KR20180086080A - 압축기의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

BLDC 모터의 기동 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 모터의 기동 장치는, 제어 신호에 따라 모터 구동 전원을 BLDC 모터에 공급하는 인버터, 상기 BLDC 모터의 모터 전압 및 모터 전류 중 적어도 하나를 검출하는 센싱부, 및, 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 BLDC 모터의 초기 기동시 오픈 루프 제어를 수행하고, BLDC 모터의 모터 속도 및 상기 모터 전류 중 적어도 하나에 기초하여, 제 1구간보다 상기 BLDC 모터에 인가되는 부하의 크기가 작은 제2 구간에서 센서리스 제어로 전환한다.

Description

압축기의 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING COMPRESSOR}

본 발명은, BLDC 모터에 인가되는 부하의 크기가 작은 구간에서 센서리스 제어로 전환하는, BLDC 모터의 기동 장치에 관한 것이다.

최근, 압축기에 사용되고 있는 브러쉬리스 직류 모터(Brushless direct current motor; BLDC motor)는 DC 모터의 중요한 부품인 브러쉬와 정류자 대신 트랜지스터나 MOSFET를 이용한 전자회로에 의한 스위칭을 통해 구동되는 모터이다.

이러한 모터의 동작은 DC 전원으로부터 공급되는 전류를 모터의 3상 또는 4상 권선에 분배하는 것이다.

이를 위해서, 먼저 회전자의 위치를 검출하고, 검출 정보에 기초하여 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어함으로써, 모터의 3상 권선으로 공급되는 전류를 조절한다.

이로써 모터의 회전 및 속도가 제어된다.

BLDC 모터를 속도 또는 회전자의 위치를 감지하는 센서 없이 구동시키기 위해서는, 관련 정보를 BLDC 모터에 공급되는 상 전류 또는 단자전압 등으로부터 간접적으로 검출해야 한다.

회전자 위치를 검출하는 가장 보편적인 방법은 역기전력 정보를 이용하는 것인데, 역기전력은 회전자의 속도에 비례하기 때문에 회전자가 정지하고 있거나 저속인 경우에는 이용할 수가 없다.

따라서, BLDC 모터의 초기 기동 시에는, 먼저 모터의 권선에 전류를 공급하여 미리 설정된 위치로 회전자를 이동 시킨다.

그리고 나서, 역기전력의 크기가 충분히 검출 가능한 값에 도달할 때까지 정지상태의 BLDC 모터를 동기 가속한다. 이후 역기전력을 감지하여 센서리스 제어를 수행한다.

위와 같은 BLDC 모터의 구동 방식은, 공개특허공보 10-2004-0108214, 공개특허공보 10-2005-0097081에 기재되어 있다.

한편 이와 같은 방식으로 센서리스 제어를 시작하는 경우, 회전자의 정확한 위치를 파악할 수 없다. 따라서 모터 회전자의 위치 오차 때문에 모터 기동이 실패하는 문제점이 있을 수 있다.

특히, 센서리스 알고리즘 진입 시 모터에 걸리는 부하가 큰 경우에는 필요 토크 역시 높아 지기 때문에, 모터의 기동 성공률이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있었다.

본 발명은, 센서리스 제어로의 전환 시 모터의 기동 성공률을 높힐 수 있는 BLDC 모터의 기동 장치의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 센서리스 제어로의 전환 시 기동 성공률을 높힐 수 있는 압축기의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 모터의 기동 장치는, 모터 속도 또는 모터 전류를 이용하여 BLDC 모터에 인가되는 부하의 크기를 판단하고, 부하의 크기가 작은 구간에서 센서리스 제어로 전환한다.

본 발명의 실시 예에 따른 압축기는, BLDC 모터의 회전력을 이용하여 직선 왕복운동 하는 피스톤을 포함하고, 압축기 내 BLDC 모터는 피스톤이 냉매를 흡입하는 흡입 행정 구간에서 센서리스 제어로 전환된다.

본 발명은 부하의 크기가 작은 구간에서 센서리스 제어로 전환하기 때문에, 회전자의 위치를 정확하게 검출할 수 없는 오픈 루프 구간에서 작은 토크로 센서리스 제어로의 전환이 가능하다. 따라서 기동 성공률을 높힐 수 있다.

본 발명은 흡입 행정 구간에서 센서리스 제어로 전환함으로써, 상대적으로 작은 전류로 센서리스 전환을 성공할 수 있는 바, 압축기의 기동 성공률을 높힐 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 왕복동식 압축기를 보인 종단면도이다.
도 2는 도 1의 왕복동식 압축기를 적용한 냉장고를 보인 사시도이다.
도 3은 냉동 사이클 및 차압 기동의 원리를 나타내는 예시도이다.
도 4는 센서리스 BLDC 모터의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, BLDC 모터의 기동 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, BLDC 모터가 기동을 시작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, BLDC 모터 및 BLDC 모터와 연결된 피스톤을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 속도 리플 및 전류 리플을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른, BLDC 모터의 기동 장치의 기동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 모터의 기동 장치(또는 구동 장치)가 적용되거나 사용될 수 있는 압축기 및 냉장고에 대해 설명한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 왕복동식 압축기를 보인 종단면도이다.

본 명세서에서는 왕복동식 압축기에 대해 설명한다.

다만 본 명세서에 개시된 모터의 기동장치(또는 구동 장치)가 이외의 다양한 종류 또는 방식의 압축기에 적용될 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 왕복동식 압축기는, 밀폐용기의 내부에 구비된다.

일 실시 예에 따른 왕복동식 압축기는, 모터 구동 전원을 입력받아 회전하는 3상 모터(100)를 포함할 수 있다.

또한 왕복동식 압축기는, 상기 3상 모터(100)의 상측에 설치되고, 상기 3상 모터의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(200)를 포함할 수 있다.

또한 왕복동식 압축기는, 입력 교류 전원을 상기 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 3상 모터를 구동하는 모터 구동 장치를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 3상 모터(100)는 단상일 수 있으며, 다양한 방식 내지 종류의 모터로 구현될 수 있다.

예를 들어, 상기 3상 모터(100)는 센서리스(sensorless) BLDC 모터로 구현될 수 있다.

여기서, 상기 모터 구동 장치(1)는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 컨버터를 포함할 수 있다.

또한 상기 모터 구동 장치(1)는, 상기 3상 모터(100)의 전단에 구비되고, 병렬 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들을 포함할 수 있다.

또한 상기 모터 구동 장치(1)는, 상기 직류 전원을 상기 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다.

또한 상기 모터 구동 장치(1)는, 상기 컨버터와 상기 인버터의 사이에 구비되고, 각각은 직렬로 연결되는 한 쌍의 직류 링크 커패시터를 포함할 수 있다.

또한 상기 모터 구동 장치(1)는, 상기 컨버터의 중심점과 상기 한 쌍의 직류 링크 커패시터의 직렬 연결점의 사이에 구비되고, 개폐 신호에 따라 개폐되는 개폐 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 왕복동식 압축기는 밀폐용기(0)의 내부에 설치되어 정, 역회전을 하는 3상 모터(100)와, 상기 3상 모터(100)의 상측에 설치되어 그 3상 모터(100)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(200)로 구성될 수 있다.

3상 모터(100)는 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터이나 인버터 모터가 적용될 수도 있다.

예를 들어, 3상 모터(100)로는 브러시리스 직류 모터(Blushless DC motor; BLDC motor)인 것이 좋을 수 있다.

그리고 상기 3상 모터(100)는 상기 밀폐용기(0)의 내부에 실린더블록으로 지지되어 탄력 설치되는 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(120)로 이루어질 수 있다.

상기 압축부(200)는 압축공간을 이루도록 실린더(211)가 구비되어 상기 밀폐용기(0)에 탄력 지지되는 실린더블록을 포함할 수 있다.

또한 압축부(200)는, 상기 실린더블록에 삽입되어 저널방향과 스러스트방향으로 지지되고 상기 3상 모터(100)의 회전자(120)에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축(220)을 포함할 수 있다.

또한 압축부(200)는, 상기 크랭크축(220)에 회전 가능하게 결합되어 회전운동을 직선운동으로 전환하는 커넥팅로드(230)를 포함할 수 있다.

또한 압축부(200)는, 상기 커넥팅로드(230)에 회전 가능하게 결합되어 상기 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(240)을 포함할 수 있다.

또한 압축부(200)는, 상기 실린더블록의 선단에 결합되어 흡입밸브와 토출밸브가 구비되는 밸브조립체(250)를 포함할 수 있다.

또한 압축부(200)는, 상기 밸브조립체(250)의 흡입측에 결합되는 흡입머플러(260)를 포함할 수 있다.

또한 압축부(200)는, 상기 밸브조립체(250)의 토출측을 수용하도록 결합되는 토출커버(270)를 포함할 수 있다.

또한 압축부(200)는, 상기 토출커버(270)에 연통되어 토출되는 냉매의 토출소음을 감쇄시키는 토출머플러(280)를 포함할 수 있다.

3상 모터(100)의 고정자(110)에 전원이 인가되면, 그 고정자(110)와 회전자(120)의 상호작용력에 의해 상기 회전자(120)가 크랭크축(220)과 함께 회전을 할 수 있다.

이 경우 상기 크랭크축(220)의 캠부(223)에 결합된 상기 커넥팅로드(230)가 선회운동을 할 수 있다.

