CN1673536A - 直线压缩机驱动装置、媒体和信息组件 - Google Patents

直线压缩机驱动装置、媒体和信息组件 Download PDF

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Abstract

提供一种用直线电机驱动活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，它具有：输出要供给直线电机的交变电流的逆变器；检测逆变器输出电流的电流检测装置；检测逆变器输出电压的电压检测装置；确定输出电流幅值的电流幅值确定装置；输出功率计算机装置；确定输出电流的频率使输出功率最大的频率确定装置；及根据确定的电流幅值与频率控制逆变器的逆变器控制器。

Description

直线压缩机驱动装置、媒体和信息组件
本申请是申请号为00135079.X，申请日：2000.11.30，名称为“直线压缩机驱动装置、媒体和信息组件”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及直线压缩机的驱动装置，这种压缩机利用直线电机在气缸中使活塞往复而在气缸与活塞形成的压缩腔内产生压缩气体。
背景技术
众所周知，直线压缩机可利用机械弹性件的弹性或压缩气体产生压缩气体。
因此，将参照图7描述将弹簧用作弹性件的常规直线压缩机的结构与工作，图7示出了常规直线压缩机的结构。
气缸60夹持活塞61，让活塞61能沿其轴向滑动。磁铁62固定至活塞61。埋置在外轭63里的定子线圈64相对磁铁62安置。
气缸60与活塞61形成的压缩腔65有一相连的吸气管66一排气管67，吸气管66有一吸气阀68，排气管67有一排气阀69。另外，活塞61受谐振弹簧70弹性支持。
当经过电机驱动器(未画出)向直线电机71(包括外轭63、定子线路64与磁铁62)连续提供动力时，活塞61沿其轴向往复而吸压压缩腔65中的致冷剂。
为实现有效驱动，必须以谐振频率驱动直线压缩机。直线压缩机的谐振频率决定于：(1)机械安装的弹性件与压缩气体的弹性，如果该压缩机包括这种弹性件的话，或者(2)只是压缩气体的弹性，如果压缩机仅利用压缩气体的弹性。
然而，不论是哪一种情况，压缩气体的弹性都会随负载变化而发生重大变化，因而无法独特地确定直线压缩机的谐振频率。因此，历来使用的一个方法是利用输入电流与活塞速度同相是建立谐振总的现象来计算变化的谐振频率(日本专利开平第10-26083号)。
接着参照图8简单说明该方法的一个例子，图8是一流程图，有助于说明带位置传感器的常规直线压缩机工作时伴随出现的谐振。
在谐振频率检测控制开始时，在步骤S20，由驱动频率f产生输入到直线压缩机的正弦波电流指令值Iref。在步骤S21，用来自装在直线压缩机里的位置传感器有关活塞的定位信息，确定活塞的当前速度Vnow。
在步骤S22，确定所确定的值Iref与速度Vnow的相位差。如果值Iref的相位快于速度Vnow的相位，过程进到步骤S23。若相位一样，过程就进到步骤S24。若值Iref的相位较慢，则过程进到步骤S25。
在步骤S22，由于电流驱动频率低于谐振频率，所以要提高驱动频率f，过程回到步骤S20。在步骤S23，由于电流驱动频率与谐振频率相同，过程回到步骤S20，但是无须改变驱动频率f。在步骤S24，由于电流驱动频率高于谐振频率，则要降低驱动频率f，于是过程回到步骤S20。
在这种方法中，一直用从位置传感器得到的有关活塞的定位信息来控制驱动频率，使之与谐振频率一样。
然而，采用这种方法，要求如上述那样测量活塞在气缸中的位移，因而要求将位移测量装置与直线压缩机做成一体。结果，单是直线压缩机的容积不仅增大了对应于该位移测量装置容积的量，而且位移测量装置本身必须封装在直线压缩机的外壳里，由此产生这样一个问题，即在温度、压力等苛刻的工作条件下，必须确保位移测量装置的工作可靠性。
发明内容
根据上述问题，本发明的一个目的是提供一种直线压缩机驱动装置、媒体与信息组件，所述驱动装置可有效地驱动直线压缩机而不利用活塞的位移。
本发明的第一发明是一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于所述频率确定装置具有包括频率控制周期与频率变化的两个变量，将以在上一次之前的所述频率控制周期内确定的频率工作而得到的所述输出功率与以在上一次频率控制周期内确定的频率工作而得到的所述输出功率进行比较，以便确定当前频率：
(1)若所述输出功率已增大，则沿所述上一次频率控制周期内同一方向改变所述频率，其量对应于所述频率变化量，及
(2)若所述输出功率已减小，则沿所述上一次频率控制周期内相反的方向改变所述频率，其量对应于所述频率变化量，
