KR20180013112A - Method for controlling multi-phase motor, controlling apparatus thereof and mild hybrid system having the same - Google Patents
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Abstract
다상 전동기 제어장치가 제공된다. 다상 전동기 제어장치는 복수개의 3상 권선이 서로 독립적으로 결선되어 적어도 두 개의 중성점이 형성되고, 전원 공급부로부터 직류 전력을 공급받아 교류 전력으로 변환하여 다상 전동기에 인가하는 인버터 및 두 개의 중성점과 인버터 사이에 각각 설치되어 복수개의 3상에 흐르는 전류를 검출하는 복수개의 전류센서를 구비하는 제어기를 포함하되, 제어기는 복수개의 전류 센서 중 적어도 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 고장 난 전류 센서의 전류 값을 검출한다. A multiphase motor control apparatus is provided. The multiphase motor control apparatus includes an inverter for connecting a plurality of three-phase windings independently of each other to form at least two neutral points, receiving DC power from a power supply unit and converting the AC power into AC power and applying the AC power to the polyphase motor, And a plurality of current sensors provided in the plurality of current sensors for detecting currents flowing in the plurality of three phases, wherein the controller corrects the current value detected by the normal current sensor when at least one of the plurality of current sensors fails, The current value of the current sensor is detected.
Description
본 발명은 다상 전동기 제어방법, 이의 제어장치 및 이를 포함하는 마일드 하이브리드 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multiphase motor control method, a control apparatus thereof, and a mild hybrid system including the same.
일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 통상 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.Generally, a hybrid vehicle in a broad sense means to drive a vehicle by efficiently combining two or more kinds of power sources. In most cases, an engine that obtains a rotational force by burning fuel (fossil fuel such as gasoline) And is generally called a hybrid electric vehicle (HEV).
한편, 차량에는 엔진을 구동시키는 스타터 모터와 엔진의 회전력을 이용하여 전기를 발전시키는 알터네이터(Alternator)가 구비된다. 이때, 스타터 모터는 차량의 시동 시 운전자의 조작에 의해 이그니션 스위치가 배터리의 전원에 연결되고 이를 통해 스타트 모터에 전원이 공급되어 발생한 구동력이 엔진을 회전시켜 시동이 걸리게 된다.On the other hand, a vehicle is provided with a starter motor for driving the engine and an alternator for generating electric power using the rotational force of the engine. At this time, the ignition switch is connected to the power source of the battery by the operation of the driver at the start of the vehicle, and the power generated by the start motor is supplied to the starter motor to start the engine by rotating the engine.
이에 비해 알터네이터는, 엔진의 구동부에 연결되어 엔진의 구동력을 통해 자기장이 형성된 상태에서 회전자가 회전되어 교류전력이 발생하고, 이를 정류장치 등을 이용하여 배터리를 충전하게 된다.In contrast to this, the alternator is connected to the driving part of the engine, and the rotor is rotated in the state where the magnetic field is formed through the driving force of the engine, so that AC power is generated and the battery is charged using the rectifying device or the like.
이러한 스타터 모터와 알터네이터는 모두 스테이터와 로터의 구조로 구성되어 있어 그 구조가 매우 유사하고, 힘을 가하느냐 전원을 인가하느냐에 따라 발전기로 동작하게 할 수도 있고 모터로 동작하게 할 수도 있다. Both the starter motor and the alternator are structured by a stator and a rotor, and their structures are very similar. The starter motor and the alternator can operate as a generator or a motor depending on whether a power is applied or a power is applied.
최근에는, 하나의 구조로 스타터 모터와 알터네이터의 역할을 수행할 수 있는 벨트 구동형 시동 발전기(Belt Driven Starter Generator, BSG) 구조에 대한 연구가 활발하다.Recently, researches on the structure of a belt-driven starter generator (BSG) capable of acting as a starter motor and an alternator in a single structure are actively conducted.
종래의 마일드 하이브리드 시스템에 적용되는 모터의 경우 센서 자체의 고장 진단에 대한 방법이 없고, 센서의 고장 상태에서 모터를 구동하는 방법이 없다.In the case of a motor applied to a conventional mild hybrid system, there is no method for fault diagnosis of the sensor itself, and there is no way to drive the motor in the fault state of the sensor.
본 발명의 일 실시예는 전류 센서의 고장 시에도 정상 동작을 구현할 수 있는 다상 전동기 제어방법, 그 제어장치 및 이를 포함하는 마일드 하이브리드 시스템을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a multiphase motor control method capable of realizing a normal operation even when a current sensor fails, a control device thereof, and a mild hybrid system including the same.
