KR102011831B1 - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량 - Google Patents

모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량

Info

Publication number
KR102011831B1
KR102011831B1 KR1020180001390A KR20180001390A KR102011831B1 KR 102011831 B1 KR102011831 B1 KR 102011831B1 KR 1020180001390 A KR1020180001390 A KR 1020180001390A KR 20180001390 A KR20180001390 A KR 20180001390A KR 102011831 B1 KR102011831 B1 KR 102011831B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
inverter
interleaving
angle
torque
Prior art date
Application number
KR1020180001390A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190083575A (ko
Inventor
김석균
박내춘
이경훈
이길수
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020180001390A priority Critical patent/KR102011831B1/ko
Publication of KR20190083575A publication Critical patent/KR20190083575A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102011831B1 publication Critical patent/KR102011831B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H02M3/1586—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel switched with a phase shift, i.e. interleaved
    • 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
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • H02M2003/1586—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y02T10/7241—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량은, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제1 교류 전원을 출력하는 제1 인버터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제2 교류 전원을 출력하는 제2 인버터와, 제1 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 모터의 동작에 따라, 제1 인버터와 제2 인버터 사이의 인터리빙 각도가 가변되도록 제어한다. 이에 따라, 병렬 인버터 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량{Motor driving apparatus and electric vehicle including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 병렬 인버터 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.
내연기관의 발명에 의해 출현하게 된 차량은 인류의 생활에 없어서는 안될 필수품이나, 환경오염의 주범 및 막대한 에너지의 소비에 의한 에너지 고갈 문제를 초래하게 되었으며, 내연기관을 동력으로 하는 차량 대신에 전기를 동력으로 하는 전기 차량이나, 내연기관과 이들을 조합한 하이브리드 차량이 개발되어 사용되고 있는 추세에 있다.
한편, 이러한 전기 차량 또는 하이브리드 차량 등은, 모터 및 배터리 등을 이용하여 그 출력을 발생시키고 있다.
한편, 모터 구동시, 모터 구동부 내부의 회로 소자의 고장이 발생할 수 있으며, 이러한 경우, 모터 구동이 안정적으로 수행되지 못하게 된다.
본 발명의 목적은, 병렬 인버터 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 병렬 인버터 구동시 dc단 커패시터의 수명을 연장할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량은, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제1 교류 전원을 출력하는 제1 인버터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제2 교류 전원을 출력하는 제2 인버터와, 제1 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 모터의 동작에 따라, 제1 인버터와 제2 인버터 사이의 인터리빙 각도가 가변되도록 제어한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량은, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제1 교류 전원을 출력하는 제1 인버터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제2 교류 전원을 출력하는 제2 인버터와, 제1 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 모터의 동작에 따라, 제1 인버터와 제2 인버터에 각각 인가되는 게이트 구동 신호 사이의 위상 차이가 가변되도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량은, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제1 교류 전원을 출력하는 제1 인버터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제2 교류 전원을 출력하는 제2 인버터와, 제1 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 모터의 동작에 따라, 제1 인버터와 제2 인버터 사이의 인터리빙 각도가 가변되도록 제어함으로써, 병렬 인버터 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
또한, dc단 전류의 리플을 최소화에 따라, 병렬 인버터 구동시 dc단 커패시터의 수명을 연장할 수 있게 된다.
특히, 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 제1 인버터와 제2 인버터의 캐리어 주파수의 위상 차이인 인터리빙 각도를 설정하고, 설정된 인터리빙 각도에 따라, 제1 및 제2 인버터를 구동함으로써, 병렬 인버터 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
특히, 모터 구동을 위한 전압 또는 전류에 기초하여, 복수의 인터리빙 각도를 연산하고, 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 복수의 인터리빙 각도 중 어느 하나를, 인터리빙 각도로 설정함으로써, 병렬 인버터 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량은, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제1 교류 전원을 출력하는 제1 인버터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제2 교류 전원을 출력하는 제2 인버터와, 제1 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하고, 인버터 제어부는, 모터의 동작에 따라, 제1 인버터와 제2 인버터에 각각 인가되는 게이트 구동 신호 사이의 위상 차이가 가변되도록 제어함으로써, 병렬 인버터 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
또한, dc단 전류의 리플을 최소화에 따라, 병렬 인버터 구동시 dc단 커패시터의 수명을 연장할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 차체를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 차량의 내부 블록도의 일예이다.
도 3은 도 2의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 5는 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 6은 도 3의 제1 인버터와 제2 인버터 사이의 인터리빙 각도를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도 8 내지 도 15b는 도 7의 동작방법의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 차체를 나타내는 개략적인 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량(100)은, 전원을 공급하는 배터리(205), 배터리(205)로부터 전원을 공급받는 모터 구동장치(200), 모터 구동장치(200)에 의해 구동되어 회전하는 모터(250), 모터(250)에 의해 회전되는 앞바퀴(150) 및 뒷바퀴(155), 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전륜현가장치(160) 및 후륜현가장치(165), 차체의 경사각을 검출하는 경사각 검출부(190)를 포함할 수 있다. 한편, 한편 모터(250)의 회전속도를 기어비에 기초하여, 변환하는 구동기어(미도시)가 추가적으로 구비될 수 있다.
