KR100783239B1 - Controlling apparatus and its method for linear compressor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 구동 장치의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a driving apparatus of a linear compressor according to the prior art.
도 2a 및 2b는 도 1의 구동 장치에서의 제어 신호 및 입력전압의 그래프이다. 2A and 2B are graphs of a control signal and an input voltage in the driving device of FIG. 1.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a linear compressor according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 구동 장치의 구성도이다. 4 is a configuration diagram of a driving device of the linear compressor according to the present invention.
도 5a 내지 5c는 도 4의 구동 장치에서의 제어 신호, 입력전압 및 스트로크 상의 운전 그래프이다. 5A to 5C are operation graphs on a control signal, an input voltage, and a stroke in the driving device of FIG. 4.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
6: 피스톤 40: 정류 회로6: piston 40: rectifier circuit
50: 인버터 회로 60: 감지부50: inverter circuit 60: detector
60: 마이컴60: micom
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 피스톤의 제어 운전과 관성 운전을 병행하여 수행하도록 하여 소비전력을 절감하는 리니어 압축기의 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear compressor, and more particularly, to a driving apparatus and a driving method of a linear compressor for reducing power consumption by performing a control operation and an inertia operation of a piston in parallel.
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.In general, a compressor is a mechanical device that increases pressure by receiving power from a power generator such as an electric motor or a turbine to compress air, refrigerant, or various other working gases. It is widely used throughout.
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.These compressors are classified into a reciprocating compressor which compresses the refrigerant while linearly reciprocating the inside of the cylinder by forming a compression space in which the working gas is absorbed and discharged between the piston and the cylinder. And a rotary compressor for compressing the refrigerant while the roller is eccentrically rotated along the inner wall of the cylinder to form a compression space in which the working gas is sucked and discharged between the eccentrically rotating roller and the cylinder. As a scroll compressor that compresses the refrigerant while the rotating scroll rotates along the fixed scroll to form a compression space in which the working gas is absorbed and discharged between the orbiting scroll and the fixed scroll. Divided.
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.In general, a linear compressor sucks, compresses, and discharges a refrigerant by using a linear driving force of a motor. A compression unit including a cylinder and a piston for compressing a refrigerant gas is large, and a linear motor supplying driving force to the compression unit. It is divided into included driving parts.
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.Specifically, the linear compressor is installed so that the cylinder is fixed inside the sealed container, the piston is installed in the cylinder to reciprocate linear movement, the compression space in the cylinder as the piston reciprocating linear movement in the cylinder It is configured to compress and then discharge the refrigerant into the inlet, the inlet and outlet valve assembly is installed in the compression space to adjust the inflow and discharge of the refrigerant in accordance with the pressure in the compression space.
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.In addition, the linear motor for generating a linear motion force to the piston is installed so as to be connected to each other, the linear motor is provided with an inner stator and an outer stator configured to be laminated in a circumferential direction around the cylinder with a predetermined gap, A coil (or coil winding) is installed inside the inner stator or the outer stator, and a permanent magnet is installed in the gap between the inner stator and the outer stator so as to be connected to the piston.
이때, 상기 영구자석은 상기 피스톤의 운동방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 코일에 전류가 흐름에 따라 발생되는 전자기력에 의해 상기 피스톤의 운동방향으로 왕복 직선 운동하게 된다.At this time, the permanent magnet is installed to be movable in the direction of movement of the piston, the reciprocating linear movement in the direction of movement of the piston by the electromagnetic force generated as the current flows in the coil.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 구동 장치의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리니어 압축기의 구동장치는 상용교류전원을 인가받아 직류전원 또는 직류전압을 제공하는 정류회로(100)와, 상기 직류전원 또는 직류전압을 인가받아 마이컴(400)으로부터의 제어신호에 의해 스위칭되어 교류전압을 모터(M)에 인가하는 인버터 회로(200)와, 모터(M) 또는 부하의 상태를 감지하는 감지부(300)와, 감지부(300)로부터 감지된 모터(M) 또는 부하의 상태에 따라 인버터 회로(200)로 제어신호를 생성 및 인가하여 냉력을 제어하는 마이컴(400)으로 이루어진다. 1 is a configuration diagram of a driving apparatus of a linear compressor according to the prior art. As shown in FIG. 1, the driving apparatus of the linear compressor includes a
이 정류회로(100)는 다이오드 브리지(미도시)와, 캐패시터(미도시) 등을 구비하여 정류 및 평활 기능을 수행한다. The
인버터 회로(200)는 단상 전원인 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 4개의 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)를 구비하여, 마이컴(400)으로부터의 제어신호에 의해 각 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)가 온/오프됨에 따라, 입력된 직류전압을 교류전압의 형태로 변환하여 모터(M)에 인가하게 된다. When the
감지부(300)는 전류센서, 전압센서, 온도센서 등의 소자를 구비하여, 모터(M)의 상태(예를 들면, 압축행정 또는 팽창행정 등) 및 부하의 상태(예를 들면, 과부하, 저부하, 중부하 등)를 판단할 수 있는 감지신호를 마이컴(400)으로 인가한다. The
마이컴(400)은 감지부(300)로부터 수신된 감지신호에 따라 인버터 회로(200)로 제어신호를 생성하되, 이 제어신호에 의해 모터(M)가 부하의 상태에 따라 적절한 냉력을 생성할 수 있다. 이러한 제어 신호에 대하여서는 하기의 도 2a 및 2b에서 상세하게 개시된다. The microcomputer 400 generates a control signal to the
도 2a 및 2b는 도 1의 구동 장치에서의 제어 신호 및 입력전압의 그래프이다. 2A and 2B are graphs of a control signal and an input voltage in the driving device of FIG. 1.
도 2a에 도시된 바와 같이, 마이컴(400)은 반주기(0~T/2) 동안에 리니어 압축기의 압축행정을 수행할 때, 즉, 피스톤이 상사점(TDC: Top Dead Center) 방향으 로 진행하도록 하기 위해, 인버터 회로(200)로 도 2a에 도시된 제어신호를 인가한다. 즉, 인버터 회로(200)의 스위칭 소자(Q1과 Q4)에 제어신호가 인가됨으로써, 스위칭 소자(Q1 및 Q4)가 온되고, 스위칭 소자(Q2 및 Q3)는 오프된다. As shown in FIG. 2A, when the microcomputer 400 performs the compression stroke of the linear compressor during the half cycle (0 to T / 2), that is, the piston proceeds in the direction of the top dead center (TDC). To do this, the control signal shown in FIG. 2A is applied to the
다음 반주기(T/2~T) 동안에, 리니어 압축기의 팽창행정을 수행할 때, 즉 피스톤이 하사점(BDC: Bottom Dead Center) 방향으로 진행하도록 하기 위해, 인버터 회로(200)로 도 2a에 도시된 제어신호를 인가한다. 즉, 인버터 회로(200)의 스위칭 소자(Q2과 Q3)에 제어신호가 인가됨으로써, 스위칭 소자(Q2 및 Q3)가 온되고, 스위칭 소자(Q1 및 Q4)는 오프된다. During the next half cycle (T / 2 to T), when performing the expansion stroke of the linear compressor, i.e., for the piston to proceed in the direction of the bottom dead center (BDC), shown in FIG. 2A with the
즉, 마이컴(400)은 TDC 구간에서도 인버터 회로(200)로 제어신호를 인가하여 제어운전을 수행하고, BDC 구간에서도 인버터 회로(200)로 제어신호를 인가하여 제어운전을 수행함으로써, 전체 행정 동안 피스톤에 대한 제어 운전을 수행한다. That is, the microcomputer 400 applies the control signal to the
도 2b는 마이컴(400)의 인버터 회로(200)에 대한 제어에 의해 모터(M)에 인가되는 입력전압의 파형을 도시한다. 도시된 바와 같이, 반주기(0~T/2) 동안의 입력전압과, 그 다음 반주기(T/2~T) 동안의 입력전압이 모두 마이컴(400)에 의한 제어신호에 의해 생성된다. 2B illustrates waveforms of input voltages applied to the motor M by the control of the
일반적으로, 리니어 압축기에서 마이컴(400)이 TDC 구간에서 피스톤에 대한 정밀한 제어가 요구되나, BDC 구간에서 피스톤에 대한 제어가 실질적으로 요구되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 종래 기술에 따른 구동장치는 전체 구간에서 제어 운전을 수행하게 되어, 지속적으로 전원을 소비하는 문제가 있다. In general, in the linear compressor, the microcomputer 400 requires precise control of the piston in the TDC section, but substantially no control of the piston in the BDC section is required. Nevertheless, the driving apparatus according to the prior art is to perform a control operation in the entire section, there is a problem of continuously consuming power.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 피스톤의 상사점 방향으로의 운동에 대한 제어만을 수행하는 리니어 압축기의 구동 장치 및 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve this problem, it is an object of the present invention to provide a driving apparatus and a driving method of a linear compressor that performs only control of the movement in the top dead center direction of the piston.
또한, 본 발명은 인버터 회로에 의한 제어 운전과, 스프링과 피스톤의 질량에 의한 관성 운전을 병행하여 수행하는 리니어 압축기의 구동장치 및 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a driving apparatus and a driving method of a linear compressor which performs a control operation by an inverter circuit and an inertial operation by the mass of a spring and a piston.
본 발명인 리니어 압축기의 구동 장치는 상용교류전원을 정류하는 정류부와, 상기 정류부의 직류전원을 인가받아 교류전압을 리니어 모터에 인가하는 인버터부와, 리니어 압축기의 피스톤이 직선왕복운동을 수행하도록 하되, 상기 피스톤이 스트로크의 중심점과 상사점 사이에 있는 경우 및 중심점과 하사점 사이에 있는 경우에 각각 대응하여, 리니어 모터로의 교류전압의 인가 및 차단을 각각 수행하도록, 상기 인버터부를 제어하는 제어부로 이루어져서, 피스톤의 위치에 따라 피스톤의 제어운전 및 관성운전이 수행되도록 한다.
또한, 본 발명인 리니어 압축기의 구동 장치는 상용교류전원을 정류하는 정류부와, 상기 정류부의 직류전원을 인가받아 교류전압을 리니어 모터에 인가하는 인버터부와, 리니어 압축기의 피스톤이 직선왕복운동을 수행하도록 하되, 리니어 압축기의 압축 행정 및 팽창 행정에 각각 대응하여, 리니어 모터로의 교류전압의 인가 및 차단을 각각 수행하도록, 상기 인버터부를 제어하는 제어부로 이루어져서, 리니어 압축기가 수행하는 행정에 따라 피스톤의 제어운전 및 관성운전이 수행되도록 한다.
또한, 본 발명인 피스톤을 밀폐공간 내에서 직선왕복운동시키는 리니어 압축기의 구동 방법은, 피스톤이 스트로크의 중심점과 상사점 사이에 있는 경우, 상기 피스톤을 제어운전시키는 단계와, 상기 피스톤이 스트로크의 중심점과 하사점 사이에 있는 경우, 상기 피스톤을 관성운전시키는 단계를 포함하여, 피스톤의 위치에 따라 피스톤의 제어운전 및 관성운전이 수행되도록 한다. The driving apparatus of the linear compressor of the present invention is to rectify the commercial AC power source, the inverter unit for applying an AC voltage to the linear motor by receiving the DC power of the rectifying unit, and the piston of the linear compressor to perform a linear reciprocating motion, And a control unit for controlling the inverter unit to perform application and interruption of the AC voltage to the linear motor, respectively, corresponding to the case where the piston is between the center point and the top dead center of the stroke and between the center point and the bottom dead center. Therefore, the control operation and the inertia operation of the piston are performed according to the position of the piston.
In addition, the driving apparatus of the linear compressor of the present invention includes a rectifying unit for rectifying commercial AC power, an inverter unit for applying an AC voltage to the linear motor by receiving the DC power of the rectifying unit, and a piston of the linear compressor to perform a linear reciprocating motion. However, in response to the compression stroke and the expansion stroke of the linear compressor, respectively, the control unit for controlling the inverter unit to perform the application and blocking of the AC voltage to the linear motor, the control of the piston according to the stroke performed by the linear compressor Allow operation and inertial operation to be performed.
