KR100246438B1 - 리니어 콤프레서의 출력 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 콤프레서의 출력 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 리니어 콤프레서의 출력 제어를 스트로크를 이용하여 제어하는 경우 스트로크는 일정하게 제어되지만 부하에 따라 피스톤의 중간 위치가 달라지기 때문에 일정한 상사점 위치가 되도록 제어할 수 없고, 이에 따라 효율도 낮게 제어되는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 콤프레서에 콘덴서를 부착하여 동작시키면 콤프레서의 피스톤이 토출밸브에 부딪히는 순간 전류의 크기가 변함을 알 수 있다. 그러므로 이때 발생하는 전류에 의해 피스톤이 부딪히는 스크로크의 크기를 구하고, 이를 기준으로하여 제어하고자 하는 제어기준 스트로크를 구하여 리니어 콤프레서를 구동시킴으로써, 부하의 크기에 관계없이 항상 효율이 높은점에서 운전할 수 있도록 한 것이다.

Description

리니어 콤프레서의 출력 제어장치 및 방법

본 발명은 리니어 콤프레서의 출력을 제어하기 위해 충돌 스트로크 크기를 기준으로 하여 시스템에 따라 편차없는 제어성능을 확보하기 위한 리니어 콤프레서의 출력 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 콤프레서에 콘덴서를 부착하여 콤프레서의 피스톤이 토출밸브에 부딪치는 순간을 전류의 크기변화로서 감지하고 이때의 스트로크를 계산하고, 이 계산된 스트로크로부터 제어기준 스트로크를 결정한 후 제어하도록 함으로써 항상 효율이 높은점에서 운전할 수 있도록 한 리니어 콤프레서의 출력 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에는 리니어 콤프레서를 제어하는 방법으로, 센서리스 제어방법이 있는데 이에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

아래에서와 같은 식(1)을 이용하여 전류와 전압을 피드백 받아서 피스톤의 스트로크를 추정하고, 이 추정한 피스톤의 스트로크를 이용하여 리니어 콤프레서를 제어한다.

v : 모터속도

상기에서와 같은 센서리스 제어방법은 전체 스트로크의 크기를 제어하게 된다.

그런데 리니어 콤프레서의 출력은 스트로크의 크기만이 아니라 상사점의 위치에도 관련이 된다.

따라서 피스톤이 상사점에 이르렀을 때, 피스톤의 상부면과 실린더가 이루는 부피를 Top dead Volume이라 하는데, 같은 스트로크일 경우 Top dead Volume이 작으면 출력도 많고 효율도 좋아진다.

여기서, 피스톤의 위치 계산식은 다음과 같다.

....................(2)

x 는 이동부의 움직임이고, v 는 모터속도이다.

결국, 리니어 콤프레서의 출력은 스트로크의 크기와 피스톤의 상사점의 위치에 의해 제어된다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 리니어 콤프레서의 출력 제어를 스트로크를 이용하여 제어하는 경우 스트로크는 일정하게 제어되지만 부하에 따라 피스톤의 중간 위치가 달라지기 때문에 일정한 상사점 위치가 되도록 제어할 수 없다. 즉, Top dead Volume이 일정하지 않게 된다. 따라서 리니어 콤프레서의 출력 제어가 용이하지 않으며 효율도 낮게 제어되기 쉽고, 또한 일정한 출력으로 제어하는 것이 곤란한 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 콤프레서의 피스톤이 토출밸브에 부딪히는 순간의 스트로크를 이용하여 리니어 콤프레서의 편차없이 출력을 제어할 수 있도록 한 리니어 콤프레서의 출력 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 부하의 크기에 상관없이 항상 효율이 높은점에서 리니어 콤프레서가 운전할 수 있도록 한 리니어 콤프레서의 출력 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명 리니어 콤프레서의 출력 제어장치에 대한 블록 구성도.

도 2는 본 발명 리니어 콤프레서의 출력 제어방법에 대한 동작 과정도.

도 3은 도 1에서, 리니어 콤프레서의 피스톤이 토출밸브에 부딪혔을 때 발생하는 전류 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 전압 제어부 20 : 콘덴서

30 : 전압센서 40 : 전류센서

50 : 마이크로 컴퓨터 60 : 구동부

COMP : 리니어 콤프레서

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 리니어 콤프레서를 구동시키기 위한 전압을 공급하는 전압 제어부와, 상기 전압 제어부와 리니어 콤프레서 사이에 연결된 콘덴서와, 상기 리니어 콤프레서의 입력전압을 검출하는 전압센서와, 상기 리니어 콤프레서에 흐르는 전류를 검출하는 전류센서와, 상기 전압센서에서 출력되는 전압과 전류센서에서 출력되는 전류를 각각 입력받아 스트로크를 계산하고, 이 계산된 스트로크와 제어목표 스트로크를 비교하여 제어하고자 하는 스트로크를 제어하는 마이크로 컴퓨터와, 상기 마이크로 컴퓨터에서 결정한 스트로크에 따라 리니어 콤프레서를 구동하는 전압 제어부로 구동전압값을 출력하는 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 입력되는 전압과 전류로 스트로크를 계산하는 제1단계와, 리니어 콤프레서 구동시 일정시간 동안의 최고 전류값을 저장하는 제2단계와, 상기에서 저장한 최고전류값과 기준 전류값을 비교하는 제3단계와, 상기에서 최고 전류값이 기준 전류값 보다 크면 현재의 스트로크를 기준으로 제어목표 스트로크를 계산하고, 이 계산하여 변경한 제어목표 스트로크로 리니어 콤프레서의 출력을 제어하는 제4단계와, 상기 제3단계에서 최고 전류값이 기준 전류값보다 작으면 기존에 설정되어 있는 제어목표 스트로크로 리니어 콤프레서의 출력을 제어하는 제5단계로 이루어진다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 리니어 콤프레서의 출력 제어방법에 대한 동작 과정도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 전압과 전류로 스트로크를 계산하는 제1단계(S1)와, 상기 제1단계에서 입력되는 전류값중 리니어 콤프레서 구동시 일정시간 동안의 최고 전류값을 저장하는 제2단계(S2)와, 상기 제2단계(S2)에서 저장한 최고 전류값과 기준 전류값을 비교하는 제3단계(S3)와, 상기 제3단계(S3)에서 최고 전류값이 기준 전류값 보다 크면 현재의 스트로크를 기준으로 세로운 제어목표 스트로크를 계산하여 변경하고, 이 계산하여 변경한 제어목표 스트로크로 리니어 콤프레서의 출력을 제어하는 제4단계(S4)와, 상기 제3단계에서 최고 전류값이 기준 전류값보다 작으면 기존에 설정되어 있는 제어목표 스트로크로 리니어 콤프레서의 출력을 제어하는 제5단계(S5)로 이루어진다.

상기에서와 같이 각 단계로 이루어진 방법을 실행하기 위한 본 발명 리니어 콤프레서의 출력 제어장치 구성은, 도 1에 도시한 바와같이, 리니어 콤프레서(COMP)를 구동시키기 위한 전압을 공급하는 전압 제어부(10)와, 상기 전압 제어부와 리니어 콤프레서(COMP) 사이에 연결된 콘덴서(20)와, 상기 리니어 콤프레서의 양단의 전압을 검출하는 전압센서(30)와, 상기 리니어 콤프레서(COMP)에 흐르는 전류를 검출하는 전류센서(40)와, 상기 전압센서(30)에서 출력되는 전압과 전류센서(40)에서 출력되는 전류를 각각 입력받아 스트로크를 계산하고, 이 계산된 스트로크와 제어목표 스트로크를 비교하여 제어하고자 하는 스트로크를 결정하는 마이크로 컴퓨터(50)와, 상기 마이크로 컴퓨터(50)에서 결정한 스트로크에 따라 리니어 콤프레서(COMP)를 구동하는 전압 제어부(10)로 구동전압값을 출력하는 구동부(60)로 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

전압 제어부(10)에서 리니어 콤프레서(COMP)로 구동전압을 공급하게 되면, 상기 리니어 콤프레서(COMP)가 구동한다.

상기 리니어 콤프레서(COMP)가 구동하게 되면, 그 내부의 피스톤이 왕복 운동하게 되어 토출밸브와 부딪히게 된다.

상기 피스톤이 토출밸브에 부딪히는 순간전류가 크게 변화하게 되고, 그 변화하게 되는 전류의 크기를 전류센서(40)가 검출한다.

여기서 피스톤이 토출밸브에 부딪히는 순간의 전류파형은 도 3에 도시한 바와같다.

이렇게 전류센서(40)에서 검출한 전류의 크기를 전압센서(30)에서 입력받아 전류에 비례하는 전압으로 변환시켜 상기 마이크로컴퓨터(50)로 출력한다.

그러면, 상기 마이크로 컴퓨터(50)는 도 2에서와 같은 동작과정을 통해 제어목표 스트로크를 구하여 구동부(60)로 출력하면, 상기 구동부(60)는 마이크로 컴퓨터(50)로 부터 제공되는 제어목표 스트로크에 따른 구동전압신호를 전압 제어부(10)로 출력한다.

이에 따라 상기 전압 제어부(10)는 상기 구동부(60)로 부터 제공되는 구동전압신호에 따른 구동전압을 리니어 콤프레서(COMP)로 출력하여 상기 리니어 콤프레서를 구동시킨다.

그리고, 상기 마이크로 컴퓨터(50)의 동작을 도 2에 의거하여 살펴보면, 먼저 전압센서(30)에서 출력하는 전압과 전류센서(40)에서 출력하는 전류를 각각 입력받아 스트로크를 계산한다.(S1)

그리고, 리니어 콤프레서(COMP) 구동시 최근 일정시간동안에 전류센서(40)를 통해 검출되는 전류값중 최고 전류값을 저장한다.(S2)

그런다음 최근 일정시간 동안에 저장된 최고 전류값과 기준 전류값을 비교한다.(S3)

비교 결과, 최고 전류값이 기준 전류값 보다 크면, 상기 S1단계에서 계산한 현재의 스트로크를 기준으로 제어목표 스트로크로 계산하고, 이 계산하여 변경한 제어목표 스트로크에 따라 리니어 콤프레서(COMP)를 제어한다.

제어목표 스트로크는 최고 전류값이 큰 경우의 현재의 스크로크 보다는 작은값으로 설정한다.

그리고, 상기 최고 전류값이 기준 전류값 보다 작으면, 기존에 설정되어 있는 제어목표 스트로크에 따라 리니어 콤프레서(COMP)를 제어한다.

상기에서와 같은 동작을 반복하여 일정 시간마다 제어목표 스트로크를 최고값으로 설정하고, 이 설정한 최고값으로 리니어 콤프레서의 출력을 제어한다.

따라서, 본 발명은 리니어 콤프레서의 피스톤이 토출밸브에 부딪히는 순간을 기준으로 스트로크를 제어하여 부하에 관계없이 Top dead Volume을 얻을 수 있고, 또한 항상 효율이 높은 점에서 운전할 수 있도록 하고, 콤프레서가 부하가 많을 경우 출력이 작아지는 단점을 해결하도록 한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 리니어 콤프레서(COMP)를 구동시키기 위한 전압을 공급하는 전압 제어부와, 상기 전압 제어부와 리니어 콤프레서(COMP) 사이에 연결된 콘덴서와, 상기 리니어 콤프레서의 양단의 전압을 검출하는 전압센서와, 상기 리니어 콤프레서(COMP)에 흐르는 전류를 검출하는 전류센서와, 상기 전압센서에서 출력되는 전압과 전류센서에서 출력되는 전류를 각각 입력받아 스트로크를 계산하고, 이 계산된 스트로크와 제어목표 스트로크를 비교하여 제어하고자 하는 스트로크를 결정하는 마이크로 컴퓨터와, 상기 마이크로 컴퓨터에서 결정한 스트로크에 따라 리니어 콤프레서(COMP)를 구동하는 전압 제어부로 구동전압값을 출력하는 구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 콤프레서의 출력 제어장치.
2. 입력되는 전압과 전류로 스트로크를 계산하는 제1단계와, 리니어 콤프레서 구동시 일정시간 동안의 최고 전류값을 저장하는 제2단계와, 상기에서 저장한 최고전류값과 기준 전류값을 비교하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 최고 전류값이 기준 전류값 보다 크면 현재의 스트로크를 기준으로 제어목표 스트로크를 새로이 설정하고, 이 설정한 제어목표 스트로크로 리니어 콤프레서의 출력을 제어하는 제4단계와, 상기 제3단계에서 최고 전류값이 기준 전류값보다 작으면 기존에 설정되어 있는 제어목표 스트로크로 리니어 콤프레서의 출력을 제어하는 제5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 콤프레서의 출력 제어방법.

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