KR20110011456A - 압축기 모터의 위치 추정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기의 모터 위치 추정 장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 압축기 모터에 있어서, 상기 압축기의 프레임에 고정되는 고정자의 내부에 회전 가능하도록 설치되며 외주 쪽에 교번 극성을 갖도록 복수개의 마그네트가 배치되는 회전자; 상기 회전자의 외주면 일부에 형성되며, 코일이 권선된 검출용 도체; 상기 검출용 도체에 대향하는 상기 마그네트의 극성에 따라 상기 검출용 도체에 권선된 코일로 유기되는 기전력을 추출하는 기전력 검출기; 및 상기 기전력 검출기가 검출한 기전력에 따라 상기 회전자의 위치를 판단하고, 판단한 위치에 따라 모터를 제어하는 제어기;를 포함한다.

압축기, 고정자, 회전자

Description

압축기 모터의 위치 추정 장치{An apparatus for estimating location of motors in a compressor}

본 발명은 압축기의 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기 모터의 회전자의 위치를 추정하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기란 냉장고나 에어컨의 냉각 사이클에 사용되는 것으로서, 저온저압의 증기상태의 냉매를 증발기 측에서 흡입하여 이것을 압축하고 고온 고압의 증기 상태의 냉매로 만들어 응축기로 보내는 것이다.

이와 같은 압축기는 냉매를 압축하는 방법에 따라 통상 왕복식 압축기와 회전식 압축기로 분류되며, 냉매를 압축하는 힘은 어느 형식이나 모터를 사용하여 얻고 있다. 기존 압축기 내부는 진동이 심하고, 고온, 고압 상태이며, 또한, 오일이나 냉매가 있어서, 홀 센서와 같은 전자 센서의 경우 그 신뢰성이 보장되기 힘들다. 이러한 이유로 압축기에 전자 센서를 사용하기 어렵다.

따라서 일반적인 압축기는 압축기 내부에 센서를 사용하지 않고, 전압과 전류를 이용하여 모터 회전자의 위치를 추정하는 센서리스 방식을 선호한다.

이러한 센서리스 방식은 그 에러의 폭이 크며, 이는 곧 모터의 손실로 나타 난다.

게다가, 근래에는 압축기 구동기의 사이즈를 줄이기 위하여 회전 속도의 대역을 키우려고 하는 시도가 많이 이루어지고 있으나, 저속 구간과 고속 구간에 있어서, 모터 회전자의 위치 정보의 에러가 커짐에 따라 고속과 저속 구간에 있어서 복잡한 다른 알고리즘을 이용하는 경우가 많다.

따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제를 감안한 본 발명의 목적은 압축기 모터의 회전자의 위치를 정확히 추정할 수 있는 압축기 모터의 위치 추정 장치를 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압축기의 모터 위치 추정 장치는, 상기 압축기의 프레임에 고정되는 고정자의 내부에 회전 가능하도록 설치되며 외주 쪽에 교번 극성을 갖도록 복수개의 마그네트가 배치되는 회전자; 상기 회전자의 외주면 일부에 형성되며, 코일이 권선된 검출용 도체; 상기 검출용 도체에 대향하는 상기 마그네트의 극성에 따라 상기 검출용 도체에 권선된 코일로 유기되는 기전력을 추출하는 기전력 검출기; 및 상기 기전력 검출기가 검출한 기전력에 따라 상기 회전자의 위치를 판단하고, 판단한 위치에 따라 모터를 제어하는 제어기;를 포함한다.

여기서, 상기 기전력 검출기는 OP 앰프의 필터로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 회전자의 위치를 판단함에 있어서, 상기 제어기는 상기 기전력 검출기가 검출한 기전력이 0이면, 상기 검출용 도체에 대향한 상기 회전자의 마그네트는 하나의 극성을 가지는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기는 상기 기전력 검출기가 검출한 기전력이 0이 아니면, 상 기 검출용 도체에 대향한 상기 회전자의 마그네트는 두 개의 극성을 가지는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 제어기는 상기 기전력 검출기가 검출한 기전력의 양 또는 음의 여부에 따라 상기 마그네트의 두 개의 극성의 배치 순서를 판단하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 도체에 와이어를 감아 자기장의 원리에 따라 회전자의 위치를 검출함으로써, 정확한 회전자의 위치를 알 수 있다. 이에 따라, 모터 제어의 신뢰성 및 효율을 높일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하 는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은, 압축기에 채용되는 모터의 회전자(Rotor)의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법에 대해서 제안하며, 이러한 발명의 설명을 위해, 먼저, 압축기에 대해서 설명하기로 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 압축기를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 모터는 밀폐 용기 내부 프레임에 고정되는 것으로 고정자(22)와, 고정자(22) 내부에 상기 고정자(22)와의 전기적인 상호 작용으로 회전하도록 설치되는 회전자(21)와, 상기 회전자(21)에 압입되어 회전자(21)와 함께 회전하면서 모터의 구동력을 상기 압축유닛으로 전달하도록 마련된 회전축(23)을 포함하여 구성된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 압축기용 모터는 고정자(Stator)(22)와 고정자(22)의 내측에서 회전하는 회전자조립체(Rotor Assembly)를 포함한다.

고정자(22)는 전기적 작용에 의해 내측의 회전자 조립체를 회전시키는 것으로서, 얇은 철판으로 성형된 고정자 코아를 소정 높이로 적층하여 용접 등으로 일체로 결합한 후 코일을 감아 만드는 것이 일반적이다.

회전자조립체는 회전자(21) 및 회전자축(23)으로 구성된다.

회전자(21)는 고정자(22)의 내측에 설치되어 고정자 코일과의 전기적 작용에 의해 회전을 하는 것으로서, 얇은 철판으로 성형된 회전자 코아를 고정자코어에 상응하는 높이로 적층한 후 금형으로 셋팅하여 알루미늄 다이캐스팅(Die-Casting)을 하여 제조한다.

회전자축(23)은 회전자(21)의 중심부에 설치되며, 회전자(21)의 회전운동을 지지하는 것으로 베어링(미도시)에 의해 양단이 지지된다. 그리고 회전자축(23)의 일단에는 회전자(21)의 회전운동을 직선왕복운동이나 편심회전운동으로 변환시켜 냉매를 압축하기 위한 커넥팅로드(미도시)가 조립되어 있다.

상기 고정자(22)는 내측 중앙에 회전자(21)를 수용하도록 마련된 고정자 코어를 구비하며, 고정자 코어의 내면에는 중앙측으로 연장되어 방사상으로 배치되는 티스부가 마련되고, 인접한 티스부들 사이에는 코일이 감겨지는 슬롯이 형성될 수 있다.

회전자(21)는 중앙부에 회전축이 압입되도록 얇은 규소강판을 다수겹 적층하여 마련된 회전자코어와, 상기 회전자에 원주 방향을 따라 교번 극성을 갖도록 배치되는 복수개의 마그네트(20)를 구비한다.

한편, 상기 마그네트(20)는 최초 극성이 없는 상태로 마련되기 때문에, 상술한 고정자(22)와 회전자(21) 간의 상호작용이 가능하도록 하기 위해 최초 극성이 없는 상태의 마그네트(20)는 착자 과정을 거쳐 극성을 갖게 된다.

상술한 바와 같이 구성되는 모터는 상기 고정자(22)에 극이 다른 전류를 교번적으로 인가함에 따라 상기 고정자(22)에 형성되는 회전 자장과 상기 마그네트(20) 사이에서 발생하는 인력과 척력에 의해 상기 회전자(21)와 함께 회전축(23)이 회전되도록 함으로써 구동된다.

그리고 이와 같이 모터의 구동으로 회전축(23)이 회전하게 되면, 연결된 피 스톤이 압축실 내부에서 직선왕복운동하게 되면서 압축실 내부와 외부 사이에 압력차가 형성되고, 이러한 압력차를 통해 흡입관(미도시)을 따라 밀폐용기 내부로 안내된 냉매는 상기 냉매 흡입실을 거쳐 압축실로 흡입되어 압축된다.

또한, 압축실에서 압축된 냉매는 상기 냉매 토출실과 토출관을 따라 밀폐용기 외부로 공급되며, 이러한 과정이 반복적으로 수행되면서 압축기에 의한 냉매의 압축 작용이 수행된다.

즉, 정리하면, 상기와 같은 모터에 의해 압축기는 증발기측에서 흡입된 저온저압의 냉매기체를 고온고압의 냉매기체로 압축하여 응축기로 내보내게 된다.

그러면, 상술한 바와 같은 압축기에 채택되는 모터에서 회전자의 위치 추정 장치에 대해서 설명하기로 한다. 도 3 및 도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 압축기 모터의 위치 추정 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4에서는, 발명의 요지를 명확히 하기 위하여, 압축기 모터의 위치 추정 장치의 필요한 부분만 도시하고 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 장치는, 회전자(21), 검출용 도체(30), 기전력 검출기(40) 및 제어기(50)를 포함한다.

회전자(21)는 고정자(22) 내부에 회전 가능하도록 설치되며 외주 쪽에 교번 극성을 갖도록 복수개의 마그네트(20)가 배치된다. 마그네트(20)의 극성은 착자 과정을 거쳐 교번 극성을 갖도록 한다.

검출용 도체(30)는 상기 회전자의 외주면 바깥 영역에 형성되며, 그 크기는 대향하는 마그네트(20)의 어느 일 극성의 길이가 됨이 바람직하다.

특히, 검출용 도체(30)은 코일(35)이 권선되어 있으며, 권선된 코일(35)은 기전력 검출기와 연결된다.

기전력 검출기(40)는 검출용 도체(30)에 권선된 코일(35)을 통해 유기되는 기전력을 추출한다. 이러한 기전력은 검출용 도체(30)에 회전자의 마그네트(20)의 위치 및 극성에 따라 그 크기가 달라진다.

기전력 검출기(40)는 OP 앰프의 필터를 사용함이 바람직하다.

제어기(50)는 상기 기전력 검출기(40)가 검출한 기전력에 따라 상기 회전자(21)의 위치를 판단하고, 판단한 위치에 따라 모터를 제어한다. 여기서, 제어기(50)는 범용 마이크로프로세서(MICRO PROCESSOR) 등이 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 검출용 도체(30)에 대한 회전자의 마그네트(20)의 극성에 따라 유기되는 기전력이 달라지므로, 회전자(21)의 위치를 추정할 수 있다.

이러한 위치 검출 방법에 대해서 보다 자세히 설명하기로 한다.

도 5 및 도 6은 검출용 도체에 대한 회전자의 위치에 따라 달라지는 기전력에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 회전자의 마그네트(20)는 교번 극성을 가지며, 회전자(21)에 동기되어 회전한다. 따라서 본 발명은 이러한 마그네트(20)와 코일(35)이 권선된 검출용 도체에 의해 코일에 유기되는 기전력을 측정하여 회전자의 위치를 추정한다.

도 5를 참조하여 검출용 도체(30)에 대향되는 마그네트(20)의 극성과 유기되 는 기전력의 상관관계에 대해서 설명하기로 한다.

도 5(a)의 경우, 검출용 도체(30)에 대향하여 위치하는 마그네트(20)는 두 개의 극성을 가진다. 반면, 도5(b)의 경우, 검출용 도체(30)에 대향하여 위치하는 마그네트(20)는 하나의 극성이 존재한다.

유기 되는 기전력을 각각 V1, 및 V2라고 하면, V2 보다 V1가 크다(V1 > V2). 즉, 검출용 도체(30)에 대향하여 위치하는 마그네트(20)의 극성이 서로 다른 경우에 유기 되는 기전력이 더 크다.

특히, V2는 0이 된다. 즉, 검출용 도체(30)에 대향하여 위치하는 마그네트(20)가 단일 극성인 경우, 유기되는 기전력은 0이 된다.

즉, 제어기(50)는 기전력 검출기(40)가 검출한 기전력이 0이면, 검출용 도체(30)에 대향한 회전자의 마그네트(20)는 하나의 극성을 가지는 것으로 판단한다. 반면, 제어기(50)는 기전력 검출기(40)가 검출한 기전력이 0이 아니면, 검출용 도체(30)에 대향한 회전자의 마그네트(20)는 두 개의 극성을 가지는 것으로 판단한다.

그러면, 두 개의 극성을 가지는 경우, 도 6의 그래프를 참조하여 검출용 도체에 대향되는 마그네트가 극성이 바뀌는 경우의 극성과 유기되는 기전력의 상관 관계에 대해서 설명하기로 한다.

검출용 도체(30)에 대향하는 마그네트(20)의 극성은 회전자(21)가 회전함에 따라 변경될 수 있다.

도면 부호 401은 마그네트(35)의 방향이 S극 및 N극 순서이며, 도면 부호 403은 마그네트(35)의 방향이 N극 및 S극 순서이다.

그래프에 도시된 바와 같이, 도면 부호 401의 경우, 양의 기전력이 유기되며, 도면 부호 403의 경우, 음의 기전력이 유기된다. 이러한 기전력의 크기에 따라 회전자의 위치를 알 수 있다.

즉, 제어기(50)는 기전력 검출기(40)가 검출한 기전력이 0이 아니면, 검출용 도체(30)에 대향한 회전자의 마그네트(20)는 두 개의 극성을 가지는 것으로 판단하며, 제어기(50)는 기전력 검출기(40)가 검출한 기전력의 양 또는 음의 여부에 따라 상기 마그네트(20)의 두 개의 극성의 배치 순서를 판단한다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 압축기를 설명하기 위한 도면.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 압축기 모터의 위치 추정 장치에 대해서 설명하기 위한 도면.

도 5 및 도 6은 검출용 도체에 대한 회전자의 위치에 따라 달라지는 기전력에 대해서 설명하기 위한 도면.

Claims (5)

1. 압축기 모터에 있어서,

   상기 압축기의 프레임에 고정되는 고정자의 내부에 회전 가능하도록 설치되며 외주 쪽에 교번 극성을 갖도록 복수개의 마그네트가 배치되는 회전자;

   상기 회전자의 외주면 일부에 형성되며, 코일이 권선된 검출용 도체;

   상기 검출용 도체에 대향하는 상기 마그네트의 극성에 따라 상기 검출용 도체에 권선된 코일로 유기되는 기전력을 추출하는 기전력 검출기; 및

   상기 기전력 검출기가 검출한 기전력에 따라 상기 회전자의 위치를 판단하고, 판단한 위치에 따라 모터를 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 모터 위치 추정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 기전력 검출기는 OP 앰프의 필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기의 모터 위치 추정 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어기는 상기 기전력 검출기가 검출한 기전력이 0이면, 상기 검출용 도체에 대향한 상기 회전자의 마그네트는 하나의 극성을 가지는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 압축기의 모터 위치 추정 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어기는 상기 기전력 검출기가 검출한 기전력이 0이 아니면, 상기 검출용 도체에 대향한 상기 회전자의 마그네트는 두 개의 극성을 가지는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 압축기의 모터 위치 추정 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제어기는 상기 기전력 검출기가 검출한 기전력의 양 또는 음의 여부에 따라 상기 마그네트의 두 개의 극성의 배치 순서를 판단하는 것을 특징으로 하는 압축기의 모터 위치 추정 장치.

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