KR20200030973A - 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량 - Google Patents

모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량 Download PDF

Info

Publication number
KR20200030973A
KR20200030973A KR1020180109854A KR20180109854A KR20200030973A KR 20200030973 A KR20200030973 A KR 20200030973A KR 1020180109854 A KR1020180109854 A KR 1020180109854A KR 20180109854 A KR20180109854 A KR 20180109854A KR 20200030973 A KR20200030973 A KR 20200030973A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
command value
motor
current
server
torque
Prior art date
Application number
KR1020180109854A
Other languages
English (en)
Inventor
유현재
김현식
설승기
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020180109854A priority Critical patent/KR20200030973A/ko
Publication of KR20200030973A publication Critical patent/KR20200030973A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/425—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

본 발명은 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량은, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 교류 전원을 출력하는 인버터와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 출력 전류 검출부에서 검출되는 출력 전류에 기초한 전류 정보와 토크 지령치를 외부의 서버로 전송하며, 서버로부터 전류 지령치를 수신하는 통신부와, 통신부로부터 수신되는 전류 지령치에 기초하여, 인버터에 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부를 포함한다. 이에 따라, 토크 지령치와 전류 정보를 수신하는 서버가 실시간으로 최대 토크를 연산하고, 연산된 최대 토크에 대응하는 전류 지령치에 기초하여 모터를 구동할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량{Motor driving apparatus, motor driving system, and electric vehicle including the same}
본 발명은 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 토크 지령치와 전류 정보를 수신하는 서버가 실시간으로 최대 토크를 연산하고, 연산된 최대 토크에 대응하는 전류 지령치에 기초하여 모터를 구동하는 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.
내연기관의 발명에 의해 출현하게 된 차량은 인류의 생활에 없어서는 안될 필수품이나, 환경오염의 주범 및 막대한 에너지의 소비에 의한 에너지 고갈 문제를 초래하게 되었으며, 내연기관을 동력으로 하는 차량 대신에 전기를 동력으로 하는 전기 차량이나, 내연기관과 이들을 조합한 하이브리드 차량이 개발되어 사용되고 있는 추세에 있다.
한편, 이러한 전기 차량 또는 하이브리드 차량 등은, 모터 및 배터리 등을 이용하여 그 출력을 발생시키고 있다.
한편, 모터 구동시, 입력 전력 대비 고효율의 구동 방안이 연구되고 있다. 이를 위해, 모터 구동시, 다양한 케이스에 대한 토크 지령치 또는 전류 지령치를 룩업 테이블에 저장하고, 그에 따라 구동하는 방안이 있다.
그러나, 수많은 동작 케이스에 대한 룩업 테이블의 구축에는 많은 비용과 시간이 소요되며, 특히, 온도 변화, 및 제조 허용 오차에 의한 쇄교 자속의 변화로 인한 오차가 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 토크 지령치와 전류 정보를 수신하는 서버가 실시간으로 최대 토크를 연산하고, 연산된 최대 토크에 대응하는 전류 지령치에 기초하여 모터를 구동하는 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량은, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 교류 전원을 출력하는 인버터와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 출력 전류 검출부에서 검출되는 출력 전류에 기초한 전류 정보와 토크 지령치를 외부의 서버로 전송하며, 서버로부터 전류 지령치를 수신하는 통신부와, 통신부로부터 수신되는 전류 지령치에 기초하여, 인버터에 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부를 포함한다.
한편, 통신부는, 실시간으로 전류 정보와 토크 지령치를 서버로 전송하고, 서버로부터 전류 지령치를 수신한다.
한편, 토크 지령치가 기준치 이상인 경우, 토크 지령치를 제1 토크 지령치로 제한하고, 제1 토크 지령치에 기초하여 생성된 제1 전류 지령치가, 서버로부터 수신되며, 인버터 제어부는, 제1 전류 지령치에 기초하여, 제1 스위칭 제어 신호를 인버터로 출력한다.
한편, 토크 지령치가 기준치 미만인 경우, 토크 지령치에 기초하여 생성된 제2 전류 지령치가, 서버로부터 수신되며, 인버터 제어부는, 제2 전류 지령치에 기초하여, 제2 스위칭 제어 신호를 인버터로 출력한다.
한편, 모터 구동장치는, 인버터의 입력 단인 dc단 전압을 저장하는 커패시터와, dc단 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부를 더 포함하고, 통신부는, 전류 정보, 토크 지령치, 및 검출된 dc단 전압에 관한 전압 정보를 서버로 전송한다.
한편, 모터 구동장치는, 모터 또는 모터 주변의 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 포함하고, 통신부는, 전류 정보, 토크 지령치, 전압 정보, 및 검출된 온도에 관한 온도 정보를 서버로 전송한다.
