WO2012005498A2

WO2012005498A2 - 압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고

Info

Publication number: WO2012005498A2
Application number: PCT/KR2011/004917
Authority: WO
Inventors: 정상섭; 김종권; 이보람
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2012-01-12
Also published as: WO2012005498A3; KR20120004297A; US9243832B2; US20130139536A1; CN103052801B; CN103052801A; KR101766244B1

Abstract

압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법, 및 이를 포함한 냉장고가 개시된다. 본 발명의 실시 예들은, 상용 전원의 전기 품질에 따라 트라이악 드라이브로 운전하는 모드와 상용 전원을 직접 사용하는 모드를 선택적으로 사용하여 압축기를 운전할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은, 일정 전압 또는 주파수 범위 내에서는 상용 전원을 직접 압축기에 투입함으로써 트라이악 구동에 따라 발생하는 손실을 감소시키거나, 제거하며, 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고한다.

Description

압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고

본 발명은 압축기와 이를 포함한 냉장고에 관한 것으로서, 특히 상용 전원의 전기 품질에 따라 상용 전원을 압축기에 직접 연결하여 압축기를 운전하는 압축기 제어 장치와 방법, 및 이를 포함한 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 식품, 음료 등과 같은 저장물을 신선하게 장기간 보관하는 용도로 사용되는 기기로서, 보관하고자 하는 저장물의 종류에 따라 냉동 또는 냉장하여 보관하게 된다.

냉장고는 내부에 구비된 압축기의 구동에 의해 동작한다. 냉장고의 내부에 공급되는 냉기는 냉매의 열교환 작용에 의해서 생성되며, 압축-응축-팽창-증발의 사이클(Cycle)을 반복적으로 수행하면서 지속적으로 냉장고의 내부로 공급된다. 냉장고의 내부로 공급된 냉매는 대류에 의해서 냉장고 내부에 고르게 전달되어 냉장고 내부의 음식물을 원하는 온도로 저장할 수 있게 된다.

한편, 상기 냉장고 또는 에어컨 등은 압축기를 구비하게 되는데, 일반적으로 BLDC(Brushless Direct Current) 압축기나 왕복동식 압축기가 사용된다.

특히, 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)는 피스톤이 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입, 압축하여 토출하는 압축기이다. 왕복동식 압축기는, 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분할 수 있다.

레시프로 방식은 회전 모터에 크랭크 샤프트를 결합하고 이 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합하여 회전 모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 전환하는 방식이다. 반면, 리니어 방식은 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다. 이러한 리니어 방식의 왕복동식 압축기는 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 크랭크 샤프트가 없어 마찰 손실이 적으므로, 압축 효율 면에서 일반 압축기보다 압축 효율이 높다.

압축기를 구비한 냉장고는, 일반적으로 압축기의 운전을 제어하는 압축기 제어부와, 냉장고의 동작을 제어하는 냉장고 제어부를 포함한다. 이때, 압축기 제어부는 압축기에 흐르는 전류 및 전압을 검출하여 이를 이용하여 스트로크 또는 속도 등을 제어한다. 냉장고 제어부는 냉장고 부하, 예를 들어 고내 온도,에 따라 상기 압축기 제어부에 압축기를 온 또는 오프하는 제어 신호를 출력하여 압축기 전원을 제어하도록 하고, 이에 따라 냉장고를 구동한다.

리니어 압축기 또는 BLDC 왕복동식 압축기를 구비한 냉장고에 있어서, 압축기는 상용 전원을 입력받고, 트라이악 등의 전력 소자로 구성된 구동부를 통해 운전된다. 압축기는 냉장고에서 요구하는 명령에 따라 개폐(ON/OFF), 냉력 가변, 속도제어, 주파수 제어, 스트로크 제어 등의 운전을 수행한다. 이렇게 함으로써, 냉장고는 압축기의 운전을 통해 냉장고 고내의 온도를 적절한 수준으로 유지한다.

