KR102067602B1 - 리니어 압축기 및 리니어 압축기의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기는, 적어도 하나의 홀을 구비하는 실린더, 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 이동하도록, 구동력을 제공하는 모터, 상기 모터에 전력을 전달하도록 스위칭 동작을 수행하는 인버터, 및 상기 전자기기로부터 온도정보를 입력받고, 입력된 온도정보에 근거하여, 상기 모터가 예열 구동하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리니어 압축기 및 리니어 압축기의 제어 방법{LINEAR COMPRESSOR AND METHOD FOR CONTROLLING LINEAR COMPRESSOR}
본 명세서는 리니어 압축기 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 일부분으로 사용된다.
압축기는 크게 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 회전식 압축기(Rotary Compressor)와, 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 구분된다. 왕복동식 압축기는, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시킨다. 회전식 압축기는, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시킨다. 스크롤식 압축기는, 선회 스크롤(Orbiting Scroll)과 고정 스크롤(Fixed Scroll) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 신회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시킨다.
왕복동식 압축기는 내부 피스톤을 실린더의 내부에서 선형으로 왕복 운동시킴으로써 냉매 가스를 흡입, 압축 및 토출한다. 왕복동식 압축기는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 크게 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분된다.
레시프로 방식이라 함은 회전하는 모터(Motor)에 크랭크샤프트(Crankshaft)를 결합하고, 크랭크샤프트에 피스톤을 결합하여 모터의 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 방식이다. 반면, 리니어 방식이라 함은 직선 운동하는 모터의 가동자에 피스톤을 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.
이러한 왕복동식 압축기는 구동력을 발생하는 전동 유닛과, 전동 유닛으로부터 구동력을 전달받아 유체를 압축하는 압축 유닛으로 구성된다. 전동 유닛으로는 일반적으로 모터(motor)를 많이 사용하며, 상기 리니어 방식의 경우에는 리니어 모터(linear motor)를 이용한다.
리니어 모터는 모터 자체가 직선형의 구동력을 직접 발생시키므로 기계적인 변환 장치가 필요하지 않고, 구조가 복잡하지 않다. 또한, 리니어 모터는 에너지 변환으로 인한 손실을 줄일 수 있고, 마찰 및 마모가 발생하는 연결 부위가 없어서 소음을 크게 줄일 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 리니어 방식의 왕복동식 압축기(이하, 리니어 압축기(Linear Compressor)라 함)를 냉장고나 공기조화기에 이용할 경우에는 리니어 압축기에 인가되는 스트로크 전압을 변경하여 줌에 따라 압축 비(Compression Ratio)를 변경할 수 있어 냉력(Freezing Capacity) 가변 제어에도 사용할 수 있는 장점이 있다.
보통, 리니어 압축기는, 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다.
상기 리니어 모터는 이너 스테이터 및 아우터 스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 구성되며, 영구자석은 영구자석과 이너(또는 아우터) 스테이터 간의 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하도록 구동된다. 그리고, 상기 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 한다.
이러한 리니어 압축기와 관련하여 한국 공개특허 10-2016-0000324호 (2016년 01월 04일 공개)에서는, 실린더와 피스톤 사이 공간에 냉매 가스를 공급하여 베어링 기능을 수행하는, 가스 베어링 기술이 개시된다. 상기 냉매가스는, 상기 실린더의 노즐을 통하여 상기 피스톤의 외주면 측으로 유동하여 왕복운동 하는 피스톤에 대한 베어링 작용을 수행한다.
또한, 한국 공개특허 10-2017-0123042호 (2017년 11월 07일 공개)에서는, 피스톤으로 공급되는 가스 베어링의 성능을 개선하기 위하여, 실린더에 구비되는 홀의 위치를 최적화한 리니어 압축기가 개시된다.
한편, 리니어 압축기의 실린더에 형성된 홀이 다양한 물질에 의해 막히는 경우, 피스톤을 부상시키는 가스가 홀을 통과할 수 없으므로, 피스톤과 실린더 사이에 마찰이 발생하게 된다. 피스톤과 실린더 사이에 마찰이 발생하면, 리니어 압축기의 운전 효율이 감소할 뿐만아니라, 피스톤이 마모되는 문제점이 있다.
실린더의 홀은, 일반적으로 외부로부터 유입된 이물질과, 압축기에 투입되는 오일에 의해 막힐 수 있다. 현재, 리니어 압축기의 구조 설계를 통해 홀 측으로 이물질이나 오일이 투입되지 않도록 방지하고 있으나, 이물질과 오일을 완전히 차단하기에는 부족하다.
따라서, 리니어 압축기의 운전 효율을 증가시키고, 피스톤의 마모를 방지하기 위해서, 실린더의 홀이 차단되는 현상을 방지할 수 있는 리니어 압축기의 제어방법이 필요한 실정이다.
