背景技术
一般而言,压缩机(Compressor)是,从电机或者叶轮机(turbine)等动力产生装置中得到动力后,压缩空气或者冷媒或者其他种类工作气体,从而提高上述工作气体自身压力的机械装置。上述压缩机在空调和冰箱等一般的家用电器或者制造业领域,使用较为普遍。
上述压缩机大体上可以分为如下几类:
往复式空气压缩机(Reciprocating-compressor)。其是在活塞(Piston)和气缸(Cylinder)之间形成有吸入、排出工作气体的压缩空间,并且通过活塞在气缸内部的直线往返运动,压缩冷媒。
旋转式空气压缩机(Rotary-compressor)。其是在偏心旋转的滚子(Roller)和气缸(Cylinder)之间形成有吸入、排出工作气体的压缩空间,并且通过滚子沿着气缸内壁的偏心旋转运动,压缩冷媒。
涡旋式空气压缩机,其在绕动涡卷(Orbiting-scroll)和固定涡卷(Fixed-scroll)之间形成有吸入、排出工作气体的压缩空间,并且通过绕动涡卷与固定涡卷之间的相对运动,压缩冷媒。
近来,在现有的往复式空气压缩机的基础上,开发出很多不仅结构简单,而且能够提高压缩效率的线性压缩机。上述往复式空气压缩机,其结构原理描述如下:在活塞(Piston)和气缸(Cylinder)之间形成有吸入、排出工作气体的压缩空间,并且通过活塞在气缸内部的直线往返运动,压缩冷媒。另外,在上述往复式空气压缩机的基础上开发的线性压缩机,其结构特征叙述如下:把活塞直接连接在做直线往返运动的驱动电机上,因此,避免了由于运动转换而导致的机械性损失。从而,与现有往复式空气压缩机相比,线性压缩机不但可以提高压缩效率,而且其结构也变得简单。
一般而言,线性压缩机是利用电机的直线驱动力吸入、压缩、排出冷媒。该线性压缩机大体上分为如下几个部分:包含有压缩冷媒气体的汽缸及活塞 等构件的压缩部;包含有向上述压缩部提供驱动力的线性电机的驱动部。
具体地讲,上述线性压缩机,其结构及工作原理进一步描述如下:密闭容器内部固定设置有气缸。然后,在上述气缸内部设置有活塞,该活塞能够做直线往返运动。并且,随着该活塞在上述气缸内部做直线往返运动,冷媒流入上述气缸内部的压缩空间,然后冷媒被压缩后排出。上述压缩空间内设置有吸入阀门组和排出阀门组。该阀门组通过上述压缩空间内部的压力,调节冷媒的流入及排出。
上述活塞上相互连接设置有产生动力的线性电机。这里,上述线性电机的具体结构描述如下:内定子和外定子间隔一定距离设置。在上述气缸周边,多个叠片(lamination)向圆周方向叠层而构成上述内定子和外定子。该内定子或者外定子内侧缠绕有线圈,并且在上述内定子和外定子之间的缝隙里设置有永久磁石,该永久磁石与上述活塞相连接。
另外,上述永久磁石设置成:可向上述活塞的运动方向移动的状态。一旦上述线圈中有电流流动,由于此时所产生的电磁力的作用,该永久磁石将向上述活塞的运动方向进行直线往返运动。一般而言,该线性电机将以一定的运行频率(fc)运行,并且使上述活塞以一定的冲程(S)进行直线往返运动。
因此,如上所述的线性压缩机工作过程如下:一旦向上述线性电机提供电流,该线圈中将有电流流动。这时,由于上述外定子及内定子的相互作用将产生电磁力,并且由于该电磁力的作用,永久磁石及与永久磁石相连接的活塞将进行直线往返运动。
如上所述,随着上述活塞在汽缸内部做直线往返运动,压缩空间内部的压力将随时变化。随着该压缩空间内部的压力变化,冷媒被吸入到该压缩空间,被压缩后重新排出到外部。
如图1所示,现有的线性压缩机的控制装置是由如下几个部分构成:供给到外部交流电源,并且把一定的最大电压界限值以下的交流电源提供到线性压缩机(42)的电源部(41);从上述电源部(41)供给到交流电源,从而进行压缩及吸入作业的线性压缩机(42);控制上述电源部(41),从而调节根据负荷(或者冷力)供给到上述线性压缩机(42)的交流电源的大小的控制部(43)。这里,上述最大电压界限值是为了保护控制装置及线性压缩机而设定的。
上述控制部(43)从外部的其他控制装置中接收到指令值(电压及/或者电流指令值),并且根据上述接收到的指令值来控制电源部(41)。上述控制部(43)将只处理最大电压界限值以下的指令值。即,该控制部(43)不处理超出上述最大电压界限值的指令值。因此,即使在产生高负荷而需要高冷力的情况下,上述控制部(43)也只接收上述最大电压界限值以内的指令值,使得线性压缩机(42)只能供给到上述最大电压界限值以内的交流电压。
