KR100756719B1

KR100756719B1 - 리니어 압축기의 제어장치

Info

Publication number: KR100756719B1
Application number: KR1020060010264A
Authority: KR
Inventors: 노철기; 김종권; 배정욱; 강희동
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-09-07
Also published as: KR20070079514A; CN101400893B; CN101400893A

Abstract

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 인가되는 전원이 가변되더라도 리니어 압축기의 출력의 변동을 최소화하는 리니어 압축기의 제어장치에 관한 것이다.

본 발명인 리니어 압축기의 제어장치는 리니어 압축기의 원주 방향으로 적층된 코일 권선체와, 일단이 상기 코일 권선체에 직렬로 연결된 제1캐패시터와, 상기 제1캐패시터와 병렬 구조를 지닌 캐패시턴스 가변부와, 인가전원의 전압(Vi) 및 주파수(Fi)를 측정하는 전압 및 주파수 감지부와, 상기 전압 및 주파수 감지부로부터의 상기 인가전원의 전압(Vi)과 주파수(Fi)에 관한 함수에 따른 모드전압(Vm)을 산정하고, 상기 모드전압(Vm)에 따라 상기 캐패시턴스 가변부를 제어하여 제어장치의 전체 캐패시턴스를 가변함으로써 상기 리니어 압축기의 출력변화를 유도하는 제어부로 이루어진다.

Description

리니어 압축기의 제어장치{CONTROL APPARATUS FOR LINEAR COMPRESSOR}

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기가 도시된 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 제1실시예의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 제2실시예의 구성도이다.

도 5는 도 3 및 4의 제어장치에 대한 제어방법의 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40: 온오프 스위치 50, 50a: 캐패시턴스 가변부

61, 62, 63: 전압 감지부 70: 전압 및 주파수 감지부

80: 제어부

일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.

일반적으로 리니어 압축기는 모터의 직선 구동력을 이용하여 냉매를 흡입, 압축, 토출시키게 되는데, 크게 냉매 가스를 압축시키는 실린더 및 피스톤 등이 포함된 압축부와, 상기 압축부에 구동력을 공급하는 리니어 모터가 포함된 구동부로 나뉘어진다.

구체적으로, 상기 리니어 압축기는 밀폐용기 내부에 실린더가 고정되도록 설치되고, 상기 실린더 내부에 피스톤이 왕복 직선운동 가능하게 설치되며, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복 직선 운동 함에 따라 상기 실린더 내부의 압축공간으로 냉매를 유입되도록 하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 구성되며, 상기 압축공간에는 흡입밸브 어셈블리 및 토출밸브 어셈블리가 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 냉매의 유입 및 토출을 조절한다.

또한, 상기 피스톤에 직선 운동력을 발생시키는 리니어 모터가 서로 연결되도록 설치되는데, 상기 리니어 모터는 상기 실린더 주변에 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성된 이너 스테이터 및 아웃터 스테이터가 소정의 간극을 두고 설치되되, 상기 이너 스테이터 또는 아웃터 스테이터 내측에는 코일(또는 코일 권선체)이 감겨지도록 설치되며, 상기 이너 스테이터와 아웃터 스테이터 사이의 간극에는 영구자석이 상기 피스톤과 연결되도록 설치된다.

이때, 상기 영구자석은 상기 피스톤의 운동방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 코일에 전류가 흐름에 따라 발생되는 전자기력에 의해 상기 피스톤의 운동방향으로 왕복 직선 운동하게 되는데, 보통 상기 리니어 모터는 일정한 운전주파수(f_c)로 작동될 뿐 아니라 상기 피스톤이 소정의 스트로크(S)로 왕복 직선 운동하도록 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 제어장치는 리니어 압축기의 원주방향으로 권선되고 전원을 인가받는 코일 권선체(L)와, 코일 권선체(L)의 일부 또는 전체에 전원이 인가되도록 하는 분지수단(100)과, 부하에 따라 냉력을 조절하기 위해 분지수단(100)을 제어하는 제어부(200)로 이루어진다.

자세하게는, 코일 권선체(L)의 일단은 전원에 연결되고, 코일 권선체(L)의 타단에는 분지수단(100)의 연결단자(100a)가 형성되고, 연결단자(100b)는 코일 권선체(L)의 중간점(M)(또는 중간점(M)의 분지선)에 연결되며, 제어부(200)의 제어에 의해 전원을 연결단자(100a) 또는 (100b)에 인가하는 스위칭 소자(100c)가 분지수단(100)에 포함된다.

제어부(200)는 냉동 싸이클 내에서 과부하시에 고냉력을 출력하기 위해 코일 권선체(L) 일부에 전원이 인가되도록 하는 공진 운동(power mode)이 수행되도록 하고, 냉동 싸이클 내에서 저부하시에 또는 중간부하시에 저냉력 또는 중간 냉력을 출력하기 위해 코일 권선체(L) 전체에 전원이 인가되도록 하는 정상 운동(saving mode)이 수행되도록 한다. 이를 위해, 제어부(200)는 공진 운동을 위해 분지수단(100)의 스위칭 소자(100c)가 연결단자(100b)에 연결되도록 하고, 또는 제어부(200)는 정상 운동을 위해 분지수단(100)의 스위칭 소자(100c)가 연결단자(100a)에 연결되도록 한다.

