KR20230119443A - 모터 구동 장치 - Google Patents

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KR20230119443A
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inverter
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박내춘
장한근
김인호
신상철
정철우
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선을 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치가 개시된다. 상기 모터 구동 장치는, 복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며, 상기 배터리에 연결된 제1 직류단과 상기 복수의 권선의 일단에 연결된 제1 교류단을 갖는 제1 인버터; 복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1 직류단과 선택적으로 단락/개방되는 제2 직류단과 상기 복수의 권선의 타단에 연결된 제2 교류단을 갖는 제2 인버터; 일단이 상기 제1 직류단과 연결되고, 타단이 상기 제2 직류단과 연결되어 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단을 선택적으로 단락/개방하는 제3 스위칭 소자; 및 상기 모터의 요구 출력을 기반으로 상기 제1 스위칭 소자 내지 제3 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 전환하여 모터 구동을 위한 인버터 효율을 향상시킬 수 있는 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.
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.
여기서, 모드 절환 스위치는 일반적으로 모터에 포함된 각 상의 권선에 대응하여 하나의 스위칭 소자를 이용하므로, 상의 개수만큼 모드 절환 스위치용 스위칭 소자가 필요하다. 스위칭 소자가 증가함은 그 자체로 파워 모듈의 비용 상승을 의미할뿐 아니라, 그만큼 모드 절환 스위치 구동을 위한 게이트 회로도 복잡해짐을 의미한다.
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, 보다 적은 스위칭 소자를 사용하여 모터의 요구 출력에 따라 모터 구동 모드를 Y-결선 모터 구동 모드 및 오픈 엔드 와인딩 모터 구동 모드로 전환하여 모터 구동을 위한 인버터 효율을 향상시킬 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 발명은,
복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선을 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치에 있어서, 복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며, 상기 배터리에 연결된 제1 직류단과 상기 복수의 권선의 일단에 연결된 제1 교류단을 갖는 제1 인버터; 복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1 직류단과 선택적으로 단락/개방되는 제2 직류단과 상기 복수의 권선의 타단에 연결된 제2 교류단을 갖는 제2 인버터; 일단이 상기 제1 직류단과 연결되고, 타단이 상기 제2 직류단과 연결되어 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단을 선택적으로 단락/개방하는 제3 스위칭 소자; 및 상기 모터의 요구 출력을 기반으로 상기 제1 스위칭 소자 내지 제3 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 모터 구동 장치를 제공한다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 기 설정된 제1 조건이 만족된 경우, 상기 제3 스위칭 소자를 온 시키고, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러는, 기 설정된 제2 조건이 만족된 경우, 상기 제3 스위칭 소자를 오프 시키고, 상기 복수의 제2 스위칭 소자 중 바텀상에 해당하는 복수의 스위칭 소자를 온 시키며, 상기 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 스위칭 소자의 오프로 인해 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단은 상호 개방될 수 있다.
예를 들어, 상기 바텀상에 해당하는 상기 복수의 스위칭 소자가 온 됨에 따라, 상기 바텀상에 해당하는 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 일단은 상기 제2 교류단과 연결되고, 타단은 상기 제2 직류단에 의해 상호 연결되어 중성점을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 스위칭 소자는, 상기 제1 직류단의 음의 노드와 상기 제2 직류단의 음의 노드 사이에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선을 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치는, 복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며, 상기 배터리에 연결된 제1 직류단과 상기 복수의 권선의 일단에 연결된 제1 교류단을 갖는 제1 인버터; 복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1 직류단과 선택적으로 단락/개방되는 제2 직류단과 상기 복수의 권선의 타단에 연결된 제2 교류단을 갖는 제2 인버터; 일단이 상기 제1 직류단과 연결되고, 타단이 상기 제2 직류단과 연결되어 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단을 선택적으로 단락/개방하는 제3 스위칭 소자; 및 상기 모터의 요구 출력을 기반으로 상기 제3 스위칭 소자를 오프 시키고 상기 복수의 제2 스위칭 소자 중 바텀상에 해당하는 복수의 스위칭 소자를 온 시켜 Y-결선을 형성하고 상기 복수의 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 클로즈드 엔드 와인딩 모터로 구동하거나, 상기 제3 스위칭 소자를 온 시키고 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 오픈 엔드 와인딩 모터로 구동하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 스위칭 소자가 오프되면, 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단은 상호 개방될 수 있다.
