專利名稱：直線壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線壓縮機(jī)，通過使得直線馬達(dá)的操作頻率與被負(fù)載改變的可移動(dòng)部件的自然頻率同步，并且根據(jù)負(fù)載改變可移動(dòng)部件的行程，它能夠快速地克服負(fù)載并且提高壓縮效率。
背景技術(shù)：
通常，壓縮機(jī)已經(jīng)被廣泛用于家電例如制冷機(jī)和空調(diào)或者用在整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中，壓縮機(jī)是一種用于通過從動(dòng)力單元系統(tǒng)例如電動(dòng)機(jī)或渦輪機(jī)接收動(dòng)力并且壓縮空氣、制冷劑或其它各種操作氣體而增加壓力的機(jī)械設(shè)備。
壓縮機(jī)大致被分為往復(fù)式壓縮機(jī)，它具有如此壓縮空間，操作氣體通過該空間在活塞和汽缸之間被吸入或排放，從而活塞能夠在汽缸中直線往復(fù)以壓縮制冷劑；旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，它具有如此壓縮空間，操作氣體通過該空間在偏心旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)雍推字g被吸入或排放，從而輥?zhàn)幽軌蛟谄變?nèi)壁上偏心地旋轉(zhuǎn)以壓縮制冷劑；以及渦旋式壓縮機(jī)，它具有如此壓縮空間，操作氣體通過該空間在軌道蝸卷和固定蝸卷之間被吸入或排放，從而軌道蝸卷與固定蝸卷一起旋轉(zhuǎn)以壓縮制冷劑。
近來，在往復(fù)式壓縮機(jī)中，直線壓縮機(jī)已經(jīng)被大規(guī)模生產(chǎn)，因?yàn)橥ㄟ^將活塞直接地連接到執(zhí)行直線往復(fù)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)變換從而消除機(jī)械損耗，它具有高的壓縮效率和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
通常，通過使用馬達(dá)的直線驅(qū)動(dòng)力吸入、壓縮和排放制冷劑的直線壓縮機(jī)包括壓縮單元，該單元包括汽缸和用于壓縮制冷劑氣體的活塞；以及包括用于向壓縮單元供應(yīng)驅(qū)動(dòng)力的直線馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)單元。
具體地，在直線壓縮機(jī)中，汽缸被固定地安裝在封閉容器中，并且活塞被安裝在汽缸中以執(zhí)行直線往復(fù)。當(dāng)活塞在汽缸中直線往復(fù)時(shí)，制冷劑被吸入到汽缸中的壓縮空間中、壓縮并被排放。吸入閥組件和排放閥組件被安裝在該壓縮空間中，以用于根據(jù)壓縮空間的內(nèi)部壓力控制制冷劑的吸入和排放。
此外，用于為活塞產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)力的直線馬達(dá)被安裝成連接到活塞。通過沿著圓周方向在汽缸周邊處堆疊多個(gè)疊層形成的內(nèi)部定子和外部定子以預(yù)定間隙安裝在直線馬達(dá)上。線圈在內(nèi)部定子或外部定子中盤繞，并且永久磁體安裝在內(nèi)部定子和外部定子之間的間隙處從而連接到活塞。
這里，永久磁體被安裝成可沿著活塞運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)，并且利用當(dāng)電流流動(dòng)通過線圈時(shí)產(chǎn)生的電磁力沿著活塞運(yùn)動(dòng)方向直線往復(fù)。通常，直線馬達(dá)在恒定操作頻率fc下操作，并且活塞以預(yù)定行程S直線往復(fù)。
在另一方面，各種彈簧被安裝以沿著運(yùn)動(dòng)方向彈性地支撐活塞，即使活塞由于直線馬達(dá)而直線往復(fù)。具體地，作為一種機(jī)械彈簧的卷簧被安裝以沿著活塞運(yùn)動(dòng)方向被封閉容器和汽缸彈性地支撐。而且，被吸入到壓縮空間中的制冷劑用作氣體彈簧。
該卷簧具有恒定的機(jī)械彈簧常數(shù)Km，并且氣體彈簧具有被負(fù)載改變的氣體彈簧常數(shù)Kg。考慮到機(jī)械彈簧常數(shù)Km和氣體彈簧常數(shù)Kg計(jì)算活塞(或直線壓縮機(jī))的自然頻率fn。
如此計(jì)算的活塞自然頻率fn確定直線馬達(dá)的操作頻率fc。直線馬達(dá)通過使其操作頻率fc等于活塞的自然頻率fn，即，在共振狀態(tài)中操作而提高效率。
相應(yīng)地，在直線壓縮機(jī)中，當(dāng)當(dāng)向直線馬達(dá)施加電流時(shí)，電流流動(dòng)通過線圈以通過與外部定子和內(nèi)部定子的交互作用而產(chǎn)生電磁力，并且永久磁體和連接到永久磁體的活塞由于該電磁力而直線往復(fù)。
這里，直線馬達(dá)在恒定操作頻率fc下操作。使得直線馬達(dá)的操作頻率fc等于活塞自然頻率fn，從而直線馬達(dá)可在共振狀態(tài)中操作以提高效率。
如上所述，當(dāng)活塞在汽缸中直線往復(fù)時(shí)，壓縮空間的內(nèi)部壓力變化。根據(jù)壓縮空間內(nèi)部壓力的變化，制冷劑被吸入到壓縮空間中、壓縮并且被排放。
直線壓縮機(jī)被形成為在等同于活塞自然頻率fn的操作頻率fc下操作，通過卷簧的機(jī)械彈簧常數(shù)Km和在設(shè)計(jì)時(shí)在直線馬達(dá)中考慮到的負(fù)載下氣體彈簧的氣體彈簧常數(shù)Kg計(jì)算該自然頻率。因此，該直線馬達(dá)僅在設(shè)計(jì)時(shí)考慮的負(fù)載下在共振狀態(tài)中操作，以提高效率。
然而，因?yàn)橹本€壓縮機(jī)的實(shí)際負(fù)載改變，氣體彈簧的氣體彈簧常數(shù)Kg和通過氣體彈簧常數(shù)Kg計(jì)算的活塞的自然頻率fn變化。
具體地，如圖1A所示，在設(shè)計(jì)時(shí)在中間負(fù)載區(qū)域中直線馬達(dá)的操作頻率fc被確定為等于活塞自然頻率fn。即使負(fù)載改變，直線馬達(dá)也在恒定操作頻率fc下操作。但是，隨著負(fù)載增加，活塞自然頻率fn增加。
公式1fn=12πKm+KgM]]>
這里，fn表示活塞自然頻率，Km和Kg分別表示機(jī)械彈簧常數(shù)和氣體彈簧常數(shù)，并且M表示活塞質(zhì)量。
通常，因?yàn)闅怏w彈簧常數(shù)Kg在整體彈簧常數(shù)Kt中具有小的比率，氣體彈簧常數(shù)Kg被忽略或者設(shè)定為恒定數(shù)值。活塞的質(zhì)量M和機(jī)械彈簧常數(shù)Km也被設(shè)定為恒定數(shù)值。因此，通過上述公式1，活塞自然頻率fn被計(jì)算為恒定數(shù)值。
然而，實(shí)際負(fù)載增加越多，在有限空間中的制冷劑的壓力和溫度增加越多。相應(yīng)地，氣體彈簧自身的彈性力增加，以增加氣體彈簧常數(shù)Kg。而且，與氣體彈簧常數(shù)Kg成比例地計(jì)算的活塞自然頻率fn增加。
參考圖1A和1B，直線馬達(dá)的操作頻率fc和活塞自然頻率fn在中間負(fù)載區(qū)域中相同，從而可以操作活塞以達(dá)到上死點(diǎn)(TDC)，由此穩(wěn)定地執(zhí)行壓縮。此外，直線馬達(dá)在共振狀態(tài)中操作，以提高直線壓縮機(jī)的效率。
然而，在低負(fù)載區(qū)域中，活塞的自然頻率fn變得小于直線馬達(dá)的操作頻率fc，并且因此活塞被傳輸成超過TDC，以施加過量壓縮力。而且，活塞和汽缸由于摩擦而被磨損。因?yàn)橹本€馬達(dá)不在共振狀態(tài)中操作，直線壓縮機(jī)的效率降低。
此外，在高負(fù)載區(qū)域中，活塞的自然頻率fn變得大于直線馬達(dá)的操作頻率fc，并且因此活塞不達(dá)到TDC，以降低壓縮力。直線馬達(dá)不在共振狀態(tài)中操作，由此降低直線壓縮機(jī)的效率。
結(jié)果，在傳統(tǒng)直線壓縮機(jī)中，當(dāng)負(fù)載改變時(shí)，活塞的自然頻率fn改變，但是直線馬達(dá)的操作頻率fc恒定。因此，直線馬達(dá)不在共振狀態(tài)中操作，這導(dǎo)致低的效率。進(jìn)而，直線壓縮機(jī)不能主動(dòng)地處理和快速地克服負(fù)載。
在另一方面，為了快速地克服負(fù)載，如圖2所示，通過調(diào)節(jié)施加到直線馬達(dá)的電壓(或電流)量，傳統(tǒng)直線壓縮機(jī)允許活塞6在高或低制冷模式中在汽缸4中操作?；钊?的行程S根據(jù)操作模式而改變，以改變壓縮能力。
在負(fù)載較大狀態(tài)下，直線壓縮機(jī)在高制冷模式下操作。在高制冷模式中，使得直線馬達(dá)的操作頻率fc等于活塞6的自然頻率fn，從而活塞6可被操作以利用預(yù)定行程S1達(dá)到TDC。
此外，在負(fù)載較小的狀態(tài)下，直線壓縮機(jī)在低制冷模式中操作。在低制冷模式中，通過降低施加到直線馬達(dá)的電壓以降低直線馬達(dá)的操作頻率fc，壓縮能力可被降低。然而，在其中活塞6利用機(jī)械彈簧和氣體彈簧的彈性力沿著運(yùn)動(dòng)方向被彈性支撐的狀態(tài)下，活塞6的行程S2降低。相應(yīng)地，活塞6不能達(dá)到TDC，這導(dǎo)致直線壓縮機(jī)具有低的效率和壓縮力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明得以實(shí)現(xiàn)以解決上述問題。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種直線壓縮機(jī)，通過控制直線馬達(dá)操作頻率和活塞行程它能夠根據(jù)負(fù)載有效率地改變壓縮能力，即使活塞自然頻率被負(fù)載改變。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提供一種直線壓縮機(jī)，包括內(nèi)部具有壓縮空間的固定部件；沿著軸向方向在固定部件中直線往復(fù)的可移動(dòng)部件，以用于壓縮被吸入到壓縮空間中的制冷劑；安裝成沿著可移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)方向彈性支撐可移動(dòng)部件的一個(gè)或多個(gè)彈簧，其彈簧常數(shù)被負(fù)載改變；以及安裝成連接到可移動(dòng)部件的直線馬達(dá)，以用于沿著軸向方向直線往復(fù)可移動(dòng)部件，操作頻率和被負(fù)載改變的行程。
優(yōu)選地，在制冷/空調(diào)循環(huán)中安裝該直線壓縮機(jī)，并且與在制冷/空調(diào)循環(huán)中的冷凝制冷劑的壓力(冷凝壓力)和蒸發(fā)器中的蒸發(fā)制冷劑壓力(蒸發(fā)壓力)之間的差值成比例地計(jì)算負(fù)載。更優(yōu)選地，與作為冷凝壓力和蒸發(fā)壓力平均值的壓力(平均壓力)成比例地另外地計(jì)算負(fù)載。
優(yōu)選地，該直線馬達(dá)通過使其操作頻率與可移動(dòng)部件的自然頻率同步而在共振狀態(tài)中操作，該自然頻率與負(fù)載成比例地改變。
優(yōu)選地，即使行程被負(fù)載改變，直線馬達(dá)通過直線地往復(fù)可移動(dòng)部件以達(dá)到上死點(diǎn)而保持直線壓縮機(jī)的效率和制冷劑的壓縮力。
優(yōu)選地，該直線馬達(dá)包括通過沿著圓周方向疊置多個(gè)疊層以覆蓋固定部件的周邊而形成的內(nèi)部定子；以預(yù)定間隔在內(nèi)部定子的外部設(shè)置并且通過沿著圓周方向疊置多個(gè)疊層形成的外部定子；在內(nèi)部定子和外部定子的任一個(gè)處安裝的線圈纏繞本體，用于根據(jù)電流在內(nèi)部定子和外部定子之間產(chǎn)生電磁力；和永久磁體，它在內(nèi)部定子和外部定子之間的間隙處定位、連接到可移動(dòng)部件，并且通過與線圈纏繞本體的電磁力的交互作用而直線往復(fù)。
這里，線圈纏繞本體沿著軸向方向被劃分成兩個(gè)或更多個(gè)線圈纏繞部分，并且直線馬達(dá)包括分支裝置以用于選擇一個(gè)或多個(gè)線圈纏繞部分并且向選定的線圈纏繞部分施加輸入電流，以及控制裝置以用于根據(jù)負(fù)載控制分支裝置。
優(yōu)選地，該分支裝置選擇線圈纏繞本體的兩個(gè)端點(diǎn)和在線圈纏繞部分之間的連接點(diǎn)中的兩個(gè)，并且向選定點(diǎn)施加輸入電流。更加優(yōu)選地，該分支裝置在線圈纏繞本體的兩個(gè)端點(diǎn)之間選擇鄰近上死點(diǎn)的點(diǎn)。
相應(yīng)地，當(dāng)直線馬達(dá)向線圈纏繞本體施加電流時(shí)，電磁力總是在線圈纏繞本體的鄰近上死點(diǎn)的點(diǎn)處產(chǎn)生，并且永久磁體通過與線圈纏繞本體的電磁力的相互作用而直線往復(fù)，從而活塞能夠達(dá)到上死點(diǎn)以提高直線壓縮機(jī)的效率和制冷劑的壓縮力。
與電流所被施加到的線圈纏繞部分的軸向長(zhǎng)度成比例地控制行程，并且線圈纏繞本體的線圈纏繞部分具有不同的感應(yīng)系數(shù)。在各個(gè)線圈纏繞部分中，線圈纏繞數(shù)目不同或者纏繞不同直徑的線圈。
例如，線圈纏繞本體從上死點(diǎn)被劃分成第一和第二線圈纏繞部分，并且第一線圈纏繞部分的軸向長(zhǎng)度優(yōu)選地為線圈纏繞本體軸向長(zhǎng)度的30到80％從而在低負(fù)載中實(shí)現(xiàn)最佳效率。


參考附圖可以更加理解本發(fā)明，僅通過示意給出附圖，并且因此附圖并不限制本發(fā)明，其中圖1A是示出在傳統(tǒng)直線壓縮機(jī)中行程對(duì)負(fù)載的圖表；圖1B是示出在傳統(tǒng)直線壓縮機(jī)中效率對(duì)負(fù)載的圖表；圖2是示意在傳統(tǒng)直線壓縮機(jī)操作模式中的行程的結(jié)構(gòu)視圖；圖3是示意根據(jù)本發(fā)明的直線壓縮機(jī)的截面視圖；圖4A是示出在根據(jù)本發(fā)明的直線壓縮機(jī)中行程對(duì)負(fù)載的圖表；圖4B是示出在根據(jù)本發(fā)明的直線壓縮機(jī)中效率對(duì)負(fù)載的圖表；圖5是示出在根據(jù)本發(fā)明的直線壓縮機(jī)中氣體彈簧常數(shù)變化對(duì)負(fù)載的圖表；圖6是示意圖3的直線馬達(dá)的結(jié)構(gòu)視圖；圖7A是示意根據(jù)本發(fā)明的在低制冷模式中的直線壓縮機(jī)的操作狀態(tài)的操作狀態(tài)視圖；和圖7B是示意根據(jù)本發(fā)明的在高制冷模式中的直線壓縮機(jī)的操作狀態(tài)的操作狀態(tài)視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的直線壓縮機(jī)。
如圖3所示，在該直線壓縮機(jī)中，制冷劑通過它們被吸入和排放的進(jìn)口管道2a和出口管道2b被安裝在封閉容器2的一側(cè)處，汽缸4被固定到安裝在封閉容器2中，活塞6被安裝在汽缸4中從而直線往復(fù)以壓縮被吸入到汽缸4中的壓縮空間P中的制冷劑，并且各種彈簧被安裝從而沿著活塞6的運(yùn)動(dòng)方向被彈性支撐。這里，活塞6連接到直線馬達(dá)10以用于產(chǎn)生直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)力。如圖4A和4B所示，即使活塞6的自然頻率fn被負(fù)載改變，直線馬達(dá)10控制其操作頻率fc從而與活塞6的自然頻率fn同步，并且也控制活塞6的行程S以改變壓縮能力。
此外，吸入閥22被安裝在活塞6的接觸壓縮空間P的一端處，并且排放閥組件24被安裝在汽缸4的接觸壓縮空間P的一端處。吸入閥22和排放閥組件24被自動(dòng)控制從而根據(jù)壓縮空間P的內(nèi)部壓力而被分別打開和關(guān)閉。
封閉容器2的頂部和底部殼體被聯(lián)接以密封封閉容器2。制冷劑通過它被吸入的進(jìn)口管道2a和制冷劑通過它被排放的出口管道2b被安裝在封閉容器2的一側(cè)處。活塞6被安裝在汽缸4中從而沿著運(yùn)動(dòng)方向被彈性支撐以執(zhí)行直線往復(fù)。直線馬達(dá)10連接到汽缸4外部的框架18以構(gòu)成組件。該組件被安裝在封閉容器2的內(nèi)部底表面上從而被支撐彈簧29彈性支撐。
封閉容器2的內(nèi)部底表面含有油，并且用于泵送油的油供應(yīng)設(shè)備30被安裝在該組件的下端處，并且用于在活塞6和汽缸4之間供應(yīng)油的油供應(yīng)管道18a在該組件下側(cè)處在框架18中形成。相應(yīng)地，油供應(yīng)設(shè)備30通過由活塞6的直線往復(fù)而產(chǎn)生的振動(dòng)被操作，以用于泵送油，并且油沿著油供應(yīng)管道18a被供應(yīng)到在活塞6和汽缸4之間的間隙，以用于冷卻和潤(rùn)滑。
汽缸4形成為中空形狀從而活塞6能夠執(zhí)行直線往復(fù)，并且在其一側(cè)處具有壓縮空間P。優(yōu)選地，在其中汽缸4的一端鄰近進(jìn)口管道2a的內(nèi)部的狀態(tài)下，汽缸4被安裝在與進(jìn)口管道2a相同的直線上。
活塞6鄰近進(jìn)口管道2a被安裝在汽缸4的一端中以執(zhí)行直線往復(fù)，并且排放閥組件24被安裝在汽缸4的沿著與進(jìn)口管道2a相反方向的一端處。
這里，排放閥組件24包括排放罩24a以用于在汽缸4的一端處形成預(yù)定的排放空間；排放閥24b以用于打開或關(guān)閉靠近壓縮空間P的汽缸4的一端；和閥彈簧24c，它是一種卷簧以用于沿著軸向方向在排放罩24a和排放閥24b之間施加彈性力。O形環(huán)R被插到汽缸4的一端的內(nèi)圓周表面上，從而排放閥24a能夠被緊密地接附到汽缸4的一端。
帶齒的環(huán)管28安裝在排放罩24a的一側(cè)和出口管道2b之間，以用于引導(dǎo)被壓縮的制冷劑被排放到外部，并且防止由汽缸4、活塞6和直線馬達(dá)10的相互作用而產(chǎn)生的振動(dòng)被施加到整個(gè)封閉容器2。
因此，當(dāng)活塞6在汽缸4中直線往復(fù)時(shí)，如果壓縮空間P的壓力超過預(yù)定排放壓力，則閥彈簧24c被壓縮以打開排放閥24b，并且制冷劑被從壓縮空間P排放，并且然后沿著環(huán)管28和出口管道2b被排放到外部。
從進(jìn)口管道2a供應(yīng)的制冷劑通過它流動(dòng)的制冷劑通道6a在活塞6的中心處形成。直線馬達(dá)10通過連接部件17直接地連接到鄰近進(jìn)口管道2a的活塞6的一端，并且吸入閥22安裝在活塞6的沿著與進(jìn)口管道2a相反方向的一端處。活塞6沿著運(yùn)動(dòng)方向被各個(gè)彈簧彈性支撐。
吸入閥22被形成為薄板形狀。吸入閥22的中心被部分切除以打開或關(guān)閉活塞6的制冷劑通道6a，并且吸入閥22的一側(cè)通過螺釘被固定到活塞6a的一端。
相應(yīng)地，當(dāng)活塞6在汽缸4中直線往復(fù)時(shí)，如果壓縮空間P的壓力低于比排放壓力更低的預(yù)定吸入壓力，則吸入閥22被打開從而制冷劑可被吸入到壓縮空間P中，并且如果壓縮空間P的壓力超過預(yù)定吸入壓力，則在吸入閥22的關(guān)閉狀態(tài)下壓縮空間P的制冷劑被壓縮。
特別地，活塞6被安裝成沿著運(yùn)動(dòng)方向被彈性支撐。具體地，從活塞6的鄰近進(jìn)口管道2a的一端沿著徑向方向突出的活塞凸緣6b沿著活塞6的運(yùn)動(dòng)方向被機(jī)械彈簧8a和8b例如卷簧彈性支撐。在沿著與進(jìn)口管道2a相反方向的壓縮空間P中含有的制冷劑由于彈性力而被操作用作氣體彈簧，由此彈性支撐活塞6。
這里，機(jī)械彈簧8a和8b具有與負(fù)載無關(guān)的恒定機(jī)械彈簧常數(shù)Km，并且優(yōu)選地與從活塞凸緣6b沿著軸向方向固定到直線馬達(dá)10和汽缸4的支撐框架26并排地安裝。而且，優(yōu)選地，由支撐框架26支撐的機(jī)械彈簧8a和安裝在汽缸4上的機(jī)械彈簧8a具有相同的機(jī)械彈簧常數(shù)Km。
然而，氣體彈簧具有被負(fù)載改變的氣體彈簧常數(shù)Kg。當(dāng)周邊溫度升高時(shí)，制冷劑的壓力增加，并且因此壓縮空間P中的氣體的彈性力增加。結(jié)果，負(fù)載增加越多，氣體彈簧的氣體彈簧常數(shù)Kg越高。
雖然機(jī)械彈簧常數(shù)Km恒定，氣體彈簧常數(shù)Kg被負(fù)載改變。因此，總體彈簧常數(shù)也被負(fù)載改變，并且在上述公式1中活塞6的自然頻率fn被氣體彈簧常數(shù)Kg改變。
即使負(fù)載改變，機(jī)械彈簧常數(shù)Km和活塞6的質(zhì)量M恒定，但是氣體彈簧常數(shù)Kg改變。因此，活塞6的自然頻率fn被由負(fù)載改變的氣體彈簧常數(shù)Kg顯著影響。在獲得通過負(fù)載改變活塞6的自然頻率fn的算法并且直線馬達(dá)10的操作頻率fc與活塞6的自然頻率fn同步的情形中，直線壓縮機(jī)的效率提高并且可以快速地克服負(fù)載。
負(fù)載能夠以各種方式測(cè)量。因?yàn)橹本€壓縮機(jī)被安裝在用于壓縮、冷凝、蒸發(fā)和膨脹制冷劑的制冷/空調(diào)循環(huán)中，負(fù)載可被定義為在作為冷凝制冷劑的壓力的冷凝壓力和作為蒸發(fā)制冷劑的壓力的蒸發(fā)壓力之間的差值。為了改進(jìn)精確度，考慮冷凝壓力和蒸發(fā)壓力的平均壓力確定負(fù)載。
即，與在冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間的差值與平均壓力成比例地計(jì)算負(fù)載。負(fù)載增加越多，氣體彈簧常數(shù)Kg越高。例如，如果在冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間的差值增加，則負(fù)載增加。即使在冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間的差值不變化，如果平均壓力增加，則負(fù)載增加。氣體彈簧常數(shù)Kg根據(jù)負(fù)載而增加。
如圖5所示，測(cè)量與冷凝壓力成比例的冷凝溫度和與蒸發(fā)壓力成比例的蒸發(fā)溫度，并且與在冷凝溫度和蒸發(fā)溫度之間的差值與平均溫度成比例地計(jì)算負(fù)載。利用預(yù)定頻率估計(jì)算法，這種數(shù)據(jù)被用于估計(jì)活塞6的自然頻率fn。
具體地，機(jī)械彈簧常數(shù)Km和氣體彈簧常數(shù)Kg可通過各種實(shí)驗(yàn)確定。根據(jù)本發(fā)明，直線壓縮機(jī)的機(jī)械彈簧8a和8b具有比傳統(tǒng)直線壓縮機(jī)的機(jī)械彈簧更小的機(jī)械彈簧常數(shù)Km，這增加了氣體彈簧常數(shù)Kg對(duì)總體彈簧常數(shù)KT的比率。因此，在較大范圍中通過負(fù)載改變了活塞6的共振頻率，并且直線馬達(dá)10的操作頻率fc易于與被負(fù)載改變的活塞6的自然頻率fn同步。
參考圖6，直線馬達(dá)10包括內(nèi)部定子12，它通過沿著圓周方向?qū)盈B多個(gè)疊層12a形成，并且通過框架18固定地安裝在汽缸4的外部；外部定子14，它通過沿著圓周方向在線圈纏繞本體14a的周邊處層疊多個(gè)疊層14b形成，并且從內(nèi)部定子12以預(yù)定間隙利用框架18安裝在汽缸4的外部；以及永久磁體16，它定位在內(nèi)部定子12和外部定子14之間的間隙處，并且通過連接部件17連接到活塞6。這里，線圈纏繞本體14a可被固定地安裝在內(nèi)部定子12的外部。
特別地，直線馬達(dá)10能夠不同地改變活塞6的行程S。優(yōu)選地，線圈纏繞本體14a沿著活塞6的運(yùn)動(dòng)方向被劃分成兩個(gè)或多個(gè)線圈纏繞部分C1和C2，并且直線馬達(dá)10向一個(gè)或多個(gè)線圈纏繞部分C1和C2施加電流以產(chǎn)生電磁力。
直線馬達(dá)10還包括分支裝置15以用于選擇一個(gè)或多個(gè)線圈纏繞部分C1和C2，并且向選擇的線圈纏繞部分C1和C2施加外部輸入電流，以及控制裝置18以用于根據(jù)負(fù)載控制分支裝置15。
這里，線圈纏繞本體14a被劃分成使得線圈纏繞部分C1和C2的長(zhǎng)度可以與被負(fù)載改變的活塞6的行程S成比例。各個(gè)線圈纏繞部分C1和C2具有不同的感應(yīng)系數(shù)L。例如，線圈纏繞數(shù)目和/或線圈直徑可以在線圈纏繞部分C1和C2中改變。
分支裝置15包括連接到線圈纏繞本體14a的端點(diǎn)和在線圈纏繞部分C1和C2之間的連接點(diǎn)的連接端子15a、15b和15c，以及用于選擇連接端子15a、15b和15c中的兩個(gè)以向選擇的連接端子施加電流的開關(guān)15d。
控制裝置18接收制冷劑的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度、確定負(fù)載，并且根據(jù)負(fù)載控制分支裝置15的操作。隨著負(fù)載增加，控制裝置18控制被施加到多個(gè)線圈纏繞部分C1和C2的電流。
優(yōu)選地，即使活塞6的行程S被改變，直線馬達(dá)10也允許活塞6執(zhí)行壓縮以達(dá)到TDC。具體地，在分支裝置15中，從在線圈纏繞本體14a的兩個(gè)端點(diǎn)之間鄰近TDC的點(diǎn)分支的連接端子15a總是被連接到輸入電流，并且其它連接端子15b和15c中的一個(gè)通過開關(guān)15d被選擇性地連接。
例如，在直線馬達(dá)10中，線圈纏繞本體14a從TDC被劃分成第一和第二線圈纏繞部分C1和C2，相同直徑的線圈被纏繞在第一和第二線圈纏繞部分C1和C2中，并且第一線圈纏繞部分C1的軸向長(zhǎng)度是線圈纏繞本體14a的軸向長(zhǎng)度的30到80％。
相應(yīng)地，當(dāng)由于較大負(fù)載而需要高制冷時(shí)，直線馬達(dá)10向第一和第二線圈纏繞部分C1和C2施加電流，從而電磁力可在線圈纏繞本體14a的整個(gè)軸向長(zhǎng)度中操作。在由于較小負(fù)載而需要低制冷的情形中，直線馬達(dá)10僅向第一線圈纏繞部分C1施加電流，從而電磁力可在線圈纏繞本體14a軸向長(zhǎng)度的一部分中操作。
現(xiàn)在解釋直線馬達(dá)10通過負(fù)載進(jìn)行的操作。
如圖7A所示，當(dāng)需要高制冷時(shí)，直線馬達(dá)10在高制冷模式中操作。因?yàn)榛钊?的行程S由于大的負(fù)載而增加，壓縮能力增加以快速地處理負(fù)載。
這里，控制裝置18接收冷凝溫度和蒸發(fā)溫度、確定負(fù)載，并且根據(jù)確定結(jié)果控制分支裝置15。開關(guān)15d連接到從線圈纏繞本體14a的一端分支的連接端子15b，以用于向第一和第二線圈纏繞部分C1和C2施加電流。在第一和第二線圈纏繞部分C1和C2中的線圈周邊產(chǎn)生的電磁力和永久磁體16的磁體力相互作用。結(jié)果，永久磁體16直線往復(fù)以利用高制冷模式行程S1達(dá)到TDC，用于壓縮制冷劑，由此增加壓縮能力。
隨著負(fù)載增加，氣體彈簧常數(shù)Kg增加并且活塞6的自然頻率fn同時(shí)增加。通過頻率估計(jì)算法，使得直線馬達(dá)10的操作頻率fc與活塞6的自然頻率fn同步。因此，直線壓縮機(jī)在共振狀態(tài)中操作，以提高壓縮效率。
在另一方面，如圖7B所示，當(dāng)需要低制冷時(shí)，直線馬達(dá)10在低制冷模式中操作。因?yàn)榛钊?的行程S由于小負(fù)載而降低，壓縮能力降低以有效率地處理負(fù)載。
這里，控制裝置18接收冷凝溫度和蒸發(fā)溫度、確定負(fù)載，并且根據(jù)確定結(jié)果控制分支裝置15。開關(guān)15d連接到從第一和第二線圈纏繞部分C1和C2分支的連接端子15c，以用于向第一線圈纏繞部分C1施加電流。在第一線圈纏繞部分C1中的線圈周邊產(chǎn)生的電磁力和永久磁體16的磁體力相互作用。結(jié)果，永久磁體16直線往復(fù)以利用低制冷模式行程S2達(dá)到TDC，用于壓縮制冷劑，由此降低壓縮能力。
隨著負(fù)載降低，氣體彈簧常數(shù)Kg降低并且活塞6的自然頻率fn同時(shí)降低。。使用如圖5所示氣體彈簧數(shù)據(jù)通過頻率估計(jì)算法估計(jì)活塞6的自然頻率fn，并且使得直線馬達(dá)10的操作頻率fc與估計(jì)的自然頻率fn同步。結(jié)果，直線壓縮機(jī)在共振狀態(tài)中操作，以提高壓縮效率。
如上所述，通過頻率估計(jì)算法估計(jì)由于負(fù)載氣體彈簧常數(shù)Kg和自然頻率fn的改變，并且使得直線馬達(dá)10的操作頻率fc與自然頻率fn同步，從而直線馬達(dá)在共振狀態(tài)中操作，以提高壓縮效率。
因?yàn)橹本€馬達(dá)10的線圈纏繞本體14a沿著活塞6的運(yùn)動(dòng)方向被劃分成兩個(gè)或更多個(gè)線圈纏繞部分并且電流被施加到一個(gè)或多個(gè)線圈纏繞部分，通過控制其中電磁力在線圈纏繞本體14a周邊產(chǎn)生的區(qū)域調(diào)節(jié)活塞6的行程S。相應(yīng)地，該直線壓縮機(jī)能夠主動(dòng)地處理并且快速地克服負(fù)載，并且降低電力消耗。
已經(jīng)基于優(yōu)選實(shí)施例和附圖詳細(xì)解釋了所述直線壓縮機(jī)，其中移動(dòng)磁體型直線馬達(dá)進(jìn)行操作并且被連接到直線馬達(dá)的活塞在汽缸中直線往復(fù)以吸入、壓縮和排放制冷劑。然而，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解，本發(fā)明不應(yīng)該限于這些優(yōu)選實(shí)施例，而是在如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍中可由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種直線壓縮機(jī)，包括內(nèi)部具有壓縮空間的固定部件；沿著軸向方向在固定部件中直線往復(fù)的可移動(dòng)部件，以用于壓縮被吸入到壓縮空間中的制冷劑；安裝成沿著可移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)方向彈性支撐可移動(dòng)部件的一個(gè)或多個(gè)彈簧，其彈簧常數(shù)被負(fù)載改變；以及安裝成連接到可移動(dòng)部件的直線馬達(dá)，以用于沿著軸向方向直線往復(fù)可移動(dòng)部件，操作頻率和行程被負(fù)載改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的直線壓縮機(jī)，它被安裝在制冷/空調(diào)循環(huán)中，其中與在制冷/空調(diào)循環(huán)中的冷凝制冷劑的壓力(冷凝壓力)和蒸發(fā)制冷劑的壓力(蒸發(fā)壓力)之間的差值成比例地計(jì)算負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的直線壓縮機(jī)，其中，與作為冷凝壓力和蒸發(fā)壓力平均值的壓力(平均壓力)成比例地另外地計(jì)算負(fù)載。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)的直線壓縮機(jī)，其中，該直線馬達(dá)使其操作頻率與可移動(dòng)部件的自然頻率同步，該自然頻率與負(fù)載成比例地改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的直線壓縮機(jī)，其中，即使行程被負(fù)載改變，直線馬達(dá)直線地往復(fù)可移動(dòng)部件以達(dá)到上死點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)的直線壓縮機(jī)，該直線馬達(dá)包括通過沿著圓周方向疊置多個(gè)疊層以覆蓋固定部件的周邊而形成的內(nèi)部定子；以預(yù)定間隔在內(nèi)部定子的外部設(shè)置并且通過沿著圓周方向疊置多個(gè)疊層形成的外部定子；在內(nèi)部定子和外部定子的任一個(gè)處安裝的線圈纏繞本體，用于根據(jù)電流在內(nèi)部定子和外部定子之間產(chǎn)生電磁力；和永久磁體，它在內(nèi)部定子和外部定子之間的間隙處定位、連接到可移動(dòng)部件，并且通過與線圈纏繞本體的電磁力的交互作用而直線往復(fù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的直線壓縮機(jī)，其中，線圈纏繞本體沿著軸向方向被劃分成兩個(gè)或更多個(gè)線圈纏繞部分，并且直線馬達(dá)包括分支裝置以用于選擇一個(gè)或多個(gè)線圈纏繞部分并且向選定的線圈纏繞部分施加輸入電流，以及控制裝置，以用于根據(jù)負(fù)載控制分支裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的直線壓縮機(jī)，其中，該分支裝置選擇線圈纏繞本體的兩個(gè)端點(diǎn)和在線圈纏繞部分之間的連接點(diǎn)中的兩個(gè)，并且向選定點(diǎn)施加輸入電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的直線壓縮機(jī)，其中，該分支裝置總是在線圈纏繞本體的兩個(gè)端點(diǎn)之間選擇鄰近上死點(diǎn)的點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或9的直線壓縮機(jī)，其中，行程與電流所被施加到的線圈纏繞部分的軸向長(zhǎng)度成比例。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)的直線壓縮機(jī)，其中，線圈纏繞本體的線圈纏繞部分具有不同的感應(yīng)系數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的直線壓縮機(jī)，其中，在線圈纏繞本體的各個(gè)線圈纏繞部分中，線圈纏繞數(shù)目不同。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的直線壓縮機(jī)，其中，在線圈纏繞本體的各個(gè)線圈纏繞部分中，纏繞不同直徑的線圈。
14.根據(jù)權(quán)利要求7到13中任一項(xiàng)的直線壓縮機(jī)，其中，線圈纏繞本體從上死點(diǎn)被劃分成第一和第二線圈纏繞部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的直線壓縮機(jī)，其中，第一線圈纏繞部分的軸向長(zhǎng)度為線圈纏繞本體軸向長(zhǎng)度的30到80％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直線壓縮機(jī)，其中活塞(6)通過直線馬達(dá)(10)驅(qū)動(dòng)并且在汽缸(4)中直線往復(fù)以吸取、壓縮和排放制冷劑。即使負(fù)載被改變，通過估計(jì)活塞(6)的自然頻率并且使得直線馬達(dá)(10)的操作頻率與活塞(6)的自然頻率同步，該直線壓縮機(jī)在共振狀態(tài)中執(zhí)行操作并且通過改變活塞(6)的沖程(5)以改變壓縮能力而有效率地處理負(fù)載。
文檔編號(hào)H02K33/02GK101014769SQ200480043895
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月30日
發(fā)明者崔峰峻, 金賢, 辛鐘玟, 張昌龍, 樸信炫, 全永煥, 盧鐵基 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社