KR101536371B1 - 선형 컴프레서 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 컴프레서(10)를 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 이는 컴프레서의 동작 주기 내내 필요할 때 컴프레서를 미세-조정할 수 있어, 상기 컴프레서가 최대 능력으로 동작하고, 여기서 피스톤(1)이 실린더 헤드와 충돌없이 실린더 헤드와 매우 가깝게 접근하여 최대 변위 크기를 달성한다. 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 또한 그것의 동작 주기 내내 선형 컴프레서의 동작을 제어하고, 또한 그것의 동작 성능을 최대화하도록 하며, 그것의 전력 소비를 최적화 또는 줄이도록 하는데 목적이 있다. 본 발명에 따르면, 선형 컴프레서의 동작의 제어 및 미세-조정은 센서 없이 컴프레서를 제어하는 기술과 센서의 도움으로 컴프레서를 제어하는 기술을 조합함으로써 수행된다.

Description

선형 컴프레서 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING A LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 전체 동작 주기 동안, 필요시에 컴프레서를 미세-조정하여 컴프레서가 최대 능력으로 동작하게 하고, 그것의 피스톤이 충돌없이 가능한 실린더 헤드에 근접하게 접근하여 최대 변위 크기에 도달하는 선형 컴프레서 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 전체 동작 주기 동안에 선형 컴프레서의 동작을 제어하도록 함으로써, 더욱이 성능을 최대화하고 전력 낭비를 최적화하거나 줄이는 방법을 도출한다. 이런 종류의 선형 컴프레서는 일반적으로 냉각기(cooler), 에어컨(air-conditioning unit) 및 그 밖의 유체 펌프에 적용된다.

현재, 선형 모터에 의해서 구동되는 선형 컴프레서의 사용은 냉각기 및 에어컨 장치와 같은 냉각 시스템에서 흔하다. 선형 컴프레서는 낮은 에너지 소비를 나타내고, 따라서 선형 컴프레서는 문제의 응용에서 매우 효율적이다.

선형 컴프레서는 보통 실린더 내측을 왕복 운동하는 피스톤을 포함한다. 이런 실린더의 헤드는 보통 실린더 내측으로부터 높은 압력의 가스 배출과 낮은 압력의 가스 유입을 조절하는 흡입 밸브(suction valves) 및 가스 배출 밸브(gas discharge valves)를 수용한다. 선형 컴프레서의 실린더 내측 피스톤의 축방향 이동은 흡입 밸브에 의해 허용된 가스를 압축하고, 그곳의 압력이 증가하며, 배출 밸브에 의해서 그것을 높은 압력 영역(zone)까지 배출한다.

선형 컴프레서는 소음과 허락될 수 없는 잡음, 더욱이 장치의 깨짐(tear)과 마모(wear)를 초래하고 따라서 그것의 내구성을 줄어들게 하는 실린더 헤드와의 충돌로부터 피스톤을 보호하기 위해 실린더 내측 피스톤 변위를 제어하고 위치를 확인할 수 있어야 한다.

동시에, 선형 컴프레서의 성능과 효율을 최적화하고 컴프레서의 전력 소모를 최소화하기 위해서, 피스톤은 실린더 내측에서 가능한 변위이어야 하고, 피스톤 헤드와 충돌하지 않고 피스톤 헤드에 가능한 가깝게 접근해야 한다. 이를 가능하게 하기 위해서, 컴프레서가 동작할 때 실린더의 변위 크기는 정확하게 알려져야 하고, 이런 크기의 측정 에러가 클수록, 실린더 헤드와의 충돌을 피하기 위해 피스톤의 최대 변위 점과 실린더 헤드 사이의 안전 거리가 더 커진다. 이런 안전 거리는 컴프레서의 효율의 손실을 초래한다. 만약 컴프레서의 성능이 최적화되지 않는다면, 장치의 비용뿐만 아니라 그것의 전력 소비를 증가하게 하여 그것의 작동 상태를 위해 컴프레서의 디자인을 규모 이상으로 할 필요가 종종 있다.

실린더 내측 피스톤의 위치 인식과 변위 제어의 시스템은 이미 최신 기술이 아니어도 잘 알려졌고, 특히 이는 동시에 피스톤 변위 크기를 미세-조정하는, 선형 모터 및/또는 컴프레서에 적용된다.

최근의 기술 수준은 2개의 시스템 그룹으로 요약될 수 있다. 첫번째는 센서 없이 컴프레서 제어에 관한 것이다. 이런 제어 방법은, 진정한(물리적인) 센서가 컴프레서에 설치되어 있지 않다. 그 제어는 컴프레서의 그 밖의 전류 및/또는 전압, 증발기(evaporator)의 온도, 동작 주파수와 같은 시스템 변수를 판독하고, 피스톤의 스트로크(stroke)를 측정한다.

두번째 시스템의 그룹은 센서를 갖는 제어를 포함한다. 이 경우에, 센서는 고정된 부분 사이의 변위 및/또는 거리를 측정하는데, 예컨대 실린더 헤드, 어떤 그 밖의 포인트 및 피스톤, 모바일 부분의 어떤 포인트, 또는 오직 안전 동작을 위한 제한 거리 등을 측정한다. 이런 방법에서, 미세-조정은 그것의 기능 동안에 또는 컴프레서의 생산 상태 동안에 요구될 것이다.

국제 특허 출원 WO0148379는 , 피스톤이 밸브 시스템과 충돌하도록 허용하지 않고도, 극단적 로드(load)의 상태에서 그것의 기계적인 스트로크의 끝보다는 미리 피스톤을 허용하는, 선형 컴프레서의 피스톤의 스트로크를 제어하도록 설계된 컴프레서를 제어하는 방법에 관하여 설명한다. 평균 전압은 피스톤의 움직임을 제어하는 선형 모터에 적용된다. 피스톤 움직임의 첫번째 시간이 측정되고 예측된 시간의 움직임과 비교된다. 모터에 적용되는 전압은 택일적이고, 만약 첫번째 움직임 시간이 예측된 움직임 시간과 다르면, 예측된 움직임 시간은 피스톤의 움직임이 최대 점(M)에 도달하게 되는 실질적으로 피스톤 스트로크의 끝에 실질적으로 가깝다.

특허 문서 WO2005006537는 네트워크 전압에 비례하여 전체 전압으로 공급되는 전기 모터의 움직임을 제어하는 방법을 설명한다. 그 방법은 제 1 순간의 측정에서 네트워크 전압의 제 1 측정 레벨을 만드는 단계; 제 2 순간의 측정에서 네트워크 전압의 제 2 측정 레벨을 만드는 단계; 비례적인 네트워크 전압의 값을 얻기 위해 제 1 및 제 2 순간의 측정에 의하여 측정된 값의 유도 값을 계산하는 단계; 및 비례적인 네트워크의 값과 비례적으로 모터에 공급되는 전체 전압의 값을 변경하는 단계를 포함한다.

특허 문서 WO2005071265는 전체 동작 중에 가능한 최고의 효율로 동조(resonance)되는 선형 컴프레서의 동작을 설명한다. 선형 컴프레서는 선형 모터에 의해서 구동되는 피스톤을 포함하고, 피스톤은 처리 유닛(processing unit)에 의해서 조정되며 선형 모터에 적용되는 전압 주파수를 갖는 제어된 전압 수단에 의해서 제어된 변위 크기를 갖는다. 피스톤 변위의 크기는 냉각 시스템의 가변적인 요구에 의하여 동적으로 제어된다. 처리 유닛은 피스톤 변위의 크기를 조정하여 선형 컴프레서가 냉각 시스템의 요구의 가변성을 통해 동적으로 동조를 유지할 것이다.

특허 문서 WO2005054676는 전기적 또는 기계적 결함(failures)에 의해 초래되는 문제 또는 처음 사용 시간에 각각의 기능을 조정하는(calibrate) 수단을 제공하는 유체 펌프를 제어하는 시스템에 관하여 언급한다. 유체 펌프는 피스톤-위치 감지 부품(assembly)과 감지 부품과 결합된 전기적 컨트롤러로 제공된다. 전기적 컨트롤러는 충격 신호를 검출하여 각각의 실린더 내의 피스톤 변위를 감시할 것이다. 충격 신호는 스트로크 끝과 피스톤의 충격의 발생시에 감지 부품에 의해 전송된다. 전기적 컨트롤러는 피스톤 변위의 최대 값을 저장하기 위해 충격 발생까지 트리거 신호의 피스톤 변위 스트로크를 연속적으로 증가할 것이다.

특허 문서 WO03044365는 실린더, 실린더 내측 왕복 피스톤, 및 적어도 하나의 여기 감김(excitation winding)을 갖는 피스톤과 결합된 왕복 선형 전기적 모터를 포함하는 자유 피스톤 가스 컴프레서에 관하여 언급한다. 피스톤의 왕복 시간의 측정값이 얻어지고, 왕복 시간의 어떤 변화가 검출되며 상기 여기 감김의 전력 입력은 왕복 시간에서 검출된 변화에 대응하여 조정된다.

특허 문서 WO0079671은 짧은 고정자(stator)를 갖춘 선형 모터를 개시하고, 여기서 전기자 자석(armature magnets)는 최소의 센서를 사용하는 관용적인 선형 모터 장치보다 더 큰 최대 변위로 왕복하도록 제어된다. 선형 모터는 그것의 공진 주파수에서 구동된다. 최대 전류의 결정은 공진 주파수와 컴프레서로 유입되는 증기의 압력/증발 온도 사이의 관계에 기초하여 만들어진다.

언급된 것처럼, 상기 어떤 문서도 센서 없는 컴프레서의 제어 기술 및 센서 있는 컴프레서 제어 기술과 결합된 실린더 내측 피스톤 변위의 미세-조정과 제어를 제안하고 있지 않다.

본 발명의 목적은 선형 컴프레션(compression)의 피스톤의 스트로크를 제어하는 것으로, 실린더의 상부와의 충돌이 없고 컴프레서의 능력을 최적화하며, 그것의 기계적인 스트로크 끝까지 당기도록 피스톤을 허용한다.

