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KR101494030B1 - 전기자동차용 인버터 - Google Patents

전기자동차용 인버터 Download PDF

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KR101494030B1
KR101494030B1 KR20100064117A KR20100064117A KR101494030B1 KR 101494030 B1 KR101494030 B1 KR 101494030B1 KR 20100064117 A KR20100064117 A KR 20100064117A KR 20100064117 A KR20100064117 A KR 20100064117A KR 101494030 B1 KR101494030 B1 KR 101494030B1
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Abstract

본 발명은 가속페달 신호의 온,오프에 따라 주파수를 변경시켜 속도지령을 출력하는 속도지령 발생부, 상기 속도지령의 주파수에 따른 전압지령(V*q)을 출력하는 주파수 전압 변환부, 상기 속도지령의 주파수를 적분하여 회전각을 출력하는 적분기 및 상기 전압지령(V*q) 및 회전각을 입력받아 3상 전압지령으로 변환하는 2상/3상 변환기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인버터를 제공한다.
본 발명에 의하면, 위치(속도) 센서에 고장이 발생하여 벡터제어가 불가능하여 일정 전압/주파수(V/f)제어를 실시하는 경우 전동기로 인가되는 주파수를 조절하는데 있어서, 가속 페달이 밟혔을 경우 유도전동기 회전 주파수를 증가시키고 가속 페달이 밟히지 않은 경우 유도전동기 회전 주파수를 감소시킴으로써 고장이 발생하기 전 벡터제어시와 유사한 자동차 운전 감각을 제공할 수 있다는 장점이 있다.

Description

전기자동차용 인버터{INVERTER FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차용 인버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차의 속도(위치)센서가 고장이 발생하여 벡터제어가 불가능한 경우에도 전압/주파수(V/f)제어에 의하여 운전자가 고장전 벡터제어시와 유사한 자동차 운전감각을 유지할 수 있도록 하는 전기자동차용 인버터에 관한 것이다.
일반적으로 인버터로 구동되는 유도전동기는 속도제어 모드에서 동작하며, 상기 인버터는 외부(운전자)로부터 전동기가 회전해야 할 속도를 입력받아 전동기가 입력된 속도지령대로 회전하도록 인버터의 출력전압을 제어한다.
반면에 전기자동차용 인버터는 외부(운전자)로부터 속도지령을 직접 입력 받는 것이 아니라 자동차에 실장된 가속페달 입력에 반응하여 인버터의 출력전압을 제어한다. 즉 운전자가 가속페달을 밟았다는 것이 감지되면 밟힌 정도에 비례해 전동기의 회전수를 높여 계속 자동차를 가속시키고, 사용자가 가속 페달에서 발을 떼면 전동기의 출력토크를 0으로 또는 역 토크를 발생시켜 전동기의 회전수를 낮춰 자동차를 감속하는 방식으로 제어한다.
전기자동차용 인버터 제어방식은 속도지령을 받아 제어하는 속도제어방식이 아니라, 운전자가 자동차의 운행 속도제어를 담당하고 인버터는 운전자가 자동차의 속도(전동기의 회전수)를 제어하는 과정에서 나온 결과물(속도가 낮으면 가속 페달을 밟고 높으면 떼거나 브레이크를 밟음)인 가속 페달 상태에 맞춰 전동기의 토크를 조절하는 토크제어 방식으로 볼 수 있다.
즉 유도전동기 제어는 속도(위치) 센서 입력이 필요 없는 스칼라(scalar) 제어방식과 센서가 필요한 벡터(vector) 제어방식으로 나뉘는데 전기자동차 제어에 있어서는 순시 토크 제어가 가능한 벡터 제어방식이 일반적으로 널리 사용된다.
