KR102292394B1 - 압축기 - Google Patents

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KR102292394B1
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rotating shaft
compressor
avoidance operation
motor
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KR1020200023196A
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박한영
황윤제
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압축기는 토출유로의 진동수가 정상 범위를 벗어나는 경우, 회전축을 진동시키거나, 모터의 운전주파수를 변경하는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기 {Apparatus for compressor}
본 발명은 압축기 및 압축기의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 칠러 시스템은 냉수를 냉수 수요처로 공급하는 것으로서, 냉동 시스템을 순환하는 냉매와, 냉수 수요처와 냉동 시스템의 사이를 순환하는 냉수간에 열교환이 이루어져 냉수를 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 칠러 시스템은 대용량 설비로서, 규모가 큰 건물 등에 설치될 수 있다.
종래 칠러 시스템은 한국등록특허공보 제10-1084477호에 개시된다. 공보에 개시된 것과 같은 상기 칠러 시스템에서는, 회전 운동하는 압축기에서 야기되는 서지(Surge) 현상이 문제된다. 서지란 냉매의 유량과 대비하여 압축기의 압축비가 높을 때 일어나며, 압축기의 회전체가 공회전하게 되어 냉매 유동의 흐름이 불규칙하게 되는 현상을 말한다. 이러한 서지 현상 발생시, 압축기는 시스템의 압력 저항보다 큰 압력을 생산하지 못한다.
이에 따라, 서지 현상시, 냉매의 역류가 반복적으로 발생하여 압축기의 손상이 빈번하게 발생하게 되는 문제가 있다.
그러므로, 칠러 시스템에서 발생되는 서지 현상에 따른 압축기의 손상을 방지할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
또한, 압축기에서 서지가 발생한 후에 서지를 없애기 위한 제어를 하는 경우, 이미 압축기에 손상이 생기는 문제점이 존재한다.
한국등록특허공보 제10-1084477호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압축기에 발생되는 서지가 발생하는 경우 압축기의 손상을 방지하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 서지의 발생 전에 압축기의 토출유로의 진동수를 통해 서지 발생 전 단계를 예측하여서, 압축기의 손상과 압축기의 효율 저하를 미리 방지하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 서지의 발생이 예상되면, 모터의 운전 주파수를 변경하거나, 회전축을 다양한 방향으로 진동시켜서, 서지의 발생을 효율적으로 방지하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 압축기는 토출유로의 진동수가 정상 범위를 벗어나는 경우, 회전축을 진동시키거나, 모터의 운전주파수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 냉매를 흡입하여 압축하는 하나 이상의 임펠러; 상기 임펠러를 회전시키는 모터; 상기 임펠러와 상기 모터가 연결된 회전축; 상기 임펠러에서 압축된 냉매가 토출되는 토출유로; 상기 토출유로의 진동 주파수를 측정하는 진동측정 센서; 및 상기 진동측정 센서에서 측정된 상기 진동 주파수를 바탕으로 상기 모터의 운전 주파수를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 모터의 운전 주파수를 기설정된 횟수만큼 변경하는 서지 회피운전을 실행할 수 있다.
상기 서지 회피운전은, 상기 모터의 운전 주파수를 정격 운전 주파수와 상이한 제1 운전 주파수로 제1 시간 동안 운전하는 제1 서지회피 운전과, 상기 모터의 운전 주파수를 정격 운전 주파수로 제2 시간 동안 운전하는 제2 서지회피 운전을 포함할 수 있다.
상기 서지 회피운전은, 상기 제1 서지회피 운전과, 상기 제2 서지회피 운전을 교대로 기 설정된 횟수만큼 실행할 수 있다.
상기 제1 시간은 상기 제2 시간 보다 작을 수 있다.
상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위 내로 복귀할 때까지 상기 제1 서지회피 운전과 상기 제2 서지회피 운전을 교대로 반복하도록 상기 모터를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 회전축이 축 방향으로 진동하는 것을 제한하는 적어도 2개의 트러스트 베어링을 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 2개의 트러스트 베어링을 제어하여 상기 회전축을 축 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시킬 수 있다.
상기 트러스트 베어링은, 제1 트러스트 베어링과, 상기 제1 트러스트 베어링 사이에 상기 회전축의 적어도 일부가 위치되는 제2 트러스트 베어링을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 제1 트러스트 베어링에 공급되는 전류와 상기 제2 트러스트 베어링에 공급되는 전류를 기 설정된 횟수만큼 변경할 수 있다.
상기 제어부는 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 모터의 운전 주파수를 기설정된 횟수만큼 변경하는 서지 회피운전을 실행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 다수개의 자기베어링을 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 다수 개의 자기 베어링을 제어하여 상기 회전축을 상기 반경 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 각각의 자기 베어링 개에 공급되는 전류를 기 설정된 횟수만큼 변경할 수 있다.
