KR20040019372A - 모터 구동 제어 장치 - Google Patents

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KR20040019372A KR10-2004-7001231A KR20047001231A KR20040019372A KR 20040019372 A KR20040019372 A KR 20040019372A KR 20047001231 A KR20047001231 A KR 20047001231A KR 20040019372 A KR20040019372 A KR 20040019372A
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Abstract

배터리 (B1) 의 양극에 리액터 (L1) 의 일단을 접속하고, 타단을 트랜지스터 (Q1) 를 통하여 전원라인, 트랜지스터 (Q2) 를 통하여 어스에 접속한다. 트랜지스터 (Q1, Q2) 의 PWM 제어에 의해 전원라인에 승압된 임의의 전압을 얻는다. 모터의 구동 상태에 맞추어 최적인 인버터 입력 전압 (전원라인 전압) 을 얻을 수 있고, 효율을 상승시킬 수 있으며, 이에 따라 모터의 구동 상황에 따라 인버터 입력 전압의 최적화를 도모할 수 있다.

Description

모터 구동 제어 장치{MOTOR DRIVE CONTROL APPARATUS}
[기술분야]
본 발명은 직류 전원의 출력을 인버터를 통하여 모터에 공급하고, 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어 장치에 관한 것이다.
[배경기술]
종래부터, 하이브리드 자동차나 전기자동차 등에서는 주행용 모터를 가지고 있고 이 모터를 구동하여 주행한다. 이 때문에, 모터에 전력을 공급하는 배터리가 필요하고, 고출력의 모터에 전력을 효율적으로 공급하기 위해서, 통상적으로 수 100 V 라는 고전압이 이용되고 있다. 한편, 차량에는 전력에 의해 동작하는 각종 기기 (보조기) 가 탑재되어 있고, 이들 보조기용 배터리로서는 12 V 배터리 (저압 배터리) 가 이용되고 있다. 여기에서, 컨버터를 이용하여 고압 배터리의 고전압 출력을 12 V 로 강압하여 보조기용 저압 배터리를 충전하고 있다.
또한, 모터의 고회전영역에서는 그만큼 역기전력이 커지기 때문에, 모터 인가 전압이 낮으면 고회전영역에서의 최대 토크가 작아진다.
일본 공개특허공보 평10-136570호에는, 배터리와 인버터 사이에 컨버터를 배치하고, 이 컨버터에 의해 승압된 전압을 인버터에 공급한다. 이에 따라, 인버터로부터 모터에 고전압을 인가할 수 있고, 모터의 고회전영역에서의 최대 토크를 높일 수 있다. 또한, 이 공보에서는 컨버터를 외부로부터의 충전시에 정류기로서 이용하는 것도 제안하고 있다.
이렇게, 상기 공보에는 컨버터에 의해 배터리 전압을 승압하여 모터에 공급하는 것이 나타나있다. 그러나, 이 공보는 단순히 승압하여 모터에 공급하는 것을 나타내는 것 일뿐, 컨버터의 승압에 대해서 그 동작을 제어하고자 하는 생각은 없었다.
[발명의 개시]
본 발명은 모터의 구동상황에 따라 인터버 입력 전압의 최적화를 도모할 수 있는 모터 구동 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 직류 전원의 출력을 인버터를 통하여 모터에 공급하고, 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어 장치로서, 직류 전원으로부터의 출력 전압을 전압변환하여 인버터에 공급하는 컨버터와, 인버터를 PWM 제어하여 모터에 대한 공급전류를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 컨버터는 일단이 직류 전원에 접속되는 리액터와, 이 리액터의 타단을 인버터의 전원측에 접속하는 상측 스위칭 소자 및 인버터의 어스측에 접속하는 하측 스위칭 소자의 적어도 2개의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제어부는 상기 모터의 회전수 및 목표출력토크에 따라 모터의 효율 운전에 적절한 인버터 입력 전압 목표값을 산출하고, 이 입력 전압 목표값이 되도록 상기 컨버터의 스위칭 소자를 PWM 제어하는 것을 특징으로 한다.
