KR102267061B1 - 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치 - Google Patents

동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102267061B1
KR102267061B1 KR1020140015704A KR20140015704A KR102267061B1 KR 102267061 B1 KR102267061 B1 KR 102267061B1 KR 1020140015704 A KR1020140015704 A KR 1020140015704A KR 20140015704 A KR20140015704 A KR 20140015704A KR 102267061 B1 KR102267061 B1 KR 102267061B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electric motor
motor
rotation speed
current
axis
Prior art date
Application number
KR1020140015704A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150094432A (ko
Inventor
조제형
알렉세이 보드로프
이용재
하정익
Original Assignee
삼성전자주식회사
서울대학교산학협력단
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 삼성전자주식회사, 서울대학교산학협력단 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020140015704A priority Critical patent/KR102267061B1/ko
Priority to US14/618,046 priority patent/US10003284B2/en
Priority to EP15154691.8A priority patent/EP2905891B1/en
Publication of KR20150094432A publication Critical patent/KR20150094432A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102267061B1 publication Critical patent/KR102267061B1/ko

Links

Images

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
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • H02P5/50—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another by comparing electrical values representing the speeds
    • 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
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • 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
    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/07—Speed loop, i.e. comparison of the motor speed with a speed reference
    • 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
    • H02P31/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors not provided for in groups H02P1/00 - H02P5/00, H02P7/00 or H02P21/00 - H02P29/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

제1 전동기, 상기 제1 전동기와 병렬로 연결되는 제2 전동기, 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 속도 산출부, 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 속도 사이의 속도 차이가 상이하면 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 구동부를 제어하는 동력 장치는 단일의 인버터를 이용하여 2 이상의 전동기를 동일한 속도로 구동할 수 있다.

Description

동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치{POWER APPARATUS, CONTROLLING METHOD THEREOF AND MOTOR DRIVING APPARATUS THEREIN}
개시된 발명은 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 복수의 전동기를 동시에 구동하는 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 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.
상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 발명의 일 측면은 2개 이상의 전동기를 단일의 인버터를 이용하여 제어하는 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 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 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 속도 산출부, 상기 제1 전동기의 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 상기 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 동일하면 제1 구동 전류를 공급하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 제2 구동 전류를 공급하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제1 구동 전류는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 산출될 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제2 구동 전류는 상기 제1 전동기의 회전 속도 , 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이를 기초로 산출될 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제2 구동 전류는 전력 손실이 최소화되도록 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 산출될 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기 각각은 영구 자석을 구비한 회전자를 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 공급되는 구동 전류 각각은 상기 영구 자석에 의한 자기장과 평행한 방향의 d축 전류와 상기 영구 자석에 의한 자기장과 수직한 방향의 q축 전류를 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 상기 제1 전동기의 q축 전류 지령을 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전자 위치와 상기 제2 전동기의 회전자의 위치 사이의 차이와 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도의 차이를 기초로 상기 제1 전동기의 d축 전류 지령을 산출할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전자 위치와 상기 제2 전동기의 회전자의 위치 사이의 차이, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도의 차이, 상기 제1 전동기의 회전 속도, 상기 제1 전동기의 q축 및 d축 전류, 상기 제2 전동기의 q축 및 d축 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 상기 d축 전류 지령을 생성할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 동력 장치의 제어방법은 서로 병렬로 연결되는 제1 전동기와 제2 전동기를 포함하는 동력장치의 제어방법에 있어서, 상기 제1 전동기의 구동 전류와 제2 전동기의 구동 전류를 검출하고, 상기 제1 전동기의 회전 속도 및 제2 전동기의 회전 속도를 산출하고, 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 구동 전류를 공급하고, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도 차이에 따라 변경된 구동 전류를 공급하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 변경된 구동 전류를 공급하는 것은 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 동일하면 제1 구동 전류를 공급하고, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 제2 구동 전류를 공급하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 변경된 구동 전류를 공급하는 것은 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 상기 변경된 구동 전류를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 변경된 구동 전류를 공급하는 것은 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이 및 상기 제1 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 변경된 구동 전류를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 변경된 구동 전류를 공급하는 것은 전력 손실이 최소화되도록 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 변경된 구동 전류를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 전동기 구동 장치는 서로 병렬로 연결되는 제1 전동기와 제2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부, 상기 제1 전동기의 구동 전류와 상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 전류 검출부, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 속도 산출부, 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 상기 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 동일하면 제1 구동 전류가 공급되도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 제2 구동 전류가 공급되도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제1 구동 전류는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 산출될 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제2 구동 전류는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이를 기초로 산출될 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라 상기 제2 구동 전류는 전력 손실이 최소화되도록 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 구동 전류를 기초로 산출될 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, 2 이상의 전동기의 회전 속도가 차이나면 회전 속도의 차이와 구동 전류를 기초로 구동 전압을 변경함으로써 2 이상의 전동기가 동일한 회전 속도로 회전하도록 할 수 있다.
도 1는 일 실시예에 의한 동력 장치를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 구동부의 일 예를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 일치하는 경우 d-q축 전류와 d-q축 전압을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 상이한 경우 제1 전동기와 제2 전동기에 인가되는 d축-q축을 도시한다.
도 5 내지 도 7은 일 실시예에 의한 동력 장치가 제1 전동기의 d1축 전류를 증가시키는 일 예를 도시한다.
도 8 내지 도 10은 일 실시예에 의한 동력 장치가 제1 전동기의 d1축 전류를 감소시키는 일 예를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제어부의 일 예를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 d축 전류 보상부의 일 예를 도시한다.
도 13는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 및 제2 전동기의 회전 속도와 d축 전류를 도시한다.
도 14는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 및 제2 전동기의 손실을 최소화하는 d축 전류를 산출하기 위한 그래프를 도시한다.
도 15은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제어부의 다른 일 예를 도시한다.
도 16는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 d축 전류 보상부의 다른 일 예를 도시한다.
도 17은 최적 전류 제어를 실시하지 않는 경우와 최적 전류 제어를 실시하는 경우의 일 시시예에 의한 동력 장치가 출력하는 구동 전류를 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 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1는 일 실시예에 의한 동력 장치를 도시하며, 도 2는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 구동부의 일 예를 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 동력 장치(power apparatus)(100)는 전원부(electric power supply)(110), 구동부(120), 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160), 제1 전류 검출부(130) 및 제2 전류 검출부(140), 제1 위치 검출부(170) 및 제2 위치 검출부(180), 제어부(200)를 포함하며, 동력 장치(power apparatus)(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, 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 전원로부터 직류 전원을 공급받는 경우, 전원부(110)는 공급된 직류 전원의 전압을 변경하는 직류 전압 변환기(DC-DC Converter)를 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 생성한 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 도 2에 도시된 바와 같은 인터버(inverter)를 포함할 수 있다. 인버터는 서로 병렬로 연결되는 3개의 상측 스위칭 회로(S11~S13)과 서로 병렬로 연결되는 3개의 하측 스위칭 회로(S21~S23)를 포함한다.
