KR20160140292A - Electric operator about integrated inverter and charger using motor windings - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충전 모드 시 정류부의 출력이 인버터의 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 코일의 한상점을 경유하여 배터리로 인가할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a charger built-in electric drive apparatus using a motor winding, and more particularly, to an electric drive apparatus with a built-in charger, in which the output of the rectifier section is switched via at least one coil of the switching element of the inverter, The present invention relates to a device which can be applied by a battery.
전기 구동 장치에서 인버터란 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전동기의 모터를 구동시키는 장치를 말한다. 일반적으로 3상 인버터가 널리 사용되며 직류전력은 배터리로부터 입력 받는다. 이 경우, 배터리의 충전을 위한 충전기는 외부전원으로부터 입력받은 교류전력을 직류전력으로 변환하여 배터리를 안정적으로 충전해야 한다. 일반적으로 배터리의 충전을 위해서 벅 컨버터(buck converter)가 사용될 수 있다. In an electric drive system, an inverter refers to a device that drives a motor of a motor by converting DC power into AC power. In general, three-phase inverters are widely used and DC power is input from the battery. In this case, the charger for charging the battery must convert the AC power received from the external power source to DC power and charge the battery stably. Generally, a buck converter can be used for charging the battery.
벅 컨버터(buck converter)란 입력단과 출력단이 같은 접지를 공유하는 회로에 주로 사용된다. 벅 컨버터는 일정한 주기로 스위칭하는 스위칭 소자를 이용하여 스위치가 온(on) 되어있는 동안 입력 전원이 회로에 연결되도록 하고 오프(off) 되어있는 동안은 입력 전원이 끊어지도록 한다. 이와 같이 벅 컨버터는 주기적으로 전기적 흐름을 단속하고, 펄스 모양의 전압을 저역통과필터를 통해 평활하여 직류전압을 출력하는 기능을 한다. 이는 직류전압을 주기적으로 잘라내어(chopping) 만들어진 펄스전압을 평균하여 출력전압을 형성하는 원리로 이해될 수 있다. 이와 같은 방식의 컨버터는 전압원 컨버터 또는 강압형 컨버터라고도 불리며 출력전압은 입력전압보다 항상 작은 특성을 가지게 된다. A buck converter is commonly used for circuits where the input and output share the same ground. The buck converter uses a switching device that switches at regular intervals to allow the input power to be connected to the circuit while the switch is on and the input power to be cut off while the switch is off. In this way, the buck converter periodically interrupts the electrical flow, smoothes the pulse-like voltage through a low-pass filter, and outputs a DC voltage. This can be understood as a principle in which the output voltage is formed by averaging the pulse voltage generated by chopping the DC voltage periodically. Such a converter is called a voltage source converter or a step-down converter, and the output voltage is always smaller than the input voltage.
종래 전기 구동 장치는 인버터 및 충전기가 각각 분리된 상태로 구비되어 있어 인버터 및 충전기를 각각 전기 자동차에 장착할 수 있도록 설계하는데 많은 시간과 인력이 소모되는 문제점이 있다. 상기의 문제점을 해결하기 위해, 최근 인버터와 충전기를 통합하려는 연구가 시도되고 있으며 이와 관련된 종래기술로는 한국등록특허 제10-1273736호가 있다.The conventional electric drive apparatus is provided with the inverter and the charger separately from each other, so that it takes much time and manpower to design the inverter and the charger to be mounted on the electric vehicle. In order to solve the above problems, researches for integrating an inverter and a charger have recently been attempted, and Korean Patent No. 10-1273736 discloses a related art related thereto.
한국등록특허 제10-1273736호에 의하면, 고전압 배터리를 사용하여 모터 자체를 고전압으로 구동시킬 때 사용되었으며, 고전압을 강하하기 위하여 별도의 저전압 컨버터(LDC converter)(120)를 사용하였다. 이 경우, 제조 단가가 비싸지는 문제점이 있고 소형 개인용 이동 수단에서 사용되는 저전압 배터리는 사용할 수 없는 단점이 있다. According to Korean Patent No. 10-1273736, a high voltage battery is used to drive the motor itself at a high voltage, and a separate low voltage converter (LDC converter) 120 is used to drop the high voltage. In this case, there is a problem that the manufacturing cost is expensive, and there is a disadvantage that the low voltage battery used in the small personal moving means can not be used.
