KR20070032962A - Electric golf car with low-speed regenerative braking - Google Patents

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KR20070032962A
KR20070032962A KR1020067027556A KR20067027556A KR20070032962A KR 20070032962 A KR20070032962 A KR 20070032962A KR 1020067027556 A KR1020067027556 A KR 1020067027556A KR 20067027556 A KR20067027556 A KR 20067027556A KR 20070032962 A KR20070032962 A KR 20070032962A
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KR1020067027556A
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Inventor
존 코쵸이
칼튼 더블유 헤언
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텍스트론 인코포레이티드
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10Dynamic electric regenerative braking

Abstract

전기자 권선(22)과 계자 권선(24)을 갖는 전기 분권 모터를 포함하는 전기 차량/골프 차를 위한 제어 시스템(10). 상기 시스템은 프리휠 다이오드(42)에 연결된 전기자 권선에 걸쳐 병렬로 연결되어 있는 하나의 모스페트(34), 전기자 권선에 직렬로 연결된 다른 하나의 모스페트(36)을 포함한다. 모터가 기초 속도 이하로 동작하는 경우, 즉 역기전력이 공급 전원전압 이하인 경우, 즉각적으로 병렬 모스페트를 턴-온하고, 전기자 코일을 단락시킴으로써 전류 흐름이 유도된다. 반시계 방향으로의 전류 흐름이 직렬 모스페트가 턴-오프 되는 지점에서 그와같이 시작되고, 결과적으로 모터를 가로지르는 큰 전압 스파이크가 발생되고 배터리내로 역 전류의 흐름이 이루어 진다. 모스페트를 빠른 속도로 온/오프 함으로써 전류흐름은 유지될 수 있으며, 회생제동은 낮은 속도에서도 일어 날 수 있다. A control system 10 for an electric vehicle / golf car comprising an electric decentralized motor having an armature winding 22 and a field winding 24. The system includes one MOSFET 34 connected in parallel across the armature windings connected to the freewheel diode 42 and the other 36 connected in series to the armature windings. When the motor is operating at or below the base speed, i.e. when the back EMF is below the supply power supply voltage, current flow is induced by immediately turning on the parallel MOSFET and shorting the armature coil. The current flow in the counterclockwise direction begins at the point where the series MOSFET is turned off, resulting in a large voltage spike across the motor and a reverse current flow into the battery. By rapidly turning Mospet on and off, current flow can be maintained, and regenerative braking can occur even at low speeds.

Description

저속 회생 제동을 갖는 전기 골프 차{ELECTRIC GOLF CAR WITH LOW-SPEED REGENERATIVE BRAKING}ELECTRIC GOLF CAR WITH LOW-SPEED REGENERATIVE BRAKING}

도 1은 본 발명에 따른 반쪽 브리지 아키텍쳐를 갖는 전기 차량을 위한 전기적인 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an electrical system for an electric vehicle having a half bridge architecture according to the present invention.

도 2는 모토링/회생 필드맵이다.2 is a motoring / regeneration field map.

도 3은 도1에 도시한 전기적인 시스템에서 전기자 전류의 제어를 보여주는 개략적인 블럭 다이어그램이다.FIG. 3 is a schematic block diagram showing the control of armature current in the electrical system shown in FIG.

도 4는 가속 페달 위치에 기초한 속도 기준 값을 결정하기 위한 폐쇄 제어 루프를 보여주는 개략적인 블럭 다이어그램이다.4 is a schematic block diagram showing a closed control loop for determining a speed reference value based on an accelerator pedal position.

도 5는 속도에 대해 조절된 전기자 전류와 감시되는 차량 속도를 보여주는 개략적인 블럭 다이어그램이다.5 is a schematic block diagram showing the armature current adjusted for speed and the monitored vehicle speed.

도 6은 최대 전기자 전류 IARM와 차량 속도 사이의 관계를 보여준다.6 shows the relationship between the maximum armature current I ARM and the vehicle speed.

관련출원의 상호참조Cross Reference of Related Applications

본 출원은 2000년 12월 14일에 "저속 회생 제동을 갖는 전기 골프 차"라는 명칭으로 출원된 미국특허출원 일련번호 09/736,657과, 1999년 12월 30일에 "회생 제동이 영(O)인 전기 골프 차"라는 명칭으로 출원된 미국 가특허출원번호 60/173,638에 기초하여 우선권을 주장한다.The present application is directed to US patent application Ser. No. 09 / 736,657, filed Dec. 14, 2000, entitled "Electric Golf Car With Slow Regenerative Braking," and Dec. 30, 1999. Priority is claimed on the basis of US Provisional Patent Application No. 60 / 173,638, filed "Personal Electric Golf Car."

본 발명은 전기 골프 차의 제어 시스템에 관한 것이며 좀더 상세히는 기초 속도 보다 낮은 회생 제동을 제공하는 반쪽 브리지 정류기를 갖고 있는 회생 제동 시스템을 포함하는 전기 골프 차를 위한 제어 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a control system for an electric golf car and, more particularly, to a control system for an electric golf car including a regenerative braking system having a half bridge rectifier that provides regenerative braking lower than the base speed.

모든 전동기(electric motor)는 근접해 있는 두 자기장이 서로를 향하여 정렬하려고 하는 원리에 기초하여 작동한다. 자기장을 발생시키는 한가지 방법은 전선 권선을 준비하고 전류를 상기 권선 내부로 통과시키는 것이다. 만약 내부에 전류가 흐르고 있는 두개의 권선을 서로를 향해 근접시키면, 각 권선의 자기장들은 서로를 향해 정렬되려고 하는 경향이 있다. 만약 상기 두 권선들의 자기장이 정렬되어 있지 않고 0도와 180도의 사이에 있으면, 이러한 경향은 두 권선들 사이에 회전력을 일으킨다. 만약 이들 권선들중의 하나가 축에 기계적으로 고정되어 있고, 다른 하나는 외부 하우징에 고정되어 있으면 전동기가 만들어 진다. 이들 권선 사이에 생성된 회전력은 권선내에 흐르는 전류에 의해 변동된다.All electric motors operate on the principle that two adjacent magnetic fields try to align towards each other. One way to generate a magnetic field is to prepare a wire winding and pass an electric current into the winding. If two windings with current flowing inside are close to each other, the magnetic fields of each winding tend to align towards each other. If the magnetic fields of the two windings are not aligned and are between 0 and 180 degrees, this tendency creates a rotational force between the two windings. If one of these windings is mechanically fixed to the shaft and the other is fixed to the outer housing, an electric motor is made. The rotational force generated between these windings is varied by the current flowing in the windings.

불행히도, 이 모터는 자기장이 일 방향으로 정렬하기 전에 1회전중의 반회전만을 한다. 따라서 상기 전동기의 축이 180도 이상으로 회전할 수 있도록 회전력을 계속해서 발생시키기 위해서는 두 권선이 서로에 대해 항상 어떤 각을 갖도록 해야 한다. 이러한 기능을 제공하는 장치를 정류기(commutator)라고 한다. 상기 정류기 는 전기자 권선(armature coil)과 상기 하우징에 연결된 계자 권선(field coil) 사이의 각이 영(0)이 되기 전에 전기자권선이라고 하는 능동 구동 권선(active moving coil)으로부터 전류를 차단하고 그것을 제2 전기자 권선에 다시 연결한다. 상기 전기자 권선의 종단은 정류자 바(commutator bar)라고 알려진 접촉 표면들을 갖는다. 브러쉬라고 하는 탄소로 만들어진 접촉표면들은 상기 모터 하우징에 고정된다. 상기 모터의 축이 회전함에 따라, 상기 브러쉬는 일 세트(set)의 바(bar)들과의 접촉을 끊고 다음 세트의 바들과 접촉을 이루게 된다. 이 프로세스에 의해 능동 전기자 권선과 계자 권선 사이의 각이 일정하게 유지된다. 상기 자기장들 사이에 일정한 각이 유지됨으로써 상기 모터가 회전하는 동안 계속해서 일정한 토크(torque)를 유지하게 된다.Unfortunately, the motor only makes one half revolution in one revolution before the magnetic field is aligned in one direction. Therefore, in order to continuously generate the rotational force so that the shaft of the motor can rotate more than 180 degrees, the two windings must always have an angle with respect to each other. A device that provides this functionality is called a commutator. The rectifier disconnects current from an active moving coil called an armature winding before the angle between the armature coil and the field coil connected to the housing becomes zero. 2 Reconnect to the armature winding. The end of the armature winding has contact surfaces known as commutator bars. Contact surfaces made of carbon called brushes are fixed to the motor housing. As the shaft of the motor rotates, the brush breaks contact with one set of bars and makes contact with the next set of bars. This process keeps the angle between the active armature winding and the field winding constant. Maintaining a constant angle between the magnetic fields maintains a constant torque while the motor is rotating.

만약 권선이 자기장 내에서 움직이면, 전압과 전류가 권선 내에서 유도된다. 만약 전류가 계자 권선을 통과하고 전기자권선이 돌면, 전압과 전류는 전기자 권선내에서 유도되어 효과적으로 모터를 발전기로 바꾸게 된다. 이것은 중요한 두가지 효과를 갖는다. 상기 모터가 모토링(motoring)이라고 하는 전기 골프 차와 같은 전기 차량들에 전력을 인가하는데 사용되는 경우, 상기 모터의 회전은 전기자 권선의 양단에 걸쳐 역 기전력(back EMF; electro-motive force)이라고 하는 전압을 유도한다. 이 전압은 모터의 속도 및 계자 전류의 상승에 따라 함께 증가된다. 상기 역 기전력이 모터의 터미널들에 걸리는 전압과 같을 때, 최고속도에 도달하게 된다. 또 다른 효과는 만약 전기적 부하(electrical load)가 전기자 권선에 가해지고, 상기 전기자 권선이 돌면, 모터는 제동기(brake) 및 발전기로서 동작한다는 것이다. 이 효과는 회생 제동이라고 알려져 있다. 이것이 전동기이고 발생된 토크는 계자 권선과 전기자 권선내의 전류에 의해 가변되고, 그 속도는 가해진 전기자 전압에 따라 변동된다.If the windings move in a magnetic field, voltage and current are induced in the windings. If current passes through the field windings and the armature turns, the voltage and current are induced in the armature windings, effectively converting the motor into a generator. This has two important effects. When the motor is used to apply electric power to electric vehicles, such as an electric golf car called motoring, the rotation of the motor is called back EMF (electro-motive force) across the armature winding. Induces a voltage. This voltage increases together with the increase of the motor speed and the field current. When the back EMF is equal to the voltage across the terminals of the motor, the maximum speed is reached. Another effect is that if an electrical load is applied to the armature winding and the armature winding turns, the motor operates as a brake and a generator. This effect is known as regenerative braking. This is an electric motor and the torque generated is varied by the current in the field windings and the armature windings, the speed of which varies with the applied armature voltage.

전기 골프 차를 위한 이러한 회생 제동에 대한 예들이 볼(Ball) 등에 의해 등록된 미국특허번호 5,565,760, 저니(Journey)에 의해 등록된 미국특허번호 5,814,958, 랜킨(Lankin)에 의해 등록된 미국특허번호 5,332,954 그리고 포스트(Post)에 의해 등록된 미국특허번호 4,626,750등에 개시되어 있다.Examples of such regenerative braking for electric golf cars are described in US Pat. No. 5,565,760, registered by Ball et al., US Pat. No. 5,814,958, registered by Journey, US Pat. No. 5,332,954, registered by Lankin. And US Patent No. 4,626,750, which is registered by Post.