또한, 상측 스위칭 회로(S11~S13)과 하측 스위칭 회로(S21~S23)은 각각이 서로 직렬로 연결되며, 상측 스위칭 회로(S11~S13)과 하측 스위칭 회로(S21~S23)이 서로 연결되는 노드는 각각 a상 출력(OUTa), b상 출력(OUTb) 및 c상 출력(OUTc)과 연결된다.
또한, 복수의 스위칭 회로(S11~S13, S21~S23)는 제어부(200)가 생성한 제어 신호(VPWM11~VPWM13, VPWM21~VPWM23: VPWM)를 입력받아 개폐된다.
이와 같은 스위칭 회로(S11~S13, S21~S23)는 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.
다만, 구동부(120)는 도 2에 도시된 바와 같은 통상적인 인버터에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 인버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동부(120)는 중립점 클램프드(neural point champed: NPC) 인버터 등과 같은 멀티 레벨 인버터(multi-level inverter)를 포함할 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 고정자는 a상, b상 및 c상의 3상 구동 전류를 입력받아 회전하는 자기장을 생성하며, 3상 동기 전동기는 회전자가 생성하는 자기장과 고정자의 회전하는 자기장 사이의 상호 작용에 의하여 회전자를 회전시킨다.
제1 전류 검출부(130) 및 제2 전류 검출부(140)는 각각 제1 전동기(150)에 공급되는 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(160)에 공급되는 제2 구동 전류(Iabc2)를 검출한다.
또한, 제1 전류 검출부(130) 및 제2 전류 검출부(140) 각각은 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. 제1 전류 검출부(130)가 a상 전류와 b상 전류를 검출하면 후술할 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.
통상적으로 전동기에 공급되는 구동 전류는 수 암페어(Ampere: A)에서 수백 암페어(A)에 이르는 대전류이다. 이와 같은 대전류를 검출하기 위해서 제1 전류 검출부(130) 및 제2 전류 검출부(140)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 감소시킨 후 감소된 전류의 크기를 측정함으로써 구동 전류를 산출할 수 있다.
제1 전류 검출부(130) 및 제2 전류 검출부(140)에 대하여 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) 및 제2 위치 검출부(180)는 각각 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 포함된 회전자의 위치(θ1, θ2)를 검출한다. 구체적으로, 제1 위치 검출부(170)는 제1 전동기(150)에 포함된 회전자의 위치(θ1)를 검출하고, 제2 위치 검출부(180)는 제2 전동기(170)에 포함된 회전자의 위치(θ2)를 검출한다.
예를 들어, 제1 위치 검출부(170) 및 제2 위치 검출부(180) 각각은 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 포함된 회전자가 생성하는 자기장을 검출하는 홀 센서를 포함할 수 있다. 이와 같은 홀 센서는 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 포함된 고정자의 적절한 위치에 배치되어 회전자의 회전에 따른 자기장의 변화를 감지하고, 감지된 자기장을 기초로 회전자의 위치를 검출한다.
다른 예로, 제1 위치 검출부(170) 및 제2 위치 검출부(180) 각각은 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)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) 및 제2 위치 검출부(180) 각각은 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 포함된 회전자의 회전을 검출하는 리졸버(resolver)를 포함할 수 있다. 리졸버는 회전자의 회전에 따라 정형파를 출력하며, 정형파의 주기 및 개수를 기초로 회전자의 회전 변위 또는 회전 속도를 검출할 수 있다.
다른 예로 제1 위치 검출부(170) 및 제2 위치 검출부(180)는 제1 전류 검출부(130)와 제2 전류 검출부(140)가 검출한 제1 및 제2 구동 전류(Iabc1, Iabc2)를 기초로 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 포함된 회전자의 위치(θ1, θ2)를 산출할 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2 구동 전류(Iabc1, Iabc2)를 기초로 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 포함된 회전자의 위치(θ1, θ2)를 산출하는 경우에는 도 1에 도시된 바와 다르게 제1 위치 검출부(170) 및 제2 위치 검출부(180)가 각각 제1 전류 검출부(130) 및 제2 전류 검출부(140)와 연결될 수 있다.
제어부(200)는 제1 및 제2 위치 검출부(170, 180)가 검출한 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 포함된 회전자의 위치(θ1, θ2)와 제1 및 제2 전류 검출부(130, 140)가 검출한 제1 및 제2 구동 전류(Iabc1, Iabc2)를 기초로 구동부(120)를 제어하는 제어 신호(VPWM)를 생성한다.
구체적으로, 제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)의 회전 속도 및 제1 및 제2 구동 전류(Iabc1, Iabc2)를 기초로 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 공급되어야 하는 전류 지령을 산출하고, 전류 지령에 따라 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 인가되어야 하는 전압 지령을 산출한다. 이후, 제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 대한 전압 지령을 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 회로(S11~S13, S21~S23)를 온/오프시킨다. 또한, 복수의 스위칭 회로(S11~S13, S21~S23)의 온 시간의 비율 즉 듀티비(duty rate)에 따라 구동부(120)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 전압 지령에 대응하는 구동 전압을 인가할 수 있고, 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 전류 지령에 대응하는 제1 및 제2 구동 전류(Iabc1, Iabc2)를 공급할 수 있다.
또한, 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 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 속도와 제2 전동기(160)의 회전 속도 사이의 차이를 기초로 보상 전류 지령을 생성한다. 여기서 보상 전류 지령은 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω1)가 동일해지도록 전류 지령을 보상한다.
제어부(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.
이와 같은 제어부(200)는 주어진 프로그램과 데이터에 따라 연산을 수행하는 1개 또는 2이상의 마이크로 프로세서(micro processor), 프로그램 및 데이터를 저장하는 1개 또는 2이상의 메모리(memory)를 포함할 수 있다.
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 회로(S11~S13, S21~S23)를 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 회로(S11~S13, S21~S23)의 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 전압(15V 이상)에 대응하는 게이트 드라이브 신호로 변환한다. 다시 말해, 게이트 드라이버는 제어 신호(VPWM)를 승압하여 게이트 드라이브 신호를 생성한다.
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 d축 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, a상, b상 및 c상 전압을 d축 및 q축 전압으로 변환한다.