예를 들어, 상기 바텀상에 해당하는 상기 복수의 스위칭 소자가 온 됨에 따라, 상기 바텀상에 해당하는 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 일단은 상기 제2 교류단과 연결되고, 타단은 상기 제2 직류단에 의해 상호 연결되어 상기 Y-결선을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 스위칭 소자는, 상기 제1 직류단의 음의 노드와 상기 제2 직류단의 음의 노드 사이에 배치될 수 있다.
상기 모터 구동 장치에 따르면, 단일 스위칭 소자로 모드 절환 스위치를 구성할 수 있으므로 파워 모듈 자체뿐 아니라 게이트 회로의 구조가 단순해질 수 있다.
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 OEW 모드 제어 형태의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 CEW 모드 제어 형태의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 CEW 모드 구동시 회로상태의 일례를 나타낸다.
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, 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선(C1-C3)을 갖는 모터(40)로 구동 전력을 공급하는 모터 구동장치로서, 복수의 제1 스위칭 소자(S11-S16)를 포함하며 모터(40)의 권선 각각의 제1 단에 연결된 제1 인버터(10)와, 복수의 제2 스위칭 소자(21-S26)를 포함하며 모터(40)의 권선 각각의 제2 단에 연결된 제2 인버터(20)와, 제1 인버터(10)의 직류단과 제2 인버터(20)의 직류단을 선택적으로 상호 단락/개방시키는 제3 스위칭 소자(S31) 및 모터(40)의 요구 출력을 기반으로 제1 스위칭 소자(S11-S16), 제2 스위칭 소자(S21-S26) 및 제3 스위칭 소자(S31-S33)의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러(70)를 포함할 수 있다.
제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)는 배터리(50)에 저장된 직류 전력을 삼상의 교류 전력으로 변환하여 모터(40)로 제공하거나, 회생 제동 시 모터(40)의 회생 제동 토크 발생으로 인해 생성되는 회생 제동 에너지를 직류로 변환하여 배터리(50)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 배터리(50)의 양단자와 음단자 사이에 형성되는 직류 전압이 인가되는 직류단과 모터(40)의 각 권선(C1-C3)와 연결되는 교류단을 가질 수 있다. 제1 인버터(10)가 배터리(50)의 양단자와 음단자가 연결되는 두 노드가 직류단이 될 수 있고 제1 인버터(10)가 모터(40)의 각 권선의 일단에 연결되는 세 개의 노트가 교류단이 될 수 있다.
또한, 제1 인버터(10)는 배터리(50)의 양단 사이에 연결된 직류 링크 커패시터(60)에 형성된 직류 전압이 인가되는 복수의 레그(11-13)를 포함할 수 있다. 각 레그(11-13)는 모터(40)의 복수의 상에 각각 대응되어 전기적 연결이 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로 제1 레그(11)는 직류 커패시터(60)의 양단 사이에 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(40) 내 한 상의 권선(C1)의 일단에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 레그(12)는 직류 커패시터(60)의 양단 사이에 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(40) 내 한 상의 권선(C2)의 일단에 연결될 수 있다. 또한, 제3 레그(13)는 직류 커패시터(60)의 양단 사이에 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(40) 내 한 상의 권선(C3)의 일단에 연결될 수 있다.