여기서 만일 전기자동차 운행중에 속도센서에서 고장이 발생하면 벡터 제어운전은 불가능해지게 된다. 따라서 이 경우에도 기존의 가속 페달 감각을 그대로 유지할 수 있도록 스칼라 제어방식인 전압/주파수 제어에 의한 속도지령을 발생시킬 수 있는 속도지령 발생부를 구비한 전기자동차용 인버터가 필요하다 할 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기 자동차의 속도(위치)센서가 고장이 발생하여 벡터제어가 불가능한 경우에도 전압/주파수(V/f)제어에 의하여 운전자가 고장전 벡터제어시와 유사한 자동차 운전감각을 유지할 수 있도록 하는 전기자동차용 인버터를 제공함을 그 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가속페달 신호의 온,오프에 따라 주파수를 변경시켜 속도지령을 출력하는 속도지령 발생부, 상기 속도지령의 주파수에 따른 전압지령(V*q)을 출력하는 주파수 전압 변환부, 상기 속도지령의 주파수를 적분하여 회전각을 출력하는 적분기, 상기 전압지령(V*q) 및 회전각을 입력받아 3상 전압지령으로 변환하는 2상/3상 변환기를 포함한다.
여기서 상기 속도지령 발생부는 유도전동기가 회전할 수 있는 최대 주파수(Wmax), 주파수 증가분(Winc) 및 주파수 감속분(Wdec)이 저장되어 있는 저장부; 및 가속페달이 온되었을 경우 최대 주파수(Wmax)의 범위내에서 주파수 증가분(Winc)만큼 증가시키고, 가속페달이 오프되었을 경우 최소 주파수(0)의 초과범위내에서 주파수 감속분(Wdec)만큼 감소시키는 속도지령을 출력하는 제어부를 포함한다.
여기서 상기 주파수 전압 변환부는 상기 속도지령의 주파수에 정격전압/정격주파수 비율(K)을 곱하여 유도전동기 전압지령(V*q)을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전기자동차용 인버터에 의하면, 위치(속도) 센서에 고장이 발생하여 벡터제어가 불가능하여 일정 전압/주파수(V/f)제어를 실시하는 경우 전동기로 인가되는 주파수를 조절하는데 있어서, 가속 페달이 밟혔을 경우 유도전동기 회전 주파수를 증가시키고 가속 페달이 밟히지 않은 경우 유도전동기 회전 주파수를 감소시킴으로써 고장이 발생하기 전 벡터제어시와 유사한 자동차 운전 감각을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 위치센서의 출력값을 이용한 벡터제어방법에 의한 전기자동차용 인버터의 블록구성도,
도 2는 벡터제어방법에 의한 가속 페달을 밟는 정도에 따른 유도전동기 토크발생을 보여주는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 전압/주파수 제어방법에 의한 전기자동차용 인버터의 블록구성도,
도 4는 본 발명의 속도지령 발생부의 전압/주파수 제어방법을 보여주는 순서도,
도 5는 본 발명의 전압/주파수 제어방법에 의한 가속 페달을 밟는 정도에 따른 속도지령 발생부의 주파수 지령을 보여주는 그래프이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 위치센서의 출력값을 이용한 벡터제어방법에 의한 전기자동차용 인버터의 블록구성도이다. 먼저 속도센서가 부착된 유도전동기의 자속(flux)분 전류와 토크(torque)분 전류를 독립적으로 제어하는 벡터제어방법으로 구현된 전기자동차용 인버터에 대하여 설명한다.
도 1에서 보는 바와 같이, 벡터제어방법으로 구현된 전기자동차용 인버터는 전기자동차 운전자의 가속 페달 조작을 통해 운전자가 운전하고자 하는 속도로 전기자동차를 이동하기 위하여 유도전동기를 회전시킬 수 있는 전압을 출력한다.
먼저 유도전동기(101) 축에 장착된 속도센서(102, 예를 들어 증분형 엔코더)는 상기 유도전동기(101)의 축 회전시 회전각도 변화에 비례하는 펄스를 출력한다. 전기자동차 페달에 부착된 포텐셔미터(104, Potentiometer)는 가속페달의 밟힌 정도에 비례하는 유도전동기 토크분 전류지령(i*q)를 출력한다. 예를 들어 가속페달을 완전히 밟았을 경우에는 정격전류를 출력하고, 운전자가 발을 가속페달에서 이격하면 0A를 출력한다.
제1 감산기(105)는 상기 토크분 전류지령(i*q)와 토크분 전류(iq)를 차감하여 토크분 전류오차를 검출한다. 제2 감산기(106)는 자속분 전류지령(i*d)과 자속분 전류(id)를 차감하여 자속분 전류 오차를 검출한다. 여기서 상기 토크분 전류(iq) 및 자속분 전류(id)는 3상/2상 변환장치(112)에서 출력되는 전류이다.
