KR101678323B1 - 모터 구동 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 비용을 들이지 않고도 간단히 모터의 기동 안정성을 확보한다. 모터 구동 제어 장치(20)는 팬 모터(51)를 로터 위치 센서리스 제어 방식으로 구동한다. 모터 구동 제어 장치(20)는, 적어도 팬 모터(51)의 기동 직전 상태 시의, 팬 모터(51)의 회전수를 검출 또는 추정을 행함과 함께, 직류 여자 방식 및/또는 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압(SU1 내지 SW1)을 팬 모터(51)에 출력하여 팬 모터(51)를 기동시킨다. 직류 여자 방식은 팬 모터(51)에 직류 통전을 행하여 로터 위치를 고정시키는 방식이고, 강제 구동 방식은 팬 모터(51)에 대하여 소정의 전압과 주파수를 인가하는 강제 통전을 행함으로써 모터를 소정 회전수까지 가속시키는 방식이다. 또한 모터 구동 제어 장치(20)는 직류 여자 방식 및/또는 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압(SU1 내지 SW1)을, 검출 또는 추정한 팬 모터(51)의 회전수에 따라 변경한다.

Description

모터 구동 제어 장치 {MOTOR DRIVE CONTROL DEVICE}

본 발명은 모터 구동 제어 장치, 특히 로터 및 스테이터를 갖는 모터를 로터 위치 센서리스 제어 방식으로 구동하는 모터 구동 제어 장치에 관한 것이다.

실외 팬이나 압축기 등의 기기를 구비한 공기 조화 장치에서는, 이들 기기의 동력원으로서 모터가 많이 이용되고 있으며, 모터는 모터 구동 제어 장치에 의하여 구동 제어된다.

최근에는, 비용 삭감의 관점에서 모터를 로터 위치 센서리스 제어 방식으로 구동하는 모터 구동 제어 장치가 자주 이용되고 있다. 그러나 로터 위치 센서리스 제어 방식에서는, 모터의 기동 직전인 무제어 상태에 있어서는 로터의 위치 검출이 불가능하다.

특히 모터가 실외 팬의 구동원으로서 사용되는 경우, 아직 모터가 구동되고 있지 않음에도 불구하고 실외 팬에 바람의 영향 등에 의한 외력이 가해지면, 모터도 회전되어 버린다. 이 상태에서 모터를 기동시키면 모터에는, 무풍 시와 같이 실외 팬에 외력이 가해지고 있지 않은 상태에서 모터가 정상적으로 기동하는 경우에 비하여 큰 모터 전류가 흘러 버리거나, 또는 회생 동작에 의하여 과전압이 발생하는 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 따라서 모터의 기동 안정성이 손상되어 버린다.

이에 비하여, 예를 들어 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2005-137106호 공보)에 나타난 바와 같이 인버터로부터 모터에의 구동 전압의 출력이 정지했을 때 모터에 발생하는 유기 전압으로부터 로터의 위상을 검출하는 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1에서는 검출된 로터의 위상에 따라 모터가 기동된다.

일본 특허 공개 제2005-137106호 공보

그러나 상기 특허문헌 1에서는 로터의 위상을 정확하게 검출할 것이 요구되지만, 로터의 위상을 정확하게 검출하기 위해서는, 유기 전압에 관한 각종 제한 외에 모터 구동 제어 장치를 구성하는 회로의 조정 등이 필요해진다. 그 때문에 모터 구동 제어 장치의 조정이 번잡해진다.

또한 상기 특허문헌 1에서는 로터의 위상을 검출하는 회로가 필요해지기 때문에, 그만큼 비용도 들어 버린다.

따라서 본 발명의 과제는, 비용을 들이지 않고 간단히 모터의 기동 안정성을 확보하는 데 있다.

본 발명의 제1 관점에 따른 모터 구동 제어 장치는, 로터 및 스테이터를 갖는 모터를 로터 위치 센서리스 제어 방식으로 구동하는 장치이다. 모터 구동 제어 장치는 회전수 도출부와, 기동부와, 변경부를 구비한다. 회전수 도출부는, 적어도 모터의 기동 직전 상태 시의, 모터의 회전수를 도출한다. 기동부는 직류 여자 방식 및 강제 구동 방식 중 적어도 어느 한 방식에 기초하는 구동 신호를 모터에 출력하여 모터를 기동시킨다. 직류 여자 방식은 모터에 대하여 직류 통전을 행함으로써, 로터 위치를 소정 위치에 고정시키는 방식이다. 강제 구동 방식은 모터에 대하여 소정의 전압과 주파수를 인가하는 강제 통전을 행함으로써, 모터를 소정 회전수까지 가속시키는 방식이다. 변경부는 직류 여자 방식 및 강제 구동 방식 중 적어도 어느 한 방식에 기초하는 구동 신호를, 회전수 도출부가 도출한 모터의 회전수에 따라 변경한다.

이 모터 구동 제어 장치에서는, 적어도 모터의 기동 직전 상태 시의 모터의 회전수에 따라, 직류 여자 방식 및/또는 강제 구동 방식에 기초하는 구동 신호가 변경된다. 즉, 모터를 기동하기 위하여 모터에 출력되는, 직류 여자 방식 및/또는 강제 구동 방식에 기초하는 구동 신호는 모터의 회전수에 따라 변화한다. 이에 따라, 적어도 모터 기동 직전 상태 시의 모터의 회전수에 따른 구동 신호에 의하여 모터가 기동하기 때문에, 과전류 및 과전압 상태의 발생을 억제할 수 있어, 비용을 들이지 않고도 간단히 모터의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명의 제2 관점에 따른 모터 구동 제어 장치는, 제1 관점에 따른 모터 구동 제어 장치에 있어서, 기동부가 직류 여자 방식에 기초하는 구동 신호를 모터에 출력하여 모터를 기동시킬 때, 변경부는 모터의 회전수에 따라 구동 신호의 전압 또는 전류를 변경한다.

이에 따라, 직류 여자 방식이 채용되더라도 모터는 확실하게 기동할 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따른 모터 구동 제어 장치는, 제1 관점에 따른 모터 구동 제어 장치에 있어서, 기동부가 강제 구동 방식에 기초하는 구동 신호를 모터에 출력하여 모터를 기동시킬 때, 변경부는 모터의 회전수에 따라 구동 신호의 주파수, 전압 또는 전류값을 변경한다.

이에 따라, 강제 구동 방식이 채용되더라도 모터는 확실하게 기동할 수 있다.

본 발명의 제4 관점에 따른 모터 구동 제어 장치는, 제1 관점에서 제3 관점 중 어느 하나에 따른 모터 구동 제어 장치에 있어서, 변경부는, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이의 모터 회전수에 따라 구동 신호의 전압 또는 전류를 연속적으로 변경한다.

이에 따라, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 모터의 회전수에 따라 시시각각 변화되는 구동 신호가 모터에 출력되게 된다. 따라서 과전류 및 과전압의 발생이 보다 확실하게 억제된다.

본 발명의 제5 관점에 따른 모터 구동 제어 장치는, 제1 관점에서 제4 관점 중 어느 하나에 따른 모터 구동 제어 장치에 있어서, 변경부는, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터의 경과 시간에 따라 구동 신호의 전압 또는 전류를 연속적으로 변경한다.

이에 따라, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터의 경과 시간에 따른 구동 신호가 모터에 출력되게 된다. 따라서 과전류 및 과전압의 발생이 보다 확실하게 억제된다.

본 발명의 제6 관점에 따른 모터 구동 제어 장치는, 제1 관점에서 제5 관점 중 어느 하나에 따른 모터 구동 제어 장치에 있어서, 변경부는, 기동 직전의 모터 회전수가 소정 회전수보다 큰 경우, 모터를 기동 개시시키기 위하여 모터에 출력하는 구동 신호의 전압 또는 전류를, 모터가 무회전인 상태에서 기동 개시하는 경우에 모터에 출력되는 소정 구동 전압 또는 소정 구동 전류보다 작게 한다.

경우에 따라서는, 바람 등의 외력의 영향을 받아 모터가 기동 직전 시에 이미 회전하고 있고, 또한 상기 모터의 회전수가 소정 회전수 이상으로 되어 버린 경우가 있다. 그러나 이 모터 구동 제어 장치는, 기동 직전 시에 있어서의 모터의 회전수가 소정 회전수보다 큰 경우에는, 예를 들어 모터를 기동 개시시키기 위하여 모터에 출력하는 구동 전압의 듀티나 진폭 등을 소정 구동 전압의 듀티나 진폭 등보다 작게 한다. 이에 따라 모터 구동 제어 장치는, 기동 직전 시에 이미 어느 정도의 회전수로 회전되어 버린 모터를 기동시켰을 때, 모터에 통전되는 전류량 및 기동부에 인가되는 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상을 억제할 수 있어, 모터의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명의 제7 관점에 따른 모터 구동 제어 장치는, 제1 관점에서 제6 관점 중 어느 하나에 따른 모터 구동 제어 장치에 있어서, 변경부는, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 그 사이에 있어서의 모터의 회전수가 커짐에 따라 구동 신호의 전압 또는 전류를 크게 한다.

모터의 회전수는, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 시시각각 커진다. 따라서 이 모터 구동 제어 장치는, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에 있어서의 모터의 회전수 증가에 수반하여, 예를 들어 구동 전압의 듀티나 진폭 등을 크게 한다. 이에 따라, 모터에 통전되는 전류량 및 기동부에 인가되는 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상이나 모터의 탈조를 억제할 수 있어, 모터의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명의 제8 관점에 따른 모터 구동 제어 장치는, 제4 관점 또는 제7 관점 중 어느 하나에 따른 모터 구동 제어 장치에 있어서, 변경부는, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 기동 개시 후의 경과 시간에 수반하여 구동 신호의 전압 또는 전류를 크게 한다.

이 모터 구동 제어 장치는, 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 기동 개시 후의 경과 시간에 수반하여, 예를 들어 구동 전압의 듀티나 진폭 등을 크게 한다. 이에 따라, 모터에 통전되는 전류량 및 기동부에 인가되는 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상이나 모터의 탈조를 억제할 수 있어, 모터의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명의 제1 관점에 따른 모터 구동 제어 장치에 의하면, 과전류 및 과전압 상태의 발생을 억제할 수 있어, 비용을 들이지 않고도 간단히 모터의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명의 제2 관점에 따른 모터 구동 제어 장치에 의하면, 직류 여자 방식이 채용되더라도 모터는 확실하게 기동할 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따른 모터 구동 제어 장치에 의하면, 강제 구동 방식이 채용되더라도 모터는 확실하게 기동할 수 있다.

