KR102336397B1 - 모터 구동 제어방법, 시스템 및 이를 적용한 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법 - Google Patents

모터 구동 제어방법, 시스템 및 이를 적용한 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법 Download PDF

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Abstract

모터의 전기적 회전 주파수를 산출하는 단계; 산출된 모터의 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계; 및 산출된 구동 토크 주파수로 모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계;를 포함하는 모터 구동 제어방법 및 시스템과 이를 적용한 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법이 소개된다.

Description

모터 구동 제어방법, 시스템 및 이를 적용한 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법{CONTROL METHOD AND SYSTEM FOR MOTOR DRIVING AND CONTROL METHOD FOR AIR COMPRESSER OF FUEL CELL SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 모터 구동 제어방법, 시스템 및 이를 적용한 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법에 관한 것으로, 모터의 On/Off 제어시 발생하는 전자파 노이즈를 감소시키고 에너지 효율을 개선할 수 있는 모터 구동 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.
연료전지 차량은 고온 등판 운전과 같이 연료전지 스택이 고출력으로 운전되는 경우와 같이 냉각성능이 떨어지는 운전 조건에서 연료전지 스택의 운전 온도가 상승하여 공급 연료의 습도 하락이 발생하고 이로 인해 연료전지 스택이 드라이(dry)되어 동일 전류에서의 스택 운전 전압이 강하하게 된다. 이러한 경우 스택 전압 강하에 의해 연료전지 스택의 발열량이 증가하면서 연료전지 운전 온도가 더욱 상승하게 되는 악순환이 발생할 수 있다.
이러한 연료전지 운전 온도가 상승하는 악순환을 방지하기 위해 최근 차량용 연료전지 시스템에서는 공기극(캐소드(cathode))로 공급하는 공기의 압력을 상승시켜 공기극 측의 상대습도를 높이는 제어기술을 적용 중에 있다. 이에, 연료전지 스택의 공기극 측에 공기를 공급하는 공기 압축기의 압축비를 더욱 증가시켜야 할 필요가 있다.
연료전지 스택의 공기극 측으로 공급되는 공기의 압축비를 더욱 증가시켜야 하는 필요성으로 인해 공기 압축기의 압축비를 더욱 증대 시키면서 최대 압력 운전점에서 최대 효율점이 나타나도록 공기 압축기를 설계하게 된다. 이러한 설계는 고유량 고압축비 구간에서 압축기 효율은 상승하지만, 상대적으로 저유량 구간에서 효율이 저하하는 문제가 발생한다. 이에 따라 차량 도심 운전시 주 운전 영역인 저유량 구간에서 공기 압축기 소모 동력이 증가하여 차량 연비에 악영향을 끼치게 되었다.
더욱 구체적으로, 종래에 사용되던 상압형 공기 블로워에 비해 공기 압축비를 더욱 향상시킨 가압형 공기 압축기는 내장된 모터의 구동 속도를 더욱 확대해야 함에 따라 저유량 구간과 고유량 구간 간 모터의 구동속도 차이가 증가하여 공기압축기 자체의 효율 개선이 불리한 단점이 있다. 즉, 가압형 공기 압축기는 모터 회전속도 증가에 따라 고속 운전 영역에서 충분한 전압 마진 확보를 위해 모터 인덕턴스를 감소시키게 되고, 이러한 모터 인덕턴스 감소에 의해 3상 리플 전류가 증가하여 모터/인버터의 효율이 감소되는 것이다. 특히, 상대적으로 작은 출력을 요구하는 저유량 구간에서는 3상 전류가 작고 전류 리플 증가에 의해 효율 감소 효과가 현저하게 나타나게 된다. 즉, 3상 리플 전류는 2차 성분으로 모터 토크에 기여하지 못하며 모터 토크가 작은 저유량 구간에서 3상 사인파 전류 성분 대비 3상 리플 전류량이 상대적으로 크게 나타나기 때문에 고출력 구간 대비 모터/인버터 효율이 감소하게 된다.