이러한 종래 기술에서, 인가되는 전원이 가변되는 경우, 이러한 가변은 제어부(200)의 제어와 상관없이 리니어 압축기의 출력에 변동을 야기하는 문제점이 있다. 또한, 이러한 제어부(200)는 인가되는 전원이 과도한 경우, 압축기가 과부하에 걸리거나 이상 상태의 운전을 수행하게 되어, 리니어 압축기가 정상적인 동작을 수 행하지 못하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 인가되는 전원(전압 및 주파수 성분)이 변동하더라도 이 변동에 따라 출력이 감소되거나 증가되지 않도록 제어하는 리니어 압축기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 인가되는 전원이 과도하여 압축기의 과부하에 걸리거나 또는 이상 상태의 운전이 수행되지 않도록 하는 리니어 압축기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 리니어 압축기의 운전(저냉력 운전, 고냉력 운전)을 가변하면서도 이에 따른 돌입전류의 발생을 방지하는 리니어 압축기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이때, 상기 캐패시턴스 가변부는 일단이 상기 제1캐패시터의 일단에 연결되고, 타단이 상기 코일 권선체의 중간에 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 캐패시턴스 가변부는 적어도 하나의 제2캐패시터와 상기 제2캐패시터와 상기 코일 권선체 중간 간의 전류 흐름을 제어하는 캐패시터 스위치로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 캐패시턴스 가변부는 적어도 하나의 제3캐패시터와, 돌입전류 방지소자와, 상기 제3캐패시터와 상기 제1캐패시터 간의 연결을 제어하는 캐패시터 스위치 간의 직렬 연결구조로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 모드 전압(Vm)은 하기의 수식에 따라 산정되는 것이 바람직하다. Vm=Vi+(Fi-b)×α(여기서, α, b는 상수).

또한, 상기 제어부는 상기 모드 전압(Vm)이 소정의 기준값(a)과의 비교에 따라 상기 캐패시턴스 가변부를 제어하되, 상기 모드 전압(Vm)이 상기 기준값(a)보다 작은 경우, 전체 캐패시턴스가 증가되도록 하고, 상기 모드 전압(Vm)이 상기 기준값(a)과 같거나 큰 경우, 전체 캐패시턴스가 감소되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어장치는 상기 리니어 압축기의 온오프 스위치를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 캐패시턴스 가변부를 제어하기 위해, 상기 온오프 스위치를 우선적으로 오프시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 캐패시턴스 가변부의 제어 이후에 상기 온오프 스위치를 온시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어장치는 상기 제1캐패시터 및 상기 캐패시턴스 가변부 중의 적어도 하나 이상의 양단 간의 전압(Vc)을 측정하는 전압 감지부를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 측정 전압(Vc)이 과부하전압(Vo)보다 크면 상기 온오프 스위치를 오프하여 전원 공급을 차단하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 추가적으로 상기 캐패시터 스위치를 오프시키는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 무빙 마그네트 타입의 리니어 모터가 작동되고, 이와 연결된 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 이동되면서 냉매를 흡입, 압축, 토출시키는 리니어 압축기를 예로 들어 상세하게 설명된다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 2에 도시된 바와 같이 밀폐용기(2) 일측에 냉매가 유,출입되는 유입관(2a) 및 유출관(2b)이 설치되고, 밀폐용기(2) 내측에 실린더(4)가 고정되도록 설치되며, 실린더(4) 내부의 압축공간(P)으로 흡입된 냉매를 압축시킬 수 있도록 실린더(4) 내부에 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하 게 설치되는 동시에 피스톤(6)의 운동방향에 탄성 지지되도록 각종 스프링이 설치되고, 피스톤(6)은 직선 왕복 구동력을 발생시키는 리니어 모터(10)와 연결되도록 설치된다.

아울러, 압축공간(P)과 접하고 있는 피스톤(6)의 일단에 흡입밸브(22)가 설치되고, 압축공간(P)과 접하고 있는 실린더(4)의 일단에 토출밸브 어셈블리(24)가 설치되며, 흡입밸브(22) 및 토출밸브 어셈블리(24)는 각각 압축공간(P) 내부의 압력에 따라 개폐되도록 자동적으로 조절된다.

여기서, 밀폐용기(2)는 내부가 밀폐되도록 상,하부 쉘이 서로 결합되도록 설치되고, 일측에 냉매가 유입되는 유입관(2a) 및 냉매가 유출되는 유출관(2b)이 설치되며, 실린더(4) 내측에 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 운동방향으로 탄성 지지되도록 설치됨과 아울러 실린더(4) 외측에 리니어 모터(10)가 프레임(18)에 의해 서로 조립되어 조립체를 구성하고, 이러한 조립체가 상기 밀폐용기(2) 내측 바닥면에 지지스프링(29)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다.