본원발명의 기술적 과제는 위와 같은 종래 리니어 압축기의 문제점을 해결하는 것으로서, 실린더의 홀이 막히는 현상을 방지할 수 있는 리니어 압축기 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
특히, 본원발명의 기술적 과제는 다양한 방법으로 리니어 압축기 주변의 온도가 저온 조건에 해당되는지 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 리니어 압축기를 예열시킴으로써, 실린더의 홀 개방을 확보하는 리니어 압축기 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본원발명의 기술적 과제는 온도 조건에 따라, 일반 운전을 수행하기 전에 예열 구동을 수행하는 리니어 압축기 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 리니어 압축기는, 적어도 하나의 홀을 구비하는 실린더와, 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 이동하도록, 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터에 전력을 전달하도록 스위칭 동작을 수행하는 인버터와, 상기 전자기기로부터 온도정보를 입력받고, 입력된 온도정보에 근거하여, 상기 모터가 예열 구동하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 전자기기의 전원이 활성화되면, 리니어 압축기의 온도가 증가하도록 피스톤이 정지된 상태에서 모터를 예열 구동시키는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 제어부는, 모터를 예열시키기 위해, 모터에 소정 크기의 직류 전류가 흐르도록 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 리니어 압축기는 모터에 흐르는 모터전류를 감지하는 감지부를 포함하는 경우, 제어부는 모터에 직류 전류를 인가한 후, 감지부에 의해 감지된 모터전류에 근거하여 인버터의 출력전압을 조정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 모터의 예열 구동을 제어하기 위한 목표 직류전류 값을 설정하고, 감지부에 의해 감지된 모터전류가 목표 직류전류 보다 작으면, 인버터의 출력전압이 증가되도록 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 모터에 직류 전류를 인가한 후, 감지부에 의해 감지된 모터전류가 미리 설정된 트립 레벨 보다 크면, 인버터의 출력이 차단되도록 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 모터를 예열 구동시키기 위해, 모터에 미리 설정된 기준 주파수 이상의 교류 전류가 흐르도록 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 온도정보는 상기 전자기기의 위치와 관련된 온도 값을 포함하고, 제어부는 온도 값과 미리 설정된 기준 온도를 비교하고, 비교결과에 근거하여, 모터를 예열 구동시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 온도 값은 상기 전자기기에 구비된 온도센서에 의해 측정되고, 제어부는 온도 값이 상기 기준 온도 보다 낮으면, 모터가 소정의 압축기 지령에 따라 구동되기 전에, 모터를 예열 구동시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 전자기기에 구비된 복수의 온도센서 중, 리니어 압축기와 가장 근접한 위치에 배치된 어느 하나의 온도센서로부터 온도정보를 입력받는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 리니어 압축기의 동작을 개시하기 위한 제어명령이 발생하면, 제어명령이 발생된 시점으로부터 소정의 시간간격 내에 입력된 온도정보를 이용하여, 모터의 예열 구동 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 모터의 예열 구동이 개시된 이후 미리 설정된 오프셋 시간마다 온도정보를 갱신하고, 갱신된 온도정보에 포함된 온도 값과 기준 온도의 비교결과에 근거하여, 모터의 예열 구동을 종료시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 모터의 예열 구동이 수행된 시간이 미리 설정된 기준 시간을 경과하면, 모터의 예열 구동을 종료시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 온도 값이 기준 온도 보다 작으면, 인버터에 적용되는 캐리어 주파수를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 온도 값이 기준 온도 이상이면, 모터의 예열 구동을 수행하지 않고, 전자기기의 동작모드에 근거하여 피스톤이 실린더 내에서 왕복운동하도록 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제어부는 모터의 예열이 종료되면, 전자기기의 동작모드에 근거하여 피스톤이 실린더 내에서 왕복운동하도록 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 리니어 압축기의 감지부에 의해 측정된 모터 전류 및 모터 전압을 이용하여, 리니어 압축기 주변의 온도를 추정할 수 있다.
구체적으로, 제어부는 감지부에 의해 감지된 모터 전압 및 모터 전류를 이용하여, 모터의 저항 값을 검출하고, 검출된 저항 값에 근거하여 모터가 예열 구동하도록 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제어부는 모터의 예열 구동이 개시된 후 소정 주기마다 모터의 저항 값을 모니터링하고, 모터의 저항 값이 기준 저항 값 이상으로 증가할 때까지, 모터의 예열 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본원발명에 따른 리니어 압축기는 피스톤 왕복 운동을 수행하기 전에, 예열 구동을 수행함으로써, 실린더에 형성된 홀의 막힘을 방지할 수 있는 효과가 도출된다.
또한, 본원발명에 따르면, 리니어 압축기의 피스톤이 움직이기 전에, 리니어 압축기의 온도를 증가시키기 위한 예열 동작을 수행함으로써, 피스톤과 실린더 사이의 마찰이나 충돌을 방지할 수 있다.
이로써, 본원발명에 따르는 리니어 압축기는 저온 조건에서도 압축기의 운전 성능을 확보할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본원발명에 따르면, 가스 베어링의 성능이 확보됨으로써, 피스톤의 마모를 최소화하므로, 리니어 압축기의 기구 및 부품의 수명이 늘어나게 될 수 있는 효과가 도출된다.
도 1은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일 실시예를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 실린더와, 그에 구비된 홀을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 구성요소를 나타내는 블록도.
도 4는 도 3에 도시된 리니어 압축기의 회로 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 8은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 9는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 11은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 12는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 13은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
도 14는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 나타내는 흐름도.
본 명세서에 개시된 발명은 리니어 압축기의 제어 장치 및 리니어 압축기의 제어 방법에 적용될 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하의 도 1에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 단면도가 도시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기는, 리니어 압축기 제어 장치가 적용 또는 압축기 제어 장치가 적용 가능한 리니어 압축기이면 족하되, 리니어 압축기의 종류 또는 형태를 불문한다. 도 1에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 한정하고자 하는 의도는 아니다.
일반적으로 압축기에 적용되는 모터는 고정자에 권선코일이, 가동자에 마그네트가 설치되어 권선코일과 마그네트의 상호작용에 의해 가동자가 회전운동 또는 왕복운동을 하게 된다.
권선코일은 모터의 종류에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 회전 모터의 경우에는 고정자의 내주면에 원주방향을 따라 형성되는 다수 개의 슬롯에 집중권 또는 분포권으로 권선되어 있고, 왕복동 모터의 경우에는 코일이 환형으로 감아 권선코일을 형성한 후 그 권선코일의 외주면에 원주방향을 따라 다수 장의 코어 시트(core sheet)를 삽입하여 결합하고 있다.
특히, 왕복동 모터의 경우에는 코일을 환형으로 감아 권선코일을 형성하기 때문에 통상은 플라스틱 재질로 된 환형 보빈에 코일을 감아 권선코일을 형성하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 왕복동식 압축기는, 밀폐된 쉘(110)의 내부공간에 프레임(120)이 복수 개의 지지스프링(161)(162)에 의해 탄력 설치되어 있다. 쉘(110)의 내부공간에는 냉동사이클의 증발기(미도시)와 연결되는 흡입관(111)이 연통되도록 설치되고, 흡입관(111)의 일측에는 냉동사이클 장치의 응축기(미도시)와 연결되는 토출관(112)이 연통되도록 설치되어 있다.
프레임(120)에는 전동부(M)를 이루는 왕복동 모터(130)의 외측고정자(131)와 내측고정자(132)가 고정 설치되고, 외측고정자(131)와 내측고정자(132) 사이에는 왕복운동을 하는 가동자(mover)(133)가 설치되어 있다. 왕복동 모터(130)의 가동자(mover)(133)에는 후술할 실린더(141)와 함께 압축부(Cp)를 이루는 피스톤(142)이 왕복운동을 하도록 결합되어 있다.
실린더(141)는 왕복동 모터(130)의 고정자(131)(132)와 축방향으로 중첩되는 범위에 설치되어 있다. 그리고 실린더(141)에는 압축공간(CS1)이 형성되고, 피스톤(142)에는 냉매를 압축공간(CS1)으로 안내하는 흡입유로(F)가 형성되며, 흡입유로(F)의 끝단에는 그 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(143)가 설치되고, 실린더(141)의 선단면에는 그 실린더(141)의 압축공간(CS1)을 개폐하는 토출밸브(144)가 설치되어 있다.
