KR102192346B1 - Series-Parallel Winding Changeover System and Method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자기적 다단 변속 기능을 가지는 전기구동시스템을 구현한 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템 및 다단 변속 방법에 관한 것으로, 제1권선 및 제2권선을 구비하는 구동모터; 상기 구동모터의 동작 상태에 대응하여 전원을 변환시켜 상기 구동모터로 공급하는 인버터; 상기 인버터로부터 공급되는 전원이 인가되는 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결해 주기 위해 변속제어신호에 따라 다수 개의 사이리스터의 스위칭을 제어하는 변속부; 및 상기 구동모터의 동작 상태에 따른 변속모드에 따라 상기 변속부의 스위칭을 제어하기 위한 변속제어신호를 생성시켜 상기 변속부로 전달하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a series-parallel circuit-changeable multi-stage transmission system and a multi-stage transmission method implementing an electric drive system having an electromagnetic multi-stage transmission function, comprising: a drive motor having a first winding and a second winding; An inverter converting power in response to an operating state of the driving motor and supplying it to the driving motor; A transmission unit for controlling switching of a plurality of thyristors according to a shift control signal to connect the first winding and the second winding to which power supplied from the inverter is applied in either series or parallel; And a controller for generating a shift control signal for controlling switching of the shifting section according to a shift mode according to an operating state of the driving motor and transmitting the shifting control signal to the shifting section.

Description

직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템 및 다단 변속 방법{Series-Parallel Winding Changeover System and Method thereof}Series-Parallel Winding Changeover System and Method thereof {Series-Parallel Winding Changeover System and Method thereof}

본 발명은 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템 및 다단 변속 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기적 다단 변속 기능을 가지는 전기구동시스템을 구현한 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템 및 다단 변속 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a series-parallel circuit-changeable multi-stage transmission system and a multi-stage transmission method, and more particularly, to a series-parallel circuit-changeable multi-stage transmission system and a multi-stage transmission method implementing an electric drive system having an electromagnetic multi-stage transmission function. will be.

최근 지구환경문제가 범세계적인 관심사가 되면서 선진국을 중심으로 환경규제가 강화되고 있으며, 특히 자동차와 관련 있는 배기가스 규제, 연비 규제 등을 중심으로 더욱 확대되고 있다.Recently, as the global environmental issue has become a global concern, environmental regulations are being strengthened in developed countries, and in particular, it is expanding more particularly in automobile-related exhaust gas regulations and fuel economy regulations.

이에, 소음이 적고 배기가스를 전혀 내지 않는 차세대 자동차로 관심이 이어지고 있는데, 전기자동차는 연료로서 가솔린 엔진과는 달리 전기를 사용하고, 따라서 동력원으로는 축전지가 사용되는 차량으로서, 배기가스의 배출이 전혀 없기 때문에 무공해 차량으로 최근에 각광을 받고 있다.Accordingly, interest is being continued as a next-generation automobile that has low noise and does not emit exhaust gas at all. Electric vehicles use electricity as fuel, unlike gasoline engines, and therefore, as a vehicle in which a storage battery is used as a power source, exhaust gas emission is reduced. Since it is not at all, it has recently been in the spotlight as a pollution-free vehicle.

전기자동차의 1회 충전 주행거리 연장 및 연비 개선을 위해 주요 운전 영역에서의 평균 효율 극대화가 필요하며, 이를 위해 전자기적 다단 변속기능 구현이 필요하다. 또한 전기자동차 구동용 전동기의 주요 운전 영역, 최대 에너지 소비영역에서의 평균 효율 및 정합 영역 극대화를 위한 변속 회로 설계가 필수적이다.In order to extend the mileage and improve fuel efficiency of an electric vehicle, it is necessary to maximize the average efficiency in the main driving area, and for this, it is necessary to implement an electromagnetic multi-speed function. In addition, it is essential to design a transmission circuit for maximizing the average efficiency and matching area in the main driving area and the maximum energy consumption area of the electric motor for driving an electric vehicle.

기존의 다단 변속 회로 중 기계적 스위치로 구성된 변속 시스템은, 끊김 없는 변속이 안 되어 모터 전류 및 토크 단절이 발생하는 문제가 있다.Among the conventional multi-stage transmission circuits, a transmission system composed of a mechanical switch has a problem in that motor current and torque are disconnected due to a non-stop transmission.

전자기적 스위치를 이용하는 변속 시스템은, 대표적으로 △-Y 변환 회로, 중성점 절체식 등이 있다. △-Y 변환 회로는 스위치 도통 손실이 크게 발생하며 변속 시 스위치에 과도 전압이 발생할 수 있는 문제가 있으며, 중성점 절체식의 경우 제어해야 할 스위치 소자는 적지만, 다이오드 정류기와 스위치 도통손실이 크게 발생하여 시스템 효율 저하 문제가 있다.The transmission system using an electromagnetic switch typically includes a Δ-Y conversion circuit, a neutral point switching type, and the like. The △-Y conversion circuit has a large switch conduction loss, and there is a problem that transient voltage may occur in the switch when shifting. In the case of the neutral point switching type, there are few switch elements to be controlled, but the diode rectifier and switch conduction loss are large. Therefore, there is a problem of lowering system efficiency.

한국공개특허 제10-2015-0123541호Korean Patent Publication No. 10-2015-0123541 한국등록특허 제10-1251909호Korean Patent Registration No. 10-1251909

본 발명의 일측면은 전기자동차 구동용 전동기의 주요 운전 영역에서 효율 극대화를 위한 직병렬회로 변경 변속 회로를 제공한다.An aspect of the present invention provides a series-parallel circuit change speed change circuit for maximizing efficiency in a main driving area of a motor for driving an electric vehicle.

본 발명의 일측면은 기존 기계적 스위치를 이용한 변속 시스템에서 변속 시 발생하는 모터 전류 및 토크 단절 문제가 안 생기도록 전자기적 스위치(Thyristor)를 이용하여 구성된 변속 회로를 제공한다.One aspect of the present invention provides a shift circuit configured using an electromagnetic switch (Thyristor) so that the problem of motor current and torque disconnection occurring during shifting in a shift system using a conventional mechanical switch does not occur.

본 발명의 일측면은 변속 시 과도 상태가 없는 전환이 가능하여 별도의 스너버 회로가 필요하지 않으며, 도통 손실이 작아 전기자동차의 연비 향상 및 경량화된 변속 회로를 제공한다.One aspect of the present invention provides a shifting circuit that is capable of switching without a transient state during shifting, and thus does not require a separate snubber circuit, and has a small conduction loss, thereby improving fuel efficiency and lightweighting of an electric vehicle.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템은, 제1권선 및 제2권선을 구비하는 구동모터; 상기 구동모터의 동작 상태에 대응하여 전원을 변환시켜 상기 구동모터로 공급하는 인버터; 상기 인버터로부터 공급되는 전원이 인가되는 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결해 주기 위해 변속제어신호에 따라 다수 개의 사이리스터의 스위칭을 제어하는 변속부; 및 상기 구동모터의 동작 상태에 따른 변속모드에 따라 상기 변속부의 스위칭을 제어하기 위한 변속제어신호를 생성시켜 상기 변속부로 전달하는 제어부를 포함한다.In accordance with an embodiment of the present invention, there is provided a multi-stage transmission system of a series-to-parallel circuit, comprising: a drive motor having a first winding and a second winding; An inverter converting power in response to an operating state of the driving motor and supplying it to the driving motor; A transmission unit for controlling switching of a plurality of thyristors according to a shift control signal to connect the first winding and the second winding to which power supplied from the inverter is applied in either series or parallel; And a controller for generating a shift control signal for controlling switching of the shifting section according to a shift mode according to an operating state of the driving motor and transmitting the shifting control signal to the shifting section.

