KR101369674B1 - 차량용 공조장치의 전동압축기 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

차량용 공조장치의 전동압축기에 사용되는 모터의 구동을 제어하는 인버터를 고온으로부터 보호할 수 있는 전동압축기 및 그의 제어방법이 제공된다. 전동압축기는, 냉매를 흡입 및 토출하는 압축기 본체와; 상기 냉매를 압축하는 압축부와; 상기 압축부를 구동하는 모터 및; 상기 모터의 구동을 제어하는 인버터를 포함하여 구성되며, 상기 인버터의 온도를 측정하는 온도측정 수단과; 상기 온도측정수단으로 측정된 상기 인버터의 온도가 소정의 제 1 온도값 미만일 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 소정의 제 1 회전수로 유지하고, 상기 인버터의 온도가 상기 소정의 제 1 온도값 이상일 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 상기 소정의 제 1 회전수보다 높은 소정의 제 2 회전수로 증가하며, 상기 모터의 최소회전수가 상기 제 2 회전수로 설정된 상태에서, 상기 인버터의 온도가 상기 소정의 제 1 온도값보다 낮은 소정의 제 2 온도값 이하인 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 상기 소정의 제 2 회전수로부터 상기 소정의 제 1 회전수로 재설정하는 제어수단을 구비한다. 이에 의하여, 인버터가 과열에 의하여 열손상을 입게 될 우려가 방지되며, 사용자로 하여금 만족스러운 공조감을 느낄 수 있게 된다.

Description

차량용 공조장치의 전동압축기 및 그의 제어방법{ELECTRIC COMPRESSOR FOR A VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은 차량용 공조장치의 전동압축기 제어방법으로서, 보다 상세하게는 차량용 공조장치의 전동압축기에 사용되는 모터의 구동을 제어하는 인버터를 고온으로부터 보호할 수 있는 전동압축기 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 공조시스템에서 사용되는 압축기는 증발기로부터 증발이 완료된 냉매를 흡입하여 액화하기 쉬운 고온과 고압상태로 만들어 응축기로 전달한다. 이와 같은 압축기에는 실제로 냉매를 압축하는 구성으로서, 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다. 회전식 압축기에는 엔진을 구동원으로 하여 회전을 수행하는 기계식과, 모터를 구동원으로 하는 전동식이 있다.
전동식 압축기는 별도의 모터를 사용하여 압축기를 구동하는 방식이다. 모터는 전동식 압축기의 인버터에 의해 그 회전속도가 조절된다.
전동식 압축기에 구비된 인버터에는 작동시 열이 발생되는 발열소자로서 반도체 스위칭소자들이 다수 사용된다. 이러한 발열소자들은 내구성이 약하기 때문에 직접 냉매가 흐르도록 하여 냉각을 수행하는 것이 어렵다.
따라서, 압축기의 흡입측 벽면에 인버터를 설치하여 흡입측 벽면으로 인버터의 열을 전달하고 흡입측 벽을 유통하는 냉매가 냉각을 수행하는 것이 시도되고 있다.
이러한 종래의 기술의 전동식압축기에 의하면, 압축기의 외관은 모터가 설치되는 중간하우징과, 중간하우징의 양측에 각각 설치되는 토출하우징 및 흡입하우징에 의해 형성되고, 이들 중간하우징과 토출하우징, 흡입하우징은 그 내부가 모두 연통된다. 흡입하우징에는 냉매의 흡입을 위한 흡입포트가 형성되고, 흡입하우징의 일측 벽면에는 모터의 구동을 제어하는 인버터가 설치된다. 인버터는 냉매와 직접 접촉하지 않도록 하기 위해 흡입하우징에서 냉매가 흐르는 면의 반대쪽 면에 설치된다. 중간하우징에는 압축을 위한 구동력을 전달하는 모터가 설치되고, 토출하우징에는 냉매의 압축을 수행하는 고정스크롤 및 가동스크롤이 구비된다.
