KR102633313B1 - 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법 - Google Patents

모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102633313B1
KR102633313B1 KR1020160166498A KR20160166498A KR102633313B1 KR 102633313 B1 KR102633313 B1 KR 102633313B1 KR 1020160166498 A KR1020160166498 A KR 1020160166498A KR 20160166498 A KR20160166498 A KR 20160166498A KR 102633313 B1 KR102633313 B1 KR 102633313B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
motor
noise
switching
vehicle
Prior art date
Application number
KR1020160166498A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180065518A (ko
Inventor
남동진
최성훈
성유현
신정민
Original Assignee
현대자동차주식회사
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 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020160166498A priority Critical patent/KR102633313B1/ko
Publication of KR20180065518A publication Critical patent/KR20180065518A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102633313B1 publication Critical patent/KR102633313B1/ko

Links

Images

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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static 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
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/105—Speed
    • 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
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • 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
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/10—Emission reduction
    • B60L2270/14—Emission reduction of noise

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법에 관한 것으로, 모터 시스템은, 스위칭 주파수에 따라 적어도 하나의 스위칭 소자를 동작시키거나 또는 동작을 중단시키는 모터 구동부, 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작에 따라서 전류가 인가되고 인가된 전류에 따라 자기장을 발생시키는 코일과 상기 자기장에 의해 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 회전자가 마련된 모터 및 상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음이 기준 주파수를 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법{A motor system, a vehicle including the same and a method for controlling the same}
모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법에 관한 것이다.
차량은, 도로나 선로를 주행하면서 일 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 장치를 의미한다. 차량은, 예를 들어, 삼륜 또는 사륜 자동차나, 모터사이클 등의 이륜 자동차나, 건설 기계, 자전거 또는 선로 상에 배치된 레일 위에서 주행하는 열차 등을 포함할 수 있다.
차량은, 차체에 설치된 하나 이상의 차륜을 회전시켜 도로 등을 주행할 수 있다. 차륜 회전을 위한 동력은 다양한 방법을 통하여 획득 가능하다. 예를 들어, 차량은, 가솔린이나 디젤과 같은 화석 연료를 연소시켜 획득한 열 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 차륜 회전을 위한 동력을 얻거나, 또는 다른 예를 들어, 차량 내에 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 차륜 회전을 위한 동력을 얻을 수도 있다. 전기 에너지를 이용하여 동력을 얻는 차량을 전기 자동차라고 한다.
전기 자동차로는, 전기 에너지만을 이용하여 동력을 획득하는 통상적인 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)와, 화석 연료의 연소에 따른 에너지와 전기 에너지 양자 중 적어도 하나를 이용하여 동력을 획득하는 하이브리드 전기 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)와, 연소 에너지와 전기 에너지 양자를 모두 이용하되 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 저장할 수 있는 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle)와, 수소와 산소의 전기화학적 작용으로 동력을 획득하는 수소 연료 전지 자동차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle) 등이 있다.
운전자 또는 동승자와 같은 사용자가 모터의 인버터 스위칭에 기인하여 발생하는 소음을 인지할 수 없도록 하는 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
모터 시스템의 복잡함 및 효율 하락을 최소화하면서 모터 시스템에서 발생되는 소음을 가청 불가능하게 할 수 있는 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법이 제공된다.
모터 시스템은, 스위칭 주파수에 따라 적어도 하나의 스위칭 소자를 동작시키거나 또는 동작을 중단시키는 모터 구동부, 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작에 따라서 전류가 인가되고 인가된 전류에 따라 자기장을 발생시키는 코일과 상기 자기장에 의해 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 회전자가 마련된 모터 및 상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수의 합 또는 차에 비례하여 상기 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
상기 모터 구동부 및 상기 모터에서 발생되는 소음의 주파수는, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수의 합 또는 차에 비례하여 정의되고, 상기 제어부는, 상기 모터 구동부 및 상기 모터에서 발생되는 소음의 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 따라 발생되는 소음은, 제1 소음 및 상기 제1 소음보다 상대적으로 저주파수의 제2 소음을 포함하되, 상기 제1 소음의 주파수 및 상기 제2 소음의 주파수는 스위칭 주파수를 기준으로 서로 대칭될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 소음의 주파수 및 상기 제2 소음의 주파수의 합에 비례하여 상기 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 소음에 대한 소음의 주파수가 기준 주파수를 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어할 수 있다.
상기 기준 주파수는, 가청 주파수 대역의 주파수를 기초로 정의된 것일 수 있다.
상기 제2 소음의 주파수는, 상기 가청 주파수 대역의 상한 주파수를 포함할 수 있따.
상기 기준 주파수는, 상기 가청 주파수 대역의 상한 주파수와 동일 또는 근사하게 정의될 수 있다.
상기 기준 주파수는, 상기 모터 구동부 및 상기 모터 중 적어도 하나의 부품의 진동 특성을 더 이용하여 정의될 수 있다.
차량은, 스위칭 주파수에 따라 적어도 하나의 스위칭 소자를 동작시키거나 또는 동작을 중단시키는 모터 구동부, 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작에 따라서 전류가 인가되고 인가된 전류에 따라 자기장을 발생시키는 코일과 상기 자기장에 의해 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 회전자가 마련된 모터 및 상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수의 합 또는 차에 비례하여 상기 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
차량은, 상기 차량의 주행 속도를 결정하는 주행 속도 획득부 및 상기 모터 및 모터 구동부에서 발생되는 소음을 측정하는 소음 측정부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 차량의 주행 속도 및 상기 소음 중 적어도 하나를 이용하여 상기 기준 주파수를 결정할 수 있다.
차량은, 주행을 위한 동력을 획득하는 엔진 및 상기 엔진의 동작 여부를 판단하는 엔진 동작 감지부를 더 포함할 수 있다.
차량은, 상기 엔진의 동작 여부에 따라서 상기 기준 주파수를 결정할 수 있다.
모터 시스템의 제어 방법은, 기준 주파수를 결정하는 단계, 모터와 전기적으로 연결된 모터 구동부가 스위칭 주파수를 기초로 동작하는 단계, 상기 모터가 구동을 개시하고, 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 단계 및 상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
차량의 제어 방법은, 기준 주파수를 결정하는 단계, 모터와 전기적으로 연결된 모터 구동부가 스위칭 주파수를 기초로 동작하는 단계, 상기 모터가 구동을 개시하고, 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 단계 및 상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기준 주파수를 결정하는 단계는, 차량의 주행 속도를 결정하는 단계 및 상기 모터 및 모터 구동부에서 발생되는 소음을 측정하는 단계; 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 상기 기준 주파수를 결정하는 단계는, 상기 차량의 주행 속도 및 상기 소음 중 적어도 하나를 이용하여 상기 기준 주파수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기준 주파수를 결정하는 단계는, 엔진의 구동 여부를 판단하는 단계 및 상기 엔진의 구동 여부에 따라 상기 기준 주파수를 결정하는 단계를 더 포함 가능하다.
상술한 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법에 의하면, 운전자나 동승자 등의 사용자가 모터의 인버터 스위칭에 기인하여 발생하는 소음을 인지할 수 없게 되고, 이에 따라 모터 시스템 및 차량의 정숙성을 개선할 수 있게 된다.
상술한 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법에 의하면, 모터 시스템의 복잡함 및 효율 하락을 최소화하면서 모터 시스템에서 발생되는 소음이 가청 불가능한 상태가 되고, 이에 따라 모터 시스템 및 차량의 소비자 만족도를 증진할 수 있게 된다.
도 1은 차량의 일 실시예에 대한 블록도이다.
도 2는 모터 시스템의 일 실시예에 대한 블록도이다.
도 3은 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 모터 시스템에서 발생되는 소음을 간략히 도시한 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따라 제어된 경우 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 간략히 도시한 도면이다.
도 6은 인버터 스위칭 주파수 상향 방법을 이용한 경우 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 인버터 스위칭 주파수 상향 방법을 이용한 경우 발생되는 소음과 제1 실시예에 따라 제어된 경우 발생되는 소음을 비교하기 위한 도면이다.
도 8은 제2 실시예에 따라 제어된 경우 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 제3 실시예에 따라 제어된 경우 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 차량의 다른 실시예에 대한 블록도이다.
도 11은 모터 시스템의 제어 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
이하 명세서 전체에서 동일 참조 부호는 특별한 사정이 없는 한 동일 구성요소를 지칭한다. 이하에서 사용되는 '부'라는 용어는 설계자의 선택에 따라서 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 '부'가 하나의 부품으로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 부품들로 구현되는 것도 가능하다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 어떤 부분과 다른 부분에 따라서 물리적 연결을 의미할 수도 있고, 또는 전기적으로 연결된 것을 의미할 수도 있다.
또한 어떤 부분이 다른 부분을 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분 이외의 또 다른 부분을 제외하는 것이 아니며, 설계자의 선택에 따라서 또 다른 부분을 더 포함할 수 있음을 의미한다.