이렇게, 본 발명에서는 컨버터를 가지고 있기 때문에, 배터리 전압보다 인버터 입력 전압을 높게 할 수 있다. 모터 출력은 모터에 대한 인가 전압과 모터 전류의 곱이기 때문에, 모터에 대한 인가 전압을 높게 함으로써, 동일 출력시의 모터 전류를 작게 할 수 있다. 여기에서, 인버터 입력 전압을 높게 함으로써, 인버터의 전류용량을 작게 할 수 있어 인버터의 소형화 저비용화가 가능해진다. 또한, 모터의 인가 전압을 높게 함으로써, 고회전영역의 출력이 증가하기 때문에, 결과적으로 모터의 소형화, 저비용화가 가능해진다.
특히, 본 발명에서는 모터의 회전수, 목표출력토크 (출력토크 지령) 에 기초하여, 그때의 모터에 최적인 인가 전압을 산출하고, 이에 기초하여 인버터 입력 전압 목표값을 결정한다. 이 때문에, 그때의 모터의 동작상태에 기초하여 최적인 전압의 인가에 의한 모터의 효율적인 운전을 실시할 수 있다. 특히, 최적인 전압을 계산하여 이 전압으로 제어하기 때문에, 전압을 필요이상으로 상승시킴에 따른 효율의 악화를 방지할 수도 있다.
또한, 상기 컨버터는 상기 리액터와 2개의 스위칭 소자의 세트를 세 개 형성하는 3상 구성을 가지는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 출력 전압을 원활하게 하여 리플의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기 인버터의 입력 전압 목표값이 상기 직류 전원의 전압보다 낮은 경우에는, 컨버터의 상측 스위칭 소자를 온, 하측 스위칭 소자를 오프로 하는 것이 바람직하다. 모터가 저회전일 때에는 효율적으로 동작하는 인버터의 입력 목표 전압이 직류 전원의 전압보다 작아진다. 이 때에, 컨버터의 상측 스위칭 소자를 온, 하측 스위칭 소자를 오프함으로써, 컨버터의 최저 동작전압으로 함과 동시에 스위칭 손실이 발생하지 않기 때문에 효율적으로 동작하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 컨버터는 배터리의 양단과 리액터의 일단이 2개의 스위칭 소자를통하여 접속되는 풀 브리지 (full bridge) 구성을 가지는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 직류 전원 출력의 강압도 가능해지고, 항상 최적의 인버터 인가 전압으로 할 수 있다.
또한, 상기 컨버터의 출력에는 별도의 모터에 전류를 공급하는 별도의 인버터가 접속되고, 상기 제어부는 2개의 모터의 회전수 및 목표출력으로부터 산출된 2개의 인버터의 입력 전압 목표값 중, 높은쪽의 전압을 출력하는 것이 바람직하다. 2개 모터 시스템에서는, 각각 단독동작에서의 가장 효율이 좋아지는 인버터 입력 전압은 상이한 경우가 많다. 인버터 입력 전압이 높은 경우에는 스위칭 손실이 증가할 뿐이지만, 입력 전압이 낮은 경우에는 모터 전류가 증가하고, 모터 및 인버터 양쪽의 손실이 증가한다. 이 때문에, 전압이 높은 쪽이 효율이 좋아진다. 따라서, 각각의 인버터 입력 전압 목표값 중, 높은 쪽을 선택함으로써 전체로서의 효율을 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 산출된 상기 인버터의 입력 전압 목표값이 소정의 상한값을 초과하는 경우에는 입력 전압 목표값을 상기 상한값으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 일단이 직류 전원에 접속되는 리액터와, 이 리액터의 타단을 인버터의 전원측에 접속하는 상측 스위칭 소자 및 인버터의 어스측에 접속하는 하측 스위칭 소자의 적어도 2개의 스위칭 소자를 포함하고, 직류 전원으로부터의 출력 전압을 전압변환하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력을 받아들여 소정의 교류전류로 변환하는 2개의 인버터와, 이 2개의 인버터로부터의 교류전류에 의해 각각 구동되는 2개의 모터를 포함하는 2개 모터 시스템에서의 모터 구동 제어방법으로서, 상기 2개의 모터의 회전수 및 목표출력토크에 따라, 상기 2개의 모터의 효율운전에 적절한 2개의 인버터 입력 전압 목표값을 각각 산출하고, 산출한 2개의 인버터의 입력 전압 목표값 중 높은 쪽의 전압을 목표값으로 하여 상기 컨버터의 스위칭 소자를 PWM 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 일단이 직류 전원에 접속되는 리액터와, 이 리액터의 타단을 인버터의 전원측에 접속하는 상측 스위칭 소자 및 인버터의 어스측에 접속하는 하측 스위칭 소자의 적어도 2개의 스위칭 소자를 포함하고, 직류 전원으로부터의 출력 전압을 전압변환하는 컨버터와, 이 컨버터의 출력을 받아들여 소정의 교류전류로 변환하는 2개의 인버터와, 이 2개의 인버터로부터의 교류전류에 의해 각각 구동되는 2개의 모터와, 상기 컨버터의 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어부를 포함하는 2개의 모터 시스템에서의 모터 구동 제어 프로그램 또는 이 프로그램을 기록한 매체로서, 상기 제어부에 상기 2개의 모터의 회전수 및 목표출력토크에 따라, 상기 2개의 모터의 효율 운전에 적절한 2개의 인버터 입력 전압 목표값을 각각 산출시키고, 산출된 2개의 인버터의 입력 전압 목표값 중 높은 쪽의 전압을 목표값으로 하여 채용시키며, 컨버터의 출력이 채용된 목표값이 되도록 상기 컨버터의 스위칭 소자를 PWM 제어시키는 것을 특징으로 한다.
