KR102171448B1 - 냉장고의 인버터 압축기 및 냉장고 인버터 압축기의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고의 인버터 압축기 및 냉장고 인버터 압축기의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 냉동 사이클에 포함된 윤활유로 압축기를 윤활시키기 위해, 압축기를 설정 시간 동안 제1설정 알피엠의 운전 속도로 유지하는 윤활 모드 단계; 상기 윤활 모드 단계에서 상기 압축기에 공급되는 전류값에 의해서 상기 압축기에 걸리는 냉매의 부하를 감지하는 냉매 부하 감지 단계; 상기 냉매 부하 감지 단계에서 감지된 부하에 따라 상기 압축기의 복수 개의 운전 모드 중 하나를 선택하고 해당 운전 모드에 따른 제2설정 알피엠에 따라 상기 압축기를 구동하고, 상기 복수 개의 운전 모드는 각각 압축기의 운전 속도가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법을 제공한다.

Description

냉장고의 인버터 압축기 및 냉장고 인버터 압축기의 제어 방법{Inverter Compressor for a refrigerator and Controlling Method for an Inverter Compressor for a refrigerator}

본 발명은 냉장고의 인버터 압축기 및 냉장고 인버터 압축기의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉장고의 고내 온도를 간단하게 조절할 수 있는 냉장고의 인버터 압축기 및 냉장고 인버터 압축기의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고는 냉동 사이클을 반복하면서 저장실(냉동실 또는 냉장실)을 냉각시켜 음식물을 일정기간 동안 신선하게 보관할 수 있는 장치이다.

냉장고에는, 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 고온 고압으로 압축시키는 압축기가 포함된다. 압축기에서 압축된 냉매는 열교환기를 거치면서 냉기를 발생시키며, 발생된 냉기는 상기 냉동실 또는 냉장실에 공급된다.

종래의 냉장고에 의하면, 냉장고에 사용되는 압축기는 냉장고 내의 온도값에 따라 ON/OFF가 반복될 수 있다. 냉장고 내의 온도값이 미리 설정된 온도 이상이면, 상기 압축기는 ON 되어 냉동 사이클이 구동된다. 반면에, 냉장고 내의 온도 값이 미리 설정된 온도 이하가 되면, 냉기 공급의 필요가 없어지므로 상기 압축기는 OFF 될 수 있다.

압축기의 ON/OFF를 제어하기 위해서 냉장고에는 냉장고의 고내 온도 등에 관한 정보가 전달되어서 압축기 제어부에 관련 지령을 전달할 수 있는 메인 피씨비가 설치되어야 한다. 이러한 메인 피씨비를 설치하기 위해서는 비용이 증가된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 냉장고 전체를 제어하는 메인 피씨비, 즉 메인 마이콤을 구비하지 않더라도 압축기를 제어해서 고내 온도를 조절할 수 있는 냉장고의 인버터 압축기 및 냉장고 인버터 압축기의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 냉동 사이클에 포함된 윤활유로 압축기를 윤활시키기 위해, 압축기를 설정 시간 동안 제1설정 알피엠의 운전 속도로 유지하는 윤활 모드 단계; 상기 윤활 모드 단계에서 상기 압축기에 공급되는 전류값에 의해서 상기 압축기에 걸리는 냉매의 부하를 감지하는 냉매 부하 감지 단계; 상기 냉매 부하 감지 단계에서 감지된 부하에 따라 상기 압축기의 복수 개의 운전 모드 중 하나를 선택하고 해당 운전 모드에 따른 제2설정 알피엠에 따라 상기 압축기를 구동하고, 상기 복수 개의 운전 모드는 각각 압축기의 운전 속도가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법을 제공한다.

또한 상기 복수 개의 운전 모드는 저속 운전 모드, 중속 운전 모드, 고속 운전 모드를 포함할 수 있다.

또한 상기 저속 운전 모드에 따른 제2설정 알피엠은 상기 제1설정 알피엠보다 작은 것이 가능하다.

그리고 냉매 부하가 작으면, 냉장고 냉각 부하가 작은 것으로 판단해서 상기 저속 운전 모드로 운전할 수 있다.

물론 상기 중속 운전 모드 및 상기 고속 운전 모드에 따른 제2설정 알피엠은 각각 상기 제1설정 알피엠보다 큰 것이 가능하다.

또한 본 발명은 냉매 부하가 크면, 냉장고 냉각 부하가 큰 것으로 판단해서 상기 중속 운전 모드 또는 상기 고속 운전 모드로 운전하는 것이 가능하다.

특히 상기 제1설정 알피엠과 상기 제2설정 알피엠은 서로 다른 것이 가능하다.

그리고 상기 냉매 부하 감지 단계에서는, 상기 압축기가 상기 제1설정 알피엠으로 구동되는 동안에 공급되는 전류값을 감지하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 냉동 사이클에 포함된 윤활유와 냉매를 압축하는 구동부; 상기 구동부를 설정 시간 동안 제1설정 알피엠으로 운전한 후에, 제2설정 알피엠으로 운전하는 압축기 제어부;를 포함하고, 상기 압축기 제어부는, 상기 구동부가 제1설정 알피엠으로 운전되는 동안 공급되는 전류값을 감지하는 냉매 부하 감지부를 포함하고, 상기 냉매 부하 감지부에서 감지된 전류값에 따라 상기 제2설정 알피엠이 결정되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 인버터 압축기를 제공할 수 있다.

