KR101392953B1 - 모터 구동 장치, 이를 구비한 공기 조화기, 및 모터 구동 방법 - Google Patents

모터 구동 장치, 이를 구비한 공기 조화기, 및 모터 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터를 안정적으로 구동시키면서, 모터가 갖는 영구 자석의 감자(減磁) 억제를 적절히 행하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 모터(M)의 가속 레이트를 제한할 때의 전류 임계치인 가속 레이트 제한 임계치를, 모터 권선 온도 검출기(50)에 의해 검출되는 모터 온도에 대응하여 설정하는 전류 임계치 설정부(45)와, 전류 검출기(20)에 의해 검출되는 전류치에 대응하는 모터 전류와, 전류 임계치 설정부(45)로부터 입력되는 가속 레이트 제한 임계치를 비교하고, 당해 비교 결과에 따라 모터(M)의 가속 레이트를 설정하는 가속 레이트 설정부(46)와, 가속 레이트 설정부(46)에 의해 설정되는 가속 레이트에 따라, 인버터(11)에 구동 신호를 출력하는 구동 신호 발생부(44)를 구비한다.

Description

모터 구동 장치, 이를 구비한 공기 조화기, 및 모터 구동 방법{MOTOR DRIVE DEVICE, AIR CONDITIONER COMPRISING MOTOR DRIVE DEVICE, AND MOTOR DRIVE METHOD}
본 발명은 모터 구동 장치, 이를 구비한 공기 조화기, 및 모터 구동 방법에 관한 것이다.
최근, 압축기의 모터가 구비하는 영구 자석으로서, 저렴한 페라이트 자석이 이용되고 있지만, 페라이트 자석은 저온 환경에서 감자(減磁)하기 쉬운 특성(저온 감자 특성)을 갖고 있다.
여기에서, 「감자」란, 자석의 와전류 손실에 의한 온도 상승이나, 전류에 의해 생기는 역자계 등에 의해, 자석 전체의 자기 모멘트가 감소하는 것을 의미하고 있다.
이와 같은 영구 자석의 감자를 방지하기 위한 기술로서, 이하에 나타내는 것이 알려져 있다.
예를 들면 특허문헌 1에는, DC 전류 검출 회로(전류 검출기)의 출력에 의거하여 상(相)전류 연산부(전류 재현부)에서 모터 상전류를 연산하고, 당해 모터 상전류가 소정의 임계치 이상이 되었을 경우에 브러쉬리스 모터(모터)의 주파수를 낮추는 전류 제한 기능을 구비한 압축기용 브러쉬리스 모터 구동 장치에 대해서 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 전압 비교 회로에 의해 결정되는 과전류 보호 정지 임계치를, 감자 전류 미만인 소정치로 변경함으로써 영구 자석의 감자를 방지하고 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 압축기 온도 검지 수단에 의해 검지되는 온도에 따라 모터의 과전류 검지 레벨을 전환하는 공기 조화기에 대해서 기재되어 있다. 그리고, 검출되는 모터 전류가 과전류 검지 레벨을 초과했을 경우에는 모터의 회전 속도를 제한함으로써, 모터가 구비하는 영구 자석의 감자를 방지하고 있다.
일본국 특개2009-198139호 공보 일본국 특개2005-308233호 공보
그런데, 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 모터 전류가 소정의 전류 제한 임계치를 초과하면, 마이크로컴퓨터로부터 모터의 주파수를 낮추는(즉, 모터를 감속시키는) 지령 신호가 인버터에 출력된다. 또한, 모터 전류가 소정의 과전류 보호 임계치를 초과하면, 마이크로컴퓨터로부터 모터의 구동을 정지시키는 지령 신호가 인버터에 출력된다.
그러면, 예를 들면 공기 조화기에서 난방 운전을 행할 때에 모터를 고속 회전시키고자 하면, 상기한 모터의 감속 제어 또는 정지 제어가 행해짐으로써, 목표 회전 속도에 도달할 때까지 장시간을 요하게 된다. 또한, 이와 같은 경우에는, 모터의 감속과 가속을 반복하게 될 가능성이 높아, 모터의 구동이 불안정해진다는 문제도 있다.
그래서, 본 발명의 과제는, 모터를 안정적으로 구동시키면서, 모터가 갖는 영구 자석의 감자 억제를 적절히 행하는 것에 있다.
상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 모터의 가속 레이트를 제한할 때의 전류 임계치인 가속 레이트 제한 임계치를, 모터 온도 검출 수단에 의해 검출되는 모터 온도에 대응하여 설정하는 전류 임계치 설정부와, 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류치에 대응하는 모터 전류와, 상기 전류 임계치 설정부로부터 입력되는 상기 가속 레이트 제한 임계치를 비교하고, 당해 비교 결과에 따라 상기 모터의 가속 레이트를 설정하는 가속 레이트 설정부와, 상기 가속 레이트 설정부에 의해 설정되는 상기 가속 레이트에 따라 인버터에 구동 신호를 출력하는 구동 신호 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 그 밖의 태양에 대해서는, 후기하는 실시형태에 있어서 설명한다.
본 발명에 의하면, 모터를 안정적으로 구동시키면서, 모터가 갖는 영구 자석의 감자 억제를 적절히 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 모터 제어 장치를 이용한 공기 조화기의 시스템 구성도.
도 2는 압축기에 설치된 모터를 구동시키는 모터 구동 장치를 포함하는 구성도.
도 3은 저온 감자 특성을 갖는 영구 자석을 이용한 모터에 있어서, 모터 권선(捲線) 온도에 대한 모터 감자 전류, 및 모터 감자 보호 임계치의 관계를 나타내는 맵.
도 4는 소자 단락 보호 임계치, 모터 감자 전류, 모터 감자 보호 임계치, 및 가속 레이트 제한 임계치와, 모터 온도의 관계를 나타내는 맵.
도 5는 인버터 제어 수단이 행하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트.
도 6은 모터의 회전 속도의 시간적 변화를 나타내는 설명도.
도 7은 모터의 회전 속도의 시간적 변화를 나타내는 설명도.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 모터 구동 장치에 있어서, 소자 단락 보호 임계치, 모터 감자 전류, 모터 감자 보호 임계치, 및 가속 레이트 제한 임계치와, 모터 온도의 관계를 나타내는 맵.
도 9는 인버터 제어 수단이 행하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 모터 구동 장치를 이용한 공기 조화기에 있어서, 압축기 구동용 모터의 가속 레이트 제한치를 Omin-1／sec로 했을 때의 회전 속도와 모터 상전류의 관계를 나타내는 특성도.
도 11은 공기 조화기의 제어 수단이 행하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트.
도 12의 (a)는 토크 외란 억제 제어를 행했을 경우에 있어서, 압축기의 압력을 변화시켰을 때의 모터 전류 특성을 나타내는 설명도이며, (b)는 토크 변동 억제 제어를 실행하는 영역 T와, 전류 변동 억제 제어를 실행하는 영역 I에서의 상전류 파형을 나타내는 설명도.
도 13은 토크 외란 억제 제어를 행했을 경우에 있어서, 압축기의 압력을 변화시켰을 때의 모터 전류 특성과, 실부하예를 나타내는 설명도.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 적정 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하여, 중복된 설명을 생략한다.
《제1 실시형태》
<공기 조화기의 구성>
도 1은 본 실시형태에 따른 모터 제어 장치를 이용한 공기 조화기의 시스템 구성도이다. 공기 조화기(A)는, 실내기(Iu)와 실외기(Ou)가 냉매 배관(L)에 의해 접속되고, 리모컨(Re)으로부터 입력되는 적외선 신호에 따라, 소정의 공기 조절 운전을 행하도록 되어 있다.