제 1 이나 제 2 등의 용어는 하나의 부분을 다른 부분으로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 특별한 기재가 없는 이상 이들이 순차적으로 마련되어 있거나 또는 순차적으로 수행된다는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
이하 도 1 내지 도 10을 참조하여 모터 시스템 및 모터 시스템이 설치된 차량의 일 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 차량의 일 실시예에 대한 블록도이다.
차량(1)은, 연료의 연소 에너지를 이용하여 주행 가능한 일반적인 자동차일 수도 있고, 또는 전기 에너지를 이용하여 주행 가능한 전기 자동차일 수도 있다. 이 경우, 전기 자동차는, 통상적인 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 또는 수소 연료 전지 자동차일 수 있다.
도 1에 도시된 바를 참조하면, 차량(1)은, 모터 시스템(100)과, 모터 시스템(100)에 전력을 공급하는 축전지(190)를 포함할 수 있다.
모터 시스템(100)과 축전지(190)는, 적어도 하나의 도선이나 금속 회로를 통하여 전기적으로 연결된다. 모터 시스템(100)과 축전지(190)는 모두 차량(1) 내부의 일 구역에 설치될 수 있다. 예를 들어, 모터 시스템(100)은, 차량(1)의 엔진 룸이나, 엔진 룸과 대시 보드 사이에 설치될 수 있고, 축전지(190)는, 차량(1)의 엔진 룸이나, 차량(1)의 저면 내측이나, 차량(1)의 후방 좌석과 후방 적재 공간 사이의 공간이나, 또는 차량(1)의 후방 적재 공간 등에 설치될 수 있다.
모터 시스템(100)은, 모터(110), 모터 구동부(130) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
모터(110)는 전기적 에너지를 기계적 에너지, 즉 회전 에너지로 변환하여, 차량(1)의 여러 다양한 동작에 필요한 동력을 획득할 수 있다.
모터(110)는, 실시예에 따라서, 직류 모터, 교류 모터, 직류 브러시리스 모터(BLDC motor, Brushless DC motor) 또는 선형 유도 모터(Linear-Induction Motor)를 포함할 수 있으며, 이외에도 설계자가 고려할 수 있는 다양한 종류의 모터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면 모터(110)는 고정자(111)와, 코일(112)과, 회전자(113)를 포함할 수 있다.
고정자(111)는 회전자(113)의 주변에 형성된다. 고정자(111)는, 일 실시예에 있어서, 소정 형성의 프레임, 일례로 고리형 프레임과, 고리형 프레임의 내측에 고정 및 돌출되어 형성된 적어도 하나의 돌기를 포함할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 고정자(111)는 여섯 개의 돌기를 포함할 수 있으며, 이 경우 여섯 개의 돌기는 대칭적으로 마련될 수 있다. 이에 따라 각각의 돌기는 다른 하나의 돌기와 서로 대향할 수 있다.
도 2는 모터 시스템의 일 실시예에 대한 블록도이다.
코일(112)은, 고정자(111)의 적어도 하나의 돌기에 감겨 설치되고 전류의 인가에 따라 전류에 대응하는 자기장을 발생시킬 수 있다. 코일(112)은, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 코일(112a, 112b, 112c)을 포함할 수 있다. 이 경우, 어느 하나의 돌기에 감겨진 코일은 연장되어 어느 하나의 돌기에 대향하는 돌기에도 감겨질 수 있다. 예를 들어, 고정자(111)가 여섯 개의 돌기를 포함하는 경우, 코일은 세 개가 마련될 수 있으며, 각각의 코일은 서로 대향하는 두 개의 돌기에 감겨져 고정자(111)에 설치될 수 있다.
코일(112)은, 모터 구동부(130)와 회로 또는 도선(137 내지 139)와 전기적으로 연결되고, 모터 구동부(130)의 동작에 따라 코일(112)에는 교류 전류가 흐르거나 또는 교류 전류가 흐르지 않음으로써 고리형 프레임의 내측의 특정한 위치에 자기장을 발생시킨다.
회전자(113)는 코일(112)에서 발생된 자기장에 따라 고리형 프레임의 내측에서 소정의 회전축을 중심으로 회동할 수 있다. 회전자(113)는 영구 자석 등을 이용하여 구현 가능하다. 회전자(113)의 회전력은, 기어나 샤프트와 같은 각종 부품을 통하여 동력이 필요한 부품, 일례로 차륜이나 유압 펌프 등에 전달된다.
회전자(113)는, 소정의 회전 주파수로 회전할 수 있다. 회전자(113)의 회전 주파수는, 모터 구동부(130)의 각 스위치 소자(131 내지 136)의 스위칭 주파수에 대응할 수 있다. 스위칭 주파수는, 단위 시간 동안 각 스위치 소자(131 내지 136)의 온/오프 동작이 반복되는 회수를 의미한다. 각각의 스위치 소자(131 내지 136)는, 스위칭 주파수에 따라 동작 개시 및 동작 중단을 반복하게 된다.
모터 구동부(130)는, 축전지(190)로부터 소정 전압의 전기적 신호를 공급받고, 공급받은 전류를 모터(110)의 코일(112)로 전달한다. 모터 구동부(130)는, 일 실시예에 의하면, 인버터를 이용하여 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 모터 구동부(130)는 적어도 하나의 스위치 소자(131 내지 136)를 포함할 수 있다. 스위치 소자(131 내지 136)는 선택적으로 축전지(190)로부터 입력된 전류를 각각의 스위치 소자(131 내지 136)에 대응하는 코일(112a 내지 112c)로 전달하도록 하거나 또는 전달되지 않도록 할 수 있다. 실시예에 따라서 모터 구동부(130)는 하나 또는 둘 이상의 스위치 소자(131 내지 136)를 포함할 수 있다. 이 경우 스위치 소자(131 내지 136)의 개수는 모터(110)의 상, 즉 모터의 코일(112a 내지 112c)의 개수에 대응한다.
스위치 소자(131 내지 136)는, 예를 들어, 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET, MOS field-effect transistor)을 포함하여 구현될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 스위치 소자(131 내지 136)는, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT, Insulated gate bipolar transistor)일 수 있다.
각각의 스위치 소자(131 내지 136) 중 두 개의 스위치 소자(131과 132, 133과 134, 135와 136)는 서로 대응되도록 마련된다. 서로 대응되는 스위치 소자(131과 132, 133과 134, 135와 136) 중 어느 하나의 스위치 소자(131, 133, 135)에는 전압이 인가되고, 다른 하나의 스위치 소자(132, 134, 136)는 접지와 연결된다. 전류는 어느 하나의 스위치 소자(131, 133, 135)를 통해 모터 구동부(130)로 전달되고, 코일(112a 내지 112c)을 경유한 전류는 모터 구동부(130)의 외부로 방출된다.
각각의 스위치 소자(131 내지 136)의 동작에 따라서, 제1 코일(112a), 제2 코일(112b) 및 제3 코일(112bc) 중 적어도 둘에는 소정의 방향으로의 전류가 흐른다. 이 경우, 어느 스위치 소자(131 내지 136)가 동작하였는지에 따라서, 복수의 코일(112a, 112b, 112c) 중 특정한 코일에 특정 방향의 전류가 흐르게 된다.
예를 들어, 제1 스위치 소자(131) 및 제4 스위치 소자(134)가 동작하는 경우, 교류 전류는 회로나 도선(137)을 통하여 제1 코일(112a) 및 제2 코일(112b)로 순차적으로 전달되고, 회로나 도선(138)을 통하여 제4 스위치 소자(134)로 전달된다.
마찬가지로 제1 스위치 소자(131) 및 제6 스위치 소자(136)가 동작하면 전류는 제1 코일(112a)과 제3 코일(112c)을 순차적으로 경유하여 흐르고, 제3 스위치 소자(133) 및 제6 스위치 소자(136)가 동작하면, 전류는 제2 코일(112b) 및 제3 코일(112c)을 순차적으로 경유하여 흐른다.
또한, 제2 스위치 소자(132)와 제3 스위치 소자(133)가 동작하면 전류는 제2 코일(112b)과 제1 코일(112a)을 순차적으로 경유하여 흐르며, 제4 스위치 소자(134)와 제5 스위치 소자(135)가 동작하면 전류는 제3 코일(112c)과 제2 코일(112b)을 순차적으로 경유하여 흐른다. 제2 스위치 소자(132)와 제5 스위치 소자(135)가 동작하면 전류는 제3 코일(112c)과 제1 코일(112a)을 순차적으로 경유하여 흐른다.
각각의 코일(112a 내지 112c)에 소정 방향의 교류 전류가 흐르면, 모터(110)의 내부 공간에는 교류 전류의 크기 및 방향에 대응하는 자기장이 순차적으로 발생하고 이에 따라 회전자(113)는 회전하게 된다.
각각의 스위치 소자(131 내지 136)는, 모터(110)의 동작을 위해서, 계속해서 소정의 스위칭 주파수로 동작 및 중단(ON/OFF)을 반복하게 된다. 스위치 소자(131 내지 136)의 동작 및 중단의 반복은 전력 공급선에, 스위칭 주파수에 대응하는 전류 및/또는 전압 리플(ripple)을 야기할 수 있다. 전류 및/또는 전압의 리플은, 모터(110), 모터 구동부(130) 및 관련 부품의 고주파 진동 및 소음의 원인이 될 수 있다.
