KR102245553B1 - 다극 다슬롯 모터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정자와 고정자에 의해 회전 구동되는 회전자를 포함하고, 고정자는 중심에 회전자를 수용하는 코어와 코어로부터 회전자를 향해 돌출되며 코일이 각각 권취되는 복수의 권취폴을 포함하는 다극 다슬롯 모터와, 복수의 권취폴에 각각 권취된 코일과 연결되며 코일에 전류를 각각 인가하는 복수의 인버터와, 복수의 코일 또는 복수의 인버터 중 적어도 하나가 고장이 나면 고장이 난 코일과 연결된 인버터 또는 고장이 난 인버터는 셧 다운하고 나머지 인버터는 부스트 업 제어하는 제어부를 포함하는 다극 다슬롯 모터 제어 장치를 제공한다.
이를 통해, 다극 다슬롯 모터에 고장나기 전 출력과 동일한 출력을 제공할 수 있고, 다극 다슬롯 모터를 고장과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있다.

Description

다극 다슬롯 모터 제어 장치 및 방법{Multi Pole And Multi Slot Motor Control Apparatus And Method}
본 발명은 다극 다슬롯 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 다극 다슬롯 모터를 고장과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있는 다극 다슬롯 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모터는, 코일이 권취된 고정자와, 고정자 내에 수용되어 고정자의 코일에서 발생하는 자기력에 의해 회전하는 회전자를 포함하여 구성된다.
이와 같은 모터는 모터 제어 장치에 구비된 인버터를 통해 코일로 전류를 인가 받아 구동된다.
모터 제어 장치에는 동작 제어 및 전력 효율 등의 이유로 많은 수의 소자를 포함하는 전자 회로를 동반한다.
전자 회로를 구성하는 많은 수의 소자에 외부의 영향 또는 노화 등의 고장이 발생하면 모터 제어 장치는 예상치 못한 동작을 수행하는 문제점이 발생할 수 있다.
특히, 차량에 있어서 전술한 이유에 의해 발생하는 사고는 재산의 피해뿐만 아니라 인명의 피해까지 초래할 수 있다.
또한, 종래의 모터 제어 장치는, 전자 회로 예컨대, 인버터 또는 코일 일부에 고장이 났음에도 불구하고 시스템 전체가 셧 다운(Shut down)되어 모터를 구동할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은, 인버터 또는 코일 일부에 고장이 나더라도 나머지 정상인 인버터의 부스트 업 제어를 통해 다극 다슬롯 모터에 고장나기 전 출력과 동일한 출력을 제공할 수 있고, 다극 다슬롯 모터를 고장과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있는 다극 다슬롯 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 컷오프 스위치를 통해 단락된 코일과 인버터의 연결을 끊어줌으로써, 코일 간 단락에 의한 전류의 비정상적인 흐름을 방지하고 브레이킹 토크(Braking Torque) 생성을 방지할 수 있는 다극 다슬롯 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 인버터 또는 코일 일부에 고장이 나더라도 나머지 정상인 인버터의 부스트 업 제어를 통해 다극 다슬롯 모터에 고장나기 전 출력과 동일한 출력을 제공할 수 있고, 다극 다슬롯 모터를 고장과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있는 다극 다슬롯 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 컷오프 스위치를 통해 단락된 코일과 인버터의 연결을 끊어줌으로써, 코일 간 단락에 의한 전류의 비정상적인 흐름을 방지하고 브레이킹 토크(Braking Torque) 생성을 방지할 수 있는 다극 다슬롯 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 인버터 또는 코일 일부에 고장이 나더라도 나머지 정상인 인버터의 부스트 업 제어를 통해 다극 다슬롯 모터에 고장나기 전 출력과 동일한 출력을 제공할 수 있고, 다극 다슬롯 모터를 고장과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 컷오프 스위치를 통해 단락된 코일과 인버터의 연결을 끊어줌으로써, 코일 간 단락에 의한 전류의 비정상적인 흐름을 방지하고 브레이킹 토크(Braking Torque) 생성을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1의 다극 다슬롯 모터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 장치의 개략적인 블록도이고, 도 2는 도 1의 다극 다슬롯 모터의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 회로도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 장치는 다극 다슬롯 모터(100), 인버터(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 다극 다슬롯 모터(100)는, 고정자(110)와, 고정자(110)에 의해 회전 구동되는 회전자(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
고정자(110)는, 중심에 회전자(120)를 수용하는 원형 또는 다각형 형상의 코어(111)와, 코어(111)로부터 회전자(120)를 향해 돌출되는 복수의 권취폴(115)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 코어(111)와 복수의 권취폴(115)은 일체로 형성될 수 있으며, 복수의 권취폴(115)은 코어(111)의 내주면을 따라 상호 일정한 간격을 두고 형성될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 권취폴(115)은 9개로 형성될 수 있으며, 다극 다슬롯 모터(100)의 특성에 따라 그 개수가 결정될 수 있다.
