KR102089745B1 - 고전압 인버터 및 이를 구비한 차량용 전동 압축기 - Google Patents

고전압 인버터 및 이를 구비한 차량용 전동 압축기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 고전압 인버터는, 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자; 상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하는 파워부; 및 상기 고전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 스위칭 동작을 제어하되, 상기 파워부의 이상 여부를 감지하여, 이상이 발생되면 상기 파워부 또는 상기 입력단 축전 소자로의 전력 공급을 차단하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

고전압 인버터 및 이를 구비한 차량용 전동 압축기{HIGH VOLTAGE INVERTER AND ELECTRIC COMPRESSOR FOR VEHICLE WITH IT}
본 발명은 모터 구동용으로 고전압 전원을 사용하는 고전압 인버터에 관한 것으로, 특히, 동력용 고전압 전원과 통신용 저전압 전원이 공급되는 차량에서 모터를 구동하기 위한 고전압 인버터에 관한 것이다.
차량에 사용되는 기존 전동 압축기용 인버터는 고전압과(HV) 저전압(LV) 두 가지 사양의 전원을 사용하고 있다.
전자동 온도 조절장치(FATC : Full Automatic Temperature Control)와의 통신 및 전동 압축기 구동을 위해서는 인버터의 DSP(Digital Signal Processor)가 동작해야 한다. 상기 인버터의 DSP는 고전압 계통에서 전원을 사용하고 있으며, 차량 시스템의 CAN(Controller Area Network) 통신 라인은 저전압 체계로 구성되어 있다.
이로 인해 현재 전동압축기 인버터는 고전압과 저전압이 모두 인가되어야 통신 및 압축기 구동이 가능하다.
그런데, 전동 압축기 인버터 내 DC 링크 커패시터 또는 정류 스위치 소자인 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)가 손상된 경우, 고전압 라인에서 쇼트(short)가 발생될 수 있다. 이 경우, 차량의 전반적인 고전압 전원에서 문제가 발생될 수 있으며, 예컨대, 차량의 시동시 충분한 고전압이 인가되지 않아 시동 실패를 야기할 수 있다.
이 경우, 고전압 체계에서 전원을 인가받는 상기 전동 압축기 측 DSP도 전원 부족으로 동작하지 않게 되며, 이에 따라, 상기 DSP의 임무 중 하나인 상기 전동 압축기 인버터에 대한 문제 진단을 할 수 없게 된다. 또한, 상기 DSP가 동작하지 않으면, 전자동 온도 조절장치(FATC)와 통신을 수행할 수 없다는 문제도 발생한다.
즉, 고전압 및 저전압 두 가지 전원이 모두 인가되어야 통신 및 구동이 가능한 종래 기술의 인버터 체계에서는, 고전압 측에서 쇼트가 발생해도, 인버터측 DSP에 전원 미인가로 인하여 문제 상황 파악 및 통신이 불가능하여, 차량의 중앙 제어부에서는 상기 쇼트로 인한 시동 불능이 발생해도 원인 파악을 할 수 없게 된다.
한편, 상기 고전압측 쇼트가 발생시 인버터측에서 능동적으로 필요한 조치를 취할 필요성도 제기되었다.
한국공개특허 2013-0080281호
본 발명은 고전압 전원에서 문제가 발생되면, 이에 대한 감지 및 조치를 취할 수 있는 고전압 인버터를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 인버터의 고전압 영역에서 발생된 문제 상황을 차량의 제어 장치에서 판단할 수 있는 고전압 인버터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 고전압 인버터는, 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자; 상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하는 파워부; 및 상기 고전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 스위칭 동작을 제어하되, 상기 파워부의 이상 여부를 감지하여, 이상이 발생되면 상기 파워부 또는 상기 입력단 축전 소자로의 전력 공급을 차단하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부; 상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 상기 입력단 축전 소자의 전류 경로상 전기적 신호를 감지하기 위한 고전압 경로 감지부; 및 상기 감지된 전기적 신호로부터 상기 파워부의 이상 여부를 판단하면, 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자의 전류 경로를 차단하는 차단부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 차단부는, 상기 고전압 경로 감지부의 감지 신호를 처리하여, 상기 파워부의 이상 여부를 판단하는 프로세서; 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자 사이의 전류 경로에 배치된 전력 스위치; 및 상기 프로세서에서 상기 파워부의 이상을 판단하면, 상기 전력 스위치를 오프시키는 스위치 드라이버를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고전압 경로 감지부는, 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 상기 입력단 축전 소자의 사이에 배치된 저항 소자; 및 상기 저항 소자 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 증폭기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전력 획득부는, 상기 고전압 직류 입력단으로부터 상기 게이트 드라이버를 구동하기 위한 중간 전압 직류 전원을 생성하는 제1 SMPS; 및 상기 중간 전압 직류 전원으로부터 상기 차단부를 구동하기 위한 직류 전원을 생성하는 제2 SMPS를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 파워부는, 3상으로 스위칭된 전력을 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터로 공급할 수 있다.
