CN113795671B - 线性电机压缩机的操作方法及线性电机压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线性电机压缩机(1)的操作方法，该线性电机压缩机包括线性电机(14)、气缸(2)和具有活塞(3)的可线性移动的自由活塞装置(16)。该气缸(2)和该活塞(3)形成压缩室(5)，该自由活塞装置(16)由该线性电机(14)直接驱动并沿行程位移(X)在上死点(XoTP)和下死点(XUTP)之间来回移动。流体从外部供应到该压缩室(5)，并且供应的流体在该压缩室(5)中被压缩或膨胀并且随后被再次向外排出。至少一个状态变量(Zsoll)被指定用于该线性电机压缩机(1)，并且该线性电机压缩机(1)被致动使得该线性电机压缩机(1)具有指定预定状态变量(Zsoll)。

Description

线性电机压缩机的操作方法及线性电机压缩机
技术领域
本发明涉及线性电机压缩机的操作方法。本发明还涉及线性电机压缩机。
背景技术
已知通过线性电机压缩机来压缩气体。文献US2018/0051690A1公开了一种自由活塞线性电机压缩机，其中压缩机设计为往复式活塞压缩机，由此线性电机设计为带有两极，由此整个自由活塞线性电机压缩机以共振频率运行。这种线性电机压缩机用于压缩气态过程流体，特别是天然气。这种线性电机压缩机在天然气汽车加气期间以正弦谐振频率连续运行。这种线性电机压缩机的运行可能性极其有限且在经济上不利。
发明内容
本发明的任务是用一种更有利的操作方法来操作线性电机压缩机，用于压缩和/或膨胀气态过程流体。此外，本发明的任务是设计一种经济上更有利的线性电机压缩机，用于压缩和/或膨胀气态过程流体。
该任务通过具有线性电机压缩机的操作方法和涉及该操作方法的其它有利的方法步骤解决。该任务通过题述的线性电机压缩机进一步解决，并提供进一步有利的实施例。
该任务特别是通过一种用于线性电机压缩机的操作方法来解决，该线性电机压缩机包括线性电机、气缸和具有活塞的可线性移动的自由活塞装置，其中气缸和活塞形成压缩室，其中自由活塞装置由线性电机直接驱动并且沿行程位移在上死点和下死点之间来回移动，其中流体从外部供应至压缩室，其中供应的流体在压缩室中被压缩或膨胀，然后再排出至外部，其中为线性电机压缩机预定至少一个状态变量，并且其中线性电机被控制成使得线性电机压缩机具有预定状态变量。
该任务尤其通过一种线性电机压缩机进一步解决，该线性电机压缩机包括至少一个线性电机、气缸和具有至少一个活塞的可线性移动的自由活塞装置，其中气缸和活塞形成至少一个压缩室，其中自由活塞装置由线性电机直接驱动，压缩室通过出口阀和入口阀与外部流体导通地连通，控制装置控制线性电机，使得自由活塞装置以预定的状态变量在上死点和下死点之间来回移动。
优选地，沿行程的至少一个行程位移点或至少一个行程位移时间以及分配给它的设定速度或设定加速度或设定力被指定为状态变量。优选地，自由活塞装置的行程位移与其速度之间的关系指定为预定状态变量，在下文中也称为速度-位移曲线。该速度-位移曲线可以包括至少一个点、行程位移和预定关联速度，并且优选地包括多个点，每个点包括沿着行程位移的位置和与该位置关联的速度。
有利地，沿着整个行程位移的至少一部分区段并且优选地沿着整个行程位移保持的位移设定曲线即关于行程位移和设定速度、设定加速度和/或设定力的设定曲线被指定为状态变量。
有利地，时间设定曲线，即关于设定速度、设定加速度和/或设定力的、与时间相关的设定曲线被指定为状态变量，该行程时间在整个行程的部分持续时间或部分区段期间将被保持，该行程时间优选地是在整个行程期间所需的行程时间。
为了在线性电机压缩机运行期间实现预定状态变量，线性电机压缩机有利地以控制策略运行，其中自由活塞装置可以基于作用在压缩室中的力以及如果需要附加地作用摩擦力“自由”移动，由此线性电机可以在自由活塞装置上施加可控的力并且由此从外部并且优选地以预定方式影响自由活塞装置的自由运动。优选地，线性电机分别以位移相关性或时间相关性被赋予速度曲线或力曲线，由此该力曲线可以在线性电机压缩机的运行期间通过控制干预来修改，以确保自由活塞装置具有预定状态变量或者自由活塞装置的行为由于控制干预而接近预定状态变量。
在有利的控制策略中，自由活塞装置的运动的路径-时间相关性以及活塞运动的路径-时间相关性不直接控制，即未指定用于自由活塞装置的运动的预定路径-时间曲线，但自由活塞装置或活塞的运动曲线是所使用的力曲线的结果或作用力的结果。在该实施例中，指定的状态变量因此最终通过指定力曲线来实现。所使用的力曲线特别适用于线性电机压缩机的相应应用和相应操作方法。作为应用，线性电机压缩机可以例如作为压缩机或作为气体的膨胀机运行。优选地，操作线性电机压缩机以压缩气体。在作为压缩机的应用中，操作方法或力曲线可以优化，例如，在气体的压缩阶段期间，自由活塞装置相对较快地移动，特别是以更高的平均速度移动，并且在气体的随后排出阶段期间，自由活塞装置以降低的速度移动，特别是以较低的平均速度移动，这降低了当气体流出压缩室时的流动阻力。因此，例如可以保持完整的压缩循环的时间恒定，但是通过更快的运行通过压缩阶段和更慢的运行通过排出阶段，气体的流动阻力可以在排出期间减少，从而也减少将气体排出压缩室所需的能量。
由于预定状态变量，自由活塞装置以及整个线性电机压缩机可以以多种方式运行，这取决于要优化的期望变量。除了已经描述的示例之外，状态变量例如可以以如下方式选择，限制线性电机要传递的最大力或线性电机要传递的最大功率，或者通过在循环期间分区段地从线性电机提取能量并延迟地再次将其提供给线性电机来减小运行线性电机压缩机所需的能量。因此，根据本发明的方法具有以下优点，线性电机压缩机可以以大量可能的预定状态变量运行。现有技术中已知的往复活塞式压缩机的活塞由活塞驱动装置通过十字头驱动，其缺点在于活塞的运动与曲轴的速度刚性关联，并且活塞的速度与曲轴旋转角度相关地被确定，特别是也由曲轴和十字头的几何布置确定。相比之下，根据本发明的线性电机压缩机可以以多种方式运行，特别是独立于通过曲轴、通过状态变量(例如根据本说明与行程相关的设定速度、设定加速度或设定力)的相应说明确定的运动顺序。此外，操作方法可以根据要求针对诸如能耗、最大线性电机功率或最大线性电机力等变量来优化。
