CN100510395C - 直线压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线压缩机，其中活塞(6)通过直线马达(10)驱动并且在汽缸(4)中直线往复以吸取、压缩和排放制冷剂。考虑到沿着运动方向弹性支撑活塞(6)的机械弹簧(8a，8b)的气体弹簧的弹性力被负载改变，该直线压缩机使得直线马达(10)的操作频率与活塞(6)的自然频率同步。即使负载被改变，该直线马达也在共振状态中操作，以提高效率。该直线压缩机根据负载改变活塞(6)的冲程，由此主动地处理并且快速地克服负载并且降低电力消耗。

Description

直线压缩机

技术领域

本发明涉及一种直线压缩机，通过使得操作频率与被负载改变的可移动部件的自然频率同步，它能够主动地处理负载并且有效率地执行操作。

背景技术

通常，压缩机已经被广泛用于家电例如制冷机和空调或者用在整个工业领域中，压缩机是一种用于通过从动力单元系统例如电动机或涡轮机接收动力并且压缩空气、制冷剂或其它各种操作气体而增加压力的机械设备。

压缩机大致被分为往复式压缩机，它具有如此压缩空间，操作气体通过该空间在活塞和汽缸之间被吸入或排放，从而活塞能够在汽缸中直线往复以压缩制冷剂；旋转式压缩机，它具有如此压缩空间，操作气体通过该空间在偏心旋转辊子和汽缸之间被吸入或排放，从而辊子能够在汽缸内壁上偏心地旋转以压缩制冷剂；以及涡旋式压缩机，它具有如此压缩空间，操作气体通过该空间在轨道涡卷和固定涡卷之间被吸入或排放，从而轨道涡卷与固定涡卷一起旋转以压缩制冷剂。

近来，在往复式压缩机中，直线压缩机已经被大规模生产，因为通过将活塞直接地连接到执行直线往复的驱动马达以进行运动变换从而消除机械损耗，它具有高的压缩效率和简单的结构。

通常，通过使用马达的直线驱动力吸入、压缩和排放制冷剂的直线压缩机包括压缩单元，该单元包括汽缸和用于压缩制冷剂气体的活塞；以及包括用于向压缩单元供应驱动力的直线马达的驱动单元。

具体地，在直线压缩机中，汽缸被固定地安装在封闭容器中，并且活塞被安装在汽缸中以执行直线往复。当活塞在汽缸中直线往复时，制冷剂被吸入到汽缸中的压缩空间中、压缩并被排放。吸入阀组件和排放阀组件被安装在该压缩空间中，以用于根据压缩空间的内部压力控制制冷剂的吸入和排放。

此外，用于为活塞产生直线运动力的直线马达被安装成连接到活塞。通过沿着圆周方向在汽缸周边处堆叠多个叠层形成的内部定子和外部定子以预定间隙安装在直线马达上。线圈在内部定子或外部定子中盘绕，并且永久磁体安装在内部定子和外部定子之间的间隙处从而连接到活塞。

这里，永久磁体被安装成可沿着活塞运动方向移动，并且利用当电流流动通过线圈时产生的电磁力沿着活塞运动方向直线往复。通常，直线马达在恒定操作频率f_c下操作，并且活塞以预定行程S直线往复。

在另一方面，各种弹簧被安装以沿着运动方向弹性地支撑活塞，即使活塞由于直线马达而直线往复。具体地，作为一种机械弹簧的卷簧被安装以沿着活塞运动方向被封闭容器和汽缸弹性地支撑。而且，被吸入到压缩空间中的制冷剂用作气体弹簧。

该卷簧具有恒定的机械弹簧常数K_m，并且气体弹簧具有被负载改变的气体弹簧常数K_g。考虑到机械弹簧常数K_m和气体弹簧常数K_g计算活塞(或直线压缩机)的自然频率f_n。

