KR20210017547A - 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기 - Google Patents

복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기 Download PDF

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KR20210017547A
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권선구
전차승
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이욱진
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Abstract

본 발명은 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 포함하며, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수의 개수 보다, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수의 개수가 더 많다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 복수의 모터를 동시에 서로 다른 속도로 구동할 수 있게 된다.

Description

복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기{Device for driving a plurality of motors and electric apparatus including the same}
본 발명은 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하나의 인버터를 이용하여, 복수의 모터를 동시에 서로 다른 속도로 구동할 수 있는 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기에 관한 것이다.
한편, 본 발명은, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동할 수 있는 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기에 관한 것이다.
한편, 본 발명은, 하나의 인버터를 이용하여, 인버터의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 복수의 모터를 구동할 수 있는 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기에 관한 것이다.
한편, 본 발명은, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 어느 하나만을 구동할 수 있는 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기에 관한 것이다.
모터 구동장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.
최근 전기 기기에, 모터 사용이 증가하는 추세이며, 특히, 복수의 모터를 채용하여, 각각의 동작을 수행하는 추세이다.
이와 같이 복수의 모터 구동을 위해, 각각 모터에 교류 전원을 공급하는 인버터와, 이를 제어하는 프로세서 또는 마이컴을 사용하는 경우, 인버터 개수의 증가, 프로세서 또는 마이컴의 증가로 인하여, 전기 기기의 효율적인 구조 설계가 어려워지며, 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.
한편, 복수의 모터 구동을 위해, "IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 10, pp. 6096-6107, 2015"에, 복수의 삼상 모터에 공통의 인버터를 이용하여, 구동하는 방법이 개시된다.
그러나, 이러한 방법에 의하면, 복수의 삼상 모터에 동일한 전류가 흘러, 복수의 삼상 모터가 동일한 속도로 회전하게 되므로, 각각 다른 속도로의 구동이 불가하다는 단점이 있다.
한편, 복수의 모터 구동을 위해, 한국 특허출원번호 제10-2018-0025167호에, 하나의 인버터를 이용하여 복수의 모터를 구동하되, 인버터와 어느 하나의 모터 사이에, 스위칭을 위한 릴레이가 구비되는 것이 개시된다.
이러한 방법에 의하면, 릴레이 온시, 복수의 모터가 동일한 전류에 의해 동일한 속도로 동일 방향으로 구동되며, 릴레이 오프시, 복수의 모터는 동일한 속도로 서로 다른 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 복수의 모터 동작시, 서로 다른 속도 구동이 불가하다는 단점이 있다.
한편, 한국 공개특허번호 제10-2017-0087271호에, 복수의 모터 구동 위해, 하나의 인버터를 이용하여, 복수의 모터가 병렬 접속되는 내용이 개시된다.
그러나, 이러한 방법에 의하면, 복수의 모터가 병렬 접속되며, 인버터에서 출력되는 전류가 각각의 모터로 분배되므로, 인버터의 전압 이용률이 거의 절반으로 하강하는 단점이 있으며, dc단에 배치되는 복수의 커패시터 사이에 전압 불균형이 발생할 수 있다. 이러한 불균형에 따라, 전류 고조파, 모터의 토크 맥동, 모터의 속도 맥동 또는 소음 증가 등으로 인한 모터의 구동 효율이 저하될 수 있다. 또한, 복수의 모터를 동시에 다른 속도로 구동하기 힘들다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 하나의 인버터를 이용하여, 복수의 모터를 동시에 서로 다른 속도로 구동할 수 있는 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동할 수 있는 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 인버터를 이용하여, 인버터의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 복수의 모터를 구동할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 어느 하나만을 구동할 수 있는 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 포함하며, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수의 개수 보다, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수의 개수가 더 많다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 하나이며, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 2개 이상일 수 있다.
한편, 인버터에서 출력되는 전류는, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 단일 사인파에 대응하며, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 복수 사인파의 합에 대응할 수 있다.
한편, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터는, 다상 모터에 입력되는 제1 전류의 제1 주파수에 대응하는 제1 속도로 회전하며, 단상 모터는, 단상 모터에 입력되는 제2 전류의 제2 주파수에 대응하는 제2 속도로 회전할 수 있다.
한편, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터와 단상 모터는, 동일한 주파수의 유효 전류에 의해 구동될 수 있다.
한편, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터의 유효 전류의 최대 레벨과 단상 모터의 유효 전류의 최대 레벨이 동일한 경우, 다상 모터의 토크가, 단상 모터의 토크 보다 더 크다.
한편, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터와 단상 모터는, 다른 주파수의 유효 전류에 의해 구동될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터를 더 구비하고, 다상 모터의 중성점은, 단상 모터의 일단에 접속되며, 단상 모터의 타단은, 제1 커패시터와 제2 커패시터의 사이의 노드에 접속될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 제1 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제1 전압 검출부와, 제2 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제2 전압 검출부와, 다상 모터에 입력되는 제1 전류를 검출하는 제1 전류 검출부와, 단상 모터에 입력되는 제2 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 인버터를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제어부는, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 하나가 되도록 제어하며, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 2개 이상이 되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부는, 다상 모터의 중성점 전압을 연산할 수 있다.
한편, 다상 모터의 동작 기간 보다 단상 모터의 동작 기간이 더 짧을 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터와, dc단의 양단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 구비하고, 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우, 다상 모터와 단상 모터에 각각 다른 전류가 흐르며, 다상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터에는 전류가 흐르며, 단상 모터에 전류가 흐르지 않는다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터를 더 포함하고, 다상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터의 모터 중성점과, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 dc단 중성점 사이의 전위가 동일하다.
한편, 다상 모터의 중성점은, 단상 모터의 일단에 접속되며, 단상 모터의 타단은, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이인 dc단 중성점에 접속된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우, 다상 모터에는, 제1 주파수와 제2 주파수를 가지는 제1 전류가 입력되고, 단상 모터에는, 제2 주파수를 가지는 제2 전류가 입력된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터를 동시에 동일 속도로 구동하는 경우, 다상 모터에는, 제3 주파수를 가지는 제3 전류가 입력되고, 단상 모터에는, 제3 주파수를 가지는 제4 전류가 입력된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 인버터를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제어부는, 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우, 다상 모터와 단상 모터에 각각 다른 전류가 흐르며, 다상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터에는 전류가 흐르며, 단상 모터에는 전류가 흐르지 않도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터와, dc단의 양단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 구비하고, 단상 모터와 다상 모터 중 적어도 단상 모터를 구동하는 경우, 다상 모터의 모터 중성점과, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 dc단 중성점 사이의 전위가 다르며, 다상 모터만 구동하는 경우, 모터 중성점과 dc단 중성점 사이의 전위가 동일하다.
한편, 다상 모터의 중성점은, 단상 모터의 일단에 접속되며, 단상 모터의 타단은, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이인 dc단 중성점에 접속된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 인버터를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제어부는, 단상 모터와 다상 모터 중 적어도 상기 단상 모터를 구동하는 경우, 다상 모터의 모터 중성점과, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 dc단 중성점 사이의 전위가 다르며, 다상 모터만 구동하는 경우, 모터 중성점과 dc단 중성점 사이의 전위가 동일하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 제1 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제1 전압 검출부와, 제2 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제2 전압 검출부와, 다상 모터에 입력되는 제1 전류를 검출하는 제1 전류 검출부와, 단상 모터에 입력되는 제2 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치의 제어부는, 제1 전압 검출부에서 검출된 제1 직류 전압과 제2 전압 검출부에서 검출된 제2 직류 전압에 기초하여, dc단 중성점의 전위를 연산하며, 제1 전류 검출부에서 검출된 제1 전류 또는 제2 전류 검출부에서 검출된 제2 전류에 기초하여, 모터 중성점의 전위를 연산할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 포함하며, 단상 모터만 구동하는 경우, 인버터의 상암 스위칭 소자들이 모두 온 되거나, 또는 인버터의 하암 스위칭 소자들이 모두 온 된다.
한편, 단상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 위상이 서로 동일하다.
한편, 단상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 합이, 단상 모터에 흐른다.
한편, 인버터의 상암 스위칭 소자들이 모두 온 되거나, 또는 인버터의 하암 스위칭 소자들이 모두 온 되는 경우, 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 레벨 보다, 다상 모터에 흐르는 전류의 레벨이 더 크다.
한편, 단상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터에 제1 입력 전류가 입력되며, 다상 모터에 흐르는 유효 전류는 제로이며, 단상 모터에 제2 입력 전류가 입력되며, 다상 모터에 흐르는 유효 전류는 제2 입력 전류이다.
한편, 단상 모터와 다상 모터 중 적어도 다상 모터를 구동하는 경우, 인버터의 상암 스위칭 소자들 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되거나, 인버터의 하암 스위칭 소자들 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프된다.
한편, 다상 모터는 팬 모터를 포함하고, 단상 모터는 펌프 모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 포함하며, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수의 개수 보다, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수의 개수가 더 많다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 복수의 모터를 동시에 서로 다른 속도로 구동할 수 있게 된다.
또한, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동할 수 있게 된다.
또한, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동일 속도로 구동할 수도 있게 된다.
결국, 하나의 인버터를 이용하여, 인버터의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 복수의 모터를 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 하나이며, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 2개 이상일 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동일 속도로 구동할 수도 있게 된다.
