KR100915144B1 - Ｅｈｐｓ용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Ｅｈｐｓ용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법

Info

Publication number
KR100915144B1
KR100915144B1 KR1020070119113A KR20070119113A KR100915144B1 KR 100915144 B1 KR100915144 B1 KR 100915144B1 KR 1020070119113 A KR1020070119113 A KR 1020070119113A KR 20070119113 A KR20070119113 A KR 20070119113A KR 100915144 B1 KR100915144 B1 KR 100915144B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
speed
command
permanent magnet
phase
Prior art date
Application number
KR1020070119113A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090052553A (ko
Inventor
최준혁
허진
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020070119113A priority Critical patent/KR100915144B1/ko
Publication of KR20090052553A publication Critical patent/KR20090052553A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100915144B1 publication Critical patent/KR100915144B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

본 발명은 EHPS(Electronical Hybrid Power Steering)용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 ECU(Electronic Control Unit)로부터 차속 및 조향 각속도를 입력받고, 입력받은 차속 및 조향 각속도와 각 차속 및 조향 각속도에 따라 최적의 회전 속도를 설정해 놓은 속도 제어맵을 이용하여 영구자석형 동기 전동기의 지령 속도를 결정한 후, 지령 속도와 실제 영구자석형 동기 전동기의 회전 속도를 비교하여 지령 전류를 출력하고, 지령 전류와 인버터에서 출력하는 실제 구동 전류를 비교하여 인버터를 제어하기 위한 전류 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 구동을 효율적으로 제어할 수 있고, 이를 통해 차량의 연비를 개선할 수 있다

Description

ＥＨＰＳ용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법{ Apparatus and Method for controlling permanent magnet synchronous motor in electronical hybrid power steering }
본 발명은 EHPS(Electronical Hybrid Power Steering)용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
서보 모터(Servo Motor)란 빈번하게 변화하는 위치나 속도의 지령 값에 대해서 신속하고 정확하게 추종할 수 있도록 설계된 모터를 의미하며, 종래에는 제어가 쉽고 구현이 용이한 직류 모터를 서보 모터로 많이 사용하였다.
직류 모터는 전기자(Armature) 전류에 비례하는 토크(Torque)의 발생으로 인해 제어가 용이하지만, 전기자에 전류를 공급하기 위해서 브러쉬(Brush)를 사용함으로써, 회전에 의한 마모와 스파크의 발생으로 인하여 유지 보수가 필요하고 작업 환경의 제한과 고속 운전에 어려움이 있었다.
1980년대에 이르러 벡터 제어 이론의 확립, 전력용 반도체 소자의 발전 및 DSP(Digital Signal Processor)와 같은 고성능 디지털 마이크로 프로세서의 발달 등으로 인하여 직류 모터의 문제점을 해결하는 교류 서보 모터 시스템이 개발되었다.
교류 서보 모터는 크게 유도 전동기와 영구자석형 동기 전동기로 구분되는데, 유도 전동기는 다른 전동기에 비해 가격이 저렴하고 구조적으로 간단하며 제작이 용이하다는 장점이 있으나, 영구자석형 동기 전동기에 비해 효율성, 속응성 및 출력 밀도가 떨어진다는 단점이 있다.
한편, 차량의 조타력을 발생하는 동력 조향 장치는 핸들의 조작을 가볍고 원활하게 하면서도 신속한 조향이 가능하도록 하기 위해 유압을 이용하도록 설계되어 작동된다.
이러한 동력 조향 장치는 작은 힘으로 조향 조작을 할 수 있고, 노면의 요철에서 오는 충격을 흡수하여 핸들에 충격이 전달되는 것을 방지하는 등의 이점을 제공한다.
또한, 최근에는 차속 센서 및 조향 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행 조건에 따라 ECU(Electronic Control Unit) 등을 이용해 모터를 구동시킴으로써, 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안전성을 부여하면서, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 최적의 조향 조건을 제공하는 전동식 조향 장치가 연구/개발되고 있다.