그러나, 종래 기술에 따른 압축기 제어 장치, 방법, 및 이를 포함한 냉장고에 있어서, 상기 압축기는 항상 트라이악으로 구성된 구동부를 통해 운전됨으로써 드라이브에 따른 손실이 존재하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시 예들은 상용 전원, 즉 벽전원의 전기 품질에 따라 압축기를 트라이악으로 운전하거나, 또는 상용 전원을 직접 투입하는 압축기 제어 장치, 방법, 및 이를 포함한 냉장고를 제공함에 일 목적이 있다.

본 발명의 실시 예들은 상용 전원의 일정 전압 범위 또는 일정 주파수 범위 내에서는 상용 전원을 직접 압축기에 투입함으로써 트라이악과 같은 압축기 드라이브에 의해 발생하는 손실을 감소시키거나 제거할 수 있는 압축기 제어 장치, 방법, 및 이를 포함한 냉장고를 제공함에 다른 목적이 있다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원과, 게이트 구동 신호에 따라 구동되어 상기 압축기를 운전하는 트라이악과, 제어 신호에 따라 상기 트라이악을 상기 압축기에 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 스위칭 유닛과, 상기 게이트 구동 신호를 발생하여 상기 트라이악을 구동하고, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 개폐하는 압축기 제어 유닛을 포함하여 구성된다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치에 있어서, 상기 압축기 제어 유닛은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 제어 신호를 발생한다.

상기 압축기 제어 유닛은 복수의 운전 모드를 구비하고, 본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 커패시터 회로는, 하나 이상의 커패시터와, 상기 하나 이상의 커패시터를 상기 압축기에 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛을 포함한다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치에 있어서, 상기 압축기에 구비된 모터는, 상기 운전 모드에 따라 상기 커패시터 회로가 연결되는 둘 또는 그 이상의 탭을 구비할 수 있다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압을 검출하는 전압 검출 유닛을 더 포함하고, 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수를 검출하는 주파수 검출 유닛을 더 포함하여 구성된다.

일 실시 예에 따른 냉장고는, 냉장고와 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원과, 게이트 구동 신호에 따라 구동되어 상기 압축기를 운전하는 트라이악과, 제1 제어 신호에 따라 개폐되고, 상기 게이트 구동 신호를 발생하여 상기 트라이악을 구동하는 압축기 제어 유닛과, 제2 제어 신호에 따라 상기 트라이악을 상기 압축기에 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 스위칭 유닛과, 상기 제1 제어 신호를 발생하여 상기 압축기 제어 유닛을 개폐하고, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 개폐하는 냉장고 제어 유닛을 포함하여 구성된다.

일 실시 예에 따른 냉장고에 있어서, 상기 냉장고 제어 유닛은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 제2 제어 신호를 발생한다.

상기 냉장고 제어 유닛은 압축기를 운전하는 복수의 운전 모드를 구비하고, 본 발명에 따른 냉장고는, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 커패시터 회로는, 하나 이상의 커패시터와, 상기 하나 이상의 커패시터를 상기 압축기에 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛을 포함한다.

일 실시 예에 따른 냉장고에 있어서, 상기 냉장고 제어 유닛은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 내이면 상기 압축기 제어 유닛의 전원을 차단하는 제1 제어 신호를 발생한다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어 방법은, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 전압을 검출하는 단계와, 상기 검출된 입력 전압이 미리 설정된 전압 범위 내인지 판단하는 단계와, 상기 판단 결과를 근거로 상기 압축기를 운전하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 압축기를 운전하는 단계는, 상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전한다.

상기 압축기를 운전하는 단계는, 상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 밖이면 트라이악을 통해 상기 압축기를 운전한다.

일 실시 예에 따른 압축기 제어 방법은, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 주파수를 검출하는 단계와, 상기 검출된 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 범위 내인지 판단하는 단계와, 상기 판단 결과를 근거로 상기 압축기를 운전하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 압축기를 운전하는 단계는, 상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전한다.