본 발명의 일 측면에 따르면 복수개의 3상 권선이 서로 독립적으로 결선되어 적어도 두 개의 중성점이 형성되고, 전원 공급부로부터 직류 전력을 공급받아 교류 전력으로 변환하여 상기 다상 전동기에 인가하는 인버터 및 상기 두 개의 중성점과 상기 인버터 사이에 각각 설치되어 상기 복수개의 3상에 흐르는 전류를 검출하는 복수개의 전류센서를 구비하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 복수개의 전류 센서 중 적어도 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 고장 난 전류 센서의 전류 값을 검출하는 다상 전동기의 제어 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an inverter including a plurality of three-phase windings connected independently of each other to form at least two neutral points, a DC power supplied from a power supply unit and converted into AC power to be applied to the polyphase motor, And a plurality of current sensors respectively installed between the neutral point and the inverter to detect a current flowing in the plurality of three phases, wherein the controller includes a current sensor The present invention also provides a control apparatus for a multiphase electric motor which detects a current value of a faulty current sensor based on a current value detected by a current sensor.
이때, 상기 복수개의 3상 권선은 x, y, z의 3상 및 u, v, w의 3상을 포함하고, 상기 복수개의 전류 센서는 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제1 센싱부 및 상기 복수개의 전류 센서는 u, v, w 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제2 센싱부를 포함할 수 있다. The plurality of three-phase windings include three phases of x, y, z and three phases of u, v, w, and the plurality of current sensors include at least two windings of x, y, And a plurality of current sensors may include at least two windings of the u, v and w phases and a second sensing unit in which two current sensors are installed between the inverters. have.
이때, 상기 제어기는 상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 상기 인버터에 입력되는 전압 지령값을 검출하고 이를 통해 고장 난 전류 센서의 전류값을 통해 구할 수 있는 상기 인버터에 입력되는 전압 지령값을 추정할 수 있다. At this time, the controller detects a voltage command value input to the inverter as a current value detected by a normal current sensor when any one of the first sensing unit and the second sensing unit fails, The voltage command value input to the inverter that can be obtained through the current value of the inverter can be estimated.
이때, 상기 제어기는 상기 전류값으로 상기 인버터에 인력되는 전압 지령값을 구하기 위해 d-q축 변환기 및 전류 제어기를 더 포함할 수 있다. In this case, the controller may further include a d-q axis converter and a current controller to obtain a voltage command value applied to the inverter as the current value.
본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 다상 전동기 제어장치를 포함하는 48 V 마일드 하이브리드 시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a 48 V mild hybrid system including the above-described multi-phase motor control apparatus.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수개의 3상 권선이 서로 독립적으로 결선되어 적어도 두 개의 중성점이 형성되고, 상기 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제1 센싱부 및 u, v, w 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제2 센싱부의 고장을 판별하는 단계 및 상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 고장 난 전류 센서의 전류값을 추정하는 단계를 포함하는 다상 전동기의 제어 방법을 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a three-phase motor, wherein a plurality of three-phase windings are connected independently of each other to form at least two neutral points, and at least two windings of the x, y, z phases and two current sensors Determining a failure of the first sensing unit to be installed and at least two of the windings of the u, v, w phases and the second sensing unit in which two current sensors are installed between the inverters, And estimating a current value of the faulty current sensor based on the current value detected by the normal current sensor when any one of the faulty units fails.
이때, 상기 추정하는 단계는 상기 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 좌표계의 3상 변수에 대하여 좌표를 변환하는 단계; 상기 좌표 변환된 3상 변수를 전류 제어기를 통하여 인버터 전압 지령값을 생성하는 단계 및 상기 생성된 인버터 전압 지령 값을 소정의 각도로 변환시켜 고장 난 전류 센서의 인버터 전압 지령 값을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다. At this time, the estimating step includes the steps of: transforming the coordinates of the three-phase variable of the coordinate system to the current value detected by the normal current sensor; Transforming the coordinate-converted three-phase variable into an inverter voltage command value through a current controller, and converting the generated inverter voltage command value into a predetermined angle to estimate an inverter voltage command value of the faulty current sensor .
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수개의 3상 권선이 서로 독립적으로 결선되어 적어도 두 개의 중성점이 형성되고, 상기 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제1 센싱부 및 u, v, w 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제2 센싱부의 고장을 판별하는 단계 및 상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서가 장착된 인버터는 검출된 전류 값으로 인버터 전압 지령값을 생성하여 상기 인버터를 구동시키는 단계 및 상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장 난 경우 고장 난 전류 센서가 장착된 인버터는 비 구동시키는 단계를 포함하는 다상 전동기의 제어 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, a plurality of three-phase windings are connected independently of each other to form at least two neutral points, and at least two windings of the x, y, z phases and two current sensors Determining a failure of the first sensing unit, the second sensing unit having at least two windings of the u, v, w phases and the two current sensors between the inverters, and a step of detecting a failure of the first sensing unit and the second sensing unit, The inverter having the normal current sensor generates the inverter voltage command value with the detected current value to drive the inverter, and when either one of the first sensing unit and the second sensing unit fails And a step of non-driving the inverter equipped with the faulty current sensor.
