KR20180088368A - 모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 발명의 일 측면은 특성이 불분명한 동기 전동기의 고장을 억제하면서, 동기 전동기의 인덕턴스의 값을 산출한다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는 모터; 상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터; 상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및 상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함한다.

Description

모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법
개시된 발명은 모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법에 관한 것이다.
벡터 제어라고 불리는 방법을 이용하여, 동기 전동기의 회전 동작을 제어하는 것이 행해지고 있다. 이러한 동기 전동기의 벡터 제어는 동기 전동기의 인덕턴스를 포함하는 각종 모터 상수가 이용된다.
특허문헌 1(일본 공개특허공보 2002-272195호)에는, 동기 전동기에, 임의의 주파수로 회전하는 dc축에 평행한 방향의 교류 전압을 인가하여, 그 dc축에 발생하는 교류 전류를 검출하고, dc축을 전기각으로 180도 이상 회전시킨 기간에 있어서의 dc축 교류 전압 및 dc축 교류 전류의 최대치로부터 직축 인덕턴스(Ld)를, 이들의 최소치로부터 횡축 인덕턴스(Lq)를 각각 연산하는 것이 기재되어 있다.
또한 특허문헌 2(일본 공개특허공보 2000-50700호)에는, 직류 성분과 교류 성분을 합성한 인가 전압을, 교류 주파수의 성분을 변화시켜 영구 자석형 동기 전동기에 인가하는 전압 인가 단계와, 인가한 인가 전압에 따라 흐르는 모터 전류를 검출하는 전류 검출 단계와, 인가 전압의 교류 성분과 모터 전류의 교류 성분의 위상차를 산출하는 위상차 산출 단계와, 영구 자석형 동기 전동기의 모터 상수를 산출하는 모터 상수 산출 단계를 포함하는, 영구 자석형 동기 전동기의 모터 상수 산출 방법이 기재되어 있다.
그러나, 전술한 특허문헌에 기재된 인덕턴스의 산출 방법은, 동기 전동기의 정격 전류 등, 인덕턴스를 제외한 다른 모터 상수를 미리 알고 있는 것을 전제로 하고 있다. 이로 인하여, 모터 상수를 모르는 동기 전동기의 인덕턴스를 구하고자 하는 경우, 동기 전동기에 공급해야 할 전압 등이 불분명하기 때문에, 얻어지는 인덕턴스의 오차가 커질 우려가 있었다. 또한 동기 전동기의 정격에 대하여 과대한 전류가 공급된 경우에는, 동기 전동기에 자기 소거(Demagnetization)가 발생할 우려가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 개시된 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 장치는 모터; 상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터; 상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및 상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 d축 또는 q축 인덕턴스를 산출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 변경되는 교류 전압에 기초하여 산출되는 상기 d축 인덕턴스의 변화가 포화되면, 상기 포화된 인덕턴스의 값을 d축 인덕턴스로 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 d축 인덕턴스를 산출하고, 상기 모터의 회전자를 미리 설정된 각도만큼 회전시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 d축 인덕턴스를 산출하고, 상기 d축 인덕턴스가 산출될 때 변경된 교류 전압을 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 인버터가 상기 변경된 교류 전압을 상기 모터에 공급하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 측정하는 상기 유입 전류를 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출할 수 있다.
상기 모터는, 영구 자석을 포함하는 회전자와 고정자를 포함하고, 상기 제어부는,상기 회전자를 제어하여 위치를 결정하고, 상기 인버터가 상기 교류 전압을 단계적으로 변경하도록 제어할 수 있다.
개시된 다른 측면에 따른 모터 구동 장치의 제어방법은 모터 및 상기 모터를 제어하는 인버터를 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법에 있어서, 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하고; 상기 인버터가 상기 모터에 상기 교류 전압을 공급하고; 상기 변경된 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하고; 상기 측정된 유입 전류에 기초하여 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함한다.
상기 산출하는 것은, 상기 측정된 유입 전류에 기초하여 상기 모터의 d축 인덕턴스 또는 q축 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 산출하는 것은, 상기 변경되는 교류 전압에 기초하여 산출되는 상기 d축 인덕턴스의 변화가 포화되면, 상기 포화된 인덕턴스의 값을 d축 인덕턴스로 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 산출하는 것은, 상기 d축 인덕턴스가 산출될 때 변경된 교류 전압을 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함할 수 있다.
산출된 상기 d축 인덕턴스 또는 상기 q축 인덕턴스에 기초하여 상기 모터를 벡터 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 인버터가 위치 결정 전류를 인가하여 상기 모터의 위치를 고정시키는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 산출하는 것은, 상기 교류 전압에 기초하여 산출된 d축 인덕턴스를 제 1 결과값으로 저장하고; 단계적으로 변경되는 상기 교류 전압에 의해 측정되는 산출되는 상기 d축 인덕턴스를 제 2 결과값으로 저장하고; 상기 제 1결고값과 상기 제 2결과값을 비교하여 상기 d축 인덕턴스를 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
개시된 또 다른 측면에 따른 공기 조화 장치는 냉매를 통하여 공기의 열교환을 수행하는 열교환부; 회전 가능하고, 상기 열교환부에 상기 공기를 유입시키는 팬; 및 상기 팬을 동작시키는 모터 구동 장치;를 포함하고, 상기 모터 구동 장치는, 상기 팬을 회전시키는 모터; 상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터; 상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및 상기 인버터를 벡터 제어하고, 상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 장치, 그를 포함하는 공기 조화 장치 및 모터 구동 장치의 제어방법은 동기 전동기에 공급할 전압을 제어함으로써, 얻어지는 인덕턴스의 불분명한 추정치를 제거하고, 인덕턴스의 산출을 통한 모터 상수를 파악하여 동기 전동기의 벡터 제어에 이용할 수 있다.
또한, 분명한 벡터 제어에 따라 동기 전동기의 정격보다 과한 전류가 공급되는 것을 방지하고, 동기 전동기에 자기 소거의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 정확한 인덕턴스를 산출함으로써, 공기 조화 장치의 실내기에 구비된 동기 전동기의 종류 및 특성에 따라 따로 모터 구동 장치를 마련할 필요가 없으므로, 범용성을 가지는 모터 구동 장치 및 공기 조화 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 공기 조화 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 예에 따른 실내기에서 모터 구동 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 실내 모터 구동 장치에서 이용되는 동기 전동기의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 예에 따른 공기 조화 장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 6는 일 예에 따른 실내기 제어부의 제어 블록도이다.