또한, 고속 회전을 위해 공기 압축기의 모터 회전에는 에어포일 베어링이 적용되는데, 이 에어포일 베어링은 리프트 상태를 유지하기 위해 일정 속도 이상 회전이 요구된다. 따라서, 에어포일 베어링이 리프트 상태를 유지하기 위한 기준 속도 이하로 모터를 연속 구동하는 경우 에어포일 베어링이 모터 회전축과의 마찰로 소손될 수 있는 문제가 발생한다. 따라서, 이러한 에어포일 베어링의 소손을 방지하기 위해 공기 압축기는 최소 구동속도 제한을 두고 있으며, 이에 따라 연료전지를 저출력으로 운전하여야 하는 경우에도 최소 구동속도 이상 공기 압축기를 구동시켜 불필요한 공기 과급이 발생하게 되어 연료전지 시스템 자체의 효율도 감소하게 된다.
이를 해결하기 위해 공기 압축기의 저속 운전구간에서는 공기 압축기 모터를 구동하는 토크를 On/Off하는 제어를 반복함으로써 공기 압축기의 소모 동력을 저감하였다. 다만, 구동 토크 On/Off를 반복하는 제어는 연속적으로 인가하던 전류를 짧은 구동토크 On 시간에만 인가하기 때문에 전자파 노이즈가 증가하는 문제가 발생하게 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2015-0026265 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고속 회전 시 최대 효율이 발생하도록 설계된 모터를 저속으로 구동하기 위해 구동 토크 On/Off 제어하는 경우 발생하는 전자파 노이즈를 저감하고, 모터의 효율을 현저하게 향상시킬 수 있는 모터 구동 제어방법, 시스템 및 이를 적용한 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법을 제공하고자 함이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 모터 구동 제어방법은 모터의 전기적 회전 주파수를 산출하는 단계; 산출된 모터의 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계; 및 산출된 구동 토크 주파수로 모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계;를 포함한다.
모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계는, 모터의 토크가 On 상태인 경우 모터로 제공되는 구동 전류를 제공하고, 모터의 토크가 Off 상태인 경우 모터로 제공되는 구동전류를 실질적으로 0이 되도록 제어할 수 있다.
모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계는, 모터의 토크가 Off인 상태에서 구동 전류를 모터로 제공하는 인버터에 포함된 스위칭 소자를 Off 제어할 수 있다.
모터의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계는, 모터로 인가하는 구동 전압을 모터의 역기전력과 실질적으로 동일해지도록 인버터에 포함된 스위칭 소자의 On/Off를 제어할 수 있다.
모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계는, 산출된 모터 전기적 회전 주파수와 동기화하여 산출할 수 있다.
모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계 이전에, 모터 3상 전류의 위상을 산출하는 단계; 및 산출된 모터 3상 전류 위상을 기반으로 모터의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계;를 더 포함하고, 모터의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계에서는, 산출된 구동 토크 인가 시점에 모터의 구동 토크를 인가할 수 있다.
모터 3상 전류 위상을 산출하는 단계에서는, 산출된 모터 3상 전류 중 어느 하나의 위상이 0[A]가 되는 시점을 산출할 수 있다.
구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계는, 산출된 모터 3상 전류 중 어느 하나의 위상이 0[A]가 되는 시점이 구동토크를 On하는 시간의 가운데 시점이 되도록 모터 구동 토크 인가 시점을 산출할 수 있다.
모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계는, 구동 토크 주파수가 산출된 모터 전기적 회전 주파수의 6/n배로 산출하되 n은 자연수로 정할 수 있다.
모터 구동 토크 주파수를 산출하는 단계에서, 구동 토크 주파수가 산출된 모터 전기적 회전 주파수의 6/n배로 산출하되 n은 3의 배수가 아닌 자연수로 정할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 모터 구동 제어시스템은 모터의 회전을 모니터링하여 모터의 전기적 회전 주파수를 산출하는 모터 모니터링부; 모터 모니터링부에서 산출된 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터의 구동 토크를 반복적으로 On/Off 제어하는 주파수를 결정하는 구동 토크 주파수 산출부; 및 구동 토크 주파수 산출부에서 산출된 모터의 구동 토크 주파수로 모터의 구동 토크를 반복적으로 On/Off 제어하는 인버터 제어기;를 포함한다.