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어방법, 그 제어장치 및 이를 포함하는 마일드 하이브리드 시스템은 복수개의 3상 권선인 x, y, z의 3상 및 u, v, w의 3상을 포함하고, 복수개의 전류 센서는 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치됨으로써 2개의 전류센서에 고장이 발생하여 2 개의 전류센서만이 사용 가능하게 된 경우라 하더라도, 정상인 2개의 전류센서를 이용하여 하이브리드 기능에 의한 운전이 가능할 수 있다. A multiphase motor control method, a control device thereof, and a mild hybrid system including the same include three phases of x, y, and z, and three phases of u, v, and w, , The plurality of current sensors are provided with at least two windings of the x, y, and z phases and two current sensors provided between the inverters so that a failure occurs in the two current sensors and only two current sensors can be used It is possible to operate by the hybrid function using two normal current sensors.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치를 포함하는 마일드 하이브리드 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 다상 전동기에서 각 상의 좌표를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 전류 파형을 도시한 그래프이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 전류 센서 정상 동작 시 인버터 전압 지령 생성 과정을 나타낸 순서도이고, 도 5(a) 및 도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 u, v 상의 전류 센서 고장 시 인버터 전압 지령 생성 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치 u, v 상의 전류 센서 고장 시 d-q축의 전압 파형을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기의 제어 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기의 제어 장치의 제어 방법의 변형예를 도시한 순서도이다.1 is a schematic view showing a mild hybrid system including a multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing a multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the coordinates of each phase in the multiphase electric motor of the multiphase electric motor control apparatus according to the embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a current waveform of the multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are flow charts illustrating a process of generating an inverter voltage command in the normal operation of the current sensor of the multiphase motor control apparatus according to the embodiment of the present invention. Is a flowchart showing a process of generating an inverter voltage command when a current sensor fails on the u and v phases of the multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing voltage waveforms on the dq axis at the time of failure of the current sensor on the multiphase motor control device u, v according to the embodiment of the present invention.
7 is a flowchart showing a control method of a control apparatus for a polyphase motor according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart showing a modification of the control method of the control apparatus for a polyphase motor according to the embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, where a section such as a layer, a film, an area, a plate, or the like is referred to as being "on" another section, it includes not only the case where it is "directly on" another part but also the case where there is another part in between. On the contrary, where a section such as a layer, a film, an area, a plate, etc. is referred to as being "under" another section, this includes not only the case where the section is "directly underneath"
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치를 포함하는 마일드 하이브리드 시스템을 도시한 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치를 도시한 개략도이다. 1 is a schematic view showing a mild hybrid system including a multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is a schematic view showing a multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)를 포함하는 48 V 마일드 하이브리드 시스템(1)은 상위 제어기(hybrid control unit, HCU(9)), 다상 전동기 제어장치(3), 컨버터(13), 엔진(5), 12 V 배터리(17), 48 V 배터리(15) 및 전장부하(19)를 포함한다.1, a 48 V
