KR20120026371A - 냉장고 - Google Patents

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KR20120026371A
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 전동기 구동장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 냉매를 응축하는 응축기와, 응축기의 일면에 부착되며, 공기를 유동하는 팬 모듈과, 펄스폭 가변의 스위칭 제어 신호를 생성하여 출력하는 마이컴과, 마이컴의 출력단에 접속되어 상기 출력되는 스위칭 제어 신호의 필터링을 수행하는 필터부를 구비하는 제1 회로부, 및 필터링된 스위칭 제어 신호에 따라, 스위칭 동작을 수행하여, 입력 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 팬 모듈 내의 팬 모터에 출력하는 인버터를 구비하는 제2 회로부를 포함한다. 이에 의해, 모터 구동시 노이즈를 저감할 수 있게 된다.

Description

냉장고{Refrigerator}
본 발명은 냉장고에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 팬모터 구동시 노이즈 저감이 가능한 냉장고에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고는 식품을 신선하게 장기간 보관하는 용도로 사용되는 기기로써, 식품을 냉동 보관하기 위한 냉동실과, 식물을 냉장 모관하기 위한 냉장실과, 냉동실 및 냉장실을 냉각시키기 위한 냉동사이클로 구성되고, 이에 내장된 제어부에 의해 동작 제어가 이루어진다.
이와 같은 냉장고는 예전과 달리 주방 공간은 단순히 식생활을 위한 공간만이 아니고, 가족 구성원이 모여 대화할 뿐 아니라 식생활 등을 해결하기 위한 주요한 생활 공간으로 변모하고 있기 때문에 주방 공간에 핵심 요소인 냉장고가 대형화와 더불어 가족 구성원들이 모두 용이하게 사용할 수 있도록 양적/질적으로 기능적인 변화가 요구되고 있는 것이 실정이다.
한편, 냉장고의 기능이 복ㄹ잡해질수록, 또한 대형화될수록, 냉장고의 소비전력을 저감 및 그 효율을 향상하기 위한 다양한 시도가 계속되고 있다.
이에 따라 냉장고 내의 팬 또는 압축기를 동작시키기 위한 전동기를 효율적으로 구동하기 위한 다양한 시도가 계속 되고 있다.
본 발명의 목적은 팬모터 구동시 노이즈 저감이 가능한 냉장고의 제공에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 노이즈 저감을 간단히 구현할 수 있는 냉장고의 제공에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 냉매를 응축하는 응축기와, 응축기의 일면에 부착되며, 공기를 유동하는 팬 모듈과, 속도 지령치 신호를 출력하는 마이컴과, 마이컴의 출력단에 접속되어 출력되는 속도 지령치 신호의 필터링을 수행하는 필터부를 구비하는 제1 회로부, 및 필터링된 속도 지령치 신호에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부와, 인버터 스위칭 제어 신호에 따라, 스위칭 동작을 수행하여, 입력 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 팬 모듈 내의 팬 모터에 출력하는 인버터를 구비하는 제2 회로부를 포함한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 냉매를 응축하는 응축기와, 응축기의 일면에 부착되며, 공기를 유동하는 팬 모듈과, 속도 지령치 신호를 출력하는 마이컴을 구비하는 제1 회로부, 및 속도 지령치 신호의 노이즈를 저감하는 노이즈 저감부와, 노이즈 저감된 속도 지령치 신호에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부와, 인버터 스위칭 제어 신호에 따라, 스위칭 동작을 수행하여, 입력 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 팬 모듈 내의 팬 모터에 출력하는 인버터를 구비하는 제2 회로부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 마이컴에서 출력되는 펄스폭 가변의 속도 지령치 신호를 필터부를 통해 필터링하여, 고주파 성분을 제거함으로써, 속도 지령치 신호의 노이즈 성분을 저감할 수 있게 된다.
한편, 고주파 성분 제거를 위해, 저항 소자와 용량성 소자를 이용함으로써, 필터부를 간단히 구현할 수 있게 된다.
