KR20060020011A - 리니어 압축기의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 제어장치에 관한 것으로서, 특히 코일 권선체의 분지선 없이 부하에 따라 냉력을 제어하는 리니어 압축기의 제어장치에 관한 것이다.

본 발명인 리니어 압축기의 제어장치는 리니어 압축기의 원주 방향으로 적층된 단일의 코일 권선체와, 상기 코일 권선체에 전압을 인가하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부를 제어하여 설정 동작에 따라 상기 코일 권선체에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 제어부로 이루어진다.

Description

리니어 압축기의 제어장치{CONTROLLING APPARATUS OF LINEAR COMPRESSOR}

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 구성도,

도 2은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 제1실시예의 구성도 및,

도 3는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 제2실시예의 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10, 20: 전원공급부 11, 22: 제어부

21: 분지 수단 L: 코일 권선체

본 발명은 리니어 압축기의 제어장치에 관한 것으로서, 특히 코일 권선체의 분지선 없이 부하에 따라 냉력을 제어하는 리니어 압축기의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동 모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.

일반적으로 리니어 압축기는 모터의 직선 구동력을 이용하여 냉매를 흡입, 압축, 토출시키게 되는데, 크게 냉매 가스를 압축시키는 실린더 및 피스톤 등이 포함된 압축부와, 상기 압축부에 구동력을 공급하는 리니어 모터가 포함된 구동부로 나뉘어진다.

구체적으로, 상기 리니어 압축기는 밀폐용기 내부에 실린더가 고정되도록 설치되고, 상기 실린더 내부에 피스톤이 왕복 직선운동 가능하게 설치되며, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복 직선 운동 함에 따라 상기 실린더 내부의 압축공간으로 냉매를 유입되도록 하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 구성되며, 상기 압축공간에는 흡입밸브 어셈블리 및 토출밸브 어셈블리가 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 냉매의 유입 및 토출을 조절한다.

또한, 상기 피스톤에 직선 운동력을 발생시키는 리니어 모터가 서로 연결되도록 설치되는데, 상기 리니어 모터는 상기 실린더 주변에 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성된 이너 스테이터 및 아웃터 스테이터가 소정의 간극을 두고 설치되되, 상기 이너 스테이터 또는 아웃터 스테이터 내측에는 코일(또는 코일 권선체)이 감겨지도록 설치되며, 상기 이너 스테이터와 아웃터 스테이터 사이의 간극에는 영구자석이 상기 피스톤과 연결되도록 설치된다.

이때, 상기 영구자석은 상기 피스톤의 운동방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 코일에 전류가 흐름에 따라 발생되는 전자기력에 의해 상기 피스톤의 운 동방향으로 왕복 직선 운동하게 되는데, 보통 상기 리니어 모터는 일정한 운전주파수(f_c)로 작동될 뿐 아니라 상기 피스톤이 소정의 스트로크(S)로 왕복 직선 운동하도록 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 제어장치는 리니어 압축기의 원주방향으로 권선되고 전원을 인가받는 코일 권선체(L)와, 코일 권선체(L)의 일부 또는 전체에 전원이 인가되도록 하는 분지수단(1)과, 부하에 따라 냉력을 조절하기 위해 분지수단(1)을 제어하는 제어부(2)로 이루어진다.

자세하게는, 코일 권선체(L)의 일단은 전원에 연결되고, 코일 권선체(L)의 타단에는 분지수단(1)의 연결단자(1a)가 형성되고, 연결단자(1b)는 코일 권선체(L)의 중간점(M)(또는 중간점(M)의 분지선)에 연결되며, 제어부(2)의 제어에 의해 전원을 연결단자(1a) 또는 (1b)에 인가하는 스위칭 소자(1c)가 분지수단(1)에 포함된다.

