KR102573122B1

KR102573122B1 - Compressor driving apparatus and chiller including the same

Info

Publication number: KR102573122B1
Application number: KR1020170002514A
Authority: KR
Inventors: 김경민; 안준식
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2023-08-30
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: KR20180081369A

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 코일 구동부 내의 부트스트랩 커패시터를 효율적으로 충전할 수 있게 된다. The present invention relates to a chiller. A compressor driving apparatus according to an embodiment of the present invention includes a compressor having a compressor motor and a magnetic bearing, and a switching element, and applies current to a bearing coil of the magnetic bearing according to a switching operation to rotate the rotor of the compressor motor. A coil driving unit for levitation or landing from a magnetic bearing, and a control unit for controlling a switching element of the coil driving unit, wherein the control unit includes a current flowing in the bearing coil when the rotor of the compressor motor lands. is controlled to descend step by step. Accordingly, it is possible to efficiently charge the bootstrap capacitor in the coil driving unit in the magnetic levitation method.

Description

Compressor driving apparatus and chiller including the same}

본 발명은 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 자기 부상 방식에서 코일 구동부 내의 부트스트랩 커패시터를 효율적으로 충전할 수 있는 칠러에 관한 것이다.The present invention relates to a compressor driving device and a chiller having the same, and more particularly, to a chiller capable of efficiently charging a bootstrap capacitor in a coil driving unit in a magnetic levitation method.

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.An air conditioner is a device that discharges hot and cold air into a room to create a comfortable indoor environment. This air conditioner is installed to provide a more comfortable indoor environment to humans by regulating and purifying the indoor temperature.

일반적으로, 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.In general, an air conditioner includes an indoor unit configured as a heat exchanger and installed indoors, and an outdoor unit configured as a compressor and a heat exchanger to supply refrigerant to the indoor unit.

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. On the other hand, among air conditioners, a chiller used in a business or building larger than a home generally includes a cooling tower installed on an outdoor rooftop and a heat exchange unit that circulates a refrigerant and exchanges heat with the cooling water sent from the cooling tower. Further, the heat exchange unit includes a compressor, a condenser, and an evaporator.

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.
한국 등록특허공보 제10-1050336호(이하 '선행 문헌'이라 함)에는, 자기 베어링 장치 및 이 자기 베어링 장치를 탑재한 펌프장치가 개시된다. 선행 문헌에는, 자기 베어링에 의해 회전체가 공중에 부상되는 것이 개시된다.　On the other hand, when the compressor motor is driven, the chiller forms a magnetic force by flowing a current through the bearing coil, magnetic levitation of the rotor of the compressor motor, and then rotates the rotor without mechanical friction. do. This method is called a magnetic bearing method or a magnetic levitation method.
Korean Patent Registration No. 10-1050336 (hereinafter referred to as 'prior literature') discloses a magnetic bearing device and a pump device equipped with the magnetic bearing device. Prior literature discloses that a rotating body is levitated in the air by means of a magnetic bearing.

한편, 칠러 내의 압축기 모터의 구동을 위해, 복수의 자기 베어링이 사용되는데, 자기 베어링 구동을 위해, 스위칭 소자의 구동 전압 확보가 필요하며, 이에 따라, 부트스트랩 커패시터가 사용된다.Meanwhile, a plurality of magnetic bearings are used to drive the compressor motor in the chiller. To drive the magnetic bearings, it is necessary to secure a driving voltage of a switching element, and accordingly, a bootstrap capacitor is used.

이때, 부트스트랩 커패시터를 효율적으로 충전하는 방안이 논의되고 있다. At this time, a method of efficiently charging the bootstrap capacitor is being discussed.

본 발명의 목적은, 자기 부상 방식에서 코일 구동부 내의 부트스트랩 커패시터를 효율적으로 충전할 수 있는 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a compressor driving device capable of efficiently charging a bootstrap capacitor in a coil driving unit in a magnetic levitation method and a chiller having the same.

본 발명의 다른 목적은, 자기 부상 방식에서 코일 구동부의 제조 비용을 저감할 수 있는 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a compressor driving device capable of reducing the manufacturing cost of a coil driving unit in a magnetic levitation method and a chiller having the same.

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, 코일 구동부는, 제1 직류 전원이 저장되는 제1 커패시터와, 제1 커패시터 양단 사이에 접속되는, 제1 스위칭 소자와, 제1 다이오드 소자와, 제1 커패시터 양단 사이에 접속되며, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자에 병렬 접속되는, 제2 다이오드 소자와, 제2 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자의 사이에, 접속되어, 제2 직류 전원이 저장되는 제2 커패시터를 포함하고, 베어링 코일은, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자의 사이와, 제2 다이오드 소자와 제2 스위칭 소자의 사이에, 접속되며, 제어부는, 제2 커패시터에 제2 직류 전원이 저장되도록, 제1 스위칭 소자가 턴 오프되고, 제2 스위칭 소자가 턴 온되는 제1 모드가 수행되도록 제어한다.A compressor driving device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a compressor having a compressor motor and a magnetic bearing, a switching element, and applying current to a bearing coil of the magnetic bearing according to a switching operation, , a coil driving unit for levitating or landing a rotor of a compressor motor from a magnetic bearing, and a control unit for controlling a switching element of the coil driving unit, wherein the coil driving unit stores a first DC power supply. A first capacitor connected between both ends of the first capacitor, a first switching element, a first diode element, connected between both ends of the first capacitor, connected in parallel to the first switching element and the first diode element, A second diode element, a second switching element, and a second capacitor connected between the first switching element and the first diode element to store the second DC power, and the bearing coil includes the first switching element. And is connected between the first diode element and between the second diode element and the second switching element, and the control unit turns off the first switching element so that the second DC power is stored in the second capacitor, 2 controls so that the first mode in which the switching element is turned on is performed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 압축기를 구동하는 압축기 구동부를 포함하고, 압축기 구동부는, 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, 코일 구동부는, 제1 직류 전원이 저장되는 제1 커패시터와, 제1 커패시터 양단 사이에 접속되는, 제1 스위칭 소자와, 제1 다이오드 소자와, 제1 커패시터 양단 사이에 접속되며, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자에 병렬 접속되는, 제2 다이오드 소자와, 제2 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자의 사이에, 접속되어, 제2 직류 전원이 저장되는 제2 커패시터를 포함하고, 베어링 코일은, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자의 사이와, 제2 다이오드 소자와 제2 스위칭 소자의 사이에, 접속되며, 제어부는, 제2 커패시터에 제2 직류 전원이 저장되도록, 제1 스위칭 소자가 턴 오프되고, 제2 스위칭 소자가 턴 온되는 제1 모드가 수행되도록 제어한다.A chiller according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a compressor having a compressor motor and a magnetic bearing, and a compressor driving unit for driving the compressor, wherein the compressor driving unit includes a compressor having a compressor motor and a magnetic bearing. And, a coil drive unit having a switching element and applying a current to the bearing coil of the magnetic bearing according to the switching operation to levitation or land the rotor of the compressor motor from the magnetic bearing; A control unit for controlling a switching element of the coil driving unit, wherein the coil driving unit includes a first capacitor storing a first DC power supply, a first switching element connected between both ends of the first capacitor, a first diode element, A second diode element connected between both ends of the first capacitor and connected in parallel to the first switching element and the first diode element, connected between the second switching element and the first switching element and the first diode element, , Includes a second capacitor in which the second DC power is stored, and the bearing coil is connected between the first switching element and the first diode element and between the second diode element and the second switching element, and the control unit , The first mode in which the first switching element is turned off and the second switching element is turned on is controlled so that the second DC power is stored in the second capacitor.

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, 코일 구동부는, 제1 직류 전원이 저장되는 제1 커패시터와, 제1 커패시터 양단 사이에 접속되는, 제1 스위칭 소자와, 제1 다이오드 소자와, 제1 커패시터 양단 사이에 접속되며, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자에 병렬 접속되는, 제2 다이오드 소자와, 제2 스위칭 소자와, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자의 사이에, 접속되어, 제2 직류 전원이 저장되는 제2 커패시터를 포함하고, 베어링 코일은, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자의 사이와, 제2 다이오드 소자와 제2 스위칭 소자의 사이에, 접속되며, 제어부는, 제2 커패시터에 제2 직류 전원이 저장되도록, 제1 스위칭 소자가 턴 오프되고, 제2 스위칭 소자가 턴 온되는 제1 모드가 수행되도록 제어함으로써, 코일 구동부 내의 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터를 효율적으로 충전할 수 있게 된다.A compressor driving device and a chiller having the same according to an embodiment of the present invention include a compressor having a compressor motor and a magnetic bearing, and a switching element, and apply current to a bearing coil of the magnetic bearing according to a switching operation, A coil driving unit for levitating or landing a rotor of a compressor motor from a magnetic bearing, and a control unit for controlling a switching element of the coil driving unit, wherein the coil driving unit stores first DC power. A first capacitor, a first switching element connected between both ends of the first capacitor, a first diode element, connected between both ends of the first capacitor, and connected in parallel to the first switching element and the first diode element. It includes two diode elements, a second switching element, and a second capacitor connected between the first switching element and the first diode element to store a second DC power, and the bearing coil includes the first switching element and the second capacitor. It is connected between the first diode element and between the second diode element and the second switching element, and the control unit turns off the first switching element so that the second DC power is stored in the second capacitor, and the second By controlling the first mode in which the switching element is turned on, it is possible to efficiently charge the second capacitor that is the bootstrap capacitor in the coil driving unit.

또한, 부트스트랩 커패시터의 전압 충전을 위해, 별도의 스위칭 소자를 배치하지 않음으로써, 제조 비용을 저감하면서, 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터를 효율적으로 충전할 수 있게 된다.In addition, since a separate switching element is not disposed to charge the voltage of the bootstrap capacitor, the second capacitor serving as the bootstrap capacitor can be efficiently charged while reducing manufacturing cost.

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 10a 내지 도 10e는 코일 구동부의 회로도의 일예 및 그 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코일 구동부의 회로도의 일예이다.
도 12a 내지 도 13c는 도 11의 코일 구동부의 동작 설명에 참조되는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a chiller according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing 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 device of FIG. 3 .
5 is an example of an internal circuit diagram of the motor driving device of FIG. 4 .
6 is an internal block diagram of the inverter control unit of FIG. 5 .
7A is a diagram showing an example of the structure of the compressor of FIG. 4;
FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line II' of FIG. 7A.
Fig. 7c is a side view of the compressor of Fig. 7a;
8A to 8C are views referenced to describe the lifting and landing of a rotor in a bearing.
Figure 9a is an example of an internal block diagram of the bearing driving unit of Figure 4;
Figure 9b is an example of an internal block diagram of the bearing control unit of Figure 9a.
10A to 10E are diagrams referenced to explain an example of a circuit diagram of a coil driving unit and its operation.
11 is an example of a circuit diagram of a coil driving unit according to an embodiment of the present invention.
12A to 13C are diagrams referenced for describing the operation of the coil driving unit of FIG. 11 .

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

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.The suffixes "module" and "unit" for the components used in the following description are simply given in consideration of ease of writing this specification, and do not themselves give a particularly important meaning or role. Accordingly, the “module” and “unit” may be used interchangeably.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러의 구성을 보여주는 도면이다. 1 is a view showing the configuration of a chiller according to an embodiment of the present invention.

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.Referring to the drawings, a chiller 100 includes an air conditioning unit 10 in which a refrigeration cycle is formed, a cooling tower 20 supplying cooling water to the air conditioning unit 10, and the air conditioning unit 10. A cold water consumer 30 in which cold water to be heat-exchanged is circulated is included. The cold water demand point 30 corresponds to a device or space that performs air conditioning using cold water.

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.Between the air conditioning unit 10 and the cooling tower 20, a circulation passage 40 through which the cooling water flows is installed, so that the cooling water circulates between the air conditioning unit 10 and the cooling tower 20.

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.The cooling water circulation passage 40 includes a cooling water intake passage 42 guiding cooling water to flow into the condenser 12 and cooling water outlet guiding cooling water heated in the air conditioning unit 10 to move to the cooling tower 20. A flow path 44 is included.

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.A cooling water pump 46 may be further installed in at least one of the cooling water intake channel 42 and the cooling water outlet channel 44 to flow the cooling water. As an example, FIG. 2 illustrates a state in which the cooling water pump 46 is installed in the cooling water inlet passage 42 .

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.In addition, an outlet temperature sensor 47 for detecting the temperature of the cooling water flowing into the cooling tower 20 may be installed in the cooling water outlet passage 44, and also may be installed in the cooling water inlet passage 42 as well. An inlet temperature sensor 48 for measuring temperature may be installed.

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.A cold water circulation passage 50 is installed between the air conditioning unit 10 and the cold water consumer 30 so that cooling water can be circulated between the two. The cold water circulation passage 50 allows cold water cooled in the cold water inlet passage 52 and the air conditioning unit 10 to circulate between the cold water consumer 30 and the air conditioning unit 10. 30) is included.

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.In addition, a cold water pump 56 for circulating cold water is provided in at least one of the cold water inlet passage 52 and the cold water outlet passage 54. 2 illustrates a state in which the cold water pump 56 is installed in the cold water inlet passage 52 .

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.In this embodiment, the cold water consumer 30 is described as a water-cooled air conditioner that exchanges heat between air and cold water. For example, the cold water demand source 30 is an air handling unit (AHU, Air Handling Unit) that mixes indoor air with outdoor air and then heat-exchanges the mixed air with cold water to introduce it into the room. At least one unit of a fan coil unit (FCU) discharged into the room after being discharged into the room and a floor piping unit buried in the floor of the room may be included, and FIG. 2 shows that the cold water consumer 30 is an air handling unit. shows the case of

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.The cold water demand source 30 includes a casing 61, a cold water coil 62 installed inside the casing 61 and through which cold water passes, and provided on both sides of the cold water coil 62 to suck indoor air and outdoor air. and blowers 63 and 64 for blowing air into the room. The blower includes a first blower 63 that sucks indoor air and outdoor air into the casing 61 and a second blower 64 that discharges air conditioning air to the outside of the casing 61. included

상기 케이싱(61)은, 실내공기 흡입부(65), 실내공기 배출부(66), 외기 흡입부(67) 및 공조공기 배출부를 포함해 구성된다.The casing 61 includes an indoor air intake unit 65, an indoor air discharge unit 66, an outdoor air intake unit 67, and an air conditioning air discharge unit.

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.When the blowers 63 and 64 are driven, some of the air introduced through the indoor air intake unit 65 is discharged to the indoor air discharge unit 66, and the rest of the air is sucked in through the outside air intake unit 67. After being mixed with the cold water coil 62, heat exchange takes place. Thereafter, the heat-exchanged mixed air is introduced into the room through the air conditioning air discharge unit 68 .

도 2는 도 1의 공조 유닛을 보다 상세히 도시한 도면이다. FIG. 2 is a view showing the air conditioning unit of FIG. 1 in more detail.

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.Referring to the drawings, the air conditioning unit 10 includes a compressor 11 for compressing the refrigerant, a condenser 12 into which the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed in the compressor 11 flows, and the refrigerant condensed in the condenser 12 is depressurized. It is configured to include an expander 13 that evaporates the refrigerant reduced in the expander 13, an evaporator 14 that evaporates the refrigerant reduced in the expander 13, and a drive unit 220 that operates the compressor 11.

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.The air conditioning unit 10 includes a suction pipe 101 installed at the inlet side of the compressor 11 and guiding the refrigerant from the evaporator 14 to the compressor 11, and a compressor installed at the outlet side of the compressor 11. and a discharge pipe 102 for guiding the refrigerant from (11) to the condenser (12).

응축기(12)와 증발기(14)는 냉매와 물간에 열교환이 가능하도록, 쉘 튜브형 열교환 장치로 구성될 수 있다.The condenser 12 and the evaporator 14 may be configured as a shell tube type heat exchange device to enable heat exchange between the refrigerant and water.

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. The condenser 12 has a shell 121 forming an exterior, an inlet 122 into which refrigerant compressed in a plurality of compressors 11a, 11b, and 11c installed on one side of the shell 121 flows, and the shell 121 It is installed on the other side of the condenser 12 and includes an outlet 123 through which the condensed refrigerant flows out.

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.In addition, the condenser 12 is installed at the end of the cooling water pipe 125 that guides the flow of cooling water inside the shell 121, and the cooling water supplied from the cooling tower 20 is installed in the water supply passage 42 It includes an inlet 127 guiding the inside of the cell and an outlet 128 for discharging cooling water from the condenser 12 to the cooling tower 20 through the water outlet 44.

응축기(12)에서, 냉각수는 냉각수 배관(125)을 흐르며, 냉매 유입구(122)를 통해 응축기(12)로 유입된 쉘(121) 내부의 냉매와 열교환이 이뤄진다.In the condenser 12, the cooling water flows through the cooling water pipe 125 and exchanges heat with the refrigerant inside the shell 121 introduced into the condenser 12 through the refrigerant inlet 122.

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.The evaporator 14 is formed on the other side of the shell 141 forming the exterior, the inlet 142 installed on one side of the shell 141 and supplied with the refrigerant expanded by the expander 13, and 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.

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.also. The evaporator 14 includes a cold water pipe 145 installed inside the shell 141 to guide the flow of cold water, and an inlet 141 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 that has circulated inside the evaporator.

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.An inflow passage 52 and a water outflow passage 54 are connected to the inlet 141 and the outlet 148, respectively, so that cold water can circulate between the cold water coils 62 of the consumer 30.

한편, 복수의 구동부(220a,220b,220c)는, 각각 복수의 압축기(11a,11b,11c)를 구동할 수 있다. Meanwhile, the plurality of driving units 220a, 220b, and 220c may drive the plurality of compressors 11a, 11b, and 11c, respectively.

한편, 복수의 구동부(220a,220b,220c)는, 각각 내부에, 컨버터, 인버터 등을 구비할 수 있다. Meanwhile, each of the plurality of driving units 220a, 220b, and 220c may include a converter, an inverter, and the like inside.

도 3은 도 1의 칠러의 내부 블록도의 일예이다.FIG. 3 is an example of an internal block diagram of the chiller of FIG. 1 .

칠러(100)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 제어부(170), 구동부(220)를 구비할 수 있다.The chiller 100 may include an input unit 120, a communication unit 130, a memory 140, a control unit 170, and a driving unit 220.

입력부(120)는, 조작 버튼, 키 등을 구비하며, 칠러(100)의 전원 온/오프, 동작 설정 등을 위한 입력 신호를 출력할 수 있다.The input unit 120 includes operation buttons, keys, and the like, and can output input signals for turning on/off the power of the chiller 100 and setting an operation.

특히, 입력부(120)는, 본 발명의 실시예와 관련하여, 복수의 구동부(220a,220b,220c)에 대응하여 아이디가 할당되는, 복수의 스위치를 구비할 수 있다.In particular, in relation to the embodiment of the present invention, the input unit 120 may include a plurality of switches to which IDs are assigned in correspondence to the plurality of driving units 220a, 220b, and 220c.

이때의 복수의 스위치는, 하드웨어 스위치로서, 딥 스위치(dip switch), 택트 스위치(tact switch)를 구비할 수 있다.The plurality of switches at this time may include a dip switch and a tact switch as hardware switches.

예를 들어, 복수의 스위치는, 복수의 구동부(220a,220b,220c)에 대응하여 아이디가 할당되는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3)일 수 있다.For example, 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 220a, 220b, and 220c.

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.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. For example, infrared (IR) communication, RF communication, Bluetooth communication, ZigBee communication, WiFi communication, and the like can be performed.

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.Meanwhile, the memory 140 of the chiller 100 may store data required for operation of the chiller 100 . For example, data about an operating time, an operating mode, etc. of the driving unit 220 may be stored.

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. In addition, the memory 140 of the chiller 100 may store management data including chiller power consumption information, recommended operation information, current operation information, and product management information.

또한, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러의 동작 정보, 운전 정보, 에러 정보를 포함하는 진단 데이터를 저장할 수 있다. Also, the memory 140 of the chiller 100 may store diagnostic data including operation information, operation information, and error information of the chiller.

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.The controller 170 can control each unit in the chiller 100 . For example, the controller 170 may control the input unit 120, the communication unit 130, the memory 140, the driving unit 220, and the like.

이때, 구동부(220)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 복수의 구동부(220a,220b,220c)를 포함할 수 있다. At this time, as shown in FIG. 2 , the driving unit 220 may include a plurality of driving units 220a, 220b, and 220c.

한편, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 각각은, 복수의 압축기(11a,11b,11c)를 구동하기 위해, 내부에, 도 4에 도시되는, 인버터(420), 인버터 제어부(430), 모터(230)를 구비할 수 있다. On the other hand, each of the plurality of drive units 220a, 220b, and 220c includes an inverter 420, an inverter control unit 430, shown in FIG. A motor 230 may be provided.

제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a,220b,220c)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.The control unit 170 may control the plurality of driving units 220a, 220b, and 220c to selectively operate according to the size of a demand load.

구체적으로, 제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a,220b,220c) 내의 인버터(420a,420b,420c)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.Specifically, the control unit 170 may control the inverters 420a, 420b, and 420c in the plurality of driving units 220a, 220b, and 220c to selectively operate according to the size of a demand load.

한편, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태에 따라, 대응하는 복수의 구동부가 동작하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the controller 170 may control a plurality of corresponding driving units to operate according to the turn-on state of the plurality of switches.

특히, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태, 및 디맨드 부하의 크기에 따라, 복수의 구동부가 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.In particular, the 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 size of the demand load.

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. On the other hand, the compressor motor driving unit described in this specification measures the position of the rotor of the motor by a sensorless method, which is not provided with a position sensor such as a hall sensor for detecting the position of the rotor of the motor. It may be a motor drive device that can be estimated.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 모터 구동부(220)는, 압축기 압축기 모터 구동부(220)로 명명할 수도 있다.Meanwhile, the compressor motor driving unit 220 according to an embodiment of the present invention may also be referred to as a compressor compressor motor driving unit 220 .

도 4는 도 3의 압축기 구동부의 내부 블록도의 일예를 예시한다. FIG. 4 illustrates an example of an internal block diagram of the compressor driving unit of FIG. 3 .

도면을 참조하면, 압축기(11)는, 내부에, 모터(230)와, 베어링 코일(RB)을 구비할 수 있다.Referring to the drawing, the compressor 11 may include a motor 230 and a bearing coil RB therein.

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.Accordingly, the compressor driving unit 220 may include a compressor motor driving unit 220a for driving the compressor motor and a bearing driving unit 221a for driving the bearing coil RB. Meanwhile, in the present specification, the compressor driving unit 220 may also be referred to as a compressor driving device.

베어링 구동부(221a)는, 압축기(11) 내의 임펠러 구동을 위한 모터의 회전자(미도시)이, 부상하거나, 랜딩(landing)되도록 제어할 있다.The bearing driving unit 221a may control a rotor (not shown) of a motor for driving an impeller in the compressor 11 to float or land.

이를 위해, 베어링 구동부(221a)는, 베어링 제어부(435), 코일 구동부(437), 베어링 코일(RB)을 구비할 수 있다. To this end, the bearing driving unit 221a may include a bearing control unit 435, a coil driving unit 437, and a bearing coil RB.

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. The bearing control unit 435 uses 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 a bearing coil current detector (M in FIG. 9A) (IB) is received, and based on the received gap information (gap) and current information (IB), a switching control signal (Sci) for controlling the coil driver 437 may be output.

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.Also, the coil driver 437 may turn on/off the switching element based on the switching control signal Sci. By turning on or off the switching element in the coil driving unit 437, a magnetic field or the like is generated or destroyed in the bearing coil RB, so that the rotor (not shown) of the motor may float or land. can

한편, 도 4의 압축기 구동부(220) 내의 압축기 모터 구동부(220a)는, 메모리(270), 인버터 제어부(430), 인버터(420) 등을 구비할 수 있다.Meanwhile, the compressor motor driving unit 220a in the compressor driving unit 220 of FIG. 4 may include a memory 270, an inverter control unit 430, an inverter 420, and the like.

압축기 모터 구동부(220a)의 자세한 동작에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 상세히 기술한다.A detailed operation of the compressor motor driving unit 220a will be described in more detail with reference to FIG. 5 .

도 5는 도 4의 압축기 모터 구동부의 내부 회로도의 일예이다.5 is an example of an internal circuit diagram of the compressor motor driving unit of FIG. 4 .

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.Referring to the drawings, the compressor motor driving unit 220a according to an embodiment of the present invention is for driving a motor in a sensorless manner and may include an inverter 420 and an inverter control unit 430. there is.

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.In addition, the compressor motor driver 220a according to an embodiment of the present invention may include a converter 410, a dc short voltage detector B, a smoothing capacitor C, and an output current detector E. In addition, the driver 220 may further include an input current detector (A), a reactor (L), and the like.

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.When an error occurs during operation, the inverter control unit 430 according to an embodiment of the present invention stores diagnostic data including error occurrence time information, operation information when an error occurs, and status information in the memory 140 or the memory 270. You can control it.

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.Meanwhile, the inverter controller 430 periodically controls operation information and state information to be temporarily stored in the memory 140 or memory 270, and when an error occurs, the final operation information among the periodically temporarily stored operation information and state information. , can be controlled to finally store the final state information in the memory 140 or the memory 270.

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.Meanwhile, when an error occurs, the inverter control unit 430 controls driving information at the time of error occurrence to be stored in the memory 140 or memory 270, and driving information or status information after a predetermined time from the time of error occurrence is stored in the memory 140 or memory 270. 140 or the memory 270 can be controlled to store.

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.On the other hand, the data amount of the final 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 error occurrence or the data amount of operation information or state information after a predetermined time from the occurrence of the error. Larger is preferred.

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. The reactor L is disposed between the commercial AC power source 405 (vs) and the converter 410, and performs a power factor correction or step-up operation. In addition, the reactor (L) may perform a function of limiting harmonic current by high-speed switching of the converter 410.

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.The input current detector A may detect the input current is input from the commercial AC power supply 405 . To this end, as the input current detector A, a current transformer (CT), a shunt resistor, or the like may be used. The detected input current is may be input to the inverter control unit 430 as a discrete signal in a pulse form.

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. The converter 410 converts the commercial AC power supply 405 that has passed through the reactor L into DC power and outputs it. In the drawings, the commercial AC power supply 405 is shown as a single-phase AC power supply, but may be a three-phase AC power supply. The internal structure of the converter 410 also varies depending on the type of commercial AC power source 405 .

한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.On the other hand, the converter 410 is made of a diode or the like without a switching element, and may perform a rectification operation without a separate switching operation.

예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다. For example, in the case of single-phase AC power, four diodes may be used in a bridge form, and in the case of three-phase AC power, six diodes may be used in a bridge form.

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. Meanwhile, the converter 410 may be, for example, a half-bridge converter in which two switching elements and four diodes are connected, and in the case of a three-phase AC power supply, six switching elements and six diodes may be used. .

컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.When the converter 410 includes a switching element, a step-up operation, power factor improvement, and DC power conversion may be performed by a switching operation of the corresponding switching element.

평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다. The smoothing capacitor (C) smooths the input power and stores it. In the figure, one element is exemplified as the smoothing capacitor C, but a plurality of elements may be provided to secure element stability.

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.On the other hand, in the figure, it is illustrated as being connected to the output terminal of the converter 410, but is not limited thereto, and DC power may be directly input. For example, DC power from the solar cell is supplied to the smoothing capacitor (C). It may be directly input or input after DC/DC conversion. Hereinafter, the parts illustrated in the drawings will be mainly described.

한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다. On the other hand, since DC power is stored at both ends of the smoothing capacitor C, it may be referred to as a dc end or a dc link end.

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.The dc short voltage detector (B) may detect the dc short voltage (Vdc) at both ends of the smoothing capacitor (C). To this end, the dc short voltage detector B may include a resistance element, an amplifier, and the like. The detected dc terminal voltage (Vdc) may be input to the inverter control unit 430 as a discrete signal in the form of a pulse.

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. The inverter 420 is provided with a plurality of inverter switching elements, and converts DC power (Vdc) smoothed by the on/off operation of the switching elements into three-phase AC power (va, vb, vc) of a predetermined frequency, It can be output to the synchronous motor 230.

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. In the inverter 420, upper arm switching elements Sa, Sb, Sc and lower arm switching elements S'a, S'b, and S'c connected in series to each other form a pair, and a total of three pairs of upper and lower arms. The switching elements are connected in parallel (Sa&S'a, Sb&S'b, Sc&S'c) to each other. Diodes are connected in anti-parallel to each of the switching elements Sa, S'a, Sb, S'b, Sc, and S'c.

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. The switching elements in the inverter 420 perform an on/off operation of each switching element based on the inverter switching control signal Sic from the inverter control unit 430 . As a result, three-phase AC power having a predetermined frequency is output to the three-phase synchronous motor 230 .

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.The inverter control unit 430 may control the switching operation of the inverter 420 based on a sensorless method. To this end, the inverter controller 430 may receive the output current io detected by the output current detector E.

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.The inverter controller 430 outputs the 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 pulse width modulation (PWM) switching control signal, which is generated and output based on the output current io detected by the output current detector E. 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 .

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.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 detection unit E may detect all of the output currents ia, ib, and ic of each phase, or may detect the output currents of two phases using three-phase balance.

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. The output current detection unit E may be positioned between the inverter 420 and the motor 230, and a current transformer (CT), a shunt resistor, or the like may be used to detect the current.

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.When a shunt resistor is used, three shunt resistors are located between the inverter 420 and the synchronous motor 230, or three lower arm switching elements (S'a, S'b, and S'c of the inverter 420) ), it is possible that one end is connected to each. On the other hand, using three-phase equilibrium, it is also possible that two shunt resistors are used. Meanwhile, when one shunt resistor is used, the corresponding shunt resistor may be disposed between the aforementioned capacitor C and the inverter 420 .

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. The detected output current io may be applied to the inverter controller 430 as a discrete signal in the form of a pulse, and an inverter switching control signal Sic is generated based on the detected output current io. do. Hereinafter, the detected output current io may be described in parallel as a three-phase output current ia, ib, ic.

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. On the other hand, the three-phase motor 230 includes a stator and a rotor, and each phase AC power of a predetermined frequency is applied to the coils of the stator of each phase (phases a, b, and c) to rotate the rotor. will do

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.Such a motor 230 includes, for example, a Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor (SMPMSM), an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM), and a synchronous relay. A Synchronous Reluctance Motor (Synrm) and the like may be included. Among them, SMPMSM and IPMSM are Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) applied with permanent magnet, and Synrm is characterized by no permanent magnet.

도 6은 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.6 is an internal block diagram of the inverter control unit of FIG. 5 .

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.Referring to FIG. 6 , the inverter control unit 430 includes an axis conversion unit 310, a speed calculation unit 320, a current command generation unit 330, a voltage command generation unit 340, an axis conversion unit 350, and A switching control signal output unit 360 may be included.

축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.The axis conversion unit 310 receives the three-phase output currents (ia, ib, ic) detected by the output current detection unit (E) and converts them into two-phase currents (iα, iβ) of the stationary coordinate system.

한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다. Meanwhile, the axis conversion unit 310 may convert the two-phase currents iα and iβ of the stationary coordinate system into the two-phase currents id and iq of the rotating coordinate system.

속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(

)와 연산된 속도(

)를 출력할 수 있다.The speed calculation unit 320 calculates the position (

) and the computed speed (

) can be output.

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. On the other hand, the current command generation unit 330, the calculation speed (

) and the speed command value (ω ^* _r ), the current command value (i ^* _q ) is generated. For example, the current command generator 330 has an operation speed (

) and the speed command value (ω ^* _r ), the PI controller 335 performs PI control and generates the current command value (i ^* _q ). In the drawing, the q-axis current command value (i ^* _q ) is exemplified as the current command value, but unlike the drawing, it is also possible to generate the d-axis current command value (i ^* _d ) together. Meanwhile, the value of the d-axis current command value (i ^* _d ) may be set to 0.

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.Meanwhile, the current command generation unit 330 may further include a limiter (not shown) that limits the level of the current command value (i ^* _q ) so that it does not exceed an allowable range.

다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(i_d,i_q)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(i_q)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(i_d)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.Next, the voltage command generator 340 includes the d-axis and q-axis currents (i _d , i _q ) converted to the two-phase rotation coordinate system by the axis conversion unit, and the current command value ( Based on i ^* _d and i ^* _q , d-axis and q-axis voltage command values (v ^* _d and v ^* _q ) are generated. For example, the voltage command generator 340 performs PI control in the PI controller 344 based on the difference between the q-axis current (i _q ) and the q-axis current command value (i ^* _q ), and q Shaft voltage command value (v ^* _q ) can be generated. In addition, the voltage command generator 340 performs PI control in the PI controller 348 based on the difference between the d-axis current (i _d ) and the d-axis current command value (i ^* _d ), and the d-axis voltage A command value (v ^* _d ) can be created. Meanwhile, the voltage command generation unit 340 may further include a limiter (not shown) for limiting the level of the d-axis and q-axis voltage command values (v ^* _d and v ^* _q ) so that they do not exceed an allowable range. .

한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v^* _d,v^* _q)는, 축변환부(350)에 입력된다.Meanwhile, the generated d-axis and q-axis voltage command values (v ^* _d , v ^* _q ) are input to the axis conversion unit 350.

축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(

)와, d축, q축 전압 지령치(v^* _d,v^* _q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.The axis conversion unit 350 is the position calculated by the speed calculation unit 320 (

) and the d-axis and q-axis voltage command values (v ^* _d , v ^* _q ), and performs axis conversion.

먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(

)가 사용될 수 있다.First, the axis conversion unit 350 converts the 2-phase rotating coordinate system into the 2-phase stationary coordinate system. At this time, the position calculated by the speed calculator 320 (

) can be used.

그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v^*a,v^*b,v^*c)를 출력하게 된다.Then, the axis conversion unit 350 performs conversion from the 2-phase stationary coordinate system to the 3-phase stationary coordinate system. Through this conversion, the axis conversion unit 1050 outputs three-phase output voltage command values (v ^* a, v ^* b, v ^* c).

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. The switching control signal output unit 360 generates a switching control signal (Sic) for an inverter according to a pulse width modulation (PWM) method based on the three-phase output voltage command values (v ^* a, v ^* b, and v ^* c). and output

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.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 . Accordingly, each of the switching elements Sa, S'a, Sb, S'b, Sc, and S'c in the inverter 420 performs a switching operation.

도 7a는 도 4의 압축기의 구조의 일예를 도시한 도면이다.7A is a diagram showing an example of the structure of the compressor of FIG. 4;

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.Referring to the drawings, an impeller 701 and a rotor 702 may be disposed inside the compressor 11 . The rotor 702 of the compressor motor may be connected to the impeller 701 disposed on one side inside the compressor 11 .

한편, 회전자(702)는 z축 방향으로 연장되며, 회전자(702)의 단부 부근에는, T 자 형상의 트러스트 플레이트(trust plate)(706)가 형성될 수 있다.Meanwhile, the rotor 702 extends in the z-axis direction, and a T-shaped trust plate 706 may be formed near an end of the rotor 702 .

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.A frame 704 is disposed within 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 within the frame 704.

복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)은, 보빈(미도시)과, 보빈에 감기는, 베어링 코일(미도시)을 구비할 수 있다.The plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4 , RBb1 to RBb4 , and RBC1 to RBC2 may include bobbins (not shown) and bearing coils (not shown) wound around the bobbins.

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 자기 부상(magnetic levitation)하게 된다.When current does not flow to the bearing coils of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2, the surfaces of some of the magnetic bearings and the rotor 702 come into contact, and current flows through the bearing coils. In this case, magnetic levitation occurs from the surface of some magnetic bearings.

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.After magnetic levitation, the rotor 702 of the compressor motor 230 rotates, and in particular, the rotational speed of the rotor 702 can be varied under the control of the inverter control unit 430 of FIGS. 4 to 6. there will be

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.Meanwhile, among the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2, the magnetic bearings RBa1 to RBa4 and RBb1 to RBb4 are radial magnetic bearings, which are radial magnetic bearings. Rotation can be controlled. That is, you can control the x and y axes.

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. Meanwhile, among the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2, the magnetic bearings RBa1 to RBa4 and RBb1 to RBb4 may be spaced apart from the rotor 702 extending in the z-axis direction. can

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.Meanwhile, among the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2, the magnetic bearings RBC1 to RBC2 are axial magnetic bearings and can control rotation of the rotor in the axial direction. there is. That is, the z-axis can be controlled.

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. Meanwhile, among the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2, the magnetic bearings RBC1 to RBC2 may be spaced apart from a trust plate extending in the y-axis direction.

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.On the other hand, around the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, RBC1 to RBC2, a plurality of gap sensors CBa1 to CBa4, CBb1 to sense the gap between the magnetic bearing and the rotor 702. CBb4, CBC1 to CBC2) may be arranged.

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. Among the plurality of gap sensors (CBa1 to CBa4, CBb1 to CBb4, and CBC1 to CBC2), some of the gap sensors (CBC1 to CBC2) are radial gap sensors and can detect the position of the x- and y-axis rotors. can

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. Among the plurality of gap sensors CBa1 to CBa4, CBb1 to CBb4, and CBC1 to CBC2, some of the gap sensors CBC1 to CBC2 are axial gap sensors and can detect the position of the z-axis rotor.

한편, 복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2)는 홀 센서(hall sensor)로 구현될 수 있다.Meanwhile, the plurality of gap sensors CBa1 to CBa4, CBb1 to CBb4, and CBC1 to CBC2 may be implemented as hall sensors.

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.The bearing control unit 435, based on the gap information from the plurality of gap sensors CBa1 to CBa4, CBb1 to CBb4, and CBC1 to CBC2, determines the magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2. In particular, 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.

도 7b는 도 7a의 I-I'의 단면도이다.FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line II' of FIG. 7A.

도면을 참조하면, 도 7a의 I-I'의 단면에 따라, 레이디얼 자기 베어링(radial magnetic bearing)인, RBb1~RBb가 서로 이격되어 배치될 수 있다.Referring to the drawing, according to the cross section II' of FIG. 7A, RBb1 to RBb, which are radial magnetic bearings, may be spaced apart from each other.

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.And, it is exemplified that the rotor 702 is disposed spaced apart from the inner surfaces BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4. The rotor 702 in FIG. 7B is shown levitated.

도 7c는 도 7a의 압축기의 측면도이다.Fig. 7c is a side view of the compressor of Fig. 7a;

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.Referring to the drawings, axial magnetic bearings RBC1 to RBC2 may be disposed on both sides of a trust plate 706 near an end of the rotor 702 .

한편, 러스트 플레이트(trust plate)(706) 하단에는, 회전자(702)가 배치될 수 있다.Meanwhile, a rotor 702 may be disposed below a trust plate 706 .

도 8a 내지 도 8c는 베어링 내의 회전자의 부상 및 랜딩을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.8A to 8C are views referenced to describe the lifting and landing of a rotor in a bearing.

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.First, in FIG. 8A , current is not applied to the bearing coils of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2, and the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4 A case in which the rotor 702 abuts is exemplified.

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. Next, FIG. 8B shows that current is applied to the bearing coils of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2, and rotates from the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4. It illustrates that electrons 702 are levitating.

한편, 베어링 제어부(435)는, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)과, 회전자(702) 사이에 갭(gap)이 일정하도록, 제어할 수 있다.Meanwhile, the bearing controller 435 can control the gap between the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4 and the rotor 702 to be constant.

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.Next, in FIG. 8C , current is not applied to the bearing coils of the plurality of magnetic bearings RBa1 to RBa4, RBb1 to RBb4, and RBC1 to RBC2, and the inner surface BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4 , illustrates a case where the rotor 702 lands.

한편, 도 8a 내지 도 8c의 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)은, 도 7a의 프레임(704)의 내부면일 수 있다.Meanwhile, the inner surfaces BR of the radial magnetic bearings RBb1 to RBb4 of FIGS. 8A to 8C may be the inner surfaces of the frame 704 of FIG. 7A.

도 9a는 도 4의 베어링 구동부의 내부 블록도의 일예이다.Figure 9a is an example of an internal block diagram of the bearing driving unit of Figure 4;

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.Referring to the drawing, the bearing driving unit 221a includes a bearing coil RB, a coil driving unit 439 for applying current to the bearing coil RB, and a bearing coil current detector detecting the 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 detector (M) Based on the current IB from ), a bearing control unit 435 outputting a switching control signal Sci to the coil driving unit 439 may be provided.

도 9b는 도 9a의 베어링 제어부의 내부 블록도의 일예이다.Figure 9b is an example of an internal block diagram of the bearing control unit of Figure 9a.

도면을 참조하면, 베어링 제어부(435)는, 전류 지령 생성부(910)와, 듀티 생성부(920)를 구비할 수 있다.Referring to the drawings, the bearing control unit 435 may include a current command generator 910 and a duty generator 920.

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(330)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. The current command generation unit 910 generates a current command value (I ^* B) based on the gap information (Gp) from the gap sensor (CB) and the gap command value (Gp*). For example, the current command generation unit 330 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 create

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.Meanwhile, the current command generation unit 910 may further include a limiter (not shown) for limiting the level of the current command value (I ^* B) so that it does not exceed an allowable range.

듀티 생성부(920)는, 베어링 코일 전류 검출부(M)부터의 전류 정보(IB)와 전류 지령치(I^*B)에 기초하여, 전류 지령치(I^*B)를 생성한다. 예를 들어, 듀티 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. ^{The duty generation unit 920 generates a current command value (I * B) 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 generation unit 920 performs PI control in the PI controller 924 based on the difference between the current information IB and the current command value I ^* B, and controls switching including the duty command value. A signal (Sci) can be generated.

한편, 듀티 생성부(920)는, 듀티 지령치가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.Meanwhile, the duty generator 920 may further include a limiter (not shown) for limiting the level of the duty command value so that it does not exceed an allowable range.

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. For example, when the gap between the magnetic bearing and the rotor 702 is smaller than the gap command value Gp*, the bearing control unit 435 sends a switching control signal Sci whose duty increases so that the gap increases. can be printed out.

이때, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)는, 스위칭 주기가 증가하고, 증가된 스위칭 주기 내에서 듀티가 증가하는 것을 의미할 수 있다.In this case, the switching control signal Sci whose duty increases may mean that the switching period increases and the duty increases within the increased switching period.

또는, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)는, 일정한 스위칭 주기 내에서, 듀티가 증가하는 것을 의미할 수도 있다.Alternatively, the switching control signal Sci whose duty increases may mean that the duty increases within a certain switching period.

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. As another example, when the gap between the magnetic bearing and the rotor 702 is greater than the gap command value Gp*, the bearing control unit 435 outputs a switching control signal Sci whose duty decreases so that the gap decreases can do.

이러한 베어링 제어부(435)의 동작에 따라, 회전자의 회전시, 갭이 일정하도록 유지될 수 있게 된다.According to the operation of the bearing controller 435, the gap can be maintained constant when the rotor rotates.

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. Meanwhile, 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 rises.

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. Meanwhile, when the rotor lands, the bearing control unit 435 may output a switching control signal Sci whose duty decreases so that the gap between the magnetic bearing and the rotor 702 gradually decreases.

한편, 베어링 제어부(435)는, 소프트 랜딩을 위해, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 제1 커패시터(Cbs)에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어할 수 있다. On the other hand, the bearing control unit 435, for soft landing, when the rotor 702 of the compressor motor 230 lands, the first mode in which the current stored in the bearing coil (RB) is discharged, and the first capacitor (Cbs) By the power stored in , the second mode in which current flows through the bearing coil RB can be controlled to be repeated.

특히, 회전자 랜딩 기간 동안, 제1 모드가 수행되는 기간이, 제2 모드가 수행되는 기간 보다 더 긴 것이 바람직하다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어할 수 있다. In particular, during the rotor landing period, it is preferable that the period during which the first mode is performed is longer than the period during which the second mode is performed. Accordingly, the current flowing through the bearing coil RB can be controlled to drop step by step.

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.Accordingly, when the compressor motor is stopped in the magnetic levitation method, the rotor of the compressor motor can softly land (soft lanfing), and thus, it is possible to prevent damage to the rotor of the compressor motor. In addition, it is possible to prevent damage to magnetic bearings, gap sensors, and the like. Furthermore, the stability and reliability of the compressor driving device 220 and the chiller 100 having the same are improved.

도 10a 내지 도 10e는 코일 구동부의 회로도의 일예 및 그 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.10A to 10E are diagrams referenced to explain an example of a circuit diagram of a coil driving unit and its operation.

먼저, 도 10a를 참조하면, 도 10a의 코일 구동부(1000)는, dc단 양단(a-b단)에 배치되는 제1 커패시터(Cbs), 제1 커패시터(Cbs) 양단(a-b단)에 접속되는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와, 제1 다이오드 소자(Db1), 제1 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.First, referring to FIG. 10A, the coil driving unit 1000 of FIG. 10A is connected to a first capacitor Cbs disposed at both ends of the dc terminal (terminal a-b) and to both ends (terminal a-b) of the first capacitor Cbs, It is connected between the first switching element (Sb1), the first diode element (Db1), and both ends of the first capacitor (Cbs), and is connected in parallel to the first switching element (Sb1) and the first diode element (Db1). A two-diode element Db2 and a second switching element Sb2 may be provided.

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.Also, 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. there is.

한편, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보를 위해, 베어링 코일(RB)의 일단에, 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터(Cbk)가 접속될 수 있으며, 제2 커패시터(Cbk)의 충전을 위해, 제3 스위칭 소자(Sx)가 배치될 수 있다.Meanwhile, in order to secure the driving voltage of the first switching element Sb1, a second capacitor Cbk, which is a bootstrap capacitor, may be connected to one end of the bearing coil RB, and the second capacitor Cbk is charged. For this purpose, a third switching element Sx may be disposed.

제3 스위칭 소자(Sx)는, 제1 스위칭 소자(Sb1)과 상보적으로 구동되는 것으로 한다.It is assumed that the third switching element Sx is driven complementary to the first switching element Sb1.

제3 스위칭 소자(Sx)가 턴 온되는 경우, 제3 스위칭 소자(Sx)에 의해, 제2 커패시터(Cbk)가 접지단에 접속하므로, 제2 직류 전원(Vbk)이, 저항 소자(Rbk), 다이오드 소자(Dbk)를 거쳐, 제2 커패시터(Cbk)에 저장되게 된다.When the third switching element Sx is turned on, the second capacitor Cbk is connected to the ground terminal by the third switching element Sx, so that the second DC power source Vbk is connected to the resistance element Rbk. , is stored in the second capacitor Cbk via the diode element Dbk.

이러한 부트스트랩 동작에 기초하여, 제2 커패시터(Cbk)에 저장된 제2 직류 전원(Vbk)에 의한, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보가 가능하게 된다.Based on this bootstrap operation, it is possible to secure the driving voltage of the first switching element Sb1 by the second DC power supply Vbk stored in the second capacitor Cbk.

한편, 도 10b는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 경우의 전류 패쓰(Ipatha)를 나타내며, 도 10c는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 오프되는 경우의 전류 패쓰(Ipathb)를 나타내며, 도 10d는, 제3 스위칭 소자(Sx)만 턴 온되는 경우의 전류 패쓰(Ipathc)를 나타낸다.Meanwhile, FIG. 10B shows a current path Ipatha when both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on, and FIG. 10C shows the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2. The current path Ipathb when all the switching elements Sb2 are turned off is shown, and FIG. 10D shows the current path Ipathc when only the third switching element Sx is turned on.

도 10d의 동작에 의해, 제2 직류 전원(Vbk)이, 저항 소자(Rbk), 다이오드 소자(Dbk)를 거쳐, 제2 커패시터(Cbk)에 저장되게 된다.By the operation of FIG. 10D , the second DC power source Vbk is stored in the second capacitor Cbk via the resistor element Rbk and the diode element Dbk.

한편, 도 10e의 (a)는, 제1 스위칭 소자(Sb1)에 인가되는 제어 신호 파형을 나타내며, 도 10e의 (b)는, 제2 스위칭 소자(Sb2)에 인가되는 제어 신호 파형을 나타내며, 도 10e의 (c)는, 제3 스위칭 소자(Sx)에 인가되는 제어 신호 파형을 나타내며, 도 10e의 (d)는, 베어링 코일(RB)에 인가되는 전압 파형(Vrb)을 나타내며, 도 10e의 (e)는, 베어링 코일(RB)에 인가되는 전류 파형(Irb)을 나타내며, Meanwhile, (a) of FIG. 10E shows a control signal waveform applied to the first switching element Sb1, and (b) of FIG. 10E shows a control signal waveform applied to the second switching element Sb2, Figure 10e (c) shows the control signal waveform applied to the third switching element (Sx), Figure 10e (d) shows the voltage waveform (Vrb) applied to the bearing coil (RB), Figure 10e (e) of (e) represents the current waveform (Irb) applied to the bearing coil (RB),

Tm 기간 동안, 도 10b와 같이, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되며, Tl 기간 동안, 도 10c와 같이, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 오프되며, Tn 기간 동안, 도 10d와 같이, 제3 스위칭 소자(Sx)만 턴 온된다.During the Tm period, as shown in FIG. 10B, both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on, and during the Tl period, as shown in FIG. 10C, the first switching element Sb1 and the second switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on. All elements Sb2 are turned off, and only the third switching element Sx is turned on during the Tn period, as shown in FIG. 10D.

도 10a의 코일 구동부의 회로도의 구성과, 도 10b 내지 도 10e의 동작에 따르면, Tn 기간 동안, 도 10d와 같이, 제3 스위칭 소자(Sx)만 별도로 턴 온 시켜야 하므로, 제2 커패시터(Cbk)에, 제2 직류 전원(Vbk)을 저장하는 것이, 별도 프로세스로서 구현되어야 한다. 이에 따라, 비효율적이게 된다.According to the configuration of the circuit diagram of the coil driving unit of FIG. 10A and the operation of FIGS. 10B to 10E, only the third switching element Sx needs to be separately turned on during the Tn period, as shown in FIG. 10D, so that the second capacitor Cbk In this case, storing the second DC power source Vbk must be implemented as a separate process. Accordingly, it becomes inefficient.

한편, 도 7a에서 도시한 바와 같이, 압축기(11) 내에, 베어링 코일(RB)의 개수가 10개이므로, 10개의 코일 구동부가 사용되어야 하는데, 제3 스위칭 소자(Sx)를 별도로 구성하여, 구현하는 경우, 제어 복잡성은 물론, 제조 비용이 증대되는 문제가 있다.On the other hand, as shown in FIG. 7A, since the number of bearing coils RB is 10 in the compressor 11, 10 coil driving units must be used. In this case, there is a problem in that control complexity and manufacturing cost increase.

이에 따라, 본 발명에서는, 코일 구동부 내의 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터를 효율적으로 충전하는 방안을 제시한다. Accordingly, the present invention proposes a method of efficiently charging the second capacitor, which is the bootstrap capacitor in the coil driving unit.

또한, 부트스트랩 커패시터의 전압 충전을 위해, 별도의 스위칭 소자를 배치하지 않음으로써, 제조 비용을 저감하면서, 부트스트랩 커패시터인 제2 커패시터를 효율적으로 충전하는 방안을 제시한다. 이에 대해서는 도 11 이하를 참조하여 기술한다.In addition, a method of efficiently charging the second capacitor, which is the bootstrap capacitor, while reducing manufacturing cost by not disposing a separate switching device for voltage charging of the bootstrap capacitor is proposed. This will be described with reference to FIG. 11 below.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코일 구동부의 회로도의 일예이고, 도 12a 내지 도 13c는 도 11의 코일 구동부의 동작 설명에 참조되는 도면이다.FIG. 11 is an example of a circuit diagram of a coil driving unit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 12A to 13C are diagrams referenced for describing an operation of the coil driving unit of FIG. 11 .

먼저, 도 11을 참조하면, 도 11의 코일 구동부(1200)는, dc단 양단(a-b단)에 배치되며, 제1 직류 전원(Vbs)가 저장되는 제1 커패시터(Cbs), 제1 커패시터(Cbs) 양단(a-b단)에 접속되는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와, 제1 다이오드 소자(Db1), 제1 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.First, referring to FIG. 11 , the coil driving unit 1200 of FIG. 11 is disposed at both ends of a dc terminal (a-b terminals), and includes a first capacitor Cbs in which a first DC power source Vbs is stored, and a first capacitor ( It is connected between the first switching element Sb1, the first diode element Db1, and the first capacitor Cbs, which are connected to both ends (a-b terminals) of Cbs, and are connected between the first switching element Sb1 and the first switching element Sb1. A second diode element Db2 connected in parallel to the diode element Db1 and a second switching element Sb2 may be provided.

즉, 직류 전원 공급부(805)로부터의 직류 전원(Vbs)이 제1 커패시터(Cbs)에 저장되며, 제1 커패시터(Cbs)의 일단과, 베어링 코일(RB)의 일단 사이에, 제1 스위칭 소자(Sb1)가 접속될 수 있다.That is, DC power Vbs from the DC power supply 805 is stored in the first capacitor Cbs, and between one end of the first capacitor Cbs and one end of the bearing coil RB, the first switching element (Sb1) can be connected.

제1 다이오드 소자(Db1)는, 제1 커패시터(Cbs)의 타단과, 베어링 코일(RB)의 일단 사이에, 접속될 수 있다.The first diode element Db1 may be connected between the other end of the first capacitor Cbs and one end of the bearing coil RB.

제2 다이오드 소자(Db2)는, 제1 커패시터(Cbs)의 일단과, 베어링 코일(RB)의 타단 사이에, 접속될 수 있다.The second diode element Db2 may be connected between one end of the first capacitor Cbs and the other end of the bearing coil RB.

제2 스위칭 소자(Sb2)는, 제1 커패시터(Cbs)의 타단과, 베어링 코일(RB)의 타단 사이에, 접속될 수 있다.The second switching element Sb2 may be connected between the other end of the first capacitor Cbs and the other end of the bearing coil RB.

한편, 도 11의 코일 구동부(1200)는, 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드 소자의 사이에, 접속되어, 제2 직류 전원이 저장되는 제2 커패시터(Cbk)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the coil driver 1200 of FIG. 11 may include a second capacitor Cbk connected between the first switching element and the first diode element to store the second DC power.

한편, 도 11의 코일 구동부(1200)는, 제2 직류 전원(Vbk)과 제2 커패시터(Cbk) 사이에 접속되는, 저항 소자(Rbk) 및 제3 다이오드(Dbk)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the coil driving unit 1200 of FIG. 11 may include a resistance element Rbk and a third diode Dbk connected between the second DC power source Vbk and the second capacitor Cbk.

한편, 베어링 제어부(435)는, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보를 위해, 제2 커패시터(Cbk)에 제2 직류 전원(Vbk)이 저장되도록, 제1 스위칭 소자(Sb1)가 턴 오프되고, 제2 스위칭 소자(Sb2)가 턴 온되는 제1 모드가 수행되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the bearing controller 435 turns the first switching element Sb1 so that the second DC power supply Vbk is stored in the second capacitor Cbk to secure the driving voltage of the first switching element Sb1. It can be controlled so that the first mode is turned off and the second switching element Sb2 is turned on.

이러한 제1 모드는, 도 10b 내지 도 10d에 개시되지 않는 모드로서, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)를 별개로 구동시킴으로써, 간당하고 효율적으로, 제2 커패시터(Cbk)에 저장된 제2 직류 전원(Vbk)에 의한, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보가 가능하게 된다.This first mode, which is not disclosed in FIGS. 10B to 10D , operates the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 separately, simply and efficiently, the second capacitor Cbk It is possible to secure the driving voltage of the first switching element Sb1 by the second DC power supply Vbk stored in .

즉, 러한 부트스트랩 동작에 기초하여, 제2 커패시터(Cbk)에 저장된 제2 직류 전원(Vbk)에 의한, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보가 가능하게 된다.That is, based on such a bootstrap operation, it is possible to secure the driving voltage of the first switching element Sb1 by the second DC power supply Vbk stored in the second capacitor Cbk.

한편, 베어링 제어부(435)는, 제1 모드의 수행 시간이, 제1 기준 시간 이상되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the bearing controller 435 may control the execution time of the first mode to be equal to or longer than the first reference time.

제2 커패시터(Cbk)에 전압 저장 시간은, RC 시정수에 기초하여 결정되므로, 제1 기준 시간은, 제2 커패시터(Cbk)의 커패시턴스와 저항 소자(Rbk)의 저항값에 기초하여 결정될 수 있다. Since the voltage storage time in the second capacitor Cbk is determined based on the RC time constant, the first reference time may be determined based on the capacitance of the second capacitor Cbk and the resistance value of the resistance element Rbk. .

이에 따라, 베어링 제어부(435)는, 제2 커패시터(Cbk)의 커패시턴스와 저항 소자(Rbk)의 저항값에 기초하여, 제1 모드의 수행 시간이, 가변되도록 제어할 수 있다. 이에 의해, 충분한 제1 모드 수행 시간이 확보되어, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보가 가능하게 된다.Accordingly, the bearing control unit 435 may control the execution time of the first mode to be variable based on the capacitance of the second capacitor Cbk and the resistance value of the resistance element Rbk. As a result, a sufficient first mode execution time is secured, and thus it is possible to secure the driving voltage of the first switching element Sb1.

한편, 도 12b는, 제1 모드에 따른 동작을 도시한다.Meanwhile, FIG. 12B shows an operation according to the first mode.

도 12b에 의하면, 제1 스위칭 소자(Sb1)은 턴 오프되고, 제2 스위칭 소자(Sb2)의 턴 온되므로, 제1 다이오드 소자(Db1), 베어링 코일(RB), 제2 스위칭 소자(Sb2)를 따라 순차적으로 흐르는, 제2 전류 패쓰(Ipath2)가 예시될 수 있다. 이러한 제1 모드를 프리휠링 모드라 할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 축적된 에너지가 방전될 수 있다.12B, since the first switching element Sb1 is turned off and the second switching element Sb2 is turned on, the first diode element Db1, the bearing coil RB, and the second switching element Sb2 A second current path Ipath2 sequentially flowing along may be exemplified. This first mode may be referred to as a freewheeling mode. Accordingly, energy accumulated in the bearing coil RB may be discharged.

한편, 도 12b의 제2 전류 패쓰(Ipath2)에 의해, 제1 모드가 수행되어, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 하강하며, 도 12a의 제1 전류 패쓰(Ipath1)에 의해, 제2 모드가 수행되어, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 상승할 수 있다.Meanwhile, the first mode is performed by the second current path Ipath2 of FIG. 12B, the current flowing through the bearing coil RB decreases, and the second mode by the first current path Ipath1 of FIG. 12A. is performed, the current flowing through the bearing coil RB may increase.

한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터의 회전자(702) 부상 등을 위해, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴온되는 제2 모드가 수행되도록 제어할 수 있다. On the other hand, the bearing control unit 435 may control the second mode in which both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on so that the rotor 702 of the compressor motor rises, etc. there is.

한편, 도 12a는, 제2 모드에 따른 동작을 도시한다.Meanwhile, FIG. 12A shows an operation according to the second mode.

도 12a에 의하면, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되므로, 제1 커패시터(Cbs), 제1 스위칭 소자(Sb1), 베어링 코일(RB), 제2 스위칭 소자(Sb2)를 따라 순차적으로 흐르는, 제1 전류 패쓰(Ipath1)가 예시될 수 있다. 이러한 제2 모드를 자화 모드라 할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 에너지가 축적될 수 있다.12A, since both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on, the first capacitor Cbs, the first switching element Sb1, the bearing coil RB, and the second switching element A first current path Ipath1 sequentially flowing along the element Sb2 may be exemplified. This second mode may be referred to as a magnetization mode. Accordingly, energy may be accumulated in the bearing coil RB.

한편, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압 확보를 더욱 용이하게 하기 위해, 베어링 제어부(435)는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 오프되는 제3 모드가 수행되도록 제어할 수 있다.Meanwhile, in order to more easily secure the driving voltage of the first switching element Sb1, the bearing controller 435 operates in a third mode in which both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned off. can be controlled to be performed.

한편, 도 12c는, 제3 모드에 따른 동작을 도시한다.Meanwhile, FIG. 12C shows an operation according to the third mode.

도 12c에 의하면, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 오프되므로, 제1 다이오드 소자(Db1), 베어링 코일(RB), 제2 다이오드 소자(Db2)를 따라 순차적으로 흐르는, 제3 전류 패쓰(Ipath3)가 예시될 수 있다. 이러한 제3 모드를 방전 모드라 할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 축적된 에너지가 방전될 수 있다.12c, since both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned off, sequentially along the first diode element Db1, the bearing coil RB, and the second diode element Db2 A third current path Ipath3 flowing to may be exemplified. This third mode may be referred to as a discharge mode. As a result, energy accumulated in the bearing coil RB may be discharged.

한편, 도 12b의 제1 모드와, 도 12c의 제3 모드에 의해, 베어링 코일(RB)의 일단에, 소정 전압이 확보가 되며, 따라서, 상암 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압을, 효율적으로 확보할 수 있게 된다.On the other hand, by the first mode of FIG. 12b and the third mode of FIG. 12c, a predetermined voltage is secured at one end of the bearing coil RB, and thus, the first switching element Sb1, which is the upper arm switching element, is driven. The voltage can be secured efficiently.

특히, 도 10a 내지 도 10e에 비해, 제3 스위칭 소자(Sx)가 사용되지 않으므로, 제조 비용 및 제어 난이도가 저감되게 된다.In particular, compared to FIGS. 10A to 10E , since the third switching element Sx is not used, manufacturing cost and control difficulty are reduced.

한편, 도 12d의 (a)는, 제1 스위칭 소자(Sb1)에 인가되는 제어 신호 파형을 나타내며, 도 12d의 (b)는, 제2 스위칭 소자(Sb2)에 인가되는 제어 신호 파형을 나타내며, 도 12d의 (c)는, 베어링 코일(RB)에 인가되는 전압 파형(Vrb)을 나타내며, 도 12의 (d)는, 베어링 코일(RB)에 인가되는 전류 파형(Irb)을 나타내며, On the other hand, (a) of FIG. 12D shows a control signal waveform applied to the first switching element Sb1, and (b) of FIG. 12D shows a control signal waveform applied to the second switching element Sb2, Figure 12d (c) shows the voltage waveform (Vrb) applied to the bearing coil (RB), Figure 12 (d) shows the current waveform (Irb) applied to the bearing coil (RB),

Tp 기간 동안, 도 12a와 같이, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되며, Tg 기간 동안, 도 12b와 같이, 제1 스위칭 소자(Sb1)는 턴 오프, 제2 스위칭 소자(Sb2)는 턴 온된다.During the Tp period, as shown in FIG. 12A, both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned on, and during the Tg period, as shown in FIG. 12B, the first switching element Sb1 is turned off, The second switching element Sb2 is turned on.

즉, 제2 스위칭 소자(Sb2)는, Tp 기간 동안, 턴 온되며, Tr 기간 동안, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 오프된다.That is, the second switching element Sb2 is turned on during the Tp period, and both the first switching element Sb1 and the second switching element Sb2 are turned off during the Tr period.

이 중, Tg 기간과, Tp 기간 동안, 부트스트랩이 수행되어, 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압을, 효율적으로 확보할 수 있게 된다.Among them, bootstrapping is performed during the Tg period and the Tp period, so that the driving voltage of the first switching element Sb1 can be secured efficiently.

한편, 상술한 바와 같이, Tg 기간은, 제1 모드 수행 기간으로서, 제1 기준 시간 이상되는 것이 바람직하다.Meanwhile, as described above, the Tg period is the first mode execution period, and is preferably equal to or longer than the first reference time.

도 12e는 도 9b의 듀티 지령 생성부(920)에서 생성되는 듀티 지령치를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.FIG. 12E is a diagram referenced to describe duty command values generated by the duty command generation unit 920 of FIG. 9B.

도 12e의 (a)는, 듀티 지령치 생성을 위한 주기(T)에 대응하는 삼각파형(CV1)을 나타내며, 도 12e의 (b)는, 제1 스위칭 소자(Sb1)에 대한 듀티 지령치(CV2)를 나타내는 파형이며, 도 12e의 (c)는, 제2 스위칭 소자(Sb2)에 대한 듀티 지령치(CV3)를 나타내는 파형이며, 도 12e의 (d)는, 제2 스위칭 소자(Sb2)에 대한 듀티 지령치(CV3)를 나타내는 파형이다. 12E (a) shows a triangular waveform CV1 corresponding to a cycle T for generating a duty command value, and FIG. 12E (b) shows a duty command value CV2 for the first switching element Sb1. 12E (c) is a waveform showing the duty command value CV3 for the second switching element Sb2, and FIG. 12E (d) shows the duty cycle for the second switching element Sb2. It is a waveform representing the command value (CV3).

제1 스위칭 소자(Sb1)에 대한 듀티 지령치(CV2)와, 제2 스위칭 소자(Sb2)에 대한 듀티 지령치(CV3)의 하이 레벨의 차이가 클수록, 상암 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자(Sb1)의 구동 전압을, 효율적으로 확보할 수 있게 된다.As the difference between the high level of the duty command value CV2 for the first switching element Sb1 and the duty command value CV3 for the second switching element Sb2 increases, The drive voltage can be secured efficiently.

한편, 도 7a에서 도시한 바와 같이, 압축기(11) 내에, 베어링 코일(RB)의 개수가 10개이므로, 10개의 코일 구동부가 사용된다.Meanwhile, as shown in FIG. 7A, since the number of bearing coils RB is 10 in the compressor 11, 10 coil driving units are used.

이에 따라, 10개의 코일 구동부 내의, 상암 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자(Sb1)와, 하암 스위칭 소자인 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 동시에 턴 온되는 것 보다는, 도 12f와 같이 순차적으로 턴 온되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 스위칭시의 피크 전류가, 저감되게 되어, 회로 소자의 소손 가능성 등이 저하되게 된다.Accordingly, the first switching element Sb1, which is an upper arm switching element, and the second switching element Sb2, which is a lower arm switching element, in the 10 coil driving units are all turned on sequentially as shown in FIG. 12F, rather than being turned on simultaneously. it is desirable to be As a result, the peak current at the time of switching is reduced, and the possibility of burnout of the circuit element or the like is reduced.

도 13a의 (a)는 도 10a의 방식에 따른 제1 스위칭 소자(Sb1) 동작시의 스위칭 노이즈 파형(Iswa)을 예시하며, 도 13a의 (b)는 도 12의 방식에 따른 제1 스위칭 소자(Sb1) 동작시의 스위칭 노이즈 파형(Isw)을 예시한다. 도 12의 방식에 따른 제1 스위칭 소자(Sb1) 동작시, 스위칭 노이즈가 상당히 저감되는 것을 알 수 있다.(a) of FIG. 13A illustrates a switching noise waveform Iswa during operation of the first switching element Sb1 according to the method of FIG. 10A, and (b) of FIG. 13A illustrates the first switching element according to the method of FIG. 12 (Sb1) The switching noise waveform Isw during operation is exemplified. When the first switching element Sb1 operates according to the method of FIG. 12, it can be seen that switching noise is significantly reduced.

즉, 코일 구동부(439) 내의 스위칭 소자의 개수가 저감되에 따라, 스위칭 노이즈가 상당히 저감되는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that as the number of switching elements in the coil driver 439 is reduced, switching noise is significantly reduced.

다음, 도 13b의 (a)는 도 10a의 방식에 따른 베어링 코일 전류 검출부(M)에서 검출되는 전류 파형(IBa)을 예시하며, 도 13b의 (b)는 도 12의 방식에 따른 베어링 코일 전류 검출부(M)에서 검출되는 전류 파형(IB)을 예시한다. 도 12의 방식에 따르면, 검출되는 전류의 노이즈가 상당히 저감되는 것을 알 수 있다.Next, (a) of FIG. 13b illustrates the current waveform IBa detected by the bearing coil current detector M according to the method of FIG. 10a, and (b) of FIG. 13b illustrates the bearing coil current according to the method of FIG. 12 The current waveform IB detected by the detector M is exemplified. According to the method of FIG. 12, it can be seen that the noise of the detected current is significantly reduced.

다음, 도 13c의 (a)는 도 10a의 방식에 따른 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류 파형(Irba)을 예시하며, 도 13c의 (b)는 도 12의 방식에 따른 베어링 코일에 흐르는 전류 파형(Irb)을 예시한다. 도 12의 방식에 따르면, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류 파형의 리플도 저감되는 것을 알 수 있다. Next, (a) of FIG. 13c illustrates a current waveform Irba flowing through the bearing coil RB according to the method of FIG. 10a, and (b) of FIG. 13c illustrates a current waveform flowing through the bearing coil according to the method of FIG. 12 (Irb) is exemplified. According to the method of FIG. 12, it can be seen that the ripple of the current waveform flowing through the bearing coil RB is also reduced.

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.Compressor drive device according to an embodiment of the present invention and a chiller having the same are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the above embodiments are implemented in each implementation so that various modifications can be made. All or part of the examples may be configured by selectively combining them.

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. Meanwhile, the compressor driving device and the operating method of the chiller including the same according to the present invention can be implemented as processor-readable codes in a processor-readable recording medium included in the compressor driving device and the chiller including the same. The processor-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by the processor is stored.

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.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications are possible by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

Claims

a compressor having a compressor motor and magnetic bearings;
a coil drive unit having a switching element and applying a current to a bearing coil of the magnetic bearing according to a switching operation to levitation or land the rotor of the compressor motor from the magnetic bearing;
A control unit controlling the switching element of the coil driving unit,
The coil drive unit,
a first capacitor in which a first DC power is stored;
a first switching element and a first diode element connected between both ends of the first capacitor;
a second diode element connected between both ends of the first capacitor and connected in parallel to the first switching element and the first diode element, and a second switching element;
A second capacitor connected between the first switching element and the first diode element to store a second DC power supply;
The bearing coil,
It is connected between the first switching element and the first diode element and between the second diode element and the second switching element,
The control unit,
The compressor driving apparatus according to claim 1 , wherein a first mode in which the first switching element is turned off and the second switching element is turned on is performed so that the second DC power is stored in the second capacitor.

According to claim 1,
The control unit,
Compressor driving device characterized in that for the rotor of the compressor motor to be controlled to perform a second mode in which both the first switching element and the second switching element are turned on.

According to claim 2,
The control unit,
And a third mode in which both the first switching element and the second switching element are turned off is controlled so that the second DC power is stored in the second capacitor.

According to claim 2,
The control unit,
The compressor driving device characterized in that the execution time of the first mode is controlled to be equal to or longer than a first reference time.

According to claim 2,
and a resistance element and a third diode connected between the second DC power source and the second capacitor.

According to claim 5,
The control unit,
And based on the capacitance of the second capacitor and the resistance value of the resistance element, the execution time of the first mode is controlled to be variable.

According to claim 2,
The control unit,
When the rotor of the compressor motor lands, 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 by the power stored in the capacitor are controlled to be repeated. Compressor driving device to be.

According to claim 2,
The control unit,
When the rotor of the compressor motor lands, the first mode in which one of the first switching element and the second switching element is turned on and the power stored in the capacitor, the first switching element and the second switching element Compressor driving device characterized in that the control so that the second mode, in which all switching elements are turned on, is repeated.

According to claim 1,
a bearing coil current detector detecting a current applied to the bearing coil; and
A gap sensor for sensing a gap with the bearing coil; further comprising,
The control unit,
Based on the gap information sensed by the gap sensor and the current applied to the detected bearing coil, a switching control signal for controlling the first switching element and the second switching element is output. Characterized in that compressor drive.

According to claim 9,
The control unit,
a current command generator configured to output a current command value based on the gap information sensed by the gap sensor and the gap command value;
and a duty command generator configured to output a duty command value based on the current command value and the current applied to the detected bearing coil.

A chiller comprising the compressor driving device according to any one of claims 1 to 9.