KR20150134320A - 과열을 회피하기 위한 가변 주파수 드라이브 작동 - Google Patents

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나단 토마스 웨스트
벤자민 제임스 시코라
데이비드 마샬 포이
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Abstract

과열을 회피하도록 구성된 방식으로 가변 주파수의 작동이 제공된다. 일 형태에서, 방법은 열 질량을 포함하는 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 제1 모드에서 그리고 제1 모드 후에 제2 모드에서 드라이브를 작동하는 단계를 더 포함한다. 제1 모드에서의 드라이브의 작동은 제1 스위칭 주파수 모드에서 스위칭 장치를 작동하는 것을 포함하고, 제1 스위칭 주파수 모드 및 히트 싱크의 열 질량은 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 미리 결정된 임계치 미만의 스위칭 장치의 온도를 제공하도록 선택된다. 다른 실시예, 형태, 특징 및 태양은 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다.

Description

과열을 회피하기 위한 가변 주파수 드라이브 작동 {VARIABLE FREQUENCY DRIVE OPERATION TO AVOID OVERHEATING}
본 출원은 과열(overheating)을 회피하기 위한 가변 주파수 드라이브의 작동에 관한 것으로서, 더 구체적으로 그러나 비배제적으로, 히트 싱크(heat sink)의 능동 냉각이 설정되지 않을 때의 기간 중에 과열을 회피하도록 구성된 방식의 드라이브의 작동에 관한 것이다.
전기 모터를 제어하기 위한 가변 주파수 드라이브의 사용이 더 일반적이 됨에 따라, 그 디자인 및 작동의 추가의 진보가 요구되고 있다. 예를 들어, 가변 주파수 드라이브의 스위칭 장치(switching device)의 내부 접합부(junction)의 온도가 그 작동에 대한 제한 인자(limiting factor)일 수 있다. 실제로, 스위칭 장치의 내부 접합부의 최대 온도 정격(rating)이 초과되면, 가변 주파수 드라이브는 과열될 수도 있고, 가변 주파수 드라이브의 손상 및/또는 고장이 야기될 수도 있다. 대조적으로, 가변 주파수 드라이브의 수명 및 신뢰성은 스위칭 장치의 내부 접합부의 온도가 그 최대 온도 정격을 초과하지 않으면 향상될 수도 있다. 가변 주파수 드라이브는 그 작동 중에 발생된 열을 흡수하도록 그리고 전달된 열을 히트 싱크로부터 제거하는 냉각 매체로 흡수된 열을 전달하도록 작동 가능한 열 질량 또는 용량을 갖는 히트 싱크를 포함할 수도 있다. 이 구성에서, 히트 싱크 및 관련된 냉각 매체는 스위칭 장치의 내부 접합부의 온도를 제어하는데 효과적일 수 있다. 그러나, 특정 예에서, 히트 싱크로의 냉각 매체의 공급은 지연되거나 중단될 수도 있다. 예를 들어, 히트 싱크로의 냉각 매체의 공급은 가변 주파수 드라이브의 시동 또는 초기 작동 후에 지연될 수도 있다. 이러한 예 및 관련된 예에서, 냉각 매체의 결여는 스위칭 장치의 내부 접합부의 최대 온도 정격을 초과하는 것을 회피하기 위해 필요한 열 흡수를 유지하기 위해 히트 싱크가 그 작동성을 손실하게 할 수도 있다.
상기 관점에서, 본 기술 분야에 있어서 추가의 개량에 대한 요구가 존재한다.
과열을 회피하도록 구성된 방식의 가변 주파수의 작동이 제공된다. 일 형태에서, 방법은 열 질량을 포함하는 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 제1 모드에서 그리고 제1 모드 후에 제2 모드에서 드라이브를 작동하는 단계를 더 포함한다. 제1 모드에서의 드라이브의 작동은 제1 스위칭 주파수 모드에서 스위칭 장치를 작동하는 것을 포함하고, 제1 스위칭 주파수 모드 및 히트 싱크의 열 질량은 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 미리 결정된 임계치 미만의 스위칭 장치의 온도를 제공하도록 선택된다.
일 실시예에서, 방법은 열 질량을 포함하는 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브를 제공하는 단계와, 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 제1 모드에서 그리고 제1 모드 후에 제2 모드에서 드라이브를 작동하는 단계를 포함한다. 제1 모드에서의 드라이브의 작동은 제1 스위칭 주파수 모드에서 스위칭 장치를 작동하는 것을 포함하고, 제1 스위칭 주파수 모드 및 히트 싱크의 열 질량은 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 미리 결정된 임계치 미만의 스위칭 장치의 온도를 제공하도록 선택된다.
