WO2015122655A1 - 동력 장치 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치 - Google Patents

동력 장치 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치 Download PDF

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current
motor
axis
driving
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보드로프알렉세이
김선진
이용운
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    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the disclosed invention relates to a power unit and a drive unit included in the power unit, and more particularly, to a power unit for driving a plurality of electric motors simultaneously and a drive unit included in the power unit.
  • Electric motors are not only widely used in general home appliances such as washing machines, refrigerators, air conditioners, and vacuum cleaners, but also used in electric vehicles and hybrid cars, which are recently attracting attention.
  • a permanent magnet motor using a permanent magnet rotates the rotor by using magnetic interaction between a magnetic field caused by a current-carrying coil and a magnetic field caused by a permanent magnet.
  • a driving device such as an inverter capable of applying a driving voltage is required. Since the magnetic field generated by the rotor of the permanent magnet motor is determined by the position of the rotor, the inverter must apply the driving voltage considering the position of the rotor.
  • the driving voltage changes in phase with the driving voltage depending on the rotational speed, the output torque, and the position of the rotor of the permanent magnet motor.
  • the inverter In order to control the permanent magnet motor as described above, the inverter needs to apply a driving voltage that varies depending on the rotational speed, output torque and the position of the rotor of the permanent magnet motor. Two or more inverters to control are required.
  • One aspect of the disclosed invention is to provide a power unit and a drive unit included in the power unit for controlling two or more electric motors using a single inverter.
  • One aspect of the disclosed invention is to provide a power unit and a driving device included therein to minimize the number of sensors for detecting the operation of two or more motors, when controlling two or more motors using a single inverter.
  • a power device includes a first motor, a second motor connected in parallel with the first motor, a driving unit supplying driving current to the first motor and the second motor, and driving of the first motor. And a controller configured to control the driving unit based on a current and a rotation speed, wherein the controller controls the rotation speed of the first motor and the second motor if the rotation speed of the first motor is different from that of the second motor.
  • the driving unit may be controlled to have the same rotation speed.
  • the controller controls the rotational speed of the first electric motor, the rotational speed of the first electric motor and the rotational speed of the second electric motor.
  • the drive may be controlled based on the difference between the two.
  • the power unit may further include a first current detector configured to detect a drive current of the first electric motor.
  • the power unit further includes a total current detector for detecting a total drive current supplied by the driver and a second current detector for detecting a drive current of the second electric motor, wherein the controller is configured to perform the second operation.
  • the driving current of the first motor may be calculated based on the driving current and the total driving current of the motor.
  • control unit may calculate the rotational speed of the first electric motor based on the drive current of the first electric motor.
  • the power unit further includes a first position detecting unit for detecting a rotor position of the first electric motor, wherein the control unit rotates the first electric motor based on the rotor position of the first electric motor. You can calculate the speed.
  • the power unit further includes a second position detector for detecting a rotor position of the second electric motor, wherein the control unit rotates the second electric motor based on the rotor position of the second electric motor. You can calculate the speed.
  • the power unit further includes a second current detector for detecting a drive current of the second electric motor, wherein the controller is configured to adjust the rotational speed of the second electric motor based on the drive current of the second electric motor. Can be calculated.
  • the power unit further includes a total current detector configured to detect a total driving current supplied by the driving unit, and the controller is configured to perform the second operation based on the driving current of the first motor and the total driving current.
  • the rotation speed of the motor can be calculated.
  • a motor driving apparatus includes a driving unit supplying driving currents to a first motor and a second motor connected in parallel to each other, and a control unit controlling the driving unit based on a driving current and a rotation speed of the first motor.
  • the controller may control the driving unit such that the rotation speed of the first motor is the same as the rotation speed of the second motor when the rotation speed of the first motor and the rotation speed of the second motor are different from each other.
  • the driving device may further include a first current detector configured to detect a driving current of the first electric motor.
  • the driving apparatus may further include a total current detection unit detecting a total driving current supplied by the driving unit, and a second current detection unit detecting a driving current of the second electric motor.
  • the driving current of the first motor may be calculated based on the driving current and the total driving current of the motor.
  • control unit may calculate the rotational speed of the first electric motor based on the drive current of the first electric motor.
  • the control unit is based on the rotor position of the first electric motor detected by the first position detecting unit.
  • the rotation speed of the first electric motor can be calculated with.
  • the control unit is based on the rotor position of the second electric motor detected by the second position detecting unit.
  • the rotational speed of the second electric motor can be calculated with.
  • the driving apparatus further includes a second current detection unit that detects a driving current of the second electric motor, and the controller controls the rotation speed of the second electric motor based on the driving current of the second electric motor. Can be calculated.
  • the driving apparatus may further include a total current detector configured to detect a total driving current supplied by the driving unit, and the controller may further include the second driving unit based on the driving current of the first motor and the total driving current.
  • the rotation speed of the motor can be calculated.
  • a single driving device may be used to drive two or more motors at the same speed by applying a driving voltage based on a rotational speed and a driving current of one of the two or more motors.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of a power unit according to an embodiment.
  • FIG. 2 illustrates an example of a driving unit included in a power unit according to an embodiment.
  • FIG 3 illustrates another example of a driving unit included in a power unit according to an embodiment.
  • FIG. 4 illustrates another example of a driving unit included in a power unit according to an embodiment.
  • FIG. 5 illustrates a dq-axis current and a dq-axis voltage when the load of the first motor and the load of the second motor of the power unit according to the embodiment coincide.
  • FIG. 6 illustrates a dq-axis voltage applied to the first motor and the second motor when the load of the first motor and the load of the second motor of the power unit according to the embodiment are different.
  • FIG. 7 illustrates a dq-axis current supplied to a second motor when the load of the first motor and the load of the second motor of the power unit according to the embodiment are different.
  • FIG. 8 illustrates changing a d-axis current of a first electric motor included in a power unit according to an embodiment.
  • FIG 9 illustrates a dq-axis voltage applied to the first motor and the second motor when the d-axis current of the first motor included in the power unit according to an embodiment is changed.
  • FIG. 10 illustrates the dq-axis current supplied to the second electric motor when the d-axis current of the first electric motor included in the power unit according to one embodiment is changed.
  • FIG. 11 illustrates an example of a controller included in a power unit according to an embodiment.
  • FIG. 12 illustrates an example of a d-axis current command generation unit included in the power unit according to an embodiment.
  • FIG. 12 illustrates rotation speeds, d-axis currents, and q-axis currents of the first and second electric motors included in the power unit according to one embodiment.
  • FIG. 13 illustrates a configuration of a power unit according to another embodiment.
  • FIG. 14 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 13.
  • FIG. 15 shows a configuration of a power unit according to another embodiment.
  • FIG. 16 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 15.
  • FIG. 17 shows a configuration of a power unit according to another embodiment.
  • FIG. 18 illustrates an example of a driving unit included in the power unit illustrated in FIG. 17.
  • FIG. 19 shows a configuration of a power unit according to another embodiment.
  • FIG. 20 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 19.
  • 21 shows a configuration of a power unit according to another embodiment.
  • FIG. 22 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 21.
  • 23 is a block diagram showing the configuration of the power unit according to another embodiment.
  • FIG. 24 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 23.
  • 25 shows a configuration of a power unit according to another embodiment.
  • Fig. 26 shows a configuration of a power plant according to another embodiment.
  • FIG. 27 illustrates an example of a controller included in the power device illustrated in FIG. 26.
  • first may be referred to as the second component
  • second component may also be referred to as the first component.
  • the term “and / or” includes any combination of a plurality of related items or any of a plurality of related items.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of a power unit according to an embodiment.
  • 2 illustrates an example of a driving unit included in a power unit according to an embodiment
  • FIG. 3 illustrates another example of a driving unit included in a power unit according to an embodiment
  • FIG. Another example of the drive unit included in the power unit by example is shown.
  • a power apparatus 100 includes an electric power supply 110, a driver 120, and a first motor 150. ) And a second motor 160, a first current detector 130, a first position detector 170, and a second position detector 180. And a controller 200, the power unit 100 receives electrical energy from the outside and converts it into kinetic energy.
  • the power supply unit 110 supplies DC power to the driving unit 120.
  • the power supply unit 110 may include a rectifying circuit such as a diode bridge and a smoothing circuit such as a smoothing capacitor.
  • the power supply unit 110 may include a power factor correction (PFC) circuit for selectively improving a power factor of an input power source and a DC voltage converter for changing the voltage of the DC power rectified by the rectifier circuit. DC converter) may be further included.
  • PFC power factor correction
  • the power supply unit 110 may include a DC voltage converter for changing the voltage of the supplied DC power.
  • the driver 120 supplies a driving current to the first electric motor 150 and the second electric motor 160 using the DC power supplied from the power supply 110.
  • the driving unit 120 opens and closes the plurality of switching circuits disposed between the power supply unit 110, the first electric motor 150, and the second electric motor 160 according to the control signal Vpwm provided by the control unit 200.
  • an appropriate driving voltage is applied to the first motor 150 and the second motor 160.
  • a driving current is supplied to the first motor 150 and the second motor 160 according to the applied driving voltage.
  • the driving unit 120 may include a six switch inverter 121.
  • the smoothing circuit includes a capacitor C10, and a DC power supply VDD and a ground GND across the capacitor C10. Is formed.
  • the six-switch inverter 121 includes a phase output terminal OUTa, b phase output terminal OUTb, and c phase output terminal OUTc, and three output terminals OUTa, OUTb, and OUTc. ) Is connected to the a phase, b phase and c phase input terminals of the first and second electric motors 150 and 160.
  • Three upper switching circuits S11, S21 and S31 are provided between the three output terminals OUTa, OUTb and OUTc and the DC power supply VDD, and the three output terminals OUTa, OUTb and OUTc and the ground GND. ), Three lower switching circuits S12, S22, S32 are provided.
  • the three upper switching circuits S11, S21, S31 and the three lower switching circuits S12, S22, and S32 include the control signals Vpwm11, Vpwm12, Vpwm21, Vpwm22, Vpwm31, and Vpwm32 generated by the control unit 200: Vpwm) is opened and closed.
  • the driver 120 may include a diode clamped inverter 122.
  • the smoothing circuit includes a pair of capacitors C41 and C42 connected in series with each other, as shown in FIG. 3.
  • DC power supply VDD and ground GND are formed at both ends of the pair of capacitors C41 and C42, and a voltage of “VDD / 2” is applied to a node to which the pair of capacitors C41 and C42 are connected.
  • the diode clamped inverter 122 includes a phase output terminal OUTa, a b phase output terminal OUTb, and a c phase output terminal OUTa, and the three output terminals OUTa, OUTb, and OUTc are the first and the It is connected to the a phase, b phase and c phase input terminals of the second electric motors 150 and 160.
  • Three pairs of upper switching circuits S41a and S41b, S51a and S51b, S51a and S51b are provided between the three output terminals OUTa, OUTb and OUTc and the DC power supply VDD, and the three output terminals OUTa and OUTb are provided.
  • the pair of lower switching circuits S42a and S42b, S52a and S52b, S62a and S62b is provided between OUTc and ground GND.
  • three upper diodes D41, D51, and D61 are provided between the node and the neutral point NP to which the three pairs of upper switching circuits S41a and S41b, S51a and S51b, and S51a and S51b are connected to each other.
  • Three lower diodes D42, D52, and D62 are provided between the node and the neutral point NP to which the three pairs of lower switching circuits S42a and S42b, S52a and S52b, S62a and S62b are connected to each other.
  • the three pairs of upper switching circuits (S41a and S41b, S51a and S51b, S51a and S51b) and the three pairs of lower switching circuits (S42a and S42b, S52a and S52b, S62a and S62b) are generated by the control unit 200, respectively. Is opened and closed by (Vpwm).
  • the driving unit 120 may include a T-type neutral point clamped inverter 123.
  • the smoothing circuit includes a pair of capacitors C71 and C72 connected in series with each other, as shown in FIG.
  • DC power supply VDD and ground GND are formed at both ends of the pair of capacitors C71 and C72, and a voltage of "VDD / 2" is applied to a node to which the pair of capacitors C71 and C47 are connected.
  • the T-type neutral point clamped inverter 123 includes a phase output terminal OUTa, b phase output terminal OUTb, and c phase output terminal OUTa, and three output terminals OUTa, OUTb, and OUTc are It is connected to the a phase, b phase and c phase input terminals of the first and second electric motors 150 and 160.
  • Three upper switching circuits S71, S81 and S91 are provided between the three output terminals OUTa, OUTb and OUTc and the DC power supply VDD, and the three output terminals OUTa, OUTb and OUTc and the ground GND. ) Are provided with three lower switching circuits S72, S82, S92. In addition, three pairs of neutral switching circuits S73 and S74, S83 and S84, S93 and S94 are provided between the three output terminals OUTa, OUTb and OUTc and the neutral point NP, respectively.
  • the three upper switching circuits S71, S81 and S91, the three lower switching circuits S72, S82 and S92, and the three pairs of neutral switching circuits S73 and S74, S83 and S84, S93 and S94 are respectively controlled. ) Is opened and closed by the generated control signal Vpwm.
  • the switching circuit forming the inverters 121, 122, and 123 as described above is an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) or a Power Field Effect Transistor (Power FET) for blocking or conducting high voltage high current. Can be adopted.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • Power FET Power Field Effect Transistor
  • the first electric motor 150 and the second electric motor 160 are supplied with a driving current from the driving unit 120 to generate kinetic energy. Specifically, the first electric motor 150 and the second electric motor 160 rotate the rotor by using magnetic interaction between the rotor including the permanent magnet and the stator including the coil.
  • the first electric motor 150 and the second electric motor 160 may employ a three phase synchronous motor.
  • the rotor of the three-phase synchronous motor may include a permanent magnet
  • the stator of the three-phase synchronous motor may include a coil configured to generate a magnetic field that receives a, b, and c phase driving currents from the driver 120. Can be.
  • the three-phase synchronous motor also rotates the rotor using the interaction between the magnetic field generated by the rotor and the rotating magnetic field of the stator.
  • the first current detector 130 detects the first driving current Iabc1 supplied to the first electric motor 150, respectively.
  • the first current detector 130 may include at least two current sensors.
  • the first current detector 130 supplies the a phase current sensor for detecting the a phase current supplied to the a phase input terminal of the first motor 150 and the b phase input terminal of the first motor 150. It may include a b-phase current sensor for detecting the b-phase current to be. If the first current detector 130 detects the a phase current and the b phase current, the controller 200 may calculate the c phase current based on the a phase current and the b phase current.
  • the first current detector 130 includes a b-phase current sensor for detecting b-phase current and a c-phase current sensor for detecting c-phase current, or detects a c-phase current sensor and a-phase current for detecting c-phase current.
  • a phase current sensor may be included.
  • the motor is supplied with large currents ranging from several amperes (A) to several hundred amperes (A).
  • at least two current sensors included in the first current detector 130 may include a current transformer (CT) for proportionally reducing the magnitude of the driving current and an ammeter for detecting the magnitude of the proportionally reduced current ( ampere meter).
  • CT current transformer
  • ammeter for detecting the magnitude of the proportionally reduced current ( ampere meter).
