KR20160097920A - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기 - Google Patents

모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 스위칭 동작에 의해, dc 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, dc 단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 모터에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치 중 자속분 전류 지령치에 기초하여, 모터를 구동하도록 제어한다. 이에 따라, dc 단 전압의 급격한 상승을 방지할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기{Motor driving apparatus and laundry treatment machine including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, dc 단 전압의 급격한 상승을 방지할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것이다.
일반적으로, 세탁물 처리기기는 세제와 세탁수 및 세탁물이 세탁조 내에 투입된 상태에서, 모터의 구동력을 전달받아 회전하는 세탁조와 세탁물의 마찰력을 이용하여 세탁을 행하여, 세탁물의 손상이 거의 없고 세탁물이 서로 엉키지 않는 세탁효과를 낼 수 있다.
통상의 세탁물 처리기기는 모터의 회전자 위치를 감지하기 위해, 위치 감지 센서가 구비한다.
그러나, 제조 비용 저감 등의 이유로, 위치 감지 센서를 사용하지 않는 세탁물 처리기기에 대한 개발이 진행되고 있으며, 이러한 경우, 위치 감지 센서 없이, 모터 회전자의 위치를 정확히 추정하는 방안에 대해, 논의되고 있다.
본 발명의 목적은, dc 단 전압의 급격한 상승을 방지할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 모터 속도의 급격한 저감 없이 dc 단 전압의 급격한 상승 방지할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 스위칭 동작에 의해, dc 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, dc 단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 모터에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치 중 자속분 전류 지령치에 기초하여, 모터를 구동하도록 제어한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 스위칭 동작에 의해, dc 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, dc 단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 모터에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터의 속도가 낮아지도록 제어하며, 과전압 보호 모드 이후, 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, dc 단 모터로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로서, 모터의 속도가 증가하도록 제어한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기는, 세탁조와, 세탁조을 회전시키는 모터와, 모터를 구동하는 구동부를 포함하며, 구동부는, 스위칭 동작에 의해, dc 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, dc 단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부와, 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부와, 검출되는 출력 전류에 기초하여, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 모터에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치 중 자속분 전류 지령치에 기초하여, 모터를 구동하도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기는, dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 모터에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치 중 자속분 전류 지령치에 기초하여, 모터를 구동함으로써, dc 단 전압의 급격한 상승을 방지할 수 있게 된다.
즉, 과전압 보호 모드 동안, 자속분 전류 지령치에만 기초하여, 모터를 구동하므로, 모터의 회전 속도가 저감되면서, 모터에서의 소비전력이 저감되게 된다. 따라서, dc 단으로 공급되는 전력이 작아지게 된다. 즉, dc 단 전압의 급격한 상승을 방지할 수 있게 된다.
한편, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기는, 과전압 보호 모드 이후, 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, dc 단 모터로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로서, 토크분 전류 지령치에 기초하여, 모터를 구동함으로써, 모터 속도의 급격한 저감 없이 dc 단 전압의 급격한 상승 방지할 수 있게 된다.
즉, 과전압 보호 모드 동안, 모터의 속도를 저감하면서 dc 단 전압의 급격한 상승을 방지하며, 과전압 보호 모드 이후, 저감된 모터 속도를 다시 증가시킴으로써, 과도한 모터 속도 저감에 따른 소비 전력의 불필요한 소모를 저감할 수 있게 된다.
결국, 과전압 보호 모드 이후, 신속하게 통상 운전 모드로 복귀할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 세탁물 처리기기의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도 3은 도 2의 구동부의 내부 회로도이다.
도 4는 도 3의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 6a 내지 도 11b는 도 5a 내지 도 5b의 동작 방법의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술되는 세탁물 처리기기는, 세탁조를 회전시키기 위한 모터의 회전자 위치를 감지하는 위치 감지부가 구비되지 않는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해, 모터의 회전자 위치를 추정할 수 있는 세탁물 처리기기이다. 이하에서는, 센서리스 방식의 세탁물 처리기기에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기(100)는, 포가 전면 방향으로 세탁조 내로 삽입되는 프론트 로드(front load) 방식의 세탁물 처리기기이다. 이러한 프론트 방식의 세탁물 처리기기는, 포가 삽입되어 세탁, 헹굼 탈수 등을 수행하는 세탁기 또는 습포가 삽입되어 건조를 수행하는 건조기 등을 포함하는 개념으로서, 이하에서는 세탁기를 중심으로 기술한다.