如图2所示,由于指令值限制在最大电压界限值(vp)以内,因此根据上述指令值的交流电压(V)也限制在上述最大电压界限值(vp)以内。而且,由于交流电压(V)得到了限制,根据上述交流电压(V)的交流电流(i)也将被限制。结果,由于得到限制的交流电压(V)及交流电流(i),供给到上述线性压缩机(42)的电力也将被限制。
但是,如上所述的限制交流电压(V)及交流电流(i)的现有技术存在如下缺点:即,根据高负荷而需要高冷力的情况下,也不能提供一定大小以上的冷力。
而且,在冷冻循环***内,当是高负荷的情况下,为了输出高冷力,根据现有技术的控制装置将造成共振运动(power mode)环境。另外,在冷冻循环***内,当在低负荷或者是中间负荷的情况下,为了输出低冷力或者中间冷力,根据现有技术的控制装置将造成正常运动(saving mode)环境。当在正常运动的状态下,如图2所示,控制装置将不会使输入到上述线性压缩机(42)的交流电压(V)增加至最大电压界限值(vp)以上,从而不能使活塞达到相似点(TDC)。另外,还有如下问题:即使线性电机的效率下降,控制装置仍然控制为共振运动,使活塞达到相似点(TDC)。
具体实施方式
如图3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)。该活塞(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。上述线性电机(10)控制活塞(6)的冲程(S),以改变压缩容量。
另外,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)。与上述压缩空间(P)相邻的气缸(4)的一端设置有排出阀门组(24)。这里,该吸入阀门(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)。该密闭容器(2)的一侧设置有供冷媒流入的流入管(2a)及冷媒流出的流出管(2b)。在该气缸(4)内侧设置有活塞(6),该活塞(6)向运动方向被弹性支撑,并且上述活塞(6)可进行直线往返运动。与此同时,在上述气缸(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(oil)。该组装体的下端上设置有抽吸油的油供给装置(30)。与此同时,该组装体下侧框架(18)内部形成有用于将油供给到上述活塞(6)和气缸(4)之间的油供给管(18a)。因此,上述油供给装置(30)利用活塞(6)进行直线往返运动时产生的振动抽吸油。然后,上述油通过油供给管(18a)供给到活塞(6)和气缸(4)之间的间隙,从而起到冷却及润滑作用。
为了使上述活塞(6)在气缸(4)内部进行直线往返运动,该气缸(4)形成为中空状。该气缸(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、关该气缸的压缩空间(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,并且向轴方向赋予弹性力的阀门弹簧(24c)(该阀门弹簧是一种盘簧)。该气缸(4)的一端内周面,镶嵌设置有O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)将被压缩后开放上述排出阀门(24b)。然后,冷媒从上述压缩空间(P)排出后,将顺着环状管(28)及流出管(2b)完全排出到外部。
为了使从流入管(2a)流入的冷媒流动,上述活塞(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)各种弹簧向活塞(6)的运动方向弹性支撑活塞(6)。
上述吸入阀门(22)为薄板形状,并且为了开关活塞的冷媒流路(6a),切开中央的一部分,其一侧由螺丝固定设置于活塞(6)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,一旦压缩空间(P)的压力达到低于排出压力的一定的吸入压力值以下,该吸入阀门(22)将开放,使冷媒吸入到压缩空间(P)内。另外,一旦压缩空间(P)的压力达到一定的吸入压力值以上,在吸入阀门(22)关闭的状态下,该压缩空间(P)的冷媒将被压缩。
如图4所示,本发明线性压缩机的控制装置是由以下几个部分构成:将接收到的外部交流电压变换为直流电压的稳流部(51);接收上述直流电压, 并根据反相器控制信号产生正弦波控制电压的反相器部(52);从反相器部(52)中供给到正弦波控制电压,从而进行压缩及吸入作业的线性压缩机(53);根据对应于负荷(或者冷力)的一定的最大电压界限值以上的电压指令值,设定相对应的正弦波控制电压,并产生对应于上述设定的正弦波控制电压的反相器控制信号,传送到上述反相器(52)中的控制部(54)。这时,上述控制部(54)是利用从其他控制装置中接收的负荷(或者冷力)信息等来进行对负荷(或者冷力)的判断。也可以独自判断线性压缩机(53)内的负荷。