전기 차량들의 속도는 상기 모터에 가해지는 전압을 변동시킴으로써 조절된다. 저전압으로, 상기 모터의 역 기전력은 저속에서 인가된 전압에 도달한다. 먼저실효 전압을 낮추기 위하여 저항들을 직렬로 모터에 삽입한다. 이것이 산업계에서 모터의 속도를 제어하는 방법이다. 불행히도 이 방법은 저속에서 매우 비능률적이다.The speed of electric vehicles is controlled by varying the voltage applied to the motor. At low voltage, the counter electromotive force of the motor reaches the applied voltage at low speed. First, insert resistors in series with the motor to lower the effective voltage. This is how the speed of the motor is controlled in the industry. Unfortunately, this method is very inefficient at low speeds.

이러한 비능률성은 옴의 법칙(Ohm's law)과 키르히호프의 전류 및 전압 법칙(Kirchoff's current and voltage laws)에 의해 설명된다. 옴의 법칙은 다음과 같다.This inefficiency is explained by Ohm's law and Kirchoff's current and voltage laws. Ohm's law is

V(전압)=I(전류)xR(저항)V (voltage) = I (current) x R (resistance)

상기식에 의해By the above formula

P(전력)=I(전류)xV(전압)P (power) = I (current) xV (voltage)

키르히호프의 법칙을 간단히 말하면, 모든 전압을 더하면 영(0)이 되고 모든 전류는 주어진 루프내에서 같아야 한다. In short, Kirchhoff's law states that if you add up all the voltages, you get zero and all the currents must be the same in a given loop.

키르히호프의 전류법칙에 의해, 전기 차량의 모터 회로내에서 전지, 저항, 전기자 권선 그리고 계자 권선을 통과하는 전류는 모두 같다. 또한 키르히호프의 전압법칙에 의해, 저항, 전기자 권선 그리고 계자 권선의 양단에 걸치는 전압은 모두 더하면 배터리 전압(예를들면 36V)이 되고 따라서 회로내의 모든 전압을 더하면 영(0)이 된다.According to Kirchhoff's law of current, the current through a cell, a resistor, an armature winding and a field winding in the motor circuit of an electric vehicle are all the same. Kirchhoff's law of voltage also adds voltage across resistors, armature windings and field windings to the battery voltage (eg 36V), and thus to zero for all voltages in the circuit.

어떤 구동 조건(구배, 표면, 타이어 압력, 차량에 가해지는 부하, 원하는 속도)에서 전류 100A, 모터(전기자 및 계자 권선들)의 전압이 18V라고 가정한다. 토크(Torque)는 전류에 따라 변동되고, 속도는 전압에 따라 변동된다. 저항내에서 얼마나 많은 전력이 손실되었는지 회로를 분석해 본다. 키르히호프의 법칙에 의해, 저항의 양단에 걸친 전압은 다음과 같이 주어진다.Assume that under certain driving conditions (gradient, surface, tire pressure, load on the vehicle, desired speed) the current 100 A, the voltage of the motor (armature and field windings) is 18V. Torque varies with current, and speed varies with voltage. Analyze the circuit how much power is lost in the resistor. By Kirchhoff's law, the voltage across the resistor is given by

VBATT = VARM + VFIELD + VRES V BATT = V ARM + V FIELD + V RES

36 = 18 + VRES 36 = 18 + V RES

VRES = 18VV RES = 18 V

전류가 100A이고, 따라서 옴의 법칙에 의해 저항에서 손실된 전력은 다음과 같다.The current is 100A, so the power lost in the resistor by Ohm's law is

PRES = IRES X VRES P RES = I RES XV RES

PRES = 100 X 18 = 1800와트P RES = 100 X 18 = 1800 Watts

또한 옴의 법칙에 의해 모터에 의해 사용된 전력은 다음과 같다.The power used by the motor by Ohm's law is

P = (VARM + VFIELD) x IP = (V ARM + V FIELD ) x I

P = 18 x 100 = 1800와트P = 18 x 100 = 1800 watts

이것은 배터리에서 나오는 전력의 반이 저항을 가열하는데 손실되었다는 것을 의미한다. 이러한 조건하에서, 상기 속도 제어 시스템은 같은 성능을 얻기 위해 저항 시스템 에너지의 반을 사용한다.This means that half of the power from the battery was lost to heating the resistor. Under these conditions, the speed control system uses half of the resistive system energy to achieve the same performance.

저항 시스템에서, 저항은 페달 위치가 속도 증가쪽으로 증가함에 따라 감소된다. 속도제어 시스템에서, 작업량 주기(duty cycle)는 페달 위치가 증가함에 따라 증가한다. 두 방법들은 효과적으로 모터에 가해지는 전압과 차량의 속도를 제어한다. 효율에서의 차이는 최대속도(full throttle)에 가까울수록 중요하지 않게 된다.In a resistance system, resistance decreases as the pedal position increases toward speed increase. In speed control systems, the duty cycle increases as the pedal position increases. Both methods effectively control the voltage applied to the motor and the speed of the vehicle. The difference in efficiency becomes less important as it approaches the full throttle.

종래 전기 차량은 위에 기술한 원리에 기초하여 작동하고, 그것들을 제어하는 다른 방법들이 있다. 표준적인 전기 골프 차는 직권 모터(series wound motor)를 사용한다. 직권 모터는 매우 무거운 와이어가 겨우 수회 정도 감긴 계자권선을 갖고 있다. 최대 토크를 얻기 위해, 전기자와 계좌 권선은 직렬로 연결되어 있다. 또 다른 어떤 전기 차량들은 분권 모터(shunt wound motor)를 사용하고, 이 분권 모터에서의 계자 권선은 작은 와이어들로 아주 많이 감아서 형성되어 있다. 최대 토크를 얻기 위해, 전기자와 계좌 권선은 병렬로 연결되거나 "분권" 구성을 갖는 다. 권선에 의해 생성된 자기장의 세기는 권선의 수와 권선내를 통과하는 전류에 따라서 변화한다. 같은 자기장의 세기를 얻기 위해서 분권 모터에서는 직권 모터에 비해 더 적은 계자 권선을 통과하는 전류가 필요하다. 예를들면 직권 모터에서 300암페어(A)에서 얻어지는 자기장 세기는 분권 모터에서는 15-20암페어(A)만으로도 얻어진다. 제어기(controller)에 대해서도 또한 몇가지 눈에 띄는 차이점들이 있다. 분권 모터에서는 같은 자기장을 얻기 위해 적은 전류가 필요하므로, 계자 권선을 작은 전력 부품의 세트로 만들 수 있다. 이것은 모터의 분리 여자 제어(separately excited control)라고 한다.Conventional electric vehicles operate based on the principles described above, and there are other ways to control them. Standard electric golf cars use a series wound motor. Series motors have field windings with very heavy wire wound only a few times. To obtain the maximum torque, the armature and the accounting winding are connected in series. Some other electric vehicles use shunt wound motors, in which the field windings are formed by winding a lot of small wires. To obtain the maximum torque, the armature and the account winding are connected in parallel or have a "decentralized" configuration. The strength of the magnetic field produced by the windings varies with the number of windings and the current passing through the windings. To achieve the same magnetic field strength, decentralized motors require less current to pass through the field windings than comparable motors. For example, the magnetic field strength obtained at 300 amps (A) in a series motor can be obtained with only 15-20 amps (A) in a decentralized motor. There are also some noticeable differences with respect to the controller. Decentralized motors require less current to achieve the same magnetic field, making the field winding a small set of power components. This is called the separately excited control of the motor.

위에 기술한 바와 같이, 역 기전력은 자기장의 세기에 따라 변동되고, 자기장의 세기는 자기 전류를 변동 시킨다. 직권 모터에서, 상기 전기자 전류와 계자 전류는 같고, 그리하여 자기장 세기와 전기자 전류의 관계는 선형 관계에 있다. 분리 여자 시스템에서, 계자 전류는 주어진 전기자 전류에 대응하여 선택된다. 계자 전류가 감소함에 따라 자기장의 세기는 감소한다. 그리하여 역 기전력은 낮아지고 주어진 전기자 전류에 대한 모터의 속도를 증가시킨다. 이것은 자기장 약화(field weakening)라고 한다.As described above, the counter electromotive force varies with the strength of the magnetic field, and the strength of the magnetic field varies the magnetic current. In a series motor, the armature current and the field current are equal, so that the relationship between the magnetic field strength and the armature current is in a linear relationship. In a separate excitation system, the field current is selected corresponding to a given armature current. As the field current decreases, the strength of the magnetic field decreases. Thus the counter electromotive force is lowered and increases the speed of the motor for a given armature current. This is called field weakening.

계자 전류가 여전히 전방을 향해 활성되어 있고, 만약 차량이 후진으로 언덕을 뒤로 내려오면, 곧바로 프리휠 다이오드로 흘러들어오는 역방향 전류를 발생시킨다. 상기 다이오드는 그 방향으로 단선 회로(short circuit)와 같기 때문에, 이것은 모터를 매우 낮은 속도로 감속하는 제동기(brake)와 같이 동작한다. 이러한 형태의 제동을 플러그 제동이라고 한다.The field current is still active forward, and if the vehicle descends the hill backwards, it generates a reverse current that flows directly into the freewheel diode. Since the diode is like a short circuit in that direction, it acts like a brake that slows the motor at a very low speed. This type of braking is called plug braking.

만약 차량이 정해진 어떤 시간 이상 동안 가속기를 릴리즈 함으로써 제동된다면, 제어기는 계자 권선으로의 에너지를 끊고 속도 감지기를 계속해서 감시한다. 만약 상기 차량이 가속도를 디프레스(depress)하지 않고 움직이기 시작한다면, 제어기는 플러그 제동을 시작하는 차량 움직임의 반대 방향으로 계자 권선에 에너지를 가하게 될 것이다. If the vehicle is braked by releasing the accelerator for more than a certain amount of time, the controller breaks energy into the field windings and continues to monitor the speed sensor. If the vehicle starts to move without depressing the acceleration, the controller will apply energy to the field winding in the opposite direction of the vehicle's movement to start plug braking.

먼저, 본 발명 목적은 기초 속도 이하에서 회생제동을 할 수 있는 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법을 제공하는 것이다. First, it is an object of the present invention to provide an electric golf vehicle and a method for controlling the speed of an electric vehicle including a control system of an electric vehicle capable of regenerative braking below a basic speed.

본 발명의 다른 목적은 필드 맵의 음의 사분면의 제어가 전기자 전류가 감시되기 때문에 가능한 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide an electric golf vehicle and a speed control method for an electric vehicle including a control system of an electric vehicle, in which the control of the negative quadrant of the field map is possible because the armature current is monitored.

본 발명의 또 다른 목적은 모터 속도가 전기자 전압(VARM)에 따라 변동되기 때문에, 상기 전기자 펄스폭변조가 이전의 제어기들에서 계자 전류 변동 속도 제어의 방법과 반대로 차량 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있는 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법을 제공하는 것이다. Another object of the invention is that since the motor speed varies with the armature voltage V ARM , the armature pulse width modulation can be used to control the vehicle speed as opposed to the method of field current variation speed control in previous controllers. It is to provide an electric golf vehicle and a speed control method of the electric vehicle including a control system of the electric vehicle.