여기서, 상기 파워부는, 상기 제어부의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 전동 압축기는, 냉매를 압축시키기 위한 3상 모터; 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자; 상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하여 상기 3상 모터로 공급하는 파워부; 및 상기 고전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 스위칭 동작을 제어하되, 상기 파워부의 이상 여부를 감지하여, 이상이 발생되면 상기 파워부 또는 입력단 축전 소자로의 전력 공급을 차단하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부; 상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버; 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자의 전류 경로상 전기적 신호를 감지하기 위한 고전압 경로 감지부; 및 상기 감지된 전기적 신호로부터 상기 파워부의 이상 여부를 판단하면, 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자의 전류 경로를 차단하는 차단부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 차단부는, 상기 고전압 경로 감지부의 감지 신호를 처리하여, 상기 파워부의 이상 여부를 판단하는 프로세서; 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자 사이의 전류 경로에 배치된 전력 스위치; 및 상기 프로세서에서 상기 파워부의 이상을 판단하면, 상기 전력 스위치를 오프시키는 스위치 드라이버를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고전압 경로 감지부는, 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 상기 입력단 축전 소자의 사이에 배치된 저항 소자; 및 상기 저항 소자 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 증폭기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전력 획득부는, 상기 고전압 직류 입력단으로부터 상기 게이트 드라이버를 구동하기 위한 중간 전압 직류 전원을 생성하는 제1 SMPS; 및 상기 중간 전압 직류 전원으로부터 상기 차단부를 구동하기 위한 직류 전원을 생성하는 제2 SMPS를 포함할 수 있다.
상기 구성에 따른 본 발명의 고전압 인버터를 실시하면, 고전압 전원에서 문제가 발생되어도 인버터가 이를 감지하여 필요한 조치를 취할 수 있는 이점이 있다.
또는, 본 발명의 고전압 인버터는 인버터의 고전압 영역에서 발생된 문제 상황을 차량의 제어 장치에서 판단할 수 있도록 하는 이점이 있다.
또는, 본 발명의 고전압 인버터는 쇼트가 발생된 고전압 영역을 바로 차단할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 고전압측 쇼트시에도 프리차징 및/또는 시동을 가능하게 하는 이점을 달성한다.
또는, 본 발명의 고전압 인버터는 직류 링크 커패시터나 인버터 IGBT 상/하측 동시 쇼트시 PRA(Power Relay Assembly) 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 고전압 영역에서 쇼트가 발생시 고전압 영역을 차단할 수 없는 구조의 고전압 인버터를 도시한 블록도.
도 2는 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 인버터를 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 고전압 인버터가 적용될 수 있는 전동식 압축기의 실시예를 도시한 분리 사시도.
도 4는 도 3의 A-A' 선에 의한 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명을 구성하는 인버터의 기계적 구조를 도시한 분리 사시도.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 　 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접 연결되어 있다거나 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
또한, 이하의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 고전압 영역에서 쇼트가 발생시 고전압 영역을 차단할 수 없는 구조의 고전압 인버터를 도시한 것이다.
상기 고전압 영역에는, 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에 배치된 직류 링크 커패시터(10); 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 스위칭하는 6개의 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)를 구비한 파워부(20); 상기 파워부(20)의 IGBT들(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버(56); 상기 게이트 드라이버(56)의 동작을 제어하고, 저전압 영역과 통신을 수행하는 DSP(54); 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로부터 상기 게이트 드라이버(56)를 구동하기 위한 중간 전압 직류 전원을 생성하는 제1 SMPS(51); 상기 중간 전압 직류 전원으로부터 상기 DSP(54)를 구동하기 위한 직류 전원을 생성하는 제2 SMPS(52)가 구비된다.
도시하지는 않았지만, 상기 고전압 인버터는, 차량 내 CAN(Controller Area Network) 통신을 위한 저전압 영역으로부터 구동 전력을 공급받아 동작하는 저전압 영역 소자들도 구비할 수 있으며, 상기 고전압 영역의 소자와 상기 저전압 영역의 소자간의 통신을 위한 통신 채널 수단(예: 포토 커플러)을 구비할 수 있다.
도시한 고전압 인버터에서는 상기 고전압 영역에 속한 직류 링크 커패시터(10) 또는 IGBT(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)에 쇼트가 발생하면, 상기 DSP(54)가 동작하지 않아, 일체의 데이터 처리 작업을 수행할 수 없다. 특히, 상기 모터(9) 구동 중 쇼트가 발생되면, 상기 모터 구동 상태를 감시해야 할 상기 DSP(54)가 전력 공급이 끊겨 정지하게 되므로, 전자동 온도 조절장치(FATC)의 제어 장치나 차량의 ECU 등 차량의 다른 제어 장치에서 상기 쇼트에 대한 인지하는 것이 어렵게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 인버터를 도시한다.
도시한 고전압 인버터는, 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에 배치된 입력단 축전 소자(110); 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하는 파워부(120); 및 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부(120)의 스위칭 동작을 제어하되, 상기 파워부(120) 또는 입력단 축전 소자(110)의 이상 여부를 감지하여, 이상이 발생되면 상기 파워부(120) 또는 입력단 축전 소자(110)로의 전력 공급을 차단하는 제어부를 포함할 수 있다.
도시한 제어부(150)는, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부; 상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버(156); 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자의 전류 경로상 전기적 신호를 감지하기 위한 고전압 경로 감지부; 및 상기 감지된 전기적 신호로부터 상기 파워부 또는 입력단 축전 소자의 이상 여부를 판단하면, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자의 전류 경로를 차단하는 차단부를 포함할 수 있다.
상기 차단부는, 상기 고전압 경로 감지부의 감지 신호를 처리하여, 상기 파워부 또는 입력단 축전 소자의 이상 여부를 판단하는 프로세서(154); 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)과 상기 파워부(120) 및 입력단 축전 소자(110) 사이의 전류 경로에 배치된 전력 스위치(162); 및 상기 프로세서(154)에서 상기 파워부(120) 또는 입력단 축전 소자(110)의 이상을 판단하면, 상기 전력 스위치(162)를 오프시키는 스위치 드라이버(157)를 포함할 수 있다.
상기 프로세서(154)는 이른바 DSP 칩이 될 수 있으며, 상기 전력 스위치(162)는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 등 고전압 전력 스위칭에 적합한 소자로 구현될 수 있다. 상기 스위치 드라이버(157)는 상기 전력 스위치(162)로서 IGBT의 베이스에 스위칭 신호 전류를 공급하는 회로로 구현될 수 있다.
상기 고전압 경로 감지부는, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)과 상기 파워부(120) 및 입력단 축전 소자(110)의 사이에 배치된 저항 소자(164); 및 상기 저항 소자(164)의 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 증폭기(158)를 포함할 수 있다.
상기 저항 소자(164)는 전류/전압 측정을 위한 이른바 션트 저항일 수 있다. 측정에 요소되는 전력 소모를 줄이기 위해 일반적으로 션트 저항의 저항값은 작은 바, 작은 저항값의 저항 소자 양단에 발생되는 작은 전압을 증폭하기 위해 상기 전압 증폭기(158)를 OP 앰프로 구현할 수 있다.
상기 전력 획득부는, 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)으로부터 상기 게이트 드라이버(156)를 구동하기 위한 중간 전압 직류 전원을 생성하는 제1 SMPS(151); 및 상기 중간 전압 직류 전원으로부터 상기 프로세서(154)를 구동하기 위한 직류 전원을 생성하는 제2 SMPS(152)를 포함할 수 있다.
상기 제1 SMPS(151)는 고전압이 요구되는 상기 게이트 드라이버(156)의 구동 전력을 공급하며, 상기 제2 SMPS(152)는 일반 칩 규격을 가지는 칩들, 예컨대, DSP 칩에 구동전력을 공급하기 위한 것이다.
도시한 파워부(120)는, 3상으로 스위칭된 전력을 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터(9)로 공급한다.
도시한 고전압 인버터는, 고전압 영역 및 저전압 영역이 서로 절연되어 있을 수 있으며, 절연된 상태에서 포토 커플러 등을 이용하여 상기 프로세서(154)가 상기 저전압 영역이 소자들과 통신을 수행하도록 구현될 수도 있다.
상기 입력단 축전 소자(110)는 도시한 바와 같이 하나 이상의 직류 링크 커패시터로 이루어질 수 있다.
상기 파워부(120)는, 상기 제어부(150)의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 6개의 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)(ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6)를 구비하여, 3상 모터를 구동할 수 있다.
도면은 극히 간략하게 도시한 것이며, 3상 모터의 구동을 위해서는 제1상을 위한 IGBT쌍(ST1, ST2), 제2상을 위한 IGBT쌍(ST3, ST4) 및 제3상을 위한 IGBT쌍(ST5, ST6)의 2개의 IGBT는 서로 교차하여 턴온-턴오프 된다. 예컨대, 제1상을 위한 IGBT쌍(ST1, ST2)의 경우, 하나의 IGBT(ST1)을 N형으로, 다른 하나의 IGBT(ST1)을 P형으로 구현하거나, 2개의 IGBT들(ST1, ST2)을 동일한 형으로 만들고 이중 하나의 게이트에 반전기를 연결한 형태로 구현할 수 있다.
도시한 파워부(120)는, 3상으로 스위칭된 전력을 차량 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터(9)로 공급할 수 있다.
한편, 도시한 고전압 인버터와 3상 모터(9)를 하나의 전동 압축기로 규정할 수 있다. 전동 압축기 분야에서 3상 모터는 가격 대 성능이 우수하고, 전동 압축기는 비교적 낮은 정밀도의 회전 제어를 요구하므로, 3상 모터가 유용하다.
상기와 같이 규정된 차량용 전동 압축기는, 냉매를 압축시키기 위한 3상 모터(9); 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에 배치된 입력단 축전 소자(110); 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하여 상기 3상 모터(9)로 공급하는 파워부(120); 및 상기 고전압 직류 입력단(HV+, HV-)에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부(120)의 스위칭 동작을 제어하되, 상기 파워부(120) 또는 입력단 축전 소자(110)의 이상 여부를 감지하여, 이상이 발생되면 상기 파워부(120) 또는 입력단 축전 소자(110)로의 전력 공급을 차단하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 쇼트시 차단 구조를 구비한 상기 차량용 전동 압축기는, 상기 고전압 직류가 공급되는 라인을 다른 구성 요소들과 공유하는 차량 환경에 있어, 전동 압축기 쪽의 쇼트가 발생해도, 이를 차단함으로서 다른 구성 요소들의 동작 장애를 예방할 수 있다.
상기 차량용 전동 압축기는 고전압 영역에 위치한 상기 제어부(150)(구체적으로는 프로세서(154))가, 저전압 영역에 위치한 CAN 통신기(미도시)를 이용하여 전자동 온도 조절장치(FATC)의 제어 장치나 차량의 ECU 등 차량의 다른 제어 장치와 통신을 수행할 수 있도록, 상기 제어부(150)와 상기 CAN 통신기가 절연된 상태로 데이터 통신을 수행하도록 포토 커플러(미도시)를 더 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 고전압 인버터가 적용될 수 있는 전동식 압축기의 실시예를 도시한 분리 사시도이며, 도 4는 도 3의 A-A' 선에 의한 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 참고로, 압축기의 압축부 구성은 도 3에서 생략되어 있고, 대신 도 4에서 확인할 수 있다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 전동식 압축기는 크게 내부에 모터부(531)가 구비되는 메인몸체(530)와, 상기 메인 몸체(530)의 전방에 구비되어 냉매를 압축하는 압축부(532), 그리고 상기 모터부(531)를 제어하는 인버터(550), 상기 메인몸체(530)와 결합되어 상기 인버터(550)를 차폐하는 커버(570)로 구성된다.
