KR102667084B1 - 차량의 통합 모터드라이버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 통합 모터드라이버에 관한 것으로, BLDC모터와 DC모터를 제어하는 차량의 통합 모터드라이버로서 한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, BLDC모터의 각 상에 연결된 3개의 BLDC 스위칭부; 및 한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, 3개의 BLDC 스위칭부 중 하나의 스위칭부와 함께 DC모터의 구동을 제어하는 DC 스위칭부;를 포함하는 차량의 통합 모터드라이버가 소개된다.

Description

차량의 통합 모터드라이버{VEHICLE'S INTEGRATED MOTER DRIVER}
본 발명은 차량의 통합 모터드라이버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BLDC모터와 DC모터를 적용한 냉각수 허브 모듈 구조에서 전기식 워터 펌프(Electric Water Pump, EWP) 회로와 방향제어 밸브 회로를 통합한 회로로 구성함으로써 스위칭소자의 사용을 줄여 통합 모터드라이버의 구조면에서 원가를 절감하고, 공간적 측면에서 통합 모터드라이버의 패키징 자유도를 향상시키기 위한 차량의 통합 모터드라이버에 관한 것이다.
세계적인 이산화탄소 배출량 저감 추세에 따라 화석 연료의 연소를 통해 주행 동력을 생성하는 전형적인 내연 기관 자동차 대신 배터리와 같은 에너지 저장 장치에 저장된 전기 에너지로 모터를 구동하여 주행 동력을 생성하는 전기 자동차에 대한 수요가 크게 증가하고 있다.
최근, 친환경 차량은 내연기관 차량과 달리 가용할 열원이 마땅치 않아, 폐열 회수와 활용을 넘어서는 별도의 열관리 장치가 필수적이며, 이를 위하여는 차량의 내부 구동에 필요한 주요 부품의 온도를 사시사철 적정 수준으로 유지하여 각 부품의 효율과 성능을 극대화하는 것이 필요하다.
부품의 효율과 성능을 극대화하기 위하여 사용되는 냉각수 허브 모듈은 전기모터 및 인버터 등을 냉각하기 위한 전기식 워터 펌프(Electric Water Pump, EWP) 와 방향제어 밸브로 구성된다. 구체적으로 전기식 워터 펌프는 배터리의 냉각 또는 승온 목적의 냉각수 순환을 위하여 구성되며 방향제어 밸브는 외기 순환, 칠러 냉각, 폐열 회수 등 냉각수 순환 경로의 변경을 위하여 구성된다.
이때, 전기식 워터 펌프(Electric Water Pump, EWP)에는 BLDC모터가 사용되며, 방향제어 밸브는 DC모터를 탑재하는데, 이는 구동 효율, 가격, 사용 빈도 등을 고려하여 사용된다.
이에 따라, BLDC모터의 제어를 위하여는 모스펫(MOSFET) 타입의 스위칭소자가 6개가 필요하며, DC모터의 구동에는 4개의 모스펫이 필요하기 때문에, 2개의 EWP와 1개의 방향제어 밸브를 구동하기 위한 냉각수 허브 모듈에 탑재되는 제어기는 16개의 모스펫이 필요하게 된다.
단일 통합 드라이버에 다수의 모스펫 사용은 공간상 패키징 자유도를 제한하며, 제어기의 원가 경쟁력에도 문제가 있으므로 냉각 모드에 따른 모터 구동 특성을 감안한 모스펫의 수량 최적화 방안이 대두되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은, BLDC모터와 DC모터를 적용한 냉각수 허브 모듈 구조에서 전기식 워터 펌프 회로와 방향제어 밸브 회로를 통합한 회로로 구성함으로써 스위칭소자의 사용을 줄이기 위한 차량의 통합 모터드라이버를 제공하기 위한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, BLDC모터와 DC모터를 제어하는 차량의 통합 모터드라이버로서, 한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, BLDC모터의 각 상에 연결된 3개의 BLDC 스위칭부; 및 한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, 3개의 BLDC 스위칭부 중 하나의 스위칭부와 함께 DC모터의 구동을 제어하는 DC 스위칭부;를 포함한다.
3개의 BLDC 스위칭부 및 DC 스위칭부의 각 스위칭소자의 연결을 제어함으로써 BLDC모터와 DC모터를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
제어부는 BLDC모터의 제어시 3개의 BLDC 스위칭부의 스위칭소자의 동작을 제어하고, DC 스위칭부의 스위칭소자는 OFF할 수 있다.
제어부는 DC모터의 제어시 DC 스위칭부와 함께 3개의 BLDC 스위칭부 중 하나의 스위칭부의 스위칭소자의 동작을 제어하고, 나머지 2개의 BLDC 스위칭부의 스위칭소자는 OFF할 수 있다.
제어부는 DC모터의 제어시 DC 스위칭부를 구성하는 한 쌍의 스위칭소자의 제어에 따라 모터의 구동 방향이 가변되는 것을 특징으로 할 수 있다.
3개의 BLDC 스위칭부 및 DC 스위칭부를 구성하는 스위칭소자는 좌측부터 상하 방향으로 각각 Q1 내지 Q8로 구성되고, 제어부는 8개의 스위칭소자의 연결을 각각 제어함으로써 BLDC모터와 DC모터를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제어부는 BLDC모터와 DC모터를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
DC 스위칭부는 3개의 BLDC 스위칭부 중 한 쌍의 스위칭부를 공유하는 방식으로 DC모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
3개의 BLDC 스위칭부 및 DC 스위칭부를 구성하는 스위칭소자는 모스펫(MOSFET)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명 차량의 통합 모터드라이버에 따르면, BLDC모터와 DC모터를 적용한 냉각수 허브 모듈 구조에서 전기식 워터 펌프 회로와 방향제어 밸브 회로를 통합한 회로로 구성함으로써 스위칭소자의 사용을 줄여 통합 모터드라이버의 구조면에서 원가를 절감하고, 공간적 측면에서 통합 모터드라이버의 패키징 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 통합 모터드라이버의 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 차량의 통합 모터드라이버를 구성하는 전기식 워터 펌프의 단계별 스위칭소자 구동 제어를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 차량의 통합 모터드라이버를 구성하는 방향제어 밸브의 스위칭소자 구동 제어를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 9는 도 2의 스위칭소자 구동 제어를 단계별로 나타낸 회로도이다.
도 10과 도 11은 도 3에 따른 방향제어 밸브를 통한 정방향 또는 역방향 스위칭소자 구동 제어가 나타난 회로도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 통합 모터드라이버의 회로를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 따른 차량의 통합 모터드라이버를 구성하는 전기식 워터 펌프의 단계별 스위칭소자 구동 제어를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 따른 차량의 통합 모터드라이버를 구성하는 방향제어 밸브의 스위칭소자 구동 제어를 나타낸 도면이다. 도 4 내지 도 9는 도 2의 스위칭소자 구동 제어를 단계별로 나타낸 회로도이다. 도 10과 도 11은 도 3에 따른 방향제어 밸브를 통한 정방향 또는 역방향 스위칭소자 구동 제어가 나타난 회로도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 통합 모터드라이버의 회로를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, BLDC모터와 DC모터를 제어하는 차량의 통합 모터드라이버로서, 한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, BLDC모터의 각 상에 연결된 3개의 BLDC 스위칭부(100); 및 한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, 3개의 BLDC 스위칭부(100) 중 하나의 스위칭부와 함께 DC모터의 구동을 제어하는 DC 스위칭부(200);를 포함하는 차량의 통합 모터드라이버를 구성한다.
본 발명의 경우 전기식 워터 펌프 회로와 방향제어 밸브 회로를 통합한 회로로 구성하려는데 특징이 있다.
다만, 상기와 같이 하나의 통합 모터드라이버에 다수의 모스펫이 사용되는 경우 차량의 통합 모터드라이버 내부 공간상 모스펫 배치 문제 및 통합 모터드라이버의 원가도 높아지는 문제가 발생하게 된다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 모스펫의 수량을 최적화하여야 하고, 수량을 줄이기 위한 방안으로서 전기식 워터 펌프 회로와 방향제어 밸브 회로를 1 대 1 대응한 통합 모터드라이버 구조를 제안하고자 한다.
구체적으로, 본 발명인 차량의 통합 모터드라이버는 3개의 BLDC 스위칭부(100)와 DC 스위칭부(200)로 구성된다. 3개의 BLDC 스위칭부(100)는 각각 한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, BLDC모터의 각 상에 연결될 수 있다.
또한 DC 스위칭부(200)는 한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, 3개의 BLDC 스위칭부(100) 중 하나의 스위칭부와 함께 DC모터의 구동을 제어할 수 있다. 이때 3개의 BLDC 스위칭부(100) 및 DC 스위칭부(200)를 구성하는 스위칭소자는 모스펫(MOSFET)인 것을 특징으로 할 수 있다. 모스펫(MOSFET)은 금속-산화물 부도체-반도체의 구조를 갖는 트랜지스터의 일종으로, 신호를 증폭하거나 스위칭 기능을 다하여 스위칭소자로서 사용될 수 있는 것이다.
또한 제어부는 3개의 BLDC 스위칭부(100) 및 DC 스위칭부(200)의 각 스위칭소자의 연결을 제어함으로써 BLDC모터와 DC모터를 제어할 수 있다. 제어부의 BLDC 스위칭부(100) 및 DC 스위칭부(200)의 각 스위칭소자의 연결 제어는 BLDC 스위칭부(100)를 구성하는 스위칭소자 또는 DC 스위칭부(200)를 구성하는 스위칭소자를 ON 또는 OFF 제어를 통하여 제어할 수 있다. 이때 DC 스위칭부(200)는 3개의 BLDC 스위칭부(100) 중 한 쌍의 스위칭부를 공유하는 방식으로 DC모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 전기식 워터 펌프 회로와 방향제어 밸브 회로를 통합한 회로로 구성하여 스위칭소자의 사용을 줄여 원가를 절감할 수 있도록 하기 위하여는 3개의 BLDC 스위칭부(100) 및 DC 스위칭부(200)는 한 쌍의 스위칭소자를 공유하도록 할 수 있다. 3개의 BLDC 스위칭부(100) 및 DC 스위칭부(200)에서 공유하는 스위칭소자는 인접한 한 쌍의 스위치소자 뿐만 아니라 인접하지 않은 한 쌍의 스위칭소자일 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 차량의 통합 모터드라이버를 구성하는 전기식 워터 펌프의 단계별 스위칭소자 구동 제어를 나타낸 도면이다. 또한 도 3은 도 1에 따른 차량의 통합 모터드라이버를 구성하는 방향제어 밸브의 스위칭소자 구동 제어를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 제어부는 BLDC모터의 제어시 3개의 BLDC 스위칭부(100)의 스위칭소자의 동작을 제어하고, DC 스위칭부(200)의 스위칭소자는 OFF하는 것을 특징으로 할 수 있다.
차량의 통합 모터드라이버를 구성하는 전기식 워터 펌프(Electric Water Pump, EWP)를 구동시에는 방향제어 밸브가 구동될 필요가 없으며, 전기식 워터 펌프는 BLDC모터로 구동되기 때문에 3개의 BLDC 스위칭부(100)의 스위칭소자의 동작을 제어하는 동안 DC 스위칭부(200)의 스위칭소자는 OFF 제어하도록 하여 전기식 워터 펌프와 방향제어 밸브의 동시 사용 조건을 배제하는 것이다. 따라서 제어부는 BLDC모터와 DC모터를 선택적으로 제어하게 된다.
또한, 도 3을 참조하면 제어부는 DC모터의 제어시 DC 스위칭부(200)와 함께 3개의 BLDC 스위칭부(100) 중 하나의 스위칭부의 스위칭소자의 동작을 제어하고, 나머지 2개의 BLDC 스위칭부(100)의 스위칭소자는 OFF할 수 있다. 마찬가지로 전기식 워터 펌프와 방향제어 밸브의 동시 사용 조건을 배제하여 DC모터의 제어시 구동되는 3개의 BLDC 스위칭부(100) 중 한 쌍의 스위칭부는 같이 제어되며, 제어되는 한 쌍의 스위칭부를 제외한 두 쌍의 스위칭부는 OFF하는 것이다.
이때 제어부가 DC모터의 제어시 DC 스위칭부(200)를 구성하는 한 쌍의 스위칭소자의 제어에 따라 모터의 구동 방향이 가변되게 된다. DC모터의 특성에 따라 DC모터의 제어시 구동되는 3개의 BLDC 스위칭부(100) 중 한 쌍의 스위칭부 중 교차되는 대각선 방향의 스위칭소자가 ON 되어 있는지, OFF 되어있는지에 따라 정방향 또는 역방향으로 모터 구동 방향이 달라지게 된다.