참고로, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출부는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 1에 도시된 것과 같이, 밸브플레이트로 형성되는 토출부를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 리니어 압축기는 탄성부재를 구비하는 토출부(미도시)를 포함할 수 있다.
이하, 도 2에서는 리니어 압축기의 실린더(141) 내에서의 가스의 흐름(210)이 도시된다.
도 2에 도시된 것과 같이, 실린더 내부에서 압축된 가스는 압축공간(CS1)을 지나, 실린더 외주면에 형성되어 있는 유로를 따라 실린더에 형성된 홀(220)을 통과하게 된다.
이와 같이, 가스의 흐름(210)이 형성되도록 유로를 형성하면, 실린더로부터 피스톤 측으로 가스가 뿜어지게 되므로, 피스톤이 실린더 내벽으로부터 부상하게 된다. 이러한 기술은, 기체의 분사를 이용하여 베어링이 수행하는 역할을 구현하므로, 가스 베어링 기술이라 정의된다.
도 2에 도시된 것과 같이, 실린더(141)에는 적어도 하나의 홀(220)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 홀(220)은 실린더(141)의 외주면으로부터 반경방향 내측으로 함몰하도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 홀(220)은 축방향 중심축을 기준으로, 상기 실린더(141)의 외주면을 따라 원형의 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 홀(220)에 오일이나, 먼지와 같은 이물질(200)이 존재할 수 있다. 도 2에 도시된 가스의 흐름(210)이 장시간 유지됨으로써, 홀(220)에 축적되는 이물질(200)의 양이 증가하면, 홀(220)이 차단될 수 있다.
이러한 차단을 미리 방지하기 위해, 홀(220)에 필터(미도시)를 설치하거나, 리니어압축기의 하우징 밀폐 구조를 개선하고 있으나, 홀(220)의 막힘 현상이 여전히 발생할 수 있다.
이물질(200)의 축적에 의해 홀(220)이 막히는 경우, 피스톤을 부상시키는 가스가 홀(220)을 통과할 수 없으므로, 피스톤과 실린더 사이에 마찰이 발생하게 된다. 피스톤과 실린더 사이에 마찰이 발생하면, 리니어 압축기의 운전 효율이 감소할 뿐만아니라, 피스톤이 마모되는 문제점이 있다.
한편, 홀(220)에 축적되는 이물질(200)을 구성하는 주요 성분이 압축기 내부의 오일인 점을 고려하여, 홀(220)의 막힘 현상을 방지하기 위해서는 상기 오일의 점도를 감소시킬 필요가 있다.
즉, 오일의 점도가 향상될 수록, 홀(220)이 막힐 가능성이 증가하므로, 본 발명에서 제안하는 리니어압축기는, 압축기 동작 시작 시점이 저온 조건인 경우에, 예열 구동을 수행함으로써, 리니어 압축기 내부에 존재할 수 있는 이물질(200)의 점도를 감소시킨다.
이하에서는, 홀(220)의 막힘 현상을 방지할 수 있는 리니어 압축기 및 그의 제어방법이 설명된다.
먼저, 도 3에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어와 관련된 구성요소를 나타내는 블록도가 도시된다.
도 3에 도시된 것과 같이, 리니어 압축기는 온도 검출부(21), 운전 지령부(22) 및 제어부(25)를 포함할 수 있다. 이때, 제어부(25)는 리니어 압축기의 동작과 관련된 다양한 제어명령을 발생키는 구성요소로 정의된다. 따라서, 제어부(25)는 리니어 압축기를 구비하는 전자기기(ex, 냉장고)의 제어장치와는 별도로 구성될 수 있다.
먼저, 온도 검출부(21)는 리니어 압축기의 온도와 관련된 온도정보를 검출할 수 있다. 온도 검출부(21)는 온도센서를 이용하여 온도정보를 검출하거나, 리니어압축기가 설치된 전자기기로부터 온도정보를 전달받거나, 모터의 저항 값을 산출함으로서 온도정보를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 온도 검출부(21)는 자체적으로 온도를 측정하기 위해 온도센서를 구비할 수 있다. 온도 검출부(21)에 포함된 온도센서는, 상기 온도센서가 설치된 지점의 온도를 측정할 수 있으며, 측정된 온도를 제어부(25)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 온도 검출부(21)에 포함된 온도센서는, 실린더에 형성된 홀(220)으로부터 소정 거리 내에 설치될 수 있다.
다른 실시예에서, 또한, 온도 검출부(21)는 리니어 압축기가 설치된 전자기기로부터 온도정보를 전송받는 통신유닛(미도시)을 구비할 수 있다. 온도 검출부(21)의 통신유닛은 전자기기에서 처리되는 온도정보를 수신할 수 있다.
구체적으로, 전자기기에서 처리되는 온도정보는, 전자기기에 구비된 온도센서에 의해 측정된 온도 값을 포함할 수 있다. 전자기기 내에 복수의 온도센서가 배치된 경우에는, 온도 검출부(21)의 통신유닛은 복수의 온도 값을 포함하는 온도정보를 전송받을 수 있다. 제어부(25)는 복수의 온도센서 중 리니어 압축기와 가장 근접한 위치에 설치된 어느 하나에 의해 측정된 온도 값을 이용하여 모터를 예열시킬지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 통신유닛이 전자기기를 통해 전달받는 온도정보는, 전자기기가 서버로부터 수신한 날씨정보를 포함할 수도 있다. 즉, 전자기기가 자체적으로 온도센서를 구비하지 않더라도, 외부의 서버를 통해 전송받은 날씨정보를 처리하는 경우, 온도 검출부(21)의 통신유닛은 상기 날씨정보를 수신할 수 있다.
다른 실시예에서 온도 검출부(21)는 모터전류와 모터전압을 감지하는 감지부(미도시)를 포함할 수 있다. 감지부는 모터전류와 모터전압을 측정하고, 측정된 값을 제어부(25)에 전달할 수 있다. 제어부(25)는 감지부에 의해 모터의 임피던스를 측정할 수 있다. 제어부(25)는 임피던스 측정 값에 근거하여, 온도를 추정할 수 있다.
구체적으로, 감지부는 모터에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 모터에 인가되는 모터 전류를 검출하는 전류 검출부를 포함할 수 있다. 전압 검출부와 전류 검출부는 검출된 모터 전압 및 모터 전류와 관련된 정보를 제어부(25)에 전달할 수 있다. 전압 검출부와 전류 검출부는 공지된 사항이므로 구체적인 설명은 생략한다.
