KR101934647B1

KR101934647B1 - 동기 전동기의 회전 위치 장치, 공조기 및 세탁기

Info

Publication number: KR101934647B1
Application number: KR1020170110216A
Authority: KR
Inventors: 사리 마에카와
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-01-02
Also published as: JP6514164B2; CN107947667A; CN107947667B; KR20180027348A; JP2018042336A

Abstract

실시 형태의 동기 전동기의 회전 위치 추정 장치는 동기 전동기의 상 전류를 검출하는 전류 검출부, 상기 동기 전동기의 회전 위치에 추종하도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부, 상기 PWM 신호의 반송파에 기초하여 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부, 상기 검출 타이밍 신호에 따라 상기 전류 검출부에 의해 검출되는 상 전류의 변화량을 구하는 전류 변화량 검출부, 상기 상 전류의 변화량에 기초하여 상기 동기 전동기의 회전 위치를 추정하는 회전 위치 추정부를 구비한다. PWM 생성부는 반송파의 1주기 내에서 검출 타이밍 신호 생성부에 의해 생성되는 고정된 6점의 검출 타이밍 신호에 따라, 전류 변화량 검출부가 3종류의 전압 벡터 기간에 대응하는 상 전류 변화량을 검출할 수 있도록 3상 PWM 신호 패턴을 생성한다.

Description

동기 전동기의 회전 위치 장치, 공조기 및 세탁기{ROTATIONAL POSITIONING DEVICE OF SYNCHRONOUS MOTOR, AIR CONDITIONER AND A WASHING MACHINE}

본 발명의 실시 형태는 동기 전동기의 회전 위치를 추정하는 장치 및 그 장치를 구비한 공조기, 그리고 세탁기에 관한 것이다.

종래, 동기 전동기의 회전 위치를 추정하는 방법으로서, 예를 들어 동기 전동기의 속도에 비례하는 유기 전압을 동기 전동기로의 입력 전압과 전류로부터 연산하고, 그 유기 전압에 기초하여 추정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나, 이 방법은 동기 전동기가 고속으로 운전되는 영역에서는 충분한 정밀도가 얻어지지만, 유기 전압 정보가 적어지는 극저속으로 운전되는 영역에서는 정확한 추정을 할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 구동 주파수에 관계되지 않는 센싱을 위한 교류 신호를 동기 전동기에 인가하고, 전압 전류의 관계로부터 회전 위치를 추정하는 방법도 제안되어 있다. 그러나, 교류 신호의 주파수가 캐리어 주파수 이하가 되는 수100㎐ 내지 수㎑ 정도인 경우, 모터의 전류 리플 주파수가 사람의 가청 영역에 들기 때문에, 모터의 구동 소음이 악화되게 된다. 이에 비해, 일본 특허 제3454212호 공보에서는, 캐리어 주기의 반주기마다 각 상 PWM 신호의 펄스 폭을 제어함으로써 캐리어 주파수와 동주파수의 고주파 전류를 발생시켜, 소음을 억제하면서 회전 위치를 추정하는 방법이 제안되어 있다.

또한, 일본 특허 제4670045호 공보에서는 캐리어의 1주기를 기준으로 하여 위상을 120도씩 어긋나게 한 3종류의 삼각파 캐리어를 사용하여 3상의 PWM 신호를 생성함으로써, 등가적으로 특허문헌 1과 동일한 캐리어 주파수와 동주파수의 고주파 전류를 발생시켜, 그 전류 미분에 의해 회전 위치를 추정하는 방법이 제안되어 있다.

인버터 출력에 포함되는 고주파 성분이나 캐리어 주파수 성분의 고주파 전류를 이용하여 회전 위치를 추정하는 방법은 고주파 전압에 따라 흐르는 고주파 전류가 인버터 출력의 기본파 성분의 전압에 대해 외란이 되지만, 캐리어 주파수는 동기 전동기의 회전 속도에 비해 충분히 높으므로 토크에 대한 외란이 되지는 않는다. 또한 이 방법은, 회전 위치 추정에 있어서는 전류 귀환값에 저역 통과 필터를 부가하는 등의 필요가 없고, 제어 시스템으로서의 응답성이 양호해지는 이점이 있다.

그러나 이 방법은, 실용화의 관점에서 보면, 캐리어 주파수에 대응하는 고주파 전류의 크기는 동기 전동기의 파라미터에 의존하여 정해지기 때문에, 그 영향은 사용하는 동기 전동기에 따라 다르고, 다양한 시스템에 대하여 범용적으로 적용할 수 없다. 구체적으로는, 돌극성이 작거나, 혹은 인덕턴스가 큰 전동기에서는 캐리어 주파수의 전류 리플 성분이 작고, 회전 위치 추정의 SN비가 저하되는 문제가 있다. 또한, 캐리어 반주기마다 PWM 신호의 펄스 폭을 제어하는 경우, 캐리어 주파수가 낮은 조건 하에서는, 소음을 충분히 억제할 수 없는 문제도 있다.

