KR102441949B1 - Apparatus for controlling linear compressor and refrigerator including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치는, 리니어 압축기의 동작 상태를 검출하는 검출부, 상기 검출된 동작 상태에 기초하여, 상기 리니어 압축기에 포함된 리니어 모터의 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를 각각 설정하는 제어부, 및 상기 제어부에 의해 설정된 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수에 따라 상기 리니어 모터가 구동되기 위한 구동신호를 생성하여 상기 리니어 압축기로 출력하는 구동신호 생성부를 포함한다.A control apparatus for a linear compressor according to an embodiment of the present invention includes a detection unit for detecting an operation state of the linear compressor, and based on the detected operation state, a compression stroke frequency and a suction stroke frequency of the linear motor included in the linear compressor and a control unit for each setting, and a driving signal generator for generating a driving signal for driving the linear motor according to the compression stroke frequency and the suction stroke frequency set by the control unit and outputting the driving signal to the linear compressor.
Description
본 발명은 리니어 압축기의 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리니어 압축기의 운전 시 리니어 모터의 각 행정에 대한 주파수를 가변할 수 있는 리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고에 관한 것이다. The present invention relates to a control device for a linear compressor, and more particularly, to a control device for a linear compressor capable of varying a frequency for each stroke of a linear motor during operation of the linear compressor, and a refrigerator including the same.
일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 일부분으로 사용된다.In general, a compressor is a device that converts mechanical energy into compressed energy of a compressive fluid, and is used as a part of a refrigeration device, for example, a refrigerator or an air conditioner.
리니어 압축기는 모터의 직선 구동력을 이용하여 냉매를 흡입, 압축, 토출시키는 기기이다. 상기 리니어 압축기는 크게 가스를 압축시키는 실린더 및 피스톤 등이 포함된 압축부와, 상기 압축부에 구동력을 공급하는 리니어 모터가 포함된 구동부로 나눌 수 있다. 상기 리니어 압축기는 선형동작을 하기 때문에 마찰이 적고, 구동력의 대부분이 가스의 압축에 사용되는 등의 이유로, 에너지 사용효율이 높은 장점을 얻을 수 있다. A linear compressor is a device that sucks, compresses, and discharges refrigerant using the linear driving force of a motor. The linear compressor may be largely divided into a compression unit including a cylinder and a piston for compressing gas, and a driving unit including a linear motor for supplying driving force to the compression unit. Since the linear compressor operates in a linear manner, friction is low, and most of the driving force is used for gas compression, and thus energy use efficiency is high.
상기 리니어 모터는 소정의 운전주파수(fc)로 작동하여, 상기 피스톤이 소정의 스트로크(S)로 왕복 직선 운동하도록 한다. 상기 피스톤은 상기 리니어 모터에 의해 왕복 직선 운동하더라도 운동방향으로 탄성 지지될 수 있도록 스프링이 설치된다. 예를 들어, 기계 스프링의 일종인 코일 스프링이 상기 피스톤의 운동방향으로 밀폐용기 및 실린더에 탄성 지지되도록 설치된다. 뿐만 아니라, 압축공간으로 흡입된 냉매 역시 가스 스프링으로 작용하게 된다. 상기 코일 스프링은 일정한 기계 스프링 상수(Km)를 가지고, 상기 가스 스프링은 부하에 따라 가변되는 가스 스프링 상수(Kg)를 가진다. 따라서 상기 기계 스프링 상수(Km) 및 가스 스프링 상수(Kg)를 고려하여 피스톤(또는 리니어 압축기)의 고유주파수(fn)가 산출된다. 상기 피스톤의 고유주파수(fn)은 하기 수학식 1과 같다. The linear motor operates at a predetermined operating frequency fc so that the piston reciprocates linearly with a predetermined stroke S. The piston is provided with a spring so that it can be elastically supported in the motion direction even when the piston reciprocates linearly by the linear motor. For example, a coil spring, which is a kind of mechanical spring, is installed so as to be elastically supported by the sealed container and the cylinder in the movement direction of the piston. In addition, the refrigerant sucked into the compression space also acts as a gas spring. The coil spring has a constant mechanical spring constant (Km), and the gas spring has a gas spring constant (Kg) that varies according to a load. Accordingly, the natural frequency fn of the piston (or linear compressor) is calculated in consideration of the mechanical spring constant (Km) and the gas spring constant (Kg). The natural frequency fn of the piston is as shown in Equation 1 below.
여기서, fn은 피스톤의 고유주파수이고, Km은 코일 스프링의 기계 스프링 상수이고, Kg는 가스 스프링 상수이고, M은 피스톤의 질량이다. Here, fn is the natural frequency of the piston, Km is the mechanical spring constant of the coil spring, Kg is the gas spring constant, and M is the mass of the piston.
이와 같이 산출된 피스톤의 고유주파수(fn)는 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)를 결정하는 주요인자로서 작용한다. 구체적으로, 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)가 상기 피스톤의 고유주파수(fn)와 일치하도록 하는 것, 즉 양 주파수가 일치되는 공진 상태에서 상기 리니어 모터를 운전시킴으로써 리니어 모터의 운전 효율을 극대화 시킬 수 있다. 에너지 사용효율이 높다는 상기 리니어 압축기의 장점은, 상기 피스톤의 고유주파수(fn)와 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)가 일치하는 공진 상태에서 얻을 수 있고, 상기 공진 상태가 달라질수록 리니어 압축기의 에너지 사용효율을 저하시키는 주된 요인으로 작용하게 된다. The calculated natural frequency fn of the piston acts as a main factor determining the operating frequency fc of the linear motor. Specifically, by making the operating frequency fc of the linear motor coincide with the natural frequency fn of the piston, that is, by operating the linear motor in a resonance state in which both frequencies match, the operating efficiency of the linear motor is maximized. can The advantage of the linear compressor that the energy use efficiency is high is that it can be obtained in a resonance state in which the natural frequency fn of the piston and the operating frequency fc of the linear motor match, and as the resonance state changes, the energy of the linear compressor It acts as the main factor that lowers the usage efficiency.
상기 리니어 압축기의 운전시에는, 실제 부하가 가변됨에 따라 상기 가스 스프링의 가스 스프링 상수(Kg) 및 이를 고려하여 산출된 피스톤의 고유주파수(fn)가 변경된다. 예를 들어 리니어 압축기의 부하가 커짐에 따라서 상기 피스톤의 고유주파수(fn)은 커지게 된다. 구체적으로, 부하가 증가할수록 제한된 공간에서 냉매의 압력 및 온도가 높아지고, 이로 인하여 상기 가스 스프링 자체의 탄성력이 커져서 가스 스프링 상수(Kg)가 커지고, 이러한 가스 스프링 상수(Kg)에 비례하여 산출되는 피스톤의 고유주파수(fn) 역시 커지게 되는 것이다. During operation of the linear compressor, the gas spring constant (Kg) of the gas spring and the natural frequency (fn) of the piston calculated in consideration thereof are changed as the actual load is changed. For example, as the load of the linear compressor increases, the natural frequency fn of the piston increases. Specifically, as the load increases, the pressure and temperature of the refrigerant in a limited space increase, thereby increasing the elastic force of the gas spring itself to increase the gas spring constant (Kg), and the piston calculated in proportion to the gas spring constant (Kg) The natural frequency fn of is also increased.
