KR20180085596A - 압축기의 제어 장치 - Google Patents

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엘지전자 주식회사
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Abstract

압축기 제어 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 압축기 제어 장치는, 입력 교류 전원을 정류하는 컨버터, 상기 컨버터와 인버터 사이에 연결되고 서로 직렬로 연결되는 한쌍의 캐패시터 및 ‘상기 한쌍의 캐패시터와 병렬 연결되고 서로 직렬로 연결되는 한쌍 이상의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 한쌍의 캐패시터에 충전된 전원을 모터 구동 전압으로 변환하여 압축기에 인가하는 인버터’를 포함하는 구동부, 상기 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 및 상기 압축기의 모터 전류 중 적어도 하나를 감지하는 센싱부, 및, 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 충전 전압 및 상기 모터 전류 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 간의 균형을 유지하기 위한 전압이 상기 압축기에 인가되도록 상기 구동부를 제어한다.

Description

압축기의 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING COMPRESSOR}
본 발명은, 인버터 구성에서 직렬 연결된 두 DC-link 캐패시터의 전압 균형을 유지하는 압축기 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 일부분으로 사용된다.
압축기는 크게 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 회전식 압축기(Rotary Compressor)와, 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 구분된다.
왕복동식 압축기는, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시킨다.
회전식 압축기는, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시킨다.
스크롤식 압축기는, 선회 스크롤(Orbiting Scroll)과 고정 스크롤(Fixed Scroll) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 신회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시킨다.
왕복동식 압축기는 내부 피스톤을 실린더의 내부에서 선형으로 왕복 운동시킴으로써 냉매 가스를 흡입, 압축 및 토출한다.
왕복동식 압축기는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 크게 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분된다.
레시프로 방식이라 함은 회전하는 모터(Motor)에 크랭크샤프트(Crankshaft)를 결합하고, 크랭크샤프트에 피스톤을 결합하여 모터의 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 방식이다.
반면, 리니어 방식이라 함은 직선 운동하는 모터의 가동자에 피스톤을 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.
이러한 왕복동식 압축기는 구동력을 발생하는 전동 유닛과, 전동 유닛으로부터 구동력을 전달받아 유체를 압축하는 압축 유닛으로 구성된다.
전동 유닛으로는 일반적으로 모터(motor)를 많이 사용하며, 상기 리니어 방식의 경우에는 리니어 모터(linear motor)를 이용한다.
리니어 모터는 모터 자체가 직선형의 구동력을 직접 발생시키므로 기계적인 변환 장치가 필요하지 않고, 구조가 복잡하지 않다.
또한, 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 방식의 왕복동식 압축기(이하, 리니어 압축기(Linear Compressor)라 함)를 냉장고나 공기조화기에 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 압축기에 전압을 인가하기 위하여 하프 브리지(Half Bridge) 인버터가 사용되기도 한다. 이러한 내용은 공개특허공보 제10-2012-0001103, 공개특허공보 제10-2012-0001107에 나타난다.
하프 브리지(Half Bridge) 회로 구성상, 직렬 연결되는 한쌍의 DC-link 캐패시터 및 한쌍의 스위칭 소자가 포함된다.
한편, 직렬 연결된 DC-link 캐패시터의 충전 과정을 살펴보면, 직렬 연결된 두 캐패시터에 동일한 전류가 흐르게 된다. 따라서 충전 전압의 상승폭은 두 캐패시터 사이에 동일하다.
또한 두 캐패시터의 충전 전압의 합은 최대 전원 전압의 피크치로 제한되게 된다.
다만, DC-link 캐패시터의 방전 과정을 살펴보면, 각각 한 개의 스위칭 소자와 한 개의 DC-link 캐패시터가 양방향 전류와 음방향 전류를 담당하여 방전하게 된다.
한편모터 내 잔류 DC 전류 성분이 존재하는 경우, 두 DC-link 캐패시터의 방전량이 달라지기 때문에, 두 DC-link 캐패시터의 전압 강하량 역시 서로 달라지게 될 수 있다.
이 경우, 두 DC-link 캐패시터의 충전 전압의 차이는 점점 벌어지게 된다.
그리고 두 DC-link 캐패시터의 충전 전압의 차이가 벌어지면, 압축기 운전시 전압 부족 현상이 발생하고, 캐패시터 정격 내압을 넘는 고전압이 충전될 수 있다. 이에 따라 캐패시터가 손상되는 문제점이 발생할 수 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 과제는, 직렬 연결된 DC-link 캐패시터의 전압 균형을 유지하기 위하여, 모터 내 잔류 DC 성분을 제거하는 것이다.
본 발명의 제2 과제는, 제1 압축기와 제2 압축기를 구동하는 인버터에서 제2 압축기를 단독 운전 하는 경우, 직렬 연결된 DC-link 캐패시터의 전압 균형을 유지하기 위하여, 전압 측정을 위한 하나 이상의 저항의 등가 저항을 연결하는 것이다.
본 발명의 제1 과제를 해결하기 위한 일 측면에 따르면, 압축기 제어 장치는, 모터 전류 및 캐패시터 충전 전압 중 적어도 하나에 기초하여, 모터 전류의 누적합이 0이 되도록 하는 전압을 압축기에 인가할 수 있다.
본 발명의 제2 과제를 해결하기 위한 일 측면에 따르면, 한 쌍의 캐패시터 중 어느 하나의 캐패시터에 압축기 모터 전압의 측정을 위한 저항이 연결되는 경우, 다른 캐패시터에는 등가 저항을 연결할 수 있다.
