具有制冷剂回路的家用制冷器具及操作具有制冷剂回路的家用制冷器具的方法

摘要

本发明涉及一种家用制冷器具(1)和一种用于操作家用制冷器具(1)的方法。所述家用制冷器具(1)包括具有可冷却的内部容器(2)的隔热的本体(10)，所述可冷却的内部容器(2)限界出用于存放食物的可冷却的内部(3)；所述家用制冷器具(1)还包括制冷剂回路(20)，所述制冷剂回路(20)具有制冷剂和压缩机(21)，并且所述制冷剂回路(20)设置成用于冷却所述可冷却的内部(3)，所述家用制冷器具(1)还包括电子控制装置(8)和电驱动器(40)，所述电驱动器(40)具有三相交流同步电机(36)和操控器，所述操控器特别构造成逆变器(41)并旨在用于操控三相交流同步电机(36)。所述压缩机(21)包括具有进口(32)和出口(33)的压缩机室(31)，所述压缩机(21)还包括以可移位的方式安装在所述压缩机室(31)内的活塞(34)并且还包括曲轴(35)和所述三相交流同步电机(36)。所述三相交流同步电机(36)具有大于1的极对数P、定子(37)和转子(38)，所述转子(38)以相对于所述定子(37)以可旋转的方式安装并且通过所述曲轴(35)耦接至所述活塞(34)，由此，在所述压缩机(21)的运行期间，所述活塞(34)能够借助于所述三相交流同步电机(36)减小由所述压缩机室(31)和所述活塞(34)围出的容积(39)的尺寸，从而压缩制冷剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有制冷剂回路的家用制冷器具以及一种用于操作具有制冷剂回路的家用制冷器具的方法。

背景技术

家用制冷器具包括用于存放食物的可冷却的内部空间和用于冷却可冷却的内部空间的制冷剂回路。制冷剂回路包括压缩机、连接在压缩机下游的冷凝器、连接在冷凝器下游的节流装置以及布置在节流装置与压缩机之间的蒸发器。

EP 2 669 519 A1公开了一种往复式压缩机和一种电子控制装置，所述电子控制装置以如下方式操控往复式压缩机：当关断往复式压缩机时，压缩机的电机产生低于预定速度的制动扭矩。

DE 10 2012 006 492 A1公开了一种用于电机的无传感器转子位置确定方法，所述电机连接至循环重复的负载、例如压缩机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于操作具有制冷剂回路的家用制冷器具的方法，以使得制冷剂回路的压缩机更高效地运行。本发明的另一目的在于提供一种对应地构造的家用制冷器具。

本发明的目的通过一种用于操作家用制冷器具的方法来实现，所述家用制冷器具具有：隔热的本体，其具有可冷却的内部容器，所述内部容器限界出用于存放食物的可冷却的内部空间；制冷剂回路，其设置成用来冷却可冷却的内部空间并具有制冷剂和压缩机；以及电驱动器，所述电驱动器具有三相交流同步电机和用于操控三相交流同步电机的控制元件，所述控制元件尤其配置成逆变器；所述压缩机具有：压缩机室，其具有进口和出口；活塞，其以可移位的方式安装在所述压缩机室内；曲轴；以及电驱动器的三相交流同步电机；所述三相交流同步电机包括大于1的极对数P、定子以及通过曲轴耦接至活塞并以能够相对于定子旋转的方式安装的转子，由此，当压缩机运行时，所述活塞能够借助于三相交流同步电机减小由所述压缩机室和活塞围出的容积，从而压缩制冷剂，所述方法具有以下方法步骤来确定在压缩机以预期的方式运行的过程中活塞相对于压缩机室的位置：

