KR20130027856A - 전동 압축기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 압축기에 있어서, 모터의 구동을 담당하는 인버터의 온도가 상승중이고 압축기가 고부하로 동작하는 경우 압축기의 동작 연속성을 확보하도록 하기 위한 전동 압축기의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 모터의 동작을 제어하는 인버터의 온도가 상승하는 경우에도 압축기의 구동을 정지시키지 아니하고 출력을 줄인 상태로 구동하도록 함으로써 압축기의 구동의 연속 운전성을 확보하는 효과를 가진다.

Description

전동 압축기의 제어방법 {Control method of a electric motor-driven compressor}

본 발명은 전동 압축기의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 구동을 담당하는 인버터의 온도가 상승중이고 압축기가 고부하로 동작하는 경우 압축기의 동작 연속성을 확보하도록 하기 위한 전동 압축기의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 냉난방을 위한 공조장치가 설치되는데, 이러한 공조장치에는 냉방시스템의 구성으로서 증발기로부터 인입된 저온저압의 냉매를 고온고압의 냉매로 압축시켜 응축기로 보내는 압축기가 포함된다. 종래에는 엔진으로부터 동력을 전달받아 압축기를 구동시키는 방식이 많이 사용되었으나, 최근에는 모터를 이용하여 압축기를 구동시키는 전동 압축기가 사용되고 있다.

이러한 전동 압축기는 압축기 내부로 유입된 저온저압의 냉매를 고온고압 상태로 압축시키는 압축부와, 상기 압축부를 구동시키기 위해 동력을 발생시키는 모터부, 그리고 상기 모터부를 제어하는 인버터를 포함하여 구성된다.

상기 인버터에는 인쇄회로기판(PCB) 상에 상기 모터부를 제어하기 위한 각종 회로 소자들이 구비되어 있는데, 이러한 회로소자는 모터를 제어하는 과정에서 많은 열을 발생하게 된다. 따라서 외기 온도가 높은 상태에서 압축기를 구동하게 되면 각종 회로 소자가 고온에 의해 파손될 우려가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 특히 압축기의 부하가 모터의 정격 출력보다 크게 형성되는 경우, 과전류가 발생하게 되고 과전류 보호를 위해 인버터에서 압축기의 구동을 정지시키도록 하였다. 그리고 일정시간 경과 후 온도가 낮아지면 다시 압축기를 구동하도록 하여 인버터의 각종 회로소자가 파손되는 것을 방지하도록 하였다.

하지만 이와 같이 압축기의 구동을 정지시켜 인버터의 회로소자를 보호하게 되면, 압축기의 연속적인 운전성을 확보하지 못하게 되므로 압축기가 설치되는 차량의 냉방성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인버터의 온도가 상승하고 압축기가 고부하로 구동하고 있는 경우에도 압축기의 구동을 정지하지 않고 출력을 줄인 상태로 구동하여 압축기의 운전 연속성을 확보하는 전동 압축기의 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 모터를 제어하는 인버터의 온도와 모터의 상전류 출력값을 감지하는 단계와, 상기 인버터 온도가 기설정된 인버터 정지온도 이상인지 여부를 감시하는 단계, 상기 인버터 온도가 인버터 정지온도 이상인 것으로 감지되면 전동 압축기의 구동을 정지시키는 단계, 상기 인버터 온도가 기설정된 인버터 경고온도 이상인지 여부를 감시하는 단계, 그리고 상기 인버터 온도가 인버터 경고온도 이상인 것으로 감지되면 모터에 인가되는 상전류 출력값을 상기 상전류 출력값을 기준으로 소정 감소비율로 감소시켜 출력하는 단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

그리고 상기 일정비율로 출력하는 단계이후, 상기 모터에 인가되는 상전류 출력값을 기준으로 하한치까지만 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

이때 상기 감소비율은 선형적으로 감소되는 비율인 것이 바람직하다.

그리고 상기 감소비율은 30초당 1%씩 감소되는 비율인 것이 바람직하다.

또한 상기 하한치는 상기 모터에 인가되는 상전류 출력값의 50% 이상의 출력값인 것이 바람직하다.

그리고 상기 일정비율로 감소시켜 출력하는 단계는 10분을 초과하지 않는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 모터의 동작을 제어하는 인버터의 온도가 상승하고 압축기가 비정상적인 원인에 의해 고부하로 구동하는 경우에도 압축기의 구동을 정지시키지 아니하고 출력을 줄인 상태로 구동하도록 함으로써 압축기의 구동의 연속 운전성을 확보하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 의한 전동 압축기의 구성을 보인 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 전동 압축기의 제어방법을 보인 순서도.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 전동 압축기의 제어방법의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 전동 압축기의 구성을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 전동 압축기의 제어방법에 관한 순서도이다.

먼저 도 1에 도시된 바에 의하면, 냉매가 외부로부터 흡입되는 전방하우징(10)과, 냉매의 압축이 이루어지는 중간하우징(30), 그리고 압축된 냉매가 토출되는 토출실(51)이 형성되는 후방하우징(50)을 포함하여 구성된다.

