KR100738755B1

KR100738755B1 - 모터 제어 장치, 압축기, 공기 조화기, 및 냉장고

Info

Publication number: KR100738755B1
Application number: KR1020057019906A
Authority: KR
Inventors: 히데키 나카타; 미츠오 우에다
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2007-07-12
Also published as: WO2004095684A1; US7650760B2; US20060179859A1; EP1617551A1; CN1778032A; EP1617551A4; CN100395954C; KR20060022233A

Abstract

본 발명의 모터 제어 장치(101)는 브러쉬리스 모터(4)를 구동하는 인버터 회로(3)와, 인버터 회로(3)를 거쳐서 브러쉬리스 모터(4)의 모터 전류의 위상을 제어하는 것에 의해 해당 브러쉬리스 모터(4)의 회전 속도를 제어하는 제어부를 구비하고 있다.

Description

모터 제어 장치, 압축기, 공기 조화기, 및 냉장고{MOTOR CONTROLLING DEVICE, COMPRESSOR, AIR CONDITIONER AND REFRIGERATOR}

본 발명은 모터 제어 장치 및 그것을 이용한 압축기 및 전기 기기에 관한 것으로, 특히 브러쉬리스 모터를 제어하는 것에 관한 것이다.

최근, 자원 절약화 및 저비용화의 관점에서 인버터 회로의 입력측에 대용량의 평활 콘덴서를 사용하지 않고, 소용량의 콘덴서를 구비한 모터 제어 장치가 제안되고 있다.

도 13은 이러한 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 이 모터 제어 장치(이하, 제 1 종래예라고 함)에서는, 콘덴서(203)의 용량이 작기 때문에, 교류 전원(201)의 출력 전압을 정류 회로(202)에서 정류해서 얻어지는 인버터 회로(204)로의 입력 전압을 충분히 평활화할 수 없어, 맥동을 가진 파형으로 된다. 이러한 맥동을 가진 전압은 교류 전원(201)의 출력 전압에 동기하고 또한 그 주파수의 2배의 주파수를 갖고 있다. 그래서, 브러쉬리스 모터(205)에 입력하고자 하는 소망하는 토크 지령에, 도 14(a)에 도시하는 바와 같이, 인버터 회로(204)로의 입력 전압에 동기하고 또한 서로 유사한 파형을 갖게 함으로써, 맥동을 가진 전압이더라도 브러쉬리스 모터(205)를 구동할 수 있고, 또한, 도 14(b)에 도시하는 바와 같이 교류 전원(201)으로부터의 입력 전류 I가 정현파 형상으로 되어, 전원 역률이 저하하지 않도록 제어하고 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 제2002-51589호 공보(도 1, 도 9) 참조).

한편, 공기 조화기나 냉장고 등에 사용되고 있는 압축기를 구동하는 브러쉬리스 모터의 경우, 1회전에 1회의 부하 변동이 큰 것이 원인으로 되어, 특히 저회전수 영역에서 소음 및 진동이 발생한다. 특히 로터리형 압축기나 왕복 운동 압축기의 경우, 브러쉬리스 모터에 걸리는 부하 토크는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 냉매를 토출하는 타이밍에서 최대로 되도록 하고, 모터의 회전 위상(회전자 각도)에 따라서 크게 변동하기 때문에, 회전자가 1회전하는 동안에 크게 맥동하고, 그에 따라 진동 및 소음이 발생한다. 또한, 그 맥동은 평균 회전수가 낮을수록 증대하고, 그에 따른 진동의 진폭도 증대한다. 그래서, 부하 변동을 고려하여 진동이 작아지도록 모터 전류를 제어하는 방법이 제안되고 있다. 이 모터 전류 제어 방법(이하, 제 2 종래예라고 함)에서는, 추정된 모터의 회전수로부터 1회전중인 가속도 또는 속도 변동분을 산출하고, 그 변동분이 작아지도록 모터 전류의 지령(진폭 지령)을 작성한다. 즉, 모터의 회전 위상을 소정의 구간으로 분할하여, 그 분할된 구간마다 가속도 또는 속도 변동분으로부터 진동을 작게 하기 위한 토크 지령 보정량을 작성하고, 그 보정량을 모터 전류 지령에 가산한다. 이 모터 전류 제어 방법에서는, 모터 전류 지령이 회전자의 1회전에 관하여 1회의 비율로 크게 증감하는 것으로 되기 때문에, 교류 전원으로부터의 전력 공급량도 모터의 1회전에 1회의 비율로 크게 증감해 버려, 전원 역률을 저하시켜 버린다. 그 때문에, 대용량의 인덕터 및 대용량의 평활 콘덴서를 마련하여 전원 역률을 저하하지 않도록 하고 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 제2001-37281호 공보(도 13) 참조).

그러나, 상기 제 1 종래예에서는, 토크 지령이 전원 주파수의 2배의 주파수로 변화하기 때문에, 1회전에 1회의 부하 변동을 갖는 압축기 등에 적용하면, 부하 변동의 주파수가 전원 주파수의 2배의 주파수와는 상이하기 때문에, 소음 및 진동을 저감할 수 없다고 하는 과제가 있었다. 또한, 상기 제 2 종래예를 이용하여, 자원 절약화나 저비용화를 위해서 단순히 인덕터나 평활용 콘덴서를 소용량화하려고 하면, 전원 역률이 저하해 버려, 전원 계통에 악영향을 미친다고 하는 과제가 있었다.

발명의 개시

본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 인덕터나 평활용 콘덴서를 소용량화하더라도 전원 역률을 저하시키는 일 없이 부하 토크 변동에 따른 진동의 발생을 억제 가능한 모터 제어 장치 및 그것을 이용한 압축기 및 전기 기기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 따른 모터 제어 장치는, 브러쉬리스 모터를 구동하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로를 거쳐서 상기 브러쉬리스 모터의 모터 전류의 위상을 제어하는 것에 의해 해당 브러쉬리스 모터의 회 전 속도를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 이러한 구성으로 하면, 모터 전류의 위상을 제어하는 것에 의해, 회전 속도가 변동하지 않도록 브러쉬리스 모터의 출력 토크를 제어할 수 있다. 이 경우, 모터 전류의 진폭은 변화하지 않기 때문에, 대용량의 인덕터나 평활용 콘덴서를 필요로 하지 않고, 전원 역률을 저하시키는 일 없이 부하 토크의 변동에 따른 진동을 저감할 수 있다.

상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 부하 토크 변동에 의한 회전 속도 변동을 억제하도록 상기 모터 전류의 위상을 제어해도 된다.

상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 회전에 근거하여 상기 회전 속도 변동과 상기 브러쉬리스 모터의 회전 위상을 검출하고, 해당 검출한 회전 속도 변동과 회전 위상에 근거하여 상기 모터 전류의 위상을 제어해도 된다.

상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 모터 전류에 근거하여 해당 브러쉬리스 모터의 회전수와 회전 위상을 추정하고, 그에 의해, 상기 회전 속도 변동과 회전 위상을 검출해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 회전 속도 변동 및 회전 위상을 간이한 구성으로 검출할 수 있다.

상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 모터 전류의 위상과 진폭을 제어하는 것에 의해 해당 브러쉬리스 모터의 회전 속도를 제어해도 된다.

상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 부하 토크 변동에 의한 회전 속도 변동을 억제하도록 상기 모터 전류의 위상 및 진폭을 제어해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 모터 전류의 위상과 진폭의 양쪽을 임의의 배분으로 제어하여 회전 속도 변동을 억제할 수 있기 때문에, 보다 자유도가 높은 모터 제어 장치를 제공할 수 있다. 또한, 전원 역률을 소망하는 값으로 설정할 수 있다.

교류 전원으로부터 출력되는 교류 전력을 정류하여 상기 인버터 회로에 출력하는 정류기를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 모터 전류의 진폭을 상기 교류 전원의 출력 전압의 절대값에 따라서 제어해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 모터 전류의 진폭을, 교류 전원의 출력 전압의 절대값이 증대하는 기간은 작아지고, 교류 전원의 출력 전압의 절대값이 감소하는 기간은 커지도록 제어하는 것에 의해, 교류 전원으로부터 출력되는 전류가 보다 원활하게 되어, 전원 역률이 더욱 향상한다.