所述频率确定装置沿所述同一方向改变所述频率预定次数或更多次数，而且如果所述输出功率已改变某预定量或更多，就保持在所述上一次频率控制周期内确定的频率。
本发明的第二发明是根据第一方面所述的直线压缩机驱动装置，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
本发明的第三发明是根据第一方面所述的直线压缩机驱动装置，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
本发明的第四发明是根据第三方面所述的直线压缩机驱动装置，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
本发明的第五发明是一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于所述频率确定装置具有包括频率控制周期与频率变化的两个变量，将以在上一次之前的所述频率控制周期内确定的频率工作而得到的所述输出功率与以在上一次频率控制周期内确定的频率工作而得到的所述输出功率进行比较，以便确定当前频率：
(1)若所述输出功率已增大，则沿所述上一次频率控制周期内同一方向改变所述频率，其量对应于所述频率变化量，及
(2)若所述输出功率已减小，则沿所述上一次频率控制周期内相反的方向改变所述频率，其量对应于所述频率变化量，
所述频率确定装置根据所述输出功率的变化而改变所述频率变化量。
本发明的第六发明是根据第五方面所述的直线压缩机驱动装置，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
本发明的第七发明是根据第五方面所述的直线压缩机驱动装置，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
本发明的第八发明是根据第七方面所述的直线压缩机驱动装置，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
本发明的第九发明是一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于如果所述确定的电流幅值已改变，所述频率确定装置保持所述确定的频率。
本发明的第十发明是根据第九方面所述的直线压缩机驱动装置，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
本发明的第十一发明是根据第九方面所述的直线压缩机驱动装置，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
本发明的第十二发明是根据第十一方面所述的直线压缩机驱动装置，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
本发明的第十三发明是一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值，
所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以使所述计算的输出功率等于要输入所述直线压缩机的设定功率，而该功率根据所述环境温度与设定温度而设置。
本发明的第十四发明是根据第十三方面所述的直线压缩机驱动装置，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
本发明的第十五发明是根据第十三方面所述的直线压缩机驱动装置，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
本发明的第十六发明是根据第十五方面所述的直线压缩机驱动装置，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
本发明的第十七发明是一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于当起动所述直线压缩机后，所述电流幅值确定装置逐渐增大所述电流幅值。
本发明的第十八发明是根据第十七方面所述的直线压缩机驱动装置，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
本发明的第十九发明是根据第十七方面所述的直线压缩机驱动装置，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
本发明的第二十发明是根据第十九方面所述的直线压缩机驱动装置，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