제어부(25)는 온도 변화에 따른 임피던스 변화를 기록하는 테이블 정보를 구비할 수 있으며, 측정된 임피던스 값과 상기 테이블 정보를 비교하여, 온도 값을 추정할 수 있다.
한편, 제어부(250는 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터를 이용하여, 스트로크 추정치를 연산할 수 있다.,
이때, 제어부(25)는 하기 수학식 1과 같은 수식을 통해, 스트로크 추정치를 연산할 수 있다.
Figure 112018082242955-pat00001
여기서, x는 스트로크, α는 모터 상수 또는 역기전력 상수, Vm은 모터 전압, im은 모터 전류, R은 저항, L은 인덕턴스를 의미한다.
제어부(25)는 리니어 압축기의 동작모드에 따라 설정된 스트로크 지령치와, 수학식 1에 의해 산출된 스토로크 추정치를 비교하고, 비교결과에 근거하여 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어할 수 있다.
즉, 제어부(25)는, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.
또한, 제어부(25)는 피스톤(142)의 운동 방향을 전환시키기 위해 모터를 제어할 수 있다.
참고로, 리니어 압축기의 피스톤(142)은 실린더(141) 내에서 직선으로 왕복 운동을 수행하며, 이에 따라 토출밸브(144)에 접근하는 방향으로 이동하거나, 상기 토출밸브(144)로부터 멀어지는 방향으로 이동한다.
왕복 운동을 수행하는 피스톤(142)은 두 지점에서 이동 방향이 전환되며, 상기 두 지점 중 토출밸브(144)에 더 가까운 어느 하나를 상사점(Top Dead Center, TDC)으로 정의하고, 다른 하나를 하사점(Bottom Dead Center, BDC)으로 정의한다. 이러한 정의에 따르면, 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이의 거리는 피스톤의 스트로크에 대응된다.
제어부(25)는 수학식 1에 의해 산출된 스트로크와, 모터전류 및 모터전압을 이용하여 피스톤이 상사점에 도달했는지 여부를 검출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(25)는 감지부에 의해 측정된 모터전류와, 수학식 1에 의해 산출된 스트로크의 위상차이를 검출하고, 위상차이의 변화를 모니터링함으로써, 피스톤이 상사점(TDC)에 도달했는지 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(25)는 모터전류와 스트로크의 위상차이를 산출할 수 있고, 위상차이가 변곡점을 형성하면, 피스톤이 상사점(TDC)에 도달한 것으로 판단할 수 있다.
운전 지령부(22)는 피스톤의 스트로크 지령치를 출력할 수 있으며, 상기 스트로크 지령치는 제어부(25)로 전달될 수 있다. 운전 지령부(22)는 리니어 압축기가 설치된 전자기기의 동작 모드에 따라 스트로크 지령치를 설정할 수 있다. 일 예에서, 운전 지령부(22)는 제어부(25)와 실질적으로 대응되거나, 제어부(25) 내에 탑재된 구성일 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(25) 측에서는, 리니어 압축기의 피스톤을 운동시키기 위한 구동신호(301)가 출력될 수도 있고, 피스톤이 정지된 상태에서 모터에서 열이 발생하도록 예열용 전류(302)를 발생시키는 신호가 출력될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 리니어 압축기의 모터(45)를 구동시키기 위한 회로 구성이 도시된다.
모터(45)를 구동시키기 위한 회로는, 전원부(41)와, 컨버터(42)와, 직류 링크 커패시터(43)와, 인버터(44)와, 제어부(25) 및 션트저항(Rs)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 컨버터(42)는 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 직류 링크 커패시터에 출력할 수 있다. 상기 컨버터(42)의 일측에는 직류단에 접속되며, 컨버터(42)로부터의 맥동하는 직류 전원을 저장하는 직류 링크 커패시터(43가 구비될 수 있다.
인버터(44)는 상암 스위칭 소자와 하암 스위칭 소자를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 모터(45)에 인가되는 전압을 조정할 수 있다. 즉, 제어부(25)는 인버터(44)를 제어함으로써, 모터(45)에 직류 전압 또는 교류 전압을 인가할 수 있다.
구체적으로, 제어부(25)는 인버터(44)에 포함된 스위칭 소자의 듀티비(Duty Ratio)를 제어함으로써, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
직류 링크 커패시터(43)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장할 수 있다. 도면에서는, 직류 링크 커패시터(43)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다. 이러한 직류 링크 커패시터(43)로부터의 맥동하는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(45)에 출력할 수 있다.
아울러, 제어부(25)는 션트저항(Rs)을 이용하여, 모터에 흐르는 모터 전류를 검출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(25)는 션트저항(Rs)의 양단의 전압을 검출하는 전압검출부(미도시)의 출력을 이용하여, 상기 션트저항(Rs)에 흐르는 전류의 크기를 검출할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 14에서는, 상술한 리니어 압축기의 제어 방법이 설명된다.
도 5를 참조하면, 운전 지령부(22)는 리니어 압축기의 동작 지령을 발생시킬 수 있다(S501). 구체적으로, 운전 지령부(22)는 리니어 압축기를 구비하는 전자기기의 동작모드에 근거하여, 상기 리니어 압축기의 동작 지령을 생성할 수 있다. 이때, 동작 지령이란, 스트로크 지령치를 포함할 수 있다.
일 예에서, 전자기기의 전원이 활성화되는 경우, 압축기의 동작 지령이 발생될 수 있다.
다른 예에서, 전자기기의 동작모드가 변경되는 경우, 압축기의 동작 지령이 발생되거나, 이미 발생된 압축기의 동작 지령이 변경될 수 있다.
압축기를 동작시키기 위한 지령이 발생되면, 온도 검출부(21)는 압축기와 관련된 온도정보를 검출할 수 있다(S502).
일 예에서, 온도 검출부(21)는 리니어 압축기의 주변 온도를 검출할 수 있다.
다른 예에서, 온도 검출부(21)는 리니어 압축기의 실린더의 표면 온도를 검출할 수 있다.
다른 예에서, 온도 검출부(21)는 리니어 압축기를 구비하는 전자기기의 온도를 검출할 수 있다.
다른 예에서, 온도 검출부(21)는 리니어 압축기를 구비하는 전자기기의 장소의 온도를 검출할 수 있다.
온도 검출부(21)가 리니어 압축기와 관련된 온도정보를 검출하는 방법은 도 6 및 도 7에서 보다 상세히 설명된다.
제어부(25)는 온도 검출부(21)에 의해 검출된 온도정보가 미리 설정된 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다(S503). 구체적으로, 제어부(25)는 온도 검출부(21)에 의해 검출된 온도정보에 포함된 온도 값이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다.
