KR101875642B1 - 차량용 모터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량용 모터 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 모터 제어 장치에 관한 것으로, 구체적으로 모터 효율과 인버터 효율을 기반으로 구동모터를 제어하기 위한 최적의 효율점을 추출하는 차량용 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 장치는 인버터로부터 전류를 공급받는 구동모터를 제어하는 차량용 모터 제어 장치에 있어서, 유한요소 해석을 통해 구동모터에 대한 모터 효율맵을 생성하는 제1 생성부, 상기 인버터에 대한 인버터 효율맵을 생성하는 제2 생성부, 상기 모터 효율맵과 인버터 효율맵을 기반으로 시스템 효율맵을 생성하는 제3 생성부 및 상기 시스템 효율맵에서 최대 시스템 효율에 따른 전류 운전점을 추출하여 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

차량용 모터 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING MOTOR}
본 발명은 차량용 모터 제어 장치에 관한 것으로, 구체적으로 모터 효율과 인버터 효율을 기반으로 구동모터를 제어하기 위한 최적의 효율점을 추출하는 차량용 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
지구의 환경오염 문제가 날로 심각해지고 있는 요즈음 무공해 에너지의 사용은 날로 중요성을 더해가고 있다. 특히, 대도시의 대기오염 문제는 날로 심각해지고 있는데, 자동차의 배기가스는 그 주요원인 중의 하나이다.
이렇게 배기가스에 대한 문제도 해결하고, 연비 향상을 제공하기 위하여 하이브리드 차량, 전기 자동차를 포함하는 친환경 차량이 개발되어 운행되고 있다.
친환경 차량은 엔진과 모터로 이루어지는 동력을 구비하며, 엔진의 연소 작용으로부터 발생된 동력과 배터리에 저장된 전기 에너지를 매개로 하는 모터의 회전으로부터 발전된 동력을 각각 적절하게 이용하여 구동된다.
친환경 차량은 구동모터와 변속기가 연결되어 있는 TMED(Transmission Mounted Electric Device)방식의 변속기가 통상적으로 적용되고 있다.
친환경 차량은 엔진의 동력을 구동축에 전달하기 위하여 엔진과 구동모터 사이에 엔진 클러치가 장착된다.
친환경 차량은 엔진 클러치의 접합 여부에 따라 구동모터만의 토크로 주행이 제공되는 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진 토크와 모터 토크의 합으로 주행이 제공되는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드의 운행을 제공한다.
최근에 구동모터는 영구자석 모터를 사용하지 않고 계자권선 모터를 사용한다.
여기서, 계자권선 모터는 탈희토류가 가능하고, 운전 영역이 넓다는 장점이 있기 때문에 영구자석 모터를 대체할 수 있는 대표적인 모터라 할 수 있다. 계자권선 모터는 고정자와 회전자 각각의 철심에 코일을 감아 전류를 인가하여 토크를 발생시킨다.
일반적으로는 손실을 최소로 하는 전류 운전점을 기반으로 모터를 구동시키는데 모터의 손실을 최소로 하는 전류 운전점과 인버터의 손실을 최소로 하는 전류 운전점이 상이하여 모터를 최대의 효율로 제어할 수 없었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 모터 효율과 인버터 효율을 고려하여 구동모터를 제어하기 위한 최적의 효율점을 추출하는 차량용 모터 제어 장치 및 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예는 전류 및 속도에 따른 모터 파라미터를 기반으로 인버터 효율을 연산하여 구동모터를 제어할 수 있는 차량용 모터 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 인버터로부터 전류를 공급받는 구동모터를 제어하는 차량용 모터 제어 장치에 있어서, 유한요소 해석을 통해 구동모터에 대한 모터 효율맵을 생성하는 제1 생성부; 상기 인버터에 대한 인버터 효율맵을 생성하는 제2 생성부; 상기 모터 효율맵과 인버터 효율맵을 기반으로 시스템 효율맵을 생성하는 제3 생성부; 및 상기 시스템 효율맵에서 최대 시스템 효율에 따른 전류 운전점을 추출하여 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 생성부는 상기 유한요소 해석을 통해 구동모터에 대한 복수의 전류 및 속도에 따른 자속 및 철손을 추출하는 해석 모듈; 상기 복수의 전류 및 속도 별로 상기 철손, 동손, 기계손의 총합을 나타내는 모터 손실 데이터를 생성하고, 상기 모터 손실 데이터를 이용하여 복수의 전류 및 속도 별로 모터 효율, 전압, 역률 중 적어도 하나를 포함하는 모터 파라미터를 생성하는 모터 손실 확인 모듈; 및 상기 복수의 전류 및 속도 각각에 모터 효율을 매칭하여 모터 효율맵을 생성하는 매칭 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 생성부는 상기 전류를 이용하여 복수의 속도 및 토크에 따른 인버터 효율을 연산하고, 상기 구동모터에 대한 복수의 속도 및 토크에 상기 인버터 효율을 매칭하여 상기 인버터 효율맵을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제3 생성부는 상기 모터 효율과 인버터 효율을 이용하여 복수의 속도 및 토크에 따른 시스템 효율을 생성하며, 상기 구동모터에 대한 복수의 속도 및 토크에 상기 시스템 효율를 매칭하고, 상기 시스템 효율에 전류 운전점을 매칭하여 시스템 효율맵을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 시스템 효율맵에서 외부로부터 입력받은 속도 및 토크에 매칭된 적어도 하나의 시스템 효율을 추출하고, 적어도 하나의 시스템 효율 중 최대 시스템 효율을 확인하고, 상기 최대 시스템 효율에 매칭된 전류 운전점을 추출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전류 운전점의 전류 및 전류 위상각 중 적어도 하나를 이용하여 구동모터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 차량용 모터 제어 장치는 상기 시스템 효율맵을 기반으로 구동모터의 형상을 변경하는 형상 설계부를 더 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시 예에서는 유한요소 해석을 기반으로 구동모터의 모터 효율맵을 생성하는 단계; 상기 구동모터에 전류를 공급하는 인버터의 인버터 효율맵을 생성하는 단계; 상기 모터 효율맵과 상기 인버터 효율맵을 기반으로 시스템 효율맵을 생성하는 단계; 상기 시스템 효율맵에서 최대 시스템 효율에 따른 전류 운전점을 추출하는 단계; 및 상기 전류 운전점을 기반으로 구동모터를 제어하는 단계를 포함하는 차량용 모터 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 모터 효율과 인버터 효율을 기반으로 최적의 효율점을 추출하여 구동모터를 제어하므로 시스템 효율을 극대화시킬 수 있으며, 최적의 효율점을 기반으로 모터 형상을 변경하여 설계할 수 있다.
또한, 전류 및 속도에 따른 모터 파라미터를 기반으로 인버터 효율을 연산하여 구동모터를 제어할 수 있으므로 연비를 향상시킬 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 차량용 모터 제어 장치와 구동모터 및 인버터를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 모터 제어 장치 및 방법의 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 차량용 모터 제어 장치와 구동모터 및 인버터를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량용 모터 제어 장치(100)는 구동모터(50) 및 인버터(70)와 연결되어 구동모터(50) 및 인버터(70)를 제어한다. 차량용 모터 제어 장치(100)는 구동모터(50)의 모터 효율 및 인버터(70)의 인버터 효율을 기반으로 시스템 효율을 생성하고, 시스템 효율이 최대가 되도록 구동모터(50)를 제어한다. 이러한 차량용 모터 제어 장치(100)는 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
구동모터(50)는 인버터(70)에서 인가되는 3상 교류전류에 의해 동작되어 토크를 발생시킨다. 구동모터(50)는 타행 주행 또는 회생 제동 시 발전기로 동작되어 배터리에 공급한다.
인버터(70)는 구동모터(50)에 전류를 공급한다. 이러한 인버터(70)는 제어부(250)의 제어에 따라 전류를 공급하거나 전류를 중단시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 차량용 모터 제어 장치(100)는 제1 생성부(210), 제2 생성부(220), 제3 생성부(230), 입력부(240), 제어부(250), 형상 설계부(260) 및 저장부(270)를 포함한다.
제1 생성부(210)는 유한요소 해석을 통해 구동모터(50)에 대한 모터 효율맵을 생성한다. 이를 위해, 제1 생성부(210)는 해석 모듈(213), 모터 손실 확인 모듈(215) 및 매칭 모듈(217)을 포함한다.
