KR20150041218A - motor and the controlling method of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a motor and a method of controlling the same. More particularly, the present invention relates to a driving device for an electric vehicle and a method of controlling the same. Also, the present invention relates to a driving motor for an electric vehicle and a method of controlling the same. According to an embodiment of the present invention, in a motor which includes a rotor having a field magnet wire and a stator having an armature wire, the present invention is to provide a motor which includes a motor control part which controls the motor by a single current combination which minimizes the sum of a armature current value and a field magnet current value among multiple combinations of the armature current value and the field magnet current value which can be applied to generate the same torque.

Description

모터 및 이의 제어방법{motor and the controlling method of the same}[0001] The present invention relates to a motor and a control method thereof,

본 발명은 모터 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기자동차용 구동장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기자동차용 구동모터 및 이의 제어방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor and a control method thereof, and more particularly, to a driving apparatus for an electric vehicle and a control method thereof. The present invention also relates to a drive motor for an electric vehicle and a control method thereof.

일반적으로, 자동차는 엔진을 통해 구동된다. 엔진 구동을 위해 휘발유나 경유 등 다양한 탄소 기반 원료들이 사용되고, 이로 인해 탄소 가스가 많이 배출될 수 있다. 따라서, 자동차에서 배출되는 탄소 가스를 줄이기 위해, 전기 배터리를 이용하여 자동차를 구동하는 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 대한 개발이 많이 이루어지고 있다.Generally, an automobile is driven through an engine. A variety of carbon-based materials such as gasoline and light oil are used to drive the engine, which can lead to a large amount of carbon emissions. Therefore, in order to reduce the carbon gas emitted from the automobile, many electric automobiles or hybrid automobiles that drive the automobile using the electric battery have been developed.

전기자동차는 배터리에 충전된 전기를 통해 모터를 구동하여 자동차가 구동되는 자동차를 의미한다. 하이브리드 자동차는 조건에 따라, 엔진과 모터를 선택적 또는 병행적으로 구동하는 자동차를 의미한다. 따라서, 하이브리드 자동차 또한 전기자동차라 할 수 있다. 왜냐하면, 하이브리드 자동차 또한 배터리를 이용하는 구동모터를 포함하고 있기 때문이다.An electric vehicle refers to a vehicle in which a vehicle is driven by driving a motor through electricity charged in a battery. A hybrid vehicle refers to a vehicle that selectively or simultaneously drives an engine and a motor, depending on conditions. Therefore, hybrid cars can also be called electric vehicles. This is because the hybrid vehicle also includes a drive motor that uses a battery.

모터를 이용한 전기자동차의 출력 성능은 모터의 출력 성능과 매우 밀접하다. 따라서, 모터의 성능이 전기자동차의 성능을 좌우할 수 있으므로, 모터의 구조, 형상이나 크기 및 이의 제어방법이 매우 중요하다고 할 수 있다.The output performance of an electric vehicle using a motor is very close to the output performance of the motor. Therefore, since the performance of the motor can determine the performance of the electric vehicle, the structure, shape and size of the motor and the control method thereof are very important.

모터는 기본적으로 전기 에너지를 이용하여 회전축에서 토크(기계적 회전력)을 얻는 장치이다. 그러나, 통상 많은 모터에서 속도만이 제어의 대상이고 모터의 토크는 직접적인 제어의 대상이 아니다. 왜냐하면, 모터의 토크는 기계적 관성에 의해 저주파 필터링된 후 속도의 변화로 나타나기 때문이다. The motor is basically a device that uses electric energy to obtain torque (mechanical torque) at the rotating shaft. However, in many motors, only the speed is the object of control, and the torque of the motor is not directly controlled. This is because the torque of the motor appears as a change in speed after low-frequency filtering by mechanical inertia.

따라서, 일반적으로 모터의 순시 토크(instantaneous torque)보다는 평균 토크가 주요 관심 대상이며, 평균 토크에 의한 모터 또는 모터의 속도 제어가 주 제어 대상이 된다. 이는 전기자동차 구동용 모터에서도 마찬가지이다.Therefore, in general, the average torque is more important than the instantaneous torque of the motor, and the speed control of the motor or the motor by the average torque becomes the main object of control. This is also true of motors for driving electric vehicles.

그러나, 일반적인 모터와 달리, 전기자동차 구동용 모터는 12000 RPM 이상까지 회전 속도가 제어되는 것이 요구되고 있다. 즉, 회전 속도 대역이 매우 넓기 때문에, 이러한 모터를 제작하거나 이를 제어하는 데 매우 어려운 문제가 있다. However, unlike a general motor, a motor for driving an electric car is required to have a rotational speed controlled to 12,000 RPM or more. That is, since the rotation speed band is very wide, there is a very difficult problem in manufacturing or controlling such a motor.

도 1은 일반적인 전기자동차용 구동모터의 출력 토크(단위 Nm), 회전 속도(단위 RPM) 그리고 출력(단위 Kw)의 관계를 도시한 그래프이다.1 is a graph showing a relationship between an output torque (unit Nm), a rotation speed (unit RPM), and an output (unit Kw) of a general electric vehicle drive motor.

도시된 바와 같이, 정격 속도(Nbase)를 기준으로 토크, 출력 그리고 속도의 패턴이 달라진다. 즉, 속도가 점차 증가하여 정격 속도에 이르기까지의 출력 토크는 일정하고 출력은 점차 커진다. 정격속도 이상에서는 속도가 증가함에 따라 출력 토크는 작아지고 출력은 일정해진다. 즉, 일정한 출력 토크에서 속도는 점차 증가하여 정격속도에 이르고, 정격속도 이상에서는 출력 토크가 감소하게 된다. 아울러, 일정한 출력 토크에서 출력은 점차 증가하고, 정격속도 이상에서는 출력이 일정하게 된다. 물론, 이는 동일한 지령 토크가 입력됨을 전제로 한다. As shown, the torque, output, and speed patterns are varied based on the rated speed Nbase. That is, the output torque is constant and the output gradually increases until the speed increases gradually to the rated speed. Above the rated speed, as the speed increases, the output torque decreases and the output becomes constant. That is, at a constant output torque, the speed gradually increases to the rated speed, and the output torque decreases at or above the rated speed. Further, the output gradually increases at a constant output torque, and the output becomes constant at a speed higher than the rated speed. Of course, this assumes that the same command torque is input.

따라서, 지령 토크가 일정하다면, 도 1에 도시된 바와 같이, 지령 토크의 값과 무관하게 출력, 토크 그리고 속도(회전수)의 관계 패턴이 동일하게 나타남을 알 수 있다. 다시 말하면, 최대 지령 토크(Tmax)에서의 토크 곡선(a)과 임의의 지령 토크(T)에서의 토크 곡선(b)은 동일한 패턴으로 형성됨을 알 수 있다.Therefore, if the command torque is constant, it can be seen that the relationship pattern of output, torque, and speed (number of revolutions) is the same regardless of the command torque value as shown in FIG. In other words, it can be seen that the torque curve a at the maximum command torque Tmax and the torque curve b at the arbitrary command torque T are formed in the same pattern.

또한, 도 1을 통해서, 동일한 지령 토크가 입력되면, 정격 속도 미만에서는, 지령 토크와 실질적으로 동일한 출력 토크가 발생함을 알 수 있다. 아울러, 정격 속도 이상에서는, 지령 토크보다 점차 감소하는 출력 토크가 발생함을 알 수 있다. 즉, 속도가 더욱 증가함에 따라 출력 토크가 지령 토크보다 더욱 작아짐을 알 수 있다. 1, it can be seen that when the same command torque is inputted, an output torque substantially equal to the command torque occurs at a speed lower than the rated speed. It is also understood that, at a speed higher than the rated speed, an output torque that gradually decreases from the command torque is generated. That is, it can be seen that as the speed further increases, the output torque becomes smaller than the command torque.

여기서, 정격 속도 미만의 운전 영역을 정토크 운전 영역이라 할 수 있고, 정격 속도 이상의 운전 영역을 정출력 운전 영역이라 할 수 있다.Here, the operation region below the rated speed may be referred to as a constant torque operation region, and the operation region beyond the rated speed may be referred to as a constant output operation region.

정토크 운전 영역은, 동일 지령 토크에 대하여, 회전 속도와 무관하게 일정 토크가 발생되는 운전 영역이라 할 수 있다. 그리고, 정출력 운전 영역은, 동일 지령 토크에 대하여, 회전 속도가 증가함에 따라 토크가 감소하되 출력은 일정하게 발생되는 운전 영역이라 할 수 있다.The constant torque operation region can be regarded as an operation region in which a constant torque is generated regardless of the rotational speed with respect to the same command torque. The constant output operation region can be regarded as an operation region in which the torque is reduced and the output is constantly generated as the rotational speed increases with respect to the same command torque.

도 1은 전기자동차의 주행환경과 시간을 고려하지 않은 그래프라 할 수 있다. 왜냐하면, 동일 주행환경에서는 지령 토크가 클수록 정격속도에 이르는 시간이 짧아질 것이며, 동일 지령 토크인 경우는 경사 지형에서보다는 평탄 지형에서 정격속도에 이르는 시간이 짧아질 것이기 때문이다.1 is a graph that does not take into account the traveling environment and time of the electric vehicle. This is because, in the same driving environment, the time to reach the rated speed will become shorter as the command torque becomes larger, and the time from the flat terrain to the rated speed will be shorter than the inclined terrain in the case of the same command torque.

이러한 최대 출력 토크(Tmax), 정격속도(Nbase) 그리고 최대 출력(Kw_max)을 통해 구동모터 또는 전기자동차의 사양이 표현될 수 있다. 물론, 최대 속도(Nmax)를 통해서도 표현될 수 있다. The specifications of the drive motor or electric vehicle can be expressed through the maximum output torque Tmax, the rated speed Nbase, and the maximum output Kw_max. Of course, it can also be expressed through the maximum speed Nmax.

그러나, 구동모터의 사양은 제조사마다 달라질 수 있다. 아울러, 요구되는 구동모터 또는 구동장치의 사이즈와 형상도 전기자동차마다 달라질 수 있다. 따라서, 동일하거나 유사한 사양에서 구동모터의 성능을 높이는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.However, the specification of the drive motor may vary from manufacturer to manufacturer. In addition, the required size and shape of the driving motor or driving device may vary from one electric car to another. Therefore, it is very important to improve the performance of the drive motor in the same or similar specifications.

전기자동차용 구동모터 중에는 계자전류를 제어하여 그 출력을 제어할 수 있는 계자권선 모터가 있다. 계자권선 모터에서, 출력은 입력된 출력(지령 토크)을 추종하도록 제어되므로, 결국 지령 토크가 입력되면, 상기 계자전류를 제어하여 모터의 출력이 지령 토크를 추종하도록 제어된다. 물론, 후술하는 바와 같이, 중고속 영역에서는 지령 토크와 실제 출력 토크는 달라지게 된다.In the electric motor drive motor, there is a field winding motor that can control the field current to control its output. In the field winding motor, the output is controlled so as to follow the input output (command torque), so that when the command torque is inputted, the output of the motor is controlled so as to follow the command torque by controlling the field current. Of course, as will be described later, the command torque and the actual output torque are different in the middle-speed range.