-针对转子相对于定子的至少一个完整的旋转确定三相交流同步电机的相电流中的至少一个相电流的至少一个瞬时值的最大和、优选确定所述瞬时值；

-确定转子相对于定子的、配属于所确定的至少一个瞬时值的角位置；以及

-基于三相交流同步电机的速度和转子的配属于所确定的瞬时值的角位置来确定活塞相对于压缩机室的位置。

本发明的目的还通过一种家用制冷器具来实现，所述家用制冷器具具有：隔热的本体，其具有可冷却的内部容器，所述可冷却的内部容器限界出用于存放食物的可冷却的内部空间；制冷剂回路，其设置成用来冷却可冷却的内部空间并具有制冷剂和压缩机；电子控制装置；以及电驱动器，其具有三相交流同步电机和用于操控三相交流同步电机的控制元件，所述控制元件尤其配置成逆变器；所述压缩机具有：压缩机室，其具有进口和出口；活塞，其以可移位的方式安装在所述压缩机室内；曲轴；以及三相交流同步电机，所述三相交流同步电机包括大于1的极对数P、定子以及通过所述曲轴耦接至活塞并以可以相对于定子旋转的方式安装的转子，由此，当压缩机运行时，所述活塞能够借助于三相交流同步电机减小由所述压缩机室和活塞围出的容积，从而压缩制冷剂，并且所述电子控制装置设计成根据本发明的方法来操控所述电驱动器。

本发明的家用制冷器具包括具有内部容器的隔热的本体，所述内部容器限界出可冷却的内部空间。所述可冷却的内部空间设置成用于存放食物并且借助于制冷剂回路来冷却。

可冷却的内部空间优选地可以借助于门扇关闭。门扇优选地以其可以围绕优选地竖直延伸的轴线枢转的方式安装。在打开状态下可以进出可冷却的内部空间。

制冷剂回路本身原理上为本领域技术人员已知，并且包括压缩机、尤其以及连接在压缩机下游的冷凝器、连接在冷凝器下游的节流装置和布置在节流装置与压缩机之间的蒸发器。

压缩机包括由压缩机室和活塞围出的容积，当压缩机运行时，所述容积通过活塞的移动而减小，以便压缩制冷剂。

活塞以可移位的方式安装在压缩机室内，并且所述压缩机借助于三相交流同步电机通过活塞驱动。这种压缩机通常被称为往复式压缩机。

三相交流同步电机特别是永久励磁(德语：permanenterregter)式三相交流同步电机，优选为无刷直流电机。三相交流同步电机的极对数P大于1、优选为至少为3。

当压缩机运行时，三相交流同步电机特别以由电子控制装置或温度调节器确定或预定的速度运行。因此，三相交流同步电机是电驱动器的一部分，所述电驱动器优选构造成调速电驱动器。调速电驱动器优选地包括用于改进调节响应的磁场定向调节器。

磁场定向调节器通常形成具有内部电流调节电路的级联结构，内部电流调节电路复叠有外部调速电路。

往复式压缩机具有特征扭矩曲线。特征扭矩曲线可以与三相交流同步电机的负载点或甚至与三相交流同步电机的速度有关。压缩机的机械特性、例如压缩机旋转部件的惯性扭矩也会影响三相交流同步电机的运行。

当冷却可冷却的内部空间时，制冷剂回路以及因此电驱动器或三相交流同步电机被操作。这使得转子相对于定子旋转，从而使得活塞在压缩机室内执行往复运动。因此，活塞相对于压缩机室的位置改变。

当活塞相对于压缩机室处于一特定的位置时，容积处于最小值。该特定的位置通常被称为上止点。

当活塞相对于压缩机室处于另一特定的位置时，容积处于最大值。所述另一特定的位置通常被称为下止点。

当三相交流同步电机将活塞从所述特定的位置、也即它的上止点移动到所述另一特定的位置、也即它的下止点时，容积增加并且压缩机通过其进口吸入制冷剂。

当三相交流同步电机将活塞从所述另一特定的位置、即它的下止点移动到所述特定的位置、即它的上止点时，容积减小并且压缩机压缩压缩机室中的制冷剂，直到在上止点处出口打开，从而使得压缩的制冷剂可以流向冷凝器。

在活塞的一个完整的运动的过程中，也即在活塞移动通过相对于压缩机室的所有可能的位置的过程中，三相交流同步电机执行一个完整的旋转，也即，转子相对于定子旋转360°。

当三相交流同步电机执行一个完整的旋转时，电机产生随着活塞的位置变化的扭矩M。扭矩M基本上是周期性的，并且当活塞处于所述特定的位置、即上止点处或者至少接近所述特定的位置时，扭矩M处于最大值，并且一旦出口打开，扭矩M就会下降。

用于操作三相交流同步电机的电流是相电流，所述相电流的电流强度是扭矩M的函数。因此，通过至少针对转子相对于定子的一个完整旋转分析评估相电流或相电流中的至少一个可以识别出上止点，从而可以确定出转子相对于定子的对应的角位置。

根据本发明，确定相电流中的至少一个相电流的瞬时值的最大和。

例如，为了减少确定角位置时的计算成本，本发明的方法可以具有以下方法步骤：

-将配属于转子的一个完整旋转的整个角度范围分成P个尺寸相等的相继的角扇区；

-针对转子相对于定子的至少一个完整旋转确定三相交流同步电机的相电流中的至少一个相电流的瞬时值的最大和；

-确定所确定的瞬时值所配属的角扇区；并且

-利用所确定的角扇区来确定转子相对于定子的、配属于所确定的瞬时值的角位置。

优选地，三相交流同步电机的相电流中的仅仅一个相电流用于确定角扇区，从而尤其可以减少用于确定角位置的计算成本。

将所使用的一个相电流的曲线或所使用的多个相电流的多个曲线基于三相交流同步电机的极对数、针对转子的一个完整的机械旋转(即360°旋转)分成P1-Px角扇区。这里的“x”是极对数P。因此，上述方法步骤能够确定出上止点所配属的角扇区。

可以设置成，例如，将下述角度用作转子相对于定子的、配属于所确定的瞬时值的角位置：该角度形成所确定的角扇区与其之前的角扇区之间的边界。

当活塞相对于转子处于限定的位置时，对应于转子的角位置的角扇区被知晓，并且当配属于所述边界的角度与转子针对所述特定的位置、即上止点的角位置之间的偏移角度被知晓，从而利用三相交流同步电机的速度和时间测量可以更精确地计算所要求得的角位置。

如果不是这种情况，则可以执行以下操作来更精确地确定角位置：

-仅仅针对所确定的角扇区来确定三相交流同步电机的相电流中的至少两个相电流的瞬时值的最大和；并且

-基于所确定的瞬时值来确定转子相对于定子的、配属于活塞的位置的角位置。

因此，可以基于已知的速度以及例如相电流的幅度差来执行详细的识别，而对于转子位置的这种更精确的识别无需设置附加的传感器。

根据本发明的方法的一个实施例，电驱动器是具有磁场定向调节器的调速电驱动器，并且可以执行以下操作：除了所确定的瞬时值所配属的角扇区之外，将三相交流同步电机的由磁场定向调节器预定的目标电流强度增加一个预定值。这减少了相电流的电流强度的任何波动，从而较小速度在转子的完整的旋转期间的波动。这提高了压缩机的运行的平稳性。这尤其在速度相对较低的情况下是有效的并且还可以改善压缩机的运行特性。

为了改善正在运转的压缩机的停机，用于三相交流同步电机的操控可以设置成：使得压缩机在三相交流同步电机的小于3/4的旋转内、优选至少在三相交流同步电机的大约一半旋转内减速至停止，并在活塞相对于压缩机室处于下述位置时开始减速，所述位置配属于转子相对于定子的这样的角位置，该角位置配属于所确定的瞬时值。

在三相交流同步电机减速之前，三相交流同步电机的速度优选地例如以梯度的方式降低到最小速度。

这产生依赖于位置的停机，该停机在活塞到达上止点时开始。这减少了停机噪音。可选地，例如，活塞还可以在停机后占据一后续位置，以防止阀泄漏。

附图说明

本发明的示例性实施例在示意性附图中示例性示出，其中：

图1示出家用制冷器具的透视图；

图2示出家用制冷器具的具有压缩机的制冷剂回路；

图3示出压缩机；

图4示出家用制冷器具的具有磁场定向调节器的电驱动器；

图5示出压缩机的三相交流同步电机的电机电流和由三相交流同步电机施加的扭矩，以及

图6示出流程图以说明家用制冷器具的操作。

具体实施方式

图1示出家用制冷器具1的透视图，所述家用制冷器具1包括具有内部容器2的隔热的本体10，所述内部容器2限界出可冷却的内部空间3。可冷却的内部空间3设置用于存放食物(未详细示出)。

在本示例性实施例中，家用制冷器具1具有用于关闭可冷却的内部空间3的可枢转的门扇4。门扇4特别以可以围绕竖直轴线枢转的方式安装。如图1所示，当门扇4打开时，可以进出可冷却的内部空间3。

在本示例性实施例中，在门扇4朝向可冷却的内部空间3的一侧上布置有多个用于存放食物的门托架5。用于存放食物的多个搁板6特别布置在可冷却的内部空间3中并且特别地抽屉7布置在可冷却的内部空间3的下部区域中，食物也可以存放在抽屉7中。

家用制冷器具1包括用于冷却可冷却的内部空间3的制冷剂回路20，如图2所示。在本示例性实施例中，制冷剂回路20包括制冷剂(未详细示出，但原理上为本领域技术人员所知晓)、压缩机21、连接在压缩机21下游的冷凝器22、连接在冷凝器22下游的节流装置23(所述节流装置23特别构造成限流器或毛细管)以及布置在节流装置23与压缩机21之间的蒸发器24。压缩机21优选地布置在家用制冷器具1的机器室内，机器室特别位于抽屉7的后面。

压缩机21构造成往复式压缩机并且在图3中更详细地示出。

压缩机21包括：压缩机室31，其具有用于制冷剂的入口32和出口33；以及活塞34，其以可移位的方式安装在压缩机室31内。入口32和出口33各自设有相应的阀，如原理上为本领域技术人员所知晓的那样。

压缩机21包括曲轴35和三相交流同步电机36。

三相交流同步电机36特别是永久励磁式三相交流同步电机、优选为无刷直流电机并且包括定子37和转子38，所述转子38以可以相对于定子37旋转的方式安装。曲轴35的端部中的一个端部耦接到活塞34，而曲轴35的另一端部耦接到三相交流同步电机36的转子38，以使得在家用制冷器具1或压缩机21以预期的方式运行的过程中，活塞34能够借助于三相交流同步电机36减小由压缩机室31和活塞34所围出的容积39，从而压缩制冷剂。

在本示例性实施例中，家用制冷器具1包括电子控制装置8，所述电子控制装置8设计成操控制冷剂回路20、特别是致冷剂回路20的压缩机21，以使得可冷却的内部空间3至少大致处于预限定的或可预限定的目标温度下。电子控制装置8优选地设计成使得能调节可冷却的内部空间3的温度。为了可选地确定可冷却的内部空间3的实际温度，家用制冷器具1可以具有至少一个连接到电子控制装置8的温度传感器(未详细示出)。

为了操控或调节制冷剂回路20，在本示例性实施例中，家用制冷器具1包括受调节的电驱动器40，如图4所示，所述受调节的电驱动器40包括压缩机21的三相交流同步电机36。三相交流同步电机36以由电子控制装置8根据需要所预限定的目标速度n_tar来驱动。电子控制装置8基于可冷却的内部空间3的预定冷却(例如基于可冷却的内部空间3的当前温度和目标温度)来计算或预限定目标速度n_tar。

电驱动器40包括用于驱动三相交流同步电机36的控制元件。控制元件构造成逆变器41并在电驱动器40的操作期间产生三相电压，所述三相电压的基本振荡具有振幅和基本频率f，所述基本频率f与三相交流同步电机36的目标速度n_tar和实际速度间接相关。