  • the current sensor may detect the first driving current by proportionally reducing the magnitude of the driving current using a current transformer and then measuring the magnitude of the proportionally reduced current.
  • the current sensor may include a current sensor or a hall sensor including a shunt resistor. It may also include.
  • the first position detector 170 detects the position ⁇ 1 of the rotor included in the first electric motor 150.
  • the first position detector 170 may include a hall sensor that detects a magnetic field generated by the rotor included in the first electric motor 150.
  • the hall sensor is disposed at an appropriate position of the stator included in the first electric motor 150 to detect a change in the magnetic field according to the rotation of the rotor, and detect the position of the rotor based on the sensed magnetic field.
  • the first position detector 170 may include an encoder that detects rotation of the rotor included in the first electric motor 150.
  • the encoder outputs a pulse-shaped signal according to the rotation of the rotor, and may detect the rotational displacement or the rotational speed of the rotor based on the period and the number of pulses.
  • the first position detector 170 may include a resolver that detects rotation of the rotor included in the first electric motor 150.
  • the resolver outputs a sinusoidal wave according to the rotation of the rotor, and detects the rotational displacement or the rotational speed of the rotor based on the period and the number of the sinusoidal waves.
  • the second position detector 180 detects the position ⁇ 2 of the rotor included in the second electric motor 160.
  • the control unit 200 controls the driving unit 120 based on the rotor positions ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first and second electric motors 150 and 160 and the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150. Generate the control signal Vpwm.
  • the control unit 200 adjusts the rotational speeds ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first and second motors 150 and 160 based on the rotor positions ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first and second electric motors 150 and 160.
  • the first electric motor 150 or the second electric motor 160 is calculated based on the rotational speeds ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first and second electric motors 150 and 160 and the first and second driving currents Iabc1 and Iabc2.
  • the current command Idq * to be supplied is calculated, and the voltage command Vdq * to be applied to the first and second electric motors 150 and 160 is calculated according to the current command Idq *.
  • the controller 200 generates a control signal Vpwm by performing pulse width modulation (PWM) on the voltage command Vdq *.
  • PWM pulse width modulation
  • the control signal Vpwm output by the controller 200 turns on / off a plurality of switching circuits included in the driver 120.
  • the driving unit 120 may apply the driving voltage Vabc corresponding to the voltage command to the first and second motors 150 and 160 according to the ratio of the control signal Vpwm on time, that is, the duty rate. Can be.
  • the first and second driving currents Iabc1 and Iabc2 corresponding to the driving voltage Vabc are supplied to the first and second motors 150 and 160.
  • the controller 200 may determine the rotation speed of any one of the first motor 150 or the second electric motor 160 and one of the electric motors.
  • the first electric motor 150 and the second electric motor 160 are controlled based on the driving current of the electric motor.
  • the controller 200 generates a current command and a voltage command based on the rotational speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 and the first driving current Iabc1, and generates a control signal according to the generated voltage command. Vpwm).
  • the control unit 200 controls the rotation speed ⁇ 1 of the first motor 150 and the rotation speed of the second motor 160 ( A d-axis current command is generated based on the difference between ⁇ 2).
  • the d-axis current command causes the rotation speed ⁇ 1 of the first motor 150 to be the same as the rotation speed ⁇ 1 of the second motor 160.
  • the control unit 200 may include one or two or more microprocessors that perform operations according to a given program and data, and one or two or more memories that store programs and data.
  • controller 200 A detailed configuration and operation of the controller 200 will be described in detail below.
  • the power unit 100 may output a gate drive signal for turning on / off a plurality of switching circuits included in the driver 120 according to the control signal Vpwm output from the controller 200. It may include a gate driver to generate.
  • the microprocessor included in the controller 200 is a logic circuit having a driving voltage of 3.3V to 5V, whereas the driving unit 120 includes an inverter having a driving voltage of 300V or more.
  • the driving unit 120 when the power supply unit 110 generates the DC power by rectifying the AC power of 220V, the driving unit 120 is supplied with approximately 310V of DC power. That is, a high voltage of 310V is applied to both ends of the plurality of switching circuits included in the driver 120.
  • a power switching circuit for example, an insulated gate bipolar transistor or a power field effect transistor
  • a signal having a voltage of 15V or more as a gate signal for turning on / off a switch uses a signal having a voltage of 15V or more as a gate signal for turning on / off a switch.
  • the gate driver Due to the difference between the output voltage (3.3V to 5V) of the controller 200 and the input voltage (15V or more) of the driver 120, the gate driver outputs the control signal Vpwm (3.3V to) output from the controller 200. 5V is converted into a gate drive signal (15V or more) corresponding to the input voltage of the driver 120. In other words, the gate driver may boost the control signal Vpwm to generate the gate drive signal.
  • the control unit 200 of the power unit 100 converts a phase, b phase, and c phase of the first and second electric motors 150 and 160 into a rotation vector coordinate system d-axis and q-axis, thereby converting the first-axis. And control operations of the second electric motors 150 and 160.
  • the control unit 200 converts the a-phase, b-phase and c-phase currents of the first and second motors 150 and 160 into d- and q-axis currents, and d based on the d- and q-axis currents.
  • the axis and q-axis voltages are calculated and the d- and q-axis voltages are converted back to a-phase, b-phase and c-phase voltages.
  • the control unit 200 outputs a control signal Vpwm by pulse width modulating the a phase, b phase, and c phase voltages.
  • the d-axis refers to the axis of the direction coinciding with the direction of the magnetic field generated by the rotor of the first and second electric motors (150, 160), the q-axis is 90 degrees ahead of the direction of the magnetic field generated by the rotor Means the axis of the direction.
  • 90 degrees refers to an electric angle obtained by converting an angle between adjacent N poles included in the rotor or an angle between adjacent S poles to 360 degrees instead of the mechanical angle of the rotor.
  • Equation 1 There is a relationship as shown in Equation 1 between the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq, and the d-axis current Id and the q-axis current Iq.
  • Vdk is the d-axis voltage of the k-th motor
  • Vqk is the q-axis voltage of the k-th motor
  • Rs is the resistance of the coil included in the stator
  • Ls is the inductance of the coil included in the stator
  • ⁇ f is the The magnetic flux of the permanent magnet
  • ⁇ r is the rotational speed of the rotor
  • Idk is the d-axis current of the k-th motor
  • Iqk is the q-axis current of the k-th motor.
  • Te is the torque of the motor
  • P is the number of poles of the rotor
  • ⁇ f is the magnetic flux of the permanent magnet included in the rotor
  • Iqk is the q-axis current of the k-th motor.
  • the torque Te of the first and second electric motors 150 and 160 depends on the q-axis current Iqk. Accordingly, when the loads of the first and second electric motors 150 and 160 are the same and the first and second electric motors 150 and 160 rotate at the same speed, the controller 200 may control the first and second electric motors 150 and 160.
  • Q-axis current Iqk in accordance with the load of the A) is supplied, and the d-axis current Idk controls the a-phase, b-phase and c-phase driving voltages to be "0".
  • FIG. 5 illustrates a dq-axis current and a dq-axis voltage when the load of the first motor and the load of the second motor of the power unit according to the embodiment coincide.
  • the controller 200 may include the q0 axis and the first and second electric motors 150 and 160 as shown in FIG. 5.
  • the driver 120 may be controlled to supply the dq-axis current ⁇ I0> in the same direction. That is, the driver 120 supplies the d0 axis current of "0" and the q0 axis current of "I0q0" to the first and second electric motors 150 and 160.
  • the dq axis voltage to be applied to the first motor 150 and the second motor 160 to supply the dq axis current ⁇ I0> will be described.
  • the counter electromotive force E0 due to the rotation of the rotor is generated in the direction coinciding with the q0 axis.
  • the voltage and the current of the inductance have a phase difference of 90 degrees, the voltage drop ⁇ r * Ls * I0> caused by the coil of the motor occurs in a direction perpendicular to the dq axis current ⁇ I0>. That is, the voltage drop ⁇ r * Ls * I0> caused by the coil occurs in the d0 axis direction.
  • the dq-axis voltage corresponding to the vector sum of the voltage drop ⁇ r * Ls * I0> and the counter electromotive force ⁇ E0> by the stator coil ⁇ V0> should be applied to the first and second electric motors 150 and 160. That is, as illustrated in FIG. 5, the d0 axis voltage of "V0d0" and the q0 axis voltage of "V0q0" should be applied to the first and second motors 150 and 160.
  • the controller 200 controls the d0 axis of the first and second electric motors 150 and 160 as illustrated in FIG. 5.
  • the driver 120 is controlled to apply the voltage "V0d0” and the q0 axis voltage "V0q0".
  • the d0 axis current of "0” and the q0 axis current "I0q0" are supplied to the first and second electric motors 150 and 160.
  • the controller 200 may control the first electric motor 150 and the second electric motor 160 based on the driving current and the rotation speed of the first electric motor 150.
  • control unit 200 converts the a-phase, b-phase and c-phase currents supplied to the first motor 150 into dq-axis currents, and converts the converted dq-axis currents and the rotational speeds of the first motor 150.
  • the dq-axis current command to be supplied to the first electric motor 150 is generated as a basis.
  • the controller 200 generates a dq-axis voltage command to be applied to the first motor 150 based on the dq-axis current command, converts it into a-phase, b-phase and c-phase voltages and outputs the converted voltage.
  • the first electric motor 150 and the second electric motor 160 are connected in parallel and the a-phase, b-phase and c-phase voltages applied to the first motor 150 are also applied to the second motor 160.
  • the load of the first electric motor 150 and the load of the second electric motor 160 are the same, the a-phase, b-phase and c-phase currents supplied to the first electric motor 150 are supplied to the second electric motor 160. It is the same as the a-phase, b-phase and c-phase currents.
  • the rotational speed of the first electric motor 150 and the rotational speed of the second electric motor 160 are different.
  • the position ⁇ 1 of the rotor of the electric motor 150 and the position ⁇ 2 of the rotor of the second electric motor 160 are different.
  • the d1-axis-q1 axis of the first electric motor 150 and the d2-axis-q2 axis of the second electric motor 160 are different from each other.
  • FIG. 6 illustrates a dq-axis voltage applied to the first and second motors when the load of the first motor and the second motor of the power unit are different according to an embodiment
  • FIG. The dq-axis current supplied to the second electric motor is shown when the load of the first electric motor of the power unit and the load of the second electric motor are different.
  • the dq-axis voltage ⁇ V0> is applied to the first motor 150 and the second motor 160.
  • the first motor 150 is applied with the d1-axis voltage of "V0d1” and the q1-axis voltage of "V0q1”
  • the second motor 160 has the d2-axis voltage of "V0d2 '" and "V0q2'”.
  • the q2-axis voltage is applied.
  • the d1-q1-axis voltage applied to the first motor 150 and the d2-q2-axis voltage applied to the second motor 160 are different, the d1-q1-axis current supplied to the first motor 150 and the 2 d2-q2 electric current supplied to the electric motor 160 differs.
  • the counter electromotive force ⁇ E0 ⁇ > caused by the rotation of the rotor included in the second electric motor 160 is generated in parallel with the q2 axis of the second electric motor 160 as shown in FIG. 7. Further, the vector difference between the dq-axis voltage ⁇ V0> applied to the second electric motor 160 and the counter electromotive force ⁇ E0 ⁇ > of the second electric motor 160 is due to the voltage drop ⁇ r * due to the coil included in the second electric motor 160. Ls * I0 ⁇ >
  • the dq-axis current ⁇ I0 ⁇ > of the second motor 160 due to the dq-axis voltage ⁇ V0> applied to the second motor 160 is perpendicular to the voltage drop ⁇ r * Ls * I0 ⁇ > by the coil.
  • the second electric motor 160 is supplied with the d2-axis current of "I0d2 ⁇ " and the q-axis current of "I0q2 ⁇ " shown in FIG.
  • the dq-axis current ⁇ I0 ⁇ > supplied to the second electric motor 160 is different from the dq-axis current ⁇ I0> supplied to the first electric motor 150. That is, the first driving current Iabc1 supplied to the first electric motor 150 is different from the second driving current Iabc2 supplied to the second electric motor 150.
  • the control unit 200 no longer drives the driving current Iabc1 and the first electric motor 150 of the first electric motor 150.
  • the second electric motor 160 cannot be controlled based on the rotational speed ⁇ 1.
  • the controller 200 may adjust the output torque of the second electric motor 160 without changing the output torque of the first electric motor 150.
  • the d1-axis current Id1 of the first electric motor 150 may be changed.
  • Equation 2 since the output torque Te of the motor depends on the q-axis current Iqk of the motor, even if the d1-axis current Id1 of the first motor 150 is changed, There is no effect on output torque.
  • the control unit 200 fixes the q1-axis current of the first electric motor 150 constantly and changes the output torque of the second electric motor 160. To change the d1-axis current of the first electric motor 150 may be changed.
  • the second electric motor 160 becomes d2.
  • the q2-axis current changes, and the output torque of the second electric motor 160 changes due to the change in the q2-axis current.
  • the output torque of the second electric motor 160 may be changed by changing the d1-axis current of the first electric motor 150.
  • FIG. 8 illustrates changing a d-axis current of a first electric motor included in a power unit according to an embodiment.
  • FIG. 9 illustrates a dq-axis voltage applied to the first motor and the second motor when the d-axis current of the first motor included in the power unit according to an embodiment is changed
  • FIG. 10 is an embodiment. When the d-axis current of the first electric motor included in the power unit by is changed, the dq-axis current supplied to the second electric motor is shown.
  • the controller 200 may add the d1-axis current “I1d1” to the initial dq-axis current ⁇ I0> to supply the dq-axis current ⁇ I1> to the first motor 150.
  • the control unit 200 is the first motor 150 and the second motor 160 is the dq axis voltage ⁇ V1> corresponding to the vector sum of the counter electromotive force ⁇ E0> and the voltage drop ⁇ r * Ls * I1> by the coil
  • the driver 120 is controlled to apply a voltage.
  • the second electric motor 160 has the d2-axis voltage of “V2d2” as shown in FIG. 9. A q2-axis voltage of "V2q2" is applied.
  • the counter electromotive force ⁇ E2> caused by the rotation of the rotor included in the second electric motor 160 is generated in parallel with the q2 axis of the second electric motor 160 as shown in FIG. 10. Further, the vector difference between the dq-axis voltage ⁇ V2> applied to the second electric motor 160 and the counter electromotive force ⁇ E2> of the second electric motor 160 is due to the voltage drop ⁇ r * Ls due to the coil included in the second electric motor 160. * I2>.
  • the dq-axis current ⁇ I2> of the second motor 160 due to the dq-axis voltage ⁇ V2> applied to the second motor 160 is in a direction perpendicular to the voltage drop ⁇ rLsI0> caused by the coil. That is, the second electric motor 160 is supplied with the d2-axis current of "I2d2" and the q-axis current of "I2q2" shown in FIG.
  • the dq-axis current ⁇ I2> When the dq-axis current ⁇ I2> is supplied to the first motor 150 to the dq-axis current ⁇ I1>, the dq-axis current ⁇ I2> supplied to the second motor 160 is the second before the d-axis current of the first motor 150 is changed. It is different from ⁇ I0 ⁇ > (see FIG. 7), which is the dq-axis current of the motor 160. As a result, the output torque of the second motor 160 after the d1-axis current of the first motor 150 is changed is equal to the output torque of the second motor 160 before the d1-axis current of the first motor 150 is changed. Become different.