상기 압축기를 운전하는 단계는, 상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 범위 밖이면 트라이악을 통해 상기 압축기를 운전한다.

본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법, 및 이를 포함한 냉장고는, 상용 전원의 전기 품질에 따라 트라이악 드라이브로 운전하는 모드와 상용 전원을 직접 사용하는 모드를 선택적으로 사용하여 압축기를 운전할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은, 일정 전압 또는 주파수 범위 내에서는 상용 전원을 직접 압축기에 투입함으로써 트라이악 구동에 따라 발생하는 손실을 감소시키거나, 제거할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에 따라 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고하고, 트라이악 구동에 따른 고조파 및 역률 왜곡을 감소시키는 효과가 있다.

도 1 내지 도 6은 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 블록도;

도 7 및 도 8은 실시 예들에 따른 냉장고의 구성을 개략적으로 보인 블록도;

도 9 및 도 10은 실시 예들에 따른 압축기 제어 방법을 개략적으로 보인 흐름도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 압축기(500)에 전원을 공급하는 상용 전원(100)과, 게이트 구동 신호에 따라 구동되어 상기 압축기(500)를 운전하는 트라이악(200)과, 제어 신호에 따라 상기 트라이악(200)을 상기 압축기(500)에 연결하거나, 또는 상기 상용 전원(100)을 상기 압축기(500)에 직접 연결하는 스위칭 유닛(300)과, 상기 게이트 구동 신호를 발생하여 상기 트라이악(200)을 구동하고, 상기 상용 전원(100)의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛(300)을 개폐하는 압축기 제어 유닛(400)을 포함하여 구성된다.

상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원(100)의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이거나 또는 상기 상용 전원(100)의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면 상기 상용 전원(100)을 상기 압축기(500)에 직접 연결하는 제어 신호를 발생한다.

상기 압축기 제어 유닛(400)은 복수의 운전 모드를 구비할 수 있다. 상기 운전 모드는 예를 들어 초기 모드, 절전 모드(G), 안전 모드(S) 등이다. 이때, 본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성된다. 즉, 상기 압축기의 운전 모드에 따라 상기 코일 수가 달라지고, 그 인덕턴스가 달라지며, 이에 따라 상기 모터에 연결되는 커패시터의 커패시턴스도 다르게 된다. 여기서, 상기 커패시터 회로(600)는, 하나 이상의 커패시터와, 상기 하나 이상의 커패시터를 상기 압축기에 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛을 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 압축기 제어 장치의 실시예들을 설명한다. 하기 구성은 필요에 따라 다르게 구성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 단일 커패시터(610)로 구성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성된다. 즉, 도 1의 경우는 하나의 운전 커패시터만을 구비한 경우이다. 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 미리 설정된 전압 범위 또는 주파수 범위와 비교하고, 상기 범위 내이면 스위칭 유닛(300)을 턴온하는 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원과 상기 압축기가 직접 연결되도록 한다.

도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 압축기의 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성되고, 상기 커패시터 회로(600)는, 두 개의 커패시터(621, 622)가 병렬로 연결되고, 하나의 커패시터(621)에 직렬로 연결되고, 그 직렬로 연결된 커패시터(621)를 상기 압축기에 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛(623)으로 구성된다. 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 내이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴온하는 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원과 상기 압축기를 직접 연결하고, 상기 제2 스위칭 유닛(623)을 턴오프하여 하나의 커패시터(622)만 상기 압축기에 연결한다. 이때, 상기 압축기는 절전 모드(G)로 운전된다. 반면, 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 밖이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴오프하는 제어 신호를 발생하여 상기 트라이악(200)과 상기 압축기를 연결하고, 상기 트라이악(200)을 구동하는 상기 게이트 구동 신호를 출력하여 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등을 수행하며, 상기 제2 스위칭 유닛(623)을 턴온하여 두 커패시터(621, 622) 모두를 상기 압축기에 연결한다. 이때, 압축기는 안전 모드(S)로 운전된다.