일 실시예에서, 상기 변속부는, 상기 제1권선의 일측에 직렬로 연결 설치되어 스위칭되는 제1사이리스터; 상기 제2권선의 다른 일측에 직렬로 연결 설치되어 스위칭되는 제2사이리스터; 및 상기 제1권선과 상기 제1사이리스터의 사이로부터 상기 제2권선과 상기 제2사이리스터의 사이로 연결 설치되어 스위칭되는 제3사이리스터를 포함한다.In an embodiment, the transmission unit includes: a first thyristor connected in series and switched to one side of the first winding; A second thyristor connected in series to the other side of the second winding and switched; And a third thyristor connected and installed between the first winding and the first thyristor and between the second winding and the second thyristor and switched.

일 실시예에서, 상기 구동모터는, 상기 변속부의 스위칭에 의해 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결되는 상기 제1권선과 상기 제2권선을 각각 구비하는 제1변속회로 및 제2변속회로를 포함할 수 있다.In one embodiment, the driving motor may include a first transmission circuit and a second transmission circuit each having the first winding and the second winding connected in either series or parallel by switching of the transmission unit. have.

일 실시예에서, 상기 변속부는, 상기 구동모터가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주고, 상기 구동모터가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, the transmission unit connects the first winding and the second winding in series when the driving motor is in a first transmission mode according to a low-speed operation state, and the driving motor is In the case of the shift mode, the first winding and the second winding may be connected in parallel.

일 실시예에서, 상기 변속부는, 상기 구동모터가 제1변속모드일 경우 상기 제1사이리스터 및 상기 제2사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 제2변속모드일 경우 상기 제3사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, the transmission unit, when the driving motor is in the first transmission mode, the first thyristor and the second thyristor are switched off to connect the first winding and the second winding in series, and the driving When the motor is in the second shift mode, the third thyristor is switched-off to connect the first winding and the second winding in parallel.

일 실시예에서, 상기 변속부는, 상기 구동모터가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 상기 제1변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주고, 상기 제2변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 상기 제1변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해주고, 상기 제2변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 제1변속모드일 경우 상기 제1변속회로 및 상기 제2변속회로 각각의 제1사이리스터 및 제2사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 제2변속모드일 경우 상기 제1변속회로 및 상기 제2변속회로 각각의 제3사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, the transmission unit connects the first winding and the second winding of the first transmission circuit in series when the driving motor is in a first transmission mode according to a low-speed operation state, and the second transmission circuit The first winding and the second winding of are connected in series, and when the driving motor is in a second shift mode according to a high-speed operation state, the first winding and the second winding of the first transmission circuit are connected in parallel. And connects the first winding and the second winding of the second transmission circuit in parallel, and when the driving motor is in the first transmission mode, a first thyristor of each of the first transmission circuit and the second transmission circuit, and The second thyristor is switched off to connect the first winding and the second winding in series, and when the driving motor is in the second transmission mode, the third thyristor of each of the first transmission circuit and the second transmission circuit By switching-off, the first winding and the second winding may be connected in parallel.

일 실시예에서, 상기 변속부는, 정상 상태에서의 스위칭 동작은 전류 주기에 따라 상기 제1사이리스터, 상기 제2사이리스터 또는 상기 제3사이리스터를 저속 스위칭해 주며, 변속 시의 스위칭 동작은 변속제어신호가 입력된 지점으로부터의 다음 제로 크로싱(zero-crossing) 지점에서 상기 제1사이리스터, 상기 제2사이리스터 또는 상기 제3사이리스터를 스위칭해 주며, 상기 구동모터가 상기 인버터로부터 3상 전원을 공급 받을 경우, 각 상에 각각 연결 설치되어 3상 회로를 구성할 수 있다.In one embodiment, the transmission unit, in a switching operation in a normal state, switches the first thyristor, the second thyristor, or the third thyristor at a low speed according to a current period, and the switching operation at the time of shifting is performed by a shift control signal. The first thyristor, the second thyristor, or the third thyristor is switched at the next zero-crossing point from the input point, and when the driving motor receives three-phase power from the inverter, each Each phase is connected and installed to form a three-phase circuit.

본 발명의 다른 실시예에 따른 직병렬회로 변경식 다단 변속 방법은, 주행 중인 차량의 토크 및 속도를 입력받는 단계; 입력받은 토크 또는 속도가 변속임계값을 초과하였는지를 판단하는 단계; 입력받은 토크 또는 속도가 변속임계값을 초과한 경우 이에 대응하여 변속부의 스위칭을 제어하기 위한 변속제어신호를 생성하는 단계; 및 변속부에서 변속제어신호에 따라 다수 개의 사이리스터의 스위칭이 제어되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결해 구동모터를 변속시켜 주는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a multi-stage shifting method of a series-to-parallel circuit may include: receiving a torque and a speed of a driving vehicle; Determining whether the input torque or speed exceeds a shift threshold; Generating a shift control signal for controlling switching of a shifting unit in response to the received torque or speed exceeding the shift threshold; And a step of controlling the switching of the plurality of thyristors according to the shift control signal in the transmission unit to connect the first winding and the second winding in either series or parallel to change the driving motor.

일 실시예에서, 상기 변속시켜 주는 단계는, 상기 구동모터가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 상기 변속부의 제1권선과 제2권선을 직렬로 연결해 줄 수 있다.In an exemplary embodiment, in the shifting step, when the driving motor is in a first shift mode according to a low-speed operation state, the first winding and the second winding of the transmission may be connected in series.

일 실시예에서, 상기 변속시켜 주는 단계는, 상기 구동모터가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 상기 변속부의 제1권선과 제2권선을 병렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 제1변속모드일 경우 제1사이리스터 및 제2사이리스터가 스위칭-오프되어 제1권선과 제2권선을 직렬로 연결해 주고, 상기 구동모터가 제2변속모드일 경우 제3사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, in the step of shifting, when the driving motor is in a second transmission mode according to a high-speed operation state, the first winding and the second winding of the transmission unit are connected in parallel, and the driving motor is the first transmission. In the mode, the first thyristor and the second thyristor are switched off to connect the first and second windings in series, and when the driving motor is in the second shift mode, the third thyristor is switched off and the first winding is switched off. And the second winding may be connected in parallel.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 전기자동차의 1회 충전으로 주행거리 연장 및 연비 향상을 위하여 주요 운전 영역에서의 평균 효율을 극대화할 수 있다.According to one aspect of the present invention described above, the average efficiency in the main driving area can be maximized in order to extend the mileage and improve fuel economy with one charge of the electric vehicle.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 사이리스터(Thyristor)를 이용하여 직병렬 변속 회로를 구성하여 과도상태 없고 끊김 없는 변속이 가능하여 추가적인 스너버 회로를 필요로 하지 아니할 수 있다.According to one aspect of the present invention described above, a series-parallel transmission circuit is configured using a thyristor, so that there is no transient state and a seamless transmission is possible, so that an additional snubber circuit may not be required.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 낮은 스위치 손실로 인해 AC전동기 시스템의 고효율 및 경량화를 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention described above, it is possible to provide high efficiency and weight reduction of an AC motor system due to low switch loss.