본 발명의 제4 관점 및 제5 관점에 따른 모터 구동 제어 장치에 의하면, 과전류 및 과전압의 발생이 보다 확실하게 억제된다.

본 발명의 제6 관점에 따른 모터 구동 제어 장치에 의하면, 모터에 통전되는 전류량 및 기동부에 인가되는 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상을 억제할 수 있어, 모터의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명의 제7 관점 및 제8 관점에 따른 모터 구동 제어 장치에 의하면, 모터에 통전되는 전류량 및 기동부에 인가되는 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상이나 모터의 탈조를 억제할 수 있어, 모터의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치가 채용된 시스템의 전체의 구성과, 모터 구동 제어 장치의 내부 구성을 도시한 블록도.
도 2는 히트 펌프 장치에 따른 실외기의 구성을 간단히 도시하는 도면.
도 3은 기동 개시 직전의 팬 모터의 회전수와 기동 개시 시의 구동 전압의 주파수(또는 구동 전압의 전압값)의 관계를 개념적으로 나타내는 그래프.
도 4는 팬 모터가 기동 개시 직후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의, 구동 전압의 주파수(또는 구동 전압의 전압값)의 경시적 변화를 개념적으로 일례로서 나타내는 그래프.
도 5는 기동 전 회전수 검출 회로의 구성의 일례를 간단히 도시하는 도면.
도 6은 센서리스 제어 회로의 구성의 일례를 간단히 도시하는 블록도.
도 7은 제1 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치가 채용된 시스템의 전체의 구성과, 모터 구동 제어 장치의 내부 구성을 도시한 블록도.
도 9는 기동 개시 직전의 팬 모터의 회전수와 기동 개시 시의 구동 전압의 듀티의 관계를 개념적으로 나타내는 그래프.
도 10은 팬 모터가 기동 개시 직후부터 직류 여자 종료에 이르기까지의, 구동 전압의 듀티의 경시적 변화를 개념적으로 일례로서 나타내는 그래프.
도 11은 제2 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 12는 제2 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한 이하의 실시 형태는 본 발명의 구체예이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

<제1 실시 형태>

(1) 개요

도 1은 브러시리스 DC 모터(51)와, 이 브러시리스 DC 모터(51)를 구동하기 위한, 본 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(20)를 포함하는 모터 구동 제어 시스템(100) 전체의 구성도이다. 브러시리스 DC 모터(51)는 히트 펌프 장치의 실외기(10)(도 2 참조)에 포함되는 기기의 하나인 실외 팬(15)의 구동원으로서 이용되는 팬 모터이며, 교류 전압의 인가에 의하여 구동되는 교류 모터이다. 모터 구동 제어 장치(20)는 상기 실외기(10) 내에 탑재되어 있다.

(1-1) 실외기

여기서 실외기(10)에 대하여, 도 2를 이용하여 간단히 설명한다. 여기서는 히트 펌프 장치로서, 히트 펌프식 급탕기(온수 공급기)의 실외기를 예로 들어 설명을 행한다. 실외기(10)는 주로 압축기(11), 수열 교환기(12), 팽창 밸브(13), 증발기(14) 및 실외 팬(15) 등의 다양한 기기를 갖고 있다. 압축기(11), 수열 교환기(12), 팽창 밸브(13) 및 증발기(14)는 순차 접속되어 냉동 사이클을 구성하고 있다. 압축기(11)는 냉동 사이클 내를 순환하는 냉매를 압축한다. 수열 교환기(12)에는, 실외기(10)와 접속된 저탕 탱크 유닛(도시하지 않음)으로부터 보내져 오는 물이 통과하는 열교환 수로(16)가 설치되어 있어, 열교환 수로(16) 내를 흐르는 물과 냉매 사이에서 열교환을 행할 수 있다. 팽창 밸브(13)는 전기적으로 제어되는 전동 밸브이며, 냉동 사이클 내를 순환하는 냉매를 감압한다. 증발기(14)는 냉매 사이클 내의 냉매와 공기 사이에서 열교환을 행하게 하여 냉매를 증발시키기 위한 것이다. 실외 팬(15)은, 예를 들어 프로펠러 팬이며, 회전에 의하여 실외기(10) 외부로부터의 공기를 증발기(14)로 안내한다.

이러한 실외기(10)에서는, 압축기(11)를 구동하여 냉매를 순환시킴으로써, 수열 교환기(12)를 응축기로서 기능시키고, 열교환 수로(16) 내를 지나가는 물을 가열할 수 있다.

(1-2) 브러시리스 DC 모터

다음으로, 브러시리스 DC 모터(51)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 브러시리스 DC 모터(51)는 3상 모터이며, 스테이터(52)와, 로터(53)를 구비하고 있다. 스테이터(52)는 스타 결선된 U상, V상 및 W상의 구동 코일 Lu, Lv, Lw를 포함한다. 각 구동 코일 Lu, Lv, Lw의 한쪽 단부는, 각각 인버터(25)로부터 연장되는 U상, V상 및 W상의 각 배선의 구동 코일 단자 TU, TV, TW에 접속되어 있다. 각 구동 코일 Lu, Lv, Lw의 다른 쪽 단부는, 서로 단자 TN으로서 접속되어 있다. 이들 3상의 구동 코일 Lu, Lv, Lw는, 로터(53)가 회전함으로써 그 회전 속도와 로터(53)의 위치에 따른 유기 전압을 발생시킨다.

로터(53)는 N극 및 S극을 포함하는 복수 극의 영구 자석을 포함하며, 스테이터(52)에 대하여 회전축을 중심으로 하여 회전한다. 로터(53)의 회전은, 이 회전축과 동일한 축심 상에 있는 출력축(도시하지 않음)을 통하여 실외 팬(15)에 출력된다.

이하에서는, 브러시리스 DC 모터(51)를 팬 모터(51)라고 기재한다.

(2) 모터 구동 제어 장치의 구성

이어서, 본 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(20)의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(20)는 도 1에 도시한 바와 같이 정류부(21)와, 평활 콘덴서(22)와, 전압 검출부(23)와, 전류 검출부(24)와, 인버터(기동부에 상당함)(25)와, 게이트 구동 회로(26)와, 기동 전 회전수 검출 회로(후술하는 센서리스 제어 회로(28)의 회전수 추정부(28c)와 함께 회전수 도출부에 상당함)(27)와, 센서리스 제어 회로(28)(주로 변경부에 상당함)와, 마이크로컴퓨터(29)를 구비한다.

모터 구동 제어 장치(20)를 구성하는 이들 기능부는, 예를 들어 1매의 프린트 기판 상에 실장되어 있다.

또한 게이트 구동 회로(26), 기동 전 회전수 검출 회로(27) 및 센서리스 제어 회로(28)는 하나의 집적 회로 패키지(구체적으로는 IC나 HIC) 내에 패키징되어 있어도 된다.

(2-1) 정류부

정류부(21)는 4개의 다이오드 D1a, D1b, D2a, D2b에 의하여 브리지형으로 구성되어 있다. 구체적으로는, 다이오드 D1a와 D1b, D2a와 D2b는 각각, 서로 직렬로 접속되어 있다. 다이오드 D1a, D2a의 각 캐소드 단자는 모두 평활 콘덴서(22)의 플러스측 단자에 접속되어 있어, 정류부(21)의 플러스측 출력 단자로서 기능한다. 다이오드 D1b, D2b의 각 애노드 단자끼리는 평활 콘덴서(22)의 마이너스측 단자에 접속되어 있어, 정류부(21)의 마이너스측 출력 단자로서 기능한다. 다이오드 D1a, D1b끼리의 접속점 및 다이오드 D2a, D2b끼리의 접속점은 각각, 상용 전원(91)에 접속되어 있다. 즉, 다이오드 D1a, D1b끼리의 접속점 및 다이오드 D2a, D2b끼리의 접속점은 각각, 정류부(21)의 입력의 역할을 담당하고 있다.

이와 같은 구성을 갖는 정류부(21)는 상용 전원(91)으로부터 출력되는 교류 전압을 정류함으로써 직류 전원을 생성하고, 이를 평활 콘덴서(22)에 공급한다.

(2-2) 평활 콘덴서

평활 콘덴서(22)는 일단부가 정류부(21)의 플러스측 출력 단자에 접속되고, 타단부가 정류부(21)의 마이너스측 출력 단자에 접속되어 있다. 평활 콘덴서(22)는 정류부(21)로부터 공급된 직류 전원, 즉 정류부(21)에 의하여 정류된 전압을 평활한다. 이하, 설명의 편의상, 평활 콘덴서(22)에 의한 평활 후의 전압을 "평활 후 전압 Vfl"이라고 한다. 이 평활 후 전압 Vfl은 직류 전원에 따른 전압보다 더욱 리플이 낮은 전압으로 되어 있으며, 평활 콘덴서(22)의 후단, 즉 출력측에 접속된 인버터(25)에 인가된다.

또한 콘덴서의 종류로서는 전해 콘덴서나 세라믹 콘덴서, 탄탈 컨덴서 등을 들 수 있지만, 본 실시 형태에 있어서는, 평활 콘덴서(22)로서 전해 콘덴서가 채용될 경우를 예로 든다.

(2-3) 전압 검출부

전압 검출부(23)는 평활 콘덴서(22)의 출력측에 접속되어 있으며, 평활 콘덴서(22)의 양단부 전압, 즉 평활 후 전압 Vfl의 값을 검출한다. 특히 전압 검출부(23)는 팬 모터(51)의 기동 후에 전압 검출 동작을 행한다.

이러한 전압 검출부(23)는, 도시하지는 않았지만, 예를 들어 서로 직렬로 접속된 2개의 저항이 평활 콘덴서(22)에 병렬 접속되고, 평활 후 전압 Vfl을 분압함으로써 구성된다. 2개의 저항끼리의 접속점의 전압값은 센서리스 제어 회로(28)에 입력된다.

(2-4) 전류 검출부

전류 검출부(24)는 평활 콘덴서(22) 및 인버터(25) 사이이며, 또한 평활 콘덴서(22)의 마이너스측 출력 단자측에 접속되어 있다. 전류 검출부(24)는 팬 모터(51)의 기동 후, 팬 모터(51)에 흐르는 모터 전류 Im을 검출한다.

이러한 전류 검출부(24)는, 도시하지는 않았지만, 예를 들어 션트 저항 및 상기 저항의 양단부의 전압을 증폭시키는 연산 증폭기를 사용한 증폭 회로로 구성된다. 전류 검출부(24)에 의하여 검출된 모터 전류 Im은 센서리스 제어 회로(28)에 입력된다.