경사각 검출부(190)는, 차체의 경사각을 검출하며, 검출된 경사각은 후술하는 전자 제어부(310)에 입력된다. 경사각 검출부(190)는, 자이로 센서 또는 수평 게이지 센서 등으로 구현될 수 있다.
한편, 도면에서는 경사각 검출부(190)가 배터리(205) 상에 배치되는 것으로 도시하나 이에 한정되지 않으며, 앞바퀴(150), 뒷바퀴(155) 또는 앞바퀴(150)와 뒷바퀴(155) 모두에 배치될 수 있다.
배터리(205)는 모터 구동장치(200)에 전원을 공급한다. 특히, 모터 구동장치 내(200)의 커패시터(C)에 직류 전원을 공급한다.
이러한 배터리(205)는, 복수개의 단위셀의 집합으로 형성될 수 있다. 복수개의 단위셀은 일정한 전압을 유지하기 위해 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 의해 관리될 수 있으며, 배터리 관리 시스템에 의해 일정한 전압을 방출할 수 있다.
예를 들어, 배터리 관리 시스템은, 배터리(205)의 전압(Vbat)을 검출하고, 이를 전자 제어부(미도시), 또는 모터 구동장치(200) 내의 인버터 제어부(250)에 전달할 수 있으며, 배터리 전압(Vbat)이 하한치 이하로 하강하는 경우, 모터 구동장치(200) 내의 커패시터(C)에 저장된 직류 전원을 배터리로 공급할 수 있다. 또한, 배터리 전압(Vbat)이 상한치 이상으로 상승하는 경우, 모터 구동장치(200) 내의 커패시터(C)에 직류 전원을 공급할 수도 있다.
배터리(205)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
모터 구동장치(200)는 배터리(205)로부터 전원입력케이블(120)에 의해서 직류전원을 공급받는다. 모터 구동장치(200)는 배터리(205)로부터 받는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 모터(250)에 공급한다. 변환되는 교류전원은 삼상교류전원이 바람직하다. 모터 구동장치(200)는 모터 구동장치(200)에 구비된 삼상출력케이블(125)을 통하여 모터(250)에 삼상 교류전원을 공급한다.
도 1의 모터 구동장치(200)는 세 개의 케이블로 구성된 삼상 출력케이블(125)을 도시하였으나, 단일의 케이블 내에 세 개의 케이블이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)에 대해서는 도 3 이하에서 후술한다.
모터(250)는, 회전하지 않고 고정되는 고정자(130)와, 회전하는 회전자(135)를 포함한다. 모터(250)는 입력케이블(140)이 구비되어 모터 구동장치(200)에서 공급되는 교류전원을 인가 받는다. 모터(250)는, 예를 들어, 삼상 모터일 수 있으며, 각상의 고정자의 코일에 전압 가변/주파수 가변의 각상 교류 전원이 인가되는 경우, 인가되는 주파수에 기초하여, 회전자의 회전 속도가 가변하게 된다.
모터(250)는, 유도 모터(induction motor), BLDC 모터(blushless DC motor), 릴럭턴스 모터(reluctance motor) 등 다양한 형태가 가능하다.
한편, 모터(250)의 일측에는 구동기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동기어는 모터(250)의 회전에너지를 기어비에 기초하여, 변환시킨다. 구동기어에서 출력되는 회전에너지는 앞바퀴(150) 및/또는 뒷바퀴(155)에 전달되어 차량(100)이 움직이도록 한다.
전륜현가장치(160) 및 후륜현가장치(165)는 차체에 대하여 각각 앞바퀴(150) 및 뒷바퀴(155)를 지지한다. 전륜현가장치(160) 및 후륜현가장치(165)의 상하방향은 스프링 또는 감쇠기구에 의해 지지하여, 노면의 진동이 차체에 닿지 않도록 한다.
앞바퀴(150)에는 조향장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 조향장치는 차량(100)을 운전자가 의도하는 방향으로 주행시키기 위하여 앞바퀴(150)의 방향을 조절하는 장치이다.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 차량(100)은, 차량 전반의 전자 장치들의 제어를 위한 전자 제어부(Electronic Controller)를 더 포함할 수 있다. 전자 제어부(미도시)는, 각 장치들이 동작, 표시 등을 할 수 있도록 제어한다. 또한, 상술한 배터리 관리 시스템을 제어할 수도 있다.
