KR20060080804A

KR20060080804A - 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치

Info

Publication number: KR20060080804A
Application number: KR1020050001389A
Authority: KR
Inventors: 안준호; 임선경
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-01-06
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2006-07-11

Abstract

본 발명은 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치에 관한 것으로, 회전식 압축기의 유도전동기 회전축에 편심되게 구비되고 압축실린더의 압축실에서 편심회전하면서 냉매를 압축하는 압축로울러와, 상기 압축로울러와 일체로 회전하는 영구자석과, 상기 영구자석의 자속에 의해 유도기전력을 발생시키는 유도기전력 발생부 및, 상기 유도기전력 발생부에서 발생하는 유도기전력을 검출하여 유도전동기 회전자의 위치를 연산하는 유도기전력 검출부로 구성되어 있다.

본 발명에 따르면, 압축실린더의 내부에 압축로울러와 일체로 영구자석을 편심되게 회전시키고 그 영구자석의 자속에 의해 유도기전력을 발생시키는 유도기전력 발생부를 영구자석의 회전반경에 인접하여 고정되게 구비함으로써 영구자석의 회전위치에 따른 유도기전력의 변화량을 통해 유도전동기 회전자의 위치를 검출하여 유도전동기의 가변속 운전시 정밀제어를 할 수 있게 된다.

압축기, 회전자, 유도전동기, 유도기전력, 영구자석, 코일, 홀센서

Description

회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치{ Device for detecting position of the rotor in an induction motor of a rotary compressor }

도 1은 종래의 회전식 압축기를 나타낸 개략적 측단면도,

도 2는 종래의 기술에 따른 회전식 압축기의 압축실을 나타낸 사시도,

도 3은 종래의 기술에 따른 회전식 압축기의 압축실을 나타낸 개략적 횡단면도,

도 4는 본 발명에 따른 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치의 일실시예를 나타낸 개략적 횡단면도,

도 5는 본 발명에 따른 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치의 다른 일실시예를 나타낸 개략적 횡단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 압축실린더 11 : 압축실

20 : 회전축 30 : 압축로울러

40 : 영구자석 50 : 코일

60 : 유도기전력 검출부 70 : 홀센서

80 : 전압 검출부

본 발명은 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치에 관한 것으로, 특히 영구자석을 회전자와 일체로 회전시키고 영구자석의 움직임에 의해 유도기전력을 발생시켜 회전자의 위치를 검출하는 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 압축기는 유체를 압축하는 기계로, 소정의 내부 공간을 갖는 밀폐용기와, 그 밀폐용기내에 구비되어 냉매가스를 압축시키는 압축부와, 상기 압축부를 구동시키는 전동부로 구성되어 있다.

압축기는 가스를 압축하는 압축부의 형태에 따라 회전식 압축기, 밀폐형 압축기, 스크롤 압축기 등으로 분류된다.

회전식 압축기는 전동부에 일체로 결합된 회전축에 압축부의 압축로울러가 편심되게 결합됨으로써 그 압축로울러가 원형 실린더 내에서 선회운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출시키게 된다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 회전식 압축기를 설명한다.

종래의 회전식 압축기의 전동부는 밀폐용기(101)의 내부에 고정되어 구비되는 고정자(102)와, 상기 고정자(102)에 의해 축회전하는 회전자(103)와, 상기 회전자(103)의 중심축에 구비되는 회전축(120)으로 구성되어 있다.

회전식 압축기의 압축부는 밀폐용기(101)의 내주면에 고정되고 압축실(111)을 구비하며 그 압축실(111)과 연통되는 흡입유로(112)와 토출유로(113)를 구비한 압축실린더(110)와, 전동부의 회전축(120)에 편심되게 결합되고 압축실린더(110)내에서 편심회전하는 압축로울러(130)와, 상기 압축로울러(130)의 외주면에 탄성기구에 의해 압착되어 접촉하고 압축실린더(110)의 베인슬롯(114)에 삽입되어 압축로울러(130)의 선회운동시 회전축(120)을 가로지르는 방향으로 직선운동을 하면서 압축실린더(110)를 흡입공간과 압축공간으로 구분하는 베인(도면미도시)으로 구성되어 있다.

회전식 압축기는 고정자(102)에 전원이 인가되면 회전자(103)와 함께 회전축(120)이 축회전하여 압축로울러(130)가 회전운동을 하면서 흡입포트(112)로 흡입되는 냉매가스를 압축실(111) 내에서 압축하게 된다. 이때 상기 베인은 압축실린더(110)의 반경방향으로 직선왕복운동하고 탄성기구에 의해 탄성적으로 동작함으로써 압축로울러(130)의 외주면을 압박하면서 압축로울러(130)가 회전하는 동안 압축공간과 흡입공간을 구획하게 된다.

상기 압축실(111) 내에서 압축된 냉매가스는 토출유로(113)를 통해 압축부의 상부로 토출된 후 밀폐용기(101)와 고정자(102)의 간극과 회전자(103)와 고정자(102)의 간극을 통해 압축기 상부로 올라가 토출관(104)을 통해 압축기 외부로 토출되게 된다.

통상 가전제품에는 믹서와 청소기와 같이 직류모터를 사용하는 것이 있고, 냉장고나 전기세탁기, 선풍기 등에는 교류의 특성을 살린 유도전동기를 사용하고 있다.

유도전동기를 채용한 회전식 압축기는 인버터를 이용하여 가변속운전을 할 경우 유도전동기의 정밀제어를 위해 유도전동기의 회전자 위치를 검출해야 할 필요가 있다.

인버터는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 회로로, 주파수를 변화시킴으로써 주파수의 크기에 따라 유도전동기의 속도를 변화시킬 수 있다.

동기전동기(BLDC)의 경우 고정자의 전류파형과 회전자의 위치가 동기가 되기 때문에 단순히 고정자의 전류정보로부터 회전자의 위치정보를 검출할 수 있지만 유도전동기일 경우 고정자 전류파형과 회전자의 속도사이에는 슬립이 존재하므로 고정자 전류로부터 회전자의 위치를 검출할 수 없다.

즉, 유도전동기에서 회전자 권선은 회전 자계의 자속을 끊고 기전력을 유도하여 전류가 흘러 전자력을 받아 토오크가 발생하게 되므로 회전자 권선이 항상 자속을 끊고 토오크가 발생하여 회전하려면 회전자는 회전 자계의 회전 속도보나 낮아야 하는데, 실제로 회전자는 기계적인 마찰이 있기 때문에 무부하의 경우에도 회전자의 회전속도는 회전자계의 회전 속도보다 낮게 되고, 또한 기계적인 부하가 걸기면 회전 자계와 회전자의 속도는 더욱 차이가 생겨 속도차(슬립,slip)이 발생하게 된다. 이에 반해 동기전동기는 동기속도로 운전하는 교류 전동기로 회전속도와 전원 주파수에 비례하고, 유도전동기와 같은 슬립이 없으며, 전원 주파수가 일정하면 회전속도가 일정하다.

이와 같은 슬립현상으로 인해 유도전동기의 회전자에 엔코더를 설치해야만 회전자의 위치를 검출할 수 있게 되는데, 회전식 압축기의 구조상 회전자에 엔코더를 설치하는 것은 불가능하다.

이에 본 발명은 상기한 바의 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 압축실린더의 내부에 압축로울러와 일체로 영구자석을 편심되게 회전시키고 그 영구자석의 자속변화에 의해 유도기전력을 발생시키는 유도기전력 발생부를 영구자석의 회전반경에 인접하여 고정되게 구비함으로써 영구자석의 회전에 따른 유도기전력의 변화량을 통해 유도전동기 회전자의 위치를 검출하여 정밀제어를 가능하게 하는 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전식 압축기의 유도전동기 회전축에 편심되게 구비되고 압축실린더의 압축실에서 편심회전하면서 냉매를 압축하는 압축로울러와, 상기 압축로울러와 일체로 회전하는 영구자석과, 상기 압축실린더의 일측에 구비되고 상기 영구자석의 자속에 의해 반응하여 영구자석의 위치를 검출하는 위치검출부로 구성되어 있다.

상기 압축로울러는 원기둥 형상으로 형성되고 압축실린더의 압축실에 삽입되어 압축실의 내측벽에 내접하며, 상기 유도전동기 회전축의 상단에 편심되게 구비됨으로써 회전축의 축회전시에 압축실의 내부에서 편심회전하게 된다.

상기 영구자석은 상기 압축로울러의 일측에 고정되어 구비됨으로써 압축로울러와 함께 일체로 회전하게 되고, 상기 압축로울러에 상기 회전축에서 최장거리의 가장자리에 구비되어 압축로울러가 회전하는 동안 압축실의 내측벽에 일정한 간격을 유지하며 최대로 근접함으로써 상기 위치검출부가 자속에 민감하게 반응하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 영구자석은 압축로울러의 외측으로 노출되게 구비하거나 압축로울러의 반경 내부에 구비하는 것도 가능하나 압축로울러의 외측으로 돌출되거나 함입되게 구비하는 것은 압축로울러의 외주면의 곡률에 변화를 일으켜 압축동작을 방해하거나 압축효율을 저하시킬 수 있으므로 지양하는 것이 바람직하다.

상기 위치검출부는 상기 영구자석의 자속에 의해 유도기전력을 발생시키는 유도기전력 발생부 및, 상기 유도기전력 발생부에서 발생하는 유도기전력을 검출하여 유도전동기 회전자의 위치를 연산하는 유도기전력 검출부로 구성될 수 있다.

상기 유도기전력 발생부는 코일 등 등 영구자석의 자속을 전류 에너지로 변환하여 유도기전력을 발생시킬 수 있는 제반의 기기가 모두 가능하다.

상기 유도기전력 발생부는 압축실린더의 외주면 일측에 밀착되게 구비하는 것도 가능하고 압축실린더의 내부에 삽입하여 설치하는 것도 가능하다.

즉, 상기 유도기전력 발생부는 압축실의 외부에 구비됨으로써 압축로울러의 압축동작에 영향을 미치지 않으며, 영구자석과 최대한 인접하게 구비하는 것이 유도기전력을 크게 발생시킬 수 있으므로 압축실린더의 내부나 외측면에 밀착되게 구비하는 것이 바람직하다.

상기 유도기전력 발생부가 압축실린더의 일측에 위치가 고정된 상태에서 상기 영구자석이 압축로울러와 함께 축회전함으로써 영구자석이 유도기전력 발생부에 대하여 멀어졌다가 가까워지는 상대운동을 하게 되고, 이때 유도기전력 발생부에 대한 영구자석의 운동방향과 유도기전력 발생부로부터 영구자석의 상대거리에 따라 유도되는 기전력이 달라지게 되며, 그 변화하는 기전력에 대응하는 영구자석의 위치를 유도기전력 검출부에서 연산하여 회전자의 위치를 간접적으로 추출할 수 있게 된다.

상기 유도기전력 검출부는 전기회로로 구성되고 유도기전력 발생부에서 발생하는 유도기전력을 검출하여 영구자석의 위치데이타로 변환함으로써 회전자의 위치를 절대위치를 검출할 수 있게 된다.

이렇게 검출되어진 유도전동기의 회전자 위치정보는 인버터를 이용한 유도전동기의 진동저감을 위한 부하 토크 보상 및 벡터제어 등 여러가지 고급정밀제어 방식에 사용되어질 수 있다.

상기 위치검출부는 상기 영구자석의 자기장에 반응하여 그 자기장의 세기에 비례하는 전압을 출력하는 홀센서와 상기 홀센서로부터 출력된 전압을 수신하여 유도전동기 회전자의 위치를 연산하는 전압검출부로 구성될 수 있다.

상기 홀센서(Hall sensor)는 자기장에 반응하는 센서로, 자기장의 유무에 따라 온오프 동작을 함으로써 영구자석과의 최장거리에서 오프동작을 하는 것도 가능하고, 영구자석의 자기장 세기에 비례하는 전압을 출력함으로써 영구자석의 근접정도를 구분할 수 있게 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하면, 회전식 압축기의 압축실린더(10) 압축실(11)에는 회전자의 회전축(20)이 노출되어 구비되고, 상기 회전축(20)의 선단에 압축로울러(30)가 일체로 축회전가능하게 결합되어 있다.

상기 압축로울러(30)는 회전식 압축기의 유도전동기 회전축(20)에 편심되게 구비되고, 압축실린더(10)의 압축실(11)에서 그 압축실(11)의 내측벽에 내접하면서 편심회전하여 냉매를 압축하게 된다.

상기 압축로울러(30)의 일측에는 영구자석(40)이 고정되어 결합됨으로써 상기 압축로울러(30)와 영구자석(40)이 일체로 회전하게 된다.

상기 회전자와 회전축(20)이 일체로 회전하고 상기 회전축(20)과 압축로울러(30)가 일체로 회전하며 상기 압축로울러(30)와 영구자석(40)이 일체로 회전함으로써 상기 영구자석(40)의 절대위치를 검출하게 되면 회전자의 절대위치도 검출할 수 있게 된다.

상기 영구자석(40)은 회전축(20)에서 반경방향으로 최외각에 위치함으로써 압축로울러(30)의 회전시 압축실(11)의 내측벽에 가장 근접한 상태로 회전하게 된다.

상기 압축실린더(10)의 외주면에는 상기 영구자석(40)의 자속에 의해 유도기전력을 발생시키는 코일(50)이 구비되고, 상기 코일(50)에서 발생하는 유도기전력 을 검출하여 유도전동기 회전자의 위치를 연산하는 유도기전력 검출부(60)가 연결되어 있다.

상기 코일(50)은 영구자석(40)의 자속(자석에너지)을 전류 에너지로 변환하여 유도기전력 검출부(60)의 전기회로로 송출한다.

상기 코일(50)은 압축로울러(30)의 회전에 의해 영구자석(40)이 접근하게 되면 양단으로 유도기전력이 발생하고 영구자석(40)의 근접정도에 따라 서로 다른 유도기전력을 발생시키게 된다.

즉, 상기 압축로울러(30)에 삽입된 영구자석(40)이 코일(50)에 근접할 때마다 코일(50)의 양단에는 자속에 의한 유도기전력이 발생하고, 이 유도기전력을 유도기전력 검출부(60)에서 검출하여 압축로울러(30)의 절대위치나 유도전동기 회전자의 절대위치를 검출할 수 있게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다른 일실시예는 회전식 압축기의 유도전동기 회전축(20)에 편심되게 구비되고 압축실린더(10)의 압축실(11)에서 편심회전하면서 냉매를 압축하는 압축로울러(30)와, 상기 압축로울러의 일측에 구비되고 상기 압축로울러와 일체로 회전하는 영구자석(40)과, 상기 압축실린더의 일측에 구비되고 상기 영구자석의 자기장에 반응하여 그 자기장의 세기에 비례하는 전압을 출력하는 홀센서(70) 및, 상기 홀센서(70)에서 발생하는 전압을 검출하여 유도전동기 회전자의 위치를 연산하는 전압검출부(80)로 구성되어 있다.

상기 홀센서(70)는 상기 영구자석(40)의 자기장에 반응하여 그 자기장의 세 기에 비례하는 전압을 출력함으로써 자기장의 유무와 자기장의 크기를 측정할 수 있다.

상기 영구자석(40)은 압축로울러(30)의 회전위치에 따라 그 위치가 결정되고, 영구자석(40)의 회전위치에 따라 홀센서(70)로의 자속이 달라져 홀센서(70)에서 서로 다른 전압을 출력함으로써 회전자의 위치를 검출할 수 있게 된다.

상기 홀센서(70)는 상기 영구자석(40)이 회전축(20)을 중심으로 홀센서(70)와 정반대편에 위치할 때 자기장의 영향으로부터 완전히 배제될 수 있고, 한편 상기 홀센서(70)는 자기장의 유무에 따라 온오프동작하도록 구성할 수 있으므로 상기 영구자석(40)이 회전축(20)의 정반대편에 위치할 때 오프동작하여 회전자의 특정위치를 오프신호를 통해 검출할 수 있도록 하고 회전자의 다른 위치는 홀센서(70)의 온상태에서 전압의 비례치에 따라 검출할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치에 의하면, 압축실린더의 내부에 압축로울러와 일체로 영구자석을 편심되게 회전시키고 그 영구자석의 자속변화에 의해 유도기전력을 발생시키는 유도기전력 발생부를 영구자석의 회전반경에 인접하여 고정되게 구비함으로써 영구자석의 회전에 따른 유도기전력의 변화량을 통해 영구자석의 위치를 검출하며 그 영구자석의 위치를 통해 유도전동기 회전자의 위치를 검출하여 유도전동기의 가변속 운전시 정밀제어를 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

회전식 압축기의 유도전동기 회전축에 편심되게 구비되고, 압축실린더의 압축실에서 편심회전하면서 냉매를 압축하는 압축로울러와;

상기 압축로울러의 일측에 구비되고, 상기 압축로울러와 일체로 회전하는 영구자석과;

상기 압축실린더의 일측에 구비되고, 상기 영구자석의 자속에 의해 유도기전력을 발생시키는 유도기전력 발생부 및;

상기 유도기전력 발생부에서 발생하는 유도기전력을 검출하여 유도전동기 회전자의 위치를 연산하는 유도기전력 검출부;를 포함하는 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치.
제1항에 있어서, 상기 유도기전력 발생부는 코일인 것을 특징으로 하는 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치.
회전식 압축기의 유도전동기 회전축에 편심되게 구비되고, 압축실린더의 압축실에서 편심회전하면서 냉매를 압축하는 압축로울러와;

상기 압축로울러의 일측에 구비되고, 상기 압축로울러와 일체로 회전하는 영구자석과;

상기 압축실린더의 일측에 구비되고, 상기 영구자석의 자기장에 반응하여 그 자기장의 세기에 비례하는 전압을 출력하는 홀센서 및;

상기 홀센서에서 발생하는 전압을 검출하여 유도전동기 회전자의 위치를 연산하는 전압검출부;를 포함하는 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치.
제3항에 있어서, 상기 홀센서는 영구자석의 자기장의 유무에 따라 온오프동작하고, 상기 영구자석이 회전축의 정반대편에 위치할 때 오프동작하도록 구비된 것을 특징으로 하는 회전식 압축기의 유도전동기 회전자 위치검출장치.