线性电机压缩机可包括单个压缩室。特别有利地，线性电机压缩机包括两个压缩室，即第一和第二压缩室。自由活塞装置优选地在沿行程方向间隔开的两个端面上的每个端面上具有活塞，这两个活塞由自由活塞装置在相反方向上运行，从而交替地在一个压缩室中，例如在第一压缩室中，压缩然后排出流体，并且在另一个压缩室中，例如在第二压缩室中，同时发生流体的膨胀和抽吸，反之亦然。
线性电机或自由活塞装置特别优选地具有在50毫米(mm)和500mm之间的范围内的行程长度。线性电机具有至少三个在行程方向上连续布置的主动可控磁极，并且优选地具有5到50个主动可控磁极，并且特别有利地具有10到20个可控磁极。这种数量的主动可控磁极产生的优点是，在沿行程位移移动期间，由线性电机施加在自由活塞装置上的力可以与行程位移相关或与时间相关地通过单独或成组连接的磁极的相应选择性激励进行控制。在有利的操作方法中，仅向线性电机供应正电力以由此驱动自由活塞装置。在另一有利的操作方法中，电力沿着整个行程位移的至少一部分区段从线性电机消耗，使得线性电机在该部分区段内产生制动作用，从而通过线性电机对自由活塞装置进行制动。有利地，制动效果或制动功率输出也可以与行程距离相关地进行控制。线性电机因此可以仅以驱动方式运行，或以驱动和制动方式运行，或以驱动、制动和中性中的至少两种特性的组合运行，中性被理解为意味着线性电机既不影响驱动力也不影响制动力。在特别有利的操作方法中，由线性电机消耗的电能暂时储存在蓄电池中，并且随后延迟地反馈给线性电机。这使得根据本发明的线性电机压缩机能够特别节能地运行。线性电机压缩机优选以每分钟200至1000转的速度或以每分钟200至1000个周期或往复运动的行程频率运行。
自由活塞装置的运动周期是从起点开始经过活塞运动的上死点和下死点一次的完整运动循环。活塞运动的周期包括在压缩室中的从下死点到上死点的运动的压缩阶段然后是排出阶段，然后包括压缩室中的从上死点到下死点的运动的膨胀阶段，然后是用于待输送流体的吸入阶段。开始点基本上是任意的。例如，开始点是下死点。
自由活塞装置优选地以预定速度-位移曲线在上死点和下死点之间来回移动。
优选地，自由活塞装置在压缩阶段期间按预定速度-位移曲线从下死点移动到出口阀的打开点，使得线性电机必须传送恒定或基本恒定的功率。这具有以下优点，在线性电机供电期间不会出现高的和可能不可预测的电流峰值。
优选地，自由活塞装置按预定速度-位移曲线在压缩阶段期间从下死点被驱动到出口阀的打开点，然后在排出阶段期间被驱动到出口阀的关闭点，使得平均速度在压缩阶段期间高于排出阶段期间和/或使得平均速度在膨胀阶段期间高于吸入阶段期间。
在有利的方法中，自由活塞装置的预定速度-位移曲线或预定速度-时间曲线至少在以下切换点之一的区域内具有减小的速度：出口阀的打开、出口阀的关闭、入口阀的打开和入口阀的关闭，并且相比于速度-位移曲线的其余部分具有减小的速度，使得自由活塞装置的以减小的速度打开或关闭的出口阀或入口阀以减小的速度移动。打开或关闭阀的减小的速度优选地导致减少阀的磨损，这有利地导致增加使用寿命或阀的使用寿命。
在有利的方法中，压缩室在出口阀的关闭点和入口阀的打开点之间具有膨胀阶段，其中线性电机被控制成使得它在整个膨胀阶段中主动驱动自由活塞装置。
在有利的方法中，由线性电机压缩机输送的体积通过改变线性电机的最大行程或上死点和/或下死点的位置来改变，使得输送的体积可以在短期或也在长期内改变，例如通过减少或增加它。
在有利的方法中，在上死点和下死点之间的往复运动期间，通过将线性电机作为发电机运行使自由活塞装置至少部分地被制动。这使得可以特别快地降低自由活塞装置的速度。优选地，释放的制动能量被转化为电能并暂时储存以备后用。
在有利的方法中，线性可移动活塞机构作为流体的膨胀器运行，并且线性电机由此至少在沿行程方向X的运动的部分区段期间作为发电机运行，因为线性电机压缩机的压缩室现在用作膨胀室，因为加压流体通过出口阀供应到膨胀室，流体在作为膨胀室运行的压缩室中膨胀并且随后通过入口阀排出，以及因为作为发电机运行的线性电机的自由活塞装置以预定速度-距离曲线或预定速度-时间曲线来回移动。在有利的过程中，出口阀和/或入口阀的打开和关闭与自由活塞装置的位置相关地进行主动控制。
有利地，线性电机压缩机包括至少一个线性电机、气缸和具有至少一个活塞的可线性移动的自由活塞装置，气缸和活塞形成至少一个压缩室，自由活塞装置由活塞直接驱动，压缩室通过出口阀和入口阀与外部流体导通地连通，控制装置控制线性电机使得自由活塞装置优选地利用预定电机和/或上死点和下死点之间的发电机功率曲线来回移动。
有利地，线性电机压缩机包括第一和第二压缩室，它们相对于自由活塞装置沿相反方向布置，从而它们沿相反方向起作用。
有利地，线性电机压缩机的线性电机可用作电机和/或发电机，其中控制装置控制线性电机，使得自由活塞装置在上死点和下死点之间运动期间具有预定速度-位移曲线或预定速度-时间曲线。
线性电机包括在线性电机的纵向方向上分布或相互间隔开的至少三个极对，优选地5到50个极对。
线性电机压缩机包括至少一个线性电机、气缸和具有至少一个活塞的可线性移动的自由活塞装置，其中气缸和活塞形成至少一个压缩室，其中自由活塞装置由线性电机直接驱动，压缩室通过出口阀和入口阀与外部流体导通地连通，控制装置控制线性电机使得自由活塞装置以预定状态变量Znominal在上死点和下死点之间来回移动。
在优选的实施例中，根据本发明的线性电机压缩机的优点在于，除了阀和自由活塞装置之外，它没有活动件，这提高了线性电机压缩机的使用寿命和效率，并且还降低了制造成本、安装和维护成本。此外，线性电机压缩机优选设计为无油的，这意味着不需要油来润滑。根据本发明的线性电机压缩机特别适用于压缩气体，例如天然气、其它碳氢化合物、氢气或空气。然而，根据本发明的线性电机压缩机也适用于膨胀加压气体，由此特别是在膨胀期间线性电机可以至少暂时地作为发电机运行。此外，根据本发明的线性电机压缩机还适用于通过在线性电机压缩机的一个腔室中膨胀气体并同时在线性电机压缩机的另一个腔室中压缩气体来同时压缩气体和膨胀气体。
线性电机与自由活塞压缩机的组合允许构建紧凑的线性电机压缩机。由于两个系统的直接机械连接，静态和动态行为是关联的。因此，如果压缩机和线性电机被设计为最佳地协同工作并且优选地在谐振频率范围内运行，则线性电机压缩机的良好性能和高效率可以优选地实现。优选地，在这样的运行条件下，自由活塞压缩机可以充分发挥其优点。除了紧凑设计之外，还有一个优点是活塞可以以相对简单的方式与外部不透气地密封，因此成本低，因为两个活塞所在的两个气缸可以设计为针对外部以低成本不透气的方式进行密封，这使得可能在对环境条件的高要求下压缩气体，因为在线性电机压缩机处泵送的气体泄漏极少或没有泄漏。有利地，线性电机的两个气缸和定子形成气密外壳。此外，不需要像传统的活塞压缩机那样的曲柄机构。这消除了需要润滑的部件，这些部件具有机械能转换损失。免除润滑剂的能力也使得根据本发明的线性电机压缩机适用于具有高清洁度要求的应用。
附图说明
下面参照有利实施例和附图更详细地解释本发明，其中：
图1示意性示出线性电机压缩机和相关的压力-容积图；
图2是另一种双作用线性电机压缩机的纵剖面示意图；
图3示意性示出沿着穿过根据图2的线性电机压缩机的线性电机的交线F-F的纵向截面图；
图4示意性示出沿着穿过根据图3的线性电机压缩机的线性电机的交线E-E的横截面：
图5是空转线性电机压缩机的操作方法的四个简图，示出与时间相关的行程、速度、加速度和电机力；
图6是空转线性电机压缩机的另一操作方法的四个简图，示出与时间相关的行程、速度、加速度和电机力；
图7是根据第一操作方法的根据图2的线性电机压缩机的两个活塞的速度-位移图；
图8是根据第二操作方法的速度-距离图；
图9是根据第三操作方法的速度-距离图；
图9a是第三操作方法的详细方面；
图9b是第三操作方法的另一个详细方面；
图10是用于根据图2的线性电机压缩机的驱控装置。
原则上，附图中相同的部件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性示出线性电机压缩机1，其包括线性电机14和双作用往复式活塞压缩机15。往复式活塞压缩机15包括气缸2，在气缸2中布置有可线性移动的活塞3，其通过活塞杆9直接连接到线性电机14并由电线性电机直接驱动。直接连接或直接驱动在此被理解为是指活塞3和线性电机14之间未设置有传动机构，使得力在线性电机14和活塞3之间直接传递并且因此没有任何中间传动机构。在可能的实施例中，也可以在活塞3和线性电机14之间设置有柔性接头，这优选地允许活塞3和线性电机14独立对准。气缸内部5被活塞3分成第一压缩室5a和第二压缩室5b，其中第一和第二压缩室5a、5b由于几何布置而在运行期间在相反方向上操作。第一和第二压缩室5a、5b均通过入口阀7a、7b以及出口阀6a、6b流体导通地连通到气缸内部5外的外部空间。通常，流体管线布置在阀6a、6b、7a、7b的下游，如图1所示，其将流体递送至下游装置或将其供应到上游装置的上游。活塞3在气缸内部5运行期间可以处于多种可能的活塞位置，图1示出了活塞3的三个示例性位置，在下死点XUTP处的第一活塞位置3a，在上死点XOPT处的第二活塞位置3c以及第三活塞位置3b，其中第三活塞位置3b对应于出口阀6a在打开点B处理想地打开的位置。下死点XUTP处的第一活塞位置3a、上死点XOPT处的第二活塞位置3c和上死点XOPT处的第三活塞位置3b。由于存在摩擦，出口阀6a通常比图1所示的压力Pa稍晚打开或在稍高的压力下打开，即在所示打开点B的区域中。
在往复活塞式压缩机15上方，示出相关的理想化p-V图，也称为压力-容积图，其示出由往复活塞式压缩机15在第一压缩室5a中压缩的气体的压力P与第一压缩室5a的容积相关。第一压缩室5a具有行程容积VH、吸入容积VS和死区容积Vtot，容积V向右增大。该图还示出第一压缩室5a中气体的压力P与活塞3的行程X相关，其中所示图中的行程X向左正向增大，从而使行程X的正方向是向左的。图1示出了处于第一活塞位置3a的活塞3，其中活塞3处于下死点XUTP，由此第一压缩室5a中的气体具有吸入压力Ps。下面简要说明理想化p-V图的曲线。从下死点XUTP开始，活塞3沿正向X方向移动，由此入口阀7a由于第一压缩室5a中压力增加而理想化地在关闭点A处自动关闭，并且在压缩阶段BA期间，第一压缩室5a中的气体压缩到出口压力Pa，由此出口阀6a在出口压力Pa下理想化地在打开点B处自动打开。在随后的排出或排气阶段BC期间，活塞3朝上死点XOTP移动，使得位于第一压缩室5a中的气体通过出口阀6a排出，直到活塞3到达上死点XOTP的位置，并且理想化地在关闭点C处关闭出口阀6a。在随后的膨胀阶段CD期间，活塞3朝下死点XUTP移动，并且仍然在第一压缩室5a中的残余气体膨胀至吸入压力Ps，使得入口阀7a理想化地在打开点D处自动打开。在随后的吸入阶段DA期间，气体经由入口阀7a吸入第一压缩室5a，直到活塞3已经到达下死点XUTP，并且入口阀7a理想化地在关闭点A处关闭。与点A、B、C和D相关的术语“理想化”表示这些点在实际运行中例如受阀现有摩擦的影响没有准确地位于图1中所示的位置，而是在点附近的近距离内。
在往复活塞式压缩机15的操作期间，图1所示的发生在A、B、C和D点之间的过程不断重复。同样的过程也在第二压缩室5b中以相反的方向运行，使得第二压缩室5b处于膨胀阶段或吸入阶段而第一压缩室5a处于压缩阶段或排出阶段，反之亦然。
在特别有利的实施例中，入口阀7a、7b和出口阀6a、6b自动打开和关闭。然而，以受控方式打开和/或关闭入口阀7a、7b和/或出口阀6a、6b也可以证明是有利的。这是特别必要的，当线性电机压缩机1通过逆着图1所示的循环(即通过受控地打开出口阀6a沿着点A、D、C和B返回到A)来使压力Pa下的气体进行膨胀时，并且气体在压力Pa下进入并膨胀第一压缩室5a以使活塞3沿线CB移动，直至在B点出口阀6关闭，并且存在于第一压缩室5a中的气体沿线BA膨胀直至活塞3到达较低的低点XUTP，相应地在点A处的入口阀7a受控地打开。然后活塞3沿线AD移动，气体从第一压缩室5a排出，入口阀7a在D点受控地关闭。位于第一压缩室5a中的残余气体沿线DC被压缩到压力Pa，并且出口阀6在C点以受控方式打开，使得气体在压力Pa下再次流入第一压缩室5a。特别有利地，上述循环过程在连续点A、D、C和B的方向上利用如图1所示的包括第一和第二压缩室5a、5b的双作用往复活塞式压缩机15操作。在连续点A、D、C和B的方向上的循环过程的优点在于，线性电机14可以作为线性发电机操作，从而机械能可以通过所描述的气体膨胀转化为电能。在另一个有利的实施例中，线性电机压缩机1因此可以根据需要操作以压缩或膨胀流体，或者以具有间歇压缩和双向膨胀的混合模式操作，由此取决于操作模式，电能被供应到线性电机或者电能被消耗。在另一个有利的实施例中，线性电机压缩机1也可以这样操作，使得流体分别在第一压缩室5a中被压缩而流体在第二压缩室5b中膨胀，从而第一压缩室5a中释放的膨胀能可用于压缩第二压缩室5b中的流体。
线性电机压缩机1也可以相反地操作，根据压缩或膨胀的需要，在第一压缩室5a中压缩流体并在第二压缩室5b中使其膨胀。取决于操作模式，线性电机15可以被供电或放电，或者可以在不供电的情况下空转运行。
在往复活塞式压缩机15的另一个可能的实施例中，第二压缩室5b可以省略，使得往复活塞式压缩机15仅具有第一压缩室5a而没有可以在相反方向上运行的第二压缩室5b。
图2至图4示出了线性电机压缩机1的另一个实施例。该线性电机压缩机1包括自由活塞装置16，其包括线性电机转子10和第一活塞3和第二活塞4。定子8连同线性电机转子10形成线性永磁体同步电机14。线性电机压缩机1包括具有两个气缸内室5的气缸2，其中第一压缩室5a由第一气缸2a和第一活塞3形成，而其中第二压缩室5b由第二气缸2b和第二活塞4形成。第一压缩室5a通过第一出口阀6a和第一入口阀7a与外部流体连通。第二压缩室5b经由第二出口阀6b以及传送流体的第二入口阀7b与外部连通。第一和第二压缩室5a、5b通过自由活塞装置16在相反的方向上操作。优选地，在第一和第二活塞3、4上还设置有密封环和/或轴承环以用于将自由活塞装置16支撑在线性电机压缩机1内，以及用于相对于压缩室5a、5b密封活塞3、4，这些环是公知的并且未在图2中示出。活塞3、4也可以设计为迷宫活塞，从而可以省去密封环，因为活塞3、4表面上的迷宫结构提供了密封功能。图3示出了沿着线性永磁同步电机14的交线F-F的纵向截面，该电机14包括具有叠置定子段8a的定子8，包括多个优选地单独可控的定子绕组12a、12b、12c、12d、12e、12f用于分别产生各磁场的可主动控制的磁极13a-13f，并且包括线性电机转子10，该线性电机转子10具有多个相互纵向间隔开的永磁体10a，线性电机转子10形成活塞杆9的一部分。活塞杆9包括紧固部段9a，第一活塞3和第二活塞4分别连接至该紧固部段9a。此外，线性永磁同步电机14有利地包括用于引导活塞杆9的两个径向轴承11。
图4示出了沿截面线E-E穿过线性永磁同步电机14的截面，截面穿过定子段8和第二定子绕组12b，并且截面穿过活塞杆9和永磁体10a。
例如，永磁电机、异步电机或磁阻电机也适合作为线性电机14。线性电机14以及因此还有从动活塞3、4有利地具有在50毫米(mm)和500mm之间的范围内的最大行程XL。线性电机14因此允许相对长的行程位移。
图2至图4中所示的线性电动机14包括六个主动可控磁极13a-13f，每个磁极由定子绕组12a-12f围绕，优选地每个定子绕组12a-12f是单独可控的。线性电机14优选地具有3到10个主动可控磁极13a-13f，或者优选地具有10到50个主动可控磁极13a-13f。主动可控磁极13a-13f的数量尤其取决于最大行程XL的长度。主动可控磁极13a-13f的数量也可以影响如何精确地控制由定子8施加到线性电机转子10的力，该力与时间相关或与行程X相关。
图5示出了如图1或图2所示的线性电机14的可能控制的示例性特性曲线30至33，其中所示的特性曲线示出了线性电机14未连接到往复活塞式压缩机15的情况，但仅单独且独立于往复活塞式压缩机15运行。特性曲线30示出了在从下死点XUTP到上死点XOTP并返回的完整循环期间与时间t相关的线性电机14的行程X。特性曲线31示出了线性电机转子10的速度与时间t相关，其中线性电机14控制为使得线性电机转子10的速度与时间相关地在区段31a中线性增大，并且在区段31b中恒定，在区段13c中线性减小，并且在区段13d中为零，使得线性电机转子10停止。当线性电机转子10停止时，从特性曲线30可以看出，它已经到达上死点XOTP。在运动返回到下死点XUTP的过程中，线性电机转子10的速度在区段31e中按负数地线性增大，在区段31f中恒定，并在区段13g中线性减小直到线性电机转子10在下死点XUTP处停止。特性曲线32示出了与时间t相关的线性电机转子10的加速度，其中线性电机转子10在区段32a和32g中以恒定的正加速度加速，在区段32c、32e中以恒定的负加速度减速，而在区段32b、32d和32f中未加速移动。特性曲线33示出了线性电机14施加至线性电机转子10的与时间t相关的力，其中在区段33a中施加恒定加速力，在区段33b中施加小的恒定力以克服在线性电机转子10运动期间施加的摩擦力，并且在区段33c中施加反力以使线性电机转子10在上死点XOTP处停止。在停止期间，即在区段33d期间，不施加加速度。此后，线性电机转子10在区段33e中以恒定力再次加速，通过作用在区段33f中的小的恒定力来保持运动以克服施加的摩擦力，并被作用在区段33g中的恒定力制动至停止在下死点XUTP。在区段33c和33g期间，线性电机14制动线性电机转子10，在此过程中释放的能量可以转化为热，其中在区段33c和33g期间，线性电机14优选作为发电机操作，而在该过程中释放的电能暂时储存在能量储存器中，优选地储存在驱控装置中。
线性电机14可以通过与时间t或行程X相关的多种可行的相应控制来控制，其中优选地，行程、速度、加速度和电机力的特性曲线中的至少一个预定为与t相关，其中驱控装置控制线性电机14，使得其至少近似地根据预定特性曲线移动。图6示出了线性电机14的控制的另一个示例。特性曲线34示出了在完整循环期间与时间t相关的线性电机14的行程X。特性曲线35示出了与时间t相关的线性电机14的速度，特性曲线36示出作为与t相关的线性电机14的加速度以及特性曲线37示出与时间t相关的线性电机14的电机力。直到时间t1，根据图6的特性曲线示出与根据图5的特性曲线相似的过程，其中与图5相比，图6中的时间轴明显更短，即图6中的运动明显更快，这也可以从图6中的速度、加速度和电机力的值要高得多的事实看出。
