KR20230119442A - 모터 구동 장치 - Google Patents

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KR20230119442A
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inverter
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coil
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KR1020220015596A
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정강호
김명호
신상철
임영설
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현대자동차주식회사
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Abstract

복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선부를 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치가 개시된다. 상기 모터 구동 장치는, 복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제1 단에 연결된 제1 인버터; 복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 연결된 제2 인버터; 상기 복수의 권선부 각각에 구비되어 상호 직렬 연결된 제1 코일과 제2 코일의 사이에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제3 스위칭 소자를 갖는 제1 절환 스위치부; 상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제4 스위칭 소자를 갖는 제2 절환 스위치부; 및 상기 모터의 요구 출력, 요구 토크 및 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

모터 구동 장치{MOTOR DRIVING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 모터 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 요구 출력에 따라 모터 구동 모드 Y-결선 모터 구동 모드 및 오픈 엔드 와인딩 모터 구동 모드로 전환이 가능하되, 가능하되, 모터 권선의 인덕턴스도 가변하여 효율적인 모터 구동이 가능한 모터 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 모터에 포함된 각 상의 권선은 그 일단이 하나의 인버터에 연결되고 타단이 서로 연결되어 Y-결선을 형성한다.
모터의 구동 시, 인버터 내의 스위칭 소자는 펄스폭 변조 제어에 의해 온/오프 되면서 Y-결선된 모터의 권선에 선간 전압을 인가하여 교류 전류를 생성함으로써 토크를 발생시키게 된다.
이와 같은 모터에 의해 발생하는 토크를 동력으로 이용하는 전기차 등과 같은 친환경 차량의 연비(또는 전비)는 인버터-모터의 전력 변환 효율에 의해 결정되므로, 연비 향상을 위해서는 인버터의 전력 변환 효율과 모터의 효율을 극대화 하는 것이 중요하다.
인버터-모터 시스템의 효율은 주로 인버터의 전압 이용률에 의해 결정되는데, 전압 이용율이 높은 구간에서 모터 속도와 토크의 관계에 의해 결정되는 차량의 운전점이 형성되는 경우 차량의 연비가 향상될 수 있다.
그러나, 모터의 최대 토크를 증가시키기 위해 모터의 권선수를 증가 시킬수록 전압 이용율이 높은 구간은 차량의 주요 운전점인 저토크 영역과 멀어지게 되어 연비가 나빠지는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 연비의 관점에서 전압 이용율이 높은 구간에 주요 운전점을 포함하도록 설계하는 경우 모터의 최대 토크에 제약이 있어 차량의 가속 발진 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
당 기술 분야에서는 하나의 모터로 저출력 및 고출력 구간을 모두 커버하면서도 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 모터 구동 기술이 요구됨에 따라, 최근에는 두 개의 인버터와 모드 절환 스위치를 이용하여 하나의 모터를 서로 다른 두 모드로 구동하는 기술이 도입되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
US 2009-0033253 A1 JP 6285256 B2
이에 본 발명은, 모터의 요구 성능에 따라 다양한 모터 구동 모드를 제공하여 모터 구동을 위한 인버터 효율을 향상시키며, 모터의 인덕턴스도 가변시킬 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선부를 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치는, 복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제1 단에 연결된 제1 인버터; 복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 연결된 제2 인버터; 상기 복수의 권선부 각각에 구비되어 상호 직렬 연결된 제1 코일과 제2 코일의 사이에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제3 스위칭 소자를 갖는 제1 절환 스위치부; 상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제4 스위칭 소자를 갖는 제2 절환 스위치부; 및 상기 모터의 요구 출력, 요구 토크 및 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 요구 토크가 기 설정된 토크 기준 이하이고, 상기 요구 출력가 기 설정된 파워 기준보다 큰 경우, 상기 복수의 제3 스위칭 소자를 온 시키고, 상기 복수의 제4 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터를 오프시키며, 상기 복수의 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시키는, 모터 구동 장치.
