KR20170025832A - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 압축기 주변의 온도를 감지하는 온도 감지부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 교류 전원을 압축기를 구동하기 위한 모터에 공급하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 모터 기동 전의 제1 기간 동안, 모터 예열을 위한 모터 예열 전류를 인가하되, 감지된 온도에 따라, 모터 예열 전류의 인가 시간 또는 인가 레벨을 가변한다. 이에 따라, 압축기 예열시 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스{Motor driving apparatus and home appliance including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 압축기 예열시 소비 전력을 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
모터 구동장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.
한편, 모터 구동장치는, 다양한 모터를 구동하기 위해 사용되며, 특히, 홈 어플라이언스 내의 압축기 구동을 위해, 압축기 모터를 구동할 수 있다.
본 발명의 목적은, 압축기 예열시 소비 전력을 저감할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 압축기 주변의 온도를 감지하는 온도 감지부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 교류 전원을 압축기를 구동하기 위한 모터에 공급하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 모터 기동 전의 제1 기간 동안, 모터 예열을 위한 모터 예열 전류를 인가하되, 감지된 온도에 따라, 모터 예열 전류의 인가 시간 또는 인가 레벨을 가변한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라이언스는, 압축기와, 압축기 주변의 온도를 감지하는 온도 감지부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 교류 전원을 압축기를 구동하기 위한 모터에 공급하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 모터 기동 전의 제1 기간 동안, 모터 예열을 위한 모터 예열 전류를 인가하되, 감지된 온도에 따라, 모터 예열 전류의 인가 시간 또는 인가 레벨을 가변한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 압축기 주변의 온도를 감지하는 온도 감지부와, 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭에 의해 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 교류 전원을 압축기를 구동하기 위한 모터에 공급하는 인버터와, 인버터를 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 모터 기동 전의 제1 기간 동안, 모터 예열을 위한 모터 예열 전류를 인가하되, 감지된 온도에 따라, 모터 예열 전류의 인가 시간 또는 인가 레벨을 가변함으로써, 압축기 예열시 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.
특히, 감지된 온도가 낮을수록, 모터 예열 전류의 인가 시간이 길어지거나, 또는 인가 레벨이 커지도록 제어하며, 감지된 온도가 높을수록, 모터 예열 전류의 인가 시간이 짧아지거나, 또는 인가 레벨이 작아지도록 제어함으로써, 압축기 토출 온도에 대응하여, 압축기 예열시 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 2a 내지 도 2b는 암축기 예열 방식을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 3은 도 1의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 4는 도 3의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 5는 모터 예열 시의 인버터 제어부의 동작을 설명하기 위한 내부 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 동작방법 설명에 참조되는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 일 예인 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 11은 도 10의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 다른 예인 냉장고를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 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 모터 구동장치는, 압축기 모터를 구동하기 위한 모터 구동장치이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 모터 구동부로 명명할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 압축기(102)를 구동하기 위한 모터(230)를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420), 인버터 제어부(430), 모터(230), 압축기(102), 온도 감지부(107)를 포함할 수 있다.
온도 감지부(107)는, 압축기(102) 주변의 온도를 감지할 수 있다. 특히, 압축기(102)에서의 냉매 토출 온도(Td)를 감지할 수 있다. 이를 위해, 압축기(102) 외부의 냉매 토출부 주위에, 온도 감지부(107)가 배치될 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 온도 감지부(107)는, 감지된 온도(Td)를 온도 감지부(107)로부터 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 모터(230) 기동 전의 제1 기간 동안, 모터(230) 예열을 위한 모터 예열 전류를 인가하되, 감지된 온도(Td)에 따라, 모터 예열 전류의 인가 시간 또는 인가 레벨을 가변할 수 있다.