본 발명의 다른 목적은 컴프레서의 스트로크의 끝으로부터 가능한 적은 거리를 갖는 피스톤을 동작하게 하는 능력과 생산 과정 또는 조립 동안에 미세-조정 절차(procedure)로 실행되는 컴프레서의 정상 동작시에 자동 미세-조정 시스템을 실행한다.

본 발명의 다른 목적은 최고 성능과 효율의 관점에서 시스템의 성능 방해 없이, 이득(gain) 및 옵셋 유도(off-set derivatives)로 또는 덜 정확한 센서의 사용의 특징을 보장한다.

본 발명의 다른 목적은 센서의 동작 상태에 기초하여 조정되는 센서 신호의 옵셋과 이득을 허용한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 간단한 해결책을 실행하여 산업 규모 생산에 적용된다.

본 발명의 목적은 실린더 내측 피스톤의 왕복 움직임을 구동하는 선형 모터를 포함하는 선형 컴프레서 제어 시스템으로 달성되고, 또한 상기 시스템은 피스톤 변위 크기를 지시하는 변위 신호를 생성하는 위치-검출 회로; 실린더 헤드와 피스톤의 충격의 발생을 지시하는 충격 신호를 생성하는 충격-검출 회로; 선형 모터에 가변적인 구동 신호를 적용하는 제어 회로, 제어 회로가 변위 신호 및 충격 신호를 수신하고, 이런 신호와 구동 신호에 기초하여, 변위 신호에 대한 최소 충격 방지 제한 파라미터를 연산하며, 제어 회로는 모터의 구동 신호를 변화하고, 충격 방지 제한 파라미터와 구동 신호의 변화로부터의 변위 신호 결과를 비교하며, 비교 결과에 기초하여 모터의 구동 신호를 조정한다.

피스톤의 변위 신호에 대한 충격 방지 제한 파라미터는 실린더 헤드와 피스톤 사이의 충격이 없는 피스톤의 최대 변위 크기에 대한 제한을 결정한다.

본 발명에 따른 시스템의 제어 회로는 바람직하게는 변위 신호, 충격 신호, 및 구동 신호를 처리하고 충격 방지 제한 파라미터를 연산하는 데이터 프로세서, 변위 신호와 충격 방지 제한 파라미터를 비교하고 변위 신호가 반-충격 안전 동작 영역 내에 있는지를 지시하는 신호를 발생하는 비교기를 포함한다. 제어 회로는 컴프레서의 동작 상태를 지시하는 신호를 수신하고 컴프레서의 동작 상태를 지시하는 이런 신호에 기초하여 또한 모터의 새로운 구동 신호를 연산한다.

본 발명에 따른 제어 시스템은 바람직하게는 냉각 시스템에 적용되고, 여기서 제어 회로는 냉각 시스템의 동작 상태를 지시하는 신호를 수신하고 이런 냉각 시스템 신호에 기초하여 또한 모터의 새로운 구동 신호를 연산한다.

충격 방지 제한 파라미터는 충격 순간에 변위 신호의 변화에 비례하고, 다음 식에 의해서 연산되는 것이 바람직하다.

SLOPEmin = K1 × Preiod + K2 × Power - offset _ max

여기서 :

SLOPEmin은 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화 값이고,

K1 및 K2는 각각 구동 신호의 주기와 파워 옵셋 상수이며,

Period 및 Power는 충격 순간에 구동 신호의 주기 및 파워 값이고,

Offset_max는 충격 방지 제한 파라미터이다.

또한 옵셋 충격 방지 제한 파라미터는 실린더 헤드와 피스톤의 최대 변위 크기 사이에 안전 거리에 대응하는 상수(constant)인 성분 △Safety를 Offset_max 값에 더하여 연산될 수 있다.

피스톤의 위치-검출 회로 및 충격-검출 회로는 동일한 센서 회로로 통합될 것이다.

제어 회로는 제어 회로에 의해서 연산된 파라미터 값과, 구동 신호, 충격 신호 및 변위 신호의 적어도 어떤 파라미터를 저장하는 메모리를 포함할 것이다. 이런 제어 회로는 바람직하게는 변위 신호(SD)가 반-충격 안정 동작 영역 내에 있다는 비교 결과를 나타내면 모터의 구동 신호를 증가시키고, 변위 신호(SD)가 반-충격 안전 동작 영역 밖에 있다는 비교 결과를 나타내면 모터의 구동 신호를 감소시킨다.

또한 본 발명의 목적은 실린더 내측 변위와 선형 모터에 의해서 구동되는 피스톤, 실린더 내측 피스톤의 변위를 지시하는 신호를 발하는 위치-검출 회로, 및 실린더 헤드와 피스톤의 충격-검출 회로를 갖추어 이루어진 선형 컴프레서 제어 방법에 의해서 달성될 수 있고, 여기서 그 방법은 :

(a) 선형 컴프레서의 미세 조정 루틴을 수행하는 단계가,

실린더 헤드와 피스톤(1)의 충격을 검출하는 단계와;

실린더 헤드와 피스톤 사이에 충격의 순간에 구동 신호를 측정하는 단계와;

실린더 헤드와 피스톤 사이에 충격의 순간에 변위 신호(SD)를 측정하는 단계와;

실린더 헤드와 피스톤의 충격에 변위 신호(SD)와 구동 신호의 측정에 기초하여, 충격 방지 제한 파라미터를 연산하는 단계를 포함하며,

(b) 선형 컴프레서의 제어 루틴을 수행하는 단계가,

변위 신호(SD)와 구동 신호를 측정하는 단계와;

변위 신호(SD)의 제어 파라미터가 실린더 헤드와 피스톤 사이의 충격없이, 측정된 구동 신호와 미세-조정 루틴에서 연산된 충격 방지 제한 파라미터에 의하여, 추측할 수 있는 제한 값을 연산하고, 변위 신호(SD)의 제어 파라미터에 대한 반-충격 안전 동작 영역을 결정하는 단계;

변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 연산된 제한 값과 변위 신호(SD)의 파라미터의 측정된 값을 비교하는 단계와;

만약 변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 측정된 값이 반-충격 안정 동작 영역내에 있다면, 선형 컴프레서의 효율을 향상하도록 구동 신호를 변화하는 단계와;

만약 변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 측정된 값이 반-충격 안정 동작 영역밖에 있다면, 선형 컴프레서의 효율을 감소하도록 구동 신호를 변화하는 단계와;

실린더 헤드와 피스톤의 충격이 있는 지를 검출하고, 만약 충격이 발생하면 반-충격 미세-조정 변수를 재연산하도록 미세-조정 루틴을 실행하며, 만약 충격이 발생하지 않으면 제어 루틴을 실행하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 방법으로 연산된 변위 신호의 제어 파라미터는 변위 신호(SD)로부터의 변화 값 또는 유도 값이다. 이런 제한 파라미터는 다음 식에 의해서 연산된다.

SLOPEmin = K1 × Period + K2 × Power - Offset _ Max

여기서,

SLOPE_min은 충격 순간에 변위 신호(SD)로부터 변화 값 또는 유도 값이며,

K1 및 K2는 각각 구동 신호의 주기 및 파워 옵셋이고,

Period 및 Power는 충격 순간에 구동 신호의 주기 및 파워 값이며,

Offset_max는 충격 방지 제한 파라미터이다.

옵셋 충격 방지 제한 파라미터는 또한 실린더 헤드와 피스톤의 최대 변위 크기 사이에 안전 거리에 대응하는 상수(constant)인 성분 △Safety를 Offset_max 값에 더하여 연산된다. 추가적으로, 옵셋 충격 방지 제한 파라미터는 3개의 다른 시간에 연산된 최소 3개의 옵셋 값의 산술 평균을 사용하여 연산된다.

본 발명에 따른 제어 방법에서, 변위 신호(SD)의 제어 파라미터가, 실린더 헤드와 피스톤 사이의 충격 없이 추측할 수 있는 제한 값을 연산하는 단계는,

SLOPE _ lim = K1 × Period + K2 × Power - Offset

에 의해 변위 신호(SD)의 유도 SLOPE_lim을 연산하는 단계를 포함하고,

변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 연산된 제한 값과 변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 측정된 값을 비교하는 단계는, 연산된 SLOPE_lim 값과 변위 신호(SD)의 유도의 측정된 값(Slope_measured)을 비교하는 단계를 포함하며,

선형 컴프레서의 효율을 향상하도록 구동 신호를 변화하는 단계는, 구동 신호의 전압을 증가하는 단계를 포함하고,

선형 컴프레서의 효율을 감소하도록 구동 신호를 변화하는 단계는, 구동 신호의 전압을 감소하는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법은 또한 구동 신호를 변화하는 단계에서 컴프레서의 동작 상태를 지시하는 신호를 획득하는 단계와, 제어 회로에 의해 생성되는 신호의 값, 제어 회로에 의해 연산된 파라미터 값 및 제어 회로에 공급된 신호 값의 적어도 일부를 저장하는 단계를 포함할 것이다. 더욱이, 본 발명의 방법에서, 변위 신호(SD)의 편차는, 변위 신호(SD)의 크기가 소정 기준 값과 영(zero) 사이에서 변할 때의 시간 간격에서 측정된다.

또한 본 발명의 목적은 선형 컴프레서를 제어하기 위한 시스템에 의하여 성취될 수 있고, 이는 컴프레서의 실린더(2) 내측 피스톤(1)의 변위 신호 및 실린더 헤드(2)와 피스톤(1)의 충격 신호(SI)에 기초한 선형 컴프레서의 동작 제어를 위한 수단을 포함하고, 선형 컴프레서의 동작 제어를 위한 수단이, 충격 순간에 변위 신호(SD)의 편차에 비례하는 변위 신호(SD)에 대한 최소 충격 방지 제한 파라미터를 연산하고, 이런 파라미터에 기초한 선형 컴프레서의 반-충격 안전 동작 영역에 대해 정의한다.

택일적으로, 선형 컴프레서의 동작 제어를 위한 수단이, 구동 신호에 응답하여 생성된 변위 신호(SD)와 충격 방지 제한 파라미터를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 모터의 구동 신호를 조정한다. 변위 신호(SD)의 제어 파라미터는 바람직하게는 변위 신호(SD)로부터의 변화 값 또는 유도 값이다.