한편, 인버터 제어부는, 수신되는 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부와, 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부를 구비한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템 내의 서버는, 모터 구동장치로부터 수신되는 전류 정보와 토크 지령치에 기초하여, 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, MTPA)를 연산하고, 연산된 최대 토크에 대응하는 전류 지령치를 모터 구동장치로 전송한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량은, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 교류 전원을 출력하는 인버터와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 출력 전류 검출부에서 검출되는 출력 전류에 기초한 전류 정보와 토크 지령치를 외부의 서버로 전송하며, 서버로부터 전류 지령치를 수신하는 통신부와, 통신부로부터 수신되는 전류 지령치에 기초하여, 인버터에 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부를 포함한다. 이에 따라, 룩업 테이블 대신에, 서버에서 실시간으로 연산된 최대 토크에 대응하는 전류 지령치에 기초하여 모터를 구동할 수 있게 된다. 따라서, 모터의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
특히, 수많은 동작 케이스에 대해, 룩업 테이블에 저장하고, 이를 이용하여 전류 지령치를 출력하는 것이 아니라, 서버에서 수치해석 기법을 이용하여, 전류 지령치를 생성함으로써, 고효율 구동을 위한 정확성이 향상되게 된다.
한편, 통신부는, 실시간으로 전류 정보와 토크 지령치를 서버로 전송하고, 서버로부터 전류 지령치를 수신한다. 따라서, 실시간으로 모터의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 토크 지령치가 기준치 이상인 경우, 토크 지령치를 제1 토크 지령치로 제한하고, 제1 토크 지령치에 기초하여 생성된 제1 전류 지령치가, 서버로부터 수신되며, 인버터 제어부는, 제1 전류 지령치에 기초하여, 제1 스위칭 제어 신호를 인버터로 출력한다. 따라서, 서버에서 수치해석 기법에 의한 최대 토크 연산의 정확도가 더 향상되며, 이에 기초한 전류 지령치에 의해 모터 구동이 수행되므로, 모터 구동 안정성이 향상되게 된다.
한편, 토크 지령치가 기준치 미만인 경우, 토크 지령치에 기초하여 생성된 제2 전류 지령치가, 서버로부터 수신되며, 인버터 제어부는, 제2 전류 지령치에 기초하여, 제2 스위칭 제어 신호를 인버터로 출력한다. 따라서, 실시간으로 모터의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 모터 구동장치는, 인버터의 입력 단인 dc단 전압을 저장하는 커패시터와, dc단 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부를 더 포함하고, 통신부는, 전류 정보, 토크 지령치, 및 검출된 dc단 전압에 관한 전압 정보를 서버로 전송한다. 이에 따라, 다양한 조건 하의 모터의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 모터 구동장치는, 모터 또는 모터 주변의 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 포함하고, 통신부는, 전류 정보, 토크 지령치, 전압 정보, 및 검출된 온도에 관한 온도 정보를 서버로 전송한다. 이에 따라, 다양한 조건 하의 모터의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 인버터 제어부는, 수신되는 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부와, 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부를 구비한다. 이에 따라, 모터의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템 내의 서버는, 모터 구동장치로부터 수신되는 전류 정보와 토크 지령치에 기초하여, 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, MTPA)를 연산하고, 연산된 최대 토크에 대응하는 전류 지령치를 모터 구동장치로 전송한다. 특히, 서버가 수치 해석 기법에 의해, 최대 토크를 연산함으로써, 모터의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 차체를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동 시스템의 일예이다.
도 3은 도 2의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 5는 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 6은 도 2의 서버의 내부 블록도의 일예이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도 8a 내지 도 11b는 도 7의 동작방법의 설명에 참조되는 도면이다
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 차체를 나타내는 개략적인 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량(100)은, 전원을 공급하는 배터리(205), 배터리(205)로부터 전원을 공급받는 모터 구동장치(200), 모터 구동장치(200)에 의해 구동되어 회전하는 모터(250), 모터(250)에 의해 회전되는 앞바퀴(150) 및 뒷바퀴(155), 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전륜현가장치(160) 및 후륜현가장치(165), 차체의 경사각을 검출하는 경사각 검출부(190)를 포함할 수 있다. 한편, 한편 모터(250)의 회전속도를 기어비에 기초하여, 변환하는 구동기어(미도시)가 추가적으로 구비될 수 있다.
경사각 검출부(190)는, 차체의 경사각을 검출하며, 검출된 경사각은 후술하는 전자 제어부(410)에 입력된다. 경사각 검출부(190)는, 자이로 센서 또는 수평 게이지 센서 등으로 구현될 수 있다.
한편, 도면에서는 경사각 검출부(190)가 배터리(205) 상에 배치되는 것으로 도시하나 이에 한정되지 않으며, 앞바퀴(150), 뒷바퀴(155) 또는 앞바퀴(150)와 뒷바퀴(155) 모두에 배치될 수 있다.
배터리(205)는 모터 구동장치(200)에 전원을 공급한다. 특히, 모터 구동장치(200) 내의 커패시터(C)에 직류 전원을 공급한다.
이러한 배터리(205)는, 복수개의 단위셀의 집합으로 형성될 수 있다. 복수개의 단위셀은 일정한 전압을 유지하기 위해 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 의해 관리될 수 있으며, 배터리 관리 시스템에 의해 일정한 전압을 방출할 수 있다.