이에 따라, 압축기(102)의 온도에 관계없이, 소정 시간 동안, 일정한 전류를 모터(230)에 흐르게 하는 종래 방식에 비해, 본 발명의 방식에 따르면, 압축기(102) 예열시의 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 온도 감지부(107)에서 감지된 온도(Td)가 낮을수록, 모터 예열 전류의 인가 시간이 길어지거나, 또는 인가 레벨이 커지도록 제어하며, 감지된 온도(Td)가 높을수록, 모터 예열 전류의 인가 시간이 짧아지거나, 또는 인가 레벨이 작아지도록 제어함으로써, 압축기 토출 온도에 대응하여, 압축기 예열시 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.
도 2a 내지 도 2b는 암축기 예열 방식을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 2a는, 인버터(420)를 통해, 압축기 모터(230)에 전류가 흐르도록 하여, 압축기 모터(230)에서 열이 발생하도록 하는 방식을 예시한다.
다음, 도 2b는, 압축기(102) 주변에, 썸프 히터(sump heater)가 배치되며, 썸프 히터(sump heater)를 통해, 압축기(102)에 열이 전달되는 방식을 예시한다.
도 2b의 방식은, 별도의 썸프 히터(sump heater)가 필요하여, 제조 비용 등이 증가하므로, 본 발명에서는, 별도의 히터가 필요없는, 도 2a의 방식을 사용한다.
특히, 압축기(102)의 온도에 관계없이, 소정 시간 동안, 일정한 전류를 모터(230)에 흐르게 하는 종래 방식이 아닌, 압축기(102) 주변의 온도를 감지하고, 감지된 온도(Td)에 따라, 모터 예열 전류의 인가 시간 또는 인가 레벨을 가변하는 방식을 사용한다. 이에 대해서는, 도 5 및 도 6 이하를 참조하여 기술한다.
도 3은 도 1의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 센서리스(sensorless) 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420), 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치(220)는, 컨버터(410), 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.
이하에서는, 모터 구동장치(220) 내의 각 구성 유닛들의 동작에 대해 설명한다.
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)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.
도 5는 모터 예열 시의 인버터 제어부의 동작을 설명하기 위한 내부 블록도이다.
도면을 참조하면, 도 5의 인버터 제어부(430)는, 모터(230) 기동 전의 제1 기간 동안, 모터 예열 전류가, 압축기 모터(230)에 흐르도록 동작한다.
모터(230) 기동 전의 제1 기간 동안, 출력 전류 검출부(E)는 출력 전류(io)를 검출하지 않을 수 있다. 또는, 속도 연산부(320)에서, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(io)에 기초하여, 모터 회전자 위치 추정, 및 속도 연산을 수행하지 않을 수 있다.
한편, 온도 감지부(107)에서 감지된 온도(Td)는, 압축기(102) 주변의 온도, 특히, 압축기(102) 토츨 온도일 수 있다.
온도 감지부(107)에서 감지된 온도(Td)는, 인버터 제어부(430) 내의, 전류 지령 생성부(330)로 인가될 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)에는, 외부 또는 내부 연산에 의해, 토출 온도 지령치(T*o)가 입력될 수 있다.
이에 따라, 모터(230) 기동 전의 제1 기간 동안, 전류 지령 생성부(330)는, 온도 감지부(107)에서 감지된 온도(Td)와, 압축기(102)의 토출 온도 지령치(T*o)에 기초하여, 예열 전류 지령치를 생성할 수 있다.
전압 지령 생성부(340)는, 예열 전류 지령치에 기초하여, 예열 전압 지령치를 생성할 수 있다.
그리고, 스위칭 제어 신호 출력부(350)는, 예열 전압 지령치에 기초하여, 모터(230)에 모터 예열 전류가 흐르도록 하기 위한, 예열 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.
이때, 스위칭 제어 신호 출력부(350)는, 제1 기간 동안, 인버터(420) 내의 3개의 상암 스위칭 소자 중 하나의 상암 스위칭 소자가 턴 온하고, 3개의 하암 스위칭 소자 중 2개의 하암 스위칭 소자가 턴 온하기 위한, 예열 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.