또 다른 실시예에서, 시스템은 열 질량을 포함하는 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브를 포함한다. 시스템은 운전 모드 및 스위칭 장치의 스위칭 주파수가 운전 모드에 대해 변경되어 있는 시동 모드에서 드라이브를 작동하도록 구성된 제어기를 또한 포함한다. 게다가, 시동 모드 스위칭 주파수 및 히트 싱크의 열 질량은 히트 싱크의 냉각이 설정되기 전에 스위칭 장치의 온도를 미리 결정된 임계치 이내로 유지하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 방법은 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브를 제공하는 단계, 드라이브를 제1 모드에서 작동하는 단계, 히트 싱크의 냉각을 결정하는 단계, 및 히트 싱크의 냉각을 결정하는 것에 응답하여 드라이브를 제2 모드에서 작동하는 단계를 포함한다. 제2 모드에서의 드라이브의 작동은 제1 모드에 대해 스위칭 장치의 스위칭 작동의 증가된 주파수를 포함한다.
다른 태양은 가변 주파수 드라이브의 온도 정격을 초과하는 것의 회피와 관련된 고유의 방법, 기술, 시스템, 기기, 키트, 조립체, 장비 및/또는 장치를 포함한다.
다른 태양, 실시예, 형태, 특징, 이익, 목적 및 장점이 상세한 설명 및 그와 함께 제공된 도면으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 가변 주파수 드라이브를 포함하는 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 가변 주파수 드라이브의 개략도이다.
도 3은 도 1의 시스템의 가변 주파수 드라이브를 작동하기 위한 일 접근법의 도식도이다.
본 발명의 원리의 이해를 촉진하기 위해, 이제 도면에 도시된 실시예를 참조할 것이고, 특정 언어가 본 발명의 원리를 설명하는데 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 범주의 어떠한 한정도 이에 의해 의도되는 것은 아니고, 본 발명이 관련하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 일반적으로 발생될 수 있는 바와 같은 도시된 장치의 이러한 변경 및 추가의 수정, 및 본 명세서에 도시된 바와 같은 본 발명의 원리의 이러한 추가의 용례가 고려된다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
일 태양에서, 과열을 회피하도록 구성된 방식의 가변 주파수의 작동이 회피된다. 일 형태에서, 방법은 열 질량을 포함하는 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 제1 모드에서 그리고 제1 모드 후에 제2 모드에서 드라이브를 작동하는 단계를 더 포함한다. 제1 모드에서 드라이브의 작동은 제1 스위칭 주파수 모드에서 스위칭 장치를 작동하는 것을 포함하고, 제1 스위칭 주파수 모드 및 히트 싱크의 열 질량은 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 미리 결정된 임계치 미만의 스위칭 장치의 온도를 제공하도록 선택된다. 다른 실시예, 형태, 특징 및 태양이 상세한 설명 및 도면으로부터 명백하게 될 것이다.
본 명세서에 개시된 그 스위칭 장치의 내부 접합의 최대 온도 정격을 초과하거나 과열을 회피하기 위한 가변 주파수 드라이브의 작동은 다양한 상이한 용례 중 하나에서 사용되는 가변 주파수 드라이브와 관련하여 수행되거나 행해질 수도 있다. 비한정적인 예로서, 도 1에 도시된 냉각기 시스템(100)은 그 스위칭 장치의 내부 접합부의 최대 온도 정격을 초과하거나 과열을 회피하기 위한 가변 주파수 드라이브의 작동이 구현될 수도 있는 일 용례이다. 냉각기 시스템(100)은 압축기(110), 응축기(120) 및 증발기(130)를 포함하는 냉매 루프를 포함한다. 냉매는 압축기(110)로부터 응축기(120)로, 증발기(130)로, 그리고 재차 압축기(110)로 폐루프로 시스템(100)으로 유동한다. 다양한 실시예는 예를 들어, 냉매 유동을 제어하기 위한 밸브, 냉매 필터, 절약기(economizers), 오일 분리기 및/또는 냉각 부품 및 다양한 시스템 부품들을 위한 유동 경로를 포함하는 부가의 냉매 루프 요소를 또한 포함할 수도 있다.
