KR101212599B1 - 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차 - Google Patents

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Abstract

모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법이 개시된다. 본 발명은 간단한 회로를 이용하여 모터의 위치를 감지하는 레졸버 등의 위치 검출 센서 자체의 오류나 고장을 검출할 수 있고, 이를 사용자 등에 알리며, 위치 검출 센서 자체에 오류나 고장이 없는 경우에만 모터의 위치 정보를 이용하여 인버터를 제어함으로써 더욱 정밀하게 모터 제어를 수행하도록 한다.

Description

모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차{MOTOR CONTROLLING APPARATUS, AND ELECTRONIC VEHICLE HAVING THE APPARATUS}
본 발명은 모터의 회전자 위치를 감지하는 센서의 오류나 고장을 검출하여 정밀하게 모터를 제어하도록 하는 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.
인버터를 이용하여 모터를 제어하는 장치는 자속을 측정하여 이를 이용하거나, 모터의 회전자 위치 또는 속도를 검출하거나 추정하여 이를 이용하여 모터를 제어한다. 일반적으로 모터의 위치와 속도를 측정하는 방식은 아날로그(Analog) 센서를 사용하는 방식과 디지털(Digital) 센서를 사용하는 방식으로 구분된다. 상기 아날로그 방식의 측정 장치는 싱크로(Synchro), 레졸버(Resolver), 또는 타코 제네레이터(Taco-generator) 등이고, 아날로그 양으로 변환된 회전자의 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 상기 디지털 방식의 측정 장치는 회전식 엔코더(Rotary Encoder) 등이고, 디지털 형태로 변환된 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 이 경우에, 상기 모터 제어 장치는 초기 위치를 알아내는 알고리즘을 더 구비하여야 한다. 상기 엔코더는 상기 회전자의 회전 각 변동을 펄스 열(Pulse Train)로 출력하는 장치이다. 상기 펄스 열은 상기 회전자의 회전 속도에 비례하여 변동되는 주파수를 갖는다. 상기 엔코더의 종류로는 절대형 엔코더와 증분형 엔코더가 있으며, 상기 절대형 엔코더는 상기 회전자의 절대 위치 정보를 검출할 수 있으나, 증분형 엔코더는 상기 회전자의 변동분만을 검출할 수 있다. 반면, BLDC(Blush-Less DC) 모터에서는, 정류자와 브러쉬의 기능을 전력용 반도체 스위치로 구현하기 위하여 회전자의 위치를 알아야 한다. 상기 회전자는 영구자석으로 되어 있으므로, 홀 소자(Hall Element)와 같은 자속 검출 센서를 이용하여 회전자의 위치를 알아낸다.
레졸버를 이용하는 방식에 있어서, 상기 레졸버는 일반적으로 감지한 모터의 전기 각을 위치 검출기(Resolver Digital Converter; RDC)에 신호의 형태로 출력하고, 상기 RDC가 모터의 회전자 위치를 검출하여 검출 신호를 제어기에 출력한다. 즉, 종래 기술에 따른 모터 제어 장치에서는, 레졸버 자체의 이상을 알지 못하는 문제점이 있다.
한편, 전기 자동차(Electric Vehicle; EV)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말하는 것으로, 크게는 전기 배터리만을 이용하는 전기 자동차와, 다른 동력원, 예를 들어 가솔린과 전기 배터리를 함께 사용하는 하이브리드 전기 자동차를 포함한다. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기 자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못했다. 최근 화석연료 등 에너지 자원의 부족 문제와 더불어 가솔린 자동차에 의한 환경오염문제가 대두되면서 1990년대부터 다시 개발되었다.
전기 자동차용 전기 모터로는 직류 모터, 교류 모터를 모두 사용할 수 있으나, 최근에는 브러쉬리스 직류 모터(Blush-Less DC Motor)나 유도 모터(Induction Motor)를 사용하거나, 이들을 변형하여 주로 사용한다.