예를 들어, 상기 복수의 제3 스위칭 소자가 온되고, 상기 복수의 제4 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터가 오프됨에 따라, 상기 모터는 상기 복수의 제3 스위칭 소자의 타단에 의해 중성점을 갖는 클로즈드 엔드 와인딩 모터로 구동할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 요구 토크가 기 설정된 토크 기준보다 크고, 상기 요구 출력가 기 설정된 파워 기준 이하이며, 상기 속도가 기 설정된 속도 기준 이하인 경우, 상기 복수의 제4 스위칭 소자를 온 시키고, 상기 복수의 제3 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터를 오프시키며, 상기 복수의 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 제4 스위칭 소자가 온되고, 상기 복수의 제3 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터가 오프됨에 따라, 상기 복수의 권선부 각각의 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 상호 직렬 연결 상태가 되며, 상기 모터는 상기 복수의 제4 스위칭 소자의 타단에 의해 중성점을 갖는 클로즈드 엔드 와인딩 모터로 구동할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 요구 토크가 기 설정된 토크 기준보다 크고, 상기 요구 출력가 기 설정된 파워 기준보다 크며, 상기 속도가 기 설정된 속도 기준보다 큰 경우, 상기 복수의 제3 스위칭 소자와 상기 복수의 제4 스위칭 소자를 오프시키고, 상기 복수의 제1 스위칭 소자와 상기 복수의 제2 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 오픈 엔드 와인딩 모터로 구동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선부를 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치는, 복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제1 단에 연결된 제1 인버터; 복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 연결된 제2 인버터; 상기 복수의 권선부 각각에 구비되어 상호 직렬 연결된 복수의 코일들 중 서로 인접한 서로 다른 코일쌍 각각의 사이에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제3 스위칭 소자를 각각 갖는 복수의 제1 절환 스위치부; 상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제4 스위칭 소자를 갖는 제2 절환 스위치부; 및 상기 모터의 요구 출력, 요구 토크 및 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 제3 스위칭 소자와 상기 복수의 제4 스위칭 소자를 오프시키고, 상기 복수의 제1 스위칭 소자와 상기 복수의 제2 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 오픈 엔드 와인딩 모터로 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 제4 스위칭 소자를 온 시키고, 상기 복수의 제3 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터를 오프시키며, 상기 복수의 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 제4 스위칭 소자가 온되고, 상기 복수의 제3 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터가 오프됨에 따라, 상기 복수의 권선부 각각의 상기 복수의 코일은 상호 직렬 연결 상태가 되며, 상기 모터는 상기 복수의 제4 스위칭 소자의 타단에 의해 중성점을 갖는 클로즈드 엔드 와인딩 모터로 구동할 수 있다.
상기 모터 구동 장치에 따르면, 모터의 요구 성능에 기반하여 클로즈드 엔드 와인딩 모터 구동 모드에서는 인덕턴스를 가변하고, 오픈 엔드 와인딩 모터 구동 모드로의 전환도 수행함으로써 동력 성능 향상은 물론 보다 효율적인 주행이 가능하다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 CEW 싱글 모드에서 동작 상태를 설명하기 위한 회도로이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 CEW 직렬 모드에서 동작 상태를 설명하기 위한 회도로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 OEW 직렬 모드에서 동작 상태를 설명하기 위한 회도로이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 모터 구동 모드 별 회전속도(RPM)-토크 곡선을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 모터 제어기(MCU), 하이브리드 제어기(HCU) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선부를 갖는 모터(100)로 구동 전력을 공급하는 모터 구동장치로서, 복수의 제1 스위칭 소자(S11-S16)를 포함하며 모터(100)의 권선부 각각의 제1 단에 연결된 제1 인버터(10)와, 복수의 제2 스위칭 소자(S21-S26)를 포함하며 모터(100)의 권선부 각각의 제2 단에 연결된 제2 인버터(20)와, 복수의 제3 스위칭 소자(S31-S33)를 포함하는 제1 절환 스위치부(30)와, 복수의 제4 스위칭 소자(S41-S43)를 포함하는 제2 절환 스위치부(40) 및 모터(100)의 요구 출력을 기반으로 제1 스위칭 소자(S11-S16), 제2 스위칭 소자(S21-S26), 제3 스위칭 소자(S31-S33) 및 제4 스위칭 소자(S41-S43)의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러(300)를 포함할 수 있다.