제어부(150)는, 모터 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하도록 마련된다. 실시예에 따라서, 제어부(150)는 차량(1)의 전반적인 동작을 제어할 수도 있다.
제어부(150)는 적어도 하나의 반도체 칩 및 관련 부품을 이용하는 프로세서를 채용하여 구현될 수 있다. 프로세서는, 예를 들어, 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit)이나, 마이크로 컨트롤 유닛(MCU, Micro Control Unit)일 수도 있다. 차량(1)의 경우, 프로세서는 차량 제어 장치(VCU, Vehicle Control Unit)일 수도 있다. 이들뿐만 아니라 또한, 각종 연산 및 처리를 수행하기 위하여 별도로 마련된 다양한 종류의 프로세서가 상술한 제어부(150)로 이용 가능하다.
일 실시예에 의하면, 제어부(150)는, 모터 구동부(130)의 각각의 스위칭 소자(131 내지 136)가 소정의 패턴으로 동작을 개시하거나 또는 동작을 중단하도록 제어함으로써, 스위칭 소자(131 내지 136)의 스위칭 주파수를 조절할 수 있다.
제어부(150)는 모터(110)의 회전자(113)의 회전 주파수를 기초로 각 스위칭 소자(131 내지 136)의 스위칭 주파수를 제어할 수도 있다. 이 경우, 제어부(150)는, 회전자(113)의 회전 주파수에 따른 소음이 기준 주파수를 초과하도록 각 스위칭 소자(131 내지 136)의 스위칭 주파수를 제어할 수도 있다.
여기서, 기준 주파수는 가청 주파수 대역을 기초로 결정된 것일 수 있다. 즉, 기준 주파수는 가청 주파수 대역의 상한(an upper limit)과 동일하게 정의될 수도 있다. 가청 주파수 대역은, 인간이 들을 수 있는 음파의 주파수 범위를 의미한다. 가청 주파수 대역은, 대략 16Hz 내지 20kHz의 주파수 대역을 포함할 수 있다.
또한, 기준 주파수는 가청 주파수 대역의 상한 주파수와 근사하게 정의될 수도 있다. 이 경우, 기준 주파수는 가청 주파수 대역의 상한 주파수보다 상대적으로 더 큰 주파수로 정의될 수도 있고, 가청 주파수 대역의 상한 주파수보다 상대적으로 더 작은 주파수로 정의될 수도 있다.
기준 주파수는, 실시예에 따라서, 일정할 수도 있고, 또는 변경될 수도 있다. 예를 들어, 기준 주파수는, 다양한 차량(1)의 주행 조건에 따라 가변적일 수 있다.
기준 주파수는, 설계자에 의해 미리 정의된 것일 수도 있고, 사용자에 의해 정의된 것일 수도 있다. 이 경우, 기준 주파수는, 별도로 마련된 저장 장치(미도시)에 일시적 또는 비일시적으로 저장되고, 제어부(150)의 호출에 따라 제어부(150)에 제공될 수 있다.
또한, 기준 주파수는 제어부(150)에 의해 결정된 것일 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(150)는, 다양한 정보, 예를 들어 엔진(180)의 동작 여부나, 또는 소음의 발생 여부 등을 이용하여 기준 주파수를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 모터 시스템(100) 내의 각종 부품의 진동 특성을 이용하여 기준 주파수를 결정할 수도 있다. 여기서 모터 시스템(100) 내의 각종 부품은, 예를 들어, 모터(110)의 고정자(111)나, 코일(112)이나, 회전자(113)나, 모터 구동부(130)의 스위칭 소자(131 내지 136)나, 도선이나 회로(137 내지 139) 등을 포함할 수 있다.
제어부(150)의 구체적인 동작에 대해선 후술하도록 한다.
축전지(190)는, 전기 에너지를 축전할 수 있도록 마련된다. 축전지(190)는, 예를 들어 리튬-티타늄 축전지, 리튬-폴리머 축전지, 리튬-이온 축전지 또는 리튬-에어 축전지와 같은 리튬계 축전지나, 납 축전지나, 니켈-카드뮴 축전지나, 나트륨-염화니켈 축전지 등 다양한 종류의 축전지 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
축전지(190)는, 모터 구동부(130)와 전기적으로 연결되고, 제어부(150)의 제어에 따라 모터 구동부(130)에 필요한 전기 에너지를 공급함으로써 모터(110)가 동작하도록 할 수 있다. 축전지(190)는, 차량(1) 내부에 마련된 도선이나 회로 등을 통하여, 모터 구동부(130)의 스위칭 소자(131 내지 136)과 직접 또는 간접적으로 연결되도록 마련된다.
차량(1)은, 실시예에 따라서, 엔진(180)을 더 포함할 수도 있다. 상술한 바와 같이 엔진(180)은 화석 연료의 연소 에너지를 기계 에너지로 변환하여, 차량(1)의 주행에 필요한 동력을 획득한다. 통상적인 전기 자동차의 경우, 엔진(180)은 생략 가능하다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여, 상술한 제어부(150)의 구체적인 동작에 대해 설명하도록 한다.
시간(t)에 따른 소음의 크기(F(t))는 하기의 수학식 1로 주어질 수 있다.
Figure 112016120368056-pat00001
여기서, p 및 q는 0 또는 0보다 큰 임의의 정수이고 ωs는 모터 구동부(130)의 스위칭 각속도이고, ωm는 모터(110)의 회전자(113)의 회전 각속도이다. 또한, A(p, q, ωs, ωm)과 B(p, q, ωs, ωm)는, 다양한 외부 조건에 따라 주어질 수 있는 함수이다. 여기서 다양한 외부 조건은 차량(1)의 주행 시 모터 시스템(100)에 인가되는 전류, 전압 및 소음 발생원, 일례로 회전자 등의 진동 특성 등을 포함할 수 있다. 함수 A(p, q, ωs, ωm)와 함수 B(p, q, ωs, ωm)는 p 또는 q 값의 감소에 따라 그 값이 대체적으로 증가할 수 있다.
수학식 1에 따르면, 전체적인 소음의 크기(F(t))는 복수의 사인 함수의 합이므로, 수학식 1의 우변에 기재된 바를 고려하면, 전체적인 소음의 주파수(fn)는 다음의 수학식 2로 정의 가능하다.
Figure 112016120368056-pat00002
여기서, fs는 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수이고, fm은 모터(110)의 회전 주파수이다. a 및 b는 0과 같거나 또는 0보다 큰 정수이다(a≥0, b≥0).
다시 말해서, 모터 시스템(100)에서는 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수(fs)의 정수 배와, 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배의 합으로 주어진 주파수(fn)의 소음이 발생한다. 또한, 모터 시스템(100)에서는 스위칭 주파수(fs)의 정수 배와, 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배의 차로 주어진 주파수(fn)의 소음도 함께 발생할 수 있다.
여기서, a 또는 b는 0일 수 있으므로, 상황에 따라 전체적인 소음의 주파수(fn)는 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수(fs)의 정수 배와 동일하거나, 또는 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배와 동일할 수도 있다. 따라서, 모터 시스템(100)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 소음(fn)이 발생하게 된다.
도 3은 종래의 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 도시한 도면이다. 보다 구체적으로 도 3은 전기 자동차가 제1 기간 내지 제5 기간(P1 내지 P5) 동안 가속 주행하고, 제6 기간(P6)에서는 회생 제동할 때 축전지 주변에서 측정된 소음을 스펙트럼으로 표시한 것이다. 모터 구동부(130)의 각각의 스위칭 소자(131 내지 136)는 모터의 속도 및 토크에 따라 3kHz 내지 5kHz 사이에서 가변되는 스위칭 주파수로 제어되었다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차량(1)의 모터 시스템(100)의 모터 구동부(130)가 소정의 스위칭 주파수(fs)에 따라 스위칭되는 경우, 스위칭 주파수(fs) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 따라 서로 상이한 주파수(fn)의 복수의 소음이 발생될 수 있다. 이 경우, 발생되는 소음의 주파수(fn)는 서로 비연속적일 수 있다.
수학식 2에 기재된 바와 같이, 모터 시스템(100)에서 발생된 소음의 주파수(fn)는 스위칭 주파수(fs)의 정수 배와 동일 또는 근사할 수 있다. 또한, 소음의 주파수(fn)는 스위칭 주파수(fs)의 정수 배와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배의 합과 동일 또는 근사하거나, 또는 이들의 스위칭 주파수(fs)의 정수 배와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배의 차와 동일 또는 근사할 수 있다.
예를 들어, 차량(1)이 가속되고 있는 제3 기간(P3) 동안, 모터 시스템(100)에서는 주파수(fn)가 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수(fs)의 1배와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 3배를 합한 주파수를 갖는 소음과, 주파수(fn)가 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수(fs)의 1배에서 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 3배를 차감한 소음이 발생할 수 있다. 또한, 제3 기간(P3) 동안 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수(fs)의 2배의 주파수(fm)를 갖는 소음과, 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수(fs)의 2배와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 6배의 합의 주파수(fm)를 갖는 소음과, 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수(fs)의 2배와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 6배의 차의 주파수(fm)를 갖는 소음도 함께 발생할 수도 있다.
