專利名稱：用于控制壓縮機的運行的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種可變容量的壓縮機，尤其涉及一種用于控制壓縮機的運行的裝置 及方法，其根據外部負載在功率模式或功率節省模式下運行壓縮機時在每種工作模式下都 能提高壓縮機效率。
背景技術：
一般來說，空調、冰箱、櫥柜等等都包括有制冷循環系統。制冷循環系統包括用 來壓縮制冷劑的壓縮機，用來冷凝被壓縮的制冷劑以釋放熱量的冷凝器，用來降低被冷凝 的制冷劑的壓力的膨脹閥，以及用來蒸發已經通過膨脹閥的制冷劑以吸收外部熱量的蒸發
ο壓縮機、冷凝器、膨脹閥以及蒸發器通過連接管被連接起來，形成循環。在制冷循環系統中，當壓縮機在接收功率下運行時，從壓縮機排放出的高溫及高 壓制冷劑依次通過冷凝器、膨脹閥以及蒸發器，然后再被吸入壓縮機中，并且這一過程不斷 重復。在這個過程中，熱量從冷凝器產生，并且蒸發器吸收外部熱量以形成冷空氣。冰箱和櫥柜使用從制冷循環系統的蒸發器中產生的冷空氣來保持食品新鮮。空調 選擇性地對從制冷循環系統的冷凝器中產生的熱量和由室內蒸發器所形成的冷空氣進行 循環，以將室內空間維持在一個合適的狀態。冰箱和櫥柜不考慮季節的變換被經常使用，而空調的使用程度則根據季節而不 同。也即，空調的使用程度在夏季期間高，而在春季和秋季則低。因此，因為空調的使 用程度根據夏季、春季或秋季而不同，所以可通過適當地改變空調的工作模式來顯著降低 空調的功耗。尤其是，最近，由于世界范圍內石油使用量的增加導致油價升高，可最小化功耗的 空調的研究和發展便是一個關鍵課題。空調的功耗的降低會引起最小化的環境問題。制冷循環系統的制冷量由壓縮機壓縮制冷劑的壓縮容量確定，當壓縮機的壓縮容 量大時，由制冷循環系統的蒸發器形成的冷空氣量增大，當壓縮機的壓縮容量小時，由蒸發 器形成的冷空氣量減小。因而，為了有效地運行制冷循環系統，如果需要大量的冷空氣，應該增大壓縮機的 壓縮容量，而如果需要少量的冷空氣，應該減小壓縮機的壓縮容量。圖1為示出普通壓縮機的示意圖。如圖1所示，一般地，壓縮機包括用于將電能轉 換為動能的電動機機構(電動機)，以及在接收電動機機構的轉動力下壓縮制冷劑的壓縮 機構。用來改變壓縮機的壓縮容量的方法中的一種是可以改變電動機機構(電動機)的 旋轉數。然而，如果電動機機構的旋轉數是變化的，電動機機構價格高得會增加壓縮機的 單位成本，從而造成產品競爭力的降低。
因而，關于在維持產生用來壓縮制冷劑的驅動力的電動機機構的旋轉數一致時改 變壓縮機構中制冷劑的壓縮容量的研究正在進行。然而，具有如圖1所示這樣的可變容量結構的壓縮機通過使用具有單一電容值的 單個電容器運行在功率模式和功率節省模式下。因而，如圖2和圖3所示，與在功率節省模 式下相比，壓縮機在功率模式下具有良好的效率。這是因為，定速(恒速)電動機在功率模式下的輸出點比在功率節省模式下的輸 出點具有更好的效率。也即，定速電動機不是變速電動機，因此它不能在不同輸出點獲得等 同的效率。圖2為示出壓縮機在功率模式下運行時的磁動勢(MMF)和相位角之間關系的圖 示，圖3為示出壓縮機在功率節省模式下運行時的MMF和相位角之間關系的圖示。換言之， 當電動機的主線圈(或主繞組)的MMF和副線圈(或副繞組)的MMF相同(MMF比率=1)， 并且主線圈和副線圈的相位角是直角(90° )時，電動機可具有最高效率。方程(1)MMF = N* I其中，N為繞組數，T為流過線圈的電流。MMF是一種作為磁路中產生磁通量的動力的勢力，相當于電路中的電動勢。MMF的 大小以單位正極(normal polarity)按磁路繞一整圈的勢力來標示。然而，在相關技術中，當對壓縮機進行控制時，其利用具有單一電容值的單個電容 器在功率模式和功率節省模式下運行，因此主線圈和副線圈的MMF在功率節省模式下是不 同的，并且因為主線圈和副線圈的相位角不是直角，所以電動機的效率有所降低。