图6中所示的时间t1和总循环时间T(即完成整个循环)之间的特性曲线示出了线性电机14的进一步控制示例。该控制方法具有以下优点：所有特性曲线34、35、36和37在时间t2和时间t3之间连续变化并且不带拐点，这意味着线性电机14的运行更加平缓，因为拐点通常会引起操作行为的突然变化，从而导致机械负载增加。图6中所示的控制示例只是控制线性电机14的多种可能性中的一个示例。线性电机14以与时间相关的多个不同特性曲线来操作的可行性产生的优点是，由这样的线性电机14驱动的往复活塞式压缩机15可以以多种方式运行。优选地，运行线性电机14这样运行，即使得线性可移动的自由活塞装置16被赋予至少一个与时间t相关或与行程X相关的状态变量Znominal，以可调节的方式控制线性电机14，这使得自由活塞装置16具有或至少近似地具有给定的状态变量Znominal。这种控制方法允许例如关于可预定义的关键指标在以下方面优化线性电机压缩机1的运行，因为例如线性电机14输出的最大力、运行线性压缩机1所需的最大功率、出现的最大加速度和/或出现的最大速度是预定义的，在运行期间不得超过它们。
如图1和图2所示，线性电机压缩机1包括线性电机14和由线性电机14驱动的往复活塞式压缩机15。因此，线性电机压缩机1的运动的总运动学基本上由线性电机14的运动学结合往复式活塞压缩机15的运动学来确定，往复式活塞压缩机15连接至线性电机14，总运动学基本上由以下确定：作用的惯性力、由线性电机14引起的电磁力、由往复式活塞压缩机15引起或作用在往复式活塞压缩机15中的气体力、在往复活塞式压缩机15中作用在往复式活塞压缩机15中的气体力，以及由活塞的运动和线性电机14引起的摩擦力。
在下文中，通过建立运动方程更详细地描述自由活塞装置16的运动的运动学。
如图2所示，两个活塞3、4由线性电机14产生的力驱动而沿行程方向X往复运动。第一活塞3在下死点XUTP和上死点XOTP之间的范围内沿正行程方向X移动。第一活塞3在下死点XUTP和上死点XOTP之间的范围内沿正行程方向X来回移动。第二活塞4在与第一活塞3相反的方向上移动，并且如图2所示，在正行程方向X上，在上死点XOTP和下死点XUTP之间的范围内移动。由于两个活塞3、4沿相反方向移动，自由活塞装置16的运动分析仅考虑第一活塞3沿正X方向从下死点XUTP移动到上死点XOTP并返回到下死点XUTP的循环。根据该简化模型，由线性电机14施加以移动自由活塞装置16的驱动力FLM的方程如下：
其中mg是自由活塞装置16的总质量，x是自由活塞装置的位移和行程，由于右侧第二压缩室和左侧第一压缩室5b、5a中各自的气体压力，Fpr和Fpl是作用至第一和第二活塞3、4的力，Ffr和Ffl分别是右侧第二活塞4和左侧第一活塞3的摩擦力。
由气体压力分别作用在第一和第二活塞3、4上的力可以根据以下公式计算：
其中dp分别是第一和第二活塞3、4的直径，Pi分别是第二右侧压缩室5b(i＝l)和第一左侧压缩室5a(i＝r)中的气压。
鉴于线性电机压缩机1的已知的总体运动学，可以为驱控装置指定状态变量Znominal，由此驱控装置控制线性电机14，使得线性压缩机1至少大约具有指定的状态变量Znominal。
在最简单的情形，行程位移点X1(即沿行程X定义的点)、以及自由活塞装置16的设定速度Vnominal和/或设定加速度anomal和/或设定力Fnominal可以指定为状态变量Znominal。代替行程位移点X1，还可以指定行程位移时间TL1，即总循环时间T内定义的时间，优选使用下死点XUTP作为时间测量参考。因此，在最简单的情形，自由活塞装置16的行程时间TL1和分配给它的设定速度vnominal和/或设定加速度anomal和/或设定力Fnominal也可以指定为状态变量Znominal。例如，如图9所示，若确保自由活塞装置16的速度在B点和D点的区域中减小存在问题，则状态变量Znominal就足够了，它指定了在行程位移点X1处的速度vnominal和行程位移X2处的速度-vnominal。以类似的方式，当然也可以在行程位移点处指定目标加速度anominal和/或目标力Fnominal。
有利地，沿着行程位移X的至少一部分区段并且优选地沿着整个行程位移XL保持的状态变量Znominal的曲线指定为状态变量Znominal。
在另一有利的方法中，在总循环时间T的一部分期间并且优选在总循环时间T期间保持的状态变量Znominal的曲线指定为状态变量Znominal。
在另一有利方法中，下死点XUTP和上死点XOTP和/或上死点XOTP和下死点XUTP之间的速度-位移曲线指定为状态变量Znominal，自由活塞装置16在图2中所示的线性电机压缩机1的运行期间根据该曲线来回移动。图7示出了包括线性电机14和往复式活塞压缩机15两者的线性电机压缩机1的这种操作方法的示例。图7示出为根据本发明操作方法的状态变量Znominal速度-位移曲线G1、G2、G3、G4，操作方法借助图2进行解释。根据图7的简图在左侧示出在点A的左侧从点A开始的第一活塞3的运动，下死点XUTP根据曲线G1经图1所示的B点移动到C点，上死点XOTP根据曲线G2经点D移动回点A即下死点XUTP。根据图7的简图在右侧示出在点A的右侧作为状态变量Znominal的第二活塞4的速度-位移曲线G3、G4。由于第二活塞4沿与第一活塞3的相反方向移动，第二活塞4沿与第一活塞3相反的方向移动，因为根据曲线G3，第二活塞4从点C即上死点XOTP经由图1中所示的点D移动到点A即下死点，而根据曲线G4，第二活塞4经由点B移动回点C即上死点XoTP。由于第一和第二活塞3、4彼此固定并因此具有相同的速度，除了速度的符号不同之外，曲线G1和G3在其它方面具有相同的走向。出于同样的原因，曲线G2和G4也表现出相同的走向，只是速度的符号不同。优选地，线性电机压缩机1在下死点XUTP和上死点XOTP之间以及在上死点XOTP和下死点XUTP之间的返回路径上以相同的状态变量Znominal或相同的速度-位移曲线移动，除了速度的符号不同外，使所有曲线都具有相同的曲线G1、G2、G3、G4。如图7所示，第一活塞3在压缩阶段AB的A点和B点之间具有第一平均速度Vm1，活塞3在排出阶段BC的B点和C点之间具有第二平均速度Vm2，第一平均速度Vm1大于第二平均速度Vm2。平均速度理解为活塞3或4在两点之间的速度平均值。因此，第一平均速度Vm1分别对应于A点和B点之间的平均速度，第一平均速度Vm1对应于A点和B点之间的速度V(t)的时间积分除以活塞3分别在A点和B点之间移动所需的时间。第一平均速度Vm1对应于沿A点和B点之间的位移X的速度V(X)的积分除以在点A和B之间移动活塞3所需的路径距离A-B。类似地，第二平均速度Vm2因此分别对应于点B和C之间的平均速度，第二平均速度Vm2对应于点B和C之间的速度V(t)或V(X)的积分分别除以活塞3在B点和C点之间移动所需的时间或路径距离B-C。
如图7所示，在从点C到点A的返回运动期间，第一活塞3在膨胀阶段CD的点C和D之间具有第三平均速度Vm3，并且在吸入阶段DA的点D和A之间，活塞3具有第四平均速度Vm4，第三平均速度Vm3大于第四平均速度Vm4。因此，第三平均速度Vm3分别对应于点C和D之间的平均速度，第三平均速度Vm3分别对应于点C和D之间的速度V(t)或V(X)的积分除以活塞3在点C和D之间移动分别所需的时间或距离C-D。类似地，第四平均速度Vm4因此对应于点D和A之间的平均速度，或者第四平均速度Vm4对应于点D和A之间的速度V(t)或V(X)的积分除以活塞3在点D和A之间移动分别所需的时间或距离D-A。
线性电机压缩机1优选地这样运行，使得活塞3和4在其往复运动中除了根据图7在轴上所需的镜像之外具有相同的速度-位移曲线G1和G4，或相同的速度-位移曲线G3和G3。在另一种可能的运行模式中，两个活塞3和4也可能在它们的往复运动中各自具有不同的速度-位移曲线，例如，相比它们从左到右的运动，它们从右到左的运动具有不同的速度-位移曲线。
线性电机14和往复活塞式压缩机15的相互作用例如也可以从图7所示的速度-位移曲线G1中理解。从A点开始到行程点X3，曲线G1示出相对快速的增加，这特别是由于在压缩阶段开始时往复活塞式压缩机15中仍需要很小力的事实。另外，第二压缩室5b或其中的气体处于膨胀阶段，使得该气体驱动第二活塞4，使得线性电机14的驱动力和作用在第二活塞4上的膨胀力的组合导致快速运动，即自由活塞装置16的增大的速度V或加速度。在进一步有利的方法中，自由活塞装置16由线性电机14如此快速地驱动，以致膨胀力的贡献可忽略不计或对自由活塞装置16的运动根本没有贡献。在行程点X3之后的行程方向X上，往复活塞式压缩机15吸收的压缩功率稳定增加，使得自由活塞装置16的速度降低，如果线性电机14以恒定功率运行，则尤其如此。在点B之后，排放阀6a打开，并且自由活塞装置16的速度由于排放阀6a处出现的流动阻力而进一步降低。从行程点X4开始，自由活塞装置16必须被制动并停止直到上死点XOTP，这优选地由产生制动力的线性电机14完成，并且有利地作为发电机运行，产生的电能优选地暂时储存在驱控装置中，例如以便在区段A-X3中再次加速自由活塞装置16。
图7示出作为状态变量Znominal的速度-位移图(v-x图)。代替速度-距离图，图5或6中所示的特性曲线30至37之一，例如与时间相关的的行程、速度、加速度或力，也可以被指定为状态变量Znominal。此外，还可以例如通过选择状态变量Znominal来指定图5或图6中所示的特性曲线30至37中的几条的组合，使得例如最大速度和/或加速度和/或线性电机14要输出的力和/或线性电机14消耗的电能未超出。
在有利的方法中，自由活塞装置16在压缩阶段AB期间以预定的速度-位移曲线G1从下死点XUTP移动到出口阀6的打开点B，使得线性电机14必须输出恒定或基本恒定的功率。功率由线性电机14施加的驱动力FLM乘以自由活塞装置16的速度V计算。利用预定的恒定功率，因此预定速度-位移曲线G1可以计算。这种方法的优点是线性电机压缩机也可以以较低的功率安全运行。
在线性电机压缩机1的连续运行期间，它在点C和D之间具有膨胀阶段CD，在此期间位于死区容积Vtot中的气体膨胀。在一种可行的方法中，线性电机14可以至少沿着膨胀阶段CD的部分区段作为发电机操作，因为线性电机14借助发电机操作来制动由膨胀力引起的活塞3、4的运动，在该过程中产生的电能优选地被暂时地储存。在特别有利的方法中，线性电机14沿着膨胀阶段CD的至少一部分区段并且优选地在整个膨胀阶段CD期间被控制成使得在整个膨胀阶段CD期间线性电机14不对自由活塞装置16施加主动制动作用，优选地使得线性电机14在整个膨胀阶段CD期间对自由活塞装置16施加正制动作用，并且优选地在点C和A即在整个阶段CA期间，在朝向下死点XUTP的方向作用的自由活塞装置16上施加正向力。该方法确保在沿着膨胀阶段CD的膨胀期间由位于死区空间Vtot中的气体释放的能量优选地完全转化为自由活塞装置16的动能，其通过第二活塞4将自由活塞装置16的动能传递给气体来促进对位于第二压缩室5b中气体的压缩。
图8示出了图2中所示的线性电机压缩机1的又一有利操作方法。图8示出了相当示意性的即第一活塞3的略微理想化的速度-距离图，其中该图示出了在阶段AC期间第一活塞3的速度与行程X相关，用于简化说明所发生的过程，并且该图随后在右侧示出了在阶段CA期间第一活塞3的速度与行程X相关，与图7形成对比，为了更好地说明，CA阶段期间的行程X示出为向右行进。第一活塞3本身在图8所示的简图的开始和结束时都处于下死点XUTP。预定状态变量Znominal是自由活塞装置16的曲线G1和G2，即如图8所示的速度-位移曲线。压缩阶段AB以相对高的速度运行，特别是在相对较高的第一平均速度Vm1下，因此在时间上相对较快。在出口阀6的打开点B的区域中，速度v减小，使得自由活塞装置16在排出阶段BC期间以减小的速度移动或与压缩阶段AB相比以较低的第二平均速度Vm2移动。从下死点XUTP开始，自由活塞装置16在压缩阶段AB期间移动直至出口阀6的打开点B并且随后在排出阶段BC期间移动到出口阀6的关闭点C，使得预定状态变量Znominal、预定速度-位移曲线或预定速度-时间曲线，使得压缩阶段AB期间的第一平均速度Vm1高于排出阶段BC期间的第二平均速度Vm2和/或压缩阶段AB的持续时间短于排出阶段BC的持续时间。特别地，该方法具有的优点是可以增加排出阶段BC的持续时间。该方法的优点在于，自由活塞装置16可以在排出阶段BC期间即在气体从出口阀6a流出期间以降低的速度运行，这减少了由出口阀6a引起的流出阻力，并且因此也减少了流出造成的能量损失。由于在压缩阶段AB期间不发生流出，压缩阶段AB可以在没有或极低的附加能量下以增加的速度或以更高的平均速度运行，从而排出阶段BC可以优选地通过相比压缩阶段AB以较低的平均速度运行经过排出阶段BC而在时间上延长。这种方法的优点是可以减少气体从出口阀流出所造成的能量损失。对于线性电机压缩机的完整往复运动的给定循环时间Tz，线性电机压缩机有利地这样运行，使得在压缩阶段AB期间将第一平均速度Vm1被设定得高，优选地尽可能高，并且第二平均速度Vm2被设定为低于第一平均速度Vm1，优选地尽可能低，但是使得保持完整往复运动的给定循环时间Tz。因此，在给定的循环时间Tz的情况下，该方法可以延长排出阶段BC的持续时间或减少在出口阀6a处从气缸内部流出的气体的流速，这减少了在出口阀处发生的能量消耗。这个过程可以提高线性电机压缩机的效率。在特别有利的方法中，线性电机8至少在压缩阶段AB的部分区段期间通过电机驱动自由活塞装置16，其中线性电机8至少在排出阶段的部分区段期间制动自由活塞装置16，并且在此优选地作为释放电能的发电机操作，该电能优选地被临时储存并且优选地在压缩阶段AB期间被重新使用以向线性电机8供应电能。电能的这种短期中间储存允许线性电机压缩机特别有效地操作，尤其确保压缩阶段AB期间的第一平均速度Vm1高于排出阶段BC期间的第二平均速度Vm2。根据曲线G2的状态变量Znominal示出自由活塞装置16在阶段CA期间的运动，分别是第一活塞3从上死点XOTP到下死点XUTP的运动。如果线性电机压缩机1具有第一和第二压缩室5a、5b，如图2所示它们反向转动的活塞3、4压缩，如图8所示，除了速度v的符号之外，两条曲线G1、G2具有相同的走向。如果线性电机压缩机1只有一个第一压缩室5a，则两条曲线G1和G2也可以具有不同的曲线。膨胀阶段CD的平均速度Vm3高于吸入阶段DA的平均速度Vm4，如图8所示。
图9示出了图2所示线性电机压缩机1的另一种操作方法。图9示出了第一活塞3的速度-位移图。作为预定状态变量Znominal，为自由活塞装置16指定了曲线G1和G2。这些曲线G1和G2被选择成使得第一和第二活塞3、4分别以低速或降低的速度v在点A、B、C和D的区域中移动，点C和A处的速度减小到0m/s，因为自由活塞装置在这些反转点处会短暂停止。优选地，点C和A的区域中的速度，即特别是即将到达点C和A之前，降低特别大的程度，使得该速度低于点B和D的速度。图9a和9b详细示出图9分别在点C和A区域的速度。在有利的过程中，点C和A处的速度非常低，并且例如小于0.1m/s。在点C和A处降低的速度具有使入口阀7a和出口阀6a分别以低速关闭的效果，该效果是这些阀仅通过这种轻柔关闭而受到轻微的机械应力，从而使阀可以可靠地最好是长期免维护地运行。如图9b所示，自由活塞装置16首先朝向行程末端、朝向下死点XUTP以更大的负加速度减速，然后以减小的负加速度减速，由此自由活塞装置16以减小的负加速度在下死点XUTP处减速直到它停止，然后在相反方向再次加速。如图9a所示，自由活塞装置16首先朝向行程末端、朝向上死点XOTP以更大的负加速度减速，然后以减小的负加速度减速，由此自由活塞装置16以减小的负加速度减速至在上死点XOTP处停止，然后沿相反方向再次加速。在最简单的情形，状态变量Znominal可以仅由单个点组成，如图9所示，例如具有值vnominal的行程位移点X1。因此实施控制，使得自由活塞装置16在行程位移点X1处具有速度vnominal。这确保自由活塞装置16在行程位移点X1处的速度具有期望的低速度vnominal。
图10示出了用于运行线性电机压缩机1的驱控装置20。控制装置27用至少一个传感器21通过信号线来检测线性电机压缩机1的至少一个实际状态变量29a，优选地是自由活塞装置16的行程X和/或速度v和/或加速度和/或施加的力F。状态变量Znominal的设定值通过设定值预设装置来预设。控制装置27根据实际状态变量29a和设定状态变量Znominal29e计算控制信号29b，其被馈送到逆变器驱控装置26。逆变器驱控装置26通过控制线29c、29d驱动电源23和逆变器22，其中逆变器22包括多个驱动器以通过电导体24a、24b、24c、24d单独地驱动多个定子绕组12a、12b、12c、12d。电源23通过电力线25连接到逆变器22。在特别有利的实施例中，电源23包括能量储存装置，其中逆变器22是可控的，使得可以从线性电机压缩机1中提取电能并通过逆变器22供应给电源23，电能优选短时间优选地在小于一秒或小于一分钟的时间段内储存在电源中。

Claims (21)

1.一种线性电机压缩机(1)的操作方法，该压缩机包括线性电机(14)、气缸(2)和具有活塞(3)的可线性移动的自由活塞装置(16)，其中该气缸(2)和该活塞(3)形成压缩室(5)，其中该自由活塞装置(16)由该线性电机(14)直接驱动并沿行程位移(X)在上死点(XOTP)和下死点(XUTP)之间来回移动，其中流体从外部被供应至该压缩室(5)，其中供应的流体在该压缩室(5)中受压或膨胀并随后被再次向外排出，其中为该线性电机压缩机(1)预设至少一个状态变量(Znominal)，并且该线性电机压缩机(1)被控制成使得该线性电机压缩机(1)具有预定状态变量(Znominal)，其特征在于，该自由活塞装置(16)从下死点(XUTP)开始在压缩阶段(AB)期间直至出口阀(6)的打开点(B)以及随后在排出阶段(BC)期间直至出口阀(6)的关闭点(C)以预定状态变量(Znominal)、即预定速度-位移曲线被驱动，使得该压缩阶段(AB)期间的平均速度(Vm1)高于该排出阶段(BC)期间的平均速度(Vm2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该自由活塞装置(16)从上死点(XOTP)开始在膨胀阶段(CD)期间直至入口阀(7)的打开点(D)以及随后在吸入阶段(DA)期间直至该入口阀(7)的关闭点(A)以预定状态变量(Znominal)、即预定速度-位移曲线被驱动，使得膨胀阶段(CD)期间的平均速度(Vm3)高于该吸入阶段(DA)期间的平均速度(Vm4)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该自由活塞装置(16)在该出口阀(6)的打开点(B)的区域中的速度降低至低于该压缩阶段(AB)期间的平均速度(Vm1)。