(57)【要約】  本発明は、負荷に依存して変化する可動部材の固有周波数に運転周波数を同期することにより、負荷に能動的に対処できるだけでなく効率的な運転が行えるリニア圧縮機の制御装置及び制御方法に関する。本発明によるリニア圧縮機の制御装置は、リニア圧縮機に対する電圧指令値Ｖ*および入力電流ｉから逆起電力Ｅの位相を検出する逆起電力位相検出部と、入力電流ｉの位相を検出する電流位相検出部と、逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相とを比較して周波数の可変値を生成する周波数生成部と、周波数変更値によって電圧指令値Ｖ*を補正する制御部と、直流電圧の印加を受けて補正された電圧指令値Ｖ*によって正弦波電圧を生成してリニア圧縮機に印加するインバータ部からなる。
2008511790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニア圧縮機に対する電圧指令値Ｖ*および入力電流ｉから逆起電力Ｅの位相を検出する逆起電力位相検出部と、
前記入力電流ｉの位相を検出する電流位相検出部と、
前記逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相とを比較して周波数の可変値を生成する周波数生成部と、
前記周波数変更値によって前記電圧指令値Ｖ*を補正する制御部と、
直流電圧の印加を受けて前記補正された電圧指令値Ｖ*によって正弦波電圧を生成して前記リニア圧縮機に印加するインバータ部とからなることを特徴とするリニア圧縮機の制御装置。
【請求項２】
前記逆起電力位相検出部は下記の式によって前記逆起電力Ｅを演算し、前記位相を検出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。
【数１】
2008511790.tif 000008
(ここで、Ｒ:捲線抵抗、Ｌ:インダクタンス)
【請求項３】
前記周波数生成部は、前記逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相とが同位相になるように前記周波数の可変値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４】
前記制御部は、前記補正された電圧指令値Ｖ*を所定のインバータ制御信号の形態で前記インバータ部に電送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５】
リニア圧縮機に対する電圧指令値Ｖ*および入力電流ｉから逆起電力Ｅの位相を検出する段階と、
前記入力電流ｉの位相を検出する段階と、
前記逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相とを比較して周波数の可変値を生成する段階と、前記周波数変更値によって前記電圧指令値Ｖ*を補正する段階と、
直流電圧の印加を受けて前記補正された電圧指令値Ｖ*によって正弦波電圧を生成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。
【請求項６】
前記逆起電力Ｅの位相検出段階は、下記の数式によって前記逆起電力を演算して前記位相を検出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方法。
【数２】
2008511790.tif 000009
(ここで、Ｒ:捲線抵抗、Ｌ:インダクタンス)
【請求項７】
前記周波数変更値の生成段階は、前記逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相が同位相になるように前記周波数の可変値を生成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方法。
【請求項８】
前記制御方法は前記補正された電圧指令値Ｖ*を所定のインバータ制御信号の形態で変換する段階をさらに含む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方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に依存して変化する可動部材の固有周波数に運転周波数を同期することにより、負荷に能動的に対処できるだけでなく、効率的な運転が行われる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、圧縮機は、電気モータやタービン等の動力発生装置から動力を伝達されて空気や冷媒、又はその他の多様な作動ガスを圧縮させて圧力を高める機械装置であって、冷蔵庫とエアコン等のような家電機器、又は産業全般に亘って広く使われている。
【０００３】
