(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の入力を受けて圧縮機を制御する方法において、
（a）最大ストローク値と実際のストローク値とを比較した比較値を出力する段階と、
（b）前記比較値によって予め格納されたストローク指令値を変化させる段階と、
（c）前記の変化させたストローク指令値によって前記圧縮機のモータに入力される電圧を制御する段階と、を順次行う圧縮機の制御方法であって、
前記段階（a）は、
前記最大ストローク値を設定して格納する段階と、
前記ストローク指令値を所定値に設定して格納する段階と、
前記最大ストローク値及び前記ストローク指令値を利用して第1及び第2ストローク制限値をそれぞれ設定する段階と、
前記第1及び第2ストローク制限値と前記実際のストローク値とを比較した比較値を出力する段階と、
を順次行うことを特徴とする圧縮機の制御方法。
【請求項２】
前記段階（b）は、
前記実際のストローク値が前記第1ストローク制限値よりも大きいと、前記ストローク指令値を減少させる段階と、
前記実際のストローク値が前記第2ストローク制限値よりも小さいと、前記ストローク指令値を増加させる段階と、
を順次行うことを特徴とする請求項1記載の圧縮機の制御方法。
【請求項３】
前記第1ストローク制限値は、前記最大ストローク値から所定値を減算した値であることを特徴とする請求項1記載の圧縮機の制御方法。
【請求項４】
前記第2ストローク制限値は、前記最大ストローク値から所定値を減算した値であることを特徴とする請求項1記載の圧縮機の制御方法。
【請求項５】
前記段階（c）は、
前記実際のストローク値と前記ストローク指令値とを比較する段階と、
前記実際のストローク値が前記ストローク指令値よりも大きいと、前記モータに入力される電圧を減少させるが、前記実際のストローク値が前記ストローク指令値よりも小さいと、前記モータに入力される電圧を増加させる段階と、
を順次行うことを特徴とする請求項1記載の圧縮機の制御方法。
【請求項６】
前記最大ストローク値は、前記モータに最大負荷が掛かるときに該モータに入力される電力、電圧、電流、前記電圧と前記電流との位相差、ストローク値と前記電流との位相差、ストローク値の速度及び加速度中何れか一つ、または、一つ以上を予め検出して格納した値に基づいたストローク値であることを特徴とする請求項1記載の圧縮機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機（Compressor）に係るもので、詳しくは、最大負荷条件下で最適効率に圧縮機を起動し得る圧縮機の制御装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、リニア圧縮機（Linear  Compressor）は、回転運動を直線運動に変換させるクランクシャフト（Crankshaft）を有しないため摩擦損失が小さく、よって、他の圧縮機よりも圧縮効率が高い。
【０００３】
特に、前記リニア圧縮機を冷蔵庫やエアコン等に用いる場合、リニア圧縮機の制御装置を利用してそのリニア圧縮機に入力される電圧を変えるとリニア圧縮機の圧縮比が変えられるので、冷凍能力（Freezing  Capacity）を制御することができる。
【０００４】
このような従来のリニア圧縮機の制御装置においては、図4に示したように、ストローク指令値（Stroke  Reference  Value）によって圧縮機の内部のモータに与えられる電圧入力を受けて内部のストローク（Stroke、未図示）を可変にし、この可変にされたストロークによってピストン（未図示）の上、下方向往復運動を調節して冷凍能力を調節するリニア圧縮機13と、前記のストロークの変化に伴って変化してリニア圧縮機13に入力される電圧及び電流を検出する電圧／電流検出部15と、この検出された電圧および電流によりストロークを計算するストローク計算部14と、この計算されたストロークと前記のストローク指令値とが入力され、それらを比較してその比較値を出力する比較器11と、この比較値に応じて前記のモータに入力される電圧を変化（増加または減少）させるストローク制御器12と、により構成されていた。
【０００５】
以下、このように構成された従来のリニア圧縮機の制御装置の動作について説明する。
【０００６】
先ず、リニア圧縮機13は、使用者により設定されたストローク指令値によってモータに与えられる電圧入力を受けてストロークを可変にし、この可変にされたストロークによってピストンの上、下往復運動を可変にして冷凍能力を調節する。ここで、ストロークとは、リニア圧縮機13内のピストンが往復運動する距離を意味する。
【０００７】
次いで、前記のモータのストロークが変化すると、電圧／電流検出部15は、変化するストロークに伴って変化してリニア圧縮機13に入力される電圧及び電流を検出し、この検出された電圧及び電流をストローク計算部14に出力する。
【０００８】
次いで、ストローク計算部14は、前記の検出された電圧及び電流を利用して実際のストロークを計算するが、このとき、この実際のストロークは、前記のモータのインダクタンス及びモータ定数が予め与えられ、前記の電流及びモータの両端間の電圧が検出されると、前記のピストンの速度（Velocity）及び実際のストローク（Stroke）は次式（1）により計算することができる。
【０００９】
【数１】
0003718151.tif 000002
【００１０】
ここで、Vmは、前記のモータの両端に印加された電圧、iはモータに流入する電流、Lはモータのインダクタンス、αはモータ定数、をそれぞれ示す。なお、このモータ定数とは、電気的な力を機械的な力に変換するモータの定数値であり、この定数値はモータを設計する時に決定される値である。
【００１１】
次いで、比較器11は、前記のストローク指令値と、ストローク計算部14により計算された実際のストローク値（Stroke  Value）からの入力を受け、それらを比較した比較値をストローク制御器12に与える。
【００１２】
次いで、ストローク制御器12は、前記の比較値に応じて前記のモータに入力される電圧を可変にし、この可変電圧をリニア圧縮機13に出力する。
【００１３】
即ち、ストローク制御器12は、ストローク計算部14により計算された実際のストローク値が前記のストローク指令値よりも小さいと、前記のモータに入力される電圧を増加させるが、前記の計算された実際のストローク値が前記のストローク指令値よりも大きいと、前記のモータに入力される電圧を減少させるようになっていた。
【００１４】
また、従来のリニア圧縮機においては、電源が最初に印加されるときに最大負荷が発生し、図5に示したように、例えば、冷蔵庫に最初に電源スイッチをオンさせてから10分程度経過すると、この冷蔵庫内のリニア圧縮機13に最大負荷が掛かり、その後は徐々に負荷が減少する。
【００１５】
従って、リニア圧縮機13内部のモータ（未図示）を設計する時は、一回でも異常運転が発生するとモータが損傷を受けるため、前記の最大負荷を勘案してモータを設計する必要があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のリニア圧縮機においては、最大負荷を勘案せずにモータを設計すると、この最大負荷条件下で磁束飽和現象が連続的に発生してリニア圧縮機が損傷を受ける恐れがあり、また、前記の最大負荷を勘案してモータを設計すると、設計費用が増加し、モータのサイズが大きくなるという不都合な点があった。
【００１７】
本発明は、このような従来の課題に鑑みて行われたもので、リニア圧縮機の最大負荷条件下で最適の効率で圧縮機を運転し得る圧縮機の制御装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための圧縮機の制御装置は、最大ストローク値と実際のストローク値とを比較し、この比較結果に応じて予め格納されたストローク指令値を可変にしてこの可変にされたストローク指令値を出力する最大ストローク値決定部と、前記の可変にされたストローク指令値によって圧縮機の内部のモータに入力される電圧を制御する圧縮機制御部と、を含んで構成される。
【００１９】
そして、上記の目的を達成するため、本発明に係る圧縮機の制御方法においては、（a）最大ストローク値と実際のストローク値とを比較してこの比較値を出力する段階と、（b）この比較値によって予め格納されたストローク指令値を可変にする段階と、（c）この可変にされたストローク指令値によって前記のモータに入力される電圧を制御する段階と、を順次行い、ここで、前記段階（a）は、前記最大ストローク値を設定して格納する段階と、前記ストローク指令値を所定値に設定して格納する段階と、前記最大ストローク値及び前記ストローク指令値を利用して第1及び第2ストローク制限値をそれぞれ設定する段階と、前記第1及び第2ストローク制限値と前記実際のストローク値とを比較した比較値を出力する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００２１】
本発明では、往復動圧縮機（Reciprocating  Compressor）の代表的な例としてリニア圧縮機を用いている。
【００２２】
本発明に係るリニア圧縮機の制御装置においては、図1に示したように、圧縮機内のモータ（未図示）に入力される電力入力を受けて、予め格納された最大ストローク値（Max  ST）と実際のストローク値とを比較し、その比較値によって、予め格納されたストローク指令値（Ref  ST）を前記の最大ストローク値（Max  ST）以下に変化させてこの変化させたストローク指令値（Var  ST）を出力するか、または、前記の予め格納されたストローク指令値（Ref  ST）をそのまま出力する最大ストローク値決定部21と、前記の予め格納されたストローク指令値（Ref  ST）または前記の変化させたストローク指令値（Var  ST）によって圧縮機内部のモータに与えられる電圧入力を受けて圧縮機のストロークを変化させ、この変化させたストロークによってピストンの上、下運動を調節して冷凍能力を調節するリニア圧縮機24と、前記のストロークの変化に伴って変化してリニア圧縮機24に入力される電圧及び電流を検出する電圧／電流検出部26と、この検出された電圧及び電流を利用して実際のストローク値を計算するストローク計算部25と、この実際のストローク値と前記の予め格納されたストローク指令値（Ref  ST）または前記の変化させたストローク指令値（Var  ST）の入力を受け、それらを比較して比較値を出力する比較器22と、この比較値によって前記のモータに入力される電圧を変化させるストローク制御器23と、を備えて構成されている。
【００２３】
以下、このように構成された本発明に係るリニア圧縮機の制御装置の動作について説明する。
【００２４】
先ず、リニア圧縮機24内のモータが初起動するとき最大負荷が掛からないように、最大ストローク値決定部21は、予め格納された最大ストローク値（Max  ST）と実際のストローク値の入力を受けてそれらを比較し、その比較値に応じて、前記の予め格納されたストローク指令値（または、ストローク目標値）（Ref  ST）を前記の最大ストローク値（Max  ST）以下に変化させて、この変化させたストローク指令値（Var  ST）を比較器22及びストローク制御器23を介してリニア圧縮機24に出力する。
【００２５】
ここで、前記の最大ストローク値（Max  ST）とは、前記のモータに最大負荷が掛かるときにそのモータに入力される電力、電圧、電流、電圧と電流との位相差、ストローク値と電流との位相差、ストローク値の速度、及び、加速度中の何れか一つ、または、一つ以上を検出してそれに基づいて予め格納した値であって、前記のモータに最大負荷が掛かったとき、ストローク値が最大変り得る値である。
【００２６】
一方、最大ストローク値決定部21は、前記のモータ（未図示）が初起動した後からは前記の予め格納されたストローク指令値（Ref  ST）をそのまま出力する。ここで、ストローク指令値（Ref  ST）とは、前記のストロークを所望の目標値に変化させるための値であって、基準値を意味する。
【００２７】
次いで、リニア圧縮機24は、前記のモータが初起動するときは、前記の変化させたストローク指令値（Var  ST）に応じて前記のモータに与えられる電圧入力を受けてストロークを変化させ、この変化させたストロークによってピストンの上、下運動を調節して冷凍能力を調節する。
【００２８】
一方、前記のモータが初起動した後からは、リニア圧縮機24は前記のストローク指令値（Ref  ST）に応じてそのモータに与えられる電圧入力を受けて前記の圧縮機のストロークを変化させ、この変化させたストロークによって前記のピストンの上、下運動を調節して冷凍能力を調節する。
【００２９】
次いで、電圧／電流検出部26は、上記のモータに入力される電圧により実際のストローク値が可変に（増加または減少）されたときのリニア圧縮機24の電圧及び電流を検出し、この検出された電圧及び電流をストローク計算部25に出力する。
【００３０】
次いで、ストローク計算部25は、電圧／電流検出部26により検出された電圧及び電流を利用して実際のストローク値を計算する。
【００３１】
次いで、比較器22は、前記のストローク指令値とストローク計算部25により計算された実際のストローク値の入力を受け、それらを比較してその比較値をストローク制御器23に出力する。
【００３２】
次いで、ストローク制御器23は、前記の比較値に応じて前記のモータに入力される電圧を変化させる。即ち、ストローク計算部25により計算された実際のストローク値が前記のストローク指令値よりも小さいと、そのモータに入力される電圧を増加させるが、上記の計算された実際のストローク値が上記のストローク指令値よりも大きいと、そのモータに入力される電圧を減少させる。
【００３３】
従って、リニア圧縮機24を有する冷蔵庫またはエアコンが最初に起動する時、リニア圧縮機24に入力されるストローク指令値が、リニア圧縮機24のモータが最大負荷である時の最大ストローク値（Max  ST）よりも常に小さくなるように制御されてリニア圧縮機24の損傷を防止する。即ち、リニア圧縮機24が損傷を受ける理由は、圧縮機24内部のモータに能力以上の外部負荷（最大負荷）が掛かるとき、この最大負荷によりこのモータに供給される電流が継続的に増加して、前記のストロークが急に上昇するため、リニア圧縮機24内部のピストンまたはバルブが破損されるか、もしくは、上記のモータが消磁（Demagnetization）されてこのモータ内部のコイルが焼ける恐れがある。ここで、上記の消磁（Demagnetization）とは、磁石の性質を失うことを意味する。
【００３４】
そこで、このようなリニア圧縮機24の破壊または消磁現象を防止し得るように構成された本発明に係るリニア圧縮機の制御方法について、図2を参照して説明すると次のようである。
【００３５】
先ず、リニア圧縮機24の最大ストローク値（Max  ST）を設定して格納する（S31）。ここで、最大ストローク値（Max  ST）とは、前記のモータに最大負荷が掛かるとき、圧縮機のストローク値を最大値内に維持し得るように予め設定して格納した値である。
【００３６】
次いで、ストローク指令値（ストロークを所望の目標値に変化させるための値）（Ref  ST）を所定値に予め設定して格納する（S32）。
【００３７】
次いで、前記の最大ストローク値（Max  ST）及びストローク指令値（Ref  ST）を利用して第1、第2ストローク制限値（lim  ST-1、lim  ST-2）をそれぞれ設定して格納する（S33〜S34）。ここで、上記の第1ストローク制限値（lim  ST-1）は、前記の最大ストローク値（Max  ST）から所定値を減算した値、第2ストローク制限値（lim  ST-2）は、最大ストローク値（Max  ST）から上記の所定値の2倍を減算した値、をそれぞれ意味する。
【００３８】
なお、前記の最大ストローク値（Max  ST）、第1、第2ストローク制限値（lim  ST-1、lim  ST-2）及びストローク指令値（Ref  ST）は、リニア圧縮機24を制御するための制御部（未図示）内のメモリ（未図示）に格納することができる。
【００３９】
次いで、リニア圧縮機24内のモータ（未図示）が初起動すると、前記の最大ストローク値（Max  ST）及び第1、第2ストローク制限値（lim  ST-1、lim  ST-2）と実際のストローク値とを比較した後、前記のストローク指令値（Ref  ST）を変化させて前記のモータが最大負荷に到達しないように制御する。即ち、最大負荷が掛かるときにモータに入力される電力を予め検出して格納して置いて、このモータに入力される電力が上記の最大負荷が掛かるときよりも大きくなるか、または、小さくなるかを基準にして、リニア圧縮機24の最大負荷かどうかを判断する。
【００４０】
例えば、前記の実際のストローク値が前記の第1ストローク制限値（lim  ST-1）よりも大きいかどうかを判断する（S35）。ここで、実際のストローク値は電圧／電流検出部26により検出された電圧及び電流により計算される。
【００４１】
上記の判断の結果、前記の実際のストローク値が前記の第1ストローク制限値（lim  ST-1）よりも大きいときは、前記のストローク指令値（Ref  ST）を減少させてリニア圧縮機24の初起動を制御して（S36）、前記のモータに入力される電圧／電流を減少させる。
【００４２】
また、上記の判断の結果、前記の実際のストローク値が前記の第1ストローク制御値（lim  ST-1）より大きくないときは、次いで、前記の実際のストローク値が前記の第2ストローク制限値（lim  ST-2）よりも小さいかどうかを判断して（S37）、小さいと、前記の実際のストローク値が前記のストローク指令値（Ref  ST）と同様であるかどうかを比較する（S38）。このとき、前記のストローク指令値（Ref  ST）が前記の実際のストローク値と相異すると、前記のストローク指令値（Ref  ST）を増加させて（S39）、リニア圧縮機24内のモータに入力される電圧／電流を増加させる。
【００４３】
次いで、一般のストローク制御として実際のストローク値を前記のストローク指令値（Ref  ST）と比較して、前記の実際のストローク値が前記のストローク指令値（Ref  ST）と同様になるようにリニア圧縮機24内のモータに入力される電圧／電流を変える動作を反復して行う。
【００４４】
即ち、前記の計算された実際のストローク値（Cal  ST）が前記のストローク指令値（Ref  ST）または変化（減少）させたストローク指令値（Var ST）よりも大きいかどうかを判断して（S41）、大きいと、前記のモータに入力される電圧／電流を減少させる（S42）が、小さいと、そのモータに入力される電圧／電流を増加させる（S40）。
【００４５】
また、図3は、リニア圧縮機のストロークを制御するときの本発明と従来技術との最大負荷及び冷却速度をそれぞれ比較して示したグラフで、波形Aは、従来のリニア圧縮機の制御装置において、最大負荷（最大ストローク値）の時、ストローク指令値（Ref  ST）を可変にしない状態を示し、波形Bは、本発明に係るリニア圧縮機の制御装置において、上記のストローク指令値（Ref  ST）を最大負荷（最大ストローク値）以下に変化させて制御した状態を示したものである。
【００４６】
即ち、従来のAの場合は、最大負荷であるとき、モータに磁束飽和現象が発生してモータや機構が損傷を受ける可能性があるが、本発明のBの場合は、ストロークが可変にされて、従来のような恐れがない。
【００４７】
即ち、従来は、上記の磁束飽和現象を考慮して、リニア圧縮機24内のモータに磁束量によってパワーが発生し、このパワーによりリニア圧縮機24の内部のピストンが上、下往復運動を行って、モータに流れる電流量によって上昇する磁束量が多いほど一層大きなパワーを出力するようにされているが、本発明では、モータの設計時にこのモータの最大磁束量を決定して、外部から如何に大きな電流が供給されてもモータの磁束量が制限されるため、電流を継続的に増加させても、磁束量が増加しない（ピストンを働かせるパワーもそれ以上増加しない）ように圧縮機のモータが設計される。
【００４８】
また、波形Cは、従来技術における冷蔵庫の冷却速度向上用のモータを適用したときの冷却速度を示し、波形Dは、本発明に係る制御装置を適用してストロークを可変にしたときの冷却速度を示したもので、図示されたように、本発明に係る圧縮機の制御装置を利用してリニア圧縮機24を制御すると、冷蔵庫の冷却速度が初期起動時には低下するが、初期起動後からは冷蔵庫の冷却速度が向上するので、モータ設計費用を節減し、モータのサイズを縮小し得るというメリットがある。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る圧縮機の制御装置及びその制御方法においては、最大負荷条件における最大ストローク値よりもストローク指令値を低く設定して安定的にリニア圧縮機を起動し得るように構成されるため、前記のリニア圧縮機の損傷を未然に防止すると共に、モータ設計費用を節減し、モータのサイズを縮小し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニア圧縮機の制御装置を示したブロック図である。
【図２】本発明に係るリニア圧縮機の制御方法のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明に係るリニア圧縮機の制御装置及び従来装置を利用してストロークを制御するときの最大負荷及び冷却速度をそれぞれ比較して示した波形を示す図である。
【図４】従来リニア圧縮機の制御装置を示したブロック図である。
【図５】従来リニア圧縮機が最初起動するときの負荷の波形を示す図である。
【符号の説明】
11…比較器
12…ストローク制御器
13…リニア圧縮機
14…ストローク計算部
15…電圧／電流検出部
21…最大ストローク値決定部
22…比較器
23…ストローク制御器
24…リニア圧縮機
25…ストローク計算部
26…電圧／電流検出部
【図１】
0003718151.tif 000003
【図２】
0003718151.tif 000004
【図３】
0003718151.tif 000005
【図４】
0003718151.tif 000006
【図５】
0003718151.tif 000007