KR101988749B1 - 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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심석완
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현대오트론 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08—Reluctance motors

Abstract

본 발명은 구배조건에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터의 속도를 상이하게 제어할 수 있는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치 및 그 제어 방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치는, 스위치드 릴럭턴스 모터의 속도를 제어하는 3상 컨트롤 블럭, 스위치드 릴럭턴스 모터와 3상 컨트롤 블럭을 전기적으로 연결하며 전계효과트랜지스터를 구비한 3상 H-브릿지, 및 속도 제어 필요에 따라 스위치드 릴럭턴스 모터를 로우 알피엠(low rpm) 모터 구동 및 하이 알피엠(high rpm) 모터 구동 중 어느 하나로 제어하는 제어유닛을 포함한다.

Description

쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치 및 그 제어 방법{Shift by wire system switched reluctance motor control device and control method thereof}
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 스위치드 릴럭턴스 모터의 속도를 다르게 제어할 수 있는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
스위치드 릴럭턴스(Switched Reluctance; 이하, 'SR'로 칭함) 모터는 스테퍼 모터의 일종으로서, 릴럭턴스 토크(torque)로 작동하며, 3상 모터이지만 일반적인 BLDC(Brushless DC) 모터와 다르게 내부에 영구자석이 없다.
도 1은 종래의 일반적인 SR 모터를 도시한 구조도이다.
도시된 바와 같이, SR 모터(10)는 회전축에 설치되는 회전자(12) 및 상기 회전자(12) 주위에 배치된 고정자(14)를 포함하며, 고정자(14)의 돌극들(14a, 14b, 14c)에 코일(16)이 권취된 구조를 갖는다.
여기서, 회전자(12)는 4개의 돌극들(12a)을 구비할 수 있으며, 이에 대응하여 고정자(14)는 6개의 돌극들(14a, 14b, 14c)을 구비할 수 있다. 그리고, 서로 마주보는 +A극과 -A극의 돌극들(14a), +B극과 -B극의 돌극들(14b), 및 +C극과 -C극의 돌극들(14c)에는 각각 A상(A phase) 코일(16a), B상(B phase) 코일(16b) 및 C상(C phase)의 코일(16c)이 감겨진다.
이와 같은 구조의 SR 모터에 있어서, 코일이 통전됨에 따라 자화된 고정자의 돌극들과 회전자 사이에 작용하는 자기 흡인력에 의하여 회전자의 움직임이 일어나며, A상 코일, B상 코일 및 C상 코일을 순차적으로 통전시키는 과정을 반복해줌으로써 회전자가 회전하게 된다.
다시 말해, A상 코일에 전류가 주입되면 고정자의 +A극과 -A극이 자화되고, 가까운 위치의 회전자를 자화된 A상 돌극으로 끌어당기는 힘이 발생하여 회전자가 움직이게 된다. 그리고, B상 코일 및 C상 코일에 전류가 주입될 때 마찬가지로 A상 코일에 전류를 주입할 때와 동일하게 회전자가 움직이게 되는바, A상-B상-C상의 순으로 고정자가 자화되는 과정을 반복해줌으로써 회전자가 계속해서 회전하여 SR 모터가 구동하게 된다.
여기서, 도 1에는 6/4(고정자/회전자)극 3상의 구조를 갖는 SR 모터가 도시되었으나, SR 모터는 다극 다상의 구조로도 제작 가능하다.
이와 같은 SR 모터는, 내부에 영구자석이 없고, 기존 직류모터에서 브러쉬가 제거되며, 고정자와 회전자가 돌극형 구조로 구성되면서 고정자의 돌극에만 코일이 권취되므로, 기존 직류모터에 비해 전체적으로 구조가 단순하고 견고하여 상대적으로 제작 비용이 저렴하고 내구성이 좋다는 이점을 갖는다. 또한, SR 모터는 토크/관성비가 우수하고, 넓은 범위의 가변속 운전 등의 이점을 갖기 때문에 산업기기, 자동차 및 가전기기 등으로 그 적용분야가 넓어지고 있으며, 현재 쉬프트 바이 와이어(Shift By Wire; 이하, 'SBW'로 칭함) 시스템의 변속 모터로서 사용되고 있다.
한편, SR 모터를 빠른 속도로 회전시키려면 코일의 자성이 빨리 제거되어야 하며, 코일의 자성을 빨리 제거할 수 있는 하나의 방법으로 액티브 클램핑(Active Clamping) 방식이 있다. 액티브 클램핑 방식은 코일에 저장된 에너지를 높은 전압까지 올려 빠른 시간에 코일에 저장된 에너지를 감소시킬 수 있으며, 고정자의 각 상 코일에 저장된 에너지의 소모 시간을 조절하여 SR 모터의 속도를 제어한다.
도 2는 종래의 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치를 설명하기 위한 회로도이다. 여기서, 도면부호 20은 SR 모터를, 22는 모터전원을, 23은 스위칭소자인 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor; 이하, 'FET'로 칭함)를, 그리고, 24는 게이트 드라이버 소오스 전류의 비정상 경로를 방지하기 위한 다이오드를 각각 나타낸다. 또한, 도면부호 25는 게이트 드라이버를, 그리고, 26 및 27은 제너다이오드 및 저항을 각각 나타낸다.
이와 같은 종래 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치에 있어서, FET(23)가 온(On) 상태에서 오프(Off) 상태로 될 때 FET의 Vgs전압은 점차 낮아지게 되고, 밀러 플래토(miller plateau) 구간에 진입하게 되면 Vds가 증가하게 된다. FET의 Vd 전압이 클램프 전압보다 높아지면 제너다이오드를 통해 전류가 흐르게 되고, FET의 Vgs 전압을 밀러 플래토 전압으로 유지시키고, FET를 통해 코일 전류가 흐를 수 있도록 만들어 준다. 이때, FET 드레인의 클램프 전압은 게이트 밀러 플래토 전압(Vg_miller), 다이오드의 전압(Vd), 제너다이오드 전압(Vzd) 및 전류제한용 저항 전압(Vr)을 합한 값이 된다.
그러나, 종래 액티브 클램프 방식으로 SBW 시스템 SR 모터를 제어하는 경우, 차량의 P단 해제시에 구배조건에 따라 큰 변속충격이 발생되는 문제점이 있다. 즉, 종래 액티브 클램프 방식으로 SBW 시스템 SR 모터를 구동하는 경우, 구배조건이 없는 평지에서의 P단 해제시는 락(Lock)을 빠르게 해제하더라도 변속충격이 거의 없지만, 구배조건이 있는 경우에는, 다시 말해서, 경사진 곳에 파킹된 차량에 대해 P단 해제를 위해 빠른 속도로 락을 해제하는 경우에는, 파킹 폴(parking pawl)이 기어 이빨(gear tooth)과 꽉 맞물려 있는 상태여서 큰 변속충격을 받을 수 있다.
이러한 큰 변속충격은 사용자가 불편함을 느낄 수 있는 수준이고, 심한 경우에 파킹 폴의 파손까지도 유발할 수 있으므로, 액티브 클램프 방식을 이용한 SBW 시스템 SR 모터 제어시에는 구배조건에 따라 P단 해제시의 SR 모터의 회전속도를 제어할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 구배조건과 같은 속도 제어 필요에 따라 SR 모터의 속도를 제어할 수 있는 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 SR 모터의 속도를 제어할 수 있음으로 인해 평지는 물론 경사진 곳에서의 P단 해제시 변속충격을 완화시킬 수 있는 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치를 제공함에 그 다른 목적이 있다.
게다가, 본 발명은 전술한 SR 구동 모터 제어 장치로 구현할 수 있는 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법을 제공함에 그 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적들 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 일 견지에 따른 본 발명은, SR 모터의 속도를 제어하는 3상 컨트롤 블럭, SR 모터와 3상 컨트롤 블럭을 전기적으로 연결하며 FET를 구비한 3상 H-브릿지, 및 속도 제어 필요에 따라 SR 모터를 로우 알피엠(low rpm) 모터 구동 및 하이 알피엠(high rpm) 모터 구동 중 어느 하나로 제어하는 제어유닛을 포함하는 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법에 있어서, 상기 3상 컨트롤 블럭은, 서로 다른 제너전압을 갖는 복수 개의 제너다이오드, 제너다이오드와 SR 모터 사이의 회로경로 상에 배치되는 복수 개의 전류제한용 저항, 속도 제어 필요에 따라 복수 개의 제너다이오드 중 어느 하나를 선택하는 제1스위치와 복수 개의 저항 중 어느 하나를 선택하는 제2스위치, 및 FET와 소오스 전류 및 싱크 전류를 주고 받는 게이트 드라이버를 포함할 수 있으며, SR 모터의 로우 알피엠 모터 구동 및 하이 알피엠 모터 구동은, 제너다이오드들의 변경, 전류제한용 저항들의 변경, 및 FET로부터의 턴-오프 딜레이(Turn-Off Delay)에 따라 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법에 있어서, SR 모터의 로우 알피엠 모터 구동은 클램핑 전압이 낮아지도록 하는 것을 통해 구현되는 것으로, FET의 턴-오프 딜레이가 길어지도록 싱크 전류 로우 선택, 제1스위치 제어에 의해 복수 개의 제너다이오드 중 상대적으로 낮은 제너전압을 갖는 제너다이오드 선택, 및 제2스위치 제어에 의해 복수 개의 전류제한용 저항 중 상대적으로 낮은 저항값을 갖는 전류제한용 저항 선택 중에서 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법에 있어서, SR 모터의 하이 알피엠 모터 구동은 클램핑 전압이 높아지도록 하는 것을 통해 구현되는 것으로, FET의 턴-오프 딜레이가 짧아지도록 싱크 전류 하이 선택, 제1스위치 제어에 의해 복수 개의 제너다이오드 중 상대적으로 높은 제너전압을 갖는 제너다이오드 선택, 및 제2스위치 제어에 의해 복수 개의 전류제한용 저항 중 상대적으로 높은 저항값을 갖는 전류제한용 저항 선택 중에서 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법에 있어서, 제어유닛은 3상 컨트롤 블럭과 분리 설치되거나, 또는, 3상 컨트롤 블럭의 게이트 드라이버 내에 설치될 수 있다.
다른 견지에 따르면, 본 발명은, SR 모터의 속도를 제어하는 3상 컨트롤 블럭, SR 모터와 3상 컨트롤 블럭을 전기적으로 연결하며 FET를 구비한 3상 H-브릿지, 및 속도 제어 필요에 따라 SR 모터를 로우 알피엠 모터 구동 및 하이 알피엠 모터 구동 중 어느 하나로 구동하도록 제어하는 제어유닛을 포함하는 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법으로서, 변속기가 P단에 있는 차량의 구배조건을 확인하는 단계; 및 상기 확인 결과, 구배조건이 있으면 3상 컨트롤 블럭의 제어 및 FET의 싱크 전류 제어를 통해 SR 모터를 로우 알피엠 모터 구동 방식에 따라 구동하고, 구배조건이 없으면 3상 컨트롤 블럭의 제어 및 FET의 싱크 전류 제어를 통해 SR 모터를 하이 알피엠 모터 구동 방식에 따라 구동하는 단계를 포함하는 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법에 있어서, 로우 알피엠 모터 구동 방식은, 서로 다른 제너전압을 갖는 복수 개의 제너다이오드, 제너다이오드와 SR 모터 사이의 회로경로 상에 배치되는 복수 개의 전류제한용 저항, 복수 개의 제너다이오드 중 어느 하나를 선택하는 제1스위치와 복수 개의 저항 중 어느 하나를 선택하는 제2스위치, 및 FET와 소오스 전류 및 싱크 전류를 주고 받는 게이트 드라이버를 포함하는 3상 컨트롤 블럭에서, FET의 턴-오프 딜레이가 길어지도록 싱크 전류 로우 선택, 제1스위치 제어에 의해 복수 개의 제너다이오드 중 상대적으로 낮은 제너전압을 갖는 제너다이오드 선택, 및 제2스위치 제어에 의해 복수 개의 전류제한용 저항 중 상대적으로 낮은 저항값을 갖는 전류제한용 저항 선택 중에서 적어도 어느 하나로 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법에 있어서, 상기 하이 알피엠 모터 구동 방식은, 서로 다른 제너전압을 갖는 복수 개의 제너다이오드, 제너다이오드와 SR 모터 사이의 회로경로 상에 배치되는 복수 개의 전류제한용 저항, 복수 개의 제너다이오드 중 어느 하나를 선택하는 제1스위치와 복수 개의 저항 중 어느 하나를 선택하는 제2스위치, 및 FET와 소오스 전류 및 싱크 전류를 주고 받는 게이트 드라이버를 포함하는 3상 컨트롤 블럭에서, FET의 턴-오프 딜레이가 짧아지도록 싱크 전류 하이 선택, 제1스위치 제어에 의해 복수 개의 제너다이오드 중 상대적으로 높은 제너전압을 갖는 제너다이오드 선택, 및 제2스위치 제어에 의해 복수 개의 전류제한용 저항 중 상대적으로 높은 저항값을 갖는 전류제한용 저항 선택 중에서 적어도 어느 하나로 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법에 있어서, 상기 싱크 전류 로우 또는 하이 선택과 상기 제1스위치 및 제2스위치의 제어는 상기 3상 컨트롤 블럭의 게이트 드라이버와 분리 설치되거나, 게이트 드라이버 내에 설치되는 제어유닛으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, FET의 턴-오프 딜레이 조절을 통해서, 또한, 제너다이오드 및 전류제한용 저항의 저항값 조절을 통해서 클램핑 전압을 조절할 수 있으며, 이에 따라, 구배조건과 같은 속도 제어 필요에 따라 서로 다른 속도 모드로 SR 모터의 속도를 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명은 클램핑 전압의 제어를 통해서 SR 모터의 속도를 제어할 수 있으므로 구배조건을 갖는 경우에서의 P단 해제시 락이 천천히 해제되도록 하여 변속충격을 완화시킬 수 있으며, 나아가, 큰 변속충격에 기인하는 차량고장 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 SR 모터를 도시한 구조도이다.
도 2는 종래의 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치, SR 모터 및 모터전원을 전체적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치의 제어유닛을 제외한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
전술한 목적들, 특징들 및 효과는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치, SR 모터 및 모터전원을 전체적으로 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치(300)는, SR 모터(400)에 연결되며, 모터전원(500)으로부터 전류를 인가받아 자화된 SR 모터(400)에서의 코일 자성을 빨리 제거하여 SR 모터(400)가 빠른 속도로 회전되도록 역할한다.
이를 위해, 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치(300)는 3상 H-브릿지(3Phase H-Bridge; 310) 및 3상 컨트롤 블럭(3Phase Control Block; 320)을 포함하여 구성되며, 특히, 3상 컨트롤 블럭(320) 내에 구배조건과 같은 속도 제어 필요에 따라 SR 모터(400)의 속도를 상이하게 제어할 수 있는 구성, 즉, 클램프 전압 조절 수단을 구비한다.
실시 예에서, 클램프 전압 조절 수단은 스위칭소자인 FET의 턴-오프 딜레이(Turn-Off Delay)를 조절하거나, 제너다이오드의 제너전압 및 전류제한용 저항의 저항값을 변경하는 것에 의해 구현될 수 있다.
또한, 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치(300)는 클램프 전압 조절 수단을 제어하기 위한 제어유닛(330)을 포함한다. 여기서, 제어유닛(330)은 3상 컨트롤 블럭(320)과 분리 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 3상 컨트롤 블럭(320) 내에 설치되는 것도 가능하다.
따라서, 이하에서 구체적으로 설명되겠지만, 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치(300)가 채용된 SR 모터(400)는 빠른 속도로 동작하는 것이 가능함은 물론, 제어유닛(330)을 포함한 클램프 전압 조절 수단이 구비되는 것에 의해 구배조건과 같은 속도 제어 필요에 따라 상이한 속도 모드로 동작될 수 있어서, 구배조건을 갖는 경우에, 즉, 경사진 곳에 파킹된 차량의 P단 해제시 락(lock)이 천천히 해제되도록 하여 변속충격을 완화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치의 제어유닛을 제외한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치(300)는 3상 H-브릿지(310) 및 3상 컨트롤 블럭(320)을 포함한다.
상기 3상 H-브릿지(310)는 3상 컨트롤 블럭(320)과 모터전원(500)으로부터 코일 전류를 인가받는 SR 모터(400)를 전기적으로 연결하는 브릿지 역할을 하는 것으로, FET(312)와 저항(314) 및 콘덴서(316)를 포함할 수 있다.
여기서, FET(312)의 게이트단은 3상 컨트롤 블럭(320)의 게이트 드라이버(322)에 연결되며, 소오스단 또는 드레인단 중 어느 하나, 예를 들어, 소오스단은 접지단에 연결되고, 나머지 하나의 드레인단 또는 소오스단, 예를 들어, 드레인단은 SR 모터(400)에 연결된다. 저항(314)은 FET(312)와 게이트 드라이버(322) 사이에 직렬로 연결되며, 콘덴서(316)는 FET(312)와 저항(314) 사이에 병렬로 연결된다.
상기 3상 컨트롤 블럭(320)은 SR 모터(400)의 속도를 제어하기 위한 실질적인 구성으로, FET(312)의 소오스 전류(source current)를 컨트롤 하기 위한 게이트 드라이버(322), 3상 H-브릿지(310)의 FET(312)와 저항(314) 사이에 병렬 연결되어 게이트 드라이버 소오스 전류의 비정상 경로를 방지하는 다이오드(324), 그리고, 전압 클램프 회로를 구성하는 제너다이오드(326) 및 전류제한용 저항(328)을 포함할 수 있다.
게이트 드라이버(322)는 클램핑 전압의 조절을 위해 FET(312)의 턴-오프 딜레이를 조절할 수 있도록 그 내부에 싱크 전류 조절 수단을 구비할 수 있다. 이러한 싱크 전류 조절 수단은, 구체적으로 도시하지 않지만, 게이트 드라이버(322)에 마련되는 회로들의 변경 및 추가를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 싱크 전류 조절 수단은 게이트 드라이버(322)의 내부가 아닌 그 외부에 분리 설치되는 제어유닛에 설치되는 것도 가능하다.
전압 클램프 회로는 제너다이오드(326) 및 전류제한용 저항(328)을 포함하되, 제너다이오드(326)의 제너전압값과 전류제한용 저항(328)의 저항값이 변경 가능하도록 설치된다. 이것은 차량의 구배조건에 따라 클램프 전압이 조절되도록 하기 위한 것으로, 서로 다른 복수 개씩의 제너다이오드(326)와 전류제한용 저항(328)을 설치하는 것을 통해 구현될 수 있다. 즉, 본 발명에서의 전압 클램프 회로는 제너다이오드(326) 및 전류제한용 저항(328)이 각각 고정된 제너전압값 및 저항값을 갖는 하나 씩을 포함하여 구성되는 것이 아니라, 서로 다른 제너전압값 및 저항값을 갖는 복수 개씩을 포함하여 구성된다.
예를 들어, 제너다이오드(326)는 서로 다른 제너전압값을 갖는 3개가 설치될 수 있으며, 3개의 제너다이오드들(326)은 좌측에서 우측으로 갈수록 보다 큰 제너전압을 가질 수 있다. 전류제한용 저항(328)은 5개가 구비될 수 있으며, 5개의 전류제한용 저항들(328)은 위에서 아래로 갈수록 저항이 커지는 방식으로 서로 다른 저항값들을 가질 수 있다. 한편, 본 발명은 제너다이오드(326) 및 전류제한용 저항(328)의 개수에는 제한되지 않으며, 따라서, 제너다이오드(326) 및 전류제한용 저항(328)의 개수는 다양하게 설계 변경 가능하다.
