KR102278212B1 - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, 배터리와, dc단에 접속하며, 직류 전원을 배터리로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부와, dc단에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 스위칭부와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{Motor driving apparatus and home appliance including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
모터 구동장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.
모터는 삼상의 권선이 감긴 삼성 모터, 단상의 권선이 감긴 모터 등으로 구분될 수 있다.
한편, 모터 구동을 위해, 직류 전원이 필요하며, 이를 위해, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 변환된 직류 전원에 기초하여 모터를 구동할 수 있다.
미국 특허출원공개공보 US20180199782호에 의하면, 상용 교류 전원을 컨버터 등을 이용하여 직류 전원으로 변환하고, 변환된 직류 전원을, 배터리와, 모터로 공급한다.
특히, 배터리와 모터가 서로 직렬 접속되므로, 상용 교류 전원의 1 사이클 동안, 배터리의 충전 또는 방전과, 모터로의 전력 공급이 동시에 수행되게 된다.
그러나, 이러한 방식에 의하면, 배터리 전단의 컨버터 등의 회로 고장시, 배터리로의 충전은 물론, 모터 구동도 불가능하게 된다. 또한, 배터리 고장시, 모터 구동도 불가능하다는 단점이 있다.
또한, 상용 교류 전원의 1 사이클 동안, 배터리의 충전, 방전이 동시에 수행되는 경우, 배터리의 수명이 단축된다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 배터리 수명을 연장할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, 배터리와, dc단에 접속하며, 직류 전원을 배터리로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부와, dc단에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 스위칭부와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 상용 교류 전원 인가시, 배터리의 방전 모드가 오프되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워가, 모터의 필요 파워 보다 큰 경우, 스위칭부와, 인버터가 동작하도록 하여, 배터리에 입력 파워의 일부가 공급되고, 모터의 입력 파워의 다른 일부가 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 모터의 필요 파워가, 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위 이내인 경우, 스위칭부를 오프시켜, 배터리의 방전 모드가 오프되도록 제어하며, 모터로 입력 파워가 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 모터의 필요 파워가, 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위를 벗어나며, 입력 파워 보다 작은 경우, 스위칭부와, 인버터가 동작하도록 하여, 배터리에 입력 파워의 일부가 공급되고, 모터의 입력 파워의 다른 일부가 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 모터의 필요 파워가, 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위를 벗어나며, 입력 파워 보다 큰 경우, 스위칭부와, 인버터가 동작하도록 하여, 배터리로부터의 파워와, 입력 파워가, 모터에 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 상용 교류 전원이 공급되지 않는 경우, 스위칭부와, 인버터가 동작하도록 하여, 배터리로부터의 파워가, 모터에 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 상용 교류 전원의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 배터리로 흐르는 배터리 전류를 검출하는 배터리 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 배터리에 저장된 배터리 전압을 검출하는 배터리 전압 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 ac/dc 컨버터와, ac/dc 컨버터로부터의 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터는, ac/dc 컨버터와, dc/dc 컨버터 사이에 배치되며, 역률 제어를 수행하는 PFC부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 모터의 필요 파워를 초과하는 경우, 배터리에 파워가 충전되도록 제어하며, 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 모터의 필요 파워 이하인 경우, 배터리 충전이 오프되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, 배터리와, dc단에 접속하며, 직류 전원을 배터리로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부와, dc단에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 모터의 필요 파워를 초과하는 경우, 배터리에 파워가 충전되도록 제어하며, 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 모터의 필요 파워 이하인 경우, 배터리 충전이 오프되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, 배터리와, dc단에 접속하며, 직류 전원을 배터리로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부와, dc단에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 스위칭부와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다. 