KR102333900B1 - 전자식 릴레이를 이용하여 모터를 구동하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 전자식 릴레이를 이용하여 모터를 구동하기 위한 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 모터를 구동하기 위한 장치는 배터리와 모터 사이에 배치되어 상기 모터를 구동하기 위한 전류를 공급하는 인버터; 상기 인버터와 접지 사이에 하나의 스위치 소자로 구현되어 구현된 상기 스위치 소자의 온 또는 오프에 따라 상기 인버터를 구동하는 전자식 릴레이; 제어 신호에 따라 상기 전자식 릴레이 내 스위치 소자를 온 또는 오프 시는 구동 회로부; 및 ECU 시스템 또는 안정화 IC의 고장 여부에 따라 상기 제어 신호를 제공하는 제어부를 포함한다.

Description

전자식 릴레이를 이용하여 모터를 구동하기 위한 장치{APPARATUS FOR DRIVING MOTOR USING ELECTRONIC RELAY}

본 발명은 모터 구동 장치에 관한 것으로서, 특히, 전자식 릴레이를 이용하여 모터를 구동하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 조향을 위한 파워스티어링 조향장치는 유압식 또는 모터 구동식이 있으며, 최근 모터구동식(MDPS: Motor Driven Power Steering)이 유압식을 대체하고 있으며, 소형차에서 대형차로 그 적용범위를 넓혀가고 있다.

모터구동식 조향장치는 조향휠의 회전방향을 감지하고, 그 회전방향에 따라서 모터가 조향축을 회전시키거나 랙바를 좌우로 움직여서, 운전자의 조향력을 보조하게 된다.

한편, 조향축의 단부에 장착되는 피니언과 이에 결합되는 랙바에 있어서, 상기 랙바에 형성된 랙기어와 상기 피니언에 형성된 피니언 기어 사이에 기어비가 일정하여 운전상태에 따라서 조향특성을 가변시키지 못하는 구조를 갖는다.

최근에 랙바의 움직임에 따라서 그 조향특성을 가변시키는 가변조향기구가 개발되고 있으며, 조향상태에 따라서 조향의 민감도가 높아 민첩한 조향성능을 구현하는 동시에 안정적인 조향성능을 발휘하는 것이 중요하다.

또한, 모터구동식 조향장치에 구비된 모터로 배터리 전원을 공급하기 용이하게 하기 위한 연구가 진행 중에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 모터를 구동하기 위한 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 모터를 구동하기 위한 장치는 전자식 릴레이, 구동 회로부로 이루어진다. 구동 회로부 내 트랜지스터 TR1을 턴 온(turn on)함으로써, 전자식 릴레이 내 두 개의 MOSFET 게이트 전압을 소스 전압 0V 대비 12V가 되도록 하여 전자식 릴레이가 턴 온 되어 전류가 흐르게 된다.

그리고 구동 회로부 내 트랜지스터 TR1을 턴 오프함으로써, 전자식 릴레이 내 MOSFET 게이트 전압을 소스 전압 12V 대비 12V가 되도록 하여 게이트 전압을 24V로 만든다.

이렇게 전자식 릴레이 내 두 개의 MOSFET를 턴 온 시켜 대전류를 흐르게 한다.

그러나 이러한 종래의 모터 구동 장치를 통해 모터로 배터리 전원을 공급하기 용이하게 하면서 사이즈 감소 및 원가 절감에 유리하게 하기 위한 연구 또한 필요하다.