도 1은 종래의 중성점철체식 변속 회로를 설명하는 그림이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 4는 2단 변속 시스템의 T-N곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2에 있는 변속부를 설명하는 회로도이다.
도 6은 변속 모드에 따른 권선의 연결을 설명하는 회로도이다.
도 7은 제1권선과 제2권선이 직렬 연결에서 병렬 연결로 변속되는 경우의 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 제1권선과 제2권선이 병렬 연결에서 직렬 연결로 변속되는 경우의 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 7 또는 도 8의 변속 시점을 설명하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직병렬회로 변경식 다단 변속 방법을 설명하는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 12 및 도 13은 변속 모드에 따른 권선의 연결을 설명하는 회로도이다.1 is a diagram illustrating a conventional neutral point convex transmission circuit.
2 and 3 are diagrams showing a schematic configuration of a multi-stage transmission system for changing a series-parallel circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a TN curve of a two-speed system.
5 is a circuit diagram illustrating a transmission unit in FIG. 2.
6 is a circuit diagram illustrating the connection of the windings according to the shift mode.
7 is a graph showing a change in current when a first winding and a second winding are shifted from a serial connection to a parallel connection.
8 is a graph showing a change in current when a first winding and a second winding are shifted from a parallel connection to a series connection.
9 is a graph illustrating a shift point of FIG. 7 or 8.
10 is a flowchart illustrating a multi-speed shifting method of a series-parallel circuit change type according to another embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing a schematic configuration of a multi-stage transmission system of a series-parallel circuit change type according to another embodiment of the present invention.
12 and 13 are circuit diagrams for explaining the connection of the windings according to the shift mode.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description of the present invention to be described later refers to the accompanying drawings, which illustrate specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in detail sufficient to enable a person skilled in the art to practice the present invention. It is to be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other, but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. In addition, it is to be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over several aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 종래의 중성점철체식 변속 회로를 설명하는 그림이다.1 is a diagram illustrating a conventional neutral point convex transmission circuit.

도 1과 같은 종래의 중성점철체식 변속 회로는, 실도로 운전 영역에서의 고효율 영역 범위를 증가시키기 위해 고안되었는데, 적은 수의 IGBT와 다이오드 정류기만을 사용하여 기존 기계적 스위치의 제한된 수명 문제를 해결하고, 변속 시간을 단축시킬 수 있다.The conventional neutral point iron body type transmission circuit as shown in FIG. 1 is designed to increase the range of the high-efficiency area in the real road driving area, and solves the limited life problem of the existing mechanical switch by using only a small number of IGBTs and diode rectifiers, The shifting time can be shortened.

그러나, 상술한 종래의 중성점절체식 변속 회로는, 변속 회로 IGBT와 다이오드 정류기의 도통 손실이 크며, 발열로 인해 부피가 큰 방열 시스템을 필요로 하였다. 뿐만 아니라, 변속 시 발생하는 인덕터의 서지 에너지를 흡수하기 위하여 R-C-D 수동 스터버를 별도로 구비하여야 한다는 단점을 가지고 있었다.However, the conventional neutral point shifting circuit described above has a large conduction loss between the shift circuit IGBT and the diode rectifier, and requires a bulky heat dissipation system due to heat generation. In addition, it has a disadvantage that an R-C-D passive stub must be separately provided in order to absorb the surge energy of the inductor generated during shifting.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.2 and 3 are diagrams showing a schematic configuration of a multi-stage transmission system for changing a series-parallel circuit according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템은, 구동모터(100), 인버터(200), 변속부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a multi-stage transmission system for changing a series-parallel circuit according to an embodiment of the present invention includes a drive motor 100, an inverter 200, a transmission unit 300, and a control unit 400.

구동모터(100)는, 인버터(200)로부터 공급되는 전원이 인가되는 제1권선(110) 및 제2권선(120)을 구비하며, 변속부(300)의 스위칭 동작에 따라 제1권선(110)과 제2권선(120)이 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결해 준다.The driving motor 100 includes a first winding 110 and a second winding 120 to which power supplied from the inverter 200 is applied, and the first winding 110 according to the switching operation of the transmission unit 300. ) And the second winding 120 connect either in series or in parallel.

일 실시예에서, 구동모터(100)는, 도 11에 도시된 바와 같이 각각이 다수 개의 사이리스터의 스위칭에 의해 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결되는 제1권선(110)과 제2권선(120)을 구비하는 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140)를 포함하는 두 개의 변속회로로 형성될 수 있다. 이때, 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140)의 연결 관계는, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 제1사이리스터(310), 제2사이리스터(320) 및 제3사이리스터(330)의 스위칭에 의해 제어될 수 있다.In one embodiment, the drive motor 100, as shown in Figure 11, each of the first winding 110 and the second winding 120 connected to either in series or in parallel by switching of a plurality of thyristors. It may be formed of two transmission circuits including a first transmission circuit 130 and a second transmission circuit 140 provided. In this case, the connection relationship between the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 is, as shown in FIGS. 5 to 6, It can be controlled by switching of 330).

인버터(200)는, 구동모터(100)의 특성에 대응하여 전원을 변환시켜 구동모터(100)로 공급한다.The inverter 200 converts power according to the characteristics of the driving motor 100 and supplies it to the driving motor 100.

일 실시예에서, 인버터(200)는, 전기차에 전원을 공급하기 위한 배터리(500)에 연결 설치되어, 다수 개의 IGBT 및 DC Link Capacitor로 형성되며, 배터리(500)로부터 공급되는 전원을 차량을 구동시켜 주기 위한 구동모터(100)의 특성에 맞게 전원을 변환시킨 후 구동모터(100)에 인가되도록 할 수 있다. 즉, 인버터(200)는 배터리(500)의 전압을 3상으로 변압시켜 구동모터(100)에 인가한다.In one embodiment, the inverter 200 is connected to the battery 500 for supplying power to the electric vehicle, is formed of a plurality of IGBTs and DC Link Capacitors, and drives the vehicle with power supplied from the battery 500 After converting the power according to the characteristics of the driving motor 100 to be used, it may be applied to the driving motor 100. That is, the inverter 200 converts the voltage of the battery 500 into three phases and applies it to the driving motor 100.

본 실시예에서의 구동모터(100)는, 3상 모터를 기본으로 사용하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The drive motor 100 in the present embodiment uses a three-phase motor as a basis, but is not limited thereto.