특히, 배터리 수명을 연장하면서, 안정적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 상용 교류 전원 인가시, 배터리의 방전 모드가 오프되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워가, 모터의 필요 파워 보다 큰 경우, 스위칭부와, 인버터가 동작하도록 하여, 배터리에 입력 파워의 일부가 공급되고, 모터의 입력 파워의 다른 일부가 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 모터의 필요 파워가, 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위 이내인 경우, 스위칭부를 오프시켜, 배터리의 방전 모드가 오프되도록 제어하며, 모터로 입력 파워가 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 모터의 필요 파워가, 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위를 벗어나며, 입력 파워 보다 작은 경우, 스위칭부와, 인버터가 동작하도록 하여, 배터리에 입력 파워의 일부가 공급되고, 모터의 입력 파워의 다른 일부가 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 모터의 필요 파워가, 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위를 벗어나며, 입력 파워 보다 큰 경우, 스위칭부와, 인버터가 동작하도록 하여, 배터리로부터의 파워와, 입력 파워가, 모터에 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 상용 교류 전원이 공급되지 않는 경우, 스위칭부와, 인버터가 동작하도록 하여, 배터리로부터의 파워가, 모터에 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 상용 교류 전원의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 입력 파워, 모터 파워 등을 연산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 배터리로 흐르는 배터리 전류를 검출하는 배터리 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 배터리 파워를 연산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 배터리에 저장된 배터리 전압을 검출하는 배터리 전압 검출부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 배터리 파워를 연산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 ac/dc 컨버터와, ac/dc 컨버터로부터의 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터는, ac/dc 컨버터와, dc/dc 컨버터 사이에 배치되며, 역률 제어를 수행하는 PFC부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상용 교류 전원의 직류 전원 변환시, 역률 제어가 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어부는, 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 모터의 필요 파워를 초과하는 경우, 배터리에 파워가 충전되도록 제어하며, 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 모터의 필요 파워 이하인 경우, 배터리 충전이 오프되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터와, 배터리와, dc단에 접속하며, 직류 전원을 배터리로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부와, dc단에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 모터의 필요 파워를 초과하는 경우, 배터리에 파워가 충전되도록 제어하며, 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 모터의 필요 파워 이하인 경우, 배터리 충전이 오프되도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다. 특히, 배터리 수명을 연장하면서, 안정적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 일예인 청소기의 측면 입면도이다.
도 1b는 도 1a에서 노즐 모듈을 탈거시킨 청소기의 사시도이다.
도 1c은 도 1b의 청소기의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 다른 예인 드라이어의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 내부 블록도의 일예이다.
도 4은 도 3의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 5는 도 4의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 일 예이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명과 관련된 모터 구동장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11a 내지 도 12d는 도 9 내지 도 10의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술하는 홈 어플라이언스는, 모터를 구비하고, 모터의 동작에 따라, 구동되는 홈 어플라이언스를 의미한다. 예를 들어, 홈 어플라이언스는, 청소기, 헤어 드라이기, 선풍기, 세탁기, 공기청정기, 에어컨, 정수기, 냉장고, 차량 등 다양하게 예시될 수 있다. 이하에서는, 홈 어플라이언스 중 청소기를 중심으로 기술한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 일예인 청소기의 측면 입면도이고, 도 1b는 도 1a에서 노즐 모듈을 탈거시킨 청소기의 사시도이며, 도 1c은 도 1b의 청소기의 측면도이다.
도 1a 내지 도 1c을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스(100)의 일예인 청소기(100a)는, 흡입된 공기가 외부로 배출되도록 안내하는 유로(P)를 형성하는 메인 바디(10), 메인 바디(10)의 후측에 결합된 핸들(30), 메인 바디(10)의 흡입부(11)에 탈착 가능하게 연결되는 노즐 모듈(70), 전원을 공급하는 배터리(Bt), 배터리(Bt)가 수용되는 배터리 하우징(40), 유로(P) 상에 배치되어 유로 내의 공기를 이동시키는 팬 모듈(50)을 구비할 수 있다.
노즐 모듈(70)은, 외부의 공기를 흡입하도록 구비된 노즐부(71)와, 노즐부(71)에서 길게 연장되는 연장관(73)을 포함할 수 있다.
연장관(73)은, 노즐부(71)와 흡입부(11)를 연결한다. 연장관(73)은, 노즐부(71)에서 흡입된 공기가 흡입 유로(P) 내로 유입되도록 안내한다. 연장관(73)의 일측 단부는 메인 바디(10)의 흡입부(11)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 사용자는 노즐부(71)를 바닥에 놓은 상태에서 핸들(30)을 잡고 노즐부(71)를 이동시키면서 청소할 수 있다.
메인 바디(10)는, 배기구(10a)를 형성하는 배출 커버(12), 분리된 먼지를 저장하기 위한 먼지 수집부(13), 내부에 팬 모듈(50)을 수용하는 팬 모듈 하우징(14)을 포함할 수 있다.
배출 커버(12)는 메인 바디(10)의 상측 표면을 형성할 수 있다. 배출 커버(12)는 팬 모듈 하우징(14)의 상측부를 덮어준다.
먼지 수집부(13)는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 먼지 수집부(13)는 팬 모듈 하우징(14)의 하측에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 먼지 수집부(13)의 내부에 먼지의 저장 공간이 형성될 수 있다.
팬 모듈 하우징(14)은, 먼지 수집부(13)에서 상측으로 연장되어 형성될 수 있다. 팬 모듈 하우징(14)은 원통형으로 형성된다. 팬 모듈 하우징(14)의 후측에 핸들(30)의 연장부(31)가 배치될 수 있다.
팬 모듈 하우징(14) 내에, 팬 모듈(50)이 배치될 수 있다.
팬 모듈(50)은, 임펠러(51)를 회전시키는 흡입 모터(230)를 포함한다. 흡입 모터(230)는 먼지 분리부(20)의 상방에 위치할 수 있다.
흡입 모터(230)의 하측에 임펠러(51)가 배치될 수 있다. 임펠러(51)는, 흡입 모터(230)와 결합하여, 흡입 모터(230)의 회전력에 의해, 회전한다.
한편, 임펠러(510)는, 유로(P) 내의 공기가 배기구(10a)를 통해 배출되도록, 회전에 의해 공기를 가압할 수 있다.
한편, 청소기(100a)는 흡입 모터(230)의 제어를 위한 모터 구동부(220)를 포함할 수 있다. 모터 구동부(220)는 흡입 모터(230)와 먼지 수집부(13)의 사이에 배치될 수 있다. 한편, 모터 구동부(220)는, PCB 회로 기판 상에 배치되는 회로 소자를 구비할 수 있다.
핸들(30)은, 상하 방향으로 연장되며 추가 연장부(32)를 포함한다. 추가 연장부(32)는 메인 바디(10)와 전후 방향으로 이격될 수 있다. 사용자는 추가 연장부(32)를 쥐고 청소기(100a)를 이용할 수 있다. 추가 연장부(32)의 상단은 연장부(31)의 후단에 연결된다. 추가 연장부(32)의 하단은 배터리 하우징(40)에 연결된다.
추가 연장부(32)에는, 사용자가 추가 연장부(32)를 잡은 상태에서 손이 추가 연장부(32)의 길이 방향(상하 방향)으로 이동되는 것을 방지하기 위한 이동 제한부(32a)가 구비될 수 있다. 이동 제한부(32a)는 추가 연장부(32)에서 전방을 향하여 돌출될 수 있다.
이동 제한부(32a)는 연장부(31)와 상하로 이격되어 배치된다. 사용자는 추가 연장부(32)를 쥔 상태에서, 사용자의 쥔 손의 일부 손가락은 이동 제한부(32a)의 상방에 위치되고, 나머지 손가락은 이동 제한부(32a)의 하방에 위치되도록 구비된다.
핸들(30)은 상측과 후방의 사이 방향을 바라보는 경사면(33)을 포함할 수 있다. 경사면(33)은 연장부(31)의 후면을 위치할 수 있다. 경사면(33)에 입력부(3)가 배치될 수 있다.
배터리(Bt)는 팬 모듈(50)로 전원을 공급할 수 있다. 배터리(Bt)는 소음 제어 모듈로 전원을 공급할 수 있다. 배터리(Bt)는 배터리 하우징(40)의 내부에 분리 가능하게 배치될 수 있다.
배터리 하우징(40)은 메인 바디(10)의 후측에 결합된다. 배터리 하우징(40)은 핸들(30)의 하측에 배치된다. 배터리 하우징(40)의 내부에 배터리(Bt)가 수용된다. 배터리 하우징(40)에는 배터리(Bt)에서 발생하는 열을 외부로 배출시키기 위한 방열홀이 형성될 수 있다.
한편, 배기구(10a)는, 특정 방향(예를 들어, 상측 방향)을 바라보게 배치될 수 있다. 복수 개의 배기구(10a)는, 복수의 배기 가이드(12a)에 의해, 원주 방향으로 서로 분할될 수 있다. 복수 개의 배기구(10a)는, 원주 방향을 따라 서로 일정 간격 이격되어 배열될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 다른 예인 드라이어의 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이어(100b)는, 흡입된 공기가 외부로 배출되도록 안내하는 유로를 형성하는 메인 바디(CAS), 메인 바디(CAS)의 후측에 연결되는 케이블(CAB), 메인 바디(CAS)의 전방에 탈부착 가능하게 결합되며, 유로 내의 공기가 배기구(OTa)를 통해 배출하는 전방 케이스(CASb)를구비할 수 있다.
한편, 드라이어(100b)의 메인 바디(CAS)에는, 외부의 공기를 흡입하기 위해 개구가 형성된 흡입구(INa)가 형성될 수 있다.
드라이어(100b)는, 흡입구(INa)의 내측에, 배치되며, 로(P) 상에 배치되어 유로 내의 공기를 이동시키기 위해 회전하는 팬(FAN)과, 팬(FAN) 구동시키는 모터 구동부(도 3의 220)을 구비할 수 있다.
한편, 드라이어(100b)는, 메인 바디(CAS)의 손잡이 부분에 형성되어, 드라이어(100b)의 동작 설정을 위해 조작되는 동작키(117a), 전원 온/오프 설정을 위해 동작하는 전원키(117b), 그리고, 드라이어(100b)의 동작 상태의 표시를 위한 디스플레이(118)를 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 어플라이언스의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 홈 어플라이언스(100)는, 팬(FAN)을 회전시키는 모터(230)와, 모터(230)를 구동하는 구동부(220)와, 전원을 공급하는 전원 공급부(270)와, 조작키(117)와, 디스플레이(118)와, 홈 어플라이언스(100) 내의 각 유닛을 제어하는 제어부(210)를 구비할 수 있다.
특히, 제어부(210)는, 모터 구동부(220)를 제어할 수 있다.
홈 어플라이언스(100)는, 제어부(210)의 제어 동작에 의해, 제어될 수 있다. 특히, 제어부(210)는, 모터 구동부(220)를 제어할 수 있다.
모터 구동부(220)는, 모터(230)를 구동하게 된다. 이에 따라, 팬(FAN)이 모터(230)에 의해 회전하게 된다.
제어부(210)는, 조작키(117)로부터 동작 신호를 입력받아 동작을 한다.
조작키(117)는, 홈 어플라이언스(100)의 동작 설정을 위해 조작되는 동작키(117a), 전원 온/오프 설정을 위해 동작하는 전원키(117b)를 구비할 수 있다.
제어부(210)는, 동작키(117a)의 조작에 따라, 홈 어플라이언스(100)에서 모터의 속도 또는 모터의 동작 기간 등이 가변되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(210)는, 동작키(117a)의 조작에 따라, 모터(230)의 회전 속도를 가변하거나, 히터(미도시)가 동작하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(210)는, 디스플레이(118)를 제어하여, 모터의 속도 정보, 모터의 동작 정보 등을 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 모터 구동부(220)를 제어하며, 모터 구동부(220)는, 모터(230)를 동작시키도록 제어한다. 이때, 모터(230) 내부 또는 외부에는, 모터의 회전자 위치를 감지하기 위한, 위치 감지부가 구비되지 않는다. 즉, 모터 구동부(220)는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해 모터(230)를 제어할 수 있다.
모터 구동부(220)는, 모터(230)를 구동시키기 위한 것으로, 인버터(미도시), 및 인버터 제어부(미도시), 모터(230)에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력전류 검출부(도 5의 E)를 구비할 수 있다. 또한, 모터 구동부(220)는, 인버터(미도시)에 입력되는 직류 전원을 공급하는, 컨버터 등을 더 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들어, 모터 구동부(220) 내의 인버터 제어부(도 5의 430)는, 출력 전류(io)에 기초하여, 모터(230)의 회전자 위치를 추정한다. 그리고, 추정된 회전자 위치에 기초하여, 모터(230)가 회전하도록 제어한다.
구체적으로, 인버터 제어부(도 5의 430)가, 출력 전류(io)에 기초하여, 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어 신호(도 5의 Sic)를 생성하여, 인버터(미도시)로 출력하면, 인버터(미도시)는 고속 스위칭 동작을 하여, 소정 주파수의 교류 전원을 모터(230)에 공급한다. 그리고, 모터(230)는, 소정 주파수의 교류 전원에 의해, 회전하게 된다.
한편, 전원 공급부(270)는, 상용 교류 전원을 외부로 입력받아, 직류 전원으로 변환하여 공급할 수 있다.
한편, 전원 공급부(270)는, 변환된 직류 전원의 저장을 위해, 배터리(BAT)를 구비할 수 있다.
모터 구동부(220)에 대해서는 도 4를 참조하여 후술한다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시하고, 도 5는 도 4의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 센서리스(sensorless) 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420), 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 컨버터(410), dc 단 전압 검출부(B), dc단 커패시터(C), 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
이하에서는, 도 4, 및 도 5의 모터 구동장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
dc단 커패시터(C)는, 입력되는 직류 전원을 저장할 수 있다. 도면에서는, dc단 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다. 예를 들어, 배터리(BT)로부터의 직류 전원이 dc단 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, dc단 커패시터(C) 양단(a-b단_은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 dc단 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
한편, 스위칭부(233)는, dc단(a-b단)에 접속하며, 직류 전원을 배터리(BAT)로 공급하도록 스위칭할 수 있다.
한편, 인버터(420)는, dc단(a-b단)에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(230)에 출력할 수 있다.
즉, 배터리(BAT)와 모터(230)는, dc단(a-b단)을 기준으로 병렬 접속될 수 있다.
또한, 스위칭부(233)와 인버터(420)는, dc단(a-b단)을 기준으로 병렬 접속될 수 있다.
한편, 배터리 전류 검출부(T)는, 배터리(BAT)로 흐르는 배터리 전류(ib)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 배터리 전류 검출부(T)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 배터리 전류(ib)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
한편, 배터리 전압 검출부(Z)는 배터리(BAT)에 저장된 배터리 전압(Vb)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, 배터리 전압 검출부(Z)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 배터리 전압(Vb)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 6을 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 상전류(phase current), 즉 출력전류(io)를 검출할 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 도면과 같이, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출하기 위해, 인버터(420)와 모터(230)에 배치될 수 있다.
출력전류 검출부(E)는, 도면과 같이, 3개의 저항 소자를 구비할 수 있다. 3개의 저항 소자를 통해, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)인 상 전류(phase current)(ia,ib,ic)를 검출할 수 있다. 검출된 출력전류(ia,ib,ic)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(ia,ib,ic)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다.
한편, 본 명세서에서는, 출력전류로 ia,ib,ic 또는 io를 혼용하여 사용한다.
한편, 도면과 달리, 출력전류 검출부(E)는, 2개의 저항 소자를 구비할 수 있다. 나머지 한 상의 상전류는, 삼상 평형을 이용하여, 연산할 수 있다.
한편, 도면과 달리, 출력전류 검출부(E)는, dc단 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에 배치되며, 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 구비하여, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출할 수도 있다. 이러한 방식을 1 션트 방식이라 명명할 수 있다.
1 션트 방식에 따르면, 출력전류 검출부(E)는, 1개의 션트 저항 소자(Rs)를 사용하여, 인버터(420)의 하암 스위칭 소자의 턴 온시, 시분할로, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(idc)인 상 전류(phase current)를 검출할 수 있다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 6을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic) 또는 추정된 전류를 이용하여, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환할 수 있다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure 112019032830628-pat00001
)와 연산된 속도(
Figure 112019032830628-pat00002
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112019032830628-pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112019032830628-pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112019032830628-pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112019032830628-pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 모터 구동장치(100)는, 고속 회전이 가능한 고속 모터(230)를 구동할 수 있다. 이때의 고속 모터(230)는, 최대 속도가 10만rpm 이상인 것이 바람직하다.
한편, 이러한 고속 모터(230)의 동작시, 사용상의 편의를 위해, 유선에 의한 전원 공급이 아니라, 배터리에 의해 전원 공급이 될 수 있다.
도 7 내지 도 8은 본 발명과 관련된 모터 구동장치의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 본 발명과 관련된 모터 구동장치(800x)는, 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(410x), 컨버터(410x)에 직렬 접속되며, 직류 전원을 저장하는 배터리(BAT), 배터리(BAT)에 직렬 접속되며 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부(420x), 인버터부(420x)에 직렬 접속되며 입력되는 교류 전원에 의해 회전자를 회전시키는 모터(230x)를 구비할 수 있다.
도 7에 의하면, 배터리(BAT), 인버터부(420x), 모터(230x)가 서로 직렬 접속되므로, 배터리(BAT)전단의 컨버터(410x)등의 회로 고장시, 배터리(BAT)로의 충전은 물론, 모터(230x) 구동도 불가능하게 된다. 또한, 배터리(BAT) 고장시, 모터(230x)구동도 불가능하다는 단점이 있다.
한편, 도 8은, 도 7의 모터 구동장치(800x)에서, 상용 교류 전원(405)의 1 사이클 동안, 배터리의 충전 또는 방전과, 모터로의 전력 공급이 동시에 수행되는 것을 예시한다.
특히, 1 사이클 내의, Pca1 구간 동안, 배터리(BAT)에 직류 전원이 충전되는 충전 모드가 수행되며, Pd 구간 동안, 배터리(BAT)에서 직류 전원이 출력되는 방전 모드가 수행되게 된다.
그러나, 이러한 방식에 의하면, 상용 교류 전원의 1 사이클 동안, 배터리의 충전, 방전이 동시에 수행되는 경우, 배터리의 수명이 단축된다는 단점이 있다.
이에 따라, 본 발명에서는, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있는 방안을 제시한다. 또한, 배터리 수명을 연장할 수 있는 방안을 제시한다. 이에 대해서는, 도 9 이하를 참조하여 기술한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 상용 교류 전원(Vs)을 직류 전원으로 변환하여 dc단(a-b단)에 출력하는 컨버터(410)와, 배터리(BAT)와, dc단(a-b단)에 접속하며, 직류 전원을 배터리(BAT)로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부(233)와, dc단(a-b단)에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(230)에 출력하는 인버터(420)를 포함한다.
특히, 스위칭부(233)와 인버터(420)는, dc단(a-b단)을 기준으로 병렬 접속될 수 있다. 또한, 배터리(BAT)와, 모터(230)도, dc단(a-b단)을 기준으로 병렬 접속될 수 있다. 이에 따라, 도 7 또는 도 8과 달리, 상용 전원과 배터리(BAT)를 이용한 모터(230) 구동시 효율적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다. 또한, 특히, 배터리(BAT) 수명을 연장하면서, 안정적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 도 5 등에서 기술한 바와 같이, 스위칭부(233)와 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터(410)는, 상용 교류 전원(Vs)을 직류 전원으로 변환하는 ac/dc 컨버터(410a)와, ac/dc 컨버터(410a)로부터의 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터(410c)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상용 교류 전원(Vs)을 직류 전원으로 변환할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터(410)는, 전자파 저감을 위한 EMI 필터(407)를 더 포함할 수 있다. 도면에서는, ac/dc 컨버터(410a)의 전단에, EMI 필터(407)가 배치되는 것을 예시하나, 다양한 변형이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 상용 교류 전원(Vs) 인가시, 배터리(BAT)의 방전 모드가 오프되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리(BAT)를 이용한 모터(230) 구동시 효율적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 상용 교류 전원(Vs)에 의해 공급되는 입력 파워가, 모터(230)의 필요 파워 보다 큰 경우, 스위칭부(233)와, 인버터(420)가 동작하도록 하여, 배터리(BAT)에 입력 파워의 일부가 공급되고, 모터(230)의 입력 파워의 다른 일부가 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리(BAT)를 이용한 모터(230) 구동시 효율적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 모터(230)의 필요 파워가, 상용 교류 전원(Vs)에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위 이내인 경우, 스위칭부(233)를 오프시켜, 배터리(BAT)의 방전 모드가 오프되도록 제어하며, 모터(230)로 입력 파워가 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리(BAT)를 이용한 모터(230) 구동시 효율적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 모터(230)의 필요 파워가, 상용 교류 전원(Vs)에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위를 벗어나며, 입력 파워 보다 작은 경우, 스위칭부(233)와, 인버터(420)가 동작하도록 하여, 배터리(BAT)에 입력 파워의 일부가 공급되고, 모터(230)의 입력 파워의 다른 일부가 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리(BAT)를 이용한 모터(230) 구동시 효율적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 모터(230)의 필요 파워가, 상용 교류 전원(Vs)에 의해 공급되는 입력 파워의 소정 범위를 벗어나며, 입력 파워 보다 큰 경우, 스위칭부(233)와, 인버터(420)가 동작하도록 하여, 배터리(BAT)로부터의 파워와, 입력 파워가, 모터(230)에 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리(BAT)를 이용한 모터(230) 구동시 효율적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 상용 교류 전원(Vs)이 공급되지 않는 경우, 스위칭부(233)와, 인버터(420)가 동작하도록 하여, 배터리(BAT)로부터의 파워가, 모터(230)에 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리(BAT)를 이용한 모터(230) 구동시 효율적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이고, 도 11a 내지 도 12d는 도 9 내지 도 10의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 10을 참조하면, 모터 구동장치(220)의 인버터 제어부(430)는, 상용 교류 전원(Vs)에 의한 입력 파워가 모터(230)의 필요 파워를 초과하는 지 여부를 판단한다(S1010).
예를 들어, 인버터 제어부(430)는, 입력 전류 검출부(A)에서 검출되는 입력 전류(is)에 기초하여, 입력 파워를 연산하고, 설정 신호에 따라, 설정된 모터(230)의 필요 파워와, 입력 파워를 비교할 수 있다.