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该自由活塞装置(16)在入口阀(7)的打开点(D)的区域中的速度降低至低于膨胀阶段(CD)期间的平均速度(Vm3)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该自由活塞装置(16)在出口阀(6)的打开点(B)之后被再次加速和/或该自由活塞装置(16)在入口阀(7)的打开点(D)之后被再次加速。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该自由活塞装置(16)首先朝向行程末端、朝向下死点(XUTP)以较大的负加速度被制动，且随后以较小的负加速度被制动，其中该自由活塞装置(16)在死点(XUTP)处以较小的负加速度制动直到它停止。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该自由活塞装置(16)首先朝向行程末端、朝向上死点(XOTP)以较大的负加速度被制动，且随后以较小的负加速度被制动，该自由活塞装置(16)在上死点(XOTP)处以较小的负加速度被制动直到它停止。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，行程位移点(X1)和配属给它的自由活塞装置(16)的设定速度(Vnominal)被预设为状态变量(Znominal)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿着行程位移(X)的至少一部分区段保持的设定曲线(Snominal)被预设为状态变量(Znominal)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在整个行程位移(XL)所需的行程时间(TL)期间保持的设定曲线(Snominal)被预设为状态变量(Znominal)。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该线性电机压缩机(1)包括沿相对方向由该自由活塞装置(16)操作的第一压缩室和第二压缩室(5a，5b)。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该下死点(XUTP)和该上死点(XOTP)和/或该上死点(XOTP)和下死点(XUTP)之间的速度-位移曲线被预设为状态变量(Znominal)，该自由活塞装置(16)根据该曲线来回移动。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该自由活塞装置(16)从下死点(XUTP)开始在压缩阶段(AB)期间以预定速度-位移曲线移动至出口阀(6)的打开点(B)，使得该线性电机(14)必须输出与时间相关的恒定或基本恒定的功率。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，相比于速度-位移曲线的其余部分，该预定状态变量(Znominal)即预定速度-位移曲线至少在以下点之一的范围内：
-出口阀(6)的打开点(B)，
-出口阀(6)的关闭点(C)，
-该入口阀(7)的打开点(D)，
-该入口阀(7)的关闭点(A)，
具有较低的速度，使得出口阀或入口阀(6，7)以较低的速度移动。
15.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在整个膨胀阶段(CD)期间、该线性电机(14)向该自由活塞装置(16)施加朝向该下死点(XUTP)作用的正向力。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过改变该线性电机(14)的最大行程(XL)或该上死点(XOTP)的位置和/或该下死点(XUTP)的位置来改变由线性电机压缩机(1)输送的容积。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该上死点(XOTP)和该下死点(XUTP)之间的往复运动期间，通过使该线性电机(14)作为发电机运行来至少部分制动该自由活塞装置(16)。
18.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过经由该出口阀(6)向该压缩室(5)供应加压流体、使压缩室(5)中的流体膨胀且随后通过该入口阀(7)将其排出，使线性电机(14)作为发电机运行，且作为发电机运行的线性电机(14)中的自由活塞装置(16)以预定速度-位移曲线来回移动。
19.一种线性电机压缩机(1)，包括至少一个线性电机(14)、气缸(2)和具有至少一个活塞(3)的可线性移动的自由活塞装置(16)，该气缸(2)和该活塞(3)形成至少一个压缩室(5)，该自由活塞装置(16)由线性电机(14)直接驱动，该压缩室(5)通过出口阀(6)和入口阀(7)与外部流体导通连通，驱控装置(20)控制该线性电机(14)使得该自由活塞装置(16)以预定状态变量(Znomial)在上死点(XOTP)和下死点(XUTP)之间来回移动，其特征在于，该驱控装置(20)从下死点(XUTP)开始在压缩阶段(AB)期间直至出口阀(6)的打开点(B)且随后在排出阶段(BC)直至出口阀(6)的关闭点(C)以预定速度-位移曲线控制该自由活塞装置(16)，使得该压缩阶段(AB)期间的平均速度(Vm1)高于排出阶段(BC)期间的平均速度(Vm2)。
20.根据权利要求19所述的线性电机压缩机(1)，其特征在于，所述线性电机(14)可作为电动机和发电机工作，且所述驱控装置(20)驱动所述线性电机(14)，使得当所述自由活塞装置(16)在上死点(XOTP)和下死点(XUTP)之间移动时以预定的速度-位移曲线被驱动。
21.根据权利要求19和20中任一项所述的线性电机压缩机(1)，其特征在于，在作为发电机的部分和作为电动机的部分中，该驱控装置(20)被设计成沿着行程位移(X)在该上死点(XOTP)和该下死点(XUTP)之间运行该线性电机(14)或反之，该驱控装置(20)包括用于暂时储存由发电机获得的电能的能量储存器。
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