압축기(110)는 가변 주파수 드라이브(155)에 의해 구동되는 영구 자석 전기 모터(170)를 포함하는 구동 유닛(150)에 의해 구동된다. 일 형태에서, 가변 주파수 드라이브(155)는 3상 PWM 구동 신호를 출력하도록 구성되고, 모터(170)는 표면 자석 영구 자석 모터이다. 다른 유형 및 구성의 가변 주파수 드라이브 및 내부 자석 영구 자석 모터, 릴럭턴스 모터, 또는 인덕턴스 모터와 같은 영구 자석 전기 모터의 사용이 또한 고려된다. 본 명세서에 개시된 원리 및 기술은 광범위한 드라이브 및 영구 자석 모터 구성에 적용될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
응축기(120)는 압축기(110)로부터 수용된 압축된 냉매로부터 열을 전달하도록 구성된다. 일 형태에서, 응축기(120)는 입구(121)에서 냉각수를 수용하고, 냉매로부터 열을 냉각수에 전달하고, 출구(122)에서 냉수를 출력하는 수냉식 응축기이다. 예를 들어, 공랭식 응축기 또는 증발식 응축기와 같은 다양한 유형의 응축기가 이용될 수도 있다는 것이 또한 고려된다. 본 명세서에서의 물의 참조는 달리 한정되지 않으면 부가의 성분을 포함하는 수용액을 포함한다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다.
증발기(130)는 응축기(120)로부터 냉매를 수용하고, 수용된 냉매를 팽창시켜 그 온도를 감소시키고, 냉각된 매체로부터 열을 냉매에 전달하도록 구성된다. 일 형태에서, 증발기(130)는 입구(131)에 제공된 물을 수용하고, 열을 물로부터 냉매로 전달하고, 냉각된 물을 출구(132)에서 출력하는 물 냉각기로서 구성된다. 무엇보다도, 건식 팽창 증발기, 만액식 증발기(flooded type evaporators), 나관식 증발기(bare tube evaporators), 플레이트면 증발기 및 핀형 증발기(finned evaporators)를 포함하는, 다수의 특정 유형의 증발기 및 냉각기 시스템이 이용될 수도 있는 것이 고려된다.
냉각기 시스템(100)은 모터(170) 및 압축기(110)의 작동을 제어하기 위해 제어 신호를 가변 주파수 드라이브(155)에 출력하는 제어기(160)를 더 포함한다. 제어기(160)는 또한 이들에 한정되는 것은 아니지만, 모터 전류, 모터 단자 전압 및/또는 모터(170) 및 가변 주파수 드라이브(155)의 다른 작동 특성에 관한 정보를 포함하는 구동 유닛(150)의 작동에 대한 정보를 수신한다. 본 명세서에 설명된 제어부, 제어 루틴 및 제어 모듈은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 및 이들의 다양한 조합을 사용하여 구현될 수도 있고, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 다수의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 실행 가능한 명령을 이용할 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 제어기(160)는 다양한 형태로 제공될 수도 있고, 본 명세서에 개시된 것들과 같은 다수의 하드웨어 및 소프트웨어 모듈 및 구성 요소를 포함할 수도 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다.
이제, 도 2를 참조하면, 가변 주파수 드라이브(155)의 일 비한정적인 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 가변 주파수 드라이브(155)는 열전도성 기부 또는 기판(190) 상에 위치되어 열전달 상태에 있는 스위칭 장치(180)를 포함한다. 스위칭 장치(180)는 하나 이상의 내부 스위칭 접합부를 포함하고, 일 비한정적인 실시예에서, 하나 이상의 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(insulated gate bipolar transistors: IGBT's)의 형태이다. 다른 형태에서, 스위칭 장치(180)는 전력 MOSFET이다. 기부(190)는 다양한 상이한 열전도성 재료 또는 재료들의 조합으로부터 형성될 수도 있다. 예를 들어, 일 특정의 그러나 비한정적인 형태에서, 기부(190)는 구리 또는 이들의 합금으로부터 형성된다. 열 패드(200)가 기부(190)와 히트 싱크(210) 사이에 위치되지만, 열 패드(200)가 생략되고 기부(190)가 히트 싱크(210) 상에 직접 위치되어 있는 형태가 또한 고려된다. 하나 이상의 부가의 구성 요소가 스위칭 장치(180)와 기부(190) 사이에 그리고/또는 기부(190)와 히트 싱크(210) 사이에 위치되어 있는 형태가 가능하다는 것이 또한 이해되어야 한다.
히트 싱크(210)는 열전도성 재료로 형성되고, 기부(190)와 열전달 상태에 있다. 히트 싱크(210)는 열 질량 또는 용량을 또한 포함하고, 가변 주파수 드라이브(155)의 작동 중에 생성된 열을 흡수하여 저장하도록 작동 가능하다. 히트 싱크(210)가 흡수하여 저장하도록 작동 가능한 열 또는 열에너지의 양은 그 열 질량 또는 용량에 의해 제한된다는 것이 이해되어야 한다. 유사하게, 일단 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량이 도달되면, 가변 주파수 드라이브(155)의 작동 중에 생성된 부가의 열을 흡수하는 것이 더 이상 가능하지 않을 것이다. 부가적으로 또는 대안적으로, 히트 싱크(210)에 의해 흡수된 열의 양이 그 열 용량에 근접함에 따라, 가변 주파수 드라이브(155)의 작동 중에 생성되는 속도로 열을 흡수하도록 더 이상 작동 가능하지 않을 수도 있다. 어느 경우든, 가변 주파수 드라이브(155)의 작동 중에 생성된 열을 흡수하기 위한 히트 싱크(210)의 감소된 또는 종료된 작동성은 스위칭 장치(180)의 내부 접합부가 그 최대 온도 정격을 초과하게 할 수 있다.