도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 두 개의 커패시터(631, 632)가 병렬로 연결되고, 상기 커패시터들에 직렬로 연결된 제2 스위칭 유닛(633)으로 구성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성된다. 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 내이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴온하는 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원과 상기 압축기를 직접 연결하고, 상기 제2 스위칭 유닛(633)을 동작시켜 두 커패시터 중 작은 커패시턴스를 가진 하나의 커패시터를 상기 압축기에 연결한다. 이때, 상기 압축기는 절전 모드(G)로 운전된다. 반면, 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 밖이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴오프하는 제어 신호를 발생하여 상기 트라이악(200)과 상기 압축기를 연결하고, 상기 트라이악(200)을 구동하는 상기 게이트 구동 신호를 출력하여 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등을 수행하며, 상기 제2 스위칭 유닛(633)을 동작시켜 두 커패시터 중 큰 커패시턴스를 가진 하나의 커패시터를 상기 압축기에 연결한다. 이때, 압축기는 안전 모드(S)로 운전된다.

도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 압축기의 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성되고, 상기 커패시터 회로(600)는, 두 개의 커패시터(641, 642)가 직렬로 연결되고, 그 중 하나의 커패시터(642)를 운전 모드에 따라 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛(643)으로 구성된다. 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 내이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴온하는 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원과 상기 압축기를 직접 연결하고, 상기 제2 스위칭 유닛(643)을 동작시켜 두 커패시터를 직렬로 연결하여 상기 압축기에 연결한다. 이때, 상기 압축기는 절전 모드(G)로 운전된다. 반면, 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 밖이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴오프하는 제어 신호를 발생하여 상기 트라이악(200)과 상기 압축기를 연결하고, 상기 트라이악(200)을 구동하는 상기 게이트 구동 신호를 출력하여 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등을 수행하며, 상기 제2 스위칭 유닛(643)을 동작시켜 커패시터(642)를 연결하지 아니하고, 커패시터(641)만 상기 압축기에 연결한다. 이때, 압축기는 안전 모드(S)로 운전된다.

도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 압축기의 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로(600)를 포함하여 구성되고, 상기 커패시터 회로(600)는, 하나 또는 둘 이상의 커패시터(651)와 이에 직렬로 연결된 제2 스위칭 유닛(653)으로 구성된다. 여기서, 상기 제2 스위칭 유닛(653)은 모터의 복수의 탭 중 하나의 탭을 선택하도록 스위칭된다. 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 내이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴온하는 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원과 상기 압축기를 직접 연결하고, 상기 제2 스위칭 유닛(653)을 동작시켜 상기 커패시터(651)와 상기 압축기의 절전 모드(G) 탭을 연결한다. 반면, 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 밖이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴오프하는 제어 신호를 발생하여 상기 트라이악(200)과 상기 압축기를 연결하고, 상기 트라이악(200)을 구동하는 상기 게이트 구동 신호를 출력하여 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등을 수행하며, 상기 제2 스위칭 유닛(653)을 동작시켜 상기 커패시터(651)와 상기 압축기의 안전 모드(S) 탭에 연결한다.

도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 두 개의 커패시터(661, 662)가 병렬로 연결되고, 각 커패시터는 모터의 복수의 탭에 각각 연결되어 있으며, 상기 두 개의 커패시터 중 하나의 커패시터를 선택하는 제2 스위칭 유닛(663)으로 구성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성된다. 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 내이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴온하는 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원과 상기 압축기를 직접 연결하고, 상기 제2 스위칭 유닛(663)을 동작시켜 작은 커패시턴스를 가진 상기 커패시터(661)와 상기 압축기의 절전 모드(G) 탭을 연결한다. 반면, 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 밖이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴오프하는 제어 신호를 발생하여 상기 트라이악(200)과 상기 압축기를 연결하고, 상기 트라이악(200)을 구동하는 상기 게이트 구동 신호를 출력하여 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등을 수행하며, 상기 제2 스위칭 유닛(653)을 동작시켜 더 큰 커패시턴스를 가진 상기 커패시터(662)와 상기 압축기의 안전 모드(S) 탭에 연결한다.