여기서, 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 112014013464614-pat00001
(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 112014013464614-pat00002
(단, Te는 전동기의 토크, P는 회전자의 극수, λf는 회전자에 포함된 영구 자석의 자속, Ls는 고정자에 포함된 코일의 인덕턴스, ωr은 회전자의 전기 속도, 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 3은 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 일치하는 경우 d-q축 전류와 d-q축 전압을 도시한다.
도 3을 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 3에 도시된 바와 같이 q0축과 일치하는 방향의 dq축 전류 <I0>가 공급되도록 구동부(120)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(200)는 제1 및 제2 전동기(150, 160)에 "0"의 d0축 전류와 "I0q0"의 q0축 전류가 공급되도록 구동부(120)를 제어한다.
dq축 전류 <I0>가 공급되도록 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 인가되어야 할 dq축 전압에 대하여 설명한다.
우선, 회전자의 회전 속도(ωr)와 회전자의 자속(λf)에 의한 역기전력(E0)은 q0축과 일치하는 방향으로 발생하며, 고정자의 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I0>는 dq축 전류 <I0>와 수직한 방향으로 발생한다. 즉, 고정자의 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 3에 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 3에 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. 그 결과 제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-q2축이 서로 상이해진다.
도 4는 일 실시예에 의한 동력 장치의 제1 전동기의 부하와 제2 전동기의 부하가 상이한 경우 제1 전동기와 제2 전동기에 인가되는 dq축 전압을 도시한다.
도 4를 참조하면 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이한 경우, 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 d1축 전압 및 q1축 전압과 제2 전동기(160)에 인가되는 d2축 전압 및 q2축 전압이 상이하므로 제1 전동기(150)에 공급되는 제1 구동 전류(Iabc1)와 제2 전동기(150)에 공급되는 제2 구동 전류(Iabc2)가 서로 상이해진다.
다시 말해, 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이한 경우, 제어부(200)는 더 이상 제1 전동기(150)의 구동 전류와 제1 전동기(150)의 회전 속도를 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 변화없이 제2 전동기(160)의 출력 토크를 변화시키기 위해서 제1 전동기(150)의 d1축 전류(Id1)를 변경시킬 수 있다. 또한, d1축 전류를 변경시키기 위하여 제어부(200)는 q1축 전압(Vq1)을 변경시킬 수 있다.
[수학식 2]에 의하면 전동기의 출력 토크(Te)는 전동기의 q축 전류(Iqk)와 전동기의 d축 전압(Vdk)에 의존하기 때문에 제1 전동기(150)의 d1축 전류(Id1)과 q1축 전압(Vq1)을 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 전류 및 d1축 전압은 일정하게 고정시키고, 제2 전동기(160)의 출력 토크를 변화시키기 위하여 제1 전동기(150)의 d1축 전류 및 q1축 전압을 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 전류 뿐만 아니라 q2축 전류도 변화하고, q2축 전류의 변화로 인하여 제2 전동기(160)의 출력 토크가 변화한다.
요약하면, 제1 전동기(150)의 d1축 전류 및 q1축 전압을 변화시켜 제2 전동기(160)의 출력 토크를 변화시킬 수 있다.
또한, 제어부(200)는 제2 전동기(160)의 회전 속도를 피드백(feed-back)받고, 제1 전동기(150)의 회전 속도와 제2 전동기(160)의 회전 속도의 차이가 "0"이 되도록 제1 전동기(150)의 d1축 전류를 제어할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 일 실시예에 의한 동력 장치가 제1 전동기의 d1축 전류를 증가시키는 일 예를 도시한다.
예를 들어, 제어부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 초기 dq축 전류 <I0>에 양의 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 제어할 수 있다. 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 제어할 수 있다.
제1 전동기(150) 또는 제2 전동기(160)의 부하가 변화하여 제1 전동기(150)의 회전 속도와 제2 전동기(160)의 회전 속도가 차이나면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-2q축이 "-Δθ" 또는 "+Δθ" 만큼 차이가 날 수 있다.
제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-2q축 사이에 "-Δθ" 만큼 차이나는 경우 제2 전동기(160)에 인가되는 dq축 전압을<V0>에서 <V1>으로 변경하면 도 6에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)에 인가되는 d2축 전압은 "V0d2"에서 "V1d2"로 증가하며, q2축 전압은 "V0q2"에서 "V1q2"로 증가한다. 또한, 제2 전동기(160)의 d2축 전압이 증가하므로 q2축 전류가 증가하며, q2축 전류의 증가로 인하여 제2 전동기(160)의 출력 토크가 증가한다.
다시 말해, 회전 방향에 대하여 제1 전동기(150)의 d1축-q1축이 제2 전동기(160)의 d2축-2q축 보다 앞서는 경우, 제1 전동기(150)의 d축 전류를 증가시키면 제2 전동기(160)의 출력 토크를 증가시킬 수 있다.
제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-2q축 사이에 "+Δθ" 만큼 차이나는 경우 제2 전동기(160)에 인가되는 dq축 전압을 <V0>에서 <V1>으로 변경하면 도 7에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)에 인가되는 d2축 전압은 "V0d2"에서 "V1d2'"로 감소하며, q2축 전압은 "V0q2"에서 "V1q2'"로 증가한다. 또한, 제2 전동기(160)의 d2축 전압이 감소하므로 q2축 전류가 감소하며, q2축 전류의 감소로 인하여 제2 전동기(160)의 출력 토크가 감소한다.
다시 말해, 회전 방향에 대하여 제1 전동기(150)의 d1축-q1축이 제2 전동기(160)의 d2축-2q축 보다 뒤서는 경우, 제1 전동기(150)의 d축 전류를 증가시키면 제2 전동기(160)의 출력 토크를 감소시킬 수 있다.
도 8 내지 도 10은 일 실시예에 의한 동력 장치가 제1 전동기의 d1축 전류를 감소시키는 일 예를 도시한다.
다른 예로, 제어부(200)는 도 8에 도시된 바와 같이 초기 dq축 전류 <I0>에 음의 d1축 전류 "I2d1"을 부가하여, 제1 전동기(150)에 dq축 전류 <I2>가 공급되도록 할 수 있다.
이를 위하여, 제어부(200)는 역기전력 <E0>과 코일에 의한 전압 강하 <ωr*Ls*I2>의 벡터 합에 해당하는 dq축 전압 <V2>이 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 인가되도록 구동부(120)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부(200)는 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)에 "V0d1(=V2d1)"의 d1축 전압과 "V0q1+ωr*Ls*I2d1(=V2q1)"의 q1축 전압을 인가하도록 구동부(120)를 제어할 수 있다.
제1 전동기(150) 또는 제2 전동기(160)의 부하가 변화하여 제1 전동기(150)의 회전 속도와 제2 전동기(160)의 회전 속도가 차이나면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-q2축이 "-Δθ "또는 "+Δθ" 만큼 차이가 날 수 있다.
제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-2q축 사이에 "-Δθ" 만큼 차이나는 경우 제2 전동기(160)에 인가되는 dq축 전압을<V0>에서 <V2>으로 변경하면 도 9에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)에 인가되는 d2축 전압은 "V0d2"에서 "V2d2"로 감소하며, q2축 전압은 "V0q2"에서 "V2q2"로 감소한다. 또한, 제2 전동기(160)의 d2축 전압이 감소하므로 q2축 전류가 감소하며, q2축 전류의 감소로 인하여 제2 전동기(160)의 출력 토크가 감소한다.
다시 말해, 회전 방향에 대하여 제1 전동기(150)의 d1축-q1축이 제2 전동기(160)의 d2축-2q축 보다 앞서는 경우, 제1 전동기(150)의 d축 전류를 감소시키면 제2 전동기(160)의 출력 토크를 감소시킬 수 있다.
제1 전동기(150)의 d1축-q1축과 제2 전동기(160)의 d2축-2q축 사이에 "+Δθ" 만큼 차이나는 경우 제2 전동기(160)에 인가되는 dq축 전압을 <V0>에서 <V2>으로 변경하면 도 10에 도시된 바와 같이 제2 전동기(160)에 인가되는 d2축 전압은 "V0d2'"에서 "V2d2'"로 증가하며, q2축 전압은 "V0q2'"에서 "V2q2'"로 감소한다. 또한, 제2 전동기(160)의 d2축 전압이 증가하므로 q2축 전류가 증가하며, q2축 전류의 증가로 인하여 제2 전동기(160)의 출력 토크가 증가한다.
다시 말해, 회전 방향에 대하여 제1 전동기(150)의 d1축-q1축이 제2 전동기(160)의 d2축-2q축 보다 뒤서는 경우, 제1 전동기(150)의 d축 전류를 감소시키면 제2 전동기(160)의 출력 토크를 증가시킬 수 있다.
결론적으로 제어부(200)의 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 회전 속도에 차이가 발생하면, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 회전자 위치에 따라 제어부(200)는 제1 전동기(150)의 d1축 전류를 증가시키거나 감소시킴으로써 제2 전동기(160)의 출력 토크를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
다시 말해, 제2 전동기(160)의 회전 속도가 제1 전동기(150)의 회전 속도 보다 빠르면 제어부(200)는 제2 전동기(160)의 출력 토크가 감소하도록 제1 전동기(150)의 d1축 전류를 변화시킬 수 있다. 또한, 제2 전동기(160)의 회전 속도가 제1 전동기(150)의 회전 속도 보다 느리면 제어부(200)는 제2 전동기(160)의 출력 토크가 증가하도록 제1 전동기(150)의 d1축 전류를 변화시킬 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 전류 보상부의 일 예를 도시한다.
도 11 및 도 12를 참조하면 제어부(200)는 속도 연산부(210), 입력 좌표 변환부(220), 속도 제어부(230), q축 전류 제어부(240), d축 전류 보상부(250), d축 전류 제어부(260), 출력 좌표 변환부(270) 및 PWM 신호 생성부(280)를 포함한다.
속도 연산부(210)는 제1 및 제2 위치 검출부(170, 180, 도 1 참조)가 검출한 제1 회전자의 위치(θ1)과 제2 회전자 위치(θ2)를 기초로 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1) 및 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 산출한다.
입력 좌표 변환부(220)는 제1 회전자의 위치(θ1)과 제2 회전자 위치(θ2)를 기초로 제1 및 제2 전류 검출부(130, 140, 도 1 참조)가 검출한 a, b 및 c상 전류를 d축 전류 및 q축 전류로 변환한다.
속도 제어부(230)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(230)는 비례 제어기(Proportional Controller: P), 비례 적분 제어기(Proportional Integral Controller: PI) 또는 비례 적분 미분 제어기(Proportional Integral Derivative Controller: PID)를 포함할 수 있다.
q축 전류 제어부(240)는 속도 제어부(230)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(240) 역시 비례 제어기, 비례 적분 제어기 또는 비례 적분 미분 제어기를 포함할 수 있다.
d축 전류 보상부(250)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 전류 보상부(250)는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 비교하고 비교 결과에 따라 예비 d축 전류 지령(Id1*')을 출력하는 속도 비교기(251), 제1 회전자의 위치(θ1)와 제2 회전자의 위치(θ2)를 비교하고 비교 결과에 따라 +1 또는 -1을 출력하는 위치 비교기(252)를 포함한다. 또한, d축 전류 보상부(250)는 속도 비교기(251)의 출력과 위치 비교기(252)의 출력을 곱하는 곱셈기(253)를 포함한다.
속도 비교기(251)는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)의 차이가 "0"이 되도록 예비 d축 전류 지령(Id1*')을 출력한다.
이와 같은 속도 비교기(251)는 비례 제어기(Proportional Controller) 또는 비례-적분 제어기(Proportional Integral Controller)를 채용할 수 있다.
위치 비교기(252)는 제1 회전자의 위치(θ1)와 제2 회전자의 위치(θ2) 사이의 차이에 따라 +1 또는 -1을 출력하나, 이에 한정되는 것은 아니며 위치 비교기(252)는 제1 회전자의 위치(θ1)와 제2 회전자의 위치(θ2) 사이의 차이에 따라 +K(임의의 값) 또는 -K(임의의 값)를 출력할 수도 있다.
또한, 위치 비교기(252)는 제1 회전자의 위치(θ1)와 제2 회전자의 위치(θ2) 사이의 차이가 기준값보다 크면 +1 또는 -1을 출력하고, 기준값 이하이면 제1 회전자의 위치(θ1)와 제2 회전자의 위치(θ2) 사이의 차이에 비례하는 값을 출력할 수도 있다.
곱셈기(253)는 제1 회전자의 위치(θ1)와 제2 회전자의 위치(θ2)가 d축 전류 지령(Id1*)에 반영되도록 예비 d축 전류 지령(Id1*')에 위치 비교기(252)의 출력을 곱한다.
결과적으로, d축 전류 보상부(250)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.
일 실시예에 의한 동력 장치(100)의 d축 전류 보상부(250)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 전류 보상부(250)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(260)는 d축 전류 보상부(250)가 출력하는 d축 전류 지령(Id*)과 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)를 비교하고, 비교 결과에 따라 d축 전압 지령(Vd*)을 출력한다. d축 전류 제어부(260) 역시 비례 제어기, 비례 적분 제어기 또는 비례 적분 미분 제어기를 포함할 수 있다.