모터(100)의 권선부는 제1 상에 대응되는 제1 권선부(C1-1, C1-2), 제2 상에 대응되는 제2 권선부(C2-1, C2-2) 및 제3 상에 대응되는 제3 권선부(C3-1, C3-2)를 포함할 수 있다. 각 권선부는 상호 직렬로 연결된 복수의 코일을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 권선부(C1-1, C1-2)는 상호 직렬 연결된 제1-1 코일(C1-1)과 제1-2 코일(C1-2)을 포함하며, 제2 권선부(C2-1, C2-2)는 상호 직렬 연결된 제2-1 코일(C2-1)과 제2-2 코일(C2-2)을 포함하며, 제3 권선부(C3-1, C3-2)는 상호 직렬 연결된 제3-1 코일(C3-1)과 제3-2 코일(C3-2)을 포함할 수 있다.
여기서, 하나의 권선부가 복수의 코일을 포함한다고 함은 반드시 코일이 물리적으로 분할됨(예컨대, 코일간에 턴이 형성되지 않은 연결부를 구비하여, 연결부에 의해 코일간 이격이 발생)을 의미하는 것은 아니고, 연속적으로 턴을 형성하는 단일 코일 중 특정 지점에서 하나의 제3 스위칭 소자의 일단으로 분기되는 부분에 의해 해당 단일 코일이 제1 코일과 제2 코일로 분할될 수도 있다.
한편, 모터(100)는 제1 절환 스위치부(30) 및 제2 절환 스위치부(40)와의 상호 연결 관계에 따라 제1 코일부(C1-1, C2-1, C3-1)와 제2 코일부(C1-2, C2-2, C3-2)로 구분할 수도 있다.
제1 절환 스위치부(30)를 구성하는 복수의 제3 스위칭 소자(S31-S33) 각각의 일단은 대응되는 상의 권선부의 상호 직렬 연결된 두 코일 사이에 연결되고, 타단은 상호 연결될 수 있다. 예컨대, 제3-1 스위칭 소자(S31)는 제1-1 코일(C1-1)과 제1-2 코일(C1-2) 사이에 일단이, 제3-2 스위칭 소자(S32)는 제2-1 코일(C2-1)과 제2-2 코일(C2-2) 사이에 일단이, 제3-3 스위칭 소자(S33)는 제3-1 코일(C3-1)과 제3-2 코일(C3-2) 사이에 일단이 각각 연결될 수 있다.
또한, 제2 절환 스위치부(40)를 구성하는 복수의 제4 스위칭 소자(S41-S43) 각각의 일단은 대응되는 상의 권선부의 타단에 연결되고, 각각의 타단은 상호 연결될 수 있다.
제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)는 배터리(200)에 저장된 직류 전력을 삼상의 교류 전력으로 변환하여 모터(100)로 제공하거나, 회생 제동 시 모터(100)의 회생 제동 토크 발생으로 인해 생성되는 회생 제동 에너지를 직류로 변환하여 배터리(200)로 제공할 수 있다. 이러한 직류 전력과 교류 전력 사이의 변환은 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)에 각각 구비된 복수의 제1 스위칭 소자(S11-S16) 및 복수의 제2 스위칭 소자(S21-S26)의 펄스폭 변조 제어에 의해 수행될 수 있다.