모터 3상 전류의 위상을 산출하고, 산출된 모터 3상 전류의 위상을 기반으로 모터의 구동 토크 인가시점을 산출하는 구동 토크 인가시점 산출부;를 더 포함하고, 인버터 제어기는 산출된 구동 토크 인가시점에 구동 토크를 인가할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법은 연료전지 스택에 압축 공기를 공급하는 공기 압축기의 모터의 구동을 제어하는 방법에 있어서, 모터의 전기적 회전 주파수를 산출하는 단계;
산출된 모터의 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계; 및 산출된 구동 토크 주파수로 모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계;를 포함한다.
모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계 이전에, 모터 3상 전류의 위상을 산출 하는 단계; 및 산출된 모터 3상 전류 위상을 기반으로 모터의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계;를 더 포함하고, 모터의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계에서는, 산출된 구동 토크 인가 시점에 모터의 구동 토크를 인가할 수 있다.
본 발명의 모터 구동 제어방법, 시스템 및 이를 적용한 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법에 따르면, 모터의 소모동력 저감을 통해 모터가 적용된 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 모터가 적용된 공기 압축기를 포함하는 연료전지 차량에서 공기 압축기에 의한 소모동력 저감을 통해 연료전지 시스템 효율 및 차량 연비를 향상시킬 수 있다.
특히, 모터 구동 제어방법, 시스템 및 이를 적용한 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법에 따르면 전자파 노이즈가 감소되고, 인버터(10)의 스위칭 및 도통 손실 전력이 감소되어, 모터의 소모전력이 감소되는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어방법에 적용되는 모터 구동 토크의 On/Off 제어를 도시한 그래프이다.
도 3은 도 2의 "A" 부분을 확대 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 토크의 On/Off 제어의 구동 토크 인가 시점을 도시한 그래프이다.
도 4는 모터의 구동 토크가 연속적으로 인가되는 경우 모터 3상의 전류 파형을 도시한 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어방법에 적용되는 모터 구동 토크의 On/Off 제어를 도시한 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 토크의 On/Off 제어의 구동 토크 인가 시점을 도시한 그래프이고, 도 4는 모터의 구동 토크가 연속적으로 인가되는 경우 모터 3상의 전류 파형을 도시한 그래프이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 모터 구동 제어시스템은 모터(30)의 회전을 모니터링하여 모터(30)의 전기적 회전 주파수를 산출하는 모터 모니터링부(40); 모터 모니터링부(40)에서 산출된 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터(30)의 구동 토크를 반복적으로 On/Off 제어하는 주파수를 결정하는 구동 토크 주파수 산출부(50); 및 구동 토크 주파수 산출부(50)에서 산출된 모터(30)의 구동 토크 주파수로 모터(30)의 구동 토크를 반복적으로 On/Off 제어하는 인버터 제어기(20);를 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 모터 구동 제어방법은 모터 모니터링부(40)에서 모터(30)의 전기적 회전 주파수를 산출하는 단계; 산출된 모터(30)의 전기적 회전 주파수를 기반으로 구동 토크 주파수 산출부(50)에서 모터(30)의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계; 및 산출된 구동 토크 주파수로 인버터 제어기(20)에서 모터(30)의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계;를 포함한다.
여기서 모터(30)의 전기적 회전이란 모터(30)의 물리적인 1회전을 의미하는 것은 아니고, 인버터(10)에서 모터(30)로 인가되는 3상 전류의 한 주기를 의미하는 것이다. 따라서 전기적 회전 주파수는 모터(30)를 구성하는 자석의 수에 따라 물리적인 모터(30)의 회전 주파수의 배수가 될 수 있다.
모터 모니터링부(40)에서 모터(30) 전기적 회전 주파수를 산출하는 단계는 센서를 이용하여 모터(30)의 전기적 회전을 센싱한다. 예컨대 홀 센서를 이용하여 모터(30)의 시간에 따른 전기적 회전을 센싱하여 전기적 회전 주파수를 산출할 수 있다.
