[发明专利]线性电机

说明书

技术领域

本发明涉及包含用于蒸气压缩系统的自由活塞压缩机(也称作摆动与线性压缩机)的紧凑线性电机，并具体地涉及防止由于环境温度或操作条件的改变而导致的压缩水平的有害改变所引起的故障或破坏的控制系统。

背景技术

诸如冰箱压缩机等压缩机传统上是用旋转式电机驱动的。然而，即使在它们的最高效形式中，也存在着与将转动转换成直线往复运动的曲柄系统关联的重大损失。作为替代可采用无需曲柄的旋转式压缩机，但又存在着高向心负荷而导致重大的摩擦损失。用线性电机驱动的线性压缩机不会有这些损失，并能设计成带有充分低的轴承负载而允许采用美国专利5,525,845中所公开的空气静力学气体轴承。

线性往复电机避免了使用具有由旋转式电机驱动的压缩器机的特征并产生需要用油润滑的高侧向力的曲柄机构。这种电机在美国4,602,174中描述，美国专利4,602,174公开了在往复质量与电效率两方面都极为高效的线性电机设计。这一设计在电机与利用斯特林循环的振荡器中使用得非常成功。然而，在为家用冰箱设计的压缩机的情况中，US 4,602,174中的设计有些太大并比这一市场中所希望的昂贵。

自由活塞压缩机的活塞与作为共振系统的弹簧一起振动并且除了与通常作为气缸头组件的部件的静止部件的碰撞之外的对振动幅度没有固有的限制。活塞将占据依赖于气体力与输入电功率的一平均位置与幅度。因此对于任何给定的输入电功率，随着蒸发或凝固压力降低，振动的幅度增加直到出现碰撞。因此必须限制作为这些压力的函数的功率。

希望在机械系统的固有频率上用最大效率来操作自由活塞制冷压缩机。这一频率是机械系统的弹簧常数与质量并且也由气体的弹性系数决定的。在制冷的情况中，气体的弹性系数随蒸发与凝固压力两者的增加而增加。结果固有频率也增加。因此对于最佳操作，需要改变驱动压缩机的电力系统的频率来与随操作条件改变的机械系统的频率匹配。

将作用在压缩电机绕组上的电压与机械系统频率同步的方法是众所周知的。对于用在自由活塞压缩机中的永磁铁电机，在电机绕组中感生与活塞速度成正比的反电动势(反EMF)，如图8a中所示。图8b中示出该电机的等效电路，为了驱动压缩机，与交变EMF(αγ)同步作用交变电压(V)。US 4,320,488(Okada等人)公开了用来通过检测电机反EMF的零交叉来确定施加电压的定时的方法。控制对电机绕组的电压施加以使得EMF与零电平交叉时的电流为零来允许反EMF零交叉检测。

已利用各种方法来限制振动幅度，其中包含次级气体弹簧、活塞位置检测、根据电流与施加电压的活塞位置计算(US 5,496,153)测定环境与/或蒸发温度(US 4,179,899、US 4,283,920)。这些方法的每一种需要额外传感器的费用或具有一定的性能限制。

发明概述

本发明的目的为提供以一定方式克服上缺点或至少向公众提供有用的选择的一种紧凑线性电机。

从而第一方面，可将本发明说成在于用于驱动往复负载的电线性电机，包括：

具有带至少一个空气间隙的透磁核心的定子和用于在所述定子与所述至少一个空气间隙中产生非恒定磁通量的装置；

具有支承至少一个永磁铁的结构的电枢，该永磁铁的至少一实质部分位于所述至少一个空气间隙的至少一个中，使得所述至少一个永磁铁的磁场与所述至少一个空气间隙中的所述非恒定磁通量的交互作用在所述电枢上产生一个力，所述电枢在使用中是连接在所述负载上的并从而相对于所述定子往复运动；以及

用于控制产生交变磁通量的所述装置的激励(energisation)装置，使得在所述电枢的往复运动的一部分期间所述至少一个永磁铁的至少一端越出所述至少一个空气间隙的所述至少一个内所存在的基本上均匀的磁通量密度区之外。

第二方面，可将本发明说成在于采用其特征为压缩机与压缩机为线性器件的压缩机的冰箱，所述电机包括：

具有带至少一个空气间隙的透磁核心的定子及用于在所述定子与所述至少一个空气间隙中产生非恒定的磁通量的装置；

具有支承至少一个永磁铁的结构的电枢，该永磁铁的至少实质部分位于所述至少一个空气间隙的至少一个中，使得所述至少一个永磁铁的磁场与所述至少一个空气间隙中所述非恒定磁通量的交互作用在所述电柜上产生一个力，所述电枢在使用中是连接在所述负载上的并从而相对于所述定子往复运动；以及

用于控制产生交变磁通量的所述装置的激励装置，使得在所述电柜的往复运动的一部分期间所述至少一个永磁铁的至少一端越出存在于所述至少一个空气间隙的所述至少一个中的基本上均匀的磁通量密度的区的外部。