KR101936261B1 - 전동기 제어 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

전동기 제어 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치는, 압축기에 동력을 제공하는 3상 모터, 상기 3상 모터에 3상 교류 전압을 공급하는 인버터, 상기 3상 모터의 3상 중 하나 이상의 상의 전류를 감지하는 검출부, 및, 상기 3상 중 제1 상에 회전자를 정렬하고, 상기 제1 상에 전압을 인가하고, 상기 인가된 전압의 크기 및 상기 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 상기 3상 모터의 인덕턴스를 획득하는 제어부를 포함한다.

Description

전동기 제어 장치 및 그 동작 방법{CONTROLLING APPARATUS FOR MOTOR AND METHOD THEREOF}

본 발명은, 별도의 측정 장비를 이용하지 않고 인버터를 이용하여 모터의 인덕턴스를 측정할 수 있는 전동기 제어 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 일부분으로 사용된다.

공기 조화기는 압축기로 냉매를 압축시킨 후 압축된 냉매가 기화하면서 발생되는 열 교환을 통하여 공기를 냉각하는 장치이다.

공기조화기는 압축기, 팬 등에 전동기를 사용하며, 이를 구동하기 위하여 입력전원으로부터 제공된 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 변환된 직류전압을 펄스-폭 변조된 (PWM:Pulse Width Modulation) 전압으로 다시 변환하여 부하에 공급한다.

일반적으로 공기 조화 장치는 요구된 공간 내의 열을 교환하여 요구된 공간(즉, 실내)이 냉방 또는 난방된다.

열 교환은 냉매 순환 루프를 따라 순환되는 냉매에 의하여 수행된다. 냉매 순환 루프는 냉매가 증발 압축 방식으로 순환되게 한다. 냉매의 순환 량은 냉매 순환 루프 상에 설치된 전동 압축기에 의하여 가감 조절된다.

냉매 순환 루프 상의 전동 압축기는 냉매의 토출시키는 압축 기구부와 이 압축 기구부에 동력을 제공하는 모터를 구비한다. 이에 따라, 압축 기구부로부터 토출되는 냉매의 순환 량은 모터의 회전 수에 따라 증감된다.

이렇게 냉매 순환 루프에서 순환될 냉매의 량을 조절하기 위한 전동 압축기용 모터로는 비교적 효율이 좋은 3상 모터가 주로 사용된다.

모터를 센스리스 제어 하기 위해서는, 모터의 저항, 인덕턴스 등의 모터 파라미터를 알고 있어야 한다.

모터의 저항의 경우 멀티 미터기나 LCR 미터기 등의 측정 장비로 쉽게 측정이 가능하다.

다만 모터의 인덕턴스는 전류의 크기에 따라 상이해지는 값이기 때문에, 수동으로 측정하기에는 용이하지 않고 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서 국내 공개 특허 KR1999-0060283A에서는 전압과 모터 속도의 관계를 이용하여 인덕턴스를 측정하는 방법을 제시하고 있다. 다만 이러한 방식은 유도 전동기에서 사용될 수 있는 방식으로, 영구 자석 모터에서는 적용이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 별도의 측정 장비를 이용하지 않고 인버터를 이용하여 모터의 인덕턴스를 측정할 수 있는 전동기 제어 장치 및 그 동작 방법을 제공하기 위함이다.

또한 본 발명의 목적은, 전류의 크기에 따라 상이해지는 모터의 인덕턴스를 측정할 수 있는 전동기 제어 장치 및 그 동작 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치는, 3상 모터의 3상 중 제1 1상에 회전자를 정렬하고, 제1 상에 DC 펄스 전압을 인가한 후 전류의 변화량을 측정함으로써, 모터의 인덕턴스를 산출할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전동기 제어 장치는, 복수의 지점에서의 전류 값 및 전류의 인덕턴스를 획득하여 저장할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 테스트 신호(DC 펄스 전압)을 인가하고, 테스트 신호가 인가되는 중 전류를 측정하여 모터의 인덕턴스를 산출하게 된다. 이에 따라 영구 자석 모터에서 모터의 인덕턴스를 빠르고 쉽게 측정할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 복수의 지점에서 인덕턴스를 산출함으로써, 전류값에 대응하는 모터 인덕턴스 정보를 보유할 수 있다. 이에 따라 전류의 크기가 변경되더라도 그에 대응하는 모터의 파라미터를 정확히 적용할 수 있기 때문에, 정교한 센스리스 제어를 가능하게 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 전동기 제어 장치를 포함하는 전력 변환 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, 전동기 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5 내지 도 11은, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에 개시되는 전원 유지 회로는 공기 조화기에 적용될 수 있다. 다만 이에 한정되지 아니하며, 본 명세서에 개시되는 전원 유지 회로는 냉장고 등 냉매를 압축하기 위한 압축기를 포함하는 모든 기기에 적용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)는 실내기(10), 상기 실내기(10)에 연결되는 적어도 하나의 실외기(20), 실내기(10)와 연결되는 리모컨(미도시), 그리고 실내기(10) 및 실외기(20)를 제어하는 제어기(미도시)를 포함할 수 있다.

제어기(미도시)는 실내기(10) 및 실외기(20)와 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어할 수 있다. 이때, 제어기(미도시)는 복수의 실내기에 연결되어 실내기에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어 등을 수행할 수 있다. 제어기(미도시)는 실내기(10) 또는 실외기(20)에 포함되는 구조일 수 있다.

공기조화기(100)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기, 덕트형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 이하 설명의 편의를 위하여 스탠드형 공기조화기를 예로 설명한다.

실외기(20)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브를 포함할 수 있다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함할 수 있다.

실외기(20)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(10)로 냉매를 공급한다. 실외기(20)는 제어기(미도시) 또는 실내기(10)의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기(10)에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기(20)에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 된다.

실내기(10)는 실외기(20)에 연결되어, 냉매를 공급받아 공조 대상으로 냉온 또는 열온의 공기를 토출한다. 실내기(10)는 실내 열교환기와, 실내기팬, 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브, 다수의 센서를 포함할 수 있다.

실외기 및 실내기는 제어기(미도시)와 별도의 통신선으로 연결되어 제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.

리모컨(미도시)은 실내기(10)에 연결되어, 실내기(10)로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기(10)의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때, 리모컨(미도시)은 실내기(10)와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신한다. 이를 위해, 리모컨(미도시)은 데이터를 송신 또는 수신할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 사용자는 리모컨(미도시)을 통해 목표 온도를 입력할 수 있다. 이경우, 리모컨(미도시)은 목표 온도에 대한 사용자 입력을 수신하고, 제어기(미도시)로 전송한다.

도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(10)와 실외기(20)로 구분된다.

실외기(20)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.

또한 실외기(20)는, 후술하는 전원 유지 회로를 포함할 수 있다.

실내기(10)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(108)와, 실내측 열교환기(108)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.

실내측 열교환기(108)는 적어도 하나가 설치될 수 있다.

압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.

한편, 도 2에서는 실내기(10)와 실외기(20)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.

도 3은 전동기 제어 장치를 포함하는 전력 변환 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 따르면, 전력 변환 장치(200)는, 전원 입력부(330), 컨버터(350), DC 링크 캐패시터(380), 인버터(400) 및 3상 모터(500)를 포함할 수 있다.

전원 입력부(330)는 전원 회로로 구성될 수 있으며, 외부로부터 AC 전원을 전달받아 공기 조화기에 공급할 수 있다.

컨버터(350)는 전원 입력부(330)에 연결되어 입력 교류 전원을 직류 전원으로 정류할 수 있다.

컨버터(350)는 일반적으로 복수의 다이오드, 일반적으로 4개의 다이오드로 구성된 다이오드 브리지를 구비하여, 다이오드들에 의해 교류 전원의 교류 전압을 전파 정류하고, 직류 전압으로 변환할 수 있다.

직류 링크 커패시터(380)는 컨버터(350)의 출력 단에 병렬 연결되고, 커패시터의 양단에 생기는 직류 전압, 즉 직류 링크 전압을 인버터(400)의 입력단으로 인가할 수 있다.

직류 링크 커패시터(380)는 인버터(400) 내의 스위칭 소자들이 스위칭하는 동안, 스위칭 주파수에 대응하여 발생하는 리플 전압(전압 변동)을 평활화 할 수 있다. 또, 직류 링크 커패시터(380)는, 컨버터(350)에 따라 정류하는 전압, 즉 전원 전압에 따라 변동하는 전압을 평활화 할 수 있다.

인버터(400)는 3상 모터(500)의 전단에 구비되고, 인버터 제어 신호를 근거로 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 3상 모터(500)에 인가할 수 있다.

인버터(400)는 일 단이 직류 링크 커패시터(350)에 병렬 접속되고, 타 단이 3상 모터(500)에 접속되어, 인버터 제어 신호에 따라 직류 링크 커패시터(370)의 출력을 스위칭하여 모터 구동 전압, 일반적으로 삼상 교류로 변환하여 3상 모터(500)에 공급할 수 있다.

3상 모터(500)로는 다양한 형태의 모터가 사용될 수 있으나, 일반적으로 센스리스 알고리즘이 적용된 브러시리스 모터(Blushless DC motor; BLDC motor)가 많이 사용된다. 따라서, 이하에서는 브러시리스 모터를 기본 전제로 설명할 수 있으나, 다른 3상 모터에도 발명의 범위를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 동일하게 적용될 수 있다.

예를 들어 본 발명의 실시 예에 따른 3상 모터(500)는 BLDC 모터뿐만 아니라, SPM 모터나 IPM 모터를 포함할 수 있다.

압축기(미도시)는 3상 모터(500)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축할 수 있다.

한편 전력 변환 장치(300)는, 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

제어부(미도시)는 전력 변환 장치(200)와 공기 조화기의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

또한 제어부(미도시)는 인버터 제어 신호를 생성하여 인버터(400)에 출력할 수 있다. 즉 인버터(400) 내부의 복수의 스위치는 인버터 제어 신호에 의하여 스위칭 온 또는 스위칭 오프 될 수 있다.

한편 전력 변환 장치(300)는, 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서 검출부(미도시)는 전류 검출부 및 전압 검출부를 포함할 수 있다.

전류 검출부는 인버터(400)로부터 3상 모터(500)에 흐르는 구동 전류를 검출할 수 있다.

전류 검출부는 3상의 구동 전류를 모두 검출할 수 있으나 이에 한정되지 아니하며, 1상의 구동전류만을 검출할 수도 있다.

제어부(미도시)는 검출 전류와 속도 지령에 기초하여 인버터를 제어하는 인버터 제어 신호를 생성할 수 있다.

전류 검출부는, 인버터(400)와 3상 모터(500)의 사이에 연결되어 연속적으로 모터 구동 전류를 검출하는 전류 트랜스듀서(Current Transducer)일 수 있다.

전류 트랜스듀서는 모터 구동 전류를 검출하여 이를 전압 신호로 변환하여 제어부(미도시)에 출력할 수 있다.

제어부(미도시)는 구동 전류에 기초하여 인버터 제어 신호를 생성함으로써, 인버터를 통해 3상 모터의 U, V, W상의 게이트에 신호를 출력할 수 있다.

전압 검출부는, 인버터(400)로부터 3상 모터(500)에 인가되는 구동 전압을 검출할 수 있다.

전압 검출부는 3상의 구동 전압을 모두 검출할 수 있으나 이에 한정되지 아니하며, 1상의 구동전압 만을 검출할 수도 있다.

제어부(미도시)는 구동 전압에 기초하여 인버터 제어 신호를 생성함으로써, 인버터를 통해 3상 모터의 U, V, W상의 게이트에 신호를 출력할 수 있다.

제어부(미도시)는 모터 파라미터, 모터에 의해 발생되는 전압 또는 전류 정보를 근거로 회전자의 위치를 추정하고, 모터를 지령 속도에 따라 기동하는 센스리스 알고리즘으로 인버터(400)를 제어할 수 있다.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치에 대해서는 도 4를 참고하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, 전동기 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참고하면, 전동기 제어 장치(300)는 인버터(400), 3상 모터(500), 검출부(600) 및 제어부(700)를 포함할 수 있다.

인버터(400)는 제어부(700)의 제어 하에, 3상 모터에 3상 교류 전압을 공급할 수 있다.

3상 모터(500)는 인버터(400)에서 공급하는 교류 전압에 의해 동작하여, 압축기에 동력을 제공할 수 있다.

여기서 3상 모터(500)는 영구 자석 모터일 수 있다.

구체적으로, 브러시리스 직류 모터(Blushless DC motor; BLDC motor)의 예를 들어 설명하면, 3상 BLDC 모터는 고정자측에 설치되어 있는 3상(3-phase)의 코일(U상, V상, W상)과, 회전자측에 장착되어 있는 영구 자석을 포함하고, 영구자석에는 모터 회전에 필요한 회전력을 발생하기 위해 N, S극이 반복되는 메인 마그네트와, 모터 정속제어를 위해 필요한 서브 마그네트가 장착될 수 있다.

검출부(600)는 전류 검출부 및 전압 검출부를 포함할 수 있다.

전류 검출부는 인버터(400)와 3상 모터(500) 사이에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 전류 검출부는 3상의 전류를 모두 검출할 수 있으나 이에 한정되지 아니하며, 1상의 전류만을 검출할 수도 있다.

전압 검출부는 인버터(400)에서 3상 모터(500)에 인가하는 전압을 검출할 수 있다. 전압 검출부는 3상의 전압을 모두 검출할 수 있으나 이에 한정되지 아니하며, 1상의 전압 만을 검출할 수도 있다.

도 4에서는 검출부(600)가 3상 모터(500)의 전류 또는 전압을 검출하는 것으로 도시하였으나 이에 한정되지 아니하며, 인터버 내부(400), 인버터(400)와 3상 모터(500) 사이의 도선 등, 3상 모터(500)의 전류 또는 전압을 검출할 수 있는 위치면 어디든 관계 없다.

검출부(600)는 검출된 전류에 대응하는 신호 또는 검출된 전압에 대응하는 신호를 제어부(600)로 출력할 수 있다.

한편 제어부(700)는 3상 모터의 3상 중 제1 상에 전압을 인가하도록 인버터(400)를 제어할 수 있다.

또한 3상 모터의 3상 중 제1 상에 전압이 인가되면 검출부(600)로부터 수신되는 신호에 기초하여, 제어부(700)는 제1 상의 전류의 변화량을 산출할 수 있다.

그리고 제어부(700)는 인가된 전압의 크기 및 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 3상 모터의 인덕턴스를 획득할 수 있다.

여기서 전압은 DC 펄스 전압일 수 있다.

한편 제어부(700)는 DC 펄스 전압의 크기 및 DC 펄스 전압이 인가되는 중 획득된 복수의 전류의 변화량을 이용하여, 복수의 전류에 각각 대응하는 복수의 인덕턴스를 획득할 수 있다.

한편 전동기 제어 장치(300)는 저장부(미도시)를 포함할 수 있다.

제어부(700)는 복수의 모터 전류에 각각 대응하는 복수의 인덕턴스를 저장부(미도시)에 저장할 수 있다.

이렇게 저장된 복수의 인덕턴스는 모터의 파라미터 중 하나로써, 센스리스 제어에서 이용될 수 있다.

본 발명에서는 전류 변화량을 이용하여 모터의 인덕턴스를 산출하기 위해서, 수학식 1에 따른 d축 전압 방정식과 수학식 2에 따른 q축 전압 방정식을 통하여 유도된 모터 방정식(수학식 3)을 이용할 수 있다.

(R: 모터 저항, L: 모터의 인덕턴스, vdc: 모터 전압, i: 모터 전류, di/dt: 모터 전류의 변화량)

본 발명은 모터가 정지된 상태에서 인덕턴스를 계산하게 된다. 따라서 회전자의 단위 시간 당 회전 각도(ω)는 0이 되며, 이에 따라 수학식 1 및 수학식 2로부터 수학식 3이 산출될 수 있다.

또한 수학식 3으로부터 모터의 인덕턴스는 하기의 수학식 4로 나타내어 질 수 있다.

한편 수학식 4에 따르면, 모터 저항에 대한 정보를 알고 있어야 모터의 인덕턴스를 산출할 수 있다.

다만 저항텀의 경우 그 영향이 매우 미미하여 무시될 수 있으며, 따라서 모터 전압(vdc)과 모터 전류(i), 모터 전류의 변화량(모터 전류의 시간 미분, di/dt)을 알게 되면, 모터의 인덕턴스를 산출할 수 있다.

도 5 내지 도 11은, d축 인덕턴스 및 q축 인덕턴스를 추정하는 구체적인 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는, 회전자의 d축 또는 u축을 U상에 정렬하고, U 상에 펄스를 인가하는 것으로 예시하여 설명한다. 다만 이에 한정되지 아니하며, 회전자가 정렬되는 상과 펄스가 인가되는 상이 동일하기만 하면 족하다.

도 5 내지 도 8에서는 먼저 d축 인덕턴스를 산출하는 방법에 대해서 설명한다.

도 5에서는 인버터(400) 내부의 스위치(SU, SV, SW, SX, SY, SZ) 및 인버터(400)와 연결된 3상 모터(500)를 도시하였다.

도 6에서는 d축의 정렬 구간(A) 및 펄스 인가 구간(B)에서의 U상의 전류(611)를 도시하였다.

도 7은 d축의 정렬 구간(A)을 확대하여 도시한 것으로, U상의 전류(611), V상의 전류(621) 및 W상의 전류(631)와 좌표계를 도시하였다.

도 8은, 펄스 인가 구간(B)을 확대하여 도시한 것으로, 펄스 전압(810), U상의 전류(611), V상의 전류(621) 및 W상의 전류(631)와 좌표계를 도시하였다.

도 6 및 도 7을 참고하면, d축의 정렬 구간(A)에서 제어부(700)는 회전자의 d축을 U 상에 정렬할 수 있다.

구체적으로 d축의 정렬 구간(A)에서, 제어부(700)는 U 상에 일정한 크기의 DC 전류가 공급되도록 인버터(400)를 제어할 수 있다. 이에 따라 회전자의 d축이 U상에 정렬될 수 있다.

한편 도 6 및 도 8을 참고하면, 회전자의 d축이 U 상에 정렬된 이후에 펄스 인가 구간(B)에서, 제어부(700)는 U 상에 전압을 인가할 수 있다.

구체적으로 제어부(700)는 제1 스위치(SU), 제4 스위치(SY), 제6 스위치(SZ)를 온 하여, 인버터(400)가 U 상에 전압(810)을 인가하도록 스위치를 제어할 수 있다.

여기서 U상에 인가되는 전압(810)은, DC 펄스 전압일 수 있다. 구체적으로 U상에 인가되는 전압(810)은 크기가 일정하고 짧은 시간 내에 인가되는 전압일 수 있다.

한편 U 상에 전압(810)이 인가되는 동안, U상의 전류(611)는 상승할 수 있다.

한편 U 상에 전압(810)이 인가되는 동안, 검출부(600)는 U상의 전류값을 검출하고, 검출된 전류값에 대응하는 신호를 제어부(700)에 출력할 수 있다. 여기서 U 상의 전류값은 U 상의 상전류를 의미할 수 있다.

한편 제어부(700)는 U 상에 전압(810)이 인가되는 동안 검출된 전류 값을 이용하여 U 상에 전압(810)이 인가되는 동안의 전류의 변화량, 즉 U상의 전류의 시간 미분 값을 산출할 수 있다. 더욱 쉽게 표현하면, 전류의 변화량은 전류 그래프에서의 기울기를 의미할 수 있다.

한편 검출부(600)는 U상의 전압값을 검출하고, 검출된 전압값에 대응하는 신호를 제어부(700)에 출력할 수 있다. 여기서 U 상의 전압값은 U상과 다른 상과의 선간 전압을 의미할 수 있다. 또한 U상에 인가되는 전압은 DC 펄스 전압인 바, U 상에 전압이 인가되는 동안에는 U 상의 전압값이 동일할 수 있다.

한편 U 상의 전압값이 검출부(600)에 의해 검출되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, U 상과 다른 상과의 선간 전압을 측정할 수 있는 모든 방법이 적용될 수 있다.

한편 제어부(700)는 전압의 크기 및 U상의 전류의 변화량에 기초하여 d축의 인덕턴스를 획득할 수 있다.

구체적으로 제어부(700)는 측정된 전압의 크기(vdc) 및 전류의 변화량(dt/di)를 수학식 4에 적용하여, d축에서의 인덕턴스 값을 산출할 수 있다.

수학식 4에서 저항텀의 경우 그 영향이 매우 미미하여 무시될 수 있다. 다만 저장부(미도시)에 모터의 저항 값이 저장되어 있는 경우 또는 제어부(700)에서 모터의 저항 값을 산출한 경우에는, 제어부(700)는 모터의 저항 값(R) 및 전류값(i)까지 수학식 4에 적용하여 모터의 인덕턴스를 산출할 수 있다.

한편 제어부(700)는, DC 펄스 전압의 크기 및 DC 펄스 전압이 인가되는 중 획득된 복수의 전류의 변화량에 기초하여, 복수의 전류에 각각 대응하는 복수의 인덕턴스를 획득할 수 있다.

구체적으로, 모터의 특성 상 모터의 인덕턴스는 전류의 크기에 따라 달라질 수 있다.

따라서 DC 펄스 전압이 인가되는 중, 제어부(700)는 복수의 지점(821, 822, 823)에서의 전류값 및 복수의 지점(821, 822, 823)에서의 전류의 변화량을 획득할 수 있다.

예를 들어 제어부(700)는, U 상의 전류가 1[A]인 경우 d축의 인덕턴스는 280[mH]이고, U 상의 전류가 2[A]인 경우 모터의 d축의 인덕턴스는 210[mH]라는 정보를 획득할 수 있다.

이 경우 제어부(700)는 복수의 전류값 및 복수의 전류값에 각각 대응하는 복수의 d축 인덕턴스를 저장부(미도시)에 저장할 수 있다.

예를 들어, 제어부(700)는 1[A]인 U 상 전류에 대응하는 인덕턴스인 280[mH]을 전류값 1[A]와 매칭하여 저장부에 저장할 수 있다.

다른 예를 들어, 제어부(700)는 2[A]인 U 상 전류에 대응하는 인덕턴스인 210[mH]을 전류값 2[A]와 매칭하여 저장부에 저장할 수 있다.

한편 도 9 내지 도 11에서는 q축 인덕턴스를 산출하는 방법에 대해서 설명한다.

도 9에서는 q축의 정렬 구간(C) 및 펄스 인가 구간(D)에서의 U상의 전류(611), V 상의 전류(621) 및 W 상의 전류(631)를 도시하였다.

도 10은 q축의 정렬 구간(C)을 확대하여 도시한 것으로, U상의 전류(611), V상의 전류(621) 및 W상의 전류(631)와 좌표계를 도시하였다.

도 11은, 펄스 인가 구간(D)을 확대하여 도시한 것으로, 펄스 전압(1110), U상의 전류(611), V상의 전류(621) 및 W상의 전류(631)와 좌표계를 도시하였다.

도 9 및 도 10을 참고하면, q축의 정렬 구간(C)에서 제어부(700)는 회전자의 q축을 U 상에 정렬할 수 있다.

구체적으로 q축의 정렬 구간(C)에서, 제어부(700)는 U 상에서 전류가 흐르지 않고, 일정한 크기의 DC 전류가 V상에서 W 상으로 흐르도록 인버터(400)를 제어할 수 있다. 이에 따라 회전자의 q축이 U상에 정렬될 수 있다.

한편 도 9 및 도 11을 참고하면, 회전자의 q축이 U 상에 정렬된 이후에 펄스 인가 구간(D)에서, 제어부(700)는 U 상에 전압(1110)을 인가할 수 있다.

여기서 U상에 인가되는 전압(1110)은, DC 펄스 전압일 수 있다. 구체적으로 U상에 인가되는 전압(1110)은 크기가 일정하고 짧은 시간 내에 인가되는 전압일 수 있다.

한편 U 상에 전압(1110)이 인가되는 동안, U상의 전류(611)는 상승할 수 있다.

한편 U 상에 전압(1110)이 인가되는 동안, 검출부(600)는 U상의 전류값을 검출하고, 검출된 전류값에 대응하는 신호를 제어부(700)에 출력할 수 있다.

한편 제어부(700)는 U 상에 전압(810)이 인가되는 동안 검출된 전류 값을 이용하여 U 상에 전압(810)이 인가되는 동안의 전류의 변화량, 즉 U상의 전류의 시간 미분 값을 산출할 수 있다.

한편 제어부(700)는 전압의 크기 및 U상의 전류의 변화량에 기초하여 q축의 인덕턴스를 획득할 수 있다.

구체적으로 제어부(700)는 측정된 전압의 크기(vdc) 및 전류의 변화량(dt/di)를 수학식 4에 적용하여, q축에서의 인덕턴스 값을 산출할 수 있다.

한편 제어부(700)는, DC 펄스 전압의 크기 및 DC 펄스 전압이 인가되는 중 획득된 복수의 전류의 변화량에 기초하여, 복수의 전류에 각각 대응하는 복수의 인덕턴스를 획득할 수 있다.

구체적으로, DC 펄스 전압이 인가되는 중, 제어부(700)는 복수의 지점(1121, 1122, 1123)에서의 전류값 및 복수의 지점(1121, 1122, 1123)에서의 전류의 변화량을 획득할 수 있다.

이 경우 제어부(700)는 복수의 전류값 및 복수의 전류값에 각각 대응하는 복수의 q축 인덕턴스를 저장부(미도시)에 저장할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 테스트 신호(DC 펄스 전압)을 인가하고, 테스트 신호가 인가되는 중 전류를 측정하여 모터의 인덕턴스를 산출하게 된다. 이에 따라 영구 자석 모터에서 모터의 인덕턴스를 빠르고 쉽게 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 복수의 지점에서 인덕턴스를 산출함으로써, 전류값에 대응하는 모터 인덕턴스 정보를 보유할 수 있다. 이에 따라 전류의 크기가 변경되더라도 그에 대응하는 모터의 파라미터를 정확히 적용할 수 있기 때문에, 정교한 센스리스 제어를 가능하게 하는 장점이 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른, 전동기 제어 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치의 동작 방법은, 3상 모터의 3상 중 제1 상에 전압을 인가하는 단계(S1210)를 포함할 수 있다.

여기서 전압은 DC 펄스 전압일 수 있다.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치의 동작 방법은, 제1 상의 전류를 감지하는 단계(S1220)를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 전동기 제어 장치의 동작 방법은, 인가된 전압의 크기 및 1상의 전류의 변화량에 기초하여 3상 모터의 인덕턴스를 획득하는 단계(S1230)를 포함할 수 있다.

여기서, 3상 모터의 인덕턴스를 획득하는 단계는, DC 펄스 전압이 인가되는 중 획득된 모터 전압 및 복수의 모터 전류의 시간 미분을 이용하여, 복수의 모터 전류에 각각 대응하는 복수의 인덕턴스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

한편 도 6 내지 도 8에서는 d축 인덕턴스를 산출하는 방법을 설명하였고, 도 9 내지 도 11에서는 q축 인덕턴스를 산출하는 방법을 설명하였다.

이러한 과정은 단계적으로 수행될 수 있다. 구체적으로 제어부(700)는 도 6 내지 도 8에서 설명한 방식으로 d축 인덕턴스를 산출하고, 그리고 나서 도 9 내지 도 11에서 설명한 방식으로 q축 인덕턴스를 산출할 수 있다.

구체적으로 d축 인덕턴스를 산출하는 방법부터 먼저 설명한다.

제1 상에 전압을 인가하는 단계(S1210)는, 3상 모터의 회전자의 d축을 제1 상에 정렬하고, 제1 상에 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우 제1 상에 전압을 인가하는 단계(S1210)는, U상에 DC 전류를 인가하여 3상 모터의 회전자의 d축을 U 상에 정렬하고, U 상에 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 3상 모터의 인덕턴스를 획득하는 단계(S1230)는, 회전자의 d축이 제1 상에 정렬되고 제1 상에 전압이 인가되면, 전압의 크기 및 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 d축의 인덕턴스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우 3상 모터의 인덕턴스를 획득하는 단계(S1230)는, 3상 모터의 회전자의 d축이 상기 U 상에 정렬되면, 전압의 크기 및 U 상의 전류의 변화량에 기초하여 d축의 인덕턴스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

다음은 q축 인덕턴스를 산출하는 방법에 대해서 설명한다.

제1 상에 전압을 인가하는 단계(S1210)는, 3상 모터의 회전자의 q축을 제1 상에 정렬하고, 제1 상에 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우 제1 상에 전압을 인가하는 단계(S1210)는, V상의 전류가 W상으로 흐르도록 DC 전류를 인가하여 3상 모터의 회전자의 q축을 U 상에 정렬하고, U 상에 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 3상 모터의 인덕턴스를 획득하는 단계(S1230)는, 회전자의 q축이 제1 상에 정렬되고 제1 상에 전압이 인가되면, 전압의 크기 및 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 q축의 인덕턴스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우 3상 모터의 인덕턴스를 획득하는 단계(S1230)는, 3상 모터의 회전자의 q축이 상기 U 상에 정렬되면, 전압의 크기 및 U 상의 전류의 변화량에 기초하여 q축의 인덕턴스를 획득하는 단계를 포함하는 단계를 포함할 수 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

400: 인버터 500: 3상 모터
600: 검출부 700: 제어부

Claims (11)

1. 저장부;
   압축기에 동력을 제공하는 3상 모터;
   상기 3상 모터에 3상 교류 전압을 공급하는 인버터;
   상기 3상 모터의 3상 중 하나 이상의 상의 전류를 감지하는 검출부; 및
   상기 3상 중 제1 상에 회전자를 정렬하고, 상기 제1 상에 전압을 인가하고, 상기 인가된 전압의 크기 및 상기 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 상기 3상 모터의 인덕턴스를 획득하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 3상 모터의 회전자의 d축을 상기 제1 상에 정렬하고, 상기 회전자의 d축이 상기 제1 상에 정렬되면 상기 제1 상에 전압을 인가하고, 상기 인가된 전압의 크기 및 상기 전압이 인가되는 중 획득된 상기 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 복수의 전류값에 각각 대응하는 d축 인덕턴스를 획득하고, 상기 복수의 전류값 및 상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 d축 인덕턴스를 상기 저장부에 저장하고,
   상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 d축 인덕턴스를 획득한 후 상기 3상 모터의 회전자의 q축을 상기 제1 상에 정렬하고, 상기 회전자의 q축이 상기 제1 상에 정렬되면 상기 제1 상에 전압을 인가하고, 상기 인가된 전압의 크기 및 상기 전압이 인가되는 중 획득된 상기 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 q축 인덕턴스를 획득하고, 상기 복수의 전류값 및 상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 q축 인덕턴스를 상기 저장부에 저장하는
   전동기 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 전압은,
   DC 펄스 전압인
   전동기 제어 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   U상에 DC 전류를 인가하여 상기 3상 모터의 회전자의 d축을 U 상에 정렬하고, 상기 회전자의 d축이 상기 U 상에 정렬되면 상기 U 상에 전압을 인가하고, 상기 전압의 크기 및 상기 U 상의 전류의 변화량에 기초하여 상기 d축의 인덕턴스를 획득하고,
   V상의 전류가 W상으로 흐르도록 DC 전류를 인가하여 상기 3상 모터의 회전자의 q축을 상기 U 상에 정렬하고, 상기 회전자의 q축이 상기 U 상에 정렬되면 상기 U 상에 전압을 인가하고, 상기 전압의 크기 및 상기 U 상의 전류의 변화량에 기초하여 상기 q축의 인덕턴스를 획득하는
   전동기 제어 장치.
6. 제 1항에서,
   상기 3상 모터는,
   영구 자석 모터인
   전동기 제어 장치.
7. 압축기에 동력을 제공하는 3상 모터 및 상기 3상 모터에 3상 교류 전압을 공급하는 인버터를 포함하는 전동기 제어 장치의 동작 방법에 있어서,
   상기 3상 모터의 회전자의 d축을 상기 3상 모터의 3상 중 제1 상에 정렬하고, 상기 회전자의 d축이 상기 제1 상에 정렬되면 상기 제1 상에 전압을 인가하는 단계;
   상기 제1 상의 전류를 감지하는 단계;
   상기 인가된 전압의 크기 및 상기 전압이 인가되는 중 획득된 상기 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 복수의 전류값에 각각 대응하는 복수의 d축 인덕턴스를 획득하는 단계;
   상기 복수의 전류값 및 상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 복수의 d축 인덕턴스를 저장부에 저장하는 단계;
   상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 복수의 d축 인덕턴스를 획득한 후 상기 3상 모터의 회전자의 q축을 상기 제1 상에 정렬하고, 상기 회전자의 q축이 상기 제1 상에 정렬되면 상기 제1 상에 전압을 인가하는 단계;
   상기 제1 상의 전류를 감지하는 단계;
   상기 인가된 전압의 크기 및 상기 전압이 인가되는 중 획득된 상기 제1 상의 전류의 변화량에 기초하여 상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 복수의 q축 인덕턴스를 획득하는 단계; 및
   상기 복수의 전류값 및 상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 복수의 q축 인덕턴스를 상기 저장부에 저장하는 단계;를 포함하는
   전동기 제어 장치의 동작 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 전압은,
   DC 펄스 전압인
   전동기 제어 장치의 동작 방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 7항에 있어서,
    상기 3상 모터의 회전자의 d축을 상기 3상 모터의 3상 중 제1 상에 정렬하고, 상기 회전자의 d축이 상기 제1 상에 정렬되면 상기 제1 상에 전압을 인가하는 단계는,
    U상에 DC 전류를 인가하여 상기 3상 모터의 회전자의 d축을 U 상에 정렬하고, 상기 U 상에 전압을 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 전류값에 각각 대응하는 복수의 d축 인덕턴스를 획득한 후, 상기 3상 모터의 회전자의 q축을 상기 제1 상에 정렬하고, 상기 회전자의 q축이 상기 제1 상에 정렬되면 상기 제1 상에 전압을 인가하는 단계는,
    V상의 전류가 W상으로 흐르도록 DC 전류를 인가하여 상기 3상 모터의 회전자의 q축을 상기 U 상에 정렬하고, 상기 U 상에 전압을 인가하는 단계를 포함하는
    전동기 제어 장치의 동작 방법.

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