CN103069163B - 线性压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线性压缩机，其能够在不将大容量电容器串联连接到马达的条件下使用电流精确地运算电压。线性压缩机包括：机械单元，包括：固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，在固定部件内线性往复运动，以压缩吸入到压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为沿着可移动部件的运动方向弹性支撑可移动部件；及马达，连接到可移动部件，以使可移动部件沿着轴线方向线性往复运动；电控制单元，包括：整流单元，接收AC电力且输出DC电压；逆变器单元，接收DC电压、根据控制信号将DC电压转换成AC电压，并将AC电压供应至马达；电流感测单元，感测在马达与逆变器单元之间流动的电流；积分电路单元，对与电流感测单元的电流对应的电压进行积分；及控制单元，接收积分电路单元的积分值并控制施加至马达以允许可移动部件往复运动的AC电压。

Description

线性压缩机

技术领域

本发明涉及一种线性压缩机，更特别地涉及这样一种线性压缩机，其能够在不具有串联连接到马达的大容量电容器的情况下，利用电流精确地运算(operate)电压。

背景技术

通常，马达设置在压缩机中，压缩机是一种用于从如电动机、涡轮机等发电装置接收电力并且压缩空气、制冷剂或其它各种工作气体来提高压力的机械装置。马达已被广泛应用于如冰箱、空调等家用电器中，并且其应用已扩大到整个行业。

特别地，压缩机大致分为往复式压缩机、回转式压缩机和涡卷压缩机。在往复式压缩机中，用于吸入及排出工作气体的压缩空间被限定在活塞与气缸之间，以使活塞能够在气缸中线性往复运动，从而压缩制冷剂；在回转式压缩机中，用于吸入及排出工作气体的压缩空间被限定在偏心旋转的转子(roller)与气缸之间，以使转子能够沿着气缸的内壁偏心地旋转，从而压缩制冷剂；在涡卷压缩机中，用于吸入及排出工作气体的压缩空间被限定在绕动涡卷与固定涡卷之间，以使绕动涡卷能够沿着固定涡卷旋转，从而压缩制冷剂。

近来，在往复式压缩机之中，线性压缩机得到了积极发展，其不仅提高了压缩效率而且还具有简单的结构。特别地，由于活塞直接连接到线性往复运动的驱动马达，所以线性压缩机不具有由于运动转换而引起的机械损耗。

图1是常规线性压缩机中使用的马达控制设备的框图。

如图1所示，马达控制设备包括：整流单元，具有二极管桥11和电容器C1，二极管桥11对作为商用电力的AC电力进行接收、整流及输出，电容器C1使整流后的电压平滑；逆变器单元12，接收DC电压、根据控制单元17的控制信号将该DC电压转换成AC电压，并且将该AC电压供应至马达单元；马达单元，具有马达13以及串联连接到该马达13的电容器C2；电压感测单元14，感测电容器C1的两端电压；电流感测单元15，感测流经马达单元的电流；运算单元16，根据电压感测单元14所感测的电压与电流感测单元15所感测的电流运算反电动势(EMF)；以及控制单元17，通过反映出运算单元16的反EMF与电流感测单元15所感测的电流的影响而生成控制信号。

在图1所示的常规线性压缩机中，由于串联连接到马达13的大容量电容器C2设置在线性压缩机中，因而需要额外的成本和空间。另外，尽管在现有技术中基于负荷的制冷量可变特性是由电容器C2的电容决定的，但是改变电容器C2的电容并不容易。此外，多个电容器的制备与选择性连接在成本、空间和设计方面产生难点。

图2是显示冲程与图1的马达的输入电压的变化的曲线图。在常规线性压缩机中，如果以简单方式去除电容器C2，如图2所示，则在上止点(TDC)附近会发生施加至马达的电压降低的现象(即跃变现象)，从而不具有制冷量可变性(在冲程操作下)。在图2的曲线图中，越接近0.00，就越接近TDC。

精确地设置初始电流值，从而通过对电流感测单元(其感测流经马达单元的电流)的电流进行积分来计算反EMF或电压也是很重要的。

图3是显示常规电流积分曲线的曲线图。如图3所示，可以将电流i峰值处的初始电流值设为A点、B点和C点。这里，C点与电流i的实际峰值对应，B点的值比C点小，A点的值比B点小。

因此，当将A点设为峰值的电压Va曲线图、B点设为峰值的电压Vb曲线图以及C点设为峰值的电压Vc曲线图相互比较时，积分值在电压Va曲线图中峰值最高，在电压Vb曲线图中峰值第二高，在电压Vc曲线图中峰值最低。即，如何设置电流峰值处的初始值使得积分电压明显不同。因此，如果电流峰值处的初始值不当，则由于连续累计了偏移值，因而积分电流值不适用于精确控制。

