用於控制線性壓縮機的設備和方法
2023-04-22 19:14:01
專利名稱：用於控制線性壓縮機的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種線性壓縮機，尤其是涉及一種用於控制線性壓縮機的設備和方法，其能夠在線性壓縮機運行期間防止活塞和閥的碰撞從而提高線性壓縮機的運行效率。
參考
圖1，現有線性壓縮機控制設備包括芯體10，第一和第二線圈12和13，及信號處理單元20。磁性物質製成的芯體10與探測活塞位置的機器協同運行。第一和第二線圈12和13對稱地繞在芯體10的外面。信號處理單元20根據第一和第二線圈12和13內感應的電壓探測和輸出芯體位置的變化。
信號處理單元20包括第一全波整流單元21，第二全波整流單元22，差分放大單元23，濾波器單元24和峰值探測單元25。第一全波整流單元21全波整流第一線圈21內感應的電壓。差分放大單元23對第一和第二全波整流單元21和22內的感應電壓之間的電壓差進行放大。濾波器單元24將差分放大單元23輸出信號的高頻成份濾掉。峰值探測單元25探測濾波器單元24輸出信號的最大值和最小值。
下面對具有上述結構的現有設備的運行進行描述。
從外面對第一和第二線圈12和13施加幾KHz的交流(AC)電壓，如果芯體10的位置由於探測活塞位置的機器的位置改變而變化，那麼與芯體10的位置變化成比例的電壓在第一和第二線圈12和13內被感應到。在第一和第二線圈12和13內感應到的電壓分別由第一和第二全波整流單元21和22全波整流，並且整流的結果被施加到差分放大單元23的輸入端。
差分放大單元23對第一和第二全波整流單元21和22的全波整流電壓之間的電壓差進行放大，並將放大結果輸出到濾波器單元24。然後，濾波器單元24將差分放大單元23輸出信號的高頻成份濾掉，放大結果信號，並且將放大的信號輸出到峰值探測單元25。峰值探測單元25全波整流來自濾波器單元24的輸出信號並將全波整流的信號輸出到微控制器30。微控制器30控制線性壓縮機的衝程作為對峰值探測單元25輸出信號的響應，該信號通過全波整流濾波器單元24的輸出信號得到。
根據上述結構，通過僅控制線性壓縮機活塞的衝程現有線性壓縮機控制設備具有一個恆定的衝程。然而，現有線性壓縮機控制設備的缺點在於由於線性壓縮機具有活塞位置隨負載改變的特性，因此現有線性壓縮機控制設備相對於其頂部死點的位置不能維持恆定的頂隙。
根據本發明的一個方面，通過提供用於控制線性壓縮機的設備能夠實現上述及其他目的，其中該設備包括用於探測由於線性壓縮機運行產生的活塞與閥門碰撞的碰撞探測單元，用於根據碰撞探測單元的輸出信號判定是否發生活塞碰撞的控制單元，並且當發生碰撞時重新設定線性壓縮機活塞的最大振幅數據；及在控制單元的控制下用於控制線性壓縮機活塞的最大振幅的壓縮機驅動單元。
根據本發明的另一方面，提供一種用於控制線性壓縮機的方法，該方法包括以下步驟a)預先設定線性壓縮機活塞的最大振幅；b)當線性壓縮機運行時探測信號；c)根據探測到的信號判定是否發生了活塞的碰撞；d)如果探測到在步驟c)發生了活塞的碰撞那麼就重新設定最大振幅；及e)根據重新設定的最大振幅驅動線性壓縮機。
從下面結合附圖的詳細描述中能夠清楚地理解本發明的上述及其他特徵，優點，其中圖1為現有線性壓縮機控制設備的框圖；圖2為根據本發明優選實施例的線性壓縮機控制設備的框圖；圖3為包含在本發明設備中碰撞探測單元的詳細電路圖；圖4為本發明線性壓縮機控制方法的流程圖；及圖5為根據本發明活塞碰撞的動態特性變化的曲線圖。
參考圖2，線性壓縮機控制設備包括控制單元330，壓縮機驅動單元350，碰撞探測單元200，振幅計算單元310和位移計算單元320。控制單元330控制線性壓縮機控制設備的全部運行，壓縮機驅動單元350在控制單元330的控制下控制線性壓縮機100的運行。碰撞探測單元200根據線性壓縮機100的運行探測活塞的碰撞。振幅計算單元310根據碰撞探測單元200的輸出信號計算活塞的振幅，位移計算單元320計算活塞的位移。另外，線性壓縮機控制設備包括用於存儲預先設定的最大振幅數據的第一存儲單元341和用於存儲重新設定的最大振幅數據的第二存儲單元342。
圖3為本發明碰撞探測單元200的詳細電路圖。
參考圖3，碰撞探測單元200包括電橋單元220，芯體221，正弦波發生單元210，第一和第二半波整流單元231和232，差分放大單元240，低通濾波器250和峰值探測單元260。電橋單元220具有串聯接地的第一和第二線圈L1和L2，及彼此串聯並與線圈L1和L2並聯的電阻R1和R2。磁性物質製成的芯體221根據線性壓縮機100的活塞運動而直線往復運動同時穿過纏繞的線圈L1和L2。正弦波發生單元210產生幾KHz的正弦波並將該正弦波提供給第一和第二線圈L1和L2。由二極體構成的第一和第二半波整流單元231和232分別半波整流來自電阻R1和R2連接點的輸出信號A和來自第一和第二線圈L1和L2連接點的輸出信號B。差分放大器240差分放大來自第一和第二半波整流單元231和232的輸出信號。低通濾波器250用於對來自差分放大單元240的輸出信號進行低通濾波。峰值探測單元260探測來自低通濾波器250的輸出信號的峰值並且將探測結果輸出到控制單元330。
差分放大單元240具有運算放大器IC1，其中電阻R3和R4分別與其非倒相和倒相輸入端串聯。另外，電阻R5連接在放大器IC1地倒相輸入端與地之間，電阻R6連接在放大器IC1的非倒相輸入端與輸出端之間。
低通濾波器250具有運算放大器IC2，它的非倒相輸入端通過電阻R6與差分放大單元240的輸出端相連，而倒相輸入端接地。另外，電阻R8和電容器C1彼此並聯地連接在運算放大器IC2的非倒相輸入端與輸出端之間。
峰值探測單元260探測活塞的單向運動以便使電路尺寸最小，同時其還設置有二極體D3，電阻R9，電容器C2和電阻R10。二極體D3與低通濾波器250的運算放大器IC2的輸出端相連以半波整流運算放大器IC2的輸出信號。電阻R9串聯地連接在二極體D3的輸出端與控制單元330之間。電容器C2連接在峰值探測單元260的輸出端與地面之間以便使來自峰值探測單元的輸出信號平滑。電阻R10連接在二極體D3的輸出端與地面之間。
下面對本發明的控制方法進行詳細地描述。
圖4為本發明線性壓縮機控制方法的流程圖。
參考圖4，控制單元330加載存儲在第一存儲單元341內的數據，並在步驟S10設定線性壓縮機100活塞的最大振幅。最大振幅是允許線性壓縮機100的活塞能夠無任何碰撞地往復運動的最大值，並且是在製造線性壓縮機100時預先設定的，同時存儲在第一存儲單元341內。
設定最大振幅後，控制單元330控制壓縮機驅動單元350以便在步驟S20利用典型的操作方法運行線性壓縮機100。當線性壓縮機100運行時，控制單元330在步驟S30通過碰撞探測單元200探測信號。
對碰撞探測單元200運行的描述如下。
將來自正弦波發生單元210的幾KHz的正弦波提供給電橋單元的電阻R1和R2，及第一和第二線圈L1和L2。
當磁性物質製成的芯體221根據線性壓縮機100活塞(未顯示)的運行而直線往復運動時，磁場的改變與芯體221位置的改變一樣多。相應地，與芯體221位置改變成比例的電壓在第一和第二線圈L1和L2被感應到。
第一和第二線圈L1和L2內感應到的電壓分別由第一半波整流單元231的二極體D1和第二半波整流單元232的二極體D2全波整流，並且整流電壓被輸送到差分放大單元240。
來自二極體D1的輸出信號通過電阻R3施加到運算放大器IC1的非倒相端，而來自二極體D2的輸出信號通過電阻R4施加到運算放大器IC1的倒相端。因此，運算放大器IC1差分放大施加到其非倒相和倒相輸入端的輸入信號。
來自差分放大單元240的輸出信號施加到低通濾波器250和振幅計算單元310上。低通濾波器250從來自差分放大單元240的輸出信號種濾掉由正弦波發生單元210產生的高頻噪聲成份，並將濾去噪聲的信號輸出到峰值探測單元260。峰值探測單元260探測施加到其上的輸入信號的峰值並將探測結果輸出到控制單元330。
另外，振幅計算單元310計算活塞的振幅並將計算出的振幅輸出給控制單元330。位移計算單元320根據振幅計算單元310計算出的振幅數據來計算活塞的位移並將計算出的位移輸出給控制單元33。
相應地，控制單元330能夠根據峰值探測單元260，振幅計算單元310和位移計算單元320的輸出信號探測到活塞與閥是否發生了碰撞以及活塞的振幅和位移。
如上所述，在步驟S30進行信號探測後，控制單元330在步驟S40判定活塞和閥是否已經發生了碰撞。在步驟S40，如果判定發生了碰撞，控制單元330在步驟S41重新設定最大振幅。這種情況下，最大振幅通過從碰撞發生時得到的振幅值減去預先設定的最大振幅值重新設定。控制單元330將重新設定的最大振幅數據存儲在第二存儲單元342內。
在步驟S41重新設定了最大振幅後，控制單元330在步驟S50判定是否應停止線性壓縮機100以響應外部信號。如果判定在步驟S50應停止線性壓縮機以響應外部信號，那麼控制單元330根據在步驟S20重新設定的最大振幅數據通過壓縮機驅動單元350控制線性壓縮機100的運行。
圖5為本發明由於活塞碰撞導致的動態特性變化的曲線圖。參考圖5，A為發生碰撞時的活塞頂部死點，而B為碰撞發生後再控制活塞的頂部死點。圖5標明在線性壓縮機100運行期間，當發生活塞碰撞時通過重新設定活塞的頂部死點能夠避免碰撞。
如上所述，本發明提供一種用於用於控制線性壓縮機的設備和方法，其通過使線性壓縮機的頂隙最小能夠使線性壓縮機的活塞與閥的碰撞最小化，由此能夠使線性壓縮機維持高效運轉。另外，本發明的優點還在於其僅確定一個單向移動距離，由此使整個電路的尺寸最小化。
儘管為了說明上面對本發明的優選實施例進行了描述，本領域的技術人員在不脫離本發明權利要求書確定的範圍和思想情況下能夠作出許多的修改，添加和替換。
權利要求
1.一種用於控制線性壓縮機的設備，其特徵在於該設備包括碰撞探測單元，其用於探測由於線性壓縮機運行導致的活塞與閥的碰撞；控制單元，其用於根據來自碰撞探測單元的輸出信號判定是否發生了活塞碰撞，並且當發生碰撞時重新設定線性壓縮機活塞的最大振幅數據；及壓縮機驅動單元，其用於在控制單元的控制下控制線性壓縮機活塞的最大振幅。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於該設備還包括用於存儲預先設定的最大振幅數據的第一存儲單元，及用於存儲來自控制單元的重新設定的最大振幅數據的第二存儲單元，第二存儲單元製成能夠進行讀/寫數據的非易失存儲器。
3.如權利要求1所述的設備，其特徵在於所述碰撞控制單元包括電橋單元，其具有串聯接地的第一和第二線圈及與第一和第二線圈並聯且彼此串聯連接的第一和第二電阻；芯體，其通過根據線性壓縮機的活塞運動穿過第一和第二線圈用於線性往復運動並且由磁性物質製成；用於將正弦波提供給第一電阻和第一線圈的正弦波發生單元；由二極體組成的第一和第二半波整流單元，它們分別用於半波整流來自第一和第二電阻接點的輸出信號和來自第一和第二線圈接點的輸出信號；差分放大單元，其用於差分放大來自第一和第二半波整流單元的輸出信號；低通濾波器，其用於除去來自差分放大單元的輸出信號中的高頻成份；峰值探測單元，其用於探測來自低通濾波器的輸出信號的峰值，並將探測結果輸出到控制單元。
4.如權利要求3所述的設備，其特徵在於所述峰值探測單元包括用於半波整流來自低通濾波器的輸出信號的二極體；與二極體輸出端串聯連接的第三電阻；連接在第三電阻的輸出側與地面之間用於完成平穩運行的電容器；及連接在二極體的輸出端與地面之間的第四電阻。
5.如權利要求1所述的設備，其特徵在於該設備還包括振幅計算單元，其用於根據來自差分放大單元的輸出信號計算活塞的振幅，並將計算出的振幅提供給控制單元；及位移計算單元，其用於根據來自振幅計算單元的計算結果計算活塞的位移，並將計算出的位移提供給控制單元。
6.一種用於控制線性壓縮機的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟a)預先設定線性壓縮機活塞的最大振幅；b)當線性壓縮機運行時探測信號；c)根據探測到的信號判定是否發生了活塞的碰撞；d)如果確定在步驟c)發生了活塞的碰撞那麼就重新設定最大振幅；及e)根據重新設定的最大振幅驅動線性壓縮機。
7.如權利要求6所述的設備，其特徵在於步驟d)包括以下步驟，即通過從先前的最大振幅中減去預先設定的最大振幅來重新設定當前的最大振幅以避免活塞的碰撞。
全文摘要
本發明公開了一種用於控制線性壓縮機的設備和方法。該線性壓縮機控制設備具有碰撞探測單元，控制單元，和壓縮機驅動單元。碰撞探測單元探測由於線性壓縮機運行導致的活塞與閥的碰撞。控制單元根據來自碰撞探測單元的輸出信號判定活塞的碰撞是否發生，並且當發生碰撞時重新設定活塞的最大振幅數據。壓縮機驅動單元在控制單元的控制下控制線性壓縮機活塞的最大振幅。
文檔編號F04B49/10GK1403709SQ0114343
公開日2003年3月19日 申請日期2001年12月27日 優先權日2001年9月3日
發明者金泰德 申請人:三星電子株式會社