(57)【要約】【課題】一般的に用いられる圧縮機の運転領域又は動作領域（又は高効率運転領域）においては効率面を考慮してピストンの初期値を適切に（又は最適に）設計し、高負荷運転領域（又は高冷却能力運転領域）では非対称運転を行って最大冷却能力を増加させることができる、リニア圧縮機の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。【選択図】図１
2015119632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、
前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流を検出する検出部と、
前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、
前記非対称モータ電流に基づいて前記制御信号を生成する制御部と
を含むことを特徴とするリニア圧縮機の制御装置。
【請求項２】
前記検出部は、
前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電圧を検出し、
前記制御部は、
前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項３】
前記電流オフセットは、
前記リニア圧縮機の動作モードに応じて変更され、
前記動作モードは、
対称制御モードと非対称制御モードの少なくとも一方であり、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記動作モードが対称制御モードの場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、
前記動作モードが非対称制御モードの場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、
前記特定値は、
前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されることを特徴とする請求項３に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項５】
前記電流オフセットは、
前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値の変化に応じて変更されることを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記リニア圧縮機の負荷を検出し、前記検出された負荷に対応する電流オフセットを設定し、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように前記非対称電流生成部を制御することを特徴とする請求項５に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項７】
前記リニア圧縮機の負荷は、
前記リニア圧縮機に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、前記リニア圧縮機の外気温度、前記リニア圧縮機の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて検出されることを特徴とする請求項６に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記冷却能力指令値に対応する電流オフセットを設定し、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように前記非対称電流生成部を制御することを特徴とする請求項５に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項９】
前記電流オフセットによる前記リニア圧縮機のモータに含まれるピストンの押しのけ量は、
前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ定数及び前記電流オフセットに比例し、
前記制御部は、
前記検出されたモータ電流又は前記非対称モータ電流に基づいて前記モータ定数を検出し、前記検出されたモータ定数に基づいて前記電流オフセットを調整することを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１０】
前記リニア圧縮機は、
前記リニア圧縮機のモータにおけるインダクタ及び仮想コンデンサに基づいて共振運転を行う共振型圧縮機であり、
前記制御部は、
前記非対称モータ電流を積分し、前記積分した値に特定の定数をかけてコンデンサ電圧を演算し、前記演算されたコンデンサ電圧に基づいて前記制御信号を生成することにより、前記仮想コンデンサの機能を実現することを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１１】
前記制御信号は、
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で生成される電圧制御信号であり、
前記制御部は、
前記電圧制御信号のパルス幅を調整するための正弦波状のＰＷＭ基準信号から前記演算されたコンデンサ電圧を引いて変更されたＰＷＭ基準信号を生成し、前記変更されたＰＷＭ基準信号に基づいて前記電圧制御信号を生成することを特徴とする請求項１０に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１２】
前記制御部は、
前記リニア圧縮機の運転周波数が前記リニア圧縮機の機械的共振周波数に追従するように制御し、前記リニア圧縮機の運転中に前記機械的共振周波数の変化に応じて前記運転周波数が調整される場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるインダクタ及び前記仮想コンデンサに基づく電気的共振周波数が前記調整される運転周波数に追従するように前記特定の定数を調整することを特徴とする請求項１０に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１３】
前記制御部は、
前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいてストロークを検出し、前記検出されたストロークに基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項２に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１４】
前記制御部は、
前記非対称モータ電流の位相と前記検出されたストロークの位相との位相差を検出し、前記位相差に基づいて前記リニア圧縮機の出力電力が制御されるように前記制御信号を生成するか、又は前記位相差に基づいて前記リニア圧縮機の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１３に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１５】
前記制御部は、
前記非対称モータ電流の位相と前記検出されたストロークの位相との位相差を検出し、前記位相差、前記非対称モータ電流、及び前記検出されたストロークに基づいて前記リニア圧縮機のモータにおけるばね定数を検出し、前記ばね定数に基づいて前記リニア圧縮機の出力電力が制御されるように前記制御信号を生成するか、又は前記ばね定数に基づいて前記リニア圧縮機の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１３に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１６】
前記リニア圧縮機のモータは、
第１コイル及び第２コイルで構成されたコイル部と、
スイッチング制御信号に基づいて、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが選択的に前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるか又は前記第１コイルとなるように制御するスイッチング素子と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１７】
前記制御部は、
前記リニア圧縮機の負荷が基準負荷より大きい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、
前記リニア圧縮機の負荷が前記基準負荷より小さい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成することを特徴とする請求項１６に記載のリニア圧縮機の制御装置。
【請求項１８】
内部に圧縮空間を含む固定部材と、
前記固定部材の内部で往復直線運動して前記圧縮空間に吸入された冷媒を圧縮する可動部材と、
前記可動部材を前記可動部材の運動方向に付勢するように設けられた少なくとも１つのばねと、
前記可動部材に連結されるように設けられて前記可動部材を軸方向に往復直線運動させるモータと、
リニア圧縮機の制御装置とを含み、
前記リニア圧縮機の制御装置は、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリニア圧縮機の制御装置であることを特徴とするリニア圧縮機。
【請求項１９】
冷蔵庫本体と、
前記冷蔵庫本体に備えられて冷媒を圧縮するリニア圧縮機と、
前記リニア圧縮機の制御装置とを含み、
前記リニア圧縮機の制御装置は、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリニア圧縮機の制御装置であることを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２０】
リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する段階と、
前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する段階と、
前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて制御信号を生成する段階と、
前記制御信号に基づいて前記リニア圧縮機を駆動する段階と
を含むことを特徴とするリニア圧縮機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニア圧縮機の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、往復動式圧縮機は、ピストンがシリンダの内部で線形に往復運動して冷媒ガスを吸入、圧縮して吐出するものであり、より具体的には、ピストンを駆動する方式によってレシプロ方式とリニア方式に分けられる。
【０００３】
レシプロ方式は、回転モータにクランクシャフトを結合してそのクランクシャフトにピストンを結合し、回転モータの回転力を直線往復運動に変換する方式であり、リニア方式は、直線モータの可動子にピストンを直接連結し、モータの直線運動によりピストンを往復運動させる方式である。
【０００４】
本発明は、リニア方式を適用した往復動式圧縮機に関する。
【０００５】
リニア方式の往復動式圧縮機は、前述したように回転運動を直線運動に変換するクランクシャフトを備えないので、摩擦損失が少ないことから、一般の圧縮機より圧縮効率が高い。
【０００６】
前記往復動式圧縮機が冷蔵庫や空気調和機に用いられた場合、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させることにより前記往復動式圧縮機の圧縮比を変化させることができ、冷却能力（freezing capacity）を制御することができる。
【０００７】
図１９は一般的な往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、一般的な往復動式圧縮機の運転制御装置は、モータに供給されるモータ電流を検出する電流検出部４と、前記モータに印加されるモータ電圧を検出する電圧検出部３と、前記検出されたモータ電流及びモータ電圧、並びにモータパラメータによりストロークを推定するストローク推定器５と、前記推定されたストローク推定値とストローク指令値とを比較してそれに応じた差信号を出力する比較器１と、前記差信号により、前記モータに印加される電圧を変化させてストロークを制御するコントローラ２とから構成される。
【０００８】
このような一般的な往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を説明すると次の通りである。
【０００９】
まず、電流検出部４はモータに供給されるモータ電流を検出し、電圧検出部３は前記モータに印加されるモータ電圧を検出する。
【００１０】
ストローク推定器５は、前記検出されたモータ電流及びモータ電圧、並びにモータパラメータを下記数式１に適用してストローク推定値を算出し、前記算出されたストローク推定値を比較器１に提供する。
【００１１】
【数１】
2015119632.tif 000003
ここで、Ｒはレジスタンスであり、Ｌはインダクタンスであり、αはモータ定数又は逆起電力定数である。
【００１２】
比較器１は、前記ストローク推定値とストローク指令値とを比較してそれに応じた差信号をコントローラ２に出力し、コントローラ２は、前記差信号により、前記モータに印加される電圧を変化させてストロークを制御する。
【００１３】
すなわち、コントローラ２は、図２０に示すように、前記ストローク推定値が前記ストローク指令値より大きければ、前記モータに印加される電圧（圧縮機の入力）を減少させ、前記ストローク推定値が前記ストローク指令値より小さければ、前記モータに印加される電圧（圧縮機の入力）を増加させる。
【００１４】
一般に、前述した往復動式圧縮機が適用される冷蔵庫は２４時間稼働する家電機器であり、冷蔵庫においては消費電力が非常に重要である。
【００１５】
とりわけ、圧縮機の効率が冷蔵庫の消費電力に及ぼす影響が最も大きいといえる。
【００１６】
よって、冷蔵庫の消費電力を低減するためには、圧縮機の効率を向上させなければならない。
【００１７】
リニア圧縮機の効率を向上させる方法の１つは、摩擦による損失を低減することである。
【００１８】
摩擦による損失を低減するためには、ピストンの初期値（又は、シリンダにおけるピストンの初期位置）を減少させてストロークを減少させなければならない。
【００１９】
しかし、ピストンの初期値は圧縮機の最大冷却能力を決定する要素であり、ピストンの初期値を減少させると、摩擦による損失が低減されて圧縮機の効率が向上するという利点はあるが、圧縮機の最大冷却能力が減少して過負荷への対応が困難であるという問題があった。
【００２０】
また、ピストンの初期値を増加させると、圧縮機の最大冷却能力が増大するという利点はあるが、ピストンの移動距離（上死点（Top Dead Center; TDC）と下死点（Bottom Dead Center; BDC）間の距離）が長くなるので、摩擦による損失が増加して圧縮機の効率が減少するという問題があった。
【００２１】
つまり、ピストンの初期値による圧縮機の効率及び最大冷却能力はトレードオフの関係にある。
【００２２】
なお、リニア圧縮機において、ピストンの上死点とは、物理的にはピストンの圧縮行程完了時のストロークを意味する。以下、前記ＴＤＣ＝０の地点を単に「上死点」という。
【００２３】
また、ピストンの下死点とは、物理的にはピストンの吸入行程完了時のストロークを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、一般的に用いられる圧縮機の運転領域又は動作領域（又は高効率運転領域）においては効率面を考慮してピストンの初期値を適切に（又は最適に）設計し、高負荷運転領域（又は高冷却能力運転領域）では非対称運転を行って最大冷却能力を増加させることができる、リニア圧縮機の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
【００２５】
具体的には、本発明は、基本的にピストンの初期値（又は初期位置）を小さく設定し、一般的に用いられる圧縮機の運転領域又は動作領域で圧縮機の効率を向上させ、モータ制御技術を用いて検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流をモータコントローラに供給し、高負荷運転領域でピストンの初期値を電気的に移動させて（ピストンの押しのけ量を制御して）最大冷却能力を増加させることにより、制御安定性を確保すると共に効率を最大化する初期値の設計が可能な、リニア圧縮機の制御装置及び制御方法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】
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。
【００２７】
本発明の一態様において、前記検出部は、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電圧を検出し、前記制御部は、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【００２８】
本発明の一態様において、前記電流オフセットによる前記リニア圧縮機のモータに含まれるピストンの押しのけ量は、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ定数及び前記電流オフセットに比例し、前記制御部は、前記検出されたモータ電流又は前記非対称モータ電流に基づいて前記モータ定数を検出し、前記検出されたモータ定数に基づいて前記電流オフセットを調整するようにしてもよい。
【００２９】
上記目的を達成するために、本発明によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。
【００３０】
本発明の一態様において、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の動作モードに応じて変更されるようにしてもよい。
【００３１】
本発明の一態様において、前記動作モードは、対称制御モードと非対称制御モードの少なくとも一方であってもよい。
【００３２】
本発明の一態様において、前記動作モードは、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【００３３】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記動作モードが対称制御モードの場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記動作モードが非対称制御モードの場合、前記電流オフセットを特定値に設定するようにしてもよい。