이에 따라, 제1 기간 동안, 모터(230)에 직류 전류가 흐를 수 있게 되며, 이에 의해, 압축기(102)가 예열되게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 감지된 온도(Td)가 낮을수록, 모터 예열 전류의 인가 시간이 길어지거나, 또는 인가 레벨이 커지도록 제어할 수 있다.
특히, 인버터 제어부(430) 내의, 전류 지령 생성부(330)는, 예열 전류 지령치의 인가 시간이 길어지거나, 또는 인가 레벨이 커지도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 압축기(102) 예열시 소비 전력을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 기간 이후, 인버터 제어부(430)는, 도 4와 같이 동작할 수 있다.
즉, 속도 연산부(320)는, 제1 기간 이후, 모터(230)에 흐르는 출력 전류에 기초하여, 모터(230)의 속도를 연산하고, 전류 지령 생성부(330)는, 속도 지령치와 속도 연산부에서 연산된 속도에 기초하여, 전류 지령치를 생성하며, 전압 지령 생성부(340)는, 전류 지령치에 기초하여, 전압 지령치를 생성하고, 스위칭 제어 신호 출력부(350)는, 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치의 동작방법을 나타내는 순서도이고, 도 7 내지 도 9는 도 6의 동작방법 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 모터(230)가 회전하도록 제어한다(S610).
다음, 인버터 제어부(430)는, 모터(230) 정지를 위해, 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)를 턴 온하도록 제어한다(S615).
다음, 인버터 제어부(430)는, 모터 재기동 입력이 있는 경우(S620), 모터(230)의 기동을 위한 제1 기간 동안, 예열 전류가 모터(230)에 흐르도록 제어한다(S625).
인버터 제어부(430)는, 제1 기간 동안, 인버터(420) 내의 3개의 상암 스위칭 소자 중 하나의 상암 스위칭 소자가 턴 온하고, 3개의 하암 스위칭 소자 중 2개의 하암 스위칭 소자가 턴 온하도록 제어할 수 있다.
도 7은, 제1 기간 동안, 제1 상암 스위칭 소자(Sa)만 턴 온, 그 외 제2 및 제3 상암 스위칭 소자(Sb,Sc)는 턴 오프되며, 제1 하암 스위칭 소자(S'a)만 턴 오프, 그 외 제2 및 제3 하암 스위칭 소자(S'b,S'c)는 턴 온되는 것을 예시한다.
이에 따라, 모터(230)에 일정한 직류 전류가 흐르게 되며, 따라서, 압축기(102)가, 예열 전류에 의해, 예열되게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 모터(230) 기동 전의 제1 기간 동안, 모터(230) 예열을 위한 모터 예열 전류를 인가하되, 감지된 온도에 따라, 모터 예열 전류의 인가 시간 또는 인가 레벨을 가변할 수 있다.
도 8은 예열 전류(iph)와 감지된 온도(Td) 사이의 관계를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 감지된 온도(Td)가 높을수록, 예열 전류(iph)의 크기가 작아지며, 감지된 온도(Td)가 낮을수록, 예열 전류(iph)의 크기가 높아지게 된다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 감지된 온도(Td)가 낮을수록, 모터 예열 전류(iph)의 인가 시간이 길어지거나, 또는 인가 레벨이 커지도록 제어하며, 감지된 온도(Td)가 높을수록, 모터 예열 전류(iph)의 인가 시간이 짧아지거나, 또는 인가 레벨이 작아지도록 제어한다.
다음, 인버터 제어부(430)는, 모터 예열을 위한 제1 기간 이후, 모터(230)를 기동한다(S630). 이에 대해서는 도 9를 참조하여 기술한다.
도 9는, 감지된 온도(Td) 별, 제1 기간, 및 그 이후의 모터 기동을 나타내는 도면이다.
도 9의 (a), (b), (c)는, 감지된 온도(Td)가, 각각 T1, T2, T3인 것을 나타낸다. 이때, T1 < T2 이며, T1< T3인 것으로 가정한다. 한편, T2=T3일 수도 있다.