  • the controller 200 may change the d-axis current of the first electric motor 150 to change the d-axis current of the second electric motor 160.
  • the output torque can be changed.
  • the controller 200 determines that the rotational speed ⁇ 2 of the second electric motor 160 is the rotational speed ⁇ 1 of the first electric motor 150.
  • the d-axis current of the first electric motor 150 may be changed to be equal to).
  • the controller 200 may receive feedback of the rotational speed ⁇ 2 of the second electric motor 160, may be a proportional controller (P), a proportional integral controller (PI), or the like.
  • P proportional controller
  • PI proportional integral controller
  • PID proportional integral derivative controller
  • the d-axis current Id1 of the motor 150 may be controlled.
  • control unit 200 that performs the above functions will be described.
  • FIG. 11 illustrates an example of a control unit included in a power unit according to an embodiment
  • FIG. 12 illustrates an example of a d-axis current command generation unit included in the power unit according to an embodiment.
  • the controller 200 may include a first speed calculator 221, a second speed calculator 222, a fixed coordinate system converter 231, a rotation coordinate system converter 232, and a speed controller ( 240, q-axis current control unit 250, d-axis current command generation unit 260, d-axis current control unit 270, inverse rotation coordinate system conversion unit 281, inverse fixed coordinate system conversion unit 282, pulse width modulation A portion 290 is included.
  • the first speed calculator 221 calculates the rotation speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 based on the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150.
  • the first speed calculator 222 may calculate the rotation speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 by differentiating the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150.
  • the second speed calculator 222 calculates the rotation speed ⁇ 2 of the second electric motor 160 based on the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160.
  • the fixed coordinate system converting unit 231 converts the a-phase, b-phase, and c-phase currents into the fixed vector coordinate system ⁇ -axis ⁇ -axis current using Equation (3).
  • I ⁇ is a fixed vector coordinate system ⁇ -axis current
  • I ⁇ is a fixed vector coordinate system ⁇ -axis current
  • Ia is a phase current
  • Ib is b phase current
  • Ic is c phase current.
  • the rotation coordinate system converter 232 converts the fixed vector coordinate system ⁇ -axis ⁇ -axis current into the rotation vector coordinate system d-axis q-axis current using Equation 4.
  • Id is the rotational coordinate system d-axis current
  • Iq is the rotational coordinate system q-axis current
  • ⁇ 1 is the rotor position of the first motor
  • I ⁇ is the fixed vector coordinate system ⁇ -axis current
  • I ⁇ is the fixed vector coordinate system ⁇ -axis current.
  • the first fixed coordinate system converting unit 231 and the rotating coordinate system converting unit 232 convert the a-phase, b-phase, and c-phase currents based on the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 to the rotation vector coordinate system d. Converts to axis q-axis current.
  • the speed controller 240 compares the speed command ⁇ * input from the outside with the rotation speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 and outputs the q-axis current command Iq * according to the comparison result.
  • the speed controller 240 may include a proportional controller, a proportional integral controller, or a proportional integral derivative controller.
  • the q-axis current controller 250 compares the q-axis current command Iq * output by the speed controller 240 with the q-axis current Iq1 of the first motor 150, and according to the comparison result, the q-axis voltage command Outputs (Vq *).
  • the q-axis current controller 250 may also include a proportional controller, a proportional integral controller, or a proportional integral derivative controller.
  • the d-axis current command generation unit 260 may include a rotation speed ⁇ 1 of the first motor 150, a rotation speed ⁇ 2 of the second motor 160, a position ⁇ 1 of the first rotor, and a second rotor.
  • the d-axis current command Id * is output based on the position?
  • the d-axis current command generation unit 260 is the difference between the rotational speed ( ⁇ 1) of the first motor 150 and the rotational speed ( ⁇ 2) of the second motor 160 and the position ( ⁇ 1) of the first rotor D) and the d-axis current command Id1 * is generated based on the difference between the position of the second rotor and.
  • the d-axis current command generation unit 260 generates the d-axis current command Id1 * based on the difference between the rotational speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 and the rotational speed ⁇ 2 of the second electric motor 160. But is not limited to such. For example, since the rotational speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 follows the speed command ⁇ *, the d-axis current command generation unit 260 performs the speed command ⁇ * and the second electric motor 160. The d-axis current command Id1 * can be generated based on the difference between the rotational speeds omega 2 of.
  • the d-axis current controller 270 compares the d-axis current command (Id *) output from the d-axis current command generation unit 260 with the d-axis current (Id1) of the first motor 150, and according to the comparison result Outputs the d-axis voltage command (Vd *).
  • the d-axis current controller 270 may also include a proportional controller, a proportional integral controller, or a proportional integral derivative controller.
  • the inverse rotation coordinate system conversion unit 281 converts the rotation vector coordinate system d-axis q-axis voltage into the fixed vector coordinate system ⁇ -axis ⁇ -axis voltage using Equation (5).
  • V ⁇ is the fixed vector coordinate system ⁇ -axis voltage
  • V ⁇ is the fixed vector coordinate system ⁇ -axis voltage
  • ⁇ 1 is the rotor position of the first motor
  • Vd is the rotation coordinate system d-axis voltage
  • Vq is the rotation coordinate system q-axis voltage.
  • the inverse fixed coordinate system converter 282 converts the fixed vector coordinate system ⁇ -axis ⁇ -axis voltage into a-phase, b-phase, and c-phase voltages by using Equation 6.
  • Va is a phase voltage
  • Vb is b phase voltage
  • Vc is c phase voltage
  • V ⁇ is a fixed vector coordinate system ⁇ -axis voltage
  • V ⁇ is a fixed vector coordinate system ⁇ -axis voltage.
  • the inverse rotation coordinate system conversion unit 281 and the inverse fixed coordinate system conversion unit 282 change the d-axis q-axis voltage based on the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 in the rotation vector coordinate system a phase and b phase. And c-phase voltage.
  • the pulse width modulator 290 generates a control signal Vpwm to be provided to the driver 120 based on the a, b, and c phase voltages Vabc. Specifically, each of the a, b and c phase voltages Vabc is pulse width modulated (PWM) to output a control signal Vpwm for turning on / off a plurality of switching circuits included in the driver 120. .
  • PWM pulse width modulated
  • FIG. 12 illustrates rotation speeds, d-axis currents, and q-axis currents of the first and second electric motors included in the power unit according to one embodiment.
  • the same load is initially applied to the first motor 150d and the second motor 160, and the load of the second motor 160 is reduced by 20% after 50 ms.
  • the rotation speeds ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first motor 150 and the second motor 160 from 0ms to 50ms are equal to each other.
  • the rotation speed ⁇ 2 of the second electric motor 160 is changed. Specifically, as shown in FIG. 12D, the rotation speed ⁇ 2 of the second electric motor 160 increases due to the decrease in the load of the second electric motor 160.
  • the control unit 200 When a difference is detected between the rotational speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 and the rotational speed ⁇ 2 of the second electric motor 160, the control unit 200 is as shown in FIGS. 12B and 12C. As described above, the q-axis current Iq1 of the first motor 150 is kept constant so that the d-axis current ld1 of the first motor 150 is changed.
  • the d-axis current ld1 of the first electric motor 150 Due to the change in the d-axis current ld1 of the first electric motor 150, as shown in FIGS. 12B and 12C, not only the d-axis current Id2 of the second electric motor 160 but also the second electric motor.
  • the q-axis current Iq2 of 160 also changes. Specifically, as illustrated in FIG. 12B, the q-axis current Iq2 of the second electric motor 160 decreases.
  • the q-axis current Iq2 of the second electric motor 160 is smaller than the q-axis current Iq1 of the first electric motor 160 due to the decrease in the load of the second electric motor 160.
  • FIG. 13 illustrates a configuration of a power unit according to another embodiment
  • FIG. 14 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 13.
  • the power unit 101 includes a power supply unit 110, a driving unit 120, a first electric motor 150, a second electric motor 160, a first current detection unit 130, and a second current.
  • the detector 140, the first position detector 170, and the controller 201 are included.
  • the control unit 201 may include a first speed calculator 221, a second speed / position calculator 224, a fixed coordinate system converter 231, a rotation coordinate system converter 232, a speed controller 240, and q.
  • the description of the fixed coordinate system conversion unit 282 and the pulse width modulation unit 290 is omitted.
  • the second current detector 140 detects the second driving current Iabc2 supplied to the second electric motor 160, respectively.
  • the second current detector 140 may include at least two current sensors.
  • the second current detector 10 supplies the a phase current sensor for detecting the a phase current supplied to the a phase input terminal of the second motor 160 and the b phase input terminal of the second motor 160. It may include a b-phase current sensor for detecting the b-phase current to be. If the second current detector 140 detects a phase current and b phase current, the controller 201 may calculate a c phase current based on the a phase current and the b phase current.
  • the second current detector 140 includes a b-phase current sensor for detecting b-phase current and a c-phase current sensor for detecting c-phase current, or detects a c-phase current sensor and a-phase current for detecting c-phase current.
  • a phase current sensor may be included.
  • At least two current sensors included in the second current detector 120 to detect the large current include a current transformer (CT) for proportionally reducing the magnitude of the driving current and an ampere meter for detecting the magnitude of the proportionally reduced current. ) May be included.
  • CT current transformer
  • the current sensor may detect the second driving current by proportionally reducing the magnitude of the driving current using the current transformer and then measuring the magnitude of the proportionally reduced current.
  • the fixed coordinate system conversion unit 231 not only converts the first a-phase b-phase c-phase current Iabc1 into the fixed vector coordinate system first ⁇ -axis ⁇ -axis current I ⁇ 1, but also the second a-phase b-phase c-phase current Iabc2. ) Is also converted into a second ⁇ -axis ⁇ -axis current I ⁇ 2.
  • the second speed / position calculating unit 224 may rotate the speed ⁇ 2 of the second electric motor 160 based on the second ⁇ -axis ⁇ -axis current I ⁇ 2 and the fixed vector coordinate system ⁇ -axis ⁇ -axis voltage V ⁇ . ) And the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is calculated.
  • the second speed / position calculation unit 224 uses a motor model by using a second ⁇ -axis ⁇ -axis current I ⁇ 2 and a fixed vector coordinate system ⁇ -axis ⁇ -axis voltage V ⁇ .
  • the counter electromotive force of the second electric motor 160 is estimated. Since the driving voltage applied to the motor is equal to the sum of the voltage drop by the stator coil and the counter electromotive force, the counter electromotive force can be estimated using the ⁇ -axis ⁇ -axis voltage and the ⁇ -axis ⁇ -axis current.
  • the second speed / position calculator 224 calculates the rotational speed ⁇ 2 of the second electric motor 160 based on the estimated back EMF, and converts the rotational speed ⁇ 2 of the second electric motor 160 in time.
  • the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is calculated by integrating with respect to the integrated circuit.
  • the second speed / position calculator 224 may calculate the calculated rotation speed ⁇ 2 of the second electric motor 160. Feedback can be input.
  • the power unit 101 shown in FIG. 13 calculates the second position detector 140 and the second speed as compared with the power unit 100 shown in FIG. 1.
  • the unit 222 is omitted, and the second current detector 140 and the second speed / position calculator 224 are further provided.
  • the power device 100 shown in FIG. 1 detects the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 using the first current detector 130, and uses the first position detector 170.
  • the rotor position ⁇ 1 of the first motor 150 is detected, and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is detected using the second position detector 180.
  • the power unit 101 shown in FIG. 13 detects the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 by using the first current detector 130 and uses the first position detector 170. To detect the rotor position ⁇ 1 of the first motor 150, and use the second current detector 140 and the second speed / position calculator 224 to determine the rotor position of the second motor 160. ⁇ 2) is detected.
  • the power unit 100 shown in FIG. 1 detects the rotor positions ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first electric motor 150 and the second electric motor 160 by using a sensor such as a hall sensor.
  • the illustrated power unit 101 detects the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 by using a sensor and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is the second electric motor 160 without a sensor. Is detected using the second driving current Iabc2.
  • FIG. 15 illustrates a configuration of a power unit according to still another embodiment
  • FIG. 16 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 15.
  • the power unit 102 includes a power supply unit 110, a driving unit 120, a first electric motor 150, a second electric motor 160, a first current detection unit 130, and a total current detection unit. 190, a control unit 202.
  • the controller 202 may include a second current calculator 212, a first speed calculator 221, a second speed / position calculator 224, a fixed coordinate system converter 231, and a rotation coordinate system converter 232. ), Speed control unit 240, q-axis current control unit 250, d-axis current command generation unit 260, d-axis current control unit 270, inverse rotation coordinate system conversion unit 281, inverse fixed coordinate system conversion unit 282 ), A pulse width modulator 290.
  • the total current detector 190 detects the total driving current Iabct obtained by adding the first driving current Iabc1 of the first motor 150 and the second driving current Iabc2 of the second motor 160.
  • the total current detection unit 190 is a total b-phase driving sum of the first a-phase driving current and the second a-phase driving current, the first b-phase driving current and the second b-phase driving current It may include at least two current sensors for detecting the total driving current of at least two phases of the current and the total c-phase driving current sum of the first c-phase driving current and the second c-phase driving current.
  • the current sensor may include a current transformer (CT) for proportionally reducing the magnitude of the driving current and an ampere meter for detecting the magnitude of the proportionally reduced current.
  • CT current transformer
  • the total current of at least two phases detected by the total current detector 190 is preferably the same phase as the first driving current of the two phases detected by the first current detector 130.
  • the second current calculator 212 calculates the second driving current Iabc2 based on the total driving current Iabct and the first driving current Iabc1. In detail, the second current calculator 212 calculates the difference between the total driving current Iabct and the first driving current labc1 of the same phase to calculate the second driving current Iabc2.
  • the second current calculator 212 when the total current detector 190 and the first current detector 130 detect the driving currents of the a phase and the c phase, respectively, the second current calculator 212 includes the total a phase driving current and the first a.
  • the second a-phase driving current corresponding to the difference between the phase driving currents may be calculated.
  • the second current calculator 212 may calculate a second c-phase driving current corresponding to a difference between the total c-phase driving current and the first c-phase driving current.
  • the power unit 102 shown in FIG. 13 calculates the second position detector 120 and the second speed as compared with the power unit 100 shown in FIG. 1.
  • the unit 222 is omitted, and the total current detector 190, the second current calculator 212, and the second speed / position calculator 224 are further provided.
  • the power unit 100 shown in FIG. 1 detects the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 using the second position detection unit 180, while the power unit 102 shown in FIG.
  • the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is detected using the total current detector 190, the second current calculator 212, and the second speed / position calculator 224.
  • the power unit 100 shown in FIG. 1 detects the rotor positions ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first electric motor 150 and the second electric motor 160 by using a sensor such as a hall sensor.
  • the illustrated power unit 102 detects the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 by using a sensor and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is the second electric motor 160 without a sensor. Is detected using the second driving current Iabc2.