도 5 또는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 압축기에 구비된 모터는, 상기 운전 모드에 따라 상기 커패시터 회로가 연결되는 둘 또는 그 이상의 탭을 구비할 수 있다.

여기서, 상기 모터는, 리니어 모터 또는 브러쉬리스 직류 모터(Brushless Direct Current Motor; BLDC)일 수 있다. 상기 리니어 모터는 모터 자체가 직선형의 구동력을 직접 발생시키므로 기계적인 변환 장치가 필요하지 않고, 구조가 복잡하지 않다. 또한, 상기 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 모터를 구비한 왕복동식 압축기를 냉장고에 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, 상기 브러쉬리스 직류 모터(이하, BLDC)는 DC 모터에서 브러쉬와 정류자(Commutator)를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치한 모터로서, 기계적, 전기적 노이즈가 적다. 상기 BLDC 모터는 중심에 회전하는 마그넷을 구비하고, 그 주변 둘레에 구동 코일을 구비한다. 또한, 상기 BLDC 모터는, 정류자가 없으므로 전자 정류 회로를 더 포함하여 구성된다. 상기 전자 정류 회로는 홀 소자 등의 자극 센서를 사용하여 마그넷 로터의 위치를 센싱한다.

본 발명에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압을 검출하는 전압 검출 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 압축기 제어 장치는, 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수를 검출하는 주파수 검출 유닛(미도시)을 더 포함하여 구성된다.

도 1 내지 도 6에서, 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치는, 상기 스위칭 유닛(300)을 포함하지 아니하고, 상기 상용 전원(100)의 입력 전압이 미리 설정된 전압 범위 내이거나, 또는 상기 상용 전원(100)의 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 범위 내이면, 상기 트라이악(200)을 계속 도통시켜 상기 상용 전원이 그대로 상기 압축기에 인가되도록 할 수 있다. 이 경우는 상기 스위칭 유닛(300)을 포함한 경우와 달리 상기 트라이악(200)에 의한 손실이 발생할 수 있다.

도 7 또는 도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 냉장고는, 냉장고와 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원(100)과, 게이트 구동 신호에 따라 구동되어 상기 압축기를 운전하는 트라이악(200)과, 제1 제어 신호에 따라 개폐되고, 상기 게이트 구동 신호를 발생하여 상기 트라이악을 구동하는 압축기 제어 유닛(400)과, 제2 제어 신호에 따라 상기 트라이악을 상기 압축기에 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 스위칭 유닛(300)과, 상기 제1 제어 신호를 발생하여 상기 압축기 제어 유닛을 개폐하고, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 개폐하는 냉장고 제어 유닛(700)을 포함하여 구성된다.

냉장고 제어 유닛(700)은, 상용 전원의 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 제2 제어 신호를 발생한다. 반면, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 밖이면, 상기 트라이악(200)을 통해 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(500)가 연결되도록 하는 제2 제어 신호를 발생한다.

냉장고 제어 유닛(700)은, 상용 전원의 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 내이면 상기 압축기 제어 유닛의 전원을 차단하는 제1 제어 신호를 발생한다. 즉, 상기 압축기 제어 유닛(400)에 계속 전원을 인가하여 대기 상태에 있도록 하는 것이 아니라 전원을 차단함으로써 대기 전력을 줄일 수 있다. 반면, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 밖이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 밖이면, 상기 압축기 제어 유닛(400)에 전원을 인가하여 압축기가 냉장고에서 요구하는 명령에 의해 온/오프, 냉력 가변, 속도제어, 주파수 제어, 스트로크 제어 등의 동작을 수행하도록 하고, 냉장고 고내의 온도를 적절한 수준으로 유지하도록 한다.