실내기(Iu)는, 팽창 밸브(4)와, 실내 열교환기(5)와, 실내 팬(5a)과, 실내 제어 장치(100a)를 구비하고 있다. 또한, 실외기(Ou)는, 압축기(1)와, 사방 밸브(2)와, 실외 열교환기(3)와, 실외 팬(3a)과, 실외 제어 장치(100b)를 구비하고 있다.
압축기(1)에는, 냉방시와 난방시에 냉매의 흐름을 전환하는 사방 밸브(2)가 접속되어 있다. 이 사방 밸브(2)의 한쪽측에는, 냉방 운전시에 응축기로서 기능하고, 난방 운전시에 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(3)가 냉매 배관(L)을 통해 접속되어 있다. 또한, 사방 밸브(2)의 다른쪽측에는, 냉방 운전시에 증발기로서 기능하고, 난방 운전시에 응축기로서 기능하는 실내 열교환기(5)가 냉매 배관(L) 을 통해 접속되어 있다.
또한, 실외 열교환기(3)와 실내 열교환기(5) 사이에는 감압 장치인 팽창 밸브(4)가 접속되어 있다. 덧붙여서 말하면, 압축기(1)로부터 사방 밸브(2)로 토출 되는 냉매의 압력을 검지하는 압력 센서(도시 생략)가 설치되어 있다.
이와 같이, 압축기(1)와, 사방 밸브(2)와, 실외 열교환기(3)와, 팽창 밸브(4)와, 실내 열교환기(5)는 냉매 배관(L)에 의해 접속되고, 히트 펌프 사이클을 구성하고 있다.
한편, 난방 운전 및 냉방 운전에 있어서의 각 기기의 기능에 대해서는 주지(周知)이기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.
이하의 설명에 있어서, 압축기(1)가 구비하는 모터(M)의 구동을 제어하는 제어 장치(실외 제어 장치(100b))를, 「모터 구동 장치(100)」로 기재하는 경우가 있는 것으로 한다.
<모터 구동 장치를 포함하는 시스템 구성>
도 2는 압축기에 설치된 모터를 구동시키는 모터 구동 장치를 포함하는 구성도이다.
교류 전원(200)은, 발전소(도시 생략) 등으로부터 송배전되는 교류 전력의 전원을 나타내고 있다.
컨버터(300)는, 교류 전원(200)으로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 회로이며, 다이오드(D1, D3)를 순방향으로 직렬 접속하고, 그 상호 접속점을 컨버터 입력단으로 하는 다이오드 브릿지를 구비하고 있다. 한편, 다이오드(D2, D4)에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 당해 직류 전압에 포함되는 맥동 성분을 평활화하기 위한 평활 콘덴서(C)가, 상기한 다이오드 브릿지와 병렬로 접속되어 있다.
따라서, 교류 전원(200)에 접속되는 컨버터(300)가 「직류 전원」을 구성하고 있다.
모터 구동 장치(100)는, 상기한 직류 전원으로부터 입력되는 직류 전압을, 인버터 제어에 의해 소정의 교류 전압으로 변환하여 모터(M)에 출력하도록 되어 있다. 한편, 모터 구동 장치(100)의 상세에 대해서는, 후기한다.
모터(M)는, 예를 들면 영구 자석형 동기(同期) 모터이며, 삼상 권선을 통해 인버터(11)와 접속되고, 당해 삼상 권선에 유입(流入)하는 교류 전류에 의해 생기는 회전 자계로 영구 자석(도시 생략)을 흡인함으로써 회전한다. 한편, 모터(M)의 회전축은, 부하인 압축기(1)(도 1 참조)의 주축에 고정되고, 모터(M)의 회전에 수반하여 압축기(1)가 구동하도록 되어 있다.
본 실시형태에서는, 모터(M)가 갖는 영구 자석으로서, 저온에서 감자하기 쉬운 저온 감자 특성을 가진 페라이트 자석을 이용하기로 한다.
<모터 구동 장치의 구성>
도 2에 나타내는 바와 같이, 모터 구동 장치(100)는, 파워 모듈(10)과, 전류 검출기(20)와, 증폭기(30)와, 인버터 제어 수단(40)을 구비하고 있다.
파워 모듈(10)은, 모터(M)에 소정의 교류 전압을 출력하기 위한 복수의 스위칭 소자(도시 생략)를 포함하는 인버터(11)와, 스위칭 소자를 보호하기 위한 소자 단락 보호 수단(12)과, 스위칭 소자를 구동시키기 위한 인버터 구동 회로(13)가 집약적으로 일체화된 구성으로 되어 있다.
전류 검출기(전류 검출 수단)(20)는, 컨버터(300)와 인버터(11) 사이의 모선(母線)에 직렬로 접속되어, 인버터(11)에 공급되는 전류를 검출하여 증폭기(30) 및 소자 단락 보호 수단(12)에 시시각각으로 출력한다.
증폭기(30)는, 예를 들면 트랜지스터(도시 생략)를 갖고, 전류 검출기(20)로부터 입력되는 검출 신호를 증폭하고, 인버터 제어 수단(40)의 모터 전류 재현부(41)에 출력한다.
인버터 제어 수단(제어 수단)(40)은, 증폭기(30)로부터 입력되는 검출 신호와 모터(M)의 회전 속도 지령치(ω)에 의거하여, 모터(M)에 인가해야 할 교류 전압을 연산하고, 구동 신호로 변환하여 출력한다.
한편, 회전 속도 지령치(ω)는, 리모컨(Re)(도 1 참조)으로부터 입력되는 설정 온도 정보나, 실내기(Iu)의 서미스터(도시 생략)에 의해 검출되는 실내 온도 등 에 의거하여 결정되는 지령치이다. 예를 들면, 난방 운전시에 리모컨(Re)으로부터 입력되는 설정 온도가 상승하면, 공기 조화기의 온도 조절용 마이크로컴퓨터(도시 생략)가, 회전 속도 지령치(ω)를 증가시킨다.
모터 권선 온도 검출기(모터 온도 검출 수단)(50)는, 모터(M)의 권선 온도를 검출하여, 전류 임계치 설정부(45)에 시시각각으로 출력한다.
(1. 파워 모듈)
파워 모듈(10)은, 인버터(11)와, 소자 단락 보호 수단(12)과, 인버터 구동 회로(13)를 구비하고 있다.
인버터(11)는, 복수의 스위칭 소자(도시 생략)를 갖고, 인버터 구동 회로(13)로부터 입력되는 PWM 신호에 따라, 각각의 스위칭 소자의 ON／OFF를 전환하고, 소정의 삼상 교류 전압을 모터(M)에 출력한다. 그리고, 당해 삼상 교류 전압에 따른 삼상 교류 전류가 모터(M)에 유입하여, 상기한 회전 자계를 발생시킨다.
한편, 인버터(11)가 갖는 복수의 스위칭 소자로서, 예를 들면 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 이용할 수 있다.
소자 단락 보호 수단(12)은, 전류 검출기(20)로부터 입력되는 전류 검출치와, 미리 설정된 소자 단락 보호 임계치를 비교하여, 상기한 전류 검출치가 소자 단락 보호 임계치를 초과할 경우에 정지 지령 신호를 인버터 구동 회로(13)에 출력하고, 인버터(11)의 구동을 정지시킨다.
한편, 소자 단락 보호 수단(12)의 처리는, 마이크로컴퓨터를 개재시키지 않고 실행된다. 이에 따라, 스위칭 소자가 단락했을 경우 등에, 매우 짧은 시간(수 μsec)에 인버터(11)의 구동을 정지시킬 수 있다.
인버터 구동 회로(13)는, 구동 신호 발생부(44)로부터 입력되는 구동 신호에 따라, 인버터(11)가 갖는 각각의 스위칭 소자(도시 생략)에 PWM 신호(Pulse Width Modulation: 펄스폭 변조파 신호)를 출력한다. 또한, 소자 단락 보호 수단(12)으로부터 정지 지령 신호가 입력되었을 경우, 인버터 구동 회로(13)는, 상기한 PWM 신호의 출력을 정지한다.
