KR100292518B1 - Apparatus for sensing position of poston in linear cmpressor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치에 관한 것으로, 종래에는 모터에 가해지는 전류와 전압을 피드백하고 그 피드백된 파라미터를 비교하여 제어하게 되므로 피스톤의 행정거리 제어에 정밀도가 떨어져 정확한 제어가 이루어지지 못하게 되는 단점이 있었는 바, 본 발명은 피스톤을 구동시키는 모터의 가동자인 영구자석의 위치를 검출하는 위치검출센서를 코일 보빈에 장착하여 영구자석의 위치를 검출함에 의해 피스톤의 위치를 추정하여 피스톤의 행정거리를 제어함으로써 피스톤의 최적 상사점 위치로 피스톤을 정확하게 제어하여 피스톤이 실린더의 단부에 결합된 토출밸브와 충돌을 방지할 뿐만 아니라 압축성능을 극대화할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a piston position detection device of a linear compressor, and in the related art, the feedback is controlled by feeding back a current and a voltage applied to a motor and comparing the feedback parameters so that the precision of the piston stroke is not accurate and precise control is not achieved. The present invention has a disadvantage in that the present invention is equipped with a position detection sensor for detecting the position of the permanent magnet, which is the mover of the motor for driving the piston in the coil bobbin to detect the position of the permanent magnet to estimate the position of the piston By controlling the stroke distance, the piston is precisely controlled to the optimum top dead center position to prevent the piston from colliding with the discharge valve coupled to the end of the cylinder, and to maximize the compression performance.
Description
본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치에 관한 것으로, 특히 모터의 구동력을 전달받아 실린더내부에서 왕복운동하는 피스톤이 압축 완료시점인 실린더의 상사점에 도달할 때 그 피스톤의 도달점을 검출하여 피스톤의 스트로크를 정확하게 제어할 수 있도록 한 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치에 관한 것이다.The present invention relates to a piston position detecting device of a linear compressor, and more particularly, when a piston reciprocating in a cylinder by receiving a driving force of the motor reaches the top dead center of the cylinder when the compression is completed, the piston reaches the point of arrival of the piston. A piston position detecting device for a linear compressor capable of precisely controlling the stroke.
일반적으로 압축기는 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키는 기기이다. 상기 압축기는 밀폐용기의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 전동기구부와 상기 구동력을 전달받아 가스를 흡입하고 압축하는 압축기구부로 구성되어 있다.In general, a compressor is a device that sucks, compresses, and discharges gas. The compressor is composed of an electric mechanism unit which is mounted inside the sealed container to generate a driving force, and a compressor mechanism that sucks and compresses gas by receiving the driving force.
상기 압축기의 일예로, 리니어 압축기는 전동기구부가 리니어 모터로 구성되어 리니어 모터에서 발생되는 직선 구동력이 압축기구부를 구성하는 피스톤에 전달되어 피스톤이 실린더내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 흡입하여 압축하게 된다.As an example of the compressor, the linear compressor has an electric mechanism part consisting of a linear motor so that the linear driving force generated from the linear motor is transmitted to the piston constituting the compressor mechanism so that the piston sucks and compresses gas while linearly reciprocating in the cylinder. .
도 1은 리니어 압축기의 전동기구부를 구성하는 리니어 모터 및 그 전동기구부의 구동력을 전달받아 가스를 흡입하고 압축하는 압축기구부의 일예를 도시한 것이다.FIG. 1 shows an example of a linear motor constituting the electric mechanism of the linear compressor and a compressor mechanism for sucking and compressing gas by receiving a driving force of the electric mechanism.
