DE10157699B4

DE10157699B4 - Vorrichtung zum Erkennen von Hubinstabilität bei einem linearen Kompressor und ein Verfahren dafür

Info

Publication number: DE10157699B4
Application number: DE10157699A
Authority: DE
Inventors: Jae Yoo Gyunggi Yoo; Jae Chun Seoul Lee; Min Kyu Gyunggi Hwang; Chel Woong Seoul Lee
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-24
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2021-11-25
Also published as: CN1194174C; CN1356469A; DE10157699A1; JP3495357B2; US20020093327A1; JP2002250602A; US6541953B2; KR20020041630A; KR100378815B1

Abstract

Steuergerät eines Kompressors, umfassend:
Hub/Strom-Phasendifferenz-Detektor zum Erfassen der Phasendifferenzen von Hub und Strom, die durch die Erhöhung und die Verminderung eines Hubs aufgrund einer an den linearen Kompressor angelegten Spannung bestimmt werden;
Phasendifferenz-Änderungsbetrags-Rechner zum Berechnen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge, wobei die erkannten Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms verwendet werden;
Hubinstabilitätsdetektor zum Vergleichen der berechneten Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit einem Referenzwert zum Bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt; und
Hubsteuergerät zum Empfangen eines Hubinstabilitäts-Erkennungssignals von dem Hubinstabilitätsdetektor und zum Verändern der angelegten Spannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazität, was durch die Laständerung bestimmt wird, in Abhängigkeit von dem empfangenem Hubinstabilitäts-Erkennungssignal, um so den Antrieb des linearen Kompressors während des Betriebs des linearen Kompressors zu steuern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät eines Kompressors sowie ein Verfahren zum Erkennen von Hubinstabilität eines linearen Kompressors.
Allgemein erhöht ein Kompressor den Druck von Kühlmitteldampf, damit der von einem Verdampfer verdampfte Kühlmitteldampf leichter kondensiert werden kann. Kühlmittel zirkuliert in einer Gefriereinrichtung, wobei die Prozesse Kondensieren und Verdampfen ständig wiederholt werden, und entzieht dabei einer kalten Umgebung Wärme und leitet sie aufgrund der Wirkungsweise des Kompressors an eine warme Umgebung ab.
Dabei werden verschiedene Kompressortypen verwendet. Der Kompressor mit dem höchsten Wirkungsgrad ist jedoch der lineare Kompressor. Der lineare Kompressor verdichtet Dampf mit einem Kolben, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, um dadurch den Druck zu erhöhen. Wenn der lineare Kompressor in einem Kühlschrank oder Klimagerät eingesetzt wird, ist es möglich, das Verdichtungsverhältnis zu verändern, indem man die Hubspannung verändert, die an den linearen Kompressor angelegt ist, um damit die veränderliche Kühlkapazität zu steuern.
1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Steuergerätes eines herkömmlichen linearen Kompressors darstellt.
Wie in 1 dargestellt, umfaßt das Steuergerät des linearen Kompressors einen linearen Kompressor 30 zur Steuerung einer Kühlkapazität (der von der Umgebung aufgenommene Wärmewert bei der Verdampfung von 1 kg Kühlmittel, während es einen Verdampfer durchläuft und dabei die Kühlleistung erbringt), deren Einheit kcal/kg ist, durch Verändern des Hubes, der sich aus der Hin- und Herbewegung des Kolbens ergibt, was durch die Hubspannung gemäß eines Anfangshub-Referenzwertes veranlaßt wird, ein Spannungs-/Stromdetektor 40 zum Erkennen einer Spannung und eines Stroms durch den linearen Kompressor 30 bei der Zunahme des Hubes aufgrund der Hubspannung, eine Hubermittlungseinheit 50 zur Berechnung des Hubs unter Verwendung von Spannung und Strom, die von dem Spannungs/Stromdetektor 40 ermittelt werden, ein Vergleicher 10 zur Aufnahme des von der Hubermittlungseinheit 50 zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt berechneten Hubreferenzwertes und der Anfangshub-Referenzwertes, wobei er den Hubreferenzwert mit dem Anfangshub-Referenzwert vergleicht und das Vergleichssignal ausgibt, und ein Hubsteuergerät 20 zur Erhöhung oder Verminderung der Hubspannung gemäß dem Vergleichssignal des Vergleichers, wobei dann die Hubspannung an den linearen Kompressor 30 angelegt wird.
