(57)【要約】【課題】  可動子の振動振幅の急変を抑制可能な、弾性体に接続した可動子を備える機器を提供する。【解決手段】  一端が弾性体に接続される可動子３と、磁極４に捲回される巻線６に交番電流を印加し可動子３を往復運動させる機器１は、巻線６に印加する交番電流の周波数を増加させ実効値を減少させる、又は、巻線６に印加する交番電流の実効値を増加させ周波数を減少させるよう制御する制御装置５を備える。【選択図】  図１
2018064378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体に接続した可動子を有し、
巻線に流す交番電流を用いて前記可動子を往復動させるモータを備える機器であって、
前記交番電流の周波数を増加させる周波数遷移ステップと、
前記交番電流の実効値を減少させる電流更新ステップと、
を実行することを特徴とする機器。
【請求項２】
前記周波数遷移ステップでは、前記電流更新ステップ後の共振周波数以上の周波数値に遷移することを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記周波数遷移ステップ及び前記電流更新ステップの前に、前記可動子を略共振駆動点で駆動させる共振駆動ステップを実行し、
前記周波数遷移ステップ及び前記電流更新ステップの後に、前記交番電流の周波数を変化させる周波数更新ステップを実行し、
該周波数更新ステップにおける周波数の変化の速さは、前記周波数遷移ステップにおける周波数の変化の速さよりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の機器。
【請求項４】
前記周波数更新ステップでは、前記交番電流の周波数を減少させ、
前記周波数遷移ステップの後に、前記電流更新ステップを実行することを特徴とする請求項３に記載の機器。
【請求項５】
前記周波数更新ステップにおける周波数の変化の速さは、漸減することを特徴とする請求項４に記載の機器。
【請求項６】
弾性体に接続した可動子を有し、
巻線に流す交番電流を用いて前記可動子を往復動させるモータを備える機器であって、
前記交番電流の実効値を増大させる電流更新ステップと、
該電流更新ステップの後に行われ、前記交番電流の周波数を減少させる周波数更新ステップと、を実行することを特徴とする機器。
【請求項７】
前記周波数更新ステップでは、前記交番電流の周波数が√（Ｋｓ／Ｍ）超を保つことを特徴とする請求項２乃至６何れか一項に記載の機器。
但し、Ｋｓは前記弾性体が単位長さ変形した場合の復元力、Ｍは前記可動子の質量。
【請求項８】
前記交番電流の周波数を変化させる周波数遷移ステップを実行し、
該周波数遷移ステップ後の周波数値ωｔａｒｇｅｔから該周波数遷移ステップ前の周波数値ωtを引いた値は、前記電流更新ステップ前の電流値Ｉｔから前記電流更新ステップ後の電流値Ｉｔａｒｇｅｔを引いた値に対して正の相関を有することを特徴とする請求項１乃至７何れか一項に記載の機器。
【請求項９】
前記正の相関は、不等式（Ｉｔ−Ｉｔａｒｇｅｔ）＜０が成立する場合に少なくとも成立することを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記正の相関は、不等式（Ｉｔ−Ｉｔａｒｇｅｔ）＞０が成立する場合に少なくとも成立することを特徴とする請求項８又は９に記載の機器。
【請求項１１】
前記可動子に接続したピストンと、
該ピストンの往復動で流体を圧縮する圧縮室と、を有する請求項１乃至１０何れか一項に記載の機器としての圧縮機であって、
前記周波数遷移ステップ及び／又は前記周波数更新ステップでは、前記交番電流の周波数ω０は、次の式（６）及び／又は式（９）を満たすことを特徴とする圧縮機。
【数１】
2018064378.tif 000012
【数２】
2018064378.tif 000013
但し、Ｙは前記可動子の振動振幅、ΔＰは前記ピストンの１往復における吐出圧力と吸入圧力の差、Ａは前記ピストンのガス圧力の受圧面積、Ｋａｖｅは前記圧縮室のガスばね定数の１サイクルの平均値。
【請求項１２】
弾性体に接続した可動子を有し、
巻線に流す交番電流を用いて前記可動子を往復動させる機器であって、
前記交番電流の周波数を増加させる周波数遷移ステップと、
前記交番電流の周波数を減少させる周波数更新ステップと、をこの順で実行し、
前記周波数更新ステップにおける周波数の減少速さは、前記周波数遷移ステップにおける周波数の増大速さよりも小さいことを特徴とする機器。
【請求項１３】
前記周波数遷移ステップの前に、前記交番電流値に応じた周波数を推定又は算出する共振周波数推定ステップを実行し、
前記周波数遷移ステップでは、前記交番電流値に応じた前記周波数以上の周波数に遷移することを特徴とする請求項１２に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性体に接続した可動子を備える機器及び圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性体の共振周波数を利用してモータの往復動を実現する技術として、特許文献１に記載される技術が知られている。  
特許文献１には、可動子をばね支持したリニア振動モータについて、リニア振動モータの動作状態に基づいて駆動電流の基準となる第１の交流電流の交流電流波形を作成する電流波形生成部、リニア振動モータに供給される駆動電流を検出する電流検出部、及び電流検出部の出力である第２の交流電流波形との差分が小さくなるよう制御する制御部を備えるモータ駆動制御装置が開示されている。制御部は、駆動電流がリニア振動モータの共振駆動周波数となるよう調整する旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５６９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載される技術においては、駆動電流をリニア振動モータの共振駆動周波数に調整する制御方式を用いている。そのため、駆動電流の周波数をリニア振動モータの共振駆動周波数に近付けていく過程において、共振駆動周波数の急変により、可動子の振動振幅が急変する現象が起こり得る。これにより、可動子の振動振幅の制御が困難となり、ピストンがシリンダヘッドに衝突する虞が生じ得る。  
そこで、本発明は、可動子の振動振幅の急変を抑制可能な、弾性体に接続した可動子を備える機器及び圧縮機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る弾性体に接続した可動子を備える機器は、一端が弾性体に接続される可動子と、前記可動子を挟むよう配され対をなす磁極と、前記磁極に捲回される巻線に交番電流を印加し前記可動子を往復運動させる機器であって、前記交番電流の周波数を増加させ実効値を減少させる、又は、前記交番電流の実効値を増加させ周波数を減少させるよう制御する制御装置を備えることを特徴とする。  
また、本発明に係る圧縮機は、一端が弾性体に接続され他端がピストンに接続される可動子と、前記可動子を挟むよう配され対をなす磁極と、前記磁極に捲回される巻線に交番電流を印加し前記可動子を往復運動させることにより前記ピストンをシリンダ内で摺動しつつ往復運動させる圧縮機であって、前記交番電流の周波数を増加させ実効値を減少させる、又は、前記交番電流の実効値を増加させ周波数を減少させるよう制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、可動子の振動振幅の急変を抑制可能な、弾性体に接続した可動子を備える機器及び圧縮機を提供することが可能となる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例に係る実施例１の圧縮機の軸方向における縦断面図である。
【図２】図１に示す制御装置のブロック図である。
【図３】図１に示す圧縮機の定常運転状態におけるガス圧縮力の履歴図である。
【図４】図１に示す圧縮機の非定常運転状態におけるガス圧縮力の履歴図である。
【図５】図１に示す圧縮機のピストンのストローク量を変更したときのガス圧縮力の履歴図である。
【図６】図１に示す圧縮機のピストンストロークの周波数特性図である。
【図７】図１に示す圧縮機の動作を説明する周波数特性図である。
【図８】図１に示す圧縮機について、電流実効値を低下させる場合の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。
【図９】図１に示す圧縮機について、電流実効値を増加させる場合の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の他の実施例に係る実施例２の圧縮機の動作を説明する周波数特性図である。
【図１１】実施例２の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、重複する説明を省略する。  
本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。
【実施例１】
【０００９】
（圧縮機１の構造）  
図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の圧縮機１の軸方向における縦断面図である。圧縮機１は、電機子２、及び、例えば平板形状の永久磁石３ａを有する可動子３を備える。