전기 자동차의 발전에 있어서, 배터리, 모터의 개발과 아울러 모터를 제어하는 방법이나 장치에 대한 기술 개발이 필요한데, 전기 자동차의 모터를 제어하는 방법이나 장치에 있어서는 가속 시 가속 특성, 소음, 전류 제어 등을 고려해야 한다.
본 발명은 간단한 회로를 이용하여 레졸버 등의 위치 검출 센서 자체의 오류나 고장을 검출하여 이를 알리는 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법을 제공함에 일 목적이 있다.
본 발명은 위치 검출 센서 자체에 오류나 고장이 없는 경우에만 모터의 위치 정보를 이용하여 인버터를 제어함으로써 더욱 정밀하게 모터 제어를 수행할 수 있는 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터와, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 감지 신호를 출력하는 위치 검출 센서와, 상기 감지 신호 값과 기준 신호 값을 비교하고, 비교 결과에 따라 오류 검출 신호를 출력하는 오류 검출 유닛과, 상기 오류 검출 신호를 근거로 상기 위치 검출 센서의 오류를 판단하고, 토크 지령과 자속 지령을 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 오류 검출 유닛은, 상기 감지 신호의 사인 신호 값과, 코사인 신호 값을 각각 기준 신호 값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 오류 검출 신호를 출력한다. 또한, 상기 오류 검출 유닛은, 상기 사인 신호 값을 정류하는 제1 정류 모듈과, 상기 제1 정류 모듈을 통해 정류된 사인 신호 값을 제1 기준 값과 비교하는 제1 비교 모듈과, 상기 코사인 신호 값을 정류하는 제2 정류 모듈과, 상기 제2 정류 모듈을 통해 정류된 코사인 신호 값을 제2 기준 값과 비교하는 제2 비교 모듈과, 상기 제1 비교 모듈과 상기 제2 비교 모듈로부터 출력된 비교 결과 값들을 논리합 모듈을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 위치 검출 센서에 여자 전류를 인가하고, 상기 감지 신호를 근거로 상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 위치 검출부를 포함한다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 상기 모터에 인가되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛을 더 포함한다. 여기서, 상기 제어 유닛은, 상기 모터 구동 전류를 동기 좌표계로 변환하는 좌표 변환부와, 상기 토크 지령과 상기 자속 지령을 입력받고, 상기 좌표 변환부를 통해 변환된 모터 구동 전류를 입력받아 전압 지령을 출력하는 전류 제어부와, 상기 전압 지령에 따라 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 상기 위치 검출 센서에 오류가 발생하면, 외부에 오류 발생을 알리는 출력 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차는, 직류 전원을 공급하는 배터리와, 상기 배터리로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치와 상기 모터 제어 장치에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 모터로 구성된 동력 모듈과, 상기 동력 모듈에 의해 회전되는 복수의 바퀴들과, 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전후륜 현가장치를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 모터 제어 장치는, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 감지 신호를 출력하는 위치 검출 센서와, 상기 감지 신호 값과 기준 신호 값을 비교하고, 비교 결과에 따라 오류 검출 신호를 출력하는 오류 검출 유닛과, 상기 오류 검출 신호를 근거로 상기 위치 검출 센서의 오류를 판단하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 방법은, 토크 지령과 자속 지령을 근거로 모터를 구동하는 단계와, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 감지 신호를 생성하는 단계와, 상기 감지 신호의 사인 신호 값과 코사인 신호 값을 각각 기준 값과 비교하는 단계와, 상기 비교하는 단계의 비교 결과를 근거로 상기 모터의 회전자 위치를 감지하는 수단의 오류를 검출하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차는 간단한 회로를 이용하여 모터의 위치를 감지하는 레졸버 등의 위치 검출 센서 자체의 오류나 고장을 검출할 수 있고, 이를 사용자 등에 알림으로써 시스템의 안정성 및 사용자의 편의성을 제고한다.
