(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダの周囲に相互に対向して配置された磁石およびコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記変位検知器からのピストン位置信号から前記ピストンのストロークを演算するストローク演算手段とを備え、前記ピストンの上死点位置と予め設定した上死点基準値の差および前記ピストンのストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧をインバータ制御手段により変化させる振動型圧縮機。
【請求項２】
変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、同ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、同ストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させると共に、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧直流成分を変化させるインバータ制御手段とを備えた請求項１記載の振動型圧縮機。
【請求項３】
変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、同ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、前記インバータ回路の出力周波数とピストン位置信号の周波数差を検出する周波数比較手段と、同ストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させると共に、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧直流成分を変化させ、かつ前記インバータ回路の出力周波数を変化させることによりインバータ回路の出力周波数とピストン位置信号の周波数差をなくすインバータ制御手段とを備えた請求項１記載の振動型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷蔵庫等の振動型圧縮機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
構造が簡単、小型軽量、高力率、消費電力が小さい等の理由から、振動型圧縮機が冷蔵庫等に使用されている。
【０００３】
従来の振動型圧縮機としては、例えば特公平５−２３３４７号公報に示されているものがある。
【０００４】
以下図１４を参照しながら、上記従来の振動型圧縮機について説明する。
図１４において、１は制御回路、１−１は温度検出部、１−２は演算部、１−３はドライブ回路、２、３は温度検出器、４は変圧器、５は圧縮機、６は凝縮器、８は冷蔵庫、９は蒸発器を表している。
【０００５】
制御回路１は温度検出部１−１、演算部１−２，ドライブ回路１−３によって構成され、圧縮機５によって吸入される冷媒の飽和状気圧に対応する温度を検出する温度検出器２及び圧縮器５によって圧縮吐出された冷媒の飽和蒸気圧に対応する温度を検出する温度検出器３からの信号に基づいて圧縮機５が共振状態で駆動するような周波数の駆動信号を出力するものである。
【０００６】
この従来の振動型圧縮機について動作を説明する。
温度検出部１−１が温度検知器２、３によって検出された信号を所定の電気信号に変換する。演算部１−２は、温度検知器２、３によって電気信号に変換された「吸入圧力に対応する温度」及び「吐出圧力に対応する温度」に基づいて圧縮機５が共振状態で駆動する周波数に対応する電圧を生成する。
【０００７】
ドライブ回路１−３は演算部から供給された電圧に対応する周波数の駆動信号をトランジスタＴＲ１、ＴＲ２に供給し、電源Ｖｃｃから変成器４の１次側巻線に電流供給する。変圧器４の２次巻線から得られた交流電圧は圧縮器５に供給され、圧縮機５を共振状態で駆動しようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成は、冷媒圧力を表す真の冷媒温度と温度検知器が検出する温度に誤差を有すること、電源電圧変動により駆動電源発生部への直流入力電圧が高くなった場合、圧縮機へ供給される駆動電源の電圧が高くなることにより、ピストンのオーバーストロークが発生し、ピストンの弁を破損してしまう問題点があった。
【０００９】
また、外気温変動、電源電圧変動、負荷変動により冷媒ガスと共振バネで形成される機械系のバネ係数が変動し、ピストンのストロークが変動するために冷凍能力が低下する問題点があった。
【００１０】
また、冷媒圧力を表す真の冷媒温度と温度検知器が検出する温度に誤差を有することから、冷媒ガスと共振バネで形成される機械系の共振周波数と、機械系を駆動する電気系の共振周波数に差を生じることから効率が更に低下する問題点があった。
【００１１】
本発明は従来の課題を解決するものであり、ピストンのオーバーストロークを発生しない振動型圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００１２】