  • the power device 102 illustrated in FIG. 15 may detect the total driving current supplied by the driver 120 using the total current detector 190, the total drive current detected by the total current detector 190. It may be determined whether the overcurrent flows to the driver 120 by comparing with the reference current. If it is determined that an overcurrent flows in the driver 120, the driving current flowing through the driver 120 may be limited by using a protection circuit provided separately from the power device 102.
  • FIG. 17 illustrates a configuration of a power unit according to still another embodiment
  • FIG. 18 illustrates an example of a driving unit included in the power unit illustrated in FIG. 17.
  • the power unit 103 may include a power supply unit 110, a driving unit 120 ′, a first electric motor 150, a second electric motor 160, a first current detection unit 130, and a control unit ( 203).
  • the controller 203 may include a second current calculator 212, a first speed calculator 221, a second speed / position calculator 224, a fixed coordinate system converter 231, and a rotation coordinate system converter 232.
  • Speed control unit 240 Speed control unit 240, q-axis current control unit 250, d-axis current command generation unit 260, d-axis current control unit 270, inverse rotation coordinate system conversion unit 281, inverse fixed coordinate system conversion unit 282 ), A pulse width modulator 290.
  • the driver 120 ′ may include a six-switch inverter 124 and three current sensors CS10, CS20, and CS30.
  • the smoothing circuit includes a capacitor C10, and a DC power supply VDD and a ground GND across the capacitor C10. ) Is formed.
  • the six-switch inverter 124 includes a phase output terminal OUTa, b phase output terminal OUTb, and c phase output terminal OUTa, and the three output terminals OUTa, OUTb, and OUTc are first And a, b and c phase input terminals of the second electric motors 150 and 160.
  • Three upper switching circuits S11, S21 and S31 are provided between the three output terminals OUTa, OUTb and OUTc and the DC power supply VDD, and the three output terminals OUTa, OUTb and OUTc and the ground GND. ) Are provided with three lower switching circuits S12, S22, S32 and three current sensors CS10, CS20, CS30. In addition, the three lower switching circuits S12, S22, and S32 and the three current sensors CS10, CS20, and CS30 are connected in series.
  • Each of the three current sensors CS10, CS20, and CS30 includes shunt resistors R10, R20, and R30 and shunt resistors R10 and R20 that convert currents flowing through the three lower switching circuits S12, S22, and S32 into voltages. And an amplifier (O10, O20, O30) for sensing the voltage applied to both ends of the R30.
  • the current sensors CS10, CS20, and CS30 sense current flowing through the lower switching circuits S12, S22, and S32, and output a total driving current Iabct.
  • the driver 120 ′ including the current sensors CS10, CS20, and CS30 uses a low-cost shunt resistor R10, R20, and R30 and an amplifier O10, O20, and O30 in place of an expensive current transformer and an ammeter.
  • the total current supplied to the first electric motor 150 and the second electric motor 160 by 120 ′ may be detected.
  • FIG. 18 illustrates a driver 120 ′ including three current sensors CS10, CS20, and CS30, but is not limited thereto.
  • it may include a single current sensor for detecting a current flowing through the ground line (GND).
  • GND ground line
  • the power unit 103 shown in FIGS. 17 and 18 excludes the total current detector 190, and the current sensors CS10, CS20, CS30.
  • the driving unit 120 ′ includes a total driving current Iabct to be detected.
  • the control unit 203 may include the same configuration as the control unit 202 of the power unit 102 shown in FIGS. 15 and 16.
  • the power unit 100 shown in FIG. 1 uses the second position detector 180 to position the rotor of the second electric motor 160. While detecting ⁇ 2, the power unit 103 shown in FIG. 17 includes a drive unit 120 'including a current sensor CS10, CS20, CS30, a second current calculator 212, and a second speed / The rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is detected using the position calculator 224.
  • the power unit 100 shown in FIG. 1 detects the rotor positions ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first electric motor 150 and the second electric motor 160 by using a sensor such as a hall sensor.
  • the illustrated power unit 101 detects the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 by using a sensor and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is the second electric motor 160 without a sensor. Is detected using the second driving current Iabc2.
  • FIG. 19 illustrates a configuration of a power unit according to still another embodiment
  • FIG. 20 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 19.
  • the power unit 104 includes a power supply unit 110, a driving unit 120, a first electric motor 150, a second electric motor 160, a first current detection unit 130, and a second position.
  • the detector 180 and the controller 204 are included.
  • the control unit 204 may include a first speed / position calculator 223, a second speed calculator 222, a fixed coordinate system converter 231, a rotation coordinate system converter 232, a speed controller 240, and q.
  • the first speed / position calculating unit 223 rotates the rotational speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 based on the first ⁇ -axis ⁇ -axis current I ⁇ 1 and the fixed vector coordinate system ⁇ -axis ⁇ -axis voltage V ⁇ . ) And the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 are calculated.
  • the first speed / position calculation unit 223 uses a motor model by using the first ⁇ -axis ⁇ -axis current I ⁇ 1 and the fixed vector coordinate system ⁇ -axis ⁇ -axis voltage V ⁇ .
  • the counter electromotive force of the first electric motor 150 is estimated. Since the driving voltage applied to the motor is equal to the sum of the voltage drop by the stator coil and the counter electromotive force, the counter electromotive force can be estimated using the ⁇ -axis ⁇ -axis voltage and the ⁇ -axis ⁇ -axis current.
  • the first speed / position calculator 223 calculates the rotation speed ⁇ 1 of the first electric motor 10 based on the estimated back EMF, and converts the rotation speed ⁇ 1 of the first electric motor 10 in time.
  • the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 is calculated by integrating with respect to.
  • the first speed / position calculator 223 calculates the calculated rotation speed ⁇ 1 of the first electric motor 150 to more accurately calculate the rotation speed ⁇ 1 of the first electric motor 10. Feedback can be input.
  • the power unit 104 shown in FIG. 19 calculates the first position detector 130 and the first speed as compared with the power unit 100 shown in FIG. 1.
  • the unit 221 is omitted, and the first speed / position calculator 223 is further provided.
  • the power unit 104 shown in FIG. 19 detects the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 by using the first current detector 130, and the first current detector 130 and the first speed. / The rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 is detected using the position calculator 223, and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 using the second position detector 180. Detect.
  • the power unit 104 shown in FIG. 19 detects the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 using the second driving current Iabc2 of the second electric motor 160 without a sensor, and then the second.
  • the rotor position ⁇ 2 of the electric motor 160 is detected using a sensor.
  • FIG. 21 illustrates a configuration of a power unit according to still another embodiment
  • FIG. 22 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 21.
  • the power unit 105 includes a power supply unit 110, a driving unit 120, a first electric motor 150, a second electric motor 160, a first current detection unit 130, and a second current.
  • the detector 140 and the controller 205 are included.
  • the control unit 205 may include a first speed / position calculator 223, a second speed / position calculator 224, a fixed coordinate system converter 231, a rotation coordinate system converter 232, and a speed controller 240. , q-axis current control unit 250, d-axis current command generation unit 260, d-axis current control unit 270, inverse rotation coordinate system conversion unit 281, inverse fixed coordinate system conversion unit 282, pulse width modulator ( 290).
  • the power unit 105 shown in FIG. 21 has a first position detector 130 and a first speed calculation compared to the power unit 100 shown in FIG. 1.
  • the unit 221, the second position detector 140 and the second speed calculator 222 are omitted, and the first speed / position calculator 223, the second current detector 140, and the second speed / position calculator are omitted.
  • Part 224 is further provided.
  • the power unit 105 illustrated in FIG. 21 detects the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 by using the first current detector 130, and detects the first current detector 130 and the first speed.
  • the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 is detected using the / position calculator 223, and the second current is detected using the second current detector 140 and the second speed / position calculator 224.
  • the rotor position ⁇ 2 of the electric motor 160 is detected.
  • the power unit 105 shown in FIG. 21 may determine the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 of the first electric motor 150 without a sensor. The detection is performed by using the first driving current Iabc1 and the second driving current Iabc2 of the second electric motor 160.
  • FIG. 23 illustrates a configuration of a power unit according to still another embodiment
  • FIG. 24 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 23.
  • the power unit 106 includes a power supply unit 110, a driving unit 120, a first electric motor 150, a second electric motor 160, a first current detecting unit 130, and a total current detecting unit. 190, a control unit 206.
  • the controller 206 may include a second current calculator 212, a first speed / position calculator 223, a second speed / position calculator 224, a fixed coordinate system converter 231, and a rotation coordinate system converter.
  • the power unit 106 shown in FIG. 23 omits the second current detection unit 140 compared to the power unit 105 shown in FIG.
  • the current detector 190 and the second current calculator 212 are further provided.
  • the power unit 106 shown in FIG. 23 detects the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 by using the first current detector 130, and the first current detector 130 and the first speed.
  • the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 using the position / calculation unit 223, and the total current detector 190, the second current calculator 212, and the second speed / position calculator
  • the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is detected using 224.
  • the power unit 106 illustrated in FIG. 23 uses the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 and the second driving current Iabc2 of the second electric motor 160 to form the first electric motor 150.
  • the rotor position ⁇ 1 of) and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 are detected without a sensor.
  • 25 shows a configuration of a power unit according to another embodiment.
  • the power unit 107 uses the power supply unit 110, the driving unit 120 ′, the first electric motor 150, the second electric motor 160, the first current detection unit 130, and the control unit 207. Include.
  • the driver 120 ′ may detect a-phase, b-phase and c-phase driving currents as in the driver 120 ′ of FIG. 18, and the controller 207 may control the controllers 206 and 24 of FIG. 24. Same).
  • the power unit 107 illustrated in FIG. 25 detects the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 by using the first current detector 130, and the first current detector 130 and the first current detector 130. 1 detects the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 by using the speed / position calculating unit 223, the total current detecting unit 190, the second current calculating unit 212 and the second speed / position The rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is detected using the calculator 224.
  • the power unit 107 illustrated in FIG. 25 uses the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 and the second driving current Iabc2 of the second electric motor 160 to form the first electric motor 150.
  • the rotor position ⁇ 1 of) and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 are detected without a sensor.
  • FIG. 26 illustrates a configuration of a power unit according to still another embodiment
  • FIG. 27 illustrates an example of a controller included in the power unit illustrated in FIG. 26.
  • the power unit 108 includes a power supply unit 110, a driving unit 120, a first electric motor 150, a second electric motor 160, a second current detection unit 140, and a total current detection unit. 190, a control unit 208.
  • the controller 208 may include a first current calculator 211, a first speed / position calculator 223, a second speed / position calculator 224, a fixed coordinate system converter 231, and a rotation coordinate system converter.
  • the power unit 108 shown in FIG. 26 omits the first current detector 130 compared to the power unit 105 shown in FIG.
  • the current detector 190 and the first current calculator 211 are further provided.
  • the power unit 108 shown in FIG. 26 detects the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 by using the total current detector 190 and the first current calculator 211, and the first current.
  • the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 is detected using the detector 130 and the first speed / position calculator 223, and the total current detector 190 and the second current calculator 212 are detected.
  • the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 using the second speed / position calculation unit 224.
  • the power unit 108 illustrated in FIG. 26 uses the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 and the second driving current Iabc2 of the second electric motor 160 to form the first electric motor 150.
  • the rotor position ⁇ 1 of) and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 are detected without a sensor.
  • the power unit 109 includes a power supply unit 110, a driving unit 120 ′, a first electric motor 150, a second electric motor 160, a second current detection unit 130, and a control unit 207.
  • the driver 120 ′ may detect a-phase, b-phase and c-phase driving currents as in the driver 120 ′ of FIG. 18, and the controller 207 may control the controllers 208 and 27 of FIG. 27. Same).
  • the power unit 109 illustrated in FIG. 28 detects the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 by using the total current detector 190 and the first current calculator 211. 1
  • the rotor position ⁇ 1 of the first electric motor 150 is detected by using the total current detector 190, the first current calculator 211, and the first speed / position calculator 223, and the second current.
  • the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 is detected using the detector 140 and the second speed / position calculator 224.
  • the power unit 109 illustrated in FIG. 28 uses the first driving current Iabc1 of the first electric motor 150 and the second driving current Iabc2 of the second electric motor 160 to form the first electric motor 150.
  • the rotor position ⁇ 1 of) and the rotor position ⁇ 2 of the second electric motor 160 are detected without a sensor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

제 1 전동기, 상기 제 1 전동기와 병렬로 연결되는 제 2 전동기, 상기 제 1 전동기 및 상기 제 2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부, 상기 제 1 전동기의 구동 전류 및 회전 속도를 기초로 상기 구동부를제어 하는제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 1 전동기의 회전 속도와 상기 제 2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제 1 전동기의 회전 속도와 제 2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 구동부를 제어하는 동력 장치는 단일의 구동 장치를 이용하여 2 이상의 전동기 가운데 어느 하나의 전동기의 회전 속도, 구동 전류를 기초로구동 전압을 인가하여 2 이상의 전동기를동일한속도로구동할수 있다.

Description

동력 장치 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치
개시된 발명은 동력 장치 및 동력 장치에 포함되는 구동 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 복수의 전동기를 동시에 구동하는 동력 장치 및 동력 장치에 포함되는 구동 장치에 관한 발명이다.
전동기는 세탁기, 냉장고, 공기조화기, 청소기 등의 가전기기 전반에서 널리 이용될 뿐만 아니라, 최근 주목받고 있는 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등에도 이용되고 있다.
이 가운데 영구 자석을 이용하는 영구 자석 전동기(Permanent Magnet Motor)는 전류가 도통하는 코일에 의한 자기장과 영구 자석에 의한 자기장 사이의 자기적 상호 작용을 이용하여 회전자를 회전시킨다.
이와 같은 영구 자석 전동기를 구동하기 위해서는 구동 전압을 인가해 줄 수 있는 인버터 등의 구동 장치가 요구된다. 영구 자서 전동기의 회전자가 생성하는 자기장은 회전자의 위치에 따라 정해지므로 인버터는 회전자의 위치를 고려하여 구동 전압을 인가해 주어야 한다.
결국, 구동 전압은 영구 자석 전동기의 회전 속도, 출력 토크, 회전자의 위치에 따라 구동 전압의 위상이 달라진다.
이와 같이 영구 자석 전동기를 제어하기 위해서는 인버터가 영구 자석 전동기의 회전 속도, 출력 토크 및 회전자의 위치에 따라 변화하는 구동 전압을 인가해 주어야 하므로 2개 이상의 영구 자석 전동기를 제어하기 위해서는 각각의 전동기를 제어하는 2개의 이상의 인버터가 요구된다.