3상 컨트롤 블럭(320)의 전압 클램프 회로에는 서로 다른 제너전압값 및 저항값들을 갖는 복수 개의 제너다이오드들(326) 및 전류제한용 저항들(328) 중에서 임의의 어느 하나를 선택하기 위하여 제1 및 제2 스위치들(327, 329)이 구비된다. 여기서, 제1 및 제2 스위치들(327, 329)은 전류 또는 제어신호, 예를 들어, 제어신호에 따라 동작될 수 있다.
그리고, 이와 같은 제1 및 제2 스위치들(327, 329)의 동작을 위해 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치(300)는 제어유닛(도 3의 330)을 더 포함한다. 제어유닛(330)은, 예를 들어, 스위치 회로로 구성될 수 있으며, 3상 컨트롤 블럭(320)과 분리되어 차량의 MCU 등에 설치될 수 있다. 이와 다르게, 제어유닛(330)은 3상 컨트롤 블럭(320)의 게이트 드라이버(322) 내에 설치하는 것도 가능하다.
또한, 제어유닛(330)은 제1 및 제2 스위치들(327, 329)의 동작을 위한 스위치 회로 이외에 게이트 드라이버(322)로의 싱크 전류 제어를 위한 제어회로를 더 포함할 수 있으며, 싱크 전류 제어를 위한 제어회로는 3상 컨트롤 블럭(320)과 분리 설치되는 제어유닛에 설치함은 물론 3상 컨트롤 블럭(320)의 게이트 드라이버(322) 내에 추가 설치되는 제어유닛에 추가 설치하는 것도 가능하다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치는 클램핑 전압 조절 수단을 갖도록 구성되는 것을 통해 SR 모터의 속도를 구배조건에 따라 임의로 조절할 수 있으며, 이에 따라, 구배조건을 갖는 경우에서 차량 P단의 락(lock)을 천천히 해제할 수 있어서 변속충격을 완화시킬 수 있다.
구체적으로, FET가 온 상태에서 오프 상태로 될 때, SR 모터에 흐르던 전류로 인해 클램프 전압(V_clamp)은 상승하게 된다. 그리고, FET가 온 상태에서 오프 상태로 될 때, 게이트 전압이 밀러 플래이터(miller plateau) 구간에 진입하게 되면, 클램프 전압(V_clamp)은 모터전원 보다 높은 전압으로 상승하게 되고, 제너다이오드를 통해 클램프 전압은 게이트 전압(Vg_miller), 다이오드의 전압(Vd), 제너 다이오드 전압(Vzd) 및 저항 전압(Vr)을 합한 전압으로 클램핑된다.
여기서, 클램핑 전압은 FET의 턴-오프 딜레이를 조절하는 방법과 전압 클램프 회로를 구성하는 제너다이오드의 제너전압값 및/또는 전류제한용 저항의 저항값을 변경하는 방법으로 조절될 수 있다.
상기 FET의 턴-오프 딜레이를 조절하는 방법은 FET로부터 게이트 드라이버에 전달되는 싱크 전류의 조절을 통해 구현될 수 있다. 일반적으로 싱크 전류 하이(sink current high)일 때는 딜레이가 짧아져 클램핑 전압이 높아지고, 클램핑 전압이 높아짐에 따라 SR 모터의 속도는 증가하게 된다. 이와 반대로, 싱크 전류 로우(sink current low)일 때는 딜레이가 길어져 클램핑 전압이 낮아지고, 클램핑 전압이 낮아짐에 따라 SR 모터의 속도는 감소하게 된다.
상기 제너다이오드의 제너전압값 및/또는 전류제한용 저항의 저항값을 변경하는 방법은 제너다이오드들 및 저항들 중에서 적어도 어느 하나의 상대적으로 높은 제너전압값을 갖는 제너다이오드 및 저항값을 갖는 전류제한용 저항을 선택하거나, 반대로, 상대적으로 낮은 제너전압값을 갖는 제너다이오드 및 저항값을 갖는 저항을 선택하는 것에 것에 의해 구현될 수 있다. 일반적으로 제너다이오드의 제너전압값 및 전류제한용 저항의 저항값이 낮으면, 클램핑 전압이 낮아져 SR 모터의 속도가 줄어들게 되며, 반대로, 제너다이오드의 제너전압값 및 전류제한용 저항의 저항값이 높으면 클램핑 전압이 높아져 SR 모터의 속도가 증가하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치는 싱크 전류 제어를 통해 FET의 턴-오프 딜레이가 조절되도록 하면서 제너다이오드의 제너전압값 및/또는 전류제한용 저항의 저항값을 변경 가능하도록 함으로써, 클램핑 전압을 조절하여 시스템과 부하의 특성에 맞게 SR 모터의 속도를 제어할 수 있으며, 이에 따라, 구배조건을 갖는 경우에서 차량의 P단 락(lock)을 천천히 해제할 수 있어서 변속충격을 완화시킬 수 있다.