출력 좌표 변환부(270)는 제1 회전자의 위치(θ1)과 제2 회전자 위치(θ2)를 기초로 q축 전압 지령(Vd*)과 q축 전압 지령(Vq*)을 a, b 및 c상 전압 지령(Vabc*)으로 변환한다.
PWM 신호 생성부(280)는 a, b 및 c상 전압 지령(Vabc*)을 기초로 구동부(120)에 제공할 제어 신호(VPWM)를 생성한다. 구체적으로, a, b 및 c상 전압 지령(Vabc*) 각각을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM)하여 구동부(120)에 포함된 복수의 스위칭 회로(S11~S13, S21~S23)를 온/오프하는 제어 신호(VPWM)를 출력한다.
도 13는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 및 제2 전동기의 회전 속도와 d축 전류를 도시한다.
도 13에 대하여 간단히 설명한다. 부하의 변동을 3초에 발생하고, 도 13의 (a)은 부하 변동 전후의 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 도시하고, 도 13의 (b)는 부하 변동 전후의 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)를 도시한다.
도 13의 (a)와 (b)를 참조하면, 동작 후 3초 이전에는 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)는 같은 속도로 동작하고, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id1, Id2)는 "0"에 가까운 값을 갖는다.
동작 후 3초가 되는 시점에 제2 전동기(160)의 부하가 커지면 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)는 급격히 감소한다.
이와 함께, 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)은 급격히 증가한다. 즉, 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2) 사이에 차이가 발생하면 제어부(200)는 즉시 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)을 증가시킨다. 그에 따라 제2 전동기(150)의 d축 전류(Id2) 역시 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 함께 증가한다.
제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)에 따라 제2 전동기(160)의 출력 토크가 증가하고, 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 점점 증가하여 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 같아진다.
또한, 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 점점 증가함에 따라 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)는 점점 감소한다.
상술한 바와 같이 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 동일한 경우에는 d축 전류(Id1, Id2)를 최소화하고, q축 전류(Iq1, Iq2)에 의하여 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 출력 토크를 제어할 수 있다. 또한, d축 전류(Id1, Id2)를 최소화할 수 있으므로 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 전력 손실을 최소화할 수 있다.
제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 서로 상이한 경우에는 제1 전동기(150)에 공급되는 d축 전류를 이용하여 제2 전동기(160)의 q축 전류 즉 출력 토크를 제어하므로 제1 전동기(150)의 d축 전류와 제2 전동기(160)의 d축 전류의 선택에 따라 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)가 소모하는 소비 전력이 달라질 수 있다.
이하에서는 제1 전동기(150)의 부하와 제2 전동기(160)의 부하가 상이한 경우 손실을 최소화하는 dq축 전류를 선택하는 방법에 대하여 설명한다.
제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)가 병렬 연결되므로 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)에 인가되는 구동 전압은 동일하다. 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)에 인가되는 구동 전압이 동일함을 이용하면 [수학식 1]로부터 [수학식 3]이 유도될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112014013464614-pat00003
(단, V는 제1 및 제2 전동기에 인가되는 dq 전압, Vd1은 제1 전동기의 d축 전압, Vq1은 제1 전동기의 q축 전압, Vd2는 제2 전동기의 d축 전압, Vq2는 제2 전동기의 q축 전압, Rs는 고정자에 포함된 코일의 저항, Ls는 고정자에 포함된 코일의 인덕턴스, λf는 회전자에 포함된 영구 자석의 자속, ωr은 회전자의 회전 속도, Id1은 제1 전동기의 d축 전류, Iq1은 제1 전동기의 q축 전류, Id2는 제2 전동기의 d축 전류, Iq2는 제2 전동기의 q축 전류이다.)
[수학식 3]에서 제1 전동기(150)의 q축 전류(Iq1)과 제2 전동기(160)의 q축 전류(Iq2)는 부하에 대응하는 출력 토크를 발생시키기 위하여 변경하기 곤란하다. 이에 비하여 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)는 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)가 동일한 회전 속도를 갖는 범위에서 변경이 가능하다.
여기서, 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)와 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2) 사이의 관계를 살펴보기 위하여 [수학식 3]를 정리하면 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
Figure 112014013464614-pat00004
(단, Id1은 제1 전동기의 d축 전류, Iq1은 제1 전동기의 q축 전류, Id2는 제2 전동기의 d축 전류, Iq2는 제2 전동기의 q축 전류, Rs는 고정자에 포함된 코일의 저항, Ls는 고정자에 포함된 코일의 인덕턴스, λf는 회전자에 포함된 영구 자석의 자속, ωr은 회전자의 회전 속도이다.)
다시 말해, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)가 병렬로 연결되고, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 회전 속도가 동일한 경우 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)와 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)는 [수학식 4]의 관계를 갖는다.
이때, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실은 [수학식 5]과 같다.
[수학식 5]
Figure 112014013464614-pat00005
(단, Pcopper는 제1 전동기와 제2 전동기의 도통 손실, Rs는 고정자에 포함된 코일의 저항, Id1은 제1 전동기의 d축 전류, Iq1은 제1 전동기의 q축 전류, Id2는 제2 전동기의 d축 전류, Iq2는 제2 전동기의 q축 전류이다.)
상술한 바와 같이 제1 전동기(150)의 q축 전류(Iq1)와 제2 전동기(160)의 q축 전류(Iq2)는 부하에 따른 출력 토크를 생성하기 위하여 변경하기 곤란하므로, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실을 최소화하기 위해서는 (Id12+Id22)가 최소가 되도록 하여야 한다.
요약하면, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 회전 속도가 동일한 경우 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)는 [수학식 4]의 관계를 가지며, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실을 최소화하기 위해서는 (Id12+Id22)가 최소가 되도록 하여야 한다.
[수학식 4]에 의하면, 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)와 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)는 쌍곡선의 관계를 갖는다. 이때 (Id12+Id22)에 의한 원과 [수학식 4]에 의한 쌍곡선이 서로 접할 때 (Id12+Id22)의 값이 최소가 될 것이다.
이와 같이 (Id12+Id22)에 의한 원과 [수학식 4]의 의한 쌍곡선이 서로 접할 경우 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)는 [수학식 6]의 관계를 갖는다.
[수학식 6]
Figure 112014013464614-pat00006
(단, Id1은 제1 전동기의 d축 전류, Id2는 제2 전동기의 d축 전류, Rs는 고정자에 포함된 코일의 저항, Ls는 고정자에 포함된 코일의 인덕턴스, λf는 회전자에 포함된 영구 자석의 자속, ωr은 회전자의 회전 속도이다.)
