KR20130080280A - 왕복동식 압축기 및 압축기 제어 장치 - Google Patents

Abstract

왕복동식 압축기 및 압축기 제어 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 개선된 인버터 토폴로지(inverter topology)를 통해 왕복동식 압축기 및 압축기 제어 장치의 운전 효율을 증대하고 과전류 발생을 저감한다. 본 발명의 실시 예들은 풀 브리지 인버터 대신 하프 브리지 인버터를 통해 압축기를 제어함으로써 상대적으로 적은 수의 스위칭 소자를 사용할 수 있고, 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들은 하프 브리지 인버터를 사용함으로써 스위칭 소자의 사용에 따라 전도 손실, 스위칭 손실 등의 발생을 방지할 수 있고, 압축기의 운전 효율을 증대한다. 본 발명의 실시 예들은 입력 교류 전원의 입력단에 스위칭 소자를 추가하여 승압 인버터를 구성함으로써 입력 전원의 역률을 개선하고, 과전류의 발생을 억제하며, 고조파 규제에 대응할 수 있다.

Description

왕복동식 압축기 및 압축기 제어 장치{RECIPROCATING COMPRESSOR AND APPARATUS FOR CONTROLLING COMPRESSOR}

본 발명은 운전 효율의 증대와 과전류 발생의 방지를 위해 개선된 인버터 토폴로지를 구비한 왕복동식 압축기 및 압축기 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등,의 일부분으로 사용된다.

압축기는 크게 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 회전식 압축기(Rotary Compressor)와, 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 구분된다. 왕복동식 압축기는, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시킨다. 회전식 압축기는, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시킨다. 스크롤식 압축기는, 선회 스크롤(Orbiting Scroll)과 고정 스크롤(Fixed Scroll) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 신회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시킨다.

왕복동식 압축기는 내부 피스톤을 실린더의 내부에서 선형으로 왕복 운동시킴으로써 냉매 가스를 흡입, 압축 및 토출한다. 왕복동식 압축기는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 크게 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분된다.

레시프로 방식이라 함은 회전하는 모터(Motor)에 크랭크샤프트(Crankshaft)를 결합하고, 크랭크샤프트에 피스톤을 결합하여 모터의 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 방식이다. 반면, 리니어 방식이라 함은 직선 운동하는 모터의 가동자에 피스톤을 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.

이러한 왕복동식 압축기는 구동력을 발생하는 전동 유닛과, 전동 유닛으로부터 구동력을 전달받아 유체를 압축하는 압축 유닛으로 구성된다. 전동 유닛으로는 일반적으로 모터(motor)를 많이 사용하며, 상기 리니어 방식의 경우에는 리니어 모터(linear motor)를 이용한다.

리니어 모터는 모터 자체가 직선형의 구동력을 직접 발생시키므로 기계적인 변환 장치가 필요하지 않고, 구조가 복잡하지 않다. 또한, 리니어 모터는 에너지 변환으로 인한 손실을 줄일 수 있고, 마찰 및 마모가 발생하는 연결 부위가 없어서 소음을 크게 줄일 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 리니어 방식의 왕복동식 압축기(이하, 리니어 압축기(Linear Compressor)라 함)를 냉장고나 공기조화기에 이용할 경우에는 리니어 압축기에 인가되는 스트로크 전압을 변경하여 줌에 따라 압축 비(Compression Ratio)를 변경할 수 있어 냉력(Freezing Capacity) 가변 제어에도 사용할 수 있는 장점이 있다.

한편, 왕복동식 압축기, 특히 리니어 압축기는 피스톤이 실린더 안에서 기구적으로 구속되어 있지 않은 상태에서 왕복 운동을 하게 되기 때문에 갑자기 전압이 과도하게 걸리는 경우에 피스톤이 실린더 벽에 부딪히거나, 부하가 커서 피스톤이 전진하지 못하여 압축이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 부하의 변동이나 전압의 변동에 대하여 피스톤의 운동을 제어하기 위한 제어 장치가 필수적이다.

