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KR19980064755A - 모우터 구동장치 - Google Patents

모우터 구동장치 Download PDF

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KR19980064755A
KR19980064755A KR1019970075206A KR19970075206A KR19980064755A KR 19980064755 A KR19980064755 A KR 19980064755A KR 1019970075206 A KR1019970075206 A KR 1019970075206A KR 19970075206 A KR19970075206 A KR 19970075206A KR 19980064755 A KR19980064755 A KR 19980064755A
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KR
South Korea
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voltage
motor
rectification
full
rotation speed
Prior art date
Application number
KR1019970075206A
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English (en)
Inventor
다케가와요리유키
다카기노부가즈
Original Assignee
오타유다카
가부시키가이샤제쿠세루
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Publication date
Application filed by 오타유다카, 가부시키가이샤제쿠세루 filed Critical 오타유다카
Publication of KR19980064755A publication Critical patent/KR19980064755A/ko

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
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    • H—ELECTRICITY
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

PWM 제어에 기인하는 모우터의 철손을 저감하여 모우터의 효율향상을 도모한다.
정류수단(10)에 의하여 정류된 직류전압이 회전속도정보에 대응한 PWM 제어를 개재하여 모우터의 구동권선(1∼3)에 공급된다. 정류수단(10)은 모우터가 소정회전수 이하인 경우에는 전파정류를 하고, 모우터가 소정회전수 이상으로 됨으로서 배전압정류를 하도록 제어장치(11)에 의하여 스위칭수단(14)이 제어된다. 소정회전수 이하에서는 전파정류에 의한 낮은 전압이 공급되므로 PWM 제어에 기인하는 모우터전류의 변화가 작아져서 철손을 저감할 수 있다.

Description

모우터 구동장치
본 발명은 직류전압을 회전속도정보에 대응한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 개재하여 모우터에 인가함에 따라서 모우터를 구동하는 모우터 구동장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 모우터 구동장치의 한 예로서, DC 무브러시 모우터의 구동장치가 알려져 있다. 이것은 주지하는 바와 같이, 직류전원을 정류차(commutator)를 구성하는 3상 브리지 접속의 6개의 스위칭소자를 개재하여 3상 Y 결선된 모우터의 구동권선에 인가하도록 하였다. 각 스위칭소자는 모우터의 영구자석 회전자의 위치검출에 따라서 예컨대 모우터의 구동권선에 유기되는 유기전압에 따라서 주어진 정류제어신호에 따라서 온/오프되고, 이에 따라 모우터전류의 정류가 이루어져서 영구자석 회전자가 회전구동한다. 각 스위칭소자에 부여된 정류제어신호는 회전속도정보에 따라서 PWM 제어되고, 그 펄스폭을 바꿈에 따라서 모우터의 구동권선에 인가되는 평균전압 즉, 모우터의 회전속도의 가변을 할 수 있도록 되어 있다.
그런데, 이와 같은 구동장치에서는 정류자를 구성하는 스위칭소자에 인가되는 직류전원의 전압에 의하여 모우터의 최고회전수가 제한된다. 즉, 모우터의 구동권선에 유기되는 유기전압은 모우터의 회전수가 높아짐에 따라서 높아지므로 유기전압이 충격비 100%의 정류제어신호에 의하여 부여된 전압으로 도달하면 모우터의 구동권선에 전류가 흘러들어가지 않게 되어, 그 이상 회전수가 상승하지 않게 된다. 그 때문에, 모우터의 회전영역을 넓힐 수 있다고 하는 관점에서 직류전원의 전압으로서 높은 전압을 바라게 된다.
그러나, 이와 같은 관점에서 직류전원의 전압을 높게 설정하면 모우터의 회전영역이 넓어지는 반면, 높은 전원전압이 PWM에 의한 쵸핑을 개재하여 모우터에 인가하게 되므로, 특히 저속 및 중속의 회전영역에서 PWM 제어에 기인하는 모우터전류의 변화가 커지게 된다. 그 때문에 자속의 변화에 의한 이력곡선이 커지게 되어서, 철손이 증대한다고 하는 문제가 있었다.
도 8은 철손의 증대를 설명하기 위한 설명도이며, (a)는 모우터의 구동권선으로 흐르는 모우터전류파형, (b)는 모우터의 구동권선으로 인가되는 전압파형을 나타내고 있다. 모우터의 회전수가 낮을 경우, PWM에 의한 쵸핑을 개재하여 스위칭소자에 부여된 정류제어신호는 그 펄스폭이 작아지므로 구동권선으로 인가되는 전압펄스의 폭도 작아지고, 도 8에 나타낸 바와 같이 모우터전류가 진폭이 큰 톱니형상으로 되어서 전류변화가 커지게 된다. 직류전원의 전압이 높게 설정되고 있으면, 그에 따라서 구동권선으로 인가되는 전압펄스의 전압값도 높아지므로 모우터전류도 커지게 되어서 전류변화가 더욱 커지게 된다. 그 결과, 자속의 변화에 의한 이력곡선이 커지게 되어, 철손이 증대하게 된다.