In addition, the linear compressor driving method of the linear reciprocating motion in the closed space of the present invention, when the piston is between the center point and the top dead center of the stroke, the control operation of the piston, the piston and the center point of the stroke If it is between the bottom dead center, including the step of inertial operation of the piston, so that the control operation and the inertia operation of the piston is performed according to the position of the piston.
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이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이하의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다. In the following, the invention is explained in detail on the basis of the embodiments of the invention and the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the following embodiments and drawings, and the scope of the present invention will be limited only by the contents described in the claims below.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a linear compressor according to the present invention.
본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 3에 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 가능하게 설치되는 동시에 피스톤(6)의 운동방향에 탄성 지지되도록 각종 스프링이 설치되고, 피스톤(6)은 직선 왕복 구동력을 발생시키는 리니어 모터(10)와 연결되도록 설치된다. In the linear compressor according to the present invention, as shown in FIG. 3, an
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.In addition, a
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.Here, the
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.In addition, a predetermined oil is contained in the bottom surface of the airtight container (2), and an oil supply device (30) for pumping oil is installed at the bottom of the assembly, and oil is provided in the lower frame (18) of the assembly. An
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.Next, the cylinder 4 is formed in a hollow shape so that the
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.Of course, the cylinder (4) is installed in one end close to the inlet pipe (2a) so that the reciprocating linear movement of the
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. At this time, the
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.In addition, between the one side of the discharge cover (24a) and the outlet pipe (2b) is connected to the
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.Therefore, when the pressure of the compression space P becomes equal to or greater than a predetermined discharge pressure as the
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.Next, the
이때, 흡입밸브(22)는 박판 형상으로 중앙부분이 피스톤(6)의 냉매유로(6a)를 개폐시키도록 중앙부분이 일부 절개되도록 형성되고, 일측이 피스톤(6a)의 일단 에 스크류에 의해 고정되도록 설치된다.At this time, the
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.Therefore, when the pressure of the compression space P becomes below the predetermined suction pressure lower than the discharge pressure as the
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.In particular, the
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 구동 장치의 구성도이다. 4 is a configuration diagram of a driving device of the linear compressor according to the present invention.
리니어 압축기의 구동장치는 상용교류전원을 인가받아 직류전원 또는 직류전압을 제공하는 정류회로(40)와, 상기 직류전원 또는 직류전압을 인가받아 마이컴(70)으로부터의 제어신호에 의해 스위칭되어 교류전압을 리니어 모터(M)(10)에 인가하는 인버터 회로(50)와, 리니어 모터(M) 또는 부하의 상태를 감지하는 감지부(60)와, 감지부(60)로부터 감지된 리니어 모터(M) 또는 부하의 상태에 따라 인버터 회로(50)로 제어신호를 생성 및 인가하여 냉력을 제어하는 마이컴(70)으로 이루어진다. The driving apparatus of the linear compressor is a
이 정류회로(40)는 다이오드 브리지(미도시)와, 캐패시터(미도시) 등을 구비하여 정류 및 평활 기능을 수행한다. The
인버터 회로(50)는 단상 전원인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 4개의 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)를 구비하여, 마이컴(70)으로부터의 제어신호에 의해 각 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)가 온/오프됨에 따라, 입력된 직류전압을 소정의 운전 주파수를 지닌 교류전압의 형태로 변환하여 리니어 모터(M)에 인가하게 된다. When the
감지부(60)는 전류센서, 전압센서, 온도센서 등의 소자를 구비하여, 리니어 모터(M)의 상태(예를 들면, 압축행정 또는 팽창행정 등) 및 부하의 상태(예를 들면, 과부하, 저부하, 중부하 등)를 판단할 수 있는 감지신호를 마이컴(70)으로 인가한다. The
마이컴(70)은 감지부(60)로부터 수신된 감지신호에 따라 인버터 회로(50)로 제어신호를 생성하되, 이 제어신호에 의해 리니어 모터(M)가 부하의 상태에 따라 적절한 냉력을 생성할 수 있다. 이러한 제어 신호에 대하여서는 하기의 도 5a 내지 5c에서 상세하게 개시된다. The
도 5a 내지 5c는 도 4의 구동 장치에서의 제어 신호, 입력전압 및 스트로크 상의 운전 그래프이다. 5A to 5C are operation graphs on a control signal, an input voltage, and a stroke in the driving device of FIG. 4.
도 5a에 도시된 바와 같이, 마이컴(70)은 반주기(0~T/2) 동안에 리니어 압축기의 압축행정을 수행할 때(피스톤(6)이 스트로크의 상사점과 중심점 사이에 있을 경우), 즉, 피스톤(6)이 상사점(TDC: Top Dead Center) 방향으로 진행하도록 하기 제어하기 위해, 인버터 회로(50)로 도 5a에 도시된 제어신호를 인가한다. 즉, 인버터 회로(50)의 스위칭 소자(Q1과 Q4)에 제어신호가 인가됨으로써, 스위칭 소자(Q1 및 Q4)가 온되고, 스위칭 소자(Q2 및 Q3)는 오프된다. As shown in FIG. 5A, the
다음 반주기(T/2~T) 동안에, 리니어 압축기의 팽창행정을 수행할 때(피스톤(6)이 스트로크의 중심점과 하사점 사이에 있을 경우), 즉 피스톤이 하사점(BDC: Bottom Dead Center) 방향으로 진행하도록 하기 위해, 인버터 회로(50)로 어떠한 제어신호도 인가하지 않는다. 즉, 인버터 회로(50)의 모든 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)가 오프된다. 이때, 피스톤(6)은 실린더(4) 내의 냉매에 의한 가스 스프링과, 기계 스프링(8a,8b)으로 이루어진 스프링 소자에 의해 원상태로 복귀하려는 힘에 의해 자동적으로 하사점(BDC) 방향으로 이동하게 된다. During the next half cycle (T / 2 to T), when performing the expansion stroke of the linear compressor (when the
즉, 마이컴(70)은 TDC 구간(스트로크의 중심점(M)과 상사점(TDC) 사이의 구간)에서 인버터 회로(50)로 제어신호를 인가하여 제어운전을 수행하고, BDC 구간(스트로크의 중심점(M)과 하사점(BDC) 사이의 구간)에서 인버터 회로(50)로 어떠한 제어신호를 인가하지 않아 관성 운전을 수행한다. 이러한 관성 운동은 스프링소자와 피스톤(6)의 질량에 따른 고유 주파수에 따른다. That is, the
도 5b는 마이컴(70)의 인버터 회로(50)에 대한 제어에 의해 리니어 모터(M)에 인가되는 입력전압의 파형을 도시한다. 도시된 바와 같이, 반주기(0~T/2) 동안의 입력전압은 인버터 회로(50)에서 인가되는 교류전압이고, 그 다음 반주기(T/2~T) 동안의 입력전압은 피스톤(6)이 관성 운전에 의해 야기하는 역기전압을 나타내는 것으로, 이 역기전압으로 인하여 정류회로(40)를 통하여 인가되는 전기에너지를 전혀 사용하지 않는다. 5B shows waveforms of input voltages applied to the linear motor M by the control of the
도 5c는 피스톤(6)이 직선왕복운동하는 스트로크를 표시한 것으로서, TDC 구간에서 상사점(TDC) 방향에 대하여, 마이컴(70)에 의한 제어 운전이 수행되고, BDC 구간에서 하사점(BDC) 방향에 대하여, 스프링소자와, 피스톤(6)의 질량에 의한 관성 운전이 수행됨을 표시한다. FIG. 5C illustrates a stroke in which the
이러한 구성의 본 발명은 피스톤의 상사점 방향으로의 운동에 대한 제어만을 수행하는 단순한 제어를 통하여 리니어 압축기를 구동하는 효과가 있다. The present invention of such a configuration has the effect of driving the linear compressor through a simple control that performs only the control for the movement in the top dead center direction of the piston.
또한, 본 발명은 인버터 회로에 의한 제어 운전과, 스프링과 피스톤의 질량에 의한 관성 운전을 병행하여 수행하는 리니어 압축기에 의해 소비되는 전력을 절감하는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of reducing the power consumed by the linear compressor to perform the control operation by the inverter circuit and the inertial operation by the mass of the spring and the piston in parallel.
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