해석 모듈(213)은 유한요소 해석을 통해 구동모터(50)에 대한 복수의 전류 및 속도에 따른 자속 및 철손을 추출한다. 한편, 여기서는 유한요소 해석을 예를 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않으며, 전류 및 속도에 따른 자속 및 철손을 추출할 수 있으면 해석법은 무관하다. 이와 같은 유한 요소 해석법에 관련된 기술은 현재 당업계에서 널리 알려지고 사용되고 있는 공지 기술에 해당하는 바, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
모터 손실 확인 모듈(215)은 자속 및 철손을 이용하여 모터 파라미터를 생성한다. 다시 말하면, 모터 손실 확인 모듈(215)은 복수의 전류 및 속도 별로 모터 손실 데이터를 생성한다. 여기서, 모터 손실 데이터는 철손, 동손, 기계손의 총합을 나타낼 수 있다. 그리고 모터 손실 확인 모듈(215)은 모터 손실 데이터를 이용하여 복수의 전류 및 속도 별로 모터 파라미터를 생성한다. 여기서, 모터 파라미터는 모터 효율, 전압 및 역률 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
매칭 모듈(217)은 복수의 전류 및 속도에 모터 효율을 매칭하여 모터 효율맵을 생성한다. 즉, 매칭 모듈(217)은 모터 손실 확인 모듈(215)에서 생성한 모터 효율을 제공받는다. 매칭 모듈은 구동모터(50)에 대한 복수의 전류 및 속도 각각에 모터 효율을 매칭하여 모터 효율맵을 생성한다.
제2 생성부(220)는 인버터(70)에 대한 인버터 효율맵을 생성한다. 즉, 제2 생성부(220)는 전류 및 전압을 이용하여 복수의 속도 및 토크 각각에 대한 인버터 효율을 연산한다. 제2 생성부(220)는 복수의 속도 및 토크에 연산한 인버터 효율을 매칭하여 인버터 효율맵을 생성한다.
제3 생성부(230)는 모터 효율맵과 인버터 효율맵을 기반으로 시스템 효율맵을 생성한다. 다시 말하면, 제3 생성부(230)는 모터 효율과 인버터 효율을 이용하여 복수의 속도 및 토크에 따른 시스템 효율을 생성한다. 제3 생성부(230)는 복수의 속도 및 토크에 시스템 효율을 매칭하여 시스템 효율맵을 생성한다.
입력부(240)는 개발자로부터 각종 정보를 입력받기 위한 사용자 인터페이스(user interface)로서, 그 구현 방식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 입력부(240)는 표시장치를 통해 표시된 키패드 또는 별도로 형성된 키패드를 통해 임의의 문자(또는 숫자, 특수 기호)를 개발자로부터 입력받을 수 있다.
입력부(240)는 개발자로부터 모터를 제어하기 위한 정보를 입력받을 수 있다. 즉, 입력부(240)는 개발자로부터 속도 및 토크를 입력받을 수 있다.
제어부(250)는 차량용 모터 제어 장치(100)의 구성 요소인 제1 생성부(210), 제2 생성부(220), 제3 생성부(230), 입력부(240), 형상 설계부(260) 및 저장부(270)를 제어하여 구동모터(50) 및 인버터(70)를 제어한다.
다시 말하면, 제어부(250)는 제3 생성부(230)에서 생성한 시스템 효율맵을 확인하고, 입력부(240)에서 개발자가 입력한 속도 및 토크를 확인한다. 제어부(250)는 시스템 효율맵에서 입력받은 속도 및 토크에 매칭된 적어도 하나의 시스템 효율을 추출하고, 추출한 적어도 하나의 시스템 효율 중 최대 시스템 효율을 확인한다.
제어부(250)는 시스템 효율맵에서 최대 시스템 효율에 매칭된 전류 운전점을 추출한다. 여기서, 전류 운전점은 구동모터(50)를 제어하기 위한 전류 및 전류 위상각 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부(250)는 전류 운전점을 이용하여 구동모터(50)를 제어한다.
형상 설계부(260)는 구동모터(50)의 형상을 설계한다. 그리고 형상 설계부(260)는 제3 생성부(230)에서 생성한 시스템 효율맵을 기반으로 시스템 효율이 최대가 되도록 구동모터(50)의 형상을 변경하여 설계한다.
저장부(270)는 차량용 모터 제어 장치(100)의 구성 요소에서 필요한 데이터 및 차량용 모터 제어 장치(100)에서 생성한 데이터를 저장한다. 예를 들어, 저장부(270)는 제1 생성부(210)에서 생성한 모터 손실 데이터, 모터 파라미터 및 모터 효율맵을 저장할 수 있다. 저장부(270)는 제2 생성부(220)에서 생성한 인버터 효율맵, 제3 생성부(230)에서 생성한 시스템 효율맵을 저장할 수 있다.
