CN101389862B - 用于调节直线压缩机中的活塞的方法 - Google Patents

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Abstract

一种直线压缩机，包括装有绕组(5)和电枢(6)的直线驱动装置(1)以及压缩室(10)，所述电枢(6)可以利用绕组(5)的磁场克服弹簧力进行移动，所述压缩室(10)由与电枢(6)相连的可移动活塞进行限定；在直线压缩机的操作过程中，在绕组(5)上施加交流电，从而以振荡移动方式驱动电枢。根据本发明，在操作之前，在绕组(5)上施加具有第一极性的直流电(I)，以使得电枢(6)从静止位置开始移动，并且测量在直流电(I)的作用下电枢所获得的第一端部位置。当压缩机处于操作中时，对绕组进行激励的交流电的强度以如下方式进行控制，即电枢不会达到所述第一端部位置，或减速地达到所述第一端部位置。

Description

用于调节直线压缩机中的活塞的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作直线压缩机(尤其是致冷机)的方法。例如从US 506032B2和US 6642377B2中可以了解到这种类型的直线压缩机。该直线压缩机包括具有绕组和电枢的换向直线驱动装置以及压缩室，其中所述电枢可以在绕组产生的磁场的作用下克服弹簧力进行移动，以及活塞在所述压缩室中以可移动的方式与电枢相连。在操作中，向绕组施加交流电以驱动电枢进行振荡移动。
背景技术
尽管对于常规旋转驱动压缩机来说活塞的移动振荡幅度受到严格规定，但直线压缩机却不是这样。电枢可以根据提供给绕组的电驱动功率以不同的幅度进行振荡，由此活塞行程也是可变的。
驱动功率越低，由此也使得电枢振荡幅度越低，则在活塞路径的上反向点处的泵室的死区容积就越大。死区容积大导致压缩机效率低，因为被用于压缩死区容积(dead volumne)中的气体的功未得到利用，并且在超过顶部死点之后，气体再次膨胀并由此驱动活塞退回。
另一方面，如果施加在绕组上的驱动功率太大，则电枢振荡幅度会变得太大以使得活塞碰撞压缩室的边界。这样会导致产生较大的噪声并且还有可能对压缩机造成破坏。另外，电枢的振荡与驱动交流电的异相，同样使驱动装置为此效率变得更低。
为了能够以稳定的方式高效地操作直线压缩机，有必要监控电枢的振荡幅度并以振荡幅度总是刚好保持在极限值以下的方式(超过该极限值会促使活塞碰撞边界)来控制施加在绕组上的交流电。
在直线压缩机的制造过程中产生的容许误差，意味着电枢从其平衡位置到活塞碰撞边界所能够经过的路径对于不同的直线压缩机来说是各不相同。考虑到制造误差，如果对所有直线压缩机统一地限定电枢行程，以使得活塞不能碰撞边界，则死区容积对于不同压缩机来说彼此相差很大，并且效率也是如此。
另一问题是，在压缩机关闭时电枢所处的平衡位置根据作用在活塞上并存在于压缩室中的主导压力而不同。当采用直线压缩机来压缩致冷机中的致冷剂时，取决于所述装置的致冷剂回路中的平均温度或气态-液态致冷剂比例，很容易产生不同压力。当致冷机第一次投入使用时或在长时间停机之后投入使用并且致冷剂回路必须从室温冷却下来时，最初致冷剂回路中的压力比操作当中的致冷装置中的压力更高，其中在操作当中的致冷装置中，制冷室以及还有至少一部分致冷剂比室温下更冷。使操作当中的致冷装置具有较小可用死区容积的振荡幅度在新投入运行的情况下是不足的，因为在此时电枢在其周围进行振荡的静止位置发生了移动。如果这一点在极端情况下导致较大的死区容积，则压缩机的效率会受到极大影响，这样就不能以正确的方式使所述装置冷却。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于操作直线压缩机的方法，该方法避免了上述问题。
本发明是通过一种直线压缩机实现上述目的；所述直线压缩机包括具有绕组和电枢的直线驱动装置以及压缩室，所述电枢在绕组的磁场作用下克服弹簧力进行移动，活塞在所述压缩室中以可移动的方式与电枢相连，其中在电枢的操作过程中，在绕组上施加交流电从而驱动电枢振荡移动；在操作之前，在绕组上施加具有第一极性的直流电以使得电枢从静止位置开始移动；测量在直流电作用下电枢所获得的第一端部位置；并且，在操作过程中，对绕组进行激励的交流电的强度以如下方式进行控制，即电枢不会达到第一端部位置，或减速地达到该第一端部位置。
直流电的供应以及由此对电枢位置的测量产生了电枢最大容许偏差的测量值，在其中自动地考虑到了制造误差以及由压缩室内的压力引起的电枢静止位置的位移。
优选地，直流电的第一极性被限定为使得，因直流电作用而导致的电枢位移促使活塞朝向压缩室的阀板进行移动，因为活塞在该方向上的移动自由度有必要受到限制，并且需要精确调节活塞行程以确保较小的死区容积以及较高的效率。
还可进行以下进一步的设置：在操作之前，还在绕组上施加具有与第一极性相反极性的直流电；测量在直流电作用下电枢所获得的第二端部位置；并且，在操作过程中，对绕组进行激励的交流电的强度以如下方式进行控制，即电枢不会达到第二端部位置，或减速地达到该第二端部位置。这样，活塞的移动自由度在两个方向上得到测量，并且可以最佳程度地利用活塞的已有移动自由度，而不受制造误差所导致的耗散的影响。
备选地，在与第一端部位置相隔开预定距离的位置处，计算出第二端部位置。
直流电的电流强度有利地是逐渐增大，以防止活塞以高速碰撞边界。
优选地，在电流强度增加的过程中，电枢的位置进行反复测量；并且，电枢的一个位置被定义为端部位置，其中在电流强度进一步增加时电枢不会继续移动超过该位置。也就是说，只要仅通过弹簧力以及还有可能是压缩室内的压力来抵消偏差，就可以设定直流电电流强度的增大还导致偏差的增大，除非活塞已经达到边界。
备选地，在电枢触发邻近传感器时所处的电枢位置可被定义为端部位置。所述邻近传感器例如是光挡体。
为了启动电枢振荡移动，优选地向绕组施加交流电(正负半波的电荷利用所述电流在整个时间过程内增大)，以使得振荡移动的振荡幅度在整个时间过程内也增大。这样使得有可能根据半波的电荷来随从于振荡幅度的变化，并以不超过任何在前限定的端部位置的方式使振荡幅度的增大成比例。
特别地，由于电枢的静止位置因压缩室内的主导压力而发生移动，因此有必要单独调节正负半波的电荷，以确保在每种情况下振荡移动的两个反向点与第一或第二端部位置之间间隔开相同的距离。
附图说明
在以下参照附图对示例性实施方式的描述中，可以了解到本发明的其他特征和优点，在图中：
图1是直线压缩机的示意图、局部俯视图以及局部剖视图；
图2是施加在图1所示直线压缩机的绕组上的直流电以及由此导致的电枢偏转的测量值的瞬时生成图；以及
图3是振荡幅度以及在振荡移动的致动下的绕组电流正负半波电荷的瞬时生成图。
具体实施方式
图1是直线压缩机的示意图，其具有直线驱动装置1和容纳在框架3内的压缩机单元2，所述框架3在此为U形。相互面对且具有E型横截面的铁芯4和绕组5被安装在框架3的两个平行翼部上。电枢6借助膜片弹簧7被悬挂在铁芯4之间的气隙中，所述膜片弹簧7以易于移动的方式将电枢6保持在气隙纵向上，并刚性地保持在横向上。电枢6包括具有逆平行极化的两个永磁体8，9，它们试图在由绕组5产生的磁场中相互对准，并由此根据穿过绕组5的传导方向在附图所示的透视图中驱动着电枢6向左或向右。
压缩机单元2包括一侧由可移动活塞11限界的压缩室10。活塞11通过活塞杆12而与电枢6刚性相连。在压缩室10内的过压促使电枢6的静止位置略微向左地(与板簧7为不处于拉伸下的位置相比)移动。
具有交替的反射或光学吸收带的支承板13被安装在电枢6上。具有光源14的第一光挡体(light barrier)安装在铁芯4中的一个上，其中光源14将聚焦光束发射在支承板13和指向支承板13的光传感器15上。取决于来自光源14的光束是否到达支承板13的反射或吸收带，光传感器15接收更多或更少的光。
备选地，取代支承板13，还可以将梳状结构安装在电枢6上并将光挡体的光源14和光传感器15安装在梳状结构两侧的铁芯4上，以使得根据电枢6的位置，梳状结构的齿遮挡着光传感器15，或者来自光源14的光束穿过两个齿之间的间隙到达光传感器15。取代梳状结构，还可以设置具有间隔不透明带的透明支承件。
第二光挡体(未示出)被布置成偏移了四分之一周期的常规带。
向绕组5施加电流的控制电路16是与光挡体相连。
参照图2和3，对直线压缩机运行时控制电路的操作模式进行说明。在时刻t＝0时，控制电路16从外部(例如安装有图1所示直线压缩机的致冷机调节器)处接收启动指令。控制电路16随后向绕组5供应直流电，如图2的曲线图中的点划线所示，其电流强度I随着时刻t线性增加。作用在电枢6上的磁力与电流强度I成比例地增大，且该磁力驱动着电枢6在图1的透视图中向右移动。在图2的示意图中，为了简化而假定电枢6的最终位移与电流强度I线性地成比例。然而，在并不是准确地满足这一条件的情况下，本发明的原理同样适用。
随着电枢6的位移增大，支承板13的带依次经过光挡体。通过对光挡体所提供的计数脉冲相位进行比较，控制电路16识别电枢6移动的方向；并且，每次所述带经过第一光挡体14、15，控制电路使计数器递增(或者根据所确定的移动方向进行递减)，该计数器的计数值n代表电枢6从其静止位置行进的路径。因此，计数值n构成了时刻t的阶跃函数，这一点也在图2的曲线图中示出。
如果电流强度I足够强以使活塞11与压缩机单元2的阀板17形成接触，则即使电流强度继续增大，计数值n也不会再有任何增加。这在图2中的t1时刻由控制电路16识别，其中在该时刻电流强度I达到值I(nmax)；在达到所述值时，在继续保持着之前观察到的I与n之间的关系时不会发生n的预计增加。
根据第一实施方式，由所述计数器的阶跃测量到的电枢6的移动自由度是存储在控制电路16中的固定预定整数N。如果控制电路超过计数值，同时数N对应于活塞11与阀板17相接触，则可实现对位置测量的校准：电枢6的容许移动范围极限在每种情况下与0或N的计数值相对应。通过根据电枢6的行进方向使由光挡体所检测的带递增或递减，控制电路16在任何时刻“识别”出电枢6的位置。
根据第二实施方式，从时刻t1开始，控制电路降低绕组5中的电流强度I，直至其极性反向，同时在相反方向上对从零处向上经过光挡体的带进行计数。这样一直持续到再次发生电流强度的量值增加不再导致计数器读数的进一步增加的情况。以这种方式获得的计数器读数N代表了电枢6实际移动自由度的测量值；与如上所述相同的方式可用于固定的预定计数值N，并在下文进行更详细地描述。
图3中的曲线图表示直线压缩机的振荡移动操作的记录。中间曲线是表示电枢6的位置及其所需反向点的瞬时生成示意图；相对应地，上、下示意图各自表示通过控制电路16向绕组5发出的激励电流的正负半波的电荷Q+、Q-的相应瞬时生成值。
此时，为了引发电枢6的振荡移动，控制电路首先确定与作为振荡移动中心点的计数值N/2相对应的电枢位置。电枢的初始静止位置则与通常不同于N/2的计数值n0相对应。在图3中的时刻t2，控制电路开始激励着振荡移动。为了使振荡移动的振荡幅度能够逐渐增加，为电枢振荡移动确定了所需的反向点u+、u-，所述反向点在这个时间过程内从N/2点处相对称地移开，例如作为时间的线性函数u+＝N/2+a(t-t2)、u-＝N/2-a(t-t2)，以使得最终采用固定值N-ε或ε，如图3的中间曲线所示。在此，ε代表几个计数器阶跃的安全距离，其以固定模式起到了可靠地防止活塞碰撞边界的作用。电枢移动的典型时序在图3的中间曲线中表示为曲线p。在时刻t2，电枢6明显地处于上反向点的曲线u+的下方。因此，控制电路16首先仅向绕组施加正半波，以使电枢升高。在图3的上方曲线中示出了上半波的电荷Q+的瞬时生成图，其在时刻t2以初始值Q+(t2)开始，该值与在电枢的静止位置n0与所述电枢的振荡移动的所需中心点N/2之间的偏差成比例，并且类似于上反向点的所需位置u+地经过时间t后增加。在时刻t3，下反向点u-的所需位置经过静止位置n0。控制电路16此时也开始发出负半波。在图3的下部曲线中示出了它们的电荷Q-的瞬时生成。
电荷Q+、Q-增加直至所需额定值u+、u-已经达到端部位置N-ε或ε，并因此达到直线压缩机的固定操作模式。同样，在此的正负半波的电荷不同，以补偿在受到压缩室内的致冷剂压力影响的电枢6的静止位置n0与电枢移动的中心位置N/2之间的偏差。
在直线压缩机的操作过程中，如果致冷机冷却下来并且使得压缩机单元2工作的致冷剂压力降低，则在驱动装置关闭时电枢6所处的静止位置还会移动。除非得到抵消，否则这样会导致整个电枢朝向图1的右侧移动，并由此使活塞11碰撞阀瓣17。在控制电路16检测到电枢移动至所需的上反向点N-ε以上时，随着控制电路16减少正半波电荷并因而增加下半波电荷时，这种移动的位移也受到阻止，以使得压缩机单元2总是在压缩室10中的活塞11不发生任何碰撞的情况下以最小的死区容积进行工作。

Claims (11)

1.一种用于操作直线压缩机的方法，所述直线压缩机包括具有绕组(5)和电枢(6)的直线驱动装置(1)以及压缩室(10)，所述电枢(6)在绕组(5)的磁场作用下可克服弹簧力进行移动，并且所述压缩室(10)由与电枢(6)相连的可移动活塞(11)进行限定，其中在电枢(6)的操作过程中，交流电施加到绕组(5)上从而以振荡方式来驱动电枢(6)，
其特征在于：在操作之前，在绕组(5)上施加了具有第一极性的直流电(I)以使得电枢(6)从静止位置开始移动；测量在具有第一极性的直流电(I)的作用下电枢所获得的第一端部位置；并且，在操作过程中，对绕组进行激励的交流电的强度以如下方式进行控制，即电枢不会达到所述第一端部位置，或减速地达到所述第一端部位置。
2.如权利要求1所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：在操作之前，还在绕组(5)上施加了具有与第一极性相反极性的直流电(I)；测量在具有与第一极性相反极性的直流电(I)的作用下电枢(6)所获得的第二端部位置；并且，在操作过程中，对绕组(5)进行激励的交流电的强度以如下方式进行控制，即电枢(6)不会达到所述第二端部位置，或减速地达到该第二端部位置。
3.如权利要求1所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：在与第一端部位置相隔开预定距离的位置处，计算出第二端部位置。
4.如权利要求1-3中任一所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：以如下方式来选定所述第一极性，即活塞(11)被朝向压缩室(10)的阀板(17)进行移动。
5.如权利要求1所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：具有第一极性的直流电(I)的电流强度逐渐增加。
6.如权利要求2所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：具有与第一极性相反极性的直流电(I)的电流强度逐渐增加。
7.如权利要求5或6所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：在电流强度(I)增加的过程中，电枢(6)的位置被反复测量；并且，电枢(6)的一个位置被定义为端部位置，其中在电流强度(I)进一步增加时电枢(6)不会继续移动超过该位置。
8.如权利要求5或6所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：在电枢触发一个邻近传感器时所处的电枢位置被定义为端部位置。
9.如权利要求8所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：所述邻近传感器是光挡体。
10.如权利要求1-3中任意一项所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：通过向绕组(5)施加交流电来开始电枢(6)的振荡移动，其中正负半波的电荷(Q+，Q-)利用所述交流电在整个时间过程内增大。
11.如权利要求2所述的用于操作直线压缩机的方法，其特征在于：通过向绕组(5)施加交流电来开始电枢(6)的振荡移动，其中正负半波的电荷(Q+，Q-)利用所述交流电在整个时间过程内增大，并且正负半波的电荷(Q+，Q-)进行单独调节，以确保在每种情况下振荡移动的两个反向点与第一或第二端部位置(N，0)之间间隔开相同的距离(ε)。
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