KR0152811B1

KR0152811B1 - 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치

Info

Publication number: KR0152811B1
Application number: KR1019950028586A
Authority: KR
Inventors: 최재영
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1998-11-02
Also published as: KR970016125A

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치에 관한 것으로, 종래의 장치는 아날로그 소자 및 아날로그신호를 이용하여 검출하였기 때문에 온도에 따라 오차가 심하고, 고가의 아날로그 소자를 사용해야 하였으며, 신호처리 과정이 복잡하여 신호의 변형이 생기고, 부착위치가 여러단의 구조물을 거쳐 설치되기 때문에 실린더헤드면 및 피스톤의 상대위치가 센서 및 센서 플레이트의 상대위치와 정확히 일치되기 어려운 문제점이 있었다. 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 피스톤의 위치를 감지하기 위해 피스톤과 결합되어 같이 움직이는 마그네트가 실린더내측면으로부터 소정거리 이내에서 움직일 시 그 위치를 자장의 세기를 이용하여 감지하여 그에따른 신호를 출력하는 홀센서부와; 상기 홀센서부의 감지신호에 따라 클럭신호를 카운트 하여 마그네트가 실린더내측면에 최대 도달치를 홀드하여 출력하는 계수기와; 상기 계수기의 출력신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지탈/아날로그 변환부와; 상기 디지탈/아날로그 변환부의 출력신호를 기설정된 기준갭설정치와 비교하여 그에 따른 신호를 출력하여 리니어 모터를 제어하는 비교부로 구성한 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치를 창안한 것으로, 이의 작용을 통해 즉, 피스톤의 위치제어 신호를 디지탈방식으로 검출하기 때문에 온도에 따른 오차가 적고, 이에따라 값이 비싼 아날로그 소자를 사용하지 않아도 되기 때문에 재료비가 절감되며, 또한 실린더 근처에 홀센서를 취부함으로써 취부구조에 따른 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치

제1도는 종래 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치의 반단면도.

제2도는 종래 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치의 블럭도.

제3도는 제2도에 있어서, 반송파발생부의 상세 블럭도.

제4도는 제3도의 각 부 출력 파형도.

제5도는 본 발명 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치 블럭도.

제6도는 6도에 있어서, 계수회로부의 상세 블럭도.

제7도는 제7도의 각 부 출력 파형도.

제8도는 본 발명 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치의 반단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤 2 : 실린더

3 : 연결부 4 : 마그네트

5a : 내측고정자 5b : 외측고정자

6 : 모터코일 7 : 프레임

8 : 마그네트구동공간 9 : 돌출부

10 : 실린더헤드면 11 : 클리어런스

12 : 실린더내측면 13 : 위치센서

14 : 센서플레이트 100 : 홀센서부

200 : 계수기 300 : 디지탈/아날로그 변환부

400 : 비교부 110 : 제1홀센서

120 : 제2홀센서 210 : 레벨검출부

220 : 최대치검출부 230 : 카운터

240 : 래치

본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 위치를 검출하는 것에 관한 것으로, 특히 센서부를 마그네트 구동공간의 실린더측에 부착하여 피스톤의 위치를 검출하게 함으로써 취부 구조상 검출 오차를 줄일 수 있고, 검출신호를 디지탈화 함으로써 온도에 따른 오차를 줄일 수 있는 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치에 관한 것이다.

제1도는 종래 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치의 반단면도로서, 이에 도시된 바와같이 먼저, 피스톤(1)과 실린더(2)가 있고, 그 피스톤(1)에는 연결부(3)를 통해 마그네트(4)가 연결되어 있다. 따라서, 상기 마그네트(4)는 피스톤(1)과 같이 움직이도록 되어 있다.

상기 마그네트(4)의 양쪽에는 두개의 고정자(5a,5b)가 있는데, 내측고정자(5a)가 실린더(2) 벽에 부착되어 있고 중심에 모터코일(6)이 있는 외측고정자(5b)가 프레임(7)에 부착되어 있다. 이때, 마그네트(4)가 움직이는 공간을 마그네트구동공간(8)이라 한다.

그리고 피스톤(1)과 실린더헤드면(10)과의 사이를 클리어런스(11)(CLEARANCE)라 하는데, 이때의 마그네트(4)와 실린더내측면(12)과의 간격을 갭(GAP)이라고 한다.

한편, 피스톤(1)과 실린더헤드면(10)과의 상대적 위치를 검출하기 위해서 프레임(7)의 일측면에 돌출된 돌출부(9)에 위치센서(13)를 부착하고, 센서플레이트(14)(PLATE)는 피스톤(1)과 마그네트(4)와의 연결부(3)에 부착한다.

이와같은 구조로 인해 피스톤(1)이 움직이면 마그네트(4)도 같이 움직이도록 되어 있고, 피스톤(1)과 실린더헤드면(10)과의 거리는 위치센서(13)와 센서플레이트(14)의 상대적 거리와 같도록 되어 있다.

그러면 상기 위치센서(13)와 센서플레이트(14)에 의해 피스톤(1)의 위치를 검출하는 동작과정을 좀더 자세히 설명한다.

제2도는 종래 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출장치 블럭도로서, 이에 도시된 바와같이 피스톤(1)이 이동함에 따라 센서플레이트(14)와의 거리가 변하면 그에 따른 임피던스의 변화를 일정 주파수를 출력하는 반송파발생부(20)에 의해 전압신호로 출력하는 위치센서(13)와; 상기 위치센서(13)의 출력신호 중 마그네트(4)에 의한 간접신호분을 제거하는 대역필터(BPF)와; 상기 대역필터(BPF)의 출력신호중 반송파성분을 제거하는 복조회로부(30)와; 상기 복조회로부(30)의 출력신호의 최대치를 검출하는 최대치검출부(40)와; 상기 최대치검출부(40)의 출력신호와 기설정된 기준갭설정치를 비교하여 그에따른 신호를 출력하는 비교부(50)와; 상기 비교부(50)의 출력신호에 따른 트라이악 구동신호를 출력하는 구동부(60)와; 상기 구동부(60)의 구동신호에 의해 온/오프되어 리니어모터(LM)를 구동하는 트라이악(70)과; 상기 트라이악(70)에 흐르는 전류를 검출하는 검출저항(R1)과; 상기 검출저항(R1)에 의해 검출된 전류값을 상기 비교부(50)에 전달하는 전류제한회로부(80)로 구성된다.

미설명부호(15)는 샤프트이다.

이와같이 구성된 종래 회로의 작용에 관하여 첨부한 제3도 및 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

종래에는 피스톤(1)의 위치를 검출하기 위해 위치센서(13)와 센서플레이트(14)의 상대적 위치에 의한 임피던스 변화를 이용하고 있기 때문에, 임피던스 변화를 신호화 하기 위한 전송파가 필요하여 위치센서(13) 전단에 일정한 주파수(f=112KHz)를 출력하는 반송파 발생부(20)를 설치 하였다.

따라서 모터코일(6)에 전압이 인가되면 마그네트(4)가 움직이고, 마그네트(4)에 연결된 피스톤(1)과 센서플레이트(14)가 동시에 이동하게 되어 위치센서(13)와 센서플레이트(14) 사이의 상대적 위치가 변하고, 그 상대적 위치의 변화에 따른 임피던스의 변화가 변조되어 출력된다.

이때, 상기 반송파발생부(20)는 제3도에 도시된 바와같이 구성되는데, 반송파 발생원리를 살펴보면 다음과 같다.

클럭발생부(21)에서 제4도의 (a)에 도시된 바와같은 fa=3.57 MHz의 클럭이 발생되면 분주회로부(22)는 이를 분주하여 제4도의 (b)에 도시된 바와같은 주기가 변환된 신호(fb)를 출력한다.

상기 분주회로부(22)에 의해 출력된 fb=112KHz의 구형파는 저주파필터(23)를 거치면서 제4도의 (c)에 도시된 바와같은 정현파신호로 출력된다.

이에따라 정전류부(24)는 입력된 정현파신호를 위치센서(13)에서 필요로 하는 전류신호로 변환하여 출력한다.

상기 반송파발생부(20)에 의해 센서플레이트(14)와의 상대적 위치에 따른 임피던스 변화가 변조되어 위치센서(13)를 통해 출력되면, 대역필터(BPF)는 이를 입력받아 그 중에서 마그네트(4)에 의한 간섭신호분을 제거하여 출력한다.

상기 대역필터(BPF)를 통한 출력신호는 복조회로부(30)를 거치면서 112KHz의 반송파 성분은 제거되고 센서의 임피던스에 비례하는 신호만 남는다.

즉, 이 신호는 피스톤(1)의 위치에 의해 변화하는 위치센서(13)와 센서플레이트(14)와의 임피던스를 신호화한 것이다.

피스톤(1)과 실린더헤드(10)와의 간격인 클리어런스(11)의 최소값이 필요하기 때문에 복조된 신호는 최대치검출부(40)를 거치면서 임피던스 최대치가 감지되고 이 신호는 비교부(50)에 의해 기설정된 기준갭설정치와 비교되어 오차를 줄이는 방향으로 구동부(60)를 통해 트라이악(70)을 구동하게 된다.

검출저항(R1) 및 전류제한회로부(80)는 트라이악(70)의 턴온이 실패하지 않도록 트라이악(70) 구동신호를 제어하는 역할을 한다.

이상에서 설명한 바와같이 종래의 장치는 반송파 발생부와 밴드패스필터의 경우 수백 KHz 이상의 반송파를 처리해야 하기 때문에 주파수 성능이 우수한 고가의 오피앰프를 사용해야 하며, 변조/복조 과정은 물론 중간 중간에 필터가 설치되어 있기 때문에 신호처리 과정이 복잡한 만큼 신호자체의 변형도 발생하고, 또한 각 부에 사용되는 소자들이 아날로그 소자로 되어 있어서 그 특성이 온도에 따라 변할 경우 최종 제어특성 또한 바뀌기 때문에 이를 최소화하기 위해 온도에 대해 변화가 적은 고가의 소자를 사용해야 하는 문제점이 있었다.

그리고 상기와 같은 회로적인 문제외에도 실린더헤드를 기준으로 할 경우 위치센서의 부착위치가 여러단의 구조물을 거쳐 설치되기 때문에 실린더헤드 및 피스톤의 상대위치가 센서 및 센서 플레이트의 상대위치와 정확히 일치되기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 신호처리를 디지탈 방식으로 함으로써 온도에 따른 오차를 줄일 수 있고, 위치제어를 위한 센서를 실린더 가까이 부착함으로써 취부구조상의 오차를 줄일 수 있는 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치는 제5도에 도시한 바와같이 피스톤(1)의 위치를 감지하기 위해 피스톤(1)과 결합되어 같이 움직이는 마그네트(4)가 실린더내측면(12)으로부터 소정거리 이내에서 움직일 시 그 위치를 자장의 세기를 이용하여 감지하여 그에따른 신호를 출력하는 홀센서부(100)와; 상기 홀센서부(100)의 감지신호에 따라 클럭신호(CK)를 카운트하여 마그네트(4)가 실린더내측면(12)에 최대 도달치를 홀드하여 출력하는 계수기(200)와; 상기 계수기(200)의 출력신호를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 디지탈/아날로그 변환부(300)와; 상기 디지탈/아날로그 변환부(300)의 출력신호를 기설정된 기준갭설정치와 비교하여 그에따른 신호를 출력하여 리니어 모터(LM)를 제어하는 비교부(400)로 구성한다.

상기 홀센서부(100)는 실린더헤드면(10)로부터 소정 거리 이내에서의 마그네트(4)의 이동 위치를 감지하여 그에따른 신호를 출력하는 제1홀센서(110)와; 마그네트(4)가 실린더내측면(12)에 도달하는 것을 감지하기 위한 제2홀센서(120)로 구성한다.

상기 계수기(200)는 제1홀센서(110)의 출력신호의 레벨을 검출하여 카운트신호로 출력하는 레벨검출부(210)와; 제2홀센서(120)의 출력신호의 최대치를 검출하여 홀드신호로 출력하는 최대치검출부(220)와; 상기 레벨검출부(210)의 카운트신호에 따라 클럭(CK)를 카운트 하는 카운터(230)와; 상기 최대치검출부(220)의 홀드신호에 따라 상기 카운터(230)의 카운트값을 홀드하여 출력하는 래치(240)로 구성한다.

미설명부호(60)는 비교부(400)의 출력신호에 따라 트라이악을 구동하기 위한 구동신호를 출력하는 구동부이고, (70)은 상기 구동부(60)의 구동신호에 의해 온/오프되는 트라이악이며, (R1)은 트라이악(70)에 흐르는 전류를 검출하는 검출저항이며, (80)은 검출저항(R1)에서 검출된 전류를 상기 비교부(400)에 전달하는 전류제한회로부이다.

이와같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과에 관하여 첨부한 제6도 내지 제8도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 압축기의 구조는 종래와 같다. 따라서 명칭은 종래에 설명된 명칭을 사용하기로 한다. 다만, 종래의 위치센서(13)와 센서플레이트(14)를 제거하고 그 대신 제1 및 제2홀센서(110,120)를 설치한다.

이때, 제1홀센서(110)는 외측고정자(5b)의 내측면의 실린더내측면(12)측 끝부분에 설치하고, 제2홀센서(120)는 마그네트구동공간(8)내의 실린더내측면(12)측에 설치한다.

따라서 피스톤의 직선운동에 의해 마그네트가 마그네트구동공간을 직선운동하면 즉, 마그네트가 실린더내측면으로 이동하여 기준거리내로 진입하면, 제1홀센서(110)는 제7도의 (b)에 도시한 바와같이 출력이 서서히 증가하다가 소정 거리가 되면 일정한 고전위출력을 내보낸다.

그러다가 마그네트(4)가 실린더내측면(12)의 위치에 접근했다가 후퇴하여 소정거리를 벗어나기 시작하면 출력이 서서히 감소하다가 기준거리를 벗어나면 일정한 저전위출력을 내보낸다.

이때, 제2홀센서(120)는 마그네트(4)가 실린더내측면(12)측으로 최대로 이동했을 때, 최대출력을 내보낸다. 다시말하면 제7도의 (d)에 도시한 바와같이 마그네트(4)가 소정거리내에 진입하면 출력이 서서히 증가하다가 (h)의 위치에 도달하면 최대치가 된다.

그러다가 마그네트(4)가 다시 후퇴하면 출력이 서서히 감소하다가 소정거리를 벗어나면 일정한 저전위를 출력한다.

상기와 같이 제1홀센서(110)가 감지신호를 출력하면 레벨검출부(210)는 이를 검출하여 제7도의 (c)에 도시한 바와같은 로직신호를 출력한다. 이는 카운터(230)에 카운트신호로 인가된다.

상기 레벨검출부(210)의 카운트신호를 입력받은 카운터(230)는 입력되는 제7도의 (a)에 도시한 바와같은 클럭신호(CK)를 카운트하여 그 값을 래치(240)에 전달한다.

이후, 상기 제2홀센서(120)가 감지신호를 출력하면 최대치검출부(220)는 제7도의 (e)에 도시한 바와같이 제2홀센서(120)의 출력이 최대가 될때를 검출하여 상기 래치(240)에 홀드신호로 인가한다.

상기 최대치검출부(220)로부터 홀드신호를 인가받은 래치(240)는 제7도의 (f)에 도시한 바와같이 그때 입력된 카운터(230)의 카운트값을 홀드하여 출력한다.

이와같은 작용을 통해 마그네트(4)가 실린더헤드(10)측에 최대로 진입했을 때의 수치를 알 수 있다.

상기 래치(240)의 출력신호를 전달받은 디지탈/아날로그 변환부(300)는 제7도의 (g)에 도시한 바와같이 이를 아날로그 신호로 변환하여 비교부(400)에 전달한다.

이에따라 상기 비교부(400)는 입력된 디지탈/아날로그 변환부(300)의 신호와 기설정된 기준갭설정치를 비교하여 그에따른 제어신호를 출력한다.

상기 비교부(400)의 제어신호를 입력받은 구동부(60)는 그에따른 트라이악구동신호를 출력하고, 이에따라 트라이악(70)은 온/오프하여 리니어모터(LM)를 구동한다.

이때, 검출저항(R1)은 상기 트라이악(70)에 흐르는 전류를 검출하여 출력하면 전류제한회로부(80)는 그에따른 신호를 상기 비교부(400)에 인가하여 트라이악(70)이 적시에 구동될 수 있도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 피스톤의 위치제어 신호를 디지탈방식으로 검출하기 때문에 온도에 따른 오차가 없고, 이에따라 값이 비싼 아날로그 소자를 사용하지 않아도 되기 때문에 재료비가 절감되며, 또한 실린더 근처에 홀센서를 취부함으로써 취부구조에 따른 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

피스톤의 위치를 감지하기 위해 피스톤과 결합되어 같이 움직이는 마그네트가 실린더내측면으로부터 소정거리 이내에서 움직일 시 그 위치를 자장의 세기를 이용하여 감지하여 그에따른 신호를 출력하는 홀센서부와; 상기 홀센서부의 감지신호에 따라 클럭신호를 카운트하여 마그네트가 실린더내측면 최대 접근치를 홀드하여 출력하는 계수기와; 상기 계수기의 출력신호를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 디지탈/아날로그 변환부와; 상기 디지탈/아날로그 변환부의 출력신호를 기설정된 기준갭설정치와 비교하여 그에따른 신호를 출력하여 리니어 모터를 제어하는 비교부로 구성한 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치.
제1항에 있어서, 홀센서부는 실린더내측면으로부터 소정 거리 이내에서의 마그네트의 이동 위치를 감지하여 그에따른 신호를 출력하는 제1홀센서와; 마그네트가 실린더내측면에 도달하는 것을 감지하기 위한 제2홀센서로 구성한 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치.
제1항에 있어서, 계수기는 제1홀센서의 출력신호의 레벨을 검출하여 카운트 신호로 출력하는 레벨검출부와; 제2홀센서의 출력신호의 최대치를 검출하여 홀드신호로 출력하는 최대치검출부와; 상기 레벨검출부의 카운트신호에 따라 클럭신호를 카운트하는 카운터와; 상기 최대치검출부의 홀드신호에 따라 상기 카운터의 카운트값을 홀드하여 출력하는 래치로 구성한 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치제어 장치.