본 발명의 또 다른 목적은 폐쇄 제어 루프를 통해, 속도 기준 값(페달의 위치에 의해 결정됨)이 속도 감지기에 의해 감지된 실제 속도 값과 비교되어 쓰로틀(throttle) 위치 입력 신호에 따라 차량 속도를 변동시키기 위해 전기자 펄스폭 변 조의 조정이 이루어지고, 저속으로 운행하는 도중 갑작스러운 회생 제동 특성을 방지하기 위해, 속도는 계속 감시되고 회생 전기자 전류 한계치(IMAX)는 저속일 때 줄어드는 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to change the vehicle speed according to the throttle position input signal by comparing the speed reference value (determined by the position of the pedal) with the actual speed value detected by the speed sensor via a closed control loop. The armature pulse width modulation is adjusted to ensure that the speed is monitored and the regenerative armature current limit (I MAX ) is reduced at low speeds to prevent sudden regenerative braking characteristics during low speed operation. It is to provide a speed control method of the electric golf car and the electric vehicle comprising a.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제동 시스템, 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차에 있어서, 상기 모터는 전기자 권선과 계자 권선을 포함하고, 상기 골프차는, H-브리지 회로에서 전기적으로 연결되고 상기 계자 권선에 전기적으로 연결된 복수의 모스페트소자; 및 반쪽 H-브리지 회로에서 전기적으로 연결된 복수의 모스페트들에 있어서, 제1 모스페트 소자는 상기 전기자 권선과 전기적으로 병렬로 연결되고 제2 모스페트 소자는 상기 전기자 권선과 전기적으로 직렬로 연결되어 있는 복수의 모스페트소자; 상기 전기자 권선과 전기적으로 병렬로 연결된 프리휠 다이오드;상기 전기자 권선을 통과하는 전기자 전류를 측정하기 위한 전류 감지기;상기 골프차의 가속 페달의 위치를 결정하며 속도 기준신호를 발생하는 속도 페달 위치 스위치; 및 골프차에서 기초 속도에서 영(0)까지의 속도의 회생 제동을 제공하기 위하여 상기 전기자 권선을 통과하여 흐르는 상기 전기자 전류를 제어하도록 제1 모스페트 소자의 온/오프를 스위칭하는 제어 시스템을 포함하여 구비되는 제동 시스템과 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차를 제공한다. In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides an electric golf car comprising a braking system, a battery system and a decentralized motor, wherein the motor includes an armature winding and a field winding, and the golf vehicle is an H-bridge. A plurality of MOSFET elements electrically connected in a circuit and electrically connected to the field winding; And a plurality of MOSFETs electrically connected in a half H-bridge circuit, wherein a first MOSFET element is electrically connected in parallel with the armature winding and a second MOSFET element is electrically connected in series with the armature winding. A plurality of MOSFET elements; A freewheel diode electrically connected in parallel with the armature winding; a current sensor for measuring an armature current passing through the armature winding; a speed pedal position switch for determining a position of an accelerator pedal of the golf car and generating a speed reference signal; And a control system for switching the on / off of the first MOSFET element to control the armature current flowing through the armature winding to provide regenerative braking of the speed from base speed to zero in a golf car. It provides an electric golf car comprising a braking system and a battery system and a decentralization motor provided.

전기자 펄스폭 변조 신호를 발생하기 위한 전기자 펄스폭 변조 회로와 차량의 속도를 결정하기 위한 속도 감지 회로가 추가로 구비되고, 상기 페달 위치 스위치는 차량의 속도를 결정하고, 상기 속도 감지 회로는 속도 감지 신호를 발생시키고, 상기 속도 감지 신호와 상기 속도 기준 신호는 가산접합점에 인가되고, 상기 가산접합점은 전기자 제어 회로에 인가될 속도 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다. An armature pulse width modulation circuit for generating an armature pulse width modulated signal and a speed sensing circuit for determining the speed of the vehicle are further provided, wherein the pedal position switch determines the speed of the vehicle, and the speed sensing circuit detects the speed. Generating a signal, wherein the speed sensing signal and the speed reference signal are applied to an addition junction, and the addition junction generates a speed signal to be applied to the armature control circuit.

상기 펄스폭 변조 신호는 상기 제2 모스페트 소자에 인가되는 것을 특징으로 한다.The pulse width modulated signal is applied to the second MOSFET.

상기 제어 시스템은 속도의 함수로써 최소값과 최대값 사이에서 모터 전기자 전류를 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. The control system is characterized in that it comprises means for controlling the motor armature current between a minimum and a maximum as a function of speed.

상기 제어 시스템은 필드 권선 맵의 음의 사분면에서 전기자 전류를 측정하는 수단을 포함하고, 상기 제어 시스템은 측정된 전기자 전류에 기초한 계자 권선을 제어하기 위한 계자 권선 전류를 선택하는 것을 특징으로 한다. The control system includes means for measuring the armature current in the negative quadrant of the field winding map, wherein the control system selects the field winding current for controlling the field winding based on the measured armature current.

상기 제어 시스템은 계자 전류를 발생시키는 수단을 포함하고, 상기 계자 전류를 발생시키는 수단은 상기 계자 전류와 상기 계자 전류 기준 신호에 응답하고 합하는 가산접합점을 포함하고, 가산된 신호로부터 펄스폭 변조 신호를 발생하는 계자 펄스폭 변조 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다. The control system includes means for generating a field current, wherein the means for generating a field current includes an add junction point that responds to and sums the field current and the field current reference signal, and generates a pulse width modulated signal from the added signal. And a field pulse width modulation circuit to be generated.

본 발명은 또한 전기자 권선과 계자 권선을 갖는 분권 모터를 포함하는 전기 차량의 속도 제어 방법에 있어서, 상기 모터의 전기자 권선에 제1 스위칭 소자를 병렬로 연결하는 단계: 상기 모터의 기초 속도 이하에서 회생 제동을 제공하도록 전기자 권선을 통과하는 전기자 전류를 제어하기 위해 상기 스위칭 소자를 턴-온 및 턴-오프 하는 단계를 포함하여 구성되는, 전기자 권선과 계자 권선을 갖는 분권 모터를 포함하는 전기 차량의 속도 제어 방법을 제공한다.The invention also relates to a speed control method of an electric vehicle comprising a decentralized motor having an armature winding and a field winding, comprising: connecting a first switching element in parallel to the armature winding of the motor: regenerative at or below the base speed of the motor A speed of an electric vehicle comprising a decentralized motor having an armature winding and a field winding, comprising turning on and off the switching element to control the armature current passing through the armature winding to provide braking Provide a control method.

상기 제1 스위칭 소자를 전기적으로 연결하는 단계는 상기 전기자 권선에 전기적으로 병렬로 연결하는 모스페트 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. The step of electrically connecting the first switching element is characterized in that it comprises a MOSFET element electrically connected in parallel to the armature winding.

제2 스위칭 소자를 상기 전기자 권선에 전기적으로 직렬로 연결하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. And electrically connecting a second switching element in series with the armature winding.

상기 모터의 기초 속도와 속도 영(0)의 사이에서 차량 속도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. And controlling the vehicle speed between the base speed of the motor and the speed zero (0).

상기 기초 속도 이하로 상기 차량 속도를 제어하는 단계는 상기 전기자 권선에 인가되는 펄스폭 변조 신호를 제어하는 것과 가속 페달의 위치 및 차량 속도를 감지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다. Controlling the vehicle speed below the base speed includes controlling a pulse width modulated signal applied to the armature winding and sensing a position and vehicle speed of an accelerator pedal.

상기 차량 속도를 제어하는 단계는 상기 전기자 권선과 전기적으로 직렬인 스위칭 소자에 상기 펄스 폭 변조 신호를 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다. The step of controlling the vehicle speed may include applying the pulse width modulated signal to a switching element in electrical series with the armature winding.

속도의 함수로서 최소 값과 최대 값 사이에서 모터 전기자 전류를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. And controlling the motor armature current between a minimum value and a maximum value as a function of speed.

상기 전기자 전류를 제어하는 단계는 전기자 전류를 결정하고, 차량 속도를 결정하고, 상기 차량의 속도를 제어하기 위해 상기 차량속도와 상기 전기자 전류를 조합하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다. Controlling the armature current includes combining the vehicle speed and the armature current to determine the armature current, determine the vehicle speed, and control the speed of the vehicle.

필드 맵 권선의 음의 사분면에서 전기자 전류를 측정하는 단계 및 측정된 전기자 전류에 기초하여 계자 권선 전류를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. Measuring the armature current in the negative quadrant of the field map winding and controlling the field winding current based on the measured armature current.

본 발명이 가르치고 지시하는 바에 따르면, 골프차와 같은 전기 차량의 제어 시스템이 개시되어 있으며, 상기 전기 차량의 제어 시스템은 복수의 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(모스페트; MOSFET)를 포함한다. 4개의 모스페트는 완전 H-브리지를 구성하고, 두개의 모스페트는 반쪽 H-브리지를 구성한다. 반쪽 H-브리지에서 하나의 모스페트는 전기자 코일에 걸쳐 전기적으로 병렬로 연결되고, 다른 하나는 전기자 코일과 직렬로 연결된다. 상기 전기자 전선에 걸쳐 병렬 연결된 모스페트는 프리휠 다이오드를 포함한다.As the present invention teaches and directs, a control system for an electric vehicle such as a golf car is disclosed, wherein the control system of the electric vehicle includes a plurality of metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs). Four Mospets make up a full H-bridge and two Mospets make up a half H-bridge. In half the H-bridge one mospet is electrically connected in parallel across the armature coils and the other in series with the armature coils. The MOSFETs connected in parallel across the armature wires comprise a freewheel diode.

모터가 기초 속도 이하로 동작하는 경우 즉 역기전력이 공급 전원전압 이하인 경우, 즉각적으로 병렬 모스페트를 턴-온하고, 전기자 코일을 단락시킴으로써 전류 흐름이 유도된다. 모터 전기자에서 인덕턴스 때문에, 반시계 방향으로의 전류 흐름이 직렬 모스페트가 턴-오프 되는 지점에서 시작된다. 결과적으로 모터를 가로지르는 큰 전압 스파이크가 발생되고 배터리내로 역 전류의 흐름이 이루어 진다. 펄스폭변조 기술을 사용하여 빠르게 병렬 모스페트를 턴-온/턴-오프 시킴으로써, 전류흐름이 유지되고 회생제동은 저속에서도 이루어진다.When the motor is operating at or below the base speed, i.e., when the back EMF is below the supply voltage, current flow is induced by turning on the parallel MOSFET immediately and shorting the armature coils. Because of the inductance in the motor armature, the current flow in the counterclockwise direction starts at the point where the series MOSFET is turned off. The result is a large voltage spike across the motor and a reverse current flow into the battery. By using pulse width modulation technology to quickly turn parallel MOSFETs on and off, current flow is maintained and regenerative braking is achieved at low speeds.

덧붙여, 필드 맵의 음의 사분면(negative quadrant)의 제어는 전기자 전류가 감시되기 때문에 가능해진다. 계자 전류(If)를 기준 전류(Iref)에 정합하도록 변동 시킴으로써, 필드 맵 곡선은 유지 될 수 있다. 또 모터 속도가 전기자 전압(VARM)과 함께 변하기 때문에, 전기자 펄스폭변조 신호는 종래의 제어기들의 방법 즉 계자 전류 변동 속도 제어와는 반대되는 방법으로 차량 속도를 제어하기 위해 이용될 수 있다.In addition, control of the negative quadrant of the field map is made possible because the armature current is monitored. By varying the field current I f to match the reference current I ref , the field map curve can be maintained. In addition, since the motor speed changes with the armature voltage V ARM , the armature pulse width modulated signal can be used to control the vehicle speed in a manner opposite to that of conventional controllers, namely field current variation speed control.