상기 커넥팅로드(230)에 결합된 상기 피스톤(240)이 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하여 상기 토출커버(270)로 토출하고, 이 토출커버(270)로 토출되는 냉매는 토출머플러(280)를 거쳐 냉동사이클로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이와 동시에, 상기 크랭크축(220)이 회전을 하면서 그 크랭크축(220)의 하단에 설치된 오일피더(2)가 상기 밀폐용기(0)의 저유부에 저장된 오일을 펌핑할 수 있다.

이 오일의 일부는 상기 크랭크축(220)의 오일유로를 통해 흡상되어 각 베어링면에 공급되는 한편 일부는 상기 크랭크축(220)의 상단에서 비산되어 3상 모터(100)를 냉각하게 된다.

상기 크랭크축(220)은 상기 회전자(120)에 결합되고 상기 실린더블록의 축수구멍(212)에 삽입되어 상기 실린더블록에 저널방향으로 지지되는 축부(221)를 포함할 수 있다.

또한 크랭크축(220)은, 상기 축부(221)의 상단에 부채꼴 또는 편심진 원형 플랜지형상으로 편심지게 형성되어 상기 실린더블록의 스러스트베어링면에 얹혀질 볼베어링(300)에 의해 스러스트방향으로 지지되는 편심질량부(222)를 포함할 수 있다.

또한 크랭크축(220)은, 상기 편심질량부(222)의 상면에서 상기 축부(221)에 대해 편심지게 형성되고 상기 커넥팅로드(230)가 회전 가능하게 삽입되는 캠부(223)를 포함할 수 있다.

도면 중 미설명 부호인 225는 오일유로이다.

도 2는 도 1의 왕복동식 압축기를 적용한 냉장고를 보인 사시도이다.

도 2를 참조하면, 냉장고(700)는 그 내부에 냉장고의 운전 전반을 제어하는 메인기판(710)에 구비되고, 왕복동식 압축기(C)가 연결된다.

상기 압축기 제어 장치 및 3상 모터의 구동 장치는 메인기판(710)에 구비될 수 있다.

냉장고(700)는 왕복동식 압축기의 구동에 의해 동작한다.

냉장고의 내부에 공급되는 냉기는 냉매의 열교환 작용에 의해서 생성되고, 압축-응축-팽창-증발의 사이클(Cycle)을 반복적으로 수행하면서 지속적으로 냉장고의 내부로 공급된다.

공급된 냉매는 대류에 의해서 냉장고 내부에 고르게 전달되어 냉장고 내부의 음식물을 원하는 온도로 저장할 수 있게 된다.

이하에서는 도 3을 참조하여, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 모터의 기동 장치(또는 구동 장치)가 적용되거나 사용될 수 있는 압축기를 포함하는 냉장고의 냉동 사이클 및 차압 기동의 원리에 대해 설명한다.

도 3은 냉동 사이클 및 차압 기동의 원리를 나타내는 예시도이다.

도 3을 참조하면, compressor(압축기)는 상온 저압가스를 흡입 후 압축하여 고온고압의 가스로 토출할 수 있다.

Evaporator (증발기)에서는 저온 저압의 냉매가 증발기를 지나면서 주위의 열을 흡수하여 증발되며, 저온저압 가스가 되어 압축기로 다시 흡입될 수 있다.

또한, condenser(응축기)에서는 열방출을 통해 냉매고온고압의 가스가 고압의 액체로 될 수 있다.

Hot line(응축기의 일종)은 냉장고 전면부 이슬 맺힘현상 방지하는 역할을 하게된다.

냉장고 사이클은 가압을 통하여 액화할 수 있는 물질을 냉매로 사용하여 압축기를 통해 가압하고 응축기를 통해 상온에서 액상으로 만들어 capillary tube(모세관)를 사용하여 갑자기 감압함으로서 증발기에서 저온상태 유지될 수 있다.

증발기가 계속 저온/저압을 유지하도록 capillary tube에서 계속적으로 냉매를 공급하고 압축기는 증발기에서 증발한 기상의 냉매를 흡입하는 형태로 순환하게 된다.

도 3을 참조하면, 차압 기동은 압축기 양단에 부착된 에너지 밸브(Energy Valve)를 근거로 이루어질 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 압축기가 정상동작 후 턴-오프되면, 상기 에너지 밸브가 잠겨 압축기 내 높아진 압력이 유지될 수 있다.

또한, 압축기 턴-오프 후 재기동시 유지된 압력으로 기동을 시작하므로 차압 기동이 되며, 이를 통해 냉장고 기동에 있어서의 손실이 최소화될 수 있다.

이하에서는 도 4를 참조하여, BLDC 모터에 대해 설명한다.

도 4는 센서리스 BLDC 모터의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

도 4를 참조하면, 센서리스 BLDC 모터(100)는 U, V, W(또는 a, b 및 c상) 세 개의 코일(11, 12, 13)과 회전자(rotor)(114)를 포함할 수 있다.

이러한 모터의 회전 속도를 제어하는 방식에는 120도 통전 방식과, 180도 통전 방식이 있다.

먼저, 120도 통전 방식은 모터의 각 코일에 번갈아 하이(H), 로(L), 오픈(O)상의 전압이 인가되며, 그 전압에 의해 코일에 발생된 자기력이 모터의 회전자를 회전시켜 모터의 속도를 제어하는 방식이다.

그리고, 180도 통전 방식은 모터로부터 회전 속도를 피드백(Feedback) 받지 않고 속도 추정기(Speed estimator)를 통해 모터 회전 속도를 추정하여 모터의 회전 속도를 제어하는 방식입니다.

이와 같은 180도 통전방식은 벡터제어 방식으로도 불린다.

일반적으로 BLDC 모터의 구동단계는 초기위치설정구간과, 오픈루프구간 및 크로즈루프 구간 등, 세 구간으로 나눌 수 있다.

초기위치설정구간은 회전자가 정지상태에서 회전하기 시작하여 미리 설정된 위치로 회전자를 이동시키는 구간일 수 있다.

오픈루프 구간은 회전자의 초기위치가 설정된 후 역기전력이 감지되지 않는 저속구간일 수 있다.

크로즈루프 구간은 역기전력의 감지가 가능하여 회전자의 정상적인 제어가 실시되는 구간일 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, BLDC 모터의 기동 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

한편 이하에서는 브러시리스 직류 모터(BLDC 모터)(100)의 예를 들어 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 3상 모터에도 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 이하에서 설명하는 브러시리스 직류 모터(BLDC 모터)(100)는, 센서리스 브러시리스 직류 모터일 수 있다.

도 5를 참조하면, BLDC 모터의 기동 장치(300)는, 인버터(310), 센싱부(320) 및 제어부(330)를 포함할 수 있다.

인버터(310)는 BLDC 모터(100)의 전단에 구비될 수 있다.

또한 인버터(310)는 일 단이 직류 링크 커패시터(344)에 병렬 접속되고, 타 단이 BLDC 모터(100)에 접속될 수 있다.

인버터(310)는 6개의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)와 다이오드로 구성될 수 있다.

인버터(310)는, 제어부(330)에서 생성된 제어 신호를 기초로, 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 BLDC 모터(100)에 인가할 수 있다.

구체적으로 인버터(310)는, 제어 신호에 따라 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)를 스위칭 하여, 직류 링크 커패시터(30)에서 출력되는 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 BLDC 모터(100)에 공급할 수 있다.

여기서 모터 구동 전원은, 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전원일 수 있다.

한편 BLDC 모터의 기동 장치(300)는 정류부(340)를 더 포함할 수 있다.

여기서 정류부(340)는 컨버터(342) 및 직류 링크 커패시터(344)를 포함할 수 있다.

컨버터(342)는, 입력 교류 전원(400)에 연결되고, 입력 교류 전원(400)으로부터의 교류를 직류로 정류할 수 있다.

컨버터(342)는 일반적으로 복수의 다이오드, 일반적으로 4개의 다이오드로 구성된 다이오드 브리지를 구비하여, 다이오드들에 의해 교류 전원의 교류 전압을 전파 정류하고, 직류 전압으로 변환할 수 있다.

직류 링크 커패시터(344)는, 컨버터(342)와 인버터(310)의 사이에 연결될 수 있다.

구체적으로, 직류 링크 커패시터(344)는 컨버터(342)의 출력단 및 인버터(310)의 입력단에 병렬 연결될 수 있다.

직류 링크 커패시터(344)는 커패시터의 양단에 생기는 직류 전압, 즉 직류 링크 전압을 인버터(310)의 입력단으로 인가할 수 있다.

또한 직류 링크 커패시터(344)는 인버터(310) 내의 스위칭 소자들이 스위칭하는 동안, 스위칭 주파수에 대응하여 발생하는 리플 전압(전압 변동)을 평활화할 수 있다.

또한, 직류 링크 커패시터(344)는, 컨버터(342)에 따라 정류하는 전압, 즉 전원 전압에 따라 변동하는 전압을 평활화할 수 있다.

센싱부(320)는 BLDC 모터(100)의 모터 전압을 검출할 수 있다. 구체적으로 센싱부(320)는 BLDC 모터(100)에 공급되는 3상 교류전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출할 수 있다.

또한 센싱부(320)는 BLDC 모터(100)에 흐르는 모터 전류를 검출할 수 있다.

이 경우 센싱부(320)는, 인버터(310)와 BLDC 모터(100) 사이에 연결되어, 모터 전류를 검출할 수 있다.

센싱부(320)는 3상에 대하여 모두 모터 전류를 검출할 수 있으나 이에 한정되지 아니하며, 하나의 상에 대해서만 모터 전류를 검출하도록 연결될 수 있다.

제어부(330)는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 인버터(310)에 출력할 수 있다.

구체적으로 제어부(330)는 제어 신호를 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 생성되는 전압 제어 신호 형태로 인버터(310)에 출력할 수 있다.

한편, 제어부(330)는, 검출된 모터의 3상 전류를 입력받아 동기 좌표 전류인 q축 전류와 d축 전류로 변환할 수 있다.

한편 제어부(330)는, 센서리스(sensorless) 알고리즘을 기초로 회전자의 위치를 추정하여 인버터(310)를 제어함으로써, BLDC 모터를 지령 속도에 따라 기동할 수 있다.

여기서 센서리스 알고리즘은, BLDC 모터의 모터 전압 또는 모터 전류를 근거로 회전자의 위치를 검출하는 알고리즘일 수 있다.

제어부(330)는, 모터 전류 및 모터 전압에 기초하여 회전자의 추정위치와, 모터의 추정속도를 획득할 수 있다.

한편 제어부(330)는, 기준 각속도 및 BLDC 모터 각속도를 근거로 BLDC 모터의 속도를 제어하기 위한 기준 전류를 생성하는 속도 제어기를 포함할 수 있다.

또한 제어부(330)는, 상기 기준 전류 및 모터 전류를 근거로 모터 전류를 제어하기 위한 기준 전압을 생성하는 전류 제어기를 포함할 수 있다.

또한 제어부(330)는, 상기 기준 전압을 근거로 상기 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함할 수 있다.

한편 오픈 루프 기동 중, 제어부(330)는 BLDC 모터(100)의 모터 전압 및 모터 전류를 이용하여 BLDC 모터(100)의 모터 속도를 획득할 수 있다.

구체적으로 오픈 루프 제어 중에도 BLDC 모터(100)에는 역기전압이 발생할 수 있다. 이 경우 센싱부(320)는 BLDC 모터(100)의 역기전압 및 모터 전류를 검출할 수 있다.

이 경우 제어부(330)는 BLDC 모터(100)의 역기전압 및 모터 전류를 이용하여, BLDC 모터(100)의 모터 속도를 획득할 수 있다.

여기서 모터 속도는, BLDC 모터(100)의 회전자의 각속도일 수 있다.

한편 제어부(330)는 BLDC 모터의 기동 장치(300)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, BLDC 모터가 기동을 시작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

BLDC 모터(100)의 센서리스 운전을 위하여, 제어부(330)는 BLDC 모터(100)를 초기 기동 할 수 있다.

먼저 제어부(330)는, 초기 위치 설정 제어를 수행할 수 있다.

구체적으로 제어부(330)는, 초기 위치 설정 구간(a) 동안 BLDC 모터(100)에 전류를 공급하도록 인버터(310)를 제어할 수 있다. 이에 따라, BLDC 모터(100)의 회전자는 일정 위치에 정렬될 수 있다.

여기서 초기 위치 설정 구간(a)이란, 회전자가 정지상태에서 회전하기 시작하여 미리 설정된 위치로 이동시키는 구간일 수 있다.

한편 회전자의 정렬이 완료되면, 제어부(330)는 오픈 루프 제어를 수행할 수 있다.

구체적으로 제어부(330)는, 오픈 루프 구간(b) 동안 BLDC 모터(100)에 인가되는 전류의 크기와 주파수를 가변하여, BLDC 모터(100)의 회전자를 일정 속도까지 가속할 수 있다.

다시 말해서 오픈 루프 구간(b)은, BLDC 모터(100)의 회전 주파수가 증가하는 구간일 수 있다.

또한 오픈루프 구간(b)은 회전자의 초기위치가 설정된 후 역기전력이 감지되지 않거나 역기전력을 안정적으로 검출할 수 없는 저속구간일 수 있다.

한편 상기 일정 속도란, 역기전력을 안정적으로 검출할 수 있는 속도일 수 있다.

한편, 회전자의 가속에 의하여 역기전력의 검출이 가능해지면, 크로즈루프 구간(c)에 진입할 수 있다.

크로즈루프 구간(c)은 센서리스 구간이라는 용어와 병행하여 사용될 수 있다.

여기서 크로즈루프 구간(c)은 역기전력의 감지가 가능하여 회전자의 정상적인 제어가 실시되는 구간일 수 있다.

즉, 제어부(330)는, 모터 전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간인지를 검출하고, 이를 근거로 센서리스 제어를 수행할 수 있는지 판단할 수 있다.

또한 역기전력 검출이 안정화된 구간이면, 제어부(330)는 오픈 루프 제어에서 센서리스 제어로 전환할 수 있다.

이에 따라 제어부(330)는, 센서리스 알고리즘을 기초로 BLDC 모터(100)를 제어할 수 있다.

즉 제어부(330)는 모터 전압 및 모터 전류를 기초로 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 이에 따라 제어부(330)는 BLDC 모터(100)를 지령 속도에 따라 구동할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, BLDC 모터 및 BLDC 모터와 연결된 피스톤을 도시한 도면이다.

BLDC 모터(100)의 고정자에 전원이 인가되면, 고정자와 회전자의 상호작용력에 의해 회전자가 회전할 수 있다.

한편 회전자는 크랭크 축에 연결되어, 회전자가 회전 운동을 하면 크랭크 축도 함께 회전할 수 있다.

크랭크 축의 캠부에는 커넥팅 로드(230)가 연결될 수 있다.

또한 크랭크 축이 회전함에 따라 커넥팅 로드(230)는 선회 운동을 할 수 있다.

피스톤(240)은 커넥팅 로드(230)에 연결되어, 실린더(211) 내에서 직선으로 왕복 운동을 할 수 있다.

즉, 회전자가 회전 운동은, 크랭크축 및 커넥팅 로드(230)에 의하여 피스톤(240)의 왕복 운동으로 전환될 수 있다.

피스톤(240)은 BLDC 모터(100)가 회전함에 따라, 실린더(211)에서 직선으로 왕복 운동을 하면서 냉매를 압축하거나 흡입할 수 있다.

피스톤(240)은 상사점 및 하사점을 왕복운동하며 압축행정(A) 및 흡입행정(B)을 수행할 수 있다.

여기서 상사점은 피스톤(240)이 가장 높은 위치에 도달하여 압축행정(A)이 끝나고 흡입행정(B)이 시작되는 지점일 수 있다.

또한 하사점은 흡입행정(B)을 마치고 압축행정(A)이 시작되는 지점일 수 있다.

즉, 피스톤(240)은 하사점으로부터 상사점까지 이동하면서 압축행정(A)을 수행할 수 있다.

또한 피스톤(240)은, 상사점으로부터 하사점까지 이동하면서 흡입행정을 수행할 수 있다.

한편, 피스톤(240)의 상사점 부분에는 냉매와 같은 유체가 연결되어 있어 피스톤(240)의 운동을 통해 압축 및 흡입이 반복될 수 있다.

한편 흡입 행정과 압축 행정 중, 흡입 행정시 모터에 인가되는 부하의 크기가 상대적으로 작을 수 있다.

구체적으로 냉매의 흡입을 위하여 피스톤(240)이 하사점으로 이동하는데 필요한 힘은, 냉매의 압축을 위하여 피스톤(240)이 상사점으로 이동하는데 필요한 힘보다 작다.

따라서 흡입 행정시에는 모터에 인가되는 부하의 크기가 상대적으로 작을 수 있다. 또한 압축 행정시에는 모터에 인가되는 부하의 크기가 상대적으로 클 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 속도 리플 및 전류 리플을 도시한 도면이다.

제어부(330)는 모터 전압 및 모터 전류를 이용하여, BLDC 모터(100)의 모터 속도를 검출할 수 있다.

또한 제어부(330)는 모터 속도에 기초하여 BLDC 모터(100)의 속도 리플을 획득할 수 있다.

BLDC 모터(100)의 속도 리플은 도 8a에서 도시하였다.

여기서 BLDC 모터(100)의 속도 리플은, 속도의 편차를 가지면서 회전하는 BLDC 모터(100)의 모터 속도를 의미할 수 있다.

예를 들어, 60Hz의 속도 지령이 있는 경우, BLDC 모터(100)는 실제로 59Hz에서 61Hz의 속도를 오가는 것을 반복하며 회전할 수 있다.

이 경우 속도 리플은, 모터의 회전에 의하여(즉, 피스톤의 압축 및 흡입 행정에 의하여) 2Hz의 속도의 편차를 가지면서 회전하는 BLDC 모터(100)의 회전 속도를 의미할 수 있다.

한편, 제어부(330)는 속도의 편차를 가지면서 회전하는 BLDC 모터(100)의 모터 속도에 기초하여, 제1 구간 및 제2 구간을 판단할 수 있다.

여기서 제1 구간은, BLDC 모터(100)와 연결된 피스톤이 압축 행정을 하는 구간일 수 있다.

또한 제2 구간은, BLDC 모터(100)와 연결된 피스톤이 흡입 행정을 하는 구간일 수 있다.

한편, 제1 구간은, 제2 구간보다 BLDC 모터(100)에 인가되는 부하의 크기가 큰 구간일 수 있다.

구체적으로, 피스톤(240)이 흡입 행정 및 압축 행정을 수행하는 것은 도 8에서 설명한바 있다.

피스톤(240)이 압축 행정을 수행하게 되면, 모터에 인가되는 부하의 크기가 상대적으로 크게 된다.

따라서 피스톤(240)이 압축 행정을 하는 동안, BLDC 모터(100)의 모터 속도는 감소하게 된다.

따라서 제1 구간은, BLDC 모터(100)의 모터 속도가 감소하는 구간(D)일 수 있다.

한편 제2 구간은, 제1 구간보다 BLDC 모터(100)에 인가되는 부하의 크기가 작은 구간일 수 있다.

피스톤(240)이 흡입 행정을 수행하게 되면, 모터에 인가되는 부하의 크기가 상대적으로 작게 된다.

따라서 피스톤(240)이 흡입 행정을 하는 동안, BLDC 모터(100)의 모터 속도는 증가하게 된다.

따라서 제2 구간은, BLDC 모터(100)의 모터 속도가 증가하는 구간(C)일 수 있다.

한편 제어부(330)는 BLDC 모터(100)의 모터 전류를 검출할 수 있다.

또한 제어부(330)는 모터 전류에 기초하여 BLDC 모터(100)의 전류 리플을 획득할 수 있다.

예를 들어 제어부(330)는 BLDC 모터(100)의 상 전류에 기초하여 BLDC 모터(100)의 전류 리플을 획득할 수 있다.

다른 예로써, 제어부(330)는 동기좌표계 상의 q축 전류를 이용하여 전류 리플을 획득할 수 있다.

BLDC 모터(100)의 전류 리플은 도 8b에서 도시하였다.

여기서 BLDC 모터(100)의 전류 리플은, 전류 크기의 편차를 가지는 BLDC 모터(100)의 모터 전류를 의미할 수 있다.

예를 들어, 1A의 전류 지령이 있는 경우, BLDC 모터(100)에는 실제로 0.8A에서 1.2A의 사이의 전류가 인가되는 것을 반복하며 회전할 수 있다.

이 경우 전류 리플은, 모터의 회전에 의하여(즉, 피스톤의 압축 및 흡입 행정에 의하여) 0.4A의 속도의 편차를 가지는 BLDC 모터(100)의 모터 전류를 의미할 수 있다.

한편, 제어부(330)는 전류의 크기의 편차를 가지면서 회전하는 BLDC 모터(100)의 모터 전류에 기초하여, 제1 구간 및 제2 구간을 판단할 수 있다.

여기서 제1 구간은, 제2 구간보다 BLDC 모터(100)에 인가되는 부하의 크기가 큰 구간일 수 있다.

한편 피스톤(240)이 압축 행정을 수행하게 되면, 모터에 인가되는 부하의 크기가 상대적으로 크게 된다.

따라서 피스톤(240)이 압축 행정을 하는 동안, BLDC 모터(100)의 모터 전류는 증가하게 된다.

따라서 제1 구간은, BLDC 모터(100)의 모터 전류가 증가하는 구간(F)일 수 있다.

한편 제2 구간은, 제1 구간보다 BLDC 모터(100)에 인가되는 부하의 크기가 작은 구간일 수 있다.

피스톤(240)이 흡입 행정을 수행하게 되면, 모터에 인가되는 부하의 크기가 상대적으로 작게 된다.

따라서 피스톤(240)이 흡입 행정을 하는 동안, BLDC 모터(100)의 모터 전류는 감소하게 된다.

따라서 제2 구간은, BLDC 모터(100)의 모터 전류가 감소하는 구간(E)일 수 있다.

한편 제어부(330)는, BLDC 모터(100)의 모터 속도의 편차(G) 또는 모터 전류의 크기의 편차(H)가 일정 크기 이상이 되도록, BLDC 모터(100)의 회전 주파수를 조절할 수 있다.

구체적으로, BLDC 모터(100)의 모터 속도의 편차(G) 또는 모터 전류의 크기의 편차(H)는, 냉매를 압축 및 흡입하는 과정이 반복되기 때문에 나타난다.

따라서 센서리스 제어로 전환되기 전에 모터 속도나 모터 전류의 크기가 일정 크기 이상의 편차를 나타낼 수 있도록, 압축 공간 내에 냉매가 충분히 유입되어야 할 필요성이 있다.

따라서 제어부(330)는, 압축 공간 내에 냉매가 충분히 유입될 수 있도록, 오픈 루프 제어를 수행하는 동안 BLDC 모터(100)의 회전 주파수를 조절할 수 있다.

예를 들어 제어부(330)는, BLDC 모터(100)의 회전 주파수를 높힘으로써, 피스톤의 압축 및 흡입 행정의 횟수를 늘릴 수 있다. 이에 따라 압축 공간 내에 냉매가 충분히 유입될 수 있으며, 모터 속도나 모터 전류의 크기가 일정 크기 이상의 편차를 나타낼 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른, BLDC 모터의 기동 장치의 기동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

BLDC 모터의 기동 장치(300)는, BLDC 모터(100)의 회전자를 일정 위치에 정렬할 수 있다.

또한 BLDC 모터의 기동 장치(300)는, 오픈 루프 제어를 수행할 수 있다(S910).

구체적으로, BLDC 모터의 기동 장치(300)는 BLDC 모터(100)에 전류를 인가하여 회전자를 일정 속도까지 가속할 수 있다.

또한 BLDC 모터의 기동 장치(300)는, 회전자의 회전 속도 또는 BLDC 모터(100)의 모터 전류를 모니터링 할 수 있다(S920)

한편 회전자의 가속에 의하여 역기전력의 검출이 가능해지면, BLDC 모터의 기동 장치(300)는, 모터 속도 또는 모터 전류에 기초하여 피스톤의 행정 상태를 판단할 수 있다(S930).

구체적으로 BLDC 모터의 기동 장치(300)는, 모터 속도 또는 모터 전류에 기초하여 현재 피스톤이 압축 행정 구간인지 흡입 행정을 하는 구간인지 판단할 수 있다.

한편 피스톤이 압축 행정을 하는 구간이면, BLDC 모터의 기동 장치(300)는 스텝 920으로 돌아가 피스톤의 행정 상태를 판단할 수 있다(S940).

한편, 피스톤이 흡입 행정을 하는 구간이면, BLDC 모터(100)의 기동 장치(300)는 센서리스 제어로 전환하여 BLDC 모터(100)를 제어할 수 있다(S950).

한편, 상술한 BLDC 모터 및 BLDC 모터의 기동 장치를 포함하는 압축기에 대해서 설명한다.

압축기는, BLDC 모터의 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축, 상기 크랭크축에 회전 가능하게 결합되어 상기 회전자의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 커넥팅 로드, 및 상기 커넥팅 로드에 회전 가능하게 결합되어 직선으로 왕복 운동을 하며 냉매를 흡입 또는 압축하는 피스톤을 포함할 수 있다.

또한 BLDC 기동 장치는, 상기 BLDC 모터의 초기 기동시 오픈 루프 제어를 수행하고, 상기 냉매가 흡입되는 구간에서 상기 BLDC 모터에 대한 제어를 센서리스 제어로 전환할 수 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: BLDC 모터 300: BLDC 모터의 기동 장치
310: 인버터 320: 센싱부
330: 제어부

Claims (9)

1. 제어 신호에 따라 모터 구동 전원을 BLDC 모터에 공급하는 인버터;
   상기 BLDC 모터의 모터 전압 및 모터 전류 중 적어도 하나를 검출하는 센싱부; 및
   상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 BLDC 모터의 초기 기동시 오픈 루프 제어를 수행하고, BLDC 모터의 모터 속도 및 상기 모터 전류 중 적어도 하나에 기초하여, 제 1구간보다 상기 BLDC 모터에 인가되는 부하의 크기가 작은 제2 구간에서 센서리스 제어로 전환하는
   BLDC 모터의 기동 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   속도의 편차를 가지면서 회전하는 상기 BLDC 모터의 모터 속도에 기초하여, 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간을 판단하는
   BLDC 모터의 기동 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 구간은,
   상기 모터 속도가 감소하는 구간이고,
   상기 제2 구간은,
   상기 모터 속도가 증가하는 구간인
   BLDC 모터의 기동 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   전류의 크기의 편차를 가지는 상기 BLDC 모터의 모터 전류에 기초하여, 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간을 판단하는
   BLDC 모터의 기동 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 구간은,
   상기 모터 전류가 증가하는 구간이고,
   상기 제2 구간은,
   상기 모터 전류가 감소하는 구간인
   BLDC 모터의 기동 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 BLDC 모터는,
   압축기 내에서 압축 행정 및 흡입 행정을 수행하는 피스톤과 연결되는
   BLDC 모터의 기동 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1 구간은,
   상기 피스톤이 압축 행정을 하는 구간이고,
   상기 제2 구간은,
   상기 피스톤이 흡입 행정을 하는 구간인
   BLDC 모터의 기동 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 BLDC 모터의 속도의 편차 또는 전류 크기의 편차가 일정 크기 이상이 되도록, 상기 BLDC 모터의 회전 주파수를 조절하는
   BLDC 모터의 기동 장치.
9. BLDC 모터의 기동 장치 및 BLDC 모터를 포함하는 압축기에 있어서,
   상기 압축기는,
   상기 BLDC 모터의 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축;
   상기 크랭크축에 회전 가능하게 결합되어 상기 회전자의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 커넥팅 로드; 및
   상기 커넥팅 로드에 결합되어 직선으로 왕복 운동을 하며 냉매를 흡입 또는 압축하는 피스톤을 포함하고,
   상기 BLDC 기동 장치는,
   상기 BLDC 모터의 초기 기동시 오픈 루프 제어를 수행하고, 상기 냉매가 흡입되는 구간에서 상기 BLDC 모터에 대한 제어를 센서리스 제어로 전환하는
   BLDC 모터의 기동 장치 및 BLDC 모터를 포함하는 압축기.
   

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