KR100311417B1 - A circuit for detecting piston position of linear compressor by using linear variable differential transducer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LVDT를 이용한 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출회로에 관한 것으로, 종래에는 압축기의 피스톤 위치 제어시 탑 클리어런스를 0에 가깝게 운전시킬 경우 피스톤의 위치가 변동하는 피스톤 진폭 떨림현상이 발생하는데, 종래 스트로크 제어방식은 진폭 떨림현상을 대처하는데 미흡한 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 입력되는 DC전압의 극성을 바꾸어 출력하는 역극성 보호회로부와, 상기 DC전압 공급시 발진 동작을 수행하여 싸인파를 발생시키는 싸인파 발진기와, 상기 싸인파 공급시 피스톤에 연결된 코어의 움직임을 감지하고, 그 감지한 움직임에 대응하는 출력전압을 검출하는 LVD와, 상기 LVDT에서 검출되는 출력전압을 일정크기로 증폭시키고, 필터링하여 피스톤의 위치를 검출하는 증폭및 필터부로 구성하여, 0.1mm의 정밀도로 위치를 검출할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a piston position detection circuit of a linear compressor using LVDT. In the related art, when the top clearance is operated close to zero when the piston position of the compressor is controlled, a piston amplitude oscillation phenomenon occurs in which the position of the piston changes. The control method has a problem of insufficient amplitude coping. Accordingly, the present invention provides a reverse polarity protection circuit for outputting by changing the polarity of the input DC voltage, a sine wave oscillator for generating a sine wave by performing the oscillation operation when the DC voltage supply, and the core connected to the piston when the sine wave is supplied LVD for detecting the movement and detecting the output voltage corresponding to the detected movement, and an amplification and filter unit for amplifying the output voltage detected by the LVDT to a predetermined magnitude and filtering to detect the position of the piston, 0.1 The position can be detected with a precision of mm.
Description
본 발명은 리니어 압축기에서, 정밀한 피스톤의 위치를 검지하기 위한 LVDT를 이용한 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출회로에 관한 것으로, 특히 LVDT(Linear Variable Differential Transducer)를 이용하여 리니어 압축기의 탑 클리어런스를 0.1mm로 관리하기 위한 LVDT를 이용한 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출회로에 관한 것이다.The present invention relates to a piston position detection circuit of a linear compressor using an LVDT for detecting a precise piston position in a linear compressor. In particular, the top clearance of the linear compressor is managed at 0.1 mm using a linear variable differential transducer (LVDT). It relates to a piston position detection circuit of a linear compressor using LVDT.
도 1은 종래 센서리스방식에 의한 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어장치에 대한 블럭 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 피스톤의 상하 운동으로 스트로크를 가변시켜 냉력을 조절하는 압축기(11)와, 스위칭신호에 따라 입력되는 교류전원을 단속시켜 상기 압축기(11)로 인가되는 전압을 조절하는 스위치소자(12)와, 상기 압축기(11)에 인가되는 전류를 검출하는 전류 검출부(13)와, 상기 압축기(11) 양단간의 전압을 검출하는 전압 검출부(14)와, 상기 전류 검출부(13)에서 검출한 전류(i)와 전압 검출부(14)에서 검출한 전압(V)을 이용하여 스트로크를 계산하고, 이 계산된 스트로크 측정치를 출력하는 스트로크 계산부(15)와, 상기 스트로크 계산부(15)에서 계산된 스트로크 측정치를 평활시켜 불필요한 부분을 제거하기 위한 정류부(16)와, 상기 정류부(16)를 거쳐 출력되는 스트로크 측정치와 스트로크 지령치를 비교하여 오차를 구하는 비교기(17)와, 상기 비교기(17)에서 제공하는 오차를 이용하여 스트로크 측정치가 스트로크 지령치를 추종할 수 있도록 하기 위한 스트로크를 출력시키는 제어부(18)와, 상기 제어부(18)에서 출력되는 스트로크를 평활시켜 스위치소자(12)로 제공하는 평활부(19)로 구성된다.1 is a block diagram of a piston position control device of a linear compressor according to a conventional sensorless method. As shown in FIG. 1, a compressor 11 for adjusting a cooling force by varying a stroke by vertical movement of a piston, and a switching signal The switch element 12 for regulating the voltage applied to the compressor 11 by intermitting the AC power input according to the present invention, the current detector 13 for detecting the current applied to the compressor 11, and the compressor ( 11) The stroke is calculated using the voltage detector 14 detecting the voltage between both ends, the current i detected by the current detector 13 and the voltage V detected by the voltage detector 14, The stroke calculation unit 15 outputs the calculated stroke measurement value, the rectification unit 16 for smoothing the stroke measurement value calculated by the stroke calculation unit 15 to remove unnecessary portions, and the rectifying unit 16. A comparator 17 for comparing an output stroke measurement value with a stroke command value to obtain an error, and a control unit 18 for outputting a stroke for allowing the stroke measurement value to follow the stroke command value using the error provided by the comparator 17. ) And a smoothing unit 19 for smoothing the stroke output from the control unit 18 to the switch element 12.