發明內容
因此，為了克服上述問題，構思出本文中所描述的各種特征。示意性實施例的一個 方面是提供一種用于控制壓縮機的運行的裝置及方法，其能夠通過分別在功率模式和功率 節省模式下二元化電容器來提高功率節省模式下電動機效率。本發明的另一方面是提供一種用于控制壓縮機的運行的裝置及方法，由此將兩個 電容器并聯連接，并且切換控制成在功率節省模式下使用小電容值的電容器以及在功率模 式下使用大電容值的電容器。本發明的再一方面是提供一種用于控制壓縮機的運行的裝置及方法，據此在功率 模式下和功率節省模式下電容器被二元化并被切換以適當使用，從而提高在每種模式下的 電動機效率。本說明書提供一種用于控制壓縮機的運行的裝置，包括控制器，用于根據壓縮機 的工作負載產生控制信號以選擇壓縮機的工作模式；壓縮機電動機，包括主線圈和副線圈， 并根據所述控制器的控制信號被驅動在多種工作模式中的一種工作模式下；以及電源供應 單元，用于根據所述控制器的控制信號經由每個都具有不同電容值的多個電容器給所述壓 縮機電動機的副線圈加電。本說明書也提供一種用于控制壓縮機的運行的方法，包括當運行裝置運行時確 定壓縮機的工作模式；以及同時經由每個都具有不同電容值的多個電容器給壓縮機電動機 的主線圈和副線圈加電。
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本說明書也提供一種用于控制壓縮機的運行的裝置，包括控制器，用于根據壓縮 機的工作負載產生控制信號用于選擇壓縮機的工作模式；壓縮機電動機，包括主線圈和副 線圈，并根據所述控制器的控制信號被驅動在多種工作模式中的一種工作模式下；多容值 電容器(multi-capacitor)，具有多個電容值；電源供應單元，包括所述多容值電容器，并 根據所述控制器的控制信號將所述多個電容值中的一個的電流施加給所述副線圈。本說明書還提供一種用于控制壓縮機的運行的方法，包括對單個多容值電容器 充電到用于功率節省模式的第一電容值的電壓，以及對單個多容值電容器充電到用于功率 模式的第二電容值的電壓；確定所述壓縮機的工作模式；以及根據確定結果將所述第一電 容值的電流或者所述第二電容值的電流施加給所述壓縮機的電動機。參考相應的附圖，從本發明下面的細節描述中本發明前述和其它的目的、特征、方 面以及優點將變得更加清楚。根據本發明第一實施例的用于控制壓縮機的運行的裝置和方法具有如下的優點。也即，因為在可變容量壓縮機運行時，根據工作模式執行切換以使用不同電容值 的電容器，在功率節省模式下電動機的效率可以得到提高。并且，在運行可變容量的壓縮機 中，小電容值的電容器被用于功率節省模式中，大電容值的電容器被用于功率模式中，因此 在功率節省模式下電動機的效率可以得到提高。另外，根據本發明的第二個實施例的用于控制壓縮機的運行的裝置和方法具有這 樣的優點，因為電容器被二元化以使用具有多電容值的單個電容器，壓縮機的效率可以得 到提高，并且壓縮機電動機的生產成本可以得到降低。
圖1為示出普通壓縮機的示意圖；圖2為示出根據相關技術壓縮機運行在功率模式時磁動勢(MMF)與相位角之間關 系的圖示；圖3為示出根據相關技術壓縮機運行在功率節省模式時磁動勢(MMF)與相位角之 間關系的圖示；圖4為示出根據本發明第一實施例的一種用于控制壓縮機的運行的裝置的電路 圖；圖5為說明根據本發明第一實施例的一種用于控制壓縮機的運行的方法的處理 過程的流程圖；圖6為示出根據本發明第一實施例壓縮機運行在功率節省模式時MMF與相位角之 間關系的示；圖7為示出按照根據本發明第一實施例控制壓縮機運行所使用電容器的電容值 的效率的圖示；圖8為示意性示出根據本發明第二實施例的一種用于控制壓縮機的運行的裝置 的電路圖；以及圖9為示出根據本發明第二實施例的一種用于控制壓縮機的運行的方法的處理 過程的流程圖。