다시 말해, 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터가 적용된 차량의 경우, 구배가 있는 조건에서 차량의 P단 해제시 변속충격이 완화되려면 P단 해제시의 락(lock)이 천천히 해제되도록 제어할 수 있어야 하며, P단 락(lock)의 해제를 천천히 하기 위해서는 SR 모터의 속도를 제어해야 하고, SR 모터의 속도를 제어하려면 클램핑 전압을 조절해야만 한다. 예를 들어, 구배조건을 갖는 차량의 P단 해제시에 변속충격을 줄이려면 SR 모터의 속도를 줄여야 하며, 이를 위해서는 클램핑 전압을 낮춰서 SR 모터가 천천히 동작하도록 하여 P단 락(lock)의 해제가 천천히 이루어지도록 해야 한다.
그래서, 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치는, 싱크 전류 로우(sink current low)를 선택하여 FET의 턴-오프 딜레이를 증가시키거나, 상대적으로 낮은 제너전압값을 갖는 제너다이오드 및/또는 상대적으로 낮은 저항값을 갖는 전류제한용 저항을 선택함으로써, 클램핑 전압을 낮추어 SR 모터의 회전속도를 감소시킨다. 이렇게 되면, 구배조건이 있는 경우에 차량 P단 해제시의 락(lock)이 천천히 해제되도록 할 수 있고, 이에 따라, 변속충격을 완화시킬 수 있으며, 더나아가, 변속충격에 기인하는 파킹 폴의 파손 유발 등을 방지할 수 있다.
여기서, 클램핑 전압의 감소는 FET의 턴-오프 딜레이 증가 방법과 상대적으로 낮은 제너전압값을 갖는 제너다이오드를 선택하거나 상대적으로 낮은 저항값을 갖는 전류제한용 저항의 선택하는 방법 중 적어도 어느 하나를 선택하면 된다.
한편, 구배조건이 없는 경우는 차량 P단 해제시 변속충격이 크지 않으므로, 구배조건을 갖는 경우에서의 속도 제어 모드가 아닌 일반 모드, 다시 말해서, 빠른 속도로 P단의 락이 해제되도록 싱크 전류 하이(sink current high)를 선택함으로써 FET의 턴-오프 딜레이를 감소시켜 클램핑 전압이 높아지도록 만들고, 이를 통해, 클램핑 전압을 높혀서 SR 모터의 속도를 증가시키며, 또한, 상대적으로 높은 제너전압 및/또는 저항값을 갖는 제너다이오드와 전류제한용 저항의 선택을 통해 클램핑 전압을 높혀줌으로써 SR 모터의 속도를 증가시켜서, P단 해제시의 락 해제가 빠르게 이루어지도록 할 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치를 갖는 차량의 SBW 시스템 SR 모터의 제어 방법을 설명하도록 한다.
먼저, 차량의 P단 여부를 확인한다.(ST1) 이것은 차량의 변속기, 즉, 기어가 P단에 놓여 있는지의 여부를 확인하는 것으로, 변속기 등에 마련되는 센서 등을 이용하여 확인할 수 있다.
그 다음, 차량에 설치되어 있는 센서, 또는, 센서의 추가 설치를 통해 차량의 구배조건 확인, 즉, 차량이 평지에 파킹되어 있는지, 아니면, 경사진 곳에 파킹되어 있는지를 확인한다.(ST2)
확인 결과, 구배조건이 있는 경우, 본 발명에 따른 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치는 속도 제어 모드로 진입하여 로우 알피엠(low rpm) 모터 구동 방식, 즉, 느린 속도로 SR 모터를 구동시킨다.(ST3) 여기서, SR 모터의 로우 알피엠 모터 구동은, 전술한 바와 같이, 싱크 전류의 제어를 통해 FET의 턴-오프 딜레이를 조절하는 방법, 제너다이오드의 제너전압값 및/또는 전류제한용 저항의 저항값을 변경하는 방법으로 구현될 수 있으며, 바람직하게, FET의 턴-오프 딜레이가 길어지는 것을 통해 클램핑 전압이 낮아지도록 싱크 전류 로우를 선택하거나, 클램핑 전압이 낮아지도록 상대적으로 낮은 제너전압값의 제너다이오드 및/또는 상대적으로 낮은 저항값의 저항을 선택하는 것을 통해 구현될 수 있다.
이어서, 차량의 P단 해제 유무를 확인한다.(ST4)
확인 결과, P단 해제가 확인되지 않으면, 계속해서 속도 제어 모드를 유지하여 로우 알피엠 모터 구동 방식으로 SR 모터를 구동시키며, 반면, P단 해제가 확인되면, 일반 모드로 진입하여 SR 모터를 하이 알피엠(high rpm) 모터 구동 방식, 즉, 빠른 속도로 구동시킨다.(ST5) 여기서, SR 모터의 하이 알피엠 모터 구동은, 전술한 바와 같이, 싱크 전류의 제어를 통해 FET의 턴-오프 딜레이를 조절하는 방법, 제너다이오드의 제너전압값 및/또는 전류제한용 저항의 저항값을 변경하는 방법으로 구현될 수 있으며, 바람직하게, FET의 턴-오프 딜레이가 짧아지는 것을 통해 클램핑 전압이 높아지도록 싱크 전류 하이를 선택하거나, 클램핑 전압이 높아지도록 상대적으로 높은 저항값의 제너다이오드 및/또는 상대적으로 높은 저항값의 저항을 선택하는 것을 통해 구현될 수 있다.
