CN101305512A - 直线压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线压缩机，通过同时地/个别地使得直线马达的操作频率与被负载改变的可移动部件的自然频率同步和根据负载改变可移动部件的行程，它能快速地克服负载并且提高压缩效率。该直线压缩机，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；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，并且根据预定制冷力改变可移动部件的行程，从而可移动部件能够直线往复以达到上死点。

Description

直线压缩机

技术领域

本发明涉及一种直线压缩机，通过同时地/个别地使得直线马达的操作频率与被负载改变的可移动部件的自然频率同步和根据负载改变可移动部件的行程，它能快速地克服负载并且提高压缩效率。

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蜗卷和固定蜗卷之间被吸入或排放，从而轨道蜗卷与固定蜗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在整体弹簧常数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，为了快速地克服负载，如图2A和2B所示，通过调节施加到直线马达的电压(或电流)量，传统直线压缩机允许活塞6在高或低制冷模式中在汽缸4中操作。活塞6的行程S根据操作模式而改变，以改变压缩能力。

如图2A所示，电压V1被用于高制冷模式并且电压V2被用于低制冷模式。当电压V1和V2从零点(0)起具有正值时，活塞6执行压缩，并且当电压V1和V2具有负值时，活塞6执行吸入。这里，电压V1和V2的峰值应该小于从直线压缩机输出的最大电压阀值V_p。

因为电压V1和V2的峰-峰值决定活塞6的行程S，通过改变峰-峰值控制活塞6的行程S。在高制冷模式中，根据最大电压阀值V_p，电压V1的峰-峰值等于峰-峰值2V_p，并且因此活塞6达到TDC(高制冷模式行程S1)。在低制冷模式中，电压V2的峰-峰值被降低，并且因此活塞6直线往复并且不达到TDC。

在负载较大状态下，直线压缩机在高制冷模式下操作。在高制冷模式中，使得直线马达的操作频率f_c等于活塞6的自然频率f_n，从而活塞6可被操作以利用预定行程S1达到TDC。

此外，在负载较小的状态下，直线压缩机在低制冷模式中操作。在低制冷模式中，通过降低施加到直线马达的电压，压缩能力可被降低。然而，在其中活塞6利用机械弹簧和气体弹簧的弹性力沿着运动方向被弹性支撑的状态下，活塞6的行程S2降低。相应地，活塞6不能达到TDC。而且，操作频率f_c不同于活塞6的改变的自然频率f_n，这导致直线压缩机具有低的效率和压缩力。

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，通过控制直线马达操作频率和/或活塞行程它能够根据负载有效率地改变压缩能力，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，通过改变活塞行程并且同时直线往复活塞以达到上死点，它能够达到最大效率。

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，以用于压缩被吸入到压缩空间中的制冷剂；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，并且根据预定制冷力改变可移动部件的行程，从而可移动部件能够直线往复以达到上死点。

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/空调循环中的冷凝制冷剂的压力(冷凝压力)和蒸发器中的蒸发制冷剂压力(蒸发压力)之间的差值成比例地计算负载。

优选地，与作为冷凝压力和蒸发压力平均值的压力(平均压力)成比例地另外地计算负载。

优选地，该直线马达使其操作频率与可移动部件的共振频率同步，该共振频率与负载成比例地改变。

优选地，该直线马达包括：通过沿着圆周方向叠置多个叠层以覆盖固定部件的周边而形成的内部定子；以预定间隔在内部定子的外部设置并且通过沿着圆周方向叠置多个叠层形成的外部定子；用于在内部定子和外部定子之间产生电磁力的线圈缠绕本体；和永久磁体，它在内部定子和外部定子之间的间隙处定位、连接到可移动部件，并且通过与线圈缠绕本体的电磁力的交互作用而直线往复。优选地，该直线马达包括：用于通过整流外部交流电压施加直流电压的电源单元；用于从电源单元接收直流电压、根据预定换流器控制信号产生交流电压，并且向线圈缠绕本体施加交流电压的换流器单元；以及用于根据制冷力设定可移动部件的行程可变量、根据该可变量产生换流器控制信号以用于产生非对称交流电压，并且向换流器单元施加换流器控制信号的控制单元。

优选地，非对称交流电压的正的峰值等于换流器单元的最大电压阀值的峰值。

优选地，非对称交流电压从零点起是非对称的。

优选地，该非对称交流电压是与预定补偿电压对称的。

优选地，当非对称交流电压高于补偿电压时，可移动部件执行压缩，并且当非对称交流电压低于补偿电压时，可移动部件执行吸入。

优选地，控制单元通过改变非对称交流电压的峰-峰值改变可移动部件的行程。

优选地，当制冷力较低时，非对称交流电压的峰-峰值小于根据换流器单元最大电压阀值的峰-峰值。

优选地，补偿电压具有正值。

优选地，当制冷力较高时，非对称交流电压的峰-峰值大于根据换流器单元最大电压阀值的峰-峰值。

优选地，补偿电压具有负值。

优选地，非对称交流电压的负的峰值根据可变量而改变。

优选地，当非对称交流电压高于零点时，可移动部件执行压缩，并且当非对称交流电压低于零点时，可移动部件执行吸入。

优选地，当制冷力较低时，非对称交流电压的负的峰值与可变量成比例地小于正的峰值，并且当制冷力较高时，非对称交流电压的负的峰值与可变量成比例地大于正的峰值。

根据本发明另一方面，一种用于控制直线压缩机的设备包括：用于通过整流外部交流电压施加直流电压的电源单元；用于从电源单元接收直流电压、根据预定换流器控制信号产生交流电压，并且向线圈缠绕本体施加交流电压的换流器单元；以及用于根据制冷力设定直线压缩机的可移动部件的行程可变量，根据该可变量产生换流器控制信号以用于产生非对称交流电压，并且向换流器单元施加换流器控制信号的控制单元。

根据本发明再一方面，一种用于控制直线压缩机的方法包括以下步骤：根据制冷力基于直线压缩机的可移动部件的可变量行程设定非对称交流电压；并且产生换流器控制信号以用于产生非对称交流电压。

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2A和2B是示意在传统直线压缩机各个操作模式中的行程的结构视图；

图3是示意根据本发明的直线压缩机的截面视图；

图4A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4B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负载的图表；

图6是示意图3的直线马达的结构视图；

图7A到7D是示出在图6的直线马达中用于设定正弦波驱动电压的第一实例的图表；

图8A和8B是示意活塞行程变化的状态视图；

图9是示出图6的第一实例的结果的图表；

图10A和10B是示出在图6的直线马达中用于设定正弦波驱动电压的第二实例的图表；和

图11是示出图6的第二实例的结果的图表。

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3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4A和4B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，并且也控制活塞6的行程S以改变压缩能力。

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以构成组件。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6a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8a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5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。利用预定频率估计算法，这种数据被用于估计活塞6的自然频率f_n。

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。根据本发明，直线压缩机的机械弹簧8a和8b具有比传统直线压缩机的机械弹簧更小的机械弹簧常数K_m，这增加了气体弹簧常数K_g对总体弹簧常数K_T的比率。因此，在较大范围中通过负载改变了活塞6的共振频率，并且直线马达10的操作频率f_c易于与被负载改变的活塞6的自然频率f_n同步。

参考图6，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。

特别地，直线马达10连接到活塞6，以用于沿着轴向方向直线往复活塞6，并且根据预定负载(或制冷力)改变活塞6的行程S，从而活塞6能够直线往复以达到上死点(TDC)。为此，直线马达10包括用于通过整流外部交流电压施加直流电压的电源单元18；换流器单元19，用于从电源单元18接收被整流的直流电压，根据预定换流器控制信号(例如，PWM信号)产生正弦波交流电压，并且向线圈缠绕本体14a施加正弦波交流电压；以及控制单元20，用于根据负载设定活塞6的可变量的行程S，根据该可变量产生换流器控制信号以用于产生非对称交流电压，并且向换流器单元19施加换流器控制信号。

这里，电源单元18是一般的整流电路，并且换流器单元19是一般的换流器设备。

如上所述，控制单元20产生换流器控制信号以用于产生从零点非对称的正弦波交流电压从而接收温度信息和相应于温度信息根据负载(或制冷力)改变活塞6的行程S。

控制单元20在汽缸4中直线往复活塞6以形成压缩空间P。即使活塞6的行程S改变，控制单元20直线往复活塞6以达到TDC，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。因为活塞6直线往复到TDC，压缩效率被保持，而与活塞6的行程S的变化无关。

现在参考图7A到7D解释控制单元20的操作和功能。这里，控制单元20执行一种过程以用于设定非对称交流电压(一种电压指令值)，使用图5的数据根据预定频率估计算法通过负载操作自然频率f_n，并且使得非对称交流电压的频率(即，操作频率f_c)等于自然频率f_n，这将在下面解释。

首先，图7A的电压V2与图2A的电压V2相同。即，根据负载(小负载)，电压V2的峰-峰值降低以降低活塞6的行程S。然而，电压V2的峰值V2P小于最大电压阀值V_p，从而活塞6不能达到TDC。

因此，如图7B所示，控制单元20通过向电压V2添加预定补偿电压V_Offset设定新的电压V2′。这里，补偿电压V_offset的大小是(VP-V2P)。此外，补偿电压V_offset是具有正值的直流电压。

如上所述，控制单元20设定具有用于根据负载降低活塞6的行程S的峰-峰值的(正弦波)电压(1)，并且通过计算和添加补偿电压V_offset设定从零点非对称并且与补偿电压V_offset对称的正弦波交流电压，从而可使得设定电压的正的峰值等于最大电压阀值V_p(2)。当控制单元20产生相应于所设定的非对称交流电压的换流器控制信号并且将所产生的信号传送到换流器单元19时，换流器单元19根据换流器控制信号产生设定的非对称交流电压并且向线圈缠绕本体14a施加所产生的电压，由此直线往复活塞6。控制单元20能够在步骤(1)之前通过执行步骤(2)设定非对称交流电压。在此情形中，补偿电压V_offset的大小和峰-峰值的降低宽度被适当地设定，这可易于由本发明所涉及领域的技术人员实施。

更具体地，当非对称交流电压V2′高于补偿电压V_offset时，控制单元20使得活塞6执行压缩，并且当非对称交流电压V2′低于补偿电压V_offset时，控制单元20使得活塞6执行吸入。

图7C示出通过向图2A的电压V1添加预定大小的补偿电压V_offset获得的电压V4。这里，补偿电压V_offset是具有负值的直流电压。

因为电压V4的峰值V4P小于最大电压阀值V_p，如图7D所示，电压V4的峰-峰值增加从而可以使得电压V4′的峰值等于最大电压阀值V_p。非对称交流电压被设定为在大负载(或高制冷力)中增加活塞6的行程S。这里，新的电压V4′也是从零点非对称并且与补偿电压V_offSet对称的正弦波交流电压。

相应地，当控制单元20产生相应于所设定的非对称交流电压的换流器控制信号并且将所产生的信号传送到换流器单元19时，换流器单元19根据换流器控制信号产生所设定的非对称交流电压并且向线圈缠绕本体14a施加所产生的电压，由此直线往复活塞6。

在图7C和7D中用于增加活塞6行程S的方法也可如此实施，即通过增加电压的峰-峰值，并且添加作为负的直流电压的补偿电压V_offset，从而可使得电压的峰值等于最大电压阀值V_p。

此外，当非对称交流电压V2′高于补偿电压V_offset时，控制单元20使得活塞6执行压缩，并且当非对称交流电压V2′低于补偿电压V_offset时，控制单元20使得活塞6执行吸入。

图8A和8B是示意出活塞6的行程S变化的状态视图。

图8A示出当控制单元20产生用于如图7B所示的设定非对称交流电压的换流器控制信号并且将换流器控制信号传送到换流器单元19时，并且当换流器单元19向线圈缠绕本体14a施加所设定的非对称交流电压以直线往复活塞6时，活塞6的行程S′。行程S是活塞6的直至活塞6达到TDC的运动距离。这里，当产生和施加与零点对称的交流电压(图2A的电压V1)时，压缩距离和吸入距离从预定中心C是相等的。

参考图8A，利用非对称交流电压的活塞6的行程S’短于利用对称交流电压的活塞6的行程S。活塞6直线往复以达到TDC。这里，活塞6通过降低的行程S′直线往复以达到新的DDC’(下死点)，而非先前的DDC。

相反，图8B示出当控制单元20产生用于如图7D所示的所设定的非对称交流电压的换流器控制信号并且将换流器控制信号传送到换流器单元19时，并且当换流器单元19向线圈缠绕本体14a施加所设定的非对称交流电压以直线往复活塞6时，活塞6的行程S”。行程S是活塞6的直至活塞6达到TDC的运动距离。这里，当产生和施加与零点对称的交流电压(图2A的电压V1)时，压缩距离和吸入距离从预定中心C是相等的。

如图8B所示，利用非对称交流电压的活塞6的行程S”长于利用对称交流电压的活塞6的行程S。与现有技术不同，活塞6直线往复以达到TDC。这里，活塞6利用增加的行程S”直线往复以达到新的DDC“，而非先前的DDC。

图9是示出图6的第一实例结果的图表。X轴表示补偿比率并且Y轴表示行程比率。这里，补偿比率被定义为(活塞6被补偿电压推动的距离)/(结构初始数值)。具体地，活塞6被补偿电压V_offset推动的距离是活塞6利用增加的补偿电压V_offset朝向TDC的运动距离，它等于图8A和8B中行程中心的运动距离。即，它意味着在对称交流电压中在行程S的中心C和行程S′与S”的中心之间的差值。此外，结构初始数值意味着在未施加电压状态中在TDC和中心C之间的固定间隔。因此，如果补偿比率具有正值，当负载为低制冷时，活塞6被推向TDC，并且如果补偿比率具有负值，当负载为高制冷时，活塞6被推向DDC。行程比率被定义成(当添加补偿电压时的行程)/(利用对称交流电压的行程)。

相应地，在补偿比率和行程比率之间的关系中，当活塞6通过补偿电压被推向TDC时，即，当补偿数值具有正值时，整个行程降低，并且因此行程比率低于100％，并且当补偿数值具有负值时，整个行程增加，并且因此行程比率高于100％。基于该关系，行程可以被非对称交流电压改变，并且制冷力也可被改变。结果，直线压缩机能够通过改变制冷力快速地处理可变负载。

图10A和10B是示出用于在图6的直线马达中设定正弦波驱动电压的第二实例的图表。

与第一实例一样，活塞6应该达到TDC，并且因此电压V5和V6的正的峰值应该等于最大电压阀值V_p。图2A的电压V2的正的区域(压缩)被同等地保持，但是电压V2的负的区域(吸入)被改变以改变活塞6的行程。

如图10A所示，控制单元20根据负载(小负载)在负载电压V2的负的区域中设定小于最大电压阀值V_p的峰值V5P。为此，控制单元20利用相应于负载的预定比率降低电压V2的负的区域(即，与行程的可变量等量)，或者根据负载通过添加预定交流电压降低负的区域(即，与行程的可变量等量)。因为电压V5的峰-峰值小于电压V2的峰-峰值，活塞6的行程降低，这引起与图8A相同的效果。

如图10B所示，控制单元20在负载电压V2的负的区域中设定大于最大电压阀值V_p的峰值V6_p。为此，控制单元20通过相应于负载的预定比率增加电压V2的负的区域(即，与行程的可变量等量)，或者根据负载通过添加预定交流电压增加负的区域(即，与行程的可变量等量)。因为电压V6的峰-峰值大于电压V2的峰-峰值，活塞6的行程增加，这引起与图8B相同的效果。

在图10A和10B中，控制单元20执行一种过程以用于设定非对称交流电压，通过负载操作自然频率f_n，并且使得非对称交流电压的频率(即，操作频率f_c)等于自然频率f_n，这将在下面解释。

通过如图10A和10B所示的非对称交流电压，活塞6行程的改变分别相应于图8A和8B的那些，这将不在下面解释。

图11是示出图6的第二实例的结果的图表。X轴表示非对称比率并且Y轴表示行程比率。这里，非对称比率被定义为(在吸入行程中的幅度)/(在压缩行程中的幅度)，并且行程比率被定义为(当施加非对称交流电压时的行程)/(当施加对称交流电压时的行程)。

具体地，如图10A所示，在具有小于正峰值的负峰值的非对称交流电压的情形中，非对称比率小于“1”，并且整个行程降低。相反，如图10B所示，在具有大于正峰值的负峰值的非对称交流电压的情形中，非对称比率大于“1”，并且整个行程增加。基于该关系，行程可被非对称交流电压改变，并且制冷力也可被改变。结果，直线压缩机能够通过改变制冷力而快速地处理可变负载。

当负载增加时，气体弹簧常数K_g和活塞6的自然频率f_n同时增加。控制非对称交流电压的频率从而通过频率估计算法直线马达10的操作频率f_c能够与活塞6的自然频率f_n同步。因此，直线压缩机在共振状态中操作，以提高压缩效率。

在另一方面，当负载增加时，气体弹簧常数K_g和活塞6的自然频率f_n同时降低。控制非对称交流电压的频率从而通过频率估计算法直线马达10的操作频率f_c可与活塞6的自然频率f_n同步。相应地，直线压缩机在共振状态中操作，以提高压缩效率。

如上所述，根据本发明，通过利用频率估计算法估计气体弹簧常数和自然频率由于负载的改变，并且使得直线马达的操作频率(即，非对称交流电压的频率)与自然频率同步，直线压缩机在共振状态中操作，由此提高压缩效率。

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 (38)

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，以用于压缩被吸入到压缩空间中的制冷剂；

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，并且根据预定制冷力改变可移动部件的行程，从而可移动部件能够直线往复以达到上死点。

2.根据权利要求1的直线压缩机，它被安装在制冷/空调循环中，

其中与在制冷/空调循环中冷凝制冷剂的压力(冷凝压力)和在蒸发器中蒸发制冷剂的压力(蒸发压力)之间的差值成比例地计算负载。

3.根据权利要求2的直线压缩机，其中，与作为冷凝压力和蒸发压力平均值的压力(平均压力)成比例地另外地计算负载。

4.根据权利要求1到3中任一项的直线压缩机，其中，该直线马达使其操作频率与可移动部件的共振频率同步，该共振频率与负载成比例地改变。

5.根据权利要求1到4中任一项的直线压缩机，其中，该直线马达包括：

通过沿着圆周方向叠置多个叠层以覆盖固定部件的周边而形成的内部定子；

以预定间隔在内部定子的外部设置并且通过沿着圆周方向叠置多个叠层形成的外部定子；

用于在内部定子和外部定子之间产生电磁力的线圈缠绕本体；

永久磁体，它在内部定子和外部定子之间的间隙处定位、连接到可移动部件，并且通过与线圈缠绕本体的电磁力的交互作用而直线往复；

用于通过整流外部交流电压施加直流电压的电源单元；

用于从电源单元接收直流电压、根据预定换流器控制信号产生交流电压，并且向线圈缠绕本体施加交流电压的换流器单元；以及

用于根据制冷力设定可移动部件的行程可变量、根据该可变量产生换流器控制信号以用于产生非对称交流电压，并且向换流器单元施加换流器控制信号的控制单元。

6.根据权利要求5的直线压缩机，其中，非对称交流电压的正的峰值等于换流器单元的最大电压阀值的峰值。

7.根据权利要求6的直线压缩机，其中，非对称交流电压从零点起是非对称的。

8.根据权利要求7的直线压缩机，其中，该非对称交流电压是与预定补偿电压对称的。

9.根据权利要求8的直线压缩机，其中，当非对称交流电压高于补偿电压时，可移动部件执行压缩，并且当非对称交流电压低于补偿电压时，可移动部件执行吸入。

10.根据权利要求5到9中任一项的直线压缩机，其中，控制单元通过改变非对称交流电压的峰-峰值改变可移动部件的行程。

11.根据权利要求10的直线压缩机，其中，当制冷力较低时，非对称交流电压的峰-峰值小于根据换流器单元最大电压阀值的峰-峰值。

12.根据权利要求11的直线压缩机，其中，补偿电压具有正值。

13.根据权利要求11的直线压缩机，其中，当制冷力较高时，非对称交流电压的峰-峰值大于根据换流器单元最大电压阀值的峰-峰值。

14.根据权利要求13的直线压缩机，其中，补偿电压具有负值。

15.根据权利要求7的直线压缩机，其中，非对称交流电压的负的峰值根据该可变量而改变。

16.根据权利要求15的直线压缩机，其中，当非对称交流电压高于零点时，可移动部件执行压缩，并且当非对称交流电压低于零点时，可移动部件执行吸入。

17.根据权利要求15或16的直线压缩机，其中，当制冷力较低时，非对称交流电压的负的峰值与可变量成比例地小于正的峰值，并且当制冷力较高时，非对称交流电压的负的峰值与可变量成比例地大于正的峰值。

18.一种用于控制直线压缩机的设备，包括：

用于通过整流外部交流电压施加直流电压的电源单元；

用于从电源单元接收直流电压、根据预定换流器控制信号产生交流电压，并且向线圈缠绕本体施加交流电压的换流器单元；以及

用于根据制冷力设定直线压缩机的可移动部件的行程可变量，根据该可变量产生换流器控制信号以用于产生非对称交流电压，并且向换流器单元施加换流器控制信号的控制单元。

19.根据权利要求18的设备，其中，非对称交流电压的正的峰值等于换流器单元的最大电压阀值的峰值。

20.根据权利要求18或19的设备，其中，非对称交流电压从零点起是非对称的。

21.根据权利要求20的设备，其中，该非对称交流电压是与预定补偿电压对称的。

22.根据权利要求21的设备，其中，当非对称交流电压高于补偿电压时，可移动部件执行压缩，并且当非对称交流电压低于补偿电压时，可移动部件执行吸入。

23.根据权利要求18到22中任一项的设备，其中，控制单元通过改变非对称交流电压的峰-峰值改变可移动部件的行程。

24.根据权利要求23的设备，其中，当制冷力较低时，非对称交流电压的峰-峰值小于根据换流器单元最大电压阀值的峰-峰值。

25.根据权利要求24的设备，其中，补偿电压具有正值。

26.根据权利要求24的设备，其中，当制冷力较高时，非对称交流电压的峰-峰值大于根据换流器单元最大电压阀值的峰-峰值。

27.根据权利要求26的设备，其中，补偿电压具有负值。

28.根据权利要求20的设备，其中，非对称交流电压的负的峰值根据该可变量而改变。

29.根据权利要求28的设备，其中，当非对称交流电压高于零点时，可移动部件执行压缩，并且当非对称交流电压低于零点时，可移动部件执行吸入。

30.根据权利要求28或29的设备，其中，当制冷力较低时，非对称交流电压的负的峰值与可变量成比例地小于正的峰值，并且当制冷力较高时，非对称交流电压的负的峰值与可变量成比例地大于正的峰值。

31.一种用于控制直线压缩机的方法，包括以下步骤：

根据制冷力基于直线压缩机的可移动部件的行程的可变量设定非对称交流电压；并且

产生换流器控制信号以用于产生非对称交流电压。

32.根据权利要求31的方法，其中，用于设定非对称交流电压的步骤包括用于使得非对称交流电压的正的峰值与最大电压阀值相等的步骤。

33.根据权利要求32的方法，其中，用于设定非对称交流电压的步骤包括通过设定预定补偿电压而使得非对称交流电压的正的峰值等于最大电压阀值的步骤。

34.根据权利要求31到33中任一项的方法，其中，用于设定非对称交流电压的步骤包括如下步骤，当制冷力较低时，设定非对称交流电压的峰-峰值使其与该可变量成比例得小于根据直线压缩机的最大电压阀值的峰-峰值，并且还包括以下步骤，用于当制冷力较高时，设定非对称交流电压的峰-峰值使其与该可变量成比例得大于根据直线压缩机的最大电压阀值的峰-峰值。

35.根据权利要求34的方法，其中，非对称交流电压与补偿电压对称，并且补偿电压在低制冷中具有正值并且在高制冷中具有负值。

36.根据权利要求34的方法，其中，补偿电压非零。

37.根据权利要求32的方法，其中，用于设定非对称交流电压的步骤包括用于根据该可变量改变非对称交流电压的负的峰值的步骤。

38.根据权利要求37的方法，其中，当制冷力较低时，非对称交流电压的负的峰值与该可变量成比例得小于正的峰值，并且当制冷力较高时，非对称交流电压的负的峰值与该可变量成比例得大于正的峰值。

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