토크분 전류 제어장치(107)는 상기 토크분 전류오차에 따른 PI제어를 이용하여 토크분 전압지령(V*q)을 생성한다. 여기서 토크분 전류 제어장치(107)의 Kp_q는 비례이득, Ki_q는 적분이득이고 s는 라플라스 연산자이다. 또한 자속분 전류 제어장치(108)는 상기 자속분 전류오차에 따른 PI제어를 이용하여 자속분 전압지령(V*d)을 생성한다. 여기서 자속분 전류 제어장치(108)의 Kp_d는 비례이득, Ki_d는 적분이득이고 s는 라플라스 연산자이다.
2상/3상 변환장치(109)는 유도전동기(101) 회전자의 전기적 자속각(θe)을 입력받아 상기 토크분 전류 제어장치(107)의 토크분 전압지령(V*q) 및 상기 자속분 전류 제어장치(108)의 자속분 전압지령(V*d)을 아래 [수식 1] 및 [수식 2]에 의하여 3상의 전압지령(Va*, Vb*, Vc*)으로 변환시킨다.
[수식 1]
V*ds = -SIN(θe)*V*q + COS(θe)*V*d,
V*qs = COS(θe)*V*q + SIN(θe)*V*d,
[수식 2]
Va* = V*ds ,
Vb* = (-0.5)*(V*ds - SQRT(3)*V*qs),
Vc* = (-0.5)*(V*ds + SQRT(3)*V*qs), 여기서 상기 V*ds , V*qs는 매개변수이다.
전력용 반도체 소자(IGBT)를 포함하는 전압제어장치(110)는 상기 3상의 전압지령(Va*,Vb*,Vc*)을 입력받아 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 기법을 통해 유도전동기(101)에 상기 3상의 전압지령(Va*, Vb*, Vc*)으로 제어된 3상의 출력 전압을 인가한다.
전류센서(111)는 각각 전압제어장치(110)의 3상 출력선로에 구비되어 유도전동기(101)의 3상 전류(ia,ib,ic)를 검출한다. 3상/2상 변환장치(112)는 유도전동기(101)의 전기적 자속각(θe)을 입력받아 유도전동기 3상 전류(ia,ib,ic)를 아래 [수식 3] 및 [수식 4]에 의하여 토크분 전류(iq), 자속분 전류(id)로 변환한다.
[수식 3]
Ids = (2*ia - ib - ic)/3,
Iqs = (ib - ic)/SQRT(3)
[수식 4]
iq = COS(θe)*Iqs + COS(θe)*Ids,
id = SIN(θe)*Iqs + SIN(θe)*Ids, 여기서 상기 Ids, Iqs는 매개변수이다.
펄스 증폭기(113)은 속도센서(102)의 출력인 펄스열을 입력받아 유도전동기 회전자의 기계적 위치(θm)을 연산한다. 곱셈기(114)는 상기 유도전동기 회전자의 기계적 위치(θm)에 2/전동기 극수(number of pole)의 상수(K)를 곱해 유도전동기 회전자의 전기적 위치(θr)을 계산한다. 슬립 주파수 연산기(115)는 3상/2상 변환장치(112)의 출력인 자속분 전류(id) 및 토크분 전류(iq)를 입력받아 아래 [수식 5]에 의하여 유도전동기(101)의 슬립(slip) 주파수(Wsl)을 연산한다.
[수식 5]
Wsl = Rr*Iqs/(Lr*Ids), 여기서 Rr은 유도전동기 회전자 저항, Lr은 유도유도전동기 회전자 인덕턴스를 나타내며, 회전자 시정수(Tr)은 Rr/Lr로 정의된다.
적분기(116)는 상기 슬립 주파수(Wsl)을 적분하여 슬립 각도(θsl)을 연산한다. 가산기(117)은 상기슬립 각도(θsl)과 유도전동기 회전자의 전기적 위치(θr)을 가산하여 유도전동기의 토크와 자속을 독립적으로 제어할 수 있도록 하는 유도전동기(101) 회전자의 전기적 자속각(θe = θsl + θr)을 연산한다. 여기서 회전자의 전기적 자속각(θe)를 제어하는 방식을 통해 자속분 전류와 토크분 전류로 나누어 제어하는 방식을 간접 벡터제어라고 한다.
