[发明专利]直线电机驱动的带汽缸位置识别系统的活塞-汽缸组合、直线电机压缩机和感应传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本发明主张于2007年12月28日提交的巴西专利案件No.PI0704947-1的优先权，该巴西专利案件以引用方式并入本文。

技术领域

本发明披露了由直线电机加以驱动的，并且具备有能够检测出活塞运行的幅度、并使得活塞压缩容量最大化的汽缸位置识别系统的一种活塞与汽缸的组合结构。本发明还披露了这种活塞和汽缸组合结构可应用到的一种直线电机压缩机，以及可应用于作为本发明目的的压缩机的一种感应传感器。

背景技术

当前，使用由直线电机进行驱动的活塞和汽缸组合结构是非常普通的。这种类型的活塞和汽缸组合结构有利地应用于例如制冷系统(例如，冰箱和空调器)中的直线压缩机。直线压缩机提供低能耗，且由此针对所讨论的应用而言是高效率的。

直线压缩机通常包括在汽缸内移动的活塞。这个汽缸的头部容纳着吸气阀和排气阀，用于调整低压气体的进入以及从汽缸内排出高压气体。直线压缩机的汽缸里的活塞轴向运动对通过吸气阀进入的气体进行压缩，增大它的压力，并且通过排气阀将它释放到高压区。

直线压缩机必须能够识别活塞在汽缸内的位置并控制活塞在汽缸内的位移，以防止活塞与汽缸头部、或者与布置在活塞路径的另一端处的其它部件发生碰撞或抵触，从而避免大声和不快的噪声以及设备的磨损和戳破/扯裂。

然而，为了优化直线压缩机的效率和性能以及最小化压缩机的能耗，希望活塞尽可能地在汽缸内发生位移，尽可能地靠近活塞头但不与之发生碰撞或抵触。为了使这成为可能，必须精确知道当压缩机运行时汽缸的位移幅度，然而，认为这个幅度的估计误差越大，为了避免发生碰撞，则活塞路径的最大点与汽缸头部之间的安全距离需要越大。这种安全距离会损耗压缩机的效率。

在现有技术中，已知有控制着压缩机的汽缸里面的活塞轴向位移的某些机构和系统。这些包括专利案件US 5.342.176，它提出了一种通过监视电机变量(例如，施加到永磁直线电机的电流和电压)预见活塞运行的幅度的方法。换言之，直线电机自身是活塞位置变换器。这种方案的优点在于，省去了在压缩机内使用例如传感器这样的额外的变换器。然而，该提出的方法的主要缺点在于精确度很低，这导致压缩机出现相当大的性能损耗，这是因为：为了避免发生碰撞，需要在活塞与汽缸头部之间具备大的安全距离。

专利案件JP 11336661描述了一种活塞位置控制单元，它使用由位置传感器测量的离散位置信号、并且接下来对它们进行内插以确定活塞的最大前进位置。利用这种方案，有可能使得活塞的位移幅度的准确度达到较高程度。然而，在测量活塞与汽缸头部之间的距离的便利位置处，没有执行对活塞的位移幅度的测量。出于这个原因，本发明的系统受到位置传感器的组装位置的公差的影响。

专利申请BR 0001404-4描述了一种位置传感器，它特别适于检测出可轴向位移的压缩机的位置。压缩机包括位于头部与活塞进行移动处的中空体之间的阀叶。该传感器包括电连接到控制电路的探针，该探针能够通过中空体的某点捕获到活塞的通过、并且向控制电路发出信号。由此，这个系统能够测量活塞与汽缸头部之间的距离，但是由于电触头故障，用作汽缸位置变换器的电路的架构产生不希望的电噪声，这会产生不精确的读数。

专利申请BR 0203724-6提出了另一种检测直线压缩机中活塞位置的形式，以防止当压缩机运行条件、或甚至电源电压发生变化时它与流体传递板进行碰撞或抵触。这个专利案件中所提出的方案直接地在活塞的顶部上测量出介于活塞与流体板之间的距离，且因此是一种高准确度的方案。然而，除了成本较高以外，这种架构需要在阀板上安装传感器的空间。

由此，现有技术中没有文档能够在直接地对介于活塞与安置着阀板的汽缸头部之间的距离进行测量的一种活塞位移测量系统中将控制及确定活塞位置的良好精确度与低成本组合起来。

发明内容

本发明的第一目的在于，提供一种测量活塞在汽缸内的位移幅度的手段，它可以提供无电噪声的信号并且具有高精确度和清晰度。

本发明的另一个目的在于，提供一种活塞和汽缸组合结构，它借助于简单和低成本设备能够检测出汽缸里面的活塞的位移幅度、而不需要使用电路来处理位置传感器的信号。

本发明的另一个目的在于，防止活塞与汽缸头部、和与阀板、以及与可安置在活塞路径的另一端处的任何其它元件发生冲击/碰撞。