살펴본 바와 같이, 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)가 상기 피스톤의 고유주파수(fn)에 가급적 일치되도록 하는 것이 리니어 압축기의 운전효율과 에너지 사용효율을 높이는 것에 있어서 바람직하다. 그러나, 리니어 압축기에는 피스톤, 실린더, 및 스프링 등의 기구 고유주파수(fm)가 있고, 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)가 상기 기구 고유주파수(fm)와 일치하는 경우에는 상기 각 부품이 기계공진현상을 일으켜서 큰 소음을 야기하고 제품이 파손되는 경우도 있다. As described above, it is preferable to increase the operating efficiency and energy use efficiency of the linear compressor so that the operating frequency fc of the linear motor matches the natural frequency fn of the piston as much as possible. However, the linear compressor has a mechanical natural frequency fm such as a piston, a cylinder, and a spring. In some cases, the phenomenon may cause a loud noise and damage the product.
상기 기계공진현상으로 인하여 리니어 모터의 운전주파수(fc)를 가변하는 것은 자유롭지 않다. 예를 들어, 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)를 가변시키더라도, 피스톤의 고유주파수(fm)를 회피하거나, 리니어 모터의 운전주파수(fc)로 설정될 수 있는 운전주파수를 몇가지 경우로 제한하여 운전할 수 밖에 없었다.It is not free to vary the operating frequency fc of the linear motor due to the mechanical resonance phenomenon. For example, even if the operating frequency fc of the linear motor is varied, the natural frequency fm of the piston is avoided or the operating frequency that can be set as the operating frequency fc of the linear motor is limited to several cases. I had no choice but to drive.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 리니어 압축기의 리니어 모터에 대한 총 운전주파수를 고정시키면서, 리니어 모터의 행정들 각각에 대한 주파수를 가변 제어할 수 있는 리니어 압축기의 제어장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a control device for a linear compressor capable of variably controlling the frequency for each stroke of the linear motor while fixing the total operating frequency of the linear motor of the linear compressor.
본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치는, 리니어 압축기의 동작 상태를 검출하여, 상기 리니어 압축기에 포함된 리니어 모터의 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를 각각 설정함으로써, 리니어 압축기의 동작 효율을 보다 향상시킬 수 있다.The apparatus for controlling a linear compressor according to an embodiment of the present invention detects the operation state of the linear compressor and sets the compression stroke frequency and the suction stroke frequency of the linear motor included in the linear compressor, respectively, to increase the operating efficiency of the linear compressor can be further improved.
실시 예에 따라, 상기 압축 행정 주파수는 상기 흡입 행정 주파수보다 높게 설정될 수 있다.In some embodiments, the compression stroke frequency may be set higher than the suction stroke frequency.
실시 예에 따라, 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수의 평균에 해당하는 총 운전주파수는 고정되어, 리니어 압축기 내의 부품들에 기계공진현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.According to an embodiment, the total operating frequency corresponding to the average of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency is fixed, so that it is possible to prevent a mechanical resonance phenomenon from occurring in the components in the linear compressor.
실시 예에 따라, 상기 검출부는, 상기 리니어 압축기의 모터 전압을 검출하는 전압 검출부, 및 상기 리니어 압축기의 모터 전류를 검출하는 전류 검출부를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the detector may include a voltage detector configured to detect a motor voltage of the linear compressor, and a current detector configured to detect a motor current of the linear compressor.
상기 제어부는, 상기 검출된 모터 전압 및 모터 전류에 기초하여 역기전력을 산출하고, 상기 모터 전류와 상기 역기전력 사이의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 설정할 수 있다.The control unit calculates a counter electromotive force based on the detected motor voltage and motor current, detects a phase difference between the motor current and the counter electromotive force, and each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency based on the detected phase difference can be set.
실시 예에 따라, 상기 검출부는, 상기 검출된 모터 전압 및 모터 전류에 기초하여 상기 리니어 압축기에 포함된 피스톤의 스트로크를 검출하는 스트로크 검출부를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the detection unit may further include a stroke detection unit configured to detect a stroke of a piston included in the linear compressor based on the detected motor voltage and motor current.
상기 제어부는, 상기 모터 전류와 상기 스트로크의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 설정할 수 있다.The controller may detect a phase difference between the motor current and the stroke, and set the compression stroke frequency and the suction stroke frequency, respectively, based on the detected phase difference.
실시 예에 따라, 상기 제어장치는 위상차 별로 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 중 적어도 하나에 대한 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 메모리에 저장된 상기 정보와 검출된 위상차에 기초하여, 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 설정할 수 있다.According to an embodiment, the control device further comprises a memory for storing information on at least one of a compression stroke frequency and a suction stroke frequency for each phase difference, and the control unit, based on the information stored in the memory and the detected phase difference , each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency may be set.
일례로, 상기 검출된 위상차가 제1 위상차인 경우, 상기 압축 행정 주파수는 제1 압축 행정 주파수로 설정되고, 상기 흡입 행정 주파수는 제1 흡입 행정 주파수로 설정될 수 있다. 상기 검출된 위상차가 상기 제1 위상차보다 큰 제2 위상차인 경우, 상기 압축 행정 주파수는 상기 제1 압축 행정 주파수보다 높은 제2 압축 행정 주파수로 설정되고, 상기 흡입 행정 주파수는 상기 제1 흡입 행정 주파수보다 낮은 제2 흡입 행정 주파수로 설정될 수 있다.For example, when the detected phase difference is the first phase difference, the compression stroke frequency may be set as a first compression stroke frequency, and the suction stroke frequency may be set as the first suction stroke frequency. When the detected phase difference is a second phase difference greater than the first phase difference, the compression stroke frequency is set to a second compression stroke frequency higher than the first compression stroke frequency, and the suction stroke frequency is the first suction stroke frequency It may be set to a lower second suction stroke frequency.
본 발명의 실시 예에 따른 냉장고는 상술한 리니어 압축기의 제어장치와, 상기 제어장치에 의해 제어되는 리니어 압축기를 포함할 수 있다.The refrigerator according to an embodiment of the present invention may include the above-described control device for the linear compressor and the linear compressor controlled by the control device.
본 발명의 실시 예에 따르면, 리니어 압축기의 제어장치는 리니어 모터의 총 운전주파수를 고정함으로써, 기계공진현상에 의해 과다한 소음이 발생하거나 리니어 압축기 내의 부품들이 손상 및 파손되는 것을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control device of the linear compressor can prevent excessive noise due to mechanical resonance or damage and damage to parts in the linear compressor by fixing the total operating frequency of the linear motor.
또한, 상기 리니어 압축기의 제어장치는 리니어 모터의 압축 행정과 흡입 행정 각각에 대해 변경되는 피스톤의 고유주파수를 추종하기 위해, 상기 압축 행정과 흡입 행정 각각의 주파수를 서로 다르게 설정할 수 있다. 이에 따라, 리니어 압축기의 구동 시 효율이 보다 향상될 수 있다.In addition, in order to follow the natural frequency of the piston that is changed for each of the compression stroke and the suction stroke of the linear motor, the control device of the linear compressor may set the frequencies of the compression stroke and the suction stroke to be different from each other. Accordingly, efficiency when the linear compressor is driven may be further improved.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 리니어 압축기의 제어장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 리니어 압축기의 제어장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 6은 리니어 압축기의 모터 전류와 역기전압 간의 위상차, 또는 모터 전류와 스트로크 간의 위상차에 따라 설정되는 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수의 일례를 보여주는 테이블이다.
도 7은 리니어 압축기의 운전 시 각 행정에 따른 주파수 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 내부 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기 및 리니어 압축기의 제어장치를 포함하는 가전 기기의 일례로서 냉장고를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of a control apparatus for a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an apparatus for controlling a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a control method of the control apparatus of the linear compressor shown in FIG. 2 .
4 is a block diagram of an apparatus for controlling a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart for explaining a control method of the control device of the linear compressor shown in FIG. 4 .
6 is a table showing an example of a compression stroke frequency and a suction stroke frequency set according to a phase difference between a motor current and a counter electromotive voltage of a linear compressor or a phase difference between a motor current and a stroke.
7 is a graph showing an example of a frequency change according to each stroke during operation of the linear compressor.
8 is a cross-sectional view illustrating an internal configuration of a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a refrigerator as an example of a home appliance including a linear compressor and a control device for the linear compressor according to an embodiment of the present invention.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. In addition, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so they can be substituted at the time of the present application. It should be understood that there may be various equivalents and variations that exist.
본 명세서에 개시된 발명은 리니어 압축기의 제어장치 및 제어 방법에 적용될 수 있다. The invention disclosed herein can be applied to a control apparatus and a control method of a linear compressor.
그러나, 본 명세서에 개시된 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 기존의 모든 압축기의 제어장치, 압축기의 제어 방법, 모터 제어장치, 모터 제어 방법 등에도 적용될 수 있다. However, the invention disclosed herein is not limited thereto, and may be applied to all existing compressor control devices, compressor control methods, motor control devices, motor control methods, etc. to which the technical spirit of the present invention can be applied.
특히 본 명세서에 개시된 발명은 여러 종류의 리니어 압축기를 제어할 수 있는 리니어 압축기의 제어장치 및 리니어 압축기의 제어 방법에 적용될 수 있다.In particular, the invention disclosed herein can be applied to a linear compressor control apparatus and a linear compressor control method capable of controlling various types of linear compressors.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of a control apparatus for a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 리니어 압축기의 제어장치(1)는 검출부(10), 제어부(20), 및 구동신호 생성부(30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the control device 1 of the linear compressor may include a
검출부(10)는, 리니어 압축기(2)의 동작 상태를 검출할 수 있다.The
검출부(10)는, 리니어 압축기(2)의 상기 동작 상태로서 모터 전류를 검출할 수 있다. 구체적으로, 구동신호 생성부(30)로부터 구동 신호가 인가됨에 따라 리니어 압축기(2)의 모터에 전류가 인가되면, 검출부(10)는 리니어 압축기(2)의 모터 전류를 검출할 수 있다. The
검출부(10)는, 리니어 압축기(2)의 상기 동작 상태로서 모터 전압을 검출할 수 있다. 구체적으로, 구동신호 생성부(30)로부터 구동 신호가 인가됨에 따라 리니어 압축기(2)의 모터에 전압이 인가되면, 검출부(10)는 리니어 압축기(2)의 모터 전압을 검출할 수 있다.The
실시 예에 따라, 검출부(10)는 모터 전류와 모터 전압에 기초하여 스트로크를 검출할 수 있다.According to an embodiment, the
제어부(20)는, 모터 전류와 모터 전압을 이용하여 역기전압을 산출할 수 있다. 제어부(20)는 모터 전류와 역기전압 사이의 위상 차를 검출하고, 검출된 위상 차에 기초하여 리니어 압축기(2)에 포함된 리니어 모터(도 8의 모터 어셈블리(640) 참조))의 운전주파수를 조절하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.The
실시 예에 따라, 제어부(20)는 모터 전류와 스트로크 사이의 위상차를 검출할 수도 있다. 여기서 모터 전류와 스트로크 간의 위상차는, 리니어 압축기의 모터의 모터 전류의 위상과 리니어 압축기의 피스톤의 스트로크의 위상의 차이일 수 있다. 제어부(20)는 검출된 전류와 스트로크의 위상차에 기초하여, 리니어 압축기(2)의 운전주파수를 조절하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. According to an embodiment, the
제어부(20)는 생성된 제어 신호를 구동신호 생성부(30)로 출력할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따르면, 제어부(20)는 리니어 압축기(2)의 압축 행정시의 운전주파수(이하, '압축 행정 주파수'라 함)와, 흡입 행정시의 운전주파수(이하, '흡입 행정 주파수'라 함)를 각각 조절하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 리니어 압축기(2)의 총 운전주파수는 고정될 수 있다. 상기 총 운전주파수는, 압축 행정과 흡입 행정을 포함하는 일 사이클의 운전주파수를 의미하는 것으로서, 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수의 평균에 해당할 수 있다.The
한편, 모터 전류와 역기전압 간의 위상차는 리니어 압축기(2)의 부하가 높을수록 증가할 수 있다.Meanwhile, the phase difference between the motor current and the counter electromotive voltage may increase as the load of the
한편 피스톤은 소정의 스트로크(행정 거리)로 왕복 직선 운동을 한다.On the other hand, the piston makes a reciprocating linear motion with a predetermined stroke (stroke distance).
피스톤의 스트로크(행정 거리)가 변경됨에 따라, 모터 전류와 스트로크 간의 위상 차가 변경될 수 있다.As the stroke (stroke distance) of the piston is changed, the phase difference between the motor current and the stroke may change.
구체적으로, 피스톤의 스트로크(행정거리)가 증가하게 되면, 모터 전류와 스트로크 간의 위상차는 감소할 수 있다.Specifically, when the stroke (stroke distance) of the piston increases, the phase difference between the motor current and the stroke may decrease.
또한, 피스톤의 스트로크(행정거리)가 감소하게 되면, 모터 전류와 스트로크 간의 위상차는 증가할 수 있다.In addition, when the stroke (stroke distance) of the piston decreases, the phase difference between the motor current and the stroke may increase.
구동신호 생성부(30)는 제어부(20)로부터 출력된 제어 신호에 기초하여, 구동 신호를 리니어 압축기(2)에 인가함으로써 리니어 압축기(2)를 구동할 수 있다.The driving
구체적으로 구동신호 생성부(30)는 제어부(20)에서 출력된 제어 신호에 기초하여 구동 신호를 생성할 수 있다. 또한, 구동신호 생성부(30)는 생성된 구동 신호를 리니어 압축기(2)에 인가하여 리니어 압축기(2)를 구동시킬 수 있다.Specifically, the driving
여기서 구동 신호는, 교류 전압 또는 교류 전류의 형태일 수 있다. Here, the driving signal may be in the form of an AC voltage or an AC current.
한편 구동신호 생성부(30)는 인버터(inverter) 또는 트라이악(triac)을 포함할 수 있다.Meanwhile, the driving
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 리니어 압축기의 제어장치(1)의 구성 및 제어 동작에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, the configuration and control operation of the control device 1 of a linear compressor according to embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 5 .