본 발명의 제1 과제의 해결 수단에 따르면, 전류의 누적합이 0이 되도록 전압을 인가함으로써, 두 캐패시터의 충전 전압의 균형을 유지시킬 수 있다. 이에 따라 압축기 전압 부족 현상 및 캐패시터의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2 과제의 해결 수단에 따르면, 제1 압축기와 제2 압축기를 구동하는 인버터에서, 모터 전압의 측정을 위한 저항의 등가 저항을 연결함으로써, 제2 압축기의 단독 운전시에도 두 캐패시터 사이의 충전 전압을 비슷하게 유지시킬 수 있다. 이에 따라 압축기 전압 부족 현상 및 캐패시터의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 압축기 제어 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른, 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 한쌍의 캐패시터의 충전 및 방전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 두 DC-link 캐패시터의 전압 균형을 유지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 캐패시터 충전 전압 간의 균형 유지 후의 캐패시터 전류와 모터 전류를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 실시 예에 따른, 하나의 3상 인버터를 이용하여 두대의 압축기를 운전하는 경우의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른, 제1 압축기(300)를 운전하는 경우의 한쌍의 캐패시터의 충전 및 방전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른, 제2 압축기(400)를 운전하는 경우의 한쌍의 캐패시터의 충전 및 방전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 제2 압축기의 단독 구동시 캐패시터 전압 및 모터 전류를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른, 전압을 측정하기 위한 저항의 등가 저항을 설치하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른, 여러 운전 상황에서의 DC_Link 캐패시터 전압 및 모터 전류를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 내부 구성을 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 개시된 발명은 리니어 압축기의 제어 장치 및 리니어 압축기의 제어 방법에 적용될 수 있다.
그러나 본 명세서에 개시된 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 기존의 모든 압축기의 제어 장치, 압축기의 제어 방법, 모터 제어 장치, 모터 제어 방법에, 고장 진단 장치, 고장 진단 방법, 테스트 장치 및 테스트 방법에도 적용될 수 있다.
특히, 본 명세서에 개시된 발명은, 여러 종류의 리니어 압축기를 제어할 수 있는 리니어 압축기의 제어 장치 및 리니어 압축기의 제어 방법에 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 압축기 제어 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 압축기 제어 장치(100)는, 구동부(110), 센싱부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
구동부(110)는 압축기(200)에 구동 신호를 인가하여 압축기(200)를 구동할 수 있다.
구체적으로 구동부(110)는 제어부(110)에서 출력된 제어 신호에 기초하여 모터 구동 신호를 생성하고, 생성된 모터 구동 신호를 압축기(200)에 인가하여 압축기(200)를 구동시킬 수 있다.
여기서 압축기(200)는 왕복동식 압축기, 특히 리니어 압축기일 수 있다.
또한 구동 신호는, 압축기(200)에 인가되는 전원으로써 교류 전압 또는 교류 전류의 형태일 수 있다.
한편 구동부(110)는 컨버터, 두개의 커패시터 및 인버터를 포함할 수 있다.
여기서 인버터는 하프 브리지(Half Bridge) 인버터일 수 있다.
또한 인버터는, 제1 인버터(하프 브리지(Half Bridge) 인버터) 및 제2 인버터(풀 브리지(Full Bridge) 인버터)를 포함할 수 있다.
인버터는, 한쌍의 캐패시터와 병렬 연결되고 서로 직렬로 연결되는 한쌍 이상의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
센싱부(120)는 압축기의 모터 전류 및 모터 전압 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.
또한 센싱부(120)는, 구동부에 포함된 한쌍의 캐패시터의 충전 전압을 감지할 수 있다.
한편 제어부(130)는 구동부(110)의 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로 제어부(130)는 제어 신호를 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 생성되는 전압 제어 신호 형태로 구동부(110)에 출력할 수 있다.
또한 제어부(130)는, 센싱부(120)에서 검출된 압축기의 부하에 따라 컨버터 제어 신호 및 인버터 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 압축기의 부하는 모터 전류, 모터 전압, 스트로크, 이들의 위상차, 주파수 등이다.
예를 들어 제어부(130)는 리니어 압축기(200)의 모터 전압, 모터 전류 및 모터 상수 중 적어도 하나를 이용하여 스트로크를 연산할 수 있다. 또한 제어부(130)는 연산된 스트로크에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 구동부(110)에 출력할 수 있다.
또한 제어부(110)는 압축기 제어 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
한편 도 1 및 도 2에 도시한 압축기 제어 장치의 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 압축기 제어 장치가 구현될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른, 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 구동부(110)는, 컨버터(10), 한쌍의 캐패시터(20) 및 인버터(30)를 포함할 수 있다.
컨버터(10)는, 입력 교류 전원(70)에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들(S3, S4, S5, S6)을 포함한다.
또한 컨버터(10)는, 입력 교류 전원(70)과 두 쌍의 스위칭 소자들(S3, S4)(S5, S6)의 사이에 연결되는 인덕터(L1)를 더 포함할 수 있다.
컨버터(10)는 입력 교류 전원(70)을 직류 전원으로 정류할 수 있다. 컨버터(10)를 통과한 전원은 한쌍의 캐패시터(20)에 충전될 수 있다.
한쌍의 캐패시터(20)는 서로 직렬 연결될 수 있다. 구체적으로 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.
한쌍의 캐패시터(20)는 컨버터와 인버터 사이에 연결될 수 있다.
구체적으로, 한쌍의 캐패시터(20)는 컨버터(10) 내 두쌍의 스위칭 소자들(S3, S4)(S5, S6)과 병렬 연결될 수 있다.
또한 한쌍의 캐패시터(20)는 인버터(30) 내의 한 쌍의 스위칭 소자(S1, S2)와 병렬 연결될 수 있다.
인버터(30)는 한쌍의 스위칭 소자를 포함하는 하프 브리지 인버터일 수 있다.
구체적으로, 인버터(30)는 한쌍의 캐패시터(20)와 병렬 연결되고 서로 직렬로 연결되는 한쌍의 스위칭 소자(S1, S2)를 포함할 수 있다.