한편, 본 발명의 일 실시예에서 벨트 구동형 시동 발전기(Belt Driven Starter Generator, BSG)는 48 V 마일드 하이브리드 시스템(1)으로서 다상 전동기(7)와 엔진(5)이 벨트를 통해 연결된다. Meanwhile, in one embodiment of the present invention, a belt-driven starter generator (BSG) is a 48 V
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기(7)를 포함하는 48 V 마일드 하이브리드 시스템(1)은 차량 주행시에는 인버터(11)를 통해 배터리 직류(DC) 전력이 다상 교류전력으로 변환되어 다상 전동기(7)로 구동력을 제공한다. The 48 V
이와 달리 감속시에는 다상 교류전력을 인버터(11)가 받아 직류전력으로 변환하여 48 V 배터리(15)를 충전하고, 직류-직류 컨버터(DC-DC converter, 13)를 통해 12 V 배터리(17)를 충전하여 전장부하(19)에서 사용되는 전압에 맞게 전기를 공급할 수 있다.In contrast, at the time of deceleration, the
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상위제어기(9)는 각 하위 제어기(미도시)들의 구동, 하이브리드 운전모드 설정 및 차량 전반의 제어를 담당하는 최상위 제어기이다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the
이때, 각 하위 제어기들은 상위제어기(9)를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어, 상호 간에 정보를 주고받을 수 있으며 상위 제어기는 벨트 구동형 시동 발전기에 필요 전력 또는 토크 지령을 생성할 수 있다.At this time, each of the lower controllers is connected to the high-speed CAN communication line around the
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 차량 주행 상태에 따라 연료 소비율을 향상시키기 위하여 엔진(5)에서 발생하는 토크를 보조하고, 감속 시에는 발전을 할 수 있는 다상 전동기(7), 인버터(11) 및 제어기(30)를 포함한다. 2, the multiphase
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 인버터(11)는 x, y, z, u, v, w상을 포함하고, 이들은 서로 병렬로 접속될 수 있다. 이때 인버터(11)는 컨버터(13)로부터 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 다상 전동기(7)로 공급할 수 있다.Referring to FIG. 2, in one embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 일 실시예에서 인버터(11)는 다상 전동기(7)에 의해 발전된 교류전력을 직류전력으로 변환하여 컨버터(13)로 공급할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the
한편, 본 발명의 일 실시예에서 컨버터(13)가 전원 공급 장치로부터 공급받은 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 인버터(11)에 전달하면, 인버터가 컨버터로부터 직류 전원을 공급받아 제어기(30)로부터 오는 스위칭 동작 신호에 따라 스위칭한다. 이때, 토크 지령에 따라 제어기(30)는 인버터(11) 제어를 통해 48 V 배터리(15)를 충전 또는 방전시킬 수 있다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, when the
한편, 본 발명의 일 실시예에서 다상 전동기(7)는 계자 권선형 모터로서 회전자의 전류 제어를 통해 회전자의 자속을 조절할 수 있다. 또한 다상 전동기(7)는 복수개의 3상 권선이 서로 독립적으로 결선되어 적어도 두 개의 중성점이 형성될 수 있다. 이때 다상 전동기(7)는 x, y, z, u, v, w상 코일을 구비하는 6상 교류동기 전동기일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. Meanwhile, in the embodiment of the present invention, the polyphase
한편, 다상 전동기(7)는 x, y, z 상과 연결된 제1 중성점(NP1)과 u, v, w상과 연결된 제2 중성점(NP2)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 중성점(NP1) 및 제2 중성점(NP2)은 서로 독립적으로 분리될 수 있다.The polyphase
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 다상 전동기에서 각 상의 좌표를 나타낸 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 전류 파형을 도시한 그래프이다. 3 is a graph showing the coordinates of each phase in the multiphase electric motor of the multiphase electric motor control apparatus according to the embodiment of the present invention. 4 is a graph showing a current waveform of the multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, x, y, z 상과 u, v, w상의 전압의 위상차는 각각 120도이고, x 상과 u 상, y 상과 v 상 및 z 상과 w 상의 전압의 위상차는 각각 30도일 수 있으나 30도 및 120도 위상차는 구동 모터의 설계 값으로 변경될 수 있다. 3, the phase difference between the voltages on the x, y, and z phases and the voltages on the u, v, and w phases is 120 degrees and the phase difference between the voltages of the x phase and the u phase, the y phase and the v phase, 30 degrees, but the phase difference of 30 degrees and 120 degrees can be changed to the design value of the drive motor.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 전류 센서의 xyz 축, uvw 축의 전류는 30도 위상차를 갖는 사인형태일 수 있다.Also, in an embodiment of the present invention, the currents in the xyz axis and the uvw axis of the current sensor may be sinusoidal with a phase difference of 30 degrees.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 다상 전동기(7)는 30도 비대칭 구조를 갖는 전류 파형을 나타낸다.Referring to FIG. 4, in one embodiment of the present invention, the polyphase
이때 본 발명의 일 실시예에서 Ix, Iy, Iz, Iu, Iv 및 Iz는 하기 식과 같다.Ix, Iy, Iz, Iu, Iv, and Iz in the embodiment of the present invention are expressed by the following equations.