일반적으로 전동식 조향 장치에는 EHPS(Electronical Hybrid Power Steering) 및 MDPS(Motor Driven Power Steering) 등이 있으며, 이러한 전동식 조향 장치는 차량의 연비 저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
상기 전동식 조향 장치 중 MDPS는 주로 소형 차량에 장착되고, 큰 토크가 필요한 중/대형 차량에는 EHPS가 적용되는데, EHPS를 적용한 중/대형 차량에서 영구자석형 동기 전동기의 구동 및 제어를 담당하는 제어장치의 개발이 요구된다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어장치의 바람직한 실시예는, 입력되는 직류 전원을 전류 제어 신호에 따라 3상 정현파 전류로 변환해서 영구자석형 동기 전동기로 출력하는 인버터와, 상기 인버터가 출력하는 3상 정현파 전류를 동기 2상 좌표계의 전류로 변환하는 좌표 변환부와, 상기 영구자석형 동기 전동기의 위치를 검출하여 위치 검출 신호를 출력하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출 신호를 이용하여 상기 영구자석형 동기 전동기의 회전 속도를 검출하는 속도 검출부와, 차속 및 조향 각속도와 속도 제어 맵을 이용하여 상기 영구자석형 동기 전동기의 지령 속도를 설정하는 지령 속도 설정부와, 상기 설정된 지령 속도와 상기 검출된 회전 속도를 비교하여 지령 전류를 출력하는 지령 전류 설정부와, 상기 지령 전류와 상기 동기 2상 좌표계로 변환된 전류를 비교하여 상기 인버터를 구동시키기 위한 전류 제어 신호를 발생하는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법의 바람직한 실시예는, 인버터가 입력되는 직류 전원을 전류 제어 신호에 따라, 3상 정현파 전류로 변환해서 영구자석형 동기 전동기로 출력하는 단계와, 좌표 변환부가 상기 인버터가 출력하는 3상 정현파 전류를 동기 2상 좌표계의 전류로 변환하는 단계와, 위치 검출부가 상기 영구자석형 동기 전동기의 위치를 검출하여 위치 검출 신호를 출력하는 단계와, 속도 검출부가 상기 위치 검출 신호를 이용하여 상기 영구자석형 동기 전동기의 회전 속도를 검출하는 단계와, 지령 속도 설정부가 차속 및 조향 각속도와 속도 제어 맵을 이용하여 상기 영구자석형 동기 전동기의 지령 속도를 설정하는 단계와, 지령 전류 설정부가 상기 설정된 지령 속도와 상기 검출된 회전 속도를 비교하여 지령 전류를 출력하는 단계와, 전류 제어부가 상기 지령 전류와 상기 동기 2상 좌표계로 변환된 전류를 비교하여 상기 인버터를 구동시키기 위한 전류 제어 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 구동을 효율적으로 제어할 수 있고, 이를 통해 차량의 연비를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 속도 검출부의 XOR 게이트의 입력 신호 및 출력 신호를 나타낸 그래프.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 D Flip-Flop을 이용한 영구자석형 동기 전동기의 회전 방향을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치의 하드웨어 부분을 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 인버터 드라이버의 회로를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 인버터의 회로를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 전압 레귤레이터의 회로를 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 인버터 110 : 영구자석형 동기 전동기
120 : 아날로그/디지털 컨버터 130 : 위치 검출부
140 : 좌표 변환부 150 : 속도 검출부
160 : CAN 통신부 170 : 지령 속도 설정부
180 : 지령 전류 설정부 190 : 전류 제어부
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어장치를 나타낸 블록도이다.
이에 도시된 바와 같이, 인버터(Inverter)(100), 영구 자석형 동기 전동기(110), 아날로그/디지털 컨버터(Analog to Digital Converter)(120), 위치 검출부(130), 좌표 변환부(140), 속도 검출부(150), CAN(Controller Area Network) 통신부(160), 지령 속도 설정부(170), 지령 전류 설정부(180), 전류 제어부(190)를 포함하여 이루어진다.
상기 인버터(Inverter)(100)는 입력되는 직류 전원(예를 들어, 차량용 42V 배터리 전원)을 전류 제어부(190)의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 3상 정현파 구동 전류(iu, iv, iw)로 변환해서 영구자석형 동기 전동기(110)로 출력한다.
