KR100494384B1

KR100494384B1 - 리니어 압축기의 출력 제어장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100494384B1
Application number: KR10-2002-0052887A
Authority: KR
Inventors: 김경돈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2005-06-13
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2004092633A; CN1481069A; KR20040021281A; US20040042904A1

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 출력 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리니어 압축기의 출력 제어장치는, 고정자의 코일에 접속되는 복수의 권선탭과; 상기 복수의 권선탭에 선택적으로 접속되어 상기 코일에 인가되는 전류의 세기를 제어하는 스위칭부와; 상기 스위칭부가 상기 복수의 권선탭에 선택적으로 접속되도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 코일에 인가되는 전원의 역률이 저하되지 않고, 전원의 효율을 높이며, 동손 및 철손의 발생을 최소화할 수 있는 리니어 압축기의 출력 제어장치 및 그 제어방법을 제공된다.

Description

리니어 압축기의 출력 제어장치 및 그 제어방법{OUTPUT CONTROL APPARATUS FOR LINEAR COMPRESSOR AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은, 리니어 압축기의 출력 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 코일에 인가되는 전류의 세기를 제어하여 출력을 변화시키는 리니어 압축기의 출력 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 리니어 압축기는 고정자와 구동자를 구비한다. 고정자에는 코일이 감겨져 있으며, 구동자의 외측에 설치된다. 구동자는 자석이 결합되어 고정자의 내측에 배치된다. 이러한 구성에 의해, 고정자의 코일에는 리니어 압축기의 외부에 마련된 전원공급부로부터 공급되는 교류전류가 흐르게 되며, 이에 의해 구동자의 자석에 추력이 발생하여 구동자가 고정자의 내측에서 직선왕복운동 하게 된다.

종래의 리니어 압축기의 출력 제어장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전원공급부(30)와 리니어 압축기 사이에 마련되는 트라이액(20)과, 트라이액(20)의 작동을 제어하는 제어부(40)를 갖는다. 트라이액(20)은 제어부(40)로부터의 구동신호에 의해 온/오프되어 리니어 압축기의 코일(10)에 인가되는 전압의 위상을 제어함으로써, 리니어 압축기의 출력압 조절한다.

여기서, 리니어 압축기가 냉장고의 냉각시스템에 적용되는 경우를 일예로 하여 종래의 리니어 압축기의 출력 제어장치의 출력 제어과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 냉장고가 과부하 상태인 경우, 예컨대, 냉장고가 최초로 작동되는 경우나 냉장고의 고내에 고온의 부하가 들어오는 경우, 냉장고의 고내에 마련된 온도센서(미도시)에 의해 검출된 고내온도는 미리 설정된 기준온도보다 높게 측정된다. 검출된 고내온도가 기준온도보다 높은 경우, 제어부(40)는 도 2의 (b)에 도시된 파형의 구동신호를 트라이액(20)에 전달한다. 이 때, 트라이액(20)은 제어부(40)의 구동신호에 의해, 전원공급부(30)으로부터의 교류전압이 도 2의 (a)에 도시된 파형을 갖는 교류전압으로 위상이 커팅될 수 있도록 온/오프 되어, 리니어 압축기의 출력을 높인다.

반면, 냉장고가 적정부하 상태인 경우, 온도센서에 의해 검출된 고내온도는 소정의 목표온도 범위 내에서 검출된다. 이 경우, 제어부(40)는 도 2의 (d)에 도시된 파형의 구동신호를 트라이액(20)에 전달한다. 이 때, 트라이액(20)은 제어부(40)의 구동신호에 의해 도 2의 (c)에 도시된 파형을 갖는 교류전압이 코일(10)에 전달될 수 있도록 온/오프 되어, 리니어 압축기의 출력을 낮춘다.

그런데, 이러한 종래의 리니어 압축기의 출력 제어장치에 있어서는, 적정부하 상태에서 제어부(40)의 구동신호에 의해 트라이액(20)에서 커팅되는 전압의 위상이 커져, 전원의 역률이 현저히 떨어지게 되고, 전원의 효율도 저하되는 문제점이 있다.