제1 인버터(10)는 직류 전압이 인가되는 복수의 레그(11-13)를 포함할 수 있다. 각 레그(11-13)는 모터(100)의 복수의 상에 각각 대응되어 전기적 연결이 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로 제1 레그(11)는 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자(S11, S12)를 포함하며, 두 스위칭 소자(S11, S12)의 연결 노드는 복수의 상 중 한 상에 해당하는 교류 전력이 입출력 되도록 모터(100) 내 한 상의 권선부(C1-1, C1-2)의 일단에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 레그(12)는 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자(S13, S14)를 포함하며, 두 스위칭 소자(S13, S14)의 연결 노드는 복수의 상 중 한 상에 해당하는 교류 전력이 입출력 되도록 모터(100) 내 한 상의 권선부(C2-1, C2-2)의 일단에 연결될 수 있다. 또한, 제3 레그(13)는 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자(S15, S16)를 포함하며, 두 스위칭 소자(S15, S16)의 연결 노드는 복수의 상 중 한 상에 해당하는 교류 전력이 입출력 되도록 모터(100) 내 한 상의 권선부(C3-1, C3-2)의 일단에 연결될 수 있다.
제2 인버터(20) 역시 제1 인버터(10)와 유사한 구성을 가질 수 잇다. 제2 인버터(20)는 배터리(200)에 의한 직류 전압이 인가되는 복수의 레그(21-23)를 포함할 수 있다. 각 레그(21-23)는 모터(30)의 복수의 상에 대응되어 전기적 연결이 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로 제1 레그(21)는 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자(S21, S22)를 포함하며, 두 스위칭 소자(S21, S22)의 연결 노드는 복수의 상 중 한 상에 해당하는 교류 전력이 입출력 되도록 모터(100) 내 한 상의 권선부(C3-1, C3-2))의 타단에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 레그(22)는 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자(S23, S24)를 포함하며, 두 스위칭 소자(S23, S24)의 연결 노드는 복수의 상 중 한 상에 해당하는 교류 전력이 입출력 되도록 모터(100) 내 한 상의 권선부(C2-1, C2-2)의 타단에 연결될 수 있다. 또한, 제3 레그(23)는 상호 직렬로 연결된 두 개의 스위칭 소자(S25, S26)를 포함하며, 두 스위칭 소자(S25, S26)의 연결 노드는 복수의 상 중 한 상에 해당하는 교류 전력이 입출력 되도록 모터(100) 내 한 상의 권선부(C3-1, C3-2)의 일단에 연결될 수 있다.
제1 인버터(10)는 모터(100)의 권선부의 일단에 연결되고 제2 인버터(20)는 모터(100)의 권선부의 타단에 연결된다. 즉, 모터(100)의 권선부의 양단은 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)에 각각 연결되는 오픈 엔드 와인딩 방식의 전기적 연결이 형성될 수 있다.
컨트롤러(300)는 기본적으로는 모터(100)에 요구되는 요구 출력을 기반으로 모터(100)가 구동될 수 있도록 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)에 포함된 스위칭 소자(S11-S16, S21-S21)를 펄스폭 변조 제어를 통해 스위칭 하는 요소이다. 특히, 본 발명의 여러 실시형태에서, 컨트롤러(300)는 모터(100)의 요구 출력을 기반으로 후술할 모터의 구동 모드를 결정하고 그에 따라 제1 절환 스위치부(30)와 제2 절환 스위치부(40)의 온/오프 상태를 결정하며 모드에 따라 활성화 되는 컨버터의 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어를 통해 스위칭 할 수 있다.
도 1을 참조하여 전술한 연결구조에서, 제2 인버터(20), 제1 절환 스위치부(30) 및 제2 절환 스위치부(40)의 온/오프 여부에 따라 서로 다른 복수의 모터 구동 모드가 구현될 수 있다. 각 모터 구동 모드를 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 CEW 싱글 모드에서 동작 상태를 설명하기 위한 회도로이다.
도 2를 참조하면, 컨트롤러(300)가 복수의 제3 스위칭 소자(S31-S33)를 온 시키고, 복수의 제4 스위칭 소자(S41-S43) 및 제2 인버터(20)를 오프 시키는 경우, 모터(100)의 제1 코일부(C1-1, C2-1, C3-1)의 타단은 복수의 제3 스위칭 소자(S31-S33)에 의해 상호 전기적인 접속을 형성하게 되어 모터(100)는 제1 중성점(N1)을 갖는 Y-결선된 권선 구조를 갖게 된다. 따라서, 컨트롤러(300)가 제1 인버터(10)의 제1 스위칭 소자(S11-S16)만 펄스폭 변조 제어를 통해 스위칭 함으로써 모터(100)를 구동할 수 있다.
