CN106575934B - 用于使压缩机停止的方法以及制冷器具的压缩机 - Google Patents
用于使压缩机停止的方法以及制冷器具的压缩机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种制冷器具的包括电机(100)和用于停止所述电机、尤其是BLDC电机的控制器的压缩机。所述控制器(160)设计成能够使沿第一转动方向(206)的电机(100)减速,直到停止,然后能够以预定的扭矩使转子相对于定子沿第二转动方向(208、209)定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于使压缩机停止的方法以及一种制冷器具的、尤其是家用制冷器具的压缩机。
背景技术
无刷电机/尤其是永磁同步电机或PMSM和无刷直流电机或BLDC电机例如用作制冷器具中的压缩机驱动器。这种电机具有绕组和包括永磁体的转子。当电流流过绕组时,它们产生将扭矩施加到永磁体的磁场,从而使转子运动。以交替的方式激活电机中的不同的绕组使得产生转动磁场,从而驱动转子。
家用制冷器具的压缩机通常具有BLDC电机,所述BLDC电机具有转子和定子。电机具有相对于定子以固定方式定位的压缩机缸体,压缩机活塞能够在所述压缩机缸体中移动并且通过杆连接至转子的轴,所述电机还具有用于激活BLDC电机的控制器。压缩机压缩制冷剂并将其输送至通向冷凝器的管路段。在压缩机的运行阶段期间,通常建立增加的压力,压缩机活塞克服所述压力工作。
公开DE 102010030239 A1、DE 4009258 C2和DE 60025909 T1公开了用于启动无刷直流电机的装置和方法。制冷器具中的压缩机驱动器具有不均匀的负载曲线,这意味着它们驱动的负载在电机的完整周期中发生变化,将由电机施加的最大扭矩可以是平均扭矩的倍数。因此,当启动电机时,有利的是首先将转子运动到清楚限定的位置,使得在出现最大反扭矩之前,转子已经运动通过可能的最大转动角度并且被加速到可能的最大转速。这是上述公开的意图。当电机处于静止阶段时,它们不对转子位置进行控制。
当活塞处于上死点位置时,达到缸体中的最大压力。止回阀布置在位于压缩机与冷凝器之间的压缩机出口处。止回阀防止已经输送到通向冷凝器的管路段中的制冷剂流回到压缩机中。因此,在运行阶段,止回阀使得能够在转子轴的之后的周期期间引入新鲜的制冷剂。当压缩机处于非工作阶段时,止回阀防止冷凝器中的通过压缩机、尤其通过缸体与活塞之间的间隙的压降。在压缩机出口处的止回阀通常以簧片阀的方式构造并且可以在关闭方向上预张紧。
现在,当压缩机停止时,活塞在靠近其上死点位置处停止,并且在止回阀的两侧上存在实际上相同的压力,或者不管怎样,存在小到不能克服摩擦力而关闭止回阀的任何压力差。当压缩机处于静止阶段时,这可导致冷凝器中的通过压缩机而发生压降,从而对制冷器具的能量效率产生不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尽可能避免上述问题的用于使压缩机停止的方法和装置。
根据本发明的一个实施例,提出一种用于使制冷器具的压缩机停止的方法,其中,压缩机具有电机和压缩机缸体,压缩机活塞在压缩机缸体中工作,所述压缩机活塞由电机的转子的轴驱动,所述方法包括下述方法步骤:
a)使沿第一转动方向转动的BLDC电机减速,直到所述BLDC电机停止;
b)以预定的扭矩使所述电机沿第二转动方向定位;以及
c)终止定位。
根据本发明的一个实施例,制冷器具的压缩机包括电机和用于使电机停止的控制器,所述电机具有:转子和定子;相对于定子以固定的方式定位的压缩机缸体;压缩机活塞,其能够在所述压缩机缸体中移动并且通过杆连接至转子的轴;以及用于激活电机的控制器,所述控制器设计成能够使沿第一转动方向转动的电机减速,直到所述电机停止,然后以预定的扭矩使转子相对于定子沿第二转动方向定位。
电机或电机的转子的这种定位使得位于压缩机出口处的止回阀能够可靠地关闭。当压缩机处于静止阶段时,防止冷凝器中的通过压缩机的压降。
以下是本发明的另外的有利实施例。在制冷器具、尤其是家用制冷器具中的一个优选应用中,电机经受与负载相关的扭矩,所述扭矩在轴的转动角度上不均匀地分布,其中,最大扭矩靠近压缩机活塞的上死点位置 (OT)。