본 발명은 위치 검출 센서 자체에 오류나 고장이 없는 경우에만 모터의 위치 정보를 이용하여 인버터를 제어함으로써 더욱 정밀하게 모터 제어를 수행하도록 함으로써 시스템의 안정성을 제고하고, 효율을 증대하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차를 개략적으로 보인 도;
도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 3은 도 2의 세부 구성을 보인 도;
도 4는 본 발명에 있어서 위치 검출 센서가 모터의 위치를 검출하는 동작을 설명하기 위한 도;
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 오류 검출 동작을 설명하기 위한 회로도 및 그래프;
도 9는 본 발명에 따른 모터 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 모터 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 직류전원을 공급하는 배터리(100), 배터리(100)가 공급하는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 회전력을 발생하는 동력 모듈(150), 동력 모듈(150)에 의해 회전되는 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520), 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)를 포함한다. 또한, 상기 전기 자동차는, 모터(300)의 회전속도를 기어비에 따라 변환하는 구동기어(미도시)가 추가적으로 구비할 수 있다.
동력 모듈(150)은, 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치(200), 모터 제어 장치(200)에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 모터(300)를 포함한다.
배터리(100)는 동력 모듈(150)에 직류 전원을 공급한다. 배터리(100)는 일반적으로 복수 개의 단위 셀(cell)이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 집합을 형성한다. 복수 개의 단위 셀은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 의해 일정한 전압을 유지하도록 관리된다. 즉, 배터리 관리 시스템은 상기 배터리(100)가 일정한 전압을 방출하도록 한다. 배터리(100)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리(100)로는 일반적으로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지 등이 사용된다.
모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는다. 모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 받는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터(300)에 공급한다. 일반적으로 모터 제어 장치(200)는 모터에 삼상 교류 전원을 공급한다.
모터(300)는 회전하지 않고 고정되는 고정자(미도시)와, 회전하는 회전자(미도시)로 구성되며, 모터 제어 장치(200)에서 공급되는 교류 전원을 공급받아 회전력을 발생한다. 교류 전원이 모터(300)에 인가되면, 모터(300)의 고정자가 교류 전원을 받아 자기장을 발생한다. 영구자석을 구비한 모터의 경우에는, 고정자에서 발생한 자기장과 회전자에 구비된 영구자석의 자기장이 반발하여 회전자가 회전한다. 회전자의 회전으로 회전력을 발생한다.
모터(300)의 일측에는 구동기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동기어는 모터(300)의 회전력을 기어비에 따라 변환시킨다. 구동기어에서 출력되는 회전력은 앞바퀴(510) 및/또는 뒷바퀴(520)에 전달되어 자동차가 움직이도록 한다.
전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 차체에 대하여 각각 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520)를 지지한다. 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 스프링 또는 감쇠기구에 의해 노면의 진동이 차체에 닿지 않도록 한다.
앞바퀴(510)에는 조향장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 조향장치는 자동차를 운전자가 의도하는 방향으로 주행시키기 위하여 앞바퀴(510)의 방향을 조절하는 장치이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터(230)와, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 감지 신호를 출력하는 위치 검출 센서(700)와, 상기 감지 신호 값과 기준 신호 값을 비교하고, 비교 결과에 따라 오류 검출 신호를 출력하는 오류 검출 유닛(800)과, 상기 오류 검출 신호를 근거로 상기 위치 검출 센서의 오류를 판단하고, 토크 지령과 자속 지령을 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛(250)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 모터 제어 장치는, 배터리(100)로부터 공급된 직류 전압을 승압하거나 감압하는 컨버터(110)를 더 포함할 수 있다. 상기 컨버터(110)는 스위칭 소자, 예를 들어 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT')를 구비하고, 필요에 따라 리액터를 더 구비한다. 상기 컨버터(110)는 상기 배터리(100)와 연결되고, 접지 선과 전원 선 사이의 전압, 즉 상기 배터리(100)가 발생하는 직류 전압을 승압하는 승압 컨버터이나, 필요에 따라 감압할 수 있도록 구성된다.
또, 상기 모터 제어 장치는, 상기 컨버터(110)와 상기 인버터(230)의 사이에 연결되어 상기 컨버터(110)의 출력 전압을 평활화하고, 저장하는 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor, 210)를 더 포함할 수 있다. 상기 직류 링크 커패시터(210)는 상기 컨버터(110)를 통해 승압된 직류 전압을 평활화한다.
