KR20200126071A - Bldc 모터용 압축기 컨트롤러 - Google Patents

Bldc 모터용 압축기 컨트롤러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러에 관한 것이다. BLDC 모터용 압축기 컨트롤러는 냉동 또는 냉동 시스템에 설치된 압축기(16)의 작동 파라미터를 설정하는 압축기 작동 설정 유닛(11); 압축기(16)의 작동을 위한 BLDC 모터(15)의 특성을 결정하는 모터 특성 결정 유닛(12); 작동 파라미터와 결정된 특성에 기초하여 모터의 구동 매개변수를 설정하는 구동 매개변수 설정 유닛(13); 및 설정된 매개변수에 따라 BLDC 모터(15)의 튜닝 과정을 조절하는 튜닝 알고리즘 유닛(14)을 포함한다.

Description

BLDC 모터용 압축기 컨트롤러{A Compressor Controller for a BLDC Motor}
본 발명은 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러에 관한 것이고, 구체적으로 차량용 전기식 냉동 또는 냉장 시스템의 압축기 구동을 위한 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러에 관한 것이다.
냉동 또는 냉장 식품에 대한 수요가 증가하면서 냉동 또는 냉장 차량의 냉장 시스템의 개선을 위한 다양한 형태의 기술이 개발되고 있다. 냉동 또는 냉장 차량의 냉장 시스템은 기계식 벨트/전기 방식으로부터 전기식 구동 방식으로 변화되고 있다. 전기식 방식의 적용을 위하여 전력 소모량의 큰 압축기가 모터에 의하여 작동되는 것이 유리하다. 또한 효율이 높으면서 마모가 발생되지 않고, 소음이 작고 높은 전력 밀도의 공급이 가능한 BLDC 모터(Brushless DC Motor)가 적용되는 것이 유리하다. 특허등록번호 10-0732717은 BLDC 모터 시스템 및 이를 이용한 압축기에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 10-2007-0062344는 냉장고의 압축기에 사용되는 BLDC 모터에 대하여 개시한다. 압축기의 작동을 위하여 BLDC 모터는 회전하는 로터가 영구 자석이 되므로 모터의 구동을 위하여 로터의 위치가 탐지될 필요가 있다. 로터의 위치를 탐지하기 위하여 홀 센서가 사용되거나, 역기전력(Back Electro Motive Force)을 측정하여 로터의 위치가 탐지될 필요가 있다. 그러나 홀 센서와 같은 탐지 센서에 의하여 로터의 위치를 탐지하는 BLDC 모터는 압축기와 같이 내부의 높은 압력이 요구되는 장치에 적용될 수 없다. 그러므로 센서리스(sensorless) BLDC 모터가 압축기의 작동을 위하여 사용되어야 한다. 이와 같은 센서리스 BLDC 모터가 압축기에 사용되는 경우 서로 다른 다양한 종류의 BDLD 모터에 대하여 서로 다른 제어 컨트롤러가 사용되어야 한다는 문제점을 가진다.
본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허등록번호 10-0732717(삼성전자주식회사, 2007.06.27. 공고) 모터 시스템 및 그 제어 방법과 이를 이용한 압축기 선행기술 2: 특허공개번호 10-2007-0062344(주식회사 대우일렉트로닉스, 2007.06.15. 공고) 가속도계를 구비한 냉장고용 압축기의 BLDC 모터
본 발명의 목적은 서로 다른 종류의 BLDC 모터에 의하여 다양한 종류의 냉동 또는 냉장을 위한 압축기의 작동이 가능하도록 하는 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, BLDC 모터용 압축기 컨트롤러는 냉동 또는 냉동 시스템에 설치된 압축기의 작동 파라미터를 설정하는 압축기 작동 설정 유닛; 압축기의 작동을 위한 BLDC 모터의 특성을 결정하는 모터 특성 결정 유닛; 작동 파라미터와 결정된 특성에 기초하여 모터의 구동 매개변수를 설정하는 구동 매개변수 설정 유닛; 및 설정된 매개변수에 따라 BLDC 모터의 튜닝 과정을 조절하는 튜닝 알고리즘 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, BLDC 모터의 구동 특성을 탐지하는 구동 특성 탐지 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 초기 작동 조건의 설정을 위하여 서로 다른 작동 조건에서 서로 다른 크기를 가지는 PWM 신호를 인가한다.
본 발명에 따른 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러는 전기식 차량용 냉동 또는 냉장 시스템을 위한 압축기에 적용되어 전력 소모량을 감소시키면서 정해진 수준의 냉동 또는 냉동 수준이 유지되도록 한다. 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러는 BDLC 모터가 예를 들어 12/24V DC의 저전압 압축기에 적용되어 큰 전류를 필요로 하는 차량용 압축기의 작동이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러는 작동 과정에서 발열을 감소시키면서 압축기가 적정한 수준으로 작동되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러는 자동 튜닝 과정에 의하여 다양한 종류의 압축기에 범용으로 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러에 의하여 센서리스 BLDC 모터의 구동이 제어되는 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러가 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러가 다양한 압축기에 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, BLDC 모터용 압축기 컨트롤러는 냉동 또는 냉동 시스템에 설치된 압축기(16)의 작동 파라미터를 설정하는 압축기 작동 설정 유닛(11); 압축기(16)의 작동을 위한 BLDC 모터(15)의 특성을 결정하는 모터 특성 결정 유닛(12); 작동 파라미터와 결정된 특성에 기초하여 모터의 구동 매개변수를 설정하는 구동 매개변수 설정 유닛(13); 및 설정된 매개변수에 따라 BLDC 모터(15)의 튜닝 과정을 조절하는 튜닝 알고리즘 유닛(14)을 포함한다.
압축기(16)는 냉동 또는 냉장 차량의 냉동 시스템의 일부를 형성할 수 있지만 이에 제한되지 않고, 다양한 용도를 위한 냉장 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 압축기 작동 설정 유닛(11)은 압축기(16)의 작동을 위한 매개변수를 설정할 수 있고, 압축기 매개변수는 예를 들어 압력, 온도, 전압, 냉매의 유동 속도, 압력 변화 속도 또는 이와 유사한 압축기(16)의 작동을 위한 매개변수가 될 수 있다. 압축기(16)는 냉매의 압축을 위한 전기 모터를 포함할 수 있고, BLDC 모터(Brushless Motor)(15)를 포함할 수 있다. BLDC 모터(15)는 센서가 없는 센서리스(sensorless) 모터가 될 수 있다. 모터 특성 결정 유닛(12)에 의하여 BLDC 모터(15)의 특성이 결정될 수 있고, BLDC 모터(15)의 특성은 모터의 권선 형태, 권선 수, 각 권선의 저항, 초기 구동 특성, 출력 형태, 회전수에 따른 구동 전압의 변화 특성, 회전수에 따른 역기전력의 변화 특성, 중성점(Zero Crossing Point: ZCP)의 특성, 온도에 따른 저항의 변화 또는 이와 유사한 모터의 구동 특성을 포함할 수 있다. 이와 같이 압축기(16)의 매개변수 및 BLDC 모터(15)의 특성이 설정 또는 결정되면, 구동 매개변수 유닛(13)에 의하여 압축기(16)의 작동을 위한 모터의 구동 매개변수가 결정될 수 있다. 구동 매개변수 유닛(13)은 압축기(16)의 종류 또는 특성에 따른 작동을 위하여 또는 냉동 특성에 따라 모터의 구동을 위하여 조절되어야 하는 매개변수를 결정하는 기능을 가질 수 있다. 이와 같은 모터의 구동을 위한 구동 매개변수가 설정되면, 튜닝 알고리즘 유닛(14)에 의하여 구동 매개변수의 조절을 위하여 압축기(16)의 종류에 따른 구동 매개변수의 조절 수준이 결정될 수 있다. 또는 서로 다른 구동 매개변수의 관련성에 따라 각각의 구동 매개변수의 변화 수준이 조절될 수 있다. 튜닝 알고리즘 유닛(14)은 서로 다른 종류의 압축기(16)에 대하여 냉동 시스템의 냉동 상태에 따라 적합한 구동 매개변수 및 그에 대한 변화 수준을 결정하는 기능을 가진다. 이와 같은 튜닝 알고리즘 유닛(14)에 의하여 압축기 컨트롤러가 BLDC 모터(15)의 종류 또는 압축기(16)에 관계없이 서로 전기적으로 연결되어 최적의 조건에서 작동될 수 있도록 한다.
아래에서 이와 같은 튜닝 알고리즘 유닛(14)에 의하여 BLDC 모터(15)의 구동이 조절되는 과정에 대하여 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러에 의하여 센서리스 BLDC 모터의 구동이 제어되는 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 압축기 컨트롤러는 BLDC 모터(15)의 구동 특성을 탐지하는 구동 특성 탐지 유닛(222)을 포함한다. 모터 정보 데이터베이스(21)에 다양한 모터에 대한 정보가 저장될 수 있고, 예를 들어 다양한 압축기에 적용되는 BLDC 모터(15)에 대한 정보가 저장될 수 있다. 모터 정보는 페이저(phase) 당 권선 수, 회전자 길이, 회전자의 내측 반지름, 각 권선의 저항, 모터의 출력, 온도 변화에 따른 권선 저항의 변화, 와이-결선 또는 델타 결선과 같은 결선 형태 또는 이와 유사한 정보를 저장할 수 있다. 모터 정보 데이터베이스(21)에 저장된 모터 정보에 기초하여 작동 매개변수 추출 유닛(221)에 의하여 압축기의 작동을 위한 모터의 작동 매개변수가 추출될 수 있고, 예를 들어 압축기의 압축 속도 또는 전력 효율에 대한 압축 속도를 위한 작동 매개변수가 추출될 수 있다. 또한 구동 특성 탐지 유닛(222)에 의하여 작동 매개변수의 변화에 따른 BLDC 모터(15)의 구동 특성이 탐지될 수 있다. 예를 들어 구동 특성 탐지 유닛(222)은 작동 매개변수의 변화에 따른 모터의 상태 변화를 탐지하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 작동 매개변수의 변화에 따른 모터의 온도 변화, 각 권선의 저항 변화, 전력 소비량의 변화 또는 이와 유사한 모터의 상태 변화를 탐지하는 기능을 할 수 있다. 그리고 작동 튜닝 유닛(23)에 의하여 작동 매개변수 유닛(221)에 의하여 추출된 작동 매개변수와 구동 특성 탐지 유닛(222)에서 탐지된 모터의 구동 특성에기초하여 작동 튜닝 유닛(23)에 의하여 BLDC 모터(15)가 압축기의 작동에 적합한 작동 특성을 결정할 수 있다. 예를 들어 작동 튜닝 유닛(23)은 압축기에 연결된 BLDC 모터(15)의 작동에 적합한 작동 조건이 설정될 수 있고, 압축기의 다양한 상태에서 BLDC 모터(15)의 작동 조건이 설정될 수 있다. 예를 들어 작동 튜닝 유닛(23)에 의하여 역기전력에 의한 로터 위치의 탐지 방법, 서로 다른 압력 조건 또는 온도 조건에서 BLDC 모터(15)의 출력 조건 또는 BLDC 모터(15)의 초기 구동 방법이 설정될 수 있다. 작동 튜닝 유닛(23)에서 설정 또는 결정된 BLDC 모터(15)의 작동 조건이 구동 특성 드라이버(24)에 저장될 수 있다. 구동 특성 드라이버(24)는 작동 튜닝 유닛(23)에 의하여 설정된 BLDC 모터(15)의 작동 조건을 저장하고, BLDC 모터(15) 또는 압축기의 상태를 탐지하고, 탐지 정보에 기초하여 튜닝 조건에 따라 BLDC 모터(15)를 구동시킬 수 있다. BLDC 모터(15)의 구동은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러가 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 초기 작동 조건의 설정을 위하여 서로 다른 작동 조건에서 서로 다른 크기를 가지는 ,PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 인가할 수 있다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 냉동 시스템의 작동 또는 압축기의 작동을 제어하는 작동 서버(CS)로부터 압축기에 대한 정보가 획득될 수 있고, 예를 들어 압축기 매개변수 설정 유닛(11)에 의하여 설정된 압축기의 작동 매개변수가 튜닝 모듈(30)로 전송될 수 있다. 압축기 컨트롤러는 마이크로컴퓨터 또는 전자기판 구조의 튜닝 모듈(30)을 포함할 수 있고, 튜닝 모듈(30)과 작동 서버(CS)는 RS-232C 규격에 따른 데이터 통신이 가능하도록 서로 연결될 수 있고, 튜닝 모듀(30)에 압축기의 작동 매개변수의 수신을 위한 트랜스미터(31)가 배치될 수 있다. 또한 튜닝 모듈(30)에 중앙 처리 장치, 플래시 메모리와 같은 메모리 매체(32) 및 작동 제어를 위한 다양한 전자 소자 또는 부품이 배치될 수 있다. 튜닝 모듈(30)은 또한 압축기의 작동을 위한 BLDC 모터의 구동을 위한 BLDC 구동 알고리즘(33)을 수신하여 저장할 수 있다. 튜닝 모듈(30)은 냉동 시스템의 작동을 제어하는 작동 서버(CS)와 압축기의 작동을 위한 BLDC 모터 사이에 전기적으로 분리 가능하도록 연결될 수 있다. 압축기(16)에 BLDC 모터(15)가 설치될 수 있고, BLDC 모터(15)의 작동이 압축기 컨트롤러에 연결되어 작동 튜닝이 되거나, 작동이 조절될 수 있다. 예를 들어 튜닝 모듈(30)에 의하여 BLDC 모터(15)의 로터 위치가 탐지될 수 있다. 예를 들어 서로 다른 튜티 사이클을 가지는 PWM 신호가 3상 인버터(151)를 통하여 BLDC 모터(15)로 인가되고, 각각의 PWM 신호에 대한 역기전력이 ZCP(Zero Crossing Circuit) 탐지 회로(152)에 의하여 탐지되어 중성점이 결정될 수 있다.그리고 그에 기초하여 BLDC 모터(15)의 작동이 제어될 수 있다. 중성점은 BLDC 모터(15)의 작동 상태에 따라 변할 수 있고, 서로 다른 작동 상태에서 서로 다른 듀티 사이클을 가진 PWM 신호가 인가되면서 역기전력이 탐지되어 중성점이 결정될 수 있다. BLDC 모터(15) 또는 압축기(16)의 작동 상태가 상태 탐지 유닛(35)에 의하여 탐지될 수 있고, 예를 들어 온도, 압력, 구동 전압과 작동 전압의 차이 또는 이와 유사한 작동 상태가 상태 탐지 유닛(35)에 의하여 탐지되어 튜닝 조절 유닛(141)으로 전송될 수 있다. 튜닝 조절 유닛(141)은 작동 상태에 따라 튜닝의 필요성 여부를 결정하여 매개변수 조절 유닛(111)으로 전송할 수 있다. 매개변수 조절 유닛(111)은 튜닝 모듈(30)로 조절이 되어야 하는 BLDC 모터(15)의 구동 매개변수를 전송할 수 있고, 튜닝 모듈(30)은 이에 따라 서로 다른 듀티 사이클을 가지는 PWM 신호를 발생시킬 수 있다. 튜닝 모듈(30)에 의하여 BLDC 모터(15)의 초기 구동 조건이 설정될 수 있고, 예를 들어 튜닝 모듈(30)에 의하여 역기전력의 탐지가 어려운 초기 작동 상태에서 구동 전압을 서로 다른 듀티 사이클을 가진 펄스 형태로 인가할 수 있다. 이에 의하여 전력 소모량을 감소시키면서 신속하게 중성점이 탐지되도록 한다.
튜닝 모듈(30)은 다양한 방법으로 BLDC 모터)(15)의 작동 과정을 제어할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러가 다양한 압축기에 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 작동 서버(CS)로 서로 다른 압축기(16_1 내지 16_N)에 대한 정보가 미리 저장될 수 있고, 압축기 컨트롤러의 튜닝 모듈(30)에 의하여 작동 서버(CS)와 하나의 압축기(16_1 또는 16_N)이 서로 연결될 수 있다. 튜닝 알고리즘 유닛(14)은 전송된 BLDC 모터에 대한 정보에 기초하여 모터의 구동 매개변수를 탐지할 수 있다. 그리고 구동 매개변수와 압축기의 작동 매개변수를 관련시켜 압축기(16_1 또는 16_N)에 적합한 작동 조건을 설정하여 특정 매칭 작동 설정 유닛(36)으로 전송할 수 있다. 특정 매치 작동 설정 유닛(36)은 압축기(16_1 또는 16_N)의 종류 또는 작동 상태에 따른 BLDC 모터의 작동 조건을 생성하여 저장할 수 있다. 그리고 하나의 압축기(16_1 또는 16_N)이 연결되면 그에 따라 압축기(16_1 내지 16_N)를 작동시킬 수 있다. 압축기 컨트롤러는 독립된 모듈 형태로 만들어지면서 독립된 중앙 처리 장치를 가질 수 있고, 다양한 통신 방법으로 작동 서버(CS) 또는 각각의 압축기(16_1 내지 16_N)에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러는 전기식 차량용 냉동 또는 냉장 시스템을 위한 압축기에 적용되어 전력 소모량을 감소시키면서 정해진 수준의 냉동 또는 냉동 수준이 유지되도록 한다. 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러는 BDLC 모터가 예를 들어 12/24V DC의 저전압 압축기에 적용되어 큰 전류를 필요로 하는 차량용 압축기의 작동이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러는 작동 과정에서 발열을 감소시키면서 압축기가 적정한 수준으로 작동되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 압축기 컨트롤러는 자동 튜닝 과정에 의하여 다양한 종류의 압축기에 범용으로 적용될 수 있다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 압축기 작동 설정 유닛 12: 모터 특성 결정 유닛
13: 구동 매개변수 설정 유닛 14: 튜닝 알고리즘 유닛
15: BLDC 모터 16: 압축기
21: 정보 데이터베이스 23: 작동 튜닝 유닛
24: 구동 특성 드라이버 30: 튜닝 모듈
31: 트랜스미터 32: 메모리 매체
33: BLDC 구동 알고리즘
35: 상태 탐지 유닛
111: 매개변수 조절 유닛
141:튜닝 조절 유닛
151: 3상 인버터 152: ZCP 탐지 회로
221: 작동 매개변수 추출 유닛 222: 구동특성 탐지 유닛

Claims (3)

  1. 냉동 또는 냉동 시스템에 설치된 압축기(16)의 작동 파라미터를 설정하는 압축기 작동 설정 유닛(11);
    압축기(16)의 작동을 위한 BLDC 모터(15)의 특성을 결정하는 모터 특성 결정 유닛(12);
    작동 파라미터와 결정된 특성에 기초하여 모터의 구동 매개변수를 설정하는 구동 매개변수 설정 유닛(13); 및
    설정된 매개변수에 따라 BLDC 모터(15)의 튜닝 과정을 조절하는 튜닝 알고리즘 유닛(14)을 포함하는 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러.
  2. 청구항 1에 있어서, BLDC 모터(15)의 구동 특성을 탐지하는 구동 특성 탐지 유닛(222)을 더 포함하는 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러.
  3. 청구항 1에 있어서, 초기 작동 조건의 설정을 위하여 서로 다른 작동 조건에서 서로 다른 크기를 가지는 PWM 신호를 인가하는 것을 특징으로 BLDC 모터용 압축기 컨트롤러.
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KR20220135377A (ko) * 2021-03-30 2022-10-07 (주)건국테크 냉동 탑차 시스템

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KR20070062344A (ko) 2005-12-12 2007-06-15 주식회사 대우일렉트로닉스 가속도계를 구비한 냉장고용 압축기의 ｂｌｄｃ 모터
KR100732717B1 (ko) 2005-12-29 2007-06-27 삼성전자주식회사 모터시스템 및 그 제어방법과, 이를 이용한 압축기

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