[发明专利]用于共振式线性压缩机的促动系统、用于促动共振式线性压缩机的方法以及共振式线性压缩机

说明书

技术领域

本发明涉及用于共振式线性压缩机(resonant linear compressor)的促动系统，所述共振式线性压缩机被应用于冷却系统，后者被特别地设计成在所述压缩机的机电共振(electromechanical resonance)下运行，使得在所述冷却系统过载的状态下，所述系统将能够提高由线性促动器供应的最大功率。

另外，本发明涉及用于共振式线性压缩机的促动方法，其操作步骤使得人们能够在机电共振频率下促动设备，也能够在过载状态下控制该设备的促动。

最后，本发明涉及共振式线性压缩机，其设置有如在本要求保护的对象中所提出的促动系统。

背景技术

已知的往复活塞式(alternating-piston)压缩机运行以使用活塞的轴向运动来引起产生压力而在汽缸内部压缩气体，使得在低压侧(也被称为吸入压力或蒸发压力)上的气体将通过吸入阀进入汽缸。

气体随后在汽缸内通过活塞运动进行压缩，并且该气体在被压缩之后通过排放阀离开汽缸到达高压阀(也被称为排放压力或冷凝)。

就共振式线性压缩机来讲，活塞由线性促动器促动，该线性促动器由支撑件和磁体形成，支撑件和磁体可由一个或更多线圈促动。此类线性压缩机还包括一个或更多弹簧，所述一个或更多弹簧将可移动部件(活塞、支撑件和磁体)连接到固定部件上，后者由汽缸、定子、线圈、头部(head)和结构件形成。可移动部件和弹簧形成了压缩机的共振组件。

由线性马达促动的所述共振式组件具有产生线性往复运动的功能，引起活塞在汽缸内部的运动，以将压缩作用施加至由吸入阀准入的气体，直到该气体可通过排放阀被排放至高压侧。

线性压缩机的运行范围通过由马达产生的功率与由压缩机构消耗的功率 (除了在此过程中产生的损耗之外)的平衡来调节。为了获得最高的热力学效率和最大的冷却能力，有必要使活塞的最大位移尽可能地接近冲程终点(stroke end)，因此减少了在压缩过程中的死气(dead gas)体积。

为了使该过程可行，变得有必要极其精确地了解活塞冲程，以便防止活塞在冲程终点处与设备头部碰撞的危险。除了产生噪音外，此碰撞可产生装置的效率的损失，或者甚至产生压缩机的损坏。

因此，在估计/测量活塞位置上的误差越大，则在最大位移和冲程终点之间所需的安全系数就越大，以便使压缩机处于安全状态下运行，这导致了产品的性能损失。

在另一方面，如果由于对冷却系统的较少需求而有必要降低压缩机的冷却能力，则有可能减小最大的运行活塞冲程，减小供应给压缩机的功率，并且因此有可能控制压缩机的冷却能力，获得可变的能力。

在共振式线性压缩机的运行中额外的且非常重要的特性是它们的促动频率。

一般而言，共振式压缩机被设计成在所谓的质量/弹簧系统的共振频率下运作，在该状态下效率是最高的，并且其中，所考虑的质量由可移动部件(活塞、支撑件和磁体)的质量的总和给出，并且等效弹簧(K_T)从系统的共振弹簧(K_ML)加上由气体的压缩力所产生的气体弹簧(K_G)的总和中扣除，该气体弹簧具有类似于非线性可变弹簧的行为，并且取决于冷却系统的蒸发压力和冷凝压力，也取决于在所述系统中使用的气体。

如在下文中所阐述的，现有技术的一些解决方案尝试解决对于某些运行状态的共振式压缩机的促动频率问题。

文献WO 00079671A1使用马达的反电动势(CEMF)的检测来调整共振频率，但此技术方案具有下列缺陷：其需要最小的无电流时间来检测对CEMF的零点的跨越，因此由于在电流的波形中的扭曲损害了所供应的最大功率以及效率。

继而，专利US5,897,296公开了一种带有位置传感器和频率控制器(control)以使电流最小化的控制器。此解决方案类似于那些在现有技术中已经可用的解决方案，并且具有缺点：人们必须周期性地扰动该系统以进行促动频率的调整，这可极大地损害最终产品的性能。

专利US 6,832,898描述了由对于恒定电流的功率的最大值进行的运行频率的控制。此技术采用了与前述专利相同的原理，并且对其而言具有对系统进行持续地扰动的同样缺点。

所有的以上解决方案，加上那些由文献US 5,980,211、KR0237562和KR0176909公开的解决方案，具有在机械系统的共振频率下对压缩机进行促动的主要目标，而不管频率调节方法，并且在此状态下，位移和电流(或者速度和电流)之间的关系是最大的。