또, 폐쇄 제어 루프에서, 페달 위치에 의해 결정되는 속도 기준 값은 속도 감지기에서 감지되는 실제 속도 값과 비교된다. 최대 쓰로틀(throttle) 위치 입력 신호에 따라 차량 속도를 변동시키기 위해 전기자 펄스폭변조 신호에 대한 조정이 이루어 진다. 저속 주행시에, 불규칙적인 회생 제동 특성을 방지하기 위해, 상기 속도는 계속적으로 감시되고 회생 전기자 전류 한도치(IMAX)는 저속일 때 줄어든다. In addition, in the closed control loop, the speed reference value determined by the pedal position is compared with the actual speed value detected by the speed detector. Adjustments are made to the armature pulse width modulation signal to vary the vehicle speed in response to the maximum throttle position input signal. At low speeds, in order to prevent irregular regenerative braking characteristics, the speed is continuously monitored and the regenerative armature current limit I MAX decreases at low speeds.

본 발명의 또 다른 목적, 잇점, 특징들은 이후 개시될 설명과 첨부된 도면을 참조하여 명확해질 것이다.Further objects, advantages and features of the present invention will become apparent with reference to the following description and the accompanying drawings.

이하 전기 골프 차의 회생 제동 시스템에 대한 바람직한 실시례에 대한 설명은 예시적인 것이며 본 발명의 범위나, 그 응용(적용) 또는 사용을 제한할 의도를 갖고있지 않다.The following description of the preferred embodiment of the regenerative braking system of the electric golf car is illustrative and is not intended to limit the scope of the present invention, its application or use.

도1은 전기 차량의 전기 시스템에 대한 개략적인 배치도(10)이며, 상기 전기 골프 차는 본 발명의 실시례에 따른 회생 제동 시스템을 포함한다. 상기 배치도(10)는 배터리 시스템(12), 모터(14), 그리고 제어시스템(16)을 포함한다. 전형적인 배터리 시스템(12)은 개별적인 배터리들(20)을 복수개 갖는 배터리팩(18)을 포함한다. 일실시례에서 배터리 팩(18)은 합계 36 볼트(V)가 되도록 6볼트의 배터리 6개를 포함하고 있다. 배터리(20)는 충분히 방전되는 납산전지이다. 상기 모터(14)는 모터 전기자 권선(22)과 계자 권선(24)을 포함한다. 상기 모터(14)에서 권선들(22)(24)은 유도자(inductor)로서 동작한다. 이것은 상기 권선들(22)(24)를 통해 전류가 한번 흐르면, 그 전류는 계속해서 흐르려고 한다는 것을 의미한다.1 is a schematic layout view 10 of an electric system of an electric vehicle, wherein the electric golf vehicle includes a regenerative braking system according to an embodiment of the present invention. The layout 10 includes a battery system 12, a motor 14, and a control system 16. Typical battery system 12 includes a battery pack 18 having a plurality of individual batteries 20. In one embodiment, battery pack 18 includes six 6-volt batteries to add up to 36 volts. The battery 20 is a lead acid battery that is sufficiently discharged. The motor 14 comprises a motor armature winding 22 and a field winding 24. Windings 22 and 24 in the motor 14 act as inductors. This means that once a current flows through the windings 22, 24, the current will continue to flow.

전류 감지기(44)는 상기 제어 시스템(16)내에서 상기 전기자 권선(22)을 통과하여 흐르는 전류를 측정하기 위하여 제공되었다. 상기 전류 감지기(44)는 홀 효과 집적 회로를 둘러싼 전선 권선일 수 있다. 이것은 홀효과 회로를 자기 권선 루프내에 놓도록 형성되며, 그것이 검출하는 자기장은 전류 IARM에 비례한다. A current detector 44 has been provided to measure the current flowing through the armature winding 22 in the control system 16. The current detector 44 may be a wire winding surrounding a hall effect integrated circuit. It is formed to put the Hall effect circuit in the magnetic winding loop, and the magnetic field it detects is proportional to the current I ARM .

상기 제어 시스템(16)은 6개의 전력 구동 모스페트(MOSFET)(26-36)와 1개의 커패시터(40)를 포함한다. 상기 모스페트(26-36)는 1초당 15,000회 턴-온(turn-on)/턴-오프(turn-off) 할 수 있는 실제적인 스위치이다. 이 명세서 내에서, "모스페트"라는 용어는 하나의 모스페트일 수도 있고 하나의 신호에 의해 제어되는 병렬로 연결된 복수의 모트페트일 수도 있다. 모스페트(34)는 상기 모터 전기자 권선(22)의 양단에 연결되어 있고, 프리휠 다이오드(freewheel diode)(42)를 포함하고 있다. 상기 다이오드(42)는 전기의 일방통행을 가능케 해주는 밸브와 같이 동작한다. 따라서 전기는 다이오드의 표시 기호에 나타난 화살표의 방향으로만 흐른다. 1/4 브리지 전기자 회로에 있어서, 프리휠 다이오드(42)는 별도의 장치(소자)로 구성된다. 그러나, 전원 모스페트(34)의 구성에 있어서는 상기 프리휠 다이오드(42)는 실리콘으로 된 진성 반도체로서 제공되었다. The control system 16 includes six power drive MOSFETs 26-36 and one capacitor 40. The MOSFETs 26-36 are practical switches capable of turn-on / turn-off 15,000 times per second. Within this specification, the term "mospet" may be one MOSFET or a plurality of Morphets connected in parallel controlled by one signal. The MOSFET 34 is connected to both ends of the motor armature winding 22 and includes a freewheel diode 42. The diode 42 acts like a valve to enable one-way passage of electricity. Thus, electricity flows only in the direction of the arrow indicated by the symbol on the diode. In a quarter-bridge armature circuit, the freewheel diode 42 consists of a separate device (element). However, in the configuration of the power supply MOSFET 34, the freewheel diode 42 was provided as an intrinsic semiconductor made of silicon.

모스페트(26-32)를 조합하면 H-브리지가 되거나 완전 브리지가 되고, 모스페트(34)와 (36)을 조합하면 반쪽 브리지가 된다. 상기 반쪽 브리지 제어기는 계자 권선(24)에 이용되는 완전 브리지가 아닌 모터 전기자 권선(22)에 사용되는 반쪽 브리지 구조를 가리킨다. 전력 구동 모스페트(26-32)와 H-브리지 구조는 이미 알려진 기술과 같다. 상기 시스템(10)에서 특징적인 것은 두 전력 모스페트(34)(36)의 사용이며, 또 모터 전기자 권선(22)와 연계되어 있고 특히 모터 전기자 권선(22)의 양단에 걸쳐 병렬로 연결된 전력 모스페트(34)와 다이오드(42)와 연계되어 있는 모스페트(36)을 사용한다는 것과, 그들이 구동되는 방법에 있다. 종래의 전기차량에 사용되는 종래 직류 모터(DC motor) 구동 시스템에서는 상기 모터 전기자 권선(22)의 아래에 있는 직렬 모스페트(36)와 프리휠 다이오드(42)만을 포함한다.Combining Mospets (26-32) results in H-bridges or full bridges. Combining Mospets (34) and (36) results in half bridges. The half bridge controller refers to the half bridge structure used for the motor armature winding 22 rather than the full bridge used for the field winding 24. The power driven MOSFETs 26-32 and the H-bridge structure are the same as in the known art. Characteristic of the system 10 is the use of two power MOSFETs 34 and 36 and is also associated with a motor armature winding 22 and in particular a power morse connected in parallel across the motor armature winding 22. The use of MOSFET 36 in conjunction with PET 34 and diode 42 and how they are driven. The conventional DC motor driving system used in the conventional electric vehicle includes only the series MOSFET 36 and the freewheel diode 42 under the motor armature winding 22.

상기 모터(14)는 상기 전기자 권선(22)과 상기 계자 권선(24)이 두개의 주 배터리의 양단에 병렬로 연결되어 있기 때문에 분권 모터이다. 이 동작은 예를들면 상기 전기자 권선(22)의 직렬 전력 모스페트(36)가 턴-온 되고 두개의 상기 계자 권선(24)의 반대되는 전원 모스페트(26)(32)가 턴-온 되었을 때에 그러한 동작을 한다. 종래 분리 여자 시스템(separately excited system)에 있어서는, 전형적으로 상기 모터(14)의 속도는 계자 전류를 변화시켜서 얻게 된다. 본 발명에서, 상기 전기자 전류(IARM)의 펄스폭변조(PWM; pulse with modulation)는 차량 속도를 제어하기 위해 이용된다.The motor 14 is a decentralized motor because the armature winding 22 and the field winding 24 are connected in parallel at both ends of the two main batteries. This operation may, for example, be such that the series power MOSFET 36 of the armature winding 22 is turned on and the power supply MOSFETs 26 and 32 opposite the two field windings 24 are turned on. Do that at that time. In a conventionally excited system, the speed of the motor 14 is typically obtained by varying the field current. In the present invention, the pulse with modulation (PWM) of the armature current I ARM is used to control the vehicle speed.

이 시스템에서, 상기 제어 시스템(16)의 로직 회로는 모스페트(26-36)의 턴- 온/턴-오프를 제어한다. 상기 모터(14)에 인가되는 실효 전압을 제어하기 위해, 모스페트(26-36)들이 켜져있는 총시간과 꺼져 있는 총시간의 비율이 제어된다. 이것을 작업량 주기(duty cycle)라 한다. 모스페트(36)가 턴-온 되어 있는 경우에, 배터리(20)는 직접적으로 상기 전기자(22)의 양단에 연결된다. 키르히호프의 법칙에 의해, 배터리(20)의 양단에 걸친 전압과 상기 전기자(22)의 양단에 걸치는 전압은 36볼트(V)로서 같다. 또한 역시 키르히호프의 법칙에 의해, 상기 전기자(22)와 상기 배터리(20)를 통과하는 전류는 같다. 상기 회로내에서 상기 전류는 프리휠 다이오드(42)의 화살표 방향의 반대 방향으로 흐르고, 프리휠 다이오드(42)는 이러한 조건하에서는 무시될 수 있다.In this system, the logic circuit of the control system 16 controls the turn-on / turn-off of the MOSFETs 26-36. In order to control the effective voltage applied to the motor 14, the ratio of the total time that the MOSFETs 26-36 are turned on and the total time that is turned off is controlled. This is called the duty cycle. When the MOSFET 36 is turned on, the battery 20 is directly connected at both ends of the armature 22. By Kirchhoff's law, the voltage across the battery 20 and the voltage across the armature 22 are equal to 36 volts (V). Again, according to Kirchhoff's law, the current passing through the armature 22 and the battery 20 is the same. In the circuit, the current flows in the direction opposite to the direction of the arrow of the freewheel diode 42, and the freewheel diode 42 can be ignored under these conditions.

상기 모스페트(36)가 턴-오프 되는 경우, 상기 배터리(20)를 포함하는 회로가 끊어 진다. 그러나 상기 전기자(22)를 통과하는 전류가 있기 때문에, 전류의 흐름은 멈추려고 하지 않는다.When the MOSFET 36 is turned off, the circuit including the battery 20 is cut off. However, since there is a current passing through the armature 22, the flow of current does not try to stop.

프리휠 다이오드(42)는 회로의 일부분이다. 만약 상기 전류가 이전과 같은 방향으로 같은 속도로 계속해서 흐른다면, 전류는 프리휠 다이오드(42)를 통과하여 흐를 것이다. 상기 다이오드(42)와 상기 전기자(22)에 걸리는 전압은 영(0)이 될 것이지만 흐르는 전류는 이전과 같다. 배터리 회로에서, 상기 회로가 완전하지 않기 때문에 전류의 흐름은 없다. 그러나 배터리 전압은 36V로 유지된다.Freewheel diode 42 is part of the circuit. If the current continues to flow at the same speed in the same direction as before, the current will flow through the freewheel diode 42. The voltage across the diode 42 and the armature 22 will be zero but the current flowing as before. In the battery circuit, there is no current flow because the circuit is not complete. However, the battery voltage remains at 36V.