[도면의 간단한 설명]
도 1 은 실시형태의 구성을 나타내는 도면.
도 2 는 제어 장치에서의 제어 블록도.
도 3 은 인버터 입력 전압 지령 연산부의 동작을 나타내는 흐름도.
도 4 는 토크 지령 T 와 유도 전압 정수 (K (T)) 의 관계를 나타내는 도면.
도 5 는 회전수 N 과 인버터 입력 전압 목표값 Vdc 의 관계를 나타내는 도면.
도 6 은 제어 장치에서의 처리동작을 나타내는 흐름도.
도 7 은 다른 실시형태 (3 상 구성) 의 구성을 나타내는 도면.
도 8 은 또 다른 실시형태 (풀 브리지 구성) 의 구성을 나타내는 도면.
도 9 는 또 다른 실시형태 (2개 모터 시스템) 의 구성을 나타내는 도면.
도 10 은 2개 모터 시스템의 경우의 처리동작을 나타내는 흐름도.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면에 기초하여 설명한다.
도 1 은 일실시형태의 구성을 나타내는 도면으로서, 직류 전원인 배터리 (B1) 는 니켈수소, 리튬이온 등의 2차전지이다. 이 배터리 (B1) 의 양극에는 리액터 (L1) 의 일단이 접속되어 있다. 리액터 (L1) 의 타단은 직렬 접속된 NPN 트랜지스터 (Q1, Q2) 의 중간점 (Q1 의 이미터와 Q2 의 콜렉터의 접속점) 에 접속되어 있다. 트랜지스터 (Q1) 의 콜렉터는 전원라인에 접속되고, 트랜지스터 (Q2) 의 이미터는 어스에 접속되어 있다. 또한, 각 트랜지스터 (Q1, Q2) 의 콜렉터 이미터 사이에는 이미터측으로부터 콜렉터측으로 전류를 흐르게 하는 다이오드 (D1, D2) 가 배치되어 있다. 그리고, 이 리액터 (L1), 트랜지스터 (Q1, Q2), 다이오드 (D1, D2) 로 컨버터 (12) 가 구성되어 있다.
컨버터 (12) 의 출력인 전원라인과 어스 사이에는 콘덴서 (C1) 가 배치되어 있어 전원라인의 전압 (인버터 입력 전압) 을 안정화시키고 있다.
전원라인과 어스 사이에는 NPN 트랜지스터 (Q3, Q4) 의 직렬접속으로 이루어지는 U상 아암과, NPN 트랜지스터 (Q5, Q6) 의 직렬접속으로 이루어지는 V상 아암과, NPN 트랜지스터 (Q7, Q8) 로 이루어지는 W상 아암이 배치되어 있다. 또한, 각 트랜지스터 (Q3 내지 Q8) 의 콜렉터 이미터 사이에는 이미터측으로부터 콜렉터측으로 전류를 흐르게 하는 다이오드 (D3 내지 D8) 가 배치되어 있다. 이들 트랜지스터 (Q3 내지 Q8), 다이오드 (D3 내지 D8) 에 의해 인버터 (14) 가 구성되어 있다.