여기서 한쌍의 스위칭 소자(S1, S2)는 압축기(200) 내에 구비된 모터에 연결될 수 있다.
또한 인버터(30)는, 제어부(130)의 제어 하에, 한쌍의 캐패시터(20)에 충전된 전원을 모터 구동 전압으로 변환하여 압축기(200)에 인가할 수 있다.
제어부(130)는 입력 교류 전원(70)에 연결되는 두 쌍의 스위칭 소자들(S3, S4, S5, S6)을 구동하는 컨버터 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한 제어부(130)는 모터에 연결되는 상기 한 쌍의 스위칭 소자(S1, S2)를 구동하는 인버터 제어 신호를 생성할 수 있다.
한편 구동부(110)는, 스위칭 소자들(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 각각 병렬 접속되는 프리휠링 다이오드들(Freewheeling Diode)(D1, D2, D3, D4, D5, D6)을 더 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 한쌍의 캐패시터의 충전 및 방전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 한쌍의 캐패시터의 충전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 따르면, 한쌍의 캐패시터(C1, C2)는 직렬 연결되어 있다.
따라서 한쌍의 캐패시터(C1, C2)가 충전되는 경우, 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)에는 동일한 전류가 흐르게 된다. 또한 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 용량은 동일할 수 있다.
따라서 한쌍의 캐패시터(C1, C2)가 충전되는 경우, 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압 상승폭은 동일하게 된다.
한편, 두 캐패시터의 충전 전압의 합은 최대 전원 전압의 피크값으로 제한될 수 있다.
예를 들어 최대 전원 전압의 피크값이 300V인 경우, 제1 캐패시터(C1)의 충전 전압(VC1)과 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압(VC2)의 합은 300V로 일정할 수 있다.
도 4는 한쌍의 캐패시터의 방전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
인버터 내 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)는 교번적으로 턴 온/턴 오프 될 수 있다.
구체적으로 제1 스위치(S1)가 턴 온(ON)된 경우 제2 스위치(S2)는 턴 오프(OFF)되고, 제2 스위치(S2)가 턴 온(ON)된 경우 제1 스위치(S1)는 턴 오프(OFF)될 수 있다.
이에 따라 도 4a 및 도 4b에서 도시한 바와 같은 폐회로가 각각 구성될 수 있다. 또한 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)는 충전되어 있는 전압을 교번적으로 방전할 수 있다.
이 경우, 제1 캐패시터(C1)의 충전 전압이 방전됨으로써 양방향 전류(ipos)가 유도될 수 있다. 또한 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압이 방전됨으로써 음방향 전류(ineg)가 유도될 수 있다.
한편 제어부(130)는 PWM duty를 가변하면서 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 교번적으로 스위칭 할 수 있다. 이에 따라 정현파 형태의 교류 전압이 모터 권선에 인가되게 되며, 모터 권선에는 정현파 형태의 교류 전류가 흐르게 된다.
한편, 제1 캐패시터(C1)의 방전 및 제2 캐패시터(C2)의 방전은 각각 양방향 및 음방향으로 이루어진다.
따라서 모터 전류의 누적합이 0이 아니라는 것의 의미는, 두 캐패시터(C1, C2)의 방전량이 다르다는 것을 의미할 수 있다.
또한 두 캐패시터(C1, C2)의 방전량이 달라지면 두개의 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압의 강하량도 서로 달라질 수 있다.
두 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압 상승량이 동일하므로, 모터 권선에 흐른 전류의 누적합이 0이 되어야 두개의 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압을 동일하게 유지할 수 있다.
다만 전류의 누적합이 0이 아닌 경우(즉 잔류 DC 전류 성분이 존재하는 경우)에는, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 제1 캐패시터(C1)의 충전 전압(510) 및 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압(520) 간의 차이는 벌어지게 된다.
즉, 하나의 캐패시터에서는 DC_Link 전압 강하가 발생하게 된다. 다만, 이 경우에도 두 캐패시터의 충전 전압의 합은 일정하게 유지되어야 한다. 따라서, 다른 캐패시터에서는 DC_Link 전압의 상승이 일어날 수 있다.
도 6에서는, 두 캐패시터의 DC_Link 전압(620, 630)의 불균형(610) 및 이에 따른 모터 전류(640)의 정현파 이상(650) 현상을 도시하였다.
이와 같은 문제점 때문에, 압축기 운전시 전압 부족 현상이 발생하고 캐패시터 정격 내압을 넘는 고전압이 충전되어 캐패시터가 손상되는 문제점이 발생할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 두 DC-link 캐패시터의 전압 균형을 유지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
제어부(130)는, 한쌍의 캐페시터의 충전 전압 및 압축기의 모터 전류 중 적어도 하나에 기초하여, 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 간의 균형을 유지하기 위한 전압이 압축기에 인가되도록 구동부를 제어할 수 있다.
여기서 압축기에 인가되는 전압은, 한쌍의 캐패시터가 방전되는 경우 한쌍의 캐패시터 각각의 전압 강하량을 서로 동일하게 하기 위한 전압일 수 있다.
즉, 한쌍의 캐패시터가 충전되는 경우 한쌍의 캐패시터 각각의 전압 상승량은 서로 동일하다. 따라서 한쌍의 캐패시터가 방전되는 경우 한쌍의 캐패시터의 전압 강하량이 동일하게 되면, 한쌍의 캐패시터의 충전 전압의 균형은 유지될 수 있다.
제어부(130)는 모터 전류에 기초하여, 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 간의 균형을 유지하기 위한 전압이 인가되도록 구동부(110)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 센싱부(120)는 모터 전류를 측정할 수 있다. 이 경우 센싱부(120)는 일정 주기 동안 모터 전류를 복수회 측정할 수 있다.