도 1의 세탁물 처리기기(100)는, 세탁조식 세탁물 처리기기로서, 세탁물 처리기기(100)의 외관을 형성하는 캐비닛(110)과, 캐비닛(110) 내부에 배치되며 캐비닛(110)에 의해 지지되는 터브(120)와, 터브(120) 내부에 배치되며 포가 세탁되는 세탁조(122)과, 세탁조(122)을 구동시키는 모터(130)와, 캐비닛 본체(111) 외측에 배치되며 캐비닛(110) 내부로 세탁수를 공급하는 세탁수 공급장치(미도시)와, 터브(120) 하측에 형성되어 세탁수를 외부로 배출하는 배수장치(미도시)를 포함한다.
세탁조(122)에는 세탁수가 통과되도록 복수개의 통공(122A)이 형성되며, 세탁조(122)의 회전시 세탁물이 일정 높이로 들어 올려진 후, 중력에 의해 낙하되도록 세탁조(112)의 내 측면에 리프터(124)가 배치될 수 있다.
캐비닛(110)은, 캐비닛 본체(111)와, 캐비닛 본체(111)의 전면에 배치되어 결합하는 캐비닛 커버(112)와, 캐비닛 커버(112) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)와 결합하는 컨트롤패널(115)과, 컨트롤패널(115) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)와 결합하는 탑플레이트(116)를 포함한다.
캐비닛 커버(112)는 포의 출입이 가능하도록 형성되는 포 출입홀(114)과, 포 출입홀(114)의 개폐가 가능하도록 좌우로 회동 가능하게 배치되는 도어(113)를 포함한다.
컨트롤패널(115)은 세탁물 처리기기(100)의 운전상태를 조작하는 조작키들(117)과, 조작키들(117)의 일측에 배치되며 세탁물 처리기기(100)의 운전상태를 표시하는 디스플레이장치(118)를 포함한다.
컨트롤패널(115) 내의 조작키들(117) 및 디스플레이 장치(118)는 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되며, 제어부(미도시)는 세탁물 처리기기(100)의 각 구성요소등을 전기적으로 제어한다. 제어부(미도시)의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 세탁조(122)에는 오토 밸런스(미도시)가 구비될 수 있다. 오토 밸런스(미도시)는 세탁조(122) 내에 수용된 세탁물의 편심량에 따라 발생하는 진동을 저감하기 위한 것으로, 액체밸런스, 볼밸런스 등으로 구현될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 세탁물 처리기기(100)는, 세탁조(122)의 진동량 또는 캐비닛(110)의 진동량을 측정하는 진동 센서를 더 구비할 수 있다.
도 2는 도 1의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 세탁물 처리기기(100)는, 제어부(210)의 제어 동작에 의해, 구동부(220)가 제어되며, 구동부(220)는 모터(230)를 구동하게 된다. 이에 따라, 세탁조(122)에 모터(230)에 의해 회전하게 된다.
제어부(210)는, 조작키(1017)로부터 동작 신호를 입력받아 동작을 한다. 이에 따라, 세탁, 헹굼, 탈수 행정이 수행될 수 있다.
또한, 제어부(210)는, 디스플레이(18)를 제어하여, 세탁 코스, 세탁 시간, 탈수 시간, 헹굼 시간 등, 또는 현재 동작 상태 등을 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 구동부(220)를 제어하여, 구동부(220)는, 모터(230)를 동작시키도록 제어한다. 이때, 모터(230) 내부 또는 외부에는, 모터의 회전자 위치를 감지하기 위한, 위치 감지부가 구비되지 않는다. 즉, 구동부(220)는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해 모터(230)를 제어한다.
구동부(220)는, 모터(230)를 구동시키기 위한 것으로, 인버터(미도시), 및 인버터 제어부(미도시), 모터(230)에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력전류 검출부(도 3의 E)와, 모터(230)에 인가되는 출력 전압(vo)을 검출하는 출력전압 검출부(도 3의 F)를 구비할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 인버터(미도시)에 입력되는 직류 전원을 공급하는, 컨버터 등을 더 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들어, 구동부(220) 내의 인버터 제어부(도 3의 430)는, 출력 전류(io) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 모터(230)의 회전자 위치를 추정한다. 그리고, 추정된 회전자 위치에 기초하여, 모터(230)가 회전하도록 제어한다.
구체적으로, 인버터 제어부(도 3의 430)가, 출력 전류(io) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어 신호(도 3의 Sic)를 생성하여, 인버터(미도시)로 출력하면, 인버터(미도시)는 고속 스위칭 동작을 하여, 소정 주파수의 교류 전원을 모터(230)에 공급한다. 그리고, 모터(230)는, 소정 주파수의 교류 전원에 의해, 회전하게 된다.
구동부(220)에 대해서는 도 3를 참조하여 후술한다.