한편, 인버터에서 출력되는 전류는, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 단일 사인파에 대응하며, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 복수 사인파의 합에 대응할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 복수의 모터를 동시에 서로 다른 속도로 구동할 수 있게 된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터는, 다상 모터에 입력되는 제1 전류의 제1 주파수에 대응하는 제1 속도로 회전하며, 단상 모터는, 단상 모터에 입력되는 제2 전류의 제2 주파수에 대응하는 제2 속도로 회전할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동하면서, 전압 이용율이 저하되지 않도록 할 수 있게 된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터와 단상 모터는, 동일한 주파수의 유효 전류에 의해 구동될 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동일 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터의 유효 전류의 최대 레벨과 단상 모터의 유효 전류의 최대 레벨이 동일한 경우, 다상 모터의 토크가, 단상 모터의 토크 보다 더 크다. 이에 따라, 다상 모터와 단상 모터의 토크가 달라질 수 있게 된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터와 단상 모터는, 다른 주파수의 유효 전류에 의해 구동될 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터를 더 구비하고, 다상 모터의 중성점은, 단상 모터의 일단에 접속되며, 단상 모터의 타단은, 제1 커패시터와 제2 커패시터의 사이의 노드에 접속될 수 있다. 이에 따라, 복수의 모터가 서로 직렬 접속되며, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 전압 불균형 저감, 인버터의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 복수의 모터를 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 제1 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제1 전압 검출부와, 제2 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제2 전압 검출부와, 다상 모터에 입력되는 제1 전류를 검출하는 제1 전류 검출부와, 단상 모터에 입력되는 제2 전류를 검출하는 제2 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 모터가 서로 직렬 접속되며, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 전압 불균형 저감, 인버터의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 복수의 모터를 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 인버터를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제어부는, 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 하나가 되도록 제어하며, 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 2개 이상이 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 동일 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 제어부는, 다상 모터의 중성점 전압을 연산할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 다상 모터의 동작 기간 보다 단상 모터의 동작 기간이 더 짧을 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터와, dc단의 양단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 구비하고, 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우, 다상 모터와 단상 모터에 전류가 흐르며, 다상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터에는 전류가 흐르며, 단상 모터에 전류가 흐르지 않는다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 다상 모터만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우, 다상 모터에는, 제1 주파수와 제2 주파수를 가지는 제1 전류가 입력되고, 단상 모터에는, 제2 주파수를 가지는 제2 전류가 입력된다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동시에 다른 속도로 구동할 수 있게 된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터를 동시에 동일 속도로 구동하는 경우, 다상 모터에는, 제3 주파수를 가지는 제3 전류가 입력되고, 단상 모터에는, 제3 주파수를 가지는 제4 전류가 입력된다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동시에 동일 속도로 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 인버터를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제어부는, 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우, 다상 모터와 단상 모터에 각각 다른 전류가 흐르며, 다상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터에는 전류가 흐르며, 단상 모터에는 전류가 흐르지 않도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 다상 모터만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터와, dc단의 양단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 구비하고, 단상 모터와 다상 모터 중 적어도 단상 모터를 구동하는 경우, 다상 모터의 모터 중성점과, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 dc단 중성점 사이의 전위가 다르다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 다상 모터만 구동하는 경우, 모터 중성점과 dc단 중성점 사이의 전위가 동일하다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 다상 모터만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 인버터를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제어부는, 단상 모터와 다상 모터 중 적어도 상기 단상 모터를 구동하는 경우, 다상 모터의 모터 중성점과, 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 dc단 중성점 사이의 전위가 다르며, 다상 모터만 구동하는 경우, 모터 중성점과 dc단 중성점 사이의 전위가 동일하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동하거나, 복수의 모터 중 다상 모터만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치의 제어부는, 제1 전압 검출부에서 검출된 제1 직류 전압과 제2 전압 검출부에서 검출된 제2 직류 전압에 기초하여, dc단 중성점의 전위를 연산하며, 제1 전류 검출부에서 검출된 제1 전류 또는 제2 전류 검출부에서 검출된 제2 전류에 기초하여, 모터 중성점의 전위를 연산할 수 있다. 이에 따라, 모터 중성점과 dc단 중성점 사이의 전위를 동일하게 하거나 다르게 할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, dc단에 접속되는 인버터와, 인버터에 접속되는 다상 모터와, 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터를 포함하며, 단상 모터만 구동하는 경우, 인버터의 상암 스위칭 소자들이 모두 온 되거나, 또는 인버터의 하암 스위칭 소자들이 모두 온 된다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 단상 모터만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
또한, 인버터의 상암 스위칭 소자들 또는 하암 스위칭 소자들이 모두 턴 온됨으로써, 턴 온되는 복수의 스위칭 소자들에 흐르는 전류의 레벨을 낮출 수 있어, 인버터 내의 스위칭 소자들의 수명을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 단상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 위상이 서로 동일하다. 이에 따라, 다상 모터에 흐르는 유효 전류는 제로가 되어, 다상 모터는 회전하지 않게 된다.
한편, 단상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 합이, 단상 모터에 흐른다. 이에 따라, 다상 모터는 회전하지 않으면서, 단상 모터만 안정적으로 회전하게 된다.
한편, 인버터의 상암 스위칭 소자들이 모두 온 되거나, 또는 인버터의 하암 스위칭 소자들이 모두 온 되는 경우, 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 레벨 보다, 다상 모터에 흐르는 전류의 레벨이 더 크다. 이에 따라, 다상 모터는 회전하지 않으면서, 단상 모터만 안정적으로 회전하게 된다.
한편, 단상 모터만 구동하는 경우, 다상 모터에 제1 입력 전류가 입력되며, 다상 모터에 흐르는 유효 전류는 제로이며, 단상 모터에 제2 입력 전류가 입력되며, 다상 모터에 흐르는 유효 전류는 제2 입력 전류이다. 이에 따라, 다상 모터는 회전하지 않으면서, 단상 모터만 안정적으로 회전하게 된다.
한편, 단상 모터와 다상 모터 중 적어도 다상 모터를 구동하는 경우, 인버터의 상암 스위칭 소자들 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되거나, 인버터의 하암 스위칭 소자들 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프된다. 이에 따라, 다상 모터에 유효 전류가 흐르며, 결국 적어도 다상 모터를 안정적으로 회전시킬 수 있게 된다.
한편, 다상 모터는 팬 모터를 포함하고, 단상 모터는 펌프 모터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
도 1은 복수 모터 구동장치의 일예이다.
도 2a 내지 도 4d는 다양한 모터 구동장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 6은 도 5의 복수 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 7은 도 5의 복수 모터 구동장치의 상세 내부 회로도이다.
도 8은 도 7의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 9a는 도 5의 복수 모터 구동장치의 다상 모터와 단상 모터의 다양한 동작 모드를 나타내는 도면이다.
도 9b는 도 9a는 다양한 동작 모드에 따른 인버터 제어부의 내부 동작을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치의 인버터에서 출력되는 출력 전류 파형을 예시한다.
도 11a 내지 도 11f는 다상 모터와 단상 모터의 동시 구동 모드 중 동일 속도 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 12a 내지 도 12e는 다상 모터와 단상 모터의 동시 구동 모드 중 다른 속도 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 13a 내지 도 13d는 다상 모터와 단상 모터 중 단상 모터 단독 구동 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 14a 내지 도 14d는 다상 모터와 단상 모터 중 다상 모터 단독 구동 모드를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 15a 내지 도 15c는 공간 벡터 기반 하에 인버터 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.
도 16a 내지 도 16b는 제로 벡터 기반 하에 인버터 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.
도 17a 내지 도 17f는 전기 기기의 다양한 예를 설명하는 도면이다.
도 18은 도 17a 내지 도 17f의 전기 기기의 간략한 내부 블록도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치의 일예이다.
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.
도 1은 복수 모터 구동장치의 일예이다.
도면을 참조하면, 복수 모터 구동장치(220x)는, 하나의 제어부(430)와, 복수의 인버터(420a~420d)와, 복수의 모터(Ma~Md)를 구비할 수 있다.
각 인버터(420a~420d)는, 각 모터(Ma~Md)를, 개별적으로 구동할 수 있다.
그러나, 이러한 경우, 모터의 개수 별로, 인버터의 개수가 필요하게 되므로, 제조 비용 측면에서, 불필요한 비용 소모가 되는 측면이 있다. 이에 따라, 모터의 개수 보다 인버터의 개수를 줄이면서, 각 모터를 안정적으로 구동하는 방안이 필요하다.
도 2a 내지 도 4d는 다양한 모터 구동장치를 도시한 도면이다.
먼저, 도 2a는 삼상 모터(Mxa)와, 삼상 모터(Mxa) 구동을 위한 인버터(420xa)를 포함하는 모터 구동장치(220xa)를 예시한다. 이때의 인버터(420xa)는 6개의 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
다음, 도 2b는 삼상 모터(Mxb)와, 삼상 모터(Mxb) 구동을 위한 인버터(420xb)를 포함하는 모터 구동장치(220xb)를 예시한다. 이때의 인버터(420xb)는, 제조 비용 저감을 위해, 4개의 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
한편, 인버터(420xb)가 4개의 스위칭 소자를 구비하므로, 삼상 모터(Mxb)의 두 상은, 인버터(420xb)에 연결되나, 나머지 한 상은, 복수의 dc단 커패시터(C1,C2) 사이의 노드인 n 노드에 접속된다.
이러한 인버터(420xb)가 모터 구동을 위해, 합성하는 전압은, 도 2a의 인버터(420xa)에 비하여 절반 수준으로 저하된다.
또한, dc단 중성점인 n 노드에 흐르는 전류로 인하여, 복수의 dc단 커패시터(C1,C2)의 전압이 달라질 수 있다. 이러한 dc단 커패시터(C1,C2)의 전압의 차이 때문에 지령 전압과 실제 발생 전압의 차이가 발생할 수 있으며, 인버터(420xb)의 출력 전압이 왜곡될 수 있다. 그리고, 인버터(420xb)로부터이 출력 전압의 왜곡으로 모터 상전류에 더 많은 고조파가 흐를 수 있다.
도 2c는, 삼상 모터(Mxca)와 단상 모터(Mxcb)가 서로 병렬 접속되며, 하나의 인버터(420xc)를 포함하는 모터 구동장치(220xc)를 예시한다.
도면을 참조하면, 인버터(420xc)에 삼상 모터(Mxca)와 단상 모터(Mxcb)가 서로 병렬 접속된다.
구체적으로, 인버터(420xc)의 a 노드, b 노드가, 삼상 모터(Mxca)의 a상 코일, b상 코일에 연결되며, c상 코일은, dc단 중성점인 n 노드에 연결된다.
한편, 삼상 모터(Mxca)의 모터 중성점인 na 노드는, 별도로 외부의 노드와 전기적으로 접속되지 않는다.
그리고, 단상 모터(Mxcb)의 입력단은, 인버터(420xc)의 c 노드에 연결되고, 단상 모터(Mxcb)의 출력단은, dc단 중성점인 n 노드에 연결된다.
도 2c의 삼상 모터(Mxca)는, 도 2b와 유사하게, 인버터(420xc)의 6개의 스위칭 소자 중 4개의 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)에 의해 구동되며, 단상 모터(Mxcb)는 나머지 2개의 스위칭 소자(Sc.S'c)에 의해 구동된다.
이러한 방법에 의하면, 삼상 모터(Mxca)와 단상 모터(Mxcb) 모두, 인버터(420xc)의 6개의 스위칭 소자 중 일부에 의해 구동되므로, 인버터(420xc)의 전압 이용율이 절반 정도로 낮아지는 단점이 있다.
또한, 단상 모터(Mxcb)에 흐르는 전류가, dc단 중성점인 n 노드에 흐르기 ‹š문에 dc단 커패시터(C1,C2)의 전압 불균형이 심화되는 문제가 있다.
한편, 이러한 전압 불균형을 억제하기 위한 제어를 수행하는 경우, 인버터(420xc)가 상호 보완 제어를 수행하여야 하므로, 결국, 삼상 모터(Mxca)와 단상 모터(Mxcb)는 독립적으로 동작하지 못하게 된다.
도 3a는, 하나의 인버터(420xa)에 서로 병렬 접속되는 삼상 모터(Mda,Mdb)를 구비하는 모터 구동장치(220xd)를 예시한다.