여기서 일정 주기란, 모터에 인가되는 교류 전압의 한 주기 또는 모터에 인가되는 교류 전류의 한 주기일 수 있다.
다만 이에 한정되지 아니하며, 일정 주기란, 모터에 인가되는 교류 전압의 복수의 주기 또는 모터에 인가되는 교류 전류의 복수의 주기일 수 있다.
한편 센싱부(120)는 일정 주기 동안 모터 전류를 일정 시간 간격으로 측정하여 복수의 모터 전류 값을 획득할 수 있다.
한편 제어부(130)는 모터 전류의 누적합을 획득할 수 있다. 구체적으로 제어부(130)는 일정 주기 동안 일정 시간 간격으로 측정된 복수의 모터 전류를 더함으로써 모터 전류의 누적합을 획득할 수 있다.
제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2) 간의 전압이 균형을 이루는 경우 모터 전류는 정현파의 형태를 가지게 된다. 따라서 일정 주기동안 일정 시간 간격으로 측정된 복수의 모터 전류를 합한 누적합은 0이 된다.
다만 모터 전류의 누적합이 기 설정된 크기 이하가 아닌 경우, 또는 누적 합이 0이 아닌 경우, 제어부(130)는 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2) 간의 전압의 균형이 깨진 것으로 판단할 수 있다.
이 경우 제어부(130)는 모터 전류의 누적합의 크기가 작아지도록 구동부(110)를 제어할 수 있다.
구체적으로 제어부(130)는 모터 전류의 누적합의 크기가 0이 되도록 하는 전압을 압축기에 인가하도록 구동부를 제어할 수 있다.
모터 전류의 누적합의 크기가 기 설정된 값 이하가 아닌 경우, 특정 방향으로 흐르는 특정 크기의 잔류 DC 전류 성분이 있는 것으로 상정할 수 있다.
따라서 제어부(130)는 특정 방향으로 흐르는 특정 크기의 잔류 DC 성분을 제거하기 위하여, DC 전압을 모터 구동 전압에 더하여 인가할 수 있다.
여기서 DC 전압은 모터 전류의 누적합과 동일한 크기의 DC 전류가 모터 전류의 누적합의 방향과 반대 방향으로 흐르도록 하는 전압일 수 있다.
한편 제어부(130)는 한쌍의 캐패시터의 충전 전압에 기초하여, 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 간의 균형을 유지하기 위한 전압이 인가되도록 구동부(110)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 센싱부(120)는 한쌍의 캐패시터 각각의 충전 전압을 측정할 수 있다.
한편 제어부(130)는 한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이를 획득할 수 있다.
그리고, 한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이가 기 설정된 크기 이하가 아닌 경우, 또는 0이 아닌 경우, 제어부(130)는 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2) 간의 전압의 균형이 깨진 것으로 판단할 수 있다.
이 경우 제어부(130)는 한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이가 작아지도록 구동부(110)를 제어할 수 있다.
구체적으로 제어부(130)는 한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이가 0이 되도록 하는 전압을 압축기에 인가하도록 구동부를 제어할 수 있다.
한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이가 0이 아닌 경우는, 잔류 DC 전류 성분이 있는 것에서 기인한 것일 수 있다.
따라서 제어부(130)는 한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이를 기초로, 잔류 DC 전류 성분을 제거할 수 있는(즉, 모터 전류의 누적합의 크기가 0이 되도록 하는) DC 전압을 모터 구동 전압에 더하여 인가하도록 구동부(110)를 제어할 수 있다.
한편, 구동부(110)의 제어를 위하여, 제어부(130)는 모터 전류의 누적합에 기초하여 DC 전류 오프셋를 생성할 수 있다. 또한 제어부(130)는 DC 전류 오프셋을 적용하여 비대칭 모터 전류를 생성하고, 비대칭 모터 전류에 기초하여 근거로 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 구동부(110)의 제어를 위하여, 제어부(130)는 PI(Proportion Integration) 제어 방식으로 한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이를 반영한 제어 신호를 출력할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 캐패시터 충전 전압 간의 균형 유지 후의 캐패시터 전류와 모터 전류를 도시한 도면이다.
도 8에 따르면, 모터 권선의 잔류 DC 전류 성분이 제거됨으로써, 제1 캐패시터 전압(810)과 제2 캐패시터 전압(820) 간의 전압 불균형이 해소된 것을 알 수 있다.
또한 모터 전류(830) 역시, 모터 전류의 누적합이 0이 되는 정현파의 형태를 보이는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 실시 예에 따른, 하나의 3상 인버터를 이용하여 두대의 압축기를 운전하는 경우의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참고하면, 구동부(110)는 컨버터(40), 한쌍의 캐패시터(50) 및 인버터(60)를 포함할 수 있다.
여기서 인버터(60)는 세 쌍의 스위칭 소자(Q1, Q2) (Q3, Q4) (Q5, Q6)를 구비할 수 있다.
또한 인버터(60)는, 제어부(110)의 제어 신호에 따라, 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환할 수 있다.
또한 인버터(60)는 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(400) 내에 각각 구비된 제1 모터 및 제2 모터에 모터 구동 전원을 출력할 수 있다.
여기서, 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(400) 중 적어도 하나는 왕복동식 압축기, 특히 리니어 압축기일 수 있다. 또한, 두 대의 압축기는 서로 용량이 다르게 구성될 수 있다.
한편 인버터(60)는 제1 인버터 및 제2 인버터를 포함할 수 있다.
여기서 제1 인버터는 하프 브리지 인버터로써, 한쌍의 스위칭 소자(Q5, Q6)를 포함할 수 있다. 제1 인버터의 한쌍의 스위칭 소자(Q5, Q6)는 제1 압축기(300) 내의 제1 모터에 연결될 수 있다.
한편 제2 인버터는 풀 브리지 인버터로써, 두쌍의 스위칭 소자(Q1, Q2) (Q3, Q4)를 포함할 수 있다. 제2 인버터의 두쌍의 스위칭 소자(Q1, Q2) (Q3, Q4)는 제2 압축기(400) 내의 제2 모터에 연결될 수 있다.
구동부(110)는 제어부(130)의 제어 하에, 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(300) 각각의 부하에 따라 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(300)를 독립 운전할 수 있다.
여기서 인버터(60)는 스위칭 소자들에 병렬 접속되는 프리휠링 다이오드들(Freewheeling Diode)(D5, D6, D7, D8, D9, D10)을 더 포함할 수 있다.
한편 구동부(110)는 상용 교류 전원(70)을 직류 전원으로 정류하는 컨버터(40)를 포함할 수 있다.
컨버터(40)는, 두 쌍의 다이오드들(D1, D2, D3, D4)로 구성된 풀 브리지 컨버터일 수 있다.
한편 구동부(110)는, 컨버터(40)와 인버터(60)의 사이에 연결되고, 각각은 직렬로 연결되는 한 쌍의 직류 링크 커패시터(50, C1, C2)를 포함할 수 있다.
여기서, 한 쌍의 직류 링크 커패시터(DC1, DC2)의 직렬 연결점은 제1 압축기(300) 내의 제1 모터에 연결될 수 있다.
즉, 제1 압축기(300) 및 제1 모터는, 한 쌍의 스위칭 소자들(Q5, Q6)의 직렬 연결점과, 한 쌍의 직류 링크 커패시터(C1, C2)의 직렬 연결점에 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른, 제1 압축기(300)를 운전하는 경우의 한쌍의 캐패시터의 충전 및 방전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
제1 압축기(300)에 전압을 인가하는 경우, 제2 인버터 내 스위치(Q1, Q2) (Q3, Q4)는 모두 턴 오프될 수 있다. 따라서 제1 인버터에는 도 3 내지 도 4에서 설명한 제1 캐패시터(C1)과 제2 캐패시터(C2)의 충/방전 과정이 그대로 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른, 제2 압축기(400)를 운전하는 경우의 한쌍의 캐패시터의 충전 및 방전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a에 따르면, 한쌍의 캐패시터(C1, C2)는 직렬 연결되어 있기 때문에, 한쌍의 캐패시터(C1, C2)가 충전되는 경우 두 캐패시터에는 동일한 전류가 흐르게 된다.
또한 두 캐패시터의 용량은 서로 동일할 수 있다.
따라서 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압 상승폭은 동일하게 된다.
또한 두 캐패시터의 충전 전압의 합은 최대 전원 전압의 피크값으로 제한될 수 있다.
예를 들어 최대 전원 전압의 피크값이 300V인 경우, 제1 캐패시터(C1)의 충전 전압과 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압의 합은 300V로 일정할 수 있다.
한편 도 11b에 따르면, 제2 인버터 내 스위치들은 교번적으로 턴 온/턴 오프 될 수 있다.
구체적으로 제1 스위치(Q1) 및 제4 스위치(Q4)가 턴 온(ON)되는 경우 제2 스위치(Q2) 및 제3 스위치(Q3)는 턴 오프(OFF)될 수 있다. 또한 제2 스위치(Q2) 및 제3 스위치(Q3)가 턴 온(ON)되는 경우 제1 스위치(Q1) 및 제4 스위치(Q4)는 턴 오프(OFF)될 수 있다.
이에 따라 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)는 충전되어 있는 전압을 방전할 수 있다.
즉, 직렬 연결된 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압이 방전됨으로써 양방향 전류가 유도될 수 있다. 또한 직렬 연결된 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압이 방전됨으로써 음방향 전류가 유도될 수 있다.
한편, 도 10에서 도시하는 바와 같이, 제1 인버터를 이용하여 제1 압축기(300)를 구동하는 경우, 도 1 내지 도 8에서 설명한 실시 예가 적용될 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 8에서 설명한 바와 같이, 제어부(130)는 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 및 제1 압축기(300)의 모터 전류 중 적어도 하나에 기초하여, 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 간의 균형을 유지하기 위한 전압이 인가되도록 구동부(110)를 제어할 수 있다.
따라서 제1 압축기(300)가 단독으로 구동되는 경우에는, 캐패시터 간의 전압 불균형은 해소될 수 있다.
또한 제1 인버터 및 제2 인버터를 이용하여 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(300)를 구동하는 경우에도, 도 1 내지 도 8에서 설명한 실시 예가 적용될 수 있다.
따라서, 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(300)가 함께 구동되는 경우에도, 캐패시터 간의 전압 불균형은 해소될 수 있다.
한편, 제2 압축기(400)가 단독으로 구동하는 경우에는, 직렬 연결된 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에 흐르는 전류가 항상 동일하다. 따라서 충전으로 인한 전압 상승량 및 방전으로 인한 전압 강하량은 제1 캐패시터(C1) 와 제2 캐패시터(C2) 간에 동일하다.
따라서 제2 압축기(400)가 단독으로 구동하는 경우, 원칙적으로는 제1 캐패시터(C1) 와 제2 캐패시터(C2) 간의 전압의 균형이 유지되게 된다. 또한 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(400)가 구동하지 않는 경우에도 역시, 제1 캐패시터(C1) 와 제2 캐패시터(C2) 간의 전압의 균형이 유지되게 된다.
다만 제1 압축기(300)의 제어를 위하여, 제1 압축기(300)의 양 단에는 제1 압축기(300) 내 모터 전압을 측정하기 위한 저항이 설치되는데, 이러한 저항 성분에 미세 전류가 흐를 수 있다. 또한 이러한 미세 전류가 누적되면서 제1 캐패시터(C1) 와 제2 캐패시터(C2) 간의 전압의 불균형을 야기할 수 있다.
도 12는 제2 압축기의 단독 구동시 캐패시터 전압 및 모터 전류를 도시한 도면이다.
제2 압축기(400)가 단독으로 구동하는 경우, 모터 전압을 측정하기 위한 저항으로 누설되는 전류에 의하여, 제1 캐패시터(C1)의 충전 전압(1210) 및 제2 캐패시터(C2)의 충전 전압(1220) 간의 차이(1230)는 점점 벌어지게 된다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른, 전압을 측정하기 위한 저항의 등가 저항을 설치하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참고하면, 제1 압축기(300)의 모터 전압을 측정하기 위하여, 하나 이상의 저항(1310)이 제1 압축기(300)의 모터의 양 단에 연결될 수 있다.
여기서 하나 이상의 저항(1310)은 한쌍의 캐패시터(1330, 1340) 중 어느 하나의 캐패시터와 병렬로 연결될 수 있다.
도 13에서는 하나 이상의 저항(1310)이, 한쌍의 캐패시터(1330, 1340) 중 제1 캐패시터(1330)와 병렬로 연결되는 것으로 예시하였다.
한편, 하나 이상의 저항(1310)이 병렬로 연결된 캐패시터와 다른 캐패시터에는 저항(1320)이 병렬로 연결될 수 있다.
예를 들어 한쌍의 캐패시터(1330, 1340) 중 제2 캐패시터(1340)에는 저항(1320)이 병렬로 연결될 수 있다.
여기서 저항(1320)은, 하나 이상의 저항(1310)의 등가 저항일 수 있다.
예를 들어 도 13에서 도시하는 바와 같이, 제1 압축기(3000)의 모터 전압 측정을 위하여 두개의 1M 저항이 제1 캐패시터(1330)에 병렬 연결 되는 경우, 병렬 연결된 두개의 1M의 등가 저항인 500K의 저항이 제2 캐패시터(1340)에 병렬 연결 될 수 있다.
본 실시 예에서는, 크기가 작은 5.1K의 저항은 무시하는 것으로 설명하였으나, 5.1K의 저항까지 고려한 등가 저항이 연결되도록 설계할 수 있음은 물론이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른, 여러 운전 상황에서의 DC_Link 캐패시터 전압 및 모터 전류를 도시한 도면이다.
도 14a는 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(400)의 동시 운전 시, 한쌍의 캐패시터의 전압(1411, 1412), 제1 압축기(300)의 모터 전류 및 제2 압축기(400)의 모터 전류를 도시한 도면이다.
제1 압축기(300) 및 제2 압축기(400)가 동시 운전 하는 경우, 도 1 내지 도 8에서 설명한, 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 간의 균형을 유지하기 위한 전압이 인가될 수 있다.
따라서 도 14a에서 도시하는 바와 같이, 제1 캐패시터 전압(1411) 및 제2 캐패시터 전압(1412) 간의 균형이 유지될 수 있다. 또한 제1 압축기(300)의 모터 전류(1421)의 누적합 및 제2 압축기의 모터 전류(1422)의 누적합은 0이 될 수 있다.
도 14b는 제2 압축기(400)의 단독 운전 시, 한쌍의 캐패시터의 전압(1411, 1412), 제2 압축기(400)의 모터 전류를 도시한 도면이다.
제1 압축기(300)의 모터 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 저항이 제1 캐패시터에 연결되었고, 도 9 내지 도 13에서 설명한 등가 저항이 제2 캐패시터에 연결되었기 때문에, 각각의 저항으로 누설되는 전류는 동일할 수 있다.
따라서, 제1 캐패시터 전압(1431) 및 제2 캐패시터 전압(1432) 간의 균형이 유지될 수 있다. 또한 제2 압축기(400)의 모터 전류(1441)의 누적합은 0이 될 수 있다.
도 14c는 제1 압축기(300) 및 제2 압축기(400)의 턴 오프시, 한쌍의 캐패시터의 전압(1411, 1412) 및 제1 압축기, 제2 압축기의 모터 전류를 도시한 도면이다.
제1 압축기(300)의 모터 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 저항이 제1 캐패시터에 연결되었고, 도 9 내지 도 13에서 설명한 등가 저항이 제2 캐패시터에 연결되었기 때문에, 각각의 저항으로 누설되는 전류는 동일할 수 있다.
따라서 제1 캐패시터 전압(1451) 및 제2 캐패시터 전압(1452) 간의 균형이 유지될 수 있다.
또한 제1 캐패시터 전압(1451) 및 제2 캐패시터 전압(1452) 간의 균형이 유지되어 잔류 DC 전류 성분이 존재하지 않기 때문에, 제1 압축기(300)의 모터 전류(1461) 및 제2 압축기의 모터 전류(1462)는 0이 될 수 있다.
한편, 상술한 실시 예들에 따른 리니어 압축기 제어 장치를 포함하는 리니어 압축기의 일예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 의도는 아니며, 다른 종류의 리니어 압축기에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 내부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(1500)에는, 쉘(1510)의 내부에 제공되는 실린더(1620), 상기 실린더(1620)의 내부에서 왕복 직선운동하는 피스톤(1630) 및 상기 피스톤(1630)에 구동력을 부여하는 모터 어셈블리(170)가 포함된다.
상기 쉘(1510)은 상부 쉘 및 하부 쉘이 결합되어 구성될 수 있다.
상기 쉘(1510)에는, 냉매가 유입되는 흡입부(101) 및 상기 실린더(1620)의 내부에서 압축된 냉매가 배출되는 토출부(105)가 포함된다.
상기 흡입부(101)를 통하여 흡입된 냉매는 흡입 머플러(140)를 거쳐 상기 피스톤(1630)의 내부로 유동한다. 냉매가 상기 흡입 머플러(140)를 통과하는 과정에서, 소음이 저감될 수 있다.
상기 실린더(1620)의 내부에는, 상기 피스톤(1630)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다.
그리고, 상기 피스톤(1630)에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공이 형성된다. 한편 상기 흡입공의 일측에는 상기 흡입공(131a)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(132)가 제공된다.
상기 압축 공간(P)의 일측에는, 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 배출시키기 위한 토출밸브 어셈블리(200, 도 2 참조)가 제공된다. 즉, 상기 압축 공간(P)은 상기 피스톤(1630)의 일측 단부와 토출밸브 어셈블리(200) 사이에 형성되는 공간으로서 이해된다.
상기 토출밸브 어셈블리(200)에는, 냉매의 토출 공간을 형성하는 토출 커버(220)와, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출 공간으로 유입시키는 토출 밸브(210) 및 상기 토출 밸브(210)와 토출 커버(220)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(230)이 포함된다.
여기서, 상기 "축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(1630)이 왕복운동 하는 방향, 즉 도 15에서 가로 방향으로 이해될 수 있다.
상기 흡입 밸브(132)는 상기 압축 공간(P)의 일측에 형성되고, 상기 토출 밸브(210)는 상기 압축 공간(P)의 타측, 즉 상기 흡입 밸브(132)의 반대측에 제공될 수 있다.
상기 피스톤(1630)이 상기 실린더(1620)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력보다 낮고 흡입압력 이하가 되면 상기 흡입 밸브(132)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입 밸브(132)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
한편, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(230)이 변형하여 상기 토출 밸브(210)를 개방시키고, 냉매는 상기 압축공간(P)으로부터 토출되어, 토출 커버(220)의 토출공간으로 배출된다.
그리고, 상기 토출 커버(220)에는, 상기 토출 밸브(210)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(107)로 유동하며, 루프 파이프(178)로 유입된다.
상기 토출 머플러(107)는 압축된 냉매의 유동 소음을 저감시킬 수 있으며, 상기 루프 파이프(108)는 압축된 냉매를 상기 토출부(105)로 가이드 한다.
상기 루프 파이프(108)는 상기 토출 머플러(107)에 결합되어 상기 쉘(1510)의 내부공간으로 연장되며, 상기 토출부(105)에 결합된다.
상기 리니어 압축기(1500)에는, 프레임(1610)이 더 포함된다.
상기 프레임(1610)은 상기 실린더(1620)를 고정시키는 구성으로서, 상기 실린더(1620)와 일체로 구성되거나 별도의 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.
그리고, 상기 토출 커버(220) 및 토출 머플러(107)는 상기 프레임(1610)에 결합될 수 있다.
상기 모터 어셈블리(170)에는, 상기 프레임(1610)에 고정되어 상기 실린더(1620)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(171,173,175)와, 상기 아우터 스테이터(171,173,175)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(177) 및 상기 아우터 스테이터(171,173,175)와 이너 스테이터(177)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(180)이 포함된다.
상기 영구자석(1800)은, 상기 아우터 스테이터(171,173,175) 및 이너 스테이터(177)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(180)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.
상기 영구자석(180)은 연결부재(138)에 의하여 상기 피스톤(1630)에 결합될 수 있다.
상기 연결부재(138)는 상기 피스톤(1630)의 일측 단부로부터 상기 영구자석(180)으로 연장될 수 있다.
상기 영구자석(180)이 직선 이동함에 따라, 상기 피스톤(1630)은 상기 영구자석(180)과 함께 축 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.
상기 아우터 스테이터(171,173,175)에는, 코일 권선체(173,175) 및 스테이터 코어(171)가 포함된다.
상기 코일 권선체(173,175)에는, 보빈(173) 및 상기 보빈(173)의 원주 방향으로 권선된 코일(175)이 포함된다. 상기 코일(175)의 단면은 다각형 형상을 가질 수 있으며, 일례로 육각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 스테이터 코어(171)는 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성되며, 상기 코일 권선체(173,175)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 모터 어셈블리(170)에 전류가 인가되면, 상기 코일(175)에 전류가 흐르게 되고, 상기 코일(175)에 흐르는 전류에 의해 상기 코일(175) 주변에 자속(flux)이 형성될 수 있다. 상기 자속은 상기 아우터 스테이터(171,173,175) 및 이너 스테이터(177)를 따라 폐회로를 형성하면서 흐르게 된다.
상기 아우터 스테이터(171,173,175)와 이너 스테이터(177)를 따라 흐르는 자속과, 상기 영구자석(180)의 자속이 상호 작용하여, 상기 영구자석(180)을 이동시키는 힘이 발생될 수 있다.
상기 아우터 스테이터(171,173,175)의 일측에는 스테이터 커버(185)가 제공된다. 상기 아우터 스테이터(171,173,175)의 일측단은 상기 프레임(1610)에 의하여 지지되며, 타측단은 상기 스테이터 커버(185)에 의하여 지지될 수 있다.
상기 이너 스테이터(177)는 상기 실린더(1620)의 외주에 고정된다. 그리고, 상기 이너 스테이터(177)는 복수 개의 라미네이션이 상기 실린더(1620)의 외측에서 원주 방향으로 적층되어 구성된다.
상기 리니어 압축기(1500)에는, 상기 피스톤(1630)을 지지하는 서포터(135) 및 상기 피스톤(1630)으로부터 상기 흡입부(101)를 향하여 연장되는 백 커버(115)가 더 포함된다. 상기 백 커버(115)는 상기 흡입 머플러(140)의 적어도 일부분을 커버하도록 배치될 수 있다.
상기 리니어 압축기(1500)에는, 상기 피스톤(1630)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 스프링(151,155)이 포함된다.
상기 복수의 스프링(151,155)에는, 상기 서포터(135)와 스테이터 커버(185)의 사이에 지지되는 제 1 스프링(151) 및 상기 서포터(135)와 백 커버(115)의 사이에 지지되는 제 2 스프링(155)이 포함된다.
상기 제 1 스프링(151)은 상기 실린더(1620) 또는 피스톤(1630)의 양측에 복수 개가 제공될 수 있으며, 상기 제 2 스프링(155)은 상기 실린더(1620) 또는 피스톤(1630)의 후방으로 복수 개가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 "전방"이라 함은 상기 흡입부(101)로부터 상기 토출밸브 어셈블리(200)를 향하는 방향으로서 이해될 수 있다. 그리고, 상기 피스톤(1630)으로부터 상기 흡입부(101)를 향하는 방향을 "후방"이라 이해될 수 있다.
그리고, 축 방향이라 함은, 상기 피스톤(1630)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(1510)의 내부 바닥면에는 소정의 오일이 저장될 수 있다. 그리고, 상기 쉘(1510)의 하부에는 오일을 펌핑하는 오일 공급장치(160)가 제공될 수 있다.
상기 오일 공급장치(160)는 상기 피스톤(1630)이 왕복 직선운동 함에 따라 발생되는 진동에 의하여 작동되어 오일을 상방으로 펌핑할 수 있다.
상기 리니어 압축기(1500)에는, 상기 오일 공급장치(160)로부터 오일의 유동을 가이드 하는 오일 공급관(165)이 더 포함된다.
상기 오일 공급관(165)은 상기 오일 공급장치(160)로부터 상기 실린더(1620)와 피스톤(1630)의 사이 공간까지 연장될 수 있다.
상기 오일 공급장치(160)로부터 펌핑된 오일은 상기 오일 공급관(165)을 거쳐 상기 실린더(1620)와 피스톤(1630)의 사이 공간으로 공급되어, 냉각 및 윤활 작용을 수행한다.
한편 본 명세서에 개시된 리니어 압축기의 제어 장치 및 리니어 압축기의 제어 방법의 실시 예들은, 압축기의 제어 장치 및 압축기의 제어 방법에 적용되어 실시될 수 있다.
또한 본 명세서에 개시된 리니어 압축기의 제어 장치 및 리니어 압축기의 제어 방법의 실시 예들은 특히, 여러 종류의 리니어 압축기를 제어할 수 있는 리니어 압축기의 제어 장치 및 리니어 압축기의 제어 방법에 유용하게 적용될 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 압축기 제어 장치 200: 압축기
110: 구동부 120: 센싱부
130: 제어부

Claims (10)

  1. 입력 교류 전원을 정류하는 컨버터, 상기 컨버터와 인버터 사이에 연결되고 서로 직렬로 연결되는 한쌍의 캐패시터 및 ‘상기 한쌍의 캐패시터와 병렬 연결되고 서로 직렬로 연결되는 한쌍 이상의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 한쌍의 캐패시터에 충전된 전원을 모터 구동 전압으로 변환하여 압축기에 인가하는 인버터’를 포함하는 구동부;
    상기 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 및 상기 압축기의 모터 전류 중 적어도 하나를 감지하는 센싱부; 및
    상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 충전 전압 및 상기 모터 전류 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 간의 균형을 유지하기 위한 전압이 상기 압축기에 인가되도록 상기 구동부를 제어하는
    압축기 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 한쌍의 캐패시터가 충전되는 경우 상기 한쌍의 캐패시터의 전압 상승량은 서로 동일하고,
    상기 한쌍의 캐패시터의 충전 전압 간의 균형을 유지하기 위한 전압은,
    상기 한쌍의 캐패시터가 방전되는 경우 상기 한쌍의 캐패시터의 전압 강하량을 서로 동일하게 하기 위한 전압인
    압축기 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터 전류에 기초하여, 상기 모터 전류의 누적합의 크기가 0이 되도록 하는 전압을 상기 압축기에 인가하도록 상기 구동부를 제어하는
    압축기 제어 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    DC 전압을 상기 모터 구동 전압에 더하여 인가하도록 상기 구동부를 제어하고,
    상기 DC 전압은,
    상기 모터 전류의 누적합과 동일한 크기의 DC 전류가 상기 모터 전류의 누적합의 방향과 반대 방향으로 흐르도록 하는 전압인
    압축기 제어 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 모터 전류의 누적합은,
    일정 주기 동안 일정 시간 간격으로 측정된 복수의 모터 전류를 더한 값인
    압축기 제어 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이를 이용하여, 상기 한쌍의 캐패시터 간의 충전 전압의 차이가 0이 되도록 하는 전압을 상기 압축기에 인가하도록 상기 구동부를 제어하는
    압축기 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 한쌍의 캐패시터의 충전 전압의 합은 일정한
    압축기 제어 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 인버터는,
    한쌍의 스위칭 소자를 포함하는 하프 브리지 인버터인
    압축기 제어 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 인버터는,
    제1 인버터 및 제2 인버터를 포함하고,
    상기 제1 인버터는,
    한쌍의 스위칭 소자를 포함하고 제1 압축기에 연결되는 하프 브리지 인버터이고,
    상기 제2 인버터는,
    두쌍의 스위칭 소자를 포함하고 제2 압축기에 연결되는 풀 브리지 인버터인
    압축기 제어 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 한쌍의 캐패시터 중 제1 캐패시터와 병렬로 연결되고 상기 제1 압축기의 모터 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 저항; 및
    상기 한쌍의 캐패시터 중 제2 캐패시터와 병렬로 연결되는, 상기 하나 이상의 저항의 등가 저항을 더 포함하는
    압축기 제어 장치.
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