KR20080079479A - 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 압축기 모터로부터 발생되는 역기전력을 감지하고, 감지된 신호를 단일신호로 변경하여 역기전력 감지에 따른 신호 출력포트의 수를 감소시키고, 단일화된 신호를 통해 압축기 모터의 동작 상태를 판단 및 압축기 모터를 제어가 용이하도록 하는 효과가 있다.

공기조화기, 인버터, 압축기, 역기전력

Description

공기조화기{Air conditioner}

도 1 은 종래 발명에 따른 압축기 모터의 역기전력 감지회로의 구성이 도시된 회로도,

도 2 는 본 발명에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 구성도,

도 3 은 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 모터의 역기전력 감지회로의 구성이 도시된 회로도,

도 4 는 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 모터의 구동에 따른 실시예가 도시된 예시도,

도 5 는 본 발명에 따른 압축기 모터의 역기전력 감지회로에 따른 신호 파형이 도시된 도,

도 6 은 본 발명에 따른 공기조화기의 동작방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10: 역기전력 감지부 15: 비교기

20, 30: 실외기 21,31: 사방밸브

22, 23: 압축기 32,33: 압축기

24, 34: 어큐뮬레이터 25, 35: 열교환기

40: 제어부 50: 실내기

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 실외기의 압축기 모터로부터 발생되는 역기전력을 감지하고 그에 대응하여 압축기 모터를 제어하는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉방, 난방, 공기정화를 위해 구비되어, 실내로 냉/온의 공기를 토출하고, 실내 공기를 정화하여 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 설치된다. 이러한 공기조화기는 열교환기로 구성된 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성된 실외기로 분리되어 제어되며, 압축기 또는 열교환기로 공급되는 전원을 제어함으로서 동작된다.

공기조화기는 다수의 실외기에 다수의 실내기가 연결되어, 구동되는 실내기의 수에 대응하여 다수의 실외기 중 적어도 하나가 구동되며, 요청되는 운전상태에 대응하여 실외기 내부에 구비되는 사방밸브가 절환됨으로서 실내기로 냉매를 공급하여, 냉방 또는 난방모드로 운전된다.

이러한 공기조화기는 압축기 및 실내외기 팬을 구동하기 위하여 다수의 모터가 구비되며, 특히 다수의 BLDC 모터가 사용되고 있다. 이러한 BLDC모터 중 센서리 스 타입의 경우, 모터회전시 발생하는 역기전력(Back Electro Motive Force)을 검출하여 이를 회전자의 절대적인 위치 정보로 이용하여 구동하고 있다.

BLDC 모터의 회전시 고정자 코일의 각 상에서 발생하는 역기전력은 정현파와 비슷한 형태를 가지는데, 역기전력을 이용하여 모터를 정상적으로 회전시키기 위해서는 모터 구조상 역기전력이 변화되는 시점을 정확히 인지 해야 한다.

그러나, 종래의 BLDC 모터의 역기전력을 감지하는 회로는 도 1에 도시된 바와 같이 구성되어, 3개의 포트를 통해 순차적으로 역기전력에 따른 인터럽트를 입력받는데, 이 경우 각각의 포트에서 입력되는 신호 간의 시간을 확인하여야 하나, 3개의 포트에서 각각 입력되므로 각 신호간의 시간 간격 확인이 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 실외기의 압축기 모터의 제어를 위해, 압축기 모터의 구동에 따라 발생되는 역기전력을 감지하고, 감지된 역기전력에 따른 신호를 단일화하여 신호 입력 및 신호 확인이 용이하도록 하는 공기조화기를 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 실외기와, 실내기를 포함하는 공기조화기에 있어서, 상기 실외기는 압축기 모터의 동작에 따라 발생되는 역기전력을 감지하는 역기전력 감지부, 상기 역기전력 감지부에 의해 감지 되는 3상의 역기전력 신호를 하나의 신호로 단일화하는 비교기, 및 상기 비교기의 출력신호에 대응하여 상기 압축기 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 2 는 본 발명에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 구성도이다.

