KR100283152B1 - Apparatus for measuring pressure in a linear compressor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 내부압력 측정장치에 관한 것으로, 종래에는 리니어 압축기의 내부압력을 측정하기 위해 압력센서를 부착하는 것은 부착이 난해하고, 비용이 많이 들며, 센서의 간섭으로 압축기의 특성을 잃게 될 수도 있는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 피스톤 평균 위치와 피스톤의 임의의 위치(x)를 각각 더하는 제1가산기와, 상기 임의의 위치(x)를 1차 미분하고, 그 1차 미분된 위치값을 출력하는 제3미분기와, 상기에서 미분된 위치값을 2차 미분하고, 그 2차 미분된 위치값을 출력하는 제4미분기와, 상기 제1가산기에서 더해진 위치값에 스프링상수(k)를 곱하는 제1곱셈기와, 상기 제3미분기에서 미분된 위치값에 댐핑 계수(c)를 곱하는 제2곱셈기와, 상기 제4미분기에서 미분된 위치값에 무빙 매스(m)를 곱하는 제3곱셈기와, 모터에 공급되는 전류(i)에 모터상수(α)를 곱하는 제4곱셈기와, 상기 제1내지 제3곱셈기의 출력값은 반전단자로, 제4곱셈기의 출력값은 비반전단자로 입력받아 리니어 압축기에 가해지는 힘(F)을 구하는 제2가산기와, 상기에서 출력되는 힘에 1/A를 곱하는 제5곱셈기와, 상기 제5곱셈기에서 출력되는 값과 흡입압력(Ps)을 더하여 리니어 압축기의 내부압력(P(x))을 구하는 제3가산기로 구성하여, 압력센서 부착없이 압축기 피스톤의 위치와 모터전류를 측정하여 내부 압력을 알아내고, 이를 이용하여 피스톤의 위치를 제어함으로써 성능을 좋게하고, 센서를 부착하지 않음으로써 가격을 줄일 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an internal pressure measuring apparatus of a linear compressor, and in the related art, attaching a pressure sensor to measure the internal pressure of the linear compressor is difficult to attach, expensive, and loses the characteristics of the compressor due to the interference of the sensor. There is a problem that may be. Accordingly, the present invention provides a first adder that adds a piston average position and an arbitrary position x of the piston, and firstly differentiates the arbitrary position x, and the first differential position value. And the second differentiator for outputting the second derivative and the second derivative for the second derivative. And a fourth multiplier for outputting a multiplier, a first multiplier for multiplying a spring constant (k) by a position value added by the first adder, a second multiplier for multiplying a damping coefficient (c) by a position value differentiated in the third differentiator, and A third multiplier that multiplies the moving value m by the position value differentiated in the fourth differentiator, a fourth multiplier that multiplies the motor constant α by the current i supplied to the motor, and the first to third A second adder for obtaining the force (F) applied to the linear compressor by receiving the output value of the multiplier as an inverting terminal and the output value of the fourth multiplier as a non-inverting terminal, and a fifth multiplier for multiplying the output force by 1 / A. And a third adder for calculating the internal pressure P (x) of the linear compressor by adding the value output from the fifth multiplier and the suction pressure Ps, thereby adjusting the position of the compressor piston and the motor current without attaching the pressure sensor. Measure the internal pressure and use it to Improve performance by controlling values, and will allow one to reduce the price by not attaching the sensor.

Description

리니어 압축기의 내부압력 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING PRESSURE IN A LINEAR COMPRESSOR}Internal pressure measuring device of linear compressor {APPARATUS FOR MEASURING PRESSURE IN A LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 리니어 압축기 내부에 압력센서를 부착하지 않고도, 압축기 피스톤의 위치와 모터전류를 측정하여 내부 압력을 알 수 있도록 한 리니어 압축기의 내부압력 측정장치에 관한 것으로, 특히 구동모터의 전류와 전압으로 피스톤의 위치값을 알아내거나 피스톤의 위치센서를 이용하여 알아앤 피스톤의 위치정보를 이용하여 내부 압력을 알 수 있도록 한 리니어 압축기의 내부압력 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to an internal pressure measuring device of a linear compressor that can determine the internal pressure by measuring the position of the compressor piston and the motor current without attaching a pressure sensor inside the linear compressor. The present invention relates to an internal pressure measuring device of a linear compressor that detects a position value of a piston or finds an internal pressure by using position information of a piston obtained by using a position sensor of the piston.

도 2는 종래 리니어 압축기의 센서리스 위치 감지장치에 대한 블록 구성도로서, 이에 도시된 바와같이, 피스톤의 상하운동으로 피스톤 위치를 가변시켜 냉력을 조절하는 리니어 압축기로 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(21)와, 상기 전류 검출부(20)를 통해 검출한 전류를 미분하는 전류 미분기(22)와, 상기 리니어 압축기의 양단간의 전압을 검출하는 전압 검출부(23)와, 상기 리니어 압축기의 양단간의 전압과, 검출전류 및 전류미분치를 입력받아 속도를 계산하는 속도 계산부(24)와, 상기에서 계산된 속도를 적분하여 피스톤의 위치(x)를 구하는 적분기(25)로 구성된다.2 is a block diagram of a sensorless position sensing device of a conventional linear compressor. As shown in FIG. 2, a current detection unit detecting a current applied to a linear compressor for adjusting cooling power by changing a piston position by vertical movement of a piston (21), a current differentiator 22 for differentiating the current detected by the current detector 20, a voltage detector 23 for detecting a voltage between both ends of the linear compressor, and a voltage between both ends of the linear compressor. And a speed calculator 24 for inputting the detection current and the current differential value to calculate the speed, and an integrator 25 for integrating the speed calculated above to obtain the position x of the piston.

이와같이 구성된 종래기술에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the prior art configured as described above in detail.

리니어 압축기는 왕복동식 압축기와는 달리 회전운전을 직선운동으로 바꾸는 손실이 없으므로 보다 고효율을 갖는다.Unlike the reciprocating compressor, the linear compressor has more efficiency since there is no loss of converting the rotation operation into linear movement.

상기 리니어 압축기는 피스톤이 고정되어 있지 않아 피스톤 머리가 충돌할 가능성이 있고, 용량을 가변해야 하므로 피스톤 위치 제어가 필요하다.The linear compressor requires piston position control because the piston is not fixed and the piston head may collide, and the capacity must be varied.

이 피스톤 위치 제어를 위해 위치센서를 부착하거나, 센서없이 압축기 모터의 전압과 전류를 이용하여 위치를 알아낸다.For the piston position control, the position sensor can be attached or positioned without the sensor using the voltage and current of the compressor motor.

그러면 센서없이 압축기 모터의 전압과 전류를 이용하여 피스톤의 위치(x)를 알아내는 과정에 대하여 도 1과 도 2에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Then, the process of finding out the position (x) of the piston using the voltage and current of the compressor motor without the sensor will be described based on FIG. 1 and FIG. 2.

도 1의 리니어 압축기로 전원전압을 공급하면, 상기 압축기에 전류가 흐르게 되고 이에따라 피스톤(Piston)이 왕복운동을 행한다.When a power supply voltage is supplied to the linear compressor of FIG. 1, a current flows to the compressor, whereby the piston reciprocates.

그러면 피스톤의 위치(x)가 변하게 되는데, 이 변하게 되는 피스톤의 위치는 다음과 같이 구한다.Then, the position (x) of the piston changes, and the position of the changed piston is obtained as follows.

먼저 전류 검출부(21)는 리니어 압축기로 공급되는 전류를 검출하여 속도 계산부(24)와 전류 미분기(22)로 각각 공급한다.First, the current detector 21 detects a current supplied to the linear compressor and supplies the current to the speed calculator 24 and the current differentiator 22, respectively.

그러면 상기 전류 미분기(22)는 검출된 전류에 대하여 미분동작을 행하여 전류 미분치를 구하고, 그 구한 전류 미분치를 상기 속도 계산부(24)로 공급한다.Then, the current differentiator 22 performs a differential operation on the detected current to obtain a current differential value, and supplies the obtained current differential value to the speed calculator 24.

그리고 전압 검출부(23)는 리니어 압축기 구동시 양단간의 전압을 검출하고, 그 검출전압을 상기 속도 계산부(24)로 공급한다.The voltage detector 23 detects a voltage between both ends when the linear compressor is driven, and supplies the detected voltage to the speed calculator 24.

이에따라 속도 계산부(24)는 상기 전류 및 전압 검출부(23)(23)를 통해 검출한 전류및 전압과, 전류 미분기(24)를 통해 구한 전류 미분치를 각각 받아 속도(υ)를 계산한다.Accordingly, the speed calculator 24 calculates the speed υ by receiving the current and voltage detected through the current and voltage detectors 23 and 23, and the current derivatives obtained through the current differentiator 24, respectively.

그런다음 상기 속도 계산부(24)에서 속도(υ)를 구하여 적분기(25)로 제공하면, 상기 적분기(25)는 상기 속도 계산부(24)에서 계산한 속도(υ)를 받아 적분을 행하여 피스톤의 위치(x)를 아래의 수학식1에서와 같이 구한다.Then, the speed calculation unit 24 obtains the speed υ and provides it to the integrator 25. The integrator 25 receives the speed υ calculated by the speed calculation unit 24 and integrates the piston. The position (x) of is obtained as in Equation 1 below.

여기서, α는 압축기 모터 상수값이고,은 리니어 압축기의 양단간의 전압,은 압축기 모터의 전기저항, i : 모터에 흐르는 전류,: 모터의 리액턴스이다.Where α is the compressor motor constant value, Is the voltage between both ends of the linear compressor, Is the electrical resistance of the compressor motor, i is the current flowing through the motor, : Reactance of motor.

리니어 압축기는 부하, 즉 압축기 내부의 압력에 따라 그 운동이 달라지므로, 상기 수학식2에서 구한 압축기의 위치를 정밀하게 제어하는 것과 냉동사이클의 성능이 좋은 용량을 제어하기 위해서는 압축기 내부의 압력을 측정하여 부하를 정확하게 아는 것이 필요하다.Since the movement of the linear compressor varies depending on the load, that is, the pressure inside the compressor, the pressure inside the compressor is measured to precisely control the position of the compressor obtained in Equation 2 and to control the capacity of the refrigeration cycle having good performance. It is necessary to know the load accurately.

이때 압축기 내부의 압력은 압력센서를 부착하여 압력을 알아낸다.At this time, the pressure inside the compressor is attached to the pressure sensor to find out the pressure.

이렇게 압력센서를 이용하여 알아낸 압축기 내부압력과, 리니어 압축기로 인가되는 전류와 전압을 이용하여 구한 피스톤의 위치(x)를 알아내고, 그 압력과 피스톤의 위치를 이용하여 리니어 압축기를 구동함으로써 냉동 사이클의 성능을 좋도록 제어한다.Thus, find out the position (x) of the piston obtained by using the internal pressure of the compressor found by using the pressure sensor, the current and voltage applied to the linear compressor, and use the pressure and the position of the piston to drive the linear compressor. Control cycle performance well.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 리니어 압축기의 내부압력을 측정하기 위해 압력센서를 부착하는 것은 부착이 난해하고, 비용이 많이 들며, 센서의 간섭으로 압축기의 특성을 잃게 될 수도 있는 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, there is a problem that attaching the pressure sensor to measure the internal pressure of the linear compressor is difficult to attach, expensive, and the characteristics of the compressor may be lost due to the interference of the sensor. .

따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 위치센서에 의한 위치정보만으로 압축기 내부압력을 구할 수 있도록 한 리니어 압축기의 내부압력 측정장치를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to provide an internal pressure measuring apparatus of the linear compressor to obtain the internal pressure of the compressor only by the position information by the position sensor.

본 발명의 다른 목적은 모터로 인가되는 전류와 전압을 이용하여 피스톤 위치를 구하고, 그 위치를 가지고 압축기 내부압력을 구할 수 있도록 한 리니어 압축기의 내부압력 측정장치를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide an internal pressure measuring apparatus of a linear compressor that obtains a piston position by using a current and a voltage applied to a motor, and obtains the internal pressure of the compressor with the position.

도 1은 종래 리니어 압축기의 구조도.1 is a structural diagram of a conventional linear compressor.

도 2는 종래 리니어 압축기의 센서리스 위치 감지장치에 대한 블록 구성도.Figure 2 is a block diagram of a sensorless position sensing device of a conventional linear compressor.

도 3은 리니어 압축기에서 압축과정을 보여주는 체적-압력 특성도.3 is a volume-pressure characteristic diagram showing a compression process in a linear compressor.

도 4는 본 발명 리니어 압축기의 내부압력 측정장치에 대한 회로 구성도.Figure 4 is a circuit diagram of the internal pressure measuring device of the linear compressor of the present invention.

도 5는 도 4에서, 피스톤 평균위치를 구하기 위한 회로 구성도.FIG. 5 is a circuit configuration diagram for obtaining a piston average position in FIG. 4. FIG.

도 6은 도 4에서, 흡입압력을 계산하는 회로 구성도.6 is a circuit diagram illustrating a suction pressure in FIG. 4.

도 7은 도 4에서, 압축 동작시 상사점과 하사점을 구하기 위한 회로 구성도.FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a top dead center and a bottom dead center in the compression operation.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

41 : 제1가산기42 : 제3미분기41: first adder 42: third quarter

43 : 제4미분기44-47,49 : 곱셈기43: fourth mill 44-47, 49: multiplier

48 : 제2가산기50 : 제3가산기48: second adder 50: third adder

51-53 : 샘플 홀딩부54 : 가중치 계산부51-53: Sample holding unit 54: Weight calculation unit

68,69 : 체적 계산부70 : 흡입압력 계산부68,69: volume calculation section 70: suction pressure calculation section

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피스톤 평균 위치(xav)와 피스톤의 임의의 위치(x)를 각각 더하는 제1가산기와, 상기 임의의 위치(x)를 1차 미분하고, 그 1차 미분된 위치값을 출력하는 제3미분기와, 상기에서 미분된 위치값을 2차 미분하고, 그 2차 미분된 위치값을 출력하는 제4미분기와, 상기 제1가산기에서 더해진 위치값에 스프링상수(k)를 곱하는 제1곱셈기와, 상기 제3미분기에서 미분된 위치값에 댐핑 계수(c)를 곱하는 제2곱셈기와, 상기 제4미분기에서 미분된 위치값에 무빙 매스(m)를 곱하는 제3곱셈기와, 모터에 공급되는 전류(i)에 모터상수(α)를 곱하는 제4곱셈기와, 상기 제1내지 제3곱셈기의 출력값은 반전단자로, 제4곱셈기의 출력값은 비반전단자로 입력받아 리니어 압축기에 가해지는 힘(F)을 구하는 제2가산기와, 상기에서 출력되는 힘에 압축기의 단면적(A)의 역수를 곱하는 제5곱셈기와, 상기 제5곱셈기에서 출력되는 값과 흡입압력(Ps)을 더하여 리니어 압축기의 내부압력(P(x))을 구하는 제3가산기로 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a first adder that adds the piston average position (x av ) and the arbitrary position (x) of the piston, and firstly differentiates the arbitrary position (x), and the first derivative Position value And the second differentiator for outputting the second derivative and the second derivative for the second derivative. And a fourth multiplier for outputting a multiplier, a first multiplier for multiplying a spring constant (k) by a position value added by the first adder, a second multiplier for multiplying a damping coefficient (c) by a position value differentiated in the third differentiator, and A third multiplier that multiplies the moving value m by the position value differentiated in the fourth differentiator, a fourth multiplier that multiplies the motor constant α by the current i supplied to the motor, and the first to third The output value of the multiplier is an inverting terminal, the output value of the fourth multiplier is a non-inverting terminal, and a second adder for obtaining the force (F) applied to the linear compressor, and the inverse of the cross-sectional area (A) of the compressor to the force output from the multiplier. And a third adder for multiplying a multiplier and a third adder for calculating an internal pressure P (x) of the linear compressor by adding a value output from the fifth multiplier and a suction pressure Ps.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명 리니어 압축기의 내부압력 측정장치에 대한 블록 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 피스톤 평균 위치(xav)와 피스톤의 임의의 위치(x)를 각각 더하는 제1가산기(41)와, 상기 임의의 위치(x)를 1차 미분하고, 그 1차 미분된 위치값을 출력하는 제3미분기(42)와, 상기에서 미분된 위치값을 2차 미분하고, 그 2차 미분된 위치값을 출력하는 제4미분기(43)와, 상기 제1가산기(41)에서 더해진 위치값에 스프링상수(k)를 곱하는 제1곱셈기(44)와, 상기 제3미분기(42)에서 미분된 위치값에 댐핑 계수(c)를 곱하는 제2곱셈기(45)와, 상기 제4미분기(43)에서 미분된 위치값에 무빙 매스(m)를 곱하는 제3곱셈기(46)와, 모터에 공급되는 전류(i)에 상수(α)를 곱하는 제4곱셈기(47)와, 상기 제1내지 제3곱셈기(44-46)의 출력값은 반전단자로, 제4곱셈기(47)의 출력값은 비반전단자로 입력받아 리니어 압축기에 가해지는 힘(F)을 구하는 제2가산기(48)와, 상기에서 출력되는 힘에 1/A를 곱하는 제5곱셈기(49)와, 상기 제5곱셈기(49)에서 출력되는 값과 흡입압력(Ps)을 더하여 리니어 압축기의 내부압력(P(x))을 구하는 제3가산기(50)로 구성한다.FIG. 5 is a block diagram of the internal pressure measuring apparatus of the linear compressor according to the present invention. As shown therein, the first adder 41 adds the piston average position x av and an arbitrary position x of the piston, respectively. And the first derivative of the arbitrary position (x), and the first derivative of the position value. Second derivative of the third differentiator 42 and the differentiated position value, and the second differentiated position value A fourth differentiator 43 for outputting the first multiplier 43, a first multiplier 44 for multiplying a spring constant k by a position value added by the first adder 41, and a position value differentiated in the third differentiator 42; The second multiplier 45 multiplying the damping coefficient (c), the third multiplier 46 multiplying the moving mass (m) by the position value differentiated in the fourth differentiator 43, and the current supplied to the motor ( i) The fourth multiplier 47 multiplying by the constant α and the output values of the first to third multipliers 44-46 are input as inverting terminals, and the output values of the fourth multiplier 47 are input as non-inverting terminals. A second adder 48 for receiving the force F applied to the linear compressor, a fifth multiplier 49 for multiplying the force output from the above by 1 / A, and a value output from the fifth multiplier 49 The third adder 50 obtains the internal pressure P (x) of the linear compressor by adding the excess suction pressure Ps.

상기에서 흡입압력(Ps)을 구하는 회로 구성은, 도 6에 도시한 바와같이, 피스톤의 임의의 위치(x)를 1차 미분하는 제1미분기(61)와, 상기에서 미분된 위치값을 2차 미분하는 제2미분기(63)와, 상기 제1미분기(61)에서 출력되는 1차 미분된 위치값을 입력되는 하사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제4샘플 홀딩부(62)와, 상기 제2미분기(63)에서 출력되는 2차 미분된 위치값을 입력되는 하사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제5샘플 홀딩부(64)와, 모터에 공급되는 전류를 입력되는 하사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제6샘플 홀딩부(65)와, 상기 임의의 위치(x)를 입력되는 상사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제7샘플 홀딩부(66)와, 상기 임의의 위치를 입력되는 하사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제8샘플 홀딩부(67)와, 상기 제7,제8샘플 홀딩부(66)(67)에서 출력되는 값의 체적을 각각 구하는 체적 계산부(68)(69)와, 상기 각 부에서 연산된 상사점과 하사점에서의 위치값과 체적, 그리고 피스톤 평균 위치(xav)를 이용하여 내부압력(Ps)을 계산하는 계산부(70)로 구성한다As shown in Fig. 6, the circuit configuration for calculating the suction pressure Ps includes the first differentiator 61 which firstly differentiates the arbitrary position x of the piston, and the position value differentiated above. A fourth sample holding part 62 for holding a sample according to a bottom dead center state pulse inputted to the second differentiator 63 and the first differentiated position value output from the first differentiator 61; A fifth sample holding part 64 for holding a sample of the second differential position value output from the second differentiator 63 according to the bottom dead center state pulse, and a current supplied to the motor to the bottom dead center state pulse. A sixth sample holding part 65 for holding a sample according to the present invention, a seventh sample holding part 66 for holding a sample according to a top dead center state pulse inputting the arbitrary position x, and the arbitrary position An eighth sample holding unit 67 for holding a sample according to a bottom dead center state pulse; and the seventh and eighth sample holding units 66 and 67; The volume calculation unit 68, 69 calculates the volume of the value outputted from the inside, and uses the position value and the volume at the top dead center and the bottom dead center calculated by each unit, and the piston average position (x av ). It consists of the calculation part 70 which calculates pressure Ps.

또한, 상기에서 피스톤 평균 위치(xav)를 구하는 회로는, 도 5에 도시한 바와같이, 흡입 상태 펄스에 따라 모터로 공급되는 전류(i)와, 피스톤의 임의의 위치(x)와, 상기 임의의 위치값을 2차 미분한 위치를 각각 샘플 홀딩하는 제1내지 제3샘플 홀딩부(51-53)와, 상기에서 샘플 홀딩된 전류 및 위치값을 연산하여 피스톤 평균 위치를 구하는 가중치 계산부(54)로 구성한다.In addition, the circuit for calculating the piston average position (x av ) in the above, as shown in Fig. 5, the current (i) supplied to the motor in accordance with the suction state pulse, the arbitrary position (x) of the piston, and Second derivative of any position value The first to the third sample holding unit (51-53) for holding the sample, respectively, and the weight calculation unit 54 for calculating the average position of the piston by calculating the current and position value held in the sample.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효 과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.

먼저 리니어 압축기의 동작에 대하여 도 3에 의거하여 살펴보면, (ㄱ)부분은 흡입 밸브가 열려있는 상태로 흡입압력(Ps)과 실린더 내부의 압력(P)가 동일한 시기이고, (ㄴ)부분은 압축기 진행되는 시기이고, (ㄷ)부분은 토출밸브가 열려있는 상태로 토출 압력(Pd)과 실린더 내부의 압력(P)이 같은 시기이고, (ㄹ)부분은 실린더 내부의 남은 기체를 팽창시키는 과정이다.First, the operation of the linear compressor will be described based on FIG. 3. Part (a) is the same time as the suction pressure Ps and the pressure P inside the cylinder with the suction valve open, and the part (b) is the compressor. (C) is the same time as the discharge pressure (Pd) and the pressure (P) inside the cylinder with the discharge valve open, and (d) is the process of expanding the remaining gas inside the cylinder. .

상기에서와 같은 리니어 압축기의 동작을 운동에너지로 바꾸면 아래의 수학식2와 같이 표시할 수 있다.When the operation of the linear compressor as described above is changed to kinetic energy, it can be expressed as Equation 2 below.

여기서은 무빙 매스,는 댐핑 계수, k는 스프링상수,는 압축기 모터 상수, A는 피스톤 단면적, x는 임의의 피스톤 위치, xav는 피스톤의 평균위치, P(x)는 내부압력,는 흡입압력이다.here Silver moving mass, Is the damping factor, k is the spring constant, Is the compressor motor constant, A is the piston cross-sectional area, x is any piston position, x av is the average position of the piston, P (x) is the internal pressure, Is the suction pressure.

그러면 수학식2에서 리니어 압축기의 피스톤(Piston)의 평균위치(xav)를 알아내는 방법에 대하여 도 5에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Then, a method of determining the average position (x av ) of the piston (Piston) of the linear compressor in Equation 2 will be described based on FIG.

흡입상태(suction phase)에서는 피스톤의 위치의 미분값은 0이고, 실린더 내부의 압력이 흡입압력(Ps)와 동일하므로, 압력에 의한 힘의 항과 댐핑에 의해 감쇄되는 항이 없다.In the suction phase, the derivative value of the position of the piston is 0, and since the pressure inside the cylinder is equal to the suction pressure Ps, there are no terms of force due to pressure and attenuation by damping.

따라서 흡입상태에서의 펄스는 피스톤의 위치 X〈0이고, dX/dt =0일 때 발생한다.Therefore, the pulse in the suction state occurs when the position of the piston is X <0 and dX / dt = 0.

따라서 흡입상태 펄스(suction phase pulse)가 입력되면 제1샘플 홀딩부(51)에서는 임의의 피스톤 위치값에 대하여 2차 미분한 위치값을 샘플 홀딩하여 생성된 신호를 가중치 계산부(54)로 출력하고, 제2샘플 홀딩부(52)에서는 임의의 피스톤 위치값을 받아 샘플 홀딩하여 생성된 값을 상기 가중치 계산부(54)로 출력하고, 제3샘플 홀딩부(53)는 모터로 공급되는 모터전류(i)를 받아 샘플 홀딩하여 생성된 전류값(io)을 상기 가중치 계산부(54)로 출력한다.Accordingly, when a suction phase pulse is input, the first sample holding part 51 performs second derivative position values with respect to an arbitrary piston position value. Generated by holding the sample Is outputted to the weight calculation unit 54, and the second sample holding unit 52 receives a value of an arbitrary piston position and generates the sample by holding it. Is output to the weight calculation unit 54, and the third sample holding unit 53 receives the motor current i supplied to the motor and sample-holds the current value i o generated by the weight calculation unit 54. )

그러면 상기 가중치 계산부(54)는 상기 샘플 홀딩부(51-53)에서 생성된 값들을 입력받아 아래에 나타낸 수학식3과 같이 계산하여 피스톤 평균위치(xav)를 얻는다.Then, the weight calculation unit 54 receives the values generated by the sample holding units 51-53 and calculates the equations as shown in Equation 3 below to obtain a piston average position x av .

그리고, 압축기 내부압력과 압축기 내부의 체적의 합은 아래의 수학식4에서와 같이 일정한 상수(constant)값을 갖는다.And the compressor internal pressure And the volume inside the compressor The sum of has a constant value as shown in Equation 4 below.

상기 수학식4는 리니어 압축기 내부의 기체가 도 3에서 (??)부분과 (??)부분의 과정일 때 성립하는 polytropic과정을 나타내는 방정식이고, n은 압축기에 사용하는 냉매값이다.Equation 4 is an equation representing a polytropic process established when the gas inside the linear compressor is a process of part (??) and part (??) in FIG. 3, and n is a refrigerant value used in the compressor.

상기 수학식2에서 내부압력는 아래의 수학식5에서와 같이 구할 수 있다.Internal pressure in Equation 2 Can be obtained as in Equation 5 below.

상기 수학식5에서 모르는 항은 내부압력 Ps이고, 이 항은 도 3의 (ㄴ)부분에서 알 수 있다.The term unknown in Equation 5 is the internal pressure Ps, which can be seen in part (b) of FIG.

도 3에서 하사점((a)점)에서의 압력(Pa)은 흡입압력(Ps)과 같고, 이 점에서의 체적을 Va라 하고, 이 점에서 상사점((b)점)까지 압축이 되면 아래에 나타낸 수학식6을 이용하면 다음과 같이 내부압력(Ps)을 구할 수 있다.In Fig. 3, the pressure Pa at the bottom dead center ((a) point) is equal to the suction pressure Ps, and the volume at this point is called Va, and compression is performed from this point to the top dead center ((b) point). Using Equation 6 shown below, the internal pressure Ps can be obtained as follows.

여기서는 상사점(b점)에서의 체적이고, xb는 피스톤의 위치이다.here Is the volume at the top dead center (b point), and x b is the position of the piston.

그러면 상기 수학식6을 이용하여 하사점(b점)에서 상사점(a점)으로 압축하는 과정에서 흡입압력(Ps)을 구하는 방법에 대하여 도 6에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Next, a method of obtaining the suction pressure Ps in the process of compressing the bottom dead center (b point) from the top dead center (a point) using Equation 6 will be described with reference to FIG. 6.

임의의 피스톤 위치값(x)이 입력되면, 제1미분기(61)에서 1차미분을 행하고, 그 1차미분을 행하여 얻은 값을 제2미분기(63)와 제4샘플 홀딩부(62)로 출력시킨다.When an arbitrary piston position value x is input, the value obtained by performing the first derivative in the first differentiator 61 and performing the first derivative Is output to the second differentiator 63 and the fourth sample holding unit 62.

이와동시에 임의의 피스톤 위치값(x)을 제7,제8샘플 홀딩부(66)(67)에서 입력받아 샘플 홀딩함에 있어, 상기 제7샘플 홀딩부(66)는 하사점 상태 펄스(a phase pulse)가 입력될 때 샘플 홀딩하여 생성된 위치값(xa)을 출력시키고, 상기 제8샘플 홀딩부(67)는 상사점 상태 펄스(b phase pulse)가 입력될 때 샘플 홀딩하여 생성된 위치값(xb)을 출력시킨다.At the same time, the seventh and eighth sample holding part 66 receives an arbitrary piston position value x from the seventh and eighth sample holding parts 66 and 67, and the seventh sample holding part 66 has a bottom dead center state pulse (a phase). Outputs a position value x a generated by holding a sample when a pulse is input, and the eighth sample holding unit 67 generates a sample by holding a sample when a top dead center state pulse is input. Print the value (x b ).

그러면 체적 계산부(68)(69)는 각각 제7,제8샘플 홀딩부(66)(67)에서 출력시킨 위치값을 각각 받아 그 위치의 체적(Va)(Vb) 계산하고, 이렇게 계산된 체적(Va)(Vb)을 계산부(70)로 제공한다.Then, the volume calculators 68 and 69 receive the position values output from the seventh and eighth sample holding units 66 and 67, respectively, and calculate the volume Va (Vb) of the positions. The volume Va (Vb) is provided to the calculation unit 70.

또한 상기 제8샘플 홀딩부(67)에서 샘플 홀딩된 위치값(xb)이 상기 계산부(70)로 제공된다.In addition, the position value x b of the sample held by the eighth sample holding unit 67 is provided to the calculation unit 70.

그리고 제4샘플 홀딩부(62)는 상사점 상태 펄스(b phase pulse)가 입력될 때 1차 미분된 위치값을 샘플 홀딩하여 생성된 값을 상기 계산부(70)로 출력시키고, 제5샘플 홀딩부(64)는 상사점 상태 펄스(b phase pulse)가 입력될 때 2차 미분된 위치값을 샘플 홀딩하여 생성된 값을 상기 계산부(70)로 출력시키고, 제6샘플 홀딩부(65)는 상사점 상태 펄스(b phase pulse)가 입력될 때 전류(i)를 샘플 홀딩하여 생성된 전류값(ib)를 상기 계산부(70)로 출력시킨다.In addition, the fourth sample holding unit 62 may firstly differentiate the position value when the top dead center state pulse is input. Generated by holding the sample Is output to the calculation unit 70, and the fifth sample holding unit 64 is the second derivative position value when a b-phase pulse is input. Generated by holding the sample The sixth sample holding unit 65 outputs the current value (i b ) generated by holding the current (i) when the top dead center state pulse (b phase pulse) is input. Output to the calculator 70.

그리고 상기 계산부(70)로 피스톤 평균 위치값(xav)이 입력된다.The piston average position value x av is input to the calculation unit 70.

따라서 상기 계산부(70)는 각 부에서 출력되는 위치값, 체적값 및 전류, 평균 위치값들을 입력받아 흡입압력(Ps)을 계산한다.Therefore, the calculation unit 70 is the position value, volume value and current, average position values output from each unit Calculate the suction pressure (Ps).

도 6에서 알 수 있듯이 위치센서에 의해 구한 피스톤의 위치와 모터에 인가되는 전류를 알게되면 흡입압력(Ps)을 알 수 있게 된다.As can be seen in Figure 6 the position of the piston obtained by the position sensor And knowing the current applied to the motor can know the suction pressure (Ps).

그리고, 상기 피스톤의 위치(x)는 종래에 설명한 도 2에서와 같은 회로를 통해 구할 수 있다.In addition, the position (x) of the piston can be obtained through the circuit as in FIG.

지금까지 도 5에서 구한 피스톤 평균위치(xav), 도 6에서 구한 흡입압력(Ps), 그리고 모터로 공급되는 전류(i)를 알 수 있으므로 리니어 압축기의 내부압력(P(x))을 구할 수 있게되는데, 이 내부압력(P(x))을 도 4에 의거하여 구해보면 다음과 같다.Since the piston average position (x av ) obtained in FIG. 5, the suction pressure (Ps) obtained in FIG. 6, and the current (i) supplied to the motor can be known, the internal pressure (P (x)) of the linear compressor can be obtained. The internal pressure P (x) can be obtained based on FIG. 4 as follows.

먼저 피스톤의 평균 위치(xav)와 피스톤의 임의의 위치(x)를 제1가산기(41)에서 입력받아 더하여(x/xav) 제1곱셈기(44)로 출력시키고, 상기 임의의 위치(x)를 제3미분기(42)에서 입력받아 1차 미분을 행하여 얻은 미분값을 제4미분기(43)와 제2곱셈기(45)로 각각 출력시킨다.First, the average position (x av ) of the piston and the arbitrary position (x) of the piston are input from the first adder 41 and added (x / x av ) to the first multiplier 44, and the arbitrary position ( differential value obtained by performing the first derivative with x) input from the third differentiator 42 Are output to the fourth differentiator 43 and the second multiplier 45, respectively.

그러면 상기 제4미분기(43)는 다시 2차 미분을 행하여 얻은 미분값을 제3곱셈기(46)로 출력시킨다.Then, the fourth differentiator 43 performs the second derivative again to obtain the derivative value Is output to the third multiplier 46.

따라서 상기 제1곱셈기(44)는 상기 제1가산기(41)에서 출력되는 위치 가산값(x/xav)에 스프링상수(k)를 곱하고(k(x/xav)), 이를 제2가산기(48)의 반전단자(-)로 출력시킨다.Accordingly, the first multiplier 44 multiplies the position adder value (x / x av ) output from the first adder 41 by the spring constant k (k (x / x av )), which is the second adder. Output to the inverting terminal (-) of (48).

상기 제2곱센기(45)는 제3미분기(42)에서 출력되는 1차 미분된 위치값을 받아 댐핑 계수(c)와 곱하고, 이를 상기 제2가산기(48)의 반전단자(-)로 출력시킨다.The second multiplier 45 is the first differential position value output from the third differentiator 42. And multiply by the damping factor (c) This is output to the inverting terminal (-) of the second adder 48.

상기 제3곱셈기(46)는 제4미분기(43)에서 2차 미분된 위치값을 받아 무빙 매스(m)와 곱하고, 이를 상기 제2가산기(48)의 반전단자(-)로 출력시킨다.The third multiplier 46 is the second derivative of the position value in the fourth differentiator 43 And multiply by the moving mass (m) This is output to the inverting terminal (-) of the second adder 48.

그리고 제4곱셈기(47)는 모터에 공급되는 전류값(i)을 받아 상수(α)와 곱하고(αi), 이를 상기 제2가산기(48)의 비반전단자(+)로 출력시킨다.The fourth multiplier 47 receives the current value i supplied to the motor, multiplies it by a constant α, and outputs it to the non-inverting terminal (+) of the second adder 48.

따라서 상기 제2가산기(48)는 그의 반전단자(-)와 비반전단자(+)로 각각 입력되는 값을 더하고 감산하여 얻은 힘, 리니어 압축기의 피스톤에 가해지는 힘(F(x))을 구하고, 이 구한 힘(F(x))을 제5곱셈기(49)로 출력시킨다.Therefore, the second adder 48 obtains the force obtained by adding and subtracting the values input to the inverting terminal (-) and the non-inverting terminal (+), respectively, and the force (F (x)) applied to the piston of the linear compressor. , And the calculated force F (x) is outputted to the fifth multiplier 49.

이에 상기 제5곱셈기(49)는 상기 제2가산기(48)에서 출력되는 힘(F(x))을 받아 1/A를 곱하고, 이를 제3가산기(50)의 비반전단자(+)로 출력시킨다. 여기서 A는 피스톤의 단면적이다.The fifth multiplier 49 receives the force F (x) output from the second adder 48 and multiplies 1 / A. This is output to the non-inverting terminal (+) of the third adder 50. Where A is the cross-sectional area of the piston.

그리고 상기 제3가산기(50)의 또 다른 비반전단자(+)로 흡입압력(Ps)이 입력된다.The suction pressure Ps is input to another non-inverting terminal (+) of the third adder 50.

따라서상기 제3가산기(50)는 제5곱셈기(49)에서 출력되는 값과 흡입압력(Ps)을 더하여 리니어 압축기의 내부압력(P(x))을 구한다.Therefore, the third adder 50 obtains the internal pressure P (x) of the linear compressor by adding the value output from the fifth multiplier 49 and the suction pressure Ps.

이상에서와 같이 피스톤의 평균 위치(xav)와 흡입압력(Ps)에 의해 리니어 압축기의 내부압력을 구한다.As described above, the internal pressure of the linear compressor is obtained from the average position (x av ) of the piston and the suction pressure (Ps).

도 7은 도 3에 도시한 하사점(a)과 상사점을 구하는 회로를 나타낸 것으로, 하사점(a)은 dF/dt = 0에서 dF/dt〉0으로 바뀌는 점이고, 상사점(b)은 dF/dt 〉0에서 dF/dt=0으로 바뀌는 점으로, dF/dt의 반파가 상승할 대는 a점임을 알리는 신호가, dF/dt의 반파가 하강할 때는 b점임을 알리는 신호가 나오도록 구성되어 있다.FIG. 7 illustrates a circuit for obtaining a bottom dead center (a) and a top dead center shown in FIG. 3. The bottom dead center (a) is a point where dF / dt = 0 to dF / dt> 0, and a top dead center (b) is dF / dt> 0 to dF / dt = 0, where the signal indicating that the half wave of dF / dt rises is a point, and the signal indicating that it is b point when the half wave of dF / dt falls It is.

이에 대하여 살펴보면, 미분기(71)는 리니어 압축기에 가해지는 힘(F(x))를 받아 미분하여 반파 정류부(72)로 제공하면, 상기 반파 정류부(72)는 미분된 힘을 반파하여 상승에지 검출부(73)와 하강에지 검출부(75)로 각각 출력시킨다.In this regard, when the differentiator 71 receives the force (F (x)) applied to the linear compressor and differentiates and provides the half wave rectifier 72, the half wave rectifier 72 half-waves the differential power to raise the rising edge detector. And output to the 73 and falling edge detectors 75, respectively.

그러면 상기 상승에지 검출부(73)는 반파 정류부(72)에서 출력되는 펄스를 받아 상승에지를 검출하면 펄스 발생부(74)로 신호를 제공한다.Then, the rising edge detector 73 receives a pulse output from the half-wave rectifying unit 72 and detects the rising edge to provide a signal to the pulse generator 74.

이에따라 상기 펄스 발생부(74)는 상사점 상태 펄스를 발생시킨다.Accordingly, the pulse generator 74 generates a top dead center state pulse.

상기 상사점 상태 펄스는 리니어 압축기의 피스톤이 상사점에 도달할 때 펄스하는 펄스로, 이 펄스가 발생되면 도 5와 도 6에서 상사점 위치를 알고자 할 때 필요한 각 부가 동작한다.The top dead center condition pulse is a pulse that pulses when the piston of the linear compressor reaches top dead center. When this pulse is generated, each additional operation required to know the top dead center position in FIGS. 5 and 6 is performed.

그리고, 상기 하강에지 검출부(75)는 반파 정류부(72)에서 출력되는 펄스를 받아 하강에지를 검출하면 펄스 발생부(74)로 신호를 제공한다.The falling edge detector 75 receives a pulse output from the half-wave rectifier 72 and provides a signal to the pulse generator 74 when the falling edge is detected.

이에따라 상기 펄스 발생부(74)는 하사점 상태 펄스를 발생시킨다.Accordingly, the pulse generator 74 generates a bottom dead center state pulse.

상기 하사점 상태 펄스는 리니어 압축기의 피스톤이 하사점에 도달할 때 펄스하는 펄스로, 이 펄스가 발생되면 도 5와 도 6에서 하사점 위치를 알고자 할 때 필요한 각 부가 동작한다.The bottom dead center state pulse is a pulse that pulses when the piston of the linear compressor reaches the bottom dead center, and when this pulse is generated, each additional operation required to know the bottom dead center position in FIGS. 5 and 6 is performed.

이상에서와 같은 동작에 의해 압력센서 없이 위치센서 또는 위치 정보만으로 압축기 내부의 압력을 구하게 된다.By the above operation, the pressure inside the compressor is obtained using only the position sensor or the position information without the pressure sensor.

이렇게 구한 압축기 내부압력과 피스톤 위치를 이용하여 리니어 압축기를 제어하게 되면 좋은 성능을 낼 수 있다.By using the compressor internal pressure and the piston position, the linear compressor can be used to achieve good performance.

따라서, 본 발명은 리니어 압축기 내부에 압력센서를 부착하지 않고도, 압축기 피스톤의 위치와 모터전류를 측정하여 내부 압력을 알아내고, 이를 이용하여 피스톤의 위치를 제어함으로써 성능을 좋게 할 수 있고, 센서를 부착하지 않음으로써 가격을 줄일 수 있도록 한 효과가 있다.Accordingly, the present invention can improve the performance by measuring the position of the compressor piston and the internal current by measuring the position of the compressor piston and without using a pressure sensor inside the linear compressor, by controlling the position of the piston using the sensor, There is an effect to reduce the price by not attaching.

Claims (5)

피스톤 평균 위치(xav)와 피스톤의 임의의 위치(x)를 각각 더하는 제1가산기와, 상기 임의의 위치(x)를 1차 미분하고, 그 1차 미분된 위치값을 출력하는 제3미분기와, 상기에서 미분된 위치값을 2차 미분하고, 그 2차 미분된 위치값을 출력하는 제4미분기와, 상기 제1가산기에서 더해진 위치값에 스프링상수(k)를 곱하는 제1곱셈기와, 상기 제3미분기에서 미분된 위치값에 댐핑 계수(c)를 곱하는 제2곱셈기와, 상기 제4미분기에서 미분된 위치값에 무빙 매스(m)를 곱하는 제3곱셈기와, 모터에 공급되는 전류(i)에 모터상수(α)를 곱하는 제4곱셈기와, 상기 제1내지 제3곱셈기의 출력값은 반전단자로, 제4곱셈기의 출력값은 비반전단자로 입력받아 리니어 압축기에 가해지는 힘(F)을 구하는 제2가산기와, 상기에서 출력되는 힘에 압축기의 단면적(A)의 역수를 곱하는 제5곱셈기와, 상기 제5곱셈기에서 출력되는 값과 흡입압력(Ps)을 더하여 리니어 압축기의 내부압력(P(x))을 구하는 제3가산기로 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 내부압력 측정장치.A first adder that adds the piston average position x av and the arbitrary position x of the piston, respectively, and firstly differentiates the arbitrary position x, and the first differential position value And the second differentiator for outputting the second derivative and the second derivative for the second derivative. And a fourth multiplier for outputting a multiplier, a first multiplier for multiplying a spring constant (k) by a position value added by the first adder, a second multiplier for multiplying a damping coefficient (c) by a position value differentiated in the third differentiator, and A third multiplier that multiplies the moving value m by the position value differentiated in the fourth differentiator, a fourth multiplier that multiplies the motor constant α by the current i supplied to the motor, and the first to third The output value of the multiplier is an inverting terminal, the output value of the fourth multiplier is a non-inverting terminal, and a second adder for obtaining the force (F) applied to the linear compressor, and the inverse of the cross-sectional area (A) of the compressor to the force output from the multiplier. The internal pressure of the linear compressor comprising a fifth multiplier to multiply and a third adder to obtain the internal pressure (P (x)) of the linear compressor by adding the value output from the fifth multiplier and the suction pressure (Ps). Measuring device. 제1항에 있어서, 흡입압력(Ps)은 피스톤의 임의의 위치(x)를 1차 미분하는 제1미분기와, 상기에서 미분된 위치값을 2차 미분하는 제2미분기와, 상기 제1미분기에서 출력되는 1차 미분된 위치값을 입력되는 하사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제4샘플 홀딩부와, 상기 제2미분기에서 출력되는 2차 미분된 위치값을 입력되는 하사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제5샘플 홀딩부와, 모터에 공급되는 전류를 입력되는 하사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제6샘플 홀딩부와, 상기 임의의 위치(x)를 입력되는 상사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제7샘플 홀딩부와, 상기 임의의 위치를 입력되는 하사점 상태 펄스에 따라 샘플 홀딩하는 제8샘플 홀딩부와, 상기 제7,제8샘플 홀딩부에서 출력되는 값의 체적을 각각 구하는 체적 계산부와, 상기 각 부에서 연산된 상사점과 하사점에서의 위치값과 체적, 그리고 피스톤 평균 위치(xav)를 이용하여 내부압력(Ps)을 계산하는 계산부로 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 내부압력 측정장치.The suction pressure (Ps) of claim 1, wherein the suction pressure (Ps) is the first differentiator for first-order differentiating any position (x) of the piston, the second differentiator for second-differentiating the differentiated position value, and the first differentiator. The fourth sample holding unit for holding a sample of the first differential position value outputted from the bottom dead center state pulse and the bottom dead center state pulse inputting the second differential position value output from the second differentiator. A fifth sample holding part for holding a sample, a sixth sample holding part for holding a sample according to a bottom dead center state pulse inputted to a current supplied to the motor, and a top dead center state pulse for inputting the arbitrary position x A seventh sample holding part for holding a sample, an eighth sample holding part for holding a sample according to a bottom dead center state pulse input to the arbitrary position, and a volume of values output from the seventh and eighth sample holding parts, respectively; In the volume calculation part to calculate | require and each said part An internal pressure measuring apparatus for a linear compressor, comprising a calculation unit for calculating an internal pressure Ps using the calculated position and volume at the top dead center and the bottom dead center, and the piston average position x av . 제1항 또는 제2항에 있어서, 피스톤 평균 위치(xav)는 흡입 상태 펄스에 따라 모터로 공급되는 전류(i)와, 피스톤의 임의의 위치와, 상기 임의의 위치값을 2차 미분한 위치를 각각 샘플 홀딩하는 제1내지 제3샘플 홀딩부와, 상기에서 샘플 홀딩된 전류 및 위치값을 연산하여 피스톤 평균 위치를 구하는 가중치 계산부로 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 내부압력 측정장치.The piston average position (x av ) is the current (i) supplied to the motor according to the suction state pulse, and any position of the piston. And the second derivative of the arbitrary position value. The first to third sample holding unit for holding each of the sample and the internal pressure measuring device of the linear compressor, characterized in that the weight calculation unit for calculating the average position of the piston by calculating the current and the position holding the sample. 제3항에 있어서 피스톤 평균 위치는 아래의 수학식으로 구하도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 내부압력 측정장치.The internal pressure measuring apparatus of the linear compressor according to claim 3, wherein the average piston position is obtained by the following equation. 제1항 또는 제2항에 있어서, 피스톤의 임의의 위치는 위치센서를 알아낸 위치 정보 또는 구동모터의 전류와 전압으로 계산된 위치 정보를 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 내부압력 측정장치.The position of the piston according to claim 1 or 2, wherein The internal pressure measuring apparatus of the linear compressor, characterized in that to use the position information obtained by the position sensor or the position information calculated by the current and voltage of the drive motor.
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