(2-5) 인버터

인버터(25)는 평활 콘덴서(22)의 출력측에 접속되어 있다. 인버터(25)는 도 1에 도시한 바와 같이 복수의 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터(이하, 간단히 트랜지스터라고 함) Q3a, Q3b, Q4a, Q4b, Q5a, Q5b 및 복수의 환류용 다이오드 D3a, D3b, D4a, D4b, D5a, D5b를 포함한다. 트랜지스터 Q3a와 Q3b, Q4a와 Q4b, Q5a와 Q5b는 각각, 서로 직렬로 접속되어 있다. 각 다이오드 D3a 내지 D5b는, 트랜지스터의 콜렉터 단자와 다이오드의 캐소드 단자가 접속됨과 함께, 트랜지스터의 이미터 단자와 다이오드의 애노드 단자가 접속됨으로써, 각 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b에 대하여 병렬 접속되어 있다.

인버터(25)에는, 평활 콘덴서(22)로부터의 평활 후 전압 Vf1이 인가된다. 그리고 인버터(25)는, 게이트 구동 회로(26)에 의하여 지시된 타이밍에 각 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b가 온 및 오프를 행함으로써, 원하는 듀티를 갖는 구동 전압 SU1, SV1, SW1을 생성한다. 이 구동 전압 SU1, SV1, SW1은 팬 모터(51)를 구동시키기 위한 교류 전압이며, 각 트랜지스터 Q3a와 Q3b, Q4a와 Q4b, Q5a와 Q5b의 각 접속점 NU, NV, NW로부터 팬 모터(51)에 출력된다. 즉, 인버터(25)는 팬 모터(51)에 전력을 공급한다.

본 실시 형태에 따른 인버터(25)는 팬 모터(51)의 기동 시, 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압 SU1, SV1, SW1을 팬 모터(51)에 출력하여, 상기 모터(51)를 기동시킨다. 강제 구동 방식이란, 팬 모터(51)에 대하여 강제 통전을 행함으로써 모터를 소정 회전수까지 가속시키는 방식이다. 모터가 소정 회전수까지 가속되어 로터(53)의 위치를 추정 가능하게 되었을 경우에는, 구동 방식은 강제 구동 방식으로부터 위치 추정 구동, 즉 로터 위치 센서리스 제어로 이행된다. 즉, 강제 구동 방식에서는, 팬 모터(51)의 로터(53)의 위치에 관계없이 소정의 전압값 및 주파수를 갖는 구동 전압 SU1, SV1, SW1을 팬 모터(51)에 인가하여, 팬 모터(51)를 강제적으로 기동 개시시킨다. 따라서 강제 구동 방식에서는, 후술하는 제2 실시 형태에서 설명하는 직류 여자 방식과는 달리, 팬 모터(51)를 구동 개시시키기 전에 로터(53)의 위치를 일단 고정시키는 동작은 행해지지 않으며, 팬 모터(51)가 어떠한 상태여도 구동시킬 수 있는 구동 전압 SU1, SV1, SW1이 인버터(25)로부터 팬 모터(51)에 출력되게 된다. 이에 따라 팬 모터(51)는 강제적으로 기동된다.

그리고 본 실시 형태에 따른 인버터(25)는, 적어도 기동 직전의 팬 모터(51)의 회전수에 따른 주파수 또는 전압값을 갖는 강제 구동 방식에 있어서의 구동 전압 SU1, SV1, SW1에 의하여 팬 모터(51)를 기동 개시시킨다. 그리고 인버터(25)는 팬 모터(51)의 기동 개시 후, 기동 중인 팬 모터(51)의 회전 상태에 따른 주파수 또는 전압값을 갖는 강제 구동 방식에 있어서의 구동 전압 SU1, SV1, SW1을 팬 모터(51)에 출력한다.

즉, 종래의 강제 구동 방식에 의한 팬 모터(51)의 기동 시, 인버터는, 팬 모터(51)의 회전수에 관계가 없는 구동 전압, 즉 일정한 주파수 또는 전압값을 갖는 구동 전압을 출력하고 있었다. 그러나 본 실시 형태에 따른 인버터(25)는, 강제 구동 방식으로 팬 모터(51)를 기동시키는 데 있어서, 팬 모터(51)에는, 실제의 회전 상태에 따른 주파수 또는 전압값을 갖고 있고, 또한 로터(53)가 어떠한 위치에 있더라도 강제적으로 팬 모터(51)를 기동할 수 있는 구동 전압 SU1, SV1, SW1을 출력한다. 즉, 본 실시 형태에 따른 기동 시의 구동 전압 SU1, SV1, SW1은, 종래의 강제 구동 방식에 의한 팬 모터(51)의 기동에 있어서 상기 모터(51)에 출력되고 있었던 구동 전압의 주파수 또는 전압값이, 실제의 팬 모터(51)의 회전 상태에 따라 변화된 전압이라고 할 수 있다.

도 3은 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수에 대한 기동 개시 시의 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 및 전압값 Vstart1을 개념으로서 나타내는 그래프이다. 도 3에서는, 횡축을, 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수(즉, 후술하는 기동 전 회전수 검출 회로(27)에 의하여 검출된 회전수. 제1 회전수 신호 FG), 종축을, 기동 개시 시에 팬 모터(51)에 출력되는 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 및 전압값 Vstart1로서 나타내고 있다. 도 3의 회전수 구간 A1에 나타낸 바와 같이 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수가 소정 회전수 pr1보다 작은 경우에는, 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수(또는 전압값) Vstart1은 소정 주파수 F1(또는 소정 전압값 V1)로 설정된다. 그러나 도 3의 회전수 구간 B1에 나타낸 바와 같이 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수가 소정 회전수 pr1보다 큰 경우에는, 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수(또는 전압값) Vstart1은 소정 주파수 F1(또는 소정 전압값 V1)보다 작은 주파수(또는 전압값)로 설정된다.

여기서, 소정 주파수 F1 및 소정 전압값 V1은 각각, 팬 모터(51)가 무회전인 상태에서 기동 개시하는 경우에 상기 모터(51)에 출력되는 구동 전압의 주파수 및 전압값이다. 소정 회전수 pr1에 대한 주파수(또는 전압값) 및 상기 회전수 pr1 이상의 회전수에 대한 주파수(또는 전압값)는 팬 모터(51), 실외 팬(15) 및 증발기(14)의 각 특성 등에 기초하여, 탁상 계산이나 시뮬레이션, 실험 등에 의하여 미리 적당한 값으로 설정된다.

즉, 본 실시 형태에 있어서는, 아직 구동되고 있지 않은 상태의 팬 모터(51)가 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 등의 영향을 받아 이미 어느 정도 회전되어 있는 경우에는, 후술하는 센서리스 제어 회로(28)에서, 팬 모터(51)의 기동을 개시시키기 위하여 상기 모터(51)에 출력되는 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 또는 전압값 Vstart1을 작게 하는 내용의 전압 명령값 Vpwm이 생성된다.

또한 후술하는 바와 같이 센서리스 제어 회로(28)에 따른 회전수 추정부(28c)는, 기동 직전 또는 회전수가 저회전 상태에 있어서는, 팬 모터(51)의 회전수를 정확하게 추정할 수 없다. 그 때문에 도 6에서는 상세한 구성을 도시하지는 않았지만, 이 경우의 센서리스 제어 회로(28)는 기동 전 회전수 검출 회로(27)에 의하여 검출된, 기동 직전의 팬 모터(51)의 회전수를 이용한다.

도 4는 팬 모터(51)의 기동 개시 직후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에 팬 모터(51)에 출력되는 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 및 전압값의 경시적 변화를 개념적으로 나타내는 그래프이다. 상기한 바와 같이 회전수가 낮은 상태에 있어서는, 회전수의 추정은 정확하게 행해지지 않기 때문에, 기동 중인 회전 상태에 대해서는 시간의 경과에 의하여 추측한다. 도 4에서는, 횡축을 시간, 종축을 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 및 전압값으로서 나타내고 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이 팬 모터(51)의 기동 개시 직후부터 통상 회전 상태(즉, 위치 추정 운전 가능하게 된 상태)에 이르기까지의 사이, 인버터(25)는 시간의 경과에 수반하여 주파수 또는 전압값이 커지는 구동 전압 SU1, SV1, SW1을 팬 모터(51)에 출력한다.

이상과 같이 본 실시 형태에 따른 인버터(25)는, 팬 모터(51)의 기동 직전부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 실제의 팬 모터(51)의 회전수에 따른 주파수·전압값을 갖는 강제 구동 방식에 있어서의 구동 전압 SU1, SV1, SW1을 팬 모터(51)에 출력한다. 이에 따라, 기동 전부터 바람 등의 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 영향에 의하여 이미 회전되어 버린 팬 모터(51)를 종래의 강제 구동 방식에 의하여 기동시키는 경우에 비하여, 과전류 상태나 과전압 상태, 탈조 상태가 발생하기 어려워진다.

즉, 바람 등의 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 영향에 의하여 팬 모터(51)가 이미 회전되어 버리면, 이 회전에 의하여 팬 모터(51)에 유기되는 전압이 상승한 상태로 되어 있다. 이 상태에서, 팬 모터(51)의 실제 회전수에 관계없이 강제 구동 방식으로 일정한 주파수·전압을 갖는 구동 전압을 팬 모터(51)에 인가해 버리면, 이 구동 전압은 원래 무회전 상태의 팬 모터(51)를 기동시키는 것을 상정한 구동 전압이기 때문에, 이미 상기 모터(51)에 유기되어 있는 전압에, 일정한 주파수·전압을 갖는 구동 전압이 가해져 버려, 그 결과, 과전류나 과전압, 모터의 탈조가 야기된다. 그러나 본 실시 형태에서는, 강제 구동 방식으로 팬 모터(51)가 기동하지만, 그때의 구동 전압 SU1, SV1, SW1은 팬 모터(51)의 실제 회전수를 고려한 주파수·전압을 갖는 것으로 되어 있기 때문에, 상기 모터(51)에 유기되어 있는 전압에 더 가해지는, 상기 구동 전압 SU1, SV1, SW1에 기초하는 모터 전류 및 전압의 각 값은, 팬 모터(51)의 그때그때의 회전수에 따른 적절한 값으로 된다. 따라서 과전류나 과전압, 모터 탈조는 발생하기 어려워진다.

또한 상기 설명에서는 주파수와 전압의 양쪽이 변경되는 예를 나타냈지만, 주파수와 전압 중 어느 한쪽이 변경되어도 된다.