그리고 상기 압축기 제어부는 상기 구동부가 운전되는 알피엠을 감지하는 알피엠 감지부를 포함하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 냉매를 압축하는 압축기를 제1설정 알피엠으로 구동하여 저장실의 온도를 하강시키는 제1압축기 구동 단계; 상기 제1압축기 구동 단계에서 설정 시간 내에 저장실의 온도가 설정 온도에 도달하였는지 판단하는 온도 변화 판단 단계; 상기 온도 변화 판단 단계에서 설정 시간 내에 설정된 온도에 도달하지 않았다고 판단되면, 상기 압축기를 제1설정 알피엠보다 한 단계 높은 제2설정 알피엠으로 설정하여 냉력을 증가시키는 제2압축기 구동 단계;를 포함하고, 상기 제1압축기 구동 단계는, 냉동 사이클에 포함된 윤활유로 압축기를 윤활시키기 위해 압축기를 설정 시간 동안 윤활 설정 알피엠의 운전 속도로 유지하는 윤활 모드 단계; 상기 윤활 모드 단계에서 상기 압축기에 걸리는 부하를 상기 압축기에 공급되는 전류값에 의해서 감지하는 냉매 부하 감지 단계;를 포함하고, 상기 냉매 부하 감지 단계에서 감지된 부하에 따라 상기 압축기의 운전 모드 중 하나를 선택하고 해당 운전 모드에 따른 구동 설정 알피엠에 따라 상기 압축기를 구동하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법를 제공할 수 있다.

그리고 상기 온도 변화 판단 단계에서는 바이메탈(bimetal)에 의해서 저장실의 온도를 감지하고, 상기 바이메탈은 저장실의 온도가 설정 온도에 도달하면 상기 압축기에 공급되는 전기를 차단하는 것이 가능하다.

나아가 상기 제2압축기 구동 단계에서, 상기 압축기를 상기 제2설정 알피엠으로 설정해서 구동하고 추가 설정 시간 내에 설정된 온도에 도달하지 않았다고 판단되면, 상기 제2설정 알피엠 보다 한 단계 높은 제3설정 알피엠으로 상기 압축기를 설정하여 냉력을 증가시키는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 냉매를 압축하는 압축기를 제1설정 알피엠으로 운전하여 냉력을 발생시키고, 저장실의 감지 온도가 설정 온도에 도달하면 상기 압축기의 구동을 중지하는 제1운전 단계; 상기 제1운전 단계에서 설정된 시간을 초과하여 상기 압축기가 구동되면, 상기 제1설정 알피엠보다 높은 제2설정 알피엠으로 상기 압축기를 구동해서 냉력을 발생시키는 제2운전 단계;를 포함하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법을 제공할 수 있다.

한편 상기 제1운전 단계에서 설정된 시간 내에 상기 압축기의 구동이 중지되면, 상기 제2운전 단계에서는 상기 제1설정 알피엠보다 낮거나 동일한 제2설정 알피엠으로 구동하는 것이 가능하다.

또한 상기 제1운전 단계는, 냉동 사이클에 포함된 윤활유로 압축기를 윤활시키기 위해 압축기를 설정 시간 동안 윤활 설정 알피엠의 운전 속도로 유지하는 윤활 모드 단계; 상기 윤활 모드 단계에서 상기 압축기에 걸리는 부하를 상기 압축기에 공급되는 전류값에 의해서 감지하는 냉매 부하 감지 단계; 상기 냉매 부하 감지 단계에서 감지된 부하에 따라 상기 압축기의 운전 모드 중 하나를 선택하고 해당 운전 모드에 따른 구동 설정 알피엠에 따라 상기 압축기를 구동할 수 있다.

물론 상기 제1운전 단계에서 상기 제1설정 알피엠은 저장부에 저장되는 것이 가능하다.

또한 본 발명은 냉매를 압축하는 구동부; 상기 구동부를 제1설정 알피엠으로 운전해서 냉력을 발생시키고 상기 구동부를 중지한 후에, 상기 구동부를 제2설정 알피엠으로 운전해서 냉력을 발생시키는 압축기 제어부; 및 상기 제1설정 알피엠 값을 저장하는 저장부;를 포함하고, 상기 제1설정 알피엠과 상기 제2설정 알피엠은 서로 다른 것을 특징으로 하는 냉장고의 인버터 압축기를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면 냉장고에 메인 마이콤을 구비하지 않고, 압축기 마이콤만을 이용해서 냉장고의 고내 온도 제어가 가능하기 때문에 냉장고의 제조 비용이 절감될 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용가능한 냉장고를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 흐름도.
도 4 및 도 5는 도 3에 따른 실제 구현례를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉매 부하 감지에 관한 블록도이다.
도 7은 도 6의 인버터 및 냉매 부하 감지부의 출력 전압들을 도시하는 파형도.
도 8은 도 6에서의 3상 교류 모터의 등가 회로도.
도 9는 도 6에서의 냉매 부하 감지부, 전류-전압 변환부 및 제어부를 상세하게 설명하는 상세 회로도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 흐름도.
도 11은 도 10에 따른 실제 구현례를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시예의 변형례를 도시한 도면.
도 13는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 블록도.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 제어 흐름도.
도 15는 도 13에 따른 실제 구현례를 도시한 도면.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명이 적용가능한 냉장고(1)를 도시한 사시도로서, 냉장고 본체(10), 증발기(20) 및 도어(15)가 도시되어 있다.

즉 본 발명은 도 1과 같이 냉동실과 냉장실이 각각의 도어로 구분되지 않는 간단한 형태의 냉장고에서도 충분히 적용가능하다. 본 발명은 냉장고 전체를 제어하는 마이콤을 구비하지 않고, 압축기용 마이콤만을 이용해서 냉장고를 제어할 수 있는 기술을 개시한다.