본 발명은 상기한 관점에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은 PWM 제어에 기인하는 철손을 저감하여 모우터의 효율향상을 도모할 수 있는 모우터 구동장치를 제공함에 있다.
본 발명에 있어서는 직류전원을 회전속도정보에 대응한 PWM 제어를 개재하여 모우터에 인가함에 따라서 모우터를 구동하는 모우터 구동장치에 있어서, 교류전원을 전파(全波)정류 또는 배전압정류하여 전파정류된 전압 또는 배전압정류된 전압을 직류전압으로 하여 공급하는 정류수단과, 전술한 모우터의 회전수가 소정회전수 이하인 경우에 정류수단이 전파정류를 하도록 제어하여 모우터의 회전수가 소정회전수 이상의 경우에 정류수단이 배전압정류를 하도록 제어하는 제어수단 등을 구비한 모우터 구동장치에 의하여, 상기 목적을 달성한다.
상기 구성에 의하면 모우터가 일정 회전수 이하인 경우에는 전파정류된 전압이 직류전압으로 하여 부여되어, 모우터가 소정회전수 이상으로 되므로서 배전압전류된 전압 즉, 전파정류된 전압의 2배의 전압이 직류전압으로서 부여된다. 소정회전수 이하에서는 낮은 전압이 공급되므로 PWM 제어에 기인하는 모우터전류의 변화가 작아져서 철손을 저감할 수 있다. 더욱이, 소정회전수 이상에서는 높은 전압이 공급되므로 모우터의 회전영역이 좁아지는 일도 없다.
또, 본 발명에 있어서는 직류전압을 회전속도정보에 대응한 PWM 제어를 개재하여 공기조화장치의 콤프레서를 구동하는 모우터에 인가함에 따라서 모우터를 구동하는 모우터 구동장치에 있어서 교류전원을 전파정류 또는 배전압정류하여 전파정류된 전압 또는 배전압정류된 전압을 직류전압으로서 공급하는 정류수단과, 공기조화장치가 냉방운전의 경우에 정류수단이 전파정류를 하도록 제어하고, 공기조화장치가 난방운전의 경우에 정류수단이 배전압정류를 하도록 제어하는 제어수단 등을 구비한 모우터 구동장치에 의하여 상기 목적을 달성한다.
상기 구성에 의하면, 공기조화장치가 냉방운전의 경우에는 전파정류된 전압이 직류전압으로서 부여되며, 난방운전의 경우에는 배전압정류된 전압 즉, 전파정류된 전압의 2배의 전압이 직류전압으로서 부여된다. 냉방운전에서는 난방운전의 경우 보다도 낮은 전압이 공급되므로, PWM 제어에 기인하는 모우터전류의 변화가 작아져서 철손을 저감할 수 있다. 냉방운전에서는 난방운전의 경우와 비교하여 콤프레서를 구동하는 모우터를 고회전으로 운전할 필요가 없으므로 PWM 제어를 개재하여 공급되는 직류전압을 낮게 하여도 냉방운전에 지장을 초래하는 일은 없다. 또, 난방운전에서는 높은 전압이 공급되기 때문에 보다 큰 능력을 필요로 하는 난방운전에 지장을 초래하는 일도 없다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 한 예를 나타낸 구성도.
도 2는 도 1의 구성에 있어서의 유기전압, 센서레스신호 및 정류제어신호를 나타낸 파형도.
도 3은 정류주기의 결정을 설명하기 위한 설명도.
도 4는 도 1의 구성의 동작 순서도.
도 5는 본 발명의 실시형태의 다른 예를 나타낸 구성도.
도 6은 도 5의 구성에 의하여 제어되는 공기조화장치의 한 예를 나타낸 구성도.
도 7은 도 5의 구성의 동작 순서도.
도 8은 철손의 증대를 설명하기 위한 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1∼3 : DC 무브러시 모우터의 구동권선
4∼9 : 스위칭 트랜지스터 10 : 정류수단
11 : 제어장치 12 : 단상브
13 : 콘덴서회로 15 : 교류전원
40 : 제어장치 41 : DC 무브러시 모우터
42 : 콤프레서
도 1은 본 발명의 실시형태의 한 예를 나타낸 구성도, 도 2는 도 1의 구성에 있어서의 유기전압(A, B, C), 센서레스신호(ZA, ZB, ZC) 및 정류제어신호(AU, AL, BU, BL, CU, CL)를 나타낸 파형도이다.