상기 인버터(230)는 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 제어 유닛(250)으로부터 발생된 제어 신호, 예를 들어 PWM 구동 신호를 이용하여 모터에 전압 지령에 따른 모터 구동 전류를 인가한다.
상기 위치 검출 센서(700)는 상기 모터(300)의 회전자 위치를 검출하여 이를 피드백한다. 상기 모터(300)의 위치와 속도를 측정하는 방식으로는 아날로그(Analog) 센서를 사용하는 방식과 디지털(Digital) 센서를 사용하는 방식이 있다. 상기 아날로그 방식의 측정 장치는 싱크로(Synchro), 레졸버(Resolver), 또는 타코 제네레이터(Taco-generator) 등이고, 아날로그 양으로 변환된 회전자의 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 상기 디지털 방식의 측정 장치는 회전식 엔코더(Rotary Encoder) 등이고, 디지털 형태로 변환된 변위량으로부터 위치 및 속도를 측정한다. 본 발명에 있어서, 상기 위치 검출 센서(700)는 레졸버, 및 이와 유사한 센서이다.
일반적으로 모터 제어 장치는 수학적으로 모델링하여 모터를 제어하는데, (d, q) 좌표계를 사용하고, d축을 자속축으로 하여 제어한다. 이때, 상기 모터 제어 장치는 자속각(θe)로 d-q축을 회전하면서 모터를 제어하게 되는데, 상기 자속각(θe)은 동기 각속도(ω*e)를 적분한 값이고, 상기 동기 각속도(ω*e)는 슬립 각속도(ω*sl)와 회전자 속도(ωr)의 합이다.
일반적으로 회전자 권선에 유기된 기전력으로 인해 회전자 도체에 전류가 흐르고, 회전자 전류와 고정자 회전자계와의 상호 작용으로 토크가 발생하여 회전자는 회전하기 시작한다. 상기 제어 유닛(250)은 회전자 시정수를 근거로 슬립 각속도를 연산하는 슬립 각속도 연산부(251)를 포함할 수 있다. 상기 슬립 각속도는 동기 좌표계에서 d축 전류(ie *ds)와 q축 전류(ie *qs)의 비로 나타낼 수 있다. 상기 시정수(Tr)는 회전자 자기 인덕턴스와 회전자 저항의 비이다. 상기 슬립 각속도는 고정자 전류를 d축 전류(자속 성분 전류) ie *ds와 q축 전류(토크 성분 전류) ie *qs를 분배하는 기준이 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 모터 제어 장치는, 상기 감지 신호 값과 기준 신호 값을 비교하고, 비교 결과에 따라 오류 검출 신호를 출력하는 오류 검출 유닛(800)을 더 포함하는데, 상기 오류 검출 유닛(800)은, 상기 감지 신호의 사인 신호 값과, 코사인 신호 값을 각각 기준 신호 값과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 오류 검출 신호를 출력한다.
상기 제어 유닛(250)은, 상기 위치 검출 센서(700)에 여자 전류를 인가하고, 상기 감지 신호를 근거로 상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 위치 검출부(255)를 더 포함한다. 상기 제어 유닛(250)은 상기 위치 검출부(255)를 통해 검출된 모터의 위치를 이용하여 회전자 속도를 산출하여 전류 제어부로 피드백하는 속도 연산부(256)를 더 포함한다. 상기 제어 유닛(250)은 산출한 속도와 슬립 각속도를 이용하여 동기 각속도를 연산하고, 동기 각속도를 적분하여 자속각을 생성한다.
