KR20190046543A - 리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고 - Google Patents

리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고 Download PDF

Info

Publication number
KR20190046543A
KR20190046543A KR1020170140457A KR20170140457A KR20190046543A KR 20190046543 A KR20190046543 A KR 20190046543A KR 1020170140457 A KR1020170140457 A KR 1020170140457A KR 20170140457 A KR20170140457 A KR 20170140457A KR 20190046543 A KR20190046543 A KR 20190046543A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
linear compressor
stroke frequency
compression stroke
phase difference
Prior art date
Application number
KR1020170140457A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102441949B1 (ko
Inventor
허진석
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020170140457A priority Critical patent/KR102441949B1/ko
Publication of KR20190046543A publication Critical patent/KR20190046543A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102441949B1 publication Critical patent/KR102441949B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022—Compressor control arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D29/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/021—Inverters therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/024—Compressor control by controlling the electric parameters, e.g. current or voltage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/15—Power, e.g. by voltage or current
    • F25B2700/151—Power, e.g. by voltage or current of the compressor motor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S388/00—Electricity: motor control systems
    • Y10S388/907—Specific control circuit element or device
    • Y10S388/912—Pulse or frequency counter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S388/00—Electricity: motor control systems
    • Y10S388/923—Specific feedback condition or device
    • Y10S388/9281—Counter or back emf, CEMF

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

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.