여기서, 상기 입력된 출력은 악셀레이터의 각도에 비례하여 산출될 수 있다. 즉, 사용자가 악셀레이터를 밟는 각도가 커질수록 지령 토크가 커지게 되며, 지령 토크가 커질수록 계자전류가 커지도록 제어할 수 있다. 다시 말하면, 지령 토크값이 커질수록 모터에 인가되는 계자전류값이 커지도록 제어할 수 있다. Here, the input output may be calculated in proportion to the angle of the accelerator. That is, the larger the angle at which the user steps on the accelerator, the larger the command torque becomes, and the larger the command torque, the larger the field current can be controlled. In other words, as the command torque value increases, the field current value applied to the motor becomes larger.

도 2는 모터의 계자전류와 전기자전류를 제어하여 모터의 출력을 제어하는, 계자 코일 모터(계자권선 모터)의 제어 플로우차트의 일실시예를 도시하고 있다. 계자 코일 모터를 전기자동차용 구동모터로 사용하는 경우, 다음과 같은 플로우로 제어될 수 있다.Fig. 2 shows an embodiment of a control flow chart of a field coil motor (field coil motor) for controlling the motor output by controlling field current and armature current of the motor. When the field coil motor is used as a driving motor for an electric vehicle, the following flow can be controlled.

먼저, 지령 토크를 산출한다(S2). 이러한 지령 토크는 악셀레이터 페달의 각도를 통해서 산출될 수 있다. 즉, 운전자가 악셀레이터 페달을 밟으면, 악셀레이터 페달의 각도가 입력되고(S1), 상기 각도를 통해 지령 토크가 계산(S2)될 수 있다.First, the command torque is calculated (S2). This command torque can be calculated through the angle of the accelerator pedal. That is, when the driver depresses the accelerator pedal, the angle of the accelerator pedal is inputted (S1), and the command torque is calculated through the angle (S2).

지령 토크가 산출되거나 계산되면, 모터가 상기 지령 토크를 추종하도록 제어되며(S3), 이러한 제어를 통해 모터가 구동된다(S6). When the command torque is calculated or calculated, the motor is controlled to follow the command torque (S3), and the motor is driven through this control (S6).

지령 토크 추종 제어(S3)는 지령 토크에 대하여 입력되는 계자전류값(If)과 전기자전류값(Ia)을 산출(S4)하고, 산출된 전류값들을 모터에 인가(S5)하면서 수행된다. 그리고, 인가된 전류값들을 통해 모터가 지령 토크를 추종하면서 구동된다(S6). 물론, 모터의 출력 토크, 속도(회전수) 그리고 온도 등이 피드백되어(S7) 모터의 출력이 지령 토크와 최대한 유사하거나 동일하게 제어될 수 있다.The command torque follow-up control S3 is performed while calculating the field current value If and the armature current value Ia inputted to the command torque (S4) and applying the calculated current values to the motor (S5). Then, the motor is driven in accordance with the command torque through the applied current values (S6). Of course, the output torque, speed (revolution) and temperature of the motor are fed back (S7) so that the output of the motor can be controlled to be maximally similar or equal to the command torque.

계자 코일 모터의 토크(T)는 다음과 같은 수학식을 통해 나타낼 수 있다.The torque (T) of the field coil motor can be expressed by the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

토크(T) = Pn{(Ψf × iq) + (Ld - Lq)×idiq}Torque (T) = Pn {(? F x iq) + (Ld - Lq) x idiq}

상기 수학식 1에서, Pn은 모터 극수, Ψf는 계자 자속, iq는 전기자전류(Ia)의 토크 성분 전류값, id는 전기자전류의 자속 성분 전류, Ld는 자속 성분 릴럭턴스, Lq는 토크 성분 릴럭턴스이다.Ld is the magnetic flux component reluctance, Lq is the torque component relay, and Lq is the flux component reluctance. In the above equation (1), Pn is the number of poles of the motor,? F is the field flux, iq is the torque component current value of the armature current Ia, id is the flux component current of the armature current, Respectively.

상기 수학식 1을 통해서, 계자전류(If)와 전기자전류(Ia) 좌표 상에서, 도 3에 도시된 정토크 곡선이 생성될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 동일 토크를 발생시키기 위한 계자전류값(If)과 전기자전류값(Ia)의 조합(이하 "전류 조합")은 무수히 많이 생성될 수 있음을 알 수 있다.From the equation (1), it can be seen that the constant torque curve shown in FIG. 3 can be generated on the field current If and armature current Ia coordinates. That is, it can be seen that a large number of combinations of the field current value If and the armature current value Ia (hereinafter referred to as "current combination") for generating the same torque can be generated.

모터의 제어, 즉 지령 토크 추종 제어를 용이하게 하기 위해, 최대 토크에 대한 지령 토크의 비(토크비, T/T_max)와 최대 계자전류값(If_max)의 곱으로 결정되는 계자전류값을 이용할 수 있다. 이를 토크비 기준 제어라 할 수 있다. The field current value determined by the product of the ratio of the command torque to the maximum torque (torque ratio, T / T_max) and the maximum field current value If_max can be used to facilitate the control of the motor, that is, the command torque follow- have. This can be referred to as a torque ratio reference control.

최대 토크를 내기 위해서는 계자전류값이 최대가 되어야 한다. 따라서, 지령 토크가 입력되면 계자전류값은 다음과 같은 수학식을 통해서 간단하게 산출될 수 있다. In order to obtain the maximum torque, the field current value should be maximized. Therefore, when the command torque is input, the field current value can be simply calculated by the following equation.

[수학식 2]&Quot; (2) "

If = If_max * T / T_maxIf = If_max * T / T_max

수학식 2에서 나타난 바와 같이, 토크비 기준 제어에서, 입력되는 계자전류값(If)은 입력되는 지령 토크값에 비례하도록 산출될 수 있다. 예를 들어, 최대 계자전류값이 9.8 A 그리고 최대 출력 토크가 280 Nm인 경우, 지령 토크가 140Nm일 때 입력 계자전류값은 4.9 A로 간단하게 산출될 수 있다. As shown in Equation (2), in the torque ratio reference control, the input field current value If can be calculated to be proportional to the command torque value to be input. For example, when the maximum field current is 9.8 A and the maximum output torque is 280 Nm, the input field current value can be simply calculated as 4.9 A when the command torque is 140 Nm.

따라서, 토크비 기준 제어는 최대 토크값, 최대 계자전류값 그리고 지령 토크에 기반하여, 계자전류값과 전기자전류값을 결정하여 입력하는 제어방법이라 할 수 있다. 그러므로, 지령 토크가 결정되면 이에 대응되는 계자전류값이 별도의 연산없이 결정될 수 있으며, 이에 따라 전기자전류값이 결정된다. 따라서, 모터의 제어가 용이하게 수행될 수 있다. Therefore, the torque ratio reference control can be regarded as a control method in which the field current value and the armature current value are determined and input based on the maximum torque value, the maximum field current value, and the command torque. Therefore, when the command torque is determined, the field current value corresponding thereto can be determined without additional calculation, and accordingly, the armature current value is determined. Therefore, the control of the motor can be easily performed.

구체적으로, 이러한 토크비 기준 제어를 위해서, 각각의 지령 토크값에 대하여 대응되는 전류 조합이 룩업 테이블 형태로 마련될 수 있다. 따라서, 일단 지령 토크값이 입력되면, 별도의 연산 없이 룩업 테이블을 통해 입력되는 단일 전류 조합이 자동으로 결정될 수 있다. Specifically, for such torque ratio reference control, a current combination corresponding to each command torque value may be provided in the form of a look-up table. Therefore, once the command torque value is input, the single current combination input through the lookup table can be automatically determined without any additional calculation.

그러나, 종래의 계자권선 모터에는, 속도와 무관하게 계자전류값이 결정된다. 즉, 동일한 지령 토크가 입력되면, 속도와 무관하게 계자전류값은 동일한 값으로 결정된다. 다시 말하면, 실제 출력 토크가 지령 토크보다 점차 작아지더라도(정격 속도 이상에서) 동일한 값의 계자전류값이 결정된다. However, in the conventional field winding motor, the field current value is determined regardless of the speed. That is, when the same command torque is input, the field current value is determined to be the same regardless of the speed. In other words, even if the actual output torque becomes smaller than the command torque (at or above the rated speed), the field current value of the same value is determined.

예를 들어, If_max가 9.8A이고 T_max가 280 Nm인 경우, 지령 토크가 140 Nm일 때, 속도와 무관하게 항상 계자전류값은 4.9A로 결정되어 입력된다. 즉, 정토크 영역(정토크 운전영역)이나 정출력 영역(정출력 운전영역)과 무관하게 항상 동일한 계자전류값이 입력된다. 따라서, 계자전류에 의해 발생되는 동손(copper loss)은 동일한 지령 토크일 때 일정하게 발생된다.For example, when If_max is 9.8 A and T_max is 280 Nm, the field current is always determined to be 4.9 A regardless of the speed when the command torque is 140 Nm. That is, the same field current value is always input regardless of the constant torque region (constant torque operation region) or the constant output region (constant output operation region). Therefore, the copper loss caused by the field current is constantly generated at the same command torque.

그러나, 회전 속도(N)와 무관하게 계자전류값이 일정하게 되면, 중고속 영역에서는 스테이터에서의 동손이 크게 발생하여 효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 왜냐하면, 중고속 영역에서는 실제 출력 토크에 비하여 지령 토크가 더 크기 때문이다. However, if the field current value is constant regardless of the rotation speed N, there is a problem that the coiling loss in the stator is large and the efficiency is lowered in the middle-speed region. This is because, in the middle speed range, the command torque is larger than the actual output torque.

여기서, 중고속 영역은 정격속도 이상 영역(정출력 영역, 약계자 영역)을 의미하고, 이러한 영역에서는 약계자 제어가 수행되므로, 상기 약계자 제어로 인해 스테이터에서의 동손이 크게 발생된다. 그리고, 이를 통해서 모터 전체의 효율이 크게 저하될 수 있다.Here, the middle / high speed range means a range exceeding the rated speed (constant output range, weak field range), and since weak field control is performed in such a range, large fluctuation is generated in the stator due to the weak field control. The efficiency of the motor as a whole can be greatly reduced through this.

일반적으로, 로터의 회전시 스테이터에는 로터의 회전을 방해하는 방향으로 유도기전력이 발생한다. 이를 역기전력이라 한다. 역기전력은 로터 회전의 시간변화량에 비례하기 때문에, 로터가 저속으로 회전하는 경우에는 그 발생량이 적다. 따라서, 저속에서는 상기 역기전력이 모터의 제어에 큰 영향을 미치지 않는다. Generally, when the rotor rotates, an induced electromotive force is generated in the stator in a direction that interferes with the rotation of the rotor. This is called a back electromotive force. Since the counter electromotive force is proportional to the time variation of the rotor rotation, the amount of generation of the back electromotive force is small when the rotor rotates at low speed. Therefore, at low speed, the counter electromotive force does not greatly influence the control of the motor.

그러나, 로터가 고속으로 회전하는 경우 발생하는 역기전력은 로터의 속도에 비례하여 더욱 커지게 된다. 따라서, 고속에서는 원하는 모터의 출력 속도 또는 출력을 얻기 어렵다. 이러한 문제로, 역기전력을 발생시키게 되는 자속과 반대되는 방향으로 역자속을 발생시켜, 계자 자속을 줄이는 것을 약계자 제어라 한다. However, the counter electromotive force generated when the rotor rotates at a high speed becomes larger in proportion to the rotor speed. Therefore, it is difficult to obtain the output speed or output of the desired motor at high speed. Such a problem is called field weakening control in which a reverse flux is generated in a direction opposite to the magnetic flux which generates the back electromotive force and the field flux is reduced.

구체적으로, 약계자 제어는 전기자전류(Ia)의 자속 성분 전류(id)의 음의 방향 크기를 키워 수행된다. 이러한 자속 성분 전류(id)는 속도가 증가됨에 따라 더욱 커지게 된다. 그러나, id는 전기자전류(Ia)의 토크 성분 전류(iq)와 달리 모터의 출력과는 무관하기 때문에, id의 증가로 인해 스테이터의 동손이 매우 크게 발생되는 문제가 있다. 따라서, 중고속 운전 영역(정출력 영역)에서 모터의 총동손이 현저히 증가하여, 모터의 효율이 저하될 수 있다. Specifically, weak field control is performed by increasing the negative direction magnitude of the flux component current id of the armature current Ia. This flux component current id becomes larger as the speed is increased. However, unlike the torque component current (iq) of the armature current (Ia), id is independent of the output of the motor, id has a problem that very large coiling of the stator is caused. Therefore, the total motor loss of the motor significantly increases in the middle-speed operation region (constant output region), and the efficiency of the motor may be reduced.

이러한 효율 저하는, 비단 정출력 영역뿐만 아니라 정토크 영역에서도 마찬가지로 발생될 수 있다. 왜냐하면, 정토크 영역에서는 전기자전류값의 자체 크기에 의해서 동손이 상대적으로 크게 발생될 수 있기 때문이다. This decrease in efficiency can be similarly generated in the constant torque region as well as in the non-constant output region. This is because, in the constant torque region, the coarse loss can be relatively large due to the magnitude of the armature current value itself.

따라서, 모터의 운전 영역과 관련되거나 또는 이와 무관하게 모터 전체의 동손을 줄여, 효율을 증진시킬 수 있는 모터 및 이의 제어방법을 제공할 필요가 있다. Therefore, there is a need to provide a motor and a control method thereof that can improve the efficiency by reducing the motor loss of the entire motor, regardless of the operation region of the motor.

본 발명은 기본적으로 전술한 종래의 모터 및 이의 제어방법의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems of the conventional motor and the control method thereof.

본 발명의 실시예를 통하여, 전체 운전 영역에서 효율을 증진시킬 수 있는 모터 및 이의 제어방밥을 제공하고자 한다.Through the embodiments of the present invention, it is intended to provide a motor capable of improving the efficiency in the entire operation region and a control method thereof.

본 발명의 실시예를 통하여, 모터에 인가되는 전류값과 총동손 사이의 관계를 고려하여, 총동손을 최소화하여 효율을 증진시킬 수 있는 모터 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a motor and a control method thereof that can improve the efficiency by minimizing the total copper loss by taking into account the relationship between the current value applied to the motor and the total copper loss.

본 발명의 실시예를 통하여, 특히 저속 저토크 운전 영역에서 효율을 현저히 증진시킬 수 있는 모터 및 이의 제어방법을 제공하고자 한다.Through the embodiments of the present invention, it is intended to provide a motor and its control method capable of remarkably improving efficiency particularly in a low-speed low-torque operation region.

전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 계자권선이 구비된 로터와 전기자권선이 구비된 스테이터를 포함하여 이루어지는 모터에 있어서, 정출력 운전 영역에서, 약계자 제어를 통한 상기 전기자권선에서의 동손 손실을 줄이기 위하여, 상기 모터의 회전수가 증가함에 따라 상기 계자권선에 인가되는 계자전류값(If)을 점차 감소하도록 제어하는 모터 제어부를 포함하는 모터를 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a motor including a rotor having a field winding and a stator having an armature winding, And a motor control unit for controlling the field current value If to be gradually decreased as the number of revolutions of the motor increases to reduce copper loss in the winding.

상기 인가되는 계자전류값(If) 그리고 상기 계자전류값(If)에 대응하여 상기 전기자권선에 인가되는 전기자전류값(Ia)의 전류 조합(If, Ia)은, 동일 토크에 대하여 단일 조합임이 바람직하다. It is preferable that the current combination If and Ia of the armature current value Ia applied to the armature winding corresponding to the applied field current value If and the field current value If is a single combination for the same torque Do.

상기 단일 조합은, 동일 토크에 대한 복수 개의 전류 조합 중, 총 모터 동손이 가장 낮게 되는 전류 조합임이 바람직하다. It is preferable that the single combination is a current combination in which the total motor power loss is lowest among a plurality of current combinations for the same torque.

상기 실시예에서, 정토크 운전 영에서도 마찬가지로, 동일 토크에 대한 복수 개의 전류 조합 중, 총 모터 동손이 가장 낮게 되는 전류 조합으로 모터에 인가됨이 바람직하다. In the above embodiment, it is also preferable to apply the current combination to the motor such that the total motor motor loss is the lowest among a plurality of current combinations for the same torque in the constant torque operation.

상기 단일 조합에서의 계자전류값은, 정토크 운전 영역에서, 최대 토크에 대한 지령 토크의 비(토크비, T/Tmax)와 최대 계자전류값(Ifmax)의 곱(토크비 기준 제어)으로 결정되는 계자전류값보다 실질적으로 큰 것이 바람직하다. 물론, 지령 토크값이 최대일 때 그리고 최소일 때와 같은 임계점에서의 계자전류값의 차이는 없을 것이다. The field current value in the single combination is determined by the product of the ratio of the command torque to the maximum torque (torque ratio, T / Tmax) and the maximum field current value Ifmax (torque ratio reference control) in the constant torque operation region Is substantially larger than the field current value. Of course, there will be no difference in field current values at critical points such as when the command torque value is maximum and when it is minimum.

이는 실질적으로, 정토크 운전 영역에서는 전기자전류값의 자체 크기에 의한 총동손이 계자전류값의 자체 크기에 의한 총동손보다 크기 때문이다. 따라서, 동일한 출력 토크를 발생시키기 위해서는 상대적으로 계자전류값이 더 큰 것이 효율 측면에서 더욱 바람직하다. This is because, in the constant torque operating region, the total copper loss due to the self-magnitude of the armature current value is larger than the total copper loss due to the self-magnitude of the field current value. Therefore, in order to generate the same output torque, it is more preferable in terms of efficiency to have a relatively larger field current value.

상기 단일 조합에서의 계자전류값은, 정출력 운전 영역에서, 상기 토크비 기준제어로 결정되는 계자전류값보다 작은 것이 바람직하다. 이는 실질적으로, 정출력 운전 영역에서는 전기자전류값을 통한 약계자 제어로 인해 총동손이 더욱 커지기 때문이다. 따라서, 실질적으로는 계자전류값을 줄여 약계자 제어를 어느 정도 수행하는 것이 총동손 측면에서 더욱 효과적임을 알 수 있다. The field current value in the single combination is preferably smaller than the field current value determined by the torque ratio reference control in the constant output operation region. This is because, in the constant output operation region, the total coil loss becomes larger due to weak field control through the armature current value. Therefore, it can be seen that, in practice, it is more effective to reduce the field current value and perform the weak field control to some extent in terms of total copper loss.

전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 계자권선이 구비된 로터와 전기자권선이 구비된 스테이터를 포함하여 이루어지는 모터에 있어서,상기 계자권선과 상기 전기자권선에 의한 총 모터 동손을 줄이기 위하여, 동일 토크에 대하여, 상기 총 모터 동손이 최소가 되는 계자전류값과 전기자전류값의 단일 전류 조합으로 상기 모터를 제어하는 모터 제어부를 포함하는 모터를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a motor including a rotor provided with a field winding and a stator having an armature winding, wherein a total motor motor loss due to the field winding and the armature winding It is possible to provide a motor including a motor control section for controlling the motor with a single current combination of a field current value and armature current value at which the total motor hand movement is minimized for the same torque.

상기 단일 전류 조합에서의 계자전류값은, 정토크 운전 영역에서, 최대 토크에 대한 지령 토크의 비(토크비, T/Tmax)와 최대 계자전류값(Ifmax)의 곱(토크비 기준 제어)으로 결정되는 계자전류값보다 실질적으로 큰 것이 바람직하다. The field current value in the single current combination is obtained by multiplying the ratio of the command torque to the maximum torque (torque ratio, T / Tmax) by the maximum field current value Ifmax (torque ratio reference control) in the constant torque operation region It is preferable that the field current value is substantially larger than the determined field current value.

그리고, 상기 단일 전류 조합에서의 계자전류값은, 정출력 운전 영역에서, 상기 토크비 기준 제어로 결정되는 계자전류값보다 작은 것이 바람직하다.It is preferable that the field current value in the single current combination is smaller than the field current value determined in the torque ratio reference control in the constant output operation region.

상기 단일 전류 조합에서의 계자전류값은, 상기 모터의 회전수가 증가함에 따라 점차 감소하도록 제어됨이 바람직하다. 즉, 모터의 회전수가 증가함에 따라 역기전력의 크기가 더욱 커진다. 이는 전기자전류값을 이용하여 약계자 제어를 수행하는 경우, 소모되는 에너지가 더욱 커짐을 의미한다. It is preferable that the field current value in the single current combination is controlled so as to gradually decrease as the number of rotations of the motor increases. That is, as the number of rotations of the motor increases, the magnitude of the counter electromotive force becomes larger. This means that when the weak field control is performed using the armature current value, the energy consumed is further increased.

그러나, 본 실시예에 따르면, 계자전류값을 더욱 감소시킴으로 하여, 전기자전류값에 의해 소모되는 에너지를 줄일 수 있게 된다. However, according to the present embodiment, by further reducing the field current value, the energy consumed by the armature current value can be reduced.

전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 계자권선이 구비된 로터와 전기자권선이 구비된 스테이터를 포함하여 이루어지는 모터에 있어서, 동일 토크 발생을 위해 인가될 수 있는 상기 계자전류값과 전기자전류값의 복수 개의 조합 중에서, 상기 계자전류값과 전기자전류값의 합이 최소가 되는 단일 전류 조합으로 상기 모터를 제어하는 모터 제어부를 포함하는 모터를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a motor including a rotor provided with a field winding and a stator having an armature winding, wherein the field current value And a motor control unit for controlling the motor with a single current combination in which the sum of the field current value and armature current value is the smallest among a plurality of combinations of armature current values.

이는, 도체에 흐르는 동손은 전류값의 제곱에 비례함을 이용한 것이다. 전술한 바와 같이, 동일한 출력 토크의 발생을 위해서 복수 개의 전류 조합을 얻을 수 있다. 이러한 복수 개의 전류 조합에서 동손이 최소가 되는 단일 전류 조합을 단순한 연산을 통해서 결정될 수 있다. 따라서, 단순히 계자전류값과 전기자전류값의 산술적인 합이 최소가 되는 단일 전류 조합을 용이하게 결정할 수 있다.This is due to the fact that the copper loss in the conductor is proportional to the square of the current value. As described above, a plurality of current combinations can be obtained for generating the same output torque. A single current combination that minimizes copper loss in such a plurality of current combinations can be determined through a simple operation. Therefore, it is possible to easily determine a single current combination in which the arithmetic sum of the field current value and the armature current value is the minimum.

상기 단일 전류 조합에서의 계자전류값은, 정토크 운전 영역에서, 상기 모터의 회전 속도와 무관하게 동일한 값을 가짐이 바람직하다. It is preferable that the field current value in the single current combination has the same value regardless of the rotational speed of the motor in the constant torque operating region.

상기 정토크 운전 영역은, 상기 회전 속도가 정격 속도 미만인 구간에서, 동일 토크에 대하여, 상기 회전 속도와 무관하게 일정 토크가 발생되는 운전 영역임이 바람직하다. It is preferable that the constant torque operation region is an operation region in which a constant torque is generated regardless of the rotational speed with respect to the same torque in the section where the rotational speed is less than the rated speed.

상기 단일 전류 조합에서의 계자전류값은, 정토크 운전 영역에서, 최대 토크에 대한 지령 토크의 비(토크비, T/Tmax)와 최대 계자전류값(Ifmax)의 곱(토크비 기준 제어)으로 결정되는 계자전류값보다 실질적으로 큰 것이 바람직하다. The field current value in the single current combination is obtained by multiplying the ratio of the command torque to the maximum torque (torque ratio, T / Tmax) by the maximum field current value Ifmax (torque ratio reference control) in the constant torque operation region It is preferable that the field current value is substantially larger than the determined field current value.

상기 단일 조합에서의 계자전류값은, 정출력 운전 영역에서, 상기 모터의 회전 속도가 증가함에 따라 점차 감소되는 값을 가짐이 바람직하다. It is preferable that the field current value in the single combination has a value which gradually decreases as the rotational speed of the motor increases in the constant output operation region.

상기 정출력 운전 영역은, 상기 회전 속도가 정격 속도 이상인 구간에서, 동일 지령 토크에 대하여, 상기 회전 속도가 증가함에 따라 토크가 감소하되 출력은 일정하게 발생되는 운전 영역임임이 바람직하다. It is preferable that the constant output operation region is an operation region in which the torque is reduced as the rotational speed increases and the output is constantly generated with respect to the same command torque in the section where the rotational speed is equal to or higher than the rated speed.

상기 단일 전류 조합에서의 계자전류값은, 정출력 운전 영역에서, 최대 토크에 대한 지령 토크의 비(토크비, T/Tmax)와 최대 계자전류값(Ifmax)의 곱(토크비 기준 제어)으로 결정되는 계자전류값보다 실질적으로 작은 것이 바람직하다. The field current value in the single current combination is obtained by multiplying the ratio of the command torque to the maximum torque (torque ratio, T / Tmax) by the maximum field current value Ifmax (torque ratio reference control) It is preferable that the field current value is substantially smaller than the determined field current value.

전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 계자권선이 구비된 로터와 전기자권선이 구비된 스테이터를 포함하여 이루어지는 모터의 제어방법에 있어서, 지령 토크를 계산하는 단계; 상기 계산된 지령 토크 또는 현재의 출력 토크를 통해, 모터 총동손이 최소가 되는 계자전류값과 전기자전류값의 단일 전류 조합을 결정하는 단계; 상기 결정된 단일 전류 조합을 인가하여 모터의 출력을 제어하는 모터의 제어방법을 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a motor including a rotor having a field winding and a stator having an armature winding, the method comprising: calculating a command torque; Determining a single current combination of a field current value and an armature current value through which the motor total copper loss is minimized through the calculated command torque or the current output torque; And a control method of the motor for controlling the output of the motor by applying the determined single current combination.

피드백되는 로터의 회전수를 통하여 상기 회전수가 정격회전수 미만(정토크 영역)인지 또는 정격회전수 이상(정출력 영역)인지 판단하는 단계를 더 포함함이 바람직하다. And determining whether the rotational speed is less than the rated rotational speed (the constant torque region) or the rated rotational speed (the constant output region) through the rotational speed of the rotor to be fed back.

상기 판단 단계에서 정토크 영역으로 판단되면, 상기 단일 전류 조합은 지령 토크를 통해 결정되고, 정출력 영역으로 판단되면, 상기 단일 전류 조합은 현재의 출력 토크를 통해 결정됨이 바람직하다. If it is determined in the determination step that the current is in the constant torque region, the single current combination is determined through the command torque, and when it is determined that the constant current region is the constant output region, the single current combination is determined through the current output torque.

상기 현재의 출력 토크는, 피드백되는 현재의 출력 토크 또는 피드백되는 로터의 회전수와 상기 지령 토크에 의해 결정될 수 있다. The current output torque may be determined by the current output torque to be fed back or the number of rotations of the feedback rotor and the command torque.

상기 판단 단계에서 정출력 영역으로 판단되면, 전기자전류값의 자속 성분 전류(id)의 음의 방향 크기를 키우는 약계자 제어가 수행됨이 바람직하다. If it is determined to be the constant output region in the determining step, weak field control is performed to increase the magnitude of the magnetic flux component current id in the negative direction of the armature current value.

본 발명의 실시예를 통하여, 전체 운전 영역에서 효율을 증진시킬 수 있는 모터 및 이의 제어방밥을 제공할 수 있다. Through the embodiments of the present invention, it is possible to provide a motor capable of improving the efficiency in the entire operation region and its control system.

본 발명의 실시예를 통하여, 모터에 인가되는 전류값과 총동손 사이의 관계를 고려하여, 총동손을 최소화하여 효율을 증진시킬 수 있는 모터 및 이의 제어방법을 제공을 제공할 수 있다. It is possible to provide a motor and a control method thereof that can increase the efficiency by minimizing the total hand loss by taking into account the relationship between the current value applied to the motor and the total copper loss through the embodiments of the present invention.

본 발명의 실시예를 통하여, 특히 저속 저토크 운전 영역에서 효율을 현저히 증진시킬 수 있는 모터 및 이의 제어방법을 제공할 수 있다. Through the embodiments of the present invention, it is possible to provide a motor and a control method thereof that can remarkably improve the efficiency particularly in the low-speed low-torque operation region.

도 1은 일반적인 모터의 출력, 토크 그리고 회전수와의 관계를 도시한 그래프;
도 2는 종래 모터의 제어 플로우 차트;
도 3은 계자전류와 전기자전류에 따른 정토크 곡선;
도 4는 본 발명의 실시예에 적용할 수 있는 계자권선 모터의 분해 사시도;
도 5는 도 4에 도시된 모터의 간단한 블럭도;
도 6은 계자전류와 전기자전류에 따른 정토크 곡선 상에서의 총동손 곡선;
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 제어 플로우 차트;
도 8은 종래의 토크비 기준 제어를 이용한 전류 조합의 일실시예;
도 9는 도 8에 도시된 전류 조합으로 인해 발생하는 효율 맵;
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 효율 기준 제어를 이용한 전류 조합의 일실시예;
도 11은 도 10에 도시된 전류 조합으로 인해 발생하는 효율 맵;
도 12는 도 9와 도 11에 도시된 효율 맵들 사이의 효율 차이를 도시한 맵이다.
1 is a graph showing the relationship between output, torque, and rotation speed of a general motor;
2 is a control flow chart of a conventional motor;
FIG. 3 shows a constant torque curve according to a field current and an armature current;
4 is an exploded perspective view of a field winding motor applicable to an embodiment of the present invention;
5 is a simplified block diagram of the motor shown in FIG. 4;
6 is a graph showing a total copper loss curve on a constant torque curve according to a field current and an armature current;
7 is a control flow chart of a motor according to an embodiment of the present invention;
FIG. 8 illustrates an embodiment of a current combination using a conventional torque ratio reference control; FIG.
9 is an efficiency map generated due to the current combination shown in Fig. 8;
10 is a diagram illustrating an embodiment of a current combination using efficiency reference control according to an embodiment of the present invention;
11 is an efficiency map generated due to the current combination shown in Fig. 10;
12 is a map showing efficiency differences between the efficiency maps shown in Figs. 9 and 11. Fig.

이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 실시예들에 적용될 수 있는 전기자동차용 구동모터(1)를 도시한 분해 사시도이다. 구체적으로는 계자권선 모터(1)의 일실시예를 도시하고 있다.3 is an exploded perspective view showing a drive motor 1 for an electric vehicle that can be applied to the embodiments according to the present invention. More specifically, one embodiment of the field winding motor 1 is shown.

상기 모터(1)는 스테이터(10)와 로터(20)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 로터(20)는, 상기 스테이터(10)와의 전자기 작용을 통해, 상기 스테이터(10)에 대해서 회전하게 된다. The motor (1) may include a stator (10) and a rotor (20). The rotor 20 rotates with respect to the stator 10 through an electromagnetic action with the stator 10.

상기 스테이터(10)는 스테이터 코어(11)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 스테이터(10)는 자속을 형성하기 위하여 스테이터 코일(12)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 스테이터 코일(12)은 상기 스테이터 코어(11)에 권선된다. 따라서, 상기 스테이터(10)는 전자석이라 할 수 있다. The stator 10 may include a stator core 11. Here, the stator 10 may include a stator coil 12 to form a magnetic flux. The stator coil 12 is wound on the stator core 11. [ Therefore, the stator 10 may be referred to as an electromagnet.

상기 로터(20)는 상기 스테이터(10)의 내측에서 회전되도록 구비될 수 있다.The rotor 20 may be provided to rotate inside the stator 10.

상기 로터(20)는 로터 코어(21)를 포함하여 이루어질 수 있다. 아울러, 상기 로터(20)는 상기 로터 코어(21)에 권선된 로터 코일(22)을 포함하여 이루어질 수 있다. The rotor 20 may include a rotor core 21. In addition, the rotor 20 may include a rotor coil 22 wound around the rotor core 21.

여기서, 상기 로터 코일(22)을 계자 코일이라 할 수 있고, 상기 스테이터 코일(12)을 전기자 코일이라 할 수 있다. 따라서, 상기 계자 코일과 전기자 코일에 각각 인가되는 계자전류값(If)과 전기자전류값(Ia)을 통하여 상기 로터(20)의 출력을 제어할 수 있게 된다.Here, the rotor coil 22 may be referred to as a field coil, and the stator coil 12 may be referred to as an armature coil. Therefore, the output of the rotor 20 can be controlled through the field current If and the armature current value Ia respectively applied to the field coil and the armature coil.