(2. 인버터 제어 수단)
인버터 제어 수단(제어 수단)(40)은, 모터 전류 재현부(41)와, 속도 지령부(42)와, 구동 신호 발생부(44)와, 전류 임계치 설정부(45)와, 가속 레이트 설정부(46)를 구비하고 있다.
한편, 인버터 제어 수단(40)의 처리는, 마이크로컴퓨터(Microcomputer: 도시 생략)에 의해 실행된다. 마이크로컴퓨터는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 각종 인터페이스 등의 전자 회로(도시 생략)를 포함하여 구성되고, ROM에 기억된 프로그램을 판독하여 RAM에 전개하고, CPU가 각종 처리를 실행하도록 되어 있다.
모터 전류 재현부(41)는, 전류 검출기(20)로 검출하고, 또한 증폭기(30)에 의해 증폭된 검출 신호에 의거하여, 모터(M)에 흐르는 전류(이하, 모터 전류라고 기재함)를 재현하고, 가속 레이트 설정부(46)에 출력한다.
속도 지령부(42)는, 모터 전류 재현부(41)로부터 입력되는 모터 전류와, 상기한 온도 조절용 마이크로컴퓨터(도시 생략)로부터 입력되는 회전 속도 지령치(ω)에 의거하여, 모터(M)에 인가해야 할 삼상 교류 지령 전압, 및, PWM 주파수 지령치를 산출하고, 구동 신호 발생부(44)에 출력한다.
전류 임계치 설정부(45)는, 모터(M)의 가속 레이트를 제한할 때의 전류 임계치인 가속 레이트 제한 임계치를, 모터 권선 온도 검출기(50)에 의해 검출되는 모터 온도에 대응하여 설정한다(도 4 참조). 또한, 전류 임계치 설정부(45)는, 모터 권선 온도 검출기(50)로부터 입력되는 모터 권선 온도에 따라, 영구 자석의 감자를 방지하기 위한 모터 감자 보호 임계치(감자 보호 임계치)를 설정한다(도 4 참조). 또한, 상기한 가속 레이트 제한 임계치와, 모터 감자 보호 임계치를 포함하여 「전류 임계치」라고 기재하는 경우가 있는 것으로 한다.
전류 임계치 설정부(45)는, 설정한 복수의 전류 임계치를 가속 레이트 설정부(46)에 출력한다.
가속 레이트 설정부(46)는, 모터 전류 재현부(41)로부터 입력되는 모터 전류와, 전류 임계치 설정부(45)로부터 입력되는 가속 레이트 제한 임계치를 비교하고, 당해 비교 결과에 따라 모터(M)의 가속 레이트를 결정하여 구동 신호 발생부(44)에 출력한다.
또한, 가속 레이트 설정부(46)는, 모터 전류 재현부(41)로부터 입력되는 모터 전류와, 전류 임계치 설정부(45)로부터 입력되는 가속 레이트 제한 임계치를 비교하고, 그 비교 결과에 따라 모터(M)의 가속 레이트를 설정한다. 즉, 가속 레이트 설정부(46)는, 모터 전류가, 상기한 복수의 전류 임계치간에 미리 설정되는 가속 레이트 영역(도 4의 영역 A, 영역 B 참조) 중 어느 쪽에 속하는지를 특정하고, 그 가속 레이트 영역에 대응하는 가속 레이트를 구동 신호 발생부(44)에 출력한다.
한편, 모터 전류가 모터 감자 보호 임계치를 초과할 경우, 가속 레이트 설정부(46)는, 인버터(11)의 구동을 정지시키는 정지 지령 신호를 구동 신호 발생부(44)에 출력한다.
구동 신호 발생부(44)는, 속도 지령부(42)로부터 입력되는 회전 속도 지령치(ω)와, 가속 레이트 설정부(46)로부터 입력되는 가속 레이트 정보에 따라, 인버터 구동 회로(13)에 구동 신호를 출력한다. 또한, 구동 신호 발생부(44)는, 전류 임계치 설정부(45)로부터 인버터(11)의 구동을 정지시키는 정지 지령 신호가 입력되었을 경우에는, 속도 지령부(42)로부터 입력되는 회전 속도 지령치(ω)에 관계없이, 인버터 구동 회로(13)에 정지 지령 신호를 출력한다.
(1. 감자 보호 처리)
도 3은 저온 감자 특성을 갖는 영구 자석을 이용한 모터에 있어서, 모터 권선 온도에 대한 모터 감자 전류, 및 모터 감자 보호 임계치의 관계를 나타내는 맵이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 저온 감자 특성을 갖는 영구 자석(예를 들면, 페라이트 자석)은, 그 온도가 낮아짐에 따라 모터 감자 전류의 값이 작아진다(즉, 감자하기 쉬워진다). 또한, 「모터 감자 전류」란, 소정 온도에서 모터 전류를 증가시켰을 경우에 감자가 일어나기 시작할 때의 모터 전류치이다.
또한, 도 4에 나타내는 모터 감자 보호 임계치는, 임의의 모터 권선 온도에서 모터 감자 전류의 값보다 작아지도록 설정되어 있다. 여기에서, 「모터 감자 보호 임계치」란, 모터(M)가 구비하는 영구 자석의 감자를 방지하기 위해 미리 설정되어 있는 전류 임계치이다. 덧붙여서 말하면, 모터 감자 보호 임계치는, 모터 권선 온도 검출기(50)나 전류 검출기(20)의 검출 오차, 파워 모듈(10)의 구성 부품의 전기적 특성의 불균일, 및 인버터 제어 수단(40)의 마이크로컴퓨터 처리 능력(반응 시간) 등을 고려하여, 모터 감자 전류의 특성에 대하여 약간 낮은 전류치로 설정되어 있다.
그리고, 이들 정보가, 미리 마이크로컴퓨터가 구비하는 기억 수단(도시 생략)에 기억되어 있다.
이와 같이, 시정수(時定數)가 비교적 큰 감자 특성에 대해서는, 마이크로컴퓨터의 제어에 의해 정밀도가 높은 판정 처리를 행하고, 모터 권선 온도 검출기(50)로부터 입력되는 모터 권선 온도와, 모터 전류 재현부(41)로부터 입력되는 모터 권선 온도에 따라 모터(M)의 가속 레이트를 적절히 설정하도록 되어 있다.
(2. 소자 단락 보호 처리)
소자 단락 보호 수단(12)은, 인버터(11)의 스위칭 소자(도시 생략)의 단락을 방지하기 위한 소자 단락 보호 임계치를, 소자 절대 정격보다 낮은 소정치로 설정한다(도 5 참조). 또한, 소자 절대 정격이란, 모터 전류가 한 순간도 초과해서는 안 되는 전류치로서 미리 설정되어 있는 값이다.
소자 단락 보호 수단(12)은 마이크로컴퓨터를 개재하지 않고 처리를 실행하고, 모터 전류가 소자 단락 보호 임계치를 초과하면, 매우 단시간(예를 들면 수 μsec)에 인버터(11)의 구동을 정지시킨다.
이와 같이, 마이크로컴퓨터에 의한 감자 보호 처리와, 마이크로컴퓨터를 개재하지 않은 소자 단락 보호 처리를 독립적으로 실행함으로써, 모터(M)가 구비하는 영구 자석의 감자를 방지함과 함께, 인버터(11)의 스위칭 소자를 적절히 보호할 수 있다.
(3. 가속 레이트 제한 처리)
도 4는 소자 단락 보호 임계치, 모터 감자 전류, 모터 감자 보호 임계치, 및 가속 레이트 제한 임계치와, 모터 온도의 관계를 나타내는 맵이다.