복수의 권취폴(115)에는 코일(114)이 각각 권취된다. 그리고, 복수의 권취폴(115)이 일정 간격을 두고 형성됨에 따라, 서로 이웃하는 권취폴(115) 사이에는 코일(114)이 수용되는 권취 슬롯(130)이 형성된다. 그리고, 이러한 권취 슬롯(130)은 권취폴(115)의 개수만큼 9개가 형성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
회전자(120)의 외주면에는 다극 영구 자석(121) 예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이 6극 영구 자석(121)이 배치될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 인버터(200)는 복수의 권취폴(115)에 각각 권취된 코일(114)과 전기적으로 연결되며 코일(114)에 전류를 각각 인가한다.
인버터(200)는 H-브릿지 형태로 구성된 제1 스위치 내지 제4 스위치(SW1~SW4)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 스위치 내지 제4 스위치(SW1~SW4)는 양방향 스위치일 수 있으며, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 다이오드, 및 이들의 조합 중 어느 하나로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 스위치 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 직렬로 연결되고, 제3 스위치 및 제4 스위치(SW3, SW4)는 직렬로 연결된다. 그리고 직렬로 각각 연결된 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)와, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)는 전원(S)과 병렬로 연결된다.
그리고, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2) 사이의 제1 노드(N1)는 코일(114)의 일단과 연결되고, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4) 사이의 제2 노드(N2)는 코일(114)의 타단과 연결된다.
제어부(300)는, 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)를 턴-온(Turn-on)시켜 전류를 제1 스위치(SW1), 다극 다슬롯 모터(100) 및 제4 스위치(SW4)를 통해 흐르게 하여 다극 다슬롯 모터(100)를 정회전시킬 수 있고, 이와 반대로 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)를 턴-온시켜 전류를 제3 스위치(SW3), 다극 다슬롯 모터(100) 및 제2 스위치(SW2)를 통해 흐르게 하여 다극 다슬롯 모터(100)를 역회전시킬 수도 있다. 그리고, 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)를 턴-온시켜 다극 다슬롯 모터(100)를 브레이킹(Braking)시킬 수 있다.
제어부(300)는 각 코일(114) 또는 복수의 인버터(200) 중 적어도 하나가 고장이 나면, 고장이 난 코일(114)과 연결된 인버터(200) 또는 고장이 난 인버터(200)를 셧 다운(Shut down)하고 나머지 인버터(200)를 부스트 업(Boost up) 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(300)는 복수의 코일(114) 또는 복수의 인버터(200) 중 적어도 하나가 고장이 나면 고장이 난 인버터(200)를 셧 다운하고 나머지 인버터(200)를 통해 다극 다슬롯 모터(100)에 고장나기 전 전류의 (n/(n-f))(여기서, n은 권취 슬롯(130) 수이고 f는 고장이 난 코일(114) 또는 인버터(200) 수)배의 전류를 인가할 수 있다.
예를 들어, 제어부(300)는, A 권취폴(115) 및 D 권취폴(115)에 각각 권취된 코일(114) 또는 이들 코일(114)과 각각 연결된 인버터(200)가 고장이 난 것으로 판단되면, 고장이 난 코일(114)과 연결된 인버터(200) 또는 고장이 난 인버터(200)를 셧 다운(Shut down)한다. 그리고, 인버터(200)가 B 권취폴(115), C 권취폴(115) 및 나머지 E 내지 I 권취폴에 권취된 코일에 고장나기 전 전류의 9/7배 전류를 각각 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 다상 다슬롯 모터 제어 장치는 복수의 코일(114) 또는 복수의 인버터(200) 중 일부가 고장이 난 경우 제어하기 위한 것으로 복수의 코일(114) 또는 복수의 인버터(200) 전부가 고장이 난 경우에 적용할 수 없음은 당연하다.