예를 들어, 배터리 관리 시스템은, 배터리(205)의 전압(Vbat)을 검출하고, 이를 전자 제어부(미도시), 또는 모터 구동장치(200) 내의 인버터 제어부(250)에 전달할 수 있으며, 배터리 전압(Vbat)이 하한치 이하로 하강하는 경우, 모터 구동장치(200) 내의 커패시터(C)에 저장된 직류 전원을 배터리로 공급할 수 있다. 또한, 배터리 전압(Vbat)이 상한치 이상으로 상승하는 경우, 모터 구동장치(200) 내의 커패시터(C)에 직류 전원을 공급할 수도 있다.
배터리(205)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
모터 구동장치(200)는 배터리(205)로부터 전원입력케이블(120)에 의해서 직류전원을 공급받는다. 모터 구동장치(200)는 배터리(205)로부터 받는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 모터(250)에 공급한다. 변환되는 교류전원은 삼상교류전원이 바람직하다. 모터 구동장치(200)는 모터 구동장치(200)에 구비된 삼상출력케이블(125)을 통하여 모터(250)에 삼상 교류전원을 공급한다.
도 1의 모터 구동장치(200)는 세 개의 케이블로 구성된 삼상 출력케이블(125)을 도시하였으나, 단일의 케이블 내에 세 개의 케이블이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)에 대해서는 도 3 이하에서 후술한다.
모터(250)는, 회전하지 않고 고정되는 고정자(130)와, 회전하는 회전자(135)를 포함한다. 모터(250)는 입력케이블(140)이 구비되어 모터 구동장치(200)에서 공급되는 교류전원을 인가 받는다. 모터(250)는, 예를 들어, 삼상 모터일 수 있으며, 각상의 고정자의 코일에 전압 가변/주파수 가변의 각상 교류 전원이 인가되는 경우, 인가되는 주파수에 기초하여, 회전자의 회전 속도가 가변하게 된다.
모터(250)는, 유도 모터(induction motor), BLDC 모터(blushless DC motor), 릴럭턴스 모터(reluctance motor) 등 다양한 형태가 가능하다.
한편, 모터(250)의 일측에는 구동기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동기어는 모터(250)의 회전에너지를 기어비에 기초하여, 변환시킨다. 구동기어에서 출력되는 회전에너지는 앞바퀴(150) 및/또는 뒷바퀴(155)에 전달되어 차량(100)이 움직이도록 한다.
전륜현가장치(160) 및 후륜현가장치(165)는 차체에 대하여 각각 앞바퀴(150) 및 뒷바퀴(155)를 지지한다. 전륜현가장치(160) 및 후륜현가장치(165)의 상하방향은 스프링 또는 감쇠기구에 의해 지지하여, 노면의 진동이 차체에 닿지 않도록 한다.
앞바퀴(150)에는 조향장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 조향장치는 차량(100)을 운전자가 의도하는 방향으로 주행시키기 위하여 앞바퀴(150)의 방향을 조절하는 장치이다.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 차량(100)은, 차량 전반의 전자 장치들의 제어를 위한 전자 제어부(Electronic Controller)를 더 포함할 수 있다. 전자 제어부(미도시)는, 각 장치들이 동작, 표시 등을 할 수 있도록 제어한다. 또한, 상술한 배터리 관리 시스템을 제어할 수도 있다.
또한, 전자 제어부(미도시)는, 차량(100)의 경사각 검출하는 경사각 검출부(미도시), 차량(100)의 속도를 검출하는 속도 검출부(미도시), 브레이크 페달의 동작에 따른 브레이크 검출부(미도시), 악셀 페달의 동작에 따른 악셀 검출부(미도시) 등으로부터의 검출 신호에 기초하여, 다양한 운전 모드(주행 모드, 후진 모드, 중립 모드, 및 주차 모드 등)에 따른 운전 지령치치를 생성할 수 있다. 이때의 운전 지령치치는, 예를 들어, 토크 지령치치 또는 토크 지령치치일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량(100)은, 배터리 및 모터를 이용한 순수 전기 차량은, 물론, 엔진을 사용하면서, 배터리 및 모터를 이용하는 하이브리드 전기 차량을 포함하는 개념일 수 있다. 이때, 하이브리드 전기 차량은, 배터리와 엔진 중 적어도 어느 하나를 선택 가능한 절환 수단, 및 변속기를 더 구비할 수도 있다. 한편, 하이브리드 전기 차량은, 엔진에서 출력되는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하여 모터를 구동하는 직렬 방식과, 엔진에서 출력되는 기계 에너지와 배터리에서의 전기 에너지를 동시에 이용하는 병렬 방식으로 나뉠 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동 시스템의 일예이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예 따른 모터 구동 시스템(10)은, 차량(100)과, 서버(600)를 구비할 수 있다.
여기서, 서버(600)는, 모터 구동장치(200) 또는 차량(100)의 제조사가 운영하는 서버이거나, 모터 구동장치(200) 또는 차량(100)의 운전자의 이동 단말기 등에 대응할 수 있다.
한편, 차량(100)은, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 제어부(170), 모터 구동부(200)를 구비할 수 있다.