또한, 인버터에 입력되기 전에 노이즈 저감부를 배치함으로써, 속도 지령치 신호의 피크성 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 피크성 노이즈 저감을 위해, 저항 소자를 이용함으로써, 노이즈 저감부를 간단히 구현할 수 있게 된다.
한편, 마이컴에서 출력되는 펄스폭 가변의 속도 지령치 신호를 펄스 크기 가변 등의 변환 없이, 바로 인버터에 입력되도록 회로를 구성함으로써, 제조 비용이 저감되게 된다.
도 1은 본 발명과 관련한 냉장고를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 기계실 내부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 팬 모듈 및 응축기에 대한 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 냉장고 내부를 간략히 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 팬모터 구동장치를 보여주는 회로도이다.
도 7은 도 6의 인버터 제어부 내부의 일예를 도시하는 회로도이다.
도 8은 도 6의 구동장치에서의 제1 회로부와 제2 회로부를 간략히 도시한 회로도이다.
도 7은 도 6의 노이즈 저감부에 의해 노이즈 저감되는 것을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명과 관련한 냉장고를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명과 관련한 냉장고(1)는, 도시되지는 않았지만 냉동실 및 냉장실로 구획된 내부공간을 가지는 케이스(110)와, 냉동실을 차폐하는 냉동실도어(120)와 냉장실을 차폐하는 냉장실도어(140)에 의해 개략적인 외관이 형성된다.
그리고, 냉동실도어(120)와 냉장실도어(140)의 전면에는 전방으로 돌출형성되는 도어핸들(121)이 더 구비되어, 사용자가 용이하게 파지하고 냉동실도어(120)와 냉장실도어(140)를 회동시킬 수 있도록 한다.
한편, 냉장실도어(140)의 전면에는 사용자가 냉장실도어(140)를 개방하지 않고서도 내부에 수용된 음료와 같은 저장물을 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 홈바(180)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 냉동실도어(120)의 전면에는 사용자가 냉동실도어(120)를 개방하지 않고 얼음 또는 식수를 용이하게 취출할 수 있도록 하는 편의수단인 디스펜서(160)가 구비될 수 있고, 이러한 디스펜서(160)의 상측에는, 냉장고(1)의 구동운전을 제어하고 운전중인 냉장고(1)의 상태를 화면에 도시하는 컨트롤패널(200)이 더 구비될 수 있다.
컨트롤패널(200)은, 다수개의 버튼으로 구성되는 입력부(220), 및 제어 화면 및 작동 상태 등을 디스플레이하는 표시부(230)를 포함할 수 있다.
표시부(230)는, 제어 화면, 작동 상태 및 고내(庫內)온도 등의 정보를 표시한다. 예를 들어, 표시부(230)는 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각얼음), 냉동실의 설정 온도, 냉장실의 설정 온도를 표시할 수 있다.
이러한 표시부(230)는, 액정 디스플레이(LCD), 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 등 다양하게 구현될 수 있다. 또한, 표시부(230)는 입력부(220)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
입력부(220)는, 다수개의 조작 버튼을 구비할 수 있다. 예를 들어, 입력부(220)는, 디스펜서의 서비스 형태(각얼음, 물, 조각 얼음 등)를 설정하기 위한 디스펜서 설정버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉동실 온도설정 버튼(미도시)과, 냉동실 온도설정을 위한 냉장실 온도 설정 버튼(미도시) 등을 포함할 수 있다. 한편, 입력부(220)는 표시부(230)의 기능도 수행 가능한 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 발명과 관련한 냉장고는, 도면에 도시된 더블도어형(Double Door Type)에 한정되지 않으며, 원도어형(One Door Type), 슬라이딩 도어형(Sliding Door Type), 커튼 도어형(Curtain Door Type) 등 그 형태를 불문하며, 냉장고 냉장사이클 또는 냉동사이클을 위한 압축기 및 팬을 구비하기만 하면 충분하다.