따라서, [수학식 4]와 [수학식 6] 사이의 교점이 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 회전 속도가 같고, 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실이 최소가 되는 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)가 된다.
도 14는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제1 및 제2 전동기의 손실을 최소화하는 d축 전류를 산출하기 위한 그래프를 도시한다.
여기서, 도 14의 H1은 제1 전동기(150)의 부하에 대하여 제2 전동기(160)의 부하가 0%일 때 즉, 제2 전동기(160)의 부하가 "0"이 될 때의 [수학식 4]에 의한 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2) 사이의 관계를 도시한다. 도 14의 H2는 제1 전동기(150)의 부하에 대하여 제2 전동기(160)의 부하가 50%일 때 [수학식 4]에 의한 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2) 사이의 관계를 도시한다. 도 14의 H3는 제1 전동기(150)의 부하에 대하여 제2 전동기(160)의 부하가 100%일 때 즉, 제2 전동기(160)의 부하가 제1 전동기(150)의 부하와 같을 때의 [수학식 4]에 의한 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)과 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2) 사이의 관계를 도시한다.
또한, 도 14의 C1은 H1과 접하는 (Id12+Id22)에 의한 원을 도시하고, C2는 H2와 접하는 (Id12+Id22)에 의한 원을 도시한다.
또한, 도 14의 T는 H1, H2 및 H3와 (Id12+Id22)에 의한 원이 접하는 경우, 접점을 도시한다. 즉, T은 [수학식 6]의 관계를 갖는 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)와 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)를 도시한다.
도 14를 참조하면, 제2 전동기(160)의 부하가 제1 전동기(150)의 부하와 같을 때에는 H3와 T 사이의 교점에 해당하는 d축 전류가 입력되면 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실이 최소가 된다. 즉, 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)가 "0"이고, 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2)가 "0"일 때 손실이 최소가 된다.
또한, 제2 전동기(160)의 부하가 제1 전동기(150)의 부하의 절반이 경우, H2와 T 사이의 교점에 해당하는 d축 전류가 입력되면 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실이 최소가 된다. 즉, 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)가 -0.2A이고, 제2 전동(Id2)가 +0.2A일 때 손실이 최소가 된다.
또한, 제2 전동기(150)가 무부하인 경우, H1와 T 사이의 교점에 해당하는 d축 전류가 입력되면 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실이 최소가 된다. 즉, 즉, 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)가 -0.4A이고, 제2 전동(Id2)가 +0.4A일 때 손실이 최소가 된다.
이하에서는 상술한 바와 같은 기능을 수행하는 제어부의 구성에 대하여 설명한다.
도 15은 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 제어부의 다른 일 예를 도시하고, 도 16는 일 실시예에 의한 동력 장치에 포함된 d축 전류 보상부의 다른 일 예를 도시한다. 단, 도 15 및 도 16은 도 11 및 도 12에 도시된 제어부(200)의 일 예와 동일한 구성에 대해서는 도 11 및 도 12와 동일한 참조 부호를 이용한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 제어부(200)는 속도 연산부(210), 입력 좌표 변환부(220), 속도 제어부(230), q축 전류 제어부(240), d축 전류 보상부(250), d축 전류 제어부(260), 출력 좌표 변환부(270), PWM 신호 생성부(280) 및 d축 전류 선택부(290)를 포함한다.
속도 연산부(210), 입력 좌표 변환부(220), 속도 제어부(230), q축 전류 제어부(240), d축 전류 제어부(260), 출력 좌표 변환부(270) 및 PWM 신호 생성부(280)는 이미 설명하였으므로 그 설명을 생략한다.
d축 전류 선택부(290)는 상술한 바와 같이 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1) 및 q축 전류(Iq1), 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2) 및 q축 전류(Iq2), 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)을 기초로 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실이 최소가 되는 최적 d축 전류(Ir)를 출력한다.
d축 전류 선택부(290)는 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1) 및 q축 전류(Iq1), 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2) 및 q축 전류(Iq2), 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)에 따라 미리 정해진 최적 d축 전류(Ir)를 출력하는 룩업 테이블(Lookup Table)을 포함할 수 있다. 이외에도 d축 전류 선택부(290)는 이분법(bisection method) 등을 이용하여 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1) 및 q축 전류(Iq1), 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2) 및 q축 전류(Iq2), 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)로부터 직접 최적 d축 전류(Ir)를 출력할 수도 있다.
d축 전류 보상부(250)는 속도 비교기(251), 위치 비교기(252), 곱셈기(253)과 함께 가산기(254)를 더 포함할 수 있다.
가산기(254)는 곱셈기(253)의 출력과 최적 d축 전류(Ir)의 합을 출력한다.
상술한 바와 같이 같이 속도 비교기(251)는 비례 제어기(P 제어기) 또는 비례 적분 제어기(PI 제어기)를 채용할 수 있다. 이와 같은 비례 제어기 또는 비례 적분 제어기는 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)의 편차가 발생하면 즉시 제1 전동기(150)의 d축 전류를 보상할 수 있다.
이와 같이 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)의 편차가 발생하는 즉시 d축 전류 보상부(250)가 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)를 안정시키기 위한 d축 전류(Id1)를 출력한다. 즉, 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)의 편차가 발생한 후 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 같아지기까지는 d축 전류 보상부(250)가 출력한 d축 전류(Id1)가 지배적이다.
제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 같아지면 비례 제어기는 "0"을 출력하며, 그로 인하여 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2) 사이에는 다시 편차가 발생한다. 이와 같은 현상을 방지하고 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실을 최소화하기 위하여 d축 전류 선택기(290)가 최적 d축 전류(Ir)을 출력한다.
제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 같아지는 경우에는 d축 전류 선택기(290)가 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 손실을 최소화하는 최적 d축 전류(Ir)를 출력한다. 즉, 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)의 편차가 발생한 후 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)와 제2 전동기(160)의 회전 속도(ω2)가 같아지면 d축 전류 선택부(290)가 출력한 최적 d축 전류(Ir)가 지배적이다.
도 17은 최적 전류 제어를 실시하지 않는 경우와 최적 전류 제어를 실시하는 경우의 일 실시예에 의한 동력 장치가 출력하는 구동 전류를 도시한다. 구체적으로, 도 17의 (a)는 최적 전류 제어가 적용된 경우와 최적 전류 제어가 적용되지 않은 경우 최적 d축 전류(Ir)과 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)의 일 예를 도시하고, 도 17의 (b)는 최적 전류 제어가 적용된 경우와 최적 전류 제어가 적용되지 않은 경우 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)의 a상에 공급되는 전류(Ia1+Ia2)의 일 예를 도시한다.
손실을 최소화하는 최적 전류 제어가 적용되지 않은 경우, 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이 최적 d축 전류(Ir)는 "0A"이 되며, 그에 따라 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1) 역시 "0A"의 전류값을 중심으로 진동하게 된다.
최적 전류 제어가 적용된 경우, 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1) 및 q축 전류(Iq1), 제2 전동기(160)의 d축 전류(Id2) 및 q축 전류(Iq2), 제1 전동기(150)의 회전 속도(ω1)를 기초로 최적 d축 전류(Ir)가 산출될 수 있다. 예를 들어, 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이 1.4A의 최적 d축 전류(Ir)가 산출될 수 있으며, 그에 따라 제1 전동기(150)의 d축 전류(Id1)는 "1.4A"의 전류값을 중심으로 진동하게 된다.
최적 전류 제어의 적용에 의하여 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 전동기(150)와 제2 전동기(160)에 공급되는 a상 전류(Ia1+Ia2)의 진폭이 17.6A에서 15.6A로 감소한다. 그 결과, 제1 전동기(150) 및 제2 전동기(160)의 전력 손실이 감소하게 된다.
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.
110: 전원부 120: 구동부
130: 제1 전류 검출부 140: 제2 전류 검출부
150: 제1 전동기 160: 제2 전동기
170: 제1 위치 검출부 180: 제1 위치 검출부
200: 제어부 210: 속도 연산부
220: 입력 좌표 변환부 230: 속도 제어부
240: q축 전류 제어부 250: d축 전류 보상부
251: 속도 비교기 252: 위치 비교기
253: 곱셈기 254: 가산기
260: d축 전류 제어부 270: 출력 좌표 변환부
280: PWM 신호 생성부 290: d축 전류 선택부
<I0>, <I1>, <I2>: dq축 전류 <V0>, <V1>, <V2>: dq축 전압
<E0>: 역기전력 ωr: 회전 속도
Ls: 코일의 인덕턴스 Rs: 코일의 저항

Claims (20)

  1. 제1 전동기;
    상기 제1 전동기와 병렬로 연결되는 제2 전동기;
    상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부;
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 속도 산출부;
    상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 속도가 상이하면 상기 제1 모터의 회전 속도와 상기 제2 모터의 회전 속도 사이의 차이에 기초하여 제1 출력을 출력하고 상기 제1 모터의 회전자 위치와 상기 제2 모터의 회전자 위치 사이의 비교에 기초하여 제2 출력을 출력하고 상기 제1 출력과 상기 제2 출력에 기초하여 제3 출력을 출력하고,
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 제3 출력에 기초하여 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 구동 전류를 공급하도록 상기 구동부를 제어하는 동력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 동일하면 제1 구동 전류를 공급하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 제2 구동 전류를 공급하도록 상기 구동부를 제어하는 동력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구동 전류는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 산출되는 것인 동력 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 구동 전류는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이와 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 산출되는 것인 동력 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 구동 전류는 전력 손실이 최소화되도록 상기 제1 전동기의 회전 속도, 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 산출되는 것인 동력 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기 각각은 영구 자석을 구비한 회전자를 포함하는 동력 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 공급되는 구동 전류 각각은 상기 영구 자석에 의한 자기장과 평행한 방향의 d축 전류와 상기 영구 자석에 의한 자기장과 수직한 방향의 q축 전류를 포함하는 동력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 상기 제1 전동기의 q축 전류 지령을 산출하는 동력 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전자 위치와 상기 제2 전동기의 회전자의 위치 사이의 차이와 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도의 차이를 기초로 상기 제1 전동기의 d축 전류 지령을 산출하는 동력 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전자 위치와 상기 제2 전동기의 회전자의 위치 사이의 차이, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 제2 전동기의 회전 속도의 차이, 상기 제1 전동기의 회전 속도, 상기 제1 전동기의 q축 및 d축 전류, 상기 제2 전동기의 q축 및 d축 전류를 기초로 상기 제1 전동기의 상기 d축 전류 지령을 생성하는 동력 장치.
  11. 서로 병렬로 연결되는 제1 전동기와 제2 전동기를 포함하는 동력장치의 제어방법에 있어서,
    상기 제1 전동기의 구동 전류와 제2 전동기의 구동 전류를 검출하고;
    상기 제1 전동기의 회전 속도 및 제2 전동기의 회전 속도를 산출하고;
    상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 구동 전류를 공급하고;
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 상기 제1 모터의 회전 속도와 상기 제2 모터의 회전 속도 사이의 차이에 기초하여 제1 출력을 출력하고 상기 제1 모터의 회전자 위치와 상기 제2 모터의 회전자 위치 사이의 비교에 기초하여 제2 출력을 출력하고 상기 제1 출력과 상기 제2 출력에 기초하여 제3 출력을 출력하고,
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 제3 출력에 기초하여 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 구동 전류를 공급하는 것을 포함하는 동력장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 전류를 공급하는 것은,
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 동일하면 제1 구동 전류를 공급하고;
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 제2 구동 전류를 공급하는 것을 포함하는 동력장치의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 구동 전류를 공급하는 것은 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 상기 구동 전류를 산출하는 것을 포함하는 동력장치의 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 구동 전류를 공급하는 것은 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이 및 상기 제1 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 구동 전류를 산출하는 것을 포함하는 동력장치의 제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 구동 전류를 공급하는 것은 전력 손실이 최소화되도록 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 제2 전동기의 구동 전류를 기초로 상기 구동 전류를 산출하는 것을 포함하는 동력장치의 제어방법.
  16. 서로 병렬로 연결되는 제1 전동기와 제2 전동기에 구동 전류를 공급하는 구동부;
    상기 제1 전동기의 구동 전류와 상기 제2 전동기의 구동 전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도를 산출하는 속도 산출부;
    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 모터의 회전 속도와 상기 제2 모터의 회전 속도 사이의 차이에 기초하여 제1 출력을 출력하고 상기 제1 모터의 회전자 위치와 상기 제2 모터의 회전자 위치 사이의 비교에 기초하여 제2 출력을 출력하고 상기 제1 출력과 상기 제2 출력에 기초하여 제3 출력을 출력하고,
    상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 같아지도록 상기 제3 출력에 기초하여 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 구동 전류를 공급하도록 상기 구동부를 제어하는 전동기 구동 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 동일하면 제1 구동 전류가 공급되도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도가 상이하면 제2 구동 전류가 공급되도록 상기 구동부를 제어하는 전동기 구동 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 구동 전류는 상기 제1 전동기의 구동 전류 및 상기 제1 전동기의 회전 속도를 기초로 산출되는 것인 전동기 구동 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2 구동 전류는 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 제2 전동기의 회전 속도 사이의 차이를 기초로 산출되는 것인 전동기 구동 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제2 구동 전류는 전력 손실이 최소화되도록 상기 제1 전동기의 회전 속도와 상기 구동 전류를 기초로 산출되는 것인 전동기 구동 장치.