또한, 종래 기술은 배터리의 충전을 위해 교류전력을 직류전력으로 변환하는 벅 컨버터의 기능을 구현하기 위해 별도의 스위칭 소자를 사용하였다. 보다 상세하게, 종래기술에 의하면 벅 컨버터 기능을 수행하기 위하여 정류부(110, 도 1 참조) 내에 별도의 스위칭 소자를 구비하고 있다. 별도의 스위칭 소자를 구비하게 될 경우, 이러한 스위칭 소자는 벅 컨버터의 기능을 수행하기 위해서 전력 용량이 커야 하므로 전기 구동 장치의 제조 단가가 비싸지는 문제점이 있다. In addition, the prior art uses a separate switching element to implement the function of a buck converter that converts AC power to DC power for charging the battery. In more detail, according to the related art, a separate switching element is provided in the rectifying part 110 (see FIG. 1) in order to perform the buck converter function. If a separate switching device is to be provided, the switching device must have a large power capacity in order to perform the function of the buck converter, so that the manufacturing cost of the electric driving device becomes high.
그리고, 종래 기술은 모터 중성선에 연결된 인버터의 스위칭 소자를 활용하여 고 전압 배터리의 전압/전류를 제어하도록 구비된다. 이 경우 모터의 중성선은 모터의 내부에 마련되어 있으므로 중성선을 외부로 노출시키기 위한 모터의 구조 변경이 불가피할 뿐만 아니라 모터가 델타 결선인 경우 이러한 종래 기술의 적용이 불가능하다.The prior art is equipped to control the voltage / current of the high voltage battery by utilizing the switching element of the inverter connected to the motor neutral wire. In this case, since the neutral line of the motor is provided inside the motor, it is inevitable that the structure of the motor for exposing the neutral line to the outside is inevitably changed, and the conventional technique can not be applied when the motor is a delta connection.
또 다른 종래의 기술은 충전 시 전류 평활시키는 인덕터의 용량을 크게하기 위해 모터의 중성선을 활용하여 인덕터를 별도로 마련하도록 구비되어 있으나, 이 경우 모터 구조상 3상 권선에 동위상의 전류가 흐르면 각 상에 흐르는 자속들이 상충되어 추가 인덕터로 인한 인덕터 용량이 오히려 감소되는 문제점이 있었다.Another conventional technique is to separately provide an inductor by utilizing a neutral line of the motor in order to increase the capacity of the inductor for smoothing the current during charging. However, in this case, when a current of the same phase flows through the three- There is a problem that the inductance due to the additional inductor is rather reduced.
이에 본 발명에서는, 충전 모드 시 정류부의 출력이 인버터의 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 경유하여 배터리로 인가됨에 따라, 모터의 구조 변경 및 추가 인덕터 없이 안정적으로 충전하는 방안을 제안한다.
Therefore, according to the present invention, since the output of the rectifying unit is applied to the battery via the switching element of the inverter and the at least one coil and coil of the motor during the charging mode, the structure of the motor and the method of stably charging without additional inductor .
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은, 구동 모드 시 배터리의 출력이 인버터를 경유하여 전동기의 코일로 인가되고, 부스트 모드 시 정류부의 출력이 인버터부를 경유하여 정류부로 인가되며, 충전 모드 시 정류부의 출력이 인버터의 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 경유하여 배터리로 인가되는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치를 제공함에 따라, 전동기를 구동하기 위한 인버터부와 배터리 충전기가 통합된 전기 구동 장치에서 전동기의 구조 변경 및 추가 인덕터 없이 안정적으로 충전할 수 있게 된다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a rectifier circuit, in which the output of a battery is applied to a coil of an electric motor via an inverter, And the output of the rectifying section is applied to the battery via the switching element of the inverter and at least one of the coils and coils of the motor in the charging mode to provide a charger built-in electric driving apparatus using the motor winding, It is possible to stably charge the battery without changing the structure of the motor and additional inductors in an electric driving device in which an inverter for driving and a battery charger are integrated.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치는, To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein,
배터리; 외부에서 공급되는 교류전력을 정류하는 정류부; 다수의 스위칭 소자 및 프리 휠릴용 다이오드를 구비하며, 상기 배터리로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터부; 자속을 발생시키는 코일을 구비하며 상기 인버터부로부터 제공되는 교류전력에 의해서 회동하는 전동기; 및 구동 모드에서 상기 배터리의 출력이 인버터부를 경유하여 전동기에 인가되도록 절환하고, 충전 모드에서 정류부의 출력이 인버터부에 인가하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.battery; A rectifying unit for rectifying AC power supplied from the outside; An inverter unit having a plurality of switching elements and a diode for a freewheel reel and converting DC power supplied from the battery into AC power; An electric motor having a coil for generating magnetic flux and rotating by AC power supplied from the inverter; And the output of the battery is applied to the motor via the inverter in the drive mode, and the output of the rectifier is applied to the inverter in the charge mode.
