KR20180108959A - 병렬 전동기 시스템 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

병렬 전동기 시스템 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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박준보
장현규
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 하나의 전원 공급 장치에 병렬로 연결된 복수의 전동기들을 포함하는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법에 관한 것이다. 병렬 전동기 시스템의 동작 방법은 상기 전동기들 각각에 대응하는 구동 인버터에서 최대 토크 예비 상태를 형성하는 단계, 상기 전동기들 각각의 토크에 대한 정보를 포함하는 토크 인덱스 정보 및 상기 전원 공급 장치로부터 수신된 직류 전압에 기초하여 상기 전동기들 각각에 대응하는 링크 전압을 생성하는 단계, 그리고 상기 최대 토크 예비 상태에서 상기 구동 인버터에 상기 링크 전압을 인가하는 것에 의해 상기 전동기들 각각을 동작시키는 단계를 포함하되, 상기 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들의 스위칭 주파수는 상기 최대 토크 예비 상태에서 상기 전동기들 각각의 토크와 관계없이 특정한 값으로 결정된다.

Description

병렬 전동기 시스템 및 그것의 동작 방법{PARALLEL MOTOR SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 병렬 전동기 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 브러쉬리스 직류 전동기를 사용하는 병렬 전동기 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
엔진(모터 및 내연기관 등)은 산업혁명 이후 기술개발을 주도했던 대표적인 핵심 부품이다. 이러한 엔진은 공장, 발전소 등의 산업기기, 자동차, 선박, 비행기 등의 운송기기뿐만 아니라 냉장고, 세탁기, 에어컨 등의 생활가전 등에서도 빠지지 않는 부품이다.
최근 환경오염 및 기후변화에 따른 대책으로 이산화탄소 규제와 관련하여 기존의 가솔린/디젤 등의 연료를 이용한 에너지 생산 및 동력원 사용에 대한 규제가 필요하다는 목소리가 커지고 있다. 이에 따라서, 에너지 생산 부분에서는 화력발전소보다 원자력이나 대체에너지 개발에 대한 기술 수요가 증가하고 있으며, 동력원 측면에서도 기존의 가솔린/디젤 엔진보다 환경오염이 적은 전기 모터에 대한 기술 수요가 증가하고 있다.
연료를 이용하여 동작을 하는 기존의 자동차의 경우, 자동차 내부의 엔진에서 회전에너지를 발생시키고, 기어비에 의해 각각의 차축에 동력이 전달된다. 하지만, 연료 엔진 대신에 전기 모터를 사용하는 경우, 각각의 바퀴가 독립적으로 구동되기 용이하며, 이에 따라 바퀴 자체가 모터인 휠 모터에 대한 기술개발이 진행되고 있다. 또한, 차세대 전기 이동체로서 2개 이상의 모터를 이용하여 비행할 수 있는 멀티콥터 및 드론에 대한 관심이 크다. 멀티콥터 및 드론도 역시 전기 모터에 의한 기술 개발에 초점을 맞추고 있는 상황이다.
이처럼 향후 이동기기들은 전기 모터를 이용한 구조로 이루어질 가능성이 높으며, 둘 이상의 병렬 모터를 사용하여 전기 이동체를 구현하게 될 것으로 전망된다. 특히, 초고속/초소형 전기 이동체를 구현함에 있어서, 초고속으로 구동되는 병렬 모터 및 그것의 구동 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 구동 인버터에서 최대 토크 예비 상태를 형성하고 직류-직류 컨버터에서 토크를 결정하여 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들의 손실을 감소시키는 병렬 전동기 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 하나의 전원 공급 장치에 병렬로 연결된 전동기들을 포함하는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법은, 상기 전동기들 각각에 대응하는 구동 인버터에서 최대 토크 예비 상태를 형성하는 단계, 상기 전동기들 각각의 토크에 대한 정보를 포함하는 토크 인덱스 정보 및 상기 전원 공급 장치로부터 수신된 직류 전압에 기초하여 상기 전동기들 각각에 대응하는 링크 전압을 생성하는 단계, 그리고 상기 최대 토크 예비 상태에서 상기 구동 인버터에 상기 링크 전압을 인가하는 것에 의해 상기 전동기들 각각을 동작시키는 단계를 포함하되, 상기 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들의 스위칭 주파수는 상기 최대 토크 예비 상태에서 상기 전동기들 각각의 토크와 관계없이 특정한 값으로 결정될 수 있다.
실시 예로서, 상기 토크 인덱스 정보는 토크 인덱스들을 포함하고, 상기 토크 인덱스들 각각은 상기 전동기들 각각의 토크에 대한 정보를 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 링크 전압을 생성하는 단계는, 상기 전동기들 각각의 토크에 대한 정보를 포함하는 토크 인덱스 정보를 수신하는 단계, 상기 토크 인덱스 정보에 기초하여 상기 전동기들 각각에 대응하는 토크 신호를 생성하는 단계, 그리고 상기 토크 신호에 기초하여 상기 전원 공급 장치로부터 출력되는 직류 전압을 상기 전동기들 각각에 대응하는 링크 전압으로 변환하는 단계를 포함하고, 상기 토크 신호는 펄스 폭 변조 신호로서 구성되고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티비에 따라 상기 전동기들 각각의 토크는 결정될 수 있다.
실시 예로서, 상기 최대 토크 예비 상태를 형성하기 위해, 최대 토크 제어신호는 상기 구동 인버터에 입력되고, 상기 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들은 상기 최대 토크 제어신호에 기초하여 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다.
실시 예로서, 상기 최대 토크 제어신호는 펄스 폭 변조 신호가 아닌 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예로서, 상기 최대 토크 제어신호는 일정한 주기를 가지는 펄스 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예로서, 상기 최대 토크 예비 상태는 상기 최대 토크 제어신호에 의해 상기 전동기들 각각의 회전 타이밍이 결정되고, 상기 링크 전압에 의해 상기 전동기들 각각의 토크가 결정되는 상태로 정의될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템은, 전원 공급 장치에 병렬로 연결되는 전동기들, 일정한 주파수를 가지는 최대 토크 제어신호에 기초하여 상기 전동기들 각각의 회전 타이밍을 결정하는 구동 인버터들, 그리고 상기 전원 공급 장치로부터 직류 전압을 수신하고, 상기 직류 전압을 상기 전동기들 각각에 대응하는 링크 전압으로 변환하고, 상기 링크 전압을 상기 구동 인버터들 각각에 제공하는 직류-직류 컨버터들을 포함하되, 상기 구동 인버터들 각각은 상기 최대 토크 제어신호에 기초하여 상기 전동기들 각각의 최대 토크 예비 상태를 형성하고, 상기 전동기들 각각의 토크는 상기 링크 전압에 의해 결정될 수 있다.
