CN102168674B - 具有油位控制装置的压缩机 - Google Patents

Abstract

公开一种具有油位控制装置的压缩机。该压缩机包括：壳体，在其底部具有油存贮部；压缩单元，安装在所述壳体内部并配置为引入并压缩工作流体；驱动单元，机械地连接至所述压缩单元并致动所述压缩单元；油位检测装置，安装在所述壳体内部并配置为检测所述油存贮部的油位；以及控制器，配置为基于检测到的所述油存贮部的油位，来控制所述压缩单元的运行速度，其中，在改变运行速度时当油位超出期望范围时，所述控制器调节所述压缩单元的运行速度的加速度，以将所述油存贮部的油位保持在期望范围内。

Description

具有油位控制装置的压缩机

技术领域

本说明书涉及一种具有油位控制装置的压缩机，更具体地，涉及一种能够控制存贮于壳体中的润滑油的液位(level)的压缩机。

背景技术

通常，用于冰箱、空调等中的压缩机具有如下构造：用于吸入及压缩制冷剂的压缩部安装在壳体下方，马达部安装在压缩部上方。压缩部和马达部连接至一根轴。在这种构造下，该轴通过经马达部生成的驱动力而旋转。通过该轴的旋转，连接于该轴的压缩部被驱动以进行压缩操作。

为了使压缩部顺畅地旋转，油必须被供应到压缩部的支承件、旋转活塞(rolling piston)等。通常，油存贮在壳体的下部，并被安装于该轴下端的给油器泵送以供应至压缩部。油不仅用于进行润滑操作，而且还用于冷却马达部。因此，为了增加使用寿命和效率，非常重要的是要控制将适量的油稳定地供应至压缩机。

传统压缩机配置为在正常驱动模式下以恒速被驱动。因此，在压缩机不被机械损坏或不被误操作的情况下，仅当适量的油被供应入壳体时，适量的油才能被供应至压缩机。为了高效驱动，能够增加或降低运行速度的压缩机被广泛使用。作为该压缩机的典型实例，提供了一种具有无刷直流(BLDC)马达的压缩机。

对于这种BLDC马达，在运行期间加速度不规则地增大和减小。这种不规则的增大或减小会影响存贮于壳体下部的油的液位。即使在壳体中被供应有适量油的状态下，随着运行速度的改变，这也会暂时降低油位。结果，油可能不会被顺畅地供应入压缩部。这会降低效率并缩短压缩机的使用寿命。

发明内容

因此，详细说明的一个方案提供一种能够在增大或降低加速度的同时控制油位(oil level)以保持适当液位的压缩机。

为了实现这些以及其它优点并且根据本说明书的意图，如在此所具体实施和宽泛描述的，提供一种压缩机，包括：壳体，在其底部具有油存贮部；压缩单元，安装在所述壳体内部并配置为引入(intake)并压缩工作流体；驱动单元，机械地连接至所述压缩单元并致动所述压缩单元；油位检测装置，安装在所述壳体内部并配置为检测所述油存贮部的油位；以及控制器，配置为基于检测到的所述油存贮部的油位，来控制所述压缩单元的运行速度，其中，在改变运行速度时当油位超出期望范围时，所述控制器调节所述压缩单元的运行速度的加速度，从而将所述油存贮部的油位保持在所述期望范围内。

在研究了增大或降低运行速度时油位的变化之后，本发明人注意到油位是由于油供应量与油收集量之差而发生改变的。更具体而言，在加速(acceleration)时，来自压缩机的油排出量大于来自连接至压缩机的系统的油返回量。结果，油位变低。另一方面，在降低加速度时，来自压缩机的油排出量小于来自连接至压缩机的系统的油返回量。结果，油位变高。

由该研究结果得到本发明。配置为检测油位的油位检测装置可以布置在压缩机中。通过该油位检测装置，可以检测油位的变化。在增大或降低运行速度的同时油位改变时，控制器可以通过改变轴的转速控制油位处于正常范围内。

例如，在加速区段(acceleration section)当检测到油位变低时，控制器可以通过降低运行速度或者通过进行恒速驱动达预定时间，来控制压缩机的运行速度以使油位变高。这里，当油位变低或者达到预定液位之下的液位时，控制器可以降低运行速度的加速度。更具体而言，在速率(speed)为约4Hz每秒的加速度模式中，如果检测到油位变低，则加速度可被降低到约2Hz每秒。在某些情况下，可停止运行速度的加速，并且与检测到油位降低的时间点相对应的运行速度可被保持达预定时间。

根据压缩机的安装地点，可将恒定保持运行速度的时间设置为不同。例如，在压缩机安装于极地或寒冷地区的情况下，恒定保持运行速度的时间可设置为比压缩机安装于温暖地区的情况下更长。恒定保持运行速度的时间可以不预先确定，但是当通过油位检测装置检测到油位恢复了正常范围时，可以重新开始加速。

但是，在压缩机受损或油的绝对量不足等一些情况下，仅通过运行速度的变化可能无法控制油位。即使不论上述控制如何油位已恢复了正常范围，也可能停止正在运行的压缩。

压缩单元可以包括：汽缸，提供压缩室；旋转活塞，偏心地安装于所述汽缸内；轴，包括位于其下部的给油器并与所述旋转活塞相接合；以及上支承件和下支承件，分别布置在所述汽缸的上侧和下侧上。

控制器可被配置为在增大运行速度的同时油位低于给油器的最上部时，降低运行速度的加速度。更具体而言，在给油器不是充分浸泡在油中的状态下，如果持续进行运行，则油供应可能无法顺畅地进行。在这种情况下，运行速度的加速度可被降低，以使得油位高于给油器的最上部，即，使得给油器完全浸泡在油中。

在使运行速度加速的同时油位低于给油器的最下部时，控制器可以控制压缩单元的运行速度以保持恒速。当油位恢复了高于给油器最下部的液位时，控制器可以控制压缩单元重新开始运行速度的加速。

或者，在使运行速度加速的同时油位低于给油器的最下部时，控制器可以停止运行速度的加速，并且可以控制运行速度保持恒速达预定时间。

油位检测装置可被安装为在上支承件和汽缸的界面与给油器的最下部之间延伸，并且可被配置为持续地检查油位的变化。

多个油位检测装置可被布置在上支承件和汽缸的界面与给油器的最下部之间，并且可被配置为检查油位是否已到达各个安装位置。

所述多个油位检测装置可被分别安装在所述旋转活塞的下表面、所述给油器的最上部以及所述给油器的最下部的高度。

油位检测装置可以包括：多个加热线，布置在油存贮部的内表面上；电源单元，配置为提供交流电至所述加热线；以及信号处理器，配置为处理来自所述加热线的信号。当交流电被施加于加热线时，根据加热线附近工作流体的热性能，温度变化的幅度会变得不同。信号处理器可以检测温度变化的幅度，从而检测油位。这里，信号处理器可以通过3ω方法来检测加热线的温度变化的幅度。

为了实现这些以及其它优点并且根据本说明书的意图，如在此所具体实施和宽泛描述的，还提供一种压缩机的运行方法，包括步骤：使压缩机的运行速度加速；在使运行速度加速的同时检测压缩机内部的油位；以及当检测到的油位低于预定第一液位时，降低运行速度的加速度。

第一液位可被设置为比压缩机内部油位的允许最小值高的液位。

该方法还可包括：当检测到的油位低于预定第二液位时，停止运行速度的加速，并恒定地保持运行速度达预定时间。

第二液位可被设置为与压缩机内部油位的允许最小值相等的液位。

该方法还可包括：当油位低于预定第二液位时，停止运行速度的加速，并恒定地保持运行速度；以及当油位恢复了高于第二液位的液位时，重新开始运行速度的加速。

压缩机可以包括：汽缸，提供压缩室；旋转活塞，偏心地安装于所述汽缸内；轴，包括位于其下部的给油器并与所述旋转活塞相接合；以及上支承件和下支承件，分别布置在所述汽缸的上侧和下侧，其中，第一液位被确定为对应于给油器最上部的高度。

第二液位可被确定为对应于给油器最下部的高度。

保持为恒速的运行速度可为与检测到油位低于第二液位的时间点相对应的速度。

本发明的优点如下。

即使在改变压缩机的运行速度时，也可将油位控制在预定范围内。这可以提高压缩机的可靠性和使用寿命。

通过以下给出的详细描述，本申请的应用的进一步范围将变得明显。但是应当理解，表示本发明优选实施例的详细说明和具体实例仅以说明的方式给出，因为通过详细说明，本发明精神和范围内的各种更改和改型对于本领域技术人员都将变得明显。

附图说明

所包含的附图用来提供对本发明的进一步理解，并且附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分，这些附图示出示例性实施例并与说明书一起用来解释本发明的原理。

在附图中：

图1为根据本发明第一实施例的压缩机的截面图；

图2为图1中的壳体下部的放大截面图；

图3A和图3B为图1中的液位传感器的放大前视图；

图4为示意性示出图1中的控制器的配置的框图；以及

图5为示出用于操作图1的压缩机的过程的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述示例性实施例。为了参照附图简要描述，对于相同或等同的元件将给出相同的标号，并且不重复对其进行说明。

在下文中，将参照附图更详细地说明根据本发明的压缩机。

图1为根据本发明第一实施例的压缩机的截面图。图1的压缩机为旋转式压缩机，并且主要包括壳体110和布置在壳体110一侧的收集器120。收集器120使从压缩机排出并在循环通过连接至压缩机的装置(如冰箱、空调等)后返回至压缩机的制冷剂和油的混合物中所包含的液体蒸发。收集器120分别与安装在壳体110一侧的上吸入管112和下吸入管114连通。在某些情况下，可以不设置收集器120。在壳体110上方安装排出管112，压缩的制冷剂经该排出管112排出至外部。

上吸入管112和下吸入管114分别与布置在壳体110下方的上汽缸130和下汽缸132相连通。也就是说，压缩机被实施为具有两个汽缸的“双级”式。但是，本发明的压缩机不限于具有两个汽缸的“双级”式。在上汽缸130上方安装上支承件130a，在下汽缸132下方安装下支承件132a。在上汽缸130与下汽缸132之间安装中间板130b。

在这种结构下，上汽缸130、上支承件130a和中间板130b形成上压缩室，下汽缸132、下支承件132a和中间板130b形成下压缩室。在上压缩室和下压缩室中分别安装上旋转活塞134和下旋转活塞136。随着上旋转活塞134和下旋转活塞136偏心地旋转，制冷剂被吸入上压缩室和下压缩室、被压缩并从其排出。

上旋转活塞134和下旋转活塞136偏心地安装在轴140上。轴140沿壳体110的纵向布置，并且在轴140中贯穿地(penetratingly)形成油路142。在轴140下方形成油槽144。在这种构造下，当轴140旋转时，存贮在壳体110下部的油沿着油路142和油槽144被传送到壳体的上侧。

在轴140上方安装转子150，定子160固定地安装在壳体110中且朝向转子150的外侧。转子和定子构成用于使轴140旋转的马达。马达被配置为通过例如逆变器的控制器(未示出)而具有可变转速。

图2为图1的壳体110下部的放大截面图。参照图2，壳体110的下部用作存贮油于其中的空间。当压缩机运行时，存贮在壳体下部的油的液位发生变化。这种油位变化可被归类为由于油损耗或油泄漏所导致的绝对变化，以及由于压缩机的运行速度变化所导致的暂时变化。当压缩机运行时此油位必须被适当地保持，以使得压缩机正常运行。

在图2中，液位“a”指示压缩机运行之前的油位。这里，“a”对应于上汽缸与上支承件之间界面的高度。液位“b”和“d”对应于压缩机能够正常运行的最高油位和最低油位。更具体而言，“b”对应于中间板与上汽缸之间的界面，“d”对应于给油器的最低部分的高度。也就是说，当油位低于液位“d”时，不通过给油器进行供油。因此，当压缩机运行时，油位必须总是高于液位“d”。

液位“c”是可选的，其对应于用于确定用户是否出错的油位。更具体而言，液位“c”对应于给油器上端的高度。当油位高于液位“c”时，给油器完全浸泡在油中。

将更详细地说明液位“c”。当顾客购买压缩机时，顾客起草合同，在压缩机运行期间将油位保持为高于液位“c”的液位。之后，当修理压缩机时，工程师检查顾客是否将油位保持为低于液位“c”的液位。根据检查结果，免费或付费修理压缩机。

这里，线的位置可以被任意设定。

作为用于检查油位的检测装置，压缩机设置有液位传感器170。液位传感器170安装在壳体110的下部内壁表面。如图3A所示，沿壳体的高度方向可平行布置多个液位传感器。如图3B所示，一个液位传感器可以延伸地(extendingly)安装在最高油位与最低油位之间。

在图3A中，多个液位传感器被布置为分别与液位“a”至“d”相一致。在图3B中，液位传感器的上端被定位为高于液位“a”，而其下端被定位为低于液位“c”。通过蚀刻等来处理金属薄膜，从而制造出每个传感器。这里，可以使用除上述传感器之外的任何传感器。

每个液位传感器均为使用加热线(heating wire)的热传感器。通过检测由加热线附近的流体传导(conduct)而产生的热的传热性能的变化，液位传感器检测诸如油之类的流体是否已与其接触。通过这种检测来测量油位。

液位传感器包括通过蚀刻制造的薄膜式加热线，热传感器通过施加直流电(DC)或交流电(AC)来测量温度变化。在施加直流电的情况下，加热线被加热以测量传感器的平衡温度。在施加交流电的情况下，加热线被加热以测量温度变化的幅度。

在直流电的情况下，测量过程相对简单。但是，其花费较长时间以使液位传感器达到平衡温度。因此，反应速度会较慢，并且由于外部温度的影响会出现测量误差。另一方面，在交流电的情况下，液位传感器非常瞬时地达到平衡温度。因此，反应速度会较快，并且可以除去外部温度的影响。

因此，液位传感器170通过施加交流电来进行温度测量。这里，使用三欧米伽(three-omega)方法。三欧米伽方法通过使用薄膜式加热线来测量固体或液体材料的热性能(导热性、体积热容量)。由于使用薄膜式传感器，因而热穿透的深度浅。因此，传感器可快速达到准平衡温度，并且外部运动或振动的影响会被降低。而且，薄膜式传感器具有面积相对于体积较大且热收集器较小的结构。因此，薄膜式传感器对于外部介质的变化是灵敏的，并且具有快速反应速度。此外，薄膜式传感器可被小型化，且有利于使用MEMS技术的大规模生产。

图3A和图3B所示的液位传感器170的薄膜加热线170a连接到四个电极(未示出)，用于供应交流电和读取电压信号。因此，如果角频率为ω的电流经电极被施加到薄膜加热线170a，则角频率为2ω的温度和阻抗发生变化。角频率为2ω的变化阻抗与角频率为ω的电流相乘，从而被表示为角频率为3ω的电压信号。薄膜加热线的阻抗变化实现为温度的函数。因此，从角频率为3ω的电压信号可测量薄膜加热线的温度变化。

通过油和薄膜的热性能、薄膜加热线的长度和宽度以及加热频率来确定薄膜加热线的温度变化幅度。这里，薄膜的热性能、所述长度、宽度以及加热频率为预设值。因此，通过与薄膜加热线接触的材料的热性能来确定薄膜加热线的温度变化幅度。在优选实施例中，与薄膜加热线接触的材料为油或空气。薄膜加热线的热性能截然不同于与薄膜加热线接触的材料的热性能。因此，通过温度变化的幅度可确定油是否已与薄膜加热线接触。

本发明的液位传感器不限于特定类型，而是可包括能够通过接触油来检测油位的任何类型传感器。

图4示出用于控制本发明压缩机的控制器的配置。控制器200包括：连接至液位传感器170的信号输入单元202；以及用作信号处理器的微型计算机204，用于处理从信号输入单元202输入的信号。配置为供应交流电至薄膜加热线170a的电源单元172连接至液位传感器170。

控制器200包括存储器206，配置为在其中存储操作控制器所需的各种信息，以及由液位传感器170测量的油位信息。

控制器200电连接至逆变器210，而且逆变器210电连接至由定子和转子构成的前述马达。逆变器210通过来自控制器200的命令而控制马达的转速。

将参照图5来说明优选实施例。

图5示出用于控制压缩机的运行速度变化的方法。首先，在改变运行速度的步骤(S01)中，通过液位传感器170持续检测油位(高度：h)(S02)。将检测到的液位(h)存储在存储器206中(S03)，其可用作以后检查压缩机的使用历史等的信息。在某些情况下，S03可被省略。S03不必以前述顺序执行，而可在稍后说明的任何步骤之前或之后执行。

在S03之后，将通过微型计算机204检测到的液位(h)与液位“c”进行比较(S04)。更具体而言，在S04中，检查检测到的油位是否在正常范围内。实际上，初始引入的油的液位在运行期间不会增加。因此，在S04中，检查实际检测到的液位(h)是否低于液位“c”。

如果在S04中检查出检测到的液位(h)高于液位“c”，则当前处理返回到S05以保持正常运行。另一方面，如果在S04中检查出检测到的液位(h)低于液位“c”，则当前步骤历经S06。

在S06中，将油位(h)与液位“d”和“c”进行比较。如果在S04中检查出检测到的液位(h)低于液位“c”，则加速度高，从而在先前步骤中被强制传送的油不会返回到系统内部。因此，加速度必须被降低以暂时增加对系统的供应量。另一方面，如果在S04中检查出检测到的液位(h)低于液位“d”，则油收集量必须更快地增加，并且加速度必须停止。

在S06中，检查检测到的液位(h)是否高于最低液位“d”。如果检测到的液位(h)高于最低液位“d”，则可进行供油至某种程度。因此，当前处理返回S07以降低加速度，然后返回S02以重复前述过程。

如果在S06中检查出检测到的液位(h)低于最低液位“d”，则加速度必须被停止并且必须保持恒速。这里，根据压缩机的安装地点而将保持压缩机运行速度的时间设置得不同。例如，在寒冷地区例如极地的情况下，油粘度相对高。因此，返回速度也变慢。

在S08中，检查压缩机的安装地点是否对应于寒冷地区。根据S08中的检查结果，执行S09或S10以停止压缩机的加速度并进行恒速运行达预定时间。这里，恒速运行模式中的运行速度被设置为与执行S06、即液位(h)低于“d”时的时间点相对应。或者，可以根据检测到的液位(h)与“d”之差，以更低的运行速度进行恒速运行。

由于来自系统的油收集量大于对系统的油供应量，因而油位可增高。因此，如果压缩机能够在充足的油量已被供应到其中的状态下开始运行，则通过上述步骤油位可以处于正常范围内。但是，油供应量可能不是充足的，或者由于装置的损坏、油泄漏等而可能出现油损耗。为防止这些问题，本发明还可包括在S09或S10之后再次检测油位，并且当油位不处于正常范围内时停止压缩机的运行。

在某些情况下，可以在运行的初始阶段检测油位。更具体而言，当压缩机开始运行时，可以检测油位。然后，如果检测到油位低于最小高度，则控制器可以控制压缩机不运行。

前述实施例和优点仅为示例性的并且不被解释为限制本发明。本发明的教导可被容易地应用于其它类型的设备。本说明书意图为说明性的，不用以限制权利要求书的范围。许多替换、改型和变化对于本领域技术人员来说都是显而易见的。这里描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其它特性可以多种方式相组合，以得到附加和/或替换的示例性实施例。

由于本发明的特征可以具体实施为多种形式而不脱离其特性，因此还应当理解，除非另有说明，上述实施例不被前述说明的任何细节所限制，而应在随附权利要求书所限定的范围内宽泛地解释，因此，落在权利要求书范围内的所有更改和改型、或者这些范围的等效替换都意图被包含于随附权利要求书。

Claims (14)

1.一种压缩装置，包括：

壳体；

压缩机，位于所述壳体内；

驱动器，驱动所述压缩机；

检测器，检测油存贮区域内的油位；以及

控制器，基于检测到的油位来控制所述压缩机的运行速度，其中，在速度变化运行期间，当检测到油位处于预定范围之外时，所述控制器控制所述压缩机的加速度以将油位保持在所述预定范围内，

其中，所述压缩机包括：

汽缸，具有压缩室；

旋转活塞，偏心地连接于所述汽缸；

轴，包括连接于所述旋转活塞的给油器；以及

上支承件和下支承件，分别相邻于所述汽缸的上侧和下侧，

其中，在速度变化运行期间，当检测到油位低于所述给油器的最低部分时，所述控制器停止所述压缩机的加速，并将所述压缩机的运行速度保持在基本恒定的速度达预定时间。

2.如权利要求1所述的装置，其中，在速度变化运行期间，当检测到油位降低时，所述控制器降低所述压缩机的加速度。

3.如权利要求1所述的装置，其中，在速度变化运行期间，当检测到油位在所述预定范围之下时，所述控制器降低所述压缩机的加速度。

4.如权利要求1所述的装置，其中，在速度变化运行期间，当检测到油位在所述预定范围之下时，所述控制器停止所述压缩机的加速，并将所述压缩机的运行速度保持在基本恒定的速度达预定时间。

5.如权利要求1所述的装置，其中，在速度变化运行期间，当检测到油位低于所述旋转活塞的下表面时，所述控制器降低所述压缩机的加速度。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述预定时间基于所述压缩机的环境温度而定。

7.如权利要求1所述的装置，其中，油位检测器处于所述上支承件和汽缸的界面与所述给油器的下部之间。

8.如权利要求1所述的装置，其中，多个油位检测器处于所述上支承件和汽缸的界面与所述给油器的下部之间。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述多个油位检测器分别位于与所述旋转活塞的下表面、所述给油器的上部以及所述给油器的下部基本相一致的高度。

10.如权利要求1所述的装置，其中，油位检测器包括：

多个加热线；

电源，提供电流至所述加热线；以及

信号处理器，处理来自所述加热线的信号，以确定所述油存贮区域内的油位。

11.一种控制压缩机的方法，包括如下步骤：

使所述压缩机进行速度变化运行；

在所述速度变化运行期间检测油位；以及

当检测到的油位低于预定第一液位时，改变所述压缩机的加速度；以及

当检测到的油位低于预定第二液位时，停止所述压缩机的加速，并将所述压缩机保持在基本恒定的运行速度达预定时间，

其中，所述压缩机包括：

汽缸，具有压缩室；

旋转活塞，偏心地位于所述汽缸内；

轴，包括位于其下部的给油器并与所述旋转活塞相接合；以及

上支承件和下支承件，分别位于所述汽缸的上侧和下侧，其中，第二预定液位对应于所述给油器下部的高度。

12.如权利要求11所述的方法，其中，第一预定液位对应于所述给油器上部的高度。

13.如权利要求11所述的方法，其中，基于所述压缩机的环境温度来确定恒定地保持运行速度的所述预定时间。

14.如权利要求11所述的方法，其中，恒定保持的速度对应于当检测到油位低于第二液位时的运行速度。