이러한 모터 구동 방식은 모터(100)의 제1 코일부(C1-1, C2-1, C3-1)와 제2 코일부(C1-2, C2-2, C3-2) 중 하나만 이용하고, 클로즈드 엔드 와인딩(Closed End Winding: CEW) 타입의 모터가 되므로 'CEW 싱글 모드'라 칭할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 CEW 직렬 모드에서 동작 상태를 설명하기 위한 회도로이다.
컨트롤러(300)가 복수의 제4 스위칭 소자(S41-S43)를 온 시키고, 복수의 제3 스위칭 소자(S31-S33) 및 제2 인버터(20)를 오프 시킬 수 있다. 그에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 코일부(C1-1, C2-1, C3-1)와 제2 코일부(C1-2, C2-2, C3-2)에서 동일한 상에 해당하는 두 코일은 제3 스위칭 소자(S31-S33)가 오프되므로 상호 직렬 연결된다. 또한, 제2 코일부(C1-2, C2-2, C3-2)의 타단은 복수의 제4 스위칭 소자(S31-S33)에 의해 상호 전기적인 접속을 형성하게 되어 모터(100)는 제2 중성점(N2)을 갖는 Y-결선된 권선 구조를 갖게 된다. 따라서, 컨트롤러(300)가 제1 인버터(10)의 제1 스위칭 소자(S11-S16)만 펄스폭 변조 제어를 통해 스위칭 함으로써 모터(100)를 구동할 수 있다.
이러한 모터 구동 방식은 모터(100)의 제1 코일부(C1-1, C2-1, C3-1)와 제2 코일부(C1-2, C2-2, C3-2)가 상호 직렬 연결되고, 클로즈드 엔드 와인딩(Closed End Winding: CEW) 타입의 모터가 되므로 'CEW 직렬 모드'라 칭할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 OEW 직렬 모드에서 동작 상태를 설명하기 위한 회도로이다.
제1 절환 스위치부(30)와 제2 절환 스위치부(40)가 모두 오프되는 경우에 모터(100)의 권선부 양단은 각각 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)에 연결된 상태가 된다. 따라서, 컨트롤러(300)가 제1 절환 스위치부(30)와 제2 절환 스위치부(40)를 모두 오프 시키고 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)를 모두 활성화 하여 제1 스위칭 소자(S11-S16) 및 제2 스위칭 소자(S21-S26)을 모두 펄스폭 변조 제어를 통해 스위칭 함으로써 모터(100)를 구동할 수 있다.
이러한 모터 구동 방식은 모터(100)의 제1 코일부(C1-1, C2-1, C3-1)와 제2 코일부(C1-2, C2-2, C3-2)가 상호 직렬 연결되고, 오픈 엔드 와인딩(Open End Winding: OEW) 타입의 모터가 되므로 'OEW 직렬 모드'라 칭할 수 있다.
이하, 지금까지 설명한 복수의 모터 구동 모드의 특성을 설명한다.
CEW 타입의 두 모터 구동 모드에 있어서, CEW 싱글 모드에서는 제1 코일부의 인덕턴스가 모터의 성능에 영향을 미치고, CEW 직렬 모드에서는 제1 코일부와 제2 코일부 각각에서 상호 직렬 연결되는 코일간 합산 인덕턴스가 모터의 성능에 영향을 미치게 된다.
결국, 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는 CEW 타입에 있어서 인덕턴스가 상이한 두 개의 모드와, 단일 인덕턴스의 OEW 타입 구동 모드의 총 세 가지 구동 모드를 제공할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 모터 구동 모드 별 회전속도(RPM)-토크 곡선을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 세 가지 모드별로 RPM-토크 특성이 상이하게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 세 가지 모드를 적절히 선택함에 따라 주행 상황에 최적화된 성능을 달성할 수 있게 된다.