한편, 이하의 설명에서는, 모터(M)가, 저온 감자 특성을 갖는 페라이트 자석(도시 생략)을 가질 경우에 대해서 기술하기로 한다.
도 4에 나타내는 바와 같이 모터 권선 온도에 따라 소정 범위의 모터 전류가 미리 대응지어짐과 함께, 당해 범위의 모터 전류에 가속 레이트가 대응지어지는 가속 레이트 영역(영역 A, 영역 B)이 미리 설정되어 있다. 한편, 가속 레이트(min-1／sec(회전／초))란, 단위 시간당 증가하는 모터(M)의 회전 속도이다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이 가속 레이트 제한 임계치(I1)로부터 가속 레이트 제한 임계치(I2)까지의 영역을 영역 A로 하고, 가속 레이트 제한 임계치(I2)로부터 모터 감자 보호 임계치까지의 영역을 영역 B로 하고 있다. 따라서, 영역 A에서는, 예를 들면 가속 레이트를 32min-1／sec, 영역 B에서는, 예를 들면 가속 레이트를 14min-1／sec라고 하는 바와 같이, 전류 레벨이 높은 영역(B 영역)은 전류 레벨이 낮은 영역(A 영역)보다 1／3∼1／10의 가속 레이트로 저감시키고, 전류 레벨이 높은 영역 B는 전류 레벨이 작은 영역 A보다 낮은 가속 레이트로 설정하고 있다. 덧붙여서 말하면, 정상 영역에서의 가속 레이트는, 예를 들면 96min-1／sec이다.
즉, 정상 영역→영역 A→영역 B와 같이, 감자 보호 임계치에 가까워짐에 따라서 가속도 레이트의 값이 작아지도록 미리 설정되어 있다. 또한, 이들 정보는, 마이크로컴퓨터의 기억 수단(도시 생략)에 미리 기억되어 있다.
그리고, 가속 레이트 설정부(46)는, 모터 전류 재현부(41)로부터 입력되는 모터 전류(의 피크치)가 속하는 가속 레이트 영역을 특정하고, 당해 가속 레이트 영역에 대응하는 가속 레이트를 구동 신호 발생부(44)에 출력한다.
이에 따라, 가속 레이트가 낮을 때의 부하 전류의 맥동폭(모터 전류의 피크치)이, 가속 레이트가 높을 때의 맥동폭보다 작다는 특성을 이용하여 운전 가능한 모터 전류의 범위를 넓힐 수 있다. 그 결과, 우발적으로 발생하는 모터(M)의 감자 보호 정지를 피하고 있음과 함께, 원할하며 또한 신속하게 목표 회전 속도에 도달시킬 수 있다.
도 5는 인버터 제어 수단이 행하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
스텝 S101에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터(M)의 구동 개시 시각으로부터 소정 시간 Δt1이 경과했는지의 여부를 판정한다. 또한, 소정 시간 Δt1은, 미리 설정된 값(예를 들면 마이크로컴퓨터의 사이클 타임)이며, 기억 수단(도시 생략)에 기억시키고 있다.
모터(M)의 구동 개시 시각으로부터 소정 시간 Δt1이 경과하고 있을 경우(S101→Yes), 인버터 제어 수단(40)의 처리는 스텝 S102로 진행된다. 한편, 모터(M)의 구동 개시 시각으로부터 소정 시간 Δt1이 경과하고 있지 않을 경우(S101→ No), 인버터 제어 수단(40)은 스텝 S101의 처리를 반복한다.
스텝 S102에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터 권선 온도 검출기(50)로부터 입력되는 권선 온도(T)에 대응하여, 전류 임계치(즉, 감자 전류 보호 임계치, 및 2개의 가속 레이트 제한 임계치(I1, I2))의 값을 갱신(설정)한다. 또한, 가속 레이트 제한 임계치(I1)는, 도 4에 나타내는 영역 A의 하한치이며, 가속 레이트 제한 임계치(I2)는, 도 4에 나타내는 영역 B의 하한치이다. 예를 들면, 모터(M)의 권선 온도가 60℃였을 경우, 인버터 제어 수단(40)은 도 4에 나타내는 도면을 참조하여 당해 온도에 대응하는 가속 레이트 제한 임계치 I1(약 15A) 및 I2(약 17A)를 갱신(설정)한다.
스텝 S103에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터 전류(Im)가 가속 레이트 제한 임계치(I2) 이상인지의 여부를 판정한다. 모터 전류(Im)가 가속 레이트 제한 임계치(I2) 이상일 경우(S103→Yes), 인버터 제어 수단(40)의 처리는 스텝 S104로 진행된다. 한편, 모터 전류(Im)가 가속 레이트 제한 임계치(I2) 미만일 경우(S103→No), 인버터 제어 수단(40)의 처리는 스텝 S105로 진행된다.
스텝 S104에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터(M)의 가속도 지령치를 소정치(α)(예를 들면 14min-1／sec)로 설정하고, 구동 신호로서 인버터 구동 회로(13)에 출력한다. 한편, 소정치(α)는 제로 이상의 미리 설정된 가속도이다.
스텝 S105에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터 전류(Im)가 가속 레이트 제한 임계치(I1) 이상인지의 여부를 판정한다. 모터 전류(Im)가 가속 레이트 제한 임계치(I1) 이상일 경우(S105→Yes), 인버터 제어 장치의 처리는 스텝 S106으로 진행된다. 한편, 모터 전류(Im)가 제1 가속 레이트 제한 임계치(I1) 미만일 경우(S105→No), 인버터 제어 수단(40)의 처리는 스텝 S107로 진행된다.
스텝 S106에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터(M)의 가속도 지령치를 소정치(β)(예를 들면 32min-l／sec)로 설정하고, 구동 신호로서 인버터 구동 회로(13)에 출력한다. 한편, 소정치(β)는 상기한 소정치(α) 이상의 미리 설정된 가속도이다. 이와 같이 인버터 제어 수단(40)은, 모터 전류의 피크치가 모터 감자 보호 임계치로부터 멀어짐에 따라서, 큰 가속 레이트를 설정한다.
즉, 모터 전류의 피크치가, 모터 감자 보호 임계치에 가까운 영역 A 또는 영역 B 내에 있을 경우에도, 인버터 제어 수단(40)은, 모터(M)의 회전 속도를 유지하거나, 또는, 모터 회전 속도는 상승시키면서도, 모터(M)의 가속 레이트를 낮추도록 제어한다.
이에 따라, 모터(M)가 갖는 영구 자석의 감자를 회피하면서, 신속하게 모터(M)를 목표 회전 속도까지 도달시키도록 구동할 수 있다.
스텝 S107에서 인버터 제어 수단(40)은, 통상의 가속도 지령치(γ)(예를 들면 96min-1／sec)를 유지한다. 한편, 소정치(γ)는 상기한 소정치(β) 이상의 미리 설정된 가속도이다. 이 경우, 인버터 제어 수단(40)은, 통상 운전을 행하여 모터(M)를 구동시킨다.
도 6은 모터의 회전 속도의 시간적 변화를 나타내는 설명도이다. 도 6의 횡축은 모터(M)의 구동 개시로부터의 모터의 운전 시간, 종축은 모터의 회전 속도를 나타내고 있다. 또한, 도 6에 나타내는 실선은 본 실시형태에 따른 모터 구동 장치(100)를 이용했을 경우이며, 파선은 비교예이다.
도 6의 파선으로 나타내는 비교예의 경우(가속 레이트 제한을 마련하지 않을 경우)에는, 시각 0에서 모터(M)를 기동시켰을 때, 모터(M)의 회전 속도가 상승하면, 시각 t2에서 모터 전류가 감자 임계치(도 4 참조)에 도달하고, 모터(M)가 정지하여 재시동한다. 이와 같이 운전과 재시동을 반복할 경우에는, 모터(M)의 구동이 불안정해짐과 함께, 목표 회전 속도에 도달할 때까지 장시간을 요하게 된다.