개시된 발명의 일 측면은 2개 이상의 전동기를 단일의 인버터를 이용하여 제어하는 동력 장치 및 동력 장치에 포함되는 구동 장치를 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면은 2개 이상의 전동기를 단일의 인버터를 이용하여 제어하는 경우, 2개 이상의 전동기의 동작을 감지하는 센서의 개수를 최소화하는 동력 장치 및 그에 포함되는 구동 장치를 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 동력 장치는 제1 전동기, 상기 제1 전동기와 병렬로 연결되는 제2 전동기, 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부, 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 회전 속도를 기초로 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이를 기초로 상기 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 동력 장치는 상기 제1 전동기의 구동 전류를 검출하는 제1 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 동력 장치는 상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부 및 상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류 및 총 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 구동 전류를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 동력 장치는 상기 제1 전동기의 회전자 위치를 검출하는 제1 위치 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 동력 장치는 상기 제2 전동기의 회전자 위치를 검출하는 제2 위치 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 동력 장치는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 동력 장치는 상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 총 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 전동기 구동장치는 서로 병렬 연결되는 제1 전동기 및 제2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부, 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 회전 속도를 기초로 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 구동장치는 상기 제1 전동기의 구동 전류를 검출하는 제1 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 구동장치는 상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부 및 상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류 및 총 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 구동 전류를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제1 전동기가 상기 제1 전동기의 회전자 위치를 검출하는 제1 위치 검출부를 포함하면 상기 제어부는 상기 제1 위치 검출부가 검출한 상기 제1 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제2 전동기가 상기 제2 전동기의 회전자 위치를 검출하는 제2 위치 검출부를 포함하면 상기 제어부는 상기 제2 위치 검출부가 검출한 상기 제2 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 구동 장치는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 구동 장치는 상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 총 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 단일의 구동 장치를 이용하여 2 이상의 전동기 가운데 어느 하나의 전동기의 회전 속도, 구동 전류를 기초로 구동 전압을 인가하여 2 이상의 전동기를 동일한 속도로 구동할 수 있다.
개시된 발명의 다른 일 측면에 따르면 2개 이상의 전동기를 단일의 인버터로 구동하는 경우 어느 하나의 전동기만 전류 센서가 요구되며, 다른 전동기는 전류 센서 없이 2개 이상의 전동기의 구동이 가능하다.
도 1는 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 구동부의 일 예를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 구동부의 다른 일 예를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 구동부의 다른 일 예를 도시한다.
도 5은 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 일치하는 경우 dq축 전류와 dq축 전압을 도시한다.
도 6는 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 상이한 경우 제1 전동기와 제2 전동기에 인가되는 dq축 전압을 도시한다.
도 7는 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 상이한 경우 제2 전동기에 공급되는 dq축 전류를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 전동기의 d축 전류를 변화시키는 것을 도시한다.
도 9는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 전동기의 d축 전류를 변화시키는 경우, 제1 전동기 및 제2 전동기에 인가되는 dq축 전압을 도시한다.
도 10은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 전동기의 d축 전류를 변화시키는 경우, 제2 전동기에 공급되는 dq축 전류를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 d축 전류지령 생성부의 일 예를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 전동기 및 제2 전동기의 회전 속도, d축 전류 및 q축 전류를 도시한다.
도 13은 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 14는 도 13에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 15는 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 16은 도 15에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 17은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 18은 도 17에 도시된 동력 장치에 포함된 구동부의 일 예를 도시한다.
도 19는 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 20은 도 19에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 21은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 22는 도 21에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 23은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 24는 도 23에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 25는 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 26은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 27은 도 26에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 28은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, “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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 일 실시예에 의한 동력 장치, 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1는 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다. 또한, 도 2는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 구동부의 일 예를 도시하고, 도 3은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 구동부의 다른 일 예를 도시하고, 도 4는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 구동부의 다른 일 예를 도시한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면 일 실시예에 의한 동력 장치(power apparatus)(100)는 전원부(electric power supply)(110), 구동부(driver)(120), 제1 전동기(first motor)(150) 및 제2 전동기(second motor)(160), 제1 전류 검출부(first current detector)(130), 제1 위치 검출부(first position detector)(170) 및 제2 위치 검출부(second position detector)(180), 제어부(controller)(200)를 포함하며, 동력 장치(100)는 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 이를 운동 에너지로 변환한다.
전원부(110)는 구동부(120)에 직류 전원을 공급한다. 예를 들어, 동력 장치(100)가 외부 전원으로부터 교류 전원을 공급받는 경우, 전원부(110)는 다이오드 브리지(diode bridge) 등의 정류회로, 평활 캐패시터(capacitor) 등의 평활회로를 포함할 수 있다. 또한, 전원부(110)는 선택적으로 입력전원의 역률(power factor)를 개선시키는 역률 보정(Power Factor Correction: PFC) 회로, 정류회로에 의하여 정류된 직류 전원의 전압을 변경하는 직류 전압 변환기(DC-DC Converter)를 더 포함할 수 있다.
다른 예로, 동력 장치(100)가 외부 전원으로부터 직류 전원을 공급받는 경우, 전원부(110)는 공급된 직류 전원의 전압을 변경하는 직류 전압 변환기를 포함할 수 있다.
구동부(120)는 전원부(110)로부터 공급받은 직류 전원을 이용하여 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 구동 전류를 공급한다. 구체적으로, 구동부(120)는 제어부(200)가 제공한 제어 신호(Vpwm)에 따라 전원부(110)와 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160) 사이에 배치된 복수의 스위칭 회로를 개폐함으로 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 적절한 구동 전압을 인가한다. 이때, 인가된 구동 전압에 따라 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 구동 전류가 공급된다.
예를 들어, 구동부(120)는 6스위치 인버터(121)(6 switch inverter)를 포함할 수 있다.
구동부(120)가 6스위치 인버터(121)를 포함하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 평활회로는 캐패시터(C10)를 포함하며, 캐패시터(C10) 양단에 직류 전원(VDD)과 접지(GND)가 형성된다.
도 2를 참조하면, 6스위치 인버터(121)는 a상 출력 단자(OUTa), b상 출력 단자(OUTb) 및 c상 출력 단자(OUTc)를 포함하며, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 a상, b상 및 c상 입력 단자와 연결된다.
3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 직류 전원(VDD) 사이에는 3개의 상측 스위칭 회로(S11, S21, S31)가 마련되고, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 접지(GND) 사이에는 3개의 하측 스위칭 회로(S12, S22, S32)가 마련된다.
또한, 3개의 상측 스위칭 회로(S11, S21, S31)와 3개의 하측 스위칭 회로(S12, S22, S32)는 제어부(200)가 생성한 제어 신호(Vpwm11, Vpwm12, Vpwm21, Vpwm22, Vpwm31, Vpwm32: Vpwm)에 의하여 개폐된다.
다른 예로, 구동부(120)는 다이오드 클램프드 인버터(diode clamped inverter)(122)를 포함할 수 있다.
구동부(120)가 다이오드 클램프드 인버터(122)를 포함하는 경우, 평활회로는 도 3에 도시된 바와 같이 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 캐패시터(C41, C42)를 포함한다. 또한, 한 쌍의 캐패시터(C41, C42)의 양단에는 직류 전원(VDD)과 접지(GND)가 형성되고, 한 쌍의 캐패시터(C41, C42)가 연결되는 노드에는 "VDD/2"의 전압을 갖는 중립점(neutral point)(NP)이 형성된다.
다이오드 클램프드 인버터(122)는 a상 출력 단자(OUTa), b상 출력 단자(OUTb) 및 c상 출력 단자(OUTa)를 포함하며, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 a상, b상 및 c상 입력 단자와 연결된다.
3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 직류 전원(VDD) 사이에는 3쌍의 상측 스위칭 회로(S41a와 S41b, S51a와 S51b, S51a와 S51b)가 마련되고, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 접지(GND) 사이에는 3쌍의 하측 스위칭 회로(S42a와 S42b, S52a와 S52b, S62a와 S62b)가 마련된다.
또한, 3쌍의 상측 스위칭 회로(S41a와 S41b, S51a와 S51b, S51a와 S51b)가 서로 연결되는 노드와 중립점(NP) 사이에는 각각 3개의 상측 다이오드(D41, D51, D61)가 마련되고, 3쌍의 하측 스위칭 회로(S42a와 S42b, S52a와 S52b, S62a와 S62b)가 서로 연결되는 노드와 중립점(NP) 사이에는 각각 3개의 하측 다이오드(D42, D52, D62)가 마련된다.
3쌍의 상측 스위칭 회로(S41a와 S41b, S51a와 S51b, S51a와 S51b)와 3쌍의 하측 스위칭 회로(S42a와 S42b, S52a와 S52b, S62a와 S62b)는 각각 제어부(200)가 생성한 제어 신호(Vpwm)에 의하여 개폐된다.
다른 예로, 구동부(120)는 T타입 중립점 클램프드 인버터(T-type neutral point clamped inverter)(123)를 포함할 수 있다.
구동부(120)가 T타입 중립점 클램프드 인버터(122)를 포함하는 경우, 평활회로는 도 4에 도시된 바와 같이 서로 직렬로 연결된 한 쌍의 캐패시터(C71, C72)를 포함한다. 또한, 한 쌍의 캐패시터(C71, C72)의 양단에는 직류 전원(VDD)과 접지(GND)가 형성되고, 한 쌍의 캐패시터(C71, C47)가 연결되는 노드에는 "VDD/2"의 전압을 갖는 중립점(neutral point)(NP)이 형성된다.
T타입 중립점 클램프드 인버터(123)는 a상 출력 단자(OUTa), b상 출력 단자(OUTb) 및 c상 출력 단자(OUTa)를 포함하며, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 a상, b상 및 c상 입력 단자와 연결된다.
3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 직류 전원(VDD) 사이에는 3개의 상측 스위칭 회로(S71, S81, S91)가 마련되고, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 접지(GND) 사이에는 3개의 하측 스위칭 회로(S72, S82, S92)가 마련된다. 또한, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 중립점(NP) 사이에는 각각 3쌍의 중립 스위칭 회로(S73과 S74, S83과 S84, S93과 S94)가 마련된다.
3개의 상측 스위칭 회로(S71, S81, S91), 3개의 하측 스위칭 회로(S72, S82, S92) 및 3쌍의 중립 스위칭 회로(S73과 S74, S83과 S84, S93과 S94)는 각각 제어부(200)가 생성한 제어 신호(Vpwm)에 의하여 개폐된다.
이와 같이 인버터(121, 122, 123)를 형성하는 스위칭 회로는 고전압 대전류를 차단 또는 도통시키기 위한 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT) 또는 전력 전계 효과 트랜지스터(Power Field Effect Transistor: Power FET)를 채용할 수 있다.
제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)는 구동부(120)로부터 구동 전류를 공급받아 운동 에너지(kinetic energy)를 생성한다. 구체적으로, 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)은 영구 자석을 포함하는 회전자와 코일을 포함하는 고정자 사이의 자기적 상호작용을 이용하여 회전자를 회전시킨다.
예를 들어, 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)는 3상 동기 전동기(3 phase synchronous motor)를 채용할 수 있다. 3상 동기 전동기의 회전자는 영구 자석을 포함할 수 있으며, 3상 동기 전동기의 고정자는 구동부(120)로부터 a상, b상 및 c상의 구동 전류를 제공받아 회전하는 자기장을 생성하는 코일을 포함할 수 있다.
또한, 3상 동기 전동기는 회전자가 생성하는 자기장과 고정자의 회전하는 자기장 사이의 상호 작용을 이용하여 회전자를 회전시킨다.
제1 전류 검출부(130)는 각각 제1 전동기(150)에 공급되는 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출한다.
또한, 제1 전류 검출부(130)은 적어도 2개의 전류 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 검출부(130)는 제1 전동기(150)의 a상 입력단자에 공급되는 a상 전류를 검출하는 a상 전류 센서와 제1 전동기(150)의 b상 입력단자에 공급되는 b상 전류를 검출하는 b상 전류 센서를 포함할 수 있다. 만일, 제1 전류 검출부(130)가 a상 전류와 b상 전류를 검출하면 제어부(200)가 a상 전류와 b상 전류를 기초로 c상 전류를 산출할 수 있다.
물론 제1 전류 검출부(130)가 b상 전류를 검출하는 b상 전류 센서와 c상 전류를 검출하는 c상 전류 센서를 포함하거나, c상 전류를 검출하는 c상 전류 센서와 a상 전류를 검출하는 a상 전류 센서를 포함할 수도 있다.
전동기에는 수 암페어(Ampere: A)에서 수백 암페어(A)에 이르는 대전류가 공급된다. 이와 같은 대전류를 검출하기 위해서 제1 전류 검출부(130)에 포함되는 적어도 2개의 전류 센서는 구동 전류의 크기를 비례 감소시키는 변류기(current transformer: CT)와 비례 감소된 전류의 크기를 검출하는 전류계(ampere meter)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 전류 센서는 변류기를 이용하여 구동 전류의 크기를 비례 감소시킨 후 비례 감소된 전류의 크기를 측정함으로써 제1 구동 전류를 검출할 수 있다.
제1 전류 검출부(130)와 관련하여 변류기와 전류계를 포함하는 전류 센서를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 션트 저항(shunt resistor)를 포함하는 전류 센서 또는 홀 센서(hall sensor)를 포함하는 전류 센서를 포함할 수도 있다.
제1 위치 검출부(170)는 제1 전동기(150)에 포함된 회전자의 위치(θ1)를 검출한다.
예를 들어, 제1 위치 검출부(170)는 제1 전동기(150)에 포함된 회전자가 생성하는 자기장을 검출하는 홀 센서(hall sensor)를 포함할 수 있다. 홀 센서는 제1 전동기(150)에 포함된 고정자의 적절한 위치에 배치되어 회전자의 회전에 따른 자기장의 변화를 감지하고, 감지된 자기장을 기초로 회전자의 위치를 검출한다.
다른 예로, 제1 위치 검출부(170)는 제1 전동기(150)에 포함된 회전자의 회전을 검출하는 엔코더(encoder)를 포함할 수 있다. 엔코더는 회전자의 회전에 따라 펄스 형태의 신호를 출력하며, 펄스의 주기 및 개수를 기초로 회전자의 회전 변위 또는 회전 속도를 검출할 수 있다.
다른 예로, 제1 위치 검출부(170)는 제1 전동기(150)에 포함된 회전자의 회전을 검출하는 리졸버(resolver)를 포함할 수 있다. 리졸버는 회전자의 회전에 따라 정현파를 출력하며, 정현파의 주기 및 개수를 기초로 회전자의 회전 변위 또는 회전 속도를 검출할 수 있다.
제2 위치 검출부(180)는 제2 전동기(160)에 포함된 회전자의 위치(θ2)를 검출한다.
제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 회전자 위치(θ1, θ2)와 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 기초로 구동부(120)를 제어하는 제어 신호(Vpwm)를 생성한다.
구체적으로 제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 회전자 위치(θ1, θ2)를 기초로 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 회전 속도(ω1, ω2)를 산출하고, 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 회전 속도(ω1, ω2)및 제1 및 제2 구동 전류(Iabc1, Iabc2)를 기초로 제1 전동기(150) 또는 제2 전동기(160)에 공급되어야 하는 전류 지령(Idq*)을 산출하고, 전류 지령(Idq*)에 따라 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 인가되어야 하는 전압 지령(Vdq*)을 산출한다. 이후, 제어부(200)는 전압 지령(Vdq*)을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM)하여 제어 신호(Vpwm)를 생성한다.