상기 전기자(22)를 가로지르는 전압은 상기 모스페트(36)가 턴-온될 때 36V이고 모스페트(36)가 턴-오프 될때 영(0)이다. 상기 모터(14)의 양단에 걸리는 평균 전압은 다음과 같다.The voltage across the armature 22 is 36V when the MOSFET 36 is turned on and zero when the MOSFET 36 is turned off. The average voltage across the motor 14 is as follows.

VARM = (36V x 작업량 주기) + (0V x (1-작업량 주기))V ARM = (36V x workload cycle) + (0V x (1- workload cycle))

VARM = 36V x 작업량주기V ARM = 36 V x workload cycle

상기 차량을 동작시키기 위해 요구되는 토크(Torque)가 상기 모터 전류를 결정한다. 상기 배터리 전류가 상기 모터 전류와 같기 때문에, 상기 모스 페트(36)가 오프(off)인 경우 영(0)이고, 온(on)인 경우 상기 배터리 전류는 다음과 같다.Torque required to operate the vehicle determines the motor current. Since the battery current is the same as the motor current, when the MOSFET 36 is off, it is zero, and when it is on, the battery current is as follows.

IBATT = (IARM x 작업량 주기) + (0A x (1-작업량 주기))I BATT = (I ARM x Workload Cycle) + (0A x (1-Work Cycle Cycle))

IBATT = IARM x 작업량 주기I BATT = I ARM x Workload Cycle

위의 고체속도 제어기를 가지고 전류 100A, 전압 18V를 사용하는 경우, 차이는 다음과 같다.With the solid-state speed controller above, using a current of 100A and a voltage of 18V, the difference is:

VARM = 36 x 작업량 주기V ARM = 36 x workload cycle

18 = 36 x 작업량 주기18 = 36 x workload cycles

작업량 주기 = 50%Workload Cycle = 50%

IBATT = IARM x 작업량 주기I BATT = I ARM x Workload Cycle

IBATT = 100A x 50%I BATT = 100A x 50%

IBATT = 50AI BATT = 50 A

여기서, 배터리(20) 밖으로 나가는 전력과 전기자(22)내로 들어가는 전력은 이미 기술한 바 있는 전력 식에 의해 계산할 수 있다. 위의 예와 같이, 상기 모터의 전력은 1800와트이다.Here, the power going out of the battery 20 and the power going into the armature 22 can be calculated by the power equation already described. As in the above example, the power of the motor is 1800 watts.

PBATT = IBATT x VBATT P BATT = I BATT x V BATT

PBATT = 50A X 36V = 1800와트P BATT = 50A X 36V = 1800 Watts

표1은 상기 두 시스템의 각각에 대해 상기 조건하에서의 차이를 요약한 것이다.Table 1 summarizes the differences under these conditions for each of the two systems.

시스템 형태System type 모터 전력Motor power 배터리 전력Battery power 저항resistance 1800 와트1800 Watt 3600 와트3600 Watt 속도 제어기Speed controller 1800 와트1800 Watt 1800 와트1800 Watt

예를들면 상기 차량이 언덕을 내려가는 경우, 상기 모터 전기자 권선(22)의 회생 제동 모드시의 정상적인 동작은 상기 모터(14)의 속도가 상기 모터(14)의 기초 속도 보다 높은 경우에만 존재한다. 기초 속도는 역 기전력이 배터리 전압과 같아지는 때의 속도이다. 상기 역 기전력이 배터리 전압과 같거나 그 이하인 경우, 배터리 전압이 너무 높기 때문에 상기 모터(14)에 의해 발생되는 에너지는 배터리 팩(18)내로 흐를 수 없다. 이러한 제한을 극복하기 위해, 상기 프리휠 다이오드(42)와 함께 전력 모스페트(34)가 추가되었다. 만약 차의 속도가 기초 속도 보다 느리다면, 앞서 설명한 것과 같은 이유로 배터리 팩(18)을 충전할 수 없고, 따라서 회생 제동은 이루어 지지 않는다. 이러한 제한을 극복하기 위해 상기 모스페트(34)는 간단히 턴-온 된다. 상기 모스페트(34)가 완전히 통전된 경우 그 양단에 걸리는 전위차는 거의 영(0)이 되기 때문에, 상기 모터(14)는 큰 전류를 발생시키고, 이 전류는 간단히 상기 모스페트(34)를 통과하게 된다. 이 브리프(brief) 전류는 즉시 멈출 수 없기 때문에, 정상적인 역 기전력을 초과하는 즉 배터리 전압 이상의 큰 전압이 발생된다. 다음으로 상기 전기자 권선(22)은 상기 브리프 기간(period) 동안 상기 에너지를 상기 배터리 팩(18)내로 펌핑을 한다. 상기 브리프 기간은 상기 모터(14)의 높은 전압이 최고치에서 배터리 전압으로 내려가는데 요구되는 시간과 같다. 다음으로 이 과정은 For example, when the vehicle is going down a hill, the normal operation in the regenerative braking mode of the motor armature winding 22 is only present if the speed of the motor 14 is higher than the base speed of the motor 14. The base speed is the speed at which the back EMF equals the battery voltage. If the back EMF is equal to or less than the battery voltage, the energy generated by the motor 14 cannot flow into the battery pack 18 because the battery voltage is too high. To overcome this limitation, a power MOSFET 34 has been added along with the freewheel diode 42. If the speed of the car is slower than the basic speed, the battery pack 18 cannot be charged for the same reason as described above, and thus regenerative braking is not performed. To overcome this limitation, the MOSFET 34 is simply turned on. Since the potential difference across both ends is almost zero when the MOSFET 34 is fully energized, the motor 14 generates a large current, and this current simply passes through the MOSFET 34. Done. Since this brief current cannot stop immediately, a large voltage is generated that exceeds the normal back EMF, i.e. above the battery voltage. The armature winding 22 then pumps the energy into the battery pack 18 during the brief period. The brief period is equal to the time required for the high voltage of the motor 14 to fall from the highest to the battery voltage. Next, this process

배터리 팩(18)의 양단에 회생 제동 효과를 발생시킬 정도의 충분히 높은 전압을 상기 모터(14)가 발생시킬 수 있도록 모터(14)의 에너지를 유발하기 위해 상기의 과정은 초당 수백번 혹은 수천번 반복된다. 그리하여 상기 모터(14)는 점차 속도가 줄어든다.The above process is performed hundreds or thousands of times per second to induce energy of the motor 14 so that the motor 14 generates a voltage high enough to generate a regenerative braking effect at both ends of the battery pack 18. Is repeated. Thus, the motor 14 gradually decreases in speed.

상기 모스페트(34)를 턴-온함으로써 상기 모스페트(34)에 의해 상기 모터(14)에 강한 제동이 가해진 다는 것은 매우 중요한 효과를 갖는다. 그것은 직류(DC) 모터를 제동하는 일반 적인 방법이지만 만약 시간이 너무 길면 바람직하지 않다. 따라서 이러한 제동 동작을 하나 또는 그 이상의 방법들로 특화하는 것이 중요하다. 그러나 상기 전력 모스페트(34)의 특성은 턴-온 되거나 또는 턴-오프 될 것을 요구한다. 그리하여 특징적인 효과를 내기 위해서는, 상기 전기자 펄스폭변조 작업량 주기를 변화시키는 것이 필요하다. 아래의 표2는 VBATT, IBATT, IARM, VARM에 대한 펄스폭 변조 작업량 주기의 값을 제공한다.It is very important to apply strong braking to the motor 14 by the moss 34 by turning on the moss 34. It is a common way to brake a DC motor, but it is undesirable if the time is too long. It is therefore important to specialize this braking operation in one or more ways. However, the characteristics of the power MOSFET 34 require it to be turned on or off. Thus, in order to achieve a characteristic effect, it is necessary to change the armature pulse width modulation workload period. Table 2 below provides the values of the pulse width modulation workload periods for V BATT , I BATT , I ARM , and V ARM .

% 작업량주기% Workload cycle VBATT V BATT IBATT I BATT IARM I ARM VARM V ARM 5050 3636 150150 300300 1818 1010 3636 3030 300300 3.63.6 100100 3636 300300 300300 3636 00 3636 00 00 00

정상 운행 모드에서 상기 직렬 전력 모스페트(36)가 오프 되었을 때에만 상기 전기자 전압은 역전 된다. 이때, 즉 직렬 전력 모스페트(36)가 오프되고 정상운행 모드 일때, 상기 전류는 계속해서 흐르려고 하고 상기 전기자 전압은 역전 되어 전류를 프리휠 다이오드(42)를 통해 밀어 낸다.The armature voltage is reversed only when the series power MOSFET 36 is off in the normal running mode. At this time, i.e., when the series power MOSFET 36 is off and in the normal running mode, the current continues to flow and the armature voltage is reversed to push the current through the freewheel diode 42.

종래 전기 골프 차에서는, 상기 모터(14)는 차량의 속도가 시속 16Km 이상일 때 회생제동이 일어나도록 한다. 시속 16Km 이하일 때는 회생 제동이 일어나지 않는다. 또한 상기 회생제동은 활강(downhill) 차량 속도를 제한하기 위해 사용된다. 심지어는 좀더 안전하게 운전하기 위해, 가속 페달의 압력을 완화했을 때 즉 차량 속도가 시속 20.8Km(시속 13마일)일지라도 회생 제동은 일어나지 않는다.In the conventional electric golf car, the motor 14 causes the regenerative braking to occur when the speed of the vehicle is 16Km or more per hour. Regenerative braking does not occur below 16 km / h. The regenerative braking is also used to limit downhill vehicle speed. Even for safer driving, no regenerative braking occurs when the accelerator pedal pressure is relieved, even if the vehicle speed is 20.8 kilometers per hour (13 miles per hour).

본 발명의 중요한 잇점은 가속 페달을 이용하여 차량의 속도를 최저 시속 2마일의 속도로 감속해 준다는 것이다. 과거에 이미 알려진 제어기들은 페달이 완전히 릴리즈(release) 되었을 때에만 차량의 속도를 제한했다. 즉, 만약 가속 페달이 가볍게라도 눌려지면, 차량의 속도가 모터(14)의 최고속도에 도달하게 되고, 회생 제동이 모터의 최고속도에서 자동적으로 멈춘다. 이것은 특히 경사가 급한 곳에서는 바람직하지 않다. 본 발명에서, 가속 페달은 수동 변속을 하는 내연기관을 갖는 차량과 같은 방법으로 동작한다. 즉 상기 가속 페달은 페달의 위치와 속도 사이에서 상대적으로 선형적인 관계를 형성 하도록 상기 차량의 저속을 직접적으로 조절하기 위해 사용된다. 환언하면, 본 발명에서 가속기 페달을 사용함으로써, 예를들면 차량 속도는 시속 12.8Km(시속 8마일), 시속 9.6Km(시속 6마일), 시속 8Km(시속 5마일)로 조절되고 상기 차량 운행자는 페달을 어디에든 놓도록 선택할 수 있다.An important advantage of the present invention is that the speed of the vehicle is reduced to a speed of at least 2 miles per hour using an accelerator pedal. Known controllers in the past limited the vehicle's speed only when the pedal was fully released. That is, if the accelerator pedal is lightly pressed, the speed of the vehicle reaches the maximum speed of the motor 14, and the regenerative braking automatically stops at the maximum speed of the motor. This is particularly undesirable where the slope is steep. In the present invention, the accelerator pedal operates in the same way as a vehicle having an internal combustion engine with manual transmission. That is, the accelerator pedal is used to directly adjust the low speed of the vehicle to form a relatively linear relationship between the position and the speed of the pedal. In other words, by using the accelerator pedal in the present invention, for example, the vehicle speed is adjusted to 12.8 km per hour (8 miles per hour), 9.6 km per hour (6 miles per hour), 8 km per hour (5 miles per hour) and the vehicle operator You can choose to release the pedal anywhere.

