由供電頻率可變的電動機驅動的製冷壓縮機的製作方法
2023-05-05 17:56:41 3
專利名稱：由供電頻率可變的電動機驅動的製冷壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及家用或類似應用的致冷設備的致冷劑的壓縮機，即由供電頻率可變的電動機驅動的那種致冷壓縮機。
為了確保遵守這些官方指令，眾所周知已提出了和以一般方式使用由電動機驅動的致冷劑壓縮機相關的各種提議，所述電動機不象在傳統設備中那樣間歇式工作，而是連續工作，不過是速度可變條件下連續工作。理論上，這種類型的電動機於是能夠在介於上限ns和下限nj之間的任意不定值n下工作。
為了始終確保存儲在設備中的食物的最佳貯藏條件，根據熱負荷，預設上述極限值，通常已知所述熱負荷正比於設備安裝環境的環境溫度T。(在氣候類別中被定義為ST的所述環境溫度介於+10℃和+38℃之間)和存儲食物的貯藏室的溫度Ti(就所謂的「冷卻器」致冷設備而論，該溫度介於+2℃和+8℃之間)之間的差值。理論上，ns與nj的比值應等於19。但是，由於包括在低的壓縮機電動機轉速下，存在潤滑不充分的危險在內的許多眾所周知的實際困難，實際上，壓縮機電動機的速度極限間的所述比值ns/nj近似等於3。於是，實際上只是按照設備實際工作條件的少數幾個條件，以最佳方式確保貯藏食物的保存，事實上，所述實際工作條件可能極大地偏離真實性。
使用由變速電動機驅動的壓縮機的另一個主要缺點是，這需要致冷設備利用特殊的恆溫溫控系統，就硬體和軟體而論，所述恆溫溫控系統都與傳統致冷設備中當前使用的系統不同，在傳統的致冷設備中，壓縮機的電動機以單一速度間歇式工作。從而致冷設備製造商不得不花費大量的時間和費用來重新設計並測試包含在其製造過程中的每個設備樣機。
EP-A-0490089中公開的一種不同類型的壓縮機由能夠有選擇地以離散的若干速度(兩個速度，或者最多三個速度)運轉，並且具有和由單一速度電動機驅動的等同壓縮機的體積排量相比，相對增大的體積排量的電動機驅動。在設備的起動階段中，使用該電動機的第一速度n1(約為2000rpm)，在所述起動階段中，產生使所述設備的能量消耗達到最小的需要或機會(即，所謂的「保存階段」)；相反，當該設備需要確保特別持續的致冷能力時，例如在諸如長期暫停後的起動之類瞬時時間，或者正在特別沉重或苛求的工作條件下工作時，使用電動機的第二速度n2(約為2800rpm)以及可能提供的第三速度nT(等於3200rpm)。在電動機為無電刷電動機的情況下，藉助適於控制供電頻率的裝置，實現從一個速度到另一速度的轉換。
本發明的另一目的是由於至少在電動機的最低速度n1下，壓縮機的驅動電動機保持間歇式工作，因此使製造商能夠不必對其致冷設備進行功能重新設計。由於本發明實際上不需要對與其中安裝壓縮機的致冷設備的食物貯藏室相關的恆溫溫控進行任何修改，於是，相同的系統甚至可以採用簡單，眾所周知的液體膨脹型熱動開關。
根據本發明，在具有如附加權利要求中詳述的特性的控制系統中實現這些及其它目的。
圖1是壓縮機組件的示意圖；圖2是與用在具有自動循環除霜操作的所謂「冷卻器」型致冷設備中的壓縮機的驅動電動機的接線相關的電氣線路圖。