또한, 동일 출력에 대해 역률이 떨어지면, 많은 전류가 인가되어 코일(10)에서 발생하는 동손 및 철손이 커지는 문제점이 있다

따라서, 본 발명의 목적은, 코일에 인가되는 전원의 역률이 저하되지 않고, 전원의 효율을 높이며, 동손 및 철손의 발생을 최소화할 수 있는 리니어 압축기의 출력 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 코일이 감겨진 고정자와 영구자석이 결합된 구동자를 갖는 리니어 압축기의 출력 제어장치에 있어서, 상기 코일에 접속되는 복수의 권선탭과, 상기 복수의 권선탭에 선택적으로 접속되어 상기 코일에 인가되는 전류의 세기를 제어하는 스위칭부와, 소정의 온도정보에 의해 상기 스위칭부가 상기 복수의 권선탭에 선택적으로 접속되도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어장치에 의해 달성된다.

상기 코일에 인가되는 전원의 위상을 변화시키는 위상제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 위상제어부는 상기 제어부로부터 전달되는 구동신호에 의해 상기 코일에 인가되는 전원을 단속하는 트라이액으로 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 위상제어부는 스위칭부와 상기 코일에 전원을 인가하는 전원공급부 사이에 직렬로 마련되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 코일이 감겨진 고정자와 영구자석이 결합된 구동자를 갖는 리니어 압축기의 출력 제어방법에 있어서, 소정의 온도정보를 검출하는 단계와, 상기 검출된 온도정보에 따라 상기 코일에 인가되는 전류의 세기를 증감시키는 단계와, 상기 검출된 온도정보에 따라 상기 코일에 인가되는 전원의 위상을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.

여기서, 소정의 기준온도를 설정하는 단계를 더 포함하며, 상기 전류의 세기를 제어하는 단계는 상기 검출된 온도정보가 상기 기준온도보다 큰 경우 상기 코일에 인가되는 전류를 증가시키고, 상기 검출된 온도정보가 상기 기준온도보다 작은 경우 상기 코일에 인가되는 전류를 감소시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전원의 위상을 제어하는 단계는 상기 검출된 온도정보와 상기 기준온도간의 편차에 의해 제어되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 한편, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 출력 제어장치를 설명함에 있어, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 출력 제어장치가 냉장고에 적용되는 경우를 일예로 하여 그 제어과정을 설명한다. 또한, 실시예가 상이하더라도 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하며, 그 내용은 일부 생략한다.

리니어 압축기는 고정자와 구동자를 갖는다. 고정자에는 코일이 감겨져 있으며, 구동자의 외측에 설치된다. 구동자는 자석이 결합되어 고정자의 내측에 배치된다. 이러한 구성에 의해, 고정자의 코일과 구동자의 자석 사이의 전자기력에 의하여 구동자가 직선왕복운동한다.

본 발명에 따른 리니어 압축기의 출력 제어방치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 코일(1)에 접속되는 한 쌍의 권선탭(5a,5b)과, 한 쌍의 권선탭(5a,5b)에 선택적으로 접속되어 코일(1)에 인가되는 전류의 세기를 제어하는 스위칭부(6)와, 스위칭부(6)가 한 쌍의 권선탭(5a,5b)에 선택적으로 접속되도록 제어하는 제어부(4)를 포함한다.

각 권선탭(5a,5b)은 코일(1)의 다른 위치에 각각 접속되어, 스위칭부(6)가 각 권선탭(5a,5b)에 선택적으로 접속하는 경우 전류가 흐르는 코일(1)의 길이가 변하여 코일(1)이 갖는 저항값을 변화시킨다. 이러한 저항값의 변화로 전원공급부(3)로부터 인가되는 동일한 크기의 전압에 대해 코일(1)에 흐르는 전류의 세기가 변화된다.

스위칭부(6)는 한 쌍의 권선탭(5a,5b)에 선택적으로 접속가능하게 마련된다. 스위칭부(6)는 제어부(4)로부터의 구동신호에 의해 권선탭(5a,5b)에 선택적으로 접속된다. 여기서, 스위칭부(6)는 제어부(4)의 구동신호에 의해 회동하여 권선탭(5a,5b)에 선택적을 접속하게 마련하거나, 복수의 접점에 선택적으로 접지될 수 있게 형성된 여타의 스위칭 구조로 마련될 수 있다.

제어부(4)는 냉장고의 온도센서(미도시)로부터 검출된 고내온도와 미리 설정된 기준온도를 비교하여, 적절한 구동신호를 생성한다. 생성된 구동신호는 스위칭부(6)에 전달되며, 스위칭부(6)는 전달된 구동신호에 따라 권선탭(5a,5b)에 선택적으로 접속한다.

상기와 같은 구성에 의해, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 출력이 제어되는 과정은 다음과 같다.

먼저, 냉장고에 과부하가 걸리는 경우, 예컨대 냉장고를 최초 가동하거나 고내에 고온의 부하가 들어오는 경우, 냉장고의 고내에 마련된 온도센서에 의해 검출된 고내온도는 미리 설정된 기준온도보다 높게 측정된다. 검출된 고내온도가 기존온도보다 높은 경우, 제어부(4)는 코일(1)에 흐르는 전류의 세기를 증가시켜 리니어 압축기의 출력을 증가시키기 위해, 스위칭부(6)가 코일(1)의 저항값이 작아지는 제1 권선탭(5a)에 접속될 수 있도록 구동신호를 스위칭부(6)에 전달하여 스위칭부(6)를 제어한다. 이에 의해, 코일(1)에 흐르는 전류의 세기가 증가하여 구동자에 발생하는 추력이 증가함으로써 리니어 압축기의 출력이 증가하게 된다.

반면, 냉장고가 적정부하 상태인 경우, 온도센서에 의해 검출된 고내온도는 소정의 목표온도 범위 내에서 검출된다. 검출된 고내온도가 목표온도 범위 내인 경우, 제어부(4)는 코일(1)에 흐르는 전류의 세기를 감소시켜 리니어 압축기의 출력을 감소시키기 위해, 스위칭부(6)가 코일(1)의 저항값이 커지는 제2 권선탭(5b)에 접속될 수 있도록 구동신호를 스위칭부(6)에 전달하여 스위칭부(6)를 제어한다. 이에 의해, 코일(1)에 흐르는 전류의 세기가 감소하여 구동자에 발생하는 추력이 감소함으로써 리니어 압축기의 출력이 감소하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 출력 제어장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 코일(1)에 인가되는 전원의 위상을 변화시키는 위상제어부(2)를 더 포함할 수 있다. 위상제어부(2)는 제어부(4)로부터의 구동신호에 의해 온/오프되어 리니어압축기의 코일(1)에 인가되는 전압의 위상을 제어한다. 여기서, 위상제어부(2)는 가격이 저렴하고 구성이 간단한 트라이액을 사용하는 것이 바람직하며, 위상제어가 가능한 다른 회로구성을 채용할 수 있음은 물론이다.

제어부(4)는 냉장고의 온도센서에 의해 검출된 고내온도와 기준온도를 비교하여, 코일(1)에 인가되는 전압의 위상을 결정하고, 그 결정된 전압을 얻기 위한 구동신호를 생성한다.

여기서, 리니어 압축기의 출력을 제어함에 있어, 출력의 큰 증감은 전술한 스위칭부(6)에 의해 이루어지며, 스위칭부(6)에 의해 제어된 리니어 압축기의 출력 상태에서, 보다 정밀한 출력의 제어가 요구되는 경우 위상제어부(2)에 의한 출력제어가 이루어진다. 예컨대, 냉장고가 적정부하 상태인 경우에, 스위칭부(6)는 제2 권선탭(5b)에 접속되어 저항을 증가시킴으로써, 리니어 압축기의 출력을 감소시킨다. 그런 다음, 스위칭부(6)에 의해 감소된 리니어 압축기의 출력 상태에서, 제어부(4)는 도 5의 (b)에 도시된 파형의 구동신호를 위상제어부(2)에 전달하고, 위상제어부(2)는 코일(1)에 인가되는 전압이 도 5의 (a)에 도시된 파형을 갖도록 전압의 위상을 제어한다. 이에 의해, 냉장고의 적정부하에서도 코일(1)에 인가되는 전압의 위상을 적게 커팅하여 리니어 압축기의 출력을 제어할 수 있게 된다. 여기서, 제어부(4)는 온도센서에 의해 검출된 고내온도와 기준온도의 편차에 따라 적합한 위상차를 갖는 전압을 생성할 수 있는 구동신호를 위상제어부(2)에 전달하게 된다.

전술한 실시예에서는, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 출력 제어장치가 냉장고에 사용되는 것을 일예로 하였으나, 이에 국한되지 않으며 에어컨 등 리니어 압축기가 사용되는 기기에 적용가능함은 물론이다.

또한, 전술한 실시예에서는 스위칭부(6)가 두 개의 권선탭(5a,5b)에 선택적으로 접속하도록 마련되어 있으나, 세 개 이상의 권선탭에 의해 보다 폭 넓은 리니어 압축기의 출력 제어장치를 마련할 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 코일(1)의 저항값을 변화시켜 리니어 압축기의 출력을 제어함으로써, 역률의 저하를 최소화하고 전원의 효율이 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 동일 출력에 대하여 코일에 인가되는 전류의 양을 감소시킴으로써, 코일(1)의 동선 및 철손을 최소화 할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 코일에 인가되는 전원의 역률이 저하되지 않고, 전원의 효율을 높이며, 동손 및 철손의 발생을 최소화할 수 있는 리니어 압축기의 출력 제어장치 및 그 제어방법을 제공된다.

도 1는 종래의 리니어 압축기의 출력 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고,

도 2은 종래의 리니어 압축기의 출력 제어장치의 제어부의 구동신호 파형 및 코일에 인가되는 전압의 파형을 도시한 도면이고,

도 3는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 출력 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고,

도 4는 도 3의 리니어 압축기의 출력 제어장치에 위상제어부가 추가된 상태를 도시한 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 위상제어부에 인가되는 제어부의 구동신호 및 위상제어부를 통과한 전압의 파형을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 코일 2 : 위상제어부

3 : 전원공급부 4 : 제어부

5a : 제1 권선탭 5b : 제2 권선탭

6 : 스위칭부

Claims

고정자와 구동자를 갖는 리니어 압축기의 출력 제어장치에 있어서,

상기 고정자의 코일에 접속되는 복수의 권선탭과;

상기 복수의 권선탭에 선택적으로 접속되어 상기 코일에 인가되는 전류의 세기를 제어하는 스위칭부와;

상기 스위칭부가 상기 복수의 권선탭에 선택적으로 접속되도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부로부터 전달되는 구동신호에 의해 상기 코일에 인가되는 전원의 위상을 변화시키는 위상제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어장치.
제2항에 있어서,

상기 위상제어부는 트라이액을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어장치.
제2항에 있어서,

상기 위상제어부는 스위칭부와 상기 코일에 전원을 인가하는 전원공급부 사이에 직렬로 마련되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어장치.
고정자와 구동자를 갖는 리니어 압축기의 출력 제어방법에 있어서,

소정 영역의 온도를 검출하는 단계와;

상기 검출된 온도에 따라 상기 코일에 인가되는 전류의 세기를 제어하는 단계와;

상기 검출된 온도에 따라 상기 코일에 인가되는 전압의 위상을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어방법.
제5항에 있어서,

소정의 기준온도를 설정하는 단계를 더 포함하며,

상기 전류의 세기를 제어하는 단계는 상기 검출된 온도가 상기 기준온도보다 큰 경우 상기 코일에 인가되는 전류를 증가시키고, 상기 검출된 온도가 상기 기준온도보다 작은 경우 상기 코일에 인가되는 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어방법.
제6항에 있어서,

상기 전압의 위상을 제어하는 단계는 상기 검출된 온도와 상기 기준온도간의 편차에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 출력 제어방법.