도 2는 도 1의 냉장고의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 냉장고(1)는, 압축기(112)와, 압축기(112)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(116)와, 응축기(116)에서 응축된 냉매를 공급받아 증발시키되, 냉장실(미도시)에 배치되는 냉장실 증발기(122) 및 냉동실(미도시)에 배치되는 냉동실 증발기(124)와, 응축기(116)에서 응축된 냉매를 냉장실 증발기(122) 또는 냉동실 증발기(124)에 공급하는 3방향 밸브(130)와, 냉장실 증발기(122)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉장실 팽창밸브(132)와, 냉동실 증발기(124)에 공급되는 냉매를 팽창시키는 냉동실 팽창밸브(134)를 포함한다.
또한, 냉장고(1)는 증발기(122,124)를 통과한 냉매가 액체와 기체로 분리되는 기액 분리기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉장고(1)는, 냉장실 증발기(122) 및 냉동실 증발기(124)를 통과한 냉기를 흡입하여 각각 냉장실(미도시) 및 냉동실(미도시)로 불어주는 냉장실 팬(142) 및 냉동실 팬(144)을 더 포함할 수 있다.
또한, 압축기(112)를 구동하는 압축기 구동부(113)와, 냉장실 팬(142) 및 냉동실 팬(144)을 구동하는 냉장실 팬 구동부(143) 및 냉동실 팬 구동부(145)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 기계실 내부를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(1)의 케이스(110)의 하부에는 냉동 사이클을 구성하는 부품이 구비되는 기계실(110a)이 형성될 수 있다.
냉장고(1)의 기계실(110a)에는, 냉매를 압축하는 압축기(112)와, 공기를 유동하는 팬 모듈(115)과, 냉매를 응축시키는 응축기(116)가 배치된다.
압축기(112), 팬 모듈(115), 및 응축기(116)는 케이스(110)의 하부 상면에 나란히 배치된다. 바람직하게는 케이스(110)의 후방에서 바라보았을 때 도 3에 도시된 바와 같이 좌측으로부터 압축기(112), 팬 모듈(115), 및 응축기(116) 순으로 배치된다.
팬 모듈(115)은 응축기(116)의 일측에 결합되어 일체화되며, 압축기(112)는 팬 모듈(115)에서 응축기(116)가 결합된 측의 반대 측으로 이격하여 배치된다. 압축기(112)와 팬 모듈(115) 사이에는 상호 배치된 공간을 구획하는 격벽(미도시)이 구비될 수 있다.
응축기(116)는 케이스(110)의 하부 상면과 결합되며, 팬 모듈(115)은 응축기(116)의 일측과 결합되는 바 따로 케이스(110)와 결합될 필요는 없다. 압축기(112)는 케이스(110)의 하부 상면과 결합되는 것이 바람직하다.
팬 모듈(115)은 응축기(116)에서 공기와 냉매가 열교환이 일어나도록 공기를 팬 모듈(115) 측에서 응축기(116) 측으로 유동하거나, 응축기(116) 측에서 팬 모듈(115) 측으로 유동할 수 있다. 다만, 압축기(112)가 고온의 열을 발생하므로, 팬 모듈(115)은 응축기(116) 측에서 팬 모듈(115)을 거쳐 응축기(116) 측으로 공기를 유동하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 팬 모듈 및 응축기에 대한 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(1)는, 케이스(110) 하부에 배치되며 냉매가 흐르는 냉매관(116a)이 나선형으로 적층되어 형성되는 응축기(116)와, 응축기(116)의 냉매관(116a)이 형성하는 나선형의 축 방향(A)으로 공기를 유동하는 팬 모듈(115)과, 팬 모듈(115)을 응축기(116)의 일측에 결합하는 팬 브라켓(117)을 포함한다.