Description

리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고{APPARATUS FOR CONTROLLING LINEAR COMPRESSOR AND REFRIGERATOR INCLUDING THE SAME}
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.
일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 일부분으로 사용된다.
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.
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.
Figure pat00001
여기서, fn은 피스톤의 고유주파수이고, Km은 코일 스프링의 기계 스프링 상수이고, Kg는 가스 스프링 상수이고, M은 피스톤의 질량이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
실시 예에 따라, 상기 압축 행정 주파수는 상기 흡입 행정 주파수보다 높게 설정될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
상기 제어부는, 상기 모터 전류와 상기 스트로크의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차에 기초하여 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 설정할 수 있다.
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.
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.
본 발명의 실시 예에 따른 냉장고는 상술한 리니어 압축기의 제어장치와, 상기 제어장치에 의해 제어되는 리니어 압축기를 포함할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
본 명세서에 개시된 발명은 리니어 압축기의 제어장치 및 제어 방법에 적용될 수 있다.
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.
특히 본 명세서에 개시된 발명은 여러 종류의 리니어 압축기를 제어할 수 있는 리니어 압축기의 제어장치 및 리니어 압축기의 제어 방법에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 리니어 압축기의 제어장치(1)는 검출부(10), 제어부(20), 및 구동신호 생성부(30)를 포함할 수 있다.
검출부(10)는, 리니어 압축기(2)의 동작 상태를 검출할 수 있다.
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.
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.
실시 예에 따라, 검출부(10)는 모터 전류와 모터 전압에 기초하여 스트로크를 검출할 수 있다.
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.
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.
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.
한편, 모터 전류와 역기전압 간의 위상차는 리니어 압축기(2)의 부하가 높을수록 증가할 수 있다.
한편 피스톤은 소정의 스트로크(행정 거리)로 왕복 직선 운동을 한다.
피스톤의 스트로크(행정 거리)가 변경됨에 따라, 모터 전류와 스트로크 간의 위상 차가 변경될 수 있다.
구체적으로, 피스톤의 스트로크(행정거리)가 증가하게 되면, 모터 전류와 스트로크 간의 위상차는 감소할 수 있다.
또한, 피스톤의 스트로크(행정거리)가 감소하게 되면, 모터 전류와 스트로크 간의 위상차는 증가할 수 있다.
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.
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.
여기서 구동 신호는, 교류 전압 또는 교류 전류의 형태일 수 있다.
한편 구동신호 생성부(30)는 인버터(inverter) 또는 트라이악(triac)을 포함할 수 있다.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 블록도이다.
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.
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.
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.
Figure pat00002
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 3은 도 2에 도시된 리니어 압축기의 제어장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
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).
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.
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.
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).
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).
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 블록도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
비교부(250), PWM 제어부(310), 및 인버터(320)에 대해서는 도 2에서 상술한 바 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 5는 도 4에 도시된 리니어 압축기의 제어장치의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
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.
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.
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).
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).
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.
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 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.
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.
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.
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.
도 6의 테이블은 메모리(240)에 저장된 상기 정보를 시각적으로 표현한 것이다. 도 6에서, 리니어 압축기(2)의 총 운전주파수는 60Hz인 것으로 가정한다.
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.
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.
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.
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.
도 7은 리니어 압축기의 운전 시 각 행정에 따른 주파수 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
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.
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.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기의 내부 구성을 나타내는 단면도이다.
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.
상기 쉘(610)은 상부 쉘 및 하부 쉘이 결합되어 구성될 수 있다.
상기 쉘(610)에는, 냉매가 유입되는 흡입부(611) 및 상기 실린더(620)의 내부에서 압축된 냉매가 배출되는 토출부(612)가 포함된다.
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.
상기 실린더(620)의 내부에는, 상기 피스톤(630)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다.
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.
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.
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.
여기서, 상기 "축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(630)이 왕복운동 하는 방향, 즉 가로 방향으로 이해될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
그리고, 상기 토출공간의 냉매는 상기 냉매 토출홀을 통하여 토출 머플러(614)로 유동하며, 루프 파이프(615)로 유입된다.
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.
상기 루프 파이프(615)는 상기 토출 머플러(614)에 결합되어 상기 쉘(610)의 내부공간으로 연장되며, 상기 토출부(612)에 결합된다.
상기 리니어 압축기(600)에는, 프레임(660)이 더 포함된다.
상기 프레임(660)은 상기 실린더(620)를 고정시키는 구성으로서, 상기 실린더(620)와 일체로 구성되거나 별도의 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.
그리고, 상기 토출 커버(650) 및 토출 머플러(614)는 상기 프레임(660)에 결합될 수 있다.
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.
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.
상기 영구자석(647)은 연결부재(670)에 의하여 상기 피스톤(630)에 결합될 수 있다.
상기 연결부재(670)는 상기 피스톤(630)의 일측 단부로부터 상기 영구자석(647)으로 연장될 수 있다.
상기 영구자석(647)이 직선 이동함에 따라, 상기 피스톤(630)은 상기 영구자석(647)과 함께 축 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.
상기 아우터 스테이터(641, 642, 643)에는, 코일 권선체(642, 643) 및 스테이터 코어(641)가 포함된다.
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.
상기 스테이터 코어(641)는 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성되며, 상기 코일 권선체(642, 643)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
상기 리니어 압축기(600)에는, 상기 피스톤(630)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 스프링(631, 633)이 포함된다.
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.
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.
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.
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.
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.
상기 오일 공급장치(690)는 상기 피스톤(630)이 왕복 직선운동 함에 따라 발생되는 진동에 의하여 작동되어 오일을 상방으로 펌핑할 수 있다.
상기 리니어 압축기(600)에는, 상기 오일 공급장치(690)로부터 오일의 유동을 가이드 하는 오일 공급관(691)이 더 포함된다.
상기 오일 공급관(691)은 상기 오일 공급장치(690)로부터 상기 실린더(620)와 피스톤(630)의 사이 공간까지 연장될 수 있다.
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.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리니어 압축기 및 리니어 압축기의 제어장치를 포함하는 가전 기기의 일례로서 냉장고를 나타내는 도면이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims (11)