具体地讲,上述反相器部(52)根据从控制部(54)中的反相器控制信号(例如,PWM信号等),产生由上述控制部(54)设定的正弦波控制电压。
在负荷(或者冷力)为高负荷(或者高冷力)时,控制部(54)将根据现有技术中所提及的最大电压界限值(Vp)以上的电压指令值(V*)设定正弦波驱动电压,并且产生对应于该设定的正弦波驱动电压的反相器控制信号。上述设定的正弦波驱动电压,首先可以设定为与电压指令值(V*)相对应的波峰值,但是该波峰值受到上述最大电压界限值(Vp)的限制。该限制过程如图5所示。
参阅图5,控制部(54)首先根据电压指令值(V*)设定正弦波驱动电压。然后,根据最大电压界限值(Vp)进行限制,从而使超过最大电压界限值(Vp)的驱动电压设定为最大电压界限值(Vp)。即,对于电压指令值(V*)的大小(或者波峰值)并没有限制,但是对于供给到线性压缩机(53)的正弦波驱动电压的大小(或者波峰值)还是有一定限制。控制部将产生对应于上述设定的被钳位的正弦波驱动电压(V’)的反相器控制信号,供给到反相器部(52)。这时,随着正弦波驱动电压(V’)变大,正弦波驱动电流(i’)也将变大。
换句话说,上述控制部(54)将具有对应于上述最大电压界限值(Vp)的上述反相器控制信号的开关周期界限值。因此,在设定了根据最大电压界限值(Vp)以上的电压指令值(V*)的正弦波驱动电压后,将上述设定的正弦波驱动电压转换为控制信号时,适用上述反相器控制信号的开关周期界限值,堵截超过最大电压界限值(Vp)的正弦波驱动电压的产生。
如上所述,控制部(54)对电压指令值(V*)并没有限制,而是仅仅具备反相器控制信号的开关周期界限值,因此可以使反相器部(52)实际产生 的正弦波驱动电压始终被维持在最大电压界限值(Vp)以下。
对图2所示的电压(V)和电流(I)的电力,以及图5所示的电压(V’)和电流(i’)的电力进行比较,很显然,本发明依据电压(V’)和电流(i’)的电力要大很多。因此,可以提高线性压缩机(53)中的冷力的最大值。即,对于同样的外部交流电压,可以提高较大的电力,因此也可以提高电力的效率。
如上所述,一旦本发明的电压(V’)为球形波,电力的效率将显著增加,因此可以进一步提高冷力的最大值。
如图6所示,该图是在周围温度为43度时的线性压缩机中的实验结果。这时,最大电压界限值(Vp)为220V(RMS)。
如图所示,X轴表示的是利用控制部(54)设定,并依据负荷设定的电压指令值(V*)的变化,Y轴表示的是线性压缩机的输入电力比率(%)。这里,输入电力比率(%)定义为,当前输入电力/TDC运动时的输入电力。
第1区间表示的是:在控制部(54)的电压指令值(V*)为最大电压界限值(Vp)220V以下时,设定正弦波交流电压,并通过反相器部(52)提供到线性压缩机(53)时的线性压缩机的输入电力比率(%)。在第1区间中,随着电压指令值(V*)的增加,输入电力比率(%)也将增加,但是由于活塞(6)不能完成到相似点(TDC)的直线往返运动,因此输入电力比率(%)最高只能达到约78%左右。
第2区间表示的是:控制部(54)的电压指令值(V*)设定为最大电压界限值(Vp)以上,并设定被钳位的正弦波交流电压(即,球形波形态的交流电压),然后通过反相器部(52)供给到线性压缩机(53)时的线性压缩机的输入电力比率(%)。在第2区间中,随着电压指令值(V*)的增加,输入电力比率(%)也将增加。特别是,从第2区间到达第3区间之前的电压指令值(V*)大约从310V,相对于之前的输入电力比率(%)增加的程度,急剧增加。因此在第3区间的始端,大概在330V程度下,输入电力比率(%)将达到100%。在上述第3区间之前,活塞(6)的直线往返运动相当靠近于相似点(TDC),因此会使输入电力比率(%)急剧增加。在第3区间,活塞(6)进行到达相似点(TDC)的直线往返运动,从而使输入电力比率(%)达到100%。
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
本发明可以实现现有技术的电力以上的电力,从而显著提高冷力。
另外,根据本发明,不但可以显著提高冷力,还可以产生最大电压界限值以内的电压。
本发明通过控制电压指令值可以体现高冷力和相似点(TDC)运动。