산출된 모터 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터(30)의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계는 산출된 모터(30)의 전기적 회전 주파수에 따라 모터(30)의 구동 토크를 On/Off 반복 제어하는 주파수를 정하는 것이다.
도 2에 도시한 것과 같이, 모터(30)의 구동 토크를 기설정된 일정한 주기 및 듀티(Duty)를 갖고 반복적으로 On/Off될 수 있다. 인버터 제어기(20)에서 산출된 구동 토크 주파수로 모터(30)의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계는 산출된 구동 토크 주파수에 따라 모터(30)에 토크를 인가하고 차단하는 제어를 반복하는 것이다.
모터(30)의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계는 모터(30)의 토크가 On 상태인 경우 모터(30)로 제공되는 구동 전류를 제공하고, 모터(30)의 토크가 Off 상태인 경우 모터(30)로 제공되는 구동전류를 실질적으로 0이 되도록 제어하는 것을 반복해서 시행할 수 있다.
모터(30)의 토크를 On/Off 반복 제어하는 구체적인 기법으로, 모터(30) 토크가 Off로 설정되는 구간에서 인버터(10)에 포함된 스위칭 소자(미도시)를 모두 Off 상태(100% Off Duty)로 결정하여 모터(30)로 제공되는 구동 전류를 차단하는 방식이 적용될 수 있다. 즉, 모터(30) 토크가 On 상태를 유지하여야 하는 구간에서, 인버터(10) 스위칭 소자(미도시)를 통상적인 모터(30) 구동에 적용되는 방식으로 제어하기 위한 구동 신호를 인버터(10)로 출력하고, 모터(30) 토크가 Off 상태를 유지하여야 하는 구간에서는 스위칭 소자(미도시)를 모두 Off 시키기 위한 제어신호를 인버터(10)로 출력할 수 있다.
모터 구동 제어방법에서, 일 실시예에 따른 토크의 On/Off 제어는 일정한 주기와 듀티(Duty)로 모터(30)의 토크를 On/Off 제어하되, 토크가 On으로 설정되는 구간에서는 통상적인 인버터 스위칭 소자(미도시)의 제어가 수행되게 하고, 토크가 Off로 설정된 구간에서는 인버터 스위칭 소자(미도시)를 모두 Off 시킴으로써 토크의 On/Off 제어를 달성할 수 있다.
토크가 Off로 설정된 구간에 인버터(10)의 스위칭 소자(미도시)를 제어하는 다른 방법으로서, 모터(30)에서 발생하는 역기전력과 실질적으로 동일한 전압 크기를 갖는 구동 전압이 생성되도록 인버터 내 각 상의 스위칭 소자(미도시)를 On/Off 제어하는 방식이 채용될 수 있다. 모터(30)의 역기전력과 인버터의 3상 구동 전압이 동일한 경우, 전위차가 발생하지 않으므로 인버터에서 모터(30)로 전류가 제공되지 않는 영전류 상태가 될 수 있다.
구동 토크 주파수 산출부(50)에서 구동 토크 주파수를 산출하는 단계는, 산출된 모터 전기적 회전 주파수와 동기화하여 산출할 수 있다. 여기서 동기화란 동일하게 하는 것뿐만이 아니라, 모터 전기적 회전 주파수가 구동 토크 주파수의 배수가 되거나 반대로 구동 토크 주파수가 모터 전기적 회전 주파수의 배수가 되는 등 서로 일정한 관계를 가지는 것까지 포함한다.
모터(30)의 구동 토크 주파수가 모터(30) 전기적 회전 주파수와 동기화되면 구동 토크가 On되는 시간(On duty)동안 같은 3상 전류가 발생된다. 따라서 구동 토크가 On되는 시간에 발생하는 전자파 노이즈 소스가 일정하게 되어 종래의 다양한 주파수 대역의 전자파 노이즈가 발생하는 것보다 전자파 노이즈가 감소하는 효과를 가진다.
