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KR102573123B1 - 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러 - Google Patents

압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러 Download PDF

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KR102573123B1
KR102573123B1 KR1020170002513A KR20170002513A KR102573123B1 KR 102573123 B1 KR102573123 B1 KR 102573123B1 KR 1020170002513 A KR1020170002513 A KR 1020170002513A KR 20170002513 A KR20170002513 A KR 20170002513A KR 102573123 B1 KR102573123 B1 KR 102573123B1
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South Korea
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rotor
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compressor motor
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전종현
안준식
정근우
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엘지전자 주식회사
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Abstract

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

Description

압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러{Compressor driving apparatus and chiller including the same}
본 발명은 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있는 칠러에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하는 장치이다. 이 공기조화기는 실내 온도를 조절하고, 정화하도록 함으로써 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다.
일반적으로, 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
한편, 공기조화기 중, 가정보다 큰 사업장 또는 빌딩 등에 사용되는 칠러(chiller)는, 일반적으로 옥외 옥상에 설치되는 냉각탑과, 냉매를 순환시켜 냉각탑에서 보내어진 냉각수와 열교환하는 열교환 유닛을 포함한다. 나아가 열교환 유닛은 압축기, 응축기, 증발기를 포함해서 구성된다.
한편, 칠러는, 압축기 모터 구동시, 베어링 코일에 전류를 흘려주어 자기력을 형성하여, 압축기 모터의 회전자를 자기 부상(magnetic levitation)시킨 후, 기계적인 마찰 없이 회전자를 회전시키는 방식을 사용하기도 한다. 이러한 방식을 자기 베어링(magnetic bearing) 방식 또는 자기 부상 방식이라 한다.
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.
한편, 압축기 회전자 부상 이후, 압축기 모터 정지시, 베어링 코일에 흘려주던 전류를 끊게 되면, 자기력이 사라지면서 부상중이던 회전자이 급속히 떨어지게 된다. 이러한 떨어지는 과정에서, 물리적인 충돌이 발생하게 되며, 이에 따라, 압축기 내부의 부품 마모, 손상 등이 발생하게 된다.
본 발명의 목적은, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있는 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를 소프트 랜딩시킬 수 있는 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동장치는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 구동장치는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 압축기를 구동하는 압축기 구동부를 포함하고, 압축기 구동부는, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 압축기를 구동하는 압축기 구동부를 포함하고, 압축기 구동부는, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어함으로써, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다.
특히, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어함으로써, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자가 소프트 랜딩(soft lanfing)시킬 수 있게 되며, 따라서, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다. 그 외, 자기 베어링의 손상을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러의 안정성, 및 신뢰성이 향상되게 된다.
한편, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터의 회전자 부상시, 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 제2 모드가 수행되는 제4 기간, 보다 짧도록 함으로써, 압축기 모터의 회전자 부상시의 기간 보다, 압축기 모터의 회전자 랜딩시의 기간이 더 길어지게 된다. 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
한편, 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 짧아지도록 함으로써, 압축기 모터의 회전자 랜딩시의 기간이 더 길어지게 된다. 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
한편, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 순차적으로 증가되도록 할 수 있으며, 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러는, 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기와, 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 압축기 모터의 회전자를, 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부와, 코일 구동부의 스위칭 소자를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어함으로써, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 공조 유닛을 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 칠러의 내부 블록도의 일예이다.
도 4는 도 3의 모터 구동장치의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도 5는 도 4의 모터 구동장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 7a는 도 4의 압축기의 구조의 일예를 도시한 도면이다.
도 7b는 도 7a의 I-I'의 단면도이다.
도 7c는 도 7a의 압축기의 측면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 베어링 내의 회전자의 부상 및 랜딩을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 9a는 도 4의 베어링 구동부의 내부 블록도의 일예이다.
도 9b는 도 9a의 베어링 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도 10은 베어링 코일에 인가되는 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 일예를 도시한 도면이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11의 전류 파형과 관련된 회로도이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 칠러의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러의 구성을 보여주는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 칠러(chiller)(100)는 냉동 사이클이 형성되는 공조 유닛(10)과, 상기 공조 유닛(10)에 냉각수를 공급하는 냉각탑(20) 및 상기 공조 유닛(10)과 열교환 되는 냉수가 순환하는 냉수 수요처(30)가 포함된다. 이 냉수 수요처(30)는 냉수를 이용하여 공기 조화를 수행하는 장치 또는 공간에 해당한다.
상기 공조 유닛(10)과 냉각탑(20)의 사이에는, 냉각수가 흐르는 순환유로(40)가 설치되 있어, 공조 유닛(10)과 냉각탑(20) 사이로 냉각수가 순환된다.
이 냉각수 순환유로(40)는 냉각수가 상기 응축기(12)로 유입되도록 가이드 하는 냉각수 입수유로(42)와 상기 공조 유닛(10)에서 가열된 냉각수가 상기 냉각탑(20)으로 이동하도록 가이드 하는 냉각수 출수유로(44)가 포함한다.
상기 냉각수 입수유로(42) 및 냉각수 출수유로(44) 중 적어도 하나는 냉각수의 흐름을 위해 냉각수 펌프(46)가 더 설치될 수 있다. 예로써, 도 2에는, 냉각수 입수유로(42)에 냉각수 펌프(46)가 설치된 모습을 예시한다.