また、外気温、電源電圧、負荷が変化した場合においても効率低下を生じない振動型圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、冷媒ガスと共振バネで形成される機械系の共振周波数と、機械系を駆動する電気系の共振周波数に差を生じることのない高効率振動型圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の振動型圧縮機は、吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダの周囲に相互に対向して配置された磁石およびコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記変位検知器からのピストン位置信号から前記ピストンのストロークを演算するストローク演算手段とを備え、前記ピストンの上死点位置と予め設定した上死点基準値の差および前記ピストンのストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧をインバータ制御手段により変化させるものである。
【００１６】
また、変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、同ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、ストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させると共に、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧直流成分を変化させるインバータ制御手段とから構成している。
【００１７】
また、変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、同ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、前記インバータ回路の出力周波数とピストン位置信号の周波数差を検出する周波数比較手段と、ストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させると共に、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の直流電圧成分を変化させ、かつ前記インバータ回路の出力周波数を変化させることによりインバータ回路の出力周波数とピストン位置信号の周波数差をなくすインバータ制御手段とから構成している。
【００１８】
【作用】
この構成によって、外気温、電源電圧、負荷の外部条件変化時においても、上死点位置と上死点基準値の差に応じてインバータ回路の出力電圧を変化させてピストンの上死点を常に基準位置に保持することにより、ピストンのオーバーストロークを発生しない。
【００１９】
また、外気温、電源電圧、負荷の外部条件変化時においても、ストロークとストローク基準値のズレに応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させてピストンのストロークを常に一定に保つことにより、冷凍能力の低下を生じない。
【００２０】
また、外部条件変化時においても、ストロークとストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させてピストンのストロークを一定に保ち、かつ上死点位置と上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧直流成分を変化させて上死点を常に同位置に保持することにより、ピストンのオーバーストロークと冷凍能力の低下を生じない。
【００２１】
また、外部条件変化時においても、ストロークとストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させてピストンのストロークを一定に保ち、かつ上死点位置と上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧直流成分を変化させて上死点を常に同位置に保持し、更にインバータ回路の出力周波数を変化させることによりインバータ回路の出力周波数とピストン位置信号の周波数差をなくすことにより、ピストンのオーバーストロークを発生せず、冷媒ガスと共振バネで形成される機械系の共振周波数と機械系を駆動する電気系の共振周波数を一致させて、常にコンプレッサを最高効率に維持できる。
【００２２】
【実施例】
以下本発明による振動型圧縮機の第１実施例について、図１から図４に従い説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１実施例による振動型圧縮機の断面図、図２は同実施例の電気回路図、図３は同実施例の動作フローチャート、図４は同実施例の動作タイムチャートである。
【００２４】
図１において、振動型圧縮機１０の中央部に筒状体のシリンダ１１が設けられており、前記シリンダ１１の周囲に環状に永久磁石１２が配設されている。前記永久磁石１２とシリンダ１１間には環状コイル１３が設置されており、前記永久磁石１２に作用してシリンダ１１の軸方向に移動する。
【００２５】
シリンダ１１内には圧縮用ピストン１４が収納されており、吸入弁１５、吐出弁１６を有する圧縮室１７を形成すると共に前記コイル１３に連結されてシリンダ１１内を軸方向に移動する。また、吸入弁１５、吐出弁１６は各々吸入パイプ１８、吐出パイプ１９に連結している。２０は共振バネ、２１はピストン１４の軸方向に連結した作動トランス等からなる変位検知器である。
【００２６】
永久磁石１２とシリンダ１１間には永久磁石１２による磁界が形成されており、その間に配置されたコイル１３に交流電流が供給されると、コイル１３には供給交流電流の周波数に応じて振動する推力が加えられ、コイル１３に連結されたピストン１４を軸方向に駆動する。
【００２７】
次に図２に示す電気回路について説明する。２２は商用の交流電源であり、交流を直流に変換するコンバータ回路２３の交流入力部に接続されている。コンバータ回路２３の直流出力部の正極側には電解コンデンサ２４の正極側、インバータ回路２５内のトランジスタＴＲ１、ＴＲ３のコレクタが接続されている。コンバータ回路２３の直流出力部の負極側には電解コンデンサ２４の負極側、インバータ２５回路内のトランジスタＴＲ２、ＴＲ４のエミッタが接続されている。
【００２８】
インバータ回路２５は、ＴＲ１のエミッタとＴＲ２のコレクタが接続され、ＴＲ３のエミッタとＴＲ４のコレクタが接続されると共に、ＴＲ１のエミッタとＴＲ３のエミッタ間に振動型圧縮機１０のコイル１３が接続されている。そして、ベースドライブ回路２６からの信号によりＴＲ１とＴＲ４、ＴＲ３とＴＲ２とが各々一対となって交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。
【００２９】
２１はピストン１４の軸方向に連結した作動トランス等からなる変位検知器であり、変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号はＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、上死点位置演算手段２８に入力される。上死点位置演算回路２８の出力はインバータ制御手段２９内の振幅制御手段３０に接続されており、振幅制御手段３０の出力はベースドライブ回路２６に接続されている。
【００３０】
振幅制御手段３０は上死点位置演算手段２８からの上死点位置信号とインバータ制御手段２９内のメモリ（図示せず）に記憶した上死点基準値３１を比較し両者の差に比例してベースドライブ回路２６への出力電圧振幅を変化させるアンプ３２から構成されている。
【００３１】
以上のように構成された振動型圧縮機について、以下その動作を図３のフローチャート、図４のタイミングチャートをもとにして説明する。
【００３２】
ステップ１で商用交流電源２２が投入される。コンバータ回路２３を介して電解コンデンサ２４が充電され、インバータ回路２５に直流電力を供給する。ベースドライブ回路２６からインバータ波形を出力させ、インバータ回路２５のＴＲ１とＴＲ４、ＴＲ３とＴＲ２とが各々一対となって交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。
【００３３】
インバータ回路２５から直流を交流に変換した電力が振動型圧縮機１０のコイル１３に供給され、振動型圧縮機１０は運転を開始し、コイル１３に連結されたピストン１４が供給交流電流の周波数に応じてシリンダ１１の軸方向に振動し、圧縮室１７内で冷媒圧縮が行われる。
【００３４】
ステップ２において、変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号がＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、上死点位置演算手段２８に入力される。この信号は圧縮室１７に面したピストン１４の上端位置を示しており、これをＡとする。電源投入直後はＡを０とする。
【００３５】
次にステップ３において、上死点位置演算手段２８内で図４のサイクル１ａに示すようにピストン１４の上端位置の最大値である上死点位置Ｂを算出する。ステップ４において、インバータ制御手段２９内の振幅制御手段３０において上死点位置Ｂと予め設定した上死点基準値Ｃを比較し、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより大きい場合はステップ５に進み、上死点基準値Ｃと上死点位置Ｂとの差に応じて図４のサイクル２ｂに示すようにインバータ出力電圧Ｖを現在の出力電圧Ｄよりも単位電圧Ｅの（Ｃ−Ｂ）倍だけ大きくする。
【００３６】
また、上死点基準値Ｃと上死点位置Ｂが同じ場合はステップ６に進み、インバータ出力電圧Ｖは現在の出力電圧Ｄを保持する。
【００３７】
また、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより小さい場合はステップ７に進み、上死点位置Ｂと上死点基準値Ｃとの差に応じてインバータ出力電圧Ｖを現在の出力電圧Ｄよりも単位電圧Ｅの（Ｂ−Ｃ）倍だけ小さくする。
【００３８】
電源投入直後は、ステップ２、３、４、５を繰り返し回ってインバータ出力電圧を徐々に大きくする。インバータ出力電圧が大きくなると共にピストンストロークが大きくなり、サイクル３ａに示すようにピストンの上死点位置Ｂが上死点基準値Ｃと等しくなるとステップ６に進み、インバータ出力電圧を同じ電圧に保持する。コイル１３には同じ電圧が供給され、ピストン１４は安定した動作を継続する。
【００３９】
外部条件が変化した時、例えば外気温が急に低くなると圧縮室１７内の圧力は低下し、圧縮室１７のガスバネと共振バネ２０のバランスにおいて共振バネの方が強くなることにより、ピストン位置は上方へ移動する。つまりサイクル４ａに示すように、上死点位置Ｂの方が上死点基準値Ｃより大きくなる。
【００４０】
この時、ステップ４にからステップ７に進み、上死点位置Ｂと上死点基準値Ｃとの差に応じてサイクル５ａに示すようにインバータ出力電圧Ｖを現在の出力電圧Ｄよりも単位電圧Ｅの（Ｂ−Ｃ）倍だけ小さくする。
【００４１】
再び、コイル１３には同じ電圧が供給され、ピストン１４は安定した動作を継続する。
【００４２】