在圖2中舉例給出的接線和連接圖中，圖2涉及根據本發明的壓縮機在具有自動循環除霜操作的所謂「冷卻器」型致冷設備中的應用，還涉及電源插塞式電纜的導電引線L和N，出於簡化的目的，就關心的信號和電力來說，壓縮機驅動電動機10和控制器7直接通過上面提及的第一接線系統9互連。上面提及的第二接線系統8連接熱動開關12，熱動開關再與輸電線L相連，並與用作上面提及的基於微處理器的控制器7的接口的接觸點13相連。
要注意的是熱動開關12，在本例應用中，它用於控制其中安裝有壓縮機的致冷設備的食品貯藏室中的溫度Ti，並不必須是固態熱動開關，也可以是液體膨脹型熱動開關。在保護箱6中，兩個導電引線14和15與接口觸點13並聯連接。第一導電引線14通向轉換開關17，轉換開關17本身又適於通過導電引線20和21，有選擇地分別使接口觸點13與控制器7的第一接線觸點18，以及第二接線觸點19相連。沿著通向接口觸點13，並且終止於基於微處理器的控制器7的第三接線觸點22的第二導電引線15，設置有通常打開的開關23。
在圖2中圖解說明的優選實施例中(但是該實施例並不是實現本發明所必不可少的)，控制器7的其它接線觸點25、26和27構成其它信號28、29和30的輸入端，這將在下文中更詳細地說明。例如，在致冷設備配有適當的傳感器(圖中未示出)的情況下，到達觸點25的信號28可以是食物貯藏室內的實際溫度的測量信號，而到達觸點26的信號29可能涉及食物貯藏室門的打開速率(opening rate)和/或持續時間，最後，送往觸點27的信號30可以是與貯藏室除霜操作相關的一個信號。
根據本發明的重要特徵，控制器7執行下述任務-控制器7啟動轉換開關17，並使轉換開關17轉換成使接口觸點13與控制器7的第一接線觸點18，或者第二接線觸點19相連，從而分別在較低的第一電力頻率f1下，或者在較高的第二電力頻率f2下，向壓縮機驅動電動機10供電，所述第一電力頻率f1和第二電力頻率f2都低於電源電流，即導電引線L和N中的電源電流的頻率fN(50或60Hz)。易於認識到電動機10的預定速度對應於所述頻率中的各個頻率，例如，1600rpm的速度對應於頻率f1，2400rpm的速度對應於頻率f2；-控制器7啟動通常打開的開關23，接通控制器7的第三接線觸點22，從而使上面提及的同一控制器7的第一和第二接線觸點18和19短路。這樣，在高於其它兩個頻率，並且例如可以等於電源線的頻率fN的頻率fT下，向電動機10供電，從而使電動機10以3000rpm的速度旋轉。
-控制器7通過第一接線系統9，監視壓縮機驅動電動機10的絕對工作歷時，以及壓縮機驅動電動機10的利用率(通常稱為工作百分比)，所述絕對工作歷時和利用率是相互獨立地隨著時間而變化的兩個數量。當然，也能夠計算所述可變量值和/或其函數的絕對值和各種可能組合，例如具有確定工作或利用率的電動機10的工作循環的連續次數。
-控制器7把所述可變量值的絕對值和/或上面提及的所述可變量值的各種組合與預定值進行比較，以便當需要時，發出輸入信號，使轉換開關17從控制器7的第一接線觸點19轉換到控制器7的第二接線觸點20，或者從控制器7的第二接線觸點20轉換到控制器7的第一接線觸點19，或者甚至使通常打開的開關23接通同一控制器7的第三觸點22其目的是把電動機10的供電頻率從上述三個值f1，f2和fT中的任一數值改變為任意另一數值，從而，增大或降低電動機10的動轉速度。
-控制器7還監視熱動開關12的開關跳開操作，本領域技術人員眾所周知，所述熱動開關12不是壓縮機自身的一部分，但是總之在所有致冷設備中都配置有所述熱動開關12。