변속부(300)는, 인버터(200)로부터 공급되는 전원이 인가되는 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결해 주기 위해 제어부(400)로부터 전달되는 변속제어신호에 따라 다수 개의 사이리스터(가장 잘 알려진 4층 반도체 소자로, 흔히 이를 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier: SCR)라고도 함)의 스위칭을 제어한다.The transmission unit 300 is a shift control transmitted from the control unit 400 to connect the first winding 110 and the second winding 120 to which power supplied from the inverter 200 is applied in either series or parallel. Depending on the signal, it controls the switching of a number of thyristors (the most well-known four-layer semiconductor device, often referred to as a silicon controlled rectifier (SCR)).

일 실시예에서, 변속부(300)는, 구동모터(100)가 인버터(200)로부터 3상 전원을 공급 받을 경우, 각 상에 각각 연결 설치되어 3상 회로를 구성할 수 있다.In one embodiment, when the driving motor 100 receives three-phase power from the inverter 200, the transmission unit 300 may be connected to each of the phases to form a three-phase circuit.

제어부(400)는, 구동모터(100)의 동작 상태에 따른 변속모드에 따라 변속부(300)의 스위칭을 제어하기 위한 변속제어신호를 생성시켜 변속부(300)로 전달한다.The control unit 400 generates a shift control signal for controlling switching of the transmission unit 300 according to a shift mode according to the operating state of the driving motor 100 and transmits the generated shift control signal to the transmission unit 300.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템은, 사이리스터를 이용한 변속 회로를 제공함으로써, 운전 영역에 따라 모터 권선을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 변속시켜 고효율의 운전 영역을 확장하도록 할 수 있다.The series-parallel circuit-modified multi-stage transmission system having the configuration as described above, by providing a transmission circuit using a thyristor, can shift the motor windings in either series or parallel depending on the operating area, thereby expanding the operating area of high efficiency. have.

또한, 기존 기계적 스위치의 제한된 수명 문제를 해결하고 변속 시간을 단축시킬 수 있으며, 변속 시 과도상태 없는 모드 전환이 가능하여 별도의 스너버 회로(snubber circuit, 완충 회로로서, 급격한 변화를 누그러뜨리고, 입력 신호에서 원하지 않는 노이즈 등을 제거하기 위하여 사용하는 회로)가 필요치 않으며, 변속 회로 사이리스터의 총 손실이 작으며, 발열로 인한 방열 시스템을 적게 필요로 한다.In addition, it is possible to solve the limited life problem of the existing mechanical switch and shorten the shift time, and it is possible to change the mode without a transient state during shifting, so that it is a separate snubber circuit (buffer circuit), which softens the sudden change and input The circuit used to remove unwanted noise from the signal) is not required, the total loss of the thyristor of the transmission circuit is small, and the heat dissipation system due to heat generation is required less.

도 4는 2단 변속 시스템의 T-N곡선을 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 변속에 의할 경우 저속 구간과 고속 구간 간의 변속이 과도상태나 끊김 없이 수행되도록 구현할 수 있어, 추가적인 스너버 회로를 구비하지 않아도 되며, 낮은 스위치 손실로 인해 AC 전동기 시스템의 고효율 및 경량화를 기대할 수 있다.4 is a graph showing a T-N curve of a two-speed system. Referring to FIG. 4, in the case of the shift according to the present invention, the shift between the low-speed section and the high-speed section can be implemented to be performed without transient or interruption, so that an additional snubber circuit is not required, and AC due to low switch loss High efficiency and weight reduction of the motor system can be expected.

도 5는 도 2에 있는 변속부를 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram for explaining the transmission in FIG. 2.

도 5를 참조하면, 변속부(300)는, 제1사이리스터(310), 제2사이리스터(320) 및 제3사이리스터(330)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the transmission unit 300 includes a first thyristor 310, a second thyristor 320, and a third thyristor 330.

제1사이리스터(310)는, 제1권선(110)의 일측에 직렬로 연결 설치되며, 제어부(400)로부터 전달되는 변속제어신호에 따라 스위칭-온 또는 스위칭-오프 된다.The first thyristor 310 is connected in series to one side of the first winding 110 and is switched-on or switched-off according to a shift control signal transmitted from the controller 400.

제2사이리스터(320)는, 제2권선(120)의 다른 일측에 직렬로 연결 설치되며, 제어부(400)로부터 전달되는 변속제어신호에 따라 스위칭-온 또는 스위칭-오프 된다.The second thyristor 320 is connected in series to the other side of the second winding 120 and is switched-on or switched-off according to a shift control signal transmitted from the controller 400.

제3사이리스터(330)는, 제1권선(110)과 제1사이리스터(310)의 사이로부터 제2권선(120)과 제2사이리스터(320)의 사이로 연결 설치되며, 제어부(400)로부터 전달되는 변속제어신호에 따라 스위칭-온 또는 스위칭-오프 된다.The third thyristor 330 is connected and installed between the first winding 110 and the first thyristor 310 between the second winding 120 and the second thyristor 320, and transmitted from the control unit 400. It is switched on or switched off according to the shift control signal.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 변속부(300)는, 구동모터(100)가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주고(도 6(a) 참조), 구동모터(100)가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결(도 6(b) 참조)해 줄 수 있다.The transmission unit 300 having the configuration as described above connects the first winding 110 and the second winding 120 in series when the driving motor 100 is in the first transmission mode according to the low-speed operation state ( 6(a)), when the driving motor 100 is in the second shift mode according to the high-speed operation state, the first winding 110 and the second winding 120 are connected in parallel (see FIG. 6(b)) I can do it.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 변속부(300)는, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 구동모터(100)가 저속 동작에 따른 제1변속모드일 경우 제1사이리스터(310) 및 제2사이리스터(320)가 스위칭-오프되고, 제3사이리스터(330)만이 스위칭-온 되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 줄 수 있다.The transmission unit 300 having the above-described configuration is the first thyristor 310 and the second thyristor when the driving motor 100 is in the first transmission mode according to the low speed operation, as shown in FIG. 6(a). 320 is switched off, and only the third thyristor 330 is switched on to connect the first winding 110 and the second winding 120 in series.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 변속부(300)는, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 구동모터(100)가 고속 동작에 따른 제2변속모드일 경우 제3사이리스터(330)가 스위칭-오프되고, 제1사이리스터(310) 및 제2사이리스터(320)가 스위칭-온 되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In the transmission unit 300 having the above-described configuration, as shown in FIG. 6(b), when the driving motor 100 is in the second transmission mode according to the high-speed operation, the third thyristor 330 is switched off. Then, the first thyristor 310 and the second thyristor 320 are switched-on to connect the first winding 110 and the second winding 120 in parallel.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 변속부(300)는, 정상 상태에서의 스위칭 동작은 전류 주기에 따라 제1사이리스터(310), 제2사이리스터(320) 또는 제3사이리스터(330)를 저속 스위칭해 주며, 변속 시의 스위칭 동작은 변속제어신호가 입력된 지점으로부터의 다음 제로 크로싱(zero-crossing) 지점에서 제1사이리스터(310), 제2사이리스터(320) 또는 제3사이리스터(330)를 스위칭해 줄 수 있다.The transmission unit 300 having the configuration as described above switches the first thyristor 310, the second thyristor 320, or the third thyristor 330 at low speed according to the current period in the switching operation in the normal state. , The switching operation during shifting is performed by switching the first thyristor 310, the second thyristor 320, or the third thyristor 330 at the next zero-crossing point from the point where the shift control signal is input. I can.