차량의 최고속도는 종래 제어기들에 의해서 정해진 패러미터이다. 이것은 차량이 그라운드 레벨에서 얻게 되는 속도이다. 차량이 언덕의 꼭대기에 다다르고 다시 언덕을 내려가기 시작하는 경우 전형적인 종래 제어기는 차량이 언덕을 내려감에 따라, 중력이 작용하여 차량을 더욱 빨리 달리도록 한다 하더라도 그 최고속도를 제한하도록 설정된다. The maximum speed of the vehicle is a parameter determined by conventional controllers. This is the speed the vehicle will gain at ground level. When the vehicle reaches the top of the hill and starts descending the hill again, a typical conventional controller is set to limit its maximum speed even if gravity causes the vehicle to run faster as the vehicle descends the hill.

요약하자면, 종래 운전 시스템에서는, 페달을 밟는 것은 단순히 차량을 기초속도에서 최고 속도로 가속하도록 하기 위해 사용되고, 모터를 기초 속도 이하로는 전혀 제어도 할 수 없었다. 그러나 본 발명의 시스템에서 페달의 위치는 차량의 속도를 영(0) 근처의 속도에서 부터 제어시스템(16)과 상기 모터(14)에 의해 설정된 최고 속도까지 어느 레벨로라도 제어할 수 있도록 되어 있다. 페달의 위치와 차량 속도 사이에 선형적인 관계가 있을 수 있다. 그러나 또한 원한다면 비 선형관계가 될 수 있도 있다. 예를들면 저속에서 민감하게 동작하도록 하기 위해, 상기 모터(14)의 역기전력은 전동기의 속도에 따라 증가하고 또한 계자 권선 전류의 증가에 따라 증가된다. 직권 모터에서, 상기 모터 전기자 권선(22)과 상기 계자 권선(24)은 직렬로 연결되며 있으며 그것은 상기 모터 전기자 전류와 상기 계자 권선 전류가 독립적으로 제어될 수 없다는 것을 보증한다. 상기 계자 권선 전류는 항상 같아야 한다. 분권 모터에서, 상기 전동기 전기자 권선(22)과 상기 계자 권선(24)은 두 회로 사이에서 상기 전류들이 따로 조절될 수 있도록 완전히 분리되어 있다. 따라서 상기 전동기의 역기전력을 줄이기 위해, 상기 계자 권선 전류를 줄일 필요가 있다. 이것은 모터 제어 설계자에게 원하는 전동기 특성을 얻기 위해 더 많은 유연성을 갖도록 한다. In summary, in the conventional driving system, pedaling is simply used to accelerate the vehicle from the basic speed to the maximum speed, and the motor cannot be controlled at all below the basic speed. However, the position of the pedal in the system of the present invention is such that it is possible to control the speed of the vehicle at any level from the speed near zero to the maximum speed set by the control system 16 and the motor 14. There may be a linear relationship between pedal position and vehicle speed. But it can also be nonlinear if desired. For example, in order to operate sensitively at low speeds, the counter electromotive force of the motor 14 increases with the speed of the motor and also with the increase of the field winding current. In a series motor, the motor armature winding 22 and the field winding 24 are connected in series, which ensures that the motor armature current and the field winding current cannot be controlled independently. The field winding current should always be the same. In a decentralized motor, the motor armature winding 22 and the field winding 24 are completely separated so that the currents can be regulated separately between the two circuits. Therefore, in order to reduce the counter electromotive force of the motor, it is necessary to reduce the field winding current. This gives motor control designers more flexibility to achieve the desired motor characteristics.

도2는 전형적인 필드 맵이다. 필드 맵은 분권 모터에 있어서 전기자 전류와 계자 전류 사이의 관계를 기술하기 위해 산업계에서 널리 이용되고 있는 용어이다. 각 모터는 필드 맵에서 성능이 최적인 특정한 영역을 갖는다. 이 영역에서 너무 먼 영역에서 이루어지는 동작은 전동기에 치명적인 손상을 줄 수 있다.2 is a typical field map. Field map is a term widely used in the industry to describe the relationship between armature current and field current in decentralized motors. Each motor has a specific area of the field map for optimal performance. Operation too far from this area can seriously damage the motor.

필드맵의 상방 우측 사분면에서 상기 라인(46)은 독립적으로 제어되는 전기자 전류의 기능을 하는 계자 전류를 갖는 직권 모터의 성능을 나타낸다. 분권 전동기 시스템에서, 상기 계자 전류와 전기자 전류는 독립적으로 제어될 수 있으며 도2에 도시한 바와 같이 상방 우측 사분면에서 또한 보여지듯이 비 선형적인 곡선(56)이 된다. 이 특별한 필드 맵은 종래 제어기에서 프로그램 될 수 있는 조건들 하에서 더 나은 성능을 갖도록 해준다. 그러나 프리휠 다이오드(42) 와 1/4 브리지 전기자 회로를 이용한 종래 제어기술은 필드맵의 상방 좌측 사분면에서 제어를 제공하지 못한다. 그러나 본 발명은 라인(58)과 같이 필드 맵의 상방 좌측 사분면에서 동작하는 기술을 제공한다.In the upper right quadrant of the field map, the line 46 represents the performance of a series motor having a field current that functions as an armature current that is independently controlled. In a decentralized motor system, the field current and armature current can be controlled independently, resulting in a non-linear curve 56 as also shown in the upper right quadrant as shown in FIG. This special field map allows better performance under conditions that can be programmed in conventional controllers. However, conventional control techniques using the freewheel diode 42 and the quarter-bridge armature circuit do not provide control in the upper left quadrant of the fieldmap. However, the present invention provides a technique for operating in the upper left quadrant of the field map, such as line 58.

알려져 있는 1/4 브리지 제어기를 갖는 분권 전동기 시스템에서. 상기 전기자 전류는 실제로 알려져 있는 전력 모스페트(34)의 알려진 저항 값 때문에 실제적으로 측정될 수 있다. 환언하면, 상기 전기자 전류는 전력 모스페트(34)에 걸리는 전압을 측정함으로써 측정된다. 본 발명의 시스템에서, 전류 감지기(44)는 필드 맵의 음의 사분면(negative quadrant : 좌측 사분면)에서 전기자 전류(IARM)를 측정할 수 있다. 다음으로 검출된 전류값 IARM에 따라, 상기 제어기는 그래프로부터 If값을 보정한다. 과거에는, 이 전기자 전류 정보를 간단히 얻을 수 없었고, 그리하여 이 정보를 기초로 하는 다른 요소들을 조절할 수 없었다.In a decentralized motor system with a known quarter bridge controller. The armature current can actually be measured because of the known resistance value of the power MOSFET 34 which is actually known. In other words, the armature current is measured by measuring the voltage across the power MOSFET 34. In the system of the present invention, the current detector 44 can measure the armature current I ARM in the negative quadrant (left quadrant) of the field map. Next, according to the detected current value I ARM , the controller corrects the I f value from the graph. In the past, this armature current information could not be obtained simply, and therefore other factors based on this information could not be adjusted.

도3은 계자 전류 기준 입력 iref를 받아 입력 신호를 계자 펄스폭변조(PWM; pulse width modulation) 블럭(52)으로 발생시키는 가산접합점(summing junction)(50)을 포함하는 피드백 루프(48)이다. 상기 PWM 블록(52)은 PWM 계자 전류를 발생시킨다. 펄스폭 변조된 계자 전류는 계자 전류 if를 발생하는 전류 소스(54)에 인가된다. 상기 전류 If는 가산접합점(50)으로 다시 피드백된다. 상기 펄스폭변조된 계자 전류는 실제적으로 평균 전압을 제어하게 되고, 이것은 원하는 계자 전류를 얻거나 얻지 못하게 한다. 상기 계자 권선의 문제는 온도에 따라 저항이 변한다는 것이다. 그리하여 인가된 전압이 같더라도 계자 전류가 온도에 따라 달라지게 된다. 도3의 피드백 루프를 이용함으로써, 원하는 계자 전류를 온도와 상관없이 얻을 수 있게 된다. 또한 상기 계자 권선(24)은 전기자 또는 다른 것들에 의해 유도되는 자기장등이 있는 실제적인 환경에서 동작하게된다. 도3의 피드백 시스템은 또한 원하는 If 신호를 불안정하게 할 수 있는 다른 보조적인 요소들을 고려한다.3 is a feedback loop 48 that includes a summing junction 50 that receives the field current reference input i ref and generates an input signal to a field pulse width modulation (PWM) block 52. . The PWM block 52 generates a PWM field current. The pulse width modulated field current is applied to the current source 54 which generates the field current i f . The current I f is fed back to the addition junction 50. The pulse width modulated field current actually controls the average voltage, which results in or not obtaining the desired field current. The problem with the field winding is that the resistance changes with temperature. Thus, even if the applied voltage is the same, the field current will vary with temperature. By using the feedback loop of Fig. 3, the desired field current can be obtained regardless of the temperature. The field winding 24 also operates in a practical environment with a magnetic field or the like induced by an armature or others. The feedback system of FIG. 3 also considers other auxiliary factors that may destabilize the desired I f signal.

상기 모터(14)의 필드 맵의 음의 사분면의 동작을 조정함으로써 얻게 되는 잇점은 모든 조건들하에서 좀더 신뢰성을 가지고 동작한다는 것이다. 전형적으로 분권 직류 모터는 If 대비 IARM 조건들과 범위내에서 동작한다. 그 범위를 벗어나는 조건에서 오랫동안 동작을 하게 되면 상기 모터(14)는 손상될 수 있다. 따라서 상기 모터(14)의 신뢰도(reliability)와 보수가능도(serviceability)는 내리막길(downhill) 회생 조건이나, 상기 모터(14)가 바람직한 운전 범위인 정상 If/IARM 를 벗어날 수 있는 기타 비정상적인 환경들을 포함하는 모든 경우에 있어서도 권장 If/IARM를 보증함으로써 증가된다.An advantage of adjusting the operation of the negative quadrant of the field map of the motor 14 is that it operates more reliably under all conditions. Typically shunt DC motors are operating within the I f I ARM contrast conditions and scope. The motor 14 may be damaged if it is operated for a long time in a condition outside the range. Thus, the reliability and serviceability of the motor 14 may be subject to downhill regenerative conditions or other abnormalities where the motor 14 may deviate from the normal I f / I ARM , which is the desired operating range. In all cases involving environments, this is increased by guaranteeing the recommended I f / I ARM .

회생 안전 운전 영역의 문제는 5인승 골프 차량과 같은 큰 차량인 경우에 발생한다. 이것은 일반적으로 작은 2인승 골프 차량은 바람직하지 않은 If/IARM 영역에서 상기 모터(14)에 역효과를 줄 수 있을 정도로 오랫동안 운행되지 않기 때문이다. 또언덕이나 산이 많은 코스에서 상기 큰 차량은 상기 모터에 높은 스트레스를 가하는 경향이 있다.The problem of regenerative safe driving zones arises in large vehicles such as five-seater golf vehicles. This is because small two-seater golf vehicles generally do not run long enough to adversely affect the motor 14 in the undesirable I f / I ARM region. Also, on hilly or mountainous courses, the large vehicle tends to put a high stress on the motor.

