KR100806099B1

KR100806099B1 - 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR100806099B1
Application number: KR1020060034310A
Authority: KR
Inventors: 성지원; 유재유; 이철웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2008-02-21
Also published as: DE102007016532B4; KR20070102316A; CN101054970B; DE102007016532A1; US20070241697A1; US7547197B2; CN101054970A

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 리니어 모터에 인가되는 전류 제어시, 현재 스트로크가 TDC 위인 경우에, 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크 감소시킬 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 리니어 모터에 인가되는 전류를 제어하여 스트로크를 증가시키면서, 그 스트로크와 전류의 위상차의 변곡점으로 TDC를 검출하고, 그 TDC 검출결과에 근거하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 제어유닛과; 상기 제어신호에 의해, 전류 지령치와 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력하는 제1 비교유닛과; 상기 전류 보정 신호에 따라, 입력전류를 가변하는 PWM 제어신호를 출력하는 PWM제어유닛과; 상기 PWM제어신호에 의해, 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하는 인버터를 포함하여 구성한다.

Description

리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법{DRIVING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR LINEAR COMPRESSOR}

도 1은 종래 리니어 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도 2는 종래 리니어 압축기의 운전제어방법에 대한 동작흐름도.

도 3은 종래 리니어 압축기의 TDC 제어를 보인 동작 흐름도.

도 4는 리니어 압축기의 TDC 제어 특성을 보인도.

도 5는 본 발명 리니어 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도 6은 본 발명 리니어 압축기의 운전제어방법에 대한 구성을 보인 동작흐름도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

100:전압 검출유닛 110:전류검출유닛

120:스트로크검출유닛 130:제어유닛

140:스트로크 지령치 결정유닛 150:전류지령치 결정유닛

160, 170:비교유닛 180:PWM제어유닛

190:인버터 200:전원유닛

본 발명은 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 리니어 모터에 인가되는 전류 제어시, 현재 스트로크가 TDC(TOP DEAD CENTER : 상사점) 위인 경우에, 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 감소시킬 수 있도록 한 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 리니어 압축기(Linear Compressor) 방식은 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.

본 발명은 리니어(Linear) 방식을 적용한 리니어 압축기에 관한 것이다.

상기 리니어 압축기가 냉장고나 에어컨에 사용될 경우에, 상기 리니어 압축기에 입력되는 전압(Voltage)을 가변 시킴에 따라 상기 리니어 압축기의 압축 비(compression ratio)를 가변 할 수 있어 냉력(Freezing Capacity)을 제어할 수 있다.

도1은 종래 리니어 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 모터에 인가되는 모터전류를 검출하는 전류검출부(4)와; 모터에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압검출부(3)와; 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정기(5)와; 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 차이신호에 따라, 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 제어기(2)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 전류검출부(4)는 모터에 인가되는 모터전류를 검출하고, 전압검출부 (3)는 모터에 인가되는 모터전압을 검출한다.

이때, 스트로크 추정기(5)는, 상기 모터전류와 모터전압 및 모터 파라미터를 하기의 수학식에 적용하여 스트로크추정치를 연산한후, 그 스트로크 추정치를 비교기(1)에 인가한다.

[수학식]

여기서, R:레지스턴스

L:인덕턴스

α:역기전력

이에 따라, 상기 비교기(1)는 상기 스토로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이신호를 제어기(2)에 인가하고, 이에 의해 상기 제어기(2)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어한다.

즉, 상기 제어기(2)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치 보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치 보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.

상술한 리니어 압축기는, 모터 파라미터(α),저항(R),리액턴스(L)을 이용하여 스트로크를 추정하고, 그 스트로크 추정치를 이용하여 스트로크 제어를 수행한다.

여기서, 도 3은 상술한 종래의 리니어 압축기의 TDC 제어를 보인 동작흐름도 로서, 상기 제어기(2)는 입력전류를 증가시키면서 현재 스트로크가 TDC인지를 판단하고, 그 판단결과 현재 스트로크가 TDC이면 현재 입력전류를 그대로 유지시킨다.

만약, 상기 제어기(2)는 상기 판단결과 현재 스트로크가 TDC가 아니면 그 스트로크가 TDC아래에 있는지를 판단한다.

상기 제어기(2)는 상기 판단결과, 상기 스트로크가 TDC아래에 있으면 계속하여 입력전류를 증가시키고, 상기 스트로크가 TDC 위에 있으면 입력전류를 감소시킨다.

이때, 상술한 리니어 압축기의 TDC 제어방법은, 전류제어로 TDC제어를 수행하여, 스트로크가 TDC를 넘어서는 경우에, 스트로크가 증가하여도 입력전류는 감소되거나 유지되므로 스트로크 떨림이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 입력전류의 감소에 따라, 상기 리니어 모터에 인가되는 전력이 크게 증가 또는 감소되어 냉력이 변동되며, 이에 따라 리니어 압축기의 운전 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 리니어 모터에 인가되는 전류 제어시, 현재 스트로크가 TDC 위인 경우에, 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크 감소시킬 수 있도록 한 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 장치는, 리니어 모터에 인가되는 전류를 제어하여 스트로크를 증가시키면서,

그 스트로크와 전류의 위상차의 변곡점으로 TDC를 검출하고,

그 TDC 검출결과에 근거하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하는 제어유닛을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

그 스트로크와 전류의 위상차의 변곡점으로 TDC를 검출하고,

그 TDC 검출결과에 근거하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 제어유닛과;

상기 제어신호에 의해, 전류 지령치와 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력하는 제1 비교유닛과;

상기 전류 보정 신호에 따라, 입력전류를 가변하는 PWM 제어신호를 출력하는 PWM제어유닛과;

상기 PWM제어신호에 의해, 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하는 인버터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 일정 스트로크 지령치에 해당되는 용량으로 운전하는 리니어 압축기로서,

부하에 따라, 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 증가시키는 과정과;

상기 리니어 모터에 인가되는 전류와 현재 스트로크를 이용하여 TDC를 검출하는 과정과;

현재 스트로크를 상기 TDC와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하는 과정을 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 도 4에서 보는 바와 같이, 스트로크가 TDC를 넘어서는 조건에서는 전류를 감소시켜야 스트로크를 증가시킬 수 있다는 점에 착안하였음을 밝혀두는 바이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 전압검출유닛(100),전류검출유닛(110),스트로크 검출유닛(120), 제어유닛(130), 제1,제2 비교유닛(160,170),스트로크 지령치 결정유닛(140),전류 지령치 결정유닛(150),PWM제어유닛(180),인버터(190),전원유닛(20 0)을 구비한다.

상기 전류검출유닛(110)은 리니어 압축기 모터의 전류를 검출하고, 상기 전압검출유닛(100)은 상기 리니어 압축기 모터의 전압을 검출한다.

상기 스트로크 검출유닛(120)은 상기 검출전류와 검출전압을 이용하여 스트로크를 계산한다.

상기 제어유닛(130)은 리니어 모터에 인가되는 전류를 제어하여 스트로크를 증가시키면서, 그 스트로크와 전류의 위상차의 변곡점으로 TDC를 검출하고, 그 TDC 검출결과에 근거하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변한다.

즉, 상기 제어유닛(130)은 상기 스트로크가 TDC이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 그대로 유지시키고, 상기 스트로크가 TDC 아래이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 증가시키며, 상기 스트로크가 TDC 위이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 감소시킨다.

이때, 상기 제어유닛(130)은 상기 TDC를 검출하는 방법으로, 리니어 압축기의 기계적 방정식에서 사용되는 댐핑 계수의 변곡점을 검출하여 TDC를 검출하거나, 가스스프링상수의 변곡점을 검출하여 TDC를 검출할 수도 있다.

또한, 상기 제어유닛(130)은 부하에 따라, 스트로크 지령치를 가변하기 위한 스트로크 제어신호를 출력한다.

상기 스트로크 지령치 결정유닛(140)은 상기 스트로크 제어신호에 따라 스트로크 지령치를 결정한다.

상기 전류 지령치 결정유닛(150)은 상기 스트로크 제어신호에 따라 전류 지령치를 결정한다.

상기 제1 비교유닛(160)은 상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 스트로크 보정신호를 출력한다.

상기 제2 비교유닛(170)은 상기 전류 제어 모드시, 전류 지령치와 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력한다.

상기 PWM제어유닛(180)은, 상기 전류 보정 신호에 따라, 입력전류를 가변하기 위한 PWM제어신호를 출력함과 아울러, 상기 스트로크 보정신호에 따라, 스트로크를 가변하기 위한 PWM 제어신호를 출력한다.

여기서, 상기 PWM제어신호는, PWM듀티비 가변신호와 PWM주기 가변신호로 이루어지는데, 상기 PWM듀티비 가변신호에 의해 리니어 모터에 인가되는 전류가 가변된다.

이때, 상기 전류지령치가 검출전류보다 작으면 PWM 듀티비를 크게 하고, 상기 전류 지령치가 검출전류보다 크면 PWM튜티비를 작게 한다.

상기 인버터(190)는 상기 PWM제어신호에 의해, 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변한다.

즉, 상기 인버터(190)는 상기 PWM제어신호에 의해 내부 스위칭소자의 온/오프 시간이 제어되어, 전원유닛(200)에서 출력되는 입력전류를 가변하여 리니어 모터에 인가한다.

여기서, 상기 전원유닛(200)은 상용 교류 전원을 정류 및 평활하여 일정한 직류전압을 발생한다.

이와 같은 본 발명의 동작을 첨부한 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 리니어 압축기가 일정 스트로크 지령치로 운전되는 상태임을 가정한다.

이러한 상태에서, 상기 전류 검출유닛(110)은 리니어 압축기 모터의 전류를 검출하고, 상기 전압 검출유닛(100)은 상기 리니어 압축기 모터의 전압을 검출한 다.

그 다음, 상기 스트로크 검출유닛(120)은 상기 검출전류와 검출전압을 이용하여 스트로크를 계산한다.

여기서, 본 발명에 따라, 상기 제어유닛(130)은 리니어 모터에 인가되는 전류를 제어하여 스트로크를 증가시키면서, 그 스트로크와 전류의 위상차의 변곡점으로 TDC를 검출하고, 그 TDC 검출결과에 근거하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변한다(SP11~SP16).

여기서, 상기 TDC는 'Top Dead Center'의 약어로서, 리니어 압축기에서 피스톤의 상사점에 대한 영문표기인데, 물리적으로는 피스톤의 압축행정 완료시의 스트로크를 의미한다.

이때, 상기 TDC=0인 위치가 리니어 압축기의 효율이 가장 이상적인 위치이므로, 리니어 압축기의 운전 제어시, TDC=0인 위치에, 피스톤이 위치하도록 제어하는데, 본 발명에서는 상기 TDC=0인 지점을 TDC로 표기한다.

즉, 상기 제어유닛(130)은 부하에 따라, 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 증가시킨다(SP11)

예를 들어, 상기 제어유닛(130)은 부하에 따라, 스트로크를 가변하기 위한 스트로크 제어신호를 출력한다.

이에 따라,상기 스트로크 지령치 결정유닛(140)은 상기 스트로크 제어신호에 의해 스트로크 지령치를 결정한다.

또한, 전류지령치 결정유닛(150)은 상기 스트로크 제어신호에 따라, 전류지 령치를 결정한다.

이후, 제1 비교유닛(160)은 상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크를 비교하고 그 비교결과에 근거한 스트로크 보정신호를 출력하고, 제2 비교유닛(170)은 상기 전류지령치와 현재 전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력한다.

이에 따라, PWM제어유닛(180)은 상기 스트로크 보정신호 및 상기 전류보정신호에 근거한 PWM제어신호를 출력하고, 인버터(230)는 상기 PWM제어신호에 의해 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하는데, 이러한 전류 제어모드시, 상기 제어유닛(130)은 리니어 모터에 인가되는 입력전류을 증가시킨다(SP11).

그 다음, 상기 제어유닛(130)은 현재 스트로크가 TDC인지를 판단하고(SP12), 그 판단결과 현재 스트로크가 TDC이면 리니어 모터에 인가되는 현재 입력전류를 그대로 유지시킨다(SP13).

반면에, 상기 제어유닛(130)은 현재 스트로크가 TDC가 아니면 그 스트로크가 TDC아래인지를 판단하고(SP14), 그 판단결과 현재 스트로크가 TDC 아래이면 리니어 모터에 인가되는 현재 입력전류를 계속하여 증가시킨다(SP15).

이때, 상기 제어유닛(130)은 현재 스트로크가 TDC 위이면, 본 발명에 따라, 리니어 모터에 인가되는 입력전류를 증가시킴으로써 스트로크를 감소시키는데(SP16), 도4에 도시된 바와같이, TDC 위에서는 스트로크를 감소시키기 위해서는 입력전류를 감소시켜야 한다.

즉, 본 발명의 리니어 압축기는 리니어 모터에 인가되는 전류 제어시, 현재 스트로크가 TDC 위인 경우에, 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크 감소시킴으로써, TDC제어를 안정되게 수행할 수 있도록 한 것이다.

상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위 내에서 여러 가지 변경 실시가 가능한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 리니어 모터에 인가되는 전류 제어시, 현재 스트로크가 TDC 위인 경우에, 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크 감소시킴으로써, TDC제어를 안정되게 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, TDC위에서 발생할 수 있는 오버 스트로크를 차단하여 리니어 압축기의 운전신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims

리니어 압축기 모터의 전류를 검출하는 전류 검출유닛과;

상기 리니어 압축기 모터의 전압을 검출하는 전압 검출유닛과;

상기 검출된 전류와 전압을 이용해 스트로크를 계산하는 스트로크 검출유닛과;

상기 리니어 압축기 모터에 인가되는 전류를 제어하여 스트로크를 증가시키면서, 그 스트로크와 전류의 위상차의 변곡점으로 TDC를 검출하고, 그 TDC 검출결과에 근거하여 리니어 압축기 모터에 인가되는 전류를 가변하는 제어유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

현재 스트로크가 TDC이면 상기 리니어 압축기 모터에 인가되는 전류를 그대로 유지시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

현재 스트로크가 TDC 아래이면 상기 리니어 압축기 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 증가시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제1 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

현재 스트로크가 TDC 위이면 상기 리니어 압축기 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 감소시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
리니어 모터에 인가되는 전류를 제어하여 스트로크를 증가시키면서,

그 스트로크와 전류의 위상차의 변곡점으로 TDC를 검출하고,

그 TDC 검출결과에 근거하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하기 위한 제어신호를 출력하는 제어유닛과;

상기 제어신호에 의해, 전류 지령치와 현재 입력전류를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 전류 보정신호를 출력하는 제1 비교유닛과;

상기 전류 보정 신호에 따라, 입력전류를 가변하는 PWM 제어신호를 출력하는 PWM제어유닛과;

상기 PWM제어신호에 의해, 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하는 인버터를 포함하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제5 항에 있어서, 제어유닛은,

현재 스트로크가 TDC이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 그대로 유지시키는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제5 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

현재 스트로크가 TDC 아래이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 증가시키는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제5 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

현재 스트로크가 TDC 위이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 감소시키는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제5 항에 있어서, 상기 제어유닛은,

부하에 따라, 스트로크 지령치를 가변하기 위한 스트로크 제어신호를 출력하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제9 항에 있어서,

상기 스트로크 제어신호에 따라 스트로크 지령치를 결정하는 스트로크 지령치 결정유닛과;

상기 스트로크 제어신호에 따라, 전류 지령치를 결정하는 전류 지령치 결정유닛을 포함하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제9 항에 있어서,

상기 스트로크 지령치와 현재 스트로크를 비교하고, 그 비교결과에 근거한 스트로크 보정신호를 출력하는 제2 비교유닛을 포함하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
제 11항에 있어서, 상기 PWM제어유닛은,

상기 스트로크 보정신호에 따라, 스트로크를 가변하기 위한 PWM제어신호를 출력하는 리니어 압축기의 운전제어장치.
일정 스트로크 지령치에 해당되는 용량으로 운전하는 리니어 압축기로서,

부하에 따라, 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 증가시키는 과정과;

상기 리니어 모터에 인가되는 전류와 현재 스트로크를 이용하여 TDC를 검출하는 과정과;

현재 스트로크를 상기 TDC와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 리니어 모터에 인가되는 전류를 가변하는 과정을 수행하는 리니어 압축기의 운전제어방법.
제13 항에 있어서, 상기 전류를 가변하는 과정은,

상기 스트로크가 TDC이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 그대로 유지시키는 단계와;

상기 스트로크가 TDC 아래이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 증가시키는 단계와;

상기 스트로크가 TDC 위이면 상기 리니어 모터에 인가되는 전류를 증가시켜 스트로크를 감소시키는 단계를 포함하는 리니어 압축기의 운전제어방법.