또한, 저장부(270)는 차량용 모터 제어 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 프로그램을 저장한다.
저장부(270)는 제1 생성부(210), 제2 생성부(220), 제3 생성부(230), 입력부(240), 제어부(250) 및 형상 설계부(260)의 요청에 따라 필요한 데이터를 제공할 수 있다. 저장부(270)는 통합 메모리로 이루어지거나, 복수의 메모리들로 세분화되어 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 저장부(270)는 롬(Read Only Memory: ROM), 램(Random Access Memory: RAM) 및 플래시 메모리(Flash memory) 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 차량용 모터 제어 장치(100)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다. 이러한 차량용 모터 제어 방법은 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 차량용 모터를 제어하는 방법을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 앞서, 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 장치(100)의 각 구성 요소들은 통합되거나 또는 세분화될 수 있는 바, 해당 명칭에 구애받지 아니하고, 상술한 기능을 수행하는 구성 요소는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 장치(100)의 구성이 될 수 있음을 명확히 한다. 이하, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 차량용 모터 제어 방법을 설명함에 있어서, 각 단계의 주체는 해당 구성 요소가 아닌 차량용 모터 제어 장치(100)를 주체로 하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 차량용 모터 제어 장치(100)는 유한요소 해석을 통해 자속 및 철손을 추출한다(S310). 다시 말하면, 차량용 모터 제어 장치(100)는 유한요소 해석을 통해 복수의 전류 및 전류 위상각에 따른 자속을 추출하며, 복수의 전류, 전류 위상각, 속도에 따른 자속 및 철손을 추출한다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 자속 및 철손을 이용하여 구동모터(50)에 대한 복수의 속도 및 토크에 따른 모터 손실 데이터를 생성한다(S320). 즉, 차량용 모터 제어 장치(100)는 전류를 이용하여 동손을 생성한다. 차량용 모터 제어 장치(100)는 복수의 속도 및 토크에 따른 동손, 철손 및 기계손의 총합을 연산하여 모터 손실 데이터를 생성한다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 모터 손실 데이터를 이용하여 모터 파라미터를 생성한다(S330). 다시 말하면, 차량용 모터 제어 장치(100)는 모터 손실 데이터를 이용하여 모터 효율, 전압 역률 중 적어도 하나를 포함하는 모터 파라미터를 생성한다. 이때, 모터 효율은 구동모터(50)의 출력 전류, 동손, 철손, 기계손의 총합인 모터 파라미터를 이용하여 생성된다. 즉, 차량용 모터 제어 장치(100)는 [수학식 1]을 통해 모터 효율을 생성할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016037006681-pat00001
여기서, Eff_motor는 모터 효율을 나타내고, Pout은 출력 전류를 나타내며, Pcopper는 동손을 나타내며, Piron은 철손을 나타내고, Pmech는 기계손을 나타낼 수 있다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 모터 파라미터를 이용하여 모터 효율맵을 생성한다(S340). 즉, 차량용 모터 제어 장치(100)는 구동모터(50)에 대한 복수의 속도 및 토크에 단계 S330에서 생성한 모터 파라미터를 매칭하여 모터 효율맵을 생성한다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 전류를 이용하여 인버터 효율맵을 생성한다(S350). 다시 말하면, 차량용 모터 제어 장치(100)는 전류, 인버터(70)의 전도 손실 데이터, 인버터(70)의 스위칭 손실 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 복수의 속도 및 토크에 따른 인버터 효율을 생성한다. 즉, 차량용 모터 제어 장치(100)는 [수학식 2]를 이용하여 인버터 효율을 생성할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016037006681-pat00002
여기서, Effinverter는 인버터 효율를 나타내며, Pout은 출력 전류를 나타내고, Pconduction은 인버터(70)의 전도 손실 데이터를 나타내며, Pswitching은 인버터(70)의 스위칭 손실 데이터를 나타낼 수 있다.
그리고 차량용 모터 제어 장치(100)는 구동모터(50)에 대한 복수의 속도 및 토크에 인버터 효율을 매칭하여 인버터 효율맵을 생성한다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 모터 효율맵과 인버터 효율맵을 기반으로 시스템 효율맵을 생성한다(S360). 다시 말하면, 차량용 모터 제어 장치(100)는 모터 효율맵의 모터 효율과 인버터 효율의 인버터 효율을 이용하여 시스템 효율을 생성한다. 즉, 차량용 모터 제어 장치(100)는 복수의 전류 및 토크 [수학식 3]을 통해 시스템 효율을 생성한다.
[수학식 3]
Figure 112016037006681-pat00003
이때, Effsystem은 시스템 효율을 나타내고, Effmotor는 모터 효율을 나타내며, Effinverter는 인버터 효율을 나타낼 수 있다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 복수의 속도 및 토크에 시스템 효율을 매칭하고, 시스템 효율에 전류 운전점을 매칭하여 시스템 효율맵을 생성한다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 시스템 효율맵에서 전류 운전점을 추출한다(S370). 구체적으로, 차량용 모터 제어 장치(100)는 구동모터(50)를 구동시키기 위해 개발자로부터 속도 및 토크를 입력받는다. 차량용 모터 제어 장치(100)는 시스템 효율맵에서 입력받은 속도 및 토크에 매칭된 적어도 하나의 시스템 효율을 추출하고, 적어도 하나의 시스템 효율 중 최대 시스템 효율을 확인한다. 차량용 모터 제어 장치(100)는 시스템 효율맵에서 최대 시스템 효율에 매칭된 전류 운전점을 추출한다. 이때, 전류 운전점은 구동모터(50)를 구동시키기 위한 전류 및 전류 위상각 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 전류 운전점을 이용하여 구동모터(50)를 제어한다(S380). 즉, 차량용 모터 제어 장치(100)는 전류 운전점의 전류 및 전류 위상각 중 적어도 하나를 이용하여 구동모터(50)를 제어한다.
차량용 모터 제어 장치(100)는 시스템 효율맵을 기반으로 구동모터(50)의 형상을 변경한다(S390). 즉, 차량용 모터 제어 장치(100)는 현재 구동모터(50)에 대한 시스템 효율맵을 생성하였으므로 현재 구동모터(50)의 형상 및 시스템 효율맵을 기반으로 시스템 효율이 최대가 되도록 구동모터(50)의 형상을 변경하여 설계할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
50: 구동모터
70: 인버터
100: 차량용 모터 제어 장치
210: 제1 생성부
220: 제2 생성부
230: 제3 생성부
240: 입력부
250: 제어부
260: 형상 설계부
270: 저장부

Claims (16)

  1. 인버터로부터 전류를 공급받는 구동모터를 제어하는 차량용 모터 제어 장치에 있어서,
    유한요소 해석을 통해 구동모터에 대한 모터 효율맵을 생성하는 제1 생성부;
    상기 인버터에 대한 인버터 효율맵을 생성하는 제2 생성부;
    상기 모터 효율맵과 인버터 효율맵을 기반으로 시스템 효율맵을 생성하는 제3 생성부;
    상기 시스템 효율맵에서 최대 시스템 효율에 따른 전류 운전점을 추출하여 상기 구동모터를 제어하는 제어부; 및
    상기 시스템 효율맵을 기반으로 구동모터의 형상을 변경하는 형상 설계부;
    를 포함하는 차량용 모터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 생성부는
    상기 유한요소 해석을 통해 구동모터에 대한 복수의 전류 및 속도에 따른 자속 및 철손을 추출하는 해석 모듈;
    상기 복수의 전류 및 속도 별로 상기 철손, 동손, 기계손의 총합을 나타내는 모터 손실 데이터를 생성하고, 상기 모터 손실 데이터를 이용하여 복수의 전류 및 속도 별로 모터 효율, 전압, 역률 중 적어도 하나를 포함하는 모터 파라미터를 생성하는 모터 손실 확인 모듈; 및
    상기 복수의 전류 및 속도 각각에 모터 효율을 매칭하여 모터 효율맵을 생성하는 매칭 모듈;
    를 포함하는 차량용 모터 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 생성부는
    상기 전류를 이용하여 복수의 속도 및 토크에 따른 인버터 효율을 연산하고, 상기 구동모터에 대한 복수의 속도 및 토크에 상기 인버터 효율을 매칭하여 상기 인버터 효율맵을 생성하는 차량용 모터 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 생성부는
    상기 모터 효율과 인버터 효율을 이용하여 복수의 속도 및 토크에 따른 시스템 효율을 생성하며, 상기 구동모터에 대한 복수의 속도 및 토크에 상기 시스템 효율를 매칭하고, 상기 시스템 효율에 전류 운전점을 매칭하여 시스템 효율맵을 생성하는 차량용 모터 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 시스템 효율맵에서 외부로부터 입력받은 속도 및 토크에 매칭된 적어도 하나의 시스템 효율을 추출하고, 적어도 하나의 시스템 효율 중 최대 시스템 효율을 확인하고, 상기 최대 시스템 효율에 매칭된 전류 운전점을 추출하는 차량용 모터 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전류 운전점의 전류 및 전류 위상각 중 적어도 하나를 이용하여 구동모터를 제어하는 차량용 모터 제어 장치.