제2 인버터(20) 역시 제1 인버터(10)와 유사한 구성을 가질 수 있다. 즉, 제2 인버터(20)는 제1 인버터(10)의 직류단과 선택적으로 연결되는 직류단과 모터(40)의 각 권선(C1-C3)와 연결되는 교류단을 가질 수 있다. 제2 인버터(20)가 제1 인버터(10)의 직류단과 선택적으로 연결되는 하나의 노드를 포함하는 두 노드가 직류단이 될 수 있고 제2 인버터(20)가 모터(40)의 각 권선의 타단에 연결되는 세 개의 노트가 교류단이 될 수 있다
제2 인버터(20)는 배터리(50)의 양단 사이에 연결된 직류 링크 커패시터(60)에 형성된 직류 전압이 인가되는 복수의 레그(21-23)를 포함할 수 있다. 각 레그(21-23)는 모터(40)의 복수의 상에 대응되어 전기적 연결이 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로 제1 레그(21)는 직류 커패시터(60)의 양단 사이에 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(40) 내 한 상의 권선(C1)의 타단에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 레그(22)는 직류 커패시터(60)의 양단 사이에 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(40) 내 한 상의 권선(C2)의 타단에 연결될 수 있다. 또한, 제3 레그(23)는 직류 커패시터(60)의 양단 사이에 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(40) 내 한 상의 권선(C3)의 일단에 연결될 수 있다.
제1 인버터(10)의 직류단과 제2 인버터(20)의 직류단은 제3 스위칭 소자(S31)에 의해 선택적으로 상호 단락/개방될 수 있다. 제3 스위칭 소자(S31)는 컨트롤러(70)에 의해 그 상태가 제어될 수 있다. 예컨대, 제3 스위칭 소자(S31)의 일단은 제1 인버터(10)의 음의 직류단(노드)과 연결될 수 있고, 제3 스위칭 소자(S31)의 타단은 제2 인버터(20)의 음의 직류단(노드)과 연결될 수 있다. 제3 스위칭 소자(S31)는 후술할 모터의 구동 모드간 절환을 위한 스위치의 기능을 수행하므로, '절환 스위치'라 칭할 수도 있다.
컨트롤러(70)는 기본적으로는 모터(40)에 요구되는 요구 출력을 기반으로 모터(40)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(70)는 모터(40)의 요구 출력을 기반으로 모터의 구동 모드를 결정하고 그에 따라 제3 스위칭 소자(S31)의 온/오프 상태를 결정하며 모드에 따라 활성화 되는 인버터의 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어를 통해 스위칭 할 수 있다.
더욱 상세하게, 모터(40)에 요구되는 출력이 사전 설정된 기준값 보다 큰 경우, 컨트롤러(70)는 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)를 모두 작동시켜 오픈 엔드 와인딩(OEW: Open End Winding) 모드로 모터(40)를 구동시킬 수 있다. 이 때, 컨트롤러(70)는 제3 스위칭 소자(S31)를 온 상태가 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 인버터(10)의 직류단과 제2 인버터(20)의 직류단이 상호 연결되며, 제1 인버터(10)는 모터(40)의 권선(C1-C3)의 일단에 연결되고 제2 인버터(20)는 모터(40)의 권선(C1-C3)의 타단에 연결된다. 즉, 모터(40)의 권선(C1-C3)의 양단은 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)에 각각 연결되는 오픈 엔드 와인딩(OEW: Open End Winding) 방식의 전기적 연결이 형성될 수 있다.
이를 위한 컨트롤러(70)의 제어 형태가 도 2에 도시된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 OEW 모드 제어 형태의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, OEW 모드에서는 컨트롤러(70)가 절환 스위치, 즉, 제3 스위칭 소자(S31)를 먼저 온 시켜 제1 인버터(10)의 직류단과 제2 인버터(20)의 직류단 간 연결을 유지하면서, 제1 인버터(10)와 제2 인버터(20)에 대한 펄스폭 변조(PWM) 제어를 샘플링 주기(Ts) 내에서 적절히 수행함으로써 모터(40)를 구동할 수 있다.