냉장고 제어 유닛(700)은 상기 압축기를 운전하는 복수의 운전 모드를 구비할 수 있다. 상기 운전 모드는, 예를 들어, 초기 모드, 절전 모드(G), 안전 모드(S) 등이다. 이때, 본 발명에 따른 냉장고는, 상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성된다. 즉, 상기 압축기의 운전 모드에 따라 상기 코일 수가 달라지고, 그 인덕턴스가 달라지며, 이에 따라 상기 모터에 연결되는 커패시터의 커패시턴스도 다르게 된다. 여기서, 상기 커패시터 회로(600)는, 하나 이상의 커패시터와, 상기 하나 이상의 커패시터를 상기 압축기에 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛을 포함한다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 냉장고의 실시 예들을 설명한다. 하기 구성은 필요에 따라 다르게 구성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 냉장고는, 단일 커패시터(670)로 구성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성된다. 즉, 도 7의 경우에는 하나의 운전 커패시터만을 구비한 경우이다. 이때, 상기 커패시터(670)의 커패시턴스는 운전 모드에 따라 다른 값을 갖는 것이 바람직하다. 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 미리 설정된 전압 범위 또는 주파수 범위와 비교하고, 상기 범위 내이면 스위칭 유닛(300)을 턴온하는 제2 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원과 상기 압축기가 직접 연결되도록 한다. 이때, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은 상기 압축기 제어 유닛(400)의 전원을 차단하는 제1 제어 신호를 출력할 수 있다.

도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 냉장고는, 상기 압축기의 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로(600)를 더 포함하여 구성되고, 상기 커패시터 회로(600)는, 두 개의 커패시터(681, 682)가 병렬로 연결되고, 하나의 커패시터에 직렬로 연결되고, 상기 압축기에 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛(683)으로 구성된다. 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 내이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴온하는 제2 제어 신호를 발생하여 상기 상용 전원과 상기 압축기를 직접 연결하고, 상기 제2 스위칭 유닛(623)을 턴오프하여 하나의 커패시터(682)만 상기 압축기에 연결한다. 이때, 상기 압축기는 절전 모드(G)로 운전된다. 반면, 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수가 미리 설정된 범위 밖이면, 상기 스위칭 유닛(300)을 턴오프하는 제2 제어 신호를 발생하여 상기 트라이악(200)과 상기 압축기를 연결하고, 상기 압축기 제어 유닛(400)을 온하는 제1 제어 신호를 출력한다. 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 트라이악(200)을 구동하는 상기 게이트 구동 신호를 출력하여 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등을 수행한다. 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 제2 스위칭 유닛(683)을 턴온하여 두 커패시터(681, 682) 모두를 상기 압축기에 연결한다. 이때, 압축기는 안전 모드(S)로 운전된다.

상기 압축기에 구비된 모터는, 상기 운전 모드에 따라 상기 커패시터 회로가 연결되는 둘 또는 그 이상의 탭을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 모터는, 리니어 모터 또는 브러쉬리스 직류 모터(BLDC)일 수 있다.

도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 방법은, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 전압을 검출하는 단계(S110)와, 상기 검출된 입력 전압이 미리 설정된 전압 범위 내인지 판단하는 단계(S120)와, 상기 판단 결과를 근거로 상기 압축기를 운전하는 단계(S140)를 포함하여 구성된다.

상기 압축기를 운전하는 단계는, 상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전한다(S121).

상기 압축기를 운전하는 단계는, 상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 밖이면 트라이악을 통해 상기 압축기를 운전한다(S122). 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 8을 참조한다.

도 1 내지 도 6에서 압축기 제어 유닛(400)이나, 상기 도 7 및 도 8에서 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위, 예를 들어 210V 내지 230V, 내이면(S120의 예), 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하여 상기 압축기가 운전되도록 한다(S121). 반면, 상기 압축기 제어 유닛(400) 또는 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 밖이면(S120의 아니오), 상기 트라이악(200)을 통해 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(500)가 연결되도록 한다(S122). 또한, 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 트라이악(200)을 구동하여 압축기의 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등이 가능하도록 한다(S140).

