CN1637293A - 线性压缩机和用于控制该压缩机的方法 - Google Patents

Abstract

一种线性压缩机及控制线性压缩机的方法。为了充分防止由于线性压缩机初始运行时产生的过大行程，线性压缩机自动短路线圈的没有供电电压的部分。线性压缩机包括容纳在气缸内的活塞，用于执行往复的线性运动来吸入或排出制冷剂；线性电动机，用于给活塞提供驱动力，使活塞执行往复的运动；以及供电单元，用于给线性电动机提供供电电压，执行一种自动短路功能以防止在线性电动机初始运行阶段中产生的过大行程。所以，线性压缩机可以减少在线性电动机初始运行阶段中由产生的过大行程引起的噪声，导致压缩机的效率增加，提高线性压缩机的方便性。

Description

线性压缩机和用于控制该压缩机的方法

技术领域

本发明涉及一种线性压缩机和用于控制该线性压缩机的方法，特别的是涉及一种能够将线圈没有供电电压的部分自动短路的线性压缩机，以充分防止当线性压缩机初始运行时产生过大行程，以及用于控制这种线性压缩机的方法。

背景技术

典型的，压缩机是一种用于压缩流体，例如空气、制冷气体等的机器。在它们中，对于线性压缩机的情况，线性电动机的驱动力被传递给压缩机的活塞以便活塞在气缸中直线往复运动，由此吸入和压缩制冷气体。线性压缩机一般由用于压缩制冷气体的压缩单元和用于给压缩单元提供驱动力以驱动压缩单元的驱动单元组成。

图1是示例说明传统线性压缩机的截面视图。

如图1所示，传统线性压缩机包括：一个供电单元(没有显示)，用于提供供电电压；密封外壳1，其一边和一根管子(没有显示)相连，用于制冷剂的吸入；气缸2，固定安装在密封外壳1里，内部限定用来压缩制冷剂的压缩空间；安装在气缸2内部作直线往复运动的活塞3，用来吸入和压缩在压缩空间里的制冷剂；和连接到活塞3前端的线性电动机6，用来给活塞3提供驱动力，使活塞3作直线往复运动。

线性压缩机还包括：一个安装在活塞3后端的吸入阀4，用来将制冷剂吸入到限定在气缸2和活塞3之间的压缩空间里；一个安装在气缸2后端的排出阀组件，用于从压缩空间将制冷剂排出到外部。

在这种情况下，线性电动机6由一个定子和一个动子组成。定子包括一个圆柱形外磁心6a，一个宽松地插入外磁心6a以在两者之间形成预定间隙的圆柱形内磁心6b，以及一个放置在外磁心6a和内磁心6b之间的线圈组6c。

动子包括一个以直线往复方式放置在内磁心6b和线圈组6c之间的磁铁6d，和一个磁铁框6e，用于相互连接和固定磁铁6d和活塞3，用于使磁铁6d的直线往复运动传递给活塞3。

使用上面说明的传统线性压缩机的构造，一接收来自供电单元的供电电压，电流就在线圈组6c中的一个线圈里流动，并在线圈组6c周围形成一个磁场。当磁场和磁铁6d相互作用时，就会导致磁铁6d的直线往复运动。

在这种情况下，磁铁框6e也和磁铁6d一起作直线往复，使活塞3在气缸2里直线往复。

在活塞3在气缸2里直线往复的同时，制冷气体根据吸入阀4和排出阀5的操作进入密封外壳1里。制冷气体首先通过内磁心6b的内通孔和活塞3的制冷通道被吸入气缸2，并在气缸2里的压缩空间中被压缩。然后，压缩后的高压高温的制冷气体从气缸2里被排出，最后通过排出管道(没有显示)被排出到密封外壳1的外部。

然而，在上述的线性压缩机里，当供电单元刚连接时，如果供电电压只作用在线圈的一部分，则在线圈没有供电电压的其余部分会产生感应电流，不可避免的对活塞3的运动造成阻力。这样的力过大地增加了对活塞3的行程，引起活塞3和排出阀5碰撞。

在下文中会详细解释感应电流。

典型的，如果线圈固定在一个地方，线圈周围的磁铁运动，或者如果磁铁固定在一个地方，线圈运动，在线圈中就会产生电流。此外，当磁铁向线圈靠近或远离线圈时，或者当磁铁的极性被改变时，线圈中产生的电流流动方向就会改变。

