CN107061249B - 基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，所述直线压缩机包括外壳、以及设置在所述外壳中的活塞、气缸、动子、弹簧和后挡板，所述直线压缩机还包括用于驱动所述后挡板在所述外壳内移动的驱动机构；具体调节方法包括：步骤一、上死点检测：逐渐增大或缩小直线压缩机的活塞行程X，当共振频率f的变化趋势发生改变时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态，记录上死点状态时，活塞的初始行程X0；步骤二、气缸容积调节：当活塞的实时行程Xt<X0时，驱动机构驱动后挡板朝靠近气缸方向移动；当活塞的实时行程Xt>X0时，驱动机构驱动后挡板朝远离气缸方向移动。实现提高直线压缩机的可靠性和效率，并降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机，尤其涉及一种基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法。
背景技术
目前，制冷设备中使用的压缩机有旋转式和直线式两种，现有技术中的直线压缩机通常包括外壳、定子、线圈、动子、活塞、气缸、后挡板和弹簧等部件组成；其中，动子上设置有磁体，磁体插在定子形成的磁场空间中，定子中置有线圈，活塞的一端连接在动子上，活塞的头部可滑动的设置在气缸的内腔中，外壳上还设置有吸气筒。中国专利号200510118582公开了一种用于往复式压缩机的活塞移动装置，通过设置活塞移动电机调节活塞与动子之间的距离，从而实现调整活塞的行程，以满足不同工况下气缸容积大小的调节需求。但是，由于活塞移动电机以及配套的齿轮结构均根据活塞和动子一通往复移动，加重了运动部件(活塞和动子)的重量，造成压缩机运行时的振动严重，长时间使用相关运动部件的可靠性将下降，容易出现损坏，并且，运动部件重量增大后，也导致压缩机的能耗增加。如何设计一种可靠性高、能量损失小且电机效率高的直线压缩机是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，实现提高直线压缩机的可靠性和效率，并降低能耗。
本发明提供的技术方案是，一种基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，所述直线压缩机包括外壳、以及设置在所述外壳中的活塞、气缸、动子、弹簧和后挡板，所述直线压缩机还包括用于驱动所述后挡板在所述外壳内移动的驱动机构；具体调节方法包括：
步骤一、上死点检测：逐渐增大或缩小直线压缩机的活塞行程X，在活塞行程X增大或缩小的过程中，直线压缩机的共振频率f也随之变化，当共振频率f的变化趋势发生改变时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态，记录上死点状态时，活塞的初始行程X0；
步骤二、气缸容积调节：当活塞的实时行程Xt<X0时，驱动机构驱动后挡板朝靠近气缸方向移动；当活塞的实时行程Xt>X0时，驱动机构驱动后挡板朝远离气缸方向移动。
进一步的，所述步骤一具体为：当直线压缩机的共振频率随活塞行程的变化率df/dX＝0时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
进一步的，所述步骤一具体为：当直线压缩机的共振频率对活塞行程二次求导值出现拐点时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
进一步的，活塞行程X满足如下公式：
其中，X’为活塞的运动速度，U(t)为直线压缩机的供电电压，I为直线压缩机的供电电流，R为直线压缩机的电阻，L为直线压缩机的电感，c为直线压缩机的电容，
为电机常数。
本发明还提供一种基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，所述直线压缩机包括外壳、以及设置在所述外壳中的活塞、气缸、动子、弹簧和后挡板，直线压缩机还包括用于驱动后挡板在外壳内移动的驱动机构；具体调节方法包括：
步骤一、上死点检测：逐渐增大直线压缩机的功率P，在功率P增大的过程中，直线压缩机的共振频率f也随之变化，当共振频率f的变化趋势发生改变时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态，记录上死点状态下直线压缩机的初始功率P0；
步骤二、气缸容积调节：当直线压缩机的实时功率Pt<P0时，驱动机构驱动后挡板朝靠近气缸方向移动；当直线压缩机的实时功率Pt>P0时，驱动机构驱动后挡板朝远离气缸方向移动。
进一步的，所述步骤一具体为：当直线压缩机的共振频率随功率的变化率df/dP＝0时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
进一步的，当直线压缩机的共振频率对功率二次求导值出现拐点时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
本发明提供的基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，通过采用驱动机构驱动后挡板在外壳中移动，后挡板的位置改变后，将改变弹簧的压缩量，而在活塞跟随动子移动过程中，由于弹簧的压缩量不同，弹簧施加给动子的力也就不同，从而便可以调节活塞往复移动的行程，实现间接调节气缸的容积，而由于驱动机构仅是驱动后挡板移动，驱动机构不与运动部件连接，从而不会对运动部件的总重量产生影响，减少能量损失，实现提高直线压缩机的可靠性和效率，并降低能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明直线压缩机的结构示意图一；
图2为本发明直线压缩机的结构示意图二；
图3为本发明直线压缩机的局部结构示意图一；
图4为本发明直线压缩机的局部结构示意图二。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例直线压缩机，包括外壳1、以及设置在所述外壳1中的活塞2、气缸3、定子4、线圈6、动子7、弹簧81和后挡板8，活塞2的头部21能够在气缸3中滑动，气缸3上设置有排气阀片31，活塞2固定在动子7上，弹簧81通过后挡板8定位，动子7连接弹簧81，线圈6安装在定子4上，上述内容是常规直线压缩机的配置结构形式，本实施例气缸容积可调式直线压缩机对相关部件的具体安装方式不做限制。为了实现在不增加运动部件重量的前提下来调节压缩机中气缸3的容积，所述外壳1中还设置有用于驱动所述后挡板8在所述外壳1内移动的驱动机构，相对应的，所述后挡板8可滑动的设置在所述外壳1中。
具体而言，本实施例直线压缩机的利用驱动机构6驱动后挡板8在外壳1中移动，从而改变弹簧81的压缩量，不同压缩程度的弹簧81将对动子7施加不同的弹簧力，从而导致动子7上连接的活塞2的静止位置以及移动行程不同，从而可以实现调节气缸3的容积。例如：制冷设备的负载增加时，则需要增大气缸3的容积，此时，驱动机构5驱动后挡板8向远离气缸3的方向移动，在保持TDC位置运行时，气缸3的有效容积的增加，可以发挥更大的冷量，从而可以满足制冷设备负载增加所需的制冷量增大；当制冷设备的负载下降后，则需要减小气缸3的容积，此时，驱动机构5驱动后挡板8向靠近气缸3的方向移动，在保持TDC位置运行时，气缸3的有效容积的减小，发挥的冷量下降，与负载下降达成同步。例如：如图1所述，当负载降低后，活塞2的头部21与排气阀31之间还有间隙，导致直线压缩机不能保持TCD位置运行，如图2所示，驱动机构5驱动后挡板8向靠近气缸3的位置移动后，活塞2的头部21与排气阀31之间的间隙变小，从而使得直线压缩机保持TCD位置运行。
进一步的，相比于现有技术中的直线压缩机，本实施例直线压缩机中的后挡板8是可以移动的，为了确保后挡板8能够平稳的移动并且还能够对弹簧81提供可靠的支撑，所述外壳1中设置有至少一根导向杆9，所述后挡板8上设置有导向孔(未标记)，所述导向杆9插在所述导向孔中。具体的，导向杆9固定在外壳1中，后挡板8能够沿着导向杆9移动，同时，导向杆9能够对后挡板8进行可靠的支撑。其中，导向杆9可以直接固定在外壳1上，也可以固定在定子4上等固定不动的部件上。
其中，驱动机构5的具体表现实体和安装方式有多种形式。例如：如图3所示，驱动机构5固定在所述外壳中，所述驱动机构5的运动部连接所述后挡板8。具体的，驱动机构5可以为直线电机，直线电机的运动部连接后挡板8；或者，驱动机构5包括马达和螺杆，马达带动螺杆转动，螺杆可以螺纹连接在所述后挡板8上以驱动后挡板8移动，其中，后挡板8上可以开始螺纹孔，或者，后挡板8上设置有螺母结构；对于驱动机构5安装在外壳1上，为了减少驱动机构5运行产生的震动，所述驱动机构5与所述外壳1之间设置有弹性件51。或者，如图4所示，驱动机构5固定在所述定子4上，所述驱动机构5的运动部连接所述后挡板8。或者，如图1所示，驱动机构5固定在所述后挡板8上，所述驱动机构5的运动部连接所述外壳1或所述定子4。
而在实际控制过程中，对上死点的位置与功率或行程进行比对，利用功率或行程的参数进行调节气缸的容积，具体如下：
采用功率进行对比，具体控制方法包括：
步骤一、上死点检测：直线压缩机通电启动后，当直线压缩机处于上死点状态下，检测直线压缩机的初始功率P0或活塞的初始行程X0。具体的，上死点的检测为逐渐增大直线压缩机的功率P，在功率P增大的过程中，直线压缩机的共振频率f也随之变化，当共振频率f的变化趋势发生改变时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态，记录上死点状态下直线压缩机的初始功率P0，其中，当直线压缩机的共振频率随功率的变化率df/dP＝0时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态；或者，当直线压缩机的共振频率对功率二次求导值出现拐点时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
步骤二、气缸容积调节：当直线压缩机的实时功率Pt<P0时，驱动机构驱动后挡板朝靠近气缸方向移动，直至活塞重新处于上死点的运行状态；当直线压缩机的实时功率Pt>P0时，驱动机构驱动后挡板朝远离气缸方向移动，直至活塞重新处于上死点的运行状态。
采用行程进行对比，具体控制方法包括：
步骤一、上死点检测：直线压缩机通电启动后，当直线压缩机处于上死点状态下，检测直线压缩机的活塞的初始行程X0。具体的，逐渐增大或缩小直线压缩机的活塞行程X，在活塞行程X增大或缩小的过程中，直线压缩机的共振频率f也随之变化，当共振频率f的变化趋势发生改变时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态，记录上死点状态时，活塞的初始行程X0。其中，当直线压缩机的共振频率随活塞行程的变化率df/dX＝0时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态；或者，当直线压缩机的共振频率对活塞行程二次求导值出现拐点时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。而活塞行程X满足如下公式：
其中，X’为活塞的运动速度，U(t)为直线压缩机的供电电压，I为直线压缩机的供电电流，R为直线压缩机的电阻，L为直线压缩机的电感，c为直线压缩机的电容，
为电机常数。
步骤二、气缸容积调节：当活塞的实时行程Xt<X0时，驱动机构驱动后挡板朝靠近气缸方向移动，直至活塞重新处于上死点的运行状态；当活塞的实时行程Xt>X0时，驱动机构驱动后挡板朝远离气缸方向移动，直至活塞重新处于上死点的运行状态。
本发明提供的直线压缩机，通过采用驱动机构驱动后挡板在外壳中移动，后挡板的位置改变后，将改变弹簧的压缩量，而在活塞跟随动子移动过程中，由于弹簧的压缩量不同，弹簧施加给动子的力也就不同，从而便可以调节活塞往复移动的行程，实现间接调节气缸的容积，而由于驱动机构仅是驱动后挡板移动，驱动机构不与运动部件连接，从而不会对运动部件的总重量产生影响，减少能量损失，实现提高直线压缩机的可靠性和效率，并降低能耗。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，其特征在于，所述直线压缩机包括外壳、以及设置在所述外壳中的活塞、气缸、动子、弹簧和后挡板，所述直线压缩机还包括用于驱动所述后挡板在所述外壳内移动的驱动机构；具体调节方法包括：
步骤一、上死点检测：逐渐增大或缩小直线压缩机的活塞行程X，在活塞行程X增大或缩小的过程中，直线压缩机的共振频率f也随之变化，当共振频率f的变化趋势发生改变时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态，记录上死点状态时，活塞的初始行程X0；
步骤二、气缸容积调节：当活塞的实时行程Xt<X0时，驱动机构驱动后挡板朝靠近气缸方向移动；当活塞的实时行程Xt>X0时，驱动机构驱动后挡板朝远离气缸方向移动；
所述步骤一具体为：当直线压缩机的共振频率随活塞行程的变化率df/dX＝0时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
2.根据权利要求1所述的基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，其特征在于，所述步骤一具体为：当直线压缩机的共振频率对活塞行程二次求导值出现拐点时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
3.根据权利要求1所述的基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，其特征在于，活塞行程X满足如下公式：
其中，X’为活塞的运动速度，U(t)为直线压缩机的供电电压，I为直线压缩机的供电电流，R为直线压缩机的电阻，L为直线压缩机的电感，c为直线压缩机的电容，
为电机常数。
4.一种基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，其特征在于，所述直线压缩机包括外壳、以及设置在所述外壳中的活塞、气缸、动子、弹簧和后挡板，直线压缩机还包括用于驱动后挡板在外壳内移动的驱动机构；具体调节方法包括：
步骤一、上死点检测：逐渐增大直线压缩机的功率P，在功率P增大的过程中，直线压缩机的共振频率f也随之变化，当共振频率f的变化趋势发生改变时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态，记录上死点状态下直线压缩机的初始功率P0；
步骤二、气缸容积调节：当直线压缩机的实时功率Pt<P0时，驱动机构驱动后挡板朝靠近气缸方向移动；当直线压缩机的实时功率Pt>P0时，驱动机构驱动后挡板朝远离气缸方向移动；
所述步骤一具体为：当直线压缩机的共振频率随功率的变化率df/dP＝0时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
5.根据权利要求4所述的基于上死点控制的直线压缩机气缸容积调节方法，其特征在于，当直线压缩机的共振频率对功率二次求导值出现拐点时，则此状态下的直线压缩机达到上死点状态。
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