【００３４】
本発明の一態様において、前記特定値は、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【００３５】
本発明の一態様において、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値の変化に応じて変更されるようにしてもよい。
【００３６】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷を検出し、前記検出された負荷に対応する電流オフセットを設定し、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように前記非対称電流生成部を制御するようにしてもよい。
【００３７】
本発明の一態様において、前記リニア圧縮機の負荷は、前記リニア圧縮機に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、前記リニア圧縮機の外気温度、前記リニア圧縮機の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて検出されるようにしてもよい。
【００３８】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記検出された負荷が第１基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定するようにしてもよい。
【００３９】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記冷却能力指令値に対応する電流オフセットを設定し、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように前記非対称電流生成部を制御するようにしてもよい。
【００４０】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記冷却能力指令値が第１基準冷却能力より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定するようにしてもよい。
【００４１】
本発明の一態様において、前記リニア圧縮機は、前記リニア圧縮機のモータにおけるインダクタ及び仮想コンデンサに基づいて共振運転を行う共振型圧縮機であり、前記制御部は、前記非対称モータ電流を積分し、前記積分した値に特定の定数をかけてコンデンサ電圧を演算し、前記演算されたコンデンサ電圧に基づいて前記制御信号を生成することにより、前記仮想コンデンサの機能を実現するようにしてもよい。
【００４２】
本発明の一態様において、前記制御信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で生成される電圧制御信号であり、前記制御部は、前記演算されたコンデンサ電圧に基づいて前記電圧制御信号を生成するようにしてもよい。
【００４３】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記電圧制御信号のパルス幅を調整するための正弦波状のＰＷＭ基準信号から前記演算されたコンデンサ電圧を引いて変更されたＰＷＭ基準信号を生成し、前記変更されたＰＷＭ基準信号に基づいて前記電圧制御信号を生成するようにしてもよい。
【００４４】
本発明の一態様において、前記仮想コンデンサのキャパシタンスは、前記特定の定数に反比例するようにしてもよい。
【００４５】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいてストロークを検出し、前記検出されたストロークに基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【００４６】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記検出されたストロークとストローク指令値とを比較し、前記比較の結果に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【００４７】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記非対称モータ電流の位相と前記検出されたストロークの位相との位相差を検出し、前記位相差に基づいて前記リニア圧縮機の出力電力が制御されるように前記制御信号を生成するか、又は前記位相差に基づいて前記リニア圧縮機の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【００４８】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記非対称モータ電流の位相と前記検出されたストロークの位相との位相差を検出し、前記位相差、前記非対称モータ電流、及び前記検出されたストロークに基づいて前記リニア圧縮機のモータにおけるばね定数を検出し、前記ばね定数に基づいて前記リニア圧縮機の出力電力が制御されるように前記制御信号を生成するか、又は前記ばね定数に基づいて前記リニア圧縮機の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【００４９】
本発明の一態様において、前記リニア圧縮機のモータは、第１コイル及び第２コイルで構成されたコイル部と、スイッチング制御信号に基づいて、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが選択的に前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるか又は前記第１コイルとなるように制御するスイッチング素子とを含んでもよい。
【００５０】
本発明の一態様において、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の負荷に基づいて生成されるようにしてもよい。
【００５１】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷が第２基準負荷より大きい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記リニア圧縮機の負荷が前記第２基準負荷より小さい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【００５２】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷が第１基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記リニア圧縮機の負荷が前記第１基準負荷より大きく前記第２基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記リニア圧縮機の負荷が第３基準負荷より大きい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【００５３】
本発明の一態様において、前記第３基準負荷は、前記第２基準負荷と同じにしてもよく、前記第２基準負荷より大きくしてもよい。
【００５４】
本発明の一態様において、前記特定値は、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【００５５】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷を検出し、前記リニア圧縮機の負荷は、前記リニア圧縮機に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、前記リニア圧縮機の外気温度、前記リニア圧縮機の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて検出されるようにしてもよい。
【００５６】
本発明の一態様において、前記スイッチング素子は、リレーであってもよい。
【００５７】
本発明の一態様において、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の運転モードに基づいて生成されるようにしてもよい。
【００５８】
本発明の一態様において、前記リニア圧縮機の運転モードは、高効率モードと過負荷対応モードの少なくとも一方であってもよい。
【００５９】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記運転モードが高効率モードの場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記運転モードが過負荷対応モードの場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【００６０】
本発明の一態様において、前記過負荷対応モードは、前記検出されたモータ電流が所定時間「０」以下の場合に対応する運転モードであるか、又は過負荷状態による前記リニア圧縮機のモータ印加電圧の不足、前記リニア圧縮機の負荷、もしくは前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるモードであってもよい。
【００６１】
本発明の一態様において、前記駆動部は、インバータ又はトライアックで構成されてもよい。
【００６２】
本発明の一態様において、前記制御部は、前記動作モードが対称制御モードの場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記動作モードが非対称制御モードの場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記運転モードが過負荷対応モードの場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【００６３】
上記目的を達成するために、本発明によるリニア圧縮機は、内部に圧縮空間を含む固定部材と、前記固定部材の内部で往復直線運動して前記圧縮空間に吸入された冷媒を圧縮する可動部材と、前記可動部材を前記可動部材の運動方向に付勢するように設けられた少なくとも１つのばねと、前記可動部材に連結されるように設けられて前記可動部材を軸方向に往復直線運動させるモータと、リニア圧縮機の制御装置とを含み、前記リニア圧縮機の制御装置は、前述した態様によるリニア圧縮機の制御装置であってもよい。
【００６４】
上記目的を達成するために、本発明による冷蔵庫は、冷蔵庫本体と、前記冷蔵庫本体に備えられて冷媒を圧縮するリニア圧縮機と、前記リニア圧縮機の制御装置とを含み、前記リニア圧縮機の制御装置は、前述した態様によるリニア圧縮機の制御装置であってもよい。
【００６５】
上記目的を達成するために、本発明によるリニア圧縮機の制御方法は、リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する段階と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する段階と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて制御信号を生成する段階と、前記制御信号に基づいて前記リニア圧縮機を駆動する段階とを含んでもよい。
【００６６】
本発明の一態様において、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の動作モード、前記リニア圧縮機の負荷、又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【００６７】
本発明の一態様において、前記動作モードは、対称制御モードと非対称制御モードの少なくとも一方であってもよい。
【００６８】
本発明の一態様において、前記電流オフセットは、前記動作モードが対称制御モードの場合、「０」に設定され、前記動作モードが非対称制御モードの場合、特定値に設定されるようにしてもよい。
【００６９】
本発明の一態様において、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の負荷が第１基準負荷より小さいか、又は前記冷却能力指令値が第１基準冷却能力より小さい場合、「０」に設定されるようにしてもよい。
【００７０】
本発明の一態様において、前記リニア圧縮機は、前記リニア圧縮機のモータにおけるインダクタ及び仮想コンデンサに基づいて共振運転を行う共振型圧縮機であり、前記仮想コンデンサは、前記制御信号が前記非対称モータ電流を積分した値に特定の定数をかけたコンデンサ電圧に基づいて生成されることにより実現されるようにしてもよい。
【００７１】
本発明の一態様において、前記リニア圧縮機のモータは、第１コイル及び第２コイルで構成されたコイル部と、スイッチング制御信号に基づいて、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが選択的に前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるか又は前記第１コイルとなるように制御するスイッチング素子とを含んでもよい。
【００７２】
本発明の一態様において、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の負荷に基づいて生成されるようにしてもよい。
【００７３】
本発明の一態様において、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の負荷が第２基準負荷より大きい場合、前記モータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング素子を制御し、前記リニア圧縮機の負荷が前記第２基準負荷より小さい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング素子を制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００７４】
本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置及び制御方法は、基本的にピストンの初期値（又は初期位置）を小さく設定し、高負荷運転領域でピストンの初期値を電気的に移動させて（ピストンの押しのけ量を制御して）最大冷却能力を増加させることにより、制御安定性を確保すると共に効率を最大化することができるという利点がある。
【００７５】
また、本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置及び制御方法は、仮想コンデンサを適用することにより、電流オフセットに基づく非対称制御を容易に行うことができ、運転周波数によってＬＣ共振運転を行うことにより、不安定領域で安定した制御を行うことができ、高効率の圧縮機制御及び製造コストの低減を図ることができるという利点がある。
さらに、本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置及び制御方法は、過負荷状態でモータコイルの巻回数を減少させる２タップ制御により、過負荷状態での圧縮機のモータ印加電圧の不足現象を解決することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態によるリニア圧縮機の制御装置の構成図である。
【図２Ａ】インバータで構成された駆動部の動作の一例を説明するための図である。
【図２Ｂ】インバータで構成された駆動部の動作の一例を説明するための図である。
【図３】トライアックを用いた往復動式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】本発明の一実施形態による非対称モータ電流生成（検出）方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による非対称モータ電流生成（検出）方法の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるピストンの押しのけ量の制御による非対称制御技術の一例を示す図である。
【図７】所定周期毎に検出された位相差又はガスばね定数をストロークの変化により示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態による制御部の具体的な構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第１実施形態による動作モードに基づく電流オフセットの設定方法を示すフローチャートである。
【図１０】仮想コンデンサの制御の基本概念図である。
【図１１】仮想コンデンサの周波数領域での構成図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による仮想コンデンサが適用された非対称制御を行う圧縮機の制御装置の簡略なモデルを示す図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による圧縮機の制御装置の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態による圧縮機の制御方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第４実施形態による圧縮機の制御方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態による圧縮機の制御方法を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の断面図である。
【図１８】本発明の実施形態によるリニア圧縮機が適用された冷蔵庫を示す斜視図である。
【図１９】一般的な往復動式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２０】一般的な往復動式圧縮機の運転制御方法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】
【００７７】
本発明は、リニア圧縮機の制御装置及び制御方法に関し、特に、本明細書に開示されたリニア圧縮機の制御装置は冷蔵庫又は空気調和機に適用されるが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の技術思想を適用できる様々な家電機器や電子機器に適用することができる。
【００７８】