如此计算的活塞自然频率f_n确定直线马达的操作频率f_c。直线马达通过使其操作频率f_c等于活塞的自然频率f_n，即，在共振状态中操作而提高效率。

相应地，在直线压缩机中，当向直线马达施加电流时，电流流动通过线圈以通过与外部定子和内部定子的交互作用而产生电磁力，并且永久磁体和连接到永久磁体的活塞由于该电磁力而直线往复。

这里，直线马达在恒定操作频率f_c下操作。使得直线马达的操作频率f_c等于活塞自然频率f_n，从而直线马达可在共振状态中操作以提高效率。

如上所述，当活塞在汽缸中直线往复时，压缩空间的内部压力变化。根据压缩空间内部压力的变化，制冷剂被吸入到压缩空间中、压缩并且被排放。

直线压缩机被形成为在等同于活塞自然频率f_n的操作频率f_c下操作，通过卷簧的机械弹簧常数K_m和在设计时在直线马达中考虑到的负载下气体弹簧的气体弹簧常数K_g计算该自然频率。因此，该直线马达仅在设计时考虑的负载下在共振状态中操作，以提高效率。

然而，因为直线压缩机的实际负载改变，气体弹簧的气体弹簧常数K_g和通过气体弹簧常数K_g计算的活塞的自然频率f_n变化。

具体地，如图1A所示，在设计时在中间负载区域中直线马达的操作频率f_c被确定为等于活塞自然频率f_n。即使负载改变，直线马达也在恒定操作频率f_c下操作。但是，随着负载增加，活塞自然频率f_n增加。

公式1

$\mathrm{fn}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\mathrm{Km}+\mathrm{Kg}}{M}}$

这里，f_n表示活塞自然频率，K_m和K_g分别表示机械弹簧常数和气体弹簧常数，并且M表示活塞质量。

通常，因为气体弹簧常数K_g在总体弹簧常数K_t中具有小的比率，气体弹簧常数K_g被忽略或者设定为恒定数值。活塞的质量M和机械弹簧常数K_m也被设定为恒定数值。因此，通过上述公式1，活塞自然频率f_n被计算为恒定数值。

然而，实际负载增加越多，在有限空间中的制冷剂的压力和温度增加越多。相应地，气体弹簧自身的弹性力增加，以增加气体弹簧常数K_g。而且，与气体弹簧常数K_g成比例地计算的活塞自然频率f_n增加。

参考图1A和1B，直线马达的操作频率f_c和活塞自然频率f_n在中间负载区域中相同，从而可以操作活塞以达到上死点(TDC)，由此稳定地执行压缩。此外，直线马达在共振状态中操作，以提高直线压缩机的效率。

然而，在低负载区域中，活塞的自然频率f_n变得小于直线马达的操作频率f_c，并且因此活塞被传输成超过TDC，以施加过量压缩力。而且，活塞和汽缸由于摩擦而被磨损。因为直线马达不在共振状态中操作，直线压缩机的效率降低。

此外，在高负载区域中，活塞的自然频率f_n变得大于直线马达的操作频率f_c，并且因此活塞不达到TDC，以降低压缩力。直线马达不在共振状态中操作，由此降低直线压缩机的效率。

结果，在传统直线压缩机中，当负载改变时，活塞的自然频率f_n改变，但是直线马达的操作频率f_c恒定。因此，直线马达不在共振状态中操作，这导致低的效率。进而，直线压缩机不能主动地处理和快速地克服负载。

在另一方面，为了主动地处理并且快速地克服负载，传统直线压缩机通过与负载成比例地控制输入电流而改变直线马达的操作频率f_c。特别地，直线压缩机控制直线马达的操作频率f_c以使其在低负载区域中被更加降低。因此，在共振状态中不执行压缩，这严重降低了直线压缩机的效率。尽管如此，因为整个制冷循环的效率增加，整体效率变化不大。

为了即使在低负载区域中在共振状态中执行压缩，传统直线压缩机用于在低频率区域中操作从而可以使得直线马达的操作频率f_c等于活塞的自然频率f_n。然而，在具有大的机械弹簧常数K_m的直线压缩机中，难以通过调节输入电流将直线马达的操作频率f_c控制为低频率。而且，直线压缩机不能有效率地改变压缩能力。

发明内容

本发明得以实现以解决上述问题。本发明的一个目的在于提供一种直线压缩机，通过使得直线马达的操作频率与活塞的自然频率同步，它能够在共振状态中操作，而与负载变化无关，即使活塞自然频率被负载改变。

本发明的另一目的在于提供一种直线压缩机，通过使得直线马达同时地或者单独地根据载荷改变操作频率并且控制活塞行程，它能够有效率地改变压缩能力。

为了实现本发明的上述目的，提供一种直线压缩机，包括：内部具有压缩空间的固定部件；沿着轴向方向在固定部件中直线往复的可移动部件，以用于将制冷剂吸入到压缩空间中并且压缩制冷剂；安装成沿着可移动部件运动方向弹性支撑可移动部件的一个或多个弹簧，其弹簧常数被负载改变；以及安装成连接到可移动部件的直线马达，以用于沿着轴向方向直线往复可移动部件，并且使其操作频率与可移动部件的自然频率同步。

优选地，弹簧的弹簧常数与负载成比例地改变，并且直线马达的操作频率与负载成比例地改变。

优选地，在制冷/空调循环中安装该直线压缩机，并且与在制冷/空调循环中的作为冷凝制冷剂的压力的冷凝压力和蒸发器中的作为蒸发制冷剂压力的蒸发压力之间的差值成比例地计算负载。更优选地，与作为冷凝压力和蒸发压力平均值的平均压力成比例地另外地计算负载。

优选地，该弹簧包括安装成在可移动部件运动方向的两侧支撑可移动部件并且具有恒定机械弹簧常数的机械弹簧，以及具有被吸入到压缩空间中的制冷剂的负载改变的气体弹簧常数的气体弹簧。

优选地，机械弹簧和气体弹簧如此形成，从而机械弹簧常数与通过将机械弹簧常数和气体弹簧常数相加得到的总体弹簧常数的比率低于90％，并且机械弹簧常数和气体弹簧常数被如此确定从而可移动部件的自然频率可被设定在30和55Hz之间的低频率区域中。

优选地，机械弹簧和气体弹簧的机械弹簧常数和气体弹簧常数被如此设定，从而作为可移动部件的直线往复距离的行程可被负载改变。更加优选地，机械弹簧和气体弹簧的机械弹簧常数和气体弹簧常数被如此设定，从而可移动部件能够直线往复以达到上死点，即使可移动部件的行程被改变。

优选地，根据机械弹簧常数的降低，可移动部件的初始位置更加靠近上死点，从而可移动部件能够被机械弹簧和气体弹簧稳定地弹性支撑。

根据本发明另一方面，一种直线压缩机包括：内部具有压缩空间的固定部件；沿着轴向方向在固定部件中直线往复的可移动部件，以用于压缩被吸入到压缩空间中的制冷剂；被安装成在可移动部件运动方向的两侧弹性支撑可移动部件并且具有恒定机械弹簧常数的机械弹簧；具有被吸入到压缩空间中的制冷剂的负载改变的气体弹簧常数的气体弹簧；以及安装成连接到可移动部件的直线马达，以用于沿着轴向方向直线往复可移动部件，其中机械弹簧和气体弹簧的机械弹簧常数和气体弹簧常数被设定成使得作为可移动部件直线往复距离的行程能够被负载改变。

优选地，在制冷/空调循环中安装该直线压缩机，并且与在制冷/空调循环中的作为冷凝制冷剂的压力的冷凝压力和蒸发器中的作为蒸发制冷剂压力的蒸发压力之间的差值成比例地计算负载。更优选地，与作为冷凝压力和蒸发压力平均值的平均压力成比例地另外地计算负载。

优选地，机械弹簧和气体弹簧的机械弹簧常数和气体弹簧常数被如此设定，从而可移动部件能够直线往复以达到上死点，即使可移动部件的行程被改变。

优选地，根据机械弹簧常数的降低，可移动部件的初始位置更加靠近上死点，从而可移动部件能够被机械弹簧和气体弹簧稳定地弹性支撑。

附图说明

参考附图可以更加理解本发明，仅通过示意给出附图，并且因此附图并不限制本发明，其中：

图1A是示出在传统直线压缩机中行程对负载的图表；

图1B是示出在传统直线压缩机中效率对负载的图表；

图2是示意根据本发明的直线压缩机的截面视图；

图3A是示出在根据本发明的直线压缩机中行程对负载的图表；

图3B是示出在根据本发明的直线压缩机中效率对负载的图表；

图4是示出在根据本发明的直线压缩机中气体弹簧常数变化对负载的图表；

图5是示出在根据本发明的直线压缩机中气体弹簧常数变化对周边温度、活塞质量、机械弹簧常数和直线压缩机自然频率变化的图表；

图6是示意在根据本发明的直线压缩机部分中行程对负载的结构视图；和

图7A到7C是示意根据本发明的直线压缩机的操作状态的侧截面视图。

具体实施方式

现在参考附图详细描述根据本发明优选实施例的直线压缩机。

如图2所示，在该直线压缩机中，制冷剂通过它们被吸入和排放的进口管道2a和出口管道2b被安装在封闭容器2的一侧处，汽缸4被固定到安装在封闭容器2中，活塞6被安装在汽缸4中从而直线往复以压缩被吸入到汽缸4中的压缩空间P中的制冷剂，并且各种弹簧被安装从而沿着活塞6的运动方向被弹性支撑。这里，活塞6连接到直线马达10以用于产生直线往复驱动力。如图3A和3B所示，即使活塞6的自然频率f_n被负载改变，直线马达10控制其操作频率f_c从而与活塞6的自然频率f_n同步，从而可在整个负载区域中执行共振操作以提高压缩效率。

此外，吸入阀22被安装在活塞6的接触压缩空间P的一端处，并且排放阀组件24被安装在汽缸4的接触压缩空间P的一端处。吸入阀22和排放阀组件24被自动控制从而根据压缩空间P的内部压力而被分别打开和关闭。

封闭容器2的顶部和底部壳体被联接以密封封闭容器2。制冷剂通过它被吸入的进口管道2a和制冷剂通过它被排放的出口管道2b被安装在封闭容器2的一侧处。活塞6被安装在汽缸4中从而沿着运动方向被弹性支撑以执行直线往复。直线马达10连接到汽缸4外部的框架18。汽缸4、活塞6和直线马达10构成组件。该组件被安装在封闭容器2的内部底表面上从而被支撑弹簧29弹性支撑。

封闭容器2的内部底表面含有油，并且用于泵送油的油供应设备30被安装在该组件的下端处，并且用于在活塞6和汽缸4之间供应油的油供应管道18a在该组件下侧处在框架18中形成。相应地，油供应设备30通过由活塞6的直线往复而产生的振动被操作，以用于泵送油，并且油沿着油供应管道18a被供应到在活塞6和汽缸4之间的间隙，以用于冷却和润滑。

汽缸4形成为中空形状从而活塞6能够执行直线往复，并且在其一侧处具有压缩空间P。优选地，在其中汽缸4的一端邻近进口管道2a的内部的状态下，汽缸4被安装在与进口管道2a相同的直线上。

活塞6邻近进口管道2a被安装在汽缸4的一端中以执行直线往复，并且排放阀组件24被安装在汽缸4的沿着与进口管道2a相反方向的一端处。

这里，排放阀组件24包括排放罩24a以用于在汽缸4的一端处形成预定的排放空间；排放阀24b以用于打开或关闭靠近压缩空间P的汽缸4的一端；和阀弹簧24c，它是一种卷簧以用于沿着轴向方向在排放罩24a和排放阀24b之间施加弹性力。O形环R被插到汽缸4的一端的内圆周表面上，从而排放阀24a能够被紧密地接附到汽缸4的一端。

带齿的环管28安装在排放罩24a的一侧和出口管道2b之间，以用于引导被压缩的制冷剂被排放到外部，并且防止由汽缸4、活塞6和直线马达10的相互作用而产生的振动被施加到整个封闭容器2。

因此，当活塞6在汽缸4中直线往复时，如果压缩空间P的压力超过预定排放压力，则阀弹簧24c被压缩以打开排放阀24b，并且制冷剂被从压缩空间P排放，并且然后沿着环管28和出口管道2b被排放到外部。

从进口管道2a供应的制冷剂通过它流动的制冷剂通道6a在活塞6的中心处形成。直线马达10通过连接部件17直接地连接到邻近进口管道2a的活塞6的一端，并且吸入阀22安装在活塞6的沿着与进口管道2a相反方向的一端处。活塞6沿着运动方向被各个弹簧弹性支撑。

吸入阀22被形成为薄板形状。吸入阀22的中心被部分切除以打开或关闭活塞6的制冷剂通道6a，并且吸入阀22的一侧通过螺钉被固定到活塞6的一端。

相应地，当活塞6在汽缸4中直线往复时，如果压缩空间P的压力低于比排放压力更低的预定吸入压力，则吸入阀22被打开从而制冷剂可被吸入到压缩空间P中，并且如果压缩空间P的压力超过预定吸入压力，则在吸入阀22的关闭状态下压缩空间P的制冷剂被压缩。

特别地，活塞6被安装成沿着运动方向被弹性支撑。具体地，从活塞6的邻近进口管道2a的一端沿着径向方向突出的活塞凸缘6b沿着活塞6的运动方向被机械弹簧8a和8b例如卷簧弹性支撑。在沿着与进口管道2a相反方向的压缩空间P中含有的制冷剂由于弹性力而被操作用作气体弹簧，由此弹性支撑活塞6。

这里，机械弹簧8a和8b具有与负载无关的恒定机械弹簧常数K_m，并且优选地与从活塞凸缘6b沿着轴向方向固定到直线马达10和汽缸4的支撑框架26并排地安装。而且，优选地，由支撑框架26支撑的机械弹簧8a和安装在汽缸4上的机械弹簧8b具有相同的机械弹簧常数K_m。

然而，气体弹簧具有被负载改变的气体弹簧常数K_g。当周边温度升高时，制冷剂的压力增加，并且因此压缩空间P中的气体的弹性力增加。结果，负载增加越多，气体弹簧的气体弹簧常数K_g越高。

虽然机械弹簧常数K_m恒定，气体弹簧常数K_g被负载改变。因此，总体弹簧常数也被负载改变，并且在上述公式1中活塞6的自然频率f_n被气体弹簧常数K_g改变。

即使负载改变，机械弹簧常数K_m和活塞6的质量M恒定，但是气体弹簧常数K_g改变。因此，活塞6的自然频率f_n被由负载改变的气体弹簧常数K_g显著影响。在获得通过负载改变活塞6的自然频率f_n的算法并且直线马达10的操作频率f_c与活塞6的自然频率f_n同步的情形中，直线压缩机的效率提高并且可以快速地克服负载。

负载能够以各种方式测量。因为直线压缩机被安装在用于压缩、冷凝、蒸发和膨胀制冷剂的制冷/空调循环中，负载可被定义为在作为冷凝制冷剂的压力的冷凝压力和作为蒸发制冷剂的压力的蒸发压力之间的差值。为了改进精确度，考虑冷凝压力和蒸发压力的平均压力确定负载。

即，与在冷凝压力和蒸发压力之间的差值与平均压力成比例地计算负载。负载增加越多，气体弹簧常数K_g越高。例如，如果在冷凝压力和蒸发压力之间的差值增加，则负载增加。即使在冷凝压力和蒸发压力之间的差值不变化，如果平均压力增加，则负载增加。气体弹簧常数K_g根据负载而增加。

如图4所示，测量与冷凝压力成比例的冷凝温度和与蒸发压力成比例的蒸发温度，并且与在冷凝温度和蒸发温度之间的差值与平均温度成比例地计算负载。

具体地，机械弹簧常数K_m和气体弹簧常数K_g可通过各种实验确定。参考图5，当机械弹簧常数K_m降低时，气体弹簧常数K_g与通过将机械弹簧常数K_m和气体弹簧常数K_g相加获得的总体弹簧常数K_t的比率增加。此外，周边温度越高，即，负载增加越多，气体弹簧常数K_g与总体弹簧常数K_t的比率越高。当气体弹簧常数K_g与总体弹簧常数K_t的比率增加时，自然频率f_n被显著改变。

优选地，机械弹簧常数K_m与总体弹簧常数K_t的比率被设定为低于90％。

例如，当通过将机械弹簧常数K_m设定为低于35.5kN/m，气体弹簧常数K_g与总体弹簧常数K_t的比率超过10％时，由于周边温度的变化，自然频率f_n被显著改变。因此，直线马达10的操作频率f_c易于被控制，从而直线马达10可以在共振状态中操作。而且，负载被迅速克服，以降低电力消耗。

然而，当通过将机械弹簧常数K_m设定为高于35.5kN/m，气体弹簧常数K_g与总体弹簧常数K_t的比率低于10％时，自然频率f_n几乎不被周边温度的变化改变。相应地，直线马达10的操作频率f_c不易于被控制，从而直线马达10不能在共振状态中操作。

如上所述，当气体弹簧常数K_g与总体弹簧常数K_t的比率较高时，活塞6的自然频率f_n被负载的变化显著改变，并且直线马达10的操作频率f_c易于与活塞6的自然频率f_n同步。因此，直线马达10在共振状态中操作，由此提高效率。而且，即使直线马达10的操作频率f_c在低频率区域中操作，负载可被以高效率迅速克服，这导致低的电力消耗。

相应地，在设计时通过机械弹簧常数K_m、气体弹簧常数K_g和活塞6的质量M确定活塞6的自然频率f_n。如果活塞6的自然频率f_n被设定在从30到55Hz范围的低频率区域中，这低于活塞6的一般自然频率f_n，直线压缩机能够被有效率地操作，快速地克服负载。

特别地，当设计直线压缩机时，机械弹簧常数K_m被设定为较小，并且气体弹簧常数K_g与总体弹簧常数K_t的比率被设定为较高。结果，使得直线马达10的操作频率f_c等于活塞6的自然频率f_n，即使在低负载中，从而直线马达10能够在共振状态中操作以提高直线压缩机的效率。因为直线马达10在低频率区域中操作，可以提高整个制冷循环的效率。

直线马达10包括内部定子12，它通过沿着圆周方向层叠多个叠层12a形成，并且通过框架18固定地安装在汽缸4的外部；外部定子14，它通过沿着圆周方向在线圈缠绕本体14a的周边处层叠多个叠层14b形成，并且从内部定子12以预定间隙利用框架18安装在汽缸4的外部；以及永久磁体16，它定位在内部定子12和外部定子14之间的间隙处，并且通过连接部件17连接到活塞6。这里，线圈缠绕本体14a可被固定地安装在内部定子12的外部。

在直线马达10中，当向线圈缠绕本体14a施加电流以产生电磁力时，永久磁体16由于在电磁力和永久磁体16之间的相互作用而直线往复，并且连接到永久磁体16的活塞6在汽缸4中直线往复。

当施加电流时，通过改变操作频率f_c，直线马达10能够改变压缩能力。此外，如图6所示，通过调节外部输入电流，直线马达10能够根据负载通过将作为活塞6的直线往复距离的行程S改变成第一和第二行程S1和S2而改变压缩能力。

当在汽缸4中直线往复时，活塞6形成压缩空间P。优选地，即使活塞6的行程S改变，活塞6直线往复至其中活塞6在汽缸4中被完全压缩从而不形成压缩空间P的点处，即，上死点(TDC)，以防止压缩效率被短的行程S降低。

这里，直线马达10能够根据负载增加而增加操作频率fc和活塞6的行程S或者仅仅活塞6的行程S。

然而，当在直线压缩机中负载增加时，气体弹簧常数K_g增加以增加气体弹簧的弹性力，并且因此活塞6的行程S比当负载较小时被更加降低。因此，应该考虑到反应这个事实的机械弹簧常数K_m和气体弹簧常数K_g控制直线马达10的操作。

在初始阶段，活塞6被安装成以预定间隔从TDC分离。当直线压缩机被设计成通过降低机械弹簧常数K_m增加气体弹簧常数K_g与总体弹簧常数K_t的比率时，根据机械弹簧常数K_m的降低，活塞6的初始位置被设定成更加靠近TDC，从而活塞6能够完全达到TDC。

现在解释根据本发明的直线压缩机的操作。

首先，当电流被施加到线圈缠绕本体14a时，永久磁体16由于在线圈缠绕本体14a的周边处产生的电磁力和永久磁体16之间的相互作用而直线往复，并且通过连接部件17连接到永久磁体16的活塞6在汽缸4中直线往复。当活塞6在汽缸4中直线往复时，在汽缸4中的压缩空间P被改变，并且制冷剂被吸入压缩空间P中、被压缩和排放。

具体地，当活塞6被沿着扩大汽缸4中的压缩空间P的方向转移时，如图7A所示意地，压缩空间P的内部压力被降低至低于预定吸入压力，以打开吸入阀22。通过进口管道2a吸入的制冷剂经由活塞6的制冷剂通道6a被吸入到压缩空间P中。

此后，当活塞6被沿着压缩汽缸4中的压缩空间P的方向转移时，如图7B所示，在吸入阀22和排放阀24b的关闭状态下，压缩空间P的内部压力增加，并且因此制冷剂被压缩成高温高压气体制冷剂。

在活塞6被沿着压缩汽缸4中的压缩空间P的方向转移以达到TDC的情形中，如图7C所示，压缩空间P的内部压力高于预定排放压力。相应地，阀弹簧24c被压缩以打开排放阀24b，并且在压缩空间P中被压缩的制冷剂经由排放空间通过环管28和出口管道2b被排放到外界。

直线压缩机通过重复上述过程压缩制冷剂。通过使得直线马达10的操作频率f_c与考虑到被负载改变的气体弹簧常数K_g计算出的活塞6的自然频率f_n同步，直线压缩机在共振状态中执行操作以提高效率。此外，根据负载的增加，通过调节供应到直线马达10的电流，直线压缩机通过控制活塞6的行程S而改变压缩能力，由此快速地处理负载并且显著地降低电力消耗。

如上所述，当机械弹簧常数被设定为低于一般机械弹簧常数时，气体弹簧比一般气体弹簧具有更高的影响。根据本发明，由于气体弹簧的影响增加，当负载增加时，活塞的自然频率自动增加。

活塞的自然频率被负载显著地改变，并且直线马达的操作频率易于与活塞的自然频率同步。结果，直线马达在共振状态中操作以提高效率并且快速地克服负载。而且，在低频率区域中的操作降低了电力消耗。

此外，通过调节施加到直线马达的外部电流控制活塞行程，由此主动地处理和快速地克服负载并且降低电力消耗。

已经基于优选实施例和附图详细解释了所述直线压缩机，其中移动磁体型直线马达进行操作并且被连接到直线马达的活塞在汽缸中直线往复以吸入、压缩和排放制冷剂。然而，虽然已经描述了本发明的优选实施例，应该理解，本发明不应该限于这些优选实施例，而是在如权利要求所限定的本发明的精神和范围中可由本领域技术人员做出各种改变和修改。

Claims (15)

1.一种直线压缩机，包括：

内部具有压缩空间的固定部件；

沿着轴向方向在固定部件中直线往复的可移动部件，以用于将制冷剂吸入压缩空间中并且压缩制冷剂；

安装成沿着可移动部件运动方向弹性支撑可移动部件的一个或多个弹簧，其弹簧常数被负载改变；以及

安装成连接到可移动部件的直线马达，以用于沿着轴向方向直线往复可移动部件，并且使其操作频率与可移动部件的依赖于弹簧常数的自然频率同步。

2.根据权利要求1的直线压缩机，其中，弹簧的弹簧常数与负载成比例地改变，并且直线马达的操作频率与负载成比例地改变。

3.根据权利要求2的直线压缩机，它被安装在制冷/空调循环中，

其中与在制冷/空调循环中的作为冷凝制冷剂的压力的冷凝压力和作为蒸发制冷剂的压力的蒸发压力之间的差值成比例地计算负载。

4.根据权利要求3的直线压缩机，其中，与作为冷凝压力和蒸发压力平均值的平均压力成比例地另外地计算负载。

5.根据权利要求1到3中任一项的直线压缩机，其中，该弹簧包括：

安装成在可移动部件运动方向的两侧支撑可移动部件并且具有恒定机械弹簧常数的机械弹簧；以及

具有被吸入到压缩空间中的制冷剂的负载改变的气体弹簧常数的气体弹簧。

6.根据权利要求5的直线压缩机，其中，机械弹簧和气体弹簧如此形成，从而机械弹簧常数与通过将机械弹簧常数和气体弹簧常数相加得到的总体弹簧常数的比率低于90％。

7.根据权利要求5的直线压缩机，其中，机械弹簧和气体弹簧的机械弹簧常数和气体弹簧常数被如此确定从而可移动部件的自然频率可被设定在30和55Hz之间的低频率区域中。

8.根据权利要求5的直线压缩机，其中，直线马达通过负载改变作为可移动部件的直线往复距离的行程。

9.根据权利要求8的直线压缩机，其中，直线马达直线地往复该可移动部件以达到上死点，即使可移动部件的行程被改变。

10.根据权利要求9的直线压缩机，其中，根据机械弹簧常数的降低，可移动部件的初始位置更加靠近上死点。

11.一种直线压缩机，包括：

内部具有压缩空间的固定部件；

沿着轴向方向在固定部件中直线往复的可移动部件，以用于压缩被吸入到压缩空间中的制冷剂；

被安装成在可移动部件运动方向的两侧弹性支撑可移动部件并且具有恒定机械弹簧常数的机械弹簧；

具有被吸入到压缩空间中的制冷剂的负载改变的气体弹簧常数的气体弹簧；以及

安装成连接到可移动部件的直线马达，以用于沿着轴向方向直线往复可移动部件，

其中机械弹簧和气体弹簧的机械弹簧常数和气体弹簧常数被设定成使得作为可移动部件直线往复距离的行程能够被负载改变。

12.根据权利要求11的直线压缩机，它被安装在制冷/空调循环中，

其中与在制冷/空调循环中的作为冷凝制冷剂的压力的冷凝压力和作为蒸发制冷剂的压力的蒸发压力之间的差值成比例地计算负载。

13.根据权利要求12的直线压缩机，其中，与作为冷凝压力和蒸发压力平均值的平均压力成比例地另外地计算负载。

14.根据权利要求11到13中任一项的直线压缩机，其中，机械弹簧和气体弹簧的机械弹簧常数和气体弹簧常数被如此设定，从而可移动部件能够直线往复以达到上死点，即使可移动部件的行程被改变。

15.根据权利要求14的直线压缩机，其中，根据机械弹簧常数的降低，可移动部件的初始位置更加靠近上死点。

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