CN1780138A - 线性压缩机的驱动装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种线性压缩机的驱动装置及其驱动方法，其驱动装置，包括接收3相交流电源后，以直流电压输出的稳流部；接直流电压，据脉冲宽度调制信号转换为3相交流电压后，将电压提供到线性压缩机的反相器部；各检出提供到线性压缩机的3相交流电流的电流检出部；接检出的3相交流电流，据稳流指令值生成对应于3相交流电压的PWM信号，然后将PWM信号提供到反相器部的控制部；其驱动方法，包括几个阶段：接收3相交流电源，稳流为直流电压阶段；各检出提供到线性压缩机中的3相交流电流阶段；接收检出的3相交流电流，据电流指令值，生成对应于3相交流电压的脉冲宽度调制信号阶段；接直流电压，据脉冲宽度调制信号，转为3相交流电压提供到线性压缩机的阶段。

Description

线性压缩机的驱动装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种线性压缩机的驱动装置及其驱动方法。

背景技术

如图1所示，驱动装置是由以下几个部分构成：接收单相交流电源，对其进行稳流后，以直流电压输出的稳流部(41)：根据整流栅(gate)驱动部(46)的整流栅驱动信号，将上述稳流部(41)的直流电压转换为单相交流电压的单相反相器部(42)；根据上述单相反相器部(42)的单相交流电压驱动的线性压缩机(43)；检出流动于上述线性压缩机(43)中的电流的电流检出部(44)；首先输出相当于初期设定的频率的脉冲宽度调制信号，并根据上述电流检出部(44)的电流检出信号，对上述脉冲宽度调制信号进行控制后输出的微机(45)；接收上述微机(45)的脉冲宽度调制信号，将相当于上述脉冲宽度调制信号的整流栅驱动信号输入到上述单相反相器部(42)的整流栅驱动部(46)。

首先，稳流部(41)将单相交流电源(例如家庭用220V)稳流为直流电压后，将该直流电压输入到单相反相器部(42)中。因此，上述单向反相器部(42)将根据整流栅驱动部(46)的整流栅驱动信号，将上述直流电压转换为单相交流电压后，利用上述单相交流电压驱动上述线性压缩机(43)。这时，电流检出部(44)将检出流到线性压缩机(43)的电流后，将该电流输入到微机(45)中。这样一来，微机(45)一开始先输出相当于初期设定的频率的正弦波的脉冲宽度调制信号，然后根据上述电流检出部(44)的检出信号，控制负荷比输出。

整流栅驱动部(46)将根据微机(45)的脉冲宽度调制信号的整流栅驱动信号输入到上述单相反相器(42)中。

这时，上述单相反相器部(42)将轮番驱动多个开关元件(例如，晶体三极管，MOS晶体三极管等)产生单相交流电源，然后将向上述线性压缩机(43)供给正弦波电流，使线性压缩机驱动。并且通过重复上述操作，控制线性压缩机(43)的驱动。

如上所述，现有的线性压缩机的驱动装置中，由于使用了单相电源，因此会使电源效率低。并且即使是在决定线性压缩机驱动的值为电流的前提下，也很难对电流进行控制。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺点，本发明提供一种线性压缩机的驱动装置及其驱动方法，其使用3相交流电源，提高电源效率，并且使驱动线性压缩机的交流电流的控制变得容易。

本发明线性压缩机的驱动装置是：

一种线性压缩机的驱动装置，其特征在于，包括：接收3相交流电源后，以直流电压输出的稳流部；接收上述直流电压，并根据一定的脉冲宽度调制(PWM)信号转换为3相交流电压后，将该电压提供到线性压缩机的反相器部；各自检出提供到上述线性压缩机的3相交流电流的电流检出部；接收上述检出的3相交流电流，并根据一定的稳流指令值生成对应于上述3相交流电压的PWM信号，然后将该PWM信号提供到上述反相器部的控制部。

前述的线性压缩机的驱动装置，其中控制部是由以下几个部分构成：根据上述线性压缩机的可动构件的位置，将上述3相交流电流转换为2相直流电流的第1坐标转换部；对上述2相直流电流和上述电流指令值进行比较后，生成电压指令值的指令值处理部；根据上述线性压缩机的可动构件的位置，将上述电压指令值转换为上述3相交流电压的第2坐标转换部；生成对应于上述3相交流电压的PWM信号的信号生成部。