이와 같이, 전기자동차용 인버터는 벡터제어기법을 적용하여 외부로부터 가속페달을 통해 입력된 토크분 전류지령(i*q)에 대응하여 유도전동기(101)의 토크를 빠르게 제어하여 사용자가 원하는 가속 특성을 실현할 수 있다.
도 2는 벡터제어방법에 의한 가속 페달을 밟는 정도에 따른 유도전동기 토크발생을 보여주는 그래프이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 전기자동차의 속도(202)가 운전자가 운행하려는 전기자동차의 속도(201) 이하이면, 운전자는 가속 페달을 밟아 유동전동기에서 토크를 발생시켜 자동차를 가속시키며, 전기자동차의 속도(202)가 운전자가 운행하려는 전기자동차의 속도(201) 이상이면 운전자는 가속 페달에서 발을 떼어 유도전동기 토크를 0으로 만든다.
유도전동기 토크(204)의 형태와 가속 페달입력(203)의 범위가 동일하므로, 운전자의 반복적인 가속 페달 조작에 따른 유도전동기 토크를 조절하여 전기자동차를 일정속도로 유지할 수 있게 된다. 통상적인 벡터제어 인버터는 속도를 일정하게 유지하기 위한 자동 속도 제어기(ASR, Automatic Speed Regulator)가 존재하여 인버터가 외부로부터 입력되는 속도지령에 맞게 유도전동기의 토크를 자동으로 제어하는데 비해, 전기자동차용 인버터는 운전자가 속도제어기의 역할을 담당하여 가속 페달을 통하여 유도전동기 토크량을 조절한다. 즉 전기 자동차용 인버터는 외부로부터 속도지령이 아닌 가속페달에 의한 토크 지령이 입력되는 토크 제어 모드에서 동작한다.
전기자동차용 인버터는 속도 제어 모드가 아닌 토크 제어 모드로 동작하므로 이를 위해서는 순시적인 유도전동기 토크 제어가 필요하며 벡터제어기법을 적용하는 것이 필수적이다. 상기 벡터제어를 하기 위해서는 유도전동기 회전각을 검출할 수 있는 속도센서가 반드시 필요하며, 만일 속도센서가 고장이 발생한 경우라도 전기자동차용 인버터는 벡터제어가 아닌 스칼라제어기법인 전압/주파수 일정제어가 가능하다.
그러나 벡터제어에서의 가속 페달이 밝힌 정도에 비례하여 유도전동기의 회전속도를 조절한다면 전기자동차를 일정속도로 유지하기 위해서는 가속 페달을 특정위치로 고정해야 하므로 전압/주파수 일정제어시에는 운전자가 이미 익숙해진 토크 제어시의 가속 페달 조작방법과 달라져 기존의 운전 감각을 유지하면서 전기자동차를 운전하는 것이 어렵다.
이하 속도센서가 고장이 발생한 경우, 본 발명의 전압/주파수 제어방법에 따른 전기자동차의 인버터에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전압/주파수 제어방법에 의한 전기자동차용 인버터의 블록구성도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명은 속도지령을 출력하는 속도지령 발생부(303), 주파수 전압 변환부(304), 적분기(305), 및 2상/3상 변환기(306)를 포함한다.
상기 속도지령 발생부(303)는 전기자동차 가속(액셀) 페달의 밟힌 상태(밟힌 것을 ON 이라고 함)를 감지하여 토크제어 모드 시의 제어특성과 유사한 속도지령(We)를 발생시킨다. 상기 속도지령 발생부(303)는 가속 페달 신호에 의한 토크가 아닌 인가되는 전기적 신호의 주파수를 조절하여 유도전동기의 속도를 변경시킬 수 있는 속도지령을 출력한다. 즉 속도지령 발생부(303)는 가속 페달 신호가 온 되었을 경우, 주파수를 일정 비율로 증가시키고, 가속 페달 신호가 오프 되었을 경우, 주파수를 일정 비율로 감소시킨다.
