KR101528473B1 - Apparatus and method for controlling stroke phase of linear compressor - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to the sensorless control of a linear compressor and, more specifically, to a device and a method to control the stroke phase of a linear compressor capable of improving the transient response of a stroke by adding a phase control part to a closed-loop stroke control device of the linear compressor. According to an embodiment of the present invention, the device to control the stroke phase of a linear compressor, which is a sensorless control device for a linear compressor, comprises a linear compressor modeling part, a piston position estimation part, a piston amplitude estimation part, a current control part, a piston amplitude control part, and a phase control part.

Description

리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING STROKE PHASE OF LINEAR COMPRESSOR}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING STROKE PHASE OF LINEAR COMPRESSOR [0002]

본 발명은 리니어 압축기의 센서리스 제어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 위상 제어부를 추가함으로써 스트로크의 과도특성을 더욱 향상시키는 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to sensorless control of a linear compressor and more particularly to an apparatus and method for controlling a stroke phase of a linear compressor that further improves stroke transient characteristics by adding a phase control unit to a closed loop control apparatus of a linear compressor. will be.

본 발명은 교육부 및 한국연구재단의 일반연구자지원의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 9991002083, 과제명: 리니어컴프레서의 동적성능 및 운전효율 향상에 관한 연구].The present invention is derived from research carried out by the Ministry of Education and the Korea Research Foundation as part of the support of general researchers. [Task Control Number: 9991002083, Title: Study on Dynamic Performance and Operation Efficiency of Linear Compressor].

환경보호에 대한 인식이 날로 확대됨에 따라 유럽을 중심으로 전 세계적으로 환경 파괴에 대한 규제가 나날이 가속화되고 에너지 소비에 대한 규제가 강화되고 있다. 이에 따라 가정에서 사용되는 가전제품 중 가장 에너지 소비가 큰 냉장고와 에어컨이 주요 이슈가 되고 있다.As the awareness of environmental protection expands, regulations on environmental destruction are accelerated around the world, especially in Europe, and regulations on energy consumption are being strengthened. Accordingly, refrigerators and air conditioners, which are the most energy-consuming household appliances in the home, are becoming major issues.

이런 흐름에 맞춰 공조·냉동기기 제조업체에서는 압축기의 효율을 높이기 위해 기술 연구개발에 많은 노력을 하고 있으며, 기존 왕복동식 압축기의 경우에는 구조적 문제로 인하여 압축기 효율(EER: Energy Efficiency Ratio) 6.0이 한계점으로 예측되고 있다. 이에 EER 6.0이상의 고효율 압축기 개발을 목표로 새로운 매카니즘에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.To meet this trend, manufacturers of air conditioning and refrigeration equipment are making great efforts in R & D to improve the efficiency of compressors. In the case of existing reciprocating compressors, the compressor efficiency (EER: Energy Efficiency Ratio) of 6.0 is the limiting point Is predicted. Therefore, a new mechanism has been actively studied for the purpose of developing a high efficiency compressor with an EER of 6.0 or more.

이러한 연구 중에서 리니어 압축기는 기존의 압축기와는 달리 완전히 새로운 개념의 압축기로서, 기존의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 등장했다. 리니어 압축기는 기존의 왕복동식 압축기 대비 약 24% 이상의 전기 소비량 절감 효과가 있는 것으로 예측되고 있으며, 이밖에 리니어 압축기와 기존의 왕복동식 압축기의 차이를 도 1을 참조하여 설명한다. Among these studies, the linear compressor is an entirely new concept compressor unlike the conventional compressor, and has emerged as an alternative to overcome the existing limitations. The linear compressor is expected to have an electric consumption reduction of about 24% or more as compared with the conventional reciprocating compressor, and the difference between the linear compressor and the conventional reciprocating compressor will be described with reference to FIG.

도 1은 왕복동식 압축기 및 리니어 압축기의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a structure of a reciprocating compressor and a linear compressor.

도 1을 참조하면, 도 1(a)는 기본의 왕복동식 압축기의 구조를 나타낸 도면이고, 도 1(b)는 리니어 압축기의 구조를 나타낸 도면이다.Referring to FIG. 1, FIG. 1 (a) shows the structure of a basic reciprocating compressor, and FIG. 1 (b) shows the structure of a linear compressor.

기존의 왕복동식 압축기(도 1(a))는 크랭크축(CRANKSHAFT) 등의 기구학적 요소를 이용하여 회전하는 로터리 모터의 운동을 직선 운동으로 바꾸는 반면, 리니어 압축기(도 1(b))는 회전이 없는 리니어 모터(LINEAR MOTOR)를 이용함으로써, 운동 변환에 따른 베어링부 및 슬라이딩부의 마찰 저항이 왕복동식 압축기에 비해 대폭 줄었으며, 기존 크랭크축에 의해 발생되는 측면하중이 없어졌다.The conventional reciprocating compressor (Fig. 1 (a)) uses a kinematic element such as a crankshaft to change the motion of the rotating rotary motor to linear motion, while the linear compressor (Fig. 1 (b) , The frictional resistance of the bearing part and the sliding part due to the motion conversion is significantly reduced as compared with the reciprocating compressor and the lateral load generated by the existing crankshaft is eliminated.

즉, 리니어 압축기는 피스톤(PISTON)이 리니어 모터에 의해 직접 구동되는 피스톤 타입의 압축기로서, 리니어 압축기에서 구동되는 모든 힘이 직선운동방향으로 가해진다. 따라서, 리니어 압축기는 측면방향의 미는 힘이 발생하지 않으므로, 왕복동식 압축기에 비해 마찰손실이 줄어드는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해 리니어 모터는 오일 없는 압축기로도 많이 개발되고 있다.That is, the linear compressor is a piston type compressor in which the piston PISTON is directly driven by the linear motor, and all the force driven by the linear compressor is applied in the linear motion direction. Therefore, since the linear compressor does not generate the pushing force in the lateral direction, there is an advantage that the friction loss is reduced as compared with the reciprocating compressor. Because of these advantages, linear motors are being developed as oil-free compressors.

또한, 리니어 압축기는 소위 프리 피스톤(Free Piston) 구조를 채택하고 있다. 즉, 기존 왕복동식 압축기는 피스톤이 커넥팅 로드(Connecting Rod)에 의해 구속되어 일정한 스트로크(행정거리)를 실린더 내에서 왕복 운동하고 있는 반면, 리니어 압축기는 피스톤이 어느 한 곳에 구속됨 없이 단지 공진 스프링에 의해 지지되어 있기 때문에 스트로크(행정거리)의 조절이 가능하다. 따라서, 리니어 압축기의 스트로크는 시스템상의 부하나 주위온도에 따라 자유로운 조절이 가능하므로, 리니어 압축기를 냉장고에 적용하게 되면 소비전력 저감에 큰 효과를 볼 수 있다.In addition, the linear compressor employs a so-called free piston structure. That is, in the conventional reciprocating compressor, the piston is restrained by the connecting rod and reciprocates within a certain stroke (stroke distance) in the cylinder, while the linear compressor is operated only by the resonance spring The stroke (stroke distance) can be adjusted. Therefore, since the stroke of the linear compressor can be freely adjusted according to the temperature on the system or the ambient temperature, if the linear compressor is applied to the refrigerator, the power consumption can be greatly reduced.

또한, 리니어 압축기는 기존 왕복동식 압축기에 비하여 소음이 현저히 유리한 특징이 있다. 즉, 리니어 압축기는 전체적으로 노이즈 레벨이 낮을 뿐만 아니라 일명 "소프트 스타트 & 소프트 스톱" 이라는 기동방식(처음 기동할 때 정지시로부터 스트로크가 점차적으로 증가되는 현상)을 이용하므로, 압축기가 기동할 때 또는 정지할 때 발생되는 이상 소음이 기존 왕복동식 압축기 대비 상대적으로 작은 특징이 있다.In addition, the linear compressor is remarkably advantageous in noise compared with the conventional reciprocating compressor. That is, since the linear compressor uses not only a low noise level as a whole but also a starting method called "soft start & soft stop" (a phenomenon in which the stroke gradually increases from the stop at the time of the first start) The noise generated by the compressor is relatively small compared to the conventional reciprocating compressor.

이하에서는 도면을 참조하여, 리니어 압축기에 대해 더 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the linear compressor will be described in more detail with reference to the drawings.

도 2는 리니어 압축기의 세부 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the detailed structure of the linear compressor.