냉장고(1)는 내부에 저장실을 구비하고 냉동 사이클을 이용하여 상기 저장실의 온도를 일정하게 유지시킴으로써 부패가 쉬운 식품을 보관할 수 있다. 냉장고(1)는, 일측이 개방되고 내부에 상기 저장실가 형성된 냉장고 본체(10)와 상기 냉장고 본체(10)의 개구를 개폐하는 도어(15)로 구성된다.

상기 냉장고 본체(10)는 전면이 개방되고 내부에 식품을 보관하는 저장실이 구비되어 있다. 상기 냉장고 본체(10)는 전체가 하나의 공간으로 이루어져 전체가 균일한 온도로 유지될 수도 있으나, 일반적으로 가정에서 이용하는 냉장고(1)는 0도 이하로 내부 온도를 유지하는 냉동실(11)과 0도 이상에서 상온보다 저온(예를 들면 약 10도)으로 유지되는 냉장실로 구분될 수 있다.

상기 도어(15)는 도 1에 도시된 바와 같이 1개만 형성될 수도 있으며, 필요에 따라서는 2개 이상으로 구성할 수도 있다. 냉장고(1)의 대형화 및 용도의 다양화에 따라 상기 도어(15)의 개수는 점점 많아지는 추세이다.

상기 도어(15)의 개폐 방식도 힌지를 축으로 회전하여 개폐되 여닫이 방식 외에 상기 냉장고 본체(10)에 수납 인입 및 인출되는 드로워 타입의 저장실를 구비한 경우에는 밀고 당김으로써 상기 도어(15)의 개폐가 가능하다. 상기 냉장고 본체(10)의 구획된 공간에 따라 상기 도어(15)의 개수를 다양하게 할 수 있다.

상기 증발기(20)는 상기 냉동 사이클의 일 부분으로서, 상기 저장실에 배치되어 상기 저장실에 냉기를 공급한다. 상기 냉각 사이클은 상기 증발기(20) 외에 응축기와 압축기 등을 구비하고 있으며, 상기 냉매는 증발기(20)와 응축기 및 압축기를 순환하며 열교환하여 상기 저장실 내부의 온도를 일정하게 유지시킨다.

상기 응축기와 압축기에서 상기 냉매는 액화되고, 상기 증발기(20)에서 기화하면서 주변의 열을 흡수하여 상기 저장실의 온도를 떨어뜨린다. 즉, 상기 증발기(20)는 상기 저장실의 내부와 열교환이 이루어지는 부분이므로, 열교환 효율을 높이기 위해 표면에 요철을 형성한다. 도 1에 도시된 증발기(20)도 표면적을 넓히기 위해 표면이 울퉁불퉁하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 블록도이다. 이하 도 2를 참조해서 설명한다.

본 발명의 일 실시예에는 압축기가 압축기 제어부(100)와 상기 압축기 제어부(100)에 의해서 구동되는 구동부(110)를 포함할 수 있다.

상기 구동부(110)는 상기 압축기 제어부(100)의 구동 명령에 따라 설정된 알피엠에 따라 회전되면서 냉동 사이클에 포함된 윤활유 또는 냉매를 압축할 수 있다. 즉 상기 구동부(110)가 구동되면, 상기 압축기는 내부가 윤활되고, 냉매를 압축하면서 냉력이 발생될 수 있다.

상기 압축기 제어부(100)는 상기 구동부(110), 즉 압축기가 구동될 수 있는 알피엠을 결정하고, 해당 알피엠으로 상기 구동부(110), 즉 압축기를 구동시킨다. 상기 압축기 제어부(100)에서 상대적으로 높은 알피엠으로 상기 압축기를 구동하게 되면, 상대적으로 큰 냉력이 발생할 수 있다. 반면에 상기 압축기 제어부(100)에서 상대적으로 낮은 알피엠으로 상기 압축기를 구동하게 되면, 상대적으로 작은 냉력이 발생할 수 있다.

상기 압축기 제어부(100)는 압축기가 구동될 때에 압축되는 냉매의 부하를 감지할 수 있는 냉매 부하 감지부(102)를 포함할 수 있다. 이때 상기 냉매 부하 감지부(102)는 압축기에 공급되는 전류값을 감지해서, 해당 전류값에 따라 냉매의 부하를 판단할 수 있다. 즉 특정 알피엠으로 상기 구동부(110), 즉 압축기를 구동할 때에 상대적으로 많은 전류가 공급되면, 냉매의 부하가 큰 것으로 판단할 수 있다. 반면에 특정 알피엠으로 상기 구동부(110), 즉 압축기를 구동할 때에 상대적으로 적은 전류가 공급되면, 냉매의 부하가 작은 것으로 판단할 수 있다.

상기 압축기 제어부(100)는 상기 구동부(110), 즉 압축기가 특정 알피엠으로 구동되는 지를 감지할 수 있다. 상기 냉매 부하 감지부(102)는 상기 알피엠 감지부(104)에서 압축기아 특정 알피엠에 도달한 후에 설정 시간 동안 구동되는 동안에 압축기에 공급되는 전류값을 측정하는 것이 바람직하다. 상기 구동부(110), 즉 압축기의 알피엠이 변화하는 동안에는 전류값에도 변화가 생기기 때문에, 전류값의 변화가 줄어든 상태에서 판단해야 냉매의 부하를 측정하는 데에 오차가 줄어들 수 있기 때문이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 흐름도이고, 도 4 및 도 5는 도 3에 따른 실제 구현례를 도시한 도면이다. 이하 도 3 내지 도 5를 참조해서 설명한다.

냉장고의 저장실을 냉각할 필요가 있으면, 상기 압축기 제어부(100)에서 상기 구동부(110)가 구동되도록 명령을 내릴 수 있다.