먼저, 도 9의 (a)는, 감지된 온도(Td)가, T1이며, 예열 기간인 제1 기간이 Pav1인 것으로 예시한다. 상술한 바와 같이, 인버터 제어부(430)는, Lv1 레벨의 일정한 직류 전류가, 모터(230)에, 흐르도록 제어한다.
한편, 제1 기간(Pav1) 이후, 모터 긱동을 위해, 모터 정렬 기간, 모터 속도 상승 기간, 모터 통상 운전 기간이 수행된다.
한편, 모터 정렬 기간 동안, Lv2 레벨의 직류 전류와 그 보다 더 큰 직류 전류가 인가될 수 있다.
한편, 예열 전류의 레벨인 Lv1 은, 모터 정렬 기간 동안 흐르는, Lv2 레벨 보다 작을 수 있다.
다음, 도 9의 (b)는, 감지된 온도(Td)가, T2이며, 예열 기간인 제1 기간이 도 9의 (a)와 같이, Pav1인 것으로 예시한다.
도 9의 (a)에 비해, 감지된 온도(Td)가, 높으므로, 인버터 제어부(430)는, Lv1 레벨 보다 더 큰 Lv3 레벨의 일정한 직류 전류가, 모터(230)에, 흐르도록 제어할 수 있다.
이때, 예열 전류의 레벨인 Lv3 은, 모터 정렬 기간 동안 흐르는, Lv2 레벨 보다 클 수 있다.
도 9의 (c)는, 감지된 온도(Td)가, T3이며, 예열 전류 레벨이, 도 9의 (a)와 같이, Lv1인 것으로 예시한다.
다만, 예열 기간인 제1 기간이 도 9의 (a)와 달리, Pa2 기간으로 Pa1 기간 보다 더 긴 것을 예시한다.
도 9의 (a)에 비해, 감지된 온도(Td)가, 높으므로, 인버터 제어부(430)는, 예열 전류의 인가 기간이 더 길도록, 제어할 수 있다.
한편, 상술한 모터 구동장치(220)의 동작방법은, 다양한 홈 어플라이언스에 적용 가능하다. 특히, 압축기(102)를 구비한 홈 어플라이언스에 적용 가능하다. 이하에서는, 공기 조화기, 냉장고를 예시하나, 이 외에, 정수기 등에 적용되는 것도 가능하다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 일 예인 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 공기조화기(100b)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 실내기(31b), 실내기(31b)에 연결되는 실외기(21b)를 포함할 수 있다.
공기조화기의 실내기(31b)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 스탠드형 실내기(31b)를 예시한다.
한편, 공기조화기(100b)는 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(21b)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)를 포함한다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실외기(21b)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(31b)로 냉매를 공급한다. 실외기(21b)는 원격제어기(미도시) 또는 실내기(31b)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 이때, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
이때, 실외기(21b)는, 연결된 실내기(310b)로 압축된 냉매를 공급한다.
실내기(31b)는, 실외기(21b)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다. 실내기(31b)는 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 다수의 센서(미도시)를 포함한다.
이때, 실외기(21b) 및 실내기(31b)는 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신하며, 실외기 및 실내기는 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)은 실내기(31b)에 연결되어, 실내기로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 11은 도 10의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100b)는, 크게 실내기(31b)와 실외기(21b)로 구분된다.
실외기(21b)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102b)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102bb)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104b)와, 실외 열교환기(104b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105ab)과 실외팬(105ab)을 회전시키는 전동기(105bb)로 이루어진 실외 송풍기(105b)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106b)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110b)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103b) 등을 포함한다.
실내기(31b)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(109b)와, 실내측 열교환기(109b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109ab)과 실내팬(109ab)을 회전시키는 전동기(109bb)로 이루어진 실내 송풍기(109b) 등을 포함한다.
실내측 열교환기(109b)는 적어도 하나가 설치될 수 있다. 압축기(102b)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
또한, 공기조화기(100b)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
도 10의 실외기(21b) 내의 압축기(102b)는, 압축기 모터(250b)를 구동하는, 도 1과 같은, 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 홈 어플라인스의 다른 예인 냉장고를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명과 관련한 냉장고(100c)는, 도시되지는 않았지만 냉동실 및 냉장실로 구획된 내부공간을 가지는 케이스(110c)와, 냉동실을 차폐하는 냉동실 도어(120c)와 냉장실을 차폐하는 냉장실 도어(140c)에 의해 개략적인 외관이 형성된다.