응축기(116)의 냉매관(116a)은 압축기(112)에서 압축된 냉매가 흐르며 나선형으로 적층되어 형성된다. 냉매관(116a)은 직선 상태에서 벤딩하여 나선형으로 적층되어 형성된다. 냉매관(116a)의 외부에는 원판 형태의 복수의 방열핀(116b)이 냉매 유동 방향과 수직한 방향으로 결합된다. 방열핀(116b)은 스팟 용접으로 냉매관(116a)의 외부에 접합된다.
응축기(116)에는, 냉매관(116a)이 나선형으로 적층된 형상을 유지할 수 있도록 상측에 배치된 복수의 방열핀(116b)의 일부에 끼움 결합되는 냉매관 브라켓(116c)이 구비될 수 있다. 응축기(116)에는, 응축기(116)의 하부를 케이스(110)의 상면과 결합하도록 하측에 배치된 복수의 방열핀(116b)의 일부에 결합되는 응축기 지지대(119)가 구비될 수 있다.
팬 모듈(115)은 냉매관(116a)이 형성하는 나선형의 축 방향(A)으로 공기를 유동할 수 있도록 팬 브라켓(117)에 의하여 응축기(116)의 일측에 결합된다.
팬 모듈(115)은, 회전하여 공기를 유동하는 팬(115a)과, 팬(115a)을 회전하는 팬 모터(115c)와, 팬 모터(115c)에 결합되어 팬(115a)을 지지하며 팬 브라켓(117)에 결합되는 팬 하우징(115b)을 포함한다.
팬(115a)의 중심은 냉매관(116a)이 형성하는 나선형의 축 방향(A)에 위치하는 것이 바람직하다. 팬 하우징(115b)은 팬 브라켓(117)과 나사(115d)에 의하여 결합될 수 있으며, 이 때, 팬 하우징(115b)과 팬 브라켓(117) 사이에는 고무 또는 합성수지, 금속 등의 재질로 형성된 탄성체(115e)가 구비되어 팬 모듈(115)의 진동이 응축기(116)에 전달되는 것을 방지한다.
팬 브라켓(117)은 팬 모듈(115)을 응축기(116)의 일측에 결합한다. 팬 브라켓(117)은 나사(115d)에 의하여 팬 하우징(115b)과 결합되는 것이 바람직하다. 팬 브라켓(117)은 방열핀(116b)의 외부 형상에 대응되어 단면이 반원 형태가 되도록 절곡된 응축기 결합부(117a)가 형성된다. 팬 브라켓(117)의 응축기 결합부(117a)는 응축기(116)의 일측에 배치된 복수의 방열핀(116b)의 일부에 끼움 결합된다.
도 5는 도 1에 도시된 냉장고 내부를 간략히 도시한 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 3의 냉장고는, 압축기(112), 냉장실 팬(142), 냉동실 팬(144), 제어부(310), 및 온도 감지부(320)를 포함한다. 또한, 압축기 구동부(113), 냉장실 팬 구동부(143), 냉동실 팬 구동부(145), 기계실 팬(115), 기계실 팬 구동부(400), 및 입력부(220)를 더 포함할 수 있다.
압축기(112), 냉장실 팬(142), 냉동실 팬(144)에 대한 설명은 도 2를 참조한다.
입력부(220)는, 다수개의 조작 버튼을 구비하여, 입력되는 냉동실 설정 온도 또는 냉장실 설정 온도에 대한 신호를 제어부(310)로 전달한다.
온도 감지부(320)는, 냉장고 내의 온도를 감지하여 감지된 온도에 대한 신호를 제어부(310)로 전달한다. 여기서 온도 감지부(320)는 냉장실 온도, 및 냉동실 온도를 각각 감지한다. 또한, 냉장실 내의 각 실 또는 냉동실 내의 각 실의 온도를 감지할 수도 있다.