모터(30)의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계 이전에, 모터 모니터링부(40)에서 모터(30) 3상 전류의 위상을 산출하는 단계; 및 구동토크 인가시점 산출부(60)에서 산출된 모터(30) 3상 전류의 위상을 기반으로 모터(30)의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계;를 더 포함하고, 모터(30)의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계에서는, 산출된 구동 토크 인가 시점에 인버터 제어기(20)에서 모터(30)의 구동 토크를 인가할 수 있다.
모터(30) 3상 전류의 위상을 산출하는 단계는 모터 모니터링부(40)에서 모터(30)의 3상에 흐르는 전류의 정현파 위상을 산출하는 것이다. 모터(30)의 3상의 실제 전류는 구동 토크 On 구간에서만 실질적으로 인가되는 것이므로 실제로 측정을 통하여 3상 전류의 위상을 알 수 없다. 따라서 모터 모니터링부(40)에서 모터(30)의 위치 정보 등을 모니터링하고, 모니터링한 모터(30)의 정보를 기반으로 구동 토크 On 구간일 경우 인가될 모터(30)의 3상에 흐르는 전류의 정현파 위상을 산출할 수 있다.
구동토크 인가시점 산출부(60)에서 산출된 모터(30) 3상 전류의 위상을 기반으로 모터(30)의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계는 산출된 구동 토크 주파수로 반복해서 모터 구동 토크를 인가할 시점을 산출하는 것이다.
구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계는, 모터 3상 전류의 위상을 산출하는 단계에서 산출된 모터 3상 전류의 위상을 기반으로 구동토크 인가시점 산출부(60)에서 모터 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점을 산출할 수 있다. 모터의 구동 토크 인가 시점은 산출된 모터 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점을 기반으로 산출할 수 있다.
구체적으로는, 구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계는 구동토크 인가시점 산출부(60)에서 모터 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점이 구동토크를 On하는 시간의 가운데 시점이 되도록 모터 구동 토크 인가 시점을 산출할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 구동 토크를 연속적으로 인가하면 모터(30)의 3상에 흐르는 전류 파형이 sin파 형태로 나타난다. 따라서 모터(30)의 전기적 회전 주기를 360[deg]로 할 때, 3상 중 하나의 상은 180[deg] 간격으로 0[A]가 반복되고, 3상은 서로 120[deg]씩 차이나게 구성되는 파형을 가진다.
예를 들어, 모터 모니터링부(40)에서 홀 센서 등을 이용하여 모터(30)의 위치 정보 등을 모니터링하고, 모니터링한 모터(30)의 정보를 기반으로 구동 토크 On 구간일 경우 인가될 모터(30)의 3상에 흐르는 전류의 정현파 위상을 산출할 수 있다. 산출된 3상 중 어느 하나의 상의 전류가 0[A]가 되는 시점을 모터(30)의 구동 토크 인가 시점과 동기화할 수 있다.
특히, 도 2의 "A" 부분을 확대한 도 3에서 도시한 바와 같이, 산출된 3상 중 어느 하나의 상의 전류가 0[A]가 되는 시점을 모터(30)의 구동 토크 인가 시점과 동기화함에 있어서, 산출한 모터(30) 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점이 구동 토크를 On하는 시간(On Duty)의 가운데 시점이 되도록 모터(30) 구동 토크 인가 시점을 산출할 수 있다. 이를 통해, 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점을 중심으로한 전후 구동 토크를 On하는 시간 동안 전류가 0[A]이 되는 시점과 동기화된 하나의 상에는 전류가 거의 발생하지 않아 전자파 노이즈가 거의 발생하지 않아 전자파 노이즈의 발생이 최소화될 수 있다. 게다가 3상 전류가 0[A]이 되는 시점과 동기화되지 않은 나머지 두 개의 상에서 발생하는 전자파는 대칭성을 이루어 간섭 효과에 의해 전자파 노이즈가 저감된다.
또한, 동일한 토크를 발생시키는 경우 모터 3상에 각각 인가되는 전류의 벡터합은 일정하나, 인버터(10)의 손실 전력을 결정하는 3상에 각각 인가되는 전류 크기의 합은 시점마다 다르다. 이러한 3상에 각각 인가되는 전류 크기의 합은 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점에서 최소가 되므로 상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점을 모터(30)의 구동 토크 인가 시점과 동기화하면 인버터(10)의 손실 전력이 감소하여 효율 개선의 효과를 가진다.
일 실시예로, 구동 토크 주파수를 산출하는 단계는, 구동 토크 주파수가 산출된 모터(30) 전기적 회전 주파수의 6/n배로 산출하되 n은 자연수인 것으로 구동 토크 주파수를 산출할 수 있다.
구체적으로 도 4를 참고하면, 모터(30) 전기적 회전의 한 주기를 360[deg]로 할 때 60[deg]의 간격으로 3상 중 어느 하나의 상의 전류가 0[A]가 되는 지점이 반복적으로 발생한다. 즉, 0[deg] 지점에 3상 중 어느 하나의 상의 전류가 0[A]가 된다면, 60[deg], 120[deg], 180[deg], 240[deg], 300[deg], 360[deg] 등의 지점에 3상의 전류 중 어느 하나가 0[A]가 된다.
따라서, 구동 토크의 주기를 모터(30) 전기적 회전 주기의 1/6배, 2/6배, 3/6배 등 n/6배로 하는 경우 즉, 모터(30) 전기적 회전 주파수의 6배, 3배, 2배 등 6/n배(단, n은 자연수)로 하는 경우에는 상 중 어느 하나의 상의 전류가 0[A]가 되는 지점이 반복적으로 발생한다.
이를 통해 모터(30)의 전기적 회전 주파수와 동기화하는 것보다 모터(30)의 구동 토크 주파수를 변경할 수 있는 자유도가 커져 다양한 주파수를 선택할 수 있다. 따라서, 운전조건에 따라 더 높은 효율을 가지는 구동 토크 On/Off 주파수를 선택할 수 있다.
또 다른 실시예로, 구동 토크 주파수를 산출하는 단계는, 구동 토크 주파수가 산출된 모터(30) 전기적 회전 주파수의 6/n배로 산출하되 n은 3의 배수가 아닌 자연수인 것으로 구동 토크 주파수를 산출할 수 있다.
구체적으로 도 4를 참고하면, 모터(30) 전기적 회전의 한 주기를 360[deg]로 할 때 60[deg]의 간격으로 3상 중 어느 하나의 상의 전류가 0[A]가 되는 지점이 반복적으로 발생하지만, 180[deg] 간격으로 어느 하나의 전류가 0[A]가 되는 지점이 반복된다. 0[deg] 지점에 3상 중 어느 하나의 상의 전류가 0[A]가 된다면, 60[deg], 120[deg], 240[deg], 300[deg] 등의 간격을 두어야 전류가 0[A]가 되는 상이 균등하게 분배된다.
따라서, 구동 토크의 주기를 모터(30) 전기적 회전 주기의 1/6배, 2/6배, 4/6배, 5/6배, 7/6배 등 n/6배로 하는 경우 즉, 모터(30) 전기적 회전 주파수의 6배, 3배, 3/2배 등 6/n배(단, n은 3의 배수가 아닌 자연수)로 하는 경우에는 3상 중 어느 하나의 상의 전류가 0[A]가 되는 지점이 반복적으로 발생하면서 3상에 균등하게 분배된다.
