KR20120096268A

KR20120096268A - 차량용 전동식압축기의 구동방법

Info

Publication number: KR20120096268A
Application number: KR1020110015576A
Authority: KR
Inventors: 이건호; 구인회; 여형기; 이정경
Original assignee: 학교법인 두원학원; 주식회사 두원전자
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-30

Abstract

본 발명은, 하우징의 내부에 위치하는 고정자와, 고정자에 대하여 회전가능하게 배치되며 회전축이 결합되어 있는 회전자를 포함하여 회전력이 발생되는 모터부와, 모터부로부터 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부와, 모터부를 제어하는 인버터를 포함하며, 센서리스(sensorless)방식의 차량용 전동식압축기의 구동방법에 있어서, 모터부에 슬로프(slope)형태의 기동전류를 인가하여 회전자의 위치를 정렬하는 단계, 오픈-루프(open loop) 제어에 따라 입력전압과 기전력을 비교하여 회전자의 위치를 판별하는 단계 및 크로즈드-루프(closed loop) 제어에 따라 요청되는 회전자의 회전수에 대응하여 인버터를 통하여 회전자의 회전을 제어하는 단계를 포함하는 차량용 전동식압축기의 구동방법을 제공한다.
따라서, 초기기동 시 모터부의 기구적인 마찰음을 방지 또는 축소할 수 있어 초기 기동을 원활하게 할 수 있다.

Description

차량용 전동식압축기의 구동방법 {Driving method of electric compressor of vehicle}

본 발명은 차량용 전동식압축기의 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식압축기의 초기 기동 전류를 제어하여 초기 기동시의 기구적인 충돌음을 방지 또는 축소할 수 있는 차량용 전동식압축기의 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 전동식압축기는, 하우징과, 하우징 내에 구비되고, 고정자인 스테이터와, 회전축이 결합되고 상기 스테이터 내에서 회전가능하게 배치된 회전자인 로터로 이루어져 회전력이 발생되는 모터부와, 상기 모터부로부터 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부를 포함하며, 나아가 상기 하우징의 일측에 외부 부하 조건의 변동에 따라 상기 모터부의 회전수를 조절하는 인버터가 설치되어 있다.

상기 인버터는 홀소자 등의 위치센서를 사용하여 로터의 위치를 모니터함으로써 제어할 수 있는 센서타입의 인버터와, 위치센서 없이 모터의 역기전력이나 전류 등에 기초하여 로터의 위치를 추정함으로써 모터부의 속도를 제어하는 센서리스 인버터로 구분된다.

한편, 차량용 전동식압축기는 일정시간 동안 사용되지 않은 상태에서 초기 기동을 하게 되면, 가스 상태로 되어 있던 냉매가 액화되어 전동식압축기 내부에 잔존하는 경우가 발생하게 되는데, 특히 센서리스 방식의 차량용 전동식압축기의 경우 이때 전동식압축기를 구동하고자 하면 모터부는 큰 토크가 요구되는 초기 고부하 기동을 필요로 하게 된다.

그런데, 이러한 초기 기동 시 종래의 차량용 전동식압축기는, 기동 초기 고부하 기동을 위하여, 스테이터의 권선에 도 1의 나타난 바와 같은 수직상승하는 스텝(step)형태의 전류파형을 인가하는데, 이때 미소시간 전류가 급증하면서 순간 전류와 짧은 시간에 의한 기동으로 상기 스테이터와 로터간에 기구적인 충돌음(마찰음)이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 전동식압축기의 초기 기동 전류를 제어하여 초기 기동시의 기구적인 충돌음을 방지 또는 축소할 수 있는 차량용 전동식압축기의 구동방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 하우징의 내부에 위치하는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 회전가능하게 배치되며 회전축이 결합되어 있는 회전자를 포함하여 회전력이 발생되는 모터부와, 상기 모터부로부터 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부와, 상기 모터부를 제어하는 인버터를 포함하며, 센서리스(sensorless)방식의 차량용 전동식압축기의 구동방법에 있어서, 상기 모터부에 슬로프(slope)형태의 기동전류를 인가하여 상기 회전자의 위치를 정렬하는 단계, 오픈-루프(open loop) 제어에 따라 입력전압과 기전력을 비교하여 상기 회전자의 위치를 판별하는 단계 및 크로즈드-루프(closed loop) 제어에 따라 요청되는 상기 회전자의 회전수에 대응하여 상기 인버터를 통하여 상기 회전자의 회전을 제어하는 단계를 포함하는 차량용 전동식압축기의 구동방법을 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 차량용 전동식압축기의 구동방법은, 초기기동 시 모터부의 초기 기동 전류를 제어하여 모터부의 기구적인 마찰음을 방지 또는 축소할 수 있어 초기 기동을 원활하게 할 수 있다.

도 1은 종래의 차량용 전동식압축기의 구동 시 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식압축기를 나타내는 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식압축기의 구동방법을 나타내는 절차도이다.
도 4는 도 3의 차량용 전동식압축기의 구동방법에 따라 형성되는 제1실시예에 따른 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 3의 차량용 전동식압축기의 구동방법에 따라 형성되는 제2실시예에 따른 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 차량용 전동식압축기의 구동방법을 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식압축기에 대하여 살펴보기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(400)는, 전기에 의하여 구동력을 공급받는 것으로서, 하우징(100)과, 회전축(230)을 포함하고 회전력이 발생되는 모터부(200)와, 압축부(미도시)를 포함하며, 상기 모터부(200)를 제어하는 인버터(300)가 설치되어 있다.

상기 하우징(100)은 상부 일측에 냉매가 유입되는 흡입포트(110)와, 일측에는 유입된 상기 냉매가 상기 압축부에 의하여 압축되어 배출되는 토출포트가 형성되어 있다. 상기 압축부는, 상기 모터부(200)로부터 회전력을 전달받아 냉매를 압축하며, 전동식스크롤압축기의 경우 상기 압축부는 고정스크롤과 선회스크롤을 포함하지만, 이에 한정하지는 않는다.

상기 모터부(200)는, 하우징(100)의 내부에 위치하는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 회전가능하게 배치되며 회전축이 결합되어 있는 회전자를 포함하며, 본 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(400)의 모터부(200)는 BLDC모터(brushless DC motor)로서, 고정자로서 스테이터(210)와, 회전자로서 상기 회전축(230)이 결합된 로터(220)를 포함한다. 여기서, 상기 스테이터(210)는 하우징(100)의 내부에 위치하며 중앙부에 공간부를 갖고 환형으로 배열되어 있으며, 도면에서는 차량용 모터로 적합한 분할코어방식으로 복수 개로 이루어져 환형으로 서로 결합되어 있는 슬롯(214)들과, 상기 슬롯(214)들 각각에 감겨진 코일(212)을 포함하여 이루어졌다.

상기 로터(220)는, 상기 스테이터(210)의 공간부에 상기 스테이터(210)의 내측에 일정간격의 공극을 두고 회전가능하게 배치되어 있으며, 상기 회전축(230)이 결합되어 있는 로터코어(222)와, 상기 로터코어(222)의 원주방향으로 다른 극으로 교번하여 배열되면서 상기 로터코어(222)에 삽입된 영구자석(224)을 포함한다. 여기서, 상기 영구자석(224) 양단부에는 일정공간의 스페이서(225)가 형성되어 자기저항을 크게 하여 자속 누설을 방지하는 역할을 한다. 한편, 본 실시예에서는, 상기 모터부(200)를 BLDC모터이고 고정자를 분할코어방식인 것을 적용하였지만, 이는 일실시예로서 이 외 다른 종류의 모터에도 적용할 수 있음은 물론이다.

상기 인버터(300)는, 상기 하우징(100)의 일측에 결합하고, 상기 모터부(200)의 회전수를 제어하는 역할을 한다. 여기서, 상기한, 전동식압축기(400)의 하우징(100), 모터부(200) 및 인버터(300)구조에 대한 상세한 설명은 공지의 전동식압축기의 구성과 실질적으로 유사하므로 생략하기로 한다.

한편, 본 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(400)는, 상기 인버터(300)에 위치센서를 구비하지 않고 상기 모터부(200)의 역기전력이나 전류 등에 기초하여 상기 로터(220)의 위치를 추정하여 모터부(200)의 속도을 제어하는 센서리스(sensorless)방식을 채택하고 있다.

이에 따라, 상기 차량용 전동식압축기(400)는 그 기동을 초기 여러단계를 거쳐서 기동을 시도하는데, 이러한 상기한 센서리스방식의 본 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(400)의 구동방법에 대하여 살펴보기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(400)의 구동방법은, 회전자의 위치를 정렬하는 단계(S10)와, 회전자의 위치를 판별하는 단계(S20)와, 회전자의 회전속도를 제어하는 단계(S30)를 포함한다. 이하, 본 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(400)의 구동방법은, BLDC모터를 예로 하여 상기 회전자는 로터(220)로, 상기 고정자는 스테이터(210)로 각각 적용하여 설명하기로 한다.

상기 회전자의 위치를 정렬하는 단계(S10)는, 상기 모터부(200)에 기동전류를 인가하여 상기 로터(220)의 위치를 정렬하는 단계이다. 여기서, 상기 로터(220)의 위치를 정렬하는 단계는, 상기 기동전류를 상기 스테이터(210)에 인가하여, 상기 스테이터(210)에 대한 상기 로터(220)의 위치를 정렬하는 단계로서, 도 5의 B구간 제어에 관한 것이다.

한편, 상기 스테이터(210)에 인가하는 상기 기동전류는 경사진 슬로프(slope)형태로 되어 있다. 이는, 종래의 기동 초기 큰 토크를 생성하기 위하여 스테이터(210)의 코일(212)에 스텝형태의 전류를 급격하게 인가함으로써 고부하 재기동을 하는 것과는 달리, 상기 기동전류를 슬로프형태로 인가함으로써, 초기기동 시 모터부(200)의 기구적인 충돌음을 방지 또는 감소시키기 위함이다.

여기서, 상기 기동전류는 상승하는 슬로프형태로서, 도 4에 나타난 바와 같이, 일정시간동안 설정된 전류값까지 직선타입으로 상승하는 형태이다. 한편, 도 4에서, A구간은 로터(220)의 위치를 정렬 및 판별하기 전 단계를 나타낸다.

상기 기동전류 형태의 다른 실시예로 도 5를 참조하면, 상기 기동전류는, 상기한 직선타입으로 상승하는 형태가 아닌, 설정된 전류값까지 단계별로 상승하는 스텝 램프식(step ramp type)으로 상승하는 형태로 되어 있다. 여기서, 상기 기동전류는 상기 설정된 전류값까지 경우에 따라 1단, 2단 등 다양한 단계수로 상승하는 형태로 할 수 있음은 물론이다.

상기 로터(220)의 위치를 판별하는 단계(S20)는, C구간 제어에 관한 것으로, 구체적인 상기 전동식압축기(400)의 모터부(200) 구동에 앞서 워밍업(warming up)하는 차원으로, 오픈-루프(open loop) 제어에 따라 입력(input)전압과 기전력을 비교하여 싱크로(synchro)율을 판별하여, 상기 로터(220)의 위치를 판별하는 단계이다.

상기 로터(220)의 회전속도를 제어하는 단계(S30)는, D구간 제어에 관한 것으로서, 크로즈드-루프(closed loop) 제어에 따라 요청되는 상기 로터(220)의 회전수에 대응하여 상기 인버터(300)를 통하여 상기 로터(220)의 회전수를 제어하는 단계이다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(400)의 구동방법은, 초기기동 시 모터부(200)의 초기 기동전류를 급격한 스텝형태가 아닌 슬로프형태로 인가함으로써, 모터부(200)의 기구적인 마찰음을 방지 또는 축소할 수 있으며 이에 따라 초기 기동을 원활하게 할 수 있으며 기계적인 수명도 연장할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100... 하우징 200... 모터부
210... 스테이터 220... 로터
300... 하우징 400... 전동식압축기

Claims

하우징의 내부에 위치하는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 회전가능하게 배치되며 회전축이 결합되어 있는 회전자를 포함하여 회전력이 발생되는 모터부와, 상기 모터부로부터 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부와, 상기 모터부를 제어하는 인버터를 포함하며, 센서리스(sensorless)방식의 차량용 전동식압축기의 구동방법에 있어서,
상기 모터부에 슬로프(slope)형태의 기동전류를 인가하여 상기 회전자의 위치를 정렬하는 단계;
오픈-루프(open loop) 제어에 따라 입력전압과 기전력을 비교하여 상기 회전자의 위치를 판별하는 단계; 및
크로즈드-루프(closed loop) 제어에 따라 요청되는 상기 회전자의 회전수에 대응하여 상기 인버터를 통하여 상기 회전자의 회전을 제어하는 단계를 포함하는 차량용 전동식압축기의 구동방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기동전류는, 직선타입으로 상승하는 형태인 차량용 전동식압축기의 구동방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기동전류는, 스텝 램프식(step ramp type)으로 상승하는 형태인 차량용 전동식압축기의 구동방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차량용 전동식압축기의 모터부는,
BLDC모터(brushless DC motor)인 차량용 전동식압축기의 구동방법.