KR0155781B1

KR0155781B1 - 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 기동 회로 보호 장치 및 방법

Info

Publication number: KR0155781B1
Application number: KR1019940032567A
Authority: KR
Inventors: 이건빈
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1999-03-20
Also published as: JPH08223981A; KR960027219A

Abstract

본 발명은 냉장고용 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서(DC brushless motor)의 기동 회로 보호 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 직류 브러쉬리스 컴프레서가 온도 사이클에 의하여 온/오프를 반복할 때 초기에 컴프레서가 온 될 경우 냉장고의 압력에 의한 부하 때문에 생기는 직류 브러쉬리스 모터의 코일에 흐르는 과도한 전류를 제어하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 장치 및 방법은 교류 컴프레서와 같이 컴프레서의 내부의 보조 코일을 이용하는 것이 아니라 회로 기판 상에 릴레이와 직류 브러쉬리스 모터 코일과 직렬 연결 가능하도록 저항기를 마련하고, 이 저항기를 직렬 연결하기 위한 릴레이를 마련하여, 초기 구동시 큰 전류가 유입될 때 직류 브러쉬리스 모터의 코일에 상기 저항기를 직렬로 연결하는 2가지 방법으로, 저항기에서 컴프레서 기동시에 모터 코일에 흐르는 과도한 전류를 억제하여 기동의 안정화 및 스위칭 소자의 파괴, 영구 자석의 탈자 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 기동 회로 보호 장치 및 방법

제1도는 본 발명에 따른 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 기동 회로도이고,

제2도는 제1도의 초기 기동저항 제어부의 초기 기동저항 제어를 모터의 분당 회전수(RPM)로 제어하는 방법의 순서도이고,

제3도는 제1도의 초기 기동저항 제어부의 초기 기동저항 제어를 모터(컴프레서)의 구동 시간으로 제어하는 방법의 순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제어부 2 : 리세트부

3 : 수정 발진부 4 : 제1전원부

5 : 제2전원부 6 : 제3전원부

8 : 홀센서 9 : 초기 기동저항 제어부

10 : 스위치부 11 : 도어 스위치부

12 : 온도 감지부 13 : 트랜스

14 : 모터 구동부(온/오프 제어 및 회전수 제어)

본 발명은 냉장고용 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서(DC brushless motor)의 기동 회로 보호 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 직류 브러쉬리스 컴프레서가 온도 사이클에 의하여 온/오프를 반복할 때 초기에 컴프레서가 온 될 경우 냉장고의 압력에 의한 부하 때문에 생기는 직류 브러쉬리스 모터의 코일에 흐르는 과도한 전류를 제어하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 기동 회로 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 교류 컴프레서는 모터의 코일이 메인코일과 서브코일로 구성되어 있어 기동시에만 서브 코일을 동시에 기동시켜 전류를 서브코일과 메인코일에 동시에 흐르도록하여 기동을 안정화시켰다.

이와 같이 교류 컴프레서는 내부에 서브코일을 부가하였고 기동 콘덴서, 운전 콘덴서, PTC(positive thermal coefficient)릴레이 등이 있어 컴프레서의 내부 용적이 불필요하게 커졌고 또한 운전 콘덴서와 기동 콘덴서가 부가되어 있어 냉장고에 있어서 공간을 불필요하게 많이 차지하여 효율이 저하되었다.

또한 DC 브러쉬리스 모터 컴프레서는 냉장실 또는 냉동실 내의 온도 사이클에 의하여 온/오프를 반복할 때 초기에 컴프레서가 온 될 경우 냉장고의 압력에 의하여 부하가 매우 커지므로 직류 브러쉬리스 모터 코일에 과도한 전류가 발생되어 흐르므로 모터의 영구 자석의 탈자 및 모터 구동부의 스위칭 소자의 파괴 우려가 많고 또한 컴프레서의 기동불량(정회전/역회전 반복현상)과 90도 역회전 후 정회전을 하는 현상이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 컴프레서의 초기 구동시 코일에 인가되는 전류를 억제하여 모터 영구자석의 탈자 및 모터 구동부의 스위칭 소자의 파괴를 방지하고 컴프레서의 기동불량과 90도 역회전 후 정회전을 하는 현상을 방지하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 기동 회로 보호 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 기동 회로는,

직류 브러쉬리스 모터;

상기 직류 브러쉬리스 모터 초기 구동시 영구 자석의 위치를 판별하는 홀센서;

상기 직류 브러쉬리스 모터를 온/오프 제어 및 회전 속도 제어하는 브러쉬리스 모터 구동 수단;