Die Arbeitsweise einer Vorrichtung zum Erkennen einer Hubinstabilität soll nun für einen linearen Kompressor nach der herkömmlichen Technik mit Bezug auf 1 beschrieben werden.
Wenn die Hubspannung gemäß dem vom Benutzer eingestellten Anfangshub-Referenzwert ausgegeben wird, verändert sich der Hub gemäß der Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder des linearen Kompressors 30. Das Kühlmittelgas im Inneren des Zylinders wird entsprechend über ein Auslaßventil zu einem Kondensator ausgestoßen, um so die Kühlkapazität des linearen Kompressors zu steuern. Zu diesem Zeitpunkt erkennt der Spannungs-/Stromdetektor 40 die Spannung und den Strom, die vom linearen Kompressor 30 aufgrund der Hubspannung des Hubsteuergerätes 20 während der Hubzunahme erzeugt werden und gibt die erkannte Spannung und den erkannten Strom in die Hubermittlungseinheit 50 ein. Dann berechnet die Hubermittlungseinheit 50 unter Verwendung von Spannung und Strom den Hub zu dem vorherbestimmten Zeitpunkt, der von dem Spannungs-/Stromdetektor 40 erkannt wurde, und gibt den berechneten Wert and den Vergleicher 10 aus.
Der Hub wird wie folgt berechnet:
wobei α, U_M, R_ac und L di/dt sich jeweils auf eine Konstante zur Umwandlung elektrischer Kraft in mechanische Kraft, eine Spannung zwischen beiden Enden des Motors, einen Verlustwert aufgrund eines Widerstandes wie z.B. Kupferverlust oder Kernverlust, und eine an einen im Motor befindlichen Induktor angelegte Spannung beziehen.
Der Vergleicher 10 vergleicht den Hub zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt, der von dem Hubermittlungseinheit 50 ausgegeben wird, mit dem vom Benutzer eingestellten Anfangshub-Referenzwert und gibt den Vergleichswert in das Hubsteuergerät ein. Das Hubsteuergerät 20 verändert die Hubspannung gemäß dem Vergleichswert und legt die Hubspannung an den linearen Kompressor 30 an.
Zu diesem Zeitpunkt erhöht das Hubsteuergerät 20 die Hubspannung, wenn der Hub zu dem vorherbestimmten Zeitpunkt, der von der Hubermittlungseinheit 50 berechnet wird, kleiner als der Anfangshub-Referenzwert ist, und vermindert die Hubspannung, wenn der Hub zu dem vorherbestimmten Zeitpunkt größer als der Anfangshub-Referenzwert ist, um so die an den linearen Kompressor 30 angelegte Hubspannung zu steuern.
Das Hubsteuergerät 20 erfaßt den Unterschied zwischen dem vorausgegangenen Hubwert des linearen Kompressors 30 und dem Hubwert zu dem vorherbestimmten Zeitpunkt und bestimmt, daß Hubinstabilität (ein Phänomen, bei dem die Leistung des Kolbens aufgrund der Charakteristik des Kompressors ohne Vorliegen einer Störgröße, d.h. einer externen Spannungsschwankung oder externem Rauschen, instabil wird) auftritt, wenn der Unterschied nicht geringer als der Referenzwert ist, der bestimmt, ob Hubschütteln erkannt worden ist. Das Hubsteuergerät 20 erfaßt den Unterschied zwischen dem vorausgegangenen Strom, der von dem linearen Kompressor 30 erzeugt worden ist, und dem Strom zu dem vorherbestimmten Zeitpunkt und bestimmt, daß Hubinstabilität auftritt, wenn der Unterschied nicht geringer als der Referenzwert ist, der bestimmt, ob Hubinstabilität erkannt worden ist. Dementsprechend erhöht oder vermindert das Hubsteuergerät 20 die an den linearen Kompressor 30 angelegte Hubspannung.
Das heißt, wenn Hubinstabilität in einem Klimagerät oder Kühlschrank erkannt wird, der aufgrund einer Temperatureinstellung eines Benutzers eine große Kühlkapazität benötigt, erhöht das Hubsteuergerät 20 die Hubspannung, so daß der lineare Kompressor 30 direkt über dem Bereich arbeitet, in dem der Hub instabil ist. Wenn Hubinstabilität in dem Fall erkannt wird, daß eine kleine Kühlkapazität benötigt wird, vermindert das Hubsteuergerät 20 die Hubspannung, so daß der lineare Kompressor 30 direkt unterhalb des Bereichs arbeitet, in dem der Hub instabil ist.
Mit dem Steuergerät des herkömmlichen linearen Kompressors kann der Punkt höchster Betriebsleistung des Kompressors aufgrund der ungewollt vorliegenden Störgrößen wie externe Spannungsschwankungen oder externes Rauschen, die nicht durch die Charakteristik des Kompressors bedingt sind, jedoch nicht gefunden werden, und zwar weil die Hubinstabilität bisher nur anhand des Änderungsbetrags des Hubs oder des Stroms ermittelt wurde.