제어부(200)가 출력하는 제어 신호(Vpwm)는 구동부(120)에 포함된 복수의 스위칭 회로를 온/오프시킨다. 또한, 제어 신호(Vpwm) 온 시간의 비율 즉 듀티비(duty rate)에 따라 구동부(120)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 전압 지령에 대응하는 구동 전압(Vabc)을 인가할 수 있다. 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 구동 전압(Vabc)에 대응하는 제1 및 제2 구동 전류(Iabc1, Iabc2)가 공급된다.
제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 동일한 경우 제어부(200)는 제1 전동기(150) 또는 제2 전동기(160) 가운데 어느 하나의 전동기의 회전 속도와 어느 하나의 전동기의 구동 전류를 기초로 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(200)는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제1 구동 전류(Iabc1)를 기초로 전류 지령 및 전압 지령을 생성하고, 생성된 전압 지령에 따라 제어 신호(Vpwm)를 생성한다.
만일 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이해지는 경우 제어부(200)는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2) 사이의 차이를 기초로 d축 전류 지령을 생성한다. 여기서 d축 전류 지령은 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω1)가 동일해지도록 한다.
이와 같은 제어부(200)는 주어진 프로그램과 데이터에 따라 연산을 수행하는 1개 또는 2이상의 마이크로 프로세서(microprocessor), 프로그램 및 데이터를 저장하는 1개 또는 2이상의 메모리(memory)를 포함할 수 있다.
제어부(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에는 도시하지 않았으나, 동력장치(100)는 제어부(200)가 출력한 제어 신호(Vpwm)에 따라 구동부(120)에 포함된 복수의 스위칭 회로를 온/오프시키는 게이트 드라이브 신호를 생성하는 게이트 드라이버(gate driver)를 포함할 수 있다.
통상적으로, 제어부(200)에 포함되는 마이크로 프로세서는 구동 전압이 3.3V 내지 5V인 논리회로인데 비하여, 구동부(120)는 300V 또는 그 이상의 전압의 구동 전압을 갖는 인버터를 포함한다.
예를 들어, 전원부(110)가 220V의 교류 전원을 정류하여 직류 전원을 생성하는 경우, 구동부(120)에는 대략 310V의 직류 전원이 공급된다. 즉, 구동부(120)에 포함된 복수의 스위칭 회로의 양단에는 310V의 고전압이 인가된다. 이와 같이 310V의 고전압을 차단시키거나 도통시키는 전력 스위칭 회로(예를 들어, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 또는 전력 전계 효과 트랜지스터 등)는 통상 스위치를 온/오프시키는 게이트 신호로서 15V 이상의 전압을 갖는 신호를 이용한다.
이와 같은 제어부(200)의 출력 전압(3.3V 내지 5V)과 구동부(120)의 입력 전압(15V 이상)의 차이로 인하여 게이트 드라이버는 제어부(200)가 출력한 제어 신호(Vpwm)(3.3V 내지 5V)를 구동부(120)의 입력 전압에 대응하는 게이트 드라이브 신호(15V 이상)로 변환한다. 다시 말해, 게이트 드라이버는 제어 신호(Vpwm)를 승압하여 게이트 드라이브 신호를 생성할 수 있다.
이상에서는 일 실시예에 의한 동력 장치(100)의 구성에 대하여 설명하였다.
이하에서는 일 실시예에 의한 동력 장치(100)의 동작 특히, 제어부(200)의 동작에 대하여 설명한다.
일 실시예에 의한 동력 장치(100)의 제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 a상, b상 및 c상을 회전 벡터 좌표계 d축 및 q축으로 변환하여 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 a상, b상 및 c상 전류를 d축 및 q축 전류로 변환하고, d축 및 q축 전류를 기초로 d축 및 q축 전압을 산출하고, d축 및 q축 전압을 a상, b상 및 c상 전압으로 다시 변환한다. 이후, 제어부(200)는 a상, b상 및 c상 전압을 펄스 폭 변조하여 제어 신호(Vpwm)을 출력한다.
d축이라 함은 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 회전자가 생성하는 자기장의 방향과 일치하는 방향의 축을 의미하며, q축이라 함은 회전자가 생성하는 자기장의 방향에 비하여 90도 앞서는 방향의 축을 의미한다. 여기서, 90도는 회전자의 기계적인 각도가 아닌 회전자에 포함된 인접한 N극 사이의 각도 또는 인접한 S극 사이의 각도를 360도로 환산한 전기각을 의미한다.
d축 전압(Vd) 및 q축 전압(Vq)과 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq) 사이에는 수학식 1과 같은 관계가 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2015001247-appb-M000001
(단, Vdk는 제k 전동기의 d축 전압, Vqk는 제k 전동기의 q축 전압, Rs는 고정자에 포함된 코일의 저항, Ls는 고정자에 포함된 코일의 인덕턴스, λf는 회전자에 포함된 영구 자석의 자속, ωr은 회전자의 회전 속도, Idk는 제k 전동기의 d축 전류, Iqk는 제k 전동기의 q축 전류이다.)
이때 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 고정자에 포함된 코일의 저항을 무시하면 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 토크(Te)는 수학식 2과 같다.
수학식 2
Figure PCTKR2015001247-appb-M000002
(단, Te는 전동기의 토크, P는 회전자의 극수, λf는 회전자에 포함된 영구 자석의 자속, Iqk는 제k 전동기의 q축 전류이다.)
수학식 2에 의하면 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 토크(Te)는 q축 전류(Iqk)에 의존한다. 따라서, 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 부하가 동일하고 제1 및 제2 전동기(150, 160)가 동일한 속도로 회전하면 제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 부하에 따른 q축 전류(Iqk)가 공급되고, d축 전류(Idk)는 "0"이 되도록 a상, b상 및 c상 구동 전압을 제어한다.
도 5은 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 일치하는 경우 dq축 전류와 dq축 전압을 도시한다.
도 5을 참조하면, 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 일치하는 경우 제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-q2축은 서로 일치한다. (이하에서는 제1 전동기의 d1축-q1축과 제2 전동기의 d2축-q2축이 일치하는 경우, d0축-q0축이라 한다.)
또한, 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 일치하는 경우 제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 도 5에 도시된 바와 같이 q0축과 일치하는 방향의 dq축 전류 <I0>가 공급되도록 구동부(120)를 제어할 수 있다. 즉, 구동부(120)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 "0"의 d0축 전류와 "I0q0"의 q0축 전류를 공급한다.
dq축 전류 <I0>가 공급되도록 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 인가되어야 할 dq축 전압에 대하여 설명한다.
우선, 회전자의 회전에 의한 역기전력(E0)은 q0축과 일치하는 방향으로 발생한다. 또한, 인덕턴스의 전압과 전류는 90도의 위상 차이를 가지므로 전동기의 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I0>는 dq축 전류 <I0>와 수직한 방향으로 발생한다. 즉, 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I0>는 d0축 방향으로 발생한다.
제1 및 제2 전동기(150, 160)에 dq축 전류 <I0>가 공급되려면 고정자의 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I0>와 역기전력 <E0>의 벡터 합에 해당하는 dq축 전압 <V0>가 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 인가되어야 한다. 즉, 도 5에 도시되 바와 같이 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 "V0d0"의 d0축 전압과 "V0q0"의 q0축 전압이 인가되어야 한다.
요약하면, 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 일치하는 경우 제어부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 d0축 전압 "V0d0"와 q0축 전압 "V0q0"이 인가되도록 구동부(120)를 제어한다. 그 결과 제1 및 제2 전동기(150, 160)에는 "0"의 d0축 전류와 q0축 전류 "I0q0"가 공급된다.
이와 같이, 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 동일한 경우, 제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-q2축이 일치하므로 제어부(200)는 제1 전동기(150)의 구동 전류와 회전 속도를 기초로 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(200)는 제1 전동기(150)에 공급되는 a상, b상 및 c상 전류를 dq축 전류로 변환하고, 변환된 dq축 전류와 제1 전동기(150)의 회전 속도를 기초로 제1 전동기(150)에 공급될 dq축 전류 지령을 생성한다.
이후, 제어부(200)는 dq축 전류 지령을 기초로 제1 전동기(150)에 인가될 dq축 전압 지령을 생성하고, 이를 a상, b상 및 c상 전압으로 변환하여 출력하였다. 이때, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)는 병렬로 연결되어 제1 전동기(150)에 인가되는 a상, b상 및 c상 전압이 제2 전동기(160)에도 인가된다. 또한, 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 동일하므로, 제1 전동기(150)에 공급되는 a상, b상 및 c상 전류는 제2 전동기(160)에 공급되는 a상, b상 및 c상 전류와 동일하다.
그러나, 외란 등에 의하여 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이해지면 제1 전동기(150)의 회전 속도와 제2 전동기(160)의 회전 속도가 상이해지고, 제1 전동기(150)의 회전자의 위치(θ1)와 제2 전동기(160)의 회전자의 위치(θ2)가 상이해진다. 또한, 제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-q2축이 서로 상이해진다.
도 6는 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 상이한 경우 제1 전동기와 제2 전동기에 인가되는 dq축 전압을 도시하고, 도 7는 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 상이한 경우 제2 전동기에 공급되는 dq축 전류를 도시한다.
제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-q2축이 서로 어긋나게 된다.
제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-q2축이 서로 어긋난 결과 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 dq축 전압 <V0>을 인가하면, 제1 전동기(150)에는 "V0d1"의 d1축 전압과 "V0q1"의 q1축 전압이 인가되는 반면 제2 전동기(160)에는 "V0d2'"의 d2축 전압과 "V0q2'"의 q2축 전압이 인가된다.
이와 같이 제1 전동기(150)에 인가되는 d1-q1축 전압과 제2 전동기(160)에 인가되는 d2-q2축 전압이 상이하므로 제1 전동기(150)에 공급되는 d1-q1축 전류와 제2 전동기(160)에 공급되는 d2-q2 전류가 상이해진다.
제2 전동기(160)에 포함된 회전자의 회전에 의한 역기전력 <E0`>은 도 7에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)의 q2축과 나란하게 발생된다. 또한, 제2 전동기(160)에 인가된 dq축 전압 <V0>와 제2 전동기(160)의 역기전력 <E0`>의 벡터 차는 제2 전동기(160)에 포함된 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I0`>가 된다.
또한, 제2 전동기(160)에 인가된 dq축 전압 <V0>에 의한 제2 전동기(160)의 dq축 전류 <I0`>는 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I0`>와 수직한 방향이 된다. 즉, 제2 전동기(160)에는 도 7에 도시된 "I0d2`"의 d2축 전류와 "I0q2`"의 q축 전류가 공급된다.
이와 같이 제2 전동기(160)에 공급된 dq축 전류 <I0`>는 제1 전동기(150)에 공급되는 dq축 전류 <I0>와 상이하다. 즉, 제1 전동기(150)에 공급되는 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(150)에 공급되는 제2 구동 전류(Iabc2)가 상이하다.
다시 말해, 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이한 경우, 제어부(200)는 더 이상 제1 전동기(150)의 구동 전류(Iabc1)와 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)를 기초로 제2 전동기(160)를 제어할 수 없게 된다.
이와 같이 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이한 경우, 제어부(200)가 제1 전동기(150)의 출력 토크의 변화 없이 제2 전동기(160)의 출력 토크를 변화시키기 위해서 제1 전동기(150)의 d1축 전류(Id1)를 변경시킬 수 있다.
[수학식 2]에 의하면 전동기의 출력 토크(Te)는 전동기의 q축 전류(Iqk)에 의존하기 때문에 제1 전동기(150)의 d1축 전류(Id1)를 변경하더라도 제1 전동기(150)의 출력 토크에는 영향이 없다.
이와 같이, 제1 전동기(150)의 출력 토크를 일정하게 유지시키기 위하여 제어부(200)는 제1 전동기(150)의 q1축 전류는 일정하게 고정시키고, 제2 전동기(160)의 출력 토크를 변화시키기 위하여 제1 전동기(150)의 d1축 전류를 변화시킬 수 있다.
제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-q2축이 서로 어긋나 있으므로 제1 전동기(150)의 d1축 전류가 변화하면 제2 전동기(160)는 d2축 전류뿐만 아니라 q2축 전류도 변화하고, q2축 전류의 변화로 인하여 제2 전동기(160)의 출력 토크가 변화한다.
요약하면, 제1 전동기(150)의 d1축 전류를 변화시켜 제2 전동기(160)의 출력 토크를 변화시킬 수 있다.
도 8은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 전동기의 d축 전류를 변화시키는 것을 도시한다. 또한, 도 9는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 전동기의 d축 전류를 변화시키는 경우, 제1 전동기 및 제2 전동기에 인가되는 dq축 전압을 도시하고, 도 10은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 전동기의 d축 전류를 변화시키는 경우, 제2 전동기에 공급되는 dq축 전류를 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이 제어부(200)는 초기 dq축 전류 <I0>에 d1축 전류 "I1d1"을 부가하여, 제1 전동기(150)에 dq축 전류 <I1>가 공급되도록 할 수 있다.
이를 위하여, 제어부(200)는 역기전력 <E0>과 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I1>의 벡터 합에 해당하는 dq축 전압 <V1>이 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 인가되도록 구동부(120)를 제어한다. 다시 말해, 제어부(200)는 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 "V0d1(=V1d1)"의 d1축 전압과 "V0q1+ωr*Ls*I1d1 (=V1q1)"의 q1축 전압을 인가하도록 구동부(120)를 제어한다.
제1 전동기(150)에 dq축 전압 <V1>을 인가하면 제2 전동기(160)에는 dq축 전압 <V2>가 인가되며, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)는 서로 병렬로 연결되어 있으므로 <V1>과 <V2>는 서로 같다.
그러나, 제1 전동기(150)의 d1-q1축과 제2 전동기(160)의 d2-q2축은 서로 어긋나 있으므로 제2 전동기(160)에는 도 9에 도시된 바와 같이 "V2d2"의 d2축 전압과 "V2q2"의 q2축 전압이 인가된다.
제2 전동기(160)에 포함된 회전자의 회전에 의한 역기전력 <E2>은 도 10에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)의 q2축과 나란하게 발생한다. 또한, 제2 전동기(160)에 인가된 dq축 전압 <V2>와 제2 전동기(160)의 역기전력 <E2>의 벡터 차는 제2 전동기(160)에 포함된 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I2>가 된다.
또한, 제2 전동기(160)에 인가된 dq축 전압 <V2>에 의한 제2 전동기(160)의 dq축 전류 <I2>는 코일에 의한 전압 강하 <ωrLsI0>와 수직한 방향이 된다. 즉, 제2 전동기(160)에는 도 10에 도시된 "I2d2"의 d2축 전류와 "I2q2"의 q축 전류가 공급된다.
제1 전동기(150)에 dq축 전류 <I1>에 공급되는 경우에 제2 전동기(160)에 공급되는 dq축 전류 <I2>는 제1 전동기(150)의 d축 전류가 변경되기 전의 제2 전동기(160)의 dq축 전류인 <I0`> (도 7 참조)와 상이하다. 그 결과, 제1 전동기(150)의 d1축 전류가 변경된 후의 제2 전동기(160)의 출력 토크는 제1 전동기(150)의 d1축 전류가 변경되기 전의 제2 전동기(160)의 출력 토크와 상이해진다.
이와 같은 원리로 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이한 경우, 제어부(200)는 제1 전동기(150)의 d축 전류를 변경함으로써 제2 전동기(160)의 출력 토크를 변경시킬 수 있다.