본 발명은 상기 회전축이 축 방향으로 진동하는 것을 제한하는 적어도 2개의 트러스트 베어링; 및 상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 다수개의 자기베어링을 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 2개의 트러스트 베어링을 제어하여 상기 회전축을 축 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시키면서, 상기 다수 개의 자기 베어링을 제어하여 상기 회전축을 상기 반경 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 냉매를 흡입하여 압축하는 하나 이상의 임펠러; 상기 임펠러를 회전시키는 모터; 상기 임펠러와 상기 모터가 연결된 회전축; 상기 회전축이 축 방향으로 진동하는 것을 제한하는 적어도 2개의 트러스트 베어링; 상기 토출유로의 진동 주파수를 측정하는 진동측정 센서; 및 상기 진동측정 센서에서 측정된 상기 진동 주파수를 바탕으로 상기 트러스트 베어링을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 2개의 트러스트 베어링을 제어하여 상기 회전축을 축 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 다수개의 자기베어링을 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 다수 개의 자기 베어링을 제어하여 상기 회전축을 상기 반경 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 냉매를 흡입하여 압축하는 하나 이상의 임펠러; 상기 임펠러를 회전시키는 모터; 상기 임펠러와 상기 모터가 연결된 회전축; 상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 다수개의 자기베어링; 상기 토출유로의 진동 주파수를 측정하는 진동측정 센서; 및 상기 진동측정 센서에서 측정된 상기 진동 주파수를 바탕으로 상기 자기 베어링을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 다수 개의 자기 베어링을 제어하여 상기 회전축을 상기 반경 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시킬 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 압축기 및 그 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 서지 현상을 방지하여서, 압축기의 손상을 방지하는 장점이 있다.
둘째, 본 발명은 서지 현상의 발생을 미리 예상하여서, 회전축의 위치를 조절하므로, 서지 발생 시에 회전축이 임펠러 방향으로 편심되는 것을 신속하게 방지할 수 있는 장점도 있다.
셋째, 본 발명은 회전축의 위치를 서지 발생 전에 미리 이동시켜서, 서지 발생 시에 기준 위치에 있는 것 보다 작은 힘으로 압축기의 손상을 방지할 수 있고, 트러스트 베어링의 부피를 작게 할 수 있고, 전류 량을 줄일 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 칠러 시스템을 나타낸 것이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 제어부와 연결된 구성들의 관계를 도시한 블록도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기가 정상 작동의 경우를 도시한 것이다.
도 5a는 압축기의 서지회피 운전의 일 예를 도시한 것이다.
도 5b는 압축기의 서지회피 운전의 다른 예를 도시한 것이다.
도 6은 압축기의 서지회피 운전의 또 다른 예를 도시한 것이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어방법을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 서지회피 운전을 도시한 순서도 이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부도면은 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다름과 같다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 압축기를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 압축기(100)가 구비된 칠러 시스템을 도시한 것이다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)는 칠러 시스템의 일부로써 기능할 뿐만 아니라 공기조화기에도 포함될 수 있으며 기체 상태의 물질을 압축하는 기기라면 어디에든 포함될 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러 시스템(1)은 냉매를 압축하도록 형성된 압축기(100), 압축기(100)에서 압축된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매를 응축시키는 응축기(200), 응축기(200)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(300), 팽창기(300)에서 팽창된 냉매와 냉수를 열교환시켜 냉매의 증발과 함께 냉수를 냉각하도록 형성된 증발기(400)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러 시스템(1)은 응축기(200)에서 압축된 냉매와 냉각수를 사이의 열교환을 통해 냉각수를 가열하는 냉각수유닛(600)과, 증발기(400)에서 팽창된 냉매와 냉수 사이의 열교환을 통해 냉수를 냉각하는 공기조화유닛(500)을 더 포함한다.
응축기(200)는 압축기(100)에서 압축된 고압의 냉매를 냉각수유닛(600)에서 유입되는 냉각수와 열교환하는 장소를 제공한다. 고압의 냉매는 냉각수와의 열교환을 통해 응축된다.
응축기(200)는 쉘-튜브 타입의 열교환기로 구성될 수 있다. 구체적으로, 압축기(100)에서 압축된 고압의 냉매는 토출유로(150)를 통해 응축기(200) 내부 공간에 해당하는 응축공간(230)으로 유입된다. 또한, 응축공간(230) 내부에는 냉각수유닛(600)으로부터 유입되는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수유로(210)를 포함한다.
냉각수유로(210)는 냉각수유닛(600)으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수유입유로(211)와 냉각수유닛(600)으로 냉각수가 배출되는 냉각수토출유로(212)로 구성된다. 냉각수유입유로(211)로 유입된 냉각수는 응축공간(230) 내부에서 냉매와 열교환을 한 후 응축기(200) 내부 일단 또는 외부에 구비된 냉각수연결유로(240)를 지나 냉각수토출유로(212)로 유입된다.
냉각수유닛(600)과 응축기(200)는 냉각수튜브(220)를 매개로 하여 연결이 된다. 냉각수튜브(220)는 냉각수유닛 (600)과 응축기(200) 사이에 냉각수가 흐르는 통로가 될 뿐만 아니라 외부로 새어나가지 않도록 고무 등의 재질로 구성될 수 있다.
냉각수튜브(220)는 냉각수유입유로(211)와 연결되는 냉각수유입튜브(221)와 냉각수토출유로(212)와 연결되는 냉각수토출튜브(222)로 구성된다. 냉각수의 흐름을 전체적으로 살펴보면, 냉각수유닛(600)에서 공기 또는 액체와 열교환을 마친 냉각수는 냉각수유입튜브(221)를 통해 응축기(200) 내부로 유입된다. 응축기(200) 내부로 유입된 냉각수는 응축기(200) 내부에 구비된 냉각수유입유로(211), 냉각수연결유로(240), 냉각수토출유로(212)를 차례로 지나면서 응축기(200) 내부로 유입된 냉매와 열교환을 한 후 다시 냉각수토출튜브(222)를 지나 냉각수유닛(600)으로 유입된다.
한편, 응축기(200)에서 열교환을 통해 냉매의 열을 흡수한 냉각수는 냉각수유닛(600)에서 공냉시킬 수 있다. 냉각수유닛(600)은 본체부(630)와 냉각수토출튜브(222)를 통해 열을 흡수한 냉각수가 유입되는 입구인 냉각수유입관(610)과 냉각수유닛(600) 내부에서 냉각된 후 냉각수가 배출되는 출구인 냉각수토출관(620)으로 구성된다.
냉각수유닛(600)은 본체부(630) 내부로 유입된 냉각수를 냉각시키기 위해 공기를 이용할 수 있다. 구체적으로 본체부(630)는 공기의 흐름을 발생시키는 팬이 구비되고 공기가 토출되는 공기토출구(631)와 본체부(630) 내부로 공기를 유입되는 입구에 해당하는 공기흡입구(632)로 구성된다.
공기토출구(631)에서 열교환을 마치고 토출되는 공기는 난방에 이용될 수 있다. 응축기(200)에서 열교환을 마친 냉매는 응축되어 응축공간(230) 하부에 고이게 된다. 고인 냉매는 응축공간(230) 내부에 구비된 냉매박스(250)로 유입된 후 팽창기(300)로 흘러간다.
냉매박스(250)는 냉매유입구(251)로 유입되며, 유입된 냉매는 증발기연결유로(260)로 토출된다. 증발기연결유로(260)는 증발기연결유로유입구 (261)를 포함하며, 증발기연결유로유입구(261)는 냉매박스(250)의 하부에 위치할 수 있다.
증발기(400)는 팽창기(300)에서 팽창된 냉매와 냉수 사이에 열교환이 일어나는 증발공간(430)을 포함한다. 증발기연결유로(260)에서 팽창기(300)를 통과한 냉매는 증발기(400) 내부에 구비된 냉매분사장치(450)와 연결되며, 냉매분사장치(450)에 구비된 냉매분사홀(451)을 지나 증발기(400) 내부로 골고루 퍼지게 된다.
또한 증발기(400) 내부에는 증발기(400) 내부로 냉수가 유입되는 냉수유입유로(411)와 증발기(400) 외부로 냉수가 토출되는 냉수토출유로(412)를 포함하는 냉수유로(410)가 구비된다.
냉수는 증발기(400) 외부에 구비된 공기조화유닛(500)과 연통된 냉수튜브(420)를 통해 유입되거나 토출된다. 냉수튜브(420)는 공기조화유닛(500) 내부의 냉수가 증발기(400)로 향하는 통로인 냉수유입튜브(421)와 증발기(400)에서 열교환을 마친 냉수가 공기조화유닛(500)으로 향하는 통로인 냉수토출튜브(422)로 구성된다. 즉, 냉수유입튜브(421)는 냉수유입유로(411)와 연통되고 냉수토출튜브(422)는 냉수토출유로(412)와 연통된다.
냉수의 흐름을 살펴보면, 공기조화유닛(500), 냉수유입튜브(421), 냉수유입유로(411)를 거쳐 증발기(400)의 내부 일단 또는 증발기(400)의 외부에 구비된 냉수연결유로(440)를 통과한 후, 냉수토출유로(412), 냉수토출튜브(422)를 거쳐 공기조화유닛(500)으로 다시 유입된다.
공기조화유닛(500)은 냉매를 통해 냉수를 냉각시킨다. 냉각된 냉수는 공기조화유닛(500) 내에서 공기의 열을 흡수하여 실내 냉방을 가능하게 한다. 공기조화유닛(500)은 냉수유입튜브(421)과 연통되는 냉수토출관(520)과 냉수토출튜브(422)와 연통되는 냉수유입관(510)을 포함한다. 증발기(400)에서 열교환을 마친 냉매는 압축기(100)연결유로(460)를 통해 압축기(100)로 다시 유입된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)(일명, 터보 압축기)를 도시한 것이다.
도 2에 따른 압축기(100)는, 냉매를 축방향(Ax)으로 흡입하여 원심방향으로 압축하는 하나 이상의 임펠러(120), 임펠러(120) 및 임펠러(120)를 회전시키는 모터(130)가 연결된 회전축(110), 회전축(110)을 공중에서 회전 가능하도록 지지하는 다수개의 자기베어링(141)과 자기베어링(141)을 지지하는 베어링하우징(142)을 포함하는 베어링부(140), 회전축(110)과의 거리를 감지하는 진동측정 센서(72) 및 회전축(110)이 축방향(Ax)으로 진동하는 것을 제한하는 트러스트 베어링(160)을 포함한다. 또한, 본 발명의 압축기(100)는 토출유로(150)의 진동 주파수를 측정하는 진동측정 센서(72)를 더 포함할 수 있다.
임펠러(120)는 1단 또는 2단으로 이루어진 것이 일반적이며 다수개의 단으로 이루어져도 무방하다. 회전축(110)에 의해 회전을 하며, 축방향(Ax)으로 유입된 냉매를 원심방향으로 회전에 의해 압축을 함으로써 냉매를 고압으로 만드는 역할을 한다.
모터(130)는 회전축(110)과 별도의 회전축(110)을 가지고 벨트(미도시)에 의해 회전력을 회전축(110)으로 전달하는 구조를 가질 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예의 경우, 모터(130)(13)는 스테이터(미도시) 및 로터(112)로 구성되어 회전축(110)을 회전시킨다.
회전축(110)은 임펠러(120) 및 모터(130)(13)와 연결된다. 회전축(110)은 도 2의 좌우 방향으로 연장된다. 이하, 회전축(110)의 축방향(Ax)은 좌우 방향을 의미한다. 회전축(110)은 자기베어링(141) 및 트러스트 베어링(160)의 자기력에 의해 움직일 수 있도록 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
트러스트 베어링(160)에 의회 회전축(110)읜 축방향(Ax)(좌우방향)의 진동을 방지하기 위해, 회전축(110)이 축방향(Ax)과 수직한 면에서 일정한 면적을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 회전축(110)은 트러스트 베어링(160)의 자기력에 의해 회전축(110)을 이동시킬 수 있는 충분한 자기력을 제공하는 회전축(110)날개(111)를 더 포함할 수 있다. 회전축(110)날개(111)는 축방향(Ax)에 수직한 면에서 회전축(110)의 단면적 보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 회전축(110)날개(111)는 회전축(110)의 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
자기베어링(141)과 트러스트 베어링(160)은 도체로 구성되며 코일(143)이 권선되어 있다. 권선된 코일(143)에 흐르는 전류에 의해 자석과 같은 역할을 한다.
자기베어링(141)은 회전축(110)을 중심으로 하여 회전축(110)을 둘러싸도록 다수개가 구비된다. 자기베어링(141)은 회전축(110)의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 회전축(110)을 지지한다. 트러스트 베어링(160)은 회전축(110)의 회전 반경 방향으로 연장되어 구비되는 회전축(110)날개(111)에 인접하도록 구비된다.
자기베어링(141)은 회전축(110)이 공중에 부양된 상태에서 마찰 없이 회전할 수 있도록 한다. 이를 위해 자기베어링(141)은 회전축(110)을 중심으로 적어도 3개 이상이 구비되어야 하며, 각각의 자기베어링(141)은 회전축(110)을 중심으로 균형을 이루어 설치되어야 한다.
본 발명의 일 실시예의 경우, 4개의 자기베어링(141)이 회전축(110)을 중심으로 대칭되도록 구비되며, 각각의 자기베어링(141)에 권선된 코일에 의해 생성된 자기력에 의해 회전축(110)이 공중에 부양하게 된다. 공중에 회전축(110)이 부양되어 회전함으로 인해, 기존에 베어링이 구비된 종래 발명과 달리 마찰로 인해 손실되는 에너지가 줄어들게 된다.
한편, 압축기(100)는 자기베어링(141)을 지지하는 베어링하우징(142)을 더 구비할 수 있다. 자기베어링(141)은 다수개가 구비되며, 회전축(110)과 접촉되지 않도록 간극을 두고 설치된다.
다수개의 자기베어링(141)은 적어도 회전축(110)의 두 지점에 설치된다. 두 지점은 회전축(110)의 길이방향을 따라 서로 다른 지점에 해당한다. 회전축(110)이 직선에 해당하기 때문에 적어도 두 개의 지점에서 회전축(110)을 지탱해야 원주 방면으로의 진동을 방지할 수 있다.
냉매의 흐름을 살펴보면, 압축기(100)연결유로(460)를 통해 압축기(100) 내부로 유입된 냉매가 임펠러(120)의 작용으로 원주 방면으로 압축된 후 토출유로(150)(150)로 토출된다. 압축기(100)연결유로(460)는 임펠러(120)의 회전 방향 과 수직인 방향으로 냉매가 유입될 수 있도록 압축기(100)와 연결된다.