실시 예로서, 토크 인덱스 정보를 수신하여 상기 전동기들 각각에 대응하는 토크 신호를 생성하는 컨버터 토크신호 생성회로를 더 포함하고, 상기 토크 인덱스 정보는 상기 전동기들 각각의 토크를 결정하는 토크 인덱스들을 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 컨버터 토크신호 생성회로는 상기 토크 신호를 펄스 폭 변조 신호로서 생성하고, 상기 전동기들 각각의 토크는 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티비에 따라 결정될 수 있다.
실시 예로서, 상기 컨버터 토크신호 생성회로는 상기 전동기들 각각에 대응하는 컨버터 제어기를 포함하고, 상기 컨버터 제어기는 상기 토크 인덱스들 중 하나에 기초하여 상기 직류-직류 컨버터들 각각에 포함된 스위치 소자들을 제어하는 스위치 신호들을 생성할 수 있다.
실시 예로서, 상기 스위치 신호들은 서로 상보적인 펄스 폭 변조 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예로서, 상기 전동기들 각각으로부터 위치신호를 수신하고, 상기 위치 신호에 기초하여 상기 최대 토크 제어신호를 생성하는 인버터 제어회로를 더 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 인버터 제어회로는, 상기 전동기들 각각으로부터 위치신호를 수신하여 위치 정보 신호를 생성하는 위치 검출기, 및 상기 위치 정보 신호에 기초하여 상기 구동 인버터들 각각에 포함된 스위치 소자들의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하는 인버터 게이트 신호들을 생성하는 인버터 제어기를 포함할 수 있다.
실시 예로서, 상기 최대 토크 제어신호는 펄스 폭 변조 신호가 아닌 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 병렬 전동기 시스템은 각 전동기에 대하여 최대 토크 제어신호에 기초하여 구동 인버터에서 최대 토크 예비 상태를 형성하고 토크 신호에 기초하여 직류-직류 컨버터에서 토크를 결정할 수 있다. 따라서, 각 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들의 스위칭 주파수는 감소할 수 있다. 또한, 각 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들의 손실은 감소할 수 있다.
도 1은 일반적인 병렬 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 하나의 전동기에 연결된 직류-직류 컨버터 및 구동 인버터를 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 4는 도 3의 제 1 전동기의 등가회로이다.
도 5는 도 3의 제 1 전동기로부터 수신된 제 1 위치신호 및 그에 대응하는 인버터 게이트 신호들을 보여주는 타이밍도이다.
도 6은 도 3의 제 1 직류-직류 컨버터에 인가되는 컨버터 게이트 신호 및 도 3의 제 1 구동 인버터에 인가되는 인버터 게이트 신호를 보여주는 타이밍도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템의 동작 방법을 보여주는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.
이하에서는, 병렬 전동기 시스템이 본 발명의 특징 및 기능을 설명하기 위한 장치의 한 예로서 사용될 것이다. 하지만, 이 기술 분야에 정통한 사람은 여기에 기재된 내용에 따라 본 발명의 다른 이점들 및 성능을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 다른 실시 예들을 통해 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고, 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.
도 1은 일반적인 병렬 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 1의 참조하면, 병렬 전동기 시스템(10)은 인버터 토크신호 생성회로(11), 전동기 구동회로들(12_1~12_n), 구동 인버터들(13_1~13_n) 및 전동기들(14_1~14_n)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전동기 구동회로들(12_1~12_n)은 구동 인버터들(13_1~13_n)을 각각 제어할 수 있다. 구동 인버터들(13_1~13_n)은 전동기들(14_1~14_n)을 각각 제어할 수 있다. 구동 인버터들(13_1~13_n)은 배터리 또는 전원 공급 장치(미도시)에 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 구동 인버터들(13_1~13_n) 각각은 동일한 전압(VDC)을 공급 받을 수 있다. 따라서, 전동기들(14_1~14_n)은 배터리 또는 전원 공급 장치에 병렬로 연결될 수 있다. 이하에서, 제 1 전동기(14_1)의 동작을 예시적으로 설명한다.
인버터 토크신호 생성회로(11)는 토크 인덱스 정보를 수신할 수 있다. 인버터 토크신호 생성회로(11)는 토크 인덱스 정보에 기초하여 토크신호들(TS1~TSn)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 토크 인덱스 정보는 전동기들(14_1~14_n) 각각에 대응하는 복수의 토크 정보를 포함할 수 있다. 인버터 토크신호 생성회로(11)는 전동기들(14_1~14_n) 각각에 대응하는 토크 정보에 기초하여 전동기들(14_1~14_n)에 각각 대응하는 토크신호들(TS1~TSn)를 생성할 수 있다. 토크신호들(TS1~TSn) 각각은 특정한 레벨을 가지는 전압 신호일 수 있다.
예를 들어, 제 1 전동기 구동회로(12_1)는 제 1 토크신호(TS1)를 수신할 수 있다. 또한, 제 1 전동기 구동회로(12_1)는 제 1 전동기(14_1)로부터 제 1 위치신호(HS1)을 수신할 수 있다. 제 1 전동기 구동회로(12_1)는 제 1 토크신호(TS1) 및 제 1 위치신호(HS1)에 기초하여 제 1 펄스 폭 변조 신호(PWM1)를 생성할 수 있다.