도 7은 일 예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 일 예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위해서 도 7과 이어지는 순서도이다.
도 9는 일 예에 따른 동기 전동기에서 계측 전류와 인덕턴스의 관계를 나타내는 그래프이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
[공기 조화 장치의 전체 구성]
도 1은 일 실시예에 따른 공기 조화 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
개시된 공기 조화 장치(1)는, 옥내(실내)에 설치되는 실내기(10)와, 옥외에 설치되는 실외기(20)와, 실내기(10)와 실외기(20)를 접속하는 배관(30)을 구비하고 있다. 그리고 공기 조화 장치(1)는, 실내기(10)와 실외기(20)의 사이 배관(30)을 이용하여 냉매(도시하지 않음)를 순환시키고, 실내기(10) 및 실외기(20) 각각에 있어서 냉매의 열교환을 실시함으로써, 실내기(10)가 배치된 실내를 냉방 혹은 난방한다.
이 중, 실내기(10)는, 실내 열교환기(11)와, 실내 팬(12)과, 실내 팬을 구동시키는 실내 모터 구동 장치(13)와, 실내 온도 센서(14)와, 실내기 제어부(또는 제어부, 15)와, 실내 하우징(16)과, 리모트 컨트롤러(Remote Controller 이하 리모콘, 17)를 갖고 있다.
열교환부의 일례로서의 실내 열교환기(11)는, 그 내부를, 실외기(20)로부터 배관(30)을 통하여 공급되어 오는 냉매(도시하지 않음)가 통과하도록 구성되어 있고, 실내의 공기와 냉매의 열교환을 행한다.
송풍부의 일례로서의 실내 팬(12)은, 회전 가능하게 설치되어 있고, 실내의 공기를 실내 열교환기(11)에 유입시킴과 함께, 실내 열교환기(11)에 공급됨으로써 냉각 혹은 가열된 공기를 실내에 내보낸다.
실내 모터 구동 장치(13)는, 실내 팬(12)의 회전 구동을 행한다. 이 실내 모터 구동 장치(13)는, 실내 팬(12)을 회전시킬 때에, 실내 팬(12)의 단위시간당 회전수를 조정한다.
실내 온도 센서(14)는 실내의 온도를 측정한다.
개시된 모터 구동 장치의 일례로서의 실내기 제어부(15)는, 실내기(10)를 구성하는 각 구성 및 장치의 동작을 제어한다. 또한, 실내기 제어부(15)는 실외기(20)에 설치된 실외기 제어부(28) 를 통하여, 실외기(20)를 구성하는 각 구성 및 장치의 동작을 제어한다.
실내 하우징(16)은, 상기 설명한 실내 열교환기(11), 실내 팬(12), 실내 모터 구동 장치(13), 실내 온도 센서(14) 및 실내기 제어부(15)를 내부에 수용한다.
리모콘(17)은 실내 하우징(16)의 외부에서 적외선이나 전파 등을 이용하여 실내기 제어부(15)에게 명령을 전달할 수 있다. 즉, 리모콘(17)은 실내기 제어부(15)을 통해서 개시된 공기 조화 장치(1)의 전원 온/오프, 설정 온도 및 타이머 등의 지시를 출력한다.
한편, 실외기(20)는 실외 열교환기(21), 실외 팬(22), 실외 팬 구동 장치(23), 실외 온도 센서(24), 팽창 밸브(25), 압축기(26), 4로 전환 밸브(27), 실외기 제어부(28) 및 실외 하우징(29)을 포함할 수 있다.
실외 열교환기(21)는 배관(30)을 통하여 실내기(10)로부터 공급되는 냉매(도시하지 않음)가 통과하도록 구성되고, 옥외의 공기와 냉매의 열교환을 수행한다.
실외 팬(22)은 회전 가능하게 설치되어 있고, 옥외의 공기를 실외 열교환기(21)에 유입시킨다.
실외 팬 구동 장치(23)는 실외 팬(22)의 회전 구동을 행한다. 이러한 실외 팬 구동 장치(23)는, 실외 팬(22)을 회전시킬 때에, 실외 팬(22)의 단위 시간당 회전수를 조정한다.
실외 온도 센서(24)는 옥외의 온도를 측정한다.
팽창 밸브(25)는 이방 밸브로 이루어질 수 있으며, 냉방 운전 시 실내기(10)의 실내 열교환기(11)로부터 배관(30)을 통하여 유입되어 오는 냉매를 감압하여, 실외 열교환기(21)에 내보낸다. 또한, 팽창 밸브(25)는 난방 운전 시, 실외기(20)의 실외 열교환기(21)로부터 유입되어 오는 냉매를 가압하여, 배관(30)을 통하여 실내기(10)의 실내 열교환기(11)에 내보낸다.
압축기(26)는 실외 열교환기(21)로부터 4로 전환 밸브(27)를 통하여 유입되어 오는 냉매를 압축하여, 고온 고압의 가스 냉매로서 토출한다. 또한, 압축기(26)는 배관(30)을 통하여 실내기(10)와 실외기(20)의 사이에서 냉매를 순환시키기 위한 반송력을 냉매에 부여하는 기능도 갖고 있다.
4로 전환 밸브(27)는 사방 밸브로 이루어지는 것으로서, 냉방 운전 시와 난방 운전 시 실내 열교환기(11) 또는 실외 열교환기(21)로부터 압축기(26)에 공급되어 오는 냉매의 유로를 전환한다.
실외기 제어부(28)는 실내기(10)에 설치된 실내기 제어부(15)에 의해서, 실외기(20)를 구성하는 각 구성 및 장치의 동작을 제어한다.
실외 하우징(29)은 전술한 실외 열교환기(21), 실외 팬(22), 실외 팬 구동 장치(23), 실외 온도 센서(24), 팽창 밸브(25), 압축기(26), 4로 전환 밸브(27) 및 실외기 제어부(28)를 내부에 수용한다.