제어부(2)는 냉동 싸이클 내에서 과부하시에 고냉력을 출력하기 위해 코일 권선체(L) 일부에 전원이 인가되도록 하는 공진 운동(power mode)이 수행되도록 하고, 냉동 싸이클 내에서 저부하시에 또는 중간부하시에 저냉력 또는 중간 냉력을 출력하기 위해 코일 권선체(L) 전체에 전원이 인가되도록 하는 정상 운동(saving mode)이 수행되도록 한다. 이를 위해, 제어부(2)는 공진 운동을 위해 분지수단(1)의 스위칭 소자(1c)가 연결단자(1b)에 연결되도록 하고, 또는 제어부(2)는 정상 운 동을 위해 분지수단(1)의 스위칭 소자(1c)가 연결단자(1a)에 연결되도록 한다.

이러한 종래 기술에 따른 제어장치는 냉동 싸이클의 부하에 따라 공진 운동 및 정상 운동 간의 변환이 요구되며, 이러한 변환을 위해 분지 수단 및/또는 분지선이 요구되어 코일 권선체의 양산에 기술적 난이도와 비용 등을 야기한다.

이에 따라 본 발명은 공진 운동과 정상 운동 간의 변환이 요구되지 않는 단일 모드로 제어하는 리니어 압축기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 코일 권선체에 별도의 분지선을 요구하지 않도록 하여 코일 권선체를 단순화하여 기술적 용이성 및 비용 등에서 잇점을 제공하는 리니어 압축기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고냉력을 출력할 때 캐패시터를 사용하여 냉력 효율의 증가 및 운전의 안정성을 향상시키는 리니어 압축기의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명인 리니어 압축기의 제어장치는 리니어 압축기의 원주 방향으로 적층된 단일의 코일 권선체와, 상기 코일 권선체에 전압을 인가하는 전원 공급부와, 상기 전원 공급부를 제어하여 설정 동작에 따라 상기 코일 권선체에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 제어부로 이루어진다.

이때, 상기 설정 동작이 정상 운동인 경우, 상기 제어부는 상기 전원 공급부로 하여금 상기 코일 권선체에 저전압을 인가하도록 하고, 상기 설정 동작이 공진 운동인 경우, 상기 제어부는 상기 전원 공급부로 하여금 상기 코일 권선체에 고전압을 인가하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고전압은 정격 전압 이내인 것이 바람직하다.

또한, 상기 정상 운동은 저냉력 또는 중간 냉력에 대응하고, 상기 공진 운동은 고냉력에 대응하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어장치는 상기 코일 권선체와 직렬로 연결된 캐패시터와, 상기 설정 동작에 따라 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 캐패시터와 상기 코일 권선체를 연결시키는 분지 수단을 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분지 수단은 상기 설정 동작이 공진 운동인 경우 상기 캐패시터와 상기 코일 권선체를 연결시키는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 리니어 압축기의 제어장치를 예로 들어 상세하게 설명된다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 2은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 제1실시예의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 제어장치는 리니어 압축기의 원주방향으로 권선되고 전원을 인가받는 코일 권선체(L)와, 입력되는 전원을 코일 권선체(L) 전체에 인가하는 전원공급부(10)와, 부하에 따라 냉력을 조절하기 위해 전원공급부(10)을 제어하는 제 어부(11)로 이루어진다. 여기서, 리니어 압축기가 인버터 형태인 경우, 전원공급부(10)는 인버터 소자 및 정류수단을 포함하고, 제어부(11)는 이러한 인버터 소자를 제어하게 된다.

자세하게는, 제어부(11)는 정상 운동과 같은 저냉력 또는 중간 냉력이 요구되는 경우에, 코일 권선체(L)에 저전압(또는 저전원)이 인가되도록 전원공급부(10)를 제어한다. 이에 전원공급부(10)는 저전압을 코일 권선체(L) 전체에 인가한다.

반면에, 제어부(11)는 공진 운동과 같이 고냉력이 요구되는 경우에, 코일 권선체(L)에 고전압이 인가되도록 전원공급부(10)를 제어한다. 이에 전원공급부(10)는 고전압을 코일 권선체(L) 전체에 인가한다. 여기서, 고전압은 저전압보다 상대적으로 높은 값을 지니되, 리니어 압축기 내의 정격 전압(또는 제한 전압) 이내의 값을 지니게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 제어장치는 공진 운동 및 정격 운동에서 모드의 변환이 요구되지 않으며, 즉, 별도의 스위칭 동작이 요구되지 않으며, 코일 권선체(L) 전체에 전압(또는 전원)을 인가하므로 코일 권선체(L)에 별도의 분지선이 요구되지 않는다.

도 3는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어장치의 제2실시예의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 제어장치는 리니어 압축기의 원주방향으로 권선되고 전원을 인가받는 코일 권선체(L)와, 코일 권선체(L)에 직렬로 연결된 캐패시터(C)와, 입력되는 전원을 코일 권선체(L) 전체에 인가하는 전원공급부(20)와, 냉력에 따라 코일 권선체(L)에 캐패시터(C)에 연결되도록 하는 분지수단(21) 및 부하에 따라 냉력을 조절하기 위해 전원공급부(20) 및 분지수단(21)을 제어하는 제어부(22)로 이루어진다. 여기서, 리니어 압축기가 인버터 형태인 경우, 전원공급부(20)는 정류소자 및 인버터 소자 등을 포함하고, 제어부(22)는 이러한 인버터 소자를 제어하게 된다.

자세하게는, 제어부(22)와 전원공급부(20) 간의 제어 흐름은 도 2에서 개시된 제어부(11)와 전원공급부(10) 간의 제어 흐름과 동일하다.

다만, 리니어 압축기는 인버터 형태인 경우, 저냉력 또는 중간 냉력을 제공하는 정상 운동에서 캐패시터 없이도 그 효율에 영향이 없으나, 고냉력을 제공하는 공진 운동에서는 캐패시터를 사용하여 역율을 높임으로써 효율과 운전의 안정성을 향상 시킬 수 있다. 이를 위해, 코일 권선체(L)의 일단은 전원에 연결되고, 코일 권선체(L)의 타단에는 연결지점(21a)이 형성되고, 또한, 코일 권선체(L)의 타단에 직렬로 연결된 캐패시터(C)에 연결지점(21b)이 형성되고, 제어부(22)의 제어의 의해 연결지점(21a), (21b)을 선택하여 전원이 인가되도록 하는 스위칭 소자(21c)가 포함된다.

이에 따라, 제어부(22)는 정상 운전의 경우, 분지수단(21)의 스위칭 소자(21c)가 연결지점(21a)에 연결되도록 하여, 전원공급부(20)로부터의 저전압이 캐패시터(C)를 통하지 않고 직접 코일 권선체(L)에 인가되도록 하고, 공진 운전의 경우, 분지수단(21)의 스위칭 소자(21c)가 연결지점(21b)에 연결되도록 하여, 전원공급부(20)로부터의 고전압이 캐패시터(C)를 통하여 코일 권선체(L)에 인가되도록 한다.

이러한 구성의 본 발명은 공진 운동과 정상 운동 간의 변환이 요구되지 않는 단일 모드로 제어하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 코일 권선체에 별도의 분지선을 요구하지 않도록 하여 코일 권선체를 단순화하여 기술적 용이성 및 비용 등에서 잇점을 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고냉력을 출력할 때 캐패시터를 선택적으로 사용하여 냉력 효율의 증가 및 운전의 안정성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 리니어 압축기의 원주 방향으로 적층된 단일의 코일 권선체와;

   상기 코일 권선체에 전압을 인가하는 전원 공급부와;

   상기 전원 공급부를 제어하여 설정 동작에 따라 상기 코일 권선체에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 설정 동작이 정상 운동인 경우, 상기 제어부는 상기 전원 공급부로 하여금 상기 코일 권선체에 저전압을 인가하도록 하고, 상기 설정 동작이 공진 운동인 경우, 상기 제어부는 상기 전원 공급부로 하여금 상기 코일 권선체에 고전압을 인가하도록 하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 고전압은 정격 전압 이내인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 정상 운동은 저냉력 또는 중간 냉력에 대응하고, 상기 공진 운동은 고냉력에 대응하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어장치는 상기 코일 권선체와 직렬로 연결된 캐패시터와, 상기 설정 동작에 따라 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 캐패시터와 상기 코일 권선체를 연결시키는 분지 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 분지 수단은 상기 설정 동작이 공진 운동인 경우 상기 캐패시터와 상기 코일 권선체를 연결시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어장치.

Images