本明細書で使用される技術用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されるものであり、本発明を限定するものではない。また、本明細書で使用される技術用語は、本明細書において特に断らない限り、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に一般的に理解される意味で解釈されるべきであり、非常に包括的な意味で解釈されたり、非常に狭い意味で解釈されるべきではない。さらに、本明細書で使用される技術用語が本発明の思想を正確に表現できない間違った技術用語である場合は、当業者が正しく理解できる技術用語で代替して理解すべきである。さらに、本明細書で使用される一般的な用語は、辞書の定義に従って、又は前後の文脈によって解釈されるべきであり、非常に狭い意味で解釈されるべきではない。
【００７９】
そして、本明細書で使用される単数の表現は、特に断らない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「構成される」や「含む」などの用語は、明細書に記載された様々な構成要素又は段階の全てを必ず含むものと解釈されるべきではなく、そのうち一部の構成要素又は段階を含まないこともあり、追加の構成要素又は段階をさらに含むこともあるものと解釈されるべきである。
【００８０】
さらに、本明細書で使用される第１、第２などのように序数を含む用語は様々な構成要素を説明するために使用されるが、前記構成要素は前記用語により限定されるものではない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲から外れない限り、第１構成要素は第２構成要素と命名してもよく、同様に、第２構成要素は第１構成要素と命名してもよい。
【００８１】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明するが、図面番号に関係なく同一又は類似の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８２】
また、本発明を説明するにあたって、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。なお、添付図面は本発明の思想を容易に理解できるようにするためのものにすぎず、添付図面により本発明の思想が制限されるように解釈されるべきではない。
【００８３】
本発明の実施形態によるリニア圧縮機の制御装置
以下、図１を参照して本発明の実施形態によるリニア圧縮機の制御装置について説明する。
【００８４】
本発明の実施形態によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。
【００８５】
一実施形態によれば、前記検出部は、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電圧を検出し、前記制御部は、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【００８６】
また、一実施形態によれば、前記電流オフセットによる前記リニア圧縮機のモータに含まれるピストンの押しのけ量は、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ定数及び前記電流オフセットに比例し、前記制御部は、前記検出されたモータ電流又は前記非対称モータ電流に基づいて前記モータ定数を検出し、前記検出されたモータ定数に基づいて前記電流オフセットを調整するようにしてもよい。
【００８７】
本発明の実施形態によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。
【００８８】
一実施形態によれば、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の動作モードに応じて変更されるようにしてもよい。
【００８９】
ここで、前記動作モードは、対称制御モードと非対称制御モードの少なくとも一方であってもよい。
【００９０】
また、一実施形態によれば、前記動作モードは、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【００９１】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記動作モードが対称制御モードの場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記動作モードが非対称制御モードの場合、前記電流オフセットを特定値に設定するようにしてもよい。
【００９２】
ここで、前記特定値は、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【００９３】
さらに、一実施形態によれば、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値の変化に応じて変更されるようにしてもよい。
【００９４】
この場合、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷を検出し、前記検出された負荷に対応する電流オフセットを設定し、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように前記非対称電流生成部を制御するようにしてもよい。
【００９５】
さらに、一実施形態によれば、前記リニア圧縮機の負荷は、前記リニア圧縮機に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、前記リニア圧縮機の外気温度、前記リニア圧縮機の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて検出されるようにしてもよい。
【００９６】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記検出された負荷が第１基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定するようにしてもよい。
【００９７】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記冷却能力指令値に対応する電流オフセットを設定し、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように前記非対称電流生成部を制御するようにしてもよい。
【００９８】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記冷却能力指令値が第１基準冷却能力より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定するようにしてもよい。
【００９９】
さらに、一実施形態によれば、前記リニア圧縮機は、モータにおけるインダクタ及び仮想コンデンサに基づいて共振運転を行う共振型圧縮機であってもよい。
【０１００】
この場合、前記制御部は、前記非対称モータ電流を積分し、前記積分した値に特定の定数をかけてコンデンサ電圧を演算するようにしてもよい。
【０１０１】
また、前記制御部は、前記演算されたコンデンサ電圧に基づいて前記制御信号を生成することにより、前記仮想コンデンサの機能を実現するようにしてもよい。
【０１０２】
さらに、一実施形態によれば、前記制御信号は、ＰＷＭ方式で生成される電圧制御信号であってもよい。
【０１０３】
この場合、前記制御部は、前記演算されたコンデンサ電圧に基づいて前記電圧制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１０４】
具体的には、前記制御部は、前記電圧制御信号のパルス幅を調整するための正弦波状のＰＷＭ基準信号から前記演算されたコンデンサ電圧を引いて変更されたＰＷＭ基準信号を生成し、前記変更されたＰＷＭ基準信号に基づいて前記電圧制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１０５】
さらに、一実施形態によれば、前記仮想コンデンサのキャパシタンスは、前記特定の定数に反比例するようにしてもよい。
【０１０６】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいてストロークを検出し、前記検出されたストロークに基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１０７】
この場合、前記制御部は、前記検出されたストロークとストローク指令値とを比較し、前記比較の結果に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１０８】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記非対称モータ電流の位相と前記検出されたストロークの位相との位相差を検出するようにしてもよい。
【０１０９】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記位相差に基づいて前記リニア圧縮機の出力電力が制御されるように前記制御信号を生成するか、又は前記位相差に基づいて前記リニア圧縮機の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１１０】
さらに、一実施形態によれば、前記位相差、前記非対称モータ電流、及び前記検出されたストロークに基づいて前記リニア圧縮機のモータにおけるばね定数を検出するようにしてもよい。
【０１１１】
この場合、前記制御部は、前記ばね定数に基づいて前記リニア圧縮機の出力電力が制御されるように前記制御信号を生成するか、又は前記ばね定数に基づいて前記リニア圧縮機の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいて前記制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１１２】
さらに、一実施形態によれば、前記リニア圧縮機のモータは、第１コイル及び第２コイルで構成されたコイル部と、スイッチング制御信号に基づいて、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが選択的に前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるか又は前記第１コイルとなるように制御するスイッチング素子とを含んでもよい。
【０１１３】
この場合、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の負荷に基づいて生成されるようにしてもよい。
【０１１４】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷が第２基準負荷より大きい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記リニア圧縮機の負荷が前記第２基準負荷より小さい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１１５】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷が第１基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記リニア圧縮機の負荷が前記第１基準負荷より大きく前記第２基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記リニア圧縮機の負荷が第３基準負荷より大きい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１１６】
さらに、一実施形態によれば、前記第３基準負荷は、前記第２基準負荷と同じにしてもよく、前記第２基準負荷より大きくしてもよい。
【０１１７】
ここで、前記特定値は、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０１１８】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷を検出し、前記リニア圧縮機の負荷は、前記リニア圧縮機に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、前記リニア圧縮機の外気温度、前記リニア圧縮機の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて検出されるようにしてもよい。
【０１１９】
さらに、一実施形態によれば、前記スイッチング素子は、リレーであってもよい。
【０１２０】
さらに、一実施形態によれば、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の運転モードに基づいて生成されるようにしてもよい。
【０１２１】
ここで、前記リニア圧縮機の運転モードは、高効率モードと過負荷対応モードの少なくとも一方であってもよい。
【０１２２】
この場合、前記制御部は、前記運転モードが高効率モードの場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記運転モードが過負荷対応モードの場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１２３】
また、前記過負荷対応モードは、前記検出されたモータ電流が所定時間「０」以下の場合に対応する運転モードであるか、又は過負荷状態による前記リニア圧縮機のモータ電圧の不足、前記リニア圧縮機の負荷、もしくは前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０１２４】
さらに、一実施形態によれば、前記制御部は、前記動作モードが対称制御モードの場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記動作モードが非対称制御モードの場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記運転モードが過負荷対応モードの場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１２５】
図１は本発明の実施形態によるリニア圧縮機の制御装置の構成図である。
【０１２６】
図１に示すように、本発明の実施形態によるリニア圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００を駆動又は制御する装置であって、駆動部ＤＲＶ１００、検出部Ｄ１００、非対称電流生成部ＩＡ１００及び制御部Ｃ１００を含んでもよい。
【０１２７】
広い意味で、リニア圧縮機の制御装置１００は、前記構成要素のうち駆動部ＤＲＶ１００を除く構成要素を含む装置であり得る。
【０１２８】
以下、前記構成要素について順次説明する。
【０１２９】
駆動部ＤＲＶ１００は、モータ駆動信号Ｓ＿ＰＷＭを生成し、モータ駆動信号Ｓ＿ＰＷＭをリニア圧縮機ＬＣ１００に供給してリニア圧縮機ＬＣ１００を駆動する役割を果たす。
【０１３０】
モータ駆動信号Ｓ＿ＰＷＭは、交流電圧信号であってもよく交流電流信号であってもよい。
【０１３１】
駆動部ＤＲＶ１００は、制御部Ｃ１００から制御信号Ｓ＿ＣＯＮの供給を受け、制御信号Ｓ＿ＣＯＮに基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００を駆動する。
【０１３２】
一実施形態によれば、駆動部ＤＲＶ１００は、インバータ又はトライアックで構成されてもよい。
【０１３３】
まず、図２Ａ及び図２Ｂを参照して駆動部ＤＲＶ１００がインバータで構成された場合を説明する。
【０１３４】
図２Ａ及び図２Ｂはインバータで構成された駆動部の動作の一例を説明するための図である。
【０１３５】
駆動部ＤＲＶ１００は、フルブリッジ型のインバータモジュールで実現することができる。
【０１３６】
前記フルブリッジ型のインバータモジュールは、図２Ａに示すように、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を含んでもよい。
【０１３７】
また、前記フルブリッジ型のインバータモジュールは、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれに並列に接続されるフリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ４をさらに含んでもよい。
【０１３８】
一実施形態によれば、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）及びＢＪＴ（Bipolar Junction Transistor）の少なくとも１つの素子であってもよい。
【０１３９】
制御部Ｃ１００から駆動部ＤＲＶ１００に供給される制御信号Ｓ＿ＣＯＮは、ＰＷＭ方式で生成される電圧制御信号であってもよい。
【０１４０】
前記ＰＷＭ方式を説明すると次の通りである。
【０１４１】
図２Ａを参照すると、圧縮機ＣＯＭＰに正方向（ａからｂへの方向）に電流を供給するためには、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ４をターンオンし、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３をターンオフする。
【０１４２】
逆に、圧縮機ＣＯＭＰに逆方向（ｂからａへの方向）に電流を供給するためには、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ４をターンオフし、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３をターンオンする。
【０１４３】
図２Ｂを参照すると、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータ（すなわち、リニアモータ）を駆動するための制御信号Ｓ＿ＣＯＮのパルス幅を変調するためには、２つの信号が必要である。
【０１４４】
一方はキャリア信号（Ｖｃ）、他方は基準信号（Ｖｒ）であってもよい。
【０１４５】
キャリア信号（Ｖｃ）は、三角波状の信号であってもよく、正弦波状の基準信号（Ｖｒ）は、駆動部ＤＲＶ１００を制御するための指令値の役割を果たす。
【０１４６】
一実施形態によれば、基準信号（Ｖｒ）は、サインテーブルベースで一定の周波数で出力されるテーブル電圧を有するものであってもよい。すなわち、基準信号（Ｖｒ）は、周期的な離散時間領域での正弦波波形を有するものであってもよい。
【０１４７】
よって、一実施形態によれば、制御部Ｃ１００は、基準信号（Ｖｒ）のサイズ、形状及びＤＣ平均値（又はＤＣオフセット値）を調整することにより、リニア圧縮機ＬＣ１００を制御することができる。
【０１４８】
制御部Ｃ１００は、基準信号（Ｖｒ）がキャリア信号（Ｖｃ）より大きい場合はスイッチング素子をターンオンし、反対の場合はスイッチング素子をターンオフする制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成する。
【０１４９】
ここで、基準信号（Ｖｒ）又は電圧指令値を増加させると、基準信号（Ｖｒ）がキャリア信号（Ｖｃ）より大きい部分が増加してスイッチング素子のターンオン時間が増加し、それにより、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータに供給される電圧又は電流も増加する。
【０１５０】
次に、図３を参照して駆動部ＤＲＶ１００がトライアックで構成された場合を説明する。
【０１５１】
図３はトライアックを用いた往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【０１５２】
図３に示すように、トライアックを用いた往復動式圧縮機の運転制御装置は、ストローク指令値に応じたストローク電圧によりピストンが上下運動してストロークを変化させることで冷却能力を調整する往復動式圧縮機Ｌ．ＣＯＭＰと、ストローク電圧によりストロークを増加させることによって往復動式圧縮機Ｌ．ＣＯＭＰに印加される電圧を検出する電圧検出部３０と、ストローク電圧によりストロークを増加させることによって往復動式圧縮機Ｌ．ＣＯＭＰに供給される電流を検出する電流検出部２０と、電圧検出部３０及び電流検出部２０により検出された電圧及び電流からストロークを計算し、その計算されたストロークとストローク指令値とを比較してそれに応じた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４０と、マイクロコンピュータ４０のスイッチング制御信号に基づいて、トライアックＴｒ１により交流電源を断続し、ストローク電圧を往復動式圧縮機Ｌ．ＣＯＭＰに印加する電気回路部１０とから構成されてもよい。
【０１５３】
電流検出部２０、電圧検出部３０及びマイクロコンピュータ４０は、１つの制御部（コントローラ）の形態で（又はワンチップ化して）実現することができ、その意味で制御部Ｃ１００に対応する構成要素であり得る。
【０１５４】
このようなトライアックを用いた往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を簡単に説明すると次の通りである。
【０１５５】
まず、往復動式圧縮機Ｌ．ＣＯＭＰは、使用者が設定したストローク指令値に応じたストローク電圧により、ピストンを直線運動させ、それによりストロークを変化させて冷却能力を調整する。
【０１５６】
一方、電気回路部１０のトライアックＴｒ１は、マイクロコンピュータ４０のスイッチング制御信号によりオン期間が長くなることによってストロークが増加するが、このとき、電圧検出部３０及び電流検出部２０は、それぞれ、往復動式圧縮機Ｌ．ＣＯＭＰに発生する電圧及び電流を検出し、その検出された電圧及び電流をマイクロコンピュータ４０に送る。
【０１５７】
すると、マイクロコンピュータ４０は、電圧検出部３０により検出された電圧及び電流検出部２０により検出された電流を用いてストロークを計算し、その計算されたストロークとストローク指令値とを比較してそれに応じたスイッチング制御信号を出力する。
【０１５８】
すなわち、マイクロコンピュータ４０は、計算されたストロークがストローク指令値より小さいと、トライアックＴｒ１のオン期間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、往復動式圧縮機Ｌ．ＣＯＭＰに印加されるストローク電圧を増加させる。
【０１５９】
検出部Ｄ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータにおけるモータ電流ＩＭ及びモータ電圧ＶＭを検出する役割を果たす。
【０１６０】
一実施形態によれば、検出部Ｄ１００は、モータ電流ＩＭを検出する電流検出器（図示せず）と、モータ電圧ＶＭを検出する電圧検出器（図示せず）とを含んでもよい。
【０１６１】
前記電流検出器は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷又はリニア圧縮機ＬＣ１００が適用された冷凍システム（又は冷蔵庫）の負荷によって、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータに供給されるモータ電流を検出する。
【０１６２】
モータ電流ＩＭとは、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータに供給される電流を意味し、これは電流センサなどにより検出することができる。
【０１６３】
また、前記電圧検出器は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷によって、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータの両端間に印加されるモータ電圧を検出する。
【０１６４】
モータ電圧ＶＭとは、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータに印加される電圧を意味し、これは電圧センサ（電圧差動増幅器などで構成されてもよい。）などにより検出することができる。
【０１６５】
非対称電流生成部ＩＡ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が増加した場合、すなわち、高冷却能力を必要とする場合、ピストンの初期値を電気的に移動させて最大冷却能力を増加させる非対称制御のために非対称モータ電流を生成する役割を果たす。
【０１６６】
一実施形態によれば、非対称電流生成部ＩＡ１００は、検出部Ｄ１００により検出されたモータ電流ＩＭに電流オフセットを適用し、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭを生成する。
【０１６７】
前記電流オフセットは、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータ内のピストンの初期値（又は初期位置）を電気的な制御により調整する役割を果たす。
【０１６８】
前記電流オフセットが大きくなるということは、ピストンの初期値が下死点側に移動して最大冷却能力の出力が増加することを意味する。言い換えると、前記電流オフセットが大きくなるということは、ピストンの往復運動の平均位置（又は中心位置）が初期に設定されたピストンの初期位置から下死点側に移動することを意味する。これをピストンの押しのけ量の増加ともいう。
【０１６９】
よって、前記電流オフセットが大きくなるほど、非対称制御量（又は押しのけ量）が増加するので、ピストンの往復運動距離が増加して最大冷却能力の出力が増加するという効果がある。
【０１７０】
つまり、本発明の実施形態によるリニア圧縮機の制御装置は、電流オフセットを調整してピストンの初期位置からの押しのけ量を制御することにより、リニア圧縮機ＬＣ１００の効率及び最大冷却能力を調整することができる。
【０１７１】
前記電流オフセットは、様々な方式で決定され、自動的に変更されるようにしてもよい。例えば、前記電流オフセットは、リニア圧縮機ＬＣ１００の動作モードに応じて決定又は変更されるようにしてもよい。また、前記電流オフセットは、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷又はリニア圧縮機ＬＣ１００に対する冷却能力指令値の変化に応じて決定又は変更されるようにしてもよい。
【０１７２】
前記電流オフセットの決定方法については、以下の第１実施形態及び図９を参照して後述する。
【０１７３】
図４及び図５は本発明の一実施形態による非対称モータ電流生成（検出）方法の一例を示す図である。
【０１７４】
図４に示すように、非対称電流生成部ＩＡ１００は、検出部Ｄ１００により検出されたモータ電流ＩＭに電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを加算する加算器と、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを生成する電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴとを含んでもよい。
【０１７５】
ここで、電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴは、電流オフセットに基づく非対称制御によりピストンの押しのけ量を制御するので、プッシュバックコントローラともいう。
【０１７６】
電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴは、特定の条件に応じて電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを決定し、その決定された電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを前記加算器に送る役割を果たす。
【０１７７】
前述したように、前記特定の条件は、前記リニア圧縮機の動作モード、前記リニア圧縮機の負荷、及び前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値の少なくとも１つに関する条件であってもよい。
【０１７８】
一実施形態によれば、電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴは、前記特定の条件に応じた電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔの値をテーブル化して保存しておき、前記特定の条件が決定されるか又は外部（例えば、冷蔵庫のメインコントローラ又はマイコン）から送られると、前記テーブルに基づいて前記特定の条件に応じた電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔの値を決定する。
【０１７９】
例えば、電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴは、１０〜２０Ｗの冷却能力運転区間では、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを「０」に設定して対称制御（対称制御モード）が行われるようにし、２００Ｗ以上の冷却能力運転区間では、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを特定の定数値又は冷却能力の増加によって段階的に増加する電流オフセット値に設定するようにしてもよい。
【０１８０】
図５を参照すると、電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴは、前述したように、検出された交流波形のモータ電流ＩＭに直流波形の電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを加算し、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭを生成する。
【０１８１】
一実施形態によれば、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔは、正の値又は負の値を有する。
【０１８２】
よって、図５のように電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔが負の値を有する場合、電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴは、加算器を備え、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔが正の値を有する場合、電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴは、減算器を備える。つまり、電流オフセットコントローラＣＯＮ＿ＯＦＦＳＥＴは、モータ電流ＩＭから電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔの絶対値を減算して非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭを生成する。
【０１８３】
図６は本発明の一実施形態によるピストンの押しのけ量の制御による非対称制御技術の一例を示す図である。
【０１８４】
図６（ａ）を参照すると、初期設定により、ピストンの初期位置（具体的には、シリンダにおけるピストンの初期位置）は、上死点に近い地点にしてもよい。すなわち、前記ピストンの吸入・圧縮行程での移動距離の中間地点（又は平均地点）ＭＩＤ−ＰＯＳＩＴＩＯＮが上死点に近い地点となるようにしてもよい。
【０１８５】
その後、図６（ｂ）のように、前記ピストンの圧縮行程によるガスの凝縮により、リニア圧縮機ＬＣ１００のピストンの押しのけ量が増加し、前記ピストンの初期位置（又は中間地点ＭＩＤ−ＰＯＳＩＴＩＯＮ）は下死点側に若干移動することがある。
【０１８６】
本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置１００は、高冷却能力を必要とする運転区間又はリニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が大きい高負荷運転領域で、前記ピストンの押しのけ量を増加させることにより、リニア圧縮機ＬＣ１００が最大圧縮体積を確保して最大ストローク運転を行うように制御する。
【０１８７】
このために、本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置１００は、検出部Ｄ１００により検出されたモータ電流ＩＭに電流オフセットを適用して非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭを生成し、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭに基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００を制御することにより、非対称制御を行う。
【０１８８】
前記非対称制御により、前記ピストンの押しのけ量が増加してリニア圧縮機ＬＣ１００が最大圧縮体積を確保することになり、最大ストローク運転が可能になる（図６（ｃ）参照）。
【０１８９】
制御部Ｃ１００は、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭ及び前記検出されたモータ電圧ＶＭに基づいて、リニア圧縮機ＬＣ１００を制御する役割を果たす。
【０１９０】
具体的には、制御部Ｃ１００は、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭ及び前記検出されたモータ電圧ＶＭに基づいて制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成して駆動部ＤＲＶ１００を制御することにより、リニア圧縮機ＬＣ１００を制御する。
【０１９１】
基本的に、制御部Ｃ１００は、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭ及び前記検出されたモータ電圧ＶＭに基づいてストロークを検出し、前記検出されたストロークに基づいて制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成するようにしてもよい。
【０１９２】
一実施形態によれば、制御部Ｃ１００は、前記検出されたストロークとストローク指令値とを比較し、前記比較の結果に基づいて制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成するようにしてもよい。このような圧縮機制御方法をストローク制御方法という。
【０１９３】
前記ストロークは、前記数式１のように表される。
【０１９４】
このようなストローク制御方法は、図１９及び図２０を参照して前述した制御方法と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【０１９５】
一実施形態によれば、制御部Ｃ１００は、前記生成された非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭの位相又はガスばね定数に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００を制御するようにしてもよい。
【０１９６】
具体的には、制御部Ｃ１００は、前記生成された非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭの位相又はガスばね定数に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００の出力電力を制御するようにしてもよい。
【０１９７】
また、制御部Ｃ１００は、前記生成された非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭの位相又はガスばね定数に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００を制御するようにしてもよい。
【０１９８】
一実施形態によれば、制御部Ｃ１００は、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭの位相と前記検出されたストロークの位相との位相差を検出するようにしてもよい。
【０１９９】
この場合、制御部Ｃ１００は、前記位相差に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００の出力電力が制御されるように制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成するか、又は前記位相差に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいて制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成するようにしてもよい。このような圧縮機制御方法を位相差に基づく上死点制御（又は圧縮機電力制御）方法という。
【０２００】
また、制御部Ｃ１００は、前記位相差、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭ、及び前記検出されたストロークに基づいて、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータにおけるばね定数を検出するようにしてもよい。ここで、ばね定数とは、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータのシリンダ内のガス（ｇａｓ）によるばね定数（Ｋｇａｓ）を意味する。
【０２０１】