도 4와 같이 상기 메인몸체(530)의 내부에 구비되는 모터부(531)는 고정자(531a)와 회전자(531b)로 구성되어 상기 압축부(532)에 동력을 전달한다. 그리고 상기 압축부(532)에는 고정스크롤(532a)과 상기 고정스크롤(532a)에 대하여 회전하는 선회스크롤(532b)이 설치되는데, 상기 선회스크롤(532b)은 상기 회전자(531b)에 연결되어 함께 회전하면서 상기 고정스크롤(532a)과의 사이에 형성된 압축공간(533)에서 냉매를 압축시킨다.
상기 메인몸체(530)는 대략 원통형상으로 형성되며, 후면(535)과 측면(536) 및 상기 압축부(532)에 의해 상기 메인 몸체(530)의 내부에 밀폐공간이 형성된다.
한편, 상기 메인몸체(530)의 일측에는 냉매가 유입되는 통로인 흡입포트(534)가 형성된다. 그리고 도시하지는 않았지만, 상기 모터부(531)에는 압축된 냉매를 토출하기 위한 토출포트가 형성된다. 그리고 상기 모터부(531)와 압축부(532)는 내부가 서로 연통되어 있다. 따라서 상기 흡입포트(534)를 통해 유입된 냉매는 상기 모터부(531)를 지나 상기 압축부(532)로 전달되어 압축된 다음 상기 토출포트를 통해 압축기 외부로 토출된다. 이때, 상기 흡입포트(534)로 유입된 냉매는 상기 모터부(531)의 고정자(531a)와 회전자(531b)를 냉각시키는 역할도 하며, 상기 압축부(532)의 선회스크롤(532b)의 윤활작용도 한다.
도 5는 본 발명을 구성하는 인버터의 기계적 구조를 도시한 분리 사시도이다. 이하, 인버터(550)의 기계적 구조에 대하여 도 1 내지 3을 참조하여 상세히 설명한다.
인버터(550)는 상기 모터부(531)에 전력을 공급하며 모터부(531)를 제어하는 역할을 한다. 본 발명 실시예에서는 상기 인버터(550)가 상기 메인몸체(530)의 후방에 결합된다. 하지만, 상기 인버터(550)가 반드시 상기 메인몸체(530)의 후방에 설치되어야 하는 것은 아니다.
상기 인버터(550)는 크게 인버터케이스(551)와 상기 인버터케이스(551)에 결합되는 인쇄회로기판(560), 그리고 상기 인버터케이스(551)에 장착되는 전기부품(563), 커패시터(564), 인덕터(565)와, 인쇄회로기판(560)에 실장되는 전자소자(561)로 구성된다.
도 2에 도시한 고전압 인버터도 도 5의 인버터(550)의 형태로 제작될 수 있는 바, 이 경우, 도 2의 고전압 인버터를 구성하는 각 구성요소들은 도 5의 인쇄회로기판(560) 상의 전자소자(561) 및 상기 인버터케이스(551)에 장착되는 전기부품(563), 커패시터(564), 인덕터(565)로 구현될 수 있다.
이하, 도 5의 인버터에 의한 전동식 압축기의 동작 및 인버터의 냉각과정을 설명한다.
먼저, 인버터(550)로부터 모터부(531)에 전력이 공급됨에 따라 회전자(531b)가 회전하게 된다. 이때, 상기 회전자(531b)와 연결된 선회스크롤(532b)이 상기 회전자(531b)와 함께 회전하게 되고, 상기 선회스크롤(532b)과 고정스크롤(532a) 사이의 압축공간(533)의 용적이 가변된다.
한편, 상기 흡입포트(534)를 통해 냉매가 상기 모터부(531)의 내부로 유입되고, 도 5에서와 같이, 냉매의 일부는 상기 모터부(531)의 후방으로부터 상기 압축부(532)를 향하여 유동하며, 상기 압축공간(533) 내로 유입되어 압축된다. 압축된 냉매는 별도의 토출포트(미도시)를 통해 압축기의 외부로 전달된다.
이때, 상기 모터부(531)의 내부로 유입된 냉매의 일부는 상기 모터부(531)의 후방으로부터 메인몸체(530)의 내면을 따라 유동되면서 상기 인버터(550)로부터 상기 메인몸체(530)의 후면(535)과 측면(536)으로 전달된 열을 냉각 시킬수 있다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 입력단 축전 소자
120 : 파워부
150 : 제어부
151 : 제1 SMPS
152 : 제2 SMPS
154 : 프로세서
156 : 게이트 드라이버
157 : 스위치 드라이버
158 : 전압 증폭기
162 : 전력 스위치
164 : 저항 소자

Claims (12)

  1. 고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자;
    상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하는 파워부; 및
    상기 고전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 스위칭 동작을 제어하되, 상기 파워부의 이상 여부를 감지하여, 이상이 발생되면 상기 파워부 또는 상기 입력단 축전 소자로의 전력 공급을 차단하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부;
    상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버;
    상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 상기 입력단 축전 소자의 전류 경로상 전기적 신호를 감지하기 위한 고전압 경로 감지부; 및
    상기 감지된 전기적 신호로부터 상기 파워부의 이상 여부를 판단하면, 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자의 전류 경로를 차단하는 차단부를 포함하고,
    상기 차단부는,
    상기 고전압 경로 감지부의 감지 신호를 처리하여, 상기 파워부의 이상 여부를 판단하는 프로세서;
    상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자 사이의 전류 경로에 배치된 전력 스위치; 및
    상기 프로세서에서 상기 파워부의 이상을 판단하면, 상기 전력 스위치를 오프시키는 스위치 드라이버
    를 포함하는 고전압 인버터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압 경로 감지부는,
    상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 상기 입력단 축전 소자의 사이에 배치된 저항 소자; 및
    상기 저항 소자 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 증폭기
    를 포함하는 고전압 인버터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 획득부는,
    상기 고전압 직류 입력단으로부터 상기 게이트 드라이버를 구동하기 위한 중간 전압 직류 전원을 생성하는 제1 SMPS; 및
    상기 중간 전압 직류 전원으로부터 상기 차단부를 구동하기 위한 직류 전원을 생성하는 제2 SMPS
    를 포함하는 고전압 인버터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워부는, 3상으로 스위칭된 전력을 공조용 압축기를 구동하기 위한 3상 모터로 공급하는 것을 특징으로 하는 고전압 인버터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워부는,
    상기 제어부의 신호가 베이스로 인가되어, 콜렉터와 에미터로 흐르는 전류가 모터로 공급되는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)를 포함하는 고전압 인버터.
  8. 냉매를 압축시키기 위한 3상 모터;
    고전압 직류 입력단에 배치된 입력단 축전 소자;
    상기 고전압 직류 입력단에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류 전원으로 스위칭하여 상기 3상 모터로 공급하는 파워부; 및
    상기 고전압 직류 입력단에서 구동 전력을 인가받으며, 상기 파워부의 스위칭 동작을 제어하되, 상기 파워부의 이상 여부를 감지하여, 이상이 발생되면 상기 파워부 또는 입력단 축전 소자로의 전력 공급을 차단하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 고전압 직류 입력단으로부터 구동 전력을 획득하기 위한 전력 획득부;
    상기 파워부의 스위칭 소자들에 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버;
    상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자의 전류 경로상 전기적 신호를 감지하기 위한 고전압 경로 감지부; 및
    상기 감지된 전기적 신호로부터 상기 파워부의 이상 여부를 판단하면, 상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자의 전류 경로를 차단하는 차단부를 포함하고,
    상기 차단부는,
    상기 고전압 경로 감지부의 감지 신호를 처리하여, 상기 파워부의 이상 여부를 판단하는 프로세서;
    상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 입력단 축전 소자 사이의 전류 경로에 배치된 전력 스위치; 및
    상기 프로세서에서 상기 파워부의 이상을 판단하면, 상기 전력 스위치를 오프시키는 스위치 드라이버
    를 포함하는 차량용 전동 압축기.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 고전압 경로 감지부는,
    상기 고전압 직류 입력단과 상기 파워부 및 상기 입력단 축전 소자의 사이에 배치된 저항 소자; 및
    상기 저항 소자 양단에 걸리는 전압을 감지하는 전압 증폭기
    를 포함하는 차량용 전동 압축기.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 획득부는,
    상기 고전압 직류 입력단으로부터 상기 게이트 드라이버를 구동하기 위한 중간 전압 직류 전원을 생성하는 제1 SMPS; 및
    상기 중간 전압 직류 전원으로부터 상기 차단부를 구동하기 위한 직류 전원을 생성하는 제2 SMPS
    를 포함하는 차량용 전동 압축기.
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