Aus der US 5,947,693 ist ein Steuergerät eines Kompressors bekannt, das einen Hub/Strom-Phasendifferenz-Detektor zum Erfassen der Phasendifferenzen von Hub und Strom sowie ein Hubsteuergerät zum Verändern der angelegten Spannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazitäten umfasst.

Die DE 199 52 578 A1 beschreibt einen Hubinstabilitätsdetektor und ein Hubsteuergerät zum Empfangen eines Hubinstabilitäts-Erkennungssignals von dem Hubinstabilitätsdetektor und Verändern der angelegten Spannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazität, was durch die Laständerung bestimmt wird, um so den Antrieb des linearen Kompressors während des Betriebs des linearen Kompressors zu steuern.

Darüber hinaus ist aus der US 5,980,211 eine Ansteuerschaltung eines Linearkompressors unter Berücksichtigung einer Phasendifferenz zwischen ermittelter Geschwindigkeit und Strombefehlswert bekannt, wobei die Geschwindigkeit von der Kolbenposition abgeleitet wird.

Schließlich zeigt die US 5,362,206 eine Hubsteuerung unter Berücksichtigung einer Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung.

Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät eines Kompressors zu schaffen, das aufgrund einer ungewollten externen Spannungsschwankung oder Rauschen verursachte Betriebsstörungen in einem Kompressor möglichst verhindert.

Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Steuergerät eines Kompressors, umfassend einen Hub/Strom-Phasendifferenz-Detektor zum Erfassen der Phasendifferenzen von Hub und Strom, die durch die Erhöhung und die Verminderung eines Hubs aufgrund einer an den linearen Kompressor angelegten Spannung bestimmt werden, einen Phasendifferenz-Änderungsbetrags-Rechner zum Berechnen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge, wobei die erkannten Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms verwendet werden, einen Hubinstabilitätsdetektor zum Vergleichen der berechneten Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit einem Referenzwert zum Bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt, und ein Hubsteuergerät zum Empfangen eines Hubinstabilitäts-Erkennungssignals von dem Hubinstabilitätsdetektor und zum Verändern der angelegten Spannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazität, was durch die Laständerung bestimmt wird, in Anhängigkeit von dem empfangenen Hubinstabilitäts-Erkennungssignal, um so den Antrieb des linearen Kompressors während des Betriebs des linearen Kompressors zu steuern.

Die Aufgabe wird darüber hinaus gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Steuergerät eines Kompressors, umfassend einen Spannungs/Stromdetektor zum Erfassen von Spannung und Strom, die von einem linearen Kompressor erzeugt werden, einen Spannungs-/Strom-Phasendifferenz-Detektor zum Berechnen der Phasendifferenzen der Spannung und des Stroms unter Verwendung von Spannung und Strom, einen Phasendifferenz-Änderungsbetrags-Rechner zum Berechnen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge unter Verwendung der erkannten Phasendifferenzen von Hub und Strom, einen Hubinstabilitätsdetektor zum Vergleichen der berechneten Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit einem Referenzwert zum Bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt, und ein Hubsteuergerät zum Empfangen eines Hubinstabilitäts-Erkennungssignals vom Hubinstabilitätsdetektor und zum Verändern der angelegten Spannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazität, was durch die Laständerung bestimmt wird, in Anhängigkeit von dem empfangenen Hubinstabilitäts-Erkennungssignal, um so den Antrieb des linearen Kompressors während des Betriebs des linearen Kompressors zu steuern.

Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen von Hubinstabilität eines linearen Kompressors, das folgende Schritte umfaßt: Berechnen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge unter Verwendung der Phasendifferenzen von Hub und Strom; Vergleichen der absoluten Werte der Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit den Referenzwert zum Bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt; und Verändern einer Hubspannung gemäß der Größe der benötigten Kühlkapazität, die durch die Einstellung einer Temperatursteuerung durch einen Benutzer bestimmt wird, in Abhängigkeit davon, ob Hubinstabilität vorliegt, und Antreiben des linearen Kompressors.

Die dazugehörigen Zeichnungen, die beigelegt worden sind, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu gewährleisten, und die mit in diese Spezifikation aufgenommen sind und einen Bestandteil davon bilden, stellen die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung als Erläuterung der Grundsätze der Erfindung.

In den Zeichnungen sind:
1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Hubsteuerung eines herkömmlichen linearen Kompressors;
2 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Hubsteuerung eines linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Flußdiagramm, das den Aufbau einer Vorrichtung zur Hubsteuerung eines linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 stellt den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Hubsteuerung eines linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
5 stellt den Aufbau eines zusätzlichen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Hubsteuerung eines linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
6 stellt die Wellenformen der Phasendifferenzen von Hub/Strom zum Erkennen von Hubinstabilität in 2 dar.
2 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Hubsteuerung eines linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung zur Steuerung des Hubs eines linearen Kompressors umfaßt einen Hub/Strom-Phasendifferenz-Rechner 300 zum Berechnen der Phasendifferenzen eines Hubs und Stroms unter Verwendung des Hubs und Stroms, wobei die Differenzen durch Erhöhung und Verminderung des Hubs aufgrund der von dem linearen Kompressor 100 erzeugten Spannung bestimmt werden, ein Phasendifferenz-Änderungsbetrags-Rechner 400 zur Berechnung der Phasendifferenz-Änderungsbeträge, wobei die berechneten Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms eingesetzt werden, ein Hubintabilitätsdetektor 500 zum Vergleichen der berechneten Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit dem Referenzwert, um zu bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt, und ein Hubsteuergerät 600 zur Aufnahme eines Hubinstabilitäts-Erkennungssignals von dem Hubinstabilitätsdetektor 500, und zum Verändern der Hubspannung gemäß der Größe der Anforderung nach Kühlkapazität, die durch die Einstellung einer Temperatursteuerung durch einen Benutzer bestimmt wird, in Anhängigkeit vom empfangenen Hubinstabilitäts-Erkennungssignals, um so den Antrieb eines linearen Kompressors 100 während des Betriebs eines linearen Kompressors 100 zu steuern.
Der Betrieb und die Wirkung der Vorrichtung zum Erkennen von Hubinstabilität eines linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung soll nun im Detail mit Bezug auf 3 beschrieben werden.
3 ist ein Flußdiagramm, das den Ablauf eines Verfahrens zur Steuerung des Hubs eines linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Kolben befindet sich in einer Hin- und Herbewegung durch eine Hubspannung, die so angelegt wird, daß ein oberer Totpunkt (engl. TDC) zu ,0' wird, um somit den linearen Kompressor 100 bei höchstem Wirkungsgrad anzutreiben. Dadurch verändert sich der Hub entsprechend und steuert so die Kühlkapazität.
Zu diesem Zeitpunkt berechnet der Hub/Strom-Detektor 200 den Hub/den Strom unter Verwendung von Spannung und Strom, die durch den linearen Kompressor 100 während sich der Hub erhöht durch die Hubspannung erzeugt werden, und gibt den Hub/den Strom aus.