この場合、制御部Ｃ１００は、前記ばね定数に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００の出力電力が制御されるように制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成するか、又は前記ばね定数に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００の上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいて制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成するようにしてもよい。このような圧縮機制御方法をガスばね定数（又はばね定数）に基づく上死点制御（又は圧縮機電力制御）方法という。
【０２０２】
以下、図７を参照して、上死点制御方法の一例として、位相差に基づく上死点制御方法、及びガスばね定数に基づく上死点制御方法について簡単に説明する。
【０２０３】
図７は所定周期毎に検出された位相差又はガスばね定数をストロークの変化により示すグラフである。
【０２０４】
まず、位相差に基づく上死点制御方法を説明すると次の通りである。
【０２０５】
一般的に、位相差とストロークが同位相の場合、上死点（ＴＤＣ＝０の地点）に近づくことにより位相差の変化量も大きくなる。すなわち、上死点に近づくほど、位相差の変化量の傾きが急激に大きくなる。
【０２０６】
ここで、位相差とは、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭ及び検出されたモータ電圧ＶＭに基づいて検出又は演算されたストロークの位相差を意味する。
【０２０７】
共振周波数で運転する場合は、上死点が検出された後、位相差が再び増加するのに対して、共振周波数よりも高い周波数で運転する場合は、上死点が検出された後、位相差の変化を予測できないことがある。
【０２０８】
図７を参照すると、制御部Ｃ１００は、所定周期毎に位相差を検出して傾きが急激になる位相差を検出する。
【０２０９】
制御部Ｃ１００は、このように検出された位相差を初期基準位相差に設定し、所定周期毎に初期基準位相差での傾きを維持させる。
【０２１０】
ここで、所定周期とは、一般的にモータのピストンの往復運動周期を意味し、使用者などにより設定又は変更可能である。
【０２１１】
制御部Ｃ１００は、前記設定された基準位相差と現周期の位相差とを比較する。ここで、基準位相差が低くなり続けると、上死点以降の予測できない位相差の変化にもかかわらず、前記基準位相差と上死点以降の周期毎に検出された位相差との差が所定値以上に維持される。
【０２１２】
制御部Ｃ１００は、前記基準位相差と上死点以降の周期毎に検出された位相差との差が所定値以上に維持され、かつ所定回数以上となると、最初に検出された初期基準位相差を位相差の変曲点として検出し、前記位相差の変曲点でのＴＤＣを上死点として検出する。
【０２１３】
そして、制御部Ｃ１００は、前記検出された上死点を用いて駆動部ＤＲＶ１００を駆動する制御信号Ｓ＿ＣＯＮを出力する。
【０２１４】
このように、本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置１００は、前述した方法で非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭとストロークとの位相差に基づいて上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００を制御する。
【０２１５】
次に、ガスばね定数に基づく上死点制御方法を説明すると次の通りである。
【０２１６】
一般的に、ガスばね定数とストロークが同位相の場合、上死点（ＴＤＣ＝０の地点）に近づくことによりガスばね定数の変化量も大きくなる。すなわち、上死点に近づくほど、ガスばね定数の変化量の傾きが急激に大きくなる。
【０２１７】
共振周波数で運転する場合は、上死点が検出された後、ガスばね定数が再び増加するのに対して、共振周波数よりも高い周波数で運転する場合は、上死点が検出された後、ガスばね定数の変化を予測できないことがある。
【０２１８】
図７を参照すると、制御部Ｃ１００は、所定周期毎にガスばね定数を検出して傾きが急激になるガスばね定数を検出する。
【０２１９】
制御部Ｃ１００は、このように検出されたガスばね定数を初期基準定数に設定し、所定周期毎に初期基準定数での傾きを維持させる。
【０２２０】
ここで、所定周期とは、一般的にモータのピストンの往復運動周期を意味し、使用者などにより設定又は変更可能である。
【０２２１】
制御部Ｃ１００は、前記設定された基準定数と現周期のガスばね定数とを比較する。ここで、基準定数が低くなり続けると、上死点以降の予測できないガスばね定数の変化にもかかわらず、前記基準定数と上死点以降の周期毎に検出されたガスばね定数との差が所定値以上に維持される。
【０２２２】
制御部Ｃ１００は、前記基準定数と上死点以降の周期毎に検出されたガスばね定数との差が所定値以上に維持され、かつ所定回数以上となると、最初に検出された初期基準定数をガスばね定数の変曲点として検出し、前記ガスばね定数の変曲点でのＴＤＣを上死点として検出する。
【０２２３】
そして、制御部Ｃ１００は、前記検出された上死点を用いて駆動部ＤＲＶ１００を駆動する制御信号Ｓ＿ＣＯＮを出力する。
【０２２４】
このように、本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置１００は、前述した方法でガスばね定数に基づいて上死点を検出し、前記検出された上死点に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００を制御する。
【０２２５】
ガスばね定数の演算について具体的に説明すると次の通りである。
【０２２６】
一般的に、ピストンがリニアモータにより往復直線運動する際に運動方向に付勢されるように、各種ばねが設けられる。
【０２２７】
より具体的には、機械ばねの一種であるコイルばねがピストンの運動方向に密閉容器及びシリンダに付勢可能に設けられ、圧縮空間に吸入された冷媒もガスばねとして作用する。
【０２２８】
ここで、前記コイルばねは、一定の機械ばね定数（Ｋｍ）を有し、前記ガスばねは、負荷によって変化するガスばね定数（Ｋｇ）を有する。
【０２２９】
前記機械ばね定数（Ｋｍ）及び前記ガスばね定数（Ｋｇ）に基づいてリニア圧縮機ＬＣ１００の固有周波数（ｆｎ）が決定される。
【０２３０】
一実施形態によれば、制御部Ｃ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷によってガスばね定数を演算する。
【０２３１】
具体的には、制御部Ｃ１００は、検出部Ｄ１００により検出されたモータ電流ＩＭに電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔが適用されて生成された非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭと、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭ及び検出されたモータ電圧ＶＭに基づいて検出又は演算されたストロークと、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭとストロークとの位相差に基づいて、前記ガスばね定数（Ｋｇ）を演算する。
【０２３２】
例えば、前記ガスばね定数（Ｋｇ）は、下記数式２により演算される。
【０２３３】
【数２】
2015119632.tif 000004
【０２３４】
ここで、αはモータ定数又は逆起電力定数であり、ωは運転周波数であり、Ｋｍは機械ばね定数であり、Ｋｇはガスばね定数であり、Ｍはピストンの質量であり、|Ｉ（jω）|は１周期の電流ピーク値であり、|Ｘ（jω）|は１周期のストロークピーク値である。
【０２３５】
制御部Ｃ１００は、前記ガスばね定数のうち変化の大きなガスばね定数を初期基準定数に設定し、周期が繰り返されることにより前記初期基準定数から基準定数を設定する。ここで、前記基準定数は、前記所定周期が繰り返されることにより、前記初期基準定数での変化量だけ小さくなる。
【０２３６】
図８は本発明の一実施形態による制御部の具体的な構成を示す構成図であり、位相差又はガスばね定数に基づく上死点制御（又は圧縮機電力制御）方法をベースとするものである。
【０２３７】
図８に示すように、本発明の一実施形態による制御部Ｃ１００は、ストローク演算ユニット、ストローク位相検出ユニット、モータ電流位相検出ユニット、ストロークピーク値検出ユニット、モータ電流ピーク値検出ユニット、位相差演算ユニット、ガスばね定数（Ｋｇａｓ）演算ユニット、サブコントローラ及びインバータを含んでもよい。
【０２３８】
これらの構成要素は、１つの構成要素である制御部の形態で実現してもよく、ワンチップ化したマイクロ・コンピュータ（マイコン）及びマイクロプロセッサで実現してもよい。
【０２３９】
以下、制御部Ｃ１００の構成要素について説明する。
【０２４０】
検出部Ｄ１００は、リニア圧縮機Ｌ−ＣＯＭＰのモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する。
【０２４１】
非対称電流生成部ＩＡ１００は、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する。
【０２４２】
前記ストローク演算ユニットは、前記生成された非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいてストロークを演算する。
【０２４３】
前記ストローク位相検出ユニットは、前記演算されたストロークの位相を検出する。
【０２４４】
前記モータ電流位相検出ユニットは、前記生成された非対称モータ電流の位相を検出する。
【０２４５】
前記位相差演算ユニットは、前記検出されたストロークの位相と非対称モータ電流の位相との差を演算し、前記ストロークと前記非対称モータ電流との位相差を検出する。
【０２４６】
前記ストロークピーク値検出ユニットは、ガスばね定数を検出するためにストロークピーク値を検出する役割を果たし、前記モータ電流ピーク値検出ユニットは、ガスばね定数を検出するために非対称モータ電流ピーク値を検出する役割を果たす。
【０２４７】
前記ガスばね定数（Ｋｇａｓ）演算ユニットは、前記位相差、前記ストロークピーク値及び前記非対称モータ電流ピーク値に基づいて、ガスばね定数（Ｋｇａｓ）を検出又は演算する役割を果たす。
【０２４８】
ここで、前記ガスばね定数（Ｋｇａｓ）演算ユニットは、前記数式２により前記ガスばね定数（Ｋｇａｓ）を検出又は演算する。
【０２４９】
前記サブコントローラは、前記位相差と前記ガスばね定数の少なくとも一方に基づいて前記インバータを制御することにより、リニア圧縮機Ｌ−ＣＯＭＰを制御する役割を果たす。
【０２５０】
具体的には、前記サブコントローラは、前記位相差と前記ガスばね定数の少なくとも一方に基づいて変調されたＰＷＭ信号（制御信号Ｓ＿ＣＯＮ）を前記インバータに供給する。
【０２５１】
一実施形態によれば、前記サブコントローラは、独立したマイクロ・コンピュータ（マイコン）及びマイクロプロセッサで実現してもよい。
【０２５２】
前記サブコントローラは、前記インバータとＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）との間に位置するＤＣリンクコンデンサの電圧であるＤＣリンク電圧に基づいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ及び前記インバータを制御する。
【０２５３】
一実施形態によれば、前記サブコントローラは、リニア圧縮機Ｌ−ＣＯＭＰに接続されるコンデンサ（又はＡＣコンデンサ）がない場合、仮想コンデンサに基づいて共振運転を行う。
【０２５４】
この場合、前記サブコントローラは、検出部Ｄ１００から直接前記非対称モータ電流が送られ、仮想コンデンサの実現のためのコンデンサ電圧演算過程を行う。
【０２５５】
前記仮想コンデンサの実現方法については、以下の第２実施形態及び図１０〜図１２を参照して後述する。
【０２５６】
第１実施形態：電流オフセットの決定及び調整方法
本発明の第１実施形態は、前述した実施形態が含む構成又は段階の一部又は組み合わせで実現したり、実施形態の組み合わせで実現することができる。以下、本発明の第１実施形態をより明確にするために、重複する説明は省略する。
【０２５７】
本発明の第１実施形態は、非対称モータ制御のための電流オフセットの形成、決定又は調整方法に関する。
【０２５８】
本発明の第１実施形態によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。
【０２５９】
第１実施形態によれば、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の動作モードに応じて変更されるようにしてもよい。
【０２６０】
また、第１実施形態によれば、前記動作モードは、対称制御モードと非対称制御モードの少なくとも一方であってもよい。
【０２６１】
さらに、第１実施形態によれば、前記動作モードは、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０２６２】
さらに、第１実施形態によれば、前記制御部は、前記動作モードが対称制御モードの場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記動作モードが非対称制御モードの場合、前記電流オフセットを特定値に設定するようにしてもよい。
【０２６３】
さらに、第１実施形態によれば、前記特定値は、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０２６４】
さらに、第１実施形態によれば、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値の変化に応じて変更されるようにしてもよい。
【０２６５】
さらに、第１実施形態によれば、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷を検出し、前記検出された負荷に対応する電流オフセットを設定し、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように前記非対称電流生成部を制御するようにしてもよい。
【０２６６】
さらに、第１実施形態によれば、前記リニア圧縮機の負荷は、前記リニア圧縮機に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、前記リニア圧縮機の外気温度、前記リニア圧縮機の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて検出されるようにしてもよい。
【０２６７】
さらに、第１実施形態によれば、前記制御部は、前記検出された負荷が第１基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定するようにしてもよい。
【０２６８】
さらに、第１実施形態によれば、前記制御部は、前記冷却能力指令値に対応する電流オフセットを設定し、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように前記非対称電流生成部を制御するようにしてもよい。
【０２６９】
さらに、第１実施形態によれば、前記制御部は、前記冷却能力指令値が第１基準冷却能力より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定するようにしてもよい。
【０２７０】
（１）動作モードに基づく電流オフセットの設定
前述したように、第１実施形態による電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔは、リニア圧縮機ＬＣ１００の動作モードによって決定（又は変更）される。
【０２７１】
第１実施形態によれば、前記動作モードは、対称制御モードと非対称制御モードの少なくとも一方であってもよい。
【０２７２】
前記対称制御モード及び前記非対称制御モードは、圧縮機制御方法に関する動作モードの分類であるが、それぞれ他の基準で分類された動作モードを意味することもある。
【０２７３】
例えば、前記対称制御モードは、効率を向上させるためのモードであって、高効率モードといえる。また、前記対称制御モードは、前記非対称制御モードに比べて相対的に低負荷又は低冷却能力運転を行うモードであって、低負荷又は低冷却能力モードともいえる。
【０２７４】
例えば、前記非対称制御モードは、出力を増加させるためのモードであって、高出力モードといえる。また、前記非対称制御モードは、前記対称制御モードに比べて相対的に高負荷又は高冷却能力運転を行うモードであって、高負荷又は高冷却能力モードともいえる。
【０２７５】
制御部Ｃ１００は、前記動作モードが対称制御モードの場合、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを「０」に設定し、前記動作モードが非対称制御モードの場合、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを特定値に設定するようにしてもよい。
【０２７６】
図９は本発明の第１実施形態による動作モードに基づく電流オフセットの設定方法を示すフローチャートである。
【０２７７】
図９を参照すると、本発明の第１実施形態による動作モードに基づく電流オフセットの設定方法は次の段階からなる。
【０２７８】
まず、制御部Ｃ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の動作モードを判断する（Ｓ１１０）。
【０２７９】
次に、制御部Ｃ１００は、前記動作モードが対称制御モードに設定されている場合、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを「０」に設定する（Ｓ１２０）。
【０２８０】
また、制御部Ｃ１００は、前記動作モードが非対称制御モードに設定されている場合、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを特定値に設定する（Ｓ１３０）。
【０２８１】
ここで、前記特定値は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷又はリニア圧縮機ＬＣ１００に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０２８２】
ここで、前記冷却能力指令値は、前記冷蔵庫のメインコントローラにより生成されるようにしてもよい。また、前記冷却能力指令値は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷に基づいて決定又は調整される値であってもよい。