도 1에 있어서, 1, 2, 3은 3상 Y 결선된 DC 무브러시 모우터의 구동권선, 4, 5, 6, 7, 8, 9는 구동권선(1∼3)의 정류를 제어하기 위한 정류자를 구성하는 3상 브리지 접속의 6개의 스위칭 트랜지스터, 10은 스위칭 트랜지스터(4∼9)의 콜렉터·이미터회로에 직류전압을 인가하는 정류수단이다. 스위칭의 트랜지스터(4∼9)의 베이스에는 제어장치(11)로부터 정류제어신호(AU∼CL)를 부여할 수 있도록 되어 있다. 정류제어신호(AU∼CL)는 나중에 설명한 센서레스신호(ZA∼ZC)에 기초하여 생성되어 모우터가 회전속도정보에 대응한 회전수가 되도록 PWM에서 쵸핑되어 스위칭 트랜지스터(4∼9)에 부여하게 된다. 스위칭 트랜지스터(4∼9)는 이와 같은 정류제어신호(AU∼CL)에 따라서 온/오프하며, 이에 따라서 구동권선(1∼3)에 대한 모우터전류의 정류를 하게 되어 도면에 없는 영구자석 회전자가 회전구동됨과 동시에 회전속도정보에 대응한 정류제어신호(AU∼CL)의 PWM 제어를 개재하여 구동권선(1∼3)에 인가되는 평균전압이 가변되어서 속도제어를 할 수 있도록 되어 있다.
정류수단(10)은 다이오우드(D1, D2, D3, D4)로 된 단상브리지 정류회로(12)와, 전해콘덴서(C1, C2, C3)로 된 콘덴서회로(13)와 스위칭수단(14) 등을 구비하고 있다. 단상브리지 정류회로(12)의 입력단자(a, b)는 교류전원(15)에 접속되어 있다. 교류전원(15)은 본 예에서서는 AC100V이다. 콘덴서회로(13)의 콘덴서(C1, C2, C3)는 콘덴서(C1)와 (C2)와의 직렬접속이 단상브리지 정류회로(12)의 출력단자(c, d)에 접속되어 있음과 동시에 콘덴서(C3)가 콘덴서(C1, C2)의 직렬접속과 병렬로 단상브리지 정류회로(12)의 출력단자(c, d)에 접속되어 있다. 스위칭수단(14)은 일단이 단상브리지 정류회로(12)의 출력단자(b)에 접속되었고, 타단이 콘덴서회로(13)의 콘덴서(C1)와 (C2)와의 사이에 접속되어 있다. 이와 같은 구성의 정류수단(10)은 스위칭수단(14)이 오포상태에서는 전파정류동작을 하고, 이에 따라서 콘덴서회로(13)를 본 예에서는 141V로 충전하여 이 직류전압을 스위칭 트랜지스터(4∼9)의 콜렉터·이미터회로에 공급한다. 즉, 스위칭수단(14)이 오프상태에서는 교류전원(15)의 반파가 입력단자(a), 다이오우드(D1), 출력단자(c), 콘덴서회로(13), 출력단자(d), 다이오우드(D4), 입력단자(b)를 통하여 흐르고, 다음의 반파가 입력단자(b), 다이오우드(D3), 출력단자(c), 콘덴서회로(13), 출력단자(d), 다이오우드(D2), 입력단자(a)를 통하여 흘러서 전파정류동작을 하게 되어, 141V의 직류전압이 스위칭 트랜지스터(4∼9)에 공급된다. 한편, 스위칭수단(14)이 온상태에서는 배전압정류동작을 하고, 이에 따라서 콘덴서회로(13)를 전파정류인 때의 2배의 282V로 충전하여 이것을 스위칭 트랜지스터(4∼9)의 콜렉터·이미터회로에 공급한다. 즉, 스위칭수단(14)이 온상태에서는 교류전원(15)의 반파(半波)가 입력단자(a), 다이오우드(D1), 출력단자(c), 콘덴서회로(13)의 콘덴서(C1), 스위칭수단(14), 입력단자(b)를 통하여 흘러서 콘덴서회로(13)의 콘덴서(C1)가 141V로 충전되어, 다음의 반파가 입력단자(b), 스위칭수단(14), 콘덴서회로(13)의 콘덴서(C2), 출력단자(d), 다이오우드(D2), 입력단자(a)를 통하여 흘러서 콘덴서회로(13)의 콘덴서(C2)가 141V로 충전되어 콘덴서회로(13)의 콘덴서(C3)가 141V의 2배의 282V로 충전되는 배전압정류동작을 하게 되며, 282V의 직류전압이 스위칭 트랜지스터(4∼9)에 공급된다. 단상브리지 정류회로(12)의 다이오우드(D3, D4)는 전파정류동작의 경우에는 정류소자로서 적극적으로 기능하고, 배전압정류동작의 경우에는 과부하 등에 의한 콘덴서회로(13)의 극성의 반전방지를 도모하기 위한 보호용으로서 기능하므로 다이오우드(D3, D4)의 한층의 유효한 이용을 도모하게 된다. 스위칭수단(14)은 제어유닛(11)에 의하여 DC 무브러시 모우터의 회전수가 소정회전수 이하인 경우에 오프상태, DC 무브러시 모우터의 회전수가 소정회전수 이상인 경우에 온상태로 제어된다. 소정회전수는 전파정류동작에 의하여 공급되는 전압 즉 본 예에서는 141V에서 운전할 수 있는 최고회전수 이하로 설정된다.