상기 로터(20)는 회전축(30)과 연결되며, 상기 회전축(30)은 미도시된 자동차의 구동축과 연결될 수 있다. 따라서, 로터(20)의 토크와 회전수는 상기 회전축(30)을 통해 자동차의 구동축으로 전달될 수 있다. 이러한 회전축(30)과 구동축의 연결을 위해, 상기 회전축(30)에는 중공(31)이 형성될 수 있다. 상기 중공(31)에 구동축을 삽입함으로써 양자의 연결이 이루어질 수 있다.The rotor 20 is connected to a rotary shaft 30, and the rotary shaft 30 can be connected to a drive shaft of an unillustrated automobile. Therefore, the torque and the rotation speed of the rotor 20 can be transmitted to the drive shaft of the automobile through the rotation shaft 30. [ In order to connect the rotary shaft 30 and the drive shaft, a hollow 31 may be formed in the rotary shaft 30. By inserting the drive shaft into the hollow 31, the connection of both can be made.

이러한 중공 형태로 인해 양자의 연결이 용이하게 이루어질 수 있고, 양자의 연결을 위하여 모터 또는 구동장치의 길이가 길어지는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 모터 외부에 상기 구동축과 회전축(30)의 연결을 위한 별도의 공간 확보가 불필요하게 된다.Such a hollow shape facilitates the connection of both, and it is possible to prevent the length of the motor or the driving device from becoming long for the connection of both. In addition, it is not necessary to provide a separate space for connecting the drive shaft and the rotary shaft 30 to the outside of the motor.

상기 로터(20)의 전후에는 각각 엔드 플레이트(51, 52)가 구비될 수 있다. 이를 통해, 계자 코일(22)이 안정적으로 고정될 수 있다. 즉, 상기 엔드 플레이트(51, 52)를 통해서, 상기 계자 코일(22)이 회전함에도 불구하고, 안정적으로 로터 코어(21)에 고정될 수 있다.End plates 51 and 52 may be provided on the front and rear of the rotor 20, respectively. Thereby, the field coil 22 can be stably fixed. That is, the field coil 22 can be stably fixed to the rotor core 21 through the end plates 51 and 52 even though the field coil 22 rotates.

상기 스테이터(10)와 로터(20)의 전후방에는 각각 전방 브라켓(61)과 후방 브라켓(62)이 구비될 수 있다. 아울러, 상기 스테이터(10)와 로터(20)를 둘러싸도록 프레임(80)이 구비될 수 있다. 상기 브라켓들과 프레임 내부에 상기 스테이터(10)와 로터(20)가 구비될 수 있다. The front bracket 61 and the rear bracket 62 may be provided on the front and rear sides of the stator 10 and the rotor 20, respectively. In addition, a frame 80 may be provided to surround the stator 10 and the rotor 20. The stator (10) and the rotor (20) may be provided in the brackets and the frame.

상기 회전축(30)의 전방에는 전방 베어링(63)이 구비되고, 후방에는 후방 베어링(64)이 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 베어링들을 통해 상기 로터(20)와 회전축(30)이 상기 브라켓들에 대해서 회전 가능하게 지지될 수 있다. 상기 베어링들은 각각 상기 브라켓들에 지지된다. 따라서, 이러한 브라켓들(61, 62)을 베어링 하우징이라 할 수도 있을 것이다.A front bearing 63 may be provided in front of the rotary shaft 30 and a rear bearing 64 may be provided at a rear side thereof. The rotor 20 and the rotary shaft 30 can be rotatably supported with respect to the brackets through these bearings. The bearings are each supported on the brackets. Therefore, the brackets 61 and 62 may be referred to as bearing housings.

상기 스테이터(10)는 상기 프레임(80)의 내측에 안정적으로 고정될 수 있다. 아울러, 상기 프레임(80)의 양측은 각각 전방 브라켓(61)과 후방 브라켓(62)와 결합될 수 있다. The stator 10 can be stably fixed to the inside of the frame 80. In addition, both sides of the frame 80 may be coupled to the front bracket 61 and the rear bracket 62, respectively.

모터의 과열을 방지하기 위한 구성으로 냉각 튜브(90)가 구비될 수 있다. 상기 냉각 튜브(90)는 코일 형태로 구비될 수 있으며, 상기 스테이터(10)와 프레임(80) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 냉각 튜브(90)를 통해 냉각수가 흐름에 따라 직접 스테이터(10)와 프레임(80)을 냉각시키는 것이 가능할 수 있다. 즉, 생각 냉각 튜브(90)가 상기 스테이터(10)와 직접 접촉되어 열전도에 의한 냉각이 가능할 수 있다.A cooling tube 90 may be provided to prevent overheating of the motor. The cooling tube 90 may be provided in the form of a coil and may be interposed between the stator 10 and the frame 80. Thus, it may be possible to cool the stator 10 and the frame 80 directly as the cooling water flows through the cooling tube 90. That is, the cooling cooling tube 90 may be in direct contact with the stator 10 to enable cooling by heat conduction.

아울러, 상기 모터(1) 내부, 구체적으로는 프레임(80)과 브라켓들로 이루어지는 내부 공간의 공기 유동을 일으키기 위한 공기유동장치가 구비될 수 있다. 상기 공기유동장치는 팬 또는 블레이드(41, 42) 형태로 구비될 수 있다. 상기 블레이드는 회전축(30)과 결합되어 회전축의 회전과 함께 회전하도록 할 수 있다. 아울러, 회전축(30)의 전방과 후방에 각각 구비될 수도 있다.In addition, an air flow device for generating an air flow in the motor 1, specifically, the internal space formed by the frame 80 and the brackets, may be provided. The air flow device may be provided in the form of a fan or blades (41, 42). The blade may be coupled with the rotation shaft 30 to rotate together with the rotation of the rotation shaft. And may be provided in front of and behind the rotary shaft 30, respectively.

상기 후방 브라켓(62)의 외부에는 한쌍의 슬립링(70)과 한쌍의 브러시(71)가 구비될 수 있다. 상기 슬립링(70)은 상기 회전축(30)에 결합되며, 상기 슬립링(70)을 통해 계자전류가 상기 계자 코일(22)에 흐르게 된다. A pair of slip rings 70 and a pair of brushes 71 may be provided outside the rear bracket 62. The slip ring 70 is coupled to the rotary shaft 30 and a field current flows through the slip ring 70 to the field coil 22. [

즉, 상기 슬립링(70)과 브러시(71)는 회전하는 계자 코일(22)에 로터(20) 외부로부터 계자전류가 흐를 수 있도록 하는 구성이라 할 수 있다. 다시 말하면, 상기 계자전류는 직류 전원(예를 들어 배터리)으로부터 상기 브러시(71)와 슬립링(70)을 통하여 공급될 수 있다.That is, the slip ring 70 and the brush 71 may be configured to allow a field current to flow from the outside of the rotor 20 to the rotating field coil 22. In other words, the field current may be supplied from a DC power source (e.g., a battery) through the brush 71 and the slip ring 70.

한편, 상기 후방 브라켓(62)은 상기 냉각 코일(90)로 냉각수를 공급하는 유입구(91)와 냉각수가 회수되는 유출구(92)를 고정하거나 외부와 연결하도록 형성될 수 있다. 아울러, 전기자전류를 공급하기 위한 연결부가 상기 후방 브라켓(62)에 마련될 수 있다.The rear bracket 62 may be formed to fix the inlet 91 for supplying the cooling water to the cooling coil 90 and the outlet 92 for the cooling water to be recovered or to connect to the outside. In addition, a connection portion for supplying armature current may be provided in the rear bracket 62. [

이하에서는 도 5를 참조하여 상기 모터(1)를 제어하기 위한 회로 및 모터 제어부에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the motor control unit and the circuit for controlling the motor 1 will be described in detail with reference to FIG.

상기 모터(1)는 배터리(100)를 통해 직류 전원을 공급받는다. 구체적으로, 계자 코일(로터 코일, 22)과 전기자 코일(스테이터 코일, 12)은 서로 병렬로 연결될 수 있다.The motor (1) is supplied with DC power through a battery (100). Specifically, the field coil (rotor coil) 22 and the armature coil (stator coil) 12 may be connected in parallel with each other.

계자 코일로 인가되는 계자전류값(If)과 전기자 코일로 인가되는 전기자전류값(Ia)은 모터 제어기(230)를 통해 결정될 수 있다. 상기 모터 제어기(230)를 통해 결정된 계자전류값은 계자 전류 제어기(210)를 통해 계자 코일(22)로 인가될 수 있다. 아울러, 모터 제어기(230)를 통해 결정된 전기자전류값은 인버터회로(220)를 통해 전기자 코일(12)로 인가될 수 있다. 도 5에는 인버터 회로(220)를 통해서 직류 전류가 3상의 교류전류로 변환되어 전기자전류로 인가되는 일례를 도시하고 있다. 따라서, 상기 모터 제어기(230)는 상기 인버터 회로(220)를 구동하는 인버터 구동부를 포함할 수 있다.The field current value If applied to the field coil and the armature current value Ia applied to the armature coil can be determined through the motor controller 230. [ The field current value determined through the motor controller 230 may be applied to the field coil 22 through the field current controller 210. In addition, the value of the armature current determined through the motor controller 230 may be applied to the armature coil 12 via the inverter circuit 220. 5 shows an example in which a DC current is converted into an AC current of three phases through an inverter circuit 220 and is applied as an armature current. Accordingly, the motor controller 230 may include an inverter driver for driving the inverter circuit 220. [

상기 계자전류 제어기(210), 모터 제어기(230) 그리고 인버터 회로(220) 등은 하나의 유닛으로 구비될 수 있다. 즉, 이들을 하나의 유닛으로 구성하여 제조, 취급 그리고 설치가 용이하도록 할 수 있다. 따라서, 이들 모두를 모터 제어부(200)라 할 수 있을 것이다. 아울러, 상기 모터 제어부(200)를 인버터라 할 수도 있을 것이다. 따라서, 이 경우 인버터는 계자전류 제어기(210), 인버터 구동회로(미도시) 그리고 인버터 회로(220) 등을 포함한다고 할 수 있다.The field current controller 210, the motor controller 230, and the inverter circuit 220 may be provided as one unit. That is, they can be configured as one unit to facilitate manufacture, handling, and installation. Therefore, all of them can be referred to as the motor control unit 200. [ In addition, the motor control unit 200 may be referred to as an inverter. Therefore, in this case, the inverter includes the field current controller 210, the inverter driving circuit (not shown), and the inverter circuit 220.