전동식압축기의 내부에서의 냉매흐름을 살펴보면, 먼저 흡입하우징의 흡입포트를 통해 냉매가 유입된다. 유입된 냉매는 흡입하우징을 지나면서 인버터에서 발생한 열 중 흡입하우징의 벽면에 전달된 열을 흡수하게 된다. 구동회로의 열을 흡수한 냉매는 중간하우징을 거치면서 중간하우징에 설치된 모터를 냉각시킨다. 모터를 냉각시킨 냉매는 다시 토출하우징으로 유입되고, 토출하우징의 고정스크롤 및 가동스크롤에 의해 압축되어 외부로 토출된다.
하지만, 이러한 방식의 종래의 전동식 압축기에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 전동압축기는 공조장치의 제어부에 의하여 제어되기 때문에, 예를 들어 압축기가 정지하고 있는 때에는 냉매가 유통되지 않기 때문에 냉각이 불가능하고, 따라서 그 사이에 예를 들어 엔진실내의 온도 상승에 의하여 인버터가 고온으로 되는 경우가 있다.
종래에는 상술한 바와 같은 냉각수단을 채택한 경우라도, 인버터가 소정온도 이상으로 되면 압축기를 정지시켜 자연냉각함으로써 인버터를 보호하고 있다. 그렇지만 자연냉각에는 시간이 소요될 뿐만 아니라, 압축기가 정지해 있을 때에는, 사용자가 냉방을 원해도 냉방운전이 불가능하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그의 목적은 차량용 공조장치의 전동압축기에 사용되는 인버터가 소정온도 이상으로 되더라도, 압축기를 정지시키지 않고 인버터를 고온으로부터 보호할 수 있는 전동압축기 및 그의 제어회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 인버터가 소정온도 이상으로 되더라도, 압축기를 정지시키지 않고 사용자에게 원하는 공조감을 느낄 수 있도록 할 수 있는 전동압축기 및 그의 제어회로를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 공조장치의 전동압축기는, 냉매를 흡입 및 토출하는 압축기 본체와; 상기 냉매를 압축하는 압축부와; 상기 압축부를 구동하는 모터 및; 상기 모터의 구동을 제어하는 인버터를 포함하여 구성되며, 상기 인버터의 온도를 측정하는 온도측정 수단과; 상기 온도측정수단으로 측정된 상기 인버터의 온도가 소정의 제 1 온도값 미만일 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 소정의 제 1 회전수로 유지하고, 상기 인버터의 온도가 상기 소정의 제 1 온도값 이상일 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 상기 소정의 제 1 회전수보다 높은 소정의 제 2 회전수로 증가하며, 상기 모터의 최소회전수가 상기 제 2 회전수로 설정된 상태에서, 상기 인버터의 온도가 상기 소정의 제 1 온도값보다 낮은 소정의 제 2 온도값 이하인 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 상기 소정의 제 2 회전수로부터 상기 소정의 제 1 회전수로 재설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어수단은 차량용 공조시스템의 제어부인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 온도측정수단에서 측정된 인버터의 온도는 상기 인버터에 의하여 차량용 공조시스템의 제어부로 입력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본원발명에 의한 차량용 공조장치의 전동압축기 제어방법은, 인버터의 온도를 측정하여 공조장치의 제어부로 전송하는 단계와; 측정된 상기 인버터의 온도가 소정의 제 1 온도값 미만일 때에는 전동압축기의 모터의 최소 회전수를 소정의 제 1 회전수로 유지하는 단계와; 상기 인버터의 온도가 상기 소정의 제 1 온도값 이상일 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 상기 소정의 제 1 회전수로부터 그 보다 높은 소정의 제 2 회전수로 증가하는 단계; 및, 상기 모터의 최소회전수가 제 2 회전수로 설정된 상태에서, 상기 인버터의 온도가 상기 소정의 제 1 온도값보다 낮은 소정의 제 2 온도값 이하인 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 상기 소정의 제 2 회전수로부터 상기 소정의 제 1 회전수로 재설정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 모터의 최소 회전수의 설정, 증가 및 재설정을 지령하는 신호는 공조장치의 제어부로부터 인버터로 전송되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 인버터의 온도를 측정하여 공조장치의 제어부로 전송하는 단계는 상기 인버터에 의하여 행해지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 온도값은 98℃ ~ 102℃ 이며, 제 2 온도값은 92℃ ~ 97℃ 인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 회전수는 1,300rpm ~ 1,800rpm이고, 상기 제 2 회전수는 2,000rpm ~ 2,500rpm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량용 공조장치의 전동압축기 및 그의 제어방법에 따르면, 인버터의 온도가 소정의 제 1 온도값 이상일 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 소정의 제 1 회전수보다 높은 소정의 제 2 회전수로 증가시킴으로써, 인버터를 급속냉각하기 위하여 다량의 냉매를 신속하게 공급할 수 있으므로, 압축기를 정지시키지 않고서도 인버터를 고온으로부터 보호할 수 있으며, 사용자에게 원하는 공조감을 느낄 수 있도록 할 수 있게 된다.