(2-6) 게이트 구동 회로

게이트 구동 회로(26)는 센서리스 제어 회로(28)로부터의 전압 명령값 Vpwm에 기초하여, 인버터(25)의 각 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b의 온 및 오프의 상태를 변화시킨다. 구체적으로는 게이트 구동 회로(26)는, 센서리스 제어 회로(28)에 의하여 결정된 듀티를 갖는 구동 전압 SU1, SV1, SW1이 인버터(25)로부터 팬 모터(51)에 출력되도록 각 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b의 게이트에 인가되는 게이트 제어 전압 Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz를 생성한다. 생성된 게이트 제어 전압 Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz는 각각의 트랜지스터 Q3a 내지 Q5b의 게이트 단자에 인가된다.

여기서 본 실시 형태에 따른 전압 명령값 Vpwm이란, 구동 전압 SU, SV, SW에 관한 파라미터의 하나인 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 듀티를 정하기 위한 명령값이다. 즉, 본 실시 형태에서는, 팬 모터(51)가 PWM 제어되는 경우를 예로 든다.

(2-7) 기동 전 회전수 검출 회로

기동 전 회전수 검출 회로(27)는, 입력이 팬 모터(51)의 W상의 구동 코일 단자 TW와 접속되어 있고, 출력이 센서리스 제어 회로(28)에 접속되어 있다. 즉, 기동 전 회전수 검출 회로(27)는 인버터(25)보다 후단측에 위치하고 있다고 할 수 있다. 기동 전 회전수 검출 회로(27)는 주로 기동 전에 있어서 팬 모터(51)가 회전하고 있을 때, 구동 코일 Lw에 발생하는 W상의 유기 전압 Vwn에 기초하여 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수를 검출한다.

이러한 기동 전 회전수 검출 회로(27)의 구성의 일례를 도 5에 간단히 도시한다. 도 5에서는, 기동 전 회전수 검출 회로(27)가 필터(27a), 비교기(27b) 및 연산부(27c)로 구성되어 있는 경우를 도시하고 있다. 필터(27a)는, 예를 들어 저역 통과 필터이며, 회전하고 있는 팬 모터(51)에 있어서의 유기 전압 Vwn이 입력되고, 이 유기 전압 Vwn으로부터 노이즈 성분 및 고조파 성분을 제거한다. 비교기(27b)에는 필터(27a) 통과 후의 유기 전압 Vwn과, 소정의 전압값을 갖는 레퍼런스 전압 Vref가 입력된다. 비교기(27b)는 입력된 이들 전압의 대소에 기초하여, 유기 전압 Vwn에 기초하는 펄스 전압을 출력한다. 연산부(27c)에는 이 펄스 전압이 입력되며, 상기 전압의 주파수를 연산하여 팬 모터(51)의 회전수를 연산한다. 이와 같이 하여 구해진 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수를 나타내는 제1 회전수 신호 FG1은, 상기 모터(51)의 회전수에 따른 주기를 갖는 펄스 신호, 또는 신호의 주파수는 고정이지만 상기 모터(51)의 회전수에 따른 듀티를 갖는 펄스 신호로 되어 있다. 당해 회전수 신호 FG1은 센서리스 제어 회로(28)에 입력된다.

상술한 기동 전 회전수 검출 회로(27)에 의하면, 기동하지 않은 팬 모터(51)가 바람 등의 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 영향에 의하여 회전하고 있는 등, 후술하는 로터 위치 센서리스 방식으로는 로터(53)의 위치 추정을 할 수 없는 경우에 있어서도, 팬 모터(51)의 회전수를 검출하는 것이 가능해진다.

또한 본 실시 형태에 있어서는, 기동 전 회전수 검출 회로(27)는 기동 전의 팬 모터(51)의 회전 방향이 순방향인지 역방향인지에 관계없이 단순히 회전수를 검출하는 구성으로 되어 있다.

(2-8) 센서리스 제어 회로

센서리스 제어 회로(28)는 전압 검출부(23), 전류 검출부(24), 게이트 구동 회로(26), 기동 전 회전수 검출 회로(27) 및 마이크로컴퓨터(29)와 접속되어 있다. 센서리스 제어 회로(28)는 팬 모터(51)를 로터 위치 센서리스 방식으로 구동시키는 회로이다.

구체적으로는 센서리스 제어 회로(28)는, 로터 위치 센서리스 방식으로 기동 후의 팬 모터(51)의 로터(53)의 위치를 추정함과 함께, 추정한 로터(53)의 위치에 기초하여 팬 모터(51)의 회전수를 추정한다. 이하, 기동 후의 팬 모터(51)의 회전수를 나타내는 신호를 "제2 회전수 신호 FG2"라고 기재한다. 제2 회전수 신호 FG2는 마이크로컴퓨터(29)에 입력된다. 또한 센서리스 제어 회로(28)는, 마이크로컴퓨터(29)로부터 회전수 명령 Vfg를 포함하는 운전 명령이 보내져 오면, 이 운전 명령, 추정한 로터(53)의 위치, 추정한 회전수, 전압 검출부(23)의 검출 결과 및 전류 검출부(24)의 검출 결과에 기초하여, 로터 위치 센서리스 방식에 의하여 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 듀티, 전압 명령값 Vpwm으로서 결정한다.

여기서 로터 위치 센서리스 방식이란, 팬 모터(51)의 특성을 나타내는 각종 파라미터, 평활 후 전압 Vfl(즉, 전압 검출부(23)의 검출 결과), 모터 전류 Im(즉, 전류 검출부(24)의 검출 결과), 및 팬 모터(51)의 제어에 관한 소정의 수식 모델 등을 이용하여, 로터(53)의 위치 추정, 회전수의 추정, 회전수에 대한 PI 제어, 및 모터 전류 Im에 대한 PI 제어 등을 행하는 방식이다. 팬 모터(51)의 특성을 나타내는 각종 파라미터로서는, 사용되는 팬 모터(51)의 권선 저항, 인덕턴스 성분, 유기 전압, 극수 등을 들 수 있다.

도 6은 수식 모델을 고려하여 로터 위치 센서리스 제어를 행하는 센서리스 제어 회로(28)의 구성의 일례를 간단히 도시하고 있다. 도 6의 센서리스 제어 회로(28)는 주로 모터 모델 연산부(28a), 로터 위치 추정부(28b), 회전수 추정부(28c)(기동 전 회전수 검출 회로(27)와 함께 회전수 도출부에 상당함), LPF(28d), 회전수 제어부(28e) 및 전류 제어부(28f)에 의하여 구성되어 있다.

모터 모델 연산부(28a)는 팬 모터(51)의 특성을 나타내는 각종 파라미터를 모터 모델로서 이용하여, 모터(51)에의 전압 명령값 Vpwm, 추정한 로터(53)의 위치 및 추정한 회전수로부터 모터 전류 Im의 이상값을 연산한다. 로터 위치 추정부(28b)는, 이 이상값과 전류 검출부(24)에 의하여 실제로 검출된 모터 전류 Im 사이에서 감산 처리된 결과를 입력으로 하여, 현시점에서의 로터(53)의 위치를 추정한다. 회전수 추정부(28c)는 추정된 로터(53)의 위치를 이용하여, 현시점에서의 팬 모터(51)의 회전수를 추정한다. 각 추정부(28b, 28c)에 있어서의 추정 결과는, 모터 모델 연산부(28a)에 있어서, 모터 전류 Im의 이상값과 실제의 모터 전류 Im의 차분이 "0"으로 되게 하는 보정 처리, 및 모터 모델의 보정에 이용된다. LPF(28d)는 추정된 회전수로부터 노이즈 성분 및 고조파 성분을 제거한다. LPF(28d)로부터 출력된 팬 모터(51)의 회전수는, 파형 성형부(28g)에 의하여 원하는 제2 회전수 신호 FG2로 되어, 마이크로컴퓨터(29)에 출력된다. 제2 회전수 신호 FG2는 제1 회전수 신호 FG1과 마찬가지로, 팬 모터(51)의 회전수에 따른 주기를 갖는 펄스 신호, 또는 주파수는 고정이지만 상기 모터(51)의 회전수에 따른 듀티를 갖는 펄스 신호로 되어 있다.

또한 LPF(28d)로부터 출력된 팬 모터(51)의 회전수는, 마이크로컴퓨터(29)로부터 보내져 온 운전 명령에 포함되는 회전수 명령 Vfg와의 사이에서 감산 처리가 행해진다. 회전수 제어부(28e)는 감산 처리의 결과가 입력되면, 회전수에 대하여 PI 제어를 행한다. 전류 제어부(28f)는 회전수 제어부(28e)에 의한 제어 결과인 q축 전류 명령값 Vq와, 예를 들어 d축 전류 명령값 Vd가 "0"으로 되게 하는 명령 "Vd=0"과, 전압 검출부(23)에 의하여 검출된 평활 후 전압 Vfl에 기초하여 전류 제어를 행하여, 모터 전류 Im이 이들 명령에 기초한 전류로 되게 하는 전압 명령값 Vpwm을 생성한다. 이러한 전류 제어부(28f)의 제어에 의하여, 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 듀티를 포함하는 전압 명령값 Vpwm이 생성되어, 게이트 구동 회로(26)에 입력된다. 또한 전압 명령값 Vpwm은 모터 모델 연산부(28a)에 입력되어, 모터 모델의 추가 보정이 이루어진다.

여기서 본 실시 형태에서는, 로터(53)의 영구 자석이 만들어 내는 자속 방향을 d축, 이보다 π/2 나아간 방향을 q축으로 정한 dq 좌표계를 이용하고 있다. 상기 「q축 전류 명령값 Vq」란, 팬 모터(51)의 토크에 기여하는 q축 전류의 명령값이며, 상기 「d축 전류 명령값 Vd」란, 팬 모터(51)의 토크에 기여하지 않는 d축 전류(즉, 자속을 만드는 성분인 여자 전류)의 명령값이다.

이와 같은 구성을 갖는 센서리스 제어 회로(28)는, 마이크로컴퓨터(29) 및 게이트 구동 회로(26) 등에 의하여 인버터(25)의 제어가 행해지고 있을 때는, 로터(53)의 위치 추정 및 팬 모터(51)의 회전수 추정을 행하여, 이 추정 결과에 따른 전압 명령값 Vpwm을 출력한다고 할 수 있다.

그리고 이와 같은 구성을 갖는 센서리스 제어 회로(28)는, "(2-5) 인버터"에서 설명한 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 출력 동작이 실현되도록 하기 위하여, 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 또는 전압값을, 적어도 팬 모터(51)의 기동 직전 상태 시의 기동 직전의 회전수에 따라 변경하는 동작을 행한다. 구체적으로는 센서리스 제어 회로(28)는, 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 경과 시간에 따라, 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 또는 전압값을 연속적으로 변경한다. 예를 들어 센서리스 제어 회로(28)는 도 4에 나타낸 바와 같이 팬 모터(51)의 기동 개시 직후부터 통상 회전 상태(즉, 위치 추정 운전 가능하게 된 상태)에 이르기까지의 사이, 시간의 경과에 수반하여 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 또는 전압값도 커지도록 전압 명령값 Vpwm을 연속적으로 생성한다.