그리고, 냉각수 출수유로(44)에는 냉각탑(20)으로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하는 출수 온도센서(47)가 설치될 수 있고, 또한 냉각수 입수유로(42)에도 냉각탑(20)에서 나오는 냉각수의 온도를 측정하는 입수 온도센서(48)가 설치될 수 있다.
상기 공조 유닛(10)과 냉수 수요처(30)의 사이에는 냉수 순환유로(50)가 설치되 이 둘 사이로 냉각수가 순환될 수 있도록 구성돼 있다. 이 냉수 순환유로(50)는 냉수가 상기 냉수 수요처(30)와 공조 유닛(10) 사이를 순환할 수 있도록, 냉수 입수유로(52)와 공조 유닛(10)에서 냉각된 냉수가 상기 냉수 수요처(30)로 이동하도록 가이드 하는 냉수 출수유로(54)가 포함된다.
그리고, 상기 냉수 입수유로(52) 및 냉수 출수유로(54) 중 적어도 하나의 유로에는, 냉수를 순환시키는 냉수 펌프(56)가 제공된다. 도 2에서는 냉수 입수유로(52)에 상기 냉수 펌프(56)가 설치된 모습을 예시하고 있다.
본 실시예에서, 상기 냉수 수요처(30)는 공기를 냉수와 열교환시키는 수냉식 공조기로 설명한다. 일례로, 냉수 수요처(30)는 실내 공기와 실외 공기를 혼합한 후 혼합 공기를 냉수와 열교환시켜 실내로 유입시키는 에어 핸들링 유닛(AHU, Air Handling Unit), 실내에 설치되어 실내 공기를 냉수와 열교환 시킨 후 실내로 토출하는 팬 코일 유닛(FCU, Fan Coil Unit), 실내의 바닥에 매설된 바닥 배관유닛 중 적어도 하나의 유닛이 포함될 수 있고, 도 2는 이 중 냉수 수요처(30)가 에어 핸들링 유닛으로 구성된 경우를 보여준다.
냉수 수요처(30)는, 케이싱(61), 상기 케이싱(61)의 내부에 설치되며 냉수가 통과하는 냉수코일(62), 상기 냉수 코일(62)의 양측에 제공되며 실내 공기와 실외 공기를 흡입하여 실내로 송풍시키는 송풍기(63,64)를 포함해 구성된다. 그리고, 송풍기는 실내 공기와 실외 공기가 상기 케이싱(61)의 내부로 흡입되도록 하는 제1 송풍기(63)와, 공조공기가 상기 케이싱(61)의 외부로 배출되도록 하는 제2 송풍기(64)가 포함된다.
상기 케이싱(61)은, 실내공기 흡입부(65), 실내공기 배출부(66), 외기 흡입부(67) 및 공조공기 배출부를 포함해 구성된다.
송풍기(63,64)가 구동되면, 실내공기 흡입부(65)를 통해 유입된 공기 중 일부는 실내공기 배출부(66)로 배출되며, 나머지는 상기 외기 흡입부(67)로 흡입된 실외 공기와 혼합된 후 냉수 코일(62)을 지나며 열교환이 이뤄진다. 이후 열교환된 혼합 공기는 상기 공조공기 배출부(68)를 통해 실내로 유입된다.
도 2는 도 1의 공조 유닛을 보다 상세히 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 공조 유닛(10)은, 냉매를 압축하는 압축기(11), 압축기(11)에서 압축된 고온 고압의 냉매가 유입되는 응축기(12), 응축기(12)에서 응축된 냉매를 감압시키는 팽창기(13), 그리고 팽창기(13)에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기(14), 그리고 상기 압축기(11)를 동작시키는 구동부(220)를 포함해 구성된다.
이 공조 유닛(10)은 압축기(11)의 입구 측에 설치되 증발기(14)에서 나온 냉매를 압축기(11)로 가이드하는 흡입배관(101)과, 압축기(11)의 출구 측에 설치되 압축기(11)에서 나온 냉매를 상기 응축기(12)로 가이드하는 토출 배관(102)을 포함한다.
응축기(12)와 증발기(14)는 냉매와 물간에 열교환이 가능하도록, 쉘 튜브형 열교환 장치로 구성될 수 있다.
응축기(12)는 외관을 형성하는 쉘(121), 쉘(121)의 한 편에 설치되는 복수의 압축기(11a,11b,11c)에서 압축된 냉매가 유입되는 유입구(122), 쉘(121)의 다른 한편에 설치되 응축기(12)에서 응축된 냉매가 유출되는 유출구(123)를 포함해 구성된다.
그리고, 이 응축기(12)는 쉘(121)의 내부에서 냉각수의 흐름을 가이드하는 냉각수 배관(125), 쉘(121)의 단부에 설치되 냉각탑(20)에서 공급된 냉각수를 입수유로(42)를 통해 셀 내부로 안내하는 유입부(127)와 출수유로(44)를 통해 응축기(12)에서 냉각탑(20)으로 냉각수를 내보내는 유출부(128)를 포함한다.
응축기(12)에서, 냉각수는 냉각수 배관(125)을 흐르며, 냉매 유입구(122)를 통해 응축기(12)로 유입된 쉘(121) 내부의 냉매와 열교환이 이뤄진다.
증발기(14)는, 외관을 형성하는 쉘(141), 쉘(141)의 한 편에 설치되며 팽창기(13)에서 팽창된 냉매가 공급되는 유입구(142) 및 상기 쉘(141)의 타측에 형성되며 상기 증발기(14)에서 증발된 냉매가 압축기(11)로 유출되는 유출구(143)가 포함된다. 이 유출구(143)로는 흡입배관(101)에 연결되, 증발된 냉매가 증발기(14)로부터 압축기(11)로 전달된다.
또한. 증발기(14)는 쉘(141)의 내부에 설치되 냉수의 흐름을 가이드 하는 냉수 배관(145), 쉘(141)의 한 편에 설치되 냉수 배관(145)으로 냉수를 유입시키는 유입부(141)와 증발기 내부를 순환한 냉수를 내보내는 유출부(148)를 포함한다.
유입부(141)와 유출부(148) 각각에는 입수유로(52)와 출수 유로(54)가 각각 연결되, 냉수가 수요처(30)의 냉수 코일(62) 사이를 순환할 수 있다.
한편, 복수의 구동부(220a,220b,220c)는, 각각 복수의 압축기(11a,11b,11c)를 구동할 수 있다.
한편, 복수의 구동부(220a,220b,220c)는, 각각 내부에, 컨버터, 인버터 등을 구비할 수 있다.
도 3은 도 1의 칠러의 내부 블록도의 일예이다.
칠러(100)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 제어부(170), 구동부(220)를 구비할 수 있다.
입력부(120)는, 조작 버튼, 키 등을 구비하며, 칠러(100)의 전원 온/오프, 동작 설정 등을 위한 입력 신호를 출력할 수 있다.
특히, 입력부(120)는, 본 발명의 실시예와 관련하여, 복수의 구동부(220a,220b,220c)에 대응하여 아이디가 할당되는, 복수의 스위치를 구비할 수 있다.
이때의 복수의 스위치는, 하드웨어 스위치로서, 딥 스위치(dip switch), 택트 스위치(tact switch)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 복수의 스위치는, 복수의 구동부(220a,220b,220c)에 대응하여 아이디가 할당되는, 제1 내지 제3 스위치(122P1,122P2,122P3)일 수 있다.
통신부(130)는, 주변 기기, 예를 들어, 원격제어장치 또는 이동 단말기(600)와, 유선 또는 무선으로 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들어, 적외선(IR) 통신, RF 통신, 블루투스 통신, 지그비 통신, WiFi 통신 등을 수행할 수 있다.
한편, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러(100)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 구동부(220)의 동작시의 동작 시간, 동작 모드 등에 대한 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러의 소비 전력 정보, 추천 운전 정보, 현재 운전 정보, 제품 관리 정보를 포함하는 관리 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 칠러(100)의 메모리(140)는, 칠러의 동작 정보, 운전 정보, 에러 정보를 포함하는 진단 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(170)는, 칠러(100) 내의 각 유닛을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는, 입력부(120), 통신부(130), 메모리(140), 구동부(220) 등을 제어할 수 있다.
이때, 구동부(220)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 복수의 구동부(220a,220b,220c)를 포함할 수 있다.
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.
제어부(170)는, 디맨드 부하(demand load)의 크기에 따라, 복수의 구동부(220a,220b,220c)를 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
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.
한편, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태에 따라, 대응하는 복수의 구동부가 동작하도록 제어할 수 있다.
특히, 제어부(170)는, 복수의 스위치의 턴 온 상태, 및 디맨드 부하의 크기에 따라, 복수의 구동부가 선택적으로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 압축기 모터 구동부는, 모터의 회전자 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor)와 같은 위치 감지부가 구비되지 않는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해, 모터의 회전자 위치를 추정할 수 있는 모터 구동장치일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 모터 구동부(220)는, 압축기 압축기 모터 구동부(220)로 명명할 수도 있다.
도 4는 도 3의 압축기 구동부의 내부 블록도의 일예를 예시한다.
도면을 참조하면, 압축기(11)는, 내부에, 모터(230)와, 베어링 코일(RB)을 구비할 수 있다.
이에 따라, 압축기 구동부(220)는, 압축기 모터를 구동하기 위한 압축기 모터 구동부(220a)와, 베어링 코일(RB)을 구동하기 위한 베어링 구동부(221a)를 구비할 수 있다. 한편, 본 명세서에서는, 압축기 구동부(220)를 압축기 구동장치로도 명명할 수 있다.
베어링 구동부(221a)는, 압축기(11) 내의 임펠러 구동을 위한 모터의 회전자(미도시)이, 부상하거나, 랜딩(landing)되도록 제어할 있다.
이를 위해, 베어링 구동부(221a)는, 베어링 제어부(435), 코일 구동부(437), 베어링 코일(RB)을 구비할 수 있다.
베어링 제어부(435)는, 베어링 코일 주변에 배치되는 갭 센서(도 9a의 CB)로부터 갭(gap) 정보와, 베어링 코일 전류 검출부(도 9a의 M)로부터 베어링 코일(RB)에 인가되는 전류 정보(IB)를 수신하고, 수신되는 갭 정보(gap)와 전류 정보(IB)에 기초하여, 코일 구동부(437) 제어를 위한, 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
그리고, 코일 구동부(437)는, 스위칭 제어 신호(Sci)에 기초하여, 스위칭 소자의 턴 온/오프를 수행할 수 있다. 이러한 코일 구동부(437) 내의 스위칭 소자의 턴 온 또는 턴 오프에 의해, 베어링 코일(RB)에 자기장 등이 발생 또는 소멸하여, 모터의 회전자(미도시)이, 부상하거나, 랜딩(landing)될 수 있다.
한편, 도 4의 압축기 구동부(220) 내의 압축기 모터 구동부(220a)는, 메모리(270), 인버터 제어부(430), 인버터(430) 등을 구비할 수 있다.
압축기 모터 구동부(220a)의 자세한 동작에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 5는 도 4의 압축기 모터 구동부의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 모터 구동부(220a)는, 센서리스(sensorless) 방식으로 모터를 구동하기 위한 것으로서, 인버터(420), 인버터 제어부(430)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압축기 모터 구동부(220a)는, 컨버터(410), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어부(430)는, 운전 중 에러 발생시, 에러 발생 시점 정보, 에러 발생시의 운전 정보, 상태 정보를 포함하는 진단 데이터를 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 주기적으로 운전 정보, 상태 정보가 메모리(140) 또는 메모리(270)에 임시 저장되도록 제어하며, 에러 발생시, 주기적으로 임시 저장되는 운전 정보, 상태 정보 중 최종 운전 정보, 최종 상태 정보를 메모리(140) 또는 메모리(270)에 최종 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 에러 발생시, 에러 발생시의 운전 정보를, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어하며, 에러 발생시로부터의 소정 시간 이후의 운전 정보 또는 상태 정보를, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장하도록 제어할 수 있다.
한편, 메모리(140) 또는 메모리(270)에 저장되는 최종 운전 정보, 최종 상태 정보의 데이터 양은, 에러 발생시의 운전 정보의 데이터 양 또는 에러 발생시로부터 소정 시간 이후의 운전 정보 또는 상태 정보의 데이터 양 보다 큰 것이 바람직하다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 5를 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
도 6은 도 5의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 6을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(310), 속도 연산부(320), 전류 지령 생성부(330), 전압 지령 생성부(340), 축변환부(350), 및 스위칭 제어신호 출력부(360)를 포함할 수 있다.
축변환부(310)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(310)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(320)는, 축변환부(310)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure 112017002102377-pat00001
)와 연산된 속도(
Figure 112017002102377-pat00002
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112017002102377-pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(330)는, 연산 속도(
Figure 112017002102377-pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(335)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(330)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(340)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(330) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(340)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(344)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(340)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(348)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(340)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(350)에 입력된다.
축변환부(350)는, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112017002102377-pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(350)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(320)에서 연산된 위치(
Figure 112017002102377-pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(350)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(360)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 7a는 도 4의 압축기의 구조의 일예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 압축기(11) 내부에 임펠러(impeller)(701), 회전자(702)가 배치될 수 있다. 압축기(11) 내부의 일측에 배치되는 임펠러(701)에, 압축기 모터의 회전자(702)가 연결될 수 있다.
한편, 회전자(702)는 z축 방향으로 연장되며, 회전자(702)의 단부 부근에는, T 자 형상의 트러스트 플레이트(trust plate)(706)가 형성될 수 있다.
압축기(11)의 케이스(CS) 내에, 프레임(704)이 배치되며, 프레임(704) 내에, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)이 배치될 수 있다.
복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)은, 보빈(미도시)과, 보빈에 감기는, 베어링 코일(미도시)을 구비할 수 있다.
복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)의 베어링 코일에 전류가 흐르지 않는 경우, 일부의 자기 베어링의 표면과, 회전자(702)가 접촉하며, 베어링 코일에 전류가 흐르는 경우, 일부의 자기 베어링의 표면으로부터 자기 부상(magnetic levitation)하게 된다.
자기 부상 이후, 압축기 모터(230)의 회전자(702)가 회전하게 되며, 특히, 도 4 내지 도 6의 인버터 제어부(430)의 제어에 의해, 회전자(702)의 회전 속도가 가변할 수 있게 된다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2) 중 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4)은, 레이디얼 자기 베어링(radial magnetic bearing)으로서, 반경 방향의 회전자의 회전을 제어할 수 있다. 즉, x,y 축을 제어할 수 있다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2) 중 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4)은, z축 방향으로 연장되는, 회전자(702)에 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2) 중 자기 베어링(RBC1~RBC2)은, 축 자기 베어링(axial magnetic bearing)으로서, 축 방향의 회전자의 회전을 제어할 수 있다. 즉, z 축을 제어할 수 있다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2) 중 자기 베어링(RBC1~RBC2)은, y축 방향으로 연장되는, 트러스트 플레이트(trust plate)에 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2) 주변에는, 자기 베어링과, 회전자(702) 사이의 갭을 센싱하기 위한, 복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2)가 배치될 수 있다.
복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2) 중 일부 갭 센서(CBC1~CBC2)는, 레이디얼 갭 센서(radial gap sensor)으로서, x,y 축 회전자의 위치를 감지할 수 있다.
복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2) 중 일부 갭 센서(CBC1~CBC2)는, 축 갭 센서(axial gap sensor)으로서, z 축 회전자의 위치를 감지할 수 있다.
한편, 복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2)는 홀 센서(hall sensor)로 구현될 수 있다.
베어링 제어부(435)는, 복수의 갭 센서(CBa1~CBa4,CBb1~CBb4,CBC1~CBC2)로부터의 갭 정보에 기초하여, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)에, 특히, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)의 베어링 코일에, 인가되는 전류를 제어할 수 있다.
도 7b는 도 7a의 I-I'의 단면도이다.
도면을 참조하면, 도 7a의 I-I'의 단면에 따라, 레이디얼 자기 베어링(radial magnetic bearing)인, RBb1~RBb가 서로 이격되어 배치될 수 있다.
그리고, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)과 이격되어 회전자(702)가 배치되는 것을 예시한다. 도 7b의 회전자(702)는, 부상된 것을 도시한다.
도 7c는 도 7a의 압축기의 측면도이다.
도면을 참조하면, 회전자(702)의 단부 부근의, 트러스트 플레이트(trust plate)(706)를 중심으로 양 측에, 축 자기 베어링(RBC1~RBC2)이 배치될 수 있다.
한편, 러스트 플레이트(trust plate)(706) 하단에는, 회전자(702)가 배치될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 베어링 내의 회전자의 부상 및 랜딩을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 8a는, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)의 베어링 코일에, 전류가 인가되지 않아, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)에 회전자(702)가 맞닿은 경우를 예시한다.
다음, 도 8b는, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)의 베어링 코일에, 전류가 인가되어, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)으로부터 회전자(702)가 부상하는 것을 예시한다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)과, 회전자(702) 사이에 갭(gap)이 일정하도록, 제어할 수 있다.
다음, 도 8c는, 복수의 자기 베어링(RBa1~RBa4,RBb1~RBb4,RBC1~RBC2)의 베어링 코일에, 전류가 인가되지 않아, 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)으로, 회전자(702)가 랜딩하는 경우를 예시한다.
한편, 도 8a 내지 도 8c의 레이디얼 자기 베어링(RBb1~RBb4)의 내부면(BR)은, 도 7a의 프레임(704)의 내부면일 수 있다.
도 9a는 도 4의 베어링 구동부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 베어링 구동부(221a)는, 베어링 코일(RB), 베어링 코일(RB)에 전류를 인가하는 코일 구동부(439), 베어링 코일(RB)에 인가되는 전류를 검출하는 베어링 코일 전류 검출부(M), 베어링 코일(RB)과 회전자(702) 사이의 갭(gap)을 센싱하는 갭 센서(CB), 갭 센서(CB)로부터의 갭 정보(Gp)와, 베어링 코일 전류 검출부(M)로부터의 전류(IB)에 기초하여, 코일 구동부(439)에 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력하는 베어링 제어부(435)를 구비할 수 있다.
도 9b는 도 9a의 베어링 제어부의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 베어링 제어부(435)는, 전류 지령 생성부(910)와, 듀티 생성부(920)를 구비할 수 있다.
전류 지령 생성부(910)는, 갭 센서(CB)로부터의 갭 정보(Gp)와 갭 지령치(Gp*)에 기초하여, 전류 지령치(I*B)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(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.
한편, 전류 지령 생성부(910)는, 전류 지령치(I*B)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
듀티 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.
한편, 듀티 생성부(920)는, 듀티 지령치가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
예를 들어, 베어링 제어부(435)는, 자기 베어링과 회전자(702) 사이의 갭이, 갭 지령치(Gp*) 보다 작은 경우, 갭이 증가하도록, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
이때, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)는, 스위칭 주기가 증가하고, 증가된 스위칭 주기 내에서 듀티가 증가하는 것을 의미할 수 있다.
또는, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)는, 일정한 스위칭 주기 내에서, 듀티가 증가하는 것을 의미할 수도 있다.
다른 예로, 베어링 제어부(435)는, 자기 베어링과 회전자(702) 사이의 갭이, 갭 지령치(Gp*) 보다 큰 경우, 갭이 감소하도록, 듀티가 감소하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
이러한 베어링 제어부(435)의 동작에 따라, 회전자의 회전시, 갭이 일정하도록 유지될 수 있게 된다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 회전자 부상시, 자기 베어링과 회전자(702) 사이의 갭이, 갭이 단계적으로 증가하도록, 듀티가 증가하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 회전자 랜딩시, 자기 베어링과 회전자(702) 사이의 갭이, 갭이 단계적으로 감소하도록, 듀티가 감소하는 스위칭 제어 신호(Sci)를 출력할 수 있다.
도 10은 베어링 코일에 인가되는 전류 파형을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 전류 파형(Ibrx)은 베어링 코일에 인가되는 전류 파형을 나타낸다.
Pa 기간은 회전자 부상 기간을 나타내며, Pb 기간은 회전자 부상 이후 회전자 회전 기간을 나타내며, Pc 기간은 회전자 랜딩 기간을 나타낸다.
한편, 회전자 랜딩 기간(Pc)에, 베어링 코일에 인가되는 전류를 중단하는 경우, 도면과 같이, 베어링 코일에 인가되는 전류가 급속히 하강하게 된다.
이러한 경우, 부상 중인 회전자(702)가, 도 8c와 같이, 랜딩하게 되며, 이때, 급속한 전류 하강으로 인하여, 회전자(702)와 베어링(BR) 사이에 물리적인 충돌이 발생하게 된다. 이에 따라, 회전자(702)와 베어링(BR) 사이에, 물리적인 마모 현상이 발생하게 되며, 나아가, 갭 센서도 고장 가능성이 높아지게 된다.
본 발명에서는, 이러한 문제를 해결하기 위해, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지하는 방안을 제시한다. 이에 대해서는, 도 11 이하를 참조하여 기술한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 일예를 도시한 도면이고, 도 12a 내지 도 12c는 도 11의 전류 파형과 관련된 회로도이다.
먼저, 도 11을 참조하면, 전류 파형(Ibrm1)은, 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 일예를 나타낸다.
P1 기간은 회전자 부상 기간을 나타내며, P2 기간은 회전자 부상 이후 회전자 회전 기간을 나타내며, P3 기간은 회전자 랜딩 기간을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따라, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 도 11과 같이, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어할 수 있다.
특히, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터(Cbs)에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어할 수 있다.
도면을 보면, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 반복되는 것을 알 수 있다.
특히, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)이, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a) 보다 더 긴 것이 바람직하다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자가 소프트 랜딩(soft lanfing)시킬 수 있게 되며, 따라서, 압축기 모터의 회전자의 손상을 방지할 수 있게 된다. 그 외, 자기 베어링, 갭 센서 등의 손상을 방지할 수 있게 된다. 나아가, 압축기 구동장치(220) 및 이를 구비한 칠러(100)의 안정성, 및 신뢰성이 향상되게 된다.
한편, 도 11에서는, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 모두 일정한 것으로 도시하나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, 제2 모드와 제1 모드가 반복되도록 제어하며, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 제2 모드가 수행되는 제4 기간, 보다 짧도록 제어할 수 있다.
도면을 보면, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되는 기간(P1a)과, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되는 기간(P1b)이 반복되는 것을 알 수 있다.
특히, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P1a)이, 제1 모드가 수행되는 기간(P1b) 보다 더 긴 것이 바람직하다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 상승하도록 제어할 수 있다.
한편, 신속한 부상, 및 소프트 랜딩을 위해, 도면과 같이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P1a) 보다 더 짧은 것이 바람직하다.
한편, 신속한 부상, 및 소프트 랜딩을 위해, 도면과 같이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)이, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P1b) 보다 더 짧은 것이 바람직하다.
이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 경우, 제1 모드와 제2 모드가 반복되며, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터(230)의 회전시, 제1 모드가 수행되는 제5 기간과, 제2 모드가 수행되는 제6 기간, 보다 길도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
도면을 보면, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되는 기간(P2a)과, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되는 기간(P2b)이 반복되는 것을 알 수 있다.
특히, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P2a)과, 제1 모드가 수행되는 기간(P2b)은 거의 동일할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 일정한 레벨을 유지하도록 제어될 수 있으며, 결국, 회전자(702)와 자기 베어링 사이의 갭이 일정하게 유지될 수 있게 된다.
한편, 소프트 랜딩을 위해, 도면과 같이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P2a) 보다 더 긴 것이 바람직하다.
한편, 소프트 랜딩을 위해, 도면과 같이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)이, 회전자 부상 기간(P1) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P2b) 보다 더 긴 것이 바람직하다.
이에 따라, 자기 부상 방식에서 압축기 모터 정지시, 압축기 모터의 회전자를, 안정적으로, 소프트 랜딩시킬 수 있게 된다.
한편, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P2a)이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a) 보다 짧으므로, 회전자(702)와 자기 베어링 사이의 갭을 안정적으로 일정하게 유지할 수 있게 된다.
한편, 회전자 회전 기간(P2) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P2b)이, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b) 보다 짧으므로, 회전자(702)와 자기 베어링 사이의 갭을 안정적으로 일정하게 유지할 수 있게 된다.
한편, 도 12a를 참조하면, 코일 구동부(1200)는, 직류 전원(Vbs)이 저장되는 커패시터(Cbs)와, 커패시터(Cbs) 양단 사이에 접속되는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와, 제1 다이오드 소자(Db1)와, 커패시터(Cbs) 양단 사이에 접속되며, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제1 다이오드 소자(Db1)에 병렬 접속되는, 제2 다이오드 소자(Db2)와, 제2 스위칭 소자(Sb2)를 구비할 수 있다.
그리고, 베어링 코일(RB)은, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제1 다이오드 소자(Db1)의 사이와, 제2 다이오드 소자(Db2)와 제2 스위칭 소자(Sb2)의 사이에, 접속될 수 있다.
즉, 직류 전원 공급부(805)로부터의 직류 전원(Vbs)이 커패시터(Cbs)에 저장되며, 커패시터(Cbs)의 일단과, 베어링 코일(RB)의 일단 사이에, 제1 스위칭 소자(Sb1)가 접속될 수 있다.
제1 다이오드 소자(Db1)는, 커패시터(Cbs)의 타단과, 베어링 코일(RB)의 일단 사이에, 접속될 수 있다.
제2 다이오드 소자(Db2)는, 커패시터(Cbs)의 일단과, 베어링 코일(RB)의 타단 사이에, 접속될 수 있다.
제2 스위칭 소자(Sb2)는, 커패시터(Cbs)의 타단과, 베어링 코일(RB)의 타단 사이에, 접속될 수 있다.
베어링 제어부(435)는, 커패시터(Cbs)에 저장된 전원에 의해, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되도록, 도 12b와 같이, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)를 동시에 턴 온시킬 수 있다. 이러한 제2 모드를 자화 모드라 할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 에너지가 축적될 수 있다.
도 12b에서는, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)의 동시 턴 온에 의해, 커패시터(Cbs), 제1 스위칭 소자(Sb1), 베어링 코일(RB), 제2 스위칭 소자(Sb2)를 따라 순차적으로 흐르는, 제1 전류 패쓰(Ipath1)를 예시한다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되도록, 도 12c와 같이, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나만을 턴 온시킬 수 있다. 도면에서는, 제1 스위칭 소자(Sb1)가 턴 오프되고, 제2 스위칭 소자(Sb2)가 턴 온되는 것을 예시한다. 이러한 제1 모드를 프리휠링 모드라 할 수 있다. 이에 의해, 베어링 코일(RB)에 축적된 에너지가 방전될 수 있다.
도 12c에서는, 제2 스위칭 소자(Sb2)의 턴 온에 의해, 제2 스위칭 소자(Sb2), 베어링 코일(RB), 제1 다이오드 소자(Db1)를 따라 순차적으로 흐르는, 제2 전류 패쓰(Ipath2)를 예시한다.
한편, 도 12c의 제2 전류 패쓰(Ipath2)에 의해, 제1 모드가 수행되어, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 하강하며, 도 12b의 제1 전류 패쓰(Ipath1)에 의해, 제2 모드가 수행되어, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 상승하게 된다.
한편, 도 11의 전류 파형(Ibrm1) 중 실선 영역은, 도 12b와 같이, 제2 모드가 수행되는 영역이며, 점선 영역은, 도 12c와 같이, 제1 모드가 수행되는 영역을 나타낸다.
이하에서는, 도 12b와 도 12c를 참조하여, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, 회전시, 랜딩시의 동작을 다시 설명한다.
베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, P3 기간 동안, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 모드와, 커패시터(Cbs)에 저장된 전원에 의해, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 모드가, 반복되도록 제어할 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, P1 기간 동안, 제2 모드와 제1 모드가 반복되도록 제어하며, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 부상시, 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제4 기간, 보다 짧은 것이 바람직하다.
한편, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 경우, 제1 모드와 제2 모드가 반복되며, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 기간, 각각은, 압축기 모터(230)의 회전시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제5 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제6 기간, 보다 긴 것이 바람직하다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따라 베어링 코일에 인가되는 전류 파형의 다양한 예를 도시한 도면이다.
먼저, 도 13a를 참조하면, 전류 파형(Ibrm2)은, 도 11과 유사한 전류 파형으로서, 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하는 것을 나타낸다.
도면을 보면, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 베어링 코일(RB)에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 베어링 코일(RB)에 전류가 흐르는 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 반복되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 13a에서는, 회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a)이, 모두 일정한 것으로 도시한다.
다음, 도 13b를 참조하면, 전류 파형(Ibrm3)은, 도 13a와 달리, 회전자 회전 기간(P2x)이 길어진 것을 나타낸다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩 기간이 길어지도록 제어할 수 있다.
즉, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 기간이, 짧아지도록 제어할 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 짧아지도록 제어할 수 있다.
도 13b를 보면, 도 13a에 비해, 회전자 회전 기간(P2x)이 길어지므로, 소프트 랜딩의 안정을 향상시키기 위해, 제1 모드가 수행되는 기간(P3xb)과, 제2 모드가 수행되는 기간(P3xa)이, 각각 도 13a의 제1 모드가 수행되는 기간(P3b)과, 제2 모드가 수행되는 기간(P3a) 보다 짧아지는 것이 바람직하다.
이에 의해, 도 13a에 비해, 도 13b의 랜딩 기간(P3x)이 더 길어지게 되며, 따라서, 더 안정적인 소프트 랜딩이 수행될 수 있게 된다.
다음, 도 13c를 참조하면, 전류 파형(Ibrm4)은, 도 13a와 달리, 회전자 랜딩기간(P3y)이 길어진 것을 나타낸다.
베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 순차적으로 증가되도록 제어할 수 있다.
즉, 베어링 제어부(435)는, 압축기 모터(230)의 회전자(702) 랜딩시, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2) 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 제1 스위칭 소자(Sb1)와 제2 스위칭 소자(Sb2)가 모두 턴 온되는 제2 기간이, 순차적으로 증가할 수 있다.
회전자 랜딩 기간(P3) 동안, 제1 모드가 수행되는 기간과, 제2 모드가 수행되는 기간이 순차적으로 길어지게 되면, 회전자가 천천히 랜딩하다가, 어느 순간 랜딩완료가 되게 된다. 통상, 초기 랜딩시에 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 랜딩에 상당한 영향을 미치므로, 초기 랜딩시에 베어링 코일(RB)에 흐르는 전류가 미세하게 작아지다가, 점차 큰 폭으로 작아지도록 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 도면에서는, 제1 모드 기간 중 P3yb2가 P3yb1 보다 커지며, 제2 모드 기간 중 P3ya2가 P3ya1 보다 커지는 것을 예시한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 칠러의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도면을 참조하면, 베어링 제어부(435)는, 갭 센서(CB)로부터의 갭 정보에 기초하여, 회전축 위치를 감지한다(S1410).
다음, 베어링 제어부(435)는, 회전축 부상되도록 제어한다(S1415).
예를 들어, 베어링 제어부(435)는, 도 12b와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)와, 제2 스위칭 소자(S2)가 모두 턴 온되도록 제어하며, 그 이후, 도 12c와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2) 중 어느 하나가 턴 온되도록 제어할 수 있다.
이때, 베어링 제어부(435)는, 도 12b가 수행되는 기간이, 도 12c가 수행되는 기간 보다 길어지도록 제어할 수 있다.
이때, 베어링 제어부(435)는, 갭 센서(CB)로부터의 갭 정보를 실시간으로 수신하고, 이에 따라, 복수의 베어링 코일 중 어느 베어링 코일에, 전류가 더 인가할 지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 갭 정보의 크기가 작을수록, 해당 베어링 코일에, 전류가 더 인가될 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 회전자 부상 중 갭 센서 출력이 정상인지 여부를 판단할 수 있다(S1420). 정상인 경우, 다음 단계가 수행되며, 정상이 아닌 경우, 갭 센서 교체 메시지를 출력할 수 있다. 한편, 정상인 지 아닌 지 여부는, 기준치와의 비교에 의해 판단할 수 있다.
다음, 베어링 제어부(435)는, 회전자 부상 완료 후, 회전자 부상 안정화 시간이 정상인 지 여부를 판단할 수 있다(S1425). 정상인 경우, 다음 단계가 수행되며, 정상이 아닌 경우, 회전자 부상을 다시 수행할 수 있다. 한편, 정상인 지 아닌 지 여부는, 기준치와의 비교에 의해 판단할 수 있다.
다음, 압축기 모터 구동부 내의 인버터 제어부(430)는, 회전자 부상 완료 후, 회전자를 회전시키도록 제어할 수 있다(S1430).
이때, 베어링 제어부(435)는, 회전자가 일정한 갭을 유지하도록, 도 12b 또는 도 12c가 각각 수행되도록 제어할 수 있다.
한편, 베어링 제어부(435)는, 베어링 코일 전류 검출부(M)로부터의 전류(IB)가 일정한 지 여부를 판단하고(S1435), 정상인 경우, 정상 구동되도록 제어할 수 있다(1440). 한편, 정상이 아닌 경우, 베어링 코일 전류 검출부(M) 교체 메시지를 출력할 수 있다. 한편, 정상인 지 아닌 지 여부는, 기준치와의 비교에 의해 판단할 수 있다.
다음, 압축기 모터 구동부 내의 인버터 제어부(430)는, 회전자 회전 정지시, 인버터(420)의 스위칭 소자를 모두 오프시킬 수 있다(S1445).
이에, 베어링 제어부(435)는, 소프트 랜딩을 위해, 도 11 내지 도 13c의 기법 중 어느 하나를 채용하여, 회전자(702)를 안착시킬 수 있다(S1450).
이에 따라, 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러의 안정성이 향상될 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러의 동작방법은, 압축기 구동장치 및 이를 구비한 칠러에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 압축기 모터와 자기 베어링을 구비하는 압축기;
    스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 동작에 따라, 상기 자기 베어링의 베어링 코일에 전류를 인가하여, 상기 압축기 모터의 회전자를, 상기 자기 베어링으로부터 부상(levitation)시키거나, 랜딩(landing)시키는 코일 구동부; 및
    상기 코일 구동부의 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 베어링 코일에 흐르는 전류가 단계적으로 하강하도록 제어하며,
    상기 코일 구동부는,
    직류 전원이 저장되는 커패시터;
    상기 커패시터 양단 사이에 접속되는, 제1 스위칭 소자와, 제1 다이오드 소자;
    상기 커패시터 양단 사이에 접속되며, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제1 다이오드 소자에 병렬 접속되는, 제2 다이오드 소자와, 제2 스위칭 소자;를 구비하고,
    상기 베어링 코일은,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제1 다이오드 소자의 사이와, 상기 제2 다이오드 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 사이에, 접속되며,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 모드와, 상기 커패시터에 저장된 전원에 의해, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 모드가, 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 베어링 코일에 저장된 전류가 방전되는 제1 모드와, 커패시터에 저장된 전원에 의해, 상기 베어링 코일에 전류가 흐르는 제2 모드가, 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제2 모드와 상기 제1 모드가 반복되도록 제어하며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제4 기간, 보다 짧은 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 경우, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드가 반복되며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전시, 상기 제1 모드가 수행되는 제5 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제6 기간, 보다 긴 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 상기 압축기 모터의 회전자 랜딩 기간이 길어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 짧아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 모드가 수행되는 제1 기간과, 상기 제2 모드가 수행되는 제2 기간이, 순차적으로 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제2 모드와 상기 제1 모드가 반복되도록 제어하며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전자 부상시, 상기 제1 모드가 수행되는 제3 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제4 기간, 보다 짧은 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 경우, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드가 반복되며,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 기간, 각각은, 상기 압축기 모터의 회전시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제5 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제6 기간, 보다 긴 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터가 부상되어, 회전하는 기간이 길어질수록, 상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 기간이, 짧아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기 모터의 회전자 랜딩시, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자 중 어느 하나가 턴 온되는 제1 기간과, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 모두 턴 온되는 제2 기간이, 순차적으로 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 코일에 인가되는 전류를 검출하는 베어링 코일 전류 검출부; 및
    상기 베어링 코일과의 갭(gap)을 센싱하는 갭 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 갭 센서로부터 센싱된 갭 정보와, 상기 검출된 베어링 코일에 인가되는 전류에 기초하여, 상기 제1 스위칭 소자와, 상기 제2 스위칭 소자의 제어를 위한, 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 갭 센서로부터 센싱된 갭 정보와, 갭 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 출력하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와, 상기 검출된 베어링 코일에 인가되는 전류에 기초하여, 듀티 지령치를 출력하는 듀티 지령 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 구동장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제1항 내지 제7항, 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항의 압축기 구동장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 칠러.
  20. 제19항에 있어서,
    공조 유닛;
    상기 공조 유닛에 냉각수를 공급하는 냉각탑;
    상기 공조 유닛과 열교환되는 냉수가 순환하는 냉수 수요처;를 더 포함하고,
    상기 공조 유닛은,
    열교환을 수행하는 증발기;
    상기 증발기에서 나온 냉매를 압축하는 상기 압축기;
    상기 압축기에서 나온 냉매를 응축하는 응축기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러.
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