以上のように本実施例の振動型圧縮機は、ピストン１４の軸方向に連結した変位検知器２１と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路２３と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路２５と、前記変位検知器２１からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段２９と、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路２５の出力電圧を変化させる振幅制御手段３０とから構成しているので、外部条件変化時においても上死点位置と上死点基準値のズレに応じてインバータ回路２５の出力電圧を変化させてピストン１４の上死点を常に基準置に保持することにより、ピストン１４のオーバーストロークを発生しない。
【００４３】
従って、ピストン１４がシリンダ１１上面に衝突することによるシリンダ１１内の吸入弁１５、吐出弁１６の破損を生じることがない。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、第１の実施例と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
図５は本発明の第２の実施例における電気回路図、図６は同実施例の動作フローチャート、図７は同実施例の動作タイムチャートである。
【００４６】
図５に示す電気回路について説明する。変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号はＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、ストローク演算回路３３に入力される。ストローク演算手段３３の出力はインバータ制御手段２９内の振幅制御手段３０に接続されており、振幅制御手段３０の出力はベースドライブ回路２６に接続されている。
【００４７】
振幅制御手段３０はストローク演算回路３３からのストローク信号とインバータ制御手段２９内のメモリ（図示せず）に記憶したストローク基準値３４を比較し両者の差に比例してベースドライブ回路２６への出力電圧を変化させるアンプ３５から構成されている。
【００４８】
以上のように構成された振動型圧縮機について、以下その動作を図６のフローチャート、図７のタイミングチャートをもとにして説明する。
【００４９】
ステップ１１で商用交流電源２２が投入される。コンバータ回路２３を介して電解コンデンサ２４が充電され、インバータ回路２５に直流電力を供給する。ベースドライブ回路２６からインバータ波形を出力させ、インバータ回路２６のＴＲ１とＴＲ４、ＴＲ３とＴＲ２とが各々一対となって交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。
【００５０】
そして、インバータ回路２５から直流を交流に変換した電力が振動型圧縮機１０のコイル１３に供給され、振動型圧縮機１０は運転を開始し、コイル１３に連結されたピストン１４が供給交流電流の周波数に応じてシリンダ１１の軸方向に振動し、圧縮室１７内で冷媒圧縮が行われる。
【００５１】
ステップ１２において、変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号がＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、ストローク演算回路３３に入力される。この信号は圧縮室１７に面したピストン１４の上端位置を示しておりＡとする。電源投入直後はＡを０とする。
【００５２】
次にステップ１３において、ストローク演算手段３３内で図７のサイクル１１ａに示すようにピストン１４の上端位置の最大値と最小値からピストン１４のストロークＦを算出する。
【００５３】
ステップ１４において、インバータ制御手段２９内の振幅制御手段３０においてストロークＦと予め設定したストローク基準値Ｇを比較し、ストローク基準値Ｇの方がストロークＦより大きい場合はステップ１５に進み、ストローク基準値ＧとストロークＦとの差に応じてサイクル１２ｂに示すようにインバータ出力電圧Ｖを現在の出力電圧Ｄよりも単位電圧Ｅの（Ｇ−Ｆ）倍だけ大きくする。
【００５４】
また、ストローク基準値ＧとストロークＦが同じ場合はステップ１６に進み、インバータ出力電圧Ｖは現在の出力電圧Ｄを保持する。
【００５５】
また、ストローク基準値Ｇの方がストロークＦより小さい場合はステップ１７に進み、上死点位置Ｂとストローク基準値Ｇとの差に応じてインバータ出力電圧Ｖを現在の出力電圧Ｄよりも単位電圧Ｅの（Ｆ−Ｇ）倍だけ小さくする。
【００５６】
電源投入直後は、ステップ１２、１３、１４、１５を繰り返し回ってインバータ出力電圧を徐々に大きくする。インバータ出力電圧が大きくなると共にピストンストロークが大きくなり、サイクル１３ａに示すようにピストンのストロークＦがストローク基準値Ｇと等しくなるとステップ１６に進み、インバータ出力電圧を同じ電圧に保持する。コイル１３には同じ電圧が供給され、ピストン１４は安定した動作を継続する。
【００５７】
外部条件が変化した時、例えば外気温が急に低くなると圧縮室１７内の圧力は低下し、圧縮室１７のガスバネと共振バネ２０のバランスにおいて共振バネ２０の方が強くなることにより、インバータ出力電圧が一定であればピストンストロークＦが大きくなる。つまりサイクル１４ａに示すように、ストロークＦの方がストローク基準値Ｇより大きくなる。この時、ステップ１４にからステップ１７に進み、ストロークＦとストローク基準値Ｇとの差に応じてサイクル１５ａに示すようにインバータ出力電圧Ｖを現在の出力電圧Ｄよりも単位電圧Ｅの（Ｆ−Ｇ）倍だけ小さくする。
