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KR20000029032A - 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치 - Google Patents

공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치 Download PDF

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KR20000029032A
KR20000029032A KR1019990044232A KR19990044232A KR20000029032A KR 20000029032 A KR20000029032 A KR 20000029032A KR 1019990044232 A KR1019990044232 A KR 1019990044232A KR 19990044232 A KR19990044232 A KR 19990044232A KR 20000029032 A KR20000029032 A KR 20000029032A
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KR
South Korea
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brushless motor
voltage side
hall element
switching elements
rotor
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KR1019990044232A
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Inventor
감베다카유키
다쿠마준이치
도시도모아키
미야자키히로시
Original Assignee
이케다 히로시
도시바 캐리어 가부시키 가이샤
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Publication date
Application filed by 이케다 히로시, 도시바 캐리어 가부시키 가이샤 filed Critical 이케다 히로시
Publication of KR20000029032A publication Critical patent/KR20000029032A/ko
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Abstract

본 발명은 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 관한 것으로서, 브러시리스 모터의 자극위치를 검출하는 단일한 홀소자(2)와, 복수의 스위칭 소자가 브리지 접속되고 브러시리스 모터의 스테이터 권선에 대한 전류의 공급, 차단을 실시하는 인버터 회로(3)와, 홀소자의 출력신호에 기초하여 인버터 회로의 스위칭 소자를 온, 오프제어하는 제어수단(100)을 구비하고, 제어수단은 브러시리스 모터의 기동전에 홀소자의 출력신호에 동기시키고 운전시에 전환통전하는 복수의 통전패턴 중 적어도 하나의 통전패턴으로 PWM 전류를 스테이터 권선에 흐르도록 스위칭 소자를 온, 오프 제어하여 제동, 정지 및 위치 결정을 실시하는 것으로, 외적인 요인에 의해 회전하고 있는 경우에도 제동, 정지, 위치 결정의 제어가 용이하고 구동회로 및 모터에 과도한 부담을 주지 않고, 또한 영구자석의 감자(減磁)를 억제한 상태에서의 기동을 가능하게 하는 브러시리스 모터의 구동장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치{DRIVING APPARATUS OF BRUSHLESS MOTOR FOR OUTDOOR FAN OF AIRCONDITIONER}
본 발명은 브러시리스모터, 특히 공기조화기의 실외팬에 적합한 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 관한 것이다.
공기조화기의 실외팬을 구동하기 위해 브러시리스모터가 많이 사용되게 되었다. 실외팬은 바람이 있을 때에 회전하고 그 회전방향 및 속도는 일정하지 않다. 공기조화기의 운전개시시에 실외팬이 회전하고 있었다고 하면, 그 제동, 정지, 위치결정을 실시하고 나서 기동시키게 된다.
통상 브러시리스모터는 그 회전자의 자극위치를 검출하기 위한 검출기를 필요로 한다. 실외팬의 제동, 정지, 위치결정에는 이 검출기의 출력에 기초하여 그 방향 및 회전수를 검지하고 이에 따라서 스테이터 권선의 전류를 제어하고 있었다. 그러나, 종래의 구동장치에 있어서는 검출기로서 3개의 홀소자를 사용하고 있었으므로 부득이 하게 복잡한 제어를 하게 되고 이것이 비용을 상승시키는 한 요인이 되고 있었다.
또한, 종래의 구동장치는 제동, 정지, 위치결정시에 스테이터 권선에 직류전류를 흘리고 있었지만, 이 방법에서는 로터를 형성하는 영구자석이 감자하거나 스테이터 권선에 전류를 흐르게 하는 구동회로를 파괴하는 과대전류가 흐를 가능성이 있었다.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로 그 목적은 브러시리스모터에 의해 구동되는 팬 등이 외적인 요인에 의해 회전하고 있는 경우에도 제동, 정지, 위치결정을 위한 정지제어가 용이한 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치를 얻는데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 구동회로 및 모터에 과도한 부담을 주지 않고 또한 영구자석의 감자를 억제한 상태에서의 기동을 가능하게 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치를 얻는 데에 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태의 구성을 부분적으로 블럭으로 도시한 회로도,
도 2는 본 발명의 한 실시형태의 동작을 설명하기 위한 제로벡터 통전패턴의 설명도,
도 3은 본 발명의 한 실시형태의 동작을 설명하기 위한 직류여자통전패턴의 설명도,
도 4a,도 4b는 본 발명의 한 실시형태의 동작을 설명하기 위해, 브러시리스모터의 로터의 위치결정위치 및 스테이터 권선에 대한 통전상태를 도시한 설명도,
도 5는 본 발명의 한 실시형태의 동작을 설명하기 위해 제동, 정지, 위치결정의 제어의 한 예를 도시한 타임차트,
도 6은 본 발명의 한 실시형태의 동작을 설명하기 위해, 제동, 정지, 위치결정의 제어의 다른 예를 도시한 타임차트,
도 7은 본 발명의 한 실시형태를 구성하는 MCU의 구체적 처리순서를 도시한 플로우차트,
도 8은 본 발명의 한 실시형태의 동작을 설명하기 위해 제동, 정지, 위치결정의 제어의 한 예를 도시한 타임차트,
도 9는 본 발명의 한 실시형태의 제어에 사용되는 통전패턴을 도시한 도표 및
도 10은 본 발명의 한 실시형태의 제어에 사용되는 통전패턴의 조합예를 도시한 도표이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 브러시리스모터 2: 홀 IC
3: 인버터회로 4: 스위치
5: 커넥터 10: 제어장치
11: 교류전원 12: 트랜스
100: MCU
Fu,Fv,Fw,Fx,Fy,Fz: 트랜지스터(FET)
B1∼B6: 구동회로 C1∼C4: 컨덴서
Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz,D1∼D4: 다이오드
청구항 1에 관한 발명은,
브러시리스모터의 로터의 자극위치를 검출하는 단일한 홀소자,
복수의 스위칭 소자가 3상 브리지 접속되고 브러시리스모터의 스테이터 권선에 대한 전류의 공급을 실시하는 인버터 회로 및
홀소자의 출력신호에 기초하여 인버터회로의 스위칭 소자를 온, 오프 제어하는 제어수단을 구비하고, 제어수단은 브러시리스모터의 기동전에, 홀소자의 출력신호에 동기시켜 양전압측 및 음전압측 중 어느 한쪽의 스위칭 소자 1개를 PWM 통전함과 동시에 다른 스위칭 소자 2개를 PWM 통전하여 로터를 정지시키는 직류 여자수단을 갖는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치이다.