일반적으로 압축기 제어 장치는 압축기 모터에 인가되는 전압과 전류를 검출하여 센서리스 방법으로 스트로크를 추정하여 피드백 제어를 수행한다. 이때, 압축기 제어 장치는 압축기를 제어하기 위한 수단으로 트라이악(Triac)이나 인버터(inverter)를 구비한다.

인버터를 적용한 압축기 제어 장치는 스위칭 소자의 수가 많아 비용이 상승하고, 스위칭 소자의 사용에 따라 전도 손실(conduction loss), 스위칭 손실(switching loss) 등이 발생할 수 있으며, 압축기의 운전 효율을 저하될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 개선된 인버터 토폴로지(inverter topology)를 통해 왕복동식 압축기의 운전 효율을 증대하고 과전류 발생을 저감하는 데에 일 목적이 있다.

본 발명의 실시 예들은 하프 브리지 인버터를 이용하여 압축기를 제어하고 입력 교류 전원의 입력단에 스위칭 소자를 추가하여 승압 인버터를 구성하는 압축기 제어 장치 및 이를 포함하는 왕복동식 압축기를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 입력 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 컨버터와, 압축기 내에 구비된 모터에 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 한 쌍의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터를 포함하고, 상기 컨버터는, 상기 입력 교류 전원에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들을 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 컨버터는, 상기 입력 교류 전원과 상기 두 쌍의 스위칭 소자들의 사이에 연결되는 인덕터를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 다른 압축기 제어 장치는, 세 쌍의 스위칭 소자들을 구비한 삼상 인버터와, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들과 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터를 포함하여 구성되고, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들 중 두 쌍의 스위칭 소자들은, 입력 교류 전원에 연결되고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다.

상기 압축기 제어 장치는 상기 입력 교류 전원과 상기 두 쌍의 스위칭 소자들의 사이에 연결되는 인덕터를 더 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들 중 나머지 한 쌍의 스위칭 소자는, 압축기 내에 구비된 모터에 연결되고, 상기 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 출력한다.

일 실시 예에 따른 왕복동식 압축기는, 프레임과, 상기 프레임에 외측고정자와 내측고정자가 고정되고, 상기 외측고정자와 내측고정자 사이에서 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 모터와, 상기 모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 상기 프레임에 고정되고, 상기 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 삽입되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하는 실린더와, 입력 교류 전원을 상기 모터를 구동하는 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 모터를 구동하는 제어 장치를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제어 장치는, 상기 입력 교류 전원에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들을 구비하고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 컨버터와, 상기 모터에 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 한 쌍의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 직류 전원을 상기 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터를 포함하여 구성된다.

다른 실시 예에 따른 왕복동식 압축기는, 프레임과, 상기 프레임에 외측고정자와 내측고정자가 고정되고, 상기 외측고정자와 내측고정자 사이에서 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 모터와, 상기 모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 상기 프레임에 고정되고, 상기 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 삽입되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하는 실린더와, 입력 교류 전원을 상기 모터를 구동하는 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 모터를 구동하는 제어 장치를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제어 장치는, 세 쌍의 스위칭 소자들을 구비한 삼상 인버터와, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들과 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터를 포함하며, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들 중 두 쌍의 스위칭 소자들은, 상기 입력 교류 전원에 연결되고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다.

본 발명의 실시 예들은 개선된 인버터 토폴로지(inverter topology)를 통해 왕복동식 압축기의 운전 효율을 증대하고 과전류 발생을 저감한다.

본 발명의 실시 예들은 풀 브리지 인버터 대신 하프 브리지 인버터를 통해 압축기를 제어함으로써 상대적으로 적은 수의 스위칭 소자를 사용할 수 있고, 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들은 하프 브리지 인버터를 사용함으로써 스위칭 소자의 사용에 따라 전도 손실(conduction loss), 스위칭 손실(switching loss) 등의 발생을 방지할 수 있고, 압축기의 운전 효율을 증대한다.