좀 더 구체적으로, 3개의 BLDC 스위칭부(100) 및 DC 스위칭부(200)를 구성하는 스위칭소자는 좌측부터 상하 방향으로 각각 Q1 내지 Q8로 구성되고, 제어부는 8개의 스위칭소자의 연결을 각각 제어함으로써 BLDC모터와 DC모터를 제어할 수 있다.
나누어 살펴보면, 도 4 내지 도 9와 같이 전기식 워터 펌프 제어시 6단계로 나뉠 수 있다. 첫번째 단계는 A상 공급전압이고, B상 공급전압인 Q1에 걸리게 되어 Q4와 연결된다. 두번째 단계는 A상 공급전압이고, C상 공급전압인 Q1에 걸리게 되어 Q6와 연결된다. 세번째 단계는 B상 공급전압이고, C상 공급전압인 Q3에 걸리게 되어 Q6와 연결되게 된다. 네번째 단계는 B상 공급전압이고, A상 공급전압인 Q3에 걸리게 되어 Q2와 연결되게 된다. 다섯번째 단계는 C상 공급전압이고, A상 공급전압인 Q5에 걸리게 되어 Q2와 연결되게 된다. 여섯번째 단계는 C상 공급전압이고, B상 공급전압인 Q5에 걸리게 되어 Q4와 연결되게 된다.
또한 방향제어 밸브 제어시, 도 10과 같이 모터 구동 방향이 정방향인 경우 Q5와 Q8 스위칭소자가 제어되고, 도 11과 같이 모터 구동 방향이 역방향인 경우 Q7과 Q6 스위칭소자가 제어되게 된다. Q6와 Q7은 Q6와 Q7에 한정되지 않고 3개의 BLDC 스위칭부(100) 중 한 쌍의 스위칭소자인 Q1과 Q2, Q3와 Q4로 구성될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
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.
100 : BLDC 스위칭부
200 : DC 스위칭부

Claims (9)

  1. BLDC모터와 DC모터를 제어하는 차량의 통합 모터드라이버로서,
    한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, BLDC모터의 각 상에 연결된 3개의 BLDC 스위칭부; 및
    한 쌍의 스위칭소자로 구성되며, 3개의 BLDC 스위칭부 중 하나의 스위칭부와 함께 DC모터의 구동을 제어하는 DC 스위칭부;를 포함하는 차량의 통합 모터드라이버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    3개의 BLDC 스위칭부 및 DC 스위칭부의 각 스위칭소자의 연결을 제어함으로써 BLDC모터와 DC모터를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 모터드라이버.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제어부는 BLDC모터의 제어시 3개의 BLDC 스위칭부의 스위칭소자의 동작을 제어하고, DC 스위칭부의 스위칭소자는 OFF하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 모터드라이버.
  4. 청구항 2에 있어서,
    제어부는 DC모터의 제어시 DC 스위칭부와 함께 3개의 BLDC 스위칭부 중 하나의 스위칭부의 스위칭소자의 동작을 제어하고, 나머지 2개의 BLDC 스위칭부의 스위칭소자는 OFF하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 모터드라이버.
  5. 청구항 2에 있어서,
    제어부는 DC모터의 제어시 DC 스위칭부를 구성하는 한 쌍의 스위칭소자의 제어에 따라 모터의 구동 방향이 가변되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 모터드라이버.
  6. 청구항 2에 있어서,
    3개의 BLDC 스위칭부 및 DC 스위칭부를 구성하는 스위칭소자는 좌측부터 상하 방향으로 각각 Q1 내지 Q8로 구성되고, 제어부는 8개의 스위칭소자의 연결을 각각 제어함으로써 BLDC모터와 DC모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 모터드라이버.
  7. 청구항 2에 있어서,
    제어부는 BLDC모터와 DC모터를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 모터드라이버.
  8. 청구항 1에 있어서,
    DC 스위칭부는 3개의 BLDC 스위칭부 중 한 쌍의 스위칭부를 공유하는 방식으로 DC모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 모터드라이버.
  9. 청구항 1에 있어서,
    3개의 BLDC 스위칭부 및 DC 스위칭부를 구성하는 스위칭소자는 모스펫(MOSFET)인 것을 특징으로 하는 차량의 통합 모터드라이버.

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KR102487869B1 (ko) * 2016-01-20 2023-01-11 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스

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