发明内容

本发明的一目的是提供一种线性压缩机，其能够在不具有连接到线性压缩机的马达的电容器的条件下控制制冷量的变化率(或调制)。

本发明的另一个目的是提供一种线性压缩机，其能够防止在线性压缩机的控制期间可能发生的冲程跃变现象(strokejumpphenomenon)。

本发明的又一个目的是提供一种线性压缩机，其能在利用电流运算电压时，通过去除由于偏移积累而产生的DC分量而精确地运算电压。

本发明的再一个目的是提供一种线性压缩机，其能够通过硬件简单且精确地执行利用电流运算电压的处理。

根据本发明的一方案，提供一种线性压缩机，其包括机械单元和电控制单元。该机械单元包括：固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，在所述固定部件内线性往复运动，以压缩被吸入到所述压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为沿着所述可移动部件的运动方向弹性支撑所述可移动部件；以及马达，连接到所述可移动部件，以使所述可移动部件沿着轴线方向线性往复运动。该电控制单元包括：整流单元，接收AC电力且输出DC电压；逆变器单元，接收DC电压，根据控制信号将所述DC电压转换成AC电压，并且将所述AC电压供应至所述马达；电流感测单元，感测在所述马达与所述逆变器单元之间流动的电流；积分电路单元，对与所述电流感测单元的电流对应的电压进行积分；以及控制单元，接收所述积分电路单元的积分值并且控制施加至所述马达以允许所述可移动部件往复运动的AC电压。

另外，所述控制单元可以生成用于产生AC电压的控制信号，并且将所述控制信号施加至所述逆变器单元，所述AC电压与设定电压和衰减电压之差对应，所述衰减电压与所述积分值对应。

此外，所述控制单元可以通过将所述积分值乘以常数1/Cr来运算所述衰减电压。

另外，所述控制单元可以通过改变常数1/Cr来调整制冷量的变化率(或调制)。

此外，所述积分电路单元可以包括积分单元，所述积分单元接收大于0V的参考电压Vref并且输出围绕所述参考电压Vref改变的积分值。

此外，所述积分单元可以包括：放大器，具有接收所述电流感测单元的电压的反相输入端和接收所述参考电压Vref的正相输入端；以及电容器和电阻器，并行连接以将所述放大器的输出电压反馈至所述反相输入端。

此外，由并行连接的电容器和电阻器确定的截止频率被设置为低于电流频率或工作频率。

此外，所述积分电路单元可以包括：电压放大单元，放大与所述电流感测单元的电流对应的电压；以及耦合单元，在所述积分单元之前，使包含在所述电压放大单元中的输出电压中的DC偏移截止，并且所述积分电路单元将所述耦合单元的输出作为所述积分单元的反相输入端的输入。

此外，所述积分电路单元可以包括低通滤波器单元，其去除包含在积分单元的输出电压中的噪声。

根据本发明的另一个方案，提供一种用于控制线性压缩机的方法，所述线性压缩机包括：固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，设置在所述固定部件内，以压缩被吸入到所述压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为弹性支撑所述可移动部件；以及马达，连接到所述可移动部件，以使所述可移动部件沿着轴线方向线性往复运动；所述方法包括：第一步骤，将预设施加电压施加至所述马达；第二步骤，生成与通过施加所述预设施加电压而产生的电流对应的第一输入电压；第三步骤，通过对所述第一输入电压进行积分来计算第一输出电压；第四步骤，通过以给定比率衰减所述第一输出电压来计算第一衰减电压；第五步骤，计算与所述施加电压和所述第一衰减电压之差对应的第一马达施加电压；以及第六步骤，将所述第一马达施加电压施加至所述马达。