예컨대, 오픈 엔드 와인딩 모드에서의 모터 구동은, 컨트롤러(70)가 제1 인버터(10) 및 제2 인버터(20)의 직류 전압과 모터(40)로 제공되는 상전류 및 모터(40)에 설치된 모터 회전자 센서(미도시)에 검출된 모터각 등을 입력 받아 제1 인버터(10)의 제1 스위칭 소자(S11-S16) 및 제2 인버터(20)의 제2 스위칭 소자(S21-S26)를 펄스폭 변조 제어하여 달성될 수 있다. 두 개의 인버터를 펄스폭 변조 제어하여 모터(40)를 구동하기 위한 다양한 기법은 당 기술 분야에 이미 공지되어 있으므로, 오픈 엔드 와인딩 모드에서 이루어지는 인버터의 펄스폭 변조 제어 기법에 대해서는 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 모터(40)에 요구되는 출력이 사전 설정된 기준값 보다 작은 경우, 컨트롤러(70)는 제1 인버터(10)의 스위칭 소자(S11-S16)를 펄스폭 변조 제어하여 모터(40)를 구동시키는 클로즈드 엔드 와인딩(CEW: Closed End Winding) 모드를 실행할 수 있다. 이때, 컨트롤러(70)는 모터(40)의 권선(C1-C3) 타단에 중성점(즉, Y-결선)을 형성하기 위하여 제3 스위칭 소자(S31)는 오프시키고, 제2 인버터(20)의 바텀상에 해당하는 스위칭 소자(S22, S24, S26)를 온시킬 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 CEW 모드를 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 CEW 모드 제어 형태의 일례를, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치의 CEW 모드 구동시 회로상태의 일례를 각각 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, CEW 모드에서는 컨트롤러(70)가 절환 스위치, 즉, 제3 스위칭 소자(S31)를 계속 오프 상태로 유지시키고, 제2 인버터(20)의 바텀상에 해당하는 제2 스위칭 소자(S22, S24, S26)를 온시킬 수 있다.
그에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 제3 스위칭 소자(S31)의 오프 상태 유지로 인해 제1 인버터(10)의 직류단과 제2 인버터(20)의 직류단은 상호 개방된다. 또한, 제2 인버터(20)의 바텀상에 해당하는 제2 스위칭 소자(S22, S24, S26)가 온 됨에 따라 온된 제2 스위칭 소자(S22, S24, S26) 각각의 일단은 제2 인버터(20)의 교류단을 통해 대응되는 상의 권선 타단과 연결되고, 타단 각각은 제2 인버터(20)의 음의 직류단에서 상호 연결되어 Y 결선, 즉, 중성점(N)을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 제3 스위칭 소자(S31)의 오프 상태 유지로 인해 제1 인버터(10)의 직류단과 제2 인버터(20)의 직류단이 상호 개방되므로, 중성점(N)은 직류 커패시터(60)와 연결이 분리되므로 플로팅 전위가 만들어질 수 있다.
이후 컨트롤러(40)는 제1 인버터(10)에 대한 펄스폭 변조(PWM) 제어를 샘플링 주기(Ts) 내에서 적절히 수행함으로써 모터(40)를 CEW 모드로 구동할 수 있다.
예컨대, 클로즈드 엔드 와인딩 모드에서의 모터 구동은, 컨트롤러(70)가 제1 인버터(10)의 직류 전압과 모터(40)로 제공되는 상전류 및 모터(40)에 설치된 모터 회전자 센서(미도시)에 검출된 모터각 등을 입력 받아 제1 인버터(10)의 제1 스위칭 소자(S11-S16)를 펄스폭 변조 제어하여 달성될 수 있다. 하나의 인버터를 펄스폭 변조 제어하여 모터(40)를 구동하기 위한 다양한 기법은 당 기술 분야에 이미 공지되어 있으므로, 클로즈드 엔드 와인딩 모드에서 이루어지는 인버터의 펄스폭 변조 제어 기법에 대해서는 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치에 따르면, 모드 절환 스위치를 통해 모터에 요구되는 출력에 따라 CEW 모드와 OEW 모드간의 전환이 가능하여 효율적인 모터 구동이 가능하다. 뿐만 아니라. 단일 스위칭 소자로 모드 절환 스위치를 구성할 수 있으므로 파워 모듈 자체뿐 아니라 게이트 회로의 구조가 단순해질 수 있다.