한편, 모터(230)의 필요 파워(demand power)는, 모터(230)의 필요 회전 속도(demand speed)에 따라, 복수 레벨로 구분될 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 상용 교류 전원(Vs)에 의한 입력 파워가 모터(230)의 필요 파워를 초과하는 경우, 배터리 충전 모드가 수행되도록 제어할 수 있다(S1020).
이에 따라, 스위칭부(233)가 턴 온되며, 컨버터(410)로부터의 직류 전압이, 스위칭부(233)를 거쳐, 배터리(BAT)에 저장될 수 있다.
다음, 인버터 제어부(430)는, 상용 교류 전원(Vs)에 의한 입력 파워가 모터(230)의 필요 파워 이하인 지 여부를 판단하고(S1030), 해당하는 경우, 배터리 충전 모드가 오프되도록 제어할 수 있다(S1040).
이에 따라, 스위칭부(233)가 턴 오프되며, 컨버터(410)로부터의 직류 전압은, 배터리(BAT)로 공급되지 않게 된다.
이때, 컨버터(410)로부터의 직류 전압은, 인버터(420)에서 교류 전원으로 변환되고, 변환된 교류 전원은, 모터(230)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 배터리(BAT)와 모터(230)가 병렬 접속되므로, 회로 소자의 고장시에도 안정적으로, 모터(230)의 구동이 가능하게 되며, 한편, 모터(230)의 필요 파워에 따라, 배터리(BAT)로 직류 전압을 저장할 수 있게 되어, 모터(230) 구동시 효율적으로 모터(230) 구동을 수행할 수 있게 된다.
도 11a는 입력 파워(ACPb) 보다 모터 필요 파워(MPa)가 작으며, 모터 필요 파워(MPa)가, 입력 파워(ACPb)의 소정 범위 이내인 경우를 예시한다.
이러한 경우, 인버터 제어부(430)는, 배터리(BAT)로의 충전이 오프되도록 제어하며, 입력 파워(ACPb)의 대부분이, 인버터(420)를 거쳐, 모터(230)로 공급되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 도면에서는, 배터리(BAT) 충전 모드 오프에 따른 배터리 충전 파워 레벨이 BTa로 상당히 낮은 것을 예시한다.
다음, 도 11b는 입력 파워(ACPb) 보다 모터 필요 파워(MPa)가 작으며, 모터 필요 파워(MPa)가, 입력 파워(ACPb)의 소정 범위를 벗어난 경우를 예시한다.
이러한 경우, 인버터 제어부(430)는, 배터리(BAT)로의 충전 모드가 수행되도록 제어할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 스위칭부(233)와 인버터(420)가 동작하여, 입력 파워(ACPb)의 일부분이, 스위칭부(233)를 거쳐, 배터리(BAT)로 공급되고, 입력 파워(ACPb)의 다른 일부분이, 모터(230)로 공급되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 도면에서는, 배터리(BAT) 충전 모드에 따른 배터리 충전 파워 레벨이 BTb로 BTa 보다 높은 것을 예시한다.
도 12a는, 도 11b와 같이, 스위칭부(233)와 인버터(420)가 동작하는 경우를 예시한다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 입력 파워(ACPb)의 일부분이, Ipath2의 전류 패쓰와 같이, 스위칭부(233)를 거쳐, 배터리(BAT)로 공급되고, 입력 파워(ACPb)의 다른 일부분이, Ipath1의 전류 패쓰와 같이, 인버터(420)를 거쳐, 모터(230)로 공급되도록 제어할 수 있다.
도 12b는, 도 11a와 같이, 스위칭부(233)가 오프되며 인버터(420)가 동작하는 경우를 예시한다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 입력 파워(ACPb)의 대부분이, Ipath1의 전류 패쓰와 같이, 인버터(420)를 거쳐, 모터(230)로 공급되도록 제어할 수 있다.
도 12c는, 상용 교류 전원이 공급되지 않거나, 컨버터(410)가 동작하지 않는 상태에서, 스위칭부(233)와 인버터(420)가 동작하는 경우를 예시한다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 배터리(BAT)에 저장된 배터리 파워의 일부분이, Ipath3의 전류 패쓰와 같이, 스위칭부(233), 인버터(420)를 거쳐, 모터(230)로 공급되도록 제어할 수 있다.
도 12d는, 상용 교류 전원이 공급되나, 입력 파워(ACPb) 보다 모터의 필요 파워가 더 높은 경우, 스위칭부(233)와 인버터(420)가 동작하는 경우를 예시한다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 입력 파워(ACPb)의 대부분이, Ipath1의 전류 패쓰와 같이, 인버터(420)를 거쳐, 모터(230)로 공급되도록 제어하며, 배터리(BAT)에 저장된 배터리 파워의 일부분이, Ipath3의 전류 패쓰와 같이, 스위칭부(233), 인버터(420)를 거쳐, 모터(230)로 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원과 배터리를 이용한 모터 구동시 효율적으로 모터 구동을 수행할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동방법 또는 홈 어플라이언스의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 홈 어플라이언스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (15)

  1. 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터;
    배터리;
    상기 dc단에 접속하며, 상기 직류 전원을 배터리로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부;
    상기 dc단에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 스위칭부와, 상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 상용 교류 전원 인가시, 상기 스위칭부를 오프시켜 배터리의 방전 모드를 오프하고, 상기 상용 교류 전원으로부터의 파워가 상기 모터로 공급되도록 제어하며,
    상기 상용 교류 전원이 공급되지 않는 경우, 상기 스위칭부를 동작시켜 상기 배터리로부터의 파워가 상기 모터로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워가, 상기 모터의 필요 파워 보다 큰 경우, 상기 스위칭부와, 상기 인버터가 동작하도록 하여, 상기 배터리에 상기 입력 파워의 일부가 공급되고, 상기 모터의 상기 입력 파워의 다른 일부가 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 필요 파워가, 상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 미리 설정된 범위 이내인 경우, 상기 스위칭부를 오프시켜, 상기 배터리의 방전 모드가 오프되도록 제어하며, 상기 모터로 상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워가 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 필요 파워가, 상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 미리 설정된 범위를 벗어나며, 상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워 보다 작은 경우,
    상기 스위칭부와, 상기 인버터가 동작하도록 하여, 상기 배터리에 상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 일부가 공급되고, 상기 모터로 상기 상용 교류전원에 의해 공급되는 입력 파워의 다른 일부가 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 필요 파워가, 상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워의 미리 설정된 범위를 벗어나며, 상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워 보다 큰 경우,
    상기 스위칭부와, 상기 인버터가 동작하도록 하여, 상기 배터리로부터의 파워와, 상기 상용 교류 전원에 의해 공급되는 입력 파워가, 상기 모터에 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상용 교류 전원의 입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출부;
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리로 흐르는 배터리 전류를 검출하는 배터리 전류 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배터리에 저장된 배터리 전압을 검출하는 배터리 전압 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    상기 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 ac/dc 컨버터;
    상기 ac/dc 컨버터로부터의 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    상기 ac/dc 컨버터와, 상기 dc/dc 컨버터 사이에 배치되며, 역률 제어를 수행하는 PFC부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 상기 모터의 필요 파워를 초과하는 경우, 상기 배터리에 파워가 충전되도록 제어하며,
    상기 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 상기 모터의 필요 파워 이하인 경우, 상기 배터리 충전이 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  14. 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc단에 출력하는 컨버터;
    배터리;
    상기 dc단에 접속하며, 상기 직류 전원을 배터리로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부;
    상기 dc단에 접속하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 상기 모터의 필요 파워를 초과하는 경우, 상기 배터리에 파워가 충전되도록 제어하며, 상기 상용 교류 전원에 의한 입력 파워가 상기 모터의 필요 파워 이하인 경우, 상기 배터리 충전이 오프되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  15. 제1항, 제3항 내지 제6항, 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 모터 구동장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 홈 어플라이언스.
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102065112B1 (ko) * 2013-02-28 2020-01-10 삼성전자주식회사 높은 항원 선택성을 갖는 항체의 스크리닝 방법
KR101797201B1 (ko) * 2016-02-04 2017-11-13 엘지전자 주식회사 모터 구동장치, 홈 어플라이언스, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템
KR101958787B1 (ko) * 2016-10-20 2019-03-15 엘지전자 주식회사 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
인용발명 1: 공개특허공보 제10-2017-0092980호(2017.08.14.) 1부.*
인용발명 2: 공개특허공보 제10-2011-0073108호(2011.06.29.) 1부.*
인용발명 3: 일본 공개특허공보 특개2014-108031호(2014.06.09.) 1부.*
인용발명 4: 공개특허공보 제10-2018-0043595호(2018.04.30.) 1부.*

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