直線壓縮機的制作方法

專利名稱：直線壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直線壓縮機，通過同時地/個別地使得直線馬達的 操作頻率與被負載改變的可移動部件的自然頻率同步和根據負載改變 可移動部件的行程，它能快速地克服負載并且提高壓縮效率。
背景技術：
通常，壓縮機己經被廣泛用于家電例如制冷機和空調或者用在整 個工業領域中，壓縮機是一種用于通過從動力單元系統例如電動機或 渦輪機接收動力并且壓縮空氣、制冷劑或其它各種操作氣體而增加壓 方的機械設備。
壓縮機大致被分為往復式壓縮機，它具有如此壓縮空間，操作氣 體通過該空間在活塞和汽缸之間被吸入或排放，從而活塞能夠在汽缸 中直線往復以壓縮制冷劑；旋轉式壓縮機，它具有如此壓縮空間，操 作氣體通過該空間在偏心旋轉輥子和汽缸之間被吸入或排放，從而輥 子能夠在汽缸內壁上偏心地旋轉以壓縮制冷劑；以及渦旋式壓縮機， 它風有如此壓縮空間，操作氣體通過該空間在軌道蝸巻和固定蝸巻之 間被吸入或排放，從而軌道蝸巻與固定蝸巻一起旋轉以壓縮制冷劑。
近來，在往復式壓縮機中，直線壓縮機已經被大規模生產，因為 通過將活塞直接地連接到執行直線往復的驅動馬達以進行運動變換從 而消除機械損耗，它具有高的壓縮效率和簡單的結構。
通常，通過使用馬達的直線驅動力吸入、壓縮和排放制冷劑的直 線壓縮機包括壓縮單元，該單元包括汽缸和用于壓縮制冷劑氣體的活 塞以及包括用于向壓縮單元供應驅動力的直線馬達的驅動單元。具體地,在直線壓縮機中，汽缸被固定地安裝在封閉容器中，并 且活塞被安裝在汽缸中以執行直線往復。當活塞在汽缸中直線往復時， 制冷劑被吸入到汽缸中的壓縮空間中、壓縮并被排放。吸入閥組件和 排放閥組件被安裝在該壓縮空間中，以用于根據壓縮空間的內部壓力 控制制冷劑的吸入和排放。
此外，用于為活塞產生直線運動力的直線馬達被安裝成連接到活 竊。通過沿著圓周方向在汽缸周邊處堆疊多個疊層形成的內部定子和 外部定子以預定間隙安裝在直線馬達上。線圈在內部定子或外部定子 屮盤繞，并且永久磁體安裝在內部定子和外部定子之間的間隙處從而 連接到活篛。
這里，永久磁體被安裝成可沿著活塞運動方向移動，并且利用當 電流流動通過線圈時產生的電磁力沿著活塞運動方向直線往復。通常， 哲.線馬達在恒定操作頻率fe下操作，并且活塞以預定行程S直線往復。
在另--方而，各種彈贊被安裝以沿著運動方向彈性地支撐活塞， 即使活薪由于直線馬達而直線往復。具體地，作為一種機械彈簧的巻 簧被安裝以沿著活塞運動方向被封閉容器和汽缸彈性地支撐。而且， 被吸入到壓縮空間中的制冷劑用作氣體彈簧。
該巻簧具有恒定的機械彈簧常數Km，并且氣體彈簧具有被負載改 變的氣體彈簧常數Kg。考慮到機械彈簧常數Km和氣體彈簧常數Kg計 算活惡(或直線壓縮機)的自然頻率fn。
如此計算的活塞自然頻率f。確定直線馬達的操作頻率fc。直線馬 達通過使其操作頻率fe等于活塞的自然頻率fn，即，在共振狀態中操 作而提高效率。相應地，在直線壓縮機中，當當向直線馬達施加電流時，電流流 動通過線圈以通過與外部定子和內部定子的交互作用而產生電磁力， 井且永久磁體和連接到永久磁體的活塞由于該電磁力而直線往復。
這里，直線馬達在恒定操作頻率fc下操作。使得直線馬達的操作 頻率fe等于活塞自然頻率fn，從而直線馬達可在共振狀態中操作以提 高效率。
如上所述，當活塞在汽缸中直線往復時，壓縮空間的內部H力變 化。報據壓縮空間內部壓力的變化，制冷劑被吸入到壓縮空間中、壓 縮并且被排放。
直線壓縮機被形成為在等同于活塞自然頻率fn的操作頻率fe下操 作，通過巻簧的機械彈簧常數Km和在設計時在直線馬達中考慮到的負 載下氣體彈費的氣體彈徵常數Kg計算該自然頻率。因此，該直線馬達 僅在設計時考慮的負載下在共振狀態中操作，以提高效率。
然而，因為直線壓縮機的實際負載改變，氣體彈簧的氣體彈簧常 數、和通過氣體彈贊常數Kg計算的活塞的自然頻率f。變化。
具體地，如

圖1A所示，在設計時在中間負載區域中直線馬達的操 作頻率fe被確定為等于活塞自然頻率fn。即使負載改變，直線馬達也 在恒定操作頻率fe下操作。但是，隨著負載增加，活塞自然頻率f。增
^JI'I 。
公式1這里，f。表示活塞自然頻率，Km和Kg分別表示機械彈簧常數和氣
體彈賛常數，并且M表示活塞質量。
通常，因為氣體彈簧常數Kg在整體彈簧常數Kt中具有小的比率， 氣體彈簧常數Kg被忽略或者設定為恒定數值。活塞的質量M和機械彈 贊常數Km也被設定為恒定數值。因此，通過上述公式l，活塞自然頻 率f。被計算為恒定數值。