히트 싱크(210)에 의해 흡수된 열의 양이 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량에 근접하거나 도달하는 상기 경우들을 회피하기 위해 그리고 마찬가지로 스위칭 장치(180)의 내부 접합부가 그 최대 온도 정격을 초과하는 것을 회피하기 위해, 냉각 회로(220)는 히트 싱크(210)에 인접하여 위치되고 1차 냉각 루프로부터의 냉매와 같은 냉각제 또는 냉각 매체 또는 2차 냉각 루프로부터의 냉각제를 히트 싱크(210)와 열전달 상태로 유도하여 냉각 매체가 히트 싱크(210)로부터 열을 흡수하여 전달된 열을 히트 싱크(210)로부터 제거할 수도 있게 하도록 구성된다. 예시된 형태에서, 냉각 회로(220)는 압축기(110), 응축기(120) 및 증발기(130)를 포함하는 냉매 루프와 결합되고, 히트 싱크(210)로부터 열을 흡수하여 전달 이격하는 냉각 매체는 냉매 루프의 냉매이다. 그러나, 냉각 매체에 대한 다른 형태가 가능하고, 그 비한정적인 예는 단지 몇몇 가능성을 제공하기 위해, 공기, 물 또는 글리콜을 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 일 비예시된 형태에서, 냉각 회로(220) 및 냉각 매체는, 냉각 회로(220)가 냉각 매체를 위한 폐루프를 형성하고 열교환기가 냉각 매체로부터 주위 환경 또는 다른 냉각 매체로 열을 방출하도록 구성되어 있는 개별 열전달 시스템의 부분일 수 있지만, 예를 들어 냉각 매체가 주변 공기 또는 다른 유체인 개루프 액체 회로와 같은 다른 변형예가 가능하다. 히트 싱크(210)의 열 질량은 냉각 매체의 유동이 발생하기 전에 냉각 회로(220) 내에 존재하는 냉각 매체로부터 열 질량의 기여를 포함할 수도 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
가변 주파수 드라이브(155)는 히트 싱크(210)에 인접한 냉각 회로(220) 내의 냉각 매체의 존재를 결정하도록 구성된 센서(222)를 또한 포함한다. 일 형태에서, 센서(222)는 냉각 회로(220) 내의 냉각 매체의 유동을 검출함으로써 냉각 매체의 존재를 결정하도록 구성된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 센서(222)가 냉각 회로(220) 내의 압력 변화를 검출함으로써 냉각 매체의 존재를 결정하도록 구성되어 있는 형태가 가능하다. 냉매 루프의 다른 위치에서의 압력 변화의 검출은 냉각 회로(220) 내의 냉각 매체의 존재를 결정하는데 이용될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 센서(222)는 히트 싱크(210)의 냉각이 히트 싱크(210)에 인접한 냉각 회로(220) 내의 냉각 매체의 존재를 결정하는 것에 응답하여 설정된다는 지시를 제어기(160)에 제공하도록 또한 구성된다. 특정 형태에서, 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되었다는 것의 결정 후에, 센서(222)는 냉각 회로(220) 내의 냉각 매체의 결여 또는 중단된 유동을 결정하고 히트 싱크(210)의 냉각이 실패되거나 중단되어 있다는 지시를 제어기(160)에 제공하도록 또한 구성될 수도 있다. 가변 주파수 드라이브(155)는 상이한 위치에 위치되고 온도를 측정하여 하나 이상의 구성 요소의 감지된 온도값을 제어기(160)에 제공하도록 구성된 하나 이상의 부가의 센서를 포함할 수도 있다는 것이 또한 고려된다. 예를 들어, 일 비예시된 형태에서, 가변 주파수 드라이브(155)는, 히트 싱크(210)의 온도를 측정하고 히트 싱크(210)의 감지된 온도값을 제어기(160)에 제공하도록 구성된 센서를 더 포함할 수도 있다. 또한, 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되었다는 것을 결정하기 위한 대안적인 접근법이 또한 가능하다. 예를 들어, 제어기(160)는 히트 싱크(210)의 냉각이 히트 싱크(210)의 감지된 온도값 또는 히트 싱크(210)의 감지된 온도값의 변화에 기초하여 설정되어 있다는 것을 결정하도록 구성될 수도 있다. 또 다른 형태에서, 제어기(160)는 가변 주파수 드라이브(155)의 시동 또는 초기 작동 후에 미리 결정된 시간 기간이 경과된 후에 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되어 있는 것을 결정하도록 구성될 수도 있다.