상기 아날로그/디지털 컨버터(Analog to Digital Converter)(120)는 상기 인버터(100)에서 출력하는 3상 정현파 구동 전류를 검출하여, 교류 전류를 직류 전류로 변환한다.
이때, 상기 아날로그/디지털 컨버터(120)는 상기 3상 정현파 구동 전류 중 임의의 2상(예를 들어, u,v상) 전류만을 검출하여, 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있다.
상기 위치 검출부(130)는 영구자석형 동기 전동기(110)가 구동되었을 때, 상기 영구자석형 동기 전동기(110)의 이동자(Mover)의 위치를 검출하는데, 상기 위치 검출 부(130)로는 홀(Hall) 센서를 주로 이용한다.
상기 위치 검출부(130)는 U, V, W 상 펄스 및 A, B 상 펄스(여기서, A 상 신호와 B상 신호는 90도의 위상 차를 갖는다)를 출력하는데, 이를 통해 상기 영구자석형 동기 전동기(110)의 구동에 따른 위치를 정확히 검출할 수 있다.
상기 좌표 변환부(140)는 상기 아날로그/디지털 컨버터(120)에서 변환된 직류 전류를 상기 위치 검출부(130)에서 출력하는 영구자석형 동기 전동기(110)의 위치 정보를 이용하여 d, q축 상의 2상 전류(id, iq)로 각각 등가 변환한다.
즉, 상기 좌표 변환부(140)는 아날로그/디지털 컨버터(120)의 정지 3상 좌표계의 2개의 상 전류(iu, iv)를 동기 2상 좌표계의 전류(id, iq)로 각각 상 변환 및 좌표 변환한다.
상기 속도 검출부(150)는 상기 위치 검출부(130)로부터 출력된 U, V, W 상 펄스 및 A, B 상 펄스를 이용하여 상기 영구자석형 동기 전동기(110)의 속도를 검출한다.
여기서, 상기 속도 검출부(150)는 XOR 게이트를 이용하여 상기 속도 검출에 있어서 그 정밀도를 높일 수 있다.
도 2는 XOR 게이트의 입력 신호와 XOR 게이트의 출력 신호를 나타낸 것으로, 상기 위치 검출부(130)로부터 출력된 A상 및 B상 펄스를 XOR 게이트의 입력 신호로 하면 A상 및 B상 펄스의 2배에 해당하는 펄스를 출력으로 얻을 수 있으며, 이를 통해 속도 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 상기 속도 검출부(150)는 상기 위치 검출부(130)로부터 출력된 A상 및 B상 펄스 간의 선·후 관계를 근거하여 영구자석형 동기 전동기(110)의 회전 방향(즉, 정방향 및 역방향)을 검출할 수도 있다.
상기 영구자석형 동기 전동기(110)의 회전 방향을 검출하는데 있어서, 상기 속도 검출부(150)는 D Flip-Flop을 이용할 수 있는데, 도 3에서 D Flip-Flop을 이용한 영구자석형 동기 전동기(110)의 회전 방향을 나타내었다.
즉, D Flip-Flop의 CP 단자에 A상 펄스를 입력하고, D 단자에 B상 펄스를 입력하였을 때 출력 파형을 나타낸 것인데, 도 3a에는 A상 펄스가 먼저 입력되어 정방향이 검출되었고, 도 3b에는 B상 펄스가 먼저 입력되어 역방향이 검출되는 것을 볼 수 있다.
상기 CAN(Controller Area Network) 통신부(160)는 ECU(Electronic Control Unit)(미도시)와의 통신을 통해 차량의 속도 및 조향 각속도를 전달받아 지령 속도 설정부(170)로 출력한다.
상기 지령 속도 설정부(170)는 상기 CAN 통신부(160)로부터 입력되는 차량의 속도 및 조향 각속도와 본 발명의 속도 제어 맵을 이용하여 영구자석형 동기 전동기(110)의 지령 속도(ωr *)를 출력한다.