한편, 제어부(210)는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io) 등에 기초하여, 포량을 감지할 수 있다. 예를 들어, 세탁조(122)가 회전하는 동안에, 모터(230)의 전류값(io)에 기초하여 포량을 감지할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 세탁조(122)의 편심량, 즉 세탁조(122)의 언밸런스(unbalance; UB)를 감지할 수도 있다. 이러한 편심량 감지는, 모터(230)에 흐르는 출력 전류(io)의 리플 성분 또는 세탁조(122)의 회전 속도 변화량에 기초하여, 수행될 수 있다.
도 3은 도 2의 구동부의 내부 회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(220)는, 도 2의 구동부(220)에 대응할 수 있다. 한편, 모터 구동부(220)는, 모터 구동장치로 명명할 수도 있다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(220)는, 센서리스(sensorless) 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 컨버터(410), 인버터(420), 인버터 제어부(430), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 4를 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
도 4는 도 3의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 4를 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360), 전력 연산부(365), 전류 제한부(375)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure pat00001
)와 연산된 속도(
Figure pat00002
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
한편, 전력 연산부(365)는, 검출되는 출력 전류(io)에 기초하여, 모터(230)에서 소비되는 전력(Pca)을 연산한다.
예를 들어, 전력 연산부(365)는, 검출되는 출력 전류(io) 및, 인가되는 출력 전압에 기초하여, 모터(230)에서 소비되는 전력(Pca)을 연산할 수 있다.
이를 위해, 모터(130)에 인가되는 출력 전압(vo)을 검출하기 위한 출력 전압 검출부가 더 구비될 수 있다.
한편, 전력 연산부(365)는, 출력 전류(io)와 출력 전압(vo)과의 위상 차이, 및 출력 전류(io)에 기초하여, 모터(230)에서 소비되는 전력(Pca)을 연산할 수 있다.
한편, 전류 제한부(375)는, dc단 전압 검출부(B)에서 검출된 dc단 전압(Vdc)과, 전력 연산부(365)로부터의 전력(Pca)과, 속도 연산부(320)에서 연산된 속도(
Figure pat00007
)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430) 내의 전류 제한부(375)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터(230) 구동을 위한 전류 지령치를 제한할 수 있다.
인버터 제어부(430) 내의 전류 제한부(375)는, 전력 연산부(365)에서 연산된 전력(Pca)이 부극성의 값을 가지는 경우, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430) 내의 전류 제한부(375)는, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 각각 소정 레벨로 제한할 수 있다.
예를 들어, 전류 제한부(375)는, 과전압 보호 모드 동안, 전류 지령치 제한을 위한 제한 정보(Slim)를 전류 지령 생성부(330)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 전류 지령 생성부(330)는, 과전압 보호 모드 동안, 전류 지령치 제한을 위한 제한 정보(Slim)에 기초하여, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ) 중 자속분 전류 지령치(i* d)만을 출력할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430) 내의 전류 제한부(375)는, 과전압 보호 모드 동안, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ) 중 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여, 모터(230)를 구동하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 전류 제한부(375)는, 과전압 보호 모드 동안, 모터(230) 구동을 위해, 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ) 중 자속분 전류 지령치(i* d)만을, 전류 지령 생성부(330)로 출력할 수 있다.
이에 따라, 전류 지령 생성부(330)는, 과전압 보호 모드 동안, 속도 지령치(ω* r)에 의한 전류 지령치 생성이 아닌, 전류 제한부(375)로부터 입력되는, 자속분 전류 지령치(i* d)를, 바이패스(bypass)하여, 출력할 수도 있다.
한편, 인버터 제어부(430) 내의 전류 제한부(375)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)를 일정한 제1 레벨로 설정하고, 모터(230) 구동을 위한 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 영으로 설정할 수도 있다.
과전압 보호 모드 동안, 전압 지령 생성부(340)는, 자속분 전류 지령치(i* d)에만 기초하여 자속분 전압 지령치(v* d)를 생성하여 출력할 수 있다.
그리고, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 자속분 전압 지령치(v* d)에 기초하여 생성된 스위칭 제어 신호(Sic)를 인버터(420)에 출력할 수 있다.
이와 같이, 과전압 보호 모드 동안, 자속분 전류 지령치(i* d)에만 기초하여, 모터(230)를 구동하므로, 모터(230)의 회전 속도가 저감되면서, 모터(230)에서의 소비전력이 저감되게 된다. 따라서, dc 단으로 공급되는 전력이 작아지게 된다. 즉, dc 단 전압(Vdc)의 급격한 상승을 방지할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430) 내의 전류 제한부(375)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되며, 모터(230)의 회전 방향이 역회전 방향인 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ) 중 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여, 모터(230)를 구동할 수도 있다.
