KR20200077009A - 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로 - Google Patents

전동식 조향 장치의 모터 구동 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로는, 차량의 조향력을 보조하는 보조 조향력을 생성하는 모터; 상기 모터를 제어하는 인버터; 상기 인버터에 직류 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부가 역접속되었을 때, 상기 인버터로의 전류의 흐름을 차단하는 스위칭부; 및 상기 전원 공급부가 역접속되었을 때, 상기 스위칭부의 턴온(turn-on)을 방지하여 상기 스위칭부의 소손을 방지하는 소손 방지부; 를 포함한다.

Description

전동식 조향 장치의 모터 구동 회로{DRIVING CIRCUIT FOR MOTOR OF ELECTRIC POWER STEERING APPARATUS}
본 발명은 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 직류 전원을 입력 전압으로 하여 구동되는 전동식 조향 장치의 모터를 구동하는 회로에 관한 것이다.
전동식 조향 장치(Electric Power Steering, EPS)는 운전자에 의해 조작되는 조향휠을 통해 생성되는 조향력을 모터에 의해 생성되는 보조 조향력을 통해 보조하여 준다. 모터는 전자제어유닛에 의해 제어될 수 있는데, 전자제어유닛은 조향휠과 연결된 조향축에 마련된 각종 센서를 통해 토크, 회전 각도 등을 산출한 뒤 차량의 속도 등을 고려하여 적절한 보조 조향력이 생성되도록 모터를 제어할 수 있다. 전동식 조향 장치는 기존 유압식 동력 보조 장치에 비해 성능도 우수할 뿐만 아니라 부품수 감소 및 경량화를 통한 연비개선의 효과가 있어 오늘날 많은 차량에 사용되고 있다.
전동식 조향 장치에서 보조 조향력을 생성하는 모터의 전원으로는 차량의 12V 배터리가 사용될 수 있다. 즉, 모터는 직류 전원과 연결되어 구동될 수 있다. 그런데 차량의 정비 또는 제작 과정에서 잘못된 하네스 결합 등으로 인해 모터에 연결되는 직류 전원의 역접속이 발생할 수 있다.
모터 구동 회로는 이와 같은 전원의 역접속 발생 시 모터를 보호하기 위하여 역접속 시 모터로의 전류 흐름을 차단하는 스위칭부를 포함할 수 있다. 그러나 전원이 역접속된 상태에서 조향휠의 회전이 이루어질 경우 모터가 강제적으로 회전하게 되고, 이로 인하여 역기전력이 발생하게 된다. 이때, 역기전력으로 인한 전류가 스위칭부로 유입되며 스위칭부가 소손된 위험이 존재한다. 따라서 전원의 역접속 시 전류의 차단 뿐만 아니라 역기전력 발생 시 소자의 보호도 가능한 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로의 개발이 요구되고 있다.
공개특허 10-2013-0044737 "전동식 동력 조향장치의 모터 구동회로", 2013. 05. 03
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 조향력 보조를 위해 보조 조향력을 생성하는 모터가 전원 공급부에 역접속되고, 모터에 의한 역기전력이 발생하는 경우에도 소자의 소손을 방지하는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 차량의 조향력을 보조하는 보조 조향력을 생성하는 모터가 전원 공급부에 역접속된 경우 전원의 공급을 효과적으로 차단하는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량의 조향력을 보조하는 보조 조향력을 생성하는 모터; 상기 모터를 제어하는 인버터; 상기 인버터에 직류 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부가 역접속되었을 때, 상기 인버터로의 전류의 흐름을 차단하는 스위칭부; 및 상기 전원 공급부가 역접속되었을 때, 상기 스위칭부의 턴온(turn-on)을 방지하여 상기 스위칭부의 소손을 방지하는 소손 방지부; 를 포함하는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로가 제공된다.
이때, 상기 소손 방지부는 상기 전원 공급부가 역접속되었을 때, 턴온되어 전류의 흐름을 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 소손 방지부는 상기 전원 공급부의 역접속된 양의 단자와 접속하는 베이스와, 상기 모터에 의한 역기전력을 입력받는 콜렉터 및 상기 전원 공급부의 역접속된 음의 단자와 접속하는 에미터를 포함하는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 MOS-FET을 포함하며, 상기 콜렉터는 상기 모터와 상기 MOS-FET의 게이트 사이에 접속될 수 있다.
또한, 상기 전원 공급부가 역접속되고, 상기 모터에 의한 역기전력이 발생 시 상기 역기전력에 의해 발생된 전류는 상기 콜렉터를 통해 상기 에미터로 흘러감으로써 상기 스위칭부로의 전류 유입이 방지될 수 있다.
또한, 상기 전원 공급부와 상기 인버터 사이에 배치되어 급격한 입력 전압 변화를 방지하는 커패시터부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 조향력 보조를 위해 보조 조향력을 생성하는 모터가 전원 공급부에 역접속된 경우 스위칭부를 통해 모터로의 전원 공급을 효과적으로 차단함으로써 모터 구동 회로를 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 조향력 보조를 위해 보조 조향력을 생성하는 모터가 전원 공급부에 역접속되고, 모터에 의한 역기전력이 발생하는 경우에도 스위칭부의 불완전한 턴온(turn-on)을 방지하는 소손 방지부를 통해 스위칭부의 소손을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
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. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
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, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로의 구성도가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로는 차량의 조향에 있어서 보조 조향력을 생성하는 모터를 구동하기 위한 회로이다.
전동식 조향 장치에서 보조 조향력을 생성하는 모터의 전원으로는 차량의 12V 배터리와 같은 직류 전원이 사용될 수 있는데, 차량의 정비 또는 제작 과정에서 잘못된 하네스 결합 등으로 인해 모터에 연결되는 직류 전원의 역접속이 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로는 이와 같은 상황에서 스위칭부를 통해 모터로의 전원 유입을 차단하여 줄 뿐만 아니라 더 나아가 모터에서 역기전력이 발생하는 경우 역기전 전류로 인한 스위칭부의 소손도 효과적으로 방지하여 준다.
즉, 본 발명은 전원의 역접속 시 회로의 보호가 안정적으로 이루어지는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 조향력 보조를 위해 보조 조향력을 생성하는 모터가 전원 공급부에 역접속된 상태에서 모터에 의한 역기전력이 발생하는 경우에도 소자의 소손이 효과적으로 방지되는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로가 제공된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로는 모터(10), 인버터(20), 전원 공급부(30), 커패시터부(40), 스위칭부(50) 및 소손 방지부(60)를 포함한다.
모터(10)는 차량의 조향력을 보조하는 보조 조향력을 생성한다. 모터(10)는 삼상 모터로 이루어질 수 있으며, 모터(10)로의 전원 공급 제어는 인버터(20)에 의해 이루어질 수 있다.
인버터(20)는 모터(10)를 제어한다. 인버터(20)는 직류 전원을 공급받아 모터(10)를 구동할 수 있다. 인버터(20)는 전자제어유닛(미도시)에 의해 제어될 수 있으며, 전자제어유닛은 조향휠과 연결된 조향축에 마련된 각종 센서를 통해 토크, 회전 각도 등을 산출한 뒤 차량의 속도 등을 고려하여 적절한 보조 조향력이 모터(10)에 의해 생성되도록 인버터(20)를 제어할 수 있다.
전원 공급부(30)는 인버터(20)에 직류 전원을 공급한다. 전원 공급부(30)는 차량에 설치된 배터리가 될 수 있다. 더욱 구체적으로, 전원 공급부(30)는 차량에 설치된 저전압 배터리 예를 들면, 12V 배터리가 될 수 있다.
커패시터부(40)는 전원 공급부(30)에서 인버터(20)로의 전원 공급 시 급격한 입력 전압의 변화를 방지하여 준다. 커패시터부(40)는 전원 공급부(30)와 인버터(20) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 커패시터부(40)는 링크 커패시터(link capacitor)를 포함할 수 있다. 커패시터부(40)로 인하여 인버터(20)로의 전원 공급이 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.
스위칭부(50)는 전원 공급부(30)가 역접속되었을 때, 인버터(20)로의 전류의 흐름을 차단한다. 스위칭부(50)는 인버터(20)와 전원 공급부(30) 사이에 배치되어 역기전력에 의한 전류가 모터(10)에서 전원 공급부(30)로 흐르는 것을 차단하여 준다. 구체적으로, 스위칭부(50)는 모터(10)에서 전원 공급부(30)로의 전류를 차단하는 다이오드를 포함할 수 있다. 또한 스위칭부(50)는 게이트가 인버터(20)와 전원 공급부(30) 사이에 접속된 MOS-FET 등의 소자를 포함할 수 있다.
소손 방지부(60)는 전원 공급부(30)가 역접속되었을 때, 스위칭부(50)의 턴온(turn-on)을 방지하여 스위칭부(50)의 소손을 방지한다. 소손 방지부(60)는 인버터(20) 및 전원 공급부(30) 사이에 배치되어, 스위칭부(40)로 역기전 전류가 유입되는 것을 방지하여 준다.
소손 방지부(60)는 전원 공급부(30)가 역접속되었을 때, 턴온되어 전류의 흐름을 형성시킬 수 있다. 구체적으로, 소손 방지부(60)는 역접속된 전원 공급부(30)의 양의 단자에서 음의 단자 측으로 전류의 흐름을 형성시켜 전류가 인버터(20) 측으로 흘러가지 않도록 할 수 있다.
더욱 상세하게, 소손 방지부(60)는 전원 공급부(30)의 역접속된 양의 단자와 접속하는 베이스와, 모터(10)에 의한 역기전력을 입력받는 콜렉터 및 전원 공급부(30)의 역접속된 음의 단자와 접속하는 에미터를 포함하는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 작동 상태를 나타낸 도면이 나타나 있다. 도 2를 참조하면, 전원 공급부(30)가 역접속되고, 모터(10)에 의한 역기전력이 발생한 경우 역기전력에 의해 발생된 전류는 상기 콜렉터를 통해 상기 에미터로 흘러감으로써 스위칭부(50)로의 전류 유입이 방지되는 것을 확인할 수 있다.
이때, 상기 콜렉터는 모터(10)와 스위칭부(50)의 MOS-FET의 게이트 사이에 접속되어 있는데, 모터(10)의 역기전력에 의해 발생된 전류는 스위칭부(50)의 MOS-FET의 게이트에 도달하기 전에 상기 콜렉터를 통해 상기 에미터로 유출되어 역접속된 전원 공급부(30)의 음의 단자로 흘러가게 된다. 이와 같이 소손 방지부(60)는 상기 MOS-FET의 게이트 전압을 음의 단자와 연결함으로써 MOS-FET을 포함하는 스위칭부(50)의 불완전한 턴온 및 이로 인한 스위칭부(50)의 소손을 방지하여 준다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터(10)가 전원 공급부(30)에 역접속된 경우 스위칭부(50)를 통해 인버터(20)로의 전원 공급이 효과적으로 차단될 수 있으며, 더 나아가 모터(10)에 의한 역기전력이 발생한 경우에도 소손 방지부(60)를 통해 스위칭부(50)의 턴온 및 스위칭부(50)로의 전원 유입으로 인한 소손도 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 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.
10: 모터
20: 인버터
30: 전원 공급부
40: 커패시터부
50: 스위칭부
60: 소손 방지부

Claims (6)

  1. 차량의 조향력을 보조하는 보조 조향력을 생성하는 모터;
    상기 모터를 제어하는 인버터;
    상기 인버터에 직류 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부가 역접속되었을 때, 상기 인버터로의 전류의 흐름을 차단하는 스위칭부; 및
    상기 전원 공급부가 역접속되었을 때, 상기 스위칭부의 턴온(turn-on)을 방지하여 상기 스위칭부의 소손을 방지하는 소손 방지부; 를 포함하는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 소손 방지부는 상기 전원 공급부가 역접속되었을 때, 턴온되어 전류의 흐름을 형성시키는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 소손 방지부는 상기 전원 공급부의 역접속된 양의 단자와 접속하는 베이스와, 상기 모터에 의한 역기전력을 입력받는 콜렉터 및 상기 전원 공급부의 역접속된 음의 단자와 접속하는 에미터를 포함하는 트랜지스터를 포함하는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 MOS-FET을 포함하며, 상기 콜렉터는 상기 모터와 상기 MOS-FET의 게이트 사이에 접속되는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 전원 공급부가 역접속되고, 상기 모터에 의한 역기전력이 발생 시 상기 역기전력에 의해 발생된 전류는 상기 콜렉터를 통해 상기 에미터로 흘러감으로써 상기 스위칭부로의 전류 유입이 방지되는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전원 공급부와 상기 인버터 사이에 배치되어 급격한 입력 전압 변화를 방지하는 커패시터부를 더 포함하는 전동식 조향 장치의 모터 구동 회로.
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