도 1, 2에 도시한 바와 같이, 상기 리니어 압축기의 전동기구부를 구성하는 리니어 모터는 소정의 형상으로 형성된 프레임(10)의 일측에 원통형으로 형성되며 그 내부에 권선 코일(20)이 삽입된 아우터 스테이터 조립체(30)가 장착되고, 상기 아우터 스테이터 조립체(30)와 소정의 간격을 두고 원통형으로 형성된 이너 스테이터 조립체(40)가 아우터 스테이터 조립체(30)에 삽입되어 프레임(10)에 장착되어 있다.1 and 2, the linear motor constituting the power mechanism of the linear compressor is formed in a cylindrical shape on one side of the frame 10 formed in a predetermined shape and the outer winding coil 20 is inserted therein The stator assembly 30 is mounted, and the inner stator assembly 40 formed in a cylindrical shape at a predetermined distance from the outer stator assembly 30 is inserted into the outer stator assembly 30 and mounted to the frame 10.
상기 아우터 스테이터 조립체(30)는 환형으로 형성된 보빈에 코일이 권선되어 이루어진 코일 보빈(50)에 소정의 형상으로 형성된 박판의 코어편이 원통형을 이루도록 방사상으로 복수개 적층되어 형성된다. 그리고 상기 코일 보빈(50)의 일측에 소정의 높이로 코일단자부(51)가 돌출 형성되며 상기 코일단자부(51)내에 권선 코일(20)과 연결되는 2개의 단자핀(52)이 돌출 삽입되어 있다. 상기 코일단자부(51)는 외부의 전원과 연결되는 리드선(미도시)과 연결된다. 상기 이너 스테이터 조립체(40)는 소정의 형상으로 형성된 박판의 코어편이 원통형을 이루도록 방사상으로 복수개 적층되어 형성된다.The outer stator assembly 30 is formed by stacking radially a plurality of core pieces of a thin plate formed in a predetermined shape in a coil bobbin 50 formed by winding a coil in an annular bobbin. In addition, the coil terminal part 51 protrudes to a predetermined height on one side of the coil bobbin 50, and two terminal pins 52 connected to the winding coil 20 are protruded into the coil terminal part 51. . The coil terminal 51 is connected to a lead wire (not shown) connected to an external power source. The inner stator assembly 40 is formed by stacking a plurality of radially so that a core piece of a thin plate formed in a predetermined shape has a cylindrical shape.
그리고 상기 아우터 스테이터 조립체(30)와 이너 스테이터 조립체(40)사이에 가동자인 영구자석(60)이 삽입되어 있다.A permanent magnet 60, which is a mover, is inserted between the outer stator assembly 30 and the inner stator assembly 40.
상기 영구자석(60)은 소정의 크기를 갖는 조각으로 이루어져 원통 형상을 갖는 영구자석 프레임(61)에 복수개 결합되며, 또한 상기 영구자석 프레임(61)은 프레임(10)에 결합된 피스톤(62)에 연결되고 상기 피스톤(62)은 실린더(63)에 움직임 가능하도록 삽입되어 있다.The permanent magnet 60 is composed of a piece having a predetermined size is coupled to a plurality of permanent magnet frame 61 having a cylindrical shape, the permanent magnet frame 61 is a piston 62 coupled to the frame 10 The piston 62 is inserted into the cylinder 63 so as to be movable.
상기한 바와 같은 구조는 권선 코일(20)에 전류가 흐르게 되면 권선 코일(20)에 형성되는 자속과 영구자석(60)의 자속에 의한 상호작용력에 의해 영구자석(60)이 축방향으로 직선 왕복운동하게 된다. 그리고 상기 영구자석(60)의 직선 왕복운동력이 피스톤(62)에 전달되어 피스톤(62)이 실린더(63)내부에서 일정 행정거리(Stroke)로 왕복 운동하면서 가스를 흡입하여 압축하고 토출시키게 된다.As described above, when the current flows in the winding coil 20, the permanent magnet 60 reciprocates linearly in the axial direction by the interaction force caused by the magnetic flux formed in the winding coil 20 and the magnetic flux of the permanent magnet 60. You exercise. In addition, the linear reciprocating force of the permanent magnet 60 is transmitted to the piston 62 so that the piston 62 reciprocates at a predetermined stroke (Stroke) in the cylinder 63 to inhale, compress and discharge the gas.