그러면, 제 1 구동 인버터(13_1)는 제 1 펄스 폭 변조 신호(PWM1)를 수신할 수 있다. 또한, 제 1 구동 인버터(13_1)는 배터리 또는 전원 공급 장치로부터 직류 전압(VDC)을 공급 받을 수 있다. 제 1 구동 인버터(13_1)의 스위치 소자들은 제 1 펄스 폭 변조 신호(PWM1)에 의해 스위칭될 수 있다. 스위치 소자들의 스위칭에 기초하여, 제 1 구동 인버터(13_1)는 제 1 전동기 구동신호(UVW1)를 생성할 수 있다. 제 1 전동기(14_1)는 제 1 전동기 구동신호(UVW1)에 기초하여 회전할 수 있다. 제 2 내지 제 n 전동기들(13_2~14_n)은 제 1 전동기(14_1)와 동일 또는 유사한 방식으로 회전할 수 있다.
결론적으로, 구동 인버터들(13_1~13_n) 각각은 복수의 스위치 소자들을 포함할 수 있다. 구동 인버터들(13_1~13_n) 각각의 스위치 소자들은 펄스 폭 변조 신호에 기초하여 스위칭될 수 있다. 그런데, 구동 인버터들(13_1~13_n) 각각을 제어하는 펄스 폭 변조 신호는 각 전동기의 토크 및 회전 타이밍에 대한 정보를 모두 포함하고 있다. 각 전동기가 고속으로 구동되는 경우, 전동기의 속도가 증가함에 따라 스위치 소자들의 스위칭 주파수는 증가한다. 또한, 스위치 소자들의 스위칭 주파수는 펄스 폭 변조 신호에 기초하기 때문에, 스위치 소자들의 스위칭 주파수는 전동기의 속도보다 더 큰 폭으로 증가할 수 있다. 따라서, 기존의 병렬 전동기 시스템에서, 구동 인버터의 스위치 소자는 선택의 폭이 제한된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 병렬 전동기 시스템(100)은 컨버터 토크신호 생성회로(110), 직류-직류 컨버터들(121~12n), 인버터 제어회로(130), 구동 인버터들(141~14n) 및 전동기들(151~15n)을 포함할 수 있다. 전동기들(151~15n)은 배터리 또는 전원 공급 장치(미도시)에 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제 1 직류-직류 컨버터(121)는 배터리 또는 전원 공급 장치로부터 직류 전압(VDC)을 공급 받을 수 있다. 제 2 직류-직류 컨버터(122)는 배터리 또는 전원 공급 장치로부터 직류 전압(VDC)을 공급 받을 수 있다. 제 n 직류-직류 컨버터(12n)는 배터리 또는 전원 공급 장치로부터 직류 전압(VDC)을 공급 받을 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 n 직류-직류 컨버터들(121~12n)에 각각 연결된 제 1 내지 제 n 전동기들(151~15n)은 직류 전압(VDC)을 병렬로 공급 받을 수 있다.
컨버터 토크신호 생성회로(110)는 토크 인덱스 정보를 수신하여 전동기들(151~15n)의 토크를 제어할 수 있다. 예를 들면, 토크 인덱스 정보는 전동기들(151~15n) 각각에 대응하는 토크 인덱스들을 포함할 수 있다. 각 토크 인덱스는 각 전동기의 토크를 결정하는 정보를 포함할 수 있다. 컨버터 토크신호 생성회로(110)는 토크 인덱스 정보에 기초하여 제 1 내지 제 n 토크 신호들(TS1~TSn)을 생성할 수 있다. 토크 신호들(TS1~TSn) 각각은 펄스 폭 변조 신호일 수 있다. 전동기들(151~15n)의 토크들은 토크 신호들(TS1~TSn)의 듀티비(duty ratio)에 따라 결정될 수 있다.
인버터 제어회로(130)는 전동기들(151~15n)의 위치신호들(HS1~HSn)을 수신하여 전동기들(151~15n)의 회전 타이밍을 제어할 수 있다. 예를 들면, 인버터 제어회로(130)는 위치신호들(HS1~HSn)에 기초하여 전동기들(151~15n)의 현재 회전 위치를 검출할 수 있다. 인버터 제어회로(130)은 검출된 전동기들(151~15n)의 현재 회전 위치에 기초하여 최대 토크 제어신호들(MTCS1~MTCSn)을 생성할 수 있다. 최대 토크 제어신호들(MTCS1~MTCSn)은 전동기들(151~15n)의 회전 타이밍을 결정할 수 있다. 최대 토크 제어신호들(MTCS1~MTCSn) 각각은 일정한 주기를 가지는 펄스 신호일 수 있다. 즉, 최대 토크 제어 신호들(MTCS1~MTCSn) 각각은 펄스 폭 변조 신호가 아니다. 따라서, 구동 인버터들(141~14n) 각각은 최대 토크 제어 신호들(MTCS1~MTCSn)에 기초하여 전동기가 최대 토크로 동작 가능한 상태(이하에서, 최대 토크 예비 상태)를 형성할 수 있다.
전동기들(151~15n) 각각은 별도의 구동 인버터 및 직류-직류 컨버터에 연결될 수 있다. 예를 들면, 제 1 전동기(151)는 제 1 구동 인버터(141) 및 제 1 직류-직류 컨버터(121)에 연결될 수 있다. 제 2 전동기(152)는 제 2 구동 인버터(142) 및 제 2 직류-직류 컨버터(122)에 연결될 수 있다. 제 n 전동기(15n)는 제 n 구동 인버터(14n) 및 제 n 직류-직류 컨버터(12n)에 연결될 수 있다. 전동기들(151~15n) 각각은 브러쉬리스 직류 전동기를 포함할 수 있다.
전동기들(151~15n) 각각은 별도의 구동 인버터 및 직류-직류 컨버터에 연결되기 때문에, 전동기들(151~15n) 각각의 토크 및 회전 타이밍은 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 제 1 직류-직류 컨버터(121)는 컨버터 토크신호 생성회로(110)로부터 제 1 토크 신호(TS1)를 수신할 수 있다. 제 1 토크 신호(TS1)는 제 1 전동기(151)의 토크에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제 1 직류-직류 컨버터(121)는 제 1 토크 신호(TS1)에 기초하여 직류 전압(VDC)을 제 1 직류 링크 전압(VLK1)으로 변환할 수 있다. 제 1 직류 링크 전압(VLK1)은 제 1 전동기(151)의 토크를 결정할 수 있다. 제 1 구동 인버터(141)는 제 1 직류 링크 전압(VLK1) 및 제 1 최대 토크 제어 신호(MTCS1)를 수신할 수 있다. 제 1 구동 인버터(141)는 제 1 최대 토크 제어 신호(MTCS1)에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 제 1 구동 인버터(141)는 최대 토크 예비 상태에서 제 1 직류 링크 전압(VLK1)에 기초하여 제 1 구동 신호(UVW1)를 생성할 수 있다. 제 1 전동기(151)는 제 1 구동 신호(UVW1)에 따라 동작할 수 있다.
