专利名称：线性压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种线性压缩机，尤其是涉及一种当高负荷时改变频率来提供更大的功率及冷却能力的线性压缩机。
背景技术：
一般来说，电机还设在作为从马达或涡轮等动力生成装置接收动力，来压缩空气或制冷剂或除此之外的多种运行气体以提高压力的机械装置的压缩机等上，并广泛应用于冰箱和空调等家电器件或整个工业。尤其是，这种压缩机大体上分为在活塞(Piston)和气缸(Cylinder)之间形成吸入、排出运行气体的压缩空间，以使活塞在气缸内部进行直线往复运动并压缩制冷剂的往复式压缩机(Reciprocating compressor)；在偏心旋转的滚子(Roller)和气缸 (Cylinder)之间形成吸入、排出运行气体的压缩空间，以使滚子沿着气缸内壁进行偏心旋转并压缩制冷剂的旋转式压缩机(Rotary compressor)；在回转卷轴(Orbiting scroll) 和固定卷轴(Fixed scroll)之间形成吸入、排出运行气体的压缩空间，以使回转卷轴沿着固定卷轴进行旋转并压缩制冷剂的卷轴式压缩机(Scroll compressor) 0最近，在往复式压缩机中，尤其开发较多的是线性压缩机，其将活塞直接连接到进行往复直线运动的驱动电机，使之不会产生因运动转换带来的机械损失，从而提高压缩效率的同时实现简单的结构。图1是根据以往技术的适用于线性压缩机的电机控制装置的结构图。如图1所示，电机控制装置由通过接收工业电压的交流电压整流并输出的二极管桥11、由对整流的电压进行平滑的电容器Cl构成的整流部、根据控制部17的控制信号来将所接收的直流电压转换为交流电压并向电机提供的逆变器部12、电机13、包含串联至电机 13的电容器C2的电机单元、检测电容器Cl的两端电压的电压检测部14、检测在电机单元流动的电流的电流检测部15、通过电压检测部14的检测电压和电流检测部15的检测电流计算反电动势EMF的计算部16以及通过反映计算部16的反电动势和电流检测部15的检测电流生成控制信号的控制部17构成。图1所示的根据以往技术的线性压缩机，其包括串联至电机13的电容器C2。因此，要求提供线性压缩机具备上述电容器C2所需的费用和空间。并且，虽然根据上述电容器C2的容量，决定根据负荷的冷却能力可变特性，但根据以往技术，不易变更电容器C2的容量，而且，通过具备多个电容器选择性地连接的方式，也在费用方面和空间方面以及设计方面存在一些困难。图2是图1的电机的输入电压和冲程的变化图表。在根据以往技术的线性压缩机中，简单地去除电容器C2的情况下，如图2所示，在更大的冲程中，S卩，接近上止点TDC的区域中，出现施加于电机的电压减少的现象(跳跃现象)，进而无法进行冷却能力可变运行 (under Mroke运行)。在图2的图表中，越接近0. 00，则越接近TDC。并且，在现有技术中，当去除电容器时，在高负荷条件下，发生在电机上需要施加比施加于逆变器部的直流电压更高的电压的情况，然而，在现有技术中，如电压增加 (voltage boosting)技术一样，只能构成追加的电路来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在去除与电机相连接的电容器的情况下也能够实现冷却能力可变控制的线性压缩机。并且，本发明的再一个目的在于，提供一种在高负荷条件下，用更小的电压将更大的功率施加于电机的线性压缩机。并且，本发明的另一个目的在于，提供一种即使不追加连接电路，也能减少要施加于电机的必要电压，由此产生对应于高负荷的冷却能力的线性压缩机。本发明的线性压缩机包括机械单元，其由在内部包括压缩空间的固定部件、在固定部件的内部进行往复直线运动并对吸入到压缩空间的制冷剂进行压缩的可动部件、设置为向可动部件的运动方向弹性支撑可动部件的一个以上的弹簧以及设置为与可动部件相连接并使可动部件在轴向上进行往复直线运动的电机构成；电控制单元，其接收交流电源并输出直流电压的整流部、根据控制信号来将接收的直流电压转换为交流电压并向电机提供的逆变器部、用于检测由整流部得到的直流电压的电压检测部、用于检测在电机和逆变器部之间流动的电流的电流检测部以及根据来自电流检测部的电流来计算电机的必要电压，若必要电压大于电压检测部检测到的直流电压，则生成用于控制由逆变器部转换得到的交流电压的频率发生变更的控制信号，并将该控制信号施加于逆变器部的控制部构成。并且，交流电压的频率的变更程度，与必要电压和直流电压之间的电压差成正比例。并且，优选的是，必要电压随着交流电压的频率变更而变小。并且，优选的是，控制部对由电流检测部检测的电流进行积分，对所积分的值乘以常数Ι/Cr来计算衰减电压，并根据设定电压和衰减电压之差来计算必要电压。并且，优选的是，若必要电压小于等于由电压检测部检测到的直流电压，，则控制部生成控制信号施加至逆变器部，从而将与当前的设定频率相对应的交流电压施加于电机。并且，本发明的线性压缩机包括机械单元，其由在内部包括压缩空间的固定部件、在固定部件的内部进行往复直线运动并对吸入到压缩空间的制冷剂进行压缩的可动部件、设置为向可动部件的运动方向弹性支撑可动部件的一个以上的弹簧以及设置为与可动部件相连接并使可动部件在轴向进行往复直线运动的电机构成；电控制单元，其由通过接收交流电源来将其作为直流电压进行输出的整流部、根据控制信号来将所接收的直流电压转换为交流电压并向电机提供的逆变器部、若处于高负荷状态，则控制成使由逆变器部转换得到的交流电压的频率发生变更的控制部构成。并且，本发明的线性压缩机的控制方法包括如下步骤将直流电压施加于逆变器部的步骤；逆变器部根据控制信号来将直流电压转换为交流电压并施加于电机的步骤；检测在电机和逆变器部之间流动的电流的步骤；根据检测到的电流来计算电机的必要电压的步骤；若所计算的必要电压比施加于逆变器部的直流电压更大，则生成用于使逆变器部对施加于电机的交流电压的频率进行变更控制信号，并将该控制信号施加于逆变器部的步马聚ο本发明的线性压缩机具有，即便去除与线性压缩机的电机相连接的电容器，也能够实现冷却能力可变控制的效果。并且，本发明的线性压缩机具有，在高负荷条件下，用更小的电压将更大的功率施加于电机的效果。并且，根据本发明的线性压缩机具有，即使不追加连接电路，也能减少要施加于电机的必要电压，由此产生对应于高负荷的冷却能力的效果。
图1是适用于根据以往技术的线性压缩机的电机控制装置的结构图。图2是图1的电机的输入电压和冲程的变化图表。图3是根据本发明的线性压缩机的控制结构图。图4是图3的控制部的控制实施例。图5是根据本发明的线性压缩机的结构图。图6是根据本发明的线性压缩机中的向量图。图7是根据本发明的线性压缩机中的频率与必要电压之间的关系曲线图。
具体实施例方式以下，将参照附图和实施例对本发明进行详细说明。图3是根据本发明的线性压缩机的控制结构图，图4是图3的控制部的控制实施例。如图3所示，线性压缩机的控制结构由通过接收作为工业电压的交流电源进行整流及平滑来输出的整流部21、通过接收直流电压，并根据来自控制部25的控制信号将该直流电压转换为交流电压，并向电机23提供的逆变器部22、包括线圈L的电机23、用于检测电机23与逆变器部22或者电机23内的线圈L中流动的电流的电流检测部24、以由电流检测部M检测的电流为基准，计算需要施加于电机23的电机施加电压Vmotor，生成与逆变器部22对应的控制信号并将其施加于逆变器部22，以便根据负荷条件改变电机施加电压 Vmotor的频率的控制部25、用于检测来自整流部21的直流电压的大小的电压检测部沈构成。但在本控制结构中，用于向控制部25、电流检测部24、电压检测部沈等供应必要的电压的结构来说，这将是对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的技术结构，故而省略对其的说明。整流部21包括执行一般的整流功能的二极管桥和对整流的电压进行平滑的电容
逆变器部22是通过接收直流电压来生成交流电压并施加于电机23的单元，由作为开关元件的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)元件、根据来自控制部25的控制信号打开/关闭绝缘栅双极型晶体管元件的栅(gate)控制部等元件来构成。逆变器部22对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的结构，故而省略对其的说明。电机23与其他机械结构中的普通电机的相同点是具备线圈L，但不同于以往技术的是，上述电机23不包括电容器。
电流检测部M是用于检测在逆变器部22与电机23之间的导线中流动的电流或者检测在电机23的线圈L中流动的电流的元件。电压检测部沈是用于检测从整流部21输出的直流电压的元件。此时，电压检测部沈能够检测整体直流电压，也能够检测按照规定比例减少的直流电压。控制部25是在从外部接收线性压缩机的启动命令或者施加交流工业电压的情况下，生成一种预设的施加电压Vin施加于电机23的控制信号并将该控制信号施加于逆变器部22。由此，逆变器部22生成对应于施加电压Vin的交流电压并将其施加于电机23。根据这种交流电压的施加，电流检测部M用于检测从逆变器部22向电机23流动的电流i或者在电机23的线圈L中流动的电流i。控制部25通过从电流检测部M接收电流i，执行如图4的处理。控制部25具备对由电流检测部M检测的电流i进行积分的积分器25a、对所积分的值乘以常数Ι/Cr来计算衰减电压Vc的衰减器2 、计算已设定的施加电压Vin和衰减电压Vc之差的计算部25c。S卩，具有Vmotor = Vin-Vc的关系。本实施例中的施加电压Vin 相当于根据以往技术的压缩机中的由逆变器部施加的电压，该电压根据线性压缩机的控制算法实现固定或者可变。积分器2 和衰减器2 对应于利用在电机23中流动的电流i来衰减因电机的线圈L导致的电感影响的衰减计算部。即，在本实施例中，由于没有与电机23的线圈L相连接的电容器，因此通过控制施加于电机23的电机施加电压Vmotor，来减少因线圈L导致的电感影响。并且，在衰减器25b中的常数Ι/Cr能够根据电机23的线圈L的大小进行固定设置或者可变设定。例如，当LC共振频率与压缩机的机械共振频率对应地设定时，据此也可以确定常数Ι/Cr。并且，设定为高于或低于压缩机的机械共振频率的情况下，也可以据此确定常数1/Cr。由此，控制部25在计算电机施加电压Vmotor之后，生成一种使逆变器部22将计算的电机施加电压Vmotor施加于电机23的控制信号，并将该控制信号施加于逆变器部22。 即，控制部25将检测的电流i反馈给电机施加电压Vmotor，即便电容器未与电机23连接的状态下，也能够控制电机23的运行。在本发明中，反电动势通过反映于电流i而被反馈，因此无需另行考虑。根据负荷的增加，作为必要电压的电机施加电压Vmotor会逐渐增加。在本发明中，当作为必要电压的电机施加电压Vmotor (即，最大值)大于直流电压Vdc的情况下，判断为高负荷。在这种高负荷的情况下，逆变器部22将具有该直流电压Vdc以上的大小(最大值)的交流电压难以施加于电机23。由此，控制部25通过改变从逆变器部22施加到电机23的交流电压的频率，来减少作为必要电压的电机施加电压Vmotor，或者可以保持必要的冷却能力。图5是根据本发明的线性压缩机的结构图。根据本发明的线性压缩机，如图5所示，在密闭容器32的一侧设置用于流入/流出制冷剂的流入管3 及流出管32b，在密闭容器32的内侧固定设置汽缸34，在汽缸34的内部设置活塞36，确保上述活塞36能够进行往复直线运动，以便能够对吸入到汽缸34的内部的压缩空间P的制冷剂进行压缩，同时，向活塞36的运动方向得到弹性支撑地设置各种弹簧，活塞36设置为与产生直线往复驱动力的线性电机40连接，即便活塞的固有频率fn 依赖于负荷而可变，线性电机40也能够引导根据可变的负荷而改变冷却能力(功率)的自然功率变化。同时，在与压缩空间P相接的活塞36的一端设置吸入阀52，在与压缩空间P相接的汽缸34的一端设置排出阀组件54，吸入阀52及排出阀组件M分别进行自动调整以便能够根据压缩空间P内部的压力来开闭。在这里，密闭容器32的上部、下部外壳能够相互结合地设置，使得内部被封闭，在密闭容器32的一侧设置用于流入制冷剂的流入管3 及用于流出制冷剂的流出管32b，在汽缸34的内侧设置活塞36，使得该活塞36能够进行往复直线运动，并且使其向运动方向得到弹性支撑，同时，在汽缸34的外侧构成组装体，该组装体借助线性电机40与框架48相互组装而构成，这种组装体设置在密闭容器32的内侧底面，以便借助支撑弹簧59来得到弹性支撑。同时，在密闭容器32的内部底面盛放有预定量的机油，在组装体的下端设置有用于抽吸机油的机油供应装置60，同时在组装体下侧框架48的内部形成能够向活塞36与汽缸34之间供应机油的机油供应管48a，由此，机油供应装置60借助随着活塞36的往复直线运动而产生的振动来进行工作并抽吸机油，这种机油沿着机油供应管48a向活塞36与汽缸 34之间的间隙供应，以便起到冷却及润滑作用。然后，优选的是，汽缸34由中空形状形成使得活塞36能够进行往复直线运动，同时在一侧形成压缩空间P，在该气缸34的一端接近地位于流入管3 的内侧的状态下，设置在与流入管3 相同的直线上。当然，汽缸34在与流入管3 接近的一端内部设置活塞36，使得该活塞36进行往复直线运动，在流入管32a的相反方向侧一端设置排出阀组件M。此时，排出阀组件M由设置于汽缸34的一端侧以便形成预定的排出空间的排出盖Ma、设置为使汽缸的压缩空间P侧一端进行开闭的排出阀Mb、在排出盖5 和排出阀 54b之间，在轴向上赋予弹力的作为一种线圈弹簧的阀弹簧5 构成，在汽缸34的一端内周围插入设置0型环R，使得排出阀5 紧固于汽缸34的一端。同时，在排出盖Ma的一侧与流出管32b之间，连接设置有弯曲形成的环管58，环管58不仅能够引导压缩的制冷剂排出到外部，而且能够缓冲在汽缸34、活塞36及线性电机 40的相互作用下产生的振动向整体密闭容器32传达。因此，随着活塞36在汽缸34的内部进行往复直线运动，当上述压缩空间P的压力达到预定的排出压力以上时，阀弹簧5 被压缩并开放排出阀Mb，制冷剂从压缩空间P排出之后，沿着环管58及流出管32b彻底排出到外部。然后，活塞36在中央形成制冷剂通道36a，使得从流入管3 流入的制冷剂能够流动，借助连接部件47使与流入管3 接近的活塞36的一端直接连接到线性电机40，同时， 在流入管32a的相反方向侧一端设置吸入阀52，并使该吸入阀52借助各种弹簧来向活塞 36的运动方向得到弹性支撑。此时，吸入阀52呈薄板形状，中央部分形成为部分切开的形态，使得该中央部分能够开闭活塞36的制冷剂通道36a，一侧借助螺栓固定地设置于活塞36a的一端。因此，随着活塞36在汽缸34的内部进行往复直线运动，当压缩空间P的压力达到低于排出压力的预定的吸入压力以下时，吸入阀52被开放，而制冷剂吸入到压缩空间P，当压缩空间P的压力达到预定的吸入压力以上时，在吸入阀52关闭状态下，压缩空间P的制冷剂被压缩。尤其，活塞36设置成向运动方向得到弹性支撑，具体而言，在与流入管3 接近的活塞36的一端向半径方向突出的活塞凸缘36b，借助线圈弹簧等机械弹簧38a、38b，向活塞 36的运动方向得到弹性支撑，包含在流入管3 的相反方向侧压缩空间P的制冷剂，借助自身弹力，作为气弹簧来弹性支撑活塞36。在这里，优选的是，机械弹簧38a、38b与负荷无关地具有规定的机械弹簧常数Km， 机械弹簧38a、38b以活塞凸缘36b为基准，在固定于线性电机40的预定的支撑框架56和汽缸34上，分别在轴向上并排设置，支撑于支撑框架56的机械弹簧38a与设置于汽缸34 的机械弹簧38a具备相同的机械弹簧常数Km。但是，气弹簧具有依赖于负荷的可变的气弹簧常数Kg，包含在压缩空间P的气体， 随着周围温度的升高和制冷剂压力的增加，自身弹力逐渐增强，因此，上述气弹簧随着负荷的增加，气弹簧常数Kg也会变大。此时，机械弹簧常数Km保持恒定，相反，气弹簧常数Kg根据负荷发生变化，因此，整体弹簧常数仍然依赖于负荷而具有可变性，活塞的固有频率fn同样依赖于上述气弹簧常数 Kg而具有可变性。因此，即便负荷发生变化，机械弹簧常数Km及活塞的质量M保持恒定，但气弹簧常数Kg可变，因此，活塞的固有频率fn受到依赖于负荷的气弹簧常数Kg的很大影响。当然，这种负荷能够通过各种方式进行测定，但在这种线性压缩机中，制冷剂包含在压缩、冷凝、蒸发、膨胀的冷冻/空调用环流中，因此，上述负荷能够定义为用于冷凝制冷剂的冷凝压力与用于蒸发制冷剂的蒸发压力之差，为了进一步提高精密度，可采用平均冷凝压力和蒸发压力的平均压力。即，负荷的计算应与上述冷凝压力和蒸发压力之差及平均压力成正比例，负荷越大，上述气弹簧常数Kg越大，作为一例冷凝压力和蒸发压力之差越大，则负荷越大；冷凝压力和蒸发压力之差相同，但平均压力大，则负荷也大，对应于这种负荷，使得计算的气弹簧常数Kg越大。线性压缩机能够具备用于计算负荷的传感器(压力传感器、温度传感器
寸乂 O此时，该负荷实际上测定的是与冷凝压力成正比例的冷凝温度及与蒸发压力成正比例的蒸发温度，使得计算的结果与冷凝温度和蒸发温度之差及平均温度成正比例。具体而言，机械弹簧常数Km及气弹簧常数Kg能够通过各种实验来确定，通过提高气弹簧常数在整体弹簧常数中所占比例，进而使活塞的共振频率随着负荷在比较大的范围内变动。线性电机40是由多个层压体42a向圆周方向层压而构成，并借助框架48固定设置于汽缸34的外侧的内定子42、在用于卷绕线圈的线圈卷绕体44a的周边由多个层压体 44b向圆周方向层压，并借助框架48与内定子42隔着预定间隔地设置在汽缸34的外侧的外定子44、位于内定子42与外定子44之间的间隙并借助活塞36和连接部件47连接设置的永久磁铁46构成，线圈卷绕体4 也能够固定设置于内定子42的外侧。线性电机40相当于上述电机23的一个实施例。
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图6是根据本发明的线性压缩机中的向量图。本发明的线性压缩机的电机中的等效电路如数学式1所示。数学式1
权利要求
1.一种线性压缩机，其特征在于，包括机械单元和电控制单元， 上述机械单元具有固定部件，其在内部具有压缩空间，可动部件，其通过在固定部件的内部进行往复直线运动，来对吸入到压缩空间内的制冷剂进行压缩，一个以上弹簧，设置为向可动部件的运动方向弹性支撑可动部件，以及电机，其设置为与可动部件相连接，用于使可动部件在轴向上进行往复直线运动； 上述电控制单元具有 整流部，其接收交流电源并输出直流电压，逆变器部，其根据控制信号来将所接收的直流电压转换为交流电压并向电机提供， 电压检测部，其用于检测由整流部得到的直流电压， 电流检测部，其用于检测在电机和逆变器部之间流动的电流，以及控制部，其根据来自电流检测部的电流来计算电机的必要电压，若必要电压大于由电压检测部检测到的直流电压，则生成用于控制由逆变器部转换得到的交流电压的频率发生变更的控制信号，并将该控制信号施加于逆变器部。
2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，变更交流电压的频率的程度，与必要电压和直流电压之间的电压差成正比例。
3.根据权利要求1或2所述的线性压缩机，其特征在于，必要电压随着交流电压的频率的变更而变小。
4.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，控制部对由电流检测部检测的电流进行积分，对所积分的值乘以常数Ι/Cr来计算衰减电压，并根据设定电压和衰减电压之差来计算必要电压。
5.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，若必要电压小于等于由电压检测部检测到的直流电压，则控制部生成控制信号施加至逆变器部，从而将与当前的设定频率相对应的交流电压施加于电机。
6.一种线性压缩机，其特征在于，包括机械单元和电控制单元， 上述机械单元具有固定部件，其在内部具有压缩空间，可动部件，其通过在固定部件的内部进行往复直线运动，来对吸入到压缩空间内的制冷剂进行压缩，一个以上弹簧，设置为向可动部件的运动方向弹性支撑可动部件，以及电机，设置为与可动部件相连接，用于使可动部件在轴向上进行往复直线运动； 上述电控制单元具有 整流部，其接收交流电源并输出直流电压，逆变器部，其根据控制信号来将所接收的直流电压转换为交流电压并向电机提供， 控制部，若处于高负荷状态，则该控制部生成用于控制由逆变器部转换的交流电压的频率发生变更的控制信号，并将该控制信号施加于逆变器部。
7.根据权利要求6所述的线性压缩机，其特征在于， 上述电控制单元具有电压检测部，其用于检测由整流部得到的直流电压， 电流检测部，其用于检测在电机和逆变器部之间流动的电流；控制部根据来自电流检测部的电流来计算电机的必要电压，若必要电压大于由电压检测部检测到的直流电压，则判断为处于高负荷状态。
8.—种线性压缩机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤 将直流电压施加于逆变器部的步骤；逆变器部根据控制信号来将直流电压转换为交流电压并施加于电机的步骤； 检测在电机和逆变器部之间流动的电流的步骤； 根据检测到的电流来计算电机的必要电压的步骤；若所计算的必要电压比施加于逆变器部的直流电压更大，则生成用于使逆变器部对施加于电机的交流电压的频率进行变更的控制信号，并将该控制信号施加于逆变器部的步马聚ο
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，变更交流电压的频率的程度，与必要电压和直流电压之间的电压差成正比例。
10.根据权利要求8或9所述的线性压缩机的控制方法，其特征在于，所计算的必要电压随着交流电压的频率变更而变小。
11.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，在计算必要电压的步骤中，对所检测的电流进行积分，对所积分的值乘以常数Ι/Cr来计算衰减电压，并根据设定电压和衰减电压之差来计算必要电压。
12.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， 控制方法包括如下步骤若必要电压小于等于由电压检测部检测到的直流电压，则生成控制信号施加至逆变器部，从而将与当前的设定频率相对应的交流电压施加于电机。
全文摘要
本发明涉及一种线性压缩机，尤其是涉及一种当高负荷时通过改变频率来提供更大的功率的线性压缩机。本发明的线性压缩机包括机械单元，其由在内部包括压缩空间的固定部件、在固定部件的内部进行往复直线运动并对吸入到压缩空间的制冷剂进行压缩的可动部件、设置为向可动部件的运动方向弹性支撑可动部件的一个以上的弹簧以及设置为与可动部件相连接并使可动部件在轴向上进行往复直线运动的电机构成；电控制单元，其接收交流电源并输出直流电压的整流部、其根据控制信号来讲所接收的直流电压转换为交流电压，并向电机提供的逆变器部、用于检测由整流部得到的直流电压的电压检测部、用于检测在电机和逆变器部之间流动的电流的电流检测部以及根据来自电流检测部的电流来计算电机的必要电压，若必要电压大于由电压检测部检测到的直流电压，则生成用于控制由逆变器部转换得到的交流电压的频率发生变更的控制信号，并将该控制信号施加于逆变器部的控制部构成。
文档编号F04B17/04GK102575657SQ201080044190
公开日2012年7月11日 申请日期2010年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者姜桂龙, 朴信炫, 李薰奉, 许真硕, 金容台, 金永杰 申请人:Lg电子株式会社