본 발명의 실시 예들은 입력 교류 전원의 입력단에 스위칭 소자를 추가하고 인덕터를 구비하여 승압 인버터를 구성함으로써 입력 전원의 역률을 개선하고, 과전류의 발생을 억제하며, 고조파 규제에 대응할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치를 개략적으로 보인 블록도;
도 2는 도 1의 압축기 제어 장치를 개략적으로 보인 회로도;
도 3은 다른 실시 예에 따른 압축기 제어 장치를 개략적으로 보인 블록도;
도 4는 도 3의 압축기 제어 장치를 개략적으로 보인 회로도;
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치를 구비한 왕복동식 압축기를 보인 단면도; 및
도 6은 도 5의 왕복동식 압축기를 적용한 냉장고를 보인 사시도이다.

본 발명의 실시 예들에 따른 왕복동식 압축기는, 프레임과, 상기 프레임에 외측고정자와 내측고정자가 고정되고, 상기 외측고정자와 내측고정자 사이에서 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 모터와, 상기 모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 상기 프레임에 고정되고, 상기 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 삽입되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하는 실린더와, 입력 교류 전원을 상기 모터를 구동하는 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 모터를 구동하는 제어 장치를 포함하여 구성된다.

일 실시 예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 입력 교류 전원에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들을 구비하고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 컨버터와, 상기 모터에 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 한 쌍의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 직류 전원을 상기 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터를 포함하여 구성된다.

다른 실시 예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 제어 장치는, 세 쌍의 스위칭 소자들을 구비한 삼상 인버터와, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들과 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터를 포함하며, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들 중 두 쌍의 스위칭 소자들은, 상기 입력 교류 전원에 연결되고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 연통되는 케이싱(100)과, 상기 케이싱(100)의 내부에 탄력 지지되는 프레임유닛(200)과, 상기 프레임유닛(200)에 지지되어 가동자(330)가 직선으로 왕복운동을 하는 모터(300)와, 상기 모터(300)의 가동자(330)에 피스톤(420)이 결합되어 상기 프레임유닛(200)으로 지지되는 압축유닛(400)과, 상기 모터(300)의 가동자(330)와 상기 압축유닛(400)의 피스톤(420)을 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진유닛(500)을 포함한다.

상기 프레임유닛(200)은 상기 압축유닛(400)이 지지되고 상기 모터(300)의 전방측을 지지하는 제1 프레임(210)과, 상기 제1 프레임(210)에 결합되어 상기 모터(300)의 후방측을 지지하는 제2 프레임(220)과, 상기 제2 프레임(220)에 결합되어 복수 개의 제2 공진스프링들(530)을 지지하는 제3 프레임(230)으로 이루어진다. 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 그리고 제3 프레임(230)은 모두 철손을 줄일 수 있도록 알루미늄과 같은 비자성체로 형성될 수 있다.

그리고 상기 제1 프레임(210)은 환형 판체 모양으로 프레임부(211)가 형성되고, 상기 프레임부(211)의 중앙에는 실린더(410)가 삽입되도록 원통모양의 실린더부(212)가 후방면, 즉 모터 방향으로 길게 일체로 형성된다. 상기 프레임부(211)는 모터(300)의 외측고정자(310)와 내측고정자(320)를 모두 지지할 수 있도록 상기 프레임부(211)의 외경이 상기 모터(300)의 외측고정자(310)의 내경 보다는 적어도 작지 않게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제1 프레임(210)은 상기 실린더부(212)의 외주면에 상기 내측고정자(320)가 삽입되어 고정된다. 이 경우, 자력손실을 방지할 수 있도록 상기 제1 프레임(210)은 알루미늄과 같은 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 실린더부(212)는 실린더(410)에 인서트 다이캐스팅 공법을 이용하여 일체로 형성될 수 있다. 하지만, 상기 실린더부(212)는 그 내주면에 상기 실린더(410)를 압입하거나 또는 나사산을 형성하여 나사 조립할 수도 있다. 그리고 상기 실린더부(212)는 그 전방측 내주면과 후방측 내주면 사이에 단차면 또는 경사면이 형성되어 상기 실린더부(212)의 내주면에 결합되는 상기 실린더(410)가 피스톤 방향으로 지지될 수 있도록 하는 것이 상기 실린더(410)의 안정성 측면에서 바람직할 수 있다.