아울러, 밀폐용기(2) 내부 바닥면에는 소정의 오일이 담겨지고, 조립체 하단에는 오일을 펌핑하는 오일공급장치(30)가 설치됨과 아울러 조립체 하측 프레임(18) 내부에는 오일을 피스톤(6)과 실린더(4) 사이로 공급될 수 있도록 오일공급관(18a)이 형성되며, 이에 따라 오일공급장치(30)는 피스톤(6)의 왕복 직선 운동함에 따라 발생되는 진동에 의해 작동되어 오일을 펌핑하고, 이러한 오일은 오일공급관(18a)을 따라 피스톤(6)과 실린더(4) 사이의 간극으로 공급되어 냉각 및 윤활 작용을 하도록 한다.

다음, 실린더(4)는 피스톤(6)이 왕복 직선 운동할 수 있도록 중공 형상으로 형성됨과 아울러 일측에 압축공간(P)이 형성되고, 유입관(2a) 내측에 일단이 근접하게 위치된 상태에서 유입관(2a)과 동일 직선상에 설치되는 것이 바람직하다.

물론, 실린더(4)는 유입관(2a)과 근접한 일단 내부에 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되고, 유입관(2a)과 반대방향 측 일단에 상기 토출밸브 어셈블리(24)가 설치된다.

이때, 토출밸브 어셈블리(24)는 실린더(4)의 일단 측에 소정의 토출공간을 형성하도록 설치되는 토출커버(24a)와, 실린더의 압축공간(P) 측 일단을 개폐하도록 설치되는 토출밸브(24b)와, 토출커버(24a)와 토출밸브(24b) 사이에 축방향으로 탄성력을 부여하는 일종의 코일 스프링인 밸브 스프링(24c)으로 이루어지되, 실린더(4)의 일단 내둘레에 오링(R)이 끼움되도록 설치되어 상기 토출밸브(24a)가 실린더(4) 일단을 밀착되도록 한다.

아울러, 토출커버(24a)의 일측과 유출관(2b) 사이에는 굴곡지게 형성된 루프 파이프(28)가 연결 설치되는데, 루프 파이프(28)는 압축된 냉매가 외부로 토출될 수 있도록 안내할 뿐 아니라 실린더(4), 피스톤(6), 리니어 모터(10)의 상호 작용에 의한 진동이 밀폐용기(2) 전체로 전달되는 것을 완충시켜 준다.

따라서, 피스톤(6)이 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 상기 압축공간(P)의 압력이 소정의 토출압력 이상이 되면, 밸브 스프링(24c)이 압축되어 토출밸브(24b)를 개방시키고, 냉매가 압축공간(P)으로부터 토출된 다음, 루프 파이프(28) 및 유출관(2b)을 따라 완전히 외부로 토출된다.

다음, 피스톤(6)은 유입관(2a)으로부터 유입된 냉매가 유동될 수 있도록 냉매유로(6a)가 중앙에 형성되고, 유입관(2a)과 근접한 일단이 연결부재(17)에 의해 리니어 모터(10)가 직접 연결되도록 설치됨과 아울러 유입관(2a)과 반대방향 측 일단에 흡입밸브(22)가 설치되며, 피스톤(6)의 운동방향으로 각종 스프링에 의해 탄성 지지되도록 설치된다.

이때, 흡입밸브(22)는 박판 형상으로 중앙부분이 피스톤(6)의 냉매유로(6a)를 개폐시키도록 중앙부분이 일부 절개되도록 형성되고, 일측이 피스톤(6a)의 일단에 스크류에 의해 고정되도록 설치된다.

따라서, 피스톤(6)이 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 압축공간(P)의 압력이 토출압력보다 더 낮은 소정의 흡입압력 이하가 되면, 흡입밸브(22)가 개방되어 냉매가 압축공간(P)으로 흡입되고, 압축공간(P)의 압력이 소정의 흡입압력 이상이 되면, 흡입밸브(22)가 닫힌 상태에서 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.

특히, 피스톤(6)은 운동방향으로 탄성 지지되도록 설치되는데, 구체적으로 유입관(2a)과 근접한 피스톤(6)의 일단에 반경방향으로 돌출된 피스톤 플랜지(6b)가 코일 스프링 등과 같은 기계 스프링(8a,8b)에 의해 피스톤(6)의 운동방향으로 탄성 지지되고, 유입관(2a)과 반대방향 측 압축공간(P)에 포함된 냉매가 자체 탄성력에 의해 가스 스프링으로 작용하여 피스톤(6)을 탄성 지지하게 된다.

여기서, 기계 스프링(8a,8b)은 부하와 상관없이 일정한 기계 스프링 상수(K_m)를 가지되, 기계 스프링(8a,8b)은 상기 피스톤 플랜지(6b)를 기준으로 상기 리 니어 모터(10)에 고정되는 소정의 지지프레임(26)과 실린더(4)에 각각 축방향으로 나란하게 설치되는 것이 바람직하며, 지지프레임(26)에 지지되는 기계 스프링(8a)과 실린더(4)에 설치되는 기계 스프링(8a)이 동일한 기계 스프링 상수(K_m)를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 2와 관련하여, 리니어 모터(10)는 복수개의 라미네이션(12a)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 프레임(18)에 의해 실린더(4) 외측에 고정되도록 설치되는 이너 스테이터(12)와, 코일이 감겨지도록 구성된 코일 권선체(14a) 주변에 복수개의 라미네이션(14b)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 상기 프레임(18)에 의해 상기 실린더(4) 외측에 이너 스테이터(12)와 소정의 간극을 두고 설치되는 아웃터 스테이터(14)와, 이너 스테이터(12)와 아웃터 스테이터(14) 사이의 간극에 위치되어 피스톤(6)과 연결부재(17)에 의해 연결되도록 설치되는 영구자석(16)으로 이루어지되, 코일 권선체(14a)는 이너 스테이터(12) 외측에 고정되도록 설치될 수도 있다.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 리니어 압축기의 제어장치는 전원을 인가받아 모터(10)에 공급되도록 온오프 스위치(SW1)(40)와, 리니어 압축기의 원주방향으로 권선된 코일 권선체(L)(도 2의 코일 권선체(14a)와 동일한 소자)와, 코일 권선체(L)와 직렬로 연결된 캐패시터(C1)와, 캐패시터(C1)에 대하여 병렬로 연결된 캐 패시턴스 가변부(50)와, 캐패시터(C1)와 캐패시터(C2)(또는 캐패시턴스 가변부(50)) 각각의 양단 전압(Vc1), (Vc2)을 측정하는 전압 감지부(61), (62)와, 인가되는 전원의 전압(Vi)과 주파수(Fi)를 측정하는 전압 및 주파수 감지부(70)와, 리니어 압축기의 출력변화를 위해 캐패시턴스 가변부(50)를 제어하는 제어부(80)로 이루어진다.

자세하게는, 온오프 스위치(SW1)(40)는 제어부(80)의 제어에 의해 리니어 모터(10)에 전원을 인가하는 메인 스위치에 해당된다. 여기서, 전원은 외부의 상용전원이거나, 이 리니어 압축기가 장착되는 장치(예를 들면, 냉장고 등)의 전원공급부로부터 인가되는 전원을 의미한다.

다음으로, 캐패시터(C1) 및 캐패시턴스 가변부(50)는 리니어 모터(10)의 전체 캐패시턴스를 결정하며, 도시된 바와 같이 병렬로 연결된다.

또한, 캐패시턴스 가변부(50)는 캐패시터(C2)와, 캐패시터 스위치(SW2) 및 돌입전류 방지소자(52)의 직렬 연결로 이루어진다. 이 캐패시턴스 가변부(50)가 캐패시터(C1)에 대하여 다수개가 병렬로 연결될 수도 있다.

여기서, 캐패시터(C2)는 캐패시터(C1)보다 작은 용량의 캐패시턴스를 지닌 캐패시터가 연결된다. 또한, 캐패시터 스위치(SW2)는 전원으로부터의 전류 또는 전압이 캐패시터(C2)를 통하여 코일 권선체(L)에 인가되도록 그 연결을 조절하는 것으로서, 제어부(80)가 캐패시턴스 가변부(50)를 제어한다고 함은 캐패시터 스위치(SW2)의 온오프를 제어함을 의미한다.

또한, 돌입전류 방지소자(52)는 온오프 스위치(SW1)(40)가 닫힌 상태에서 캐 패시터 스위치(SW2)를 온시키게 되는 경우, 캐패시터(C1)에 충전된 전하가 캐패시터(C2)로 순간적으로 흐르게 되는 돌입전류가 발생되어 캐패시터 스위치(SW2)의 접점이 용착될 수 있으므로, 이러한 돌입전류로 인한 캐패시터 스위치(SW2)의 파손을 방지하기 위해 구비된다. 이에 돌입전류 방지소자(52)는 이 돌입전류를 다른 형태의 에너지로 변환하거나 캐패시터 스위치(SW2)로 과도하게 인가되지 않도록 하기 위해, 저항 또는 NTC(Negative Temperature Coefficient: 부온도 특성) 소자 또는 인턱터 중의 적어도 하나를 포함하게 된다.

또한, 전압 감지부(61)는 온오프 스위치(SW1)(40)가 온 상태인 경우, 캐패시터(C1)의 양단 전압(Vc1)을 측정한다. 또한, 전압 감지부(62)는 온오프 스위치(SW1)과 캐패시터 스위치(SW2) 모두가 온 상태인 경우의 캐패시터(C2)의 양단 전압 또는 캐패시턴스 가변부(50) 양단의 전압(Vc2)을 측정한다. 여기서, 이러한 전압(Vc1), (Vc2)은 리니어 모터(10)에 인가되는 전원이 가변할 경우, 이러한 가변 전원의 전압은 캐패시터(C1) 및 캐패시터(C2) 또는 캐패시턴스 가변부(50)의 양단 전압(Vc1), (Vc2)에 직접적인 영향을 미치게 되어, 전압(Vc1), (Vc2)만을 측정하여도 인가되는 전원의 가변 정도를 정확하게 파악할 수 있다. 상술된 바와 같이, 캐패시터(C1)이 캐패시터(C2)보다 캐패시턴스가 더 크기 때문에 전압(Vc1)을 사용할 수 있으며, 캐패시턴스 가변부(50)의 양단 전압(Vc2)을 사용하여도 무방하다.

또한, 전압 및 주파수 감지부(70)는 인가되는 전원의 전압(Vi)과 주파수(Fi)를 측정한다. 여기서, 전압(Vi)과 주파수(Fi)는 직접적으로 리니어 압축기의 출력에 영향을 미치는 인자이며, 이하에서 이러한 전압(Vi)과 주파수(Fi) 모두를 고려 하여 전원의 변동 정도를 판단하기 위해, 이 전압 및 주파수 감지부(70)가 구비되어야 한다.

또한, 제어부(80)는 상술된 캐패시턴스 가변부(50)를 제어하여, 리니어 모터(10)의 전체 캐패시턴스를 가변함으로써, 이러한 가변된 캐패시턴스와 코일 권선체(L)로 인한 운전 주파수를 가변하여 리니어 압축기의 출력 즉 냉력을 변경할 수 있게 된다.

특히, 제어부(80)는 인가되는 전원의 가변 정도를 전압 및 주파수 감지부(70)로부터 입력된 전압(Vi)과 주파수(Fi)을 인자로 하는 함수로부터 산정된 모드 전압(Vm)을 산정하고, 소정의 기준값(a)(여기서, a는 상수)과 비교한다. 이렇게 모드 전압(Vm)은 전압(Vi)와 주파수(Fi)의 함수로부터 산정되는 것으로, 전압(Vi)과 주파수(Fi)가 리니어 압축기의 냉력 즉 출력에 미치는 영향이 다를 수 있으므로, 즉 그 영향 정도가 다를 수 있으므로, 단순하게 전압(Vi)와 주파수(Fi)가 각각 소정의 기준 전압 및 기준 주파수와 비교되는 것은 다소 무리가 있다. 이러한 모드 전압(Vm)을 산정하는 함수는 일차 함수, 이차 함수 등으로 보다 그 영향 정도를 더 정확하게 표현하는 함수가 있을 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 하기의 수학식1과 같은 함수를 사용하도록 한다.

Vm=Vi+(Fi-b)×α

여기서, α, b는 소정의 크기를 지닌 상수이다.

또한, 제어부(80)는 전압 감지부(61 또는 62)를 통하여 인식하여, 측정된 전압(Vc)(Vc1 또는 Vc2 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 전압)이 과부하전압(Vo)보다 낮으면, 현재의 출력을 유지하고, 측정된 전압(Vc)이 과부하전압(Vo)와 같거나 높으면, 과부하 등의 문제를 해결하기 위해 전원의 공급을 중단한다. 이러한 출력 변경 및 돌입전류의 방지에 대한 제어부(80)의 제어에 대하여는 하기의 도 5와 관련되어 설명된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 리니어 압축기의 제어장치는 전원을 인가받아 모터(10)에 공급되도록 온오프 스위치(SW1)(40)와, 리니어 압축기의 원주방향으로 권선되 코일 권선체(L)(도 2의 코일 권선체(14a)와 동일한 소자)와, 코일 권선체(L)와 직렬로 연결된 캐패시터(C1)와, 일단이 캐패시터(C1)의 일단에 연결되고 타단이 코일권선체(L)의 권선탭(T)에 연결되어 캐패시터(C1)에 대하여 병렬로 연결된 캐패시턴스 가변부(50a)와, 캐패시터(C1)와 캐패시터(C3)(또는 캐패시턴스 가변부(50a)) 각각의 양단 전압(Vc1), (Vc3)을 측정하는 전압 감지부(61), (63)와, 인가되는 전원의 전압(Vi)과 주파수(Fi)를 측정하는 전압 및 주파수 감지부(70)와, 리니어 압축기의 출력변화를 위해 캐패시턴스 가변부(50a)를 제어하는 제어부(80)로 이루어진다.

여기서, 도 4의 온오프 스위치(SW1)(40)와, 코일 권선체(L) 및 캐패시터(C1)는 도 3의 동일한 식별번호의 소자와 동일한 소자이다.