바람직하게 상기 인버터부는, 전동기 구동 모드에서 배터리의 출력이 인버터부를 경유하여 전동기 코일로 인가하도록 구비될 수 있고, 전동기의 구동 정지 시 부스트 모드에서 정류부의 출력이 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 경유하여 정류부로 인가되도록 구비될 수 있다.Preferably, the inverter unit may be provided such that the output of the battery is applied to the motor coil via the inverter unit in the motor drive mode, and the output of the rectifier unit in the boost mode at the time of stopping the operation of the motor is connected to at least one coil To the rectifying part via a point.
바람직하게 상기 인버터부는 상기 스위칭부를 경유하여 배터리의 양극과 연결되는 상단 스위칭 소자 및 배터리의 음극과 연결되는 하단 스위칭 소자를 구비될 수 있으며, 상기 하단 스위칭 소자는 충전 모드에서 오프(off)하도록 구비될 수 있고, 상기 인버터부는, 충전 모드에서 정류부의 출력이 상단 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 경유하여 배터리로 인가되도록 구비될 수 있다.Preferably, the inverter unit may include a top switching device connected to the anode of the battery via the switching unit, and a bottom switching device connected to the cathode of the battery. The bottom switching device may be configured to be off in a charging mode And the inverter unit may be provided such that the output of the rectifying unit in the charging mode is applied to the battery via the upper switching element and at least one coil and coil of the at least one coil of the motor.
바람직하게 상기 인버터부는, 배터리 충전 완료 후 부스트 모드에서 정류부의 출력이 상단 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점과 하단 스위칭 소자를 경유하여 정류부로 인가되도록 구비되고, 배터리의 양극에 연결된 캐패시터의 출력이 배터리로 인가하도록 구비될 수 있다.Preferably, the inverter unit is provided such that the output of the rectifying unit is applied to the rectifying unit via the upper and lower switching elements of at least one of the coils and the coils of the upper switching element and the motor in the boost mode after the completion of battery charging, So that the output of the connected capacitor is applied to the battery.
바람직하게 상기 스위칭부는, 구동 모드에서 개방(Open)되고, 충전 모드에서 정류부의 출력을 인버터부로 인가하도록 절환되는 충전 스위치; 및 구동 모드에서 배터리의 출력이 인버터부로 인가되도록 절환되고, 충전 모드에서 충전 스위치를 통과한 정류부의 출력이 상단 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 상기 코일의 한상점을 경유하여 배터리로 인가되도록 절환되는 메인 스위치로 구비될 수 있다.Preferably, the switching unit is a charging switch that is switched in a driving mode and is switched to apply an output of the rectifying unit to the inverter unit in a charging mode; And the output of the rectifying part, which has passed through the charging switch in the charging mode, is switched to be applied to the battery via at least one coil of the upper switching element and the motor, and the uppermost point of the coil in the driving mode. And may be provided with a main switch to be switched.
바람직하게 상기 전기 구동 장치는, 상기 스위칭부 및 인버터부를 제어하는 제어 모듈을 더 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 상단 스위칭 소자에 입력되는 교류전력의 위상이 120도씩 다르게 입력되도록 상기 인버터부의 스위칭 시간을 제어하도록 구비될 수 있다.Preferably, the electric driving apparatus further includes a control module for controlling the switching unit and the inverter unit, and the control module controls the switching time of the inverter unit so that the phase of the AC power inputted to the upper switching device is differently inputted by 120 degrees .
본 발명에 따르면, 전동기를 구동하기 위한 인버터부와 배터리 충전기가 통합 구비함에 따라 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치의 경박단소화가 가능하다,According to the present invention, since the inverter unit for driving the electric motor and the battery charger are integrally provided, it is possible to reduce the size of the charger built-in electric drive apparatus using the electric motor winding.
또한 본 발명에 의하면, 충전 모드 시 구동되지 아니한 전동기의 코일의 인덕턴스 기능에 따라 배터리 충전을 위해 별도로 마련된 기존의 고가의 컨버터가 제거되므로 제조 단가를 절감하고 회로 집적도를 극대화할 수 있는 잇점을 가진다.According to the present invention, since the existing expensive converter separately provided for charging the battery is removed according to the inductance function of the coil of the motor which is not driven in the charging mode, the manufacturing cost can be reduced and the circuit integration can be maximized.
본 발명에 따르면, 전동기를 구동하기 위한 인버터부와 배터리 충전기를 통합 구비함에 있어 기존의 전동기 중성선 노출을 위한 전동기의 개조가 필요없고 전류 평활화에 필요한 인덕턴스를 증가하는 인덕터의 추가 구성 없이도 안정적으로 배터리 충전이 가능한 효과를 얻는다.