주파수 전압 변환부(304)는 입력된 속도지령(We)에 유도전동기(302)의 정격전압/정격주파수의 비율(K)를 곱한 유도전동기 전압지령(V*q, 벡터제어의 토크분 전압지령에 대응)를 출력한다. 속도센서가 고장인 상태이므로, 전압/주파수 일정 제어에서는 벡터제어의 자속분 전압지령(V*d)은 0으로 한다. 예를 들어 정격전압/정격주파수가 60Hz/380V인 유도전동기의 경우 속도지령 발생부(303)의 출력이 30Hz이라면 주파수 전압 변환부(304)의 출력은 30 * 380/60 = 190[V]가 된다.
적분기(305)는 상기 속도지령(We)을 적분하여 유도전동기(302)로 인가되는 전압의 회전각(θe )을 구한다.
2상/3상 변환기(306)는 주파수 전압 변환부(304)의 출력인 전압지령(Vq*), Vd*=0 및 적분기(305)의 출력인 상기 회전각(θe)를 입력받아 아래 [수식 6] 및 [수식 7]에 의하여 3상의 전압지령인(Va*,Vb*,Vc*)로 변환한다.
[수식 6]
V*ds = -SIN(θe)*V*q,
V*qs = COS(θe)*V*q
[수식 7]
Va* = V*ds ,
Vb* = (-0.5)*(V*ds - SQRT(3)*V*qs),
Vc* = (-0.5)*(V*ds + SQRT(3)*V*qs), 여기서 상기 V*ds , V*qs는 매개변수이다.
전력용 반도체 소자(IGBT)를 포함하는 전압제어장치(307)는 상기 3상의 전압지령(Va*,Vb*,Vc*)을 입력받아 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 기법을 통해 유도전동기(101)에 상기 3상의 전압지령(Va*, Vb*, Vc*)으로 제어된 3상의 출력 전압을 인가하여 유도전동기를 구동하게 된다.
도 4는 본 발명의 속도지령 발생부의 전압/주파수 제어방법을 보여주는 순서도이다.
먼저 전기자동차가 시동을 걸게 되면(S10), 속도(주파수)지령(We)을 만들어내기 앞서 속도(주파수)지령(We)을 0으로 초기화하고, 유도전동기가 회전할 수 있는 최대 주파수(이하 Wmax라 한다), 가속페달이 온 되었을 경우의 지령 주파수 증가분(이하 Winc라 한다) 및 가속페달이 오프 되었을 경우의 지령 주파수 감소분(이하 Wdec라 한다)을 미리 저장해놓은 저장부(미도시)에서 읽어온다(S11).
다음으로 상기 Wmax, Winc 및 Wdec값을 입력받은 후 가속페달의 상태를 판단한다(S12). 가속페달이 온인 경우 주파수 지령(We)을 Winc만큼 증가시킨다(S13). 증가된 주파수 지령과 Wmax의 크기를 비교하여 주파수 지령(We)의 크기가 Wmax값보다 클 경우(S14) 주파수 지령(We)을 Wmax로 제한하고(S15) 계산된 주파수 지령(We)을 출력한다(S19).
한편 가속페달의 상태를 판단하여(S12) 가속페달이 오프인 경우에는 주파수 지령(We)을 Wdec만큼 감소시킨다(S16). 감소된 주파수 지령이 주파수의 최소값인 0보다 작은지 비교(S17)하여 0보다 작을 경우 주파수 지령(We)을 0으로 제한하고(S18) 계산된 주파수 지령(We)을 출력한다(S19). 이후 전기자동차가 운전 중인지를 판별하여 운전 중일 경우 가속페달의 상태를 판단하여(S12) 가속페달 상태에 의한 속도(주파수)지령 발생동작을 계속하며, 전기자동차의 시동이 오프되었을 경우 종료한다(S21).
도 5는 본 발명의 전압/주파수 제어방법에 의한 가속 페달을 밟는 정도에 따른 속도지령 발생부의 주파수 지령을 보여주는 그래프이다.
도 5에서 보는 바와 같이, 전기자동차의 속도(502)가 운전자가 운행하려는 전기자동차의 속도(501)에 도달하기 위하여, 운전자는 가속페달 상태(503)를 조작하게 된다. 속도지령 발생부는 주파수 지령(504, We)을 상기 가속페달의 온,오프 상태에 대응하여 일정비율로 증가 또는 감소시킨다.