(2-9) 마이크로컴퓨터

마이크로컴퓨터(29)는 도 1에 도시한 바와 같이 주로 센서리스 제어 회로(28)와 접속되어 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 마이크로컴퓨터(29)는 실외기(10)의 각 기기를 통괄하여 제어하는 실외기측 제어부와도 접속되어 있다.

예를 들어 마이크로컴퓨터(29)는 기동 개시 후의 팬 모터(51)의 회전수(즉, 제2 회전수 신호 FG2)의 감시를 행하거나, 회전수 명령 기동 명령 및 회전수 명령 Vfg를 포함하는 운전 명령을 센서리스 제어 회로(28)에 출력하거나 한다.

(3) 동작

다음으로, 본 실시 형태의 모터 구동 제어 장치(20)의 동작에 대하여 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7은 모터 구동 제어 장치(20)가 행하는 동작을 나타내는 흐름도이다.

스텝 S1 내지 S2: 마이크로컴퓨터(29)가 실외 팬(15)의 운전 개시 지시를 실외기(10)의 실외기측 제어부로부터 취득했을 경우(S1의 "예"), 기동 전 회전수 검출 회로(27)는 기동 전의 현시점에서의 팬 모터(51)의 회전수를 검출한다(S2). 이에 따라 센서리스 제어 회로(28)에는, 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수를 나타내는 제1 회전수 신호 FG1이 입력된다.

스텝 S3: 센서리스 제어 회로(28)는 스텝 S2의 회전수와 소정 회전수 pr1을 비교한다.

스텝 S4: 스텝 S3에 있어서, 스텝 S2의 회전수(즉, 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수)가 소정 회전수 pr1보다 작은 경우에는(S3의 "아니오"), 도 3의 회전수 구간 A1에 나타낸 바와 같이 센서리스 제어 회로(28)는, 팬 모터(51)를 기동 개시시키기 위한 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수(또는 전압값) Vstart1을 소정 주파수 F1(또는 소정 전압값 V1)로 설정한다.

스텝 S5: 스텝 S3에 있어서, 스텝 S2의 회전수(즉, 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수)가 소정 회전수 pr1보다 큰 경우에는(S3의 "예"), 도 3의 회전수 구간 B1에 나타낸 바와 같이 센서리스 제어 회로(28)는, 팬 모터(51)를 기동 개시시키기 위한 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수(또는 전압값) Vstart1을 소정 주파수 F1(또는 소정 전압값 V1)보다 작은 주파수(또는 전압값)로 설정한다.

스텝 S6: 스텝 S4, S5에서 설정된 주파수 또는 전압값 Vstart1을 나타내는 전압 명령값 Vpwm이 게이트 구동 회로(26)에 입력되고, 인버터(25)로부터 팬 모터(51)에는, 스텝 S4, S5에서 설정된 주파수 또는 전압값을 갖는 구동 전압 SU1, SV1, SW1이 출력된다. 이 구동 전압 SU1, SV1, SW1은 강제 구동 방식에 의하여 팬 모터(51)를 기동시키기 위한 전압이며, 이에 따라 팬 모터(51)는 기동을 개시한다.

스텝 S7: 도 4에 나타낸 바와 같이 센서리스 제어 회로(28)는 시간의 경과에 따라 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 또는 전압값을 변경한다. 이에 따라 인버터(25)으로부터는, 연속적으로 변화되는 주파수 또는 전압값을 갖는 구동 전압 SU1, SV1, SW1이 팬 모터(51)에 출력된다.

스텝 S8 내지 S9: 이윽고 센서리스 제어 회로(28)가 팬 모터(51)의 회전수, 즉 로터(53)의 위치를 추정할 수 있게 되면(S8의 "예"), 모터 구동 제어 장치(20)는 팬 모터(51)가 통상 회전 상태에 이르렀다고 판단한다(S9). 통상 회전 상태에 이르러 있을 경우에 있어서, 팬 모터(51)는 로터 위치 센서리스 방식으로 구동 제어된다. 스텝 S8에 있어서, 센서리스 제어 회로(28)가 팬 모터(51)의 회전수를 추정할 수 없는 경우에는(S8의 "아니오"), 모터 구동 제어 장치(20)는 스텝 S7 이후의 동작을 반복한다.

스텝 S10 내지 S11: 마이크로컴퓨터(29)가 실외 팬(15)의 구동 정지 지시를 취득하기까지는(S10의 "아니오"), 모터 구동 제어 장치(20)는 팬 모터(51)에 대하여 로터 위치 센서리스 구동을 계속하여 행한다. 마이크로컴퓨터(29)가 실외 팬(15)의 구동 정지 지시를 취득했을 경우(S10의 "예"), 인버터(25)에 의한 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 팬 모터(51)에의 출력이 정지되어, 팬 모터(51)는 구동을 정지한다(S11).

(4) 특징

(4-1)

본 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(20)에서는, 적어도 팬 모터(51)의 기동 직전 상태 시, 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압 SU1, SV1, SW1이 변경된다. 즉, 팬 모터(51)를 기동하기 위하여 팬 모터(51)에 출력되는 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압 SU1, SV1, SW1은, 팬 모터(51)의 회전 상태에 따라 변화한다. 이에 따라, 적어도 모터 기동 직전 상태 시의 팬 모터(51)의 회전 상태에 따른 구동 전압 SU1, SV1, SW1에 의하여 팬 모터(51)가 기동하기 때문에, 과전류 및 과전압 상태의 발생을 억제할 수 있어, 비용을 들이지 않고도 간단히 팬 모터(51)의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

(4-2)

특히 본 실시 형태에서는, 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압 SU1, SV1, SW1을 팬 모터(51)에 출력하여 팬 모터(51)를 기동시킬 때, 센서리스 제어 회로(28)는 팬 모터(51)의 기동 직전의 회전수에 따라 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 또는 전압값을 변경한다. 이에 따라, 강제 구동 방식이 채용되더라도 팬 모터(51)는 확실하게 기동할 수 있다.

(4-3)

또한 본 실시 형태에 의하면, 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 시간의 경과에 따라, 바꾸어 말하면 팬 모터(51)의 회전 상태에 따라 시시각각 주파수 또는 전압값이 변화되는 구동 전압 SU1, SV1, SW1이 팬 모터(51)에 출력되게 된다. 따라서 과전류 및 과전압의 발생이 보다 확실하게 억제된다.

(4-4)

또한 본 실시 형태에 의하면, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이 기동 직전 시에 있어서의 팬 모터(51)의 회전수가 소정 회전수 pr1 이상인 경우에는, 팬 모터(51)를 기동 개시시키기 위하여 팬 모터(51)에 출력하는 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수(또는 전압값) Vstart1은 소정 주파수 F1(또는 소정 전압값 V1)보다 작게 설정된다. 이에 따라 모터 구동 제어 장치(20)는, 기동 직전 시에 이미 소정 회전수 pr1 이상 회전되어 버린 팬 모터(51)를 기동시켰을 때, 팬 모터(51)에 흐르는 모터 전류 Im이나 평활 콘덴서(22)의 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상을 억제할 수 있어, 팬 모터(51)의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

(4-5)

본 실시 형태에 의하면, 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에 있어서의 팬 모터(51)의 회전수 증가에 수반하여, 구동 전압 SU1, SV1, SW1의 주파수 또는 전압값은 크게 설정되어 간다. 이에 따라, 팬 모터(51)에 흐르는 모터 전류 Im이나 평활 콘덴서(22)의 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상이나 팬 모터(51)의 탈조를 억제할 수 있어, 팬 모터(51)의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

(4-6)

특히 본 실시 형태에서는, 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에, 기동 개시 후의 경과 시간에 수반하여, 구동 전압의 주파수 또는 전압값이 크게 설정되어 간다. 이에 따라, 팬 모터(51)에 흐르는 모터 전류 Im이나 평활 콘덴서(22)의 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상이나 팬 모터(51)의 탈조를 억제할 수 있어, 팬 모터(51)의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

<제2 실시 형태>

상기 실시 형태에서는, 소위 강제 구동 방식으로 팬 모터(51)가 기동하는 경우에 대하여 설명하였다. 여기서는, 기동을 더욱 확실하게 하기 위해서, 기동 개시 시에 직류 여자 방식을 이용하여 팬 모터(51)가 기동하는 경우에 대하여 설명한다.

(1) 구성

도 8은 본 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(120)를 포함하는 모터 구동 제어 시스템(200) 전체의 구성도이다. 도 8에 도시하는 모터 구동 제어 장치(120)는 상기 제1 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(20)와 제어 내용의 일부가 상이하지만, 그 구성은 상기 제1 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(20)와 마찬가지이다.

즉, 모터 구동 제어 장치(120)는 정류부(121)와, 평활 콘덴서(122)와, 전압 검출부(123)와, 전류 검출부(124)와, 인버터(기동부에 상당함)(125)와, 게이트 구동 회로(126)와, 기동 전 회전수 검출 회로(센서리스 제어 회로(128)의 회전수 추정부(28c)와 함께 회전수 도출부에 상당함)(127)와, 센서리스 제어 회로(128)(주로 변경부에 상당함)와, 마이크로컴퓨터(129)를 구비한다.

정류부(121), 평활 콘덴서(122), 전압 검출부(123), 전류 검출부(124), 게이트 구동 회로(126), 기동 전 회전수 검출 회로(127) 및 마이크로컴퓨터(129)에 대해서는, 도 1에 있어서 각각 동일한 명칭을 붙인 정류부(21), 평활 콘덴서(22), 전압 검출부(23), 전류 검출부(24), 게이트 구동 회로(26), 기동 전 회전수 검출 회로(27) 및 마이크로컴퓨터(29)와 마찬가지이다. 그 때문에, 이하에서는 이들 각 기능부의 설명은 생략하고, 인버터(125) 및 센서리스 제어 회로(128)가 각각 상기 제1 실시 형태에 따른 인버터(25) 및 센서리스 제어 회로(28)와는 상이한 부분에 대해서만 설명한다.