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 블록도이다.2 is a block diagram of an apparatus for controlling a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 리니어 압축기의 제어장치(1; 이하 '제어장치'라 함)의 검출부(10)는 전압 검출부(110), 및 전류 검출부(120)를 포함할 수 있다. 제어부(20)는 역기전력 산출부(210), 주파수 설정부(230), 및 비교부(250)를 포함할 수 있다. 또한, 구동신호 생성부(30)는 PWM 제어부(310)와 인버터(320)를 포함할 수 있다. 한편, 제어장치(1)는 메모리(240)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
도 1에서 상술한 바와 같이, 전압 검출부(110)는 리니어 압축기(2)의 모터 전압을 검출하고, 전류 검출부(120)는 리니어 압축기(2)의 모터 전류를 검출할 수 있다. 상기 모터 전압은 교류 전압에 해당하고, 모터 전류는 교류 전류에 해당할 수 있다.As described above in FIG. 1 , the
역기전력 산출부(210)는, 전압 검출부(110) 및 전류 검출부(120)에 의해 검출된 모터 전압 및 모터 전류를 이용하여, 리니어 압축기(2)의 역기전력을 산출할 수 있다. 예컨대, 역기전력 산출부(210)는 하기의 수학식 2에 따라 역기전압(E)을 산출할 수 있다.The back electromotive
여기서, R은 리니어 압축기(2)의 모터 내 코일 등의 도선의 등가 저항에 해당하고, L은 상기 코일의 등가 인덕턴스이며, v는 전압 검출부(110)에 의해 검출된 모터 전압, i는 전류 검출부(120)에 의해 검출된 모터 전류이고, C는 제어장치(1)에 커패시터가 구비된 경우 커패시터의 용량에 해당한다.Here, R corresponds to the equivalent resistance of a conductor such as a coil in the motor of the
주파수 설정부(230)는, 검출된 모터 전류와 역기전압 간의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차에 기초하여 리니어 압축기(2)의 운전을 위한 주파수를 설정할 수 있다. 특히, 주파수 설정부(230)는 검출된 위상차에 기초하여, 리니어 압축기(2)의 총 운전주파수는 고정한 채, 압축 행정시의 주파수(압축 행정 주파수)와 흡입 행정시의 주파수(흡입 행정 주파수) 각각을 설정할 수 있다. 예컨대, 주파수 설정부(230)는 검출된 위상차에 기초하여 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 중 어느 하나를 설정하고, 상기 총 운전주파수에 기초하여 나머지 하나를 설정할 수 있다.The
이는 상술한 수학식 1에서, 리니어 압축기(2)의 피스톤의 고유주파수(fn)를 결정하는 가스 스프링 상수(Kg)가, 압축 행정 시와 흡입 행정 시에 서로 달라지기 때문이다. 가스 스프링 상수(Kg)는 냉매의 부하에 따라 변경될 수 있고, 이러한 냉매와 같은 가스는 압력이 높아질수록 그 부하 또한 높아지게 된다. 이에 기초하여 압축 행정과 흡입 행정을 비교하면, 압축 행정 시 냉매가 수용되는 공간의 크기가 감소하면서 압력이 증가하게 되고, 그 결과 냉매의 부하가 높아지게 되고, 흡입 행정 시 상기 공간의 크기가 증가하면서 압력이 감소하게 되고, 그 결과 냉매의 부하가 낮아지게 된다. 즉, 가스 스프링 상수(Kg)는 흡입 행정에 비해 압축 행정에서 보다 높은 값을 가질 수 있다.This is because, in Equation 1, the gas spring constant (Kg) that determines the natural frequency fn of the piston of the
따라서, 주파수 설정부(320)는 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를 서로 다르게 설정할 수 있고, 압축 행정 주파수가 흡입 행정 주파수보다 높은 값을 가질 수 있다. Accordingly, the
또한, 냉매의 부하가 높아질수록, 모터 전류와 역기전압 간의 위상차가 증가할 수 있다. 위상차가 증가하는 경우, 흡입 행정시와 압축 행정시의 가스 스프링 상수(Kg) 차이가 증가할 수 있다. 따라서, 위상차가 증가할수록 주파수 설정부(320)에 의해 설정되는 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 간의 차이 또한 증가할 수 있다.Also, as the load of the refrigerant increases, the phase difference between the motor current and the counter electromotive voltage may increase. When the phase difference increases, a difference between the gas spring constant (Kg) during the suction stroke and the compression stroke may increase. Accordingly, as the phase difference increases, the difference between the compression stroke frequency and the suction stroke frequency set by the
실시 예에 따라, 주파수 설정부(230)는 상기 위상차에 기초하여 총 운전주파수 또한 변경하고, 변경된 운전주파수를 갖도록 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를 각각 설정할 수도 있다.According to an embodiment, the
예컨대, 주파수 설정부(230)는, 메모리(240)에 저장된 위상차 별 압축 행정 주파수 및 흡입 행정 주파수 정보에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를 설정할 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.For example, the
비교부(250)는 설정된 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각을, 현재 압축행정 주파수와 흡입 행정 주파수와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 압축 행정 주파수 및 흡입 행정 주파수 각각을 보정하기 위한 주파수 보정 신호를 도 1에서 상술한 제어 신호로서 출력할 수 있다.The
PWM 제어부(310)는, 상기 주파수 보정 신호에 기초하여, 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각을 가변하기 위한 PWM 제어신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 PWM 제어신호는 PWM 주기 가변신호를 포함할 수 있고, 상기 PWM 주기 가변신호에 의해 상기 압축 행정 주파수 및 흡입 행정 주파수가 가변될 수 있다.The
인버터(320)는 PWM 제어신호에 기초하여 리니어 압축기(2), 구체적으로는 리니어 압축기(2) 내의 리니어 모터로 인가되는 전압의 주파수를 가변할 수 있다. 상세히, 인버터(320)는 PWM 제어신호에 따라 내부 스위칭 소자의 온/오프 시간이 제어되어, 전원으로부터 출력되는 직류전압의 주파수를 가변하여 리니어 모터에 인가할 수 있다.The
도 3은 도 2에 도시된 리니어 압축기의 제어장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.FIG. 3 is a flowchart for explaining a control method of the control apparatus of the linear compressor shown in FIG. 2 .
도 3을 참조하면, 제어장치(1)는 리니어 압축기(2)를 포함하는 전자 기기 또는 가전 기기가 구동함에 따라, 초기 운전주파수로 리니어 압축기(2)를 운전할 수 있다(S100).Referring to FIG. 3 , as the electronic device or home appliance including the
초기 운전주파수는 리니어 압축기(2)의 운전을 개시할 때 공급되는 전압 및 전류의 주파수에 해당하고, 제품의 출고 시 미리 설정되어 있을 수 있다. 상기 초기 운전주파수는 리니어 압축기(2)의 압축 행정 및 흡입 행정 시의 평균 운전주파수를 의미할 수 있다.The initial operating frequency corresponds to the frequency of the voltage and current supplied when starting the operation of the
제어장치(1)는 리니어 압축기(2)의 전압 및 전류를 검출할 수 있다(S110). 구체적으로, 검출부(10)의 전압 검출부(110)는 리니어 압축기(2)에 포함된 리니어 모터의 전압을 검출하고, 전류 검출부(120)는 리니어 모터의 전류를 검출할 수 있다.The control device 1 may detect the voltage and current of the linear compressor 2 (S110). Specifically, the
제어장치(1)의 역기전력 산출부(210)는 검출된 전압 및 전류에 기초하여 역기전력을 산출할 수 있다(S120). 주파수 설정부(230)는 검출된 전류와 산출된 역기전력 사이의 위상차를 검출하고(S130), 검출된 위상차에 기초하여 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각을 설정할 수 있다(S140).The
제어장치(1)의 비교부(250)는 설정된 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를, 현재 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 주파수 보정신호를 생성할 수 있다(S150). 예컨대, 상기 주파수 보정신호는 압축 행정 주파수 보정신호와 흡입 행정 주파수 보정신호를 포함할 수 있다. PWM 제어부(310)는 생성된 주파수 보정신호에 기초하여 PWM 제어신호를 생성하고(S160), 인버터(320)는 상기 PWM 제어신호에 기초하여 스위칭 동작을 수행함으로써 압축 행정 주파수 및 흡입 행정 주파수를 가변할 수 있다(S170).The
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 블록도이다.4 is a block diagram of an apparatus for controlling a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 제어장치(1)의 검출부(10)는 스트로크 검출부(130)를 더 포함할 수 있다. 스트로크 검출부(130)는 전압 검출부(110)에 의해 검출된 전압과, 전류 검출부(120)에 의해 검출된 전류에 기초하여 피스톤의 스트로크를 검출할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the
주파수 설정부(220)는, 검출된 전류와 스트로크 간의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차에 기초하여 리니어 압축기(2)의 운전을 위한 주파수를 설정할 수 있다. 도 2의 실시 예와 유사하게, 주파수 설정부(220)는 리니어 압축기(2)의 총 운전주파수는 고정한 채, 검출된 위상차에 따라 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각을 설정할 수 있다. 예컨대, 주파수 설정부(220)는 검출된 위상차에 기초하여 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 중 어느 하나를 설정하고, 상기 총 운전주파수에 기초하여 나머지 하나를 설정할 수 있다. 상기 압축 행정 주파수는 상기 흡입 행정 주파수보다 높을 수 있다.The
또한, 전류와 스트로크 간의 위상차가 클수록 냉매의 부하가 높을 수 있다. 위상차가 증가하는 경우, 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 간의 차이 또한 증가할 수 있다. In addition, the greater the phase difference between the current and the stroke, the higher the load of the refrigerant. When the phase difference increases, the difference between the compression stroke frequency and the suction stroke frequency may also increase.