According to the present invention, in integrating an inverter unit for driving an electric motor and a battery charger, there is no need to retrofit an existing motor for neutral line exposure and stable charging of the battery can be achieved without additional configuration of an inductor for increasing inductance required for current smoothing. This achieves a possible effect.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 인버터-충전기 통합형 장치를 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전기 내장형 전기 구동 장치의 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치의 인버터부의 구성을 보인 도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치의 구동 모드 시 전류의 흐름을 보인 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 구동 장치의 전동기의 구동 정지 시 전류의 흐름을 도인 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 구동 장치의 부스트 모드 시 전류의 흐름을 보인 도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치의 충전 모드 시 전류의 흐름을 보인 도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 구동 장치의 충전 완료 후 전류의 흐름을 보인 도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further understand the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
Figure 1 shows a prior art inverter-charger integrated device.
2 is a diagram showing the configuration of a charger built-in electric drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the configuration of an inverter unit of an electric driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a current flow in a driving mode of an electric driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the current flow when the electric motor of the electric drive apparatus stops operating according to the embodiment of the present invention. FIG.
6 is a view showing a current flow in a boost mode of an electric driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a current flow in a charge mode of an electric drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a current flow after completion of charging of the electric driving apparatus according to the embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The specific structure or functional description presented in the embodiment of the present invention is merely illustrative for the purpose of illustrating an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention can be implemented in various forms. And should not be construed as limited to the embodiments described herein, but should be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.Meanwhile, in the present invention, the terms first and / or second etc. may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The terms may be referred to as a second element only for the purpose of distinguishing one element from another, for example, to the extent that it does not depart from the scope of the invention in accordance with the concept of the present invention, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.Whenever an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but it should be understood that other elements may be present in between something to do. On the other hand, when it is mentioned that an element is "directly connected" or "directly contacted" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions for describing the relationship between components, such as "between" and "between" or "adjacent to" and "directly adjacent to" should also be interpreted.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. It will be further understood that the terms " comprises ", or "having ", and the like in the specification are intended to specify the presence of stated features, integers, But do not preclude the presence or addition of steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치의 구성을 보인 도이며, 도 3은 도 2에 도시된 인버터부의 구성을 보인 도이며, 도 4는 도 2에 도시된 전기 구동 장치의 구동 모드 시 전류의 흐름을 보인 도이고, 도 5는 도 2에 도시된 전기 구동 장치의 전동기 구동 정지 시 전류의 흐름을 보인 도이며, 도 6은 도 2에 도시된 전기 구동 장치의 부스트 모드 시 전류 흐름을 보인 도이고, 도 7은 도 2에 도시된 전기 구동 장치의 충전 모드 시 전류의 흐름을 보인 도이며, 도 8은 도 2에 도시된 전기 구동 장치의 충전 완료 후 전류의 흐름을 보인 도이다. FIG. 2 is a view showing a configuration of a charger built-in electric drive apparatus utilizing a motor winding according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the inverter unit shown in FIG. Fig. 5 is a view showing the flow of current when the electric motor stops driving the electric driving apparatus shown in Fig. 2, Fig. 6 is a view showing the flow of electric current in the electric driving apparatus shown in Fig. FIG. 7 is a view showing the flow of current in the charge mode of the electric drive apparatus shown in FIG. 2, and FIG. 8 is a view showing the flow of current in the boost mode of the electric drive apparatus shown in FIG. And the current flows.
도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치(1)는, 구동 모드 시 배터리의 출력이 인버터부를 경유하여 전동기의 코일로 인가되고, 부스트 모드 시 정류부의 출력이 인버터부와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 경유하여 정류부로 인가되며, 충전 모드에서 정류부의 출력이 인버터부와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 경유하여 배터리로 인가되도록 구비되며, 이러한 장치(1)는, 배터리(10), 교류전력을 정류하는 정류부(30), 배터리(10)로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터부(50), 및 자속을 발생시키는 다수의 코일(701)을 구비하며 인버터부(50)로부터 제공되는 교류 전력에 의해서 구동되는 전동기(70)를 포함할 수 있다. 2 to 8, the charger built-in electric drive apparatus 1 using the electric motor winding according to the embodiment of the present invention is configured such that the output of the battery is applied to the coil of the electric motor via the inverter unit in the drive mode, The output of the rectifying section is applied to the rectifying section via at least one coil and coil of the inverter and the motor, and in the charging mode, the output of the rectifying section is passed through the single point of the coil and the coil of the inverter section and the motor The apparatus 1 includes a
또한, 스위칭부(90) 및 인버터부(50)를 제어하는 제어 모듈(80)과 구동 모드에서는 배터리(10)의 출력이 인버터부(50)를 경유하여 전동기(70)에 인가되도록 하고, 부스트 모드에서는 정류부(30)의 출력이 인버터부(50)와 전동기(70)의 적어도 하나의 코일(701) 및 코일의 한상점(703)을 경유하여 정류부(70)로 인가되며, 충전 모드에서는 충전 모드에서는 정류부(30)의 출력이 인버터부(50) 및 전동기(70)의 적어도 하나의 코일(701) 및 코일의 한상점(703)을 경유하여 배터리(10)로 인가되도록 하는 스위칭부(90)를 더 포함할 수 있다.The
정류부(30)의 일단은 스위칭부(90)와 연결되고, 정류부(30)의 타단은 교류전원(20)과 연결되어 교류전력을 입력받을 수 있다. 스위칭부(90)는 2개의 단자를 구비하여 제1 단은 배터리(10)의 양극에 연결되고, 제2 단은 정류부(30)의 출력단과 연결되며, 제3 단은 전동기(70)와 연결될 수 있다. 즉, 전동기(70)의 코일(701)은 3상 코일로 이루어질 수 있고, 전동기(70)의 3상 코일 중 하나인 한상점(703)이 스위칭부(90)의 제3단과 연결될 수 있다. One end of the rectifying
스위칭부(90)는 제1 단, 제2 단 및 제3 단을 구비하고 구동 모드에서 배터리(10)와 인버터부(50)를 연결시키는 메인 스위치(901)와 제4 단과 제5 단을 구비하고, 충전 모드에서 정류부(30)와 인버터부(50)를 연결시키는 충전 스위치(903)로 이루어질 수 있다. 충전 스위치(903)의 제4단은 메인 스위치(901)와 연결되어 제2 단을 공유하게 된다.The switching unit 90 includes a
이 경우, 구동 모드란 인버터부(50)가 배터리로부터 인가된 전력으로 전동기(70)를 동작시키고 있는 상태를 의미하며, 부스트 모드란 전동기의 정지 시 발생하는 역기전력으로 충전하는 상태를 의미하고, 충전 모드란 교류전원(20)에 의해서 배터리(10)가 충전되고 있는 상태를 의미한다.In this case, the drive mode means a state in which the
제어 모듈(80)은 게이트 드라이버 또는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)으로 이루어질 수 있다. 제어 모듈(80)은 메인 스위치(901), 충전 스위치(903) 및 인버터부(50)의 스위칭 소자(501, 도3)를 제어할 수 있다.The
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치(1)의 인버터부(50)를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 인버터부(50)는 커패시터로 이루어지고, 직류전력이 인가되는 DC링크단(507) 및 직류전력을 교류전력으로 변환시키기 위한 하나 이상의 스위칭 소자(501)와 스위칭 소자(501)의 양단에 마련된 프리 휠링(free wheeling)용 다이오드(502)를 포함할 수 있다. 3 shows an
하나 이상의 스위칭 소자(501)는 스위칭부(90)를 경유하여 배터리(10)의 양극과 연결되는 상단 스위칭 소자(503) 및 배터리(10)의 음극과 연결되는 하단 스위칭 소자(505)로 분류할 수 있다. The at least one
여기서, 하나 이상의 스위칭 소자(501)는 3상 코일(701)과 대응되도록 3상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상단 스위칭 소자(503)는 출력단이 코일(701)과 연결되며, 하단 스위칭 소자(505)는 입력단이 코일(701)과 연결될 수 있다.Here, the at least one