상기 모터 제어기(230) 또는 모터 제어부(200)는 상기 로터(20)와 스테이터(10)를 통해 많은 정보를 받을 수 있다. 예를 들어, 상기 로터(20)의 현재 회전수, 로터의 회전 위치, 각 상 코일에 인가되는 전류(3상의 경우 u, v, w에 해당되는 전류), 토크 그리고 스테이터(10)의 온도에 대한 정보를 받을 수 있다. 아울러, 현재의 지령 토크 산출하거나, 산출하기 위한 정보를 받을 수도 있다. The motor controller 230 or the motor controller 200 can receive a lot of information through the rotor 20 and the stator 10. For example, the current speed of the rotor 20, the rotational position of the rotor, the current applied to each phase coil (the current corresponding to u, v and w in the case of the three phases), the torque and the temperature of the stator 10 You can get information about. In addition, information for calculating or calculating the current command torque can be received.

따라서, 상기 모터 제어기(230) 또는 모터 제어부(200)는 지령 토크와 현재의 상태 정보(출력 토크, 회전수, 온도, 전압값, 전류값) 등을 통해 전류 조합이 적절히 인가되도록 제어한다고 할 수 있다. 즉, 피드백 제어를 한다고 할 수 있다. 이를 위해서, 온도센서, 전류센서, 홀센서, 레졸버 등의 각종 센서 등이 구비될 수 있으며, 도 5에는 이러한 센서들은 편의상 하나의 구성으로 도면부호 240으로 도시되어 있다. Therefore, the motor controller 230 or the motor controller 200 can control the current combination to be properly applied through the command torque and current state information (output torque, rotation speed, temperature, voltage value, current value) have. That is, feedback control can be performed. To this end, various sensors such as a temperature sensor, a current sensor, a Hall sensor, and a resolver may be provided. In FIG. 5, these sensors are shown with reference numeral 240 in one configuration for convenience.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모터의 제어방법에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of controlling a driving motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 계자전류값(If)과 전기자전류값(Ia)로 인하여 발생되는 모터의 총동손을 줄여, 효율을 증진시킬 수 있는 모터의 제어방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a control method of a motor capable of reducing the total coiling loss of the motor caused by the field current value If and the armature current value Ia, thereby improving the efficiency.

전술한 바와 같이, 동일한 지령 토크에 대해서 이론적으로는 매우 많은 계자전류(If)와 전기자전류(Ia)의 조합이 가능하다. 즉, 무수히 많은 전류 조합이 가능하다. 왜냐하면 계자전류값과 전기자전류값은 모두 토크와 비례하기 때문이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 동일 토크에 대해서, 일반적으로는, 계자전류값이 커질수록 전기자전류값은 작아질 것이며, 계자전류값이 작아질수록 전기자전류값은 커질 것이다.As described above, it is theoretically possible to combine a very large field current If and armature current Ia with respect to the same command torque. That is, a myriad of current combinations are possible. This is because both the field current and the armature current value are proportional to the torque. As shown in Fig. 3, as to the same torque, generally, as the field current value becomes larger, the armature current value becomes smaller, and as the field current value becomes smaller, the armature current value becomes larger.

종래의 토크비 기준 제어에서는, 동일 지령 토크에 대해서 항상 동일한 계자전류값(If)이 결정되고, 이에 따라 도 3에 도시된 정토크 곡선을 통해서 전기자전류값(Ia)가 결정되었다. In the conventional torque ratio reference control, the same field current value If is always determined for the same command torque, and accordingly, the armature current value Ia is determined through the constant torque curve shown in Fig.

그러나, 이러한 토크비 기준 제어는 로터의 회전 속도와 무관하게 계자전류값이 결정되기 때문에 동손에 의한 모터의 효율이 저하되는 문제가 있다. However, since the field current value is determined regardless of the rotational speed of the rotor, the torque ratio reference control has a problem in that the efficiency of the motor due to the hand loss is lowered.

계자권선 모터에서의 총동손(스테이터 동손과 로터 동손의 합)은 다음과 같은 수학식 3을 통해서 나타낼 수 있다.The total copper loss (the sum of the stator copper loss and the rotor copper loss) in the field winding motor can be expressed by Equation (3) below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Wc = I2aRa + I2fRfWc = I 2 + I 2 aRa fRf

수학식 3을 통해서, 총동손(Wc)은 스테이터 동손(I2aRa)과 로터 동손(I2fRf)의 합으로 나타낼 수 있음을 알 수 있다. 전기자코일과 계자코일의 저항(Ra, Rf)은 저항율과 코일 길이에 비례하고, 코일 단면적에 반비례한다. 따라서, 상기 Ra와 Rf는 상수라 할 수 있으므로, 총동손은 계자전류값과 전기자전류값이 커짐에 따라 커짐을 알 수 있다.From equation (3), it can be seen that the total copper loss Wc can be expressed as the sum of the rotor copper stiction (I 2 aRa) and rotor copper loss (I 2 fRf). The resistances (Ra, Rf) of the armature coils and the field coils are proportional to the resistivity and the coil length, and inversely proportional to the coil cross-sectional area. Therefore, since Ra and Rf can be constants, it can be seen that the total copper loss increases as the field current value and the armature current value become larger.

실제적으로, 상기 계자코일 저항(Rf)와 전기자코일 저항(Ra)의 크기는 다를 수 있다. 즉, 양자의 스케일이 다를 수 있다. 그러나, 양자가 동일하다고 가정할 수도 있다. 아울러, Ia와 If의 스케일이 다를 수 있다. 이러한 조건들이 다양하게 변형될 수 있기 때문에, 상기 수학식 3을 통해 나타나는 총동손 곡선의 형태는 매우 다양하게 변형될 수 있을 것이다. Actually, the field coil resistance Rf and the armature coil resistance Ra may be different from each other. That is, the scales of both may be different. However, it may be assumed that both are the same. In addition, the scale of Ia and If may be different. Since these conditions can be variously modified, the shape of the total curvature curve represented by Equation (3) may be variously modified.

수학식 1과 도 3을 참조하면, 동일 토크를 발생시키기 위한 전류 조합은 무수히 많음을 알 수 있다. 복수 개의 전류 조합 중에서 특정한 전류 조합을 선택하는 방법 중 하나가 종래의 토크비 기준 제어라 할 수 있다.Referring to Equations (1) and (3), it can be seen that there are numerous combinations of currents for generating the same torque. One of the methods for selecting a specific current combination among a plurality of current combinations may be referred to as a conventional torque ratio reference control.

본 실시예에서는, 토크비 기준 제어와는 달리, 수학식 3을 이용하여 총동손이 최소화되는 특정한 전류 조합을 선택하고, 이에 따라 모터를 제어하는 효율 기준 제어를 제공할 수 있다.In this embodiment, unlike the torque ratio reference control, it is possible to select a specific current combination that minimizes total copper loss using Equation (3), and thereby provide an efficiency reference control for controlling the motor.

도 6은 특정값을 갖는 정토크 곡선 상에 나타나는 총동손 곡선을 도시하고 있다. 다시 말하면, 특정한 지령 토크 발생을 위한 복수 개의 전류 조합을 통해 발생되는 총동손의 변화를 도시하고 있다.FIG. 6 shows a total curvature curve appearing on a constant torque curve having a specific value. In other words, the change in the total copper loss caused by a plurality of current combinations for generating a specified command torque is shown.

도 6을 통해서, 총동손 곡선은 아래로 볼록한 곡선 행태를 갖게 되며, 따라서 최소의 총동손값을 갖는 특정한 전류 조합이 결정될 수 있음을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 6 that the total curvature curve has a convex curved behavior downward, so that a particular combination of currents with a minimum total copper loss value can be determined.

다시 말하면, 정토크 곡선에서 가장 가까운 위치의 If와 Ia 조합으로 모터를 제어할 수 있고, 이를 통해서 총동손을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the motor can be controlled by the combination of If and Ia nearest to the constant torque curve, thereby minimizing total copper loss.

여기서, 상기 도 6은 계자전류값과 전기자전류값에 의한 정토크 곡선의 패턴과 상기 정토크 곡선 상에 나타나는 총동손 곡선의 패턴을 가시적으로 도시한 그래프이며, 실제로 모터에 인가되는 계자전류값과 전기자전류값과는 상이할 수 있다. 왜냐하면, 왜냐하면 실제 모터에 인가되는 계자전류값과 전기자전류값이 동일 스케일을 갖지 않을 수 있기 때문이다. 일례로 후술하는 도 8과 도 10에 도시된 바와 같이, 실질적으로 If_max는 9.8A이고 Ia_max는 588.2A일 수도 있다. 6 is a graph showing a pattern of a constant torque curve based on a field current value and an armature current value and a pattern of a total curvature curve appearing on the constant torque curve, It may be different from the armature current value. This is because the field current value and armature current value applied to the actual motor may not have the same scale. For example, as shown in Figs. 8 and 10, which will be described later, substantially If_max may be 9.8A and Ia_max may be 588.2A.

Ia의 스케일이 큰 것은 후술하는 약계자 제어를 용이하게 수행하기 위한 것이다. 이는 다시 말하면, 모터의 회전수가 매우 고속인 경우까지 제어 가능하도록 하기 위한 것이다. The large scale of Ia is for facilitating weak field control, which will be described later. This is to make it possible to control the rotation speed of the motor to a very high speed.

이러한 If와 Ia의 스케일 차이(양자가 최대값일 때의 비율 차이) 그리고 저항값의 스케일 차이(Ra/Rf 차이)가 경우에 따라 매우 클 수 있다. 반대로, 이러한 스케일이 차이가 작을 수 있고, 어느 하나의 스케일만 크게 차이가 날 수 있다.The scale difference (Ra / Rf difference) of the resistance value and the scale difference (when the quantum is the maximum value) of If and Ia may be very large in some cases. Conversely, these scales may be small in difference, and only one scale may be significantly different.

따라서, 이러한 스케일들의 차이에 따라서 상기 총동손 곡선을 단순하게 적용하는 것이 가능할 것이다.Therefore, it is possible to simply apply the total curvature curve according to the difference of these scales.

일례로, 계자전류값과 전기자전류값의 산술적 합의 최소값이 총동손 곡선에서의 최소 동손을 발생시키는 단일 전류 조합과 매우 유사할 수 있다. For example, the minimum value of the arithmetic sum of the field current and the armature current value may be very similar to the single current combination, which results in the minimum copper loss in the total copper curvature curve.

아울러, 모터 전체 운전 영역이 아닌 일부 운전 영역에서만 이러한 총동선 곡선을 이용한 효율 제어가 수행될 수도 있을 것이다. In addition, efficiency control using this total curvature curve may be performed only in a part of the operation area other than the entire operation area of the motor.

본 실시예는 기본적으로, 현재의 출력 토크 발생을 위해 인가되는 전류 조합 중, 최소의 총동손을 발생시키는 전류 조합으로 모터를 제어하는 제어방법을 제공한다고 할 수 있다. 현재의 출력 토크를 정토크 영역에서는 실질적으로 지령 토크라 할 수 있다. 그리고 현재의 출력 토크를 정출력 영역에서는 실제 출력 토크라 할 수 있다. 상기 실제 출력 토크 자체가 센싱될 수 있을 것이다. 또한, 상기 실제 출력 토크는 센싱되는 회전수와 현재의 지령 토크를 통해 산출될 수도 있을 것이다. The present embodiment basically provides a control method of controlling a motor with a current combination that generates a minimum total copper loss among a current combination applied for generation of a current output torque. The current output torque can be substantially referred to as the command torque in the constant torque region. The current output torque can be referred to as the actual output torque in the constant output region. The actual output torque itself may be sensed. Also, the actual output torque may be calculated through the number of revolutions to be sensed and the current command torque.

이하에서는 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어방법에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, a control method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

먼저, 지령 토크를 산출한다(S110). 이러한 지령 토크는 악셀레이터 페달의 각도를 통해서 산출될 수 있다. 즉, 운전자가 악셀레이터 페달을 밟으면, 악셀레이터 페달의 각도가 입력되고(S100), 상기 각도를 통해 지령 토크가 계산(S110)될 수 있다.First, the command torque is calculated (S110). This command torque can be calculated through the angle of the accelerator pedal. That is, when the driver depresses the accelerator pedal, the angle of the accelerator pedal is input (S100), and the command torque can be calculated through the angle (S110).

종래에서는 지령 토크가 계산되면, 속도와 무관하게 또는 운전 영역과 무관하게 동일한 값의 계자전류값이 산출되었다. 즉, 토크비 기준 제어를 통해 계자전류값이 산출되었다. Conventionally, when the command torque is calculated, a field current value of the same value regardless of the speed or regardless of the operation region is calculated. That is, the field current value was calculated through the torque ratio reference control.

정토크 영역에서는 지령 토크와 실제 출력 토크가 실질적으로 동일하므로, 동일한 전류 조합을 통해 모터가 제어될 수 있다. 그리고, 정출력 영역에서는 지령 토크보다 실제 출력 토크가 작기 때문에, 실제 출력 토크와 부합되도록 전류 조합이 결정되었다. 즉, 계자전류값은 동일하지만 출력 토크가 점차 작아지므로 전기자전류값이 점차 작아지는 전류 조합이 결정되었다. In the constant torque region, the command torque and the actual output torque are substantially equal, so that the motor can be controlled through the same current combination. Since the actual output torque is smaller than the command torque in the constant output range, the current combination is determined so as to match the actual output torque. That is, although the field current value is the same, the output torque gradually becomes smaller, so that the current combination in which the armature current value gradually decreases is determined.

본 실시예에 따른 제어방법은, 정토크 영역에서의 제어방법이나 정출력 영역에서의 제어방법 중 적어도 어느 하나는 종래의 토크비 기준 제어방법과 상이하다고 할 수 있다. At least one of the control method in the constant torque region and the control method in the constant output region is different from the conventional torque ratio reference control method in the control method according to the present embodiment.

상기 지령 토크 계산 단계(S110)에서 지령 토크가 계산되면, 지령 토크에 따라서 단일 전류 조합이 결정(S120)된다. 여기서, 이러한 단일 전류 조합은 동일한 지령 토크에 대해서 총동손이 최소가 되는 조합이라 할 수 있다. 다시 말하면, 다시 말하면, 동일 토크 발생을 위해 인가될 수 있는 복수 개의 전류 조합 중, 총동손이 최소가 되는 단일 전류 조합이 결정(S120)된다고 할 수 있다.When the command torque is calculated in the command torque calculation step (S110), a single current combination is determined according to the command torque (S120). Here, such a single current combination is a combination in which the total copper loss is minimized with respect to the same command torque. In other words, it can be said that, among the plurality of current combinations that can be applied for generating the same torque, the single current combination in which the total copper loss is minimized is determined (S120).

따라서, 기본적으로는 상기 결정된 단일 전류 조합을 인가하여 모터가 구동(S160)된다. 즉, 모터 출력이 제어된다.Therefore, basically, the motor is driven (S160) by applying the determined single current combination. That is, the motor output is controlled.

상기 모터 출력은 출력 속도, 출력 토크 등으로 피드백(S170)된다. 따라서, 이러한 피드백 과정을 통하여 원하는 모터 출력이 발생하도록 전류 조합을 달리하여 제어하게 된다.The motor output is feedback (S170) to an output speed, an output torque, and the like. Therefore, it is possible to control the combination of currents so that a desired motor output is generated through the feedback process.

여기서, 상기 모터의 회전 속도(N)가 정격 속도(Nbase) 미만인지 이상인지 판단하는 단계(S130)가 수행될 수 있다. 즉, 현재의 운전 영역이 정토크 영역인지 정출력 영역인지 판단하는 단계(S130)가 수행될 수 있다.Here, it may be determined whether the rotational speed N of the motor is less than the rated speed Nbase or not (S 130). That is, the step of determining whether the current operation region is the constant torque region or the constant output region (S130) may be performed.

이러한 판단 단계는 전류 조합의 결정 및 약계자 제어 수행 여부와 관련이 있으며, 이를 상세히 설명한다.This determination step is related to determination of current combination and whether to perform weak field control, which will be described in detail.

상기 판단 단계(S130)에서 정토크 영역으로 판단되면, 전술한 바와 같이, S110에서 계산된 지령 토크에 따라 S120에서 전류 조합이 결정된다. 상기 결정된 전류 조합이 모터에 입력(S140)되어 모터가 입력된 지령 토크에 추종되도록 모터가 제어된다. 물론, 정토크 영역에서도 피드백(S170)을 통해서 S120에서 전류 조합이 달리 결정되어 모터에 입력될 수 있다.If it is determined in the determination step S130 that the vehicle is in the constant torque region, the current combination is determined in S120 according to the command torque calculated in S110, as described above. The determined current combination is input to the motor (S140) and the motor is controlled so that the motor follows the input command torque. Of course, in the constant torque region, the current combination can be differently determined in S120 through feedback (S170) and input to the motor.

그러나, 이상적으로는 정토크 영역에서 지령 토크가 동일하면, 상기 단일 전류 조합은 속도가 증가하더라도 그대로 유지된다고 할 수 있다. However, ideally, if the command torque is the same in the constant torque region, it can be said that the single current combination remains unchanged even if the speed increases.

상기 판단 단계(S130)에서 정출력 영역으로 판단되면, S120에서 전류 조합이 결정된다. 물론, 이 경우에는 지령 토크가 아닌 실제 출력 토크를 바탕으로 하여 전류 조합이 결정된다. 실제 출력 토크는 지령 토크와 피드백되는 현재의 회전수를 통해 산출될 수 있다. 또한, 실제 출력 토크는 피드백되는 현재의 출력 토크를 통해 산출될 수 있다. If it is determined in the determination step (S130) that the current output region is the constant output region, the current combination is determined in S120. Of course, in this case, the current combination is determined on the basis of the actual output torque, not the command torque. The actual output torque can be calculated through the command torque and the current number of rotations fed back. Further, the actual output torque can be calculated through the current output torque to be fed back.

아울러, 상기 S120에서는 실제 출력 토크를 발생시키기 위한 복수 개의 전류 조합 중 최소의 동손을 발생시키는 단일 전류 조합이 결정된다. 따라서, 모터의 회전수가 커짐에도 불구하고 동손 발생을 최소화할 수 있다.In addition, in S120, a single current combination that generates a minimum copper loss among a plurality of current combinations for generating an actual output torque is determined. Therefore, although the number of rotations of the motor increases, it is possible to minimize the occurrence of dynamic loss.

이하에서는 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 실시예를 통해 증진될 수 있는 효율을 종래와 비교하여 설명한다.Hereinafter, the efficiency that can be enhanced through the present embodiment will be described with reference to FIG. 8 to FIG.

도 8은 종래의 토크비 기준 제어를 이용하여 특정 지령 토크와 특정 회전수에서 모터에 인가하는 전류 조합을 도시하고 있으며, 도 9는 도 8에 도시된 제어방법을 통한 모터 효율을 도시하고 있다.FIG. 8 shows a current combination applied to a motor at a specific command torque and a specific number of revolutions using a conventional torque ratio reference control, and FIG. 9 shows motor efficiency through the control method shown in FIG.

도 8에 도시된 바와 같이, 특정 지령 토크가 결정되면, 회전수와 무관하게 If는 동일하게 결정됨을 알 수 있다. 그리고, 정격 속도 이상에서는 약계자 제어를 위해서 속도가 증가함에 따라 id값이 더욱 커짐을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, when the specific command torque is determined, it is understood that If is determined in the same manner regardless of the number of revolutions. It can be seen that the id value becomes larger as the speed increases for the weak field control above the rated speed.

도 9에는 종래의 토크비 기준 제어를 이용하여 제어되는 모터의 전 운전 영역에서의 효율을 도시되어 있다. Fig. 9 shows the efficiency of the motor controlled by the conventional torque ratio reference control in the front operating range.

도 9에 도시된 바와 같이, 토크비 기준 제어를 이용하면 저속과 저토크에서 효율이 낮은 것을 알 수 있다. As shown in Fig. 9, it can be seen that the efficiency is low at low speed and low torque when the torque ratio reference control is used.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 효율 기준 제어를 이용하여 특정 지령 토크와 특정 회전수에서 모터에 인하는 전류 조합을 도시하고 있다. 그리고 도 11은 도 10에 도시된 제어방법을 통한 모터 효율을 도시하고 있다.FIG. 10 illustrates a combination of currents applied to a motor at a specified command torque and a specific number of rotations using an efficiency reference control according to an embodiment of the present invention. And FIG. 11 shows the motor efficiency through the control method shown in FIG.

도 10에 도시된 바와 같이, 회전수에 따라 If가 달리 결정됨을 알 수 있다. 구체적으로, 정토크 영역에서의 If는 종래의 If 보다 실질적으로 크게 결정됨을 알 수 있다. 아울러, If는 정토크 영역에서 정격속도(예를 들어 4100RPM)에 이르기까지는 지령 토크에 따라 고정값으로 결정될 수 있다. As shown in FIG. 10, it can be seen that If is determined differently according to the number of revolutions. Specifically, it can be seen that If in the constant torque region is determined substantially larger than the conventional If. In addition, if can be determined as a fixed value according to the command torque from the constant torque region to the rated speed (for example, 4100RPM).

여기서, 정토크 영역에서의 If가 실질적으로 토크비 기준 제어에서보다 큰 것은, 전기자전류값(Ia) 자체의 크기에 의한 전기자 동손이 If 자체의 크기에 의한 계자 동손보다 더 크기 때문이라 할 수 있다. Here, the fact that If in the constant torque region is substantially larger than that in the torque ratio reference control means that armature copper loss due to the magnitude of the armature current value Ia itself is larger than the field copper loss due to the magnitude of If .

그러나, 정출력 영역에서는 If는 속도가 증가함에 따라 점차 작아짐을 알 수 있다. 이는 계자 자속과 직접적으로 관계되는 If를 줄여, 발생되는 역기전력을 직접적으로 줄일 수 있음을 의미한다. 이를 통해서, 동일한 출력 토크인 경우라도, 종래에 비해, id값이 작아짐을 알 수 있다. 다시 말하면, id의 음의 방향 크기 증가를 최소화하더라도 약계자 제어가 가능함을 알 수 있다.However, in the constant output region, If becomes smaller as the speed increases. This means that it is possible to directly reduce the generated back electromotive force by reducing If directly directly related to field flux. It can be seen from this that even when the output torque is the same, the id value is smaller than the conventional one. In other words, weak field control is possible even if the increase in the negative direction magnitude of id is minimized.