각 상 아암의 중간점은 모터 (M1) 의 각 상 코일의 각 상단에 접속되어 있다. 즉, 모터 (M1) 는 3상의 영구 자석 모터로서, U, V, W상의 세 개의 코일의 일단이 중점에서 공통접속되어 구성되고 있고, U상 코일의 타단이 트랜지스터 (Q3, Q4) 의 중간점, V상 코일의 타단이 트랜지스터 (Q5, Q6) 의 중간점, W상 코일의 타단이 트랜지스터 (Q7, Q8) 의 중간점에 접속되어 있다.
그리고, 배터리 (B1) 의 출력 전압은 전압센서 (20) 에 의해 검출되고, 콘덴서 (C1) 의 양단전압, 즉 인버터 입력 전압은 전압센서 (22) 로 검출되며, 모터 (M1) 의 각상의 전류값은 전류센서 (24) 에 의해 검출되고, 이들 검출값이 제어 장치 (30) 에 공급된다. 제어 장치 (30)는 이들 센서 검출값과 모터 출력 지령 등에 기초하여 인버터 (14) 에서의 각 트랜지스터 (Q3 내지 Q8) 의 스위칭을 제어하고, 모터 (M1) 의 구동을 제어함과 동시에, 컨버터 (12) 의 트랜지스터 (Q1, Q2)의 스위칭을 제어한다. 한편, 제어 장치 (30) 는 마이크로 컴퓨터 등으로 구성되고, 내부의 기억부재 (플래시 ROM 등) 에 기억되어 있는 소정의 프로그램 (모터 구동 제어 프로그램) 을 실행함으로써 인버터 (14), 컨버터 (12) 의 동작을 제어한다.
여기에서, 제어 장치 (30) 의 구성 블록을 도 2 에 나타낸다. 모터토크 지령값과, 전류센서 (24) 에 의해 검출된 각상의 모터 전류값과, 전압센서 (22) 에 의해 검출된 인버터 입력 전압은 모터 제어용 상전압 연산부 (40) 에 공급된다. 모터 제어용 상전압 연산부 (40) 는 이들 입력되는 신호로부터, 모터 각상 코일의 전압을 계산하고, 이것을 인버터용 PWM 신호 변환부 (42) 에 공급한다. 인버터용 PWM 신호 변환부 (42) 는 실제로 인버터 (14) 의 각 트랜지스터 (Q3 내지 Q8) 를 온 오프하는 PWM 신호를 생성하고, 이 PWM 신호를 트랜지스터 (Q3 내지 Q8) 의 페이스로 공급함으로써, 각 트랜지스터 (Q3 내지 Q8) 의 스위칭을 제어하여 모터 (M1) 의 각 상전류를 제어한다.
이렇게 하여 모터 구동전류가 제어되고, 모터토크 지령값에 따른 모터 출력토크 제어가 실시된다.
한편, 모터토크 지령값은, 인버터 입력 전압 지령 연산부 (50) 에도 공급된다. 이 인버터 입력 전압 지령 연산부 (50) 에는 모터 회전수도 공급되어 있고, 인버터 입력 전압 지령 연산부 (50) 는 모터 회전수 및 모터토크 지령값으로부터 인버터 입력 전압의 최적값 (목표값) 을 연산 산출한다.
이 목표값은 컨버터용 듀티비 연산부 (52) 에 공급된다. 이 컨버터용 듀티비 연산부 (52) 에는 인버터 입력 전압 및 배터리 전압도 공급되어 있고, 이들에 의해 인버터 입력 전압을 그 목표값으로 설정하기 위한 듀티비가 연산 산출된다. 즉, 스위칭 소자인 트랜지스터 (Q1, Q2) 의 온 오프의 듀티비를 제어함으로써, 컨버터 (12) 의 출력 전압을 제어하고, 인버터 입력 전압이 목표값이 되는 듀티비를 연산 산출한다. 그리고, 이 연산결과가 컨버터용 PWM 신호 변환부 (54) 에 공급되고, 이 컨버터용 PWM 신호 변환부 (54) 가 컨버터 (12) 의 트랜지스터 (Q1, Q2) 의 스위칭을 PWM 제어한다.