먼저 상기 전방하우징(10)의 내부에는 모터실(11)이 형성된다. 상기 모터실(11)은 상기 전동 압축기(1)의 구동원인 모터(60)가 설치되는 부분이다. 상기 전방하우징(10)의 일측에는 흡입포트(미도시)가 형성된다. 상기 흡입포트로 유입된 냉매는 상기 모터실(11)을 지나 냉매를 압축하기 위한 압축실(S)로 이동된다.

상기 모터(60)는 고정자(61)와 회전자(71)로 구성된다. 상기 고정자(61)는 대략 그 중앙이 관통된 원통형상으로, 코어편이 다수개 적층되어 만들어진다. 상기 고정자(61)에는 코일이 감겨진다. 상기 고정자(61)는 상기 전방하우징(10)의 내면에 고정된다.

상기 고정자(61)의 내측에는 회전자(70)가 설치된다. 상기 회전자(70)는 대략 원통형상으로, 다수 개의 코어편이 적층되어 형성된다. 상기 고정자(61)의 코일에 전류가 흐르면 자기장이 발생하게 되어 상기 회전자(70)가 회전하게 된다.

상기 전방하우징(10)의 하단에는 인버터조립체(20)가 조립된다. 상기 인버터조립체(20)의 내부에는 인버터실(24)이 형성된다. 상기 인버터실(24)은 상기 모터(60)의 회전을 제어하는 인버터(22)가 설치되는 공간이다.

상기 인버터(22)는 각종 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(25)과, 상기 인쇄회로기판(25)에 실장되는 스위칭 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(26), 그리고 각종 회로소자를 포함한다. 상기 인쇄회로기판(25)은 지지몸체에 결합되어 상기 인버터조립체(20)에 조립된다. 상기 인버터(22)는 상기 모터(60)와 전기적으로 연결되어 상기 모터(60)의 회전속도를 제어한다. 상기 인버터(22)에 의해 모터(60)의 회전속도가 제어됨에 의해 냉매의 압축량이 제어되고 차량의 실내가 원하는 온도로 일정하게 유지된다.

한편 상기 인버터조립체(20)내에는 상기 인버터(22)의 온도를 감지하는 온도감지센서(도시되지 않음)가 설치된다. 상기 온도감지센서로부터 감지된 온도를 이용하여 인버터(22)에 설치된 회로소자의 파손을 방지하는 제어방법에 사용하게 된다.

다음으로 상기 중간하우징(30)의 내부에는 압축기구부(40)가 설치된다. 상기 압축기구부(40)는 상기 중간하우징(30)의 내부로 들어온 냉매를 흡입하여 압축하는 것으로, 상기 모터(60)로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축하게 된다.

상기 중간하우징(30)의 전방, 즉, 상기 고정스크롤(41)의 토출구(44)와 마주보는 위치에는 전방하우징(50)이 결합된다. 상기 전방하우징(50)에는 상기 토출구(44)로부터 냉매가 토출되는 토출실(51)이 형성된다. 그리고 상기 전방하우징(50)에는 토출포트(미도시)가 형성된다. 상기 토출포트는 상기 토출실(51)과 외부와 연결하기 위해 형성된 부분이다. 상기 토출포트를 통해 냉매가 공기조화장치의 다른 구성요소로 전달된다.

이하에서는 본 발명에 의한 전동 압축기의 제어방법에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명에 의한 전동 압축기의 제어방법을 보인 순서도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 전동 압축기의 제어방법은, 우선 전동 압축기의 구동이 시작되는 제100단계(S100)로부터 시작된다.

상기 제100단계에서 전동 압축기의 구동이 시작되면, 상기 온도감지센서가 인버터의 온도를 감지하고, 모터에서 출력되는 상전류 최대값을 감지하게 된다(S200). 모터에서 출력되는 상전류의 크기는 모터가 일정속도로 구동하더라도 여러가지 원인으로 인해 변화하게 된다. 따라서 출력되는 모터의 상전류의 최대값을 측정하여 제어방법에 사용하도록 한다.

다음으로 상기 제200단계에서 감지된 인버터 온도가 미리 정의된 인버터 정지온도 이상인지 여부를 감지하게 된다(S300). 만약 인버터 온도가 미리 정의된 인버터 정지온도 이상인 것으로 확인되면, 전동 압축기의 구동을 정지(S400)시킴으로써 각종 회로 소자의 파손을 방지하게 된다. 이러한 상태는 인버터의 온도가 제어할 수 있는 범위를 벗어난 고온의 상태로 압축기의 구동을 정지시켜 인버터의 온도를 낮추도록 하는 것이다.

여기에서 상기 인버터 정지온도는 미리 정의된 값으로 인버터의 온도가 증가함으로 인해 각종 회로소자가 파손되는 것을 방지하기 위해 실험을 통해 정의된 값이다. 제300단계에서 인버터 온도가 인버터 정지온도보다 작은 것으로 확인되면 다음 단계로 넘어가게 된다.

다음으로 상기 제300단계에서 인버터 온도가 인버터 정지온도보다 작은 것으로 확인되면, 인버터 온도가 미리 정의된 인버터 경고온도 이상인지 여부를 감지한다(S500).

만약 인버터 온도가 인버터 경고온도 이상인 것으로 확인되면, 모터에 인가되는 상전류 출력값을 소정비율로 감소시켜 출력하도록 한다(S600). 본 발명의 실시예에서는 30초(일정주기)마다 1%(일정비율)의 비율로 감소시켜 모터에 인가되는 상전류 출력값으로 출력하도록 하였다. 즉 상기 소정비율이 선형적으로 감소되도록 구현하였다.

이와 같이 인버터에 열이 발생되어 온도가 올라가게 되는 것은 압축기의 부하가 증가하여 인버터에 가해지는 전류의 크기가 증가하게 되어 발생된다. 따라서 이와 같이 모터의 상전류 출력값을 감소시켜 출력함으로써 모터의 속도가 감소하게 되어 인버터의 온도를 감소시킬 수 있다.

다만 모터의 상전류 출력값을 무한정으로 감소시키지 않고, 모터의 상전류 최대값의 50%로 제한하고, 바람직하게는 80%로 제한하도록 한다. 이와 같이 모터의 상전류 출력값을 제한하는 것은 모터의 상전류 최대값을 줄이게 되면 발열의 원인이 되는 인버터의 온도를 낮출 수 있지만, 모터의 속도 역시 감소하게 되어 압축기의 압축성능도 떨어지게 되는 단점이 발생하게 된다.

따라서 모터의 상전류 출력값을 무한정 낮추는 것이 아니라 일정범위에서 제한하도록 하는 것이 바람직하다. 즉 모터의 출력값을 계속해서 낮추게 되면 결국 모터는 정지하고 따라서 압축기의 동작도 정지하게 된다. 따라서 본 발명에서는 압축기 동작의 연속성을 확보함과 동시에 압축기의 회로소자들이 고온에 의해 파손되는 것을 적절히 조화롭게 이루도록 하기 위해 모터의 상전류 출력값을 일정범위에서 제한하도록 한 것이다.

본 발명의 실시예에서 상전류 출력값을 80%로 제한하도록 하는 경우, 30초마다 1%의 비율로 감소시키도록 하였으므로, 모터에 인가되는 상전류 출력값을 소정비율로 감소시켜 출력시키는 단계(S600)를 시간으로 환산하면 10분 이내가 된다.

이와 같이 인버터의 온도가 경고온도 이상에서 구동되는 경우에는 인버터에서 발생되는 열을 줄이기 위하여 구동되는 압축기의 속도를 일정주기로 일정비율로 점진적으로 줄임으로써 압축기의 출력을 제한하여 구동하도록 한다. 따라서 압축기의 운전을 정지시키지 않고 압축기의 출력을 제한하여 구동함으로써 압축기가 연속하여 구동할 수 있게 된다. 따라서 압축기가 장착된 차량의 냉방 온도가 급격하게 변화하는 것을 방지할 수 있어 냉방 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1: 압축기 10: 전방하우징
11: 모터실 12:회전축
20:인버터조립체 22:인버터
24:인버터실 30:중간하우징
35:편심부시 40:압축기구부
50:후방하우징 60: 모터
61: 고정자 70: 회전자

Claims (6)

1. 모터를 제어하는 인버터의 온도와 모터의 상전류 출력값을 감지하는 단계(S200)와;
   상기 인버터 온도가 기설정된 인버터 정지온도 이상인지 여부를 감시하는 단계(S300);
   상기 인버터 온도가 인버터 정지온도 이상인 것으로 감지되면 전동 압축기의 구동을 정지시키는 단계(S400);
   상기 인버터 온도가 기설정된 인버터 경고온도 이상인지 여부를 감시하는 단계(S500); 그리고
   상기 인버터 온도가 인버터 경고온도 이상인 것으로 감지되면 모터에 인가되는 상전류 출력값을 상기 상전류 출력값을 기준으로 소정 감소비율로 감소시켜 출력하는 단계(S600)를 포함하는 전동 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 일정비율로 출력하는 단계(S600)이후, 상기 모터에 인가되는 상전류 출력값을 기준으로 하한치까지만 제한하는 단계를 더 포함하는 전동 압축기의 제어방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 감소비율은 선형적으로 감소되는 비율인 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 제어방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 감소비율은 30초당 1%씩 감소되는 비율인 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 제어방법.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 하한치는 상기 모터에 인가되는 상전류 출력값의 50% 이상의 출력값인 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 제어방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 일정비율로 감소시켜 출력하는 단계(S600)는 10분을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 제어방법.
   

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