이와 같이, 인버터(200) 또는 코일(114) 일부에 고장이 나더라도 나머지 정상인 인버터(200)의 부스트 업 제어를 통해 다극 다슬롯 모터(100)에 고장나기 전 출력과 동일한 출력을 제공할 수 있고, 다극 다슬롯 모터(100)를 고장과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 장치는 복수의 인버터(200) 및 복수의 코일(114) 사이에 각각 연결되는 컷오프 스위치(SWc)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 컷오프 스위치(SWc)는, 제1 노드(N1)와 코일(114)의 일단 사이에 배치되거나, 제2 노드(N2)와 코일(114)의 타단 사이에 배치될 수 있다.
제어부(300)는, 고장 원인이 코일(114) 간 단락으로 판단되면 단락된 코일(114)과 연결된 컷오프 스위치(SWc)를 턴-오프(Turn-Off) 할 수 있다.
이와 같이, 제어부(300)가 컷오프 스위치(SWc)를 통해 단락된 코일(114)과 인버터(200)의 연결을 끊어줌으로써, 코일(114) 간 단락에 의한 전류의 비정상적인 흐름을 방지하고 브레이킹 토크(Braking Torque) 생성을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 방법을 설명하되, 전술한 다극 다슬롯 모터 제어 장치와 동일한 내용에 대해서는 생략하겠다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 방법은 인버터(200)가 복수의 권취폴(115)에 각각 권취된 코일(114)에 전류를 각각 인가하는 단계(S10)와, 각 코일(114) 또는 복수의 인버터(200)의 고장 여부를 각각 판단하는 단계(S20)와, 인버터(200)를 셧 다운 및 부스트 업 제어하는 단계(S30)를 포함하여 구성될 수 있다.
인버터(200)가 복수의 코일(114)에 전류를 각각 인가하는 단계(S10)는 인버터(200)에 H-브릿지 형태로 구성된 제1 내지 제4 스위치(SW1~SW4)의 온오프를 제어하여 코일(114)에 전류를 인가하는 단계이다.
복수의 코일(114) 또는 복수의 인버터(200)의 고장 여부를 각각 판단하는 단계(S20)에서 복수의 코일(114) 및 복수의 인버터(200)가 모두 정상으로 판단되면 인버터(200)가 복수의 코일(114)에 전류를 계속 공급하도록 할 수 있다(S10).
그러나, 복수의 코일(114) 또는 복수의 인버터(200) 중 적어도 하나가 고장이 난 것으로 판단되면 고장이 난 코일(114)과 연결된 인버터(200) 또는 고장이 난 인버터(200)를 셧 다운하고 나머지 인버터(200)를 부스트 업 제어한다(S40).
구체적으로, 인버터(200)를 부스트 업 제어하는 단계(S30)는, 복수의 코일(114) 또는 복수의 인버터(200) 중 적어도 하나가 고장이 나면 고장이 난 인버터(200)는 셧 다운하고 나머지 인버터(200)를 통해 다극 다슬롯 모터(100)에 고장나기 전 전류의 (n/(n-f))(여기서, n은 권취 슬롯(130) 수이고 f는 고장이 난 코일(114) 또는 인버터(200) 수)배의 전류를 인가할 수 있다.
이와 같이, 인버터(200) 또는 코일(114) 일부에 고장이 나더라도 나머지 정상인 인버터(200)의 부스트 업 제어를 통해 다극 다슬롯 모터(100)에 고장나기 전 출력과 동일한 출력을 제공할 수 있고, 다극 다슬롯 모터(100)를 고장과 상관없이 안정적으로 구동할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 다상 다슬롯 모터 제어 방법은 각 코일(114) 또는 복수의 인버터(200) 중 일부가 고장이 난 경우 제어하기 위한 것으로 각 코일(114) 또는 복수의 인버터(200) 전부가 고장이 난 경우에 적용할 수 없음은 당연하다.
