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KR102350512B1 - 압축기의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

압축기의 제어 장치 및 방법 Download PDF

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KR102350512B1
KR102350512B1 KR1020200102374A KR20200102374A KR102350512B1 KR 102350512 B1 KR102350512 B1 KR 102350512B1 KR 1020200102374 A KR1020200102374 A KR 1020200102374A KR 20200102374 A KR20200102374 A KR 20200102374A KR 102350512 B1 KR102350512 B1 KR 102350512B1
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KR
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compressor
cooling power
motor
piston
power value
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KR1020200102374A
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English (en)
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허진석
김영두
유재준
이군석
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엘지전자 주식회사
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Abstract

압축기의 제어 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 압축기의 제어 장치는 냉력 공급 시간 구간에서 압축기에 포함된 모터의 턴온 및 턴오프를 빠르게 반복하도록 제어함으로써 냉력 공급 시간 구간에서 압축기가 냉매를 압축시키도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 압축기의 최대 효율 운전을 유지하며 냉장고의 냉력이 가변될 수 있다.

Description

압축기의 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING COMPRESSOR}
본 발명은 냉장고에 구비되고, 모터 및 피스톤을 포함하는 압축기의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
압축기(compressor)는 냉매 또는 그 이외의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높이는 기계 장치로서, 냉장고와 에어컨 등에 널리 사용되고 있다.
압축기는 내부 구조 및 동작 원리에 따라서 여러 종류로 구별될 수 있다. 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)는 피스톤(piston)과 실린더(cylinder) 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축공간이 형성되고, 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시킨다. 회전식 압축기(rotary compressor)는 압축 편심 회전되는 롤러(roller)와 실린더 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축공간이 형성되고, 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전하면서 냉매를 압축시킨다. 스크롤식 압축기(scroll compressor)는 선회 스크롤(orbiting scroll)과 고정 스크롤(fixed scroll) 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축공간이 형성되고, 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전하면서 냉매를 압축시킨다.
특히, 왕복동식 압축기는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 레시프로(recipro) 방식과 리니어(linear) 방식으로 구분할 수 있다.
레시프로 방식은 회전 모터에 크랭크 샤프트(crank shaft)를 결합하고 크랭크 샤프트에 피스톤을 결합함으로써 회전 모터의 회전력을 직선 왕복 운동으로 전환하는 방식이다. 리니어 방식은 직선 모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결함으로써 모터의 직선 운동을 피스톤의 왕복 운동으로 전환하는 방식이다.
리니어 방식의 왕복동식 압축기는 레시프로 방식의 왕복동식 압축기에서 사용되는 크랭크 샤프트를 사용하지 않으므로, 마찰 손실이 적고 압축 효율이 높다.
한편, 냉장고는 사용할 수 있는 온도 범위가 다양하며, 각 온도 범위에 따라 다양한 냉력이 필요하다. 따라서, 압축기는 넓은 냉력 가변 범위를 갖도록 설계되어 구동된다. 특히, 압축기의 연속 운전 로직이 개발되면서 압축기의 냉력 가변 범위는 더 넓어지고 있다.
그러나, 기구적인 한계에 의해 압축기의 냉력이 가변되는 경우 압축기의 효율의 변화가 발생되고, 운전 냉력에 따라 압축기의 최고 효율을 유지하기 어려운 단점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 제어 장치의 구성도를 도시한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 효율과 냉력값의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
도 1 및 도 2는 국내특허공보 제10-1698100호에서 개시된 종래 기술이며, 도 1 및 도 2에 표현된 도면 부호들은 도 1 및 도 2의 구성 요소에만 한정한다.
도 1을 참조하면, 종래 기술은, 제어 신호를 근거로 리니어 압축기(200)를 구동하는 구동부(110), 리니어 압축기(200)의 출력 정보를 검출하는 검출부(120) 및 상기 출력 정보를 이용하여 구동부(110)를 제어하는 제어부(140)로 구성된다. 제어부(140)는 지령 제어 신호를 출력하고, 구동부(110)는 압축기(200)를 구동하여 지령 제어 신호를 추종한다. 이 때, 압축기(200)는 S-PWM 방식에 기초하여 연속 운전된다.
도 2를 참조하면, 종래 기술의 압축기는 전 냉력 구간에서 냉력을 제어할 수 있다. 그러나, 상대적으로 고냉력 구간인 70% 부근에서는 기계적 공진점과 전기적인 입력이 동일하여 압축기가 최적의 압축기 효율점(EER, Energy　Efficiency　Ratio)에서 운전되지만, 상기에서 언급한 바와 같이 저냉력 구간으로 갈수록 운전 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 압축기의 최대 효율 운전을 유지하며 냉력을 가변할 수 있는 압축기의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 압축기에 구동 전류가 인가되지 않는 경우에도 냉력 공급 시간 구간 동안 압축기가 냉매를 압축하는 동작을 수행하도록 제어할 수 있는 압축기의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 압축기가 동작하는 경우 발생하는 소음을 저감할 수 있는 압축기의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다. ,
또한, 본 발명의 목적은 압축기의 역률을 개선할 수 있는 압축기의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치 및 방법은 냉력 공급 시간 구간에서 압축기에 포함된 모터의 턴온 및 턴오프를 빠르게 반복하도록 제어함으로써 냉력 공급 시간 구간에서 압축기가 냉매를 압축시키도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치 및 방법은 냉력 공급 시간 구간 동안 모터가 턴온된 후 턴오프되는 동작 사이클을 반복하도록 모터의 구동을 제어하되, 모터가 턴온되면 피스톤은 전기 에너지에 기초하여 왕복 운동을 하고, 모터가 턴오프되면 피스톤은 관성 또는 탄성 에너지에 기초하여 왕복 운동하도록 모터를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치 및 방법은 냉력 공급 시간 구간에서 모터가 턴온되는 시간 구간과 모터가 턴오프되는 시간 구간 사이의 제1 비율을 압축기에 대한 지령 냉력값과 압축기의 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 설정함으로써, 냉장고가 지령 냉력값을 만족시키도록 구동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치 및 방법은 냉력 공급 시간 구간 내의 모터의 턴오프 시간 구간에서 피스톤이 왕복 운동을 수행하도록 제어함으로써, 피스톤의 마찰 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치 및 방법은 모터에 검출된 역기전력에 기초하여 피스톤의 위치를 판단함으로써, 압축기의 역률 및 구동 소음을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치는, 피스톤 및 모터를 포함하는 압축기의 제어 장치로서, 외부 전원으로부터 입력되는 교류 전원을 정류하여 출력하는 정류부, 상기 정류부로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 모터로 제공하는 인버터부 및 상기 모터로 제공되는 교류 전압을 조절하여 상기 피스톤의 왕복 운동을 제어하는 압축기 제어부를 포함한다. 이 때, 상기 압축기 제어부는, 냉력 공급 시간 구간 동안 상기 모터가 턴온된 후 턴오프되는 동작 사이클을 반복하도록 상기 모터의 구동을 제어하고, 상기 모터의 턴오프 시 상기 피스톤은 관성 에너지에 기초하여 왕복 운동하며, 상기 냉력 공급 시간 구간에서 상기 모터가 턴온되는 시간 구간과 상기 모터가 턴오프되는 시간 구간 사이의 제1 비율은 상기 압축기에 대한 지령 냉력값과 상기 압축기의 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 설정된다.
본 발명에 따르면, 턴온 및 턴오프를 빠르게 반복하도록 모터를 제어함으로써 압축기가 냉매 압축 동작을 끊임없이 수행하도록 하며, 나아가 압축기에 관한 냉장고의 구동 조건을 만족시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 지령 냉력값 및 압축기의 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 모터의 턴온 및 턴오프의 시간 구간을 설정함으로써, 냉장고가 지령 냉력값을 만족시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 냉력 공급 시간 구간에서 발생되는 피스톤의 마찰 손실을 감소시킴으로써, 압축기의 효율을 개선할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 제어 장치의 구성도를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 효율과 냉력값의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기를 포함하는 냉장고의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기(302)의 단면도이다.
도 5는 왕복동식 압축기의 행정 사이클에 따른 PV 다이어그램이다.