KR1020140015704A 2014-02-11 2014-02-11 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치 KR102267061B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140015704A KR102267061B1 (ko) 2014-02-11 2014-02-11 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치
US14/618,046 US10003284B2 (en) 2014-02-11 2015-02-10 Power apparatus, controlling method thereof and motor driving apparatus therein
EP15154691.8A EP2905891B1 (en) 2014-02-11 2015-02-11 Power apparatus and control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140015704A KR102267061B1 (ko) 2014-02-11 2014-02-11 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150094432A KR20150094432A (ko) 2015-08-19
KR102267061B1 true KR102267061B1 (ko) 2021-06-18

Family

ID=52598582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140015704A KR102267061B1 (ko) 2014-02-11 2014-02-11 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10003284B2 (ko)
EP (1) EP2905891B1 (ko)
KR (1) KR102267061B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220048419A (ko) * 2020-10-12 2022-04-19 영남대학교 산학협력단 복수의 pmsm을 병렬 구동하는 인버터 시스템

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101687556B1 (ko) * 2015-08-31 2016-12-19 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스
JPWO2018185878A1 (ja) 2017-04-05 2019-11-07 三菱電機株式会社 同期モータ駆動装置、送風機および空気調和装置
DE102017125317A1 (de) * 2017-10-27 2019-05-02 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Mehrmotorenbetrieb
KR102373839B1 (ko) * 2017-11-23 2022-03-14 삼성전자주식회사 조리 장치 및 그 제어방법
US10554157B2 (en) * 2017-11-29 2020-02-04 Regal Beloit America, Inc. Drive circuit for electric motors
KR102412170B1 (ko) 2018-01-18 2022-06-23 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 구동 장치 및 공기 조화기
KR102040018B1 (ko) * 2018-07-25 2019-11-05 엘지전자 주식회사 전동기 제어 장치
KR102131003B1 (ko) * 2018-08-17 2020-07-09 한국철도기술연구원 5레그 인버터 제어 장치
KR102137791B1 (ko) * 2019-01-11 2020-07-24 (주)에이엠케이 비엘디씨 모터
EP3998702B1 (en) * 2019-07-09 2024-01-03 Mitsubishi Electric Corporation Driving device, fluid utilization device, and air conditioner
JP7465427B2 (ja) 2020-02-21 2024-04-11 株式会社リコー 駆動機構、定着装置、搬送装置、及び、画像形成装置
DE102020110419A1 (de) * 2020-04-16 2021-10-21 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Regelungsvorrichtung und Verfahren zur Reduktion des Kommutierungswinkelfehlers bei einem EC-Motor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09275695A (ja) * 1996-04-02 1997-10-21 Minolta Co Ltd モータ制御装置
JP3097610B2 (ja) 1997-03-07 2000-10-10 富士電機株式会社 誘導機可変速駆動装置
JP3492583B2 (ja) * 2000-03-27 2004-02-03 ファナック株式会社 サーボ制御装置
JP4957538B2 (ja) * 2007-12-27 2012-06-20 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 コンバータ装置，回転電機制御装置および駆動装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
인용발명 1: Damien Bidart et al., Mono inverter dual parallel PMSM - Structure and Control strategy. IEEE, 2008, pp 268 ~ 273. 1부.*
인용발명 2: Kouki Matsuse et al., Characteristics of Speed Sensorless Vector Controlled Dual Induction Motor Drive Connected in Parallel Fed by a Single Inverter. IEEE, 2004, pp 153 ~ 161. 1부.*
인용발명 3: Ngoc Linh NGUYEN et al., Predictive Torque Control - A Solution for Mono Inverter-Dual Parallel PMSM System. IEEE, 2011, pp 697 ~ 702. 1부.*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220048419A (ko) * 2020-10-12 2022-04-19 영남대학교 산학협력단 복수의 pmsm을 병렬 구동하는 인버터 시스템
KR102442866B1 (ko) 2020-10-12 2022-09-15 영남대학교 산학협력단 복수의 pmsm을 병렬 구동하는 인버터 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150094432A (ko) 2015-08-19
US10003284B2 (en) 2018-06-19
EP2905891A1 (en) 2015-08-12
EP2905891B1 (en) 2021-10-06
US20150229245A1 (en) 2015-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102267061B1 (ko) 동력 장치, 동력 장치의 제어방법 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치
KR102442060B1 (ko) 동력 장치 및 동력 장치에 포함되는 전동기 구동 장치
US9590552B2 (en) Motor drive device and electric compressor
US8278850B2 (en) Methods, systems and apparatus for optimization of third harmonic current injection in a multi-phase machine
JP5862125B2 (ja) 電力変換装置の制御装置
US9595902B2 (en) Methods, systems and apparatus for adjusting modulation index to improve linearity of phase voltage commands
CN103493362A (zh) 电动机控制装置
US20140225540A1 (en) Control apparatus for ac motor
US8754603B2 (en) Methods, systems and apparatus for reducing power loss in an electric motor drive system
JP2009183051A (ja) 同期機の制御装置
JP6233428B2 (ja) モータ制御装置およびモータ制御方法
Zhao et al. Dead-time effect and current regulation quality analysis for a sliding-mode position observer-based sensorless IPMSM drives
JP5363129B2 (ja) インバータ制御装置
JP2020074662A (ja) モータ駆動装置、電気掃除機及びハンドドライヤー
Park et al. Implementation of VVVF drive for a three phase induction machine
JP5496231B2 (ja) 同期機の制御装置
JP2013126284A (ja) 電動機駆動装置
JP2013066304A (ja) 電力変換装置
JP2016005321A (ja) 同期電動機の駆動システム
WO2016056082A1 (ja) 電力変換装置およびその制御方法、電動パワーステアリングの制御装置
JP2017022878A (ja) モータ制御装置
JP2021090238A (ja) 制御装置
WO2015177878A1 (ja) 回転機の制御装置および電圧誤差補正方法
JP2018137913A (ja) モータ駆動装置およびこれを用いた洗濯機または洗濯乾燥機
JP2018186595A (ja) 電力変換装置及び空調機

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant