制冷机和自由活塞式直线压缩机及其控制方法技术

通过包括算法（１１６）的控制器将自由活塞式直线压缩机（１）控制为获得高体积效率，其中算法（１１６）递增输入功率直到使用检测算法（１１７／１１８）检测到活塞－气缸盖碰撞，然后缩减功率输入，之后算法（１１６）再次递增输入功率。通过包括扰动算法（１１９）的控制器实现非损坏性低能碰撞，其中扰动算法（１１９）以周期性瞬时功率脉冲扰动输入功率斜坡，以确保在瞬时功率脉冲中引起活塞碰撞。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于自由活塞式直线压缩机，具体地说但是并非只限于，制冷机压缩机的控制系统。该控制系统允许工作于活塞行程达到最大并且有意发生碰撞的高功率工作模式。
技术介绍
直线压缩机以自由活塞为基础进行工作并且需要密切控制行程幅值，因为与使用曲柄轴的传统旋转压缩机不同，其行程幅值不固定。对流体被压缩的状态应用过量电机功率可能导致活塞与其往复运动于其中的气缸的气缸盖碰撞。美国专利US6809434公开了一种用于自由活塞式压缩机的控制系统，其将电机功率限定为进入压缩机的制冷剂的某一特性的函数。然而，在直线压缩机中，如果能够检测实际活塞碰撞然后作为响应而减小电机功率将很有用。这种策略可以纯粹用于防止当过量电机功率因为某些原因而出现时压缩机损坏，或者可以用作通过逐渐增大功率直到碰撞发生然后在再次逐渐增大功率之前缩减功率确保高体积效率的方法。该工作模式下固有的周期性轻微活塞碰撞导致可忽略的损坏并且容易得到允许。美国专利US6536326公开了一种使用振动检测器，如传声器检测直线压缩机中的活塞碰撞的系统。美国专利US6812597公开了一种基于直线电机反电动势检测活塞碰撞并且因此不需要任何传感器及其相关成本的方法和系统。这使用了已经发现在活塞碰撞时会出现的周期突变。通过测量在电机定子绕组中感应的反电动势的过零点之间的时间可以获得往复运动周期和/或半周期。反电动势是电机电枢速度的函数并且因此是活塞速度的函数，过零点表示活塞在其往复运动循环中改变方向时的时刻。当期望以最大功率和高体积效率运行压缩机时，因为在该工作模式中碰撞将规则地并且预期地发生并且伴随功率增大的连续碰撞将导致损坏，因此确保碰撞检测系统不漏过碰撞的开始就非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于自由活塞式直线压缩机的控制系统，其在消除活塞碰撞损坏的同时允许高功率工作。因此，本专利技术的第一个方面包括一种控制自由活塞式直线压缩机的方法，包括下面步骤(a)逐渐增大压缩机的输入功率；(b)通过施加周期性瞬时功率增大值而扰动步骤(a)的功率函数；(c)监视活塞碰撞；(d)当检测到活塞碰撞时立刻缩减所述输入功率；和(e)连续重复步骤(a)至(d)。本专利技术的另一个方面包括一种控制直线压缩机的方法，所述压缩机包括在气缸中往复运动并且由电动电机驱动的自由活塞，其中所述电机具有带有一个或多个激励绕组的定子和与所述活塞相连的电枢，该方法包括下面步骤 (a)为所述定子绕组供应交变电流以使所述电枢和活塞往复运动，(b)获得所述活塞的往复运动周期的指示性测量值，(c)检测所述指示性测量值的任何突然减小，所述突然减小表示活塞与气缸盖发生碰撞，(d)经过很多个往复运动周期逐渐增大所述定子绕组的功率输入，(e)通过周期性瞬时功率增大值来扰动逐渐增大的定子功率，(f)在检测到活塞周期中的任何突然减小时减小所述定子绕组的功率输入，和(g)循环地重复步骤(d)至(f)。本专利技术的另一个方面包括一种控制直线压缩机的方法，所述压缩机包括在气缸中往复运动并且由电动电机驱动的自由活塞，其中所述电机具有带有一个或多个激励绕组的定子和与所述活塞相连的电枢，该方法包括下面步骤(a)为所述定子绕组供应交变电流以使所述电枢和活塞往复运动，(b)监视电机反电动势(back EMF)，(c)检测所述电机反电动势的过零点(zero-crossings)，(d)监视所述过零点附近反电动势波形的斜率，(e)检测所述波形斜率中的不连续点，所述不连续点表示活塞与气缸盖发生碰撞， (f)经过很多个往复运动周期逐渐增大所述定子绕组的功率输入，(g)通过周期性瞬时功率增大值来扰动逐渐增大的定子功率，(h)在检测到任一反电动势斜率不连续点时减小所述定子绕组的功率输入，和(i)循环地重复步骤(d)至(f)。本专利技术的另一个方面包括一种自由活塞式气体压缩机，其包括气缸，活塞，所述活塞可以在所述气缸内部往复运动，与所述活塞相连并且具有至少一个激励绕组的往复式直线电动电机，用于获得所述活塞的往复运动周期的指示性测量值的装置，用于设定所述电机的功率输入的装置，用于控制所述功率设定装置以逐渐增大所述电机的功率输入的装置，用于以瞬时功率增大值扰动所述逐渐增大的功率输入的装置，用于检测所述往复运动周期中的任何突然减小的装置，所述减小表示活塞与气缸盖因为所述扰动信号而发生碰撞，和用于对检测到往复运动周期中的任何突然减小作出响应而减小所述激励绕组的功率输入的装置。本专利技术的另一个方面包括一种自由活塞式气体压缩机，其包括气缸，活塞，所述活塞可以在所述气缸内部往复运动，与所述活塞相连并且具有至少一个激励绕组的往复式直线电动电机，用于监视电机反电动势的装置，用于检测所述电机反电动势的过零点的装置，用于监视所述过零点附近反电动势波形的斜率的装置，用于检测所述波形斜率中的不连续点的装置，所述不连续点表示活塞与气缸盖发生碰撞，用于设定所述电机的功率输入的装置，用于控制所述功率设定装置以逐渐增大所述电机的功率输入的装置，用于以瞬时功率增大值扰动所述逐渐增大的功率输入的装置，用于检测所述不连续点的装置，所述不连续点表示活塞与气缸盖因为所述扰动信号而发生碰撞，和用于对检测到任何反电动势斜率不连续点作出响应而减小所述激励绕组的功率输入的装置。对于本专利技术所涉及领域的技术人员来说，他们可以提出本专利技术的很多结构变化和差别很大的实施例和应用，而不脱离所附权利要求书中所定义的本专利技术的范围。这里所公开的内容和说明仅仅是示例性的而绝非在某种意义上进行限制。附图说明现在参考附图说明本专利技术的一种首选形式，其中；图1是根据本专利技术进行控制的直线压缩机的纵轴截面图，图2以方块图形式显示了制冷机控制系统，图3显示了使用电子换向装置的基本直线压缩机控制系统，其具有根据压缩机电机反电动势设定时间的开关算法，图4显示了带有活塞碰撞避免措施的图3所示控制系统，图5显示了为了压缩机的高功率工作而带有碰撞控制的图3所示控制系统，图6显示了根据本专利技术包括压缩机输入功率扰动的图5所示控制系统，图7显示了用于为压缩机绕组变换电流方向的电路，和图8显示了表示压缩机功率输入的曲线图，显示了扰动斜坡函数高功率模式(和相应的活塞碰撞)以及相应的活塞膨胀和压缩半周期，和图9显示了包括图3至图6中的全部控制特征的直线压缩机控制系统。具体实施例方式本专利技术涉及控制由直线电动电机驱动的自由活塞式往复式压缩机。典型但非唯一的应用是用于制冷机中。仅仅作为示例并且提供背景，图1中显示了可以按照本专利技术的方法进行控制的自由活塞式直线压缩机。用于蒸汽压缩制冷系统的压缩机包括支承在外壳2内部的直线压缩机1。通常，外壳2被密闭密封并且包括进气口3和压缩气体出口4。未压缩的气体流入环绕压缩机1的外壳内部。这些未压缩的气体在吸入冲程中被吸入压缩机，并且在压缩冲程中在活塞顶14与阀板5之间被压缩并且通过排气阀6被排入压缩气体歧管7。压缩气体离开歧管7并且通过柔性管8到达外壳中的出口4。为了减小排气管8的刚度效应，优选的是，该管设置为横向于压缩机往复运动轴线的环形或螺旋形。压缩空间的气体吸入可以通过气缸盖、吸入歧管13和吸入阀29。一般地说，图中所示直线压缩机1具有通过主弹簧相连的气缸部分和活塞部分。气缸部分包括气缸外壳10、气缸盖11、阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制自由活塞式直线压缩机的方法，其特征在于：（ａ）逐渐增大压缩机的输入功率；　（ｂ）通过施加周期性瞬时功率增大值（Ｒｂ）而扰动步骤（ａ）的功率函数；（ｃ）监视活塞碰撞；（ｄ）当检测到活塞碰撞时立刻缩减所述 输入功率；和（ｅ）连续重复步骤（ａ）至（ｄ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田庄，小约翰H博伊德，
申请(专利权)人：菲舍尔和佩克尔应用有限公司，
类型：发明
国别省市：NZ[新西兰]