이때 냉동 사이클에 포함된 윤활유로 압축기를 윤활시키기 위해, 압축기를 설정 시간 동안 제1설정 알피엠의 운전 속도로 유지한다(S10).

압축기가 멈춘 상태에서 구동을 시작할 때에, 압축기를 고속 알피엠으로 작동시키게 되면 압축기에 무리가 갈 수 있다. 따라서 압축기의 내부 구성요소에 윤활을 할 필요가 있다.

즉 도 5에서와 같이, 상기 구동부(110)가 제1설정 알피엠으로 회전되도록 상기 압축기 제어부(100)에서 상기 구동부(110)를 구동한다. 이때 상기 구동부(110)는 순간적으로 제1설정 알피엠에 도달하는 것이 아니라, 소정 시간을 가지면서 알피엠이 증가되게 된다. 이때 상기 제1설정 알피엠을 압축기의 윤활을 위한 윤활 알피엠이라고도 칭할 수 있다.

상기 구동부(110), 즉 압축기가 상기 제1설정 알피엠에 도달하면, 압축기를 설정 시간 동안 구동할 수 있다.

이때 상기 냉매 부하 감지부(102)는 상기 압축기에 공급되는 전류값에 의해서 상기 압축기에 걸리는 냉매의 부하를 감지할 수 있다(S20). 도 5에서와 같이 상기 제1설정 알피엠이 설정 시간 동안 구동되게 되면, 도 4(a)에서와 같이 상기 압축기에 공급되는 전류가 안정적인 값을 가질 수 있다.

이렇게 감지된 전류값에 따라, 상기 압축기 제어부(100)는 상기 압축기를 구동하기 위한 제2설정 알피엠을 선택할 수 있다.

특히 상기 압축기 제어부(100)는 냉매 부하에 따라 상기 압축기의 복수 개의 운전 모드 중 하나를 선택해서, 해당 제2설정 알피엠으로 압축기를 구동할 수 있다. 특히 상기 복수 개의 운전 모드는 각각 압축기의 운전 속도가 서로 상이해서, 측정된 냉매 부하에 따라 선택적으로 압축기의 제2설정 알피엠이 결정될 수 있다.

한편 상기 복수 개의 운전 모드는 저속 운전 모드, 중속 운전 모드, 고속 운전 모드를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2설정 알피엠은 제1설정 알피엠에 비해서 크거나 동일하거나, 작을 수 있다.

즉 냉매 부하가 작으면, 냉장고 냉각 부하가 작은 것으로 판단해서 상기 저속 운전 모드로 운전하는 것이 가능하다. 이 경우 저속 운전 모드에 해당되는 제2설정 알피엠은 제1설정 알피엠보다 작아서, 상대적으로 적은 양의 냉력이 발생된다. 이때 냉매 부하란 상기 냉매 부하 감지부(102)에서 감지된 전류값에 의해서 측정된 냉매의 부하를 의미하고, 냉장고 냉각 부하는 냉각이 필요한 부하를 의미할 수 있다.

반면에 냉매 부하가 크면, 냉장고 냉각 부하가 큰 것으로 판단해서 상기 중속 운전 모드 또는 상기 고속 운전 모드로 운전하는 것이 가능하다. 이 경우 상기 중속 운전 모드 및 상기 고속 운전 모드에 따른 제2설정 알피엠은 각각 상기 제1설정 알피엠보다 커서, 상대적으로 큰 양의 냉력이 발생된다. 이때 냉매 부하란 상기 냉매 부하 감지부(102)에서 감지된 전류값에 의해서 측정된 냉매의 부하를 의미하고, 냉장고 냉각 부하는 냉각이 필요한 부하를 의미할 수 있다.

압축기가 고속 운전 모드 또는 저속 운전 모드로 구동되는 경우에는 도 4(b)와 같이 1사이클의 주기가 짧아지고, 압축기를 구동하는 운전 주파수가 증가하게 된다.

즉 본 실시예에서는 압축기를 윤활하기 위한 동작이 수행되는 동안에 냉매 부하를 측정해서, 압축기를 구동시키는 알피엠을 결정할 수 있다. 따라서 압축기를 구동하는 알피엠을 결정하기 위해서 사용자의 정보 입력이나 외부의 다른 센서, 예를 들어 외부 온도 센서 또는 저장실 온도 센서에서 공급되는 온도 정보 등을 이용하지 않는다. 따라서 간단한 형태의 냉장고에서 적용할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉매 부하 감지에 관한 블록도이다. 이하 도 6을 참조해서 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 구동부(110)와 인버터(128) 및 AC-DC 변환부(Alternative Current to Direct Current Converter)(126)을 구비한다. 구동부(110)는 모터의 회전축(도시하지 않음)에 연결된다. 모터의 회전축의 회전 속도에 따라, 토출될 냉매의 량을 증감시켜 냉각를 조절한다.

AC-DC 변환부(126)는 상용 교류 전원(110V 또는 220V)을 정류 및 평활하여 직류 전압의 형태로 변환한다. AC-DC변환부(126)에서는 일정한 레벨의 직류 전압(예를 들면, 220V의 직류 전압)이 출력된다.

인버터(128)는 AC-DC 변환부(126)로부터의 직류 전압을 스위칭하여 정현파 형태의 3상 교류 전압을 발생한다. 인버터(128)에서 출력되는 3상 교류 전압은 U상 교류 전압(Vu), V상 교류 전압(Vv) 및 W상 교류 전압(Vw)을 포함한다. 이들 U상, V상 및 W상 교류 전압(Vu,Vv,Vw)은 서로 120°(즉, 2π/3)의 위상 차를 유지하게끔 발생된다. U상 교류 전압(Vu)이, 도 7의 CWu와 같이, 0°의 위상을 가지다고 하자. 이 경우, V상 교류 전압(Vv)은, 도 7의 CWv와 같이, U상 교류 전압(Vu)에 비하여 120°만큼 지연된 위상을 가지는 반면, W상 교류 전압(Vw)은, 도 7의 CWw와 같이, U상 교류 전압(Vu)에 비하여 240°만큼 그리고 V상 교류 전압(Vw)에 비해서는 120°만큼 지연된 위상을 가진다. 이들 U상, V상 및 W상의 교류 전압(Vu,Vv,Vw)의 주기는 냉매 순환 루프에서 순환될 냉매의 량의 반비례하게 길게 또는 짧게 조절된다. 바꾸어 발하면, U상, V상 및 W상의 교류 전압들(Vu,Vv,Vw)의 주파수는 냉매 순환 루프에서 순환될 냉매의 량에 비례하게 높거나 낮아진다.

구동부(110)는 통상 회전자(도시하지 않음)를 환 형태로 감싸게 설치된 고정자(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 회전자에는 회전축이 설치된다. 고정자에는, 도 8에서와 같이 Y결선 형태로 접속되게끔,U상 고정자 권선(WLu), V상 고정자 권선(WLv) 및 W상 고정자 권선(WLw)이 감겨져 있다. 이들 U상, V상 및 W상의 고정자 권선들(WLu,WLv,WLw) 각각의 일단은 인버터(128)에 접속되어 인버터(128)로부터 대응하는 상 교류 전압(Vu,Vv,Vw)을 공급받는다. 반면, 이들 U상, V상 및 W상의 고정자 권선들(WLu,WLv,WLw)의 타단들은 공통-접속되어 중성점(中性點)(Nn)을 구성하고 있다. 중성점(Nn)에서의 전류의 합은, 키르히호프의 전류 법칙에 따라 수학식 1과 같이 "0"가 된다.

[수학식 1]

Iu + Iv + Iw = 0

또한, U상, V상 및 W상의 고정자 권선(WLu,WLv,WLw) 각각의 일단에 대응하는 위상의 정현파 교류 전압이 인가되는 경우, U상, V상 및 W상의 고정자 권선(WLu,WLv,WLw) 각각에 흐르는 수학식 2와 같이 전류가 흐르게 된다.

수학식 2

Iu = Im Cos wt(수학식 2에 있어서, Im은 최대 순시 전류값이다.)

Iv = Im Cos(wt - 2π/3)

Iw = Im Cos(wt + 2π/3)

이러한 3상 교류 방식의 구동부(110)는 3상 교류 전압의 주파수에 따라 높아지거나 낮아지게 회전자를 회전시켜 그 회전자의 회전 토오크가 회전축을 경유하여 전달되게 한다. 이 회전 토오크의 크기에 따라, 토출될 냉매의 량을 증감시켜 냉각 속도가 조절되게 한다. 이러한 3상 교류 방식의 구동부(110)로는 유도 전동기, BLDC 전동기 및 LCDC 전동기 등이 사용될 수 있다.

또한, 상기 압축기는, 3상 전압 라인(Lu,Lv,Lw) 중 두 라인에 설치된 냉매 부하 감지부(102)와 이 냉매 부하 감지부(102) 및 인버터(128) 사이에 직렬 접속된 전류-전압 변환부(132) 및 제어부(100)를 구비한다.

한편 본 실시예에서는 상기 냉매 부하 감지부(102)는 전류를 감지하기 때문에, 설명의 편의상 이후에는 상기 냉매 부하 감지부(102)를 전류 감지 센서(102)라고 칭하도록 한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전류 감지 센서(102)는 V상 전압 라인(Lv) 및 W상 전압 라인(Lw)이 관통하게끔 설치된 환형 코아(102A)와 이 환형 코아(102A)의 적어도 일부에 감져진 감지 코일(102B)을 구비한다. 전류 감지 센서(102)의 감지코일(102B)에는, V상 및 W상 전압 라인들(Lv,Lw) 상에 흐르는 전류들에 의한 자력의 변화에 따라 크기가 연속적으로 변하는 전류가 유기된다. 전류 감지 센서(102)의 감지 코일(102B)에 유기되는 전류는, 도 7에서의 CWvw와 같이, U상 교류 전압(Vu)의 파형(CWu)과 동일한 주기를 가지는 반면 π+θ(즉, "180°+ θ" ) 지연된 위상을 가진다. 여기서, "θ"는, U상 교류 전압(Vu)의 위상을 기준으로 할 때, Y 결선 형태로 접속된 구동부(110)의 고정자 권선들(WLu,WLv,WLw)의 리액턴스 성분과 그리고 회전자의 회전에 따른 자력의 변화에 의하여 고정자 권선에 유기되는 전류로 인하여 지연되는 위상 차에 해당한다. "180°"는 V상 및 W상의 교류 전압들 간의 상관 작용에 의하여 발생되는 VW 상관 교류 전압의 위상이다. 이렇게 전류 감지 센서(102)의 감지 코일(102B)에 의해 감지되는 상관 전류에는 상기 구동부(110)의 3상 고정자 권선(WLu,WLv,WLw) 각각에 흐르는 전류가 반영되어 있다. 다시 말하여, 감지된 상관 전류는, 3상 고정자 권선(WLu,WLv,WLw) 각각의 전류 통로들 어느 하나라도 단선되거나 3상 고정자 권선(WLu,WLv,WLw)에서의 과부하 또는 과전류가 발생되더라도, 그 위상이 변동되게 된다.

전류-전압 변환부(132)는 전류 감지 센서(102)의 감지 코일(102B)에 유기된 VW 상관 전류를 전압 형태로 변환함과 아울러 그 변환된 전압을 기준 전압(Vref) 만큼 레벨-쉬프트시키어, 상관 전류 감지 신호가 출력되게 한다. 전류-전압 변환부(132)에서 출력되는 상관 전류 감지 신호는, 도 7의 CWvw와 같이, 기준 전압(Vref)(예를 들면, 2.100 V)을 중심으로 일정한 전압 범위(예를 들면, ±1.014 V) 내에서 스윙한다.

이러한 전류-전압 변환부(132)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 전류 감지 센서(102)의 감지 코일(102B)과 병렬 접속된 제1 저항(R1); 감지 코일(30B)의 일단과 기준 노드(Nr) 사이에 접속된 제2 저항(R2); 직류 공급 전압원(Vcc) 및 기준 노드(Nr) 사이에 접속된 제3 저항(R3); 그리고 기준 노드(Nr) 및 감지 코일(30B)의 타단 사이에 접속된 캐패시터(C1)를 구비한다. 제1 내지 제3 저항(R1~R3)은 직류 전압(Vcc)을 분압하여 기준 노드(Nr)에 일정한 레벨의 기준 전압(Vref)이 설정되게 한다. 기준 전압(Vref)은 제1 및 제2 저항값들의 합과 제1 내지 제3 저항값들의 합으로 제산한 비율에 직류 공급 전압(Vcc)을 승산함에 의하여 설정된다. 캐패시터(C1)는 전류 감지 센서(102)의 감지 코일(102B)에서의 전류 변화에 따라 전하의 충전 및 방전 동작을 선택적으로 수행하여 상관 전류 감지 신호가 기준 노드(Nr) 상에 나타나게 한다. 이때, 캐패시터(C1)에 흐르는 전류량을 제한함과 아울러 충전전압을 낮추기 위하여, 제1 저항(R1)은 제2 저항(R2)에 비하여 현저하게 낮은 값(예를 들면, 수백분의 1 정도의값)으로 설정된다.

제어부(100)는 전류-전압 변환부(132)로부터의 상관 전류 감지 신호에 근거하여 상기 구동부(100)에 구비되는 모터의 내의 회전자의 위치를검출하고 그 검출된 회전자의 위치와 동기된 U상, V상 및 W상 위상 제어 신호들을 인버터(128)에 공급한다.

이와 같이, 제어부(100)가 3상 전압 라인 중 두 개의 전압 라인으로부터 상기 구동부(110)의 모터의 3상 고정자 권선(WLu,WLv,WLw) 상의 전류가 반영된 상관 전류에 근거하여 인버터(128)의 전압 변환 동작을 제어한다. 이에 따라, 모터에 공급되는 3상 교류 전압은 서로 120°의 위상 차를 정확하게 유지할 수 있다는 장점이 있을 수 있다.

이러한 기능을 수행하기 위하여, 제어부(100)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 전류-전압 변환부(132)(상세하게는,기준 노드(Nr)와 인버터(128) 사이에 직렬 접속된 A-D 변환기(Analog to Digical Converter) 및 CPU(Central Processing Unit)와, CPU(44)와 접속된 메모리를 포함할 수 있다. A-D 변환기는 전류-전압 변환부(132)의 기준 노드(Nr)로부터의 상관 전류 감지 신호를 디지털 데이터의 형태로 변환한다. 메모리는 CPU에 의하여 수행될 프로그램을 비롯하여 CPU에 의하여 연산될 데이터 및 CPU에 의하여 연산된 데이터를 저장할 수 있다.

위에서 설명한 기술 내용에 근거해서, 상기 냉매 부하 감지부(102)는 상기 압축기에 공급되는 전류값을 감지하고, 측정된 전류값에 따라서 실제 구동이 이루어지는 알피엠을 설정하는 것은 물론, 압축기의 다양한 제어 인자로 고려할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 흐름도이고, 도 11은 도 10에 따른 실제 구현례를 도시한 도면이다. 이하 도 10 및 도 11을 참조해서 설명한다.

냉매를 압축하는 압축기를 제1설정 알피엠으로 구동하여 저장실의 온도를 하강시킬 수 있다(S10).

그리고 설정 온도만큼 하강되었는지를 판단할 수 있다(S120). 이때 저장실의 온도가 설정 온도만큼 하강했는지는 저장실에 설치된 온도 센서에 의해서 감지될 수 있다. 특히 상기 온도 센서는 바이메탈(bimetal)로 이루어져서, 저장실의 노출되는 형태로 설치될 수 있다.

즉 저장실의 내부 온도가 충분히 하강된 경우에는 상기 바이메탈에 의해서 압축기에 공급되는 전기가 차단될 수 있고, 압축기의 구동이 중단될 수 있다. 반면에 저장실의 내부 온도가 충분히 하강되지 않은 경우에는 상기 바이메탈에 의해서 압축기에 계속 전기가 공급되어서, 압축기의 구동이 계속될 수 있다.

설정 온도만큼 하강하지 않았다면, 설정 시간이 경과했는지를 판단할 수 있다(S130).

이때 S120과 S130은 동시에 이루어지는 것도 가능하고, 순서를 바꾸어서 이루어지는 것도 가능하다.

한편 저장실 내부의 온도가 설정 온도 만큼 하강하지 않고, 설정 시간이 경과한 경우에는 압축기를 제1설정 알피엠보다 한 단계 높은 제2설정 알피엠으로 구동할 수 있다(S140).