三相交流同步电机36所具有的极对数P大于1，从而实际速度n等于f/P。

在本示例性实施例中，极对数P等于3。

在本示例性实施例中，受调节的电驱动器40具有测量装置42，借助于所述测量装置42三相交流同步电机36的相电流i_1、2、3被测量并且三相交流同步电机36的实际速度被确定。测量装置42可选地预处理三相交流同步电机36的所确定的实际速度和测得的相电流i_1、2、3，从而电驱动器40的调节器可以以合适的形式处理三相交流同步电机36的所确定的实际速度和测得的相电流i_1、2、3。如在本示例性实施例中所设置的那样，实际速度可以例如从测得的相电流i_1、2、3确定。然而，实际速度也可以借助于适当的传感器直接测量。

在本示例性实施例中，受调节的电驱动器40的调节是基于磁场定向调节器43的。磁场定向调节器43形成具有内部电流调节电路的级联结构，内部电流调节电路与外部调速电路复叠。

当冷却可冷却的内部空间3时，制冷剂回路20以及因此电驱动器40或三相交流同步电机36被操作。这使得转子38相对于定子37旋转，由此活塞34在压缩机室39内执行往复运动。因此，活塞34相对于压缩机室39的位置改变。

当活塞34相对于压缩机室39处于一特定的位置时，容积39处于最小值。该特定的位置通常被称为上止点。

当活塞34相对于压缩机室39处于另一特定的位置时，容积39处于最大值。所述另一特定的位置通常被称为下止点。

当三相交流同步电机36将活塞34从其特定的位置、也即从它的上止点移动到其另一特定的位置、也即移动到它的下止点时，容积39增大并且压缩机21通过其入口32吸入制冷剂。

当三相交流同步电机36将活塞34从其另一特定的位置、也即从它的下止点移动到其特定的位置、也即移动到它的上止点时，容积39减小并且压缩机21压缩压缩机室31中的制冷剂，直到在上止点处出口33打开，从而使得压缩的制冷剂可以流向冷凝器22。

在活塞34的一个完整的运动的过程中，也即在活塞34移动以相对于压缩机室31经过所有可能的位置的过程中，三相交流同步电机36执行一个完整的旋转，也即，转子38相对于定子37旋转360°。

如图5的图表所示，当三相交流同步电机36执行一个完整的旋转时，其产生随着活塞34的位置变化的扭矩M。扭矩M大致上是周期性的，并在活塞43处于它的所述特定的位置也即上止点处、或者至少接近所述特定的位置时，并且扭矩M处于最大值(最大扭矩M_max)，并且一旦出口33打开，扭矩M就会下降。

对于三相交流同步电机36的完整的旋转，相电流i_1、2、3周期性地变化。三相交流同步电机36的相电流i_1、2、3至少大致根据三相交流同步电机36的所要施加的扭矩M来变化。这些还在图5中示出。

在本示例性实施例中，电子控制装置8构造成使其执行下文描述的用于操作家用制冷器具1的方法，以便在压缩机21以预期的方式运行的过程中确定活塞34相对于压缩机室31的位置。

特别地，在用于可冷却的内部空间3的冷却阶段开始之后三相交流同步电机36的第一次旋转期间，电子控制装置8至少针对转子38相对于定子37的一个完整旋转确定三相交流同步电机36的相电流中的至少一个相电流i_1、2、3的瞬时值51、52、53的最大和。然后，电子控制装置8确定转子38相对于定子37的、配属于所确定的瞬时值52的角位置。然后，电子控制装置8能够基于三相交流同步电机36的速度和转子38的配属于所确定的瞬时值52的角位置而确定出在压缩机21以预期的方式运行的过程中活塞34相对于压缩机室31的位置。

特别地，执行以下步骤来确定活塞34相对于压缩机室31的位置。所述方法总结在图6中所示的流程图中。

首先，将配属于转子38的一个完整旋转的整个360°的角度范围分成P个具有相等尺寸的相继的角扇区P1、P2、P3。这可以例如在压缩机21启动之前或之后执行，参见流程图的步骤S1。

如流程图的步骤S2，为了确定活塞34的位置，转子38相对于定子37的至少一个完整旋转中三相交流同步电机36的相电流中的仅仅一个相电流i₂的瞬时值52的最大和被使用，以确定出该最大瞬时值52所在的角扇区P3。所确定的角扇区P3用于确定转子38相对于定子37的、配属于所确定的瞬时值53的角位置。只要活塞34的位置未被知晓，就重复步骤S2，如流程图的步骤S3所示。

在本示例性实施例中，首先将下述角度用作转子38相对于定子37的、配属于所确定的瞬时值的角位置：该角度形成所确定的角扇区P3与前一个角扇区P2之间的边界。

当活塞34相对于转子38处于限定的位置时，对应于转子38的角位置的角扇区P1、P2、P3被知晓，并且对应于所述边界的角度与转子38在所述特定的位置(即上止点)时的角位置之间的偏移角度被知晓，从而可以借助于三相交流同步电机36的速度以及时间测量来计算所要求得的角位置。

在本示例性实施例中，整个角度范围是任意选择的。另外，活塞34相对于转子38不具有限定的位置。

在本示例性实施例中，仅针对所确定的角扇区P3来确定三相交流同步电机36的相电流中的至少两个相电流、优选全部三个相电流i_1、2、3的瞬时值51、52、53的最大和，以便基于所确定的瞬时值51、52、53更精确地确定转子38相对于定子37的、对应于活塞34的位置的角位置。

在本示例性实施例中，瞬时值51、52、53的和的值在所确定的角扇区P3中连续地增加。这意味着，所述特定的位置、即上止点位于所确定的角扇区P3内的最后瞬时值52和与下一个角扇区P1的边界之间。

在本示例性实施例中，电子控制装置8可以设计成有助于或优化电驱动器30的磁磁场定向调节器43。因此，可以分析评估三相交流同步电机36的实际速度，以确保实际速度尽可能地恒定，如流程图的步骤S3所示。如果并非如此，则提高三相交流同步电机36的运行的平稳性，如流程图的步骤S4所示。

在本示例性实施例中，通过以下方式来提高三相交流同步电机36的运行的平稳性：除了所确定的瞬时值52所配属的角扇区P3之外，使得三相交流同步电机36的由磁磁场定向调节器34预限定的目标电流强度增加一个预定值。

如流程图的步骤S6所示，如果例如由于温度调节器而应当停止正在运行的压缩机21，则可以使压缩机21受控地停止，如流程图的步骤S7所示。这可以在电子控制装置8控制下以下述方式进行：

首先，将三相交流同步电机36的速度降低到最小速度。这例如优选以梯度的方式连续地进行。

然后，操控三相交流同步电机36，以在三相交流同步电机36的小于3/4的旋转内、优选至少在三相交流同步电机36的大约一半旋转内减速至停止。当活塞34相对于压缩机室31处于下述位置时，开始这个过程：所述位置对应于转子38相对于定子37的这样的位置，该位置配属于所确定的瞬时值52的角位置，也即当活塞34处于其上止点时，开始所述过程。

然后，压缩机21停止，如流程图的步骤S8所示。

附图标记列表

1家用制冷器具

2内部容器

3可冷却的内部空间

4门扇

5门托架

6搁板

7抽屉

8电子控制装置

10 本体

20 制冷剂回路

21 压缩机

22 冷凝器

23 节流装置

24 蒸发器

31 压缩机室

32 进口

33 出口

34 活塞

35 曲轴

36 三相交流同步电机

37 定子

38 转子

39 容积

40 电驱动器

41 逆变器

42 测量装置

43 磁场定向调节器

51、52、53 瞬时值

i_1、2、3相电流

n_tar目标速度

M扭矩

M_max最大扭矩

P极对数

P1、P2、P3 角扇区

S1-S8步骤