이와같이 구성된 종래기술에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the prior art configured in this way in detail as follows.
전원전압단으로 부터 220V의 교류전원이 공급되면, 그 교류전원은 전류감지용 저항(R)과 스위치소자(12)를 통해 압축기(11)에 공급된다.When 220V AC power is supplied from the power supply voltage terminal, the AC power is supplied to the compressor 11 through the current sensing resistor R and the switch element 12.
이에따라 상기 압축기(11)에 전압이 공급된다.Accordingly, a voltage is supplied to the compressor 11.
그러면 도 2에 도시된 압축기(11)의 피스톤(21)이 왕복운동을 하는데, 상기 피스톤의 왕복 행정거리가 스트로크이며, 이 스트로크를 가변시켜 냉력을 가변시킨다.Then, the piston 21 of the compressor 11 shown in FIG. 2 reciprocates, and the reciprocating stroke distance of the piston is a stroke, and this stroke is varied to change the cooling force.
여기서 피스톤의 구동은 리니어 모터로 직접 구동하는 메카니즘을 채택하기 때문에 마찰손실을 저감할 수 있어 고효율을 구현할 수 있다.In this case, since the piston is driven by a linear motor, the friction loss can be reduced, resulting in high efficiency.
상기 압축기(11)의 피스톤은 인가되는 전압에 대해 피스톤 양단의 압력에 따라 최적의 운동을 하게 된다.The piston of the compressor 11 performs the optimum movement according to the pressure of both ends of the piston with respect to the applied voltage.
그리고, 요구되는 냉력을 내고, 높은 효율의 압축을 유지하기 위하여 피스톤(21)의 상사점과 토출밸브(22) 사이의 간격인 탑 클리어런스(Top Clearance)를 일정거리로 유지시키면서 동작을 하여야 한다.In addition, in order to produce the required cooling force and maintain a high efficiency of compression, the operation should be performed while maintaining a top clearance, which is a distance between the top dead center of the piston 21 and the discharge valve 22, at a constant distance.
따라서 사용자가 냉장고 또는 에어컨의 온도를 설정하면, 이 설정된 온도정보에 비례하는 스트로크 지령치가 비교부(17)를 거쳐 제어부(18)로 입력된다.Therefore, when the user sets the temperature of the refrigerator or the air conditioner, a stroke command value proportional to the set temperature information is input to the controller 18 via the comparator 17.
그러면 상기 제어부(18)는 입력되는 스트로크 지령치에 따라 스위치소자(12)를 온 또는 오프시켜, 상기 압축기(11)로 공급되는 전압을 조절한다.Then, the controller 18 turns on or off the switch element 12 in accordance with the input stroke command value to adjust the voltage supplied to the compressor 11.
이에따라 압축기(11)가 동작하고, 이때 전류 검출부(13)는 전류감지용 저항(R)을 통해 상기 압축기(11)로 공급되는 입력전류(i)를 검출하여 스트로크 계산부(15)로 제공하고, 전압 검출부(14)는 상기 압축기(11)의 양단에 걸리는 전압(V)을 검출하여 상기 스트로크 계산부(15)로 제공한다.Accordingly, the compressor 11 operates, and at this time, the current detector 13 detects the input current i supplied to the compressor 11 through the current sensing resistor R and provides the stroke current to the stroke calculator 15. The voltage detector 14 detects the voltage V across the compressor 11 and provides the voltage V to the stroke calculator 15.
이에 상기 스트로크 계산부(15)는 두 검출부(13)(14)에서 제공하는 전류(i)와 전압(V)을 이용하여 스트로크(Stroke)를 다음과 같이 계산한다.Accordingly, the stroke calculator 15 calculates the stroke using the current i and the voltage V provided by the two detectors 13 and 14 as follows.
여기서, VM은 압축기 양단전압, Rac는 압축기내 동체저항, i는 유입전류, L 은 리액턴스이다.Where V M is the voltage across the compressor, Rac is the body resistance in the compressor, i is the inrush current, and L is the reactance.
이렇게 계산된 스트로크(Stroke)를 정류부(16)로 출력시키면, 상기 정류부(16)는 불필요한 부분을 제거하기 위하여 정류시키고 그 정류된 스트로크 측정치를 비교기(17)로 출력시킨다.When the calculated stroke is output to the rectifier 16, the rectifier 16 rectifies to remove the unnecessary portion and outputs the rectified stroke measurement to the comparator 17.
그러면 상기 비교기(17)는 현재의 스트로크 측정치와 스트로크 지령치를 비교하여 제어부(18)로 전달한다.The comparator 17 then compares the current stroke measurement value with the stroke command value and transmits it to the control unit 18.
이에 상기 제어부(18)는 스트로크 측정치가 스트로크 지령치 보다 크면 압축기(11)로 공급되는 전압을 줄이기 위해 스위치소자(12)를 오프시키기 위한 보정 스트로크를 평활부(19)로 출력시킨다.Accordingly, when the stroke measurement value is larger than the stroke command value, the control unit 18 outputs a correction stroke for turning off the switch element 12 to the smoothing unit 19 to reduce the voltage supplied to the compressor 11.
상기 평활부(19)는 스트로크를 평활시켜 스위치소자(12)로 출력시킴으로써, 상기 스위치소자(SW)는 턴오프되어 압축기(11)로 공급되는 전압을 줄인다.The smoothing unit 19 smoothes the stroke and outputs the switch element 12 to the switch element 12 so that the switch element SW is turned off to reduce the voltage supplied to the compressor 11.
그리고, 스트로크 측정치가 스트로크 지령치 보다 작으면, 상기 압축기(11)로 공급되는 전압을 늘리기 위해 스위치소자(12)를 온시키기 위한 보정 스트로크를 평활부(19)로 출력하다.When the stroke measurement value is smaller than the stroke command value, a correction stroke for turning on the switch element 12 is output to the smoothing unit 19 in order to increase the voltage supplied to the compressor 11.
상기 평활부(19)는 보정 스트로크를 평활시킨 후 스위치소자(12)로 출력시켜 온시킨다.The smoothing unit 19 smoothes the correction stroke and outputs it to the switch element 12 to turn it on.
상기 스위치소자(12)가 온됨에 따라 압축기(11)로 공급되는 전압이 증가시킨다.As the switch element 12 is turned on, the voltage supplied to the compressor 11 increases.
이렇게 압축기(11)로 공급되는 전압을 감소 또는 증가시켜 스트로크 상사점을 조절한다.Thus, the stroke top dead center is adjusted by decreasing or increasing the voltage supplied to the compressor 11.
다시말하면, 리니어 압축기(11)에서 검출한 전류(i)와 전압(V)을 미리 측정한 모터저항, 모터인덕턴스로 스트로크를 계산한 후 이 값과 스트로크 지령치를 비교하여 스트로크 지령치를 추종할 수 있도록 제어하여 압축기의 피스톤 상사점과 토출밸브 사이의 탑 클리어런스를 일정거리로 유지시킨다.In other words, after calculating the stroke with the motor resistance and the motor inductance, the current (i) and voltage (V) detected by the linear compressor (11) are calculated, and the stroke command value can be followed by comparing this value with the stroke command value. Control to maintain the top clearance between the piston top dead center of the compressor and the discharge valve at a constant distance.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에 있어서, 압축기의 피스톤 위치 제어시 탑 클리어런스를 0에 가깝게 운전시킬 경우 피스톤의 위치가 변동하는 피스톤 진폭 떨림현상이 발생하는데, 종래 스트로크 제어방식은 진폭 떨림현상을 대처하는데 미흡한 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, when the top clearance is operated close to zero when controlling the piston position of the compressor, a piston amplitude oscillation phenomenon occurs in which the position of the piston changes, and the conventional stroke control method copes with the oscillation oscillation phenomenon. There is an inadequate problem.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 리니어 압축기내에 LVDT를 설치하여 피스톤과 연결된 코어가 움직일 때 코일부가 설치된 센서부의 출력전압을 감지하여 피스톤의 위치를 감지하도록 한 LVDT를 이용한 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출회로를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to install the LVDT in the linear compressor to detect the position of the piston to detect the position of the piston by detecting the output voltage of the sensor unit is installed coil when the core connected to the piston moves The present invention provides a piston position detection circuit of a used linear compressor.
본 발명의 다른 목적은 0.1mm의 정밀도로 위치를 감지할 수 있도록 한 LVDT를 이용한 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출회로를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a piston position detection circuit of a linear compressor using an LVDT capable of detecting a position with a precision of 0.1 mm.
도 1은 종래 센서리스방식에 의한 리니어 압축기의 피스톤 위치 제어장치에 대한 블럭 구성도.1 is a block diagram of a piston position control device of a linear compressor according to a conventional sensorless method.
도 2는 도 1에서, 리니어 압축기에 대한 단면도.2 is a cross-sectional view of the linear compressor in FIG.
도 3은 본 발명 LVDT를 이용한 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출회로에 대한 블럭 구성도.3 is a block diagram of a piston position detection circuit of the linear compressor using the present invention LVDT.
도 4는 도 3에서, LVDT 권선의 회로도.4 is a circuit diagram of an LVDT winding in FIG.
도 5는 도 3에서, LVDT가 피스톤에 부착된 형태를 보여주는 단면도.5 is a cross-sectional view of the LVDT in Figure 3 attached to the piston.
도 6은 도 5에서, 코아의 이동에 따른 LVDT의 출력 파형도.FIG. 6 is an output waveform diagram of LVDT according to core movement in FIG. 5. FIG.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ********** Explanation of symbols for the main parts of the drawing *****
31 : 역극성 보호회로부 32 : 싸인파 발진기31: reverse polarity protection circuit 32: sine wave oscillator
33 : LVDT 34 : 증폭및 필텁33: LVDT 34: Amplification and Filter
51 : 토출밸브 52 : 실린더51: discharge valve 52: cylinder
53 : 피스톤 54 : 축53: piston 54: shaft
55 : 센서가이드 56 : 코아55: sensor guide 56: core
57 : 센서57: sensor
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 DC전압의 극성을 바꾸어 출력하는 역극성 보호회로부와, 상기 역극성 보호회로부로 부터 DC전압 입력시 발진하여 싸인파를 발생시키는 싸인파 발진기와, 상기 싸인파 발진기에서 발생된 싸인파 공급시 피스톤에 연결된 코어의 움직임을 감지하고, 그 감지한 움직임에 대응하는 출력전압을 검출하는 LVDT와, 상기 LVDT에서 검출되는 출력전압을 일정크기로 증폭시키고, 필터링하여 출력하는 증폭및 필터부를 포함한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a reverse polarity protection circuit portion for outputting by changing the polarity of the input DC voltage, a sine wave oscillator for generating a sine wave by oscillating when the DC voltage input from the reverse polarity protection circuit portion, the sign When supplying a sine wave generated by the wave oscillator, the LVDT detects the movement of the core connected to the piston, detects the output voltage corresponding to the detected movement, and amplifies and filters the output voltage detected by the LVDT to a certain magnitude. Characterized in that it comprises an output amplification and filter unit.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings in detail as follows.