또한, 제 2 직류-직류 컨버터(122)는 컨버터 토크신호 생성회로(110)로부터 제 2 토크 신호(TS2)를 수신할 수 있다. 제 2 토크 신호(TS2)는 제 2 전동기(152)의 토크에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제 2 직류-직류 컨버터(122)는 제 2 토크 신호(TS2)에 기초하여 직류 전압(VDC)을 제 2 직류 링크 전압(VLK2)으로 변환할 수 있다. 제 2 직류 링크 전압(VLK2)은 제 2 전동기(152)의 토크를 결정할 수 있다. 제 2 구동 인버터(142)는 제 2 직류 링크 전압(VLK2) 및 제 2 최대 토크 제어 신호(MTCS2)를 수신할 수 있다. 제 2 구동 인버터(142)는 제 2 최대 토크 제어 신호(MTCS2)에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 제 2 구동 인버터(142)는 최대 토크 예비 상태에서 제 2 직류 링크 전압(VLK2)에 기초하여 제 2 구동 신호(UVW2)를 생성할 수 있다. 제 2 전동기(152)는 제 2 구동 신호(UVW2)에 따라 동작할 수 있다.
또한, 제 n 직류-직류 컨버터(12n)는 컨버터 토크신호 생성회로(110)로부터 제 n 토크 신호(TSn)를 수신할 수 있다. 제 n 토크 신호(TSn)는 제 n 전동기(15n)의 토크에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제 n 직류-직류 컨버터(12n)는 제 n 토크 신호(TSn)에 기초하여 직류 전압(VDC)을 제 n 직류 링크 전압(VLKn)으로 변환할 수 있다. 제 n 직류 링크 전압(VLKn)은 제 n 전동기(15n)의 토크를 결정할 수 있다. 제 n 구동 인버터(14n)는 제 n 직류 링크 전압(VLKn) 및 제 n 최대 토크 제어 신호(MTCSn)를 수신할 수 있다. 제 n 구동 인버터(14n)는 제 n 최대 토크 제어 신호(MTCSn)에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 제 n 구동 인버터(14n)는 최대 토크 예비 상태에서 제 n 직류 링크 전압(VLKn)에 기초하여 제 n 구동 신호(UVWn)를 생성할 수 있다. 제 n 전동기(15n)는 제 n 구동 신호(UVWn)에 따라 동작할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템(100)은 각 전동기에 연결되는 직류-직류 컨버터 및 구동 인버터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 직류-직류 컨버터는 전동기의 토크를 결정할 수 있다. 구동 인버터는 전동기의 회전 타이밍을 결정할 수 있다. 구동 인버터는 최대 토크 제어신호에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성하고, 직류-직류 컨버터가 토크를 결정하기 때문에, 구동 인버터의 스위치 소자들에 펄스 폭 변조 신호가 입력될 필요가 없다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템(100)은 고속 동작 시 구동 인버터의 스위치 소자들의 스위칭 주파수가 급격히 증가하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템(100)은 고속 동작 시 구동 인버터의 스위치 소자들의 손실을 감소시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 하나의 전동기에 연결된 직류-직류 컨버터 및 구동 인버터를 예시적으로 보여주는 회로도이다. 도 3을 참조하면, 제 1 전동기(151)는 제 1 직류-직류 컨버터(121) 및 제 1 구동 인버터(141)에 연결될 수 있다. 도 2의 다른 직류-직류 컨버터들(122~12n) 및 구동 인버터들(142~14n)은 도 3의 제 1 직류-직류 컨버터(121) 및 제 1 구동 인버터(141)와 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 2의 다른 전동기들(152~15n)은 도 3의 제 1 전동기(151)와 동일 또는 유사한 방식으로 동작할 수 있다.
제 1 직류-직류 컨버터(121)는 직류 전압(VDC)을 공급 받을 수 있다. 제 1 직류-직류 컨버터(121)는 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들면, 제 1 직류-직류 컨버터(121)는 두 개의 스위치 소자들(S1, S2), 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 스위치 소자들(S1, S2)은 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)에 기초하여 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다. 스위치 소자들(S1, S2)은 서로 상보적으로 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다. 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)은 도 2의 제 1 토크 신호(TS1)에 대응된다. 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)은 펄스 폭 변조 신호들일 수 있다. 따라서, 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)의 펄스 폭은 제 1 토크 인덱스에 기초하여 조절될 수 있다. 직류 전압(VDC)은 스위치 소자들(S1, S2)에 의해 펄스 폭이 변조되어 노드(N1)의 전압을 형성할 것이다. 인덕터(L1)는 노드(N1)의 전압을 정류하여 노드(N2)의 전압을 형성할 수 있다. 커패시터(C1)는 노드(N2) 및 노드(N3) 사이에서 제 1 링크 전압(VLK1)을 생성할 수 있다. 결국, 제 1 링크 전압(VLK1)은 제 1 토크 인덱스에 기초하여 제 1 전동기(151)의 토크를 결정할 수 있다.
컨버터 토크신호 생성회로(110)는 복수의 컨버터 제어기들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 컨버터 토크신호 생성회로(110)는 도 2의 직류-직류 컨버터들(121~12n) 각각에 대응하는 컨버터 제어기들을 포함할 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 도 3에서는 제 1 컨버터 제어기(111)만 도시되었다. 제 1 컨버터 제어기(111)는 제 1 토크 인덱스를 수신할 수 있다. 제 1 토크 인덱스는 도 2의 토크 인덱스 정보에 포함될 수 있다. 도 2의 토크 인덱스 정보는 직류-직류 컨버터들(121~12n) 각각에 대응하는 토크 인덱스들을 포함할 수 있다. 제 1 컨버터 제어기(111)는 제 1 토크 인덱스에 기초하여 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)을 생성할 수 있다. 제 1 토크 인덱스는 제 1 전동기(151)의 토크에 관한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 컨버터 제어기(111)는 노드(N2)의 전압(V_N2)을 검출할 수 있다. 제 1 컨버터 제어기(111)는 검출된 노드(N2)의 전압(V_N2)을 계속 모니터링 할 수 있다. 제 1 컨버터 제어기(111)는 노드(N2)의 전압(V_N2)이 제 1 토크 인덱스에 대응하는 값을 가지도록 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)를 계속적으로 제어할 수 있다.