또한, 전자 제어부(미도시)는, 차량(100)의 경사각 검출하는 경사각 검출부(미도시), 차량(100)의 속도를 검출하는 속도 검출부(미도시), 브레이크 페달의 동작에 따른 브레이크 검출부(미도시), 악셀 페달의 동작에 따른 악셀 검출부(미도시) 등으로부터의 검출 신호에 기초하여, 다양한 운전 모드(주행 모드, 후진 모드, 중립 모드, 및 주차 모드 등)에 따른 운전 지령치치를 생성할 수 있다. 이때의 운전 지령치치는, 예를 들어, 토크 지령치치 또는 속도 지령치치일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량(100)은, 배터리 및 모터를 이용한 순수 전기 차량은, 물론, 엔진을 사용하면서, 배터리 및 모터를 이용하는 하이브리드 전기 차량을 포함하는 개념일 수 있다. 이때, 하이브리드 전기 차량은, 배터리와 엔진 중 적어도 어느 하나를 선택 가능한 절환 수단, 및 변속기를 더 구비할 수도 있다. 한편, 하이브리드 전기 차량은, 엔진에서 출력되는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하여 모터를 구동하는 직렬 방식과, 엔진에서 출력되는 기계 에너지와 배터리에서의 전기 에너지를 동시에 이용하는 병렬 방식으로 나뉠 수 있다.
도 2는 도 1의 전기 차량의 내부 블록도의 일예이다.
차량(100)은, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 제어부(170), 구동부(200)를 구비할 수 있다.
입력부(120)는, 조작 버튼, 키 등을 구비하며, 차량(100)의 전원 온/오프, 동작 설정 등을 위한 입력 신호를 출력할 수 있다.
통신부(130)는, 주변 기기, 예를 들어, 원격제어장치 또는 이동 단말기(600)와, 유선 또는 무선으로 데이터를 교환하거나, 원격지의 서버 등과, 무선으로 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들어, 4G 또는 5G 등의 이동 통신, 적외선(IR) 통신, RF 통신, 블루투스 통신, 지그비 통신, WiFi 통신 등을 수행할 수 있다.
한편, 차량(100)의 메모리(140)는, 차량(100)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 구동부(200)의 동작시의 동작 시간, 동작 모드 등에 대한 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 차량(100)의 메모리(140)는, 차량의 소비 전력 정보, 추천 운전 정보, 현재 운전 정보, 관리 정보를 포함하는 관리 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 차량(100)의 메모리(140)는, 차량의 동작 정보, 운전 정보, 에러 정보를 포함하는 진단 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(170)는, 차량(100) 내의 각 유닛을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 구동부(200) 등을 제어할 수 있다.
구동부(200)는, 모터(250)를 구동하기 위해, 구동부로서, 모터 구동장치라 명명될 수도 있다.
구동부(200)에 대해서는, 도 3을 참조하여 기술한다.
도 3은 도 2의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)는, 모터(250)를 병렬 구동하기 위한 구동장치로서, 복수의 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)를 구비하고, 모터(250)에 제1 교류 전원을 출력하는 제1 인버터(420)와, 복수의 스위칭 소자(Su~Sw,S'u~S'w)를 구비하고, 모터(250)에 제2 교류 전원을 출력하는 제2 인버터(425)와, 제1 및 제2 인버터(420, 425)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 포함하고, 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다. 또한, 인버터 제어부(430)에 각종 저장된 데이터를 제공하는 메모리(270)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 모터(250)는, 제1 및 제2 인버터(420, 425)에 의해 병렬 구동되는 6상 모터일 수 있다.
한편, 모터(250)를 병렬 구동하는 경우, 대체적으로 dc단 커패시터의 손실이 감소되어, 수명이 연장될 수 있으며, 그 부피 및 무게를 저감할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 제1 및 제2 인버터(420, 425)를 이용하여, 모터(250)를 병렬 구동할 때, 제1 및 제2 인버터(420, 425) 사이의 위상 차이인 인터리빙 각도가 고정인 경우, dc단 커패시터의 흐르는 dc단 전류의 리플이 커질 수 있으며, 결국, dc단 커패시터의 수명이 오히려 줄어드는 단점이 있다.
본 발명에서는, 이러한 점을 해결하기 위해, 모터(250)를 병렬 구동하는 경우, 제1 및 제2 인버터(420, 425) 사이의 위상 차이인 인터리빙 각도가 가변되도록 한다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시, dc단 커패시터에 흐르는, dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다. 또한, dc단 전류의 리플을 최소화에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 커패시터의 수명을 연장할 수 있게 된다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른, 인버터 제어부(430)는, 모터(250)의 동작에 따라, 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425) 사이의 인터리빙 각도(k)가 가변되도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터(250)의 속도 및 토크에 기초하여, 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425)의 캐리어 주파수의 위상 차이인 인터리빙 각도(k)를 설정하고, 설정된 인터리빙 각도(k)에 따라, 제1 및 제2 인버터(420, 425)를 구동할 수 있다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터(250) 구동을 위한 전압 또는 전류에 기초하여, 복수의 인터리빙 각도(k)를 연산하고, 모터(250)의 속도 및 토크에 기초하여, 복수의 인터리빙 각도(k) 중 어느 하나를, 인터리빙 각도(k)로 설정할 수 있다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 인버터 제어부(430)는, 모터(250)의 동작에 따라, 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425)에 각각 인가되는 게이트 구동 신호 사이의 위상 차이가 가변되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다. 또한, dc단 전류의 리플을 최소화에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 커패시터의 수명을 연장할 수 있게 된다.
