(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニア圧縮機に積層されたコイル捲線体と、
前記コイル捲線体に直列に接続されたキャパシターと、
外部電源の印加を受けて特定大きさの定電源に変換して前記コイル捲線体に印加する定電源供給部と、
上記定電源供給部が前記特定大きさの定電源を前記コイル捲線体に供給するように制御して負荷による前記リニア圧縮機の出力変化を生じさせる制御部と、を含み、
前記コイル捲線体及び前記キャパシターによる運転周波数は前記リニア圧縮機の最大出力での固有周波数と一致することを特徴とするリニア圧縮機の制御装置。
【請求項２】
前記定電源供給部は、前記外部電源の電圧及び周波数のうち少なくとも一つ以上を前記特定の大きさに変換して、前記定電源を生成することを特徴とする請求項１記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項３】
前記コイル捲線体は複数の捲線タップが接続され、前記制御装置は要請出力に応じて前記制御部により制御されて前記複数の捲線タップに選択的に接続され、前記コイル捲線体の一部又は全体に前記定電源が印加されるようにする分枝手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニア圧縮機に関し、特に冷力可変及び突入電流防止を行うリニア圧縮機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧縮機(Compressor）は、電気モーターやタービンなどの動力発生装置から動力の伝達を受けて空気や冷媒又はその他の多様な作動ガスを圧縮させて圧力を高める機械装置であって、冷蔵庫やエアコンなどの家電機器又は産業全般に亙り広く使われている。
【０００３】
このような圧縮機を大別すると、ピストンとシリンダーの間に作動ガスが吸・吐出される圧縮空間が形成されるようにして、ピストンがシリンダー内部で直線往復運動しながら冷媒を圧縮させる往復動式圧縮機(Reciprocating compressor)と、偏心回転するローラ(Roller)とシリンダー間に作動ガスが吸・吐出される圧縮空間が形成されるようにして、ローラがシリンダーの内壁に沿って偏心回転しながら冷媒を圧縮させる回転式圧縮機(Rotary compressor)と、旋回スクロール(Orbiting scroll）と固定スクロール(Fixed scroll)間に作動ガスが吸・吐出される圧縮空間が形成されるようにして旋回スクロールが固定スクロールに沿って回転しながら冷媒を圧縮させるスクロール式圧縮機(Scroll compressor）と、に分けられる。
【０００４】
一般に、リニア圧縮機は、モーターの直線駆動力を利用して冷媒を吸入、圧縮、吐出させるが、冷媒ガスを圧縮させるシリンダー及びピストンなどが含まれた圧縮部と、上記圧縮部に駆動力を供給するリニアモーターが含まれた駆動部と、大きく分けられる。
【０００５】
具体的に、上記リニア圧縮機は密閉容器の内部にシリンダーが固定されるように設けられ、上記シリンダーの内部にピストンが往復直線運動可能に設けられ、上記ピストンが上記シリンダーの内部で往復直線運動することにより上記シリンダー内部の圧縮空間に冷媒が流入するようにして圧縮させた後、吐出させるように構成され、上記圧縮空間には、吸入弁アセンブリー及び吐出弁アセンブリーが設けられ、上記圧縮空間内部の圧力によって冷媒の流入及び吐出を調節する。
【０００６】
また、上記ピストンに直線運動力を発生させるリニアモーターがお互いに連結されるように設けられるが、上記リニアモーターは、上記シリンダーの周辺に複数個のラミネーションが円周方向に積層されるように構成されたインナーステーター及びアウターステーターが所定の間隙をおいて設けられるが、上記インナーステーター又はアウターステーターの内側にはコイル(又はコイル捲線体）が巻き取られるように設けられて、上記インナーステーターとアウターステーター間の間隙には永久磁石が上記ピストンと連結されるように設けられる。
【０００７】
ここで、上記永久磁石は、上記ピストンの運動方向に移動可能に設けられて、上記コイルに電流が流れることにより発生する電磁気力により上記ピストンの運動方向に往復直線運動するが、通常上記リニアモーターは一定の運転周波数ｆcで作動され、上記ピストンが所定のストロークＳで往復直線運動するようにする。
【０００８】
図１は、従来技術によるリニア圧縮機の制御装置の構成図である。同図に示すように、制御装置はリニア圧縮機の円周方向に捲線され、電源の印加を受けるコイル捲線体Ｌと、コイル捲線体Ｌの一部又は全体に電源が印加されるようにする分枝手段１００と、負荷に応じて冷力を調節するために分枝手段１００を制御する制御部２００と、からなる。
【０００９】
より詳しくは、コイル捲線体Ｌの一端は電源に接続され、コイル捲線体Ｌの他端には分枝手段１００の連結端子１００ａが形成され、連結端子１００ｂはコイル捲線体Ｌの中間点Ｍ(又は中間点Ｍの分枝線)に接続され、制御部２００の制御により電源を連結端子１００ａ又は１００ｂに印加するスイチング素子１００ｃが分枝手段１００に含まれる。
【００１０】
制御部２００は冷凍サイクル内で過負荷時に高冷力を出力するためにコイル捲線体Ｌの一部に電源が印加されるようにする共振運動(power mode）が行われるようにし、冷凍サイクル内で低負荷時に、又は中間負荷時に、低冷力又は中間冷力を出力するためにコイル捲線体Ｌ全体に電源が印加されるようにする正常運動(Saving  mode）が行われるようにする。このために、制御部２００は共振運動のために分枝手段１００のスイチング素子１００ｃが連結端子１００ｂに接続されるようにし、又は制御部２００は正常運動のために分枝手段１００のスイチング素子１００ｃが連結端子１００ａに接続されるようにする。
【００１１】
上記のように構成されたリニア圧縮機は、上記リニアモーターが設計上考慮した負荷下でコイルスプリングの機械スプリング常数Ｋm及びガススプリングのガススプリング常数Ｋgにより算出されるピストンの固有周波数ｆnに一致する運転周波数ｆcで運転されるように構成されるので、単に設計上考慮した負荷下に限って上記リニアモーターが共振状態で運転されることにより、効率を上げることができる。
【００１２】
ところが、上記のようなリニア圧縮機は、実際負荷が可変することにより上記ガススプリングのガススプリング常数Ｋｇ及びこれを考慮して算出されたピストンの固有周波数ｆnが変更される。
【００１３】
具体的に、上記リニアモーターは設計時中間負荷領域で上記ピストンの固有周波数ｆnと一致するように運転周波数ｆcが決定され、負荷が可変してもこのように決定された一定の運転周波数ｆcで運転されるが、上記ピストンの固有周波数ｆnは負荷が大きくなるに連れて、大きくなる。
【００１４】
【数１】
0005457409.tif 000002
【００１５】
ここで、上記ｆnはピストンの固有周波数であり、Ｋm 及びＫgは機械スプリング常数及びガススプリング常数であり、Ｍはピストンの質量である。
【００１６】
通常、設計時に全体スプリング常数ＫTにおいてガススプリング常数Ｋgが占める比率が小さいため、ガススプリング常数Ｋgを考慮しなかいか、ガススプリング常数Ｋgを一定の値に設定して適用し、上記ピストンの質量Ｍ及び機械スプリング常数Ｋmも一定の値を有するので、上記ピストンの固有周波数ｆnも上記数式１に依存して一定の値で算出される。
【００１７】
しかし、実際に負荷が増加するにつれて制限された空間内で冷媒の圧力及び温度が高まり、これによって上記ガススプリング自体の弾性力が大きくなり、ガススプリング常数Ｋgが大きくなり、このようなガススプリング常数Ｋgに比例するように算出されるピストンの固有周波数ｆnも大きくなる。
【００１８】
このような従来技術において、制御部２００がスイチング素子１００ｃを制御する場合、コイル捲線体Ｌに蓄積された電気エネルギーが作用して突入電流が発生するという問題点がある。
【００１９】
また、このような従来技術において、印加された電源が可変する場合、このような可変は制御部２００の制御とは関係なく、リニア圧縮機の出力に変動を引き起こすという問題点がある。また、このような制御部２００は、過度な電源が印加された場合、圧縮機に過負荷がかかり、異常状態の運転を行うことになり、リニア圧縮機が正常に作動しなくなるという問題点がある。
【００２０】
また、上述した図１の従来技術によるリニア圧縮機の制御装置は、このようなガススプリング常数Ｋgによって可変するピストン又は可動部材の固有周波数ｆnを考慮することなく、運転周波数ｆcだけを調節することにより、負荷の冷力によって出力を可変することはできるが、リニア圧縮機の共振周波数から離れてしまい、リニア圧縮機の効率が落ちてしまう。また、従来技術によるリニア圧縮機の場合、外部から印加される供給電源の変動によって効率及び冷力の変化が大分大きくなって、リニア圧縮機の運転上の致命的な問題点となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