第二转动方向可与第一转动方向相同或相反地定向。第二转动方向有利地与第一转动方向相反地定向。如果活塞刚好在OT之前停止,那么气体压力加上回流使活塞移动离开OT。如果活塞在OT之后停止,那么气体压力和动量驱动活塞远离OT至足以使止回阀关闭的距离。
电机优选为无传感器BLDC电机,所述电机由于控制器切换换流器的开关而被激活,所述开关将BLDC电机的绕组连接至电压源。控制器可具有监测器,借助于所述监视器监测绕组中感应的电压与连接至所述绕组的电压之间的相位角。控制器可改变连接至绕组的电压的相位,从而使电机加速。
无传感器的BLDC电机可通过适当的激励来逐步地转动,从而允许转子的限定的定位。为此,以预定的扭矩进行转动,从而定子的激励产生转动磁场,所述转动磁场带动装配有永磁体的转子。预定的扭矩被选择为使得其小于预期的最大扭矩,使得随着下一运动,转子抵抗建立的气体压力向OT运动,然后在OT之前的足够远的距离处停止,而定子的磁场进一步转动。
当第二转动方向与第一转动方向相反时,该位置尤其有利于之后的启动。
预定的扭矩有利地通过存储在存储单元中的用于激活换流器和/或电压源的值来产生。预定的扭矩可由制冷器具的通常预期的运行条件确定,并且可在制造压缩机或制冷器具时保存在存储单元中。电机可在电压模式或电流模式下运行。因此,扭矩可由不同类型的物理变量、例如电流表示。比例在此由激活条件得出。
替代地,预定的扭矩或对应于所述预定的扭矩的控制变量可由在方法步骤a)之前或期间确定的扭矩或测得的对应于扭矩的变量得出。
定位有利地包括使BLDC电机转动的逐步的激活。首先,电机逐步地转动。在定位开始时,随着磁场逐步地转动,转子被磁场带动。当转子停止时,用于使BLDC电机转动的逐步的激活继续;磁场进一步转动,但由于扭矩小,因此不能再带动转子。
定位优选地包括逐步的激活以使电机转动多个步,所述多个步的数量至少等于对应于电机在空载状态下的周期的步数。这使得转子在有利的向后运动的情况下运动到远离OT的足够远的限定位置。
转子可借助于脉冲宽度调制信号、尤其是脉冲宽度调制电压信号来驱动。在此可基于脉宽调制信号的占空比和/或相位来选择扭矩。
具有如上所述的压缩机的本发明的制冷器具可以以特定的能量效率运行。制冷器具尤其是指家用制冷器具,换句话说,在家用环境下或在某些情况下也在餐饮行业中用于家务管理的制冷器具,其尤其用于以限定的温度存储正常家庭用量的食物和/或饮料,例如是冰箱、冷冻柜、组合式冷藏 /冷冻机、卧式冷冻机或酒柜。
附图说明
参考附图,本发明的另外的特征和优势将从以下示例性实施例的描述中显现,其中:
图1示出了本发明的压缩机的电机的等效电路图,所述电机构造成无刷直流电机或BLDC电机,
图2示出了由轴驱动的活塞在位于本发明的压缩机中的缸体中的不同位置的示意图,
图3示出了本发明的方法的流程图。
具体实施方式
除非另有说明,否则相同的元件或具有相同功能的元件在附图中以相同的附图标记列表示出。
图1示出了电机100、在该情况下为无刷电机100'的等效电路图,所述电机100构造成PMSM或无传感器BLDC电机,并且例如可用作制冷器具中的压缩机驱动器。无刷电机100'具有电压源110、换流器120、三个电机绕组或绕组130U、130V、130W以及电机控制器160。
电压源110提供中间电路电源电位与中间电路接地之间的中间电路电压。换流器120具有六个开关T1至T6,所述六个开关以B6桥的形式布置并且向绕组130U、130V和130W提供电流。更确切地说,两个开关T1与 T2、T3与T4以及T5与T6分别串联连接在中间电路电源电位与中间电路接地之间。开关T1与T2、T3与T4以及T5与T6之间的节点分别连接至绕组130U、130V和130W的一侧。在绕组的另一侧,绕组130U、130V 和130W连接至星点140。分流电阻器150也分别设置在开关T2、T4和 T6与中间电路接地之间。
开关T1至T6可分别包括例如功率晶体管和与功率晶体管并联连接的续流二极管。开关T1至T6借助于由控制器160(电机控制器160')提供的控制信号X1至X6而被激活。电机控制器160'在此对应于用于控制电机的装置。绕组130被激活从而产生转动磁场,其中,包括永磁体的转子转动。无刷电机100'因此是具有三个绕组130的永磁同步电机,借助于B6换流器120向所述无刷电机100'提供三相电压。
在压缩机运行期间,转子抵抗建立的气体压力向OT运动,这产生与电机的驱动扭矩相反的扭矩,并且必须通过电机的驱动扭矩和动量来克服。驱动扭矩可通过激励来产生并且可通过测量感应电压来测量。
图2示出了制冷器具的处于不同工作位置A)、B)和C)的压缩机机械系统200的示意图。压缩机机械系统200具有活塞201,所述活塞可在缸体202中来回移动。压缩机机械系统具有轴203。杆204与轴203形成曲柄并且所述杆在其自由端处连接至活塞201。未示出布置在缸体202的端壁 205中的气体入口以及具有止回阀的气体出口。
轴203是从图1已知的电机的轴。压缩机运行期间的转动方向206以箭头示出。因此,制冷器具的压缩机包括电机100(在该情况下为无刷电机 100')和用于使电机100停止的控制器160(在该情况下为电机控制器160'),电机100具有转子和定子。压缩机缸体、即缸体202相对于定子以固定的方式定位。活塞201可在缸体202中移动,并且通过杆204连接至转子的轴203。用于激活电机的控制器160、尤其是电机控制器160'设计成能够使沿第一转动方向206转动的电机160减速,直到电机160停止,然后以预定的扭矩使转子相对于定子沿第二转动方向208、209(箭头)定位。
图3示出了本发明的用于使制冷器具的压缩机停止的方法的流程图 300。参考从图1已知的电机和从图2已知的压缩机机械系统。所述压缩机具有例如是电机100的电机、压缩机缸体以及用于激活电机的控制器,压缩机活塞可在所述压缩机缸体中移动,所述压缩机活塞通过杆被电机的转子的轴驱动。
所述方法开始于方法步骤a)使沿第一转动方向206转动的电机100 减速301直到所述电机停止。图2A)示出了该工作位置,其中,在从沿转动方向206的压缩机操作减速之后,活塞201随机地且不利地停止在OT 中。
接下来是步骤b)以预定的扭矩使电机100沿第二转动方向208定位 302。图2B)示出了中间工作位置,其中,活塞201已经移动超过下死点位置(UT),定位继续。为此,电机以预定的扭矩逐步地转动,定子的激励产生转动磁场,所述转动磁场带动装配有永磁体的转子。
预定的扭矩小于选择的最大扭矩,因此在向OT运动期间,转子已抵抗建立的气体压力而运动,并且已在至OT之前足够远处停止,而定子的磁场进一步转动直到定位终止。图2C)示出了最终工作位置,其中,在定位终止时,活塞201已在OT之前停止。
最后,利用步骤c)终止定位(303)。转动的定子磁场现在停止作用,并且活塞201仍然处于图2C)所示的最终位置,其中,所述活塞以受控的方式定位。
电机或电机转子的这种定位使得位于压缩机OT出口处的止回阀能够可靠地关闭。当压缩机处于静止阶段时,防止冷凝器中的通过压缩机、尤其在图2中通过活塞201与缸体202之间的间隙210的压降。
现在参考本发明的有利实施例。在该示例中,第二转动方向208、209 与第一转动方向206相反地定向。
电机100是PMSM或无传感器BLDC电机,所述电机100由于控制器 160切换换流器120的开关T1...T6而被激活,所述开关T1...T6将PMSM 或BLDC电机的绕组、即绕组130U、130V、130W连接至电压源110。预定的扭矩可通过存储在存储单元中的用于激活换流器120和/或电压源110 的值来产生。预定的扭矩可由制冷器具的通常预期的运行条件确定,并且可在制造压缩机或制冷器具时保存在存储单元中。电机可在电压模式或电流模式下运行。因此,扭矩可由不同类型的物理变量、例如电流或电压表示。比例在此由激活条件得出。
替代地,预定的扭矩或对应于所述扭矩的控制变量可由在方法步骤a) 之前或期间确定的扭矩或测得的对应于扭矩的变量得出。
具有如上所述的压缩机的本发明的制冷器具可以以特定的能量效率运行。制冷器具尤其是指家用制冷器具,换句话说,在家用环境下或在某些情况下也在餐饮行业中用于家务管理的制冷器具,其尤其用于以限定的温度存储正常家庭用量的食物和/或饮料,例如是冰箱、冷冻柜、组合式冷藏 /冷冻机、卧式冷冻机或酒柜。
附图标记列表
100、100’ 电机
110 电压源
120 换流器
130U、130V、130W 绕组
140 星点
150 电阻器
160、160’ 控制器、电机控制器
200 压缩机机械系统
201 活塞
202 缸体
203 轴
204 杆
205 端壁
206、208、209 转动方向
210 间隙
300 流程图
301 减速
302 定位
303 终止定位
T1…T6 开关。
Claims (15)
1.一种用于使制冷器具的压缩机停止的方法,所述压缩机具有电机(100)和缸体(202),活塞(201)在所述缸体中工作,所述活塞通过杆(204)连接到所述电机的转子的轴(203),其中,电机经受与负载相关的扭矩,所述扭矩在轴的转动角度上不均匀地分布,其中,最大扭矩靠近压缩机活塞的上死点位置,其特征在于,所述方法具有下述方法步骤:
a)借助于电机控制器使沿第一转动方向(206)转动的电机(100)减速(301),直到所述电机停止;
b)以预定的扭矩使电机(100)沿第二转动方向(208、209)定位(302),其中,定位(302)包括所述电机(100)的通过多步的逐步的转动,其中,预定的扭矩被选择为小于最大扭矩,使得随着下一运动,转子抵抗建立的气体压力向上死点位置运动,并且在上死点位置之前停止;以及
c)终止(303)定位。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,第二转动方向(208、209)与第一转动方向(206)相反地定向。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述电机(100)是无刷电机(100'),所述电机由于控制器(160)切换换流器(120)的开关(T1-T6)而被激活,所述开关(T1-T6)将无刷电机(100')的绕组(130U、130V、130W)连接至电压源(110)。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,预定的扭矩通过存储在存储单元中的用于激活换流器(120)和/或电压源(110)的值来产生。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,预定的扭矩或对应于所述预定的扭矩的控制变量由在方法步骤a)之前或期间确定的扭矩或测得的对应于扭矩的变量得出。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,定位(302)包括使电机(100)转动的逐步的激活。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,定位包括逐步的激活以使电机(100)转动多个步,所述多个步的数量至少等于对应于电机在空载状态下的一个周期的步数。
8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述电机(100)是PMSM或无传感器BLDC电机。
9.一种制冷器具的具有电机(100)和用于使所述电机停止的控制器的压缩机,所述电机(100)具有转子和定子、相对于所述定子以固定方式定位的缸体(202)、能够在所述缸体中移动并通过杆连接至转子的轴的活塞(201)以及用于激活电机的控制器(160),其中,电机经受与负载相关的扭矩,所述扭矩在轴的转动角度上不均匀地分布,其中,最大扭矩靠近压缩机活塞的上死点位置,其特征在于,控制器(160)设计成能够使沿第一转动方向(206)转动的电机(100)减速,直到所述电机停止,然后以预定的扭矩使转子相对于定子沿第二转动方向(208、209)定位,其中,定位(302)包括所述电机(100)的通过多步的逐步的转动,其中,预定的扭矩被选择为小于最大扭矩,使得随着下一运动,转子抵抗建立的气体压力向上死点位置运动,并且在上死点位置之前停止。
10.根据权利要求9所述的压缩机,其特征在于,第二转动方向(208、209)与第一转动方向(206)相反地定向。
11.根据权利要求9或10所述的压缩机,其特征在于,所述电机(100)是无刷电机(100'),所述控制器(160)设计成能够切换换流器(120)的开关(T1-T6),以便激活无刷电机(100'),所述开关(T1-T6)将无刷电机(100')的绕组(130U、130V、130W)连接至电压源(110)。
12.根据权利要求11所述的压缩机,其特征在于,预定的扭矩通过存储在存储单元中的用于激活换流器(120)和/或电压源(110)的值来产生。
13.根据权利要求11所述的压缩机,其特征在于,定位(302)包括使电机(100)转动的逐步的激活。
14.根据权利要求11所述的压缩机,其特征在于,所述电机(100)是PMSM或无传感器BLDC电机。
15.一种具有根据权利要求9-14中任一项所述的压缩机的制冷器具。
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