제어부(310)는, 압축기(112), 및 팬(142 또는 144)의 온/오프 동작을 제어를 위해, 도면에서 도시된 바와 같이, 압축기 구동부(113) 및 팬 구동부(143 또는 145)를 직접 제어하여, 최종적으로 압축기(112), 및 팬(142 또는 144)을 제어할 수 있다. 여기서, 팬 구동부는 냉장실 팬 구동부(143) 또는 냉동실 팬 구동부(145)일 수 있다.
예를 들어, 제어부(310)는 내부에 마이컴을 구비하며, 압축기 구동부(113) 또는 팬 구동부(143 또는 145 또는 400)에, 각각 해당하는 속도 지령치 신호를 출력할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 속도 지령치 신호가 펄스폭 가변 기반의 신호인 경우, 기계실 팬 구동부(400)에, 노이즈 없이 전송할 수 있는 구동장치에 대해 기술한다. 이에 대해서는, 도 6 이하를 참조하여 후술한다.
상술한 압축기 구동부(113), 냉장실 팬 구동부(143), 냉동실 팬 구동부(145)는, 각각 압축기용 전동기(미도시), 냉장실 팬용 전동기(미도시), 및 냉동실 팬용 전동기(미도시)를 각각 구비하며, 각 전동기(미도시)는 제어부(310)의 제어에 따라 목표 회전 속도로 동작된다.
한편, 기계실 팬 구동부(400)는, 기게실 팬용 전동기(115c)를 구비하며, 기게실 팬용 전동기(115c)는 제어부(310)의 제어에 따라 목표 회전 속도로 동작된다. 이에 대해서는 도 6 이하를 참조하여 후술한다.
이러한 전동기가 삼상 전동기인 경우, 인버터(미도시) 내의 스위칭 동작에 의해 제어되거나, 교류 전원을 그대로 이용하여 정속 제어될 수 있다. 여기서 각 전동기(미도시)는, 유도 전동기, BLDC(Blush less DC) 전동기, 또는 synRM(synchronous reluctance motor) 전동기 등 중 어느 하나일 수 있다
한편, 제어부(310)는, 상술한 바와 같이, 압축기(112)와 팬(142 또는 144 또는 115)의 동작 제어 이외에, 냉장고(1) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(310)는 입력부(220)로부터의 설정 온도에 맞추어 냉매 싸이클의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 압축기 구동부(113), 냉장실 팬 구동부(143), 냉동실 팬 구동부(145), 및 기계실 팬 구동부(400) 이외에, 3방향 밸브(130), 냉장실 팽창밸브(132), 및 냉동실 팽창밸브(134)를 더 제어할 수 있다. 또한, 응축기(116)의 동작도 제어할 수 있다. 또한 제어부(310)는 표시부(230)의 동작을 제어할 수도 있다.
한편, 도 2 및 도 5에서는 냉장실 및 냉동실 각각에 증발기(122,124)가 사용되고, 이에 따라 각각의 팬(142,144) 및 구동부(143,145)가 사용되는 것으로 기술하나, 이와 달리 냉장실 및 냉동실에 공통의 증발기(미도시)가 사용되며, 공통의 팬(미도시) 및 구동부(미도시)가 사용되는 것도 가능하다. 이러한 경우에, 냉장실 및 냉동실 사이에 댐퍼(미도시)가 설치되될 수 있으며, 팬(미도시)은 하나의 증발기에서 생성된 냉기를 냉동실과 냉장실로 공급되도록 강제 송풍시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 팬 구동장치는, 기계실(110a)의 냉각을 위해 구비되는 기계실 팬 모듈(115)의 팬용 전동기(115c)를 구동하는 기계실 팬 구동부(400)일 수 있다. 그 외, 냉장실 팬(142)의 팬용 전동기를 구동하는 냉장실 팬 구동부(143), 또는 냉동실 팬(144)의 팬용 전동기를 구동하는 냉동실 팬 구동부(145)에 적용되는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 냉장고의 팬모터 구동장치를 보여주는 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 팬모터 구동장치(400)는, 컨버터(410), 인버터(420), 인버터 제어부(430), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 및 출력전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 또한, 구동장치(400)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)로부터 검출되는 출력전류값(io)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 7을 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로하여 기술한다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 컨버터(410)가 스위칭 소자를 구비하는 경우, 컨버터(410) 내의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 입력 전류 검출부(A)에서 검출되는 입력 전류(is)를 입력받을 수 있다. 그리고, 인버터 제어부(430)는, 컨버터(410)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 컨버터(410)에 출력할 수 있다. 이러한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)는 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어신호로서, 입력 전류 검출부(A)로부터 검출되는 입력 전류(is)를 기초로 생성되어 출력될 수 있다.