마찬가지로 제4 기간(P4)에서는 주파수(fn)가 fs±3*8fm인 소음과, 2*fs±6*8fm인 소음과, 3*fs±9*8fm인 소음이 발생할 수 있다. 또한, 제5 기간(P5)에서는 주파수(fn)가 fs±3*8fm인 소음과, 2*fs±6*8fm인 소음과, 3*fs±3*8fm인 소음과, 3*fs±9*8fm인 소음과, 4*fs±6*8fm인 소음 이 발생할 수 있다. 차량(1)이 감속되는 기간, 즉 제6 기간(P6)에서도 이와 동일하게 주파수(fn)가 fs±3*8fm인 소음과, fs±9*8fm인 소음과, 2*fs±6*8fm인 소음과, 2*fs±12*8fm인 소음과, 3*fs±3*8fm인 소음과, 3*fs±9*8fm인 소음이 발생할 수 있다.
도 4는 모터 시스템에서 발생되는 소음을 간략히 도시한 도면이다. 도 4는 설명의 편의를 위하여 도 3에서 도시된 소음 중 일부만을 도시한 것으로, 도 4에서 f10은 설정된 스위칭 주파수, 즉 제1 스위칭 주파수를 의미하고, n11 내지 n17은 모터 시스템(100)에서 발생된 소음을 의미한다.
스위칭 주파수(fs)가 제1 스위칭 주파수(f10)로 주어진 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 스위칭 주파수(f10) 및 제1 스위칭 주파수(f10)에 대응하는 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 따라, 모터 시스템(100)에서는 서로 상이한 소음(n11 내지 n17)이 발생된다. 수학식 2에 기재된 바와 같이, 각각의 소음(n11 내지 n17)의 주파수는, 스위칭 주파수(fs) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm) 중 적어도 하나의 변화에 대응하여 변화 가능하다.
상술한 바와 같이 모터 시스템(100)에서는, 모터 구동부(130)의 제1 스위칭 주파수(f10)에 대응하는 소음(n13)이 발생할 수 있다. 발생되는 소음(n13)은 제1 스위칭 주파수(f10)와 동일하거나 제1 스위칭 주파수(f10)의 정수 배의 주파수를 갖는다. 예를 들어, 제3 소음(f13)의 주파수는 제1 스위칭 주파수(f10)의 2배일 수 있다.
제1 스위칭 주파수(f10)와 동일한 주파수의 소음은, 경우에 따라, 발생되지 않을 수도 있다. 이 경우에도, 제1 스위칭 주파수(f10) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 양자에 대응하는 소음(n11, n12)은, 제1 스위칭 주파수(f10)를 중심으로 대칭적으로 발생될 수 있다.
또한, 모터 시스템(100)에서는, 제1 스위칭 주파수(f10) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 기인한 소음(n11, n12, n14 내지 n17)도 발생할 수 있으며, 이 경우 소음(n11, n12, n14 내지 n17)의 주파수는 제1 스위칭 주파수(f10) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 양자에 대응한다.
제1 스위칭 주파수(f10) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 의해 발생된 소음(n11, n12, n14 내지 n17)의 주파수는, 수학식 2에 기재된 바와 같이, 제1 스위칭 주파수(f10) 또는 제1 스위칭 주파수(f10)의 정수 배(예를 들어, 제3 소음(f13)의 주파수)를 기준으로 상하 대칭적으로 나타난다. 다시 말해서, 모터 시스템(100)에서는, 제1 스위칭 주파수(f10) 또는 제1 스위칭 주파수(f10)의 배수를 기준으로 상대적으로 고주파의 제1 소음(n11, n14, n16)과 상대적으로 저주파의 제2 소음(n12, n15, n17)이 발생할 수 있다.
또한, 복수 쌍의 소음(n11 및 n12, n14 및 n15, n16 및 n17)이 제1 스위칭 주파수(f10) 또는 제1 스위칭 주파수(f10)의 정수 배를 기준으로 상하 대칭적으로 발생될 수 있다. 이 경우, 주파수가 제1 스위칭 주파수(f10) 또는 제1 스위칭 주파수(f10)의 정수 배에 상대적으로 떨어져 있는 소음(n16, n17)은, 주파수가 제1 스위칭 주파수(f10) 또는 제1 스위칭 주파수(f10)의 정수 배에 상대적으로 근접한 소음(n11, n12, n14, n15) 보다 상대적으로 그 세기가 작을 수 있다. 따라서 주파수가 제1 스위칭 주파수(f10) 또는 제1 스위칭 주파수(f10)의 정수 배에 상대적으로 떨어져 있는 소음(n16, n17)은, 운전자나 동승자에게 거의 들리지 않을 수도 있다.
모터 시스템(100)에서 발생되는 소음(n11 내지 n17)의 주파수는, 모터(110)의 동작에 따라서 변화하게 된다. 예를 들어, 모터(110)의 회전 속도가 빨라지면 모터 시스템(100)에서 발생되는 소음(n11 내지 n17)의 주파수는 증가하고, 반대로 모터(110)의 회전 속도가 느려지면 모터 시스템(100)에서 발생되는 소음(n11 내지 n17)의 주파수는 감소한다. 전기 자동차의 경우, 차량(1)의 이동 속도는 차륜의 회전 속도에 대응하고, 차륜의 회전 속도는 모터(110)의 회전 속도에 대응하므로, 모터 시스템(100)에서 발생되는 소음(n11 내지 n17)의 주파수는, 차량(1)의 회전 속도의 증감에 대응하여, 증가하거나 또는 감소하며 변화하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 모터 구동부(130)에서 발생된 소음 중 일부의 주파수의 소음(n11, n12, n16, n17)는 가청 주파수 대역(ZA)에 포함될 수 있다. 차량(1) 내의 운전자 또는 동승자는 이와 같이 가청 주파수 대역(ZA) 내의 소음(n11, n12, n16, n17)을 듣게 된다.
제어부(150)는, 모터 구동부(130)의 스위칭 주파수(fs)를 조절함으로써 모터 시스템(100)에서 발생되는 소음의 주파수(fn)를 인간이 인식하기 어렵도록 제어한다. 구체적으로, 제어부(150)는, 스위칭 주파수(fs)를 가변적으로 제어함으로써, 가청 주파수 대역(ZA) 내에 소음이 발생되지 않거나, 또는 가청 주파수 대역(ZA) 내에서 상대적으로 작은 세기의 소음만이 발생되지 않도록 제어할 수 있다.
이 경우, 제어부(150)는, 발생된 소음(n11 내지 n17) 중 주파수가 가청 주파수 대역(ZA)에 해당하지 않는 소음(n13 내지 n15)은 스위칭 주파수(fs)의 제어에 있어서 고려하지 않을 수 있다. 또한, 제어부(150)는, 상대적으로 세기가 약한 소음(n16, n17) 역시 스위칭 주파수(fs)의 제어에 있어 고려하지 않을 수 있다.
도 5는 제1 실시예에 따라 제어된 경우 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 간략히 도시한 도면이다. 도 5에서 f20은 스위칭 주파수를 의미하고, n21 내지 n22는 모터 시스템(100)에서 발생된 소음을 의미한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(150)는 발생된 각각의 소음(n21 내지 n25)의 주파수가, 기준 주파수와 동일하거나 또는 더 크도록 스위칭 주파수(f20, 이하 제2 스위칭 주파수)를 제어할 수 있다. 기준 주파수는, 설계자의 선택에 따라서, 가청 주파수 대역(ZA)의 상한 주파수(fa) 또는 상한 주파수(fs)보다 더 큰 주파수로 정의될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어부(150)는, 발생된 각각의 소음(n21 내지 n25) 중 주파수가 가장 낮은 소음(n22, 이하 최저 주파수 소음이라 함)의 주파수가 가청 주파수 대역(ZA)의 상한 주파수(fa)와 동일하거나 또는 이를 초과하도록 제2 스위칭 주파수(f20)를 변화시키면서 제어한다. 여기서, 주파수가 가장 낮은 소음은, 일정한 기간 동안의 주파수의 평균이 가장 낮은 소음이나, 일정 기간 이내에서의 최저 주파수가 가장 낮은 소음을 포함할 수 있다.
상술한 수학식 2를 참조하면, 최저 주파수 소음(n22)의 주파수는 하기의 수학식 3과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112016120368056-pat00003
여기서, f22는 최저 주파수 소음(n22)의 주파수를 의미하고, f20은 제어되는 스위칭 주파수를 의미한다. fm은 모터의 회전 주파수이다. 또한, b는 1일 수 있으나, 1에 한정되는 것은 아니며, 설계자의 임의적 선택 또는 실험 결과에 따라서 다양한 값을 가질 수 있다.
수학식 3은 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016120368056-pat00004
수학식 4에 기재된 바와 같이, 제2 스위칭 주파수(f20)는 최저 주파수 소음(n22)의 주파수와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배의 합으로 주어질 수 있다.