Der Hub/Strom-Phasendifferenz-Rechner 300 erhält den von dem Hub/Strom-Detektor 200 ausgegebenen Hub/den Strom und erkennt die Phasendifferenzen des Hubs/des Stroms, die zu diesem Zeitpunkt mit dem Hub und dem Strom übereinstimmen.
Der Phasendifferenz-Änderungsbetrag-Rechner 400 berechnet erste, zweite und dritte Phasendifferenz-Änderungsbeträge Pha-Δ1, Pha-Δ2 Pha-Δ3 durch wiederholtes Subtrahieren der Phasendifferenz des Hubs/des Stroms, die zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt von den Phasendifferenzen des Hubs/des Stroms erkannt werden, die vorher erkannt wurden (ST1 bis ST3 inkl.).
Der Hubinstabilitätsdetektor 500 bestimmt, ob der absolute Wert des ersten Phasendifferenz-Änderungsbetrages Pha-Δ1, der von dem Änderungsbetrags-Rechner 400 berechnet wird, größer als der Referenzwert (der Wert ist ein Bezugswert zur Feststellung, ob eine Hubinstabilität erkannt worden ist) ist (ST4). Wenn der absolute Wert des ersten Phasendifferenz-Änderungsbetrages Pha-Δ1 größer als der Referenzwert ist, bestimmt der Hubinstabilitätsdetektor 500, ob der absolute Wert des zweiten Phasendifferenz-Änderungsbetrages Pha-Δ2, der von dem Änderungsbetrags-Rechner 400 berechnet wird, größer als der Referenzwert ist (ST5). Wenn der absolute Wert des zweiten Phasendifferenz-Änderungsbetrages Pha-Δ2 größer ist als der Referenzwert, bestimmt der Hubinstabilitätsdetektor 500, ob der absolute Wert des dritten Phasendifferenz-Änderungsbetrages Pha-Δ3, der von dem Änderungsbetrags-Rechner 400 berechnet wird, größer als der Referenzwert ist (ST6). Wenn der erste, zweite und dritte Phasendifferenz-Änderungsbetrag Pha-Δ1, Pha-Δ2 und Pha-Δ3 größer als der Referenzwert sind, bestimmt der Hubinstabilitätsdetektor 500, daß der Hub des linearen Kompressors 100 sich in einem instabilen Zustand befindet, erkennt er den Grad der Hubinstabilität und gibt das Hubinstabilitäts-Erkennungssignal in das Hubsteuergerät 600 ein (ST7).
Wie oben erwähnt, Hubinstabilität wird erkannt durch Vergleichen des ersten, zweiten und dritten Phasendifferenz-Änderungsbetrages Pha-Δ1, Pha-Δ2 und PhaΔ3 mit dem Referenzwert. Die Anzahl der Erkennungen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge, nämlich drei, ist die Mindestanzahl zum Erkennen von Hubinstabilität und ist die optimale Anzahl, was durch Versuche bestätigt worden ist.
Es ist jedoch möglich, den Grad der Hubinstabilität auf angemessenere Weise zu bestimmen, und zwar durch vier-, fünfmaliges, oder öfteres, Erfassen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge und Vergleichen der erkannten Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit dem Referenzwert.
Das Hubsteuergerät 600 steuert den Antrieb des linearen Kompressors 100 durch den Anfangshub-Referenzwert zur Anlaufzeit des linearen Kompressors 100 und verändert die Hubspannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazität, wenn das Hubinstabilitäts-Erkennungssignal von dem Hubinstabilitätsdetektor 500 aufgenommen wird, um somit den Antrieb des linearen Kompressors 100 zu steuern.
Zum Beispiel erhöht das Hubsteuergerät 600 die Hubspannung, so daß der lineare Kompressor 100 über dem Bereich arbeitet, in dem der Hub instabil ist, wenn aufgrund einer Temperatureinstellung eines Benutzers eine große Kühlkapazität von dem linearen Kompressor 100 benötigt wird. Das Hubsteuergerät 600 vermindert die Hubspannung, so daß der lineare Kompressor 100 direkt unterhalb des Bereichs arbeitet, in dem der Hub instabil ist, wenn eine kleine Kühlkapazität von dem linearen Kompressor 100 benötigt wird. Der lineare Kompressor 100 kann entsprechend bei höchstem Wirkungsgrad betrieben werden.
Wenn alle ersten, zweiten und dritten Phasendifferenz-Änderungsbeträge Pha-Δ1, Pha-Δ2 und Pha-Δ3 nicht größer als der Referenzwert sind, ist festgestellt, daß der lineare Kompressor 100 sich im stabilen Betrieb befindet. Dementsprechend sind alle Steuerungsfunktionen gemäß dem Verfahren zur Erkennung des Hubs des linearen Kompressors 100 beendet.
Das Hubsteuergerät 600 bestimmt, ob der lineare Kompressor 100 eine große Kühlkapazität benötigt und folglich, wenn die große Kühlkapazität aufgrund einer Temperatureinstellung eines Benutzers benötigt wird (ST8), erhöht das Hubsteuergerät die Hubspannung, so daß der lineare Kompressor 100 direkt über dem Bereich angetrieben werden kann, in dem der Hub instabil ist (ST9).
Wenn der lineare Kompressor 100 die obige Bedingung nicht erfüllt, d.h. wenn die kleine Kühlkapazität von dem linearen Kompressor 100 benötigt wird, vermindert das Hubsteuergerät 600 die Hubspannung, so daß der lineare Kompressor 100 direkt unterhalb des Bereichs angetrieben werden kann, in dem der Hub instabil ist (ST10), um so den linearen Kompressor 100 bei höchstem Wirkungsgrad anzutreiben.
Alle Steuerungsfunktionen gemäß dem Verfahren zur Erkennung des Hubs des linearen Kompressors 100 werden beendet.
In den obigen Abläufen werden die Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms verwendet, um die Hubinstabilität festzustellen. Es können jedoch auch die Phasendifferenzen der Spannung und des Stroms verwendet werden, was in 4 dargestellt ist.
Es können auch die Phasendifferenzen der Geschwindigkeit (die Geschwindigkeit des Kolbens) und des Stroms verwendet werden, was in 5 dargestellt ist.
4 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Hubsteuerung des linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Der Spannungs/Strom-Phasendifferenz-Rechner 300 berechnet die Phasendifferenzen der Spannung und des Stroms unter Verwendung der Spannung und des Stroms, die von dem linearen Kompressor 100 erzeugt und durch den Spannungs/Stromdetektor 40 erkannt werden.
5 stellt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Hubsteuerung des linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Der Spannungs/Strom-Phasendifferenz-Rechner 300 berechnet die Phasendifferenzen der Spannung und des Stroms unter Verwendung der Geschwindigkeit des Kolbens im linearen Kompressor und des Stroms, der von dem linearen Kompressor 100 erzeugt und durch den Spannungs/Stromdetektor 40 erkannt wird.
Die Geschwindigkeit des Kolbens wird wie folgt berechnet: Geschwindigkeit = UM – Raci – L di/dtwobei U_M, R_ac und L di/dt sich auf eine Spannung zwischen beiden Enden eines Motors, einen Verlustwert aufgrund eines Widerstandes wie z.B. Kupferverlust oder Kernverlust, und eine an einen im Motor befindlichen Induktor angelegte Spannung beziehen.
Prozesse zur Berechnung der Phasendifferenzbeträge unter Verwendung der durch die beiden obigen Verfahren berechneten Phasendifferenzen zur Erkennung der Hubinstabilität und zur Steuerung des Betriebs des linearen Kompressors sind die gleichen Prozesse wie in 3 beschrieben. Die in den Prozessen verwendeten Vorrichtungen sind die gleichen Vorrichtungen wie in 2 beschrieben.
In 6 sind Wellenformen dargestellt, welche die Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms zur Erfassung der Hubinstabilität in 2 aufzeigen.
Wie in 6 dargestellt, verändern sich die Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms durch die Hubinstabilität gemäß eines Zeitablaufs. D.h. wenn ein gleichmäßiger Hub eingesetzt wird, wird die Leistung des Kolbens aufgrund der Kompressorcharakteristik instabil. Daher, wie oben erwähnt, wenn der lineare Kompressor 100 angetrieben wird, zieht der Phasendifferenz- Änderungsbetrags-Rechner 400 wiederholt die Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms ab, die vorher erfaßt wurden, und berechnet die vorherbestimmten Phasendifferenz-Änderungsbeträge Pha-Δ1, Pha-Δ2 und PhaΔ3. Der Hubstabilitätsdetektor 500 vergleicht den berechneten Phasendifferenz-Änderungsbetrag mit dem Referenzwert, um so den Hubinstabilitäts-Zustand des linearen Kompressors 100 festzustellen.
Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den linearen Kompressor bei höchstem Wirkungsgrad zu betreiben, indem die Hubinstabilität durch die Änderungsbeträge in den Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms erfaßt wird, um so einen Störbetrieb des linearen Kompressors aufgrund einer Änderung in der externen Spannung oder von Rauschen zu verhindern.