이에 대하여, 도 6의 실선으로 나타내는 본 실시형태의 경우에는, 정상 영역에서 비교적 높은 가속도(γ)로 모터(M)의 회전 속도를 상승시킨 후, 모터 전류가 I1(도 4 참조) 이상이 되는 시각 t1에서 영역 A(도 4 참조)로 이행하고, 모터(M)의 회전 속도를 가속도(γ)보다 낮은 가속도(β)로 상승시킨다.
또한, 모터 전류가 I2(≥I1: 도 4 참조) 이상이 되는 시각 t3에서 영역 B(도 4 참조)로 이행하고, 모터(M)의 회전 속도를 가속도(β)보다 낮은 가속도(α)로 상승시킨다.
그리고, 모터(M)의 회전 속도는, 시각 t4에서 목표 회전 속도에 도달한다.
이와 같이 하여, 모터 감자 보호 임계치에 가까워짐에 따라 모터(M)의 가속도를 단계적으로 저감시키면서 회전 속도를 상승시킴으로써, 모터(M)를 정지시키지 않고 신속하게 목표 회전 속도에 도달할 수 있다. 즉, 가속 레이트 제한 처리를 실행함으로써, 모터(M)는, 운전 정지 및 재시동을 반복하지 않고 안정적으로 구동하여, 빨리 목표 회전 속도에 도달할 수 있다.
도 7은 모터의 회전 속도의 시간적 변화를 나타내는 설명도이다. 도 7의 횡축은 구동 개시로부터의 모터의 운전 시간, 종축은 모터의 회전 속도를 나타내고 있다. 또한, 도 7에 나타내는 실선은 본 실시형태에 따른 모터 구동 장치(100)를 이용했을 경우이며, 파선은 비교예이다.
도 7에 나타내는 비교예(파선)는, 모터 회전 속도가 소정 임계치를 초과했을 경우에 모터(M)를 강제 감속시킬 경우이다. 이 경우에는, 도 7에 나타내는 시각 t5에서 모터 전류가 소정의 전류 임계치에 도달하면 모터(M)를 감속시키고, 상기한 전류 임계치 미만이 되면 모터를 가속시킨다. 따라서, 강제 감속 제어를 행하면, 목표 회전 속도에 도달하기 위해 시간이 걸릴뿐만 아니라, 모터(M) 자신의 가감속에 의한 부하 변동으로 전류 맥동을 일으키기 때문에, 모터(M)의 운전／정지를 반복하는 리스크가 더 높아진다. 또한, 모터(M)의 가감속에 수반하여 소음이 발생하거나 할 가능성이 있다.
이에 대하여, 도 7의 실선으로 나타내는 본 실시형태의 경우에는, 시각 t5∼t6 사이는 영역 A(도 4 참조)에서 가속 레이트 제한을 걸어 가속도(β)로 하고, 시각 t6∼t7 사이는 영역 B(도 4 참조)에서 가속 레이트 제한을 걸어 가속도(α)(≤β)로 한다.
따라서, 목표 회전 속도에 신속하게 도달할 수 있음과 함께, 모터(M)의 운전／정지를 반복하지 않는다. 이에 따라 모터(M)를 안정적으로 구동시켜 소음을 억제할 수 있다.
<효과>
본 실시형태에 따른 모터 구동 장치(100)에 의하면, 모터 감자 보호 임계치에 가까워짐에 따라, 모터(M)의 가속도를 단계적으로 저감시키면서 회전 속도를 상승시키는 제어를 행한다. 이에 따라, 모터(M)를 정지시키지 않고, 모터 전류를 최대한으로 높게 하여 모터(M)의 회전 속도를 상승시킬 수 있다. 그 결과, 운전 개시로부터 신속하게 목표 회전 속도에 도달시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 모터 구동 장치(100)를 구비한 압축기(1)를 이용한 공기 조화기(A)를 운전하면, 예를 들면 저온 환경에서 난방 운전을 행하여 모터(M)를 고속 회전시킬 경우에도, 안정적으로 신속하게 목표 회전 속도에 도달시킬 수 있다. 따라서, 쾌적성이 우수한 공기 조화기(A)를 제공할 수 있다.
또한, 가속 레이트 제한 임계치를 마련하여, 모터 전류와 모터 온도에 따라 가속도 레이트를 변화시키면서 모터(M)의 회전 속도를 계속적으로 상승시킴으로써, 운전 정지 및 재시동을 반복하는 사태를 회피할 수 있다. 따라서, 모터(M)가 구비하는 영구 자석의 감자를 방지하면서, 모터(M)를 안정적으로 구동하는 것이 가능해진다.
또한, 종래의 페라이트 자석을 구비하는 모터 제어에서는, 모터(M)의 감자 전류 임계치와 정격 부하 전류치의 차가 작아져, 모터(M)가 운전 정지할 가능성이 높아지는 경향이 있었다. 즉, 주위 환경 부하의 급변에 있어서의 모터 전류의 맥동(즉, 모터 전류의 피크치)에 의해, 우발적인 운전 정지가 빈발하는 경우가 있었다.
이에 대하여 본 실시형태에 따른 모터 구동 장치(100)에서는, 감자 개시 전류치보다 약간 낮은 전류 레벨로 가속 레이트 제한 임계치를 마련함으로써, 모터(M)의 회전 속도를 올리면서 가속 레이트를 단계적으로 저감시킨다. 이에 따라, 모터(M)의 감자 보호를 행하여, 목표 회전 속도에 더 원활하며 또한 신속하게 도달할 수 있다.
《제2 실시형태》
다음으로, 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 상기한 제1 실시형태에서는 복수의 영역(영역 A, 영역 B)을 설치하고, 모터(M)의 상태(모터 온도 및 모터 전류)에 따라 가속 레이트를 제한한 것에 대하여, 본 실시형태에서는 정상 영역을 이용하여 가속도를 변화시켜, 모터(M)의 상태가 상기 영역의 경계선을 따라 변화하도록 제어하는 점이 상이하다.
한편, 모터 구동 장치(100)의 구성에 대해서는 제1 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
도 8은 본 실시형태에 따른 모터 구동 장치에 있어서, 소자 단락 보호 임계치, 모터 감자 전류, 모터 감자 보호 임계치, 및 가속 레이트 제한 임계치와, 모터 온도의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 8의 횡축은 모터 온도를 나타내고, 종축은 모터 전류 및 인버터(11)의 회로 전류를 나타내고 있다.
본 실시형태에서는, 모터 감자 보호 임계치와, 임의의 모터 전류에 있어서 상기 모터 감자 보호 임계치보다 작은 값이 되도록 설정되는 가속 레이트 제한 임계치(I3)(도 9 참조)가 기억 수단(도시 생략)에 미리 기억되어 있다.
그리고, 모터 전류가 가속 레이트 제한 임계치(I3)를 초과하여, 도 8에 나타내는 영역 C에 들어갔을 경우에, 모터(M)의 가속도 지령치를 소정치(δ)(≥0)로 한다. 덧붙여서 말하면, 이하에서는, 소정치(δ＝0)로 할 경우에 대해서 설명하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 실시형태에서는, 모터 권선 온도 검출기(50)로부터 입력되는 모터 권선 온도와, 모터 전류 재현부(41)로부터 입력되는 모터 전류에 대응하는 모터(M)의 상태가 영역 C에 들어갔을 경우에, 가속 레이트 설정부(46)가 모터(M)의 가속도를 제로로 하는 지령 신호를 구동 신호 발생부(44)에 출력한다. 즉, 가속 레이트 설정부(46)는, 모터(M)의 온도 상승에 수반하여 가속 레이트 제한 임계치가 증가할 때에, 모터 전류보다 큰 가속 레이트 제한 임계치가 존재할 경우에는 모터(M)의 가속 레이트를 증가시킨다.