도 7은 제1권선(110)과 제2권선(120)이 직렬 연결에서 병렬 연결로 변속되는 경우의 전류 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, "변속 신호"가 입력될 경우, 다음 제로 크로싱(zero crossing) 지점에서 스위칭 신호를 줌으로써, 변속 시 과도상태 없는 모드전환이 가능하다.7 is a graph showing a change in current when the first winding 110 and the second winding 120 are shifted from serial connection to parallel connection. As can be seen in FIG. 7, when a "shift signal" is input, a switching signal is provided at the next zero crossing point, thereby enabling mode change without a transient state during shifting.

도 8은 제1권선(110)과 제2권선(120)이 병렬 연결에서 직렬 연결로 변속되는 경우의 전류 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8에서 역시 도 7에서와 같이 "변속 신호"가 입력될 경우, 다음 제로 크로싱(zero crossing) 지점에서 스위칭 신호를 줌으로써, 변속 시 과도상태 없는 모드전환이 가능하다.8 is a graph showing a change in current when the first winding 110 and the second winding 120 are shifted from parallel connection to series connection. In FIG. 8 as well as in FIG. 7, when a "shift signal" is input, a switching signal is given at a next zero crossing point, thereby enabling mode change without a transient state during shifting.

도 9는 도 7 또는 도 8의 변속 시점을 설명하는 그래프이다. 도 9를 참조하면, 변속 신호가 입력되었을 때 다음 제로 크로싱 지점에서 변속 스위칭을 수행하는데, 전류가 제로(zero)가 되었을 때 사이리스터를 스위칭-오프시켜 주기 때문에 스위치 과전압이 발생하는 것을 방지할 수 있다.9 is a graph illustrating a shift point of FIG. 7 or 8. Referring to FIG. 9, when a shift signal is input, shift switching is performed at the next zero crossing point. Since the thyristor is switched off when the current becomes zero, the occurrence of switch overvoltage can be prevented. .

상술한 바와 같은 구성을 가지는 변속부(300)는, 도 11에 도시된 바와 같이 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140)의 두 개의 변속회로로 형성되는 경우에는 다음과 같이 동작할 수 있다.When the transmission unit 300 having the configuration as described above is formed of two transmission circuits of the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 as shown in FIG. 11, the operation as follows. can do.

일 실시예에서, 변속부(300)는, 차량의 구동모터(100)가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 변속부(300)의 제1변속회로(130)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주고, 제2변속회로(140)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주거나, 차량의 구동모터(100)가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 변속부(300)의 제1변속회로(130)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 주고, 제2변속회로(140)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, the transmission unit 300 is the first winding 110 of the first transmission circuit 130 of the transmission unit 300 when the driving motor 100 of the vehicle is in the first transmission mode according to the low-speed operation state. ) And the second winding 120 in series, and the first winding 110 and the second winding 120 of the second transmission circuit 140 in series, or the driving motor 100 of the vehicle is In the case of the second transmission mode according to the operating state, the first winding 110 and the second winding 120 of the first transmission circuit 130 of the transmission unit 300 are connected in parallel, and the second transmission circuit 140 The first winding 110 and the second winding 120 of may be connected in parallel.

도 12를 참조하면, 제1변속모드일 경우 제1변속회로(130)의 제1권선(110)과 제2권선(120)이 직렬 연결되고, 제2변속회로(140)의 제1권선(110)과 제2권선(120)이 직렬 연결되며, 제1변속회로(130)와 제2변속회로(140)가 전체로서 병렬 회로가 됨을 확인할 수 있다. 즉, 제1권선(110)과 제2권선(120)의 직렬 연결에 의해 형성되는 제1변속회로(130)와, 역시 제1권선(110)과 제2권선(120)의 직렬 연결에 의해 형성되는 제2변속회로(140)는 서로 병렬 회로가 된다.Referring to FIG. 12, in the first transmission mode, the first winding 110 and the second winding 120 of the first transmission circuit 130 are connected in series, and the first winding ( 110) and the second winding 120 are connected in series, and it can be seen that the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 become a parallel circuit as a whole. That is, the first transmission circuit 130 formed by serial connection of the first winding 110 and the second winding 120, and the first winding 110 and the second winding 120 are also connected in series. The formed second transmission circuit 140 becomes a parallel circuit with each other.

도 13을 참조하면, 제2변속모드일 경우 제1변속회로(130)의 제1권선(110)과 제2권선(120)이 병렬 연결되고, 제2변속회로(140)의 제1권선(110)과 제2권선(120)이 병렬 연결되며, 제1변속회로(130)와 제2변속회로(140)가 전체로서도 병렬 회로가 됨을 확인할 수 있다. 즉, 제1변속회로(130)의 제1권선(110) 및 제2권선(120)과 제2변속회로(140)의 제1권선(110) 및 제2권선(120)이 모두 병렬 연결되는 회로가 된다.Referring to FIG. 13, in the second shift mode, the first winding 110 and the second winding 120 of the first transmission circuit 130 are connected in parallel, and the first winding of the second transmission circuit 140 ( 110) and the second winding 120 are connected in parallel, and it can be seen that the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 become a parallel circuit as a whole. That is, the first winding 110 and the second winding 120 of the first transmission circuit 130 and the first winding 110 and the second winding 120 of the second transmission circuit 140 are all connected in parallel. It becomes a circuit.

일 실시예에서, 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140)는, 도 12 및 도 13의 경우 각각이 동일하게 직렬 연결 또는 병렬 연결이 되는 것을 들어 설명을 하였으나, 이와 달리 제1변속회로(130)는 직렬 연결이나 제2변속회로(140)는 병렬 연결 또는 제1변속회로(130)는 병렬 연결이나 제2변속회로(140)는 직렬 연결 등과 같이 그 연결 형식이 상이하여도 무방하다.In one embodiment, the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140, in the case of Figs. 12 and 13, has been described with the same series connection or parallel connection. Although the transmission circuit 130 is connected in series, the second transmission circuit 140 is connected in parallel, or the first transmission circuit 130 is connected in parallel or the second transmission circuit 140 is connected in series, etc. It's okay.

일 실시예에서, 변속부(300)는, 차량의 구동모터(100)가 제1변속모드일 경우 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140) 각각의 제1사이리스터(310) 및 제2사이리스터(320)가 스위칭-오프되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주고, 구동모터(100)가 제2변속모드일 경우 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140) 각각의 제3사이리스터(330)가 스위칭-오프되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, the transmission unit 300, when the driving motor 100 of the vehicle is in the first transmission mode, the first thyristor 310 and each of the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 The second thyristor 320 is switched off to connect the first winding 110 and the second winding 120 in series, and when the driving motor 100 is in the second transmission mode, the first transmission circuit 130 and The third thyristor 330 of each of the second transmission circuit 140 is switched off to connect the first winding 110 and the second winding 120 in parallel.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직병렬회로 변경식 다단 변속 방법을 설명하는 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a multi-speed shifting method of a series-parallel circuit change type according to another embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 직병렬회로 변경식 다단 변속 방법은, 먼저 제어부(400)는 주행 중인 차량의 토크 및 속도를 입력받는다(S1010).Referring to FIG. 10, in the multi-stage shifting method of a series-parallel circuit change type, first, the controller 400 receives a torque and a speed of a driving vehicle (S1010).

