线性压缩机的控制装置、包含其的压缩机及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种线性压缩机控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002] 压缩机（compressor)通常是通过压缩制冷剂或其他工作气体W提高压力的机械 装置，其广泛使用于冰箱和空调等。
[0003] 压缩机可分为往复式压缩机（^Reciprocating Compressor)、旋转式压缩机 (Rotary Compressor)、满旋压缩机（Scroll Compressor)。往复式压缩机在活塞（Piston) 和缸筒（切linder)之间形成用于吸入及排出工作气体的压缩空间，活塞在缸筒内部进行 直线往复运动而压缩制冷剂。旋转式压缩机在偏屯、旋转的转子（roller)和缸筒之间形成 用于吸入或排出工作气体的压缩空间，转子沿着缸筒内壁进行偏屯、旋转而压缩制冷剂。满 旋压缩机在回旋满旋盘的rbiting Scroll)和固定满旋盘（Fixed Scroll)之间形成用于 吸入或排出工作气体的压缩空间，回旋满旋盘沿着固定满旋盘旋转而压缩制冷剂。
[0004] 其中，往复式压缩机根据驱动活塞的方式可分为往复巧ecipro)方式和线性 (Linear)方式。
[0005] 具体而言，往复方式是在旋转马达上结合曲柄轴（crank shaft),并在该曲柄轴上 结合活塞，将旋转马达的旋转力转换为直线往复运动的方式，与此相比，线性方式是在直线 运动的马达的动子上直接连接活塞，利用马达的直线运动使活塞进行往复运动的方式。
[0006] 在线性方式的往复式压缩机中，如前所述，因未设置有用于将旋转运动转换为直 线运动的曲柄轴而摩擦损失较少，在压缩效率方面比往复方式压缩机的压缩效率要高。
[0007] 在将所述往复式压缩机采用于冰箱或空调时，通过改变所述往复式压缩机中施加 的电压（voltage)能够改变所述往复式压缩机的压缩比（compression ratio),并由此能 够控制制冷能力（freezing capacity)。
[000引图1是通常的往复式压缩机的控制装置的结构图。
[000引如图1所示，压缩机控制装置可包括：电压检测部3,检测马达中施加的马达电压； 电流检测部4,检测马达中施加的马达电流；冲程估算器5,基于所述检测出的马达电流、马 达电压及马达参数而估算冲程；比较器1，将所述冲程估算值和冲程指令值进行比较，并输 出与之对应的差异信号；控制器2,根据所述差异信号，通过改变马达中施加的电压W控制 冲程。
[0010] W下，对现有技术的压缩机控制装置的动作进行简略的说明。
[0011] 首先，电压检测部3和电流检测部4分别检测马达中施加的马达电压及电流。
[0012] 此时，冲程估算器5将马达电流、马达电压及马达参数利用于W下的数学式1 W计 算冲程估算值，并将计算出的冲程估算值提供给比较器1。
[001引[数学式^
[0015] 其中，R表示电阻（resistance)，L表示电感器（in化ctance)，a表示马达常数或 反电动势常数。
[0016] 由此，比较器1将所述冲程估算值和冲程指令值进行比较，并在比较结果将该差 异提供给控制器2。
[0017] 由此，控制器2根据所述差异改变马达中施加的电压，从而控制冲程。目P，如图2 所示，如果冲程估算值大于冲程指令值，控制器2可减小马达施加电压（步骤S4)，如果冲程 估算值小于冲程指令值，控制器2可增大马达施加电压（步骤S3)。
[001引另外，通常采用有W上所述的往复式压缩机的冰箱是24小时运转的家用电器，冰 箱的消耗功率可W说是冰箱技术领域中最为重要的技术要素。其中，压缩机的效率构成的 影响可W说是最大，因此，为了减小冰箱的消耗功率，需要提高压缩机的效率。
[0019] 此时，作为提高线性压缩机（linear compressor)的效率的方法中的一个是减少 摩擦引起的损失。
[0020] 为了减少摩擦损失，通过将活塞的初始值（或是组装或停止状态下的缸筒上的活 塞的位置）朝向缸筒的压缩空间侧（或是上死点方向）移动来减少冲程。
[0021] 但是，活塞的初始值作为决定最大制冷能力的要素，如果减小初始值，当运转频率 相同时，缸筒和活塞间的每单位时间的摩擦面积减少，从而减少摩擦引起的损失并效率提 升，但与此同时，因最大制冷能力减小而不易应对过负载。
[0022] 另外，如果将活塞的初始值朝向压缩空间侧的相反侧移动，虽然能够增大压缩机 的最大制冷能力，但是由于活塞的移动距离（上死点及下死点间的距离）增加，导致缸筒和 活塞间的摩擦引起的损失增加并减小效率。
[0023] 其中，上死点（TDC)是"Top Dead Center"的缩略语，在物理上可表示压缩行程结 束时的缸筒内活塞的位置。在本说明书中，将TDC为0的地点（或是从缸筒末端（或是缸 筒内吐出阀）到活塞的末端的距离为0的地点）简称为"上死点"。
[0024] 与此相同地，下死点伽C)是"Bottom Dead Center"的缩略语，在物理上可表示 活塞的吸入行程结束时的活塞的位置。
[0025] 其结论上，基于所述活塞的初始值的压缩机效率及最大制冷能力可W说是处于权 衡（trade off)关系。
[0026] 因此，亟需提供一种利用活塞的初始值来确保压缩机的控制稳定性并提高压缩机 的效率的技术。
【发明内容】
[0027] 本发明旨在解决如前所述的现有技术的问题，提供一种线性压缩机控制装置及控 制方法，根据情况而控制改变活塞的初始值，W扩大压缩机的最大制冷能力，或是控制防止 活塞超出冲程极限的移动。
[0028] 作为解决前述的技术问题的方式，本发明提供一种线性压缩机的控制装置，包括： 驱动部，基于控制信号而驱动线性压缩机，检测部，检测所述线性压缩机的马达电流，非对 称电流生成部，在所述检测出的马达电流中利用电流偏移而生成非对称马达电流，W及，控 制部，基于所述非对称马达电流而生成所述控制信号；其中，所述电流偏移基于活塞的位置 变化而改变。
[0029] 根据一实施例，所述电流偏移可基于W所述活塞的初始值为中屯、的冲程非对称率 而决定。
[0030] 根据一实施例，如果所述冲程非对称率大于预设定的目标非对称率，可改变所述 电流偏移W使所述活塞的初始值朝上死点方向移动，如果所述冲程非对称率小于预设定的 目标非对称率，可改变所述电流偏移W使所述活塞的初始值朝下死点方向移动。
[0031] 根据一实施例，所述电流偏移可基于所述马达电流和预设定的马达电流极限值的 比较结果而决定。
[0032] 根据一实施例，如果所述马达电流大于所述预设定的马达电流极限值，可改变所 述电流偏移W使所述活塞的初始值朝上死点方向移动，如果所述马达电流小于所述预设定 的马达电流极限值，可改变所述电流偏移W使所述活塞的初始值朝下死点方向移动。
[0033] 根据一实施例，所述电流偏移可基于检测出的冲程和预设定的冲程极限值的比较 结果而决定。
[0034] 根据一实施例，如果所述检测出的冲程大于所述预设定的冲程极限值，可改变所 述电流偏移W使所述活塞的初始值朝上死点方向移动，如果所述检测出的冲程小于所述预 设定的冲程极限值，可改变所述电流偏移W使所述活塞的初始值朝下死点方向移动。
[0035] 根据一实施例，所述电流偏移可基于检测出的上死点而决定。
[0036] 根据一实施例，可改变所述电流偏移W使所述活塞的初始值朝上死点或下死点方 向移动，从而使所述检测出的上死点达到0。
[0037] 根据一实施例，所述控制部可基于所述非对称马达电流及所述线性压缩机的马达 电压而检测冲程，并基于所述检测出的冲程而生成所述控制信号。
[003引根据一实施例，所述控制部可检测所述非对称马达电流的相位及所述检测出的冲 程的相位的相位差，基于所述相位差而检测所述线性压缩机的上死点，并基于所述检测出 的上死点而生成所述控制信号。
[0039] 根据一实施例，所述控制部可检测所述非对称马达电流的相位及所述检测出的冲 程的相位的相位差，基于所述相位差、所述非对称马达电流及所述检测出的冲程而检测气 弹黃常数，并基于所述气弹黃常数而生成所述控制信号。
[0040] 根据一实施例，所述控制部可基于所述气弹黃常数而检测所述线性压缩机的上死 点，并基于所述检测出的上死点而生成所述控制信号。
[0041] 根据一实施例，所述电流偏移可根据所述线性压缩机的负载或所述线性压缩机中 施加的制冷能力指令值的变化而改变。
[0042] 根据一实施例，所述电流偏移可根据所述线性压缩机的动作模式而改变，其中，所 述动作模式可W是对称控制模式、非对称控制模式及反向非对称控制模式中的至少一个。
[0043] 根据一实施例，所述动作模式可基于所述线性压缩机的负载或所述线性压缩机中 施加的制冷能力指令值而决定。
[0044] 根据一实施例，在所述动作模式为对称控制模式的情况下，所述控制部可将所述 电流偏移设定为0,在所述动作模式为非对称控制模式或反向非对称控制模式的情况下，所 述控制部可将所述电流偏移设定为O W外的值。
[0045] 根据一实施例，在所述动作模式为非对称控制模式的情况下的所述电流偏移和在 所述动作模式为反向非对称控制模式的情况下的所述电流偏移的符号可W相反。
[0046] 根据一实施例，所述电流偏移可基于W所述活塞的初始值为中屯、的冲程非对称 率、所述马达电流和预设定的马达电流极限值的比较结果、检测出的冲程和预设定的冲程 极限值的比较结果及检测出的上死点中的至少一个而决定。
[0047] 根据一实施例，所述电流偏移可基于所述线性压缩机的负载或所述线性压缩机中 施加的制冷能力指令值而决定。
[0048] 根据一实施例，所述线性压缩机的负载可基于所述线性压缩机中施加的电流和冲 程的相位差的绝对值、所述线性压缩机的外气溫度、所述线性压缩机的室内溫度及冷冻循 环内的冷凝器及蒸发器的溫度中的至少一个而检测出。
[0049] 根据一实施例，基于所述电流偏移的所述活塞的初始值移动量可与所述线性压缩 机的马达常数及所述电流偏移成正比。
[0050] 根据一实施例，基于所述电流偏移的所述活塞的初始值移动量可与W所述活塞的 运动方向弹性支承所述活塞的弹黃的弹黃常数成反比。
[0051] 根据一实施例，所述控制部可基于所述检测出的马达电流或所述非对称马达电流 而检测所述马达常数，并基于所述检测出的马达常数而控制所述电流偏移。
[0052] 根据一实施例，所述线性压缩机可按对称控制模式、反向非对称控制模式及非对 称控制模式的顺序进行动作，在所述反向非对称控制模式之后W所述非对称控制模式进行 动作的情况下，在基于上死点控制方法的运转状态下W非对称控制模式进行动作。
[0053] 根据一实施例，所述线性压缩机可基于与马达对应的电感器及虚拟电容器而进行 谐振运转，所述控制部对所述非对称马达电流进行积分，在所述被积分的值中乘W特定常 数而计算电容器电压，并基于所述计算出的电容器电压而生成所述控制信号，从而实现所 述虚拟电容器。
[0054] 根据一实施例，所述线性压缩机的马达可包括：线圈部，由第一线圈及第二线圈构 成；W及，开关元件，根据开关控制信号而控制所述马达的线圈选择性地成为将所述第一线 圈及所述第二线圈相加的线圈或成为所述第一线圈。
[0055] 根据一实施例，所述开关控制信号可基于所述线性压缩机的负载而生成。
[0056] 根据一实施例，在所述线性压缩机的负载大于第二参考负载的情况下，所述控制 部可生成所述开关控制信号W使所述马达的线圈成为所述第一线圈，在所述线性压缩机的 负载小于所述第二参考负载的情况下，所述控制部可生成所述开关控制信号W使所述马达 的线圈成为将所述第一线圈及所述第二线圈相加的线圈。
[0057] 根据一实施例，在所述线性压缩机的负载小于第一参考负载的情况下，所述控制 部可将所述电流偏移设定为0,在所述线性压缩机的负载大于所述第一参考负载且小于第 二参考负载的情况下，所述控制部可将所述电流偏移设定为0 W外的值，在所述线性压缩 机的负载大于所述第=参考负载的情况下，所述控制部可生成所述开关控制信号W使所述 马达的线圈成为所述第一线圈。
[0058] 根据一实施例，所述第=参考负载可与所述第二参考负载相同或大于所述第二参 考负载。
[0059] 根据一实施例，所述开关控制信号可基于所述线性压缩机的运转模式而生成。
[0060] 根据一实施例，所述线性压缩机的运转模式可W是对称模式、非对称模式、反向非 对称模式、高效率模式及过负载应对模式中的至少一个。
[0061] 根据一实施例，在所述运转模式为高效率模式的情况下，所述控制部可生成所述 开关控制信号W使所述马达的线圈成为将所述第一线圈及所述第二线圈相加的线圈，在所 述运转模式为过负载应对模式的情况下，所述控制部可生成所述开关控制信号W使所述马 达的线圈成为所述第一线圈。
[0062] 根据一实施例，在所述动作模式为对称控制模式的情况下，所述控制部可将所述 电流偏移设定为0,在所述动作模式为非对称控制模式或反向非对称控制模式的情况下，所 述控制部可将所述电流偏移设定为0 W外的值。
[0063] 根据一实施例，在所述动作模式为对称控制模式的情况下，所述控制部可将所述 电流偏移设定为0,并生成所述开关控制信号W使所述马达的线圈成为将所述第一线圈及 所述第二线圈相加的线圈，在所述动作模式为非对称控制模式或反向非对称控制模式的情 况下，所述控制部可将所述电流偏移设定为0 W外的值，并生成所述开关控制信号W使所 述马达的线圈成为将所述第一线圈及所述第二线圈相加的线圈。
[0064] 根据一实施例，所述过负载应对模式可在所述检测出的马达电流在W指定时间处 于0 W下时被决定，或是因过负载状态所致的所述线性压缩机的马达中施加的电压不足时 被决定，或是基于所述线性压缩机的负载或所述线性压缩机中施加的制冷能力指令值而决 定。
[0065] 并且，本发明提供一种线性压缩机，包括：固定构件，内部包括压缩空间；可动构 件，在固定构件内部进行往复直线运动，并对压缩空间中吸入的制冷剂进行压缩可动构件； 至少一个W上的弹黃，在所述可动构件的运动方向上弹性支承所述可动构件；马达，与所述 可动构件连接，并使可动构件W轴向进行往复直线运动；W及，所述线性压缩机的控制装 置。
[0066] 并且，本发明提供一种冰箱，包括：所述线性压缩机；W及，冷却室，形成有至少一 个空间，W通过包括所述线性压缩机的冷冻循环供给到冷气。
[0067] 并且，本发明提供一种线性压缩机控制方法，包括：检测与线性压缩机的马达相 应的马达电流及马达电压的步骤，在所述检测出的马达电流中利用电流偏移而生成非对称 马达电流的步骤，基于所述非对称马达电流及所述检测出的马达电压而生成控制信号的步 骤，W及，基于所述控制信号而驱动线性压缩机的步骤；其中，所述电流偏移基于活塞的位 置变化而改变。
[0068] 根据一实施例，所述电流偏移可基于W所述活塞的初始值为中屯、的冲程非对称 率、所述马达电流和预设定的马达电流极限值的比较结果、检测出的冲程和预设定的冲程 极限值的比较结果及检测出的上死点中的至少一个而决定。
[0069] 根据一实施例，所述电流偏移可基于所述线性压缩机的动作模式、所述线性压缩 机的负载或所述线性压缩机中施加的制冷能力指令值而决定。
[0070] 根据一实施例，所述动作模式可W是对称控制模式、非对称控制模式及反向非对 称控制模式中的至少一个。
[0071] 根据一实施例，在所述动作模式为对称控制模式的情况下，可将所述电流偏移设 定为0,在所述动作模式为非对称控制模式或反向非对称控制模式的情况下，可将所述电流 偏移设定为0 W外的值。
[0072] 根据一实施例，所述线性压缩机可基于与马达对应的电感器及虚拟电容器而进行 谐振运转，所述虚拟电容器对所述非对称马达电流进行积分，在所述被积分的值中乘W特 定常数而计算电容器电压，并基于所述计算出的电容器电压而生成所述控制信号，从而实 现所述虚拟电容器。
[0073] 根据一实施例，所述线性压缩机的马达可包括：线圈部，由第一线圈及第二线圈构 成；W及，开关元件，根据开关控制信号而控制与所述马达相应的线圈选择性地成为将所述 第一线圈及所述第二线圈相加的线圈或成为所述第一线圈。
[0074] 根据一实施例，所述开关控制信号可基于所述线性压缩机的负载而生成。
[00巧]根据一实施例，在所述线性压缩机的负载大于第二参考负载的情况下，所述开关 控制信号可控制所述开关元件W使所述马达的线圈成为所述第一线圈，在所述线性压缩机 的负载小于所述第二参考负载的情况下，所述开关控制信号可控制所述开关元件W使所述 马达的线圈成为将所述第一线圈及所述第二线圈相加的线圈。
[0076] 并且，本发明提供一种记录有用于执行所述线性压缩机控制方法的计算机程序的 计算机可读取的记录介质。
[0077] 在W上所述的本发明的线性压缩机控制装置及控制方法中，将活塞的初始值较小 地设定，在高负载运转区域通过电性方式移动活塞的初始值，W增大最大制冷能力，从而能 够确保控制稳定性的同时使效率极大化。
[0078] 并且，在本发明的一实施例的线性压缩机的控制装置及控制方法中，基于W活塞 的初始值为中屯、的冲程非对称率、马达电流和预设定的马达电流极限值的比较结果、检测 出的冲程和预设定的冲程极限值的比较结果及检测出的上死点中的至少一个而限制活塞 的移动，W防止活塞超出冲程极限的移动，从而能够防止活塞所致的压缩机的冲击，提高压 缩机的耐久性或防止冲击所致的噪音的发生。
[0079] 由此，可减小用于弹性支承活塞的弹黃的刚性或去除弹黃，从而能够实现低运转 频率的运转并提高压缩机效率。
[0080] 并且，在本发明的一实施例的线性压缩机的控制装置及控制方法中，通过采用虚 拟电容器可容易地进行基于电流偏移的非对称控制，由于根据运转频率进行LC谐振运转， 在不稳定区域中可进行稳定的控制，从而能够进行高效率的压缩机控制，并且通过去除AC 电容器能够减小制作成本。
[0081] 并且，在本发明的一实施例的线性压缩机的控制装置及控制方法中，在过负载状 态下，通过用于减少马达线圈的应数的2-分接（tap)控制，能够解决过负载状态下的压缩 机马达电压不足的现象。
【附图说明】
[0082] 图1是通常的往复式压缩机的控制装置的结构图。
[0083] 图2是通常的往复式压缩机的控制方法的动作流程图。
[0084] 图3是本发明的一实施例的线性压缩机控制装置的结构图。
[0085] 图4A是用于说明包括反相器的驱动部的动作的驱动部的例示图。
[0086] 图4B是示出用于说明包括反相器的驱动部的动作的生成驱动信号的过程的图。
[0087] 图5是利用S端双向可控娃的压缩机控制装置的结构图。
[008引图6是本发明的一实施例的非对称马达电流的生成概念图。
[0089] 图7A及图7B是示出本发明的一实施例的非对称马达电流的生成过程的例示图。
[0090] 图8是本发明的一实施例的对称控制、非对称控制及反向非对称控制的活塞的移 动变化的例示图。
[0091] 图9A至9C是本发明的一实施例的对称控制、非对称控制、反向非对称控制的活塞 的移动变化及马达电流的例示图。
[0092] 图10是不出与时间对应的活塞的移动变化量的一例的图表。
[0093] 图11是示出压缩机的负载和冲程非对称率之间的关系的图表。
[0094] 图12是示出与压缩机负载的大小对应的按不同动作模式的冲程的图。
[0095] 图13是示出与运转频率对应的阀效率的图表。
[0096] 图14是与制冷性能对应地示出本发明的一实施例的基于反向非对称控制的压缩 机的效率的图表。
[0097] 图15A至图1抓是本发明的一实施例的反向非对称控制的流程图。
[0098] 图16是与冲程变化对应地示出每恒定周期检测出的相位差或气弹黃常数的图 表。
[0099] 图17是本发明的又一实施例的线性压缩机控制装置的结构图。
[0100] 图18是基于本发明的一实施例的动作模式而设定电流偏移的方法的流程图