このような従来技術に対して、本発明は、制御装置の全体キャパシタンスを可変して出力を制御しながら、これによる突入電流を防止するリニア圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
また、本発明は、キャパシタンスの可変時にリニア圧縮機の電源スイッチに対する制御も遂行し、突入電流を防止するリニア圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
【００２３】
本発明は、印加される電源が変動してもこの変動によって出力が減少したり、増加したりしないように制御するリニア圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
【００２４】
また、本発明は、過度な電源が印加されて圧縮機に過負荷がかかるか、又は異常状態の運転を行わないようにするリニア圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
【００２５】
また、本発明は、リニア圧縮機の運転(低冷力運転、高冷力運転）を可変しながらも、これによる突入電流の発生を防止するリニア圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
【００２６】
本発明は、印加される外部電源の変動に影響を受けずに負荷によって出力が変動するリニア圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明は、所定の要求される出力によってコイルに印加される定電源の大きさを変化させることにより複数個の出力を具現するリニア圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
【００２８】
また、本発明は、定電源の大きさ、及びこの定電源が印加されるコイルの長さを変化させることにより、複数個の出力を具現するリニア圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
このような目的を達成するために、本発明のリニア圧縮機の制御装置はリニア圧縮機に積層されたコイル捲線体と、上記コイル捲線体に直列に接続された第１キャパシターと、上記第１キャパシターと並列構造を有し、キャパシタースイッチを備えたキャパシタンス可変部と、上記キャパシタースイッチを制御して制御装置の全体キャパシタンスを可変することにより、上記リニア圧縮機の出力変化を生じさせる制御部と、からなる。
【００３０】
また、本発明のリニア圧縮機の制御装置はリニア圧縮機に積層されたコイル捲線体と、上記コイル捲線体に直列に接続された第１キャパシターと、上記第１キャパシターと並列構造を有するキャパシタンス可変部と、上記第１キャパシター及び上記キャパシタンス可変部のうち少なくとも一つ以上の両端間の電圧Ｖｃを測定する電圧感知部と、上記電圧感知部からの測定電圧Ｖｃによって上記キャパシタンス可変部を制御して制御装置の全体キャパシタンスを可変することにより負荷による上記リニア圧縮機の出力変化を生じさせる制御部と、からなる。
【００３１】
また、本発明のリニア圧縮機の制御装置はリニア圧縮機に積層されたコイル捲線体と、一端が上記コイル捲線体に直列に接続された第１キャパシターと、上記第１キャパシターと並列構造を有するキャパシタンス可変部と、印加電源の電圧Ｖi及び周波数Ｆiを測定する電圧及び周波数感知部と、上記電圧及び周波数感知部からの上記印加電源の電圧Ｖiと周波数Ｆiに関する関数によるモード電圧Ｖmを算定し、上記モード電圧Ｖmによって上記キャパシタンス可変部を制御して制御装置の全体キャパシタンスを可変することにより、上記リニア圧縮機の出力変化を生じさせる制御部と、からなる。
【００３２】
また、本発明のリニア圧縮機の制御装置は、リニア圧縮機に積層されたコイル捲線体と、上記コイル捲線体に直列に接続されたキャパシターと、外部電源の印加を受けて特定の大きさの定電源に変換するようにして上記コイル捲線体に印加する定電源供給部と、上記定電源供給部が上記特定大きさの定電源を上記コイル捲線体に供給するように制御して負荷による上記リニア圧縮機の出力変化を生じさせる制御部と、からなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術によるリニア圧縮機の制御装置の構成図である。
【図２】本発明によるリニア圧縮機が図示された断面図である。
【図３】本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第１実施例の構成図である。
【図４】本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第２実施例の構成図である。
【図５】図３及び４の制御装置に対する制御方法の第１実施例の順序図である。
【図６】図３及び４の制御装置に対する制御方法の第２実施例の順序図である。
【図７】本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第３実施例の構成図である。
【図８】本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第４実施例の構成図である。
【図９】図７及び８の制御装置に対する制御方法の順序図である。
【図１０】本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第５実施例の構成図である。
【図１１】本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第６実施例の構成図である。
【図１２】図１０及び１１の制御装置に対する制御方法の順序図である。
【図１３】本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第７実施例の構成図である。
【図１４】図１３の制御装置による冷却容量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下では、添付された図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００３５】
本発明によるリニア圧縮機は、図２に示すように密閉容器２の一方側に冷媒が流出入する流入管２ａ及び流出管２ｂが設けられ、密閉容器２の内側にシリンダー４が固定されるように設けられ、シリンダー４内部の圧縮空間Ｐに吸入された冷媒を圧縮させ得るように、シリンダー４の内部にピストン６が往復直線運動可能に設けられると同時に、ピストン６の運動方向に弾性支持されるように各種スプリングが設けられ、ピストン６は直線往復駆動力を発生させるリニアモーター１０と連結されるように設けられる。
【００３６】
さらに、圧縮空間Ｐと接しているピストン６の一端に吸入弁２２が設けられ、圧縮空間Ｐと接しているシリンダー４の一端に吐出弁アセンブリー２４が設けられ、吸入弁２２及び吐出弁アセンブリー２４は各々圧縮空間Ｐの内部の圧力によって開閉されるように自動的に調節される。
【００３７】
ここで、密閉容器２は内部が密閉されるように上、下部シェルがお互いに結合されるように設けられ、一方側に冷媒が流入される流入管２ａ及び冷媒が流出する流出管２ｂが設けられ、シリンダー４の内側にピストン６が往復直線運動可能に運動方向に弾性支持されるように設けられるとともに、シリンダー４の外側にリニアモーター１０がフレーム１８により組み立てられて組立体を構成し、このような組立体が密閉容器２の内側底面に支持スプリング２９により弾性支持されるように設けられる。
【００３８】
さらに、密閉容器２の内部底面には所定のオイルが収容され、組立体の下段にはオイルをポンピングするオイル供給装置３０が設けられるとともに、組立体の下側フレーム１８の内部にはオイルをピストン６とシリンダー４の間に供給し得るようにオイル供給管１８ａが形成されるが、これによりオイル供給装置３０はピストン６の往復直線運動によって発生する振動により作動してオイルをポンピングし、このようなオイルはオイル供給管１８ａを通ってピストン６とシリンダー４間の間隙に供給されて冷却及び潤滑作用をする。
【００３９】
シリンダー４は、ピストン６が往復直線運動するように中孔形状で形成されるとともに、一方側に圧縮空間Ｐが形成され、流入管２ａの内側に一端が近接するように位置された状態で流入管２ａと同一直線上に設けられることが望ましい。
【００４０】
シリンダー４は流入管２ａと近接した一端の内部に上記ピストン６が往復直線運動可能に設けられ、流入管２ａと反対方向側の一端に吐出弁アセンブリー２４が設けられる。
【００４１】
ここで、吐出弁アセンブリー２４はシリンダー４の一端側に所定の吐出空間を形成するように設けられる吐出カバー２４ａと、シリンダーの圧縮空間Ｐ側の一端を開閉するように設けられる吐出弁２４ｂと、吐出カバー２４ａと吐出弁２４ｂとの間に軸方向に弾性力を付与する一種のコイルスプリングである弁スプリング２４cと、からなり、シリンダー４の一端の内周にＯリングＲが嵌合されるように設けられて吐出弁２４ｂがシリンダー４の一端に密着されるようにする。
【００４２】
さらに、吐出カバー２４ａの一方側と流出管２ｂとの間には屈曲するように形成されたループパイプ２８が連設されるが、ループパイプ２８は圧縮された冷媒が外部に吐出されるように案内するだけでなく、シリンダー４、ピストン６、リニアモーター１０の相互作用による振動が密閉容器２全体に伝えられることを緩衝する。
【００４３】
したがって、ピストン６がシリンダー４の内部で往復直線運動することにより圧縮空間Ｐの圧力が所定の吐出圧力以上になると、弁スプリング２４cが圧縮されて吐出弁２４ｂを開放させ、冷媒が圧縮空間Ｐから吐出された後、ループパイプ２８及び流出管２ｂを介して完全に外部に吐出される。
【００４４】
ピストン６は流入管２ａから流入した冷媒が流動するように冷媒流路６ａが中央に形成されて、流入管２ａと近接した一端が連結部材１７によりリニアモーター１０が直接連結されるように設けられるとともに、流入管２ａと反対方向側の一端に吸入弁２２が設けられ、ピストン６の運動方向に各種スプリングにより弾性支持されるように設けられる。
【００４５】
ここで、吸入弁２２は薄板形状で、中央部分がピストン６の冷媒流路６ａを開閉させるように中央部分が一部切開されるように形成され、一方側がピストン６の一端にスクリューにより固定されるように設けられる。
【００４６】
したがって、ピストン６がシリンダー４の内部で往復直線運動することにより圧縮空間Ｐの圧力が吐出圧力より低い所定の吸入圧力以下になると、吸入弁２２が開放されて冷媒が圧縮空間Ｐに吸入され、圧縮空間Ｐの圧力が所定の吸入圧力以上になると、吸入弁２２が閉められた状態で圧縮空間Ｐの冷媒が圧縮される。
【００４７】
特に、ピストン６は運動方向に弾性支持されるように設けられるが、具体的には、流入管２ａと近接したピストン６の一端に半径方向に突出されたピストンフランジ６ｂがコイルスプリングなどのような機械スプリング８ａ,８ｂによりピストン６の運動方向に弾性支持され、流入管２ａと反対方向側の圧縮空間Ｐに含まれた冷媒が自らの弾性力によりガススプリングとして作用し、ピストン６を弾性支持する。
【００４８】
ここで、機械スプリング８ａ,８ｂは負荷と関係なく、一定の機械スプリング常数Ｋmを有するが、機械スプリング８ａ,８ｂはピストンフランジ６ｂを基準にリニアモーター１０に固定される所定の支持フレーム２６とシリンダー４に各々軸方向に並行して設けられることが望ましく、支持フレーム２６により支持される機械スプリング８ａとシリンダー４に設けられる機械スプリング８ｂが同一の機械スプリング常数Ｋmを有するように構成されることが望ましい。
【００４９】
図３は本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第１実施例の構成図である。
【００５０】
図２と関連して、リニアモーター１０は複数個のラミネーション１２ａが円周方向に積層されるように構成され、フレーム１８によりシリンダー４の外側に固定されるように設けられるインナーステーター１２と、コイルが巻き取られるように構成されたコイル捲線体１４ａ周辺に複数個のラミネーション１４ｂが円周方向に積層されるように構成され、フレーム１８によりシリンダー４の外側にインナーステーター１２と所定の間隙をおいて設けられるアウターステーター１４と、インナーステーター１２とアウターステーター１４間の間隙に位置してピストン６と連結部材１７により連結されるように設けられる永久磁石１６と、からなるが、コイル捲線体１４ａはインナーステーター１２の外側に固定されるように設けられ得る。
【００５１】
特に、図３に示すように、リニア圧縮機の制御装置は、電源の印加を受けてモーター１０に供給するオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、リニア圧縮機の円周方向に捲線されたコイル捲線体Ｌ(図２のコイル捲線体１４ａと同一の素子)と、コイル捲線体Ｌと直列に接続されたキャパシター(Ｃ１)と、キャパシター(Ｃ１)に対して並列に接続されたキャパシタンス可変部５０と、リニア圧縮機の出力変化のためにキャパシタンス可変部５０を制御する制御部６０と、からなる。
【００５２】
より詳しくは、オン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０は制御部６０の制御によりリニアモーター１０に電源を印加するメーンスイッチに該当する。ここで、電源は外部の商用電源であるか、このリニア圧縮機が装着される装置(例えば、冷蔵庫等）の電源供給部から印加された電源を意味する。
【００５３】
キャパシター(Ｃ１)及びキャパシタンス可変部５０は、リニアモーター１０の全体キャパシタンスを決定し、図３に示すように並列に接続する。
【００５４】
また、キャパシタンス可変部５０は、キャパシター(Ｃ２)と、キャパシタースイッチ(ＳＷ２)及び突入電流防止素子５２の直列接続で構成される。このキャパシタンス可変部５０がキャパシター(Ｃ１)に対して複数個が並列に接続され得る。
【００５５】
ここで、キャパシター(Ｃ２）にはキャパシター(Ｃ１)より小さい容量のキャパシタンスを有するキャパシターが接続される。また、キャパシタースイッチ(ＳＷ２）は電源からの電流又は電圧がキャパシター(Ｃ２)を通してコイル捲線体Ｌに印加されるようにその接続を調節するものであり、制御部６０がキャパシタンス可変部５０を制御するということはキャパシタースイッチ(ＳＷ２）のオン・オフを制御することを意味する。
【００５６】
また、突入電流防止素子５２はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０の閉状態でキャパシタースイッチ(ＳＷ２)をオンにする場合、キャパシター(Ｃ１)に充電された電荷がキャパシター(Ｃ２）に瞬間的に流れる突入電流が発生し、キャパシタースイッチ(ＳＷ２）の接点が溶着することがあり、このような突入電流によるキャパシタースイッチ(ＳＷ２）の破損を防止するために備えられる。ここで突入電流防止素子５２は、この突入電流を他の形態のエネルギーに変換したりキャパシタースイッチ(ＳＷ２）に過度に印加されないようにするために、抵抗又はＮＴＣ(Negative  Temperature  Coefficient:負温度特性)素子又はインダクター中の少なくとも一つを含む。
【００５７】
また、制御部６０は上述したキャパシタンス可変部５０を制御して、リニアモーター１０の全体キャパシタンスを可変することにより、可変されたキャパシタンスとコイル捲線体Ｌによる運転周波数を可変し、リニア圧縮機の出力、すなわち冷力を変更できるようになる。特に、リニア圧縮機の出力は負荷によってその大きさが変動されなければならないが、この負荷の大きさと関係なく、その出力を増減させることもできる。このような出力変更及び突入電流の防止に対する制御部６０の制御に対しては下記の図５及び６に基づいて後述する。
【００５８】
図４は、本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第２実施例の構成図である。
【００５９】
図４に示すように、リニア圧縮機の制御装置は、電源の印加を受けてモーター１０に供給されるようにするオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、リニア圧縮機の円周方向に捲線されたコイル捲線体Ｌ(図２のコイル捲線体１４ａと同一の素子)と、コイル捲線体Ｌと直列に接続されたキャパシター(Ｃ１)と、一端がキャパシター(Ｃ１）の一端に接続し、他端がコイル捲線体Ｌの捲線タップ(Ｔ)に接続して、キャパシター(Ｃ１)に対して並列で接続したキャパシタンス可変部５０ａと、リニア圧縮機の出力変化のためにキャパシタンス可変部５０ａを制御する制御部６０と、からなる。
【００６０】
ここで、図４のオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、コイル捲線体Ｌ及びキャパシター(Ｃ１）は図３の同一の識別番号の素子と同一の素子である。
【００６１】
図４のキャパシタンス可変部５０ａは、キャパシター(Ｃ３)と、キャパシタースイッチ(ＳＷ２）の直列接続により構成される。特に、図４のキャパシタンス可変部５０ａは、図３のキャパシタンス可変部５０とは異なり、突入電流防止素子５２を含まず、他端がコイル捲線体Ｌの捲線タップ(Ｔ)に直接接続し、キャパシター(Ｃ１)と捲線タップ(Ｔ)間のコイルがインダクターの機能を遂行するので、上述したような突入電流が発生した場合でも、この突入電流がキャパシタースイッチ(ＳＷ２)を破損しないようにする。このようなキャパシタンス可変部５０ａとコイル捲線体Ｌの連結によって、図３で言及した別途の突入電流防止素子は備えられる必要がなくなり、全体的なリニアモーター１０が占める面積を減少させるだけでなく、生産コストが低減され得る。特に、抵抗の場合、突入電流を、発熱により消耗するが、運転時に電流による発熱が連続的に発生されるために、リニアモーター１０の温度を上昇させるという問題が引き起こされ得るし、ＮＴＣ素子の場合、周囲の温度が高い場合、その抵抗値が落ちて突入電流を防ぐ効果が落ちることがあり得るとともに、インダクターの場合相対的にその大きさが大きいためにリニア圧縮機で占める面積が相当大きくなることがあり、このような問題点をキャパシタンス可変部５０ａとコイル捲線体Ｌとを接続させて解決することができる。
【００６２】
このキャパシタンス可変部５０ａはキャパシター(Ｃ１)に対して複数個が並列で接続され得るが、ここで、このキャパシタンス可変部５０ａのための捲線タップ(Ｔ)は一つであるか、それ以上であり得る。
【００６３】
ここで、キャパシター(Ｃ３）は、図３のキャパシター(Ｃ２)とその素子的な面(キャパシタンスの大きさ含む)や機能的な面で同一である。また、制御部６０がキャパシタンス可変部５０ａを制御するとは、キャパシタースイッチ(ＳＷ２）のオン・オフを制御することを意味する。
【００６４】
また、制御部６０は上述したキャパシタンス可変部５０ａを制御して、リニアモーター１０の全体キャパシタンスを可変することにより、このような可変されたキャパシタンスとコイル捲線体Ｌによる運転周波数を可変してリニア圧縮機の出力、すなわち冷力を変更することができる。特に、リニア圧縮機の出力は負荷によってその大きさが変動しなければならないが、この負荷の大きさと関係なく、その出力を増減させることもできる。このような出力変更及び突入電流防止に対する制御部６０の制御に対しては下記の図５及び６に基づいて説明する。
【００６５】
図５は、図３及び４の制御装置に対する制御方法の第１実施例の順序図である。この順序図の開始(START)段階において、制御部６０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０が閉じられるようにして電源がコイル捲線体Ｌとキャパシター(Ｃ１)に印加されるようにすることによりリニア圧縮機が所定の出力を生成する。
【００６６】
段階(Ｓ５１)において、制御部６０はリニア圧縮機がさらに冷力を生成する必要があるか否かを判断する。このような判断は、上述したとおり、負荷によって又はこの負荷と関係なく、冷力が要求されることもあり、それぞれの場合に適合するように行われる。例えば、冷力が要求されると(すなわち、高冷力制御の場合)、段階(Ｓ５２）に進行し、そうでない場合は(高冷力制御が要求されない場合であって、低冷力制御を維持する場合であるか、現在の高冷力制御を終了して低冷力制御に変更する場合をすべて含む)、段階(Ｓ５５）に進行する。
【００６７】
段階(Ｓ５２)では、制御部６０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオフさせる(すなわち、開放する)。ここで、制御部６０は所定の時間(例えば、数秒)の間、このオフ状態を維持して、キャパシター(Ｃ１)に充電された電荷がある程度消耗されるようにする。
【００６８】
段階(Ｓ５３)において、制御部６０はキャパシタンス可変部５０、５０ａを制御し、すなわちキャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオンになるように、すなわち閉じられるようにする。ここで、制御部６０は、このようなオン状態(ＳＷ１はオフで、ＳＷ２はオン)を維持して、キャパシター(Ｃ１)に充電された電荷がすべて消耗されるようにする。このような消耗は突入電流防止素子５２又はコイル捲線体Ｌの一部コイルによりなされる。
【００６９】
段階(Ｓ５４)において、制御部６０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオンさせることにより(すなわち、閉じられることにより)、電源がキャパシター(Ｃ１)とキャパシタンス可変部５０、５０ａ(すなわち、キャパシター(Ｃ２、Ｃ３))に印加されるようにすることにより、すなわち全体キャパシタンスが以前より増加されて高冷力運転が行われるようにする。
【００７０】
段階(Ｓ５５)において、制御部６０は、現在キャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態であるか、すなわち閉じられているかを判断する。例えば、キャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態(現在高冷力運転状態)であれば、段階(Ｓ５６）に進行し、そうでなければ現在の低冷力運転をそのまま維持する場合であるから、そのまま終了する。
【００７１】
段階(Ｓ５６)において、制御部６０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオフさせる。このオフ状態が所定の時間の間、段階(Ｓ５２)と同様に維持される。制御部６０が段階(Ｓ５７）を遂行せずに段階(Ｓ５８)を遂行すると、キャパシター(Ｃ２、Ｃ３）に充電された電荷による突入電流がオン・オフスイッチ(ＳＷ１)に流れることになり、破損を起こすことがあるので、段階(Ｓ５７)が要求される。
【００７２】
段階(Ｓ５７)において、制御部６０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)をオフさせることにより開状態になる。開状態が所定の時間の間、維持されるようにして、制御部６０はキャパシター(Ｃ１)及び/又は(Ｃ２、Ｃ３）に充電された電荷、特にキャパシター(Ｃ２、Ｃ３）に充電された電荷が消耗されるようにする。
【００７３】
段階(Ｓ５８)において、制御部６０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオンさせることにより、電源がキャパシター(Ｃ１)とコイル捲線体Ｌを通して印加されるようにし、すなわち全体キャパシタンスが以前より減少して低冷力運転が行われるようにする。
【００７４】
上述した第１実施例による制御方法において、制御部６０はキャパシタンス可変部５０、５０ａの制御を通して全体キャパシタンスを可変する前に、オン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０が先にオフされるようにし、図３及び４の構成による突入電流の防止以外にも追加的な突入電流を防止する。
【００７５】
図６は、図３及び４の制御装置に対する制御方法の第２実施例の順序図である。
【００７６】
段階(Ｓ６１)において、制御部６０は現在の高冷力運転又は低冷力運転を遂行するリニア圧縮機の稼動を中断するか否かを判断する。このような中断するか否かはこのリニア圧縮機が装着された装置からの命令に従うか、充分な冷力が維持され、これ以上の冷力が要求されないと判断する場合などに行われる。例えば、リニア圧縮機の稼動を中止しようとする場合には段階(Ｓ６２）に進行し、そうではなく現在の稼動を維持する場合にはそのまま終了する。
【００７７】
段階(Ｓ６２)において、制御部６０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０をオフさせることにより電源がコイル捲線体Ｌとキャパシター(Ｃ１)及び/又はキャパシター(Ｃ２、Ｃ３)に印加されないようにし、キャパシター(Ｃ１)及び/又はキャパシター(Ｃ２、Ｃ３）の電荷が消耗されるようにする。このオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０のオフ状態を所定の時間の間維持することができる。
【００７８】
段階(Ｓ６３)において、制御部６０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態であるか否かを判断して、例えば、オン状態であれば(現在高冷力運転)、段階(Ｓ６４）に進行し、そうでなければ(現在低冷力運転)、そのまま終了する。
【００７９】
段階(Ｓ６４)において、制御部６０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)をオフさせることにより、キャパシター(Ｃ２、Ｃ３）及び/又はキャパシター(Ｃ１）の電荷が消耗されるようにする。
【００８０】
上述したとおりリニア圧縮機の稼動を中断させる場合にも、制御部６０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０のオフを優先的に遂行し、その後、キャパシタースイッチ(ＳＷ２)をオフさせることにより、突入電流によるスイッチ(ＳＷ２又はＳＷ１）の破損が防止され得る。
【００８１】
図７は、本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第３実施例の構成図である。図７に示すように、リニア圧縮機の制御装置は電源の印加を受けてモーター１０に供給するオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、リニア圧縮機の円周方向に捲線されたコイル捲線体Ｌ(図２のコイル捲線体１４ａと同一の素子)と、コイル捲線体Ｌと直列に接続されたキャパシター(Ｃ１)と、キャパシター(Ｃ１)に対して並列に接続されたキャパシタンス可変部５０と、キャパシター(Ｃ１)とキャパシター(Ｃ２)(又はキャパシタンス可変部５０)それぞれの両端電圧(Ｖｃ１、Ｖｃ２）を測定する電圧感知部６１、６２と、リニア圧縮機の出力変化のためにキャパシタンス可変部５０を制御する制御部７０と、からなる。
【００８２】
ここで、図７のオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、コイル捲線体Ｌ、キャパシター(Ｃ１)、キャパシタンス可変部５０は図３の同一の識別番号の素子と同一の素子である。
【００８３】
また、電圧感知部６１はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０がオン状態である場合、キャパシター(Ｃ１）の両端電圧(Ｖｃ１）を測定する。また、電圧感知部６２はオン・オフスイッチ(ＳＷ１）とキャパシタースイッチ(ＳＷ２)のいずれもオン状態である場合のキャパシター(Ｃ２）の両端電圧、又はキャパシタンス可変部５０両端の電圧(Ｖｃ２）を測定する。ここで、このような電圧(Ｖｃ１、Ｖｃ２）はリニアモーター１０に印加された電源が可変する場合、このような可変する電源の電圧はキャパシター(Ｃ１)及びキャパシター(Ｃ２)又はキャパシタンス可変部５０の両端電圧(Ｖｃ１、Ｖｃ２）に直接影響を及ぼすことになり、電圧(Ｖｃ１、Ｖｃ２）だけを測定しても印加される電源の可変の程度を正確に把握することができる。上述したように、キャパシター(Ｃ１）がキャパシター(Ｃ２)よりキャパシタンスがより大きいため、電圧(Ｖｃ１）を使用することができるが、キャパシタンス可変部５０の両端電圧(Ｖｃ２）を使用してもよい。
【００８４】
また、制御部７０は上述したキャパシタンス可変部５０を制御して、リニアモーター１０の全体キャパシタンスを可変することにより、このように可変されたキャパシタンスとコイル捲線体Ｌによる運転周波数を可変してリニア圧縮機の出力、すなわち冷力を変更することができるようになる。特に、制御部７０は印加される電源の可変程度を電圧感知部(６１又は６２)を通して認識し、測定された電圧Ｖｃ(Ｖｃ１又はＶｃ２中の少なくとも一つ以上を含む電圧）が低くなれば(特に、低冷力運転時)出力が減少するが、現在の出力を維持するためには高冷力運転が行われるようにしなければならず、したがって高冷力運転が行われるようにする。また、測定された電圧Ｖｃが高ければ(特に、高冷力運転時)、出力が増加するので、現在の出力を維持するためには低冷力運転が行われるようにしなければならず、したがって低冷力運転が行われるようにする。このような出力変更及び突入電流の防止に対する制御部７０の制御に対しては下記の図９に基づいて説明する。
【００８５】
図８は、本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第４実施例の構成図である。図８に示すように、リニアモーター１０(すなわち、リニア圧縮機の制御装置）は電源の印加を受けてモーター１０に供給するオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、リニア圧縮機の円周方向に捲線されたコイル捲線体Ｌ(図２のコイル捲線体１４ａと同一の素子)と、コイル捲線体Ｌと直列に接続されたキャパシター(Ｃ１)と、一端がキャパシター(Ｃ１）の一端に接続し、他端がコイル捲線体Ｌの捲線タップ(Ｔ)に接続してキャパシター(Ｃ１)に対して並列で接続されたキャパシタンス可変部５０ａと、キャパシター(Ｃ１)とキャパシター(Ｃ３)(又はキャパシタンス可変部５０ａ)それぞれの両端電圧(Ｖｃ１)、(Ｖｃ３）を測定する電圧感知部６１、６３と、リニア圧縮機の出力変化のためにキャパシタンス可変部５０ａを制御する制御部７０と、からなる。
【００８６】
ここで、図８のオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、コイル捲線体Ｌ及びキャパシター(Ｃ１)、キャパシタンス可変部５０ａは図４の同一の識別番号の素子と同一の素子である。
【００８７】
電圧感知部６１はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０がオン状態である場合、キャパシター(Ｃ１）の両端電圧(Ｖｃ１）を測定する。また、電圧感知部６３はオン・オフスイッチ(ＳＷ１）とキャパシタースイッチ(ＳＷ２)のいずれもオン状態である場合のキャパシター(Ｃ３）の両端電圧、又はキャパシタンス可変部５０ａ両端の電圧(Ｖｃ３）を測定する。ここで、リニアモーター１０に印加された電源が可変する場合、このような可変する電源の電圧はキャパシター(Ｃ１)及びキャパシター(Ｃ３)又はキャパシタンス可変部５０ａの両端電圧(Ｖｃ１)、(Ｖｃ３)に直接影響を及ぼすことになり、電圧(Ｖｃ１)、(Ｖｃ３)だけを測定しても印加された電源の可変程度を正確に把握することができる。上述したように、キャパシター(Ｃ１）がキャパシター(Ｃ３)よりキャパシタンスがより大きいため、電圧(Ｖｃ１）を使用してもよく、キャパシタンス可変部５０ａ又はキャパシター(Ｃ３）の両端電圧(Ｖｃ３）を使用してもよい。
【００８８】
また、制御部７０は、上述したキャパシタンス可変部５０ａを制御して、リニアモーター１０の全体キャパシタンスを可変することにより、このような可変されたキャパシタンスとコイル捲線体Ｌによる運転周波数を可変してリニア圧縮機の出力、すなわち冷力を変更し得ることになる。特に、制御部７０は印加された電源の可変程度を電圧感知部(６１又は６３)を介して認識し、測定された電圧Ｖｃ(Ｖｃ１又はＶｃ３のうち少なくとも一つ以上を含む電圧）が低くなれば(特に、低冷力運転時)出力が減少するので、現在の出力を維持するためには高冷力運転がなされるようにしなければならず、したがって高冷力運転が行われるようにする。また、測定された電圧Ｖｃが高ければ(特に、高冷力運転時)出力が増加するので、現在の出力を維持するためには低冷力運転がなされるようにしなければならず、したがって低冷力運転が行われるようにする。このような出力変更及び突入電流の防止に対する制御部７０の制御に対しては下記の図９に基づいて説明する。
【００８９】
図９は、図７及び８の制御装置に対する制御方法の順序図である。
【００９０】
この図の開始段階において、制御部７０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０が閉じられるようにすることにより、電源がコイル捲線体Ｌとキャパシター(Ｃ１)に印加されるようにし、リニア圧縮機が所定の出力を生成することになる。以下では、制御部７０はキャパシター(Ｃ１）の両端電圧(Ｖｃ１）を下記の電圧Ｖｃとして使用する例を挙げて説明する。
【００９１】
段階(Ｓ７１)において、制御部７０は電圧感知部６１からキャパシター(Ｃ１）の両端電圧Ｖｃの入力を受けて過負荷電圧(Ｖｏ）と比較する。この過負荷電圧(Ｖｏ）は制御部７０が予め貯蔵した値であり、リニア圧縮機に過負荷がかかるか、又は異常状態の運転を引き起こす恐れがあると判断される値であり、上記電圧Ｖｃが印加される電源の値を反映するので、この電圧Ｖｃと過負荷電圧(Ｖｏ）を比較するようになる。例えば、電圧Ｖｃが過負荷電圧(Ｖｏ)より小さければ段階(Ｓ７２）に進行し、そうでなく電圧Ｖｃが過負荷電圧(Ｖｏ）と同一であるか、大きければ段階(Ｓ８０）に進行して印加される電源が遮断されるようにする。
【００９２】
段階(Ｓ７２)において、制御部７０はリニア圧縮機に印加される電源が変化されたか否かを判断して以後の段階(Ｓ７３〜 Ｓ７９)で現在の冷力を維持する運転を行う。ここで、電圧Ｖｃと比較される値は、所定の基準電圧(Ｖｒ)で、この基準電圧(Ｖｒ）は制御部７０が低冷力運転及び高冷力運転を遂行するにあたって、安定的に遂行し得る最適の大きさの電圧を意味するもので、印加電源は１８７〜２５０Ｖ程度に可変する場合、例えば、２２０Ｖのような一つの値にするか、所定範囲(２００〜２４０Ｖ)内の基準電圧に定めることができる。段階(Ｓ７２)において、例えば、電圧Ｖｃが基準電圧(Ｖｒ)より小さければ、出力が減少されるので、制御部７０は、これを防止するために、高冷力運転を行うように段階(Ｓ７３）に進行する。例えば、電圧Ｖｃが基準電圧(Ｖｒ）と同一であるか、大きければ、出力が増加されるので、制御部７０はこれを防止するために、低冷力運転を行うように段階(Ｓ７６）に進行する。
【００９３】
段階(Ｓ７３)において、制御部７０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオフさせる(すなわち開放する)。ここで、制御部７０は所定の時間(例えば、数秒)の間このオフ状態を維持し、キャパシター(Ｃ１)に充電された電荷がある程度消耗されるようにする。
【００９４】
段階(Ｓ７４)において、制御部７０はキャパシタンス可変部５０、５０ａを制御し、すなわちキャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオンになるように、すなわち閉じられるようにする。ここで、制御部７０は、このようなオン状態(ＳＷ１はオフで、ＳＷ２はオン)を維持し、キャパシター(Ｃ１)に充電された電荷がすべて消耗されるようにする。このような消耗は突入電流防止素子５２又はコイル捲線体Ｌの一部コイルにより行われる。
【００９５】
段階(Ｓ７５)において、制御部７０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオンさせることにより(すなわち、閉じられるようにすることにより)、電源がキャパシター(Ｃ１)とキャパシタンス可変部５０、５０ａ(すなわちキャパシター(Ｃ２、Ｃ３))に印加されるように、すなわち全体キャパシタンスが以前より増加されて高冷力運転が行われるようにする。
【００９６】
段階(Ｓ７６)において、制御部７０は現在キャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態であるか、すなわち閉じられているかを判断する。例えば、キャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態(現在高冷力運転状態)であれば段階(Ｓ７７）に進行し、そうでなければ現在の低冷力運転をそのまま維持する場合であるから、そのまま終了する。
【００９７】
段階(Ｓ７７)において、制御部７０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオフさせる。このオフ時間が所定の時間の間、段階(Ｓ７３)と同様に維持される。制御部７０が段階(Ｓ７７）を遂行せず、段階(Ｓ７８)を遂行すると、キャパシター(Ｃ２)に充電された電荷による突入電流がオン・オフスイッチ(ＳＷ１)に流れ、破損させることがあるので、段階(Ｓ７７)が要求される。
【００９８】
段階(Ｓ７８)において、制御部７０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)をオフさせることにより、開状態にする。開状態が所定の時間の間、維持されるようにして、制御部７０はキャパシター(Ｃ１)及び/又は(Ｃ２、Ｃ３）に充電された電荷、特にキャパシター(Ｃ２、Ｃ３）に充電された電荷が消耗されるようにする。ここで、複数のキャパシタンス可変部５０、５０ａが並列で接続した場合、それぞれのキャパシタースイッチ(ＳＷ２)を開閉することにより、より多様なキャパシタンスの可変が可能になる。
【００９９】
段階(Ｓ７９)において、制御部７０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオンさせることにより、電源がキャパシター(Ｃ１)とコイル捲線体Ｌを通して印加されるようにし、すなわち全体キャパシタンスが以前より減少されて低冷力運転が行われるようにする。
【０１００】
段階(Ｓ８０)において、制御部７０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０をオフさせることにより、電源がコイル捲線体Ｌとキャパシター(Ｃ１)及び/又はキャパシター(Ｃ２、Ｃ３)に印加されないようにし、キャパシター(Ｃ１)及び/又はキャパシター(Ｃ２、Ｃ３）の電荷が消耗されるようにする。このオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０のオフ状態を所定の時間の間維持することができる。
【０１０１】
段階(Ｓ８１)において、制御部７０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態であるか否かを判断し、例えば、オン状態であれば(現在高冷力運転)、段階(Ｓ８２）に進行し、そうでなければ(現在低冷力運転)、そのまま終了する。
【０１０２】
段階(Ｓ８２)において、制御部７０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)をオフさせることによりキャパシター(Ｃ２、Ｃ３）及び/又はキャパシター(Ｃ１）の電荷が消耗されるようにする。
【０１０３】
上述した実施例による制御方法において、制御部７０はキャパシタンス可変部５０、５０ａの制御により全体のキャパシタンスを可変する前に、オン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０が先にオフされるようにし、図７及び８の構成による突入電流防止の他にも追加的な突入電流の防止を行うようにする。
【０１０４】
また、リニア圧縮機の稼動を中断させる場合にも、制御部７０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０のオフを優先的に遂行し、その後、キャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオフされるようにして、突入電流によるスイッチ(ＳＷ２又はＳＷ１）の破損が防止され得る。
【０１０５】
図１０は、本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第５実施例の構成図である。図１０に示すように、リニア圧縮機の制御装置は電源の印加を受けてモーター１０に供給するオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、リニア圧縮機の円周方向に捲線されたコイル捲線体Ｌ(図２のコイル捲線体１４ａと同一の素子)と、コイル捲線体Ｌと直列に接続されたキャパシター(Ｃ１)と、キャパシター(Ｃ１)に対して並列に接続されたキャパシタンス可変部５０と、キャパシター(Ｃ１)とキャパシター(Ｃ２)(又はキャパシタンス可変部５０)それぞれの両端電圧(Ｖｃ１、Ｖｃ２）を測定する電圧感知部６１、６２と、印加された電源の電圧Ｖiと周波数Ｆiを測定する電圧及び周波数感知部６５と、リニア圧縮機の出力変化のためにキャパシタンス可変部５０を制御する制御部８０と、からなる。
【０１０６】
図１０のオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０ 、コイル捲線体Ｌ、キャパシター(Ｃ１)、キャパシタンス可変部５０、及び電圧感知部(６１、６２）は図７の同一の識別番号の素子と同一の素子である。
【０１０７】
電圧及び周波数感知部６５は印加された電源の電圧Ｖiと周波数Ｆiを測定する。ここで、電圧Ｖiと周波数Ｆiはリニア圧縮機の出力に直接影響を及ぼす因子であり、以下ではこのような電圧Ｖiと周波数Ｆiをすべて考慮して電源の変動程度を判断するために、この電圧及び周波数感知部６５が備えられなければならない。
【０１０８】
また、制御部８０は上述したキャパシタンス可変部５０を制御して、リニアモーター１０の全体キャパシタンスを可変することにより、このような可変されたキャパシタンスとコイル捲線体Ｌによる運転周波数を可変してリニア圧縮機の出力、すなわち冷力を変更できるようにする。
【０１０９】
特に、制御部８０は印加される電源の変動程度を電圧及び周波数感知部６５から入力された電圧Ｖiと周波数Ｆiを因子とする関数から算定されたモード電圧Ｖmを算定し、所定の基準値(ａ）(ここで、aは常数）と比較する。このようにモード電圧Ｖmは、電圧Ｖiと周波数Ｆiの関数から算定されるものであり、電圧Ｖiと周波数Ｆiがリニア圧縮機の冷力、すなわち出力に及ぼす影響が異なることがあるので、すなわち、その影響の程度が異なることがあり、単純に電圧Ｖiと周波数Ｆiが各々所定の基準電圧及び基準周波数と比較されることは多少無理がある。このようなモード電圧Ｖmを算定する関数は一次関数、二次関数などと、その影響の程度をより正確に表現する関数があり得るが、本発明の実施例では下記の数式２の関数を使用することにする。
【０１１０】
【数２】
0005457409.tif 000003
【０１１１】
ここで、α、ｂは所定の大きさの常数である。
【０１１２】
また、制御部８０は電圧感知部６１又は６２を通して認識し、測定された電圧Ｖｃ(Ｖｃ１又はＶｃ２のうち少なくとも一つ以上を含む電圧）が過負荷電圧(Ｖｏ)より低ければ、現在の出力を維持し、測定された電圧Ｖｃが過負荷電圧(Ｖｏ)と同じか高ければ、過負荷などの問題を解決するために電源の供給を中断する。このような出力の変更、及び突入電流の防止に対する制御部８０の制御に対しては、図１２に基づいて後述する。
【０１１３】
図１１は、本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第６実施例の構成図である。図１１に示すように、リニア圧縮機の制御装置は電源の印加を受けてモーター１０に供給するオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０と、リニア圧縮機の円周方向に捲線されたコイル捲線体Ｌ(図２のコイル捲線体１４ａと同一の素子)と、コイル捲線体Ｌと直列に接続されたキャパシター(Ｃ１)と、一端がキャパシター(Ｃ１）の一端に接続されて他端がコイル捲線体Ｌの捲線タップ(Ｔ)に接続され、キャパシター(Ｃ１)に対して並列に接続されたキャパシタンス可変部５０ａと、キャパシター(Ｃ１)とキャパシター(Ｃ３)(又はキャパシタンス可変部５０ａ)それぞれの両端電圧(Ｖｃ１)、(Ｖｃ３）を測定する電圧感知部６１、６３と、印加された電源の電圧Ｖiと周波数Ｆiを測定する電圧及び周波数感知部６５と、リニア圧縮機の出力変化のためにキャパシタンス可変部５０ａを制御する制御部８０と、からなる。
【０１１４】
ここで、図１１のオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０、コイル捲線体Ｌ及びキャパシター(Ｃ１)、キャパシタンス可変部５０ａ、及び電圧感知部６１、６３は図８の同一の識別番号の素子と同一の素子である。
【０１１５】
また、図１１の電圧及び周波数感知部６５は図１０の電圧及び周波数感知部６５と同一の素子である。
【０１１６】
また、制御部８０は、図１０の制御部８０と同一の素子であり、同一の機能を遂行するが、図１０の電圧感知部６２の代りに電圧感知部６３の測定電圧(Ｖｃ３）を使用する。すなわち、制御部８０は電圧感知部(６１又は６３)を通して認識し、測定された電圧Ｖｃ(Ｖｃ１又はＶｃ３のうち少なくとも一つ以上を含む電圧）が過負荷電圧(Ｖｏ)より低ければ、現在の出力を維持し、測定された電圧Ｖｃが過負荷電圧(Ｖｏ)と同じか高ければ、過負荷などの問題を解決するために電源の供給を中断する。このような出力変更及び突入電流の防止に対する制御部８０の制御に対しては、以下で図１２に基づいて説明する。
【０１１７】
図１２は図１０及び１１の制御装置に対する制御方法の順序図である。
【０１１８】
この順序図の開始段階で、制御部８０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０を閉じられるようにして電源がコイル捲線体Ｌとキャパシター(Ｃ１)に印加されるようにしてリニア圧縮機が所定の出力を生成するようにする。以下では、制御部８０はキャパシター(Ｃ１）の両端電圧(Ｖｃ１）を電圧Ｖｃとして使用することを例に挙げて説明する。
【０１１９】
段階(Ｓ９１)において、制御部８０は電圧感知部６１からキャパシター(Ｃ１）の両端電圧Ｖｃの入力を受けて過負荷電圧(Ｖｏ）と比較する。この過負荷電圧(Ｖｏ）は制御部８０が予め貯蔵した値であり、リニア圧縮機に過負荷がかかるか又は異常状態の運転を引き起こすことができると判断される値であり、この電圧Ｖｃが印加された電源の値を反映するので、この電圧Ｖｃと過負荷電圧(Ｖｏ）とを比較する。例えば、電圧Ｖｃが過負荷電圧(Ｖｏ)より小さければ段階(Ｓ９２）に進行し、そうでなければ電圧Ｖｃが過負荷電圧(Ｖｏ）と同じか大きければ段階(Ｓ１００）に進行して印加された電源が遮断される。
【０１２０】
段階(Ｓ９２)において、制御部８０は、リニア圧縮機に印加された電源が変化されたか否かを判断して以後の段階(Ｓ９３ないしS９９)で現在の冷力を維持する運転を遂行する。ここで、モード電圧Ｖmと比較される値は所定の基準値(ａ）であり、この基準値(ａ）とは制御部８０が低冷力運転及び高冷力運転を遂行するにあたって、安定的に遂行し得る最適の値を意味し、一つの値であるか、所定範囲の値であり得る。段階(Ｓ９２)において、例えば、モード電圧Ｖmが基準値(ａ）より小さければ出力が減少されるので、制御部８０はこれを防止するために、高冷力運転を行うように、段階(Ｓ９３）に進行する。例えば、モード電圧Ｖmが基準値(ａ）と同じか大きければ、出力が増加するので、制御部８０はこれを防止するために低冷力運転を行うように段階(Ｓ９６）に進行する。
【０１２１】
段階(Ｓ９３)において、制御部８０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオフさせる(すなわち、開放する)。ここで、制御部８０は所定の時間(例えば、数秒)の間、このオフ状態を維持し、キャパシター(Ｃ１)に充電された電荷がある程度消耗されるようにする。
【０１２２】
段階(Ｓ９４)において、制御部８０はキャパシタンス可変部５０、５０ａを制御して、すなわちキャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオンになるように、すなわち閉じられるようにする。ここで、制御部８０は、このようなオン状態(ＳＷ１はオフ、ＳＷ２はオン)を維持して、キャパシター(Ｃ１)に充電された電荷がすべて消耗されるようにする。このような消耗は突入電流防止素子５２又はコイル捲線体Ｌの一部コイルにより行われる。
【０１２３】
段階(Ｓ９５)において、制御部８０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオンさせることにより(すなわち、閉じられるようにすることにより)、電源がキャパシター(Ｃ１)とキャパシタンス可変部５０、５０ａ(すなわちキャパシター(Ｃ２、Ｃ３))に印加されるようにし、すなわち全体のキャパシタンスが以前より増加して高冷力運転が行われるようにする。
【０１２４】
段階(Ｓ９６)において、制御部８０は現在キャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態であるか、すなわち閉じられているか否かを判断する。例えば、キャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態(現在高冷力運転状態)であれば、段階(Ｓ９７）に進行し、そうでなければ現在の低冷力運転をそのまま維持する場合であるからそのまま終了する。
【０１２５】
段階(Ｓ９７)において、制御部８０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオフさせる。このオフ時間が所定の時間の間、段階(Ｓ９３)と同様に維持される。制御部８０が段階(Ｓ９７）を遂行せずに、段階(Ｓ９８)を遂行すると、キャパシター(Ｃ２)に充電された電荷による突入電流がオン・オフスイッチ(ＳＷ１)に流れ、破損を起こすことがあるので、段階(Ｓ９７)が要求される。
【０１２６】
段階(Ｓ９８)において、制御部８０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)をオフさせることにより開状態になる。開状態が所定の時間の間維持されるようにし、制御部８０はキャパシター(Ｃ１)及び/又は(Ｃ２、Ｃ３）に充電された電荷、特にキャパシター(Ｃ２、Ｃ３）に充電された電荷が消耗されるようにする。ここで、多数のキャパシタンス可変部５０、５０ａが並列に接続された場合、それぞれのキャパシタースイッチ(ＳＷ２)を開閉させることにより、より多様なキャパシタンスの可変が可能になる。
【０１２７】
段階(Ｓ９９)において、制御部８０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)をオンさせることにより、電源がキャパシター(Ｃ１)とコイル捲線体Ｌを介して印加されるようにし、すなわち全体キャパシタンスが以前より減少されて低冷力運転が行われるようにする。
【０１２８】
段階(Ｓ１００)において、制御部８０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０をオフさせることにより、電源がコイル捲線体Ｌとキャパシター(Ｃ１)及び/又はキャパシター(Ｃ２、Ｃ３)に印加されないようにして、キャパシター(Ｃ１)及び/又はキャパシター(Ｃ２、Ｃ３）の電荷が消耗されるようにする。このオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０のオフ状態を所定の時間の間維持することができる。
【０１２９】
段階(Ｓ１０１)において、制御部８０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオン状態であるか否かを判断し、例えば、オン状態であれば(現在高冷力運転)、段階(Ｓ１０２）に進行し、そうでなければ(現在低冷力運転)、そのまま終了する。
【０１３０】
段階(Ｓ１０２)において、制御部８０はキャパシタースイッチ(ＳＷ２)をオフにすることによりキャパシター(Ｃ２、Ｃ３）及び/又はキャパシター(Ｃ１）の電荷が消耗されるようにする。
【０１３１】
上述した実施例による制御方法において、制御部８０はキャパシタンス可変部５０、５０ａの制御を通して全体キャパシタンスを可変する前に、オン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０が先にオフされるようにすることで、図１０及び１１の構成による突入電流防止の他にも追加的な突入電流を防止することができる。
【０１３２】
また、リニア圧縮機の稼動を中断させる場合にも、制御部８０はオン・オフスイッチ(ＳＷ１)４０のオフを優先的に遂行し、それ後、キャパシタースイッチ(ＳＷ２)がオフされるようにして、突入電流によるスイッチ(ＳＷ２又はＳＷ１）の破損が防止され得る。
【０１３３】
図１３は、本発明によるリニア圧縮機の制御装置の第７実施例の構成図である。図１３に示すように、リニアモーターは外部電源の印加を受けて定電源に変換する定電源供給部６６と、インダクタンスを多様に可変させることができるように、リニア圧縮機の円周方向に捲線されて定電源の印加を受けるコイル捲線体Ｌ(図２のコイル捲線体１４ａと同一の素子)と、コイル捲線体Ｌと直列に接続されて定電源の印加を受けるキャパシター(Ｃ)と、コイル捲線体Ｌの一部又は全体に電源が印加されるようにする分枝手段５５と、負荷によって冷力を調節されるようにする定電源供給部６６及び分枝手段５５を制御する制御部９０と、からなる。
【０１３４】
より詳しくは、定電源供給部６６は変動可能性のある外部電源の印加を受けて、所定の大きさの定電圧を有する定電源、又は所定の大きさを有する定周波数を有する定電源、又は所定の大きさの定電圧と所定の大きさの定周波数を有する定電源がキャパシター(Ｃ)とコイル捲線体Ｌに印加されるようにする。この定電源供給部６６はインバータ又はトライアック（登録商標）などによる電子回路で実現され得る。
【０１３５】
ここで、定電圧の大きさと定周波数の大きさは各々単一の値に固定され、定電源供給部６６が常時同一の大きさの定電圧及び/又は定周波数を有する定電源を印加することができ、印加される外部電源を制御部９０の制御により、大きさの異なる定電圧及び/又は定周波数を有する定電源に変換する機能も可能である。このような定電源供給部６６はキャパシター(Ｃ)とコイル捲線体Ｌに定電源を印加することにより、変動可能性のある外部電源の変動による出力変動を防止するだけでなく、負荷(例えば、低負荷、中間負荷、高負荷、過負荷等)によってピストン６の往復行程が自動的に調節されるようにし、上述した自然出力の変化を引き起こすようになる。すなわち、このような自然出力変化は低負荷でのピストン６の往復行程と、過負荷でのピストン６の往復行程とが相異するようにすることにより得られ、特に過負荷時にはピストン６の上死点(ＴＤＣ)まで往復運動することが望ましい。
【０１３６】
また、コイル捲線体Ｌの一端は定電源が印加されるキャパシター（Ｃ）に接続され、コイル捲線体Ｌの他端には分枝手段５５の連結端子５５ｃが形成され、連結端子５５ｂはコイル捲線体Ｌの中間点Ｍ(又は中間点Ｍの分枝線)に接続される。
【０１３７】
また、キャパシター(Ｃ）は、コイル捲線体Ｌとともに制御装置の回路的な運転周波数ｆcを決定する構成要素であり、ここで、キャパシター(Ｃ)とコイル捲線体Ｌのそれぞれの大きさは、リニアモーター１０の最大出力(例えば、過負荷動作時)での固有周波数ｆnと一致するように設計されなければならない(すなわち、共振点設計)。この時の固有周波数ｆnは上述した機械スプリング常数Ｋm及びガススプリング常数Ｋgがすべて考慮されるか、機械スプリング常数Ｋmが小さいようにし、ガススプリング常数Ｋgが固有周波数ｆnに及ぼす影響が大きくなるようにするなど、あらかじめ予測して使われる。このような設計は、最大出力が要求される負荷が要求される場合、リニアモーター１０のピストン６が図２に図示された上死点(ＴＤＣ)まで往復運動を遂行し、この最大出力以下の負荷ではリニアモーター１０のピストン６が負荷に対応して往復運動を遂行するようにするためのものである。
【０１３８】
また、分枝手段５５は定電源供給部６６に接続されて連結端子５５ｂ又は５５ｃに定電源が印加されるように選択するスイチング素子５５ａと、スイチング素子５５ａとの接続により定電源がコイル捲線体Ｌに印加されるようにコイル捲線体Ｌの中間点Ｍと他端に接続される連結端子５５ｂ、５５ｃ(又は捲線タップ）と、から構成される。この分枝手段５５は制御部９０の選択信号によりスイチング素子５５ａを作動して定電源がコイル捲線体Ｌの一部又は全体に印加されるようにする。ここで、連結端子５５ｂ、５５ｃは２個でもよく、３個以上も可能である。分枝手段５５は初期にスイチング素子５５ａが連結端子５５ｃに接するようにする。
【０１３９】
制御部９０は優先的に定電源供給部６６を制御し、外部電源の印加を受けて所定の大きさの定電源に変換してキャパシター(Ｃ)とコイル捲線体Ｌに印加されるようにする。これにより、リニアモーター１０はピストン６が負荷によって自動的に出力が変化するようにする。
【０１４０】
このような自動出力変化は、図１４に示す図１３の制御装置による冷却容量グラフにより明確に認識され得る。すなわち、冷却容量グラフは負荷(温度、周囲温度等)の低負荷(ａ）、中間負荷(ｂ）、高負荷(ｃ)、過負荷(ｄ)によって冷却容量が変化していることを示し、特に過負荷(ｄ)以後はほぼ一定の大きさを有するようになることが分かる。また、上述したように、過負荷(ｄ)時にはピストン６が上死点(ＴＤＣ)まで往復運動し、その以下では負荷に対応する往復行程で運動する。このような自動出力変化とともに、本発明による制御装置による冷却容量は外部電源が変動されても、常に一定の大きさの定電源が印加されるため、図１４に示すように、グラフが徐々に変化して冷却サイクルが安定的に駆動される。また、自動出力変化及び安定した冷却サイクルと共に、制御装置の回路的運転周波数ｆcが最大出力の固有周波数ｆnと一致するようになり、ピストン６は最大出力(過負荷)で上死点(ＴＤＣ)までの往復を遂行し、冷却効率が最大となる。従来のリニア圧縮機の場合、回路の運転周波数ｆcを高負荷の出力の固有周波数ｆnと一致させて、最大出力(過負荷)でその冷却容量が減少する傾向があった。
【０１４１】
また、制御部９０は要請出力によって冷却容量を変化させることができる。ここで、要請出力は冷却サイクル上で要求されるか、使用者などによって要求されるすべての出力変動を意味する。このような冷却容量を変化させる第１方法は定電源供給部６６を制御する方法であり、第２方法は分枝手段５５を制御する方法である。
【０１４２】
まず、冷却容量の変化のための第１方法は定電源供給部６６で変換される定電源の大きさを変更するものである。例えば、出力を高めようとする場合、制御部９０は定電源供給部６６で変換される定電源の大きさを大きくするか、定周波数の大きさを小さくする。このように出力を高める場合、図１４のグラフは上方に移動することになる(ここで、グラフの傾きは変動可能である)。また、出力を低くしようとする場合、制御部９０は定電源供給部６６で変換される定電源の大きさを小さくするか、定周波数の大きさを大きくする。このように出力を低くする場合、図１４のグラフは下方に移動することになる(ここで、グラフの傾きは変動可能である)。場合によっては、制御部９０は、初期冷却動作を遂行する場合、出力を高めようとする場合は、定周波数の大きさを大きく変換し、出力を低くしようとする場合は、定周波数の大きさを低くしなければならない。
【０１４３】
次いで、冷却容量の変化のための第２方法は、分枝手段５５を制御して定電源が印加されるコイル捲線体Ｌの長さを調節する方法である。図１４のグラフは分枝手段５５のスイチング素子５５ａが連結端子５５ｃに接続した状態で得られた結果を示すものであり、制御部９０が分枝手段５５を制御してスイチング素子５５ａが連結端子５５ｂに接続されるようにすると、定電源がコイル捲線体Ｌの一部であるＬ１にだけ印加されて出力が減少し、図１４のグラフは下方に移動することになる(ここで、グラフの傾きは変動可能である)。すなわち、定電源が印加されるコイル捲線体Ｌの長さを長くすれば定電源が全体に印加されて出力が大きくなり、定電源が印加されるコイル捲線体Ｌの長さを短くすれば、定電源が一部分だけに印加されて出力が小さくなる。
【０１４４】
上述した第１方法と第２方法は各々個別的に制御部９０により行われるか、組合わせて行われ、多様な出力変化を具現することができる。
【０１４５】
このような構成の本発明のリニア圧縮機の制御装置は全体のキャパシタンスを可変して出力を制御しながら、これによる突入電流を防止する効果がある。
【０１４６】
また、本発明は、キャパシタンスの可変時にリニア圧縮機のオン・オフスイッチに対する制御をも行い、突入電流をより效率的に防止する効果がある。
【０１４７】
また、本発明は、複数のスイッチが備えられたリニアモーター又は制御装置においてこれらのスイッチのオン又はオフの順序を制御し、突入電流が效率的に防止されるようにする効果がある。
【０１４８】
また、本発明は、印加された電源が変動してもこの変動によって出力が減少されたり増加したりしないようにし、安定した運転が行われるようにする効果がある。
【０１４９】
また、本発明は、過度な電源が印加されて圧縮機に過負荷がかかるか、又は異常状態の運転が行われないようにする効果がある。
【０１５０】
また、本発明は、リニア圧縮機の運転(高冷力運転、低冷力運転）を可変しながらもこれによる突入電流の発生を防止するという効果がある。
【０１５１】
また、本発明は、印加される外部電源の変動に影響を受けずに負荷によって出力が変動するようにして冷却効率を極大化するという効果がある。
【０１５２】
また、本発明は、所定の要求出力によってコイルに印加される定電源の大きさを変化させることにより複数個の出力を具現する効果がある。
【０１５３】
また、本発明は、定電源の大きさ及び、この定電源が印加されるコイルの長さを変化させることにより、複数個の出力を具現する効果がある。
【０１５４】
また、本発明は、定電源と最大出力での共振点設計を通して最大出力時にピストンを上死点(ＴＤＣ)まで往復行程を遂行するようにし、冷却容量及び冷却効率を向上させる効果がある。
【０１５５】
以上、本発明は、本発明の実施例及び添付図面に基づいてムービングマグネット形のリニアモーターが作動し、これと連結されたピストンがシリンダー内部で往復直線移動しながら冷媒を吸入、圧縮、吐出するリニア圧縮機を例に上げて詳細に説明したが、以上の実施例及び図面によって本発明の範囲が制限されるのではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲に記載された内容によってのみ制限される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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