입력부(120)는, 조작 버튼, 키 등을 구비하며, 차량(100)의 전원 온/오프, 동작 설정 등을 위한 입력 신호를 출력할 수 있다.
통신부(130)는, 주변 기기, 예를 들어, 서버(600)와, 유선 또는 무선으로 데이터를 교환하거나, 원격지의 서버 등과, 무선으로 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들어, 4G 또는 5G 등의 이동 통신, 적외선(IR) 통신, RF 통신, 블루투스 통신, 지그비 통신, WiFi 통신 등을 수행할 수 있다.
한편, 차량(100)의 메모리(140)는, 차량(100)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 구동부(200)의 동작시의 동작 시간, 동작 모드 등에 대한 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 차량(100)의 메모리(140)는, 차량의 소비 전력 정보, 추천 운전 정보, 현재 운전 정보, 관리 정보를 포함하는 관리 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 차량(100)의 메모리(140)는, 차량의 동작 정보, 운전 정보, 에러 정보를 포함하는 진단 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(170)는, 차량(100) 내의 각 유닛을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 구동부(200) 등을 제어할 수 있다.
모터 구동부(200)는, 모터(250)를 구동하기 위해, 구동부로서, 모터 구동장치라 명명될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)는, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터(250)에 교류 전원을 출력하는 인버터(420)와, 모터(250)에 흐르는 출력 전류(io)를 검출하는 출력 전류 검출부(E)와, 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)에 기초한 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*)를 외부의 서버(600)로 전송하며, 서버(600)로부터 전류 지령치(i*d,i*q)를 수신하는 통신부(130)와, 통신부(130)로부터 수신되는 전류 지령치에 기초하여, 인버터(420)에 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부(430)를 포함한다.
이에 따라, 룩업 테이블 대신에, 서버(600)에서 실시간으로 연산된 최대 토크에 대응하는 전류 지령치에 기초하여 모터(250)를 구동할 수 있게 된다. 따라서, 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)는, 수많은 동작 케이스에 대해, 룩업 테이블에 저장하고, 이를 이용하여 전류 지령치를 출력하는 것이 아니라, 서버(600)에서 수치해석 기법을 이용하여, 전류 지령치를 생성함으로써, 고효율 구동을 위한 정확성이 향상되게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200) 내의 통신부(130)는, 실시간으로 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*)를 서버(600)로 전송하고, 서버(600)로부터 전류 지령치(i*d,i*q)를 수신한다. 따라서, 실시간으로 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200) 내의 통신부(130)는, 전류 정보(id,iq), 토크 지령치(T*), 및 검출된 dc단 전압(Vdc)에 관한 전압 정보를 서버(600)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 다양한 조건 하의 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200) 내의 통신부(130)는, 전류 정보(id,iq), 토크 지령치(T*), 전압 정보, 및 검출된 온도에 관한 온도 정보(Tm)를 서버(600)로 전송한다. 이에 따라, 다양한 조건 하의 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 모터 구동장치(200)의 상세한 동작에 대해서는, 도 3을 참조하여 기술한다.
도 3은 도 2의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)는, 모터(250)를 구동하기 위한 구동장치로서, 복수의 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)를 구비하고, 모터(250)에 교류 전원을 출력하는 인버터(420)와, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다, 또한, 인버터 제어부(430)에 각종 저장된 데이터를 제공하는 메모리(270)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)는, 모터(250) 또는 모터(250) 주변의 온도를 검출하는 온도 검출부(255), 인버터(420)의 입력 단인 dc단 전압(Vdc)을 저장하는 커패시터(C)와, dc단 전압(Vdc)을 검출하는 dc단 전압 검출부(B), 모터(250)에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(E)를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 모터(250)는, 인버터(420)에 의해 구동되는 3상 모터일 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 통신부(130)로부터 수신되는 전류 지령치(i*d,i*q)에 기초하여, 인버터(420)에 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 룩업 테이블 대신에, 서버(600)에서 실시간으로 연산된 최대 토크에 대응하는 전류 지령치에 기초하여 모터(250)를 구동할 수 있게 된다. 따라서, 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 수많은 동작 케이스에 대해, 룩업 테이블에 저장하고, 이를 이용하여 전류 지령치를 출력하는 것이 아니라, 수치해석 기법을 이용하여, 서버(600)에서 생성된 전류 지령치(i*d,i*q)를 이용하여, 모터(250)를 구동한다. 이에 따라 고효율 구동을 위한 정확성이 향상되게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200) 내의 통신부(130)는, 실시간으로 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*)를 서버(600)로 전송하고, 서버(600)로부터 전류 지령치(i*d,i*q)를 수신한다. 따라서, 실시간으로 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 통신부(130)는, 실시간으로 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*)를 서버(600)로 전송하고, 서버(600)로부터 전류 지령치(i*d,i*q)를 수신한다. 따라서, 실시간으로 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 토크 지령치(T*)가 기준치 이상인 경우, 토크 지령치(T*)를 제1 토크 지령치로 제한하고, 제1 토크 지령치에 기초하여 생성된 제1 전류 지령치가, 서버(600)로부터 수신되며, 인버터 제어부(430)는, 제1 전류 지령치에 기초하여, 제1 스위칭 제어 신호(Sic)를 인버터(420)로 출력한다. 따라서, 서버(600)에서 수치해석 기법에 의한 최대 토크 연산의 정확도가 더 향상되며, 이에 기초한 전류 지령치에 의해 모터 구동이 수행되므로, 모터 구동 안정성이 향상되게 된다.