도 4의 캐패시턴스 가변부(50a)는 캐패시터(C3)와, 캐패시터 스위치(SW2)의 직렬 연결로 이루어진다. 특히, 도 4의 캐패시턴스 가변부(50a)는 도 3의 캐패시턴스 가변부(50)와 달리 돌입전류 방지소자(52)를 포함하지 않고, 타단이 코일 권선체(L)의 권선탭(T)에 직접 연결되어, 캐패시터(C1)와 권선탭(T) 사이의 코일이 인덕터의 기능을 수행하므로, 상술된 경우의 돌입전류가 발생되는 때, 이 돌입전류가 캐패시터 스위치(SW2)를 파손하지 못하도록 한다. 이러한 캐패시턴스 가변부(50a)와 코일 권선체(L)의 연결에 의하여, 도 3에서 언급된 별도의 돌입전류 방지소자가 구비될 필요가 없게 되어, 전체적인 리니어 모터(10)가 차지하는 면적을 감소시킬 뿐만 아니라 생산 비용적인 면에서 절감이 이루어진다. 특히, 저항의 경우 돌입전류를 발열에 의하여 소모하나, 운전시에 전류에 의한 발열이 지속적으로 이루어지기 때문에, 리니어 모터(10)의 온도를 상승시키는 문제가 야기될 수도 있으며, NTC의 경우 주위 온도가 높은 경우 그 저항값이 떨어지게 되어 돌입전류를 막는 효과가 떨어질 수 있도 있으며, 인덕터의 경우 상대적으로 그 크기가 크기 때문에 리니어 압축기에서 차지하는 면적이 상당히 크게될 수도 있으므로, 이러한 가능한 문제점을 캐패시턴스 가변부(50a)와 코일 권선체(L)의 연결이 해결할 수 있다.

이 캐패시턴스 가변부(50a)가 캐패시터(C1)에 대하여 다수개가 병렬로 연결될 수도 있으며, 이때 이 캐패시턴스 가변부(50a)를 위한 권선탭(T)은 하나이거나 그 이상이 될 수도 있다.

여기서, 캐패시터(C3)는 도 3의 캐패시터(C2)와 그 소자적인 면(캐패시턴스의 크기 포함)이나 기능적인 면에서 동일하다. 또한, 제어부(80)가 캐패시턴스 가 변부(50a)를 제어한다고 함은 캐패시터 스위치(SW2)의 온오프를 제어함을 의미한다.

또한, 전압 감지부(61)는 온오프 스위치(SW1)(40)가 온 상태인 경우의 캐패시터(C1)의 양단 전압(Vc1)을 측정한다. 또한, 전압 감지부(63)는 온오프 스위치(SW1)과 캐패시터 스위치(SW2) 모두가 온 상태인 경우의 캐패시터(C3)의 양단 전압 또는 캐패시턴스 가변부(50a) 양단의 전압(Vc3)을 측정한다. 여기서, 이러한 전압(Vc1), (Vc3)은 리니어 모터(10)에 인가되는 전원이 가변할 경우, 이러한 가변 전원의 전압은 캐패시터(C1) 및 캐패시터(C3) 또는 캐패시턴스 가변부(50a)의 양단 전압(Vc1), (Vc3)에 직접적인 영향을 미치게 되어, 전압(Vc1), (Vc3)만을 측정하여도 인가되는 전원의 가변 정도를 정확하게 파악할 수 있다. 상술된 바와 같이, 캐패시터(C1)이 캐패시터(C3)보다 캐패시턴스가 더 크기 때문에 전압(Vc1)을 사용할 수 있으며, 캐패시턴스 가변부(50a) 또는 캐패시터(C3)의 양단 전압(Vc3)을 사용하여도 무방하다.

또한, 도 4의 전압 및 주파수 감지부(70)는 도 3의 전압 및 주파수 감지부(70)와 동일한 소자이다.

또한, 제어부(80)는 도 3의 제어부(80)와 동일한 소자로서, 동일한 기능을 수행하나, 도 3의 전압 감지부(62) 대신에 전압 감지부(63)의 측정 전압(Vc3)을 사용한다. 즉, 제어부(80)는 전압 감지부(61 또는 63)를 통하여 인식하여, 측정된 전압(Vc)(Vc1 또는 Vc3중의 적어도 하나 이상을 포함하는 전압)이 과부하전압(Vo)보다 낮으면, 현재의 출력을 유지하고, 측정된 전압(Vc)이 과부하전압(Vo)와 같거나 높으면, 과부하 등의 문제를 해결하기 위해 전원의 공급을 중단한다. 이러한 출력 변경 및 돌입전류의 방지에 대한 제어부(80)의 제어에 대하여는 하기의 도 5와 관련되어 설명된다.

도 5는 도 3 및 4의 제어장치에 대한 제어방법의 순서도이다.

이 순서도의 시작 단계에서, 제어부(80)는 온오프 스위치(SW1)(40)를 닫히도록 하여 전원이 코일 권선체(L)와 캐패시터(C1)에 인가되도록 하여 리니어 압축기가 소정의 출력을 생성하도록 한다. 이하에서, 제어부(80)는 캐패시터(C1)의 양단 전압(Vc1)을 전압(Vc)으로 사용하는 것을 예로 한다.