마지막으로, 본 발명의 목적은 또한 선형 컴프레서 제어 방법에 의해서 성취될 수 있고, 이는 컴프레서의 실린더 내측 피스톤의 변위 신호(SD), 실린더 내측 실린더 헤드와 피스톤의 충격 신호(SI)에 기초한 선형 컴프레서의 동작을 제어하고, 선형 컴프레서의 동작을 제어하는 동안 그 방법은 변위 신호(SD), 및 충격 신호(SI)에 기초하여 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화에 비례하는 최소 충격 방지 제한 파라미터를 연산하는 단계, 및 이런 파라미터에 기초하여 반-충격 안전 동작 영역을 정의하는 단계를 포함한다.

그 방법은 구동 신호에 응답하여 생성되는 변위 신호(SD)와 충격 방지 제한 파라미터를 비교하는 단계와, 비교의 결과에 따라 모터의 구동 신호를 조정하는 단계를 포함한다. 변위 신호(SD)의 제어 파라미터는 변위 신호(SD)로부터 변화 값 또는 유도 값일 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 선형 컴프레서를 제어하는 시스템에 적용된 컴프레서의 횡단면도,
도 2a는 피스톤 변위 신호 및 충격 신호를 수신하는, 본 발명에 따른 방법 및 시스템을 실행하는데 사용되는 제어 회로 영역의 제 1 실시예의 블럭도,
도 2b는 피스톤 변위 신호 및 충격 신호를 수신하는, 본 발명에 따른 방법 및 시스템을 실행하는데 사용되는 제어 회로 영역의 제 2 실시예의 블럭도,
도 3은 도 2b에서 도시된 본 발명에 따른 방법 및 시스템을 실행하는데 사용되는 제어 회로 실시예의 보다 구체적인 대표도,
도 4는 본 발명의 시스템의 제어 회로의 앞선 실시예의 블럭도,
도 5는 피스톤 위치 결정 신호(DP)와 충격 결정 신호(DI)의 동작을 비교하는 대표도,
도 6은 피스톤의 2개의 다른 변위 크기에 대한, 피스톤의 변위 신호(SD)를 비교하는 대표도,
도 7은 비교기 신호, 컴프레서의 전류 신호, 피스톤 위치를 검출하기 위한 회로에 의해서 생성된 변위 신호 동작의 대표도,
도 8은 피스톤 동작 제어 루틴으로 미세-조정 루틴의 흐름을 보여주는 본 발명의 선형 컴프레서 제어 방법의 일 실시예의 흐름도,
도 9는 본 발명의 피스톤 동작 제어 루틴의 방법의 흐름도,
도 10a는 본 발명의 미세-조정 루틴 방법의 제 1 실시예의 흐름도,
도 10b는 본 발명의 미세-조정 루틴 방법의 제 2 실시예의 흐름도,
도 11은 컴프레서의 다양한 동작 특성의 충격 제한에 변위 신호의 기울기 값을 보여주는 그래프,
도 12는 컨덴서 및 증발기의 다른 온도 상태에 대한, 충격 순간에 구동 신호 파워 편차를 보여주는 그래프,
도 13은 컨덴서 및 증발기의 다른 온도 상태에 기초한, 충격 순간에 구동 신호 주파수 변화를 도시하는 그래프,
도 14는 증발기의 다른 온도 상태에서, 변위 신호의 기울기와 피스톤에 의해서 달성된 최대 변위 사이의 관계를 도시하는 그래프,
도 15는 컴프레서의 실린더와 피스톤의 충격 제한에서, 변위 신호(SD)와 구동 신호의 주기 사이에 상관(correalation)을 도시하는 그래프이다.

본 발명은 도면에 나타난 실시예에 기초하여 보다 상세히 다음에서 설명될 것이다.

본 발명에 따른 선형 컴프레서(10) 제어 시스템은 실린더 헤드로 접근 또는 벗어나도록 실린더(2) 내측 왕복 이동시키는 피스톤(1)을 갖는 컴프레서에 적용되고, 피스톤의 움직임은 선형 모터에 의해서 구동된다. 본 발명의 제어 시스템이 적용된 선형 컴프레서의 예는 도 1에 도시된다.

피스톤은 최소한 자석(5)과 결합하고, 이로 인해 피스톤의 변위는 자석과 대응하고 거꾸로(vice-versa) 변위를 초래한다.

피스톤과 실린더의 액츄에이터 조합은 자기장을 생성하기 위해 전기적 동력을 이용하는 최소한 선형 모터 코일(6)을 포함한다. 모터 코일은 피스톤(1)의 자석(5) 움직임에 의하여 생성되는 자기장과, 이런 자기장의 변화에 응답하여 그것이 변위를 만들도록 배치되어야 한다.

따라서 모터 코일은 전기적 동력을 이용할 때, 동력 전압과 일치하여 그것은 변화하고 제어할 수 있는 자기적 흐름을 생성한다. 모터 코일에 적용된 전압의 결과로 인하여 모터 코일에 의해 생성된 자기장의 변화는 자석(5)을 왕복으로 움직이도록 유도하고, 동일 비율로 피스톤 변위를 만든다. 피스톤 동작 크기는 실린더(2) 내측 피스톤(1) 스트로크로 언급되는 전체 변위와 대응한다.

피스톤과 실린더 조합의 최고 펌핑 능력을 얻기 위해서, 피스톤과 실린더 헤드 사이 충격이 없이 피스톤이 밸브 보드(3a, 3b)를 갖는 실린더 헤드와 가능한 가깝게 접근하는 크기에서 동작하는 것이 필요하다. 이것을 가능하게 하기 위해 피스톤 동작 크기가 정확하게 알려져야 한다. 이런 피스톤 변위 크기의 측정된 에러가 클수록, 충돌을 피하기 위해서 피스톤과 밸브 보드 사이의 안전거리가 더 커야하고, 따라서 피스톤의 스트로크를 줄이게 되어 결과적으로 그것의 성능을 감소하게한다. 큰 소음을 발생하는 것처럼 이런 충돌은 바람직하지 않고, 장치를 손상시킬 것이다.

본 발명에 따른 제어 시스템의 피스톤 위치 검출을 위한 회로가 가능한 최고동작 크기로 동작하기 위해 이는 조합(combination)을 할 수 있고, 피스톤(1)과 실린더(2)의 펌핑 성능을 최적화하도록 피스톤(1)의 위치 인식을 수행하는 이유이다. 더욱이, 미리 예시된 것처럼 각각의 주기 시간에 냉각 시스템에 의해 요구되는 로드(load) 상태에서 컴프레서가 동작하는지를 제어하기 위해 그 시스템이 피스톤 변위 크기를 알아내는 것이 유리하다.

도 1의 컴프레서(10)가 적용된 본 발명의 앞선 실시예에서, 피스톤 위치 검출을 위한 회로는 피스톤(1)과 연결된 자석(5)의 변위 스트로크의 포인트에 배열된 유도 센서(8)를 포함한다. 따라서, 유도 센서(8)가 속도 및 그것의 위치의 관점에서 자석의 변위로부터 초래되는 자석(5)에 의해 생성되는 자기장 변화에 영향을 받는다. 피스톤 위치를 검출하기 위한 회로는 피스톤이 주목할 만한 자기장 변위에 응답하여 변위 신호(SD)를 발하고, 이는 그것의 최대 동작 크기, 및 또한 성취된 최대 위치에 도달할 순간의 동일성을 허용하는 것과 관련된 형식(format)을 갖는다.

본 발명의 앞선 실시예에서, 유도 센서(8)는 바람직하게는 자석의 변위를 향해서 좁아지며, 자석의 변위를 향해서 가로질러 연장된, 여기서 센서 코일로 언급된 단순 코일의 형태로 바람직하게 구체화된다. 센서(8)는 정확한 피스톤 제어 위치를 검출함으로써, 그것은 바람직하게는 자석의 변위 스트로크 내측, 정확하게는 자석(5)의 더 낮은 가장 자리에 의해 도달된 위치에 위치하게 될 것이고, 피스톤이 제어 위치(최대 동작 크기)에 도달할 때 충돌없이도 실린더 헤드와 가능한 가깝게 된다.

검출 회로 또는 변위 센서에 의해 생성된 피스톤의 변위 신호(SD)는 도 6에서 도시될 수 있는 것처럼, 어떤 형태의 펄스로 추측되고, 이는 컴프레서의 두 가지 다른 동작 상태에 대한 변위 신호의 파형을 도시한다. 양의 피크와 음의 피크 사이 신호(SD)의 부분(section)은 대략 선형이다. 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 피스톤의 최대 변위 위치를 계산하기 위해 이런 선형 부분에서 신호(SD)의 유도 값을 측정한다.

도 6에 기초하여, 피스톤 변위 스트로크의 길이에 의존하고, 어떤 파라미터의 센서 신호를 변화하는 것은 주목될 수 있다. 도 6에서는, 보다 줄어든 변위 스트로크로 동작하는 피스톤의 상황에 대응하는 점선으로 표현된 신호는, 그것의 변위 스트로크 내의 최대 위치에 있을 때, 실린더의 헤드로부터 약 0.8 mm의 최소 거리를 성취한다. 더 큰 동작 크기를 갖는 피스톤 동작에 대응하는 실선으로 표현된 신호는, 그것의 변위 스트로크 내의 최대 위치에 도달할 때 피스톤은 실린더 헤드로부터 0.2 mm의 최소 거리에 도달한다.

따라서, 피스톤 변위 스트로크가 더 클수록, 피스톤 변위 신호의 크기가 더 크다는 것을 주목하라. 그러나, 신호의 파형은 본질적으로 피스톤의 어떤 동작 크기를 위해 동일한데, 이론적인 주파수의 관점에서 그러하다. 신호(SD)의 수평축을 가로지르는 포인트에서뿐만 아니라 신호 전압이 0과 동일할 때, 변위 신호(SD)의 절대적이고 상대적인 최대 및 최소 포인트는, 두 개의 다른 동작 상태에 변위 신호 모두를 위해 동일 시간에 일어난다.

피스톤의 위치를 측정하기 위해 유도 센서(8)를 사용하는 본 발명의 앞선 실시예에서, 피스톤의 변위 신호의 기울기는 피스톤 변위 크기로 연산된 파라미터이다. 이 기울기는 시간 간격에서 신호 크기의 변화 또는 이 간격에서 이 신호의 유도 값 이상은 아니다. 본 발명의 택일적 실시예에서, 변위 신호(SD)는 또한 AD 컨버터에 공급될 수 있고, 시간 간격으로 유도 값을 측정하는 대신 시간의 X 포인트에서 변위 신호(SD)는 측정될 것이고, 그 다음 평균 측정치는 유도 값을 찾기 위해 연산될 것이다.

변위 신호(SD)의 이런 변화 또는 기울기 파라미터는 또한 충돌을 피하면서 피스톤이 안전 영역 내에서 동작하는지를 확인하고, 실린더 헤드와 피스톤 사이의 안전 거리를 계산하기 위해 본 발명의 방법 및 시스템에 의해 사용되고, 컴프레서가 최대 로드로 동작할 때 그곳의 피스톤 변위 스트로크가 가능한 더 클 것이다.

신호의 유도 값은 양의 피크와 음의 피크 사이의 선형 부분에서 측정된다. 그래서 피스톤 변위의 크기가 더 클수록, 측정된 신호의 유도 값은 더 커질 것이고, 왜냐하면 신호(SD)의 변화가 더 빠를수록, 최대 포인트에서 0으로 크기가 변화하게 될 것이고, 주어진 신호 주파수가 피스톤 동작 크기의 기능을 바꾸지 않는다. 따라서, 시간 간격 이상에서 변위 신호, 또는 그것의 유도 값의 변화는 또한 그것의 동작 크기와, 그것의 위치 지시에 비례한다고 결론내릴 수 있다. 예컨대, 변위 신호가 최대 포인트 및 최소 포인트에 도달할 때, 피스톤이 각각 실린더 헤드로부터 가장 가까운 위치 및 가장 먼 위치에 도달하고, 즉 그것의 변위 스트로크의 최대 변위 포인트이다. 이런 포인트에서, 변위 신호의 유도 값은 0과 같다.

여기서 설명된 종류의 유도 센서(8)는 이점이 있는데, 이는 센서 위치 해상도(resolution)를 방해하지 않고 얻을 수 있는 센서 코일에 의해서 생성되는 변위 신호(SD)의 더 큰 전압을 허용하는 확장된 형태이기 때문이다.

따라서, 실린더 내측 피스톤의 현저히 줄어든 변위 때문에 센서에 의해 생성된 신호의 더 큰 변위가 있고, 이는 센서의 해상도를 증가시키고 잡음 방해에 기인한 에러에 대한 시스템의 민감도를 감소시킨다. 이런 센서(8)의 구성은 또한 낮은 임피던스를 갖고, 이는 전기적 잡음이 없는 신호를 제공하며, 더욱이 센서의 뛰어난 정확도를 제공한다.

그러나, 본 발명은 이런 센서의 사용에 제한되지 않는다. 실린더 내측 피스톤의 위치를 측정하는 그 밖의 종류의 센서를 적용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 제어 시스템은 실린더 헤드와 피스톤의 충격-검출 회로를 갖추고, 이는 실린더 헤드와 피스톤의 충격이 발생하거나 발생하지 않는 것을 지시하는 충격 신호(SI)를 생성한다. 충격 신호는 본 발명의 보호 범위에서 벗어나지 않고 많은 다른 방법에 의하여 생성될 수 있다. 신호(SI)는 센서 없이 관용의 수단과, 컴프레서와 그것의 모터에 의해서 생성되는 전기적 신호를 처리하는 수단에 의해서, 센서 신호를 기초하여 생성될 수 있다.

충격-검출 회로가 실린더 헤드와 피스톤의 충격을 검출할 때, 그에 의해 보내진 충격 신호(SI)는 충격 유도 형태를 추측한다. 충격 검출은 피스톤 변위를 검출하는 동일한 센서에 의하거나, 또한 오로지 충격을 검출하도록 디자인된 피스톤과 실린더 조합에 적용된 추가적인 센서에 의해서 수행된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 충격 검출은 컴프레서 자체에서 발생되는 전기적 신호를 분석함으로써 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 충격-검출 회로와 위치-검출 회로는 통상 독립적인 신호를 발하는 독립적인 회로이다. 일반적으로, 센서에 의해서 보내지는 변위 신호(SD)와 충격 신호(SI)를 처리하는 신호 처리 회로뿐만 아니라, 본 발명을 구현하기 위해 사용되는 어떤 형태의 센서는, 상기 인용한 선행기술에 이미 잘 알려져 있다. 그러나, 그 기술 분야의 이런 문서에서 알려진 것과 다른 신호 처리를 위한 기술은, 특히 본 발명이 센서 없이 컴프레서를 제어하는 기술과 센서의 도움으로 컴프레서를 제어하는 기술을 포함하는 사실은, 그 기술 분야에서 인용된 어떤 문서에도 제안되고 있지 않다.

앞선 실시예에서, 상기 회로 및 시스템은 여기서 인용문헌으로 포함된 WO2005/71265 문서에서 설명된 기술에 기초하여 실행될 수 있다. 이런 경우에, 도 2a에서 도시된 것처럼, 센서를 갖는 회로에 의해서 생성된 변위 신호(SD)와 센서 없이 회로에 의해서 생성된 충격 신호(SI), 2개의 다른 신호는 제어 회로로 보내진다. 이런 2개의 신호는 제어 회로 내측에 개별적으로 다루어진다.

본 발명의 다른 실시예에서, 충격 검출 및 피스톤 위치 검출 회로는 동시에 2개 기능을 수행하는 단일 센서 회로에 수용될 것이다. 2개 위치 및 충격 검출 회로의 이런 결합은 피스톤 헤드에 배치된 압전(piezoelectric; PZT) 센서에 의하여수행될 수 있다. 예컨대, 이런 종류의 센서는 여기서 참고문헌으로 언급된 WO 2004/104419 문서에서 볼 수 있다. 앞서 설명된 것처럼, 이런 센서는 그것의 변위 동안에 피스톤의 가속도를 측정하고 본질적으로 낮은 주파수의 실질적으로 선형 출력 신호를 생성하는 가속도계이다. PZT 센서는 크리스탈(crystal)로 구성되고, 피스톤과 실린더 사이 충격이 있을 때, 센서 크리스탈이 신호의 최대 포인트의 고 주파수 구성의 형태로, 센서에 의해서 생성된 피스톤의 가속 신호의 변형을 초래하도록 압축된다.

본 발명의 제 2 실시예는 도 2에 도시되고, 여기서는 변위 신호(SD)와 충격 신호(SI)의 정보를 포함하는 오직 하나의 센서 신호가, 제어 회로로 보내진다. 이 신호는 위치와 충격의 정보를 개별적으로 추출하고 신호를 처리하는 2개의 개별적인 취급 회로(handling circuit)에 적용된다. 도 3은 PZT 센서 신호의 개별 처리를 보다 상세히 도시하는데 앞선 설명보다 더 자세히 설명한다.

충격 신호(SI)는 제어 회로에 공급되고, 이를 충격-검출 회로에 의하여 처리하며, 직접적으로 충격 결정 신호(DI)를 생성한다. 신호(SD)는 이 신호를 처리하는 센서의 신호 운용 회로로 보내지고 그것의 파형으로부터 피스톤 동작의 크기 및 위치에 관한 정보를 추출하며, 예컨대 위치 결정 신호(DP)를 생성할 것이다.

도 5는 WO 2005/71265 문서에 설명되고 본 발명에 적용될 수 있는, 제어 회로에서 변위 신호(SD)와 충격 신호(SI)를 해석하고 처리한 후에 생성된 충격 결정 신호(DI)와 위치 결정 신호(DP)의 예를 도시한다. 이 경우에, 충격 결정 신호(DI)는, 이진 형태로 생성된다. 충격이 검출되지 않을 때, 신호의 값은 0 볼트와 같다. 충격이 발생할 때, 센서에 의해서 보내진 신호는, 예컨대 구형파를 형성하는 1볼트와 동일하게 된다. 동일한 시간에, DP 신호의 값은 피스톤의 최대 변위에 비례한다.

피스톤의 동작을 제어하기 위해, 본 발명에 따른 시스템의 제어 회로는 인버터에 제어 신호를 보내고, 이는 연속으로 선형 모터에 구동 신호를 적용한다. 이런 선형 모터는 컴프레서의 피스톤 동작을 만든다. 선형 컴프레서의 모터에 적용되는 구동 신호는 컴프레서가 동작하는 작동 상태에 의하여, 주파수 또는 주기의 경우처럼, 전압 또는 전력 모두가 변화될 것이다. 구동 신호의 주파수 및 전력은 피스톤의 변동 움직임을 결정한다.

도 4는 앞서 언급한 제어 회로의 실시예의 블럭도를 도시한다. 제어 회로는 위치-검출 회로의 출력 및 충격-검출 회로의 출력과 연결되고, 각각의 검출 회로에 의해 생성된 피스톤의 SI 충격 검출 신호와 SD 위치 검출 신호를 수신한다. 또한 제어 회로는 선형 모터로부터 전압 신호(ST)와 전류 신호(SC)의 형태로 구동 신호를 수신한다.

제어 회로는 피스톤의 최대 스트로크 및 동작의 미세-조정 루틴을 수행할 수있다. 이런 루틴에서, 제어 회로는 선형 모터의 구동 신호와 공동으로 변위 신호(SD) 및/또는 충격 신호(SI)를 분석하고, 수학 방정식에 의하여 실린더 헤드와 충돌없이 충돌에 대항하는 현저히 생략된 안전 기준을 사용하여, 피스톤이 수행할 수 있는 가능한 최대 변위(최대 동작 크기)를 연산한다.

더욱이 제어 회로의 컴프레서는, 피스톤이 실린더와 충돌을 방지하도록 동작, 최대 동작 크기로 동작, 또는 컴프레서에 의해서 요청된 로드를 위한 적당한 변위 크기로 피스톤이 동작하는 것을 보장하기 위해서, 최소한 변위 신호(SD) 및/또는 충격 신호(SI)가 추측하는 값과 값의 범위를 연산한다.

또한 제어 회로는 충격 검출 단계를 수행할 수 있고, 본 발명의 앞선 실시예에서 그것은 충격-검출 회로에 의해 생성된 충격 신호(SI)를 분석하고, 피스톤과 실린더 헤드 사이에 발생한 충격이 있는지 여부를 식별한다.

또한 제어 회로는 피스톤 동작 제어 루틴을 수행하는데, 분리된 변위 신호(SD)의 값 또는 포맷에 기초하거나 컴프레서가 적용된 냉각 회로의 데이터 또는 선형 모터의 구동 신호의 데이터를 조합하여, 피스톤 변위 크기를 식별하고 피스톤과 헤드 사이에 충격이 발생했는지 여부를 인식한다. 실린더와의 충격을 방지하기 위해 충격 발생의 인식이 미세-조정 루틴에서 연산된 값과 어떤 순간에 판독되는 피스톤 변위 데이터를 비교함으로써 수행된다.

도 3에 도시된 것처럼, 피스톤의 미세-조정과 제어의 기능을 수행하기 위해서, 제어 회로는 미세-조정 단계에서 연산 값을 추측하는 어떤 파라미터 값과 변위 신호(SD)를 비교하도록 설계된 신호 비교기(comparator)를 최소한 포함한다. 따라서, 비교기는 한 입력으로 변위 신호(SD)와 다른 입력으로 최소한 하나의 파라미터 기준 값을 갖는 신호(REF)를 수신하고, 변위 신호가 추측할 수 있는 값의 범위 밖인지 여부를 지시하는 출력 신호를 생성한다. 기준 신호는 바람직하게는 변위 신호(SD)의 유도 값을 연산하는데 사용될 기준 전압 값을 알린다. 도 3의 블럭도에 도시된 것처럼, 비교기의 출력 신호는 프로세서에 공급된다.

충격 검출 루틴과 관련된 미세-조정 루틴의 수행은 낮은 정밀 위치 및 충격 센서의 사용을 허용하고, 이런 낮은 정밀은 센서 없이 그리고 센서를 갖고도 충격을 검출하는 이런 2가지 기술의 조합을 사용함으로써 제공되는 증가된 정밀성에 의하여 옵셋되기 때문이다.

또한 프로세서는 컴프레서 및/또는 컴프레서에 적용된 장치의 동작 상태에 관련된 데이터를 수신한다. 여기서, 우리는 컴프레서가 결합된 장치와 함께 이런 컴프레서 제어 시스템의 동작을 이해하기 위한 목적으로, 컴프레서가 냉각기의 냉각 회로에 적용되는 것을 고려할 수 있다.

이런 경우에 제어 회로의 프로세서는 증발기(evaporator), 압력 제어 요소, 컨덴서, 온도 센서 또는 냉각기의 냉각 회로를 구성하는 어떤 그 밖의 요소로부터 데이터를 수신할 것이다. 프로세서에 의해서 수신된 데이터, 예컨대 입력 전류, 전력, 공급 전압, 역률(power factor), 및 냉각 회로 장치의 옴 저항, 그 밖의 것들 사이의 냉각된 환경의 온도를 지시하는 센서 신호를 포함한다. 이런 신호에 의하여, 제어 회로는 컴프레서가 동작하는 로드 및 동작 상태를 결정한다. 도 11에서 15의 그래프에 도시될 수 있는 것처럼, 센서 신호가 컴프레서의 로드 및 동작 상태(예컨대, 증발기 및 컨덴서의 온도)의 기능을 현저하게 변화하는 사실 때문에, 이 정보는 중요하다. 따라서, 본 발명에 따른 제어 시스템은 컴프레서의 동작 상태와 부합하는 센서의 신호를 해석할 것이고, 실린더 헤드와 피스톤 사이의 충돌 없는 상태로, 컴프레서를 제어하여 냉각기에 의해 요구되는 상태와 시종일관 동일한 방식으로 동작한다.

본 발명의 실시예의 사용은 PZT형 센서를 사용하는 도 3에 도시된 설계와 WO 200571265에서 설명된 것 같은 센서로 구성되는데, 이는 피스톤 위치(SD)와 피스톤 충격(SI)의 정보와 동일한 신호를 보내고, PZT 센서 신호는 2개의 다른 신호를 생성하며, 각각은 오직 한가지 형태의 정보를 포함하는 피스톤의 위치와 충격에 대한 정보를 개별적으로 추출하도록 먼저 취급되는 대상일 것이다.

이런 취급을 수행하기 위해서, PZT 센서 신호가 공급되는 2개의 필터가 사용될 수 있다. 바람직하게는, PZT 센서 신호는 주파수 범위에서 신호를 필터하는 예컨대, 5에서 500Hz인 대역-통과 필터에 적용된다. 대역-통과 필터를 통해 필터된 신호는 피스톤 위치 신호와 대응한다. 또한 PZT 센서 신호는 동시에 5KHz 이상의 주파수 범위인 신호를 필터하는 고역-통과 필터에 적용된다. 고역-통과 필터를 통해 필터된 신호는 피스톤 충격 신호와 대응한다. 피스톤의 변위 신호(SD)는 그 다음 비교기(comparator)에 공급되고, 반면에 충격 신호(SI)는 프로세서로 직접 공급된다.

전압, 전류, 및 주파수와 같은 변위 신호(SD)와 충격 신호(SI)에 관련된 데이터, 뿐만 아니라 예컨대 냉각기와 같은 컴프레서가 적용된 장치의 데이터, 그리고 프로세서에 의해서 얻어지는 것들은, 제어 회로에 의해서 저장되고, 바람직하게는 회로의 내부 메모리에 저장된다. 모터의 전압 및 동작 주파수 데이터는 또한 도면에 도시되지 않은 메모리에 저장된다.

또한 본 발명은 선형 컴프레서를 제어하고 미세-조정하는 방법을 개시하고, 이는 냉각기, 에어컨 장치, 또는 유체 펌프를 위해 적용되는 컴프레서에 적용될 수 있다. 앞서 설명된 본 발명에 따른 시스템은 아래에서 설명되는 방법에 따라 사용될 수 있다.

이런 방법은 선형 컴프레서의 동작을 미세-조정할 수 있고, 그로 인해 그것은 실린더 헤드와 충돌없이 가능한 가장 큰 동작 크기로 피스톤이 최대 능력에서 동작한다. 미세-조정이 필요한 경우, 예컨대 컴프레서가 적용된 장치에서 동작 실패가 검출된 때, 그것의 최대 능력에서 컴프레서가 동작하는 것이 확인된 때, 피스톤이 실린더와 충돌하는 때, 또는 컴프레서 내지 그것이 적용된 장치가 스위치 온 된 때면 언제든지 수행될 수 있다. 주기적인 미세-조정은 미리 정의된 시간에 달성될 수 있다. 이런 시간은 위치-검출 회로의 특성에 따라 성취될 수 있다.

이런 종류의 미세-조정은 당해 기술 분야에서 통상적으로 가능한 것은 아니고, 일반적으로 오직 그것들이 생산될 때 미세-조정이 허용된다.

본 발명의 방법은 컴프레서의 실린더 내측 왕복 이동하는 피스톤을 구동하는, 선형 모터에 구동 신호를 적용하는 제 1 단계를 포함한다. 모터의 구동 신호는 컴프로세의 피스톤 동작의 속도 및 크기를 결정하고, 이는 컴프레서의 동작 로드, 증발기 및 컨덴서의 온도에 의하여 변화될 것이다. 선형 모터의 구동 신호의 크기 및 주기 또는 주파수의 파라미터는 측정되고 바람직하게 메모리에 저장된다.

시작 직후에, 바람직하게 본 발명의 방법은 컴프레서의 미세-조정 루틴을 수행한다. 컴프레서의 미세-조정 루틴은 피스톤 동작 크기에서 충격이 일어났는지를 검출하고, 컴프레서가 항상 안전 상태 하에서 동작하는지를 보증하며, 충돌, 연속적인 마모(wear), 장치의 깨짐(tear) 및 음향적 잡음을 피하기 위해서 주로 수행된다. 일반적으로 이런 루틴은 컴프레서의 스위치가 켜질 때 수행되지만, 또한 그것은 컴프레서의 동작 및 로드 상태에 변화가 있을 때, 또는 그 밖의 것들 사이에서 시스템의 불안정을 개선하기 위해서 수행될 수 있다. 본 발명의 이런 루틴 방법은 도 9에 흐름도가 도시된다.

미세-조정 루틴이 실행된 때, 예컨대 컴프레서 장치가 스위치 온될 때, 최소 동작 크기에서 기능하는 피스톤이 동작을 시작한다. 그 다음, 피스톤 변위 크기를 측정하는 단계가 수행되고, 실린더 헤드와 피스톤의 충격을 검출하는 단계가 함께 수행된다.

충격 검출 단계는 충격 센서에 의해 수행될 수 있고, 이는 피스톤과 실린더 조합에 적용되고 피스톤과 실린더 헤드의 충격이 발생할 때 신호를 생성한다. 이런 센서가 피스톤과 실린더 헤드의 충격을 검출할 때, 충격 신호(SI)가 전송되고 그에따라 충격을 지시하는 포맷을 추측한다. 만약 시스템이 안정화되지 않는다면, 이런 충격 검출 루틴은 다시 실행될 수 있다.

본 발명의 앞선 실시예에 따르면, 실린더의 동작 크기를 측정하는 단계는, 상기 설명된 종류의 유도 센서(8)의 도움으로 수행되고, 이는 피스톤의 변위 신호(SD)를 발하고, 그것의 유도 값은 피스톤 변위 크기를 지시한다. 따라서 미세-조정 루틴의 피스톤 변위 검출 단계에서, 변위 신호(SD)의 유도 값은 이 신호의 선형 영역에서 연산된다. 이런 유도 값은 "기울기(Slope)" 변수로 나타내고, 이는 메모리 장치에 저장된다.

만약 피스톤과 실린더 헤드의 충격이 검출되지 않는다면, 선형 모터에 적용되는 구동 신호의 전압은 작은 양으로 점차적으로 증가되고, 이는 대응되는 동작 크기 또는 피스톤 변위 스트로크를 증가한다. 구동 신호의 각각의 전압 증가로, 충격 검출 단계와 피스톤 동작 크기의 측정 단계가 수행된다.

바람직하게는 컴프레서의 모든 동작 사이클 동안에, 충격 검출과 피스톤의 동작 크기의 측정이 수행될 수 있다. 각 사이클의 구동 신호의 전압 및 주파수는 제시간에 저장된다.

피스톤과 실린더 헤드 사이에서 충격이 검출되지 않은 만큼 오랫동안, 피스톤 변위 크기 측정과 충격 검출의 단계는 연속적으로 수행되고, 이어서 구동 신호의 전압은 조금 증가한다.

컴프레서와 피스톤의 충격이 검출된 때, 그 다음 모터의 구동 신호의 전압은 조금 줄어든다. 구동 신호의 이런 새로운 전압 값은 구동 신호의 새로운 최대 전압 값으로 저장될 수 있고, 피스톤에 의해 성취되는 변위 크기의 값은 최대 변위 스트로크 값으로써 기록된다.

추가적으로, 충격이 발생했을 때 변위 신호(SD)의 유도 값에 대응하는 "기울기" 변수의 최종 값은 "SLOPEmin" 변수로 귀결되고, 이는 충격 발생한 때 신호(SD)의 유도 값을 확인한다. 앞서 언급한 대로, 실린더 내측 피스톤의 변위는 이런 구동 신호의 주기 및 전력 파라미터에 의존한다.

충격이 발생한 순간에 선형 모터의 구동 신호의 주기 또는 주파수 및 전력은 또한 알려진다. 이런 값은 다음 방정식 1에 적용되고, 이는 구동 신호의 주파수 및 주기와 변위 신호(SD)의 기울기와 관련되고, Offset_max로 불리는 파라미터를 연산한다.

SLOPEmin = K1 × Period + K2 × Power - Offset _ max (방정식 1)

앞서 언급한 대로, 선형 모터의 구동 신호의 주기 및 전력 값은 예컨대 증발기 및 컨덴서의 온도와 같은 컴프레서의 동작 상태에 의존하여 변한다. 따라서, 방정식 1에서, 센서 신호의 왜곡을 수정하기 위해 주기 및 전력 값을 조정하는 것이 필요하고, 이는 센서 테스트를 갖는 설계상으로 얻어진 실험적인 상수인 각도 계수 K1과 K2가 각각 주기 및 전력에 곱해져서 수행된다. "Offset" 변수는 구동 신호의 전력 및 주기 상태에서, 센서의 미세-조정 파라미터이고, 이는 실린더와 피스톤 사이의 충격이 발생한 때 신호(SD)의 기울기에 비례한다. 방정식 1에 알려진 값을 적용함으로써, Offset_max 값은 얻어지고, 이는 충격으로부터 보호하기 위해 컴프레서의 메인 루틴에 사용될 것이다. Offset_max 값은 실린더와 피스톤의 충격을 피하기 위해 어떤 안전 거리를 적용하는 것 없이도, Offset 파라미터를 추측할 수 있는 최대 값에 대응한다.

도 10에 도시된 본 발명의 택일적 실시예에서, 이런 미세-조정 루틴은 그 밖의 가변적인 판독(reading)에 의존하여 연산된 Offset (Offset1, Offset2, Offset3)의 3개의 다른 값을 얻기 위해서 연속으로 최소 3번 수행될 수 있다. 그 다음 측정된 3개의 Offset값의 평균 값인 Offset_medio를 연산하고, Offset1, Offset2, Offset3 상의 연산된 각각의 값과 Offset_medio 평균값 사이의 차이를 연산하며, 따라서 이런 각각의 차이의 모듈에 대응하는 Δ1, Δ2,Δ3 값을 얻는다. Δ1, Δ2,Δ3 값은 제한 값 L과 비교된다. 만약 Δ1, Δ2,Δ3 값 중에 어떤 것도 L보다 더 크지 않다면, 그 다음 미세-조정은 성공적인 것으로 결론 짓는다. 만약 Δ1, Δ2,Δ3 값 중 어떤 것이 L보다 크다면, 컴프레서의 미세-조정은 다시 시작되고, 다시 3개의 다른 Offset_max 값은 연산된다. Offset_max 값 미세-조정을 위해 사용된 파라미터 L은 본 발명에 따른 방법의 설계상으로 결정된 값이다.

본 발명의 실시예에서, 상기 언급한 방법으로 연산된 Offset_max 값은 추가적인 미세-조정 필요 없이 피스톤 동작 제어 루틴에 직접 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 9와 도 10에서 도시된 어떤 형태에 따른 Offset_max 값을 정의하면, 최종 offset 값이 연산되고, 이는 실린더와 충돌을 피하기 위해 안전 거리로 미세-조정된다. 이런 최종 Offset 값은 다음 방정식 2에 의해서 연산될 것이고, 여기에서 Slope_min의 측정된 값이 적용되며, Offset_max를 연산하기 위해 사용되는 구동 신호의 주기 및 전력, 및 이미 알려진 파라미터 K1 및 K2 이다.

Offset = K1 × Period + K2 × Power - Slope _ min - Δ safety (방정식 2)

또한 안정 거리에 대응하는 ΔSafety 변수는 실험실에서 정의되고, 이는 피스톤이 실린더 헤드와 충돌하는 것을 방지하기 위해서 피스톤 동작 크기로부터 유도될 것이다. 이런 최종 Offset 값은 실린더 헤드와 피스톤 사이의 충격을 피하는 목적으로, 컴프레서가 통상적인 기능을 하는 동안에 피스톤 동작 제어를 위해 사용될 것이다.

안전 거리로 미세-조정된 Offset 값과, 변위 신호(SD)의 기울기 값(Slope_min)을 연산한 후, 미세-조정 루틴은 스위치 오프(0ff)되고, 컴프레서 제어를 수행하는 본 발명의 방법의 단계에 의해서 제어됨으로서, 충돌의 발생이 없고, 그리고/또는 전력 낭비를 피하면서 요구된 작업 로드로 안전하게 동작하여, 컴프레서가 정상적으로 동작하기 시작한다. 피스톤 동작 제어 루틴과 미세-조정 루틴을 포함하는 본 발명에 따른 완전한 방법은 도 9와 결합하여 도 8에 도시된다.

미세-조정 루틴의 스위치 오프 후, 피스톤 동작 제어 루틴이 시작하고, 또한 변위 신호(SD)의 기울기 제어 루틴으로 언급된다. 이 루틴에서, 컴프레서가 동작하는 동안 바람직하게는 컴프레서의 매 사이클마다, 또는 더 큰 간격마다 변위 신호(SD)의 기울기 값, 구동 신호의 전력 및 주기 값은 주기적으로 측정된다. 주기 및 전력 값은 다음 방정식 3에 적용되고, 이는 방정식 1과 유사하지만 이미 안전 거리 ΔSafety와 미세-조정된 Offset 값을 사용한다.

SLPOE _ lim = K1 × Period + K2 × Power - Offset (방정식 3)

방정식 3은 여기서 Slpoe_lim로 언급된 것처럼, 이는 기울기 또는 신호(SD)의 기울기가 추측할 수 있는 값의 더 낮은 제한일 것이고, 컴프레서의 동작 상태에서 충격이 없다는 사실을 보장하는, 기울기 제한 값(Slope limit value)을 연산하기 위해 사용된다.

다음으로, Slope_measured 로 언급된 기울기의 측정된 값은, 제한 값인 연산된 Slope_lim 값과 비교된다. 만약 Slope_measured가 Slope_lim보다 더 크면, 컴프레서는 여전히 그것의 반-충격 안전 여유(margin) 또는 필요한 크기 아래의 크기로 동작하고 있고, 그로 인하여 컴프레서는 요청된 로드를 갖고 동작한다. 그 다음, 선형 모터의 구동 신호의 전력 또는 전압을 조금씩 증가시키는 것이 가능하다. 구동 신호의 이러한 증가 결과로써, 미세-조정 루틴 동안에 수행된 충격 검출 단계에서 설명된 것과 같은 방식으로 수행되는 충격 검출 단계의 방법에 의해 실린더와 피스톤사이에 충격이 발생했는지 다시 확인을 한다.

이런 전력을 증가하고 충격을 검출하는 단계는 충격이 검출될 때까지, 연속해서 수행된다. 충격이 검출된 때, 새로운 미세-조정된 Offset 값을 연산하기 위해서, 미세-조정 루틴이 다시 실행된다.

도시되지 않은 본 발명의 택일적 실시예에서, 피스톤 동작 제어 루틴 동안, 실린더와 피스톤의 충격이 충격 검출 단계에서 검출되지 않을 때, 제한 연산값(Slope_lim)보다 우세한 기울기 측정된 값(slope_measured)을 측정하는 시스템에서의 시간이 특정 주기, 예컨대 한 시간보다 더 큰지 아닌지에 대해 확인하는 단계가 수행될 것이다. 만약 그렇지 않다면, 동일한 피스톤 동작 제어 루틴이 계속된다.

다른 한편, 만약 이런 동작 시간이 1시간을 초과하면, 미세-조정 루틴은 새로운 미세-조정 Offset 값을 연산하기 위해 다시 수행된다.

컴프레서 제어로 돌아와서, 만약 변위 신호(SD)의 기울기(Slope_measured)의 측정된 값이 제한 연산 값(Slope_lim)과 같거나 더 크다면, 컴프레서는 안전이 고려된 크기보다 더 큰 동작 크기로 동작하고 있는 것으로, 실린더 헤드와의 충돌 위험이 높아진다. 따라서 선형 모터의 구동 신호의 전력 또는 전압은 조금씩 감소될 것이고, 그로 인하여 컴프레서는 안전 동작 크기 내에서 다시 동작을 시작한다. 그 후에, 본 발명에 따른 방법은 구동 신호의 전력의 이런 변화를 초래함으로써 피스톤과 실린더 사이에 충격이 발생하는지를 검증하는 단계로 다시 넘어간다. 만약 충격이 발생하면, 미세-조정 루틴으로 다시 되돌아 간다. 만약 충격이 발생하지 않는다면, Slope_lim 값을 연산하기 위해서, 구동 신호의 전력과 주기 및, 변위 신호(SD)의 기울기를 측정하는 단계로 되돌아 가고, 컴프레서 제어 루틴의 연속적인 단계를 계속 수행한다.

미세-조정 루틴과 관련된 컴프레서 제어 루틴을 수행함으로써, 실린더 헤드와 피스톤의 충격의 빈도는 현저히 줄어든다. 그러나, 동시에 피스톤은 실린더와 매우 근접한 위치에 도달하도록 제어되고, 그것의 동작 크기뿐만 아니라 컴프레서의 성능이 최대화된다. 선형 모터의 구동 신호의 전압 감소 및 증가는 매우 양(quantities)을 줄이고, 그것의 최대 능력에서 동작할 때, 실린더와 피스톤 사이의 현저하게 줄어든 안전 거리로 정확하게 컴프레서를 미세-조정하게 된다.

도 7은 컴프레서의 전류 신호(I_c), 및 피스톤이 변위 스트로크에서 그것의 최대 위치에 도달했는지를 지시하는 비교기 신호(SC)와 함께 피스톤 위치를 검출하는 회로에 의해서 생성된 변위 신호(SD)의 동작을 도시한다. 신호(SC)는 제한 연산값(Slope_min)과 변위 신호(SD)의 Slope_measured 를 비교하는 비교기의 출력으로 생성된다.

비교기의 신호(SC)는 변위 신호(SD)가 V_ref보다 더 클 때, 즉 피스톤이 변위 스트로크의 최대 위치에 근접하는 때의 시간 간격과 동일한 길이를 갖는 구형파를 형성한다는 것을 주목하라.

비교기의 신호(SC)는 변위 스트로크의 최대 위치에 도달된 피스톤에서 그 순간을 지시하는 펄스로써, 구형파의 형태를 갖는다. 컴프레서의 전류 신호(I_c)의 동작을 관찰하면, 또한 그것은 변위 신호(SD)에서 그것의 최대 및 최소 값을 추측하는 순간에, I_c = 0 인 것을 주목하라.

도 11에서 15에 도시된 그래프는 컴프레서의 동작 상태에 의존하여 변화하는, 변위 신호(SD)의 기울기 값뿐만 아니라 구동 신호의 주파수 및 전력이 어떠한지를 도시한다.

도 11은 컴프레서의 다양한 동작 상태에서 충격 제한에 변위 신호(SD)의 기울기 값(미세-조정 루틴에서 Slope_measured 변수와 상응하는)을 도시한다. 세로축 좌표는 컨덴서의 온도를 도시하고, 그래프에 도시된 각각의 선은 증발기의 어떤 온도에 대한 Slope_measured 값을 도시한다.

도 12의 그래프는 컨덴서와 증발기의 다른 온도 상태에 대한, 충격 순간의 구동 신호의 전력이 어떻게 변하는 지를 도시한다. 도 13의 그래프는 충격 순간에 구동 신호의 주파수를, 컨덴서와 증발기의 다른 온도 상태를 서로 상관시킨다. 그래프 11에서 13은 컴프레서의 동작 상태에 현저하게 의존하여 변화하는, 변위 신호의 기울기 값뿐만 아니라 구동 신호의 주파수 및 전력의 파라미터를 설명하고, 이것은 Offset 값을 연산할 때 그것들이 참작되어야 하는 이유이며, 이는 실린더 헤드와 피스톤(1)의 충격을 방지하기 위하여 모든 이러한 변수를 상관시키기 위해 창조된 파라미터이다.

도 14는 증발기의 다른 온도 상태에서, 대응하는 변위 신호(SD)의 측정된 기울기 값과 피스톤의 최대 변위를 상관시키는 그래프를 도시한다. 세로 좌표축은 음의 값을 보이면서 시작하는데, 이 그래프에서 0 값은 밸브 보드 위치에 대응한다. 이 그래프로부터 증발기의 온도 상태에 대해, 피스톤 변위 크기가 증가하면서 즉 피스톤이 밸브 보드에 더 근접함에 따라, 신호(SD)의 기울기 값이 줄어든다는 것에 주목하는 것이 가능하다.

도 15의 그래프는 오직 변위 신호(SD)와 구동 신호의 주기 사이의 상관 관계, 즉 구동 신호의 전력을 상쇄하지 않는 것을 도시한다. 이 그래프는 증발기의 3개의 다른 온도 상태에 대한 충격 순간의 Slope_measured 값과 이론의 Slope_lim 값에 대응하는 선을 도시한다. 이 그래프의 결과는 만약 주기 옵셋이 존재한다면 컴프레서가 다소 이론적인 제한 값(Slope_lim)에서 떨어져 동작할 것이고, 왜냐하면 Slope_measured 값은 Slope_lim에 대응하는 일직선으로부터 꽤 멀리 있고, 이론적으로 증발기가 -18º 및 -25ºC 온도인 경우이다. 이상적으로, 컴프레서는 제한에 가능한 가깝게 동작할 것이고, 만약 그렇지 않다면 그것은 동일한 능력에서 동작하기 위해서는 컴프레서를 더 크게 만들 필요가 있기 때문이다. 컴프레서가 그것의 제한에 가깝게 동작할 때, 이는 그것은 최적화된 모드에서 작동하고, 컴프레서로부터 최대 능력을 추출했다는 것을 의미한다.

안전하게 동작하는 영역에 대응하는 이론적 제한 Slope_lim 의 일직선 위에 영역은, 즉 Slope_measured 값이 이 영역 내에 있을 때, 그것은 충격이 일어나지 않는 안전한 상태이다. 어떤 경우에 시스템은 안전 동작 영역 밖인 Slope_measured로 동작할 것이고, 여전히 거기에는 충격이 없을 것인데, 충격의 발생은 다른 파라미터에 의존한다. 그래서, 만약 주기적 옵셋이 안전 동작 영역을 보증하지 않는다면, 어떤 상태에서 컴프레서의 오버 스케일링 및 그 밖의 상태에 있을 것이며, 그것은 반-충격 안정 한계에 매우 가까울 것이다. 이상적인 상황에서 컴프레서에서 가능한 가장 최적화된 방법을 사용하게 될 것이고, 모든 Slope_measured 곡선은 Slope_lim의 이론적 한계의 곡선과 다른 것의 상부에 있을 것이다. 이는 만약 다른 옵셋팅 항목이 추가되면, 즉 다시 말해서 전력이 추가되면 가능하다.

여기서 설명된 발명의 상세한 설명에 기초하면, 센서를 갖고 센서를 갖지 않고, 종래 기술에서 언급한 것보다 컴프레서를 위한 보다 정확하고 효율적인 성능을 제공하는 미세-조정 기술과 피스톤 변위 제어 기술의 조합은 분명하다. 어떤 앞선 경우에서, 또한 이런 조합은 정확도가 적고 더 단순하며, 더 싼 센서의 사용이 실린더 헤드와 피스톤 사이의 거리를 물리적으로 판독 및 직접 측정을 수행하는 것을 필요로 하지 않지만, 이는 전자기적 유도의 방법에 의해서 간접적으로 측정하게 된다. 비록 그렇다 할지라도, 만약 센서 측정 정확도가 직접 거리를 측정하는 것과 비교해서 열등하다면, 이런 낮은 성능이 컴프레서의 그 밖의 전기적인 신호에 기초하고 센서를 갖지 않는 미세-조정 및 제어 기술에 조합에 의하여 옵셋 된다.

또한 본 발명의 시스템 및 방법은 실린더 헤드 반대쪽 끝에 배치된 어떤 부분과 피스톤의 충격을 피하기 위해서 피스톤과 실린더 조합을 제어하는데 사용될 수 있다. 이 경우에, 충격-검출 회로는 실린더 헤드 반대쪽 끝에 피스톤의 충격과 스르로크의 끝을 검출하기 위해 구성될 것이다. 시스템의 그 밖의 특징은 위치-검출 회로와 충격-검출 회로의 작은 변화의 조정(arrangement)을 위하여 단지 채택되고 유지될 수 있다. 다른 택일적 실시예에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 동시에 피스톤 변위 스트로크의 양 끝에 충격을 피할 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 피스톤 스트로크의 끝을 감시하기 위해 설계된 각각 한 쌍의 회로인 두 개의 다른 충격-검출 회로 및 위치-검출 회로의 방법에 의해서 실현될 수 있고, 또는 동시에 양 끝에 피스톤 변위의 위치를 측정하고 충격을 검출할 수 있는 단일 위치-검출 회로와 단일 충격-검출 회로에 의해서 실현될 수 있다.

앞서 실시예를 예시로 언급하였다면, 이는 그 밖의 잠재적인 변형을 완전히 포함하는 본 발명의 범위 내로 이해해야 하고, 그것은 여기에 포함된 그 밖의 균등한 범위와, 여기 추가된 청구항의 내용에 의해서만 오직 제한된다.

Claims (27)

1. 실린더(2) 내측 피스톤(1)의 왕복 운동을 구동하는 선형 모터;
   피스톤 변위 폭을 지시하는 변위 신호(SD)를 생성하는 위치-검출 회로;
   실린더 헤드와 피스톤(1)의 충격 발생을 지시하는 충격 신호(SI)를 생성하는 충격-검출 회로; 및
   선형 모터에 가변적인 구동 신호를 적용하는 제어 회로;를 포함하고,
   제어 회로가 변위 신호(SD)와 충격 신호(SI)를 수신하고, 이런 신호와 구동 신호를 기초로 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화 값 또는 유도 값에 비례하는 변위 신호(SD)에 대한 최소한 충격 방지 제한 파라미터를 연산하며, 이런 파라미터에 기초하여 충격 방지 안전 동작 영역을 정의하고,
   충격 방지 제한 파라미터가,
   SLOPEmin = K1 × Period + K2 × Power - Offset_max 에 의해 연산되고, 여기서, SLOPEmin은 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화 값 또는 유도 값이고, K1 및 K2는 각각 구동 신호의 주기와 파워 옵셋 상수이며, Period 및 Power는 충격 순간에 구동 신호의 주기 및 파워 값이고, Offset_max는 충격 방지 제한 파라미터이며,
   제어 회로가 구동 신호에 응답하여 생성된 변위 신호(SD)와 충격 방지 제한 파라미터를 비교하고, 그 비교의 결과를 기초로 모터의 구동 신호를 조정하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   피스톤의 변위 신호(SD)에 대한 충격 방지 제한 파라미터가, 피스톤과 실린더 헤드 사이의 충격 없이 피스톤의 최대 변위 폭에 대한 제한을 결정하는 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   제어 회로가,
   변위 신호(SD), 충격 신호(SI) 및 구동 신호를 처리하고, 충격 방지 제한 파라미터를 연산하는 데이터 프로세서와,
   변위 신호(SD)와 충격 방지 제한 파라미터를 비교하고 변위 신호(SD)가 충격 방지 안전 작동 영역 내에 있는지 여부를 지시하는 신호를 발하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   제어 회로가, 비교기의 동작 상태를 지시하는 신호를 수신하고 비교기의 이런 동작 상태 신호에 기초하여 또한 모터의 새로운 구동 신호를 연산하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   냉각 시스템에서 제어 회로가, 냉각 시스템의 동작 상태를 지시하는 신호를 수신하고 이런 냉각 시스템 신호에 기초하여 또한 모터의 새로운 구동 신호를 연산하도록 냉각 시스템에 적용되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   충격 방지 제한 파라미터 옵셋이, 피스톤과 실린더 헤드의 최대 변위 폭 사이의 안전 거리에 대응하는 상수(constant)인 성분 △Safety를 Offset_max 값에 더하여 연산되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   충격 방지 제한 파라미터가, 3개의 다른 시간에 연산된 충격 방지 제한 파라미터의 3개의 값의 산술 평균을 이용하여 연산되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   위치-검출 회로 및 충격-검출 회로가, 동일한 센서 회로에 통합되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   제어 회로가, 변위 신호(SD)와 충격 신호(SI) 및 구동 신호와, 제어 회로에 의해 연산된 파라미터 값의 적어도 어떤 파라미터를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제어 회로가, 변위 신호(SD)가 반-충격 안정 동작 영역 내에 있는 비교 결과를 나타내면 모터의 구동 신호를 증가시키고, 변위 신호(SD)가 반-충격 안전 동작 영역 밖에 있는 비교 결과를 나타내면 모터의 구동 신호를 감소시키는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
    
11. 선형 모터에 의해서 구동되어 실린더(2) 내측에서 변위를 가지는 피스톤(1), 실린더 내측 피스톤의 변위를 지시하는 신호(SD)를 발하는 위치-검출 회로, 및 실린더 헤드와 피스톤의 충격을 지시하는 신호(SI)를 발하는 실린더 헤드와 피스톤의 충격-검출 회로를 갖추어 이루어진 선형 컴프레서 제어 방법에 있어서,
    선형 컴프레서의 미세 조정 루틴을 수행하는 단계는,
    실린더 헤드와 피스톤(1)의 충격을 검출하는 단계와;
    실린더 헤드와 피스톤 사이에 충격의 순간에 구동 신호를 측정하는 단계와;
    실린더 헤드와 피스톤 사이에 충격의 순간에 변위 신호(SD)를 측정하는 단계;를 포함하고,
    실린더 헤드와 피스톤의 충격에 변위 신호(SD)와 구동 신호의 측정에 기초하여, 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화 값 또는 유도 값에 비례하는, 충격 방지 제한 파라미터를 연산하는 단계를 더 포함하고,
    충격 방지 제한 파라미터가,
    SLOPEmin = K1 × Period + K2 × Power - Offset_max에 의해 연산되며,
    SLOPE_min은 충격 순간에 변위 신호(SD)로부터 변화 값 또는 유도 값이고, K1과 K2는 각각 구동 신호의 주기와 파워 옵셋 상수이며, Period 및 Power는 충격 순간에 구동 신호의 주기 및 파워 값이며, Offset_max는 충격 방지 제한 파라미터이고,
    선형 컴프레서의 제어 루틴을 수행하는 단계는,
    변위 신호(SD)와 구동 신호를 측정하는 단계와;
    변위 신호(SD)의 제어 파라미터가 실린더 헤드와 피스톤 사이의 충격 없이, 측정된 구동 신호와 미세-조정 루틴에서 연산된 충격 방지 제한 파라미터의 기능으로, 추측할 수 있는 제한 값을 연산하고, 변위 신호(SD)의 제어 파라미터에 대한 반-충격 안전 동작 영역을 결정하는 단계;
    변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 연산된 제한 값과 변위 신호(SD)의 파라미터의 측정된 값을 비교하는 단계와;
    만약 변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 측정된 값이 반-충격 안정 동작 영역내에 있다면, 선형 컴프레서의 효율을 향상하도록 구동 신호를 변화하는 단계와;
    만약 변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 측정된 값이 반-충격 안정 동작 영역밖에 있다면, 선형 컴프레서의 효율을 감소하도록 구동 신호를 변화하는 단계와;
    충격 신호(SI)를 분석함으로써 실린더 헤드와 피스톤의 충격의 발생을 검출하고, 만약 충격이 발생하지 않으면 반-충격 미세-조정 변수를 재연산하도록 미세-조정 루틴을 실행하며, 만약 충격이 발생하지 않으면 제어 루틴을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    옵셋 충격 방지 제한 파라미터가, 실린더 헤드와 피스톤의 최대 변위 크기 사이에 안전 거리에 대응하는 상수(constant)인 성분 △Safety를 Offset_max 값에 더하여 연산되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    변위 신호(SD)의 제어 파라미터가, 실린더 헤드와 피스톤 사이의 충격없이 추측할 수 있는 제한 값을 연산하는 단계는,
    SLOPE_lim = K1 × Period + K2 × Power - Offset (수학식 3)
    에 의해 변위 신호(SD)의 유도 SLOPE_lim을 연산하는 단계를 포함하고,
    변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 연산된 제한 값과 변위 신호(SD)의 제어 파라미터의 측정된 값을 비교하는 단계는, 연산된 SLOPE_lim 값과 변위 신호(SD)의 유도의 측정된 값 Slope_measured을 비교하는 단계를 포함하며,
    선형 컴프레서의 효율을 향상하도록 구동 신호를 변화하는 단계는, 구동 신호의 전압을 증가하는 단계를 포함하고,
    선형 컴프레서의 효율을 감소하도록 구동 신호를 변화하는 단계는, 구동 신호의 전압을 감소하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    구동 신호를 변화하는 단계에서, 컴프레서의 동작 상태를 지시하는 신호를 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    제어 회로에 의해 생성되는 신호의 값, 제어 회로에 의해 연산된 파라미터의 값 및 제어 회로에 공급된 신호의 값의 적어도 일부를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
16. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    변위 신호(SD)의 변화 값 또는 유도 값은, 변위 신호(SD)의 크기가 소정 기준 값과 영(zero) 사이에서 변할 때의 시간 간격에 측정되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
17. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    충격 방지 제한 파라미터가, 3개의 다른 시간에 연산된 충격 방지 제한 파라미터의 3개의 값의 산술 평균을 사용하여 연산되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
18. 컴프레서의 실린더(2) 내측 피스톤(1)의 변위 신호 및 실린더 헤드와 피스톤(1)의 충격 신호(SI)에 기초한 선형 컴프레서의 동작 제어를 위한 수단을 포함하고,
    변위 신호(SD) 및 충격 신호(SI)에 기초한 선형 컴프레서의 동작 제어를 위한 수단이, 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화 값 또는 유도 값에 비례하는 변위 신호(SD)에 대한 최소 충격 방지 제한 파라미터를 연산하고, 이런 파라미터에 기초한 선형 컴프레서의 반-충격 안전 동작 영역에 대한 정의하며,
    여기서 충격 방지 제한 파라미터가,
    SLOPEmin = K1 × Period + K2 × Power - Offset_max에 의해 연산되고, 여기서, SLOPEmin은 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화 값 또는 유도 값이고, K1 및 K2는 각각 구동 신호의 주기와 파워 옵셋 상수이며, Period 및 Power는 충격 순간에 구동 신호의 주기 및 파워 값이고, Offset_max는 충격 방지 제한 파라미터인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
    
19. 제 18 항에 있어서,
    선형 컴프레서의 동작을 제어하는 수단이, 구동 신호에 응답하여 생성된 변위 신호(SD)와 충격 방지 제한 파라미터를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 모터의 구동 신호를 조정하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 시스템.
    
20. 컴프레서의 실린더(2) 내측 피스톤(1)의 변위 신호(SD) 및 실린더(2) 내측 실린더 헤드와 피스톤(1)의 충격 신호(SI)에 기초한 선형 컴프레서 동작을 제어하고, 선형 컴프레서의 동작을 제어하는 동안에, 변위 신호(SD)와 충격 신호(SI)에 기초하여 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화 값 또는 유도 값에 비례하는 최소한 변위 신호(SD)에 대한 충격 방지 제한 파라미터를 연산하는 단계와 이런 파라미터에 기초하여 반-충격 안전 동작 영역을 정의하는 단계를 포함하고,
    충격 방지 제한 파라미터가,
    SLOPEmin = K1 × Period + K2 × Power - Offset_max에 의해 연산되고, 여기서, SLOPEmin은 충격 순간에 변위 신호(SD)의 변화 값 또는 유도 값이고, K1 및 K2는 각각 구동 신호의 주기와 파워 옵셋 상수이며, Period 및 Power는 충격 순간에 구동 신호의 주기 및 파워 값이고, Offset_max는 충격 방지 제한 파라미터인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
21. 제 20 항에 있어서,
    구동 신호에 응답하여 생성된 변위 신호(SD)와 충격 방지 제한 파라미터를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 모터의 구동 신호를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 제어 방법.
    
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