WO2018128450A1 - 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러 - Google Patents

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WO2018128450A1
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전종현
안준식
정근우
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엘지전자 주식회사
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings

Definitions

  • the present invention relates to a compressor driving apparatus and a chiller having the same, and more particularly, to a chiller capable of preventing damage to a rotor of a compressor motor when the compressor motor is stopped in a magnetic levitation method.
  • An air conditioner is a device that discharges cold air into a room to create a comfortable indoor environment. This air conditioner is installed to provide a more comfortable indoor environment for humans by controlling and purifying the room temperature.
  • an air conditioner includes an indoor unit which is configured as a heat exchanger and installed indoors, and an outdoor unit which is configured as a compressor and a heat exchanger and supplies refrigerant to the indoor unit.
  • a chiller used in a workplace or a building larger than a home among air conditioners generally includes a cooling tower installed on an outdoor roof, and a heat exchange unit for circulating a refrigerant to exchange heat with cooling water sent from the cooling tower.
  • the heat exchange unit further comprises a compressor, a condenser and an evaporator.
  • the chiller may use a method of rotating the rotor without mechanical friction after the magnetic levitation of the rotor of the compressor motor by forming a magnetic force by applying a current to the bearing coil when driving the compressor motor. do.
  • This method is called a magnetic bearing method or a magnetic levitation method.
  • An object of the present invention is to provide a compressor driving apparatus and a chiller having the same, which can prevent damage to the rotor of the compressor motor when the compressor motor is stopped in the magnetic levitation method.
  • Another object of the present invention is to provide a compressor drive device and a chiller having the same, which can soft-land the rotor of the compressor motor when the compressor motor is stopped in the magnetic levitation method.
  • the compressor having a compressor motor and a magnetic bearing, and a switching element, according to the switching operation, by applying a current to the bearing coil of the magnetic bearing And a coil driver for levitation or landing of the rotor of the compressor motor from the magnetic bearing, and a controller for controlling a switching element of the coil driver. , So that the current flowing in the bearing coil is stepped down.
  • a compressor driving apparatus including a compressor including a compressor motor and a magnetic bearing, a switching element, and applying a current to a bearing coil of the magnetic bearing according to a switching operation.
  • a control unit for controlling the switching element of the coil drive unit and the coil drive unit for levitation or landing of the rotor of the compressor motor from the magnetic bearing.
  • the control unit includes a rotor landing of the compressor motor.
  • the control unit controls the current flowing in the bearing coil to drop in stages during the rotor landing of the compressor motor.
  • a coil drive unit for applying a current to a bearing coil of the magnetic bearing to lift or land the rotor of the compressor motor from the magnetic bearing, and a control unit for controlling the switching element of the coil drive unit.
  • the controller controls the first mode in which the current stored in the bearing coil is discharged and the second mode in which the current flows in the bearing coil are repeated by the power source stored in the capacitor.
  • Compressor drive device and a chiller having the same having a compressor motor and a magnetic bearing, and a switching element, according to the switching operation, by applying a current to the bearing coil of the magnetic bearing,
  • the first mode in which the current stored in the bearing coil is discharged and the second mode in which the current flows in the bearing coil are controlled by the power source stored in the capacitor to be repeated so that the magnetic floating method
  • the rotor of the compressor motor can be soft lanfed, thus preventing damage to the rotor of the compressor motor.
  • damage to the magnetic bearings can be prevented. Accordingly, the stability and reliability of the compressor driving apparatus and the chiller having the same are improved.
  • each of the third period in which the first mode is performed when the rotor of the compressor motor is floating The period, and the fourth period during which the second mode is performed, are shorter, so that the period during rotor landing of the compressor motor becomes longer than the period during rotor floatation of the compressor motor. Accordingly, when the compressor motor is stopped in the magnetic levitation method, the rotor of the compressor motor can be stably and softly landed.
  • the first period during which the first mode is performed and the second period during which the second mode is performed, during the rotor landing of the compressor motor become shorter.
  • the period during rotor landing of the motor becomes longer. Accordingly, when the compressor motor is stopped in the magnetic levitation method, the rotor of the compressor motor can be stably and softly landed.
  • the first period during which the first mode is performed and the second period during which the second mode is performed may be sequentially increased, and thus, the compressor motor stops in the magnetic levitation method. At this time, the rotor of the compressor motor can be stably and soft-landed.
  • a compressor driving apparatus and a chiller having the same includes a compressor including a compressor motor and a magnetic bearing, a switching element, and according to a switching operation, a current is applied to a bearing coil of the magnetic bearing. And a coil driver for levitation or landing of the rotor of the compressor motor from the magnetic bearing, and a controller for controlling a switching element of the coil driver.
  • the first mode in which the current stored in the bearing coils is discharged and the second mode in which current flows in the bearing coils are controlled by the power source stored in the capacitor are repeated so that the compressor motor stops when the compressor motor is stopped in the magnetic levitation method. The damage of the electrons can be prevented.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a chiller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates the air conditioning unit of FIG. 1 in more detail.
  • FIG. 3 is an example of an internal block diagram of the chiller of FIG. 1.
  • FIG. 4 illustrates an example of an internal block diagram of the motor driving apparatus of FIG. 3.
  • FIG. 5 is an example of an internal circuit diagram of the motor driving device of FIG. 4.
  • FIG. 6 is an internal block diagram of the inverter controller of FIG. 5.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an example of a structure of the compressor of FIG. 4.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of II ′ of FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a side view of the compressor of FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a side view of the compressor of FIG. 7A.
  • 8a to 8c are views referred to for explaining the floating and landing of the rotor in the bearing.
  • 9A is an example of an internal block diagram of the bearing drive of FIG. 4.
  • FIG. 9B is an example of an internal block diagram of the bearing control unit of FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a current waveform applied to a bearing coil.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a current waveform applied to a bearing coil according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 12A through 12C are circuit diagrams related to the current waveform of FIG. 11.
  • FIG. 13A to 13C illustrate various examples of current waveforms applied to a bearing coil according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of operating a chiller according to an embodiment of the present invention.
  • module and “unit” for components used in the following description are merely given in consideration of ease of preparation of the present specification, and do not impart any particular meaning or role by themselves. Therefore, the “module” and “unit” may be used interchangeably.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a chiller according to an embodiment of the present invention.
  • the chiller (chiller) 100 is an air conditioning unit 10, a refrigeration cycle is formed, the cooling tower 20 and the air conditioning unit 10 for supplying cooling water to the air conditioning unit 10 and Cold water demand destination 30 that circulates the cold water is heat exchanged is included.
  • the cold water demand destination 30 corresponds to a device or a space for performing air conditioning using cold water.
  • a circulation passage 40 through which cooling water flows is installed, and the cooling water is circulated between the air conditioning unit 10 and the cooling tower 20.
  • the cooling water circulation passage 40 is a cooling water inlet passage 42 for guiding cooling water into the condenser 12 and cooling water outlet for guiding the cooling water heated in the air conditioning unit 10 to the cooling tower 20.
  • the flow path 44 includes.
  • At least one of the cooling water inlet 42 and the cooling water outlet 44 may further include a coolant pump 46 for the flow of the cooling water.
  • FIG. 2 illustrates a state in which the cooling water pump 46 is installed in the cooling water inflow passage 42.
  • cooling water outlet flow path 44 may be provided with an outlet water temperature sensor 47 for sensing the temperature of the cooling water flowing into the cooling tower 20, and also in the cooling water inlet channel 42 of the cooling water from the cooling tower 20.
  • An intake temperature sensor 48 for measuring the temperature may be installed.
  • Cold water circulation passage 50 is installed between the air conditioning unit 10 and the cold water demand destination 30 is configured to circulate the cooling water between the two.
  • the cold water circulation passage 50 is a cold water cooled in the cold water inflow passage 52 and the air conditioning unit 10 so that cold water can circulate between the cold water demand 30 and the air conditioning unit 10 (the cold water demand destination ( A cold water outlet flow passage 54 is guided to move to 30.
  • a cold water pump 56 that circulates cold water is provided in at least one of the cold water inflow passage 52 and the cold water outlet passage 54.
  • the cold water pump 56 is installed in the cold water inflow passage 52.
  • the cold water demand 30 is described as a water-cooled air conditioner that exchanges air with cold water.
  • the cold water demand unit 30 is an air handling unit (AHU) for mixing indoor air with outdoor air and heat-mixing the mixed air with cold water to enter the room, and installed indoors to exchange the indoor air with cold water.
  • AHU air handling unit
  • At least one unit of the fan coil unit (FCU, Fan Coil Unit) for discharging to the room and the floor piping unit embedded in the floor of the room may be included
  • Figure 2 is the cold water demand 30 of the air handling unit Shows the case that consists of.
  • the cold water demand destination 30 is provided at both sides of the casing 61, the cold water coil 62 installed inside the casing 61, through which cold water passes, and the cold water coil 62, and sucks indoor air and outdoor air.
  • blowers 63 and 64 for blowing air into the room.
  • the blower includes a first blower 63 for sucking indoor air and outdoor air into the casing 61, and a second blower 64 for allowing air to be discharged to the outside of the casing 61. Included.
  • the casing 61 includes an indoor air suction part 65, an indoor air discharge part 66, an outside air suction part 67, and an air conditioning air discharge part.
  • FIG. 2 illustrates the air conditioning unit of FIG. 1 in more detail.
  • the air conditioning unit 10 the compressor 11 for compressing the refrigerant, the condenser 12 into which the high temperature and high pressure refrigerant compressed by the compressor 11 is introduced, the refrigerant condensed in the condenser 12 And an evaporator 14 for evaporating the refrigerant decompressed in the expander 13, and a driving unit 220 for operating the compressor 11.
  • the air conditioning unit 10 is installed at the inlet side of the compressor 11 and is provided at the suction pipe 101 for guiding the refrigerant from the evaporator 14 to the compressor 11, and at the outlet side of the compressor 11. And a discharge pipe 102 for guiding the refrigerant from (11) to the condenser 12.
  • the condenser 12 and the evaporator 14 may be configured as a shell tube heat exchanger to enable heat exchange between the refrigerant and water.
  • the condenser 12 has a shell 121 forming an appearance, an inlet 122 through which the refrigerant compressed by the plurality of compressors 11a, 11b, and 11c installed on one side of the shell 121 flows in, and the shell 121. It is installed on the other side of the condenser 12 is configured to include an outlet 123 for the refrigerant to flow out.
  • the condenser 12 is a cooling water pipe 125 for guiding the flow of cooling water in the shell 121, and is provided at the end of the shell 121 to receive the cooling water supplied from the cooling tower 20. It includes an inlet 127 for guiding the inside of the cell through the outlet (128) and the cooling water from the condenser 12 to the cooling tower 20 through the outlet passage 44.