전술된 바와 같이, 히트 싱크(210)의 냉각은 스위칭 장치(180)의 내부 접합부가 그 최대 온도 정격을 초과하는 것을 회피하는 것을 도울 수도 있다. 그러나, 히트 싱크(210)의 냉각은 가변 주파수 드라이브(155)의 작동 중에 지연되고, 중단되거나 실패할 수도 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 시스템을 참조하면, 히트 싱크(210)에 인접한 냉각 회로(220) 내의 냉매의 존재 또는 유동은 가변 주파수 드라이브(155)의 시동 또는 초기 작동 후에 지연될 수도 있다. 이들 시간 기간 중에, 가변 주파수 드라이브(155)의 정상 작동은 히트 싱크(210)가 그 열 질량 또는 용량에 근접하거나 도달하게 하고, 스위칭 장치(180)의 내부 접합부가 그 최대 온도 정격을 초과하게 할 수도 있다. 이들 기간 중 하나, 즉 히트 싱크(210)의 냉각이 가변 주파수 드라이브(155)의 시동 또는 초기 작동 후에 지연될 때, 가변 주파수 드라이브(155)의 과열을 회피하기 위한 일 비한정적인 접근법이 도 3에 도식적으로 도시되어 있다.
도 3에 도시된 접근법에서, 제어기(160)는 시간(230)에 가변 주파수 드라이브(155)의 시동 또는 초기 작동 후에 제1 스위칭 주파수 모드(235)를 포함하는 제1 모드 및 제1 모드에서 가변 주파수 드라이브(155)의 작동 후에 제2 스위칭 주파수 모드(245)를 포함하는 제2 모드에서 가변 주파수 드라이브(155)를 작동하도록 구성된다. 일반적으로 말하면, 제1 스위칭 주파수 모드(235) 및 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량은 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되기 전에 스위칭 장치(180)의 내부 접합부 온도가 미리 결정된 임계치(250) 미만으로 유지되도록 함께 인자화된다. 일 비한정적인 태양에서, 미리 결정된 임계치(250)는 스위칭 장치(180)의 내부 접합부의 최대 온도 정격에 대응한다. 제1 스위칭 주파수 모드(235)는 일반적으로 제2 스위칭 주파수 모드(245)에 있는 것보다 낮은 스위칭 장치(180)의 스위칭 주파수 또는 스위칭 작동의 주파수를 포함한다. 그 결과, 제1 스위칭 주파수 모드(235)에서의 작동 중에 가변 주파수 드라이브(155)의 열 출력은 제2 스위칭 주파수 모드(245)에서 작동 중에 있는 것보다 작다.
제1 스위칭 주파수 모드(235)에 대해 선택된 정확한 주파수는 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량에 의존하고 그리고/또는 제한될 것이라는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 점점 더 낮은 주파수는 가변 주파수 드라이브(155)의 열 출력을 점점 더 감소시킬 것이고, 이러한 낮은 주파수에서 가변 주파수 드라이브(155)의 작동은 바람직하지 않은 부작용을 가질 수도 있다. 유사하게, 히트 싱크(210)가 적절하게 크기된 열 질량 또는 용량을 구비할 때, 제1 스위칭 주파수 모드(235)에 대해 선택된 주파수는 여전히 가변 주파수 드라이브(155)의 열 출력을 감소시킬 것이지만, 바람직하지 않은 부작용이 주로 또는 전혀 발생하는 이들 주파수를 초과할 것이다. 또한, 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량이 증가함에 따라, 제1 스위칭 주파수 모드(235)에 대해 선택된 주파수는 또한 증가할 수도 있다.