본 발명의 실시예에 따른 다극 다슬롯 모터 제어 방법은, 고장 원인이 코일(114) 간 단락으로 판단되면 복수의 인버터(200) 및 복수의 코일(114) 사이에 각각 연결되는 컷오프 스위치(SWc) 중 단락된 코일(114)과 연결된 컷오프 스위치(SWc)를 턴-오프 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 컷오프 스위치(SWc)를 통해 단락된 코일(114)과 인버터(200)의 연결을 끊어줌으로써, 코일(114) 간 단락에 의한 전류의 비정상적인 흐름을 방지하고 브레이킹 토크(Braking Torque) 생성을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 다극 다슬롯 모터
110: 고정자
120: 회전자
130: 권취 슬롯
114: 코일
200: 인버터
300: 제어부

Claims (9)

  1. 복수의 권취폴 및 상기 복수의 권취폴에 각각 권취되는 복수의 코일을 포함하는 다극 다슬롯 모터;
    상기 복수의 코일에 전류를 각각 인가하며, 직렬로 연결되는 제1 및 제2 스위치와, 직렬로 연결되는 제3 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스위치와, 상기 제3 및 제4 스위치는 전원에 병렬로 연결되며, 상기 제1 및 제2 스위치 사이의 제1 노드와 상기 제3 및 제4 스위치 사이의 제2 노드는 상기 복수의 코일 양단에 각각 연결되는 복수의 인버터; 및
    상기 복수의 코일 또는 상기 복수의 인버터 중 적어도 하나가 고장이 나면 상기 고장이 난 코일과 연결된 상기 인버터 또는 고장이 난 상기 인버터를 셧 다운하고 나머지 상기 인버터를 부스트 업 제어하는 제어부
    를 포함하는 다극 다슬롯 모터 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 노드 및 상기 복수의 코일 일단 사이 또는 상기 제2 노드 및 상기 복수의 코일 타단 사이에 각각 연결되는 복수의 컷오프 스위치
    를 더 포함하는 다극 다슬롯 모터 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 고장 원인이 상기 코일 간 단락으로 판단되면 단락된 상기 코일과 연결된 상기 컷오프 스위치를 턴-오프 하는
    다극 다슬롯 모터 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다극 다슬롯 모터는
    고정자와 상기 고정자에 의해 회전 구동되는 회전자를 더 포함하고,
    상기 고정자는
    중심에 상기 회전자를 수용하는 코어와 상기 복수의 권취폴을 포함하고,
    상기 복수의 권취폴은
    상기 코어의 외주면을 따라 상호 일정 간격을 두고 상기 회전자를 향해 돌출되는
    다극 다슬롯 모터 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 복수의 코일 또는 상기 복수의 인버터 중 적어도 하나가 고장이 나면 고장이 난 상기 인버터는 셧 다운하고 나머지 상기 인버터를 통해 다극 다슬롯 모터에 고장나기 전 전류의 (n/(n-f))(여기서, n은 슬롯 수이고 f는 고장이 난 코일 또는 인버터 수)배의 전류를 인가하는
    다극 다슬롯 모터 제어 장치.
  6. 복수의 권취폴 및 상기 복수의 권취폴에 각각 권취되는 복수의 코일을 포함하는 다극 다슬롯 모터를 제어하는 방법으로서,
    복수의 인버터가 상기 복수의 코일에 전류를 각각 인가하는 단계;
    상기 복수의 코일 또는 상기 복수의 인버터의 고장 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 복수의 코일 또는 상기 복수의 인버터 중 적어도 하나가 고장이 나면 고장이 난 상기 코일과 연결된 상기 인버터 또는 고장이 난 상기 인버터를 셧 다운하는 단계; 및
    고장이 난 상기 코일과 연결된 상기 인버터를 제외한 나머지 상기 인버터, 또는 고장이 난 상기 인버터를 제외한 나머지 상기 인버터를 부스트 업 제어하는 단계
    를 포함하는 다극 다슬롯 모터 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    고장이 난 상기 코일의 고장 원인을 판단하는 단계; 및
    상기 고장 원인이 상기 코일 간 단락이면 상기 복수의 인버터 및 상기 복수의 코일 사이에 각각 연결되는 컷오프 스위치 중 단락된 상기 코일과 연결된 상기 컷오프 스위치를 턴-오프 하는 단계
    를 더 포함하는 다극 다슬롯 모터 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 코일에 전류를 각각 인가하는 단계는
    상기 인버터에 H-브릿지 형태로 구성된 제1 내지 제4 스위치의 온오프를 제어하여 상기 코일에 전류를 인가하는 단계인
    다극 다슬롯 모터 제어 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 인버터를 부스트 업 제어하는 단계는
    상기 복수의 코일 또는 상기 복수의 인버터 중 적어도 하나가 고장이 나면 고장이 난 상기 인버터를 셧 다운하고 나머지 상기 인버터를 통해 상기 다극 다슬롯 모터에 고장나기 전 전류의 (n/(n-f))(여기서, n은 슬롯 수이고 f는 고장이 난 코일 또는 인버터 수)배의 전류를 인가하는 단계인
    다극 다슬롯 모터 제어 방법.
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