  1. 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 포함하는
    리니어 압축기의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축 행정 주파수는 상기 흡입 행정 주파수보다 높은
    리니어 압축기의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    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.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 리니어 압축기의 모터 전압을 검출하는 전압 검출부; 및
    상기 리니어 압축기의 모터 전류를 검출하는 전류 검출부를 포함하는
    리니어 압축기의 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    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.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 검출된 모터 전압 및 모터 전류에 기초하여 상기 리니어 압축기에 포함된 피스톤의 스트로크를 검출하는 스트로크 검출부를 더 포함하는
    리니어 압축기의 제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    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.
  8. 제5항과 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    위상차 별로 압축 행정 주파수와 흡입 행정 주파수 중 적어도 하나에 대한 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 주파수 설정부는,
    상기 메모리에 저장된 상기 정보와 검출된 위상차에 기초하여, 상기 압축 행정 주파수와 상기 흡입 행정 주파수 각각을 설정하는
    리니어 압축기의 제어장치.
  9. 제5항과 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    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.
  10. 제5항과 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    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.
  11. 제1항에 기재된 리니어 압축기의 제어장치; 및
    상기 제어장치에 의해 제어되는 리니어 압축기를 포함하는 냉장고.
KR1020170140457A 2017-10-26 2017-10-26 리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고 KR102441949B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170140457A KR102441949B1 (ko) 2017-10-26 2017-10-26 리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170140457A KR102441949B1 (ko) 2017-10-26 2017-10-26 리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190046543A true KR20190046543A (ko) 2019-05-07
KR102441949B1 KR102441949B1 (ko) 2022-09-08

Family

ID=66656188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170140457A KR102441949B1 (ko) 2017-10-26 2017-10-26 리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102441949B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100764277B1 (ko) * 2006-03-08 2007-10-05 엘지전자 주식회사 리니어 압축기의 제어장치
KR20160024336A (ko) * 2014-08-25 2016-03-04 엘지전자 주식회사 리니어 압축기, 리니어 압축기의 제어장치 및 제어방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100764277B1 (ko) * 2006-03-08 2007-10-05 엘지전자 주식회사 리니어 압축기의 제어장치
KR20160024336A (ko) * 2014-08-25 2016-03-04 엘지전자 주식회사 리니어 압축기, 리니어 압축기의 제어장치 및 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102441949B1 (ko) 2022-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101955977B1 (ko) 압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고
US20110135518A1 (en) Linear compressor
KR101904870B1 (ko) 압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고
US20110097224A1 (en) Linear compressor
KR102238331B1 (ko) 리니어 압축기, 리니어 압축기의 제어장치 및 제어방법
US20110135501A1 (en) Linear compressor
KR101214489B1 (ko) 압축기 제어 장치 및 제어 방법
KR101772083B1 (ko) 압축기 제어 장치 및 이를 포함한 냉장고
US8430642B2 (en) Controlling apparatus for linear compressor
KR20180087800A (ko) 리니어 압축기의 제어 장치
KR101299548B1 (ko) 압축기 제어 장치 및 제어 방법
US20180202430A1 (en) Apparatus for controlling linear compressor
US20090232666A1 (en) Linear Compressor
KR20100096536A (ko) 리니어 압축기의 제어 장치 및 제어 방법
KR20120004295A (ko) 압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고
KR102441949B1 (ko) 리니어 압축기의 제어장치 및 그를 포함하는 냉장고
KR101718020B1 (ko) 리니어 압축기의 제어 장치, 제어 방법, 및 이들을 구비한 냉장고
KR101190069B1 (ko) 압축기 제어 장치
KR101637441B1 (ko) 리니어 압축기의 제어 장치, 제어 방법, 및 이들을 구비한 냉동 시스템
US12018674B2 (en) Apparatus and method for controlling compressor
US20220049694A1 (en) Apparatus and method for controlling compressor
KR101948563B1 (ko) 압축기 제어 장치 및 이를 포함한 냉장고
US11434886B2 (en) Linear compressor and method for controlling the same
KR100631568B1 (ko) 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법
KR101521935B1 (ko) 리니어 압축기의 제어 장치 및 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant