KR20060081944A - 용량 가변형 왕복동식 압축기의 운전제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용량가변형 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 왕복동식 압축기에 있어서, 일정 권선수를 가지는 서브 코일과; 상기 서브 코일보다 많은 권선수를 가지며 상기 서브 코일의 외측을 감싸면서 위치한 메인 코일과; 제어신호에 의해 상기 서브 코일과 메인 코일을 모두 또는 일부 연결시키는 절환수단과; 압축기 용량의 부하 크기에 따라 절환수단의 절환동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치가 제공된다.

Description

용량 가변형 왕복동식 압축기의 운전제어장치{DRIVING CONTROL APPARATUS FOR CAPACITY VARIABLE TYPE RECIPROCATING COMPRESSOR}

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도2는 종래 용량 가변형 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 실시예의 회로도.

도3은 본 발명에 따른 용량 가변형 왕복동식 압축기의 모터를 보인 정면도,

도4는 도3의 A-A' 선에 따른 단면도이다.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

100: 코일 110: 서브코일

120: 메인코일 300: 외측 고정자

310: 외측 코어 320: 보빈

330: 영구자석 410: 영구자석

420: 자석홀더 500: 내측고정자

S1: 공통단자 S2: 파워단자

S3: 세이브 단자

본 발명은 용량가변형 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 서로 다른 권선수를 가진 두개의 코일을 압축기의 운전부하에 따라 모두 또는 일부만 연결하여 인덕턴스를 가변시켜 공진 운전시키도록 한 용량 가변형 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 왕복동식 압축기는 모터에 인가되는 전압을 가변시켜줌에 따라 압축비를 가변할 수 있음으로 인하여 가변 냉력제어에 사용할 수 있는 장점이 있는 것으로, 이와같은 왕복동식 압축기를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 일반적인 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와같이 스트로크 지령치에 따른 스트로크 전압에 의해, 피스톤이 상하운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 왕복동식 압축기(L.COMP)와; 스트로크 전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 상기 왕복동식 압축기 (L.COMP)에 발생하는 전압을 검출하는 전압검출부(30)와; 스트로크전압에 의해 스트로크를 증가시킴에 따라, 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(20)와; 상기 전압검출부(30) 및 전류 검출부(20)로부터 검출된 전압과 전류로 스트로크를 계산하고, 그 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따른 스위칭제어신호를 출력하는 마이크로 프로세서(40)와; 상기 마이크로 프로세서 (40)의 스위칭제어신호에 따라, 교류전원을 트라이악(Tr1)으로 단속시켜 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 스트로크전압을 인가하는 전기회로부(10)로 구성되고, 이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 왕복동식 압축기(L.COMP)는 사용자에 의해 설정된 스트로크 지령치에 따른 스트로크전압에 의해, 피스톤이 직선 운동되고, 이로 인해 스트로크가 가변되어 냉력을 조절한다.

한편, 전기회로부(10)의 트라이악(Tr1)은 마이크로 프로세서(40)의 스위칭제어신호에 의해 턴온 주기가 길어짐에 의해 스트로크가 증가되는데, 이때 왕복동식 압축기(L.COMP)에 발생하는 전압과 전류를 각기 전압검출부(30)와 전류검출부(20)에서 검출하여 이를 마이크로 프로세서(40)에 인가한다.

그러면, 상기 마이크로 프로세서(40)는 상기 전압검출부(30)와 전류검출부(20)로부터 검출된 전압과 전류를 이용하여 스트로크를 계산한후, 이 스트로크를 스트로크지령치와 비교하여 그에 따라 스위칭제어신호를 출력한다.

즉, 상기 마이크로 프로세서(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 작으면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 길게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 스트로크전압을 증가시킨다.

여기서, 상기 왕복동식 압축기(L.COMP)에 구비되는 모터는 코일이 소정 권선비로 균일하게 감겨져서, 상기 스트로크전압에 의해 구동전압이 발생되어 구동된다.

상술한 바와 달리, 상기 마이크로 프로세서(40)는 계산된 스트로크가 스트로크 지령치 보다 크면, 트라이악(Tr1)의 온주기를 짧게 하는 스위칭제어신호를 출력하여 왕복동식 압축기(L.COMP)에 인가되는 스트로크전압을 감소시킨다.

상술한 왕복동식 압축기 구동회로는, 스트로크 제어를 위하여 전압을 트라이악에 의해 스위칭하여 모터에 인가함으로써 노이즈가 발생하게 되고, 이 노이즈를 제거하기 위한 부가적인 회로가 필요하게 되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여, 도2와 같이, 부하 및 전압변동에 대응하기 위해 코일의 권선수를 자체적으로 변화시켜 용량을 가변하도록, 메인 코일(Main coil)과 서브코일(Sub coil)을 두어 모터를 최적의 효율로 구동시킨다.

상기 도2와 같은 왕복동식 압축기의 모터(50)는, 자체에 감겨지는 코일을 메인 코일(61)과 서브 코일(62)로 구분하고, 전압의 변동 및 부하의 변동에 따라, 메인 코일(61)을 모터코일로 선택하거나, 또는 메인코일(61) 및 서브코일(62)을 모터코일로 선택하여 모터의 용량을 가변한다.

즉, 현재 부하가 기준부하보다 큰 경우에(과부하), 릴레이(40)의 접점을 제1 접점(71)으로 스위칭하여 메인코일(61)만을 모터코일로 선택함으로써, 모터의 역기전력 상수를 작게 한다.

이에 따라, 상용전원이 인가될때, 입력전류와 스트로크를 증가시켜 냉력을 증가시킨다.

반대로, 현재 부하가 기준부하보다 작은 경우에(저부하), 릴레이(70)의 접점을 제2 접점(73)으로 스위칭하여 메인코일(61)과 서브코일(62)을 모두 모터코일로 사용함으로써, 모터의 역기전력 상수를 증가시킨다.

이에 따라, 상용전원(80)이 인가될때, 입력전류와 스트로크를 감소시켜 냉력을 감소시킨다. 도면 중 미설명 부호중 72는 중립 접점이고, 90은 캐패시터이다.

즉, 상기 왕복동식 압축기의 모터(50)에 감겨지는 코일의 권선수(N)는 모터역기전력상수와 비례관계가 있으므로 일정 입력전압 인가시 스트로크와 코일의 권선수(N)는 반비례하게 되는데 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.

따라서, 상기와 같은 특성을 이용하여 모터용량을 가변시키기 위해 코일의 권선수(N)를 입력전원 및 부하에 따라서, 마이크로 프로세서(40)의 릴레이구동제어신호에 의해 릴레이(70)를 구동시켜 모터 자체적으로 스트로크전압을 가변한다.

그러나, 코일저항으로 인한 모터 발열로 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 코일은 전류가 흐르면서 발생한 열을 방출하여야 하는데, 원활한 냉각이 이루어지지 않을 경우에는 모터 뿐만 아니라 압축기 전체의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 특히, 권선수가 많을수록 동손으로 인한 발열이 더 많이 발생하기 때문에 방열은 메인 코일에서 더욱 문제된다. 따라서, 이러한 방열 문제를 고려하여 메인 코일과 서브 코일의 배치를 결정하는 것은 중요한 문제임에도 불구하고 종래에는 이에 대한 문제의식이나 연구가 미비한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 메인 코일의 방열을 원활히 이루어지게 할 수 있으며, 이로 인하여 모터의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 용량 가변형 왕복동식 압축기의 운전제어장치를 제공함에 그 목 적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 왕복동식 압축기에 있어서, 일정 권선수를 가지는 서브 코일과; 상기 서브 코일보다 많은 권선수를 가지며 상기 서브 코일의 외측을 감싸면서 위치한 메인 코일과; 제어신호에 의해 상기 서브 코일과 메인 코일을 전부 또는 일부만 연결시키는 절환수단과; 압축기 용량의 부하 크기에 따라 절환수단의 절환동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 용량가변형 왕복동식 압축기의 운전제어장치에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 용량 가변형 왕복동식 압축기의 모터를 보인 정면도이고, 도4는 도3의 A-A' 선에 따른 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 왕복동식 모터는 외측 고정자(300)와, 그 외측 고정자(300)내에 삽입되는 내측 고정자(500)로 구성되는 고정자와, 상기 고정자의 외측 고정자(300)와 내측 고정자(500)사이에 움직임 가능하게 삽입되는 가동자와, 상기 모터를 제어하는 제어유닛을 포함하여 구성된다.

상기 외측 고정자(300)는 코일이 다수회 권선된 환형의 권선 코일(100)과, 상기 권선코일(100)을 감싸도록 형성되어 절연시키는 환형의 보빈(320)과, 상기 보빈(320)의 외주면에 원주 방향으로 삽입되는 외측 코어(310)를 포함하여 구성된다.

상기 권선 코일(100)은 일정 권선수를 가지는 서브 코일(110)과; 상기 서브 코일(110)보다 많은 권선수를 가지며 상기 서브 코일(110)의 외측을 감싸면서 위치한 메인 코일(120)을 포함하여 구성된다.

상기 외측 코어(310)는 "ㄷ"자 모양의 박판이 적층되어 구성되며 그 내주면이 원을 이루고 그 외주면은 일정 간격을 가진체 삽입된다.

상기 내측 고정자(500)는 직사각형 모양의 박판이 방사상으로 적층 결합된다.

상기 가동자는 영구 자석(410)과 그 영구 자석(410)을 지지하는 자석 홀더(420)로 구성된다.

상기 제어유닛(미도시)은 제어신호에 의해 상기 서브 코일(110)과 메인 코일(120)을 모두 또는 일부만 연결시키는 절환수단과; 압축기 용량의 부하 크기에 따라 절환수단의 절환동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함하여 구성한다.

상기 절환수단은 릴레이인 것이 바람직하다. 또한 기계적인 스위치로도 구성될 수 있다.

상기 절환수단은 공통단자(S1)와 연결되고 부하의 변동에 따라 파워단자(S2) 또는 세이브단자(S3)에 연결되어 메인코일 또는 메인코일과 서브코일을 모터코일로 선택하여 모터의 용량을 가변하는 것은 종래의 기술과 같다.

상기 제어수단은 현재부하가 기준부하보다 큰 경우에 절환수단을 스위칭하여 공통단자(S1)와 파워단자(S2)를 연결하도록 절환수단에 제어신호를 출력한다. 이 경우에는 메인코일(120)에만 전류가 흐르게 된다.

또한, 상기 제어수단은 현재부하가 기준부하보다 작은 경우에는 절환수단을 스위칭하여 공통단자(S1)와 세이브단자(S3)를 연결하도록 절환수단에 제어신호를 출력한다. 이 경우에는 메인코일(120)과 서브코일(110)에 전류가 흐르게 된다.

본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어수단은 실험에 의해 메인 및 서브 코일을 선택하기 위한 기준이 되는 기준부하를 기설정하여 내장된 메모리 등에 저장한다. 이러한 상태에서 상기 제어수단(미도시)은 사용자의 희망온도와 현재 온도를 비교하고 그 비교결과에 근거하여 부하를 검출한다. 이때, 상기 희망온도와 현재온도에 대응되는 부하를 실험에 의해 기설정한다. 상기 제어수단(미도시)은 검출된 부하를 메모리(미도시)에 기저장한 기준부하와 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 압축기의 용량을 가변하기 위한 제어신호를 출력한다.

즉 상기 제어수단(미도시)은 압축기의 용량부하가 기준부하보다 커지면, 과부하로 인식하여 제어신호를 출력하여 절환수단을 스위칭하여 공통단자(S1)와 파워단자(S2)를 연결하여 메인코일만 전류가 흐르게 하므로써 모터의 역기전력 상수를 작게 한다. 이에 따라, 상용전원이 인가될 때, 입력 전류와 스트로크를 증가시켜 냉력을 증가시킨다.

반대로, 용량부하가 기준부하보다 작은 경우에는(저부하), 절환수단을 스위칭하여 공통단자(S1)와 세이브단자(S3)를 연결하여 메인코일(Main coil)과 서브코일(Sub coil)을 모두 모터코일로 사용함으로써, 모터의 역기전력 상수를 증가시킨다.

이 때, 코일의 저항으로 인한 열이 발생하게 된다. 특히 과부하시에는 메인 코일만 사용하게 되므로 메인코일의 방열이 더욱 문제되는데, 상기 메인코일(120)이 세이브코일(110)의 외측에 있으므로 효과적으로 외부에 열전달이 일어나서 방열이 원활하다. 이로 인하여 모터의 효율 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 권선코일을 모두 또는 일부를 선택하여 용량가변을 구현할 경우에 파워모드시에 사용되는 메인코일의 방열이 원활하게 이루어지게 할 수 있으며, 이로 인하여 모터의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 일정 권선수를 가지는 서브 코일과;

   상기 서브 코일보다 많은 권선수를 가지며 상기 서브 코일의 외측을 감싸면서 위치한 메인 코일과;

   제어신호에 의해 상기 서브 코일과 메인 코일을 모두 또는 일부만 연결시키는 절환수단과;

   압축기 용량의 부하 크기에 따라 절환수단의 절환동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 서브코일과 메인코일은 그 외측을 감싸서 절연시키는 환형의 보빈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은 압축기의 용량이 상대적으로 크게 필요한 경우에는 메인코일만을 선택하고 압축기의 용량이 상대적으로 작게 필요한 경우에는 메인코일과 서브코일을 모두 선택할 수 있도록 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 절환수단은 릴레이인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 운전제어장치.

Images