예컨대, CEW 싱글 모드의 경우 CEW 직렬 모드 대비 낮은 인덕턴스로 토크는 작지만 고출력을 고현할 수 있으며, 이는 OEW 직렬 모드의 최대 출력보다는 낮으나 제1 인버터(10)만 구동하므로 고효율 동작이 가능하다.
또한, CEW 직렬 모드는 인덕턴스가 상대적으로 커지므로 동일 전류 대비 저속에서 큰 토크를 구현할 수 있어 차량 발진시 급가속 성능이 향상될 수 있으며, OEW 직렬 모드 대비 제1 인버터(10)만 구동하므로 모터 시스템 효율이 증대될 수 있다.
아울러, OEW 직렬 모드는 CEW 타입 대비 최대 출력이 커지므로 차량 동력성능 증대를 가져올 수 있다.
전술한 복수의 운전 모드의 구현을 위한 모터 구동 장치의 제어 방법은 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 제어 방법은, 모터의 구동이 시작되면 컨트롤러(300)가 외부의 상위 제어기 등으로부터 모터(100)의 요구출력(요구토크)를 입력받음에 따라 시작될 수 있다.
보다 상세히, 상위 제어기(미도시)는 가속 페달 센서(APS: Accelerator pedal Position Sensor) 값을 입력받아(S610), 이를 기반으로 운전자의 요구 토크나 요구 출력을 판단할 수 있다. 판단된 요구 토크나 출력을 만족시키기 위해, 상위 제어기는 모터(40)에 대한 토크 및 RPM 지령을 계산하여 컨트롤러(300)에 전달할 수 있다(S620). 여기서, 상위 제어기는 차량 종류에 따라 전기차(EV)인 경우 차량 통합 제어기(VCU)일 수도 있고, 하이브리드 자동차(HEV)인 경우 하이브리드 제어기(HCU)일 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
컨트롤러(300)는 상위제어기로부터 전달된 지령을 기반으로 모터(100)의 운전 영역, 즉, 운전 모드를 결정할 수 있다(S630).
예를 들어, 컨트롤러(300)는 기 설정된 출력 기준보다 높은 고출력과, 기 설정된 토크 기준 이하인 저토크가 요구되면, CEW 싱글 모드로 운전 모드를 결정할 수 있다.
또한, 컨트롤러(300)는 출력 기준 이하인 저출력과, 저토크가 요구되며, 기 설정된 속도(차속 또는 모터 RPM) 기준 이하인 저속 상황인 경우 CEW 직렬 모드로 운전 모드를 결정할 수 있다.
또한, 컨트롤러(300)는 토크 기준보다 높은 고출력과, 고토크가 요구되며, 속도 기준보다 높은 고속 상황인 경우 OEW 직렬 모드로 운전 모드를 결정할 수 있다.
다만, 상술한 운전 모드의 결정 기준은 예시적인 것으로 다양한 변형이 가능함은 당업자에 자명하며, 각각의 토크 기준, 출력 기준 및 속도 기준도 전력 전자(PE: Power Electric) 계통의 성능, 특성 등을 고려하여 시험이나 시뮬레이션 등을 통해 결정될 수 있음은 본 기술 분야의 당업자에 자명하다 할 것이다.
CEW 싱글 모드로 결정된 경우, 컨트롤러(300)는 제3 스위칭 소자(30)를 온 시키고, 제4 스위칭 소자(40)와 제2 인버터(20)를 오프 시킬 수 있다(S640A).
그에 따라 컨트롤러(300)는 제1 인버터(10)의 전류 및 전압 지령을 합성하여(S650A) 제1 인버터(10)를 통한 모터 제어를 수행할 수 있다(S660A).
이와 달리, CEW 직렬 모드로 결정된 경우, 컨트롤러(300)는 제4 스위칭 소자(40)를 온 시키고, 제3 스위칭 소자(30)와 제2 인버터(20)를 오프시킬 수 있다(S640B).
그에 따라 컨트롤러(300)는 제1 인버터(10)의 전류 및 전압 지령을 합성하여(S650B) 제1 인버터(10)를 통한 모터 제어를 수행할 수 있다(S660B).