이러한 방법에 의하면, 2개의 삼상 모터(Mda,Mdb)는 서로 동일한 속도로 동작하여야 하는 단점이 있다.
도 3b는, 하나의 인버터(420xa)에 서로 병렬 접속되는 삼상 모터(Mxea,Mxeb)와, 인버터(420xa)와 하나의 모터(Mxebb) 사이에서 스위칭을 수행하는 릴레이(REL)를 구비하는 모터 구동장치(220xc)를 예시한다.
이러한 방법에 의하면, 릴레이(REL)이 오프시, 2개의 삼상 모터(Mxea,Mxeb) 중 하나의 모터(Mxea)만 동작하게 되며, 릴레이(REL)이 온 시, 2개의 삼상 모터(Mxea,Mxeb)가 동일한 속도로 동작하게 된다.
한편, 이러한 방법에 의하면, 2개의 삼상 모터(Mxea,Mxeb) 중 릴레이가 연결된 삼상 모터(Mxeb)는 단독으로 동작하지 못하는 단점이 있다. 또한, 인버터(420xa)의 전압 이용율이 절반이 되는 단점이 있다.
도 3c는 인버터(420xa)와, 삼상 사선식 모터(Me)를 구비하는 모터 구동장치(220xf)를 예시한다.
일반적으로, 3상 4선식 모터(Me)는, 상술한 3상 3선식 모터와 동일하게 구동하므로, 모터(Me)의 중성점(n)에 연결된 권선에는 전류가 흐르지 않는다.
따라서, 3상 3선식 모터와 동일하게 인버터(420xa)의 3개의 레그(leg)에 모터의 삼상 권선이 각각 연결된다.
한편, 모터(Me)의 중성점은, dc단 중성점인 n 노드에 연결될 수 있으며, 모터(Me)의 중성점으로 전류가 흐르지 않도록 차단하기 위하여, 도면과 같이, TRIAC이 배치될 수 있다. 한편, TRIAC 외에, 다른 스위치 소자 또는 릴레이로 대체하는 것도 가능하다.
그러나, 모터(Me)의 상 권선 중 한 상에 개방(open) 사고가 발생하면, 모터의 중성점에 연결된 소자(TRIAC 등)가 도통되어 새로운 전류 경로를 형성할 수 있다.
이때 개방된 권선에 전류가 흐르지 못한 상태에서, 모터의 중성점 전류를 차단하는 소자(TRIAC 등)가 도통하면, 개방된 상을 대신하여 모터의 중성점에 전류가 흐르게 된다. 이러한 개방 사고로 인하여 중성점을 활용하는 경우에는 전압 이용율이 저하되는 단점이 있다.
다음, 도 4a는 도 2b와 같이, 삼상 모터(Mxb)와, 삼상 모터(Mxb) 구동을 위한 인버터(420xb)를 포함하는 모터 구동장치(220xb)를 예시한다. 이때의 인버터(420xb)는, 제조 비용 저감을 위해, 4개의 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
한편, 도 4b는 도 4a의 삼상 모터(Mxb) 구동을 위한 전압 벡터 합성을 도시하는 도면이다.
도면을 참조하면, (0,0)과 (1,1)의 스위치 상태에서, 모터(Mxb)에 합성하는 전압이 (1,0)과 (0,1) 스위칭 상태의 절반이 되는 문제가 있다.
한편, 도 4c는 도 2a와 같이, 삼상 모터(Mxa)와, 삼상 모터(Mxa) 구동을 위한 인버터(420xa)를 포함하는 모터 구동장치(220xa)를 예시한다. 이때의 인버터(420xa)는 6개의 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
한편, 도 4d는 도 4c의 삼상 모터(Mxa) 구동을 위한 전압 벡터 합성을 도시하는 도면이다. 도면에서는, (1 1 0)의 전압 벡터에 의한, 전압 벡터 합성을 예시한다.
한편, 도 4a의 인버터(420xb)에서 합성하는 최소 전압으로 저하되므로, 도 4a의 인버터(420xb)의 전압 이용율이, 도 4c의 인버터(420xa)에 비하여, 대략 절반으로 감소하는 문제가 있다.
한편, 도 4a의 제1 커패시터(C1) 양단의 전압인 Vdc1과, 제2 커패시터(C2) 양단의 전압인 Vdc2가 Vdc/2로 균형인 상태에서, 총 DC 전압은 Vdc가 되며, 인버터(420xb)의 스위칭 벡터가 (1,1) 상태에서 합성하는 한 상의 최대 전압은 Vdc/3이다.
한편, 도 4a의 인버터(420xb)의 스위칭 벡터가 (1,1)인 상태에 대응하는 도 4c의 인버터(420xa)의 (1,1,0) 상태에서 합성하는 한 상의 최대 전압은, 2*Vdc/3이다.
한편, 도 4e는, 도 4a의 모터 구동장치(220xb)에서, (1,1)의 스위칭 벡터에 의한 스위칭이 수행되는 것을 예시한다.
한편, 도 4f는 도 4e의 (1,1)의 스위칭 벡터의 전압 벡터 합성을 도시하는 도면이다.
인버터(420xb)의 상하단 커패시터(C1, C2)의 전압이 불균형을 이루는 경우, 인버터(420xb)가 합성하는 한 상의 최대 전압은 (1,1)에서 Vdc1/3과 (0,0)에서 Vdc2/3 중에서 작은 전압이 된다.
한편, 도 4a 또는 도 4e에 의하면, 중성점 전류가 항상 흐르기 ‹š문에, 상하단 커패시터(C1, C2)의 전압 불균형이 필연적으로 발생하므로, 실제적인 전압 이용율은 절반 이하로 감소하게 된다.
결국, 항시적으로 전압 이용율 저하 문제를 가지고 있으므로, 인버터(420xb)로 단상 모터(Mxb)를 구동하지 않는 상황에서도 인버터(420xb)의 전압 이용율이 저하된다.
이하에서는, 도 2a 내지 도 4f의 단점을 해결하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치를 예시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)는, dc단(x-y단)에 접속되는 인버터(420)와, 인버터(420)에 접속되는 다상 모터(230a)와, 다상 모터(230a)에 직렬 접속되는 단상 모터(230b)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)는, 복수 모터 구동부로 명명할 수도 있다.
한편, 인버터(420)에 다상 모터(230a)가 접속되며, 다상 모터(230a)에 단상 모터(230b)가 서로 직렬 접속되므로, 결국, 인버터(420)에, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)가 서로 직렬로 접속되게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)는, 서로 병렬 접속되는 도 2c 등의 삼상 모터(Mxca)와 단상 모터(Mxcb)에 비해, 인버터(420)의 전압 이용율이 높게 된다.
한편, 하나의 인버터(420)를 이용함으로써, 복수의 모터 구동을 위해 복수의 인버터를 사용하는 경우에 비해, 제조 비용을 상당히 저감할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)는, dc단(x-y단)의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)를 더 구비할 수 있다. 이에 따라, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 사이에 dc단 중성점(n)이 형성될 수 있게 된다.
한편, 인버터(420) 내부의 a 노드, b 노드, c 노드는, 각각 다상 모터(230a)의 a 상 코일 단자(Mia), b 상 코일 단자(Mic), c 상 코일 단자(Mic)에 각각 전기적으로 접속된다.
그리고, 단상 모터(230b)는, 다상 모터(230a)와, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 사이의 노드(n)에, 접속된다.
한편, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 사이의 노드는, dc단 중성점(n) 또는 인버터 중성점(n)이라 명며할 수 있다.
즉, 다상 모터(230a)의 중성점(na)은, 단상 모터(230b)의 일단(ni)에 접속되며, 단상 모터(230b)의 타단(no)은, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 사이의 노드인 dc단 중성점(n)에 접속된다. 한편, dc단 중성점(n)과 관련하여, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스는 동일한 것이 바람직하다.
한편, 단상 모터(230b)의 입력단(ni)은, 다상 모터(230a)의 각각의 상이 공통으로 접속되는 노드(na)에 전기적으로 접속되며, 단상 모터(230b)의 출력단(no)은, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 사이의 노드인 dc단 중성점(n)에, 접속된다.
한편, 다상 모터(230a)의 각각의 상(예를 들어, 삼상)이 공통으로 접속되는 노드(na)는, 다상 모터(230a)의 모터 중성점(na)이라 명명할 수 있다.
한편, 다상 모터(230a)의 모터 중성점(na)은, 개별 상이 하나의 Point에 묶인 노드를 나타낼 수 있다.
한편, 다상 모터(230a)의 모터 중성점(na)은, 다상 교류 계통에서 위상차에 따라 전류가 0이 되는 노드를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 단상 모터(230b)가 다상 모터(230a)의 a 상에 접속되면, a 상 전류에 의해 회전하므로, 종속적으로 동작하므로, 다상 모터(230a)와 다른 속도 구동이 어려울 수 있다.
다른 예로, 단상 모터(230b)가 다상 모터(230a)의 b 상에 접속되면, b 상 전류에 의해 회전하므로, 종속적으로 동작하므로, 다상 모터(230a)와 다른 속도 구동이 어려울 수 있다.
또 다른 예로, 단상 모터(230b)가 다상 모터(230a)의 c 상에 접속되면, c 상 전류에 의해 회전하므로, 종속적으로 동작하므로, 다상 모터(230a)와 다른 속도 구동이 어려울 수 있다.
이에 본 발명에서는, 다상 교류 계통에서 위상차에 따라 전류가 제로인, 다상 모터(230a)의 모터 중성점(na)을 이용하여, 단상 모터(230b)의 일단(ni)에 접속시킨다. 이에 따라, 다상 모터(230a)에 독립적으로 단상 모터(230b)를 구동할 수 있게 된다.
또한, dc단 전압 불균형을 방지하기 위해, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 사이의 노드인 dc단 중성점(n)에, 단상 모터(230b)의 타단(no)을 전기적으로 접속시킨다. 이에 따라, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2) 사이의 전압 불균형 저감할 수 있게 된다.
결국, 복수의 모터가 서로 직렬 접속되며, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2) 사이의 전압 불균형 저감, 인버터(420)의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 그리고 독리적으로 복수의 모터를 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)에서는, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)로, 커패시터의 개수가 증가하나, 하나의 인버터를 사용하여 복수의 모터를 구동할 수 있으므로, 고가의 인버터의 개수 저감으로 인하여, 전체적으로, 제조 비용이 상당히 저감되는 장점이 있다.
도 6은 도 5의 복수 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시하고, 도 7은 도 5의 복수 모터 구동장치의 상세 내부 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)는, 복수의 모터를 구동하기 위한 것으로서, dc단에 접속되는 인버터(420)와, 인버터(420)에 접속되는 다상 모터(230a)와, 다상 모터(230a)에 직렬 접속되는 단상 모터(230b)와, 인버터(420)를 제어하는 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
다상 모터(230a)는, 삼상 모터일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 4상 모터 이상일 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 복수 모터 구동시, 인버터의 전압 이용률 저하를 방지하기 위해, 복수의 모터를 병렬 접속하는 것이 아닌, 직렬 접속하는 방안을 제시한다.
그리고, 인버터 제어부(430)는, 직렬 접속되는 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 동시 구동 또는 단독 구동을 위해, 하나의 인버터(420)에서 출력되는 전류에 적어도 하나의 주파수가 포함되도록 제어한다.
특히, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)를 동시에 다른 속도로 구동하기 위해, 하나의 인버터(420)에서 출력되는 전류에 복수의 주파수가 중첩(superposition)되도록 제어하며, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)를 동시에 동일 속도로 구동하기 위해, 하나의 인버터(420)에서 출력되는 전류에 하나의 주파수가 포함되도록 제어한다.
예를 들어, 복수 모터 구동장치(220) 내에, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수의 개수 보다, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수의 개수가 더 많은 것이 바람직하다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수가 하나이며, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수가 2개 이상이 되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동일 속도로 구동할 수도 있게 된다. 결국, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 인버터(420)의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 복수의 모터를 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)는, 센서리스 제어를 위해, 홀 센서 등을 구비하지 않고, 다상 모터(230a)에 입력되는 제1 전류(io1)를 검출하는 제1 전류 검출부(E1)와, 단상 모터(230b)에 입력되는 제2 전류(io2)를 검출하는 제2 전류 검출부(E2)를 포함할 수 있다.
제1 전류 검출부(E1)와, 제2 전류 검출부(E2)에서 각각 검출된 제1 전류(io1)와, 제2 전류(io2)는, 센서리스 제어를 위해, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 제1 전류 검출부(E1)와, 제2 전류 검출부(E2)에서 각각 검출된 제1 전류(io1)와, 제2 전류(io2)에 기초하여, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b) 구동을 위한 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 전류 검출부(E1)에서 검출된 제1 전류(io1) 또는 제2 전류 검출부(E2)에서 검출된 제1 전류(io2)에 기초하여, 모터 중성점(na)의 전위를 연산할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)는, 제1 커패시터(C1)의 양단의 직류 전압을 검출하는 제1 전압 검출부(B1)와, 제2 커패시터(C2)의 양단의 직류 전압을 검출하는 제2 전압 검출부(B2), 인버터(420)를 제어하는 제어부(430)를 더 포함할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 제1 전압 검출부(B1)에서 검출된 제1 직류 전압(Vdc1)과 제2 전압 검출부(B2)에서 검출된 제2 직류 전압(Vdc2)에 기초하여, dc단 중성점(n)의 전위를 연산할 수 있다. 이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 모터 중성점(na)과 dc단 중성점(n) 사이의 전위를 동일하게 하거나 다르게 할 수 있게 된다.
한편, 도 7과 달리, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 전압을 측정하는 전압 검출부(B1,B2)를 구비하지 않고, 인버터 제어부(430)가, dc단 양단 전압은 물론, 제1 커패시터(C1)의 전압 제2 커패시터(C2)의 전압을 각각 추정하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)는, dc단(x-y단)에 변환된 직류 전원을 출력하는 컨버터(410)와, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
도 7에서는, 컨버터(410)에 입력 전원이 교류 전원인 것을 예시하나, 이에 한정되지 않으며, 직류 전원이 인가되어, 컨버터(410)가 직류 전원 레벨 변환을 수행하여, 변환된 직류 전원을 출력하는 것도 가능하다.
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. 이러한 경우의 컨버터(410)는 정류부(rectifier)라 명명할 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.
dc단 커패시터인, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)는, 컨버터(410)로부터 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다.
한편, dc단(x-y단)의 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
제1 전압 검출부(B1)와 제2 전압 검출부(B2)는, 각각 제1 커패시터(C1)의 양단의 직류 전압(Vdc1)과, 제2 커패시터(C2)의 양단의 직류 전압(Vdc2)을 검출할 수 있다.
이를 위하여, 제1 전압 검출부(B1)와 제2 전압 검출부(B2)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 제1 직류 전압(Vdc1)과 제2 직류 전압(Vdc2)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 dc단(x-y단)의 양단의 전압인 직류 전원(Vdc)을 변환하여 변환된 교류 전원을 소정 주파수의 다상 모터(230a)에 출력할 수 있다.
예를 들어, 다상 모터(230a)가, 삼상 모터인 경우, 인버터(420)는, 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230a)에 출력할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 다상 모터(230a)가 삼상 모터인 것을 기준으로 설명한다.
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, 다양한 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230a)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)에 흐르는 제1 전류(io1)를 제1 전류 검출부(E1)로부터 수신하고, 단상 모터(230b)에 입력되는 제2 전류(io2)를 제2 전류 검출부(E2)로부터 수신할 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 특히, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 동일 속도 구동, 또는 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 다른 속도 구동, 또는 다상 모터(230a)만 구동, 또는 단상 모터(230b)만 구동하기 위해, 해당하는 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다.
인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어 신호로서, 제1 전류(io1)와 제2 전류(io2)를 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 3을 참조하여 후술한다.
제1 전류 검출부(E1)는, 인버터(420)와 다상 모터(230a) 사이에 흐르는 제1 전류(io1)를 검출할 수 있다.
제2 전류 검출부(E2)는, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b) 사이에 흐르는 제2 전류(io2)를 검출할 수 있다.
한편, 제1 전류 검출부(E1)와 제2 전류 검출부(E2)에서 검출되는 제1 전류(io1)와 제2 전류(io2)는, 상 전류(phase current)(ia,ib,ic 또는 id)일 수 있다.
검출된 제1 전류(io1)와 제2 전류(io2)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 제1 전류(io1)와 제2 전류(io2)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다.
한편, 다상 모터(230a)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 다상 모터(230a)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.
단상 모터(230b)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 한 상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 제어를 위해, 각 모터의 토크, 속도, 위치 제어를 수행할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 구동 뿐만 아니라 비구동 상태의 유지를 위해서도 각 모터의 토크, 속도, 위치 제어를 수행할 수 있다.
한편, 다상 모터(230a) 또는 단상 모터(230b)의 정지는, 영토크 제어, 영속도 제어, 고정 위치 제어를 통해 구현할 수 있다.
한편, 3상 모터와 단상 모터의 토크 제어는 전류 제어에 기반하고 있으며, 일반적으로 전류 제어를 위하여 모터에 인가되는 전압을 PWM 방식으로 구현한다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 전류 제어를 위해, 벡터 제어(FOC 제어)나 토크 제어(DTC), MTPA와 약자속 등을 포함할 수 있다.
도 8은 도 7의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 3을 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, 제1 출력 전류 검출부(E1)와 제2 출력 전류 검출부(E2)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic), 출력 전류(id)를, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환할 수 있다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 제1 출력 전류 검출부(E1)와 제2 출력 전류 검출부(E2)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic), 출력 전류(id)에 기초하여, 위치치(
Figure pat00001
)를 추정하고, 추정된 위치를 미분하여, 속도(
Figure pat00002
)를 연산할 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, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 공간 벡터 기반의 펄스폭 가변 제어에 의해, 인버터(420) 내의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수의 개수 보다, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수의 개수가 더 많도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동일 속도로 구동할 수도 있게 된다. 결국, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 인버터(420)의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 복수의 모터를 구동할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수가 하나이며, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수가 2개 이상이 되도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동일 속도로 구동할 수도 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 구동시, 인버터(420)에 단일 사인파에 대응하는 전류가 흐르며, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 복수 사인파의 합에 대응하는 전류가 인버터(420)에 흐르도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 다상 모터(230a)는, 다상 모터(230a)에 입력되는 제1 전류의 제1 주파수에 대응하는 제1 속도로 회전하며, 단상 모터(230b)는, 다상 모터(230a)에 흐르는 전류의 제2 주파수에 대응하는 제2 속도로 회전하도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 구동시, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)는, 동일한 주파수의 유효 전류에 의해 구동되도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동일 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 다상 모터(230a)의 동작 기간 보다 단상 모터(230b)의 동작 기간이 더 짧도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)를 동시 구동하는 경우, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)에 전류가 흐르며, 다상 모터(230a)만 구동하는 경우, 단상 모터(230b)에 전류가 흐르지 않도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 다상 모터(230a)만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)를 동시 구동하는 경우, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)에 전류가 흐르며, 다상 모터(230a)만 구동하는 경우, 단상 모터(230b)에 전류가 흐르지 않도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다. 또한, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 다상 모터(230a)만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)만 구동하는 경우, 인버터(420)의 상암 스위칭 소자들 또는 하암 스위칭 소자들이 모두 온 되도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 다상 모터(230a)만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)를 동시 구동하는 경우, 다상 모터(230a)의 모터 중성점(na)과, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2) 사이의 dc단 중성점(n) 사이의 전위가 다르며, 다상 모터(230a)만 구동하는 경우, 모터 중성점(na)과 dc단 중성점(n) 사이의 전위가 동일하도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동하거나, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 다상 모터(230a)만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 단상 모터(230b)만 구동하는 경우, 인버터(420)의 상암 스위칭 소자들 또는 하암 스위칭 소자들이 모두 온 되도록, 해당하는 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터 중 단상 모터(230b)만을 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
도 9a는 도 8의 복수 모터 구동장치의 다상 모터와 단상 모터의 다양한 동작 모드를 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)는, 2개가 동시에 구동되는 동시 구동 모드, 단상 모터만 구동되는 단상 모터 단독 구동 모드, 다상 모터만 구동되는 다상 모터 단독 구동 모드로 구분되어, 동작할 수 있다.
동시 구동 모드인 경우(S910), 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)를 구동하고(S912), 그리고 단상 모터(230b)를 구동한다(S914).
인버터 제어부(430)에서 출력되는 전류는, 다상 모터(230a)를 거쳐 단상 모터(230b)로 입력되나, 제912 단계와 제914 단계는 거의 동시에 수행된다고 할 수 있다.
한편, 동시 구동 모드는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)가 동일 속도로 구동하는 동일 속도 모드와, 다른 속도로 구동하는 다른 속도 모드로 구분될 수 있다.
도 9b는 도 9a는 다양한 동작 모드에 따른 인버터 제어부의 내부 동작을 나타내는 순서도이다. 보다 구체적으로, 동시 구동 모드 중 다른 속도 모드에 대응하는 순서도일 수 있다.
도면을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 외부의 제어부 또는 통신부 등으로부터 다상 모터 속도 지령을 수신하고(S1010), 단상 모터 속도 지령을 수신할 수 있다(S1020).
다음, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터 속도 지령에 기초하여 오픈 루프 지령각을 생성하고(S1012), 룩업 테이블 기반 전압을 계산할 수 있다(S1014).
예를 들어, 디상 모터의 오픈 루프 지령각이 생성되는 경우, 룩업 테이블 내의 오픈 루프 지령각에 대응하는 룩업 테이블 기반 전압을 연산할 수 있다.
그리고, 인버터 제어부(430)는, 연산된 오픈 루프 지령각과 룩업 테이블 기반 전압에 기초하여, 다상 모터의 전류 지령치, 극전압 지령을 연산할 수 있다(S1015).
한편, 인버터 제어부(430)는, 단상 모터 속도 지령에 기초하여 오픈 루프 지령각을 생성하고(S1022), 룩업 테이블 기반 전압을 계산할 수 있다(S1024).
예를 들어, 단상 모터의 오픈 루프 지령각이 생성되는 경우, 룩업 테이블 내의 오픈 루프 지령각에 대응하는 룩업 테이블 기반 전압을 연산할 수 있다.
그리고, 인버터 제어부(430)는, 연산된 오픈 루프 지령각과 룩업 테이블 기반 전압에 기초하여, 단상 모터의 전류 지령치, 극전압 지령을 연산할 수 있다(S1025).
다음, 인버터 제어부(430)는, 연산된 다상 모터 극전압 지령과, 단상 모터 극전압 지령을 이용하여, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동시 구동을 위한 극전압 지령을 연산할 수 있다(S1030).
다음, 인버터 제어부(430)는, 연산된 동시 구동용 극전압 지령에 기초하여, 펄스폭 가변 변조를 위한 신호를 합성하고(S1040), PWM 기반의 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다(S1040).
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치의 인버터에서 출력되는 출력 전류 파형(iop)을 예시한다.
특히, 도 10은 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)를 동시에 다른 속도로 구당하기 위해 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(iop)을 예시한다.
인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(iop)은, 다상 모터(230a) 구동을 위한 제1 전류 파형(io1a)과, 단상 모터(230b) 구동을 위한 제2 전류 파형(io1b)을 구비할 수 있다.
한편, 다상 모터(230a)에는, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(iop)이 그대로 흐르게 되며, 출력 전류 파형(iop) 중 제1 전류 파형(io1a) 성분이 유효 전류로서, 다상 모터(230a) 구동을 위해 사용된다.
다음, 다상 모터(230a)에 직렬 접속되는 단상 모터(230b)에는, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(iop) 중 제1 전류 파형(io1a) 성분을 제외한 제2 전류 파형(io1b)이 입력되어 흐르게 된다.
즉, 제2 전류 파형(io1b)이 유효 전류로서, 단상 모터(230b) 구동을 위해 사용된다.
한편, 도 10에서는, 제1 전류 파형(io1a)의 주기(T1)가, 제2 전류 파형(io1b)의 주기(T2) 보다 더 작은 것을 예시한다.
즉, 도 10에서는, 제1 전류 파형(io1a)의 주파수(f1)가, 제2 전류 파형(io1b)의 주파수(f2) 보다 더 큰 것을 예시한다. 이에 따라, 다상 모터(230a)의 구동 속도가, 단상 모터(230b)의 구동 속도 보다 더 클 수 있다.
도 11a 내지 도 11f는 동시 구동 모드 중 동일 속도 모드를 나타내는 도면이다.
도 11a와 같이, 인버터(420)의 6개의 스위칭 소자의 일부 온, 일부 오프에 따라, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io0)은, 도 11b와 같이, a상 출력 전류 파형(ia0), b상 출력 전류 파형(ib0), c상 출력 전류 파형(ic0)을 포함할 수 있다.
특히, 인버터(420)의 상암 스위칭 소자들(Sa,Sb,Sc) 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되거나, 인버터(420)의 하암 스위칭 소자들(S'a,S'b,S'c) 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되며, 이에 따라, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io0)은, 도 11b와 같이, a상 출력 전류 파형(ia0), b상 출력 전류 파형(ib0), c상 출력 전류 파형(ic0)을 포함할 수 있다.
도 11b는, a상 출력 전류 파형(ia0)의 최대 레벨이 Lv2이며, b상 출력 전류 파형(ib0)과 c상 출력 전류 파형(ic0)의 최대 레벨이 Lv3인 것을 예시한다.
한편, 도 11b의 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io0)은, 다음의 수학식 1과 같이 정리될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00007
여기서, Lv2×sin(wat)는 a상 출력 전류 파형(ia0)을 나타내며, Lv1× sin(wa(t-120°) 는 b상 출력 전류 파형(ib0)을 나타내며, Lv3×sin(wa(t-240°) 는 c상 출력 전류 파형(ic0)을 나타낸다.
한편, 도 11b의 Lv2은, Lv1의 4/3배(대략 1.3배)일수 있으며, 도 11b의 Lv3은, Lv1의
Figure pat00008
/2배(대략 0.87)배 일수 있다.
수학식 1에 따르면, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io0)은, a상 출력 전류 파형(ia0), b상 출력 전류 파형(ib0), c상 출력 전류 파형(ic0)을 포함하며, 각 상 전류 파형의 레벨은 Lv2,Lv1,Lv3로 다르며, 그 위상은 0도, 120도, 240도로 다르게 된다.
수학식 1에 따르면, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io0) 내의 a상 출력 전류 파형(ia0), b상 출력 전류 파형(ib0), c상 출력 전류 파형(ic0)의 각속도는, wa로 일정하며, 이에 따라, 주파수는 동일하게 wa/2π가 된다.
즉, 도 11b의 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io0)은 위상이 다른 상 출력 전류 파형을 구비하나, 동일한 각속도, 동일한 주파수를 가지므로, 단일 사인파로 구성된다고 할 수 있다.
도 11c는 수학식 1의 io0(t)를 주파수 변환한 도면이다.
도면을 참조하면, 수학식 1의 io0(t)는 주파수 변환에 의해, fo의 주파수에서 Lv1 레벨을 가질 수 있다.
그 외, 수학식 1의 io0(t)는 노이즈 성분으로 인하여, 도면과 같이, 다앙한 주파수 성분이 있을 수 있다.
본 발명에서는, 의미있는 주파수 레벨 하한치인 Lvth 이하의 다앙한 주파수 성분에 대해서는 무시하며, 따라서, 수학식 1의 io0(t)는 주파수 변환에 의해, fo의 하나의 주파수를 가지는 것으로 정의한다.
한편, 도 11c의 fo는 수학식 1과의 관계에서 wa/2π와 동일한 값을 나타낼 수 있다.
한편, 도 11b의 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io0)은, 다상 모터(230a)에 입력되어, 그 중 일부가, 유효 전류로 동작하여, 다상 모터(230a)를 회전시키게 된다.
도 11d는 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류를 예시한다.
다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류는, a상 유효 전류 파형(ia0n), b상 유효 전류 파형(ib0n), c상 유효 전류 파형(ib0n)을 구비할 수 있다.
이때, 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류의 최대 레벨, 또는 각 상 유효 전류 파형의 최대 레벨은, Lv1일 수 있다.
한편, 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류의 주기는, To이며, 유효 전류의 주파수는 f0일 수 있다.
또한, a상 유효 전류 파형(ia0n), b상 유효 전류 파형(ib0n), c상 유효 전류 파형(ib0n)의 주기는, To 이며, 주파수는 f0일 수 있다.
도 11e는 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류를 동기 좌표계 기준으로 예시한다.
다상 모터(230a)에 흐르는 a 상 전류, b 상 전류, c상 전류는, 도 8의 축변환부(510)에서, 정지 좌표계 기준의 d축 전류, q축 전류로 변환되었다가, 다시 동기 좌표계 또는 회전 좌표계 기준의 d축 전류, q축 전류로 변환될 수 있다.
이에 따라, 도 11d의 정지 좌표계 기준의 각 상 유효 전류는, 도 11e와 같이, 회전 좌표계 기준의 d축 유효 전류(ida), q축 유효 전류(iqa)로 변환될 수 있다.
이때, 다상 모터(230a)가, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(SMPMSM)인 경우, 자속의 대칭으로 인하여, q축 유효 전류 성분은, 도면과 같이 0이 되며, 회전 좌표계 기준의 d축 유효 전류(ida)의 레벨은 Lv1으로서, 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류의 최대 레벨(Lv1)과 동일할 수 있다.
다음, 도 11f는 단상 모터(230b)에 흐르는 전류 또는 유효 전류(id0)를 예시한다.
단상 모터(230b)에 흐르는 유효 전류(id0)의 최대 레벨은, Lv1이며, 주기는, To 이며, 주파수는 f0이다.
이와 같이, 단상 모터(230b)에 흐르는 유효 전류(id0)의 주파수가 f0 이고, 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류의 주파수가 f0 이므로, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 유효 전류의 주파수는 동일하며, 결국, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)는 동일한 속도인 wa의 속도로 구동하게 된다.
한편, 단상 모터(230b)와, 다상 모터(230a)의 유효 전류와 토크는 다음의 수학식 2과 같이 나타날 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00009
여기서, Tob는 단상 모터(230b)의 토크를 나타내며, P는 모터의 극수, λf는 역기전력 상수, Im은 단상 모터(230b)의 유효 전류의 최대 레벨, iq는 다상 모터(230a)의 q축 전류의 레벨을 나타낸다.
수학식 2에 의하면, 단상 모터(230b)와, 다상 모터(230a)의 사이에, 모터의 극수(P), 역기전력 상수(λf)가 동일하며, Im과 iq가 동일하다면, 단상 모터(230b)의 토크(Tob) 보다, 다상 모터(230a)의 토크(Toa)가 대략 2배 더 큰 것을 알 수 있다.
즉, 도 11a 내지 도 11f에 의하면, 단상 모터(230b)와, 다상 모터(230a)는 동일한 속도로 회전하며, 다상 모터(230a)가, 삼상 모터인 경우, 단상 모터(230b)의 토크(Tob) 보다, 다상 모터(230a)의 토크(Toa)가 대략 2배 더 크게 된다.
한편, 다상 모터가 5상인 경우와 6상인 경우의 토크는 다음의 수학식 3와 같이 나타날 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00010
여기서, Toa5는 5상 모터의 토크를 나타내며, Toa6는 6상 모터의 토크를 나타내며, P는 모터의 극수, λf는 역기전력 상수, iq는 5상 모터 또는 6상 모터의 q축 전류의 레벨을 나타낸다.
수학식 2와 수학식 3을 비교하면, 동일 속도 구동시, 5상 모터의 토크(Toa5)는, 단상 모터의 토크(Tob)의 10/3배이며, 6상 모터의 토크(Toa6)는, 단상 모터의 토크(Tob)의 4배가 된다.
결국, 도 11a 내지 도 11f에 의하면, 인버터(420)에서 출력되는 io0의 전류 파형에 기초하여, 다상 모터(230a)는 Wa의 속도로 회전하며, ido의 전류 파형에 기초하여, 단상 모터(230b)는 동일 속도인 Wa의 속도로 회전할 수 있다.
이때, 인버터(420)의 6개의 스위칭 소자는, 상암 스위칭 소자(Sa~Sc)가 모두 온 또는 하암 스위칭 소자(S'a~S'c)가 모두 온 되는 것을 제외한, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동부(220)에 따르면, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)를 동시에 동일 속도 구동시, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)에 각각 입력되는 전류(io0,ido)의 주파수는, 도 11d, 도 11f와 같이, f0로 동일한 것이 바람직하다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 구동시, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)는, 동일한 주파수(f0)의 유효 전류에 의해 구동되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 동일 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)의 유효 전류의 크기(Lv1)와, 단상 모터(230b)의 유효 전류(Lv1)의 크기가 동일하도록 제어할 수도 있다.
예를 들어, 다상 모터(230a)의 유효 전류의 주파수와, 단상 모터(230b)의 유효 전류의 주파수가 동일한 상태에서, 다상 모터(230a)의 유효 전류의 크기와, 단상 모터(230b)의 유효 전류의 크기가 동일한 경우, 다상 모터(230a)의 구동 토크는, 단상 모터(230b)의 구동 토크 보다 크게 된다.
구체적으로, 다상 모터(230a)가 삼상 모터인 경우, 삼상 모터의 구동 토크는, 단상 모터(230b)의 구동 토크 보다 대략 2배 크게 된다.
도 12a 내지 도 12e는 동시 구동 모드 중 다른 속도 모드를 나타내는 도면이다.
도 12a와 도 12b를 참조하면, 인버터(420)의 6개의 스위칭 소자의 일부 온, 일부 오프에 따라, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io1)은, a상 출력 전류 파형(ia1), b상 출력 전류 파형(ib1), c상 출력 전류 파형(ic1)을 포함할 수 있다.
다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 직렬 연결로 인하여, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)를 동시에 동일 속도로 구동하기 위해서는 도 11a 내지 도 11f의 설명에서와 같이, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형 내의 주파수가 하나이면 충분하였다.
한편, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 직렬 연결로 인하여, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)를 동시에 다른 속도로 구동하기 위해서는 도 11a 내지 도 11f의 설명에서와 같이, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형 내의 주파수가 복수개인 것이 바람직하다. 특히, 주파수가 2개인 것이 바람직하다.
한편, 도 12b의 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io1)은, 다음의 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00011
여기서, Ka1×sin(wbt)과 Ka2×sin(wat)는 a상 출력 전류 파형(ia1)을 나타내며, Kb1× sin(wb(t-120°)과 Kb2× sin(wa(t-120°) 는 b상 출력 전류 파형(ib1)을 나타내며, Kc1×sin(wb(t-240°)과 Kc2×sin(wa(t-240°)는 c상 출력 전류 파형(ic1)을 나타낸다.
수학식 4에 따르면, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io1)은, a상 출력 전류 파형(ia1), b상 출력 전류 파형(ib1), c상 출력 전류 파형(ic01을 포함하며, 각 상 전류 파형의 위상은 0도, 120도, 240도로 다르게 된다.
수학식 4에 따르면, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io1) 내의 a상 출력 전류 파형(ia1), b상 출력 전류 파형(ib1), c상 출력 전류 파형(ic1)의 각속도는, 각각 wb와 wa 이며, 이에 따라, 주파수는 각각 wb/2π, wa/2π가 된다.
즉, 도 12b의 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io1)은 위상이 다른 상 출력 전류 파형을 구비하나, 2개의 다른 각속도, 2개의 다른 주파수를 가지므로, 복수 사인파로 구성된다고 할 수 있다.
결국, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)를 동시에 다른 속도로 구동하기 위해서, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io1)은 복수 사인파의 합에 대응하는 것이 바람직하다.
도 12c는 수학식 4의 io1(t)를 주파수 변환한 도면이다.
도면을 참조하면, 수학식 4의 io1(t)는 주파수 변환에 의해, f1의 주파수와 f2의 주파수에서 Lv1 레벨을 가질 수 있다.
그 외, 수학식 4의 io1(t)는 노이즈 성분으로 인하여, 도면과 같이, 다앙한 주파수 성분이 있을 수 있다.
본 발명에서는, 의미있는 주파수 레벨 하한치인 Lvth 이하의 다앙한 주파수 성분에 대해서는 무시하며, 따라서, 수학식 4의 io1(t)는 주파수 변환에 의해, f1, f2의 2개의 주파수를 가지는 것으로 정의한다.
한편, 도 12c의 f1는 수학식 4과의 관계에서 wb/2π와 동일한 값을 나타내며 f2는 수학식 4과의 관계에서 wa/2π와 동일한 값낼 수 있다.
한편, 도 12b의 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io1)은, 다상 모터(230a)에 입력되어, 그 중 일부가, 유효 전류로 동작하여, 다상 모터(230a)를 회전시키게 된다.
도 12d는 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류를 예시한다.
다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류는, a상 유효 전류 파형(ia1n), b상 유효 전류 파형(ib1n), c상 유효 전류 파형(ib1n)을 구비할 수 있다.
한편, 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류의 주기는, T1이며, 유효 전류의 주파수는 f1일 수 있다.
또한, a상 유효 전류 파형(ia1n), b상 유효 전류 파형(ib1n), c상 유효 전류 파형(ib1n)의 주기는, T1 이며, 주파수는 f1일 수 있다.
다음, 도 12e는 단상 모터(230b)에 흐르는 전류 또는 유효 전류(id1)를 예시한다.
단상 모터(230b)에 흐르는 유효 전류(id1)의 주기는, T1 보다 큰 T2 이며, 주파수는, f1 보다 작은 f2이다.
이와 같이, 단상 모터(230b)에 흐르는 유효 전류(id1)의 주파수가 f2 이고, 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류의 주파수가 f1 이므로, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)는 다른 속도로 구동하게 된다.
특히, 도 12a와 같이, io1의 전류 파형에 기초하여, 다상 모터(230a)는 Wa의 속도 보다 큰 Wb의 속도로 회전하며, 단상 모터(230b)는 id1의 전류 파형에 기초하여, Wa의 속도로 회전할 수 있다.
이때, 인버터(420)의 6개의 스위칭 소자는, 상암 스위칭 소자(Sa~Sc)가 모두 온 또는 하암 스위칭 소자(S'a~S'c)가 모두 온 되는 것을 제외한, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
한편, 도 12a 내지 도 12e와 도 11a 내지 도 11f를 비교하면, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수의 개수는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 모드인 경우 보다, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 모드인 경우에, 더 많은 것이 바람직하다.
예를 들어, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 동일 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수가, 도 11d, 도 11f와 같이, fo로 하나이며, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 다상 모터(230a)에 입력되는 전류의 주파수가, 도 12d, 도 12e의 f1,f2와 같이, 2개 이상인 것이 바람직하다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)는, 다른 주파수의 유효 전류에 의해 구동되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(430)는, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)의 다른 속도 구동시, 다상 모터(230a)의 유효 전류의 주파수와, 단상 모터(230b)의 유효 전류의 주파수가 다르도록 제어할 수 있다. 유효 전류의 주파수에 따라, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a)는 다른 속도로 구동될 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)의 유효 전류의 크기와, 단상 모터(230b)의 유효 전류의 크기가 다르도록 제어할 수도 있다. 이에 의하면, 다상 모터(230a)의 토크와, 단상 모터(230b)의 토크가 달라지게 된다.
한편, 도 12b의 전류 파형(io1)은, 복수 사인파의 합에 대응하며, 특히, 도 12d의 전류 파형과, 도 12e의 id1의 전류 파형의 합에 대응할 수 있다.
예를 들어, 다상 모터(230a)에 대응하는 유효 전류는 도 12d의 각상 전류 파형에 대응할 수 있으며, 단상 모터(230b)에 대응하는 유효 전류는 id1의 전류 파형에 대응할 수 있다.
이에 따라, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 서로 다른 속도로 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
결국, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 인버터(420)의 전압 이용율의 저감을 방지하면서, 안정적으로 복수의 모터를 구동할 수 있게 된다.
한편, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터의 전압 이용 비율의 변경이 가능하므로, 복수의 모터에 대한 효율적인 운전이 가능하게 된다.
도 13a 내지 도 13d는 단독 구동 모드 중 단상 모터 구동 모드를 나타내는 도면이다.
다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 직렬 연결로 인하여, 단상 모터(230b) 단독 구동을 위해서는 다상 모터(230a)에 흐르는 유효 전류가 제로가 되도록 만드는 것이 필요하다.
이에 본 발명에서는, 단상 모터(230b) 단독 구동을 위해서, 도 13a와 같이, 인버터(420)의 6개의 스위칭 소자 중 상암 스위칭 소자(Sa~Sc)가 모두 온 또는 하암 스위칭 소자(S'a~S'c)가 모두 온 되도록 한다. 이러한 경우를 제로 벡터(zero vector)에 의한 스위칭이라 명명할 수 있다.
한편, 단상 모터(230b)와 다상 모터(230a) 중 적어도 다상 모터(230a)를 구동하는 경우에는, 인버터의 상암 스위칭 소자들(Sa~Sc) 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되거나, 인버터의 하암 스위칭 소자들(S'a~S'c) 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프된다.
한편, 제로 벡터(zero vector)에 의한 스위칭에 의하면, 각 상에 흐르는 전류의 위상이 서로 동일하므로, 다상 모터(230a)에 흐르는 전류에 의해서, 토크가 발생하지 않게 된다.
즉, 제로 벡터(zero vector)에 의한 스위칭에 의하면, 인버터(420)와 다상 모터(230a)는 폐루프를 형성하게 되며, 결국 토크가 발생하지 않게 된다.
한편, 다상 모터(230a)에 각 상에 흐르는 전류의 합은, 단상 모터(230b)에 흐르게 된다. 따라서, 단상 모터(230b)가 회전하게 된다.
도 13b의 (a)는, 인버터(420)의 6개의 스위칭 소자 중 상암 스위칭 소자(Sa~Sc)가 모두 온 되는 것을 예시한다.
이에 따라, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형은, 도 13b의 (b)와 같이, io2로 예시될 수 있다.
인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io2)는, a상 출력 전류 파형(ia2), b상 출력 전류 파형(ib2), c상 출력 전류 파형(ic2)을 포함할 수 있다.
한편, 도 13b의 (b)의 a상 출력 전류 파형(ia2), b상 출력 전류 파형(ib2), c상 출력 전류 파형(ic2)은, 도 11b 또는 도 11d와 달리, 모두 동일한 위상과 동일한 주파수를 가지게 된다.
즉, 단상 모터(230b)만 단독 구동하는 경우, 동시 구동 모드 또는 다상 모터(230a) 단독 구동하는 경우와 달리, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형의 각 상 전류 파형의 위상은 동일할 수 있다.
즉, 인버터(420)에서 제로 벡터(zero vector)에 의한 스위칭이 수행되었으므로, 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io2)은, 도 13b의 (b)와 같이 예시될 수 있다.
한편, 도 13c는, 다상 모터(230a)의 내부 코일에 흐르는 유효 전류를 예시한다.
도 13c의 (a)는, 다상 모터(230a)의 내부 코일을 예시하며, 도 13c의 (b)는, 동기 좌표계 또는 회전 좌표계 기준의 d축 유효 전류(idb), q축 유효 전류(iqb)를 예시한다.
다상 모터(230a)가, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(SMPMSM)라 하면, 도 11e와 달리, 도 13c의 (b)에서는, q축 유효 전류(iqb)는 물론, d축 유효 전류(idb)의 레벨도 0인 것을 예시한다.
이에 따라, 다상 모터(230a)의 유효 전류의 레벨은 0이며, 주파수도 0이게 된다.
즉, 제로 벡터(zero vector)에 의한 스위칭에 의해, 다상 모터(230a)의 삼상 코일에는 전류가 흐르나, 유효 전류는, 0가 되어, 결국, 다상 모터(230a)는 회전하지 않고 정지하게 된다.
다음, 도 13d는 단상 모터(230b)에 흐르는 전류 파형 또는 유효 전류 파형을 예시한다.
도 13d의 (a)는, 단상 모터(230b)의 내부 코일을 예시하며, 도 13d의 (b)는, 단상 모터(230b)에 흐르는 전류 파형 또는 유효 전류(id2)를 예시한다.
단상 모터(230b)에 흐르는 유효 전류(id1)의 최대 레벨은, Lv1이며, 주기는, T3 이며, 주파수는 f3이다.
이에 따라, 단상 모터(230b)는, f3의 주파수에 따라, Wc의 속도로 회전하게 된다.
이때, 단상 모터(230b)에 흐르는 유효 전류(id1)의 최대 레벨(LV1)은, 도 13b의 인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io2) 또는 각 상 출력 전류 파형(ia2,ib2,ic2)의 최대 레벨(LV3) 보다 크며, 대략 3배일 수 있다.
이와 같이, 직렬 접속되는 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)에, 제로 벡터 스위칭을 이용함으로써, 단상 모터(230b)만을 구동할 수 있게 된다.
도 14a 내지 도 14d는 단독 구동 모드 중 다상 모터 구동 모드를 나타내는 도면이다.
다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)의 직렬 연결로 인하여, 도 14a와 같이, 다상 모터(230a) 단독 구동을 위해서는 단상 모터(230b)에 흐르는 유효 전류가 제로가 되도록 만드는 것이 필요하다.
이에 본 발명에서는, 다상 모터(230a) 단독 구동을 위해서, 인버터(420)의 상암 스위칭 소자들(Sa,Sb,Sc) 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되거나, 인버터(420)의 하암 스위칭 소자들(S'a,S'b,S'c) 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되도록 하며, 모터 중성점(na)과 dc단 중성점(n) 사이의 전위가 동일하도록 설정한다.
한편, 이와 유사하게, 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b) 중 적어도 단상 모터(230b)를 구동하는 경우, 모터 중성점(na)과 dc단 중성점(n) 사이의 전위가 다르도록 설정하여야 한다.
인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형은, 도 14b의 (b)와 같이, io3로 예시될 수 있다.
인버터(420)에서 출력되는 출력 전류 파형(io3)는, 크기가 동일하며, 위상이 서로 다른 a상 출력 전류 파형(ia3), b상 출력 전류 파형(ib3), c상 출력 전류 파형(ic3)을 포함할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)의 중성점 전압을 연산할 수 있다.
예를 들어, 인버터 제어부(430)는, dc단 전압(Vdc1+Vdc2)과, 제1 전류 검출부(E1)에서 검출된 전류(io3) 또는 각 상 전류(ia3,ib3,ic3)에 기초하여, 다상 모터(230a)의 중성점 전압(Vna)을 연산할 수 있다.
구체적으로, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)의 상 전압(Van,Vbn,Vcn)에 기초하여, 다상 모터(230a)의 중성점 전압(Vna)을 연산할 수 있다.
다음의 수학식 5는, 다상 모터(230a)의 중성점 전압(Vna) 연산을 나타낸다.
[수학식 5]
Vna=(Van+Vbn+Vcn)/3
여기서, Vna는 다상 모터(230a)의 중성점 전압을 나타내며, Van은 a 노드와 n 노드 사이의 전압을 나태내며, Vbn은 b 노드와 n 노드 사이의 전압을 나태내며, Vcn은 c 노드와 n 노드 사이의 전압을 나태낸다.
한편, dc단에 배치되는 커패시터가 2개이므로, dc단 중성점 전압(Vn)을 연산하는 것이 필요하다.
이에, 인버터 제어부(430)는, dc단 전압(Vdc1+Vdc2)에 기초하여, dc단 중성점 전압(Vn)을 연산할 수 있다.
구체적으로, 인버터 제어부(430)는, 제1 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제1 전압 검출부(B1)로부터의 제1 직류 전압(Vdc1)과, 제2 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제2 전압 검출부(B2)로부터의 제2 직류 전압(Vdc2)에 기초하여, dc단 중성점 전압(Vn)을 연산할 수 있다.
그리고, 인버터 제어부(430)는, 다상 모터(230a)만을 구동하는 경우, 모터 중성점(na)과 dc단 중성점(n) 사이의 전위가 동일하도록 제어할 수 있다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 연산된 다상 모터(230a)의 중성점 전압(Vna)과, 연산된 dc단 중성점 전압(Vn)과 일치하도록 제어할 수 있다.
도 14c는 모터 중성점(na)과 dc단 중성점(n) 사이의 전위차인 Vnno 전압이, 0의 레벨을 가지는 것을 예시한다.
이에 따라, 도 14b의 (b)의 다상 모터(230a)의 내부 코일에 흐르는 전류(io3)는, 다상 모터(230a)에서 모두 소비되며, 단상 모터(230b)에는 전류가 흐르지 않게 된다.
즉, 도 14d와 같이, 단상 모터(230b)에 흐르는 전류 또는 유효 전류(id3)는 0이 된다. 따라서, 도 14a와 같이, 단상 모터(230b)는 정지하고, 다상 모터(230a)만 Wd의 속도로 회전할 수 있게 된다.
도 15a 내지 도 15c는 공간 벡터 기반 하에, 인버터 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 15a는 6개의 유효 벡터와 2개의 제로 벡터(zero vector) 또는 무효 벡터를 예시한다.
6개의 유효 벡터는, (1 0 0), (1 1 0), {0 1 0), (0 1 1), (0 0 1), (1 0 1)로 예시되며, 2개의 제로 벡터는, (0 0 0), (1 1 1)로 예시된다.
이 중 (1 0 0) 벡터에 따르면, 도 15b와 같이, Sa, S'b,S'c 스위칭 소자가 온 되며, S'a,Sb,Sc 스위칭 소자가 오프된다. 이에 따라, 다상 모터(230a)와, 단상 모터(230b)가 회전할 수 있게 된다.
다음, 도 15c와 같이, (1 1 0) 벡터에 따르면, Sa, Sb,S'c 스위칭 소자가 온 되며, S'a,S'b,Sc 스위칭 소자가 오프된다. 이에 따라, 다상 모터(230a)와, 단상 모터(230b)가 회전할 수 있게 된다.
도 16a는 (0 0 0) 벡터에 따라, S'a, S'b,S'c 스위칭 소자가 온 되며, Sa,Sb,Sc 스위칭 소자가 오프되는 것을 예시한다. 이에 따라, 다상 모터(230a)는 정지하고, 단상 모터(230b)만 회전하게 된다.
이에 따라, 단상 모터(230b)에 흐르는 전류는 ipat21 방향으로 흐르게 된다.
다음, 도 16b는 (1 1 1) 벡터에 따라, Sa, Sb,Sc 스위칭 소자가 온 되며, S'a,S'b,S'c 스위칭 소자가 오프되는 것을 예시한다. 이에 따라, 다상 모터(230a)는 정지하고, 단상 모터(230b)만 회전하게 된다.
이와 같이, 직렬 접속되는 다상 모터(230a)와 단상 모터(230b)에, 제로 벡터 스위칭을 이용함으로써, 단상 모터(230b)만을 구동할 수 있게 된다.
한편, 도 1 내지 도 16b에서 기술한 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)에서, 다상 모터(230a)의 동작 기간 보다 단상 모터(230b)의 동작 기간이 더 짧은 것이 바람직하다.
이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)에서, 다상 모터(230a)의 평균 유효 전류 보다 단상 모터(230b)의 평균 유효 전류가 적 작은 것이 바람직하다.
이에 따라, 하나의 인버터를 이용하여, 서로 직렬 접속되는 복수의 모터를 안정적으로 구동할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치(220)에서, 다상 모터(230a)는 팬 모터를 포함하고, 단상 모터(230b)는 펌프 모터를 포함할 수 있다.
다상 모터(230a)의 팬 모터의 동작 기간이, 단상 모터(230b)의 펌프 모터의 동작 기간이 더 긴 것이 바람직하다.
팬 모터와 펌프 모터를 동시에 다른 속도로 구동할 수 있게 된다. 또한, 동일 속도 구동도 가능하며, 팬 모터만 동작하거나 펌프 모터만 동작하는 것도 가능하다.
한편, 상술한 복수 모터 구동장치(220)는, 다양한 전기 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전기 기기 중 세탁물 처리기기, 건조기, 식기 세척기, 공기조화기, 냉장고, 정수기, 청소기, 차량(vehicle), 로봇(robot), 드론(drone) 등에 적용 가능하다.
예를 들어, 전기 기기(200)는, 사용자를 위한 전자 기기(electric device)로서, 예를 들어, 냉장고(도 17의 200a), 세탁기(도 17의 200b), 에어컨(도 17의 200c), 조리기기(도 17의 200d), 청소기(도 17의 200e) 등이 예시될 수 있다.
도 17a 내지 도 17f는 전기 기기의 다양한 예를 설명하는 도면이다.
먼저, 도 17a는, 전자 기기의 일예인 세탁물 처리기기(200a)를 예시한다. 세탁물 처리기기(200a)는, 세탁기, 건조기, 의류 관리기 등을 포함하는 개념일 수 있다.
다음, 도 17b는, 전자 기기의 일예인 식기 세척기((200b)를 예시하며, 도 17c는, 전자 기기의 일예인 냉장고(200c)를 예시하며, 도 17d는, 전자 기기의 일예인 공기조화기(200d)를 예시한다.
한편, 공기조화기(200d)는, 에어컨, 공기 청정기 등을 포함하는 개념일 수 있다.
다음, 도 17e는, 전자 기기의 일예인 조리기기(200d)를 예시하며, 도 17f는 전자 기기의 일예인 로봇 청소기(200e)를 예시한다.
한편, 도 17a 내지 도 17f에 도시되지 않았지만, 전자 기기로, 정수기, 차량(vehicle), 로봇(robot), 드론(drone) 등이 포함될 수 있다.
도 18은 도 17a 내지 도 17f의 전기 기기의 간략한 내부 블록도이다.
도면을 참조하면, 전기 기기(200)는, 사용자 입력을 위한 입력부(210), 전기 기기의 동작 상태 등을 표시하는 표시부(230), 다른 외부 장치와의 통신을 위한 통신부(222), 전기 기기를 구동하는 구동부(220), 및 내부 제어를 위한 제어부(270)를 포함할 수 있다.
구동부(220)는, 도 1 내지 도 16b의 설명에서 상술한 모터 구동장치에 대응할 수 있다.
예를 들어, 전기 기기가 세탁물 처리기기(200a)인 경우, 구동부(220)는, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 전기적으로 직렬 연결된 팬 모터와 펌프 모터를 구동할 수 있다.
다른 예로, 전기 기기가 식기 세척기(200b)인 경우, 구동부(220)는, 하나의 인버터를 이용하여, 전기적으로 직렬 연결된 팬 모터와 세척 모터를 구동할 수 있다.
또 다른 예로, 전기 기기가 냉장고(200c)인 경우, 구동부(220)는, 하나의 인버터를 이용하여, 전기적으로 직렬 연결된 복수의 팬 모터를 구동할 수 있다.
또 다른 예로, 전기 기기가 공기조화기(200d)인 경우, 구동부(220)는, 하나의 인버터를 이용하여, 전기적으로 직렬 연결된 복수의 팬 모터를 구동할 수 있다.
또, 다른 예로, 전기 기기가 조리기기(200e)인 경우, 구동부(220)는, 하나의 인버터를 이용하여, 전기적으로 직렬 연결된 복수의 팬 모터를 구동할 수 있다.
또, 다른 예로, 전기 기기가 청소기(200f)인 경우, 구동부(220)는, 하나의 인버터를 이용하여, 전기적으로 직렬 연결된 복수의 팬 모터를 구동할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치의 일예이다.
도면을 참조하면, 본 발명과 관련한 복수 모터 구동장치(220)는, 하나의 제어부(430)와, 복수의 인버터(420a,420b,420d)와, 복수의 모터(Ma~Md)를 구비할 수 있다.
이때, 복수의 모터(Ma~Md)는, 복수 모터 구동장치가 세탁물 처리기기, 특히 건조기의 구동장치인 경우, 각각 압축기 모터, 드럼 모터, 팬 모터, 펌프 모터일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다.
한편, 복수의 인버터(420a,420b,420d) 중 일부 인버터(420)는, 도 1와 달리, 하나의 인버터(420)로, 복수의 모터(Mc~Md)를, 함께 구동할 수 있다.
이를 위해, 복수의 모터(Mc~Md)는 서로 병렬 접속되거나, 서로 직렬 접속될 수 있다.
한편, 복수의 모터(Mc~Md)가 서로 병렬 접속되는 경우, 인버터(420)에서 출력되는 전류가 각각의 모터로 분배되므로, 인버터의 전압 이용률이 거의 절반으로 하강하는 단점이 있으며, dc단에 배치되는 복수의 커패시터 사이에 전압 불균형이 발생할 수 있다. 이러한 불균형에 따라, 전류 고조파, 모터의 토크 맥동, 모터의 속도 맥동 또는 소음 증가 등으로 인한 모터의 구동 효율이 저하될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는, 복수의 모터(Mc~Md)가 서로 직렬 접속될 수 있다.
한편, 도면과 달리, 제어부(430)가 인버터(420)를 제어하고, 다른 제어부(미도시)가, 복수의 인버터(420a,420b)를 제어할 수도 있다.
한편, 도면과 같이, 하나의 인버터(420)를 이용하여, 복수의 모터(Mc~Md)를 구동하는 경우, 도 1 등에 비교하여, 인버터의 개수가 줄어들게 되므로, 제조 비용의 저감이 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기는, 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 복수 모터 구동방법 또는 전기 기기의 동작방법은, 모터 구동장치 또는 전기 기기에 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 (29)

  1. dc단에 접속되는 인버터;
    상기 인버터에 접속되는 다상 모터;
    상기 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터;를 포함하며,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수의 개수 보다,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수의 개수가 더 많은 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 하나이며,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 2개 이상인 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인버터에서 출력되는 전류는,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 단일 사인파에 대응하며,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 복수 사인파의 합에 대응하는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시,
    상기 다상 모터는, 상기 다상 모터에 입력되는 제1 전류의 제1 주파수에 대응하는 제1 속도로 회전하며,
    상기 단상 모터는, 상기 단상 모터에 입력되는 제2 전류의 제2 주파수에 대응하는 제2 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시,
    상기 다상 모터와 상기 단상 모터는, 동일한 주파수의 유효 전류에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시,
    상기 다상 모터의 유효 전류의 최대 레벨과 상기 단상 모터의 유효 전류의 최대 레벨이 동일한 경우, 상기 다상 모터의 토크가, 상기 단상 모터의 토크 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시,
    상기 다상 모터와 상기 단상 모터는, 다른 주파수의 유효 전류에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 dc단의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터;를 더 구비하고,
    상기 다상 모터의 중성점은, 상기 단상 모터의 일단에 접속되며,
    상기 단상 모터의 타단은, 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터의 사이의 노드에 접속되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제1 전압 검출부;
    상기 제2 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제2 전압 검출부;
    상기 다상 모터에 입력되는 제1 전류를 검출하는 제1 전류 검출부;
    상기 단상 모터에 입력되는 제2 전류를 검출하는 제2 전류 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인버터를 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 동일 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 하나가 되도록 제어하며,
    상기 단상 모터와 다상 모터의 다른 속도 구동시, 다상 모터에 입력되는 전류의 주파수가 2개 이상이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 다상 모터의 중성점 전압을 연산하는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  12. dc단의 양단에 접속되는 인버터;
    상기 인버터에 접속되는 다상 모터;
    상기 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터;를 구비하고,
    상기 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우, 상기 다상 모터와 상기 단상 모터에 각각 다른 전류가 흐르며,
    상기 다상 모터만 구동하는 경우, 상기 다상 모터에는 전류가 흐르며, 상기 단상 모터에는 전류가 흐르지 않는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  13. 제12항에 있어서,
    dc단의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터;를 더 포함하고,
    상기 다상 모터만 구동하는 경우, 상기 다상 모터의 모터 중성점과, 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 dc단 중성점 사이의 전위가 동일한 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다상 모터의 중성점은, 상기 단상 모터의 일단에 접속되며,
    상기 단상 모터의 타단은, 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이인 상기 dc단 중성점에 접속되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우,
    상기 다상 모터에는, 제1 주파수와 제2 주파수를 가지는 제1 전류가 입력되고,
    상기 단상 모터에는, 상기 제2 주파수를 가지는 상기 제2 전류가 입력되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단상 모터와 다상 모터를 동시에 동일 속도로 구동하는 경우,
    상기 다상 모터에는, 제3 주파수를 가지는 제3 전류가 입력되고,
    상기 단상 모터에는, 상기 제3 주파수를 가지는 제4 전류가 입력되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 인버터를 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 단상 모터와 다상 모터를 동시에 다른 속도로 구동하는 경우, 상기 다상 모터와 상기 단상 모터에 각각 다른 전류가 흐르며,
    상기 다상 모터만 구동하는 경우, 상기 다상 모터에는 전류가 흐르며, 상기 단상 모터에는 전류가 흐르지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  18. dc단의 양단에 직렬 접속되는 제1 커패시터와 제2 커패시터;
    상기 dc단의 양단에 접속되는 인버터;
    상기 인버터에 접속되는 다상 모터;
    상기 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터;를 구비하고,
    상기 단상 모터와 다상 모터 중 적어도 상기 단상 모터를 구동하는 경우, 상기 다상 모터의 모터 중성점과, 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 dc단 중성점 사이의 전위가 다르며,
    상기 다상 모터만 구동하는 경우, 상기 모터 중성점과 상기 dc단 중성점 사이의 전위가 동일한 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 다상 모터의 중성점은, 상기 단상 모터의 일단에 접속되며,
    상기 단상 모터의 타단은, 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이인 상기 dc단 중성점에 접속되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 인버터를 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 단상 모터와 다상 모터 중 적어도 상기 단상 모터를 구동하는 경우, 상기 다상 모터의 모터 중성점과, 상기 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 dc단 중성점 사이의 전위가 다르며,
    상기 다상 모터만 구동하는 경우, 상기 모터 중성점과 상기 dc단 중성점 사이의 전위가 동일하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제1 전압 검출부;
    상기 제2 커패시터의 양단의 직류 전압을 검출하는 제2 전압 검출부;
    상기 다상 모터에 입력되는 제1 전류를 검출하는 제1 전류 검출부;
    상기 단상 모터에 입력되는 제2 전류를 검출하는 제2 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전압 검출부에서 검출된 제1 직류 전압과 상기 제2 전압 검출부에서 검출된 제2 직류 전압에 기초하여, 상기 dc단 중성점의 전위를 연산하며,
    상기 제1 전류 검출부에서 검출된 제1 전류 또는 상기 제2 전류 검출부에서 검출된 제2 전류에 기초하여, 상기 모터 중성점의 전위를 연산하는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  22. dc단에 접속되는 인버터;
    상기 인버터에 접속되는 다상 모터;
    상기 다상 모터에 직렬 접속되는 단상 모터;를 포함하며,
    상기 단상 모터만 구동하는 경우,
    상기 인버터의 상암 스위칭 소자들이 모두 온 되거나, 또는 상기 인버터의 하암 스위칭 소자들이 모두 온 되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 단상 모터만 구동하는 경우, 상기 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 위상이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 단상 모터만 구동하는 경우, 상기 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 합이, 상기 단상 모터에 흐르는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 인버터의 상암 스위칭 소자들이 모두 온 되거나, 또는 상기 인버터의 하암 스위칭 소자들이 모두 온 되는 경우, 상기 다상 모터의 각 상에 흐르는 전류의 레벨 보다, 상기 다상 모터에 흐르는 전류의 레벨이 더 큰 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 단상 모터만 구동하는 경우,
    상기 다상 모터에 제1 입력 전류가 입력되며, 상기 다상 모터에 흐르는 유효 전류는 제로이며,
    상기 단상 모터에 제2 입력 전류가 입력되며, 상기 다상 모터에 흐르는 유효 전류는 상기 제2 입력 전류인 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 단상 모터와 상기 다상 모터 중 적어도 상기 다상 모터를 구동하는 경우,
    상기 인버터의 상암 스위칭 소자들 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되거나, 상기 인버터의 하암 스위칭 소자들 중 일부는 온되고, 다른 일부는 오프되는 것을 특징으로 하는 복수 모터 구동장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항의 복수 모터 구동장치를 구비하는 전기 기기.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 다상 모터는 팬 모터를 포함하고,
    상기 단상 모터는 펌프 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.
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