根据本发明，能够在不具有连接到线性压缩机的马达的电容器的条件下控制制冷量的变化率。

另外，根据本发明，能够防止可能发生在线性压缩机的控制期间的冲程跃变现象。

另外，根据本发明，在利用电流运算电压时，能够通过去除由于偏移积累而导致的DC分量，从而精确地运算电压。因此，能够实现精确的马达控制且能够防止波动。

另外，根据本发明，能够通过硬件简单且精确地执行利用电流运算电压的处理。

附图说明

图1是在常规线性压缩机中使用的马达控制设备的框图。

图2是显示冲程与图1的马达的输入电压的变化的曲线图。

图3是显示常规电流积分曲线的曲线图。

图4是根据本发明第一实施例的线性压缩机的控制机构的框图。

图5是图4的控制单元的一控制实例的电路图。

图6是图4的控制单元的另一控制实例的电路图。

图7是根据本发明的线性压缩机的结构图。

图8是显示根据本发明的线性压缩机中的冲程与马达的输入电压的变化的曲线图。

图9是显示根据本发明的线性压缩机中的制冷量(coolingcapacity)与负荷的变化的曲线图。

图10是显示根据本发明的线性压缩机的电压的曲线图。

图11是根据本发明第二实施例的线性压缩机的控制机构的框图。

图12是图11的积分电路单元的详细电路图。

图13是图11的控制单元的控制实例的电路图。

图14是显示图4至图6的控制设备中的衰减电压Vc的波形的曲线图。

图15是显示图11至图13的控制设备中的衰减电压Vc或Vo的波形的曲线图。

具体实施方式

下文中，将参照附图来详细说明本发明的示例实施例。

图4是根据本发明第一实施例的线性压缩机的控制机构的框图。图5是图4的控制单元的一控制实例的电路图。

如图4所示，线性压缩机的控制机构包括：整流单元21，对作为商用电力的AC电力进行接收、整流、平滑及输出；逆变器单元22，接收DC电压，根据来自控制单元25的控制信号将DC电压转换成AC电压，并且将该AC电压供应至马达23；马达23，包括线圈L；电流感测单元24，感测在马达23与逆变器单元22之间流动的电流或者流经马达23中的线圈L的电流；控制单元25，基于电流感测单元24所感测的电流运算待施加至马达23的马达施加电压Vmotor，生成用于根据负荷情况改变马达施加电压Vmotor的频率的控制信号，并且将该控制信号施加至逆变器单元22；以及电压感测单元26，感测来自整流单元21的DC电压的大小。但是，在这种控制机构中，用于向控制单元25、电流感测单元24和电压感测单元26等供应所需电压的结构对于本发明所属领域的普通技术人员而言是显而易见的，因而将省略其说明。

整流单元21由执行一般整流功能的二极管桥、对整流后的电压进行平滑的电容器等组成。

逆变器单元22是用于接收DC电压、生成AC电压以及将该AC电压施加至马达23的装置，其包括：作为开关元件的IGBT元件、根据来自控制单元25的控制信号打开/关闭IGBT元件的栅极控制单元等。本发明所属领域的普通技术人员可容易地识别逆变器单元22，从而将省略其说明。

马达23如同其它机械结构的一般马达一样包括线圈L，但是不同于现有技术的是其不包括电容器。

电流感测单元24是用于感测流经逆变器单元22与马达23之间的导电线的电流或流经马达23的线圈L的电流的元件。

电压感测单元26是用于感测从整流单元21输出的DC电压的元件。这里，电压感测单元26能够感测全部DC电压或以给定比率下降的DC电压。

如果控制单元25从外部接收到线性压缩机启动命令或接收到AC商用电力，则该控制单元25生成用于将预设的施加电压Vin传递至马达23的控制信号，并且将该控制信号施加至逆变器单元22。因而，逆变器单元22生成与施加电压Vin对应的AC电压，并且将该AC电压施加至马达23。

电流感测单元24感测通过施加这一AC电压从逆变器单元22流至马达23的电流i或流经马达23的线圈L的电流i。

控制单元25接收来自电流感测单元24的电流i，并且执行图4所示的处理。

控制单元25包括：积分器25a，对来自电流感测单元24的电流i进行积分；衰减器25b，通过将积分值乘以常数1/Cr而运算衰减电压Vc；以及运算单元25c，运算设定的施加电压Vin与衰减电压Vc之差。根据线性压缩机的控制算法使该实施例的施加电压Vin(与常规压缩机中的逆变器单元施加的电压对应)固定或变动。

积分器25a和衰减器25b对应于衰减运算单元，该衰减运算单元利用流经马达23的电流i使马达的线圈L的电感效应衰减。即，在该实施例中，由于没有连接到马达23的线圈L的电容器，所以通过控制施加至马达23的马达施加电压Vmotor，使线圈L的电感效应下降。

另外，可以根据马达23的线圈L的尺寸来固定地或不定地设置用于衰减器25b的常数1/Cr。例如，当将LC谐振频率设为等于压缩机的机械谐振频率时，可据此确定常数1/Cr。或者，如果将LC谐振频率设为高于或低于压缩机的机械谐振频率时，可据此确定常数1/Cr。

同样地，在运算马达施加电压Vmotor之后，控制单元25生成用于控制逆变器单元22以将运算的马达施加电压Vmotor传递至马达23的控制信号，并且将该控制信号施加至逆变器单元22。即，控制单元25容许将所感测的电流i反馈至马达施加电压Vmotor，从而在电容器没有连接到马达23的状态下能够控制马达23的运行。在本发明中，由于反电动势(EMF)反映到电流i并且被反馈，所以无需分开考虑。之后，根据施加电压Vin(其为初始电压)与衰减电压(其通过对由所施加的马达施加电压Vmotor产生的电流进行积分而获得，例如施加电压Vin的第一衰减电压、最初计算的马达施加电压Vmotor的第二衰减电压等等)之差，控制单元25重复计算并且施加马达施加电压Vmotor。

负荷越高，作为所需电压的马达施加电压Vmotor越大。在本发明中，如果作为所需电压的马达施加电压Vmotor(即最大值)小于DC电压Vdc，则确定为低负荷或中负荷。在低负荷或中负荷的情况下，逆变器单元22将大小小于等于DC电压Vdc的AC电压(马达施加电压Vmotor)施加至马达23。因此，控制单元25能够通过控制从逆变器单元22施加至马达23的AC电压的大小来维持所需的制冷量。

此外，控制单元25能够通过根据逆变器单元22改变马达施加电压Vmotor的频率(例如通过在高负荷下增加频率)来达到所需的高制冷量。

图6是图4的控制单元的另一控制实例的电路图。在图6中，设置了高通滤波器(HPF)单元25d。其原因是因为控制单元25可能误选电流i的峰值，在此情形下，对误选电流进行积分积累了偏移，从而生成DC分量。HPF单元25d用于去除这种DC分量。

积分器25a和衰减器25b由作为传递函数的如下公式1表示：

公式1

$\frac{1}{\mathrm{Cr}}\frac{1}{s}$

HPF25d由作为传递函数的如下公式2表示：

公式2

$\frac{\mathrm{sRC}}{\mathrm{sRC}+1}$

其中，R表示电阻值，C表示电容。

该HPF单元25d可以由多个串联连接的高通滤波器组成。

图7是根据本发明的线性压缩机的结构图。如图7所示，在根据本发明的线性压缩机中，在密封容器32的一侧设置进口管道32a与出口管道32b，制冷剂通过所述进口管道32a与出口管道32b流入流出；在所述密封容器32中固定安装气缸34，活塞36设置为在气缸34中线性往复运动以能够压缩被吸入气缸34中的压缩空间P内的制冷剂；以及各种弹簧被设置为沿着活塞36的运动方向弹性支撑活塞36。活塞36被设置为连接到产生线性往复驱动力的线性马达40。尽管活塞36的固有频率fn根据负荷而改变，但是线性马达40引起固有输出变化(naturaloutputchange)，其根据改变的负荷而使制冷量(输出)变化。

此外，在活塞36的与压缩空间P接触的一端设置吸入阀52，在气缸34的与压缩空间P接触的一端设置排出阀组件54。吸入阀52与排出阀组件54根据压缩空间P内部的压力而分别自动地打开与关闭。

这里，密封容器32具有彼此耦接以密封住内部的上壳和下壳，用于引入制冷剂的进口管道32a与用于排出制冷剂的出口管道32b设置在密封容器32的一侧，活塞36沿着运动方向被弹性支撑以在气缸34中线性往复运动，线性马达40通过框架48耦接至气缸34的外部，以构成一组件。这一组件设置在密封容器32的内部底面上，以通过支撑弹簧59弹性支撑。

此外，在密封容器32的内部底面中填充给定油，在该组件的底端设置用于泵送油的供油装置60，在该组件下侧的框架48中设置供油管道48a，从而能够在活塞36与气缸34之间供应油。因此，由于活塞36的线性往复运动而引起的振动，供油装置60泵送出油，从而油沿供油管道48a被供应至活塞36与气缸34之间的间隙，并且执行冷却与润滑功能。

接着，优选地，气缸34应当形成为使得活塞36可以在气缸34中线性往复运动的中空形状，其一端具有压缩空间P，并且当其一端设置为接近进口管道32a的内部时气缸34设置为与进口管道32a成一直线。

当然，活塞36设置在气缸34的接近进口管道32a的一端，从而在气缸34中线性往复运动，而排出阀组件54设置在气缸34的与进口管道32a相对的另一端。

这里，排出阀组件54包括：排出盖54a，设置为在气缸34的一端侧限定给定排出空间；排出阀54b，设置为打开和关闭气缸34的位于压缩空间P附近的一端；以及阀弹簧54c，其为一种沿着轴线方向在排出盖54a与排出阀54b之间施加弹力的盘簧。气缸34的一端的内周中装有O-型圈R，以使排出阀54a能够紧密地附连到气缸34的一端。

此外，在排出盖54a的一侧与出口管道32b之间连接有弯曲的环状管道58。环状管道58不仅引导将要被排出到外部的压缩制冷剂，而且还防止由气缸34、活塞36与线性马达40之间的相互作用而产生的振动传递至整个密封容器32。

因此，在活塞36在气缸34中线性往复运动时，如果压缩空间P内部的压力超过给定排出压力，则阀弹簧54c被压缩以打开排出阀54b，从而制冷剂沿着环状管道58和出口管道32b从压缩空间P完全排出到外部。