도 3을 재차 참조하면, 도 3에 도시된 접근법은 센서(222)가 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되어 있다는 것을 결정하고 그 지시를 제어기(160)에 제공하는 시간에 또한 대응하는 시간(240) 부근에 스위칭 장치(180)의 내부 접합부가 최대 온도에 도달하게 하는 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량 및 제1 스위칭 주파수 모드(235)에서 스위칭 주파수를 이용한다. 시간(240)은 또한 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되어 있다는 지시를 센서(222)로부터 수신하는 것에 기초하여 제2 주파수 스위칭 모드(245)에서 제어기(160)가 가변 주파수 드라이브(155)를 작동하기 시작하는 점을 또한 표현한다. 상기에 지시되어 있지 않지만, 제2 주파수 스위칭 모드(245)는 일반적으로 가변 주파수 드라이브(155)의 전형적인 운전 모드를 표현할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되어 있고 제어기(160)가 서로에 대해 상이한 시점에 제1 및 제2 스위칭 주파수 모드(235, 245) 사이에서 스위칭하는 형태가 또한 가능하다. 예를 들어, 제어기(160)는, 센서(222)가 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되었다는 지시를 제공한 후에 소정 시간 기간 동안 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동을 지연하도록 구성될 수도 있다.
제1 스위칭 주파수 모드(235)에서 가변 주파수 드라이브(155)의 작동은 다수의 상이한 접근법에 기초하여 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 스위칭 주파수 모드(235)가 불연속 펄스폭 변조 신호, 제2 스위칭 주파수 모드(245)에서 이용된 것보다 낮은 스위칭 주파수, 또는 제2 스위칭 주파수 모드(245)에서 이용된 것에 대한 펄스폭 변조의 변경된 패턴을 이용하는 형태들이 모두 가능하고 고려된다.
도 3에 도시된 접근법의 다른 변형예가 또한 가능하다. 예를 들어, 도 3은 히트 싱크(210)의 냉각이 설정된 것과 동일한 시점에 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동을 도시하고 있지만, 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되기 전에 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로의 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동이 행해지는 형태들이 고려되고 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 일 대안적인 비예시된 형태에서, 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로의 스위칭은 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량이 도 3의 접근법에서 히트 싱크(210)의 예시적인 열 질량 또는 용량의 것보다 크면 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되기 전에 행해질 수도 있다. 이 형태에서, 제어기(160)는 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되어 있는 전형적인 시간에 대응하는 미리 결정된 시점 전에 발생하는 시점에 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로 가변 주파수 드라이브(155)의 작동을 스위칭하도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 히트 싱크(210)의 증가된 열 질량 또는 용량은 제2 스위칭 주파수 모드(245)로의 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동 사이의 중간 시간에 히트 싱크(210)가 가변 주파수 드라이브(155)에 의해 발생된 부가의 열을 흡수하는 것을 가능하게 할 것이고, 히트 싱크(210)의 냉각이 설정된다. 이 형태에서, 센서(222)는 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되어 있다는 지시를 제어기(160)에 여전히 제공할 수 있고, 제어기(160)는 이러한 지시에 응답하여 제2 모드(245)에서 가변 주파수 드라이브(155)의 작동을 유지할 수 있다. 그러나, 이 지시가 제2 스위칭 주파수 모드(245)로의 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동 후에 미리 결정된 시간 기간 이내에 센서(222)에 의해 제어기(160)에 제공되지 않으면, 또는 다른 온도 센서가 히트 싱크(210)와 같은 가변 주파수 드라이브(155)의 구성 요소가 미리 결정된 값에 접근하거나 초과한다는 것을 지시하면, 제어기(160)는 가변 주파수 드라이브(155)의 작동을 제1 스위칭 주파수 모드(235)로 다시 스위칭하도록 또는 그렇지 않으면 그에 대한 손상을 회피하기 위해 가변 주파수 드라이브(155)의 작동을 변경하거나 종료하도록 구성될 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되기 전에 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동은 도 3의 접근법에서 대표적인 제1 스위칭 주파수 모드(235)에 대한 스위칭 장치(180)의 작동의 주파수를 더 감소시키는 스위칭 주파수 모드를 이용하는 형태에서 수행될 수도 있다.
히트 싱크(210)의 냉각이 설정된 후에 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동이 지연될 수도 있는 형태들이 또한 가능하다. 예를 들어, 일 이러한 형태에서, 히트 싱크(210)의 냉각이 설정된 후에 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동을 지연하는 것은 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량이 도 3의 접근법에서 히트 싱크(210)의 예시적인 열 질량 또는 용량의 것보다 작으면 수행될 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 히트 싱크(210)의 냉각이 설정된 후에 제1 스위칭 주파수 모드(235)로부터 제2 스위칭 주파수 모드(245)로 가변 주파수 드라이브(155)의 스위칭 작동을 지연하는 것은 도 3의 접근법에서 대표적인 제1 스위칭 주파수 모드(235)에 대한 스위칭 장치(180)의 작동의 주파수를 증가시키는 스위칭 주파수 모드를 이용하는 형태에서 수행될 수도 있다. 이들 대안적인 형태는 특정 태양에서 도 3의 대표적인 접근법과는 상이할 수도 있지만, 이들 변형예는 또한 제1 스위칭 주파수 모드 및 히트 싱크(210)의 열 질량 또는 용량이 스위칭 장치(180)의 내부 접합부 온도가 미리 결정된 임계치(250)를 초과하는 것을 방지할 수 있도록 또한 구성된다는 것이 이해되어야 한다.