[실내 모터 구동 장치의 구성]
도 2는 일 예에 따른 실내기에서 모터 구동 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 모터 구동 장치(13)는 정류 회로(131), 평활화 회로(132), 인버터(inverter 133), 동기 전동기(134) 및 전류 계측기(135)를 포함할 수 있다.
정류 회로(131)는 4개의 다이오드를 이용한 다이오드 브리지 등으로 구성될 수 있다. 정류 회로(131)는 상용 전원(2)으로부터 공급되는 상용 전원 주파수(50Hz 혹은 60Hz)의 단상 교류(100V 혹은 200V(실효치))에 전파 정류를 수행함으로써 단상 교류를 직류로 변환한다. 단, 정류 회로(131)로부터의 출력은 일반적인 직류에 비하여, 리플(Ripple)이 큰 맥류로 이루어진다.
평활화 회로(132)는 콘덴서(Condenser) 등으로 구성될 수 있고, 정류 회로(131)로부터 공급되는 직류(맥류)를 평활화한다.
인버터(133)는 역변환 회로를 의미하고, 반도체 소자 등으로 구성될 수 있다. 인버터(133)는 평활화 회로(132)로부터 공급되는 직류를 주파수 및 전압치로 설정된 삼상 교류(U상, V상, W상)로 변환한다. 인버터(133)는 출력하는 삼상 교류의 주파수 및 전압치를 동기 전동기(134) 동작 중에 변경할 수 있다.
동기 전동기(134)는, 인버터(133)로부터 공급되는 삼상 교류에 의하여 실내 팬(12)을 회전시킨다.
개시된 일 예에서 동기 전동기(134)는 계자에 영구자석(강자성체)을 채용한 영구자석 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor: PMSM)를 포함할 수 있다. 다만, 반드시 동기 전동기(134)가 이에 한정되는 것은 아니며, 팬(12)을 구동시킬 수 있는 모터(motor)이면 충분하고, 제한은 없다.
전류 계측기(135)는 인버터(133)로부터 동기 전동기(134)에 공급되는 삼상 교류의 전류치를 상 별로 계측한다.
실내 모터 구동 장치(13)에서는 정류 회로(131), 평활화 회로(132) 및 인버터(133)를 이용하여 상용 전원(2)으로부터 공급되는 상용 전원 주파수의 단상 교류를 주파수(가변)의 삼상 교류로 변환한 후, 변환한 단상 교류를 실내 팬(12)을 회전시키는 동기 전동기(134)에 공급한다.
여기에서는 상세하게 설명하지 않지만, 실외기(20)에 있어서의 실외 팬 구동 장치(23)도 모터 구동 장치(13)와 동일한 구성을 갖고 있다.
[동기 전동기의 구성]
도 3 및 도 4는 실내 모터 구동 장치에서 이용되는 동기 전동기의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
구체적으로 도 3은 동기 전동기(134)가 표면 자석형 영구자석 동기 전동기(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor: SPMSM)인 경우를, 도 4는 동기 전동기(134)가 내부 자석형 영구자석 동기 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor: IPMSM)인 경우를 도시한 것이다.
또한, 도 3 및 도 4는, 각각 동기 전동기(134)의 극(Pole)수를 2개로 한 경우를 예시하고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 예에 따른 동기 전동기(134)는 고정자(41)와, 회전자(42)와, U상 코일(43)과, V상 코일(44)과, W상 코일(45)을 포함할 수 있다.
고정자(41)는 내부에 원기둥형의 공간이 형성된 구조를 갖고 있고, 직접 혹은 간접적으로 실내 하우징(16)(도 1 참조)에 고정되어 있다.
회전자(42)는 원기둥형의 형상을 갖는 것이며, 고정자(41)의 내부에 형성된 공간에 배치되어 있고, 고정자(41)에 대하여 샤프트(42c)를 통하여 회전 가능하게 장착되어 있다. 또한, 이 샤프트(42c)에는 도 2 등에 도시된 실내 팬(12)이 장착되어 있고, 회전자(42)가 회전하면 샤프트(42c)를 통하여 실내 팬(12)이 회전한다.
U상 코일(43)은 고정자(41) 중 내부에 형성된 공간과 대향하는 위치에 장착되어 있다. 그리고 U상 코일(43), 인버터(133)(도 2 참조)로부터 공급되는 삼상 교류 중 U상과 접속된다.
V상 코일(44)은 고정자(41) 중 내부에 형성된 공간과 대향함과 함께, U상 코일(43)로부터 둘레방향으로 120도 어긋난 위치에 장착되어 있다. 그리고 V상 코일(44)은 인버터(133)(도 2 참조)로부터 공급되는 삼상 교류 중 V상과 접속된다.
W상 코일(45)은 고정자(41) 중 내부에 형성된 공간과 대향함과 함께, V상 코일(44)로부터 둘레방향으로 120도 어긋난 위치(U상 코일(43)로부터 둘레방향으로 -120도 어긋난 위치)에 장착되어 있다. 그리고 W상 코일(45)은 인버터(133)(도 2 참조)로부터 공급되는 삼상 교류 중 W상과 접속된다.
그리고 동기 전동기(134)의 회전자(42)에는 자극인 N극(42a)과, 회전자(42)에 있어서 N극(42a)과는 반대측(이측)에 마련된 다른 자극인 S극(42b)이 형성되어 있다. 여기에서 도 3에 나타내는 동기 전동기(134, 표면 자석형 영구자석 동기 전동기)의 경우, 각 자극(N극(42a) 및 S극(42b))은 회전자(42)의 외주면에 노출된 위치에 배치된다.
이와 비교하여, 도 4에 나타내는 동기 전동기(134, 내부 자석형 영구자석 동기 전동기)의 경우, 각 자극(N극(42a) 및 S극(42b))은 회전자(42)의 외주면에 노출되지 않는 위치, 즉 회전자(42)의 내부가 되는 위치에에 배치된다.
개시된 일 예에 따른 동기 전동기(134)는 도 3에 나타내는 표면 자석형을 이용해도 되고, 도 4에 나타내는 내부 자석형을 이용해도 된다.
또한, 동기 전동기(134)는 회전자(42)의 위상각을 검출하기 위한 센서(홀 소자 등)가 설치되어 있지 않은 센서리스(senseless)형을 모터를 포함할 수 있다.
한편, 개시된 동기 전동기(134)는 고정자(41)에 대하여, U상 코일(43), V상 코일(44) 및 W상 코일(45)을 각각 집중 권선한 경우를 예시하고 있지만, 이들 각 코일을 분포 권선해도 상관없다. 또한, 동기 전동기(134)는 4개 이상의 극수를 포함할 수도 있으며, 제한은 없다.
[공기 조화 장치의 제어 시스템]
도 5는 일 예에 따른 공기 조화 장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 제어 블록도이다.
개시된 제어 시스템은 실내기(10)측에 설치되어 실내기(10) 내의 각 구성 및 장치를 제어하는 실내기 제어부(15)와, 실외기(20) 측에 설치되어 실외기(20) 내의 각 부를 제어하는 실외기 제어부(28)와, 실내기 제어부(15)와 실외기 제어부(28)를 접속하여, 양자 사이에서 신호를 주고받는 통신 경로를 포함할 수 있다.
우선, 실내기 제어부(15)는 프로그램을 판독하여 실행하는 CPU(Central Processing Unit)(151)와, CPU(151)가 실행하는 프로그램이나 프로그램을 실행할 때에 사용하는 데이터 등을 기억하는 ROM(152)(Read Only Memory)과, 프로그램을 실행할 때에 일시적으로 생성되는 데이터 등을 기억하는 RAM(153)(Random Access Memory)과, 프로그램을 실행할 때에 사용하는 데이터 등을 기억함과 함께, 그 내용을 다시 쓰기 가능하며, 전원을 공급하지 않아도 그 기억 내용을 저장하는 것이 가능한 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)(154)을 구비하고 있다.
그리고 실내기 제어부(15)에는 실내 온도 센서(14)로부터 실내 온도 신호 및 리모콘(17)으로부터 지시 신호가 각각 입력된다. 또한 실내기 제어부(15)에는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 전류 계측기(135)로부터, U상, V상 및 W상의 계측 전류 신호가 입력된다. 또한 실내기 제어부(15)에는, 실외기 제어부(28)로부터 제어 신호가 입력될 수 있다.
한편, 실내기 제어부(15)는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 제어 신호를 출력한다. 또한 실내기 제어부(15)는 실외기 제어부(28)에 제어 신호를 출력한다.
실외기 제어부(28)는 프로그램을 판독하여 실행하는 CPU(281)와, CPU(151)가 실행하는 프로그램이나 프로그램을 실행할 때에 사용하는 데이터 등을 기억하는 ROM(282)과, 프로그램을 실행할 때에 일시적으로 생성되는 데이터 등을 기억하는 RAM(283)과, 프로그램을 실행할 때에 사용하는 데이터 등을 기억함과 함께, 그 내용을 다시 쓰기 가능하며, 전원을 공급하지 않아도 그 기억 내용을 저장하는 것이 가능한 EEPROM(284)을 구비하고 있다.
실외기 제어부(28)에는 실외 온도 센서(24)로부터 실외 온도 신호가 입력된다. 또한, 실외기 제어부(28)에는, 실내기 제어부(15)로부터 제어 신호가 입력될 수도 있다.
한편, 실외기 제어부(28)는 팽창 밸브(25), 압축기(26) 및 4로 전환 밸브(27)의 각각에 제어 신호를 출력한다. 또한, 실외기 제어부(28)는, 실내기 제어부(15)에 제어 신호를 출력한다.
도 6는 일 예에 따른 실내기 제어부의 제어 블록도이다. 구체적으로 도 6는 개시된 공기 조화 장치(1)에 있어서 실내기 제어부(15)의 소프트웨어 블록도이다.
실내기 제어부(15)는 벡터 제어를 통해 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 동기 전동기(134)의 동작을 제어한다. 동기 전동기(134)를 벡터 제어하기 위하여, 실내기 제어부(15)는, 사전에 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 포함하는 각종 모터 상수를 취득한다. 그리고 도 6는 실내기 제어부(15)가 실행하는 각종 제어 중, 동기 전동기(134)를 벡터 제어하기 위하여 필요한 인덕턴스의 취득에 관한 블록을 선택하여 나타내고 있다.
구체적으로 실내기 제어부(15)는 지시 수신부(51), 위치 결정 전류 지시부(52), 인가 전압 설정부(53), 인가 전압 지시부(54), 계측 전류 취득부(55), 인덕턴스 산출부(56), 저장부(57), 판단부(58) 및 벡터 제어부(59)를 구비하고 있다.
지시 수신부(51)는 리모콘(17)으로부터의 지시(전원 온 등)를 수신한다.
위치 결정 전류 지시부(52)는 지시 수신부(51)가 전원 온의 지시를 수신한 경우에, 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 산출할 때에, 고정자(41)에 대한 회전자(42)(함께 도 3 또는 도 4 참조)의 위치 결정(위치 고정)을 행하기 위한 위치 결정 전류(고정 전류의 일례)를 설정한다. 그리고 위치 결정 전류 지시부(52)는, 설정한 위치 결정 전류를 인버터(133)에 지시한다.
변경 수단의 일례로서의 인가 전압 설정부(53)는 위치 결정 전류의 공급에 따라 동기 전동기(134)에 있어서의 회전자(42)가 고정자(41, 도 3 또는 도 4 참조)에 대하여 위치 결정(위치 고정)된 상태로, 동기 전동기(134)에 인가하는 전압(교류 전압의 일례)을 설정한다.
전압 공급 수단의 일례로서의 인가 전압 지시부(54)는, 인가 전압 설정부(53)가 설정한 인가 전압을 인버터(133)에 지시한다.
계측 전류 취득부(55)는 전류 계측기(135)가 계측한, 인버터(133)로부터 동기 전동기(134)에 흐르는 전류(계측 전류라고 부름: 유입 전류의 일례)를 취득한다.
추정 수단의 일례로서의 인덕턴스 산출부(56)는, 인가 전압 설정부(53)가 설정한 인가 전압과, 계측 전류 취득부(55)가 취득한 계측 전류를 이용하여, 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 산출한다.
저장부(57)는 인덕턴스 산출부(56)가 산출한, 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 기억한다.
판단부(58)는 인덕턴스 산출부(56)에 의하여 산출되어, 저장부(57)에 기억되는 인덕턴스가 적정한 것인지 아닌지를 판단한다. 또한 판단부(58)는, 저장부(57)에 기억되는 인덕턴스가 적정한 것이 아니라고 판단한 경우에, 인가 전압 설정부(53)에, 인가 전압을 변경시키기 위한 지시를 출력한다.
벡터 제어부(59)는, 동기 전동기(134)의 인덕턴스가 결정된 후에, 이 인덕턴스를 포함하는 동기 전동기(134)의 모터 상수를 이용하여, 동기 전동기(134)의 벡터를 제어한다.
또한, 인덕턴스 산출부(56) 및 판단부(58)는 설정 수단으로서 동작하고 있다.
한편, 도 6에서 도시된 소프트웨어 블록도는 실내기 제어부(15)의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 일 예에 불과하다 즉. 실내기 제어부(15)는 실내 모터 구동 장치(13)의 동작을 제어하기 위한 프로세서(Processor)로 단일 칩(chip) 또는 복수의 반도체 소자로 마련될 수 있으며, 제한은 없다.
또한, 도 6에서는 일 예에 따른 공기 조화기의 실내기에 한정하여 설명하였지만, 일반적인 모터 구동 장치에도 사용될 수 있다. 이 경우, 실내 모터 구동 장치(13)는 다양한 동기 전동기, 즉 모터(Motor)를 구동시키는 장치를 의미하고, 실내기 제어부(15)는 모터 구동 장치를 제어하는 제어부를 의미할 수 있다.
[공기 조화 장치의 동작]
개시된 공기 조화 장치(1)의 동작, 특히 냉방 동작을 예로 들어 설명한다.
실내기(10)에 설치된 실내기 제어부(15)가 리모콘(17)으로부터 출력된 냉방의 기동을 요구하는 지시 신호를 수신하면, 실내기 제어부(15)는 실내 모터 구동 장치(13)를 기동시킨다.
실내 모터 구동 장치(13)는 실내 팬(12)을 회전 구동한다. 또한 지시 신호를 수신한 실내기 제어부(15)는, 실외기(20)에 설치된 실외기 제어부(28)에 기동 요구 신호를 출력한다.
기동 요구 신호를 수신한 실외기 제어부(28)는, 실외 팬 구동 장치(23)를 기동시키고 팽창 밸브(25), 압축기(26) 및 4로 전환 밸브(27)의 각각을 냉방 시의 상태로 설정한다. 이로써, 배관(30)을 통하여, 실내기(10)의 실내 열교환기(11)와 실외기(20)의 실외 열교환기(21)의 사이를, 도시하지 않은 냉매가 순환 반송된다. 그 결과, 실내 열교환기(11)에 의하여 옥내(실내)에는 냉기가 도입되고, 실외 열교환기(21)에 의하여 옥외에는 난기가 배출된다.
이 때, 실내기(10)에서는 실내 모터 구동 장치(13)에 의하여 실내 팬(12)이 회전 구동됨으로써, 실내 열교환기(11)에 의하여 도입된 냉기가 실내로 확산된다.
한편, 실외기(20)에서는, 실외 팬 구동 장치(23)에 의하여 실외 팬(22)이 회전 구동됨으로써, 실외 열교환기(21)에 의하여 도입된 난기가 옥외로 확산된다. 또한 실내기(10)에서는 실내기 제어부(15)가, 리모콘(17)에 의하여 설정된 설정 온도와 실내 온도 센서(14)에 의한 실내 온도 측정 결과에 근거하여, 실내 모터 구동 장치(13)의 회전 속도 제어를 행하고, 실외기(20)에서는, 실외기 제어부(28)가, 리모콘(17)에 의하여 설정된 설정 온도와 실외 온도 센서(24)에 의한 실외 온도 측정 결과에 근거하여, 실내 모터 구동 장치(13)의 회전 속도 제어나, 압축기(26)에 의한 냉매(도시하지 않음)의 유량 제어를 행한다.
이를 통해서 실내기(10)가 배치된 실내는, 리모콘(17)에 의하여 설정된 설정 온도가 되도록 냉방된다. 이 동안, 실내기(10)에 설치된 실내기 제어부(15) 특히 벡터 제어부(59)는, 인버터(133)를 통해 동기 전동기(134)를 벡터 제어한다.
[동기 전동기의 기동 처리]
도 7은 일 예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 또한, 도 8은 일 예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위해서 도 7과 이어지는 순서도이다. 중복되는 설명을 피하기 위해 이하 함께 설명한다.
개시된 실내기 제어부(15)는 리모콘(17)으로부터의 공기 조화 장치(1) 구체적으로 실내기(10) 및 실외기(20)의 기동에 관한 지시를 수신한다.
이후, 실내기 제어부(15)는 실내 모터 구동 장치(13) 특히 동기 전동기(134)의 벡터 제어를 실시하기 전, 동기 전동기(134)의 인덕턴스의 산출한다.
구체적으로, 실내기(10)의 실내기 제어부(15) 특히 지시 수신부(51)는 리모콘(17)으로부터의 기동에 관한 지시를 수신한다(단계 10).
이 후, 실내기 제어부(15)에 포함된 위치 결정 전류 지시부(52)는 실내 모터 구동 장치(13)의 인버터(133)에 동기 전동기(134)의 d축에 회전자(42)를 위치 결정(위치 고정)하기 위한 d축 위치 결정 전류 Idp의 출력을 지시한다(단계 20).
지시를 수신한 실내 모터 구동 장치(13)는 d축 위치 결정 전류 Idp에 대응하는 U상 d축 위치 결정 전류, V상 d축 위치 결정 전류 및 W상 d축 위치 결정 전류를 동기 전동기(134)에 공급한다. 그 결과, 동기 전동기(134)에서는, 고정자(41)에 대하여, 회전자(42)가 소정량(예를 들면 1회전 미만)만큼 회전한 후에 정지한다. 즉, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 d축의 위치 결정(위치 고정)이 이루어진다.
회전자(42)의 d축의 위치 결정이 이루어지면, 위치 결정 전류 지시부(52)는 d축 위치 결정 전류 Idp의 출력의 정지를 지시한다.
실내기 제어부(15)에 포함된 인가 전압 설정부(53)는 d축 인가 전압 Vds를 초기치 V0으로 설정하고(단계 30), 변수 n을 1(n=1)로 설정한다(단계 40). 그리고 인가 전압 지시부(54)는, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대하여, 인가 전압 설정부(53)에 의하여 설정된, n번째(처음은 1번째)의 d축 인가 전압 Vds의 출력을 지시한다(단계 50).
이에 따라 실내 모터 구동 장치(13)는 인버터(133)가, n번째의 d축 인가 전압 Vds에 대응하는 U상 d축 인가 전압, V상 d축 인가 전압 및 W상 d축 인가 전압을 동기 전동기(134)에 공급한다. 다만, 동기 전동기(134)의 회전자(42)는, 고정자(41)에 대하여 회전하지 않고, 단계 20에서 위치 결정(위치 고정)된 상태를 유지하고 있다.
그리고 실내기 제어부(15)에 포함된 계측 전류 취득부(55)는, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 전류 계측기(135)가 계측한, 인버터(133)로부터 동기 전동기(134)에 흐르는 d축 계측 전류 Idm을 취득한다(단계 60).
그리고 실내기 제어부(15)에 포함된 인덕턴스 산출부(56)는, 단계 50에서 출력을 지시한 n번째의 d축 인가 전압 Vds와, 단계 60에서 취득한 n번째의 d축 계측 전류 Idm을 이용하여, 수학식 1 식을 통해 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn을 산출한다(단계 70).
Figure pct00001
여기서, Vh는 d축 인가 전압 Vds의 피크치, ΔV는 전압을 인가하는 위상에 있어서의 전압 오차 성분, Ih는 d축 계측 전류 Idm의 피크치, R은 동기 전동기의 추정 임피던스, ω는 d축 인가 전압 Vds의 각주파수를 의미한다.
다음으로, 실내기 제어부(15)에 포함된 인덕턴스 산출부(56)는 단계 70에서 산출한 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn을 실내기 제어부(15)에 포함된 저장부(57)(RAM(153))에 기억시킨다(단계 80).
계속해서, 실내기 제어부(15)에 포함된 판단부(58)는, 저장부(57)로부터, n번째의 d축 인덕턴스 Ldn의 하나 전에 기억된, n-1번째의 d축 인덕턴스 Ldn-1을 판독한다(단계 90).
이어서, 판단부(58)는, 단계 70에서 산출한 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn과, 단계 80에서 판독한 n-1번째의 d축 인덕턴스 Ldn-1의 차가, 미리 결정된 임계값 Lt 미만(Ldn-Ldn-1<Lt)인지 아닌지를 판단한다(단계 100).
단계 100에서 부정의 판단(NO)을 행한 경우, 실내기 제어부(15)에 포함된 인가 전압 설정부(53)는 d축 인가 전압 Vds를, 현재의 d축 인가 전압 Vds에 증가치 Vi를 더한 것(Vds=Vds+Vi)으로 갱신한다(단계 110).
또한, 인가 전압 설정부(53)는 변수 n을 현재의 변수 n에 1을 더한 것(n=n+1)으로 갱신하여(단계 120), 단계 50으로 돌아와 처리를 속행한다. 따라서 단계 50 내지 단계 120에 나타내는 처리는 단계 100에서 긍정의 판단(YES)을 할 때까지 반복 실행되게 된다.
한편, 단계 100에서 긍정의 판단(YES)을 행한 경우, 실내기 제어부(15)에 포함된 판단부(58)는, 단계 70에서 산출한 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn을, 동기 전동기(134)의 d축 인덕턴스 Ld로서 저장부(57), 예를 들어 EEPROM(154)에 기억시킨다(단계 130).
이어서 판단부(58)는 단계 130에서 d축 인덕턴스 Ld로서 기억시킨, n번째의 d축 인덕턴스 Ldn의 산출에 이용한 n번째의 d축 인덕턴스 Ldn에 대응하는 n번째의 d축 인가 전압 Vds를, 이후의 순서에서 사용하는 q축 인가 전압 Vqs로서 저장부(57) 예를 들어, RAM(153) 혹은 EEPROM(154)에 기억시킨다(단계 140).
이 후, 판단부(58)는, 저장부(57)에 기억되어 있던, 1번째의 d축 인덕턴스 Ld1~n번째의 d축 인덕턴스 Ldn을 삭제한다(단계 150). 이와 함께 인가 전압 지시부(54)는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대한 d축 인가 전압 Vds의 출력의 정지를 지시한다.
실내기 제어부(15)에 포함된 위치 결정 전류 지시부(52)는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대하여, q축 위치 결정 전류 Iqp의 출력을 지시한다(단계 160).
이에 따라 실내 모터 구동 장치(13)에서는, q축 위치 결정 전류 Iqp에 대응하는 U상 q축 위치 결정 전류, V상 q축 위치 결정 전류 및 W상 q축 위치 결정 전류가, 동기 전동기(134)에 공급되기 시작한다. 그 결과, 동기 전동기(134)에서는, 고정자(41)에 대하여, 회전자(42)가 소정량(예를 들면 90도)만큼 회전한 후에 정지한다. 즉, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 q축의 위치 결정(위치 고정)이 이루어진다.
회전자(42)의 q축의 위치 결정이 이루어지면, 위치 결정 전류 지시부(52)는, q축 위치 결정 전류 Iqp의 출력의 정지를 지시한다.
계속해서, 실내기 제어부(15)에 포함된 인가 전압 설정부(53)는, 저장부(57)로부터 단계 140에서 기억시키고 있던 q축 인가 전압 Vqs를 판독한다(단계 170).
또한 인가 전압 지시부(54)는, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대하여, 인가 전압 설정부(53)에 의하여 설정된, q축 인가 전압 Vqs의 출력을 지시한다(단계 180).
이에 따라 실내 모터 구동 장치(13)에서는, 인버터(133)가, q축 인가 전압 Vqs에 대응하는 U상 q축 인가 전압, V상 q축 인가 전압 및 W상 q축 인가 전압을, 동기 전동기(134)에 공급한다. 다만, 동기 전동기(134)에 있어서의 회전자(42)는, 고정자(41)에 대하여, 회전하지 않고, 단계 160에서 위치 결정(위치 고정)된 상태를 유지하고 있다.
그리고 실내기 제어부(15)에 포함된 계측 전류 취득부(55)는, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 전류 계측기(135)가 계측한, 인버터(133)로부터 동기 전동기(134)에 흐르는 q축 계측 전류 Iqm을 취득한다(단계 190).
그리고 실내기 제어부(15)에 포함된 인덕턴스 산출부(56)는, 단계 180에서 출력을 지시한 q축 인가 전압 Vqs와, 단계 190에서 취득한 q축 계측 전류 Iqm을 이용하여, 수학식 2를 통해 q축 인덕턴스 Lq를 산출한다(단계 200).
Figure pct00002
여기서, Vh는 q축 인가 전압 V qs의 피크치, ΔV는 전압을 인가하는 위상에 있어서의 전압 오차 성분, Ih는 q축 계측 전류 Iqm의 피크치, R은 동기 전동기의 추정 임피던스, ω는 q축 인가 전압 Vqs의 각주파수를 의미한다.
또한, 수학식 2는 대상이 d축인지 q축인지를 제외하면, 전술한 수학식 1과 동일하다.
실내기 제어부(15)에 포함된 인덕턴스 산출부(56)는 단계 200에서 산출한 q축 인덕턴스 Lq를, 실내기 제어부(15)에 포함된 저장부(57), 예를 들어 EEPROM(154)에 저장한다(단계 210).
즉, 저장부(57), 예를 들어 EEPROM(154)에는 단계 120에서 기억한 d축 인덕턴스 Ld 및 단계 210에서 기억한 q축 인덕턴스 Lq 모두가 함께 저장된다. 이와 함께 인가 전압 지시부(54)는 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)에 대한 q축 인가 전압 Vqs의 출력을 정지시킨다.
이 후, 실내기 제어부(15)에 포함된 벡터 제어부(59)는 저장부(57)에 저장되어 있는 d축 인덕턴스 Ld 및 q축 인덕턴스 Lq를 포함하는, 동기 전동기(134)의 모터 상수를 이용하여, 실내 모터 구동 장치(13)에 설치된 인버터(133)를 통한 동기 전동기(134)의 벡터 제어(동기 전동기(134)를 통한 실내 팬(12)의 회전 제어)를 실행한다(단계 220). 즉. 동기 전동기(134)의 인덕턴스의 산출 처리를 포함하는, 동기 전동기(134)의 기동 처리가 완료된다.
[계측 전류치와 인덕턴스의 추정치의 관계]
도 9은 일 예에 따른 동기 전동기에서 계측 전류와 인덕턴스의 관계를 나타내는 그래프이다.
구체적으로 도 9은 동기 전동기(134)에 있어서의 계측 전류치(d축 계측 전류 Idm, q축 계측 전류 Iqm)와 인덕턴스의 추정치(d축 인덕턴스 Ld, q축 인덕턴스 Lq)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9을 참조하면, d축 인덕턴스 Ld는 d축 계측 전류 Idm의 증가, 즉 d축 인가 전압 Vds의 증가에 따라 서서히 감소하고, 소정의 값(0.75Arms~1.0Arms 부근)을 넘으면 거의 일정 레벨로 포화된다.
또한, q축 인덕턴스 Lq도, q축 계측 전류 Iqm의 증가, 즉 q축 인가 전압 Vqs의 증가에 따라 서서히 감소하고, 소정의 값(0.75Arms~1.0Arms 부근)을 넘으면 거의 일정 레벨로 포화된다.
즉, 계측 전류치(d축 계측 전류 Idm, q축 계측 전류 Iqm)가 너무 낮은 경우, 인덕턴스의 추정치(d축 인덕턴스 Ld, q축 인덕턴스 Lq)는 실제보다 큰 값이 된다. 이와 비교하여 계측 전류치가 커져서 동기 전동기(134)에 필요 충분한 전류가 흐르면, 동기 전동기(134)에서 자기 포화가 발생한 상태가 되고 인덕턴스의 추정치는 참값에 가까운 상태로 안정된다.
한편, 자기 포화의 영향이 나타난 후, 동기 전동기(134)에 공급하는 전류를 증가시키면, 동기 전동기(134)는 자극(여기에서는 N극(42a) 및 S극(42b))의 불가역 감자 즉 자기 소거(Demagnetization)가 발생할 수 있다. 즉, 필요 이상의 전류를 동기 전동기(134)에 공급하면, 동기 전동기(134)가 고장이 날 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 개시된 모터 구동 장치(13)는 모터 상수를 모르는 동기 전동기(134)를 기동할 때, 우선, 동기 전동기(134)에 d축 위치 결정 전류 Idp를 공급함으로써, 고정자(41)에 대하여 회전자(42)의 위치를 d축에 고정했다. 다음으로, 동기 전동기(134)에 교류의 d축 인가 전압 Vds를 공급하고, 동기 전동기(134)에 공급하는 d축 인가 전압 Vds의 크기를 단계적으로 증가시킨다.
그리고 d축 인가 전압 Vds와 d축 인가 전압 Vds가 공급된 동기 전동기(134)에 흐르는 d축 계측 전류 Idm을 이용하여, 수학식 1통해 동기 전동기(134)의 인덕턴스를 산출하고, d축 계측 전류 Idm의 변화에 대한 인덕턴스의 변화가 포화된 상태에 있어서의 인덕턴스의 값을 동기 전동기(134)의 d축 인덕턴스 Ld로 결정한다.
이후 개시된 일 예에 따른 모터 구동 장치(13)는 d축과 직교하는 q축의 인덕턴스인 q축 인덕턴스 Lq를 구하는 경우 전술한 d축 인덕턴스 Ld와 동일한 방법을 이용하는 것이 아니라 고정자(41)에 대하여 회전자(42)의 위치를 q축에 고정한 상태로, d축 인덕턴스 Ld를 얻었을 때에 이용한 d축 인가 전압 Vds를 q축 인가 전압 Vqs로서 이용함으로써, q축 인가 전압 Vqs를 단계적으로 증가시키지 않고, q축 인덕턴스 Lq를 산출한다.
정리하면, 개시된 발명은 전술한 순서에 따라 d축 인덕턴스 Ld를 산출한 후, q축 인가 전압 Vqs(d축 인가 전압 Vds에 근거해 정해짐)를 공급하고, q축 인가 전압 Vqs와, q축 인가 전압 Vqs가 공급된 동기 전동기(134)에 흐르는 q축 계측 전류 Iqm을 이용하여, 수학식 2를 통해 산출된 인덕턴스를 동기 전동기(134)의 q축 인덕턴스 Lq로 결정한다.
이를 통해 특성이 불분명한 동기 전동기(134)에 과잉의 전류가 공급되는 것을 방지하고, 동기 전동기(134)의 고장을 억제하면서 동기 전동기(134)의 인덕턴스(d축 인덕턴스 Ld 및 q축 인덕턴스 Lq)를 산출할 수 있다.
종래에는 동기 전동기(134)의 인덕턴스의 추정을 보다 정확하게 행하기 위하여, 동기 전동기(134)의 종별마다, 각 동기 전동기(134)의 특성에 따른 전용 제어부(실내기 제어부(15))를 준비해야 한다.
그러나 개시된 실시예에 따른 실내기 제어부(15)는 각각의 동기 전동기(134)의 특성(정격)에 따라, d축 인가 전압 Vds(d축 계측 전류 Idm) 및 q축 인가 전압 Vqs(q축 계측 전류 Iqm)의 각각의 한계치가 판단할 수 있으므로, 실내기 제어부(15)는 범용성을 갖는다. 즉, 능력(냉방 능력이나 난방 능력)이 다른 복수 종의 공기 조화 장치(1)에 대해서도 개시된 동일한 실내기 제어부(15)를 사용할 수 있으며, 각각의 공기 조화 장치에서 실내기 제어부(15)는 동기 전동기(134)의 벡터 제어를 행할 수 있다.
한편, 이상에서 동기 전동기(134)는 영구 자석형인 경우를 예로서 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 모터에도 적용될 수 있다.
또한 개시된 인덕턴스 산출 과정이 반드시 동기 전동기(134)에 d축 위치 결정 전류 Idp를 공급함으로써, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 위치를 d축에 고정한 후에, d축 인가 전압 Vds를 인가하고, 또한 동기 전동기(134)에 q축 위치 결정 전류 Iqp를 공급함으로써, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 위치를 q축에 고정한 후에, q축 인가 전압 Vqs를 인가하는 순서에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 개시된 또 다른 인덕턴스 산출 과정은 d축 및 q축의 위치를 알고 있는 경우, 고정자(41)에 대한 회전자(42)의 위치를 고정하는 과정을 생략할 수 있다. 즉, d축 및 q축의 위치를 알고 있는 경우, d축 위치 결정 전류 Idp 또는 d축 위치 결정 전류 Idp를 공급한 후에, d축 인가 전압 Vds 혹은 q축 인가 전압 Vqs를 인가하지 않아도 된다.

Claims (15)

  1. 모터;
    상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터;
    상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및
    상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함하는 모터 구동 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류 계측기가 계측한 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 d축 또는 q축 인덕턴스를 산출하는 모터 구동 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 변경되는 교류 전압에 기초하여 산출되는 상기 d축 인덕턴스의 변화가 포화되면, 상기 포화된 인덕턴스의 값을 d축 인덕턴스로 결정하는 모터 구동 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 d축 인덕턴스를 산출하고, 상기 모터의 회전자를 미리 설정된 각도만큼 회전시키는 모터 구동 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 d축 인덕턴스를 산출하고, 상기 d축 인덕턴스가 산출될 때 변경된 교류 전압을 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출하는 모터 구동 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터가 상기 변경된 교류 전압을 상기 모터에 공급하도록 제어하고, 상기 전류 계측기가 측정하는 상기 유입 전류를 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출하는 모터 구동 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 모터는,
    영구 자석을 포함하는 회전자와 고정자를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 회전자를 제어하여 위치를 결정하고, 상기 인버터가 상기 교류 전압을 단계적으로 변경하도록 제어하는 모터 구동 장치.
  8. 모터 및 상기 모터를 제어하는 인버터를 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하고;
    상기 인버터가 상기 모터에 상기 교류 전압을 공급하고;
    상기 변경된 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하고;
    상기 측정된 유입 전류에 기초하여 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 산출하는 것은,
    상기 측정된 유입 전류에 기초하여 상기 모터의 d축 인덕턴스 또는 q축 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 산출하는 것은,
    상기 변경되는 교류 전압에 기초하여 산출되는 상기 d축 인덕턴스의 변화가 포화되면, 상기 포화된 인덕턴스의 값을 d축 인덕턴스로 결정하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 산출하는 것은,
    상기 d축 인덕턴스가 산출될 때 변경된 교류 전압을 기초로 상기 q축 인덕턴스를 산출하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    산출된 상기 d축 인덕턴스 또는 상기 q축 인덕턴스에 기초하여 상기 모터를 벡터 제어하는 것;을 더 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 인버터가 위치 결정 전류를 인가하여 상기 모터의 위치를 고정시키는 것;을 더 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 산출하는 것은,
    상기 교류 전압에 기초하여 산출된 d축 인덕턴스를 제 1 결과값으로 저장하고;
    단계적으로 변경되는 상기 교류 전압에 의해 측정되는 산출되는 상기 d축 인덕턴스를 제 2 결과값으로 저장하고;
    상기 제 1결고값과 상기 제 2결과값을 비교하여 상기 d축 인덕턴스를 결정하는 것;을 포함하는 모터 구동 장치의 제어방법.
  15. 냉매를 통하여 공기의 열교환을 수행하는 열교환부;
    회전 가능하고, 상기 열교환부에 상기 공기를 유입시키는 팬; 및
    상기 팬을 동작시키는 모터 구동 장치;를 포함하고,
    상기 모터 구동 장치는,
    상기 팬을 회전시키는 모터;
    상기 모터에 교류 전압을 공급하는 인버터;
    상기 교류 전압에 기초하여 상기 모터에 흐르는 유입 전류를 측정하는 전류 계측기; 및
    상기 인버터를 벡터 제어하고, 상기 인버터가 상기 교류 전압의 크기를 단계적으로 변경하도록 제어하고, 상기 유입 전류를 기초로 상기 모터의 인덕턴스를 산출하는 제어부;를 포함하는 공기 조화 장치.
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