본 발명에 따른 공기조화기는 도 2에 도시된 바와 같이, 실내에 설치되는 하나 이상의 실내기(50)와, 실내기(50)와 연결되며, 압축기 및 열교환기를 포함하는 하나 이상의 실외기(20, 30)로 구성된다. 이러한 공기조화기는 실외기(20, 30)와 실내기(50)가 냉매배관(P)을 통해 연결되어, 실외기(20, 30)와 실내기(50) 간의 냉매의 흐름에 따라 냉방 또는 난방 운전된다.

공기조화기는 실내기(50)가 하나의 실내에 적어도 하나 구비될 수 있으며, 하나 이상의 실외기(20)(30)는 다수의 실내기(50) 중 적어도 어느 하나의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기(50)에 대응하여 냉/난방 용량이 가변됨에 따라 실외기(20, 30)의 작동 수 및 실외기(20,30)에 설치된 압축기의 작동 수가 가변된다.

실외기는 메인실외기로서의 제1 실외기(20)와, 서브 실외기로서의 제2실외기(20)를 포함한다. 제1 실외기(20)는 메인 실내기로서 냉매의 압축용량을 가변시켜 토출하는 인버터 압축기인 제1 압축기(22)와, 일정 용량의 냉매만을 토출하는 정속압축기인 제2 압축기(23)를 포함한다. 또한, 제2 실외기(30)는 정속압축기인 제3및 제4 압축기(32,33)를 포함한다.

각 실외기(20,30)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(22,23)(32,33)와, 냉 매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(25,35)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(24,34)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(21,31)를 포함한다. 그 외 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그 외 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.

실내기(50)는 실내 열교환기와, 실내기팬, 실외기(20,30)로부터 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브를 포함한다. 이러한 실내기(50)는 다수의 실내기가 각각 냉매액관(LR)과 냉매기관(LG) 및 공통관에 연결되어 실외기(20, 30)로부터 냉매를 공급받게 된다.

이러한 공기조화기는 난방 운전되는 경우, 압축기가 동작됨에 따라 고온 고압으로 압축된 냉매가 토출되고, 냉매가 사방밸브(21,31)를 통해 실내기(50)의 실내열교환기로 유입되어 열교환됨으로서 고압의 과냉액으로 응축된다. 고압의 과냉액으로 응축되어진 냉매는 실외기(20,30)의 실외열교환기(25, 35)로 유입되어 저온저압의 기체 냉매로 증발되어진 후, 사방밸브(21,31)를 통해 압축기로 유입되어 고온 고압의 냉매로 압축되어 진다.

공기조화기가 냉방 운전되는 경우, 사방밸브(21,31)를 통해 실외기(20,30)의 압축기로 저압의 기체 냉매가 유입되면, 고압의 기체 냉매가 토출된다. 고압의 기체 냉매는 실외 열교환기(25,35)를 통해 열교환되어 고압의 액체 냉매로 응축된다. 이때, 고압의 액체 냉매는 냉매액관(LR)을 통해 실내기(50)로 공급된다. 실내기(50)로 공급되는 고압의 액체 냉매는 팽창밸브에 의해 팽창되고 실내열교환기에서 열교환 되어 증발된다. 이때, 실내기팬이 동작되어 실내로 차가운 공기가 토출 된다. 실내 열교환기에 의해 증발된 냉매는 저압 기체 냉매로 실외기(20,30)로 회수되어 사방밸브(21,31)를 통해 압축기로 투입된다.

도 3 은 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 모터의 역기전력 감지회로의 구성이 도시된 회로도이다.

상기와 같이 실외기(20,30)에 구비되는 압축기는 인버터 회로에 의해 압축기 모터(M)가 구동됨으로서 저온저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 토출하게 된다.

압축기 모터(M)는 도 3에 도시된 바와 같은 역기전력 감지회로에 연결된다. 이때 역기전력 감지회로는 역기전력 감지부(10) 및 비교기(15)를 포함하며, 비교기(15)를 통해 출력되는 역기전력에 따른 신호는 제어부(40)로 인가되어 압축기 모터의 회전자의 위치 판단하고, 그에 따라 압축기 모터(M)를 제어하게 된다.

역기전력 감지부(10)는 압축기 모터(M)의 3상에 각각 연결되는 다수의 OP앰프와, 다수의 저항과, 다수의 커패시터를 포함한다.

압축기 모터(M)의 회전자가 회전됨에 따라 흐르를 전류를 변화 및 그에 따른 역기전력이 각 상에 연결된 OP앰프로 인가되고, OP앰프로부터 출력되는 신호는 비교기(15)로 입력된다.

비교기(15)는 각 상과 연결된 OP앰프로부터 각각 신호를 입력받아 비교함으로서 신호의 변화여부를 판단하여 출력한다. 즉, 각 상으로부터 입력되는 신호 중 적어도 어느 하나의 신호가 하이에서 로우 또는 로우에서 하이로 변화되는 경우 신호를 발생하여 제어부(40)로 출력한다.

이때, 제어부(40)는 비교기(15)로부터 입력되는 신호에 따라 신호가 변화되는 지점간의 시간차를 통해 속도를 회전 속도를 판단하고, 그에 따라 압축기 모터(M)를 제어한다.

도 4 는 본 발명에 따른 공기조화기의 인버터 압축기의 구동에 따른 실시예가 도시된 예시도이다.

압축기 모터(M)는 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자가 회전함에 따라 3상에서 역기전력이 발생된다. 이때 한 주기 동안 스테이지1 내지 스테이지6과 같이 압축기 모터(M)의 회전에 따른 역기전력의 상태가 가변되며, 이러한 상태가 반복적으로 나타나게 된다.

상기와 같은 압축기 모터(M)에 대응하여 역기전력 감지부(10) 및 비교기(15)로부터 출력되는 신호의 파형을 살펴보면 다음과 같다.

도 5 는 본 발명에 따른 역기전력 감지회로에 따른 신호 파형이 도시된 도이다.

도5에 도시된 바와 같이, 압축기 모터(M)의 회전에 따라 발생되는 역기전력은 각각의 상에서 주기적으로 발생되며, 이러한 역기전력은 역기전력 감지부(10)로 인가된다. 여기서 압축기 모터로 구동 전원을 공급하는 인버터부에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.

역기전력감지부(10)는 다수의 OP앰프가 압축기 모터(M)의 각 상에 연결되어 발생되는 역기전력을 입력받는다. 이때, OP앰프로부터 출력되는 신호는 도 4의 (a)와 같다.

역기전력 감지부(10)는 압축기 모터(M)의 각 상으로부터 입력되는 역기전력을 기준값과 비교하여 기준값 이상이면 하이(high), 기준값 미만이면 로우(low)신호를 출력한다. 이때, 역기전력 감지부(10)는 압축기 모터(M)의 역기전력에 대응하여 각 상 별로 INT_u, INT_v, INT_w의 신호를 출력되고 이는 비교기(15)로 입력되어 도4의 (b)와 같이 각 상별 신호가 통합된 하나의 신호가 출력된다.

비교기(15)는 3상의 각 신호를 입력받아 신호의 변화를 감지함으로서, 3상의 신호 INT_u, INT_v, INT_w가 변화되는 경우 그에 대응되는 신호 INT_t를 출력한다. 즉 비교기(15)는 3상의 신호 INT_u, INT_v, INT_w 중 적어도 어느 하나가 로우에서 하이로 변화되면, 그에 대응하여 출력신호 INT_t를 로우에서 하이로 변화시키고 3상의 신호 중 적어도 어느 하나가 하이에서 로우로 가변되면, 그에 대응하여 출력신호 INT_t가 하이에서 로우로 가변되도록 한다.

또한, 비교기(15)는 입력되는 3상의 신호 중 적어도 2상의 신호가 하이이면, 하이신호를 출력하고, 적어도 3상의 신호가 로우이면 로우신호를 출력한다.

제어부(40)는 비교기(15)로부터 하나의 신호 INT_t를 입력받음으로, 3상의 신호에 대하여 돌아가면서 감시하지 않고도 비교기(15)의 출력신호 INT_t 만으로 압축기 모터(M)의 회전속도 및 회전자의 위치를 판단하게 된다. 제어부(40)는 비교기(15)의 출력신호 INT_t가 로우에서 하이, 하이에서 로우로 변화되는 순간을 감지하고, 신호의 변화 시점 간의 시간차를 통해 압축기 모터(M)의 회전 속도를 판단하고, 회전자의 위치를 판단한다. 상기와 같이 판단된 압축기 모터(M)의 회전속도 및 회전자의 위치에 대응하여 압축기 모터(M)를 제어한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 도 6 은 본 발명에 따른 공기조화기의 동작방법이 도시된 순서도이다.

여기서, 비교부(15)는 도 6에 도시된 바와 같이, 역기전력 감지부(10)로부터 3상의 역기전력 신호가 입력되면(S100), 3상의 역기전력 신호 중 적어도 어느 하나의 신호가 가변되는지 판단한다(S110).

이때, 가변된 신호가 존재하는 경우, 가변된 신호가 로우에서 하이로 증가된 것인지 판단한다(S120). 신호가 증가된 경우 출력신호를 하이(HIGH)로 변경하여 출력한다(S130, S160), 3상의 역기전력 신호가 이에서 로우로 감소된 경우에는(S140), 출력신호를 로우(LOW)로 변경하여 출력한다(S150, S160).

신호가 변화되지 않은 경우에는 기존의 출력신호를 유지하고, 상기와 같이 입력되는 신호를 지속적으로 감지하여 어느 하나의 신호의 변화에 대응하여 출력신호를 변경하여 출력한다.

이상과 같이 본 발명에 의한 공기조화기를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기는 압축기 모터에서 발생되는 역기전력에 따른 3상의 신호를 하나의 단일 신호로 통합함으로서 역기전력 감지 를 위한 신호포트의 수를 감소시키고, 3상의 신호를 각각 감시하지 않아도 하나의 신호만으로 압축기 모터(M)의 회전 속도 및 회전자 위치 판단이 용이하여 압축기모터의 제어가 용이하고 정확한 제어가 가능한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 실외기와, 실내기를 포함하는 공기조화기에 있어서,

   상기 실외기는 압축기 모터의 동작에 따라 발생되는 역기전력을 감지하는 역기전력 감지부;

   상기 역기전력 감지부에 의해 감지되는 3상의 역기전력 신호를 하나의 신호로 단일화하는 비교기; 및

   상기 비교기의 출력신호에 대응하여 상기 압축기 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
2. 청구항 1 에 있어서,

   상기 제어부는 상기 비교기의 출력신호가 가변되는 지점을 판단하고, 각 지점간의 시간차에 대응하여 상기 압축기 모터의 회전속도 및 회전자의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
3. 청구항 1 에 있어서,

   상기 역기전력 감지부는 상기 압축기 모터의 3상에 각각 연결되어, 전달되는 역기전력이 기준값 이상이면 하이(HIGH)신호, 기준값 미만이면 로우(LOW)신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
4. 청구항 3 에 있어서,

   상기 비교기는 상기 역기전력 감지부로부터 입력되는 3상의 신호 중 적어도 어느 하나의 신호가 가변되는 경우 그에 대응하여 출력신호를 가변시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
5. 청구항 4 에 있어서,

   상기 비교기는 상기 입력되는 3상의 신호 중 적어도 어느 하나가 로우(LOW)에서 하이(HIGH)로 가변되는 경우, 상기 출력신호를 로우(LOW)에서 하이(HIGH)로 변경하여 출력하고,

   상기 3상의 신호 중 적어도 어느 하나가 하이(HIGH)에서 로우(LOW)로 가변되는 경우, 출력신호를 하이(HIGH)에서 로우(LOW)로 변경하여 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
6. 청구항 4 에 있어서,

   상기 비교기는 상기 입력되는 3상의 신호 중 적어도 2상의 신호가 하이(HIGH)인 경우 하이(HIGH)의 출력신호를 출력하고,

   상기 3상의 신호 중 적어도 2상의 신호가 로우(LOW)인 경우, 로우(LOW)의 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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