한편, 하측 트랜지스터 (Q2) 의 온 듀티를 크게 함으로써, 리액터 (L1) 에서의 전력 축적이 커지기 때문에, 보다 고전압의 출력을 얻을 수 있다. 한편, 상측 트랜지스터 (Q1) 의 온 듀티를 크게 함으로써 전원라인의 전압이 내려간다. 여기에서, 이 트랜지스터 (Q1, Q2) 의 듀티비를 제어함으로써, 전원라인의 전압을 배터리 (B1) 이상의 전압으로 임의로 제어할 수 있다. 특히, 모터 (M1) 는 회생에 의해 발전할 수 있지만, 모터 (M1) 의 회생 시에는 전원라인 전압이 높아지기 때문에, 상측 트랜지스터 (Q1) 가 온되고, 전원라인의 전압이 소정값으로 유지된다.
여기에서, 인버터 입력 전압 지령 연산부 (50) 에서의 목표값의 산출에 대해서, 도 3 에 기초하여 설명한다. 우선, 유도 전압 정수 (K (T)) 를 산출한다 (S11). 영구 자석 모터의 토크에 대한 유도 전압 정수 (K (T : 1 회전당 선간 전압)) 의 관계는 도 4 에 나타내는 바와 같이 된다. 토크 제로일 때에는, 유도 전압 정수 (K (T)) 는 역기전압에 상당하고, 토크가 커짐에 따라 유도 전압 정수 (K) 는 커진다. 이 특성을 내부에 맵으로서 기억해두고, 모터토크 지령값 (T) 에 따라 유도 전압 정수 (K (T)) 를 출력한다. 한편, 이 특성은 개별의 모터 특성에 따라 상이하고, 각 모터에 대해서 미리 구해둔다.
다음에, 모터최적동작전압 (Vmot) 을 산출한다 (S12). 이 모터최적동작전압은, 유도 전압 정수 (K (T)) 와 모터 회전수 (N) 의 곱과, 직류 전압과 교류 전압의 변환계수 (α) 로부터,
Vmot = (K (T)) ×N/α
로 산출한다. 한편, 변환계수는 통상 0.61 내지 0.78 정도이다.
즉, 모터토크에 의해 대응하는 유도 전압 정수 (K (T)) 가 결정되고, 그 때의 회전수로부터 모터에 대한 인가 전압이 결정되며, 이것을 변환 계수 (α) 로 나누어 인버터 입력 전압 (직류전압) 이 구해진다.
다음에, 얻어진 최적동작전압 (Vmot) 이 시스템 상한전압 (Vmax) 보다 큰지를 판정한다 (S13). 컨버터 (12) 에 의해 승압 가능한 상한전압은 컨버터 (12) 및 인버터 (14) 의 스위칭 소자와 콘덴서 (C1) 의 내압에 의해 제한된다.
S13 의 판정에 있어서 YES 이면, 인버터 입력 전압 (Vdc) 을 그대로 설정하 수 없고, 인버터 입력 전압 Vdc = Vmax 로 한다 (S14). 한편, S13 의 판정에서 NO 이면 문제가 없기 때문에, 인버터 입력 전압 Vdc = Vmot 로 한다 (S15). 즉, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 인버터 입력 전압 목표값 (Vdc) 은 시스템 상한전압 (Vmax) 까지는 회전수에 따라 증가하는 모터최적동작전압 (Vmot) 에 따라 상승하고, 시스템 상한전압 (Vmax) 에 이른 후에는 그 목표값 (Vdc) 이 그대로 Vmax로 유지된다.
이렇게 하여, 인버터 입력 전압 지령 연산부 (50) 에 있어서, 인버터 입력 전압 목표값 (Vdc) 이 산출된다.
본 실시형태에 따르면, 모터의 회전수, 출력토크 지령에 기초하여, 그때의 모터에 최적인 인가 전압을 산출하고, 이것에 기초하여 인버터 입력 전압 목표값이 결정된다. 따라서, 그때의 모터의 동작 상태에 기초하여 최적의 전압의 인가에 의한 모터의 효율적인 운전을 실시할 수 있다. 즉, 모터의 고토크 출력시에 인버터 입력 전압 및 모터 인가 전압이 낮으면, 그만큼 큰 전류를 흐르게 해야 한다. 따라서, 인버터 및 모터에서의 에너지 손실이 커진다. 또한, 선로 등에서의 저항 성분에 의한 손실도 커진다. 본 실시형태에서는, 인버터 입력 전압을 상승시킴으로써, 이러한 효율의 악화를 방지할 수 있다. 또한, 최대 전류량을 작게 할 수 있기 때문에, 인버터나 모터의 소형화, 저비용화도 달성할 수 있다.
또한, 최적전압을 계산하고, 인버터 입력 전압을 최적전압으로 제어하기 위해서, 인버터 입력 전압을 필요 이상으로 상승시킴에 따른 효율의 악화를 방지할 수도 있다. 즉, 인버터 입력 전압이 높으면, 스위칭시의 전류와 전압의 곱이 증가하고 스위칭 손실이 커진다. 또한, 모터의 고회전영역에서의 출력토크를 확보할 수 있기 때문에, 결과적으로 모터의 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다.
다음에, 도 6 에 다른 실시형태의 흐름도를 나타낸다. 이 예에서는, 산출된 인버터 입력 전압 (Vdc) 이 배터리 전압보다 낮은 경우를 상정하고 있다.
우선, 전압센서 (20) 로부터 배터리 전압 (VB) 을 가져온다 (S21). 다음에, 모터의 토크 지령과 모터 회전수 (N) 를 가져온다 (S22, S23). 그리고, 인버터 입력 전압 지령 연산부 (50) 가 전술한 바와 같이 하여 인버터 입력 전압 목표값 (Vdc) 을 연산 산출하고 (S24), 얻어진 목표값 (Vdc) 이 배터리 전압 (VB) 보다 큰지를 판정한다 (S25). 이 판정에서 YES 이면 승압을 실시할 수 있기 때문에, 인버터 입력 전압의 목표값을 그대로 Vdc 로 하고 (S26), 컨버터용 듀티비 연산부 (52) 가 컨버터 (12) 의 듀티비를 산출한다 (S27). 한편, S25 의 판정에서 NO 인 경우에는 컨버터 (12) 에서의 승압은 불필요하다. 여기에서, 인버터 입력 전압 목표값을 VB 로 하고 (S28), 컨버터의 상측 트랜지스터 (Q1) 를 온한다 (S29). 이에 따라 인버터의 전원라인은 리액터 (L1) 를 통하여 배터리 (B1) 에 그대로 접속된다.
따라서, 본 실시형태에 있어서는 배터리 전압 (VB) 에 의한 모터의 구동이 가능함과 동시에, 모터 (M1) 의 회생시에는 회생 전력은 그대로 배터리 (B1) 에 공급된다. 이 때문에, 컨버터 (12) 에서의 스위칭이 불필요하고 스위칭 손실을 없앨 수 있다.
도 7 에는 다른 실시형태의 구성이 나타나있다. 이 예에서는, 컨버터 (12) 가 3 상의 구성으로 되어 있다. 리액터 (L1, L2, L3) 및 트랜지스터 (Q1, Q2, Q9, Q10, Q11, Q12) 가 형성되어 있다. 즉, 리액터 (L2, L3) 는 그 일단이 리액터 (L1) 와 함께 배터리 (B1) 의 양극에 접속되어 있다. 또한, 리액터 (L2) 의 타단은 트랜지스터 (Q9) 를 통하여 전원라인에 접속되고, 트랜지스터 (Q10) 를 통하여 어스에 접속되어 있다. 마찬가지로, 리액터 (L3) 의 타단은트랜지스터 (Q11) 를 통하여 전원라인에 접속되고, 트랜지스터 (Q12) 를 통하여 어스에 접속되어 있다. 한편, 각 트랜지스터 (Q9 내지 Q12) 에도 그 이미터로부터 콜렉터를 향하여 전류를 흐르게 하는 다이오드가 접속되어 있다.
이러한 컨버터 (12) 에 있어서도, 각 트랜지스터 (Q1, Q2, Q9, Q10, Q11, Q12) 를 스위칭함으로써, 리액터 (L1, L2, L3) 의 타단 (인버터측) 에 고전압을 발생시키고 승압을 실시할 수 있다. 특히, 이렇게 3 상으로 함으로써 트랜지스터를 순차 온 오프하여 리플의 발생을 억제하여 승압시킬 수 있다.
