KR20110028611A - 전기 모터를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

변환 장치를 이용하여, 전기 모터에 공급된 모터 전류를 제어하는 방법이 제공된다. 변환 장치는 변환기 회로와, 변환기 회로의 입력부에 연결된 축전기를 포함한다. 이 방법은, 축전기의 온도가 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값 이상이 되는 온도에 도달한 후, 교류 전류를 전기 모터에 공급하는 방식으로, 변환기 회로를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

전기 모터를 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 변환 장치를 사용하는 전기 모터의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 전기 모터를 제어하기 위해서는 PWM 제어 변환 장치가 공지되어 있다. 변환 장치는 제어 요소로서, 파워 트랜지스터 또는 IGBT (insulated gate bipolar transistor) 를 이용한다. 파워 트랜지스터 또는 IGBT 의 전환 속도는 사이리스터 (thyristor) 변환기의 전환 속도 보다 높다. 따라서, 변환 장치를 전기 모터에 연결하는 케이블 (와이어) 이 길면, 변환기의 출력 전압의 마루 값 (crest value) 의 두 배보다 큰 서지 전압 (surge voltage) 이 전기 모터의 단자 사이에 생성된다. 서지 전압은 전기 모터의 코일을 손상시키고, 절연체의 파손을 일으킬 수 있다.

일본 공개 특허 공보 제 6-38543에는 서지 전압의 생성을 억제하는 제어 장치가 기재되어 있다. 제어 장치는 변환 장치의 출력부에 연결된 반응기, 반응기에 연결된 서지 전압 억제 장치, 및 전기 모터의 단자를 포함한다. 서지 전압 억제 장치는 축전기 (capacitor) 와 저항기가 서로 직렬로 연결되는 회로를 포함한다.

변환 장치는 변환 회로와 평활 축전기를 포함한다. 변환기 회로는 다수의 반도체 요소의 조합으로 구성된다. 평활 축전기는 전원 (배터리) 과 병렬로 연결된다. 축전기는 전극의 저항에 의해 야기되는, 또는 유전체의 특성에 따라 저항 요소를 갖는다. 이러한 저항 요소는 "등가 직렬 저항 (ESR)"으로 불린다. ESR은 대기 레벨 (level) 에서부터 높은 레벨까지의 온도 범위에서 무시될 수 있다. 그러나, ESR은 낮은 온도 (예컨대 0 ℃ 이하) 하에서, ESR이 무시될 수 없는 레벨까지 증가한다. 전기 모터가 상기 변환 장치를 이용하여 구동되면, 축전기에 흐르는 모터 전류는 ESR 에 의해 발생되는 서지 전압을 생성한다. 서지 전압이 반도체 요소의 저항 전압을 초과하면, 반도체 요소는 손상된다. 따라서, 모터 전류가, PWM 제어 변환 장치의 대기 온도가 0 ℃ 이하인 경우 축전기가 변환기 회로의 입력부에 연결되는 변환 장치를 제어하여 전기 모터에 공급되면, 축전기의 ESR에 의한 영향이 고려되어야 한다.

변환기 장치의 구성이 서지 전압으로 손상되는 것을 방지하기 위해, 일부 제어 장치는 최대 수용가능 모터 전류값을 저장하는 맵을 갖는다. 최대 수용가능 모터 전류 값은 각 온도에서 전기 모터에 공급될 수 있는 모터 전류의 최대 값을 나타낸다. 이러한 제어 장치는 맵을 근거로 변환 장치를 제어한다.

그러나, 공통 표준의 축전기를 위해서는 ESR의 레벨이 제품에서 제품까지 크게 변한다. 따라서, 이러한 변화를 고려하면, 큰 안정성 마진이 대기 온도에 대해 최대 수용가능 모터 전류 값을 저장하는 맵에 부여된다. 이는 전기 모터에 공급되는 전류의 값을 저하하고, 따라서 전기 모터의 작동 범위를 감소시킨다.

특히, 에어 컨디셔너용 전기 압축기를 포함하는 산업 차량 (포크리프트) 에서, 압축기에 의해 압축된 냉매는 차량을 냉온 저장 창고에서 작업하는 경우 액화될 수 있다. 이는 액화된 냉매를 압축하기 위해 필요한 토크 및, 전기 모터를 시작하기 위한 토크를 증가시킨다. 따라서, 최대 수용가능 모터 전류 값은 전기 모터를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값보다 낮아지게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 초과된 큰 서지 전압이 억제되면서 전기 모터가 작동되는, 전기 모터를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 그리고 본 발명의 일 양태에 따라서, 변환 장치를 사용하는 전기 모터에 공급된 모터 전류를 조정하기 위한 방법이 제공된다. 변환 장치는 변환기 회로 및 변환기 회로의 입력부에 연결된 축전기를 포함한다. 상기 방법은, 축전기의 온도와 모터 전류의 최대 값 사이의 관계를 나타내는 맵 또는 표식을 이용하여, 축전기의 등가 직렬 저항에 의해 생성된 서지 전압에 의해 변환 장치의 성분이 손상되는 것을 방지하는, 최대 수용가능 모터 전류 값을 설정하는 단계; 축전기의 온도가 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값보다 작은 범위에 있다면, d-축 전류로서, 최대 수용가능 모터 전류 값보다 작은 직류 전류를 전기 모터에 공급하는 방식으로, 전기 모터의 로터의 회전 위치를 판정하고 변환기 회로를 제어하는 단계; 및 축전기의 온도가 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값 이상이되는 온도에 도달한 후, 교류 전류를 전기 모터에 공급하는 방식으로, 변환기 회로를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따라서, 변환기 회로를 이용하여 전기 모터에 공급된 모터 전류를 조정하기 위한 장치가 제공된다. 변환 장치는 변환기 회로, 및 변환기 회로의 입력부에 연결된 축전기를 포함한다. 장치는 온도 검출부, 기억부, 로터 위치 판정부, 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부, 및 변환 장치 제어부를 포함한다. 온도 검출부는 축전기의 온도 또는 축전기의 온도를 반영하는 온도를 검출한다. 기억부는 최대 수용가능 모터 전류 값과 축전기의 온도 사이의 관계를 나타내는 맵 또는 표식을 저장한다. 최대 수용가능 모터 전류 값은 축전기의 등가 직류 저항에 의해 생성되는 서지 전압에 의해 변환 장치의 성분이 손상되는 것을 방지하는 모터 전류의 최대 값이다. 로터 위치 판정부는 전기 모터의 로터의 회전 위치를 판정한다. 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부는 온도 검출부에 의해 검출된 온도와, 맵 또는 표식 중 하나를 토대로 축전기의 온도에 대응하는 최대 수용가능 모터 전류 값을 계산한다. 변환 장치 제어부는, 로터 위치 판정부에 의해 판정된 로터의 회전 위치와 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부에 의해 계산된 최대 수용가능 모터 전류 값을 토대로, d-축 전류로서, 최대 수용가능 모터 전류 값보다 작은 직류 전류를 전기 모터에 공급하는 방식으로 변환기 회로를 제어한다.

본 발명의 다른 양태 및 장점은 본 발명의 원리를 예로서 설명하는 첨부된 도면과 함께 다음의 설명으로 명백해진다.

본 발명과 그 목적 및 장점은, 첨부된 도면과 함께 다음의 바람직한 실시예의 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 제어 장치에 의해 실행되는 계산 과정을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 최대 수용 모터 전류 값, 축전기 온도, 및 요구되는 모터 시작 전류 값의 관계를 나타내는 블록도이다.
도 4 는 도 1 의 제어 장치에 의해 실행되는 예열 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 5 는 U, V, 및 W 상에 가해진 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 장치에 의해 실행되는 예열 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 7 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제어 장치에 의해 실행되는 예열 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 8 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제어 장치에 의해 전기 모터에 공급되는 전류의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 다른 실시예에 따른 U 상의 케이블 내의 전환 시간과 전류 흐름 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 장치 (11) 는 도 1 내지 도 5 를 참조하여 이하 설명된다. 제어 장치 (11) 는 차량에 장착된 에어 컨디셔너의 전기 압축기용 전기 모터 (10) 를 제어한다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 전기 모터 (10) 의 제어 장치 (11) 는 변환 장치 (12), 및 변환 장치 제어부로서 기능하는 제어부 (13) 를 갖는다. 전기 모터 (10) 는 3 상 AC 모터이다. 변환 장치 (12) 는 퓨즈 (15) 를 통해 주 배터리 (14) 또는 차량 구동용 전원에 연결된다.

변환 장치 (12) 는 6 개의 전환 요소 (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) 를 갖는 변환 회로 (16) 를 포함한다. 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 각각은 IGBT (insulated gate bipolar transistor) 이다. 변환기 회로 (16) 에서, 제 1 전환 요소 (Q1), 제 3 전환 요소 (Q3), 및 제 5 전환 요소 (Q5) 는 각각 제 2 전환 요소 (Q2), 제 4 전환 요소 (Q4), 및 제 6 전환 요소 (Q6) 와 직렬로 연결된다. 제 1 전환 요소 (Q1), 제 3 전환 요소 (Q3), 및 제 5 전환 요소 (Q5) 는 코일 (17) 과 퓨즈 (15) 를 통해 주 배터리 (14) 의 양극 단자에 연결된다. 제 2 전환 요소 (Q2), 제 4 전환 요소 (Q4), 및 제 6 전환 요소 (Q6) 는 주 배터리 (14) 의 음극 단자에 연결된다. 제 1 전환 요소 (Q1) 와 제 2 전환 요소 (Q2) 사이의 노드 (node) 는 전기 모터 (10) 의 U 상 단자에 연결된다. 제 3 전환 요소 (Q3) 와 제 4 전환 요소 (Q4) 사이의 노드는 전기 모터 (10) 의 V 상 단자에 연결된다. 제 5 전환 요소 (Q5) 와 제 6 전환 요소 (Q6) 사이의 노드는 전기 모터 (10) 의 W 상 단자에 연결된다.

전류 검출부인 전류 센서 (18a, 18b) 가 변환 장치 (12) 를 전기 모터 (10) 에 연결하는 케이블에 제공된다. 전류 센서 (18a, 18b) 는 전기 모터 (10) 에 공급되는, 3 상의 전류 (Iu, Iv, Iw) 중에서 2 상 (제 1 실시예에서, U 및 W 상의 전류), 또는 전류 (Iu, Iw) 를 검출한다. 제어 장치 (11) 는 변환 장치 (12) 에 연결된 전압 센서 (19) 를 포함한다.

변환기 회로 (16) 는 주 배터리 (14) 와 병렬로 연결된 축전기 (입력 축전기; 20) 에 연결된다. 제 1 실시예의 축전기 (20) 는 전해질 축전기이다. 제 1 전환 요소 (Q1), 제 3 전환 요소 (Q3), 및 제 5 전환 요소 (Q5) 는 축전기 (20) 의 양극 단자에 연결된다. 제 2 전환 요소 (Q2), 제 4 전환 요소 (Q4), 및 제 6 전환 요소 (Q6) 는 축전기 (20) 의 음극 단자에 연결된다. 도 1 은 축전기 (20) 와 직렬로 연결된 저항기 (Rs) 를 도시하고 있다. 저항기 (Rs) 는 축전기 (20) 의 등가 직렬 저항 (ESR) 을 나타낸다.

제어 장치 (11) 는 또한 온도 센서 (21), 또는 축전기 (20) 의 온도를 반영하는 온도를 검출하는 온도 검출부를 포함한다. 온도 센서 (21) 는 제어부 (13) 에 연결된다. 온도 센서 (21) 가 축전기 (20) 의 온도를 반영하는 온도를 측정할 수 있는 위치에, 온도 센서 (21) 를 위치하는 한, 온도 센서 (21) 는 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 즉, 온도 센서 (21) 의 위치는 축전기 (20) 의 가까운 주변의 위치로 제한되지는 않는다. 제 1 실시예에서, 온도 센서 (21) 는 전환 요소의 주변에 위치된다.

변환 장치 (12) 를 제어하는 제어부 (13) 는 CPU (central processing unit; 22), 및 기억부로서 기능하는 메모리 (23) 를 포함한다. 메모리 (23) 는 전기 모터 (10) 를 제어하는 제어 프로그램, 및 제어 프로그램을 실행하는데 필요한 데이터와 맵을 저장한다. 제어 프로그램은 전기 모터 (10) 에 벡터 제어를 적용하게 하는 제어 프로그램, 온도 센서 (21) 의 검출 결과를 토대로 또는 맵을 참조로 특정 축전기 온도를 위해 최대 수용가능 모터 전류 값을 계산하게 하는 제어 프로그램, 그리고 d-축 직류 전류를 전기 모터 (10) 에 가하게 하는 제어 프로그램을 포함한다.

CPU (22) 는 도시되지 않은 구동 회로를 통해 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 각각의 게이트 또는 제어 단자에 연결된다. CPU (22) 는 도시되지 않은 입력 인터페이스를 통해 전류 센서 (18a, 18b) 그리고 전압 센서 (19) 에 연결된다. CPU (22) 는 센서 (18a, 18b, 19, 21) 로부터의 검출 신호를 토대로 구동 회로를 통해 각각의 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 로 제어 신호를 출력한다. 제어 신호에 대응하여, 전기 모터 (10) 는, 전기 모터 (10) 의 출력이 목표 출력 값에 도달하는 방식으로 제어된다. 변환기 회로 (16) 는 주 베터리 (14) 로부터 공급되는 직류 전압을 적절한 주파수를 갖는 3 상 교류 전압으로 변환하고, 전기 모터 (10) 로 교류 전압을 출력한다.

제어부 (13) 는 도 2 에 도시된 절차에 따라 계산을 실행한다. 특히, 제어부 (13) 는 축전기 온도 계산부 (24), 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부 (25), 로터 상 판정부 (로터 위치 판정부; 26), 목표 d-축 모터 전류 계산부 (27), 그리고 명령 전압 계산부 (28) 를 포함한다. 축전기 온도 계산부 (24) 는 온도 센서 (21) 의 검출 신호에 대응하여 축전기 온도를 판정한다. 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부 (25) 는 맵을 참조하여 축전기 온도 계산부 (24) 에 의해 얻어진 축전기 온도를 위한 최대 수용가능 모터 전류 값을 계산한다. 로터 상 판정부 (26) 는 전류 센서 (18a, 18b) 와 전압 센서 (19) 의 출력 신호를 토대로 로터의 회전 위치 (회전 상 (θ)) 를 판정한다. 로터의 회전 위치는 예컨대 다음 방식으로 판정된다. 즉, 전압 펄스는 전압 센서 (19) 에 의해 검출되는 전압으로부터 계산된다. 그 후, 전압 펄스는 전기 모터 (10) 의 U, V, 및 W 상에 가해지고, 각 상에 흐르는 전류의 양은 전류 센서 (18a, 18b) 중 대응하는 하나에 의해 검출된다. 그 후, 로터의 회전 위치는 전류 센서 (18a, 18b) 의 검출 신호와 메모리 (23) 에 저장된 로터 위치 판정 맵 사이의 비교를 통해 판정된다. 목표 d-축 모터 전류 값 계산부 (27) 는 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부 (25) 에서 얻어진 최대 수용가능 모터 전류 값, 및 로터 상 판정부 (26) 에 의해 판정된 상 (θ) 을 이용하여 목표 d-축 모터 전류 값을 설정한다. 명령 전압 계산부 (28) 는 전류 모터 (10) 에 공급되는 명령 전압을 계산한다. 즉, 명령 전압 계산부 (28) 는 명령 d-축 전류 및 명령 q-축 전류를 대응 명령 2 상 전압으로 변환한다. 그 후, 명령 2 상 전압은 도시되지 않은 2 상/3 상 변환부를 통해 U, V, 및 W 에 대응하는 명령 3 상 전압으로 변환된다. 결국, 명령 3 상 전압은 전력 모터 (10) 에 출력된다.

이하, 제어 장치 (11) 의 작동은 도 4 에 도시된 흐름도를 참조하여 설명한다.

제어 장치 (11) 가 시작된 후, CPU (22) 는 우선 온도 센서 (21) 로부터 검출 신호를 수용하며, 축전기 온도를 계산한다 (단계 S1). 그 후, CPU (22) 는 축전기 온도와 최대 수용가능 모터 전류 값 사이의 관계를 나타내는 맵을 기준으로 축전기 온도에 대응하는 최대 수용가능 모터 전류 값을 결정한다. 또한, CPU (22) 는 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 발생하는 값보다 작은지를 결정한다 (단계 S2). 도 3 을 참조하여, 맵은 축전기 온도, 최대 수용가능 모터 전류 값, 및 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크를 생성하기 위한 전류 값 사이의 관계를 저장한다. 제 1 실시예에서, 도 3 을 참조로 최대 수용가능 모터 전류는 0 ℃ 이상에서 공급된다. 그러나, 최대 수용가능 모터 전류는 사용되는 축전기의 종류에 따라서, 0 ℃ 미만의 온도에서 공급될 수 있다.

만일 단계 S2 에서, 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값 이상인 범위 내에 축전기 온도가 존재하면, CPU (22) 는 정상 제어를 실행한다 (단계 S3). 정상 제어에서, 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 는, d-축 전류와 q-축 전류가 최대 수용가능 모터 전류 값보다 작고, 전기 모터 (10) 의 축력이 토크 속도와 목표 토크를 달성하는 방식으로 제어된다.

단계 (S2) 의 결정이 긍정이면, 즉 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값보다 작은 범위 내에 축전기 온도가 존재하면, CPU (22) 는 축전기 (20) 에 전류를 공급하며, 예열 제어를 실행한다. CPU (22) 는 전류 축전기 온도에 대응하는 최대 수용가능 모터 전류 값을 계산한다 (단계 S4). 그 후, CPU (22) 는 전류 센서 (18a, 18b) 와 전압 센서 (19) 의 검출 신호에 대응하는 로터의 회전 위치 (상; θ) 를 판정한다 (단계 S5). 다음으로, CPU (22) 는 계산된 최대 수용가능 모터 전류 값과 결정된 상 (θ) 을 이용하여 목표 d-축 전류를 결정한다 (단계 S6).

다음으로, CPU (22) 는 명령 d-축 전압 값 및 명령 q-축 전압 값을 결정하며, d-축 모터 전류 값과 q-축 모터 전류 값이 목표 d-축 전류 값과 목표 q-축 전류 값 (O [A]) 에 각각 도달하는 것에 대응하는 제어 신호를 변환기 회로 (16) 에 출력한다 (단계 S7). 그 후, 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 는 제어 신호에 대응하는 듀티 사이클 (duty cycle) 에 의해 스위치 온 (on) 및 스위치 오프 (off) 된다. 이 단계에서, 목표 q-축 전류 값이 0[A] 으로 조정된다. 이는, 목표 d-축 전류 값에 대응하는 직류 전류를 전기 모터 (10) 에 제공한다. 더욱이, 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 는, 직류 전류가 축전기 (20) 에 또한 공급되는 방식으로 선택적으로 스위치 온 및 스위치 오프된다. 축전기 (20) 로의 직류 전류의 이러한 공급은 축전기 (20) 를 가열한다. 그 후, 단계 S1 내지 S7 에 대응하는 처리가, 축전기 온도가 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 발생하는 값 이상인 온도에 도달할 때까지 반복해서 실행된다. 축전기 온도가, 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 발생하는 값 이상인 온도에 도달하면, CPU (22) 는 예열 제어를 끝내고, 정상 작동으로 전환한다.

U, V, 및 W 상 중 각각의 하나에 공급되는 전류의 최대 값은, 최대 수용가능 모터 전류 값과, 현 시점에서의 로터의 위치에 대응하여 결정된다. CPU (22) 는, 목표 d-축 전류가 시작에서부터 U, V, 및 W 상에 공급되는 방식으로 전압을 제어하는 대신, U, V, 및 W 상 각각에서 흐르는 전류가 목표 전류 값에 점진적으로 도달하는 방식으로 U, V, 및 W 상의 각각에 공급된 전압을 제어한다.

제 1 실시예는 다음과 같은 장점이 있다.

(1) 제어 장치 (11) 는 변환기 회로 (16) 의 입력부에 연결되는 축전기 (20) 의 온도 또는 축전기 온도를 반영하는 온도를 검출하는 온도 센서 (21) 를 포함하며, 또한 축전기 (20) 의 온도와 최대 수용가능 모터 전류 값 사이의 관계를 나타내는, 축전기 (20) 의 등가 직렬 저항에 의해 생성되는 서지 전압에 의한 손상으로부터 변환 장치 (12) 의 성분을 방지하는 맵을 포함한다. 제어 장치 (11) 는, 맵을 이용하여, 최대 수용가능 모터 전류 값보다 작은 전류가 전기 모터 (10) 에서 흐르는 방식으로 변환기 회로 (16) 를 제어한다. 이런 방식으로, 변환 장치 (12) 의 성분은 낮은 온도 하에서 서지 전압에 의한 손상으로부터 보호된다.

(2) 제어 장치 (11) 는 맵을 토대로 최대 수용가능 모터 전류 값을 계산하는 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부 (25) 를 갖는다. 제어 장치 (11) 는 더욱이 제어부 (13) 를 포함하며, 이 제어부는 전류 센서 (18a, 18b) 및 전압 센서 (19) 의 검출 신호로부터 판정된 로터의 위치 및 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부 (25) 에 의해 계산된 최대 수용가능 모터 전류 값을 토대로 d-축 전류로서, 최대 수용가능 모터 전류 값보다 작은 직류 전류가 전기 모터 (10) 에 공급되는 방식으로 변환 장치 (12) 를 제어한다. 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 방생하는 값보다 작은 범위 내에 축전기 (20) 의 온도가 존재하면, 제어 장치 (11) 는 예열 제어를 실행한다. 특히, 제어 장치 (11) 는 최대 수용가능 모터 전류 값보다 작은 d-축 전류를 축전기 (20) 에 공급하여, 축전기 (20) 를 가열한다. 그 후, 제어 장치 (11) 는 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 전기 모터 (10) 에 교류 전류를 제공한다. 그 결과, 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위한 토크가 방생하는 값보다 작은 범위 내에 축전기의 온도가 존재하면, 즉, 제어 장치 (11) 의 대기의 온도 (대기 중의 온도) 가 낮은 경우, 전기 모터 (10) 를 시작하기 위한 토크가 생성되며, 동시에 초과의 큰 서지 전압이 생성되는 것이 방지된다.

(3) 로터의 위치는 전류 센서 (18a, 18b) 및 전압 센서 (19) 의 검출 신호를 토대로 판정된다. 이로써 전기 모터 (10) 의 로터의 회전 위치를 판정하기 위해 추가의 센서를 제공할 필요가 없다.

(4) 축전기 (20) 상에 실시되는 예열 제어에서, 시작에서부터 전기 모터 (10) 에 목표 d-축 전류가 공급되는 방식으로 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 를 작동하는 대신, 전기 모터 (10) 에 공급되는 전류가 목표 전류 값 (최대 수용가능 모터 전류 값) 으로 점진적으로 증가하는 방식으로, 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 는, 선택적으로 스위치 온 및 스위치 오프된다. 이는 오버슈트 (overshoot) 전류를 감소시키고, 소음을 억제한다.

(5) 전기 모터 (10) 는 전기 압축기용 전기 모터이다. 전기 압축기가 낮은 온도 (예컨대, 0 ℃ 이하) 에서 구동되면, 압축기에 의해 압축된 냉매는 액화되고 전기 모터 (10) 를 구동시키기 위해 필요한 토크를 증가시킨다. 따라서, 예열 제어 없이, 낮은 온도에서 전기 모터 (10) 가 작동되게 하는 온도 범위는 제한된다. 그러나, 예열 제어를 통해, 이러한 범위는 확대된다. 따라서, 전기 모터 (10) 는 전기 압축기를 위해 전기 모터로서 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 실시예가 도 6 을 참조하여 이하 설명된다. 제 2 실시예는 제 1 실시예의 방법과 다른 축전기 온도 계산 방법을 사용한다. 동일한 참조 번호가 제 1 실시예의 성분에 대응하는 동일한 제 2 실시예의 성분에 부여되며, 그 설명은 생략된다.

제 1 실시예에서, CPU (22) 는 온도 센서 (21) 의 전류 검출 신호를 수용하고 축전기 온도를 계산한다. 그러나, 제 2 실시예에서, CPU (22) 는, 변환 장치 (12) 가 시작되면, 제한적으로 온도 센서 (21) 의 검출 신호를 토대로 축전기 온도를 계산한다. 그 후에, 변환 장치 (12) 가 시작되면, 축전기 온도는 기준 온도로서 사용된다. 따라서, CPU (22) 는 기준 온도, 변환 장치 (12) 에 공급되는 전류의 양, 및 이러한 전류 공급의 기간을 토대로 축전기 온도를 판정 (계산) 한다.

메모리 (23) 는 기준 온도, 및 맵 또는 표식을 저장하고, 이들을 이용하여, 제어 장치 (11) 의 시작 후 축전기 온도가 변환 장치 (12) 에 공급되는 전류의 양, 및 이러한 전류 공급의 기간을 토대로 계산된다. 맵은 전기 모터 (10) 의 시뮬레이션 또는 실제 작동을 통해 미리 생성된다. 더욱이, CPU (22) 는 변환 장치 (12) 에 공급되는 전류의 양, 및 이러한 전류 공급의 기간을 토대로 연속적으로 계산하고, 메모리 (23) 에 그 결과를 저장한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 장치 (11) 의 작동이 이하 도 6 의 흐름도를 참조로 설명된다. 제 2 실시예에서, 제어 장치 (11) 는 단계 S1 에 대응하는 단계 외에는 제 1 실시예의 단계와 동일한 절차를 실행한다. 따라서, 도 6 에서, 도 4 의 단계 S2 ~ S7 는 생략된다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에서, 제어 장치 (11) 는 단계 S1 대신, 단계 S1a, 단계 S1b, 및 단계 S1c 순으로 실행된다. 도 4 의 흐름도의 단계 S7 후, 제어 장치 (11) 는 단계 S1 대신 단계 S1c 로 복귀한다.

특히, 제 2 실시예에서, 제어 장치가 시작된 후, CPU (22) 는 온도 센서 (21) 의 검출 신호를 수용한다 (단계 S1a). 그 후, CPU (22) 는 축전기 온도를 결정하고, 기준 온도에 대해 축전기 온도를 설정하고, 메모리 (23) 에 기준 온도를 저장한다 (단계 S1b). 이어서, CPU (22) 는 제어 장치 (11) 의 시작 후, 맵을 이용하여, 기준 온도, 현 시점에서 공급되는 전류의 양, 및 이러한 전류 공급의 기간에 대응하는 축전기 온도를 결정한다 (단계 S1c). 그 후, CPU (22) 는 제 1 실시예와 같이 단계 S2 ~ S7 을 실행한다. 단계 S7 후, CPU (22) 는 단계 S1c 로 복귀한다. 즉, 제 2 실시예는, 제어 장치 (11) 가 시작되면, CPU (22) 에 의해 온도 센서 (21) 로부터 검출 신호의 수용이 제한적으로 일어나는 것이 제 1 실시예와 상이하다. CPU (22) 는 맵을 이용하여, 기준 온도, 현 시점에서 공급된 전류의 양, 및 이러한 전류 공급 기간에 대응하여 축전기 온도를 계산하고, 온도 센서 (21) 의 검출 신호의 수용 없이, 예열 제어에서 뿐만 아니라, CPU (22) 에 의한 제어 후에도 정상 제어로 전환된다.

제 2 실시예는 제 1 실시예의 (1) ~ (5) 에 기재된 것과 등가의 장점에 다음 장점을 부가한다. (2) 와 등가의 장점에서, 맵을 참조하여 온도 센서 (21) 에 의해 검출된 온도에 대응하는 최대 수용가능 모터 전류 값을 계산하는 대신, 계산된 축전기 온도에 대응하는 최대 수용가능 모터 전류 값은 맵을 이용하여, 기준 온도, 현 시점에서 공급된 전류의 양, 그리고 이러한 전류 공급의 기간에 대응하여 결정된다.

(6) 낮은 대기 온도 (예컨대, 0℃ 이하) 하에서, 변환 장치 (12) 의 각 지점의 온도는, 전기 모터 (10) 의 워밍업을 통해 축전기 온도가 상승하는 동안, 축전기 온도와 같아 지지 않거나, 또는 축전기 온도에 비례하여 변화한다. 특히, 축전기 (20) 로부터 떨어진 부분의 온도는 축전기 온도를 반영하지 않는다. 따라서, 온도 센서 (21) 는 국부 온도가 실제 축전기 (20) 의 온도를 반영하지 않는 위치에 위치되며, 전기 모터 (10) 의 시작 이래 시간이 경과하면 실제 축전기 (20) 의 온도가 상승하는 사실에도 불구하고, 축전기 온도의 증가 양은 극히 작아진다. 이는 예열 제어에서 공급된 d-축 전류의 양을 감소시킨다. 그 결과, 모터 전류가 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크를 생성하기 위해 요구되는 값이 되는 시간을 위해 시간 연장이 요구된다. 그러나, 제 2 실시예에서, 변환 장치 (12) 가 시작되면, 온도 센서 (21) 에 의해 얻어진 축전기 온도는 기준 온도로서 사용된다. 축전기 (20) 의 온도는 기준 온도, 변환 장치 (12) 에 공급된 전류의 양, 그리고 이러한 전류 공급의 기간에 대응하여 판정된다. 따라서, 온도 센서 (21) 가 사용되지 않는 위치에 관계없이, 축전기 (20) 의 온도는 정확하게 판정된다. 따라서, 실제 축전기 (20) 의 온도에 대응하는 제한된 전류가 d-축 전류로서 제공된다. 그 결과, 전기 모터 (10) 의 워밍업이 빨리 완료된다. 더욱이, 온도 센서 (21) 가 축전기 (20) 의 온도의 증가가 낮은 대기 온도 (예컨대, 0 ℃ 이하) 가 반영되지 않는 위치에 배치되더라도, 축전기 (20) 의 온도를 직접 검출하는 추가의 센서의 사용은 필요 없다.

본 발명의 제 3 실시예가 도 7 및 도 8 을 참조하여 이하 설명된다. 제 3 실시예는 예열 제어가 정상 제어로 전환되는 경우 제 1 실시예와 다른 조건을 이용한다. 동일한 참조 번호가 제 1 실시예의 성분에 대응하는 동일한 제 3 실시예의 성분에 부여되며, 그 설명은 생략된다.

제 1 실시예에서, 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값 이상인 범위에 축전기 온도가 도달하면, 정상 제어가 실행된다. 제 3 실시예에서, 축전기 온도가 이 범위에 도달한 후, q-축 전류는 모터 출력이 제한된 전기 모터 (10) 에 공급되고, 축전기 온도가 출력 제한이 불필요한 값에 도달할 때까지, 이러한 출력 제한 하에서 공급될 수 있는 잉여 전류가 d-축 전류로서 전기 모터 (10) 에 공급된다. 축전기 온도가 그 값에 도달한 후, 정상 제어가 실행된다.

제 3 실시예의 제어 장치 (11) 는, 제 1 실시예의 단계 S3 대신 단계 S8, S9, S10 이 실행되는 것이 제 1 실시예와 상이하다.

제 3 실시예에서, 단계 S2 의 판정이 부정, 즉 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값 이상인 범위에 축전기 온도가 존재하면, CPU (22) 는 축전기 온도가 출력 제한이 불필요한 온도보다 작은지를 결정한다 (단계 S8). 단계 S8 에서 부정 판결이 나오면, 또는 축전기 온도가 출력 온도가 불필요한 온도 이상이면, CPU (22) 는 정상 제어를 실행한다 (단계 S10).

단계 S8 의 판결이 긍정이면, 즉 축전기 온도가 출력 제한이 불필요한 온도보다 작으면, CPU (22) 는 낮은 속도로 전기 모터 (10) 를 작동시킨다 (단계 S9). 즉, 전기 모터 (10) 가 낮은 속도로 회전되는 경우, 축전기 온도는 최대 수용가능 모터 전류 값이 공급될 수 있는 값보다 작거나, 또는 출력 제한이 불필요한 값보다 작다. CPU (22) 는, 전기 모터 (10) 의 출력이 축전기 온도에 대응하는 최대 수용가능 모터 전류 값을 초과하지 않으면서, 로드에 의해 요구되는 토크에 가깝게 된다. 이 단계에서, CPU (22) 가 시작에서부터 요구되는 토크에 대응하는 전류를 전기 모터 (10) 에 공급할 수 있을지라도, CPU (22) 는, 시작에서부터 요구되는 토크에 대응하는 전류를 전기 모터 (20) 에 공급하는 대신, 도 8 에 도시된 바와 같이, 일정한 시간 간격으로 전류 값이 연속적으로 증가하는 방식으로 변환 장치 (12) 를 제어한다.

q-축 전류는 도 8 의 각 시점에서 전류 값에 대응하는 값으로 설정된다. d-축 전류는 전류 온도에서 제한 값을 초과하지 않는 최대 전류 값으로 설정된다. 그 결과, 로드에 의해 요구되는 토크에 대응하는 전류가 전류 온도에서 최대 수용가능 모터 전류 값보다 작게 연속적으로 유지되면, 전기 모터 (10) 는 q-축 전류에 대응하는 d-축 전류가 공급되는 경우에 비해, 짧은 시간 내에 워밍업된다.

제 3 실시예는 제 1 실시예의 (1) ~ (5) 와 같은 장점에 덧붙여 다음 장점을 갖는다.

(7) 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 필요한 토크가 생성되는 값 이상인 범위로 축전기 온도가 증가한 후, q-축 전류가 공급되고, 그 전류는 출력 제한이 불필요한 값에 축전기 온도가 도달할 때까지 이러한 제한 하에서 허가된 양으로 공급된다. 이는 출력 제한이 불필요한 값에 축전기 온도가 도달할 때까지의 시간을 단축한다. 따라서, 전기 모터 (10) 는 초기 단계에서 크게 요구되는 토크에 대응하여 작동하게 된다.

도시된 실시예는 상기 설명에 한정되지 않으며, 하기의 방식으로 변경될 수 있다.

로터의 위치는 다음 방식으로 판정될 수 있다. 특히, 일정한 전류가 전기 모터 (10) 의 U, V, 및 W 상 각각의 케이블에 공급된다. 각 케이블의 전압은 전압 센서에 의해 검출되다. 로터의 위치는 전압 센서의 검출 신호를 토대로 판정된다. 이 경우, U, V, 및 W 상 중 적어도 두 상의 케이블의 전압을 감지하는 전압 센서가 제공된다.

로터 상 판정부에 포함된 로터 위치 센서 (30) 는 도 1 에 쇄선으로 도시된 바와 같이, 로터의 위치를 감지하기 위해 전기 모터 (10) 에 제공될 수 있다. 로터 위치 센서 (30) 는 예컨대, 암호기 (encoder) 또는 해결자 (resolver) 일 수 있다.

축전기 (20) 의 예열 제어에서 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 의 전환 주파수는 정상 제어에서 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 의 전환 주파수보다 높다. 이는 전류가 축전기 (20) 로 오가는 사이클을 단축하고, 따라서 축전기 (20) 의 온도를 빠르게 상승시킨다. 정상 제어에서 전환 주파수는 수백 마이크로초 (microsecond) 보다 크다.

축전기 (20) 의 예열에서, 전환 요소 (Q1 ~ Q6) 의 온-듀티 (on-duty) 는 점진적으로 줄어들 수 있으며, U, V, 및 W 상 각각에서 흐르는 전류의 양이 증가한다. 도 6 은 U 상의 케이블에 흐르는 전류의 변화를 나타낸다. 이는 오버슈트 전류를 더 감소시킨다.

예열 제어를 통해, 축전기 온도는, 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 시작을 위해 필요한 토크가 생성되는 값 이상인 범위로 상승한다. 그 후, 교류 전류가 전기 모터 (10) 에 공급되면, 전기 모터 (10) 는 목표 토크가 상승되기 전에 소정의 시간 동안 낮은 목표 토크로 작동될 수 있다. 이 경우, 전기 모터 (10) 가 시작에서부터 상승된 목표 토크로 작동되는 경우에 비해, 전기 모터 (10) 는 안정적으로 작동된다.

전기 모터 (10) 를 시작하기 위해 전기 모터 (10) 에 교류 전류를 공급하는 것은, 대응 최대 수용가능 모터 전류 값이 전기 모터 (10) 의 시작을 위해 필요한 토크를 생성하는 온도에 축전기 (20) 의 온도가 도달한 직후에, 시작될 필요는 없다. 대신, 전기 모터 (10) 는, 축전기 (20) 의 온도가 0 ℃ 이상까지 증가한 후에 시작될 수 있다.

제 3 실시예에서, 축전기 온도는 각 신호의 수용에서 온도 센서 (21) 의 검출 신호로부터 계산된다. 그러나, 제 2 실시예와 같이, 제어 장치 (11) 가 시작되는 때에만 축전기 온도의 계산이 실행될 수 있다. 그 후, 축전기 온도는 맵을 이용해서, 기준 온도, 현 시점에서 공급되는 전류의 양, 그리고 이러한 전류 공급의 기간에 대응하여 계산된다.

제 2 실시예에서, 변환 장치 (12) 가 시작되면 축전기 온도는 기준 온도로서 이용된다. 축전기 온도는 기준 온도, 변환 장치 (12) 에 공급되는 전류의 양, 그리고 이러한 전류 공급의 기간을 토대로 계산된다. 그러나, 이러한 계산 방법은 예열 제어에서만 사용될 수 있다. 이 경우, 축전기 온도가 충분히 높게 초과하여 (예컨대 0 ℃) 증가한 후, 축전기 (20) 의 온도는 온도 센서 (21) 의 검출 신호를 토대로 계산될 수 있다.

메모리 (23) 는 최대 수용가능 모터 전류 값과 축전기 온도 사이의 관계를 나타내는 표식을, 이러한 관계를 나타내는 맵을 대신하여 저장할 수 있다. 최대 수용가능 모터 전류 값은 그 표식을 이용해서 계산된다.

전기 모터 (10) 가 변환 장치 (12) 를 통해 구동되면, 전기 모터는 전기 모터 사양에 따라서 일정하게 변한다. 이는 대응하여, 변환 장치 (12) 가 최적으로 제어되고 명령되는 모터 전류 제한 맵과 축전기 온도를 변화시킨다. 다른 사양의 다양한 유형의 모터 (10) 가 제조되고, 모터 출력의 계산을 위해 필요한 특정 정보가 각 모터 (10) 에 제공되면, 소프트웨어의 처리 로드 (load) 가 증가한다. 또한, 소프트웨어의 오기도 발생할 수 있다. 필요한 정보가 소프트웨어 대신 마스크 롬 (ROM) 에 제공되어야 하면, 아주 많은 유형의 마스크 롬이 제공되어야 하므로, 이들 롬은 잘못 설치될 수 있다. 이러한 문제를 풀기 위해, 다른 특징의 전기 모터의 축력의 계산을 위해 필요한 정보는 소프트웨어에 포함된 맵으로서 제공될 수 있다. 맵을 사용하기 위해, 전기 모터의 유형은 롬과 무관한 스위치 또는 풀-업/풀-다운 저항기를 이용하여 명기된다. 이러한 경우, 단지 한 종류의 소프트웨어가 필요하며, 소프트웨어의 처리 로드는 감소한다. 또한, 소프트웨어의 오기도 방지된다. 초기 소프트웨어 부분에서 버그가 발생하면, 단일 소프트웨어의 변화에 의해서만 문제가 풀어진다. 정보가 마스크 롬으로서 제공되면, 버그 등으로 인한 전환 비용은 유익하게 감소한다.

전환 요소 (Q1 ~ Q6) 는 MOSFETs 또는 양극 트랜지스터일 수 있다.

전기 모터 (10) 는 전기 압축기를 위한 전기 모터에 한정되지 않는다. 전기 모터가 변환기를 통해 제어되고 낮은 온도 하에서 사용되는 한, 전기 모터 (10) 는 임의의 적절한 유형일 수 있다. 예컨대, 전기 모터 (10) 는 자동차에 사용되는 전기 모터 또는 기계가공 공구용 전기 모터일 수 있다. 전기 모터 (10) 가 차량용 전기 모터이면, 전기 모터 (10) 는 빙점 이하의 온도에서 효과적으로 기능 한다.

10. 전기 모터 11. 제어 장치
12. 변환 장치 13. 제어부
14. 배터리 15. 퓨즈
16. 변환기 회로 18a, 18b. 전류 센서
19. 전압 센서 20. 축전기

Claims (2)

1. 변환 장치를 이용하여 전기 모터에 공급되는 모터 전류를 조정하기 위한 장치로서, 그 변환 장치는 변환기 회로, 및 변환기 회로의 입력부에 연결된 축전기를 포함하며, 상기 장치는
   축전기 이외의 부분의 온도를 검출하는 온도 검출부,
   축전기 이외의 부분의 온도에 기초하여 축전기의 온도를 계산하는 축전기 온도 계산부,
   최대 수용가능 모터 전류 값과 축전기의 온도 사이의 관계를 나타내는 맵 또는 표식을 저장하는 기억부로서, 그 최대 수용가능 모터 전류 값은 축전기의 등가 직류 저항에 의해 생성되는 서지 전압에 의해 변환 장치의 구성 부품이 손상되는 것을 방지하는 모터 전류의 최대 값인 기억부,
   전기 모터의 로터의 회전 위치를 판정하는 로터 위치 판정부,
   온도 검출부에 의해 검출된 온도와, 맵 또는 표식 중 하나를 토대로 축전기의 온도에 대응하는 최대 수용가능 모터 전류 값을 계산하는 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부, 및
   로터 위치 판정부에 의해 판정된 로터의 회전 위치와 최대 수용가능 모터 전류 값 계산부에 의해 계산된 최대 수용가능 모터 전류 값을 토대로, d-축 전류로서, 최대 수용가능 모터 전류 값보다 작은 직류 전류를 전기 모터에 공급하는 방식으로 변환기 회로를 제어하는 변환 장치 제어부를 포함하는, 변환 장치를 이용하여 전기 모터에 공급되는 모터 전류를 조정하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 변환 장치가 개시되는 시점의 상기 온도 검출부의 출력값을 기준 온도로서 사용하여, 상기 축전기 온도 계산부는 상기 변환 장치에 공급되는 전류의 양 및 전류 공급의 기간을 토대로 축전기 온도를 계산하는, 변환 장치를 이용하여 전기 모터에 공급되는 모터 전류를 조정하기 위한 장치.

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