또한, 인버터의 온도가 소정의 제 2 온도값 이하로 되는 때에는 모터의 최소 회전수를 다시 원래의 설정된 제 1 회전수로 복귀시키도록 함으로써, 모터의 과도한 회전을 방지할 수 있다.
또한, 상기 모터의 최소 회전수의 설정, 증가 및 재설정을 공조장치의 제어부에 의하여 행해지도록 함으로써, 보다 종합적이고 정확한 제어가 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 전동 압축기의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 전동 압축기 제어부중 인버터측의 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명의 전동 압축기 제어부중 FATC (Full Automatic Temperature Control)측의 제어에 관한 플로우 차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 관한 차량용 공조장치의 전동압축기 및 그의 제어방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 관한 전동압축기는 냉매를 흡입 및 토출하는 압축기 본체(10)와, 압축기 본체(10)내로 흡입되는 냉매를 압축하는 압축부(20)와, 압축부(20)를 구동하는 모터(30) 및, 모터를 구동하는 인버터 장치(40)를 구비하고 있다.
압축기 본체(10)는 흡입측 하우징(11), 중간 하우징(12) 및 배출측 하우징(13)으로 구성된다. 흡입측 하우징(11)의 측면에는 냉매의 흡입구(11a)가 마련된다. 흡입측 하우징(11)의 칸막이 벽(11b)의 한 끝단에 인버터 장치(40)를 수용하는 회로 수용부(11c)가 형성된다. 이 회로수용부(11c)내의 인버터(40)는, 칸막이벽(11b)에 밀착하도록 설치되고, 칸막이 벽(11b)의 열전달 핀(11d)에 대응하도록 위치한다. 또한 기판에는 온도측정수단인 온도센서(43)가 마련되어 있어서, 인버터(40)의 온도를 측정하도록 되어 있다.
인버터(40)에 포함된 모터 구동회로의 제어부는 반도체 스위칭소자의 스위칭동작을 제어함으로써 모터의 회전수를 제어하게 된다.
흡입측 하우징(11)내로 유입한 냉매는 칸막이벽(11b)을 따라서 유통하게 되며, 칸막이 벽(11b)의 반대측면에 인버터(40)의 회로기판(40a)이 밀착설치되므로, 모터 구동회로는 저온의 흡입냉매와 칸막이 벽(11b)을 이용하여 열교환하게 되고, 이에 따라 인버터(40)가 냉각된다.
다음에 이와 같이 구성되는 본 발명의 전동압축기에 있어서의 제어방법에 대하여 도 2 및 도3을 참조하여 설명한다. 도 2는 인버터측의 제어에 관한 플로우차트이고, 도 3은 FATC (Full Automatic Temperature Control)측의 제어에 관한 플로우 차트이다.
먼저, 차량이 시동되면 인버터(40)에 내장된 온도센서(43)는 인버터(40)의 온도 Ti 를 측정하고(S100), 인버터는 이 측정된 온도 Ti 를 FATC로 전송하게 된다(S110).
FATC는 차량용 공조시스템의 제어부로서, 공조계통의 모든 장치를 제어하는 역할을 하며, 후술하는 바와 같이, 공조시스템에서 사용되는 압축기모터의 구동을 제어하는 인버터(40)와는 상호간에 여러 가지 정보를 CAN(Controller Area Network) 통신라인에 의하여 송수신함으로써, 공조시스템을 최적의 상태로 제어한다.
도 3을 참조하면, 인버터(40)로부터 전송된 인버터(40)의 온도 Ti 는 FATC에 의하여 미리 설정된 소정의 제 1 온도값과 비교된다(S200). 이 제 1 온도값은 인버터의 스위칭소자들에 열손상을 입힐 우려가 있는 온도에 도달하기 전의 일종의 임계치에 해당하는 것으로서, 여러 가지 조건에 따라서 상이한 값으로 설정될 수 있으며, 통상 현재의 제품들의 사양을 고려할 때, 98℃ 내지 100℃ 정도로 설정된다.
인버터(40)의 온도 Ti 가 제 1 온도값 이상으로 상승하게 되면, 열손상을 방지하기 위하여, 인버터 장치(40)를 신속하게 냉각시킬 수 있도록, 흡입측 하우징(11)의 칸막이 벽(11b)을 유통하는 냉매의 유통량을 급속하게 증가시킬 필요가 있으며, 이를 위하여는 공조장치의 압축기를 구동하는 모터의 회전수를 급증시켜야만 한다.
차량용 공조장치에 있어서는 외기온도나 내부온도 등의 열부하정보에 의거하여, 증발기를 통과한 직후의 공기의 목표 온도, 이 목표온도와 증발기 온도센서에 의해 검출된 실제온도에 의거하여, 압축기의 토출용량, 즉 모터의 회전수를 피드백 제어하도록 되어 있으며, 여러 가지 조건을 감안하여 압축기 구동모터의 최소회전수를 설정해 놓고 있으며, 본원발명에 있어서는 이러한 통상의 최소회전수를 제 1 최소 회전수로 하고 있으며, 통상 1,300rpm 내지 1,800rpm으로 설정하여 놓게 된다.
그런데, 예를 들어 에어컨을 작동할 필요가 없는 경우에는 압축기가 정지된 상태에 있게 되며, 인버터를 냉각하기 위하여 압축기를 강제로 구동하더라도 모터는 최소회전수로 회전하는 상태로만 있게 된다.
따라서, 본 발명에서는 인버터의 온도 Ti 가 열손상을 입을 우려가 있는 정도인 제 1 온도이상으로 상승하였을 때에는, FATC에 의하여 설정된 최소회전수를 통상의 제 1 최소 회전수보다 높은 회전수, 예를 들면 2000rpm 내지 2,500rpm으로 하여 모터의 최소 회전수 제한을 일시적으로 높게 설정하게 된다. 이러한 상태, 즉 인버터의 온도를 냉각시키기 위하여 강제로 모터의 최소 회전속도를 높게 설정하는 모드를 “냉각모드”라 하고, 최소 회전수를 통상의 제 1 회전수보다 높게 설정한 경우에 냉각모드가 온(ON)상태라고 규정하며, 최소 회전수를 제 1 회전수로 낮게 복귀하는 경우를 냉각 모드 오프(OFF)로 규정한다.
따라서, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 인버터의 온도 Ti 가 제 1 온도이상으로 상승하였을 때(S210)에는, FATC가 냉각모드를 온으로 설정하게 된다(S210). 냉각모드가 온으로 설정되면, 모터의 최소회전수는 제 1 회전수로부터 제 2 회전수로 재설정되며, FATC는 이와 같이 재설정된 모터의 최소회전수를 인버터(40)로 전송(S260)하게 되며, 이러한 최소 회전수의 재설정을 FATC로부터 신호로 지령받은 인버터(40)는 모터의 최소회전수를 제 2 회전수로 구동제어하게 된다.
그러나, 이와 같이 모터의 최소회전수를 통상의 최소회전수보다 높은 최소회전수로 계속 설정하여 놓는 것은 통상의 공조장치 제어를 위하여는 바람직하지 않기 때문에, 인버터(40)의 온도 Ti 가 제 1 온도로부터 하강하여 소정의 제 2 온도, 예를 들어 92℃ 내지 97℃ 정도의 안전한 온도까지 내려오게 되면 모터의 최소 회전수를 통상의 제 1 회전수로 복귀시키도록 하고 있다(S250).
즉, 도 2B에서와 같이 냉각모드가 온으로 되어 있는 상태에서 인버터(40)의 온도 Ti 가 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도의 이하로 된 때(S220)에는, FATC가 냉각모드를 오프로 하게 된다(S230). 냉각모드가 오프로 된다는 것은 모터의 최소 회전수가 통상의 제 1 회전수로 복귀됨을 의미하는 것이며, FATC는 원래의 제 1 회전수대로 모터를 구동시키도록 최소 회전수의 지령신호를 인버터에 전송하게 된다(S260).
따라서, 이와 같이 인버터의 온도를 실시간으로 검지하여, 차량의 FATC로 전송하고, FATC는 인버터 장치의 온도가 상승한 때에는 압축기의 구동모터의 최소 회전수를 자동으로 상승시킴으로써 인버터 장치를 급속냉각하게 되고, 인버터 장치가 충분히 냉각된 뒤에는 모터의 최소 회전수를 통상의 설정치로 복귀시킴으로써 인버터가 과열에 의하여 열손상을 입게 될 우려가 방지되며, 사용자로 하여금 만족스러운 공조감을 느낄 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 냉매를 흡입 및 토출하는 압축기 본체(10)와; 상기 냉매를 압축하는 압축부(20)와; 상기 압축부(20)를 구동하는 모터(30) 및; 상기 모터(30)의 구동을 제어하는 인버터(40)를 포함하여 구성되는 차량용 공조장치의 전동압축기에 있어서:
    상기 인버터(40)의 온도 Ti 를 측정하는 온도측정 수단(43)과;
    상기 온도측정수단(43)으로 측정된 상기 인버터의 온도 Ti 가 소정의 제 1 온도값 미만일 때에는 상기 모터(30)의 최소 회전수를 소정의 제 1 회전수로 유지하고, 상기 인버터(40)의 온도 Ti 가 상기 소정의 제 1 온도값 이상일 때에는 상기 모터(30)의 최소 회전수를 상기 소정의 제 1 회전수보다 높은 소정의 제 2 회전수로 증가하며, 상기 모터(30)의 최소 회전수가 상기 제 2 회전수로 설정된 상태에서, 상기 인버터(40)의 온도 Ti 가 상기 소정의 제 1 온도값보다 낮은 소정의 제 2 온도값 이하인 때에는 상기 모터(30)의 최소 회전수를 상기 소정의 제 2 회전수로부터 상기 소정의 제 1 회전수로 재설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어수단은 차량용 공조시스템의 제어부(FATC)인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온도측정수단(43)에서 측정된 인버터의 온도 Ti 는 상기 인버터(40)에 의하여 차량용 공조장치의 제어부(FATC)로 입력되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 온도값은 98℃ ~ 102℃ 이며, 제 2 온도값은 92℃ ~ 97℃ 인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 회전수는 1,300rpm ~ 1,800rpm이고, 상기 제 2 회전수는 2,000rpm ~ 2,500rpm인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기.
  6. 인버터의 온도를 측정하여 공조장치의 제어부로 전송하는 단계와;
    측정된 상기 인버터의 온도가 소정의 제 1 온도값 미만일 때에는 전동압축기의 모터의 최소 회전수를 소정의 제 1 회전수로 유지하는 단계와;
    상기 인버터의 온도가 상기 소정의 제 1 온도값 이상일 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 상기 소정의 제 1 회전수로부터 그 보다 높은 소정의 제 2 회전수로 증가하는 단계; 및,
    상기 모터의 최소회전수가 제 2 회전수로 설정된 상태에서, 상기 인버터의 온도가 상기 소정의 제 1 온도값보다 낮은 소정의 제 2 온도값 이하인 때에는 상기 모터의 최소 회전수를 상기 소정의 제 2 회전수로부터 상기 소정의 제 1 회전수로 재설정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기 제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 인버터의 온도를 측정하여 공조장치의 제어부로 전송하는 단계는 상기 인버터에 의하여 행해지는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기 제어방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 온도값은 98℃ ~ 102℃ 이며, 상기 제 2 온도값은 92℃ ~ 97℃ 인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기 제어방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 회전수는 1,300rpm ~ 1,800rpm이며, 상기 제 2 회전수는 2,000rpm ~ 2,500rpm인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전동압축기 제어방법.

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