도 4를 참조하면, 상기 위치 검출부(255)는 상기 위치 검출 센서, 즉 레졸버의 여자 권선에 여자 전류를 인가한다. 상기 위치 검출부(255)는 여자 신호, 예를 들어 10kHz, 5Vpp의 정현파 형태의 신호로 된 여자 전압(Vr)을 상기 레졸버의 여자 권선에 인가하면, 상기 여자 권선에 여자 전류가 흐르고, 레졸버 회전자와 레졸버 고정자의 공극 부분에 자속이 발생한다. 상기 모터(300)의 회전자 회전에 따라 상기 레졸버 회전자도 회전하게 되고, 레졸버의 사인 권선과 코사인 권선으로부터 각각 V1, V2의 출력 신호가 발생한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 레졸버는 출력 단자 s1 내지 s4를 구비하고, 레졸버의 출력 신호의 사인 성분은 s1, s3로부터 얻을 수 있고, 코사인 성분은 s2, s4를 통해 얻을 수 있다. 상기 오류 검출 유닛(800)은 상기 레졸버의 출력 단자 s1, s3와 연결되고, 차동 증폭기(811)과 저역 통과 필터(Low Pass Filter; LPF, 821)를 구비하여 V1(Vrsinθ)을 출력한다. 또, 상기 오류 검출 유닛(800)은 오프셋 레퍼런스 전압과 상기 출력 전압 V1을 입력받아 합산하는 합산기(831)와 합산된 전압을 소정 증폭하는 증폭기(841)를 구비하여, 도 7에 도시한 바와 같이, 출력 신호의 사인 성분을 정현파의 형태(Va)로 생성한다. 마찬가지로 상기 오류 검출 유닛(800)은 상기와 같은 방식으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 출력 신호의 코사인 성분을 정현파의 형태(Vb)로 생성한다.
도 8을 참조하면, 상기 오류 검출 유닛(800)은, 상기 사인 신호 값을 정류하는 제1 정류 모듈(851)과, 상기 제1 정류 모듈(851)을 통해 정류된 사인 신호 값을 제1 기준 값과 비교하는 제1 비교 모듈(861)과, 상기 코사인 신호 값을 정류하는 제2 정류 모듈(852)과, 상기 제2 정류 모듈(852)을 통해 정류된 코사인 신호 값을 제2 기준 값과 비교하는 제2 비교 모듈(862)과, 상기 제1 비교 모듈과 상기 제2 비교 모듈로부터 출력된 비교 결과 값들을 논리합 모듈(870)을 포함하여 구성된다. 상기 제1 정류 모듈과 제2 정류 모듈은 상기 사인 신호 값과 코사인 신호 값은 직류 값으로 정류하고, 상기 제1 비교 모듈과 상기 제2 비교 모듈은 상기 정류된 값들과 미리 설정된 제1 기준 값, 제2 기준값을 각각 비교한다. 예를 들어 상기 제1, 2 기준값들은 각각 1.25 TTL(V)로 설정될 수 있고, 상기 사인 신호 값과 코사인 신호 값이 상기 기준값들 이상이 아니면 오류 검출 신호 '1'을 출력한다. 상기 비교 모듈들의 후단에는 논리합 모듈(870)이 구비되어, 사인 신호 값과 코사인 신호 값, 둘 중 하나라도 '1'을 출력하면, 상기 논리합 모듈(870)은 오류 검출 신호를 제어 유닛(250)에 출력한다. 도 8은 이러한 오류 검출 유닛(800)의 회로의 예를 보인 도이다. 상기 제어 유닛(250)은 상기 오류 검출 신호를 근거로 상기 위치 검출 센서, 즉 레졸버 자체의 오류, 단선, 고장 등을 검출한다. 상기 오류 검출 유닛(800)와 상기 위치 검출부(255)는 하나의 모듈 형태로 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 상기 모터에 인가되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛(270)을 더 포함하여 구성된다. 상기 전류 검출 유닛(270)은 상기 인버터(230)와 상기 모터(300)의 사이에 연결되어 각 상의 모터 구동 전류를 검출한다. 상기 전류 검출 유닛(270)으로는 일반적으로 연속적으로 상기 모터 구동 전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)를 사용한다. 상기 전류 트랜스듀서는 상기 모터 구동 전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 상기 제어 유닛(250)에 출력한다. 또한, 상기 전류 트랜스듀서는 펄스 폭 변조의 전 구간에서 상기 모터 구동 전류를 검출한다. 예를 들어, 3상 모터의 경우에 상기 전류 검출 유닛(270)은 3상으로 인가되는 전류(ia, ib, ic) 전부를 검출하거나, 그 중 2상(ia, ib)만을 검출하여 ic를 연산한 다음, 이를 상기 제어 유닛(250)에 출력한다. 상기 제어 유닛(250)은 인터럽트 신호를 발생하여 상기 검출된 모터 구동 전류에 따른 전압 신호를 샘플링한다.
