CN101755124A - 行程可调节的直线式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线式压缩机，具有：至少一个电磁体(7)；至少一个振荡体(2)，所述振荡体在电磁体(7)的交变场中以振荡的方式可移动地被引导；至少一个活塞(2)，所述活塞连接到振荡体(2)且可在汽缸(1)内往复移动；以及供电电路(19)，所述供电电路用于向电磁体(7)供给交变电流，其特征在于，设有：接近传感器(14)，所述接近传感器用于探测活塞(2)与汽缸(1)的端面(15)之间的距离是否降到阈值(ε)以下；以及控制电路(19)，所述控制电路用于探测活塞(2)与端面(15)之间的距离降到阈值(ε)以下的时长(Δt_ein)、以及用于在时长(Δt_ein)偏离确定的设定值时调节交变电流的幅度和/或相位。

Description

行程可调节的直线式压缩机

技术领域

本发明涉及一种直线式压缩机，特别是用于压缩制冷器具中的制冷剂。这种直线式压缩机通常包括用于产生交变磁场的电磁体；振荡体，所述振荡体以使它可在电磁体的场中往复移动的方式被引导；以及活塞，所述活塞连接到振荡体且可在汽缸中往复移动。

背景技术

在具有依靠曲柄的转动驱动的活塞的压缩机的情况下，活塞运动的行程由一个点的路径直径确定，在所述点处，活塞杆接合在所述曲柄上。从而，压缩机的死区体积可被使得非常小，而又不担心活塞撞击到泵腔室的相对端侧。使死区体积最小化对实现高可靠性的压缩机来说是重要的。

在直线式压缩机的情况下，结构上不存在对活塞行程这种限制。活塞行程可根据压缩机的操作条件变化。

为了以小的死区体积操作直线式压缩机和在该过程中防止活塞撞击泵腔室的相对侧，活塞行程的主动调节是必须的，其中，活塞撞击泵腔室的相对侧经过一段时间后会损坏压缩机。在最简单的情况下，可探测在活塞运动过程中的任何时刻活塞是否距离相对侧处于预定的最小距离以下，如果是，则调低活塞运动的幅度。此时出现以下问题：如果活塞距离相对侧未降到最小距离以下，则不可获得关于活塞运动的幅度的信息；另一方面，该最小距离必须小，以便允许以小的死区体积操作，但最小距离设定得越小，在小于最小距离时活塞撞击汽缸的相对侧的危险就较大。

还可在活塞的运动过程中连续地监测活塞的位置，以在所有时刻均知道振荡运动的幅度，而不管它是降到最小距离以下。然而，这种连续的监测和监测结果的处理需要高的设备花费，从而使得这种压缩机昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种直线式压缩机，其可利用简单、经济的措施以高的效率水平操作压缩机，且可以可靠的方式防止活塞撞击相对端侧。

上述目的通过这样一种直线式压缩机实现，在该直线式压缩机的情况下，具有：至少一个电磁体；至少一个振荡体，所述振荡体在电磁体的交变场中以振荡的方式可移动地被引导；至少一个活塞，所述活塞连接到振荡体且可在汽缸内往复移动；供电电路，所述供电电路用于向电磁体供给交变电流；接近传感器，所述接近传感器用于探测活塞与汽缸的端面之间的距离是否降到阈值以下；以及控制电路，所述控制电路用于探测活塞与端面之间的距离降到阈值以下的时长、以及用于在时长偏离确定的设定值时调节交变电流的幅度和/或相位。

本发明基于以下知识：距离低于阈值的时长与活塞运动的幅度唯一相关。换言之，知道该时长足以能够计算幅度。相反，如果活塞的最大可能幅度即在活塞处于平衡位置时活塞与汽缸的端面之间的距离、活塞与端面之间的距离的阈值以及活塞的振荡周期被预定，则可为距离降到距离阈值以下的时长指定设定值，所述设定值与活塞运动的期望幅度对应。换言之，合适选择时长可调节活塞运动，使得它可降到距离的阈值以下，但活塞又肯定不会撞击端面。

为了防止活塞撞击汽缸的端面，设定值Δt_soll应小于

$\frac{T}{\mathrm{\π}}{\cos }^{-1}\frac{2(L-\mathrm{\ϵ})}{L}$

其中，ε是活塞与端面之间的距离的阈值，T是振荡体或活塞的振荡周期，L是在活塞处于静止位置时的端面与活塞之间的距离。

设定值Δt_soll越小，所述距离降到阈值ε以下的时长Δt对振荡幅度的变化的反应程度就越大，即，可更精确地调节振荡幅度。因此，设定值Δt_soll优选小于0.15T。

另一方面，设定值Δt_soll还应不要太接近于0，这是因为否则如果振荡幅度具有轻微的下降，就不再能探测到低于阈值ε的情况，从而不再可测量幅度。因此，设定值Δt_soll优选选择大于0.02T。

相应的考虑适用于阈值ε本身。一方面，这应当小，以便可精确地得出活塞运动的幅度。因此，阈值优选选择成小于在活塞处于静止位置时的端面与活塞之间的距离的1/10。

另一方面，太小的ε值意味着，在一些情况下，振荡幅度的增大不可及时地给予应对，且活塞撞击端面。因此，阈值ε优选大于上述距离的1/50。

为了不影响活塞运动，优选使用非接触式传感器作为接近传感器，特别是使用感应开关。

附图说明

下面，通过参看附图描述示例性实施例，将显见本发明的进一步的特征，附图包括：

图1示出了通过根据本发明的第一实施例的直线式压缩机的示意性截面；

图2示出了活塞运动和由此获得的接近传感器信号的时间历程；

图3示出了接近传感器信号的占空因数与活塞运动的幅度之间的关系；以及

图4示出了通过根据本发明的第二实施例的直线式压缩机的与图1类似的截面。

具体实施方式

图1中所示的直线式压缩机包括圆柱形管1和活塞2，所述圆柱形管在一端由端面15封闭，所述活塞2以可振荡运动的方式保持在管1中。活塞2被构造成烧杯形，烧杯的底部形成活塞的面向端面15的端侧4。烧杯的壁6至少部分由永磁体形成，所述永磁体与由线圈7形成的交变磁场相互作用，以使活塞2来回运动。线圈7在此示例性地被示为绕着管1延伸的环形线圈；在直线式压缩机的领域公知其他各种线圈布置方式，且在本发明的情下也是适合的。这样的线圈布置方式也是可以的，所述线圈即使在活塞2仅由铁磁体而不是永磁材料制成时也可驱动活塞2。

用于待压缩的气体的入口14和出口13延伸通过端面15，且分别设有止回阀10，如果压缩机用于制冷单元特别是家用制冷器具中，所述气体例如可以为制冷剂。

感应式接近开关17在此由紧密绕着管1定位的线圈形成，所述管1由非铁磁性材料制成。接近开关17离端面15短的距离设置，以便只要端侧4离端面15的距离降到由接近开关17的位置所确定的阈值ε以下就可尽快地探测活塞2的端侧4。因此，接近开关17的输出信号是一系列的矩形脉冲，所述矩形脉冲的周期与活塞运动的周期对应，每个脉冲的时长Δt_ein表示距离降到阈值ε以下时的时段。

在本发明的情况下也可使用其他类型的接近开关；例如，特别是如果压缩机的与线圈的交变磁场相互作用的振荡体的活塞未如图1所示地并合成一个构件，而是使振荡体设置在管1外且连接到活塞，则探测振荡体的一部分的光栅可充当接近开关。

控制电路19接收接近开关17的输出信号，且利用该输出信号调节施加到线圈7的交变电流，下面将对此更详细地描述。

图2示出了活塞2的运动和接近开关17所产生的输出信号的时间历程。时间沿图的横坐标轴绘制，活塞相对于示为0的平衡位置的偏离位于左纵坐标轴上，接近开关17的输出信号水平位于右纵坐标轴上。活塞的运动遵循余弦曲线18。当活塞2处于平衡位置时，活塞2与端面15之间的距离为1cm；换言之，活塞运动的最大幅度为2cm。在0.95cm的距离x_s处的虚线与接近开关17的探测临界点对应；如果活塞2超过该临界点，接近开关17的输出信号具有值1；否则，为0。可以看出，下面的公式适用于简谐振荡的幅度l_hub：

$l_{\mathrm{Hub}}=2\frac{x_S}{\cos \left(\mathrm{\π}\frac{t_{\mathrm{Ein}}}{T}\right)}---\left(1\right)$

其中，t_ein是接近开关17的输出信号的脉冲的时长，T是活塞运动的周期。

如果假定l_hub应小于活塞运动的最大幅度L(在此，L＝2cm)，在该最大幅度下，活塞2在其运动的反向点处接触端面15，则对于接近开关17的输出信号的脉冲时长t_ein来说，由上述公式可推导出以下要求：

$t_{\mathrm{Ein}}<\frac{T}{\mathrm{\&pi;}}{\cos }^{-1}\frac{2(L-\mathrm{\&epsiv;})}{L}.---\left(2\right)$

接近开关输出信号的占空因数t_ein/T与活塞2的相关的振荡幅度之间的关系示于图3中。图中的幅度为2cm以上的上部区域以阴影线示出，以显示该区域实际中必须达不到，这是因为否则活塞2会碰撞到端面15。如果振荡的幅度小于2x_s＝1.9cm，则接近开关17不会响应，且占空因数为0。因此，占空因数的许可值在0-0.1的范围内。

可以看出，对于刚刚超过2x_s的振荡幅度，占空因数t_ein/T随幅度非常明显地变化，而随着幅度的增大，占空因数t_ein/T对幅度的依存度降低。换言之，如果刚刚超过2x_s的探测临界点，最精确的幅度测量是可能的。因此，有利地，使接近开关17的探测临界点与端面15之间的距离ε小，在这种情况下为0.05cm。占空因数此时可达到作为最大值的值0.1；压缩机与该值越接近操作，其效率水平越高，但由于不可预料的幅度波动而使活塞2撞击端面15的危险就越高。为了避免这种情况，控制电路19基于接近开关17的输出信号和该输出信号的占空因数的预定设定值调节供入到线圈7的交变电流的幅度和/或周期，其中，所述预定设定值在0-0.1之间，例如在此为0.05左右。如果控制电路19确定占空因数超过该设定值，则它就降低供给到线圈7的交变电流的幅度，或使者其频率远离活塞2的谐振频率，从而降低其运动幅度。如果占空因数低于设定值，则它增大交变电流的幅度或者降低其频率与活塞2的谐振频率之差，以产生更有效的振荡激励。

如图4所示，本发明的原理也可应用于具有两个活塞2₁、2_r的直线式压缩机，所述两个活塞沿相反方向移动。在此处所示的配置下，圆柱形管1的纵向端部分别形成用于待压缩的气体的入口14，且气体通过形成在相对活塞2₁、2_r的端面4中的阀9进入由管1和活塞2₁、2_r限界的泵腔室5中。孔11在被示为虚线的中心平面上延伸穿过管1的壁且通到出口13。

在该实施例中，活塞2₁、2_r中的一个的端侧4分别与图1中的压缩机的端面15对应，相应的另一活塞2_r、2₁的端侧4必须不能撞击到它。为了监测活塞运动，接近开关17₁、17_r设置在中心平面的两侧且距离该中心平面为距离ε。控制电路19向每个线圈7₁、7_r施加具有相同的相位的交变电流I₁、I_r。在该过程中，控制电路如上所述地基于相应的接近开关17₁、17_r的输出信号的占空因数t_ein/T调节每个交变电流I₁、I_r的幅度。调节两个活塞2₁、2_r的振荡幅度使得活塞刚好不能达到中心平面，从而允许以高的效率水平可靠地操作。

Claims (8)

1.一种直线式压缩机，具有：至少一个电磁体(7)；至少一个振荡体(2)，所述振荡体在电磁体(7)的交变场中以振荡的方式可移动地被引导；至少一个活塞(2)，所述活塞连接到振荡体(2)且可在汽缸(1)内往复移动；以及供电电路(19)，所述供电电路用于向电磁体(7)供给交变电流，其特征在于，设有：接近传感器(14)，所述接近传感器用于探测活塞(2)与汽缸(1)的端面(15)之间的距离是否降到阈值(ε)以下；以及控制电路(19)，所述控制电路用于探测活塞(2)与端面(15)之间的距离降到阈值(ε)以下的时长(Δt_ein)、以及用于在时长(Δt_ein)偏离确定的设定值时调节交变电流的幅度和/或相位。

2.如权利要求1所述的直线式压缩机，其特征在于，设定值小于其中，ε是阈值，T是活塞(2)的振荡周期，L是在活塞(2)处于静止位置时的端面(15)与活塞(2)之间的距离。

3.如权利要求1或2所述的直线式压缩机，其特征在于，设定值小于0.15T。

4.如前面权利要求中任一所述的直线式压缩机，其特征在于，设定值大于0.02T。

5.如前面权利要求中任一所述的直线式压缩机，其特征在于，阈值(ε)小于在活塞(2)处于静止位置时的端面(15)与活塞(2)之间的距离的十分之一。

6.如前面权利要求中任一所述的直线式压缩机，其特征在于，阈值(ε)大于在活塞(2)处于静止位置时的端面(15)与活塞(2)之间的距离的五十分之一。

7.如前面权利要求中任一所述的直线式压缩机，其特征在于，接近传感器(17)是非接触式传感器。

8.如权利要求7所述的直线式压缩机，其特征在于，传感器是感应开关(17)。

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