【００１０】
電機子２は、磁極４、磁極４それぞれに巻回される巻線６、及びブリッジ７を有する。磁極４は、例えば、積層した電磁鋼板からなり、供給部の一例である巻線６に交番電流を通電することにより、可動子３の永久磁石３ａを往復運動させる電磁力を発生させることができるよう構成されている。図１に示す圧縮機１は、その一例として、可動子３の軸方向（鉛直方向）に対し、その両側に空隙を介して可動子３を挟むよう対向配置される対をなす磁極４を二組有し、これら二組の対をなす磁極４は軸方向（鉛直方向）に沿ってブリッジ７により規定される間隔にて離間している。二組の対をなす磁極４に捲回される巻線６へ交番電流を制御装置５により通電することにより、永久磁石３ａが各対をなす磁極４に交互に引き付けられることで、可動子３が往復運動する。なお、以下では、可動子３が鉛直方向に往復運動する場合を一例として説明するが、往復運動の方向は鉛直方向に限られるものではない。例えば、可動子３が水平方向に往復運動するよう構成しても良く、また、鉛直方向に対し任意の角度を有する方向に可動子３が往復運動する構成としても良い。
【００１１】
可動子３は、平板形状の永久磁石３ａを有し、一端がピストン１２に固定され、他端が共振バネ１４に接続されている。永久磁石３ａの形状や個数は、適用する装置に応じて適宜設計でき、平板形状に限定されるものではない。例えば、可動子３を円筒形状或は円柱形状とし、永久磁石３ａを可動子３の外周面に複数枚配置する構成としても良い。  
電機子２及び可動子３の相対往復運動の方向において、可動子３の一端側にはピストン１２が接続されている。このため、可動子３の往復運動に伴って、シリンダブロック１１のシリンダ１１ａ内において、ピストン１１２がシリンダブロック１１の内面と摺動しつつ往復動可能である。シリンダ１１ａ内のピストン１２、シリンダブロック１１の内面及びシリンダヘッド１３で囲まれた領域は、流体が圧縮及び膨張される圧縮室となる。
【００１２】
シリンダブロック１１の端面には、ピストン１２の端面に対向するシリンダヘッド１３が接続しており、ピストン１２の往復運動に伴って、シリンダ１１ａ内のガスは圧縮、吐出を繰り返す。そのための構成としてシリンダヘッド１３には、シリンダ１１ａ内へ流入するガスが通過する吸入穴（図示せず）と、シリンダ１１ａ外へ流出するガスが通過する吐出穴（図示せず）が設けられており、これら吸入穴及び吐出穴には逆止弁が設けられている。
【００１３】
電機子２及び可動子３の相対往復運動の方向において、可動子３の他端側には共振ばね１４が接続されており、可動子３の往復運動に伴って共振ばね１４による復元力が可動子３に作用するよう構成されている。可動子３が鉛直方向（軸方向）に往復運動する場合、可動子３を含む往復運動する物体の質量及び共振ばね１４のばね定数などで定まる共振周波数に一致した往復運動であれば、圧縮機１としてのエネルギー効率を高く維持することができる。
【００１４】
本実施例では、電機子２が鉛直方向（軸方向）において静止し、可動子３が鉛直方向（軸方向）に沿って往復運動する構成を示すが、これに限られるものでは無い。例えば、電機子２が鉛直方向（軸方向）に沿って往復運動し、可動子３が鉛直方向（軸方向）において静止する構成としても良く、また、電機子２及び可動子３が互いに異なる速度で鉛直方向（軸方向）に沿って往復運動する構成としても良い。何れの場合においても、鉛直方向（軸方向）に沿って移動する物体に共振ばね１４の一端を接続することが好ましい。
【００１５】
（制御装置５の構成）  
図２は、図１に示す制御装置５のブロック図である。図２に示すように、制御装置５は、目標電流値決定部５１、目標周波数決定部５２、電流更新部５３、駆動周波数制御部５４、タイミング制御部５５、インバータ制御部５６、及びインバータ５７を備える。制御装置５の動作の詳細については後述するが、ここでは概略を説明する。目標電流値決定部５１は、目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔを決定し、目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔを、目標周波数決定部５２、電流更新部５３、及び駆動周波数制御部５４へ出力する。目標周波数決定部５２は、目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔにおける共振周波数又は共振周波数以上となる目標周波数ωｔａｒｇｅｔを決定し、目標周波数ωｔａｒｇｅｔを駆動周波数制御部５４へ出力する。電流更新部５３は、入力される目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔ及び現在の電流値Ｉｔに基づき、タイミング制御部５５からの信号により、電流値をインバータ制御部５６へ出力する。また、駆動周波数制御部５４は、入力される目標周波数ωｔａｒｇｅｔ、現在の周波数ωt、及びピストン１２のストローク量に基づき、タイミング制御部５５からの信号により、駆動周波数をインバータ制御部５６へ出力する。インバータ制御部５６は、インバータ５７を制御し、インバータ５７によって二組の対をなす磁極４に捲回される巻線６へ交番電流が通電される。
【００１６】
（共振周波数）  
以下では、圧縮機１の動作状態が無負荷の定常運転状態の場合、有負荷の定常運転状態の場合、非定常運転状態の場合のそれぞれについて、共振ばね１４の一端に接続される物体である可動子３の共振周波数がどのように決定されるかを説明する。その後、効果的に共振制御を行うに際し、圧縮機１の駆動周波数をどのように制御することが好ましいかを説明する。
【００１７】
［無負荷且つ定常運転状態の場合］  
次に圧縮機１の駆動方法について説明する。可動子３に作用する主な力として、巻線６に交番電流を通電することで発生する電磁加振力Ｆｅｌｅｃ、共振ばね１４による復元力Ｆｓｐｒｉｎｇ、シリンダ１１ａ内外のガスの差圧によるガス圧縮力Ｆｇａｓが挙げられる。  
ガス圧縮力Ｆｇａｓを無視する場合、すなわち、圧縮機１として負荷の無い運転条件（無負荷条件）においては、可動子３の質量Ｍ及び共振ばね１１４のばね定数Ｋｓにより定まる共振周波数が電磁加振力Ｆｅｌｅｃの周波数と一致したときに共振状態となる。このとき、他の駆動周波数と比較して小さい電磁加振力Ｆｅｌｅｃ、すなわち、実効値の小さな交番電流にて可動子３を往復運動させることが可能となる。電磁加振力Ｆｅｌｅｃの周波数は、巻線６に印加する交番電流の周波数によって操作することができる。
【００１８】
無負荷時の共振周波数ωｎは、減衰係数が無視できるほど小さい場合、次式（１）で与えられる。  
【００１９】
【数１】
2018064378.tif 000003
【００２０】
なお、定常運転状態とは、可動子３の振動振幅及び振動周波数が所定時間以上略一定に、例えば、５秒間以上略一定に保たれた状態をいうことができる。また、ばね定数Ｋｓは、ばね以外の弾性体を用いる場合においては、この弾性体が単位長さ変形した場合の復元力の大きさと置き換えることができる。
【００２１】
［有負荷且つ定常運転状態の場合］  
ガス圧縮力Ｆｇａｓを考える場合、ガス圧縮力Ｆｇａｓに含まれるガスばね成分Ｆｒによって、共振周波数は無負荷条件の場合の値から乖離する。ガスばね成分Ｆｒとは、ガス圧縮力Ｆｇａｓのうち、可動子３の振動振幅に比例する復元力の成分を指す。ガスばね成分Ｆｒはピストン１２のストローク方向の移動量をＸとすると、次式（２）で与えられる。
【００２２】
【数２】
2018064378.tif 000004
【００２３】
右辺Ｘの係数はガスばね定数Ｋｇａｓであり、ガスの吐出圧力や吸入圧力、シリンダ径やガスの物性によって変化する。ここでガス圧縮力Ｆｇａｓについて詳細に説明する。
【００２４】
ガス圧縮力Ｆｇａｓは、シリンダ１１ａ内外の差圧とシリンダ１１ａの横断面の面積（鉛直方向に対し垂直な面における断面積）との積により定まる。ここでは、シリンダ１１ａ外が吸入圧力であるとする。図３は、図１に示す圧縮機１の定常運転状態におけるガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴図である。すなわち、シリンダ１１ａ内においてガスの吸入と吐出を繰り返す定常運転状態でのガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴である。図３において、横軸はピストン１２のストローク方向の移動量Ｘであり、上死点方向を正の向きとしている。縦軸はガス圧縮力Ｆｇａｓである。このガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴は、圧縮機１の動作の順に、「吸入工程」、「圧縮工程」、「吐出工程」、及び「膨張工程」の４つの工程に分類することができる。
【００２５】
「吸入工程」は、シリンダ１１ａ内にガスが吸入される工程であり、圧縮機１としての負荷は小さい。「圧縮工程」は、シリンダ１１ａ内のガスを吐出圧力にまで圧縮する工程であり、負荷が増大する区間となる。「吐出工程」は、圧縮されたシリンダ１１ａ内のガスを吐出する工程である。「膨張工程」は、上死点にあるピストン１２が下死点に向けて移動する工程であり、負荷が減少する区間となる。
【００２６】
ここで、ガスばね定数Ｋｇａｓについて考える。ガスばね定数Ｋｇａｓは、上述の式（２）に示す通り、ガス圧縮力Ｆｇａｓをピストン１２のストローク方向の移動量Ｘで微分した値である。そのため、「吸入工程」及び「吐出工程」では値は小さなものとなり、工程中に、圧力損失における負荷脈動がなければ略ゼロとなる。一方、「圧縮工程」及び「膨張工程」はそれぞれ、ピストン１２の鉛直方向（軸方向）に沿った移動に伴い負荷がそれぞれ増大及び減少する区間であるため、ガスばね定数Ｋｇａｓが比較的大きな値となる。このようにガスばね定数Ｋｇａｓはピストン１２が一往復する間に変動する周期変数となる。
【００２７】
このように、ガス圧縮負荷が存在する場合における共振周波数ωＬは、減衰力の効果を無視する場合、上述の式（１）に示す無負荷時の共振周波数ωｎに、ガスばね定数Ｋｇａｓの影響を加味する次式（３）で表すことができる。
【００２８】
【数３】
2018064378.tif 000005
【００２９】
ガスばね定数Ｋｇａｓはピストン１２の位置に応じて変化する変数のため、共振周波数ωLもピストン１１２の位置に応じて変化する変数となる。そのため、厳密にピストン１２を共振させるには、電磁加振力Ｆｅｌｅｃの周波数をピストン１２の位置に応じて変化させる必要があるが、例えば、概略的にピストン１２を共振させるべく、電磁加振力Ｆｅｌｅｃの周波数ωａｖｅを次式（４）のように設定しても良い。
【００３０】
【数４】
2018064378.tif 000006
【００３１】
式（４）中、平均ガスばね定数Ｋａｖｅは、ピストン１２が一往復する時間に亘るガスばね定数Ｋｇａｓの平均値である。図３に示したガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴が変わらない条件（吐出圧力、吸入圧力、ピストン１２のストローク量が一定の条件）では、平均ガスばね定数Ｋａｖｅは一定値をとるため、周波数ωａｖｅは一定値となる。平均ガスばね定数Ｋａｖｅの算出法の一例は後述する。
【００３２】
［非定常運転状態の場合］  
次に圧縮機１の駆動状態を変化させる場合について考える。或る負荷が働いている場合のサイクル（以下、状態１と称する）で圧縮機１が駆動している状態において、ガス吐出流量を増加させるために、ピストン１２のストローク量を増加させて別の状態に遷移（以下、状態２と称する）させることを想定する。すなわち、状態１から状態２に遷移する非定常運転状態での共振周波数がどのように決定されるかを説明する。
【００３３】
まず、可動子３の指令振動振幅をＹ、動作時における圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力の差をΔＰ、ピストン１２のガス圧力の受圧面積をＡとする。指令振動振幅Ｙは、実際のピストン１２の往復運動長さ（ピストンストローク）として考えることもできる。図４は、図１に示す圧縮機１の非定常運転状態におけるガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴図である。ガス圧縮力Ｆｇａｓの最大値は上死点で得られるが、具体的な値は、吐出圧力と吸入圧力の差ΔＰとピストン１２のガス圧力の受圧面積Ａとの積で与えられる。ただしこの値は、吐出圧力と吸入圧力の脈動成分を除いた平均的な値である。また、図４中の一点鎖線は、ガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴線においてピストン１２の下死点の状態点と上死点の状態点とを繋いだ線分であり、ガス圧縮履歴の平均勾配を与えるものと考えられる。
【００３４】
平均ガスばね定数Ｋａｖｅは、ピストン１２が一往復する間のガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴線のＸ（ピストンのストローク方向の移動量）に関する微分値を平均したものだが、その近似として、図４中の一点鎖線にて示す線分の勾配を採用することができる。一点鎖線にて示す線分の勾配はΔＰ×Ａ／Ｙである。ガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴線が略平行四辺形を形成するときに、平均ガスばね定数Ｋａｖｅが一点鎖線にて示す線分の勾配と一致すると近似する。すると、この状態における共振周波数は次式（５）とすることができる。
【００３５】
可動子３の指令振動振幅Ｙは、可動子３の位置を測定する位置センサを用いて求めても良いが、巻線６に印加される電流又は電圧の実効値から求めても良い。また、ΔＰは、圧縮室となるシリンダ１１ａ内の圧力を測定する圧力センサを設けることで測定することができるが、制御装置５に設けられる図示しないメモリに予め記憶させても良い。具体的には、圧縮機１については一般的に、巻線６への電流の実効値を定めればΔＰが一意的に定まるため、予め各実効値とΔＰとの対応関係を実測などで求め、制御装置５のメモリ（図示せず）に格納する。そして、巻線６への電流の実効値に対応するΔＰを、メモリ（図示せず）に格納される、各実効値とΔＰとの対応関係から抽出する構成とすることができる。
【００３６】
【数５】
2018064378.tif 000007
【００３７】
（ピストンのストロークと共振周波数との関係）  
［ストロークを変化させる場合］  
図５は、図１に示す圧縮機１のピストン１２のストローク量を変更したときのガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴図である。図５では、或る状態（状態１）と、状態１からピストン１２のストローク量を増加させた状態（状態２）とのガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴を示している。ここではまず、状態１から状態２に遷移するものとして説明する。巻線６に印加する交番電流又は交番電圧の実効値を増大させて電磁加振力Ｆｅｌｅｃを大きくすれば、ピストン１２のストローク量を増加させることができる。ピストン１２のストローク量変更時における、圧縮機１の吐出圧力及び吸入圧力の変化は、ピストン１２のストローク量の変化に要する時間スケールで考えると、無視できるほど小さい。そのため、電磁加振力Ｆｅｌｅｃの変化に伴い、即座にサイクルが状態２に遷移する。図５において点線がピストン１２のストローク量変更前の状態（状態１）、実線がピストン１２のストローク量変更後の状態（状態２）のガス圧縮力Ｆｇａｓの履歴線である。ピストン１２のストローク量のみを変更するとしたため、吐出圧力と吸入圧力は変化せず、ガス圧縮力Ｆｇａｓの最大値は変わらない。一方、ピストン１２のストローク量が増大するため、「吸入工程」と「吐出工程」に要する時間が長くなる。
【００３８】
これら二つの工程におけるガスばね定数Ｋｇａｓは小さな値をとるため、これら二つの工程が長くなったことにより、平均ガスばね定数Ｋａｖｅは低下する。つまり、ピストン１２のストローク量を増大させると共振周波数が低下する。すなわち、ピストン１２を共振駆動させるためには、ピストン１２のストローク量の増大と共に電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωａｖｅを小さくする必要がある。以上から、ピストン１２のストローク量を増加させる場合は、巻線６に印加する交番電流又は交番電圧の実効値（振幅）を増大させた後に、交流磁界の周波数ωａｖｅを小さくすることが望ましい。なお、交流磁界の周波数ωａｖｅを小さくする態様としては、瞬時的に小さくさせても良いし、連続的に小さくさせても良い。交流磁界の周波数ωａｖｅを連続的に小さくさせるときは、その減少速度を漸減させても良い。また、交番電流又は交番電圧の実効値を増大させる前又は直前に、交流磁界の周波数ωａｖｅを小さくさせても良い。
【００３９】
一方、ピストン１２のストローク量を減少させる場合、すなわち、印加電流値を小さくする場合、「吸入工程」と「吐出工程」に要する時間が短くなるため、共振周波数は増大する。しかし、ピストン１２を共振駆動させるために、ピストン１２のストローク量の減少と共に電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωａｖｅを大きくすると、加振周波数ωｅが共振周波数より低周波側に位置し易くなってしまい、ピストン１２のストローク量の急変を招来し易い。このため、加振周波数ωｅの制御方法を検討する必要がある。
【００４０】
以上の知見を用いてさらに検討する。図６は、図１に示す圧縮機１のピストン１２のストローク量の周波数特性図である。図６では、巻線６に通電する交番電流の実効値（振幅）を一定とする条件の下で、各駆動周波数における最大ピストンストローク量Ｘｍａｘを結んだ解曲線を３つ示している。図6において、横軸は電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωe、縦軸はピストン１２の最大ストローク量Ｘｍａｘである。図６では、印加電流が大（鎖線）、中（点線）、小（実線）の３つの場合の概略図を示している。ここでは、印加電流が大の場合を状態２、印加電流が小の場合を状態１とする。
【００４１】
まず、解曲線の形状について検討する。交番電流の実効値を一定とする条件で駆動周波数を変化させた場合、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωeが共振周波数（共振駆動点）と一致する点で、ピストン１２のストローク量は最大となる。すなわち、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅが共振周波数に近づくにつれ、最大ピストンストローク量Ｘｍａｘは大きくなる。そのため、電流値が一定という条件下における解曲線は共振周波数でピークを持った山型（上に凸）となる。  
また、或る解曲線（或る実効電流値）において、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを、共振周波数より低い側から共振周波数（共振駆動点）に近づけると、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅが共振周波数（共振駆動点）に近づくことに伴いピストン１２のストローク量の増大と、ピストン１２のストローク量の増大に伴う共振周波数の低下とが同時に進行するため、解曲線の傾きが大きくなる。一方、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを、共振周波数（共振駆動点）より高い側から共振周波数（共振駆動点）に近づけると、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅが共振周波数（共振駆動点）に近づくことに伴ってピストン１２のストローク量が増大するところ、ピストン１２のストローク量の増大に伴って共振周波数が低下するため、解曲線の傾きは比較的小さくなる。そのため、共振周波数よりも低周波側においては、わずかな電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数の違いによってピストン１２のストローク量が急変するから、共振周波数に近づけるに際しては、高周波側から低下させていくことが好ましい。
【００４２】
一方、上述のように、ピストン１２のストローク量の変動に伴いガスばね定数Ｋｇａｓが変動する。ピストン１２のストローク量が大きくなると、ガスばね定数Ｋｇａｓの平均値Ｋａｖｅは低下するから、共振周波数も低下する。すなわち、印加電流が大きくなることでピストン１２のストローク量が増すと、共振周波数が低下する。このため、印加電流が大きい解曲線ほど、共振駆動点（共振周波数）が低周波側に存在する。なお、何れの印加電流値であっても、負荷が存在する系の共振周波数（共振駆動点）が無負荷時の共振周波数（共振駆動点）より大きくなることは、上述した式（１）、式（３）〜式（５）より読み取ることができる。
【００４３】
次に、このような解曲線の特性を考慮しつつ、圧縮機１の制御方法について検討する。例えば、本実施例における制御は、ピストン１２のストローク量（流量）の変化が必要な場合もそうでない場合も、次の様にすることができる。  
まず、制御装置５を構成する目標電流値決定部５１（図２）がターゲットとする目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔを決定すると共に、目標周波数決定部５２が目標周波数ωｔａｒｇｅｔを決定する（ターゲット電流決定ステップ）。目標周波数ωｔａｒｇｅｔは、目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔにおける共振周波数又は共振周波数以上となることが好ましい。この値は、ピストン１２のストローク量の変更が必要であれば、目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔは現在の電流値Ｉｔと異なる値となり、ピストン１２のストローク量の変更が必要でなければ目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔとして現在の電流値Ｉｔと同値にできる。なお、通常、圧縮機１は、現在の電流値Ｉｔにおける共振周波数（共振駆動点）で駆動するように制御される。このため、前提として、現在の電流値Ｉｔにおける共振周波数（共振駆動点）で圧縮機１が駆動していると仮定して、適切な制御を考える。
【００４４】
次に、制御装置５を構成する駆動周波数制御部５４（図２）は、現在の周波数ωtが目標周波数ωｔａｒｇｅｔ以上又は超となるように、加振周波数をωtから遷移させる又は維持する（周波数遷移ステップ）。すなわち、周波数遷移ステップでは、加振周波数が目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔにおける共振周波数以上又は超になるように制御する。
【００４５】
周波数遷移ステップと同時又は直後若しくは後（遷移の前又は直前でも良い）、電流更新部５３は、電流値を現在の電流値Ｉｔから目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔに変更する（電流更新ステップ）。周波数遷移ステップと電流更新ステップのタイミングは、タイミング制御部５５により制御される。なお、周波数遷移ステップと電流更新ステップのタイミングは、ピストン１２のストローク量の急変が抑制できる範囲で適宜設定して良いが、好ましくは、周波数遷移ステップの直後又は後に電流更新ステップを行うと、ピストン１２のストローク量の急変、例えば急増、を効果的に抑制できる。ここで、「制御Ａの直前」とは、例えば、制御Ａが行われる３，２，又は１秒前以内をいうと考えても良い。また、「制御Ａの直後」とは、例えば、制御Ａが行われてから３，２，又は１秒以内をいうと考えても良い。
【００４６】
そして、制御装置５を構成する駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを変化、例えば減少、させて共振周波数に一致させていく（周波数更新ステップ）。上述のように、周波数遷移ステップでは、目標周波数決定部５２が目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔにおける共振周波数以上となるように目標周波数ωｔａｒｇｅｔを設定して、駆動周波数制御部５４が電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）を目標周波数ωｔａｒｇｅｔに向けて遷移させるが、共振周波数の高精度な推定が困難な場合もあるため、必ずしも目標周波数ωｔａｒｇｅｔが共振周波数に一致又は共振周波数以上になるとは限らず、共振周波数未満にもなり得る。しかし、例えば、上述の式（１）、式（３）、式（４）又は式（５）、好ましくは式（３）乃至（５）、さらに好ましくは式（５）を用いてこれら式における周波数以上になるように、目標周波数決定部５２が目標周波数ωｔａｒｇｅｔを設定することで、共振周波数以上にし易くなる。これらの式で得られる周波数の、例えば、１００％以上、１０２％以上又は１０５％以上の値を用いると、目標周波数ωｔａｒｇｅｔが共振周波数以上になることを保障し易くなる。例えばそのような場合、周波数更新ステップでは、駆動周波数制御部５４が電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを減少させて共振周波数に一致させていくことができる。なお、仮に、周波数遷移ステップ及び電流更新ステップを行った直後、又は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを減少させるように周波数更新ステップを実行していった結果、ピストン１２のストローク量の急変を駆動周波数制御部５４が検知した場合は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを増加させる例外処理を行っても良い。このときの電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅの増加量は、先立って行われた周波数遷移ステップの実行後の周波数より大きい値にする。このときの電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅの更新速度（単位時間当たりの増加／減少量）は、周波数遷移ステップにおける遷移速度より遅いことが好ましい。また、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅの更新は、連続的に変化させても良いし、離散的に変化させてから適当な時間略維持することを繰り返しても良い。周波数遷移ステップは、ピストン１２のストローク量の急変を回避すべく行うものであり、共振周波数そのものを探索する必要はないため、即座に遷移させることが好ましく、周波数更新ステップでは、共振周波数を探索すべく、周波数を比較的緩やかに遷移させることが好ましいためである。なお、周波数遷移ステップの結果によっては、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを増加させなければ共振駆動に至らない場合が考えられるが、共振周波数の探索は種々公知の方法を用いることができる。
【００４７】
この方法について、通常、目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔにおける共振周波数は、公差等の事情により、推定精度に限界がある。しかし、上述したように、共振駆動点（共振周波数）の座標については、圧縮機１を駆動させる電流値に基づき推定可能である。例えば、現在の電流値Ｉｔ≦目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔの関係が成り立つときは、周波数遷移ステップにおいて、目標周波数ωｔａｒｇｅｔを現在の周波数ωtと略同値又はそれ以上の値にすると、電流更新ステップ後にピストン１２のストローク量が急変することを抑制できることが分かる。また、共振周波数が低周波側に遷移することから、或る程度の範囲ならば、周波数遷移ステップ後の加振周波数を、周波数遷移ステップ前の加振周波数より小さくすることが許容される。
【００４８】
また、現在の電流値Ｉｔ≧目標電流値Ｉｔａｒｇｅｔの関係が成り立つときは、周波数遷移ステップにおいて、目標周波数ωｔａｒｇｅｔを現在の周波数ωtより大きい値にするべきであると分かる。共振周波数が高周波側に遷移することから、或る程度以上、周波数遷移ステップ後の加振周波数を、周波数遷移ステップ前の加振周波数より大きくしなければ、ピストン１２のストローク量の急変を抑制しにくいことがわかる。
【００４９】
このことから、電流値の変更前の値及び変更後の値の差（Ｉｔ―Ｉｔａｒｇｅｔ）と、加振周波数の遷移後の値及び遷移前の値の差（ωｔａｒｇｅｔ―ωｔ）と、の間に、正の相関が成立するように制御することが好ましい。さらに好ましくは、（Ｉｔ―Ｉｔａｒｇｅｔ）＜０が成り立つ場合、（ωｔａｒｇｅｔ―ωｔ）＜０が成り立つように制御し、（Ｉｔ―Ｉｔａｒｇｅｔ）＞０が成り立つ場合、（ωｔａｒｇｅｔ―ωｔ）＞０が成り立つように制御することが好ましい。
【００５０】
電流値を大きい値に変更する（Ｉｔ―Ｉｔａｒｇｅｔ＜０）と、共振周波数は低周波側に遷移するため、周波数遷移ステップにおける加振周波数は、遷移後の値が遷移前の値以下にされることが許容される（ωｔａｒｇｅｔ―ωｔ）＜０を許容）。  
また、電流値を小さい値に変更する（Ｉｔ―Ｉｔａｒｇｅｔ＞０）と、共振周波数は高周波側に遷移するため、周波数遷移ステップにおける加振周波数は、遷移後の値が遷移前の値より大きい値にされることが好ましい（ωｔａｒｇｅｔ―ωｔ）＞０）。このように制御することで、例えば、電流更新ステップ後の加振周波数が、共振周波数より大きい値になり易くなる。
【００５１】
なお、（Ｉｔ―Ｉｔａｒｇｅｔ）の正負に拘らず正の相間を持たせても良いし、例えば、定数Ａについて、（Ｉｔ―Ｉｔａｒｇｅｔ）＞Ａの場合に限定して正の相関を持たせても良いし、（Ｉｔ―Ｉｔａｒｇｅｔ）＜Ａの場合に限定して正の相関を持たせても良い。Ａとしては、例えば０でもよいし、その他の実数でも良い。また、Ａを時間的に変化する値にしてもよい。
【００５２】
以下、さらに詳細に説明する。  
［ストローク量を大きくする場合について］  
電流更新ステップ後の電流値に対応する解曲線における共振周波数（共振駆動点）より低周波側にある状態から電流値を大きくさせると、ピストン１２のストローク量が急変する。一方で、電流値を大きくするとピストン１２のストロークが伸長するため、共振周波数が低周波側に遷移する。このため、電流値を増加させる電流更新ステップ直前以降の電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅは、電流更新ステップ前の電流値に対応する共振周波数近傍、特に低周波側の近傍にすることが好ましい。こうすると、電流更新ステップ直後の電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）が共振周波数に近くなり易い上、ピストン１２のストローク量の変動量を比較的抑制できる。例えば、電流更新ステップの前若しくは直前又は直後に周波数更新ステップを実行することができる。さらにその後、周波数更新ステップで電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを低下させれば、ピストン１２のストローク量の急変を抑制できる。
【００５３】
［ストローク量を小さくする場合について］  
次に、圧縮機１のガス吐出流量を減少させるために、ピストン１２のストローク量を減少させることについて詳細に説明する。すなわち、状態２から状態１に遷移する場合を考える。図７は、図１に示す圧縮機１の動作を説明する周波数特性図である。図７では、状態１及び状態２の間を遷移する圧縮機１の周波数制御の概要を示している。図６と同様、横軸は電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅ、縦軸はピストン１１の最大ストローク量Ｘｍａｘである。ピストン１２のストローク量を減少させる方法としては、例えば巻線６に通電する交番電流の実効値を小さくすることが挙げられる。破線の解曲線がピストン１２のストローク量減少前の状態（状態２）であり、実線の解曲線がピストン１２のストローク量減少後の状態（状態１）である。
【００５４】
いま、状態２において共振駆動点Ｂにて動作しているとする。このとき、電流更新ステップを実行して電流値を小さくすると、解曲線は状態１へと遷移して、共振駆動点は高周波側に移動する。そのため、図中の点線矢印のように、電流値をわずかに小さくしただけで、ピストン１２のストローク量が大幅に減少してしまう。状態変化後（電流値を減少させる電流更新ステップ後）の共振駆動点Ａよりも低周波側の領域は、僅かな電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数や印加電流実効値の変化によってピストン１２のストローク量が急変する領域であるため、制御が容易ではない。そのため、この周波数領域において電流更新ステップ（ピストン１２のストローク量の制御）を実行した場合、制御が追いつかずにピストン１２がシリンダヘッド１３に衝突するおそれが生じる。  
このため、電流値を減少させる電流更新ステップの直前又は直後（好ましくは直前）、周波数遷移ステップを実行することで、共振駆動点Ｂより大きい値に電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを設定する。周波数遷移ステップ後の加振周波数は、電流更新ステップ後の電流値に対応する共振周波数又はこの近傍、特に共振周波数超が好ましい。なお、上述のように、例えば、電流値の減少量と、電流値を減少させる直前又は直後の駆動周波数の増加量とが正の相間を持つように制御することができる。
【００５５】
［ステップの順番等］  
本実施例の圧縮機１は、まず、制御装置５を構成する目標電流値決定部５１が、目標電流Ｉｔａｒｇｅｔを決定する制御（ターゲット電流決定ステップ）を行い、さらに駆動周波数制御部５４が、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを増加させる制御（周波数遷移ステップ）を行った後に、電流更新部５３が、印加電流の実効値を低下させる制御（電流更新ステップ）を行い、さらにその後、駆動周波数制御部５４が、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを減少させる制御（周波数更新ステップ）を行う。例えば、周波数遷移ステップにおいて、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを、現在の（周波数遷移ステップ前の）印加電流の実効値に対応する共振駆動点Ｂよりも高周波側、好ましくは遷移後の状態の共振駆動点Ａよりも高周波側の値にとってから、電流更新ステップを実行して印加電流の実効値を低下させる。その後、周波数更新ステップを実行して電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを低下させて、共振駆動点Ａに近付ける。こうすることで、何れのステップにおいても、共振周波数より低周波側で圧縮機１を駆動させることを抑制できるため、ピストン１２のストローク量の制御を高精度に行うことができる。
【００５６】
また、本実施例の圧縮機１は、共振駆動点又はこの近傍で駆動している場合に印加電流の実効値を増加させる制御を行うときは、周波数遷移ステップとして、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを、周波数遷移ステップ前の共振駆動点又はこの近傍、好ましくは共振周波数超に維持させる制御を行っても良い。そして、電流更新ステップ後に周波数更新ステップを実行して、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを低下させる。例えば、図７において、状態１から状態２に遷移させる場合を考えると、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを現在の印加電流の実効値に対応する共振駆動点Ａに略維持して、電流更新ステップが行われるまで効果的な駆動を行う。その後、印加電流の実効値を増加させるべき状況に至ったら、実効値を増加させる。その後、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを低下させて、共振駆動点Ｂに近付ける。こうすることで、共振状態を長く維持しつつ、共振周波数より低周波側で圧縮機１を駆動させることを抑制できるため、ピストンストロークの制御を高精度に行うことができる。
【００５７】
ここで、非定常運転状態の場合も考慮した共振周波数が式（５）で与えられることから、周波数遷移ステップにおける指令値ω０（目標周波数ωｔａｒｇｅｔ）が次式（６）を満たすように設定することができる。Ｙは、電流更新ステップ後に対応する値を用いることができる。  
【００５８】
【数６】
2018064378.tif 000008
【００５９】
このようにすることで、ピストン１２のストローク量が急変する領域を回避することができ、ピストン１２がシリンダヘッド１３に衝突することを抑制できる。
【００６０】
なお、圧縮機１の負荷が小さい場合等は、式（１）のように近似した周波数を利用して、式（７）のように指令値ω０（目標周波数ωｔａｒｇｅｔ）を設定しても良い。負荷に接続する実際の機器、例えば圧縮機１では、ガスばねなどによる影響が存在するため、指令値ω０（目標周波数ωｔａｒｇｅｔ）は√（Ｋｓ/Ｍ）超とするのが好ましい。  
【００６１】
【数７】
2018064378.tif 000009
【００６２】
また、定常運転状態の場合等は、式（３）のように近似した周波数を利用して、式（８）、式（９）のように指令値ω０（目標周波数ωｔａｒｇｅｔ）を設定しても良い。  
【００６３】
【数８】
2018064378.tif 000010
【００６４】
【数９】
2018064378.tif 000011
【００６５】
（制御フローチャート）  
図８は、図１に示す圧縮機１について、電流実効値を低下させる場合の制御装置５の動作フローを示すフローチャートである。圧縮機１が、或る電流実効値Ｉｔ、或る駆動周波数ωｔで駆動している状態（状態１）に注目する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１００は、圧縮機１を略共振駆動点で駆動させる共振駆動ステップであると好ましい。すなわち、或る駆動周波数ωｔは、或る電流実効値Ｉｔに対応する共振周波数以外の値でも良いが、共振周波数であることが好ましい。
【００６６】
この状態（状態１）から、電流実効値を低下させて別の状態（状態２）に遷移する場合の制御について説明する。まず、圧縮機１は、例えば、圧縮室による流体の吐出流量を減少させるべきと判断すると、ステップＳ１０２では、制御装置５を構成する目標電流値決定部５１は、現在の電流実効値Ｉｔより小さな電流実効値Ｉ０を目標電流Ｉｔａｒｇｅｔとして決定する（ターゲット電流決定ステップ）。そして、目標周波数決定部５２は、目標電流Ｉｔａｒｇｅｔとして決定された電流実効値Ｉ０に対応する共振周波数を演算し、目標周波数ωｔａｒｇｅｔを決定する（ターゲット周波数決定ステップ）。ここで、目標周波数ωｔａｒｇｅｔは、例えば、上述の式（３）、式（４）又は式（５）のωＬ又はωａｖｅとして求めることができる。
【００６７】
ここで、現在の電流実効値Ｉｔ＞Ｉ０（目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ）であるため、電流更新ステップ後の共振周波数は増大することに留意する。圧縮機１は通常、共振駆動点で動作するように制御される（共振駆動ステップ）ため、初期の駆動周波数ωｔは、現在の電流実効値Ｉｔにおける共振周波数近傍であることが多い。すなわち、演算されたＩ０（目標電流Ｉｔａｒｇｅｔ）の解曲線における共振周波数は、初期の駆動周波数ωｔより大きくなり易い。よって、後述するステップＳ１０３では、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを増加させることが多い。
【００６８】
次にステップＳ１０３では、制御装置５を構成する駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを、ステップＳ１０２で求めた電流実効値Ｉ０に対応する共振周波数（目標周波数ωｔａｒｇｅｔ）以上又は超に設定する（周波数遷移ステップ）。すなわち、上述の式（８）又は式（９）のω０を電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅに置換した関係式が成り立つようにする。この際、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅは、初期の駆動周波数ωｔから瞬時的に遷移させることが好ましい。すなわち、後述するステップＳ１０５の低下速度よりも大きい速度で電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを移動させることが好ましい。
【００６９】
次にステップＳ１０４では、電流更新部５３は、インバータ制御部５６及びインバータ５７を介して巻線６へ印加される電流の実効値を現在の電流実効値Ｉｔより小さい電流実効値Ｉ０に変更する（電流更新ステップ）。  
その後、ステップＳ１０５では、駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを低下させインバータ制御部５６へ出力する（周波数更新ステップ）。この際、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅは、目標周波数ωｔａｒｇｅｔを下回っても良い。電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを低下させていって、電流実効値Ｉ０に対応する共振周波数に到達したら、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを維持する。なお、共振周波数に達したことは、種々公知の方法で判定できる。また、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωeを低下させていった結果、ピストン１２のストローク量の急変を検知した場合は、駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを増加させる例外処理を行うことができる。
【００７０】
このように制御することで、電流実効値を低下させる際の制御性を好適に維持することができる。なお、電流実効値に代えて電圧実効値を採用しても同様に制御することができる。また、上述の電流更新部５３及び駆動周波数制御部５４による処理の実行タイミングは、タイミング制御部５５により制御される。
【００７１】
図９は、図１に示す圧縮機１について、電流実効値を増加させる場合の制御装置５の動作フローを示すフローチャートである。圧縮機１が、或る電流実効値Ｉｔ、或る駆動周波数ωtで駆動している状態（状態１）に注目する（ステップＳ２０１）。或る駆動周波数ωｔは、或る電流実効値Ｉｔに対応する共振周波数以外の値でも良いが、共振周波数であることが好ましい。ここでは、或る駆動周波数ωtが或る電流実効値Ｉｔに対応する共振周波数に略一致する場合を想定して説明する。
【００７２】
この状態（状態１）から、電流実効値を増加させて別の状態（状態２）に遷移する場合の制御について説明する。まず、圧縮機１は、例えば、圧縮室による流体の吐出流量を増加させるべきと判断すると、ステップＳ１０２では、制御装置５を構成する目標電流値決定部５１は、現在の電流実効値Ｉｔより大きな電流実効値Ｉ０を目標電流Ｉｔａｒｇｅｔとして決定する（ターゲット電流決定ステップ）。そして、目標周波数決定部５２は、目標電流Ｉｔａｒｇｅｔとして決定された電流実効値Ｉ０に対応する共振周波数を演算し、目標周波数ωｔａｒｇｅｔを決定する（ターゲット周波数決定ステップ）。ここで、目標周波数ωｔａｒｇｅｔは、例えば、上述の式（３）、式（４）又は式（５）のωＬ又はωａｖｅとして求めることができる。
【００７３】
次にステップＳ１０３では、制御装置５を構成する駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを、ステップＳ１０２で求めた電流実効値Ｉ０に対応する共振周波数（目標周波数ωｔａｒｇｅｔ）以上又は超で、且つ初期の駆動周波数ωｔ以下又は未満となるような目標周波数ωｔａｒｇｅｔに遷移させる（周波数遷移ステップ）。なお、初期の駆動周波数ωtが現在の電流実効値Ｉｔにおける共振周波数から乖離している場合もあるため、初期の駆動周波数ωt以下又は未満という条件は、除外しても良い。また、目標周波数ωｔａｒｇｅｔへは、後述するステップＳ２０５（周波数更新ステップ）の低下速度よりも大きい速度で遷移することが好ましい。目標周波数ωｔａｒｇｅｔの具体的な設定方法としては、上述したように、正の相関を用いた算出方法でも良いし、目標電流Ｉｔａｒｇｅｔとして決定された電流実効値Ｉ０における共振周波数を推定して算出しても良い。
【００７４】
次にステップＳ２０４では、電流更新部５３は、インバータ制御部５６及びインバータ５７を介して巻線６へ印加される電流の実効値を現在の電流実効値Ｉｔより大きい電流実効値Ｉ０に変更する（電流更新ステップ）。  
その後、ステップＳ２０５では、駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを低下させインバータ制御部５６へ出力する（周波数更新ステップ）。この際、駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）のの周波数ωｅを低下させて、電流実効値Ｉ０に対応する共振周波数に近づける。電流実効値Ｉ０に対応する共振周波数に到達したら、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを維持する。
【００７５】
このように制御することで、電流実効値を増加させる際の制御性を好適に維持することができる。なお、電流実効値に代えて電圧の実効値を制御する方法でも同様の効果を奏することができる。
【００７６】
なお、本実施例では、弾性体に接続した可動子を備える機器の一例として圧縮機１を説明したがこれに限られるものでは無い。例えば、弾性体に接続した可動子を備えるモータを搭載したその他の機器にも同様に本実施例の構成要素や制御方法を適用可能である。また、弾性体に接続した可動子を備えるモータ単体としても用いることができる。弾性体に接続した可動子を備えるモータやこれを搭載した機器としては、圧縮機１の圧縮室のように、負荷、好ましくは変動する負荷に接続しているものが良い。  
また、本実施例に示した圧縮機１は、凝縮器又は蒸発器として機能する熱交換器を備える空気調和器において、冷媒を圧送するための圧縮機に適用できる。また、エアサスペンションにおいて車高を調整するために圧縮空気を供給する圧縮機、更には、凝縮器及び蒸発器を有する冷蔵庫において、液冷媒を圧送する圧縮機にも適用可能である。
【００７７】
以上の通り、本実施例によれば、可動子の振動振幅の急変を抑制可能な、弾性体に接続した可動子を備える機器及び圧縮機を提供することが可能となる。  
また、本実施例によれば、電流実効値を低下させる際の制御性を好適に維持することができると共に、電流実効値を増加させる際の制御性を好適に維持することも可能となる。
【実施例２】
【００７８】
図１０は、本発明の他の実施例に係る実施例２の圧縮機の動作を説明する周波数特性図である。本実施例では、印加電流の実効値が略一定である下で、可動子３の駆動周波数ωtが共振周波数よりも低周波数である場合における制御を行う点が、上述の実施例１と異なる。図１に示した圧縮機１の構成、図２に示した制御装置の構成などは実施例１と同様である。
【００７９】
図１０に示すように、本実施例では、例えば、印加電流の実効値が略一定である下で、可動子３の駆動周波数ωtが共振周波数よりも低周波数である場合（図１０中、駆動点Ｃ）における制御に関するものである。駆動周波数が駆動点Ｃにある状態で、印加電流の実効値を保ったまま共振動作させるために電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数（加振周波数）ωｅを共振周波数に近付けた場合（図１０中、点線矢印）、実施例１で説明した現象と同様の理由により、ピストン１２のストローク量が急激に変化するため、ピストン１２のストローク量の制御が困難になる。
【００８０】
本実施例では、まず、駆動中の電流値Ｉｔにおける共振周波数を推定等する共振周波数推定ステップを行い、さらに、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを共振駆動点よりも高周波側に増加させる周波数遷移ステップを実行した後に、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを共振駆動点に近付ける周波数更新ステップを行う（図１０中、実線矢印）。なお、共振周波数推定ステップは、実際に演算することで共振周波数を算出又は推定しても良いし、予め理論値などを制御装置５（図２）のメモリ（図示せず）に格納又は外部記憶装置に格納し、それを読み出すことで共振周波数を得ても良い。
【００８１】
このように、共振駆動点より低い駆動点Ｃから共振駆動点より高い周波数に遷移すると、駆動点Ｃから共振駆動点に向かって周波数を増加させるよりも、最大ピストンストローク量Ｘｍａｘの差が小さくなる。すなわち、共振に至るまでのピストン１２のストローク量の変化量が小さいために、容易にピストン１２のストローク量の制御ができるようになり、ピストン１２がシリンダヘッド１３に衝突することを抑制できる。
【００８２】
図１１は、本実施例の制御装置５の動作フローを示すフローチャートである。本フローチャートは、印加電流Ｉｔを略一定とした状態における制御に係る。圧縮機１が、或る電流実効値Ｉｔ、或る駆動周波数ωｔで駆動している状態（状態１）に注目する（ステップＳ３０１）。或る駆動周波数ωｔは、或る電流実効値Ｉｔに対応する共振周波数以外の値である。
【００８３】
この状態（状態１）から、ステップ３０２では、制御装置５を構成する目標周波数決定部５２は、電流実効値Ｉｔに対応する共振周波数を演算により求める（共振周波数推定ステップ）。次にステップＳ３０３では、制御装置５を構成する駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを、ステップＳ３０２で求めた電流実効値Ｉ０に対応する共振周波数以上又は超、且つ、無負荷時の共振周波数超に遷移させる（周波数遷移ステップ）。すなわち、上述した式（８）又は式（９）、且つ、式（７）の関係式が成立する値ω０を目標周波数ωｔａｒｇｅｔとして設定する。ステップＳ３０２で求めた値に基づいて決定すれば、通常、共振周波数以上の値が得られるが、何らかの誤差等によって異常値が出る場合に備えて、無負荷時の共振周波数超という条件を課している。
【００８４】
その後、ステップＳ３０４では、制御装置５を構成する駆動周波数制御部５４は、電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅを低下させる（周波数更新ステップ）。なお、上述したように、式（７）そのものよりも、式（７）の等号不成立の関係式が好ましい。実施例１同様、周波数遷移ステップにおける電磁加振力Ｆｅｌｅｃ（交流磁界）の周波数ωｅの移動速度は、高周波側から共振周波数に向けて低下する周波数更新ステップにおける、周波数ωｅの移動速度よりも大きいことが好ましい。
【００８５】
このように制御することで、電流実効値を維持させる際の制御性を好適に維持することができる。なお、電流実効値に代えて電圧の実効値を採用しても同様の効果を奏することができる。
【００８６】
以上の通り、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、仮に、可動子３の駆動周波数ωtが共振周波数よりも低周波数である場合であっても、電流実効値を維持させる際の制御性を好適に維持することができる。
【００８７】
上述の実施例１又は実施例２に掲げた制御は、変動する負荷に接続した、弾性体に接続した可動子を備えるモータ等についても同様に成り立ち、圧縮機以外の機器にも同様の制御を適用できる。また、無負荷又は一定の有負荷のモータ等についても同様に成り立ち、圧縮機以外の機器にも同様の制御を適用できる。例示した圧縮機は、圧縮される流体を負荷とする、本明細書での開示に係る技術的思想を適用し得る機器の一例に過ぎない。本明細書の記載から明らかなように、モータは、例えば、弾性体に接続した可動子を往復振動させるものである。  
その他、本明細書での開示に係るそれぞれの発明は、それぞれの発明の技術的思想に変更のない範囲で、種々公知の機器に適用できる。また、掲げた不等式においては、等号の成立及び不成立は、数値計算精度の観点から、変更してもよい。例えば、不等号「≦」を不等号「＜」に置換してもよい。また、電流値等については、文脈において支障のない限り、実効値を指すものと解釈することができる。
【００８８】
［他の技術的思想］  
本願は、次の技術的思想を包含する。
【００８９】
［付記１］  
一端が弾性体に接続される可動子と、磁極に捲回される巻線に交番電流を印加し前記可動子を往復運動させる機器であって、
前記交番電流の周波数を増加させ実効値を減少させる、又は、前記交番電流の実効値を増加させ周波数を減少させるよう制御する制御装置を備えることを特徴とする弾性体に接続した可動子を備える機器。
【００９０】
［付記２］  
前記制御装置は、前記交番電流の周波数を増加させる場合、共振周波数以上の周波数に設定した後、共振周波数となるまで前記周波数を低下させることを特徴とする付記１に記載の弾性体に接続した可動子を備える機器。
【００９１】
［付記３］  
前記制御装置は、少なくとも、
前記交番電流の周波数を増加又は減少させるよう制御する駆動周波数制御部と、
前記交番電流の実効値を減少又は増加させるよう制御する電流更新部と、
前記駆動周波数制御部及び前記電流更新部の動作タイミングを制御するタイミング制御部と、を備えることを特徴とする付記１又は付記２に記載の弾性体に接続した可動子を備える機器。
【００９２】
［付記４］  
前記タイミング制御部は、前記駆動周波数制御部により前記交番電流の周波数を増加した後に、前記電流更新部により前記交番電流の実効値を減少させ、更に、前記駆動周波数制御部により前記交番電流の周波数を減少するよう制御することを特徴とする付記３に記載の弾性体に接続した可動子を備える機器。
【００９３】
［付記５］  