여기에서 저온 조건이란, 리니어 압축기의 실린더 주변에 존재하는 오일의 점도를 소정의 값 이상으로 증가시킬 수 있는 조건을 의미할 수 있다. 이러한 저온 조건에서는 실린더에 형성된 홀이 이물질이나, 홀 주변에 존재하는 오일에 의해 막힐 수 있으므로, 본 발명에서는 저온 조건이라고 판단되는 경우에 모터의 예열 동작을 실시하는 리니어 압축기를 제안한다.
도 5를 참조하면, 제어부(25)는 검출된 온도 정보가 저온 조건을 만족하는 것으로 판단되는 경우, 모터의 예열 동작이 실행되도록 리니어 압축기를 제어할 수 있다(S504).
예를 들어, 저온 조건에서 리니어 압축기를 구비하는 전자기기의 전원이 활성화된 경우, 제어부(25)는 리니어 압축기의 온도가 증가하도록 피스톤이 정지된 상태에서 모터를 예열 구동시킬 수 있다. 이때, 리니어 압축기를 구비하는 전자기기는 냉장고, 의류처리장치, 공기조화기, 공기정화기 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 제어부(25)는 저온 조건 하에서 리니어 압축기의 동작 명령이 발생되면, 상기 발생된 동작 명령에 따라 피스톤이 움직이기 전에, 모터의 온도를 소정의 값만큼 증가시키도록 예열 구동을 수행할 수 있다.
아울러, 제어부(25)는 모터의 예열 동작이 종료된 후에, 발생된 동작 지령에 근거하여 모터를 제어할 수 있다(S505). 제어부(25)는 검출된 온도 정보가 저온 조건을 만족하지 않는 경우에는 모터의 예열 동작을 수행하지 않고, 곧바로 동작 지령에 근거하여 모터를 제어하는 단계(S505)를 수행할 수 있다
일 실시예에서, 제어부(25)는 검출된 온도 정보가 저온 조건을 만족하지 않는 경우에, 모터의 예열 구동을 수행하지 않고, 전자기기의 동작모드에 근거하여 피스톤이 실린더 내에서 왕복운동하도록 인버터를 제어할 수 있다.
또한, 예열 구동이 종료된 후에도, 제어부(25)는, 전자기기의 동작모드에 근거하여 피스톤이 실린더 내에서 왕복운동하도록 인버터를 제어할 수 있다.
도 6에서는 온도정보를 검출하는 방법과 관련된 일 실시예가 설명된다.
온도 검출부(21)는 리니어 압축기를 구비하는 전자기기와 통신을 수행하는 통신유닛(미도시)을 구비할 수 있으며, 상기 통신유닛은 상기 전자기기로부터, 상기 전자기기에서 처리되는 온도정보를 수신할 수 있다(S601).
일 예에서, 전자기기로부터 수신된 온도정보는, 상기 전자기기의 위치와 관련된 온도 값을 포함할 수 있다. 즉, 상기 온도정보는, 전자기기가 설치된 장소와 관련된 온도 값을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 온도정보는 상기 전자기기가 설치된 장소에 배치된 온도 센서에 의해 측정된 온도 값을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 전자기기로부터 수신된 온도정보는, 상기 전자기기에 설치된 온도센서에 의해 측정된 온도 값을 포함할 수 있다. 전자기기가 복수의 온도센서를 구비하는 경우, 상기 온도정보는 상기 복수의 온도센서에 의해 측정된 복수의 온도 값을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 전자기기로부터 수신된 온도정보는, 상기 전자기기가 외부 서버로부터 전송받은 기상정보를 포함할 수 있다.
제어부(25)는 온도 검출부(21)가 전자기기로부터 수신한 온도정보를 이용하여, 현재 온도가 미리 설정된 기준 온도 보다 작은지 여부를 판단할 수 있다(S602).
일 실시예에서, 제어부(25)는 온도정보에 포함된 전자기기의 위치와 관련된 온도 값과, 미리 설정된 기준 온도를 비교할 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부(25)는 상기 온도정보가 상기 전자기기에 구비된 복수의 온도센서에 의해 측정된 복수의 온도 값을 포함하는 경우, 상기 복수의 온도센서 중, 상기 리니어 압축기와 가장 근접한 위치에 배치된 어느 하나의 온도센서에 의해 측정된 온도 값과 미리 설정된 기준 온도를 비교할 수 있다.
상술한 실시예들에 따라, 제어부(25)는 현재 온도가 미리 설정된 기준 온도 보다 작은지 여부를 판단할 수 있다.
아울러, 제어부(25)는 현재 온도가 미리 설정된 기준 온도 보다 작으면, 모터를 예열 구동시킬 수 있다(S603).
즉, 도 6에 도시된 실시예에 따르면, 제어부(25)는 전자기기로부터 온도정보를 입력받고, 입력된 온도정보에 근거하여 모터가 예열 구동하도록 인버터를 제어할 수 있다. 이때, 전자기기로부터 입력받은 온도정보는, 전자기기에 설치된 온도센서에 의해 측정된 온도 값이나, 전자기기의 설치 위치와 관련된 온도정보 및 상기 위치와 관련된 날씨정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 제어부(25)는 리니어 압축기의 동작을 개시하기 위한 제어명령이 발생하면, 상기 제어명령이 발생된 시점으로부터 소정의 시간간격 내에 입력된 온도정보를 이용하여, 모터의 예열 구동 여부를 결정할 수 있다.
이하의 도 7에서는,온도정보를 검출하는 방법과 관련된 다른 실시예가 설명된다.
리니어 압축기와 관련된 온도정보가 필요한 경우, 제어부(25)는 모터에 소정의 전류가 인가할 수 있다(S701).
모터에 소정의 전류가 인가된 후, 제어부(25)는 상기 모터에 인가되는 전압을 측정하도록 감지부를 제어할 수 있다(S702).
아울러, 제어부(25)는 모터 전압 및 모터 전류를 이용하여, 모터의 저항 값을 측정할 수 있다(S703).
제어부(25)는 측정된 저항 값을 이용하여, 리니어 압축기의 현재 온도를 측정할 수 있다(S704).
일반적으로 회로를 구성하는 저항의 임피던스 값은, 주변의 온도에 따라 변화하므로, 제어부(25)는 모터 전류와 모터 전압을 감지함으로써, 모터의 저항 값을 산출하고, 이를 통해 모터 주변의 온도를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(25)는 검출된 저항 값이 미리 설정된 기준 저항 값 보다 작으면, 모터의 예열 구동이 수행되도록 인버터를 제어할 수 있다.
즉, 주변 온도가 낮아질수록 모터의 저항 값은 감소하므로, 제어부(25)는 검출된 저항 값이 미리 설정된 기준 저항 값보다 작으면, 리니어 압축기의 주변 환경이 저온 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 제어부(25)는 모터의 저항과 관련된 온도 특성을 기록하는 테이블을 저장하는 메모리(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 테이블에 기록된 정보에 근거하여 측정된 저항 값에 대응되는 온도 값을 검출할 수 있다.
위와 같이, 저항을 산출함으로써 리니어 압축기의 주변 온도를 검출하는 경우에, 리니어 압축기는 별도의 온도 센서를 구비할 필요도 없고, 전자기기로부터 별도의 온도정보를 전송받을 필요도 없다.
즉, 도 7에 도시된 방법을 수행하는 제어부(25)는, 모터전류와 모터전압을 감지하는 감지부의 출력을 이용하여, 모터의 저항 값을 검출하고, 검출된 저항 값에 근거하여 모터가 예열 구동하도록 인버터를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(25)는 검출된 저항 값이 미리 설정된 기준 저항 값 보다 작으면, 모터의 예열 구동이 수행되도록 상기 인버터를 제어할 수 있다.
특히, 제어부(25)는 예열 구동이 개시된 후 소정 주기마다 상기 모터의 저항 값을 모니터링할 수 있으며, 모터의 저항 값이 기준 저항 값 이상으로 증가할 때까지, 상기 모터의 예열 동작을 수행할 수 있다.
이하의 도 8에서는 모터를 예열시키기 위한 예열 동작의 일 실시예가 설명된다.
도 8을 참조하면, 제어부(25)는 도 5 내지 도 7에 도시된 방법을 이용하여, 리니어 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다(S801).
구체적으로, 리니어 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 제어부(25)는 리니어 압축기의 온도가 증가하도록, 피스톤이 정지된 상태에서 모터를 예열 구동시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(25)는 전자기기의 전원이 활성화되면, 리니어 압축기를 동작 지령에 따라 구동시키기 전에, 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부(25)는 리니어 압축기의 정지상태에서, 상기 리니어 압축기에 대응되는 동작 지령이 발생하면, 리니어 압축기를 동작 지령에 따라 구동시키기 전에, 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부(25)는 날짜 정보를 카운트하며, 현재 일자가 미리 설정된 날짜 범위 내에 포함되는 경우에, 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 날짜 범위는 11월 1일 내지 12월 31일, 및 1월 1일 내지 3월 31일로 설정될 수 있다.
아울러, 도 8에 도시된 것과 같이, 압축기의 동작 조건이 저온 조건을 만족하는 것으로 판단되는 경우, 제어부(25)는 모터를 예열 구동시키기 위해, 상기 모터에 소정 크기의 직류 전류가 흐르도록 인버터를 제어할 수 있다(S802).
이때, 모터에 인가되는 직류 전류의 크기는, 도 4에 도시된 회로의 설계 규격에 따라 가변적으로 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(25)는 소정 크기의 직류 전류를 모터에 최초로 인가한 후, 모터 전압에 따라 상기 모터에 인가되는 직류 전류의 크기를 조정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(25)는 모터의 예열 구동을 제어하기 위한 목표 직류전류 값을 설정하고, 감지부에 의해 감지된 모터전류가 목표 직류전류 보다 작으면, 인버터의 출력전압이 증가되도록 인버터를 제어할 수 있다. 직류전류를 조정하는 방법은 도 13에 보다 구체적으로 설명된다.
한편, 제어부(25)는 모터에 직류 전류를 인가한 후, 감지부에 의해 감지된 모터전류가 미리 설정된 트립 레벨 보다 크면, 인버터의 출력을 차단시킬 수 있다. 모터에 과도한 크기의 직류 전류가 흐르게 되면, 모터의 고장 위험이 증가하므로, 트립 레벨을 설정하여 모터 예열 동작의 안정성을 확보할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어부(25)는 모터에 직류 전류를 인가한 후, 리니어 압축기의 예열이 완료되었는지 여부를 판단할 수 있다(S803). 제어부(25)는 예열이 완료된 것으로 판단될 때까지, 모터에 직류 전류를 인가할 수 있다.
이하의 도 9에서는 모터를 예열시키기 위한 예열 동작의 다른 실시예가 설명된다.
도 9에 도시된 것과 같이, 리니어 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는 경우, 제어부(25)는 모터에 미리 설정된 기준 주파수 이상의 교류 전류를 인가(S901)함으로써, 모터를 예열 구동시킬 수 있다.
즉, 도 8에 도시된 방법은 직류 전류를 인가함으로써 모터를 예열시킨 것과 달리, 도 9에 도시된 방법은 고주파 전류를 인가함으로써 모터를 예열시킨다.
직류 전류를 이용한 예열 방법과 마찬가지로, 제어부(25)는 고주파 전류가 인가된 후, 리니어 압축기의 예열이 완료되었는지 여부를 판단할 수 있다(S803).
본 발명에 따른 모터의 예열 구동은, 리니어 압축기가 동작 지령에 따라 구동되기 전에, 피스톤이 정지된 상태에서 수행된다.
즉, 제어부(25)는 직류 전류나, 고주파 전류를 모터에 인가함으로써, 피스톤이 정지한 상태에서 모터에 전류가 흐르도록 예열 구동시킬 수 있다.
이하 도 10에서는 예열 동작의 종료 여부를 결정하는 일 실시예가 설명된다.
도 10 및 도 11은 설명의 편의를 위하여, 모터의 예열 동작이 개시(S1001)된 것으로 가정한다.
도 10을 참조하면, 제어부(25)는 모터의 예열 동작이 개시된 후, 리니어 압축기와 관련된 온도정보를 모니터링할 수 있다(S1002).
이때, 제어부(25)의 모니터링하는 대상인 온도정보는, 리니어 압축기에 자체적으로 구비된 온도센서에 의해 측정된 온도 값, 리니어 압축기가 설치된 전자기기에 구비된 온도센서에 의해 측정된 온도 값 및 제어부에 의해 측정된 모터의 저항 값에 의해 추정된 온도 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다
제어부(25)는 모니터링된 온도정보에 근거하여, 리니어 압축기의 현재 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 큰지 여부를 판단할 수 있다(S1003).
도 10에서는 예열 동작의 종료 여부를 결정함에 있어서, 모니터링된 온도 정보와, 최초에 저온 조건 여부를 판단하는 과정에서 이용된 기준 온도가 다시 한번 사용되었다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예열 동작의 종료 기준으로써, 상기 기준 온도가 다른 온도 값으로 사용할 수도 있다.
제어부(25)는 현재 온도가 기준 온도보다 큰 것으로 판단되면, 모터의 예열 동작을 종료시킬 수 있다(S1004).
이하 도 11에서는 예열 동작의 종료 여부를 결정하는 다른 실시예가 설명된다.
도 11을 참조하면, 제어부(25)는 모터의 예열 동작이 개시된 후, 미리 설정된 오프셋 시간동안 모터의 예열 동작을 유지시킬 수 있다(S1101).
이와 같이, 오프셋 시간을 설정함으로써, 예열 동작시키는 과정과 관련된 제어 오류가 발생하더라도 최소의 예열 시간을 확보할 수 있다.
제어부(25)는, 모터의 예열 동작이 개시된 시점에 검출된 온도정보에 근거하여, 오프셋 시간을 가변적으로 설정할 수 있다. 즉, 제어부(25)는 모터의 예열 동작이 더 낮은 온도에서 개시될 수록, 더 긴 오프셋 시간을 설정할 수 있다.
나아가, 제어부(25)는 모터의 예열 동작이 개시된 후로부터 오프셋 시간이 경과하면, 상기 예열 동작이 수행된 시간이 미리 설정된 기준 시간을 경과하는지 여부를 판단할 수 있다(S1102).
제어부(25)는 예열 동작이 수행된 시간이 상기 기준 시간을 경과하는 것으로 판단되면, 예열 동작을 종료시킬 수 있다(S1104).
반면, 제어부(25)는 예열 동작이 수행된 시간이 상기 기준 시간을 경과하지 않는 것으로 판단되면, 온도정보를 이용하여 현재 시점의 동작 조건이 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다(S1103).
저온 조건 판단 단계(S1103)는 도 6 및 도 7에서 상술한 것과 같이, 복수의 방법을 통하여 검출된 온도 값과 미리 설정된 기준 온도를 비교함으로서 수행된다.
제어부(25)는 현재 시점의 동작 조건이 저온 조건을 만족하는 경우 오프셋 시간동안 예열 동작을 유지시키는 단계(S1101)를 다시 수행하고, 반대의 경우 예열 동작을 종료시킬 수 있다(S1104).
한편, 제어부(25)는 모터의 예열 구동이 개시된 이후 미리 설정된 오프셋 시간마다 온도정보를 갱신할 수 있다. 따라서, 저온 조건 만족 여부를 판단하는 단계(S1103)에서, 제어부(25)는 최신의 업데이트된 온도정보를 이용하여 예열이 더 필요한지 여부를 판단할 수 있다.
즉, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제어부(25)는 모터의 예열 구동이 지속된 시간 및 모터의 현재 온도 중 적어도 하나를 이용하여, 예열 구동의 종료 여부를 결정할 수 있다.
이하 도 12에서는 모터의 예열 구동을 수행할 때, 인버터를 제어하는 방법이 설명된다.
도 12에 도시된 것과 같이, 제어부(25)는 리니어 압축기의 동작 조건이 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다(S1201). 저온 조건 판단 단계(S1201)는 도 6 및 도 7에서 상술한 것과 같이, 복수의 방법을 통하여 검출된 온도 값과 미리 설정된 기준 온도를 비교함으로서 수행된다.
제어부(25)는 리니어 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는 것으로 판단되는 경우, 인버터의 캐리어 주파수를 감소시킬 수 있다(S1202).
반대로, 제어부(25)는 리니어 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하지 않는 것으로 판단되는 경우, 인버터의 캐리어 주파수를 유지시킬 수 있다(S1203).
일 실시예에서, 제어부(25)는 리니어 압축기와 관련하여 검출된 온도 값이 기준 온도 보다 작으면, 인버터에 적용되는 캐리어 주파수를 최초에 설정된 값보다 작은 값으로 감소시킬 수 있다. 즉, 제어부(25)는 모터의 예열 동작이 필요한 것으로 판단되는 경우에, 인버터에 적용되는 캐리어 주파수를 최초에 설정된 값보다 작은 값으로 감소시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부(25)는 모터를 예열시키기 위해, 상기 모터에 직류 전류를 인가한 경우, 인버터에 적용되는 캐리어 주파수를 최초에 설정된 값보다 작은 값으로 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 제어부가 모터의 예열 구동 시에 인버터에 적용되는 캐리어 주파수를 감소시킴으로써, 감지부는 모터의 예열 구동 중에 모터 전류를 보다 정확하게 감지할 수 있다. 즉, 제어부(25)는 캐리어 주파수의 감소됨으로써, 모터의 예열 구동 시에 적용되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Moulation, PWM) 듀티 값이 상대적으로 증가하는 효과를 확보하게 된다. 이와 같이, PWM 듀티 값이 상대적으로 증가함에 따라, 전류를 감지하는 시점에, 전류 신호를 안정화시킴으로써, 센싱 오차를 감소시킬 수 있다.
도 13에서는 직류 전류를 이용하여 모터를 예열시키는 방법이 설명된다.
도 13에 도시된 것과 같이, 제어부(25)는 리니어 압축기의 동작 조건이 저온 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다(S1301). 저온 조건 판단 단계(S1301)는 도 6 및 도 7에서 상술한 것과 같이, 복수의 방법을 통하여 검출된 온도 값과 미리 설정된 기준 온도를 비교함으로서 수행된다.
제어부(25)는 리니어 압축기의 동작 조건이 미리 설정된 저온 조건을 만족하는 것으로 판단되는 경우, 목표 직류전류 값을 설정할 수 있다(S1302).
이때, 제어부(25)는 리니어 압축기의 제어회로와 관련된 정보에 근거하여, 상기 목표 직류전류 값을 설정할 수 있다.
제어부(25)는 모터에 소정의 직류전류가 인가되도록 인버터를 제어할 수 있다(S1303).
또한, 제어부(25)는 모터 전류가 감지되도록 감지부를 제어할 수 있다(S1304).
제어부(25)는 감지된 전류의 크기와 목표 직류전류의 크기를 비교하고(S1305), 감지된 전류의 크기가 상기 목표 직류전류보다 작으면, 인버터의 출력 전압을 증가시킬 수 있다(S1306). 반면, 제어부(25)는 감지된 전류의 크기가 상기 목표 직류전류 이상이면, 인버터의 출력 전압을 감소시킬 수 있다(S1307).
이하의 도 14에서는 모터의 예열을 종료시키는 조건에 대해 설명한다.
제어부(25)는 저온 조건인 경우에 모터를 예열시키기 위해, 모터에 직류 전류가 인가되도록 인버터를 제어할 수 있다(S1401).
제어부(25)는 인버터가 모터에 출력 전압을 인가한 후, 상기 모터에 흐르는 모터 전류를 감지하도록 감지부를 제어할 수 있다(S1402).
제어부(25)는 감지된 모터 전류가 미리 설정된 트립 레벨 보다 큰지 여부를 판단할 수 있다(S1403). 이때, 트립 레벨은 전류 값으로 정의된다.
감지된 모터 전류가 트립 레벨 보다 큰 것으로 판단되면, 제어부(25)는 인버터의 출력을 차단시킬 수 있다(S1404). 감지된 모터 전류가 트립 레벨 이하인 것으로 판단되면, 제어부(25)는 인버터의 출력을 유지시킬 수 있다(S1405).
즉, 제어부(25)는 모터에 흐르는 모터 전류가 미리 설정된 트립 레벨 보다 크면, 모터의 예열 동작을 중단시킬 수 있다. 이와 같이, 트립 레벨을 미리 설정함으로써, 예열 동작에 의해 모터에 과전류가 흐르는 것을 방지한다.
본원발명에 따른 리니어 압축기는 피스톤 왕복 운동을 수행하기 전에, 예열 구동을 수행함으로써, 실린더에 형성된 홀의 막힘을 방지할 수 있는 효과가 도출된다.
또한, 본원발명에 따르면, 리니어 압축기의 피스톤이 움직이기 전에, 리니어 압축기의 온도를 증가시키기 위한 예열 동작을 수행함으로써, 피스톤과 실린더 사이의 마찰이나 충돌을 방지할 수 있다.
이로써, 본원발명에 따르는 리니어 압축기는 저온 조건에서도 압축기의 운전 성능을 확보할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본원발명에 따르면, 가스 베어링의 성능이 확보됨으로써, 피스톤의 마모를 최소화하므로, 리니어 압축기의 기구 및 부품의 수명이 늘어나게 될 수 있는 효과가 도출된다.

Claims (20)

  1. 온도정보를 처리하는 전자기기에 설치되는 리니어 압축기에 있어서,
    적어도 하나의 홀을 구비하는 실린더;
    상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤;
    상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 이동하도록, 구동력을 제공하는 모터;
    상기 모터에 전력을 전달하도록 스위칭 동작을 수행하는 인버터; 및
    상기 전자기기로부터 온도정보를 입력받고, 입력된 온도정보에 근거하여, 상기 모터가 예열 구동하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전자기기의 전원이 활성화되면, 상기 리니어 압축기의 온도가 증가하도록, 상기 피스톤이 정지된 상태에서 상기 모터를 예열 구동시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터를 예열 구동시키기 위해, 상기 모터에 소정 크기의 직류 전류가 흐르도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 모터전류를 감지하는 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 모터에 직류 전류를 인가한 후, 상기 감지부에 의해 감지된 모터전류에 근거하여 상기 인버터의 출력전압을 조정하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 예열 구동을 제어하기 위한 목표 직류전류 값을 설정하고,
    상기 감지부에 의해 감지된 모터전류가 상기 목표 직류전류 보다 작으면, 상기 인버터의 출력전압이 증가되도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터에 직류 전류를 인가한 후, 상기 감지부에 의해 감지된 모터전류가 미리 설정된 트립 레벨 보다 크면, 상기 인버터의 출력이 차단되도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터를 예열 구동시키기 위해, 상기 모터에 미리 설정된 기준 주파수 이상의 교류 전류가 흐르도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 온도정보는 상기 전자기기의 위치와 관련된 온도 값을 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 온도 값과 미리 설정된 기준 온도를 비교하고, 비교결과에 근거하여, 상기 모터를 예열 구동시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 온도 값은 상기 전자기기에 구비된 온도센서에 의해 측정되고,
    상기 제어부는,
    상기 온도 값이 상기 기준 온도 보다 낮으면, 상기 모터가 소정의 압축기 지령에 따라 구동되기 전에, 상기 모터를 예열 구동시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온도센서는,
    상기 전자기기에 복수로 구비되고,
    상기 제어부는,
    상기 전자기기에 구비된 복수의 온도센서 중, 상기 리니어 압축기와 가장 근접한 위치에 배치된 어느 하나의 온도센서로부터 온도정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 리니어 압축기의 동작을 개시하기 위한 제어명령이 발생하면, 상기 제어명령이 발생된 시점으로부터 소정의 시간간격 내에 입력된 온도정보를 이용하여, 상기 모터의 예열 구동 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 예열 구동이 개시된 이후 미리 설정된 오프셋 시간마다 온도정보를 갱신하고,
    갱신된 온도정보에 포함된 온도 값과 상기 기준 온도의 비교결과에 근거하여, 상기 모터의 예열 구동을 종료시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 예열 구동이 수행된 시간이 미리 설정된 기준 시간을 경과하면, 상기 모터의 예열 구동을 종료시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도 값이 상기 기준 온도 보다 작으면, 상기 인버터에 적용되는 캐리어 주파수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도 값이 상기 기준 온도 이상이면, 상기 모터의 예열 구동을 수행하지 않고, 상기 전자기기의 동작모드에 근거하여 상기 피스톤이 상기 실린더 내에서 왕복운동하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 예열이 종료되면, 상기 전자기기의 동작모드에 근거하여 상기 피스톤이 상기 실린더 내에서 왕복운동하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  17. 적어도 하나의 홀을 구비하는 실린더;
    상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤;
    상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 이동하도록, 구동력을 제공하는 모터;
    상기 모터에 전력을 전달하도록 스위칭 동작을 수행하는 인버터;
    상기 모터에 인가되는 모터 전압과, 상기 모터에 흐르는 모터 전류를 감지하는 감지부; 및
    상기 모터 전압 및 상기 모터 전류를 이용하여, 상기 모터의 저항 값을 검출하고, 검출된 저항 값에 근거하여 상기 모터가 예열 구동하도록 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 저항 값이 미리 설정된 기준 저항 값 보다 작으면, 상기 모터의 예열 구동이 수행되도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 리니어 압축기가 설치된 전자기기의 전원이 활성화되면, 상기 피스톤이 정지된 상태에서 상기 리니어 압축기의 온도가 증가하도록, 상기 모터에 직류 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 예열 구동이 개시된 후 소정 주기마다 상기 모터의 저항 값을 모니터링하고,
    상기 모터의 저항 값이 상기 기준 저항 값 이상으로 증가할 때까지, 상기 모터의 예열 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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