상술한 단계 S1010에서 토크 및 속도가 입력되면, 제어부(400)는 입력받은 토크 또는 속도가 변속임계값을 초과하였는지를 판독하며, 입력받은 토크 또는 속도가 변속임계값을 초과한 경우(S1020의 Yes의 경우) 이에 대응하여 변속부(300)의 스위칭을 제어하기 위한 변속제어신호를 생성시켜 변속부(300)로 전달한다(S1030).When the torque and speed are input in the above-described step S1010, the control unit 400 reads whether the input torque or speed exceeds the shift threshold, and when the input torque or speed exceeds the shift threshold (Yes in S1020 Case) In response to this, a shift control signal for controlling the switching of the transmission unit 300 is generated and transmitted to the transmission unit 300 (S1030).

상술한 단계 S1030에서 변속제어신호를 생성하면, 변속부(300)는 제어부(400)로부터 전달되는 변속제어신호에 따라 스위칭이 제어되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결함으로써 변속시켜 준다(S1040).When the shift control signal is generated in step S1030 described above, the shifting unit 300 controls switching according to the shift control signal transmitted from the control unit 400 to connect the first winding 110 and the second winding 120 in series and It shifts by connecting to any one in parallel (S1040).

일 실시예에서, 구동모터(100)는, 도 11에 도시된 바와 같이 각각이 다수 개의 사이리스터의 스위칭에 의해 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결되는 제1권선(110)과 제2권선(120)을 구비하는 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140)를 포함하는 두 개의 변속회로로 형성될 수 있다. 이때, 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140)의 연결 관계는, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 제1사이리스터(310), 제2사이리스터(320) 및 제3사이리스터(330)의 스위칭에 의해 제어될 수 있다.In one embodiment, the drive motor 100, as shown in Figure 11, each of the first winding 110 and the second winding 120 connected to either in series or in parallel by switching of a plurality of thyristors. It may be formed of two transmission circuits including a first transmission circuit 130 and a second transmission circuit 140 provided. At this time, the connection relationship between the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 is, as shown in FIGS. 5 to 6, the first thyristor 310, the second thyristor 320, and the third thyristor ( It can be controlled by switching of 330).

일 실시예에서, 변속시켜 주는 단계(S1040)는, 차량의 구동모터(100)가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 변속부(300)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주거나, 차량의 구동모터(100)가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 변속부(300)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, the step of shifting (S1040) is, when the driving motor 100 of the vehicle is in the first shift mode according to the low-speed operation state, the first winding 110 and the second winding ( 120) is connected in series, or when the driving motor 100 of the vehicle is in the second shift mode according to the high-speed operation state, the first winding 110 and the second winding 120 of the transmission unit 300 are connected in parallel. Can give.

일 실시예에서, 변속시켜 주는 단계(S1040)는, 차량의 구동모터(100)가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 변속부(300)의 제1변속회로(130)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주고, 제2변속회로(140)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주거나, 차량의 구동모터(100)가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 변속부(300)의 제1변속회로(130)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 주고, 제2변속회로(140)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, the step of shifting (S1040) is the first winding of the first transmission circuit 130 of the transmission unit 300 when the driving motor 100 of the vehicle is in the first transmission mode according to the low-speed operation state. (110) and the second winding 120 are connected in series, the first winding 110 and the second winding 120 of the second transmission circuit 140 are connected in series, or the driving motor 100 of the vehicle In the second transmission mode according to the high-speed operation state, the first winding 110 and the second winding 120 of the first transmission circuit 130 of the transmission unit 300 are connected in parallel, and the second transmission circuit ( 140) of the first winding 110 and the second winding 120 may be connected in parallel.

제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주거나, 차량의 구동모터(100)가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 변속부(300)의 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 줄 수 있다.The first winding 110 of the transmission unit 300 is connected to the first winding 110 and the second winding 120 in series, or when the driving motor 100 of the vehicle is in the second shift mode according to the high-speed operation state And the second winding 120 may be connected in parallel.

도 12를 참조하면, 제1변속모드일 경우 제1변속회로(130)의 제1권선(110)과 제2권선(120)이 직렬 연결되고, 제2변속회로(140)의 제1권선(110)과 제2권선(120)이 직렬 연결되며, 제1변속회로(130)와 제2변속회로(140)가 전체로서 병렬 회로가 됨을 확인할 수 있다. 즉, 제1권선(110)과 제2권선(120)의 직렬 연결에 의해 형성되는 제1변속회로(130)와, 역시 제1권선(110)과 제2권선(120)의 직렬 연결에 의해 형성되는 제2변속회로(140)는 서로 병렬 회로가 된다.Referring to FIG. 12, in the first transmission mode, the first winding 110 and the second winding 120 of the first transmission circuit 130 are connected in series, and the first winding ( 110) and the second winding 120 are connected in series, and it can be seen that the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 become a parallel circuit as a whole. That is, the first transmission circuit 130 formed by serial connection of the first winding 110 and the second winding 120, and the first winding 110 and the second winding 120 are also connected in series. The formed second transmission circuit 140 is a parallel circuit with each other.

도 13을 참조하면, 제2변속모드일 경우 제1변속회로(130)의 제1권선(110)과 제2권선(120)이 병렬 연결되고, 제2변속회로(140)의 제1권선(110)과 제2권선(120)이 병렬 연결되며, 제1변속회로(130)와 제2변속회로(140)가 전체로서도 병렬 회로가 됨을 확인할 수 있다. 즉, 제1변속회로(130)의 제1권선(110) 및 제2권선(120)과 제2변속회로(140)의 제1권선(110) 및 제2권선(120)이 모두 병렬 연결되는 회로가 된다.Referring to FIG. 13, in the second shift mode, the first winding 110 and the second winding 120 of the first transmission circuit 130 are connected in parallel, and the first winding of the second transmission circuit 140 ( 110) and the second winding 120 are connected in parallel, and it can be seen that the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 become a parallel circuit as a whole. That is, the first winding 110 and the second winding 120 of the first transmission circuit 130 and the first winding 110 and the second winding 120 of the second transmission circuit 140 are all connected in parallel. It becomes a circuit.

일 실시예에서, 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140)는, 도 12 및 도 13의 경우 각각이 동일하게 직렬 연결 또는 병렬 연결이 되는 것을 들어 설명을 하였으나, 이와 달리 제1변속회로(130)는 직렬 연결이나 제2변속회로(140)는 병렬 연결 또는 제1변속회로(130)는 병렬 연결이나 제2변속회로(140)는 직렬 연결 등과 같이 그 연결 형식이 상이하여도 무방하다.In one embodiment, the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140, in the case of Figs. 12 and 13, has been described with the same series connection or parallel connection. Although the transmission circuit 130 is connected in series, the second transmission circuit 140 is connected in parallel, or the first transmission circuit 130 is connected in parallel or the second transmission circuit 140 is connected in series, etc. It's okay.