然而，實際負載增加越多，在有限空間中的制冷劑的壓力和溫度 增加越多。相應地，氣體彈簧自身的彈性力增加，以增加氣體彈簧常 數Kg。而且，與氣體彈簧常數Kg成比例地計算的活塞自然頻率t增加。
參考圖1A和1B,直線馬達的操作頻率fc和活塞自然頻率f。在中
間負載區域中相同，從而可以操作活塞以達到上死點(TDC)，由此穩 定地執行壓縮。此外，直線馬達在共振狀態中操作，以提高直線壓縮 機的效率。
然而，在低負載區域中，活塞的自然頻率fn變得小于直線馬達的 操作頻率fe，并且因此活塞被傳輸成超過TDC,以施加過量壓縮力。
而且，活塞和汽缸由于摩擦而被磨損。因為直線馬達不在共振狀態中 操作，直線壓縮機的效率降低。
此外，在高負載區域中，活塞的自然頻率fn變得大于直線馬達的 操作頻率fe,并且因此活塞不達到TDC，以降低壓縮力。直線馬達不
在共振狀態中操作，由此降低直線壓縮機的效率。
結果，在傳統直線壓縮機中，當負載改變時，活塞的自然頻率fn
改變，但是直線馬達的操作頻率fc恒定。因此，直線馬達不在共振狀 態中操作，這導致低的效率。進而，直線壓縮機不能主動地處理和快 速地克服負載。在另一方面，為了快速地克服負載，如圖2A和2B所示，通過調 節施加到直線馬達的電壓(或電流)量，傳統直線壓縮機允許活塞6 在高或低制冷模式中在汽缸4中操作。活塞6的行程S根據操作模式 而改變，以改變壓縮能力。
如圖2A所示，電壓Vl被用于高制冷模式并且電壓V2被用于低 制冷模式。當電壓V1和V2從零點(0)起具有正值時，活塞6熟行壓 縮，并且當電壓V1和V2具有負值時，活塞6執行吸入。這里，電壓 VI和V2的峰值應該小于從直線壓縮機輸出的最大電壓閥值Vp。
因為電壓VI和V2的峰-峰值決定活塞6的行程S，通過改變峰-峰值控制活塞6的行程S。在高制冷模式中，根據最大電壓閥值Vp， 電壓VI的峰-峰值等于峰-峰值2Vp,并且因此活塞6達到TDC (高制 冷模式行程S1)。在低制冷模式中，電壓V2的峰-峰值被降低，并且因 此活塞6直線往復并且不達到TDC。
在負載較大狀態下，直線壓縮機在高制冷模式下操作。在高制冷 模式中，使得直線馬達的操作頻率fc等于活塞6的自然頻率fn，從而 活龜6可被操作以利用預定行程Sl達到TDC。
此外，在負載較小的狀態下，直線壓縮機在低制冷模式中操作。 在低制冷模式中，通過降低施加到直線馬達的電壓，壓縮能力可被降 低。然而，在其中活塞6利用機械彈簧和氣體彈簧的彈性力沿著運動 方向被彈性支撐的狀態下，活塞6的行程S2降低。相應地，活塞6不 能達到TDC。而且，操作頻率fe不同于活塞6的改變的自然頻率fn, 這導致直線壓縮機具有低的效率和壓縮力。

發明內容
本發明得以實現以解決上述問題。本發明的一個目的在于提供一種直線壓縮機，通過控制直線馬達操作頻率和/或活塞行程它能夠根據 負載有效率地改變壓縮能力，即使活塞自然頻率被負載改變。
本發明的另一目的在于提供一種直線壓縮機，通過改變活塞行程 并且同時直線往復活塞以達到上死點，它能夠達到最大效率。
為了實現本發明的上述目的，提供一種直線壓縮機，包括.內部 具有壓縮空間的固定部件；沿著軸向方向在固定部件中直線往復的可 移動部件，以用于壓縮被吸入到壓縮空間中的制冷劑；安裝成沿著可 移動部件運動方向彈性支撐可移動部件的一個或多個彈簧，其彈簧常 數被負載改變；以及安裝成連接到可移動部件的直線馬達，以用于沿 紛軸向方向直線往復可移動部件，并且根據預定制冷力改變可移動部 件的行程，從而可移動部件能夠直線往復以達到上死點。
優選地，在制冷/空調循環中安裝該直線壓縮機，并且與在制冷/ 空調循環中的冷凝制冷劑的壓力(冷凝壓力)和蒸發器中的蒸發制冷 劑壓力(蒸發壓力)之間的差值成比例地計算負載。
優選地，與作為冷凝壓力和蒸發壓力平均值的壓力(平均壓力) 成比例地另外地計算負載。
優選地，該直線馬達使其操作頻率與可移動部件的共振頻率同步， 該共振頻率與負載成比例地改變。
優選地，該直線馬達包括通過沿著圓周方向疊置多個疊層以覆 蓋固定部件的周邊而形成的內部定子；以預定間隔在內部定子的外部 設置并且通過沿著圓周方向疊置多個疊層形成的外部定子；用于在內 部定子和外部定子之間產生電磁力的線圈纏繞本體；和永久磁體，它 在內部定子和外部定子之間的間隙處定位、連接到可移動部件，并且 通過與線圈纏繞本體的電磁力的交互作用而直線往復。優選地，該直線馬達包括用于通過整流外部交流電壓施加直流電壓的電源單元； 用于從電源單元接收直流電壓、根據預定換流器控制信號產生交流電 壓，并且向線圈纏繞本體施加交流電壓的換流器單元；以及用于根據 制冷力設定可移動部件的行程可變量、根據該可變量產生換流器控制 信號以用于產生非對稱交流電壓，并且向換流器單元施加換流器控制 信號的控制單元。
優選地，非對稱交流電壓的正的峰值等于換流器單元的最大電壓 閥值的峰值。
優選地，非對稱交流電壓從零點起是非對稱的。
優選地，該非對稱交流電壓是與預定補償電壓對稱的。
優選地，當非對稱交流電壓高于補償電壓時，可移動部件執行壓 縮，并且當非對稱交流電壓低于補償電壓時，可移動部件執行吸入。
優選地，控制單元通過改變非對稱交流電壓的峰-峰值改變可移動 部件的行程。
優選地，當制冷力較低時，非對稱交流電壓的峰-峰值小于根據換 流器單元最大電壓閥值的峰-峰值。
優選地，補償電壓具有正值。
優選地，當制冷力較高時，非對稱交流電壓的峰-峰值大于根據換 流器中-元最大電壓閥值的峰-峰值。
優選地，補償電壓具有負值。優選地，非對稱交流電壓的負的峰值根據可變量而改變。
優選地，當非對稱交流電壓高于零點時，可移動部件執行壓縮， 并且當非對稱交流電壓低于零點時，可移動部件執行吸入。
優選地，當制冷力較低時，非對稱交流電壓的負的峰值與可變量 成比例地小于正的峰值，并且當制冷力較高時，非對稱交流電壓的負 的峰值與可變量成比例地大于正的峰值。
根據本發明另一方面， 一種用于控制直線壓縮機的設備包括用 于通過整流外部交流電壓施加直流電壓的電源單元；用于從電源單元 撥收直流電壓、根據預定換流器控制信號產生交流電壓，并且向線圈 纏繞本體施加交流電壓的換流器單元；以及用于根據制冷力設定直線 壓縮機的可移動部件的行程可變量，根據該可變量產生換流器控制信 號以用于產生非對稱交流電壓，并且向換流器單元施加換流器控制信 號的控制單元。
根據本發明再--方面， 一種用于控制直線壓縮機的方法包括以下 步驟根據制冷力基于直線壓縮機的可移動部件的可變量行程設定非 對稱交流電壓；并且產生換流器控制信號以用于產生非對稱交流電壓。
附閣說明
參考附圖可以更加理解本發明，僅通過示意給出附圖，并且因此
附閣并不限制本發明，其中
圖1A是示出在傳統直線壓縮機中行程對負載的圖表； 圖1B是示出在傳統直線壓縮機中效率對負載的圖表； 圖2A和2B是示意在傳統直線壓縮機各個操作模式中的行程的結
構視圖
圖3是示意根據本發明的直線壓縮機的截面視圖4A是示出在根據本發明的直線壓縮機中行程對負載的圖表；圖4B是示出在根據本發明的直線壓縮機中效率對負載的圖表； 圖5是示出在根據本發明的直線壓縮機中氣體彈簧常數變化對負 載的圖表；
圖6是示意圖3的直線馬達的結構視圖
圖7A到7D是示出在圖6的直線馬達中用于設定正弦波驅動電壓 的第一實例的圖表
圖8A和8B是示意活塞行程變化的狀態視圖； 圖9是示出圖6的第一實例的結果的圖表；
閣IOA和IOB是示出在圖6的直線馬達中用于設定正弦波驅動 電壓的第二實例的圖表；和
圖11是示出圖6的第二實例的結果的圖表。
貝.休實施方式
現在參考附圖詳細描述根據本發明優選實施例的直線壓縮機。
如圖3所示，在該直線壓縮機中，制冷劑通過它們被吸入和排放 的進口管道2a和出口管道2b被安裝在封閉容器2的一側處，汽缸4 被固定到安裝在封閉容器2中，活塞6被安裝在汽缸4中從而直線往 賢以壓縮被吸入到汽缸4中的壓縮空間P中的制冷劑，并且各種彈簧 被安裝從而沿著活塞6的運動方向被彈性支撐。這里，活塞6連接到 直線馬達10以用于產生盥線往復驅動力。如圖4A和4B所示，即使活 塞6的自然頻率f。被負載改變，直線馬達10控制其操作頻率fc從而與 活塞6的自然頻率f。同步，并且也控制活塞6的行程S以改變壓縮能 力。
此外，吸入閥22被安裝在活塞6的接觸壓縮空間P的一端處，并 且排放閥組件24被安裝在汽缸4的接觸壓縮空間P的一端處。吸入閥 22和排放閥組件24被自動控制從而根據壓縮空間P的內部壓力而被分 別打開和關閉。
16封閉容器2的頂部和底部殼體被聯接以密封封閉容器2。制冷劑通 過它被吸入的進口管道2a和制冷劑通過它被排放的出口管道2b被安裝 在封閉容器2的一側處。活塞6被安裝在汽缸4中從而沿著運動方向 被彈性支撐以執行直線往復。直線馬達10連接到汽缸4外部的框架18 以構成組件。該組件被安裝在封閉容器2的內部底表面上從而被支撐 彈簧29彈性支撐。
封閉容器2的內部底表面含有油，并且用于泵送油的油供應設備 30被安裝在該組件的下端處，并且用于在活塞6和汽缸4之間供應油 的油供應管道18a在該組件下側處在框架18中形成。相應地，油供應 設備30通過由活塞6的直線往復而產生的振動被操作，以用于泵送油， 并且油沿著油供應管道18a被供應到在活塞6和汽缸4之間的間隙，以 用于冷卻和潤滑。
汽缸4形成為中空形狀從而活塞6能夠執行直線往復，并且在其 一側處具有壓縮空間P。優選地，在其中汽缸4的一端鄰近進口管道 2a的內部的狀態下，汽缸4被安裝在與進口管道2a相同的直線上。
活塞6鄰近進口管道2a被安裝在汽缸4的一端中以執行直線往復， 并且排放閥組件24被安裝在汽缸4的沿著與進口管道2a相反方向的一 端處。
這里，排放閥組件24包括排放罩24a以用于在汽缸4的一端處形 成預定的排放空間；排放閥24b以用于打開或關閉靠近壓縮空間P的 汽缸4的一端；和閥彈簧24c,它是一種巻簧以用于沿著軸向方向在排 放罩24a和排放閥24b之間施加彈性力。O形環R被插到汽缸4的一 端的內圓周表面上，從而排放閥24a能夠被緊密地接附到汽缸4的一端。
帶齒的環管28安裝在排放罩24a的一側和出口管道2b之間，以 用于引導被壓縮的制冷劑被排放到外部，并且防止由汽缸4、活塞6和直線馬達10的相互作用而產生的振動被施加到整個封閉容器2。
因此，當活塞6在汽缸4中直線往復時，如果壓縮空間P的壓力 超過預定排放壓力，則閥彈簧24c被壓縮以打開排放閥24b，并且制冷 劑被從壓縮空間P排放，并且然后沿著環管28和出口管道2b被排放 到外部。
從進口管道2a供應的制冷劑通過它流動的制冷劑通道6a在活塞6 的中心處形成。直線馬達10通過連接部件17直接地連接到鄰近進口 管道2a的活塞6的一端，并且吸入閥22安裝在活塞6的沿著與進口管 道2a相反方向的一端處。活塞6沿著運動方向被各個彈簧彈性支撐。
吸入閥22被形成為薄板形狀。吸入閥22的中心被部分切除以打 開或關閉活塞6的制冷劑通道6a，并且吸入閥22的一側通過螺釘被固 定到活塞6a的一端。
相應地，3活竊6在汽缸4中直線往復時，如果壓縮空間P的壓 力低于比排放壓力更低的預定吸入壓力，則吸入閥22被打開從而制冷 劑可被吸入到壓縮空間P中，并且如果壓縮空間P的壓力超過預定吸 入壓力，則在吸入閾22的關閉狀態下壓縮空間P的制冷劑被壓縮。
特別地，活塞6被安裝成沿著運動方向被彈性支撐。具體地，從 活塞6的鄰近進口管道2a的一端沿著徑向方向突出的活塞凸緣6b沿著 活塞6的運動方向被機械彈簧8a和8b例如巻簧彈性支撐。在沿著與進 口哲道2a相反方向的壓縮空間P中含有的制冷劑由于彈性力而被操作 用作氣體彈簧，由此彈性支撐活塞6。
這里，機械彈簧8a和8b具有與負載無關的恒定機械彈簧常數Km， 并Jil.優選地與從活塞凸緣6b沿著軸向方向固定到直線馬達10和汽缸4 的支撐框架26并排地安裝。而且，優選地，由支撐框架26支撐的機械彈簧8a和安裝在汽缸4上的機械彈簧8a具有相同的機械彈簧常數
然而，氣體彈簧具有被負載改變的氣體彈簧常數Kg。當周邊溫度 升髙時，制冷劑的壓力增加，并且因此壓縮空間P中的氣體的彈性力 增加。結果，負載增加越多，氣體彈簧的氣體彈簧常數Kg越高。
雖然機械彈簧常數Km恒定，氣體彈簧常數Kg被負載改變。:因此， 總體彈簧常數也被負載改變，并且在上述公式1中活塞6的自然頻率
fn被氣體彈簧常數Kg改變。
即使負載改變，機械彈簧常數Km和活塞6的質量M恒定，但是
氣休彈簧常數Kg改變。因此，活塞6的自然頻率fn被由負載改變的氣
體彈簧常數Kg顯著影響。在獲得通過負載改變活塞6的自然頻率f。的
算法并且直線馬達10的操作頻率fe與活塞6的自然頻率fn同步的情形
中，直線壓縮機的效率提高并且可以快速地克服負載。
負載能夠以各種方式測量。因為直線壓縮機被安裝在用于壓縮、 冷凝、蒸發和膨脹制冷劑的制冷/空調循環中，負載可被定義為在作為 冷凝制冷劑的壓力的冷凝壓力和作為蒸發制冷劑的壓力的蒸發壓力之 間的差值。為了改進精確度，考慮冷凝壓力和蒸發壓力的平均壓力確 定負載。
即，與在冷凝壓力和蒸發壓力之間的差值與平均壓力成比例地計
算負載。負載增加越多，氣體彈簧常數Kg越高。例如，如果在冷凝壓
力和蒸發壓力之間的差值增加，則負載增加。即使在冷凝壓力和蒸發 壓力之間的差值不變化，如果平均壓力增加，則負載增加。氣體彈簧
常數Kg根據負載而增加。
如圖5所示，測量與冷凝壓力成比例的冷凝溫度和與蒸發壓力成比例的蒸發溫度，并且與在冷凝溫度和蒸發溫度之間的差值與平均溫 度成比例地計算負載。利用預定頻率估計算法，這種數據被用于估計
活塞6的自然頻率f。。
具體地，機械彈簧常數Km和氣體彈簧常數Kg可通過各種實驗確
定。根據本發明，直線壓縮機的機械彈簧8a和8b具有比傳統直線壓縮 機的機械彈簧更小的機械彈簧常數Km，這增加了氣體彈簧常數Kg對總 體弾簧常數Kt的比率。因此，在較大范圍中通過負載改變了活塞6的 共振頻率，并且直線馬達10的操作頻率fc易于與被負載改變的活塞6 的向然頻率f。同步。
參考圖6，直線馬達10包括內部定子12,它通過沿著圓周方向層 沖疊多個疊層12a形成，并且通過框架18固定地安裝在汽缸4的外部； 外部定子14，它通過沿著圓周方向在線圈纏繞本體14a的周邊處層疊 多個孫層14b形成，并且從內部定子12以預定間隙利用框架18安裝 在汽缸4的外部；以及永久磁體16，它定位在內部定子12和外部定子 14之間的間隙處，并且迎過連接部件17連接到活塞6。這里，線圈纏 繞本體14a可被固定地安裝在內部定子12的外部。
特別地，直線馬達10連接到活塞6，以用于沿著軸向方向直線往 復活塞6，并且根據預定負載(或制冷力)改變活塞6的行程S,從而 活雜6能夠直線往復以達到上死點(TDC)。為此，直線馬達10包括 用于通過整流外部交流電壓施加直流電壓的電源單元18;換流器單元 19，用于從電源單元18接收被整流的直流電壓，根據預定換流器控制 信號(例如，PWM信號)產生正弦波交流電壓，并且向線圈纏繞本體 14a施加正弦波交流電壓；以及控制單元20,用于根據負載設定活塞6 的可變量的行程S,根據該可變量產生換流器控制信號以用于產生非對 稱交流電壓，并且向換流器單元19施加換流器控制信號。
這里，電源單元18是一般的整流電路，并且換流器單元19是一般的換流器設備。
如上所述，控制單元20產生換流器控制信號以用于產生從零點非 對稱的正弦波交流電壓從而接收溫度信息和相應于溫度信息根據負載 (或制冷力)改變活塞6的行程S。
控制單元20在汽缸4中直線往復活塞6以形成壓縮空間P.。即使 活塞6的行程S改變，控制單元20直線往復活塞6以達到TDC，其中 活靡6在汽缸4中被完全壓縮從而不形成壓縮空間P。因為活塞6直線 往短到TDC，壓縮效率被保持，而與活塞6的行程S的變化無關。
現在參考圖7A到7D解釋控制單元20的操作和功能。這里，控 制單元20執行一種過程以用于設定非對稱交流電壓(一種電壓指令 值)，使用圖5的數據根據預定頻率估計算法通過負載操作自然頻率fn， 并且使得非對稱交流電壓的頻率(即，操作頻率fe)等于自然頻率f。，
這將在下面解釋。
首先，圖7八的電壓V2與圖2A的電壓V2相同。艮卩，根據負載 (小負載)，電壓V2的峰-峰值降低以降低活塞6的行程S。然而，電 壓V2的峰值V2P小于最大電壓閥值Vp，從而活塞6不能達到TDC。
因此，如圖7B所示，控制單元20通過向電壓V2添加預定補償 電壓V0ITsel設定新的電壓V2'。這里，補償電壓V。治et的大小是
(VP-V2P)。此外，補償電壓V。ffte是具有正值的直流電壓。
如上所述，控制單元20設定具有用于根據負載降低活塞6的行程 S的峰-峰值的(正弦波)電壓(l)，并且通過計算和添加補償電壓V。ffset 設定從零點非對稱并且與補償電壓V。泡et對稱的正弦波交流電壓，從而 可使得設定電壓的正的峰值等于最大電壓閥值Vp (2)。當控制單元20 產生相應于所設定的非對稱交流電壓的換流器控制信號并且將所產生的信號傳送到換流器單元19時，換流器單元19根據換流器控制信號 產生設定的非對稱交流電壓并且向線圏纏繞本體14a施加所產生的電 壓，由此直線往復活塞6。控制單元20能夠在步驟(1)之前通過執行 步驟(2)設定非對稱交流電壓。在此情形中，補償電壓V。治et的大小 和峰-峰值的降低寬度被適當地設定，這可易于由本發明所涉及領域的 技術人員實施。
更具體地，當非對稱交流電壓V2'高于補償電壓V。泡et時，控制單 元20使得活塞6執行壓縮，并且當非對稱交流電壓V2'低于補償電壓 V。,^時，控制單元20使得活塞6執行吸入。
閣7C示出通過向圖2A的電壓VI添加預定大小的補償電壓V。ffset 獲得的電壓V4。這里，補償電壓V。泡w是具有負值的直流電壓。
因為電壓V4的峰值V4P小于最大電壓閥值Vp,如圖7D所示， iti壓V4的峰-峰值增加從而可以使得電壓V4'的峰值等于最大電壓閥值 Vp。非對稱交流電壓被設定為在大負載(或高制冷力)中增加活塞6 的行程S。這里，新的電ft: V4'也是從零點非對稱并且與補償電壓V。lfSel 對稱的正弦波交流電壓。
相應地，當控制單元20產生相應于所設定的非對稱交流電壓的換 流器控制信號并且將所產生的信號傳送到換流器單元19時，換流器單 元19根據換流器控制信號產生所設定的非對稱交流電壓并且向線圈纏 繞本體14a施加所產生的電壓，由此直線往復活塞6。
在圖7C和7D中用于增加活塞6行程S的方法也可如此實施，即 通過增加電壓的峰-峰值，并且添加作為負的直流電壓的補償電壓 V。flsel，從而可使得電壓的峰值等于最大電壓閥值Vp。
此外，當非對稱交流電壓V2'高于補償電壓V。fftet時，控制單元20使得活塞6執行壓縮，并且當非對稱交流電壓V2'低于補償電壓V。ffset 時，控制單元20使得活塞6執行吸入。
圖8A和8B是示意出活塞6的行程S變化的狀態視圖。
圖8A示出當控制單元20產生用于如圖7B所示的設定非對稱交 流電壓的換流器控制信號并且將換流器控制信號傳送到換流器單元19 時，并且當換流器單元19向線圈纏繞本體14a施加所設定的非對稱交 流電壓以直線往復活雜6時，活塞6的行程S'。行程S是活塞6的直 至活塞6達到TI〕C的運動距離。這里，當產生和施加與零點對稱的交 流電壓(圖2A的電壓V1)時，壓縮距離和吸入距離從預定中心C是 相等的。
參考圖8A，利用非對稱交流電壓的活塞6的行程S'短于利用對稱 交流電壓的活塞6的行程S。活塞6直線往復以達到TDC。這里，活 塞6通過降低的行程S'直線往復以達到新的DDC'(下死點)，而非先 前的DDC。
相反，圖8B示出當控制單元20產生用于如圖7D所示的所設定
的非對稱交流電壓的換流器控制信號并且將換流器控制信號傳送到換 流器單元19吋，并且當換流器單元19向線圈纏繞本體14a施加所設定 的非對稱交流電壓以宜線往復活塞6時，活塞6的行程S''。行程S是 活塞6的直至活纏6達到TDC的運動距離。這里，當產生和施加與零 點對稱的交流電壓(圖2A的電壓V1)時，壓縮距離和吸入距離從預 5g中心C是相等的。
如圖8B所示，利用非對稱交流電壓的活塞6的行程S''.長于利 用對稱交流電壓的活塞6的行程S。與現有技術不同，活塞6直'紐往復 以達至UTDC。這里，活塞6利用增加的行程S"直線往復以達到新的 DDC ",而非先前的DDC。圖9是示出圖6的第一實例結果的圖表。X軸表示補償比率并且 Y軸表示行程比率。這里，補償比率被定義為(活塞6被補償電壓推 動的距離)/ (結構初始數值)。具體地，活塞6被補償電壓V。泡et推動 的距離是活塞6利用增加的補償電壓V。泡et朝向TDC的運動距:離，它 等于圖8A和8B中行程中心的運動距離。B卩，它意味著在對稱交流電 壓中在行程S的中心C和行程S'與S''的中心之間的差值。此外，結 構初始數值意味著在未施加電壓狀態中在TDC和中心C之間的固定間 隔。因此，如果補償比率具有正值，當負載為低制冷時，活塞6被推 向TDC,并且如果補償比率具有負值，當負載為高制冷時，活塞6被 推向DDC。行程比率被定義成(當添加補償電壓時的行程)/ (利用對 稱交流電壓的行程)。
相應地，在補償比率和行程比率之間的關系中，當活塞6通過補 償電壓被推向TDC時，g卩，當補償數值具有正值時，整個行程降低， 并且因此行程比率低于100%，并且當補償數值具有負值時，整個行程 增加，并且因此行程比率高于100%。基于該關系，行程可以被非對稱 交流電壓改變，并且制冷力也可被改變。結果，直線壓縮機能夠通過 改變制冷力快速地處理可變負載。
圖IOA和10B是示出用于在圖6的直線馬達中設定正弦波驅動電
fl(的第二實例的圖表。
與第一實例一樣，活塞6應該達到TDC，并且因此電壓V5和V6 的正的峰值應該等于最大電壓閥值Vp。圖2A的電壓V2的正的區域(壓 縮)被同等地保持，但是電壓V2的負的區域(吸入)被改變以改變活 難6的行程。
如圖IOA所示，控制單元20根據負載(小負載)在負載電壓V2 的負的區域中設定小于最大電壓閥值Vp的峰值V5P。為此，控制單元20利用相應于負載的預定比率降低電壓V2的負的區域(即，與行程 的可變量等量)，或者根據負載通過添加預定交流電壓降低負的區域 (即，與行程的可變量等量)。因為電壓V5的峰-峰值小于電壓V2的 峰-峰值，活塞6的行程降低，這引起與圖8A相同的效果。
如圖IOB所示，控制單元20在負載電壓V2的負的區域中設定大 丁-遺大電壓閥值Vp的峰值V6p。為此，控制單元20通過相應于負載的 預定比率增加電壓V2的負的區域(即，與行程的可變量等量)，或者 根據負載通過添加預定交流電壓增加負的區域(即，與行程的可變量 等量)。因為電壓V6的峰-峰值大于電壓V2的峰-峰值，活塞6的行程 增加，這引起與圖8B相同的效果。
在圖10A和10B屮，控制單元20執行一種過程以用于設定非對 稱交流電壓，通過負載操作自然頻率fn,并且使得非對稱交流電壓的頻 率(即，操作頻率fc)等于自然頻率fn，這將在下面解釋。
通過如圖IOA和IOB所示的非對稱交流電壓，活塞6行程的改變 分別相應于閣8A和8B的那些，這將不在下面解釋。
圖11是示出圖6的第二實例的結果的圖表。X軸表示非對稱比率 并且Y軸表示行程比率。這里，非對稱比率被定義為(在吸入行程中 的幅度)/ (在壓縮行程中的幅度)，并且行程比率被定義為(當施加非 對稱交流電壓時的行程)/ (當施加對稱交流電壓時的行程)。
具體地，如圖10A所示，在具有小于正峰值的負峰值的非對稱交 流電壓的情形中，非對稱比率小于"l"，并且整個行程降低。相反， 如圖10B所示，在具有大于正峰值的負峰值的非對稱交流電壓的情形 中，非對稱比率大于"1"，并且整個行程增加。基于該關系，行程可 被非對稱交流電壓改變，并且制冷力也可被改變。結果，直線壓縮機 能夠通過改變制冷力而快速地處理可變負載。當負載增加時，氣體彈簧常數Kg和活塞6的自然頻率fn同時增加。 控制非對稱交流電壓的頻率從而通過頻率估計算法直線馬達IO的操作
頻率fe能夠與活塞6的自然頻率fn同步。因此，直線壓縮機在共振狀 態中操作，以提髙壓縮效率。
在另一方面，當負載增加時，氣體彈簧常數Kg和活塞6的:自然頻 率fn同時降低。控制非對稱交流電壓的頻率從而通過頻率估計算法直
線馬達10的操作頻率fe可與活塞6的自然頻率fn同步。相應地，直線 壓縮機在共振狀態中操作，以提高壓縮效率。
如上所述，根據本發明，通過利用頻率估計算法估計氣體彈簧常 數和向然頻率由于負載的改變，并且使得直線馬達的操作頻率(即， 非對稱交流電壓的頻率)與自然頻率同步，直線壓縮機在共振狀態中 操作，由此提高壓縮效率。
已經基于優選實施例和附圖詳細解釋了所述直線壓縮機，其中移 動磁體型直線馬達進行操作并且被連接到直線馬達的活塞在汽缸中直 線往復以吸入、壓縮和排放制冷劑。然而，雖然已經描述了本發明的 優選實施例，應該理解，本發明不應該限于這些優選實施例，而是在 如權利要求所限定的本發明的精神和范圍中可由本領域技術人員做出 各種改變和修改。
權利要求
1.一種直線壓縮機，包括內部具有壓縮空間的固定部件；沿著軸向方向在固定部件中直線往復的可移動部件，以用于壓縮被吸入到壓縮空間中的制冷劑；安裝成沿著可移動部件運動方向彈性支撐可移動部件的一個或多個彈簧，其彈簧常數被負載改變；以及安裝成連接到可移動部件的直線馬達，以用于沿著軸向方向直線往復可移動部件，并且根據預定制冷力改變可移動部件的行程，從而可移動部件能夠直線往復以達到上死點。
2. 根據權利要求1的直線壓縮機，它被安裝在制冷/空調循環中， 其中與在制冷/空調循環中冷凝制冷劑的壓力(冷凝壓力)和在蒸發器中蒸發制冷劑的壓力(蒸發壓力)之間的差值成比例地計算負載。
3. 根據權利要求2的直線壓縮機，其中，與作為冷凝壓力和蒸發 壓力平均值的壓力(平均壓力)成比例地另外地計算負載。
4. 根據權利要求1到3中任一項的直線壓縮機，其中，該直線馬 達使其操作頻率與可移動部件的共振頻率同步，該共振頻率與負載成 比例地改變。
5. 根據權利要求1到4中任一項的直線壓縮機，其中，該直線馬 達包括通過沿著圓周方向疊置多個疊層以覆蓋固定部件的周邊而形成的 內部定子以預定間隔在內部定子的外部設置并且通過沿著圓周方向疊置多 個疊層形成的外部定子；用于在內部定子和外部定子之間產生電磁力的線圈纏繞本體；永久磁體，它在內部定子和外部定子之間的間隙處定位、連接到 可移動部件，并且通過與線圈纏繞本體的電磁力的交互作用而直線往復；用于通過整流外部交流電壓施加直流電壓的電源單元； 用于從電源單元接收直流電壓、根據預定換流器控制信號產生交流電壓，并且向線圈纏繞本體施加交流電壓的換流器單元以及用于根據制冷力設定可移動部件的行程可變量、根據該可變量產生換流器控制信號以用于產生非對稱交流電壓，并且向換流器單元施加換流器控制信號的控制單元。
6. 根據權利要求5的直線壓縮機，其中，非對稱交流電壓的正的 峰值等于換流器單元的最大電壓閥值的峰值。
7. 根據權利要求6的直線壓縮機，其中，非對稱交流電壓從零點 起是非對稱的。
8. 根據權利要求7的直線壓縮機，其中，該非對稱交流電壓是與 預定補償電壓對稱的。
9. 根據權利要求8的直線壓縮機，其中，當非對稱交流電壓高于 補償電壓時，可移動部件執行壓縮，并且當非對稱交流電壓低于補償 電壓時，可移動部件執行吸入。
10. 根據權利要求5到9中任一項的直線壓縮機，其中，控制單 元通過改變非對稱交流電壓的峰-峰值改變可移動部件的行程。
11. 根據權利要求10的直線壓縮機，其中，當制冷力較低時，非 對稱交流電壓的峰-峰值小于根據換流器單元最大電壓閥值的峰-峰值。
12. 根據權利要求11的直線壓縮機，其中，補償電壓具有正值。
13. 根據權利要求11的直線壓縮機，其中，當制冷力較髙時，非 對稱交流電壓的峰-峰值大于根據換流器單元最大電壓閥值的峰-峰值。
14. 根據權利要求13的直線壓縮機，其中，補償電壓具有負值。
15. 根據權利要求7的直線壓縮機，其中，非對稱交流電壓的負 的峰值根據該可變量而改變。
16. 根據權利要求15的直線壓縮機，其中，當非對稱交流電壓高 亍零點時，可移動部件執行壓縮，并且當非對稱交流電壓低于零點時， 可移動部件執行吸入。
17.根據權利要求15或16的直線壓縮機，其中，當制冷力較低 時，非對稱交流電壓的負的峰值與可變量成比例地小于正的峰值，并 且當制冷力較高時，非對稱交流電壓的負的峰值與可變量成比例地大 P正的峰值。
18. —種用于控制直線壓縮機的設備，包括 用于通過整流外部交流電壓施加直流電壓的電源單元 用于從電源單元接收直流電壓、根據預定換流器控制信號產生交流電壓，并且向線圈纏繞本體施加交流電壓的換流器單元以及用于根據制冷力設定直線壓縮機的可移動部件的行程可變量，根 據該可變量產生換流器控制信號以用于產生非對稱交流電壓，并且向 換流器單元施加換流器控制信號的控制單元。
19. 根據權利要求18的設備，其中，非對稱交流電壓的正的峰值 等于換流器單元的最大電壓閥值的峰值。
20. 根據權利要求18或19的設備，其中，非對稱交流電壓從零點起是非對稱的。
21. 根據權利要求20的設備，其中，該非對稱交流電壓是與預定 補償電壓對稱的。
22. 根據權利要求21的設備，其中，當非對稱交流電壓高于補償 電壓時，可移動部件執行壓縮，并且當非對稱交流電壓低于補償電壓 時，可移動部件執行吸入。
23. 根據權利耍求18到22中任一項的設備，其中，控制單元通 過改變非對稱交流電壓的峰-峰值改變可移動部件的行程。
24. 根據權利要求23的設備，其中，當制冷力較低時，非對稱交 流電壓的峰-峰值小于根據換流器單元最大電壓閥值的峰-峰值。
25. 根據權利要求24的設備，其中，補償電壓具有正值。
26. 根據權利要求24的設備，其中，當制冷力較高時，非對稱交 流電壓的峰-峰值大于根據換流器單元最大電壓閥值的峰-峰值。
27. 根據權利要求26的設備，其中，補償電壓具有負值。
28. 根據權利要求20的設備，其中，非對稱交流電壓的負的峰值 根據該可變量而改變。
29. 根據權利要求28的設備，其中，當非對稱交流電壓高于零點 時，可移動部件執行壓縮，并且當非對稱交流電壓低于零點時，可移 動部件執行吸入。
30. 根據權利要求28或29的設備，其中，當制冷力較低時，非對稱交流電壓的負的峰值與可變量成比例地小于正的峰值，并且當制 冷力較高時，非對稱交流電壓的負的峰值與可變量成比例地大于正的 峰值。
31. —-種用于控制直線壓縮機的方法，包括以下步驟 根據制冷力基于直線壓縮機的可移動部件的行程的可變量設定非對稱交流電壓；并且產生換流器控制信號以用于產生非對稱交流電壓。
32. 根據權利要求31的方法，其中，用于設定非對稱交流電壓的 步驟包括用于使得非對稱交流電壓的正的峰值與最大電壓閥值相等的 步驟。
33. 根據權利要求32的方法，其中，用于設定非對稱交流電壓的 步驟包括通過設定預定補償電壓而使得非對稱交流電壓的正的峰值等 于最大電壓閥值的步驟。
34. 根據權利要求31到33中任一項的方法，其中，用于設定非 對稱交流電壓的步驟包括如下步驟，當制冷力較低時，設定非對稱交 流電壓的峰-峰值使其與該可變量成比例得小于根據直線壓縮機的最大 電壓閥值的峰-峰值，并且還包括以下步驟，用于當制冷力較高時，設 定非對稱交流電壓的峰-峰值使其與該可變量成比例得大于根據直線壓 縮D L的最大電壓閥值的峰-峰值。
35. 根據權利要求34的方法，其中，非對稱交流電壓與補償電壓 對稱，并且補償電壓在低制冷中具有正值并且在高制冷中具有負值。
36. 根據權利要求34的方法，其中，補償電壓非零。
37. 根據權利要求32的方法，其中，用于設定非對稱交流電壓的歩驟包括用于根據該可變量改變非對稱交流電壓的負的峰值的步驟。
38.根據權利要求37的方法，其中，當制冷力較低時，非對稱交 流電壓的負的峰值與該可變量成比例得小于正的峰值，并且當制冷力 較高時，非對稱交流電壓的負的峰值與該可變量成比例得大于正的峰 僨。
全文摘要
本發明涉及一種直線壓縮機，通過同時地/個別地使得直線馬達的操作頻率與被負載改變的可移動部件的自然頻率同步和根據負載改變可移動部件的行程，它能快速地克服負載并且提高壓縮效率。該直線壓縮機，包括內部具有壓縮空間的固定部件；沿著軸向方向在固定部件中直線往復的可移動部件，以用于壓縮被吸入到壓縮空間中的制冷劑；安裝成沿著可移動部件運動方向彈性支撐可移動部件的一個或多個彈簧，其彈簧常數被負載改變；以及安裝成連接到可移動部件的直線馬達，以用于沿著軸向方向直線往復可移動部件，并且根據預定制冷力改變可移動部件的行程，從而可移動部件能夠直線往復以達到上死點。
文檔編號H02K33/00GK101305512SQ200480043886
公開日2008年11月12日 申請日期2004年8月30日 優先權日2004年8月30日
發明者全永煥, 盧鐵基, 崔峯峻, 張昌龍, 曹晚碩, 樸信炫, 辛鐘玟, 賢 金 申請人:Lg電子株式會社