상기 모터(300)는 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 사이에 지지되고 코일(311)이 권선되는 외측고정자(310)와, 상기 외측고정자(310)의 안쪽에 일정 간격을 두고 결합되어 상기 실린더부(212)에 삽입되는 내측고정자(320)와, 상기 외측고정자(310)의 코일(311)에 대응되도록 자석(331)이 구비되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에서 자속 방향을 따라 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(330)로 이루어진다. 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 낱장씩 원통형으로 적층하거나 또는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 블록모양으로 적층하여 그 스테이터블록을 방사상으로 적층하여 이루어진다.

상기 압축유닛(400)은 상기 제1 프레임(210)에 일체로 형성되는 실린더(410)와, 상기 모터(300)의 가동자(330)에 결합되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(420)과, 상기 피스톤(420)의 선단에 장착되어 그 피스톤(420)의 흡입유로(421)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 조절하는 흡입밸브(430)와, 상기 실린더(410)의 토출측에 장착되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 조절하는 토출밸브(440)와, 상기 토출밸브(440)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(450)과, 상기 토출밸브(440)와 밸브스프링(450)을 수용하도록 상기 실린더(410)의 토출측에서 상기 제1 프레임(210)에 고정되는 토출커버(460)로 이루어진다.

상기 실린더(410)는 원통모양으로 형성되어 상기 제1 프레임(210)의 실린더부(212)에 삽입 결합된다.

상기 실린더(410)는 그 내주면이 주철로 된 피스톤(420)과 베어링면을 형성함에 따라 상기 피스톤(420)에 의한 마모를 고려하여 주철이나 적어도 제1 프레임(210), 보다 정확하게는 실린더부(212)의 경도보다 높은 재질로 형성될 수 있다.

상기 피스톤(420)은 상기 실린더(410)의 재질과 동일한 재질로 형성되거나 적어도 경도가 비슷한 재질로 형성되는 것이 상기 실린더(410)와의 마모를 줄일 수 있어 바람직하다. 그리고 상기 피스톤(420)의 내부에는 냉매가 상기 실린더(410)의 압축실(P)로 흡입되도록 흡입유로(421)가 관통 형성된다.

상기 공진유닛(500)은 상기 가동자(330)와 피스톤(420)의 연결부에 결합되는 스프링서포터(510)와, 상기 스프링서포터(510)의 전방측에 지지되는 제1 공진스프링들(520)과, 상기 스프링서포터(510)의 후방측에 지지되는 제2 공진스프링들(530)로 이루어진다.

도면 중 미설명 부호인 422는 피스톤 연결부, 600은 오일피더이다.

모터(300)에 전원이 인가되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)의 사이에 자속이 형성되면, 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이의 공극에 놓인 상기 가동자(330)가 자속의 방향을 따라 움직이면서 상기 공진유닛(500)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하게 된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 상기 실린더(410)의 내부에서 후진운동을 할 때 상기 케이싱(100)의 내부공간에 채워져 있던 냉매가 상기 피스톤(420)의 흡입유로(421)와 상기 흡입밸브(430)를 통과하여 상기 실린더(410)의 압축공간(P)으로 흡입된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 실린더(410)의 내부에서 전진운동을 할 때 상기 압축공간(P)으로 흡입된 냉매가스가 압축되어 상기 토출밸브(440)를 열면서 토출하는 일련의 과정을 반복하게 된다.

본 발명의 실시 예들에 따른 왕복동식 압축기는 하기와 같은 압축기 제어 장치를 구비한다. 또, 상기 왕복동식 압축기는 냉장고 또는 공기 조화기와 같은 냉동기기에 폭넓게 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 압축기, 응축기, 팽창기 그리고 증발기를 포함한 냉매압축식 냉동사이클을 갖는 냉동기기(700)는 그 내부에 냉동기기의 운전 전반을 제어하는 메인기판(710)이 구비되고, 왕복동식 압축기(C)가 연결된다. 상기 압축기 제어 장치는 메인기판(710)에 구비될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 입력 교류 전원(70)을 직류 전원으로 정류하는 컨버터(10)와, 압축기(C) 내에 구비된 모터에 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 한 쌍의 스위칭 소자(S1, S2)를 구비하고, 상기 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터(30)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 압축기(C)는 상기한 바와 같이 왕복동식 압축기, 특히 리니어 압축기인 것이 바람직하다.