실시 예에 따라, 주파수 설정부(220)는 상기 위상차에 기초하여 총 운전주파수 또한 변경하고, 변경된 운전주파수를 갖도록 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각을 설정할 수도 있다.According to an embodiment, the
예컨대, 주파수 설정부(220)는 메모리(240)에 저장된 전류와 스트로크 간의 위상차 별 압축 행정 주파수 및 흡입 행정 주파수 정보에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를 설정할 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.For example, the
비교부(250), PWM 제어부(310), 및 인버터(320)에 대해서는 도 2에서 상술한 바 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. Since the
도 5는 도 4에 도시된 리니어 압축기의 제어장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.FIG. 5 is a flowchart for explaining a control method of the control device of the linear compressor shown in FIG. 4 .
도 5를 참조하면, 제어장치(1)는 리니어 압축기(2)를 포함하는 전자 기기 또는 가전 기기가 구동함에 따라, 초기 운전주파수로 리니어 압축기(2)를 운전할 수 있다(S200). S200 단계는 도 3에서 상술한 S100 단계와 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 5 , as the electronic device or home appliance including the
제어장치(1)는 리니어 압축기(2)의 전압 및 전류를 검출할 수 있다(S210). 구체적으로, 검출부(10)의 전압 검출부(110)는 리니어 압축기(2)에 포함된 리니어 모터의 전압을 검출하고, 전류 검출부(120)는 리니어 모터의 전류를 검출할 수 있다.The control device 1 may detect the voltage and current of the linear compressor 2 ( S210 ). Specifically, the
제어장치(1)의 스트로크 검출부(130)는 검출된 전압 및 전류에 기초하여 피스톤의 스트로크를 검출할 수 있다(S220). 주파수 설정부(220)는 검출된 전류와 스트로크 사이의 위상차를 검출하고(S230), 검출된 위상차에 기초하여 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각을 설정할 수 있다(S240).The
제어장치(1)의 비교부(250)는 설정된 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를, 현재 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 압축 행정 주파수 보정신호와 흡입 행정 주파수 보정신호를 포함하는 주파수 보정신호를 생성할 수 있다(S250). PWM 제어부(310)는 상기 주파수 보정신호에 기초하여 PWM 제어신호를 생성하고(S260), 인버터(320)는 상기 PWM 제어신호에 기초하여 스위칭 동작을 수행함으로써 압축 행정 주파수 및 흡입 행정 주파수를 가변할 수 있다(S270).The
즉, 도 2 내지 도 5에 도시된 리니어 압축기의 제어장치(1)는, 각 행정 시 가스 스프링 상수(Kg)의 변동에 따라 달라지는 피스톤의 고유주파수(fn)를 추종하기 위해 압축 행정 시와 흡입 행정 시의 주파수를 서로 다르게 설정함으로써, 리니어 압축기(2)의 운전 시 효율을 보다 향상시킬 수 있다.That is, the control device 1 of the linear compressor shown in FIGS. 2 to 5 is a compression stroke and suction in order to follow the natural frequency fn of the piston, which varies according to a change in the gas spring constant (Kg) during each stroke. By setting the frequency at the time of the stroke to be different from each other, the efficiency during operation of the
도 6은 리니어 압축기의 모터 전류와 역기전압 간의 위상차, 또는 모터 전류와 스트로크 간의 위상차에 따라 설정되는 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수의 일례를 보여주는 테이블이다.6 is a table showing an example of a compression stroke frequency and a suction stroke frequency set according to a phase difference between a motor current and a counter electromotive voltage of a linear compressor or a phase difference between a motor current and a stroke.
도 6의 테이블은 설명의 편의를 위한 일 실시 예에 지나지 아니하는 바, 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치(1)가 위상차 별로 설정하는 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수의 값이 이에 한정되는 것은 아니다.The table of FIG. 6 is merely an example for convenience of explanation, and the values of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency set by the control device 1 according to the embodiment of the present invention for each phase difference are limited thereto. not.
도 6을 참조하면, 전류와 역기전압 간의 위상차, 또는 전류와 스트로크 간의 위상차가 0인 경우는 부하가 없는 경우를 가정한 것이고, 상기 위상차가 증가할수록 냉매의 부하가 증가할 수 있다.Referring to FIG. 6 , when the phase difference between the current and the counter electromotive voltage or the phase difference between the current and the stroke is 0, it is assumed that there is no load, and as the phase difference increases, the load of the refrigerant may increase.
상술한 바와 같이, 상기 위상차가 증가할수록, 압축 행정시와 흡입 행정시의 가스 스프링 상수(Kg) 간의 차이가 증가할 수 있다. 압축 행정시와 흡입 행정시의 가스 스프링 상수(Kg) 간의 차이가 증가하는 경우, 압축 행정시와 흡입 행정시의 피스톤의 고유주파수(fn) 간의 차이 또한 증가할 수 있다.As described above, as the phase difference increases, the difference between the gas spring constant (Kg) during the compression stroke and the suction stroke may increase. When the difference between the gas spring constant (Kg) during the compression stroke and the suction stroke increases, the difference between the natural frequency fn of the piston during the compression stroke and the suction stroke may also increase.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치(1)는 메모리(240)에 위상차 별 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각에 대한 정보를 저장할 수 있다. 실시 예에 따라, 제어장치(1)는 메모리(240)에 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 중 적어도 하나에 대한 정보를 저장할 수 있다. 예컨대, 압축 행정 주파수에 대한 정보만이 저장된 경우, 제어장치(1)는 검출된 위상차, 상기 압축 행정 주파수와, 총 운전주파수에 기초하여 상기 흡입 행정 주파수를 설정할 수 있다.Accordingly, the control device 1 according to the embodiment of the present invention may store information on each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency for each phase difference in the
도 6의 테이블은 메모리(240)에 저장된 상기 정보를 시각적으로 표현한 것이다. 도 6에서, 리니어 압축기(2)의 총 운전주파수는 60Hz인 것으로 가정한다.The table of FIG. 6 is a visual representation of the information stored in the
예컨대, 위상차가 0, 즉 부하가 없는 경우에는 압축 행정시와 흡입 행정시의 가스 스프링 상수(Kg)가 동일할 수 있다. 이 경우, 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수는 동일할 수 있다. 즉, 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각은 60Hz로 설정되고, 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수의 평균에 해당하는 총 운전주파수는 60Hz로 고정될 수 있다.For example, when the phase difference is 0, that is, when there is no load, the gas spring constant (Kg) may be the same during the compression stroke and the suction stroke. In this case, the compression stroke frequency and the suction stroke frequency may be the same. That is, each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency may be set to 60 Hz, and the total operating frequency corresponding to the average of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency may be fixed to 60 Hz.
위상차가 제1 위상차(예컨대, 45°)인 경우, 압축 행정 주파수는 제1 압축 행정 주파수(예컨대, 61Hz)로 설정되고, 흡입 행정 주파수는 제1 흡입 행정 주파수(예컨대, 59Hz)로 설정되어, 총 운전주파수는 60Hz로 고정될 수 있다.When the phase difference is a first phase difference (eg 45°), the compression stroke frequency is set to the first compression stroke frequency (eg 61 Hz), the suction stroke frequency is set to the first suction stroke frequency (eg 59 Hz), The total operating frequency can be fixed at 60Hz.
위상차가 제1 위상차보다 큰 제2 위상차(예컨대, 90°)인 경우, 압축 행정 주파수는 제2 압축 행정 주파수(예컨대, 62Hz)로 설정되고, 흡입 행정 주파수는 제2 흡입 행정 주파수(예컨대, 58Hz)로 설정될 수 있다. 즉, 제2 압축 행정 주파수는 제1 압축 행정 주파수보다 높을 수 있고, 제2 흡입 행정 주파수는 제1 흡입 행정 주파수보다 낮을 수 있다.When the phase difference is a second phase difference (eg 90°) greater than the first phase difference, the compression stroke frequency is set to the second compression stroke frequency (eg 62 Hz), and the suction stroke frequency is the second suction stroke frequency (eg 58 Hz) ) can be set. That is, the second compression stroke frequency may be higher than the first compression stroke frequency, and the second suction stroke frequency may be lower than the first suction stroke frequency.
유사하게, 위상차가 제2 위상차보다 큰 제3 위상차(예컨대, 135°)인 경우, 압축 행정 주파수는 제2 압축 행정 주파수보다 높은 제3 압축 행정 주파수(예컨대, 63Hz)로 설정되고, 흡입 행정 주파수는 제2 흡입 행정 주파수보다 낮은 제3 흡입 행정 주파수(예컨대, 57Hz)로 설정될 수 있다.Similarly, when the phase difference is a third phase difference (eg 135°) greater than the second phase difference, the compression stroke frequency is set to a third compression stroke frequency (eg 63 Hz) higher than the second compression stroke frequency, and the suction stroke frequency may be set to a third suction stroke frequency (eg, 57 Hz) lower than the second suction stroke frequency.
도 7은 리니어 압축기의 운전 시 각 행정에 따른 주파수 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing an example of a frequency change according to each stroke during operation of the linear compressor.
도 7을 참조하면, 기존의 경우 리니어 압축기(2)의 압축 행정의 주기(T(압축))와 흡입 행정의 주기(T(흡입))는 동일하게 설정되었다. 이에 따라, 총 운전주파수가 피스톤의 고유주파수(fn)를 추종하도록 설정되더라도, 실제 각 행정에서의 주파수가 고유주파수(fn)와 차이가 존재하므로, 리니어 압축기(2)의 운전 효율이 높지 못하였다. 또한, 총 운전주파수를 변경하여 고유주파수(fn)를 추종하도록 제어하는 방법은, 리니어 압축기(2) 내의 피스톤, 실린더, 스프링 등의 고유주파수와 총 운전주파수가 일치 시 발생하는 기계공진현상에 의해 소음 및 파손이 발생할 가능성이 존재하여 적용하기 어려운 문제가 있었다.Referring to FIG. 7 , in the conventional case, the period of the compression stroke (T (compression)) and the period of the suction stroke (T (suction)) of the
반면, 본 발명과 같이 총 운전주파수를 고정하고, 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를 서로 다르게 설정하는 경우, 기계공진현상의 발생을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 각 행정에서의 고유주파수(fn)와의 차이를 감소시킬 수 있다. 상술한 바와 같이 압축 행정 주파수는 흡입 행정 주파수보다 높을 수 있고, 그 결과 도 7에 도시된 바와 같이 압축 행정의 주기(T(압축))는 흡입 행정의 주기(T(흡입))보다 짧을 수 있다. 즉, 각 행정에서 피스톤의 고유주파수(fn)와의 차이를 감소시킬 수 있도록 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 각각을 설정함으로써, 리니어 압축기(2)의 구동 시 효율을 보다 향상시킬 수 있다.On the other hand, as in the present invention, when the total operating frequency is fixed and the compression stroke frequency and the suction stroke frequency are set differently from each other, it is possible to prevent the occurrence of mechanical resonance as well as to have a relationship with the natural frequency fn in each stroke. difference can be reduced. As described above, the compression stroke frequency may be higher than the suction stroke frequency, and as a result, the period of the compression stroke (T (compression)) may be shorter than the period of the suction stroke (T (suction)) as shown in FIG. 7 . . That is, by setting each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency to reduce the difference from the natural frequency fn of the piston in each stroke, the efficiency when the
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 내부 구성을 나타내는 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating an internal configuration of a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(600)에는, 쉘(610)의 내부에 제공되는 실린더(620), 상기 실린더(620)의 내부에서 왕복 직선운동하는 피스톤(630), 및 상기 피스톤(630)에 구동력을 부여하는 모터 어셈블리(640)가 포함된다. Referring to FIG. 8 , in the
상기 쉘(610)은 상부 쉘 및 하부 쉘이 결합되어 구성될 수 있다.The
상기 쉘(610)에는, 냉매가 유입되는 흡입부(611) 및 상기 실린더(620)의 내부에서 압축된 냉매가 배출되는 토출부(612)가 포함된다. The
상기 흡입부(611)를 통하여 흡입된 냉매는 흡입 머플러(613)를 거쳐 상기 피스톤(630)의 내부로 유동한다. 냉매가 상기 흡입 머플러(613)를 통과하는 과정에서, 소음이 저감될 수 있다.The refrigerant sucked through the
상기 실린더(620)의 내부에는, 상기 피스톤(630)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다. A compression space P in which the refrigerant is compressed by the
그리고, 상기 피스톤(630)에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공이 형성된다. 한편 상기 흡입공의 일측에는 상기 흡입공을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(632)가 제공된다.In addition, a suction hole for introducing a refrigerant into the compression space (P) is formed in the piston (630). Meanwhile, a
상기 압축 공간(P)의 일측에는, 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 배출시키기 위한 토출밸브 어셈블리가 제공된다. 즉, 상기 압축 공간(P)은 상기 피스톤(630)의 일측 단부와 토출밸브 어셈블리 사이에 형성되는 공간으로서 이해된다.At one side of the compression space (P), a discharge valve assembly for discharging the refrigerant compressed in the compression space (P) is provided. That is, the compression space P is understood as a space formed between one end of the
상기 토출밸브 어셈블리에는, 냉매의 토출 공간을 형성하는 토출 커버(650)와, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출 공간으로 유입시키는 토출 밸브(651) 및 상기 토출 밸브(651)와 토출 커버(650)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(652)이 포함된다. The discharge valve assembly includes a
여기서, 상기 "축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(630)이 왕복운동 하는 방향, 즉 가로 방향으로 이해될 수 있다.Here, the “axial direction” may be understood as a direction in which the
상기 흡입 밸브(632)는 상기 압축 공간(P)의 일측에 형성되고, 상기 토출 밸브(651)는 상기 압축 공간(P)의 타측, 즉 상기 흡입 밸브(632)의 반대측에 제공될 수 있다.The
상기 피스톤(630)이 상기 실린더(620)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력보다 낮고 흡입압력 이하가 되면 상기 흡입 밸브(632)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입 밸브(632)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.In the process of the
한편, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(652)이 변형하여 상기 토출 밸브(651)를 개방시키고, 냉매는 상기 압축공간(P)으로부터 토출되어, 토출 커버(650)의 토출공간으로 배출된다. On the other hand, when the pressure in the compression space (P) is equal to or greater than the discharge pressure, the
그리고, 상기 토출 커버(650)에는, 상기 토출 밸브(651)를 통하여 배출된 냉매의 맥동을 저감하기 위한 공명실을 가지며, 냉매를 배출시키는 냉배 토출홀(미도시)이 형성될 수 있다.In addition, the
그리고, 상기 토출공간의 냉매는 상기 냉매 토출홀을 통하여 토출 머플러(614)로 유동하며, 루프 파이프(615)로 유입된다. Then, the refrigerant in the discharge space flows to the
상기 토출 머플러(614)는 압축된 냉매의 유동 소음을 저감시킬 수 있으며, 상기 루프 파이프(615)는 압축된 냉매를 상기 토출부(612)로 가이드 한다. The
상기 루프 파이프(615)는 상기 토출 머플러(614)에 결합되어 상기 쉘(610)의 내부공간으로 연장되며, 상기 토출부(612)에 결합된다.The
상기 리니어 압축기(600)에는, 프레임(660)이 더 포함된다. The
상기 프레임(660)은 상기 실린더(620)를 고정시키는 구성으로서, 상기 실린더(620)와 일체로 구성되거나 별도의 체결부재에 의하여 체결될 수 있다. The
그리고, 상기 토출 커버(650) 및 토출 머플러(614)는 상기 프레임(660)에 결합될 수 있다.In addition, the
상기 모터 어셈블리(640)에는, 상기 프레임(660)에 고정되어 상기 실린더(620)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(641, 642, 643)와, 상기 아우터 스테이터(641, 642, 643)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(645) 및 상기 아우터 스테이터(641, 642, 643)와 이너 스테이터(645)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(647)이 포함된다. 상기 모터 어셈블리(640)는 리니어 모터에 해당할 수 있다.The
상기 영구자석(647)은, 상기 아우터 스테이터(641, 642, 643) 및 이너 스테이터(645)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(647)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.The
상기 영구자석(647)은 연결부재(670)에 의하여 상기 피스톤(630)에 결합될 수 있다. The
상기 연결부재(670)는 상기 피스톤(630)의 일측 단부로부터 상기 영구자석(647)으로 연장될 수 있다. The connecting
상기 영구자석(647)이 직선 이동함에 따라, 상기 피스톤(630)은 상기 영구자석(647)과 함께 축 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.As the
상기 아우터 스테이터(641, 642, 643)에는, 코일 권선체(642, 643) 및 스테이터 코어(641)가 포함된다. The
상기 코일 권선체(642, 643)에는, 보빈(642) 및 상기 보빈(642)의 원주 방향으로 권선된 코일(643)이 포함된다. 상기 코일(643)의 단면은 다각형 형상을 가질 수 있으며, 일례로 육각형의 형상을 가질 수 있다.The
상기 스테이터 코어(641)는 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성되며, 상기 코일 권선체(642, 643)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.The
상기 모터 어셈블리(640)에 전류가 인가되면, 상기 코일(643)에 전류가 흐르게 되고, 상기 코일(643)에 흐르는 전류에 의해 상기 코일(643) 주변에 자속(flux)이 형성될 수 있다. 상기 자속은 상기 아우터 스테이터(641, 642, 643) 및 이너 스테이터(645)를 따라 폐회로를 형성하면서 흐르게 된다. When a current is applied to the
상기 아우터 스테이터(641, 642, 643)와 이너 스테이터(645)를 따라 흐르는 자속과, 상기 영구자석(647)의 자속이 상호 작용하여, 상기 영구자석(647)을 이동시키는 힘이 발생될 수 있다.The magnetic flux flowing along the
상기 아우터 스테이터(641, 642, 643)의 일측에는 스테이터 커버(644)가 제공된다. 상기 아우터 스테이터(641, 642, 643)의 일측단은 상기 프레임(660)에 의하여 지지되며, 타측단은 상기 스테이터 커버(644)에 의하여 지지될 수 있다. A
상기 이너 스테이터(645)는 상기 실린더(620)의 외주에 고정된다. 그리고, 상기 이너 스테이터(645)는 복수 개의 라미네이션이 상기 실린더(620)의 외측에서 원주 방향으로 적층되어 구성된다.The
상기 리니어 압축기(600)에는, 상기 피스톤(630)을 지지하는 서포터(680) 및 상기 피스톤(630)으로부터 상기 흡입부(611)를 향하여 연장되는 백 커버(682)가 더 포함된다. 상기 백 커버(682)는 상기 흡입 머플러(613)의 적어도 일부분을 커버하도록 배치될 수 있다.The
상기 리니어 압축기(600)에는, 상기 피스톤(630)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 스프링(631, 633)이 포함된다. The
상기 복수의 스프링(631, 633)에는, 상기 서포터(680)와 스테이터 커버(644)의 사이에 지지되는 제 1 스프링(631) 및 상기 서포터(680)와 백 커버(682)의 사이에 지지되는 제 2 스프링(633)이 포함된다.The plurality of
상기 제 1 스프링(631)은 상기 실린더(620) 또는 피스톤(630)의 양측에 복수 개가 제공될 수 있으며, 상기 제 2 스프링(633)은 상기 실린더(620) 또는 피스톤(630)의 후방으로 복수 개가 제공될 수 있다. A plurality of
여기서, "전방"이라 함은 상기 흡입부(611)로부터 상기 토출밸브 어셈블리를 향하는 방향으로서 이해될 수 있다. 그리고, 상기 피스톤(630)으로부터 상기 흡입부(611)를 향하는 방향을 "후방"이라 이해될 수 있다. Here, the term “front” may be understood as a direction from the
그리고, 축 방향이라 함은, 상기 피스톤(630)이 왕복운동 하는 방향을 의미하며, 반경방향이라 함은 상기 축 방향에 수직한 방향을 의미할 수 있다. 이러한 방향에 대한 정의는 이하의 설명에서도 동일하게 사용될 수 있다.And, the axial direction may mean a direction in which the
상기 쉘(610)의 내부 바닥면에는 소정의 오일이 저장될 수 있다. 그리고, 상기 쉘(610)의 하부에는 오일을 펌핑하는 오일 공급장치(690)가 제공될 수 있다. A predetermined oil may be stored on the inner bottom surface of the
상기 오일 공급장치(690)는 상기 피스톤(630)이 왕복 직선운동 함에 따라 발생되는 진동에 의하여 작동되어 오일을 상방으로 펌핑할 수 있다.The
상기 리니어 압축기(600)에는, 상기 오일 공급장치(690)로부터 오일의 유동을 가이드 하는 오일 공급관(691)이 더 포함된다. The
상기 오일 공급관(691)은 상기 오일 공급장치(690)로부터 상기 실린더(620)와 피스톤(630)의 사이 공간까지 연장될 수 있다. The
상기 오일 공급장치(690)로부터 펌핑된 오일은 상기 오일 공급관(691)을 거쳐 상기 실린더(620)와 피스톤(630)의 사이 공간으로 공급되어, 냉각 및 윤활 작용을 수행한다.The oil pumped from the
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기 및 리니어 압축기의 제어장치를 포함하는 가전 기기의 일례로서 냉장고를 나타내는 도면이다.9 is a diagram illustrating a refrigerator as an example of a home appliance including a linear compressor and a control device for the linear compressor according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 도 9를 참조하여 전술한 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치가 적용되거나 사용될 수 있는 냉장고의 일 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치가 냉장고에만 사용될 수 있는 것은 아니며, 리니어 압축기가 구비된 각종 전자 기기 또는 가전 기기에 사용될 수 있음은 명백하다.Hereinafter, an example of a refrigerator to which the control device of the linear compressor according to the above-described embodiment can be applied or used will be described with reference to FIG. 9 . However, it is clear that the apparatus for controlling a linear compressor according to an embodiment of the present invention may not be used only for a refrigerator, but may be used for various electronic or home appliances equipped with a linear compressor.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉장고(700)는, 저장실이 형성되는 캐비닛(710)과, 상기 캐비닛(710)에 결합되어 상기 저장실을 개폐하는 저장실 도어를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9 , a
상기 저장실 도어는, 냉장실을 개폐하기 위한 냉장실 도어(711)와, 냉동실을 개폐하기 위한 냉동실 도어(712)를 포함할 수 있다. 제한적이지는 않으나, 상기 냉장실 도어(711)는 상기 냉장실 도어(711)를 열지 않고, 상기 냉장실 도어(711)에 보관된 피보관물을 인출하기 위한 서브 도어(713)를 더 포함할 수 있다. The storage compartment door may include a
냉장고(700)는 그 내부에 냉장고(700)의 운전 전반을 제어하는 메인기판(720)이 구비되고, 리니어 압축기(730)가 연결될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치(1)는 메인기판(720)에 구비될 수 있다.The
냉장고(700)는 리니어 압축기(730)의 구동에 의해 동작할 수 있다. 냉장고(700)의 내부에 공급되는 냉기는 냉매의 열교환 작용에 의해 생성되고, 압축-응축-팽창-증발의 사이클(Cycle)을 반복적으로 수행하면서 지속적으로 냉장고(700)의 내부로 공급될 수 있다. 공급된 냉매는 대류에 의해 냉장고 내부에 고르게 전달되어, 냉장고(700)의 냉동실 및/또는 냉장실 내 음식물을 원하는 온도로 저장할 수 있도록 한다.The
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention will be indicated by the following claims rather than the foregoing detailed description. And it should be construed as being included in the scope of the present invention, as well as the meaning and scope of the claims to be described later, as well as all changes and modifications derived from the equivalent concept.
Claims (11)
상기 검출된 동작 상태에 기초하여, 상기 리니어 압축기에 포함된 리니어 모터의 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수를 각각 설정하는 제어부; 및
상기 제어부에 의해 설정된 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수에 따라 상기 리니어 모터가 구동되기 위한 구동신호를 생성하여 상기 리니어 압축기로 출력하는 구동신호 생성부를 포함하고,
상기 검출부는,
상기 리니어 압축기의 모터 전압을 검출하는 전압 검출부 및 상기 리니어 압축기의 모터 전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하며,
위상차 별로 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 중 적어도 하나에 대한 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
상기 제어부는
상기 검출된 모터 전압 및 모터 전류에 기초하여 상기 모터 전류와 역기전력 사이의 위상차 또는 상기 모터 전류와 스트로크의 위상차를 검출하고, 상기 메모리에 저장된 상기 정보와 검출된 위상차에 기초하여, 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 설정하는
리니어 압축기의 제어장치.a detection unit for detecting an operating state of the linear compressor;
a control unit configured to set a compression stroke frequency and a suction stroke frequency of the linear motor included in the linear compressor, respectively, based on the detected operation state; and
and a driving signal generating unit for generating a driving signal for driving the linear motor according to the compression stroke frequency and the suction stroke frequency set by the control unit and outputting the driving signal to the linear compressor,
The detection unit,
A voltage detector for detecting a motor voltage of the linear compressor and a current detector for detecting a motor current of the linear compressor,
Further comprising a memory for storing information about at least one of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency for each phase difference,
the control unit
The phase difference between the motor current and the back electromotive force or the phase difference between the motor current and the stroke is detected based on the detected motor voltage and motor current, and based on the information stored in the memory and the detected phase difference, the compression stroke frequency and to set each of the suction stroke frequencies
A control device for a linear compressor.
상기 압축 행정 주파수는 상기 흡입 행정 주파수보다 높은
리니어 압축기의 제어장치.According to claim 1,
the compression stroke frequency is higher than the suction stroke frequency
A control device for a linear compressor.
상기 리니어 모터의 압축 행정과 흡입 행정을 포함하는 일 사이클의 총 운전주파수는 고정되고,
상기 총 운전주파수는, 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수의 평균에 해당하는
리니어 압축기의 제어장치.According to claim 1,
The total operating frequency of one cycle including the compression stroke and the suction stroke of the linear motor is fixed,
The total operating frequency is an average of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency.
A control device for a linear compressor.
상기 제어부는,
상기 검출된 모터 전압 및 모터 전류에 기초하여 역기전력을 산출하는 역기전력 산출부;
상기 모터 전류와 상기 역기전력 사이의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 설정하는 주파수 설정부; 및
설정된 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을, 현재 압축 행정 주파수와 현재 흡입 행정 주파수와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 보정하기 위한 주파수 보정 신호를 출력하는 비교부를 포함하는
리니어 압축기의 제어장치.According to claim 1,
The control unit is
a counter electromotive force calculator configured to calculate a counter electromotive force based on the detected motor voltage and motor current;
a frequency setting unit detecting a phase difference between the motor current and the counter electromotive force and setting each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency based on the detected phase difference; and
Comparing each of the set compression stroke frequency and the suction stroke frequency with the current compression stroke frequency and the current suction stroke frequency, and outputting a frequency correction signal for correcting each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency based on the comparison result including a comparator
A control device for a linear compressor.
상기 검출부는,
상기 검출된 모터 전압 및 모터 전류에 기초하여 상기 리니어 압축기에 포함된 피스톤의 스트로크를 검출하는 스트로크 검출부를 더 포함하는
리니어 압축기의 제어장치.According to claim 1,
The detection unit,
Further comprising a stroke detection unit for detecting the stroke of the piston included in the linear compressor based on the detected motor voltage and motor current
A control device for a linear compressor.
상기 제어부는,
상기 모터 전류와 상기 스트로크의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 설정하는 주파수 설정부; 및
설정된 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을, 현재 압축 행정 주파수와 현재 흡입 행정 주파수와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 보정하기 위한 주파수 보정 신호를 출력하는 비교부를 포함하는
리니어 압축기의 제어장치.7. The method of claim 6,
The control unit is
a frequency setting unit detecting a phase difference between the motor current and the stroke, and setting each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency based on the detected phase difference; and
Comparing each of the set compression stroke frequency and the suction stroke frequency with the current compression stroke frequency and the current suction stroke frequency, and outputting a frequency correction signal for correcting each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency based on the comparison result including a comparator
A control device for a linear compressor.
상기 구동신호 생성부는,
상기 제어부로부터 출력된 상기 주파수 보정 신호에 기초하여, 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 가변하기 위한 PWM 제어신호를 출력하는 PWM 제어부; 및
상기 PWM 제어신호에 기초하여, 상기 리니어 모터로 인가되는 전압의 주파수를 가변하는 인버터를 포함하는
리니어 압축기의 제어장치.8. The method of any one of claims 5 and 7,
The driving signal generator,
a PWM control unit for outputting a PWM control signal for varying each of the compression stroke frequency and the suction stroke frequency, based on the frequency correction signal output from the control unit; and
Based on the PWM control signal, comprising an inverter for varying the frequency of the voltage applied to the linear motor
A control device for a linear compressor.
상기 검출된 위상차가 제1 위상차인 경우, 상기 압축 행정 주파수는 제1 압축 행정 주파수로 설정되고, 상기 흡입 행정 주파수는 제1 흡입 행정 주파수로 설정되고,
상기 검출된 위상차가 상기 제1 위상차보다 큰 제2 위상차인 경우, 상기 압축 행정 주파수는 상기 제1 압축 행정 주파수보다 높은 제2 압축 행정 주파수로 설정되고, 상기 흡입 행정 주파수는 상기 제1 흡입 행정 주파수보다 낮은 제2 흡입 행정 주파수로 설정되는
리니어 압축기의 제어장치.According to claim 1,
when the detected phase difference is the first phase difference, the compression stroke frequency is set to a first compression stroke frequency, the suction stroke frequency is set to the first suction stroke frequency,
When the detected phase difference is a second phase difference greater than the first phase difference, the compression stroke frequency is set to a second compression stroke frequency higher than the first compression stroke frequency, and the suction stroke frequency is the first suction stroke frequency set to a lower second suction stroke frequency
A control device for a linear compressor.
상기 제어장치에 의해 제어되는 리니어 압축기를 포함하는 냉장고.A control device for the linear compressor according to claim 1; and
A refrigerator including a linear compressor controlled by the control device.
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