모터 구동장치(200)의 자세한 동작에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)는,제1 인버터(420), 제2 인버터(425), 인버터 제어부(430), 제1 출력전류 검출부(Ea), 제2 출력전류 검출부(Eb), dc단 전압 검출부(Vdc), 위치 검출 센서(105)를 포함할 수 있다.
dc단 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 저장한다. 도면에서는, dc단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, dc단 커패시터(C)에 공급되는 입력 전원은, 배터리(205)에 저장된 전원 또는 컨버터(미도시)에서 레벨 변환된 전원일 수 있다.
한편, dc단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
제1 인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)를 구비하고, 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)의 온/오프 동작에 의해 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(Va,Vb,Vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(250)에 출력할 수 있다.
제1 인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
제1 인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 제1 인버터 스위칭 제어신호(Sica)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(250)에 출력되게 된다.
제2 인버터(425)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(Vu,Vv,Vw)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(250)에 출력할 수 있다.
제2 인버터(425)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Su,Sv,Sw) 및 하암 스위칭 소자(S'u,S'v,S'w)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Su&S'u,Sv&S'v,Sw&S'w)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Su,S'u,Sv,S'v,Sw,S'w)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
제2 인버터(425) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sicb)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(250)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 제1 인버터(420) 및 제2 인버터(425)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 출력전류 검출부(Ea,Eb)에서 검출되는 제1 및 제2 출력전류(ioa,iob)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 제1 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 제1 인버터 스위칭 제어신호(Sica)를 제1 인버터(420)의 각 게이트 단자에 출력할 수 있다. 이에 따라, 제1 인버터 스위칭 제어신호(Sica)는, 게이트 구동 신호라 명명할 수도 있다.
한편, 제1 인버터 스위칭 제어신호(Sica)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 제1 출력전류 검출부(Ea)에서 검출되는 출력전류(ioa)을 기초로 생성되어 출력된다.
인버터 제어부(430)는, 제2 인버터(425)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sicb)를 제2 인버터(425)의 각 게이트 단자에 출력할 수 있다. 이에 따라, 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sicb)는, 게이트 구동 신호라 명명할 수도 있다.
한편, 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sicb)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 제2 출력전류 검출부(Eb)에서 검출되는 출력전류(iob)을 기초로 생성되어 출력된다.
제1 및 제2 출력전류 검출부(Ea,Eb)는, 제1 인버터(420)와 삼상 모터(250) 사이 또는 제2 인버터(425)와 삼상 모터(250) 사이에 흐르는 제1 및 제2 출력전류(ioa,iob)를 검출한다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다.
제1 및 제2 출력전류 검출부(Ea,Eb)는 각 상의 출력 전류(i,ib,ic 또는 iu, iv, iw)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
제1 및 제2 출력전류 검출부(Ea,Eb)는 제1 인버터(420)와 모터(250) 사이 또는 제2 인버터(425)와 모터(250)에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
검출된 제1 및 제2 출력전류(ioa,iob)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 제1 및 제2 출력전류(ioa,iob)에 기초하여 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어신호(Sica,Sicb)가 생성된다.
한편, 삼상 모터(250)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(250)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
도 5는 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 5의 인버터 제어부(430)는, 제1 및 제2 출력 전류 검출부(420a,425a)로부터, 검출되는 제1 및 제2 출력 전류(ioa,iob)를 입력받고, 위치 검출 센서(105)로부터 모터(250)의 회전자 위치 정보(θ)를 수신할 수 있다.
위치 검출 센서(105)는, 모터(250)의 회전자의 자극 위치(θ)를 검출할 수 있다. 즉, 위치 검출 센서(105)는, 모터(250)의 회전자의 위치를 검출할 수 있다.
이를 위해, 위치 검출 센서(105)는, 인코더(encoder)나 리졸버(resolver) 등을 포함할 수 있다.
다음의 설명에서 사용 좌표계와 좌표축에 대해 여기에서 정의한다.
αβ 좌표계는, 고정축인 α와 β 축을 축으로 하는 이차원 고정 좌표계이다. α 및 β 축은 서로 직교하며, β 축은 α 축으로부터 전기각 90˚ 만큼 앞선다.
dq 좌표계는 회전축인 d와 q축 축으로 하는 이차원 회전 좌표계이다. 모터(250)의 영구 자석이 만드는 자속의 회전 속도와 같은 속도로 회전하는 회전 좌표계에서 영구 자석이 만드는 자속의 방향에 따른 축이 d축이며, d축에서 전기각 90˚ 위상이 앞선 축이 q축이다.