상기 제어 유닛(250)은, 상기 모터 구동 전류를 동기 좌표계로 변환하는 좌표 변환부(252)와, 상기 토크 지령과 상기 자속 지령을 입력받고, 상기 좌표 변환부를 통해 변환된 모터 구동 전류를 입력받아 전압 지령을 출력하는 전류 제어부(253)와, 상기 전압 지령에 따라 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부(이하, PWM 제어부)(254)를 더 포함하여 구성된다.
전류 제어부(253)는 전류 지령과 모터 구동 전류를 입력받고, 전압 지령을 출력한다. 상기 전류 제어부(253)는 d축 전류 지령 (ie *ds)과 q축 전류 지령 (ie *qs)를 입력받는다. 상기 전류 제어부(253)는, 상기 q축 전류 지령(ie *qs)을 비례 적분하고, 필터링하여 q축 동기좌표계 전압 지령(Ve *q)을 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(253)는 상기 q축 전류 지령(ie *qs)과 모터 구동 전류를 좌표 변환부(252)가 좌표 변환한 상기 q축 출력 전류(ieq)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 q축 전압 지령(Ve *q)을 출력한다. 한편, 상기 전류 제어부(253)는 상기 d축 전류지령(ie *ds)을 역시 비례 적분하고 필터링하여 d축 동기좌표계 전압 지령(Ve*d)을 출력한다. 즉, 상기 전류 제어부(253)는 상기 d축 전류지령(ie *ds)과 상기 전류 검출 유닛(270)을 통해 검출된 모터 구동 전류를 좌표 변환한 상기 d축 출력 전류(ied)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 d축 전압 지령(Ve *d)을 PWM 제어부(254)에 출력한다. 여기서, e는 동기좌표계를 나타낸다.
PWM 제어부(254)는 제어주기(Ts) 동안 상기 인버터(230)에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(230)로 출력한다. 상기 인버터가 IGBT와 같은 스위칭 소자로 되어 있는 경우에, 상기 제어 신호는 게이트 입력 신호(Gating signal)가 된다.
상기 제어 유닛(250)은 동기좌표계 전압 지령을 정지좌표계 전압 지령으로 변환하는 동기좌표 역변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 동기좌표 역변환부는 전류 제어부(253)와 PWM 제어부(254)의 사이에 배치되고, 동기좌표계 전압 지령(Ve*d, Ve*q)을 정지좌표계 전압 지령(Vs *)인 (Vs *d, Vs *q)으로 변환한다. 여기서, e는 동기좌표계를, s는 정지좌표계를 나타낸다. PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. 예를 들어 3상 모터의 경우에, 상기 PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령(Va*, Vb*, Vc*)으로 변환하여 출력한다. 상기 동기좌표 역변환부는 상기 PWM 제어부(254)에 포함될 수 있다. 상기 PWM 제어부(254)는 각 상에 대한 전압 지령을 근거로 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호를 인버터에 출력하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 개폐한다.
상기 모터 제어 장치 또는 상기 전기 자동차는, 상기 위치 검출 센서(700)에 오류, 단선, 고장 등이 발생하면, 이를 외부나 사용자 등에게 알리는 출력 유닛(900)을 더 포함한다. 여기서, 상기 출력 유닛(900)은 LCD 등의 디스플레이 장치이거나, 알람 등의 음향 장치이거나, LED 등의 시각 장치일 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차의 모터 제어 방법은, 토크 지령과 자속 지령을 근거로 모터를 구동하는 단계(S100)와, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 감지 신호를 생성하는 단계(S200)와, 상기 감지 신호의 사인 신호 값과 코사인 신호 값을 각각 기준 값과 비교하는 단계(S300)와, 상기 비교하는 단계의 비교 결과를 근거로 상기 모터의 회전자 위치를 감지하는 수단의 오류를 검출하는 단계(S400 내지 S700)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 8을 참조한다.