또한, OEW 직렬 모드로 결정된 경우, 컨트롤러(30)는 제3 스위칭 소자(30)와 제4 스위칭 소자(40)를 오프 시킬 수 있다(S640C).
그에 따라 컨트롤러(300)는 제1 인버터(10) 및 제2 인버터(20)의 전류 및 전압 지령을 합성하여(S650C), 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)를 통한 모터 제어를 수행할 수 있다(S660C).
전술한 일 실시예에서는 모터(100)의 권선들이 제1 코일부(C1-1, C2-1, C3-1)와 제2 코일부(C1-2, C2-2, C3-2)로 분할됨에 있어 두 절환 스위치부(30, 40)가 이용되었다. 이와 달리, 다른 실시예에 의하면, 둘 보다 많은 절환 스위치를 이용하여 둘 보다 많은 코일부를 갖도록 하여, CEW 모드가 추가적으로 제공될 수도 있다.
다시 말하면, 모터의 각 상에 대응되는 복수의 권선부 각각에 상호 직렬 연결된 복수의 코일들이 구비될 수 있으며, 복수의 코일들 중 서로 인접한 서로 다른 코일쌍 각각의 사이에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 스위칭 소자들을 각각 구비하는 절환 스위치들이 배치될 수 있다.
예컨대, 제2 코일부의 각 코일(C1-2, C2-2, C3-2))의 타단에 추가 코일의 일단을 직렬로 연결하고, 추가 코일의 타단 각각에 추가 스위치부의 일단을 연결하고, 추가 스위치부의 타단을 상호 연결시킬 수 있다. 예컨대, 제1 상에 대응되는 권선부의 경우, 상호 직렬 연결된 복수의 코일 중 제1-1 코일과 제1-2 코일이 서로 인접한 하나의 코일쌍이 되어 그 사이에 하나의 절환 스위치부에 구비된 스위칭 소자의 일단이 연결되고, 1-2 코일과 추가 코일이 서로 인접한 다른 코일쌍이 되어 그 사이에 다른 절환 스위치부에 구비된 스위칭 소자의 일단이 연결될 수 있다.
이러한 경우, 제1 코일부(C1-1, C2-1, C3-1)를 이용하는 CEW 싱글 모드, 제1 코일부와 제2 코일부(C1-2, C2-2, C3-2)가 직렬로 연결되는 CEW 제1 직렬 모드, 제1 코일부와 제2 코일부 및 추가 코일들로 구성되는 추가 코일부가 모두 직렬로 연결되는 CEW 제2 직렬 모드까지 총 3개의 CEW 모드가 제공됨으로 인해, OEW 직렬 모드까지 총 4개의 구동 모드가 제공될 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서 제1 내지 제4 스위칭 소자들은 Si, SiC, 사이리스터, 릴레이 등의 다양한 종류의 스위칭 소자로 대체될 수 있음은 당업자에 자명하다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 제1 인버터 20: 제2 인버터
30: 제1 절환 스위치부 40: 제2 절환 스위치부
100: 모터 200: 배터리
300: 컨트롤러
S11-S16: 제1 스위칭 소자 S21-S26: 제2 스위칭 소자
S31-S33: 제3 스위칭 소자 S41-S43: 제4 스위칭 소자

Claims (10)

  1. 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선부를 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치에 있어서,
    복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제1 단에 연결된 제1 인버터;
    복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 연결된 제2 인버터;
    상기 복수의 권선부 각각에 구비되어 상호 직렬 연결된 제1 코일과 제2 코일의 사이에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제3 스위칭 소자를 갖는 제1 절환 스위치부;
    상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제4 스위칭 소자를 갖는 제2 절환 스위치부; 및
    상기 모터의 요구 출력, 요구 토크 및 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함하는, 모터 구동 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 요구 토크가 기 설정된 토크 기준 이하이고, 상기 요구 출력가 기 설정된 파워 기준보다 큰 경우,
    상기 복수의 제3 스위칭 소자를 온 시키고, 상기 복수의 제4 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터를 오프시키며, 상기 복수의 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시키는, 모터 구동 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 제3 스위칭 소자가 온되고, 상기 복수의 제4 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터가 오프됨에 따라,
    상기 모터는 상기 복수의 제3 스위칭 소자의 타단에 의해 중성점을 갖는 클로즈드 엔드 와인딩 모터로 구동하는, 모터 구동 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 요구 토크가 기 설정된 토크 기준보다 크고, 상기 요구 출력가 기 설정된 파워 기준 이하이며, 상기 속도가 기 설정된 속도 기준 이하인 경우,
    상기 복수의 제4 스위칭 소자를 온 시키고, 상기 복수의 제3 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터를 오프시키며, 상기 복수의 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시키는, 모터 구동 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 제4 스위칭 소자가 온되고, 상기 복수의 제3 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터가 오프됨에 따라,