한편, 토크 지령치(T*)가 기준치 미만인 경우, 토크 지령치(T*)에 기초하여 생성된 제2 전류 지령치가, 서버(600)로부터 수신되며, 인버터 제어부(430)는, 제2 전류 지령치에 기초하여, 제2 스위칭 제어 신호(Sic)를 인버터(420)로 출력한다. 따라서, 실시간으로 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 모터 구동장치(200)는, 인버터(420)의 입력 단인 dc단 전압(Vdc)을 저장하는 커패시터(C)와, dc단 전압(Vdc)을 검출하는 dc단 전압 검출부(B)를 더 포함하고, 통신부(130)는, 전류 정보(id,iq), 토크 지령치(T*), 및 검출된 dc단 전압(Vdc)에 관한 전압 정보를 서버(600)로 전송한다. 이에 따라, 다양한 조건 하의 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 모터 구동장치(200)는, 모터(250) 또는 모터(250) 주변의 온도를 검출하는 온도 검출부(255)를 더 포함하고, 통신부(130)는, 전류 정보(id,iq), 토크 지령치(T*), 전압 정보, 및 검출된 온도에 관한 온도 정보(Tm)를 서버(600)로 전송한다. 이에 따라, 다양한 조건 하의 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(200)는, 인버터(420), 인버터 제어부(430), 출력전류 검출부(E), dc단 전압 검출부(Vdc), 위치 검출 센서(105)를 포함할 수 있다.
dc단 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 저장한다. 도면에서는, dc단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, dc단 커패시터(C)에 공급되는 입력 전원은, 배터리(205)에 저장된 전원 또는 컨버터(미도시)에서 레벨 변환된 전원일 수 있다.
한편, dc단 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)를 구비하고, 스위칭 소자(Sa~Sc,S'a~S'c)의 온/오프 동작에 의해 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(Va,Vb,Vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(250)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상, 하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(250)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)의 각 게이트 단자에 출력할 수 있다. 이에 따라, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는, 게이트 구동 신호라 명명할 수도 있다.
한편, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)를 기초로 생성되어 출력된다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(250) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(250)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다.
출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(250) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다.
한편, 삼상 모터(250)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a, b, c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(250)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터(250)는, 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM)를 위주로 기술한다.
도 5는 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 5의 인버터 제어부(430)는, 출력 전류 검출부(320)로부터, 검출되는 출력 전류(io)를 입력받고, 위치 검출 센서(105)로부터 모터(250)의 회전자 위치 정보(θ)를 수신할 수 있다.
위치 검출 센서(105)는, 모터(250)의 회전자의 자극 위치(θ)를 검출할 수 있다. 즉, 위치 검출 센서(105)는, 모터(250)의 회전자의 위치를 검출할 수 있다.
이를 위해, 위치 검출 센서(105)는, 인코더(encoder)나 리졸버(resolver) 등을 포함할 수 있다.
다음의 설명에서 사용 좌표계와 좌표축에 대해 여기에서 정의한다.
αβ 좌표계는, 고정축인 α와 β 축을 축으로 하는 이차원 고정 좌표계이다. α 및 β 축은 서로 직교하며, β 축은 α 축으로부터 전기각 90˚ 만큼 앞선다.
dq 좌표계는 회전축인 d와 q축 축으로 하는 이차원 회전 좌표계이다. 모터(250)의 영구 자석이 만드는 자속의 회전 속도와 같은 속도로 회전하는 회전 좌표계에서 영구 자석이 만드는 자속의 방향에 따른 축이 d축이며, d축에서 전기각 90˚ 위상이 앞선 축이 q축이다.
도 5를 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 속도 연산부(320), 축변환부(310), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
한편, 서버(600)는, 통신부(130)를 통해, 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*)룰 수신하고, 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*) 등에 기초하여, 전류 지령치(i*d,i*q)를 생성하여 출력할 수 있다.
이를 위해, 서버(600)는, 토크 연산부(325), 전류 지령 생성부(330)를 포함할 수 있다. 이하에서는, 서버(600)와 인버터 제어부(430)의 동작을 연계하여 설명한다.
인버터 제어부(430) 내의 축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
인버터 제어부(430) 내의 속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 변환된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 모터(250)의 회전자 위치(
Figure pat00001
)를 추정한다. 또한, 추정된 회전자 위치(
Figure pat00002
)에 기초하여, 연산된 속도(
Figure pat00003
)를 출력할 수 있다.
서버(600) 내의 토크 연산부(325)는, 연산된 속도(
Figure pat00004
)에 기초하여, 현재의 토크(T)를 연산할 수 있다
다음, 서버(600) 내의 전류 지령 생성부(330)는, 연산된 현재 토크(T)와, 인버터 제어부(430)로부터 수신되는 토크 지령치(T*)에 기초하여, 전류 지령치(i*d,i*q)를 생성한다.