또, 도 2를 참조하면, 상기 압축기 제어 장치는, 상기 인버터(30) 내의 한 쌍의 스위칭 소자(S1, S2)와 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터(20, C1, C2)를 더 포함하여 구성된다.

상기 컨버터(10)는, 상기 입력 교류 전원(70)에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들(S3, S4, S5, S6)을 포함한다. 또, 상기 컨버터(10)는, 상기 입력 교류 전원(70)과 상기 두 쌍의 스위칭 소자들의 사이에 연결되는 인덕터(L1)를 더 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 압축기 제어 장치는, 상기 입력 교류 전원(70)에 연결되는 상기 두 쌍의 스위칭 소자들(S3, S4, S5, S6)을 구동하는 컨버터 제어 신호와, 상기 모터에 연결되는 상기 한 쌍의 스위칭 소자(S1, S2)를 구동하는 인버터 제어 신호를 생성하는 마이컴(40)을 더 포함하여 구성된다.

상기 압축기 제어 장치는, 상기 스위칭 소자들(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 각각 병렬 접속되는 프리휠링 다이오드들(Freewheeling Diode)(D1, D2, D3, D4, D5, D6)을 더 포함할 수 있다.

상기 압축기 제어 장치는, 상기 압축기의 부하를 검출하는 부하 검출 유닛(50)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 마이컴(40)은, 상기 부하에 따라 상기 컨버터 제어 신호 및 인버터 제어 신호를 생성한다. 여기서, 압축기의 부하는 모터 전류, 모터 전압, 스트로크, 이들의 위상차, 주파수 등이다. 또, 도 6에 도시한 바와 같이 냉동기기에 압축기가 구비된 경우에는, 냉동기기의 부하를 이용하여 압축기의 부하를 검출할 수 있다.

상기 마이컴(40)은, 압축기의 부하에 따라 일반 운전 또는 과부하 운전을 수행한다. 상기 마이컴(40)은, 상기 일반 운전 시, 상기 입력 교류 전원(70)에 연결되는 상기 두 쌍의 스위칭 소자들(S3, S4, S5, S6)을 모두 턴오프하여 풀 브리지 다이오드를 형성할 수 있다. 이렇게 하면, 상기 두 쌍의 스위칭 소자들에 각각 병렬 연결된 다이오드들(D3, D4, D5, D6)을 통해서만 전류가 흐르게 된다. 이때, 마이컴(40)은 인버터 제어 신호를 생성하여 인버터(30) 내의 스위칭 소자(S1, S2)만을 구동하여 압축기를 운전한다. 이렇게 함으로써, 풀 브리지가 아닌 하프 브리지로 구성된 인버터(30)는 비용이 절감되고, 전도 손실 및 스위칭 손실이 상대적으로 줄어든다.

한편, 상기 마이컴(40)은, 상기 과부하 운전 시, 상기 컨버터 제어 신호를 발생하여 상기 입력 교류 전원(70)에 연결되는 상기 두 쌍의 스위칭 소자들(S3, S4, S5, S6)이 역률 개선 컨버터로 동작하도록 한다. 이때, 컨버터(10)는 인덕터(L1)과 스위칭 소자들을 이용하여 승압 컨버터로 동작함으로써 과전류 발생을 줄이고, 고조파를 제거할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 다른 실시 예에 다른 압축기 제어 장치는, 세 쌍의 스위칭 소자들(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)을 구비한 삼상 인버터(60)와, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들과 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터(20, C1, C2)를 포함하여 구성된다. 여기서, 삼상 인버터(60)는 하나의 모듈 형태를 가질 수 있다.