따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 인버터와 접지 사이에 하나의 MOSFET로 이루어진 전자식 릴레이를 배치시키고 그 배치된 전자식 릴레이의 게이트 단에 구동 회로부를 연결하여 구성되는 전자식 릴레이를 이용하여 모터를 구동하기 위한 장치를 제공하는데 있다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 모터를 구동하기 위한 장치는 배터리와 모터 사이에 배치되어 상기 모터를 구동하기 위한 전류를 공급하는 인버터; 상기 인버터와 접지 사이에 하나의 스위치 소자로 구현되어 구현된 상기 스위치 소자의 온 또는 오프에 따라 상기 인버터를 구동하는 전자식 릴레이; 제어 신호에 따라 상기 전자식 릴레이 내 스위치 소자를 온 또는 오프 시는 구동 회로부; 및 ECU 시스템 또는 안정화 IC의 고장 여부에 따라 상기 제어 신호를 제공하는 제어부를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 전자식 릴레이는 N 타입의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구현되어, 드레인 단이 상기 인버터에 연결되고, 소스 단이 상기 접지에 연결되며, 게이트 단이 상기 구동 회로부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 구동 회로부는 상기 제어부에 연결되어 상기 ECU 시스템의 고장 여부에 따라 온 또는 오프되는 제1 스위치부; 상기 제어부에 연결되어 상기 안정화 IC의 고장 여부에 따라 온 또는 오프되는 제2 스위치부; 상기 제1 스위치부 또는 상기 제2 스위치부의 온 또는 오프에 따라 온 또는 오프되는 제3 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1 스위치부는 상기 ECU 시스템에 고장이 발생하지 않은 경우 제어 신호를 하이(high)로 인가 받아 스위치 온 되어 상기 제3 스위치부를 온 시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제2 스위치부는 상기 안정화 IC에 고장이 발생하지 않은 경우 제어 신호를 로우(low)로 인가 받아 스위치 온 되어 상기 제3 스위치부를 온 시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1 스위치부와 상기 제2 스위치부는 NPN 트랜지스터로 구현되고, 상기 제3 스위치부는 PNP 트랜지스터로 구현되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1 스위치부는 상기 제어 신호를 하이(high)로 인가 받아 이에 따라 스위치 온 시켜 상기 제3 스위치부의 베이스 단을 로우(low) 상태로 만드는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제3 스위치부는 상기 제1 스위치부가 온 되면, 베이스 단이 로우 상태가 됨에 따라 스위치 온 되어 상기 전자식 릴레이를 온 시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제2 스위치부는 상기 제어 신호를 로우(high)로 인가 받아 이에 따라 스위치 온 시켜 상기 제3 스위치부의 이미터 단을 로우(low) 상태로 만드는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제3 스위치부는 상기 제2 스위치부가 온 되면, 이미터 단이 하이 상태가 됨에 따라 스위치 온 되어 상기 전자식 릴레이를 온 시키는 것을 특징으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 인버터와 접지 사이에 하나의 MOSFET로 이루어진 전자식 릴레이를 배치시키고 그 배치된 전자식 릴레이의 게이트 단에 구동 회로부를 연결하여 구성됨으로써, 회로의 구성을 간소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 하나의 MOSFET로 이루어진 전자식 릴레이를 구현하여 회로의 구성을 간소화시키기 때문에 원가 절감과 패키징 사이즈를 감소할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 모터를 구동하기 위한 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 구동하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 모터 구동 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 제1 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 모터 구동 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 제2 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 구동하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전자식 릴레이를 이용하여 모터를 구동하기 위한 장치를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.

본 발명에서는 인버터와 접지 사이에 하나의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 이루어진 전자식 릴레이를 배치시키고 그 배치된 전자식 릴레이의 게이트 단에 구동 회로부를 연결하여 구성되는 새로운 모터 구동 장치를 제안한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 구동하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터를 구동하기 위한 장치는 인버터(110), 전자식 릴레이(120), 구동 회로부(130), 제어부(140)를 포함할 수 있다.

인버터(110)는 배터리 전압과 모터 사이에 구비 되어 배터리로부터 입력 받은 직류 전원의 직류 전력을 교류로 변환하여 모터 즉, 3상 모터에 공급할 수 있다.

예컨대, 인버터(110)는 서로 직렬로 접속된 3쌍의 스위칭 소자가 각각 직류 전원에 병렬로 접속되도록 구현되어, 3쌍의 스위칭 소자의 각각의 중점과 3상 모터의 U상, V상, 및 W상의 각각의 입력이 접속된다. 그리고 각 상에 형성되는 스위칭 소자를 순차 온, 오프시키는 것에 의해 3상 모터의 각 상에 서로 위상이 120도씩 다른 교류 전력을 공급하여 3상 모터를 구동하게 된다.

전자식 릴레이(120)는 N 채널 MOSFET인 하나의 스위치 소자를 포함할 수 있다. 이때, 전자식 릴레이(120)는 N 채널 MOSFET로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고 P 채널 MOSFET 뿐 아니라 이외에 다른 반도체 소자가 사용될 수 있다.

전자식 릴레이(120)는 인버터(110)와 접지 사이에 위치하도록 배치될 수 있다.

여기서 N 채널 MOSFET로 구현된 스위치 소자는 드레인 단이 인버터(110)에 연결되고, 소스 단이 접지에 연결되며, 게이트 단이 구동 회로부(130)에 연결될 수 있다.

이렇게 인버터(110)와 접지 사이에 위치하도록 배치되는 N 채널 MOSFET인 스위치 소자는 전원 입력 시 턴온 되어 배터리 전원을 모터에 공급하도록 스위치 될 수 있다.

구동 회로부(130)는 다수의 스위치로 구현되어, 제어 신호에 따라 다수의 스위치를 온 또는 오프 시켜 전자식 릴레이(120)를 턴 온 또는 턴 오프 시킬 수 있다.

구동 회로부(130)는 제1 스위치부, 제2 스위치부, 제3 스위치부로 구성될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 모터 구동 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 제1 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 모터 구동 장치의 구동 원리를 설명하기 위한 제2 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1 스위치부(131)는 제어부로부터 MDPS(Motor Driven Power Steering) ECU 시스템의 고장 여부에 따라 제1 제어 신호를 인가 받으면, 인가 받은 제1 제어 신호에 따라 스위치를 온 또는 오프 시킬 수 있다.