이후, SR 모터가 일반 모드, 즉, 하이 알피엠(high rpm) 모터 구동 방식에 따라 구동하는 상태에서 D단으로의 변속 유무를 확인한다.(ST6)
한편, 구배조건 확인 단계(ST2)에서 구배조건이 없는 경우, 즉, 차량이 평지에 있는 것으로 확인된 경우에는, 앞서 설명한 바와 같이, 일반 모드로 진입하여 하이 알피엠(high rpm) 모터 구동 방식으로 SR 모터를 구동시키며(ST5), 이후, D단 확인 단계(ST6)을 수행한다.
이상에서와 같이, 일반적으로 차량의 파킹을 위해 기어가 P단으로 진입하게 되면, 파킹 폴이 기어 이빨에 맞물리는 구조로 인해 차량의 움짐이 방지되며, 평지에서는 파킹 폴과 기어 이빨이 맞물려있기 하지만, 걸리는 부분에 별다른 외력이 발생하지 않는 조건이라 P단 해제시에 변속충격은 거의 없다.
반면, 평지가 아닌 경사진 구배조건에서는 중력으로 인해 차량이 앞쪽, 또는, 뒷쪽으로 움직이려는 힘이 발생하여 파킹 폴과 기어 이빨가 걸리는 부분에 큰 힘이 작용하며, 이 상태에서 SR 모터의 속도를 빠르게 하여 빠른 속도로 P단의 락을 해제하게 되면, 큰 변속충격이 발생하게 되고, 심한 경우 파킹 폴의 파손을 유발할 수 있다. 그러나, SR 모터의 속도를 느리게 하여 P단의 락을 천천히 해제하게 되면, 변속충격을 완화시켜 파킹 폴의 파손 유발 등을 방지할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 액티브 클램프 방식의 SBW 시스템 SR 모터 제어 장치를 FET의 턴-오프 딜레이를 조절할 수 있는 구성, 제너다이오드의 제너전압값 및/또는 전류제한용 저항의 저항값을 조절할 수 있는 구성을 갖도록 함으로써 SR 모터가 속도 제어 모드 및 일반 제어 모드에 따라 선택적으로 구동되도록 할 수 있으며, 이에 따라, 구배조건을 갖는 경우에도 SR 모터의 속도 제어를 통해 P단 해제시의 변속충격을 완화시켜서 승차고객에게 만족감을 줄 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
300: SR 모터 제어 장치 310: 3상 H-브릿지
312: FET 314: 저항
316: 콘덴서 320: 3상 컨트롤 블럭
322: 게이트 드라이버 324: 다이오드
326: 제너다이오드 327: 제1스위치
328: 전류제한용 저항 329: 제2스위치
330: 제어유닛 400: SR 모터
500: 모터전원

Claims (9)

  1. 스위치드 릴럭턴스 모터의 속도를 제어하는 3상 컨트롤 블럭;
    상기 스위치드 릴럭턴스 모터와 상기 3상 컨트롤 블럭을 전기적으로 연결하며, 전계효과트랜지스터를 구비한 3상 H-브릿지; 및
    속도 제어 필요에 따라 상기 스위치드 릴럭턴스 모터를 로우 알피엠 모터 구동 및 하이 알피엠 모터 구동 중 어느 하나로 구동하도록 제어하는 제어유닛;
    을 포함하고,
    상기 3상 컨트롤 블럭은,
    서로 다른 제너전압을 갖는 복수 개의 제너다이오드, 상기 제너다이오드와 스위치드 릴럭턴스 모터 사이의 회로경로 상에 배치되는 복수 개의 전류제한용 저항, 상기 속도 제어 필요에 따라 복수 개의 제너다이오드 중 어느 하나를 선택하는 제1스위치와 복수 개의 저항 중 어느 하나를 선택하는 제2스위치, 및 상기 전계효과트랜지스터와 소오스 전류 및 싱크 전류를 주고 받는 게이트 드라이버를 포함하며,
    상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 로우 알피엠 모터 구동 및 하이 알피엠 모터 구동은, 상기 제너다이오드들의 변경, 상기 전류제한용 저항들의 변경, 및 상기 전계효과트랜지스터로부터의 턴-오프 딜레이에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 로우 알피엠 모터 구동은 클램핑 전압이 낮아지도록 하는 것을 통해 구현되는 것으로,
    상기 전계효과트랜지스터의 턴-오프 딜레이가 길어지도록 싱크 전류 로우 선택, 상기 제1스위치 제어에 의해 복수 개의 제너다이오드 중 상대적으로 낮은 제너전압을 갖는 제너다이오드 선택, 및 상기 제2스위치 제어에 의해 복수 개의 전류제한용 저항 중 상대적으로 낮은 저항값을 갖는 전류제한용 저항 선택 중에서 적어도 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치드 릴럭턴스 모터의 하이 알피엠 모터 구동은 클램핑 전압이 높아지도록 하는 것을 통해 구현되는 것으로,
    상기 전계효과트랜지스터의 턴-오프 딜레이가 짧아지도록 싱크 전류 하이 선택, 상기 제1스위치 제어에 의해 복수 개의 제너다이오드 중 상대적으로 높은 제너전압을 갖는 제너다이오드 선택, 및 상기 제2스위치 제어에 의해 복수 개의 전류제한용 저항 중 상대적으로 높은 저항값을 갖는 전류제한용 저항 선택 중에서 적어도 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어유닛은 상기 3상 컨트롤 블럭과 분리 설치되거나, 또는, 상기 3상 컨트롤 블럭의 게이트 드라이버 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 장치.