도 7은 도 6의 인버터 제어부 내부의 일예를 도시하는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(510), 속도 연산부(520), 전류 지령 생성부(530), 전압 지령 생성부(540), 축변환부(550), 및 스위칭 제어신호 출력부(560)를 포함할 수 있다.
축변환부(510)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 삼상 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)로 변환한다.
한편, 축변환부(510)는, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)를 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
속도 연산부(520)는, 축변환부(510)에서 축변화된 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)에 기초하여, 연산된 위치(
Figure pat00001
)와 연산된 속도(
Figure pat00002
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(530)는, 연산 속도(
Figure pat00003
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(530)는, 연산 속도(
Figure pat00004
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(535)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(530)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(540)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(530) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성한다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(540)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(544)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(540)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(548)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, 전압 지령 생성부(540)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(550)에 입력된다.
축변환부(550)는, 속도 연산부(520)에서 연산된 위치(
Figure pat00005
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(550)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 속도 연산부(520)에서 연산된 위치(
Figure pat00006
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(550)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(560)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 8은 도 6의 구동장치에서의 제1 회로부와 제2 회로부를 간략히 도시한 회로도이고, 도 9는 도 8의 노이즈 저감부에 의해 노이즈 저감되는 것을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저, 제1 회로부(610)는, 마이컴(612), 필터부(615), 접속부(618)를 구비할 수 있다.
마이컴(612)은, 팬 모터(230)의 속도 지령치 신호(S1)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 마이컴(612)은, 냉장고 내의 설정 온도, 현재 온도 등을 고려하여, 팬 모터(230)의 속도 지령치 신호(S1)를 출력할 수 있다. 이러한 마이컴(612)는, 상술한 도 5의 제어부(310) 내에 구비될 수 있다.
한편, 속도 지령치 신호(S1)는 펄스폭 (PWM) 기반의 신호일 수 있다. 예를 들어, 팬 모터(230)의 회전 속도를 높게 설정하기 위해 출력되는 속도 지령치가 클수록, 속도 지령치 신호(S1)의 펄스폭은 커질 수 있다. 한편, 속도 지령치가 낮을수록, 속도 지령치 신호(S1)의 펄스폭은 작아질 수 있다. 이때, 속도 지령치 신호(S1)의 크기는 일정하게 출력된다.
필터부(615)는, 마이컴(612)의 출력단에 접속되어 출력되는 속도 지령치 신호(S1)의 필터링을 수행한다. 예를 들어, 속도 지령치 신호(S1)에 스위칭 노이즈와 같은 고주파 노이즈가 결합되는 경우, 이를 저감하기 위해, 필터부(615)는, 적어도 하나의 저항 소자와, 적어도 하나의 용량성 소자를 구비할 수 있다. 이때 용량성 소자의 커패시턴스 범위는, 1uF 이내인 것이 바람직하다.
도면에서는 하나의 저항 소자(R1)과 커패시터(C1)가 서로 직렬 연결되는 RC 필터를 예시한다. 이에 의해, 속도 지령치 신호(S1)를 필터링하여 노이즈를 저감할 수 있게 된다. 노이즈 저감된 속도 지령치 신호는, 제2 회로부(620)로의 전송을 위해, 접속부(618)에 입력된다. 접속부(618)는 커넥터로서 구현될 수 있다.
한편, 제1 회로부(610)와 제2 회로부(620)는, 각각 별개의 회로 기판으로서 구현될 수 있으며, 이때, 제1 회로부(610)와 제2 회로부(620)는, 케이블 등의 전송부(640)에 의해 서로 접속될 수 있다. 예를 들어, 제1 회로부(610)는 냉장고(1)의 상면에 배치될 수 있으며, 제2 회로부(620)는 냉장고(1)의 배면에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 전송부(640)의 거리는 대략 2 미터 내지 3미터 사이일 수 있다.
이러한 제1 회로부(610)와 제2 회로부(620) 사이의 거리 차이로 인하여, 종래에는, 펄스폭(PWM) 기반의 속도 지령치 신호를, 펄스 크기(PAM) 기반의 속도 지령치 신호로 가변하여 접속부(618)를 통해, 제2 회로부(620)로 전달하였다. 이를 위해, 벅 컨버터 등이 사용되었다. 그러나, 벅 컨버터는 별도의 전력 소비가 필요한 점, 그리고, 추가 비용이 들어간다는 점을 고려하여, 본 발명의 실시예는, 벅 컨버터 등의 별도의 변환 수단 없이, 직접 펄스폭 가변 기반의 속도 지령치 신호를 출력하고, 속도 지령치 신호의 노이즈 저감을 위해 필터부(615)를 마이컴(612)의 출력단에 접속시킨다. 이에 의해, 모터 구동시 노이즈 저감을 할 수 있으며, 간단한 회로를 통해, 구현할 수 있게 된다.
다음, 제2 회로부(620)는, 인버터(420), 인버터 제어부(430), 노이즈 저감부(625), 및 접속부(628)를 포함할 수 있다.
인버터(420)는, 상술한 바와 같이, 인버터 제어부(430)에서 입력되는 펄스폭 가변 기반의 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)에 따라, 스위칭 동작을 수행하여, 입력 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 출력한다. 이에 의해 팬 모터(230)를 구동시킨다.
인버터 제어부(430), 상술한 바와 같이, 제1 회로부(610)로부터의 속도 지령치 신호에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력한다. 인버터 제어부(430)의 동작에 대해서는 도 7에 대한 설명을 참조한다.
한편, 인버터(420)와 인버터 제어부(430)는, 하나의 모듈로서 구현될 수 있으며, 이를 (Intellectual Power Module)(630)이라 할 수 있다. 예를 들어, IPM(630)은, 펄스폭 가변 기반의 속도 지령치(ω* r), 출력 전류(io), 동작 전원(Vcc) 등을 입력 받아, 내부 신호 처리를 하여, 삼상 교류 전류(u,v,w상 전류 또는 a,b,c 상 전류) 등을 출력할 수 있다.
한편, IPM(630)은, 인버터(420) 내의 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc,S'a,S'b,S'c)의 동작을 위한, 레귤레이터 회로(voltage regulator)(미도시), 전하 펌프 회로(charge pump circuit)(미도시) 등을 더 구비할 수 있다.
노이즈 저감부(625)는, 접속부(628)를 통해 입력되는, 필터링된 속도 지령치 신호(S2)의 노이즈를 저감할 수 있다. 예를 들어, 필터링된 속도 지령치 신호(S2)에 피크성 노이즈와 같은 고주파 노이즈가 결합되는 경우, 이를 저감하기 위해, 노이즈 저감부(625)는, 적어도 하나의 저항 소자를 구비할 수 있다. 이때 저항 소자의 임피던스 범위는, 1kΩ 내지 10kΩ인 것이 바람직하다. 또한, 노이즈 저감부(625)는, 적어도 하나의 용량성 소자를 더 구비할 수도 있다.