도 3의 접근법은 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되기 전에 가변 주파수 드라이브(155)의 작동의 시작 또는 개시와 관련하여 설명되어 있지만, 이 접근법 및 그 변형예는 또한 가변 주파수 드라이브(155)가 제2 스위칭 주파수 모드(245)에서 작동하는 예들에서도 또한 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 히트 싱크(210)의 냉각이 손실되거나 실패하면, 가변 주파수 드라이브(155)의 열 출력을 감소시키고 그리고/또는 제한하고 그에 대한 손상을 회피하기 위해 제2 스위칭 주파수 모드(245)로부터 제1 스위칭 주파수 모드(235)로 스위칭할 필요가 있을 수도 있다. 이들 형태에서, 센서(222)는, 가변 주파수 드라이브(155)가 제2 스위칭 주파수 모드(245)에서 작동한 후에 히트 싱크(210)로의 냉각이 손실되거나 실패하는지를 감지하도록, 그리고 이러한 발생의 대응 지시를 제어기(160)에 제공하도록 구성될 수도 있다. 이에 응답하여, 제어기(160)는, 센서(222)가 히트 싱크(210)의 냉각이 설정되어 있다는 지시를 제어기(160)에 제공할 때까지 가변 주파수 드라이브(155)의 열 출력을 제한하기 위해 제1 스위칭 주파수 모드(235)로 가변 주파수 드라이브(155)의 작동을 스위칭하도록 구성된다. 제어기(160)는, 센서(222)가 미리 결정된 시간 기간 이내에 이러한 지시를 제어기(160)에 제공하는 것을 실패하거나 히트 싱크(210) 또는 가변 주파수 드라이브(155)의 다른 구성 요소의 온도 판독치가 미리 결정된 임계치에 부합하거나 초과하면, 가변 주파수 드라이브(155)의 작동을 종료하도록 또한 구성될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 기술, 방법, 제어, 진단 및 논리는 다양한 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 및 이들의 조합으로 구현될 수도 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
본 발명이 도면 및 상기 상세한 설명에 상세히 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 특징상 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로서 고려되어야 하고, 단지 특정 실시예들만이 도시되고 설명되어 있으며, 본 발명의 사상 내에 있는 모든 변경 및 수정이 보호되도록 요구된다는 것이 이해된다. 상기 설명에서 이용된 바람직한, 바람직하게는, 바람직 또는 더 바람직한과 같은 단어들의 사용은 이와 같이 설명된 특징이 더 바람직하다는 것일 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 이는 필수적인 것은 아닐 수도 있고, 이러한 특징이 결여되어 있는 실시예가 이어지는 청구범위에 의해 규정된 본 발명의 범주 내에 있는 것으로서 고려될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 청구범위를 숙독할 때, 단수 표현, "적어도 하나" 또는 "적어도 하나의 부분"과 같은 단어들이 사용될 때, 청구범위에서 구체적으로 반대로 언급되지 않으면, 청구항을 단지 하나의 항목에 한정하려는 의도는 없다는 것이 의도된다. 언어 "적어도 일부" 및/또는 "부분"이 사용될 때, 항목은 구체적으로 반대로 언급되지 않으면 일부 및/또는 전체 항목을 포함할 수 있다.

Claims (30)

  1. 열 질량을 포함하는 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브를 제공하는 단계; 및
    상기 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 제1 모드에서 그리고 상기 제1 모드 후에 제2 모드에서 상기 드라이브를 작동하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 모드에서의 상기 드라이브의 작동은 제1 스위칭 주파수 모드에서 상기 스위칭 장치를 작동하는 것을 포함하고,
    상기 제1 스위칭 주파수 모드 및 상기 히트 싱크의 열 질량은 상기 히트 싱크의 능동 냉각이 설정되기 전에 미리 결정된 임계치 미만의 상기 스위칭 장치의 온도를 제공하도록 선택되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 모드는 제2 스위칭 주파수 모드에서 상기 스위칭 장치를 작동하는 것을 포함하고, 상기 제1 스위칭 주파수는 상기 제2 스위칭 주파수 모드의 스위칭 주파수보다 낮은 스위칭 주파수를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 모드에서의 상기 드라이브의 작동은 제2 스위칭 주파수 모드에서 상기 스위칭 주파수를 작동하는 것을 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 스위칭 주파수 모드는 상기 드라이브의 작동을 제어하는 불연속적 펄스폭 변조 신호를 이용하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 스위칭 주파수 모드는 상기 제2 스위칭 주파수 모드보다 낮은 스위칭 주파수를 사용하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 히트 싱크로의 냉각제 유동을 결정하는 단계 및 냉각제 유동을 결정하는 것에 응답하여 상기 제1 모드로부터 제2 모드로 상기 드라이브의 작동을 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계치는 상기 스위칭 장치의 최대 접합부 온도에 대응하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 드라이브로의 냉각을 설정할 때 상기 제1 모드로부터 제2 모드로 상기 드라이브의 작동을 스위칭하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 드라이브로의 냉각이 설정되기 전에 상기 제1 모드로부터 제2 모드로 상기 드라이브의 작동을 스위칭하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 장치는 IGBT를 포함하는 방법.