제어부(150)는, 최저 주파수 소음(n22)의 주파수와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배의 합에 따라서 제2 스위칭 주파수(f20)를 결정하고, 결정된 제2 스위칭 주파수(f20)에 따라 모터 구동부(130)가 동작하도록 함으로써, 최저 주파수 소음(n22)의 주파수가 기준 주파수, 일례로 가청 주파수 대역의 상한 주파수(fa)와 동일하거나 또는 이보다 더 크도록 제어한다.
이 경우, 제어부(150)는, 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 대한 정보를 별도로 마련된 모터 회전수를 측정하는 센서로부터 수신하거나, 또는 다양한 방법을 통하여 모터(110)의 회전 주파수(fm)를 결정하고, 특정 시점에서의 최저 주파수 소음(n22)의 주파수와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 합을 획득하여 제2 스위칭 주파수(f20)를 획득할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 최저 주파수 소음(n22)의 주파수와, 최저 주파수 소음(n22)에 대칭되는 소음(n23)의 주파수를 합하고, 획득한 합에 비례하여 제2 스위칭 주파수(f20)를 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(150)는 최저 주파수 소음(n22)의 주파수와, 최저 주파수 소음(n22)에 대칭되는 소음(n23)의 주파수를 합하고, 획득한 합을 0이 아닌 양의 실수, 예를 들어 2나 3으로 나누어 제2 스위칭 주파수(f20)를 획득할 수도 있다. 최저 주파수 소음(n22)에 대칭되는 소음(n23)의 주파수는 제2 스위칭 주파수(f20)와 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배의 합으로 주어지므로, 이와 같은 방법으로 연산한다고 하더라도, 수학식 4와 동일하게 제2 스위칭 주파수(f20)의 연산이 가능해진다.
만약 모터(110)의 회전 주파수(fm)가 변화하게 되면, 제어부(150)에 의해 결정되는 제2 스위칭 주파수(f20) 역시 이에 대응하여 도 5에 도시된 바와 같이 변화하게 된다. 그러므로, 수학식 3에 기재된 바와 같이, 최저 주파수 소음(n22)의 주파수는 기준 주파수(fa)와 동일하거나 또는 이를 초과하는 범위 내에서 거의 일정하게 유지될 수 있게 된다.
만약 기준 주파수가 가청 주파수의 상한(fa)으로 정의되고, 최저 주파수 소음(n22)의 주파수가 가청 주파수의 상한(fa)과 동일하게 유지된다면, 수학식 4는 하기의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016120368056-pat00005
수학식 5에 기재된 바를 참조하면, 제2 스위칭 주파수(f20)는 가청 주파수의 상한(fa)과, 모터(110)의 회전 주파수(fm)의 정수 배의 합으로 주어질 수 있으며, 여기서 b는 1 또는 1을 초과하는 임의의 정수로 주어진다.
따라서, 제어부(150)는, 수학식 5를 기초로 제2 스위칭 주파수(f20)를 결정할 수도 있다. 구체적으로, 제어부(150)는 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 대한 정보를 획득하고, 모터(110)의 회전 주파수(fm)와 가청 주파수의 상한(fa)을 이용하여 제2 스위칭 주파수(f20)를 결정할 수 있다.
상술한 바와 동일하게, 제어부(150)는 최저 주파수 소음(n22)에 대칭되는 소음(n23)의 주파수와 가청 주파수의 상한(fa)의 합을 0이 아닌 실수로 나누어 제2 스위칭 주파수(f20)를 획득할 수도 있다. 모터 구동부(130)는 이와 같이 결정된 제2 스위칭 주파수(f20)에 의해 제어된다.
상술한 바와 같이 차량(1)의 동작에 따라서 모터(110)의 회전 주파수(fm)는 증가하거나 또는 감소하므로, 제어부(150)에 의해 결정된 제2 스위칭 주파수(f20)는 이에 대응하여 증가하거나 또는 감소하게 된다.
이와 같이 제2 스위칭 주파수(f20)가 제어되는 경우, 기존의 방법, 일례로 인버터 스위칭 주파수 상향 방법을 이용하는 경우보다 모터 구동부(130)의 동작 효율의 감소를 최소화할 수 있게 된다.
도 6은 인버터 스위칭 주파수 상향 방법을 이용한 경우 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 도시한 도면이고, 도 7은 인버터 스위칭 주파수 상향 방법을 이용한 경우 발생되는 소음과 제1 실시예에 따라 제어된 경우 발생되는 소음을 비교하기 위한 도면이다.
인버터 스위칭 주파수 상향 방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 주파수(f30, 이하 제3 스위칭 주파수)를 상대적으로 높게 설정하여 모터 구동부(130)를 제어하는 방법을 의미한다. 즉, 발생되는 소음(N31, N32)의 가청을 방지하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 스위칭 주파수(f30)를 전반적으로 높게 설정하여, 모든 소음(N31, N32)의 주파수의 최저 값이 가청 주파수 대역(ZA)의 상한(fs)과 동일하거나 또는 상한(fa)을 초과하도록 한다. 인버터 스위칭 주파수 상향 방법에서는, 제3 스위칭 주파수(f30)는 가변적이지 않고 일정한 값을 갖는다.
이와 같은 인버터 스위칭 주파수 상향 방법에 따르면, 모든 소음(N31, N32)이 가청 주파수 대역을 초과하도록 제3 스위칭 주파수(f30)를 매우 높게 설정해야 하므로, 모터 구동부(130)의 스위칭 손실이 증가하고, 동작 효율이 하락하며, 또한 모터 구동부(130)의 각 부품이 높은 스위칭 주파수(f30)에 따른 동작을 수행할 수 있도록 해야 하므로 모터 구동부(130)의 각 부품의 원가를 상승하게 하는 단점이 발생한다.
반면에, 도 7에 도시된 바를 참조하면, 제2 스위칭 주파수(f20)는 가변적이면서 제3 스위칭 주파수(f30)보다 대체적으로 더 낮게 결정되기 때문에, 상술한 문제점이 해결 가능해진다. 다시 말해서, 제2 스위칭 주파수(f20)를 매우 높게 설정할 필요가 없어, 스위칭 손실의 증가나 동작 효율의 하락이나, 또는 제작 비용의 상승을 제한하거나 또는 방지할 수 있게 된다. 또한, 제2 스위칭 주파수(f20)는 필요에 따라서 제1 스위칭 주파수(f10)보다 더 높게 설정되므로, 소음의 주파수가 가청 주파수 대역(ZA)에 포함되지 않도록 할 수 있게 된다. 그러므로, 상술한 실시예와 같이 스위칭 주파수(f20)를 조절하는 경우, 모터 구동부(130)의 스위칭 손실 증가, 동작 효율 하락 또는 제조 비용의 상승 없이도, 모터 구동부(130)에서 발생되는 소음(N21 내지 N25)의 주파수가 가청 주파수 대역(ZA)보다 더 높도록 할 수 있게 되고, 이에 따라 운전자 또는 동승자는 모터 구동부(130)에서 발생되는 소음(N21 내지 N25)을 인지하지 못하게 된다.
도 8은 제2 실시예에 따라 제어된 경우 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 바를 참조하면, 기준 주파수(fb)는 가청 주파수 대역(ZA)의 상한 주파수(fa)보다 더 낮게 정의될 수도 있다.
제어부(150)는, 가청 주파수 대역(ZA)의 상한 주파수(fa)보다 더 낮게 정의된 기준 주파수(fb)를 기초로, 상술한 바와 동일하게, 스위칭 주파수(f40, 이하 제4 스위칭 주파수)를 제어할 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 동일하게, 제어부(150)는 모터 시스템(100)에서 발생되는 복수의 소음(N41, N42) 중 주파수가 가장 낮은 소음, 즉 최저 주파수 소음(N41)의 주파수가 기준 주파수(fb)와 동일하거나 또는 기준 주파수(fb)를 초과하도록 제어할 수 있다. 제4 스위칭 주파수(f40)의 결정은, 상술한 수학식 2 내지 5을 참조하여 설명한 스위칭 주파수의 결정 방법과 동일하게 또는 이를 일부 변형하여 수행될 수 있다.
모터 시스템(100)을 구성하는 각 부품, 일례로 모터(110)나 모터 구동부(130)의 각 부품은, 구조나 재질 등 다양한 요인에 의해 결정되는 고유의 진동 특성을 가지고 있다. 이와 같은 진동 특성에 따라서, 모터 시스템(100)의 각 부품이 스위칭 주파수에 대응하는 전류 및/또는 전압 리플의 인가에도 불구하고, 작은 세기의 소음(N41, N42)을 발생시킬 수 있다.
이와 같이 모터 시스템(100)에서 발생되는 소음(N41, N42)이 고유의 진동 특성에 따라 상대적으로 작은 세기의 소음(N41, N42)을 발생시키는 경우, 기준 주파수(fb)가 가청 주파수 대역(ZA)의 상한 주파수(fa)보다 더 낮게 설정되어 작은 세기의 소음(N41, N42)의 주파수가 전부 또는 일부 가청 주파수 대역(ZA)에 포함된다고 하더라도, 운전자 또는 동승자 등의 사용자는 발생된 소음(N41, N42)을 거의 인지하지 못하게 된다.
따라서, 기준 주파수(fb)를 제1 실시예에서 설정된 경우보다 상대적으로 더 낮게 설정한다고 하더라도, 소음 개선의 효과를 얻을 수 있게 된다. 이와 같이 기준 주파수(fb)를 상대적으로 더 낮게 설정하는 경우, 수학식 5에 기재된 바와 동일하게 제4 스위칭 주파수(f40)는 제2 스위칭 주파수(f20)보다 대체적으로 또는 평균적으로 더 낮은 값을 가지게 되므로, 스위칭 주파수의 상승에 기인한 스위칭 손실 증가, 동작 효율 하락 또는 제조 비용의 상승 등의 문제점을 보다 개선할 수 있게 된다.
도 9는 제3 실시예에 따라 제어된 경우 모터 시스템에서 발생되는 소음의 일례를 도시한 도면이다.
제어부(150)는, 상술한 제1 실시예 및 제2 실시예의 경우와 반대로, 특정한 스위칭 주파수(f50, 이하 제5 스위칭 주파수) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 기인한 소음(N51, N52)의 주파수가 기준 주파수보다 작도록 제어할 수도 있다.
여기서, 기준 주파수는, 가청 주파수 대역(ZA)의 상한 주파수(fa) 또는 가청 주파수 대역(ZA)의 상한 주파수(fa)보다 상대적으로 작은 주파수(fb)를 포함할 수 있다. 또한, 특정한 스위칭 주파수(f50) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 기인한 소음(N51, N52)은, 주파수가 특정한 스위칭 주파수(f50)와 가장 근접하고 서로 대칭되는 소음을 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 제어부(150)는, 제5 주파수(f50)에 따라 모터 구동부(130)가 동작하는 경우, 스위칭 주파수(f50) 및 모터(110)의 회전 주파수(fm)에 기인한 소음(N51, N52) 중 주파수가 상대적으로 높은 소음(N52)의 주파수가 기준 주파수(fa, fb)와 같거나 또는 기준 주파수(fa, fb)보다 작도록 제5 스위칭 주파수(f50)를 결정할 수 있다. 이 경우, 주파수가 상대적으로 높은 소음(N52)의 주파수는 일정하게 유지될 수 있으며, 예를 들어 기준 주파수(fa, fb)와 거의 동일하게 유지될 수 있다.
제5 스위칭 주파수(f50)의 결정은, 상술한 수학식 2 내지 5을 통해 제시된 방법과 동일하거나 또는 일부 변형된 방법을 통하여 수행 가능하다.
모터 시스템(100)을 구성하는 각 부품은 고유한 진동 특성을 가지고 있으므로, 상술한 바와 같이 주파수가 상대적으로 높은 소음(N52)의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 이보다 상대적으로 낮도록 일정하게 유지하면, 사용자가 차량(1) 내에 발생되는 소음을 덜 인지하도록 하는 효과나, 또는 전체적인 소음을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수도 있다.
예를 들어, 주파수가 상대적으로 높은 소음(N52)의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 이보다 상대적으로 낮도록 일정하게 유지되도록 스위칭 주파수(f50)가 제어되면, 주파수가 상대적으로 낮은 소음(N51)은 모터 시스템(100)을 비롯 차량(1) 내의 여러 장치, 일례로 엔진(180) 등에서 발생된 소음과 서로 상쇄될 수 있으며, 이에 따라 차량(1) 내의 소음이 제거 또는 감소될 수 있게 된다.
이상 제어부(150)가 스위칭 주파수(f20, f40 및 f50)를 제어하는 방법의 여러 실시예에 대해 설명하였으나, 제어부(150)가 스위칭 주파수(f20, f40 및 f50)를 제어하는 방법은 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 모터 시스템(100)에서 발생된 소음이 차량(1)의 실내 공간으로 전달되는 경로 상에 소정 주파수 대역의 소리를 차단하거나 흡수할 수 있는 각종 부품이나 장치, 일례로 방음벽이나, 각종 내장 부품이나, 대시보드 등의 프레임 등이 마련되어 있을 수 있다. 제어부(150)는, 발생된 소음이 이들 부품이나 장치에 의해 차단 또는 흡수될 수 있도록, 상술한 바와 유사하게 스위칭 주파수를 제어 및 조절하여 소정 주파수 대역의 소음이 모터 시스템(100)에서 발생하도록 할 수도 있다.
도 10은 차량의 다른 실시예에 대한 블록도이다.
도 10에 도시된 바를 참조하면, 모터 시스템(100)과, 모터 시스템(100)에 전력을 공급하는 축전지(190)를 포함할 수 있고, 모터 시스템(100)은, 모터(110), 모터 구동부(130) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라서 차량(1)은 엔진(180)을 더 포함할 수도 있다. 모터(110)는 고정자(111), 코일(112) 및 회전자(113)를 포함할 수 있다. 모터 시스템(100), 모터(110), 모터 구동부(130), 제어부(150) 및 축전지(190)에 대해선 상술하였으므로, 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.
차량(1)은, 일 실시예에 있어서, 속도 측정부(161), 엔진 동작 감지부(163) 및 소음 감지부(165) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 속도 측정부(161), 엔진 동작 감지부(163) 및 소음 감지부(165)는, 기준 주파수를 결정하는데 이용될 수 있다.
속도 측정부(161), 엔진 동작 감지부(163) 및 소음 감지부(165) 중 적어도 하나는, 제어부(150)와 통신 가능하게 연결된다. 속도 측정부(161), 엔진 동작 감지부(163) 및 소음 감지부(165) 중 적어도 하나는, 예를 들어, 도선이나 회로와 같은 유선 통신 수단을 이용하여 제어부(150)와 통신을 수행할 수도 있고, 및/또는 캔(CAN) 통신, 와이파이(Wi-Fi), 와이파이 다이렉트(Wi-Fi Direct) 또는 블루투스(Bluetooth)와 같이 다양한 무선 통신 네트워크를 이용하여 이용하여 제어부(150)와 통신을 수행할 수도 있다. 속도 측정부(161), 엔진 동작 감지부(163) 및 소음 감지부(165) 중 적어도 하나가 측정 또는 감지한 결과는, 제어부(150)로 전달될 수 있다.
도 10에는 속도 측정부(161), 엔진 동작 감지부(163) 및 소음 감지부(165)가 모두 도시되어 있으나, 차량(1)은 반드시 이들(161, 163, 165)을 모두 포함할 필요는 없다. 속도 측정부(161), 엔진 동작 감지부(163) 및 소음 감지부(165) 중 적어도 하나는 생략 가능하다.
속도 측정부(161)는 차량(1)의 주행 속도를 측정 및 획득하기 위해 마련된다. 속도 측정부(161)는, 예를 들어, 엔진(180)의 회전 주파수나, 차륜의 회전 주파수를 기초로 차량(1)의 주행 속도를 측정할 수도 있고, 또한 시간 순서에 따른 차량(1)의 위치를 획득하고, 시간에 대한 차량(1)의 위치 변화를 연산하여 차량(1)의 주행 속도를 측정 및 획득할 수도 있다. 속도 측정부(161)는, 이외에도 다양한 방법을 이용하여 차량(1)의 주행 속도를 측정 및 획득할 수 있다. 속도 측정부(161)는 제어부(150)에 의해 구현될 수도 있다. 또한, 속도 측정부(161)는 제어부(150)와 별도로 마련된 장치를 이용하여 구현될 수도 있으며, 이 경우 속도 측정부(161)의 측정 결과는 도선, 회로 또는 무선 통신망 등을 통하여 제어부(150)로 전달된다.
엔진 동작 감지부(163)는, 엔진(180)의 동작 여부를 감지 및 판단할 수 있다. 다시 말해서, 엔진 동작 감지부(163)는, 엔진(180)이 동작하지 않는 경우에는 이에 대응하는 전기적 신호를 출력하여 제어부(150)로 전달하고, 엔진(180)이 동작을 개시한 경우에는 이에 대응하는 전기적 신호를 출력하여 제어부(150)로 전달할 수 있다. 엔진 동작 감지부(163)는, 엔진(180)의 구동 신호를 피드백 받을 수 있는 회로를 이용하여 구현될 수도 있고, 또는 엔진(180)의 진동 여부를 감지하기 위한 진동 센서를 이용하여 구현될 수도 있으며, 또한 엔진(180)에서 발생된 소음을 감지할 수 있는 음향 센서를 이용하여 구현될 수도 있다. 이외에도 엔진 동작 감지부(163)는, 엔진의 동작 여부를 감지하기 위한 다양한 장치를 이용하여 구현 가능하다.
소음 감지부(165)는, 엔진(180) 및 모터 시스템(100) 중 적어도 하나에서 발생되는 소음의 발생 여부를 감지하거나 또는 소음의 크기를 감지할 수 있도록 마련된다. 소음 감지부(165)는 트랜스듀서(transducer)와 같이 수신된 음파에 대응하여 전기적 신호를 출력할 수 있는 장치나 소자를 포함하여 구현될 수 있다. 소음 감지부(165)는, 이외에도 음향을 감지할 수 있는 있는 다양한 장치를 이용하여 구현 가능하다. 소음 감지부(165)의 감지 결과는 제어부(150)로 전달된다.
제어부(150)는, 속도 측정부(161), 엔진 동작 감지부(163) 및 소음 감지부(165) 중 적어도 하나에서 전달된 데이터를 기초로, 기준 주파수를 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어부(150)는 속도 측정부(161)에서 측정된 차량(1)의 속도에 따라서 기준 주파수를 결정할 수 있다. 이 경우, 제어부(150)는 속도 측정부(161)에서 측정된 차량(1)의 속도가 상대적으로 높으면, 이에 대응하여 기준 주파수를 상대적으로 낮게 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 기준 주파수를 차량(1)의 속도에 반비례하여 결정할 수 있다.
차량(1)의 속도가 증가하면, 노면 소음이나 풍절음 등과 같이 주행에 의해 발생되는 다양한 소음은 이에 대응하여 증가한다. 따라서, 차량(1)의 속도에 따라 증가하는 노면 소음이나 풍절음 때문에 운전자 또는 동승자 등은 모터 시스템(100)에서 발생된 소음을 거의 인지 못하게 된다. 다시 말해서, 상대적으로 기준 주파수가 낮게 설정되고, 이에 따라 모터 시스템(100)에서 발생된 소음 중 일부의 주파수가 가청 주파수 대역(ZA)에 포함된다고 하더라도, 운전자 또는 동승자 등은 이와 같은 소음을 인지하지 못하게 된다.
이런 이유로 차량(1)의 속도가 높으면 높을수록 이에 대응하여 기준 주파수는 상대적으로 낮게 설정될 수 있게 되며, 모터 구동부(130)는 상대적으로 더 작은 스위칭 주파수로 제어될 수 있게 된다. 이에 따라 모터 구동부(130)의 스위칭 손실 증가나 동작 효율 감소 등을 더 개선할 수 있게 된다.
다른 실시예에 의하면, 제어부(150)는 엔진 동작 감지부(163)의 감지 결과를 기초로 기준 주파수를 결정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 엔진 동작 감지부(163)의 감지 결과 엔진(180)이 동작하고 있다면, 이에 대응하여 기준 주파수를 상대적으로 낮게 설정할 수 있다. 또한 제어부(150)는 엔진(180)이 동작하고 있지 않으면, 이에 대응하여 기준 주파수를 상대적으로 높게 설정할 수 있다.
엔진(180)이 동작하는 경우 엔진(180)에서는 모터 시스템(100)에서 발생되는 소음보다 상대적으로 세기가 큰 소음이 발생된다. 따라서, 엔진(180) 구동 시에는 상대적으로 기준 주파수가 낮게 설정되고, 모터 시스템(100)에서 발생된 소음의 주파수가 가청 주파수 대역(ZA)에 포함된다고 하더라도, 운전자 또는 동승자 등의 사용자는 모터 시스템(100)에서 발생되는 소음을 거의 인지하지 못하게 된다.
따라서, 제어부(150)는 엔진(180) 구동 시에는 기준 주파수를 상대적으로 더 낮게 설정하여 모터 구동부(130)를 제어할 수 있으며, 이에 따라 상술한 바와 같이 모터 구동부(130)의 스위칭 손실 증가나 동작 효율 감소 등이 더 개선될 수 있게 된다.
또 다른 실시예에 의하면, 제어부(150)는 소음 감지부(165)의 감지 결과를 기초로 기준 주파수를 결정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는, 소음 감지부(165)의 감지 결과 모터 시스템(100)에서 소음이 발생되고 있거나 또는 모터 시스템(100)에서 발생된 소음의 크기가 기준 값을 초과하고 있다면, 기준 주파수를 상대적으로 높게 결정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는, 반대로 모터 시스템(100)에서 소음이 발생하지 않고 있거나, 또는 소음의 크기가 기준 값을 하회한다면, 기준 주파수를 상대적으로 낮게 결정할 수 있다.
이와 같이 소음의 발생 여부나 세기에 따라 기준 주파수를 변경함으로써, 제어부(150)는 선택적으로 소음의 주파수가 가청 주파수 대역에 포함되거나 또는 포함되지 않도록 할 수 있게 되며, 보다 효율적으로 모터 구동부(130)의 스위칭 동작을 제어할 수 있게 된다.
이하 도 11을 참조하여 모터 시스템의 제어 방법 및 차량의 제어 방법의 일 실시예에 대해서 설명한다.
도 11은 모터 시스템의 제어 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 11에 도시된 바를 참조하면, 기준 주파수가 결정될 수 있다(10). 기준 주파수는, 예를 들어, 가청 주파수 대역을 기초로 결정될 수 있다. 이 경우, 기준 주파수는 가청 주파수 대역의 상한 주파수와 동일하게 결정될 수도 있고, 또는 가청 주파수 대역의 상한 주파수보다 더 크게 결정될 수도 있다. 또한, 기준 주파수는 실시예에 따라 가청 주파수 대역의 상한보다 상대적으로 더 낮은 주파수로 결정될 수도 있다. 기준 주파수가 가청 주파수 대역의 상한 주파수보다 상대적으로 더 높거나 더 낮게 설정되는 경우, 결정된 기준 주파수는 가청 주파수 대역의 상한 주파수와 근사할 수도 있다.
도 11에는 기준 주파수의 결정 단계(10)가 다른 단계(11 내지 16)보다 선행하여 수행되는 일 실시예에 대해 도시되어 있으나, 실시예에 따라서, 기준 주파수 결정 단계(10)는 반드시 가장 선행하여 수행되어야 하는 것은 아니며, 모터의 회전 주파수를 기초로 스위칭 주파수를 제어하는 단계(15)보다 선행하는 여러 단계(11 내지 14)에 후행하여 수행될 수도 있다.
모터 시스템이 동작을 개시하면, 모터 구동부의 복수의 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자에 교류 전류가 인가되고(11), 모터 구동부의 각 스위칭 소자는 인가되는 전류에 따라서 소정의 스위칭 주파수로 온/오프 동작을 교차하며 동작하게 된다(12).
각 스위칭 소자에는 미리 정의된 패턴으로 전류가 인가될 수 있으며, 이에 따라 모터의 적어도 하나의 코일에는 미리 정의된 패턴에 따라서 전류가 흐르거나 흐르지 않게 된다. 적어도 하나의 코일에는 전류의 흐름에 따라서 자기장이 발생되고, 자기장의 발생에 따라 모터의 회전자는 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전 운동하게 된다(13).
제어부는 모터의 회전 주파수에 대한 정보를 획득한다(14). 모터의 회전 주파수에 대한 정보는, 엔코더 등과 같이 회전 주파수를 측정할 수 있는 센서를 이용하여 획득 가능하다.
제어부는 모터의 회전 주파수에 대한 정보를 기초로 모터 구동부에 대한 스위칭 주파수를 제어할 수 있다(15). 이 경우, 제어부는 상술한 수학식 2 내지 수학식 5를 이용하여 스위칭 주파수를 결정하여 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 최저 주파수 소음의 주파수와 모터의 회전 주파수의 정수 배의 합에 따라서 스위칭 주파수를 결정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 스위칭 주파수가 결정되면 모터 구동부는 새로 결정된 스위칭 주파수에 따라 동작하고, 이에 따라 모터 시스템에서 발생되는 소음의 주파수는 기준 주파수와 동일하거나 또는 기준 주파수를 초과하게 된다(16).
실시예에 따라서, 제어부는, 도 9에 도시된 바와 같이, 모터 구동부에서 발생되는 소음의 주파수가 기준 주파수보다 더 낮도록 제어하는 것도 가능하다.
도 11을 참조하여 설명된 모터 시스템의 제어 방법은, 차량의 제어 방법에도 동일하게 적용 가능하다.
상술한 모터 시스템의 제어 방법이 차량의 제어 방법에 적용되는 경우, 기준 주파수의 결정 과정(10)은, 실시예에 따라서, 차량의 주행 속도를 결정하고, 차량의 주행 속도에 응하여 기준 주파수를 결정하는 단계를 포함할 수도 있고, 모터 및 모터 구동부 중 적어도 하나에서 발생되는 소음을 측정하고, 소음의 발생 여부나 소음의 크기에 대응하여 기준 주파수를 결정하는 단계를 포함할 수도 있으며, 및/또는 엔진의 구동 여부를 판단하고 엔진의 구동 여부에 대응하여 기준 주파수를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
상술한 실시예에 따른 모터 시스템의 제어 방법 및 차량의 제어 방법은, 다양한 컴퓨터 장치에 의해 구동될 수 있는 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 여기서 프로그램은, 프로그램 명령, 데이터 파일 및 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 프로그램은 기계어 코드나 고급 언어 코드를 이용하여 설계 및 제작된 것일 수 있다. 프로그램은 상술한 모터 시스템의 제어 방법 및 차량의 제어 방법을 구현하기 위하여 특별히 설계된 것일 수도 있고, 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 기술자에게 기 공지되어 사용 가능한 각종 함수나 정의를 이용하여 구현된 것일 수도 있다.
모터 시스템의 제어 방법 및 차량의 제어 방법을 구현하기 위한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체는, 예를 들어, 하드 디스크나 플로피 디스크와 같은 자기 디스크 저장 매체, 자기 테이프, 컴팩트 디스크(CD)나 디브이디(DVD) 등의 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 기록 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM) 또는 플래시 메모리 등과 같은 반도체 저장 장치 등 컴퓨터 등의 호출에 따라 실행되는 특정 프로그램을 저장 가능한 다양한 종류의 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
이상 모터 시스템, 차량, 모터 시스템의 제어 방법 및 차량의 제어 방법의 여러 실시예에 대해 설명하였으나, 모터 시스템, 차량, 모터 시스템의 제어 방법 및 차량의 제어 방법은 오직 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상술한 실시예를 기초로 수정 및 변형하여 구현 가능한 다양한 실시예 역시 상술한 모터 시스템, 차량, 모터 시스템의 제어 방법 및 차량의 제어 방법의 일례가 될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 상술한 모터 시스템, 차량, 모터 시스템의 제어 방법 및 차량의 제어 방법과 동일하거나 유사한 결과를 획득할 수 있다.
1: 차량 100: 모터 시스템
110: 모터 111: 고정자
112: 코일 113: 회전자
130: 모터 구동부 150: 제어부
161: 속도 측정부 163: 엔진 동작 감지부
165: 소음감지부 180: 엔진
190: 축전지

Claims (20)

  1. 스위칭 주파수에 따라 적어도 하나의 스위칭 소자를 동작시키거나 또는 동작을 중단시키는 모터 구동부;
    상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작에 따라서 전류가 인가되고 인가된 전류에 따라 자기장을 발생시키는 코일과 상기 자기장에 의해 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 회전자가 마련된 모터; 및
    상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 제어부;를 포함하는 모터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기준 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수의 의 합 또는 차에 비례하여 상기 스위칭 주파수를 결정하는 모터 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터 구동부 및 상기 모터에서 발생되는 소음의 주파수는, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수의 합 또는 차에 비례하여 정의되고,
    상기 제어부는, 상기 모터 구동부 및 상기 모터에서 발생되는 소음의 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 결정하는 모터 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 따라 발생되는 소음은, 제1 소음 및 상기 제1 소음보다 상대적으로 저주파수의 제2 소음을 포함하되, 상기 제1 소음의 주파수 및 상기 제2 소음의 주파수는 스위칭 주파수를 기준으로 서로 대칭되는 모터 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 소음의 주파수 및 상기 제2 소음의 주파수의 합에 비례하여 상기 스위칭 주파수를 결정하는 모터 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 소음에 대한 소음의 주파수가 기준 주파수를 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 모터 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기준 주파수는, 가청 주파수 대역의 주파수를 기초로 정의된 모터 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 소음의 주파수는, 상기 가청 주파수 대역의 상한 주파수를 포함하는 모터 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기준 주파수는, 상기 가청 주파수 대역의 상한 주파수와 동일 또는 근사하게 정의된 모터 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기준 주파수는, 상기 모터 구동부 및 상기 모터 중 적어도 하나의 부품의 진동 특성을 더 이용하여 정의되는 모터 시스템.
  11. 스위칭 주파수에 따라 적어도 하나의 스위칭 소자를 동작시키거나 또는 동작을 중단시키는 모터 구동부;
    상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 동작에 따라서 전류가 인가되고 인가된 전류에 따라 자기장을 발생시키는 코일과 상기 자기장에 의해 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 회전자가 마련된 모터; 및
    상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 제어부;를 포함하는 차량.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기준 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수의 의 합 또는 차에 비례하여 상기 스위칭 주파수를 결정하는 차량.
  13. 제11항에 있어서,
    차량의 주행 속도를 결정하는 주행 속도 획득부; 및
    상기 모터 및 모터 구동부에서 발생되는 소음을 측정하는 소음 측정부; 중 적어도 하나를 더 포함하는 차량.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 차량의 주행 속도 및 상기 소음 중 적어도 하나를 이용하여 상기 기준 주파수를 결정하는 차량.
  15. 제11항에 있어서,
    차량의 주행을 위한 동력을 획득하는 엔진; 및
    상기 엔진의 동작 여부를 판단하는 엔진 동작 감지부;를 더 포함하는 차량.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 엔진의 동작 여부에 따라서 상기 기준 주파수를 결정하는 차량.
  17. 기준 주파수를 결정하는 단계;
    모터와 전기적으로 연결된 모터 구동부가 스위칭 주파수를 기초로 동작하는 단계;
    상기 모터가 구동을 개시하고, 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 단계;
    상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 단계;를 포함하는 모터 시스템의 제어 방법.
  18. 기준 주파수를 결정하는 단계;
    모터와 전기적으로 연결된 모터 구동부가 스위칭 주파수를 기초로 동작하는 단계;
    상기 모터가 구동을 개시하고, 상기 스위칭 주파수에 대응하는 회전 주파수로 회전하는 단계;
    상기 모터의 회전 주파수를 기초로 상기 스위칭 주파수를 제어하되, 상기 스위칭 주파수 및 상기 모터의 회전 주파수에 기인한 소음의 주파수가 기준 주파수와 동일하거나 또는 초과하도록 상기 스위칭 주파수를 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 기준 주파수를 결정하는 단계는,
    차량의 주행 속도를 결정하는 단계; 및
    상기 모터 및 모터 구동부에서 발생되는 소음을 측정하는 단계; 중 적어도 하나를 더 포함하고,
    상기 기준 주파수를 결정하는 단계는, 상기 차량의 주행 속도 및 상기 소음 중 적어도 하나를 이용하여 상기 기준 주파수를 결정하는 단계;를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 기준 주파수를 결정하는 단계는,
    엔진의 구동 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 엔진의 구동 여부에 따라 상기 기준 주파수를 결정하는 단계;를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
KR1020160166498A 2016-12-08 2016-12-08 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법 KR102633313B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160166498A KR102633313B1 (ko) 2016-12-08 2016-12-08 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160166498A KR102633313B1 (ko) 2016-12-08 2016-12-08 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180065518A KR20180065518A (ko) 2018-06-18
KR102633313B1 true KR102633313B1 (ko) 2024-02-06

Family

ID=62765671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160166498A KR102633313B1 (ko) 2016-12-08 2016-12-08 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102633313B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102397740B1 (ko) * 2021-05-13 2022-05-13 (주)씨이케이 이종접합 피커

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011135687A1 (ja) 2010-04-28 2011-11-03 トヨタ自動車株式会社 電動機の制御装置
US20140197772A1 (en) 2012-10-04 2014-07-17 Fanuc Corporation Motor control device for switching pwm frequency to use the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6510068B1 (en) * 2001-07-17 2003-01-21 Douglas A. Bors Pulse width modulation utilizing a shifted control signal
US9007013B2 (en) * 2012-10-17 2015-04-14 Hyundai Motor Company Inverter control method and system for eco-friendly vehicle

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011135687A1 (ja) 2010-04-28 2011-11-03 トヨタ自動車株式会社 電動機の制御装置
US20140197772A1 (en) 2012-10-04 2014-07-17 Fanuc Corporation Motor control device for switching pwm frequency to use the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180065518A (ko) 2018-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9479095B2 (en) Adaptive E-drive operation for electrified vehicle
CN108473064B (zh) 提高电动车辆加速性能的系统及方法
US9007005B2 (en) Inverter controlling system and method for reducing noise in eco-friendly vehicle
CN107889547B (zh) 磁化状态控制方法和磁化状态控制装置
JP5595447B2 (ja) 車輌用交流発電機の制御装置及び制御方法
KR20190021347A (ko) 토크 제어 방법 및 토크 제어 장치
JP6937708B2 (ja) モータ制御装置およびそれを用いる電動車両システム
JP2009072020A (ja) 二次電池の内部状態推定装置
KR20120114604A (ko) 전기자동차 및 그 속도제어방법
KR102578357B1 (ko) 회로 소자 보호 회로, 상기 회로 소자 보호 회로가 설치된 차량, 회로 소자 보호 방법 및 차량의 제어 방법
KR102633313B1 (ko) 모터 시스템, 차량, 상기 모터 시스템 및 상기 차량의 제어 방법
US10056859B2 (en) Control device for switched reluctance motor
JP5780906B2 (ja) 車両用発電制御装置
US10742157B2 (en) Vehicle and method of controlling the same
JP5329801B2 (ja) 可変磁束ドライブシステム
US20190263387A1 (en) Electric vehicle
JP2018099003A (ja) 電動機制御装置
A. Ahmed et al. A comparative dynamic analysis between model predictive torque control and field‐oriented torque control of IM drives for electric vehicles
KR102335641B1 (ko) 차량, 전력 충전 장치, 차량 충전 시스템 및 차량의 제어 방법
KR101795532B1 (ko) 차량 및 그 제어방법
JP2014183673A (ja) インバータの制御装置
JP5496294B2 (ja) 車両共振抑制制御装置
KR100947011B1 (ko) 영구자석 모터 및 모터 제어 방법
US20210135564A1 (en) Control of direct parallel automotive switches for power converters to selectively prevent activation thereof
JP4534114B2 (ja) 車両用回転電機装置

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