接着，在活塞36的中心限定出制冷剂通道36a以供从进口管道32a引入的制冷剂流动，线性马达40通过连接部件47直接连接到活塞36的接近进口管道32a的一端，吸入阀52设置在活塞36的与进口管道32a相对的另一端。通过各种弹簧沿着活塞36的运动方向弹性支撑该活塞36。

这里，吸入阀52形成为薄板状，其中央部分被部分切掉以打开和关闭活塞36的制冷剂通道36a，并且其一侧通过螺丝固定至活塞36的一端。

因此，在活塞36在气缸34中线性往复运动时，如果压缩空间P的压力等于或低于给定吸入压力(其低于排出压力)，则吸入阀52打开，从而制冷剂被吸入到压缩空间P中；如果压缩空间P的压力超过给定吸入压力，则在压缩空间P中压缩制冷剂，吸入阀52关闭。

特别地，活塞36沿着其运动方向被弹性支撑。具体而言，从活塞36的接近进口管道32a的一端沿着径向突出的活塞凸缘36b通过机械弹簧38a、38b(如盘簧)沿着活塞36的运动方向被弹性支撑，并且含在压缩空间P(位于进口管道32a的相对侧)中的制冷剂由于其自身弹力而作为气弹簧，从而弹性地支撑活塞36。

这里，机械弹簧38a、38b具有与负荷无关的恒定的机械弹簧常数Km。优选地，应基于活塞凸缘36b分别在气缸34以及固定至线性马达40的给定支撑框架56上沿轴线方向并排设置机械弹簧38a、38b。优选地，支撑在支撑框架56上的机械弹簧38a和设置在气缸34上的机械弹簧38b应当具有相同的机械弹簧常数Km。

但是，气弹簧具有根据负荷而改变的气弹簧常数Kg。随着环境温度的上升，制冷剂的压力也增加，从而含在压缩空间P内的自身弹力增加。因此，负荷越高，气弹簧的气弹簧常数Kg越大。

这里，尽管机械弹簧常数Km恒定，但气弹簧常数Kg根据负荷而改变。结果，整个弹簧常数根据负荷而改变，并且活塞36的固有频率fn也根据气弹簧常数Kg而改变。

因此，即使负荷改变，活塞36的机械弹簧常数Km和质量M也是恒定的，但是气弹簧常数Kg是改变的，从而活塞36的固有频率fn明显受到取决于负荷的气弹簧常数Kg的影响。

当然，负荷能够以各种方式进行测量。但是，由于线性压缩机包括用于压缩、冷凝、蒸发以及膨胀制冷剂的冷冻/空气调节循环，所以负荷能够被限定为冷凝制冷剂的冷凝压力与蒸发制冷剂的蒸发压力之差，并且还考虑平均压力(其为冷凝压力和蒸发压力的平均数)来确定，从而提高精确性。

即，负荷计算为与冷凝压力和蒸发压力之差及其平均压力成比例。负荷越高，气弹簧常数Kg越大。例如，冷凝压力与蒸发压力之差越大，负荷越高。尽管冷凝压力与蒸发压力之差相同，但平均压力越高，负荷也越高。计算气弹簧常数Kg，从而使它能够根据这种负荷而增加。线性压缩机可以包括传感器(压力传感器、温度传感器等等)以计算负荷。

这里，测量与冷凝压力基本上成比例的冷凝温度和与蒸发压力基本上成比例的蒸发温度，然后负荷计算为与冷凝温度和蒸发温度之差及其平均温度成比例。

具体而言，可以通过各种实验来确定机械弹簧常数Km与气弹簧常数Kg。如果气弹簧常数Kg与整个弹簧常数之比增加，则活塞36的谐振频率可以根据负荷在相对较宽的范围内改变。

线性马达40包括：内定子42，以如下方式配置：沿周向堆叠多个叠片(lamination)42a，并且通过框架48将所述多个叠片42a固定到气缸34的外侧；外定子44，以如下方式配置：围绕缠绕有线圈的线圈缠绕本体44a沿周向堆叠多个叠片44b，并且通过框架48与内定子42具有给定间隙地设置在气缸34的外侧；以及永磁体46，设于内定子42与外定子44之间的间隙中，并且通过连接部件47连接到活塞36。线圈缠绕本体44a可以固定至内定子42的外侧。

线性马达40是上述马达23的一个实施例。

图8是显示根据本发明的线性压缩机中的冲程与马达的输入电压的变化的曲线图。

如图8所示，在根据本发明的线性压缩机中，即使活塞36逼近上止点，马达的输入电压也会上升，从而不会发生冲程跃变现象。因此，根据本发明的线性压缩机能够在稳定状态下执行制冷量的可变性。即，控制单元25能够通过控制施加至马达23的AC电压，根据负荷通过活塞36的往复运动来执行固有制冷量的变化(或调制)，从而活塞36的冲程可以与施加至马达23的AC电压的大小成比例。

特别地，活塞36的冲程与施加至马达23的AC电压的大小成比例，至少非常接近活塞36的上止点，从而防止冲程跃变现象。

图9是显示根据本发明的线性压缩机中的制冷量与负荷的变化的曲线图。

控制单元25存储可变常数1/Cr。参照图9，在Cr(10μF)的情形下，可以看到线性压缩机的制冷量根据负荷而改变。

随着Cr或1/Cr值的变动，制冷量变化率如图9所示改变。

因此，根据本发明的控制单元25可以通过改变常数1/Cr或Cr来控制制冷量变化率。

随着Cr的改变，在低负荷下马达施加电压Vmotor与电流i之间的相位差降低，从而能够在相同负荷下实现更高的制冷量。即，LC谐振频率是由Cr值决定的，马达施加电压Vmotor的相位与电流i的相位是在特定负荷下决定的。这里，如果Cr改变，则马达施加电压Vmotor的相位与电流i的相位就改变，从而整个电力(power)改变。换言之，制冷量增加或降低，从而固有制冷量可变(调制)率改变。

图10是显示根据本发明的线性压缩机的电压的曲线图。如图所示，实际的马达施加电压Vmotor是通过从施加电压Vin减去衰减电压Vc(根据电流i而运算)而运算的。马达施加电压Vmotor变为等于在多个电容器串联连接到线圈L的电路中施加至马达的电压。因而，线性压缩机能够控制制冷量可变性。

图4至图6所示的控制单元的上述控制操作受到组成控制单元25的微处理器的A/D分辨率的显著影响。积分器25a的输出可能会波动大约2V至30V，这导致制冷量自身的波动。可以进一步采用如下硬件型积分设备来解决这些问题。

图11是根据本发明第二实施例的线性压缩机的控制机构的框图，而图12是图11的积分电路单元的详细电路图。

图11的控制机构中的AC电力、整流单元21、逆变器单元22、马达23、电流感测单元24、电压感测单元26与用同一附图标记指定的图4中的控制机构的元件具有相同的电路配置和功能。

图11的控制设备(电控制单元)包括：积分电路单元27，从电流感测单元24接收与流经马达23的电流对应的输入电压Vi，对输入电压Vi进行积分，并且将输出电压Vo施加至控制单元28；以及控制单元28，接收来自积分电路单元27的输出电压以及来自电压感测单元26的电压，并且生成用于控制逆变器单元22以产生马达施加电压Vmotor的控制信号。同样在该实施例中，设置有电源供应单元，其用于供应DC电压等以驱动控制单元28、逆变器单元22等。它的结构和功能对于本发明所属领域的普通技术人员而言是显而易见的，因而不再进一步说明。

如图12所示，积分电路单元27包括：电压放大单元a，放大来自电流感测单元24的输入电压Vi；耦合单元b，使含在来自电压放大单元a的输出电压V11中的DC偏移截至(cutoff)；硬件型积分单元c，接收来自耦合单元b的输出电压并且对该输出电压进行积分；以及低通滤波器(LPF)单元d，去除含在来自积分单元c的输出电压V44中的噪声。

详细而言，电压放大单元a包括：电阻器R1；放大器Amp1，具有通过电阻器R1接收输入电压Vi的反相输入端以及接地的同相输入端；以及电容器C2和电阻器R2，并联以将来自放大器Amp1的输出电压V11反馈至放大器Amp1的反相输入端。由于来自电流感测单元24的输出电压Vi的等级(scale)低，电压放大单元a是一种放大该输出电压Vi的元件。输入电压V1与电压放大单元a中的电压V11之间的关系可以由如下公式3来表示：

公式3

$V11=-\frac{Z2}{R1}\mathrm{Vi}$

其中，Z2＝(R2∥C2)，其与电阻器R2和电容器C2的并联阻抗对应。另外，例如，将电容器C2和电阻器R2的截止频率设置在1kHz以下，其用于去除在之前的步骤或元件中生成或含有的开关噪声。

耦合单元b包括：电容器C5，去除DC偏移；以及电阻器R5，串联连接到电容器C5以稳定电压V11的波形。

积分单元c包括：放大器Amp2，其具有通过耦合单元b接收电压V11的反相输入端和接收参考电压Vref的同相输入端；以及电容器C6和电阻器R6，并联以将来自放大器Amp2的输出电压V44反馈至放大器Amp2的反相输入端。

参考电压Vref到放大器Amp2的同相输入端通过如下公式4来决定：

公式4：

$\mathrm{Vref}=\frac{\mathrm{Rb}}{\mathrm{Ra}+\mathrm{Rb}}\mathrm{Vd}$

其中，Vd表示DC电压(例如为15V)，通过调整电阻Ra对Rb的比率，可将参考电压Vref设为例如2.5V。参考电压Vref通过电阻器R20被输入至同相输入端。通过利用耦合单元b去除它们的DC分量，AC波形向上或向下波动大约0V。该电压波形通过参考电压Vref围绕该参考电压Vref向上或向下波动，其将包括微处理器等的控制单元28的处理推动到0V与5V之间的期望大小。该参考电压Vref也与控制单元28的输入电压电平对应。

由电阻器R6和电容器C6所确定的截止频率(＝1/(2πC6×R6))应当被设为低于电流频率(例如流经马达23的电流)和/或工作频率。如果将截止频率设为高于输入电流频率或工作频率，则电阻器R6与电容器C6工作为LPF。即，当将截止频率设为低时，它们可以被用作积分器。

电压V11、参考电压Vref和电压V44满足基于如下公式的关系：

公式5

$V44=(1+\frac{Z6}{Z5})\mathrm{Vref}-\frac{Z6}{Z5}V11$

其中，Z5表示电容器C5和电阻器R5的阻抗，Z6表示电容器C6和电阻器R6的阻抗。

公式6

$V11=(1+\frac{R2}{R1})\mathrm{Vref}-\frac{R2}{R1}\mathrm{Vi}$

LPF单元d包括：电阻器R9，接收电压V44；电容器C9，其一端连接到电阻器R9而另一端接地。LPF单元d用于去除叠加(superimpose)在施加的电压波形上的高频噪声成分。例如，它能够去除5kHz以上的开关噪声。

因而，没有噪声的电压Vo被施加至控制单元28。

当从外部信号源(externalsource)接收线性压缩机的启动命令或者接收AC商用电力时，控制单元28生成用于将预设的施加电压Vin传递至马达23的控制信号，并且将该控制信号施加至逆变器单元22。因此，逆变器单元22生成与施加电压Vin对应的AC电压，并且将该AC电压施加至马达23。

电流感测单元24感测从逆变器单元22流到马达23的电流i或通过该AC电压的施加而流经马达23的线圈L的电流i，并且将与该电流i对应的输入电压Vi施加至积分电路单元27。

积分电路单元27从电流感测单元27接收电压Vi，利用前述元件执行处理，并且将电压Vo施加至控制单元28。

当在现有技术中使用的电容器C2的电容明显大于图11和图12所示的电容器C2、C5、C6和C9的电容时，可以操控(operate)该电容器C2。

图13是图11的控制单元的控制实例的电路图。如图13所示，控制单元28包括：衰减器28a，通过用电压Vo乘以常数1/Cr而运算衰减电压Vc；以及运算单元28b，运算设定的施加电压Vin与衰减电压Vc之差。该实施例的施加电压Vin(其与常规压缩机中通过逆变器单元施加的电压对应)根据线性压缩机的控制算法而固定或变动。

积分电路单元27和衰减器28a对应于衰减运算单元，该衰减运算单元利用流经马达23的电流i而衰减马达的线圈L的电感效应。即，在该实施例中，由于没有连接到马达23的线圈L的电容器，所以通过控制施加至马达23的马达施加电压Vmotor，线圈L的电感效应下降。

另外，衰减器28a可以选择性地设置。换言之，该常数1/Cr可以反映在电压Vo的积分中，在此情形下，电压Vo和电压Vc相同。或者，控制单元28可以包括衰减器28a，用于通过用电压Vo乘以常数1/Cr来计算电压Vc。很明显，通过如图9所解释的使常数Cr变动，可以调整这一处理或改变制冷量变化(调制)率。

因此，在运算马达施加电压Vmotor之后，控制单元28生成用于控制逆变器单元22以将运算的马达施加电压Vmotor传递至马达23的控制信号，并且将该控制信号施加至逆变器单元22。即，由于控制单元28容许将所感测的电流i反馈至马达施加电压Vmotor，从而在不具有连接到马达23的电容器的情况下也能够控制马达23的运行。在本发明中，由于反EMF的影响反映到电流i并且被反馈，所以可将其忽略。之后，控制单元28重复计算并且根据施加电压Vin(作为初始电压)与衰减电压(通过对由所施加的马达施加电压Vmotor产生的电流进行积分而获得，例如施加电压Vin的第一衰减电压、最初计算的马达施加电压Vmotor的第二衰减电压等等)之差来设置马达施加电压Vmotor。

负荷越高，作为所需电压的马达施加电压Vmotor越大。在本发明中，如果作为所需电压的马达施加电压Vmotor(即最大值)小于DC电压Vdc，则将当前状态确定为低负荷或中负荷。在低负荷或中负荷的情况下，逆变器单元22将大小小于等于DC电压Vdc的AC电压(马达施加电压Vmotor)施加至马达23。因此，控制单元28能够通过调整从逆变器单元22施加至马达23的AC电压的大小来维持所需的制冷量。

此外，控制单元28能够通过根据逆变器单元22使马达施加电压Vmotor的频率变动(例如通过在高负荷下增加频率)来达到所需的高制冷量。

图14是显示在图4至图6(第一实施例)的控制设备中的衰减电压Vc的波形的曲线图。如图14所示，可以看出，波动经常发生在根据第一实施例的控制设备的区域F中。

图15是显示在图11至图13(第二实施例)的控制设备中的衰减电压Vc或Vo的波形的曲线图。如图15所示，可以看出，波动很少发生在根据第二实施例的控制设备的电压波形中。基于这种稳定的电压波形，控制单元可以精确地控制马达，并且其自身的制冷量不具有散射(scattering)。

已参照示例实施例和附图对本发明进行了详细描述。然而，本发明的范围不限于这些实施例和附图，而由所附权利要求书限定。

Claims (14)

1.一种线性压缩机，包括：

机械单元，包括：固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，在所述固定部件内线性往复运动，以压缩被吸入到所述压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为沿着所述可移动部件的运动方向弹性支撑所述可移动部件；以及马达，连接到所述可移动部件，以使所述可移动部件沿着轴线方向线性往复运动；以及

电控制单元，包括：整流单元，接收AC电力且输出DC电压；逆变器单元，接收所述DC电压，根据控制信号将所述DC电压转换成AC电压，并且将所述AC电压供应至所述马达；电流感测单元，感测在所述马达与所述逆变器单元之间流动的电流；积分电路单元，对与所述电流感测单元的电流对应的电压进行积分；以及控制单元，接收所述积分电路单元的积分值，并且控制施加至所述马达以允许所述可移动部件往复运动的AC电压，

其中，所述积分电路单元包括积分单元，所述积分单元接收大于0V的参考电压Vref并且输出围绕所述参考电压Vref变化的积分值。

2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其中，所述控制单元生成用于产生与设定电压和衰减电压之差对应的AC电压的控制信号，并且将所述控制信号施加至所述逆变器单元，所述衰减电压与所述积分值对应。

3.根据权利要求2所述的线性压缩机，其中，所述控制单元通过将所述积分值乘以常数1/Cr来运算所述衰减电压。

4.根据权利要求3所述的线性压缩机，其中，所述控制单元通过改变所述常数1/Cr来调整制冷量变化率。

5.根据权利要求1所述的线性压缩机，其中，积分单元包括：放大器，具有接收所述电流感测单元的电压的反相输入端和接收参考电压Vref的正相输入端；以及电容器和电阻器，并联以将所述放大器的输出电压反馈至所述反相输入端。

6.根据权利要求5所述的线性压缩机，其中，由并联的电容器和电阻器确定的截止频率被设置为低于电流频率或工作频率。

7.根据权利要求1、5和6中任一项所述的线性压缩机，其中，所述积分电路单元包括：在所述积分单元之前的电压放大单元以及耦合单元，所述电压放大单元放大与所述电流感测单元的电流对应的电压，以及所述耦合单元截止包含在所述电压放大单元的输出电压中的DC偏移，并且所述积分电路单元将所述耦合单元的输出作为所述积分单元的反相输入端的输入。

8.根据权利要求7所述的线性压缩机，其中，所述积分电路单元包括低通滤波器单元，所述低通滤波器单元去除包含在所述积分单元的输出电压中的噪声。

9.一种用于控制线性压缩机的方法，所述线性压缩机包括固定部件，其内具有压缩空间；可移动部件，设置在所述固定部件内，以压缩被吸入到所述压缩空间内的制冷剂；一个以上弹簧，设置为弹性支撑所述可移动部件；以及马达，连接到所述可移动部件，以使所述可移动部件沿着轴线方向线性往复运动，所述方法包括：

第一步骤，将预设施加电压施加至所述马达；

第二步骤，生成与通过施加所述预设施加电压产生的电流对应的第一输入电压；

第三步骤，通过对所述第一输入电压进行积分来计算第一输出电压；

第四步骤，通过以给定比率衰减所述第一输出电压来计算第一衰减电压；

第五步骤，计算与所述施加电压和所述第一衰减电压之差对应的第一马达施加电压；以及

第六步骤，将所述第一马达施加电压施加至所述马达。

10.根据权利要求9所述的方法，其中重复执行所述第二步骤至所述第六步骤。

11.根据权利要求9所述的方法，其中同时执行所述第三步骤和所述第四步骤。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第三步骤接收大于0V的参考电压Vref，并且计算围绕所述参考电压Vref变动的第一输出电压。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第三步骤利用低于电流频率或工作频率的截止频率执行积分。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述给定比率根据制冷量变化率是可变的。