여기서, 상기 속도 제어 맵은 차량의 속도 및 조향 각속도에 따라 조향감을 최대한 부드럽고 가볍게 하기 위한 전동기의 속도를 맵핑(Mapping)해 놓은 것으로 표 1에 본 발명의 속도 제어 맵을 나타내었다.
조향 각속도( rad / sec )
차 속 (km) 0 40 90 100 110 120 160 180 270 360
0 1500 1800 2700 3000 3150 3300 3600 3750 4000 4000
5 1500 1770 2580 2850 2985 3120 3390 3525 3930 4000
10 1300 1743 2472 2715 2837 2958 3201 3323 3687 3930
16 1000 1719 2375 2594 2703 2812 3031 3140 3468 3687
22 1000 1697 2287 2484 2583 2681 2878 2976 3271 3468
28 1000 1677 2209 2386 2474 2563 2740 2829 3094 3271
34 1000 1659 2138 2297 2377 2457 2616 2696 2935 3094
40 1000 1643 2074 2217 2289 2361 2504 2576 2791 2935
48 1000 1629 2017 2146 2210 2275 2404 2469 2662 2791
58 1000 1616 1965 2081 2139 2197 2314 2372 2546 2662
70 1000 1605 1918 2023 2075 2128 2232 2285 2441 2546
90 1000 1594 1877 1971 2018 2065 2159 2206 2347 2441
110 1000 1585 1839 1924 1966 2008 2093 2135 2263 2347
130 1000 1576 1805 1881 1919 1958 2034 2072 2186 2263
150 1000 1569 1775 1843 1877 1912 1980 2015 2118 2186
200 1000 1562 1747 1809 1840 1871 1932 1963 2056 2118
표 1에서 가로 축은 조향 각속도(0 ~ 360 rad/sec)를 나타내고, 세로 축은 차량의 속도(0 ~ 200 km)를 나타내며, 전동기의 회전 속도는 1000 rpm 에서 4000 rpm의 범위 안에서 맵핑되어 있음을 알 수 있다.
상기 속도 제어 맵에서 조향 각속도는 최소 각속도에서 최대 각 속도까지를 10 개 포인트로 나누었으며, 차량의 속도는 최소 속도에서 최대 속도까지를 16 개 포인트로 나누었다.
상기 지령 전류 설정부(180)는 상기 속도 검출부(150)에서 검출한 영구자석형 동기 전동기(110)의 회전 속도(ω)와 상기 지령 속도 설정부(170)에서 출력한 지령 속도(ωr *)를 비교하여 지령 전류(iq *)를 출력한다.
이때, 상기 지령 전류 설정부(180)는 PI 제어를 통해 상기 영구자석형 동기 전동기(110)의 회전 속도(ω)와 지령 속도(ωr *)를 비교하여 지령 전류(iq *)를 출력한다.
상기 전류 제어부(190)는 상기 좌표 변환부(140)에서 변환된 d, q축 상의 2상 전류(id, iq)와 상기 지령 전류 설정부(180)에서 출력하는 지령 전류(iq *)를 비교하여 지령 전압을 출력한다.
즉, 상기 전류 제어부(190)는 전류 벡터 제어 알고리즘을 통해 상기 d, q축 상의 2상 전류(id, iq)와 지령 전류(iq *)를 비교하여 지령 전압(Vd *,Vq *)을 생성한다.
이때, 상기 전류 제어부(190)는 d축 지령 전류의 경우, 영 전류 제어(id *= 0)를 하여 상기 d, q축 상의 2상 전류(id, iq)와 비교를 한다.
이어서, 동기 2상 좌표계의 지령 전압(Vd *,Vq *)을 상 변환 및 좌표 변환하여 정지 3상 좌표계의 지령 전압 신호(Vu *, VV *, VW *)를 생성한 후, PWM 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(100)로 출력한다.
도 4는 본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
이에 도시된 바와 같이, 먼저 인버터(100)가 전류 제어부(190)의 PWM 제어 신호에 따라, 영구자석형 동기 전동기(110)를 구동시키기 위한 전류를 발생시킨다(S 100).
다음으로, 아날로그/디지털 컨버터(120)가 상기 인버터(100)의 출력 전류를 검출하고, 좌표 변환부(140)가 검출된 전류를 동기 2상 좌표계의 전류(id, iq)로 상 변환 및 좌표 변환한다(S 110).
이어서, 위치 검출부(130)가 영구자석형 동기 전동기(110)의 위치를 검출하고(S 120), 속도 검출부(150)가 상기 위치 정보를 이용하여 영구자석형 동기 전동기(110)의 회전 속도(ω)를 검출한다(S 130).
연이어, 지령 속도 설정부(170)가 CAN 통신부(160)로부터 입력받은 차속 및 조향 각속도와 메모리(미도시)에 저장된 속도 제어 맵을 이용하여 지령 속도(ωr *)를 출력한다(S 140).
그 후, 지령 전류 설정부(180)가 상기 영구자석형 동기 전동기(110)의 회전 속도(ω)와 지령 속도(ωr *)를 비교하여 지령 전류(iq *)를 출력한다(S 150).
다음으로, 전류 제어부(190)가 상기 좌표 변환부(140)로부터 출력된 전류(id, iq)와 지령 전류(id *= 0, iq *)를 비교하여 지령 전압을 생성한 후, 이를 이용하여 PWM 제어 신호를 인버터(100)로 발생시킨다(S 160).
도 5는 본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치의 하드웨어 부분을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치는 크게 전력을 변환하여 영구자석형 동기 전동기로 전달하는 파워 보드(200)와 상기 영구자석형 동기 전동기의 회전 속도를 제어하는 컨트롤 보드(300)로 나누어진다.
상기 파워 보드(200)에는 인버터 드라이버(210), 인버터(220), 전류/전압 검출 회로(230) 등이 설치되며, 상기 컨트롤 보드(300)에는 인터페이스(310), 전압 레귤레이터(320), 속도 검출 회로(330), CAN 통신 회로(340), CPU(350) 등이 설치된다.
상기 인버터(220)는 자동차의 전원을 사용하기 때문에 저전압, 대 전류의 스위칭 소자를 이용하여야 하며, 또한 한정된 에너지를 사용하므로 스위칭 손실이 적고 사이즈가 작은 스위칭 소자를 이용하여야 한다.
상기 인버터 드라이버(210)는 상기 인버터(220)의 각 스위칭 소자를 구동시키기 위한 것으로, 도 6에 인버터 드라이버(210)의 회로를 도시하였고, 도 7에 인버터(220)의 회로를 도시하였다. 편의상, 도 6은 도 7의 6개 스위치 소자 중 두 개의 스위치 소자(즉, Q 28 FET 및 Q 29 FET)에 대한 드라이버 회로만 도시하였다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, CPU(350)에서 PWM 기준 신호(DRVI0, DRVI1)를 인버터 드라이버(210)로 입력하면 인버터 드라이버(210)가 PWM 제어 신호(DRVO0, DRVO1)를 발생시켜 인버터(220)의 스위치 소자로 출력함으로써, 각 스위치 소자를 구동시킨다.
상기 전류/전압 검출 회로(230)는 인버터(220)의 출력 전류 및 입력 전압을 검출하는데, 여기서 전류 검출은 주로 Hall CT(Current Transformer)를 사용하며, 전압 검출은 저항을 직렬로 연결하여 전압 분배 방법으로 검출한다.
상기 전압 레귤레이터(320)는 각 구성 부품에 전원을 공급하기 위한 것으로, 도 8에서 전압 레귤레이터(320)의 회로도를 나타내었다.
도 5 및 도 8을 참조하면, 전압 레귤레이터(320)는 42V 입력 전원(42V IN)과 14V 입력 전원(14V IN)을 듀얼(Dual)로 설계하여 시스템의 안정성을 높였는데, 전압 레귤레이터(320)에서 조정되어 출력되는 전압은 다음과 같다.
즉, CPU 전원으로 2.5V, I/O 및 IC 전원으로 5V, Hall IC 전원으로 8V, 인버터 드라이버 전원으로 12V 등이다.