이때, Im은 다상 전동기(7)의 순시 전류이고, ωs는 주파수이고, t는 시간일 수 있다.Im is the instantaneous current of the polyphase
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 다상 전동기(7)의 구동을 위해 전류센서 신호 처리는 독립적인 2개의 중성점인 제1 중성점(NP1) 및 제2 중성점(NP2)을 갖는 다상 전동기의 상 전류 제어를 위해서 전류 센서 4개(31, 33, 35, 37)를 x, y, u, v 상에 배치할 수 있다.2, in one embodiment of the present invention, the current sensor signal processing for driving the multiphase
즉, 2개의 전류 센서(31, 33)는 다상 전동기(7)의 제1 중성점(NP1)과 인버터(11)의 x, y, z 상 중 적어도 2개의 상 사이에 흐르는 전류를 검출하기 위해서 x, y상에 설치될 수 있다. 또한, 2개의 전류 센서(35, 37)는 다상 전동기(7)의 제2 중성점(NP2)과 인버터(11)의 u, v, w 상 중 적어도 2개의 상 사이에 흐르는 전류를 검출하기 위해서 u, v상에 설치될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.That is, the two
본 발명의 일 실시예에서 다상 전동기(7)의 6 상인 x, y, z, u, v, w 각 상에 흐르는 전류를 검출하기 위해 4개의 전류 센서(31, 33, 35, 37)를 사용하게 되는데 이는 4개의 전류 센서를 사용하더라도 하기 식과 같이 3상(x, y, z상 및 u, v, w상)의 전류 합이 항상 0이라는 특성에 의해 정상적인 다상 전동기(7) 제어가 가능하다.In the embodiment of the present invention, four
이때, Ix는 x상의 전류, Iy는 y상의 전류, Iz는 z상의 전류, Iu는 u상의 전류, Iv는 v상의 전류 및 Iw는 w상의 전류이다. 이와 같은 특성에 의해 x, y 상 및 u, v 각각 두 상 즉, 총 4 상에 설치된 전류센서(31, 33, 35, 37)만을 사용하여 z 및 w 상의 전류를 검출할 수 있다.Here, Ix is a current on x phase, Iy is a current on y phase, Iz is current on z phase, Iu is current on u phase, Iv is current on v phase, and Iw is current on w phase. Due to this characteristic, currents of z and w phases can be detected using only the
제어기(30)는 인버터(11)의 스위칭 소자(미도시)를 이용하여 다상 전동기(7)의 다상전압을 공급하고 전압 및 전류를 제어한다. 이때, 회전자의 정확한 위치에 따라서 적절한 인버터(11)의 스위칭이 이루어져 다상 전동기(7)의 발생토크가 균일하게 일정한 값을 가지게 된다.The
한편, 본 발명의 일 실시예에서 제어기(30)는 벡터제어 기법을 기반으로 좌표변환을 이용해 입력되는 각각 3상의 전류 제어 변수(Ixyz 및 Iuvw) 및 다상 전동기(7)의 회전 속도에 따른 센서신호(θ)를 입력받아 d-q축 변환기를 통해 d-q축 전류 신호로 변환시키고 전류 제어기(미도시)를 이용하여 d-q축 전압신호로 변환되며 3상 제어 변환기를 통해 각각 3상의 전압 제어변수(Vxyz 및 Vuvw)를 생성할 수 있다. Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 전류 센서(31, 33, 35, 37)의 고장이 없을 시 각 상(x, y, z, u, v, w상)의 전류를 검출하는 4개의 전류센서가 모두 정상 동작하면, 제어기(30)는 통상의 다상 전동기 제어를 수행하여 하이브리드 기능이 정상 동작될 수 있다.The multiphase
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 전류 센서 정상 동작 시 인버터 전압 지령 생성 과정을 나타낸 순서도이고, 도 5(a) 및 도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 u, v 상의 전류 센서 고장 시 인버터 전압 지령 생성 과정을 나타낸 순서도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치 u, v 상의 전류 센서 고장 시 dq축의 전압 파형을 도시한 그래프이다.5A and 5B are flow charts illustrating a process of generating an inverter voltage command in the normal operation of the current sensor of the multiphase motor control apparatus according to the embodiment of the present invention. Is a flowchart showing a process of generating an inverter voltage command when a current sensor fails on the u and v phases of the multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention. 6 is a graph showing voltage waveforms on the dq axis at the time of failure of the current sensor on the multiphase motor control device u, v according to the embodiment of the present invention.
도 5(a)를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 전류 센서(31, 33, 35, 37)가 고장이 없을 시에는 x, y상의 전류를 측정하여 xyz 좌표계의 3상 변수에 대하여 좌표변환과 전류 제어기를 통하여 xyz 축 인버터 전압 지령(Vxyz)을 생성할 수 있다. 5 (a), the multiphase
또한, 도 5(b)를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 u, v 상의 전류를 측정하여 uvw 좌표계의 3상 변수에 대하여 좌표 변환과 전류 제어기를 통하여 uvw 축 인버터 전압 지령(Vuvw)을 생성할 수 있다.5 (b), in the embodiment of the present invention, the currents of the u and v phases are measured and the uvw axis inverter voltage command (Vuvw) is obtained through the coordinate conversion and the current controller for the three-phase variable of the uvw coordinate system Can be generated.