제 1 구동 인버터(141)는 제 1 링크 전압(VLK1)을 공급 받을 수 있다. 제 1 구동 인버터(141)는 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들면, 제 1 구동 인버터(141)는 스위치 소자들(Q1~Q6) 및 단방향 소자들(D1~D6)을 포함할 수 있다. 제 1 구동 인버터(141)는 6-스텝 인버터일 수 있다. 스위치 소자들(Q1~Q6)은 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 기초하여 순차적으로 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다. 스위치 소자들(Q1~Q6)의 턴 온 또는 턴 오프에 따라, 단자들(U, V, W)에 흐르는 전류의 방향은 결정될 수 있다. 그에 의해, 제 1 전동기(151)는 동작할 수 있다. 스위치 소자들(Q1~Q6)은 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 하지만, 스위치 소자들(Q1~Q6)의 종류는 이것에 한정되지 않는다. 단방향 소자들(D1~D6)은 스위치 소자들(Q1~Q6)에 잘못된 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
인버터 제어회로(130)는 복수의 위치 검출기들 및 복수의 인버터 제어기들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 인버터 제어회로(130)는 도 2의 구동 인버터들(141~14n) 각각에 대응하는 위치 검출기 및 인버터 제어기를 포함할 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 도 3에서는 제 1 구동 인버터(141)에 대응하는 제 1 위치 검출기(131_1) 및 제 1 인버터 제어기(131_2)만 도시되었다. 제 1 위치 검출기(131_1)는 제 1 전동기(151)로부터 홀 센서 신호들(Ha, Hb, Hc)을 수신할 수 있다. 홀 센서 신호들(Ha, Hb, Hc)은 도 2의 제 1 위치신호(HS1)에 대응한다. 제 1 위치 검출기(131_1)는 홀 센서 신호들(Ha, Hb, Hc)에 기초하여 위치 정보 신호(PIS)를 생성할 수 있다. 제 1 인버터 제어기(131_2)는 위치 정보 신호(PIS)에 기초하여 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)을 생성할 수 있다. 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)은 일정한 주기를 가지는 펄스 신호일 수 있다. 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)은 펄스 폭 변조 신호가 아니다. 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)은 도 2의 제 1 최대 토크 제어신호(MTCS1)에 대응한다. 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 의해 제 1 전동기(151)의 최대 토크는 결정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제 1 인버터 제어기(131_2)는 펄스 폭 변조 신호가 아닌 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)을 최대 토크 제어신호로서 제 1 구동 인버터(141)의 스위치 소자들(Q1~Q6)에 제공할 수 있다. 제 1 구동 인버터(141)는 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 이때, 제 1 컨버터 제어기(111)는 펄스 폭 변조 신호인 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)을 토크 신호로서 제 1 직류-직류 컨버터(121)에 제공하여 제 1 링크 전압(VLK1)을 결정할 수 있다. 즉, 제 1 전동기(151)의 토크는 제 1 링크 전압(VLK1)에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 고속 동작 시, 제 1 구동 인버터(141)에 포함된 스위치 소자들(Q1~Q6)의 스위칭 주파수는 도 1의 제 1 구동 인버터(13_1)에 포함된 스위치 소자들의 스위칭 주파수보다 감소할 수 있다. 즉, 본 발명의 병렬 전동기 시스템(100)은 직류-직류 컨버터가 전동기의 토크를 결정하는 것에 의해 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다.
도 4는 도 3의 제 1 전동기의 등가회로이다. 도 4를 참조하면, 제 1 전동기(151)는 전동기 중심(MO) 및 각 단자(U, V, W) 사이에 연결된 코일들(ML1, ML2, ML3)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 전동기(151)는 3상 전동기일 수 있다. 제 1 전동기(151)는 브러쉬리스 직류(brushless direct current; BLDC) 전동기일 수 있다. 제 1 전동기(151)는 영구 자석으로 구성된 회전자를 포함할 수 있다. 회전자는 제 1 전동기(151)에 포함된 코일들(ML1, ML2, ML3)에 형성된 자계에 따라 회전할 수 있다. 코일들(ML1, ML2, ML3)에 형성되는 자계는 코일들(ML1, ML2, ML3)에 흐르는 전류의 방향(①~⑥)에 따라 결정될 수 있다. 도 2의 다른 전동기들(152~15n)은 도 4의 제 1 전동기(151)와 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있다.
도 5는 도 3의 제 1 전동기로부터 수신된 제 1 위치신호 및 그에 대응하는 인버터 게이트 신호들을 보여주는 타이밍도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 제 1 전동기(151)로부터 수신된 제 1 위치신호(HS1)에 기초하여 제 1 인버터 제어기(131_2)는 일정한 주기를 가지는 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)을 생성할 수 있다. 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 기초하여, 제 1 전동기(151)의 회전 타이밍은 결정될 수 있다.
예를 들면, 제 1 위치신호(HS1)는 홀 센서 신호들(Ha, Hb, Hc)을 포함할 수 있다. 홀 센서 신호들(Ha, Hb, Hc)은 제 1 전동기(151)에 120도 간격으로 장착될 수 있다. 제 1 위치 검출기(131_1)는 홀 센서 신호들(Ha, Hb, Hc)을 조합하여 현재 회전자의 위치를 예측할 수 있다. 하지만, 회전자의 위치를 결정하는 방법은 이것에 한정되지 않는다. 회전자의 위치가 결정되면, 제 1 인버터 제어기(131_2)는 회전자의 위치를 포함하는 위치 정보 신호(PIS)에 기초하여 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)을 생성할 수 있다. 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 기초하여, 제 1 구동 인버터(141)에 포함된 스위치 소자들(Q1~Q6)은 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다.
시점(t1) 및 시점(t2) 사이의 제 1 과정(①)에서, 제 1 스위치 소자(Q1) 및 제 4 스위치 소자(Q4)는 턴 온 될 것이다. 그리고 나머지 스위치 소자들(Q2, Q3, Q5, Q6)은 턴 오프 될 것이다. 따라서, 전류는 단자(U)로부터 단자(V)로 흐를 것이다.
시점(t2) 및 시점(t3) 사이의 제 2 과정(②)에서, 제 1 스위치 소자(Q1) 및 제 6 스위치 소자(Q6)는 턴 온 될 것이다. 그리고 나머지 스위치 소자들(Q2, Q3, Q4, Q5)은 턴 오프 될 것이다. 따라서, 전류는 단자(U)로부터 단자(W)로 흐를 것이다.
시점(t3) 및 시점(t4) 사이의 제 3 과정(③)에서, 제 3 스위치 소자(Q3) 및 제 6 스위치 소자(Q6)는 턴 온 될 것이다. 그리고 나머지 스위치 소자들(Q1, Q1, Q4, Q5)은 턴 오프 될 것이다. 따라서, 전류는 단자(V)로부터 단자(W)로 흐를 것이다.
시점(t4) 및 시점(t5) 사이의 제 4 과정(④)에서, 제 2 스위치 소자(Q2) 및 제 3 스위치 소자(Q3)는 턴 온 될 것이다. 그리고 나머지 스위치 소자들(Q1, Q4, Q5, Q6)은 턴 오프 될 것이다. 따라서, 전류는 단자(V)로부터 단자(U)로 흐를 것이다.
시점(t5) 및 시점(t6) 사이의 제 5 과정(⑤)에서, 제 2 스위치 소자(Q2) 및 제 5 스위치 소자(Q5)는 턴 온 될 것이다. 그리고 나머지 스위치 소자들(Q1, Q3, Q4, Q6)은 턴 오프 될 것이다. 따라서, 전류는 단자(W)로부터 단자(U)로 흐를 것이다.
시점(t6) 및 시점(t7) 사이의 제 6 과정(⑥)에서, 제 4 스위치 소자(Q4) 및 제 5 스위치 소자(Q5)는 턴 온 될 것이다. 그리고 나머지 스위치 소자들(Q1, Q2, Q3, Q6)은 턴 오프 될 것이다. 따라서, 전류는 단자(W)로부터 단자(V)로 흐를 것이다.
제 1 내지 제 6 과정들(①~⑥)을 한 번 거치면, 제 1 전동기(151)의 회전자는 1회전을 할 수 있다. 제 1 전동기(151)의 회전자를 계속 회전시키기 위해, 제 1 내지 제 6 과정들(①~⑥)은 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 기초하여 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 이러한 과정에서 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)은 펄스 폭 변조 신호가 아닌, 일정한 주기를 가지는 펄스 신호로서 생성될 수 있다. 따라서, 제 1 구동 인버터(141)는 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 기초하여 제 1 전동기(151)에 대한 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다.
도 6은 도 3의 제 1 직류-직류 컨버터에 인가되는 컨버터 게이트 신호 및 도 3의 제 1 구동 인버터에 인가되는 인버터 게이트 신호를 보여주는 타이밍도이다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 제 1 직류-직류 컨버터(121)는 제 1 전동기(151)의 토크를 제어하고, 제 1 구동 인버터(141)는 제 1 전동기(151)의 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다.
도 5에서 살펴본 바와 같이, 제 1 내지 제 6 과정들(①~⑥)을 통하여, 제 1 구동 인버터(141)는 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 이때 제 1 직류-직류 컨버터(121)는 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)에 기초하여 제 1 링크 전압(VLK1)을 생성할 수 있다.
예를 들면, 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)은 제 1 토크 인덱스에 따라 펄스 폭이 조절되는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다. 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)은 서로 상보적으로 생성될 수 있다. 제 1 링크 전압(VLK1)은 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)의 듀티비에 따라 결정될 수 있다. 도 6에서, 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)의 듀티비는 시점(t4)까지 증가한다. 제 1 링크 전압(VLK1)은 시점(t4)까지 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)에 따라 증가할 수 있다. 또한, 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)의 듀티비는 시점(t5) 이후 감소한다. 제 1 링크 전압(VLK1)은 시점(t5) 이후에 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)에 따라 감소할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 제 1 링크 전압(VLK1)은 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)의 듀티비에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 따라서, 제 1 전동기(151)의 토크는 컨버터 게이트 신호들(SA, SB)의 듀티비에 따라 결정될 수 있다.
결론적으로, 제 1 전동기(151)의 토크는 제 1 직류-직류 컨버터(121)에 의해 결정되고, 제 1 인버터 제어기(131_2)는 펄스 폭 변조 신호가 아닌 인버터 게이트 신호들(UH, UL, VH, VL, WH, WL)을 최대 토크 제어신호로서 제 1 구동 인버터(141)의 스위치 소자들(Q1~Q6)에 제공할 수 있다. 따라서, 고속 동작 시, 제 1 구동 인버터(141)에 포함된 스위치 소자들(Q1~Q6)의 스위칭 주파수는 도 1의 제 1 구동 인버터(13_1)에 포함된 스위치 소자들의 스위칭 주파수보다 감소할 수 있다. 즉, 본 발명의 병렬 전동기 시스템(100)은 직류-직류 컨버터가 전동기의 토크를 결정하는 것에 의해 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템의 동작 방법을 보여주는 순서도이다. 도 2 및 도 7을 참조하면, 병렬 전동기 시스템(100)은 배터리 또는 전원 공급 장치(미도시)로부터 직류 전압(VDC)을 공급 받을 수 있다. 전동기들(151~15n)은 직류 전압(VDC)에 대하여 병렬로 연결될 수 있다.
S110 단계에서, 병렬 전동기 시스템(100)은 토크 인덱스 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면, 컨버터 토크신호 생성회로(110)는 전동기들(151~15n) 각각에 대응하는 토크 인덱스들을 포함하는 토크 인덱스 정보를 수신할 수 있다. S120 단계에서, 병렬 전동기 시스템(100)은 토크 인덱스 정보에 기초하여 전동기들(151~15n) 각각에 대응하는 토크 신호들(TS1~TSn)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 토크 신호들(TS1~TSn) 각각은 펄스 폭 변조 신호일 수 있다. S130 단계에서, 병렬 전동기 시스템(100)은 배터리 또는 전원 공급 장치로부터 직류 전압(VDC)을 수신할 수 있다. 예를 들면, 직류-직류 컨버터들(121~12n) 각각은 직류 전압(VDC)을 공통으로 수신할 수 있다. 즉, 직류-직류 컨버터들(121~12n)은 배터리 또는 전원 공급 장치에 병렬로 연결될 수 있다.
S140 단계에서, 병렬 전동기 시스템(100)은 전동기들(151~15n) 각각에 대응하는 직류-직류 컨버터에서 토크 신호에 기초하여 직류 전압(VDC)을 전동기들(151~15n) 각각에 대응하는 링크 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들면, 제 1 직류-직류 컨버터(121)는 제 1 토크 신호(TS1)에 기초하여 직류 전압(VDC)을 제 1 링크 전압(VLK1)으로 변환할 수 있다. 제 2 직류-직류 컨버터(122)는 제 2 토크 신호(TS2)에 기초하여 직류 전압(VDC)을 제 2 링크 전압(VLK2)으로 변환할 수 있다. 제 n 직류-직류 컨버터(12n)는 제 n 토크 신호(TSn)에 기초하여 직류 전압(VDC)을 제 n 링크 전압(VLKn)으로 변환할 수 있다.
S150 단계에서, 병렬 전동기 시스템(100)은 전동기들(151~15n) 각각에 대응하는 구동 인버터에서 최대 토크 제어신호에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 1 구동 인버터(141)는 제 1 최대 토크 제어신호(MTCS1)에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 제 2 구동 인버터(142)는 제 2 최대 토크 제어신호(MTCS2)에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 제 n 구동 인버터(14n)는 제 n 최대 토크 제어신호(MTCSn)에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성할 수 있다. 최대 토크 예비 상태는 구동 인버터는 전동기의 회전 타이밍을 결정하고 전동기의 토크는 입력되는 링크 전압에 따라 결정되는 상태를 의미한다. 최대 토크 제어신호들(MTCS1~MTCSn) 각각은 일정한 주기를 가지는 인버터 게이트 신호들을 포함할 수 있다. 인버터 게이트 신호들은 구동 인버터들(141~14n) 각각에 포함된 스위치 소자들을 턴 온 또는 턴 오프 시킬 수 있다. 또한, 인버터 게이트 신호들은 펄스 폭 변조 신호가 아니다.
S160 단계에서, 병렬 전동기 시스템(100)은 최대 토크 예비 상태에서 링크 전압에 기초하여 구동 인버터에 의해 전동기들(151~15n) 각각에 대응하는 구동 신호를 생성할 수 있다. 예를 들면, 제 1 구동 인버터(141)는 제 1 링크 전압(VLK1) 및 제 1 최대 토크 제어신호(MTCS1)에 기초하여 제 1 구동신호(UVW1)를 생성할 수 있다. 제 2 구동 인버터(142)는 제 2 링크 전압(VLK2) 및 제 2 최대 토크 제어신호(MTCS2)에 기초하여 제 2 구동신호(UVW2)를 생성할 수 있다. 제 n 구동 인버터(14n)는 제 n 링크 전압(VLKn) 및 제 n 최대 토크 제어신호(MTCSn)에 기초하여 제 n 구동신호(UVWn)를 생성할 수 있다.
S170 단계에서, 병렬 전동기 시스템(100)은 구동신호에 기초하여 전동기들(151~15n) 각각을 동작시킬 수 있다. 예를 들면, 구동신호들(UVW1~UVWn) 각각의 진행 경로는 구동 인버터들(141~14n) 각각에 포함된 스위치 소자들의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 전동기들(151~15n) 내부에서 변경될 수 있다. 구동신호들(UVW1~UVWn) 각각의 진행 경로에 따라 전동기들(151~15n) 내부에서 자계가 형성되고, 형성된 자계에 따라 전동기들(151~15n) 각각의 회전자는 회전할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템(100)은 각 전동기에 연결되는 직류-직류 컨버터 및 구동 인버터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 직류-직류 컨버터는 전동기의 토크를 결정할 수 있다. 구동 인버터는 전동기의 회전 타이밍을 결정할 수 있다. 구동 인버터는 최대 토크 제어신호에 기초하여 최대 토크 예비 상태를 형성하고, 직류-직류 컨버터가 토크를 결정하기 때문에, 구동 인버터의 스위치 소자들에 펄스 폭 변조 신호가 입력될 필요가 없다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템(100)은 고속 동작 시 구동 인버터의 스위치 소자들의 스위칭 주파수가 급격히 증가하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템(100)은 고속 동작 시 구동 인버터의 스위치 소자들의 손실을 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 병렬 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 병렬 전동기 시스템(200)은 도 2의 병렬 전동기 시스템(100)과 달리 하나의 단일 인덕터 다중 출력 컨버터(220)를 사용할 수 있다. 병렬 전동기 시스템(200)은 도 2의 병렬 전동기 시스템(100)과 동일 또는 유사한 구성들을 포함할 수 있다. 따라서, 이하에서는 병렬 전동기 시스템(200)와 도 2의 병렬 전동기 시스템(100)의 차이점에 대하여 설명한다.
도 2의 병렬 전동기 시스템(100)은 전동기들(151~15n) 각각에 대하여 독립적인 직류-직류 컨버터들(121~12n)을 사용한다. 직류-직류 컨버터들(121~12n) 각각은 인버터를 포함하고 있다. 따라서, 복수의 인버터들에 의한 면적은 무시할 수 없다. 반면에, 병렬 전동기 시스템(200)은 단일 인덕터 다중 출력 컨버터(220)를 사용할 수 있다. 단일 인덕터 다중 출력 컨버터(220)는 내부에 하나의 인덕터(221)만을 포함할 수 있다. 따라서, 병렬 전동기 시스템(200)은 도 2의 병렬 전동기 시스템(100)에 비하여 면적을 감소할 수 있다.
