 검출 유닛

Claims (15)

1. 배터리로부터 공급된 전압을 저장하는 직류 링크 커패시터;
   복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터; 및
   상기 모터의 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경하여 상기 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛;을 포함하고,
   상기 제어 유닛은,
   상기 회전자 속도가 미리 설정된 기준 속도 보다 작으면 상기 회전자 시정수를 변경하고, 상기 기준 속도 이상이면 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 모터 제어 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
   상기 회전자 속도에 대한 상기 회전자 시정수를 패턴화하여 설정하는 시정수 설정부;를 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 장치.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
   상기 회전자의 속도가 증가함에 따라 미리 설정된 제1 속도까지 상기 회전자 시정수를 증가시키고, 상기 제1 속도에서 미리 설정된 제2 속도까지는 상기 회전자 시정수를 감소시키며, 상기 제2 속도 이상에서는 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 모터 제어 장치.
5. 제1 항, 제2 항 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모터에 구비되어, 상기 회전자 속도를 검출하는 속도 검출 유닛;을 더 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 장치.
6. 제1 항, 제2 항 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모터에 구비되어, 상기 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출 유닛;을 더 포함하고,
   상기 제어 유닛은, 상기 검출된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 모터 제어 장치.
7. 제1 항, 제2 항 및 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모터에 인가되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛;을 더 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 장치.
8. 제7 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
   상기 모터 구동 전류를 근거로 상기 회전자의 위치를 추정하고, 상기 추정된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 모터 제어 장치.
9. 배터리로부터 공급된 전압을 저장하는 직류 링크 커패시터;
   복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터; 및
   상기 모터의 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경하여 상기 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛;을 포함하고,
   모터 기동 시, 상기 회전자 시정수를 증가시켜 슬립 주파수를 작게 하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 모터 제어 장치.
10. 배터리로부터 공급된 전압을 저장하는 직류 링크 커패시터와, 상기 직류 링크 커패시터로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터를 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 방법에 있어서,
    상기 모터에 구비된 회전자의 회전자 속도에 따라 회전자 시정수를 변경하는 단계;
    상기 변경된 회전자 시정수를 근거로 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어신호를 이용하여 상기 인버터를 구동하는 단계;를 포함하고,
    상기 회전자 시정수를 변경하는 단계는,
    상기 회전자 속도와 미리 설정된 기준 속도를 비교하는 과정;을 포함하고,
    비교 결과, 상기 회전자 속도가 상기 기준 속도보다 작으면, 상기 회전자 시정수를 변경하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 모터 제어 방법.
11. 삭제
12. 제10 항에 있어서, 상기 회전자 시정수를 변경하는 단계는,
    상기 회전자 속도가 증가함에 따라 미리 설정된 제1 속도까지 상기 회전자 시정수를 증가하는 과정;
    상기 제1 속도에서 미리 설정된 제2 속도까지 상기 회전자 시정수를 감소하는 과정; 및
    상기 회전자 속도가 상기 제2 속도 이상이 되면 상기 회전자 시정수를 일정하게 유지하는 과정;을 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 방법.
13. 제10 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 회전자 속도를 검출하는 단계;를 더 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 방법.
14. 제10 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 회전자의 위치를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산하는 단계;를 더 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 방법.
15. 제10 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 모터에 인가되는 모터 구동 전류를 검출하는 단계;
    상기 모터 구동 전류를 근거로 상기 회전자의 위치를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 회전자의 위치로부터 상기 회전자 속도를 연산하는 단계;를 더 포함하는 전기 자동차의 모터 제어 방법.

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