상기 전기 자동차의 모터 제어 장치는, 상기 오류의 검출 결과, 상기 모터의 회전자 위치 감지에 오류가 없으면, 즉 회전자 위치 센서 자체의 오류, 단선, 고장 등이 없으면, 회전자 위치를 검출하고(S400), 속도를 연산하여(S500) 인버터를 제어하는 신호를 발생한다(S600). 반면, 상기 전기 자동차의 모터 제어 장치는, 상기오류의 검출 결과, 상기 회전자 위치 센서 자체에 오류, 단선, 고장 등이 발생하면, 이를 외부나 사용자 등에게 알린다(S700).
상기 오류를 검출하는 단계는 상기 사인 신호 값을 정류하고, 정류된 사인 신호 값을 제1 기준 값과 비교하는 과정과, 상기 코사인 신호 값을 정류하고, 정류된 코사인 신호 값을 제2 기준 값과 비교하는 과정을 포함한다. 예를 들어 상기 제1, 2 기준값들은 각각 1.25 TTL(V)로 설정될 수 있고, 상기 사인 신호 값과 코사인 신호 값이 상기 기준값들 이상이 아니면 오류 검출 신호 '1'을 출력한다. 상기 전기 자동차의 모터 제어 장치는 논리합을 이용하여, 사인 신호 값과 코사인 신호 값, 둘 중 하나라도 '1'을 출력하면, 모터 회전자 위치를 감지하는 수단의 오류를 검출한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 제어 장치와, 이를 포함하는 전기 자동차, 및 이의 모터 제어 방법은, 간단한 회로를 이용하여 모터의 위치를 감지하는 레졸버 등의 위치 검출 센서 자체의 오류나 고장을 검출할 수 있고, 이를 사용자 등에 알리며, 위치 검출 센서 자체에 오류나 고장이 없는 경우에만 모터의 위치 정보를 이용하여 인버터를 제어함으로써 더욱 정밀하게 모터 제어를 수행하도록 한다.
100: 배터리 110: 컨버터
200: 모터 제어 장치 210: 직류 링크 커패시터
230: 인버터 250: 제어 유닛
300: 모터 700: 위치 검출 센서
800: 오류 검출 유닛 900: 출력 유닛

Claims (11)

  1. 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 제어신호에 따라 직류 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 출력하는 인버터;
    여자 권선과, 사인 권선 및 코사인 권선을 구비하고, 상기 여자 권선에 인가된 여자 전류를 이용하여 상기 모터의 회전자 위치를 감지하며, 상기 사인 권선 및 코사인 권선으로 감지 신호를 출력하는 위치 검출 센서;
    상기 감지 신호 값과 기준 신호 값을 비교하고, 비교 결과에 따라 오류 검출 신호를 출력하는 오류 검출 유닛; 및
    상기 오류 검출 신호를 근거로 상기 위치 검출 센서 자체의 오류를 판단하고, 토크 지령과 자속 지령을 근거로 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 제어 유닛;을 포함하고,
    상기 오류 검출 유닛은,
    상기 사인 권선을 통해 출력된 사인 신호 값과 제1 기준 신호 값을 비교하고, 상기 코사인 권선을 통해 출력된 코사인 신호 값과 제2 기준 신호 값을 비교하며, 각각의 신호 비교 결과에 따라 상기 오류 검출 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 오류 검출 유닛은,
    상기 사인 신호 값을 정류하는 제1 정류 모듈;
    상기 제1 정류 모듈을 통해 정류된 사인 신호 값을 제1 기준 값과 비교하는 제1 비교 모듈;
    상기 코사인 신호 값을 정류하는 제2 정류 모듈;
    상기 제2 정류 모듈을 통해 정류된 코사인 신호 값을 제2 기준 값과 비교하는 제2 비교 모듈; 및
    상기 제1 비교 모듈과 상기 제2 비교 모듈로부터 출력된 비교 결과 값들을 논리합 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제1 항 또는 제3 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 위치 검출 센서에 여자 전류를 인가하고, 상기 감지 신호를 근거로 상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 위치 검출부;를 포함하는 모터 제어 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 모터에 인가되는 모터 구동 전류를 검출하는 전류 검출 유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 모터 구동 전류를 동기 좌표계로 변환하는 좌표 변환부;
    상기 토크 지령과 상기 자속 지령을 입력받고, 상기 좌표 변환부를 통해 변환된 모터 구동 전류를 입력받아 전압 지령을 출력하는 전류 제어부; 및
    상기 전압 지령에 따라 상기 제어신호를 생성하여 상기 인버터에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부;를 더 포함하는 모터 제어 장치.
