-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Linearkompressor und bezieht
sich insbesondere auf eine Antriebsvorrichtung eines Linearkompressors, der
entsprechend eines Lastzustandes zur variablen Steuerung des Hubs
in der Lage ist und ein Verfahren hierfür.
-
Stand der Technik
-
Im
Allgemeinen wird zur Erhöhung
des Drucks eines Kältemitteldampfes
ein Kompressor eingesetzt, um den Kältemitteldampf, der in einem Verdampfer
verdampft wurde, leicht zu kondensieren. Durch den Betrieb des Kompressors
wiederholt das Kältemittel
den Kondensations- und den Verdampfungsvorgang und zirkuliert in
einem Kühlgerät und überträgt dabei
Wärme von
einem kalten Teil an einen warmen Teil.
-
Unter
den verschiedenen Typen von Kompressoren, die heutzutage eingesetzt
werden, ist ein Kolbenkompressor der am häufigsten verwendete. Der Kolbenkompressor
verdichtet Dampf mit Hilfe eines Kolbens, der in seinem Zylinder
auf und ab bewegt wird, um den Druck zu erhöhen. Da das Verdichtungsverhältnis des
Kolbenkompressors durch Veränderung
einer an den Kolbenkompressor angelegten Hubspannung verändert werden
kann, kann der Kolbenkompressor bei der Steuerung einer variablen
Kühlleistung
eingesetzt werden.
-
Da
jedoch der Kolbenkompressor Dampf unter Umwandlung der Drehbewegung
eines Motors in eine Linearbewegung verdichtet, ist eine mechanische
Wandlungseinrichtung wie beispielsweise eine Schraube, eine Kette,
ein Getriebe, ein Steuerband oder dergleichen zur Umwandlung der
Drehbewegung in eine Linearbewegung unbedingt erforderlich. Aufgrund
dieses Umstandes ist der Energiewandlungsverlust groß und wird
der Aufbau der Vorrichtung kompliziert. Aus diesem Grunde wurde
seit neuerem ein Linearkompressor, der ein lineares Verfahren verwendet,
eingesetzt, bei dem der Motor selbst eine lineare Bewegung ausführt.
-
Der
Linearkompressor erfordert keine mechanische Wandlungsvorrichtung,
da der Motor selbst unmittelbar eine lineare Antriebskraft erzeugt. Der
Linearkompressor hat keinen komplizierten Aufbau, der Energiewandlungsverlust
ist vermindert und die Lärmerzeugung
kann stark reduziert werden, da eine Verbindungseinrichtung, in
der Reibung und Abrieb erzeugt werden, nicht vorhanden ist. Auch
beim Einsatz eines Linearkompressors in einem Kühlgerät oder in einem Luftklimagerät kann das
Verdichtungsverhältnis
des Linearkompressors durch Veränderung
einer an den Linearkompressor angelegten Hubspannung verändert werden,
so dass der Linearkompressor bei der Steuerung einer variablen Kühlleistung
eingesetzt werden kann.
-
1 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Antriebssteuervorrichtung
eines üblichen Linearkompressors
zeigt.
-
Wie
dargestellt, umfasst die Antriebssteuervorrichtung eines Linearkompressors
einen Linearkompressor 3 für die Steuerung der Kühlleistung durch
Verändern
eines Hubs (eine Strecke zwischen einem oberen Totpunkt und einem
unteren Totpunkt eines Kolbens) durch ein Hin- und Hergehen eines Kolbens
mit Hilfe einer Hubspannung, eine Strommesseinrichtung 4 zur
Messung eines an den Linearkompressor 3 angelegten Stroms
durch Veränderung eines
Hubs, eine Spannungsmesseinrichtung 5 zur Messung einer
an den Linearkompressor 3 erzeugten Spannung durch Veränderung
eines Hubs, einen Mikrocomputer 6 zur Berechnung eines
Hubs unter Verwendung eines Stroms und einer Spannung, die von der
Strommesseinrichtung 4 und der Spannungsmesseinrichtung 5 gemessen
worden sind, Vergleichen des errechneten Hubs mit einem von einem
Benutzer eingestellten Hubbefehlswert und Ausgeben eines Schaltsteuersignals,
und eine elektrische Schaltungseinrichtung 1 zum Schalten
eines Wechselstroms mit Hilfe eines Triacs 2 durch das ausgegebene
Schaltsteuersignal und Anlegen einer Hubspannung an den Linearkompressor 3.
-
Nachfolgend
wird ein Steuervorgang eines bekannten Linearkompressors erläutert.
-
Zunächst gibt
die elektrische Schaltungseinrichtung 1 eine Hubspannung
aufgrund des von dem Benutzer eingestellten Hubbefehlswerts aus
und ein Kolben bewegt sich aufgrund der Hubspannung hin und her.
Folglich wird ein Hub verändert
und so die Kühlleistung
des Linearkompressors gesteuert. Das bedeutet, dass eine Kühlleistung
des Linearkompressors 3 in Übereinstimmung mit einem Hub
einer Hin- und Herbewegung eines Kolbens innerhalb eines Zylinders
gesteuert wird, und Kühlgas
innerhalb des Zylinders wird in einen Kondensator durch ein Abgabeventil
abgegeben.
-
Wenn
der Hub mit Hilfe einer Hubspannung verändert wird, messen die Strommesseinrichtung 4 und
die Spannungsmesseinrichtung 5 eine Spannung und einen
Strom, der an dem Linearkompressor 3 erzeugt wird, und
der Mikrocomputer 6 berechnet den Hub unter Verwendung
der gemessen Spannung und des gemessenen Stroms.
-
Aufgrund
hiervon wird, wenn der berechnete Hub kleiner als ein Hubbefehlswert
ist, von dem Mikrocomputer 6 ein Schaltsteuersignal abgegeben, das
die Einschaltdauer des Triacs verlängert, um so eine an den Linearkompressor 3 angelegte
Hubspannung zu erhöhen.
-
Gleichfalls
gilt, wenn der errechnete Hub größer als
ein Hubbefehlswert ist, das der Mikrocomputer 6 ein Schaltsteuersignal
ausgibt, welches die Einschaltdauer des Triacs verkürzt, um
auf diese Weise an den Linearkompressor 3 angelegte Hubspannung zu
vermindern.
-
2A zeigt
die Wellenform einer Eingangsspannung und eines Eingangsstroms für den Fall, dass
eine Last kleiner ist in einem Antriebssteuerverfahren eines Linearkompressors
gemäß dem Stand der
Technik ist und 2A zeigt eine Wellenform einer
Eingangsspannung und eines Eingangsstroms für den Fall, dass eine Last
größer ist
in einem Antriebssteuerverfahren eines Linearkompressors gemäß dem Stand
der Technik.
-
Wie
in den 2A und 2B dargestellt, ist
bei den bekannten Hubsteuerverfahren ein Zünd- bzw. Aktivierungswinkel
(Zeit je Periode des Wechselstroms, in der Strom fließt) entsprechend
einer an den Linearkompressor angelegten Last (z. B. eine Außentemperatur
der Luft eines Kühlgeräts oder
einer Temperatur eines Kondensators) konstant, so dass ein oberer
Grenzpunkt eines Kolbens innerhalb eines Zylinders oder eine Stellung,
in der ein Zylindervolumen am geringsten geworden ist, verändert werden,
entsprechend der groß oder
klein werdenden Last des Kühlgeräts.
-
Beispielsweise
gilt, wenn die Last bei einer geringeren Umgebungstemperatur als
30°C kleiner (oder
eine Last eines mittleren Temperaturzustands) wird, dass ein Phänomen, wonach
eine Stellung eines Kolbens verändert
wird, selten auftritt. Wenn jedoch eine Last bei einer Umgebungstemperatur
von mehr als 40°C
groß ist
(oder eine Last eines hohen Temperaturzustandes) wird der Hub durch
einen konstanten Zündwinkel
(oder den gleichen Eingangszustand) gesteuert. Folglich wird die
Bewegungsstrecke eines Kolbens in einem Ansaugvorgang gegenüber einem
Verdichtungsvorgang relativ erhöht,
und so ein Phänomen
erzeugt, bei dem der Kolben zurückgedrängt wird,
und so Abrieb und eine Kollision des Kolbens erzeugt.
-
Aufgrund
dieses Umstandes wird zum Zeitpunkt des Antriebs des bekannten Linearkompressors
das Phänomen
eines Kühlleistungsmangels
erzeugt oder wird die Leistung vermindert, was zu einer Abnahme
der Zuverlässigkeit
führt.
-
Die
WO 2001/054253 A1 offenbart
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Kolbenstellung
in einem Linearkompressor, in welchem die Kolbenlage in einem Zylinder
zur Minimierung eines oberen Abstands gesteuert wird.
-
Die
US Offenlegungsschrift
2003/0177773 A1 offenbart ein Verfahren zur Betriebssteuerung
eines Linearkompressors, bei dem, wenn eine anfängliche Leistungsaufnahme gemessen
wird, durch Messung einer inneren Temperatur eines Kühlgeräts eine
Hubspannung eines Linearkompressors so gesteuert wird, dass sie
geringer als in einem allgemeinen Betriebssteuerzustand ist, während, wenn
eine Temperatur durch einen Enteisungssensor gemessen wird, die
unterhalb einer voreingestellten Temperatur liegt, der Linearkompressor
mit einer normalen Spannung betrieben wird, um so die innere Temperatur
des Kühlgeräts in geeigneter
Weise zu steuern bzw. zu regeln, und auch im Falle einer Überlastung Zuverlässigkeit
durch Verhinderung einer Kollision zwischen einem Kolben und einem
Auslassventil zu erzielen.
-
Mitteilung der Erfindung
-
Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Antriebssteuervorrichtung
eines Linearkompressors zu schaffen, die in der Lage ist, einen Abfall
der Leistungsaufnahme und das Phänomen
eines Kühlleistungsmangels
zu verhindern, und das ferner in der Lage ist, die Zuverlässigkeit
während der
Zeit des Kompressorlaufs zu erhöhen
durch variable Steuerung eines Hubs zur Zeit eines Verdichtungsvorgangs
und eines Ansaugvorgangs entsprechend einem Lastzustand, und ein
Verfahrens hierfür zur
Verfügung
zu stellen.
-
Um
dieses Ziel zu erreichen, ist in Übereinstimmung mit Patentanspruch
1 eine Antriebssteuervorrichtung eines Linearkompressors geschaffen,
die umfasst: eine elektrische Schaltungseinrichtung für den Antrieb
eines Linearkompressors durch Veränderung eines Hubs einer Kolbenbewegung,
eine Spannungs- und Strommesseinrichtung zur Messung einer Spannung
und eines Stroms, die in der elektrischen Schaltungseinrichtung
erzeugt wurden, eine Phasendifferenzmesseinrichtung zum Empfangen
einer Spannung und eines Stroms von der Spannungs- und Strommesseinrichtung
und dadurch eine Spannungs-/Stromphasendifferenz eines korrespondierenden
Zeitpunkts zu messen und eine Hubsteuereinrichtung zum Empfang einer
Phasendifferenz von der Phasendifferenzmesseinrichtung und zum Eingeben
einer Hubspannung an die elektrische Schaltungseinrichtung durch
unterschiedliches Eingeben eines Zündwinkels zu der Zeit eines
Verdichtungsvorgangs bzw. eines Ansaugvorgangs auf der Grundlage
der eingegebenen Phasendifferenz.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Antriebssteuerverfahren
eines Linearkompressors, wie es in Anspruch 6 angegeben ist. In
einer Ausführungsform
kann das Verfahren das Eingeben eines Zündwinkels zu der Zeit eines
Verdichtungsvorgangs bzw. eines Ansaugvorgangs entsprechend einem
Lastzustand umfassen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Antriebssteuervorrichtung
eines Linearkompressors gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
-
2A zeigt
eine Wellenform einer Eingangsspannung und eines Eingangsstroms
für den Fall,
dass die Last in einem Antriebssteuerverfahren eines Linearkompressors
nach dem Stand der Technik niedriger ist;
-
2B zeigt
eine Wellenform einer Eingangsspannung und eines Eingangsstroms
für den Fall,
dass bei einem Antriebssteuerverfahren eines Linearkompressors gemäß dem Stand
der Technik eine Last groß ist;
-
3 ist
ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Antriebssteuervorrichtung
eines Linearkompressors gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
4 ist
ein Flussdiagramm, das ein Antriebssteuerverfahren eines Linearkompressors
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
5 zeigt
eine Wellenform, die eine Spannung und einen Strom für einen
Ansaugvorgang und einen Verdichtungsvorgang zu der Zeit einer variablen
Leistungssteuerung und
-
6 ist
eine beispielhafte Ansicht, die einen Hub zu der Zeit der Steuerung
eines vollen Hubs und eine variable Leistungssteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
Modi zur Ausführung der
bevorzugten Ausführungsformen
-
3 ist
ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Antriebssteuervorrichtung
eines Linearkompressors gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
Wie
in 3 dargestellt, umfasst die Antriebssteuervorrichtung
eines Linearkompressors gemäß der vorliegenden
Erfindung eine elektrische Schaltungseinrichtung 20 zum
Antrieb eines Linearkompressors durch Veränderung eines Hubs durch eine
Kolbenbewegung, eine Spannungs- und Strommesseinrichtung 21 zur
Messung einer Spannung und eines Stroms, die in der elektrischen
Schaltungseinrichtung erzeugt werden, eine Phasendifferenzmesseinrichtung 22 zum
Empfangen einer Spannung und eines Stroms von der Spannung- und
Strommesseinrichtung 21 und dadurch eine Spannungs- Stromphasendifferenz
eines korrespondierenden Zeitpunkts zu messen, und eine Hubsteuereinrichtung 23 zum
Empfang einer Phasendifferenz von der Phasendifferenzmesseinrichtung 22 und
zum Eingeben einer Hubspannung an die elektrische Schaltungseinrichtung 20 durch
unterschiedliches Eingeben eines Zündwinkels zu der Zeit eines
Verdichtungsvorgangs bzw. eines Saugvorgangs auf der Grundlage der
eingegebenen Phasendifferenz.
-
Die
Hubsteuereinrichtung 23 umfasst einen Mikroprozessor 24 zum
Vergleich einer von der Phasendifferenzmesseinrichtung 22 gemessenen
Spannungs- Stromphasendifferenz mit einer Spannungs-Stromphasendifferenz
zu der Zeit einer Standardlast, dabei unterschiedliches Eingeben
eines Zündwinkels
zu der Zeit des Verdichtungsvorgangs und/bzw. des Ansaugvorgangs
und dadurch ein Schaltsteuersignal entsprechend der Hubspannung auszugeben,
und einen Speicher 25 zur zuvor erfolgenden Speicherung
eines Hubspannungswerts entsprechend einer Spannungs-Stromphasendifferenz.
-
Die
elektrische Schaltungseinheit 20 empfängt ein Schaltsteuersignal
von dem Mikrocomputer und schaltet einen Wechselstrom auf einen
nicht dargestellten Triac, um damit den Linearkompressor anzutreiben.
-
4 ist
ein Flussdiagramm, das ein Antriebssteuerverfahren eines Linearkompressors
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
Die
Funktionsweise der Antriebssteuervorrichtung eines Linearmotors
wird nun anhand von 4 näher erläutert.
-
Während der
Hub mittels einer Hubspannung verändert wird, misst die Spannungs-
und Strommesseinrichtung 21 eine Spannung und einen Strom,
die von dem Linearkompressor erzeugt wurden, und gibt die gemessene
Spannung und den gemessenen Strom an die Phasendifferenzmesseinrichtung 22 ab
(S10). Folglich empfängt
die Phasendifferenzmesseinrichtung 22 die Spannung und
den Strom, der von der Spannungs- und Strommesseinrichtung 21 gemessen
wurden und bestimmt dadurch eine Spannungs-/Stromphasendifferenz
zu einem korrespondierenden Zeitpunkt (S20).
-
Die
Hubsteuereinrichtung 23 empfängt eine Spannungs-/Stromphasendifferenz
eines aktuellen Lastzustands von der Phasendifferenzmesseinrichtung 22 und
vergleicht diese mit einer Spannungs-/Stromphasendifferenz zu der
Zeit einer Standardlast (S30). Wenn eine Spannungs-/Stromphasendifferenz
eines aktuellen Lastzustandes über
der Spannungs-/Stromphasendifferenz
zu der Zeit einer Standardlast liegt, wird aufgrund dieses Umstandes ein
Hub durch ein Verfahren zur Steuerung einer variablen Leistung zur
Veränderung
eines Hubs gesteuert (S40). Auch wenn eine Spannungs-/Stromphasendifferenz
eines aktuellen Lastzustandes geringer als eine Spannungs-/Stromphasendifferenz
zu der Zeit einer Standardlast ist, wird der Linearkompressor durch
Verminderung des Hubs gesteuert (S50).
-
Ein
Steuerverfahren zu der Zeit der Steuerung der variablen Leistung
wird nun unter Bezugnahme auf die 5 und 6 nachfolgend
beschrieben.
-
5 zeigt
eine Wellenform, die eine Spannung und einen Strom für einen
Ansaugvorgang und einen Verdichtungsvorgang zu der Zeit der Steuerung
einer variablen Leistung darstellt, und 6 ist eine
beispielhafte Ansicht, die einen Hub zu der Zeit der Steuerung eines
vollen Hubs und eine Steuerung einer variablen Leistung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
Eine
Hauptfeder und eine Kühlmittelgasfeder werden
zu dem Zeitpunkt eines Verdichtungsvorgangs eingesetzt und eine
Hauptfeder wird zum Zeitpunkt eines Ansaugvorgangs verwendet. Wenn
der Benutzer einen Hubbefehlswert des Kompressors einstellt, muss
ein Hubwert zu dieser Zeit konstant aufrechterhalten werden, unabhängig von
der Größe der Last,
um den Kompressor wirksam anzutreiben. Wenn eine Last jedoch zu
groß oder
zu gering zu der Zeit des Antriebs des Kompressors ist, wird die
Zuverlässigkeit
einer Hubsteuerung aufgrund der Lastvarianz verschlechtert. Das
bedeutet, dass der Kompressor erschüttert werden kann, während ein
Kolben vorgeschoben wird oder kollidiert.
-
Um
dies zu vermeiden, steuert die Hubsteuereinrichtung der vorliegenden
Erfindung die Kühlleistung
in einen vorgegebenen Bereich, in dem der maximale Wirkungsgrad
eines Hubs in eine Periode der Kolbenbetätigung fällt, durch Steuerung eines höheren oder
geringeren Hubs (was eine variable Leistungssteuerung bedeutet).
-
Wie
in 5 dargestellt, werden der Ansaugvorgang oder der
Verdichtungsvorgang auf der Basis eines maximalen Wertes eines Stroms
und einer Phasendifferenzvarianz bestimmt. Als Ergebnis der Bestimmung
wird zu der Zeit des Verdichtungsvorgangs ein Zündwinkel vermindert, um den
Hub zu verkleinern, und zu der Zeit eines Ansaugvorgangs wird der
Zündwinkel
beibehalten, um den vollen Hub mit einer maximalen Strecke zwischen
einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt eines Kolbens aufrechtzuerhalten.
-
In 6 ist
dargestellt, dass zu der Zeit eines Verdichtungsvorgangs die Hubsteuereinrichtung eine
Hubspannung für
die Erhöhung
eines Hubs an die elektrische Schaltungseinrichtung abgibt und dabei
verhindert, dass der Kolben zurückgedrängt wird und
zur Zeit des Ansaugvorgangs gibt die Hubsteuereinrichtung eine Hubspannung
zur Steuerung eines vollen Hubs mit einer maximalen Strecke zwischen einem
oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt eines Kolbens an die
elektrische Schaltungseinheit ab und erhöht so die Kompressionsleistung.
-
Wie
zuvor erläutert,
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Zündwinkel
zu der Zeit des Verdichtungsvorgangs und/bzw. des Ansaugvorgangs
unterschiedlich eingesetzt. Aufgrund dieses Umstands bewegt sich
ein Kolben innerhalb eines Zylinders aufgrund einer entsprechenden
Hubspannung und wird dabei der Hub variiert und dadurch die Kühlleistung
gesteuert. Das bedeutet, dass, um einen Hub unterschiedlich zu der
Zeit des Verdichtungsvorgangs und des Saugvorgangs des Linearkompressors
entsprechend des Lastzustandes zu steuern, eine Stromphase asymmetrisch
gesteuert wird und dadurch ein Kolben daran gehindert wird, zu der
Zeit eines Ansaugvorgangs nach hinten gedrängt zu werden.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Zündwinkel
zu der Zeit des Verdichtungsvorgangs bzw. des Ansaugvorgangs unterschiedlich
eingesetzt. Aufgrund dieses Umstandes bewegt sich der Kolben innerhalb
des Zylinders durch eine entsprechende Hubspannung und wird dadurch
ein Hub variiert und steuert dabei die Kühlleistung. Folglich können ein
Abfall des Leistungsverbrauchs und das Phänomen eines Kühlleistungsmangels
verhindert werden und die Zuverlässigkeit
erhöht
werden.