그래서, 구동 소음을 억제하면서 저비용으로 회전 위치를 추정할 수 있는 동기 전동기의 회전 위치 추정 장치 및 그 장치를 구비한 공조기, 그리고 세탁기를 제공한다.

실시 형태의 동기 전동기의 회전 위치 추정 장치는, 동기 전동기의 상 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 동기 전동기의 회전 위치에 추종하도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부와, 상기 PWM 신호의 반송파에 기초하여, 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부와, 상기 검출 타이밍 신호에 따라, 상기 전류 검출부에 의해 검출되는 상 전류의 변화량을 구하는 전류 변화량 검출부와, 상기 상 전류의 변화량에 기초하여, 상기 동기 전동기의 회전 위치를 추정하는 회전 위치 추정부를 구비한다.

그리고, 상기 PWM 생성부는 상기 반송파의 1주기 내에 있어서 상기 검출 타이밍 신호 생성부에 의해 생성되는 고정된 6점의 검출 타이밍 신호에 따라, 상기 전류 변화량 검출부가 3종류의 전압 벡터 기간에 대응하는 상 전류 변화량을 검출할 수 있도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성한다.

도 1은 제1 실시 형태에 있어서, 모터 제어 장치의 구성을 도시하는 기능 블록도.
도 2는 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 온 상태를 공간 벡터로 나타낸 도면.
도 3은 각 상의 전류 변화량과 회전 위치의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 회전 위치 추정부의 구성을 도시하는 기능 블록도.
도 5는 각 상의 PWM 캐리어 및 펄스 신호와, 전류 검출 타이밍을 도시하는 도면.
도 6은 제2 실시 형태에 있어서, 각 상의 PWM 캐리어 및 펄스 신호와, 전류 검출 타이밍을 도시하는 도면.
도 7은 제3 실시 형태에 있어서, 모터 제어 장치를 공기 조화기의 압축기 모터에 적용한 경우를 도시하는 도면.
도 8은 제4 실시 형태에 있어서 모터 제어 장치를 세탁 건조기의 드럼 모터 및/또는 압축기 모터에 적용한 경우를 도시하는 도면.
도 9는 세탁 건조기에 사용되는 히트 펌프의 구성을 도시하는 도면.

(제1 실시 형태)

이하, 제1 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 1은 모터 제어 장치의 구성을 도시하는 기능 블록도이다. 직류 전원(1)은 회전자에 영구 자석을 구비하는 영구 자석 동기 모터(이하, 간단히 모터라고 칭함)(2)를 구동하는 전력원이다. 직류 전원(1)은 교류 전원을 직류로 변환한 것이어도 된다. 인버터 회로(3)는 6개의 스위칭 소자, 예를 들어 N채널 MOSFET4U＋, 4Y＋, 4W＋, 4U－, 4Y－, 4W－를 3상 브리지 접속하여 구성되어 있고, 후술하는 PWM 생성부(5)에서 생성되는 3상분 6개의 스위칭 신호에 기초하여, 모터(2)를 구동하는 전압을 생성한다.

전압 검출부(6)는 직류 전원(1)의 전압 VDC를 검출한다. 전류 검출부(7)는 인버터 회로(3)의 마이너스측 전원선과 직류 전원(1)의 마이너스측 단자 사이에 접속되어 있다. 전류 검출부(7)는 일반적으로 션트 저항이나 홀 CT 등을 사용한 전류 센서 및 신호 처리 회로로 구성되어, 모터(2)에 흐르는 직류 전류 Idc를 검출한다.

전류 변화량 검출부(8)는 후술하는 검출 타이밍 신호 생성부(9)로부터 입력되는 검출 타이밍 신호 t1 내지 t6에 기초하여 직류 전류 Idc를 6회 검출하고, 2회마다의 검출값의 차분값을 변화량 dIu_V1, dIv_V3, dIw_V5로 하여 산출한다. 회전 위치 연산부(10)는 상기 변화량 dIu_V1, dIv_V3, dIw_V5로부터 모터(2)의 회전 위치 검출값 θc를 산출한다. 3상 전압 명령값 생성부(11)는 명령값인 전압 진폭 명령값 Vamp와 전압 위상 명령값 φv로, 3상의 전압 명령값 Vu, Vv, Vw를 생성한다.

듀티 생성부(12)는 3상 전압 명령값 Vu, Vv, Vw를 직류 전압 VDC로 제산함으로써 각 상의 변조 명령 Du, Dv, Dw를 연산한다. PWM 생성부(5)는 3상 변조 명령 Du, Dv, Dw와 PWM 캐리어, 반송파를 비교하여 각 상의 PWM 신호 펄스를 생성한다. 1상당의 펄스에는 데드 타임이 부가되고, 각각 3상 상하의 N채널 MOSFET4에 출력하는 스위칭 신호 U＋, U－, V＋, V－, W＋, W－를 생성한다.

이상의 구성에 있어서, 모터(2) 및 인버터 회로(3)를 제외한 것이, 회전 위치 검출 장치(13)를 구성하고 있다. 그리고, 회전 위치 검출 장치(13)에 인버터 회로(3)를 더한 것이 모터 제어 장치(14)를 구성하고 있다.

여기서, 본 실시 형태에 있어서의 회전 위치 검출 방법의 원리를 설명한다. (1)식은 돌극성을 갖는 동기 전동기의 3상 인덕턴스를 나타내고 있다.

(1)식에 나타낸 바와 같이, 각 상의 인덕턴스 Lu, Lv, Lw는 회전 위치 θ에 따라 변화된다. 이 인덕턴스의 회전 위치에 대한 의존성을 이용함으로써, 모터의 속도가 제로 근방이 되는 조건 하에서도 회전 위치를 추정할 수 있다.

도 2는 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 온 상태를 공간 벡터라고 불리는 방법으로 나타낸 것이다. 예를 들어, (1, 0, 0)은 U상의 상측의 스위칭 소자가 온, V상 및 W상의 상측 스위칭 소자가 오프인 상태를 나타내고 있고, 전압 벡터는 V0 내지 V7의 8개의 패턴이 존재한다.

여기서, 전압 벡터 V1(1, 0, 0)을 인가하고 있을 때의 모터 상간 전압 방정식을 다시 (2)식에 나타낸다. 위에서부터 UV 선간 전압, VW 선간 전압, WU 선간 전압을 나타내고 있다.

단, Vdc는 직류 전압, Eu, Ev, Ew는 각 상의 유기 전압, R은 권선 저항, Iu_V1, Iv_V1, Iw_V1은 전압 벡터 V1을 인가했을 때의 3상 전류값이다. 여기서 모터 회전수가 극저속이고, 권선 저항에 의한 전압 강하와 유기 전압이 직류 전압 Vdc에 비해 매우 작은 경우, (2)식 중의 각 상의 전류 미분값은 (3)식을 사용하여 (4)식에 근사시킬 수 있다.

여기서, 인덕턴스값 L0, L1과 직류 전압 Vdc를 (5)식과 같이 A로 놓으면, (4)식은 (6)식으로 변형할 수 있다.

마찬가지로, 전압 벡터 V3 인가 중의 V상 전류 미분값 dIv_V3/dt, 전압 벡터 V5 인가 중의 W상 전류 미분값 dIw_V5/dt는 (7)식으로 나타난다. 전압 벡터 V1, V3, V5 인가 중의 U, V, W상의 전류 미분값에 미분 시간 dt를 곱하여 전류 변화량으로 하고, 정리한 것이 (8)식이다.

이들 3개의 전류 변화량은, 도 3에 도시한 바와 같이 직류 오프셋양 2dt/A를 갖고, 진폭 L1dt/(AL0)으로 회전 위치 2θ에 따라, 각각의 위상차 2/3으로 변화되는 교류 신호이다. 이들은 교류 신호이지만, 그 오프셋양 2dt/A나 진폭 L1dt/(AL0)에는 모터의 파라미터가 포함되어 있다. 그래서, 파라미터를 사용하지 않는 간이한 회전 위치 연산을 행하기 위해, 3개의 신호의 차분값의 제로 크로스 신호를 생성하고, 그것에 기초하여 추정 회전 위치 θc를 구한다. (8)식으로 나타내는 3상의 전류 변화량이 각각 교차하는 회전 위치는 (9)식과 같이 된다.

각각의 교차 위치가 각각 2종류의 회전 위치 θ를 나타내는 것은, (8)식의 전류 변화량이 2θ에서 변화되기 때문이다.

또한, 이들의 교차 위치에 기초하면, 각 상의 대소 관계에 따라서 6개의 섹터로 나눌 수 있다.

여기서, 회전 위치의 분해능을 「12」라 하면, 상기 섹터 내에 있어서의 회전 위치는 각 상 전류 변화량의 교차 각도를 평균한 각도로 하여 () 내와 같이 나타낼 수 있다.

이어서, 섹터마다 2종류의 회전 위치의 어느 것을 선택할지를 결정하는 알고리즘에 대하여 설명한다. 모터가 회전하면, 전기각 1주기 중에 상기 섹터는 1부터 6까지 변화된 후, 다시 1부터 6까지 변화된다. 그래서, 최초의 섹터 1 내지 6을 섹터의 제1 주기로 하고, 계속되는 제2 주기는 다른 섹터로서 생각한다. 즉, 하기에 나타내는 바와 같이, 섹터수를 「12」로 하고 각각에 회전 위치를 할당한다. 이것은 섹터가 1→6으로 변화된 후에 카운트 업하는 카운터를 사용함으로써 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 다른 실현 방법으로서, (9)식으로 나타낸 각 상 전류 변화량의 교차 각도를 사용하여, 전류 변화량이 교차한 경우에 회전 위치를 교차 각도로 갱신하는 방법이어도 된다.

이들 방법을 사용하는 경우, 모터가 회전하기 전, 즉 초기 회전 위치에 있어서는, 상기의 카운터가 카운트를 개시하기 전이기 때문에, 각 상의 전류 변화량으로부터 어느 위치가 정확한지 판정할 필요가 있다. 예를 들어, 검출한 전류 변화량의 대소 관계가 dIv_V3>dIu_V1>dIw_V5일 때, 해당하는 섹터는 1 또는 7이고, 회전 위치는 75°또는 －105°가 된다.

모터 구동 전의 정지 상태에 있어서 상기의 어느 것을 판정하기 위해서는, 초기 위치의 동정 알고리즘이 필요해진다. 이것에 대해서는, 종래의 공지 기술인 자기 포화의 특성을 사용한 방식으로 판정을 행한다. 본 공지 기술에 대해서는, 예를 들어 하기의 문헌 등의 방법이 있다.

전기 학회 논문지 D(산업 응용 부문지) Vol.125(2005), No.3 「펄스 전압을 사용한 표면 자석 동기 모터의 초기 회전 위치 추정법」, 야마모토 오사무, 아라 다카히로

이상의 알고리즘에 의해, 검출한 전류 변화량으로부터 동기 전동기의 회전 위치를 추정할 수 있다.

도 4에 회전 위치 연산부(10)의 구성을 도시한다. 비교기(21u)는 입력되는 전류 변화량 dIu_V1과 dIv_V3을 비교한다. 비교기(21v)는 입력되는 전류 변화량 dIv_V3과 dIw_V5를 비교한다. 비교기(21w)는 입력되는 전류 변화량 dIw_V5와 dIu_V1을 비교한다. 비교기(21u 내지 21w)의 출력 신호는 2θc 연산부(22)에 입력된다. 2θc 연산부(22)는 비교기(21)에 의해 입력되는 각 신호의 이치 레벨의 조합으로부터 6개의 섹터에 기초하는 회전 위치 2θc를 연산하고, 카운터 연산부(23)에 출력한다. 카운터 연산부(23)는, 상술한 바와 같이 섹터수 섹터가 1→6으로 변화된 후에 카운트 업하는 카운터이고 「12」의 섹터에 따른 회전 위치 θc를 출력한다.

이어서, (8)식으로 나타낸 3종류의 전압 벡터 인가 중의 전류 변화량의 검출 방법에 대하여 설명한다. 각각, 전압 벡터 V1 인가 중의 U상 전류, V3 인가 중의 V상 전류, V5 인가 중의 W상 전류를 검출할 필요가 있다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이 각 상의 PWM 신호를 생성하기 위한 캐리어를, 각각 파형이 다른 3종류 사용한다. 예를 들어, U상은 삼각파 캐리어, V상은 역톱니파 캐리어, W상은 톱니파 캐리어이다. 이들과 같은 캐리어를 사용하여 PWM 신호를 생성하면, U상의 삼각파 캐리어를 기준으로 한 경우,

U상 PWM 펄스: 삼각파의 골을 기준으로 양측으로 발생

V상 PWM 펄스: 삼각파의 마루를 기준으로 좌측으로 발생

W상 PWM 펄스: 삼각파의 마루를 기준으로 우측으로 발생

이 된다. 그리고, 6회의 전류의 검출 타이밍 신호 t1 내지 t6을, 도 5에 도시한 바와 같이 부여한다.

ㆍ 직류 전류 Idc로부터 U상의 전류 변화량 dIu_V1을 검출하기 위한 신호 t1, t2는 삼각파의 골을 기준으로 그 전후에 ΔT/2 어긋난 시각

ㆍ 직류 전류 Idc로부터 V상의 전류 변화량 dIv_V3을 검출하기 위한 신호 t3, t4는 삼각파의 마루보다도 ΔT 전의 시각 및 삼각파의 마루의 시각

ㆍ 직류 전류 Idc로부터 W상의 전류 변화량 dIw_V5를 검출하기 위한 신호 t5, t6은 삼각파의 마루의 시각 및 삼각파의 산보다도 ΔT 지연된 시각

상기를 기준으로 한다.

또한, 실제로는 펄스가 발생한 직후는 노이즈에 의한 전류 검출값으로의 영향이 큰 경우도 있으므로, 검출 타이밍을 상기의 기준값으로부터 수μs 정도 어긋나게 한 경우도 있다. 그리고, 이들 t1 내지 t6의 검출 타이밍은 인버터 회로에 입력되는 PWM 신호에 구애되지 않고 항상 일정, 즉 고정된 6점의 타이밍이 된다.

이들 고정 타이밍에 검출하는 전류값이, 각각 벡터 V1 인가 중의 U상 전류, 벡터 V3 인가 중의 V상 전류, 벡터 V5 인가 중의 W상 전류가 되기 위해서는, 각 상의 펄스 폭에 이하와 같은 일정한 제한을 설정할 필요가 있다.

<dIu_V1의 검출 가능 조건>

ㆍ U상 듀티 Du>ΔT

ㆍ V상 듀티 Dv<50％－ΔT/2

ㆍ W상 듀티 Dw<50％－ΔT/2

<dIv_V3의 검출 가능 조건>

ㆍ U상 듀티 Du<100％－2ΔT

ㆍ V상 듀티 Dv>ΔT

ㆍ W상 듀티 Dw<100％－ΔT

<dIw_V5의 검출 가능 조건>

ㆍ U상 듀티 Du<100％－2ΔT

ㆍ V상 듀티 Dv<100％－ΔT

ㆍ W상 듀티 Dw>ΔT

이 때문에, 본 실시 형태와 같이 회전 위치를 추정하는 경우, 인버터 회로(3)가 출력 가능한 변조율이 제한되지만, 일반적으로 모터의 정지ㆍ저속 시에는 변조율이 낮기 때문에, 문제가 되기는 어렵다.

이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 검출 타이밍 신호 생성부(9)는 PWM 신호의 반송파에 기초하여 검출 타이밍 신호 t1 내지 t6을 생성하고, 전류 변화량 검출부(8)는 검출 타이밍 신호 t1 내지 t6에 따라 전류 검출부(7)에 의해 검출되는 상 전류의 변화량을 구한다. 회전 위치 연산부(10)는 상 전류의 변화량에 기초하여, 모터(2)의 회전 위치를 추정한다.

그리고, PWM 생성부(5)는 PWM 캐리어의 1주기 내에 있어서, 고정된 6점의 검출 타이밍 신호 t1 내지 t6에 따라, 전류 변화량 검출부(8)가 3종류의 전압 벡터 기간 V1, V3, V5에 대응하는 상 전류 변화량 dIu_V1, dIv_V3, dIw_V5를 검출할 수 있도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성한다.

구체적으로는, PWM 생성부(5)는 3상의 PWM 신호 중 U상은 PWM 캐리어 주기의 임의의 위상을 기준으로 하여 지연측, 선행측의 쌍방향으로 듀티 Du를 증감시키고, V상은 상기 임의의 위상을 기준으로 하여 지연측, 선행측의 일방향에 듀티 Dv를 증감시키고, W상은 상기 임의의 위상을 기준으로 하여 상기 방향과는 역방향으로 듀티 Dw를 증감시키도록 했다. 이에 의해, 고가의 연산 능력을 갖는 연산기를 사용하지 않고, 검출한 전류 변화량의 대소 관계만을 기초로 하는 간이한 알고리즘에 의한 저렴한 연산기를 사용하여, 모터(2)의 정지 또는 저속 영역에 있어서의 센서리스 구동이 가능해진다.

또한, PWM 생성부(5)는 각 상의 PWM 펄스를 발생시키는 기준을, 캐리어의 진폭이 최대 또는 최소가 되는 위상에 기초하여 설정하므로, 기준의 설정이 간단해진다. 또한, PWM 생성부(5)는 U상에 대해서는 삼각파를, V상에 대해서는 상기 삼각파의 진폭이 최대 또는 최소를 나타내는 위상에 진폭이 최대를 나타내는 위상이 일치하는 톱니형파를, W상에 대해서는 상기 톱니형파에 대하여 역상이 되는 톱니형파를 각각 캐리어로서 사용한다. 그때에, 각 상의 기준을, 각 캐리어 진폭의 최댓값 또는 최솟값이 모두 일치하는 위상에 기초하여 설정한다. 이에 의해, 각 상의 PWM 펄스의 신장 방향을 간단하게 설정할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이하, 제1 실시 형태와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하여 설명을 생략하고, 다른 부분에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 각 상에 사용하는 PWM 캐리어를 도 6에 도시한 바와 같이 설정한다. 각 상에 대하여 사용하는 캐리어의 파형은 동일하지만, 제2 실시 형태에서는 U상의 삼각파의 골과 V, W상의 톱니형파의 제로점을 일치시키고 있다.

또한, 제2 실시 형태에서는 회전 위치를 추정하기 위해 필요한 전류 변화량에 대해서도, 전압 벡터의 패턴이 이하와 같이 다르다.

ㆍ 전압 벡터 V2 인가 시의 W상 전류 변화량: dIw_V2

ㆍ 전압 벡터 V4 인가 시의 U상 전류 변화량: dIu_V4

ㆍ 전압 벡터 V6 인가 시의 V상 전류 변화량: dIv_V6

이 된다.

이상과 같은 제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 동일한 효과가 얻어진다.

(제3 실시 형태)

도 7에 도시하는 것은 제3 실시 형태이고, 제1 또는 제2 실시 형태의 모터 제어 장치를 공기 조화기의 압축기 모터에 적용한 경우를 도시한다. 히트 펌프 시스템(31)을 구성하는 압축기(32)는 압축부(33)과 모터(34)를 동일한 철제 밀폐 용기(35) 내에 수용하여 구성되고, 모터(34)의 로터 샤프트가 압축부(33)에 연결되어 있다. 그리고, 압축기(32), 사방 밸브(36), 실내측 열교환기(37), 감압 장치(38), 실외측 열교환기(39)는 열전달 매체 유로인 파이프에 의해 폐쇄 루프를 구성하도록 접속되어 있다. 또한, 압축기(32)는, 예를 들어 로터리형의 압축기이고, 모터(34)는, 예를 들어 3상 IPM(Interior Permanent Magnet) 모터이다. 또한, 모터(34)는 브러시리스 DC 모터이다. 공기 조화기(30)는 상기의 히트 펌프 시스템(31)을 갖고 구성되어 있다.

난방 시에는, 사방 밸브(36)는 실선으로 나타내는 상태에 있고, 압축기(32)의 압축부(33)에서 압축된 고온 냉매는 사방 밸브(36)로부터 실내측 열교환기(37)에 공급되어 응축하고, 그 후, 감압 장치(38)에서 감압되고, 저온이 되어 실외측 열교환기(39)에 흐르고, 여기서 증발하여 압축기(32)로 복귀된다. 한편, 냉방 시에는, 사방 밸브(36)는 파선으로 나타내는 상태로 전환된다. 이 때문에, 압축기(32)의 압축부(33)에서 압축된 고온 냉매는 사방 밸브(6)로부터 실외측 열교환기(39)에 공급되어 응축하고, 그 후, 감압 장치(8)에서 감압되고, 저온이 되어 실내측 열교환기(37)에 흐르고, 여기서 증발하여 압축기(32)로 복귀된다. 그리고, 실내측, 실외측의 각 열교환기(37, 39)에는 각각 팬(40, 41)에 의해 송풍이 행해지고, 그 송풍에 의해 각 열교환기(37, 39)와 실내 공기, 실외 공기의 열교환이 효율적으로 행해지도록 구성되어 있다. 그리고, 모터(34)를 제1 내지 제3 실시 형태의 모터 제어 장치에 의해 구동 제어한다.

이상과 같이 구성되는 제3 실시 형태에 따르면, 공기 조화기(30)에 있어서의 히트 펌프 시스템(31)을 구성하는 압축기(32)의 모터(34)를, 실시 형태의 모터 제어 장치에 의해 구동 제어함으로써, 공기 조화기(30)의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

(제4 실시 형태)

도 8 및 도 9에 도시하는 제4 실시 형태는 모터 제어 장치를 세탁 건조기의 드럼 모터 및/또는 압축기 모터에 적용한 경우를 도시한다. 도 8은 드럼식 세탁 건조기(51)의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 종단 측면도이다. 드럼식 세탁 건조기(51)의 외각을 형성하는 외부 상자(52)는 전방면에 원 형상으로 개구하는 세탁물 출입구(53)를 갖고 있고, 이 세탁물 출입구(53)는 도어(54)에 의해 개폐된다. 외부 상자(52)의 내부에는 배면이 폐쇄된 바닥이 있는 원통형의 수조(55)가 배치되어 있고, 이 수조(45)의 배면 중앙부에는 모터(50)의 스테이터가 나사 고정에 의해 고착되어 있다. 모터(50)의 회전축(56)은 후단부, 도 8에서는 우측의 단부가 모터(50)의 로터의 축 설치부에 고정되어 있고, 전단부, 도 8에서는 좌측의 단부가 수조(55) 내에 돌출되어 있다.

회전축(56)의 전단부에는 배면이 폐쇄된 바닥이 있는 원통형의 드럼(57)이 수조(55)에 대하여 동축형이 되도록 고정되어 있고, 이 드럼(57)은 모터(50)의 구동에 의해 로터 및 회전축(56)과 일체적으로 회전한다. 또한, 드럼(57)에는 공기 및 물을 유통 가능한 복수의 유통 구멍(58)과, 드럼(57) 내의 세탁물의 긁어 올림이나 풀기를 행하기 위한 복수의 배플(59)이 설치되어 있다. 수조(55)에는 급수 밸브(60)가 접속되어 있고, 당해 급수 밸브(60)가 개방되면, 수조(55) 내에 급수된다. 또한, 수조(55)에는 배수 밸브(61)를 갖는 배수 호스(62)가 접속되어 있고, 당해 배수 밸브(61)가 개방되면, 수조(55) 내의 물이 배출된다.

수조(55)의 하방에는 전후 방향으로 연장되는 통풍 덕트(63)가 설치되어 있다. 이 통풍 덕트(63)의 전단부는 전방부 덕트(64)를 통해 수조(55) 내에 접속되어 있고, 후단부는 후방부 덕트(65)를 통해 수조(55) 내에 접속되어 있다. 통풍 덕트(63)의 후단부에는 송풍 팬(66)이 설치되어 있고, 이 송풍 팬(66)의 송풍 작용에 의해, 수조(55) 내의 공기가, 화살표로 나타낸 바와 같이 전방부 덕트(64)로부터 통풍 덕트(63) 내로 보내지고, 후방부 덕트(65)를 통해 수조(55) 내로 복귀되도록 되어 있다.

통풍 덕트(63) 내부의 전단측에는 증발기(67)가 배치되어 있고, 후단측에는 응축기(68)가 배치되어 있다. 이들 증발기(67) 및 응축기(68)는, 도 9에 도시한 바와 같이 압축기(69) 및 스로틀 밸브(70)와 함께 히트 펌프(71)를 구성하고 있고, 통풍 덕트(63) 내를 흐르는 공기는 증발기(67)에 의해 제습되고 응축기(68)에 의해 가열되고, 수조(55) 내에 순환된다. 스로틀 밸브(70)는 팽창 밸브를 포함하고, 개방도 조정 기능을 갖고 있다.

외부 상자(52)의 전방면에는 도어(54)의 상방에 위치하고 조작 패널(72)이 설치되어 있고, 이 조작 패널(72)에는 운전 코스 등을 설정하기 위한 도시하지 않은 복수의 조작 스위치가 설치되어 있다. 조작 패널(72)은 마이크로컴퓨터를 주체로 하여 구성되고 드럼식 세탁 건조기(51)의 운전 전반을 제어하는 제어 회로부(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 당해 제어 회로부는 조작 패널(72)을 통해 설정된 내용에 따라, 모터(50), 급수 밸브(60), 배수 밸브(61), 압축기(69), 스로틀 밸브(70) 등의 구동을 제어하면서 각종 운전 코스를 실행한다. 그리고, 모터(50) 및/또는 압축기(69)를 구성하는 압축기 모터를 제1 또는 제2 실시 형태의 모터 제어 장치에 의해 구동 제어한다.

이상과 같이 구성되는 제4 실시 형태에 따르면, 세탁 건조기(51)에 있어서의 드럼 회전용 모터(50) 및/또는 히트 펌프 시스템(71)을 구성하는 압축기(69)의 모터를, 실시 형태의 모터 제어 장치에 의해 구동 제어함으로써, 세탁 건조기(51)의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

(그 밖의 실시 형태)

3상의 PWM 신호를 각 실시 형태와 같이 발생시키기 위해서는, 3종류의 캐리어를 사용하는 것에 한정되지 않고, 위상 시프트 기능 등을 이용해도 되고, 1종의 캐리어의 듀티 설정 타이밍이나, 펄스 발생의 비교 극성 등을 변경하는 등의 방법을 이용해도 된다.

전류 변화량 검출부(8)가 캐리어 주기 내에서 3상의 전류를 검출하는 타이밍은 반드시 캐리어의 레벨이 최소 또는 최대를 나타내는 위상을 기준으로 할 필요는 없고, 3상의 전류를 검출 가능한 범위에서 캐리어의 임의의 위상에 기초하여 설정하면 된다.

또한, 전류를 검출하는 타이밍은 PWM 캐리어의 주기에 일치시킬 필요는 없고, 예를 들어 캐리어 주기의 2배나 4배의 주기로 검출을 행해도 된다. 따라서, 전류 변화량 검출부(8)에 입력하는 전류 검출 타이밍 신호는 캐리어로부터 얻어진 신호 그 자체일 필요는 없고, 별개의 타이머에서 생성한 신호여도 된다.

전류 검출부는 션트 저항이어도 되고 CT여도 된다.

스위칭 소자는 MOSFET, IGBT, 파워 트랜지스터, SiC, GaN 등의 와이드 갭 반도체 등을 사용해도 된다.

본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 이들 신규의 실시 형태는 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims

동기 전동기의 상 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 동기 전동기의 회전 위치에 추종하도록 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 PWM 생성부와,
상기 PWM 신호의 반송파에 기초하여, 검출 타이밍 신호를 생성하는 검출 타이밍 신호 생성부와,
상기 검출 타이밍 신호에 따라, 상기 전류 검출부에 의해 검출되는 상 전류의 변화량을 구하는 전류 변화량 검출부와,
상기 상 전류의 변화량에 기초하여, 상기 동기 전동기의 회전 위치를 추정하는 회전 위치 추정부를 구비하고,
상기 PWM 생성부는 상기 반송파의 1주기 내에 있어서 상기 검출 타이밍 신호 생성부에 의해 생성되는 고정된 6점의 검출 타이밍 신호에 따라, 상기 전류 변화량 검출부가 3종류의 전압 벡터 기간에 대응하는 상 전류 변화량을 검출할 수 있도록, 3상의 PWM 신호 패턴을 생성하는 동기 전동기의 회전 위치 추정 장치.
제1항에 있어서, 상기 PWM 생성부는 3상의 PWM 신호 중 1상에 대해서는, 상기 반송파 주기의 임의의 위상을 기준으로 하여 지연측, 선행측의 쌍방향으로 듀티를 증감시키고,
다른 1상에 대해서는, 상기 반송파 주기의 임의의 위상을 기준으로 하여 지연측, 선행측의 일방향으로 듀티를 증감시키고,
남은 1상에 대해서는, 상기 반송파 주기의 임의의 위상을 기준으로 하여 상기 지연측, 선행측의 상기 일방향과는 역방향으로 듀티를 증감시키는 동기 전동기의 회전 위치 추정 장치.
제2항에 있어서, 상기 PWM 생성부는 상기 각 상의 기준을, 반송파의 진폭이 최대 또는 최소가 되는 위상에 기초하여 설정하는 동기 전동기의 회전 위치 추정 장치.
제3항에 있어서, 상기 PWM 생성부는 3상의 PWM 신호 중 1상에 대해서는, 삼각파를 반송파로서 사용하고,
다른 1상에 대해서는, 상기 삼각파의 진폭이 최대 또는 최소를 나타내는 위상에, 진폭이 최대를 나타내는 위상이 일치하는 톱니형파를 반송파로서 사용하고,
남은 1상에 대해서는, 상기 톱니형파에 대하여 역상이 되는 톱니형파를 반송파로서 사용하고,
상기 각 상의 기준을, 각 반송파 진폭의 최댓값 또는 최솟값이 모두 일치하는 위상에 기초하여 설정하는 동기 전동기의 회전 위치 추정 장치.
동기 전동기와,
3상 브리지 접속된 복수의 스위칭 소자를 소정의 PWM 신호 패턴에 따라 온/오프 제어함으로써, 직류를 3상 교류로 변환하여 상기 동기 전동기를 구동하는 인버터 회로와,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 회전 위치 추정 장치를 구비하고, 상기 동기 전동기가 발생하는 회전 구동력에 의해 공조 운전을 행하는 공조기.
동기 전동기와,
3상 브리지 접속된 복수의 스위칭 소자를 소정의 PWM 신호 패턴에 따라 온/오프 제어함으로써, 직류를 3상 교류로 변환하여 상기 동기 전동기를 구동하는 인버터 회로와,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 회전 위치 추정 장치를 구비하고, 상기 동기 전동기가 발생하는 회전 구동력에 의해 세탁 운전을 행하는 세탁기.