일 실시예에서, 변속시켜 주는 단계(S1040)는, 차량의 구동모터(100)가 제1변속모드일 경우 제1사이리스터(310) 및 제2사이리스터(320)가 스위칭-오프되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주고, 구동모터(100)가 제2변속모드일 경우 제3사이리스터(330)가 스위칭-오프되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, in the step of shifting (S1040), when the driving motor 100 of the vehicle is in the first shift mode, the first thyristor 310 and the second thyristor 320 are switched off and the first winding ( 110) and the second winding 120 are connected in series, and when the driving motor 100 is in the second shift mode, the third thyristor 330 is switched off and the first winding 110 and the second winding 120 are switched off. ) Can be connected in parallel.

일 실시예에서, 변속시켜 주는 단계(S1040)는, 차량의 구동모터(100)가 제1변속모드일 경우 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140) 각각의 제1사이리스터(310) 및 제2사이리스터(320)가 스위칭-오프되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 직렬로 연결해 주고, 구동모터(100)가 제2변속모드일 경우 제1변속회로(130) 및 제2변속회로(140) 각각의 제3사이리스터(330)가 스위칭-오프되어 제1권선(110)과 제2권선(120)을 병렬로 연결해 줄 수 있다.In one embodiment, in the step of shifting (S1040), the first thyristor 310 of each of the first transmission circuit 130 and the second transmission circuit 140 when the driving motor 100 of the vehicle is in the first transmission mode. ) And the second thyristor 320 are switched off to connect the first winding 110 and the second winding 120 in series, and when the driving motor 100 is in the second transmission mode, the first transmission circuit 130 ) And the third thyristor 330 of each of the second transmission circuit 140 are switched off to connect the first winding 110 and the second winding 120 in parallel.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.Although the above has been described with reference to embodiments, it is understood that those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You can understand.

본 발명에 따르면, 전기자동차 구동용 전동기의 주요 운전 영역에서 효율 극대화하기 위해 기존 기계적 스위치를 이용한 변속 시스템에서 변속 시 발생하는 모터 전류 및 토크 단절 문제가 안 생기도록 전자기적 스위치(Thyristor)를 이용하여 구성된 직병렬회로 변경 변속 회로를 제공한다.According to the present invention, in order to maximize efficiency in the main driving area of an electric motor for driving an electric vehicle, an electromagnetic switch (Thyristor) is used to prevent the problem of motor current and torque disconnection occurring during shifting in a transmission system using an existing mechanical switch. It provides a configured series-parallel circuit change shift circuit.

따라서, 전기자동차의 1회 충전으로 주행거리 연장 및 연비 향상을 위하여 주요 운전 영역에서의 평균 효율을 극대화할 수 있다.Therefore, it is possible to maximize the average efficiency in the main driving area in order to extend the mileage and improve fuel efficiency with one charge of the electric vehicle.

또한, 사이리스터(Thyristor)를 이용하여 직병렬 변속 회로를 구성하여 과도상태 없고 끊김 없는 변속이 가능하여 추가적이 스너버 회로를 필요로 하지 아니할 수 있다.In addition, by configuring a series-parallel transmission circuit using a thyristor, there is no need for an additional snubber circuit because there is no transient state and a seamless transmission is possible.

나아가, 낮은 스위치 손실로 인해 AC전동기 시스템의 고효율 및 경량화를 제공할 수 있다.Furthermore, it is possible to provide high efficiency and light weight of the AC motor system due to low switch loss.

100: 구동모터
110: 제1권선
120: 제2권선
200: 인버터
130: 제1변속회로
140: 제2변속회로
300: 변속부
310: 제1사이리스터
320: 제2사이리스터
330: 제3사이리스터
400: 제어부
500: 배터리100: drive motor
110: first winding
120: second winding
200: inverter
130: first transmission circuit
140: second transmission circuit
300: transmission
310: first thyristor
320: second thyristor
330: third thyristor
400: control unit
500: battery

Claims (10)