このような圧縮機を大別すると、ピストンとシリンダ間に作動ガスが吸入、吐出される圧縮空間が形成されてピストンがシリンダ内部で直線往復運動しながら冷媒を圧縮させる往復動式圧縮機と、偏心回転されるローラとシリンダ間に作動ガスが吸入、吐出される圧縮空間を形成してローラがシリンダ内壁に沿って偏心回転しながら冷媒を圧縮させる回転式圧縮機と、旋回スクロールと固定スクロールとの間に作動ガスが吸入、吐出される圧縮空間を形成して旋回スクロールが固定スクロールに沿って回転しながら冷媒を圧縮させるスクロール式圧縮機とに分けられる。
【０００４】
最近では、往復動式圧縮機のうち、特にピストンが往復直線運動する駆動モータに直接連結されるようにし、運動転換による機械的な損失なく圧縮効率を向上させるだけでなく、簡単な構造となっているリニア圧縮機が多く開発されている。
【０００５】
一般に、リニア圧縮機はモータの直線駆動力を利用して冷媒を吸入、圧縮、吐出させるが、冷媒ガスを圧縮させるシリンダ及びピストン等を含む圧縮部と、圧縮部に駆動力を供給するリニアモータが含まれた駆動部とに大きく分けられる。
【０００６】
具体的には、リニア圧縮機は、密閉容器の内部にシリンダが固定設置され、シリンダ内部にピストンが往復直線運動可能に設置され、ピストンがシリンダの内部で往復直線運動することによってシリンダ内部の圧縮空間に冷媒を吸入して圧縮した後、吐出するように構成され、圧縮空間には吸入弁アセンブリ及び吐出弁アセンブリが設置されて圧縮空間内部の圧力によって冷媒の吸入及び吐出を調節する。
【０００７】
また、ピストンに直線運動力を発生させるリニアモータがお互い連結されるように設置されるが、リニアモータはシリンダの周辺に複数個のラミネーションが円周方向に積層されるように構成されたインナステータ及びアウタステータが所定の間隙をおいて設置されるが、インナステータ又は、アウタステータ内側にはコイルが巻かれるように設置され、インナステータとアウタステータ間の間隙には永久磁石がピストンと連結されるように設置される。
【０００８】
ここで、永久磁石は、ピストンの運動方向に移動可能に設置され、コイルに電流が流れることによって発生する電磁気力によりピストンの運動方向に往復直線運動するが、通常、リニアモータは、一定の運転周波数ｆｃで作動されて、ピストンは、所定のストロークＳで往復直線運動する。
【０００９】
一方、ピストンは、リニアモータにより往復直線運動する一方、運動方向に弾性支持するように各種スプリングが設置されるが、具体的には機械スプリングの一種であるコイルスプリングがピストンの運動方向に密閉容器及びシリンダに弾性支持されるように設置され、圧縮空間に吸入された冷媒もガススプリングとして作用する。
【００１０】
ここで、コイルスプリングは一定の機械スプリング定数Ｋｍを有し、ガススプリングは負荷に依存して変更されるガススプリング定数Ｋｇを有し、機械スプリング定数Ｋｍ及びガススプリング定数Ｋｇを考慮してピストンの固有周波数ｆｎが算出される。
【００１１】
このように算出されたピストンの固有周波数ｆｎは、リニアモータの運転周波数ｆｃを決定するが、リニアモータは運転周波数ｆｃをピストンの固有周波数ｆｎと一致させて共振状態で運転させることによって効率を上げることができる。
【００１２】
したがって、このように構成されたリニア圧縮機は、リニアモータに電流が印加されると、コイルに電流が流れ、アウタステータ及びインナステータとの相互作用により電磁気力が発生し、このような電磁気力により永久磁石、及びこれと連結されたピストンが往復直線運動する。
【００１３】
この時、リニアモータは一定の運転周波数ｆｃで運転し、リニアモータの運転周波数ｆｃはスプリングの共振周波数ｆｎと一致させて共振状態で運転が行われるようにして効率を最大にすることができる。
【００１４】
上述したように、ピストンがシリンダ内部で往復直線運動することによって圧縮空間の内部圧力が変化し、このように圧縮空間の圧力変化によって冷媒を圧縮空間に吸入し後、圧縮して吐出する。
【００１５】
前述のように構成されたリニア圧縮機は、リニアモータが設計上考慮した負荷下で、コイルスプリングの機械スプリング定数Ｋｍ及びガススプリングのガススプリング定数Ｋｇにより算出されるピストンの固有周波数ｆｎに一致する運転周波数ｆｃで運転するように構成される。このため、効率を上げるためにリニアモータは、設計上考慮した負荷下でのみ共振状態で運転される。
【００１６】
ところが、前述のようなリニア圧縮機では、実際、負荷が変化することによってガススプリングのガススプリング定数Ｋｇ及びこれを考慮して算出されたピストンの固有周波数ｆｎが変更される。
【００１７】
具体的には、リニアモータは、図１Ａに示すように設計時、中間負荷領域においてはピストンの固有周波数ｆｎと一致するように運転周波数ｆｃが決定され、負荷が変化してもこのように決定された一定の運転周波数ｆｃで運転されるが、ピストンの固有周波数ｆｎは負荷が大きくなるほど大きくなる。
【００１８】
【数１】
2008511790.tif 000003
【００１９】
この時、ｆｎはピストンの固有周波数で、Ｋｍ及びＫｇは、機械スプリング定数及びガススプリング定数であり、Ｍはピストンの質量である。
【００２０】