Claims

Steuergerät eines Kompressors, umfassend: Hub/Strom-Phasendifferenz-Detektor zum Erfassen der Phasendifferenzen von Hub und Strom, die durch die Erhöhung und die Verminderung eines Hubs aufgrund einer an den linearen Kompressor angelegten Spannung bestimmt werden; Phasendifferenz-Änderungsbetrags-Rechner zum Berechnen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge, wobei die erkannten Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms verwendet werden; Hubinstabilitätsdetektor zum Vergleichen der berechneten Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit einem Referenzwert zum Bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt; und Hubsteuergerät zum Empfangen eines Hubinstabilitäts-Erkennungssignals von dem Hubinstabilitätsdetektor und zum Verändern der angelegten Spannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazität, was durch die Laständerung bestimmt wird, in Abhängigkeit von dem empfangenem Hubinstabilitäts-Erkennungssignal, um so den Antrieb des linearen Kompressors während des Betriebs des linearen Kompressors zu steuern.
Steuergerät eines Kompressors, umfassend: Spannungs-/Stromdetektor zum Erfassen von Spannung und Strom, die von einem linearen Kompressor erzeugt werden; Spannungs-/Strom-Phasendifferenz-Detektor zum Berechnen der Phasendifferenzen der Spannung und des Stroms unter Verwendung von Spannung und Strom; Phasendifferenz-Änderungsbetrags-Rechner zum Berechnen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge unter Verwendung der erkannten Phasendifferenzen von Spannung und Strom; Hubinstabilitätsdetektor zum Vergleichen der berechneten Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit einem Referenzwert zum Bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt; und Hubsteuergerät zum Empfangen eines Hubinstabilitäts-Erkennungssignals vom Hubinstabilitätsdetektor und zum Verändern der angelegten Spannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazität, was durch die Laständerung bestimmt wird, in Abhängigkeit von dem empfangenen Hubinstabilitäts-Erkennungssignal, um so den Antrieb des linearen Kompressors während des Betriebs des linearen Kompressors zu steuern.
Steuergerät eines Kompressors, umfassend: Geschwindigkeits-/Stromdetektor zum Erfassen der Geschwindigkeit eines Kolbens in dem linearen Kompressor und des durch den linearen Kompressor fließenden Stroms; Geschwindigkeits-/Strom-Phasendifferenz-Rechner zum Berechnen der Phasendifferenzen von Geschwindigkeit und Strom unter Verwendung von Geschwindigkeit und Strom; Phasendifferenz-Änderungsbetrag-Rechner zum Berechnen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge unter Verwendung der erkannten Phasendifferenzen von Geschwindigkeit und Strom; Hubinstabilitätsdetektor zum Vergleichen der berechneten Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit einem Referenzwert zum Bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt; und Hubsteuergerät zum Empfangen eines Hubinstabilitäts-Erkennungssignals vom Hubinstabilitätsdetektor und zum Verändern der angelegten Spannung gemäß der Größe der Anforderung für Kühlkapazität, was durch die Laständerung bestimmt wird, in Abhängigkeit von dem empfangenen Hubinstabilitäts-Erkennungssignal, um so den Antrieb des linearen Kompressors während des Betriebs des linearen Kompressors zu steuern.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei der Phasendifferenz-Änderungsbetrag-Rechner die erkannten Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms von den vorher durch den Phasendifferenzdetektor erfaßten Phasendifferenzen des Hubs und des Stroms abzieht, um so drei Phasendifferenz-Änderungsbeträge zu berechnen.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei der Hubinstabilitätsdetektor feststellt, daß der Hub des linearen Kompressors sich im instabilen Zustand befindet, wenn drei durch den Phasendifferenz-Änderungsbetrags-Rechner berechnete Phasendifferenz-Änderungsbeträge größer als der Referenzwert sind, den Grad der Hubinstabilität erkennt und das Hubinstabilitäts-Erkennungssignal an das Hubsteuergerät ausgibt.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei das Hubsteuergerät die Hubspannung erhöht, so daß der lineare Kompressor direkt oberhalb des Bereichs angetrieben werden kann, in dem der Hub des linearen Kompressors instabil ist, wenn eine große Kühlkapazität von dem linearen Kompressor benötigt wird, und die Hubspannung vermindert, so daß der lineare Kompressor direkt unterhalb des Bereichs angetrieben werden kann, in dem der Hub des linearen Kompressors instabil ist, wenn eine kleine Kühlkapazität von dem linearen Kompressor benötigt wird, um so den linearen Kompressor bei höchstem Wirkungsgrad zu betreiben.
Verfahren zum Erkennen von Hubinstabilität eines linearen Kompressors, das folgende Schritte umfaßt: (a) Berechnen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge unter Verwendung der Phasendifferenzen von Hub und Strom; (b) Vergleichen der absoluten Werte der Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit den Referenzwert zum Bestimmen, ob Hubinstabilität vorliegt; und (c) Verändern einer Hubspannung gemäß der Größe der benötigten Kühlkapazität, die durch die Einstellung einer Temperatursteuerung durch einen Benutzer bestimmt wird, in Abhängigkeit davon, ob Hubinstabilität vorliegt, und Antreiben des linearen Kompressors.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Schritt (a) folgende Schritte umfaßt: (a1) Berechnen eines ersten Phasendifferenz-Änderungsbetrages durch Subtrahieren der Phasendifferenzen des ersten Hubs und des Stroms von der Phasendifferenz des Hubs und des Stroms; (a2) Berechnen eines zweiten Phasendifferenz-Änderungsbetrages durch Subtrahieren der Phasendifferenzen des zweiten Hubs und des Stroms von der Phasendifferenz des ersten Hubs und des Stroms; und (a3) Berechnen eines dritten Phasendifferenz-Änderungsbetrages durch Subtrahieren der Phasendifferenzen des dritten Hubs und des Stroms von der Phasendifferenz des zweiten Hubs und des Stroms.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Schritt (c) folgende Schritte umfaßt: (c1) Aufeinanderfolgendes Vergleichen der Phasendifferenz-Änderungsbeträge mit dem Referenzwert und Bestimmen, ob die absoluten Werte der Phasendifferenz-Änderungsbeträge größer sind als der Referenzwert; (c2) Bestimmen, daß Hubinstabilität aufgetreten ist, und Ausgeben des Hubinstabilitäts-Erkennungssignals, wenn die absoluten Werte der Phasendifferenz-Änderungsbeträge größer sind als der Referenzwert; und (c3) Empfangen des Hubinstabilitäts-Erkennungssignals, Verändern der Hubspannung gemäß der Größe der benötigten Kühlkapazität, die durch die Einstellung einer Temperatursteuerung durch einen Benutzer bestimmt wird, und Steuern des Betriebs eines linearen Kompressors.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Schritt (c2) weiterhin den Schritt umfaßt, den Steuerungsvorgang gemäß des Verfahrens zum Erkennen von Hubinstabilität zu beenden, wenn alle absoluten Werte der Phasendifferenz-Änderungsbeträge nicht größer sind als der Referenzwert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Schritt (c3) weiterhin folgende Schritte umfaßt: Bestimmen der Größe der momentan vom linearen Kompressor benötigten Kühlkapazität; Erhöhen der Hubspannung, so daß der lineare Kompressor direkt über dem Bereich angetrieben werden kann, in dem der Hub instabil ist, wenn eine große Kühlkapazität, die durch die Einstellung einer Temperatursteuerung durch einen Benutzer bestimmt wird, von dem linearen Kompressor benötigt wird; und Vermindern der Hubspannung, so daß der lineare Kompressor direkt unterhalb des Bereichs angetrieben werden kann, in dem der Hub instabil ist, wenn eine kleine Kühlkapazität von dem linearen Kompressor benötigt wird.