前記駆動周波数制御部は現在の交番電流の実効値よりも小さい目標実効値に対応する共振周波数以上の周波数に設定し、前記電流更新部が前記目標実効値となるよう前記交番電流の実効値を低下させた後、前記駆動周波数制御部が前記目標実効値に対応する共振周波数まで周波数を減少させる制御を実行することを特徴とする付記３に記載の弾性体に接続した可動子を備える機器。
【００９４】
［付記６］  
前記駆動周波数制御部は現在の交番電流の実効値よりも大きい目標実効値に対応する共振周波数以上の周波数に設定し、前記電流更新部が前記目標実効値となるよう前記交番電流の実効値を増加した後、前記駆動周波数制御部が前記目標実効値に対応する共振周波数まで周波数を減少させる制御を実行することを特徴とする付記３に記載の弾性体に接続した可動子を備える機器。
【００９５】
［付記７］  
前記駆動周波数制御部は、現在の交番電流の周波数が共振周波数よりも低周波数である場合、現在の交番電流の実効値に対応する共振周波数以上に前記周波数を設定した後、前記現在の交番電流の実効値に対応する共振周波数まで周波数を減少させる制御を実行することを特徴とする付記３に記載の弾性体に接続した可動子を備える機器。
【００９６】
［付記８］  
一端が弾性体に接続され他端がピストンに接続される可動子と、磁極に捲回される巻線に交番電流を印加し前記可動子を往復運動させることにより前記ピストンをシリンダ内で摺動しつつ往復運動させる圧縮機であって、
前記交番電流の周波数を増加させ実効値を減少させる、又は、前記交番電流の実効値を増加させ周波数を減少させるよう制御する制御装置を備えることを特徴とする圧縮機。
【００９７】
［付記９］  
前記制御装置は、前記交番電流の周波数を増加させる場合、共振周波数以上の周波数に設定した後、共振周波数となるまで前記周波数を低下させることを特徴とする付記８に記載の圧縮機。
【００９８】
［付記１０］  
前記制御装置は、少なくとも、
前記交番電流の周波数を増加又は減少させるよう制御する駆動周波数制御部と、
前記交番電流の実効値を減少又は増加させるよう制御する電流更新部と、
前記駆動周波数制御部及び前記電流更新部の動作タイミングを制御するタイミング制御部と、を備えることを特徴とする付記８又は付記９に記載の圧縮機。
【００９９】
［付記１１］  
前記タイミング制御部は、前記駆動周波数制御部により前記交番電流の周波数を増加した後に、前記電流更新部により前記交番電流の実効値を減少させ、更に、前記駆動周波数制御部により前記交番電流の周波数を減少するよう制御することを特徴とする付記１０に記載の圧縮機。
【０１００】
［付記１２］  
前記駆動周波数制御部は現在の交番電流の実効値よりも小さい目標実効値に対応する共振周波数以上の周波数に設定し、前記電流更新部が前記目標実効値となるよう前記交番電流の実効値を低下させた後、前記駆動周波数制御部が前記目標実効値に対応する共振周波数まで周波数を減少させる制御を実行することを特徴とする付記１０に記載の圧縮機。
【０１０１】
［付記１３］  
前記駆動周波数制御部は現在の交番電流の実効値よりも大きい目標実効値に対応する共振周波数以上の周波数に設定し、前記電流更新部が前記目標実効値となるよう前記交番電流の実効値を増加した後、前記駆動周波数制御部が前記目標実効値に対応する共振周波数まで周波数を減少させる制御を実行することを特徴とする付記１０に記載の圧縮機。
【０１０２】
［付記１４］  
前記駆動周波数制御部は、現在の交番電流の周波数が共振周波数よりも低周波数である場合、現在の交番電流の実効値に対応する共振周波数以上に前記周波数を設定した後、前記現在の交番電流の実効値に対応する共振周波数まで周波数を減少させる制御を実行することを特徴とする付記１０に記載の圧縮機。
【０１０３】
［付記１５］  
弾性体に接続した可動子を有し、  
交番電流を巻線に印加することで発する交流磁界で前記可動子を往復動させるモータ又はモータを備える機器であって、  
以下の（１）及び（２）の実行後に（３）の制御を行い、  
以下の（４）及び（５）の実行後に（６）の制御を行い、並びに／又は、  
以下の（７）、（８）及び（９）の制御を、この順で行う、ことを特徴とするモータ又は機器。  
（１）前記交番電流の周波数を増加させる。  
（２）前記交番電流の実効値を低下させる。  
（３）前記交番電流の周波数を低下させる。  
（４）前記交番電流の周波数を略維持又は低下させる。  
（５）前記交番電流の実効値を増加させる。  
（６）前記交番電流の周波数を低下させる。  
（７）前記交番電流の実効値に基づいて、或る周波数を演算する。  
（８）前記交番電流の周波数を前記（７）で求めた周波数以上又は超に設定する。  
（９）前記交番電流の周波数を低下させる。  
（１）乃至（３）の制御によれば、交番電流の実効値を低下させる際の可動子のストロークの急変を抑制できる。（４）乃至（６）の制御によれば、交番電流の実効値を増加させる際の可動子のストロークの急変を抑制できる。（７）乃至（９）の制御によれば、交番電流の実効値を維持した状態で共振周波数を探索する際の可動子のストロークの急変を抑制できる。
【０１０４】
［付記１６］  
弾性体に接続した可動子を有し、  
交番電流を巻線に印加することで発する交流磁界で前記可動子を往復動させるモータ又はモータを備える機器であって、  
以下の（１）の後に（２）制御を行い、及び／又は、  
以下の（４）の後に（５）の制御を行うことを特徴とするモータ又は機器。
【０１０５】
［付記１７］  
弾性体及びピストンに接続した可動子と、  
前記ピストンの運動により流体が圧縮される圧縮室と、  
前記可動子に交流磁界を与える供給部と、を備える圧縮機であって、  
前記弾性体の単位長さ変形した場合の復元力をｋ、前記可動子の質量をｍとしたとき、前記供給部は、供給する交流磁界の周波数を、√（ｋ／ｍ）超にした後低下させることを特徴とする圧縮機。  
付記３によれば、ピストンストロークの急変を抑制しようとする際に、設定すべき交流磁界の周波数の下限値を効果的に定めることができる。
［付記１８−１］  
弾性体に接続した可動子を有し、  
巻線に流す交番電流を用いて前記可動子を往復動させるモータを備える機器であって、  
前記交番電流の周波数を増加させる周波数遷移ステップと、  
前記交番電流の実効値を減少させる電流更新ステップと、  
を実行することを特徴とする機器。  
付記１８−１によれば、可動子のストロークの急変を抑制できる。
【０１０６】
［付記１８−２］  
前記電流更新ステップの前に、前記可動子を略共振駆動点で駆動させる共振駆動ステップを実行し、  
前記周波数遷移ステップの後に、前記交番電流の周波数を変化させる周波数更新ステップを実行し、  
該周波数更新ステップにおける周波数の変化の速さは、前記周波数遷移ステップにおける周波数の変化の速さよりも小さいことを特徴とする付記１８−１に記載の機器。
【０１０７】
［付記１８−３］  
前記周波数更新ステップでは、前記交番電流の周波数を減少させ、  
前記電流更新ステップの後に、前記周波数遷移ステップを実行することを特徴とする付記１８−２に記載の機器。
【０１０８】
［付記１８−４］  
弾性体に接続した可動子を有し、  
巻線に流す交番電流を用いて前記可動子を往復動させるモータを備える機器であって、  
前記交番電流の実効値を増大させる電流更新ステップと、  
該電流更新ステップの後に行われ、前記交番電流の周波数を減少させる周波数更新ステップと、を実行することを特徴とする機器。
【０１０９】
［付記１８−５］  
前記交番電流の周波数を変化させる周波数遷移ステップを実行し、  
該周波数遷移ステップ後の周波数値ωｔａｒｇｅｔから該周波数遷移ステップ前の周波数値ωtを引いた値は、前記電流更新ステップ前の電流値Ｉｔから前記電流更新ステップ後の電流値Ｉｔａｒｇｅｔを引いた値に対して正の相関を有することを特徴とする付記１８−１乃至１８−４何れか一項に記載の機器。
【０１１０】
［付記１８−６］  
弾性体に接続した可動子を有し、  
巻線に流す交番電流を用いて前記可動子を往復動させるモータであって、  
前記交番電流の周波数を増大させる周波数遷移ステップと、  
前記交番電流の周波数を減少させる周波数更新ステップと、をこの順で実行し、  
前記周波数更新ステップにおける周波数の減少速さは、前記周波数遷移ステップにおける周波数の増大速さよりも小さいことを特徴とするモータ。
【符号の説明】
【０１１１】
１・・・圧縮機
２・・・電機子
３・・・可動子
３ａ・・・永久磁石
４・・・磁極
５・・・制御装置
６・・・巻線（供給部）
７・・・ブリッジ
１１・・・シリンダブロック
１１ａ・・・シリンダ
１２・・・ピストン
１３・・・シリンダヘッド
１４・・・共振ばね
５１・・・目標電流値決定部
５２・・・目標周波数決定部
５３・・・電流更新部
５４・・・駆動周波数制御部
５５・・・タイミング制御部
５６・・・インバータ制御部
５７・・・インバータ
【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】
2018064378.tif 000022
【図１０】
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【図１１】
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