【０２８３】
例えば、前記特定値は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷又は冷却能力指令値の増加に応じて増加するように設定される。
【０２８４】
前記動作モードの設定は、様々な方式で行われ、前記動作モードは、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷又はリニア圧縮機ＬＣ１００に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０２８５】
一実施形態によれば、前記動作モードの設定は、リニア圧縮機ＬＣ１００及びリニア圧縮機の制御装置１００が適用された冷蔵庫のメインコントローラ（又は図８に示す冷蔵庫のマイコン）により行われる。
【０２８６】
例えば、前記冷蔵庫のメインコントローラは、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が基準負荷又は基準冷却能力指令値（例えば、１５０Ｗ）より小さい場合、前記動作モードを対称制御モードに設定する。
【０２８７】
また、前記冷蔵庫のメインコントローラは、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が基準負荷又は基準冷却能力指令値（例えば、１５０Ｗ）より大きい場合、前記動作モードを非対称制御モードに設定する。
【０２８８】
他の実施形態によれば、前記動作モードの設定は、リニア圧縮機の制御装置１００により独自に行われる。
【０２８９】
例えば、制御部Ｃ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が基準負荷又は基準冷却能力指令値（例えば、１５０Ｗ）より小さい場合、前記動作モードを対称制御モードに設定する。
【０２９０】
また、制御部Ｃ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が基準負荷又は基準冷却能力指令値（例えば、１５０Ｗ）より大きい場合、前記動作モードを非対称制御モードに設定する。
【０２９１】
（２）圧縮機の負荷又は冷却能力指令値に基づく電流オフセットの設定
第１実施形態によれば、前記電流オフセットは、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷又はリニア圧縮機ＬＣ１００に対する冷却能力指令値に基づいて設定、決定、調整又は変更されるようにしてもよい。
【０２９２】
よって、前述した動作モード又は電流オフセットを設定又は決定するために、制御部Ｃ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷を検出する。
【０２９３】
第１実施形態によれば、制御部Ｃ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷の検出を、リニア圧縮機ＬＣ１００に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、リニア圧縮機ＬＣ１００の外気温度、リニア圧縮機ＬＣ１００の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて行うようにしてもよい。
【０２９４】
まず、負荷に基づく電流オフセットの設定方法を具体的に説明すると次の通りである。
【０２９５】
例えば、圧縮機の制御装置１００は、前記検出された負荷が第１基準負荷より小さい場合（又は、第１基準負荷以下の場合）、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを「０」に設定し、リニア圧縮機ＬＣ１００を対称運転モードで動作させる。
【０２９６】
また、圧縮機の制御装置１００は、前記検出された負荷が第１基準負荷より大きい場合、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを定数値に設定するか、又は電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔが前記検出された負荷の増加に応じて増加するように設定する。
【０２９７】
他の実施形態として、前記検出された負荷に基づく電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔの設定は、前述した非対称電流生成部ＩＡ１００により行われるようにしてもよい。
【０２９８】
例えば、制御部Ｃ１００が前記検出された負荷の値を非対称電流生成部ＩＡ１００に送ると、非対称電流生成部ＩＡ１００は、負荷による電流オフセットの設定値が保存されたテーブルを用いて、前記検出された負荷に対応する電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを決定又は設定する。
【０２９９】
第１実施形態によれば、前記第１基準負荷は、１５０〜２５０Ｗに相当する負荷であってもよい。
【０３００】
次に、冷却能力指令値に基づく電流オフセットの設定方法を具体的に説明すると次の通りである。
【０３０１】
例えば、圧縮機の制御装置１００は、冷蔵庫のマイコンから送られた冷却能力指令値が第１基準冷却能力より小さい場合（又は、第１基準冷却能力以下の場合）、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを「０」に設定し、前記冷却能力指令値が第１基準冷却能力より大きい場合、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを定数値に設定するか、又は電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔが前記冷却能力指令値の増加に応じて増加するように設定する。
【０３０２】
前記負荷に基づく電流オフセットの設定方法と同様に、前記冷却能力指令値に基づく電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔの設定は、前述した非対称電流生成部ＩＡ１００により行われるようにしてもよい。
【０３０３】
その後、圧縮機の制御装置１００の制御部Ｃ１００は、前記設定された電流オフセットが適用された非対称モータ電流が生成されるように、非対称電流生成部ＩＡ１００を制御する。
【０３０４】
第１実施形態の変形例によれば、圧縮機の制御装置１００は、前記数式２のモータ定数（又は逆起電力定数）αに基づいて、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを設定又は決定するようにしてもよい。
【０３０５】
第１実施形態の変形例を具体的に説明すると次の通りである。
【０３０６】
電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔによるピストンの押しのけ量Ｐｕｓｈioffsetは、下記数式３のように表される。
【０３０７】
【数３】
2015119632.tif 000005
【０３０８】
ここで、αはモータ定数又は逆起電力定数であり、Ｉoffsetは電流オフセットであり、Ｋspringはばね定数である。
【０３０９】
よって、目標とする押しのけ量が決定されると、圧縮機の運転によるモータ定数αに追従してより正確な電流オフセットＩoffsetを決定することにより、非対称モータ制御の正確性を高めることができる。
【０３１０】
第１実施形態の変形例によれば、モータ定数αは、前記ストローク及びモータ電流ＩＭ又は非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭに基づいて検出するようにしてもよい。
【０３１１】
つまり、制御部Ｃ１００は、前記ストローク及びモータ電流ＩＭ又は非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭに基づいてモータ定数αを検出（又は追従）し、電流オフセットＩoffsetを設定することができる。
【０３１２】
具体的には、第１実施形態の変形例によれば、前記電流オフセットによる前記リニア圧縮機のモータに含まれるピストンの押しのけ量は、前記数式３のように、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ定数及び前記電流オフセットに比例する。
【０３１３】
よって、制御部Ｃ１００は、前記ストローク及びモータ電流ＩＭ又は非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭに基づいてモータ定数αを検出し、検出されたモータ定数αに基づいて電流オフセットＩoffsetを調整することができる。
【０３１４】
第１実施形態の変形例によれば、モータ定数の検出（又は推定）により正確なピストンの押しのけ量を制御するための電流オフセットの設定、決定又は調整が可能になるので、より正確な非対称モータ制御が可能になるという利点がある。
【０３１５】
第２実施形態：仮想コンデンサが適用された圧縮機の制御装置
本発明の第２実施形態は、前述した実施形態が含む構成又は段階の一部又は組み合わせで実現したり、実施形態の組み合わせで実現することができる。以下、本発明の第２実施形態をより明確にするために、重複する説明は省略する。
【０３１６】
本発明の第２実施形態は、仮想コンデンサが適用された非対称モータ制御を行う圧縮機の制御装置及び制御方法に関する。
【０３１７】
本発明の第２実施形態によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。
【０３１８】
第２実施形態によれば、前記リニア圧縮機は、モータにおけるインダクタ及び仮想コンデンサに基づいて共振運転を行う共振型圧縮機であってもよい。
【０３１９】
また、第２実施形態によれば、前記制御部は、前記非対称モータ電流を積分し、前記積分した値に特定の定数をかけてコンデンサ電圧を演算し、前記演算されたコンデンサ電圧に基づいて前記制御信号を生成することにより、前記仮想コンデンサの機能を実現するようにしてもよい。
【０３２０】
さらに、第２実施形態によれば、前記制御信号は、ＰＷＭ方式で生成される電圧制御信号であり、前記制御部は、前記演算されたコンデンサ電圧に基づいて前記電圧制御信号を生成するようにしてもよい。
【０３２１】
さらに、第２実施形態によれば、前記制御部は、前記電圧制御信号のパルス幅を調整するための正弦波状のＰＷＭ基準信号から前記演算されたコンデンサ電圧を引いて変更されたＰＷＭ基準信号を生成し、前記変更されたＰＷＭ基準信号に基づいて前記電圧制御信号を生成するようにしてもよい。
【０３２２】
さらに、第２実施形態によれば、前記仮想コンデンサのキャパシタンスは、前記特定の定数に反比例するようにしてもよい。
【０３２３】
具体的には、第２実施形態による仮想コンデンサとは、物理的に存在するコンデンサ電圧をマイコン、コントローラ又は制御部Ｃ１００内でソフトウェア的に実現したものを意味する。
【０３２４】
例えば、図８を参照すると、前記サブコントローラは、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭに基づいて実際のコンデンサをソフトウェア的に実現した仮想コンデンサ機能を実現することができる。
【０３２５】
よって、前記仮想コンデンサによるモータ制御は、従来のコンデンサが存在しなくても、従来と同じ制御性能を有するようにすることにその目的がある。
【０３２６】
一般的に、リニア圧縮機は、モータにおけるインダクタ及び前記モータに接続されるコンデンサ（ＡＣコンデンサ）に基づいて共振運転を行う共振型圧縮機である。
【０３２７】
第２実施形態によれば、前記モータに接続された実際のコンデンサ（ＡＣコンデンサ）を除去し、前記実際のコンデンサに対応する、ソフトウェア的に実現した仮想コンデンサ機能を制御部Ｃ１００が実現するようにしてもよい。
【０３２８】
図１０は仮想コンデンサの制御の基本概念図である。
【０３２９】
図１０に示すように、制御部Ｃ１００は、仮想コンデンサＶＣ１１０とコントローラＣ１１０とを含んでもよい。
【０３３０】
仮想コンデンサＶＣ１１０は、検出されたモータ電流を積分する積分器と、前記積分器により積分された値に特定の定数を乗算する乗算器とを含んでもよい。
【０３３１】
図１０においては、前記特定の定数が、目標とする仮想コンデンサのキャパシタンスの逆数に相当する値であるが、計算方式によって異なる。
【０３３２】
ただし、前記特定の定数は、前記仮想コンデンサのキャパシタンスに反比例する。
【０３３３】
第２実施形態によれば、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭの積分値に前記特定の定数をかけた値は、前記仮想コンデンサの出力電圧である仮想コンデンサ電圧Ｖｃａｐとなる。
【０３３４】
第２実施形態によれば、コントローラＣ１１０は、制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成するための基準電圧Ｖｒｅｆから仮想コンデンサ電圧Ｖｃａｐを減算した電圧Ｖｒｅｆ−Ｖｃａｐを新しい基準電圧として生成する。
【０３３５】
制御信号Ｓ＿ＣＯＮが前述したＰＷＭ方式で生成された場合、基準電圧Ｖｒｅｆは、図２Ｂに示す基準信号（Ｖｒ）に対応する。
【０３３６】
図１１は仮想コンデンサの周波数領域での構成図である。
【０３３７】
図１１を参照すると、仮想コンデンサＶＣ１１０は、積分機能を有するローパスフィルタ（Low Pass Filter; LPF）と、特定の定数（ＲＣ／Ｃｒ）を乗算する構成要素とからなる。
【０３３８】
ここで、ＲＣは、前記ローパスフィルタの遮断周波数（又は時定数）に関する抵抗値とキャパシタンスを乗算した値であり、Ｃｒは、目標とする仮想コンデンサのキャパシタンス値である。
【０３３９】
第２実施形態による非対称モータ制御のための仮想コンデンサの適用の必要性について簡単に説明すると次の通りである。
【０３４０】
第２実施形態による非対称モータ制御のための仮想コンデンサの適用の必要性のうち、最も重要なのは、一般的な共振運転を行うリニア圧縮機において圧縮機モータに接続されるＡＣコンデンサを除去し、本発明の一実施形態による非対称制御のために検出されたモータ電流ＩＭに対する電流オフセットの適用を容易にすることである。
【０３４１】
すなわち、前記ＡＣコンデンサが存在する場合、前記圧縮機モータの電流成分のうち交流成分のみ通過することができるので、直流成分である電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔの適用を容易にするために、実際のＡＣコンデンサの代わりに仮想コンデンサＶＣ１１０機能を適用する必要がある。
【０３４２】
次に、仮想コンデンサＶＣ１１０の適用により、運転周波数によってＬＣ共振運転（電気的共振運転）を行うことにより、不安定領域での制御が可能になる。
【０３４３】
すなわち、ＬＣ共振周波数を基準として運転周波数が変化する場合、前記運転周波数が前記ＬＣ共振周波数より非常に大きいか又は小さければ、リニア圧縮機は印加電圧によって出力が不安定に変わる不安定制御領域に入ることがある。
【０３４４】
よって、第２実施形態による圧縮機の制御装置においては、仮想コンデンサＶＣ１１０機能を用いて、運転周波数によってＬＣ共振周波数を共に調整することにより、前記リニア圧縮機が不安定制御領域で動作しないように制御する。
【０３４５】
次に、仮想コンデンサＶＣ１１０の適用により、高効率の圧縮機制御が可能になる。
【０３４６】
具体的には、一般的なリニア圧縮機は、ばね定数及び圧縮機内の可動部材（移動部材）の質量などにより決定される機械的共振周波数、並びに圧縮機モータにおけるインダクタ及び前記圧縮機モータに接続されるＡＣコンデンサによる電気的共振周波数を有する。
【０３４７】
高効率の圧縮機制御のためには、圧縮機の運転周波数、機械的共振周波数及び電気的共振周波数が同じであることが理想的である。
【０３４８】
しかし、一般的なリニア圧縮機の場合、圧縮機運転中の機械的共振周波数又は運転周波数の変化に応じてＡＣコンデンサのキャパシタンスを調整することが困難であるので、高効率の圧縮機制御が不可能であるという問題があった。
【０３４９】
それに対して、第２実施形態による圧縮機の制御装置は、圧縮機の運転周波数が機械的共振周波数に追従するように制御し、かつＡＣコンデンサを除去し、仮想コンデンサＶＣ１１０を適用して、圧縮機運転中に機械的共振周波数の変化による運転周波数の変化に対応して仮想コンデンサＶＣ１１０のキャパシタンスを調整することにより、高効率の圧縮機制御が可能であるという利点がある。
【０３５０】
具体的には、前記機械的共振周波数は、ＭＫ共振周波数を意味する。
【０３５１】
ここで、ＭＫ共振周波数は、ピストンと永久磁石とから構成される可動部材の質量（mass; M）、及びそれを支持するばねのばね定数（spring constant; K）により定義される。
【０３５２】
前記可動部材は、シリンダとステータとから構成される固定部材に対して直線運動方向の両側で機械ばねにより支持されるので、制御部Ｃ１００は、前記可動部材の質量（Ｍ）とそれを支持するばねのばね定数（Ｋ）とにより定義されるＭＫ共振周波数を算出する。
【０３５３】
また、制御部Ｃ１００は、リニアモータに供給される電源周波数（又は駆動周波数、圧縮機モータにおいては運転周波数）がＭＫ共振周波数に追従するように駆動部ＤＲＶ１００を制御し、リニア圧縮機ＬＣ１００の効率を最適化する。
【０３５４】
ただし、リニア圧縮機ＬＣ１００の効率の最適性を保証するためには、前記リニアモータにおけるインダクタ及び前記リニアモータに含まれるか又は接続されるコンデンサ（又はＡＣコンデンサ）に基づく電気的共振周波数を前記運転周波数に追従させることが好ましい。
【０３５５】
しかし、前記リニアモータに含まれるか又は接続される物理的なコンデンサは、キャパシタンスの調整や制御が難しい。
【０３５６】
よって、本発明の一実施形態においては、リニア圧縮機の制御に仮想コンデンサを適用し、前記機械的共振周波数の変化により前記運転周波数が変化する場合、前記仮想コンデンサのキャパシタンスを調整して前記電気的共振周波数を前記運転周波数に追従させる制御機能を提供する。
【０３５７】
すなわち、一実施形態によれば、制御部Ｃ１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の運転周波数がリニア圧縮機ＬＣ１００の機械的共振周波数に追従するように制御し、リニア圧縮機ＬＣ１００の運転中に前記機械的共振周波数の変化に応じて前記運転周波数が調整される場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるインダクタ及び前記仮想コンデンサに基づく電気的共振周波数が前記調整される運転周波数に追従するように前記特定の定数を調整する。