(1-1) 인버터

본 실시 형태에 따른 인버터(125)는 팬 모터(51)의 기동 시, 직류 여자 방식에 기초하는 구동 전압 SU2, SV2, SW2를 팬 모터(51)에 출력하여 상기 모터(51)를 고정한 후, 강제 구동을 행하여 상기 모터(51)를 기동시킨다. 여기서 직류 여자 방식이란, 기동 직전의 팬 모터(51)에 대하여 소정의 통전 패턴으로 직류 통전을 행함으로써, 상기 모터(51)에 있어서의 로터(53)의 위치를 소정 위치에 일단 고정시키고, 로터(53)가 고정된 상태로부터 팬 모터(51)의 구동을 개시시키는 방식이다. 이에 따라 인버터(125)로부터는, 로터(53)를 직류 여자시켜 로터(53)의 위치를 소정 위치에 이동시켜 고정시키기 위한 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 팬 모터(51)에 출력된다. 이어서 인버터(125)로부터는, 로터(53)를 강제적으로 구동하기 위한 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 팬 모터(51)에 출력된다. 이 강제 구동에 의하여 팬 모터(51)는 간신히 기동할 수 있다.

여기서 상기 「소정 위치」는, 예를 들어 전기각으로 "210°" 등과 같이 미리 소정의 통전 패턴에 의하여 고정되는 임의의 위치로 적절히 결정되어 있다.

특히 본 실시 형태에 따른 인버터(125)는, 기동 직전의 팬 모터(51)의 회전수에 따른 듀티 또는 변조율을 갖는 직류 여자 방식에 있어서의 구동 전압 SU2, SV2, SW2에 의하여 팬 모터(51)를 기동 개시시킨다. 그리고 팬 모터(51)의 기동 개시 후, 강제 통전으로 이행하기까지의 사이에, 인버터(125)는 기동 중인 팬 모터(51)의 회전수에 따른 듀티(또는 변조율, 전압값. 이하 마찬가지)를 갖는 직류 여자 방식에 있어서의 구동 전압 SU2, SV2, SW2를 팬 모터(51)에 출력한다.

즉, 종래의 직류 여자 방식에 의한 팬 모터(51)의 기동 시, 인버터는, 팬 모터(51)의 회전수에 관계가 없는 구동 전압, 즉 일정한 듀티를 갖는 구동 전압을 출력하고 있었다. 그러나 본 실시 형태에서는, 직류 여자 방식으로 팬 모터(51)를 기동시키는 데 있어서, 팬 모터(51)에는, 실제의 회전수에 따른 듀티를 갖는 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 출력된다.

또한 상기 「기동 중」이란, 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이를 말한다.

본 실시 형태에 따른 센서리스 제어 회로(128)는, 팬 모터(51)를 기동 개시시키기 위하여 상기 모터(51)에 출력되는, 직류 여자 방식에 기초하는 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2(도 9 참조)를, 기동 직전의 팬 모터(51)의 회전수에 따라 변경한다. 즉, 팬 모터(51)의 기동 개시 시에 있어서의 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2는, 실제로 팬 모터(51)가 기동하기 전의 상기 모터(51)의 실제 회전수에 의하여 정의된다. 또한 기동 직전의 팬 모터(51)의 회전수로서는, 기동 전 회전수 검출 회로(127)에 의한 검출 결과가 이용된다.

도 9는 기동 직전의 팬 모터(51)의 회전수에 대한 기동 개시 시의 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2를 개념으로서 나타내는 그래프이다. 도 9에서는, 횡축을, 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수(즉, 기동 전 회전수 검출 회로(127)에 의하여 검출된 회전수. 제1 회전수 신호 FG), 종축을, 기동 개시 시에 팬 모터(51)에 출력되는 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2로서 나타내고 있다. 도 9의 회전수 구간 A2에 나타낸 바와 같이 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수가 소정 회전수 pr2보다 작은 경우에는, 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2는 소정 듀티 D2로 설정된다. 그러나 도 9의 회전수 구간 B2에 나타낸 바와 같이 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수가 소정 회전수 pr2보다 큰 경우에는, 모터의 회전에 기인하여 흐르는 만큼의 전류를 억제하기 때문에, 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2는, 소정 듀티 D2보다 작은 듀티로 설정된다.

여기서 소정 듀티 D2이란, 팬 모터(51)가 무회전인 상태에서 기동 개시하는 경우에 상기 모터(51)에 출력되는 구동 전압의 듀티이다. 소정 회전수 pr2의 듀티 및 pr2 이상의 회전수에 대한 듀티는, 팬 모터(51), 실외 팬(15) 및 증발기(14)의 각 특성 등에 기초하여, 탁상 계산이나 시뮬레이션, 실험 등에 의하여 미리 적당한 값으로 설정된다.

즉, 본 실시 형태에 있어서는, 아직 구동되고 있지 않은 상태의 팬 모터(51)가 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 등의 영향을 받아 이미 어느 정도 회전하고 있는 경우에는, 센서리스 제어 회로(128)는 팬 모터(51)의 기동을 개시시키기 위하여 상기 모터(51)에 출력되는 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2를 작게 하는 내용의 전압 명령값 Vc를 생성한다.

도 10은 팬 모터(51)의 기동 개시 직후부터 직류 여자 종료까지의 사이에 팬 모터(51)에 출력되는 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티의 경시적 변화를 개념적으로 나타내는 그래프이다. 도 10에서는, 횡축을 시간, 종축을 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티로서 나타내고 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이 인버터(125)는 팬 모터(51)의 기동 개시 직후부터 직류 여자 종료까지의 사이에, 시간의 경과에 수반하여 듀티가 연속적으로 커지는 구동 전압 SU2, SV2, SW2를 팬 모터(51)에 출력한다. 이때, 회전하고 있는 팬 모터(51)에 대하여 직류 여자에 의한 고정력이 가해지게 되는 셈이므로, 팬 모터(51)의 회전수는 기동 개시 직후부터 시간의 경과와 함께 감소되어 간다. 그 때문에 상기 동작은, 인버터(125)가 회전수의 변화에 따라 듀티를 연속적으로 변화시키고 있다고 할 수 있다.

직류 여자 종료 후에는 팬 모터(51)에 대하여 강제 통전이 행해져, 팬 모터(51)의 회전수는 소정의 회전수까지 상승한다. 그리고 그 후, 팬 모터(51)에 대한 제어 방식은 로터 위치 센서리스 제어로 이행된다. 또한 직류 여자 종료 후에 행해지는 강제 통전으로부터 로터 위치 센서리스 제어에서는, 제1 실시 형태에서 설명한 강제 구동 방식으로의 기동 방법이 채용된다. 따라서 여기서는, 직류 여자 종료 후에 행해지는 제어(즉, 강제 구동 방식)에 대해서는 설명을 생략한다.

이상과 같이 본 실시 형태에 따른 인버터(125)는, 팬 모터(51)의 기동 직전부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에, 실제의 팬 모터(51)의 회전수에 따른 듀티를 갖는 직류 여자 방식에 있어서의 구동 전압 SU2, SV2, SW2를 팬 모터(51)에 출력한다. 이에 따라, 기동 전부터 바람 등의 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 영향에 의하여 이미 회전되어 버린 팬 모터(51)를 일정한 구동 전압에 의하여 기동시키는 종래의 직류 여자 방식에 의한 기동 동작에 비하여, 과전류 상태 및 과전압 상태, 모터의 탈조 상태가 발생하기 어려워진다. 그 때문에 팬 모터(51)는 안정되게 기동할 수 있다.

즉, 바람 등의 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 영향에 의하여 팬 모터(51)가 이미 회전되어 버렸으면, 이 회전에 의하여 팬 모터(51)에 유기되는 전압이 상승된 상태로 되어 있다. 이 상태에서, 팬 모터(51)의 실제 회전수에 관계없이 직류 여자 방식으로 일정한 듀티를 갖는 구동 전압을 팬 모터(51)에 인가해 버리면, 이 구동 전압은 원래 무회전 상태의 팬 모터(51)를 고정하는 것을 상정한 듀티를 갖는 전압이기 때문에, 이미 상기 모터(51)에 유기되어 있는 전압에, 일정한 듀티를 갖는 구동 전압에 기초하는 모터 전류 및 전압이 가해져 버린다. 그러면 그 결과, 과전류나 과전압이 야기된다. 그러나 본 실시 형태에서는, 직류 여자 방식으로 팬 모터(51)가 기동하지만, 그때의 구동 전압 SU2, SV2, SW2는 팬 모터(51)의 실제 회전수를 고려한 듀티를 갖는 것으로 되어 있다. 그 때문에, 상기 구동 전압 SU2, SV2, SW2에 기초하는 모터 전류 및 전압의 각 값은, 팬 모터(51)의 그때그때의 회전수에 따른 적절한 값으로 되어, 과전류나 과전압은 발생하기 어려워진다.

또한 직류 여자가 어느 정도의 기간 행해질지에 대해서는 팬 모터(51), 실외 팬(15) 및 증발기(14)의 각 특성 등에 기초하여, 탁상 계산이나 시뮬레이션, 실험 등에 의하여 미리 적당한 값으로 설정된다.

(1-2) 센서리스 제어 회로

센서리스 제어 회로(128)는 상기 제1 실시 형태에 따른 센서리스 제어 회로(28)와 마찬가지의 구성을 하고 있으며(도 6 참조), 팬 모터(51)를 로터 위치 센서리스 방식으로 구동시키는 회로이다. 센서리스 제어 회로(128)는 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태로 되기까지의 사이에, 및 팬 모터(51)가 통상 회전하고 있는 사이에는, 로터(53)의 위치 추정 및 팬 모터(51)의 회전수 추정을 행하여, 이 추정 결과에 따른 전압 명령값 Vc를 출력한다.

특히 센서리스 제어 회로(128)는 도 10에 나타낸 바와 같이 팬 모터(51)의 기동 개시 직후부터 직류 여자 종료까지의 사이에, 시간의 경과에 수반하여 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티가 커지도록 전압 명령값 Vc를 연속적으로 생성한다. 또한 회전하고 있는 팬 모터(51)에 대하여 직류 여자에 의한 고정력이 가해지는 것에 의하여, 팬 모터(51)의 회전수는, 기동 개시 직후부터 시간의 경과와 함께 감소되어 간다. 그 때문에 센서리스 제어 회로(128)는 회전수의 변화에 따라 전압 명령값 Vc를 연속적으로 생성하고 있다고도 할 수 있다.

(2) 동작

다음으로, 본 실시 형태의 모터 구동 제어 장치(120)의 동작에 대하여 도 11 내지 12를 사용하여 설명한다. 도 11 내지 12는 모터 구동 제어 장치(120)가 행하는 동작을 도시하는 흐름도이다.

스텝 S21 내지 S22: 마이크로컴퓨터(129)가 실외 팬(15)의 운전 개시 지시를 실외기(10)의 실외기측 제어부로부터 취득했을 경우(S21의 "예"), 기동 전 회전수 검출 회로(127)는 기동 전의 현시점에서의 팬 모터(51)의 회전수를 검출한다(S22). 이에 따라 센서리스 제어 회로(128)에는, 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수를 나타내는 제1 회전수 신호 FG1이 입력된다.