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
40: 모터 50: 배터리
60: 직류 링크 커패시터
S11-S16: 제1 스위칭 소자 S21-S26: 제2 스위칭 소자
S31: 제3 스위칭 소자 C1-C3: 권선

Claims (10)

  1. 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선을 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치에 있어서,
    복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며, 상기 배터리에 연결된 제1 직류단과 상기 복수의 권선의 일단에 연결된 제1 교류단을 갖는 제1 인버터;
    복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1 직류단과 선택적으로 단락/개방되는 제2 직류단과 상기 복수의 권선의 타단에 연결된 제2 교류단을 갖는 제2 인버터;
    일단이 상기 제1 직류단과 연결되고, 타단이 상기 제2 직류단과 연결되어 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단을 선택적으로 단락/개방하는 제3 스위칭 소자; 및
    상기 모터의 요구 출력을 기반으로 상기 제1 스위칭 소자 내지 제3 스위칭 소자의 온/오프 상태를 제어하는 컨트롤러를 포함하는, 모터 구동 장치
  2. 제1 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    기 설정된 제1 조건이 만족된 경우,
    상기 제3 스위칭 소자를 온 시키고, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시키는, 모터 구동 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    기 설정된 제2 조건이 만족된 경우,
    상기 제3 스위칭 소자를 오프 시키고, 상기 복수의 제2 스위칭 소자 중 바텀상에 해당하는 복수의 스위칭 소자를 온 시키며, 상기 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 구동시키는, 모터 구동 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 스위칭 소자의 오프로 인해 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단은 상호 개방되는, 모터 구동 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 바텀상에 해당하는 상기 복수의 스위칭 소자가 온 됨에 따라, 상기 바텀상에 해당하는 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 일단은 상기 제2 교류단과 연결되고, 타단은 상기 제2 직류단에 의해 상호 연결되어 중성점을 형성하는, 모터 구동 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 스위칭 소자는,
    상기 제1 직류단의 음의 노드와 상기 제2 직류단의 음의 노드 사이에 배치되는, 모터 구동 장치.
  7. 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 권선을 갖는 모터를 구동하는 모터 구동 장치에 있어서,
    복수의 제1 스위칭 소자를 포함하며, 상기 배터리에 연결된 제1 직류단과 상기 복수의 권선의 일단에 연결된 제1 교류단을 갖는 제1 인버터;
    복수의 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1 직류단과 선택적으로 단락/개방되는 제2 직류단과 상기 복수의 권선의 타단에 연결된 제2 교류단을 갖는 제2 인버터;
    일단이 상기 제1 직류단과 연결되고, 타단이 상기 제2 직류단과 연결되어 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단을 선택적으로 단락/개방하는 제3 스위칭 소자; 및
    상기 모터의 요구 출력을 기반으로 상기 제3 스위칭 소자를 오프 시키고 상기 복수의 제2 스위칭 소자 중 바텀상에 해당하는 복수의 스위칭 소자를 온 시켜 Y-결선을 형성하고 상기 복수의 제1 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 클로즈드 엔드 와인딩 모터로 구동하거나, 상기 제3 스위칭 소자를 온 시키고 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 펄스폭 변조 제어하여 상기 모터를 오픈 엔드 와인딩 모터로 구동하는 컨트롤러를 포함하는, 모터 구동 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제3 스위칭 소자가 오프되면, 상기 제1 직류단과 상기 제2 직류단은 상호 개방되는, 모터 구동 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 바텀상에 해당하는 상기 복수의 스위칭 소자가 온 됨에 따라, 상기 바텀상에 해당하는 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 일단은 상기 제2 교류단과 연결되고, 타단은 상기 제2 직류단에 의해 상호 연결되어 상기 Y-결선을 형성하는, 모터 구동 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제3 스위칭 소자는,
    상기 제1 직류단의 음의 노드와 상기 제2 직류단의 음의 노드 사이에 배치되는, 모터 구동 장치.
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