제1권선 및 제2권선을 구비하는 구동모터;
상기 구동모터의 동작 상태에 대응하여 전원을 변환시켜 상기 구동모터로 공급하는 인버터;
상기 인버터로부터 공급되는 전원이 인가되는 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결해 주기 위해 변속제어신호에 따라 다수 개의 사이리스터의 스위칭을 제어하는 변속부; 및
상기 구동모터의 동작 상태에 따른 변속모드에 따라 상기 변속부의 스위칭을 제어하기 위한 변속제어신호를 생성시켜 상기 변속부로 전달하는 제어부를 포함하고,
상기 인버터는,
복수 개의 IGBT 및 DC Link Capacitor로 구성되고,
상기 변속부는,
상기 제1권선의 일측에 직렬로 연결 설치되어 스위칭되는 제1사이리스터;
상기 제2권선의 다른 일측에 직렬로 연결 설치되어 스위칭되는 제2사이리스터; 및
상기 제1권선과 상기 제1사이리스터의 사이로부터 상기 제2권선과 상기 제2사이리스터의 사이로 연결 설치되어 스위칭되는 제3사이리스터를 포함하고,
상기 구동모터는,
상기 변속부의 스위칭에 의해 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결되는 상기 제1권선과 상기 제2권선을 각각 구비하는 제1변속회로 및 제2변속회로를 포함하고,
상기 변속부는,
상기 구동모터가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 상기 제1변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주고, 상기 제2변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 상기 제1변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해주고, 상기 제2변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 주며,
상기 구동모터가 제1변속모드일 경우 상기 제1변속회로 및 상기 제2변속회로 각각의 제1사이리스터 및 제2사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 제2변속모드일 경우 상기 제1변속회로 및 상기 제2변속회로 각각의 제3사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 주고,
상기 변속부는,
정상 상태에서의 스위칭 동작은 전류 주기에 따라 상기 제1사이리스터, 상기 제2사이리스터 또는 상기 제3사이리스터를 저속 스위칭해 주며, 변속 시의 스위칭 동작은 변속제어신호가 입력된 지점으로부터의 다음 제로 크로싱(zero-crossing) 지점에서 상기 제1사이리스터, 상기 제2사이리스터 또는 상기 제3사이리스터를 스위칭해주며,
상기 구동모터가 상기 인버터로부터 3상 전원을 공급 받을 경우, 각 상에 각각 연결 설치되어 3상 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 직병렬회로 변경식 다단 변속 시스템.
A drive motor having a first winding and a second winding;
An inverter converting power in response to an operating state of the driving motor and supplying it to the driving motor;
A transmission unit for controlling switching of a plurality of thyristors according to a shift control signal to connect the first winding and the second winding to which power supplied from the inverter is applied in either series or parallel; And
And a control unit for generating a shift control signal for controlling switching of the shifting section according to a shift mode according to an operating state of the driving motor and transmitting it to the shifting section,
The inverter,
It is composed of multiple IGBTs and DC Link Capacitors,
The transmission unit,
A first thyristor connected in series to one side of the first winding and switched;
A second thyristor connected in series to the other side of the second winding and switched; And
And a third thyristor connected and installed between the first winding and the first thyristor and between the second winding and the second thyristor and switched,
The driving motor,
A first transmission circuit and a second transmission circuit each having the first winding and the second winding connected in either series or parallel by switching of the transmission unit,
The transmission unit,
When the driving motor is in a first transmission mode according to a low speed operation state, the first winding and the second winding of the first transmission circuit are connected in series, and the first winding and the second winding of the second transmission circuit are connected in series. The windings are connected in series, and when the driving motor is in the second shift mode according to the high-speed operation state, the first winding and the second winding of the first transmission circuit are connected in parallel, and the second transmission circuit It connects the first winding and the second winding in parallel,
When the driving motor is in the first transmission mode, the first thyristor and the second thyristor of each of the first transmission circuit and the second transmission circuit are switched off to connect the first winding and the second winding in series, When the driving motor is in the second transmission mode, the third thyristor of each of the first transmission circuit and the second transmission circuit is switched off to connect the first winding and the second winding in parallel,
The transmission unit,
The switching operation in the normal state switches the first thyristor, the second thyristor, or the third thyristor at a low speed according to the current period, and the switching operation during shifting is the next zero crossing from the point where the shift control signal is input ( zero-crossing) switching the first thyristor, the second thyristor, or the third thyristor,
When the driving motor is supplied with three-phase power from the inverter, each phase is connected and installed to form a three-phase circuit.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1권선 및 제2권선을 구비하는 구동모터;
상기 구동모터의 동작상태에 대응하여 전원을 변환시켜 상기 구동모터로 공급하는 인버터;
상기 인버터로부터 공급되는 전원이 인가되는 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결해 주기 위해 변속제어신호에 따라 다수 개의 사이리스터의 스위칭을 제어하는 변속부; 및
상기 구동모터의 동작 상태에 따른 변속모드에 따라 상기 변속부의 스위칭을 제어하기 위한 변속제어신호를 생성시켜 상기 변속부로 전달하는 제어부를 포함하는 직병렬 회로 변경식 다단 변속 시스템의 직병렬 회로 변경식 다단변속 방법으로서,
상기 제어부에서 주행 중인 차량의 토크 및 속도를 입력받는 단계;
상기 제어부에서 입력받은 토크 또는 속도가 변속임계값을 초과하였는지를 판단하는 단계;
상기 제어부에서 입력받은 토크 또는 속도가 변속임계값을 초과한 경우 이에 대응하여 변속부의 스위칭을 제어하기 위한 변속제어신호를 생성하는 단계; 및
변속부에서 변속제어신호에 따라 다수 개의 사이리스터의 스위칭이 제어되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결해 상기 구동모터를 변속시켜 주는 단계를 포함하고,
상기 인버터는, 복수 개의 IGBT 및 DC Link Capacitor로 구성되고,
상기 변속부는,
상기 제1권선의 일측에 직렬로 연결 설치되어 스위칭되는 제1사이리스터;
상기 제2권선의 다른 일측에 직렬로 연결 설치되어 스위칭되는 제2사이리스터; 및
상기 제1권선과 상기 제1사이리스터의 사이로부터 상기 제2권선과 상기 제2사이리스터의 사이로 연결 설치되어 스위칭되는 제3사이리스터를 포함하고,
상기 구동모터는,
상기 변속부의 스위칭에 의해 직렬 및 병렬 중 어느 하나로 연결되는 상기 제1권선과 상기 제2권선을 각각 구비하는 제1변속회로 및 제2변속회로를 포함하고,
상기 변속시켜주는 단계는,
상기 구동모터가 저속 동작 상태에 따른 제1변속모드일 경우 상기 제1변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주고, 상기 제2변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 고속 동작 상태에 따른 제2변속모드일 경우 상기 제1변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해주고, 상기 제2변속회로의 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 주며,
상기 구동모터가 제1변속모드일 경우 상기 제1변속회로 및 상기 제2변속회로 각각의 제1사이리스터 및 제2사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 직렬로 연결해 주며, 상기 구동모터가 제2변속모드일 경우 상기 제1변속회로 및 상기 제2변속회로 각각의 제3사이리스터가 스위칭-오프되어 상기 제1권선과 상기 제2권선을 병렬로 연결해 주는 것을 특징으로 하는 것이고,
상기 변속부는,
정상 상태에서의 스위칭 동작은 전류 주기에 따라 상기 제1사이리스터, 상기 제2사이리스터 또는 상기 제3사이리스터를 저속 스위칭해 주며, 변속 시의 스위칭 동작은 변속제어신호가 입력된 지점으로부터의 다음 제로 크로싱(zero-crossing) 지점에서 상기 제1사이리스터, 상기 제2사이리스터 또는 상기 제3사이리스터를 스위칭해 주며,
상기 구동모터가 상기 인버터로부터 3상 전원을 공급 받을 경우, 각 상에 각각 연결 설치되어 3상 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 직병렬회로 변경식 다단변속 방법.A drive motor having a first winding and a second winding;
An inverter converting power in response to an operating state of the driving motor and supplying it to the driving motor;
A transmission unit for controlling switching of a plurality of thyristors according to a shift control signal to connect the first winding and the second winding to which power supplied from the inverter is applied in either series or parallel; And
Serial-to-parallel circuit change-type multi-stage transmission system including a control unit that generates a shift control signal for controlling the switching of the transmission unit according to the shift mode according to the operation state of the driving motor and transmits it to the transmission unit. As a shift method,
Receiving the torque and speed of the vehicle being driven by the control unit;
Determining whether the torque or speed input from the control unit exceeds a shift threshold;
Generating a shift control signal for controlling switching of a shifting unit in response to the torque or speed input from the controller exceeding a shift threshold; And
A step of controlling the switching of a plurality of thyristors according to a shift control signal in a transmission unit to change the driving motor by connecting the first winding and the second winding in either series or parallel,
The inverter is composed of a plurality of IGBT and DC Link Capacitor,
The transmission unit,
A first thyristor connected in series to one side of the first winding and switched;
A second thyristor connected in series to the other side of the second winding and switched; And
And a third thyristor connected and installed between the first winding and the first thyristor and between the second winding and the second thyristor and switched,
The driving motor,
A first transmission circuit and a second transmission circuit each having the first winding and the second winding connected in either series or parallel by switching of the transmission unit,
The step of shifting,
When the driving motor is in a first transmission mode according to a low speed operation state, the first winding and the second winding of the first transmission circuit are connected in series, and the first winding and the second winding of the second transmission circuit are connected in series. The windings are connected in series, and when the driving motor is in the second shift mode according to the high-speed operation state, the first winding and the second winding of the first transmission circuit are connected in parallel, and the second transmission circuit It connects the first winding and the second winding in parallel,
When the driving motor is in the first transmission mode, the first thyristor and the second thyristor of each of the first transmission circuit and the second transmission circuit are switched off to connect the first winding and the second winding in series, When the driving motor is in the second transmission mode, the third thyristor of each of the first transmission circuit and the second transmission circuit is switched-off to connect the first winding and the second winding in parallel. ,
The transmission unit,
The switching operation in the normal state switches the first thyristor, the second thyristor, or the third thyristor at a low speed according to the current period, and the switching operation during shifting is the next zero crossing from the point where the shift control signal is input ( zero-crossing) to switch the first thyristor, the second thyristor, or the third thyristor,
When the drive motor receives three-phase power from the inverter, each phase is connected and installed to form a three-phase circuit. 삭제delete 삭제delete
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