스텝 S23: 센서리스 제어 회로(128)는 스텝 S22의 회전수와 소정 회전수 pr2를 비교한다.

스텝 S24: 스텝 S23에 있어서, 스텝 S22의 회전수(즉, 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수. 제1 회전수 신호 FG1)가 소정 회전수 pr2보다 작은 경우에는(S23의 "아니오"), 도 9의 회전수 구간 A2에 나타낸 바와 같이 센서리스 제어 회로(128)는, 팬 모터(51)를 기동 개시시키기 위한 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2를 소정 듀티 D2로 설정한다.

스텝 S25: 스텝 S23에 있어서, 스텝 S22의 회전수(즉, 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수. 제1 회전수 신호 FG1)가 소정 회전수 pr2보다 큰 경우에는(S23의 "예"), 도 9의 회전수 구간 B2에 나타낸 바와 같이 센서리스 제어 회로(128)는, 팬 모터(51)를 기동 개시시키기 위한 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2를 소정 듀티 D2보다 작은 값으로 설정한다.

스텝 S26: 스텝 S24, S25에서 설정된 듀티를 나타내는 전압 명령값 Vc가 게이트 구동 회로(126)에 입력되고, 인버터(125)로부터 팬 모터(51)에는, 스텝 S24, S25에서 설정된 듀티를 갖는 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 출력된다. 이 구동 전압 SU2, SV2, SW2는 직류 여자 방식에 의하여 팬 모터(51)를 고정시키기 위한 전압이며, 이에 따라 팬 모터(51)는 기동을 개시한다.

스텝 S27: 도 10에 나타낸 바와 같이 센서리스 제어 회로(128)는 시간의 경과에 수반하여 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티가 커지도록 전압 명령값 Vc를 연속적으로 생성한다. 즉, 센서리스 제어 회로(128)는 회전수의 변화에 따라 전압 명령값 Vc를 연속적으로 생성한다. 이에 따라 인버터(125)로부터 팬 모터(51)에는, 듀티가 서서히 커지는 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 출력된다.

스텝 S28 내지 S29: 직류 여자 기간이 종료되면(S28의 "예"), 기동 방식은 직류 여자 방식으로부터 강제 구동 방식으로 이행된다(S29). 소정의 주파수 또는 전압값을 나타내는 전압 명령값 Vc가 게이트 구동 회로(126)에 입력되고, 인버터(125)로부터 팬 모터(51)에는, 당해 주파수 또는 전압값을 갖는 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 출력된다. 즉, 이 구동 전압 SU2, SV2, SW2는 강제 구동 방식에 의하여 팬 모터(51)를 기동시키기 위한 전압이며, 이에 따라 팬 모터(51)는 기동을 개시한다. 또한 스텝 S28에 있어서, 직류 여자 기간이 종료되기까지는(S28의 "아니오"), 스텝 S27이후의 동작이 반복된다.

스텝 S30: 제1 실시 형태에 따른 도 4에 나타낸 바와 같이 센서리스 제어 회로(128)는 시간의 경과에 따라, 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 주파수 또는 전압값을 변경한다. 이에 따라 인버터(125)로부터는, 연속적으로 변화되는 주파수 또는 전압값을 갖는 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 팬 모터(51)에 출력된다.

스텝 S31 내지 S32: 이윽고 센서리스 제어 회로(128)가 팬 모터(51)의 회전수, 즉 로터(53)의 위치를 추정할 수 있게 되면(S31의 "예"), 모터 구동 제어 장치(120)는 팬 모터(51)가 통상 회전 상태에 이르렀다고 판단한다(S32). 통상 회전 상태에 이른 경우에 있어서, 팬 모터(51)는 로터 위치 센서리스 방식으로 구동 제어된다. 스텝 S31에 있어서, 센서리스 제어 회로(128)가 팬 모터(51)의 회전수를 추정할 수 없는 경우에는(S31의 "아니오"), 모터 구동 제어 장치(120)는 스텝 S30이후의 동작을 반복한다.

스텝 S33 내지 S34: 마이크로컴퓨터(129)가 실외 팬(15)의 구동 정지 지시를 취득하기까지는(S33의 "아니오"), 모터 구동 제어 장치(120)는 팬 모터(51)에 대하여 로터 위치 센서리스 구동을 계속하여 행한다. 마이크로컴퓨터(129)가 실외 팬(15)의 구동 정지 지시를 취득했을 경우(S33의 "예"), 인버터(125)에 의한 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 팬 모터(51)에의 출력이 정지되어, 팬 모터(51)는 구동을 정지한다(S34).

(3) 특징

(3-1)

본 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(120)에서는, 팬 모터(51)가 기동 직전 상태로부터 직류 여자 종료까지의 팬 모터(51)의 회전 상태에 따라, 직류 여자 방식에 기초하는 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 변경된다. 그리고 직류 여자 종료 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에, 팬 모터(51)의 회전 상태에 따라, 강제 구동 방식에 기초하는 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 변경된다. 즉, 팬 모터(51)를 기동하기 위하여 팬 모터(51)에 출력되는 구동 전압 SU2, SV2, SW2는 일정하지 않으며, 팬 모터(51)의 회전수에 따라 변화한다. 이에 따라, 팬 모터(51)의 회전수에 따른 구동 전압 SU2, SV2, SW2에 의하여 팬 모터(51)가 기동하기 때문에, 과전류 및 과전압 상태의 발생을 억제할 수 있어, 비용을 들이지 않고도 간단히 팬 모터(51)의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

(3-2)

특히 본 실시 형태에서는, 직류 여자 방식에 기초하는 구동 전압 SU2, SV2, SW2를 팬 모터(51)에 출력하여 팬 모터(51)를 기동시킬 때, 센서리스 제어 회로(128)는 팬 모터(51)의 기동 직전의 회전수에 따라 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티를 변경한다. 이에 따라, 직류 여자 방식이 채용되더라도 팬 모터(51)는 확실하게 기동할 수 있다.

(3-3)

또한 본 실시 형태에 의하면, 예를 들어 도 10에 나타낸 바와 같이 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 직류 여자 종료까지의 사이에, 시간의 경과에 따라, 바꾸어 말하면 팬 모터(51)의 회전수에 따라 시시각각 변화되는 듀티를 갖는 구동 전압 SU2, SV2, SW2가 팬 모터(51)에 출력된다. 따라서 과전류 및 과전압의 발생이 보다 확실하게 억제된다.

(3-4)

경우에 따라서는, 바람 등의 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 영향을 받아 팬 모터(51)가 기동 직전 시에 이미 회전하고 있고, 또한 상기 모터(51)의 회전수가 소정 회전수 pr2 이상으로 되어 버린 경우가 있다. 그러나 본 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(120)는, 예를 들어 도 9에 나타낸 바와 같이 기동 직전 시에 있어서의 팬 모터(51)의 회전수가 소정 회전수 pr2 이상인 경우에는, 팬 모터(51)를 기동 개시시키기 위하여 팬 모터(51)에 출력하는 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티 Vstart2를 소정 구동 전압에 있어서의 소정 듀티 D2보다 작게 한다. 이에 따라, 모터 구동 제어 장치(120)는 기동 직전 시에 이미 소정 회전수 pr2 이상 회전되어 버린 팬 모터(51)를 기동시켰을 때, 팬 모터(51)에 흐르는 모터 전류 Im 및 평활 콘덴서(22)의 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상을 억제할 수 있어, 팬 모터(51)의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

(3-5)

본 실시 형태에 따른 모터 구동 제어 장치(120)는, 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태까지의 사이에 있어서의 팬 모터(51)의 회전수 저하에 수반하여, 구동 전압 SU2, SV2, SW2의 듀티를 크게 한다. 이에 따라, 팬 모터(51)에 흐르는 모터 전류 Im이나 평활 콘덴서(22)의 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상이나 팬 모터(51)의 탈조를 억제할 수 있어, 팬 모터(51)의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

(3-6)

특히 본 실시 형태에서는, 팬 모터(51)가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에, 기동 개시 후의 경과 시간에 수반하여 구동 전압의 주파수 또는 전압값이 크게 설정되어 간다. 이에 따라, 팬 모터(51)에 흐르는 모터 전류 Im 및 평활 콘덴서(22)의 전압이 과잉으로 되어 버리는 현상이나 팬 모터(51)의 탈조를 억제할 수 있어, 팬 모터(51)의 기동 안정성을 확보할 수 있다.

<변형예>

이상, 본 발명의 실시 형태 및 그 변형예에 대하여 도면에 기초하여 설명했지만, 구체적인 구성은 이들 실시 형태 및 그 변형예에 한정되는 것은 아니며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다.

(1) 변형예 A

상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 기동 직전 시의 팬 모터(51)의 회전수를 파악하는 방법으로서, W상의 유기 전압 Vwn에 기초하여 기동 시의 팬 모터(51)의 회전수를 검출하는 방법이 채용되었을 경우에 대하여 설명하였다.

그러나 기동 직전 시의 팬 모터(51)의 회전수를 파악하는 방법은, 상기 제1 및 제2 실시 형태에 따른 방법에 한정되지 않으며, 기동 시의 팬 모터(51)의 회전수를 도출할 수 있는 방법이면 어떠한 방법이 채용되어도 된다.

기동 시의 팬 모터(51)의 회전수를 도출하는 그 외의 방법으로서는, 예를 들어 이하와 같은 것을 들 수 있다.

(방법 1) 팬 모터(51)의 제어에 관한 소정의 수식 모델을 이용하여 팬 모터(51)의 회전수가 파악되는 방법.

(방법 2) 전압 검출부(23, 123)에 의하여 검출되는 평활 후 전압 Vfl에 기초하여 팬 모터(51)의 회전수가 파악되는 방법.

(방법 3) 전류 검출부(24, 124)에 의하여 검출되는 모터 전류 Im에 기초하여 팬 모터(51)의 회전수가 파악되는 방법.

상기 방법 2에 대해서는, 평활 후 전압 Vfl은, 특히 상용 전원(91)으로부터의 전원 공급을 차단했을 경우(도시하지 않음)에는 팬 모터(51)의 회전수를 직접적으로 나타내는 값으로 되며, 따라서 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수가 클수록 평활 후 전압 Vfl은 커지는 경향이 있다. 그로 인하여, 평활 후 전압 Vf1에 기초하여 팬 모터(51)의 회전수 파악이 가능해진다.

마찬가지로 상기 방법(3)에 대해서도, 기동 전의 팬 모터(51)의 회전수가 클수록 모터 전류 Im은 커지는 경향이 있다. 그로 인하여, 모터 전류 Im에 기초하여, 팬 모터(51)의 회전수 파악이 가능해진다.