具體實施例方式參考附圖將描述根據本發明的示意性實施例的用于控制壓縮機的運行的裝置和 方法。在描述本發明時，如果考慮到相關已知功能或結構的細節性描述會不必要地偏離本 發明的要點，這樣的解釋將被忽略，但會被本領域普通技術人員所理解。同樣的參考附圖標 記將表示具有同樣功能的元件。圖4為示出根據本發明第一實施例的一種用于控制壓縮機的運行的裝置的電路 圖。參考圖4，根據本發明的用于控制壓縮機的運行的裝置包括控制器(未示出)，用 于根據壓縮機的工作負載產生控制信號以選擇壓縮機的工作模式；壓縮機電動機110，包 括主線圈和副線圈，根據所述控制器的控制信號而被驅動在多種工作模式下；以及電源供 應單元120，用于根據所述控制器的控制信號給壓縮機電動機110的副線圈加電。電源供應單元120包括繼電器121，根據壓縮機的工作模式由控制器所輸出的控 制信號進行切換；第一電容器122，與繼電器121串聯連接，以便連接到副線圈的電源施加 端(S)；以及第二電容器123，與繼電器121和第一電容器122并聯連接。這里，在本發明 中，可使用各種開關元件代替繼電器。在功率節省模式下繼電器121依據由控制器輸出的控制信號切斷第一電容器122 的電源供應，從而僅經由第二電容器使電源供應到副線圈。另外，在功率模式下繼電器121 依據由控制器輸出的控制信號給第一電容器122加電，以允許經由第一電容器122和第二 電容器123給副線圈加電。當輸入到壓縮機的電壓改變時，或者當壓縮機的工作負載改變時，控制器改變壓 縮機的工作模式為功率模式或功率節省模式。也即，當壓縮機的工作負載大于預設參考負 載時，控制器改變壓縮機的工作模式為功率模式，以及當壓縮機的工作負載小于預設參考 負載時，控制器改變壓縮機的工作模式為功率節省模式。如上所描述的，因為電動機效率在功率模式下為最大化，并在功率節省模式下有 所降低，本發明提供了在電源給副線圈加電時所通過的兩個電容器，以便于在功率模式下 可經由大電容值的電容器加電，在功率節省模式下可經由小電容值的電容器加電。然而，在這種情況下，與使用兩個小電容值的電容器的情況相比，大電容值的單個 電容器會導致更多的成本花費，因此，簡單安裝大電容值的電容器和小電容值的電容器來 進行切換會引起成本的增加。因而，在本發明第一實施例中，每個都具有小電容值的第一電容器和第二電容器 并聯連接在一起，以便于在功率模式下第一電容器和第二電容器通過疊加它們的電容值來 充當大電容值的電容器，并且在功率節省模式下僅經由小電容值的第二電容器加電，從而 不會引起成本的增加。當然，可以使用三個或更多的電容器。這里，主線圈的繞組數和副線圈的繞組數可以是不同的，或者是相同的。另外，可 基于電動機線圈的電感值來確定第一電容器122和第二電容器123的電容值。本發明的實施例參考圖5將描述根據本發明第一實施例的一種用于控制壓縮機的運行的方法。圖5為示出根據本發明第一實施例的用于控制壓縮機運行的方法的處理過程的 流程圖。
首先，控制器根據壓縮機的工作負載運行壓縮機(SlOl)。也即，當壓縮機的工作負載大于預設參考負載時，壓縮機的工作模式被改變為功 率模式。隨著壓縮機的工作模式被改變為功率模式(S102)，控制信號被輸出以開啟繼電器 121。隨著繼電器被開啟，電源經由第一電容器122和第二電容器123的組合電容值而施加 給副線圈(S103)。同時，如果壓縮機的工作負載小于預設參考負載，壓縮機的工作模式被改變為功 率節省模式。隨著壓縮機的工作模式被改變為功率節省模式(S102)，控制信號被輸出以關閉繼 電器121。隨著繼電器121被關閉，施加給第一電容器122的電源被切斷，電源僅經由小電 容值的第二電容器123而施加給副線圈(S104)。根據工作模式通過不同電容值的電容器給副線圈加電的原因是，使得在功率模式 下電動機的主線圈的MMF和副線圈的MMF相等(MMF比率=1)，并使主線圈和副線圈的相位 角為直角(90° )，從而使效率最大化。產生這種效果的原理是因為，通過根據電動機線圈 的電感量(L)和電容器的電容值(C)而執行了諧振運行。圖6為示出根據本發明第一實施例壓縮機運行在功率節省模式時MMF和相位角之 間關系的圖示。當與圖3所示現有技術的功率節省模式下的圖示相比時，注意到圖6中，在 本發明中，MMF比率從0.8變為1，并且相位角從80°變為90°。因為當MMF比率為1以及相位角為90°時電動機效率被最大化，所以根據本發明 的壓縮機即使在功率節省模式下也可以與在功率模式下一樣以最大效率運行。圖7為示出按照根據本發明第一實施例控制壓縮機運行所使用電容器的電容值 的效率的圖示，其中在功率模式下，當電容器的電容值為60 μ F時可獲得最大效率，以及在 功率節省模式下，當電容器的電容值為較小的35 μ F時可獲得最大效率。換言之，如果僅有可產生最大效率的60 μ F單個電容器被使用在功率模式中，則 可在功率節省模式下產生85%的最大效率，而當電容器被二元化并且35 μ F的電容器被使 用在功率節省模式中時，可獲得89%的效率。也即，可提高約3. 7%的效率。當然，第一電容器和第二電容器的電容值不限于上述提及的值，而是可以基于電 動機線圈的電感值確定。參考圖8，根據本發明第二實施例用于控制壓縮機的運行的裝置包括控制器，用 于根據壓縮機的工作負載產生控制信號以選擇壓縮機的工作模式；壓縮機電動機210，包 括主線圈和副線圈，并根據控制器的控制信號而被驅動在多種工作模式中的一種工作模式 下；包括多個電容值的多容值電容器223;以及電源供應單元220，具有所述多容值電容器 223，并根據控制器的控制信號施加多個電容值中的一個的電流給副線圈。如圖9所示，根據本發明第二實施例的用于控制壓縮機的運行的方法包括在單 個多容值電容器中充電到第一電容值的電壓以用于功率節省模式，以及在單個多容值電容 器中充電到第二電容值的電壓以用于功率模式(S201)；確定壓縮機的工作模式(S202)； 以及根據確定結果而將第一電容值的電流或者第二電容值的電流施加給壓縮機的電動機 (S203 至 S208)。本發明通過使用單個電容器在功率模式下和功率節省模式下實現電容器的二元化。圖8為示意性示出根據本發明第二實施例的用于控制壓縮機的運行的裝置的電 路圖。根據本發明第二實施例的用于控制壓縮機的運行的裝置包括具有多個電容值的 單個電容器，用于功率模式和功率節省模式的電容器二元化。如圖8所示，用于控制壓縮機 的運行的裝置包括具有主線圈(M)、副線圈(S)以及公共端(C)的壓縮機電動機210，過載 保護器230，控制器(未示出)以及電源供應單元220。電源供應單元220包括繼電器開關221和具有兩個電容值的多容值電容器223。 電容器223將輸入端連接到第一電源輸入端Vcc，并將輸出第一電容值的電流的第一輸出 端和輸出第二電容值的電流的第二輸出端連接到繼電器開關221。對于多容值電容器223，優選使用容量可變的電容器，它通過與開關221連接(或 者被切換)來構成電源供應單元220。電源供應單元220與第一實施例中兩個電容器二元 化的電源供應單元具有同樣的效果，并且，在成本方面，與使用兩個電容器的情況相比，電 源供應單元200能夠降低約40%的成本(材料成本)。過載保護器230位于第二電源電壓端(Vcc-)和公共端(C)之間，并防止高于特定 值的過載施加給電動機。繼電器開關221位于副線圈(120)和電容器150之間，并根據第 一電容值施加電流給副線圈(S)或根據第二電容值施加電流給副線圈(S)。也即，在功率節省模式下，繼電器開關221將多容值電容器223的第一輸出端連接 到副線圈(S)上，在功率模式下，繼電器開關221將多容值電容器223的第二輸出端連接到 副線圈⑶上。控制器根據施加到電動機上的負載量控制電源供應單元220的切換，以改變電動 機為功率模式或者功率節省模式。圖9為示出根據本發明第二實施例的一種用于控制壓縮機的運行的方法的處理 過程的流程圖。—般而言，壓縮機的電動機根據施加到電動機上的負載量通過改變磁場的強度來 提高效率。一旦壓縮機啟動(S201)，控制器(未示出)通過監測電動機的狀態來檢查負載 量(S202)。如果壓縮機的負載量高于或等于參考值，則控制器改變壓縮機的狀態為功率模 式(S203)。控制器控制繼電器開關221以便充電到第二電容值的電壓(S204、S205)。當壓縮 機的狀態被改變為功率模式時，電動機提高磁場強度以增加沖程。如果負載量小于參考值， 控制器改變電動機的狀態為功率節省模式(S206)。控制器控制繼電器開關221以便充電到 第一電容值的電壓(S207、S208)。當壓縮機的狀態被改變為功率節省模式時，電動機降低 磁場強度以減少電動機的沖程。就如前所描述的，根據本發明第一實施例的用于控制壓縮機的運行的裝置和方法 具有以下優點。也即，因為在可變容量壓縮機運行時，根據工作模式執行切換以使用不同電容值 的電容器，在功率節省模式下電動機的效率可以得到提高。并且，在運行可變容量的壓縮機 中，小電容值的電容器被用于功率節省模式中，大電容值的電容器被用于功率模式中，因此 在功率節省模式下電動機的效率可以得到提高。
另外，根據本發明的第二個實施例的用于控制壓縮機的運行的裝置和方法具有這 樣的優點，因為電容器被二元化以使用具有多電容值的單個電容器，壓縮機的效率可以得 到提高，并且壓縮機電動機的生產成本可以得到降低。由于本發明可在不背離其中的特性而以幾種形式實施，也應理解到，除非另有說 明，上述描述的實施例不限于前述描述的任何細節，而是應在本發明附屬的權利要求所限 定的保護范圍之內得到廣泛的解釋，因此所有落入權利要求的界限和范圍，或者等效的這 種界限和范圍的改變和修正都應該被包含在附屬的權利要求內。
權利要求
一種用于控制壓縮機的運行的裝置，包括控制器，用于根據壓縮機的工作負載產生控制信號以選擇所述壓縮機的工作模式；壓縮機電動機，包括主線圈和副線圈，并根據所述控制器的控制信號在多種工作模式中的一種工作模式下被驅動；以及電源供應單元，用于根據所述控制器的控制信號經由每個都具有不同電容值的多個電容器給所述壓縮機電動機的所述副線圈加電。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述電源供應單元包括繼電器，根據所述壓縮機 的工作模式通過從所述控制器輸出的控制信號進行切換。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述電源供應單元包括第一電容器，與所述繼電器串聯連接，以便連接到所述副線圈的電源施加端；以及第二電容器，并聯連接于所述繼電器和所述第一電容器。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中，如果所述壓縮機的工作負載小于預設參考負載， 所述控制器在所述功率節省模式下運行所述壓縮機。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中，如果所述壓縮機的工作負載大于預設參考負載， 所述控制器在功率模式下運行所述壓縮機。
6.根據權利要求3所述的裝置，其中，在所述功率節省模式下，所述控制器控制所述繼 電器切斷對所述第一電容器的電源供應，以便僅經由所述第二電容器給所述副線圈加電。
7.根據權利要求3所述的裝置，其中，在所述功率模式下，所述控制器控制所述繼電器 給所述第一電容器加電，以便于經由所述第一電容器和第二電容器給所述副線圈加電。
8.根據權利要求3所述的裝置，其中所述電源供應單元在所述功率模式下經由大電容 值的電容器加電，并且在所述功率節省模式下經由小電容值的電容器加電。
9.一種用于控制壓縮機的運行的方法，包括當所述壓縮機運行時確定所述壓縮機的工作模式；以及給主線圈加電，并且同時根據所述確定的結果經由每個都具有不同電容值的多個電容 器給壓縮機電動機的副線圈加電。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，在加電過程中，當所述壓縮機運行在功率模式 時，給所述壓縮機電動機的所述主線圈加電，并且同時，經由并聯連接的第一電容器和第二 電容器給所述壓縮機電動機的所述副線圈加電。
11.根據權利要求9所述的方法，其中，在加電過程中，當所述壓縮機運行在功率節省 模式時，給所述壓縮機電動機的所述主線圈加電，并且同時，經由第一電容器和第二電容器 中的一個給所述壓縮機電動機的所述副線圈加電。
12.一種用于控制壓縮機的運行的裝置，包括控制器，用于根據壓縮機的工作負載產生控制信號以選擇所述壓縮機的工作模式；壓縮機電動機，包括主線圈和副線圈，并根據所述控制器的控制信號在多種工作模式 中的一種工作模式下被驅動；多容值電容器，具有多個電容值；以及電源供應單元，包括所述多容值電容器，并根據所述控制器的控制信號施加所述多個 電容值中的一個的電流給所述副線圈。
13.根據權利要求12所述的裝置，其中所述多容值電容器充電到用于功率節省模式的第一電容值的電壓，以及充電到用于功率模式的第二電容值的電壓。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中所述電源供應單元包括繼電器，連接在所述多 容值電容器的輸出端和所述副線圈之間，并施加所述第一電容值或所述第二電容值的電流 給所述副線圈。
15.根據權利要求12所述的裝置，其中，如果所述壓縮機的工作負載小于預設參考負 載，所述控制器在功率節省模式下運行所述壓縮機。
16.根據權利要求12所述的裝置，其中，如果所述壓縮機的工作負載大于預設參考負 載，所述控制器在功率模式下運行所述壓縮機。
17.根據權利要求14所述的裝置，其中，所述繼電器根據所述控制信號，選擇性地將輸 出所述第一電容值的電流的所述多容值電容器的第一輸出端、以及輸出所述第二電容值的 電流的所述多容值電容器的第二輸出端連接至所述副線圈。
18.根據權利要求14所述的裝置，其中，在所述多容值電容器中，輸入端被連接到電源 供應端，并且輸出第一電容值的電流的第一輸出端和輸出第二電容值的電流的第二輸出端 被連接到所述繼電器。
19.一種用于控制壓縮機的運行的方法，包括對單個多容值電容器充電到用于功率節省模式的第一電容值的電壓，以及對單個多容 值電容器充電到用于功率模式的第二電容值的電壓；確定所述壓縮機的工作模式；以及根據所述確定的結果施加所述第一電容值的電流或者所述第二電容值的電流給所述 壓縮機的電動機。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述施加電流給所述電動機包括如果所述壓縮機的工作負載小于預設參考負載，則在功率節省模式下運行所述壓縮 機；以及如果所述壓縮機的工作負載大于預設參考負載，則在功率模式下運行所述壓縮機。
全文摘要
本發明公開了一種用于控制壓縮機的運行的裝置及其方法，以便根據外部負載在功率模式或功率節省模式下運行壓縮機時在每種工作模式下都能提高壓縮機效率。所述用于控制壓縮機的運行的裝置包括控制器，用于根據所述壓縮機的工作負載產生控制信號以選擇壓縮機的工作模式；壓縮機電動機，包括主線圈和副線圈，并根據所述控制器的控制信號被驅動在多種工作模式中的一種工作模式下；以及電源供應單元，用于根據所述控制器的控制信號經由每個都具有不同電容值的多個電容器給所述壓縮機電動機的所述副線圈加電。
文檔編號F04B49/06GK101932836SQ200980101753
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月6日 優先權日2008年1月8日
發明者卞想明, 金賞模, 韓定旻 申請人:Lg電子株式會社