KR100520070B1

KR100520070B1 - 리니어 압축기

Info

Publication number: KR100520070B1
Application number: KR10-2003-0035626A
Authority: KR
Inventors: 김남수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2005-10-11
Also published as: KR20040104122A

Abstract

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서 보다 상세하게는 상기 센서부에 인가되는 소스전원의 크기와 주파수를 측정하는 소스전원측정부와, 상기 소스전원측정부에서 측정된 상기 소스전원의 크기와 주파수에 기초하여, 소정의 기준크기 및 기준주파수를 갖도록 상기 센서부에 인가되는 소스전원의 크기 및 주파수를 보정하는 소스전원보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 리니어 압축기의 피스톤의 위치를 보다 정밀하게 검출할 수 있다.

Description

리니어 압축기{linear compressor}

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서 보다 상세하게는 피드백 구조를 갖는 리니어 압축기에 관한 것이다.

리니어 압축기는 냉장고 등의 냉동사이클에서 냉매 압축용 등으로 널리 이용되고 있다. 리니어 압축기는 피스톤의 스트로크의 크기를 측정하고, 이를 분석하여 리니어 압축기의 구동모터에 전류를 인가하여 피스톤 운동을 제어한다.

도1은 종래의 피스톤 스트로크의 센서구조의 단면도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 스트로크 센서구조는 센서본체(100), 센서코일(101), 코어지지대(102) 및 코어(103)로 구성되어 있다.

센서본체(100)의 내부에 센서코일(101)을 갖고 있으며, 센서코일(101)은 동일한 인덕턴스 값, 동일 치수, 동일 권수를 갖는 제1센서코일(101a)과 제2센서코일(101b)의 직렬연결로 되어 있다. 코어지지대(102)는 비자성체로서 코어(103)를 지지하고 피스톤과 연결되어 있다.

센서본체(100)의 내경을 관통하여 압축기의 피스톤과 연결된 코어(103)가 피스톤의 왕복운동에 따라 센서의 코일내부를 움직이게 되면 센서코일(101)에 소정의 리액턴스가 발생한다.

도2는 종래의 리니어 압축기의 피스톤의 위치 검출회로의 블록도이다.

도2에 도시한 바와 같이, 직렬연결된 두개의 센서코일(101)과 직렬연결된 두개의 분압저항(Ra, Rb)이 서로 병렬로 연결되어 있으며 소스전원(110)으로 삼각파가 입력되고 있다. 코어(103)의 위치에 따라 센서코일(101)의 인덕턴스가 변화하면 센서코일(101)에 유기된 전압은 OP-AMP(111)를 거쳐 약 100배 정도로 증폭되고 소정의 아날로그 신호처리과정을 거쳐 피스톤의 위치를 제어한다.

그런데 종래의 센싱방식에서 센서에 인가되는 소스전원(110)의 작은 오차는 연산결과에서 약 100배 정도 증폭하는 등의 과정을 통해 큰 센싱오차를 유발할 수 있었다. 이러한 소스전원(110)은 저항과 콘덴서 등을 이용하여 만들어지는 것으로 소자의 특성이 온도 등에 의해 영향을 받을 수 있으므로 부정확한 소스전원(110)이 입력될 소지는 매우 크다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은 리니어 압축기의 피스톤 위치 검출센서에 인가되는 소스전원이 정격전압 및 정격주파수를 갖도록 하여 정확한 피스톤의 위치검출이 가능한 리니어 압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 피스톤 위치의 검출을 위한 센서부를 갖는 리니어압축기에 있어서, 상기 센서부에 인가되는 소스전원의 크기와 주파수를 측정하는 소스전원측정부와, 상기 소스전원측정부에서 측정된 상기 소스전원의 크기와 주파수에 기초하여 상기 센서부에 인가되는 소스전원의 크기 및 주파수를 보정하는 소스전원보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기에 의해 달성될 수 있다 상기 소스전원보정부는 소정의 기준크기와 기준주파수를 갖는 기준전원과 상기 소스전원을 비교하여 상기 센서부에 인가하는 소스전원을 보정하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 소스전원측정부에서 측정된 상기 소스전원의 크기를 입력받고 이를 보정하는 PWM 신호를 상기 소스전원보정부에 출력하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어부를 포함하도록 할 수 있다. 상기 소스전원보정부는 상기 소스전원 주파수를 보정하는 위상고정루프(PLL)를 갖도록 할 수 있다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 위치 센서에 인가되는 소스전원의 제어블록도이다.