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치(1)의 구동 모드 시 전류의 흐름을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 구동 모드에서 메인 스위치(901)는 배터리(10)와 인버터부(50)를 연결하고, 충전 스위치(903)는 인버터부(50)와 정류부(30)를 개방(open)한다. Fig. 4 shows the current flow in the driving mode of the electric driving device 1 according to the embodiment of the present invention. 4, in the drive mode, the
구동 모드에서 전기 구동 장치(1)는 배터리(10)에서 출력되는 직류전력이 인버터부(50)의 DC 링크단(507)으로 입력되고, 인버터부(50)는 이를 교류전력으로 변환하여 전동기(70)를 동작시킨다. 이 경우, 제어 모듈(80)은 상단 스위칭 소자(503)와 하단 스위칭 소자(505)가 동시에 온(on)되거나 동시에 오프(off)되지 않도록 제어한다. 따라서, 상단 스위칭 소자(501) 및 하단 스위칭 소자(505)는 상보적으로 동작하게 된다. In the drive mode, the electric drive apparatus 1 receives DC power output from the
즉 구동 모드 시 배터리 양(+)의 극에 접속된 메인 스위치(901)는 인버터부(50)의 DC 링크단(507)의 양의 단자에 접속되고, 외부에서 공급되는 교류 전원과의 접속을 끊어주기 위해 인버터부(50)의 DC 링크단(505)의 우측의 양의 단자와 외부전원을 연결하는 충전 스위치(903)이 오프(off)되므로, 배터리(10)에서 출력되는 직류전력은 인버터부(50)의 DC 링크단(507)을 경유하여 전동기(70)에 제공된다.That is, the
또한, 전동기(70)를 구동하기 위한 일련의 과정은 외부로부터 공급되는 구동 신호(SPWM, SVPWM)으로 동작하는 일련의 과정과 동일 또는 유사하다.In addition, the series of processes for driving the
도 5는 도 2에 도시된 전기 구동 장치의 구동 완료되어 전동기의 구동이 정지될 때 전류의 흐름을 나타내며, 도 5를 참조하면, 구동 모드에서 메인 스위치(901)는 배터리(10)와 인버터부(50)를 연결하고, 충전 스위치(903)는 인버터부(50)와 정류부(30)를 연결한다.5, in the driving mode, the
즉, 하단 스위칭 소자(505)의 프리 휠링(freewheeling)용 다이오드(502)의 출력이 전동기(70)의 적어도 하나의 코일(701)과 코일의 한상점(703) 및 스위칭부(90)의 메인 스위치(901)를 경유하여 배터리(10)로 인가된다. 이 경우 제어 모듈(80)은 상단 스위칭 소자(503)와 하단 스위칭 소자(505)가 동시에 온(on)되거나 동시에 오프(off)되도록 제어한다. That is, the output of the
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 구동 장치(1)의 부스트 모드 시 전류의 흐름을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 부스트 모드에서 충전 스위치(903)은 정류부(30)의 출력이 인버터부(50)의 DC 링크단(507)를 경유하여 상단 스위칭 소자(503)와 연결되도록 한다. 이에 교류전력은, 정류부(30)와 충전 스위치(903)를 경유하여 상단 스위칭 소자(503) 및 전동기(70)의 코일(701)에 의해 전압기 강하된 직류 전력으로 변환되고 변환된 직류 전력은 하단 스위칭 소자(505)를 경유하여 정류부(30)로 전달된다.6 shows the flow of current in the boost mode of the electric drive system 1 according to the embodiment of the present invention. 6, in the boost mode, the
이때 상기 제어 모듈(80)은 상단 스위칭 소자(503)와 하단 스위칭 소자(505)가 동시에 온(on)되도록 제어한다. At this time, the
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 구동 장치(1)의 충전 모드 시 전류의 흐름을 보인 도이고, 도 7을 참조하면, 충전 모드에서 충전 스위치(903)는 정류부(30)의 출력이 인버터부(50)의 DC 링크단(507)을 경유하여 상단 스위칭 소자(503)와 연결되도록 한다. 교류전력은 상단 스위칭 소자(503) 및 전동기(70)의 코일(701)에 의해서 전압이 강하된 직류전력으로 변환되고 변환된 직류 전력은 전동기(70)의 중성선(703)을 통해 메인 스위치(901)로 전달된다.Referring to FIG. 7, in the charging mode, the charging
충전 모드에서 메인 스위치(901)는 전동기(70)의 한상점(703)과 배터리(10)를 연결한다. 예를 들어, 메인 스위치(901)는 전동기(70)를 구성하는 모터의 한상점(703)이 배터리의 양극과 연결되도록 한다. 이 경우, 인버터부(50) 및 전동기(70)의 적어도 하나의 코일(701) 및 한상점(703)을 통과하여 변환된 직류전력은 배터리(10)를 충전하게 된다.In the charging mode, the
즉, 충전 모드에서 충전 스위치(903)는 정류부(50)의 좌측 하프 브리지 및 우측 하프 브리지 중 하나 이상을 통과한 정류된 교류 전력을 상기 인버터부(50)의 상단 스위칭 소자를 경유하여 전동기(70)의 코일(701)에 전달하도록 연결한다.That is, in the charging mode, the charging
이때 충전 모드 시 전류 평활화에 필요한 인덕턴스를 키우기 위해 전동기(70)의 3상 코일 중 2상(혹은 3상)의 코일이 자기적인 상충됨 없이 직렬로 구성될 수 있도록 인버터부(50)의 다수의 상단 스위치 소자(503)의 하나 이상의 스위치는 정류된 교류 전력이 전동기(70)의 코일(701)에 전달하도록 온 상태로 연결하고 나머지 인버터부(50)의 하단 스위치 소자(505)는 오프 상태로 연결된다.In order to increase the inductance required for current smoothing in the charge mode, a plurality of (three-phase) coils of the three-phase coils of the
이 후 배터리(10)의 충전 완료 후 제어 모듈(80)은 부스트 모드에서 상단 스위칭 소자(503)및 하단 스위칭 소자(505)가 온 되도록 제어하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 정류부(30)의 출력이 충전 스위치(903)와 상단 스위칭 소자(503)과 전동기(70)의 적어도 하나의 코일(701) 및 코일의 한상점(703)과 하단 스위칭 소자(505)를 경유하여 정류부(30)으로 인가된다.8, when the
이에 메인 스위치(901)의 제1 단에 접속된 캐패시터(C)의 출력이 배터리(10)로 인가되어 충전된다.The output of the capacitor C connected to the first end of the
앞서 설명한 바와 같이, 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 이용하여 전류 평활화에 필요한 인덕턴스가 증가됨에 따라 별도의 인덕터의 추가 없이 전류 평활화에 필요한 인덕턴스는 증가된다.As described above, since the inductance required for current smoothing is increased using at least one coil and coil of the electric motor, the inductance required for current smoothing is increased without adding additional inductors.