도 3은 본 발명 LVDT를 이용한 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출회로에 대한 블럭 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 입력되는 DC전압의 극성을 바꾸어 출력하는 역극성 보호회로부(31)와, 상기 역극성 보호회로부(31)로 부터 DC전압 공급시 발진 동작을 수행하여 싸인파를 발생시키는 싸인파 발진기(32)와, 상기 싸인파 발진기(32)에서 발생된 싸인파 공급시 피스톤에 연결된 코어의 움직임을 감지하고, 그 감지한 움직임에 대응하는 출력전압을 검출하는 LVDT(33)와, 상기 LVDT에서 검출되는 출력전압을 일정크기로 증폭시키고, 필터링하여 피스톤의 위치를 검출하는 증폭및 필터부(34)로 구성한다.3 is a block diagram of a piston position detection circuit of a linear compressor using the LVDT according to the present invention. As shown in FIG. 3, a reverse polarity protection circuit 31 for changing and outputting a polarity of an input DC voltage and the reverse polarity is shown. When the DC voltage is supplied from the protection circuit unit 31, a sine wave oscillator 32 generates a sine wave to generate a sine wave, and a movement of the core connected to the piston when the sine wave oscillator 32 is generated. An LVDT 33 for sensing and detecting an output voltage corresponding to the detected movement, and an amplification and filter unit 34 for amplifying the output voltage detected by the LVDT to a predetermined magnitude and filtering to detect the position of the piston. It consists of.
상기에서 LVDT(33)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 모터의 구동력을 피스톤(53)에 전달하기 위한 축(54)과, 상기 축(54)에 부착되어 상기 피스톤(53)의 움직임을 전달하는 코어(56)와, 1차 코일을 감은 원통형의 코일틀에 두 개의 2차 코일을 대칭으로 감겨져 상기 코어(56)의 움직임을 감지하여 피스톤의 위치를 검출하기 위한 센서가이드(55)로 구성한다.As shown in FIG. 5, the LVDT 33 includes a shaft 54 for transmitting the driving force of the motor to the piston 53, and is attached to the shaft 54 to control the movement of the piston 53. Two secondary coils are symmetrically wound around the core 56 to be transmitted and the cylindrical coil frame wound around the primary coil, so as to detect the position of the piston by detecting the movement of the core 56 to the sensor guide 55. Configure.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the present invention configured as described in detail as follows.
DC전압이 입력되면 역극성 보호회로부(31)에서 DC전압의 극성을 바꾸어 싸인파 발진기(32)로 제공한다.When the DC voltage is input, the reverse polarity protection circuit 31 changes the polarity of the DC voltage to provide the sine wave oscillator 32.
그러면 상기 싸인파 발진기(32)가 발진 동작을 행하여 생성되는 싸인파를 LVDT(33)로 제공한다.Then, the sine wave oscillator 32 provides the sine wave generated by the oscillation operation to the LVDT 33.
따라서 상기 LVDT(33)가 동작하는데, 이에 대하여 도 5에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.Accordingly, the LVDT 33 operates, which will be described below with reference to FIG. 5.
축(54)은 피스톤(53)에 연결되어 모터의 구동력을 상기 피스톤(53)에 전달한다.The shaft 54 is connected to the piston 53 to transmit the driving force of the motor to the piston 53.
이에따라 상기 피스톤(53)이 왕복운동을 행하여 스크로크를 가변시켜 냉력을 조절한다. 그러면 상기 피스톤(53)에 연결된 축(54)에 부착된 코어(56)도 왕복운동을 하게된다.Accordingly, the piston 53 reciprocates to change the stroke to adjust the cooling force. Then, the core 56 attached to the shaft 54 connected to the piston 53 also reciprocates.
이때 1차 코일을 감은 원통형의 코일틀에 두 개의 2차 코일을 대칭으로 감은 센서가이드(55)의 코일특 속으로 코어(56)가 삽입되면, 상기 1차 코일과 2차 코일을연계하는 자력선의 통로가 생기고 1차 코일이 외부의 싸인파에 의해 자화되면 2차 코일에 전압이 유도된다.At this time, when the core 56 is inserted into the coil characteristic of the sensor guide 55 wound two symmetrically wound on the cylindrical coil frame wound primary coil, the magnetic force line connecting the primary coil and the secondary coil When a path is formed and the primary coil is magnetized by an external sine wave, voltage is induced to the secondary coil.
상기 두 개의 2차 코일은 코일이 서로 반대방향으로 감겨져 있어서, 반대 극성의 전압이 유도된다.The two secondary coils are wound in opposite directions to each other, so that voltages of opposite polarities are induced.
따라서 센서(57)는 코어(56)의 위치 변화와 함께 직선적으로 변하는 1차 코일과 두 개의 2차 코일간의 전압 편차를 구한다.Therefore, the sensor 57 calculates the voltage deviation between the primary coil and the two secondary coils that change linearly with the position change of the core 56.
그러면 여기서 센서(57)에 각각 감지되는 LVDT의 출력전압을 도 6에 의거하여 살펴보면, (b)에 도시한 바와 같이, 코어(56)가 중앙(NULL)에 위치하게 되면 서로 반대극성인 두 전압이 상쇄되어 0이되고, (c)에서와 같이 코어(56)가 중앙(NULL)에서 전압이 증가하는 방향으로 이동하게 되면 유도전압은 증가하게 되고, (a)에서와 같이 코어(56)가 중앙(NULL)에서 전압이 감소하는 방향으로 이동하게 되면 유도전압은 감소하게 된다.Then, the output voltages of the LVDTs sensed by the sensors 57 will be described based on FIG. 6. As shown in (b), when the cores 56 are located at the center, two voltages having opposite polarities may be present. This offset is zero, and when the core 56 moves in the direction of increasing voltage at the center as shown in (c), the induced voltage increases, and as shown in (a), the core 56 When the voltage moves in the direction of decreasing voltage at the center, the induced voltage decreases.
따라서 센서(57)는 1차 코일과 두 개의 2차 코일에 유도되는 전압의 편차를 구하여 피스톤의 위치를 감지하게 된다.Therefore, the sensor 57 detects the position of the piston by obtaining the deviation of the voltage induced in the primary coil and the two secondary coils.
이렇게 감지한 피스톤의 위치에 따라 모터의 구동을 제어하여 피스톤 상사점과 토출밸브 사이의 탑 클리어런스를 일정거리로 유지시키도록 한다.The driving of the motor is controlled according to the detected position of the piston to maintain the top clearance between the piston top dead center and the discharge valve at a constant distance.
이와같이 피스톤(53)에 연결된 코어(56)가 코일부가 설치된 센서가이드(55)를 이동함으로써 생기는 출력전압의 변화를 감지하여, 피스톤의 위치를 검지하는 방식으로 0.1mm의 정밀도로 위치를 검지할 수 있다.In this way, the core 56 connected to the piston 53 detects a change in the output voltage generated by moving the sensor guide 55 provided with the coil part, and detects the position of the piston with a precision of 0.1 mm. have.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 피스톤에 LVDT(Linear Variable Differential Transducer)를 설치하고, 이를 이용하여 피스톤과 연결된 코어의 움직임을 감지하여 피스톤의 위치를 검출하는 방식으로 0.1mm의 정밀도로 위치를 검출하도록 한 효과가 있다.As described in detail above, the present invention installs a linear variable differential transducer (LVDT) on the piston, and detects the position with a precision of 0.1 mm by detecting the position of the piston by detecting the movement of the core connected to the piston. It is effective.
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