  • the cooling water flows through the cooling water pipe 125 and heat exchanges with the refrigerant inside the shell 121 introduced into the condenser 12 through the refrigerant inlet 122.
  • the evaporator 14 is installed on one side of the shell 141 and the shell 141 forming the appearance, and formed on the inlet 142 to which the refrigerant expanded from the expander 13 is supplied and the other side of the shell 141. And an outlet 143 through which the refrigerant evaporated in the evaporator 14 flows out to the compressor 11.
  • the outlet 143 is connected to the suction pipe 101, and the evaporated refrigerant is transferred from the evaporator 14 to the compressor 11.
  • the evaporator 14 is installed inside the shell 141, the cold water pipe 145 to guide the flow of cold water, the inlet 141 is installed on one side of the shell 141 to introduce cold water into the cold water pipe 145. ) And an outlet 148 for discharging cold water circulated inside the evaporator.
  • Each of the inlet 141 and the outlet 148 is connected to the inlet passage 52 and the outlet passage 54, so that cold water may circulate between the cold water coils 62 of the demand destination 30.
  • the plurality of drive units 220a1, 220b1, 220c1 can drive the plurality of compressors 11a, 11b, 11c, respectively.
  • the plurality of driving units 220a1, 220b1, 220c1 may be provided with a converter, an inverter, or the like, respectively.
  • FIG. 3 is an example of an internal block diagram of the chiller of FIG. 1.
  • the chiller 100 may include an input unit 120, a communication unit 130, a memory 140, a controller 170, and a driver 220.
  • the input unit 120 may include an operation button, a key, and the like, and output an input signal for power on / off, operation setting, etc. of the chiller 100.
  • the input unit 120 may include a plurality of switches to which IDs are assigned corresponding to the plurality of driving units 220a1, 220b1, and 220c1 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the plurality of switches at this time may include a dip switch and a tact switch as hardware switches.
  • the plurality of switches may be first to third switches 122P1, 122P2, and 122P3 to which IDs are assigned corresponding to the plurality of driving units 220a1, 220b1, and 220c1.
  • the communication unit 130 may exchange data with a peripheral device, for example, a remote control device or a mobile terminal 600 by wire or wirelessly.
  • a peripheral device for example, a remote control device or a mobile terminal 600 by wire or wirelessly.
  • IR infrared
  • RF communication radio frequency
  • Bluetooth communication Bluetooth communication
  • Zigbee communication WiFi communication and the like can be performed.
  • the memory 140 of the chiller 100 may store data necessary for the operation of the chiller 100. For example, data about an operation time, an operation mode, and the like during operation of the driver 220 may be stored.
  • the memory 140 of the chiller 100 may store management data including power consumption information of the chiller, recommended driving information, current driving information, and product management information.
  • the memory 140 of the chiller 100 may store diagnostic data including operation information, driving information, and error information of the chiller 100.
  • the controller 170 can control each unit in the chiller 100.
  • the controller 170 may control the input unit 120, the communication unit 130, the memory 140, the driver 220, and the like.
  • the driving unit 220 may include a plurality of driving units 220a1, 220b1, and 220c1.
  • each of the plurality of driving units 220a1, 220b1, 220c1 drives the plurality of compressors 11a, 11b, 11c, the inverter 420, the inverter control unit 430, shown in FIG.
  • the motor 230 may be provided.
  • the controller 170 may control to selectively operate the plurality of driving units 220a1, 220b1, and 220c1 according to the demand load.
  • controller 170 may control to selectively operate the inverters 420a, 420b, and 420c in the plurality of driving units 220a1, 220b1, and 220c1 according to the demand load.
  • controller 170 may control the corresponding plurality of driving units to operate according to the turn-on state of the plurality of switches.
  • controller 170 may control the plurality of driving units to selectively operate according to the turn-on state of the plurality of switches and the magnitude of the demand load.
  • the compressor motor driving unit described in the present specification by a sensorless method, which does not have a position sensing unit such as a hall sensor for detecting the rotor position of the motor, by the sensorless (sensorless) method, It may be a motor drive that can be estimated.
  • FIG. 4 illustrates an example of an internal block diagram of the compressor driver of FIG. 3.
  • the compressor 11 may include a motor 230 and a bearing coil RB therein.
  • the compressor driver 220 may include a compressor motor driver 220a for driving the compressor motor and a bearing driver 221a for driving the bearing coil RB.
  • the compressor driver 220 may also be referred to as a compressor driver.
  • the bearing drive unit 221a may control the rotor (not shown) of the motor for driving the impeller in the compressor 11 to float or to land.
  • the bearing driver 221a may include a bearing controller 435, a coil driver 437, and a bearing coil RB.
  • the bearing control unit 435 includes gap information from a gap sensor (CB in FIG. 9A) disposed around the bearing coil, and current information applied to the bearing coil RB from the bearing coil current detection unit (M in FIG. 9A). (IB), and based on the received gap information (gap) and current information (IB), it is possible to output a switching control signal (Sci) for controlling the coil driver 437.
  • a gap sensor CB in FIG. 9A
  • M bearing coil current detection unit
  • the coil driver 437 may turn on / off the switching element based on the switching control signal Sci. By turning on or turning off the switching element in the coil driver 437, a magnetic field or the like is generated or disappeared in the bearing coil RB, so that a rotor (not shown) of the motor may float or land. Can be.
  • the compressor motor driver 220a in the compressor driver 220 of FIG. 4 may include a memory 270, an inverter controller 430, an inverter 420, and the like.
  • FIG. 5 is an example of an internal circuit diagram of the compressor motor driver of FIG. 4.
  • the compressor motor driver 220a is for driving a motor in a sensorless manner, and may include an inverter 420 and an inverter controller 430. have.
  • the compressor motor driver 220a may include a converter 410, a dc terminal voltage detector B, a smoothing capacitor C, and an output current detector E.
  • the driver 220 may further include an input current detector A, a reactor L, and the like.
  • the inverter controller 430 stores the diagnostic data in the memory 140 or the memory 270 when the error occurs during operation, the error occurrence time information, the operation information when the error occurs, and the status information. Can be controlled.
  • the inverter controller 430 periodically controls the operation information and the state information to be temporarily stored in the memory 140 or the memory 270.
  • the inverter control unit 430 periodically stores the operation information and the final operation information among the state information.
  • the final state information may be controlled to be finally stored in the memory 140 or the memory 270.
  • the inverter control unit 430 controls to store the operation information at the time of error occurrence, the error occurrence in the memory 140 or the memory 270, the operation information or state information after a predetermined time from the error occurrence, the memory Control to store in the 140 or the memory 270.
  • the amount of data of the last operation information and the final state information stored in the memory 140 or the memory 270 is greater than the data amount of the operation information at the time of an error occurrence or the data amount of the operation information or state information after a predetermined time after the error occurrence. It is desirable to be large.
  • the reactor L is disposed between the commercial AC power supplies 405 and vs and the converter 410 to perform power factor correction or boost operation.
  • the reactor L may perform a function of limiting harmonic currents due to the fast switching of the converter 410.
  • the input current detector A can detect the input current is input from the commercial AC power supply 405.
  • a CT current trnasformer
  • a shunt resistor or the like may be used as the input current detector A.
  • FIG. The detected input current is, as a discrete signal in the form of a pulse, may be input to the inverter controller 430.
  • the converter 410 converts the commercial AC power supply 405 which passed through the reactor L into DC power, and outputs it.
  • the commercial AC power supply 405 is shown as a single phase AC power supply in the figure, it may be a three phase AC power supply.
  • the internal structure of the converter 410 also varies according to the type of the commercial AC power source 405.
  • the converter 410 may be formed of a diode or the like without a switching element, and may perform rectification without a separate switching operation.
  • diodes in the case of single phase AC power, four diodes may be used in the form of a bridge, and in the case of three phase AC power, six diodes may be used in the form of a bridge.
  • the converter 410 for example, a half-bridge type converter that is connected to two switching elements and four diodes may be used, and in the case of a three-phase AC power supply, six switching elements and six diodes may be used. .
  • the converter 410 includes a switching element
  • the boosting operation, the power factor improvement, and the DC power conversion may be performed by the switching operation of the switching element.
  • the smoothing capacitor C smoothes and stores the input power.
  • one element is illustrated as the smoothing capacitor C, but a plurality of elements may be provided to ensure device stability.
  • a direct current power may be input directly, for example, a direct current power from a solar cell is supplied to the smoothing capacitor (C). It may be input directly or DC / DC converted.
  • C smoothing capacitor
  • the dc end voltage detector B may detect a dc end voltage Vdc that is both ends of the smoothing capacitor C.
  • the dc terminal voltage detector B may include a resistor, an amplifier, and the like.
  • the detected dc terminal voltage Vdc may be input to the inverter controller 430 as a discrete signal in the form of a pulse.
  • the inverter 420 includes a plurality of inverter switching elements, converts the smoothed DC power supply Vdc into three-phase AC power supplies va, vb and vc of a predetermined frequency by turning on / off an operation of the switching device, It may output to the synchronous motor 230.
  • Inverter 420 is a pair of upper arm switching elements Sa, Sb, Sc and lower arm switching elements S'a, S'b, S'c, which are connected in series with each other, and a total of three pairs of upper and lower arms
  • the switching elements are connected in parallel with each other (Sa & S'a, Sb & S'b, Sc & S'c).
  • Diodes are connected in anti-parallel to each of the switching elements Sa, S'a, Sb, S'b, Sc, and S'c.
  • the switching elements in the inverter 420 perform on / off operations of the respective switching elements based on the inverter switching control signal Sic from the inverter controller 430. As a result, the three-phase AC power supply having the predetermined frequency is output to the three-phase synchronous motor 230.
  • the inverter controller 430 may control a switching operation of the inverter 420 based on a sensorless method. To this end, the inverter controller 430 may receive an output current io detected by the output current detector E. FIG.
  • the inverter controller 430 outputs an inverter switching control signal Sic to the inverter 420 to control the switching operation of the inverter 420.
  • the inverter switching control signal Sic is a switching control signal of the pulse width modulation method PWM, and is generated and output based on the output current io detected by the output current detector E.
  • FIG. A detailed operation of the output of the inverter switching control signal Sic in the inverter controller 430 will be described later with reference to FIG. 5.
  • the output current detector E detects the output current io flowing between the inverter 420 and the three-phase motor 230. That is, the current flowing through the motor 230 is detected.
  • the output current detector E may detect all of the output currents ia, ib, and ic of each phase, or may detect the output currents of two phases by using three-phase equilibrium.
  • the output current detector E may be located between the inverter 420 and the motor 230, and a current trnasformer (CT), a shunt resistor, or the like may be used for current detection.
  • CT current trnasformer
  • a shunt resistor When a shunt resistor is used, three shunt resistors are located between the inverter 420 and the synchronous motor 230 or the three lower arm switching elements S'a, S'b, S'c of the inverter 420. It is possible to connect one end to each). On the other hand, it is also possible to use two shunt resistors using three-phase equilibrium. On the other hand, when one shunt resistor is used, the corresponding shunt resistor may be disposed between the above-described capacitor C and the inverter 420.
  • the detected output current io may be applied to the inverter controller 430 as a discrete signal in the form of a pulse, and the inverter switching control signal Sic is generated based on the detected output current io. do.
  • the detected output current io is the three-phase output current ia, ib, ic.
  • the three-phase motor 230 is provided with a stator and a rotor, each phase AC power of a predetermined frequency is applied to the coil of the stator of each phase (a, b, c phase), the rotor rotates Will be
  • Such a motor 230 may be, for example, a Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor (SMPMSM), an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM), and a synchronous clock. Synchronous Reluctance Motor (Synrm) and the like. Of these, SMPMSM and IPMSM are permanent magnet synchronous motors (PMSMs) with permanent magnets, and synrms have no permanent magnets.
  • SMPMSM Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor
  • IPMSM Interior Permanent Magnet Synchronous Motor
  • Synchronous Reluctance Motor Synchronous Reluctance Motor
  • FIG. 6 is an internal block diagram of the inverter controller of FIG. 5.
  • the inverter controller 430 may include an axis converter 310, a speed calculator 320, a current command generator 330, a voltage command generator 340, an axis converter 350, and The switching control signal output unit 360 may be included.
  • the axis conversion unit 310 receives the three-phase output currents (ia, ib, ic) detected by the output current detection unit E, and converts the two-phase currents i ⁇ and i ⁇ of the stationary coordinate system.
  • the axis conversion unit 310 can convert the two-phase current (i ⁇ , i ⁇ ) of the stationary coordinate system into a two-phase current (id, iq) of the rotary coordinate system.
  • the speed calculator 320 may output the calculated position () and the calculated speed () based on the two-phase currents i ⁇ and i ⁇ of the stationary coordinate system axially changed by the axis converter 310.
  • the current command generation unit 330 generates the current command value i * q based on the calculation speed () and the speed command value ( ⁇ * r). For example, the current command generation unit 330 performs the PI control in the PI controller 335 based on the difference between the operation speed () and the speed command value ( ⁇ * r), and the current command value (i * q). Can be generated.
  • the q-axis current command value i * q is illustrated as a current command value, it is also possible to generate
  • the value of the d-axis current command value i * d may be set to zero.
  • the current command generation unit 330 may further include a limiter (not shown) for limiting the level so that the current command value i * q does not exceed the allowable range.
  • the voltage command generation unit 340 includes the d-axis, q-axis current (id, iq) axis-converted in the two-phase rotation coordinate system by the axis conversion unit, and the current command value i * in the current command generation unit 330 or the like. Based on d, i * q), d-axis and q-axis voltage command values v * d and v * q are generated. For example, the voltage command generation unit 340 performs the PI control in the PI controller 344 based on the difference between the q-axis current iq and the q-axis current command value i * q, and the q-axis The voltage setpoint v * q can be generated.
  • the voltage command generation unit 340 performs the PI control in the PI controller 348 based on the difference between the d-axis current id and the d-axis current command value i * d, and the d-axis voltage command value (v * d) can be generated.
  • the voltage command generation unit 340 may further include a limiter (not shown) for restricting the level so that the d-axis and q-axis voltage command values v * d and v * q do not exceed the allowable range. .
  • the generated d-axis and q-axis voltage command values v * d and v * q are input to the axis conversion unit 350.
  • the axis converting unit 350 receives the position () calculated by the speed calculating unit 320 and the d-axis and q-axis voltage command values (v * d, v * q) and performs the axis conversion.
  • the axis conversion unit 350 converts from a two-phase rotation coordinate system to a two-phase stop coordinate system.
  • the position () calculated by the speed calculator 320 may be used.
  • the axis conversion unit 350 performs a transformation from the two-phase stop coordinate system to the three-phase stop coordinate system. Through this conversion, the axis conversion unit 350 outputs the three-phase output voltage command values v * a, v * b, v * c.
  • the switching control signal output unit 360 generates the switching control signal Sic for the inverter based on the pulse width modulation (PWM) method based on the three-phase output voltage command values v * a, v * b, and v * c. To print.
  • PWM pulse width modulation
  • the output inverter switching control signal Sic may be converted into a gate driving signal by a gate driver (not shown) and input to the gate of each switching element in the inverter 420.
  • a gate driver not shown
  • each of the switching elements Sa, S'a, Sb, S'b, Sc, and S'c in the inverter 420 performs a switching operation.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an example of a structure of the compressor of FIG. 4.
  • an impeller 701 and a rotor 702 may be disposed in the compressor 11.
  • the rotor 702 of the compressor motor may be connected to the impeller 701 disposed at one side of the compressor 11.
  • the rotor 702 extends in the z-axis direction, and a T-shaped thrust plate 706 may be formed near the end of the rotor 702.
  • the frame 704 is disposed in the case CS of the compressor 11, and a plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBc1 to RBc2 may be disposed in the frame 704.
  • the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBc1 to RBc2 may include a bobbin (not shown) and a bearing coil (not shown) wound around the bobbin.
  • the surface of some magnetic bearings and the rotor 702 are in contact with each other, and a current flows through the bearing coils.
  • the rotor 702 is magnetic levitation from the surface of some magnetic bearings.
  • the rotor 702 of the compressor motor 230 is rotated, and in particular, by the control of the inverter control unit 430 of FIGS. 4 to 6, the rotation speed of the rotor 702 may vary. Will be.
  • the magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBc1 to RBc2 are radial magnetic bearings, which are radial rotors. Rotation can be controlled. That is, the x and y axes can be controlled.
  • the magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, RBc1 to RBc2 are disposed to be spaced apart from the rotor 702 extending in the z-axis direction. Can be.
  • the magnetic bearings RBc1 to RBc2 are axial magnetic bearings and can control rotation of the rotor in the axial direction. have. That is, the z axis can be controlled.
  • the magnetic bearings RBc1 to RBc2 of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBc1 to RBc2 may be spaced apart from a trust plate extending in the y-axis direction.
  • CBb4, CBC1 to CBC2 may be disposed.
  • Some of the gap sensors CBC1 to CBC2 among the plurality of gap sensors CBa1 to CBa4, CBb1 to CBb4, and CBC1 to CBC2 are radial gap sensors that detect positions of the x and y axis rotors. Can be.
  • Some of the gap sensors CBC1 to CBC2 among the plurality of gap sensors CBa1 to CBa4, CBb1 to CBb4, and CBC1 to CBC2 are axial gap sensors and may detect the position of the z-axis rotor.
  • the plurality of gap sensors CBa1 to CBa4, CBb1 to CBb4, and CBC1 to CBC2 may be implemented as hall sensors.
  • the bearing control unit 435 is provided to the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, RBb1 to RBc2 based on gap information from the plurality of gap sensors CBa1 to CBa4, CBb1 to CBb4 and CBC1 to CBC2.
  • the current applied to the bearing coils of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBc1 to RBc2 can be controlled.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of II ′ of FIG. 7A.
  • the radial magnetic bearings RBb1 to RB4 which are radial magnetic bearings, may be spaced apart from each other according to the cross-sectional view of II ′ of FIG. 7A.
  • the rotor 702 is disposed to be spaced apart from the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4.
  • the rotor 702 in FIG. 7B shows an injury.
  • FIG. 7C is a side view of the compressor of FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a side view of the compressor of FIG. 7A.
  • axial magnetic bearings RBc1 to RBc2 may be disposed at both sides around a trust plate 706 near the end of the rotor 702.
  • a rotor 702 may be disposed below the trust plate 706.
  • 8a to 8c are views referred to for explaining the floating and landing of the rotor in the bearing.
  • FIG. 8A shows that current is not applied to the bearing coils of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBc1 to RBc2, so that the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4 is not present.
  • the case where the rotor 702 abuts is illustrated.
  • a current is applied to the bearing coils of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, RBc1 to RBc2, and is rotated from the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4.
  • the electron 702 illustrates the rise.
  • the bearing control part 435 can control so that the gap may be constant between the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1-RBb4, and the rotor 702. As shown in FIG.
  • FIG. 8C shows that the current is not applied to the bearing coils of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, RBc1 to RBc2, and thus to the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4. , A case in which the rotor 702 is landing.
  • the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4 of FIGS. 8A to 8C may be an inner surface of the frame 704 of FIG. 7A.
  • 9A is an example of an internal block diagram of the bearing drive of FIG. 4.
  • the bearing drive unit 221a includes a bearing coil RB, a coil driver 439 for applying a current to the bearing coil RB, and a bearing coil current detector for detecting a current applied to the bearing coil RB. (M), a gap sensor CB for sensing a gap between the bearing coil RB and the rotor 702, gap information Gp from the gap sensor CB, and a bearing coil current detection unit M Bearing control unit 435 for outputting the switching control signal (Sci) to the coil drive unit 439 based on the current (IB) from).
  • FIG. 9B is an example of an internal block diagram of the bearing control unit of FIG. 9A.
  • the bearing control unit 435 may include a current command generation unit 910 and a duty command generation unit 920.
  • the current command generation unit 910 generates the current command value I * B based on the gap information Gp and the gap command value Gp * from the gap sensor CB. For example, the current command generation unit 910 performs PI control in the PI controller 914 based on the difference between the gap information Gp and the gap command value Gp *, and the current command value I * B. Can be generated.
  • the current command generation unit 910 may further include a limiter (not shown) for limiting the level so that the current command value I * B does not exceed the allowable range.
  • the duty command generation unit 920 generates a duty command value based on the current information IB from the bearing coil current detection unit M and the current command value I * B. For example, the duty command generation unit 920 performs a PI control in the PI controller 924 based on the difference between the current information IB and the current command value I * B, and includes a duty command value.
  • the control signal Sci may be generated.
  • the duty command generation unit 920 may further include a limiter (not shown) for limiting the level so that the duty command value does not exceed the allowable range.
  • the bearing control unit 435 may provide a switching control signal Sci whose duty is increased so that the gap increases when the gap between the magnetic bearing and the rotor 702 is smaller than the gap command value Gp *. You can print
  • the switching control signal Sci in which the duty is increased may mean that the switching period is increased and the duty is increased within the increased switching period.
  • the switching control signal Sci in which the duty is increased may mean that the duty is increased within a certain switching period.
  • the bearing controller 435 outputs a switching control signal Sci whose duty is reduced so that the gap is reduced when the gap between the magnetic bearing and the rotor 702 is larger than the gap command value Gp *. can do.
  • the gap when the rotor is rotated, the gap can be kept constant.
  • the bearing controller 435 may output a switching control signal Sci whose duty increases so that the gap between the magnetic bearing and the rotor 702 increases step by step when the rotor floats.
  • the bearing controller 435 may output a switching control signal Sci whose duty decreases so that the gap between the magnetic bearing and the rotor 702 decreases in stages during rotor landing.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a current waveform applied to a bearing coil.
  • the current waveform Ibrx represents the current waveform applied to the bearing coil.
  • the Pa period represents the rotor floating period
  • the Pb period represents the rotor rotation period after the rotor injury
  • the Pc period represents the rotor landing period
  • the floating rotor 702 is to land, as shown in Figure 8c, at this time, due to the rapid current drop, a physical collision between the rotor 702 and the bearing BR occurs. Accordingly, a physical wear phenomenon occurs between the rotor 702 and the bearing BR, and the gap sensor also has a high possibility of failure.
  • the present invention proposes a method of preventing damage to the rotor of the compressor motor when the compressor motor is stopped in the magnetic levitation method. This will be described with reference to FIG. 11 and below.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a current waveform applied to a bearing coil according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIGS. 12A to 12C are circuit diagrams related to the current waveform of FIG. 11.
  • the current waveform Ibrm1 shows an example of the current waveform applied to the bearing coil according to the embodiment of the present invention.
  • the P1 period represents the rotor floating period
  • the P2 period represents the rotor rotating period after the rotor floating
  • the P3 period represents the rotor landing period
  • the bearing controller 435 may control the current flowing in the bearing coil RB to drop in stages during the rotor landing period P3 of the compressor motor 230, as shown in FIG. 11. Can be.
  • the bearing control unit 435 is a bearing by the first mode in which the current stored in the bearing coil RB is discharged when the rotor 702 of the compressor motor 230 is landing, and the power stored in the capacitor Cbs.
  • the second mode in which current flows through the coil RB can be controlled to be repeated.
  • the period P3b in which the first mode in which the current stored in the bearing coil RB is discharged is performed, and the second mode in which the current flows in the bearing coil RB is performed. It can be seen that the period P3a to be repeated is repeated.
  • the period P3b in which the first mode is performed is longer than the period P3a in which the second mode is performed. Therefore, it can control so that the electric current which flows through the bearing coil RB may fall in steps.
  • the rotor of the compressor motor can be soft lanfed, thus preventing damage to the rotor of the compressor motor.
  • the stability and reliability of the compressor driving device 220 and the chiller 100 having the same are improved.
  • the period P3b in which the first mode is performed and the period P3a in which the second mode is performed are all shown as constants during the rotor landing period P3, but are not limited thereto. .
  • the bearing controller 435 controls the second mode and the first mode to be repeated when the rotor 702 of the compressor motor 230 floats, and when the rotor 702 of the compressor motor 230 is landing, A first period in which the first mode is performed and a second period in which the second mode is performed, each of which includes a third period in which the first mode is performed when the rotor 702 of the compressor motor 230 floats; The fourth period during which the two modes are performed may be controlled to be shorter.
  • a period P1a in which a second mode in which current flows in the bearing coil RB is performed, and a first mode in which current stored in the bearing coil RB is discharged is performed. It can be seen that the period P1b is repeated.
  • the period P1a in which the second mode is performed is longer than the period P1b in which the first mode is performed. Therefore, it can control so that the electric current which flows through the bearing coil RB may rise in steps.
  • the period P3a during which the second mode is performed is performed during the rotor injury period P1, while the second mode is performed. It is preferable to be shorter than the period P1a.
  • the period P3b during which the first mode is performed is performed during the rotor injury period P1, and the first mode is performed. It is preferable that it is shorter than the period P1b to become.
  • the rotor of the compressor motor can be stably and softly landed.
  • the bearing control unit 435 when the compressor motor 230 is floating, and rotates, the first mode and the second mode is repeated, when the rotor 702 landing of the compressor motor 230, the first mode Is performed, and a second period in which the second mode is performed, each of which includes a fifth period in which the first mode is performed and a sixth period in which the second mode is performed, when the compressor motor 230 is rotated. It can be controlled to be longer than. Accordingly, when the compressor motor is stopped in the magnetic levitation method, the rotor of the compressor motor can be stably and softly landed.
  • the period P2a during which the second mode in which current flows in the bearing coil RB is performed, and the first mode in which the current stored in the bearing coil RB is discharged is performed. It can be seen that the period P2b is repeated.
  • the period P2a in which the second mode is performed and the period P2b in which the first mode is performed may be substantially the same.
  • the current flowing in the bearing coil RB can be controlled to maintain a constant level, and as a result, the gap between the rotor 702 and the magnetic bearing can be kept constant.
  • the period P3a during which the second mode is performed during the rotor landing period P3 is the period P2a during which the second mode is performed during the rotor rotation period P2. Longer than).
  • the period P3b during which the first mode is performed is the period P2b during the rotor injury period P1, during which the first mode is performed. Longer than).
  • the rotor of the compressor motor can be stably and softly landed.
  • the period P2a in which the second mode is performed is shorter than the period P3a in which the second mode is performed during the rotor landing period P3, so that the rotor 702 ) And the gap between the magnetic bearings can be stably maintained.
  • the period P1b in which the first mode is performed is shorter than the period P3b in which the first mode is performed during the rotor landing period P3, so that the rotor 702 ) And the gap between the magnetic bearings can be stably maintained.
  • the coil driver 1200 includes a capacitor Cbs in which the DC power supply Vbs is stored, a first switching element Sb1 connected between both ends of the capacitor Cbs, and a first switch.
  • the second diode element Db2 and the second switching element which are connected between the diode element Db1 and the capacitor Cbs, and are connected in parallel to the first switching element Sb1 and the first diode element Db1. (Sb2) can be provided.
  • the bearing coil RB may be connected between the first switching element Sb1 and the first diode element Db1 and between the second diode element Db2 and the second switching element Sb2. have.
  • the DC power supply Vbs from the DC power supply 805 is stored in the capacitor Cbs, and the first switching element Sb1 is disposed between one end of the capacitor Cbs and one end of the bearing coil RB. Can be connected.
  • the first diode element Db1 may be connected between the other end of the capacitor Cbs and one end of the bearing coil RB.
  • the second diode element Db2 may be connected between one end of the capacitor Cbs and the other end of the bearing coil RB.
  • the second switching element Sb2 may be connected between the other end of the capacitor Cbs and the other end of the bearing coil RB.
  • the bearing control unit 435 performs a second mode in which current flows through the bearing coil RB by a power source stored in the capacitor Cbs, and thus, the first switching element Sb1 and the second switching element. (Sb2) can be turned on at the same time.
  • This second mode may be referred to as a magnetization mode. As a result, energy may be accumulated in the bearing coil RB.
  • the capacitor Cbs, the first switching element Sb1, the bearing coil RB, and the second switching element (B) are turned on by simultaneous turn-on of the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2. Illustrates a first current path Ipath1, which flows sequentially along Sb2).
  • the bearing controller 435 so that only one of the first switching element (Sb1) and the second switching element (Sb2) so that the first mode in which the current stored in the bearing coil (RB) is discharged is performed. Can be turned on. In the drawing, the first switching element Sb1 is turned off and the second switching element Sb2 is turned on. This first mode may be referred to as a freewheeling mode. As a result, the energy accumulated in the bearing coil RB can be discharged.
  • the first mode is performed by the second current path Ipath2 of FIG. 12C, and the current flowing through the bearing coil RB falls, and the second mode is performed by the first current path Ipath1 of FIG. 12B. Is performed so that the current flowing in the bearing coil RB rises.
  • the solid line region of the current waveform Ibrm1 of FIG. 11 is a region where the second mode is performed, as shown in FIG. 12B, and the dotted line region shows an region where the first mode is performed, as shown in FIG. 12C.
  • the bearing controller 435 is a first mode in which any one of the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 is turned on during the P3 period when the rotor 702 of the compressor motor 230 is landing.
  • the second mode in which both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on by the power source stored in the capacitor Cbs can be controlled to be repeated.
  • the bearing controller 435 controls the second mode and the first mode to be repeated during the P1 period when the rotor 702 of the compressor motor 230 floats, and the rotor 702 of the compressor motor 230.
  • a first period during which any one of the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 is turned on, and both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on.
  • the second period each of the three periods during which the first mode is performed when the rotor 702 of the compressor motor 230 floats, and both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are The fourth period, which is turned on, is shorter.
  • the compressor motor 230 floats and rotates, the first mode and the second mode are repeated, and when the rotor 702 of the compressor motor 230 is landing, the first switching element Sb1 and the second mode are repeated.
  • the sixth period is longer.
  • FIG. 13A to 13C illustrate various examples of current waveforms applied to a bearing coil according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the current waveform Ibrm2 is a current waveform similar to that of FIG. 11, indicating that the current flowing through the bearing coil RB falls in stages.
  • the period P3b in which the first mode in which the current stored in the bearing coil RB is discharged is performed, and the second mode in which current flows in the bearing coil RB is performed. It can be seen that the period P3a to be repeated is repeated.
  • the period P3b in which the first mode is performed and the period P3a in which the second mode is performed are both shown to be constant.
  • the current waveform Ibrm3 indicates that the rotor rotation period P2x is long, unlike FIG. 13A.
  • the bearing controller 435 may control the compressor motor 230 to rise, so that the longer the period of rotation, the longer the landing period of the rotor 702 of the compressor motor 230.
  • the bearing control unit 435 when the compressor motor 230 is floated, the longer the period of rotation, the landing of the rotor 702 of the compressor motor 230, the first switching element (Sb1) and the second switching
  • the first period during which one of the elements Sb2 is turned on and the second period during which both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on can be controlled to be shortened.
  • the bearing control unit 435 as the compressor motor 230 rises, the longer the period of rotation, the first period during which the first mode is performed during the landing of the rotor 702 of the compressor motor 230, The second period in which the second mode is performed may be controlled to be shortened.
  • the period P3xb in which the first mode is performed and the period in which the second mode is performed ( It is preferable that P3xa be shorter than the period P3b in which the first mode of FIG. 13A is performed and the period P3a in which the second mode is performed, respectively.
  • the landing period P3x of FIG. 13B becomes longer than that of FIG. 13A, and thus, more stable soft landing can be performed.
  • the current waveform Ibrm4 indicates that the rotor landing period P3y is long.
  • the bearing controller 435 may control the first period in which the first mode is performed and the second period in which the second mode is performed to be sequentially increased. have.
  • the bearing controller 435 may include a first period during which any one of the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 is turned on when the rotor 702 of the compressor motor 230 is landing,
  • the second period during which both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on may increase sequentially.
  • the rotor landing period P3 when the period during which the first mode is performed and the period during which the second mode is performed are sequentially increased, the rotor slowly lands, and landing is completed at some time.
  • the current flowing through the bearing coil RB during initial landing has a significant effect on the landing, it is preferable that the current flowing through the bearing coil RB during the initial landing becomes minutely small and gradually decreases. Do.
  • P3yb2 becomes larger than P3yb1 in the first mode period
  • P3ya2 becomes larger than P3ya1 in the second mode period
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of operating a chiller according to an embodiment of the present invention.
  • the bearing controller 435 detects the rotation axis position based on the gap information from the gap sensor CB (S1410).
  • the bearing control unit 435 controls to float the rotating shaft (S1415).
  • the bearing controller 435 controls the first switching element S1 and the second switching element S2 to be turned on as shown in FIG. 12B, and thereafter, as shown in FIG. 12C, the first control element 435 is turned on.
  • One of the switching element S1 and the second switching element S2 may be controlled to be turned on.
  • the bearing controller 435 may control the period during which FIG. 12B is performed to be longer than the period during which FIG. 12C is performed.
  • the bearing control unit 435 receives the gap information from the gap sensor CB in real time, and accordingly, may determine which bearing coil of the plurality of bearing coils to further apply current. For example, the smaller the gap size is from the received gap information, the more current can be applied to the corresponding bearing coil.
  • the bearing controller 435 may determine whether the gap sensor output during the rotor injury is normal (S1420). If normal, the next step is performed. If not normal, a gap sensor replacement message may be output. On the other hand, whether it is normal or not can be judged by comparison with a reference value.
  • the bearing controller 435 may determine whether the rotor injury stabilization time is normal after the rotor injury is completed (S1425). If normal, the next step is performed; if not normal, the rotor injury can be performed again. On the other hand, whether it is normal or not can be judged by comparison with a reference value.
  • the inverter control unit 430 in the compressor motor drive unit may control to rotate the rotor after the rotor floating is completed (S1430).
  • the bearing control unit 435 may control so that the rotor to maintain a constant gap, Figure 12b or 12c are performed respectively.
  • the bearing control unit 435 may determine whether the current IB from the bearing coil current detection unit M is constant (S1435), and if it is normal, may control to drive normally (1440). On the other hand, if it is not normal, it may output a bearing coil current detection unit (M) replacement message. On the other hand, whether it is normal or not can be judged by comparison with a reference value.
  • the inverter controller 430 in the compressor motor driving unit may turn off all the switching elements of the inverter 420 when the rotor stops rotating (S1445).
  • the bearing control unit 435 may employ any one of the techniques of FIGS. 11 to 13C to seat the rotor 702 for soft landing (S1450).
  • Compressor driving apparatus and a chiller having the same is not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, the embodiments are implemented so that various modifications can be made All or part of the examples may be optionally combined.
  • the compressor drive device and the method of operation of the chiller having the same it is possible to implement as a processor readable code on a recording medium readable by a processor provided in the compressor drive and the chiller having the same.
  • the processor-readable recording medium includes all kinds of recording devices that store data that can be read by the processor.

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Abstract

본 발명은 칠러에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동장치는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어한다. 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다.

Description

압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러
본 발명은 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있는 칠러에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하는 장치이다. 이 공기조화기는 실내 온도를 조절하고, 정화하도록 함으로써 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다.
일반적으로, 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
한편, 공기조화기 중, 가정보다 큰 사업장 또는 빌딩 등에 사용되는 칠러(chiller)는, 일반적으로 옥외 옥상에 설치되는 냉각탑과, 냉매를 순환시켜 냉각탑에서 보내어진 냉각수와 열교환하는 열교환 유닛을 포함한다. 나아가 열교환 유닛은 압축기, 응축기, 증발기를 포함해서 구성된다.
한편, 칠러는, 압축기 모터 구동시, 베어링 코일에 전류를 흘려주어 자기력을 형성하여, 압축기 모터의 회전자를 자기 부상(magnetic levitation)시킨 후, 기계적인 마찰 없이 회전자를 회전시키는 방식을 사용하기도 한다. 이러한 방식을 자기 베어링(magnetic bearing) 방식 또는 자기 부상 방식이라 한다.
한편, 압축기 회전자 부상 이후, 압축기 모터 정지시, 베어링 코일에 흘려주던 전류를 끊게 되면, 자기력이 사라지면서 부상중이던 회전자이 급속히 떨어지게 된다. 이러한 떨어지는 과정에서, 물리적인 충돌이 발생하게 되며, 이에 따라, 압축기 내부의 부품 마모, 손상 등이 발생하게 된다.
본 발명의 목적은, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있는 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를 소프트 랜딩시킬 수 있는 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동장치는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 구동장치는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 압축기를 구동하는 압축기 구동부를 포함하고, 압축기 구동부는, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 압축기를 구동하는 압축기 구동부를 포함하고, 압축기 구동부는, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어함으로써, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다.
특히, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어함으로써, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자가 소프트 랜딩(soft lanfing)시킬 수 있게 되며, 따라서, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다. 그 외, 자기 베어링의 손상을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러의 안정성, 및 신뢰성이 향상되게 된다.
한편, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터의 회전자 부상시, 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 제2 모드가 수행되는 제4 기간, 보다 짧도록 함으로써, 압축기 모터의 회전자 부상시의 기간 보다, 압축기 모터의 회전자 랜딩시의 기간이 더 길어지게 된다. 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
한편, 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 짧아지도록 함으로써, 압축기 모터의 회전자 랜딩시의 기간이 더 길어지게 된다. 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
한편, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 순차적으로 증가되도록 할 수 있으며, 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어함으로써, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 공조 유닛을 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 칠러의 내부 블록도의 일예이다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 5는 도 4의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 7a는 도 4의 압축기의 구조의 일예를 도시한 도면이다.
도 7b는 도 7a의 I-I'의 단면도이다.
도 7c는 도 7a의 압축기의 측면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 베어링 내의 회전자의 부상 및 랜딩을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 9a는 도 4의 베어링 구동부의 내부 블록도의 일예이다.
도 9b는 도 9a의 베어링 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 10은 베어링 코일에 인가되는 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 일예를 도시한 도면이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11의 전류 파형과 관련된 회로도이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 칠러의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러의 구성을 보여주는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 칠러(chiller)(100)는 냉동 사이클이 형성되는 공조 유닛(10)과, 상기 공조 유닛(10)에 냉각수를 공급하는 냉각탑(20) 및 상기 공조 유닛(10)과 열교환 되는 냉수가 순환하는 냉수 수요처(30)가 포함된다. 이 냉수 수요처(30)는 냉수를 이용하여 공기 조화를 수행하는 장치 또는 공간에 해당한다.
상기 공조 유닛(10)과 냉각탑(20)의 사이에는, 냉각수가 흐르는 순환유로(40)가 설치되 있어, 공조 유닛(10)과 냉각탑(20) 사이로 냉각수가 순환된다.
이 냉각수 순환유로(40)는 냉각수가 상기 응축기(12)로 유입되도록 가이드 하는 냉각수 입수유로(42)와 상기 공조 유닛(10)에서 가열된 냉각수가 상기 냉각탑(20)으로 이동하도록 가이드 하는 냉각수 출수유로(44)가 포함한다.
상기 냉각수 입수유로(42) 및 냉각수 출수유로(44) 중 적어도 하나는 냉각수의 흐름을 위해 냉각수 펌프(46)가 더 설치될 수 있다. 예로써, 도 2에는, 냉각수 입수유로(42)에 냉각수 펌프(46)가 설치된 모습을 예시한다.
그리고, 냉각수 출수유로(44)에는 냉각탑(20)으로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하는 출수 온도센서(47)가 설치될 수 있고, 또한 냉각수 입수유로(42)에도 냉각탑(20)에서 나오는 냉각수의 온도를 측정하는 입수 온도센서(48)가 설치될 수 있다.
상기 공조 유닛(10)과 냉수 수요처(30)의 사이에는 냉수 순환유로(50)가 설치되 이 둘 사이로 냉각수가 순환될 수 있도록 구성돼 있다. 이 냉수 순환유로(50)는 냉수가 상기 냉수 수요처(30)와 공조 유닛(10) 사이를 순환할 수 있도록, 냉수 입수유로(52)와 공조 유닛(10)에서 냉각된 냉수가 상기 냉수 수요처(30)로 이동하도록 가이드 하는 냉수 출수유로(54)가 포함된다.
그리고, 상기 냉수 입수유로(52) 및 냉수 출수유로(54) 중 적어도 하나의 유로에는, 냉수를 순환시키는 냉수 펌프(56)가 제공된다. 도 2에서는 냉수 입수유로(52)에 상기 냉수 펌프(56)가 설치된 모습을 예시하고 있다.
본 실시예에서, 상기 냉수 수요처(30)는 공기를 냉수와 열교환시키는 수냉식 공조기로 설명한다. 일례로, 냉수 수요처(30)는 실내 공기와 실외 공기를 혼합한 후 혼합 공기를 냉수와 열교환시켜 실내로 유입시키는 에어 핸들링 유닛(AHU, Air Handling Unit), 실내에 설치되어 실내 공기를 냉수와 열교환 시킨 후 실내로 토출하는 팬 코일 유닛(FCU, Fan Coil Unit), 실내의 바닥에 매설된 바닥 배관유닛 중 적어도 하나의 유닛이 포함될 수 있고, 도 2는 이 중 냉수 수요처(30)가 에어 핸들링 유닛으로 구성된 경우를 보여준다.
냉수 수요처(30)는, 케이싱(61), 상기 케이싱(61)의 내부에 설치되며 냉수가 통과하는 냉수코일(62), 상기 냉수 코일(62)의 양측에 제공되며 실내 공기와 실외 공기를 흡입하여 실내로 송풍시키는 송풍기(63,64)를 포함해 구성된다. 그리고, 송풍기는 실내 공기와 실외 공기가 상기 케이싱(61)의 내부로 흡입되도록 하는 제1 송풍기(63)와, 공조공기가 상기 케이싱(61)의 외부로 배출되도록 하는 제2 송풍기(64)가 포함된다.
상기 케이싱(61)은, 실내공기 흡입부(65), 실내공기 배출부(66), 외기 흡입부(67) 및 공조공기 배출부를 포함해 구성된다.
송풍기(63,64)가 구동되면, 실내공기 흡입부(65)를 통해 유입된 공기 중 일부는 실내공기 배출부(66)로 배출되며, 나머지는 상기 외기 흡입부(67)로 흡입된 실외 공기와 혼합된 후 냉수 코일(62)을 지나며 열교환이 이뤄진다. 이후 열교환된 혼합 공기는 상기 공조공기 배출부(68)를 통해 실내로 유입된다.
도 2는 도 1의 공조 유닛을 보다 상세히 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 공조 유닛(10)은, 냉매를 압축하는 압축기(11), 압축기(11)에서 압축된 고온 고압의 냉매가 유입되는 응축기(12), 응축기(12)에서 응축된 냉매를 감압시키는 팽창기(13), 그리고 팽창기(13)에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기(14), 그리고 상기 압축기(11)를 동작시키는 구동부(220)를 포함해 구성된다.
이 공조 유닛(10)은 압축기(11)의 입구 측에 설치되 증발기(14)에서 나온 냉매를 압축기(11)로 가이드하는 흡입배관(101)과, 압축기(11)의 출구 측에 설치되 압축기(11)에서 나온 냉매를 상기 응축기(12)로 가이드하는 토출 배관(102)을 포함한다.
응축기(12)와 증발기(14)는 냉매와 물간에 열교환이 가능하도록, 쉘 튜브형 열교환 장치로 구성될 수 있다.
응축기(12)는 외관을 형성하는 쉘(121), 쉘(121)의 한 편에 설치되는 복수의 압축기(11a,11b,11c)에서 압축된 냉매가 유입되는 유입구(122), 쉘(121)의 다른 한편에 설치되 응축기(12)에서 응축된 냉매가 유출되는 유출구(123)를 포함해 구성된다.
그리고, 이 응축기(12)는 쉘(121)의 내부에서 냉각수의 흐름을 가이드하는 냉각수 배관(125), 쉘(121)의 단부에 설치되 냉각탑(20)에서 공급된 냉각수를 입수유로(42)를 통해 셀 내부로 안내하는 유입부(127)와 출수유로(44)를 통해 응축기(12)에서 냉각탑(20)으로 냉각수를 내보내는 유출부(128)를 포함한다.
응축기(12)에서, 냉각수는 냉각수 배관(125)을 흐르며, 냉매 유입구(122)를 통해 응축기(12)로 유입된 쉘(121) 내부의 냉매와 열교환이 이뤄진다.
증발기(14)는, 외관을 형성하는 쉘(141), 쉘(141)의 한 편에 설치되며 팽창기(13)에서 팽창된 냉매가 공급되는 유입구(142) 및 상기 쉘(141)의 타측에 형성되며 상기 증발기(14)에서 증발된 냉매가 압축기(11)로 유출되는 유출구(143)가 포함된다. 이 유출구(143)로는 흡입배관(101)에 연결되, 증발된 냉매가 증발기(14)로부터 압축기(11)로 전달된다.
또한. 증발기(14)는 쉘(141)의 내부에 설치되 냉수의 흐름을 가이드 하는 냉수 배관(145), 쉘(141)의 한 편에 설치되 냉수 배관(145)으로 냉수를 유입시키는 유입부(141)와 증발기 내부를 순환한 냉수를 내보내는 유출부(148)를 포함한다.
유입부(141)와 유출부(148) 각각에는 입수유로(52)와 출수 유로(54)가 각각 연결되, 냉수가 수요처(30)의 냉수 코일(62) 사이를 순환할 수 있다.
한편, 복수의 구동부(220a1,220b1,220c1)는, 각각 복수의 압축기(11a,11b,11c)를 구동할 수 있다.
한편, 복수의 구동부(220a1,220b1,220c1)는, 각각 내부에, 컨버터, 인버터 등을 구비할 수 있다.
도 3은 도 1의 칠러의 내부 블록도의 일예이다.
칠러(100)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 제어부(170), 구동부(220)를 구비할 수 있다.
입력부(120)는, 조작 버튼, 키 등을 구비하며, 칠러(100)의 전원 온/오프, 동작 설정 등을 위한 입력 신호를 출력할 수 있다.
특히, 입력부(120)는, 본 발명의 실시예와 관련하여, 복수의 구동부(220a1,220b1,220c1)에 대응하여 아이디가 할당되는, 복수의 스위치를 구비할 수 있다.
이때의 복수의 스위치는, 하드웨어 스위치로서, 딥 스위치(dip switch), 택트 스위치(tact switch)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 복수의 스위치는, 복수의 구동부(220a1,220b1,220c1)에 대응하여 아이디가 할당되는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3)일 수 있다.
통신부(130)는, 주변 기기, 예를 들어, 원격제어장치 또는 이동 단말기(600)와, 유선 또는 무선으로 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들어, 적외선(IR) 통신, RF 통신, 블루투스 통신, 지그비 통신, WiFi 통신 등을 수행할 수 있다.
한편, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러(100)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 구동부(220)의 동작시의 동작 시간, 동작 모드 등에 대한 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러의 소비 전력 정보, 추천 운전 정보, 현재 운전 정보, 제품 관리 정보를 포함하는 관리 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러의 동작 정보, 운전 정보, 에러 정보를 포함하는 진단 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(170)는, 칠러(100) 내의 각 유닛을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 구동부(220) 등을 제어할 수 있다.
이때, 구동부(220)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 복수의 구동부(220a1,220b1,220c1)를 포함할 수 있다.
한편, 복수의 구동부(220a1,220b1,220c1) 각각은, 복수의 압축기(11a,11b,11c)를 구동하기 위해, 내부에, 도 4에 도시되는, 인버터(420), 인버터 제어부(430), 모터(230)를 구비할 수 있다.
제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a1,220b1,220c1)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a1,220b1,220c1) 내의 인버터(420a,420b,420c)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태에 따라, 대응하는 복수의 구동부가 동작하도록 제어할 수 있다.
특히, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태, 및 디맨드 부하의 크기에 따라, 복수의 구동부가 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 압축기 모터 구동부는, 모터의 회전자 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor)와 같은 위치 감지부가 구비되지 않는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해, 모터의 회전자 위치를 추정할 수 있는 모터 구동장치일 수 있다.
도 4는 도 3의 압축기 구동부의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도면을 참조하면, 압축기(11)는, 내부에, 모터(230)와, 베어링 코일(RB)을 구비할 수 있다.
이에 따라, 압축기 구동부(220)는, 압축기 모터를 구동하기 위한 압축기 모터 구동부(220a)와, 베어링 코일(RB)을 구동하기 위한 베어링 구동부(221a)를 구비할 수 있다. 한편, 본 명세서에서는, 압축기 구동부(220)를 압축기 구동장치로도 명명할 수 있다.
베어링 구동부(221a)는, 압축기(11) 내의 임펠러 구동을 위한 모터의 회전자(미도시)이, 부상하거나, 랜딩(landing)되도록 제어할 있다.
이를 위해, 베어링 구동부(221a)는, 베어링 제어부(435), 코일 구동부(437), 베어링 코일(RB)을 구비할 수 있다.
베어링 제어부(435)는, 베어링 코일 주변에 배치되는 갭 센서(도 9a의 CB)로부터 갭(gap) 정보와, 베어링 코일 전류 검출부(도 9a의 M)로부터 베어링 코일(RB)에 인가되는 전류 정보(IB)를 수신하고, 수신되는 갭 정보(gap)와 전류 정보(IB)에 기초하여, 코일 구동부(437) 제어를 위한, 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
그리고, 코일 구동부(437)는, 스위칭 제어 신호(Sci)에 기초하여, 스위칭 소자의 턴 온/오프를 수행할 수 있다. 이러한 코일 구동부(437) 내의 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프에 의해, 베어링 코일(RB)에 자기장 등이 발생 또는 소멸하여, 모터의 회전자(미도시)이, 부상하거나, 랜딩(landing)될 수 있다.
한편, 도 4의 압축기 구동부(220) 내의 압축기 모터 구동부(220a)는, 메모리(270), 인버터 제어부(430), 인버터(420) 등을 구비할 수 있다.
압축기 모터 구동부(220a)의 자세한 동작에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 5는 도 4의 압축기 모터 구동부의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 모터 구동부(220a)는, 센서리스(sensorless) 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420), 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 모터 구동부(220a)는, 컨버터(410), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 운전 중 에러 발생시, 에러 발생 시점 정보, 에러 발생시의 운전 정보, 상태 정보를 포함하는 진단 데이터를 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 주기적으로 운전 정보, 상태 정보가 메모리(140) 또는 메모리(270)에 임시 저장되도록 제어하며, 에러 발생시, 주기적으로 임시 저장되는 운전 정보, 상태 정보 중 최종 운전 정보, 최종 상태 정보를 메모리(140) 또는 메모리(270)에 최종 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 에러 발생시, 에러 발생시의 운전 정보를, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어하며, 에러 발생시로부터의 소정 시간 이후의 운전 정보 또는 상태 정보를, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장되는 최종 운전 정보, 최종 상태 정보의 데이터 양은, 에러 발생시의 운전 정보의 데이터 양 또는 에러 발생시로부터 소정 시간 이후의 운전 정보 또는 상태 정보의 데이터 양 보다 큰 것이 바람직하다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 5를 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 6을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치( )와 연산된 속도( )를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도( )와 속도 지령치(ω*r)에 기초하여, 전류 지령치(i*q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도( )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( )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( )가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(350)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 7a는 도 4의 압축기의 구조의 일예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 압축기(11) 내부에 임펠러(impeller)(701), 회전자(702)가 배치될 수 있다. 압축기(11) 내부의 일측에 배치되는 임펠러(701)에, 압축기 모터의 회전자(702)가 연결될 수 있다.
한편, 회전자(702)는 z축 방향으로 연장되며, 회전자(702)의 단부 부근에는, T 자 형상의 트러스트 플레이트(thrust plate)(706)가 형성될 수 있다.
압축기(11)의 케이스(CS) 내에, 프레임(704)이 배치되며, 프레임(704) 내에, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2)이 배치될 수 있다.
복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2)은, 보빈(미도시)과, 보빈에 감기는, 베어링 코일(미도시)을 구비할 수 있다.
복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2)의 베어링 코일에 전류가 흐르지 않는 경우, 일부의 자기 베어링의 표면과, 회전자(702)가 접촉하며, 베어링 코일에 전류가 흐르는 경우, 일부의 자기 베어링의 표면으로부터 회전자(702)가 자기 부상(magnetic levitation)하게 된다.
자기 부상 이후, 압축기 모터(230)의 회전자(702)가 회전하게 되며, 특히, 도 4 내지 도 6의 인버터 제어부(430)의 제어에 의해, 회전자(702)의 회전 속도가 가변할 수 있게 된다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2) 중 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4)은, 레이디얼 자기 베어링(radial magnetic bearing)으로서, 반경 방향의 회전자의 회전을 제어할 수 있다. 즉, x,y 축을 제어할 수 있다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2) 중 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4)은, z축 방향으로 연장되는, 회전자(702)에 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2) 중 자기 베어링(RBc1~RBc2)은, 축 자기 베어링(axial magnetic bearing)으로서, 축 방향의 회전자의 회전을 제어할 수 있다. 즉, z 축을 제어할 수 있다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2) 중 자기 베어링(RBc1~RBc2)은, y축 방향으로 연장되는, 트러스트 플레이트(trust plate)에 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2) 주변에는, 자기 베어링과, 회전자(702) 사이의 갭을 센싱하기 위한, 복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2)가 배치될 수 있다.
복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2) 중 일부 갭 센서(CBC1~CBC2)는, 레이디얼 갭 센서(radial gap sensor)으로서, x,y 축 회전자의 위치를 감지할 수 있다.
복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2) 중 일부 갭 센서(CBC1~CBC2)는, 축 갭 센서(axial gap sensor)으로서, z 축 회전자의 위치를 감지할 수 있다.
한편, 복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2)는 홀 센서(hall sensor)로 구현될 수 있다.
베어링 제어부(435)는, 복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2)로부터의 갭 정보에 기초하여, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2)에, 특히, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2)의 베어링 코일에, 인가되는 전류를 제어할 수 있다.
도 7b는 도 7a의 I-I'의 단면도이다.
도면을 참조하면, 도 7a의 I-I'의 단면에 따라, 레이디얼 자기 베어링(radial magnetic bearing)인, RBb1~RB4가 서로 이격되어 배치될 수 있다.
그리고, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)과 이격되어 회전자(702)가 배치되는 것을 예시한다. 도 7b의 회전자(702)는, 부상된 것을 도시한다.
도 7c는 도 7a의 압축기의 측면도이다.
도면을 참조하면, 회전자(702)의 단부 부근의, 트러스트 플레이트(trust plate)(706)를 중심으로 양 측에, 축 자기 베어링(RBc1~RBc2)이 배치될 수 있다.
한편, 러스트 플레이트(trust plate)(706) 하단에는, 회전자(702)가 배치될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 베어링 내의 회전자의 부상 및 랜딩을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 8a는, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2)의 베어링 코일에, 전류가 인가되지 않아, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)에 회전자(702)가 맞닿은 경우를 예시한다.
다음, 도 8b는, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2)의 베어링 코일에, 전류가 인가되어, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)으로부터 회전자(702)가 부상하는 것을 예시한다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)과, 회전자(702) 사이에 갭(gap)이 일정하도록, 제어할 수 있다.
다음, 도 8c는, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBc1~RBc2)의 베어링 코일에, 전류가 인가되지 않아, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)으로, 회전자(702)가 랜딩하는 경우를 예시한다.
한편, 도 8a 내지 도 8c의 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)은, 도 7a의 프레임(704)의 내부면일 수 있다.
도 9a는 도 4의 베어링 구동부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 베어링 구동부(221a)는, 베어링 코일(RB), 베어링 코일(RB)에 전류를 인가하는 코일 구동부(439), 베어링 코일(RB)에 인가되는 전류를 검출하는 베어링 코일 전류 검출부(M), 베어링 코일(RB)과 회전자(702) 사이의 갭(gap)을 센싱하는 갭 센서(CB), 갭 센서(CB)로부터의 갭 정보(Gp)와, 베어링 코일 전류 검출부(M)로부터의 전류(IB)에 기초하여, 코일 구동부(439)에 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력하는 베어링 제어부(435)를 구비할 수 있다.
도 9b는 도 9a의 베어링 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 베어링 제어부(435)는, 전류 지령 생성부(910)와, 듀티 지령 생성부(920)를 구비할 수 있다.
전류 지령 생성부(910)는, 갭 센서(CB)로부터의 갭 정보(Gp)와 갭 지령치(Gp*)에 기초하여, 전류 지령치(I*B)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(910)는, 갭 정보(Gp)와 갭 지령치(Gp*)의 차이에 기초하여, PI 제어기(914)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(I*B)를 생성할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(910)는, 전류 지령치(I*B)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
듀티 지령 생성부(920)는, 베어링 코일 전류 검출부(M)부터의 전류 정보(IB)와 전류 지령치(I*B)에 기초하여, 듀티 지령치를 생성한다. 예를 들어, 듀티 지령 생성부(920)는, 전류 정보(IB)와 전류 지령치(I*B)의 차이에 기초하여, PI 제어기(924)에서 PI 제어를 수행하며, 듀티 지령치를 포함하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 생성할 수 있다.
한편, 듀티 지령 생성부(920)는, 듀티 지령치가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
예를 들어, 베어링 제어부(435)는, 자기 베어링과 회전자(702) 사이의 갭이, 갭 지령치(Gp*) 보다 작은 경우, 갭이 증가하도록, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
이때, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)는, 스위칭 주기가 증가하고, 증가된 스위칭 주기 내에서 듀티가 증가하는 것을 의미할 수 있다.
또는, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)는, 일정한 스위칭 주기 내에서, 듀티가 증가하는 것을 의미할 수도 있다.
다른 예로, 베어링 제어부(435)는, 자기 베어링과 회전자(702) 사이의 갭이, 갭 지령치(Gp*) 보다 큰 경우, 갭이 감소하도록, 듀티가 감소하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
이러한 베어링 제어부(435)의 동작에 따라, 회전자의 회전시, 갭이 일정하도록 유지될 수 있게 된다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 회전자 부상시, 자기 베어링과 회전자(702) 사이의 갭이, 갭이 단계적으로 증가하도록, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 회전자 랜딩시, 자기 베어링과 회전자(702) 사이의 갭이, 갭이 단계적으로 감소하도록, 듀티가 감소하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
도 10은 베어링 코일에 인가되는 전류 파형을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 전류 파형(Ibrx)은 베어링 코일에 인가되는 전류 파형을 나타낸다.
Pa 기간은 회전자 부상 기간을 나타내며, Pb 기간은 회전자 부상 이후 회전자 회전 기간을 나타내며, Pc 기간은 회전자 랜딩 기간을 나타낸다.
한편, 회전자 랜딩 기간(Pc)에, 베어링 코일에 인가되는 전류를 중단하는 경우, 도면과 같이, 베어링 코일에 인가되는 전류가 급속히 하강하게 된다.
이러한 경우, 부상 중인 회전자(702)가, 도 8c와 같이, 랜딩하게 되며, 이때, 급속한 전류 하강으로 인하여, 회전자(702)와 베어링(BR) 사이에 물리적인 충돌이 발생하게 된다. 이에 따라, 회전자(702)와 베어링(BR) 사이에, 물리적인 마모 현상이 발생하게 되며, 나아가, 갭 센서도 고장 가능성이 높아지게 된다.
본 발명에서는, 이러한 문제를 해결하기 위해, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지하는 방안을 제시한다. 이에 대해서는, 도 11 이하를 참조하여 기술한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 일예를 도시한 도면이고, 도 12a 내지 도 12c는 도 11의 전류 파형과 관련된 회로도이다.
먼저, 도 11을 참조하면, 전류 파형(Ibrm1)은, 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 일예를 나타낸다.
P1 기간은 회전자 부상 기간을 나타내며, P2 기간은 회전자 부상 이후 회전자 회전 기간을 나타내며, P3 기간은 회전자 랜딩 기간을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따라, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 도 11과 같이, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어할 수 있다.
특히, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터(Cbs)에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어할 수 있다.
도면을 보면, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 반복되는 것을 알 수 있다.
특히, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)이, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a) 보다 더 긴 것이 바람직하다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자가 소프트 랜딩(soft lanfing)시킬 수 있게 되며, 따라서, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다. 그 외, 자기 베어링, 갭 센서 등의 손상을 방지할 수 있게 된다. 나아가, 압축기 구동장치(220) 및 이를 구비한 칠러(100)의 안정성, 및 신뢰성이 향상되게 된다.
한편, 도 11에서는, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 모두 일정한 것으로 도시하나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, 제2 모드와 제1 모드가 반복되도록 제어하며, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 제2 모드가 수행되는 제4 기간, 보다 짧도록 제어할 수 있다.
도면을 보면, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되는 기간(P1a)과, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되는 기간(P1b)이 반복되는 것을 알 수 있다.
특히, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P1a)이, 제1 모드가 수행되는 기간(P1b) 보다 더 긴 것이 바람직하다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 상승하도록 제어할 수 있다.
한편, 신속한 부상, 및 소프트 랜딩을 위해, 도면과 같이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P1a) 보다 더 짧은 것이 바람직하다.
한편, 신속한 부상, 및 소프트 랜딩을 위해, 도면과 같이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)이, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P1b) 보다 더 짧은 것이 바람직하다.
이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 경우, 제1 모드와 제2 모드가 반복되며, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터(230)의 회전시, 제1 모드가 수행되는 제5 기간과, 제2 모드가 수행되는 제6 기간, 보다 길도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
도면을 보면, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되는 기간(P2a)과, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되는 기간(P2b)이 반복되는 것을 알 수 있다.
특히, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P2a)과, 제1 모드가 수행되는 기간(P2b)은 거의 동일할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 일정한 레벨을 유지하도록 제어될 수 있으며, 결국, 회전자(702)와 자기 베어링 사이의 갭이 일정하게 유지될 수 있게 된다.
한편, 소프트 랜딩을 위해, 도면과 같이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P2a) 보다 더 긴 것이 바람직하다.
한편, 소프트 랜딩을 위해, 도면과 같이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)이, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P2b) 보다 더 긴 것이 바람직하다.
이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
한편, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P2a)이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a) 보다 짧으므로, 회전자(702)와 자기 베어링 사이의 갭을 안정적으로 일정하게 유지할 수 있게 된다.
한편, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P1b)이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b) 보다 짧으므로, 회전자(702)와 자기 베어링 사이의 갭을 안정적으로 일정하게 유지할 수 있게 된다.
한편, 도 12a를 참조하면, 코일 구동부(1200)는, 직류 전원(Vbs)이 저장되는 커패시터(Cbs)와, 커패시터(Cbs) 양단 사이에 접속되는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와, 제1 다이오드 소자(Db1)와, 커패시터(Cbs) 양단 사이에 접속되며, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제1 다이오드 소자(Db1)에 병렬 접속되는, 제2 다이오드 소자(Db2)와, 제2 스위칭 소자(Sb2)를 구비할 수 있다.
그리고, 베어링 코일(RB)은, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제1 다이오드 소자(Db1)의 사이와, 제2 다이오드 소자(Db2)와 제2 스위칭 소자(Sb2)의 사이에, 접속될 수 있다.
즉, 직류 전원 공급부(805)로부터의 직류 전원(Vbs)이 커패시터(Cbs)에 저장되며, 커패시터(Cbs)의 일단과, 베어링 코일(RB)의 일단 사이에, 제1 스위칭 소자(Sb1)가 접속될 수 있다.
제1 다이오드 소자(Db1)는, 커패시터(Cbs)의 타단과, 베어링 코일(RB)의 일단 사이에, 접속될 수 있다.
제2 다이오드 소자(Db2)는, 커패시터(Cbs)의 일단과, 베어링 코일(RB)의 타단 사이에, 접속될 수 있다.
제2 스위칭 소자(Sb2)는, 커패시터(Cbs)의 타단과, 베어링 코일(RB)의 타단 사이에, 접속될 수 있다.
베어링 제어부(435)는, 커패시터(Cbs)에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되도록, 도 12b와 같이, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)를 동시에 턴 온시킬 수 있다. 이러한 제2 모드를 자화 모드라 할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 에너지가 축적될 수 있다.
도 12b에서는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)의 동시 턴 온에 의해, 커패시터(Cbs), 제1 스위칭 소자(Sb1), 베어링 코일(RB), 제2 스위칭 소자(Sb2)를 따라 순차적으로 흐르는, 제1 전류 패쓰(Ipath1)를 예시한다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되도록, 도 12c와 같이, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나만을 턴 온시킬 수 있다. 도면에서는, 제1 스위칭 소자(Sb1)가 턴 오프되고, 제2 스위칭 소자(Sb2)가 턴 온되는 것을 예시한다. 이러한 제1 모드를 프리휠링 모드라 할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 축적된 에너지가 방전될 수 있다.
도 12c에서는, 제2 스위칭 소자(Sb2)의 턴 온에 의해, 제2 스위칭 소자(Sb2), 베어링 코일(RB), 제1 다이오드 소자(Db1)를 따라 순차적으로 흐르는, 제2 전류 패쓰(Ipath2)를 예시한다.
한편, 도 12c의 제2 전류 패쓰(Ipath2)에 의해, 제1 모드가 수행되어, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 하강하며, 도 12b의 제1 전류 패쓰(Ipath1)에 의해, 제2 모드가 수행되어, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.
한편, 도 11의 전류 파형(Ibrm1) 중 실선 영역은, 도 12b와 같이, 제2 모드가 수행되는 영역이며, 점선 영역은, 도 12c와 같이, 제1 모드가 수행되는 영역을 나타낸다.
이하에서는, 도 12b와 도 12c를 참조하여, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, 회전시, 랜딩시의 동작을 다시 설명한다.
베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, P3 기간 동안, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 모드와, 커패시터(Cbs)에 저장된 전원에 의해, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 모드가, 반복되도록 제어할 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, P1 기간 동안, 제2 모드와 제1 모드가 반복되도록 제어하며, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제4 기간, 보다 짧은 것이 바람직하다.
한편, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 경우, 제1 모드와 제2 모드가 반복되며, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터(230)의 회전시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제5 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제6 기간, 보다 긴 것이 바람직하다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 다양한 예를 도시한 도면이다.
먼저, 도 13a를 참조하면, 전류 파형(Ibrm2)은, 도 11과 유사한 전류 파형으로서, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하는 것을 나타낸다.
도면을 보면, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 반복되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 13a에서는, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 모두 일정한 것으로 도시한다.
다음, 도 13b를 참조하면, 전류 파형(Ibrm3)은, 도 13a와 달리, 회전자 회전 기간(P2x)이 길어진 것을 나타낸다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩 기간이 길어지도록 제어할 수 있다.
즉, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 기간이, 짧아지도록 제어할 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 짧아지도록 제어할 수 있다.
도 13b를 보면, 도 13a에 비해, 회전자 회전 기간(P2x)이 길어지므로, 소프트 랜딩의 안정을 향상시키기 위해, 제1 모드가 수행되는 기간(P3xb)과, 제2 모드가 수행되는 기간(P3xa)이, 각각 도 13a의 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a) 보다 짧아지는 것이 바람직하다.
이에 의해, 도 13a에 비해, 도 13b의 랜딩 기간(P3x)이 더 길어지게 되며, 따라서, 더 안정적인 소프트 랜딩이 수행될 수 있게 된다.
다음, 도 13c를 참조하면, 전류 파형(Ibrm4)은, 도 13a와 달리, 회전자 랜딩기간(P3y)이 길어진 것을 나타낸다.
베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 순차적으로 증가되도록 제어할 수 있다.
즉, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 기간이, 순차적으로 증가할 수 있다.
회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간과, 제2 모드가 수행되는 기간이 순차적으로 길어지게 되면, 회전자가 천천히 랜딩하다가, 어느 순간 랜딩완료가 되게 된다. 통상, 초기 랜딩시에 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 랜딩에 상당한 영향을 미치므로, 초기 랜딩시에 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 미세하게 작아지다가, 점차 큰 폭으로 작아지도록 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 도면에서는, 제1 모드 기간 중 P3yb2가 P3yb1 보다 커지며, 제2 모드 기간 중 P3ya2가 P3ya1 보다 커지는 것을 예시한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 칠러의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도면을 참조하면, 베어링 제어부(435)는, 갭 센서(CB)로부터의 갭 정보에 기초하여, 회전축 위치를 감지한다(S1410).
다음, 베어링 제어부(435)는, 회전축 부상되도록 제어한다(S1415).
예를 들어, 베어링 제어부(435)는, 도 12b와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)와, 제2 스위칭 소자(S2)가 모두 턴 온되도록 제어하며, 그 이후, 도 12c와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2) 중 어느 하나가 턴 온되도록 제어할 수 있다.
이때, 베어링 제어부(435)는, 도 12b가 수행되는 기간이, 도 12c가 수행되는 기간 보다 길어지도록 제어할 수 있다.
이때, 베어링 제어부(435)는, 갭 센서(CB)로부터의 갭 정보를 실시간으로 수신하고, 이에 따라, 복수의 베어링 코일 중 어느 베어링 코일에, 전류가 더 인가할 지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신된 갭 정보에 의해 갭의 크기가 작을수록, 해당 베어링 코일에, 전류가 더 인가될 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 회전자 부상 중 갭 센서 출력이 정상인지 여부를 판단할 수 있다(S1420). 정상인 경우, 다음 단계가 수행되며, 정상이 아닌 경우, 갭 센서 교체 메시지를 출력할 수 있다. 한편, 정상인 지 아닌 지 여부는, 기준치와의 비교에 의해 판단할 수 있다.
다음, 베어링 제어부(435)는, 회전자 부상 완료 후, 회전자 부상 안정화 시간이 정상인 지 여부를 판단할 수 있다(S1425). 정상인 경우, 다음 단계가 수행되며, 정상이 아닌 경우, 회전자 부상을 다시 수행할 수 있다. 한편, 정상인 지 아닌 지 여부는, 기준치와의 비교에 의해 판단할 수 있다.
다음, 압축기 모터 구동부 내의 인버터 제어부(430)는, 회전자 부상 완료 후, 회전자를 회전시키도록 제어할 수 있다(S1430).
이때, 베어링 제어부(435)는, 회전자가 일정한 갭을 유지하도록, 도 12b 또는 도 12c가 각각 수행되도록 제어할 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 베어링 코일 전류 검출부(M)로부터의 전류(IB)가 일정한 지 여부를 판단하고(S1435), 정상인 경우, 정상 구동되도록 제어할 수 있다(1440). 한편, 정상이 아닌 경우, 베어링 코일 전류 검출부(M) 교체 메시지를 출력할 수 있다. 한편, 정상인 지 아닌 지 여부는, 기준치와의 비교에 의해 판단할 수 있다.
다음, 압축기 모터 구동부 내의 인버터 제어부(430)는, 회전자 회전 정지시, 인버터(420)의 스위칭 소자를 모두 오프시킬 수 있다(S1445).
이에, 베어링 제어부(435)는, 소프트 랜딩을 위해, 도 11 내지 도 13c의 기법 중 어느 하나를 채용하여, 회전자(702)를 안착시킬 수 있다(S1450).
이에 따라, 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러의 안정성이 향상될 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러는, 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 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러의 동작방법은, 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러에 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 (20)

  1. 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기;
    스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 상기 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 상기 압축기 모터의 회전자를, 상기 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부; 및
    상기 코일 구동부의 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 상기 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제2 모드와 상기 제1 모드가 반복되도록 제어하며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제4 기간, 보다 짧은 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 경우, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드가 반복되며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전시, 상기 제1 모드가 수행되는 제5 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제6 기간, 보다 긴 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 상기 압축기 모터의 회전자 랜딩 기간이 길어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 짧아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 순차적으로 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코일 구동부는,
    직류 전원이 저장되는 커패시터;
    상기 커패시터 양단 사이에 접속되는, 제1 스위칭 소자와, 제1 다이오드 소자;
    상기 커패시터 양단 사이에 접속되며, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제1 다이오드 소자에 병렬 접속되는, 제2 다이오드 소자와, 제2 스위칭 소자;를 구비하고,
    상기 베어링 코일은,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제1 다이오드 소자의 사이와, 상기 제2 다이오드 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 사이에, 접속되는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 모드와, 상기 커패시터에 저장된 전원에 의해, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 모드가, 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제2 모드와 상기 제1 모드가 반복되도록 제어하며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제4 기간, 보다 짧은 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 경우, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드가 반복되며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제5 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제6 기간, 보다 긴 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 기간이, 짧아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 기간이, 순차적으로 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 베어링 코일에 인가되는 전류를 검출하는 베어링 코일 전류 검출부; 및
    상기 베어링 코일과의 갭(gap)을 센싱하는 갭 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 갭 센서로부터 센싱된 갭 정보와, 상기 검출된 베어링 코일에 인가되는 전류에 기초하여, 상기 제1 스위칭 소자와, 상기 제2 스위칭 소자의 제어를 위한, 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 갭 센서로부터 센싱된 갭 정보와, 갭 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 출력하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와, 상기 검출된 베어링 코일에 인가되는 전류에 기초하여, 듀티 지령치를 출력하는 듀티 지령 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  16. 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기;
    스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 상기 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 상기 압축기 모터의 회전자를, 상기 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부; 및
    상기 코일 구동부의 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 상기 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제2 모드와 상기 제1 모드가 반복되도록 제어하며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제4 기간, 보다 짧은 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 경우, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드가 반복되며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전시, 상기 제1 모드가 수행되는 제5 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제6 기간, 보다 긴 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 압축기 구동장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 칠러.
  20. 제19항에 있어서,
    공조 유닛;
    상기 공조 유닛에 냉각수를 공급하는 냉각탑;
    상기 공조 유닛과 열교환되는 냉수가 순환하는 냉수 수요처;를 더 포함하고,
    상기 공조 유닛은,
    열교환을 수행하는 증발기;
    상기 증발기에서 나온 냉매를 압축하는 상기 압축기;
    상기 압축기에서 나온 냉매를 응축하는 응축기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러.
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