또한, 전동기의 결선이 델타 결선인 경우에도 직렬로 연결되는 전동기의 코일의 인덕턴스에 의해 전류 평활화에 필요한 인덕턴스 증가가 가능하다. Also, even if the connection of the motor is a delta connection, the inductance of the coil of the motor connected in series can increase the inductance required for current smoothing.
또한, 일반적으로 충전기에 사용되는 벅 컨버터는 커패시터로 이루어진 링크단과 스위치, 및 인덕터로 이루어진다. 충전 모드에서 DC 링크단(507)은 벅 컨버터의 링크단 기능을 수행하고, 상단 스위칭 소자(503)는 벅 컨버터의 스위치의 기능을 수행하며, 전동기(70)의 코일(701)은 벅 컨버터의 인덕터 기능을 수행하게 된다. In addition, a buck converter generally used in a charger includes a capacitor, a link stage, a switch, and an inductor. In the charging mode, the
제어 모듈(80)은 상술한 구동 모드, 부스트 모드, 또는 충전 모드에서의 인버터부(50)를 제어한다. 본 실시예로, 제어 모듈(80)은 부스트 모드에서 상단 스위칭 소자(503) 및 하단 스위칭 소자(505)가 온되도록 제어하고, 충전 모드에서 하단 스위칭 소자(505)가 오프(off)되도록 제어한다. 따라서, 충전 모드에서 인버터부(50)는 상단 스위칭 소자(503)만 동작하게 된다. The
또한, 제어 모듈(80)은 상단 스위칭 소자(503)에 입력되는 교류전력의 위상이 120도씩 다르게 입력되도록 상기 인버터부(50)의 스위칭 시간을 제어할 수 있다. 교류전력의 위상이 120도씩 다르게 인버터부(50)로 인가되는 경우, 충전되는 전력의 품질을 높일 수 있는 효과가 있다. In addition, the
본 발명은 배터리 충전을 위한 컨버터의 기능을 인버터부(50)의 DC 링크단(507), 상단 스위칭 소자(503) 및 전동기(70)의 코일(701)를 이용하여 구현할 수 있다. 일반적으로 컨버터의 커패시터는 높은 용량을 필요로 하고, 컨버터의 스위치는 고가이며, 컨버터의 인덕턴스 역시 많은 권선수를 필요로 한다. The present invention can implement the function of the converter for charging the battery by using the
이에 본 발명에 의하면 인버터부(50)의 전기용량이 크기 때문에 컨버터의 기능을 수행하기 위한 충분한 커패시터 용량을 갖고, 전동기(70)가 동작하지 않는 충전 모드에서는 코일(701)이 컨버터의 인덕턴스 기능을 대신 수행한다. 또한, 고가의 컨버터 스위치를 인버터부(50)의 상단 스위칭 소자(503)가 대체하므로 저렴한 제조 단가 및 회로의 집적도가 높은 전기 구동 장치(1)를 구현할 수 있다.According to the present invention, since the capacitor of the
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by all changes or modifications derived from the scope of the appended claims and equivalents of the following claims.
전동기를 구동하기 위한 인버터부와 배터리 충전기가 통합 구비함에 따라 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치의 경박단소화가 가능하고, 충전 모드 시 구동되지 아니한 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점의 인덕턴스 기능에 따라 배터리 충전을 위해 별도로 마련된 기존의 고가의 컨버터가 제거되므로 제조 단가를 절감하고 회로 집적도를 극대화할 수 있는 잇점을 가지며, 전동기를 구동하기 위한 인버터부와 배터리 충전기를 통합 구비함에 있어 전동기의 중성선을 이용하더라도 전동기 중성선 노출을 위한 전동기의 개조가 필요없고 전류 평활화에 필요한 인덕턴스를 증가하는 인덕터의 추가 구성 없이도 안정적으로 배터리 충전이 가능한 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 충전기 내장형 전기 구동 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
Since the inverter unit for driving the electric motor and the battery charger are integrally provided, it is possible to reduce the size of the charger built-in electric drive unit using the electric motor winding. In addition, since at least one coil and coil of the non- Since the conventional expensive converter separately provided for charging the battery is removed according to the inductance function, it has the advantage of reducing the manufacturing cost and maximizing the circuit integration degree. In integrating the inverter unit and the battery charger for driving the motor, Even if the neutral line of the motor is used, the motor does not need to be modified for the neutral line exposure and the inductance required for smoothing the current is increased. Accuracy of operation of the charger built-in electric driving device using the motor winding capable of stably charging the battery without additional configuration And It is possible to make a very great improvement in terms of reliability, performance and efficiency, and it is an industrially applicable invention since it is possible to carry out a commercial operation or an operation of a built-in charger built- .
Claims (9)
외부에서 공급되는 교류전력을 정류하는 정류부;
다수의 스위칭 소자 및 프리 휠릴용 다이오드를 구비하며, 상기 배터리로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터부;
자속을 발생시키는 코일을 구비하며 상기 인버터부로부터 제공되는 교류전력에 의해서 회동하는 전동기; 및
구동 모드에서 상기 배터리의 출력이 인버터부를 경유하여 전동기에 인가되도록 절환하고, 충전 모드에서 정류부의 출력이 인버터부에 인가하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치.
battery;
A rectifying unit for rectifying AC power supplied from the outside;
An inverter unit having a plurality of switching elements and a diode for a freewheel reel and converting DC power supplied from the battery into AC power;
An electric motor having a coil for generating magnetic flux and rotating by AC power supplied from the inverter; And
And the output of the rectifying unit is applied to the inverter unit in the charging mode. The electric driving apparatus according to claim 1,
전동기 구동 모드에서 배터리의 출력이 인버터부를 경유하여 전동기 코일로 인가하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치.
2. The inverter circuit according to claim 1,
And the output of the battery is applied to the coil of the motor via the inverter in the motor drive mode.
전동기의 구동 정지 시 부스트 모드에서 정류부의 출력이 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 경유하여 정류부로 인가되도록 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치.
2. The inverter circuit according to claim 1,
And the output of the rectifying section is applied to the rectifying section via at least one coil and coil of the motor in the boost mode when the motor is stopped.
상기 스위칭부를 경유하여 배터리의 양극과 연결되는 상단 스위칭 소자 및
배터리의 음극과 연결되는 하단 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치.
3. The inverter of claim 2, wherein the inverter unit
An upper switching element connected to the anode of the battery via the switching unit,
And a lower switching element connected to the cathode of the battery. The electric driving device with built-in charger utilizing the electric motor winding.
충전 모드에서 오프(off)되는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치.
4. The switching device according to claim 3, wherein the lower switching element
And is turned off in a charging mode.
충전 모드에서 정류부의 출력이 상단 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점을 경유하여 배터리로 인가되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치.
The inverter circuit according to claim 3,
Wherein the output of the rectifying unit is applied to the battery via the upper switching element and at least one coil of the at least one coil and the coil of the motor in the charging mode.
배터리 충전 완료 후 부스트 모드에서 정류부의 출력이 상단 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 코일의 한상점과 하단 스위칭 소자를 경유하여 정류부로 인가되도록 구비되고,
배터리의 양극에 연결된 캐패시터의 출력이 배터리로 인가하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치. 6. The inverter circuit according to claim 5,
The output of the rectifying section is applied to the rectifying section via the upper switching element and the lower switching element of the at least one coil and the coil of the motor in the boost mode after the completion of the battery charging,
And an output of a capacitor connected to the positive electrode of the battery is applied to the battery.
구동 모드에서 개방(Open)되고, 충전 모드에서 정류부의 출력을 인버터부로 인가하도록 절환되는 충전 스위치; 및
구동 모드에서 배터리의 출력이 인버터부로 인가되도록 절환되고, 충전 모드에서 충전 스위치를 통과한 정류부의 출력이 상단 스위칭 소자와 전동기의 적어도 하나의 코일 및 상기 코일의 한상점을 경유하여 배터리로 인가되도록 절환되는 메인 스위치로 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치.
The plasma display apparatus according to claim 3,
A charging switch which is opened in a driving mode and switched so as to apply the output of the rectifying section to the inverter section in a charging mode; And
The output of the rectifying section that has passed through the charging switch in the charging mode is switched to be applied to the battery via at least one coil of the upper switching device and the motor and the one point of the coil in the driving mode, And a main switch connected to the main switch.
상기 스위칭부 및 인버터부를 제어하는 제어 모듈을 더 포함하고,
상기 제어 모듈은 상기 상단 스위칭 소자에 입력되는 교류전력의 위상이 120도씩 다르게 입력되도록 상기 인버터부의 스위칭 시간을 제어하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치.
The electric power steering apparatus according to claim 1,
Further comprising a control module for controlling the switching unit and the inverter unit,
Wherein the control module controls the switching time of the inverter unit so that the phase of the AC power input to the upper switching device is differently input by 120 degrees.
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2015
- 2015-06-24 KR KR1020150089757A patent/KR20160140292A/en not_active Application Discontinuation
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