트러스트 베어링(160)은 회전축(110)이 축방향(Ax)의 진동으로 이동하는 것을 제한하고, 서지 발생시에 회전축(110)이 임펠러(120) 방향으로 이동하면서, 압축기(100)의 다른 구성과 회전축(110)의 출동하게 되는 것을 방지한다.
구체적으로, 트러스트 베어링(160)은, 제1트러스트베어링(161)과 제2트러스트베어링(162)으로 구성되며 회전축(110)날개(111)를 회전축(110)의 축방향(Ax)으로 감싸도록 배치된다. 즉, 회전축(110)의 축방향(Ax)으로 제1트러스트베어링(161), 회전축(110)날개(111), 제2트러스트베어링(162)의 순서로 배치된다.
더욱 구체적으로, 제2 트러스트 베어링(162)(162)은 제1 트러스트 베어링(161)(161) 보다 임펠러(120)에 인접하게 위치되고, 제1 트러스트 베어링(161)(161)은 제2 트러스트 베러링 보다 임펠러(120)에서 멀게 위치되고, 제1 트러스트 베어링(161)(161)과 제2 트러스트 베어링(162)(162) 사이에 회전축(110)의 적어도 일부가 위치된다. 바람직하게는, 제1 트러스트 베어링(161)(161)과 제2 트러스트 베어링(162)(162) 사이에 회전축(110)날개(111)가 위치된다.
따라서 제1트러스트베어링(161)과 제2트러스트베어링(162)은 넓은 면적을 가지는 회전축(110)날개(111)와 자기력의 작동에 의해 회전축(110)이 회전축(110) 방향으로 진동하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
진동측정 센서(72)는 회전축(110)의 축방향(Ax)(좌우방향) 움직임을 측정한다. 물론, 진동측정 센서(72)는 회전축(110)의 상하방향(축방향(Ax)과 직교하는 방향) 움직임을 측정할 수 있다. 물론, 진동측정 센서(72)는 다수의 진동측정 센서(72)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 진동측정 센서(72)는 회전축(110)의 상하 방향 움직임을 측정하는 제1 갭센서(710)와 회전축(110)의 좌우 방향 움직임을 측정하는 제2갭센서(720)로 구성된다. 제2 갭센서(720)는 회전축(110)의 축방향(Ax)의 일단에서 축방향(Ax)으로 이격되어 배치될 수 있다.
토출유로(150)는 임펠러에서 압축된 냉매가 토출된다. 진동측정 센서(72)는 토출유로(150)의 진동 주파수를 측정하고, 진동 주파수 값을 제어부(700) 또는 저장부(740)에 제공한다. 진동측정 센서(72)는 토출유로(150)에 인접하게 설치될 수 있다. 진동측정 센서(72)는 가속도계를 이용하여 토출유로(150)의 진동을 계측하거나 기타 다양한 방법을 사용하여 토출유로(150)의 진동을 계측한다.
본 발명은 서지가 발생하는 경우, 이미 압축기(100)에 손상이 가해지므로, 압축기(100)의 서지가 발생 전에 미리 이를 파악하고, 서지 발생 전 단계에서 서지를 예방하는 것이다.
토출유로(150)의 진동수를 감지하면, 회전축(110)의 진동을 감지하는 것 보다 계측이 유리하고, 장비의 추가 설치가 편한 이점이 존재한다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 진동측정 센서(72)에서 측정된 진동 주파수를 바탕으로 서지회피 운전을 실행하는 제어부(700)를 더 포함할 수 있다.
제어부(700)는 진동측정 센서(72)와 자기베어링(141), 모터(130) 및 트러스트 베어링(160)에 인가되는 전류의 크기를 증폭시키는 전력증폭기(730)을 제어한다.
전력증폭기(730)를 제어하여 자기베어링(141), 모터(130) 및 트러스트 베어링(160)에 인가되는 전류의 크기를 조절하고, 진동측정 센서(72)를 이용하여 전류의 크기 변화에 따라 회전축(110)의 위치 변화를 파악할 수 있다.
진동측정 센서(72)에서 측정된 값은 저장부(740)에 저장된다. 기준 위치(C0), 정상 위치 범위(-C1~+C1), 편심 위치 등의 데이터를 미리 저장부(740)에 저장시켜 놓을 수 있다. 향후 서지 발생 조건을 판단할 때 측정된 값과 저장부(740)에 저장된 값을 서로 비교하여 서지회피 운전을 할지 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우 서지회피 운전을 실행한다.
압축기(100)에서 발생하는 서지는 대부분 유동박리가 성장하여 발생하는 로테이션 스톨에 의한 것이다. 마그네틱 베어링은 축을 위치를 제어하기 때문에 시스템에 영향이 없을 정도의 극부의 기간 동안 축을 흔들 수 있고, 인버터 제품은 압축기(100)의 회전수를 제어하는 방식으로 로테이션 스톨이 발생하기 전에 유동박리를 관리할 수 있다면 서지를 회피하면서 운전이 가능하다.
유동박리는 냉매 유로를 막는 방향으로 성장하기 때문에 토출유로(150)의 진동성분을 분석하면 BPF(Blade Passing Frequency) 값의 변화로 유동박리가 성장하는지 확인이 가능하다. 본 발명은 유동박리의 성장을 관측하고 제어를 통해 유동박리를 털어냄으로써 서지를 회피한다. BPF는 블레이드 날개 수와 현재 모터(130)의 운전 주파수의 곱으로 정의될 수 있다.
여기서, 정상 진동 주파수는 실험적으로 정해진 값일 수 있다. 다른 예로, 제어부(700)는 토출유로(150)의 진동 주파수가 BPF 값 보다 낮은 경우, 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(700)는 토출유로(150)의 진동 주파수가 BPF 값 보다 낮은 상태가 일정 시간 계속되는 경우, 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단할 수 있다.
이하, 압축기(100)의 정상 운전을 설명한다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)가 정상 작동의 경우를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 제어부(700)는 정상 운전 시에, 모터(130)의 운전 주파수를 정상 주파수로 유지하고, 회전축(110)을 정상 위치 범위 내에 있도록 제어한다. 구체적으로, 제어부(700)는 자기베어링(141)을 제어하여, 회전축(110)의 반경방향 위치를 제어하고, 트러스트 베어링을 제어하여, 회전축(110)의 축방향(Ax) 위치를 제어한다.
이하, 도 5a를 참조하여 압축기(100)의 서지회피 운전의 일 예를 설명한다.
제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우 서지회피 운전을 실행한다.
예를 들면, 서지회피 운전은 압축기(100)의 회전축(110)을 축 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시키는 것이다.
제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 2개의 트러스트 베어링(160)을 제어하여 회전축(110)을 축 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시킨다.
구체적으로, 제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 제1 트러스트 베어링(161)에 공급되는 전류와 제2 트러스트 베어링(162)에 공급되는 전류를 기 설정된 횟수만큼 변경할 수 있다.
여기서, 제1 트러스트 베어링(161)에 공급되는 전류와 제2 트러스트 베어링(162)에 공급되는 전류는 서로 랜덤하게 기 설정된 횟수만큼 변경될 수 있다.
물론, 제어부(700)는 회전축(110)을 축 방향으로 정해진 횟수만큼 정해진 주파수로 진동시키기 위해, 진동측정 센서(72)로부터 받은 정보에 의해 회전축(110)의 축 방향에서 위치를 감지하면서, 제1 트러스트 베어링(161)에 공급되는 전류와 제2 트러스트 베어링(162)에 공급되는 전류를 변경할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 제1 트러스트 베어링(161)에 공급되는 제1전류 값을, 제2 트러스트 베어링(162)에 공급되는 제2 전류 값 보다 작게 했다가, 제1 트러스트 베어링(161)에 공급되는 제1전류 값을, 제2 트러스트 베어링(162)에 공급되는 제2 전류 값 보다 크게 하는 것을 기 설정된 횟수로 반복할 수 있다.
이 때, 회전축(110)의 작동 범위는 한계 범위 보다 작은 범위로 설정되고, 정상 위치 범위(-C1~+C1) 내에서 진동을 줄 수도 있고, 정상 위치 범위(-C1~+C1)를 벗어나는 진동도 가능하다.
이하, 도 5b를 참조하여 압축기(100)의 서지회피 운전의 다른 예를 설명한다.
예를 들면, 서지회피 운전은 압축기(100)의 회전축(110)을 반경방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시키는 것이다.
제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 다수 개의 자기베어링(141)을 제어하여 회전축(110)을 반경 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시킨다.
구체적으로, 제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 각각의 자기베어링(141) 개에 공급되는 전류를 기 설정된 횟수만큼 변경할 수 있다.
여기서, 각 자기베어링(141)에 공급되는 전류는 서로 다르며 랜덤하게 기 설정된 횟수만큼 변경될 수 있다.
물론, 제어부(700)는 회전축(110)을 반경방향으로 정해진 횟수만큼 정해진 주파수로 진동시키기 위해, 진동측정 센서(72)로부터 받은 정보에 의해 회전축(110)의 반경방향에서 위치를 감지하면서, 다수 개의 자기베어링(141)에 공급되는 전류를 변경할 수 있다.
본 발명은 자기베어링(141)이 원주 방향을 따라 다수 개가 배치되고, 도 5b를 기준으로 회전축(110) 보다 위에 배치되는 자기베어링(141)을 제1 자기베어링(141))으로 정의하고, 회전축(110) 보다 아래에 배치되는 자기베어링(141)을 제2 자기베어링(141b)으로 정의할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 제1 자기베어링(141a)에 공급되는 제3전류 값을, 제2 자기베어링(141b)에 공급되는 제4 전류 값 보다 작게 했다가, 제1 자기베어링(141a)에 공급되는 제3 전류 값을, 제2 자기베어링(141b)에 공급되는 제4 전류 값 보다 크게 하는 것을 기 설정된 횟수로 반복할 수 있다.
이 때, 회전축(110)의 작동 범위는 한계 범위 보다 작은 범위로 설정되고, 정상 위치 범위(-Ax1~+Ax1) 내에서 진동을 줄 수도 있고, 정상 위치 범위(-Ax1~+Ax1)를 벗어나는 진동도 가능하다.
이하, 도 6을 참조하여 압축기(100)의 서지회피 운전의 또 다른 예를 설명한다.
제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우 서지회피 운전을 실행한다.
예를 들면, 서지회피 운전은 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 모터(130)의 운전 주파수를 기설정된 횟수만큼 변경하는 것이다.
제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 모터(130)의 운전 주파수를 정격 운전 주파수와 상이한 제1 운전 주파수로 제1 시간(t1) 동안 운전하는 제1 서지회피 운전(S1)과, 모터(130)의 운전 주파수를 정격 운전 주파수로 제2 시간(t2) 동안 운전하는 제2 서지회피 운전을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 모터(130)에 공급되는 전류 값을 변경할 수 있다. 여기서, 제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 모터(130)에 공급되는 전류 값을 모터(130)의 정상 운전 전류 값 보다 일정 비율로 크거나 작은 전류 값으로 변경하고, 다시 정상 운전 전류 값으로 변경할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제어부(700)는 서지 회피운전은 제1 서지회피 운전(S1)과, 제2 서지회피 운전을 교대로 기 설정된 횟수만큼 실행할 수 있다. 물론, 제어부(700)는 제어부(700)는, 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위 내로 복귀할 때까지 제1 서지회피 운전(S1)과 제2 서지회피 운전을 교대로 반복하도록 모터(130)를 제어할 수도 있다.
여기서, 제1 시간(t1)은 제2 시간(t2) 보다 작은 것이 바람직하다. 물론, 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)은 동일할 수도 있다.
또 다른 예로, 서지회피 운전은 상술한 모터(130)의 운전 주파수를 변경하는 것, 회전축(110)을 축 방향으로 진동시키는 것 및 회전축(110)을 반경방향으로 진동시키는 것 중 적어도 하나를 실행할 수 있다.
또 다른 예로, 서지회피 운전은 상술한 모터(130)의 운전 주파수를 변경하는 것, 회전축(110)을 축 방향으로 진동시키는 것 및 회전축(110)을 반경방향으로 진동시키는 것을 진동 주파수가 정상 주파수 범위로 회복될 때까지 순차적으로 실행할 수도 있다.
또 다른 예로, 서지회피 운전은 상술한 모터(130)의 운전 주파수를 변경하는 것, 회전축(110)을 축 방향으로 진동시키는 것 및 회전축(110)을 반경방향으로 진동시키는 것을 진동 주파수가 정상 주파수 범위로 회복될 때까지 동시에 실행할 수도 있다.
한편 본 발명의 일 실시예의 경우, 압축기(100)의 제어방법을 제공한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 제어방법 단계를 도시한 것이다.
본 발명의 압축기(100) 제어방법은 토출유로(150)의 진동 주파수를 측정하는 (a)단계, 측정된 진동 주파수가 정상 진동 주파수인지 판단하는 (b)단계, 측정된 진동 주파수가 정상 진동 주파수가 아닌 경우, 서지회피 운전을 실행하는 (c) 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 측정된 진동 주파수가 정상 진동 주파수인 경우, 트러스트 베어링(160)과 자기베어링(141)들에 공급되는 전류의 양을 조절하여서, 회전축(110)을 기준 위치(C0, Ax0)에 위치시키는 (d) 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, (a)단계(S10)는 토출유로(150)의 진동 주파수를 측정한다(S10). 또한 진동측정 센서(72)에 의해 측정된 데이터는 제어부(700)에 저장된다(S20). 구체적으로 제어부(700)와 연결된 저장부(740)에 저장될 수 있다.
이후, 진동측정 센서(72)에서 측정된 진동 주파수가 정상 진동 주파수인지 판단한다(S50). 정상 진동 주파수 인지 판단기준은 상술한 바와 같다.
제어부(700)는 측정된 진동 주파수가 정상 진동 주파수가 아닌 경우, 서지회피 운전을 실행한다(S60).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)의 서지회피 운전을 도시한 순서도 이다.
서지회피 운전(S60)은 모터(130)의 운전 주파수를 변경하는 단계(S61), 회전축(110)을 축 방향으로 진동시키는 단계(S63) 및 회전축(110)을 반경방향으로 진동시키는 단계(S65)를 포함한다.
모터(130)의 운전 주파수를 변경하는 단계(S61), 회전축(110)을 축 방향으로 진동시키는 단계(S63) 및 회전축(110)을 반경방향으로 진동시키는 단계(S65)는 진동 주파수가 정상 주파수 범위로 회복될 때까지 동시, 이시 또는 순차적으로 실행될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 압축기 110: 회전축
120: 임펠러 141: 자기베어링
200: 응축기 300: 팽창밸브
400: 증발기 500: 공기조화유닛
600: 냉각수유닛

Claims (16)

  1. 냉매를 흡입하여 압축하는 하나 이상의 임펠러;
    상기 임펠러를 회전시키는 모터;
    상기 임펠러와 상기 모터가 연결된 회전축;
    상기 임펠러에서 압축된 냉매가 토출되는 토출유로;
    상기 토출유로의 진동 주파수를 측정하는 진동측정 센서; 및
    상기 진동측정 센서에서 측정된 상기 진동 주파수를 바탕으로 상기 모터의 운전 주파수를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 모터의 운전 주파수를 기설정된 횟수만큼 변경하는 서지 회피운전을 실행하며,
    상기 서지 회피운전은,
    상기 모터의 운전 주파수를 정격 운전 주파수와 상이한 제1 운전 주파수로 제1 시간 동안 운전하는 제1 서지회피 운전과,
    상기 모터의 운전 주파수를 정격 운전 주파수로 제2 시간 동안 운전하는 제2 서지회피 운전을 포함하고,
    상기 서지 회피운전은,
    상기 제1 서지회피 운전과, 상기 제2 서지회피 운전을 교대로 기 설정된 횟수만큼 실행하는 압축기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시간은 상기 제2 시간 보다 작은 압축기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위 내로 복귀할 때까지 상기 제1 서지회피 운전과 상기 제2 서지회피 운전을 교대로 반복하도록 상기 모터를 제어하는 압축기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전축이 축 방향으로 진동하는 것을 제한하는 적어도 2개의 트러스트 베어링을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 2개의 트러스트 베어링을 제어하여 상기 회전축을 축 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시키는 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 트러스트 베어링은,
    제1 트러스트 베어링과,
    상기 제1 트러스트 베어링 사이에 상기 회전축의 적어도 일부가 위치되는 제2 트러스트 베어링을 포함하는 압축기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 제1 트러스트 베어링에 공급되는 전류와 상기 제2 트러스트 베어링에 공급되는 전류를 기 설정된 횟수만큼 변경하는 압축기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 모터의 운전 주파수를 기설정된 횟수만큼 변경하는 서지 회피운전을 실행하는 압축기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 다수개의 자기베어링을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 다수 개의 자기 베어링을 제어하여 상기 회전축을 상기 반경 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시키는 압축기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 각각의 자기 베어링 개에 공급되는 전류를 기 설정된 횟수만큼 변경하는 압축기.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 회전축이 축 방향으로 진동하는 것을 제한하는 적어도 2개의 트러스트 베어링; 및
    상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 다수개의 자기베어링을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우, 상기 2개의 트러스트 베어링을 제어하여 상기 회전축을 축 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시키면서, 상기 다수 개의 자기 베어링을 제어하여 상기 회전축을 상기 반경 방향으로 기 설정된 횟수만큼 진동시키는 압축기.


  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102292391B1 (ko) * 2020-03-27 2021-08-20 엘지전자 주식회사 압축기 및 그 제어방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101084477B1 (ko) 2008-03-26 2011-11-21 산요덴키가부시키가이샤 칠러 장치, 칠러 장치를 갖는 냉동 시스템 및 공기 조화 장치
JP2018159306A (ja) * 2017-03-22 2018-10-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ターボ圧縮機

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9976565B2 (en) * 2011-06-30 2018-05-22 Carrier Corporation Compressor surge detection
US9624936B2 (en) * 2012-05-16 2017-04-18 Compressor Controls Corporation Turbocompressor antisurge control by vibration monitoring
EP2677176B1 (en) * 2012-06-22 2018-12-19 Skf Magnetic Mechatronics Compact electric centrifugal compressor
US10280928B2 (en) * 2015-10-02 2019-05-07 Daikin Applied Americas Inc. Centrifugal compressor with surge prediction
KR101859834B1 (ko) * 2016-08-24 2018-06-28 엘지전자 주식회사 압축기 및 그 제어방법
JP6826959B2 (ja) * 2017-07-12 2021-02-10 荏原冷熱システム株式会社 圧縮式冷凍機
CN109780696A (zh) * 2018-12-29 2019-05-21 上海三菱电机·上菱空调机电器有限公司 一种空调外机的控制方法及装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101084477B1 (ko) 2008-03-26 2011-11-21 산요덴키가부시키가이샤 칠러 장치, 칠러 장치를 갖는 냉동 시스템 및 공기 조화 장치
JP2018159306A (ja) * 2017-03-22 2018-10-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ターボ圧縮機

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