도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 압축기 제어 방법은, 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 주파수를 검출하는 단계(S210)와, 상기 검출된 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 범위 내인지 판단하는 단계(S220)와, 상기 판단 결과를 근거로 상기 압축기를 운전하는 단계(S240)를 포함하여 구성된다.

상기 압축기를 운전하는 단계는, 상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전한다(S221).

상기 압축기를 운전하는 단계는, 상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 범위 밖이면 트라이악을 통해 상기 압축기를 운전한다(S222). 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 8을 참조한다.

도 1 내지 도 6에서 상기 압축기 제어 유닛(400)이나, 상기 도 7 및 도 8에서 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위, 예를 들어 59.7Hz 내지 60.3Hz, 내이면(S220의 예) 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하여 상기 압축기가 운전되도록 한다(S221). 반면, 상기 압축기 제어 유닛(400) 또는 상기 냉장고 제어 유닛(700)은, 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 밖이면(S220의 아니오), 상기 트라이악(200)을 통해 상기 상용 전원(100)과 상기 압축기(500)가 연결되도록 한다(S222). 또한, 상기 압축기 제어 유닛(400)은, 상기 트라이악(200)을 구동하여 압축기의 속도 제어, 주파수 제어, 또는 스트로크 제어 등이 가능하도록 한다(S240).

도 9 및 도 10을 함께 참조하면, 상기 압축기 제어 방법은, 상기 압축기의 운전 모드에 따라 커패시턴스를 변경하는 단계(S130, S230)를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 운전 모드는, 예를 들어 초기 모드, 절전 모드(G), 안전 모드(S) 등이다. 도 1 내지 도 8을 참조하면, 상기 압축기가 상기 절전 모드(G)로 동작하는 경우에 상기 모터의 코일 수는 증가하고, 상기 코일의 인덕턴스에 대응하여 운전되도록 상기 모터에 연결되는 커패시터의 커패시턴스는 상대적으로 작은 값을 갖도록 한다. 반면, 상기 압축기가 상기 안전 모드(S)로 동작하는 경우에는 상기 모터의 코일 수는 감소하고, 상기 커패시터의 커패시턴스는 큰 값을 갖도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 압축기 제어 장치, 압축기 제어 방법, 및 이를 포함한 냉장고는, 상용 전원의 전기 품질에 따라 트라이악 드라이브로 운전하는 모드와 상용 전원을 직접 사용하는 모드를 선택적으로 사용하여 압축기를 운전할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은, 일정 전압 또는 주파수 범위 내에서는 상용 전원을 직접 압축기에 투입함으로써 트라이악 구동에 따라 발생하는 손실을 감소시키거나, 제거하며, 소비 전력을 줄임으로써 에너지 효율을 제고한다.

Claims

압축기에 전원을 공급하는 상용 전원;

게이트 구동 신호에 따라 구동되어 상기 압축기를 운전하는 트라이악;

제어 신호에 따라 상기 트라이악을 상기 압축기에 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 스위칭 유닛; 및

상기 게이트 구동 신호를 발생하여 상기 트라이악을 구동하고, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 개폐하는 압축기 제어 유닛;을 포함하는 압축기 제어 장치.
제1 항에 있어서, 상기 압축기 제어 유닛은,

상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제1 항에 있어서, 상기 압축기는,

리니어 모터 또는 브러쉬리스 직류 모터를 구비한 왕복동식 압축기인 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제3 항에 있어서,

상기 압축기 제어 유닛은 복수의 운전 모드를 구비하고,

상기 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로;를 더 포함하는 압축기 제어 장치.
제4 항에 있어서, 상기 커패시터 회로는,

하나 이상의 커패시터; 및

상기 하나 이상의 커패시터를 상기 압축기에 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛;을 포함하는 압축기 제어 장치.
제4 항에 있어서, 상기 모터는,

상기 운전 모드에 따라 상기 커패시터 회로가 연결되는 둘 또는 그 이상의 탭을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기 제어 장치.
제1 항에 있어서,

상기 상용 전원의 상기 입력 전압을 검출하는 전압 검출 유닛;을 더 포함하는 압축기 제어 장치.
제1 항에 있어서,

상기 상용 전원의 상기 입력 주파수를 검출하는 주파수 검출 유닛;을 더 포함하는 압축기 제어 장치.
냉장고와 압축기에 전원을 공급하는 상용 전원;

게이트 구동 신호에 따라 구동되어 상기 압축기를 운전하는 트라이악;

제1 제어 신호에 따라 개폐되고, 상기 게이트 구동 신호를 발생하여 상기 트라이악을 구동하는 압축기 제어 유닛;

제2 제어 신호에 따라 상기 트라이악을 상기 압축기에 연결하거나, 또는 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 스위칭 유닛; 및

상기 제1 제어 신호를 발생하여 상기 압축기 제어 유닛을 개폐하고, 상기 상용 전원의 입력 전압 또는 입력 주파수를 근거로 상기 제2 제어 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 개폐하는 냉장고 제어 유닛;을 포함하는 냉장고.
제9 항에 있어서, 상기 냉장고 제어 유닛은,

상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 내이면 상기 상용 전원을 상기 압축기에 직접 연결하는 제2 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제9 항에 있어서, 상기 압축기는,

리니어 모터 또는 브러쉬리스 직류 모터를 구비한 왕복동식 압축기인 것을 특징으로 하는 냉장고.
제11 항에 있어서,

상기 압축기의 복수의 운전 모드에 따라 상기 모터에 권선된 코일의 인덕턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖도록 형성된 커패시터 회로;를 더 포함하고,

상기 냉장고 제어 유닛은, 상기 복수의 운전 모드를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제12 항에 있어서, 상기 커패시터 회로는,

하나 이상의 커패시터; 및

상기 하나 이상의 커패시터를 상기 압축기에 선택적으로 연결하는 제2 스위칭 유닛;을 포함하는 냉장고.
제9 항에 있어서, 상기 냉장고 제어 유닛은,

상기 상용 전원의 상기 입력 전압이 미리 설정된 일정 전압 범위 내이거나 또는 상기 상용 전원의 상기 입력 주파수가 미리 설정된 일정 주파수 범위 내이면 상기 압축기 제어 유닛의 전원을 차단하는 제1 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 전압을 검출하는 단계;

상기 검출된 입력 전압이 미리 설정된 전압 범위 내인지 판단하는 단계; 및

상기 판단 결과를 근거로 상기 압축기를 운전하는 단계;를 포함하는 압축기 제어 방법.
제15 항에 있어서, 상기 압축기를 운전하는 단계는,

상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
제15 항에 있어서, 상기 압축기를 운전하는 단계는,

상기 검출된 입력 전압이 상기 전압 범위 밖이면 트라이악을 통해 상기 압축기를 운전하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
압축기에 전원을 공급하는 상용 전원의 입력 주파수를 검출하는 단계;

상기 검출된 입력 주파수가 미리 설정된 주파수 범위 내인지 판단하는 단계; 및

상기 판단 결과를 근거로 상기 압축기를 운전하는 단계;를 포함하는 압축기 제어 방법.
제18 항에 있어서, 상기 압축기를 운전하는 단계는,

상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 범위 내이면 상기 상용 전원을 직접 압축기에 연결하여 상기 압축기를 운전하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.
제18 항에 있어서, 상기 압축기를 운전하는 단계는,

상기 검출된 입력 주파수가 상기 주파수 범위 밖이면 트라이악을 통해 상기 압축기를 운전하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어 방법.