상기 인버터 회로로의 직류 전력 입력 단자간에 콘덴서를 더 구비해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 정류기를 거쳐서 접속되는 교류 전원의 출력 전압이 콘덴서의 유지 전압보다 높을 때에는 교류 전원으로부터 콘덴서에 충전 전류가 흐르기 때문에, 그 만큼, 통전 기간이 길어지고, 또한 전원 역률이 향상한다. 특히, 평활 콘덴서를 갖지 않는 모터 제어 장치에서는 모터의 전류 위상이나 진폭을 제어해도 진동을 저감할 수 없는 고부하 운전의 경우에, 출력 토크가 작은, 즉 모터 전류가 작을 때는 콘덴서에 충전하여 교류 전원으로부터의 전류의 유입을 증대시키고, 출력 토크가 큰, 즉 모터 전류가 클 때는 콘덴서로부터 방전하여 모터 전류를 증대할 수 있기 때문에, 고부하 운전의 경우에서도 전원 역률을 저하시키지 않고서 진동을 억제할 수 있다.

상기 브러쉬리스 모터가, 1회전중에 하나의 피크를 갖도록 토크가 변동하는 부하를 구동하는 것이더라도 무방하다. 이러한 구성으로 하면, 본 발명이 특히 현 저한 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명에 따른 압축기는, 청구항 9에 기재된 모터 제어 장치에 의해 제어되는 상기 브러쉬리스 모터를 구동원으로서 구비하고 있다.

또한, 본 발명에 따른 공기 조화기는, 청구항 10에 기재된 압축기를 열매체 압축 수단으로서 구비하고 있다.

또한, 본 발명에 따른 냉장고는, 청구항 10에 기재된 압축기를 열매체 압축 수단으로서 구비하고 있다.

또한, 본 발명의 제 2 관점에 따른 모터 제어 장치는, 교류 전원으로부터 출력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기에서 변환된 직류 전력을 브러쉬리스 모터에 공급하여 해당 브러쉬리스 모터를 구동하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로의 직류 전력 입력 단자간에 접속된 콘덴서와, 상기 인버터 회로를 거쳐서 상기 브러쉬리스 모터의 모터 전류를 제어하는 것에 의해 해당 브러쉬리스 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 부하 토크 변동에 의한 회전 속도 변동을 억제하도록 상기 모터 전류를 제어하고, 또한 상기 모터 전류의 진폭과 상기 모터 전류의 평균값과의 비교에 근거하여 상기 교류 전원으로부터 출력되는 전류를 제어한다. 이러한 구성으로 하면, 모터 전류의 진폭과 모터 전류의 평균값과의 비교에 근거하여 모터 전류의 대소를 판정하는 것에 의해, 적확하게 전원 역률의 향상을 도모할 수 있다.

상기 제어부는 상기 모터 전류의 진폭이 상기 모터 전류의 평균값보다도 작은 기간에는 상기 콘덴서가 충전되고, 상기 모터 전류의 진폭이 상기 평균값보다도 큰 기간에는 상기 콘덴서가 방전하도록 상기 교류 전원으로부터 출력되는 전류를 제어한다. 이러한 구성으로 하면, 콘덴서의 충방전에 따라서 교류 전원으로부터 출력되는 전류가 제어되기 때문에, 또한 전원 역률을 향상할 수 있다.

상기 전력 변환기가 정류기이고, 상기 인버터 회로의 직류 전력 입력 단자간에 콘덴서와 직렬로 스위칭 소자가 접속되며, 상기 제어부는 상기 스위칭 소자를 온ㆍ오프하는 것에 의해 상기 교류 전원으로부터 출력되는 전류를 제어한다.

상기 제어부는 상기 모터 전류의 진폭이 상기 모터 전류의 평균값보다도 작은 기간에는 그 진폭이 작아지고, 상기 모터 전류의 진폭이 상기 모터 전류의 평균값보다도 큰 기간에는 그 진폭이 커지도록, 상기 교류 전원으로부터 출력되는 전류를 제어한다.

상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 부하 토크 변동에 의한 회전 속도 변동을 억제하도록 상기 모터 전류의 위상을 제어한다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부 도면을 참조하여, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 2는 도 1의 브러쉬리스 모터의 회전자 각도에 대한 부하 토크, 속도, 검출 속도, 검출 가속도, 및 토크 지령 보정량의 변화의 일례를 나타내는 도면,

도 3은 변동 억제부의 구성을 나타내는 블록도,

도 4는 토크 변동과 전류 위상 지령 β^*의 출력의 관계를 나타내는 특성도,

도 5는 제 2 종래예에 있어서 평활 콘덴서를 생략한 경우에서의 파형도로서, (a)는 교류 전원 전류의 파형을 도시하는 도면, (b)는 모터 전류의 파형을 도시하는 도면, (c)는 전류 진폭 지령 I^*의 파형을 도시하는 도면,

도 6은 본 실시예에서의 파형도로서, (a)는 교류 전원 전류의 파형을 도시하는 도면, (b)는 모터 전류의 파형을 도시하는 도면, (c)는 전류 위상 지령 β^*의 파형을 도시하는 도면,

도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 9는 본 발명의 실시예 3에서의 파형도로서, (a)는 인버터 회로의 입력 전압의 파형을 도시하는 도면, (b)는 전류 진폭 지령 I^*의 파형을 도시하는 도면,

도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 11은 본 발명의 실시예 5에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 12는 본 발명의 실시예 6에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 13은 제 1 종래예의 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 14는 제 1 종래예의 모터 제어 장치의 토크 지령과 교류 전원의 전압 및 전류의 일례를 나타내는 그래프,

도 15는 종래의 로터리형 압축기의 부하 토크 변동의 일례를 나타내는 특성도,

도 16은 본 발명의 실시예 7에 따른 압축기의 구성을 나타내는 블록도,

도 17은 본 발명의 실시예 8에 따른 공기 조화기의 구성을 나타내는 블록도,

도 18은 본 발명의 실시예 9에 따른 냉장고의 구성을 나타내는 블록도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에서, 본 실시예의 모터 제어 장치(101)는 단상 교류 전원(이하, 단순히 교류 전원이라고 함)(1)으로부터 출력되는 교류 전력을 정류하는 정류 회로(2)와, 정류 회로(2)에서 정류된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 브러쉬리스 모터(4)에 공급하는 인버터 회로(3)와, 브러쉬리스 모터(4)에 흐르는 전류(이하, 모터 전류라고 함)를 검출하는 전류 센서(102)와, 전류 센서(102)에 의해 검출된 모터 전 류에 근거하여 인버터 회로(3)를 구동 제어하는 제어부(5)를 갖고 있다. 브러쉬리스 모터(4)는 여기서는, 예를 들면 압축기(도시하지 않음)를 구동한다.

정류 회로(2)는 여기서는 전파 정류기로 구성되어 있다. 인버터 회로(3)는 여기서는 전압형의 인버터로 구성되어 있다.

제어부(5)는 마이크로 컴퓨터 등의 연산기로 구성되고, 회전수/회전 위상 추정부(6), 변동 억제부(7), 회전수 오차 검출부(8), 전류 지령 작성부(9) 및 인가 전압 작성부(10)를 갖고 있다.

회전수/회전 위상 추정부(6)는 전류 센서(102)에서 검출된 모터 전류에 근거하여 브러쉬리스 모터(4)의 회전 위상 및 회전수를 추정하고, 이를 추정 회전수 ω＾ 및 추정 회전 위상 θ로서 출력한다. 전류 센서(102)는 여기서는 브러쉬리스 모터(4)의 3상 코일에 흐르는 전류를 검출하고 있다. 또한, 이 회전 위상 및 회전수의 추정에는, 브러쉬리스 모터(4)에 인가된 전압값, 브러쉬리스 모터(4)의 특성을 나타내는 모터 정수 등을 이용해도 되고, 또한, 브러쉬리스 모터의 위치 센서리스 정현파 구동에서 잘 사용되는 종래 기술을 이용해도 된다. 또한, 위치 센서를 갖는 브러쉬리스 모터를 구동하는 모터 제어 장치의 경우이면, 위치 센서의 신호에 근거하여 회전 위상 및 회전수를 구해도 되고, 이 경우는 회전수/회전 위상 추정부(6)는 불필요해진다.

변동 억제부(7)는 회전수/회전 위상 추정부(6)로부터 출력된 추정 회전수 ω＾에 근거하여, 브러쉬리스 모터(4)의 부하 토크 변동에 따른 회전수의 변동을 산 출하고, 브러쉬리스 모터(4)의 회전 속도 변동이 억제되는 전류 위상 지령 β^*을 전류 지령 작성부(9)에 출력한다.

회전수 오차 검출부(8)는 모터 제어 장치(101)의 외부로부터 입력되는 회전수 지령 ω^*과, 회전수/회전 위상 추정부(6)로부터 출력된 추정 회전수 ω＾와의 오차로부터 전류 진폭 지령 I^*을 작성하여, 전류 지령 작성부(9)에 출력한다.

전류 지령 작성부(9)는 입력된 전류 진폭 지령 I^*과 전류 위상 지령 β^*로부터, 하기의 식 (2)에 따라서 d축 전류 지령 I_d ^*과 q축 전류 지령 I_q ^*을 작성하여, 인가 전압 작성부(10)에 출력한다. 또한, 식 (2)로부터도 알 수 있는 바와 같이, 전류 위상 지령 β^*이란, 모터에 공급하는 전압이나 전류를 dq좌표계로 표현했을 때의 q축과 모터 전류 벡터와의 위상차를 나타내고 있다.

I_d ^*=I^*×sin(β^*), I_q ^*=I^*×cos(β^*) …(2)

인가 전압 작성부(10)는 전류 센서(102)에서 검출된 모터 전류값과 회전수/회전 위상 추정부(6)로부터 출력된 추정 회전 위상 θ로부터 d축 전류값 I_d, q축 전류값 I_q를 검출하여, 이들 d축 전류값 I_d, q축 전류값 I_q가 각각 d축 전류 지령 I_d ^*, q축 전류 지령 I_q ^*로 되도록 브러쉬리스 모터(4)에 인가하는 전압값을 작성하고, 이 전압값을 PWM 신호로서 인버터 회로(3)에 출력한다. 즉, d축 전류값 I_d가 d축 전류 지령 I_d ^*로 되고 또한 q축 전류값 I_q가 q축 전류 지령 I_q ^*로 되도록 피드백 제어가 실행된다. 이러한 피드백 제어로서, 일반적인 PI 제어를 이용할 수 있지만, PI 제어 이외의 제어 방식을 이용해도 된다. 또한, 브러쉬리스 모터(4)에 인가하는 전압값을 작성할 때는, 인버터 회로(3)의 입력 전압은 크게 맥동하기 때문에, 인버터 회로(3)의 입력 전압을 검출하여 PWM 신호를 보정해도 된다(PWM 신호는 도시하지 않음).

인버터 회로(3)는 입력된 PWM 신호에 근거하여 각 스위칭 소자를 온ㆍ오프 동작시키고, 그에 의해 브러쉬리스 모터(4)에 인가 전압 작성부(10)가 정하는 전압을 인가한다.

이상의 일련의 동작을 제어 주기마다 계속해서 실행함으로써, 브러쉬리스 모터(4)의 모터 전류가 소망하는 전류 진폭 및 전류 위상으로 된다. 여기서, 소망하는 전류 진폭 및 전류 위상이란, 브러쉬리스 모터(4)의 회전수가 회전수 지령 ω^*에 따른 것으로 되고 또한 회전 속도의 변동이 억제되는 전류 진폭 및 전류 위상을 의미하고 있다.

다음에, 본 발명을 특징짓는 변동 억제부(7)의 구성 및 원리를 구체예를 들어서 설명한다.

도 2는 도 1의 브러쉬리스 모터(4)의 회전자 각도에 대한 부하 토크, 속도, 검출 속도, 검출 가속도, 및 토크 지령 보정량의 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 변동 억제부(7)의 구성을 나타내는 블록도이다.

먼저, 변동 억제부(7)의 구성을 설명한다.

도 3에서, 변동 억제부(7)는 회전수/회전 위상 추정부(6)(도 1 참조)로부터 입력되는 추정 회전수 ω＾에 근거하여 회전자의 가속도(이하, 검출 가속도라고 함)를 검출하는 회전자 가속도 검출부(11)와, 목표 가속도 0과 검출 가속도와의 오차(이하, 가속도 오차라고 함)를 산출하는 감산기(12)와, 감산기(12)에서 산출된 가속도 오차에 근거하여, 회전자 1회전의 회전자 각도를 N분할해서 이루어지는 구간(이하, 회전자 각도 구간이라고 함)마다, 토크 지령 보정량을 산출하는 제 1~제 n 가속도 제어부 Ac1~Acn과, 이 토크 지령 보정량을 각각 전류 위상 지령 보정량으로 변환하는 전류 위상 지령 변환부(14)와, 이 전류 위상 지령 보정량을 선형 보간하여 전류 위상 지령 β^*을 작성하는 전류 위상 지령 보정량 보간부(15)를 구비하고 있다.

다음에, 변동 억제부(7)의 원리를 설명한다.

도 1~도 3에서, 종래 기술의 부분에서 설명한 바와 같이, 압축기, 특히 로터리형이나 왕복동형 압축기에서는, 부하 토크가 그 회전자 각도에 따라 크게 변동한다. 이러한 부하 토크의 변동이 존재하는 경우, 브러쉬리스 모터(4)의 회전자의 회전 속도(이하, 단순히 속도라고 함)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 부하 토크가 커지면 저하하고, 반대로 부하 토크가 작아지면 증가하도록 변동한다. 한편, 회전 자의 가속도(이하, 단순히 가속도라고 함)는 부하 토크와 정반대의 형태로, 부하 토크가 클 때에는 가속도가 작다고 하는 것과 같이 변동한다. 지금, 압축기의 진동을 저감시키고자 하기 때문에, 부하 토크가 큰 회전자 각도로 브러쉬리스 모터(4)의 출력 토크를 최대로 하고, 반대로 부하 토크가 낮은 위치에서 브러쉬리스 모터(4)의 출력 토크를 저하시키면, 토크가 균형이 잡혀 진동이 저감된다. 그것을 위해서는 속도 변동을 저감하면 되지만, 속도 변동을 저감하기 위해서는, 가속도 성분을 0으로 하도록 토크를 제어하면 되는 것은 명백하다. 그래서, 먼저, 입력된 추정 회전수 ω＾을 이용하여, 회전자 가속도 검출부(11)에서 그 값의 변동을 계산하는 것에 의해 가속도(검출 가속도)를 산출(검출)한다. 또한, 감산기(12)에서 목표인 가속도 0과의 편차로부터 가속도 오차를 구한다. 토크 변동은 회전 위상에 대하여 어떤 패턴을 가지는 것이기 때문에, 제어를 회전 위상에 따라 전환하는 것에 의해, 제어 지연의 영향을 배제한 제어가 가능해진다.

즉, 회전자의 가속도를 제어할 때, 소정의 회전 위상에 대하여, 그 위상에 대응한 가속도를 이용하여 제어를 실시하지 않으면, 가속도 제어의 제어 지연에 의해 제어 성능이 악화된다. 따라서, 회전자 1회전의 회전자 각도를 복수(N)의 구간으로 분할하고, 그 구간마다 가속도 제어의 연산을 실시한다. 연산은 하기의 식 (1)에 따라 실행한다.

tr(n+1, i)=tr(n, i)-Ga×a(i) …(1)

여기서, tr(n, i): 인버터 토크 지령(n: 회전 눈금, i: 회전자 각도 구간)

a(i): 가속도(i: 회전자 각도 구간)

Ga: 제어 이득

여기서는, 회전자 각도를 N개의 회전자 각도 구간으로 나누어, 각 회전자 각도 구간마다 제 1~제 n 가속도 제어부 Ac1~Acn에서 가속도 제어의 연산을 실행한다. 그 결과, 제 1~제 n 가속도 제어부 Ac1~Acn의 각각의 출력은 그 대응하는 회전자 각도 구간에서의 토크 지령 보정량으로 된다. 여기서, 회전자의 회전에 따라서, 제어해야 할 회전자 각도 구간이 이동하기 때문에, 그에 따라서 동작하는 가속도 제어부 Ac1~Acn을 전환할 필요가 있지만, 이는 회전수/회전 위상 추정부(6)로부터 입력되는 추정 회전 위상 θ에 근거하여 실행한다. 이 토크 지령 보정량은 브러쉬리스 모터(4)의 회전 속도를 일정하게 유지하도록 작용한다. 그리고, 이 토크 지령 보정량은 전류 위상 지령 변환부(14)에 의해 전류 위상 보정량으로 변환된다. 모터 전류의 위상을 진행시키면, 브러쉬리스 모터(4)의 발생 토크(출력 토크)는 감소하고, 반대로 모터 전류의 위상을 지연시키면 브러쉬리스 모터(4)의 발생 토크는 증대한다. 따라서, 토크 지령 보정량이 클 때는, 출력하는 전류 위상 보정량은 작아지고, 토크 지령 보정량이 작을 때는 전류 위상 보정량은 커진다. 또한, 이 때의 전류 위상 보정량은 제한을 마련해 두는 편이 바람직하다. 예를 들면, 브러쉬리스 모터(4)가 역돌극(逆突極) 구조이면, 모터의 출력 토크가 최대로 되는 모터 전류의 위상은 0°와 90°의 사이에 있는 회전자 각도에 존재하고, 그 회전자 각도로부터 진행한 회전자 각도로 하더라도, 지연한 회전자 각도로 하더라도, 토크는 감소하기 때문에, 전류 위상 보정량은 그 각도로부터 90°의 범위가 되도록 제한된다. 또한, 브러쉬리스 모터(4)가 돌극 구조를 갖지 않는 것이면, 출력 토크가 최 대로 되는 모터 전류의 위상은 0°이기 때문에, 전류 위상 보정량은 0°부터 90°의 범위가 되도록 제한된다.

또한, 실제의 회전자 각도는 연속이기 때문에, 전류 위상 지령 보정량 보간부(15)에 의해 N개의 전류 위상 보정량이 회전자 각도에 따라서 보간되어, 최종적인 전류 위상 지령 β^*으로서 출력된다. 이 회전자 각도로서, 회전수/회전 위상 추정부(6)로부터 입력되는 추정 회전 위상 θ가 이용된다.

도 4는 토크 변동과 전류 위상 지령 β^*의 출력의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 1~도 4를 참조하면, 제 1~제 n 가속도 제어부 Ac1~Acn으로부터 1회전에 관하여 N개의 전류 위상 보정량이 출력되지만, 이 N개의 전류 위상 보정량이 전류 위상 지령 보정량 보간부(15)에서 보간되어, 전류 위상 지령 β^*으로서 출력된다.

이 보간은 여기서는 선형 보간이 채용되어 있다.

그리고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 전류 위상 지령 β^*는 여기서는 회전자 각도에 대하여 부하 토크가 큰 부분에서는 작고, 부하 토크가 작은 부분에서는 커지도록 변화된다. 대략적으로 말하면, 전류 위상 지령 β^*은 대략 부하 토크와 반대의 위상을 갖도록 변화된다. 이에 의해, 브러쉬리스 모터(4)의 출력 토크는 회전자 각도에 대하여 부하 토크의 변동에 대응하도록 변화된다.

다음에, 이상과 같이 구성된 브러쉬리스 모터의 구동 회로 및 모터 제어 장 치의 동작을 설명한다.

도 5는 제 2 종래예에 있어서 평활 콘덴서를 생략한 경우에서의 파형도로서, (a)는 교류 전원 전류의 파형을 도시하는 도면, (b)는 모터 전류의 파형을 도시하는 도면, (c)는 전류 진폭 지령 I^*의 파형을 도시하는 도면, 도 6은 본 실시예에 있어서의 파형도로서, (a)는 교류 전원 전류의 파형을 도시하는 도면, (b)는 모터 전류의 파형을 도시하는 도면, (c)는 전류 위상 지령 β^*의 파형을 도시하는 도면이다.

도 1~도 4에서, 교류 전원(1)으로부터 출력되는 교류 전압은 정류 회로(2)에서 맥동을 가진 직류 전압으로 정류되어, 인버터 회로(3)에 공급된다. 이 맥동을 가진 직류 전압의 일례(전파 정류 파형)를 도 9(a)에 나타낸다. 인버터 회로(3)는 이 맥동을 가진 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 브러쉬리스 모터(4)에 제어부(5)가 정하는 전압을 인가하여 이를 구동한다. 이 때, 브러쉬리스 모터(4)의 부하 토크는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 회전자의 1회전중에 하나의 피크를 갖도록 변동한다. 한편, 제어부(5)는 전류 센서(102)에서 검출된 브러쉬리스 모터(4)의 모터 전류에 근거하여, 도 6(c)에 도시하는 바와 같이 정현파 형상으로 변화하고 또한 부하 토크와 대략 역위상을 갖는 전류 위상 지령 β^*을 작성하며, 이 전류 위상 지령 β^*에 근거하여 인버터 회로(3)를 구동 제어한다. 이에 의해, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 브러쉬리스 모터(4)의 모터 전류의 위상이 회전자의 회전에 따라서 변화되고, 그에 의해 브러쉬리스 모터(4)의 출력 토크가 부하 토크의 변동에 따른 것으로 된다. 그 결과, 부하 변동에 따른 속도 변동에 의해 발생하는 진동을 저감할 수 있다. 이 때의 모터 전류의 진폭은 도 6(b)에 도시하는 바와 같이 일정하게 되기 때문에, 대용량의 평활용 콘덴서를 사용하지 않는(본 실시예에서는 평활 콘덴서 그 자체를 사용하지 않음) 모터 제어 장치이더라도, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이 교류 전원(1)으로부터 출력되는 전류의 진폭은 변화하지 않기 때문에, 전원 역률이 저하하는 일은 없다. 따라서, 진동 억제 제어를 실행하더라도 상용 배전 계통에 악영향을 미치지 않는다.

이에 반하여, 제 2 종래예를 평활 콘덴서를 생략하여 압축기에 적용하면, 모터 전류의 진폭이 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 변화되고, 그에 대응하여, 5(a)에 도시하는 바와 같이 교류 전원(1)으로부터 출력되는 전류의 진폭이 변화되기 때문에, 전원 역률이 저하한다. 또한, 상용 계통에 악영향을 미친다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 전원 역률의 저하 및 상용 배전 계통으로의 악영향을 초래하는 일 없이, 부하 토크 변동에 기인하는 진동을 저감할 수 있다.

또한, 상기에서는 부하 토크가 회전자 1회전에 관해 1회의 피크를 갖도록 변동하는 경우를 설명했지만, 본 발명은 부하 토크가 임의의 형태로 변화되는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

또한, 상기에서는 변동 억제부(7)에서 가속도에 근거하여 전류 위상 지령을 작성했지만, 예를 들면 속도에 근거하여 전류 위상 지령을 작성해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 명백하다.

또한, 상기에서는 인버터 회로(3)를 전압형 인버터로 구성했지만, 전류형 인버터로 구성해도 상관없다.

(실시예 2)

도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 7에서 도 1과 동일 부호는 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에서는 제어부(5)가 가산부(16)를 갖고 있다. 변동 억제부(7)는 또한 전류 진폭 보정 지령 I_h ^*을 출력한다. 가산부(16)는 회전수 오차 검출부(8)로부터의 출력과 이 전류 진폭 보정 지령 I_h ^*을 가산하여 전류 지령 작성부(9)로 출력한다. 그 외는 실시예 1과 마찬가지이다.

변동 억제부(7)는 속도 변동 억제를 실행하기 위해서, 예를 들면, 입력되는 추정 회전수 ω＾와 추정 회전 위상 θ에 근거하여, 전류 위상 지령 β^*와 전류 진폭 지령 보정값 I_h ^*을 작성한다. 토크 보정량은 실시예 1에서 설명한 바와 같이 구하면 되고, 그 결과에 근거하여 전류 위상 지령 β^*와 전류 진폭 지령 보정값 I_h ^*을 정한다. 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 브러쉬리스 모터(4)의 출력 토크(이하, 단순히 출력 토크라고 함)를 감소시키기 위해서는, 전류 위상 지령 β^*을 증대해도 되고, 전류 진폭값을 감소시켜도 된다. 반대로, 출력 토크를 증대시키기 위해서는 전류 위상 지령 β^*을 감소시켜도 되고, 전류 진폭값을 증대시키켜도 된다. 따라서, 어느 것을 어떻게 정할지는 자유롭게 정할 수 있다. 그러나, 전류 진폭 지령 보정값 I_h ^*의 값의 범위는, 바람직한 전원 역률의 값에 따라서 설정할 수 있다. 예를 들면, 전원 역률을 0.9 이상으로 하고자 하는 경우에는, 회전자가 1회전하는 기간에서의 전류 진폭 지령 I^*의 최대값과 최소값의 비율이 약 0.3 이상으로 되도록 전류 진폭 지령 보정값 I_h ^*을 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 전원 역률을 0.95 이상으로 하고자 하는 경우에는, 전류 진폭 지령 I^*의 최대값과 최소값의 비율이 약 0.5 이상으로 되도록 전류 진폭 지령 보정값 I_h ^*을 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 소망하는 전원 역률에 따라서 전류 진폭 지령 보정값 I_h ^*을 취할 수 있는 값의 범위를 설정하여, 전류 진폭 지령 I^*을 정한다. 그 상태에서 진동 억제가 충분하지 않은 경우는 속도 변동이 검출되기 때문에, 그 경우는 전류 위상 지령 β^*을 증감시켜 진동을 억제하면 된다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 변동 억제부(7)가 전류 진폭 보정값 I_h ^*와 전류 위상 지령 β^*을 속도 변동을 억제하도록 지령하기 때문에, 보다 자유도가 높은 모터 제어 장치를 제공할 수 있다. 또한, 소망하는 전원 역률로 구동할 수 있는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.

(실시예 3)

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도, 도 9는 본 실시예에 있어서의 파형도로서, (a)는 인버터 회로의 입력 전압의 파형을 도시하는 도면, (b)는 전류 진폭 지령 I^*의 파형을 도시하는 도면이다. 도 8에서 도 1과 동일 부호는 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.

본 실시예에서는, 모터 제어 장치(101)는 교류 전원(1)의 출력 전압을 검출하는 전압 센서(103)를 더 구비하고, 제어부(5)는 전압 센서(103)에서 검출된 전압의 위상에 근거하여 회전수 변동 검출부(8)의 출력을 변조하여 이를 전류 진폭 지령 I^*으로서 전류 지령 작성부(9)에 출력하는 진폭 변조부(17)를 더 구비하고 있다. 그 밖의 점은 실시예 1과 마찬가지이다.

구체적으로는, 인버터 회로(3)에 인가되는 전압(입력 전압)은 도 9(a)에 도시하는 바와 같이 맥동한다. 이 인버터 회로(3)의 입력 전압은 교류 전원(1)의 출력 전압의 절대값의 변화에 따라서 변동하고, 그 출력 전압의 절대값이 클 때는, 인버터 회로(3)의 입력 전압도 높기 때문에, 브러쉬리스 모터(4)에 전류가 흐르기 쉬워진다. 또한, 인버터 회로(3)와 정류 회로(2) 사이에 소용량의 콘덴서(도시하지 않음)가 배치되는 경우에는, 그 콘덴서의 전압보다도 교류 전원(1)(정확하게는 정류 회로(2))의 출력 전압이 높아지면 콘덴서로의 차지 전류가 발생한다.

그래서, 진폭 변조부(17)는 전압 센서(103)를 거쳐서 검출한 교류 전원(1)의 전압 위상에 근거하여 회전수 변동 검출부(8)의 출력을 변조하고, 도 9(b)에 도시하는 바와 같이, 교류 전원(1)의 출력 전압의 절대값이 증대하는 기간은 브러쉬리스 모터(4)에 흐르는 전류가 작아지고, 교류 전원(1)의 출력 전압의 절대값이 감소하는 기간은 브러쉬리스 모터(4)에 흐르는 전류가 커지는 전류 진폭 지령 I^*을 작성하여, 이를 전류 지령 작성부(9)에 출력한다. 이 결과, 전류 진폭 지령 I^*의 변동 주파수는 교류 전원(1)의 전원 주파수의 2배의 주파수로 된다.

이에 의해, 교류 전원(1)으로부터 유입하는 전류가 보다 원활하게 되어, 전원 역률이 더욱 향상한다. 또한, 상기에서는 실시예 1을 변형하는 경우를 설명했지만, 실시예 2를 마찬가지로 변형해도 된다. 이 경우, 도 8의 진폭 변조부(17)의 출력을 도 2의 가산부(16)에 입력하면 된다.

(실시예 4)

도 10(a)는 본 발명의 실시예 4에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 10(a)에서 도 1과 동일 부호는 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.

본 실시예에서는 모터 제어 장치(101)는 정류 회로(2)와 인버터 회로(3) 사이에 마련된 충방전 회로(18)를 더 구비하고 있다.

충방전 회로(18)는 정류 회로(2)의 출력 단자간에 접속된 콘덴서로 구성되어 있다.

이러한 구성으로 하는 것에 의해, 정류 회로(2)의 출력 전압이 콘덴서에 유지된 전압을 초과하면, 콘덴서에 충전이 개시된다. 이 충전은 콘덴서에 유지된 전압에 대하여, 맥동하는 정류 회로(2)의 출력 전압이 높을 때는 항상 실행되고, 정류 회로(2)의 출력 전압이 낮을 때에는 콘덴서로부터의 방전이 실행된다. 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 충방전 회로(18)가 존재하지 않는 경우에는, 인버터 회로(3)의 입력 전압의 최소값은 거의 0V로 되기 때문에, 충방전 회로(18)의 콘덴서는 교류 전원(1)의 출력 전압에 동기하여 그 2분의 1의 주기로 완전히 방전된다. 이와 같이, 교류 전원(1)의 출력 전압의 2분의 1의 주기로 반드시 방전이 실행되기 때문에, 교류 전원(1)의 출력 전압이 높을 때에는 매회 충전용의 전류가 흘러, 교류 전원(1)으로부터의 전류의 유입량이 증대한다. 그 결과, 통전 기간이 길어지고, 또한 전원 역률이 향상한다. 또한, 고부하 운전의 경우에 있어서도 전원 역률을 저하시키지 않고서 진동을 저감하는 것이 가능하다. 또한, 충방전 회로(18)의 콘덴서의 정전 용량 C[F]는, 예를 들면, 브러쉬리스 모터(4)의 소비 전력을 P[W]라고 하면, 0[F]을 초과하고 또한 2×10^-7×P[F] 정도 이하이면 된다.

또한, 상기에서는 실시예 1을 변형했지만, 실시예 2 및 3을 마찬가지로 변형하여 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 충방전 회로(18) 대신에 도 10(b)에 나타내는 바와 같이, 서로 직렬로 접속된 제너 다이오드와 콘덴서로 구성되는 충방전 회로(18a)를 이용해도 된다. 이 구성에서는, 콘덴서에 유지된 전압과 제너 다이오드의 항복 전압과의 합을 초과하면, 콘덴서에 충전이 개시되게 되는 점이 도 10(a)에 나타낸 충방전 회로와 상이할 뿐이고, 상술한 바와 같이 전류가 흘러, 상술한 경우와 마찬가지로 전원 역률이 향상하는 효과를 나타낸다. 제너 다이오드에 흐르는 돌입 전류(콘덴서에 충전되는 순간의 최초의 전류)를 작게 하고자 하는 경우는, 제너 다이오드와 콘덴서와의 그 외에 저항을 직렬 접속해도 된다(도시하지 않음). 충방전 회로(18a)의 경우에서의 콘덴서의 정전 용량은, 상술한 경우와 동일한 정도로 된다.

또한, 교류 전원(1)과 정류 회로(2) 사이에 인덕터를 삽입하면, 전류의 고조파 성분이 억제되기 때문에 전원 역률이 더욱 향상하는 것은 말할 필요도 없다(도시하지 않음). 이 인덕터의 인덕턴스 L[H]는, 예를 들면 콘덴서의 정전 용량을 C[F]라고 하면, 0[H]을 초과하고 또한 9×10^-9×C[H] 정도 이하이면 된다.

(실시예 5)

도 11은 본 발명의 실시예 5에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 11에서 도 1과 동일 부호는 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.

본 실시예는 모터 제어 장치(101)가 충방전 회로 제어부(19), 충방전 회로(20), 전압 센서(103), 및 전류 센서(104)를 더 구비하고 있다. 그 밖의 점은 실시예 1과 마찬가지이다.

충방전 회로(19)는 정류 회로(2)의 출력 단자간에 서로 직렬로 접속된 쌍방향 스위치와 콘덴서로 구성되어 있다. 쌍방향 스위치는 여기서는 충전 스위치 및 방전 스위치로서 이용된다. 충방전 회로 제어부(19)는 토크 지령 온오프 판정부(21)와, 교류 전류 지령 작성부(22)와, 충전 스위치 지령 작성부(23)와, 방전 스위치 지령 작성부(24)를 구비하고 있다.

토크 지령 온오프 판정부(21)는 제어부(5)로부터의 전류 진폭 지령 I^*을 받아서, 브러쉬리스 모터(4)에 인가하는 전류 진폭 지령값이 클 때인지 작을 때인지를 판정한다. 그 판정 방법은 전류 진폭 지령 I^*의 회전자 1회전의 평균값(이하, 전류 진폭 지령 평균값이라고 함)을 구하여, 현재의 전류 진폭 지령 I^*(이하, 전류 진폭 지령 현재값이라고 함)가 전류 진폭 지령 평균값과 비교해서 큰지 작은지를 판정한다. 이 판정 결과는 교류 전류 지령 작성부(22)에 출력된다.

교류 전류 지령 작성부(22)는 전압 센서(103)를 거쳐서 교류 전원(1)의 전압 위상을 검출하고, 토크 지령 온오프 판정부(21)의 판정 결과에 근거하여, 교류 전류 지령 Iac^*을 작성한다. 상기 판정에 있어서 전류 진폭 지령 현재값이 전류 진폭 지령 평균값보다 작은 기간(이하, 기간 1이라고 함)에서는, 교류 전류 지령 Iac^*을 교류 전원(1)의 전압 위상에 근거하여 작성하고, 전류 진폭 지령 현재값이 전류 진폭 지령 평균값보다 큰 기간(이하, 기간 2이라고 함)에서는 교류 전류 지령 Iac^*의 출력을 정지한다. 기간 1에서는 인버터 회로(3)가 브러쉬리스 모터(4)에 인가하는 전압값이 작기 때문에, 모터 전류는 작다. 따라서, 교류 전원(1)으로부터 유입하는 전류(이하, 교류 전원 전류라고 함)는 거의가 충방전 회로(20)의 콘덴서에 충전된다. 그래서, 교류 전류 지령 Iac^*은 교류 전원 전류의 진폭값이 기간 1의 동안, 콘덴서의 전압이 과전압으로 되지 않는 범위로 제한되도록 작성된다. 그리고, 이와 같이 작성된 교류 전류 지령 Iac^*은 충전 스위치 지령 작성부(23)에 입력된다. 충전 스위치 지령 작성부(23)는 전류 센서(104)를 거쳐서 검출한 교류 전원 전류의 값이 교류 전류 지령 Iac^*에 일치하도록 피드백 제어한다. 이 피드백 제어는 충방전 회로(20)의 충전 스위치를 PWM 동작시키는 것에 의해서 수행된다. 여기서 사용하는 피드백 알고리즘에는 일반적으로는 PI 제어가 채용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 기간 2에서는, 충전 스위치 지령 작성부(23)는 교류 전류 지령 Iac^*가 입력되지 않기 때문에, 충전 스위치를 정지시킨다.

또한, 기간 2에서는, 인버터 회로(3)가 브러쉬리스 모터(4)에 인가하는 전압값이 크기 때문에, 모터 전류는 크다. 따라서, 교류 전원 전류도 크다. 그러나, 교류 전원(1)의 출력 전압이 작을 때는 브러쉬리스 모터(4)에 소요의 전압을 인가하기 어려워진다. 그래서, 방전 스위치 지령 작성부(24)는 충방전 회로(20)의 방전 스위치를 온시키는 것에 의해, 브러쉬리스 모터(4)에 소요의 전압을 인가하는 동시에 다음 기간 1에서 콘덴서를 충전할 수 있도록 한다. 방전 스위치 지령 작성부(24)는 전압 센서(103)를 거쳐서 검출한 교류 전원(1)의 전압 위상에 근거하여 방전 스위치를 온하는 타이밍을 정한다.

이상의 동작을 브러쉬리스 모터(4)의 1회전마다 계속적으로 실행함으로써, 교류 전원(1)로부터의 전원 역률을 높일 수 있다.

또한, 제어부(5)는 모터 전류의 진폭을 제어하는 것에 의해서 진동을 억제하는 제 2 종래예에서의 제어부로 구성해도 된다.

(실시예 6)

도 12는 본 발명의 실시예 6에 따른 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 12에서 도 11과 동일 부호는 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에서는, 실시예 5(도 11)의 충방전 회로(20) 및 충방전 회로 제어부(19)가 각각 컨버터 회로(25) 및 컨버터 회로 제어부(26)로 대체되고, 전압 센서(105)를 더 구비하고 있다. 그 밖의 점은 실시예 5와 마찬가지이다.

컨버터 회로(25)는 인덕터, 스위칭 소자, 다이오드, 및 콘덴서를 구비한 주지의 회로로 구성되어 있다.

컨버터 회로 제어부(26)는 토크 지령 온오프 판정부(21), 교류 전류 지령 작성부(22), 충방전 지령 작성부(29)를 구비하고 있다.

토크 지령 온오프 판정부(21)는 실시예 5와 마찬가지이다. 교류 전류 지령 작성부(28)는 전압 센서(103)를 거쳐서 교류 전원(1)의 전압 위상을 검출하여, 정현파 형상의 교류 전류 지령을 작성한다. 충방전 지령 작성부(29)는 전류 센서(104)를 거쳐서 교류 전원 전류를 검출하고, 교류 전원 전류의 값이 이 교류 전류 지령에 일치하도록 해당 교류 전원 전류를 피드백 제어한다. 이 피드백 제어는 충방전 지령 작성부(29)가 컨버터 회로(25)의 스위칭 소자에 PWM 제어 신호를 출력하고, 그 스위칭 소자가 그 PWM 신호에 따라서 스위칭 동작하는 것에 의해 수행된다. 이 피드백 제어는 일반적으로는 PI 제어가 채용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

교류 전류 지령 작성부(28)는, 기간 1과 기간 2에서, 작성하는 교류 전류 지령의 진폭값이 상이하다. 기간 1에서는, 브러쉬리스 모터(4)의 모터 전류를 작게 하기 때문에, 인버터 회로(3)에는 거의 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 컨버터 회로(25)의 콘덴서는 교류 전류 지령에 근거한 전류에 의해서 충전된다. 한편, 기간 2에서는, 인버터 회로(3)를 통하여 브러쉬리스 모터(4)에 전류가 흐르기 때문에, 충전된 콘덴서로부터 방전되는 동시에, 교류 전원(1)으로부터도 전력이 공급된다. 그래서, 기간 1에서는 교류 전류 지령의 진폭값을 작게 하고, 기간 2에서는 교류 전류 지령의 진폭값을 크게 한다. 또한, 교류 전류 지령의 기간 2에서의 진폭값에 대한 기간 1의 진폭값의 비율은, 전원 역률을 0.9로 하고자 하는 경우에는 0.3 이상으로, 전원 역률을 0.95로 하고자 하는 경우에는 0.5 이상으로 설정하면 된다. 단, 브러쉬리스 모터(4)가 1회전했을 때에 콘덴서의 충전량과 방전량이 동등해지는 것이 필요하기 때문에, 교류 전류 지령 작성부(22)는 전압 센서(105)를 거쳐서 콘 덴서의 유지 전압을 검출하고, 그에 근거하여 교류 전류 지령의 진폭값을 조정한다.

(실시예 7)

본 발명의 실시예 7에서는, 실시예 1 내지 실시예 6에 나타낸 모터 제어 장치를 사용한 압축기에 대해서 설명한다.

도 16은 본 발명에 따른 실시예 7의 압축기의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 16에서, 교류 전원(1)에 접속된 압축기(41)는 모터 제어 장치(101), 및 브러쉬리스 모터(4)에 의해 구동되는 압축 기구(42)를 갖고 있다. 실시예 7에서, 브러쉬리스 모터(4) 및 교류 전원(1)은 전술한 실시예 1과 마찬가지의 기능, 구성을 갖는다. 또한, 모터 제어 장치(101)는 전술한 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 하나에 나타낸 모터 제어 장치로 구성되어 있다. 이 모터 제어 장치(101)의 출력은 압축 기구(42)의 내부에 배치되어 있는 브러쉬리스 모터(4)에 입력되어 있어, 모터 제어 장치(101)에 의해 브러쉬리스 모터(4)가 회전 구동되고 있다. 브러쉬리스 모터(4)의 회전 동작에 의해, 압축 기구(42)는 흡입한 냉매를 압축하여 고압 냉매를 토출한다.

압축 기구(42)는 로터리형의 기구 또는 왕복동형의 기구로서, 브러쉬리스 모터(4)의 회전에 동기한 부하 변동을 브러쉬리스 모터(4)에 인가한다. 실시예 1 내지 실시예 6의 모터 제어 장치를 이용하는 것에 의해서, 브러쉬리스 모터(4)의 속도 변동이 억제되기 때문에, 진동이 적고 또한 전원 역률이 높은 압축기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 대용량의 인덕터나 콘덴서를 사용하지 않는 압축기를 제공할 수 있기 때문에, 소형이고 경량인 압축기를 제공할 수 있다.

(실시예 8)

본 발명의 실시예 8에서는, 실시예 1 내지 실시예 6에 나타낸 모터 제어 장치를 사용한 공기 조화기에 대해서 설명한다.

도 17은 본 발명의 실시예 8에 따른 공기 조화기의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 17에서, 본 실시예의 공기 조화기(43)는 실내기(44) 및 실외기(45)를 갖고 있고, 이들에 의해서 실내의 냉난방을 한다. 실외기(45)는 압축기(41)를 갖고 있다. 이 압축기(41)는 실시예 7의 압축기로 구성되어 있고, 압축 기구(42)와 모터 제어 장치(101)를 갖고 있다. 모터 제어 장치(101)에는 교류 전원(1)이 접속되어 있다. 그리고, 기술한 바와 같이, 압축 기구(42)는 내부에 배치된 브러쉬리스 모터(도 17에 도시하지 않음)에 의해서 구동되고, 이 브러쉬리스 모터가 모터 제어 장치(101)에 의해서 제어된다. 또한, 브러쉬리스 모터 및 교류 전원(1)은 실시예 1과 마찬가지로 구성되고 기능한다. 또한, 모터 제어 장치(101)는 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 하나에 나타낸 모터 제어 장치에 의해서 구성되어 있다.

압축 기구(42)는 냉매를 실내기(44)와 실외기(45) 사이에서 순환시키고 있다.

실내기(44)는 이 냉매의 순환 경로(이하, 냉매 순환 경로라고 함)내에 배치 된 실내측 열교환기(48)를 갖고 있다. 실내측 열교환기(48)는 이 실내측 열교환기(48)의 열교환 능력을 올리기 위한 송풍기(48a)와, 이 실내측 열교환기(48)의 온도 또는 그 주변 온도를 측정하는 온도 센서(48b)를 갖고 있다.

실외기(45)는 압축기(41)의 외에, 냉매 순환 경로내에 배치된 사방 밸브(46), 교축 장치(47), 및 실외측 열교환기(49)를 갖고 있다. 실외측 열교환기(49)는 이 실내측 열교환기(49)의 열교환 능력을 올리기 위한 송풍기(49a)와, 이 실내측 열교환기(49)의 온도 또는 그 주변 온도를 측정하는 온도 센서(49b)를 갖고 있다.

사방 밸브(46)는 압축 기구(42)의 토출 포트 및 흡입 포트의 냉매 순환 경로로의 접속을 전환한다. 이 사방 밸브(46)의 전환 동작에 의해, 냉매 순환 경로내를 흐르는 냉매의 방향이 전환된다. 예를 들면, 공기 조화기(43)의 냉매 순환 경로에서 냉매의 방향이 화살표 A방향으로 전환되면, 실외측 열교환기(49)를 통과한 냉매가 사방 밸브(46)를 거쳐서 압축 기구(42)에 흡입되고, 이 압축 기구(42)로부터 토출된 냉매가 실내측 열교환기(48)로 공급된다. 한편, 사방 밸브(46)의 전환 동작에 의해, 냉매의 방향이 화살표 B방향으로 전환되면, 실내측 열교환기(48)를 통과한 냉매가 사방 밸브(46)를 거쳐서 압축 기구(42)에 흡입되고, 압축 기구(42)로부터 토출된 냉매가 실외측 열교환기(49)로 공급된다. 이와 같이, 사방 밸브(46)의 전환 동작에 의해 냉매가 흐르는 방향이 전환된다.

실내측 열교환기(48)와 실외측 열교환기(49)를 연결하는 냉매 순환 경로에 마련된 교축 장치(47)는, 순환하는 냉매의 유량을 감소시키는 교축 작용과, 냉매의 유량을 자동 조정하는 밸브의 작용을 함께 갖는다. 이 교축 장치(47)는 냉매가 냉매 순환 경로를 순환하고 있는 상태에서, 응축기로부터 증발기로 보내어진 액냉매의 유량을 감소시키고, 그 직후에 액냉매를 팽창시키고, 또한, 증발기에 필요로 되는 양의 냉매를 과부족 없이 공급한다. 이 공기 조화기(43)에서는, 실내측 열교환기(48)는 난방 운전에서는 응축기로서, 냉방 운전에서는 증발기로서 동작한다. 또한, 실외측 열교환기(49)는 난방 운전에서는 증발기로서, 냉방 운전에서는 응축기로서 동작한다. 응축기에서는, 내부를 흐르는 고온 고압의 가스 형상의 냉매가 들여보내지는 공기에 의해 열을 빼앗겨 서서히 액화하여, 응축기의 출구 부근에서는 고압의 액체 또는 액체와 기체의 혼합 상태로 된다. 이는, 냉매가 대기중으로 열을 방열하여 액화하는 것과 동등하다. 또한, 증발기에는 교축 장치(47)에서 저온 저압으로 된 액체 또는 액체와 기체와의 혼합 상태의 냉매가 흘러 들어온다. 이 상태에서, 증발기에 주위의 공기가 들여 보내지면, 냉매는 공기로부터 대량의 열을 빼앗아 증발하여, 기체의 양이 증대한 냉매로 된다. 증발기에서 대량의 열을 빼앗긴 공기는 실내기(44) 또는 실외기(45)의 흡출구로부터 냉풍으로 되어 방출된다.

공기 조화기(43)에서는, 운전 상태, 즉 공기 조화기(43)에 대하여 설정된 목표 온도, 실제의 실온 및 외기 온도에 근거하여 브러쉬리스 모터의 지령 회전수가 설정된다. 모터 제어 장치(101)는 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 설정된 지령 회전수에 근거하여 압축 기구(42)의 브러쉬리스 모터의 회전수를 제어한다.

다음에, 이상과 같이 구성된 공기 조화기(43)의 냉방 및 난방 동작에 대해서 설명한다.

도 17에서, 공기 조화기(43)에서는 모터 제어 장치(101)로부터 압축 기구(42)의 브러쉬리스 모터(도시하지 않음)에 구동 전압이 인가되면, 냉매 순환 경로내에 냉매가 순환한다. 이 때, 실내기(44)의 열교환기(48) 및 실외기(45)의 열교환기(49)에서 열교환이 실행된다. 즉, 공기 조화기(43)에서는 냉매의 순환 폐로에 봉입된 냉매를 압축 기구(42)에 의해 순환시키는 것에 의해, 냉매의 순환 폐로내에 주지의 히트 펌프 사이클이 형성된다. 이에 의해, 실내의 난방 또는 냉방이 행해진다.

예를 들면, 공기 조화기(43)의 난방 운전을 하는 경우, 사용자의 조작에 의해, 사방 밸브(46)는 냉매가 화살표 A로 나타내는 방향으로 흐르도록 설정된다. 이 경우, 실내측 열교환기(48)는 응축기로서 동작하여, 냉매 순환 경로에서의 냉매의 순환에 의해 열을 방출한다. 이에 의해 실내가 따뜻하게 된다.

반대로, 공기 조화기(43)의 냉방 운전을 하는 경우, 사용자의 조작에 의해, 사방 밸브(46)는 냉매가 화살표 B로 나타내는 방향으로 흐르도록 설정된다. 이 경우, 실내측 열교환기(48)는 증발기로서 동작하여, 냉매 순환 경로에서의 냉매의 순환에 의해 주변 공기의 열을 흡수한다. 이에 의해 실내가 차갑게 된다.

이 동작의 동안, 공기 조화기(43)에서는, 이 공기 조화기(43)에 설정된 목표 온도, 실제의 실온 및 외기 온도에 근거하여 지령 회전수가 결정되고, 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 결정된 지령 회전수에 근거하여, 모터 제어 장치(101)에 의해, 압축 기구(42)의 브러쉬리스 모터의 회전수가 제어된다. 이 결과, 공기 조화기(43)는 쾌적한 냉난방을 할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 냉방 및 난방의 양쪽의 운전이 가능한 공기 조화기를 설명했지만, 냉방 전용의 공기 조화기의 경우는, 사방 밸브(46)를 생략하고, 화살표 B의 방향으로 냉매가 흐르도록 구성하면 된다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 대용량의 인덕터나 콘덴서를 사용하지 않는 압축기를 이용한 공기 조화기를 제공할 수 있다.

(실시예 9)

실시예 9의 냉장고(51)는 압축기(41), 응축기(52), 냉장실 증발기(53), 및 교축 장치(54)를 갖고 있다. 이 압축기(41)는 실시예 7의 압축기로 구성되어 있고, 압축 기구(42)와 모터 제어 장치(101)를 갖고 있다. 모터 제어 장치(101)에는 교류 전원(여기서는 단상 교류 전원)(1)이 접속되어 있다. 그리고, 기술한 바와 같이, 압축 기구(42)는 내부에 배치된 브러쉬리스 모터(도 18에 도시하지 않음)에 의해서 구동되고, 이 브러쉬리스 모터가 모터 제어 장치(101)에 의해서 제어된다. 또한, 브러쉬리스 모터 및 교류 전원(1)은 실시예 1과 마찬가지로 구성되어 기능한다. 또한, 모터 제어 장치(101)는 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 하나에 나타낸 모터 제어 장치에 의해서 구성되어 있다. 압축 기구(42)는 냉매를 순환시키고 있으며, 이 냉매 순환 경로내에 응축기(52), 교축 장치(54), 및 냉장실 증발기(53)가 냉매의 순환 방향에서 이 순서로 배치되어 있다.

응축기(52)는 내부를 흐르는 고온 고압의 가스 형상의 냉매를 응축시켜, 냉 매의 열을 외기에 방출하는 것이다. 이 응축기(52)에 들여보내진 냉매 가스는 외기에 의해 열을 빼앗겨 서서히 액화하여, 응축기(52)의 출구 부근에서는 고압의 액체 또는 액체와 기체의 혼합 상태로 된다.

교축 장치(54)는 실시예 8의 공기 조화기(43)의 교축 장치(47)와 마찬가지로, 냉매가 냉매 순환 경로를 순환하고 있는 상태에 있어서, 응축기(52)로부터 내보내어진 냉매의 유량을 감소시켜서 냉매를 팽창시키고, 또한, 냉장실 증발기(53)에 필요로 되는 양의 냉매를 과부족 없이 공급한다.

냉장실 증발기(53)는 저온의 냉매를 증발시켜 냉장고내의 냉각을 한다. 이 냉장실 증발기(53)는 열교환의 효율을 올리기 위한 송풍기(53a)와, 고내의 온도를 검출하는 온도 센서(53b)를 갖고 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 냉장고(51)의 동작에 대해서 설명한다.

도 18에서, 냉장고(51)에서는 모터 제어 장치(101)로부터 압축 기구(42)의 브러쉬리스 모터(도시하지 않음)에 구동 전압이 인가되면, 압축 기구(42)가 동작하여 냉매 순환 경로내를 냉매가 화살표 방향으로 순환한다. 이 때, 응축기(52) 및 냉장실 증발기(53)에서 열교환이 실행되어, 냉장고(51)내가 냉각된다. 환언하면, 응축기(52)에서 응축된 냉매는 교축 장치(54)에서 그 유량이 감소되는 것에 의해 팽창하여, 저온의 냉매로 된다. 그리고, 냉장실 증발기(53)로 저온의 냉매가 들여 보내지면, 냉장실 증발기(53)에서는 저온의 냉매가 증발하여, 냉장고내의 냉각이 실행된다. 이 때, 냉장실 증발기(53)에는 송풍기(53a)에 의해 강제적으로 냉장실내의 공기가 들여 보내지고 있어, 냉장실 증발기(53)에서는 효율적으로 열교환이 실행된다.

또한, 냉장고(51)에서는, 이 냉장고(51)에 설정된 목표 온도 및 냉장고내의 실온에 따라서 지령 회전수가 설정되고, 이 설정된 지령 회전수에 근거하여 모터 제어 장치(101)가, 실시예 8과 마찬가지로, 압축 기구(42)의 브러쉬리스 모터의 회전수를 제어한다. 이 결과, 냉장고(51)에서는 냉장고내의 온도가 목표 온도로 유지된다.

이와 같이, 본 실시예의 냉장고(51)에서는, 저진동이고 또한 전원 역률이 작은 압축기(41)를 구비하고 있기 때문에, 종래의 모터 제어 장치에 비해서 모터 제어 장치(101)의 냉장고(51)내에서의 배치의 자유도가 높아진다. 또한, 모터 제어 장치(101)의 배치의 자유도가 높아지는 것에 의해서, 냉장고(51)의 고내 용적이 증대할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 경량인 모터 제어 장치(101)를 구비하기 때문에, 냉장고(51)의 중량을 경감할 수 있다.

상기 설명으로부터, 당업자에게 있어서는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 명백하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 할 것이며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하는 일 없이, 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 모터 제어 장치는 압축기 등에 이용되는 모터 제어 장치로서 유용하다.

본 발명에 따른 압축기는 공기 조화기 및 냉장고 등의 전기 기기에 이용되는 압축기로서 유용하다.

본 발명에 따른 공기 조화기는 전원 역률을 저하시키는 일 없이 부하 토크 변동에 의한 진동의 발생을 억제 가능한 공기 조화기로서 유용하다.

본 발명에 따른 냉장고는 전원 역률을 저하시키는 일 없이 부하 토크 변동에 의한 진동의 발생을 억제 가능한 냉장고로서 유용하다.

Claims

브러쉬리스 모터를 구동하는 인버터 회로와,

상기 브러쉬리스 모터의 부하 토크 변동에 의해 회전 속도 변동을 검출하고, 상기 인버터 회로를 통해 상기 회전 속도 변동을 억제하도록 상기 브러쉬리스 모터의 모터 전류의 위상과 진폭을 제어하는 제어부

를 구비한 모터 제어 장치.
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제 1 항에 있어서,

교류 전원으로부터 출력되는 교류 전력을 정류하여 상기 인버터 회로에 출력하는 정류기를 더 구비하고,

상기 제어부는 상기 모터 전류의 진폭을 상기 교류 전원의 출력 전압의 절대값에 따라서 제어하는 모터 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 인버터 회로로의 직류 전력 입력 단자간에 콘덴서를 더 구비한 모터 제어 장치.
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교류 전원으로부터 출력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 변환기와,

상기 전력 변환기에서 변환된 직류 전력을 브러쉬리스 모터에 공급하여 해당 브러쉬리스 모터를 구동하는 인버터 회로와,

상기 인버터 회로의 직류 전력 입력 단자간에 접속된 콘덴서와,

상기 인버터 회로를 거쳐서 상기 브러쉬리스 모터의 모터 전류를 제어하는 것에 의해 해당 브러쉬리스 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부

를 구비하고,

상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 부하 토크 변동에 의한 회전 속도 변동을 억제하도록 상기 모터 전류를 제어하고, 또한 상기 모터 전류의 진폭과 상기 모터 전류의 평균값과의 비교에 근거하여 상기 교류 전원으로부터 출력되는 전류를 제어하는

모터 제어 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 모터 전류의 진폭이 상기 모터 전류의 평균값보다도 작은 기간에는 상기 콘덴서가 충전되고, 상기 모터 전류의 진폭이 상기 평균값보다도 큰 기간에는 상기 콘덴서가 방전하도록 상기 교류 전원으로부터 출력되는 전류를 제어하는

모터 제어 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 전력 변환기는 정류기이며, 상기 인버터 회로의 직류 전력 입력 단자간에 콘덴서와 직렬로 스위칭 소자가 접속되고, 상기 제어부는 상기 스위칭 소자를 온ㆍ오프하는 것에 의해 상기 교류 전원으로부터 출력되는 전류를 제어하는 모터 제어 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 모터 전류의 진폭이 상기 모터 전류의 평균값보다도 작은 기간에는 그 진폭이 작아지고, 상기 모터 전류의 진폭이 상기 모터 전류의 평균값보다도 큰 기간에는 그 진폭이 커지도록, 상기 교류 전원으로부터 출력되는 전류를 제어하는

모터 제어 장치.
제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 브러쉬리스 모터의 부하 토크 변동에 의한 회전 속도 변동을 억제하도록 상기 모터 전류의 위상을 제어하는 모터 제어 장치.
제 1, 7, 8, 13, 14, 15, 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 브러쉬리스 모터가 1회전중에 하나의 피크를 갖도록 토크가 변동하는 부하를 구동하는 것인 모터 제어 장치.
청구항 18에 기재된 모터 제어 장치와,

상기 모터 제어 장치에 의해 제어되는 상기 브러쉬리스 모터와,

압축 기구

를 구비하되,

상기 압축 기구는 상기 브러쉬리스 모터에 의해 구동되도록 구성된 압축기.
열매체 순환 경로와,

상기 열매체 순환 경로 중에 차례로 배치된, 청구항 19에 기재된 압축기와,

실외측 열 교환기, 교축 장치, 실내측 열교환기

를 구비하되,

열매체가 상기 압축기에 의해 압축되어 상기 열매체 순환 경로를 순방향 또는 역방향으로 순환함으로써 상기 실내측 열교환기에 의해 실내가 냉방 또는 온방되도록 구성된 구비한 공기 조화기.
열매체 순환 경로와,

상기 열매체 순환 경로 중에 차례로 배치된, 청구항 19에 기재된 압축기, 응축기, 교축 장치, 냉장실 증발기

를 구비하되,

열매체가 상기 압축기에 의해 압축되어 상기 열매체 순환 경로를 순환함으로써 냉장실 증발기에 의해 냉장실이 냉각되도록 구성된 냉장고.
제 1 항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 브러쉬리스 모터의 회전에 기초하여 상기 회전 속도 변동과 상기 브러쉬리스 모터의 회전 위상을 검출하고, 그 검출된 회전 속도 변동과 회전 위상에 기초하여 상기 모터 전류의 위상을 제어하는 모터 제어 장치.
제 22 항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 브러쉬리스 모터의 전류에 기초하여 그 브러쉬리스 모터의 회전수와 회전 위상을 추정하고, 그에 따라, 상기 회전 속도 변동과 회전 위상을 검출하는 모터 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어부는, 소정의 전원 역률의 범위에 따라, 상기 모터 전류의 진폭을 소정의 범위로 제어하는 모터 제어 장치.