특히, 전류 제한부(375)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 속도(
Figure pat00008
)의 레벨이 부극성의 값을 가지는 경우, 모터(230)의 회전 방향이 역회전 방향인 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 전류 제한부(375)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되며, 모터(230)의 회전 방향이 역회전 방향인 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ) 중 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여, 모터(230)를 구동할 수도 있다.
이러한, 과전압 보호 모드에 따라, 결국, 인버터 제어부(430)는, 모터(230)의 속도가 낮아지도록 제어한다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드 이후, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, dc 단에서 모터(230)로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430) 내의 전류 제한부(375)는, 과전압 보호 모드 이후, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, dc 단에서 모터(230)로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로서, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)에 기초하여, 모터(230)를 구동하도록 제어할 수 있다. 이에 의, 모터(230)의 속도는 다시 증가할 수 있게 된다.
이때, 모터(230)가, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor와, SMPMSM)인 경우, 자속분 전류 지령치(i* d)는 0으로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 약계자 제어시, 자속분 전류 지령치(i* d)는 소정값을 가질 수도 있다.
한편, 통상 운전 모드 동안, 전압 지령 생성부(340)는, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)에 기초하여 토크분 전압 지령치(v* ㅂ)를 생성하여 출력할 수 있다.
그리고, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 토크분 전압 지령치(v* ㅂ)에 기초하여 생성된 스위칭 제어 신호(Sic)를 인버터(420)에 출력할 수 있다.
이러한 통상 운전 모드에 의해, 모터(230)를 구동함으로써, 모터(230) 속도의 급격한 저감없이, 바로 모터(230)의 속도를 증가시킬 수 있게 된다.
특히, 과전압 보호 모드 동안, 모터(230)의 속도를 저감하면서 dc 단 전압(Vdc)의 급격한 상승을 방지하며, 과전압 보호 모드 이후, 저감된 모터 속도를 다시 증가시킴으로써, 과도한 모터(230) 속도 저감에 따른 소비 전력의 불필요한 소모를 저감할 수 있게 된다. 결국, 과전압 보호 모드 이후, 신속하게 통상 운전 모드로 복귀할 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모터(230) 구동장치의 동작방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 모터 구동장치(220 내의 dc단 전압 검출부(B)는, dc 단 전압(Vdc)을 검출한다(S510). 검출된 dc 단 전압(Vdc)은 인버터 제어부(430)로 입력된다.
다음, 모터 구동장치(220 내의 출력 전류 검출부(E)는, 츌력 전류(io)를 검출한다(S515). 검출된 츌력 전류(io)는 인버터 제어부(430)로 입력된다.
다음, 모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)는, 검출된 츌력 전류(io)에 기초하여, 전력을 연산한다(S520). 특히, 인버터 제어부(430) 내의 전력 연산부(365)는, 전력(Pca)을 연산한다.
다음, 모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되는 지 여부를 판단한다(S525). 그리고, 해당하는 경우, 모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드로 동작하도록 제어한다.
즉, 모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)의 전류 제한부(375)는, 전류 지령치를 제한한다(S535).
예를 들어, 인버터 제어부(430)의 전류 제한부(375)는, 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ) 중 자속분 전류 지령치(i* d)에만 기초하여, 모터(230)가 구동되도록, 제한한다.
구체적으로, 인버터 제어부(430)의 전류 제한부(375)는, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)를 제1 레벨로 설정하고, 모터(230) 구동을 위한 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 영으로 설정할 수 있다.
이에 의해, 모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)는, 모터(230)의 속도가 저감되면서, 소비 전력이 소모되도록 제어할 수 있다. 즉, dc 단으로 공급되는 전압이 낮아져, 결국, dc 단이 안정화되도록 제어할 수 있다.
다음, 모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, dc 단에서 모터(230)로 전력이 공급되는 지 여부를 판단한다(S540). 그리고, 해당하는 경우, 모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)는, 통상 운전 모드로 동작하도록 제어한다(S555).
즉, 모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)에 대한 제한을 해제하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(430)는, 통상 운전 모드로서, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)에 기초하여, 모터(230)를 구동하도록 제어할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 속도 지령치(w* r)에 기초하여, 전류 지령치 특히, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 생성하고, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)에 기초하여 토크분 전압 지령치(v* ㅂ)를 생성하며, 토크분 전압 지령치(v* ㅂ)에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력할 수 있다.
이에 의해, 과전압 보호 모드 이후, 저감된 목토 속도를 다시 증가시킴으로써, 과도한 모터(230) 속도 저감에 따른 소비 전력의 불필요한 소모를 저감할 수 있게 된다. 결국, 과전압 보호 모드 이후, 신속하게 통상 운전 모드로 복귀할 수 있게 된다.
다음, 도 5b는 도 5a와 유사하나, 제530 단계(S530)가 더 수행되는 것에 그 차이가 있다. 그 차이점을 중심으로 기술하면,
모터 구동장치(220 내의 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드로의 진입시, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되는 것 외에, 추가로, 모터(230)가 역회전으로 회전하는 지 여부를 판단할 수 있다(S530).
인버터 제어부(430) 내의 속도 연산부(320)는, 출력 전류에 기초하여, 모터(230)의 속도를 연산할 수 있다. 전류 제한부(375)는, 이때 연산된 모터의 속도의 값이, 음의 값을 가지는 경우, 역회전으로 회전하는 것으로 판단할 수 있다.
이에 따라, 전류 제한부(375)는, 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)에 대한 전류 제한이 수행되도록 제어할 수 있다.
즉, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)를 제1 레벨로 설정하고, 모터(230) 구동을 위한 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 영으로 설정할 수 있다. 이에 의해, dc 단 전압의 급격한 상승을 방지할 수 있게 된다.
도 6a 내지 도 6d는, 모터(230)를 정지하는 방법을 예시하는 도면이다.
먼저, 도 6a는 모터(230) 정지를 위해, 인버터(420)의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)가 모두 오프되고, 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 모두 온 되는 것을 예시한다. 즉, 제로 벡터의 스위칭 제어 신호(Sic)에 따라, 인버터(420)가 동작하며, 전류의 흐름에 따라, 전력이 소비되게 되며, 소정 시간 이후 모터(230)가 정지하게 된다. 이러한 방식은, 발전 제동이라 명명할 수 있다.
다음, 도 6b는 모터(230) 정지를 위해, 인버터(420)의 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc)가 모두 온되고, 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 모두 오프되는 것을 예시한다. 즉, 제로 벡터의 스위칭 제어 신호(Sic)에 따라, 인버터(420)가 동작하며, 전류의 흐름에 따라, 전력이 소비되게 되며, 소정 시간 이후 모터(230)가 정지하게 된다.
다음, 도 6c는, 모터(230)가 시계 방향으로 소정 속도(ωr1)로 회전하다가, 도 6a 또는 도 6b의 제로 벡터에 의한 스위칭 제어 신호(Sic)에 의해, 모터(230)가 정지하는 것을 예시한다.
다음, 도 6d는, 모터(230)가 시계 방향으로 소정 속도(ωr1)로 회전하다가, 모터(230)가 반시계 방향으로 소정 속도(-ωr1)로 회전하다가, 도 6a 또는 도 6b의 제로 벡터에 의한 스위칭 제어 신호(Sic)에 의해, 모터(230)가 정지하는 것을 예시한다.
모터(230) 구동 중에, 도 6a 내지 도 6b의 방법에 의해, 모터(230)를 동작시키는 경우, 도 6c 또는 도 6d와 같이, 급격하게, 모터(230)가 정지되며, 진동 및 소음이 유발되게 된다.
예를 들어, 모터(230)의 고속 운전 중, dc단 전압(Vdc)이 허용치를 초과한 경우, 도 6a 내지 도 6b의 방법에 의해, 모터(230)를 동작시키는 경우, 도 6c 또는 도 6d와 같이, 급격하게, 모터(230)가 정지되며, 진동 및 소음이 유발되게 된다.
그 이후, 다시 모터(230)를 동작시키기 위해서는, 추가적인, 소비 전력이 소모되게 된다.
도 7a는, 모터(230)의 동작이 정상적인 경우로서, 전력(Pa)이 인버터(420)에서, 모터(230)로 공급되는 것을 예시한다. 이때, 모터(230)는, 모터(230)가 시계 방향(Rco)으로 회전할 수 있다.
도 7b는, 모터(230)의 동작이 비정상적인 경우로서, 전력(Pb)이 모터(230)에서, 인버터(420)로 공급되는 것을 예시한다. 이때, 모터(230)는, 모터(230)가 반시계 방향(Rcco)으로 회전할 수 있다.
도 7b와 같이, 모터(230)가 비정상적으로 동작하여, dc 단 전압이 급격하게 증가하는 경우, 본 발명에서는, 과도한 소음 및 진동 방지를 위해, 모터(230)의 속도를 저감하면서, dc 단 전압(Vdc)의 급격한 상승을 방지할 수 있는 방안을 제시한다.
즉, 상술한 바와 같이, 인버터 제어부(430)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ) 중 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여, 모터(230)를 구동하도록 제어할 수 있다.
또는, 인버터 제어부(430)는, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급되며, 모터(230)의 회전 방향이 역회전 방향인 경우, 과전압 보호 모드로서, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ) 중 자속분 전류 지령치(i* d)에 기초하여, 모터(230)를 구동하도록 제어할 수 있다.
도 8은, dc 단 전압의 변화에 따른, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)와 자속분 전류 지령치(i* d)를 예시한 파형도이다.
도면을 참조하면, Ty 구간은 모터(230) 정지 구간을 나타낸다. Tz 구간은 모터(230)의 동작 구간을 나타낸다.
인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드 이전인, Tz 구간 동안, 자속분 전류 지령치(i* d)는 0으로 설정하고, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)가 가변되도록 제어할 수 있다. 이에 의해, 도면과 같이, Tz 구간 동안, dc단 전압(Vdc)이 상승할 수 있다.
한편, T1 시점에, dc단 전압(Vdc)이, 제1 소정치(Vdcref)에 도달한 경우, 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드가 수행되도록 제어한다. 즉, Tb 구간 동안, 과전압 보호 모드가 수행되도록 제어한다. 한편, 제1 소정치(Vdcref)는 대략 400V일 수 있다.
구체적으로, Tb 구간 동안, 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치(i* d)와 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 제한한다.
도면에서는, Tb 구간 중, Ta 구간(T1과 T2 사이) 동안, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)가 0 인 것을 예시한다. 이때, 자속분 전류 지령치(i* d)는 제1 레벨(Le1)로 설정될 수 있다.
한편, T2 시점에, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)는 0 이 아닌 가변될 수 있다.
한편, 자속분 전류 지령치(i* d)는, T2 시점 이후 T3 시점까지, 즉, Tb1 구간 동안, 제1 레벨(Le1)로 계속 설정될 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드 수행 이후, 다시, 검출된 dc단 전압 등에 기초하여, 과전압 보호 모드를 수행할 지 여부를 판단한다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드 수행 이후, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, dc 단에서 모터(230)로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드가 수행되도록 제어한다.
도면에서, Tc 구간은, 통상 운전 모드가 수행되는 구간에 대응한다.
이에 따라, Tc 구간 동안, 자속분 전류 지령치(i* d)는 0으로 설정되고, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)는 가변될 수 있다.
한편, 도 9a 내지 도 9b는, 과전압 보호 모드 수행 중에, 자속분 전류 지령치가 다양한 레벨을 가지는 것을 예시한다.
먼저, 도 9a는, 과전압 보호 모드 이전에, 자속분 전류 지령치(i* d1)가 0으로 설정되다가, 과전압 보호 모드 구간인 Tb 구간 동안, 제1 레벨(le1)로 설정되는 것을 예시한다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드 이전에, 자속분 전류 지령치(i* d1)가 0으로 설정하다가, 과전압 보호 모드 구간인 Tb 구간 동안, 제1 레벨(le1)로 설정할 수 있다.
다음, 도 9b는, 과전압 보호 모드 이전에, 자속분 전류 지령치(i* d2)가 제1 레벨(le1) 보다 낮은 제2 레벨(le2)로 설정되다가, 과전압 보호 모드 구간인 Tb 구간 동안, 제2 레벨(le2)을 그대로 유지하는 것을 예시한다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드 이전에, 약계자 제어가 수행되는 경우, 토크분 전류 지령치 외에, 자속분 전류 지령치(i* d2)에 의해, 모터(230)를 구동하도록 제어할 수 있다. 도면에서는, 자속분 전류 지령치(i* d2)의 레벨을 제2 레벨(le2)로 설정한 것을 예시한다.
이러한 상태에서, 상술한 과전압 보호 모드가 수행되는 경우, 인버터 제어부(430)는, 자속분 전류 지령치(i* d2)의 레벨을 그대로 유지하도록 제어한다. 이때, 토크분 전류 지령치(i* q2)는 0이 되도록 설정한다.
이에 의하면, 인버터 제어부(430)는, 약계자 제어 중, 과전압 보호 모드가 수행되는 경우, 자속분 전류 지령치(i* d2)의 레벨을 그대로 유지하도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 약계자 제어 중, 과전압 보호 모드가 수행되는 경우, 설정되는 자속분 전류 지령치(i* d2)의 레벨(Le2)이, 약계자 제어가 아니며 과전압 보호 모드가 수행되는 경우에 설정되는 자속분 전류 지령치(i* d1)의 레벨(Le1) 보다 더 작도록 설정할 수 있다.
도 10a 내지 도 10b는, 과전압 보호 모드 및 통상 운전 모드에 따른 모터(230)의 동작을 간략히 도시한 도면이다.
먼저, 도 10a는, 도 10a의 (a)와 같이, ωr1의 속도로 모터(230) 회전시, 과전압 보호 모드가 수행되는 것을 예시한다. 이에 의해, 도 10의 (a)와 같이, 모터(230)의 속도가, ωr2로 저감되게 된다. 이후, 통상 운전 모드가 바로 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 과전압 보호 모드 중, 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 영으로 제한하고, 자속분 전류 지령치(i* d)를 제1 레벨로 설정함으로써, 모터(230)의 정지 없이도, dc 단 전압의 급상승을 저감할 수 있게 된다. 이에 따라, 통상 운전 모드에서, 저감된 모터 속도의 증가시, 불필요한 전력 소모를 저감할 수 있게 된다.
다음, 도 10b는, 도 10b의 (a)와 같이, ωr1의 속도로 시계 방향으로 모터(230)가 회전하다가, 도 10b의 (b)와 같이, ωr1의 속도로 반시계 방향으로 모터(230)가 회전하는 것을 예시한다.
정회전, 역회전의 순간적인 변화로 인해, dc 단 전압의 급상승할 수 있게 되며, 상술한 바와 같이, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급될 수 있게 된다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 도 10b의 (c)와 도 10b의 (d)에서, 과전압 보호 모드가 수행되도록 제어한다.
도 10b의 (c)는, ωr2의 속도로 반시계 방향으로 모터(230)가 회전하는 것을 예시하며, 도 10b의 (d)는, ωr3의 속도로 시계 방향으로 모터(230)가 회전하는 것을 예시한다.
이때, 모터(230)의 속도는 점차 저감될 수 있다. 즉, ωr1>ωr2>ωr3 의 관계를 가질 수 있다.
한편, 과전압 보호 모드 이후, 통상 운전 모드에 의해, 모터(230)의 속도가 다시 증가할 수 있게 된다.
도 11a는, 모터(230)가 정회전과 역회전을 반복하는 경우를 예시한다.
도면에서는, ωra 속도로 모터(230)가 회전하다가, -ωra 속도로 모터(230)가 회전하는 것을 예시한다. 즉, ωra 속도인 경우, 모터(230)가 정회전하다가, -ωra 속도인 경우, 모터(230)가 역회전하는 경우를 예시한다.
이와 같이, 모터(230)가 정회전과 역회전을 반복하는 경우, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급될 수 있다.
이러한 경우, 상술한 바와 같이, 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드로서, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)를 제1 레벨로 설정하고, 모터(230) 구동을 위한 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 영으로 설정할 수 있다.
한편, 도 11a와 같이, 모터(230)가 정회전과 역회전을 반복하는 경우는, 세탁물 처리기기(100)의, 포량 감지시, 탈수 행정에서 탈수시, 세탁 행정에서 포 분산시 등에 대응할 수 있다.
따라서, 세탁물 처리리기(100)는, 정회전과 역회전을 반복하는, 포량 감지시, 탈수 행정에서 탈수시, 또는 세탁 행정에서 포 분산시에, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)를 제1 레벨로 설정하고, 모터(230) 구동을 위한 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 영으로 설정할 수 있다.
다음, 도 11b는, 모터(230)의 회전 속도가 급격히 상승하다가, 급격히 하강하여 정지하는 경우를 예시한다.
도면에서는, S11의 기울기로 모터(230)의 회전 속도가 상승하다가, Tk 시점에서, S12의 기울기로 모터(230)의 회전 속도가 하강하는 것을 예시한다.
이와 같이, 모터(230)의 회전 속도가 급격히 상승하다가, 급격히 하강하는 경우, 검출된 dc 단 전압(Vdc)이 제1 소정치 이상이며, 모터(230)에서 dc 단으로 전력이 공급될 수 있다.
이러한 경우, 상술한 바와 같이, 인버터 제어부(430)는, 과전압 보호 모드로서, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)를 제1 레벨로 설정하고, 모터(230) 구동을 위한 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 영으로 설정할 수 있다.
한편, 도 11b와 같이, 모터(230)의 회전 속도가 급격히 상승하다가, 급격히 하강하는 경우는, 세탁물 처리기기(100)의, 탈수 행정에서 탈수시, 특히 탈수 종료시 등에 대응할 수 있다.
따라서, 세탁물 처리리기(100)는, 탈수 행정에서 탈수시, 특히 탈수 종료시시에, 모터(230) 구동을 위한 자속분 전류 지령치(i* d)를 제1 레벨로 설정하고, 모터(230) 구동을 위한 토크분 전류 지령치(i* ㅂ)를 영으로 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동 방법 또는 세탁물 처리기기의 동작방법은, 모터 구동장치치 또는 세탁물 처리기기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 스위칭 동작에 의해, dc 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 dc 단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부;
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
    상기 검출되는 출력 전류에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 상기 모터에서 상기 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치 중 상기 자속분 전류 지령치에 기초하여, 상기 모터를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 상기 모터에서 상기 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 제1 레벨로 설정하고, 상기 모터 구동을 위한 토크분 전류 지령치를 영으로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 이후,
    상기 검출된 dc 단 전압이 상기 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, 상기 dc 단에서 상기 모터로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로서, 토크분 전류 지령치에 기초하여, 상기 모터를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드에 의해, 상기 모터의 속도가 낮아지도록 제어하며,
    상기 과전압 보호 모드 이후, 상기 검출된 dc 단 전압이 상기 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, 상기 dc 단 상기 모터로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로서, 상기 모터의 속도가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 상기 모터에서 상기 dc 단으로 전력이 공급되며, 상기 모터의 회전 방향이 역회전 방향인 경우, 상기 과전압 보호 모드로서, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치 중 상기 자속분 전류 지령치에 기초하여, 상기 모터를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 중 제1 기간 동안, 상기 모터 구동을 위한 토크분 전류 지령치를 영으로 설정하고, 상기 제1 기간을 포함하는 제2 기간 동안, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 정극성의 제1 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 이전에, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 영으로 설정한 경우, 상기 과전압 보호 모드 동안에, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 정극성의 제1 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 이전에, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 정극성의 제2 레벨로 설정한 경우, 상기 과전압 보호 모드 동안에, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 정극성의 제2 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    약계자 제어 수행 중 상기 과전압 보호 모드가 수행되는 경우, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치는 그대로 유지하고, 상기 모터 구동을 위한 토크분 전류 지령치를 영으로 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출되는 출력 전류에 기초하여, 전력을 연산하는 전력 연산부; 및
    상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치를 각각 소정 레벨로 제한하는 전류 제한부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 동안, 상기 전류 제한부에서 출력되는 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치에 기초하여, 전압 지령치를 연산하는 전압 지령 생성부;
    상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 이후, 통상 운전 모드 동안, 속도 지령치에 의해 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;를 더 포함하고,
    상기 전압 지령 생성부는, 상기 전류 지령 생성부로부터의 상기 전류 지령치에 기초하여 전압 지령치를 생성하고,
    상기 스위칭 제어신호 출력부는, 상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  13. 스위칭 동작에 의해, dc 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 dc 단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부;
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
    상기 검출되는 출력 전류에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 상기 모터에서 상기 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 상기 모터의 속도가 낮아지도록 제어하며,
    상기 과전압 보호 모드 이후, 상기 검출된 dc 단 전압이 상기 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, 상기 dc 단 상기 모터로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로서, 상기 모터의 속도가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드와 상기 통상 운전 모드 사이에, 상기 모터가 정지하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  15. 세탁조;
    상기 세탁조을 회전시키는 모터; 및
    상기 모터를 구동하는 구동부;를 포함하며,
    상기 구동부는,
    스위칭 동작에 의해, dc 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 dc 단의 전압을 검출하는 dc단 전압 검출부;
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부; 및
    상기 검출되는 출력 전류에 기초하여, 상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 dc 단 전압이 제1 소정치 이상이며, 상기 모터에서 상기 dc 단으로 전력이 공급되는 경우, 과전압 보호 모드로서, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치와 토크분 전류 지령치 중 상기 자속분 전류 지령치에 기초하여, 상기 모터를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 이후,
    상기 검출된 dc 단 전압이 상기 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, 상기 dc 단 상기 모터로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로서, 토크분 전류 지령치에 기초하여, 상기 모터를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드에 의해, 상기 모터의 속도가 낮아지도록 제어하며,
    상기 과전압 보호 모드 이후, 상기 검출된 dc 단 전압이 상기 제1 소정치 보다 작은 제2 소정치 이하이며, 상기 dc 단 상기 모터로 전력이 공급되는 경우, 통상 운전 모드로서, 상기 모터의 속도가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 중 제1 기간 동안, 상기 모터 구동을 위한 토크분 전류 지령치를 영으로 설정하고, 상기 제1 기간을 포함하는 제2 기간 동안, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 정극성의 제1 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 이전에, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 영으로 설정한 경우, 상기 과전압 보호 모드 동안에, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 정극성의 제1 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압 보호 모드 이전에, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 정극성의 제2 레벨로 설정한 경우, 상기 과전압 보호 모드 동안에, 상기 모터 구동을 위한 자속분 전류 지령치를 정극성의 제2 레벨로 설정하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
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