예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산된 현재 토크(T)와, 인버터 제어부(430)로부터 수신되는 토크 지령치(T*)에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i*d,i*q)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전류 지령치(i*d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i*d,i*q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i*d,i*q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(V*d,V*q)를 생성한다.
예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i*q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(V*q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i*d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(V*d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(V*d)의 값은, d축 전류 지령치(i*d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(V*d,V*q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(V*d,V*q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(V*d,V*q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(350)는, 3상 출력 전압 지령치(V*a,V*b,V*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(V*a,V*b,V*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력할 수 있다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라, 서버(600)에서 수치해석 기법을 이용하여, 모터(250) 구동을 위한 전류 지령치를 생성함으로써, 수많은 동작 케이스에 대해, 룩업 테이블에 저장하지 않아도 되므로, 고효율 구동을 위한 정확성이 향상되게 된다.
도 6은 도 2의 서버의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 서버(600)는, 차량(100) 내의 모터 구동장치(200)와 통신하는 통신부(630), 프로세서(670), 및 메모리(640)를 구비할 수 있다.
서버(600) 내의 통신부(630)는, 모터 구동장치(200)로부터 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*)를 수신하고, 프로세서(670)에서 연산된 전류 지령치(i*d,i*q)를, 모터 구동장치(200)로 전송할 수 있다.
특히, 서버(600) 내의 통신부(630)는, 모터 구동장치(200)로부터 실시간으로, 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*)를 수신하고, 프로세서(670)에서 연산된 전류 지령치(i*d,i*q)를, 모터 구동장치(200)로 전송할 수 있다.
한편, 서버(600) 내의 통신부(630)는, 모터 구동장치(200)로부터 전류 정보(id,iq), 토크 지령치(T*), 및 검출된 dc단 전압(Vdc)에 관한 전압 정보를 수신하고, 프로세서(670)에서 연산된 전류 지령치(i*d,i*q)를, 모터 구동장치(200)로 전송할 수 있다.
한편, 서버(600) 내의 통신부(630)는, 모터 구동장치(200)로부터 전류 정보(id,iq), 토크 지령치(T*), 전압 정보, 및 검출된 온도에 관한 온도 정보(Tm)를 수신하고, 프로세서(670)에서 연산된 전류 지령치(i*d,i*q)를, 모터 구동장치(200)로 전송할 수 있다.
서버(600) 내의 프로세서(670)는, 수신되는, 전류 정보(id,iq)와 토크 지령치(T*), 또는 전류 정보(id,iq), 토크 지령치(T*), 및 검출된 dc단 전압(Vdc), 또는, 전류 정보(id,iq), 토크 지령치(T*), 전압 정보, 및 검출된 온도에 관한 온도 정보(Tm) 등에 기초하여, 수치 해석 기법에 따라, 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, MTPA)를 연산하고, 연산된 최대 토크에 대응하는 연산된 전류 지령치(i*d,i*q)를 출력할 수 있다.
이와 같이, 서버(600)에서 수치해석 기법을 이용하여, 모터(250) 구동을 위한 전류 지령치(i*d,i*q)를 생성함으로써, 수많은 동작 케이스에 대해, 모터 구동장치(200) 내의 룩업 테이블에 저장하지 않아도 되므로, 고효율 구동을 위한 정확성이 향상되게 된다.
한편, 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 토크 지령치(T*)가 기준치 이상인 경우, 토크 지령치(T*)를 제1 토크 지령치로 제한하고, 제1 토크 지령치에 기초하여, 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, MTPA)를 연산하고, 연산된 최대 토크에 대응하는 연산된 제1 전류 지령치를 출력할 수 있다. 이에 따라, 서버(600)에서 수치해석 기법에 의한 최대 토크 연산의 정확도가 더 향상되며, 이에 기초한 전류 지령치에 의해 모터 구동이 수행되므로, 모터 구동 안정성이 향상되게 된다.
한편, 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 토크 지령치(T*)가 기준치 미만인 경우, 토크 지령치(T*)에 기초하여 연산된 제2 전류 지령치를 출력할 수 있다. 이에 따라, 실시간으로 모터(250)의 최대 토크 구동이 가능하게 된다.
한편, 서버(600) 내의 메모리(640)는, 프로세서(670)의 수치 해석에 필요한 데이터, 코딩 프로그램 등을 저장할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템의 동작방법을 나타내는 순서도이고, 도 8a 내지 도 11b는 도 7의 동작방법의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 시스템(10) 내의 서버(600)는, 모터 구동장치(200)로부터 토크 지령치(T*)를 수신한다(S710).
그리고, 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 토크 지령치(T*)가 기준치 이상이 져부를 판단하고 해당하는 경우, 토크 지령치(T*)를 제1 토크 지령치로 제한한다(S720).
그리고, 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 제1 토크 지령치에 기초하여, 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere, MTPA)를 연산한다(S730). 즉, 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 제1 토크 지령치에 기초하여, 최대 효율을 연산한다.