상기 속도 검출 회로(330)는 위치 검출부로부터 인터페이스(310)를 통해 위치 검출 신호(U,V,W 상 펄스 및 A,B 상 펄스)를 입력받아 영구자석형 동기 전동기의 회전 속도 및 방향을 검출하여 CPU(350)로 출력한다. 상기 속도 검출 회로(330)는 버퍼, XOR 게이트, D Flip-Flop 등을 포함한다.
상기 CAN 통신 회로(340)는 ECU와의 통신을 통해 차속 및 조향 각속도를 입력 받아 CPU(350)로 전달한다.
상기 CPU(350)는 각 구성 부품들의 전반적인 동작을 제어하며, 각 구성 부품들로부터 입력되는 신호를 이용하여 영구자석형 동기 전동기를 제어하기 위한 PWM 기준 신호를 인버터 드라이버(210)로 발생시킨다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 입력되는 직류 전원을 전류 제어 신호에 따라 3상 정현파 전류로 변환해서 영구자석형 동기 전동기로 출력하는 인버터;
    상기 인버터가 출력하는 3상 정현파 전류를 동기 2상 좌표계의 전류로 변환하는 좌표 변환부;
    상기 영구자석형 동기 전동기의 위치를 검출하여 A상 펄스 및 B상 펄스를 포함하는 위치 검출 신호를 출력하는 위치 검출부;
    상기 위치 검출부가 출력하는 A상 펄스 및 B상 펄스를 XOR 게이트로 반전 논리 합한 후 상기 영구자석형 동기 전동기의 회전 속도를 검출하고, 상기 B상 펄스를 D Flip-Flop의 입력으로 하고, 상기 A상 펄스를 클럭신호로 하여 상기 영구자석형 동기 전동기의 회전 방향을 검출하는 속도 검출부;
    차속 및 조향 각속도에 따른 상기 영구자석형 동기 전동기의 지령 속도를 미리 저장되어 있는 속도 제어 맵에서 검출하여 설정하는 지령 속도 설정부;
    상기 설정된 지령 속도와 상기 검출된 회전 속도를 비교하여 지령 전류를 출력하는 지령 전류 설정부; 및
    상기 지령 전류와 상기 동기 2상 좌표계로 변환된 전류를 비교하여 상기 인버터를 구동시키기 위한 전류 제어 신호를 발생하는 전류 제어부를 포함하여 이루어지는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터가 출력하는 3상 정현파 전류를 검출하여, 직류 전류로 변환한 후 상기 좌표 변환부로 전달하는 아날로그/디지털 컨버터를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    ECU(Electronic Control Unit)와의 통신을 통해 상기 차속 및 조향 각속도를 입력받아 상기 지령 속도 설정부로 전달하는 CAN(Controller Area Network) 통신부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전류 제어 신호는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호인 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 속도 제어 맵은 하기의 표 1에 의하는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어장치.
