KR20040076789A - 모터 제어 장치 및 모터의 제어 방법 - Google Patents

모터 제어 장치 및 모터의 제어 방법 Download PDF

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산요덴키가부시키가이샤
산요 덴키 구우쵸우 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 모터로의 인가 전압을 저하시키는 제어를 행하여도 로우터 위치의 추정의 안정화를 도모하는 모터 제어 장치 및 모터의 제어 방법을 제공하는 것이다.
인버터(32)에 의해 구동되는 무브러시 DC 모터(29)의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여 로우터(31)의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 PWM스위칭 신호를 인버터(32)에 출력하여 무브러시 DC 모터(29)로의 인가 전압을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서, 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 PWM 스위칭 신호의 캐리어 주파수를 조정하는 제어부(34)를 구비한다.

Description

모터 제어 장치 및 모터의 제어 방법 {Motor Control Apparatus and Motor Control Method}
본 발명은 모터의 제어 장치 및 모터의 제어 방법에 관한 것으로, 특히, 로우터의 위치를 추정하는 모터의 제어 장치 및 모터의 제어 방법에 관한 것이다.
종래, 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압(誘起電壓)을 기초로 하여 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 스위치 신호를 인버터에 출력하여 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터 제어 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
상기 모터로서 무브러시 DC 모터가 알려져 있으며, 로우터의 위치를 검출하는 센서를 설치하지 않고, 유기 전압을 검출하여 로우터의 위치를 추정하는 제어 방식(무센서 제어 방식)이 일반적으로 채용되고 있다. 그리고, 모터 제어 장치로는 예를 들어 모터에 3상의 교류 전압을 120도 통전하도록 인버터를 제어하는 120도 통전 구형파 구동 방식이 채용되고 있으며, 인버터의 출력측의 무통전상에 나타나는 유기 전압을 검출하여 로우터의 위치를 추정하고 있다.
유기 전압을 기초로 하여, 로우터의 위치를 추정하는 수단으로서 검출한 유기 전압과 기준 전압을 비교기를 포함하는 로우터 위치 검출 회로로 비교하고, 로우터 위치 검출 회로의 출력 신호를 마이크로 컴퓨터가 입력하고, 로우터의 위치를 추정하고 있다.
유기 전압은 스위칭 신호에 대응한 펄스형의 전압으로서 나타나고, 로우터 위치 검출 회로에서는 이 펄스형의 전압의 온 기간내의 전압치를 기초로 하여 기준 전압과의 비교를 행하고 있다.
이런 종류의 모터 제어 장치에서는 전원 사정이 나쁘고 인버터에 인가되는 직류 전압이 상승한 경우, 또는 모터의 회전수를 낮출 경우, 모터로의 인가 전압을 낮추기 위해 스위칭 신호의 캐리어 주파수는 고정된 채 스위칭 신호의 펄스 폭을 짧게 하는 제어, 즉 스위칭 신호의 듀티비를 낮추는 제어를 행하고 있다.
[특허 문헌 1]
일본 특허 공개 2002-186274호 공보
그렇지만, 상기 모터 제어 장치에서는, 모터로의 인가 전압을 낮추기 위해 스위칭 신호의 펄스 폭을 짧게 해서 듀티비를 낮추는 제어를 행한 경우 스위칭 신호에 대응한 펄스형의 유기 전압의 펄스 폭도 짧아지며, 이 유기 전압의 펄스 폭이 너무 짧아지면 로우터 위치 검출 회로의 특성에 의해 입력에 대하여 응답하지 못하여 로우터의 위치의 추정이 불가능해진다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 상술한 사정을 고려하여 이루어진 것이며, 모터로의 인가 전압을 저하시키는 제어를 행하여도 로우터 위치의 추정의 안정화를 도모하는 모터의 제어 장치 및 모터의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 스위칭 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서, 상기 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 상기 스위칭 신호의 캐리어 주파수를 조정하는 주파수 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 스위칭 신호를 상기 인버터에 출력하여, 상기 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서, 상기 스위칭 신호의 듀티비에 임계치를 설정하는 설정 수단과, 상기 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 듀티비가 상기 임계치를 하회할 경우, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 상기 캐리어 주파수를 조정하는 주파수 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
이 경우에 있어서, 상기 설정 수단은 상기 임계치를 상기 스위칭 신호의 캐리어 주파수를 일정하게 하여 상기 스위칭 신호의 펄스 폭을 조정하는 경우의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되는 듀티비의 범위 내로 설정하도록 해도 좋다.
또한, 상기 주파수 조정 수단은 상기 듀티비의 저하에 따라 연속적으로 상기캐리어 주파수를 저하시켜도 좋다.
또한, 상기 주파수 조정 수단은 상기 듀티비의 저하에 따라 단계적으로 상기 캐리어 주파수를 저하시켜도 좋다.
또한, 상기 주파수 조정 수단은 상기 캐리어 주파수가 제1 주파수로부터 이 제1 주파수 보다도 낮은 제2 주파수로 변화할 때와, 상기 제2 주파수로부터 상기 제1 주파수로 변화할 때로 듀티비가 다르도록 히스테리시스를 가지게 해도 좋다.
또한, 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여, 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 폭 변조된 스위칭 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터의 제어 방법에 있어서, 상기 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 상기 스위칭 신호의 캐리어 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 스위칭 신호를 상기 인버터에 출력하여, 상기 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터의 제어 방법에 있어서, 상기 스위칭 신호의 듀티비에 임계치를 설정하고, 상기 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 듀티비가 상기 임계치를 하회할 경우, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 상기 캐리어 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도1은 본 발명에 관한 모터 제어 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 전기 회로도.
도2는 도1의 모터가 내장된 압축기를 구비한 공기 조화 장치를 도시하는 냉매 회로도.
도3은 모터의 입력 단자의 상전압을 도시하는 개략 파형도로, 도3(a)는 U상 전압 파형, 도3(b)는 V상 전압 파형, 도3(c)는 W상 전압 파형, 도3(d)는 3상의 유기 전압 파형.
도4는 제1 실시 형태의 듀티비에 대응하는 캐리어 주파수 및 모터로의 인가 전압을 도시하는 설명도.
도5는 제2 실시 형태의 듀티비에 대응하는 캐리어 주파수를 도시하는 설명도.
도6은 변형예로서의 듀티비에 대응하는 캐리어 주파수를 도시하는 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 공기 조화 장치
29 : 무브러시 DC 모터(모터)
31 : 로우터
32 : 인버터
34 : 제어부(주파수 조정 수단, 설정 수단)
100 : 모터 제어 장치
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다.
[1] 제1 실시 형태
도1은 본 발명에 관한 모터 제어 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 전기 회로도이다. 도2는 도1의 모터가 내장된 압축기를 구비한 공기 조화 장치를 도시하는 냉매 회로도이다.
도2에 도시한 바와 같이, 공기 조화 장치(10)는, 실외기(11) 및 실내기(12)를 갖고 이루어지며, 실외기(11)의 실외 냉매 배관(14)과 실내기(12)의 실내 냉매 배관(15)이 연결 배관(24, 25)을 거쳐서 연결되어 있다.
실외기(11)는 실외에 배치된다. 실외 냉매 배관(14)에는 압축기(16)가 배치되는 동시에, 이 압축기(16)의 흡입측에 어큐뮬레이터(17)가 배치되고, 압축기(16)의 토출측에 사방 밸브(18)가 배치되고, 이 사방 밸브(18)측에 실외 열교환기(19)가 배치되어 구성된다. 실외 열교환기(19)에는 실외 열교환기(19)로부터 실외로 송풍되는 실외 팬(20)이 인접하여 배치되어 있다. 이 실외 팬(20)은 실내 팬 모터(20A)에 의해 구동된다. 이 실외 팬(20)은, 예를 들어 프로펠러 팬이다. 압축기(16)는 인버터 구동형 압축기이다. 이 압축기(16)에는 인버터에 의해 구동되는 모터로서의 무브러시 DC 모터(29)가 내장되어 있다.
실내기(12)는 실내에 설치되고, 실내 냉매 배관(15)에는 실내 열교환기(21) 및 전자 팽창 밸브(22)가 차례로 배치된다. 이 실내 열교환기(21)에는 실내 열교환기(21)로부터 실내로 송풍되는 실내 팬(23)이 인접해서 배치되어 있다. 이 실내 팬(23)은 실내 팬 모터(23A)에 의해 구동된다. 이 실내 팬(23)은 예를 들어 크로스 플로우 팬이다.
실외기(11)의 사방 밸브(18)가 절환됨으로써 공기 조화 장치(10)가 냉방 운전 또는 난방 운전으로 설정된다. 즉, 사방 밸브(18)가 냉방측으로 절환되었을 때에는 냉매가 실선 화살표와 같이 흐르고, 실외 열교환기(19)가 응축기로, 실내 열교환기(21)가 증발기로 되어 냉방 운전 상태가 되며, 실내기(12)의 실내 열교환기(21)가 실내를 냉방한다. 또한, 사방 밸브(18)가 난방측으로 절환되었을 때에는 냉매가 점선 화살표와 같이 흐르고, 실내 열교환기(21)가 응축기로, 실외 열교환기(19)가 증발기로 되어 난방 운전 상태가 되고, 실내기(12)의 실내 열교환기(21)가 실내를 난방한다.
상기 압축기(16) 내에 내장된 무브러시 DC 모터(29)는 도1에 도시한 바와 같이, 고정자 권선(30u, 30v 및 30w)을 구비하는 고정자(스테이터)(30)와, 영구 자석을 구비하는 회전자(로우터)(31)를 갖고 이루어지는 3상 모터이다. 이 무브러시 DC 모터(29)가 인버터(32), 로우터 위치 검출 회로(33) 및 마이크로 컴퓨터에서 내장되는 제어부(34)를 구비한 모터 제어 장치(100)에 의해 구동된다. 통상, 압축기(16)의 무브러시 DC 모터(29)는 공조 부하에 따라 회전수 제어가 행해진다.
상기 인버터(32)는 예를 들어 6개의 스위칭 소자로서의 트랜지스터(38u, 38v, 38w, 38x, 38y 및 38z)를 3상 브릿지 접속한 것이다. 이들 트랜지스터(38u, 38v, 38w, 38x, 38y 및 38z)의 각 에미터 단자(39) 및 각 콜렉터 단자(40) 사이에는 플라이휠 다이오드(42)가 접속되어 있다.
그리고, 인버터(32)는 제어부(34)의 펄스 폭 변조(PWM; Pulse WidthModulation) 단자(35)로부터 출력된 펄스 폭 변조된 스위칭 신호(이하, 「PWM 스위칭 신호」라 한다)가 트랜지스터(38u, 38v, 38w, 38x, 38y, 38z)의 각 페이스 단자(41)에 입력됨으로써 동작한다.
이 인버터(32)의 동작에 따라, 교류 전원(도면에 도시하지 않음)의 교류 전력이 변환된 직류 전력이 소정의 주파수와 전압을 갖는 펄스 폭 변조를 받은 3상 교류 전력으로 변환되어 3상의 교류 전압(Vu, Vv, Vw)이 무브러시 DC 모터(29)의 고정자 권선(30u, 30v, 30w)으로 인가된다. 여기서, Vu는 U상 전압, Vv는 V상 전압, Vw는 W상 전압을 도시하고 있다.
본 실시 형태에서는, 모터 제어 장치(100)는 무브러시 DC 모터(29)에 3상의 교류 전압을 120도 통전하도록 인버터(32)를 제어하는 120도 통전 구형파 구동 방식으로 무브러시 DC 모터(29)를 구동하고 있다.
여기서, 트랜지스터(38u, 38v 및 38w)는 인버터(32)의 상부 아암의 트랜지스터군이라고 칭하고, 트랜지스터(38x, 38y, 38z)는 인버터(32)의 하부 아암의 트랜지스터군이라고 칭한다. 그리고, 트랜지스터(38u)와 트랜지스터(38x)가, 트랜지스터(38v)와 트랜지스터(38y)가, 트랜지스터(38w)와 트랜지스터(38z)가 각각 쌍을 이루고 각각 접속점이 별 모양으로 접속된 무브러시 DC 모터(29)의 고정자 권선(30u, 30v, 30w)에 각각 접속된다.
로우터 위치 검출 회로(33)는 무브러시 DC 모터(29)의 입력 단자 전압의 무통전상의 유기 전압을 검출하고, 로우터(31)의 위치를 표시하는 신호를 제어부(34)에 출력한다.
이 로우터 위치 검출 회로(33)는 비교기(51) 및 포토 커플러(52)를 구비하고 있다. 비교기(51)의 입력 단자(51a)는 무브러시 DC 모터(29)의 U상, V상, W상의 입력 단자(인버터(32)의 U상, V상, W상의 출력 단자)에 각 저항(53, 54, 55)을 거쳐서 접속된다. 또한, 입력 단자(51b)에는 직류의 기준 전압(Vref)을 생성하는 기준 전압 전원(56)이 접속된다. 비교기(51)의 출력 단자(51c)는 저항(57)을 거쳐서 포토 커플러(52)의 입력 단자(52a)에 접속되고, 포토 커플러(52)의 출력 단자(52b)는 제어부(34)의 입력 단자(36)에 접속된다.
비교기(51)는 저항(53, 54, 55)을 거쳐서 검출된 유기 전압을 표시하는 입력 신호와, 기준 전압(Vref)을 비교하여 입력 신호가 기준 전압(Vref) 보다도 높은 경우에는 H 레벨(예를 들어, 5[V])의 신호를 출력하고, 낮은 경우에는 L 레벨(예를 들어, 0.6[V]의 신호를 출력한다.
포토 커플러(52)는 마이크로 컴퓨터인 제어부(34)를 보호하기 위해 설치되어 있으며, 비교기(51)의 출력인 H 레벨 혹은 L 레벨의 신호를 제어부(34)로 출력하고 있다.
제어부(34)는 무브러시 DC 모터(29)의 현상의 회전수와 목표 회전수를 비교하고, 이 비교 결과를 기초로 하여 무브러시 DC 모터(29)에 인가하기 위해 인가 전압 및 인가 전압의 주파수를 요구하고, 또한, PWM 스위칭 신호의 듀티비를 요구하고 있다.
또한, 제어부(34)는 로우터 위치 검출 회로(33)로부터의 출력 신호를 기초로 하여, 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 무브러시 DC모터(29)에 인가하기 위해 각 상의 인가 전압의 위상을 요구하고 있다.
그리고, 제어부(34)는 요구한 인가 전압의 주파수, PWM 스위칭 신호의 듀티비 및 인가 전압의 위상을 기초로 하여 PWM 스위칭 신호를 생성하고, PWM 단자(35)를 통해 인버터(32)에 출력한다.
도3은 무브러시 DC 모터(29)의 입력 단자의 상 전압을 도시하는 개략 파형도이다. 도3(a)는 U상 전압 파형이며, 도3(b)는 V상 전압 파형이며, 도3(c)는 W상 전압 파형이며, 도3(d)는 3상의 유기 전압 파형이다.
예를 들어, 도3(a)를 참조하여 설명하면, U상 전압 Vu의 1 주기에는 PWM 스위칭 신호가 인버터(32)에 입력되어 무브러시 DC 모터(29)에 전압을 인가하는 전기각 120도의 통전 기간(Ta, Tc)과, PWM 스위칭 신호가 인버터(32)에 입력되지 않고 무통전상으로 되는 전기각 60도의 무통전 기간(Tb, Td)이 설치되어 있다. 이들 무통전 기간(Tb, Td)에서는 로우터(31)의 위치에 따른 유기 전압이 발생한다. V상 전압(Vv)은 도3(b)에 도시한 바와 같이, U상 전압(Vu) 보다도 위상이 120도 어긋나 있으며 또한, W 상 전압(Vw)는 도3(c)에 도시한 바와 같이, V상 전압(Vv) 보다도 위상이 120도 어긋나 있다. 그리고, 3상의 합계의 유기 전압, 즉 로우터 위치 검출 회로(33)의 비교기(51)의 입력 단자(51a)에 생기는 전압 파형은 도3(d)에 도시한 바와 같이, 펄스형의 삼각파가 된다.
제어부(34)로부터 인버터(32)에 출력되는 PWM 스위칭 신호의 캐리어 주파수 및 펄스 폭과, 유기 전압으로서 나타나는 펄스형의 전압의 주파수 및 펄스 폭은 거의 동일하다. 따라서, PWM 스위칭 신호의 캐리어 주파수가 변화하면, 유기 전압으로서 나타나는 펄스형의 전압의 주파수도 마찬가지로 변화하고, PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 변화하면, 유기 전압의 펄스 폭도 마찬가지로 변화한다. 예를 들어, PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 짧아지면 유기 전압의 펄스 폭도 마찬가지로 짧아진다.
비교기(51) 및 포토 커플러(52)를 갖는 로우터 위치 검출 회로(33)는 입력되는 펄스 폭이 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 보다도 짧아지면, 회로의 응답 특성에 따라 입력 단자(51a)로의 입력 신호에 대하여 추종하지 못하게 된다. 즉, 로우터 위치 검출 회로(33)는 입력 단자(51a)로의 입력 신호, 즉 PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 보다도 짧아지면 입력에 대하여 응답하지 못하고, 출력 신호가 불안정해지는 것이다. 따라서, 제어부(34)에 정확히 로우터(31)의 위치를 추정하려면 이 로우터 위치 검출 회로(33)의 입력 신호(펄스)가 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 이상이어야 한다.
본 실시 형태에서는, 제어부(34)는 무브러시 DC 모터(29)의 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 PWM 스위칭 신호를 생성할 때, PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 이상이 되도록 PWM 스위칭 신호의 캐리어 주파수를 조정하고 있다.
구체적으로 도4에 도시하는 듀티비에 대응하는 캐리어 주파수 및 무브러시 DC 모터(29)의 인가 전압을 도시하는 설명도를 참조하여 설명하면, 우선, 제어부(34)는 PWM 스위칭 신호의 듀티비에 임계치 A를 설정하고 있다.
여기서, 임계치 A는 PWM 스위칭 신호의 캐리어 주파수 B를 일정(예를 들어,5[㎑])하게 해서 PWM 스위칭 신호의 펄스 폭을 조정하는 경우의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 이상이 되는 듀티비의 범위 내로 설정된다.
예를 들어, PWM 스위칭 신호의 캐리어 주파수 B가 5[㎑], PWM 스위칭 신호의 듀티비가 5[%]인 경우, 펄스 폭이 10[㎲]가 되므로 임계치 A를 예를 들어 5[%]로 설정한다.
그리고, 제어부(34)는 무브러시 DC 모터(29)의 인가 전압(선간 전압 혹은 상전압) C에 대응하는 듀티비를 갖는 PWM 스위칭 신호를 생성할 때, PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A를 하회할 경우, PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 보다도 짧아지는 것을 방지하기 위해 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 캐리어 주파수 B를 조정하고 있다.
보다 구체적으로는, 제어부(34)는 무브러시 DC 모터(29)의 인가 전압(선간 전압 혹은 상전압) C에 대응하는 듀티비를 갖는 PWM 스위칭 신호를 생성할 때, 생성하는 PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A(예를 들어, 5[%])를 하회할 경우, 즉 생성하는 PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A(예를 들어, 5[%]) 보다도 작은 듀티비 범위 X 내인 경우, PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 보다도 짧아지는 것을 방지하기 위해 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 듀티비의 저하에 따라 연속적으로 캐리어 주파수 B를 저하시키고 있다.
예를 들어, 제어부(34)는 생성하는 PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A를 하회할 경우, PWM 스위칭 신호의 펄스 폭을 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 이상인 펄스 폭(예를 들어, 10[㎲])으로 일정하게 하고, 듀티비의 저하에 따라 연속적으로 캐리어 주파수 B를 저하시키고 있다. 이 때, 일정하게 하는 펄스 폭을 듀티비가 임계치 A(예를 들어, 5[%])에 있어서의 펄스 폭과 동일한 폭으로 설정하는 것이 바람직하다.
여기서, 동일한 듀티비라 하더라도 캐리어 주파수 B가 저하하면, PWM 스위칭 신호의 펄스 폭은 길어진다. 예를 들어, 듀티비 5[%]인 PWM 스위칭 신호를 생성할 때, 캐리어 주파수 B'가 5[㎑]일 때 펄스 폭은 10[㎲]이지만, 캐리어 주파수 B'가 2.5[㎑]일 때 펄스 폭은 20[㎲]이 된다. 즉, 캐리어 주파수 B'의 저하에 따라 PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 길어진다.
따라서, 본 제1 실시 형태에 의하면, 제어부(34)는 인버터(32)에 인가되는 직류 전압이 상승했을 때, 또는 무브러시 DC 모터(29)의 회전수를 낮출 때에, 무브러시 DC 모터(29)로의 인가 전압을 내리기 위해 PWM 스위칭 신호의 듀티비를 임계치 A를 하회하는 값으로 제어할 경우, 로우터 위치 검출 회로(33)에 입력되는 유기 전압을 표시하는 입력 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭을 하회하는 것은 아니므로 무브러시 DC 모터(29)로의 인가 전압을 저하시키는 제어를 행하여도 안정되게 로우터 위치를 추정할 수 있다.
또한, 제어부(34)는 무브러시 DC 모터(29)의 인가 전압 C에 대응하는 듀티비를 갖는 PWM 스위칭 신호를 생성할 때, PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A(예를 들어, 5[%])를 상회할 경우, 즉 생성하는 PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A(예를 들어, 5[%]) 보다도 큰 듀티비 범위 Y 내인 경우 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 보다도 짧아지는 것은 아니므로 캐리어 주파수 B를일정(예를 들어, 5[㎑])하게 하고 있다.
여기서, 제어부(34)는 무브러시 DC 모터(29)를 구동할 경우, 회전수가 0이 되지 않도록 제어하고 있다. 즉, 제어부(34)는 인가 전압이 0[V] 근방이 되는 것을 회피하기 위해 무브러시 DC 모터(29)에 인가하는 최저 인가 전압을 설치하고 있으며, 무브러시 DC 모터(29)를 구동할 경우에는 이 최저 인가 전압을 하회하지 않도록 제어하고 있다. 따라서, 인가 전압이 0[V] 혹은 0[V] 근방이 되는 것은 아니므로 캐리어 주파수가 극단적으로 저하되는 것을 방지하고 있다. 따라서, 안정되게 로우터 위치를 추정할 수 있다.
[2] 제2 실시 형태
상기 제1 실시 형태에서는 제어부(34)가 듀티비의 저하에 따라 연속적으로 캐리어 주파수 B를 저하시키고 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 제2 실시 형태에서는 제어부가 듀티비의 저하에 따라 단계적으로 캐리어 주파수를 저하시키는 것이다. 또, 시스템의 구성은 제1 실시 형태의 도1 및 도2와 마찬가지이므로 설명을 생략하는 것으로 한다.
도5는 듀티비에 대응하는 캐리어 주파수를 도시하는 설명도이다.
우선, 제어부(34)는 제1 실시 형태의 도4와 마찬가지로 PWM 스위칭 신호의 듀티비에 임계치 A(예를 들어, 5[%])를 설정하고 있다.
그리고, 제어부(34)는 무브러시 DC 모터(29)의 인가 전압(선간 전압 혹은 상전압) C에 대응하는 듀티비를 갖는 PWM 스위칭 신호를 생성할 때, PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A를 하회할 경우, 즉 생성하는 PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A(예를 들어, 5[%]) 보다도 작은 듀티비 범위 X 내인 경우, PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭(예를 들어, 5[㎲]) 보다도 짧아지는 것을 방지하기 위해 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 듀티비의 저하에 따라 단계적으로 캐리어 주파수 B'를 저하시키고 있다.
구체적으로는, 제어부(34)는 캐리어 주파수 B'를 제1 주파수 B1(예를 들어, 5[㎑])로부터 이 제1 주파수 B1 보다도 낮은 제2 주파수 B2(예를 들어, 2.5[㎑])로 듀티비의 저하에 따라 단계적으로 저하시키고 있다. 예를 들어, PWM 스위칭 신호의 듀티비가 임계치 A를 하회할 경우, 이 임계치 A를 경계로 캐리어 주파수 B'를 제1 주파수 B1(예를 들어, 5[㎑])으로부터 이 제1 주파수 B1 보다도 낮은 제2 주파수 B2(예를 들어, 2.5[㎑])로 저하시키고 있다.
따라서, 인버터(32)에 인가되는 직류 전압이 상승했을 때, 또는 무브러시 DC 모터(29)의 회전수를 낮추었을 때, 무브러시 DC 모터(29)로의 인가 전압을 낮추기 위해, PWM 스위칭 신호의 듀티비를 임계치 A를 하회하는 값으로 제어할 경우, 단계적으로 캐리어 주파수 B'를 저하시키므로써 PWM 스위칭 신호의 펄스 폭이 길어지기 때문에 로우터 위치 검출 회로(33)에 입력되는 유기 전압을 표시하는 입력 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭을 하회하는 것은 아니므로 무브러시 DC 모터(29)로의 인가 전압을 저하시키는 제어를 행하여도 안정되게 로우터 위치를 추정할 수 있다.
여기서, 제어부(34)는 캐리어 주파수 B'가 제1 주파수 B1으로부터 이 제1 주파수 B1 보다도 낮은 제2 주파수 B2로 변화할 때와, 제2 주파수 B2로부터 제1 주파수 B1으로 변화할 때 듀티비가 다르도록 히스테리시스(디퍼렌셜) Δ를 가지게 하여제어하고 있다.
구체적으로는, 제어부(34)는 제1 주파수 B1으로부터 제2 주파수 B2로 변화할 때의 듀티비 Δ가 제2 주파수 B2로부터 제1 주파수 B1으로 변화하는 듀티비 A' 보다도 낮아지도록 히스테리시스 Δ를 가지게 하여 제어하고 있다.
이에 따라, 캐리어 주파수 B'가 단계적으로 절환되는 경계에 있어서, 헌팅이 생기는 것을 방지하고 있다. 이에 의해, 더욱 안정되게 로우터 위치를 추정할 수 있다.
이 때, 듀티비 A와 듀티비 A'의 히스테리시스 Δ는 듀티비 A일 때의 인가 전압(선간 전압 혹은 상전압)에 대하여 듀티비 A'일 때의 인가 전압이 헌팅이 일어나지 않는 소정 배수(예를 들어, 1.5배)가 되도록 설정되어 있다.
또한, 인가 전압이 0[V] 근방이 되는 것을 회피하기 위해 무브러시 DC 모터(29)에 인가하는 최저의 인가 전압을 설치하고 있으며, 무브러시 DC 모터(29)를 구동할 경우에는 이 최저의 인가 전압을 하회하지 않도록 제어하고 있으므로 극단적으로 펄스 폭이 짧아지는 일 없이 안정되게 로우터 위치를 추정할 수 있다.
이상의 설명에 있어서, 캐리어 주파수 B'를 제1 주파수 B1으로부터 이 제1 주파수 B1 보다도 낮은 제2 주파수 B2로 듀티비의 저하에 따라 단계적으로 저하시키는 제어로서 임계치 A를 경계로 캐리어 주파수 B'를 제1 주파수 B1으로부터 제2 주파수 B2로 1단계만 저하시키는 경우에 대하여 설명하였지만, 예를 들어 도6에 도시한 바와 같이, 임계치 A를 경계로 듀티비의 저하에 따라 복수 단계(예를 들어, 2단계) 저하시키도록 하여도 좋다. 이 경우, 도6 중 듀티비 A''를 하회할 경우 캐리어 주파수 B'는 주파수 B2로부터 주파수 B3로 저하되지만, 이 때 B2는 제1 주파수이며, B3은 제2 주파수이다. 또한, 제1 주파수 B2로부터 제2 주파수 B3로 변화할 때의 듀티비 A''가 제2 주파수 B3으로부터 제1 주파수 B2로 변화하는 듀티비 A''' 보다도 낮아지도록 히스테리시스를 가지게 하여 제어하여도 좋다.
또한, 이상의 설명에 있어서, 모터 제어 장치가 압축기의 모터를 구동할 경우에 대하여 설명하였지만, 무센서 제어 방식으로 유기 전압을 기초로 하여 로우터 위치를 추정하는 것이면 어떠한 모터라 하더라도 적용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 실외 팬 모터나 실내 팬 모터 등을 구동할 경우에도 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 모터로의 인가 전압을 저하시키는 제어를 행하여도 안정되게 로우터의 위치를 추정할 수 있다.

Claims (8)

  1. 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 스위칭 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서,
    상기 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 상기 스위칭 신호의 캐리어 주파수를 조정하는 주파수 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  2. 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 스위칭 신호를 상기 인버터에 출력하여, 상기 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서,
    상기 스위칭 신호의 듀티비에 임계치를 설정하는 설정 수단과,
    상기 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 듀티비가 상기 임계치를 하회할 경우, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 상기 캐리어 주파수를 조정하는 주파수 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 설정 수단은 상기 임계치를 상기 스위칭 신호의 캐리어 주파수를 일정하게 하여 상기 스위칭 신호의 펄스 폭을 조정할 경우의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되는 듀티비의 범위 내로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주파수 조정 수단은 상기 듀티비의 저하에 따라 연속적으로 상기 캐리어 주파수를 저하시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주파수 조정 수단은 상기 듀티비의 저하에 따라 단계적으로 상기 캐리어 주파수를 저하시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 주파수 조정 수단은 상기 캐리어 주파수가 제1 주파수로부터 이 제1 주파수 보다도 낮은 제2 주파수로 변화할 때와, 상기 제2 주파수로부터 상기 제1 주파수로 변화할 때 듀티비가 다르도록 히스테리시스를 가지게 한 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  7. 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 스위칭 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터의 제어 방법에 있어서,
    상기 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 상기 스위칭 신호의 캐리어 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 모터의 제어 방법.
  8. 인버터에 의해 구동되는 모터의 비통전상의 유기 전압을 기초로 하여 로우터의 위치를 추정하고, 이 추정 결과를 기초로 하여 펄스 폭 변조된 스위칭 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 모터로의 인가 전압을 제어하는 모터의 제어 방법에 있어서,
    상기 스위칭 신호의 듀티비에 임계치를 설정하고, 상기 인가 전압에 대응하는 듀티비를 갖는 상기 스위칭 신호를 생성할 때, 그 스위칭 신호의 듀티비가 상기 임계치를 하회할 경우, 그 스위칭 신호의 펄스 폭이 소정의 펄스 폭 이상이 되도록 상기 캐리어 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 모터의 제어 방법.
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