이 구성에 의해 팬 등이 외적인 요인에 의해 회전하고 있는 경우에도 제어가 용이해지고 또한 구동회로 및 모터에 과도한 부담을 주지 않고 또한 영구자석의 감자를 억제한 상태에서의 기동을 가능하게 한다는 효과가 얻어진다.
청구항 2에 관한 발명은 청구항 1에 기재된 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 있어서, 직류여자수단은 홀소자가 소정의 자극위치를 검출할 때마다 통전상(通電相)을 전환하는 것이다.
이 구성에 의해 영구자석의 감자를 보다 낮게 억제할 수 있다.
청구항 3에 관한 발명은 청구항 2에 기재된 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 있어서, 직류여자수단은 홀소자의 자극위치검출신호에 기초하여 로터의 회전속도가 큰 경우일수록 PWM 전류파형의 듀티를 크게 하는 것이다.
이 구성에 의해 영구자석의 감자를 억제하면서 기동전에 신속하게 로터를 정지시킬 수 있다.
청구항 4에 관한 발명은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 있어서,
인버터 회로는 스위칭소자를 각각 구동하는 구동회로와, 직류전원의 양전압측의 구동회로에 각각 병렬접속되고 직류전원의 음전압측의 스위칭 소자의 온구동에 따라서 직류전원의 음전압측의 구동회로의 전원에 의해 차지업되는 콘덴서를 구비하고,
직류여자수단은 반드시 직류전원의 양전압측의 스위칭 소자를 PWM 통전하는 것이다.
이 구성에 의해 차지업되는 콘덴서의 전압강하를 억제한다는 이점도 얻어진다.
청구항 5에 관한 발명은,
브러시리스모터의 로터의 자극위치를 검출하는 단일 홀소자와,
복수의 스위칭 소자가 브리지 접속되고 브러시리스모터의 스테이터 권선에 대한 전류의 공급을 실시하는 인버터 회로 및
홀소자의 출력신호에 기초하여 스위칭 소자를 온, 오프제어하는 제어수단을 구비하고, 제어수단은 브러시리스모터의 기동전에 인버터회로의 양전압측의 모든 스위칭소자 및 음전압측의 모든 스위칭소자 중 어느 한쪽을 온 상태로, 다른쪽을 오프상태로 제어하여 제동, 정지시키는 제로벡터 통전수단을 갖는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치이다.
이 구성에 의해 팬 등이 외적인 요인에 의해 회전하고 있는 경우에도 기동전의 제동, 정지, 위치결정의 정지제어가 용이해지고, 또한 전원공급을 필요로 하지 않으므로, 소비전력을 감소시키는 효과도 얻어진다.
청구항 6에 관한 발명은
브러시리스모터의 로터의 자극위치를 검출하는 단일 홀소자와,
복수의 스위칭 소자가 브리지 접속되고 브러시리스모터의 스테이터 권선에 대한 전류의 공급을 실시하는 인버터회로와,
홀소자의 출력신호에 기초하여 스위칭 소자를 온, 오프제어하는 제어수단을 구비하고, 제어수단은 브러시리스모터의 기동전에, 인버터 회로의 양전압측의 모든 스위칭 소자 및 음전압측의 모든 스위칭소자 중 어느 한쪽을 온상태로, 다른 쪽을 오프상태로 하는 제 1 제어와, 홀소자의 출력신호에 동기시켜, 양전압측 및 음전압측 중 어느 한쪽의 스위칭 소자 1개를 PWM 통전함과 동시에 다른쪽의 스위칭 소자 2개를 PWM 통전하는 제 2 제어를 조합하여 로터를 제동, 정지시키는 직류여자수단을 갖는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치이다.
이 구성에 의해 팬 등이 외적인 요인에 의해 회전하고 있는 경우에도 제동, 정지, 위치결정을 위한 정지제어가 용이해지고 또한 구동회로 및 모터에 과도한 부담을 주지 않고 또한 영구자석의 감자를 억제한 상태에서의 기동을 가능하게 한다는 효과가 얻어진다.
청구항 7에 관한 발명은 청구항 6에 기재된 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 있어서, 제어수단은 홀소자의 자극위치검출신호에 기초하여 로터의 회전수를 검출하고 회전수가 소정값 보다 클 때 제 1 제어로 제동을 개시하고 회전수가 소정값 보다 작을 때 제 2 제어로 제동을 개시하는 것이다.
이 구성에 의해 소비전력을 가능한한 낮게 억제하면서 확실하게 제동, 정지, 위치결정을 위한 정지제어가 가능하다는 이점이 있다.
청구항 8에 관한 발명은 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나에 기재된 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 있어서, 홀소자는 어느 1상의 스테이터 권선의 중심보다 통상의 회전방향과는 반대 방향으로 편심한 위치에 설치되고 제어수단은 홀소자의 자극위치검출 타이밍에 대하여 일정 시간 지연시켜 통전하는 것이다.
이 구성에 의해 정지시에 불필요한 가속동작을 미연에 방지할 수 있다.
청구항 9에 관한 발명은 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 있어서, 홀소자의 전류공급 및 검출신호출력과, 인버터회로로부터 스테이터 권선으로의 전류공급에 단일한 커넥터를 함께 사용하는 것이다.
이 구성에 의해 모터의 구성이 간단하게 되고 또한 외부와의 접속, 분리도 용이해진다.
이하, 본 발명을 도면에 도시한 적합한 실시형태에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태의 구성을 부분적으로 블럭으로 도시한 회로도이다. 동 도면에서 브러시리스모터(1)는 공기조화기의 실외유닛에 설치되는 실외팬의 구동모터로서 사용되고 이 모터의 U상, V상, W상의 각 스테이터 권선이 별형태로 결선되고, 또한 스테이터에는 홀 IC(2)가 설치되어 있다. 이 중, 스테이터 권선(U,V,W)의 외부접속도선은 인버터회로(3)에 접속되고 홀 IC(2)의 전류공급 및 검출신호도선은 제어장치(10)에 접속되어 있다.
인버터회로(3)는 스위칭 소자로서 FET(Field Effect Transistor)로 이루어진 트랜지스터(Fu,Fv,Fw,Fx,Fy,Fz)가 3상 브리지 접속되어 있다. 즉, 트랜지스터(Fu) 및 트랜지스터(Fx)의 직렬 접속회로와, 트랜지스터(Fv) 및 트랜지스터(Fy)의 직렬접속회로와, 트랜지스터(Fw) 및 트랜지스터(Fz)의 직렬접속회로가 병렬 접속되고, 그 한단이 스위치(4)를 통하여 도시를 생략한 직류전원(DC280V)의 양극에 접속되며, 타단이 직류전원의 음극에 접속되어 있다. 이 트랜지스터(Fu,Fv,Fw,Fx,Fy,Fz)에는 환류용 다이오드(Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz)가 각각 역병열로 접속되어 있다.
또한, 트랜지스터(Fu,Fv,Fw,Fx,Fy,Fz)의 각 게이트에는 포토커플러가 되는 구동회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6)가 접속되어 있다.
이 구동회로의 동작전력을 공급하기 위해서 1차측이 교류전원(11)에 접속된 트랜스(12)와, 이 트랜스(12)의 2차측에 직렬 접속된 다이오드(D1) 및 평활용 컨덴서(C1)로 이루어진 반파정류회로를 구비하고 있다. 그리고, 컨덴서(C1)의 양극이 직류전원의 음전압측의 구동회로(B4,B5,B6)의 한단에 각각 접속되고 컨덴서(C1)의 음극이 구동회로(B4,B5,B6)의 타단에 각각 접속됨과 동시에, 트랜지스터(Fx,Fy,Fz)의 각 소스(음전압측)에 접속되어 있다. 또한, 직류전원의 양전압측의 구동회로(B1,B2,B3)에는 각각 구동전력을 축적하는 컨덴서(C2,C3,C4)가 병렬 접속되고, 그 양극은 역류방지용 다이오드(D2,D3,D4)를 통하여 전류제한용 저항(R)의 한단에 접속되어 있다. 이 저항(R)의 타단은 반파정류회로를 구성하는 컨덴서(C1)의 양극에 접속되어 있다. 또한, 컨덴서(C2,C3,C4)의 음극은 트랜지스터(Fu,Fv,Fw)의 각 소스에 접속되어 있다.
한편, 트랜지스터(Fu) 및 (Fx),(Fv) 및 (Fy),(Fw) 및 (Fz)의 상호접속점에 각각 브러시리스모터(1)의 스테이터 권선(U,V,W)의 각 외부 접속도선이 접속되어 있다. 또한, 브러시리스모터(1)에 설치된 홀IC(2)의 신호출력도선이 제어장치(10)를 구성하는 MCU(마이크로 컴퓨터유닛)(100)에 접속되고 이 MCU(100)로부터 출력되는 제어신호(G1,G2,G3,G4,G5,G6)를 각각 구동회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6)에 가하도록 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 실시형태의 동작에 대해서 이하에 설명한다.
트랜지스터(Fu,Fv,Fw,Fx,Fy,Fz)가 3상 브리지 접속된 인버터 회로(3)의 직류입력단자간에 도시가 생략된 직류전원의 DC280V의 전압이 인가된다. 여기에서, 트랜지스터(Fu,Fv,Fw)를 인버터 회로의 양전압측의 스위칭 소자라 부르고, 트랜지스터(Fx,Fy,Fz)를 인버터회로의 음전압측의 스위칭 소자라고 부르기로 한다. 교류전원(11)은 AC100V이고, 트랜스(12)는 이 전압을 예를 들어 AC5V로 강압한다. 강압된 교류는 다이오드(D1) 및 컨덴서(C1)로 이루어진 반파정류회로에 의해 정류평활되고, 얻어진 직류전압이 음전압측의 스위칭 소자로서의 트랜지스터(Fx,Fy,Fz)를 각각 구동하는 구동회로(B4,B5,B6)의 양단에 인가된다. 한편, 양전압측의 스위칭 소자로서의 트랜지스터(Fu,Fv,Fw)를 구동하는 구동회로(B1,B2,B3)에 각각 병렬 접속된 컨덴서(C2,C3,C4)는 음전압측의 스위칭 소자가 온상태가 되었을 때, 저항(R)을 통하여 컨덴서(C1)의 양단전압에 의해 차례로 충전(차지업)된다. 인버터회로(3)의 기동전이면 트랜지스터(Fx,Fy,Fz)를 일제히 온상태로 함으로써 컨덴서(C2,C3,C4)는 모두 충전된다. 이에 의해 트랜지스터(Fu,Fv,Fw,Fx,Fy,Fz)의 구동회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6)의 동작이 가능해진다. 이 구동회로에 병렬 접속된 컨덴서의 충전회로는 차지펌프 방식으로서 알려져, 예를 들어 일본 특개평9-37587호 공보에 기재되어 있으므로 그 상세한 동작설명을 생략하지만 적어도 통상 운전시에는 각 스위칭 소자에 대한 통전 패턴에 의해 컨덴서(C2,C3,C4)는 충전된다.
다음에, 공기조화기의 기동전에 바람에 의해 회전하고 있던 실외팬은 이것을 일단 정지시키고 위치결정을 할 필요가 있다. 그 때문에, 브러시리스모터(1)에 제동, 정지, 위치 결정동작을 시키는 정지제어를 실시할 필요가 있다.
그 하나의 방법으로서 MCU(100)가 제어신호(G1,G2,G3,G4,G5,G6)를 각각 구동회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6)에 가함으로써 도 2에 도시한 바와 같이, 직류전원의 양전압측의 트랜지스터(Fu,Fv,Fw) 모두를 오프 상태로 한 채, 직류전원의 음전압측의 트랜지스터(Fx,Fy,Fz) 모두를 온 상태로 하거나 또는 도시를 생략하지만 직류전원의 음전압측의 트랜지스터(Fx,Fy,Fz) 모두를 오프상태로 한채, 직류전원의 양전압측의 트랜지스터(Fu,Fv,Fw) 모두를 온상태로 함으로써 발전전류를 환류시켜, 팬모터의 회전을 방해하여 감속시키는 방법이 있다. 이 방법은 스테이터 권선(U,V,W)의 전압 벡터가 영인 것으로부터, 본 명세서에서는 이것을 제로벡터 통전패턴에 의한 제동이라고 한다. 이 제로벡터 통전패턴에 의한 제동은, 외풍이 있는 경우에 회생에너지의 소비가 계속되는 것만으로 완전 정지시키기 어렵지만, 타성으로 회전하고 있는 경우에는 완전 정지시키는 것도 가능하다. 또한, 직류여자에 의한 제동과 비교하여 전원공급이 불필요하므로 소비전력의 저감효과도 있다.
또 하나의 방법으로서 MCU(100)가 제어신호(G1,G2,G3,G4,G5,G6)를 각각 구동회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6)에 가함으로써 도 3에 도시한 바와 같이 양전압측과 음전압측 중 어느 한쪽의 스위칭 소자 1개를 PWM 통전함과 동시에 다른쪽 스위칭 소자 2개를 PWM 통전하여 PWM 전류를 스테이터 권선(U,V,W)에 흐르게 하고, 소정 방향의 자계를 발생시켜 로터를 정지시키는 방법이 있다. 도 3은 직류전원의 양전압측의 트랜지스터(Fu,Fw)를 온상태로, 직류전원의 음전압측의 트랜지스터(Fy)를 온상태로 한 예이다. 본 명세서에서는 이것을 직류여자통전패턴에 의한 제동이라고 한다.
이 직류여자통전패턴에 의한 제동은 PWM 전류를 흐르게 하므로, 종래의 직류제동과 비교하여 구동회로 및 모터에 과도한 부담을 주지 않고 또한 영구자석의 감자를 억제하는 효과가 있다.
도 4a는 직류여자통전패턴에 의한 제동, 정지, 위치결정의 상태를 도시하고, 도 4b는 스테이터 권선의 접속 및 통전상태를 도시한 것으로, U상 권선과 V상 권선에 PWM 전류(IPWM)를 흐르게 한다. 이 전류(IPWM)에 의해 발생하는 자계는 도 4a에 도시한 위치에 영구자석이 되는 로터를 제동, 정지시킬 수 있다. 이 실시형태의 경우, 홀IC(2)는 로터의 회전방향에서 보아 V상 권선의 중심 보다도 U상 권선에 가까운 방향, 즉, 회전방향과는 반대방향으로 편심된 위치에 설치되고 위치 결정된 로터를 기준으로 하면 N자극의 후단부에 대향하고 있다. 따라서, 홀IC(2)가 로터의 N자극을 검출한 직후에 전류(IPWM)를 흐르게 하면 로터를 가속하는 위치관계가 된다. 그래서, MCU(100)는 홀소자의 자극위치 검출타이밍에 대하여 일정시간 지연시킬 필요가 있다. 이 일정시간은 회전속도에 따라 다르고 회전속도가 커짐에 따라서 짧아진다.
브러시리스모터에 제동을 거는 두가지 방법 중 제로벡터 통전패턴에서는 소비전력을 영으로 억제할 수 있고, 직류여자통전패턴은 전력을 소비하지만 신속하게 제동을 걸 수 있다는 특징이 있다. 따라서, 바람이 있을 때의 회전수가 미리 정한 상한을 초과한 경우에는 제로벡터 통전패턴에서의 제동은 많은 시간을 필요로 하고, 직류여자 통전패턴에서는 비교적 큰 전류를 흐르게 해야 하므로, 제동, 정지, 위치 결정 제어를 실시하지 않고, 소정의 회전수 이하에서 이 제어를 실행한다. 이 경우, 정지제어를 실시하지 않아도 회전수가 크므로 회전한 실외팬에 의해 열교환기의 열교환작용이 얻어진다.
도 5는 자연풍에 의해 팬이 회전하고 있을 때에 제동, 정지, 위치 결정을 위한 정지제어를 실행하는 한 예를 도시한 타임차트이다. 이 경우, 홀 IC(2)는 로터의 N자극을 검출했을 때 「H」레벨의 신호를 출력하고 로터의 S자극을 검출했을 때, 「L」레벨의 신호를 출력하는 것으로 한다. 따라서, 팬이 비교적 빠르게 회전하면 홀 IC(2)는 반복주기가 짧은 직사각형파 신호를 출력하여 제동을 가함에 따라서 반복 주기는 길어지고 도 4에 도시한 위치에 정지하면 「H」의 신호를 계속 출력한다. 도 5는 시각(t0)에서 제로벡터 통전패턴에 의한 제동을 실행하여 소정의 회전수에 도달하며, 또한 홀 IC(2)가 「H」의 신호를 출력한 시각(t1)에서 직류여자통전패턴에 의한 제동을 실행하고 그 후 홀 IC(2)의 출력신호가 「L」레벨의 신호를 출력했을 때 다시 제로벡터 통전패턴에 의한 제동을 실행하고, 그 후 홀 IC(2)의 출력신호가 「H」레벨을 계속 출력했을 때 정지 및 위치 결정이 실시되어 직류여자통전패턴에서의 여자를 계속한다.
도 6은 자연풍에 의해 팬이 회전하고 있을 때에 제동, 정지, 위치 결정하기 위한 정지제어를 실행하는 또 하나의 예를 도시한 타임차트이다. 이것은 회전수의 검출에 의해 시각(t0)에서 제동, 정지, 위치결정의 제어를 실행하지만, 홀 IC(2)의 출력신호가 「L」레벨일 때 제로벡터 통전패턴에 의한 제동을 실행하고 홀 IC(2)의 출력신호가 「H」레벨일 때 직류여자통전패턴에 의한 제동을 실행하는 동작을 반복하여 최종적으로 정지 및 위치 결정을 실시하는 예를 도시하고 있다.
도 7은 도 5에 도시한 제동, 정지, 위치결정을 위한 정지제어에 대응하는 MCU(100)의 구체적인 처리순서를 도시한 플로우차트이다. 여기에서 스텝(101)에서 운전지령의 입력이 있는지의 여부를 판정하고 운전지령이 입력되었다고 판정한 경우에는 스텝(102)에서 홀 IC의 출력신호레벨이 전환되는 횟수에 따라서 팬의 회전수를 검출하고 이 회전수가 제동처리를 실행하는 상한의 회전수(N1) 미만인지의 여부를 판정한다. 여기에서 회전수(N1) 미만이면 스텝(103)의 처리로 나아가고 회전수(N1) 이상이면 제동, 정지, 위치결정의 처리를 정지한다. 스텝(103)에서는 검출한 팬의 회전수가 0∼N2(＜N1)의 범위에 있는지의 여부를 판정하고 이 범위가 아니면, 즉 N2이상이면 스텝(104) 이하의 처리를 실행하고 0∼N2의 범위에 있으면 스텝(117) 이하의 처리를 실행한다.
스텝(104)이하의 처리에서는 팬의 회전속도가 빠르므로 소비전력을 낮게 억제하기 위해 일정 시간만큼 제로벡터 통전패턴에 의한 제동처리를 실행한 후, 직류여자통전패턴에 의한 정지, 위치결정제어를 실행한다. 거기에서, 스텝(104)에서, 제로벡터 통전패턴의 제동시간이 설정된 타이머(1)를 스타트시키고 스텝(105)에서 제로벡터 통전패턴에서의 제동처리를 실행하며, 스텝(106)에서 타이머(1)의 설정시간이 경과했는지의 여부를 판정하고, 경과할 때까지 대기한다. 그리고, 스텝(107)에서 홀 IC의 출력이 「H」레벨인지의 여부를 판정한다. 이 때 소정시간 이상에 걸쳐 「H」이면 팬은 정지한 것으로 판단한다. 그래서, 스텝(107)에서 「H」레벨로 판정되면 스텝(108)에서 타이머(2)를 스타트시키고 스텝(109)에서 다시 홀 IC의 출력이 「H」레벨인지의 여부를 판정하며, 「H」레벨을 계속하고 있으면 스텝(110)에서 타이머(2)의 설정시간이 경과했는지의 여부를 판정하고 경과했다고 판정되면 스텝(111)에서 홀 IC의 출력레벨이 「H」를 유지하는 직류여자(1)의 통전패턴으로 전환하고 스텝(116)에서 팬의 기동제어를 개시한다. 또한, 스텝(109)에서 홀 IC출력레벨이 「H」가 아니라고 판정된 경우에는 팬은 정지해 있지 않으므로 후술하는 스텝(117)에서 직류여자(1)의 통전패턴에서 제동처리를 실행한다.
한편, 제로벡터통전패턴에서의 제동처리만으로 팬이 정지했을 때, 홀 IC의 출력레벨은 「L」인 것도 있다. 그래서, 스텝(107)에서 「H」레벨이 아니라고 판정되면 스텝(112)에서 타이머(3)를 스타트시키고, 스텝(113)에서 홀IC의 출력이 「L」레벨인지의 여부를 판정하고 「L」레벨을 계속하고 있으면 스텝(116)에서 타이머(3)의 설정시간이 경과했는지의 여부를 판정하고 경과했다고 판정되면 스텝(111)에서 홀 IC의 출력레벨이 「L」을 유지하는 직류여자(2)의 통전패턴으로 전환하고 스텝(116)에서 팬의 기동제어를 개시한다. 또한, 스텝(113)에서 홀 IC의 출력레벨이 「L」이 아니라고 판정된 경우에는 팬은 정지해 있지 않으므로 후술하는 스텝(117)에서 직류여자(1)의 통전패턴에서 제동처리를 실행한다.
스텝(117)의 처리는 팬이 회전수(N2) 미만으로 회전하고 있는 것을 전제로 하고 있고 여기에서 홀 IC의 출력을 「H」로 유지하는 직류여자(1)의 통전패턴에 의한 제동처리를 실행한다. 이 경우, 회전속도가 큰 경우일수록 전류(IPWM)의 듀티를 크게 한다. 또한, 도 4b에 도시한 바와 같이 U상 권선과 V상 권선, 및 W상 권선과 V상 권선에 전류(IPWM)를 흐르게 하는 경우, 직류전원의 양전압측의 트랜지스터(FU,Fw)와 음전압측의 트랜지스터(Fy) 중 어느 한쪽을 PWM제어하고, 다른쪽을 온상태로 하지만, 트랜지스터(Fu)를 PWM 제어하면 구동회로(B1)의 구동전원으로서의 컨덴서(C2)의 전압강하를 억제하는 점에서 유리하다. 그리고, 홀 IC의 출력이 일정시간 「H」레벨에 있는지의 여부를 판정하기 위해 스텝(118)에서 타이머(4)를 스타트시키고, 스텝(119)에서 홀 IC의 출력신호가 「L」로 변화하고 있는지의 여부를 판정하고 「L」이 되어 있지 않으면 즉 「H」의 상태이면 스텝(120)에서 타이머(4)의 설정시간이 경과했는지의 여부를 판정한다. 경과해 있지 않으면 스텝(119) 및 스텝(120)의 처리를 반복하고 경과한 단계에서 정지 및 위치결정의 제어를 완료한 것으로서 하고 스텝(121)에서 팬의 기동제어를 개시한다.
한편, 스텝(119)에서 홀 IC의 출력레벨이 「L」로 판정된 경우에는 그 후, 또한 제로벡터 통전패턴에서의 제동, 정지제어를 실행하기 위해, 스텝(122)에서 타이머(5)를 스타트시키고 스텝(123)에서 제로벡터 통전패턴에서의 제동처리를 실행한다. 계속하여 스텝(124)에서 홀 IC의 출력신호가 「H」레벨인지의 여부를 판정하고 「H」레벨이면 다시 스텝(117)의 처리로 돌아가고 스텝(117)∼스텝(121)의 처리를 실행하여 팬의 기동제어를 개시한다.
또한, 스텝(124)에서 「H」레벨이 아니라고 판정한 경우에는 스텝(125)에서 타이머(5)의 설정시간이 경과했는지의 여부를 판정하고, 경과해 있지 않으면 스텝(124) 및 스텝(125)의 처리를 반복하고 설정시간이 경과하면 팬이 정지한 것으로 하여, 스텝(126)에서 홀 IC의 출력레벨이 「L」의 상태를 계속하는 직류여자(2)의 통전 패턴으로 위치결정제어를 실행한 후, 스텝(127)에서 팬의 기동제어를 개시한다.
이상의 설명에 의해 밝혀진 바와 같이 팬의 회전수가 N1이상일 때 기동제어를 정지하고 팬의 회전수가 N1미만이고 N2이상이면 일정시간만큼 제로벡터 통전패턴에 의한 제동처리를 실행한다. 이 제로벡터통전패턴에 의한 제동처리만으로 정지했을 때 홀 IC의 출력레벨이 「H」이면 「H」레벨을 유지하는 직류여자(1)의 통전패턴에서 위치결정을 하여 팬의 기동제어를 개시하고 제로벡터 통전패턴에 의한 제동처리만으로 정지했을 때 홀 IC의 출력레벨이 「L」이면 「L」레벨을 유지하는 직류여자(2)의 통전패턴으로 위치결정을 하여 팬의 기동제어를 개시한다.
한편, 팬의 회전수가 N1미만이고 N2이상이었을 때, 제로벡터통전패턴에 의한 제동처리만으로는 정지하지 않았을 때, 또는 팬의 회전수가 N2미만일 때에는 직류여자(1)의 통전패턴으로 제동처리를 실행하고 홀 IC의 출력레벨이 일정시간 「H」이면 팬의 기동제어를 개시한다. 그리고, 직류여자(1)의 통전패턴으로 제동처리를 실행해도 팬정지에 이르지 않는 경우에는 다시 제로벡터 통전패턴에 의한 제동처리를 실행하고 이에 의해 정지했을 때 홀 IC의 출력레벨이 「L」이면 「L」레벨을 유지하는 직류여자(2)의 통전패턴으로 위치결정을 하여 팬의 기동제어를 개시한다.
도 8은 도 7에 도시한 처리순서에 따라서 제동, 정지, 위치결정, 기동제어개시의 제어를 실행하는 경우의 팬의 회전속도의 개략 변화를 도시한 타임차트이다.
이것은 팬의 회전수가 N1보다 작고 N2보다 큰 상태에서 기동지령이 주어진 경우에 상당한다. 즉, 기동지령이 부여되는 시각(t0)에서 제로벡터 통전패턴에 의한 제동처리를 실행한 후, 정지에 이르지 않으면 직류여자통전패턴에 의한 제동처리와 제로벡터 통전패턴에 의한 제동처리를 번갈아 반복하고(기간 a-1,…,a-n), 정지의 상태가 일정시간(정지기간b) 경과한 단계에서 위치결정처리(기간 c)을 실행하고 그 후에 기동제어(기간 d)를 실시하는 것을 도시하고 있다.
도 9는 직류여자통전패턴과 제로벡터통전패턴의 종류를 도시한 것으로 인버터를 구성하는 직류전원의 양전압측의 3상분(상부 3상)의 트랜지스터(Fu,Fv,Fw) 중 1개를 PWM 제어하고 음전압측의 3상분(하부 3상)의 트랜지스터(Fx,Fy,Fz) 중 2개를 PWM 제어하는 패턴을 (A), 양전압측의 3상분의 트랜지스터(Fu,Fv,Fw) 중 2개를 PWM 제어하고 음전압측의 3상분의 트랜지스터 (Fx,Fy,Fz) 중 1개를 PWM 제어하는 패턴을 (B)로 하고, 직류전원의 양전압측의 3상분의 트랜지스터(Fu,Fv,Fw) 모두를 온상태로 하고 음전압측의 3상분의 트랜지스터(Fx,Fy,Fz) 모두를 온상태로 하는 패턴을 (C)로 하고, 직류전원의 양전압측의 3상분의 트랜지스터(Fu,Fv,Fw) 모두를 오프상태로 하고, 음전압측의 3상분의 트랜지스터(Fx,Fy,Fz) 모두를 온상태로 하는 패턴을 (D)로 한다.
도 7의 플로우차트를 사용하여 설명한 제동, 정지, 위치결정, 기동의 제어는 도 9에 도시한 통전패턴(A)(B)(C)(D)로 표현하면 도 10의 실시예 1,2,3,4,5,6 중 어느 조합으로 실행된다.
상기 실시형태에서는 도 4에 도시한 바와 같이 스테이터의 U상, V상, W상의 각 권선의 시단부를 공통접속하고 권선 종단부를 외부로 도출하는 구성으로 이루어져 있다. 또한, 홀 IC(2)는 전류를 공급하는 도선과, 자계에 대응한 전압신호를 출력하는 도선이 필요하다. 이 실시형태는 스테이터 권선과, 홀 IC(2)의 전류공급 및 신호출력도선을 외부에 접속하기 위해 하나의 커넥터(5)를 공용하도록 하고 있다. 이에 의해, 구성의 간이화를 도모할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 공기조화기의 실외팬을 대상으로 하여 설명했지만 외적 요인에 의해 기동시에 자유회전하고 있는 대부분의 브러시리스 모터에 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 스테이터의 U상 권선과 V상 권선에 전류를 흐르게 하는 직류여자통전패턴으로 설명했지만, 홀 IC(2)가 소정의 자극위치검출신호를 출력할 때마다 통전상을 전환하도록 하면, 구동회로 및 모터에 과도한 부담을 주는 사태를 미연에 방지할 수 있다.
이상의 설명에 의해 밝혀진 바와 같이 본 발명에 관한 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치에 의하면 바람이 있을 때의 팬 등이 외적인 요인에 의해 회전하고 있는 경우에도 제동, 정지를 위한 제어가 용이화되고, 또한 구동회로 및 모터에 과도한 부담을 주지 않고, 또한 영구자석의 감자를 억제한 상태에서의 기동을 가능하게 하는 효과가 얻어진다.

Claims (9)

  1. 브러시리스모터의 로터의 자극위치를 검출하는 단일 홀소자,
    복수의 스위칭 소자가 3상 브리지 접속되고 상기 브러시리스모터의 스테이터 권선에 대한 전류의 공급을 실시하는 인버터 회로 및
    상기 홀소자의 출력신호에 기초하여 상기 인버터 회로의 스위칭 소자를 온, 오프제어하는 제어수단을 구비하며,
    상기 제어수단은 상기 브러시리스 모터의 기동전에 상기 홀소자의 출력신호에 동기시켜 양전압측 및 음전압측 중 어느 한쪽의 스위칭 소자 1개를 PWM 통전함과 동시에 다른쪽의 스위칭 소자 2개를 PWM 통전하여 로터를 정지시키는 직류여자수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류여자수단은 상기 홀 소자가 소정의 자극위치를 검출할 때마다 통전상을 전환하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 직류여자수단은 상기 홀소자의 자극위치검출신호에 기초하여 로터의 회전속도가 큰 경우일수록 PWM 전류파형의 듀티를 크게 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인버터 회로는 상기 스위칭 소자를 각각 구동하는 구동회로와, 직류전원의 양전압측의 구동회로에 각각 병렬 접속되고 직류전원의 음전압측의 상기 스위칭 소자의 온 구동에 따라서 직류전원의 음전압측의 구동회로의 전원에 의해 차지업되는 컨덴서를 구비하고,
    상기 직류여자수단은 반드시 직류전원의 양전압측의 상기 스위칭 소자를 PWM 통전하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치.
  5. 브러시리스모터의 로터의 자극위치를 검출하는 단일 홀소자,
    복수의 스위칭 소자가 브리지 접속되고 상기 브러시리스모터의 스테이터 권선에 대한 전류의 공급을 실시하는 인버터 회로 및
    상기 홀소자의 출력신호에 기초하여 상기 스위칭 소자를 온, 오프제어하는 제어수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 브러시리스모터의 기동전에 상기 인버터회로의 양전압측의 모든 스위칭 소자 및 음전압측의 모든 스위칭 소자 중 어느 한쪽을 온상태로, 다른쪽을 오프상태로 제어하여 로터를 제동, 정지시키는 제로벡터 통전수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 브러시리스모터의 구동장치.
  6. 브러시리스모터의 로터의 자극위치를 검출하는 단일한 홀소자,
    복수의 스위칭 소자가 브리지 접속되고 상기 브러시리스모터의 스테이터 권선에 대한 전류의 공급을 실시하는 인버터 회로 및
    상기 홀소자의 출력신호에 기초하여 상기 스위칭 소자를 온, 오프제어하는 제어수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 브러시리스모터의 기동전에 상기 인버터 회로의 양전압측의 모든 스위칭 소자 및 음전압측의 모든 스위칭소자 중 어느 한쪽을 온상태로, 다른쪽을 오프상태로 하는 제 1 제어와, 상기 홀소자의 출력신호에 동기시켜 양전압측 및 음전압측 중 어느 한쪽의 스위칭 소자 1개를 PWM 통전함과 동시에 다른쪽 스위칭 소자의 2개를 PWM 통전하는 제 2 제어를 조합하여 로터를 제동, 정지시키는 직류여자수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 홀소자의 자극위치검출신호에 기초하여 로터의 회전수를 검출하고 회전수가 소정값 보다 클 때 상기 제 1 제어로 제동을 개시하고 회전수가 소정값 보다 작을 때 상기 제 2 제어로 제동을 개시하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀소자는 어느 1상의 스테이터 권선의 중심보다 통상의 회전방향과는 반대방향으로 편심한 위치에 설치되고 상기 직류여자수단은 상기 홀소자의 자극위치검출타이밍에 대하여 일정 시간 지연시켜 통전하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀소자의 전류공급 및 검출신호출력과, 상기 인버터 회로로부터 상기 스테이터 권선으로의 전류공급에 단일한 커넥터를 공용하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬용 브러시리스모터의 구동장치.
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