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KR20080083846A - 공기조화기 - Google Patents

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KR20080083846A
KR20080083846A KR1020070024578A KR20070024578A KR20080083846A KR 20080083846 A KR20080083846 A KR 20080083846A KR 1020070024578 A KR1020070024578 A KR 1020070024578A KR 20070024578 A KR20070024578 A KR 20070024578A KR 20080083846 A KR20080083846 A KR 20080083846A
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KR
South Korea
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unit
indoor
motor
outdoor
compressor
Prior art date
Application number
KR1020070024578A
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Inventor
정호종
황일남
장승용
서경원
송치우
최진하
강원철
곽태희
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP08723410A priority patent/EP2122264A4/en
Priority to PCT/KR2008/001373 priority patent/WO2008111788A1/en
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Abstract

본 발명은 실내기와 실외기에 고전압용 센서리스 모터를 적용하고, 상기 모터를 PWM 제어할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 모터 내에 구동회로 및 센서 등을 장착하지 않아도 되며, 모터의 비용 절감 및 모터 설계의 단순화를 가능하게 할 수 있다.
공기조화기, PWM 제어

Description

공기조화기{air conditioner}
도 1은 본 발명에 따른 절환형 공기조화기를 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 동시형 공기조화기를 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 공기조화기의 제어부를 구성하는 PFC 회로를 도시한 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101,102: 실외기 201,202,203: 실내기
111,121,211: 컨버터부 112,122,212: 컨트롤러
113,116,123,126,213: 인버터부 115,118,125,128,215: 로터 위치 검출부
114,124: 압축기 모터 117,127,214: 팬모터
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압용 센서리스 모터가 적용된 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 냉매 순환에 의해 냉난방 사이클로 운전된다. 상기 공기조화기는 실외기와 실외기를 포함한다.
상기 실외기에는 압축기를 구동시키는 압축기 모터, 실외팬을 구동시키는 실외팬 모터가 배치된다. 상기 실내기에는 실내팬을 구동시키는 실내팬 모터가 배치된다. 상기 압축기 모터 및 실내/외팬 모터는 유도모터 또는 BLDC 모터(brushless direct currency motor)를 적용한다.
그러나, 종래의 공기조화기는 다음과 같은 문제점이 있었다.
상기 유도모터는 제작이 용이하고 가격이 저렴하므로 다양한 제품에 널리 사용된다. 그러나, 상기 유도모터는 구동 초기에 회전자의 기계적 회전속도가 전기적 속도보다 느림에 따라 로터와 스테이터의 슬립(slip) 현상이 발생되므로, 초기 기동시 모터의 효율이 저하되었다. 또한, 상기 유도모터는 전압을 가변하여 속도를 제어하므로, 용량이 큰 모터에 적용될 경우 발열량이 커짐에 따라 모터의 효율과 신뢰성이 현저히 저하되었다. 상기 유도모터는 슬립 현상과 소손에 의해 정밀한 제어가 곤란하고 소음이 증가했었다. 또한, 상기 유도모터는 일정한 회전 속도로 가동되는 정속 모터에 적용되므로, 구동 속도가 가변되는 공기조화기의 인버터 압축기나 가변 팬모터에 적용되기 곤란했다.
또한, 상기 BLDC 모터는 로터에 영구자석이 배치되고 스테이터에 코일이 권선되는 구조를 갖는다. 상기 BLDC 모터는 로터의 위치를 검출하는 홀센서와, 상기 홀센서로부터 검출된 신호에 따라 로터의 회전을 제어하는 제어소자와 구동 드라이브를 포함한다. 상기 BLDC 모터는 홀센서에서 제공된 로터의 위치 신호에 따라 전류를 단속(위상차의 가변)에 의해 회전 속도 및 토크가 조절된다. 상기 BLDC 모터는 반도체 소자로 코일에 제공되는 전류를 제어하므로 전기적 소음 및 기계적 소음 이 감소된다. 그런데, 상기 BLDC 모터는 로터에 배치된 영구자석의 자력의 한계로 대용량 모터로 제작되기 곤란했다. 또한, 상기 BLDC 모터는 고주파에 의해 전류가 과대하게 증가될 경우 영구자석이나 구동 드라이브가 손상되는 경우가 있었다. 이러한 BLDC 모터가 압축기에 적용되면 구동 드라이브의 손상에 따라 압축기가 손상될 가능성이 높았다. 또한, 상기 BLDC 모터는 제작 과정이 복잡하고 제조 단가가 높다. 또한, 상기 BLDC 모터는 모터의 속도를 조절하기 위해 전원과 모터 중간에 가변 저항을 배치하여 모터에 공급되는 전류를 가변한다. 그런데, 상기 BLDC 모터에 50%의 전력만 공급하게 할 때 상기 50%의 전력은 가변저항에 의해 열로 손실되므로, 전력이 비효율적으로 사용되며 모터의 발열량을 증가시켰다.
상기한 제반 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 고주파에 의해 모터가 발열되더라도 효율이 저하되는 것을 방지하고, 압축기 등이 손상되는 것을 방지할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전력 손실이 적고, 에너지 효율이 향상될 수 있는 공기조화기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제조 단가를 감소시키고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 공기조화기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 의하면, 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기, 실외팬 모터를 포함하는 실외기; 상기 실외기에 연결되고, 실 내 열교환기 및 실내 팬모터를 포함하는 다수의 실내기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 실외 열교환기 또는 다수의 실내기 측으로 절환시키는 밸브; 상기 밸브에 의해 절환된 냉매를 각 실내기에 분배하고, 상기 각 실내기에서 토출된 냉매를 압축기 측으로 제공하는 분배기; 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실외기와 실내기의 모터들 중 하나 이상의 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부; 상기 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및 상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 냉난방 절환형 공기조화기를 제공한다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기, 실외팬 모터를 포함하는 실외기; 상기 실외기에 연결되고, 실내 열교환기 및 실내 팬모터를 포함하는 다수의 실내기; 상기 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 일부의 실내기로 제공하는 고압배관; 상기 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 실내 열교환기를 거쳐 일부의 실내기로 제공하는 액관; 상기 다수의 실내기에서 토출된 냉매를 압축기로 제공하도록 하는 저압배관; 상기 고압배관과 액관의 냉매를 각 실내기에 분배하고, 상기 각 실내기에서 토출되는 냉매를 저압배관에 제공하는 분배기; 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실외기와 실내기의 모터들 중 하나 이상의 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부; 상기 각 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력 을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및 상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 각 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 냉난방 동시형 공기조화기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기, 실외팬 모터를 포함하는 다수의 실외기; 상기 다수의 실외기에 연결되고, 실내 열교환기 및 실내 팬모터를 포함하는 다수의 실내기; 상기 각 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 일부의 실내기로 제공하는 고압배관; 상기 각 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 실내 열교환기를 거쳐 일부의 실내기로 제공하는 액관; 상기 다수의 실내기에서 토출된 냉매를 상기 각 압축기로 제공하도록 하는 저압배관; 상기 고압배관과 액관의 냉매를 각 실내기에 분배하고, 상기 각 실내기에서 토출되는 냉매를 저압배관에 제공하는 분배기; 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실외기와 실내기의 모터들 중 하나 이상의 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부; 상기 각 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및 상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 각 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 냉난방 동시형 공기조화기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기, 실외팬 모터를 포함하는 실외기; 상기 실외기에 연결되고, 실내 열교환기 및 실내 팬 모터를 포함하는 실내기; 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실외기와 실내기의 모터들 중 하나 이상의 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부; 상기 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및 상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 공기조화기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기를 포함하는 실외기; 상기 실외기에 연결되는 다수의 실내기; 상기 실외기에서 토출된 냉매를 각 실내기에 분배하는 분배기; 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 압축기 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부; 상기 압축기 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및 상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 압축기 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 공기조화기를 제공한다.
이하 상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 실시예에 관해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 절환형 공기조화기를 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 상기 공기조화기는 다수의 실외기(101,102), 분배기(301) 및 다수의 실내기(201,202,203)를 포함한다. 상기 각 실외기(101,102)에는 제1,2냉매관(311,312)이 연결된다. 상기 제1,2냉매관(311,312)에는 분배기(301)가 연결되고, 상기 분배기(301)에는 다수의 분지관이 연결된다. 상기 분지관에는 다수의 실내기(201,202,203)가 연결된다. 상기 실외기(101,102)와 실내기(201,202,203)는 제어부에 연결된다. 상기 제어부에 관해서는 아래에서 설명하기로 한다. 도 1에서는 실외기가 다수 배치된 공기조화기를 도시하였으나 상기 실외기가 1개 배치될 수도 있다.
상기 공기조화기는 모든 실내기(201,202,203)를 냉방모드 또는 난방모드로 절환시키는 절환형 멀티 공기조화기이다. 이때, 일부의 실내기는 정지모드로 운전될 수 있음도 이해 가능하다.
상기 절환형 공기조화기가 냉방모드로 절환된 경우에 관해 설명한다.
상기 각 실외기(101,102)에서 압축된 냉매는 제1냉매관(311)을 따라 유동되어 상기 분배기(301)에 유입된다. 상기 분배기(301)의 냉매는 분지관을 통해 실내기(201,202,203)로 유입된다. 이때, 상기 실내기(201,202,203)는 증발기로 작용하여 실내 공간을 냉방시킨다. 상기 증발기로 작용하는 실내기(201,202,203)의 냉매는 분배기(301)로 다시 토출된다. 상기 분배기(301)의 냉매는 제2냉매관(312)을 통해 각 실외기(101,102)에 유입된다.
또한, 상기 절환형 공기조화기가 난방모드로 절환된 경우에 관해 설명한다.
상기 각 실외기(101,102)에서 압축된 냉매는 제2냉매관(312)을 따라 유동되 어 상기 분배기(301)에 유입된다. 상기 분배기(301)의 냉매는 분지관을 통해 실내기(201,202,203)로 유입된다. 이때, 상기 실내기(201,202,203)는 응축기로 작용하여 실내 공간을 난방시킨다. 상기 응축기로 작용하는 실내기(201,202,203)의 냉매는 분배기(301)로 다시 토출된다. 상기 분배기(301)의 냉매는 제1냉매관(311)을 통해 각 실외기(101,102)에 유입된다.
도 2는 본 발명에 따른 동시형 공기조화기를 도시한 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 상기 공기조화기는 다수의 실외기(101,102), 분배기(301) 및 다수의 실내기(201,202,203)를 포함한다. 도 2에서는 도 1의 공기조화기와 실질적으로 동일한 구성에 관해서는 동일한 도번을 부여하였다.
상기 다수의 실외기(101,102)에는 고압배관(315), 액관(316) 및 저압배관(317)이 연결된다. 상기 고압배관(315), 액관(316) 및 저압배관(317)에는 분배기(301)가 연결된다. 상기 분배기(301)에는 다수의 분지관이 연결되고, 상기 분지관에는 다수의 실내기(201,202,203)가 연결된다. 상기 실외기(101,102)와 실내기(201,202,203)의 제어부와 각각 연결된다. 도 3에서는 다수의 실외기가 배치된 공기조화기를 도시하였으나 상기 실외기가 1개 배치될 수도 있다.
상기 공기조화기는 일부의 실내기가 냉방모드, 일부의 실내기가 난방모드로 운전되는 동시형 멀티 공기조화기이다. 또한, 상기 공기조화기는 일부의 실내기는 정지모드로 운전될 수 있음도 이해 가능하다.
상기 동시형 멀티 공기조화기의 작용에 관해 설명하기로 한다.
상기 각 실외기(101,102)에서 토출된 냉매의 일부는 고압배관(315)으로 유입 된다. 상기 고압배관(315)의 냉매는 분배기(301)를 거쳐 일부의 실내기(201)에 유입된다. 이때, 상기 일부의 실내기(201)는 증발기로 작용하여 실내공간을 냉방시킨다. 상기 증발기로 작용하는 실내기(201)에서 토출된 냉매는 분배기(301)에 의해 저압배관(317)으로 유입된다.
또한, 상기 각 실외기(101,102)에서 토출된 냉매의 일부는 액관(316)으로 유입된다. 상기 액관(316)의 냉매는 분배기(301)를 거쳐 일부의 실내기(202,203)에 유입된다. 이때, 상기 일부의 실내기(202,203)는 응축기로 작용하여 실내공간을 난방시킨다. 상기 응축기로 작용하는 실내기(202,203)에서 토출된 냉매는 분배기(301)에 의해 상기 증발기로 작용하는 실내기(201)로 다시 유입된다. 또한, 상기 응축기로 작용하는 실내기(202,203)에 토출된 냉매는 분배기(301)에 의해 저압배관(317)으로 유입된다.
상기 실내기(201,202,203)들에서 저압배관(317)으로 유입된 냉매는 각 실외기(101,102)로 유입된다. 이러한 냉매 유동에 의해 실내기(201,202,203)들은 냉난방을 동시에 수행한다.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 공기조화기의 제어부를 구성하는 PFC 회로를 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 상기 절환형 공기조화기와 동시형 공기조화기의 제어부는 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이러한 제어부에 관해서 설명하기로 한다.
상기 실외기(101,102)는 메인 실외기와 서브 실외기를 포함한다. 상기 공기조화기에는 실외기가 1개 배치될 수 있음도 이해 가능하다. 또한, 상기 메인 실외 기에는 서브 실외기와 다수의 실내기가 통신에 의해 연결된다.
상기 메인 실외기(101), 서브 실외기(102) 및 각 실내기(201,202,203)의 제어부는 PFC 회로(Power Factor Correction Circuit)로 구성된다. 상기 PFC회로는 전류가 열로 전환되어 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있고 전자파도 줄일 수 있다. 아래에서는 각 제어부에 관해 순차적으로 설명한다.
먼저, 상기 메인 실외기(101)의 제어부에 관해 설명하기로 한다.
상기 메인 실외기(101)에는 전원이 인가되는 컨버터부(111)가 배치된다. 상기 메인 실외기(101,102)의 컨버터부(111)는 (+) DC 전원 및 (-) DC 전원과 연결된다. 상기 컨버터부(111)의 (-) DC 전원은 그라운드된다.
상기 메인 실외기(101)에는 메인 컨트롤러(112)가 배치된다. 상기 메인 컨트롤러(112)에는 2개의 인버터부(113,116)가 연결된다. 이때, 상기 메인 컨트롤러(112)에는 각 인버터부(113)로 연결하기 위한 두 개의 포트(pwm port1, pwm port2)가 구비된다.
상기 메인 실외기(101)의 하나의 인버터부(113)는 3상 단자에 의해 압축기 모터(114)와 연결된다. 상기 압축기 모터(114)로는 DC 인버터 모터를 적용한다. 상기 인버터부(113)와 압축기 모터(114)의 v,w 상에는 상기 압축기 모터(114)의 로터 위치를 감지하기 위한 로터 위치 검출부(115)가 구비된다. 상기 로터 위치 검출부(115)는 메인 컨트롤러(112)에 구비된 위치 감지 포트(S1,S2)에 연결된다. 상기 로터 위치 검출부(118)는 압축기 모터(114) 구동에 따라 발생되는 역기전력을 전달받아 기준값과 비교한다. 상기 역기전력이 기준값보다 높으면 온(ON) 신호를 메인 컨트롤러(112)에 출력하고, 기준값보다 낮으면 오프(OFF) 신호를 메인 컨트롤러(112)에 출력한다.
상기 메인 실외기(101)의 다른 인버터부(116)는 3상 단자(u,v,w 상)에 의해 실외팬 모터(117)와 연결된다. 상기 실외팬 모터(117)로는 DC 인버터 모터를 적용한다. 상기 인버터부(116)와 실외팬 모터(117)의 v,w 상에는 상기 실외팬 모터(117)의 로터 위치를 감지하는 로터 위치 검출부(118)가 구비된다. 상기 로터 위치 검출부(118)는 메인 컨트롤러(112)에 구비된 위치 감지 포트(S3,S4)에 연결된다. 상기 로터 위치 검출부(118)는 실외팬 모터(117) 구동에 따라 발생되는 역기전력을 전달받아 기준값과 비교한다. 상기 역기전력이 기준값보다 높으면 온(ON) 신호를 메인 컨트롤러(112)에 출력하고, 기준값보다 낮으면 오프(OFF) 신호를 메인 컨트롤러(112)에 출력한다.
또한, 상기 서브 실외기(102)의 제어부에 관해 설명하기로 한다.
상기 서브 실외기(102)의 제어부에는 전원이 인가되는 컨버터부(121)가 배치된다. 상기 서브 실외기(102)의 컨버터부(121)는 (+) DC 전원 및 (-) DC 전원과 연결된다. 상기 컨버터부(121)의 (-) DC 전원은 그라운드된다.
상기 서브 실외기(102)에는 서브 컨트롤러(122)가 배치된다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 메인 컨트롤러(112)와 통신에 의해 연결된다. 또한, 상기 서브 컨트롤러(122)에는 2개의 인버터부(123,126)가 연결된다. 이때, 상기 서브 컨트롤러(122)에는 인버터부(123)와 제4인버터부(126)로 연결하기 위한 두 개의 포트(pwm port1, pwm port2)가 구비된다.
상기 서브 실외기(102)의 하나의 인버터부(123)는 3상 단자에 의해 압축기 모터(124)와 연결된다. 상기 압축기 모터(114)로는 DC 인버터 모터를 적용한다. 상기 인버터부(123)와 압축기 모터(124)의 v,w 상에는 상기 압축기 모터(124)의 로터 위치를 감지하기 위한 로터 위치 검출부(125)가 구비된다. 상기 로터 위치 검출부(125)는 서브 컨트롤러(122)에 구비된 위치감지포트(S1,S2)에 연결된다. 상기 로터 위치 검출부(125)는 압축기 모터(124)의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 전달받아 기준값과 비교한다. 상기 역기전력이 기준값보다 높으면 온(ON) 신호를 서브 컨트롤러(122)에 출력하고, 기준값보다 낮으면 오프(OFF) 신호를 서브 컨트롤러(122)에 출력한다.
상기 서브 실외기(102)의 다른 인버터부(126)는 3상 단자(u,v,w 상)에 의해 실외팬 모터(127)와 연결된다. 상기 실외팬 모터(127)로는 DC 인버터 모터를 적용한다. 상기 인버터부(126)와 실외팬 모터(127)의 v,w 상에는 상기 실외팬 모터(127)의 로터 위치를 감지하는 로터 위치 검출부(128)가 구비된다. 상기 로터 위치 검출부(128)는 서브 컨트롤러(122)에 구비된 위치 감지 포트(S3,S4)에 연결된다. 상기 로터 위치 검출부(128)는 실외팬 모터(127) 구동에 따라 발생되는 역기전력을 전달받아 기준값과 비교한다. 상기 역기전력이 기준값보다 높으면 온(ON) 신호를 서브 컨트롤러(122)에 출력하고, 기준값보다 낮으면 오프(OFF) 신호를 서브 컨트롤러(122)에 출력한다.
상기 메인 컨트롤러(112)는 서브 실외기(102)의 동작에 관한 신호를 서브 컨트롤러(122)에 전달한다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 전달받은 신호에 의해 상기 서브 실외기(102)를 제어한다.
다음으로, 상기 각 실내기(201,202,203)의 제어부에 관해 설명하기로 한다.
상기 각 실내기(201,202,203)에는 컨버터부(211)가 각각 배치된다. 상기 각 실내기(201,202,203)의 컨버터부(211)는 실외기(101,102)의 컨버터부(111)의 (+)(-) DC 전원과 각각 연결된다. 이때, 상기 실내기(201,202,203)와 실외기(101,102)는 같은 극의 전원끼리 연결된다. 그리고, 상기 각 실내기(201,202,203)의 (-) DC 전원은 그라운드된다.
상기 각 실내기(201,202,203)에는 컨트롤러(212)가 각각 배치된다. 상기 각 컨트롤러(212)에는 인버터부(213)가 각각 연결된다. 이때, 상기 각 컨트롤러(212)에는 인버터부(213)와 연결되기 위한 포트(pwm port)가 구비된다.
상기 각 실내기(201,202,203)의 인버터부(213)는 3상 단자(u,v,w상)에 의해 해당 실내팬 모터(214)와 연결된다. 상기 실내팬 모터(214)로는 DC 인버터 모터를 적용한다. 상기 인버터부(213)와 실내팬 모터(214)의 v,w 상에는 상기 실내팬 모터(214)의 로터 위치를 감지하기 위한 로터 위치 검출부(215)가 구비된다. 상기 로터 위치 검출부(215)는 컨트롤러(212)에 구비된 위치 감지 포트(T1,T2)에 연결된다.
상기 각 컨버터부(211)는 입력된 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 각 실내기(201,202,203)의 인버터부(213)로 전달한다. 상기 각 인버터부(213)는 직류전원을 3상 교류전원으로 변환한다. 이때, 상기 각 실내기(201,202,203)의 컨트롤러(212)는 인버터부(213)가 스위칭 제어되도록 제어신호를 출력한다. 따라서, 상기 인버터부(213)에서 변환된 3상 교류전원은 상기 실내팬 모터에 전달된다. 이로 인해 상기 각 실내기(201,202,203)의 실내팬 모터가 제어된다.
상기와 같은 공기조화기의 제어부의 작용에 대해 설명하기로 한다.
사용자는 키입력부(미도시)를 통해서 각 실내기(201,202,203)의 동작제어신호를 입력한다. 상기 각 실내기(201,202,203)의 컨트롤러(212)는 통신 의해 메인 실외기(101)의 메인 컨트롤러(112)에 각 실내기(201,202,203)의 동작제어신호를 전달한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 실내기(201,202,203)들에서 전달된 동작제어신호를 판단한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 상기 실내기(201,202,203)의 컨트롤러(212)에서 전달된 동작제어신호에 따라 상기 메인 실외기(101)와 서브 실외기(102)를 아래와 같이 제어한다.
상기 메인 실외기(101)의 컨버터부(111)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환한다. 상기 컨버터부(111)는 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 압축기 모터(114)와 실외팬 모터(117)에 제공한다. 이에 따라 상기 메인 실외기(101)와 서브 실외기(102)의 압축기 모터(114,124)와 실외팬 모터(117,127)가 구동된다.
이때, 상기 메인 실외기(101)의 로터 위치 검출부(115)는 상기 압축기 모터(114)가 구동됨에 따라 v, w 상을 통해 출력되는 역기전력의 전압값을 감지하여 상기 메인 컨트롤러(112)에 전달한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 전달된 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였는지 여부를 판단한다. 상기 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하지 못하면, 상기 로터 위치 검출부(115)는 오프(OFF) 신 호를 로터 위치 감지 포트(S1,S2)를 통해 메인 컨트롤러(112)에 출력한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 압축기 모터(114)의 로터 위치를 판단한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 상기 압축기 모터(114)의 로터가 u 상에 위치한 것으로 판단되면, 상기 압축기 모터(114)의 로터를 v 상에 위치하도록 상기 인버터부(113)를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어한다.
여기서, 상기 PWM 제어는 DC 전류를 온/오프시킴에 따라 모터의 회전 속도를 제어하는 것이다. 상기 PWM 제어는 모터를 온/오프시킴에 따라 순간적으로 모터에 100%의 전기를 공급하는 것이다. 이때, 상기 온/오프 주기가 매우 빠르므로 모터가 반응하는 속도는 기계적으로 한계가 있으므로 상기 모터는 스위치가 온(ON)될 때 공급되는 전류의 평균치에 해당하는 만큼의 출력을 갖는다. 이와 같이 전자적인 스위치의 온오프 동작만을 반복하게 되므로, 종래와 같이 모터의 전원 사이에 가변저항을 설치할 필요가 없다. 따라서, 상기 모터에 제공되는 전류는 열손실 없이 거의 모터 구동에 사용되므로, 모터 구동에 필요한 소비 전력을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 모터가 열손실에 의해 발열되는 것을 최소화할 수 있다.
이어, 상기 메인 컨트롤러(112)는 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였다고 판단되면, 상기 로터 위치 검출부(115)는 온(ON) 신호를 로터 위치 감지 포트(S1,S2)를 통해 메인 컨트롤러(112)에 출력한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 압축기 모터(114)의 로터 위치를 판단한다. 이때, 상기 메인 컨트롤러(112)는 압축기의 로터가 v상에 위치한 것으로 판단하면, 상기 압축기 모터(114)의 로터를 w상에 위치하도록 인버터부(113)를 PWM 제어한다. 상기 PWM 제어에 관해서는 상술한 바와 같다.
이와 같이, 상기 압축기 모터(114) 회전시 상기 역기전력의 전압값과 기준 전압값을 비교하여 상기 압축기 모터(114)의 로터 위치를 정확하게 감지할 수 있다. 따라서, 상기 압축기 모터(114)의 로터 속도에 따라 DC 전압을 정확하게 온/오프할 수 있는 PWM 제어를 할 수 있으므로, 상기 압축기 모터(114)의 기계적인 회전 속도와 전기적인 속도를 정확하게 일치시킬 수 있다. 결국, 상기 압축기 모터(114)의 슬립 현상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 압축기 모터는 DC 전압을 온오프 함에 의해 PWM 제어되므로, 고주파 전류가 증가하는 것을 원천적으로 방지할 수 있고, 나아가 압축기가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 압축기 모터의 회전수를 정확하게 가변할 수 있으므로, 인버터 압축기에 적용이 가능하다. 상기 압축기 모터는 DC 전원을 온/오프시켜 PWM 제어되므로, 상기 압축기 모터의 용량이 커짐에 따라 상기 압축기 모터가 발열도더라도 모터의 효율이 저하되거나 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 로터 위치 검출부(115)에 의해 압축기 모터의 로터 위치를 정확하게 감지하므로, 상기 압축기 모터에 별도의 위치 감지 센서를 설치할 필요가 없다. 또한, 상기 압축기 모터(114)의 로터 위치는 3상(u, v, w 상)의 모든 위치에서 감지되므로, 상기 압축기 모터의 드라이브가 손상되더라도 압축기의 소손 가능성이 거의 없다.
또한, 상기 메인 실외기(101)의 다른 로터 위치 검출부(118)는 상기 실외팬 모터(117)가 구동됨에 따라 v, w 상을 통해 출력되는 역기전력의 전압값을 감지하여 상기 메인 컨트롤러(112)에 전달한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 전달된 역기 전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였는지 여부를 감지한다. 상기 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하지 못하면, 상기 로터 위치 검출부(118)는 오프 신호를 상기 로터 위치 감지 포트(S3,S4)를 통해 메인 컨트롤러(112)에 출력한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 실외팬 모터(117)의 로터 위치를 판단한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 상기 실외팬 모터(117)의 로터가 u상에 위치한 것으로 판단되면 상기 실외팬 모터(117)의 로터를 v 상에 위치하도록 상기 인버터부(116)를 PWM 제어한다. 또한, 상기 메인 컨트롤러(112)는 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였다고 판단되면, 상기 로터 위치 검출부(118)는 온 신호를 로터 위치 감지 포트를 통해 메인 컨트롤러(112)에 출력한다. 상기 메인 컨트롤러(112)는 실외팬 모터(117)의 로터 위치를 판단한다. 이때, 상기 메인 컨트롤러(112)는 실외팬 모터(117)의 로터가 v상에 위치한 것으로 판단하고, 상기 실외팬 모터(117)의 로터를 w상에 위치하도록 인버터부(116)를 PWM 제어한다. 상기 PWM 제어에 관해서는 상술한 바와 같다.
또한, 상기 메인 컨트롤러(112)는 서브 실외기(102)의 서브 컨트롤러(122)에 압축기 모터(124)와 실외팬 모터(127)에 관한 제어신호를 제공한다. 상기 서브 실외기(102)의 컨버터부(121)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환한다. 상기 컨버터부(121)는 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 압축기 모터(124)와 실외팬 모터(127)에 제공한다. 이에 따라 상기 서브 실외기(102)의 압축기 모터(124)와 실외팬 모터(127)가 구동된다.
이때, 상기 서브 실외기(102)의 로터 위치 검출부(125)는 상기 압축기 모 터(124)가 구동됨에 따라 v, w 상을 통해 출력되는 역기전력의 전압값을 감지하여 상기 서브 컨트롤러(122)에 전달한다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 전달된 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였는지 여부를 판단한다. 상기 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하지 못하면, 상기 로터 위치 검출부(125)는 오프(OFF) 신호를 로터 위치 감지 포트를 통해 서브 컨트롤러(122)에 출력한다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 압축기 모터(124)의 로터 위치를 판단한다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 상기 압축기 모터(124)의 로터가 u 상에 위치한 것으로 판단되면, 상기 압축기 모터(124)의 로터를 v 상에 위치하도록 상기 인버터부(123)를 PWM 제어한다. 또한, 상기 서브 컨트롤러(122)는 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였다고 판단되면, 상기 로터 위치 검출부(125)는 온(ON) 신호를 로터 위치 감지 포트를 통해 서브 컨트롤러(122)에 출력한다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 압축기 모터(124)의 로터 위치를 판단한다. 이때, 상기 서브 컨트롤러(122)는 압축기 모터(124)의 로터가 v상에 위치한 것으로 판단하면, 상기 압축기 모터(124)의 로터를 w상에 위치하도록 인버터부(123)를 PWM 제어한다. 상기 PWM 제어에 관해서는 상술한 바와 같다.
동시에, 상기 서브 실외기(102)의 로터 위치 검출부(128)는 상기 실외팬 모터(127)가 구동됨에 따라 v, w 상을 통해 출력되는 역기전력의 전압값을 감지하여 상기 서브 컨트롤러(122)에 전달한다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 전달된 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였는지 여부를 감지한다. 상기 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하지 못하면, 상기 로터 위치 검출부(128)는 오프 신호를 상기 로터 위치 감지 포트를 통해 서브 컨트롤러(122)에 출력한다. 상기 서브 컨트 롤러(122)는 실외팬 모터(127)의 로터 위치를 판단한다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 상기 실외팬 모터(127)의 로터가 u상에 위치한 것으로 판단되면 상기 실외팬 모터(127)의 로터를 v 상에 위치하도록 상기 인버터부(126)를 PWM 제어한다. 또한, 상기 서브 컨트롤러(122)는 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였다고 판단되면, 상기 로터 위치 검출부(128)는 온 신호를 로터 위치 감지 포트를 통해 서브 컨트롤러(122)에 출력한다. 상기 서브 컨트롤러(122)는 실외팬 모터(127)의 로터 위치를 판단한다. 이때, 상기 서브 컨트롤러(122)는 실외팬 모터(127)의 로터가 v상에 위치한 것으로 판단하고, 상기 실외팬 모터(127)의 로터를 w상에 위치하도록 인버터부(126)를 PWM 제어한다. 상기 PWM 제어에 관해서는 상술한 바와 같다. 이러한 일련의 과정에 의해 서브 실외기(102)의 실외팬 모터(127)를 구동시킨다.
상기 메인 컨트롤러(112)는 각 실내기(201,202,203)에서 선택된 목표온도에 따라 각 실내기(201,202,203)에 소정량의 냉매를 제공한다. 또한, 상기 메인 컨트롤러(112)는 각 실내기(201,202,203) 냉방부하 또는 난방부하에 따라 실내팬 모터(214)를 소정의 회전수로 회전시키기 위한 제어신호를 각 실내기(201,202,203)의 컨트롤러(112)에 제공한다. 상기 각 실내기(201,202,203)의 컨버터부(211)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환한다. 상기 컨버터부(211)는 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실내팬 모터(214)에 제공한다. 이에 따라 상기 각 실내기(201,202,203)의 실내팬 모터(214)가 구동된다.
이때, 상기 각 실내기(201,202,203)의 로터 위치 검출부(215)는 상기 실내팬 모터(214)가 구동됨에 따라 v, w 상을 통해 출력되는 역기전력의 전압값을 감지하 여 상기 각 실내기(201,202,203)의 컨트롤러(212)에 전달한다. 상기 각 컨트롤러(212)는 전달된 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였는지 여부를 감지한다. 상기 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하지 못하면, 상기 각 로터 위치 검출부(215)는 오프 신호를 상기 로터 위치 감지 포트를 통해 각 컨트롤러(212)에 출력한다. 상기 각 컨트롤러(212)는 실내팬 모터(214)의 로터 위치를 판단한다. 상기 각 컨트롤러(212)는 상기 실내팬 모터(214)의 로터가 u 상에 위치한 것으로 판단되면 상기 실내팬 모터(214)의 로터를 v 상에 위치하도록 상기 인버터부(213)를 PWM 제어한다. 또한, 상기 각 컨트롤러(212)는 역기전력의 전압값이 기준 전압값에 도달하였다고 판단되면, 상기 로터 위치 검출부(115)는 온 신호를 로터 위치 감지 포트(T1,T2)를 통해 해당 컨트롤러(212)에 출력한다. 상기 각 컨트롤러(112)는 실내팬 모터의 로터 위치를 판단한다. 이때, 상기 각 컨트롤러(212)는 실내팬 모터(214)의 로터가 v 상에 위치한 것으로 판단하고, 상기 실내팬 모터(214)의 로터를 w 상에 위치하도록 인버터부(213)를 PWM 제어한다. 이러한 일련의 과정에 의해 각 실내기(201,202,203)의 실내팬 모터(214)를 구동시킨다. 상기 PWM 제어에 관해서는 상술한 바와 같다.
상기와 같은 PFC 회로는 하나의 실외기에 하나의 실내기가 연결된 싱글형 공기조화기에도 적용이 가능하다. 이러한 PFC회로가 적용된 싱글형 공기조화기에 관해서는 설명을 생략한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 효과는 다음과 같다.
본 발명에 의하면, 상기 압축기 모터 회전시 상기 역기전력의 전압값과 기준 전압값을 비교하여 상기 압축기 모터의 로터 위치를 정확하게 감지할 수 있다. 따라서, 상기 압축기 모터의 로터 속도에 따라 DC 전압을 정확하게 온/오프할 수 있는 PWM 제어를 할 수 있으므로, 상기 압축기 모터의 기계적인 회전 속도와 전기적인 속도를 정확하게 일치시킬 수 있는 효과가 있다. 결국, 상기 압축기 모터(114)의 슬립 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 압축기 모터는 DC 전원을 온/오프시켜 PWM 제어되므로, 상기 압축기 모터의 용량이 커짐에 따라 상기 압축기 모터가 발열되더라도 모터의 효율이 저하되거나 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 고주파 전류가 발생되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 로터 위치 검출부에 의해 압축기 모터의 로터 위치를 정확하게 감지하므로, 상기 압축기 모터에 별도의 위치 감지 센서를 설치할 필요가 없다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 압축기 모터의 로터 위치는 3상(u, v, w 상)의 모든 위치에서 감지되므로, 상기 압축기 모터의 드라이브가 손상되더라도 압축기의 소손 가능성이 거의 없다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 온/오프 주기가 매우 빠르므로 모터가 반응하는 속도는 기계적으로 한계가 있으므로 상기 모터는 스위치가 온(ON)될 때 공급되는 전류의 평균치에 해당하는 만큼의 출력을 갖는다. 이와 같이 모터의 제어부는 전자적으로 온/오프 스위칭만을 반복하게 되므로, 종래와 같이 모터의 전원 사이에 가변저항을 설치할 필요가 없다. 따라서, 상기 모터에 제공되는 전류는 열손실 없이 거의 모터 구동에 사용되므로, 모터 구동에 필요한 소비 전력을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 모터가 열손실에 의해 발열되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기, 실외팬 모터를 포함하는 실외기;
    상기 실외기에 연결되고, 실내 열교환기 및 실내 팬모터를 포함하는 다수의 실내기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매를 실외 열교환기 또는 다수의 실내기 측으로 절환시키는 밸브;
    상기 밸브에 의해 절환된 냉매를 각 실내기에 분배하고, 상기 각 실내기에서 토출된 냉매를 압축기 측으로 제공하는 분배기;
    입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부;
    상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실외기와 실내기의 모터들 중 하나 이상의 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부;
    상기 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및
    상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 냉난방 절환형 공기조화기.
  2. 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기, 실외팬 모터를 포함하는 실외기;
    상기 실외기에 연결되고, 실내 열교환기 및 실내 팬모터를 포함하는 다수의 실내기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 일부의 실내기로 제공하는 고압배관;
    상기 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 실내 열교환기를 거쳐 일부의 실내기로 제공하는 액관;
    상기 다수의 실내기에서 토출된 냉매를 압축기로 제공하도록 하는 저압배관;
    상기 고압배관과 액관의 냉매를 각 실내기에 분배하고, 상기 각 실내기에서 토출되는 냉매를 저압배관에 제공하는 분배기;
    입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부;
    상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실외기와 실내기의 모터들 중 하나 이상의 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부;
    상기 각 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및
    상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 각 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 냉난방 동시형 공기조화기.
  3. 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기, 실외팬 모터를 포함하는 다수의 실외기;
    상기 다수의 실외기에 연결되고, 실내 열교환기 및 실내 팬모터를 포함하는 다수의 실내기;
    상기 각 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 일부의 실내기로 제공하는 고압배관;
    상기 각 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 실내 열교환기를 거쳐 일부의 실내기로 제공하는 액관;
    상기 다수의 실내기에서 토출된 냉매를 상기 각 압축기로 제공하도록 하는 저압배관;
    상기 고압배관과 액관의 냉매를 각 실내기에 분배하고, 상기 각 실내기에서 토출되는 냉매를 저압배관에 제공하는 분배기;
    입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부;
    상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실외기와 실내기의 모터들 중 하나 이상의 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부;
    상기 각 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및
    상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 각 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 냉난방 동시형 공기조화기.
  4. 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기, 실외팬 모터를 포함하는 실외기;
    상기 실외기에 연결되고, 실내 열교환기 및 실내 팬모터를 포함하는 실내기;
    입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터부;
    상기 컨버터부에서 제공된 직류전원을 3상 전원으로 변환시킨 후 상기 실외기와 실내기의 모터들 중 하나 이상의 모터에 3상 전원을 제공하는 인버터부;
    상기 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 기준 신호와 비교하여 구형파 신호를 출력하는 위치검출부; 및
    상기 위치검출부를 통해 검출된 신호를 전달받아, 상기 모터의 로터 속도 제어를 위한 PWM 제어 신호를 상기 인버터부로 출력하는 컨트롤러를 포함하는 공기조화기.
  5. 압축기, 압축기 모터, 실외 열교환기를 포함하는 실외기;
    상기 실외기에 연결되는 다수의 실내기;
    상기 실외기에서 토출된 냉매를 각 실내기에 분배하는 분배기;
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PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
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