도 11(a)에서와 같이, 압축기가 구동되어 냉력이 발생하고, 설정 시간이 경과한 상태에도 압축기가 구동될 필요가 있다면, 상기 압축기는 더 큰 알피엠으로 구동되어서, 짧은 시간 동안 더 큰 냉력을 발생시키도록 제어된다.

즉 압축기가 제2설정 알피엠으로 구동되고, 저장실 내부 온도가 충분히 하강되면, 상기 압축기의 구동은 중지될 수 있다.

반면에 도 11(b)에서와 같이, 압축기가 제1설정 알피엠보다 더 큰 제2설정 알피엠으로 구동되고, 추가 설정 시간이 경과하더라도 저장실 내부 온도가 충분히 하강되지 않을 수 있다.

즉 상기 압축기를 상기 제2설정 알피엠으로 설정해서 구동하고 추가 설정 시간 내에 설정된 온도에 도달하지 않았다고 판단되는 상태이다. 이 경우 상기 제2설정 알피엠 보다 한 단계 높은 제3설정 알피엠으로 상기 압축기를 설정하여 냉력을 증가시키는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에서는 제1설정 알피엠으로 압축기를 구동하고, 설정 시간 내에 충분히 저장실이 냉각되지 않으면 이전에 설정한 설정 알피엠보다 높은 설정 알피엠으로 압축기가 구동되도록 할 수 있다. 즉 압축기를 구동하는 설정 알피엠을 결정할 때에 저장실의 온도를 고려해서, 설정 시간 내에 원하는 온도 만큼 하강되지 않으면, 짧은 시간동안에 더 큰 냉력을 공급해서 저장실이 냉각되는 속도를 증가시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예의 변형례를 도시한 도면이다. 이하 도 12을 참조해서 설명한다. 도 12의 변형례는 도 10에서 제1설정 알피엠을 결정하는 방법에 관한 내용이 추가되고, 이후의 제어 흐름은 동일하기 때문에 추가되는 부분에 대해서만 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

제1설정 알피엠을 결정하기 위해서, 냉동 사이클에 포함된 윤활유로 압축기를 윤활시키기 위해 압축기를 설정 시간 동안 윤활 설정 알피엠의 운전 속도로 유지하는 윤활 모드가 수행될 수 있다(S112).

그리고 상기 압축기에 걸리는 부하를 상기 압축기에 공급되는 전류값에 의해서 감지하는 냉매 부하 감지가 수행될 수 있다(S114).

S114에 의해서 감지된 부하에 따라 상기 압축기의 운전 모드 중 하나를 선택하고 해당 운전 모드에 따른 구동 설정 알피엠에 따라 상기 압축기를 구동하는 것이 가능하다. 이때 구동 설정 알피엠은 본 발명의 일 실시예와 달리 제1설정 알피엠일 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 다른 실시예에서 제1설정 알피엠은 압축기 윤활 단계에서 감지된 냉매 부하에 따라 압축기 제어부에서 결정한 압축기의 구동 설정 알피엠을 의미할 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 블록도이고, 도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 흐름도이며, 도 15은 도 13에 따른 실제 구현례를 도시한 도면이다. 이하 도 13 내지 도 15을 참조해서 설명한다.

도 13에서 도시한 제어 블록도는 도 2에 도시된 제어 블록도에 압축기의 알피엠 수치를 저장할 수 있는 저장부(120)를 더 포함하는 구성을 가진다. 즉 본 발명의 또 다른 실시예에서는 본 발명의 일 실시예의 내용이 그대로 구현되면서, 압축기 제어부(100)에 의해서 설정된 압축기의 알피엠에 관한 정보가 저장되는 저장부(120)가 추가로 구비된다. 따라서 상기 압축기 제어부(100)는 상기 구동부(110)를 현재 구동할 때의 설정 알피엠을 상기 저장부(120)에 저장할 수 있고, 이전에 상기 구동부(110)를 구동할 때의 설정 알피엠을 상기 저장부(120)로부터 불러서 인지할 수 있다.

즉 상기 저장부(120)를 구비했기 때문에, 하나의 운전 사이클이 종료되어서 상기 압축기의 구동이 중단된 후에, 다시 새로운 운전 사이클이 시작되는 경우에도 상기 압축기가 이전 사이클에서 운전되었던 설정 알피엠에 관한 정보를 이용할 수 있다.

도 14에 따르면 또 다른 실시예에서는 냉매를 압축하는 압축기를 제1설정 알피엠으로 운전하여 냉력을 발생시키고, 저장실의 감지 온도가 설정 온도에 도달하면 상기 압축기의 구동을 중지할 수 있다(S210).

한편 이때 압축기를 구동하는 제1설정 알피엠은 본 발명의 일 실시예에서와 같이 압축기를 윤활시키는 단계에서 냉매 부하를 감지해서 결정되는 것이 가능하다. 이러한 기술에 대해서는 본 발명의 일 실시예는 물론 본 발명의 다른 실시예에서도 기술하였는바, 생략한다.

다시 저장실 내부의 온도가 상승된 경우에는 압축기를 다시 구동해서 냉력을 발생시키게 된다(S220).

이때 S210에서 설정된 시간을 초과하여 상기 압축기가 구동되면, 상기 제1설정 알피엠보다 높은 제2설정 알피엠으로 상기 압축기를 구동해서 냉력을 발생시키는 것이 가능하다. 즉 S210에서 압축기를 구동할 때에 설정 시간 동안 설정된 알피엠으로 압축기를 구동했음에도, 저장실 내부가 충분히 냉각되지 않으면, 설정 시간 동안 부족한 냉력이 공급된 상태를 의미할 수 있다.

따라서 S220에서는 S210에서의 압축기의 설정 알피엠보다 높은 설정 알피엠으로 압축기를 구동해서 짧은 시간 동안 더 큰 냉력을 제공해서, 설정 시간 동안에 저장실이 냉각될 수 있도록 한다.

도 15에 도시된 바와 같이, 설정 시간을 넘어가도록 압축기가 구동된 상황, 즉 설정 시간 동안 압축기가 구동되더라도 설정 시간 이상으로 압축기가 구동되어 추가적인 냉력이 공급되어야 하는 상황에서, 다음에 압축기를 구동할 때에는 한 단계 높은 알피엠으로 압축기를 구동할 수 있다.

도 15에서는 3번에 걸쳐 냉력을 공급하는 경우를 예시하는 데, 압축기에 공급되는 입력값이 증가될수록 압축기의 구동 시간이 줄어들어서, 압축기가 저장실을 냉각할 때에 최적의 설정 알피엠을 찾아가는 과정을 도시한다.

반면에 S210에서 설정된 시간 내에 상기 압축기의 구동이 중지되면, S220에서는 상기 제1설정 알피엠보다 낮거나 동일한 제2설정 알피엠으로 구동하는 것도 가능하다. 즉 S210에서 짧은 시간 내에 충분히 저장실이 냉각되었기 때문에, 압축기의 알피엠을 줄여서 긴 시간 동안 압축기를 구동해서 에너지 효율을 증가시키는 것이 가능하다.

한편 본 발명의 다른 실시예에서는 S210에서 압축기의 설정 구동 알피엠을 결정할 때에, 본 발명의 일 실시예와 본 발명의 다른 실시예에서 적용되었던 윤활 모드 단계와 냉매 부하 감지 단계를 거친 후에, 감지된 부하에 따라 압축기의 운전 모든 중 하나를 선택하고 해당 운전 모드에 따른 구동 설정 알피엠에 따라 압축기를 구동하는 것이 가능하다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

100: 압축기 제어부 102: 냉매 부하 감지부
104: 알피엠 감지부 110: 구동부
120: 저장부

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11. 냉매를 압축하는 압축기를 제1설정 알피엠으로 구동하여 저장실의 온도를 하강시키는 제1압축기 구동 단계;
    상기 제1압축기 구동 단계에서 설정 시간 내에 저장실의 온도가 설정 온도에 도달하였는지 판단하는 온도 변화 판단 단계;
    상기 온도 변화 판단 단계에서 설정 시간 내에 설정된 온도에 도달하지 않았다고 판단되면, 상기 압축기를 제1설정 알피엠보다 한 단계 높은 제2설정 알피엠으로 설정하여 냉력을 증가시키는 제2압축기 구동 단계;를 포함하고,
    상기 제1압축기 구동 단계는,
    냉동 사이클에 포함된 윤활유로 압축기를 윤활시키기 위해 압축기를 설정 시간 동안 윤활 설정 알피엠의 운전 속도로 유지하는 윤활 모드 단계;
    상기 윤활 모드 단계에서 상기 압축기에 걸리는 부하를 상기 압축기에 공급되는 전류값에 의해서 감지하는 냉매 부하 감지 단계;를 포함하고,
    상기 냉매 부하 감지 단계에서 감지된 부하에 따라 상기 압축기의 운전 모드 중 하나를 선택하고 해당 운전 모드에 따른 구동 설정 알피엠에 따라 상기 압축기를 구동하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 온도 변화 판단 단계에서는 바이메탈(bimetal)에 의해서 저장실의 온도를 감지하고,
    상기 바이메탈은 저장실의 온도가 설정 온도에 도달하면 상기 압축기에 공급되는 전기를 차단하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제2압축기 구동 단계에서,
    상기 압축기를 상기 제2설정 알피엠으로 설정해서 구동하고 추가 설정 시간 내에 설정된 온도에 도달하지 않았다고 판단되면, 상기 제2설정 알피엠 보다 한 단계 높은 제3설정 알피엠으로 상기 압축기를 설정하여 냉력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법.
14. 냉매를 압축하는 압축기를 제1설정 알피엠으로 운전하여 냉력을 발생시키고, 저장실의 감지 온도가 설정 온도에 도달하면 상기 압축기의 구동을 중지하는 제1운전 단계;
    상기 제1운전 단계에서 설정된 시간을 초과하여 상기 압축기가 구동되면, 상기 제1설정 알피엠보다 높은 제2설정 알피엠으로 상기 압축기를 구동해서 냉력을 발생시키는 제2운전 단계;를 포함하고,
    상기 제1운전 단계는,
    냉동 사이클에 포함된 윤활유로 압축기를 윤활시키기 위해 압축기를 설정 시간 동안 윤활 설정 알피엠의 운전 속도로 유지하는 윤활 모드 단계;
    상기 윤활 모드 단계에서 상기 압축기에 걸리는 부하를 상기 압축기에 공급되는 전류값에 의해서 감지하는 냉매 부하 감지 단계;
    상기 냉매 부하 감지 단계에서 감지된 부하에 따라 상기 압축기의 운전 모드 중 하나를 선택하고 해당 운전 모드에 따른 구동 설정 알피엠에 따라 상기 압축기를 구동하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1운전 단계에서 설정된 시간 내에 상기 압축기의 구동이 중지되면, 상기 제2운전 단계에서는 상기 제1설정 알피엠보다 낮거나 동일한 제2설정 알피엠으로 구동하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법.
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17. 제14항에 있어서,
    상기 제1운전 단계에서 상기 제1설정 알피엠은 저장부에 저장되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 인버터 압축기 제어 방법.
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