    상기 복수의 권선부 각각의 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 상호 직렬 연결 상태가 되며,
    상기 모터는 상기 복수의 제4 스위칭 소자의 타단에 의해 중성점을 갖는 클로즈드 엔드 와인딩 모터로 구동하는, 모터 구동 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 요구 토크가 기 설정된 토크 기준보다 크고, 상기 요구 출력가 기 설정된 파워 기준보다 크며, 상기 속도가 기 설정된 속도 기준보다 큰 경우,
    상기 복수의 제3 스위칭 소자와 상기 복수의 제4 스위칭 소자를 오프시키고, 상기 복수의 제1 스위칭 소자와 상기 복수의 제2 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 오픈 엔드 와인딩 모터로 구동시키는, 모터 구동 장치.
  7. 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선부를 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치에 있어서,
    복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제1 단에 연결된 제1 인버터;
    복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며 상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 연결된 제2 인버터;
    상기 복수의 권선부 각각에 구비되어 상호 직렬 연결된 복수의 코일들 중 서로 인접한 서로 다른 코일쌍 각각의 사이에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제3 스위칭 소자를 각각 갖는 복수의 제1 절환 스위치부;
    상기 복수의 권선부 각각의 제2 단에 일단이 연결되고, 타단이 상호 연결된 복수의 제4 스위칭 소자를 갖는 제2 절환 스위치부; 및
    상기 모터의 요구 출력, 요구 토크 및 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함하는, 모터 구동 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 제3 스위칭 소자와 상기 복수의 제4 스위칭 소자를 오프시키고, 상기 복수의 제1 스위칭 소자와 상기 복수의 제2 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 오픈 엔드 와인딩 모터로 구동시키는, 모터 구동 장치.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 복수의 제4 스위칭 소자를 온 시키고, 상기 복수의 제3 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터를 오프시키며, 상기 복수의 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시키는, 모터 구동 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 제4 스위칭 소자가 온되고, 상기 복수의 제3 스위칭 소자 및 상기 제2 인버터가 오프됨에 따라,
    상기 복수의 권선부 각각의 상기 복수의 코일은 상호 직렬 연결 상태가 되며,
    상기 모터는 상기 복수의 제4 스위칭 소자의 타단에 의해 중성점을 갖는 클로즈드 엔드 와인딩 모터로 구동하는, 모터 구동 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6285256U (ko) 1985-11-18 1987-05-30
US20090033253A1 (en) 2007-07-30 2009-02-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Electric traction system for a vehicle having a dual winding ac traction motor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5614799A (en) * 1994-07-14 1997-03-25 Mts Systems Corporation Brushless direct current motor having adjustable motor characteristics
US9024550B2 (en) * 2009-01-16 2015-05-05 International Business Machines Corporation Dynamic reconfiguration-switching of windings in an electric motor used as a generator in an electric vehicle
US9677531B2 (en) * 2014-09-30 2017-06-13 Caterpillar Inc. Multiphase induction motor with configurable windings
US20200059189A1 (en) * 2017-03-24 2020-02-20 Nidec Corporation Power conversion device, motor drive unit, and electric power steering device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6285256U (ko) 1985-11-18 1987-05-30
US20090033253A1 (en) 2007-07-30 2009-02-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Electric traction system for a vehicle having a dual winding ac traction motor

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