제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이한 경우, 제어부(200)는 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 동일해지도록 제1 전동기(150)의 d축 전류를 변경할 수 있다.
예를 들어, 제어부(200)는 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 피드백(feed-back)받고, 비례 제어기(Proportional Controller: P), 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller: PI) 또는 비례 적분 미분 제어기(Proportional Integral Derivative Controller: PID) 등을 이용하여 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)의 차이가 "0"이 되도록 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)를 제어할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 기능을 수행하는 제어부(200)의 구성에 대하여 설명한다.
도 11은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시하고, 도 12는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 d축 전류지령 생성부의 일 예를 도시한다.
도 11 및 도 12를 참조하면 제어부(200)는 제1 속도 산출부(221), 제2 속도 산출부(222), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)를 포함한다.
제1 속도 산출부(221)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 기초로 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)를 산출한다. 예를 들어, 제1 속도 산출부(222)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 미분하여 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)를 산출할 수 있다.
제2 속도 산출부(222)는 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 기초로 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 산출한다.
고정 좌표계 변환부(231)는 [수학식 3]을 이용하여 a상, b상 및 c상 전류를 고정 벡터 좌표계 α축 β축 전류로 변환한다.
수학식 3
Figure PCTKR2015001247-appb-M000003
(단, Iα는 고정 벡터 좌표계 α축 전류, Iβ는 고정 벡터 좌표계 β축 전류, Ia는 a상 전류, Ib는 b상 전류, Ic는 c상 전류이다.)
회전 좌표계 변환부(232)는 [수학식 4]를 이용하여 고정 벡터 좌표계 α축 β축 전류를 회전 벡터 좌표계 d축 q축 전류로 변환한다.
수학식 4
Figure PCTKR2015001247-appb-M000004
(단, Id는 회전 좌표계 d축 전류, Iq는 회전 좌표계 q축 전류, θ1은 제1 전동기의 회전자 위치, Iα는 고정 벡터 좌표계 α축 전류, Iβ는 고정 벡터 좌표계 β축 전류이다.)
결국, 제1 고정 좌표계 변환부(231)와 회전 좌표계 변환부(232)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 기초로 a상, b상 및 c상 전류를 회전 벡터 좌표계 d축 q축 전류로 변환한다.
속도 제어부(240)는 외부에서 입력되는 속도 지령(ω*)과 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)를 비교하고, 비교 결과에 따라 q축 전류 지령(Iq*)을 출력한다. 속도 제어부(240)는 비례 제어기, 비례 적분 제어기 또는 비례 적분 미분 제어기를 포함할 수 있다.
q축 전류 제어부(250)는 속도 제어부(240)가 출력하는 q축 전류 지령(Iq*)과 제1 전동기(150)의 q축 전류(Iq1)를 비교하고, 비교 결과에 따라 q축 전압 지령(Vq*)을 출력한다. q축 전류 제어부(250) 역시 비례 제어기, 비례 적분 제어기 또는 비례 적분 미분 제어기를 포함할 수 있다.
d축 전류지령 생성부(260)는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1), 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2), 제1 회전자의 위치(θ1) 및 제2 회전자의 위치(θ2)를 기초로 d축 전류 지령(Id*)을 출력한다.
구체적으로, d축 전류지령 생성부(260)는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2) 사이의 차이 및 제1 회전자의 위치(θ1)와 제2 회전자의 위치(θ2) 사이의 차이를 기초로 d축 전류 지령(Id1*)을 생성한다.
d축 전류지령 생성부(260)는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2) 사이의 차이를 기초로 d축 전류 지령(Id1*)을 생성하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)는 속도 지령(ω*)을 추종하므로, d축 전류지령 생성부(260)는 속도 지령(ω*)과 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2) 사이의 차이를 기초로 d축 전류 지령(Id1*)을 생성할 수 있다.
d축 전류 제어부(270)는 d축 전류지령 생성부(260)가 출력하는 d축 전류지령(Id*)과 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)를 비교하고, 비교 결과에 따라 d축 전압 지령(Vd*)을 출력한다. d축 전류 제어부(270) 역시 비례 제어기, 비례 적분 제어기 또는 비례 적분 미분 제어기를 포함할 수 있다.
역 회전 좌표계 변환부(281)는 [수학식 5]를 이용하여 회전 벡터 좌표계 d축 q축 전압을 고정 벡터 좌표계 α축 β축 전압으로 변환한다.
수학식 5
Figure PCTKR2015001247-appb-M000005
(단, Vα는 고정 벡터 좌표계 α축 전압, Vβ는 고정 벡터 좌표계 β축 전압, θ1은 제1 전동기의 회전자 위치, Vd는 회전 좌표계 d축 전압, Vq는 회전 좌표계 q축 전압이다.)
역 고정 좌표계 변환부(282)는 [수학식 6]를 이용하여 고정 벡터 좌표계 α축 β축 전압을 a상, b상 및 c상 전압으로 변환한다.
수학식 6
Figure PCTKR2015001247-appb-M000006
(단, Va는 a상 전압, Vb는 b상 전압, Vc는 c상 전압, Vα는 고정 벡터 좌표계 α축 전압, Vβ는 고정 벡터 좌표계 β축 전압이다.)
결국, 역 회전 좌표계 변환부(281)와 역 고정 좌표계 변환부(282)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 기초로 d축 q축 전압을 회전 벡터 좌표계 a상, b상 및 c상 전압으로 변환한다.
펄스 폭 변조부(290)는 a, b 및 c상 전압(Vabc)을 기초로 구동부(120)에 제공할 제어 신호(Vpwm)를 생성한다. 구체적으로, a, b 및 c상 전압(Vabc) 각각을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM)하여 구동부(120)에 포함된 복수의 스위칭 회로를 온/오프하는 제어 신호(Vpwm)를 출력한다.
도 12는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 전동기 및 제2 전동기의 회전 속도, d축 전류 및 q축 전류를 도시한다.
도 12의 (a)를 참조하면, 최초에 제1 전동기(150)d와 제2 전동기(160)에 같은 부하를 부가하다가 50ms 후에 제2 전동기(160)의 부하를 20% 감소시킨다.
그 결과, 도 12의 (d)에 도시된 바와 같이 0ms에서 50ms까지의 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω1, ω2)는 서로 동일하다. 그러나, 제2 전동기(160)의 부하가 20% 감소하는 50ms 이후에는 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 변동된다. 구체적으로, 도 12의 (d)에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)의 부하의 감소로 인하여 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 증가한다.
제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2) 사이에 차이가 감지되면 제어부(200)는 도 12의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 제1 전동기(150)의 q축 전류(Iq1)는 일정하게 유지한 채 제1 전동기(150)의 d축 전류(ld1)를 변화시킨다.
제1 전동기(150)의 d축 전류(ld1)의 변화로 인하여 도 12의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)뿐만 아니라 제2 전동기(160)의 q축 전류(Iq2)도 변화한다. 구체적으로, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)의 q축 전류(Iq2)가 감소한다.
또한, 제2 전동기(160)의 q축 전류(Iq2)의 감소로 인하여, 제2 전동기(160)의 회전 속도는 그 증가폭이 감소하다가 결국 감소한다.
이와 같은 과정에 의하여 제2 전동기(160)의 부하의 감소가 발생한 이후 대략 100ms후 즉 150ms가 경과한 후에는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 거의 동일해진다. 또한, 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1), 제2 전동기(160)의 d축 및 q축 전류(Id2, Iq2)의 변동도 거의 사라진다.
다만, 제2 전동기(160)의 q축 전류(Iq2)는 제2 전동기(160)의 부하의 감소로 인하여 제1 전동기(160)의 q축 전류(Iq1)보다 작아진다.
이상에서는 일 실시예에 의한 동력 장치에 대하여 설명하였다.
이하에서는 다른 일 실시예에 의한 동력 장치에 대하여 설명한다. 또한, 다른 일 실시예에 의한 동력 장치 가운데 일 실시예에 의한 동력 장치와 동일한 구성에 대해서는 일 실시예에 의한 동력 장치와 동일한 도면 부호를 이용하고, 그 설명을 생략한다.
도 13은 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시하고, 도 14는 도 13에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 동력장치(101)는 전원부(110), 구동부(120), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제1 전류 검출부(130), 제2 전류 검출부(140), 제1 위치 검출부(170), 제어부(201)를 포함한다.
또한, 제어부(201)는 제1 속도 산출부(221), 제2 속도/위치 산출부(224), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)를 포함한다.
전원부(110), 구동부(120), 제1 전동기(150), 제1 전류 검출부(130), 제2 전류 검출부(140), 제1 속도 산출부(221), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)에 대해서는 그 설명을 생략한다.
제2 전류 검출부(140)는 각각 제2 전동기(160)에 공급되는 제2 구동 전류(Iabc2)를 검출한다.
또한, 제2 전류 검출부(140)은 적어도 2개의 전류 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전류 검출부(10)는 제2 전동기(160)의 a상 입력단자에 공급되는 a상 전류를 검출하는 a상 전류 센서와 제2 전동기(160)의 b상 입력단자에 공급되는 b상 전류를 검출하는 b상 전류 센서를 포함할 수 있다. 만일, 제2 전류 검출부(140)가 a상 전류와 b상 전류를 검출하면 제어부(201)가 a상 전류와 b상 전류를 기초로 c상 전류를 산출할 수 있다.
물론 제2 전류 검출부(140)가 b상 전류를 검출하는 b상 전류 센서와 c상 전류를 검출하는 c상 전류 센서를 포함하거나, c상 전류를 검출하는 c상 전류 센서와 a상 전류를 검출하는 a상 전류 센서를 포함할 수도 있다.
대전류를 검출하기 위해서 제2 전류 검출부(120)에 포함되는 적어도 2개의 전류 센서는 구동 전류의 크기를 비례 감소시키는 변류기(current transformer: CT)와 비례 감소된 전류의 크기를 검출하는 전류계(ampere meter)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 전류 센서는 변류기를 이용하여 구동 전류의 크기를 비례 감소시킨 후 비례 감소된 전류의 크기를 측정함으로써 제2 구동 전류를 검출할 수 있다.
고정 좌표계 변환부(231)는 제1 a상 b상 c상 전류(Iabc1)를 고정 벡터 좌표계 제1 α축 β축 전류(Iαβ1)로 변환할 뿐만 아니라 제2 a상 b상 c상 전류(Iabc2)도 고정 벡터 좌표계 제2 α축 β축 전류(Iαβ2)로 변환한 한다.
제2 속도/위치 산출부(224)는 고정 벡터 좌표계 제2 α축 β축 전류(Iαβ2)와 고정 벡터 좌표계 α축 β축 전압(Vαβ)을 기초로 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)와 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 산출한다.
구체적으로 제2 속도/위치 산출부(224)는 고정 벡터 좌표계 제2 α축 β축 전류(Iαβ2)와 고정 벡터 좌표계 α축 β축 전압(Vαβ)를 이용하여 전동기 모델(motor model)을 이용하여 제2 전동기(160)의 역기전력을 추정한다. 전동기에 인가되는 구동 전압은 고정자의 코일에 의한 전압 강하와 역기전력의 합과 같으므로 α축 β축 전압과 α축 β축 전류를 이용하여 역기전력을 추정할 수 있다.
이후, 제2 속도/위치 산출부(224)는 추정된 역기전력을 기초로 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 산출하고, 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 시간에 대하여 적분하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 산출한다.
도 14에는 도시되지 않았으나 더욱 정확히 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 산출하기 위하여 제2 속도/위치 산출부(224)는 산출된 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 피드백하여 입력받을 수 있다.
도 1 및 도 11과 도 13 및 도 14를 비교하면, 도 13에 도시된 동력 장치(101)는 도 1에 도시된 동력 장치(100)에 비하여 제2 위치 검출부(140)와 제2 속도 산출부(222)가 생략되고, 제2 전류 검출부(140)와 제2 속도/위치 산출부(224)가 추가로 마련된다.
도 1에 도시된 동력 장치(100)는 제1 전류 검출부(130)를 이용하여 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출하고, 제1 위치 검출부(170)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 검출하고, 제2 위치 검출부(180)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
반면, 도 13에 도시된 동력 장치(101)는 제1 전류 검출부(130)를 이용하여 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출하고, 제1 위치 검출부(170)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 검출하고, 제2 전류 검출부(140)와 제2 속도/위치 산출부(224)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 1에 도시된 동력 장치(100)는 홀 센서 등의 센서를 이용하여 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ1, θ2)를 검출하며, 도 13에 도시된 동력 장치(101)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)는 센서를 이용하여 검출하고 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)는 센서 없이 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 검출한다.
도 15는 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시하고, 도 16은 도 15에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 동력 장치(102)는 전원부(110), 구동부(120), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제1 전류 검출부(130), 총 전류 검출부(190), 제어부(202)를 포함한다.
또한, 제어부(202)는 제2 전류 산출부(212), 제1 속도 산출부(221), 제2 속도/위치 산출부(224), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)를 포함한다.
이미 설명한 구성에 대해서는 그 설명이 생략된다.
총 전류 검출부(190)는 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 합한 총 구동 전류(Iabct)를 검출한다. 구체적으로, 총 전류 검출부(190)는 제1 a상 구동 전류와 제2 a상 구동 전류를 합한 a상 총 구동 전류, 제1 b상 구동 전류와 제2 b상 구동 전류를 합한 총 b상 구동 전류 및 제1 c상 구동 전류와 제2 c상 구동 전류를 합한 총 c상 구동 전류 가운데 적어도 2개 상의 총 구동 전류를 검출하는 적어도 2개의 전류 센서를 포함할 수 있다.
또한, 전류 센서는 구동 전류의 크기를 비례 감소시키는 변류기(current transformer: CT)와 비례 감소된 전류의 크기를 검출하는 전류계(ampere meter)를 포함할 수 있다.
여기서, 총 전류 검출부(190)가 검출하는 적어도 2개 상의 총 전류는 제1 전류 검출부(130)가 검출하는 2개 상의 제1 구동 전류와 동일한 상인 것이 바람직하다.
제2 전류 산출부(212)는 총 구동 전류(Iabct)와 제1 구동 전류(Iabc1)를 기초로 제2 구동 전류(Iabc2)를 산출한다. 구체적으로, 제2 전류 산출부(212)는 서로 같은 상의 총 구동 전류(Iabct)와 제1 구동 전류(labc1) 사이의 차이를 산출함으로써 제2 구동 전류(Iabc2)를 산출한다.
예를 들어, 총 전류 검출부(190)와 제1 전류 검출부(130)가 각각 a상과 c상의 구동 전류를 검출한 경우, 제2 전류 산출부(212)는 총 a상 구동 전류와 제1 a상 구동 전류의 차이에 해당하는 제2 a상 구동 전류를 산출할 수 있다. 또한, 제2 전류 산출부(212)는 총 c상 구동 전류와 제1 c상 구동 전류의 차이에 해당하는 제2 c상 구동 전류를 산출할 수 있다.
도 1 및 도 11과 도 15 및 도 16을 비교하면, 도 13에 도시된 동력 장치(102)는 도 1에 도시된 동력 장치(100)에 비하여 제2 위치 검출부(120)와 제2 속도 산출부(222)가 생략되고, 총 전류 검출부(190)와 제2 전류 산출부(212)와 제2 속도/위치 산출부(224)가 추가로 마련된다.
도 1에 도시된 동력 장치(100)는 제2 위치 검출부(180)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출하는 반면, 도 15에 도시된 동력 장치(102)는 총 전류 검출부(190)와 제2 전류 산출부(212)와 제2 속도/위치 산출부(224)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 1에 도시된 동력 장치(100)는 홀 센서 등의 센서를 이용하여 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ1, θ2)를 검출하며, 도 15에 도시된 동력 장치(102)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)는 센서를 이용하여 검출하고 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)는 센서 없이 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 검출한다.
또한, 도 15에 도시된 동력 장치(102)는 총 전류 검출부(190)를 이용하여 구동부(120)가 공급하는 총 구동 전류를 검출할 수 있으므로, 총 전류 검출부(190)가 검출한 총 구동 전류를 기준 전류와 비교하여 구동부(120)에 과전류가 흐르는지를 판단할 수 있다. 구동부(120)에 과전류가 흐르는 것으로 판단되면 동력 장치(102)를 별도로 마련된 보호 회로를 이용하여 구동부(120)에 흐르는 구동 전류를 제한할 수도 있다.
도 17은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시하고, 도 18은 도 17에 도시된 동력 장치에 포함된 구동부의 일 예를 도시한다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 동력 장치(103)는 전원부(110), 구동부(120'), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제1 전류 검출부(130), 제어부(203)를 포함한다.
또한, 제어부(203)는 제2 전류 산출부(212), 제1 속도 산출부(221), 제2 속도/위치 산출부(224), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)를 포함한다.
이미 설명한 구성에 대해서는 그 설명이 생략된다.
구동부(120')는 6 스위치 인버터(6-switch inverter)(124)와 3개의 전류 센서(CS10, CS20, CS30)를 포함할 수 있다.
구동부(120')가 6 스위치 인버터(124)를 포함하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 평활회로는 캐패시터(C10)를 포함하며, 캐패시터(C10) 양단에 직류 전원(VDD)과 접지(GND)가 형성된다.
또한, 6스위치 인버터(124)는 a상 출력 단자(OUTa), b상 출력 단자(OUTb) 및 c상 출력 단자(OUTa)를 포함하며, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 a상, b상 및 c상 입력 단자와 연결된다.
3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 직류 전원(VDD) 사이에는 3개의 상측 스위칭 회로(S11, S21, S31)가 마련되고, 3개의 출력 단자(OUTa, OUTb, OUTc)와 접지(GND) 사이에는 3개의 하측 스위칭 회로(S12, S22, S32)와 3개의 전류 센서(CS10, CS20, CS30)가 마련된다. 또한, 3개의 하측 스위칭 회로(S12, S22, S32)와 3개의 전류 센서(CS10, CS20, CS30)는 각각 직렬로 연결된다.
각각의 3개의 전류 센서(CS10, CS20, CS30)는 3개의 하측 스위칭 회로(S12, S22, S32)에 흐르는 전류를 전압으로 변환하는 션트 저항(R10, R20, R30), 션트 저항(R10, R20, R30)의 양단에 인가되는 전압을 감지하는 증폭기(O10, O20, O30)를 포함한다.
전류 센서(CS10, CS20, CS30)는 하측 스위칭 회로(S12, S22, S32)에 흐르는 전류를 감지하여 총 구동 전류(Iabct)를 출력한다.
전류 센서(CS10, CS20, CS30)를 포함하는 구동부(120')는 고가의 변류기와 전류계를 대신하여 저가의 션트 저항(R10, R20, R30)과 증폭기(O10, O20, O30)를 이용하여 구동부(120')가 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 공급하는 총 전류를 검출할 수 있다.
도 18은 3개의 전류 센서(CS10, CS20, CS30)를 포함하는 구동부(120')를 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 접지선(GND)에 흐르는 전류를 검출하는 단일의 전류 센서를 포함할 수도 있다.
도 15 및 도 16에 도시된 동력 장치(102)와 비교하면, 도 17 및 도 18에 도시된 동력 장치(103)는 총 전류 검출기(190)를 배제하고, 전류 센서(CS10, CS20, CS30)를 포함하는 구동부(120')를 마련하여 총 구동 전류(Iabct)를 검출한다.
제어부(203)는 도 15 및 도 16에 도시된 동력 장치(102)의 제어부(202)와 같은 구성을 포함할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 11에 도시된 동력 장치(100)와 비교하면, 도 1에 도시된 동력 장치(100)는 제2 위치 검출부(180)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출하는 반면, 도 17에 도시된 동력 장치(103)는 전류 센서(CS10, CS20, CS30)를 포함하는 구동부(120'), 제2 전류 산출부(212) 및 제2 속도/위치 산출부(224)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 1에 도시된 동력 장치(100)는 홀 센서 등의 센서를 이용하여 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ1, θ2)를 검출하며, 도 17에 도시된 동력 장치(101)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)는 센서를 이용하여 검출하고 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)는 센서 없이 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 검출한다.
도 19는 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시하고, 도 20은 도 19에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 동력장치(104)는 전원부(110), 구동부(120), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제1 전류 검출부(130), 제2 위치 검출부(180), 제어부(204)를 포함한다.
또한, 제어부(204)는 제1 속도/위치 산출부(223), 제2 속도 산출부(222), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)를 포함한다.
이미 설명한 구성에 대해서는 그 설명이 생략한다.
제1 속도/위치 산출부(223)는 고정 벡터 좌표계 제1 α축 β축 전류(Iαβ1)와 고정 벡터 좌표계 α축 β축 전압(Vαβ)을 기초로 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 산출한다.
구체적으로 제1 속도/위치 산출부(223)는 고정 벡터 좌표계 제1 α축 β축 전류(Iαβ1)와 고정 벡터 좌표계 α축 β축 전압(Vαβ)를 이용하여 전동기 모델(motor model)을 이용하여 제1 전동기(150)의 역기전력을 추정한다. 전동기에 인가되는 구동 전압은 고정자의 코일에 의한 전압 강하와 역기전력의 합과 같으므로 α축 β축 전압과 α축 β축 전류를 이용하여 역기전력을 추정할 수 있다.
이후, 제1 속도/위치 산출부(223)는 추정된 역기전력을 기초로 제1 전동기(10)의 회전 속도(ω1)를 산출하고, 제1 전동기(10)의 회전 속도(ω1)를 시간에 대하여 적분하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 산출한다.
도 20에는 도시되지 않았으나 더욱 정확히 제1 전동기(10)의 회전 속도(ω1)를 산출하기 위하여 제1 속도/위치 산출부(223)는 산출된 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)를 피드백하여 입력받을 수 있다.
도 1 및 도 11과 도 19 및 도 20을 비교하면, 도 19에 도시된 동력 장치(104)는 도 1에 도시된 동력 장치(100)에 비하여 제1 위치 검출부(130)와 제1 속도 산출부(221)가 생략되고, 제1 속도/위치 산출부(223)가 추가로 마련된다.
도 19에 도시된 동력 장치(104)는 제1 전류 검출부(130)를 이용하여 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출하고, 제1 전류 검출부(130)와 제1 속도/위치 산출부(223)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 검출하고, 제2 위치 검출부(180)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 19에 도시된 동력 장치(104)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)는 센서 없이 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 검출하고 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)는 센서를 이용하여 검출한다.
도 21은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시하고, 도 22는 도 21에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 동력장치(105)는 전원부(110), 구동부(120), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제1 전류 검출부(130), 제2 전류 검출부(140), 제어부(205)를 포함한다.
또한, 제어부(205)는 제1 속도/위치 산출부(223), 제2 속도/위치 산출부(224), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)를 포함한다.
도 1 및 도 11과 도 21 및 도 22를 비교하면, 도 21에 도시된 동력 장치(105)는 도 1에 도시된 동력 장치(100)에 비하여 제1 위치 검출부(130), 제1 속도 산출부(221), 제2 위치 검출부(140)와 제2 속도 산출부(222)가 생략되고, 제1 속도/위치 산출부(223), 제2 전류 검출부(140)와 제2 속도/위치 산출부(224)가 추가로 마련된다.
도 21에 도시된 동력 장치(105)는 제1 전류 검출부(130)를 이용하여 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출하고, 제1 전류 검출부(130)와 제1 속도/위치 산출부(223)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 검출하고, 제2 전류 검출부(140)와 제2 속도/위치 산출부(224)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 21에 도시된 동력 장치(105)는 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)와 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 센서 없이 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 검출한다.
도 23은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시하고, 도 24는 도 23에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 동력장치(106)는 전원부(110), 구동부(120), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제1 전류 검출부(130), 총 전류 검출부(190), 제어부(206)를 포함한다.
또한, 제어부(206)는 제2 전류 산출부(212), 제1 속도/위치 산출부(223), 제2 속도/위치 산출부(224), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)를 포함한다.
도 21 및 도 22와 도 23 및 도 24를 비교하면, 도 23에 도시된 동력 장치(106)는 도 21에 도시된 동력 장치(105)에 비하여 제2 전류 검출부(140)가 생략되고, 총 전류 검출부(190) 및 제2 전류 산출부(212)가 추가로 마련된다.
도 23에 도시된 동력 장치(106)는 제1 전류 검출부(130)를 이용하여 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출하고, 제1 전류 검출부(130)와 제1 속도/위치 산출부(223)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 검출하고, 총 전류 검출부(190), 제2 전류 산출부(212) 및 제2 속도/위치 산출부(224)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 23에 도시된 동력 장치(106)는 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)와 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 센서 없이 검출한다.
도 25는 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
도 25를 참조하면, 동력 장치(107)는 전원부(110), 구동부(120'), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제1 전류 검출부(130), 제어부(207)를 포함한다.
구동부(120')는 도 18에 도시된 구동부(120')와 같이 a상, b상 및 c상 구동 전류를 검출할 수 있으며, 제어부(207)는 도 24에 도시된 제어부(206, 도 24 참조)와 동일하다.
즉, 도 25에 도시된 동력 장치(107)은 제1 전류 검출부(130)를 이용하여 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출하고, 제1 전류 검출부(130)와 제1 속도/위치 산출부(223)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 검출하고, 총 전류 검출부(190), 제2 전류 산출부(212) 및 제2 속도/위치 산출부(224)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 25에 도시된 동력 장치(107)는 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)와 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 센서 없이 검출한다.
도 26은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시하고, 도 27은 도 26에 도시된 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 26 및 도 27을 참조하면, 동력장치(108)는 전원부(110), 구동부(120), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제2 전류 검출부(140), 총 전류 검출부(190), 제어부(208)를 포함한다.
또한, 제어부(208)는 제1 전류 산출부(211), 제1 속도/위치 산출부(223), 제2 속도/위치 산출부(224), 고정 좌표계 변환부(231), 회전 좌표계 변환부(232), 속도 제어부(240), q축 전류 제어부(250), d축 전류지령 생성부(260), d축 전류 제어부(270), 역 회전 좌표계 변환부(281), 역 고정 좌표계 변환부(282), 펄스 폭 변조부(290)를 포함한다.
도 21 및 도 22와 도 26 및 도 27을 비교하면, 도 26에 도시된 동력 장치(108)는 도 21에 도시된 동력 장치(105)에 비하여 제1 전류 검출부(130)가 생략되고, 총 전류 검출부(190) 및 제1 전류 산출부(211)가 추가로 마련된다.
도 26에 도시된 동력 장치(108)는 총 전류 검출부(190) 및 제1 전류 산출부(211)를 이용하여 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출하고, 제1 전류 검출부(130)와 제1 속도/위치 산출부(223)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 검출하고, 총 전류 검출부(190), 제2 전류 산출부(212) 및 제2 속도/위치 산출부(224)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 26에 도시된 동력 장치(108)는 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)와 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 센서 없이 검출한다.
도 28은 또 다른 일 실시예에 의한 동력 장치의 구성을 도시한다.
동력 장치(109)는 전원부(110), 구동부(120'), 제1 전동기(150), 제2 전동기(160), 제2 전류 검출부(130), 제어부(207)를 포함한다.
구동부(120')는 도 18에 도시된 구동부(120')와 같이 a상, b상 및 c상 구동 전류를 검출할 수 있으며, 제어부(207)는 도 27에 도시된 제어부(208, 도 27 참조)와 동일하다.
즉, 도 28에 도시된 동력 장치(109)은 총 전류 검출부(190) 및 제1 전류 산출부(211)를 이용하여 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)를 검출하고, 제1 총 전류 검출부(190), 제1 전류 산출부(211)와 제1 속도/위치 산출부(223)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)를 검출하고, 제2 전류 검출부(140) 및 제2 속도/위치 산출부(224)를 이용하여 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 검출한다.
결국, 도 28에 도시된 동력 장치(109)는 제1 전동기(150)의 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(160)의 제2 구동 전류(Iabc2)를 이용하여 제1 전동기(150)의 회전자 위치(θ1)와 제2 전동기(160)의 회전자 위치(θ2)를 센서 없이 검출한다.
이상에서는 개시된 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해될 수 없다.

Claims (35)

  1. 제1 전동기;
    상기 제1 전동기와 병렬로 연결되는 제2 전동기;
    상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부;
    상기 제1 전동기의 구동 전류 및 회전 속도를 기초로 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 구동부를 제어하는 동력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이를 기초로 상기 구동부를 제어하는 동력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전동기의 구동 전류를 검출하는 제1 전류 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전동기의 회전자 위치를 검출하는 제1 위치 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전동기의 회전자 위치를 검출하는 제2 위치 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 총 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전동기의 회전자 위치를 검출하는 제2 위치 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 총 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  19. 제2항에 있어서,
    상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부;
    상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하는 동력 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류 및 총 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 구동 전류를 산출하는 동력 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 동력 장치.
  23. 서로 병렬 연결되는 제1 전동기 및 제2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부
    상기 제1 전동기의 구동 전류 및 회전 속도를 기초로 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 제1 전동기의 회전 속도, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이를 기초로 상기 구동부를 제어하는 전동기 구동장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 전동기의 구동 전류를 검출하는 제1 전류 검출부를 더 포함하는 전동기 구동장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기에 포함된 제1 위치 검출부가 검출한 상기 제1 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출하는 전동기 구동장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기에 포함된 제2 위치 검출부가 검출한 상기 제2 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 전동기 구동장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 전동기 구동장치.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 총 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 전동기 구동장치.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출하는 전동기 구동장치.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기에 포함된 제2 위치 검출부가 검출한 상기 제2 전동기의 회전자 위치를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 전동기 구동장치.
  31. 제24항에 있어서,
    상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도 및 회전자 위치를 산출하는 전동기 구동장치.
  32. 제24항에 있어서,
    상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 총 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도 및 회전자 위치를 산출하는 전동기 구동장치.
  33. 제23항에 있어서,
    상기 구동부가 공급하는 총 구동 전류를 검출하는 총 전류 검출부;
    상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류 및 총 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 구동 전류를 산출하는 전동기 구동장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 회전 속도를 산출하는 전동기 구동장치.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 전동기 구동장치.
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