这样由于线圈和磁铁之间的相对运动引起的电流感应现象被称为电磁感应，在线圈两端产生的电动势被称为感应电动势。在这种情况下，在感应电动势的影响下在线圈里流动的电流被称为感应电流。

如果给连接供电单元和线圈的闭合电路上连上一块电表，电表的指针不会立刻显示某个数值，而是逐渐移动直到达到一个根据感应电流的预定的数值。如果感应电流的强度改变，线圈周围产生的磁场强度也就会改变。

更详细的说，如果线圈中的电流强度改变，在线圈里的磁通量也会改变，所以感应电动势也就会产生。在这种情况下，由于线圈里的电流改变，线圈里产生感应电动势，同时，线圈里产生感应电流。这种现象称为自感，产生的感应电动势可以由下面的公式1表示：

[公式1]

$V=-L\frac{\mathrm{\ΔI}}{\mathrm{\Δt}}$

这里作为比例系数的“L”是自感应系数。自感应系数和许多因素，例如，线圈内部铁磁心的磁导率、线圈的匝数、线圈的横截面成正比，而和线圈的长度成反比。

所以，如上面公式1所示，线圈没有供电电压的部分产生感应电流，该感应电流与连接到供电单元的线圈的其余部分中流动的电流沿相反方向流动，这会产生比现有行程更大的行程，导致在线性压缩机操作过程中增加相当大的噪声。

为了解决上面的问题，提出安装一套可调整作用在电动机上电流量的驱动。虽然这种方案可以减少线性压缩机初始运行时所需的电流量，但是需要额外的控制元件，增加了线性压缩机的制造成本。

发明内容

因此，鉴于上面的问题提出本发明。本发明的一个目的就是提供一种线性压缩机，当线性压缩机初始运行时，能够将和供电单元断开的线圈部分自动短路，经过预定的时间后取消短路线圈的连接，由此充分防止线性压缩机初始运行阶段中产生的过大行程，本发明还涉及控制该线性压缩机的方法。

按照本发明的一个方面，通过提供一种线性压缩机来完成的上面的和其它目的，该线性压缩机包括：在气缸内的活塞，执行直线往复运动吸入或排出制冷剂；线性电动机，用于给活塞提供驱动力，使活塞执行直线往复运动；以及供电单元，用于给线性电动机提供供电电压，执行自动短路功能以基本上防止在线性电动机初始运行阶段中产生的过大行程。

优选的，线性电动机包括一个线圈，用来当接收根据输入模式作用的电流时，在其周围区域产生一个预定大小的磁场，线圈可以包括一个或多个接线柱，用于按照预定的长度将线圈分成几个部分，用来使线圈周围产生的磁场强度根据输入模式而逐渐改变。

优选的，供电单元这样设计，它将从商业AC(交流)电源产生的供电电压根据输入模式传输给线圈，并且在线性电动机初始运行阶段中，将与AC电源断开的接线柱自动短路，或者取消接线柱的自动短路状态。

按照本发明的另一个方面，提供了一种控制该线性压缩机的方法，包括以下步骤：a)向线性压缩机传输供电电压，该线性压缩机设计为用于压缩流体，例如空气和制冷气体等，和排出压缩后的流体；b)自动短路线圈没有供电电压的部分，形成闭合电路，适于充分防止当压缩机初始运行时在接收供电电压时产生的过大行程；和c)经过预定的时间后，自动取消接线柱的自动短路状态。

优选的，在步骤c)中，如果由于在线性压缩机的吸入和排出侧之间的压力差而产生负荷，接线柱的自动短路状态就被取消。

根据上面提到的本发明，线性压缩机包括供电单元，用来给线性电动机提供供电电压。供电单元被设计成，在线性压缩机初始运行阶段中，自动短路和供电单元断开的线圈部分，以及经过预定的时间后，取消线圈的自动短路状态，以便可能减少在线性电动机初始运行阶段中产生的过大行程而引起的噪声，导致线性压缩机效率增加，并提高了线性压缩机的方便性。