  7. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 위치 검출 센서에 오류가 발생하면, 외부에 오류 발생을 알리는 출력 유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.
  8. 직류 전원을 공급하는 배터리;
    상기 배터리로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치와, 상기 모터 제어 장치에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 모터로 구성된 동력 모듈;
    상기 동력 모듈에 의해 회전되는 복수의 바퀴들; 및
    노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전후륜 현가장치;를 포함하는 전기 자동차에 있어서,
    상기 모터 제어 장치는,
    여자 권선과, 사인 권선 및 코사인 권선을 구비하고, 상기 여자 권선에 인가된 여자 전류를 이용하여 상기 모터의 회전자 위치를 감지하며, 상기 사인 권선 및 코사인 권선으로 감지 신호를 출력하는 위치 검출 센서;
    상기 사인 권선을 통해 출력된 사인 신호 값과 제1 기준 신호 값을 비교하고, 상기 코사인 권선을 통해 출력된 코사인 신호 값과 제2 기준 신호 값을 비교하며, 각각의 신호 비교 결과에 따라 오류 검출 신호를 출력하는 오류 검출 유닛; 및
    상기 오류 검출 신호를 근거로 상기 위치 검출 센서 자체의 오류를 판단하는 제어 유닛;을 포함하는 전기 자동차.
  9. 삭제
  10. 제8 항에 있어서, 상기 오류 검출 유닛은,
    상기 사인 신호 값을 정류하는 제1 정류 모듈;
    상기 제1 정류 모듈을 통해 정류된 사인 신호 값을 제1 기준 값과 비교하는 제1 비교 모듈;
    상기 코사인 신호 값을 정류하는 제2 정류 모듈;
    상기 제2 정류 모듈을 통해 정류된 코사인 신호 값을 제2 기준 값과 비교하는 제2 비교 모듈; 및
    상기 제1 비교 모듈과 상기 제2 비교 모듈로부터 출력된 비교 결과 값들을 논리합 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
  11. 삭제
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KR101701768B1 (ko) * 2015-11-26 2017-02-03 삼성중공업 주식회사 모터 구동 장치
KR102612239B1 (ko) * 2016-09-12 2023-12-12 에이치엘만도 주식회사 모터 제어 장치 및 방법
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EP3503382B1 (en) * 2017-12-21 2020-12-02 Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH Method and apparatus for determining a measuring offset of a rotor position sensor
KR102359677B1 (ko) * 2020-01-31 2022-02-09 현대엘리베이터주식회사 회전자 초기각 추정 장치 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007209105A (ja) 2006-02-01 2007-08-16 Sawafuji Electric Co Ltd 電気自動車運転駆動装置
KR100905022B1 (ko) 2007-09-14 2009-06-30 엘에스산전 주식회사 속도센서를 갖는 영구자석 동기 전동기용 인버터 및 그의고장 검출 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007209105A (ja) 2006-02-01 2007-08-16 Sawafuji Electric Co Ltd 電気自動車運転駆動装置
KR100905022B1 (ko) 2007-09-14 2009-06-30 엘에스산전 주식회사 속도센서를 갖는 영구자석 동기 전동기용 인버터 및 그의고장 검출 방법

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