【００５８】
再び、ピストン１４はストロークＦがストローク基準値Ｇと一致した安定動作を継続する。
【００５９】
以上のように本実施例の振動型圧縮機は、変位検知器２１からのピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段３３と、ストロークＦと予め設定したストローク基準値Ｇの差に応じて前記インバータ回路２５の出力電圧を変化させる振幅制御手段３０とから構成しているので、外部条件変化時においてもストロークとストローク基準値の差に応じてインバータ回路２５の出力電圧を変化させてピストン１４のストロークを常に一定値に保持することにより、冷凍能力の変動を生じることがない。
【００６０】
次に、本発明の第３の実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、第１の実施例と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６１】
図８は本発明の第３の実施例における電気回路図、図９は同実施例の動作フローチャート、図１０は同実施例の動作タイムチャートである。
【００６２】
図８に示す電気回路について説明する。変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号はＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、ストローク演算回路３３と上死点位置演算手段２８に入力される。ストローク演算手段３３の出力と上死点位置演算手段２８の出力はインバータ制御手段２９内の振幅制御手段３０に接続されており、振幅制御手段３０の出力はベースドライブ回路２６に接続されている。
【００６３】
振幅制御手段３０はストローク演算回路３３からのストローク信号とインバータ制御手段２９内のメモリ（図示せず）に記憶したストローク基準値３４を比較し両者の差に比例してベースドライブ回路２６への出力電圧振幅を変化させるアンプ３５と、上死点位置演算回路２８からの上死点位置信号とインバータ制御手段２９内のメモリ（図示せず）に記憶した上死点基準値３２を比較し両者の差に比例してベースドライブ回路２６への出力電圧直流成分を変化させるアンプ３２から構成されている。
【００６４】
以上のように構成された振動型圧縮機について、以下その動作を図９のフローチャート、図１０のタイミングチャートをもとにして説明する。
【００６５】
ステップ２１で商用交流電源２２が投入される。コンバータ回路２３を介して電解コンデンサ２４が充電され、インバータ回路２５に直流電力を供給する。ベースドライブ回路２６からインバータ波形を出力させ、インバータ回路２５のＴＲ１とＴＲ４、ＴＲ３とＴＲ２とが各々一対となって交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。
【００６６】
そして、インバータ回路２５から直流を交流に変換した電力が振動型圧縮機１０のコイル１３に供給され、振動型圧縮機１０は運転を開始し、コイル１３に連結されたピストン１４が供給交流電流の周波数に応じてシリンダ１１の軸方向に振動し、圧縮室１７内で冷媒圧縮が行われる。
【００６７】
ステップ２２において、変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号がＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、ストローク演算回路３３に入力される。この信号は圧縮室１７に面したピストン１４の上端位置を示しておりＡとする。電源投入直後はＡを０とする。
【００６８】
次にステップ２３において、ストローク演算回路３３内で図１０のサイクル２１ａに示すようにピストン１４の上端位置の最大値と最小値からピストン１４のストロークＦを算出する。ステップ２４において、インバータ制御手段２９内の振幅制御手段３０においてストロークＦと予め設定したストローク基準値Ｇを比較し、ストローク基準値Ｇの方がストロークＦより大きい場合はステップ２５に進み、ストローク基準値ＧとストロークＦとの差に応じてインバータ出力電圧振幅Ｄを現在の出力電圧Ｄよりも単位電圧Ｅの（Ｇ−Ｆ）倍だけ大きくする。
【００６９】
また、ストローク基準値ＧとストロークＦが同じ場合はステップ２６に進み、インバータ出力電圧Ｖは現在の出力電圧Ｄを保持する。
【００７０】
また、ストローク基準値Ｇの方がストロークＦより小さい場合はステップ２７に進み、ストロークＦとストローク基準値Ｇとの差に応じてインバータ出力電圧振幅を現在の出力電圧Ｄよりも単位電圧Ｅの（Ｆ−Ｇ）倍だけ小さくする。
【００７１】
外部条件が変化した時、例えば外気温が急に低くなると圧縮室１７内の圧力は低下し、圧縮室１７のガスバネと共振バネ２０のバランスにおいて共振バネ２０の方が強くなることにより、ピストンストロークＦが大きくなる。つまり図１０のサイクル２２ａに示すように、ストロークＦの方がストローク基準値Ｇより大きくなり、合わせて上死点位置Ｂも上死点基準値Ｃを越えることが有り得る。
【００７２】
この時、ステップ２４からステップ２７に進み、ストロークＦとストローク基準値Ｇとの差に応じてサイクル２３ｂに示すようにインバータ出力電圧振幅Ｖを現在の出力電圧振幅Ｖよりも単位電圧Ｅの（Ｆ−Ｇ）倍だけ小さくする。
【００７３】
このため、ピストン１４はストローク基準値に等しいストロークで動作するが、サイクル２３ａに示すように上死点位置Ｂが上死点基準値Ｃを越えたままである。
【００７４】