도 6은 왕복동식 압축기의 행정 사이클에 따른 피스톤의 위치 및 피스톤에 가해지는 힘의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 왕복동식 압축기의 행정 사이클에 따른 피스톤의 위치 및 모터로 인가되는 전류의 파형을 도시한 도면이다.
도 8은 압축기의 CCR 및 EER 사이의 상관 관계와, 압축기의 CCR 및 압축기의 마찰 손실 비중 사이의 상관 관계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 종래 기술에 따른 모터의 구동 동작의 개념을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 모터의 구동 동작의 개념을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 압축기의 구동에 따른 냉력 공급의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어부의 블록도를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 탄성 에너지에 따른 피스톤의 제어 구간의 종료 시점을 설정하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 제1 비율을 업데이트하는 압축기 제어부의 동작의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기를 포함하는 냉장고의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(300)의 내부에는 냉장고(300)의 운전을 제어하는 메인 기판(304)이 구비된다. 이하에서 설명되는 본 발명의 왕복동식 압축기의 제어 장치는 메인 기판(304) 상에 회로 또는 모듈 형태로 구현될 수 있다. 메인 기판(304)은 왕복동식 압축기(302)와 전기적으로 연결된다.
냉장고(300)는 왕복동식 압축기(302)의 구동에 의해 동작한다. 냉장고(300)의 내부 저장실이 차갑게 유지되기 위해서는 저장실 내부로 냉기가 공급되어야 한다. 냉기 공급을 위해, 왕복동식 압축기(302)는 가스 형태의 냉매를 흡입하여 압축시키고, 압축된 고온/고압의 냉매는 응축기를 거치면서 액화된다. 응축기에서 나온 냉매는 증발기를 거치면서 열교환을 통해 증발기 주변의 공기 온도를 낮추어 냉기가 생성된다. 증발기를 통과한 냉매는 다시 왕복동식 압축기(302)로 공급되어 냉매의 순환이 이루어진다. 이와 같은 과정의 반복을 통해서 냉장고(300)의 저장실 내부에 냉기가 공급된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기(302)의 단면도이다.
도 4는 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기(302)은 리니어 압축기로서, 외관을 형성하는 밀폐용기(32)를 포함한다. 밀폐용기(32) 일측에는 냉매가 유입되는 유입관(32a) 및 냉매가 유출되는 유출관(32b)이 설치된다.
밀폐용기(32) 내측에는 실린더(34)가 고정되도록 설치된다. 실린더(34) 내부에는 피스톤(36)이 배치된다. 피스톤(36)은 왕복 운동을 통해 실린더(34) 내부의 압축공간(P)으로 흡입된 냉매를 압축시킨다.
피스톤(36)의 일단에는 운동 방향으로 피스톤(36)을 탄성 지지하는 스프링(38)이 설치된다. 피스톤(36)은 구동력을 발생시키는 모터(40)와 연결되며, 모터(40)의 구동에 따라서 피스톤(36)이 왕복 운동을 수행한다.
압축공간(P)과 접하고 있는 피스톤(36)의 일단에는 흡입 밸브(52)가 설치되고, 압축공간(P)과 접하고 있는 실린더(34)의 일단에 토출 밸브 어셈블리(54)가 설치된다. 흡입 밸브(52) 및 토출 밸브 어셈블리(54) 각각은 압축공간(P) 내부의 압력에 따라 개폐되도록 자동 조절된다.
밀폐용기(32)의 내부 바닥면에는 오일이 담겨지고, 오일을 펌핑하기 위한 오일공급장치(60)가 밀폐용기(32)의 내부에 배치된다. 밀폐용기(32)의 하측 프레임(48) 내부에는 오일을 피스톤(36)과 실린더(34) 사이로 공급하는 오일공급관(48a)이 형성된다. 오일공급장치(60)는 피스톤(36)이 왕복 운동함에 따라 발생되는 진동에 의해 오일을 펌핑하고, 펌핑된 오일은 오일공급관(48a)을 따라 피스톤(36)과 실린더(34) 사이의 간극으로 공급되어 냉각 및 윤활 작용을 한다.
실린더(34)는 피스톤(36)이 왕복 운동할 수 있도록 중공 형상으로 형성되며, 내부에는 압축공간(P)이 형성된다. 실린더(34)는 유입관(32a) 내측에 일단이 근접하게 위치된 상태에서 유입관(32a)과 동일 직선상에 설치될 수 있다.
유입관(32a)과 반대 방향 측의 실린더(34)의 일단에는 토출 밸브 어셈블리(54)가 설치된다. 토출 밸브 어셈블리(54)는, 실린더(34)의 일단 측에 소정의 토출 공간을 형성하는 토출 커버(54a), 실린더의 압축공간(P) 측 일단을 개폐하도록 설치되는 토출 밸브(54b), 토출 커버(54a)와 토출 밸브(54b) 사이에 축방향으로 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(54c)으로 구성된다. 실린더(34)의 일단 내주면에는 오링(R)이 끼움 설치되어 토출 밸브(54a)와 실린더(34) 사이를 밀착시킨다.
토출 커버(54a)의 일측과 유출관(32b) 사이에는 굴곡지게 형성된 루프 파이프(58)가 연결된다. 루프 파이프(58)는 압축된 냉매가 외부로 토출될 수 있도록 안내하는 기능을 수행함과 함께, 실린더(34), 피스톤(36), 모터(40)의 상호 작용에 의한 진동이 밀폐용기(32) 전체로 전달되는 것을 완충시켜 준다.
피스톤(36)이 실린더(34) 내부에서 왕복 운동함에 따라 압축공간(P)의 압력이 소정의 토출 압력에 도달하면, 밸브 스프링(54c)이 압축되어 토출 밸브(54b)가 개방된다. 이에 따라 압축공간(P) 내부에서 압축된 냉매가 압축공간(P)으로부터 토출되고, 압축공간(P)으로부터 토출된 압축 냉매는 루프 파이프(58) 및 유출관(32b)을 따라 외부로 토출된다.
유입관(32a)으로부터 유입된 냉매는 피스톤(36)의 중앙에 형성된 냉매유로(36a)를 통해서 압축공간(P) 내부로 유입된다. 유입관(32a)과 근접한 피스톤(36)의 일단은 연결부재(47)에 의해 모터(40)와 직접 연결된다. 흡입 밸브(52)는 박판 형상으로 중앙부분이 피스톤(36)의 냉매유로(36a)를 개폐시키도록 중앙부분이 일부 절개되도록 형성되고, 일측이 피스톤(36a)의 일단에 스크류에 의해 고정되도록 설치된다.
피스톤(36)이 실린더(34) 내부에서 왕복 운동함에 따라 압축공간(P)의 압력이 토출 압력보다 더 낮은 소정의 흡입 압력 이하가 되면 흡입 밸브(52)가 개방되어 냉매가 압축공간(P) 내부로 흡입된다. 압축공간(P)의 압력이 소정의 흡입 압력에 도달하면, 흡입 밸브(52)가 닫히고 압축공간(P)에서 냉매가 압축된다.
피스톤(36)은 운동 방향으로 탄성 지지되도록 설치된다. 구체적으로 유입관(32a)과 근접한 피스톤(36)의 일단에 반경방향으로 돌출된 피스톤 플랜지(36b)가 코일 스프링 등과 같은 기계 스프링(38)에 의해 피스톤(36)의 운동 방향으로 탄성 지지되고, 유입관(32a)과 반대방향 측 압축공간(P)에 포함된 냉매가 자체 탄성력에 의해 가스 스프링으로 작용하여 피스톤(36)을 탄성 지지하게 된다.
모터(40)는 리니어 모터일 수 있으며, 이너 스테이터(42), 아우터 스테이터(44) 및 영구자석(46)으로 구성된다. 이너 스테이터(42)는 복수 개의 라미네이션(42a)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 프레임(48)에 의해 실린더(34) 외측에 고정되도록 설치된다. 아우터 스테이터(44)는 코일이 감겨지도록 구성된 코일 권선체(44a) 주변에 복수 개의 라미네이션(44b)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 프레임(48)에 의해 실린더(34) 외측에 이너 스테이터(42)와 소정의 간극을 두고 설치된다. 영구 자석(46)는 아우터 스테이터(44), 이너 스테이터(42)와 아우터 스테이터(44) 사이의 간극에 위치되어 피스톤(36)과 연결부재(47)에 의해 연결된다. 실시예에 따라서 코일 권선체(44a)는 이너 스테이터(42) 외측에 고정 설치될 수도 있다.