상기 과정에서 리니어 모터 가동자의 직선 운동력을 전달받아 실린더(63)내부에서직선 왕복 운동하는 피스톤(62)이 압축 완료시점인 상사점에 이르러 압축이 완료될 때 피스톤(62)의 탑 클리어런스(Top Clearance)가 최소가 될 경우 압축성능이 최대가 된다. 이를 위하여 피스톤(62)의 행정거리를 정확하게 제어해야 하며 그 피스톤(62)이 상사점의 위치에서 지나치게 되면 실린더(63)의 단부에 위치하는 토출밸브 조립체(64)와 충돌하게 되고 상사점의 위치에 이르지 못할 경우 압축성능이 저하된다.The top clearance of the piston 62 when the compression is completed when the piston 62, which is linearly reciprocated in the cylinder 63, receives the linear kinetic force of the linear motor mover and reaches the top dead center where the compression is completed. If the) is minimum, the compression performance is maximum. To this end, it is necessary to precisely control the stroke distance of the piston 62, and if the piston 62 becomes excessive at the top dead center position, the piston 62 will collide with the discharge valve assembly 64 located at the end of the cylinder 63 and the top dead center position. If not reached, the compression performance is reduced.
한편, 상기 피스톤(62)의 행정거리를 제어하는 방법은 피스톤(62)에 구동력을 전달하는 리니어 모터에 전류와 전압을 가하고 그에 따라 피드백(Feedback)되는 전류 및 전압과 피스톤(62)의 속도 그리고 행정거리 등을 검출하여 피스톤(62)의 행정거리를 제어하게 된다.On the other hand, the method of controlling the stroke distance of the piston 62 is to apply a current and voltage to the linear motor that transmits the driving force to the piston 62 and accordingly fed back the current and voltage and the speed of the piston 62 and The stroke distance and the like are detected to control the stroke distance of the piston 62.
그러나 상기한 바와 같은 종래 피스톤(62)의 스트로크를 제어하는 기술은 모터에 가해지는 전류와 전압을 피드백하고 그 피드백된 파라미터를 비교하여 제어하게 되므로 피스톤(62)의 행정거리 제어에 정밀도가 떨어져 정확한 제어가 이루어지지 못하게 되는 단점이 있었다.However, the technique of controlling the stroke of the conventional piston 62 as described above is controlled by feeding back the current and the voltage applied to the motor and comparing the feedbacked parameters, so that the stroke distance control of the piston 62 is less accurate. There was a disadvantage that control is not achieved.
상기한 바와 같은 단점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 모터의 구동력을 전달받아 실린더내부에서 왕복 운동하는 피스톤이 압축 완료시점인 실린더의 상사점에 도달할 때 그 피스톤의 도달점을 검출하여 피스톤의 스트로크를 정확하게 제어할 수 있도록 한 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치를 제공함에 있다.The object of the present invention devised in view of the above disadvantages is to detect the point of arrival of the piston by detecting the point of arrival of the piston when the piston reciprocating in the cylinder reaches the top dead center of the cylinder when the compression is completed by receiving the driving force of the motor The present invention provides a piston position detecting device for a linear compressor that can accurately control a stroke.
도 1은 일반적인 리니어 압축기의 전동기구부 및 압축기구부를 중심으로 도시한 정단면도,1 is a front sectional view showing a power mechanism part and a compressor mechanism part of a general linear compressor;
도 2는 상기 리니어 압축기를 구성하는 모터의 측면도,2 is a side view of a motor constituting the linear compressor;
도 3은 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치가 구비된 리니어 압축기의 전동기구부 및 압축기구부의 정단면도,Figure 3 is a front sectional view of the transmission mechanism and the compression mechanism of the linear compressor having a linear compressor piston position detection device of the present invention,
도 4는 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치가 구비된 리니어 압축기의 모터 측면도,Figure 4 is a motor side view of the linear compressor with a linear compressor piston position detection device of the present invention,
도 5a,5b는 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치가 구비된 리니어 압축기의 전동기구부 및 압축기구부의 작동상태를 도시한 정단면도.Figure 5a, 5b is a front sectional view showing the operating state of the transmission mechanism and the compression mechanism of the linear compressor having a linear compressor piston position detection device of the present invention.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
20 ; 권선 코일 30 ; 아우터 스테이터 조립체20; Winding coil 30; Outer stator assembly
40 ; 이너 스테이터 조립체 50 ; 코일 보빈40; Inner stator assembly 50; Coil bobbin
51 ; 코일단자부 60 ; 가동자(마그네트)51; Coil terminal part 60; Movable (magnet)
62 ; 피스톤 63 ; 실린더62; Piston 63; cylinder
70 ; 위치검출센서 71 ; 센서단자70; Position detection sensor 71; Sensor terminal
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 아우터 스테이터 조립체와, 상기 아우터 스테이터 조립체내부에 소정의 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터 조립체와, 상기 아우터 스테이터 조립체 또는 이너 스테이터 조립체내부에 결합되는 코일이 권선된 코일 보빈과, 상기 아우터 스테이터 조립체와 이너 스테이터 조립체사이에 삽입되는 가동자를 포함하여 이루어진 리니어 모터와, 상기 모터 가동자의 직선 왕복운동을 전달받아 실린더내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 흡입하고 압축하는 피스톤을 포함하여 구성된 리니어 압축기에 있어서; 상기 피스톤을 구동시키는 가동자의 위치를 검출하도록 상기 코일 보빈에 장착되는 위치검출센서와, 상기 코일 보빈의 일측에 돌출 형성되어 권선 코일을 외부 전원과 연결되도록 하는 코일단자부에 상기 위치검출센서에서 감지된 신호를 외부 제어기에 전달하기 위해 연결되는 센서단자를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, an outer stator assembly, an inner stator assembly inserted into the outer stator assembly at predetermined intervals, and a coil coupled to the outer stator assembly or the inner stator assembly is wound. A linear motor including a coil bobbin, a mover inserted between the outer stator assembly and the inner stator assembly, and a piston for receiving and compressing a gas while receiving a linear reciprocating motion of the motor mover while linearly reciprocating in the cylinder. In a linear compressor comprising a; Position detection sensor mounted to the coil bobbin to detect the position of the mover for driving the piston, and the coil terminal is formed protruding on one side of the coil bobbin is detected by the position detection sensor in the coil terminal to connect the winding coil to an external power source Provided is a piston position detecting device of a linear compressor, comprising a sensor terminal connected to transmit a signal to an external controller.
이하, 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the linear compressor piston position detection device of the present invention will be described according to the embodiment shown in the accompanying drawings.
본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치는, 도 3, 4에 도시한 바와 같이, 리니어 압축기의 전동기구부를 구성하는 리니어 모터는 원통형으로 형성되어 소정의 형상으로 형성되는 프레임에 장착되는 아우터 스테이터 조립체(30)와, 원통형으로 형성되어 상기 아우터 스테이터 조립체(30)내부에 소정의 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터 조립체(40)와, 상기 아우터 스테이터 조립체(30) 또는 이너 스테이터 조립체(40)내부에 결합되는 코일이 권선된 코일 보빈(50)과, 상기 아우터 스테이터조립체(30)와 이너 스테이터 조립체(40)사이에 삽입되는 가동자인 영구자석(60)을 포함하여 이루어진다.3 and 4, the linear compressor piston position detecting device according to the present invention includes an outer stator assembly mounted on a frame in which a linear motor constituting the electric mechanism part of the linear compressor is formed in a cylindrical shape and formed in a predetermined shape. 30) and an inner stator assembly 40 formed in a cylindrical shape and inserted into the outer stator assembly 30 at predetermined intervals, and coupled to the outer stator assembly 30 or the inner stator assembly 40. It comprises a coil bobbin 50 wound around the coil, and a permanent magnet 60 that is a mover inserted between the outer stator assembly 30 and the inner stator assembly 40.
상기 아우터 스테이터 조립체(30) 및 이너 스테이터 조립체(30)는 소정의 형상으로 형성되는 박판의 코어편이 원통형을 형성하도록 방사상으로 복수개 적층되어 이루어진다. 상기 보빈에 코일이 권선되어 이루어진 코일 보빈(50)은 아우터 스테이터 조립체(30) 또는 이너 스테이터 조립체(40)내부에 결합된다. 본 발명은 그 일예로 코일 보빈(50)이 아우터 스테이터 조립체(30)내부에 결합된 경우에 대하여 설명한다.The outer stator assembly 30 and the inner stator assembly 30 are formed by stacking a plurality of radially so that a core piece of a thin plate formed in a predetermined shape forms a cylinder. A coil bobbin 50 having a coil wound around the bobbin is coupled to the outer stator assembly 30 or the inner stator assembly 40. As an example, the present invention describes a case in which the coil bobbin 50 is coupled to the inside of the outer stator assembly 30.
상기 코일 보빈(50)의 일측에는 코일 보빈(50)내부에 권선된 권선 코일(20)이 외부 전원과 연결되도록 코일단자부(51)가 돌출 형성되며 상기 코일단자부(51)의 내부에는 권선 코일(20)과 연결되는 2개의 단자핀(52)이 삽입된다.One side of the coil bobbin 50, the coil terminal 51 is formed to protrude so that the winding coil 20 wound inside the coil bobbin 50 is connected to an external power source, and the winding coil (51) inside the coil terminal 51. Two terminal pins 52 connected to 20 are inserted.
상기 아우터 스테이터 조립체(30)와 이너 스테이터 조립체(40)사이에 삽입되는 가동자는 영구자석(60)으로 이루어지며 상기 가동자는 권선 코일(20)에 전류가 인가될 경우 권선 코일(20)에 형성되는 자속과 상호작용력에 의해 아우터 스테이터 조립체(30)와 이너 스테이터 조립체(40)사이에서 직선 왕복운동 가능하도록 결합된다. 상기 영구자석(60)은 원통형으로 형성된 영구자석 프레임(61)에 결합된다. 그리고 상기 영구자석(60)이 결합되는 영구자석 프레임(61)은 압축기구부를 구성하는 실린더(63)에 삽입되는 피스톤(62)과 연결된다.The mover inserted between the outer stator assembly 30 and the inner stator assembly 40 is composed of a permanent magnet 60 and the mover is formed in the winding coil 20 when a current is applied to the winding coil 20. It is coupled so as to linearly reciprocate between the outer stator assembly 30 and the inner stator assembly 40 by the magnetic flux and the interaction force. The permanent magnet 60 is coupled to the permanent magnet frame 61 formed in a cylindrical shape. The permanent magnet frame 61 to which the permanent magnet 60 is coupled is connected to the piston 62 inserted into the cylinder 63 constituting the compression mechanism.
그리고 상기 코일 보빈(50)에 가동자인 마그네트(60)의 위치를 검출하는 위치검출센서(70)가 장착된다. 상기 위치검출센서(70)는 코일 보빈(50)의 내측에 장착함이바람직하다. 상기 위치검출센서(70)를 코일 보빈(50)에 장착시 인서트 몰딩(Insert molding)에 의해 장착할 수 있다.The coil bobbin 50 is equipped with a position detection sensor 70 for detecting the position of the magnet 60 that is a movable member. The position detection sensor 70 is preferably mounted inside the coil bobbin 50. The position detecting sensor 70 may be mounted by insert molding when the position detecting sensor 70 is mounted on the coil bobbin 50.
상기 위치검출센서(70)는 영구자석(60)의 자장변화로 감지하는 홀센서(Hall sensor)인 것이 바람직하고, 그 다른 예로 마그네토 레지스티브 센서(Magneto resistive sensor)로 할 수 있다.The position detection sensor 70 is preferably a Hall sensor that detects a change in the magnetic field of the permanent magnet 60. Another example may be a magneto resistive sensor.
상기 코일 보빈(50)의 일측에 돌출 형성되는 코일단자부(51)에 상기 위치검출센서(70)에서 감지된 신호를 외부 제어기에 전달하기 위해 연결되는 센서단자(71)가 결합된다.A sensor terminal 71 is connected to the coil terminal 51 protruding from one side of the coil bobbin 50 so as to transmit a signal sensed by the position detection sensor 70 to an external controller.
이하, 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operational effects of the linear compressor piston position detection device of the present invention will be described.
먼저, 리니어 모터에 전류가 인가되어 권선 코일(20)에 전류가 흐르게 되면 권선 코일(20)에 형성되는 자속과 영구자석(60)의 자속에 의한 상호작용력에 의해 영구자석(60)이, 도 5a, 5b에 도시한 바와 같이, 축방향으로 직선 왕복 운동하게 된다. 그리고 상기 영구자석(60)의 직선 왕복운동력이 피스톤(62)에 전달되어 피스톤(62)이 실린더(63)내부에서 일정 행정거리(Stroke)로 왕복 운동하면서 가스를 흡입하여 압축하고 토출시키게 된다. 이와 같은 과정에서 상기 피스톤(62)을 구동시키는 영구자석(60)이 위치검출센서(70)에 의해 그 위치가 검출되어 피스톤(62)의 행정거리가 제어된다.First, when a current is applied to the linear motor and the current flows through the winding coil 20, the permanent magnet 60 is formed by the interaction force caused by the magnetic flux formed in the winding coil 20 and the magnetic flux of the permanent magnet 60. As shown in 5a and 5b, linear reciprocating motion is performed in the axial direction. In addition, the linear reciprocating force of the permanent magnet 60 is transmitted to the piston 62 so that the piston 62 reciprocates at a predetermined stroke (Stroke) in the cylinder 63 to inhale, compress and discharge the gas. In this process, the position of the permanent magnet 60 driving the piston 62 is detected by the position detection sensor 70 to control the stroke distance of the piston 62.
본 발명은 리니어 모터의 가동자인 영구자석(60)의 위치를 미리 설정해 놓은 위치검출센서(70)에 의해 검출함에 의해 피스톤(62)의 위치를 추정하여 피스톤(62)의행정거리를 제어하게 됨으로써 피스톤(62)의 최적 상사점 위치로 피스톤(62)을 정확하게 제어하게 되어 피스톤(62)이 실린더(63)의 단부에 결합된 토출밸브 조립체(64)와 충돌을 방지할 뿐만 아니라 압축성능을 극대화할 수 있게 된다.The present invention is to estimate the position of the piston 62 by controlling the position of the permanent magnet 60, which is the mover of the linear motor, by the position detection sensor 70 that is set in advance, thereby controlling the stroke distance of the piston 62. Precise control of the piston 62 to the optimum top dead center position of the piston 62 prevents the piston 62 from colliding with the discharge valve assembly 64 coupled to the end of the cylinder 63 and maximizes compression performance. You can do it.
또한, 위치검출센서(70)에서 검출된 신호를 외부 제어기에 연결하는 센서단자(71)가 코일 보빈(50)의 코일단자부(51)에 설치하게 되므로 조립작업이 수월하게 된다.In addition, since the sensor terminal 71 connecting the signal detected by the position detection sensor 70 to the external controller is installed in the coil terminal 51 of the coil bobbin 50, the assembling work is facilitated.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치는 피스톤의 최적 상사점 위치로 피스톤을 정확하게 제어하게 됨으로써 피스톤이 실린더의 단부에 결합된 토출밸브와 충돌하는 것을 방지할 뿐만 아니라 압축성능을 극대화하게 되어 진동 소음 발생 및 부품의 파손을 방지하고 압축 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the piston position detection device of the linear compressor according to the present invention accurately controls the piston to the optimum top dead center position of the piston, thereby preventing the piston from colliding with the discharge valve coupled to the end of the cylinder, as well as compression. By maximizing the performance, it is possible to prevent vibration noise and damage to parts and to improve compression efficiency.
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