【０３５８】
つまり、一実施形態によれば、前記特定の定数の調整により前記仮想コンデンサのキャパシタンスが調整され、リニア圧縮機が最適な効率を有するという利点がある。
【０３５９】
さらに、第２実施形態による圧縮機の制御装置が適用された圧縮機は、物理的なＡＣコンデンサが存在しないので、製造コストが低減されるという利点がある。
【０３６０】
図１２は本発明の第２実施形態による仮想コンデンサが適用された非対称制御を行う圧縮機の制御装置の簡略なモデルを示す図である。
【０３６１】
図１２を参照すると、非対称電流生成部ＩＡ１００は、ＡＣコンデンサを有しないリニア圧縮機ＬＣ１００から検出されたモータ電流ＩＭに電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを適用して非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭを生成する。
【０３６２】
仮想コンデンサＶＣ１１０は、非対称モータ電流ＩＭ＿ＡＳＹＭをローパスフィルタＬＰＦに通過させ、特定の定数（τ:ローパスフィルタの遮断周波数に関する時定数）をかけて仮想コンデンサ電圧（前述したＶｃａｐに対応する）を生成する。
【０３６３】
圧縮機の制御装置１００は、ＰＷＭ方式の制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成するための基準信号ＰＷＭ ｒｅｆ．（前述したＶｒｅｆに対応する）から前記仮想コンデンサ電圧を減算して新しい基準電圧を生成し、前記新しい基準電圧に基づいて制御信号Ｓ＿ＣＯＮを生成する。
【０３６４】
次に、圧縮機の制御装置１００は、制御信号Ｓ＿ＣＯＮに基づいて駆動部ＤＲＶ１００を駆動してリニア圧縮機ＬＣ１００を制御する。
【０３６５】
第３実施形態：過負荷対応のためのモータコイルの巻回数の制御
本発明の第３実施形態は、前述した実施形態が含む構成又は段階の一部又は組み合わせで実現したり、実施形態の組み合わせで実現することができる。以下、本発明の第３実施形態をより明確にするために、重複する説明は省略する。
【０３６６】
本発明の第３実施形態は、圧縮機の負荷が過負荷の場合に過負荷対応のためにモータコイルの巻回数を制御する圧縮機の制御装置及び制御方法に関する。
【０３６７】
本発明の第３実施形態によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。
【０３６８】
第３実施形態によれば、前記リニア圧縮機のモータは、第１コイル及び第２コイルで構成されたコイル部と、スイッチング制御信号に基づいて、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが選択的に前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるか又は前記第１コイルとなるように制御するスイッチング素子とを含んでもよい。
【０３６９】
ここで、前記スイッチング素子は、リレーであってもよい。
【０３７０】
また、第３実施形態によれば、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の負荷に基づいて生成されるようにしてもよい。
【０３７１】
さらに、第３実施形態によれば、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の運転モードに基づいて生成されるようにしてもよい。
【０３７２】
さらに、第３実施形態によれば、前記リニア圧縮機の運転モードは、高効率モードと過負荷対応モードの少なくとも一方であってもよい。
【０３７３】
さらに、第３実施形態によれば、前記制御部は、前記運転モードが高効率モードの場合、前記リニア圧縮機の効率を向上させるために、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記運転モードが過負荷対応モードの場合、過負荷状態による前記リニア圧縮機のモータ印加電圧の不足現象を防止するために、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【０３７４】
さらに、第３実施形態によれば、前記過負荷対応モードは、前記検出されたモータ電流が所定時間「０」以下の場合に対応する運転モードであるか、又は過負荷状態による前記リニア圧縮機のモータ電圧の不足、前記リニア圧縮機の負荷、もしくは前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０３７５】
さらに、第３実施形態によれば、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷が第２基準負荷より大きい場合（過負荷対応モードに対応する）、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成し、前記リニア圧縮機の負荷が前記第２基準負荷より小さい場合（高効率モードに対応する）、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【０３７６】
第３実施形態によれば、前記第２基準負荷は、３００Ｗ以上の負荷であってもよい。
【０３７７】
さらに、第３実施形態によれば、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷を検出し、前記リニア圧縮機の負荷は、前記リニア圧縮機に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、前記リニア圧縮機の外気温度、前記リニア圧縮機の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて検出されるようにしてもよい。
【０３７８】
第３実施形態を具体的に説明すると次の通りである。
【０３７９】
前述した第２実施形態のように仮想コンデンサを適用する場合は、圧縮機の負荷が過負荷となると、過負荷状態によるリニア圧縮機のモータ印加電圧の不足現象が発生することがある。
【０３８０】
よって、第３実施形態による圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が過負荷の場合、選択的にモータコイルの巻回数を減少させることにより、過負荷状態によるリニア圧縮機ＬＣ１００のモータ印加電圧の不足現象を解消するという利点がある。
【０３８１】
すなわち、第３実施形態による圧縮機の制御装置１００は、平常時（又は過負荷ではない一般負荷の場合、又は高効率モードの場合）は、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるようにして前記モータコイルの巻回数を増加させることにより、リニア圧縮機の効率を向上させ、過負荷時（又は、過負荷対応モードの場合）は、前記モータにおけるコイルが前記第１コイルとなるようにして前記モータコイルの巻回数を減少させることにより、前記モータ印加電圧の不足現象を防止する。
【０３８２】
本明細書において、過負荷とは、前述した非対称制御モードにおける高負荷よりも大きい負荷を意味する。
【０３８３】
すなわち、本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置１００は、前述した高負荷状態では、非対称制御を行ってリニア圧縮機ＬＣ１００が最大冷却能力を出力するように制御し、過負荷状態では、前記モータコイルの巻回数を減少させて前記モータ印加電圧の不足現象が防止されるようにリニア圧縮機ＬＣ１００を制御する。
【０３８４】
前述したモータコイルの巻回数の制御による圧縮機の制御方法をモータコイルの２タップ制御という。
【０３８５】
図１３は本発明の第３実施形態による圧縮機の制御装置の一例を示す図である。
【０３８６】
図１３を参照すると、本発明の第３実施形態による圧縮機の制御装置は、モータに供給される電流を検出する電流検出部２１により検出された電流に基づいて容量を変化させるスイッチング制御信号を出力する制御部２２と、前記スイッチング制御信号に基づいてモータの第１コイル又は第１、第２コイルに切り替えて電流の流れを切り替えるスイッチ素子（例えば、リレー）とを含んでもよい。
【０３８７】
第３実施形態による圧縮機の制御装置の動作及び作用を説明すると次の通りである。
【０３８８】
まず、リニア圧縮機の初期駆動は、制御部２２の出力制御信号によりリレーがＢ地点に接続されて第１、第２コイルにより電源ＡＣが供給されてモータを駆動する高効率モードで運転される。
【０３８９】
ここで、前記高効率モードは、リニアモータの対称制御又は非対称制御に関する動作モード（又は運転モード）（例えば、前述した対称制御モード又は非対称制御モード）と別のモードであってもよく、関連乃至対応するモードであってもよい。
【０３９０】
例えば、前記高効率モードは、前述した対称制御モード及び非対称制御モードを含む広い概念であってもよい。
【０３９１】
制御部２２は、モータに供給される電流を検出する電流検出部２１が検出した電流のうち、電流が「０」の区間（current dead zone）が所定時間以下に維持される電流区間を過負荷状態と認識し、過負荷対応切替信号を前記リレーに出力する。
【０３９２】
すると、前記リレーは、「高効率モード」から「過負荷対応モード」に、すなわちＢ地点からＡ地点に切り替えることにより、第１、第２コイルから第１コイルにしてモータコイルの巻回数を減少させる。これにより、モータ印加電圧の不足現象を回避する運転が可能になる。
【０３９３】
本発明においては、これを過負荷対応モードという。
【０３９４】
前記過負荷対応モードとは、前記非対称制御モードにおける高負荷よりも大きい負荷状態の圧縮機運転モードを意味する。
【０３９５】
前記過負荷対応モードは、不足電圧分の電圧を補償して電圧不足現象を回避でき、モータ電流が「０」の区間が所定時間以上維持されるようにし、制御部２２が過負荷対応モードであることを容易に認識できるようにする。
【０３９６】
前記電圧不足現象は、圧縮機のモータの過負荷状態による圧縮機のモータ印加電圧の不足現象を意味する。
【０３９７】
つまり、前述した過程により、過負荷に対応できるモータ印加電流を確保することができる。
【０３９８】
よって、第３実施形態によるリニア圧縮機の運転は、モータに供給される電流の検出の結果、電流が「０」の区間が所定時間以下となると、初期の高効率対応モードから巻回数を減少させる過負荷対応モードに切り替え、結果として、不足電圧分の電圧を補償して電圧不足現象を回避することができ、過負荷に対応できるモータ印加電流を確保することができるという利点がある。
【０３９９】
ここで、過負荷状態とは、圧縮機の負荷が３００Ｗ以上の場合を意味する。
【０４００】
第３実施形態によれば、過負荷の判断は様々な方式で行われる。
【０４０１】
図１３のように電流検出部２１により検出されたモータ電流に基づいて過負荷状態を検出して過負荷対応モードに移行するようにしてもよいが、前述した他の負荷検出方法により過負荷状態を検出するようにしてもよい。
【０４０２】
すなわち、圧縮機の運転モード（又は動作モード）に対応する前記過負荷対応モードは、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０４０３】
また、前記過負荷対応モードは、電圧不足現象が検出された場合に移行する圧縮機の運転モードであってもよい。このために、一実施形態による圧縮機は、電圧不足現象を検出するための感知手段（例えば、圧縮機モータの電圧センサなど）をさらに備えてもよい。
【０４０４】
つまり、前記過負荷状態の検出は、前記リニア圧縮機に供給される電流とストロークとの位相差の絶対値、前記リニア圧縮機の外気温度、前記リニア圧縮機の室内温度、並びに冷凍サイクルの凝縮器及び蒸発器の温度の少なくとも１つに基づいて行われる。
【０４０５】
図１４は本発明の第３実施形態による圧縮機の制御方法を示すフローチャートである。
【０４０６】
図１４を参照すると、本発明の第３実施形態による圧縮機の制御方法は次の段階からなる。
【０４０７】
まず、圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機の運転モードを判断する（Ｓ２１０）。
【０４０８】
次に、圧縮機の制御装置１００は、前記運転モードが高効率モードの場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるようにしてモータコイルの巻回数を増加させる（Ｓ２２０）。
【０４０９】
また、圧縮機の制御装置１００は、前記運転モードが過負荷対応モードの場合、前記モータにおけるコイルが前記第１コイルとなるようにして前記モータコイルの巻回数を減少させ、モータ印加電圧の不足現象を防止する（Ｓ２３０）。
【０４１０】
第４実施形態：圧縮機の負荷の変化に応じた圧縮機の制御方法
本発明の第４実施形態は、前述した実施形態が含む構成又は段階の一部又は組み合わせで実現したり、実施形態の組み合わせで実現することができる。以下、本発明の第４実施形態をより明確にするために、重複する説明は省略する。
【０４１１】
本発明の第４実施形態は、リニア圧縮機の負荷の変化に応じた圧縮機の制御装置による制御方法に関する。
【０４１２】
本発明の第４実施形態によるリニア圧縮機の制御装置は、制御信号に基づいてリニア圧縮機を駆動する駆動部と、前記リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する検出部と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する非対称電流生成部と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて前記制御信号を生成する制御部とを含んでもよい。
【０４１３】
第４実施形態によれば、前記制御部は、前記リニア圧縮機の負荷が第１基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記リニア圧縮機の負荷が前記第１基準負荷より大きく前記第２基準負荷より小さい場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記リニア圧縮機の負荷が第３基準負荷より大きい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成するようにしてもよい。
【０４１４】
また、第４実施形態によれば、前記第３基準負荷は、前記第２基準負荷と同じにしてもよく、前記第２基準負荷より大きくしてもよい。
【０４１５】
さらに、第４実施形態によれば、前記特定値は、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０４１６】
以下、図１５を参照して第４実施形態による圧縮機の制御方法について詳細に説明する。
【０４１７】
図１５は本発明の第４実施形態による圧縮機の制御方法を示すフローチャートである。
【０４１８】
図１５を参照すると、本発明の第４実施形態による圧縮機の制御方法は次の段階からなる。
【０４１９】
まず、第４実施形態による圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷を検出する（Ｓ３１０）。
【０４２０】
次に、圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が第１基準負荷より小さい場合（第１条件、狭い意味の高効率モード又は対称制御モードに対応する）、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを「０」に設定し、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように、前記スイッチング素子を制御する（Ｓ３２０、Ｓ３３０）。
【０４２１】
また、圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が前記第１基準負荷より大きく第２基準負荷より小さい場合（第２条件、高負荷モード又は非対称制御モードに対応する）、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを特定値に設定し、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように、前記スイッチング素子を制御する。ただし、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルに設定されている場合、その状態を維持する（Ｓ３４０、Ｓ３５０）。
【０４２２】
次に、圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が第３基準負荷より大きい場合（第３条件、過負荷対応モードに対応する）、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを特定値に設定し、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように、前記スイッチング素子を制御する（Ｓ３６０）。
【０４２３】
第４実施形態によれば、前記第３基準負荷は、前記第２基準負荷と同じにしてもよく、前記第２基準負荷より大きくしてもよい。
【０４２４】
前記第３基準負荷が前記第２基準負荷より大きい場合、圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が前記第２基準負荷より大きい場合ではなく、リニア圧縮機ＬＣ１００の負荷が前記第２基準負荷より大きい第３基準負荷よりも大きい場合にのみ前記第３条件と認識し、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを特定値に設定し、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように、前記スイッチング素子を制御するようにしてもよい。ここで、前記第３基準負荷は、前記過負荷対応モードへの移行のために（又は、過負荷状態の判断のために）特別に設定された基準負荷であってもよい。
【０４２５】
また、第４実施形態によれば、前記第３基準負荷は、前記第２基準負荷より小さくしてもよい。
【０４２６】
前記第３基準負荷が前記第２基準負荷より小さい場合、圧縮機の制御装置１００は、前記第３条件で前記第１条件での制御である前記電流オフセットの「０」への設定又は前記第２条件での制御である前記電流オフセットの特定値への設定を維持するように制御すると共に、リニア圧縮機ＬＣ１００のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように、前記スイッチング素子を制御するようにしてもよい。
【０４２７】
第４実施形態によれば、前記特定値は、前記リニア圧縮機の負荷又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０４２８】
また、第４実施形態による圧縮機の制御装置１００は、リニア圧縮機ＬＣ１００の運転モード（又は動作モード）に応じて、図１５に示す電流オフセット及びモータコイルの巻回数を調整する。
【０４２９】
ここで、前記運転モードは、対称制御モード、非対称制御モード、高効率モード及び過負荷対応モードの少なくとも１つを含んでもよい。
【０４３０】
前記運転モードは、互いに別の運転モードであってもよく、互いに対応する運転モードであってもよく、一部が対応するか又は別の運転モードであってもよい。
【０４３１】
例えば、前記運転モードが互いに別の運転モードの場合、リニア圧縮機ＬＣ１００の運転中の一時点に対応する運転モードは複数であり得る。
【０４３２】
具体的な例として、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが対称制御モードであり、かつ高効率モードである場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４３３】
また、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが非対称制御モードであり、かつ高効率モードである場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４３４】
さらに、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが非対称制御モードであり、かつ過負荷対応モードである場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記モータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４３５】
例えば、前記運転モードが互いに対応する運転モードの場合、リニア圧縮機ＬＣ１００の運転中の一時点に対応する運転モードは１つであり得る。
【０４３６】
具体的な例として、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが対称制御モード又は第１高効率モードである場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４３７】
また、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが非対称制御モード又は第２高効率モードである場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４３８】
ここで、前記第１高効率モード及び前記第２高効率モードは、それぞれ狭い意味の高効率モードを意味するものであり、対称制御モードに関連する運転モードと非対称制御モードに関連する運転モードとを区分するための別の運転モードであってもよい。厳密には、狭い意味の高効率モードは、前記第１高効率モードのみを意味する。
【０４３９】
また、前記第１高効率モード及び前記第２高効率モードは、共に広い意味の高効率モードを意味するものであってもよい。
【０４４０】
さらに、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが非対称制御モード又は過負荷対応モードである場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記モータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４４１】
例えば、前記運転モードの一部が対応するか又は別の運転モードの場合、リニア圧縮機ＬＣ１００の運転中の一時点に対応する運転モードは１つ又は複数であり得る。
【０４４２】
具体的な例として、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが対称制御モードである場合、前記電流オフセットを「０」に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４４３】
また、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが非対称制御モードである場合、前記電流オフセットを特定値に設定し、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４４４】
さらに、制御部Ｃ１００は、前記運転モードが過負荷対応モードの場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング制御信号を生成する。
【０４４５】
一実施形態によれば、前記運転モードは、前記リニア圧縮機の負荷、冷却能力指令値又はモータ印加電圧の不足に関連する運転モードであってもよい。
【０４４６】
例えば、前記リニア圧縮機の負荷の面で、前記対称制御モードは、前記第１条件に類似した負荷条件の高効率運転モード（又は狭い意味の高効率運転モード）に対応し、前記非対称制御モードは、前記第２条件に類似した負荷条件の高負荷運転モードに対応し、前記過負荷対応モードは、前記第３条件に類似した負荷条件の運転モードに対応するものであってもよい。
【０４４７】
ここで、図１３及び第３実施形態による高効率モードは、広い意味の高効率モードを意味するものであり、前記対称制御モード及び前記非対称制御モードを含む概念であってもよい。
【０４４８】
狭い意味の高効率モードは、対称制御モードのみを意味する。
【０４４９】
その他にも様々な運転モード又は動作モードの組み合わせを本発明の一実施形態によるリニア圧縮機の制御装置に適用できることは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【０４５０】
前記運転モードの設定は、冷蔵庫のマイコンにより行われるようにしてもよく、圧縮機の制御装置１００により独自に行われるようにしてもよい。
【０４５１】
前記運転モードが圧縮機の制御装置１００により独自に設定される場合、前述したように、圧縮機の制御装置１００は、圧縮機の負荷を検出し、前記圧縮機の負荷の条件（例えば、前述した第１〜第３条件）に応じて前記運転モードを決定する。
【０４５２】
具体的には、前記第１基準負荷が１５０Ｗであり、前記第２基準負荷が２５０Ｗである場合、前記圧縮機の負荷が１００Ｗであると、圧縮機の制御装置１００は、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを「０」に設定し、前記圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように、前記スイッチング素子を制御する。
【０４５３】
また、前記圧縮機の負荷が２００Ｗであると、圧縮機の制御装置１００は、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを特定値に設定し、前記圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように、前記スイッチング素子を制御する。
【０４５４】
さらに、前記圧縮機の負荷が４００Ｗであると、圧縮機の制御装置１００は、電流オフセットｉ＿ｏｆｆｓｅｔを特定値に設定し、前記圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように、前記スイッチング素子を制御する。
【０４５５】
本発明の実施形態による圧縮機の制御方法
本発明の実施形態による圧縮機の制御方法は、リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する段階と、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する段階と、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて制御信号を生成する段階と、前記制御信号に基づいて前記リニア圧縮機を駆動する段階とを含んでもよい。
【０４５６】
一実施形態によれば、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の動作モード、前記リニア圧縮機の負荷、又は前記リニア圧縮機に対する冷却能力指令値に基づいて決定されるようにしてもよい。
【０４５７】
一実施形態によれば、前記動作モードは、対称制御モードと非対称制御モードの少なくとも一方であってもよい。
【０４５８】
一実施形態によれば、前記電流オフセットは、前記動作モードが対称制御モードの場合、「０」に設定され、前記動作モードが非対称制御モードの場合、特定値に設定されるようにしてもよい。
【０４５９】
一実施形態によれば、前記電流オフセットは、前記リニア圧縮機の負荷が第１基準負荷より小さいか、又は前記冷却能力指令値が第１基準冷却能力より小さい場合、「０」に設定されるようにしてもよい。
【０４６０】
一実施形態によれば、前記リニア圧縮機は、前記リニア圧縮機のモータにおけるインダクタ及び仮想コンデンサに基づいて共振運転を行う共振型圧縮機であり、前記仮想コンデンサは、前記制御信号が前記非対称モータ電流を積分した値に特定の定数をかけたコンデンサ電圧に基づいて生成されることにより実現されるようにしてもよい。
【０４６１】
一実施形態によれば、前記リニア圧縮機のモータは、第１コイル及び第２コイルで構成されたコイル部と、スイッチング制御信号に基づいて、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが選択的に前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるか又は前記第１コイルとなるように制御するスイッチング素子とを含んでもよい。
【０４６２】
一実施形態によれば、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の負荷に基づいて生成されるようにしてもよい。
【０４６３】
一実施形態によれば、前記スイッチング制御信号は、前記リニア圧縮機の負荷が第２基準負荷より大きい場合、前記モータにおけるコイルが前記第１コイルとなるように前記スイッチング素子を制御し、前記リニア圧縮機の負荷が前記第２基準負荷より小さい場合、前記リニア圧縮機のモータにおけるコイルが前記第１コイルと前記第２コイルとを合わせたコイルとなるように前記スイッチング素子を制御するようにしてもよい。
【０４６４】
図１６は本発明の実施形態による圧縮機の制御方法を示すフローチャートである。
【０４６５】
図１６を参照すると、本発明の実施形態による圧縮機の制御方法は次の段階からなる。
【０４６６】
まず、リニア圧縮機のモータにおけるモータ電流及びモータ電圧を検出する（Ｓ４１０）。
【０４６７】
次に、前記検出されたモータ電流に電流オフセットを適用して非対称モータ電流を生成する（Ｓ４２０）。
【０４６８】
次に、前記非対称モータ電流及び前記検出されたモータ電圧に基づいて制御信号を生成する（Ｓ４３０）。
【０４６９】
次に、前記制御信号に基づいて前記リニア圧縮機を駆動する（Ｓ４４０）。
【０４７０】
本発明の実施形態による圧縮機の制御装置が適用されたリニア圧縮機
前述した本発明の実施形態による圧縮機の制御装置が適用されたリニア圧縮機は、内部に圧縮空間を含む固定部材と、前記固定部材の内部で往復直線運動して前記圧縮空間に吸入された冷媒を圧縮する可動部材と、前記可動部材を前記可動部材の運動方向に付勢するように設けられた少なくとも１つのばねと、前記可動部材に連結されるように設けられて前記可動部材を軸方向に往復直線運動させるモータと、リニア圧縮機の制御装置とを含み、前記リニア圧縮機の制御装置は、前述した実施形態によるリニア圧縮機の制御装置であってもよい。
【０４７１】
以下、図１７を参照して、前述した実施形態によるリニア圧縮機の制御装置を適用できるリニア圧縮機の一例を具体的に説明する。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の技術思想を適用できる全てのリニア圧縮機に適用することができる。
【０４７２】
一般的に、圧縮機に適用されるモータは、固定子に巻線コイルが設けられ、可動子にマグネットが設けられており、巻線コイルとマグネットとの相互作用により可動子が回転運動又は往復運動するようになっている。
【０４７３】
巻線コイルは、モータの種類によって様々に形成される。例えば、回転モータの場合は、固定子の内周面に円周方向に形成される複数のスロットにコイルを集中巻又は分布巻で巻回し、往復動モータの場合は、コイルを環状に巻回して巻線コイルを形成し、当該巻線コイルの外周面に円周方向に複数枚のコアシートを挿入結合する。
【０４７４】
特に、往復動モータの場合は、コイルを環状に巻回して巻線コイルを形成するので、通常、プラスチック材質からなる環状のボビンにコイルを巻回して巻線コイルを形成する。
【０４７５】
図１７は本発明の一実施形態による往復動式圧縮機（リニア圧縮機）の断面図である。
【０４７６】
図１７を参照すると、本発明の一実施形態による往復動式圧縮機は、密閉されたシェル１０の内部空間にフレーム２０が複数の支持ばね６１、６２により弾設されている。シェル１０の内部空間には、冷凍サイクルの蒸発器（図示せず）と連結される吸入管１１が連通して設けられ、吸入管１１の一側には冷凍サイクルの凝縮器（図示せず）と連結される吐出管１２が連通して設けられている。
【０４７７】
フレーム２０には、電動部Ｍを構成する往復動モータ３０の外側固定子３１及び内側固定子３２が固定設置され、外側固定子３１と内側固定子３２との間には往復運動する可動子３３が設けられている。往復動モータ３０の可動子３３には、後述するシリンダ４１と共に圧縮部Ｃを構成するピストン４２が往復運動するように結合されている。
【０４７８】
シリンダ４１は、往復動モータ３０の固定子３１、３２と軸方向に重なる範囲に設けられている。また、シリンダ４１には圧縮空間Ｓ１が形成され、ピストン４２には冷媒を圧縮空間Ｓ１に案内する吸入流路Ｆが形成され、吸入流路Ｆの端部には当該吸入流路Ｆを開閉する吸入バルブ４３が設けられ、シリンダ４１の先端面には当該シリンダ４１の圧縮空間Ｓ１を開閉する吐出バルブ４４が設けられている。
【０４７９】
さらに、ピストン４２の運動方向両側には、当該ピストン４２の共振運動を誘導する複数の共振ばね５１、５２がそれぞれ設けられている。
【０４８０】
なお、符号３５は巻線コイル、符号３６はマグネット、符号４５はバルブばね、符号４６は吐出カバーをそれぞれ示す。
【０４８１】
このような本発明の一実施形態による往復動式圧縮機においては、往復動モータ３０のコイル３５に電源が供給されると、往復動モータ３０の可動子３３が往復運動する過程、可動子３３に結合されたピストン４２がシリンダ４１の内部で高速で往復運動し、それにより冷媒が吸入管１１を介してシェル１０の内部空間に吸入される過程、及びシェル１０の内部空間の冷媒が、ピストン４２の吸入流路Ｆを介してシリンダ４１の圧縮空間Ｓ１に吸入され、ピストン４２の前進運動時に圧縮空間Ｓ１から吐出され、吐出管１２を介して冷凍サイクルの凝縮器に移動する過程という一連の過程が繰り返される。
【０４８２】
ここで、外側固定子３１は、左右方向に対称となるように、「コ」字状に形成された複数枚の薄いハーフステータコアを巻線コイル３５の左右両側に放射状に積層して形成される。これにより、外側固定子３１は、隣接するコアシートの内周面両側が互いに接触し、外周面両側が所定の間隔だけ互いに離隔するように積層される。
【０４８３】
本発明の実施形態による圧縮機の制御装置が適用された冷蔵庫
前述した本発明の実施形態による圧縮機の制御方法により制御されるリニア圧縮機が適用された冷蔵庫は、冷蔵庫本体と、前記冷蔵庫本体に備えられて冷媒を圧縮するリニア圧縮機と、前記リニア圧縮機の制御装置とを含み、前記リニア圧縮機の制御装置は、前述した実施形態によるリニア圧縮機の制御装置であってもよい。
【０４８４】
以下、図１８を参照して、前述した実施形態によるリニア圧縮機の制御装置（又は駆動装置）を適用又は使用できる冷蔵庫の一例を説明する。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の技術思想を適用できる全ての冷蔵庫に適用することができる。
【０４８５】
図１８は本発明の実施形態によるリニア圧縮機が適用された冷蔵庫を示す斜視図である。
【０４８６】
図１８を参照すると、冷蔵庫７００は、内部に冷蔵庫の運転全般を制御するメイン基板７１０が備えられ、メイン基板７１０には往復動式圧縮機Ｃが接続される。前述した圧縮機の制御装置及び３相モータの駆動装置はメイン基板７１０に備えられる。冷蔵庫７００は、往復動式圧縮機の駆動により動作する。冷蔵庫の内部に供給される冷気は、冷媒の熱交換作用により生成され、圧縮、凝縮、膨張及び蒸発のサイクルを繰り返し、冷蔵庫の内部に供給され続ける。供給された冷媒は、対流により冷蔵庫の内部に均一に供給され、冷蔵庫内部の飲食物を所望の温度に保存できるようにする。
【０４８７】
本発明の範囲は本明細書に開示された実施形態に限定されるものではなく、本発明は本発明の思想及び特許請求の範囲に記載された範疇内において様々な形態に修正、変更又は改善することができる。
【符号の説明】
【０４８８】
１０    電気回路部
２０    電流検出部
３０    電圧検出部
４０    マイクロコンピュータ
１００    リニア圧縮機の制御装置
Ｃ１００    制御部
Ｄ１００    検出部
ＤＲＶ１００    駆動部
ＩＡ１００    非対称電流生成部
ＬＣ１００    リニア圧縮機
ＶＣ１１０    仮想コンデンサ
【図１】
2015119632.tif 000006
【図２Ａ】
2015119632.tif 000007
【図２Ｂ】
2015119632.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015119632.tif 000012
【図７】
2015119632.tif 000013
【図８】
2015119632.tif 000014
【図９】
2015119632.tif 000015
【図１０】
2015119632.tif 000016
【図１１】
2015119632.tif 000017
【図１２】
2015119632.tif 000018
【図１３】
2015119632.tif 000019
【図１４】
2015119632.tif 000020
【図１５】
2015119632.tif 000021
【図１６】
2015119632.tif 000022
【図１７】
2015119632.tif 000023
【図１８】
2015119632.tif 000024
【図１９】
2015119632.tif 000025
【図２０】
2015119632.tif 000026