따라서, id의 증가를 최소화함으로써 모터의 총동손을 현저히 줄일 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the total copper loss of the motor can be remarkably reduced by minimizing the increase in id.

도 12는 전체 운전 영역에서 토크비 기준 제어와 효율 기준 제어 사이의 효율 차이를 도시하고 있다.12 shows the efficiency difference between the torque ratio reference control and the efficiency reference control in the entire operating range.

실질적으로 저속과 저토크 영역에서는 효율이 현저히 증가함을 알 수 있다. 이는 전기자동차가 가다 서다를 반복하는 시내 주행 조건에서 효율이 현저히 증가될 수 있음을 의미한다. 아울러, 전체 운전 영역에서 효율 증가 효과를 기대할 수 있음을 알 수 있다. It can be seen that the efficiency increases substantially in the low speed and low torque regions. This means that the efficiency can be significantly increased in a city driving condition where an electric vehicle repeats a steady state. In addition, it can be seen that the efficiency increase effect can be expected in the entire operation region.

전기자동차는 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동한다. 뿐만 아니라, 전기 에너지를 이용하여 각종 전장 부품을 구동하고, 특히 공조 시스템을 구동하게 된다. 따라서, 배터리에 충전된 전기 에너지를 얼마나 효율적으로 사용할 수 있는지는 매우 중요하다.An electric vehicle drives a motor using electric energy charged in a battery. In addition, it uses electric energy to drive various electric components and, in particular, to operate an air conditioning system. Therefore, how efficiently the electric energy charged in the battery can be used is very important.

따라서, 본 실시예를 통한 효율의 증가 폭은 운전 영역에 따라서 차이가 있음에도 불구하고, 전체 운전 영역에서 효율이 증가될 수 있음을 매우 효과적이라 할 수 있다. 특히, 일반적으로 가장 빈도수가 높은 저속 저토크 운전 영역에서의 효율 증가 효과가 현저함은 더욱 고무적이라 할 수 있다. Therefore, it can be said that the efficiency increase in the entire operation region can be very effective despite the difference depending on the operation region. In particular, it is more encouraging that the effect of increasing the efficiency in the low-speed low-torque operation region, which is generally the most frequent, is remarkable.

10 : 스테이터 11 : 스테이터 코어
12 : 스테이터 코일(전기자 코일) 20 : 로터
21 : 로터 코어 22 : 로터 코일(계자 코일)
30 : 회전축 200 : 모터 제어부(인버터)
210 : 계자전류제어기 220 : 인버터 회로
230 : 모터 제어기 240 : 센서
10: stator 11: stator core
12: stator coil (armature coil) 20: rotor
21: rotor core 22: rotor coil (field coil)
30: rotation shaft 200: motor control part (inverter)
210: field current controller 220: inverter circuit
230: motor controller 240: sensor

Claims (13)

계자권선이 구비된 로터와 전기자권선이 구비된 스테이터를 포함하여 이루어지는 모터에 있어서,
정출력 운전 영역에서, 약계자 제어를 통한 상기 전기자권선에서의 동손 손실을 줄이기 위하여, 상기 모터의 회전수가 증가함에 따라 상기 계자권선에 인가되는 계자전류값(If)을 점차 감소하도록 제어하는 모터 제어부를 포함하며,
상기 정출력 운전 영역에서의 계자전류값은, 최대 토크에 대한 지령 토크의 비(토크비, T/Tmax)와 최대 계자전류값(Ifmax)의 곱(토크비 기준 제어)으로 결정되는 계자전류값보다 작은 것을 특징으로 하는 모터.
A motor comprising a rotor provided with a field winding and a stator provided with an armature winding,
In order to reduce the loss of copper loss in the armature winding through weak field control in the constant output operation region, a motor control section (10) controls the field current value (If) applied to the field winding / RTI >
Wherein the field current value in the constant output operation region is a field current value determined by the product of the ratio of the command torque to the maximum torque (torque ratio, T / Tmax) to the maximum field current value (Ifmax) Lt; / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 정출력 운전 영역에서의 전기자전류값(Ia)은, 상기 토크비 기준 제어에 의해 결정되는 전기자전류값보다 작은 것을 특징으로 하는 모터.
The method according to claim 1,
Wherein the armature current value (Ia) in the constant output operation region is smaller than the armature current value determined by the torque ratio reference control.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
정토크 운전 영역에서, 상기 계자전류값(If)은, 상기 토크비 기준 제어에 의해 결정되는 계자전류값보다 큰 것을 특징으로 하는 모터.
3. The method according to claim 1 or 2,
In the constant torque operation region, the field current value (If) is larger than the field current value determined by the torque ratio reference control.
제 3 항에 있어서,
상기 정토크 운전 영역에서, 상기 전기자전류값(Ia)은, 상기 토크비 기준 제어에 의해 결정되는 계자전류값보다 작은 것을 특징으로 하는 모터.
The method of claim 3,
In the constant torque operation region, the armature current value (Ia) is smaller than the field current value determined by the torque ratio reference control.
제 1 항에 있어서,
인가되는 계자전류값(If) 그리고 상기 계자전류값(If)에 대응하여 상기 전기자권선에 인가되는 전기자전류값(Ia)의 전류 조합(If, Ia)은, 동일 토크에 대하여 단일 조합임을 특징으로 하는 모터.
The method according to claim 1,
(If, Ia) of the armature current value Ia applied to the armature winding corresponding to the applied field current value If and the field current value If is a single combination with respect to the same torque The motor.
제 5 항에 있어서,
상기 단일 조합은, 동일 토크에 대한 복수 개의 전류 조합 중, 총 모터 동손이 가장 낮게 되는 전류 조합임을 특징으로 모터.
6. The method of claim 5,
Wherein said single combination is a combination of currents in which the total motor power loss is lowest among a plurality of current combinations for the same torque.
계자권선이 구비된 로터와 전기자권선이 구비된 스테이터를 포함하여 이루어지는 모터에 있어서,
상기 계자권선과 상기 전기자권선에 의한 총 모터 동손을 줄이기 위하여, 동일 토크에 대하여, 상기 총 모터 동손이 최소가 되는 계자전류값과 전기자전류값의 단일 전류 조합으로 상기 모터를 제어하는 모터 제어부를 포함하고,
정출력 운전 영역에서의 계자전류값(If)은,
최대 토크에 대한 지령 토크의 비(토크비, T/Tmax)와 최대 계자전류값(Ifmax)의 곱(토크비 기준 제어)으로 결정되는 계자전류값보다 작고, 상기 모터의 회전수가 증가함에 따라 점차 감소함을 특징으로 하는 모터.
A motor comprising a rotor provided with a field winding and a stator provided with an armature winding,
And a motor control unit for controlling the motor by a single current combination of a field current value and armature current value at which the total motor manual loss is minimized for the same torque in order to reduce the total motor hand loss by the field winding and the armature winding and,
The field current value If in the constant output operation region is expressed by the following equation
Is smaller than the field current value determined by the product of the ratio of the command torque to the maximum torque (torque ratio, T / Tmax) and the maximum field current value Ifmax (torque ratio reference control) Of the motor.
제 7 항에 있어서,
상기 단일 전류 조합에서의 계자전류값(If)은, 정토크 운전 영역에서, 상기 토크비 기준 제어로 결정되는 계자전류값보다 큰 것을 특징으로 하는 모터.
8. The method of claim 7,
Wherein the field current value If in the single current combination is larger than the field current value determined by the torque ratio reference control in the constant torque operation region.
제 7 항에 있어서,
상기 단일 전류 조합에서의 전기자전류값(Ia)은, 정토크 운전 영역과 정출력 운전 영역에서, 상기 토크비 기준 제어로 결정되는 전기자전류값보다 작은 것을 특징으로 하는 모터.
8. The method of claim 7,
Wherein the armature current value (Ia) in the single current combination is smaller than the armature current value determined by the torque ratio reference control in the constant torque operation region and the constant output operation region.
제 7 항에 있어서,
상기 단일 전류 조합에서의 계자전류값(If)은, 정토크 운전 영역에서, 상기 모터의 회전 속도와 무관하게 동일한 값임을 특징으로 하는 모터.
8. The method of claim 7,
Wherein the field current value If in the single current combination is the same value in the constant torque operation region regardless of the rotational speed of the motor.
계자권선이 구비된 로터와 전기자권선이 구비된 스테이터를 포함하여 이루어지는 모터의 제어방법에 있어서,
악셀레이터의 각도를 통해 지령 토크를 계산하는 단계;
피드백되는 상기 로터의 회전수를 통하여 상기 회전수가 정격회전수 미만(정토크 영역)인지 또는 정격회전수 이상(정출력 영역)인지 판단하는 단계;
상기 계산된 지령 토크 또는 현재의 출력 토크를 통해, 모터 총동손이 최소가 되는 계자전류값(If)과 전기자전류값(Ia)의 단일 전류 조합을 결정하는 단계;
상기 결정된 단일 전류 조합을 인가하여 모터의 출력을 제어하는 모터의 제어방법.
1. A control method for a motor including a rotor provided with a field winding and a stator having an armature winding,
Calculating an instruction torque through an angle of the accelerator;
Determining whether the rotational speed is less than the rated rotational speed (the constant torque region) or the rated rotational speed (the constant output region) through the rotational speed of the rotor;
Determining a single current combination of the field current value If and the armature current value Ia through which the motor total copper loss is minimized through the calculated command torque or the current output torque;
And controlling the output of the motor by applying the determined single current combination.
제 11 항에 있어서,
상기 판단 단계에서 정토크 영역으로 판단되면, 상기 단일 전류 조합은 지령 토크를 통해 결정되고, 정출력 영역으로 판단되면, 상기 단일 전류 조합은 현재의 출력 토크를 통해 결정되며,
상기 현재의 출력 토크는, 피드백되는 현재의 출력 토크 또는 피드백되는 로터의 회전수와 상기 지령 토크에 의해 결정됨을 특징으로 하는 모터의 제어방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the single current combination is determined through a command torque and the single current combination is determined through a current output torque when it is determined to be a constant torque region in the determination step,
Wherein the current output torque is determined by the current output torque to be fed back or the number of revolutions of the rotor to be fed back and the command torque.
제 12 항에 있어서,
상기 판단 단계에서 정출력 영역으로 판단되면, 전기자전류값의 자속 성분 전류값(id)의 음의 방향 크기를 키우는 약계자 제어가 수행되며, 상기 계자전류값은 상기 회전수가 증가함에 따라 감소함을 특징으로 하는 모터의 제어방법.
13. The method of claim 12,
If it is determined to be a constant output region in the determination step, weak field control is performed to increase the magnitude of the magnetic flux component current value id in the negative direction, and the field current value decreases as the rotation number increases Wherein the motor control method comprises the steps of:
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