前述的线性压缩机的驱动装置，其中电流指令值是2相直流电流指令值。

前述的线性压缩机的驱动装置，其中电压指令值是2相直流电压指令值。

前述的线性压缩机的驱动装置，其中第1和第2坐标转换部将根据空间电压向量方式转换，并且上述PWM信号是空间电压向量PWM信号。

本发明线性压缩机的驱动方法是：

一种线性压缩机的驱动方法，其特征在于，包括以下几个阶段：接收3相交流电源，稳流为直流电压的阶段；各自检出提供到线性压缩机中的3相交流电流的阶段；接收上述检出的3相交流电流，并根据一定的电流指令值，生成对应于上述3相交流电压的脉冲宽度调制(PWM)信号的阶段；接收上述直流电压，并根据上述脉冲宽度调制(PWM)信号，转换为3相交流电压提供到上述线性压缩机的阶段。

前述的线性压缩机的驱动方法，其中生成阶段包括以下几个阶段：根据上述线性压缩机的可动构件的位置，将上述3相交流电流转换为2相直流电流的第1坐标转换阶段；对上述2相直流电流和上述电流指令值进行比较后，生成电压指令值的阶段；根据上述线性压缩机的可动构件的位置，将上述电压指令值转换为上述3相交流电压的第2坐标转换阶段；生成对应于上述3相交流电压的PWM信号的阶段。

前述的线性压缩机的驱动方法，其中电流指令值是2相直流电流指令值。

前述的线性压缩机的驱动方法，其中电压指令值是2相直流电压指令值。

前述的线性压缩机的驱动方法，其中第1和第2坐标转换部将根据空间电压向量方式转换，上述PWM信号是空间电压向量PWM信号。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有的单相线性压缩机的驱动装置的示意图。

图2是本发明的3相线性压缩机的结构示意图。

图3是本发明的3相线性压缩机的驱动装置的结构示意图。

图4是图3所示控制部的结构示意图。

图中标号说明：

51：稳流部                                 52：反相器(inverter)部

53：线性压缩机                             54：电流检出部

55：控制部

具体实施方式

如图2所示，本发明的线性压缩机，其具体结构描述如下：密闭容器(2)的一侧设置有使冷媒流入、流出的流入管(2a)及流出管(2b)。气缸(4)固定设置于上述密闭容器(2)的内侧。为了压缩吸入到上述气缸(4)内部压缩空间(P)内的冷媒，在该气缸(4)内部设置有活塞(6)。上述活塞(6)可进行直线往返运动。与此同时，设置有：向上述活塞(6)的运动方向弹性支撑活塞(6)的各种弹簧。该活塞(6)与产生直线往返驱动力的线性电机(10)相连接设置。上述线性压缩机(10)将控制上述活塞(6)的冲程(S)，使压缩容量可变。

与上述压缩空间(P)相邻的活塞(6)的一端设置有吸入阀门(22)。与该压缩空间(P)相邻的气缸(4)的一端设置有排出阀门组(24)。上述吸入阀门(22)及排出阀门组(24)，各自通过压缩空间(P)内部的压力，自动调节开、关状态。

上述密闭容器(2)为了使内部密闭，相互结合设置上、下部罩(Shell)。上述密闭容器(2)的一侧设置有冷媒流入的流入管(2a)及冷媒流出的流出管(2b)。在上述气缸(4)内侧设置有活塞(6)，该活塞(6)向运动方向被弹性支撑，并且该活塞(6)可进行直线往返运动。与此同时，在气缸(4)外侧，该线性电机(10)与框架(18)相互组装后构成组装体。该组装体依靠支撑弹簧(29)，弹性支撑于密闭容器(2)的内侧底面。

上述密闭容器(2)内部的底面存放有一定量的油。该组装体的下端上设置有抽吸油的油供给装置(30)。上述组装体下侧框架(18)内部形成有用于将油供给到活塞(6)和气缸(4)之间的油供给管(18a)。因此，该油供给装置(30)利用上述活塞(6)进行直线往返运动时产生的振动抽吸油。然后，该油将通过油供给管(18a)供给到上述活塞(6)和气缸(4)之间的间隙，从而起到冷却及润滑作用。

为了使活塞(6)在上述气缸(4)内部进行直线往返运动，该气缸(4)形成为中空状。并且，上述气缸(4)的一侧形成有压缩空间(P)。该气缸(4)最好是在一端相邻于流入管(2a)内侧的状态下，与该流入管(2a)设置在同一直线上。

当然，在上述气缸(4)中，与流入管(2a)相邻的一端内部设置可进行直线往返运动的活塞(6)；与该流入管(2a)反方向侧的一端设置排出阀门组(24)。

上述排出阀门组(24)包括：为了在该气缸(4)的一端侧形成一定的排出空间而设置的排出罩(24a)；为了开、关上述气缸的压缩空间(P)侧一端而设置的排出阀门(24b)；设置在上述排出罩(24a)和排出阀门(24b)之间，并且向轴方向施予弹性力的阀门弹簧(valve-spring)(24c)(这里，阀门弹簧是一种盘簧)。另外，上述气缸(4)的一端内周面，镶嵌设置有0型环(R)，并以此使上述排出阀门(24a)封闭气缸(4)一端。

上述排出罩(24a)的一侧和流出管(2b)之间连接设置有弯曲形成的环状管(28)。该环状管(28)的作用是：不但可以引导压缩的冷媒排出到外部，还可以缓冲气缸(4)、活塞(6)、线性电机(10)的相互作用引起的振动传送至上述密闭容器(2)整体的现象。

随着上述活塞(6)在气缸(4)内部进行直线往返运动，如果该压缩空间(P)的压力达到一定的排出压力值以上，该阀门弹簧(24c)被压缩后开放排出阀门(24b)。然后，冷媒从该压缩空间(P)排出后，将顺着环状管(28)及流出管(2b)完全排出到外部。

为了使从上述流入管(2a)流入的冷媒流动，该活塞(6)的中央形成有冷媒流路(6a)。与该流入管(2a)相邻的一端，由连接部件(17)直接连接到线性电机(10)。与此同时，与上述流入管(2a)相反方向侧的一端上设置吸入阀门(22)。各种弹簧向上述活塞(6)的运动方向弹性支撑活塞(6)。

这时，上述吸入阀门(22)为薄板形状，为了开关上述活塞的冷媒流路(6a)，切开中央的一部分，并且其一侧由螺丝固定设置于该活塞的一端。

因此，随着上述活塞(6)在气缸(4)内部进行直线往返运动，一旦上述压缩空间(P)的压力达到低于上述排出压力的一定的吸入压力值以下，该吸入阀门(22)开放，使冷媒吸入到压缩空间(P)内。一旦上述压缩空间(P)的压力达到一定的吸入压力值以上，在该吸入阀门(22)关闭的状态下，该压缩空间(P)的冷媒将被压缩。

尤其是，上述活塞(6)设置成：向运动方向被弹性支撑。更详细地说，在与上述流入管(2a)相邻的活塞(6)的一端向半径方向凸出的活塞凸缘(6b)，被盘簧等机械弹簧(8a，8b)向上述活塞(6)的运动方向弹性支撑。另外，包含于与上述流入管(2a)反方向侧压缩空间(P)内的冷媒，由于自身的弹性力而起到气压弹簧的作用，从而弹性支撑上述活塞(6)。

上述线性电机(10)包括：使多个叠片(12a)向圆周方向叠层构成，并且由上述框架(18)固定设置于气缸(4)外侧的内定子(12)；在可缠绕线圈的线圈缠绕体(14a)周边，使多个叠片(14b)向圆周方向叠层构成，并且由该框架(18)，在上述气缸(4)的外侧，与内定子(12)间隔一定距离设置的外定子(14)；位于上述内定子(12)与外定子(14)之间的间隙，并且根据连接构件(17)与该活塞(6)连接设置的永久磁石(16)。上述线圈缠绕体(14a)也可以固定设置于该内定子(12)外侧。

如上所述的线性电机(10)将随着电流提供到上述线圈卷线体(14a)，产生电磁力。根据如上所述的电磁力和上述永久磁石(16)的相互作用，上述永久磁石(16)将进行直线往返运动。从而使与该永久磁石(16)连接的活塞(6)在上述气缸(4)内部进行直线往返运动。

如图3所示，驱动装置是由以下几个部分构成：接收外部的3相交流电源，以直流电压输出的稳流部(51)；接收上述直流电压，并根据控制部(55)的一定的脉冲宽度调制(PWM)信号转换为3相交流电压(V_a，V_b，V_c)后，提供到线性压缩机(53)的反相器部(52)；各自检出输入到上述线性压缩机(53)的3相交流电流(i_a，i_b，i_c)的电流检出部(54)；接收上述检出的3相交流电流(i_a，i_b，i_c)，根据一定的电流指令值(i_d’，i_q’)，生成对应于上述3相交流电压(V_a，V_b，V_c)的PWM信号后，输入到上述反相器部(52)的控制部(55)。

这里，稳流部(51)接收3相交流电源，对其进行稳流后，生成直流电压，供给反相器部(52)。

反相器部(52)包含多个开关元件，此外还包含开启或关闭上述开关元件的整流栅驱动部(图中未示)。即，整流栅驱动部将根据接收到的PWM信号开启或关闭开关元件，从而可以接收直流电压，产生3相交流电压(V_a，V_b，V_c)。

线性压缩机(53)为图2中所示的线性压缩机。具体地讲，从反相器部(52)接收3相交流电压(V_a，V_b，V_c)的是线性电机(10)内的线圈卷线体(14a)。

此外，电流检出部(54)是用于检出供给线性压缩机(53)中的3相交流电流(i_a，i_b，i_c)的传感器。

上述控制部(51)将在下面的图4中进行详细说明。

如图4所示，控制部(55)是由以下几个部分构成：根据上述线性压缩机(53)的活塞(6)(或者是可动构件)的位置，将上述3相交流电流(i_a，i_b，i_c)转换为2相直流电流(i_d，i_q)的第1坐标转换部(61)；对上述2相直流电流(i_d，i_q)和上述电流指令值(i_d’，i_q’)进行比较后，生成电压指令值(V_d’，V_q’)的指令值处理部(62)；根据上述线性压缩机(53)的活塞(6)的位置，将上述电压指令值(V_d’，V_q’)转换为上述3相交流电压(V_a，V_b，V_c)的第2坐标转换部(63)；生成对应于上述3相交流电压(V_a，V_b，V_c)的PWM信号的信号生成部(64)。这里，电流指令值(i_d’，i_q’)可以输入到：控制安装有线性压缩机(53)的产品(例如，冰箱等)的整体运行的微机等主控制部中。

详细地讲，第1及第2坐标转换部(61)(63)将根据活塞(6)的位置进行转换，并且进行根据空间电压向量(Space voltage Vector)方式的坐标转换。通过将上述空间电压向量方式适用于线性压缩机的驱动装置中，可以一同控制交流电流和直流电流，最大限度的利用一定量的电压。

例如，第1坐标转换部(61)将使用如数学式1中的根据空间电压向量方式的坐标转换行列，进行坐标转换。第2坐标转换部(63)将使用如数学式2中的根据空间电压向量方式的坐标转换行列，进行坐标转换。

[数学式1]

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& \cos (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\θ}& -\sin (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

[数学式2]

$\left[\begin{array}{c}{V}_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right]=\frac{3}{2}\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \cos (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ \cos (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_d\\ V_q\end{array}\right]$

这里，θ表示的是线性压缩机(53)的活塞(6)的位置(或者是位置信息)。上述线性压缩机(53)的活塞(6)将进行作为单纯调节运动的直线往返运动。该单纯调节运动与等速圆周运动的一个直交坐标成分(例如，半径为R，圆周运动物体的位置为θ时，以Rcosθ表示的x轴坐标)。上述活塞(6)的位置(S)对应于直交坐标成分(Rcosθ)，因此，上述活塞(6)的位置可以表示为在等速圆周运动中，作为圆周运动物体的位置信息的θ(＝cos-1(S/R))。

上述活塞(6)的位置可以根据以下几种方式计算出：根据一定的位置传感器的传感器方式；或者是探测出提供到线性压缩机(53)的电压或电流后，计算出其位置的方式。

这里，电流指令值(i_d’，i_q’)是2相直流电流指令值，该电压指令值(V_d’，V_q’)是2相直流电压指令值。

然后，指令值处理部(62)将对电流指令值(i_d’，i_q’)和当前流入到线性压缩机(53)的2相直流电流(i_d，i_q)进行比较后，生成电压指令值(V_d’，V_q’)。如果是最初启动状态，由于2相直流电流(i_d，i_q)为0，因此生成一定的电压指令值(V_d’，V_q’)。之后，将对测定出的2相直流电流(i_d，i_q)和电流指令值(i_d’，i_q’)进行比较，然后加减以前的电压指令值(V_d’，V_q’)大小，生成新的电压指令值(V_d’，V_q’)。如上所述，指令值处理部(62)将对根据空间电压向量方式在第1坐标转换部(61)中转换的2相直流电流(i_d，i_q)和电流指令值(i_d’，i_q’)进行处理，因此即使输入的电源是交流电源，也是利用直流电流进行处理。

然后，信号生成部将根据一定的频率从第2坐标转换部(63)提供的3相交流电压(V_a，V_b，V_c)，控制负荷比，并生成PWM信号(即，空间电压向量PWM信号)后，提供到反相器部(52)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

发明的效果

如上所述，本发明的目的是提供一种使用3相交流电源，提高电源效率，并且使驱动线性压缩机的交流电流的控制变得容易的线性压缩机的驱动装置。

Claims (10)

1、一种线性压缩机的驱动装置，其特征在于，包括：

接收3相交流电源后，以直流电压输出的稳流部；

接收上述直流电压，并根据一定的脉冲宽度调制(PWM)信号转换为3相交流电压后，将该电压提供到线性压缩机的反相器部；

各自检出提供到上述线性压缩机的3相交流电流的电流检出部；

接收上述检出的3相交流电流，并根据一定的稳流指令值生成对应于上述3相交流电压的PWM信号，然后将该PWM信号提供到上述反相器部的控制部。

2、根据权利要求1所述的线性压缩机的驱动装置，其特征在于，

上述控制部是由以下几个部分构成：

根据上述线性压缩机的可动构件的位置，将上述3相交流电流转换为2相直流电流的第1坐标转换部；对上述2相直流电流和上述电流指令值进行比较后，生成电压指令值的指令值处理部；根据上述线性压缩机的可动构件的位置，将上述电压指令值转换为上述3相交流电压的第2坐标转换部；生成对应于上述3相交流电压的PWM信号的信号生成部。

3、根据权利要求2所述的线性压缩机的驱动装置，其特征在于，

上述电流指令值是2相直流电流指令值。

4、根据权利要求2所述的线性压缩机的驱动装置，其特征在于，

上述电压指令值是2相直流电压指令值。

5、根据权利要求1或4所述的线性压缩机的驱动装置，其特征在于，

上述第1和第2坐标转换部将根据空间电压向量方式转换，并且上述PWM信号是空间电压向量PWM信号。

6、一种线性压缩机的驱动方法，其特征在于，包括以下几个阶段：

接收3相交流电源，稳流为直流电压的阶段；

各自检出提供到线性压缩机中的3相交流电流的阶段；

接收上述检出的3相交流电流，并根据一定的电流指令值，生成对应于上述3相交流电压的脉冲宽度调制(PWM)信号的阶段；

接收上述直流电压，并根据上述脉冲宽度调制(PWM)信号，转换为3相交流电压提供到上述线性压缩机的阶段。

7、根据权利要求6所述的线性压缩机的驱动方法，其特征在于，

上述生成阶段包括以下几个阶段：根据上述线性压缩机的可动构件的位置，将上述3相交流电流转换为2相直流电流的第1坐标转换阶段；对上述2相直流电流和上述电流指令值进行比较后，生成电压指令值的阶段；根据上述线性压缩机的可动构件的位置，将上述电压指令值转换为上述3相交流电压的第2坐标转换阶段；生成对应于上述3相交流电压的PWM信号的阶段。

8、根据权利要求6所述的线性压缩机的驱动方法，其特征在于，

上述电流指令值是2相直流电流指令值。

9、根据权利要求7所述的线性压缩机的驱动方法，其特征在于，

上述电压指令值是2相直流电压指令值。

10、根据权利要求6或9所述的线性压缩机的驱动方法，其特征在于，

上述第1和第2坐标转换部将根据空间电压向量方式转换，上述PWM信号是空间电压向量PWM信号。

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