用于控制压缩机的运行的装置及方法

专利名称：用于控制压缩机的运行的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种可变容量的压缩机，尤其涉及一种用于控制压缩机的运行的装置 及方法，其根据外部负载在功率模式或功率节省模式下运行压缩机时在每种工作模式下都 能提高压缩机效率。
背景技术：
一般来说，空调、冰箱、橱柜等等都包括有制冷循环系统。制冷循环系统包括用 来压缩制冷剂的压缩机，用来冷凝被压缩的制冷剂以释放热量的冷凝器，用来降低被冷凝 的制冷剂的压力的膨胀阀，以及用来蒸发已经通过膨胀阀的制冷剂以吸收外部热量的蒸发
ο压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器通过连接管被连接起来，形成循环。在制冷循环系统中，当压缩机在接收功率下运行时，从压缩机排放出的高温及高 压制冷剂依次通过冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，然后再被吸入压缩机中，并且这一过程不断 重复。在这个过程中，热量从冷凝器产生，并且蒸发器吸收外部热量以形成冷空气。冰箱和橱柜使用从制冷循环系统的蒸发器中产生的冷空气来保持食品新鲜。空调 选择性地对从制冷循环系统的冷凝器中产生的热量和由室内蒸发器所形成的冷空气进行 循环，以将室内空间维持在一个合适的状态。冰箱和橱柜不考虑季节的变换被经常使用，而空调的使用程度则根据季节而不 同。也即，空调的使用程度在夏季期间高，而在春季和秋季则低。因此，因为空调的使 用程度根据夏季、春季或秋季而不同，所以可通过适当地改变空调的工作模式来显著降低 空调的功耗。尤其是，最近，由于世界范围内石油使用量的增加导致油价升高，可最小化功耗的 空调的研究和发展便是一个关键课题。空调的功耗的降低会引起最小化的环境问题。制冷循环系统的制冷量由压缩机压缩制冷剂的压缩容量确定，当压缩机的压缩容 量大时，由制冷循环系统的蒸发器形成的冷空气量增大，当压缩机的压缩容量小时，由蒸发 器形成的冷空气量减小。因而，为了有效地运行制冷循环系统，如果需要大量的冷空气，应该增大压缩机的 压缩容量，而如果需要少量的冷空气，应该减小压缩机的压缩容量。图1为示出普通压缩机的示意图。如图1所示，一般地，压缩机包括用于将电能转 换为动能的电动机机构(电动机)，以及在接收电动机机构的转动力下压缩制冷剂的压缩 机构。用来改变压缩机的压缩容量的方法中的一种是可以改变电动机机构(电动机)的 旋转数。然而，如果电动机机构的旋转数是变化的，电动机机构价格高得会增加压缩机的 单位成本，从而造成产品竞争力的降低。
因而，关于在维持产生用来压缩制冷剂的驱动力的电动机机构的旋转数一致时改 变压缩机构中制冷剂的压缩容量的研究正在进行。然而，具有如图1所示这样的可变容量结构的压缩机通过使用具有单一电容值的 单个电容器运行在功率模式和功率节省模式下。因而，如图2和图3所示，与在功率节省模 式下相比，压缩机在功率模式下具有良好的效率。这是因为，定速(恒速)电动机在功率模式下的输出点比在功率节省模式下的输 出点具有更好的效率。也即，定速电动机不是变速电动机，因此它不能在不同输出点获得等 同的效率。图2为示出压缩机在功率模式下运行时的磁动势(MMF)和相位角之间关系的图 示，图3为示出压缩机在功率节省模式下运行时的MMF和相位角之间关系的图示。换言之， 当电动机的主线圈(或主绕组)的MMF和副线圈(或副绕组)的MMF相同(MMF比率=1)， 并且主线圈和副线圈的相位角是直角(90° )时，电动机可具有最高效率。方程(1)MMF = N* I其中，N为绕组数，T为流过线圈的电流。MMF是一种作为磁路中产生磁通量的动力的势力，相当于电路中的电动势。MMF的 大小以单位正极(normal polarity)按磁路绕一整圈的势力来标示。然而，在相关技术中，当对压缩机进行控制时，其利用具有单一电容值的单个电容 器在功率模式和功率节省模式下运行，因此主线圈和副线圈的MMF在功率节省模式下是不 同的，并且因为主线圈和副线圈的相位角不是直角，所以电动机的效率有所降低。

发明内容
因此，为了克服上述问题，构思出本文中所描述的各种特征。示意性实施例的一个 方面是提供一种用于控制压缩机的运行的装置及方法，其能够通过分别在功率模式和功率 节省模式下二元化电容器来提高功率节省模式下电动机效率。本发明的另一方面是提供一种用于控制压缩机的运行的装置及方法，由此将两个 电容器并联连接，并且切换控制成在功率节省模式下使用小电容值的电容器以及在功率模 式下使用大电容值的电容器。本发明的再一方面是提供一种用于控制压缩机的运行的装置及方法，据此在功率 模式下和功率节省模式下电容器被二元化并被切换以适当使用，从而提高在每种模式下的 电动机效率。本说明书提供一种用于控制压缩机的运行的装置，包括控制器，用于根据压缩机 的工作负载产生控制信号以选择压缩机的工作模式；压缩机电动机，包括主线圈和副线圈， 并根据所述控制器的控制信号被驱动在多种工作模式中的一种工作模式下；以及电源供应 单元，用于根据所述控制器的控制信号经由每个都具有不同电容值的多个电容器给所述压 缩机电动机的副线圈加电。本说明书也提供一种用于控制压缩机的运行的方法，包括当运行装置运行时确 定压缩机的工作模式；以及同时经由每个都具有不同电容值的多个电容器给压缩机电动机 的主线圈和副线圈加电。
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本说明书也提供一种用于控制压缩机的运行的装置，包括控制器，用于根据压缩 机的工作负载产生控制信号用于选择压缩机的工作模式；压缩机电动机，包括主线圈和副 线圈，并根据所述控制器的控制信号被驱动在多种工作模式中的一种工作模式下；多容值 电容器(multi-capacitor)，具有多个电容值；电源供应单元，包括所述多容值电容器，并 根据所述控制器的控制信号将所述多个电容值中的一个的电流施加给所述副线圈。本说明书还提供一种用于控制压缩机的运行的方法，包括对单个多容值电容器 充电到用于功率节省模式的第一电容值的电压，以及对单个多容值电容器充电到用于功率 模式的第二电容值的电压；确定所述压缩机的工作模式；以及根据确定结果将所述第一电 容值的电流或者所述第二电容值的电流施加给所述压缩机的电动机。参考相应的附图，从本发明下面的细节描述中本发明前述和其它的目的、特征、方 面以及优点将变得更加清楚。根据本发明第一实施例的用于控制压缩机的运行的装置和方法具有如下的优点。也即，因为在可变容量压缩机运行时，根据工作模式执行切换以使用不同电容值 的电容器，在功率节省模式下电动机的效率可以得到提高。并且，在运行可变容量的压缩机 中，小电容值的电容器被用于功率节省模式中，大电容值的电容器被用于功率模式中，因此 在功率节省模式下电动机的效率可以得到提高。另外，根据本发明的第二个实施例的用于控制压缩机的运行的装置和方法具有这 样的优点，因为电容器被二元化以使用具有多电容值的单个电容器，压缩机的效率可以得 到提高，并且压缩机电动机的生产成本可以得到降低。


图1为示出普通压缩机的示意图；图2为示出根据相关技术压缩机运行在功率模式时磁动势(MMF)与相位角之间关 系的图示；图3为示出根据相关技术压缩机运行在功率节省模式时磁动势(MMF)与相位角之 间关系的图示；图4为示出根据本发明第一实施例的一种用于控制压缩机的运行的装置的电路 图；图5为说明根据本发明第一实施例的一种用于控制压缩机的运行的方法的处理 过程的流程图；图6为示出根据本发明第一实施例压缩机运行在功率节省模式时MMF与相位角之 间关系的示；图7为示出按照根据本发明第一实施例控制压缩机运行所使用电容器的电容值 的效率的图示；图8为示意性示出根据本发明第二实施例的一种用于控制压缩机的运行的装置 的电路图；以及图9为示出根据本发明第二实施例的一种用于控制压缩机的运行的方法的处理 过程的流程图。
具体实施例方式参考附图将描述根据本发明的示意性实施例的用于控制压缩机的运行的装置和 方法。在描述本发明时，如果考虑到相关已知功能或结构的细节性描述会不必要地偏离本 发明的要点，这样的解释将被忽略，但会被本领域普通技术人员所理解。同样的参考附图标 记将表示具有同样功能的元件。图4为示出根据本发明第一实施例的一种用于控制压缩机的运行的装置的电路 图。参考图4，根据本发明的用于控制压缩机的运行的装置包括控制器(未示出)，用 于根据压缩机的工作负载产生控制信号以选择压缩机的工作模式；压缩机电动机110，包 括主线圈和副线圈，根据所述控制器的控制信号而被驱动在多种工作模式下；以及电源供 应单元120，用于根据所述控制器的控制信号给压缩机电动机110的副线圈加电。电源供应单元120包括继电器121，根据压缩机的工作模式由控制器所输出的控 制信号进行切换；第一电容器122，与继电器121串联连接，以便连接到副线圈的电源施加 端(S)；以及第二电容器123，与继电器121和第一电容器122并联连接。这里，在本发明 中，可使用各种开关元件代替继电器。在功率节省模式下继电器121依据由控制器输出的控制信号切断第一电容器122 的电源供应，从而仅经由第二电容器使电源供应到副线圈。另外，在功率模式下继电器121 依据由控制器输出的控制信号给第一电容器122加电，以允许经由第一电容器122和第二 电容器123给副线圈加电。当输入到压缩机的电压改变时，或者当压缩机的工作负载改变时，控制器改变压 缩机的工作模式为功率模式或功率节省模式。也即，当压缩机的工作负载大于预设参考负 载时，控制器改变压缩机的工作模式为功率模式，以及当压缩机的工作负载小于预设参考 负载时，控制器改变压缩机的工作模式为功率节省模式。如上所描述的，因为电动机效率在功率模式下为最大化，并在功率节省模式下有 所降低，本发明提供了在电源给副线圈加电时所通过的两个电容器，以便于在功率模式下 可经由大电容值的电容器加电，在功率节省模式下可经由小电容值的电容器加电。然而，在这种情况下，与使用两个小电容值的电容器的情况相比，大电容值的单个 电容器会导致更多的成本花费，因此，简单安装大电容值的电容器和小电容值的电容器来 进行切换会引起成本的增加。因而，在本发明第一实施例中，每个都具有小电容值的第一电容器和第二电容器 并联连接在一起，以便于在功率模式下第一电容器和第二电容器通过叠加它们的电容值来 充当大电容值的电容器，并且在功率节省模式下仅经由小电容值的第二电容器加电，从而 不会引起成本的增加。当然，可以使用三个或更多的电容器。这里，主线圈的绕组数和副线圈的绕组数可以是不同的，或者是相同的。另外，可 基于电动机线圈的电感值来确定第一电容器122和第二电容器123的电容值。本发明的实施例参考图5将描述根据本发明第一实施例的一种用于控制压缩机的运行的方法。图5为示出根据本发明第一实施例的用于控制压缩机运行的方法的处理过程的 流程图。
首先，控制器根据压缩机的工作负载运行压缩机(SlOl)。也即，当压缩机的工作负载大于预设参考负载时，压缩机的工作模式被改变为功 率模式。随着压缩机的工作模式被改变为功率模式(S102)，控制信号被输出以开启继电器 121。随着继电器被开启，电源经由第一电容器122和第二电容器123的组合电容值而施加 给副线圈(S103)。同时，如果压缩机的工作负载小于预设参考负载，压缩机的工作模式被改变为功 率节省模式。随着压缩机的工作模式被改变为功率节省模式(S102)，控制信号被输出以关闭继 电器121。随着继电器121被关闭，施加给第一电容器122的电源被切断，电源仅经由小电 容值的第二电容器123而施加给副线圈(S104)。根据工作模式通过不同电容值的电容器给副线圈加电的原因是，使得在功率模式 下电动机的主线圈的MMF和副线圈的MMF相等(MMF比率=1)，并使主线圈和副线圈的相位 角为直角(90° )，从而使效率最大化。产生这种效果的原理是因为，通过根据电动机线圈 的电感量(L)和电容器的电容值(C)而执行了谐振运行。图6为示出根据本发明第一实施例压缩机运行在功率节省模式时MMF和相位角之 间关系的图示。当与图3所示现有技术的功率节省模式下的图示相比时，注意到图6中，在 本发明中，MMF比率从0.8变为1，并且相位角从80°变为90°。因为当MMF比率为1以及相位角为90°时电动机效率被最大化，所以根据本发明 的压缩机即使在功率节省模式下也可以与在功率模式下一样以最大效率运行。图7为示出按照根据本发明第一实施例控制压缩机运行所使用电容器的电容值 的效率的图示，其中在功率模式下，当电容器的电容值为60 μ F时可获得最大效率，以及在 功率节省模式下，当电容器的电容值为较小的35 μ F时可获得最大效率。换言之，如果仅有可产生最大效率的60 μ F单个电容器被使用在功率模式中，则 可在功率节省模式下产生85%的最大效率，而当电容器被二元化并且35 μ F的电容器被使 用在功率节省模式中时，可获得89%的效率。也即，可提高约3. 7%的效率。当然，第一电容器和第二电容器的电容值不限于上述提及的值，而是可以基于电 动机线圈的电感值确定。参考图8，根据本发明第二实施例用于控制压缩机的运行的装置包括控制器，用 于根据压缩机的工作负载产生控制信号以选择压缩机的工作模式；压缩机电动机210，包 括主线圈和副线圈，并根据控制器的控制信号而被驱动在多种工作模式中的一种工作模式 下；包括多个电容值的多容值电容器223;以及电源供应单元220，具有所述多容值电容器 223，并根据控制器的控制信号施加多个电容值中的一个的电流给副线圈。如图9所示，根据本发明第二实施例的用于控制压缩机的运行的方法包括在单 个多容值电容器中充电到第一电容值的电压以用于功率节省模式，以及在单个多容值电容 器中充电到第二电容值的电压以用于功率模式(S201)；确定压缩机的工作模式(S202)； 以及根据确定结果而将第一电容值的电流或者第二电容值的电流施加给压缩机的电动机 (S203 至 S208)。本发明通过使用单个电容器在功率模式下和功率节省模式下实现电容器的二元化。图8为示意性示出根据本发明第二实施例的用于控制压缩机的运行的装置的电 路图。根据本发明第二实施例的用于控制压缩机的运行的装置包括具有多个电容值的 单个电容器，用于功率模式和功率节省模式的电容器二元化。如图8所示，用于控制压缩机 的运行的装置包括具有主线圈(M)、副线圈(S)以及公共端(C)的压缩机电动机210，过载 保护器230，控制器(未示出)以及电源供应单元220。电源供应单元220包括继电器开关221和具有两个电容值的多容值电容器223。 电容器223将输入端连接到第一电源输入端Vcc，并将输出第一电容值的电流的第一输出 端和输出第二电容值的电流的第二输出端连接到继电器开关221。对于多容值电容器223，优选使用容量可变的电容器，它通过与开关221连接(或 者被切换)来构成电源供应单元220。电源供应单元220与第一实施例中两个电容器二元 化的电源供应单元具有同样的效果，并且，在成本方面，与使用两个电容器的情况相比，电 源供应单元200能够降低约40%的成本(材料成本)。过载保护器230位于第二电源电压端(Vcc-)和公共端(C)之间，并防止高于特定 值的过载施加给电动机。继电器开关221位于副线圈(120)和电容器150之间，并根据第 一电容值施加电流给副线圈(S)或根据第二电容值施加电流给副线圈(S)。也即，在功率节省模式下，继电器开关221将多容值电容器223的第一输出端连接 到副线圈(S)上，在功率模式下，继电器开关221将多容值电容器223的第二输出端连接到 副线圈⑶上。控制器根据施加到电动机上的负载量控制电源供应单元220的切换，以改变电动 机为功率模式或者功率节省模式。图9为示出根据本发明第二实施例的一种用于控制压缩机的运行的方法的处理 过程的流程图。—般而言，压缩机的电动机根据施加到电动机上的负载量通过改变磁场的强度来 提高效率。一旦压缩机启动(S201)，控制器(未示出)通过监测电动机的状态来检查负载 量(S202)。如果压缩机的负载量高于或等于参考值，则控制器改变压缩机的状态为功率模 式(S203)。控制器控制继电器开关221以便充电到第二电容值的电压(S204、S205)。当压缩 机的状态被改变为功率模式时，电动机提高磁场强度以增加冲程。如果负载量小于参考值， 控制器改变电动机的状态为功率节省模式(S206)。控制器控制继电器开关221以便充电到 第一电容值的电压(S207、S208)。当压缩机的状态被改变为功率节省模式时，电动机降低 磁场强度以减少电动机的冲程。就如前所描述的，根据本发明第一实施例的用于控制压缩机的运行的装置和方法 具有以下优点。也即，因为在可变容量压缩机运行时，根据工作模式执行切换以使用不同电容值 的电容器，在功率节省模式下电动机的效率可以得到提高。并且，在运行可变容量的压缩机 中，小电容值的电容器被用于功率节省模式中，大电容值的电容器被用于功率模式中，因此 在功率节省模式下电动机的效率可以得到提高。
另外，根据本发明的第二个实施例的用于控制压缩机的运行的装置和方法具有这 样的优点，因为电容器被二元化以使用具有多电容值的单个电容器，压缩机的效率可以得 到提高，并且压缩机电动机的生产成本可以得到降低。由于本发明可在不背离其中的特性而以几种形式实施，也应理解到，除非另有说 明，上述描述的实施例不限于前述描述的任何细节，而是应在本发明附属的权利要求所限 定的保护范围之内得到广泛的解释，因此所有落入权利要求的界限和范围，或者等效的这 种界限和范围的改变和修正都应该被包含在附属的权利要求内。
权利要求
一种用于控制压缩机的运行的装置，包括控制器，用于根据压缩机的工作负载产生控制信号以选择所述压缩机的工作模式；压缩机电动机，包括主线圈和副线圈，并根据所述控制器的控制信号在多种工作模式中的一种工作模式下被驱动；以及电源供应单元，用于根据所述控制器的控制信号经由每个都具有不同电容值的多个电容器给所述压缩机电动机的所述副线圈加电。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源供应单元包括继电器，根据所述压缩机 的工作模式通过从所述控制器输出的控制信号进行切换。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述电源供应单元包括第一电容器，与所述继电器串联连接，以便连接到所述副线圈的电源施加端；以及第二电容器，并联连接于所述继电器和所述第一电容器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，如果所述压缩机的工作负载小于预设参考负载， 所述控制器在所述功率节省模式下运行所述压缩机。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，如果所述压缩机的工作负载大于预设参考负载， 所述控制器在功率模式下运行所述压缩机。
6.根据权利要求3所述的装置，其中，在所述功率节省模式下，所述控制器控制所述继 电器切断对所述第一电容器的电源供应，以便仅经由所述第二电容器给所述副线圈加电。
7.根据权利要求3所述的装置，其中，在所述功率模式下，所述控制器控制所述继电器 给所述第一电容器加电，以便于经由所述第一电容器和第二电容器给所述副线圈加电。
8.根据权利要求3所述的装置，其中所述电源供应单元在所述功率模式下经由大电容 值的电容器加电，并且在所述功率节省模式下经由小电容值的电容器加电。
9.一种用于控制压缩机的运行的方法，包括当所述压缩机运行时确定所述压缩机的工作模式；以及给主线圈加电，并且同时根据所述确定的结果经由每个都具有不同电容值的多个电容 器给压缩机电动机的副线圈加电。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在加电过程中，当所述压缩机运行在功率模式 时，给所述压缩机电动机的所述主线圈加电，并且同时，经由并联连接的第一电容器和第二 电容器给所述压缩机电动机的所述副线圈加电。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，在加电过程中，当所述压缩机运行在功率节省 模式时，给所述压缩机电动机的所述主线圈加电，并且同时，经由第一电容器和第二电容器 中的一个给所述压缩机电动机的所述副线圈加电。
12.一种用于控制压缩机的运行的装置，包括控制器，用于根据压缩机的工作负载产生控制信号以选择所述压缩机的工作模式；压缩机电动机，包括主线圈和副线圈，并根据所述控制器的控制信号在多种工作模式 中的一种工作模式下被驱动；多容值电容器，具有多个电容值；以及电源供应单元，包括所述多容值电容器，并根据所述控制器的控制信号施加所述多个 电容值中的一个的电流给所述副线圈。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述多容值电容器充电到用于功率节省模式的第一电容值的电压，以及充电到用于功率模式的第二电容值的电压。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述电源供应单元包括继电器，连接在所述多 容值电容器的输出端和所述副线圈之间，并施加所述第一电容值或所述第二电容值的电流 给所述副线圈。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，如果所述压缩机的工作负载小于预设参考负 载，所述控制器在功率节省模式下运行所述压缩机。
16.根据权利要求12所述的装置，其中，如果所述压缩机的工作负载大于预设参考负 载，所述控制器在功率模式下运行所述压缩机。
17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述继电器根据所述控制信号，选择性地将输 出所述第一电容值的电流的所述多容值电容器的第一输出端、以及输出所述第二电容值的 电流的所述多容值电容器的第二输出端连接至所述副线圈。
18.根据权利要求14所述的装置，其中，在所述多容值电容器中，输入端被连接到电源 供应端，并且输出第一电容值的电流的第一输出端和输出第二电容值的电流的第二输出端 被连接到所述继电器。
19.一种用于控制压缩机的运行的方法，包括对单个多容值电容器充电到用于功率节省模式的第一电容值的电压，以及对单个多容 值电容器充电到用于功率模式的第二电容值的电压；确定所述压缩机的工作模式；以及根据所述确定的结果施加所述第一电容值的电流或者所述第二电容值的电流给所述 压缩机的电动机。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述施加电流给所述电动机包括如果所述压缩机的工作负载小于预设参考负载，则在功率节省模式下运行所述压缩 机；以及如果所述压缩机的工作负载大于预设参考负载，则在功率模式下运行所述压缩机。
全文摘要
本发明公开了一种用于控制压缩机的运行的装置及其方法，以便根据外部负载在功率模式或功率节省模式下运行压缩机时在每种工作模式下都能提高压缩机效率。所述用于控制压缩机的运行的装置包括控制器，用于根据所述压缩机的工作负载产生控制信号以选择压缩机的工作模式；压缩机电动机，包括主线圈和副线圈，并根据所述控制器的控制信号被驱动在多种工作模式中的一种工作模式下；以及电源供应单元，用于根据所述控制器的控制信号经由每个都具有不同电容值的多个电容器给所述压缩机电动机的所述副线圈加电。
文档编号F04B49/06GK101932836SQ200980101753
公开日2010年12月29日 申请日期2009年1月6日 优先权日2008年1月8日
发明者卞想明, 金赏模, 韩定旻 申请人:Lg电子株式会社