  11. 열 질량을 포함하는 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브; 및
    운전 모드 및 상기 스위칭 장치의 스위칭 주파수가 운전 모드에 대해 변경되어 있는 시동 모드에서 상기 드라이브를 작동하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 시동 모드 스위칭 주파수 및 상기 히트 싱크의 열 질량은 상기 히트 싱크의 냉각이 설정되기 전에 상기 스위칭 장치의 온도를 미리 결정된 임계치 이내로 유지하도록 구성되는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 시동 모드 스위칭 주파수는 상기 히트 싱크의 열 질량 또는 용량에 기초하여 제한되는 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제2 모드에 대해 더 낮은 제1 모드에서의 스위칭 주파수를 제공하도록 또한 구성되는 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제어기는 상기 시동 모드에서 드라이브의 작동 중에 불연속적 펄스폭 변조 신호를 제공하도록 또한 구성되는 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제어기는 상기 운전 모드에 대한 시동 모드에서의 드라이브의 작동 중에 펄스폭 변조 신호의 변경된 패턴을 제공하도록 또한 구성되는 시스템.
  16. 제11항에 있어서, 상기 히트 싱크로의 냉각제 유동을 결정하고, 냉각제 유동을 결정하는 것에 응답하여 상기 히트 싱크의 냉각이 설정되어 있다는 지시를 상기 제어기에 제공하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 상기 지시에 응답하여 운전 모드에서 상기 드라이브를 작동하도록 또한 구성되는 시스템.
  18. 제11항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계치는 상기 스위칭 장치의 최대 정격 접합부 온도에 대응하는 시스템.
  19. 제11항에 있어서, 상기 스위칭 장치는 IGBT를 포함하는 시스템.
  20. 제11항에 있어서, 전기 모터 및 상기 모터와 작동적으로 결합된 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하는 냉동 루프를 더 포함하는 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 드라이브는 상기 압축기를 구동하기 위해 상기 모터를 작동하도록 구성되는 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 히트 싱크는 냉동 루프와 결합되는 시스템.
  23. 히트 싱크와 열전달 상태에 있는 스위칭 장치를 포함하는 가변 주파수 드라이브를 제공하는 단계,
    상기 드라이브를 제1 모드에서 작동하는 단계,
    상기 히트 싱크의 냉각을 결정하는 단계, 및
    상기 히트 싱크의 냉각을 결정하는 것에 응답하여 상기 드라이브를 제2 모드에서 작동하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 모드에서의 상기 드라이브의 작동은 상기 제1 모드에 대해 상기 스위칭 장치의 스위칭 작동의 증가된 주파수를 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 모드에서 상기 드라이브의 작동은 시동 기간 중에 수행되는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 히트 싱크의 냉각을 결정하는 단계는 상기 히트 싱크에서 냉각 매체를 감지하는 것을 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 냉각 매체는 모터와 작동적으로 결합된 압축기, 응측기, 및 증발기를 포함하는 냉동 루프로부터 냉매인 방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 히트 싱크의 냉각을 결정하는 단계는 상기 히트 싱크와 열전달 상태로 위치된 냉각 회로 내의 압력 변화를 감지하는 것을 포함하는 방법.
  28. 제23항에 있어서, 상기 히트 싱크의 냉각을 결정하는 단계는 상기 히트 싱크와 열전달 상태로 위치된 냉각 회로 내의 냉각제 유동을 감지하는 것을 포함하는 방법.
  29. 제23항에 있어서, 상기 히트 싱크의 냉각을 결정하는 단계는 상기 히트 싱크의 온도 변화를 감지하는 것을 포함하는 방법.
  30. 제23항에 있어서, 상기 히트 싱크의 냉각을 결정하는 단계는 상기 제1 모드에서 상기 드라이브의 작동의 개시 후에 미리 결정된 시간 기간의 만료로부터 발생하는 방법.
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