本发明的第二十一发明是一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于当停止所述直线压缩机时，所述电流幅值确定装置逐渐减小所述电流幅值。
本发明的第二十二发明是根据第二十一方面所述的直线压缩机驱动装置，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
本发明的第二十三发明是根据第二十一方面所述的直线压缩机驱动装置，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
本发明的第二十四发明是根据第二十三方面所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
本发明的第二十五发明是一种直流压缩机驱动装置，利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体，它包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
输入电流检测装置，用于检测所述逆变器的输入电流；
电流幅值确定装置，用于确定所述逆变器的输出电流的电流幅值；
输入功率计算装置，用于根据(1)所述检测的输入电流和(2)对所述逆变器预定的或检测的输入电压，计算所述逆变器的输入功率；
频率确定装置，用于确定所述逆变器的输出电流的频率，使所述输入功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值和频率，控制所述逆变器。
附图说明
图1是本发明实施例1的直线压缩机驱动装置的框图；
图2是一流程图，表示本发明实施例1的直线压缩机驱动装置执行的控制操作；
图3是一流程图，表示本发明实施例1的驱动频率确定装置4执行的控制操作；
图4是应用本发明实施例1的直线压缩机驱动装置的致冷循环设备的框图；
图5是一曲线图，表示包括输入功率、活塞速度与电流的相位差及效率的三个物理量的测量结果，所述效率是在保持电流幅值的同时改变驱动频率而得到的；
图6是本发明实施例2的直线压缩机驱动装置的框图；
图7表示常规直线压缩机的结构；及
图8是一流程图，帮助说明带位置传感器的常规直线压缩机执行的谐振跟踪操作；
图9是本发明直线压缩机驱动装置的框图。
符号说明：
1-直线压缩机，2-电流幅值确定装置，
3-输入电流波形命令装置，4-驱动频率确定装置，5-直流电源，6-逆变器，7-电流传感器，7′-电流传感器，8-电流检测装置，8′-输入电流检测装置，8″-输出电流检测装置，9-逆变器控制器，10-电压检测装置，10′-电压检测装置，11-输出功率计算装置，11′-输入功率计算装置，12-直流电压检测装置，13-输出电压计算装置，60-气缸，61-活塞，62-磁铁，63-外轭，64-定子，65-压缩腔，66-吸气管，67-排气管，68-吸气阀，69-排气阀，70-谐振弹簧，71-直线电机。
具体实施方式
将参照附图描述本发明诸实施例。本发明的特征在于，通过将恒定的电流幅值输入直线电机并调节输入电流的频率，使得对直线电机的输入最大，能有效地驱动直线压缩机。这在实施例1的后半部分在逻辑上予以说明。
实施例1
首先，参照图1(该装置的框图)描述实施例1的直线压缩机驱动装置的结构。
直线压缩机驱动装置包括直流电源5、电流检测装置8、电压检测装置10、输出功率计算装置11、逆变器控制器9、逆变器6、电流幅值确定装置2、驱动频率确定装置4和输入电流波形命令装置3。包括逆变器控制器9和输入电流波形命令装置3的装置，对应于本发明的逆变器控制器。
接下来详细说明本发明直线压缩机驱动装置的结构。
直流电源5向逆变器6供给直流电压，该直流电源通常包括交流电源、对来自交流电源的交变电流整流的二极管桥路和平滑电容器。
电流检测装置8通过电流传感器7检测供给直线电机(未画出)的电流，而直线电机驱动直线压缩机1。
电压检测装置10通过逆变器6检测供给驱动直线压缩机1的直线电机的电压。然而，逆变器6的输出具有不易直接测量的PWM(脉宽调制)波形。因此，采用包含变压器或电容器与电阻器的低通滤波器对PWM波形整形和测量。
输出功率计算装置11利用逆变器6输出的由电流检测装置8检测的电流与由电压检测装置10检测的电压计算阅读器输出功率(下面简称为输出功率)P。具体而言，逆变器输出功率P是这样计算的：将测得的瞬时电压乘上测得的瞬时电流以计算瞬时功率，并把驱动频率一个周期的乘积或对应于该频率整数倍的周期的乘积相累加。输出功率P可通过对低通滤波器施加瞬时功率而算出。例如，可作下述计算：
将最后算得的瞬时功率乘以预定的权重(0.9999)，将当前算得的瞬时功率乘以某一权重(上例为0.0001)，将该权重加到上述权重就成了1，再把乘积加在一起。
逆变器控制器9以某种方式控制逆变器6的输出PWM宽度，减小指令电流波形与检测的电流之间的偏差。一种专用控制方法包括对这一偏差应用有适当增益的P(比例)控制或PI(比例积分)控制，以确定逆变器6的输出PWM宽度。
逆变器6用逆变器控制器装置9确定的PWM宽度驱动。逆变器6可以是单相全桥逆变器，也可以是单相半桥逆变器。
电流幅值确定装置2根据直流压缩机1或者与直线压缩机1做成一体的某系统的状态，确定准备输入直线电机以驱动直流压缩机1的电流的幅值I。
当输入给直流电机的电流的幅值恒定时，驱动频率确定装置4调节和确定某一频率，使输出功率计算装置11测得的对直线电机的输入功率为最大。
输入电流波形命令装置3产生的电流波形，具有确定的幅值I和频率ω，令逆变器控制器9输出类似的波形。
接着参照图2描述本实施例的直线压缩机驱动装置的工作，图2是该装置控制操作的流程图。
当直线压缩机1被驱动后变得稳定，并且规定了本发明的控制方法的启动时，在步骤S1，电流幅值确定装置2根据直流压缩机1或者将直流压缩机1与其做成一体的系统的状态，确定输入给驱动直线压缩机1的直流电机(未画出)的电流幅值I。
在步骤S2，输入电流波形命令装置3根据电流幅值确定装置2确定的幅值I和驱动频率确定装置4确定的频率ω，产生指令电流波形I×sinωt。
在步骤S3，逆变器控制器9和逆变器6根据该指令电流波形I×sinωt和电流检测装置8检测的电流，向直线压缩机1提供电流。
在步骤S4，输出功率计算装置11测量准备提供给直线压缩机1的功率P。
在步骤S5，在供给直线压缩机1的电流幅值I不变的条件下，驱动频率确定装置4调节输入电流的频率ω，使提供的功率P最大。
重复步骤S2～S5，直至供给的功率P最大。一旦供给的功率P为最大，过程回到步骤S1。
接着参照图3详细描述驱动频率确定装置4的工作情况，图3是表明对驱动频率确定装置4控制操作的流程图。
在以下描述中，使用了两个变量(即驱动频率变化周期与驱动频率变化)和一个标志(即驱动频率变向标志)。驱动频率变化周期是驱动频率确定装置4正在工作的时间内的一个控制周期，而驱动频率变化是在驱动频率确定装置4作一次操作时驱动频率变化的量。另外，驱动频率变向标志以驱动频率确定装置4确定的驱动频率发生变化的方向为基础。标志为1表示频率增高，标志为-1表示频率减低。
在调用驱动频率确定装置4时，在步骤S10，对上一次调用驱动频率确定装置4时输入直线压缩机1的功率与当前功率作一比较。具体而言，从上一次功率里减去当前功率而计算二者之差。
若功率差为负，表明上一次确定的驱动频率已经沿偏离直线压缩机1的最大功率驱动频率的方向发生了变化。在步骤S11，驱动频率变向标志反向。另一方面，若功率差为正或零，则表明上一次确定的驱动频率已经沿跟随直线压缩机1的最大功率驱动频率的方向发生了变化。在步骤S12，驱动频率变向标志保持原状。
如果驱动频率变向标志为正，可在步骤S13通过使驱动频率增高对应于驱动频率变化的量确定该驱动频率。相反地，若驱动频率变向标志为负，则在步骤S14将其减低驱动频率变化量而确定该驱动频率。
在步骤S15，过程在驱动频率变化周期内等待，然后回到步骤S10。
以这种方法，在每个驱动频率变化周期中，驱动频率确定装置4将该驱动频率改变相应于其变化的量，使输入直线压缩机1的功率最大。
在这方面，当直线压缩机的负载不稳定时，即使驱动频率不变，输入功率也会变化，因此驱动频率确定装置4可以沿偏差直线压缩机1的最大功率驱动频率的方向确定驱动频率。这可以作一次设定，如果驱动频率确定装置4沿同一方向改变驱动频率至少两次，由此将功率改变某预定值或更大些，保持上次确定的驱动频率，从而防止驱动频率变化，直到负载稳定。这样就阻止了驱动频率确定装置4沿偏离最大功率驱动频率的方向确定驱动频率(即便负载不稳定)，形成稳定的操作。当然，上述确定的值可以是一特定的值，或者是一个基于在某一预定时刻测得的功率的值(例如，在准备确定驱动频率时，对应于被测功率10％的值)。
另外，当功率变化很大时，就断定驱动频率严重偏离了最大功率驱动频率，因而可以缩短驱动频率变化周期。当功率变化很小时，则断定驱动频率接近最大功率驱动频率，可延长驱动频率变化周期。这样可以高速而稳定地跟随最大功率驱动频率。
还有，利用上述方法，驱动频率确定装置4经常改变驱动频率而使功率最大，因而在每一驱动频率变化周期中，驱动频率围绕对应于最大功率的驱动频率而改变对应于驱动频率变化的量。这样，用偏离对应于最大功率的驱动频率的某一驱动频率来驱动可能不可忽视。接着，当功率变化很大时，由于已断定驱动频率严重偏离了最大功率驱动频率，所以可以增大驱动频率的变化。当功率变化很小时，由于已断定驱动频率接近于最大功率驱动频率，所以可以减小驱动频率的变化。这样可高速而稳定的跟随最大功率驱动频率。
另外，为了有效地控制直线压缩机1，必须改变电流幅值。然而，由于在不同于电流幅值不变的条件下不能保证驱动频率确定装置4的工作，所以在电流幅值变化时，驱动频率确定装置4可以确定严重偏离直线压缩机1最大功率驱动频率的某一驱动频率。这样，虽然电流幅值在变化，但是可以改变电流幅值的同时停止驱动频率确定装置4工作，以执行稳定的操作。
再者，由于驱动频率确定装置4确定的驱动频率偏离直线压缩机1的最大功率驱动频率，所以可将电流幅值改变比要求的量更大的量。这样，若功率变化等于或大于某固定值，由于已断定驱动频率偏离直线压缩机1的最大功率驱动频率，所以驱动频率确定装置4可以防止电流幅值变化。这样可实现稳定操作而无须不必要的增大电流。
还有，如图4所示，该图是应用本实施例直线压缩机驱动装置的致冷循环设备的框图，如果直线压缩机驱动装置用作致冷循环设备43(包括冷凝器40、膨胀装置41和蒸发器42)的一部分，则电流幅值确定装置2根据致冷循环设备43至少一个部分的环境温度和对应于该环境温度的设定温度，确定要输入直线压缩机1的电流幅值。具体而言，通过(1)运用比例积分控制减小环境温度与设定温度之差或(2)参照事先编制的有关这类温差的列表值，确定电流幅值。此时，直线压缩机驱动装置也能控制直线压缩机1而获得用户所需的温度。或者，通过确定电流幅值而获得准备输入直线压缩机1的功率，其值根据环境温度与设定温度之差算出。
另外，在驱动直线压缩机1时，其中所含的气体还未稳定，因而迅速增大电流幅值可能使活塞顶部与气缸头部相互碰撞。所以，电流幅值确定装置2在驱动时逐渐增大电流幅值。相反地，当直线压缩机1停止工作时，由于吸气压与排气压有一压差，迅速减小电流幅值会造成活塞顶部与气缸头部相互碰撞，或者用于谐振的弹簧出现弹性变形。因此在停止时，电流幅值确定装置2逐渐减小电流幅值。
另外，不必像上述实施例那样根据逆变器输出功率的计算而控制逆变器，代之以根据计算逆变器的输入功率而控制逆变器，因为逆变器的输入功率已假定等于其输出功率。
此时，如图9所示的本发明的直线压缩机驱动装置，利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体，它包括：
逆变器6，用于输出要供给直线电机的交变电流；
输入电流检测装置8′，用于检测输入逆变器6的电流；
输出电流检测装置8″，用于检测逆变器6输出的电流；
电流幅值确定装置2，用于确定逆变器6输出电流的幅值；
输入功率计算装置11′，用于根据(1)检测的输入电流与(2)电压检测装置10′检测的输入逆变器6的电压，计算逆变器6的输入功率；
驱动频率确定装置4，用于确定逆变器6输出电流的频率，使输入功率最大；及
逆变器器控制器9，用于根据确定的电流幅值与频率，利用输出电流检测装置8″的检测结果控制逆变器。
这里，对本发明的逆变器的输入电压，在上例中由电压检测装置检测，但这不是个限制，例如可用某预定值作为输入电压。
具体而言，当把功率因数校正转换器(下指PFC转换器)用作直流电源时，像输入PFC转换器的功率那样，可以根据(1)已测量的输入PFC转换器的电流幅值与(2)输入PFC转换器的电压的预定幅值，来算出逆变器的输入电流。
另外，不必要上述那样用输出电流检测装置检测逆变器的输出电流。例如，当用开环控制(不用反馈控制)对本发明的逆变器作控制时，就不需要输出电流检测装置。
接着如上所述，将参照作为理论根据的公式(1)～(3)，说明本发明直线压缩机驱动装置的诸特点。
在驱动直线压缩机的直线电机中，输入与输出能量间的关系可以表述如下：
[公式1]
Pi＝P0+1/2×R×I2
式中P0指直线电机的平均输出能量，Pi是其平均输入能量，R指其中存在的等效电阻，而I是对其输入的正弦幅值。直线电机的平均输入能量Pi对应于上述逆变器6的输出功率。
由公式(1)可知，直线电机的损耗就是直线电机中等效电阻引起的焦耳热。若等效电阻不变，只要用电流幅值就可确定损耗，与其频率无关。
再者，直线压缩机输出Pc(下指直线电机输出)与直线电机的平均输出能量P0之比(下指压缩机机械效率)符合下述公式：
[公式2]
Pc＝ηm×P0
式中Pc指直线压缩机输出，ηm指压缩机机械效率。
直线压缩机输出Pc与直线电机的平均输入能量Pi之比(下面也称总效率)可表示为：
[公式3]
η＝Pc/Pi
＝(ηm×P0)/(P0+1/2×R×I2)
＝ηm/(1+(1/2×R×I2)/P0)
式中η指总效率。
在接近直线压缩机某种操作状态时，可以假定压缩机机械效率ηm是恒定的。相应地，公式(3)表明，在保持输入直线电机的正弦电流幅值不变的同时驱动直线压缩机时，可将直线电机的平均输出能量P0控制成最大，以便使总效率η最大。而且，由于在保持输入直线电机的正弦电流幅值I不变的同时驱动直线压缩机，所以公式(1)表明，使直线电机的平均输出能量P0最大，意味着也使直线电机的平均输入能量Pi最大。
上述说明从理论上证明，在调节输入电流频率而使直线电机的平均输入能量(即功率输出)最大的同时，通过保持准备输入直线电机的正弦电流幅值I不变，可以有效地驱动直流压缩机。
接着，图5所示的本实施例的实验结果进一步描述了本发明结构应用这些结果的有效性。图5示出了包括输入功率、活塞速度与电流的相位差与效率三个物理量的测量结果，这些结果是是保护输入本实施例的直线压缩机的电流幅值不变的同时，通过改变驱动频率而得到的。这里，效率是相对于某参照值的值。
图5的实验结果表明，通过在保持输入直线压缩机的电流幅值不变的同时，确定驱动频率(图中标为fo)而使输入本实施例的直线压缩机的功率最大，能以最大效率驱动直线压缩机。该图还表明，当以最大效率驱动直线压缩机时，活塞速度与电流同相位，表示直线压缩机处于谐振。
实施例2
接下来参照图6描述实施例2的直线压缩机驱动装置的结构与操作，图6是该装置框图。
本例直线压缩机驱动装置的结构与实施例1基本相同，但电压检测装置包括直流电压检测装置12和输出电压计算装置13。
上述实施例1直接检测逆变器的输出电压。然而，逆变器控制器的接地与直流输入电压的接地同电位。相应地，检测逆变器的输出电压要求变压器或光耦器作隔离的电路部件。根据实施例2，为了减少控制电路所需的部件数量及其尺寸，逆变器的输出电压是间接计算的，以消除这些部件。
直流电压检测装置12检测直流电源5供给逆变器6的直流电压。具体而言，它运用电阻电位分度检测该直流电压。
输出电压计算装置13根据输入逆变器6的直流电压和从逆变器控制器9发送给逆变器6的PWM宽度，计算逆变器6的输出电压，计算时无须使用上述实施例1那样的任何变压器或低通滤波器。
这里，逆变器6的输出电压有两个值，包括零和输入电压值Vdc，其中输出电压Vdc时的周期对应于逆变器控制器9确定的PWM宽度。这样可以表达0与Vdc之间的某一电压值，以便根据输入电压Vdc与PWM宽度之比计算要输出的电压。
然而，必须考虑到逆变器控制器9同逆变器6实际通信的PWM与逆变器6的实际输出之间的差异。这一现象的成因可能是驱动逆变器6的驱动电路有延迟，为避免逆变器6短路而设置的停滞时间，或者是组成逆变器6的某一功率半导体器件的延迟。
除了上述操作外，本实施例的直线压缩机驱动装置基本上以实施例1同样的方式工作。
由上述可知，本发明包括直流压缩机驱动装置，它根据输入直线电机的电压计算谐振频率，而该直线电机用于取代例如直线压缩机中的气缸位移来驱动直线压缩机，因而能有效地驱动直线压缩机。
或者，本发明对直线压缩机提供一种驱动装置，例如它包括活塞与围住活塞的气缸，活塞由直线电机并采用机械弹性件或在气缸与活塞形成的压缩腔内产生的压缩气体的弹性驱动，其中驱动装置包括电源、逆变器、电流幅值确定装置、输入电流波形命令装置、电流检测装置、电压检测装置、输出电压计算装置、逆变器控制器和驱动频率确定装置。直流电源向逆变器提供直流电压。逆变器以逆变器控制器确定的PWM驱动。电流幅值确定装置根据直线压缩机要求的的外加力，对驱动直线压缩机的逆变器输出的正弦电流确定幅值。输入电流波形命令装置根据电流幅值确定装置确定的幅值和驱动频率确定装置确定的频率，通过逆变器控制器对直线电机输入的电流。电流检测装置检测逆变器准备向驱动直流压缩机的直线电机提供的电流。电压检测装置检测准备从逆变器供给驱动直线压缩机的直线电机的电压。输出功率计算装置根据逆变器输出的电流与电压，计算逆变器输出的功率。逆变器控制器控制逆变器输出的PWM宽度，以减小指令电流波形与检测的电流的偏差。驱动频率确定装置在保持逆变器输出电流幅值的同时，调节和确定驱动频率，使输出功率计算装置检测的功率为最大。这些方面都是本发明直线压缩机驱动装置的特征。
根据本发明，例如电压检测装置包括直流电压检测装置和输出电压计算装置，直流电压检测装置检测直流电源供给逆变器的直流电压。输出电压计算装置根据输入逆变器的直流电压和逆变器控制器发送给逆变器的PWM宽度，计算逆变器输出的电压。这些都是本发明的特征。
本发明的特征还在于，例如驱动频率确定装置的变量包括驱动频率控制周期和驱动频率变化，对以上一次之前驱动频率控制周期内确定的驱动频率进行操作而得到的功率，与以上一次驱动频率控制周期内确定的驱动频率进行操作而得到的功率作一比较，以便沿上一次驱动频率控制周期内同一方向改变驱动频率(若功率已增大)，其改变量对应于驱动频率的变化，或者沿上一次驱动频率控制周期内相反方向改变驱动频率(若功率已减小)，改变量对应于驱动频率的变化，由此确定当前频率。
本发明的特征还在于，例如驱动频率确定装置确定同一驱动频率至少两次或更多次，如果功率已改变某一预定量或更多，就保持在上一次驱动频率控制周期内确定的驱动频率。
本发明的特征还在于，例如频率确定装置根据功率变化而改变驱动频率控制周期。
本发明的特征还在于，例如频率确定装置根据功率变化而改变驱动频率变化量。
本发明的特征还在于，例如当电流幅值确定装置改变电流幅值时，驱动频率确定装置就停止电流幅值确定装置工作，且保持驱动频率。
本发明的特征还在于，例如如果驱动频率确定装置得到的功率变化是个定量或更大，电流幅值确定装置便停止工作，保持该电流幅值。
本发明的特征还在于，例如若将直流压缩机用作致冷循环设备(包括至少一个冷凝器。膨胀装置和蒸发器)的一部分，电流幅值确定装置就根据致冷循环设备至少在其一个位置的环境温度和相应的设定温度，确定输入直线压缩机的电流的幅值。
本发明的特征还在于，例如电流幅值确定装置确定输入直流压缩机的电流的幅值，以减小环境温度与设定温度之差。
本发明的特征还在于，例如电流幅值确定装置根据环境与设定温度，确定输入直流压缩机的设定功率，并以某种方式确定输入直流压缩机的电流的幅值，使输出功率计算装置得到的输出功率等于该设定功率。
本发明的特征还在于，例如当直线压缩机驱动后，电流幅值确定装置逐渐增大输入直线压缩机的电流的幅值。
本发明的特征还在于，例如当直线压缩机停止工作时，电流幅值确定装置逐渐减小输入直线压缩机的电流的幅值。
另外，本发明提供一种承接程序和/或数据的媒体，让计算机执行本发明上述所有或部分装置的所有或部分功能，其中在读取时，计算机可以读出程序和/或数据，与计算机一起执行上述诸功能。
还有，本发明提供一种承载程序和/或数据的信息组件，让计算机执行本发明上述所有或部分装置的所有或部分功能，其中在读取时，计算机可以读出程序和/或数据，与计算机一起执行上述诸功能。
数据包括数据结构，数据格式与数据类型。媒体包括ROM等记录媒体、因特网等传输媒体和光、电或声波等传输媒体。例如，承载媒体包括其上录有程序和/或数据的记录媒体、发送程序和/或数据的传输媒体等。“可被计算机处理”表示，对于ROM等记录媒体，程序和/或数据能为计算机读取，而对于传输媒体，作为传输结果，传输的程序和/或数据能被计算机处理。信息组件例如包括程序一类的软件和/或数据。
如上所述，本发明的结构可用软件或硬件实施。
以此方式，本发明在调节输入电流的频率的同时，保持供给直线压缩机的电流的幅值不变，可使供给压缩机的功率最大。因此，可以跟踪因负载变化造成的谐振频率变化，以提高直线压缩机的效率。另外，由于该控制方法不用位置传感器检测活塞的位置，所以可减小直线压缩机驱动装置的尺寸，进而降低成本。再者，本发明的控制器既保持了要求的功能，又可稳定而迅速地跟踪谐振频率。
可知，本发明的优点是直线压缩机驱动装置能有效地驱动直线压缩机而不利用活塞位移。

Claims (25)

1.一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于所述频率确定装置具有包括频率控制周期与频率变化的两个变量，将以在上一次之前的所述频率控制周期内确定的频率工作而得到的所述输出功率与以在上一次频率控制周期内确定的频率工作而得到的所述输出功率进行比较，以便确定当前频率：
(1)若所述输出功率已增大，则沿所述上一次频率控制周期内同一方向改变所述频率，其量对应于所述频率变化量，及
(2)若所述输出功率已减小，则沿所述上一次频率控制周期内相反的方向改变所述频率，其量对应于所述频率变化量，
所述频率确定装置沿所述同一方向改变所述频率预定次数或更多次数，而且如果所述输出功率已改变某预定量或更多，就保持在所述上一次频率控制周期内确定的频率。
2.如权利要求1所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
3.如权利要求1所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
4.如权利要求3所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
5.一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于所述频率确定装置具有包括频率控制周期与频率变化的两个变量，将以在上一次之前的所述频率控制周期内确定的频率工作而得到的所述输出功率与以在上一次频率控制周期内确定的频率工作而得到的所述输出功率进行比较，以便确定当前频率：
(1)若所述输出功率已增大，则沿所述上一次频率控制周期内同一方向改变所述频率，其量对应于所述频率变化量，及
(2)若所述输出功率已减小，则沿所述上一次频率控制周期内相反的方向改变所述频率，其量对应于所述频率变化量，
所述频率确定装置根据所述输出功率的变化而改变所述频率变化量。
6.如权利要求5所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
7.如权利要求5所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
8.如权利要求7所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
9.一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于如果所述确定的电流幅值已改变，所述频率确定装置保持所述确定的频率。
10.如权利要求9所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
11.如权利要求9所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
12.如权利要求11所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
13.一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值，
所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以使所述计算的输出功率等于要输入所述直线压缩机的设定功率，而该功率根据所述环境温度与设定温度而设置。
14.如权利要求13所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
15.如权利要求13所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
16.如权利要求15所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
17.一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于当起动所述直线压缩机后，所述电流幅值确定装置逐渐增大所述电流幅值。
18.如权利要求17所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
19.如权利要求17所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
20.如权利要求19所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
21.一种利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体的直线压缩机驱动装置，包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
电流检测装置，用于检测所述逆变器的输出电流；
电压检测装置，用于检测所述逆变器的输出电压；
电流幅值确定装置，用于确定所述输出电流的电流幅值；
输出功率计算装置，用于根据所述检测的输出电流与输出电压，计算所述逆变器的输出功率；
频率确定装置，用于确定所述输出电流的频率，从而使所述输出功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值与所述确定的频率，控制所述逆变器；
其特征在于当停止所述直线压缩机时，所述电流幅值确定装置逐渐减小所述电流幅值。
22.如权利要求21所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，如果所述输出功率已改变某预定量，所述电流幅值确定装置保持所述确定的电流幅值。
23.如权利要求21所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，将所述直流压缩机用作致冷循环设备的一部分，而且所述电流幅值确定装置根据所述致冷循环设备的环境温度和相应的设定温度来确定所述电流幅值。
24.如权利要求23所述的直线压缩机驱动装置，其特征在于，所述电流幅值确定装置确定所述电流幅值，以减小所述环境温度与设定温度之差。
25.一种直流压缩机驱动装置，利用直线电机驱动气缸中的活塞而产生压缩气体，它包括：
逆变器，用于输出要供给所述直线电机的交变电流；
输入电流检测装置，用于检测所述逆变器的输入电流；
电流幅值确定装置，用于确定所述逆变器的输出电流的电流幅值；
输入功率计算装置，用于根据(1)所述检测的输入电流和(2)对所述逆变器预定的或检测的输入电压，计算所述逆变器的输入功率；
频率确定装置，用于确定所述逆变器的输出电流的频率，使所述输入功率最大；及
逆变器控制器，用于根据所述确定的电流幅值和频率，控制所述逆变器。
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