도3에 도시한 바와 같이, 리니어 압축기(1)는 센서부(2), 소스전원발생부(3), 소스전원측정부(4) 및 소스전원보정부(5)를 갖는다.

센서부(2)는, 도1을 참조하면, 코어(103), 센서코일(101), 분압저항(Ra, Rb) 및 코어지지대(102) 등으로 구성되며, 코어(103)의 운동에 따라 변화하는 인덕턴스에 따라 센서코일(101)에 유기되는 전압을 측정한다.

소스전원발생부(3)는 sine파, 삼각파 등의 전압파형을 발생시켜, 센서부(2)의 센서코일(101) 및 분압저항에 소스전원을 인가한다. 인덕턴스의 변화에 따라 센서코일(101)에 유기되는 전압은 소스전원 파형의 위상변화 형태로 출력된다.

소스전원측정부(4)는 소스전원발생부(3)에서 센서부(2)로 출력되는 전원의 크기 및 주파수를 측정하여, 진폭 및 주파수의 정보를 소스전원보정부(5)에 출력한다. 진폭은 정류부 및 첨두치 검출기 등으로 측정할 수 있다.

소스전원보정부(5)는 소정의 기준크기와 기준주파수를 갖는 기준전원과 상기 소스전원을 비교하여 상기 센서부(2)에 인가되는 소스전원을 보정한다. 이러한 소스전원보정부(5)는 진폭보정부(6)와 주파수보정부(7)로 구성될 수 있다.

소스전원발생부(3)에서 센서부(2)에 출력되는 전원은 소스전원측정부(4)로 피드백 되고 소스전원보정부(5)에 출력된다. 소스전원보정부(5)는 소스전원발생부(3)의 출력을 진폭보정부(6)에서 소정의 기준전압으로 보정하고, 주파수보정부(7)에서 소정의 기준주파수를 갖는 파형이 되도록 보정한다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 진폭보정부(6)의 회로도이다.

도4에 도시한 바와 같이, 진폭보정부(6)는 비교증폭기(11), 분압저항(R1 내지 R5) 및 콘덴서(C)를 갖고 있다.

비교증폭기(11)는 +단자에 소스구형파를 입력받고 -단자에는 분압저항(R4, R5)에 의해 분압 된 기준 구형파를 인가 받는다. 비교증폭기(11)는 다음과 같은 Vo 전압을 소스전원발생부(3)에 출력한다.

Vo=Av(V₊-V_-)

(여기서 Av는 비교증폭기(11)의 전압이득이다.)

콘덴서(C)는 PWM 제어부(13)에서 입력되는 펄스폭변조 신호에 의해서 소정의 전압(Vc)으로 충전되고, 소정의 콘덴서(C) 전압을 비반전증폭기(12)의 바이어스 전압(Vdc₊, Vdc_-)으로 공급한다.

비반전증폭기(12)의 출력전압은 다음의 식에 의해 증폭기의 바이어스 전압(Vdc₊, Vdc_-)에 의해 비교증폭기(11)의 출력전압이 일정값 이상 되는 것을 컨트롤하게 된다.

상기 식에서 Vdc는 비교증폭기(11)내의 전압강하에 의해 작은 값이 될 수도 있다.

PWM 제어부(13)는 삼각파의 첨두치를 입력받고 기준첨두치와 비교하여 적정 전압이 콘덴서(C)에 충전되도록 하는 듀티사이클을 갖는 펄스폭변조 신호를 비반전증폭기(12)에 인가한다.

주파수보정부(7)는 위상고정루프로 구성할 수 있으며, 도5는 위상고정루프의 구성 블록도를 도시한 것이다.

도5에 도시한 바와 같이, 주파수보정부(7)는 VCO(21), 주파수디바이더(22), TCXO(23), 위상비교기(24)(Phase Detector, P/D), 전하펌프(25)(Charge Pump, C/P) 및 루프필터(26)(Loop Filter, L/P)를 갖는다.

VCO(21)(Voltage Controlled Oscillator)는 입력전압에 따라 특정한 주파수를 갖는 파형을 출력한다. 그러나 VCO(21)은 온도나 주변 전자파환경 등 주변 환경에 민감한 특성을 갖는다.

주파수디바이더(22)는 VCO(21)의 출력주파수를 적절한 비율로 나누어서 비교하기 알맞은 주파수로 만들어 준다. 이는 디지털 카운터와 같은 구조로 되어 있으며 PLL IC로 불리는 칩을 사용하여 소프트웨어적으로 분주비를 조절할 수도 있다.

TCXO(23)(Temperature Compensated X-tal Oscillator)는 온도변화에 관계없이 안정적인 주파수를 갖는 파형을 출력하여주며, 크리스탈 오실레이터가 사용된다. 이 주파수를 기준주파수로 삼아서 VCO(21)의 출력주파수가 원하는 주파수인지를 비교한다.

위상비교기(24)는 TCXO(23)의 기준주파수와 주파수디바이더(22)를 통해 입력된 주파수를 비교하여 그 차이에 해당하는 펄스열을 내보낸다. 전하펌프(25)는 위상비교기(24)에서 나온 펄스폭에 비례하는 전류를 펄스 부호에 따라 공급하거나 공급받는다.

루프필터(26)는 저역통과여파기의 구조로 구성되며 이 필터는 루프동작 중에 발생하는 각종 주파수들을 제거하고, VCO(21) 조절단자의 전압을 가변시키는 역할을 한다.

소스전원발생부(3)인 삼각파 발생회로 즉 VCO(21)의 출력을 피드백 하여 주파수디바이더(22)에 입력시킨다. 위상비교기(24)는 TCXO(23)의 기준주파수와 주파수디바이더(22)의 출력주파수를 비교하여 주파수의 차이에 비례하는 펄스폭을 갖는 펄스열을 전하펌프(25)에 출력한다. 전하펌프(25)는 입력된 펄스의 폭에 해당하는 전류를 루프필터(26)에 공급하면 루프필터(26)는 VCO(21)에 소정의 전압을 입력하여 원하는 주파수를 갖는 삼각파를 출력하게 된다.

본 발명에 의해 리니어 압축기의 피스톤의 위치를 보다 정밀하게 검출할 수 있다.

도1은 종래의 피스톤 스트로크의 센서구조의 단면도,

도2는 종래의 리니어 압축기의 피스톤의 위치 검출회로의 블록도,

도3은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 위치 센서에 인가되는 소스전원의 제어블록도,

도4는 본 발명의 실시예에 따른 진폭보정부의 회로도,

도5는 본 발명의 실시예에 따른 위상고정루프의 구성 블록도이다.

Claims

피스톤의 위치를 검출하기 위한 센서부를 갖는 리니어압축기에서,

상기 센서부에 인가되는 소스전원의 크기와 주파수를 측정하는 소스전원측정부와,

상기 소스전원측정부에서 측정된 상기 소스전원의 크기와 주파수에 기초하여, 소정의 기준크기 및 기준주파수를 갖도록 상기 센서부에 인가되는 소스전원의 크기 및 주파수를 보정하는 소스전원보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제1항에 있어서,

상기 소스전원보정부는 소정의 기준크기와 기준주파수를 갖는 기준전원과 상기 소스전원을 비교하여, 상기 기준크기와 상기 기준주파수를 갖는 소스전원이 상기 센서부로 인가되도록 상기 센서부에 인가하는 소스전원을 보정하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제1항에 있어서,

상기 소스전원측정부에서 측정된 상기 소스전원의 크기를 입력받고 이를 보정하는 PWM 신호를 상기 소스전원보정부에 출력하는 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제1항에 있어서,

상기 소스전원보정부는 상기 소스전원 주파수를 보정하는 위상고정루프(PLL)를 갖는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.