상기 직류 브러쉬리스 모터의 초기 기동시 코일에 발생하는 큰 전류를 억제하여 기동의 안정화 및 스위칭 소자의 파괴, 영구 자석의 탈자를 방지하는 초기 기동 저항 제어 수단;

고냉동, 순환팬, 제상 히터, 탈취기, 댐퍼의 구동을 위한 제1스위치제어 수단;

냉동실, 냉장실의 도어 온/오프 제2스위치 제어 수단;

냉동, 냉장실의 온도 감지 수단;

그리고 상기 홀센서 감지 수단, 상기 브러쉬리스 모터 구동 수단, 상기 제1스위치 제어 수단, 상기 제2스위치 제어 수단, 상기 온도 감지 수단, 상기 초기 기동 저항 제어 수단을 제어하는 제어 수단;을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 초기 기동 저항 제어 수단은 상기 브러쉬리스 모터의 코일에 직렬로 연결 가능한 소정의 저항값을 갖는 일측 단자가 접지된 기동 저항기와 이 기동 저항기를 상기 코일에 직렬로 연결하여 주는 스위칭 수단을 구비하여 된 것이 바람직하며,

상기 스위칭 수단은 상기 제어 수단에 의해 제어되는 릴레이 스위치로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 구조의 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 방법은,

직류 브러쉬리스 모터, 홀센서 감지 수단, 상기 브러쉬리스 모터 구동 수단, 그리고 제어 수단을 구비한 직류 브러쉬리스 모터 구동 회로에 있어서,

기동 저항기와 이를 상기 직류 브러쉬리스 모터의 코일에 직렬로 연결하기 위한 스위칭 수단을 가지는 초기 기동저항 제어 수단을 구비하고,

상기 스위칭 수단을 온 상태로하여 상기 기동 저항기를 상기 브러쉬리스 모터 코일에 직렬로 연결하는 단계;

상기 직류 브러쉬리스 모터를 온시켜 컴프레서를 기동시키는 단계;

상기 컴프레서의 상기 직류 브러쉬리스 모터의 분당 회전수를 카운트하는 단계;

상기 분당 회전수가 소정의 회수 이상일 경우 상기 스위칭 수단을 오프하여 상기 브러쉬리스 모터 코일을 접지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 수단은 릴레이로 이루어진 것이 바람직하다.

상기와 같은 구조의 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 또다른 기동 방법은,

상기 직류 브러쉬리스 모터의 온 시간을 카운트하는 단계;

상기 온 시간이 소정의 시간 이상이면 상기 스위칭 수단을 오프하여 상기 브러쉬리스 모터 코일을 접지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 기동 회로 및 방법을 설명한다.

제1도는 브러쉬리스 모터를 제어하는 마이크로프로세서와 전원부를 포함하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서를 구동하는 구동회로의 회로도이다. 이 도면을 참조하면서 본 발명의 기동 회로를 상세히 설명한다.

마이크로프로세서의 프로그램으로 구성된 제어부(1)는 직류 브러쉬리스 모터의 온/오프 제어 및 rpm조절 그리고 전류 감지에 의한 컴프레서 제어 기능, 초기 기동 저항 제어부 및 기타 냉장고의 각 기능을 감지하고, 제어하는 프로그램이 내장된다.

제어부(1)를 구성하는 마이크로프로세서는 자체 프로그램 구동에 필요한 리세트부(2)와 수정 발진부(3)로 구성되어 있다. 리세트부(2)는 마이크로프로세서가 내장된 프로그램에 따른 동작을 완료하거나 내장된 프로그램을 벗어난 상태일 때 시작의 상태로 되돌려 주며, 수정 발진부(3)는 마이크로프로세서가 정상 작동될 수 있도록 하는 기본 클럭을 제공한다.

전원부는 1차 입력 전압을 감압시켜주는 6개의 2차 코일을 가진 파워 트랜스(LVT)로 구성된다. 즉, 마이크로프로세서 및 기타 소자 제어 전원(4), 모터 구동용 전원(5), 모터 구동부 스위칭 소자용 전원(6)은 정류 평활부로서 교류 입력 전압을 직류 전압으로 바꾸어주는 역할을 한다. 여기서, 모터 구동용 전원(5)은 직류 브러쉬리스 모터를 구동하기 위해 사용되는 고전압부이며, 모터 구동부 스위칭 소자용 전원(6)은 직류 브러쉬리스 모터 구동부의 스위칭 소자에 전용으로 사용되는 전압부이다.

홀 센서 감지부(8)는 브러쉬리스 모터 초기 구동시 영구자석의 위치를 판별하여 하부의 PWM 출력 파형을 어떻게 출력할 것인가를 판별하며, 홀 센서라는 영구 자석의 위치가 N극에서 S극으로 교번됨에 따라(모터 회전시) 구형파 형태의 출력 특성을 나타내므로 이 사이클로서 모터의 RPM을 감지하여 정상회전인 것을 판단한다.

초기기동 저항 제어부(9)는 컴프레서 기동시 브러쉬리스 모터의 코일에 유도되는 과전류를 억제하여 역회전 등의 기동 불량 및 영구자석의 탈자현상을 방지하기 위한 회로이다. 이는 2가지 방법으로 제어가 가능하다. 최초에 컴프레서를 온시킬 때 직류 브러쉬리스 모터의 코일에만 전류가 흐르므로 순간적인 기동 토오크로 인해 컴프레서가 기동 불량 또는 역회전이 발생할 수 있으므로 초기 기동시에만 릴레이를 이용하여 기동 저항 R4를 직렬로 연결하여 구동시켜 초기 기동시의 유도 인입 전류를 저항기 R4로 하여금 코일에 흐르는 과도한 유도 전류를 억제하여 컴프레서의 초기 기동을 안정화시킨다. 초기 기동 저항기(R4)의 제어방법은 제2도와 제3도의 플로우 챠트와 함께 설명하기로 한다.

제1스위치부(10)는 냉장고에 있어서, 냉장고의 기능을 제어할 수 있는 재생 헤드부, 고냉동 제어부, 순환 팬부, 탈취기 제어부, 댐퍼 제어부 등으로 구성되어 있다.

냉동/냉장실 도어 온/오프 제어부(11)는 냉장고의 냉동실, 냉장실의 도어 온/오프를 감지하는 곳이다.

냉동/냉장실 온도 감지부(12)는 소망하는 냉동/냉장실의 온도를 유지하기 위하여 냉장실/냉동실의 온도를 감지하여 컴프레서의 온/오프 주기를 결정한다.

직류 브러쉬리스 모터 구동부(14)는 직류 브러쉬리스 모터의 온/오프를 제어하고 마이크로프로세서의 PWM출력 신호를 받아 모터의 RPM을 가변할 수 있는 구동부로서 모터 구동용 전원(5)의 전압을 스위칭할 수 있는 전력 스위칭 소자(예를들어 POWER TR, POWER MOSFET, IGBT)로 구성되어 있다.

이상과 같이 구성된 직류 브러쉬리스 모터 기동 회로의 기동 방법은 다음 도면을 참조하면서 설명한다.

제2도와 제3도는 컴프레서 초기 기동시 기동 저항의 사용을 제어하는 플로우 챠트로서 제2도는 RPM 피드백에 의한 제어방법이다. 이 방법은 직류 브러쉬리스 모터의 초기 구동시 구동부에 PWM출력 파형을 출력하기 이전에 먼저 릴레이 온 신호를 마이크로프로세서에서 출력한 후 PWM파형을 온하여 컴프레서가 구동되었는지 홀 센서부를 통하여 확인하며 컴프레서 구동후 홀센서의 출력파형(구형파)을 마이크로프로세서에서 RPM을 감지하여 1800RPM 이상 도달하면 릴레이 오프 신호를 출력하여 기동저항(R4)을 오프시킨다. 여기서 홀센서의 출력 특성은 직류 브러쉬리스 모터 내의 영구자석의 위치를 감지할 뿐만 아니라 모터 회전시 홀센서의 출력이 하이에서 로우를 반복하게 된다. 그러므로 이 하이 신호의 펄스수를 카운트하면 RPM으로 산출된다.

제3도는 초기기동 저항 사용시 기동 저항(R4)을 컴프레서 온 시간에 의하여 제어하는 방법이다. 일반적으로 컴프레서가 초기 기동시의 전류는 매우 크게 되며 이때의 전류값은 10A이상을 초과하게 된다. 그리고 어떤 세팅된 RPM으로 도달할 때 까지의(안정된 RPM) 시간은 약 0.5초 이내이고 또한 초기 기동후 정상운전 전류값으로 떨어지는 시간도 약 0.5초 정도이다. 이 방법도 제2도와 동일한 원리이나 컴프레서가 세팅된 RPM대에서 안정된 운전영역으로 도달할 때 까지의 시간으로 초기 기동저항을 제어하는 방법이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서의 기동 회로 보호 장치 및 방법은 교류 컴프레서와 같이 컴프레서의 내부의 보조 코일을 이용하는 것이 아니라 회로 기판 상에 릴레이와 직류 브러쉬리스 모터 코일과 직렬 연결 가능하도록 저항기를 마려하고, 이 저항기를 직렬 연결하기 위한 릴레이를 마련하여, 초기 구동시 큰 전류가 유입될 때 직류 브러쉬리스 모터의 코일에 상기 저항기를 직렬로 연결하는 2가지 방법으로, 저항기에서 컴프레서 기동시에 모터 코일에 흐르는 과도한 전류를 억제하여 기동의 안정화및 스위칭 소자의 파괴, 영구 자석의 탈자 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

직류 브러쉬리스 모터; 상기 직류 브러쉬리스 모터 초기 구동시 영구 자석의 위치를 판별하는 홀센서; 상기 직류 브러쉬리스 모터를 온/오프 제어 및 회전 속도 제어하는 브러쉬리스 모터 구동 수단; 상기 직류 브러쉬리스 모터의 초기 기동시 코일에 발생하는 큰 전류를 억제하여 기동의 안정화 및 스위칭 소자의 파괴, 영구 자석의 탈자를 방지하는 초기 기동 저항 제어 수단; 고냉동, 순환팬, 제상 히터, 탈취기, 댐퍼의 구동을 위한 제1스위치제어 수단; 냉동실, 냉장실의 도어 온/오프 제2스위치 제어 수단; 냉동, 냉장실의 온도 감지 수단; 그리고 상기 홀센서 감지 수단, 상기 브러쉬리스 모터 구동 수단, 상기 제1스위치 제어 수단, 상기 제2스위치 제어 수단, 상기 온도 감지 수단, 상기 초기 기동 저항 제어 수단을 제어하는 제어 수단;을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 장치.
제1항에 있어서, 상기 초기 기동 저항 제어 수단은 상기 브러쉬리스 모터의 코일에 직렬로 연결 가능한 소정의 저항값을 갖는 일측 단자가 접지된 기동 저항기와 이 기동 저항기를 상기 코일에 직렬로 연결하여 주는 스위칭 수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스 모터의 기동회로.
제2항에 있어서, 상기 스위칭 수단은 상기 제어 수단에 의해 제어되는 릴레이 스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 장치.
직류 브러쉬리스 모터, 홀센서 감지 수단, 상기 브러쉬리스 모터 구동 수단, 그리고 제어 수단을 구비한 직류 브러쉬리스 모터 구동 회로에 있어서, 기동 저항기와 이를 상기 직류 브러쉬리스 모터의 코일에 직렬로 연결하기 위한 스위칭 수단을 가지는 초기 기동저항 제어 수단을 구비하고, 상기 스위칭 수단을 온 상태로하여 상기 기동 저항기를 상기 브러쉬리스 모터 코일에 직렬로 연결하는 단계; 상기 직류 브러쉬리스 모터를 온 시켜 컴프레서를 기동시키는 단계; 상기 컴프레서의 상기 직류 브러쉬리스 모터의 분당 회전수를 카운트하는 단계; 상기 분당 회전수가 소정의 회수 이상일 경우 상기 스위칭 수단을 오프하여 상기 브러쉬리스 모터 코일을 접지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 방법.
제4항에 있어서, 상기 스위칭 수단은 릴레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 방법.
직류 브러쉬리스 모터, 홀센서 감지 수단, 상기 브러쉬리스 모터 구동 수단, 그리고 제어 수단을 구비한 직류 브러쉬리스 모터 구동 회로에 있어서, 기동 저항기와 이를 상기 직류 브러쉬리스 모터의 코일에 직렬로 연결하기 위한 스위칭 수단을 가지는 초기 기동저항 제어 수단을 구비하고, 상기 스위칭 수단을 온 상태로하여 상기 기동 저항기를 상기 브러쉬리스 모터 코일에 직렬로 연결하는 단계; 상기 직류 브러쉬리스 모터를 온 시켜 컴프레서를 기동시키는 단계; 상기 직류 브러쉬리스 모터의 온 시간을 카운트하는 단계; 상기 온 시간이 소정의 시간 이상이면 상기 스위칭 수단을 오프하여 상기 브러쉬리스 모터 코일을 접지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 방법.
제4항에 있어서, 상기 스위칭 수단을 릴레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 방법.
제4항에 있어서, 상기 시간 카운트는 상기 제어 수단에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬리스 모터 컴프레서 기동 회로 보호 방법.