그리고, 냉동실 도어(120c)와 냉장실 도어(140c)의 전면에는 전방으로 돌출형성되는 도어핸들(121c)이 더 구비되어, 사용자가 용이하게 파지하고 냉동실 도어(120c)와 냉장실 도어(140c)를 회동시킬 수 있도록 한다.
한편, 냉장실 도어(140c)의 전면에는 사용자가 냉장실 도어(140c)를 개방하지 않고서도 내부에 수용된 음료와 같은 저장물을 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 홈바(180c)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 냉동실 도어(120c)의 전면에는 사용자가 냉동실 도어(120c)를 개방하지 않고 얼음 또는 식수를 용이하게 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 디스펜서(160c)가 구비될 수 있고, 이러한 디스펜서(160c)의 상측에는, 냉장고(100c)의 구동운전을 제어하고 운전중인 냉장고(100c)의 상태를 화면에 도시하는 컨트롤패널(210c)이 더 구비될 수 있다.
한편, 도면에서는, 디스펜서(160c)가 냉동실 도어(120c)의 전면에 배치되는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 냉장실 도어(140c)의 전면에 배치되는 것도 가능하다.
한편, 냉동실(미도시)의 내측 상부에는 냉동실 내의 냉기를 이용하여 급수된 물을 제빙하는 제빙기(190c)와, 제빙기에서 제빙된 얼음이 이빙되어 담겨지도록 냉동실(미도시) 내측에 장착된 아이스 뱅크(195c)가 더 구비될 수 있다. 또한, 도면에서는 도시하지 않았지만, 아이스 뱅크(195c)에 담겨진 얼음이 디스펜서(160c)로 낙하되도록 안내하는 아이스 슈트(미도시)가 더 구비될 수 있다.
컨트롤패널(210c)은, 다수개의 버튼으로 구성되는 입력부(220c), 및 제어 화면 및 작동 상태 등을 디스플레이하는 표시부(230c)를 포함할 수 있다.
표시부(230c)는, 제어 화면, 작동 상태 및 고내(庫內) 온도 등의 정보를 표시한다. 예를 들어, 표시부(230c)는 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각얼음), 냉동실의 설정 온도, 냉장실의 설정 온도를 표시할 수 있다.
이러한 표시부(230c)는, 액정 디스플레이(LCD), 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 등 다양하게 구현될 수 있다. 또한, 표시부(230c)는 입력부(220c)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
입력부(220c)는, 다수개의 조작 버튼을 구비할 수 있다. 예를 들어, 입력부(220c)는, 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각 얼음 등)를 설정하기 위한 디스펜서 설정버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉동실 온도설정 버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉장실 온도 설정 버튼(미도시) 등을 포함할 수 있다. 한편, 입력부(220c)는 표시부(230c)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 도면에 도시된 더블도어형(Double Door Type)에 한정되지 않으며, 원 도어형(One Door Type), 슬라이딩 도어형(Sliding Door Type), 커튼 도어형(Curtain Door Type) 등 그 형태를 불문한다.
도 13은 도 12의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 냉장고(100c)는, 압축기(102c)와, 압축기(102c)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(116c)와, 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 공급받아 증발시키되, 냉동실(미도시)에 배치되는 냉동실 증발기(124c)와, 냉동실 증발기(124c)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉동실 팽창밸브(134c)를 포함할 수 있다.
한편, 도면에서는, 하나의 증발기를 사용하는 것으로 예시하나, 냉장실과 냉동실에 각각의 증발기를 사용하는 것도 가능하다.
즉, 냉장고(100c)는, 냉장실(미도시)에 배치되는 냉장실 증발기(미도시), 응축기(116c)에서 응축된 냉매를 냉장실 증발기(미도시) 또는 냉동실 증발기(124c)에 공급하는 3방향 밸브(미도시)와, 냉장실 증발기(미도시)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉장실 팽창밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는 증발기(124c)를 통과한 냉매가 액체와 기체로 분리되는 기액 분리기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(100c)는, 냉동실 증발기(124c)를 통과한 냉기를 흡입하여 각각 냉장실(미도시) 및 냉동실(미도시)로 불어주는 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 더 포함할 수 있다.
또한, 압축기(102c)를 구동하는 압축기 구동부(113c)와, 냉장실 팬(미도시) 및 냉동실 팬(144c)을 구동하는 냉장실 팬 구동부(미도시) 및 냉동실 팬 구동부(145c)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도면에 따르면, 냉장실 및 냉동실에 공통의 증발기(124c)가 사용되므로, 이러한 경우에, 냉장실 및 냉동실 사이에 댐퍼(미도시)가 설치되될 수 있으며, 팬(미도시)은 하나의 증발기에서 생성된 냉기를 냉동실과 냉장실로 공급되도록 강제 송풍시킬 수 있다.
도 13의 압축기(102c)는, 압축기 모터를 구동하는, 도 1과 같은, 모터 구동장치에 의해 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 홈 어플라이언스는, 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 구동방법 또는 홈 어플라이언스의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 홈 어플라이언스에 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 (9)

  1. 압축기 주변의 온도를 감지하는 온도 감지부;
    복수의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭에 의해 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 교류 전원을 상기 압축기를 구동하기 위한 모터에 공급하는 인버터;
    상기 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 모터 기동 전의 제1 기간 동안, 상기 모터 예열을 위한 모터 예열 전류를 인가하되, 상기 감지된 온도에 따라, 모터 예열 전류의 인가 시간 또는 인가 레벨을 가변하는 것을 특징으로 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 기간 동안, 상기 인버터 내의 3개의 상암 스위칭 소자 중 하나의 상암 스위칭 소자가 턴 온하고, 3개의 하암 스위칭 소자 중 2개의 하암 스위칭 소자가 턴 온하도록 제어하는 것을 특징으로 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 감지된 온도가 낮을수록, 상기 모터 예열 전류의 인가 시간이 길어지거나, 또는 인가 레벨이 커지도록 제어하는 것을 특징으로 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 기간 이후, 상기 모터의 위치를 정렬한 이후, 상기 모터가 기동하도록 제어하는 것을 특징으로 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 기간 동안, 직류 전류가 상기 모터에 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 기간 동안, 상기 온도 감지부에서 감지된 온도와, 상기 압축기의 토출 온도 지령치에 기초하여, 예열 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 예열 전류 지령치에 기초하여, 예열 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부;
    상기 예열 전압 지령치에 기초하여, 상기 모터에 상기 모터 예열 전류가 흐르도록 하기 위한, 예열 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 구비하는 것을 특징으로 모터 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호 출력부는,
    상기 제1 기간 동안, 상기 인버터 내의 3개의 상암 스위칭 소자 중 하나의 상암 스위칭 소자가 턴 온하고, 3개의 하암 스위칭 소자 중 2개의 하암 스위칭 소자가 턴 온하기 위한, 상기 예열 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 모터 구동장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 기간 이후, 상기 모터에 흐르는 상기 출력 전류에 기초하여, 상기 모터의 속도를 연산하는 속도 연산부;를 더 포함하고,
    상기 전류 지령 생성부는,
    속도 지령치와 상기 속도 연산부에서 연산된 속도에 기초하여, 전류 지령치를 생성하며,
    상기 전압 지령 생성부는,
    상기 전류 지령치에 기초하여, 전압 지령치를 생성하고,
    상기 스위칭 제어 신호 출력부는,
    상기 전압 지령치에 기초하여, 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 모터 구동장치.
  9. 압축기; 및
    상기 제1항 내지 제8항의 모터 구동장치;를 구비하는 것을 특징으로 하는 홈 어플라이언스.
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