专利名称：线性压缩机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及线性压缩机及其控制方法。线性压缩机广泛用于压缩诸如电冰箱、冷冻机等装置中的制冷循环中的冷却剂。线性压缩机测量活塞的冲程量，并基于冲程的测量大小通过给线性压缩机的驱动电机施加电流来控制活塞的操作。
背景技术：
图1是传统线性压缩机活塞用位置检测传感器的横截面图。如图1中所示，位置检测传感器包括线轴100、传感器线圈101、芯体支撑102、和芯体103。
线轴100包括内部的传感器线圈101，传感器线圈101串联连接到第一传感器线圈101a和第二传感器线圈101b，每个传感器线圈都具有相同的感应值、尺寸和匝数。芯体支撑102由非磁性材料制造并支撑芯体103，并连接到活塞(未示出)。
当连接到压缩机活塞的芯体103沿着线轴100的内孔前后往复运动时，根据活塞的往复运动在传感器线圈101中产生了预定的电抗。
图2是用于传统线性压缩机活塞用位置检测电路的视图。如图2中所示，两个串联传感器101和两个串联分压电阻器Ra和Rb并联，以及三角脉冲输入作为电压源105。由分压电阻器Ra和Rb所分的电压的差异被放大器104放大，以根据活塞检测最大的输出电压，活塞中的芯体103自第一传感器线圈101a和第二传感器线圈101b之间的中心点前后移动。模拟信号处理器106自放大器104接收输出脉冲并通过预定的信号处理来检测活塞的位置。
图3显示了自图2中根据线性压缩机的往复运动自放大器104的输出电压。如图3所示，自放大器(线“a”)的输出电压对活塞的往复运动具有线性输出性。活塞的位置可以通过输出电压检测到，因为输出电压和活塞的位置成比例。
但是，传统线性压缩机的传感器电路可以根据诸如温度和压力的外部环境条件而使得线性图形的斜率角度发生变化。如果传统线性压缩机的传感器电路由于外部环境条件而具有如线“b”所表示的较小的斜率角度所表示的线性属性，根据当在高冷却能力中的稳定操作控制的活塞可能会和气缸的阀门相撞。
传统线性压缩机使用如下的控制方法通过确定基于所测量的温度或者所测量到的电机驱动电流的线性压缩机的载荷状态，来控制活塞的往复运动。用于确定线性压缩机上的载荷状态的传统控制方法可能较迟响应活塞上的载荷状态的变化。此外，在线性压缩机中非常难于准确测量温度和驱动电流，即使在温度和驱动电流的测量点被适当地进行了选择。
发明内容
相应地，本发明的一方面是提供一种线性压缩机，所述压缩机有效地输出制冷动力并无论外部环境如何都可以根据活塞上的载荷状态精确地控制活塞的冲程。
本发明的其它方面和/或者优点将根据说明而变得明显，或者可以从本发明的使用而了解到。
本发明的前述和/或者其它方面可以通过提供一种线性压缩机来实现，线性压缩机具有芯体，该芯体结合到活塞的一端以检测上下往复运动的活塞的位置，和线轴，所述线轴具有第一传感器线圈和第二传感器线圈，用于检测芯体的位置，该线性压缩机包括控制器，控制器通过测量芯体自活塞的吸气冲程经过活塞的压缩冲程而离开和进入线轴所消逝的时间确定活塞的载荷状态，并基于载荷的测量状态控制活塞的位置。
根据本发明的一方面，芯体的长度比串联的第一传感器线圈和第二传感器线圈的长度的一半要短。
根据本发明的一方面，如果芯体离开和进入线轴的时间比预定的临界时间增加很大，控制器增加活塞的顶部间隙。
根据本发明的一方面，线性压缩机包括第一支路和第二支路，第一支路包括串联的第一传感器和预定的第一分压电阻器，第二支路包括串联的第二传感器线圈和预定的第二分压电阻器，施加在第一支路和第二支路上的电源，及电压比较器，其具有施加到第一分压电阻器和第二分压电阻器的电压输入。
根据本发明的一方面，电压比较器具有施加到第一传感器线圈和第二传感器线圈中每一个的相对端子的电压输入。
根据本发明的一方面，控制器基于活塞靠近底部死点的位置使得电压比较器的输出为零(0)所需要的时间差异确定活塞上的载荷状态，以控制活塞的位置。
根据本发明的一方面，控制器基于活塞靠近底部死点的位置使得电压比较器的输出为零(0)所需要的时间差异确定活塞上的载荷状态，以控制活塞的位置。
根据本发明的另外一方面，上述和其它方面可以通过提供一种线性压缩机的控制方法实现，所述线性压缩机具有结合到活塞一端的芯体以检测活塞上下往复运动的位置，线轴，所述线轴具有第一传感器线圈和第二传感器线圈用于检测芯体的位置，所述方法包括测量芯体自活塞的吸气冲程经过活塞的压缩冲程而离开和进入线轴所用的时间，并根据所测量的芯体离开和进入线轴的时间通过确定活塞上的载荷状态而控制活塞的位置。
根据本发明的一方面，线性压缩机的控制方法还包括形成芯体的长度比串联的第一传感器线圈和第二传感器线圈的长度的一半要短。
根据本发明的另外一方面，上述和其它方面可以通过提供线性压缩机的控制方法来实现，所述方法包括如果芯体离开和进入线轴所用的时间比预定的临界时间增加较大，增加活塞的顶部间隙。
本发明的这些和其它方面的优点从下述的优选实施例的描述以及相应的附图上会变的更加明显，也更容易理解，其中图1是传统线性压缩机活塞用位置检测传感器的横截面图；图2是传统线性压缩机活塞用位置检测电路的视图；图3说明了根据线性压缩机的活塞的往复运动，在图2中自放大器的输出波形；图4是根据本发明的实施例的线性压缩机活塞用位置检测传感器的横截面图；图5是根据本发明的实施例的线性压缩机活塞用位置检测电路的框图；图6A-6C和图7A-7C是根据线性压缩机的往复运动的电压比较器的输入波形；图8是根据本发明的实施例的线性压缩机的控制方框图；图9是根据本发明的实施例的线性压缩机的活塞位置的电压比较器的输出波形。
具体实施例方式
下面将对本发明的具体实施例进行详细描述，在相应的附图中示出了其中的具体实例，其中相似的标号表示类似的部件。下面将根据附图来说明本发明的实施例。
图4是根据本发明的实施例的线性压缩机活塞用位置检测传感器的横截面图。如图4中所示，位置检测传感器包括线轴1、传感器线圈2、芯体支撑3和芯体4。
线轴1包括内部的传感器线圈2，传感器线圈2包括第一传感器线圈2a和第二传感器线圈2b。第一传感器线圈2a和第二传感器线圈2b具有相同的感应系数值、尺寸和匝数并串联。芯体支撑3由非磁材料制造并支撑芯体单元4并连接到活塞(未示出)。
芯体单元4包括具有较短预定长度的芯体4a。在此实施例中，芯体4a的长度比包括第一传感器线圈2a和第二传感器线圈2b的传感器线圈2的长度的一半要小。芯体支撑3将芯体4a连接到活塞，这样芯体4a可以根据活塞的往复运动而移动。
在连接到压缩机的活塞的芯体4a沿着线轴1的内孔前后往复运动时，根据芯体4a在传感器线圈2内的往复运动而产生预定的电抗。
芯体4a围绕第一传感器线圈2a为中心通过活塞的完整循环而往复运动。此外，芯体4a在活塞到达上部死点时，被调节到达靠近第二传感器线圈2b通过第一传感器线圈2a和第二传感器线圈2b之间的中间点(将被称为线圈起点)。同样，线轴和活塞的尺寸必须优选构造，这样芯体4a可以在膨胀冲程中离开线轴1。
如果线性压缩机上的载荷状态转入过载状态，活塞的冲程在膨胀冲程中离开线轴1。
载荷的这种状态的变化可以通过测量芯体4a的中心点离开和进入线轴1所用的时间而确定。
如图5中所示的控制器13测量芯体4a离开和进入线轴1所用的时间来确定载荷的状态。在过载的情况下，控制器13将高的电流施加到线性压缩机的驱动电机上。
但是，在过载非常高的情况下，活塞的顶部间隙可以增加在测量的载荷的变化比预定临界的载荷量大时由控制器计算和控制的载荷的部分量。增加顶部间隙的原因是如果在活塞的冲程量在过载过程中增加而过载状态突然转入稳定载荷状态，过度控制的活塞可能和线性压缩机的阀门相碰撞。相应地，通过将活塞的顶部间隙设置到在较宽的载荷范围内适当的值对于防止活塞的异常操作是有益的。
活塞的位置可以通过测量芯体4a离开和进入线轴1所用的时间而确定载荷的状态而得以控制。下面，将说明测量芯体4a离开和进入线轴1所用的时间的方法。图5是根据本发明的实施例的线性压缩机活塞用位置检测电路的框图。
如图5中所示，位置检测电路包括第一传感器线圈2a、第二传感器线圈2b、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、电源10、电压比较器11、数字信号处理器12和控制器13。
电源10将电施加到第一支路和第二支路，第一支路具有串联的第一传感器线圈2a和第一分压电阻R1，第二支路具有串联的第二传感器线圈2b和第二分压电阻R2。
电压比较器11接收来自各第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的端子的电压，分别作为比较信号V+和比较信号V-。同样，电压比较器11可以接收自各第一传感器线圈2a和第二传感器线圈2b的相对端子的电压。
数字信号处理器12根据电压比较器11的输出将矩形脉冲传输到控制器13，然后控制器13在矩形脉冲的基础上控制线性压缩机的驱动电机(未示出)。
图6A至图6C和图7A至7C是根据线性压缩机的活塞的往复运动的电压比较器的输入波形。
图6A表示来自电源10的三角脉冲，图6B表示表现输入至电压比较器11的正端子和负端子的波形。
图6B表示当上芯体4a的中点(将被称为芯体起点)通过第一传感器线圈2a和第二传感器线圈2b之间的中点(将被称为线圈起点)时、或者在活塞通过压缩冲程到达靠近上部死点时电压比较器11的输入波形。如果三角脉冲自电源10施加，第二传感器线圈2b的感抗L2比第一传感器线圈2a的感抗L1大。相应地，输入电源比较器11负端子的输入波形V-具有的延时比输入到电压比较器11正端子的输入波形V+的延时要长。
如图6C中所示，数字信号处理器12产生矩形波形Vd，其在电压比较器11正端子的输入波形V+大于负端子的输入波形V-时具有高电平。
图7A至7C是在芯体起点自线圈起点朝第一传感器线圈2a倾斜时的波形。在此情况下，第一传感器线圈2a的感抗L1大于第二传感器线圈2b的感抗L2。相应地，自电压比较器11正端子输入的输入波形V+具有较长的时间延迟。图7B说明了此情况下的电压比较器11的输入波形，图7C说明了自数字信号处理器12对应图7B的波形输出的矩形波形Vd。
图9是根据本发明实施例的线性压缩机活塞的位置自电压比较器11输出的波形。
如图9中所示，波形“C”具有两个对应图6B和图7B所说明的输入波形的零点。
如果芯体4a的芯体起点通过线圈起点，电压比较器11的输出波形V0具有第二零点，如果芯体4a的芯体起点离开线轴1，则其具有第一零点。
图8是根据本发明的实施例的线性压缩机的控制框图。下面，将参照图4至8说明本发明的实施例。
在步骤S1中，测量根据活塞吸入冲程的芯体4a的芯体起点离开和进入线轴1的时间，或者测量根据压缩冲程的具有第一零点的电压比较器11的输出V0再次具有第一零点所需要的时间。然后，在步骤S2中，活塞上的载荷的状态可以基于所测量的结果进行确定。
在步骤S4中，控制器13检测载荷的趋势。如果载荷降低，控制器13将控制活塞的冲程以在步骤S3中相应地减小，但是，如果载荷的状态被确定为过载，就需要在步骤S4中决定载荷的改变量是否比预定的临界载荷大，然后控制器必须在步骤S5中调整活塞的顶部间隙。
控制器13增加用于驱动电机的驱动电流来增加活塞的冲程，如果在步骤S6中确定载荷过载的话。但是，活塞可能在活塞具有较大冲程时变得不可控制而和阀门相撞，因为驱动电机的驱动电流在载荷的增加量大于临界载荷量时增加，或者因为电机的受控速度在载荷的状态突入转入稳定状态时，变得小于载荷的变化速度。
相应地，当载荷的变化量较大，可以通过设定受控冲程的目标值大于现有的冲程值一定数值而缓慢改变冲程值是比较合理的，而不是通过增加驱动电机的驱动电流而突然改变活塞的冲程值。但是，活塞和阀门的撞击可以通过在步骤S5中调整受控冲程的目标值而增加顶部间隙来防止。
根据本发明实施例的线性压缩机检测载荷的量并基于所检测的载荷量控制冷却源。
图9中的波形“c”和“d”是在诸如温度和压力的传感器外部环境条件发生变化时电压比较器11的输出波形V0。波形“d”和波形“c”相比，即使在外部条件发生变化零点也不发生变化。相应地，可以推出外部环境不影响零点，这使得可以基于零点来精确确定载荷的状态和控制活塞的位置。
此实施例通过确定载荷的状态而无论外部的环境使得本发明可以对活塞的冲程具有高质量的控制。
尽管对本发明的一些实施例进行了展示和说明，本领域技术人员将会理解在不偏离本发明的原理和实质的情况下，可对这些实施例进行改变，其范围也落入本发明的权利要求及其等同物所限定的范围内。
权利要求
1.一种线性压缩机，具有结合到活塞的端部以检测上下往复运动的活塞的位置的芯体、具有检测芯体位置的第一传感器线圈和第二传感器线圈的线轴，该线性压缩机包括控制器，该控制器通过测量芯体自活塞的吸气冲程经过活塞的压缩冲程而离开和进入线轴所用的时间来确定活塞的载荷状态，并基于测量的载荷状态控制活塞的位置。
2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，芯体的长度比串联的第一传感器线圈和第二传感器线圈的长度的一半要短。
3.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，如果芯体离开和进入线轴的时间增加的比预定的临界时间大，控制器增加活塞的顶部间隙。
4.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，还包括第一支路，所述第一支路包括串联的第一传感器和预定的第一分压电阻器；第二支路，所述第二支路包括串联的第二传感器线圈和预定的第二分压电阻器；电源，所述电源施加在第一支路和第二支路上；以及电压比较器，所述电压比较器具有自第一分压电阻器和第二分压电阻施加的输入电压。
5.根据权利要求4所述的线性压缩机，其特征在于，电压比较器接收自第一传感器线圈和第二传感器线圈中每一个施加的输入电压。
6.根据权利要求4所述的线性压缩机，其特征在于，控制器基于活塞靠近底部死点的位置使得电压比较器的输出为0所需要的时间确定活塞上的载荷状态，以控制活塞的位置。
7.根据权利要求5所述的线性压缩机，其特征在于，控制器基于活塞靠近底部死点的位置使得电压比较器的输出为0所需要的时间确定活塞上的载荷状态，以控制活塞的位置。
8.一种线性压缩机的控制方法，所述线性压缩机具有结合到活塞一个端部以检测上下往复运动的活塞的位置的芯体、具有检测芯体位置的第一传感器线圈和第二传感器线圈的线轴，所述方法包括测量芯体自活塞的吸气冲程经过活塞的压缩冲程而离开和进入线轴所用的时间；以及基于测量的芯体离开和进入线轴的时间通过确定活塞上的载荷状态而控制活塞的位置。
9.根据权利要求8所述的线性压缩机的控制方法，其特征在于，还包括将芯体的长度形成的比串联的第一传感器线圈和第二传感器线圈的长度的一半要短。
10.根据权利要求8所述的线性压缩机的控制方法，其特征在于，还包括如果芯体离开和进入线轴所用的时间增加的在预定的临界时间之上，增加活塞的顶部间隙。
11.一种控制线性压缩机操作的方法，包括计时由活塞驱动的芯体经过一个冲程循环的时间；接收时间并计算活塞上的载荷；基于所计算的载荷输出活塞位置信号；以及根据活塞位置信号通过改变驱动线性压缩机的电源来控制活塞冲程。
12.根据权利要求11所述方法，其特征在于，所述控制还包括控制活塞冲程，其中活塞冲程随载荷增加而增加并且活塞冲程随载荷减小而减小。
13.根据权利要求11所述方法，其特征在于，所述控制还包括如果计算的载荷大于预定的临界载荷量，那么增加活塞的顶部间隙。
14.根据权利要求11所述方法，其特征在于，对芯体计时是基于在压缩冲程过程中芯体离开传感器线圈孔，然后在活塞的吸入冲程过程中进入传感器线圈孔的消逝时间进行的。
15.一种线性压缩机活塞控制装置，包括限定孔的线轴；设置在线轴内的传感器线圈；芯体，所述芯体连接到与线轴的孔同轴放置的活塞上，其中芯体比传感器线圈的长度的一半要小；控制器，控制器通过基于来自传感芯体位置的传感器线圈的信号来确定载荷从而控制活塞的位置。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，控制器基于芯体在压缩冲程的过程中离开传感器线圈孔及然后在活塞的吸入冲程中进入传感器线圈孔所消逝的时间确定载荷。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括所述控制器基于所消逝的时间调整活塞的顶部间隙。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，如果消逝的时间大于预定的临界时间控制器增加顶部间隙。
19.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，传感器线圈包括第一传感器线圈和第二传感器线圈。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，第一传感器线圈和第二传感器线圈具有相同的匝数、尺寸和感应值。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，控制装置还包括第一支路，所述第一支路包括串联的第一传感器和第一预定分压电阻器；第二支路，所述第二支路包括串联的第二传感器线圈和第二预定分压电阻器；
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，还包括电压比较器，用于接收自第一支路和第二支路的输入电压并输出信号；数字信号处理器，其接收比较器信号并基于比较器信号将输出信号发送至控制器。
23.根据权利要求22的控制装置，其特征在于，控制器通过测量在压缩冲程期间比较器信号等于0的第一时间和在吸入冲程期间比较器信号等于0的第二时间之间消逝的时间来确定载荷。
全文摘要
一种线性压缩机，具有连接到活塞的端部以检测上下往复运动的活塞的位置的芯体、具有用于检测芯体位置的第一传感器线圈和第二传感器线圈的线轴。控制器通过测量芯体自活塞的吸气冲程经过活塞的压缩冲程而离开和进入线轴所消逝的时间确定活塞的载荷状态，并基于测量的载荷状态控制活塞的位置。一种控制线性压缩机的控制方法包括计时由活塞驱动的芯体经过一个冲程循环的时间，接收时间并计算活塞上的载荷，基于所计算的载荷输出活塞位置信号，以及根据活塞位置信号通过改变驱动线性压缩机的电源来控制活塞冲程。
文档编号F04B35/04GK1576584SQ20041000785
公开日2005年2月9日 申请日期2004年3月3日 优先权日2003年7月8日
发明者金男洙 申请人:三星电子株式会社