(57)【要約】  負荷状態によって圧縮行程及び吸入行程時にストロークを可変制御することにより、圧縮機の駆動時に、消費電力の減少及び冷却能力の不足現象の発生を防止でき、信頼性が確保できるリニア圧縮機の運転制御装置及び方法を提供する。リニア圧縮機の運転制御方法において、負荷の状態によって圧縮行程及び吸入行程時に点孤角がそれぞれ適用される。リニア圧縮機の運転制御装置は、ピストンの運動によりストロークを変化させてリニア圧縮機を駆動する電気回路部（２０）と、電気回路部（２０）で発生する電圧及び電流を検出する電圧／電流検出部（２１）と、電圧／電流検出部（２１）から電流及び電圧が入力されると対応する時点の電圧／電流位相差を検出する位相差検出部（２２）と、位相差検出部（２２）から位相差が入力されると入力された位相差に基づいて圧縮行程時及び吸入行程時にそれぞれ異なる点孤角を適用することによりストローク電圧を電気回路部（２０）に印加するストローク制御部（２３）とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷の状態によって圧縮行程及び吸入行程時に点孤角をそれぞれ適用することを特徴とするリニア圧縮機の運転制御方法。
【請求項２】
電流の最大値及び位相角の変化に基づいて前記吸入行程又は前記圧縮行程を判断する、請求項１に記載のリニア圧縮機の運転制御方法。
【請求項３】
高温負荷の場合、前記圧縮行程時にストロークを変化させ、前記吸入行程時にピストンの上死点と下死点間の最大距離を有するフルストローク制御を行う、請求項２に記載のリニア圧縮機の運転制御方法。
【請求項４】
高温負荷の場合、前記圧縮行程時に点孤角を減少させることでストロークを増加させる、請求項１に記載のリニア圧縮機の運転制御方法。
【請求項５】
前記リニア圧縮機の負荷を検出する段階と、
前記負荷が基準負荷以上であるか否かを判断する段階と、
前記負荷が基準負荷以上である場合、可変容量制御を行う段階と、
前記負荷が基準負荷より小さい場合、ピストンの上死点と下死点間の最大距離を有するフルストローク制御を行う段階と、
をさらに有する請求項１に記載のリニア圧縮機の運転制御方法。
【請求項６】
前記可変容量制御を行う段階において、
電流の最大値及び位相角の変化に基づいて前記吸入行程及び前記圧縮行程を判断し、前記圧縮行程時に点孤角を減少させることでストロークを増加させる、請求項５に記載のリニア圧縮機の運転制御方法。
【請求項７】
リニア圧縮機で発生する電圧及び電流を検出する段階と、
前記検出された電圧及び電流が入力されると、対応する時点の電圧／電流位相差を検出する段階と、
現在負荷状態の電圧／電流位相差と基準負荷状態の電圧／電流位相差とを比較する段階と、
前記現在負荷状態の電圧／電流位相差が前記基準負荷状態の電圧／電流位相差以上である場合、ストロークを変化させるために可変容量によりストロークを制御し、前記現在負荷状態の電圧／電流位相差が前記基準負荷状態の電圧／電流位相差より小さい場合、ストロークを減少させる段階と
を有することを特徴とするリニア圧縮機の運転制御方法。
【請求項８】
前記可変容量によりストロークを制御する段階は、
電流の最大値及び位相差の変化を検出することにより、圧縮行程又は吸入行程を判断する段階と、
前記判断の結果、前記圧縮行程時には点孤角を減少させることでストロークを増加させ、前記吸入行程時には点孤角を維持することでピストンの上死点と下死点間の最大距離を有するフルストロークを維持する段階とを有する、請求項７に記載のリニア圧縮機の運転制御方法。
【請求項９】
ピストンの運動によりストロークを変化させてリニア圧縮機を駆動する電気回路部と、
前記電気回路部で発生する電圧及び電流を検出する電圧／電流検出部と、
前記電圧／電流検出部から電流及び電圧が入力されると、対応する時点の電圧／電流位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部から位相差が入力されると、前記入力された位相差に基づいて圧縮行程時及び吸入行程時にそれぞれ異なる点孤角を適用することによりストローク電圧を前記電気回路部に印加するストローク制御部と
を有することを特徴とするリニア圧縮機の運転制御装置。
【請求項１０】
前記ストローク制御部が、
前記圧縮行程時にストロークを増加させるためにストローク電圧を前記電気回路部に印加し、前記吸入行程時にピストンの上死点と下死点間の最大距離を有するフルストロークにより制御するためにストローク電圧を前記電気回路部に印加する、請求項９に記載のリニア圧縮機の運転制御装置。
【請求項１１】
前記ストローク制御部が、
前記位相差検出部で検出された電圧／電流位相差と基準負荷時の電圧／電流位相差とを比較し、前記比較結果に基づいて前記圧縮行程及び前記吸入行程時にそれぞれ異なる点孤角を適用して前記ストローク電圧によってスイッチング制御信号を出力するマイクロコンピュータと、
電圧／電流位相差に対応するストローク電圧値を予め保存するメモリとを有する、請求項９に記載のリニア圧縮機の運転制御装置。
【請求項１２】
前記ストローク制御部が、
現在負荷状態の電圧／電流位相差が前記基準負荷時の電圧／電流位相差以上である場合、ストロークを変化させるために可変容量によりストロークを制御し、前記現在負荷状態の電圧／電流位相差が基準負荷時の電圧／電流位相差より小さい場合、ストロークを減少させる、請求項１１に記載のリニア圧縮機の運転制御装置。
【請求項１３】
前記電気回路部が、
交流電源をトライアック（登録商標）によりスイッチングして前記リニア圧縮機を駆動する、請求項９に記載のリニア圧縮機の運転制御装置。
【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、負荷の状態によってストロークを可変制御できるリニア圧縮機の運転制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、圧縮機は、蒸発器から蒸発した冷媒蒸気の凝縮を容易にするために冷媒蒸気の圧力を上昇させる。このような圧縮機の作用により、冷媒は凝縮及び蒸発過程を繰り返して冷凍装置の内部を循環し、熱を冷所から温所に運ぶ。
【０００３】
最近使用されている多様な形態の圧縮機のうち、最も一般的に使用されている圧縮機は、往復動式圧縮機である。前記往復動式圧縮機は、シリンダ内で上下に移動するピストンにより蒸気を圧縮して圧力を上昇させる方法を用い、往復動式圧縮機に印加されるストローク電圧を変化させることで圧縮比を変化できるため、可変冷却能力制御にも適用できるという利点がある。
【０００４】
しかしながら、往復動式圧縮機は、モータの回転運動を直線運動に変えて蒸気を圧縮する方式を採用し、回転運動を直線運動に変換するために、スクリュー、チェーン、ギアシステム、タイミングベルトなどの機械的な変換装置が必須である。従って、これによるエネルギー変換損失が大きく、機器の構造が複雑になるため、最近はモータ自体が直線運動をするリニア方式を採用したリニア圧縮機を使用する。
【０００５】
前記リニア圧縮機は、モータ自体が直線駆動力を直接発生するので、機械的な変換装置が必要ない。さらに、前記リニア圧縮機は、構造が複雑ではなく、エネルギー変換による損失が低減できると共に、摩擦及び摩耗が発生する連結部位がないため、騒音を大きく減らすことができるという特徴を有する。また、リニア圧縮機を冷蔵庫やエアコンに適用する場合、リニア圧縮機に印加されるストローク電圧を変化させることにより、圧縮比を変化できるため、可変冷却能力制御にも使用できるという利点がある。
【０００６】
図１は、一般的なリニア圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００７】
図１に示すように、前記リニア圧縮機の運転制御装置は、ストローク電圧によってピストンの往復運動によりストローク（ピストンの上死点と下死点間の距離）を変化させて冷却能力を調節するリニア圧縮機３と、ストロークの変化により前記リニア圧縮機３に供給される電流を検出する電流検出部４と、ストロークの変化により前記リニア圧縮機３で発生する電圧を検出する電圧検出部５と、前記電流検出部４及び電圧検出部５で検出された電流及び電圧を利用してストロークを計算し、前記計算されたストロークを使用者が入力したストローク指令値と比較し、スイッチング制御信号を出力するマイクロコンピュータ６と、前記出力されたスイッチング制御信号により交流電源をトライアック（登録商標）２でスイッチングし、前記リニア圧縮機３にストローク電圧を印加する電気回路部１とから構成される。
【０００８】
以下、このように構成された従来のリニア圧縮機の制御動作を説明する。
【０００９】
まず、前記電気回路部１は、使用者が設定したストローク指令値によりストローク電圧を出力し、ピストンは、前記ストローク電圧により往復運動する。従って、ストロークが変化することにより、前記リニア圧縮機３の冷却能力が制御される。すなわち、前記リニア圧縮機３の冷却能力は、シリンダ内部のピストンの往復運動によりストロークが変化し、前記シリンダ内部の冷却ガスが吐出バルブを介して凝縮器に吐出されることにより、調節される。
【００１０】
ここで、ストローク電圧によりストロークが変化すると、前記電流検出部４及び前記電圧検出部５は、前記リニア圧縮機３で発生した電圧及び電流を検出し、前記マイクロコンピュータ６は、前記検出された電圧及び電流を利用してストロークを計算する。
【００１１】
従って、前記マイクロコンピュータ６は、前記計算されたストロークがストローク指令値より小さい場合、前記トライアック（登録商標）のオン周期を長くするスイッチング制御信号を出力することにより、前記リニア圧縮機３に印加されるストローク電圧を増加させる。また、前記マイクロコンピュータ６は、前記計算されたストロークがストローク指令値より大きい場合、前記トライアック（登録商標）のオン周期を短くするスイッチング制御信号を出力することにより、前記リニア圧縮機３に印加されるストローク電圧を減少させる。
【００１２】
図２Ａは、従来のリニア圧縮機の運転制御方法において、負荷が小さい場合の入力電圧及び入力電流の波形図であり、図２Ｂは、従来のリニア圧縮機の運転制御方法において、負荷が大きい場合の入力電圧及び入力電流の波形図である。
【００１３】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、従来のストローク制御方法において、前記リニア圧縮機にかかる負荷（例えば、冷蔵庫の外気温度や凝縮器の温度など）による点孤角（交流電源の１サイクル毎の導通時間）が一定であるため、冷蔵庫の負荷が増減することにより、シリンダ内部のピストン運動の上限点又はシリンダの体積が最小になる位置が変化する。
【００１４】
例えば、周囲温度が３０℃以下の、負荷が少ない場合（又は、中温状態の負荷）は、ピストンの位置が変わる現象がほとんど発生しないが、周囲温度が４０℃以上の、負荷が大きい場合（又は、高温状態の負荷）は、一定の点孤角（又は、同一の入力状態）によりストロークが制御される。これにより、圧縮行程より吸入行程においてピストンの移動距離が相対的に増加してピストンが後方に押される現象が発生することにより、ピストンの摩耗及び衝突が発生するという問題があった。
【００１５】
従って、従来のリニア圧縮機の運転時に、冷却能力の不足現象が発生したり、効率が低下することで、信頼性が低下するという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、負荷状態によって圧縮行程及び吸入行程時にストロークを可変制御することにより、圧縮機の駆動時に、消費電力の減少及び冷却能力の不足現象の発生を防止でき、信頼性が確保できるリニア圧縮機の運転制御装置及び運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明によるリニア圧縮機の運転制御装置は、ピストンの運動によりストロークを変化させてリニア圧縮機を駆動する電気回路部と、電気回路部で発生する電圧及び電流を検出する電圧／電流検出部と、電圧／電流検出部から電流及び電圧が入力されると、対応する時点の電圧／電流位相差を検出する位相差検出部と、位相差検出部から位相差が入力されると、前記入力された位相差に基づいて圧縮行程時及び吸入行程時にそれぞれ異なる点孤角を適用することによりストローク電圧を電気回路部に印加するストローク制御部とを含むことを特徴とする。
【００１８】
このような目的を達成するために、本発明によるリニア圧縮機の運転制御方法は、負荷の状態によって圧縮行程及び吸入行程時に点孤角をそれぞれ適用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、圧縮行程及び吸入行程時にそれぞれ異なる点孤角を適用する。これにより、対応するストローク電圧によりシリンダ内のピストンが運動することでストロークが変化し、従って、冷却能力が調節される。すなわち、負荷の状態によってリニア圧縮機の圧縮行程及び吸入行程時にストロークを異なって制御するために電流の位相を非対称的に制御することにより、吸入行程時にピストンが後方に押されることを防止できるという効果がある。
【００２０】
従って、消費電力の減少及び冷却能力の不足現象が防止でき、信頼性が確保できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図３は、本発明によるリニア圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図３に示すように、本発明によるリニア圧縮機の運転制御装置は、ピストンの運動によりストロークを変化させることでリニア圧縮機を駆動する電気回路部２０と、電気回路部２０で発生する電圧及び電流を検出する電圧／電流検出部２１と、電圧／電流検出部２１から電流及び電圧が入力されると、対応する時点の電圧／電流位相差を検出する位相差検出部２２と、位相差検出部２２から位相差が入力されると、入力された位相差に基づいて圧縮行程及び吸入行程時にそれぞれ異なる点孤角を適用してストローク電圧を電気回路部２０に印加するストローク制御部２３とから構成される。
【００２３】
ここで、ストローク制御部２３は、位相差検出部２２で検出された電圧／電流位相差と基準負荷時の電圧／電流位相差とを比較し、比較結果に基づいて圧縮行程及び吸入行程時にそれぞれ異なる点孤角を適用することで、ストローク電圧によってスイッチング制御信号を出力するマイクロコンピュータ２４と、電圧／電流位相差に対応するストローク電圧値を予め保存するメモリ２５とから構成される。
【００２４】
また、電気回路部２０は、マイクロコンピュータ２４からスイッチング制御信号を受信すると、交流電源をトライアック（登録商標）（図示せず）によりスイッチングしてリニア圧縮機を駆動する。
【００２５】
図４は、本発明によるリニア圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
【００２６】
以下、図４を参照して本発明によるリニア圧縮機の運転制御装置の動作を説明する。
【００２７】
まず、電圧／電流検出部２１は、ストローク電圧によりストロークが変化すると、リニア圧縮機で発生する電圧及び電流を検出し、検出された電圧及び電流を位相差検出部２２に印加する（Ｓ１０）。これにより、位相差検出部２２は、電圧／電流検出部２１から検出された電圧及び電流が入力されると、対応する時点の電圧／電流位相差を検出する（Ｓ２０）。
【００２８】
その後、ストローク制御部２３は、位相差検出部２２から現在負荷状態の電圧／電流位相差が入力されると、現在負荷状態の電圧／電流位相差を基準負荷時の電圧／電流位相差と比較する（Ｓ３０）。これにより、現在負荷状態の電圧／電流位相差が基準負荷時の電圧／電流位相差以上である場合、ストロークを変化させるための可変容量制御（variable capacity control）方法によりストロークが制御される（Ｓ４０）。また、現在負荷状態の電圧／電流位相差が基準負荷時の電圧／電流位相差より小さい場合、リニア圧縮機は、ストロークを減少させることにより制御される（Ｓ５０）。
【００２９】
以下、可変容量制御時のストローク制御方法を図５及び図６を参照して説明する。
【００３０】
図５は、本発明による可変容量制御時の吸入行程及び圧縮行程での電圧及び電流を示す波形図であり、図６は、本発明によるフルストローク制御及び可変容量制御時のストロークを示す図である。
【００３１】
まず、圧縮行程時にはメインスプリング及び冷媒ガススプリングが使用され、吸入行程時にはメインスプリングが使用される。ここで、使用者が圧縮機のストローク指令値を設定した場合、圧縮機を効率的に駆動するためには、負荷のサイズに関係なくストローク値を一定に維持しなければならない。しかしながら、圧縮機駆動時に負荷が過大又は過小になると、負荷の変動によりストローク制御の信頼性が低下する。すなわち、ピストンの後退又は衝突により圧縮機が振動することがある。
【００３２】
これを解決するために、本発明によるストローク制御部は、ストロークを上下に制御（すなわち、可変容量制御）することにより、ピストンのサイクル動作中にストロークの効率が最大である所定範囲で冷却能力を制御する。
【００３３】
すなわち、図５に示すように、電流の最大値及び位相差の変化に基づいて吸入行程又は圧縮行程を判断する。判断の結果、圧縮行程時にはストロークを減少させるために点孤角を減少させ、吸入行程時にはピストンの上死点と下死点間の最大距離を有するフルストロークを維持するために点孤角を維持する。
【００３４】
また、図６に示すように、ストローク制御部は、圧縮行程時には、ストロークを増加させるためにストローク電圧を電気回路部に印加することにより、ピストンが後方に押されることを防止し、吸入行程時には、ピストンの上死点と下死点間の最大距離を有するフルストロークによる制御のためにストローク電圧を電気回路部に印加することにより、圧縮機の効率を向上させる。
【００３５】
この発明の要旨を逸脱しない範囲で多様な変更及び変形が可能であることは当該技術分野における通常の知識を有する者であれば明白である。従って、本発明は、添付の請求項及びその同等物の範囲内で提供される多様な変更及び変形を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のリニア圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】従来のリニア圧縮機の運転制御方法において、負荷が小さい場合の入力電圧及び入力電流の波形図である。
【図２Ｂ】従来のリニア圧縮機の運転制御方法において、負荷が大きい場合の入力電圧及び入力電流の波形図である。
【図３】本発明によるリニア圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明によるリニア圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明により、可変容量制御時に吸入行程及び圧縮行程での電圧及び電流を示す波形図である。
【図６】本発明により、フルストローク制御及び可変容量制御時のストロークを示す図である。
【図１】
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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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【国際調査報告】
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