  6. 스위치드 릴럭턴스 모터의 속도를 제어하는 3상 컨트롤 블럭, 상기 스위치드 릴럭턴스 모터와 상기 3상 컨트롤 블럭을 전기적으로 연결하며 전계효과트랜지스터를 구비한 3상 H-브릿지, 및 속도 제어 필요에 따라 상기 스위치드 릴럭턴스 모터를 로우 알피엠 모터 구동 및 하이 알피엠 모터 구동 중 어느 하나로 제어하는 제어유닛을 포함하는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터의 제어 방법으로서,
    변속기가 P단에 있는 차량의 구배조건을 확인하는 단계; 및
    상기 확인 결과, 구배조건이 있으면 상기 3상 컨트롤 블럭의 제어 및 상기 전계효과트랜지스터로부터의 싱크 전류 제어를 통해 상기 스위치드 릴럭턴스 모터를 로우 알피엠(low rpm) 모터 구동 방식에 따라 구동하고, 구배조건이 없으면 상기 3상 컨트롤 블럭의 제어 및 상기 전계효과트랜지스터로부터의 싱크 전류 제어를 통해 상기 스위치드 릴럭턴스 모터를 하이 알피엠(high rpm) 모터 구동 방식에 따라 구동하는 단계;를 포함하고,
    상기 로우 알피엠 모터 구동 방식은,
    서로 다른 제너전압을 갖는 복수 개의 제너다이오드, 상기 제너다이오드와 스위치드 릴럭턴스 모터 사이의 회로경로 상에 배치되는 복수 개의 전류제한용 저항, 상기 복수 개의 제너다이오드 중 어느 하나를 선택하는 제1스위치와 복수 개의 저항 중 어느 하나를 선택하는 제2스위치, 및 상기 전계효과트랜지스터와 소오스 전류 및 싱크 전류를 주고 받는 게이트 드라이버를 포함하는 3상 컨트롤 블럭에서,
    상기 전계효과트랜지스터의 턴-오프 딜레이가 길어지도록 싱크 전류 로우 선택, 상기 제1스위치 제어에 의해 복수 개의 제너다이오드 중 상대적으로 낮은 제너전압을 갖는 제너다이오드 선택, 및 상기 제2스위치 제어에 의해 복수 개의 전류제한용 저항 중 상대적으로 낮은 저항값을 갖는 전류제한용 저항 선택 중에서 적어도 어느 하나로 구현하는 것을 특징으로 하는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터의 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 하이 알피엠 모터 구동 방식은
    서로 다른 제너전압을 갖는 복수 개의 제너다이오드, 상기 제너다이오드와 스위치드 릴럭턴스 모터 사이의 회로경로 상에 배치되는 복수 개의 전류제한용 저항, 상기 복수 개의 제너다이오드 중 어느 하나를 선택하는 제1스위치와 복수 개의 저항 중 어느 하나를 선택하는 제2스위치, 및 상기 전계효과트랜지스터와 소오스 전류 및 싱크 전류를 주고 받는 게이트 드라이버를 포함하는 3상 컨트롤 블럭에서,
    상기 전계효과트랜지스터의 턴-오프 딜레이가 짧아지도록 싱크 전류 하이 선택, 상기 제1스위치 제어에 의해 복수 개의 제너다이오드 중 상대적으로 높은 제너전압을 갖는 제너다이오드 선택, 및 상기 제2스위치 제어에 의해 복수 개의 전류제한용 저항 중 상대적으로 높은 저항값을 갖는 전류제한용 저항 선택 중에서 적어도 어느 하나로 구현하는 것을 특징으로 하는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터의 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 싱크 전류 로우 또는 하이 선택과 상기 제1스위치 및 제2스위치의 제어는 상기 3상 컨트롤 블럭의 게이트 드라이버와 분리 설치되거나, 상기 게이트 드라이버 내에 설치되는 제어유닛으로 수행하는 것을 특징으로 하는 쉬프트 바이 와이어 시스템 스위치드 릴럭턴스 모터의 제어 방법.
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