또한 유기 전압에 기초하여 회전수를 파악하는 방법이 채용되는 경우에는, W상뿐만 아니라 U상이나 V상에 발생하는 유기 전압도 더 이용하여 팬 모터(51)의 회전수가 검출되어도 된다. 이에 따라 보다 정확한 회전수의 파악이 가능해진다.

(2) 변형예 B

상기 제1 및 제2 실시 형태에 따른 도 4, 10에서는, 시간의 경과에 따라 구동 전압 SU1 내지 SW1, SU2 내지 SW2의 듀티, 주파수 및 전압값이 직선적으로 커지는 경우를 나타내고 있다. 그러나 구동 전압 SU1 내지 SW1, SU2 내지 SW2의 듀티, 주파수 및 전압값은 직선적이 아니라 시간의 경과에 따라 곡선적으로 증가해도 된다.

마찬가지로 상기 제1 및 제2 실시 형태에 따른 도 3, 9에서는, 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수가 소정 회전수 pr1, pr2보다 큰 경우에는, 구동 전압 SU1 내지 SW1, SU2 내지 SW2의 듀티, 주파수 및 전압값 Vstart1, Vstart2가 직선적으로 작게 변경되는 경우를 나타내고 있다(도 3의 회전수 구간 B1, 도 9의 회전수 구간 B2 참조). 그러나 구동 전압 SU1 내지 SW1, SU2 내지 SW2의 듀티, 주파수 및 전압값 Vstart1, Vstart2는 기동 개시 직전의 팬 모터(51)의 회전수에 따라 곡선적으로 변경되어도 된다.

(3) 변형예 C

상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치(20, 120)가, 실외 팬(15)의 구동원인 팬 모터(51)를 구동 제어하기 위한 장치로서 사용되는 경우에 대하여 설명하였다.

그러나 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치의 용도는, 실외 팬(15)의 구동원뿐만 아니라 실내 팬(도시하지 않음)의 구동원인 팬 모터(도시하지 않음)를 구동 제어하기 위한 장치로서 사용되어도 된다. 실내 팬의 경우에는, 유저의 리모콘 조작에 의하여, 실내 팬의 구동 정지가 지시된 직후에 다시 실내 팬의 기동 지시가 이루어지는 경우가 있으며, 이 경우에 있어서의 모터의 기동 안정성이 본 발명에 의하여 증가하기 때문이다.

(4) 변형예 D

상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 로터(53)의 위치를 검출하는 위치 검출 센서(예를 들어 홀 소자)가 탑재되어 있지 않은 브러시리스 DC 모터를 팬 모터(51)로서 이용하는 경우에 대하여 설명하였다.

그러나 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치의 구동 대상으로 되는 모터는 위치 검출 센서를 탑재한 것이어도 된다. 위치 검출 센서의 수가 1개 또는 2개와 같이 적은 경우에는, 기동 시에 모터에 대하여 직류 여자나 강제 통전을 행하는 경우가 있다. 이 경우의 모터 구동 제어 장치는, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서 나타낸 기동 전 회전수 검출 회로(27, 127)로서 위치 검출 센서를 이용함으로써, 기동 중인 모터의 회전수를 위치 검출 센서에 의하여 용이하게 검출할 수 있다. 그 때문에, 해당 위치 검출 센서의 검출 회전수에 따라 출력 전압이나 듀티를 변경하면 된다.

또한 마찬가지로, 모터가 기동하고 난 후부터 로터 위치 센서리스 운전이 행해지기까지의 모터의 회전수를 검출 회로에 의하여 취득할 수 있는 경우나, 기동이 개시되고 난 후부터의 시간의 경과에 의하여 모터의 회전수를 추정하는 경우에는, 모터 구동 제어 장치는 그 회전수에 따라 구동 전압의 전압값이나 듀티 등을 변경시킬 수 있다.

예를 들어 제2 실시 형태에서 나타낸 직류 여자 방식의 도 9는 기동 직전의 모터 회전수에 대한 듀티를 나타내고 있지만, 이 도면과 마찬가지로 기동 중(구체적으로는 직류 여자 중)의 회전수에 대한 듀티값을 구하여 제어를 행함으로써, 보다 확실하게 기동 중인 과전압·과전류를 방지할 수 있다.

(5) 변형예 E

상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 구동 전압 SU1 내지 SW1, SU2 내지 SW2의 전압값이나 듀티 등을 구동 신호로서 조정하고 있는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나 전압값이나 듀티값을 조정하는 것이 아니라, 모터 전류를 구동 신호로서 조정해도 된다. 직류 여자 방식에 있어서는 모터의 고정력을 조정하고, 강제 구동 방식에 있어서는 모터의 구동력(구동 토크)을 조정하고 있는 것이기 때문에, 모터 전류를 조정하더라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

(6) 변형예 F

상기 제2 실시 형태에서는, 모터의 기동 직전부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에, 모터 기동 개시 시에는 직류 여자 방식이 채용되고, 이어서 제1 실시 형태에서 설명한 강제 구동 방식이 채용된다고 설명하였다. 그러나 도중에 강제 구동 방식이 채용되지 않고, 직류 여자 방식만으로 모터가 기동되어도 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 모터의 회전수에 따른 구동 신호에 의하여 모터가 기동하기 때문에, 비용을 들이지 않고도 간단히 모터의 기동 안정성을 확보할 수 있다. 그 때문에, 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치는, 기동 전부터 바람 등의 외력이나 회전 정지 직후의 관성력 등의 영향을 받아 회전할 가능성이 있는 모터를, 로터 위치 센서리스 방식으로 기동시키는 장치로서 적용할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치는, 외력 등에 의하여 기동 전부터 회전하고 있는 모터이며, 또한 부하로 되는 토크가 모터 회전수의 제곱에 비례하고 있는, 소위 제곱 저감 토크 특성을 갖는 모터의 구동 제어용 장치로서 적용할 수 있다.

10: 실외기
14: 증발기
15: 실외 팬
20, 120: 모터 구동 제어 장치
21, 121: 정류부
22, 122: 평활 콘덴서
23, 123: 전압 검출부
24, 124: 전류 검출부
25, 125: 인버터
26, 126: 게이트 구동 회로
27, 127: 기동 전 회전수 검출 회로
27a: 필터
27b: 비교기
27c: 연산부
28, 128: 센서리스 제어 회로
28a: 모터 모델 전산부
28b: 로터 위치 추정부
28c: 회전수 추정부
28d: LPF
28e: 회전수 제어부
28f: 전류 제어부
28g: 파형 성형부
29, 129: 마이크로컴퓨터
51: 팬 모터
100, 200: 모터 구동 제어 시스템
Vfg: 회전수 명령
Vpwm, Vc: 전압 명령값
FG1: 제1 회전수 신호
FG2: 제2 회전수 신호
Im: 모터 전류
Vfl: 평활 후 전압
Vstart1: 기동 개시 시의 구동 전압의 주파수 및 전압값
Vstart2: 기동 개시 시의 구동 전압의 듀티
pr1, pr2: 소정 회전수
D1: 소정 듀티
F1: 소정 주파수
V1: 소정 전압값

Claims (8)

1. 로터(53) 및 스테이터(52)를 갖는 모터(51)를 로터 위치 센서리스 제어 방식으로 구동하는 모터 구동 제어 장치(20, 120)이며,
   적어도 상기 모터의 기동 직전 상태 시의, 상기 모터의 회전수를 도출하는 회전수 도출부(27, 28c, 127)와,
   상기 모터에 대하여 직류 통전을 행함으로써 상기 로터 위치를 소정 위치에 고정시키는 직류 여자 방식 및 상기 모터에 대하여 소정의 전압과 주파수를 인가하는 강제 통전을 행함으로써 상기 모터를 소정 회전수까지 가속시키는 강제 구동 방식 중 적어도 어느 한 방식에 기초하는 구동 신호를 상기 모터에 출력하여 상기 모터를 기동시키는 기동부(25, 125)와,
   상기 직류 여자 방식 및 상기 강제 구동 방식 중, 적어도 어느 한 방식에 기초하는 상기 구동 신호를, 상기 회전수 도출부가 도출한 상기 모터의 회전수에 따라 변경하는 변경부(28, 128)
   를 구비하는 모터 구동 제어 장치(20, 120).
2. 제1항에 있어서, 상기 기동부(25, 125)가 상기 직류 여자 방식에 기초하는 상기 구동 신호를 상기 모터에 출력하여 상기 모터를 기동시킬 때,
   상기 변경부(28, 128)는 상기 모터의 회전수에 따라 상기 구동 신호의 전압 또는 전류를 변경하는
   모터 구동 제어 장치(20, 120).
3. 제1항에 있어서, 상기 기동부(25, 125)가 상기 강제 구동 방식에 기초하는 상기 구동 신호를 상기 모터에 출력하여 상기 모터를 기동시킬 때,
   상기 변경부(28, 128)는 상기 모터의 회전수에 따라 상기 구동 신호의 주파수, 전압 또는 전류의 값을 변경하는
   모터 구동 제어 장치(20, 120).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변경부(28, 128)는, 상기 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이의 상기 모터의 회전수에 따라 상기 구동 신호의 전압 또는 전류를 연속적으로 변경하는
   모터 구동 제어 장치(20, 120).
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변경부(28, 128)는, 상기 모터가 기동을 개시하고 난 후부터의 경과 시간에 따라 상기 구동 신호의 전압 또는 전류를 연속적으로 변경하는
   모터 구동 제어 장치(20, 120).
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변경부(28, 128)는, 기동 직전의 상기 모터의 회전수가 소정 회전수보다 큰 경우, 상기 모터를 기동 개시시키기 위하여 상기 모터에 출력하는 상기 구동 신호의 전압 또는 전류를, 상기 모터가 무회전인 상태에서 기동 개시하는 경우에 상기 모터에 출력되는 소정 구동 전압 또는 소정 구동 전류보다 작게 하는
   모터 구동 제어 장치(20, 120).
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변경부(28, 128)는, 상기 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이에, 그 사이에 있어서의 상기 모터의 회전수가 커짐에 따라 상기 구동 신호의 전압 또는 전류를 크게 하는
   모터 구동 제어 장치(20, 120).
8. 제4항에 있어서, 상기 변경부(28, 128)는, 상기 모터가 기동을 개시하고 난 후부터 통상 회전 상태에 이르기까지의 사이, 기동 개시 후의 경과 시간에 수반하여 상기 구동 신호의 전압 또는 전류를 크게 하는
   모터 구동 제어 장치(20, 120).

Images