그러면, 모터(M)는 대략 일정한 정격 속도로 구동하기 때문에, 모터 전류의 피크치도 대략 일정해진다(도 8의 K부 확대부를 참조). 또한, 모터 전류가 흐름으로써 모터 권선 온도가 상승하기 때문에, 그 모터 권선 온도에 대응하는 가속 레이트 제한 임계치와의 사이에 여유가 생긴다.
가속도를 제로로 변경한 후, 모터 전류가 가속 레이트 제한 임계치(I3) 이상이 되면, 가속 레이트 설정부(46)는 가속도(δ)(＝0)로 모터(M)를 회전시키도록, 소정의 지령 신호를 구동 신호 발생부(44)에 출력한다. 인버터 제어 수단(40)은, 이와 같은 처리를 마이크로컴퓨터의 사이클 타임마다 실행한다.
따라서, 도 8의 K부 확대도에 나타내는 바와 같이 모터(M)의 상태는 영역 C의 경계선이 되는 가속도 레이트 제한 임계치의 직선(또는 곡선)을 따라, 도면의 우측으로 서서히 이동하게 된다.
도 9는 인버터 제어 수단이 행하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 도 9에 나타내는 스텝 S201, S202의 처리는 각각, 제1 실시형태에서 도 5를 이용하여 나타낸 스텝 S101, 102의 처리와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
스텝 S203에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터 전류(Im)가 가속 레이트 제한 임계치(I3) 이상인지의 여부를 판정한다. 모터 전류(Im)가 가속 레이트 제한 임계치(I3) 이상일 경우(S203→Yes), 인버터 제어 수단(40)의 처리는 스텝 S204로 진행된다. 한편, 모터 전류(Im)가 가속 레이트 제한 임계치(I3) 미만일 경우(S203→No), 인버터 제어 수단(40)의 처리는, 스텝 S205로 진행된다.
스텝 S204에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터(M)의 가속도 지령치를 소정치(δ)로 설정하고, 구동 신호를 구동 신호 발생부(44)에 출력한다. 상기한 바와 같이, 소정치(δ)는 제로 이상의 미리 설정된 값이다. 스텝 S205에서 인버터 제어 수단(40)은, 통상의 가속도 지령치(γ)를 유지한다. 또한, 지령치(γ)는 상기한 소정치(δ) 이상의 미리 설정된 값이다. 이 경우, 인버터 제어 수단(40)은 통상 운전을 행하여 모터(M)를 구동시킨다.
도 10은 본 실시형태에 따른 모터 구동 장치를 이용한 공기 조화기에 있어서, 압축기 구동용 모터의 가속 레이트 제한치를 0min-1／sec로 했을 때의 회전 속도와 모터 상전류의 관계를 나타내는 특성도이다. 한편, 도 10의 횡축은 모터(M)의 회전 속도를 나타내고, 종축은 모터 전류의 피크치를 나타내고 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이 모터 전류의 피크치는, 모터(M)의 회전 속도에 비례하여 커짐과 함께, 압축기(1)의 토출 압력(압축기 압력)의 변화에 따라 동일한 회전 속도의 조건이더라도 변화한다. 즉, 소정의 회전 속도로 모터(M)를 구동했을 경우에도, 모터 전류의 값이 클수록 압축기(1)(도 1 참조)의 토출 압력도 상승한다.
예를 들면, 모터(M)의 회전 속도 및 모터 전류의 상태가, 도 10에 나타내는 점(P)이었을 경우에, 모터(M)의 회전 속도가 상승함에 따라 모터 전류도 커진다. 또한, 모터 전류에 의해 모터(M)의 온도가 상승하기 때문에, 모터 감자 보호 임계치도 상승한다. 즉, 점(P)의 상태가 도 10의 우측 상부를 향하여 이동함과 함께, 모터 감자 보호 임계치도 상승한다.
여기에서, 상기한 바와 같이 모터(M)의 가속 레이트를 제한(예를 들면 δ＝0)함으로써, 모터 감자 보호 임계치가, 점(P)에 대응하는 모터 전류보다 항상 위에 위치하는 상태가 계속된다. 가속 레이트를 조정하면서 모터(M)의 회전 속도를 증가시키면서, 확실히 모터(M)의 감자를 회피할 수 있다.
<효과>
본 실시형태에 따른 모터 구동 장치(100)에서는, 모터 감자 보호 임계치와 가속 레이트 제한 임계치(I3) 사이의 영역에서의 가속 레이트(δ)(≥0)를 설정함으로써, 모터(M)의 상태를 영역 C의 경계선이 되는 가속 레이트 제한 임계치(I3)를 따르도록 변화시킬 수 있다.
따라서, 도 8에 나타내는 바와 같이 모터 전류가 모터 감자 보호 임계치에 달하는 것을 확실히 방지하면서, 모터(M)의 회전 속도를 상승시킬 수 있다. 즉, 모터(M)가 갖는 영구 자석의 감자를 회피하면서, 신속하게 모터(M)를 목표 회전 속도까지 이동시킬 수 있다.
또한, 도 10에 나타내는 영역 B의 가속 레이트 제한치를 0min-1／sec(즉, 가속하지 않음)로 해도, 모터 권선 온도의 상승(예를 들면 -20℃로부터 +80℃로의 상승)과 함께 모터 감자 전류가 상승한다. 따라서, 모터 감자 보호 임계치도 상승하기 때문에, 모터(M)의 영구 자석의 감자를 회피하면서, 모터(M)를 목표 회전 속도로 원활하게 도달시킬 수 있다.
《제3 실시형태》
다음으로, 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 상기한 각 실시형태에서는 모터(M)의 권선 온도와 모터 전류치에 대응하여 가속 레이트를 변화시킨 것에 대하여, 제3 실시형태에서는 팽창 밸브(4)의 개도(開度)를 조정함으로써 모터 전류의 값을 변화시킬 경우에 대해서 설명한다. 한편, 압축기(1)(도 1 참조)는, 압축기(1)가 구비하는 모터(M)의 회전 속도를 제어함으로써 압력이 변화하도록 되어 있다.
예를 들면, 난방 운전을 행할 때에, 압축기(1)(도 1 참조)로부터 토출된 고온 고압 가스 냉매는, 사방 밸브(2)를 통해 실내 열교환기(5)로 방열하고 응축하여 고압액 냉매가 된다. 이 고압액 냉매는 감압 장치인 팽창 밸브(4)에 의해 감압되고, 실외 열교환기(3)에서 증발 흡열하여 가스화한 상태가 된다. 그리고, 당해 냉매는 사방 밸브(2)를 통해 압축기(1)로 돌아가 압축된다.
본 실시형태에서는, 이와 같은 히트 펌프 사이클을 이용하여 적정한 공기 조절 능력을 얻음과 함께, 압축기(1)의 회전 속도에 따라 팽창 밸브(4)의 개도를 조정한다.
또한, 본 실시형태에 따른 공기 조화기(A)는, 전류 임계치 설정부(45)(도시 생략)와, 팽창 밸브 개도 변경부(도시 생략)를 구비하고 있다.
전류 임계치 설정부(45)는, 팽창 밸브(4)의 개도를 변경할 때의 전류 임계치를, 모터 온도 검출 수단에 의해 검출되는 모터 온도에 대응하여 설정한다. 또한, 팽창 밸브 개도 변경부는, 전류 검출기(20)에 의해 검출되는 전류치에 대응하는 모터 전류와, 전류 임계치 설정부(45)로부터 입력되는 상기 전류 임계치를 비교하고, 당해 비교 결과에 따라 팽창 밸브(4)의 개도를 변경한다. 덧붙여서 말하면, 전류 임계치 설정부(45)가 행하는 처리, 및 팽창 밸브 개도 변경부가 행하는 처리는, 인버터 제어 수단(40)과 연휴하여 마이크로컴퓨터에 의해 실행된다.