従って、ステップ２８において、上死点位置演算手段２８内でサイクル２３ａに示すようにピストン１４の上端位置の最大値である上死点位置Ｂを算出する。
【００７５】
ステップ２９において、インバータ制御手段２９内の振幅制御手段３０において上死点位置Ｂと予め設定した上死点基準値Ｃを比較し、サイクル２３ａに示すように上死点位置Ｂの方が上死点基準値Ｃより大きいのでステップ３２に進む。
【００７６】
サイクル２４ｂに示すように、上死点位置Ｂと上死点基準値Ｃとの差に応じてインバータ出力電圧の直流成分電圧Ｈを現在の電圧値Ｈよりも単位電圧Ｊの（Ｂ−Ｃ）倍だけ小さくする。
【００７７】
再び、ピストン１４はサイクル２５ａに示すように、ストロークＦがストローク基準値Ｇに等しく、上死点位置Ｂが上死点基準値Ｃに等しい安定した動作を継続する。
【００７８】
以上のように本実施例の振動型圧縮機は、変位検知器２１からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段２９と、同ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段３３と、ストロークＦと予め設定したストローク基準値Ｇの差に応じて前記インバータ回路２５の出力電圧振幅を変化させると共に、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路２５の直流電圧成分を変化させるインバータ制御手段３０とから構成しているので、外部条件変化時においてもストロークとストローク基準値の差に応じてインバータ回路２５の出力電圧振幅を変化させてピストン１４のストロークを常に一定値に保持することにより、冷凍能力の変動を生じることがない。
【００７９】
また、上死点位置と上死点基準値の差に応じてインバータ回路２５の直流電圧成分を変化させてピストン１４の上死点を常に基準位置に保持することにより、ピストン１４のオーバーストロークも発生しない。従って、ピストン１４がシリンダ１１上面に衝突することによるシリンダ１１内の吸入弁１５、吐出弁１６の破損を生じることがない。
【００８０】
次に、本発明の第４の実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、第１の実施例と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８１】
図１１は本発明の第４の実施例における電気回路図、図１２は同実施例の動作フローチャート、図１３は同実施例の動作タイムチャートである。
【００８２】
図１１に示す電気回路について説明する。変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号はＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、ストローク演算手段３３と上死点位置演算手段２８に入力される。ストローク演算手段３３の出力と上死点位置演算手段２８の出力はインバータ制御手段２９内の振幅制御手段３０に接続されており、振幅制御手段３０の出力はベースドライブ回路２６に接続されている。
【００８３】
振幅制御手段３０はストローク演算回路３３からのストローク信号とインバータ制御手段２９内のメモリ（図示せず）に記憶したストローク基準値３４を比較し両者の差に比例してベースドライブ回路２６への出力電圧振幅を変化させるアンプ３５と、上死点位置演算手段２８からの上死点位置信号とインバータ制御手段２９内のメモリ（図示せず）に記憶した上死点基準値３２を比較し両者の差に比例してベースドライブ回路２６への出力電圧直流成分を変化させるアンプ３２から構成されている。
【００８４】
また、ベースドライブ回路２６からのインバータ回路２５の出力周波数ｆ１と変位検知器２１からのピストン１４の動作周波数信号ｆ２が、周波数比較回路３６に入力される。周波数比較回路３６の出力はインバータ制御手段２９内の周波数制御回路３７に入力され、周波数制御回路３７の出力はベースドライブ回路２６に接続されている。
【００８５】
以上のように構成された振動型圧縮機１０について、以下その動作を図１２のフローチャート、図１３のタイミングチャートをもとにして説明する。
【００８６】
図１２のフローチャートにおいて、ステップ２１からステップ３２までは第３の実施例の動作と同じである。
【００８７】
即ち、ステップ２１で商用交流電源２２が投入される。コンバータ回路２３を介して電解コンデンサ２４が充電され、インバータ回路２５に直流電力を供給する。ベースドライブ回路２６からインバータ波形を出力させ、インバータ回路２６のＴＲ１とＴＲ４、ＴＲ３とＴＲ２とが各々一対となって交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。
【００８８】
インバータ回路２５から直流を交流に変換した電力が振動型圧縮機１０のコイル１３に供給され、振動型圧縮機１０は運転を開始し、コイル１３に連結されたピストン１４が供給交流電流の周波数に応じてシリンダ１１の軸方向に振動し、圧縮室１７内で冷媒圧縮が行われる。
【００８９】
外部条件が変化した時、例えば外気温が急に低くなると圧縮室１７内の圧力は低下し、圧縮室１７のガスバネと共振バネ２０のバランスにおいて共振バネ２０の方が強くなることにより、ピストンストロークＦが大きくなる。つまり図１０のサイクル２２ａに示すように、ストロークＦの方がストローク基準値Ｇより大きくなり、上死点位置Ｂも上死点基準値Ｃを越えることが有り得る。
【００９０】
そして、ステップ２１からステップ３２までの動作により、ピストン１４はサイクル２５に示すように、ストロークＦがストローク基準値Ｇに等しく、上死点位置Ｂが上死点基準値Ｃに等しい安定した動作を継続する。
【００９１】
しかしながら、外部条件が変化した時、例えば外気温が急に低くなった時、ピストンストロークＦがストローク基準値Ｇよりも大きくなり、上死点位置Ｂも上死点基準値Ｃを越えることと合わせて、インバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数に対して、ピストン１４の位置信号の周波数即ち冷媒ガスと共振バネ２０で形成される機械系の共振周波数に差を生じることがある。
【００９２】
ステップ３３において、ベースドライブ回路２６からのインバータ出力周波数信号が周波数比較回路３６に入力され、ステップ３４において、変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号の周波数信号が周波数比較回路３６に入力される。
【００９３】
次にステップ３５において、周波数比較回路３６においてインバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１と、ピストン１４の位置信号の周波数即ち冷媒ガスと共振バネ２０で形成される機械系の共振周波数ｆ２を比較し、電気系の周波数ｆ１の方が機械系の共振周波数ｆ２より大きい場合はステップ３６に進み、インバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１を１Ｈｚ低くする。
【００９４】
また、電気系の周波数ｆ１と機械系の共振周波数ｆ２とが同じ場合は、ステップ３７に進み、インバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１は現在の周波数ｆ１を保持する。
【００９５】
また、電気系の周波数ｆ１の方が機械系の共振周波数ｆ２より大きい場合は、ステップ３８に進み、インバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１を１Ｈｚ高くする。
【００９６】
ここでステップ３５において、周波数比較手段３６でインバータ回路２５の出力周波数ｆ１と、ピストン１４の位置信号の周波数ｆ２を比較し、図１３のサイクル３２ａとサイクル３２ｂに示すようにインバータ回路２５の出力周波数ｆ１の方がピストン１４の位置信号の周波数ｆ２より高い場合は、ステップ３６に進み、インバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１を１Ｈｚ低くする。
【００９７】
そして、次のサイクルで再び、ステップ３３において、インバータ出力周波数信号が周波数比較回路３６に入力され、ステップ３４において、ピストン１４のアナログ位置信号の周波数信号が周波数比較手段３６に入力される。
【００９８】
ステップ３５において、インバータ回路２５の出力周波数ｆ１と、ピストン１４の位置信号の周波数ｆ２を比較し、図１３のサイクル３ａとサイクル３ｂに示すようにピストン１４の位置信号の周波数ｆ１の方がピストン１４の位置信号の周波数ｆ２よりまだ大きい場合は、再びステップ３６に進み、インバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１を更に１Ｈｚ低くする。
【００９９】
サイクル３４ａとサイクル３４ｂに示すようにピストン１４の位置信号の周波数ｆ１とピストン１４の位置信号の周波数ｆ２が等しくなると、ステップ３７に進み、インバータ回路２５の出力周波数ｆ１を同周波数に保持する。
【０１００】
再び、ピストン１４はサイクル３５ａに示すように、ストロークＦがストローク基準値Ｇに等しく、上死点位置Ｂが上死点基準値Ｃに等しく、インバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１と、ピストン１４の位置信号の周波数即ち冷媒ガスと共振バネ２０で形成される機械系の共振周波数ｆ２が等しくなり、バネ系の共振特性を充分活かして効率の高い運転ができる。
【０１０１】
以上のように本実施例の振動型圧縮機は、変位検知器２１からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段２９と、同ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段３３と、インバータ回路２５の出力周波数とピストン位置信号の周波数差を検出する周波数比較回路３６と、ストロークＦと予め設定したストローク基準値Ｇの差に応じて前記インバータ回路２５の出力電圧振幅を変化させると共に、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路２５の出力電圧直流成分を変化させ、かつ前記インバータ回路の出力周波数を変化させることによりインバータ回路の出力周波数とピストン位置信号の周波数差をなくすインバータ制御手段３０とから構成しているので、外部条件変化時においてもストロークとストローク基準値の差に応じてインバータ回路２５の出力電圧振幅を変化させてピストン１４のストロークを常に一定値に保持することにより、冷凍能力の変動を生じることがない。
【０１０２】
また、上死点位置と上死点基準値の差に応じてインバータ回路２５の直流電圧成分を変化させてピストン１４の上死点を常に基準位置に保持することにより、ピストン１４のオーバーストロークも発生しない。従って、ピストン１４がシリンダ１１上面に衝突することによるシリンダ１１内の吸入弁１５、吐出弁１６の破損を生じることがない。
【０１０３】