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 4개의 전류센서(31, 33, 35, 37) 중 u, v 상에 연결된 전류 센서(35, 37)가 모두 고장이어서 전류 검출 및 다상 전동기(7) 제어가 불가한 경우에도 하이브리드 기능에 의한 운전이 가능할 수 있다. The multiphase
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 4개의 전류센서(31, 33, 35, 37) 중 2개의 전류센서(35, 37)가 고장으로 판별되면, 상 전환 운전이 수행되며, 이때 전류센서의 고장이 발생한 상의 전류 값을 나머지 정상의 전류센서로부터 검출된 다른 두 상의 전류값으로부터 추정할 수 있다.When the two
따라서, 정상의 전류센서(31, 33)에 의해 검출된 x, y 상의 전류 값과 그로부터 추정된 u, v 상의 전류값을 입력으로 하는 다상 전동기(7) 제어가 수행됨으로써 정상적인 운전이 이루어지게 된다.Therefore, the normal operation is performed by controlling the
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 2개의 전류 센서인 x, y 상의 전류 센서(31, 33)는 정상작동하고, 2개의 전류 센서인 u, v 상의 전류 센서(35, 37)에서 고장이 발생하면 x, y상의 전류를 측정하여 xyz 좌표계의 3상 변수(Ixyz)에 대하여 좌표변환과 전류 제어기를 통하여 xyz 축 인버터 전압 지령값(Vxyz)을 구할 수 있다. In the multiphase
도 5(c)를 참고하면, 이때, u, v 상의 전류 센서의 고장 발생 시 다상 전동기(7)의 전류 제어를 위해 x, y, z상의 인버터 전압 지령값(Vxyz)을 이용하여 uvw 축 인버터 전압 지령값(V'uvw)으로 추정할 수 있다.5 (c), when the current sensor of the u and v phases fails, the inverter voltage command value Vxyz on the x, y, z phase is used to control the current of the
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 xyz 좌표계의 3상 변수(Ixyz)에 대하여 좌표변환과 전류 제어기를 통하여 생성된 d-q축 정지 좌표계의 인버터 전압 지령값(Vdq1 s)을 30도 변환시킨 값을 u, v 상에 대한 d-q축 정지 좌표계의 전압 지령 추정값(V'dq2 s)으로 정의하고, 이 값을 3상 좌표계로 변환하여 uvw축 좌표계의 3상 전압 지령값(V'uvw)을 구할 수 있다.6, in the embodiment of the present invention, the inverter voltage command value (Vdq 1 s ) of the dq axis stop coordinate system generated through the coordinate conversion and the current controller for the three-phase variable Ixyz in the xyz coordinate system is set to 30 degrees The converted value is defined as the voltage command estimation value (V'dq 2 s ) of the dq axis stop coordinate system for the u and v phases, and this value is converted into the three-phase coordinate system, and the three-phase voltage command value V ' uvw) can be obtained.
본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 정상인 전류센서(31, 33)에 의해 검출된 전류값을 이용한 전압 지령 값으로 전류 센서고장으로 검출이 불가능한 u, v 상의 전압 값을 추정하고, 이 추정된 2개 상의 전압값과 정상의 전류센서에 의해 검출된 나머지 2개 상의 전압값을 이용하여 림프홈 모드 운전을 위한 다상 전동기 제어를 수행할 수 있다. The multiphase
즉 전류 센서 고장으로 0 의 출력을 가질 시에는 배터리 충전 불가로 인해서 시간 소요 시 고전압/ 저전압 배터리의 방전결과로 이어지지만 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 부분 출력을 발생시켜 림프홈 모드 운전이 가능하다.That is, when the current sensor fails, the output of the high voltage / low voltage battery results in the discharge of the battery due to the failure of charging the battery. However, the multiphase
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치의 변형예는 u, v 상의 전류 센서(35, 37) 고장 발생시 정상적으로 동작하는 전류 센서(31, 33)가 장착된 xyz축 인버터 전압 지령값(Vxyz)만을 인버터(11)에 입력하고, 비 정상적으로 동작하는 전류 센서가 장착된 uvw 축 인버터는 스위칭 소자를 비 구동시킬 수 있다.Meanwhile, a variant of the multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention is a variation of the multiphase motor control apparatus according to the embodiment of the present invention, in which the
이때 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기의 제어방법은 x, y, z, u, v, w 상 모두 구동시키지 않고서도 하이브리드 기능에 의한 운전이 가능할 수 있다. At this time, the control method of the multiphase electric motor according to the embodiment of the present invention can be operated by the hybrid function without driving all of the phases x, y, z, u, v, w.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기의 제어 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이다. 7 is a flowchart showing a control method of a control apparatus for a polyphase motor according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어 장치의 제어 방법은 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제1 센싱부 및 u, v, w 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제2 센싱부의 고장을 판별하는 단계(S10) 및 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장난 경우 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 고장난 전류 센서의 전류값 추정단계(S20)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, a method of controlling a multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention includes a first sensing unit in which at least two windings of x, y, and z phases and two current sensors are installed between the inverters, and u a step (S10) of discriminating a fault of at least two windings of the windings, v and w phases and a second sensing part in which two current sensors are installed between the inverters, and a step of determining whether any one of the first sensing part and the second sensing part (Step S20) of estimating the current value of the failed current sensor with the current value detected by the normal current sensor.
본 발명의 일 실시예에서 추정 단계(S20)는 상기 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 좌표계의 3상 변수에 대하여 좌표 변환 단계(S21), 좌표 변환된 3상 변수를 전류 제어기를 통하여 인버터 전압 지령값을 생성 단계(S23) 및 상기 생성된 인버터 전압 지령 값을 소정의 각도로 변환시켜 고장난 전류 센서의 인버터 전압 지령 값을 추정하는 변환 단계(S25)를 더 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the estimating step S20 includes a coordinate transformation step S21 for the three-phase variable of the coordinate system as a current value detected by the normal current sensor, a three- A voltage command value generating step (S23), and a converting step (S25) of converting the generated inverter voltage command value into a predetermined angle to estimate an inverter voltage command value of the faulty current sensor.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기의 제어 장치의 제어 방법의 변형예를 도시한 순서도이다.8 is a flowchart showing a modification of the control method of the control apparatus for a polyphase motor according to the embodiment of the present invention.
도 8을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어 장치의 제어 방법의 변형예는 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제1 센싱부 및 상기 u, v, w 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제2 센싱부의 고장을 판별하는 단계(S110), 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장난 경우 정상인 전류 센서가 장착된 인버터는 검출된 전류 값으로 인버터 전압 지령값을 생성하여 상기 인버터를 구동시키는 단계(S120) 및 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장난 경우 고장난 전류 센서가 장착된 인버터는 비 구동시키는 단계(S130)를 포함할 수 있다.8, a variation of the method for controlling a multiphase motor control apparatus according to an embodiment of the present invention includes at least two windings of x, y, and z phases and a first current sensor (S110) of detecting a failure of a sensing unit and at least two windings of the u, v, w phases and a second sensing unit provided with two current sensors between the inverters, a first sensing unit and a second sensing unit The inverter having the normal current sensor generates the inverter voltage command value with the detected current value to drive the inverter (S120), and the step of selecting either one of the first sensing unit and the second sensing unit In case of failure, the inverter equipped with the failed current sensor may include a step of not driving (S130).
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기의 제어 방법은 정상인 인버터 만을 구동시킴으로써 50 % 출력 성능을 갖는 다상 전동기를 구동시킬 수 있다. 즉 전류 센서 고장으로 0 의 출력을 가질 시에는 배터리 충전 불가로 인해서 시간 소요 시 고전압/ 저전압 배터리의 방전결과로 이어지지만 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 전동기 제어장치(3)는 부분 출력을 발생시켜 림프홈 모드 운전이 가능하다.At this time, the method of controlling a multiphase motor according to an embodiment of the present invention can drive a multiphase motor having a 50% output performance by driving only a normal inverter. That is, when the current sensor fails, the output of the high voltage / low voltage battery results in the discharge of the battery due to the failure of charging the battery. However, the multiphase
본 발명의 일 실시예에서 3상에 대한 좌표 변환 및 전압 지령 생성 방법은 일반적인 방법으로 생략한다.In one embodiment of the present invention, the coordinate transformation and the voltage command generation method for three phases are omitted in a general method.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
1 : 48 V 마일드 하이브리드 시스템
3 : 다상 전동기 제어장치
5 : 엔진
7 : 다상 전동기
9 : 상위제어기
11: 인버터
13 : 컨버터
15 : 48 V 배터리
17 : 12 V 배터리
19 : 전장부하
30 : 제어기
1: 48 V mild hybrid system 3: Multiphase motor control device
5: Engine 7: Multiphase motor
9: host controller 11: inverter
13: Converter 15: 48 V battery
17: 12 V battery 19: electric field load
30: Controller
Claims (8)
전원 공급부로부터 직류 전력을 공급받아 교류 전력으로 변환하여 상기 다상 전동기에 인가하는 인버터 및
상기 두 개의 중성점과 상기 인버터 사이에 각각 설치되어 상기 복수개의 3상에 흐르는 전류를 검출하는 복수개의 전류센서를 구비하는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 복수개의 전류 센서 중 적어도 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 고장 난 전류 센서의 전류 값을 검출하는 다상 전동기의 제어 장치.A control device for a polyphase electric motor in which a plurality of three-phase windings are connected to each other independently to form at least two neutral points,
An inverter that receives DC power from a power supply unit and converts the AC power into AC power and applies the AC power to the polyphase motor;
And a plurality of current sensors provided between the two neutral points and the inverter to detect a current flowing in the plurality of three phases,
Wherein the controller detects a current value of the faulty current sensor based on a current value detected by a normal current sensor when at least one of the plurality of current sensors fails.
상기 복수개의 3상 권선은 x, y, z의 3상 및 u, v, w의 3상을 포함하고,
상기 복수개의 전류 센서는 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제1 센싱부 및
상기 복수개의 전류 센서는 u, v, w 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제2 센싱부를 포함하는 다상 전동기의 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of three-phase windings includes three phases of x, y, z and three phases of u, v, w,
The plurality of current sensors may include a first sensing unit having at least two windings of x, y, and z phases and two current sensors provided between the inverters,
Wherein the plurality of current sensors include at least two windings of u, v, and w phases and a second sensing unit in which two current sensors are provided between the inverters.
상기 제어기는 상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 상기 인버터에 입력되는 전압 지령값을 검출하고 이를 통해 고장 난 전류 센서의 전류값을 통해 구할 수 있는 상기 인버터에 입력되는 전압 지령값을 추정하는 다상 전동기 제어장치.3. The method of claim 2,
The controller detects a voltage command value input to the inverter as a current value detected by a normal current sensor when any one of the first sensing unit and the second sensing unit fails, And estimates a voltage command value to be input to the inverter that can be obtained through the value of the voltage command value.
상기 제어기는 상기 전류값으로 상기 인버터에 인력되는 전압 지령값을 구하기 위해 d-q축 변환기 및 전류 제어기를 더 포함하는 다상 전동기 제어장치.The method of claim 3,
Wherein the controller further includes a dq axis converter and a current controller to obtain a voltage command value to be applied to the inverter as the current value.
상기 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제1 센싱부 및 u, v, w 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제2 센싱부의 고장을 판별하는 단계 및
상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 고장 난 전류 센서의 전류값을 추정하는 단계를 포함하는 다상 전동기의 제어 방법.A method for controlling a polyphase electric motor in which a plurality of three-phase windings are connected to each other independently to form at least two neutral points,
At least two windings of the x, y, and z phases and a first sensing portion in which two current sensors are provided between the inverters, and at least two windings of u, v, w phases and two current sensors Determining a failure of the second sensing unit to be installed; and
And estimating a current value of the faulty current sensor based on the current value detected by the normal current sensor when any one of the first sensing unit and the second sensing unit fails.
상기 추정하는 단계는
상기 정상인 전류 센서에 의해 검출된 전류 값으로 좌표계의 3상 변수에 대하여 좌표를 변환하는 단계;
상기 좌표 변환된 3상 변수를 전류 제어기를 통하여 인버터 전압 지령값을 생성하는 단계 및
상기 생성된 인버터 전압 지령 값을 소정의 각도로 변환시켜 고장 난 전류 센서의 인버터 전압 지령 값을 추정하는 단계를 더 포함하는 다상 전동기 제어 방법.The method according to claim 6,
The estimating step
Transforming the coordinates of the three-phase variable of the coordinate system into the current value detected by the normal current sensor;
Converting the coordinate-converted three-phase variable into an inverter voltage command value through a current controller; and
And estimating an inverter voltage command value of the faulty current sensor by converting the generated inverter voltage command value into a predetermined angle.
상기 x, y, z 상 중 적어도 2개의 권선 및 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제1 센싱부 및 u, v, w 상 중 적어도 2개의 권선 상기 인버터 사이에 2개의 전류 센서가 설치되는 제2 센싱부의 고장을 판별하는 단계 및
상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장 난 경우 정상인 전류 센서가 장착된 인버터는 검출된 전류 값으로 인버터 전압 지령값을 생성하여 상기 인버터를 구동시키는 단계 및
상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 중 어느 하나가 고장 난 경우 고장 난 전류 센서가 장착된 인버터는 비 구동시키는 단계를 포함하는 다상 전동기의 제어 방법.
A method for controlling a polyphase electric motor in which a plurality of three-phase windings are connected to each other independently to form at least two neutral points,
At least two windings of the x, y and z phases and at least two windings of a u, v, w phase in which two current sensors are installed between the inverters and two current sensors are installed between the inverters Determining a failure of the second sensing unit;
The inverter having the normal current sensor when the first sensing unit or the second sensing unit fails may generate the inverter voltage command value using the detected current value to drive the inverter;
And when the failure occurs in any one of the first sensing unit and the second sensing unit, disabling the inverter equipped with the faulty current sensor.
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Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20160728 |
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