이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 압축기(302)의 행정 사이클과, 각 행정 사이클에 따라서 피스톤(36)에 가해지는 힘의 변화에 대하여 설명한다.
도 5는 왕복동식 압축기(302)의 행정 사이클에 따른 PV 다이어그램이다. 도 6은 왕복동식 압축기(302)의 행정 사이클에 따른 피스톤(36)의 위치 및 피스톤(36)에 가해지는 힘의 변화를 나타내는 그래프이다.
전술한 바와 같이, 왕복동식 압축기(36)의 행정 사이클은 크게 압축 행정과 흡입 행정으로 나누어진다. 도 5의 PV 다이어그램은 왕복동식 압축기의 행정 사이클(302)을 "A→B→C→D"의 순서로 표기하고 있다. 도 5의 PV 다이어그램에서, 가로축(V)은 압축공간 내의 냉매의 부피를 의미하고, 세로축(P)은 압축공간 내의 압력을 의미한다.
먼저, 피스톤(36)이 실린더(34) 내에서 하사점(BDC)에 위치한 상태에서 흡입 밸브(52)가 열려 냉매가 실린더(34) 내부로 유입된다. 이 때, 냉매의 부피는 V4, 압축공간 내의 압력은 P1으로 나타낸다(A 지점).
냉매의 유입이 완료되면 흡입 밸브(52)가 닫히고, 피스톤(36)이 하사점(BDC)에서 상사점(TDC) 방향으로 직선 운동하며, 압축공간(P) 내의 냉매가 점차 압축된다(A→B 구간). 이에 따라, 압축공간(P) 내의 압력은 증가하고(P1→P2, 냉매의 부피는 감소한다(V4→V3).
피스톤(36)이 상사점(TDC)에 도달하게 되면(B 지점), 토출 밸브(54b)가 열리기 시작한다. 이 때, 피스톤(36)은 토출 밸브(54b)가 완전히 열릴 때(C 지점)까지 상사점(TDC)에 그대로 머물게 되므로, 압축공간(P) 내 압력은 유지되지만(P2) 냉매의 토출로 인해 냉매의 부피는 계속해서 V1까지 감소한다(V3→V1, B→C 구간).
이 후, 토출 밸브(54b)가 완전히 열리게 되면 압축된 냉매는 토출 밸브(54b)를 통해 외부로 완전히 토출된다. 이에 따라, 압축공간(P) 내 압력은 P2에서 P1으로 감소하고, 토출 밸브(54b)가 닫힌다(C→D 구간).
토출 밸브(54b)가 닫히면, 피스톤(36)은 다시 하사점(BDC) 방향으로 직선 운동을 수행한다. 이에 따라, 압축공간(P)이 넓어지게 되어 압축공간(P) 내 압력은 그대로 유지되면서(P1) 부피는 점차 증가하게 된다(V2→V4, D→A 구간). 피스톤(36)이 하사점(BDC)에 도달하면(A 지점), 흡입 밸브(52)가 열려 다시 냉매의 유입이 시작된다.
왕복동식 압축기(302)는 이상과 같은 압축 행정(A→B→C 구간) 및 흡입 행정(C→D→A 구간)을 반복적으로 수행한다. 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치(304)는 왕복동식 압축기(302)의 압축 행정 구간 및 흡입 행정 구간을 '제어 구간'으로 설정하고, 각 제어 구간 별로 피스톤(36)에 인가되는 교류 전압의 크기를 조절함으로써 피스톤(36)에 가해지는 힘의 크기를 제어한다.
도 6에는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치(304)에 의해 설정되는 제어 구간이 도시되어 있다. 제어 구간은 앞서 도 5를 통해 설명된 압축 행정 구간(A→B→C 구간) 및 흡입 행정 구간(C→D→A 구간)과 대응된다.
도 6을 참조하면, 제어 구간은 압축 행정 제어 구간 및 흡입 행정 제어 구간을 포함한다. 압축 행정 제어 구간은 제1 압축 행정 제어 구간(K1) 및 제2 압축 행정 제어 구간(K2)을 포함한다. 흡입 행정 제어 구간은 제1 흡입 행정 제어 구간(J1) 및 제2 흡입 행정 제어 구간(J2)를 포함한다.
제1 압축 행정 제어 구간(T1)은 도 5의 A→B 구간, 즉 피스톤(36)이 하사점(BDC)에서 상사점(TDC) 방향으로 직선 운동을 수행하는 구간이다. 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치(304)는 제1 압축 행정 제어 구간(T1) 동안 피스톤(36)에 가해지는 힘이 증가하도록 미리 설정된 제1 오프셋 값만큼 모터(40)에 인가되는 교류 전압의 크기를 증가시킨다. 이에 따라서 피스톤(36)은 상사점(TDC) 방향으로 보다 쉽게 이동한다.
제2 압축 행정 제어 구간(T2)은 도 5의 B→C 구간, 즉 피스톤(36)이 상사점(TDC)에 도달하여 일정 시간 동안 이동하지 않는 구간이다. 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치(304)는 제2 압축 행정 제어 구간(T2) 동안 피스톤(36)에 가해지는 힘이 일정하도록 모터(40)에 인가되는 교류 전압의 크기를 미리 정해진 제1 전압 값으로 유지시킨다. 이에 따라서 피스톤(36)이 상사점(TDC)에서 정지 상태를 유지해야 하는 B→C 구간 동안 피스톤(36)이 상사점(TDC)을 벗어나서 필요 이상으로 냉매를 압축하는 현상이 방지된다.
제1 흡입 행정 제어 구간(T3)은 도 5의 C→D 구간, 즉 피스톤(36)이 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 직선 운동을 수행하는 구간이다. 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치(304)는 제1 흡입 행정 제어 구간(T3) 동안 피스톤(36)에 가해지는 힘이 증가하도록 미리 설정된 제2 오프셋 값만큼 모터(40)에 인가되는 교류 전압의 크기를 증가시킨다. 이에 따라, 피스톤(36)은 하사점(BDC) 방향으로 보다 쉽게 이동한다.
제2 흡입 행정 제어 구간(T4)은 도 5의 D→A 구간, 즉 피스톤(36)이 하사점(BDC)에 도달하여 일정 시간 동안 이동하지 않는 구간이다. 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치(304)는 제2 흡입 행정 제어 구간(T4) 동안 피스톤(34)에 가해지는 힘이 일정하도록 모터(40)에 인가되는 교류 전압의 크기를 미리 정해진 제2 전압 값으로 유지시킨다. 이에 따라, 피스톤(36)이 하사점(BDC)에서 정지 상태를 유지해야 하는 D→A 구간 동안 피스톤(36)이 하사점(BDC)을 벗어나는 현상이 방지된다.
도 7은 왕복동식 압축기의 행정 사이클에 따른 피스톤(36)의 위치 및 모터(40)로 인가되는 전류의 파형을 도시한 도면이다.
도 7의 왼쪽 도면에서는 행정 사이클에 따른 실린더(34) 내에서의 피스톤(36)의 위치((a) 내지 (d))가 도시되어 있다. 또한, 도 7의 오른쪽 도면에서는 행정 사이클에 따른 피스톤(36)의 추정 스트로크(x) 및 모터(40)에 인가되는 구동 전류(Ic)의 파형이 각각 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 피스톤(36)은 실린더(34) 내부의 압축공간 내에서 왕복 운동을 수행한다.
도 7의 (a)는 압축 행정 사이클에서 피스톤(36)이 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 이동하는 도중에 초기점(S)에 위치하고 있는 상태를 나타낸다. 여기서, 초기점(S)은 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이의 중간 지점으로 정의될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 초기점(S)은 상사점(TDC)과 하사점(BDC)의 중간 지점이 아닌 다른 지점으로 정의될 수도 있다.
도 7의 (a)와 같이, 피스톤(36)이 초기점(S)에 위치할 때, 모터(40)에 인가되는 구동 전류(Ic)는 최대값(I1)을 나타낸다. 즉, 피스톤(36)이 초기점(S)에 위치할 때 모터(40)에 의해서 피스톤(36)에 가장 큰 힘이 공급된다. 도 7의 (a)와 같은 상태에서, 피스톤(36)은 모터(40)에 의해서 공급되는 힘과 스프링(38)에 의해 공급되는 탄성력에 의해서 상사점(TDC)을 향하는 방향으로 직선 운동을 수행한다.
