KR20050008684A - 전동압축기 - Google Patents

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KR20050008684A
KR20050008684A KR10-2004-7016561A KR20047016561A KR20050008684A KR 20050008684 A KR20050008684 A KR 20050008684A KR 20047016561 A KR20047016561 A KR 20047016561A KR 20050008684 A KR20050008684 A KR 20050008684A
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

냉매가 밀봉된 밀폐용기 내에, 회전자와 고정자를 가지고 제어장치에 의해 구동되는 모터와, 이 모터에 의해 구동되는 압축요소를 수용한 전동압축기로서, 그 모터의 제어장치는 모터를 저회전수 구동할 때에는 회전자의 위치검출신호에 의해 스위칭 소자를 온/오프시키는 타이밍을 결정하는 피드백 제어를 실행하고, 모터를 고회전수 구동할 때에는 소정의 주파수의 출력을 하고, 모터를 그 소정의 주파수로 동기시켜 구동하는 오픈루프제어를 실행한다. 이것에 의해 PWM 구동에서의 소음이 작은 전동압축기를 제공할 수 있다.

Description

전동압축기{ELECTRICALLY POWERED COMPRESSOR}
브러시리스 DC모터는 효율이 좋고, 최근, 냉동 시스템에 이용되는 압축기 등에도 많이 사용되게 되었다.
종래의 전동압축기로서는, 모터의 고정자 권선에 발생하는 역기전력으로부터 회전자의 위치를 검출해, 그 위치검출신호에 의거해 모터를 구동함과 동시에, 스위칭 소자를 초핑(chopping)해, PWM(펄스폭변조) 제어를 행하는 것(예컨대, 일본특허출원 특개평3-55478호 공보)이 알려져 있다.
종래의 전동압축기의 제어장치에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
도8은 종래의 전동압축기의 모터의 고정자의 상면도, 도9는 종래의 전동압축기의 모터의 회전자의 상면도이며, 도10은 종래의 전동압축기의 제어장치의 회로도이다.
도8에서, 모터의 고정자(1)는, 코어(3)에 형성된 복수의 티스(5)를 구비하고 있다. 각 티스(5)에는 각각 권선(7)이 집중감기로 감겨져 있다.
한편, 도9에서, 모터의 회전자(10)는 철심(12)에 4개의 판모양의 영구자석(14)이 매설된 매립자석형(IPM형) 회전자를 형성하고 있다.
도10에서, 모터(30)는, 도8에 나타내는 고정자(1)와 도9에 나타내는 회전자(10)로 구성되며, 샤프트(도시하지 않음)를 통해서 압축기구(32)를 동작시키고 있다. 상용전원(34)의 교류를 정류하기 위한 정류회로(36)는 배전압 정류방식을 채용하고 있으며, AC 100V를 입력으로 하고, DC 250V를 출력으로 하고 있다.
인버터(40)는 6개의 스위칭 소자를 3상 브릿지 접속한 구성이며, 정류회로(36)의 직류출력전압을 3상의 전압 및 주파수의 출력으로 변환하여 모터(30)에 전력을 공급한다. 또 각 상(相)에 대해서 각각 전기각 120도의 통전을 행함으로써, 구형파(矩形波) 형상의 교번전류가 모터에 공급된다.
역기전력 검출회로(42)는, 모터(30)의 3상의 각각의 고정자 권선에 발생하는 역기전력으로부터 회전자의 회전의 상대위치를 검출한다. 드라이브 회로(46)는 인버터(40)의 스위칭 소자를 온/오프시킨다. 전류(轉流)회로(48)는 모터(30)가 정상운동하고 있을 때에 역기전력 검출회로(42)의 출력신호에 의거해, 인버터(40)의 어느 스위칭 소자를 온(on)시킬지를 결정한다. PWM 제어회로(50)는 인버터(40)의 상측 암의 스위칭 소자 또는 하측 암의 스위칭 소자의 어느 한쪽을 초핑해 PWM(펄스폭변조)제어를 행한다.
그 PWM 제어란, 펄스폭의 듀티(duty)를 상/하시킴으로써, 출력하는 평균전압을 상승/하강시키는 제어방식이다. 여기서, 본 명세서에서, 듀티란 펄스 주기 중의 온(on)기간의 비율로 정의한다.
이상과 같이 구성된 종래의 전동압축기의 제어장치에 대해서, 그 동작을 설명한다.
모터(30)를 정지상태에서 기동을 시킬 때에는 고정자 권선에 역기전력이 발생해 있지 않으므로, 회전자의 위치검출은 불가능하다. 따라서, 인버터(40)에서 강제적으로 저주파수 또는 저(低)듀티의 전압을 출력한다. 그 출력전압을 고정자 권선에 인가하는 것에 의해, 강제적으로 모터회전을 개시시킨다(일반적으로 저주파 동기 기동이라 부른다).
이와 같이 해서, 회전하기 시작하며, 그 회전이 어느 정도 상승하면, 각 상(相)의 고정자 권선에 역기전력이 발생해, 역기전력 검출회로(42)에서의 회전자 위치검출신호가 출력된다. 전류회로(48)는 그 위치검출신호를 처리하고, 전류(轉流)신호를 드라이브 회로(46)에 대해서 출력한다. 드라이브 회로(46)는 그 전류신호에 의거해 인버터(40)의 6개의 스위칭 소자를 순차 온/오프하는 것에 의해, 고정자 권선의 각 상(相)에 순차 전력을 공급한다. 이와 같이 해서, DC모터로서의 통상운전(위치검출신호에 의한 피드백제어)을 행하게 된다.
DC모터에서는, 그 모터에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 회전수 제어가 가능하다. 따라서, PWM 제어회로(50)로부터의 신호에 의거해, 펄스폭변조에서의 듀티를 크게 하는 것에 의해, 모터 인가전압의 평균치가 높게 되며, 모터 회전수가 상승한다. 반대로 듀티를 작게 하는 것에 의해, 모터 인가전압의 평균치가 낮게 되며, 모터 회전수가 하강한다.
또 역기전력 검출회로(42)의 위치검출신호의 출력은 회전자의 회전과 동기하고 있으므로, 이 신호로 회전수를 검지할 수 있다. 그 검지된 회전수 신호를 속도기준신호와 비교하고, 그 비교결과를 피드백하여 듀티를 조정하는 것에 의해 모터의 회전수 제어가 가능하게 된다.
여기서, 듀티 = (온기간 / (온기간 + 오프기간))×100이다. 예컨대, 온기간이 50%이며 오프기간이 50%일 때, 듀티는 50%로 표시된다.
그러나 이와 같은 종래의 구성에서는, PWM 제어회로(50)로부터의 펄스의 듀티에 의해 회전수를 제어하고 있다. 펄스폭변조에서의 초핑 주파수(이후, 캐리어 주파수라 부른다)는 일반적으로는 수㎑에서 수십㎑이며, 그 캐리어 주파수에 따른 소음이 발생해 버린다.
또 IPM형 회전자(10)에는 영구자석(14)이 내장되어 있으므로, 회전자(10)의 철심(12)과 고정자(1)의 티스(5)를 연결한 자로(磁路)가 형성된다. 그 때문에, 고정자 권선(7)에 공급되는 전류가 구형파인 경우에는, 통전상(通電相)이 전환되었을 때에 자로도 인접한 티스로 전환되므로, 자력의 변화가 급격하게 일어난다. 그 결과, 고정자(1)에 변형이 일어나므로 소음이 발생해 버린다.
또 펄스의 듀티에 의해 회전수를 제어하고 있으므로, 듀티 100%가 되었을 때가 최대출력이 되며, 그 시점에서의 회전수보다 높은 회전수에서는 운전할 수 없다. 그 때문에, 필요로 하는 전동압축기의 능력을 얻기 위해서는, 모터(30)의 출력을 높일 필요가 있으며, 고정자 권선으로서 동일한 동(銅)량을 이용한 경우, 출력을 높인 만큼 모터 효율이 떨어져 버린다.
이상과 같은 문제를 해결하기 위해서, 모터(30)의 고정자 권선(7)에 구형파가 아니라, 3상 정현파(正弦波) 교류를 인가함으로써 소음을 저감하는 것이 있다.
그러나, 3상 정현파 교류를 인가하는 방법은 역기전력 검출회로에서 회전자의 위치검출정보를 얻는 것이 곤란하므로, 고정자 권선에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출회로의 정보로부터 회전자의 위치를 산출하지 않으면 안된다. 그 경우, 일반적으로는, 그 전류검출에는 커런트 트랜스를 사용하며, 또 회전자 위치의 산출에는 고속연산이 가능한 마이크로 컴퓨터를 사용할 필요가 있다. 그 결과, 3상 정현파 교류를 인가하는 방법은 고가로 되어 버린다.
본 발명은 주로 가정용 냉장고나 에어콘에 이용되는 인버터 구동의 전동압축기에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 실시형태에 의한 전동압축기의 단면도이다.
도2는 도1에 나타내는 전동압축기의 모터의 고정자의 상면도이다.
도3은 도1에 나타내는 전동압축기의 모터의 회전자의 상면도이다.
도4는 본 발명의 실시형태에 의한 전동압축기의 제어장치의 회로도이다.
도5는 도4에 나타내는 제어장치의 블록도이다.
도6은 본 발명의 실시형태에 의한 전동압축기에서의 모터의 토크 대 회전수의 특성도이다.
도7은 본 발명의 실시형태에 의한 전동압축기의 제어장치의 특성도이다.
도8은 종래의 전동압축기의 모터의 고정자의 상면도이다.
도9는 종래의 전동압축기의 모터의 회전자의 상면도이다.
도10은 종래의 전동압축기의 제어장치의 회로도이다.
(발명의 개시)
본 발명의 전동압축기는 다음의 구성을 가진다.
본 발명의 전동압축기는, 냉매가 밀봉된 밀폐용기와, 밀폐용기 내에 수용되며, 영구자석을 구비한 회전자와 고정자를 가지며, 제어장치에 의해 구동되는 모터와, 밀폐용기 내에 수용되며, 모터에 의해 구동되는 압축요소를 포함한다. 그 제어장치는 모터를 저회전수 구동할 때에는 회전자의 위치검출신호에 의해 스위칭 소자를 온/오프시키는 타이밍을 결정하는 피드백 제어를 실행하고, 모터를 고회전수 구동할 때에는 소정의 주파수의 출력을 하며, 모터를 그 소정의 주파수에 동기시켜 구동하는 오픈루프제어를 실행하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에 의해, 고회전수에서의 운전이 가능하게 되므로, 최대출력을 낮게 설정한 고효율 모터를 사용할 수 있다. 또 듀티를 상대적으로 크게 함으로써 PWM 제어의 캐리어 주파수의 소음을 작게 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 의해, 값이 싸고 저소음이며 고효율의 전동압축기를 제공할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 본 발명의 의한 전동압축기의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
도1은 본 발명의 실시형태에 의한 전동압축기의 단면도, 도2는 도1에 나타내는 전동압축기의 모터의 고정자의 상면도, 도3은 도1에 나타내는 전동압축기의 모터의 회전자의 상면도, 도4는 본 발명의 실시형태에 의한 전동압축기의 제어장치의 회로도, 도5는 도4에 나타내는 제어장치의 블록도, 도6은 본 발명의 실시형태에 의한 전동압축기에서의 모터의 토크 대(對) 회전수의 특성도이며, 도7은 본 발명의 실시형태에 의한 전동압축기의 제어장치에서의 스위칭 소자의 온/오프의 타이밍과 전류파형을 나타내는 특성도이다.
도1에서, 밀폐용기(101) 내에는, 오일(103)이 저류됨과 동시에 냉매(102)가 밀봉되어 있다. 냉매(102)의 종류로서는 R600a가 바람직하다. 또 밀폐용기(101) 내에는 고정자(110)와 회전자(112)를 구비한 모터(115)가 수용되어 있다. 또한 밀폐용기(101) 내에는 모터(115)에 의해 구동되는 압축요소(120)가 탄성적으로 지지되어 있다.
압축요소(120)는 회전자(112)가 고정된 주축부(123) 및 편심축부(124)로 구성된 크랭크 샤프트(126)와, 그 주축부(123)의 축을 지지함과 동시에 압축실(130)을 가지는 실린더(132)와, 그 압축실(130) 내에서 왕복이 자유롭게 운동하는 피스톤(135)과, 편심축부(124)와 피스톤(135)을 연결하는 연결기구(138)를 구비하여, 이른바 리시프로(recipro)형 압축기구를 구성하고 있다.
도2에 나타내는 바와 같이, 모터의 고정자(110)는 코어(140)에 형성된 9개의 티스(142)를 구비하고 있다. 각 티스(142)에는 각각 권선(145)이 집중감기로 감겨져 이른바 집중감기형 고정자를 구성하고 있다.
여기서 모터는, 다음과 같이 결선된 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선을 가지는 3상 모터이다.
권선(171)은 티스(181)에 집중감기 되어 있다. 권선(174)은 티스(184)에 집중감기 되어 있다. 권선(177)은 티스(187)에 집중감기 되어 있다. 그들 권선(171,174, 177)은 직렬 접속되어 U상 권선을 구성하고 있다.
권선(172)은 티스(182)에 집중감기 되어 있다. 권선(175)은 티스(185)에 집중감기 되어 있다. 권선(178)은 티스(188)에 집중감기 되어 있다. 그들 권선(172, 175, 178)은 직렬 접속되어 V상 권선을 구성하고 있다.
권선(173)은 티스(183)에 집중감기 되어 있다. 권선(176)은 티스(186)에 집중감기 되어 있다. 권선(179)은 티스(189)에 집중감기 되어 있다. 그들 권선(173, 176, 179)은 직렬 접속되어 W상 권선을 구성하고 있다.
여기서, 본 발명의 실시형태의 설명에 있어서, 권선(145)은 상기 권선(171-179)의 대표로, 또 티스(142)는 상기 티스(181-189)의 대표로 설명하고 있다.
한편, 도3에서, 모터의 회전자(112)는 철심(150)에 6개의 판모양의 영구자석(152)이 매설되어, 이른바 매립자석형(Interior Permanent Magnet형(IPM형)) 회전자를 구성하고 있다. 또한 영구자석(152)은, 예컨대 네오디움·철·붕소계의 희토류 자석으로 형성되어 있다.
모터는, 도2에 나타내는 고정자(110)의 내측에 도3에 나타내는 회전자(112)가 배치되어 구성되어 있다. 고정자(110)의 각 티스(142)의 내면과, 회전자(112)의 외면은 공극을 통해서 대향하고 있다.
상기와 같이 구성된 모터는, 회전자(112)가 고정자(110)의 각 티스(142)에 감겨진 권선(145)에 흐르는 전류에 의해 생기는 회전자계와, 회전자(112)의 철심(150) 중에 매설된 영구자석(152)과의 관계에 의해 발생하는 마그넷 토크 및 리럭턴스 토크의 합성토크로 회전하고 있다. 즉 이 모터는 회전자(112)의 철심(150) 중에 매설된 영구자석(152)의 효과에 의해, 마그넷 토크뿐아니라, 리럭턴스 토크를 더 유효하게 이용할 수 있으며, 마그넷 토크만을 이용하는 모터에 비해 효율이 높다.
다음에 본 실시형태에서의 전동압축기의 제어장치에 대해서 설명한다.
도4에서, 상용전원(161)은, 예컨대 100V 60㎐의 교류전원이다. 제어장치(160)는 정류회로(162), 인버터(163), 위치검출회로(165) 및 제어회로(166)를 구비하고 있다.
정류회로(162)는 상용전원(161)의 교류를 정류하여 직류로 변환하는 것으로, 본 실시형태에서는 배(倍)전압 정류방식의 것을 나타내고 있으며, AC 100V를 입력으로 하고, DC 250V를 출력으로 하고 있다.
인버터(163)는 6개의 스위칭 소자, 예컨대 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터(IBGT)와 전계효과 트랜지스터(FET) 등을 3상 브릿지 접속한 구성이다. 인버터(163)를 구성하는 상측 암의 3개의 스위칭 소자와, 하측 암의 3개의 스위칭 소자와의 각각의 접속점에 모터(115)의 고정자 권선의 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선의 각각의 일단이 접속되어 있다. 또한 U상 권선, V상 권선 및 W상 권선의 타단은 공통접속되어 중성점(中性點)을 구성하고 있다. 이 인버터(163)는 정류회로(162)의 직류출력을 펄스폭변조(PWM) 제어에 의해, 3상의 소정전압 및 소정 주파수의 출력으로 변환한 후에, 모터(115)의 상기 3상 권선에 통전한다. 3상의 각 상(相)에는 각각 전기각(電氣角) 120도의 통상의 통전을 행하든가 또는 각각 전기각 130도 이상 180도 미만의 광각(廣角) 통전을 행한다. 여기서는, 그 통전각을 150도로 하고있다.
위치검출회로(165)는 모터(115)의 입력단자, 즉 3상 권선의 각각의 일단에 발생하는 역기전력을 검출해서, 고정자(110)에 대한 회전자(112)의 회전위치를 상대적으로 검출한다.
제어회로(166)는 위치검출회로(165)의 출력신호에 의거해 인버터(163)를 구성하는 6개의 스위칭 소자를 온/오프시키는 타이밍을 결정하는 피드백 제어와, 위치검출회로(165)의 출력신호에 관계없이 인버터(163)로부터 소정 주파수 및 소정 전압을 출력시키는 오픈루프제어를 그 운전상황으로 전환한다.
이상과 같은 구성에서, 다음에 동작을 설명한다.
제어장치(160)에 의해 모터(115)가 구동되고, 그 모터의 회전자(112)에 의해 크랭크 샤프트(126)가 회전된다. 그 크랭크 샤프트에 연결된 편심축부(124)의 편심운동이 연결기구(138)를 통해서, 피스톤(135)의 압축실(130) 내에서의 왕복운동으로 변환되는 것에 의해 압축동작이 행해진다.
다음에, 제어장치(160)의 동작에 대해서, 도5를 이용하여 설명한다.
도5에서, 제어장치(160)는 위치검출회로(165)로부터 신호를 받아, STEP1에서 모터의 회전수를 확인한다. 다음에, STEP2에서 그 회전수가 소정치 이하일 때(즉 저회전수 구동시)에는, 제어장치(160)는 STEP3에서 회전자의 위치검출신호에 의거해 피드백 제어를 행한다. 한편, STEP2에서 회전수가 소정치 이하가 아닐 때(즉 고회전수 구동시)에는, 제어장치(160)는 STEP4에서 소정 주파수를 출력하고, 그 출력 주파수에 동기시켜 모터를 구동하는 오픈루프제어를 행한다.
여기서, 제어장치(160)가 소정 주파수를 출력하고, 그 출력 주파수에 동기시켜 모터를 구동하는 오픈루프제어를 행하는 것에 의해, 위치검출신호에 의한 피드백 제어를 행하는 경우와 비교해서 더 높은 회전수를 실현할 수 있다.
이 동작에 대해서, 도6을 이용하여 더 상세하게 설명한다. 도6에서, C는 통상의 위치검출신호에 의거해 피드백 제어를 행하고 있을 때의 최대 듀티(예컨대 100%)에서의 모터특성을 나타낸다. 일반적으로 토크가 올라가면 회전수가 내려가는 특성으로 된다.
지금, 모터의 지령회전수가 r1, 토크가 t1일 때, 모터는 A점에서 운전하고 있다. 이때, 제어회로(166)는 위치검출신호에 의거해 피드백 제어를 행하고 있으며, 최적인 상(相) 전환상태에 의해 운전하고 있으므로 효율이 높은 운전을 행하고 있다.
여기서, 지령회전수가 r2로 변화하면, 제어회로(166)는 B점을 목표로 회전수를 올리기 위해 듀티를 높여 간다. 그것에 의해 회전수가 올라가지만, 특성 C와 교차하는 D점까지 가면 최대 듀티(예컨대 100%)에 도달하며, 그 이상 회전수를 올릴수 없게 된다.
이때, 제어회로(166)는 듀티를 최대 듀티인 채 고정(예컨대 100%로 고정)함과 동시에, 출력 주파수를 높여가는 오픈루프제어로 전환한다. 즉 위치검출신호에 관계없이 출력 주파수만을 높여서, 그 주파수에 동기시켜 구동하는 동기모터로서의 운전제어가 된다.
이때, 모터전류의 위상이 고정자 권선에 발생하는 역기전력의 위상에 비해진행된 상태에서 운전되는 것에 의해, 모터전류의 일부가 자속을 약화시킨다. 그 결과, 고정자 권선에 발생하는 역기전력이 낮게 되며, 전원에서의 공급전압을 역기전력이 상회하기 위한 회전수의 값이 높게 되어, 고회전수에서의 운전을 가능하게 한다. 일반적으로 이 작용은 약(弱)계자제어라 부른다.
다음에, 구동파형의 광각통전에 대해서 도7을 이용하여 설명한다.
도7에서, 횡축에 시간, 종축에 U상상(相上)·V상상·W상상·U상하(相下)·V상하·W상하의 각 스위칭 소자의 온/오프의 상태를 나타내는 동시에, U상의 전류파형을 나타내고 있다. V상 전류 및 W상 전류는 U상 전류에 대해서 전기각 120도 위상이 어긋나는 것만으로 U상 전류파형과 상사(相似)한 전류파형이 되므로 도7에서 생략하고 있다.
도7에 나타내는 바와 같이, 통전각(通電角)을 전기각 150도의 광각통전으로 함으로써, U상 전류파형은 통상의 전기각 120도 통전의 구형파 전류에 비해, 상승의 전류가 낮게 되어 정현파형에 근접하고 있다.
그 결과, 저회전수 구동시, 위치검출신호에 의거해 피드백 제어를 행하고 있을 때에는, 광각통전에 의해 전류가 정현파 형상에 근접함으로써 모터의 토크리플이 작게 된다. 그 결과, 본 실시형태의 경우, 종래의 120도 통전에 비해 진동을 현저하게 저감할 수 있다.
또 고회전 구동시, 소정 주파수로 구동하는 오픈루프제어를 행하고 있고, 듀티 100%이며, 또 광각통전을 행하고 있을 때에는, 전류가 정현파 형상에 근접함으로써 모터의 토크리플이 작게 된다. 그 결과, 회전이 부드럽게 되어 더욱 고속운전이 가능하게 된다.
또한 상기 설명에서는 통전각을 전기각 150도로 했지만, 전기각 130도 이상 180도 미만이라도 거의 동일한 효과를 기대할 수 있으며, 본 발명의 주제로부터는 이탈하지 않는다.
이상과 같은 본 발명의 실시형태에 의한 이점에서, 본 실시형태에서의 전동압축기가 종래의 전동압축기와 동일한 냉동능력을 필요로 하는 경우는, 기통(氣筒)용적을 작게 할 수 있으며, 도1에 나타내는 피스톤(135)을 작게 하던지, 주축부(123)에 대한 편심축부(124)의 편심량을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 본 실시형태에서의 전동압축기는 압축요소(120)의 진동을 작게 할 수 있다. 특히 냉매의 종류로서 냉매능력이 상당히 작고, 큰 기통용적을 요구하는 R600a를 사용하는 경우에는 그 개선효과가 현저하다.
또 본 발명의 실시형태에 의한 이점에서, 모터에 대해서는 최대 출력을 낮게 설정한 모터를 사용할 수 있다. 그 결과, 권선을 보다 많이 감은 고효율인 모터를 채용할 수 있으므로, 고효율의 전동압축기를 얻을 수 있다.
또 동일 회전수에서의 듀티도 상대적으로 크게 할 수 있으므로, PWM 제어의 캐리어 주파수의 소음도 상대적으로 내려가게 된다.
또 고정자는 철심의 각 티스에 집중감기로 권선을 실시한 것이며, 분포권선에 비하면, 권선과 티스와의 사이에서의 진동감쇠 효과가 적게 가진(加振)되어 소리를 쉽게 발생시키는 것으로, 캐리어 주파수와 토크리플의 소음을 작게 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전동압축기는 값이 싸며 고효율인 집중감기의 모터를 이용하면서 저소음을 실현할 수 있다.
또한 본 발명의 전동압축기의 모터는 회전자(112)의 철심(150)에 판모양의 영구자석(152)이 매립되어 있으며, 마그넷 토크 및 리럭턴스 토크의 양자를 이용한 모터효율이 높은, 이른바 IPM형(Interior Permanent Magnet형) 회전자를 구비한 모터를 구성하고 있다. 또한 자속밀도를 올려 높은 효율을 얻기 위해서, 영구자석(152)은 네오디움·철·붕소계의 희토류 자석으로 형성되어 있다.
IPM형 회전자는 내장된 자석이 회전자의 철심과 고정자의 티스를 연결한 강한 자로(磁路)를 형성한다. 본 실시형태에서는, 영구자석(152)이 희토류 자석으로 형성되어 있으므로, 보다 강한 자로가 형성된다. 그 결과, 각 상(相)전류가 구형파인 경우에는 상(相)이 전환되었을 때에 자로가 인접하는 티스로 전환되므로, 자력의 변화가 급격하게 일어나, 그것에 의해 고정자를 변형시켜, 그것에 기인한 소음이 발생한다.
그러나, 본 실시형태에서는 상(相)전류가 정현파형에 가까우므로, 상(相)전환의 전후에서 전류의 값이 작게 되어 있으며, 또 상(相)이 전환된 후도 전류값이 완만하게 증감하므로 고정자에 대한 자력의 변화가 작다. 그 결과, 고정자의 변형이 억제되어, 진동을 작게 억제할 수 있으며, 고효율이며 소음이 낮은 전동압축기를 실현할 수 있다.
이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 값이 싸고, 저소음, 고효율의 전동압축기를 실현할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는, 밀폐용기에 탄성적으로 지지된 리시프로형 압축기구를 구성하고 있는 전동압축기에 대해서 설명했지만, 밀폐용기에 직접 고정자를 고정한 것, 또는 압축기의 타입이 예컨대 로터리형이나 스크롤형이라도 동일한 효과를 가진다.
또 본 실시형태에서는, 영구자석은 희토류 자석으로 형성하고 있지만, 페라이트 자석 등으로 형성해도 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태에 있어서, 정류회로(162)는 배전압정류로 했지만, 다른 정류방식(예를 들면 전파(全波)정류회로와 반파(半波)정류회로 등)이라도 되며, 또 출력전압이 전환 가능한 것(예를 들면, 배(倍)전압정류와 전파정류를 릴레이나 반도체 스위치로 전환 가능한 것 등)이나 출력전압이 리니어로 변경 가능한 것(승압 초퍼와 고압 초퍼 등의 DC-DC 컨버터)이라도 되는 것은 말할 필요도 없다. 또 위치검출회로(165)는 모터(115)의 입력단자에 발생하는 역기전력을 검출하는 방식으로 했지만, 홀 소자 등의 위치검출센서를 사용한 것이라도 된다.
상기와 같이, 본 발명의 전동압축기에서의 모터의 제어장치는, 저회전수 구동시에는 위치검출신호에 의거해 PWM 구동을 행하는 피드백 제어를 실행하고, 고회전수 구동시에는 소정 주파수를 출력하는 오픈루프제어를 실행한다. 그리고, 고회전수 구동시에는 위치검출신호에 관계없이 출력 주파수를 높여서, 그것에 동기시켜 회전수를 높여가는 동기모터로서의 동작을 행하기 때문에, 모터전류의 위상은 모터의 역기전력의 위상에 비해 진행하여 운전되므로 약(弱)계자제어가 작동하여, 고회전수에서의 운전이 가능하게 된다. 그 결과, 최대 출력을 낮게 설정한 고효율 모터를 사용할 수 있음과 동시에, 동일 회전수에서의 듀티도 상대적으로 크게 할 수 있으므로 PWM 제어의 캐리어 주파수의 소음을 작게 할 수 있다.
본 발명의 전동압축기는 고회전수에서의 운전이 가능하게 되므로, 종래에 비해 최대 출력을 낮게 설정한 고효율 모터를 사용할 수 있으며, 또 종래에 비해 듀티를 상대적으로 크게 함으로써 PWM 제어의 캐리어 주파수의 소음을 작게 할 수 있다. 그것에 의해, 값이 싸고 저소음이며 고효율의 전동압축기를 제공할 수 있으므로, 특히 가정용 냉장고나 에어콘 등의 용도에 적합하다.

Claims (6)

  1. 냉매가 밀봉된 밀폐용기와, 상기 밀폐용기 내에 수용되며, 영구자석을 구비한 회전자와 고정자를 가지고, 제어장치에 의해 구동되는 모터와, 상기 밀폐용기 내에 수용되며, 상기 모터에 의해 구동되는 압축요소를 포함하는 전동압축기로서, 상기 제어장치는 상기 모터를 저회전수 구동할 때에는 상기 회전자의 위치검출신호에 의해 스위칭 소자를 온/오프시키는 타이밍을 결정하는 피드백 제어를 실행하고, 상기 모터를 고회전수 구동할 때에는 소정의 주파수의 출력을 하며, 상기 모터를 상기 소정의 주파수에 동기시켜 구동하는 오픈루프제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 전동압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    모터는 3상 모터이며, 제어장치는 상기 모터의 3상의 각 상(相)에 대해서, 각각 전기각 130도 이상 180도 미만의 통전(通電)을 행하는 전동압축기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    고정자는 그 고정자의 각 티스에 집중감기로 권선을 실시한 전동압축기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    영구자석은 회전자를 형성하는 철심 중(中)에 매설된 전동압축기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    압축요소는 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 압축실 내에 왕복이 자유롭게 삽입된 피스톤과, 주축부와 편심축부를 구비한 크랭크 샤프트와, 상기 피스톤과 상기 편심축부를 연결하는 연결기구를 구비한 전동압축기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    냉매의 종류가 R600a인 전동압축기.
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