도4는 자기자 펄스폭 변조 신호를 이용함으로써 차량의 속도를 제어하는 것을 보여주는 블럭도(60)이다. 가속 페달 위치 신호(62)는 속도 기준 신호이고, 이것은 가산접합점(64)으로 입력된다. 상기 차량의 실제 속도(66)가 감지되고, 이 것 역시 가산접합점(64)으로 입력된다. 상기 두 신호들을 비교함으로써 피드백 신호를 제공하고 상기 피드백 신호는 전기자 펄스폭 변조 블럭(68)으로 입력 신호로서 인가된다. 이것은 상기 모터 전기자 권선(22)내에 있는 직렬 모스페트(36)로 인가되는 적절한 출력 펄스폭 변조 신호를 발생시키고 상기 변조 신호는 차량의 속도를 조절한다. 좀더 일반적으로 상기 전기자 펄스폭변조 블럭(68)은 상기 전기자 권선(22)과 병렬연결된 직렬 모스페트(36)와 모스페트(34)을 동작시킨다.4 is a block diagram 60 showing controlling the speed of a vehicle by using a magnetic pulse width modulated signal. The accelerator pedal position signal 62 is a speed reference signal, which is input to the addition junction 64. The actual speed 66 of the vehicle is sensed, which is also input to the addition junction 64. A feedback signal is provided by comparing the two signals and the feedback signal is applied as an input signal to the armature pulse width modulation block 68. This generates an appropriate output pulse width modulated signal that is applied to the serial MOSFET 36 in the motor armature winding 22, which modulates the speed of the vehicle. More generally, the armature pulse width modulation block 68 operates a series MOSFET 36 and a MOSFET 34 in parallel with the armature winding 22.

원하는 모터의 속도를 얻기 위해서는, 상기 전기자 권선(22)에 걸리는 전압을 조정해야 한다. 상기 모터의 전기자 터미널에 걸리는 전압의 제어는 상기 전기자 권선(22)을 위한 전력 모스페트(34)와 (36)의 동작에 의해 결졍된다. 상기 모스페트들은 원하는 모터 전압을 얻을 수 있는 바람직한 방법으로 동작한다. 상기 모터(14)의 속도를 결정하는 차량의 전류 속도가 주어져 있다면, 상기 모터의 터미널들에 인가될 원하는 전압 즉 역전력은 계산될 수 있으며, 전력 모스페트들 (34)(36)은 상기 모터의 속도를 증가시키기 위한 추가적으로 필요한 전압을 얻을 수 있도록 적절히 동작한다. 상기 모터 전기자 터미널 전압을 역 기전력 이하로 내림으로써, 회생제동은 유도된다. 그리하여 상기 모터 전기자 권선(22)에 인가되는 전압은 필드 맵의 좌 또는 우 사분면를 통해 원하는 방법으로 조정된다. To achieve the desired speed of the motor, the voltage across the armature winding 22 must be adjusted. The control of the voltage across the armature terminal of the motor is determined by the operation of the power MOSFETs 34 and 36 for the armature winding 22. The MOSFETs operate in the preferred way to obtain the desired motor voltage. Given the current speed of the vehicle, which determines the speed of the motor 14, the desired voltage to be applied to the terminals of the motor, i.e. the reverse power, can be calculated, and the power MOSFETs 34 and 36 It works properly to get the additional voltage needed to increase the speed. By lowering the motor armature terminal voltage below the counter electromotive force, regenerative braking is induced. Thus, the voltage applied to the motor armature winding 22 is adjusted in the desired manner through the left or right quadrant of the field map.

"페달 업 제동"이라는 용어는 종래 분권 모터 제어 시스템과 관련하여 사용된다. 기본적으로 차량 가속 페달이 릴리즈될 경우, 제어 시스템(16)은 능동적으로 상기 모터(14)가 기초 속도 예를들면 시속 16km가 될 때까지 회생 제동을 수행할 것이다. 기초 속도 이하가 되면, 상기 모터(14)의 회생 제동 특성이 배터리 전압을 초과하는 충분한 역 기전력을 제공할 수 없기 때문에, 능동 제어는 일어나지 않는다. 그리하여 회생 제동하지 않는다. 본 발명은 상기 모터(14)의 기초 속도 이하에서 회생 제동을 제공하기 때문에 "페달 업 제동" 이라는 용어는 상기 모터(14)의 기초 속도 보다 훨씬 낮은 속도에 사용된다.The term "pedal up braking" is used in connection with a conventional decentralized motor control system. Basically, when the vehicle accelerator pedal is released, the control system 16 will actively perform regenerative braking until the motor 14 reaches a basic speed, for example 16 km per hour. Below the base speed, active control does not occur because the regenerative braking characteristic of the motor 14 cannot provide sufficient back electromotive force above the battery voltage. Thus, no regenerative braking. Since the present invention provides regenerative braking below the base speed of the motor 14, the term "pedal up braking" is used at a speed much lower than the base speed of the motor 14.

만약 저속 회생 제동을 하는 동안, 제어 시스템이 최대 IARN과 속도 사이에 선형적인 관계를 허락한다면, 차량 속도는 페달이 릴리즈되는 경우 아주 빠르게 감속된다. 기본적으로 이것은 주차 제동시에 차량을 운행하는 것과 비슷하다. 근본적으로, 상기 차량 속도가 페달 위치에 의해 표시되는 속도 이상일 때는, 상기 차량은 일반적으로 비용이 들어간다. 이 개선된 시스템에서, 만약 능동 회생 제동이 온(on) 상태이면 그러한 회생 제동은 실제로 아주 빠르게 차량의 속도를 감속할 것이다. 또 이러한 특징들은 차량을 운행하는데 비용이 들어가기 시작하는 어떤 임계(setpoint) 저속 이하에서 회생 제동을 한다는 것이다. 상기 임계 저속은 시속 3.2Km/h 에서 12.8Km/h(시속 2마일에서 8마일 사이)의 사이에 있고 언덕이 많은 곳에서는 8Km/h(시속 5마일)인 것이 바람직하다.During low speed regenerative braking, if the control system allows a linear relationship between the maximum I ARN and the speed, the vehicle speed decelerates very quickly when the pedal is released. Basically, this is similar to driving a vehicle during parking brake. Essentially, the vehicle is generally costly when the vehicle speed is above the speed indicated by the pedal position. In this improved system, if active regenerative braking is on, such regenerative braking will actually slow down the vehicle very quickly. These features also include regenerative braking below some setpoint low speed, which begins to cost money to drive the vehicle. The critical low speed is preferably between 3.2 km / h and 12.8 km / h (between 2 and 8 miles per hour) and 8 km / h (5 miles per hour) in hilly areas.

도5와 도6은 어떻게 전기자 전류 IARM가 속도의 함수로서 최소 값과 최대 값 사이에서 제어되는지를 보여준다. 상기 최대 전기자 전류는 전형적으로 회생 제동 모드에서 발생되고, 전류 한계치는 상기 제어시스템 및 정류자(16)가 과열되는 것을 막기 위해 고안되었다. 속도 감지 시스템(72)은 입력으로서 속도 감지 신호를 받아 들이고 전류 감지기(44)에 해당하는 전류 감지 회로(76)으로부터 전류 신호를 받아들이는 가산접합점(74)을 포함한다. 상기 최소 전기자 전류는 영(0) 또는 저속에서 과도한 제동을 발생시키지 않는 어떤 값이 될 것이다.5 and 6 show how the armature current I ARM is controlled between the minimum and maximum values as a function of speed. The maximum armature current is typically generated in regenerative braking mode and the current limit is designed to prevent the control system and the commutator 16 from overheating. Speed sensing system 72 includes an add junction 74 that accepts a speed sensing signal as input and receives a current signal from current sensing circuit 76 corresponding to current detector 44. The minimum armature current will be some value that does not cause excessive braking at zero or low speed.

위에 기술한 바와 같이, 본 발명의 전기차량의 제어 시스템은 종래의 기술에 비해 몇가지 잇점을 갖는다. 이러한 잇점들 중의 하나는 기초 속도 이하에서 회생제동을 한다는 것이다. 상기 모터(14)가 그 기초 속도 이하에서 동작하는 경우, 즉 그 역 기전력이 전원 전압 이하인 경우, 전류의 흐름은 모스페트(34)를 즉각적으로 도통시키고 전기자 권선(22)을 단락시킴으로써 유도될 수 있다. 상기 모터(14)에서 잔류 인덕턴스때문에, 반 시계 방향으로의 전류 흐름이 모스페트(34)가 오프 되는 지점에서 시작된다. 결과적으로, 상기 모터(14)를 가로지르는 큰 전압 스파이크가 발생하여 배터리 팩(18)으로의 역 전류 흐름을 이루게 된다. 모스페트(34)를 빠른 속도로 온/오프 함으로써 전류 흐름은 유지될 수 있으며 회생 제동은 낮은 속도에서도 일어날 수 있다.As described above, the electric vehicle control system of the present invention has several advantages over the prior art. One of these benefits is regenerative braking at base speeds. If the motor 14 is operating below its base speed, i.e., its counter electromotive force is below the power supply voltage, the flow of current can be induced by immediately conducting the MOSFET 34 and shorting the armature winding 22. have. Because of the residual inductance in the motor 14, current flow in the counterclockwise direction begins at the point where the MOSFET 34 is turned off. As a result, a large voltage spike across the motor 14 occurs, resulting in reverse current flow to the battery pack 18. By turning the MOSFET 34 on and off at high speed, current flow can be maintained and regenerative braking can occur even at low speeds.

게다가, 필드 맵의 음의 사분면의 제어는 전기자 전류가 감시되기 때문에 가능해진다. IREF에 맞추기 위해 If를 변화시킴으로써, 필드 맵 곡선은 유지된다. 또한 모터 속도가 전기자 전압(VARM)에 따라 변동되기 때문에, 상기 전기자 펄스폭변조는 이전의 제어기들에서 계자 전류 변동 속도 제어의 방법과 반대로 차량 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한 폐쇄 제어 루프를 통해, 속도 기준 값(페달의 위치에 의해 결정됨)은 속도 감지기에 의해 감지된 실제 속도 값과 비교된다. 쓰로틀(throttle) 위치 입력 신호에 따라 차량 속도를 변동시키기 위해 전기자 펄스폭 변조의 조정이 이루어 진다. 그리고, 저속으로 운행하는 도중 갑작스러운 회생 제동 특성을 방지하기 위해, 속도는 계속 감시되고 회생 전기자 전류 한계치(IMAX)는 저속일 때 줄어든다.In addition, control of the negative quadrant of the field map is made possible because the armature current is monitored. By changing I f to fit I REF , the field map curve is maintained. Since the motor speed also varies with the armature voltage V ARM , the armature pulse width modulation can be used to control the vehicle speed as opposed to the method of field current variation speed control in previous controllers. Also through the closed control loop, the speed reference value (determined by the position of the pedal) is compared with the actual speed value detected by the speed detector. Adjustment of the armature pulse width modulation is made to vary the vehicle speed in accordance with the throttle position input signal. And, to prevent sudden regenerative braking characteristics during low speed operation, the speed is continuously monitored and the regenerative armature current limit I MAX decreases at low speed.