이를 통해 구동 토크의 인가 시점과 동기화되는 전류가 0[A]가 되는 시점이 되는 모터(30)의 3상 중 하나의 상이 균등하게 분배되어 모터(30)의 권선 또는 인버터 3상 스위칭 소자(미도시) 등에 피로가 발생하거나, 모터(30)가 편심되는 문제를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 인버터 20 : 인버터 제어기
30 : 모터 40 : 모터 모니터링부
50 : 구동토크 주파수 산출부
60 : 구동토크 인가시점 산출부

Claims (14)

  1. 모터의 전기적 회전 주파수를 산출하는 단계;
    산출된 모터의 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계; 및
    산출된 구동 토크 주파수로 모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계; 를 포함하되,
    산출된 모터 3상 전류 위상을 기반으로 모터의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계;를 더 포함하고,
    구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계는, 산출된 모터 3상 전류의 위상을 기반으로 모터 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점을 산출하고, 산출된 시점을 기반으로 모터의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계는, 모터의 토크가 On 상태인 경우 모터로 제공되는 구동 전류를 제공하고, 모터의 토크가 Off 상태인 경우 모터로 제공되는 구동전류를 실질적으로 0이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계는, 모터의 토크가 Off인 상태에서 구동 전류를 모터로 제공하는 인버터에 포함된 스위칭 소자를 Off 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    모터의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계는, 모터로 인가하는 구동 전압을 모터의 역기전력과 실질적으로 동일해지도록 인버터에 포함된 스위칭 소자의 On/Off를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계는, 산출된 모터 전기적 회전 주파수와 동기화하여 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계는, 산출된 모터 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점이 구동토크를 On하는 시간의 가운데 시점이 되도록 모터 구동 토크 인가 시점을 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계는, 구동 토크 주파수가 산출된 모터 전기적 회전 주파수의 6/n배로 산출하되 n은 자연수인 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    모터 구동 토크 주파수를 산출하는 단계에서, 구동 토크 주파수가 산출된 모터 전기적 회전 주파수의 6/n배로 산출하되 n은 3의 배수가 아닌 자연수인 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어방법.
  11. 모터의 회전을 모니터링하여 모터의 전기적 회전 주파수를 산출하는 모터 모니터링부;
    모터 모니터링부에서 산출된 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터의 구동 토크를 반복적으로 On/Off 제어하는 주파수를 결정하는 구동 토크 주파수 산출부; 및
    구동 토크 주파수 산출부에서 산출된 모터의 구동 토크 주파수로 모터의 구동 토크를 반복적으로 On/Off 제어하는 인버터 제어기;를 포함하되,
    모터 3상 전류 위상을 산출하고, 산출된 모터 3상 전류의 위상을 기반으로 모터의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 구동 토크 인가시점 산출부;를 더 포함하고,
    구동 토크 인가시점 산출부는 산출된 모터 3상 전류의 위상을 기반으로 모터 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점을 산출하고, 인버터 제어기는 산출된 모터의 구동 토크 인가 시점에 구동 토크를 인가하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    모터 3상 전류의 위상을 산출하고, 산출된 모터 3상 전류의 위상을 기반으로 모터의 구동 토크 인가시점을 산출하는 구동 토크 인가시점 산출부;를 더 포함하고,
    인버터 제어기는 산출된 구동 토크 인가시점에 구동 토크를 인가하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어시스템.
  13. 연료전지 스택에 압축 공기를 공급하는 공기 압축기의 모터의 구동을 제어하는 방법에 있어서,
    모터의 전기적 회전 주파수를 산출하는 단계;
    산출된 모터의 전기적 회전 주파수를 기반으로 모터의 구동 토크 주파수를 산출하는 단계; 및
    산출된 구동 토크 주파수로 모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계;를 포함하되,
    산출된 모터 3상 전류 위상을 기반으로 모터의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계;를 더 포함하고,
    구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계는, 산출된 모터 3상 전류의 위상을 기반으로 모터 3상 전류 중 어느 하나가 0[A]가 되는 시점을 산출하고, 산출된 시점을 기반으로 모터의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    모터의 토크를 반복적으로 On/Off 구동 제어하는 단계 이전에, 모터 3상 전류의 위상을 산출 하는 단계; 및
    산출된 모터 3상 전류 위상을 기반으로 모터의 구동 토크 인가 시점을 산출하는 단계;를 더 포함하고,
    모터의 토크를 On/Off 구동 제어하는 단계에서는, 산출된 구동 토크 인가 시점에 모터의 구동 토크를 인가하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 압축기 구동 제어방법.
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