도 11은 공기 조화기의 제어 수단이 행하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 11에 나타내는 스텝 S301, S302의 처리는 각각, 제1 실시형태에서 도 5의 스텝 S101, 102의 처리와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
스텝 S303에서 인버터 제어 수단(40)은, 모터 전류(Im)가 전류 임계치(I4) 이상인지의 여부를 판정한다. 모터 전류(Im)가 전류 임계치(I4) 이상일 경우(S303→Yes), 인버터 제어 수단(40)의 처리는 스텝 S304로 진행된다. 한편, 모터 전류(Im)가 전류 임계치(I4) 미만일 경우(S303→No), 인버터 제어 수단(40)의 처리는, 스텝 S305로 진행된다.
스텝 S304에서 인버터 제어 수단(40)은, 팽창 밸브(4)의 개도를 소정치(Δε)만큼 개방한다. 또한, 스텝 S305에서 인버터 제어 수단(40)은, 목표 개도에 따라 팽창 밸브(4)를 동작시킨다(스텝 S305).
예를 들면, 모터(M)가 소정의 회전 속도로 구동할 때에, 모터 전류가 소정의 전류 임계치 이상이 되었을 경우에는, 팽창 밸브(4)의 개도를 크게 함으로써 압축기(1)의 토출 압력을 작게 한다. 이에 따라, 모터(M)의 회전 속도를 증가시키면서 가속도를 억제하여, 모터 전류가 모터 감자 보호 임계치를 초과하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 모터(M)의 구동(즉, 압축기(1)의 구동)을 정지시키지 않고, 공기 조화기(A)의 상승 운전시에도 원하는 난방을 실현할 수 있다.
도 12의 (a)는 토크 외란 억제 제어를 행했을 경우에 있어서, 압축기의 압력을 변화시켰을 때의 모터 전류 특성의 변화를 나타내는 설명도이며, 도 12의 (b)는 토크 변동 억제 제어를 실행하는 영역 1과, 전류 변동 억제 제어를 실행하는 영역 2에서의 상전류 파형을 나타내는 설명도이다.
한편, 도 12의 (a)는, 공기 조화기(A)에 사용되는 압축기(1)의 압축 방식이, 로터리 방식이나 왕복동 방식 등과 같이, 냉매 압축의 한 과정에서 큰 토크 맥동을 수반하는 압축기(1)를 사용했을 경우의 모터 전류 특성을 나타내고 있다. 이와 같은 경우에는, 토크 외란 억제 제어(토크 변동 억제 제어, 및 전류 변동 억제 제어)를 행하여, 토크 외란을 억제한다.
도 12의 (b)에 나타내는 영역(T)은 저속 회전 영역이기 때문에, 압축기(1)에서 큰 토크 변동이 일어나기 쉽고, 압축기 압력이 클수록 진동도 커진다. 이와 같은 저속 회전 영역에서는, 토크 변동 억제 제어를 실행한다. 덧붙여서 말하면, 토크 변동 억제 제어란, PWM 신호의 듀티비를 제어하여, 압축 과정의 회전각 속도에 맞춰 필요 토크를 얻는 제어이다.
한편, 도 12의 (b)에 나타내는 영역(I)은 고속 회전 영역이기 때문에, 비교적 토크 변동은 작지만, 모터 전류의 변동을 억제하여 정현파에 가깝게 하기 위한 전류 변동 억제 제어를 실행한다.
즉, 도 12 중의 압축기 압력의 특성에 나타내는 바와 같이, 동일한 압축기 압력의 조건(예를 들면, 압축기 부하 표준(실선))이더라도, 회전 속도가 낮은 조건 쪽이, 모터(M)의 피크 전류가 커진다. 그러면, 종래의 감자 보호 제어에 의한 감속 보호에서는, 특히 T 영역으로부터 I 영역으로 이행하기 직전에 모터 전류가 모터 감자 보호 임계치에 도달하여, 모터(M)가 운전／정지를 반복하는 현상이 발생하게 된다. 회전 속도가 상승하는 과정에서, 회전 속도가 3500min-1의 부근에서 운전／정지의 현상이 나타나게 된다
도 13은 토크 외란 억제 제어를 행했을 경우에 있어서, 압축기(1)의 압력을 변화시켰을 때의 모터 전류 특성의 변화를 나타내는 설명도이며, 굵은선은 실부하예를 나타내고 있다. 한편, 도 13의 횡축은 모터(M)의 회전 속도를 나타내고, 종축은 모터 전류를 나타내고 있다.
본 실시형태에서는, 도 13의 실선으로 나타내는 실부하예에 나타내는 바와 같이 회전 속도가 가속 레이트 제한 임계치에 도달하면, 팽창 밸브(4)의 개도를 소정치만큼 크게 함으로써 모터 전류를 억제한다. 이에 따라, 모터 전류의 피크치를 작게 하면서, 모터(M)의 회전 속도를 서서히 크게 하여, 토크 변동 억제 제어로부터 전류 변동 억제 제어로 원활하게 이행시킬 수 있다. 따라서, 압축기(1)를 구동하는 모터(M)의 정지 리스크는 적어져, 공기 조화기(A)의 저온 난방시의 상승 운전시에도 안정적으로 압축기(1)를 구동시킬 수 있다.
<효과>
또한, 발명의 실시형태에 따른 공기 조화기(A)에 의하면, 팽창 밸브(4)의 개도를 제어함으로써, 히트 펌프 사이클에서의 압축기(1)의 압력을 조정한다. 이에 따라, 모터 전류의 피크치를 작게 하면서, 모터(M)의 회전 속도를 서서히 크게 하여, 공기 조화기(A)를 안정적이며 또한 계속적으로 운전할 수 있다.
또한, 토크 변동 억제 제어로부터 전류 변동 억제 제어로 이행할 때에는 모터(M)의 피크 전류가 작아지므로, 높은 가속 레이트를 유지하면서 모터(M)를 가속할 수 있다.
또한, 모터(M)의 회전 속도를 유지 또는 증가시키면서, 팽창 밸브(4)의 개도를 크게 함으로써 피크 전류를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 모터(M)가 갖는 영구 자석의 감자를 억제하면서, 모터(M)의 목표 회전 속도에 신속하게 도달시킬 수 있다.
《변형예》
이상, 본 발명에 따른 모터 구동 장치(100)에 대해서 각 실시형태에 의해 설명했지만, 본 발명의 실시 태양은 이들 기재에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 변경 등을 행할 수 있다.
예를 들면, 상기한 제1 실시형태에서는 2개의 가속 레이트 영역(영역 A, 영역 B)이 설정될 경우에 대해서 설명하고, 제2 실시형태에서는 1개의 가속 레이트 영역(영역 C)이 설정될 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한하지 않는다. 즉, 가속 레이트가 설정되는 영역은 3개 이상이어도 된다. 이 경우에 있어서, 각 영역의 가속 레이트의 값은, 모터 전류의 값이 상기한 모터 감자 보호 임계치에 가까워짐에 따라서 작게 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 모터 전류가 모터 감자 보호 임계치에 가까워짐에 따라, 모터(M)의 회전 속도를 크게 하면서, 단계적으로 가속 레이트를 작게 할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에서는, 상기한 2개의 영역에 대응하여 설정되는 가속도 레이트가 모두 양의 값일 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면, 정격 전류와 모터 감자 전류의 여유도가 더 없을 경우 등에는, 모터 감자 보호 임계치에 가장 가까운 영역의 가속도 레이트를 제로(즉, 가속하지 않고 일정한 회전 속도를 유지하는 것)로 해도 된다. 이 경우, 모터(M)를 일정 속도로 회전시킴으로써 모터 전류를 대략 일정한 값으로 유지하며, 또한, 모터 권선 온도를 상승시킨다. 따라서, 모터 전류가 모터 감자 보호 임계치를 초과하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는 모터 권선 온도 검출기(50)에 의해 모터 권선 온도를 검출할 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면, 압축기(1)의 외곽(도시 생략)의 온도를 검출하는 외곽 온도 검출 수단(도시 생략)에 의해 모터(M)의 권선 온도를 간접적으로 검출하는 것으로 해도 된다.
이에 따라, 압축기(1)의 외곽 온도와 모터 감자 보호 임계치의 상관에 의거하여 모터 감자 보호를 행하므로, 모터(M)의 감자 보호를 적절히 행할 수 있다. 또한, 고압이 되는 압축기(1)의 내부에 온도 검출기를 설치할 경우와 비교하여, 온도 검출기(외곽 온도 검출 수단)의 부착 구조나 신호선의 인출 구조가 간단해져, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 압축기(1)의 토출 배관 온도를 검출하는 토출 배관 온도 검출 수단(도시 생략)에 의해, 모터(M)의 권선 온도를 간접적으로 취득해도 된다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는 모터(M)로서, 영구 자석형 동기 모터를 이용할 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 즉, 권선형 동기 모터, 릴럭턴스 모터 등, 다른 동기 모터에도 상기 각 실시형태를 마찬가지로 적용할 수 있다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는 교류 전원(200)으로부터 입력되는 교류 전압을 컨버터(300)에 의해 직류 전압으로 변환하고, 인버터(11)의 스위칭 소자가 구동됨으로써 소정의 교류 전압으로 더 변환할 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 축전지(직류 전원: 도시 생략)로부터 인버터(11)에 직류 전압을 입력하는 것으로 해도 된다.
또한, 상기한 각 실시형태에서는 저온 감자 특성의 영구 자석을 갖는 모터(M)를 이용할 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한하지 않는다. 즉, 고온 환경에서 감자하기 쉬운 고온 감자 특성(예를 들면, 네오디뮴 자석을 포함하는 희토류 자석)의 영구 자석을 이용할 경우에도, 상기한 각 실시형태와 마찬가지의 방법으로 모터(M)의 구동을 제어할 수 있다.
A: 공기 조화기 Iu: 실내기
Ou: 실외기 1: 압축기
2: 사방 밸브 3: 실외 열교환기
4: 팽창 밸브 5: 실내 열교환기
L: 냉매 배관 100: 모터 구동 장치
11: 인버터 12: 소자 단락 보호 수단
13: 인버터 구동 회로 20: 전류 검출기(전류 검출 수단)
30: 증폭기 40: 인버터 제어 수단(제어 수단)
44: 구동 신호 발생부 45: 전류 임계치 설정부
46: 가속 레이트 설정부
50: 모터 권선 온도 검출기(모터 온도 검출 수단)
M: 모터

Claims (11)

  1. 직류 전원으로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터의 직류측에 설치되는 전류 검출 수단과, 상기 인버터에 접속되는 모터의 온도를 검출하는 모터 온도 검출 수단과, 상기 인버터의 구동을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 인버터로부터의 교류 전력에 의해 상기 모터를 구동하는 모터 구동 장치로서,
    상기 제어 수단은,
    상기 모터의 가속 레이트를 제한할 때의 전류 임계치인 가속 레이트 제한 임계치를, 상기 모터 온도 검출 수단에 의해 검출되는 모터 온도에 대응하여 설정하는 전류 임계치 설정부와,
    상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류치에 대응하는 모터 전류와, 상기전류 임계치 설정부로부터 입력되는 상기 가속 레이트 제한 임계치를 비교하고, 당해 비교 결과에 따라 상기 모터의 가속 레이트를 설정하는 가속 레이트 설정부와,
    상기 가속 레이트 설정부에 의해 설정되는 상기 가속 레이트에 따라, 상기 인버터에 구동 신호를 출력하는 구동 신호 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터 온도에 따라 소정 범위의 상기 모터 전류가 미리 대응지어짐과 함께, 당해 범위의 모터 전류에 상기 가속 레이트가 대응지어지는 가속 레이트 영역에 관한 정보를 기억하는 기억 수단을 구비하고,
    상기 가속 레이트 영역의 경계는, 상기 모터를 감자(減磁) 보호하기 위한 전류 임계치인 감자 보호 임계치, 및 당해 감자 보호 임계치보다 작은 전류 임계치로서 설정되는 상기 가속 레이트 제한 임계치를 포함하고,
    상기 가속 레이트 영역은 하나 또는 복수 설치됨과 함께, 상기 감자 보호 임계치에 가까워짐에 따라서, 상기 가속 레이트가 작아지도록 미리 설정되고,
    상기 가속 레이트 설정부는, 상기 모터 전류가 속하는 상기 가속 레이트 영역을 특정하고, 당해 가속 레이트 영역에 대응하는 가속 레이트를 상기 구동 신호 발생부에 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 상기 가속 레이트 영역에 대응지어지는 가속 레이트는, 제로 이상인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가속 레이트 설정부는, 상기 모터의 온도 상승에 수반하여 상기 가속 레이트 제한 임계치가 증가할 때에, 상기 모터 전류보다 큰 상기 가속 레이트 제한 임계치가 존재할 경우, 상기 모터의 가속 레이트를 증가시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가속 레이트 설정부는, 상기 모터 전류가 각각의 상기 가속 레이트 제한 임계치보다 낮을 경우, 미리 설정된 정격의 가속 레이트를 상기 구동 신호 발생부에 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가속 레이트 설정부는, 상기 모터 전류가 상기 감자 보호 임계치에 도달했을 경우, 상기 인버터의 구동을 정지시키기 위한 지령 신호를 상기 구동 신호 발생부에 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모터는, 저온에서 감자하기 쉬운 저온 감자 특성을 갖는 영구 자석을 갖는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영구 자석은, 페라이트 자석인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 모터 구동 장치를 구비하고, 당해 모터 구동 장치에 의해 구동되는 모터가 설치되는 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창 밸브와, 실내 열교환기와, 사방 밸브가 냉매 배관에 의해 접속되어 히트 펌프 사이클을 구성하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 팽창 밸브의 개도를 변경할 때의 전류 임계치를, 상기 모터 온도 검출 수단에 의해 검출되는 모터 온도에 대응하여 설정하는 전류 임계치 설정부와,
    상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류치에 대응하는 모터 전류와, 상기전류 임계치 설정부로부터 입력되는 상기 전류 임계치를 비교하고, 당해 비교 결과에 따라 상기 팽창 밸브의 개도를 변경하는 팽창 밸브 개도 변경부를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  11. 직류 전원으로부터 인버터에 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고, 상기 인버터에 접속되는 모터를 구동시키는 모터 구동 방법으로서,
    상기 모터의 가속 레이트를 제한하기 위한 전류 임계치인 가속 레이트 제한 임계치를, 모터 온도 검출 수단에 의해 검출되는 모터 온도에 대응하여 설정하는 전류 임계치 설정 처리와,
    전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류치에 대응하여 재현되는 모터 전류와, 전류 임계치 설정 처리에 의해 설정되는 상기 가속 레이트 제한 임계치를 비교하고, 당해 비교 결과에 따라 상기 모터의 가속 레이트를 설정하는 가속 레이트 설정 처리와,
    상기 가속 레이트 설정 처리에 의해 설정되는 상기 가속 레이트에 따라, 상기 인버터에 구동 신호를 출력하는 구동 신호 발생 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 방법.
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