예컨대, 제1 스위치부(131)는 ECU 시스템에 고장이 발생하지 않은 경우 제1 제어 신호를 하이(high)로 인가 받아 이에 따라 스위치 sw1를 온 시켜 스위치 sw3의 베이스 단을 로우(low) 상태로 만들게 된다. 즉, 전자식 릴레이를 온 시키기 위한 조건을 만족시키게 된다.

반면, 제1 스위치부(131)는 ECU 시스템에 고장이 발생한 경우 제1 제어 신호를 로우(low)로 인가 받아 이에 따라 스위치 sw1를 오프 시키게 된다.

이때, 제1 스위치부(131)는 MDPS ECU 시스템의 고장 여부를 판단하는 중에는 제1 제어 신호를 하이 또는 로우로 내보내야 하는지 장담할 수 없기 때문에 전자식 릴레이를 오프 시키기 위한 조건인 스위치 sw1의 베이스 단을 5k 저항과 함께 접지에 풀 다운(pull-down) 시킨다.

이때, 제1 스위치부(131)의 스위치 sw1은 NPN 트랜지스터로 구현될 수 있다.

제3 스위치부(133)는 제1 스위치부(131) 내 스위치 sw1가 온 되면, 스위치 sw3의 베이스 단이 로우 상태가 됨에 따라 온 되어 전자식 릴레이를 온 시키게 된다.

이때, 제3 스위치부(133)의 스위치 sw3은 PNP 트랜지스터로 구현될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제2 스위치부(132)는 제어부로부터 안정화(safety) IC의 고장 여부에 따라 제2 제어 신호를 인가 받으면, 인가 받은 제2 제어 신호에 따라 스위치를 온 또는 오프 시킬 수 있다.

예컨대, 제2 스위치부(132)는 안정화 IC에 고장이 발생하지 않은 경우 제2 제어 신호를 로우(low)로 인가 받아 이에 따라 스위치 sw2를 온 시켜 스위치 sw3의 이미터 단을 하이 상태로 만들게 된다. 즉, 전자식 릴레이를 온 시키기 위한 조건을 만족시키게 된다.

반면, 제2 스위치부(132)는 안정화 IC에 고장이 발생한 경우 제2 제어 신호를 로우(low)로 인가 받아 이에 따라 스위치 sw2를 오프 시키게 된다.

이때, 제2 스위치부(132)는 안정화 IC의 고장 여부를 판단하는 중에는 제2 제어 신호를 하이 또는 로우로 내보내야 하는지 장담할 수 없기 때문에 전자식 릴레이를 오프 시키기 위한 조건인 스위치 sw2의 베이스 단을 5k 저항과 함께 3.3V에 풀 업(pull-up) 시킨다.

이때, 제2 스위치부(132)의 스위치 sw2은 NPN 트랜지스터로 구현될 수 있다.

제3 스위치부(133)는 제2 스위치부(132) 내 스위치 sw2가 온 되면, 스위치 sw3의 이미터 단이 하이 상태가 됨에 따라 온 되어 전자식 릴레이를 온 시키게 된다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 제3 스위치부(133)는 제1 제어 신호가 하이이거나 제2 제어 신호가 로우일 때, 스위치 sw3가 온되어 전자식 릴레이를 온 시킨다.

제어부(140)는 ECU 시스템의 고장 여부에 따라 제1 제어 신호를 생성하여 생성된 제1 제어 신호를 구동 회로부(130)에 출력하거나 안정화 IC의 고장 여부에 따라 제2 제어 신호를 생성하여 생성된 제2 제어 신호를 구동 회로부(130)에 출력할 수 있다.

예컨대, 제어부(140)는 ECU 시스템에 고장이 발생하지 않은 경우 제1 제어 신호를 하이(high) 상태로 구동 회로부(130)에 제공하거나 안정화 IC에 고장이 발생하지 않은 경우 제2 제어 신호를 로우(low) 상태로 구동 회로부(130)에 제공한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 구동하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터를 구동하기 위한 장치 내 제어부는 전원을 인가 받으면(S510), MDPS ECU 시스템의 고장 여부를 판단할 수 있다(S520).

다음으로, 제어부는 그 판단한 결과로 ECU 시스템에 고장이 발생하지 않은 경우 제1 제어 신호를 하이로 생성하여 생성된 제1 제어 신호를 구동 회로부에 인가할 수 있다(S521).

다음으로, 구동 회로부는 제어부로부터 제1 제어 신호를 인가 받으면, 하이로 인가 받은 제1 제어 신호에 따라 스위치를 온 시켜 전자식 릴레이를 온 시킬 수 있다(S522).

반면, 제어부는 그 판단한 결과로 ECU 시스템에 고장의 발생한 경우 제1 제어 신호를 로우로 생성하여 생성된 제1 제어 신호를 구동 회로부에 인가할 수 있다(S523).

이에 따라 구동 회로부는 제어부로부터 제1 제어 신호를 인가 받으면, 로우로 인가 받은 제1 제어 신호에 따라 스위치를 오프 시켜 전자식 릴레이를 오프 시키게 된다(S524).

한편, 본 발명에 따른 모터를 구동하기 위한 장치 내 제어부는 MDPS ECU 시스템의 고장 여부를 판단할 뿐 아니라 안정화 IC의 고장 여부를 판단할 수 있다(S530).

다음으로, 제어부는 그 판단한 결과로 안정화 IC에 고장이 발생하지 않은 경우 제2 제어 신호를 로우로 생성하여 생성된 제2 제어 신호를 구동 회로부에 인가할 수 있다(S531).

다음으로, 구동 회로부는 제어부로부터 제2 제어 신호를 인가 받으면, 로우로 인가 받은 제2 제어 신호에 따라 스위치를 온 시켜 전자식 릴레이를 온 시킬 수 있다(S532).

반면, 제어부는 그 판단한 결과로 ECU 시스템에 고장의 발생한 경우 제2 제어 신호를 하이로 생성하여 생성된 제2 제어 신호를 구동 회로부에 인가할 수 있다(S533).

이에 따라 구동 회로부는 제어부로부터 제2 제어 신호를 인가 받으면, 하이로 인가 받은 제2 제어 신호에 따라 스위치를 오프 시켜 전자식 릴레이를 오프 시키게 된다(S534).

이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 인버터
120: 전자식 릴레이
130: 구동 회로부
140: 제어부

Claims (10)

1. 배터리와 모터 사이에 배치되어 상기 모터를 구동하기 위한 전류를 공급하는 인버터;
   상기 인버터와 접지 사이에 하나의 스위치 소자로 구현되어 상기 스위치 소자의 온 또는 오프에 따라 상기 인버터를 구동하는 전자식 릴레이;
   제어 신호에 따라 상기 전자식 릴레이 내 스위치 소자를 온 또는 오프 시는 구동 회로부; 및
   ECU 시스템 또는 안정화 IC의 고장 여부에 따라 상기 제어 신호를 제공하는 제어부; 를 포함하고,
   상기 구동 회로부는,
   상기 제어부에 연결되어 상기 ECU 시스템의 고장 여부에 따라 온 또는 오프되는 제1 스위치부;
   상기 제어부에 연결되어 상기 안정화 IC의 고장 여부에 따라 온 또는 오프되는 제2 스위치부; 및
   상기 제1 스위치부 또는 상기 제2 스위치부의 온 또는 오프에 따라 온 또는 오프되는 제3 스위치부; 를 포함하며,
   상기 제3 스위치부는, 상기 제1 스위치부가 온 되는 경우 및 상기 제2 스위치부가 온 되는 경우 중 어느 하나의 경우 상기 전자식 릴레이를 온 시키는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 전자식 릴레이는,
   N 타입의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구현되어,
   드레인 단이 상기 인버터에 연결되고, 소스 단이 상기 접지에 연결되며, 게이트 단이 상기 구동 회로부에 연결되는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 스위치부는,
   상기 ECU 시스템에 고장이 발생하지 않은 경우 제어 신호를 하이(high)로 인가 받아 스위치 온 되어 상기 제3 스위치부를 온 시키는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 스위치부는,
   상기 안정화 IC에 고장이 발생하지 않은 경우 제어 신호를 로우(low)로 인가 받아 스위치 온 되어 상기 제3 스위치부를 온 시키는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 스위치부와 상기 제2 스위치부는 NPN 트랜지스터로 구현되고, 상기 제3 스위치부는 PNP 트랜지스터로 구현되는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제1 스위치부는,
   상기 제어 신호를 하이(high)로 인가 받아 이에 따라 스위치 온 시켜 상기 제3 스위치부의 베이스 단을 로우(low) 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제3 스위치부는,
   상기 제1 스위치부가 온 되면, 베이스 단이 로우 상태가 됨에 따라 스위치 온 되어 상기 전자식 릴레이를 온 시키는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.
9. 제6 항에 있어서,
   상기 제2 스위치부는,
   상기 제어 신호를 로우(high)로 인가 받아 이에 따라 스위치 온 시켜 상기 제3 스위치부의 이미터 단을 로우(low) 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 제3 스위치부는,
    상기 제2 스위치부가 온 되면, 이미터 단이 하이 상태가 됨에 따라 스위치 온 되어 상기 전자식 릴레이를 온 시키는 것을 특징으로 하는 모터를 구동하기 위한 장치.

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