단계(S51)에서, 제어부(80)는 전압 감지부(61)로부터 캐패시터(C1)의 양단 전압(Vc)을 입력받아 과부하전압(Vo)과 비교한다. 이 과부하전압(Vo)은 제어부(80)가 기저장하는 값으로서, 리니어 압축기의 과부하에 걸리거나 또는 이상 상태의 운전을 야기할 수 있다고 판단되는 값으로서, 이 전압(Vc)이 인가되는 전원의 값을 반영하므로, 이 전압(Vc)와 과부하전압(Vo)을 비교하게 된다. 만약 전압(Vc)이 과부하전압(Vo)보다 작으면 단계(S52)로 진행하고, 그렇지 않고 전압(Vc)이 과부하전압(Vo)과 같거나 크면 단계(S60)로 진행하여 인가되는 전원이 차단되도록 한다.

단계(S52)에서, 제어부(80)는 리니어 압축기에 인가되는 전원이 변화되었는지를 판단하여 이후의 단계(S53 내지 S59)에서 현재의 냉력을 유지하는 운전을 수행한다. 여기서, 모드 전압(Vm)과 비교되는 값은 소정의 기준값(a)으로, 이 기준값(a)은 제어부(80)가 저냉력 운전 및 고냉력 운전을 수행하는데 있어서, 안정적으로 수행할 수 있는 최적의 값을 의미하는 것으로, 하나의 값을 지니거나 소정의 범위 를 지닌 값이 될 수 있다. 단계(S52)에서, 만약 모드 전압(Vm)이 기준값(a)보다 작으면 출력이 감소될 것이므로, 제어부(80)는 이를 방지하기 위해 고냉력 운전을 위해 단계(S53)로 진행한다. 만약 모드 전압(Vm)이 기준값(a)과 같거나 크면 출력이 증가될 것이므로, 제어부(80)는 이를 방지하기 위해 저냉력 운전을 위해 단계(S56)로 진행한다.

단계(S53)에서, 제어부(80)는 온오프 스위치(SW1)를 오프시킨다(즉 개방한다). 여기서, 제어부(80)는 소정의 시간(예를 들면, 수 초) 동안 이 오프 상태를 유지하여, 캐패시터(C1)에 충전된 전하가 어느 정도 소모될 수 있도록 한다.

단계(S54)에서, 제어부(80)는 캐패시턴스 가변부(50, 50a)를 제어하여, 즉 캐패시터 스위치(SW2)가 온되도록, 즉 닫히도록 한다. 여기서, 제어부(80)는 이러한 온 상태(SW1은 오프이고, SW2는 온)를 유지하여, 캐패시터(C1)에 충전된 전하가 거의 모두 소모될 수 있도록 한다. 이러한 소모는 돌입전류 방지소자(52) 또는 코일 권선체(L)의 일부 코일에 의해 이루어진다.

단계(S55)에서, 제어부(80)는 온오프 스위치(SW1)를 온시킴으로써(즉, 닫히도록 함으로써), 전원이 캐패시터(C1)와 캐패시턴스 가변부(50, 50a)(즉 캐패시터(C2, C3))에 인가되도록 함으로써, 즉 전체 캐패시턴스가 이전보다 증가되어 고냉력 운전이 수행되도록 한다.

단계(S56)에서, 제어부(80)는 현재 캐패시터 스위치(SW2)가 온 상태인지, 즉 닫혀있는지 판단한다. 만약 캐패시터 스위치(SW2)가 온 상태(현재 고냉력 운전 상태)이면 단계(S57)로 진행하고, 그렇지 않으면 현재의 저냉력 운전을 그대로 유지 하는 경우이므로 그대로 종료된다.

단계(S57)에서, 제어부(80)는 온오프 스위치(SW1)를 오프시킨다. 이 오프 시간이 소정의 시간동안 단계(S53)에서와 같이 유지된다. 제어부(80)가 단계(S57)의 수행없이 단계(S58)를 수행하게 되면, 캐패시터(C2)에 충전된 전하로 인한 돌입전류가 온오프 스위치(SW1)에 흐르게 되어, 파손시킬 수 있으므로, 단계(S57)가 요구된다.

단계(S58)에서, 제어부(80)는 캐패시터 스위치(SW2)를 오프시킴으로써 열리게 한다. 이 열린 상태가 소정의 시간 동안 유지되도록 하여, 제어부(80)는 캐패시터(C1) 및/또는 (C2), (C3)에 충전된 전하, 특히 캐패시터(C2), (C3)에 충전된 전하가 소모될 수 있도록 한다. 이때, 다수의 캐패시턴스 가변부(50), (50a)가 병렬로 연결된 경우, 각각의 캐패시터 스위치(SW2)를 개폐시킴으로써, 보다 다양한 캐패시턴스의 가변이 가능하도록 할 수도 있다.

단계(S59)에서, 제어부(60)는 온오프 스위치(SW1)를 온시킴으로써, 전원이 캐패시터(C1)와 코일 권선체(L)를 통하여 인가되도록 하여, 즉 전체 캐패시턴스가 이전보다 감소되어 저냉력 운전이 이루어지도록 한다.

단계(S60)에서, 제어부(80)는 온오프 스위치(SW1)(40)를 오프시킴으로써 전원이 더 이상 코일 권선체(L)와 캐패시터(C1) 및/또는 캐패시터(C2, C3)에 인가되지 않도록 하며, 캐패시터(C1) 및/또는 캐패시터(C2), (C3)의 전하가 소모되도록 한다. 이 온오프 스위치(SW1)(40)의 오프 상태를 소정의 시간 유지할 수 있다.

단계(S61)에서, 제어부(80)는 캐패시터 스위치(SW2)가 온 상태인지를 판단하 여, 만약 온 상태이면(현재 고냉력 운전), 단계(S62)로 진행하고, 그렇지 않으면(현재 저냉력 운전), 그대로 종료된다.

단계(S62)에서, 제어부(80)는 캐패시터 스위치(SW2)를 오프시킴으로써 캐패키서(C2), (C3) 및/또는 캐패시터(C1)의 전하가 소모되도록 한다.

상술된 실시예에 따른 제어방법에서, 제어부(80)는 캐패시터 가변부(50, 50a)의 제어를 통하여 전체 캐패시턴스를 가변하기 이전에 온오프 스위치(SW1)(40)가 먼저 오프되도록 함으로써, 도 3 및 4의 구성에 따른 돌입 전류 방지 이외에도 추가적인 돌입 전류를 방지하도록 한다.

또한, 리니어 압축기의 가동을 중단시키는 경우에도, 제어부(80)는 온오프 스위치(SW1)(40)의 오프를 우선적으로 수행하고, 그 이후에 캐패시터 스위치(SW2)가 오프되도록 하여, 돌입전류에 의한 스위치(SW2 또는 SW1)의 파손이 방지될 수 있다.

이러한 구성의 본 발명은 인가되는 전원의 변동을 전압과 주파수를 인자로 하는 함수를 사용하여 보다 정확하게 산정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 인가되는 전원(전압 및 주파수 성분)이 변동하더라도 이 변동에 따라 출력이 감소되거나 증가되지 않도록 안정적으로 제어하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 인가되는 전원이 과도하여 압축기의 과부하에 걸리거나 또는 이상 상태의 운전이 수행되지 않도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 리니어 압축기의 운전(저냉력 운전, 고냉력 운전)을 가변하면서도 이에 따른 돌입전류의 발생을 방지하는 효과가 있다.

Claims

리니어 압축기에 형성된 코일 권선체와;

코일 권선체에 직렬로 연결된 제1캐패시터와;

제1캐패시터에 병렬로 연결된 캐패시턴스 가변부와;

인가전원의 전압(Vi) 및 주파수(Fi)를 측정하는 전압 및 주파수 감지부와;

전압 및 주파수 감지부로부터의 인가전원의 전압(Vi)과 주파수(Fi)에 관한 함수에 따른 모드전압(Vm)을 산정하고, 모드전압(Vm)에 따라 캐패시턴스 가변부를 제어하여 제어장치의 전체 캐패시턴스를 가변하여 리니어 압축기의 출력변화를 유도하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제1항에 있어서, 캐패시턴스 가변부는 일단이 제1캐패시터에 연결되고, 타단이 코일 권선체의 권선탭에 연결되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제2항에 있어서, 캐패시턴스 가변부는 적어도 하나의 제2캐패시터와, 제2캐패시터와 코일 권선체의 권선탭 간의 전류 흐름을 제어하는 캐패시터 스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제1항에 있어서, 캐패시턴스 가변부는 적어도 하나의 제3캐패시터와, 돌입전류 방지소자와, 제3캐패시터와 돌입전류 방지소자 간의 연결을 제어하는 캐패시터 스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제1항에 있어서, 모드 전압(Vm)은 하기의 수식에 따라 산정되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.

Vm=Vi+(Fi-b)×α(여기서, α, b는 상수)
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 제어부는 모드 전압(Vm)이 소정의 기준값(a)과의 비교에 따라 캐패시턴스 가변부를 제어하되, 모드 전압(Vm)이 기준값(a)보다 작은 경우, 전체 캐패시턴스가 증가되도록 하고, 모드 전압(Vm)이 기준값(a)과 같거나 큰 경우, 전체 캐패시턴스가 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제6항에 있어서, 제어장치는 코일 권선체에 전원을 공급 및 차단하는 전원 온오프 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제7항에 있어서, 제어부는 캐패시턴스 가변부를 제어하기 위해, 전원 온오프 스위치를 우선적으로 제어하여 전원을 차단시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제8항에 있어서, 제어부는 캐패시턴스 가변부의 제어 이후에 전원 온오프 스위치를 제어하여 전원을 공급시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제7항에 있어서, 제어장치는 제1캐패시터의 양단 간의 또는 캐패시턴스 가변부의 양단 간의 전압(Vc)을 측정하는 전압 감지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제10항에 있어서, 제어부는 측정 전압(Vc)이 과부하전압(Vo)보다 큰 경우, 전원 온오프 스위치를 제어하여 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
제11항에 있어서, 제어부는 캐패시터 스위치를 제어하여 전류 흐름을 차단시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.