도 8 에는, 또 다른 실시형태의 구성이 나타나있다. 이 예에서는, 컨버터 (12) 가 풀 브리지형으로 되어 있다. 즉, 리액터 (L1) 의 일단이 배터리 (B1) 의 양극에 그대로 접속되는 것은 아니고, NPN 트랜지스터 (Q13) 를 통하여, 양극에 접속됨과 동시에, NPN 트랜지스터 (Q14) 를 통하여 어스에 접속되어 있다. 즉, 리액터 (L1) 의 일단은 트랜지스터 (Q13) 의 이미터에 접속되어 있음과 동시에, 트랜지스터 (Q14) 의 콜렉터에 접속되어 있다. 그리고, 트랜지스터 (Q13) 의 콜렉터가 배터리 (B1) 의 양극에 접속되고, 트랜지스터 (Q14) 의 이미터가 어스에 접속되어 있다. 한편, 트랜지스터 (Q13, Q14) 에도 그 이미터로부터 콜렉터를 향하여 전류를 흐르게 하는 다이오드가 접속되어 있다.
이 구성에 의하면, 트랜지스터 (Q13, Q14) 의 스위칭에 의해, 리액터 (L1) 의 타단에는 배터리 전압보다 저하된 전압을 얻을 수 있다. 특히, 트랜지스터 (Q13, Q14) 의 PWM 제어에 의해, 임의의 출력 전압을 얻을 수 있다.
그래서, 인버터 입력 전압의 목표값 (Vdc) 이 배터리 전압 (VB) 보다 낮은경우에, 그 목표값의 출력 전압을 컨버터 (12) 에 있어서 얻을 수 있다. 따라서, 이 경우에도 항상 최적 효율로 모터를 구동할 수 있다. 예컨대, 인버터 입력 전압을 낮게 함으로써 인버터의 스위칭 소자를 풀 온하는 기간을 증가할 수 있고, 스위칭 손실을 저하할 수도 있다.
도 9 에는 또 다른 실시형태가 나타나있다. 이 예에서는, 인버터 및 모터가 두 개 형성되어 있다. 전원라인과 어스 사이에는 인버터 (14) 외에 인버터 (16) 가 형성되고, 이 인버터 (16) 에 모터 (M2) 가 접속되어 있다. 이 인버터 (16) 의 구성은 인버터 (14) 와 동일하고, 모터 (M2) 도 그 각상의 코일단이 인버터 (16) 의 각상의 아암의 중점에 접속되어 있다. 또한, 모터 (16) 의 각상의 모터 전류도 전류센서 (28) 에 의해 검출되어 제어 장치 (30) 에 공급된다.
그리고, 이러한 장치의 동작에 대해서, 도 10 에 기초하여 설명한다. 우선, 배터리 전압 (VB) 을 가져온다 (S31). 다음에, 모터 (M1) 의 토크 지령 (1), 모터 회전수 (N1) 를 가져온다 (S32, S33). 그리고, 모터 (M1) 구동을 위한 인버터 입력 전압 목표값 Vdc1 을 연산 산출한다 (S34). 다음에, 모터 (M2) 의 토크 지령 (2), 모터 회전수 (N2) 를 가져온다 (S35, S36). 그리고, 모터 (M2) 구동을 위한 인버터 입력 전압 목표값 (Vdc2) 을 연산 산출한다 (S37).
다음에, 배터리 전압 (VB), 목표값 (Vdc1, Vdc2) 중 어느 것이 가장 큰지를 판정한다 (S38).
이 판정에서 VB 가 가장 크면, 인버터 입력 전압 목표값을 VB 로 하고 (S39), 컨버터의 상측 트랜지스터 (Q1) 를 온한다 (S40).
S38 의 판정에서 Vdc1 이 가장 크면, 인버터 입력 전압의 목표값을 Vdc1 로 하고 (S41), 컨버터 (12) 의 듀티비를 산출한다 (S42). S38 의 판정에서 Vdc2 가 가장 크면, 인버터 입력 전압의 목표값 Vdc2 로 하고 (S43), 컨버터 (12) 의 듀티비를 산출한다 (S44).
이렇게, Vdc1 와 Vdc2 중 높은 쪽의 전압을 인버터 입력 전압의 목표 전압으로 한다. 이것은, 인버터 입력 전압이 최적값보다 작은 경우가 큰 경우보다 손실이 크기 때문으로, 본 실시형태의 구성에 의해 효율적인 모터 구동을 달성할 수 있다.