도 2를 참조하여 리니어 압축기의 동작 원리를 간단히 살펴보면, 리니어 압축기는 크게 모터부, 기구부, 스프링부, 냉매 흡토출부, 오일 공급부, 구동 제어부로 이루어져 있으며, 외측 고정자(10)에는 코일(11)이 부착되어 있고, 코일(11)에 흐르는 교류 전류에 의한 교번 자기장 및 마그네트(12)에 의한 자기장에 의하여 마그네트(12)를 진동시키는 힘이 발생한다. 이때, 마그네트(12)를 진동시키는 진동력이 내측 고정자(13) 안쪽에 위치한 실린더(14) 속의 피스톤(17)을 가진하게 되면, 피스톤(17)과 공진 스프링(18)으로 구성된 1자유도계 진동 시스템의 공진이 발생한다. 그리고, 상기 공진에 의하여 피스톤(17)의 진동 진폭이 커짐에 따라 피스톤(17)의 진동이 주기적으로 냉매를 압축/팽창 시킨다. 또한, 토출 밸브(15)와 흡입 밸브(16)에 의해 압축된 냉매가 토출 파이프를 통하여 압축기 외부로 토출된다.2, the operation principle of the linear compressor will be briefly described. The linear compressor comprises a motor unit, a mechanical unit, a spring unit, a refrigerant suction and discharge unit, an oil supply unit, and a drive control unit. The outer stator 10 includes a coil 11, And a force for vibrating the magnet 12 is generated by the alternating magnetic field caused by the alternating current flowing through the coil 11 and the magnetic field generated by the magnet 12. [ At this time, when the vibrating force for vibrating the magnet 12 is applied to the piston 17 in the cylinder 14 located inside the inner stator 13, the one-degree-of-freedom oscillation vibration consisting of the piston 17 and the resonance spring 18 Resonance of the system occurs. As the vibration amplitude of the piston 17 increases due to the resonance, the vibration of the piston 17 periodically compresses / expands the refrigerant. Further, the refrigerant compressed by the discharge valve 15 and the suction valve 16 is discharged to the outside of the compressor through the discharge pipe.

한편, 도 3은 리니어 모터의 동작 원리를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the principle of operation of the linear motor.

도 3을 참조하면, 리니어 압축기는 모터부의 권선된 코일(11)에 교류 전원이 인가될 때 전류의 방향이 교번되면서 흐르게 되고, 외측 고정자(10) 및 내측 고정자(13)를 이루는 철심에 플럭스(flux)가 전류의 방향에 따라 교번되게 되면서 N극 S극이 고정자의 양측에 각각 교대로 형성된다.Referring to FIG. 3, when the AC power is applied to the coil 11 of the motor unit, the linear compressor flows alternately in the direction of the current, and flows into the iron core constituting the outer stator 10 and the inner stator 13 flux is alternated according to the direction of the current, so that the N pole S pole is alternately formed on both sides of the stator.

이때 가동자에 고정되어 있는 마그네트(12)는 외측 고정자측(10)과 내측 고정자측(13)에 대하여 각각 S극, N극으로(이와 반대로 N극, S극으로도 형성하여도 무방) 형성되어 있다.At this time, the magnets 12 fixed to the mover can be formed as S poles and N poles (or both N poles and S poles may be formed) with respect to the outer stator side 10 and the inner stator side 13 .

가동자는 전류가 [가] 방향으로 흐르면 왼쪽으로 이동하고, 전류가 [나] 방향으로 흐르면 오른쪽으로 이동한다. 즉, 도 4의 ⓐ에서 교류전류의 크기가 증가하면 반시계 방향의 자계가 커지고, 이에 따라 마그네트(12)가 왼쪽으로 밀리게 된다. 그리고, 교류전류가 줄어 0에 이르게 되면, 도 4의 ⓑ와 같이 마그네트(12)가 가장 왼쪽편에 치우치게 된다. 그리고, 시간이 지나 교류전류가 반대방향으로 흐르게 되면, 도4의 ⓒ처럼 자계의 방향이 바뀌어 시계방향으로 발생하게 된다. 이에 따라, 마그네트(12)는 오른쪽으로 힘을 받게 되며, 결국 도 4의 ⓓ와 같이 마그네트(12)가 가장 오른편에 치우치게 된다.The mover moves to the left when the current flows in the [A] direction and to the right when the current flows in the [B] direction. 4, when the magnitude of the AC current increases, the magnetic field in the counterclockwise direction increases, and the magnet 12 is pushed to the left. Then, when the alternating current decreases to 0, the magnet 12 is biased to the left as shown in (b) of FIG. When the alternating current flows in the opposite direction after a lapse of time, the direction of the magnetic field is changed in a clockwise direction as shown in Fig. Accordingly, the magnet 12 receives a rightward force, and as a result, the magnet 12 is biased to the right most as shown in (d) of FIG.

마그네트(12)는 교류전류가 60Hz인 경우 1초에 60번 좌우로 진동하며, 교류전류의 주파수를 60Hz로 일정하게 유지하면서 진폭을 키우면, 마그네트(12)의 좌우 진동폭, 즉 스트로크(Stroke)가 커지게 된다. 이처럼 단위시간 동안 마그네트(12)의 스트로크가 커지게 되면, 마그네트(12)에 연결된 피스톤(17)의 직선방향의 속도(linear speed)가 커져 리니어 압축기의 냉매 유량(flow rate)이 증가되고, 그 결과 더 큰 냉각효과를 얻을 수 있게 된다.If the magnitude of the AC current is 60 Hz and the amplitude of the AC current is 60 Hz and the amplitude of the AC current is 60 Hz while maintaining the frequency of the AC current at a constant value of 60 Hz, the width of the magnet 12, ie, the stroke, . When the stroke of the magnet 12 increases, the linear velocity of the piston 17 connected to the magnet 12 increases to increase the flow rate of refrigerant in the linear compressor. As a result, a larger cooling effect can be obtained.

한편, 기존의 왕복동식 압축기는 모터의 회전운동을 직선운동으로 바꾸기 위하여 크랭크축을 이용한다. 이로 인해 왕복동식 압축기는 에너지효율은 떨어지지만, 피스톤이 크랭크축에 구속되어 있으므로 실린더의 상단과 하단을 벗어남이 없이 안전한 동작을 유지한다. 반면, 리니어 압축기는 기구적으로 구속되어 있지 않기 때문에 피스톤이 일정한 영역 내에서 안전하게 진동하고 실린더 헤드를 때리지 않게 하기 위해서는 피스톤의 스트로크를 정확히 제어할 필요가 있으며, 또한, 냉각을 위한 냉매의 유량 조절을 위해서도 피스톤의 정확한 스트로크 제어가 필요하다. 상기 피스톤의 정확한 스트로크 제어를 위해서는 피스톤의 위치를 정확히 파악하는 기술이 요구된다.On the other hand, the conventional reciprocating compressor uses a crankshaft in order to convert the rotational motion of the motor into a linear motion. This makes the reciprocating compressors energy-efficient but maintains safe operation without deviating from the top and bottom of the cylinder because the piston is constrained to the crankshaft. On the other hand, since the linear compressor is not mechanically constrained, it is necessary to precisely control the stroke of the piston in order to securely vibrate the piston in a certain region and not to hit the cylinder head. The exact stroke control of the piston is required. In order to accurately control the stroke of the piston, a technique for precisely grasping the position of the piston is required.

이에 따라, 한국등록특허 제0311417호 "LVDT를 이용한 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출회로"는 입력되는 DC전압의 극성을 바꾸어 출력하는 역극성 보호회로부와, 상기 역극성 보호회로부로부터 DC전압 입력시 발진하여 싸인파를 발생시키는 싸인파 발진기와, 상기 싸인파 발진기에서 발생된 싸인파 공급시 피스톤에 연결된 코어의 움직임을 감지하고, 그 감지한 움직임에 대응하는 출력전압을 검출하는 LVDT와, 상기 LVDT에서 검출되는 출력전압을 일정크기로 증폭시키고, 필터링하여 출력하는 증폭 및 필터부를 포함하는 구성을 제시한다.Accordingly, Korean Patent Registration No. 0311417 entitled "Piston position detection circuit of a linear compressor using LVDT" has a reverse polarity protection circuit part for changing the polarity of an input DC voltage and outputting the polarity, An LVDT for detecting a movement of a core connected to the piston when supplying a sine wave generated by the sine wave oscillator and detecting an output voltage corresponding to the sensed movement; And an amplifying and filtering unit for amplifying the output voltage to a predetermined magnitude and filtering and outputting the amplified signal.

상기 선행기술은 리니어 압축기 내에 LVDT를 설치하여 피스톤과 연결된 코어가 움직일 때 설치 된 센서부의 출력전압을 코일부가 감지함으로써, 피스톤의 위치를 0.1mm의 정밀도로 검출할 수 있는 장점이 있지만, 상기 선행기술이 이용하고 있는 LVDT 등과 같은 위치센서들은 가격이 낮지 않을 뿐만 아니라 장착이 쉽지 않고, 장착 시 압축기의 용기 밖으로 몇 가닥의 선이 나와야 하는 문제가 있었다.The prior art has an advantage that the position of the piston can be detected with a precision of 0.1 mm by detecting the output voltage of the sensor unit installed when the core connected to the piston moves by installing the LVDT in the linear compressor, The position sensors such as the LVDT used are not only low in price but also difficult to be mounted, and there is a problem in that a few strands of wires must come out of the container of the compressor at the time of mounting.

한국등록특허 제0311417호 (등록일: 2011.09.25)Korean Patent No. 0311417 (Registered on September 25, 2011)

본 발명은 리니어 압축기의 운용 효율을 향상시키려는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve the operating efficiency of a linear compressor.

본 발명은 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 위상 제어부를 추가함으로써 스트로크의 과도특성을 더욱 향상시키려는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to further improve the transient characteristics of a stroke by adding a phase control unit to a closed loop control apparatus for a linear compressor.

본 발명은 냉장고 및 에어컨과 같은 냉동가전기기뿐만 아니라, 산업계 전반에 확대 응용됨에 따라 범 국가적인 에너지 절감 및 제품 성능향상에 이바지하려는 것을 목적으로 한다.The present invention aims at contributing to energy saving and product performance enhancement across the country as a result of widespread application in not only refrigeration appliances such as refrigerators and air conditioners but also industries.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치는 리니어 압축기의 센서리스 제어 장치에 있어서, 리니어 압축기 모델링부, 피스톤 위치 추정부, 피스톤 진폭 추정부, 전류 제어부, 피스톤 진폭 제어부 및 위상 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, a stroke phase control apparatus of a linear compressor according to an embodiment of the present invention includes a linear compressor modeling unit, a piston position estimating unit, a piston amplitude estimating unit, a current controlling unit, A piston amplitude control section and a phase control section.

상기 리니어 압축기 모델링부는 상기 리니어 압축기의 기계방정식과 상기 리니어 압축기의 전기방정식을 s-domain으로 모델링한다. 상기 피스톤 위치 추정부는 전압센서로부터 측정된 상기 리니어 압축기의 입력전압값 및 전류센서로부터 측정된 상기 리니어 압축기에 흐르는 전류값을 이용하여 피스톤의 위치를 추정한다. 상기 피스톤 진폭 추정부는 위상지연필터를 이용하여 상기 피스톤의 진폭을 추정한다. 상기 전류 제어부 및 상기 피스톤 진폭 제어부는 스트로크의 입출력 동특성 향상을 위하여 포함된다. 상기 위상 제어부는 상기 위상지연필터를 기반으로 추정된 상기 리니어 압축기에 흐르는 전류의 위상과 상기 위상지연필터를 기반으로 추정된 상기 스트로크의 위상 간에 위상차를 이용하여 상기 스트로크의 입출력 동특성을 향상시키는 상기 스트로크의 위상제어 값을 연산하며, 상기 위상 제어부는 상기 위상차를 이용하여 연산된 상기 스트로크의 위상제어 값을 상기 피스톤 진폭 제어부의 출력값에 더함으로써 상기 스트로크의 과도특성을 향상시킨다.The linear compressor modeling unit models the mechanical equations of the linear compressor and the linear equations of the linear compressor in s-domain. The piston position estimating unit estimates the position of the piston using an input voltage value of the linear compressor measured from a voltage sensor and a current value flowing through the linear compressor measured from the current sensor. The piston amplitude estimator estimates the amplitude of the piston using a phase delay filter. The current control unit and the piston amplitude control unit are included to improve the input / output dynamic characteristics of the stroke. Wherein the phase control unit controls the phase of the stroke based on the phase difference between the phase of the current flowing in the linear compressor estimated based on the phase delay filter and the phase of the stroke estimated based on the phase delay filter, And the phase control unit increases the transient characteristic of the stroke by adding the phase control value of the stroke calculated using the phase difference to the output value of the piston amplitude control unit.

또한, 상기 위상 제어부는 상기 위상지연필터를 이용하여 상기 전류의 위상 추정치 및 상기 스트로크의 위상 추정치를 각각 연산하고, sin함수를 이용하여 상기 연산된 상기 전류의 위상 추정치와 상기 연산된 상기 스트로크의 위상 추정치 간에 위상차를 연산할 수 있으며, 상기 연산된 위상차에 비례상수를 곱함으로써 상기 위상제어 값을 연산할 수 있으며, 상기 피스톤 위치 추정부는 상기 리니어 압축기의 상기 전기방정식을 기반으로 적분함으로써 아날로그 방식 또는 디지털 방식으로 상기 피스톤의 위치를 추정할 수 있다.The phase control unit may calculate the phase estimate of the current and the phase estimate of the stroke using the phase delay filter, calculate a phase estimate of the current using the sine function, and a phase of the calculated stroke And calculating the phase control value by multiplying the calculated phase difference by a proportional constant, and the piston position estimating unit may integrate the linear compressor based on the electric equation of the linear compressor, It is possible to estimate the position of the piston.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 방법은 리니어 압축기의 센서리스 제어 방법에 있어서, 리니어 압축기 모델링 단계, 피스톤 위치 추정 단계, 피스톤 진폭 추정 단계 및 위상 제어 단계를 포함한다.Meanwhile, the stroke phase control method of a linear compressor according to an embodiment of the present invention includes a linear compressor modeling step, a piston position estimating step, a piston amplitude estimating step, and a phase control step in a sensorless control method of a linear compressor.

상기 리니어 압축기 모델링 단계는 상기 리니어 압축기의 기계방정식과 상기 리니어 압축기의 전기방정식을 s-domain으로 모델링한다. 상기 피스톤 위치 추정 단계는 전압센서로부터 측정된 상기 리니어 압축기의 입력전압값 및 전류센서로부터 측정된 상기 리니어 압축기에 흐르는 전류값을 이용하여 피스톤의 위치를 추정한다. 상기 피스톤 진폭 추정 단계는 위상지연필터를 이용하여 상기 피스톤의 진폭을 추정한다. 상기 위상 제어 단계는 상기 위상지연필터를 기반으로 추정된 상기 리니어 압축기에 흐르는 전류의 위상과 상기 위상지연필터를 기반으로 추정된 상기 스트로크의 위상 간에 위상차를 이용하여 상기 스트로크의 입출력 동특성을 향상시키는 상기 스트로크의 위상제어 값을 연산하며, 상기 위상 제어 단계는 상기 위상차를 이용하여 연산된 상기 스트로크의 위상제어 값을 상기 피스톤 진폭 제어 단계의 출력값에 더함으로써 상기 스트로크의 과도특성을 향상시킨다.The modeling of the linear compressor models the mechanical equations of the linear compressor and the linear equations of the linear compressor in s-domain. The piston position estimating step estimates the position of the piston using the input voltage value of the linear compressor measured from the voltage sensor and the current value flowing through the linear compressor measured from the current sensor. The piston amplitude estimating step estimates the amplitude of the piston using a phase delay filter. Wherein the phase control step includes a step of increasing the input / output dynamic characteristic of the stroke by using a phase difference between a phase of a current flowing in the linear compressor estimated based on the phase delay filter and a phase of the stroke estimated based on the phase delay filter, And the phase control step enhances the transient characteristics of the stroke by adding the phase control value of the stroke calculated using the phase difference to the output value of the piston amplitude control step.

또한, 상기 위상 제어 단계는 상기 위상지연필터를 이용하여 상기 전류의 위상 추정치 및 상기 스트로크의 위상 추정치를 각각 연산하고, sin함수를 이용하여 상기 연산된 상기 전류의 위상 추정치와 상기 연산된 상기 스트로크의 위상 추정치 간에 위상차를 연산하고, 상기 연산된 위상차에 비례상수를 곱함으로써 상기 위상제어 값을 연산할 수 있으며, 상기 피스톤 위치 추정 단계는 상기 리니어 압축기의 상기 전기방정식을 기반으로 적분함으로써 아날로그 방식 또는 디지털 방식으로 상기 피스톤의 위치를 추정할 수 있다.The phase control step may further include calculating a phase estimate of the current and a phase estimate of the stroke using the phase delay filter, and calculating a phase estimate of the current using the sine function and a phase estimate of the calculated current, And calculating the phase control value by multiplying the calculated phase difference by a proportional constant. The piston position estimating step may be performed by an analog method or a digital method by integrating based on the electric equation of the linear compressor, It is possible to estimate the position of the piston.

본 발명은 리니어 압축기의 운용 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of improving the operating efficiency of the linear compressor.

본 발명은 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 위상 제어부를 추가함으로써 스트로크의 과도특성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of further improving the transient characteristics of the stroke by adding the phase control unit to the closed loop control apparatus of the linear compressor.

본 발명은 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 전류 제어부를 추가함으로써 스트로크 과도특성을 개선시키고, 위상 제어부를 추가함으로써 스트로크의 입출력 동특성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention improves stroke transient characteristics by adding a current control unit to a closed loop control apparatus of a linear compressor, and further improves stroke input / output dynamic characteristics by adding a phase control unit.

본 발명은 전류 위상과 스트로크위 위상의 위상차에 비례한 값을 피스톤 진폭 제어부의 출력에 합함으로써 스트로크의 과도특성이 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect that the transient characteristics of the stroke can be improved by adding a value proportional to the phase difference between the current phase and the phase on the stroke to the output of the piston amplitude control unit.

본 발명은 위상 제어부를 이용하여 리니어 압축기의 스트로크를 제어하므로, 위상제어 없이 스트로크를 제어하는 경우보다 스트로크의 입출력 동특성이 향상되고, 외란에 대해 훨씬 빨리 복귀되는 효과가 있다.Since the stroke of the linear compressor is controlled using the phase control unit, the input / output dynamic characteristics of the stroke are improved and the disturbance is restored much faster than when the stroke is controlled without the phase control.

본 발명은 냉장고 및 에어컨과 같은 냉동가전기기뿐만 아니라, 산업계 전반에 확대 응용됨에 따라 범 국가적인 에너지 절감 및 제품 성능향상에 이바지할 수 있는 효과가 있다.The present invention can be applied not only to refrigerated appliances such as a refrigerator and an air conditioner but also to a wide range of industries, thereby contributing to energy saving and product performance improvement across the country.

도 1은 왕복동식 압축기 및 리니어 압축기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 리니어 압축기의 세부 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 리니어 모터의 동작 원리를 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치를 s-domain으로 표현한 도면이다.
도 5는 리니어 모터의 전기회로 등가모델을 나타낸 도면이다.
도 6은 종래의 리니어 압축기의 스트로크 제어 장치에 관한 개략적인 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치에 관한 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트로크 진폭 명령치와 실제 스트로크의 진폭 추정치의 응답 그래프를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모의실험 결과 그래프를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상제어 유무에 따른 스트로크 응답 그래프를 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a structure of a reciprocating compressor and a linear compressor.
2 is a view showing the detailed structure of the linear compressor.
3 is a view showing the operation principle of the linear motor.
4 is a s-domain representation of a closed loop control apparatus for a conventional linear compressor.
5 is a diagram showing an electric circuit equivalent model of a linear motor.
6 is a schematic block diagram of a stroke control apparatus of a conventional linear compressor.
7 is a schematic diagram of a stroke phase control apparatus for a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a response graph of the amplitude estimate value of the actual stroke and the stroke amplitude command value according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a simulation result according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a stroke response graph according to an embodiment of the present invention, with or without phase control.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the following description of the embodiments of the present invention, specific values are only examples.

본 발명은 리니어 압축기의 센서리스 제어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 위상 제어부를 추가함으로써 스트로크의 과도특성을 더욱 향상시키는 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to sensorless control of a linear compressor and more particularly to an apparatus and method for controlling a stroke phase of a linear compressor that further improves stroke transient characteristics by adding a phase control unit to a closed loop control apparatus of a linear compressor. will be.

우선, 본 발명의 기반이 되는 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 관하여 설명한다.First, a closed loop control device for a linear compressor will be described on the basis of the present invention.

도 6은 종래의 리니어 압축기의 스트로크 제어 장치에 관한 개략적인 블록도이다.6 is a schematic block diagram of a stroke control apparatus of a conventional linear compressor.

도 6을 참조하면, 종래의 리니어 압축기의 스트로크 제어 장치는 리니어 압축기(COMP)를 구동시키기 위한 전압을 공급하는 전압 제어부(20)와, 전압 제어부(20)와 리니어 압축기 사이에 연결된 콘덴서(21)와, 리니어 압축기의 입력전압을 검출하는 전압센서(22)와, 리니어 압축기에 흐르는 전류를 검출하는 전류센서(23)와, 전압센서(22)에서 출력되는 전압과 전류센서(23)에서 출력되는 전류를 각각 입력받아 스트로크를 계산하고, 상기 계산된 스트로크와 제어목표 스트로크를 비교한 후 제어하고자 하는 스트로크를 제어하는 마이크로 컴퓨터(24)와, 마이크로 컴퓨터(24)에서 결정한 스트로크에 따라 리니어 압축기를 구동하는 구동 전압값을 전압 제어부(20)로 출력하는 구동부(25)로 구성된다.6, a stroke control apparatus of a conventional linear compressor includes a voltage control unit 20 for supplying a voltage for driving a linear compressor COMP, a capacitor 21 connected between the voltage control unit 20 and the linear compressor, A voltage sensor 22 for detecting an input voltage of the linear compressor, a current sensor 23 for detecting a current flowing in the linear compressor, a voltage output from the voltage sensor 22, A microcomputer 24 for receiving a current and calculating a stroke, comparing the calculated stroke with a control target stroke, and then controlling a stroke to be controlled; and a microcomputer 24 for driving the linear compressor according to the stroke determined by the microcomputer 24 And a drive unit 25 for outputting a drive voltage value to the voltage control unit 20. [

한편, 도 4는 종래의 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치를 s-domain으로 표현한 도면이다.4 is a s-domain representation of a closed loop control apparatus for a conventional linear compressor.

도 4를 참조하면, 종래의 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치는 크게 리니어 압축기 모델링부(30), 피스톤 위치 추정부(31), 피스톤 진폭 추정부(32), 전류 제어부(33) 및 피스톤 진폭 제어부(34)로 구성된다.Referring to FIG. 4, a conventional closed loop control apparatus for a linear compressor includes a linear compressor modeling unit 30, a piston position estimating unit 31, a piston amplitude estimating unit 32, a current controlling unit 33, And a control unit 34.

리니어 압축기 모델링부(30)는 식 1로 표현되는 리니어 압축기의 기계방정식과 식 2로 표현되는 리니어 압축기의 전기방정식을 s-domain으로 모델링한다.The linear compressor modeling unit 30 models the mechanical equations of the linear compressor expressed by Equation (1) and the electric equations of the linear compressor expressed by Equation (2) as s-domains.

더 자세히 말하자면, 리니어 압축기 내에 있는 리니어 모터의 기계방정식은 식 1과 같이 나타낼 수 있다.More specifically, the mechanical equation of a linear motor in a linear compressor can be expressed as Equation 1.

[식 1][Formula 1]

Figure 112014033619113-pat00001
Figure 112014033619113-pat00001

이 때, M은 피스톤과 무빙코일의 등가질량, C는 점성댐핑계수, K는 스프링상수, α는 리니어 모터의 추력상수, Ap는 피스톤의 단면적, x(t)는 리니어 모터의 변위, i(t)는 리니어 압축기의 권선에 흐르는 전류, ΔP(t)는 리니어 압축기의 챔버와 피스톤 후면의 압력 차를 의미한다.In this case, M is the equivalent mass of the piston and the moving coil, C is the viscous damping coefficient, K is the spring constant, α is the thrust constant of the linear motor, A p is the cross sectional area of the piston, x (t) (t) denotes a current flowing in the windings of the linear compressor, and? P (t) denotes a pressure difference between the chamber of the linear compressor and the rear surface of the piston.

한편, 리니어 압축기의 전기방정식은 도 5로부터 도출될 수 있다.On the other hand, the electric equation of the linear compressor can be derived from Fig.

도 5는 리니어 모터의 전기회로 등가모델을 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing an electric circuit equivalent model of a linear motor.

도 5를 참조하면, 리니어 압축기 내에 있는 리니어 모터의 전기방정식은 식 2와 같이 선형 미분방정식으로 나타낼 수 있다. 또한 리니어 모터의 추력 Fe는 식 3과 같이 선형식으로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 5, the electric equation of a linear motor in a linear compressor can be expressed by a linear differential equation, The thrust Fe of the linear motor can be expressed in a linear form as shown in Equation 3.

[식 2][Formula 2]

Figure 112014033619113-pat00002
Figure 112014033619113-pat00002

[식 3][Formula 3]

Figure 112014033619113-pat00003
Figure 112014033619113-pat00003

이때, 식 2에서 Le는 코일(11)의 유효인덕턴스, Re는 유효저항, v(t)는 리니어 압축기의 전원전압(또는 입력전압)을 의미하며,

Figure 112014033619113-pat00004
는 마그네트(12)의 운동에 의하여 권선코일(11)에 발생하는 역기전력을 의미한다.In Equation 2, L e denotes the effective inductance of the coil 11, R e denotes the effective resistance, v (t) denotes the power supply voltage (or input voltage) of the linear compressor,
Figure 112014033619113-pat00004
Means a back electromotive force generated in the winding coil 11 by the motion of the magnet 12.

따라서, 식 1로 표현되는 리니어 압축기의 기계방정식과 식 2로 표현되는 리니어 압축기의 전기방정식을 s-domain으로 모델링하면 도 4의 (30)과 같이 표현할 수 있으며, 이는 리니어 압축기 모델링부(30)에서 모델링이 이루어진다.Therefore, modeling the mechanical equation of the linear compressor expressed by Equation (1) and the electrical equation of the linear compressor expressed by Equation (2) as s-domain can be expressed as (30) .

피스톤 위치 추정부(31)는 전압센서(22)로부터 측정된 리니어 압축기의 입력 전압값과 전류센서(23)로부터 측정된 리니어 압축기의 권선에 흐르는 전류값을 이용하여 피스톤의 위치를 추정한다. 이때, 피스톤의 위치는 식 5의 아나로그 방식이나 식 6의 디지털 방식으로 구현함으로써 추정할 수 있다.The piston position estimating unit 31 estimates the position of the piston using the input voltage value of the linear compressor measured from the voltage sensor 22 and the current value flowing through the winding of the linear compressor measured from the current sensor 23. At this time, the position of the piston can be estimated by implementing the analog method of Equation 5 or the digital method of Equation 6.

더 자세히 말하자면, 리니어 압축기는 기구적으로 구속되어 있지 않기 때문에 피스톤이 일정한 영역 내에서 안전하게 진동하고 실린더 헤드를 때리지 않게 하기 위해서는 피스톤의 스트로크를 정확히 제어할 필요가 있다. 또한, 냉각을 위한 냉매의 유량 조절을 위해서도 피스톤의 정확한 스트로크 제어가 필요하다. 따라서, 이를 위해서는 피스톤의 정확한 위치 정보가 필요하며, 이하에서는 피스톤의 위치를 간접적으로 추정할 수 있는 한 가지 방법을 보여준다.More specifically, since the linear compressor is not mechanically constrained, it is necessary to precisely control the stroke of the piston in order to securely vibrate the piston in a certain region and not hit the cylinder head. In addition, precise stroke control of the piston is also required to control the flow rate of the refrigerant for cooling. Therefore, accurate positional information of the piston is required for this purpose. Hereinafter, one method of indirectly estimating the position of the piston is shown.

리니어 모터의 전기방정식을 나타내는 식 2를 x(t)에 관하여 정리하면 식 4와 같이 나타낼 수 있다.Equation 2 representing the electric equation of the linear motor can be expressed as Equation 4 with respect to x (t).

[식 4][Formula 4]

Figure 112014033619113-pat00005
Figure 112014033619113-pat00005

그리고 피스톤의 위치 추정값

Figure 112014033619113-pat00006
는 식 4를 적분함으로써 구할 수 있으며, 이는 식 5와 같이 나타낼 수 있다. And the position estimate of the piston
Figure 112014033619113-pat00006
Can be obtained by integrating Equation (4), which can be expressed as Equation (5).

[식 5][Formula 5]

Figure 112014033619113-pat00007
Figure 112014033619113-pat00007

따라서, 식 5를 이용하면 피스톤의 위치를 간접적으로 추정할 수 있다. 이때, 식 5는 아날로그 방식으로 피스톤의 위치를 추정할 때 이용될 수 있으며, 반면, 식 6은 디지털 방식으로 피스톤의 위치를 추정할 때 이용될 수 있다.Therefore, using Equation 5, the position of the piston can be indirectly estimated. Equation (5) can be used to estimate the position of the piston in an analog manner, while Equation (6) can be used to estimate the position of the piston in a digital manner.

[식 6][Formula 6]

Figure 112014033619113-pat00008
Figure 112014033619113-pat00008

이때, T는 샘플링 주기를 의미한다.Here, T denotes a sampling period.

한편, 기존 왕복동식 압축기는 피스톤이 크랭크 축(CRANKSHAFT)에 의해 구속되어 일정한 스트로크(행정거리)를 실린더 내에서 왕복 운동하고 있는 반면, 리니어 압축기에서의 피스톤(17)은 어느 한 곳에 구속됨 없이 단지 공진 스프링(18)에 의해 지지되어 있기 때문에 스트로크의 조절이 가능하다. 그래서 리니어 압축기는 시스템상의 부하나 주위온도에 따라 스트로크 조절이 자유롭기 때문에, 냉장고에 적용 시 소비전력 저감에 큰 효과를 나타낸다. 이때, 리니어 압축기가 적용된 냉장고나 에어컨의 냉각능력을 제어하기 위해서는 단위시간 동안 피스톤(17)이 움직인 거리, 즉 피스톤(17)의 속도를 제어해야 하며, 이는 리니어 모터의 주파수나 스트로크를 조정함으로써 가능하다. 대부분의 경우는 주파수를 고정(예를 들어 60Hz)하고 스트로크를 변화시키는 것이 일반적이다.On the other hand, in the conventional reciprocating compressor, the piston is restrained by the crankshaft (CRANKSHAFT) and reciprocates in a certain stroke (stroke distance) in the cylinder, while the piston 17 in the linear compressor is not restricted The stroke can be adjusted because it is supported by the resonance spring 18. Therefore, since the linear compressor is free from stroke control according to the temperature of the system or the ambient temperature, it has a great effect on reducing power consumption when applied to a refrigerator. At this time, in order to control the cooling capacity of the refrigerator or the air conditioner to which the linear compressor is applied, it is necessary to control the distance that the piston 17 moves for a unit time, that is, the speed of the piston 17. This adjusts the frequency or stroke of the linear motor It is possible. In most cases it is common to set the frequency fixed (for example 60 Hz) and to change the stroke.

만약, 리니어 모터의 피스톤 위치가 식 7과 같이 표현된다면, 스트로크는 2Xm이 된다. 즉, 피스톤의 스트로크를 제어하는 것은 Xm(진폭)의 크기를 제어하는 것과 마찬가지이며, 이를 위해서는 식 7에 표현된 피스톤의 위치 파형으로부터 Xm을 추정해야 함을 의미한다.If the piston position of the linear motor is expressed as Equation 7, the stroke becomes 2 x m. That is, controlling the stroke of the piston is the same as controlling the magnitude of X m (amplitude), which implies that X m should be estimated from the position waveform of the piston expressed in Eq.

[식 7][Equation 7]

Figure 112014033619113-pat00009
Figure 112014033619113-pat00009

이하에서는 피스톤의 진폭을 추정하는 방법으로 위상지연필터를 이용하는 방법을 기술한다.Hereinafter, a method of using a phase delay filter as a method of estimating the amplitude of a piston will be described.

피스톤 진폭 추정부(32)는 위상지연필터를 이용하여 피스톤의 진폭을 추정하며, 이때 위상지연필터는 식 8과 같이 표현될 수 있다.The piston amplitude estimating section 32 estimates the amplitude of the piston using a phase delay filter, where the phase delay filter can be expressed as Eq.

[식 8][Equation 8]

Figure 112014033619113-pat00010
Figure 112014033619113-pat00010

이때,

Figure 112014033619113-pat00011
=1이면, 식 9 및 식 10이 성립한다.At this time,
Figure 112014033619113-pat00011
= 1, Equation 9 and Equation 10 are established.

[식 9][Equation 9]

Figure 112014033619113-pat00012
Figure 112014033619113-pat00012

[식 10][Equation 10]

Figure 112014033619113-pat00013
Figure 112014033619113-pat00013

즉,

Figure 112014033619113-pat00014
=1이면, 식 8은 90°(
Figure 112014033619113-pat00015
라디안) 위상지연 필터 기능을 한다.In other words,
Figure 112014033619113-pat00014
= 1, Equation 8 is 90 DEG (
Figure 112014033619113-pat00015
Radian) phase delay filter.

그리고, 식 7의 x(t)가 90° 위상지연필터를 통과한 것을 xd(t)라고 한다면, xd(t)는 식 11과 같이 나타낼 수 있다.Then, let x d (t) denote that x (t) in Eq. (7) passes through the 90 ° phase delay filter, x d (t) can be expressed as Eq.

[식 11][Equation 11]

Figure 112014033619113-pat00016
Figure 112014033619113-pat00016

따라서, 식 7 및 식 11을 이용하여 식 12를 도출할 수 있으며, 식 12를 이용하면 피스톤의 진폭을 추정할 수 있다.Therefore, Equation 12 can be derived using Equation 7 and Equation 11, and Equation 12 can be used to estimate the amplitude of the piston.

[식 12][Equation 12]

Figure 112014033619113-pat00017
Figure 112014033619113-pat00017

도 4에서 전류 제어부(33)와 피스톤 진폭 제어부(34)는 스트로크의 입출력 동특성 향상을 위하여 구비된 것이며, D(s)는 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치의 동적 성능을 분석하기 위해 외부에서 가해주는 외란(disturbance) 입력을 의미한다.In FIG. 4, the current control unit 33 and the piston amplitude control unit 34 are provided for improving the input / output dynamic characteristics of the stroke, and D (s) is an external force applied to analyze the dynamic performance of the closed loop control device of the linear compressor. The term means disturbance input.

한편, 본 발명은 상기에 기술한 종래의 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 위상 제어부를 추가함으로써 스트로크의 과도특성을 더욱 향상시키려는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 도 4를 통해 기술된 종래의 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 스트로크 입력 및 외란 입력에 대한 속응도를 높이기 위하여, 즉, 스트로크의 입출력 동특성을 더욱 향상시키기 위하여 도 7과 같이 위상 제어부(40)를 추가로 삽입하였다.It is another object of the present invention to further improve the transient characteristics of the stroke by adding a phase control unit to the closed loop control apparatus of the conventional linear compressor as described above. That is, in order to increase the acceleration of the stroke input and the disturbance input to the closed loop control apparatus of the conventional linear compressor described with reference to FIG. 4, that is, to improve the input / output dynamic characteristics of the stroke, The phase control unit 40 is further inserted.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치에 관한 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.7 is a schematic diagram of a stroke phase control apparatus for a linear compressor according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치(700)는 종래의 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에서 스트로크의 입출력 동특성을 더욱 향상시키기 위하여 위상 제어부(40)를 추가로 삽입한 구성일 수 있다.7, the stroke phase control apparatus 700 of the linear compressor of the present invention further includes a phase control unit 40 for further improving the input / output dynamic characteristics of the stroke in the closed loop control apparatus of the conventional linear compressor Lt; / RTI >

위상 제어부(40)는 위상지연필터를 기반으로 추정된 리니어 압축기에 흐르는 전류의 위상 및 위상지연필터를 기반으로 추정된 스트로크의 위상 간에 위상차를 이용하여 스트로크의 입출력 동특성을 향상시키는 스트로크의 위상제어 값을 연산하며, 상기 위상차를 이용하여 연산된 상기 스트로크의 위상제어 값을 피스톤 진폭 제어부(34)의 출력값에 더함으로써 스트로크의 과도특성을 향상시킨다.The phase control unit 40 uses a phase difference between a phase of a current flowing in a linear compressor estimated on the basis of a phase delay filter and a phase of a stroke estimated based on a phase delay filter so as to improve the input / And the phase control value of the stroke calculated using the phase difference is added to the output value of the piston amplitude control unit 34 to improve the transient characteristics of the stroke.

더 자세히 말하자면, 본 발명에서는 스트로크의 과도특성을 향상시키기 위하여, 전류의 위상을 추정하는 전류 위상 추정기 및 스트로크의 위상을 추정하는 스트로크 위상 추정기가 구현될 수 있으며, 상기 전류 위상 추정기는 식 13과 같이 표현될 수 있고, 상기 스트로크 위상 추정기는 식 14와 같이 표현될 수 있다. 이때, 식 13 및 식 14는 위상지연필터를 표현한 식 8을 이용하여 도출될 수 있다.More specifically, in the present invention, a current phase estimator for estimating the phase of the current and a stroke phase estimator for estimating the phase of the stroke may be implemented in order to improve the transient characteristics of the stroke, , And the stroke phase estimator can be expressed as Equation (14). Equation (13) and Equation (14) can be derived using Equation (8) expressing a phase delay filter.

[식 13][Formula 13]

Figure 112014033619113-pat00018
Figure 112014033619113-pat00018

[식 14][Equation 14]

Figure 112014033619113-pat00019
Figure 112014033619113-pat00019

이때,

Figure 112014033619113-pat00020
는 리니어 압축기의 권선에 흐르는 전류의 위상 추정치를 나타내고, id는 위상지연필터(식 8)를 이용하여 위상이 90°지연된 전류값을 나타내며, i는 측정된 전류값을 나타낸다.At this time,
Figure 112014033619113-pat00020
I d represents a current value delayed by 90 ° using a phase delay filter (Eq. 8), and i represents a measured current value.

또한,

Figure 112014033619113-pat00021
는 스트로크의 위상 추정치를 나타내고,
Figure 112014033619113-pat00022
는 위상지연필터(식 8)를 이용하여 위상이 90°지연된 추정된 스트로크 값을 나타내며,
Figure 112014033619113-pat00023
는 추정된 스트로크 값을 나타낸다.Also,
Figure 112014033619113-pat00021
Represents the phase estimate of the stroke,
Figure 112014033619113-pat00022
Represents an estimated stroke value whose phase is delayed by 90 [deg.] Using the phase delay filter (Eq. 8)
Figure 112014033619113-pat00023
Represents an estimated stroke value.

이때, 전류의 위상과 스트로크의 위상 간에 위상차는 180°이내에서 변화하므로 제 2상한에 존재하게 된다. 그러므로, sin함수를 이용하여 전류의 위상 추정치에서 스트로크의 위상 추정치를 빼준 위상차는 마이너스(-) 값을 갖게 되며, 이는 식 15와 같이 위상차를 플러스(+) 값으로 변환하여 표시할 수 있다.At this time, the phase difference between the phase of the current and the phase of the stroke changes within 180 degrees, and thus exists at the second upper limit. Therefore, the phase difference obtained by subtracting the phase estimate of the stroke from the phase estimate of the current using the sine function has a minus (-) value, which can be displayed by converting the phase difference to a positive (+) value as shown in equation (15).

[식 15][Formula 15]

Figure 112014033619113-pat00024
Figure 112014033619113-pat00024

이때, Ø는 전류의 위상 추정치와 스트로크의 위상 추정치 간에 위상차를 나타낸다.At this time, Ø represents the phase difference between the phase estimate of the current and the phase estimate of the stroke.

그리고, 위상 제어부(40)는 식 15에서 구한 위상차의 변환치 값(즉, 플러스 값으로 변환한 위상차(-sin(Ø)))에 비례 계수 kph값을 곱함으로써 구현될 수 있다. 따라서 위상 제어부(40)의 출력값은 위상차의 변환치 값에 비례 계수값을 곱한 값이며, 이는 스트로크의 입출력 동특성을 향상시키는 스트로크의 위상제어 값이라 할 수 있다.The phase control unit 40 can be implemented by multiplying the converted value of the phase difference (that is, the phase difference -sin (?) Converted into the positive value) obtained in Equation 15 by the proportional coefficient k ph . Therefore, the output value of the phase control unit 40 is a value obtained by multiplying the converted value of the phase difference by the proportional coefficient, which can be regarded as a phase control value of the stroke for improving the input / output dynamic characteristics of the stroke.

본 발명은 위상 제어부(40)를 통해 연산된 스트로크의 위상제어 값을 피스톤 진폭 제어부(34)의 출력값에 더함으로써, 종래의 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치 보다 스트로크의 과도특성이 더욱 향상되고, 또한, 외란 입력에 대해 훨씬 빨리 복귀될 수 있는 특성이 있다.By adding the phase control value of the stroke calculated through the phase control section 40 to the output value of the piston amplitude control section 34, the transient characteristics of the stroke are further improved as compared with the closed loop control device of the conventional linear compressor, Also, there is a property that can be returned much faster for disturbance input.

이하에서는 본 발명의 효과를 입증하고자 실시한 모의실험에 대한 결과를 기술한다.Hereinafter, the results of the simulation performed to verify the effects of the present invention will be described.

도 7과 같은 구성에서, 스트로크 위상 제어 장치에 사용된 비례계수는 kps=52이고, 적분계수는 kIs=57.3이다. 전류 제어기에 사용된 비례계수는 kpI=13.1이고, 적분계수는 kII=18.5이다. 그리고 M=0.186kg, C=5[Ns/m], K=62,500[N/m], a=60[Vs/m], Le=0.11[H], Re=3.4[Ω]의 매개변수를 갖는 리니어 압축기에 대하여, t=0에서

Figure 112014033619113-pat00025
=0.01[m]을 스텝 입력하고, t=0.5[sec]에서 외란 입력 D(s)=25[V]를 스텝 입력하고, t=1[sec]에서
Figure 112014033619113-pat00026
=0.01[m]에서
Figure 112014033619113-pat00027
=0.03[m]로 변경하고, t=1.5[sec]에서 외란 입력 D(s)=-25[V]를 스텝 입력하였고, 마지막으로 t=2[sec]에서
Figure 112014033619113-pat00028
=0.03[m]에서
Figure 112014033619113-pat00029
=0.02[m]로 변경하였을 때의 모의실험을 수행하였다. 이에 대한 결과 그래프는 도 8 및 도 9와 같다.7, the proportional coefficient used in the stroke phase control apparatus is kps = 52, and the integral coefficient is ks = 57.3. The proportional coefficient used in the current controller is k pI = 13.1 and the integral coefficient is k II = 18.5. And a median of M = 0.186 kg, C = 5 Ns / m, K = 62,500 N / m, a = 60 Vs / m, L e = 0.11 H, and R e = For a linear compressor with a variable, at t = 0
Figure 112014033619113-pat00025
= 0.01 [m] is inputted step by step, and disturbance input D (s) = 25 [V] is inputted step by step at t = 1 [sec]
Figure 112014033619113-pat00026
= 0.01 [m]
Figure 112014033619113-pat00027
= 0.03 [m], and the disturbance input D (s) = - 25 [V] was input stepwise at t = 1.5 [sec]. Finally, at t = 2 [sec]
Figure 112014033619113-pat00028
= 0.03 [m]
Figure 112014033619113-pat00029
= 0.02 [m]. The resultant graph is shown in Figs. 8 and 9.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트로크 진폭 명령치와 실제 스트로크의 진폭 추정치의 응답 그래프를 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a graph showing a response graph of the amplitude estimate value of the actual stroke and the stroke amplitude command value according to an embodiment of the present invention.

도 8의 그래프를 참조하면, 스트로크가 약 0.03초에서 정상상태에 도달하고 있음을 알 수 있다. 그리고 0.5초에서 외란 인가 시 약 0.07초 이후에 정상 상태에 도달하며, 명령치를 잘 추종하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 1초에서 명령치를 0.01[m]에서 0.03[m]로 변경하였을 경우에도 명령치를 정확하게 추종하고 있음을 확인할 수 있다.Referring to the graph of FIG. 8, it can be seen that the stroke reaches a steady state at about 0.03 seconds. Then, when the disturbance is applied in 0.5 second, the steady state is reached after about 0.07 second, and it can be confirmed that the command value is well followed. Also, even if the command value is changed from 0.01 [m] to 0.03 [m] in one second, it can be confirmed that the command value is accurately followed.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모의실험 결과 그래프를 나타낸 도면이다.9 is a graph showing a simulation result according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 도 9(a)는 초기 스타트 시점 근처에서 전류의 위상을 보여주고, 도 9(b)는 초기 스타트 시점 근처에서 스트로크의 위상을 보여준다. 도9(c)는 전류의 파형을 보여준다. 도 9(d)는 피스톤 위치 추정부(31)의 출력 파형을 보여주며, 이를 통해 정상 상태의 오차가 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 9, Fig. 9 (a) shows the phase of the current near the initial start time, and Fig. 9 (b) shows the phase of the stroke near the initial start time. Figure 9 (c) shows the waveform of the current. 9 (d) shows the output waveform of the piston position estimating unit 31, and it can be confirmed that there is hardly any error in the steady state.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상제어 유무에 따른 스트로크 응답 그래프를 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating a stroke response graph according to an embodiment of the present invention, with or without phase control.

도 10은 위상 제어부(40)의 성능을 보다 명확히 알아보기 위하여, 도 7에서 전류 제어부(33)를 제거한 상태에서 위상 제어부(40)가 없는 경우(도 10(a))와 위상 제어부(40)가 있는 경우(도 10(b))의 모의실험 결과를 보여준다. 즉, 위상제어를 하여 스트로크를 제어하는 경우(도 10(b))가 위상제어 없이 스트로크를 제어하는 경우(도 10(a)) 보다 외란에 대해 훨씬 빨리 복귀됨을 확인할 수 있었다. 10 shows the case where the phase control unit 40 is not provided (FIG. 10 (a)) and the phase control unit 40 in the state where the current control unit 33 is removed in FIG. 7 in order to more clearly see the performance of the phase control unit 40. [ (Fig. 10 (b)). That is, it can be confirmed that the case of controlling the stroke by phase control (Fig. 10 (b)) returns much faster than the case of controlling the stroke without phase control (Fig. 10 (a)).

따라서, 본 발명은 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치(700)의 실현 가능성을 보이기 위하여 모의실험을 수행한 결과, 위상 제어부(40)를 통하여 스트로크를 제어하는 경우가 위상 제어부(40) 없이 스트로크를 제어하는 경우보다 초기 응답특성이 향상되고, 정상상태의 오차가 적어지는 성능의 향상을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명은 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치에 전류 제어부(33)를 추가함으로써 스트로크 과도특성을 개선시키고, 위상 제어부(40)를 추가함으로써 스트로크의 입출력 동특성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention is simulated in order to demonstrate the feasibility of the stroke phase control apparatus 700 of the linear compressor. As a result, it has been found that the case where the stroke is controlled through the phase control unit 40 is controlled without the phase control unit 40 The initial response characteristics were improved, and the improvement of the performance in which the error of the steady state was decreased was confirmed. That is, the present invention improves the stroke transient characteristics by adding the current control unit 33 to the closed loop control apparatus of the linear compressor, and further improves the input / output dynamic characteristics of the stroke by adding the phase control unit 40 .

이에 따라, 본 발명의 기술이 실제 냉장고나 에어컨에 적용된 리니어 압축기에 적용 가능함을 확인하였으며, 본 발명의 기술이 냉장고 및 에어컨과 같은 냉동가전기기뿐만 아니라 산업계 전반에 확대 응용됨에 따라, 범 국가적인 에너지 절감 및 제품 성능향상에 이바지할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, it has been confirmed that the technology of the present invention is applicable to a linear compressor applied to an actual refrigerator or an air conditioner, and as the technology of the present invention is applied not only to refrigerated appliances such as a refrigerator and an air conditioner but also to all industries, It is possible to contribute to a reduction in cost and an improvement in product performance.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 방법의 흐름도이다.11 is a flowchart of a stroke phase control method of a linear compressor according to an embodiment of the present invention.

이하 흐름도는 상기에 자세히 기술한 내용을 기반으로 간단히 설명하기로 한다.Hereinafter, the flowchart will be briefly described based on the details described above.

도 11을 참조하면, 본 발명의 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 방법은 리니어 압축기 모델링부(30)가 리니어 압축기의 기계방정식과 리니어 압축기의 전기방정식을 s-domain으로 모델링한다(S1100). 이는 식 1 내지 식 3을 통하여 모델링 할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 상기의 설명을 참조하기로 한다.11, in the stroke phase control method of the linear compressor of the present invention, the linear compressor modeling unit 30 models the mechanical equations of the linear compressor and the linear equations of the linear compressor as s-domains (S1100). This can be modeled through Equations 1 to 3, and a detailed description thereof will be made with reference to the above description.

다음으로, 피스톤 위치 추정부(31)는 전압센서로부터 측정된 입력전압값 및 전류센서로부터 측정된 전류값을 이용하여 피스톤의 위치를 추정한다(S1200). 이때, 피스톤의 위치는 식 5의 아나로그 방식이나 식 6의 디지털 방식으로 구현함으로써 추정할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 상기의 설명을 참조하기로 한다.Next, the piston position estimating unit 31 estimates the position of the piston using the input voltage value measured from the voltage sensor and the current value measured from the current sensor (S1200). In this case, the position of the piston can be estimated by implementing the analog method of Equation 5 or the digital method of Equation 6, and a detailed description thereof will be referred to the above description.

다음으로, 피스톤 진폭 추정부(32)는 식 8의 위상지연필터를 이용하여 피스톤의 진폭을 추정한다(S1300). 이때, 피스톤 진폭 추정부(32)는 식 7 내지 식 12를 통하여 피스톤의 진폭을 추정할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 상기의 설명을 참조하기로 한다.Next, the piston amplitude estimating unit 32 estimates the amplitude of the piston using the phase delay filter of Equation 8 (S1300). At this time, the piston amplitude estimating unit 32 can estimate the amplitude of the piston through Equations 7 to 12, and a detailed description thereof will be made with reference to the above description.

다음으로, 위상 제어부(40)는 위상지연필터를 기반으로 추정된 전류의 위상과 위상지연필터를 기반으로 추정된 스트로크의 위상 간에 위상차를 이용하여 스트로크의 입출력 동특성을 향상시키는 스트로크의 위상제어 값을 연산한다(S1400). 이때, 위상 제어부(40)는 식 13 내지 식 15를 통하여 스트로크의 위상제어 값을 연산할 수 있으며, 이때, 스트로크의 위상제어 값은 위상차의 변환치 값에 비례 계수값을 곱한 값을 말하며, 이에 대한 자세한 설명은 상기의 설명을 참조하기로 한다.Next, the phase control unit 40 uses the phase difference between the phase of the estimated current based on the phase delay filter and the phase of the estimated stroke based on the phase delay filter to calculate the phase control value of the stroke, which improves the input / output dynamic characteristics of the stroke (S1400). At this time, the phase control unit 40 can calculate the phase control value of the stroke through Equations 13 to 15. Here, the phase control value of the stroke is a value obtained by multiplying the converted value of the phase difference by the proportional coefficient value, For a detailed description, reference is made to the above description.

다음으로, 위상 제어부(40)는 단계 S1400에서 연산된 스트로크의 위상제어 값을 피스톤 진폭 제어부의 출력값에 더함으로써 스트로크의 과도특성을 향상시킬 수 있다(S1500).Next, the phase control unit 40 can improve the transient characteristics of the stroke by adding the phase control value of the stroke calculated in step S1400 to the output value of the piston amplitude control unit (S1500).

따라서, 본 발명은 종래의 리니어 압축기의 폐루우프 스트로크 제어 장치 보다 스트로크의 과도특성이 더욱 향상되고, 또한, 외란 입력에 대해 훨씬 빨리 복귀될 수 있는 특성이 있다.Therefore, the present invention is characterized in that the transient characteristics of the stroke are further improved as compared with the closed loop control apparatus of the conventional linear compressor, and furthermore, the disturbance input can be recovered much more quickly.

본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The stroke phase control method of a linear compressor according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

700: 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치
30: 리니어 압축기 모델링부 31: 피스톤 위치 추정부
32: 피스톤 진폭 추정부 33: 전류 제어부
34: 피스톤 진폭 제어부 40: 위상 제어부
700: Stroke phase control device of linear compressor
30: Linear compressor modeling unit 31: Piston position estimating unit
32: Piston amplitude estimation unit 33: Current control unit
34: Piston amplitude control unit 40: Phase control unit

Claims (6)

리니어 압축기의 센서리스 제어 장치에 있어서,
상기 리니어 압축기의 기계방정식과 상기 리니어 압축기의 전기방정식을 s-domain으로 모델링하는 리니어 압축기 모델링부;
전압센서로부터 측정된 상기 리니어 압축기의 입력전압값 및 전류센서로부터 측정된 상기 리니어 압축기에 흐르는 전류값을 이용하여 피스톤의 위치를 추정하는 피스톤 위치 추정부;
위상지연필터를 이용하여 상기 피스톤의 진폭을 추정하는 피스톤 진폭 추정부;
스트로크의 입출력 동특성 향상을 위한 전류 제어부;
상기 스트로크의 입출력 동특성 향상을 위한 피스톤 진폭 제어부; 및
상기 위상지연필터를 기반으로 추정된 상기 리니어 압축기에 흐르는 전류의 위상과 상기 위상지연필터를 기반으로 추정된 상기 스트로크의 위상 간에 위상차를 이용하여 상기 스트로크의 입출력 동특성을 향상시키는 상기 스트로크의 위상제어 값을 연산하는 위상 제어부;
를 포함하고,
상기 위상 제어부는
상기 위상차를 이용하여 연산된 상기 스트로크의 위상제어 값을 상기 피스톤 진폭 제어부의 출력값에 더함으로써 상기 스트로크의 과도특성을 향상시키는 것
을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치.
A sensorless control apparatus for a linear compressor,
A linear compressor modeling unit for modeling the mechanical equation of the linear compressor and the electric equation of the linear compressor in s-domain;
A piston position estimating unit for estimating a position of a piston using an input voltage value of the linear compressor measured from a voltage sensor and a current value flowing through the linear compressor measured by the current sensor;
A piston amplitude estimator for estimating the amplitude of the piston using a phase delay filter;
A current controller for improving the input / output dynamic characteristics of the stroke;
A piston amplitude controller for improving the input / output dynamic characteristics of the stroke; And
A phase control value of the stroke that improves the input / output dynamic characteristics of the stroke by using a phase difference between a phase of a current flowing in the linear compressor estimated based on the phase delay filter and a phase of the stroke estimated based on the phase delay filter, A phase control unit for calculating a phase shift amount;
Lt; / RTI >
The phase control unit
And adding the phase control value of the stroke calculated using the phase difference to the output value of the piston amplitude control unit to improve the transient characteristic of the stroke
And the stroke phase control device of the linear compressor.
제1항에 있어서,
상기 위상 제어부는
상기 위상지연필터를 이용하여 상기 전류의 위상 추정치 및 상기 스트로크의 위상 추정치를 각각 연산하고, sin함수를 이용하여 상기 연산된 상기 전류의 위상 추정치와 상기 연산된 상기 스트로크의 위상 추정치 간에 위상차를 연산하고, 상기 연산된 위상차에 비례상수를 곱함으로써 상기 위상제어 값을 연산하는 것
을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치.
The method according to claim 1,
The phase control unit
Calculating a phase estimate of the current using the phase delay filter and a phase estimate of the stroke, calculating a phase difference between the calculated phase estimate of the current and the phase estimate of the calculated phase using the sine function , And calculating the phase control value by multiplying the calculated phase difference by a proportional constant
And the stroke phase control device of the linear compressor.
제1항에 있어서,
상기 피스톤 위치 추정부는
상기 리니어 압축기의 상기 전기방정식을 기반으로 적분함으로써 아날로그 방식 또는 디지털 방식으로 상기 피스톤의 위치를 추정하는 것
을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치.
The method according to claim 1,
The piston position estimating unit
Estimating the position of the piston in an analog or digital manner by integrating based on the electrical equations of the linear compressor
And the stroke phase control device of the linear compressor.
리니어 압축기의 센서리스 제어 방법에 있어서,
상기 리니어 압축기의 기계방정식과 상기 리니어 압축기의 전기방정식을 s-domain으로 모델링하는 리니어 압축기 모델링 단계;
전압센서로부터 측정된 상기 리니어 압축기의 입력전압값 및 전류센서로부터 측정된 상기 리니어 압축기에 흐르는 전류값을 이용하여 피스톤의 위치를 추정하는 피스톤 위치 추정 단계;
위상지연필터를 이용하여 상기 피스톤의 진폭을 추정하는 피스톤 진폭 추정 단계; 및
상기 위상지연필터를 기반으로 추정된 상기 리니어 압축기에 흐르는 전류의 위상과 상기 위상지연필터를 기반으로 추정된 스트로크의 위상 간에 위상차를 이용하여 상기 스트로크의 입출력 동특성을 향상시키는 상기 스트로크의 위상제어 값을 연산하는 위상 제어 단계;
를 포함하고,
상기 위상 제어 단계는
상기 위상차를 이용하여 연산된 상기 스트로크의 위상제어 값을 상기 피스톤 진폭 제어 단계의 출력값에 더함으로써 상기 스트로크의 과도특성을 향상시키는 것
을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 방법.
In a sensorless control method for a linear compressor,
A linear compressor modeling step of modeling the mechanical equation of the linear compressor and the electric equation of the linear compressor into an s-domain;
A piston position estimating step of estimating a position of the piston by using an input voltage value of the linear compressor measured from the voltage sensor and a current value flowing through the linear compressor measured from the current sensor;
A piston amplitude estimating step of estimating an amplitude of the piston using a phase delay filter; And
A phase control value of the stroke for improving the input / output dynamic characteristics of the stroke by using a phase difference between a phase of a current flowing in the linear compressor estimated based on the phase delay filter and a phase of a stroke estimated based on the phase delay filter, A phase control step of computing;
Lt; / RTI >
The phase control step
And increasing the transient characteristic of the stroke by adding the phase control value of the stroke calculated using the phase difference to the output value of the piston amplitude control step
And the stroke phase of the linear compressor.
제4항에 있어서,
상기 위상 제어 단계는
상기 위상지연필터를 이용하여 상기 전류의 위상 추정치 및 상기 스트로크의 위상 추정치를 각각 연산하고, sin함수를 이용하여 상기 연산된 상기 전류의 위상 추정치와 상기 연산된 상기 스트로크의 위상 추정치 간에 위상차를 연산하고, 상기 연산된 위상차에 비례상수를 곱함으로써 상기 위상제어 값을 연산하는 것
을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 방법.
5. The method of claim 4,
The phase control step
Calculating a phase estimate of the current using the phase delay filter and a phase estimate of the stroke, calculating a phase difference between the calculated phase estimate of the current and the phase estimate of the calculated phase using the sine function , And calculating the phase control value by multiplying the calculated phase difference by a proportional constant
And the stroke phase of the linear compressor.
제4항에 있어서,
상기 피스톤 위치 추정 단계는
상기 리니어 압축기의 상기 전기방정식을 기반으로 적분함으로써 아날로그 방식 또는 디지털 방식으로 상기 피스톤의 위치를 추정하는 것
을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 방법.
5. The method of claim 4,
The piston position estimating step
Estimating the position of the piston in an analog or digital manner by integrating based on the electrical equations of the linear compressor
And the stroke phase of the linear compressor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
오준태 외 4인. 리니어컴프레서의 위상제어를 통한 동특성 향상에 관한 연구. 대한전자공학회 학술대회 논문집. 대한전자공학회. 2013, Vol.2013 No.4, pp.97-100. *

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