도면에서는 하나의 저항 소자(R2)를 예시한다. 이에 의해, 필터링된 속도 지령치 신호의 노이즈를 저감할 수 있게 된다. 노이즈 저감된 속도 지령치 신호(S3)는, 상술한 바와 같이, 인버터 제어부(430)에 입력되게 된다.
도 9(a)는, 노이즈 저감부(625) 입력 전의 속도 지령치 신호(S2)를 예시한다. 속도 지령치 신호(S2)는, 제1 회로부(610) 내의 마이컴(612)에서 출력되어, 전송부(640)를 거쳐 수신되므로, 도면과 같이, 피크성 노이즈(Sp1,Sp2) 등이 발생할 수 있다. 한편, 속도 지령치 신호(S2)는 펄스폭 가변 기반의 신호이므로, 그 펄스폭(W1 또는 W2)이 속도 지령치 값에 따라 달라질 수 있다.
도 9(b)는, 노이즈 저감부(625) 통과 후의 속도 지령치 신호(S3)를 예시한다. 속도 지령치 신호(S3)는, 노이즈 저감부(625) 내의 저항성 소자(R2) 등을 거쳐, 피크성 노이즈(Sp1,Sp2) 등이 제거될 수 있다. 이에 의해, 노이즈 없이 모터 구동을 수행할 수 있게 된다. 또한, 구동시 모터 기동 불량 현상을 방지할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부(430) 내의 회로 소자, 또는 인버터(630) 내의 회로 소자의 소자 안정성이 향상되게 된다.
본 발명에 따른 냉장고는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (10)

  1. 냉매를 응축하는 응축기;
    상기 응축기의 일면에 부착되며, 공기를 유동하는 팬 모듈;
    속도 지령치 신호를 출력하는 마이컴과, 상기 마이컴의 출력단에 접속되어 상기 출력되는 속도 지령치 신호의 필터링을 수행하는 필터부를 구비하는 제1 회로부; 및
    상기 필터링된 속도 지령치 신호에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부와, 상기 인버터 스위칭 제어 신호에 따라, 스위칭 동작을 수행하여, 입력 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 상기 팬 모듈 내의 팬 모터에 출력하는 인버터를 구비하는 제2 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축기는, 냉매가 흐르는 냉매관이 나선형으로 적층되어 형성되며,
    상기 팬 모듈은, 상기 응축기의 상기 냉매관이 형성하는 나선형의 축 방향으로 공기를 유동하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터부는,
    적어도 하나의 저항 소자와, 적어도 하나의 용량성 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회로부는,
    상기 필터링된 속도 지령치 신호의 노이즈를 저감하는 노이즈 저감부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노이즈 저감부는,
    적어도 하나의 저항 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 용량성 소자의 커패시턴스 범위는, 1uF 이내인 것을 특징으로 하는 냉장고.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 노이즈 저감부 내의 저항 소자의 임피던스 범위는, 1kΩ 내지 10kΩ인 것을 특징으로 하는 냉장고.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필터링된 속도 지령치 신호는,
    펄스폭 가변의 기반의 신호인 것을 특징으로 하는 냉장고.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    팬 모터에 흐르는 출력전류에 기초하여 속도를 연산하는 속도 연산부;
    상기 연산 속도와 상기 속도 지령치에 기초하여 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 모터에 흐르는 출력전류에 기초하여 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여 상기 펄스폭 가변 기반의 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  10. 냉매를 응축하는 응축기;
    상기 응축기의 일면에 부착되며, 공기를 유동하는 팬 모듈;
    속도 지령치 신호를 출력하는 마이컴을 구비하는 제1 회로부; 및
    상기 속도 지령치 신호의 노이즈를 저감하는 노이즈 저감부와, 상기 노이즈 저감된 속도 지령치 신호에 기초하여, 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 인버터 제어부와, 상기 인버터 스위칭 제어 신호에 따라, 스위칭 동작을 수행하여, 입력 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 상기 팬 모듈 내의 팬 모터에 출력하는 인버터를 구비하는 제2 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
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