    (표 1)
    조향 각속도( rad / sec ) 차 속 (km) 0 40 90 100 110 120 160 180 270 360 0 1500 1800 2700 3000 3150 3300 3600 3750 4000 4000 5 1500 1770 2580 2850 2985 3120 3390 3525 3930 4000 10 1300 1743 2472 2715 2837 2958 3201 3323 3687 3930 16 1000 1719 2375 2594 2703 2812 3031 3140 3468 3687 22 1000 1697 2287 2484 2583 2681 2878 2976 3271 3468 28 1000 1677 2209 2386 2474 2563 2740 2829 3094 3271 34 1000 1659 2138 2297 2377 2457 2616 2696 2935 3094 40 1000 1643 2074 2217 2289 2361 2504 2576 2791 2935 48 1000 1629 2017 2146 2210 2275 2404 2469 2662 2791 58 1000 1616 1965 2081 2139 2197 2314 2372 2546 2662 70 1000 1605 1918 2023 2075 2128 2232 2285 2441 2546 90 1000 1594 1877 1971 2018 2065 2159 2206 2347 2441 110 1000 1585 1839 1924 1966 2008 2093 2135 2263 2347 130 1000 1576 1805 1881 1919 1958 2034 2072 2186 2263 150 1000 1569 1775 1843 1877 1912 1980 2015 2118 2186 200 1000 1562 1747 1809 1840 1871 1932 1963 2056 2118
    여기서, 상기 차속 및 조향 각속도에 따른 지령 속도의 단위는 rpm이다.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 위치 검출부가 출력하는 위치 검출 신호는,
    U, V, W 상 펄스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 인버터가 입력되는 직류 전원을 전류 제어 신호에 따라, 3상 정현파 전류로 변환해서 영구자석형 동기 전동기로 출력하는 단계;
    좌표 변환부가 상기 인버터가 출력하는 3상 정현파 전류를 동기 2상 좌표계의 전류로 변환하는 단계;
    위치 검출부가 상기 영구자석형 동기 전동기의 위치를 검출하여 A상 펄스 및 B상 펄스를 포함하는 위치 검출 신호를 출력하는 단계;
    속도 검출부가 상기 A상 펄스 및 B상 펄스를 XOR 게이트로 반전 논리 합한 후 상기 영구자석형 동기 전동기의 회전 속도를 검출하고, 상기 B상 펄스를 D Flip-Flop의 입력으로 하고, 상기 A상 펄스를 클럭신호로 하여 상기 영구자석형 동기 전동기의 회전 방향을 검출하는 단계;
    지령 속도 설정부가 차속 및 조향 각속도와 속도 제어 맵을 이용하여 상기 영구자석형 동기 전동기의 지령 속도를 설정하는 단계;
    지령 전류 설정부가 상기 설정된 지령 속도와 상기 검출된 회전 속도를 비교하여 지령 전류를 출력하는 단계; 및
    전류 제어부가 상기 지령 전류와 상기 동기 2상 좌표계로 변환된 전류를 비교하여 상기 인버터를 구동시키기 위한 전류 제어 신호를 발생시키는 단계를 포함하여 이루어지는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인버터가 3상 정현파 전류를 상기 영구자석형 동기 전동기로 출력하는 단계 이후에,
    아날로그/디지털 컨버터가 상기 출력되는 3상 정현파 전류를 검출한 후, 직류로 변환하여 상기 좌표 변환부로 전달하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 지령 속도 설정부가 상기 지령 속도를 설정하는 단계 이전에,
    CAN(Controller Area Network) 통신부가 ECU(Electronic Control Unit)와의 통신을 통해 상기 차속 및 조향 각속도를 입력받은 후, 상기 지령 속도 설정부로 전달하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 속도 제어 맵은 하기의 표 2에 의하는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법.
    (표 2)
    조향 각속도(rad/sec) 차 속 (km) 0 40 90 100 110 120 160 180 270 360 0 1500 1800 2700 3000 3150 3300 3600 3750 4000 4000 5 1500 1770 2580 2850 2985 3120 3390 3525 3930 4000 10 1300 1743 2472 2715 2837 2958 3201 3323 3687 3930 16 1000 1719 2375 2594 2703 2812 3031 3140 3468 3687 22 1000 1697 2287 2484 2583 2681 2878 2976 3271 3468 28 1000 1677 2209 2386 2474 2563 2740 2829 3094 3271 34 1000 1659 2138 2297 2377 2457 2616 2696 2935 3094 40 1000 1643 2074 2217 2289 2361 2504 2576 2791 2935 48 1000 1629 2017 2146 2210 2275 2404 2469 2662 2791 58 1000 1616 1965 2081 2139 2197 2314 2372 2546 2662 70 1000 1605 1918 2023 2075 2128 2232 2285 2441 2546 90 1000 1594 1877 1971 2018 2065 2159 2206 2347 2441 110 1000 1585 1839 1924 1966 2008 2093 2135 2263 2347 130 1000 1576 1805 1881 1919 1958 2034 2072 2186 2263 150 1000 1569 1775 1843 1877 1912 1980 2015 2118 2186 200 1000 1562 1747 1809 1840 1871 1932 1963 2056 2118
    여기서, 상기 차속 및 조향 각속도에 따른 지령 속도의 단위는 rpm이다.
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 지령 전류를 출력하는 단계는,
    d, q축 상의 2상 전류 중, q축 지령 전류만을 출력하는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전류 제어 신호를 발생시키는 단계는,
    상기 지령 전류와 상기 동기 2상 좌표계로 변환된 전류를 비교하여 동기 2상 좌표계의 지령 전압을 생성하는 단계;
    상기 동기 2상 좌표계의 지령 전압을 정지 3상 좌표계의 지령 전압으로 변환하는 단계; 및
    상기 정지 3상 좌표계의 지령 전압을 이용하여 상기 인버터를 구동시키기 위한 전류 제어 신호를 발생시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 지령 전류와 상기 동기 2상 좌표계로 변환된 전류를 비교하는 단계는,
    상기 전류 제어부가 d축 지령 전류는 영 전류 제어를 하고, 상기 d축 지령 전류 및 출력된 q축 지령 전류와 상기 동기 2상 좌표계로 변환된 전류를 비교하는 것을 특징으로 하는 EHPS용 영구자석형 동기 전동기의 제어방법.
KR1020070119113A 2007-11-21 2007-11-21 Ｅｈｐｓ용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법 KR100915144B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070119113A KR100915144B1 (ko) 2007-11-21 2007-11-21 Ｅｈｐｓ용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070119113A KR100915144B1 (ko) 2007-11-21 2007-11-21 Ｅｈｐｓ용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090052553A KR20090052553A (ko) 2009-05-26
KR100915144B1 true KR100915144B1 (ko) 2009-09-03

Family

ID=40860270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070119113A KR100915144B1 (ko) 2007-11-21 2007-11-21 Ｅｈｐｓ용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100915144B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101333798B1 (ko) * 2011-06-21 2013-11-29 주식회사 아모텍 차량용 모터 구동장치 및 이를 이용한 차량용 워터펌프

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005006420A (ja) * 2003-06-12 2005-01-06 Koyo Seiko Co Ltd 電動パワーステアリング装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005006420A (ja) * 2003-06-12 2005-01-06 Koyo Seiko Co Ltd 電動パワーステアリング装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090052553A (ko) 2009-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6298390B2 (ja) 電動機駆動制御装置、電動パワーステアリング装置、電動ブレーキ装置、電動ポンプ装置
JP3480843B2 (ja) 電動パワーステアリング制御装置及び制御方法
US10532765B2 (en) Control apparatus for three-phase rotary machine, and electric power steering apparatus
JP6809093B2 (ja) モータ制御装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置
US8274247B2 (en) Rotary electric machine control system
JP7102407B2 (ja) インバータ装置、及び、電動パワーステアリング装置
CN103812421B (zh) 用于交流电动机的控制装置
JP6635159B2 (ja) 電動パワーステアリング装置の制御方法
US9007009B2 (en) Control apparatus for AC motor
US20180191283A1 (en) Motor Control Device and Electric Power Steering Device Mounting the Same
US20160181954A1 (en) Motor control apparatus
KR100915144B1 (ko) Ｅｈｐｓ용 영구자석형 동기 전동기의 제어 장치 및 방법
JP2010178444A (ja) 回転電機制御システム
JP2557457Y2 (ja) 電動パワーステアリング装置
JP5595436B2 (ja) モータ制御装置
JP2010183702A (ja) インバータの制御装置
WO2020262269A1 (ja) 電動機の制御装置
WO2017199641A1 (ja) 電動機の制御装置及びそれを備えた電動車両
JP2002051596A (ja) 交流モーターの駆動制御装置
KR102389172B1 (ko) 조향 보조 시스템, 조향 제어 장치 및 조향 제어 방법
JP7081180B2 (ja) 回転電機の制御装置
JP7251336B2 (ja) モータ制御装置
KR100412710B1 (ko) 마이크로프로세서를 이용한 2축 모터 컨트롤러
CN116890590A (zh) 电动悬架装置及电动马达控制装置
JP2021005996A (ja) 電動機の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120711

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee