CN107191356B - 可调气缸容积的直线压缩机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调气缸容积的直线压缩机及其控制方法。可调气缸容积的直线压缩机，包括外壳，以及设置在所述外壳中的定子、主线圈、活塞、气缸、动子、弹簧和后挡板，所述动子上设置有永磁体，其特征在于，所述动子上还设置有副线圈，所述副线圈用于选择性的叠加或抵消所述主线圈产生的磁场强度。实现提高直线压缩机的效率和可靠性。

Description

可调气缸容积的直线压缩机及其控制方法

技术领域

本发明涉及压缩机，尤其涉及一种可调气缸容积的直线压缩机及其控制方法。

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、主线圈、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，定子中置有主线圈，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2009100769408公开了一种线性压缩机变容量调节的定余隙装置，采用执行机构调节排气塞的位置来改变气缸的容积。但是，由于执行机构采用直线电机、气缸或油缸等器件，安装在气缸的前端，导致气缸部分的结构复杂并且组装难度较大；并且，长时间使用后，执行机构受活塞冲击容易损坏，导致可靠性较低。如何设计一种可靠性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：提供一种可调气缸容积的直线压缩机及其控制方法，实现提高直线压缩机的可靠性。

本发明提供的技术方案是，一种可调气缸容积的直线压缩机，包括外壳，以及设置在所述外壳中的定子、主线圈、活塞、气缸、动子、弹簧和后挡板，所述动子上设置有永磁体，其特征在于，所述动子上还设置有副线圈，所述副线圈用于选择性的叠加或抵消所述主线圈产生的磁场强度。

进一步的，所述副线圈和所述永磁体紧邻并排布置。

进一步的，所述外壳上设置有供电端子，所述供电端子通过线缆与所述副线圈连接。

进一步的，所述线缆沿所述动子布置。

进一步的，所述线缆从所述动子引出并沿在所述弹簧的螺旋方向布置。

进一步的，所述线缆从所述动子引出并穿过所述后挡板。

本发明还提供一种直线压缩机的控制方法，采用上述可调气缸容积的直线压缩机，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；

步骤二、气缸容积调节：当直线压缩机的实时功率Pt>P0时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相反的磁力线；当直线压缩机的实时功率Pt<P0时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相同的磁力线。

本发明还提供一种直线压缩机的控制方法，采用上述可调气缸容积的直线压缩机，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；

步骤二、气缸容积调节：当活塞的实时行程Xt>X0时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相反的磁力线；当活塞的实时行程Xt<X0时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相同的磁力线。

本发明提供的直线压缩机，通过动子上的副线圈通入不同方向的电流，副线圈通电后能够形成不同的磁场强度和磁场方向的磁场，副线圈和主线圈的磁力线相互叠加或抵消，改变永磁体所在磁场的磁场强度，便可以影响永磁体所受的电磁力，从而可以改变动子的移动行程，当需要减小容积满足小负载要求的情况下，通过副线圈可以减小动子的后退量，从而使得活塞的返程行程缩小，保持活塞在达到TDC位置运行，起到余隙最小的目的；反之，当需要增大容积满足大负载要求的情况下，通过副线圈可以增大动子的后退量，从而使得活塞的返程行程变大，保持活塞在达到TDC位置运行，起到余隙最小的目的，而副线圈不需要安装在气缸中，通过改变磁场强度实现调节气缸的容积，可以提高直线压缩机的使用可靠性。

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。

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、主线圈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，动子7上设置有永磁体5，弹簧81通过后挡板8定位，动子7连接弹簧81，主线圈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，本实施例气缸可调气缸容积的直线压缩机对相关部件的具体安装方式不做限制。为了方便可靠的调节压缩机中气缸3的容积，所述动子7上还设置有副线圈9，所述副线圈9用于选择性的叠加或抵消所述主线圈6产生的磁场强度。

具体而言，本实施例直线压缩机通过副线圈9产生的磁场来叠加或抵消主线圈6产生的磁场，从而可以改变永磁体5所在磁场的整体磁场强度，而由于永磁体5所在磁场强度不同，使得永磁体5的受力大小不同，从而可以间接的调节动子4处于力平衡状态的位置，而动子4处于力平衡状态下的位置不同，使得该状态下活塞2在气缸3中的位置不同，从而实现调节气缸3的容积。举例说明：当负载比较小的时候，通过改变电流方向，使副线圈9产生的磁力线方向与主线圈6的磁力线方向相反，这样，通过副线圈9便可以抵消减弱主线圈6产生的磁场强度，使得永磁体5的受力变小，从而使活塞2在运动中的后退量减小，保持活塞2在达到TDC位置运行，起到余隙最小的目的；当负载比较大的时候，通过改变电流方向，使副线圈9产生的磁力线方向与主线圈6的磁力线方向相同，这样，通过副线圈9便可以叠加增强主线圈6产生的磁场强度，使得永磁体5的受力变大，从而使活塞2在运动中的后退量增加，保持制冷系统对大冷量的需求，即增加了气缸3容积，同时也保持活塞2在达到TDC位置运行，提高效率的目的。

其中，副线圈9和所述永磁体5紧邻并排布置在动子7上，而为便于给副线圈9供电，外壳1上设置有供电端子91，所述供电端子91通过线缆92与所述副线圈9连接。而由于副线圈9跟随动子7一同移动，则为了提高可靠性，线缆92沿所述动子7布置，线缆92从所述动子7引出并沿在所述弹簧81的螺旋方向布置，或者，所述线缆92从所述动子引出的部分形成螺旋状并穿过所述后挡板8与供电端子91连接。

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线性压缩机的功率P，在功率P增大的过程中，线性压缩机的共振频率f也随之变化，当共振频率f的变化趋势发生改变时，则此状态下的线性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，当线性压缩机的共振频率随功率的变化率df/dP＝0时，则此状态下的线性压缩机达到上死点状态；或者，当线性压缩机的共振频率对功率二次求导值出现拐点时，则此状态下的线性压缩机达到上死点状态。通过分析在功率增加的过程中，共振频率的变化来找上死点，不需要依赖电流或电压的检测，即可找到上死点的准确位置，同时，也无需在线性压缩机中额外增加传感器检测活塞的位置，利用线性压缩机在共振频率下运行，在功率增加的过程中，活塞的行程逐渐增大，而相对应的共振频率呈缩小趋势，随着功率的继续增加，当活塞达到上死点位置时，共振频率将发生突变，共振频率的值将突然增大，依次来精确的判断线性压缩机的上死点运行状态，在准确的找到上死点对应的功率后，便可以控制线性压缩机在上死点附近运行以保证线性压缩机的高效运转，实现无需增加传感器便可以准确的检测线性压缩机的上死点，以提高线性压缩机的运行效率和可靠性。

步骤二、气缸容积调节：当直线压缩机的实时功率P_t>P₀时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相反的磁力线；当直线压缩机的实时功率P_t<P₀时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相同的磁力线。

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。通过分析在活塞行程改变的过程中，利用共振频率的变化来找上死点，不需要依赖电流或电压的检测，即可找到上死点的准确位置，同时，也无需在线性压缩机中额外增加传感器检测活塞的位置，利用线性压缩机在共振频率下运行，以活塞行程增大为例，在活塞行程增加的过程中，活塞的行程逐渐增大，而相对应的共振频率呈缩小趋势，随着活塞行程的继续增加，当活塞达到上死点位置时，共振频率将发生突变，共振频率的值将突然增大，以此来精确的判断线性压缩机的上死点运行状态，在准确的找到上死点对应的活塞行程后，便可以控制线性压缩机在上死点附近运行以保证线性压缩机的高效运转，实现无需增加传感器便可以准确的检测线性压缩机的上死点，以提高线性压缩机的运行效率和可靠性。

步骤二、气缸容积调节：当活塞的实时行程X_t>X₀时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相反的磁力线；当活塞的实时行程X_t<X₀时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相同的磁力线。

本发明提供的直线压缩机，通过动子上的副线圈通入不同方向的电流，副线圈通电后能够形成不同的磁场强度和磁场方向的磁场，副线圈和主线圈的磁力线相互叠加或抵消，改变永磁体所在磁场的磁场强度，便可以影响永磁体所受的电磁力，从而可以改变动子的移动行程，当需要减小容积满足小负载要求的情况下，通过副线圈可以减小动子的后退量，从而使得活塞的返程行程缩小，保持活塞在达到TDC位置运行，起到余隙最小的目的；反之，当需要增大容积满足大负载要求的情况下，通过副线圈可以增大动子的后退量，从而使得活塞的返程行程变大，保持活塞在达到TDC位置运行，起到余隙最小的目的，而副线圈不需要安装在气缸中，通过改变磁场强度实现调节气缸的容积，可以提高直线压缩机的使用可靠性。

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 (8)

1.一种可调气缸容积的直线压缩机，包括外壳，以及设置在所述外壳中的定子、主线圈、活塞、气缸、动子、弹簧和后挡板，所述动子上设置有永磁体，其特征在于，所述动子上还设置有副线圈，所述副线圈用于选择性的叠加或抵消所述主线圈产生的磁场强度；在小负载情况下，所述副线圈产生的磁力线方向与所述主线圈的磁力线方向相反，以通过所述副线圈抵消减弱所述主线圈产生的磁场强度，使得所述永磁体的受力变小；在大负载情况下，所述副线圈产生的磁力线方向与所述主线圈的磁力线方向相同，以通过所述副线圈叠加增强所述主线圈产生的磁场强度，使得所述永磁体的受力变大。

2.根据权利要求1所述的可调气缸容积的直线压缩机，其特征在于，所述副线圈和所述永磁体紧邻并排布置。

3.根据权利要求1所述的可调气缸容积的直线压缩机，其特征在于，所述外壳上设置有供电端子，所述供电端子通过线缆与所述副线圈连接。

4.根据权利要求3所述的可调气缸容积的直线压缩机，其特征在于，所述线缆沿所述动子布置。

5.根据权利要求3所述的可调气缸容积的直线压缩机，其特征在于，所述线缆从所述动子引出并沿在所述弹簧的螺旋方向布置。

6.根据权利要求3所述的可调气缸容积的直线压缩机，其特征在于，所述线缆从所述动子引出并穿过所述后挡板。

7.一种直线压缩机的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一所述的可调气缸容积的直线压缩机，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；

步骤二、气缸容积调节：当直线压缩机的实时功率Pt> P0时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相反的磁力线；当直线压缩机的实时功率Pt<P0时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相同的磁力线。

8.一种直线压缩机的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一所述的可调气缸容积的直线压缩机，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；

步骤二、气缸容积调节：当活塞的实时行程Xt>X0时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相反的磁力线；当活塞的实时行程Xt<X0时，副线圈通电以产生与主线圈磁力线方向相同的磁力线。