즉 상기 도 2의 가속페달을 오프시킨 상태와 비교하면, 도 2에서는 가속페달이 오프인 상태에서는 유도전동기가 토크를 발생하지 않기 때문에 자연적으로 속도가 감소하지만, 도 5에서는 가속 페달이 오프인 상태에서는 주파수를 감소시킴으로서 전기자동차의 속도를 감소시킨다.
따라서 본 발명은 유도전동기의 회전 주파수를 증가 또는 감소시킴으로써 속도센서가 고장이 난 경우에도, 고장이 발생하기 전 벡터제어시와 유사한 자동차 운전 감각을 제공할 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
300 : 인버터 302 : 유도전동기
303 : 속도지령 발생부 304 : 주파수 전압 변환부
305 : 적분기 306 : 2상/3상 변환기
307 : 전압제어장치

Claims (3)

  1. 가속페달 신호가 온 되었을 경우, 출력되는 전기적 신호의 주파수를 증가분(Winc) 만큼 증가시키고, 상기 가속페달 신호가 오프 되었을 경우, 상기 전기적 신호의 주파수를 감소분(Wdec) 만큼 감소시켜 상기 가속페달 신호에 따라 상기 전기적 신호의 주파수를 조절하여 유도전동기의 속도를 변경시키기 위한 주파수 기반의 속도지령을 출력하는 속도지령 발생부;
    상기 속도지령 발생부로부터 출력되는 상기 속도지령의 주파수에 정격전압/정격주파수 비율(K)을 곱하여 유도전동기 전압지령(V*q)을 출력하는 주파수 전압 변환부;
    상기 속도지령 발생부로부터 출력되는 상기 속도지령의 주파수를 적분하여 회전각을 출력하는 적분기; 및
    상기 전압지령(V*q) 및 회전각을 입력받아 3상 전압지령으로 변환하는 2상/3상 변환기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인버터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 속도지령 발생부는
    유도전동기가 회전할 수 있는 최대 주파수(Wmax), 상기 주파수 증가분(Winc) 및 상기 주파수 감속분(Wdec)이 저장되어 있는 저장부; 및
    상기 가속페달이 온 되었을 경우 상기 최대 주파수(Wmax)의 범위 내에서 상기 주파수 증가분(Winc)만큼 증가시키고, 상기 가속페달이 오프 되었을 경우 최소 주파수(0)의 초과 범위 내에서 상기 주파수 감속분(Wdec)만큼 감소시키는 속도지령을 출력하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 인버터.
  3. 삭제
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990042262A (ko) * 1997-11-26 1999-06-15 정명식 유도 모터 제어 방법 및 제어용 인버터
JP3538057B2 (ja) 1999-02-25 2004-06-14 財団法人鉄道総合技術研究所 速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
KR20090071881A (ko) * 2007-12-28 2009-07-02 엘에스산전 주식회사 인버터의 제어장치
JP2009291019A (ja) 2008-05-30 2009-12-10 Toyota Motor Corp 交流モータ用インバータの制御装置

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2701567C2 (de) * 1977-01-15 1987-03-26 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Geschwindigkeitssteuereinrichtung für Fahrzeuge
DE3069850D1 (en) * 1979-03-14 1985-02-07 Lucas Ind Plc Fuel control system for an internal combustion engine
EP0016548B1 (en) * 1979-03-14 1984-12-27 LUCAS INDUSTRIES public limited company Fuel control system for an internal combustion engine
DE3033541A1 (de) * 1980-09-05 1982-04-22 Still Gmbh, 2000 Hamburg Antriebsaggregat fuer ein kraftfahrzeug, schaltung fuer ein solches und verfahren zum betreiben eines solchen
JPS5951150A (ja) * 1982-09-16 1984-03-24 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関のアイドル回転速度制御方法
US4727490A (en) * 1984-03-07 1988-02-23 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Running control device on cargo handling vehicles
DE3417089A1 (de) * 1984-05-09 1985-11-14 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Vortriebsregeleinrichtung
US4766967A (en) * 1985-12-27 1988-08-30 Eaton Corporation Oscillation control system for electric motor drive
JPS6311451A (ja) * 1986-07-01 1988-01-18 Nissan Motor Co Ltd 無段変速機の制御装置
DE3704316A1 (de) * 1987-02-12 1988-08-25 Vdo Schindling Verfahren und schaltungsanordnung zum verhindern von schwingungen eines kraftfahrzeugs
US4915075A (en) * 1989-03-20 1990-04-10 Caterpillar Inc. Accelerator pedal position sensor