[산업상이용가능성]
하이브리드 자동차나 전기 자동차의 주행용 모터 등의 구동제어에 이용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 직류 전원의 출력을 인버터를 통하여 모터에 공급하고, 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어 장치로서,
    직류 전원으로부터의 출력전압을 전압변환하여 인버터에 공급하는 컨버터와,
    인버터를 PWM 제어하여 모터에 대한 공급전류를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 컨버터는 일단이 직류 전원에 접속되는 리액터와, 상기 리액터의 타단을 인버터의 전원측에 접속하는 상측 스위칭 소자 및 인버터의 어스측에 접속하는 하측 스위칭 소자의 적어도 2개의 스위칭 소자를 구비하며,
    상기 제어부는 상기 모터의 회전수 및 목표출력토크에 따라 모터의 효율 운전에 적절한 인버터 입력 전압 목표값을 산출하고, 상기 입력 전압 목표값이 되도록 상기 컨버터의 스위칭 소자를 PWM 제어하는 모터 구동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터는 상기 리액터와 2개의 스위칭 소자의 세트를 세 개 형성하는 3상 구성을 가지는 모터 구동 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인버터의 입력 전압 목표값이 상기 직류 전원의 전압보다 낮은 경우에는 컨버터의 상측 스위칭 소자를 온, 하측 스위칭 소자를 오프로 하는 모터 구동 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 컨버터는 배터리의 양단과 리액터의 일단이 2개의 스위칭 소자를 통하여 접속되는 풀 브리지 (full bridge) 구성을 가지는 모터 구동 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터의 출력에는 별도의 모터에 전류를 공급하는 별도의 인버터가 접속되고, 상기 제어부는 2개의 모터의 회전수 및 목표출력토크로부터 산출된 2개의 인버터의 입력 전압 목표값 중 높은 쪽의 전압을 출력하는 모터 구동 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항 있어서,
    상기 산출된 상기 인버터의 입력 목표 전압이 소정의 상한값을 초과하는 경우에 상기 제어부는 입력 목표 전압을 상기 상한값으로 설정하는 모터 구동 제어 장치.
  7. 일단이 직류 전원에 접속되는 리액터와, 상기 리액터의 타단을 인버터의 전원측에 접속하는 상측 스위칭 소자 및 인버터의 어스측에 접속하는 하측 스위칭 소자의 적어도 2개의 스위칭 소자를 구비하고, 직류 전원으로부터의 출력 전압을 전압변환하는 컨버터와,
    상기 컨버터의 출력을 받아들여 소정의 교류전류로 변환하는 2개의 인버터와,
    상기 2개의 인버터로부터의 교류전류에 의해 각각 구동되는 2개의 모터를 구비하는 2개 모터 시스템에서의 모터 구동 제어방법으로서,
    상기 2개의 모터의 회전수 및 목표출력토크에 따라, 상기 2개의 모터의 효율운전에 적절한 2개의 인버터 입력 전압 목표값을 각각 산출하고,
    상기 산출한 2개의 인버터의 입력 전압 목표값 중 높은 쪽의 전압을 목표값으로 하여 상기 컨버터의 스위칭 소자를 PWM 제어하는 모터 구동 제어방법.
  8. 일단이 직류 전원에 접속되는 리액터와, 상기 리액터의 타단을 인버터의 전원측에 접속하는 상측 스위칭 소자 및 인버터의 어스측에 접속하는 하측 스위칭 소자의 적어도 2개의 스위칭 소자를 구비하고, 직류 전원으로부터의 출력 전압을 전압변환하는 컨버터와,
    상기 컨버터의 출력을 받아들여 소정의 교류전류로 변환하는 2개의 인버터와,
    상기 2개의 인버터로부터의 교류전류에 의해 각각 구동되는 2개의 모터와,
    상기 컨버터의 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어부를 구비하는 2개 모터 시스템에서의 모터 구동 제어 프로그램으로서,
    상기 제어부에,
    상기 2개의 모터의 회전수 및 목표출력토크에 따라, 상기 2개의 모터의 효율 운전에 적절한 2개의 인버터 입력 전압 목표값을 각각 산출시키고,
    상기 산출된 2개의 인버터의 입력 전압 목표값 중 높은 쪽의 전압을 목표값으로 하여 채용시키며,
    컨버터의 출력이 상기 채용된 목표값이 되도록 상기 컨버터의 스위칭 소자를 PWM 제어시키는 모터 구동 제어 프로그램.
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