另外，根据用于控制线性压缩机的方法，没有供电电压的线圈部分被自动短路，并且经过预定的时间后，线圈的自动短路状态被取消，从而可能充分防止在线性压缩机的初始运行时间过程中产生的过大行程，导致增加了线性压缩机的效率和方便性，以及提高了其压缩操作中的可靠性。

附图说明

本发明中上述的目的，特征和其它优点结合附图在下面的详细描述中更容易理解。

图1是示例说明传统线性压缩机的截面视图；

图2是根据本发明的优选实施例，用在线性压缩机中的供电单元的框图；

图3a和3b是根据本发明的优选实施例，在线性压缩机初始运行阶段的过程中，分别示例说明供电单元和线圈的不同连接状态的电路图；

图4a和4b是根据本发明的优选实施例，在线性压缩机正常操作阶段的过程中，分别示例说明供电单元和线圈的不同连接状态的电路图；

图5是根据本发明的优选实施例，示例说明线性压缩机的操作顺序的流程图。

具体实施方式

现在，根据本发明的线性压缩机和控制该线性压缩机的方法的优选实施例将结合附图进行解释。

虽然存在描述根据本发明的线性压缩机和控制该线性压缩机方法的大量实施例，但是在下文中，仅有少数优选实施例会详细说明。在下面的描述中，为了方便描述，已知功能和基础结构的详细说明就省略了。

首先，根据本发明简单扼要的解释线性压缩机的结构，线性压缩机由一个活塞和一个连接到活塞、用来使活塞直线往复的线性电动机组成。

线性电动机包括一个定子和一个动子。动子的一侧和活塞的固定部分相连。如果动子在定子产生的磁场影响下直线往复运动，那么和动子相连的活塞在气缸里直线往复运动。

在这种情况下，定子包括一个以层叠形式的外磁心，一个以层叠形式、宽松地插入外磁心中以在两者之间形成一个预定间隙的内磁心，以及一个安装到外磁心的线圈组，用来当接收供电电压时在它周围区域产生磁场。线圈组内部放着一个线圈，用来当接收供电电压时产生磁场。

动子包括一个放置在内磁心和外磁心之间从而固定到活塞的磁铁。

图2是根据本发明的优选实施例，用在线性压缩机中的供电单元的结构图。图3a和3b是根据本发明的优选实施例，在线性压缩机初始运行阶段的过程中，分别示例说明供电单元和线圈的不同连接状态的电路图。图4a和4b是根据本发明的优选实施例，在线性压缩机正常操作阶段的过程中，分别示例说明供电单元和线圈的不同连接状态的电路图。

根据本发明的线性压缩机包括供电单元50。供电单元50给线性电动机60提供供电电压，以及用于充分防止当线性电动机60初始运行时产生的过大行程。

供电单元50包括AC电源70和行程控制器80，该AC电源70用来从外部提供商业AC供电电压。行程控制器80作为传递由AC电源70产生的AC供电电压给线圈90，并将和AC电源70断开的部分线圈90短路，以便充分防止在线性电动机60初始运行时产生的过大行程。

行程控制器80包括至少一个继电器81和一个自动短路单元82。根据传输到那儿的AC供电电压的大小，继电器81和线圈90的相应部分相连。自动短路单元82和继电器81相连，用来执行线圈90的其余部分的自动短路，该线圈90的其余部分和继电器81断开从而没有AC供电电压。

在这种情况下，线圈组65由线圈90和接线柱组成，接线柱用来按照预定的长度将线圈90分成若干部分，用于使线圈90周围产生的磁场强度根据输入模式而逐渐改变。

接线柱包括一个接地端子91d和第一至第三接线柱91a至91c。使用这种结构，根据负荷或传输的供电电压，传输到线性电动机60的电流量被改变，能够控制活塞的往复运动距离，即，活塞的行程。

也就是，在线性电动机60中，活塞的行程随着从外部传递的供电电压增加而增加。相反的，随着线圈90的匝数增加，活塞的行程减小。

同时，电源供应的电压以大约15％的偏差作用到线圈90。

例如，假设传统作用电压是220V，如果小于大约205V的电压被应用，那么活塞的行程被极大的减小。为了补偿这种活塞行程的减小，一种低模式被设为减小线圈90的匝数。相反，如果大于大约235V的电压被应用，那么活塞的行程被突然增加。为了限制这种行程的突然增加，一种高模式被设为增加线圈90的匝数。另外，如果220V的电压被应用，那么设定一种中间模式。

为此，第一接线柱91a在高模式下和继电器81相连，第二接线柱91b在中间模式下和继电器81相连，第三接线柱91c在低模式下和继电器81相连。

如果继电器81和接线柱91a，91b，91c中已选择的一个相连，那么自动短路单元82将与继电器81断开的其余接线柱之一自动连接和短接到已选择的接线柱，从而充分防止当线性电动机60初始运行时产生的过大行程。

如已知的，在线性压缩机初始运行阶段中，当根据传递到线性压缩机的供电电压而设定低模式或中间模式时，如果线性压缩机内部几乎不存在负荷，就会导致行程的产生。所以，和供电单元断开的线圈90的接线柱被短路以形成闭合电路，以便线圈90的匝数增加，导致行程的减小。

即使在和供电单元断开的线圈90产生的感应电流作用以防止与线圈90相关的磁铁的运动，也会产生过大行程，但是这种感应电流以上述方法被有效的消除。

现在，线性压缩机的各个输入模式将在详细说明。

如果205V的电压，低于传统作用电压，被传递给线性压缩机，这样线性压缩机设定为低模式，如图3a所示，那么继电器81和第三接线柱91c相连。在这种情况下，自动短路单元82将和继电器81断开的第一接线柱91a自动连接到第三接线柱91c。

当第一接线柱91a和第三接线柱91c被短路以形成一个闭合电路时，暂时增加供电电压传递的线圈90的匝数，导致行程减少。这也使供电电压被传递给整个线圈90，因此防止了感应电流的产生。

如果作用传统供电电压，例如220V，如图3b所示，那么继电器81连接到第二接线柱91b上，并且自动短路单元82自动短路第一和第二接线柱91a和91b以形成闭合电路，因而限制了行程。

在这种情况下，因为由自动短路单元82获得的这种自动短路状态的目的是，防止当线性压缩机初始运行时产生的现象，自动短路状态不得不在经过预定的时间之后被取消以便可以使线性压缩机60正常操作。

因此，经过预定的时间后，如图4a和4b所示，自动短路单元82自动取消短路状态。这是在由于线性压缩机60的吸入和排出两侧之间的制冷气体的压力差而产生的负荷被检测时而实现的。

根据本发明的上述的线性压缩机的操作将参考图5在下文中进行描述。

首先，AC供电电压被作用到线性压缩机(步骤S1)。

在这种情况下，如果作用到线性压缩机的电压的值低于常规值，例如205V，那么为了补偿这种作用电压，设置低模式以便连接到供电单元的继电器81被连接到第三接线柱91c。

如果作用电压具有常规值，那么设置中间模式以便继电器81被连接到第二接线柱91b上。另外，如果作用电压具有比常规值高一些的值，例如235V，则设置高模式以便继电器81被连接到第一接线柱91a(步骤S2)。

当判断连接继电器81的接线柱是第二或第三接线柱91b或91c(步骤S3)时，由于当线性压缩机初始运行时没有产生负荷，或者线圈90和接线柱断开的部分里产生的感应电流，线性电动机60产生过大行程。为了防止这种过大行程的产生，第一接线柱91a自动连接到第二或第三接线柱91b或91c以形成闭合电路(步骤S4)。

接着，如果线性压缩机启动后经过预定的时间，由于线性压缩机吸入和排出两侧的压力差而产生负荷。这自然减小了行程，而且这样取消了短路接线柱的连接，使线性压缩机可以正常工作。

以这种方式，当线圈90中流动的电流量在接收供电电压时被突然改变，为了充分防止活塞中产生的过大行程，自动短路单元82将线圈断开的部分短路，因此防止过大行程的产生，这种行程的产生是在线性压缩机初始运行阶段中电流的突然传递的结果。

从上面描述明显看出，根据本发明，线性压缩机以及控制该线性压缩机的方法，利用被设计为向线性电动机提供供电电压的供电单元，同时，在线性压缩机初始运行阶段中自动短路线圈断开的部分，并经过预定的时间取消线圈自动短路状态，以便可以减小过大行程产生引起的噪声，导致增加线性压缩机的效率和方便性。

另外，根据本发明的线性压缩机有效的防止了活塞和包含在其内的排出阀的碰撞问题，有利的增加了其耐久性。

还有，根据本发明，活塞的行程可以被有效的控制，不需要额外控制零件，以便可以减少线性压缩机的制造成本，导致其具有竞争力的价位。

虽然本发明的优选实施例为了示例目的被披露，但是在不超出权利要求描述的本发明的范围和精神，那些本领域中的熟练技术人员还可以做各种修改、补充和替换。

Claims (14)

1.一种线性压缩机，包括：

容纳在气缸内的活塞，用于执行直线往复运动来吸入或排出制冷剂；

线性电动机，用于给活塞提供驱动力，使活塞执行直线往复运动；和

供电单元，用于给线性电动机提供供电电压，执行自动短路功能以防止在线性电动机初始运行阶段中产生过大的行程。

2.如权利要求1所述的压缩机，其中线性电动机包括：

线圈，用于当接收根据输入模式作用的电流时，在它的外围区域形成一个预定大小的磁场；

连接到活塞的磁铁，用于由于线圈周围产生的磁场，执行直线往复运动。

3.如权利要求2所述的压缩机，其中线圈包括用于按照预定长度将线圈分成若干部分的一个或多个接线柱，用于使线圈周围产生的磁场的强度根据输入模式而逐渐改变。

4.如权利要求3所述的压缩机，其中供电单元包括：

交流电源，用于提供商业的交流供电电压；和

行程控制器，用来根据输入模式，将交流电源产生的交流供电电压传输到线圈的所选择的一个接线柱上，并且在线性电动机初始驱动阶段中，将其余接线柱中的和交流电源断开的一个接线柱短接到该已选择的接线柱。

5.如权利要求4所述的压缩机，其中行程控制器包括：

至少一个继电器，根据输入模式连接到所选择的接线柱；和

和继电器相连的自动短路单元，为了限制线圈中感应电流的产生，自动将其余接线柱中的和继电器断开的一个接线柱短接到该已选择的接线柱。

6.如权利要求5所述的压缩机，其中自动短路单元，如果继电器连接到线圈的所选择的接线柱，自动将其余接线柱中的和继电器断开的一个接线柱连接并短接到该已选择的接线柱，并且在经过预定的时间后，取消接线柱的自动短路状态。

7.如权利要求6所述的压缩机，其中所述接线柱由第一接线柱到第三接线柱组成。

8.如权利要求7所述的压缩机，其中自动短路单元，如果继电器连接到第二接线柱，自动将第二接线柱连接和短接到第一接线柱，并经过预定的时间后，自动取消第一接线柱和第二接线柱的连接。

9.如权利要求7所述的压缩机，其中自动短路单元，如果继电器连接到第三接线柱，自动将第三接线柱连接和短接到第一接线柱，并经过预定的时间后，自动取消第一接线柱和第三接线柱的连接。

10.用于控制线性压缩机的方法，包括以下步骤：

a)向线性压缩机传输供电电压，该线性压缩机设计为用于压缩流体，例如空气和制冷气体等，和排出压缩后的流体；和

b)自动短路线圈的没有供电电压的部分以形成闭合电路，为了防止当接收供电电压时在压缩机初始运行时产生过大的行程。

11.如权利要求10所述的方法，其中，在步骤b)中，如果第二接线柱被连接到继电器，该第二接线柱从线圈的第一到第三接线柱中被选择出，其中线圈的第一到第三接线柱按照预定长度划分以便逐渐改变线圈中产生的磁场的强度，那么第一接线柱自动短接到第二接线柱，形成闭合电路。

12.如权利要求10所述的方法，其中，在步骤b)中，如果第三接线柱被连接到继电器，该第三接线柱从线圈的第一到第三接线柱中被选择出，其中线圈的第一到第三接线柱按照预定长度划分以便逐渐改变线圈中产生的磁场的强度，那么第一接线柱自动短接到第三接线柱，形成闭合电路。

13.如权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

c)执行步骤b)后，经过预定的时间后，自动取消接线柱的自动短路状态。

14.如权利要求10所述的方法，其中在步骤c)中，如果由于线性压缩机的吸入和排出侧之间的压力差而产生负荷，那么在步骤b)中实现的短路状态将自动取消。

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