앞에서 다루어진 내용들은 단순히 본 발명의 실시례를 기술하고 개시한 것이다. 당분야의 기술을 가진 사람들은 앞에서 기술된 내용들과 첨부된 도면과 청구항들로 부터 쉽게 본 발명을 이해할 수 있을 것이며, 다양한 변형, 개조 및 변경은 본 발명의 청구항의 범위 및 취지를 벗어남이 없이 이루어질 수 있다. The foregoing discussions merely describe and disclose embodiments of the present invention. Those skilled in the art will be able to readily understand the present invention from the foregoing description and accompanying drawings and claims, and various changes, modifications and changes can be made without departing from the scope and spirit of the claims of the present invention. Can be done.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법은 종래의 기술에 비해 다음과 같은 몇 가지 우수한 효과를 갖는다. As described above, the electric golf car and the electric vehicle speed control method including the electric vehicle control system of the present invention has several advantages as compared to the prior art.

먼저, 본 발명에 의하면 기초 속도 이하에서 회생제동을 할 수 있는 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법을 제공할 수 있다. First, according to the present invention, it is possible to provide an electric golf vehicle and an electric vehicle speed control method including an electric vehicle control system capable of regenerative braking below a basic speed.

또한 본 발명에 의하면 필드 맵의 음의 사분면의 제어가 전기자 전류가 감시되기 때문에 가능한 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법을 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide an electric golf vehicle and a speed control method for an electric vehicle including a control system of an electric vehicle, where the control of the negative quadrant of the field map is possible because the armature current is monitored.

또한 본 발명의 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법에 의하면 모터 속도가 전기자 전압(VARM)에 따라 변동되기 때문에, 상기 전기자 펄스폭변조가 이전의 제어기들에서 계자 전류 변동 속도 제어의 방법과 반대로 차량 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다.In addition, according to the speed control method of the electric golf vehicle and the electric vehicle including the control system of the electric vehicle of the present invention, since the motor speed is changed in accordance with the armature voltage (V ARM ), the armature pulse width modulation in the previous controllers It can be used to control the vehicle speed as opposed to the method of field current fluctuation speed control.

또한 본 발명에 의하면 폐쇄 제어 루프를 통해, 속도 기준 값(페달의 위치에 의해 결정됨)이 속도 감지기에 의해 감지된 실제 속도 값과 비교되어 쓰로틀(throttle) 위치 입력 신호에 따라 차량 속도를 변동시키기 위해 전기자 펄스폭 변 조의 조정이 이루어지고, 저속으로 운행하는 도중 갑작스러운 회생 제동 특성을 방지하기 위해, 속도는 계속 감시되고 회생 전기자 전류 한계치(IMAX)는 저속일 때 줄어드는 전기차량의 제어 시스템을 포함하는 전기 골프차 및 전기차량의 속도제어방법을 제공할 수 있다.Also according to the present invention, through the closed control loop, the speed reference value (determined by the position of the pedal) is compared with the actual speed value detected by the speed sensor to vary the vehicle speed according to the throttle position input signal. To control the armature pulse width modulation and to prevent sudden regenerative braking characteristics during low speed operation, the speed is continuously monitored and the regenerative armature current limit (I MAX ) includes an electric vehicle control system that decreases at low speeds. An electric golf car and a speed control method of the electric vehicle can be provided.

Claims (15)

제동 시스템, 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차에 있어서, 상기 모터는 전기자 권선과 계자 권선을 포함하고, An electric golf car comprising a braking system, a battery system and a decentralized motor, the motor comprising an armature winding and a field winding, 상기 골프차는,The golf car, H-브리지 회로에서 전기적으로 연결되고 상기 계자 권선에 전기적으로 연결된 복수의 모스페트소자; 및 A plurality of MOSFET elements electrically connected in an H-bridge circuit and electrically connected to the field winding; And 반쪽 H-브리지 회로에서 전기적으로 연결된 복수의 모스페트들에 있어서, 제1 모스페트 소자는 상기 전기자 권선과 전기적으로 병렬로 연결되고 제2 모스페트 소자는 상기 전기자 권선과 전기적으로 직렬로 연결되어 있는 복수의 모스페트소자;In a plurality of MOSFETs electrically connected in a half H-bridge circuit, a first MOSFET element is electrically connected in parallel with the armature winding and a second MOSFET element is electrically connected in series with the armature winding. A plurality of MOSFET elements; 상기 전기자 권선과 전기적으로 병렬로 연결된 프리휠 다이오드;A freewheel diode electrically connected in parallel with the armature winding; 상기 전기자 권선을 통과하는 전기자 전류를 측정하기 위한 전류 감지기;A current detector for measuring an armature current passing through the armature winding; 상기 골프차의 가속 페달의 위치를 결정하며 속도 기준신호를 발생하는 속도 페달 위치 스위치; 및 A speed pedal position switch for determining a position of an accelerator pedal of the golf car and generating a speed reference signal; And 골프차에서 기초 속도에서 영(0)까지의 속도의 회생 제동을 제공하기 위하여 상기 전기자 권선을 통과하여 흐르는 상기 전기자 전류를 제어하도록 제1 모스페트 소자의 온/오프를 스위칭하는 제어 시스템을 포함하여 구비되는 제동 시스템과 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차A control system for switching on / off of the first MOSFET element to control the armature current flowing through the armature winding to provide regenerative braking of the speed from base speed to zero in a golf car. Electric golf car including brake system, battery system and decentralization motor provided 제 1항에 있어서, 전기자 펄스폭 변조 신호를 발생하기 위한 전기자 펄스폭 변조 회로와 차량의 속도를 결정하기 위한 속도 감지 회로가 추가로 구비되고, 상기 페달 위치 스위치는 차량의 속도를 결정하고, 상기 속도 감지 회로는 속도 감지 신호를 발생시키고, 상기 속도 감지 신호와 상기 속도 기준 신호는 가산접합점에 인가되고, 상기 가산접합점은 전기자 제어 회로에 인가될 속도 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 제동 시스템과 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차The armature pulse width modulation circuit for generating an armature pulse width modulated signal and a speed sensing circuit for determining the speed of the vehicle are further provided, wherein the pedal position switch determines the speed of the vehicle. The speed sensing circuit generates a speed sensing signal, wherein the speed sensing signal and the speed reference signal are applied to an addition junction, and the addition junction generates a speed signal to be applied to the armature control circuit. Electric Golf Car Including System And Decentralization Motor 제 2항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호는 상기 제2 모스페트 소자에 인가되는 것을 특징으로 하는 제동 시스템과 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차3. The electric golf car of claim 2, wherein the pulse width modulated signal is applied to the second MOSFET element. 제 1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 속도의 함수로써 최소값과 최대값 사이에서 모터 전기자 전류를 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제동 시스템과 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차2. The electric golf vehicle of claim 1, wherein the control system includes means for controlling the motor armature current between a minimum and maximum value as a function of speed. 제 1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 필드 권선 맵의 음의 사분면에서 전기자 전류를 측정하는 수단을 포함하고, 상기 제어 시스템은 측정된 전기자 전류에 기초한 계자 권선을 제어하기 위한 계자 권선 전류를 선택하는 것을 특징으로 하는 제동 시스템과 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차.The method of claim 1, wherein the control system comprises means for measuring the armature current in the negative quadrant of the field winding map, the control system selecting a field winding current to control the field winding based on the measured armature current. An electric golf car comprising a braking system, a battery system, and a decentralized motor, characterized in that. 제 1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 계자 전류를 발생시키는 수단을 포함하고, 상기 계자 전류를 발생시키는 수단은 상기 계자 전류와 상기 계자 전류 기준 신호에 응답하고 합하는 가산접합점을 포함하고, 가산된 신호로부터 펄스폭 변조 신호를 발생하는 계자 펄스폭 변조 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 제동 시스템과 배터리 시스템과 분권 모터를 포함하는 전기 골프 차.2. The control system of claim 1, wherein the control system comprises means for generating a field current, wherein the means for generating field current includes an add junction point that responds to and sums the field current and the field current reference signal, and adds the added signal. An electric golf vehicle comprising a braking system, a battery system and a decentralized motor, comprising a field pulse width modulation circuit for generating a pulse width modulated signal from the field. 전기자 권선과 계자 권선을 갖는 분권 모터를 포함하는 전기 차량의 속도 제어 방법에 있어서,In the speed control method of an electric vehicle comprising a decentralized motor having an armature winding and a field winding, 상기 모터의 전기자 권선에 제1 스위칭 소자를 병렬로 연결하는 단계:Connecting a first switching element in parallel to the armature winding of the motor: 상기 모터의 기초 속도 이하에서 회생 제동을 제공하도록 전기자 권선을 통과하는 전기자 전류를 제어하기 위해 상기 스위칭 소자를 턴-온 및 턴-오프 하는 단계를 포함하여 구성되는, 전기자 권선과 계자 권선을 갖는 분권 모터를 포함하는 전기 차량의 속도 제어 방법.Decentralization with the armature winding and the field winding, comprising turning on and off the switching element to control the armature current passing through the armature winding to provide regenerative braking below the base speed of the motor. Speed control method of an electric vehicle comprising a motor. 제 7항에 있어서, 상기 제1 스위칭 소자를 전기적으로 연결하는 단계는 상기 전기자 권선에 전기적으로 병렬로 모스페트 소자를 연결하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 속도 제어 방법.8. The method of claim 7, wherein the step of electrically connecting the first switching element comprises connecting a MOSFET element in electrical parallel to the armature winding. 제 7항에 있어서, 제2 스위칭 소자를 상기 전기자 권선에 전기적으로 직렬로 연결하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 속도 제어 방법.8. The method of claim 7, further comprising the step of electrically connecting a second switching element to the armature winding in series. 제 7항에 있어서, 상기 모터의 기초 속도와 속도 영(0)의 사이에서 차량 속도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 속도 제어 방법.8. The method of claim 7, further comprising the step of controlling the vehicle speed between the base speed of the motor and the speed zero (0). 제 10항에 있어서, 상기 기초 속도 이하로 상기 차량 속도를 제어하는 단계는 상기 전기자 권선에 인가되는 펄스폭 변조 신호를 제어하는 것과 가속 페달의 위치 및 차량 속도를 감지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 속도 제어 방법.11. The method of claim 10, wherein controlling the vehicle speed below the base speed comprises controlling a pulse width modulated signal applied to the armature winding and sensing the position of the accelerator pedal and the vehicle speed. How to control the speed of an electric vehicle. 제 10항에 있어서, 상기 차량 속도를 제어하는 단계는 상기 전기자 권선과 전기적으로 직렬인 스위칭 소자에 상기 펄스 폭 변조 신호를 인가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 속도 제어 방법.11. The method of claim 10, wherein controlling the vehicle speed comprises applying the pulse width modulated signal to a switching element in electrical series with the armature winding. 제 7항에 있어서, 속도의 함수로서 최소 값과 최대 값 사이에서 모터 전기자 전류를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 속도 제어 방법.8. The method of claim 7, further comprising controlling the motor armature current between a minimum value and a maximum value as a function of speed. 제 13항에 있어서, 상기 전기자 전류를 제어하는 단계는 전기자 전류를 결정 하고, 차량 속도를 결정하고, 상기 차량의 속도를 제어하기 위해 상기 차량속도와 상기 전기자 전류를 조합하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 속도 제어 방법.The method of claim 13, wherein controlling the armature current includes combining the vehicle speed and the armature current to determine the armature current, determine the vehicle speed, and control the speed of the vehicle. Speed control method of electric vehicle. 제 7항에 있어서, 필드 맵 권선의 음의 사분면에서 전기자 전류를 측정하는 단계 및 측정된 전기자 전류에 기초하여 계자 권선 전류를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 속도 제어 방법.8. The method of claim 7, further comprising the step of measuring the armature current in the negative quadrant of the field map winding and controlling the field winding current based on the measured armature current. .
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