상기 세 쌍의 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6) 중 두 쌍의 스위칭 소자들(Q1, Q2, Q3, Q4)은, 입력 교류 전원(70)에 연결되고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다. 즉, 두 쌍의 스위칭 소자들(Q1, Q2, Q3, Q4)은 직류를 직류로 변환하는 컨버터의 역할을 수행한다. 상기 압축기 제어 장치는, 상기 입력 교류 전원(70)과 상기 두 쌍의 스위칭 소자들(Q1, Q2, Q3, Q4)의 사이에 연결되는 인덕터(L1)를 더 포함할 수 있다.

상기 세 쌍의 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6) 중 나머지 한 쌍의 스위칭 소자(Q5, Q6)는, 압축기(C) 내에 구비된 모터에 연결되고, 상기 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 출력한다. 즉, 한 쌍의 스위칭 소자(Q5, Q6)는 직류를 교류로 변환하는 인버터의 역할을 수행한다.

도 3을 참조하면, 상기 압축기 제어 장치는, 상기 입력 교류 전원(70)에 연결되는 상기 두 쌍의 스위칭 소자들(Q1, Q2, Q3, Q4)을 구동하는 제어 신호와, 상기 모터에 연결되는 상기 한 쌍의 스위칭 소자(Q5, Q6)를 구동하는 제어 신호를 생성하는 각각 생성하여 상기 스위칭 소자들을 구동하는 마이컴(40)을 더 포함하여 구성된다.

상기 압축기 제어 장치는, 상기 스위칭 소자들(Q1 내지 Q6)에 각각 병렬 접속되는 프리휠링 다이오드들(Freewheeling Diode)(D1 내지 D6)을 더 포함할 수 있다.

또, 상기 압축기 제어 장치는, 상기 압축기의 부하를 검출하는 부하 검출 유닛(50)을 더 포함할 수 있다. 상기 마이컴(40)은, 압축기의 부하에 따라 일반 운전 또는 과부하 운전을 수행한다. 상기 마이컴(40)은, 상기 일반 운전 시, 상기 입력 교류 전원(70)에 연결되는 상기 두 쌍의 스위칭 소자들(Q1, Q2, Q3, Q4)을 모두 턴오프하여 풀 브리지 다이오드를 형성할 수 있다. 이렇게 하면, 상기 두 쌍의 스위칭 소자들에 각각 병렬 연결된 다이오드들(D1 내지 D4)을 통해서만 전류가 흐르게 된다. 이때, 마이컴(40)은 제어 신호를 생성하여 한 쌍의 스위칭 소자(Q5, Q6)를 구동하여 압축기를 운전한다.

한편, 상기 마이컴(40)은, 상기 과부하 운전 시, 상기 입력 교류 전원(70)에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들(Q1 내지 Q4)를 구동하는 제어 신호를 생성하여 두 쌍의 스위칭 소자들(Q1 내지 Q4)이 역률 개선 컨버터(Power Factor Correction Converter)로 동작하도록 한다. 이때, 두 쌍의 스위칭 소자들(Q1 내지 Q4)은 그 전단에 연결된 인덕터(L1)와 함께 승압 컨버터(Boost Converter)로 동작함으로써 과전류 발생을 줄이고, 고조파를 제거할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들은 개선된 인버터 토폴로지를 통해 왕복동식 압축기의 운전 효율을 증대하고 과전류 발생을 저감한다. 본 발명의 실시 예들은 풀 브리지 인버터 대신 하프 브리지 인버터를 통해 압축기를 제어함으로써 상대적으로 적은 수의 스위칭 소자를 사용할 수 있고, 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들은 하프 브리지 인버터를 사용함으로써 스위칭 소자의 사용에 따라 전도 손실, 스위칭 손실 등의 발생을 방지할 수 있고, 압축기의 운전 효율을 증대한다. 본 발명의 실시 예들은 입력 교류 전원의 입력단에 스위칭 소자를 추가하고 인덕터를 구비하여 승압 인버터를 구성함으로써 입력 전원의 역률을 개선하고, 과전류의 발생을 억제하며, 고조파 규제에 대응할 수 있다.

10: 컨버터 20: 커패시터
30: 인버터 40: 마이컴
50: 부하 검출 유닛 60: 삼상 인버터
70: 입력 교류 전원

Claims (16)

1. 입력 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 컨버터;
   압축기 내에 구비된 모터에 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 한 쌍의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터; 및
   상기 한 쌍의 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터;를 포함하고,
   상기 컨버터는, 상기 입력 교류 전원에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 컨버터는,
   상기 입력 교류 전원과 상기 두 쌍의 스위칭 소자들의 사이에 연결되는 인덕터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
3. 세 쌍의 스위칭 소자들을 구비한 삼상 인버터; 및
   상기 세 쌍의 스위칭 소자들과 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터;를 포함하고,
   상기 세 쌍의 스위칭 소자들 중 두 쌍의 스위칭 소자들은,
   입력 교류 전원에 연결되고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 입력 교류 전원과 상기 두 쌍의 스위칭 소자들의 사이에 연결되는 인덕터;를 더 포함하는 압축기 제어 장치.
5. 제4 항에 있어서, 상기 세 쌍의 스위칭 소자들 중 나머지 한 쌍의 스위칭 소자는,
   압축기 내에 구비된 모터에 연결되고, 상기 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압축기는 왕복동식 압축기;인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 입력 교류 전원에 연결되는 상기 두 쌍의 스위칭 소자들을 구동하는 컨버터 제어 신호와, 상기 모터에 연결되는 상기 한 쌍의 스위칭 소자를 구동하는 인버터 제어 신호를 생성하는 마이컴;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 스위칭 소자들에 각각 병렬 접속되는 프리휠링 다이오드들;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 압축기의 부하를 검출하는 부하 검출 유닛;을 더 포함하고,
   상기 마이컴은, 상기 부하에 따라 상기 컨버터 제어 신호 및 인버터 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
10. 제9 항에 있어서, 상기 마이컴은,
    상기 부하에 따라 일반 운전 또는 과부하 운전을 수행하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
11. 제10 항에 있어서, 상기 마이컴은,
    상기 일반 운전 시, 상기 입력 교류 전원에 연결되는 상기 두 쌍의 스위칭 소자들을 모두 턴오프하여 풀 브리지 다이오드를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
12. 제10 항에 있어서, 상기 마이컴은,
    상기 과부하 운전 시, 상기 컨버터 제어 신호를 발생하여 상기 입력 교류 전원에 연결되는 상기 두 쌍의 스위칭 소자들이 역률 개선 컨버터로 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
13. 프레임;
    상기 프레임에 외측고정자와 내측고정자가 고정되고, 상기 외측고정자와 내측고정자 사이에서 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 모터;
    상기 모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤;
    상기 프레임에 고정되고, 상기 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 삽입되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하는 실린더; 및
    입력 교류 전원을 상기 모터를 구동하는 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 모터를 구동하는 제어 장치;를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 입력 교류 전원에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들을 구비하고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 정류하는 컨버터;
    상기 모터에 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 한 쌍의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 직류 전원을 상기 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터; 및
    상기 한 쌍의 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
14. 프레임;
    상기 프레임에 외측고정자와 내측고정자가 고정되고, 상기 외측고정자와 내측고정자 사이에서 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 모터;
    상기 모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤;
    상기 프레임에 고정되고, 상기 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 삽입되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하는 실린더; 및
    입력 교류 전원을 상기 모터를 구동하는 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 모터를 구동하는 제어 장치;를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    세 쌍의 스위칭 소자들을 구비한 삼상 인버터; 및
    상기 세 쌍의 스위칭 소자들과 병렬 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 커패시터;를 포함하며,
    상기 세 쌍의 스위칭 소자들 중 두 쌍의 스위칭 소자들은,
    상기 입력 교류 전원에 연결되고, 상기 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 세 쌍의 스위칭 소자들 중 나머지 한 쌍의 스위칭 소자는, 상기 모터에 연결되고, 상기 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
16. 제13 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    상기 입력 교류 전원과 상기 두 쌍의 스위칭 소자들의 사이에 연결되는 인덕터;를 더 포함하는 왕복동식 압축기.

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