  7. 삭제
  8. 유한요소 해석을 기반으로 구동모터의 모터 효율맵을 생성하는 단계;
    상기 구동모터에 전류를 공급하는 인버터의 인버터 효율맵을 생성하는 단계;
    상기 모터 효율맵과 상기 인버터 효율맵을 기반으로 시스템 효율맵을 생성하는 단계;
    상기 시스템 효율맵에서 최대 시스템 효율에 따른 전류 운전점을 추출하는 단계;
    상기 전류 운전점을 기반으로 구동모터를 제어하는 단계; 및
    상기 시스템 효율맵을 기반으로 구동모터의 형상을 설계하는 단계;
    를 포함하는 차량용 모터 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모터 효율맵을 생성하는 단계는
    상기 유한요소 해석을 통해 구동모터에 대한 복수의 전류 및 속도에 따른 자속 및 철손을 추출하는 단계;
    상기 자속 및 철손을 이용하여 상기 구동모터에 대한 복수의 속도 및 토크에 따른 모터 손실 데이터를 생성하는 단계;
    상기 모터 손실 데이터를 이용하여 모터 효율을 포함하는 모터 파라미터를 생성하는 단계; 및
    상기 구동모터에 대한 복수의 속도 및 토크에 상기 모터 파라미터를 매칭하여 상기 모터 효율맵을 생성하는 단계;
    를 포함하는 차량용 모터 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모터 손실 데이터를 생성하는 단계는
    상기 전류를 이용하여 동손을 생성하는 단계; 및
    상기 동손, 상기 철손 및 기계손의 총합을 나타내는 모터 손실 데이터를 생성하는 단계;
    를 포함하는 차량용 모터 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 모터 손실 데이터를 이용하여 모터 효율을 포함하는 모터 파라미터를 생성하는 단계는
    상기 모터 손실 데이터를 이용하여 모터 효율, 전압, 역률 중 적어도 하나를 포함하는 모터 파라미터를 생성하는 단계인 차량용 모터 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 인버터 효율맵을 생성하는 단계는
    상기 전류, 인버터의 전도 손실 데이터, 인버터의 스위칭 손실 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 복수의 속도 및 토크에 따른 인버터 효율을 생성하는 단계; 및
    상기 구동모터에 대한 복수의 속도 및 토크에 상기 인버터 효율을 매칭하여 상기 인버터 효율맵을 생성하는 단계;
    를 포함하는 차량용 모터 제어 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 모터 효율맵과 상기 인버터 효율맵을 기반으로 시스템 효율맵을 생성하는 단계는
    상기 모터 효율과 인버터 효율을 곱하기 연산하여 복수의 속도 및 토크에 따른 시스템 효율을 생성하는 단계;
    상기 구동모터에 대한 복수의 속도 및 토크에 상기 시스템 효율을 매칭하여 상기 시스템 효율맵을 생성하는 단계;
    를 포함하는 차량용 모터 제어 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 시스템 효율맵에서 최대 시스템 효율에 따른 전류 운전점을 추출하는 단계는
    개발자로부터 속도 및 토크를 입력받는 단계;
    상기 시스템 효율맵에서 입력받은 속도 및 토크에 매칭된 적어도 하나의 시스템 효율을 추출하는 단계:
    상기 적어도 하나의 시스템 효율 중 최대 시스템 효율을 확인하는 단계; 및
    상기 시스템 효율맵에서 상기 최대 시스템 효율에 따른 전류 운전점을 추출하는 단계;
    를 포함하는 차량용 모터 제어 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 전류 운전점을 이용하여 구동모터를 제어하는 단계는
    상기 전류 운전점의 전류 및 전류 위상각 중 적어도 하나를 이용하여 구동모터를 제어하는 단계인 차량용 모터 제어 방법.

  16. 삭제
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