GB8908661D0 (en) * 1989-04-17 1989-06-01 Lucas Ind Plc Engine throttle control system
US5193506A (en) * 1989-04-17 1993-03-16 Lucas Industries Public Limited Company Engine throttle control system
US5255653A (en) * 1989-04-17 1993-10-26 Lucas Industries Public Limited Company Engine throttle control system
JPH04176736A (ja) * 1990-11-09 1992-06-24 Mitsubishi Electric Corp 車両用定速走行制御装置
DE69332486T2 (de) * 1992-02-17 2003-10-02 Hitachi, Ltd. Fahrschalter zum Steuern eines sich bewegenden Objektes, Verfahren zum Steuern diese Objektes und hierfür verwendeter Sensor
JP3232823B2 (ja) * 1993-11-16 2001-11-26 株式会社日立製作所 電気自動車の回生制動制御方法
JPH08140202A (ja) * 1994-11-07 1996-05-31 Hitachi Ltd 電気車用保護装置及び保護方法
KR100459470B1 (ko) * 1998-02-14 2005-05-03 엘지산전 주식회사 유도전동기에서 고주파 주입을이용한 속도 센서리스 벡터 제어기
KR100289496B1 (ko) * 1999-01-15 2001-05-02 윤종용 고속모터의 센서리스 속도제어방법
US8135531B2 (en) * 2002-06-12 2012-03-13 Nmhg Oregon, Llc Predictive vehicle controller
JP3926703B2 (ja) * 2002-08-08 2007-06-06 本田技研工業株式会社 制御装置
JP3979289B2 (ja) * 2002-12-26 2007-09-19 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 電動駆動制御装置、電動駆動制御方法及びそのプログラム
JP2005027410A (ja) * 2003-07-01 2005-01-27 Tsudakoma Corp 誘導電動機の駆動方法および駆動装置
US7222011B2 (en) * 2004-07-23 2007-05-22 General Motors Corporation Engine and driveline torque transfer device control
FR2881296B1 (fr) * 2005-01-27 2007-03-09 Schneider Toshiba Inverter Procede et systeme de limitation du courant en sortie d'un variateur de vitesse fonctionnant selon une loi de commande u/f
US7938494B2 (en) * 2006-03-08 2011-05-10 Ribbens William B Antilock braking systems and methods
WO2008092274A1 (en) * 2007-01-30 2008-08-07 Gordon Ewbank Dower Vehicle power and speed control systems
KR100798342B1 (ko) * 2007-01-31 2008-01-28 엘에스산전 주식회사 인버터의 가 감속 시간과 관성에 따른 제어장치 및 그 방법
US7549407B2 (en) * 2007-03-28 2009-06-23 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and system for controlling a valve device
US7932691B2 (en) * 2008-04-22 2011-04-26 GM Global Technology Operations LLC Permanent magnet motor start-up
US8131447B2 (en) * 2008-07-11 2012-03-06 Tula Technology, Inc. Internal combustion engine control for improved fuel efficiency
US8616181B2 (en) * 2008-07-11 2013-12-31 Tula Technology, Inc. Internal combustion engine control for improved fuel efficiency
US8336521B2 (en) * 2008-07-11 2012-12-25 Tula Technology, Inc. Internal combustion engine control for improved fuel efficiency
US7577511B1 (en) * 2008-07-11 2009-08-18 Tula Technology, Inc. Internal combustion engine control for improved fuel efficiency

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990042262A (ko) * 1997-11-26 1999-06-15 정명식 유도 모터 제어 방법 및 제어용 인버터
JP3538057B2 (ja) 1999-02-25 2004-06-14 財団法人鉄道総合技術研究所 速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
KR20090071881A (ko) * 2007-12-28 2009-07-02 엘에스산전 주식회사 인버터의 제어장치
JP2009291019A (ja) 2008-05-30 2009-12-10 Toyota Motor Corp 交流モータ用インバータの制御装置

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