下面就這種壓縮機在「冷卻器」型致冷設備中的應用，於是具有如圖2中所示的布線和連接圖而論，給出根據本發明的壓縮機的一些操作例子。
例1-安裝時，致冷設備的首次啟動假定致冷設備的開關12被關閉，從而在電壓下設置接點觸點13，控制器7使通常打開的開關23接通第三接線觸點22，從而使得能夠以最高的頻率fT向壓縮機驅動電動機10供電。如同前面在本說明中已陳述的那樣，這種頻率可以是電源線的頻率fN(即50或60Hz，視情況而定)，該頻率使電動機10以300rpm的轉速運轉。在熱動開關12首次跳開所必需的時間內始終保持這樣的工作條件，從而中斷來自導電引線L的電力。
例2-正常食物貯藏和保存操作藉助導線9，控制器7能夠發現電動機10的利用率較低，即在熱動開關12的預定次數的連續跳開周期(例如5個周期)內，電動機10的利用率都未能超過預定的閥值(所述預定閥值可以約為50％左右)。此時，控制器7使轉換開關17按照這樣的方式轉換，使得當熱動開關12被關閉時，接口觸點13能夠通過導電引線20向第一接線觸點19供電，從而使得能夠在最低的頻率f1下，向壓縮機驅動電動機10供電，從而使壓縮機驅動電動機10剛好以1600rpm轉速運轉。從而，從該時刻起(並且只要條件不發生變化，如同下述例子中所述)，由壓縮機驅動電動機10引起的致冷設備的能量消耗是最小的，因為所述能量實際上被降低到使致冷設備的食物貯藏室保持用戶選擇的溫度(例如+4℃)，或者可能設置的默認溫度剛好所需的能量數量。
例3-頻率使用致冷設備裝入和取出食物藉助導線9，控制器7能夠檢測到在熱動開關12的多個連續周期內，壓縮機驅動電動機10已在高的利用率下工作，即，高於上面提及的閥值(例如，50％)的利用率。這時，控制器7使轉換開關17按照這樣的方式轉換，使得當熱動開關12被關閉時，接口觸點13能夠通過導電引線21，把導電引線L的電壓施加給第二接線觸點19，從而使得能夠在小於f1的頻率f2下，向壓縮機驅動電動機10供電，把壓縮機驅動電動機10的轉速增大到2400rpm。從而增大致冷設備的能量消耗，但是只是在恢復例2中所述條件所必需的一段時間內增大致冷設備的能量消耗。
例4-艙門的延長打開控制器能夠根據上面提及的到達控制器的接線觸點25和26的信號28和29，確定致冷設備的艙門是否打開了很長的一段時間，例如由於用戶的疏忽而打開很長一段時間。這使壓縮機驅動電動機10在延長的一段時間內，尤其是超過預定的90分鐘持續時間閥值的一段時間內持續工作。當熱動開關12位於其關閉位置時，確保轉換開關17保持接通控制器7的第二接線觸點19。
當然將認識到當根據本發明的壓縮機和其它類型的致冷設備(例如冷藏機或冷凍-冷藏機)一起使用時，通過在基於微處理器的控制器7的操作邏輯中引入適當的變化，根據本發明的壓縮機證明是同樣有益的。
本發明的優點可總結如下-基於微處理器的控制器是壓縮機的一個集成部件；-對於其中將安裝壓縮機的任意致冷設備來說，不需要任何功能重新設計，甚至是布線也不需要重新設計；-相反，在上述致冷設備中，甚至可以使用諸如液體膨脹型熱動開關之類經時間考驗的低成本熱動開關；-致冷設備的能量消耗準確地，並且自動地適應於所述致冷設備的實際操作條件，於是，能量消耗被降低到在用作能量效率數據的參照的標準(即正常)操作條件下的最小值，中伴隨致冷設備自身而提供的能量名牌中規定了能量效率數據。
-類似地，致冷設備工作過程中產生的噪聲水平始終受到控制，實際上，在絕大多數時間內，這種噪聲被保持在較低的噪聲水平上。
另外要認識到可按照和上述實施例不同的多種方式實現根據本發明的壓縮機。特別地，壓縮機驅動電動機的供電頻率(於是，運轉速度)可具有和上面所述不同的絕對值和相對值；特別地，所述三個頻率可以都不等於電源頻率(50或60Hz)。此外，其它隨時間變化的量值，例如驅動電動機的電流輸入可用作基準。
應注意的是，如果需要，製造商可在其致冷設備的控制面板上添加適當的適於啟動通常打開的開關和/或轉換開關，即複製其功能的恰當手動操縱裝置。在這些情況下，忽略基於微處理器的控制器，致冷設備要求用戶手動幹預，以便改變壓縮機的運轉速度。
最後，應注意到鑑於能夠適時地考慮到其中安裝壓縮機的致冷設備的實際安裝條件，和/或所述致冷設備的任何可能的特殊結構或設計特徵(例如，如果致冷設備是具有兩個以上的食物貯藏室，於是當然具有同樣多的食物貯藏溫度的那種致冷設備)，在所有情況下，基於微處理器的控制器7的操作邏輯都是能夠「個性化的」。
權利要求
1.家用致冷設備或類似致冷設備的致冷劑壓縮機，所述壓縮機由其供電頻率可在若干離散數值(f1，f2，fT)之間有選擇地變化的電動機(10)驅動，所述若干離散數值是輸入信號的函數，其特徵在於，所述壓縮機整體包含適於監視以相互獨立的方式，隨時間變化的兩個或多個量值的控制裝置(7)，所述兩個或多個量值中的至少一個量值表示致冷設備的實際工作條件，所述控制裝置還適於藉助對應於被監視量值的預定組合的數值，產生所述輸入信號。
2.按照權利要求1所述的壓縮機，其特徵在於，所述壓縮機還整體地包含處理所述輸入信號的裝置，所述裝置常常適合於隨著以相應預定標度得到的所述時變量值的絕對值而變，以特許所述時變量值中的任意一個時變量值。
3.按照權利要求1或2所述的用於具有至少一個貯藏室的致冷設備的壓縮機，藉助熱動開關(12)，所述至少一個貯藏室的溫度是可調的，其特徵在於，所述熱動開關控制系統與所述監視裝置(7)相聯繫。
4.按照前述任意一個權利要求所述的壓縮機，其特徵在於，由所述壓縮機的驅動電動機(10)的利用率，構成所述可變量之一。
5.按照前述任意一個權利要求所述的壓縮機，其特徵在於，由所述壓縮機的驅動電動機(10)的絕對工作持續時間，構成所述可變量之一。
6.按照前述任意一個權利要求所述的壓縮機，其特徵在於，由所述壓縮機的驅動電動機(10)的電流輸入，構成所述可變量之一。
7.按照前述任意一個權利要求所述的壓縮機，其特徵在於，所述壓縮機的驅動電動機(10)的最高供電頻率(fT)與最低供電頻率(f1)的比值介於1.4和2.1之間，最好接近於2。
8.按照前述任意一個權利要求所述的壓縮機，其特徵在於，適於產生所述輸入信號的裝置可由用戶編程控制，以便能夠適當考慮致冷設備的安裝條件和/或任何特殊的設計特徵。
全文摘要
由其供電頻率可有選擇地在隨輸入信號而變的若干離散數值(f1,f2,fT)之間變化的電動機(10)驅動的致冷壓縮機。本發明需要使用與壓縮機集成,並且適於監視以相互獨立的方式隨時間變化的兩個多個量值的控制裝置(7),所述兩個或多個量值中的至少一個量值表示致冷設備的實際工作條件,所述控制裝置還適於藉助對應於被監視量值的預定組合的數值,產生所述輸入信號。
文檔編號F25B49/02GK1357094SQ00809315
公開日2002年7月3日 申請日期2000年4月26日 優先權日1999年6月22日
發明者提茲安諾·波託蒂, 法布裡茲歐·卡裡, 羅伯託·伯魯佐 申請人:扎納西電機公司