다음, 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 연산된 최대 토크 또는 연산된 최대 효율에 대응하는 제1 전류 지령치를 출력할 수 있다(S740).
이에 따라, 서버(600)에서 수치해석 기법에 의한 최대 토크 연산의 정확도가 더 향상되며, 이에 기초한 전류 지령치에 의해 모터 구동이 수행되므로, 모터 구동 안정성이 향상되게 된다.
이러한 토크 지령치 제한을 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 프로세서(670)는, 토크 연산부(325) 내의 토크 리미터(미도시)를 구비할 수 있다.
한편, 전류 지령치 생성을 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 프로세서(670)는, 전류 지령 생성부(330)를 구비할 수 있다.
한편, 이와 같이, 서버(600)를 이용한 최대 토크 연산 방식을, 온라인 최대 토크(MTPA) 연산 방식이라 명명할 수 있다.
한편, 본 발명에서의 온라인 최대 토크(MTPA) 연산 방식은, 모터(250)의 포화 및 교차 커플링 효과를 고려한 수치 최적화 기법에 기반한다.
이를 위해, 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 포화된 운전 조건에서 잘못된 수렴 위험을 줄이기 위해 Levenberg-Marquardt algorithm (LMA)을 채택한다. 이에 의하면, 높은 토크 기준에서 전류 기준의 견고한 계산이 가능하게 된다.
한편, LMA는, 수치 해석시 수렴 속도를 향상시키기 위해 사용되는, Gauss-Newton algorithm(GNA)에 비해, 고토크 기준 하에서, 과도한 토크 변동에도 불구하고, 정확한 토크 정확도를 달성할 수 있게 된다.
한편, 서버(600) 내의 토크 지령치 제한을 위한 리미터에 의해, 인버터(420) 및/또는 모터(250)의 능동 열 관리를 수용하기 위해, 실시간으로 전류 제한을 충족시킬 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430) 또는 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 모터(250)의 모델링에 대해, 다음의 수학식 1, 2를 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00007
[수학식 2]
Figure pat00008
여기서, vd, vq는 d축, q축 전압, Rs는 모터의 고정자 저항, Wr은 모터의 속도, id, iq는 d축, q축 전류, λd, λq는 d축, q축 쇄교 자속, Te는 전자기 토크, P는 극수를 나타낸다.
한편, 서버(600) 내의 프로세서(670)는, 최대 토크(MTPA) 또는 최대 효율 연산을 위해, 다음의 수학식 3을 연산할 수 있다. 특히, 2 x 2 행렬 방정식을 연산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00009
한편, 서버(600) 내의 프로세서(670)에 연산되는 LMA 알고리즘은, 진동이 없는 최소 단계에서 솔루션으로 수렴되기 때문에, 토크 리미터를 적용할 수 있다.
이에 따라, 토크 리미터에 의해 제한되는 최대 토크(max Te)는, 다음의 수학식 4와 같이 유도될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00010
한편, LMA에 기초하여, 최대 전류 레퍼런스인 i*dqmax 는 다음의 수학시 5에 의해, 2x2 행렬로 연산될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00011
도 8a는 모터링 모드(motoring mode)에서 GNA 방식에 따른 토크 파형과 전류 파형을 예시한다.
먼저, 도 8a의 (a)는, GNA 방식에 따라 연산된 전자기 토크(Te)가 진동하며(oscillating), 도 8a의 (b)는, GNA 방식에 따라 연산된 i*d,i*q가 진동하는 것을 예시한다. 이에 따라, 정확한 토크 연산 및 전류 지령치 연산이 어렵게 된다.
도 8b는 모터링 모드(motoring mode) LMA 방식에 따른 토크 파형과 전류 파형을 예시한다.
먼저, 도 8b의 (a)는, LMA 방식에 따라 연산된 전자기 토크(Te)가 진동하지 않고 거의 일정하며, 도 8b의 (b)는, LMA 방식에 따라 연산된 i*d,i*q가 진동하지 않고 거의 일정한 것을 예시한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서 LMA 방식에 따라, 연산하는 경우, 고토크 하에서도 정확한 토크 연산 및 전류 지령치의 연산이 가능하게 된다.
도 9a는 생성 모드(generating mode)에서 GNA 방식에 따른 토크 파형과 전류 파형을 예시한다.
먼저, 도 9a의 (a)는, GNA 방식에 따라 연산된 전자기 토크(Te)가 진동하며(oscillating), 도 9a의 (b)는, GNA 방식에 따라 연산된 i*d,i*q가 진동하는 것을 예시한다. 이에 따라, 정확한 토크 연산 및 전류 지령치 연산이 어렵게 된다.
도 9b는 생성 모드(generating mode) LMA 방식에 따른 토크 파형과 전류 파형을 예시한다.
먼저, 도 9b의 (a)는, LMA 방식에 따라 연산된 전자기 토크(Te)가 진동하지 않고 거의 일정하며, 도 9b의 (b)는, LMA 방식에 따라 연산된 i*d,i*q가 진동하지 않고 거의 일정한 것을 예시한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서 LMA 방식에 따라, 연산하는 경우, 고토크 하에서도 정확한 토크 연산 및 전류 지령치의 연산이 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량은, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량의 동작방법은, 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (9)

  1. 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 모터에 교류 전원을 출력하는 인버터;
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;
    상기 출력 전류 검출부에서 검출되는 출력 전류에 기초한 전류 정보와 토크 지령치를 외부의 서버로 전송하며, 상기 서버로부터 전류 지령치를 수신하는 통신부;
    상기 통신부로부터 수신되는 상기 전류 지령치에 기초하여, 상기 인버터에 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    실시간으로 전류 정보와 토크 지령치를 상기 서버로 전송하고, 상기 서버로부터 상기 전류 지령치를 수신하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토크 지령치가 기준치 이상인 경우, 상기 토크 지령치를 제1 토크 지령치로 제한하고, 상기 제1 토크 지령치에 기초하여 생성된 제1 전류 지령치가, 상기 서버로부터 수신되며,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 전류 지령치에 기초하여, 제1 스위칭 제어 신호를 상기 인버터로 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 토크 지령치가 기준치 미만인 경우, 상기 토크 지령치에 기초하여 생성된 제2 전류 지령치가, 상기 서버로부터 수신되며,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제2 전류 지령치에 기초하여, 제2 스위칭 제어 신호를 상기 인버터로 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인버터의 입력 단인 dc단 전압을 저장하는 커패시터;
    상기 dc단 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부;를 더 포함하고,
    상기 통신부는,
    상기 전류 정보, 상기 토크 지령치, 및 상기 검출된 dc단 전압에 관한 전압 정보를 상기 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모터 또는 상기 모터 주변의 온도를 검출하는 온도 검출부;를 더 포함하고,
    상기 통신부는,
    상기 전류 정보, 상기 토크 지령치, 상기 전압 정보, 및 상기 검출된 온도에 관한 온도 정보를 상기 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 수신되는 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;
    상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 모터 구동장치;
    상기 모터 구동장치로부터 수신되는 전류 정보와 토크 지령치에 기초하여, 최대 토크(Maximum Torque Per Ampere; MTPA)를 연산하고, 상기 연산된 최대 토크에 대응하는 상기 전류 지령치를 상기 모터 구동장치로 전송하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 모터 구동장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량.
KR1020180109854A 2018-09-13 2018-09-13 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량 KR20200030973A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180109854A KR20200030973A (ko) 2018-09-13 2018-09-13 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180109854A KR20200030973A (ko) 2018-09-13 2018-09-13 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200030973A true KR20200030973A (ko) 2020-03-23

Family

ID=69998693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180109854A KR20200030973A (ko) 2018-09-13 2018-09-13 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200030973A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102213329B1 (ko) * 2020-08-14 2021-02-05 원준희 구동모드에 따라 제어하는 동기 릴럭턴스 모터 제어 시스템
KR102213327B1 (ko) * 2020-08-14 2021-02-05 원준희 초기기동 안정성을 위한 동기 릴럭턴스 모터 제어 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102213329B1 (ko) * 2020-08-14 2021-02-05 원준희 구동모드에 따라 제어하는 동기 릴럭턴스 모터 제어 시스템
KR102213327B1 (ko) * 2020-08-14 2021-02-05 원준희 초기기동 안정성을 위한 동기 릴럭턴스 모터 제어 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2182620B1 (en) Controller for rotating electrical machines
ES2729375T3 (es) Aparato de control para una máquina rotatoria en CA
KR101622011B1 (ko) 3상 교류 모터 제어 방법 및 장치
US20150015171A1 (en) Apparatus for carrying out improved control of rotary machine
EP1193854A1 (en) Motor control apparatus and control method
US9724997B2 (en) Electric motor temperature compensation
JP2014204451A (ja) 車両用発電電動機の制御装置およびその方法
EP2678938B1 (en) Method and system for determining a position of a rotor of an electric motor with noise reduction
CN104682813A (zh) 扭矩监控系统和方法
JP6131715B2 (ja) モータ制御装置
KR20200030973A (ko) 모터 구동장치, 모터 구동 시스템, 및 이를 구비하는 차량
KR20090055321A (ko) 하이브리드 전기자동차의 영구자석형 전기모터 감자 검출장치 및 방법
KR20210090957A (ko) 전력 변환 장치, 및 이를 구비하는 차량
KR20130110555A (ko) 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법
KR101904374B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 차량
KR102011831B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 차량
KR101902885B1 (ko) 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 차량
KR20210081056A (ko) 모터 구동 장치, 및 이를 구비하는 차량
US9276517B2 (en) Control device of AC motor
KR20210111115A (ko) 모터 구동 장치, 및 이를 구비하는 차량
KR20210091603A (ko) 전력 변환 장치, 및 이를 구비하는 차량
US11967465B2 (en) Film capacitor, power converting device, and vehicle including the same
KR20120059263A (ko) 친환경 자동차의 모터온도 추정방법 및 장치
KR20210111114A (ko) 모터 장치, 및 이를 구비하는 차량
KR20210111116A (ko) 모터 장치, 및 이를 구비하는 차량

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
WITB Written withdrawal of application