컨버터 토크신호 생성회로(210)는 토크 인덱스 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면, 컨버터 토크신호 생성회로(210)는 토크 인덱스 정보에 기초하여 공통의 하나의 토크 신호(TS)를 생성할 수 있다. 단일 인덕터 다중 출력 컨버터(220)는 토크 신호(TS)에 기초하여 직류 전압(VDC)을 링크 전압들(VLK1~VLKn)로 변환할 수 있다. 링크 전압들(VLK1~VLKn)은 서로 동일 또는 유사할 수 있다. 따라서, 전동기들(251~25n)의 토크들은 동일 또는 유사하게 결정될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 100, 200: 병렬 전동기 시스템
11: 인버터 토크신호 생성회로
12_1~12_n: 제 1 내지 제 n 전동기 구동회로
13_1~13_n, 141~14n, 241~24n: 제 1 내지 제 n 구동 인버터
14_1~14_n, 151~15n, 251~25n: 제 1 내지 제 n 전동기
110, 210: 컨버터 토크신호 생성회로
121~12n: 제 1 내지 제 n 직류-직류 컨버터
130, 230: 인버터 제어회로
220: 단일 인덕터 다중 출력 컨버터

Claims (15)

  1. 하나의 전원 공급 장치에 병렬로 연결된 전동기들을 포함하는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법에 있어서,
    상기 전동기들 각각에 대응하는 구동 인버터에서 최대 토크 예비 상태를 형성하는 단계;
    상기 전동기들 각각의 토크에 대한 정보를 포함하는 토크 인덱스 정보 및 상기 전원 공급 장치로부터 수신된 직류 전압에 기초하여 상기 전동기들 각각에 대응하는 링크 전압을 생성하는 단계; 그리고
    상기 최대 토크 예비 상태에서 상기 구동 인버터에 상기 링크 전압을 인가하는 것에 의해 상기 전동기들 각각을 동작시키는 단계를 포함하되,
    상기 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들의 스위칭 주파수는 상기 최대 토크 예비 상태에서 상기 전동기들 각각의 토크와 관계없이 특정한 값으로 결정되는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크 인덱스 정보는 토크 인덱스들을 포함하고,
    상기 토크 인덱스들 각각은 상기 전동기들 각각의 토크에 대한 정보를 포함하는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 링크 전압을 생성하는 단계는,
    상기 전동기들 각각의 토크에 대한 정보를 포함하는 토크 인덱스 정보를 수신하는 단계;
    상기 토크 인덱스 정보에 기초하여 상기 전동기들 각각에 대응하는 토크 신호를 생성하는 단계; 그리고
    상기 토크 신호에 기초하여 상기 전원 공급 장치로부터 출력되는 직류 전압을 상기 전동기들 각각에 대응하는 링크 전압으로 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 토크 신호는 펄스 폭 변조 신호로서 구성되고,
    상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티비에 따라 상기 전동기들 각각의 토크는 결정되는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 최대 토크 예비 상태를 형성하기 위해, 최대 토크 제어신호는 상기 구동 인버터에 입력되고,
    상기 구동 인버터에 포함된 스위치 소자들은 상기 최대 토크 제어신호에 기초하여 턴 온 또는 턴 오프 되는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 최대 토크 제어신호는 펄스 폭 변조 신호가 아닌 것을 특징으로 하는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 최대 토크 제어신호는 일정한 주기를 가지는 펄스 신호인 것을 특징으로 하는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 최대 토크 예비 상태는 상기 최대 토크 제어신호에 의해 상기 전동기들 각각의 회전 타이밍이 결정되고, 상기 링크 전압에 의해 상기 전동기들 각각의 토크가 결정되는 상태로 정의되는 병렬 전동기 시스템의 동작 방법.
  8. 전원 공급 장치에 병렬로 연결되는 전동기들;
    일정한 주파수를 가지는 최대 토크 제어신호에 기초하여 상기 전동기들 각각의 회전 타이밍을 결정하는 구동 인버터들; 그리고
    상기 전원 공급 장치로부터 직류 전압을 수신하고, 상기 직류 전압을 상기 전동기들 각각에 대응하는 링크 전압으로 변환하고, 상기 링크 전압을 상기 구동 인버터들 각각에 제공하는 직류-직류 컨버터들을 포함하되,
    상기 구동 인버터들 각각은 상기 최대 토크 제어신호에 기초하여 상기 전동기들 각각의 최대 토크 예비 상태를 형성하고,
    상기 전동기들 각각의 토크는 상기 링크 전압에 의해 결정되는 병렬 전동기 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    토크 인덱스 정보를 수신하여 상기 전동기들 각각에 대응하는 토크 신호를 생성하는 컨버터 제어회로를 더 포함하고,
    상기 토크 인덱스 정보는 상기 전동기들 각각의 토크를 결정하는 토크 인덱스들을 포함하는 병렬 전동기 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨버터 제어회로는 상기 토크 신호를 펄스 폭 변조 신호로서 생성하고,
    상기 전동기들 각각의 토크는 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티비에 따라 결정되는 병렬 전동기 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨버터 제어회로는 상기 전동기들 각각에 대응하는 컨버터 제어기를 포함하고,
    상기 컨버터 제어기는 상기 토크 인덱스들 중 하나에 기초하여 상기 직류-직류 컨버터들 각각에 포함된 스위치 소자들을 제어하는 스위치 신호들을 생성하는 병렬 전동기 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스위치 신호들은 서로 상보적인 펄스 폭 변조 신호인 것을 특징으로 하는 병렬 전동기 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 전동기들 각각으로부터 위치신호를 수신하고, 상기 위치 신호에 기초하여 상기 최대 토크 제어신호를 생성하는 인버터 제어회로를 더 포함하는 병렬 전동기 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 인버터 제어회로는,
    상기 전동기들 각각으로부터 위치신호를 수신하여 위치 정보 신호를 생성하는 위치 검출기; 및
    상기 위치 정보 신호에 기초하여 상기 구동 인버터들 각각에 포함된 스위치 소자들의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하는 인버터 게이트 신호들을 생성하는 인버터 제어기를 포함하는 병렬 전동기 시스템.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 최대 토크 제어신호는 펄스 폭 변조 신호가 아닌 것을 특징으로 하는 병렬 전동기 시스템.
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