도 7의 (b)는 압축 행정 사이클에서 피스톤(36)이 상사점(TDC)에 위치하고 있는 상태를 나타낸다. 이 때, 피스톤(36)은 일정 시간 동안 상사점(TDC)에서 정지 상태를 유지하며, 토출 밸브(54b)가 열리면서 실린더(34) 내부에서 압축된 냉매가 외부로 토출된다.
압축기(302)의 운전 주파수와 공진 주파수가 일치하여 피스톤(36)이 이상적으로 왕복 운동을 수행할 경우, 피스톤(36)이 초기점(S)을 지나 상사점(TDC)을 향하는 방향으로, 즉 (a)에서 (b) 위치를 향해 이동하는 직선 운동을 수행할 때, 모터(40)에 인가되는 구동 전류(Ic)의 크기는 최대값(I1)에서 0 사이의 값, 즉 0보다 큰 값을 유지한다. 구동 전류(Ic)의 크기가 0보다 크게 나타나는 것은, 모터(40)가 상사점(TDC)을 향하는 방향의 힘을 피스톤(36)에 공급함을 의미한다.
이 후, 도 7의 (b)와 같이 피스톤(36)이 상사점(TDC)에 도달하면 구동 전류(Ic)의 크기는 0이 되며, 모터(40)에 의한 힘이 피스톤(36)으로 공급되지 않는다.
도 7의 (c)는 흡입 행정 사이클에서 피스톤(36)이 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 이동하는 도중에 초기점(S)에 위치하고 있는 상태를 나타낸다.
압축기(302)의 운전 주파수와 공진 주파수가 일치하여 피스톤(36)이 이상적으로 왕복 운동을 수행할 경우, 피스톤(36)이 하사점(BDC)을 향하는 방향으로, 즉 (b)에서 (c) 위치를 향해 이동하는 직선 운동을 수행할 때, 모터(40)에 인가되는 구동 전류(Ic)의 크기는 0에서 최소값(I2) 사이의 값, 즉 0보다 작은 값을 유지한다. 구동 전류(Ic)의 크기가 0보다 작게 나타나는 것은, 모터(40)가 하사점(BDC)을 향하는 방향의 힘을 피스톤(36)에 공급함을 의미한다.
이 후, 도 7의 (c)와 같이 피스톤(36)이 초기점(S)에 도달하면 구동 전류(Ic)의 크기는 최소값(Ic)을 나타낸다. 즉, 피스톤(36)이 초기점(S)에 위치할 때 모터(40)에 의해 피스톤(36)에 가장 큰 힘이 공급된다.
도 7의 (d)는 흡입 행정 사이클에서 피스톤(36)이 하사점(BDC)에 위치하고 있는 상태를 나타낸다.
압축기(302)의 운전 주파수와 공진 주파수가 일치하여 피스톤(36)이 이상적으로 왕복 운동을 수행할 경우, 피스톤(36)이 초기점(S)을 지나 하사점(BDC)을 향하는 방향으로, 즉 (c)에서 (d) 위치를 향해 이동하는 직선 운동을 수행할 때, 모터(40)에 인가되는 구동 전류(Ic)의 크기는 최소값(I2)에서 0 사이의 값, 즉 0보다 작은 값을 유지한다.
이 후, 도 7의 (d)와 같이 피스톤(36)이 하사점(BDC)에 도달하면 구동 전류(Ic)의 크기는 0이 되며, 모터(40)에 의한 힘이 피스톤(36)으로 공급되지 않는다.
요컨대, 압축기(302)의 운전 주파수와 공진 주파수가 일치하여 피스톤(36)이 이상적으로 왕복 운동을 수행할 경우에 있어, 피스톤(36)이 상사점(TDC)을 향하는 방향으로 이동하는 동안에는 구동 전류(Ic)의 크기가 0보다 큰 값을 유지하고, 피스톤(36)이 하사점(BDC)을 향하는 방향으로 이동하는 동안에는 구동 전류(Ic)의 크기가 0보다 작은 값을 유지한다. 또한, 압축기(302)의 운전 주파수와 공진 주파수가 일치하여 피스톤(36)이 이상적으로 왕복 운동을 수행할 경우, 두 개의 사점(DC), 즉 상사점(TDC) 및 하사점(BDC)에서는 각각 모터(40)에 의해서 피스톤(36)에 힘이 공급되지 않는 상태, 다시 말해서 구동 전류(Ic)의 크기가 0을 유지하는 상태가 된다.
한편, 냉장고는 사용할 수 있는 온도 범위가 다양하며, 각 온도 범위에 따라 다양한 냉력이 필요하다. 이 때, 압축기는 특정 구간에서 최대 운전 효율을 가지며, 이로 인해 냉장고의 냉력이 가변될 때 압축기의 운전 효율이 저하되는 특징이 있다.
도 8은 압축기의 CCR(Cooling Capacity Ratio) 및 압축기의 EER(Energy　Efficiency　Ratio) 사이의 상관 관계(a)와, 압축기의 CCR 및 압축기의 마찰 손실 비중 사이의 상관 관계(b)를 도시한 도면이다.
압축기의 효율은 압축기로 인가되는 전기적 입력과 압축기의 출력 냉력(출력 냉력/전기적 입력)으로 정의될 수 있다. 이 때, 전기적 입력은, 냉매의 압축 입력과, 모터의 운전 입력과, 모터의 손실(동손 및 철손)과, 기계적인 손실(마찰 손실)과, 드라이브 손실(소자 손실) 등의 합으로 정의될 수 있다.
압축기의 냉력 가변율에 따라 압축기의 효율이 저하되는 근본적인 이유는 앞서 설명한 각각의 손실들이 출력 냉력 변화와 동일한 비율로 감소하지 않기 때문이다. 특히, 마찰 손실의 비중을 줄이기 위해서는 피스톤의 초기 위치를 이동시키거나 또는 기구적인 스펙을 변경하여야 하는데, 이러한 기구적 변경을 한다 하더라도 냉력의 전 영역에서 압축기의 효율 개선의 효과를 보장하는 것은 어렵다.
이하에서는, 압축기(302)의 최대 효율 운전을 유지하며 냉력을 가변할 수 있는 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치(900)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치(900)는 정류부(902), 평활화부(904), 인버터부(906), 압축기 제어부(908), 전류 검출부(910) 및 전압 검출부(912)를 포함한다.
정류부(902)는 외부 전원(914)으로부터 입력되는 교류 전원을 정류하여 직류 전압을 출력한다.
평활화부(904)는 정류부(902)에 의해서 출력되는 전압을 평활화하여 직류 전압을 출력한다. 평활화부(904)는 평활화 동작을 수행하는 캐패시터(C)를 포함한다.
인버터부(906)는 평활화부(904)로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 압축기(302)에 제공한다. 인버터부(906)에 의해 제공된 교류 전압에 의해서 압축기(302)의 모터(40)가 구동된다. 모터(40)의 구동에 의해서 피스톤(36)이 왕복 운동을 수행한다. 인버터부(906)는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
압축기 제어부(908)는 인버터부(906)로 제1 제어 신호를 인가한다. 압축기 제어부(908)에 의해서 인가되는 제1 제어 신호에 의해서 인버터부(906)는 미리 정해진 운전 주파수로 구동되어 압축기(302)의 모터(40)에 교류 전압을 공급한다. 즉, 압축기 제어부(908)에서 제공되는 제1 제어 신호에 의해서 압축기(302)로 인가되는 교류 전압의 크기가 조절된다. 교류 전압의 크기가 조절됨으로써 모터(40)에 의한 피스톤(36)의 왕복 운동이 제어된다.
전류 검출부(910)는 압축기(302)의 구동 과정에서 모터(40)에 인가되는 구동 전류의 크기를 검출한다. 전압 검출부(912)는 압축기(302)의 구동 과정에서 모터(40)에 인가되는 구동 전압의 크기를 검출한다. 압축기 제어부(906)는 구동 전류 및 구동 전압 중 적어도 하나에 기초하여 피스톤(36)의 위치, 즉 스트로크를 추정할 수 있다. 일례로, 압축기 제어부(908)는 모터(40)에서 검출된 역기전력에 기초하여 피스톤(36)의 위치를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기 제어부(908)는 압축기(302)의 지령 냉력값, 압축기(302)의 최고 효율 운전 냉력값 및 추정된 피스톤(36)의 스트로크에 기초하여 압축기(302)를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하고, 생성된 제1 제어 신호를 인버터부(906)로 제공할 수 있다.
여기서, 지령 냉력값은 압축기 제어부(908)와 통신 연결된 냉장고의 메인 제어부에서 수신될 수 있다. 지령 냉력값은 외부 온도, 고내 온도 등에 따라 설정된 압축기(302)의 기대 냉력값과 대응된다. 최고 효율 운전 냉력값은 압축기(302)가 최고의 효율로 동작할 때의 냉력값 또는 냉력 가변율(CCRH)과 대응된다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기(302)의 최대 효율 운전을 유지하면서 냉력을 가변시키기 위해, 압축기 제어부(908)는 냉력이 공급되는 구간에서 압축기(302) 내의 모터(40)를 빠르게 턴온 및 턴오프시킬 수 있다.
이하, 압축기 제어부(908)의 구성 및 동작을 도 10 내지 도 12를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
일반적으로, 압축기(302)는 냉력 공급 시간 구간 동안 냉력을 공급하기 위한 냉매 압축 동작을 수행하고, 냉력 공급 시간 구간 이후의 냉력 비공급 시간 구간 동안 냉매 압축 동작을 수행하지 않는다.
도 10은 종래 기술에 따른 모터의 구동 동작의 개념을 도시한 도면이다.
도 10의 윗쪽 그래프를 참조하면, 각각의 냉력 공급 시간 구간(즉, 냉력 온 시간 구간) 동안 압축기 내의 모터가 항상 턴온(high)되고, 피스톤은 모터에 의해 왕복 운동을 수행하며, 압축기는 냉매를 압축한다. 그리고, 각각의 냉력 비공급 시간 구간(즉, 냉력 오프 시간 구간) 동안 모터는 턴오프(low)되고, 피스톤은 왕복 운동을 수행하지 않으며, 압축기는 냉매를 압축하지 않는다.
그리고, 도 10의 아래쪽 그래프를 참조하면, 냉력 공급 시간 구간 전부에서 전기 에너지와 대응되는 구동 전류가 모터로 공급되고, 모터가 턴온된다. 모터가 턴온됨으로써 피스톤이 왕복 운동을 수행하며, 피스톤의 스트로크가 변화한다.
그러나, 본 발명에 따른 모터(40)는 도 10에서 설명한 종래의 모터와 다른 방식으로 동작한다.
도 11은 본 발명에 따른 모터(40)의 구동 동작의 개념을 도시한 도면이다.
도 11의 윗쪽 그래프를 참조하면, 본 발명의 압축기 제어부(908)는 냉력 공급 시간 구간 동안 모터(40)를 항상 턴온(high)하지 않고, "턴온(high) 후 턴오프(low)"되는 동작 사이클을 빠르게 반복하도록 모터(40)를 제어한다. 그리고, 냉력 비공급 시간 구간에서는 종래 기술과 동일하게 모터(40)가 턴오프(low)된다.
그리고, 도 11의 아래쪽 그래프를 참조하면, 본 발명의 경우 모터(40)는 항상 구동 전류를 공급받지 않는다.
보다 상세하게, 냉력 공급 시간 구간의 제1 서브 시간 구간에서, 전기 에너지와 대응되는 구동 전류가 모터(40)로 공급되고, 모터(40)가 턴온된다. 모터(40)가 턴온됨으로써 피스톤(36)이 왕복 운동을 수행하며, 피스톤(36)의 스트로크가 변화한다. 피스톤(36)이 왕복 운동을 수행함으로써 냉매가 압축되어 냉력이 제공된다.
그 후, 냉력 공급 시간 구간의 제2 서브 시간 구간에서, 구동 전류는 모터(40)로 공급되지 않으며, 모터(40)는 턴오프된다. 하지만, 제1 서브 시간 구간에서 수행된 피스톤(36)의 왕복 운동에 따라, 제2 서브 시간 구간에서 피스톤(36)은 관성 에너지 또는 탄성 에너지를 획득한다. 따라서, 제2 서브 시간 구간에서 피스톤(36)의 왕복 운동은 관성 에너지 또는 탄성 에너지에 따라 즉시 멈추지 않고 서서히 멈추게 된다. 여기서, 탄성 에너지의 크기는 스프링(38)의 탄성력과 모터(40)의 질량에 비례한다.
특히, 제2 서브 시간 구간의 길이가 스프링(38)의 공진 주파수와 대응되는 주기보다 작게 설정되는 경우, 제2 서브 시간 구간에서 피스톤(36)은 멈추지 않고 왕복 운동을 유지한다. 피스톤(36)이 왕복 운동을 수행함으로써 제2 서브 시간 구간에서도 냉매가 압축되며, 이에 따라 냉력이 제공된다.
그리고, 냉력 공급 시간 구간의 제3 서브 시간 구간에서, 구동 전류는 모터(40)로 다시 공급된다. 따라서, 모터(40)가 턴온되고, 전기 에너지에 따른 피스톤(36)의 왕복 운동이 다시 수행되고, 냉매가 압축되고, 냉력이 제공된다.
여기서, 제2 서브 시간 구간에서 피스톤(36)이 왕복 운동을 수행하고 있으므로, 제3 서브 시간 구간에서 피스톤(36)이 전기 에너지에 따라 다시 왕복 운동을 수행할 때, 피스톤(36)에서 발생되는 마찰 손실이 감소될 수 있다. 이는 운동 마찰력이 정지 마찰력보다 작은 것과 유사하다.
요컨대, 본 발명은 냉력 공급 시간 구간에서 모터(40)가 빠르게 턴온 및 턴오프되는 동작을 반복할 수 있다. 이 때, 모터(40)의 턴오프 시 피스톤(36)이 관성 또는 탄성 에너지에 의해 왕복 운동을 수행하므로, 냉력 공급 시간 구간 전체에서 압축기(302)의 냉매 압축 동작이 수행된다. 특히, 모터(40)의 턴오프 시 수행되는 피스톤(36)의 왕복 운동에 의해 다음 시점에 모터(40)가 턴온될 때 발생하는 마찰 손실이 감소될 수 있다.
한편, 냉장고의 현재의 냉력값이 지령 냉력값을 추종하도록 압축기(302)의 구동이 제어되어야 한다. 본 발명의 경우, 냉력 공급 시간 구간에서 모터(40)가 턴온되는 시간 구간과 모터(40)가 턴오프되는 시간 구간 사이의 비율(제1 비율)이 제어됨으로써 냉장고의 현재의 냉력값이 지령 냉력값을 추종하도록 한다. 이 때, 제1 비율은 압축기(302)에 대한 지령 냉력값과 압축기(302)의 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 설정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 압축기(302)의 구동에 따른 냉력 공급의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 12에서, "운전 냉력값"은 "냉력 가변율"과 대응되며, "압축기의 최고 효율 운전 냉력값"은 "압축기가 최고 효율을 낼 때의 압축기의 냉력 가변율(CCRH)"과 대응될 수 있다.
도 12의 (a) 및 (c)는 종래 기술에 따른 모터의 구동 선도를 도시하고 있다.
도 12의 (a) 및 (c)를 참조하면, 냉력 공급 시간 구간에서 모터가 항상 턴온되며, 압축기는 지령 냉력값을 추종하는 냉력을 공급하도록 구동될 수 있다. 따라서, 지령 냉력값이 압축기의 최고 효율 운전 냉력값의 0.7배인 경우, 압축기는 0.7CCRH의 냉력이 공급되도록 구동이 제어되고(도 12의 (a)), 지령 냉력값이 압축기의 최고 효율 운전 냉력값의 0.5배인 경우, 압축기는 0.7CCRH의 냉력이 공급되도록 구동이 제어된다(도 12의 (b)).
도 12의 (b) 및 (d)는 본 발명에 따른 모터(40)의 구동 선도를 도시하고 있다.
도 12의 (b) 및 (d)를 참조하면, 모터(40)의 턴온 시간 구간에서 최고 효율 운전 냉력값(즉, 최고 냉력 가변율(CCRH))에 따른 냉력이 공급되도록 압축기(302)가 구동된다. 그리고, 압축기 제어부(908)는 모터(40)의 턴온 시간 구간 및 모터(40)의 턴오프 시간 구간 사이의 비율(즉, 제1 비율)을 설정한다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기 제어부(908)는 지령 냉력값 및 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 제1 비율을 산출할 수 있다. 산출된 제1 비율에 따라 냉력 공급 시간 구간에서의 평균 냉력값이 예측되고, 이는 지령 냉력값과 대응된다.
따라서, 지령 냉력값이 압축기의 최고 효율 운전 냉력값의 0.7배인 경우 모터(40)는 냉력 공급 시간 구간의 대략 70%의 시간 구간에서 턴온되고 대략 30%의 시간 동안 턴오프된다(도 12의 (b)). 그리고, 지령 냉력값이 압축기의 최고 효율 운전 냉력값의 0.5배인 경우 모터(40)는 냉력 공급 시간 구간의 대략 50%의 시간 구간에서 턴온되고 대략 50%의 시간 동안 턴오프된다(도 12의 (d)).
도 10 내지 도 12에서 설명한 내용을 정리하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치(900)는 냉력이 공급되는 시간 구간에서 반복적으로 빠르게 턴온 및 턴오프하도록 모터(40)를 제어할 수 있다. 이 때, 모터(40)가 턴오프되는 시간 구간에서 피스톤(36)은 탄성 에너지에 의해 왕복 운동을 유지한다. 따라서, 냉력이 공급되는 시간 구간 전체에서 피스톤(36)은 전기 에너지(턴온 시간 구간) 또는 탄성 에너지(턴오프 시간 구간)에 의해 왕복 운동을 수행하며, 압축기(302)는 냉력이 공급되는 시간 구간 전체에서 냉매 압축 동작을 끊임없이 수행한다. 따라서, 본 발명은 압축기에 관한 냉장고의 구동 조건을 만족시킬 수 있다.
그리고, 피스톤(36)의 왕복 운동이 탄성 에너지에 의해 유지된 상태에서 전기 에너지에 의해 다시 피스톤(36)의 왕복 운동이 수행되는 경우, 피스톤(36)의 마찰 손실이 감소된다. 이는 정지 마찰력이 운동 마찰력보다 큰 것과 유사하다. 마찰 손실을 감소시킨 상태에서 최고 효율 운전 냉력값에 따라 모터(40)가 턴온됨으로써, 본 발명의 압축기의 제어 장치(900)는 더 높은 압축기 효율로 압축기(302)를 구동하도록 제어할 수 있으며, 결론적으로 최고 효율로 압축기(302)를 구동시킬 수 있다. 이에 따라, 넓은 냉력 가변 범위에서 압축기(302)의 최고 효율을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 장치(900)는 모터(40)가 턴온되는 시간(a1)과 턴오프되는 시간(a2) 사이의 제1 비율(a1/a2)을 변경함으로써, 메인 제어부에서 요구된 지령 냉력값을 만족하도록 압축기(302)를 구동시킬 수 있다. 즉, 압축기의 제어 장치(900)는 지령 냉력값과 압축기의 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 제1 비율의 설정함으로써, 냉력 공급 시간 구간의 평균 냉력값을 지령 냉력값으로 추종시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 비율(a1/a2)은 지령 냉력값(b1) 및 최고 효율 운전 냉력값에서 지령 냉력값을 뺀 값(b2) 사이의 제2 비율(b1/b2)과 비례하도록 설정할 수 있다.
상기에서 설명한 동작을 수행하는 압축기 제어부(908)를 도 13를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어부(908)의 블록도를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 압축기 제어부(908)는 연산기(1302), 냉력 가변 제어부(1304), 제1 스위칭 소자(1306), SPWM 신호 생성부(1308), 비율 연산부(1310) 및 소프트웨어(SW) 제어부(1312)를 포함한다.
연산기(1302)는 메인 제어부에서 수신된 압축기(302)의 지령 냉력값과 피드백된 이전의 실제 냉력값에 대한 감산 연산을 수행한다. 즉, 연산기(1302)는 감산기일 수 있다. 이에 따라, 연산기(1310)는 지령 냉력값과 이전의 냉력값의 차이값인 냉력 에러값(e)을 출력한다.
냉력 가변 제어부(1304)는 냉력 에러값(e)을 입력받고, 이에 기초하여 지령 전압값을 출력한다. 지령 전압값은 인버터부(906)로 공급되는 제1 제어 신호를 생성하는데 필요한 기준 전압값과 대응되며, 지령 전압값에 기초하여 냉력이 가변될 수 있다.
스위칭 소자(1306)는 지령 전압을 SPWM 신호 생성부(1308)로 선택적으로 전달한다. 스위칭 소자(1306)가 턴온되는 경우 지령 전압이 SPWM 신호 생성부(1308)로 전달되고, 스위칭 소자(1306)가 턴오프되는 경우 지령 전압이 SPWM 신호 생성부(1308)로 전달되지 않는다. 스위칭 소자(1306)는 턴온 및 턴오프를 빠르게 반복하는 압축기(302) 내의 모터(40)의 동작을 구현하기 위한 구성요소이다. 스위칭 소자(1306)는 하기에서 설명하는 SW 제어부(1312)에 의해 턴온 및 턴오프가 제어된다. 스위칭 소자(1306)는 반도체 소자일 수 있으며, 일례로 IBGT일 수 있다.
SPWM 신호 생성부(1308)는 스위칭 소자(1306)에서 선택적으로 전달된 지령 전압에 기초하여 SPWM 신호를 생성한다. SPWM 신호는 인버터부(906)로 전달되어 인버터부(906) 내의 적어도 하나의 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프를 제어하기 위해 사용된다.
한편, 본 발명에서는 인터터부(906)가 SPWM 신호에 의해 제어되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 일반적인 PWM 신호에 기초하여 인터터부(906)가 제어될 수도 있다.
비율 연산부(1310) 및 SW 제어부(1312)는 스위칭 소자(1306)의 턴온 및 턴오프를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 생성하는 구성 요소이다.
비율 연산부(1310)는 압축기(302)의 지령 냉력값과 압축기(302)의 최고 효율 운전 냉력값과 대응되는 CCRH을 수신한다. 그리고, 비율 연산부(1310)는 수신된 지령 냉력값 및 CCRH에 기초하여 냉력 공급 시간 구간 내에서 모터(40)가 턴온되는 시간 구간과 턴오프되는 시간 구간의 비율인 제1 비율을 산출한다.
앞서 설명한 바와 같이 비율 연산부(1310)는 지령 냉력값(b1)과, 최고 효율 운전 냉력값에서 지령 냉력값을 뺀 값(b2) 사이의 비율인 제2 비율과 비례하도록 제1 비율을 산출할 수 있다.
SW 제어부(1312)는 스위칭 소자(1306)의 동작을 제어하는 제어부이다. SW 제어부(1312)는 비율 연산부(1310)에서 산출된 제1 비율과 모터(40)의 역기전력을 수신한다. 역기전력은 피스톤(36)의 스트로크를 판단하기 위해 사용된다. 그리고, SW 제어부(1312)는 제1 비율 및 역기전력에 기초하여 제2 제어 신호를 생성하고, 이를 스위칭 소자(1306)로 제공한다.
즉, 스위칭 소자(1306)로 제공되는 제2 제어 신호는 스위칭 소자(1306)가 어느 시점에서 턴온되고 턴오프되는지를 결정하기 위한 제어 신호이다. 따라서, 제2 제어 신호에 포함된 제1 비율을 통해 냉력 공급 시간 구간에서 모터(40)가 턴온되는 시간 구간 및 턴오프되는 시간 구간이 결정될 수 있고, 제2 제어 신호에 포함된 역기전력을 통해 냉력 공급 시간 구간에서의 모터(40)의 턴오프의 종료 시점 및 턴온 개시 시점이 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기 제어부(908) 내의 SW 제어부(1308)는 역기전력을 통해 판단된 피스톤(36)의 스트로크(위치)에 기초하여 위치 기반으로 턴오프의 종료 시점(즉, 탄성 에너지에 따른 제어 구간의 종료 시점) 및 턴온의 개시 시점(즉, 전기 에너지에 따른 제어 구간의 개시 시점)을 결정할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 탄성 에너지에 따른 피스톤(36)의 제어 구간의 종료 시점을 설정하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 14에서, 역기전력은 피스톤(36)의 스트로크와 대응된다. 이 때, 역기전력이 제로 크로싱 포인트에 도달할 때, 피스톤(36)은 상사점 또는 하사점에 위치한다.
도 14의 (a)에서는 역기전력 즉, 피스톤(36)의 스트로크를 이용하지 않고 탄성 에너지에 따른 제어 구간의 종료 시점을 설정하는 구성을 도시하고 있다.
도 14의 (a)를 참조하면, 탄성 에너지에 따른 제어 구간의 종료 지점에서 역기전력은 제로 크로싱 포인트에 도달하지 않으며, 이는 피스톤(36)이 상사점 또는 하사점에 위치하지 않음을 의미한다. 피스톤(36)이 상사점 또는 하사점에 위치하지 않은 상태에서 모터(40)에 구동 전류가 인가되는 경우, 피스톤(36)에 작용하는 힘의 변동이 심해진다. 따라서, 모터(40)의 역률이 감소되며, 피스톤(36)의 왕복 운동 시 소음이 발생할 수 있다.
도 14의 (b)는 역기전력 즉, 피스톤(36)의 스트로크를 이용하여 탄성 에너지에 따른 제어 구간의 종료 시점을 설정하는 구성을 도시하고 있다.
도 14의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어부(908)는, 탄성 에너지에 따른 제어 구간에서 감지된 역기전력이 제로 크로싱 포인트에 도달할 때 구동 전류가 모터(40)로 인가되도록 제어한다. 즉, 역기전력이 제로 크로싱 포인트에 도달하는 경우 피스톤(36)은 상사점 또는 하사점에 위치하며, 피스톤(36)이 상사점 또는 하사점에 위치할 때 구동 전류가 모터(40)로 인가되도록 제어하여 탄성 에너지에 따른 제어 구간을 종료한다. 이에 따라, 피스톤(36)에 작용하는 힘의 변동을 최소화할 수 있고, 압축기(302)가 최대 역률(즉, "1")을 가지도록 구동되고, 피스톤(36)이 왕복 운동을 수행할 때 발생되는 소음을 저감할 수 있다.
한편, 압축기(302)는 복수의 냉력 공급 시간 구간에서 냉력을 생성하기 위한 압축 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 각각의 냉력 공급 시간 구간에서, 지령 냉력값은 서로 다를 수 있으며, 탄성 에너지에 따른 제어 구간(즉, 모터(40)의 턴오프 시간 구간)의 길이 및 횟수는 서로 다를 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축기의 제어 장치(900)는 각각의 냉력 공급 시간 구간에서 제1 비율을 업데이트할 수 있다.
제1 비율이 업데이트되는 과정을 도 15를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 제1 비율을 업데이트하는 압축기 제어부(908)의 동작의 흐름도를 도시한 도면이다.
단계(S1502)에서, 압축기 제어부(908)는 사이클의 횟수가 미리 설정된 임계 횟수(A)를 초과하는지 여부를 판단한다.
사이클의 횟수는 모터(40)의 턴온/턴오프의 변경 횟수와 대응된다. 즉, 사이클은 모터(40)의 턴온 또는 턴오프와 대응된다. 턴온된 모터(40)가 턴오프된 경우 또는 턴오프된 모터(40)가 턴온된 경우, 사이클의 횟수가 "1"씩 증가한다. 임계 횟수(A)는 냉력 공급 시간 구간에 포함된 사이클의 총 횟수와 대응된다.
만약, 사이클의 횟수가 임계 횟수(A)를 초과하는 경우, 단계(S1504)에서, 압축기 제어부(908)는 탄성 제어 비율을 연산한다.
여기서, 탄성 제어 비율은 모터(40)가 턴온되는 시간 구간과 턴오프되는 시간 구간 사이의 비율인 제1 비율과 대응된다. 즉, 단계(S1504)에서 탄성 제어 비율이 업데이트된다.
반대로, 사이클의 횟수가 임계 횟수(A)를 초과하지 않는 경우, 단계(S1504)가 수행되지 않고 단계(S1506)가 수행된다. 즉, 사이클의 횟수가 임계 횟수(A)를 초과하지 않는 경우, 탄성 제어 비율은 업데이트되지 않는다.
그 후, 단계(S1506)에서, 압축기 제어부(908)는 탄성 제어 횟수가 탄성 제어 비율을 초과하는지를 여부를 판단한다.
여기서, 탄성 제어 비율은 제1 비율에 따른 탄성 제어의 목표치와 대응된다. 일례로서, 임계 횟수(A)가 10이고, 제1 비율과 대응되는 모터(40)의 턴오프 시간 구간의 비율이 50%인 경우, 탄성 제어의 목표치는 "5"일 수 있다.
만약, 탄성 제어 횟수가 탄성 제어 비율을 초과하지 않는 경우, 단계(S1508)에서, 압축기 제어부(908)는 압축기(302)가 탄성 제어되도록 제어한다. 즉, 단계(S1508)에서 수행되는 탄성 제어는 모터(40)를 턴오프하는 제어와 대응된다. 이 후, 단계(S1510)에서 압축기 제어부(908)는 탄성 제어 횟수를 1만큼 증가시킨다.
반대로, 탄성 제어 횟수가 탄성 제어 비율을 초과하는 경우, 단계(S1512)에서, 압축기 제어부(908)는 기존의 압축기 제어로 압축기(302)를 제어한다. 여기서, 기존의 압축기 제어 방식은, 도 13에서, SW 제어부(1312)가 제2 제어 신호를 스위칭 소자(1308)에 제공하지 않고 스위칭 소자(1308)가 항상 턴온되어 있는 방식을 의미한다.
마지막으로, 단계(S1514)에서 압축기 제어부(908)는 사이클의 횟수를 1만큼 증가시킨다. 이 후, 단계(S1502)로 회기된다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(302)의 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다. 상기 방법은 압축기 제어 장치(900)의 압축기 제어부(908)에서 수행될 수 있다.
단계(S1602)에서는 메인 제어부로부터 지령 냉력값을 수신한다.
단계(S1604)에서는 지령 냉력값과 압축기의 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여, 냉력 공급 시간 구간에서 모터(40)가 턴온되는 시간 구간과 모터(40)가 턴오프되는 시간 구간 사이의 제1 비율을 산출한다.
단계(S1606)에서는 냉력 공급 시간 구간 동안 제1 비율에 따라 모터(40)가 턴온된 후 턴오프되는 동작 사이클을 반복하도록 모터(40)의 구동을 제어한다.
이 때, 모터(40)의 턴온 시, 압축기(302)는 최고 효율 운전 냉력값에 따라 구동되고, 피스톤(40)은 모터(40)에서 공급되는 전기 에너지에 기초하여 왕복 운동한다. 그리고, 모터(40)의 턴오프 시, 피스톤(36)은 관성 또는 탄성 에너지에 기초하여 왕복 운동한다.
도 16에서 설명한 압축기의 제어 방법은 앞서 도 9 내지 도 15에서 설명한 압축기 제어 장치(900)에 관한 구성이 본 실시예에도 그대로 적용 가능하므로, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 피스톤 및 모터를 포함하는 압축기의 제어 장치에 있어서,
    외부 전원으로부터 입력되는 교류 전원을 정류하여 출력하는 정류부;
    상기 정류부로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 모터로 제공하는 인버터부; 및
    상기 모터로 제공되는 교류 전압을 조절하여 상기 피스톤의 왕복 운동을 제어하는 압축기 제어부;를 포함하되,
    상기 압축기 제어부는, 냉력 공급 시간 구간 동안 상기 모터가 턴온된 후 턴오프되는 동작 사이클을 반복하도록 상기 모터의 구동을 제어하고, 상기 모터의 턴오프 시 상기 피스톤은 관성 에너지에 기초하여 왕복 운동하며,
    상기 냉력 공급 시간 구간에서 상기 모터가 턴온되는 시간 구간과 상기 모터가 턴오프되는 시간 구간 사이의 제1 비율은 상기 압축기에 대한 지령 냉력값과 상기 압축기의 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 설정되는, 압축기의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 턴온 시, 상기 압축기는 상기 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 구동되고 상기 피스톤은 상기 모터에서 공급되는 전기 에너지에 따라 왕복 운동하며,
    상기 제1 비율은 상기 지령 냉력값과, 상기 최고 효율 운전 냉력값에서 상기 지령 냉력값을 뺀 값 사이의 제2 비율과 비례하도록 설정되는, 압축기의 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉력 공급 시간 구간의 평균 냉력값은 상기 지령 냉력값을 추종하는, 압축기의 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 피스톤을 탄성 지지하는 스프링을 더 포함하고,
    상기 관성 에너지에 기초한 왕복 운동은 상기 스프링의 탄성 및 상기 피스톤의 질량에 따른 탄성 에너지에 기초한 왕복 운동인, 압축기의 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모터가 턴오프되는 시간 구간의 길이는 상기 스프링의 공진 주파수와 대응되는 주기보다 작도록 설정되는, 압축기의 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤은 실린더 내부에서 운동하고,
    상기 압축기 제어부는, 상기 모터에 검출된 역기전력에 기초하여 상기 실린더 내부에서의 상기 피스톤의 위치를 판단하고, 상기 판단된 피스톤의 위치에 기초하여 상기 모터의 턴오프의 종료 시점 및 상기 모터의 턴온의 개시 시점을 결정하는, 압축기의 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압축기 제어부는, 상기 피스톤이 사점(DC, Dead Center)에 위치하는 시점을 상기 모터의 턴오프의 종료 시점 및 상기 모터의 턴온의 개시 시점으로 결정하는, 압축기의 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 사점은 상사점 및 하사점을 포함하는, 압축기의 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 사점은 상사점 및 하사점을 포함하는, 압축기의 제어 장치.
    제6항에 있어서,
    상기 압축기 제어부는,
    상기 지령 냉력값과 피드백된 실제 냉력값에 대한 감산 연산을 수행하여 냉력 에러값을 출력하는 연산기;
    상기 냉력 에러값에 기초하여 지령 전압을 생성하는 냉력 가변 제어부;
    상기 지령 전압을 선택적으로 전달하는 스위칭 소자;
    상기 선택적으로 전달된 지령 전압에 기초하여 상기 압축기의 구동을 제어하는 제1 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부;
    상기 지령 냉력값과 상기 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 상기 제1 비율을 연산하는 비율 연산부; 및
    상기 제1 비율과 상기 역기전력에 기초하여 상기 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프를 제어하는 제2 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭 소자로 제공하는 스위칭 소자 제어부;를 포함하는, 압축기의 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 최고 효율 운전 냉력값은 상기 압축기가 최고 효율을 낼 때의 상기 압축기의 냉력 가변율(CCRH)과 대응되는, 압축기의 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서
    상기 지령 냉력값은 상기 압축기 제어부와 통신 연결된 메인 제어부로부터 수신되는, 압축기의 제어 장치.
  12. 제1항에 있어서
    상기 냉력 공급 시간 구간은 복수가 존재하고,
    상기 압축기 제어부는, 상기 냉력 공급 시간 구간 별로 상기 제1 비율을 변경하는, 압축기의 제어 장치.
  13. 피스톤 및 모터를 포함하는 압축기의 제어 방법에 있어서,
    메인 제어부로부터 지령 냉력값을 수신하는 단계;
    상기 지령 냉력값과 상기 압축기의 최고 효율 운전 냉력값에 기초하여 냉력 공급 시간 구간에서 상기 모터가 턴온되는 시간 구간과 상기 모터가 턴오프되는 시간 구간 사이의 제1 비율을 산출하는 단계; 및
    상기 냉력 공급 시간 구간 동안 상기 제1 비율에 따라 상기 모터가 턴온된 후 턴오프되는 동작 사이클을 반복하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 모터의 턴온 시, 상기 압축기는 상기 최고 효율 운전 냉력값에 따라 구동되고 상기 피스톤은 상기 모터에서 공급되는 전기 에너지에 기초하여 왕복 직선 운동하며,
    상기 모터의 턴오프 시, 상기 피스톤은 관성 에너지에 기초하여 왕복 직선 운동하는, 압축기의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는 상기 지령 냉력값 및 상기 최고 효율 운전 냉력값에서 상기 지령 냉력값을 뺀 값 사이의 제2 비율과 비례하도록 상기 제1 비율을 설정하는, 압축기의 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 냉력 공급 시간 구간의 평균 냉력값은 상기 지령 냉력값을 추종하는, 압축기의 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서
    상기 모터의 구동을 제어하는 단계는, 상기 모터에 검출된 역기전력에 기초하여 상기 피스톤의 위치를 판단하고, 상기 판단된 피스톤의 위치에 기초하여 상기 모터의 턴오프의 종료 시점 및 상기 모터의 턴온의 개시 시점을 결정하는, 압축기의 제어 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100783239B1 (ko) * 2006-08-04 2007-12-06 엘지전자 주식회사 리니어 압축기의 구동 장치 및 구동 방법
KR20090090249A (ko) * 2008-02-20 2009-08-25 엘지전자 주식회사 리니어 압축기
KR20200000105A (ko) * 2018-06-22 2020-01-02 엘지전자 주식회사 왕복동식 압축기의 운전 제어 장치

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3676758A (en) * 1970-07-09 1972-07-11 Joseph W Mathews Moving coil direct current reciprocating motor
US3781140A (en) * 1971-05-26 1973-12-25 Coleman Co Synchronous reciprocating electrodynamic compressor system
US4534706A (en) * 1983-02-22 1985-08-13 Armco Inc. Self-compensating oscillatory pump control
US4772838A (en) * 1986-06-20 1988-09-20 North American Philips Corporation Tri-state switching controller for reciprocating linear motors
US5017854A (en) * 1990-10-29 1991-05-21 Hughes Aircraft Company Variable duty cycle pulse width modulated motor control system
US7184254B2 (en) * 2002-05-24 2007-02-27 Airxcel, Inc. Apparatus and method for controlling the maximum stroke for linear compressors
KR100695581B1 (ko) * 2003-04-30 2007-03-14 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 모터 구동 장치, 압축기, 공기 조화기, 냉장고, 송풍기,전기 청소기, 전기 건조기, 히트 펌프 급탕기 및하이브리드 자동차
US7218068B2 (en) * 2004-08-31 2007-05-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Power source for re-circulation pump and method of controlling the same
US8079825B2 (en) * 2006-02-21 2011-12-20 International Rectifier Corporation Sensor-less control method for linear compressors
DE102006009259A1 (de) * 2006-02-28 2007-08-30 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Verfahren zum prädiktiven Regeln eines Linearantriebs bzw. eines Linearverdichters sowie prädiktiv geregelter Linearantrieb bzw. Linearverdichter
WO2008048264A1 (en) * 2006-10-18 2008-04-24 Carrier Corporation Engine driven refrigerant compressor with pulse width modulation control
US8007247B2 (en) * 2007-05-22 2011-08-30 Medtronic, Inc. End of stroke detection for electromagnetic pump
US8134330B2 (en) * 2008-10-22 2012-03-13 Home Comfort Zones Electronic control of the pressure and flow of linear pumps and compressors
US9500190B2 (en) * 2011-07-28 2016-11-22 Motor Components, Llc High pressure solenoid pump
KR101698100B1 (ko) 2014-11-27 2017-01-19 엘지전자 주식회사 리니어 압축기의 제어 장치, 이를 포함한 압축기 및 제어 방법
US10870333B2 (en) * 2018-10-31 2020-12-22 Thermo King Corporation Reconfigurable utility power input with passive voltage booster

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100783239B1 (ko) * 2006-08-04 2007-12-06 엘지전자 주식회사 리니어 압축기의 구동 장치 및 구동 방법
KR20090090249A (ko) * 2008-02-20 2009-08-25 엘지전자 주식회사 리니어 압축기
KR20200000105A (ko) * 2018-06-22 2020-01-02 엘지전자 주식회사 왕복동식 압축기의 운전 제어 장치

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