도 5를 참조하면, 인버터 제어부(230)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 제1 및 제2 출력 전류 검출부(Ea, Eb)에서 검출된 삼상 출력 전류(iaa,iba,ica 또는 iab,ibb,icb)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 변환된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치()를 추정한다. 또한, 추정된 회전자 위치()에 기초하여, 연산된 속도()를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 목표 속도(ω)에 기초하여, 속도 지령치(ω* r)를 연산하며, 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도()와 목표 속도(ω)의 차이인 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, PI 제어기(435)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(444)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(448)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치()와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치()가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 생성하여 출력할 수 있다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 제1 및 제2 인버터(220a,220b) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 제1 및 제2 인버터(220a,220b) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425) 사이의 인터리빙 각도(k)가 가변되는, 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 생성하여 출력할 수 있다.
특히, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, dc단 전류의 리플을 최소화되는 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425) 사이의 인터리빙 각도(k)로 구동되도록, 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 생성하여 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 현재 모터(250)의 동작 상태에 따라, dc단 전류의 리플을 최소화되는 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425) 사이의 인터리빙 각도(k)로 구동되도록, 제1 및 제2 인버터 스위칭 제어 신호(Sica,Sicb)를 생성하여 출력할 수 있다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
특히, 실시간으로, 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425) 사이의 인터리빙 각도(k)를 연산함으로써, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
도 6은 도 3의 제1 인버터와 제2 인버터 사이의 인터리빙 각도를 예시하는 도면이다.
도 6은, 제1 인버터(420)의 구동을 위한 제1 캐리어 주파수(CARa)와 제2 인버터(425)의 구동을 위한 제2 캐리어 주파수(CARb) 사이의 차이인, 인터리빙 각도(k)를 예시한다.
제1 및 제2 인버터(420, 425)를 이용하여, 모터(250)를 병렬 구동할 때, 제1 및 제2 인버터(420, 425) 사이의 위상 차이인 인터리빙 각도(k)가 고정인 경우, dc단 커패시터의 흐르는 dc단 전류의 리플이 커질 수 있으며, 결국, dc단 커패시터의 수명이 오히려 줄어드는 단점이 있다.
본 발명에서는, 이러한 점을 해결하기 위해, 모터(250)를 병렬 구동하는 경우, 제1 및 제2 인버터(420, 425) 사이의 위상 차이인 인터리빙 각도가 가변되도록 한다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시, dc단 커패시터에 흐르는, dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다. 또한, dc단 전류의 리플을 최소화에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 커패시터의 수명을 연장할 수 있게 된다. 이에 대해서는, 도 6 이하를 참조하여 기술한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작방법을 나타내는 순서도이고, 도 8 내지 도 15b는 도 7의 동작방법의 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 인버터 제어부(430)는, 모터(250) 구동을 위한 전압 또는 전류에 기초하여, 복수의 인터리빙 각도(k)를 연산할 수 있다(S710).
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 출력 전류 검출부(Ea)로부터의 제1 출력 전류(ioa)와, 제2 출력 전류 검출부(Eb)로부터의 제2 출력 전류(iob)에 기초하여, 전압 변조 지수(Modulation Index)(M)와, 상전압 상차각(Displacement Angle)(θ)을 연산할 수 있다.
도 8은, 전압 변조 지수(M), 상전압 상차각((θ), dc단 전류(Idc)에 따른, 복수의 인터리빙 각 평면(SFa~SFb)을 예시한다.
전압 변조 지수(M)는, 제1 출력 전류 검출부(Ea)로부터의 제1 출력 전류(ioa)와, 제2 출력 전류 검출부(Eb)로부터의 제2 출력 전류(iob)에 기초하여, 연산될 수 있다.
특히, 전압 변조 지수(M)는, 연산된 d축 전압(Vd)와 q축 전압(Vq)에 비례하고, dc단 전압(Vdc)에 반비례할 수 있다.
한편, 상전압 상차각((θ)은, 연산된 d축 전압(Vd)와 q축 전압(Vq) 사이에 형성되는 각도를 나타낼 수 있다.
다음, 인버터 제어부(430)는, 모터(250)의 속도 및 토크에 기초하여, 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425)의 캐리어 주파수의 위상 차이인 인터리빙 각도(k)를 결정할 수 있다(S720).
다음, 인버터 제어부(430)는, 설정된 인터리빙 각도(k)에 따라, 제1 및 제2 인버터(420, 425)를 구동할 수 있다(S730). 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 모터(250)의 동작에 따라, 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425) 사이의 인터리빙 각도(k)가 가변되도록 제어하고, 설정된 인터리빙 각도(k)에 따라, 제1 및 제2 인버터(420, 425)를 구동할 수 있다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 전압 변조 지수(M), 상전압 상차각((θ), dc단 전류(Idc)에 따른, 복수의 인터리빙 각 평면(SFa~SFb) 중 현재 모터(250)의 동작 상태에 따른, 최적 인터리빙 각 평면을 선택할 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(430)는, dc단 전류의 리플이 최소가 되도록 하기 위해, 모터(250)의 속도 및 토크에 기초하여, 복수의 인터리빙 각 평면(SFa~SFb) 중 어느 하나의 각 평면을, 최적 인터리빙 각 평면을 선택할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 복수의 인터리빙 각 평면(SUma,Suoa,SUia) 내에, 각각 사용 빈도가 높은 운전 영역(Ara)을 표시하는 도면이다.
도 9d는 최적 인터리빙 각 평면(Tsa)을 예시하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c의 사용 빈도가 높은 운전 영역(Ara)은, 도 9d와 같이, 대략, 제1 토크(Tm)와 제2 토크(Tn) 사이인 것을 알 수 있다.
한편, 제1 토크(Tm)와 제2 토크(Tn) 사이에, 모터(250)의 속도와 토크에 따라, 복수의 영역(S1~S5)으로 구분되며, 각 영역에 따라, 인터리빙 각도가 달라질 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 복수의 인터리빙 각 평면(SUmb,Suob,SUib) 내에, 각각 사용 빈도가 낮은 운전 영역(Arb,Arc)을 표시하는 도면이다.
도 10d는 최적 인터리빙 각 평면(Tsb)을 예시하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c의 사용 빈도가 낮은 운전 영역(Arb,Arc)은, 도 10d와 같이, 대략, 제2 토크(Tn) 초과인 영역 또는 제1 토크(Tm) 미만인 영역에 대응할 수 있다.
한편, 제2 토크(Tn) 초과인 영역(Arb)은 하나의 영역(S6)으로 구분될 수 있으며, 제1 토크(Tm) 미만인 영역(Arc)은 모터(250)의 속도와 토크에 따라, 복수의 영역(S7~S8)으로 구분되며, 각 영역에 따라, 인터리빙 각도가 달라질 수 있다.
도 11은, 도 9d의 사용 빈도가 높은 운전 영역(Ara)에 대한 최적 인터리빙 각 평면(Tsa)과, 도 10d의 사용 빈도가 낮은 운전 영역(Arb,Arc)에 대한 최적 인터리빙 각 평면(Tsb)이 합쳐져, 최종 인터리빙 각 평면(Tsf)이 생성되는 것을 예시한다.
이러한, 최종 인터리빙 각 평면(Tsf)은, 오프 라인에서 미리 생성되어, 메모리(270)에 저장된 것일 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 최종 인터리빙 각 평면(Tsf)을 이용하여, 모터의 실시간 속도 및 토크를 이용하여, 최적의 인터리빙 각도를 연산할 수 있다.
도 12는, 현재 모터(250)의 속도 및 토크에 의한 일 지점(pta)을 예시한다.
한편, 도 12의 최종 인터리빙 각 평면(Tsf) 내의 일 지점은, 현재 모터(250)의 속도 및 토크에 의해, 실시간으로 가변될 수 있다.
예를 들어, 모터(250)의 토크가, 제1 토크(Tm)와 제2 토크(Tn) 사이이며, 모터(250)의 속도가 증가할 수 있다. 이에 대해서는, 도 13a 내지 도 13b를 참조하여 설명한다.
인버터 제어부(430)는, 도 13a와 같이, 모터(250)의 토크가, 제1 토크(Tm)와 제2 토크(Tn) 사이이며, 모터(250)의 속도가 증가하는 경우, 도 13a에 표시된, 복수의 영역(S1~S5)에 기초하여, 인터리빙 각도가 달라질 수 있다.
예를 들어, 도면과 같이, 모터(250)의 토크가, 제1 토크(Tm)와 제2 토크(Tn) 사이이며, 모터(250)의 속도가 증가하는 경우, S1 내지 S5 영역을 순차적으로 지나게 된다.
따라서, 인버터 제어부(430)는, 도 13b와 같이, 제1 인터리빙 각도(Lvo), 제1 인터리빙 각도(Lvo) 보다 작은 제4 인터리빙 각도(Lv5), 제1 인터리빙 각도 보다 큰 제2 인터리빙 각도(Lv6), 제2 인터리빙 각도(Lv6) 보다 작은 제3 인터리빙 각도(Lv7), 제3 인터리빙 각도(Lv7) 보다 작은 제5 인터리빙 각도(Lv8)로 구동되도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 도면과 같이, 모터(250)의 토크가, 제1 토크(Tm)와 제2 토크(Tn) 사이이며, 특히, 도 13a 보다 약간 큰 토크이며, 모터(250)의 속도가 증가하는 경우, S1, S2, S4 영역을 순차적으로 지나게 된다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 인터리빙 각도(k)가, 제1 인터리빙 각도(Lvo), 제1 인터리빙 각도 보다 큰 제2 인터리빙 각도(Lv6), 제2 인터리빙 각도(Lv6) 보다 작은 제3 인터리빙 각도(Lv7)로, 순차적으로 구동되도록 제어할 수 있다.
한편, 도 13a가 다시 수행되는 경우, 인버터 제어부(430)는, 인터리빙 각도(k)가, 제1 인터리빙 각도(Lvo)와 제2 인터리빙 각도(Lv6) 사이에, 제1 인터리빙 각도(Lvo) 보다 작은 제4 인터리빙 각도(Lv5)로, 더 구동되도록 제어할 수 있다.
또한, 인버터 제어부(430)는, 제3 인터리빙 각도(Lv7) 이후, 제3 인터리빙 각도(Lv7) 보다 작은 제5 인터리빙 각도(Lv8)로 더 구동되도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 모터(250)의 현재 속도 밑 토크에 따라, 병렬 인버터(420,425) 사이의 인터리빙 각(k)을 가변함으로써, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
또한, dc단 전류의 리플을 최소화에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 커패시터(C)의 수명을 연장할 수 있게 된다.
다른 예로, 모터(250)의 토크가, 제2 토크(Tn) 초과이며, 모터(250)의 속도가 증가할 수 있다. 이에 대해서는, 도 14a 내지 도 14b를 참조하여 설명한다.
인버터 제어부(430)는, 도 14a와 같이, 모터(250)의 토크가, 제2 토크(Tn) 초과이며, 모터(250)의 속도가 증가하는 경우, 단일 영역(S6)에 따라, 도 14b에 표시된 바와 같이, 인터리빙 각도(k)가, 일정하도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 모터(250)의 토크가, 제1 토크(Tm) 미만이며, 모터(250)의 속도가 증가할 수 있다. 이에 대해서는, 도 15a 내지 도 15b를 참조하여 설명한다.
인버터 제어부(430)는, 도 15a와 같이, 모터(250)의 토크가, 제1 토크(Tm) 미만이며, 모터(250)의 속도가 증가하는 경우, 도 15a에 표시된, 복수의 영역(S7~S8)에 기초하여, 인터리빙 각도가 달라질 수 있다.
예를 들어, 도면과 같이, 모터(250)의 토크가, 제1 토크(Tm) 미만이며, 모터(250)의 속도가 증가하는 경우, S7 내지 S8 영역을 순차적으로 지나게 된다.
따라서, 인버터 제어부(430)는, 도 13b와 같이, 제6 인터리빙 각도(Lv1)를 유지하다가, 제6 인터리빙 각도(Lv1) 보다 작은 제7 인터리빙 각도(Lv3)로, 구동되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 인버터 제어부(430)는, 모터(250)의 동작에 따라, 제1 인버터(420)와 제2 인버터(425)에 각각 인가되는 게이트 구동 신호 사이의 위상 차이가 가변되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 전류의 리플을 최소화할 수 있게 된다. 또한, dc단 전류의 리플을 최소화에 따라, 병렬 인버터(420,425) 구동시 dc단 커패시터의 수명을 연장할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량은, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량의 동작방법은, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 제1 교류 전원을 출력하는 제1 인버터;
    복수의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 모터에 제2 교류 전원을 출력하는 제2 인버터;
    상기 제1 및 제2 인버터를 제어하는 인버터 제어부;
    상기 제1 및 제2 인버터에 공급되는 직류 전원을 저장하는 dc단 커패시터;
    상기 dc단 커패시터 양단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부;
    상기 제1 인버터에 흐르는 제1 출력 전류를 검출하는 제1 출력 전류 검출부;
    상기 제2 인버터에 흐르는 제2 출력 전류를 검출하는 제2 출력 전류 검출부;를 포함하고,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 모터의 동작에 따라, 상기 제1 인버터와 상기 제2 인버터 사이의 인터리빙 각도가 가변되도록 제어하며,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 출력 전류 검출부로부터의 상기 제1 출력 전류와, 상기 제2 출력 전류 검출부로부터의 상기 제2 출력 전류에 기초하여, 전압 변조 지수와, 상전압 상차각을 연산하고,
    상기 연산된 전압 변조 지수, 상기 상전압 상차각에 기초하여 복수의 인터리빙 각 평면 중 어느 하나의 인터리빙 각 평면을 선택하고,
    상기 선택된 인터리빙 각 평면, 상기 모터의 실시간 속도 및 토크를 이용하여, 상기 인터리빙 각도를 설정하고, 상기 설정된 인터리빙 각도에 따라, 상기 제1 및 제2 인버터를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 모터 구동을 위한 전압 또는 전류에 기초하여, 복수의 인터리빙 각도를 연산하고, 상기 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 상기 복수의 인터리빙 각도 중 어느 하나를, 상기 인터리빙 각도로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 dc단 전압에 기초하여, 상기 복수의 인터리빙 각도를 연산하며,
    상기 모터의 속도 및 토크에 기초하여, 상기 복수의 인터리빙 각도 중 어느 하나의 인터리빙 각도를 선택하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 모터의 토크가, 제1 토크와 제2 토크 사이이며, 상기 모터의 속도가 증가하는 경우, 상기 인터리빙 각도가, 제1 인터리빙 각도, 상기 제1 인터리빙 각도 보다 큰 제2 인터리빙 각도, 상기 제2 인터리빙 각도 보다 작은 제3 인터리빙 각도로, 순차적으로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 모터의 토크가, 제1 토크와 제2 토크 사이이며, 상기 모터의 속도가 증가하는 경우, 상기 인터리빙 각도가, 상기 제1 인터리빙 각도와 상기 제2 인터리빙 각도 사이에, 상기 제1 인터리빙 각도 보다 작은 제4 인터리빙 각도로, 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 모터의 토크가, 제1 토크와 제2 토크 사이이며, 상기 모터의 속도가 증가하는 경우, 상기 인터리빙 각도가, 상기 제3 인터리빙 각도 이후, 상기 제3 인터리빙 각도 보다 작은 제5 인터리빙 각도로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 모터의 토크가, 상기 제2 토크 초과이며, 상기 모터의 속도가 증가하는 경우, 상기 인터리빙 각도가, 일정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 모터의 토크가, 상기 제1 토크 미만이며, 상기 모터의 속도가 증가하는 경우, 상기 인터리빙 각도가, 제6 인터리빙 각도를 유지하다가, 상기 제6 인터리빙 각도 보다 작은 제7 인터리빙 각도로, 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 및 제2 출력 전류에 기초하여, 상기 모터의 속도를 연산하는 속도 연산부;
    상기 연산된 속도에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 생성된 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;
    상기 생성된 전압 지령치에 기초하여, 상기 제1 및 제2 인버터에 각각 출력되는 제1 및 제2 인버터 스위치 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 제1 및 제2 인버터에 의해 구동되는 6상 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  12. 삭제
  13. 제1항, 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항의 모터 구동장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량.
KR1020180001390A 2018-01-04 2018-01-04 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량 KR102011831B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180001390A KR102011831B1 (ko) 2018-01-04 2018-01-04 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180001390A KR102011831B1 (ko) 2018-01-04 2018-01-04 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190083575A KR20190083575A (ko) 2019-07-12
KR102011831B1 true KR102011831B1 (ko) 2019-10-14

Family

ID=67254105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180001390A KR102011831B1 (ko) 2018-01-04 2018-01-04 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102011831B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112953351B (zh) * 2021-02-18 2023-04-18 中国第一汽车股份有限公司 一种逆变器系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006054992A (ja) * 2004-07-15 2006-02-23 Honda Motor Co Ltd モータ制御装置、コンバータの制御装置及びインバータとコンバータの制御装置
JP2008219956A (ja) 2007-02-28 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corp 電動機駆動制御装置及び電動機
JP2010057243A (ja) 2008-08-27 2010-03-11 Toyota Motor Corp 車両
JP2013031256A (ja) 2011-07-27 2013-02-07 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 同期電動機の駆動装置
JP2014003783A (ja) * 2012-06-18 2014-01-09 Mitsubishi Electric Corp 電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006054992A (ja) * 2004-07-15 2006-02-23 Honda Motor Co Ltd モータ制御装置、コンバータの制御装置及びインバータとコンバータの制御装置
JP2008219956A (ja) 2007-02-28 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corp 電動機駆動制御装置及び電動機
JP2010057243A (ja) 2008-08-27 2010-03-11 Toyota Motor Corp 車両
JP2013031256A (ja) 2011-07-27 2013-02-07 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 同期電動機の駆動装置
JP2014003783A (ja) * 2012-06-18 2014-01-09 Mitsubishi Electric Corp 電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190083575A (ko) 2019-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101568225B1 (ko) 충전 장치, 및 이를 구비하는 전기 차량
JP6062327B2 (ja) インバータ装置および電動車両
JP4045307B1 (ja) 永久磁石同期電動機のベクトル制御装置
US9376025B2 (en) Charging apparatus and electric vehicle including the same
US6771039B2 (en) Motor control apparatus and method
US6515446B1 (en) Motor control apparatus and control method
KR20120000544A (ko) 교류 전기 모터와 제어 인터버를 포함하는 전기 장치 및 상기 장치의 기전력을 측정하기 위한 방법
KR102011831B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량
KR20210090957A (ko) 전력 변환 장치, 및 이를 구비하는 차량
KR20130110555A (ko) 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법
KR101563866B1 (ko) 충전 장치, 및 이를 구비하는 전기 차량
KR20200030973A (ko) 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량
KR20110053092A (ko) 전기 자동차
KR101904374B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 차량
KR101902885B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 차량
KR101563867B1 (ko) 충전 장치, 및 이를 구비하는 전기 차량
JP4178933B2 (ja) 電動機を用いた電力変換装置
US20230155533A1 (en) Motor control device, electric vehicle, and motor control method
JP2006050705A (ja) 電動機制御装置
KR20210091603A (ko) 전력 변환 장치, 및 이를 구비하는 차량
US11967465B2 (en) Film capacitor, power converting device, and vehicle including the same
KR20230052283A (ko) 모터 구동장치, 및 이를 구비하는 차량
KR20210081056A (ko) 모터 구동 장치, 및 이를 구비하는 차량
KR20210090958A (ko) 전력 변환 장치, 및 이를 구비하는 차량
US20240042867A1 (en) Motor control device, electromechanical integrated unit, boost converter system, electric vehicle system, and motor control method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant