KR100373098B1

KR100373098B1 - 리니어압축기 및 그 운전제어방법

Info

Publication number: KR100373098B1
Application number: KR10-2001-0000642A
Authority: KR
Inventors: 강정훈; 김태덕
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2003-02-25
Also published as: KR20020057548A

Abstract

본 발명은, 구동모터와, 상기 구동모터에 의하여 왕복운동하는 피스톤을 갖는 리니어압축기의 운전제어방법에 관한 것으로서, (a) 상기 구동모터에 공급되는 전원의 주파수를 미리 설정된 범위내에서 복수의 단계로 분할하는 단계와; (b) 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 구동모터를 작동시키는 단계와; (c) 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하는 단계와; (d) 상기 각 주파수 단계에 대한 운전전류값들 중 최소 운전전류값을 구하고, 상기 최소 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하는 단계와; (e) 상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 운전제어방법이 구현된 리니어압축기를 제공한다. 이에 의하여, 리니어압축기의 부하변동시 전력 소비를 절감할 수 있다.

Description

리니어압축기 및 그 운전제어방법{LINEAR COMPRESSOR AND OPERATING CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은, 리니어압축기 및 그 운전제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구동모터의 운전제어를 개선한 리니어압축기 및 그 운전제어방법에 관한 것이다.

일반적인 리니어압축기의 종단면도인 도 1에 도시된 바와 같이, 리니어압축기(101)는, 밀폐된 외부케이싱(105)과, 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 압축부(111)와, 그리고 동력을 발생시키는 구동모터(131)로 구성되어 있다.

압축부(111)는 후술할 외측코어(137)의 하단을 지지하며 압축실(113)을 형성하는 실린더블록(115)과, 압축실(113)내에 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤(121)과, 실린더블록(115)의 하부영역에 마련되며 냉매의 흡입실(미도시)과 토출실(미도시)이 형성되어 있는 실린더헤드(123)를 갖는다.

구동모터(131)는 실린더블록(115)의 외측에 마련되는 내측코어(133)와, 내측코어(133)의 외주면과 소정간격을 두고 둘러싸며 내부에 환상형으로 코일(135)이 권선되어 있는 외측코어(137), 그리고 내측코어(133) 및 외측코어(137)의 사이에 마련되어 내측코어(133) 및 외측코어(137)의 자장과 전자기적으로 상호 작용하여 상하왕복운동하는 마그네트(141)로 구성되어 있다.

외측코어(137)의 상단과 하단에는 외측코어(137)를 지지하는 홀더(145)와 실린더블록(115)이 마련되어 있다.

압축부(111)의 피스톤(121)의 상단부에는, 일영역이 구동모터(131)의 내측코어(133) 및 외측코어(137)의 사이에 소정의 간격을 유지하며 마련되는 마그네트(141)를 지지고정하는 가동자(151)가 결합되어 있다. 이 가동자(151)는 전술한 마그네트(141)의 상하왕복운동에 연동되며, 이에 의해 피스톤(121)이 압축실(113)내에서 상하왕복운동을 행하게 된다.

그리고, 가동자(151)와 홀더(145)의 상부영역에는 피스톤(121)의 상하왕복운동을 배가시키는 공진스프링(153)이 설치되어 있다. 공진스프링(153)은, 홀더(145)의 상단부에 스프링스페이서(155)와 결합되어 피스톤(121)의 축선방향에 대해 가로방향으로 설치되며, 가동자(151)의 일단부와 고정축(159)으로 연결되어 있다.

한편, 가동자(151)의 상단부 외측 연부에는 센서코어(147)가 설치되어 있으며, 스프링스페이서(155)의 상단부에는 가동자(151)와 함께 상하왕복운동하는 센서코어(147)의 상하변위를 감지하는 변위센서(149)가 설치되어 있다. 이로써, 변위센서(149)는 피스톤(121)의 상하왕복운동에 의한 피스톤(121)의 변위를 감지하게 된다.

이러한 구성에 의하여, 외측코어(137)의 내측에 환상형으로 감긴 코일(135)로 전원이 공급되면, 그로부터 유기되는 자속이 가동자(151)에 연결된 마그네트(141)에 의한 자계와 상호작용하여 피스톤(121)을 상하방향으로 왕복운동시킨다. 피스톤(121)이 상하왕복운동하게 되면 흡입실을 통해 압축실(113)로 흡입된 냉매가 압축과정을 거쳐 토출실로 배출되는 과정이 연속적으로 반복됨으로써 필요로 하는 냉각성능을 얻게 된다.

일반적인 리니어압축기(101)는 프리피스톤(Free-Piston) 구조이므로 피스톤(121)의 운동을 구속하는 커넥팅로드가 없으며 피스톤(121)의 운동은 압축실(113) 내부의 압력, 공진스프링(153)의 강성, 피스톤(121)의 질량, 구동모터(131)의 가진력에 의하여 결정된다. 그리고, 리니어압축기(101) 실린더블록(115)내의 압축실(113) 내부의 압력은 비선형성을 가진다.

따라서, 리니어압축기(101)의 정상운전 동안 다양한 흡입압력 조건 및 토출압력 조건과 냉매토출량이 가변 조절되는 경우, 즉 리니어압축기(101)의 부하변동이 발생할 때 리니어압축기(101)의 공진주파수가 달라지게 되므로 종래의 리니어압축기는 구동모터(131)에 공급되는 전류신호를 위상제어하여 부하변동에 대응하였다.

종래의 리니어압축기의 제어블록도인 도 4에 도시된 바와 같이, 외부로부터의 상용의 교류전원을 공급하는 전원공급부(161)와, 구동모터(131)에 공급되는 전류신호를 위상제어하는 제어부(165)와, 제어부(165)의 위상제어에 의해 작동되는 구동모터(131)와, 구동모터(131)의 작동시 피스톤(121)의 변위를 감지하는 변위센서(149)에 의해 검출된 변위신호를 검출하는 변위신호 검출부(171)로 구성되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 전원공급부(161)를 통하여 상용의 전원이 공급되면, 제어부(165)에서 상용의 전원을 구동모터(131)에 공급하여 리니어압축기(101)를 정상운전시킨다. 리니어압축기(101)의 부하변동시 변위센서(149)에 의해 피스톤(121)의 변위에 따른 변위신호를 변위신호 검출부(171)에서 검출한다. 제어부(165)는 변위신호 검출부(171)에서 검출된 변위신호와 운전 지령 신호값을 비교하고, 변위신호와 운전 지령 신호값이 일치되도록 제어위상을 보정하고, 보정된 운전전류신호를 가진 전원을 구동모터(131)에 공급하여 리니어압축기(101)의 부하변동에 대응한다.

그런데, 이러한 리니어압축기 및 그 운전제어방법에 있어서, 리니어압축기의 부하변동에 따라서 구동모터에 공급되는 전원의 전류신호를 지속적으로 위상제어해야 하므로 리니어압축기의 전력 소비가 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 구동모터의 운전제어를 개선함으로써, 리니어압축기의 부하변동시 전력 소비를 절감할 수 있는 리니어압축기 및 그 운전제어방법을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 리니어압축기의 종단면도,

도 2는 본 발명에 따른 리니어압축기의 제어블록도,

도 3은 본 발명에 따른 리니어압축기의 제어흐름도,

도 4는 종래의 리니어압축기의 제어블록도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

61 : 전원공급부 63 : 정류부

65 : 제어부 67 : 주파수검출부

69 : 주파수변환부 71 : 전류검출부

121 : 피스톤 131 : 구동모터

149 : 변위센서

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 구동모터와, 상기 구동모터에 의하여 왕복운동하는 피스톤을 갖는 리니어압축기의 운전제어방법에 있어서, (a) 상기 구동모터에 공급되는 전원의 주파수를 미리 설정된 범위내에서 복수의 단계로 분할하는 단계와; (b) 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 구동모터를 작동시키는 단계와; (c) 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하는 단계와; (d) 상기 각 주파수 단계에 대한 운전전류값들 중 최소 운전전류값을 구하고, 상기 최소 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하는 단계와; (e) 상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기의 운전제어방법을 제공한다.

여기서, 상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어하는 단계 후에, 상기 피스톤의 변위에 따라 운전전류를 재검출하는 단계와, 상기 재검출된 운전전류와 상기 최소 운전전류값을 비교하는 단계와, 상기 재검출된 운전전류가 상기 최소 운전전류값 보다 클 경우 상기 (b)단계 내지 상기 (e)단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 운전전류를 검출하는 단계와 상기 운전주파수를 결정하는 단계는; 상기 각 주파수 단계에 대해 소정 시간 동안 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하는 단계와, 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 소정 시간 동안 검출된 운전전류에 대한 평균 운전전류값을 연산하고, 상기 각 주파수 단계에 대한 평균 운전전류값들 중 최소 평균 운전전류값을 구하고, 상기 최소 평균 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 구동모터와, 상기 구동모터에 의하여 왕복운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 변위를 감지하는 변위센서를 갖는 리니어압축기에 있어서, 상기 구동모터에 공급되는 전원의 주파수를 미리 설정된 범위내에서 복수의 단계로 분할하는 주파수변환부와; 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 변위센서에 의해 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하는 전류검출부와; 상기 각 주파수 단계에 대한 운전전류값들 중 최소 운전전류값을 구하고, 상기 최소 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하여, 상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기를 제공하는 것이다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어한 후에, 상기 피스톤의 변위에 따라 운전전류를 재검출하고, 상기 재검출된 운전전류와 상기 최소 운전전류값을 비교하여, 상기 재검출된 운전전류값이 상기 최소 운전전류값 보다 큰 경우 최소 운전전류값을 다시 구하여 운전주파수를 다시 결정하도록 제어하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전류검출부는 상기 각 주파수 단계에 대해 소정 시간 동안 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하며, 상기 제어부는 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 소정 시간 동안 검출된 운전전류에 대한 평균 운전전류값을 연산하고, 상기 각 주파수 단계에 대한 평균 운전전류값들 중 최소 평균 운전전류값을 구하고, 상기 최소 평균 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

리니어압축기는, 도 1과 관련하여 설명한 바와 같이 동일한 구조를 가지므로 본 발명의 상세한 설명에서는 생략한다.

리니어압축기(101)는 프리피스톤(Free-Piston) 구조이므로 피스톤(121)의 운동을 구속하는 커넥팅로드가 없으며 피스톤(121)의 운동은 압축실(113) 내부의 압력, 공진스프링(153)의 강성, 피스톤(121)의 질량, 구동모터(131)의 가진력에 의하여 결정된다. 그리고, 리니어압축기(101) 실린더블록(115)내의 압축실(113) 내부의 압력은 비선형성을 가진다.

리니어압축기(101)가 다양한 흡입압력 조건과 토출압력 조건, 냉매토출량이 가변조절되는 경우, 즉 리니어압축기(101)의 부하 변동이 발생할 때 구동모터(131)에 최소의 전류가 흐를 때의 주파수를 가진 전원을 구동모터(131)에 공급하여 리니어압축기(101)에 공진을 일으키는 리니어압축기(101)의 제어블록도가 제안되어 있다.

본 발명에 따른 리니어압축기의 제어블록도인 도 2에 도시된 바와 같이, 리니어압축기(101)는, 외부로부터의 상용의 교류전원을 공급하는 전원공급부(61)와, 전원공급부(61)로부터 공급된 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류부(63)와, 전원공급부(61)로부터의 전원의 주파수를 검출하여 검출된 주파수를 제어부(65)로 보내는 주파수검출부(67)와, 구동모터(131)에 공급되는 전원의 주파수를 제어하는 제어부(65)와, 제어부(65)의 주파수 제어에 의해 작동되는 구동모터(131)와, 구동모터(131)의 작동시 피스톤(121)의 변위를 감지하는 변위센서(149)에 의해 운전전류를 검출하는 전류검출부(71)와, 제어부(65)에 연결되어 구동모터(131)의 미리 설정된 주파수 범위내에서 주파수를 복수의 단계로 분할하는 주파수변환부(69)로 구성되어 있다.

제어부(65)는 주파수변환부(69)로부터 분할된 각 주파수 단계에 대해 소정 시간 동안 구동모터(131)에 전원을 공급하여 전류검출부(71)로부터 검출된 운전전류에 대한 평균 운전전류값을 연산하고, 각 주파수 단계에 대한 평균 운전전류값들 중 최소 평균 운전전류값을 구하고, 최소 평균 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하여 구동모터(131)를 제어한다. 그리고, 제어부(65)는 운전주파수에 기초하여 구동모터(131)를 제어한 후에, 피스톤(121)의 변위에 따라 운전전류를 재검출하고, 재검출된 운전전류와 최소 운전전류값을 비교하여, 재검출된 운전전류값이 최소 운전전류값 보다 큰 경우 최소 운전전류값을 다시 구하여 운전주파수를 다시 결정하여 구동모터(131)를 제어한다.

리니어압축기의 제어흐름도인 도 3에 도시된 바와 같이, 전원공급부(61)를 통하여 상용의 전원이 공급되면(S10), 주파수검출부(67)에서 공급되는 전원의 상용주파수를 검출하고 제어부(65)에서 상용주파수를 가진 전원을 구동모터(131)로 공급하여 리니어압축기(101)를 정상운전시키고(S20), 주파수변환부(69)에서 구동모터(131)에 공급되는 주파수를 미리 설정된 범위내에서 복수의 단계로 분할하여(S30), 제어부(65)에서 분할된 각 주파수 단계에 대해 소정 시간 동안 구동모터(131)에 전원을 공급한다(S40). 이 때, 변위센서(149)에 의해 피스톤(121)의 변위에 따른 운전전류를 각 주파수 단계에 대해 소정 시간 동안 전류검출부(71)에서 검출한다(S50). 제어부(65)에서는 각 주파수 단계에 대해 소정 시간 동안 검출된 운전전류에 대한 평균 운전전류값을 연산하고(S60), 모든 주파수 단계에 대해 운전전류 검출이 종료되었는지 판단한 후(S70), 각 주파수 단계에 대한 평균 운전전류값들 중 최소 평균 운전전류값을 결정하고(S80), 최소 평균 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하여(S90), 운전주파수에 기초하여 구동모터(131)를 제어한다(S100). 그리고, 제어부(65)는 운전주파수에 기초하여 구동모터(131)를 제어한 후에, 피스톤(121)의 변위에 따라 운전전류를 재검출하고, 재검출된 운전전류와 최소 운전전류값을 비교하여(S110), 재검출된 운전전류가 상기 최소 운전전류값 보다 클 경우 S40 단계 내지 S100 단계를 반복하여 운전주파수를 다시 결정하여 재결정된 운전주파수에 기초하여 구동모터(131)를 제어한다.

이와 같이, 리니어압축기의 구동모터에 전원이 공급되어 상용주파수로 운전중 리니어압축기에 부하변동이 발생할 때, 미리 설정된 구동모터의 주파수 운전범위 내에서 최소 평균 운전전류값이 흐를 때의 운전주파수를 결정하여 최소 운전전류가 흐를 때의 운전주파수를 가진 전원을 구동모터에 공급하여 리니어압축기에 공진을 발생시키므로 전력 소비를 절감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 구동모터의 운전제어를 개선함으로써, 리니어압축기의 부하변동시 전력 소비를 절감할 수 있다.

Claims

구동모터와, 상기 구동모터에 의하여 왕복운동하는 피스톤을 갖는 리니어압축기의 운전제어방법에 있어서,

(a) 상기 구동모터에 공급되는 전원의 주파수를 미리 설정된 범위내에서 복수의 단계로 분할하는 단계와;

(b) 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 구동모터를 작동시키는 단계와;

(c) 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하는 단계와;

(d) 상기 각 주파수 단계에 대한 운전전류값들 중 최소 운전전류값을 구하고, 상기 최소 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하는 단계와;

(e) 상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기의 운전제어방법.
제1항에 있어서,

상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어하는 단계 후에, 상기 피스톤의 변위에 따라 운전전류를 재검출하는 단계와, 상기 재검출된 운전전류와 상기 최소 운전전류값을 비교하는 단계와, 상기 재검출된 운전전류가 상기 최소 운전전류값 보다 클 경우 상기 (b)단계 내지 상기 (e)단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기의 운전제어방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 운전전류를 검출하는 단계와 상기 운전주파수를 결정하는 단계는;

상기 각 주파수 단계에 대해 소정 시간 동안 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하는 단계와, 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 소정 시간 동안 검출된 운전전류에 대한 평균 운전전류값을 연산하고, 상기 각 주파수 단계에 대한 평균 운전전류값들 중 최소 평균 운전전류값을 구하고, 상기 최소 평균 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기의 운전제어방법.
구동모터와, 상기 구동모터에 의하여 왕복운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 변위를 감지하는 변위센서를 갖는 리니어압축기에 있어서,

상기 구동모터에 공급되는 전원의 주파수를 미리 설정된 범위내에서 복수의 단계로 분할하는 주파수변환부와;

상기 각 주파수 단계에 대해 상기 변위센서에 의해 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하는 전류검출부와;

상기 각 주파수 단계에 대한 운전전류값들 중 최소 운전전류값을 구하고, 상기 최소 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하여, 상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제4항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 운전주파수에 기초하여 상기 구동모터를 제어한 후에, 상기 피스톤의 변위에 따라 운전전류를 재검출하고, 상기 재검출된 운전전류와 상기 최소 운전전류값을 비교하여, 상기 재검출된 운전전류값이 상기 최소 운전전류값 보다 큰 경우 최소 운전전류값을 다시 구하여 운전주파수를 다시 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 전류검출부는 상기 각 주파수 단계에 대해 소정 시간 동안 상기 피스톤의 변위에 따른 운전전류를 검출하며,

상기 제어부는 상기 각 주파수 단계에 대해 상기 소정 시간 동안 검출된 운전전류에 대한 평균 운전전류값을 연산하고, 상기 각 주파수 단계에 대한 평균 운전전류값들 중 최소 평균 운전전류값을 구하고, 상기 최소 평균 운전전류값에 해당하는 주파수를 운전주파수로 결정하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.