專利名稱：線性壓縮機的驅動裝置及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種線性壓縮機的驅動裝置及其驅動方法。
背景技術：
如圖1所示，驅動裝置是由以下幾個部分構成接收單相交流電源，對其進行穩流后，以直流電壓輸出的穩流部(41)根據整流柵(gate)驅動部(46)的整流柵驅動信號，將上述穩流部(41)的直流電壓轉換為單相交流電壓的單相反相器部(42)；根據上述單相反相器部(42)的單相交流電壓驅動的線性壓縮機(43)；檢出流動于上述線性壓縮機(43)中的電流的電流檢出部(44)；首先輸出相當于初期設定的頻率的脈沖寬度調制信號，并根據上述電流檢出部(44)的電流檢出信號，對上述脈沖寬度調制信號進行控制后輸出的微機(45)；接收上述微機(45)的脈沖寬度調制信號，將相當于上述脈沖寬度調制信號的整流柵驅動信號輸入到上述單相反相器部(42)的整流柵驅動部(46)。
首先，穩流部(41)將單相交流電源(例如家庭用220V)穩流為直流電壓后，將該直流電壓輸入到單相反相器部(42)中。因此，上述單向反相器部(42)將根據整流柵驅動部(46)的整流柵驅動信號，將上述直流電壓轉換為單相交流電壓后，利用上述單相交流電壓驅動上述線性壓縮機(43)。這時，電流檢出部(44)將檢出流到線性壓縮機(43)的電流后，將該電流輸入到微機(45)中。這樣一來，微機(45)一開始先輸出相當于初期設定的頻率的正弦波的脈沖寬度調制信號，然后根據上述電流檢出部(44)的檢出信號，控制負荷比輸出。
整流柵驅動部(46)將根據微機(45)的脈沖寬度調制信號的整流柵驅動信號輸入到上述單相反相器(42)中。
這時，上述單相反相器部(42)將輪番驅動多個開關元件(例如，晶體三極管，MOS晶體三極管等)產生單相交流電源，然后將向上述線性壓縮機(43)供給正弦波電流，使線性壓縮機驅動。并且通過重復上述操作，控制線性壓縮機(43)的驅動。
如上所述，現有的線性壓縮機的驅動裝置中，由于使用了單相電源，因此會使電源效率低。并且即使是在決定線性壓縮機驅動的值為電流的前提下，也很難對電流進行控制。
發明內容
為了克服現有技術存在的上述缺點，本發明提供一種線性壓縮機的驅動裝置及其驅動方法，其使用3相交流電源，提高電源效率，并且使驅動線性壓縮機的交流電流的控制變得容易。
本發明線性壓縮機的驅動裝置是一種線性壓縮機的驅動裝置，其特征在于，包括接收3相交流電源后，以直流電壓輸出的穩流部；接收上述直流電壓，并根據一定的脈沖寬度調制(PWM)信號轉換為3相交流電壓后，將該電壓提供到線性壓縮機的反相器部；各自檢出提供到上述線性壓縮機的3相交流電流的電流檢出部；接收上述檢出的3相交流電流，并根據一定的穩流指令值生成對應于上述3相交流電壓的PWM信號，然后將該PWM信號提供到上述反相器部的控制部。
前述的線性壓縮機的驅動裝置，其中控制部是由以下幾個部分構成根據上述線性壓縮機的可動構件的位置，將上述3相交流電流轉換為2相直流電流的第1坐標轉換部；對上述2相直流電流和上述電流指令值進行比較后，生成電壓指令值的指令值處理部；根據上述線性壓縮機的可動構件的位置，將上述電壓指令值轉換為上述3相交流電壓的第2坐標轉換部；生成對應于上述3相交流電壓的PWM信號的信號生成部。
前述的線性壓縮機的驅動裝置，其中電流指令值是2相直流電流指令值。
前述的線性壓縮機的驅動裝置，其中電壓指令值是2相直流電壓指令值。
前述的線性壓縮機的驅動裝置，其中第1和第2坐標轉換部將根據空間電壓向量方式轉換，并且上述PWM信號是空間電壓向量PWM信號。
本發明線性壓縮機的驅動方法是一種線性壓縮機的驅動方法，其特征在于，包括以下幾個階段接收3相交流電源，穩流為直流電壓的階段；各自檢出提供到線性壓縮機中的3相交流電流的階段；接收上述檢出的3相交流電流，并根據一定的電流指令值，生成對應于上述3相交流電壓的脈沖寬度調制(PWM)信號的階段；接收上述直流電壓，并根據上述脈沖寬度調制(PWM)信號，轉換為3相交流電壓提供到上述線性壓縮機的階段。
前述的線性壓縮機的驅動方法，其中生成階段包括以下幾個階段根據上述線性壓縮機的可動構件的位置，將上述3相交流電流轉換為2相直流電流的第1坐標轉換階段；對上述2相直流電流和上述電流指令值進行比較后，生成電壓指令值的階段；根據上述線性壓縮機的可動構件的位置，將上述電壓指令值轉換為上述3相交流電壓的第2坐標轉換階段；生成對應于上述3相交流電壓的PWM信號的階段。
前述的線性壓縮機的驅動方法，其中電流指令值是2相直流電流指令值。
前述的線性壓縮機的驅動方法，其中電壓指令值是2相直流電壓指令值。
前述的線性壓縮機的驅動方法，其中第1和第2坐標轉換部將根據空間電壓向量方式轉換，上述PWM信號是空間電壓向量PWM信號。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是現有的單相線性壓縮機的驅動裝置的示意圖。
圖2是本發明的3相線性壓縮機的結構示意圖。
圖3是本發明的3相線性壓縮機的驅動裝置的結構示意圖。
圖4是圖3所示控制部的結構示意圖。
圖中標號說明51穩流部 52反相器(inverter)部53線性壓縮機 54電流檢出部55控制部具體實施方式
如圖2所示，本發明的線性壓縮機，其具體結構描述如下密閉容器(2)的一側設置有使冷媒流入、流出的流入管(2a)及流出管(2b)。氣缸(4)固定設置于上述密閉容器(2)的內側。為了壓縮吸入到上述氣缸(4)內部壓縮空間(P)內的冷媒，在該氣缸(4)內部設置有活塞(6)。上述活塞(6)可進行直線往返運動。與此同時，設置有向上述活塞(6)的運動方向彈性支撐活塞(6)的各種彈簧。該活塞(6)與產生直線往返驅動力的線性電機(10)相連接設置。上述線性壓縮機(10)將控制上述活塞(6)的沖程(S)，使壓縮容量可變。
與上述壓縮空間(P)相鄰的活塞(6)的一端設置有吸入閥門(22)。與該壓縮空間(P)相鄰的氣缸(4)的一端設置有排出閥門組(24)。上述吸入閥門(22)及排出閥門組(24)，各自通過壓縮空間(P)內部的壓力，自動調節開、關狀態。
上述密閉容器(2)為了使內部密閉，相互結合設置上、下部罩(Shell)。上述密閉容器(2)的一側設置有冷媒流入的流入管(2a)及冷媒流出的流出管(2b)。在上述氣缸(4)內側設置有活塞(6)，該活塞(6)向運動方向被彈性支撐，并且該活塞(6)可進行直線往返運動。與此同時，在氣缸(4)外側，該線性電機(10)與框架(18)相互組裝后構成組裝體。該組裝體依靠支撐彈簧(29)，彈性支撐于密閉容器(2)的內側底面。
上述密閉容器(2)內部的底面存放有一定量的油。該組裝體的下端上設置有抽吸油的油供給裝置(30)。上述組裝體下側框架(18)內部形成有用于將油供給到活塞(6)和氣缸(4)之間的油供給管(18a)。因此，該油供給裝置(30)利用上述活塞(6)進行直線往返運動時產生的振動抽吸油。然后，該油將通過油供給管(18a)供給到上述活塞(6)和氣缸(4)之間的間隙，從而起到冷卻及潤滑作用。
為了使活塞(6)在上述氣缸(4)內部進行直線往返運動，該氣缸(4)形成為中空狀。并且，上述氣缸(4)的一側形成有壓縮空間(P)。該氣缸(4)最好是在一端相鄰于流入管(2a)內側的狀態下，與該流入管(2a)設置在同一直線上。
當然，在上述氣缸(4)中，與流入管(2a)相鄰的一端內部設置可進行直線往返運動的活塞(6)；與該流入管(2a)反方向側的一端設置排出閥門組(24)。
上述排出閥門組(24)包括為了在該氣缸(4)的一端側形成一定的排出空間而設置的排出罩(24a)；為了開、關上述氣缸的壓縮空間(P)側一端而設置的排出閥門(24b)；設置在上述排出罩(24a)和排出閥門(24b)之間，并且向軸方向施予彈性力的閥門彈簧(valve-spring)(24c)(這里，閥門彈簧是一種盤簧)。另外，上述氣缸(4)的一端內周面，鑲嵌設置有0型環(R)，并以此使上述排出閥門(24a)封閉氣缸(4)一端。
上述排出罩(24a)的一側和流出管(2b)之間連接設置有彎曲形成的環狀管(28)。該環狀管(28)的作用是不但可以引導壓縮的冷媒排出到外部，還可以緩沖氣缸(4)、活塞(6)、線性電機(10)的相互作用引起的振動傳送至上述密閉容器(2)整體的現象。
隨著上述活塞(6)在氣缸(4)內部進行直線往返運動，如果該壓縮空間(P)的壓力達到一定的排出壓力值以上，該閥門彈簧(24c)被壓縮后開放排出閥門(24b)。然后，冷媒從該壓縮空間(P)排出后，將順著環狀管(28)及流出管(2b)完全排出到外部。
為了使從上述流入管(2a)流入的冷媒流動，該活塞(6)的中央形成有冷媒流路(6a)。與該流入管(2a)相鄰的一端，由連接部件(17)直接連接到線性電機(10)。與此同時，與上述流入管(2a)相反方向側的一端上設置吸入閥門(22)。各種彈簧向上述活塞(6)的運動方向彈性支撐活塞(6)。
這時，上述吸入閥門(22)為薄板形狀，為了開關上述活塞的冷媒流路(6a)，切開中央的一部分，并且其一側由螺絲固定設置于該活塞的一端。
因此，隨著上述活塞(6)在氣缸(4)內部進行直線往返運動，一旦上述壓縮空間(P)的壓力達到低于上述排出壓力的一定的吸入壓力值以下，該吸入閥門(22)開放，使冷媒吸入到壓縮空間(P)內。一旦上述壓縮空間(P)的壓力達到一定的吸入壓力值以上，在該吸入閥門(22)關閉的狀態下，該壓縮空間(P)的冷媒將被壓縮。
尤其是，上述活塞(6)設置成向運動方向被彈性支撐。更詳細地說，在與上述流入管(2a)相鄰的活塞(6)的一端向半徑方向凸出的活塞凸緣(6b)，被盤簧等機械彈簧(8a，8b)向上述活塞(6)的運動方向彈性支撐。另外，包含于與上述流入管(2a)反方向側壓縮空間(P)內的冷媒，由于自身的彈性力而起到氣壓彈簧的作用，從而彈性支撐上述活塞(6)。
上述線性電機(10)包括使多個疊片(12a)向圓周方向疊層構成，并且由上述框架(18)固定設置于氣缸(4)外側的內定子(12)；在可纏繞線圈的線圈纏繞體(14a)周邊，使多個疊片(14b)向圓周方向疊層構成，并且由該框架(18)，在上述氣缸(4)的外側，與內定子(12)間隔一定距離設置的外定子(14)；位于上述內定子(12)與外定子(14)之間的間隙，并且根據連接構件(17)與該活塞(6)連接設置的永久磁石(16)。上述線圈纏繞體(14a)也可以固定設置于該內定子(12)外側。
如上所述的線性電機(10)將隨著電流提供到上述線圈卷線體(14a)，產生電磁力。根據如上所述的電磁力和上述永久磁石(16)的相互作用，上述永久磁石(16)將進行直線往返運動。從而使與該永久磁石(16)連接的活塞(6)在上述氣缸(4)內部進行直線往返運動。
如圖3所示，驅動裝置是由以下幾個部分構成接收外部的3相交流電源，以直流電壓輸出的穩流部(51)；接收上述直流電壓，并根據控制部(55)的一定的脈沖寬度調制(PWM)信號轉換為3相交流電壓(Va，Vb，Vc)后，提供到線性壓縮機(53)的反相器部(52)；各自檢出輸入到上述線性壓縮機(53)的3相交流電流(ia，ib，ic)的電流檢出部(54)；接收上述檢出的3相交流電流(ia，ib，ic)，根據一定的電流指令值(id’，iq’)，生成對應于上述3相交流電壓(Va，Vb，Vc)的PWM信號后，輸入到上述反相器部(52)的控制部(55)。
這里，穩流部(51)接收3相交流電源，對其進行穩流后，生成直流電壓，供給反相器部(52)。
反相器部(52)包含多個開關元件，此外還包含開啟或關閉上述開關元件的整流柵驅動部(圖中未示)。即，整流柵驅動部將根據接收到的PWM信號開啟或關閉開關元件，從而可以接收直流電壓，產生3相交流電壓(Va，Vb，Vc)。
線性壓縮機(53)為圖2中所示的線性壓縮機。具體地講，從反相器部(52)接收3相交流電壓(Va，Vb，Vc)的是線性電機(10)內的線圈卷線體(14a)。
此外，電流檢出部(54)是用于檢出供給線性壓縮機(53)中的3相交流電流(ia，ib，ic)的傳感器。
上述控制部(51)將在下面的圖4中進行詳細說明。
如圖4所示，控制部(55)是由以下幾個部分構成根據上述線性壓縮機(53)的活塞(6)(或者是可動構件)的位置，將上述3相交流電流(ia，ib，ic)轉換為2相直流電流(id，iq)的第1坐標轉換部(61)；對上述2相直流電流(id，iq)和上述電流指令值(id’，iq’)進行比較后，生成電壓指令值(Vd’，Vq’)的指令值處理部(62)；根據上述線性壓縮機(53)的活塞(6)的位置，將上述電壓指令值(Vd’，Vq’)轉換為上述3相交流電壓(Va，Vb，Vc)的第2坐標轉換部(63)；生成對應于上述3相交流電壓(Va，Vb，Vc)的PWM信號的信號生成部(64)。這里，電流指令值(id’，iq’)可以輸入到控制安裝有線性壓縮機(53)的產品(例如，冰箱等)的整體運行的微機等主控制部中。
詳細地講，第1及第2坐標轉換部(61)(63)將根據活塞(6)的位置進行轉換，并且進行根據空間電壓向量(Space voltage Vector)方式的坐標轉換。通過將上述空間電壓向量方式適用于線性壓縮機的驅動裝置中，可以一同控制交流電流和直流電流，最大限度的利用一定量的電壓。
例如，第1坐標轉換部(61)將使用如數學式1中的根據空間電壓向量方式的坐標轉換行列，進行坐標轉換。第2坐標轉換部(63)將使用如數學式2中的根據空間電壓向量方式的坐標轉換行列，進行坐標轉換。
idiq=23cosθcos(θ-23π)cos(θ+23π)-sinθ-sin(θ-23π)-sin(θ+23π)iaibic]]>[數學式2]VaVbVc=32cosθ-sinθcos(θ-23π)-sin(θ-23π)cos(θ+23π)-sin(θ+23π)VdVq]]>這里，θ表示的是線性壓縮機(53)的活塞(6)的位置(或者是位置信息)。上述線性壓縮機(53)的活塞(6)將進行作為單純調節運動的直線往返運動。該單純調節運動與等速圓周運動的一個直交坐標成分(例如，半徑為R，圓周運動物體的位置為θ時，以Rcosθ表示的x軸坐標)。上述活塞(6)的位置(S)對應于直交坐標成分(Rcosθ)，因此，上述活塞(6)的位置可以表示為在等速圓周運動中，作為圓周運動物體的位置信息的θ(＝cos-1(S/R))。
上述活塞(6)的位置可以根據以下幾種方式計算出根據一定的位置傳感器的傳感器方式；或者是探測出提供到線性壓縮機(53)的電壓或電流后，計算出其位置的方式。
這里，電流指令值(id’，iq’)是2相直流電流指令值，該電壓指令值(Vd’，Vq’)是2相直流電壓指令值。
然后，指令值處理部(62)將對電流指令值(id’，iq’)和當前流入到線性壓縮機(53)的2相直流電流(id，iq)進行比較后，生成電壓指令值(Vd’，Vq’)。如果是最初啟動狀態，由于2相直流電流(id，iq)為0，因此生成一定的電壓指令值(Vd’，Vq’)。之后，將對測定出的2相直流電流(id，iq)和電流指令值(id’，iq’)進行比較，然后加減以前的電壓指令值(Vd’，Vq’)大小，生成新的電壓指令值(Vd’，Vq’)。如上所述，指令值處理部(62)將對根據空間電壓向量方式在第1坐標轉換部(61)中轉換的2相直流電流(id，iq)和電流指令值(id’，iq’)進行處理，因此即使輸入的電源是交流電源，也是利用直流電流進行處理。
然后，信號生成部將根據一定的頻率從第2坐標轉換部(63)提供的3相交流電壓(Va，Vb，Vc)，控制負荷比，并生成PWM信號(即，空間電壓向量PWM信號)后，提供到反相器部(52)。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
發明的效果如上所述，本發明的目的是提供一種使用3相交流電源，提高電源效率，并且使驅動線性壓縮機的交流電流的控制變得容易的線性壓縮機的驅動裝置。
權利要求
1.一種線性壓縮機的驅動裝置，其特征在于，包括接收3相交流電源后，以直流電壓輸出的穩流部；接收上述直流電壓，并根據一定的脈沖寬度調制(PWM)信號轉換為3相交流電壓后，將該電壓提供到線性壓縮機的反相器部；各自檢出提供到上述線性壓縮機的3相交流電流的電流檢出部；接收上述檢出的3相交流電流，并根據一定的穩流指令值生成對應于上述3相交流電壓的PWM信號，然后將該PWM信號提供到上述反相器部的控制部。
2.根據權利要求1所述的線性壓縮機的驅動裝置，其特征在于，上述控制部是由以下幾個部分構成根據上述線性壓縮機的可動構件的位置，將上述3相交流電流轉換為2相直流電流的第1坐標轉換部；對上述2相直流電流和上述電流指令值進行比較后，生成電壓指令值的指令值處理部；根據上述線性壓縮機的可動構件的位置，將上述電壓指令值轉換為上述3相交流電壓的第2坐標轉換部；生成對應于上述3相交流電壓的PWM信號的信號生成部。
3.根據權利要求2所述的線性壓縮機的驅動裝置，其特征在于，上述電流指令值是2相直流電流指令值。
4.根據權利要求2所述的線性壓縮機的驅動裝置，其特征在于，上述電壓指令值是2相直流電壓指令值。
5.根據權利要求1或4所述的線性壓縮機的驅動裝置，其特征在于，上述第1和第2坐標轉換部將根據空間電壓向量方式轉換，并且上述PWM信號是空間電壓向量PWM信號。
6.一種線性壓縮機的驅動方法，其特征在于，包括以下幾個階段接收3相交流電源，穩流為直流電壓的階段；各自檢出提供到線性壓縮機中的3相交流電流的階段；接收上述檢出的3相交流電流，并根據一定的電流指令值，生成對應于上述3相交流電壓的脈沖寬度調制(PWM)信號的階段；接收上述直流電壓，并根據上述脈沖寬度調制(PWM)信號，轉換為3相交流電壓提供到上述線性壓縮機的階段。
7.根據權利要求6所述的線性壓縮機的驅動方法，其特征在于，上述生成階段包括以下幾個階段根據上述線性壓縮機的可動構件的位置，將上述3相交流電流轉換為2相直流電流的第1坐標轉換階段；對上述2相直流電流和上述電流指令值進行比較后，生成電壓指令值的階段；根據上述線性壓縮機的可動構件的位置，將上述電壓指令值轉換為上述3相交流電壓的第2坐標轉換階段；生成對應于上述3相交流電壓的PWM信號的階段。
8.根據權利要求6所述的線性壓縮機的驅動方法，其特征在于，上述電流指令值是2相直流電流指令值。
9.根據權利要求7所述的線性壓縮機的驅動方法，其特征在于，上述電壓指令值是2相直流電壓指令值。
10.根據權利要求6或9所述的線性壓縮機的驅動方法，其特征在于，上述第1和第2坐標轉換部將根據空間電壓向量方式轉換，上述PWM信號是空間電壓向量PWM信號。
全文摘要
一種線性壓縮機的驅動裝置及其驅動方法，其驅動裝置，包括接收3相交流電源后，以直流電壓輸出的穩流部；接直流電壓，據脈沖寬度調制信號轉換為3相交流電壓后，將電壓提供到線性壓縮機的反相器部；各檢出提供到線性壓縮機的3相交流電流的電流檢出部；接檢出的3相交流電流，據穩流指令值生成對應于3相交流電壓的PWM信號，然后將PWM信號提供到反相器部的控制部；其驅動方法，包括幾個階段接收3相交流電源，穩流為直流電壓階段；各檢出提供到線性壓縮機中的3相交流電流階段；接收檢出的3相交流電流，據電流指令值，生成對應于3相交流電壓的脈沖寬度調制信號階段；接直流電壓，據脈沖寬度調制信號，轉為3相交流電壓提供到線性壓縮機的階段。
文檔編號H02P27/04GK1780138SQ20041007276
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月18日 優先權日2004年11月18日
發明者金旋, 崔鳳俊, 張常勇, 趙滿石, 樸神玄, 申忠民, 陸鐵器, 全永歡 申請人:樂金電子(天津)電器有限公司