DC 무브러시 모우터가 회전하고 있는 상태에서는 구동권선(1∼3)으로부터 유기전압(A, B, C)이 부여된다. (16, 17, 18)은 비교기이며, 비교기(16∼18)은 구동권선(1∼3)으로부터의 유기전압(A, B, C)과, 구동권선(1∼3)의 가상중성점을 구성하는 저항(19, 20, 21)에 의한 중성점 전위 등을 입력하여 펄스정형된 센서레스신호(ZA, ZB, ZC)를 제어장치(11)에 부여한다. 센서레스신호(ZA∼ZC)는 그 선행구간 및 하강구간이 구동권선(1∼3)에 유기되는 유기전압(A, B, C)의 제로교차점을 나타내고 있다.
제어장치(11)는 비교기(16∼18)로부터의 센서레스신호(ZA∼ZC)에 더하여 시작신호 및 회전속도정보를 입력하여 도 4의 순서도에 따라서 DC 무브러시 모우터를 기동한 다음 센서레스신호(ZA∼ZC)에 기초하여 정류제어신호(AU∼CL)를 생성하여 회전속도정보에 따른 PWM 제어를 개재하여 스위칭 트랜지스터(4∼9)의 베이스에 부여함과 동시에 정류수단(10)의 스위칭수단(14)을 온/오프한다.
DC 무브러시 모우터의 기동의 한 예로서, 제어장치(11)는 주파수가 서서히 증가하는 동기신호를 스위칭 트랜지스터(4∼9)의 베이스에 부여하여 구동권선(1∼3)에 회전속도가 점증하는 회전자계를 발생시켜서 영구자석 회전자의 회전을 개시키켜, 예컨대 유기전압(A∼C)이 안정출력되는 상태로 된 소정시간의 경과 혹은 소정의 회전속도로 도달하므로서, 유기전압(A∼C) 즉 센서레스신호(ZA∼ZC)에 기초하여 생성되는 정류제어신호(AU∼CL)에 의한 센서레스운전으로 이행한다.
센서레스운전의 한 예로서, 제어장치(11)는 도 3에서 설명한 바와 같이 센서레스신호(ZA∼ZC)에 기초하여 다음회의 정류주기를 결정하고, 결정된 정류주기로부터 정류타이밍을 설정하여 설정된 정류타이밍으로 됨으로서 센서레스신호(ZA∼ZC)의 상태에 따라서 미리 배당되어 있는 정류제어신호(AU∼CL)를 회전속도정보에 따른 PWM에서 쵸핑하여 스위칭 트랜지스터(4∼9)에 출력한다. 도 3은 정류주기의 결정을 설명하기 위한 설명도이며, Tn-1는 금회의 정류주기, Tn는 다음회의 정류주기, h는 센서레스신호(ZA∼ZC)의 선행 또는 하강구간, tact는 금회의 정류주기(Tn-1)의 개시시점으로부터 센서레스신호(ZA∼ZC)의 선행 또는 하강구간(h)이 실제로 부여되기까지의 시간을 나타내는 실제제로 교차시간, tref는 금회의 정류주기(Tn-1)의 개시시점으로부터 센서레스신호(ZA∼ZC)의 선행 또는 하강구간(h)이 부여되어야 할 목표시간을 나타낸 목표제로 교차시간이다. 기동에서 센서레스운전으로의 이행당초에 있어서는 일정한 정류주기가 설정되어 소정의 정류제어신호가 스위칭 트랜지스터(4∼9)에 부여되므로서, 금회의 정류주기(Tn-1)가 개시된다. 금회의 정류주기(Tn-1)가 개시되면 센서레스신호(ZA∼ZC)의 선행 또는 하강구간(h)이 발생하기까지의 실제제로 교차시간(tact)이 검출되어 목표제로 교차시간(tref)과의 차 △tn-1=tref-tact를 연산한다. 목표제로 교차시간 tref는 금회의 정류주기(Tn-1)에 따라서
tref=(j/k)·Tn-1
에 따라서 설정되었고, 통상 j=1, k=2로서 정류주기의 중앙이 되도록 설정된다. 다음에 차 △tn-1에 따라서 다음회의 정류주기의 적분값(Tin)이
Tin=Ki·△tn-1+Tin-1
여기에서 Ki는 적분정수, Tin-1는 금회의 정류주기의 적분값(Tin-1)임에 따라서 센서레스신호(ZA∼ZC)의 선행 또는 하강구간(h)이 목표제로 교차시간(tref)에 발생하도록 다음회의 정류주기(Tn)가
Tn=Kp·△tn-1+Tin
여기서 Kp는 비례정수임에 따른 비례연산에 의하여 결정된다. 그리고, 상술한 바와 같이 이 결정된 정류주기로부터 정류타이밍이 인식되어 정류타이밍으로 되므로서 센서레스신호(ZA∼ZC)의 상태에 따라서 미리 배당되어 있는 정류제어신호(AU∼CL)는 도 2에 나타낸 센서레스신호(ZA∼ZC)의 상태(1∼6)에 따라서 각기 배당되어 있다. 즉 본 예에서는, ZA∼ZC=(0, 0, 1)의 상태 1에서는 Au=0, AL=1, BU=0, BL=0, CU=1, CL=0이 배당되었고, ZA∼ZC=(0, 1, 0)의 상태 2에서는 Au=0, AL=0, BU=1, BL=0, CU=0, CL=1이 배당되었고, ZA∼ZC=(0, 1, 1)의 상태 3에서는 Au=0, AL=1, BU=1, BL=0, CU=0, CL=0이 배당되었고, ZA∼ZC=(1, 0, 0)의 상태 4에서는 Au=1, AL=0, BU=0, BL=1, CU=0, CL=0이 배당되었으며, ZA∼ZC=(1, 0, 1)의 상태 5에서는 Au=0, AL=0, BU=0, BL=1, CU=1, CL=0이 배당되었고, ZA∼ZC=(1, 1, 0)의 상태 6에서는 Au=1, AL=0, BU=0, BL=0, CU=0, CL=1이 배당되어 있다. 정류타이밍으로 되므로서, 그때의 센서레스신호(ZA∼ZC)의 상태(1∼6)로 대응하는 정류제어신호(AU∼CL)가 회전속도정보에 따른 PWM 제어를 개재하여 스위칭 트랜지스터(4∼9)에 부여하게 된다.
도 4는 도 1 구성의 동작 순서도이며, 도 4를 병용하여 도 1 구성의 공작을 다음에 설명한다.
개시신호가 부여되므로서 제어장치(11)는 도 4의 조작(flow)을 개시하여 스텝(30)에서 정류수단(10)이 전파정류동작을 하도록 스위칭수단(14)을 오프상태로 한 다음, 스텝(31)에서 구성설명에서 설명한 바와 같은 방법에 따라 DC 무브러시 모우터를 기동한다. 그런 다음 스텝(32)에 들어가서, 예컨대 유기전압(A∼C)이 안정출력되는 상태로 되는 소정시간의 경과 혹은 소정의 회전속도로 도달하므로서 스텝(33)의 센서레스운전으로 이행한다. 스텝(33)에서는 구성설명에서 설명한 바와 같은 방법에 따라 센서레스운전을 하여 정류제어신호(AU∼CL)를 회전속도정보에 따라서 PWM 제어한다. 잇따라서 스텝(34)의 실제회전수의 검출에 들어가서, 예컨대 적어도 하나의 센서레스신호(ZA∼ZC)의 선행구간 또는 하강구간의 주기에 따라서 모우터의 실제회전수를 검출하고, 다음 스텝(35)에서 검출한 실제회전수가 소정회전수 이상인지 여부를 판단한다. 소정회전수는 구성설명으로 설명한 바와 같이 전파정류동작에 따라서 공급되는 전압, 즉 본 예에서는 141V에서 운전가능한 최고회전수 이하로 설정되어 있다. 모우터의 실제회전수가 소정회전수 이하이면, 스텝(35)에서 스텝(36)으로 들어가서 스위칭수단(14)의 오프제어를 거쳐 스텝(33)에 복귀한다. 스위칭수단(14)이 오프상태로 함에 따라서 정류수단(10)이 전파정류동작을 하여 모우터의 실제회전수가 소정회전수 이상이면, 스텝(35)에서 스텝(37)으로 들어가, 스위칭수단(14)의 온제어를 거쳐 스텝(33)으로 복귀한다. 스위칭수단(14)이 온상태로 됨에 따라서, 정류수단(10)이 배전압정류동작을 하여, 141V의 2배의 282V의 직류전압이 스위칭 트랜지스터(4∼9)로 공급된다.
이와 같이 모우터의 회전수가 소정회전수 이하인 경우에는 정류수단(10)이 전파정류동작을 하여 소정회전수 이상인 경우와 비교하여 1/2의 직류전압이 공급되므로 저속 및 중속제어 때문에 PWM 제어된 정류제어신호(AU∼CL)의 펄스폭이 작아지게 되어 구동권선(1∼3)으로 인가되는 전압펄스의 폭이 작아져서도 전압펄스의 전압값은 소정회전수 이상인 경우의 1/2로 된다. 그 때문에 모우터전류도 작아지게 되어, 그 전류변화도 작아지게 되므로 자속의 변화에 의한 이력곡선이 작아져서 철손이 감소한다. 소정회전수 이상에서는 정류수단(10)이 배전압정류동작을 하여 소정회전수 이하인 경우의 2배의 직류전압이 공급되므로 모우터의 회전영역을 좁아지게 하는 일도 없다. 또, 소정회전수 이하에서는 상술한 바와 같이 모우터전류가 작아지므로 스위칭 트랜지스터(4∼9)의 온손실이 저감된다.
도 5는 본 발명의 실시형태의 다른 예를 나타낸 구성도, 도 6은 도 5의 구성에 의하여 제어되는 공기조화장치의 한 예를 나타낸 구성도이다.
본 예에서는 공기조화장치가 냉방운전의 경우에 정류수단(10)이 전파정류동작을 하여 공기조화장치가 난방운전의 경우에 정류수단(10)이 배전압정류동작을 하도록 제어장치(40)에 의하여 정류수단(10)의 스위칭수단(14)이 온/오프 제어된다. 구동권선(1∼3)을 갖는 DC 무브러시 모우터(41)는 제어장치(40)에 의하여 먼저의 예에서 설명한 바와 같이 기동 및 센서레스신호(ZA∼ZC)에 기초한 센서레스운전을 하게 됨과 동시에 회전속도정보에 따른 정류제어신호(AU∼CL)의 PWM 제어에 의하여 속도제어를 할 수 있다.
DC 무브러시 모우터(41)는 도 6의 공기조화장치의 콤프레서(42)를 구동한다. 도 6의 공기조화장치는 4로밸브(43)의 전환에 의하여 난방운전 또는 냉방운전을 할 수 있다. 난방운전에 있어서는 콤프레서(42)의 배출측(a)에서 4로밸브(43), 실내열교환기(44), 팽창밸브(45), 실외열교환기(46), 4로밸브(43), 축압기(37)를 거쳐 콤프레서(42)의 흡입측(b)으로 이르는 난방사이클이 형성되도록 4로밸브(43)가 제어장치(40)에 의하여 전환된다. 냉방운전에 있어서는 콤프레서(42)의 배출측(a)에서 4로밸브(43), 실외열교환기(46), 팽창밸브(45), 실내열교환기(44), 4방밸브(43), 축압기(47)를 거쳐 콤프레서(42)의 흡입측(b)으로 이르는 냉방사이클이 형성되도록 4로밸브(43)가 제어장치(40)에 의하여 전환된다.
제어장치(40)는 비교기(16∼18)로부터의 센서레스신호(ZA∼ZC)에 더하여 시작신호, 정지신호, 난방/냉방정보 및 회전속도정보를 입력하여 도 7의 순서도에 따라서, DC 무브러시 모우터를 기동한 다음 센서레스신호(ZA∼ZC)에 따라서 정류제어신호(AU∼CL)를 생성하여 회전속도정보에 따른 PWM 제어를 개재하여 스위칭 트랜지스터(4∼9)의 베이스에 부여함과 동시에 4로밸브(43)의 전환, 정류수단(10)의 스위칭수단(14)의 온/오프를 실행한다. 그밖의 구성은 선예에서 설명한 바와 같다.
도 7은 도 5의 구성의 동작 순서도이며, 도 7을 병용하여 도 5의 구성의 동작을 다음에 설명한다.
시작신호가 부여되므로서 제어장치(40)는 도 7의 조작을 개시하여 스텝(50)에서 난방/냉방정보를 인출한 다음, 다음의 스텝(51)에서 난방인지 냉방인지를 판단한다. 냉방이라면 스텝(51)에서 스텝(52)에 도달하고, 냉방사이클이 형성되도록 공기조화장치의 4로밸브(43)를 전환하여 냉방설정을 하고, 다음의 스텝(53)에서 정류수단(10)의 스위칭수단(14)을 오프상태로 한 다음, 스텝(54)에 도달한다. 스위칭수단(14)이 오프상태로 되므로서 정류수단(10)은 전파정류동작을 하여 141V의 직류전압이 스위칭 트랜지스터(4∼9)에 공급된다. 난방이라면 스텝(51)에서 스텝(55)에 도달하여 난방사이클이 형성되도록 공기조화장치의 4로밸브(43)를 전환하여 난방설정을 하고, 다음의 스텝(56)에서 정류수단(10)의 스위칭수단(14)을 온상태로 한 다음, 스텝(54)에 도달한다. 스위칭수단(14)이 온상태로 하므로서 정류수단(10)은 배전압정류동작을 하여 141V의 2배의 282V의 직류전압이 스위칭 트랜지스터(4∼9)에 공급된다. 스텝(54)에서는 선예에서 설명한 바와 같은 방법에 의하여 DC 무브러시 모우터(41)를 기동한다. 그런 다음 스텝(57)에 도달하여 예컨대 유기전압(A∼C)이 안정출력되는 상태로 되는 소정시간의 경과 혹은 소정의 회전속도에 도달하므로서 스텝(58)의 센서레스운전으로 이행한다. 스텝(58)에서는 선예에서 설명한 바와 같은 방법에 따라 센서레스운전을 하여 정류제어신호(AU∼CL)를 회전속도정보에 따라서 PWM 제어한다. 잇따라서 스텝(59)의 모우터 정지판단으로 도달한다. 본 예에서는 정지신호가 부여되었을 경우 및 난방/냉방의 전환이 이루어졌을 경우 즉, 난방에서 냉방으로 혹은 냉방에서 난방으로 전환이 이루어졌을 경우에 모우터정지라 판단된다. 난방/냉방의 전환이 이루어졌는지 여부는 난방/냉방정보에 따라서 인식된다. 스텝(59)에서 모우터 정지이라고 판단하지 않으면 스텝(58)에 복귀하여 모우터의 센서레스운전을 계속하고, 모우터 정지이라고 판단하였다면 스텝(60)에 도달하여 DC 무브러시 모우터의 운전을 정지한 다음 스텝(61)에 도달한다. 스텝(61)에서는 모우터의 정지가 정지신호에 의한 것인가 또는 난방/냉방의 전환에 의한 것인가를 판단한다. 정지신호에 의한 것이라면 도 7의 제어를 종료한다. 난방/냉방의 전환에 의한 것이라면 스텝(50)에 복귀하여 공기조화장치의 4로밸브(43) 및 정류수단(10)의 스위칭수단(14)을 난방/냉방의 전환에 따라서 제어한 다음, DC 무브러시 모우터(41)를 기동하여 센서레스운전을 재개한다.
이와 같이 공기조화장치가 냉방운전인 경우에는 정류수단(10)이 전파정류동작을 하고, 난방운전의 경우와 비교하여 1/2의 직류전압이 공급되므로 PWM 제어된 정류제어신호(AU∼CL)의 펄스폭이 작아져서 구동권선(1∼3)으로 인가되는 전압펄스의 폭이 작아져도 전압펄스의 전압값은 난방운전의 경우의 1/2로 된다. 그 때문에 모우터전류도 작아지고, 그 전류변화도 작아지게 되므로 자속의 변화에 의한 이력곡선이 작아져서 철손이 감소한다. 냉방운전에서는 난방운전의 경우와 비교하여 콤프레서(42)를 구동하는 모우터(41)를 고회전으로 운전할 필요가 없으므로 PWM 제어된 정류제어신호(AU∼CL)를 개재하여 공급되는 직류전압을 낮게 하여도 냉방운전에 지장을 초래하는 일은 없다. 또, 냉방운전에서는 상술한 바와 같이 모우터전류가 작아지므로 스위칭 트랜지스터(4∼9)의 온손실이 저감된다. 한편, 난방운전에서는 정류수단(10)이 배전압정류동작을 하여 냉방운전시의 2배의 직류전압이 공급되기 때문에 보다 큰 능력을 필요로 하는 난방운전에 지장을 초래하는 일도 없다.
이상 설명한 예에서는 DC 무브러시 모우터의 구동을 예로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 회전속도정보에 대응한 PWM 제어를 개재하여 직류전압을 공급하여 모우터의 회전속도를 제어하는 것에 널리 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 정류수단에 의하여 모우터가 소정회전수 이하인 경우에는 전파정류된 직류전압이 회전속도정보에 대응한 PWM 제어를 개재하여 모우터에 공급되어 모우터가 소정회전수 이상으로 되므로서 배전압정류된 직류전압 즉 전파정류시의 2배의 직류전압이 PWM 제어를 개재하여 공급된다. 그 때문에 저속 및 중속제어를 위하여 PWM 제어에 따라 모우터에 인가되는 전압펄스의 폭이 작아져도 전압펄스의 전압값은 소정회전수 이상의 경우의 1/2로 되므로 모우터전류가 작아져서 그 전류변화가 작아져서 자속의 변화에 의한 이력곡선이 작아져서 철손이 감소한다. 소정회전수 이상에서는 배전압정류동작에 의하여 소정회전수 이하인 경우의 2배의 직류전압이 공급되므로 모우터의 회전영역을 좁게 하는 일도 없다. 또, 소정회전수 이하에서는 모우터전류가 작아지므로 PWM에서 스위칭되는 소장의 온손실이 저감된다.
또, 본 발명에 의하면 정류수단에 의하여 공기조화장치가 냉방운전의 경우에는 전파정류된 직류전압이 회전속도정보에 대응한 PWM 제어를 개재하여 모우터에 공급되어 공기조화장치가 난방운전의 경우에는 배전압정류된 직류전압 즉 전파정류시의 2배의 직류전압이 PWM 제어를 개재하여 공급된다. 그 때문에 냉방운전시에 있어서 PWM 제어에 의하여 모우터에 인가되는 전압펄스의 폭이 작아졌어도 전압펄스의 전압값은 난방운전인 경우의 1/2로 되므로 모우터전류가 작아져서 그 전류변화가 작아지고 자속의 변화에 의한 이력곡선이 작아져서 철손이 감소한다. 또, 냉방운전에서는 모우터전류가 작아지므로 PWM에서 스위칭되는 소자의 온손실이 저감된다.
본 발명에 의한면 오프상태에서는 전파정류동작을 하여 온상태에서는 배전압정류동작을 하도록 단상브리지 정류회로와 콘덴서회로와의 사이에 삽입된 스위칭수단의 온/오프에 의하여 저압과 고압의 2 종류의 정류출력을 부여하도록 하고 있으므로, 극히 간단한 구성으로 저압과 고압의 2 종류의 정류출력을 부여할 수 있다. 또한, 배전압정류동작의 경우에 콘덴서회로의 보호용으로서 기능하고 정류동작에는 적극적으로는 기능하지 않는 단상브리지 정류회로의 정류소자가 전파정류동작의 경우에는 정류동작에 적극적으로 기능하게 되기 때문에 단상브리지 정류회로의 정류소자의 한층의 유효이용을 도모할 수 있다.

Claims (5)

  1. 직류전압을 회전속도정보에 대응한 PWM 제어를 개재하여 모우터에 인가함에 따라서 모우터를 구동하는 모우터 구동장치에 있어서 교류전압을 전파정류 또는 배전압정류하여 전파정류된 전압 또는 배전압정류된 전압을 직류전압으로서 공급하는 정류수단과, 모우터의 회전수가 소정회전수 이하인 경우에 정류수단이 전파정류를 하도록 제어하고 모우터의 회전수가 소정회전수 이상인 경우에 정류수단이 배전압정류를 하도록 제어하는 제어수단 등을 구비하였음을 특징으로 하는 모우터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 모우터가 DC 무브러시 모우터이며 정류수단이 교류전원이 인가되는 단상브리지 정류회로와, 단상브리지 정류회로의 정류전압으로 충전된 콘덴서회로와 오프상태에서는 전파정류동작을 하고, 온상태에서는 배전압정류동작을 하도록 단상브리지 정류회로와 콘덴서회로와의 사이에 삽입된 스위칭수단 등을 구비하였으며, 제어수단이 DC 무브러시 모우터의 회전수가 소정회전수 이하인 경우에 스위칭수단을 오프상태로 제어하여 DC 무브러시 모우터의 회전수가 소정회전수 이상인 경우에 스위칭수단을 온상태로 제어함을 특징으로 하는 모우터 구동장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 소정회전수가 전파정류된 전압으로 운전할 수 있는 최고회전수 이하로 설정된 것임을 특징으로 하는 모우터 구동장치.
  4. 직류전압을 회전속도정보에 대응한 PWM 제어를 개재하여 공기조화장치의 콘프레서를 구동하는 모우터에 인가함에 따라서 모우터를 구동하는 모우터 구동장치에 있어서, 교류전원을 전파정류 또는 배전압정류하여 전파정류된 전압 또는 배전압정류된 전압을 직류전압으로서 공급하는 정류수단과, 공기조화장치가 냉방운전의 경우에 정류수단이 전파정류를 하도록 제어하여 공기조화장치가 난방운전의 경우에 정류수단이 배전류정류를 하도록 제어하는 제어수단 등을 구비하였음을 특징으로 하는 모우터 구동장치.
  5. 제4항에 있어서, 모우터가 DC 무브러시 모우터이고 정류수단이 교류전원이 인가되는 단상브리지 정류회로와, 단상브리지 정류회로의 정류전압으로 충전된 콘덴서회로와, 오프상태에서는 전파정류동작을 하고 온상태에서는 배전압정류동작을 하도록 단상브리지 정류회로와 콘덴서회로와의 사이에 삽입된 스위칭수단 등을 구비하였으며, 이 제어수단이 공기조화장치가 냉방운전인 경우에 스위칭수단을 오프상태로 제어하고 공기조화장치가 난방운전의 경우에 스위칭수단을 온상태로 제어함을 특징으로 하는 모우터 구동장치.
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