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，更特别地涉及这样一种线性压缩机，其能够在不具有串联连接到马达的大容量电容器的情况下，利用电流精确地运算(operate)电压。
背景技术：
通常，马达设置在压缩机中，压缩机是一种用于从如电动机、涡轮机等发电装置接收电力并且压缩空气、制冷剂或其它各种工作气体来提高压力的机械装置。马达已被广泛应用于如冰箱、空调等家用电器中，并且其应用已扩大到整个行业。特别地，压缩机大致分为往复式压缩机、回转式压缩机和涡卷压缩机。在往复式压缩机中，用于吸入及排出工作气体的压缩空间被限定在活塞与气缸之间，以使活塞能够在气缸中线性往复运动，从而压缩制冷剂；在回转式压缩机中，用于吸入及排出工作气体的压缩空间被限定在偏心旋转的转子(roller)与气缸之间，以使转子能够沿着气缸的内壁偏心地旋转，从而压缩制冷剂；在涡卷压缩机中，用于吸入及排出工作气体的压缩空间被限定在绕动涡卷与固定涡卷之间，以使绕动涡卷能够沿着固定涡卷旋转，从而压缩制冷剂。近来，在往复式压缩机之中，线性压缩机得到了积极发展，其不仅提高了压缩效率而且还具有简单的结构。特别地，由于活塞直接连接到线性往复运动的驱动马达，所以线性压缩机不具有由于运动转换而引起的机械损耗。图1是常规线性压缩机中使用的马达控制设备的框图。如图1所示，马达控制设备包括整流单元，具有二极管桥11和电容器Cl，二极管桥11对作为商用电力的AC电力进行接收、整流及输出，电容器Cl使整流后的电压平滑；逆变器单元12，接收DC电压、根据控制单元17的控制信号将该DC电压转换成AC电压，并且将该AC电压供应至马达单元；马达单元，具有马达13以及串联连接到该马达13的电容器C2 ;电压感测单元14，感测电容器Cl的两端电压；电流感测单元15，感测流经马达单元的电流；运算单元16，根据电压感测单元14所感测的电压与电流感测单元15所感测的电流运算反电动势(EMF);以及控制单元17,通过反映出运算单元16的反EMF与电流感测单元15所感测的电流的影响而生成控制信号。在图1所示的常规线性压缩机中，由于串联连接到马达13的大容量电容器C2设置在线性压缩机中，因而需要额外的成本和空间。另外，尽管在现有技术中基于负荷的制冷量可变特性是由电容器C2的电容决定的，但是改变电容器C2的电容并不容易。此外，多个电容器的制备与选择性连接在成本、空间和设计方面产生难点。图2是显示冲程与图1的马达的输入电压的变化的曲线图。在常规线性压缩机中，如果以简单方式去除电容器C2，如图2所示，则在上止点(TDC)附近会发生施加至马达的电压降低的现象(即跃变现象)，从而不具有制冷量可变性(在冲程操作下)。在图2的曲线图中，越接近O. 00，就越接近TDC。精确地设置初始电流值，从而通过对电流感测单元(其感测流经马达单元的电流)的电流进行积分来计算反EMF或电压也是很重要的。
图3是显示常规电流积分曲线的曲线图。如图3所示，可以将电流i峰值处的初始电流值设为A点、B点和C点。这里，C点与电流i的实际峰值对应，B点的值比C点小，A点的值比B点小。因此，当将A点设为峰值的电压Va曲线图、B点设为峰值的电压Vb曲线图以及C点设为峰值的电压Vc曲线图相互比较时，积分值在电压Va曲线图中峰值最高，在电压Vb曲线图中峰值第二高，在电压Vc曲线图中峰值最低。即，如何设置电流峰值处的初始值使得积分电压明显不同。因此，如果电流峰值处的初始值不当，则由于连续累计了偏移值，因而积分电流值不适用于精确控制。
发明内容
本发明的一目的是提供一种线性压缩机，其能够在不具有连接到线性压缩机的马达的电容器的条件下控制制冷量的变化率(或调制)。本发明的另一个目的是提供一种线性压缩机，其能够防止在线性压缩机的控制期间可能发生的冲程跃变现象(stroke jump phenomenon)。本发明的又一个目的是提供一种线性压缩机，其能在利用电流运算电压时，通过去除由于偏移积累而产生的DC分量而精确地运算电压。本发明的再一个目的是提供一种线性压缩机，其能够通过硬件简单且精确地执行利用电流运算电压的处理。根据本发明的一方案，提供一种线性压缩机，其包括机械单元和电控制单元。该机械单元包括固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，在所述固定部件内线性往复运动，以压缩被吸入到所述压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为沿着所述可移动部件的运动方向弹性支撑所述可移动部件；以及马达，连接到所述可移动部件，以使所述可移动部件沿着轴线方向线性往复运动。该电控制单元包括整流单元，接收AC电力且输出DC电压；逆变器单元，接收DC电压，根据控制信号将所述DC电压转换成AC电压，并且将所述AC电压供应至所述马达；电流感测单元，感测在所述马达与所述逆变器单元之间流动的电流；积分电路单元，对与所述电流感测单元的电流对应的电压进行积分；以及控制单元，接收所述积分电路单元的积分值并且控制施加至所述马达以允许所述可移动部件往复运动的AC电压。另外，所述控制单元可以生成用于产生AC电压的控制信号，并且将所述控制信号施加至所述逆变器单元，所述AC电压与设定电压和衰减电压之差对应，所述衰减电压与所述积分值对应。此外，所述控制单元可以通过将所述积分值乘以常数Ι/Cr来运算所述衰减电压。另外，所述控制单元可以通过改变常数Ι/Cr来调整制冷量的变化率(或调制)。此外，所述积分电路单元可以包括积分单元，所述积分单元接收大于OV的参考电压Vref并且输出围绕所述参考电压Vref改变的积分值。此外，所述积分单元可以包括放大器，具有接收所述电流感测单元的电压的反相输入端和接收所述参考电压Vref的正相输入端；以及电容器和电阻器，并行连接以将所述放大器的输出电压反馈至所述反相输入端。此外，由并行连接的电容器和电阻器确定的截止频率被设置为低于电流频率或工作频率。此外，所述积分电路单元可以包括电压放大单元，放大与所述电流感测单元的电流对应的电压；以及耦合单元，在所述积分单元之前，使包含在所述电压放大单元中的输出电压中的DC偏移截止，并且所述积分电路单元将所述耦合单元的输出作为所述积分单元的反相输入端的输入。此外，所述积分电路单元可以包括低通滤波器单元，其去除包含在积分单元的输出电压中的噪声。根据本发明的另一个方案，提供一种用于控制线性压缩机的方法，所述线性压缩机包括固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，设置在所述固定部件内，以压缩被吸入到所述压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为弹性支撑所述可移动部件；以及马达，连接到所述可移动部件，以使所述可移动部件沿着轴线方向线性往复运动；所述方法包括第一步骤，将预设施加电压施加至所述马达；第二步骤，生成与通过施加所述预设施加电压而产生的电流对应的第一输入电压；第三步骤，通过对所述第一输入电压进行积分来计算第一输出电压；第四步骤，通过以给定比率衰减所述第一输出电压来计算第一衰减电压；第五步骤，计算与所述施加电压和所述第一衰减电压之差对应的第一马达施加电压；以及第六步骤，将所述第一马达施加电压施加至所述马达。根据本发明，能够在不具有连接到线性压缩机的马达的电容器的条件下控制制冷
量的变化率。另外，根据本发明，能够防止可能发生在线性压缩机的控制期间的冲程跃变现象。另外，根据本发明，在利用电流运算电压时，能够通过去除由于偏移积累而导致的DC分量，从而精确地运算电压。因此，能够实现精确的马达控制且能够防止波动。另外，根据本发明，能够通过硬件简单且精确地执行利用电流运算电压的处理。
图1是在常规线性压缩机中使用的马达控制设备的框图。图2是显示冲程与图1的马达的输入电压的变化的曲线图。图3是显示常规电流积分曲线的曲线图。图4是根据本发明第一实施例的线性压缩机的控制机构的框图。图5是图4的控制单元的一控制实例的电路图。图6是图4的控制单元的另一控制实例的电路图。图7是根据本发明的线性压缩机的结构图。图8是显示根据本发明的线性压缩机中的冲程与马达的输入电压的变化的曲线图。图9是显示根据本发明的线性压缩机中的制冷量(cooling capacity)与负荷的变化的曲线图。图10是显示根据本发明的线性压缩机的电压的曲线图。图11是根据本发明第二实施例的线性压缩机的控制机构的框图。图12是图11的积分电路单元的详细电路图。图13是图11的控制单元的控制实例的电路图。
图14是显示图4至图6的控制设备中的衰减电压Vc的波形的曲线图。图15是显示图11至图13的控制设备中的衰减电压Vc或Vo的波形的曲线图。
具体实施例方式下文中，将参照附图来详细说明本发明的示例实施例。图4是根据本发明第一实施例的线性压缩机的控制机构的框图。图5是图4的控制单元的一控制实例的电路图。如图4所示，线性压缩机的控制机构包括整流单元21，对作为商用电力的AC电力进行接收、整流、平滑及输出；逆变器单元22，接收DC电压，根据来自控制单元25的控制信号将DC电压转换成AC电压，并且将该AC电压供应至马达23 ;马达23，包括线圈L ;电流感测单元24，感测在马达23与逆变器单元22之间流动的电流或者流经马达23中的线圈L的电流；控制单元25，基于电流感测单元24所感测的电流运算待施加至马达23的马达施加电压Vmotor，生成用于根据负荷情况改变马达施加电压Vmotor的频率的控制信号，并且将该控制信号施加至逆变器单元22 ;以及电压感测单元26，感测来自整流单元21的DC电压的大小。但是，在这种控制机构中，用于向控制单元25、电流感测单元24和电压感测单元26等供应所需电压的结构对于本发明所属领域的普通技术人员而言是显而易见的，因而将省略其说明。整流单元21由执行一般整流功能的二极管桥、对整流后的电压进行平滑的电容器等组成。逆变器单元22是用于接收DC电压、生成AC电压以及将该AC电压施加至马达23的装置，其包括作为开关元件的IGBT元件、根据来自控制单元25的控制信号打开/关闭IGBT元件的栅极控制单元等。本发明所属领域的普通技术人员可容易地识别逆变器单元22，从而将省略其说明。马达23如同其它机械结构的一般马达一样包括线圈L，但是不同于现有技术的是其不包括电容器。电流感测单元24是用于感测流经逆变器单元22与马达23之间的导电线的电流或流经马达23的线圈L的电流的元件。电压感测单元26是用于感测从整流单元21输出的DC电压的元件。这里，电压感测单元26能够感测全部DC电压或以给定比率下降的DC电压。如果控制单元25从外部接收到线性压缩机启动命令或接收到AC商用电力，则该控制单元25生成用于将预设的施加电压Vin传递至马达23的控制信号，并且将该控制信号施加至逆变器单元22。因而，逆变器单元22生成与施加电压Vin对应的AC电压，并且将该AC电压施加至马达23。电流感测单元24感测通过施加这一 AC电压从逆变器单元22流至马达23的电流i或流经马达23的线圈L的电流i。控制单元25接收来自电流感测单元24的电流i，并且执行图4所示的处理。控制单元25包括积分器25a，对来自电流感测单元24的电流i进行积分；衰减器25b，通过将积分值乘以常数Ι/Cr而运算衰减电压Vc ;以及运算单元25c，运算设定的施加电压Vin与衰减电压Vc之差。根据线性压缩机的控制算法使该实施例的施加电压Vin (与常规压缩机中的逆变器单元施加的电压对应)固定或变动。积分器25a和衰减器25b对应于衰减运算单元，该衰减运算单元利用流经马达23的电流i使马达的线圈L的电感效应衰减。即，在该实施例中，由于没有连接到马达23的线圈L的电容器,所以通过控制施加至马达23的马达施加电压Vmotor,使线圈L的电感效应下降。另外，可以根据马达23的线圈L的尺寸来固定地或不定地设置用于衰减器25b的常数Ι/Cr。例如，当将LC谐振频率设为等于压缩机的机械谐振频率时，可据此确定常数I/Cr。或者，如果将LC谐振频率设为高于或低于压缩机的机械谐振频率时，可据此确定常数I/Cr。
同样地，在运算马达施加电压Vmotor之后，控制单元25生成用于控制逆变器单元22以将运算的马达施加电压Vmotor传递至马达23的控制信号，并且将该控制信号施加至逆变器单元22。即，控制单元25容许将所感测的电流i反馈至马达施加电压Vmotor，从而在电容器没有连接到马达23的状态下能够控制马达23的运行。在本发明中，由于反电动势(EMF)反映到电流i并且被反馈，所以无需分开考虑。之后，根据施加电压Vin (其为初始电压)与衰减电压(其通过对由所施加的马达施加电压Vmotor产生的电流进行积分而获得，例如施加电压Vin的第一衰减电压、最初计算的马达施加电压Vmotor的第二衰减电压等等)之差，控制单元25重复计算并且施加马达施加电压Vmotor。负荷越高，作为所需电压的马达施加电压Vmotor越大。在本发明中，如果作为所需电压的马达施加电压Vmotor(即最大值)小于DC电压Vdc，则确定为低负荷或中负荷。在低负荷或中负荷的情况下，逆变器单元22将大小小于等于DC电压Vdc的AC电压(马达施加电压Vmotor)施加至马达23。因此，控制单元25能够通过控制从逆变器单元22施加至马达23的AC电压的大小来维持所需的制冷量。此外，控制单元25能够通过根据逆变器单元22改变马达施加电压Vmotor的频率(例如通过在高负荷下增加频率)来达到所需的高制冷量。图6是图4的控制单元的另一控制实例的电路图。在图6中，设置了高通滤波器(HPF)单元25d。其原因是因为控制单元25可能误选电流i的峰值，在此情形下，对误选电流进行积分积累了偏移，从而生成DC分量。HPF单元25d用于去除这种DC分量。积分器25a和衰减器25b由作为传递函数的如下公式I表示公式I
权利要求
1.一种线性压缩机，包括 机械单元，包括固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，在所述固定部件内线性往复运动，以压缩被吸入到所述压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为沿着所述可移动部件的运动方向弹性支撑所述可移动部件；以及马达，连接到所述可移动部件，以使所述可移动部件沿着轴线方向线性往复运动；以及 电控制单元，包括整流单元，接收AC电力且输出DC电压；逆变器单元，接收所述DC电压，根据控制信号将所述DC电压转换成AC电压，并且将所述AC电压供应至所述马达；电流感测单元，感测在所述马达与所述逆变器单元之间流动的电流；积分电路单元，对与所述电流感测单元的电流对应的电压进行积分；以及控制单元，接收所述积分电路单元的积分值，并且控制施加至所述马达以允许所述可移动部件往复运动的AC电压。
2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其中，所述控制单元生成用于产生与设定电压和衰减电压之差对应的AC电压的控制信号，并且将所述控制信号施加至所述逆变器单元，所述衰减电压与所述积分值对应。
3.根据权利要求2所述的线性压缩机，其中，所述控制单元通过将所述积分值乘以常数Ι/Cr来运算所述衰减电压。
4.根据权利要求3所述的线性压缩机，其中，所述控制单元通过改变所述常数Ι/Cr来调整制冷量变化率。
5.根据权利要求1所述的线性压缩机，其中，所述积分电路单元包括积分单元，所述积分单元接收大于OV的参考电压Vref并且输出围绕所述参考电压Vref变化的积分值。
6.根据权利要求1所述的线性压缩机，其中，积分单元包括放大器，具有接收所述电流感测单元的电压的反相输入端和接收参考电压Vref的正相输入端；以及电容器和电阻器，并联以将所述放大器的输出电压反馈至所述反相输入端。
7.根据权利要求6所述的线性压缩机，其中，由并联的电容器和电阻器确定的截止频率被设置为低于电流频率或工作频率。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的线性压缩机，其中，所述积分电路单元包括电压放大单元，放大与所述电流感测单元的电流对应的电压；以及耦合单元，在所述积分单元之前，截止包含在所述电压放大单元的输出电压中的DC偏移，并且所述积分电路单元将所述耦合单元的输出作为所述积分单元的反相输入端的输入。
9.根据权利要求8所述的线性压缩机，其中，所述积分电路单元包括低通滤波器单元，所述低通滤波器单元去除包含在所述积分单元的输出电压中的噪声。
10.一种用于控制线性压缩机的方法，所述线性压缩机包括固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，设置在所述固定部件内，以压缩被吸入到所述压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为弹性支撑所述可移动部件；以及马达，连接到所述可移动部件，以使所述可移动部件沿着轴线方向线性往复运动，所述方法包括 第一步骤，将预设施加电压施加至所述马达； 第二步骤，生成与通过施加所述预设施加电压产生的电流对应的第一输入电压； 第三步骤，通过对所述第一输入电压进行积分来计算第一输出电压； 第四步骤，通过以给定比率衰减所述第一输出电压来计算第一衰减电压； 第五步骤，计算与所述施加电压和所述第一衰减电压之差对应的第一马达施加电压；以及 第六步骤，将所述第一马达施加电压施加至所述马达。
11.根据权利要求10所述的方法，其中重复执行所述第二步骤至所述第六步骤。
12.根据权利要求10所述的方法，其中同时执行所述第三步骤和所述第四步骤。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第三步骤接收大于OV的参考电压，并且计算围绕所述参考电压Vref变动的第一输出电压。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第三步骤利用低于电流频率或工作频率的截止频率执行积分。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述给定比率根据制冷量变化率是可变的。
全文摘要
本发明公开一种线性压缩机，其能够在不将大容量电容器串联连接到马达的条件下使用电流精确地运算电压。线性压缩机包括机械单元，包括固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，在固定部件内线性往复运动，以压缩吸入到压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为沿着可移动部件的运动方向弹性支撑可移动部件；及马达，连接到可移动部件，以使可移动部件沿着轴线方向线性往复运动；电控制单元，包括整流单元，接收AC电力且输出DC电压；逆变器单元，接收DC电压、根据控制信号将DC电压转换成AC电压，并将AC电压供应至马达；电流感测单元，感测在马达与逆变器单元之间流动的电流；积分电路单元，对与电流感测单元的电流对应的电压进行积分；及控制单元，接收积分电路单元的积分值并控制施加至马达以允许可移动部件往复运动的AC电压。
文档编号F04B17/04GK103069163SQ201180000251
公开日2013年4月24日 申请日期2011年2月22日 优先权日2010年2月26日
发明者许真硕, 朴信炫, 金永杰, 姜桂龙 申请人:Lg电子株式会社