更に、インバータ回路２５の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１と、ピストン１４の位置信号の周波数即ち冷媒ガスと共振バネ２０で形成される機械系の共振周波数ｆ２が等しくなり、バネ系の共振特性を充分活かして効率の高い運転ができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧を変化させる振幅制御手段とから構成しているので、外部条件変化時においても上死点位置と上死点基準値のズレに応じてインバータ回路の出力電圧を変化させてピストンの上死点を常に基準置に保持することにより、ピストンのオーバーストロークを発生しない。従って、ピストンがシリンダ上面に衝突することによるシリンダ内の吸入弁、吐出弁の破損を生じることがない。
【０１０５】
また、変位検知器からのピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、ストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧を変化させる振幅制御手段とから構成しているので、外部条件変化時においてもストロークとストローク基準値の差に応じてインバータ回路の出力電圧を変化させてピストンのストロークを常に基準置に保持することにより、冷凍能力の変動を生じることがない。
【０１０６】
また、変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、同ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、ストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させると共に、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧直流成分を変化させるインバータ制御手段とから構成しているので、外部条件変化時においてもストロークとストローク基準値の差に応じてインバータ回路の出力電圧振幅を変化させてピストンのストロークを常に基準置に保持することにより、冷凍能力の変動を生じることがない。また、上死点位置と上死点基準値のズレに応じてインバータ回路の直流電圧成分を変化させてピストンの上死点を常に基準置に保持することにより、ピストンのオーバーストロークも発生しない。従って、ピストンがシリンダ上面に衝突することによるシリンダ内の吸入弁、吐出弁の破損を生じることがない。
【０１０７】
また、変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、同ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、インバータ回路の出力周波数とピストン位置信号の周波数差を検出する周波数比較回路と、ストロークと予め設定したストローク基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧振幅を変化させると共に、上死点位置と予め設定した上死点基準値の差に応じて前記インバータ回路の出力電圧直流成分を変化させ、かつ前記インバータ回路の出力周波数を変化させることによりインバータ回路の出力周波数とピストン位置信号の周波数差をなくすインバータ制御手段とから構成しているので、外部条件変化時においてもストロークとストローク基準値の差に応じてインバータ回路の出力電圧振幅を変化させてピストンのストロークを常に基準置に保持することにより、冷凍能力の変動を生じることがない。また、上死点位置と上死点基準値のズレに応じてインバータ回路の直流電圧成分を変化させてピストンの上死点を常に基準置に保持することにより、ピストンのオーバーストロークも発生しない。従って、ピストンがシリンダ上面に衝突することによるシリンダ内の吸入弁、吐出弁の破損を生じることがない。
【０１０８】
また、インバータ回路の出力周波数即ち電気系の周波数ｆ１と、ピストンの位置信号の周波数即ち冷媒ガスと共振バネで形成される機械系の共振周波数ｆ２が等しくなり、バネ系の共振特性を充分活かして効率の高い運転ができ、圧縮機を常に最高効率に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の振動型圧縮機の断面図
【図２】同装置の電気回路図
【図３】同装置の動作フローチャート
【図４】同装置の動作タイミングチャート
【図５】本発明の第２実施例の電気回路図
【図６】同装置の動作フローチャート
【図７】同装置の動作タイミングチャート
【図８】本発明の第３実施例の電気回路図
【図９】同装置の動作フローチャート
【図１０】同装置の動作タイミングチャート
【図１１】本発明の第４実施例の電気回路図
【図１２】同装置の動作フローチャート
【図１３】同装置の動作タイミングチャート
【図１４】従来例の振動型圧縮機の構成図
【符号の説明】
１０  振動型圧縮機
１１  シリンダ
１２  磁石
１３  コイル
１４  ピストン
１５  吸入弁
１６  吐出弁
２１  変位検知器
２３  コンバータ回路
２５  インバータ回路
２８  上死点位置演算手段
２９  インバータ制御手段
３３  ストローク演算手段
３６  周波数比較手段
【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】
0003717961.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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