通常、設計時には、全体スプリング定数Ｋｔに対するガススプリング定数Ｋｇの比率が小さいため、ガススプリング定数Ｋｇを考慮しないか、又はガススプリング定数Ｋｇを一定の値に設定して適用し、ピストンの質量Ｍ及び機械スプリング定数Ｋｍも一定の値を有するため、ピストンの固有周波数ｆｍも式（１）に依存して一定の値として算出される。
【００２１】
しかし、実際に負荷が増加するほど制限された空間における冷媒の圧力及び温度が高くなる。これによってガススプリングそれ自体の弾性力が大きくなってガススプリング定数Ｋｇが大きくなり、このようなガススプリング定数Ｋｇに比例するように算出されるピストンの固有周波数ｆｎも大きくなる。
【００２２】
したがって、図１Ａ及び図１Ｂに示すように中間負荷領域においては、リニアモータの運転周波数ｆｃとピストンの固有周波数ｆｎとが一致することにより、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に到達するように運転されて、安定的に圧縮作用がなされる。これに加えて、リニアモータは共振状態で運転が行われることによって圧縮機の効率が最大となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかし、低負荷領域においては、リニアモータの運転周波数ｆｃよりピストンの固有周波数ｆｎが小さくなるため、ピストンが上死点を越えて過度に運動して過度な圧縮力が作用されるだけでなく、ピストン及びシリンダの摩擦及び摩耗が発生し、共振状態で運転できなくなるので、圧縮機の効率が低下する。
【００２４】
一方、高負荷領域においては、リニアモータの運転周波数ｆｃよりピストンの固有周波数ｆｎが大きくなるため、ピストンが上死点に達しない状態で運転することによって圧縮力が低減し、共振状態で運転できなくなるので圧縮機の効率が低下する。
【００２５】
結果的に、従来のリニア圧縮機は負荷が変化することによってピストンの固有周波数ｆｎが変化するが、リニアモータの運転周波数ｆｃは一定であるために、リニアモータが共振状態で運転されないので、その効率が落ちて、能動的に負荷に対応できず、速かに負荷を解消することができないという問題点がある。
【００２６】
ここで、本発明は、機械的固有周波数とリニアモータによる運転周波数とを同期させて共振状態でリニア圧縮機が吸入、及び圧縮行程を遂行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。
【００２７】
また、本発明は、負荷によって変化する機械的固有周波数を推定して運転周波数を変化させて同期させることによって、リニア圧縮機の機構的な誤差を解消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。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明を達成するための本発明によるリニア圧縮機の制御装置は、リニア圧縮機に対する電圧指令値Ｖ*と入力電流ｉから逆起電力Ｅの位相を検出する逆起電力位相検出部と、入力電流ｉの位相を検出する電流位相検出部と、逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相を比較して周波数の可変値を生成する周波数生成部と、周波数の可変値によって電圧指令値Ｖ*を補正する制御部と、直流電圧を印加を受けて補正された電圧指令値Ｖ*により正弦波電圧を生成してリニア圧縮機に印加するインバータ部からなる。
【００２９】
この時、逆起電力位相検出部は下記の式（２）によって逆起電力Ｅを演算して位相を検出することが好ましい。(ここで、Ｒ:捲線抵抗、Ｌ:インダクタンス)
【００３０】
【数２】
2008511790.tif 000004
【００３１】
また、周波数生成部は、逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相が同位相になるように周波数の可変値を生成することが好ましい。
【００３２】
また、制御部は補正された電圧指令値Ｖ*を所定のインバータ制御信号の形態でインバータ部に電送することが好ましい。
【００３３】
また、このような目的を達成するための本発明によるリニア圧縮機の制御方法は、リニア圧縮機に対する電圧指令値Ｖ*と入力電流ｉから逆起電力Ｅの位相を検出する段階と、入力電流ｉの位相を検出する段階と、逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相を比較して周波数の可変値を生成する段階と、周波数の可変値によって電圧指令値Ｖ*を補正する段階と、直流電圧の印加を受けて補正された電圧指令値Ｖ*によって正弦波電圧を生成する段階を含む。
【発明の効果】
【００３４】
上述した本発明の制御装置及び方法は機械的な変数であるスプリング定数Ｋを正確に算定して固有周波数ｆｎを推定するものではなく、電気的なモデルで測定可能な変数Ｒ、Ｌ、ｉ、Ｖ*を用いて共振状態になるようにするので、リニア圧縮機の製造時に、機構的な正確度に敏感にならずに済む。したがって、本発明の制御装置及び方法によれば、リニア圧縮機の製造時に、製造過程で起こり得る機構的な誤差を容易に克服し、共振状態で圧縮及び吸入過程が遂行されるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、目的が具体的に実現される本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００３６】
本発明によるリニア圧縮機は、図２に示すように密閉容器２の一側に冷媒が吸入、吐出される流入管２ａ及び流出管２ｂを設置し、密閉容器２の内側にシリンダ４が固定されるように設置し、シリンダ４の内部の圧縮空間Ｐに吸入された冷媒を圧縮させるように、シリンダ４の内部にピストン６が往復直線運動可能に設置されると同時に、ピストン６の運動方向に弾性支持されるように各種スプリングが設置され、ピストン６は直線往復駆動力を発生させるリニアモータ１０と連結されるように設置されるが、ピストンの固有周波数ｆｎが負荷に依存して変化してもリニアモータ１０は図３Ａ及び図３Ｂに示すようにピストンの固有周波数ｆｎと同期するように、その運転周波数ｆｃを制御して全ての負荷領域において共振運転がなされるようにして圧縮効率を高めることができる。
【００３７】
さらに、圧縮空間Ｐと接しているピストン６の一端に吸入弁２２が設置され、圧縮空間Ｐと接しているシリンダ４の一端に吐出弁アセンブリ２４が設置され、吸入弁２２及び吐出弁アセンブリ２４は各々圧縮空間Ｐの内部圧力によって開閉されるように自動的に調節される。
【００３８】
ここで、密閉容器２は、内部が密閉されるように、上部シェルと下部シェルがお互いに結合するように設置される。また、密閉容器２の一側に冷媒が流入する流入管２ａ及び冷媒が吐出される流出管２ｂが設置される。シリンダ４の内側にピストン６が往復直線運動可能に運動方向に弾性支持されるように設置されるとともに、シリンダ４の外側にリニアモータ１０がフレーム１８により組み立てられて組立体を構成し、この組立体が密閉容器２の内側底面に支持スプリング２９により弾性支持されるように設置される。
【００３９】
さらに、密閉容器２の内部の底面には所定のオイルが供給され、組立体の下端にはオイルをポンピングするオイル供給装置３０が設置されるとともに、組立体の下側フレーム１８の内部には、オイルをピストン６とシリンダ４の間に供給するオイル供給管１８ａが形成され、これによりオイル供給装置３０は、ピストン６の往復直線運動によって発生する振動により作動してオイルをポンピングし、このオイルは、オイル供給管１８ａを通じてピストン６とシリンダ４の間の間隙に供給されて冷却及び潤滑作用をすることになる。
【００４０】
次に、シリンダ４は、ピストン６が往復直線運動するように中空形状に形成されるとともに、一側に圧縮空間Ｐが形成され、流入管２ａの内側に一端が近接するように位置された状態で流入管２ａと同一直線上に設置されることが好ましい。
【００４１】
もちろん、シリンダ４は、流入管２ａと近接した一端の内部にピストン６が往復直線運動可能に設置され、流入管２ａと反対側の一端に吐出弁アセンブリ２４が設置される。
【００４２】
この時、吐出弁アセンブリ２４は、シリンダ４の一端側に所定の吐出空間を形成するように設置される吐出カバー２４ａと、シリンダの圧縮空間Ｐ側の一端を開閉するように設置される吐出弁２４ｂと、吐出カバー２４ａと吐出弁２４ｂの間に軸方向に弾性力を与える一種のコイルスプリングである弁スプリング２４ｃとからなるが、シリンダ４の一端の内周にＯリングＲが嵌合されるように設置され、吐出弁２４ａがシリンダ４一端に密着される。
【００４３】
さらに、吐出カバー２４ａの一側と流出管２ｂの間には屈曲形成されたループパイプ２８が連設されるが、ループパイプ２８は圧縮された冷媒が外部に吐出されるように案内するだけでなく、シリンダ４、ピストン６、リニアモータ１０の相互作用による振動が密閉容器２全体に伝えられることを緩衝させる。
【００４４】
したがって、ピストン６がシリンダ４の内部で往復直線運動することによって圧縮空間Ｐの圧力が所定の吐出圧力以上になると、弁スプリング２４ｃが圧縮されて吐出弁２４ｂを開放させ、冷媒が圧縮空間Ｐから吐出された後、ループパイプ２８及び流出管２ｂを介して完全に外部に吐出される。
【００４５】
次に、ピストン６は流入管２ａから流入した冷媒が流動するように冷媒流路６ａが中央に形成され、流入管２ａと近接した一端が連結部材１７によりリニアモータ１０が直接連結されるように設置されるとともに、流入管２ａと反対側の一端に吸入弁２２が設置され、ピストン６の運動方向に各種スプリングにより弾性支持されるように設置される。
【００４６】
ここで、吸入弁２２は薄板形状で、ピストンの冷媒流路６ａを開閉させるようにその中央部分が一部切開されるように形成され、一側がピストン６の一端にスクリューにより固定設置される。
【００４７】
したがって、ピストン６がシリンダ４の内部で往復直線運動することによって、圧縮空間Ｐの圧力が吐出圧力より低い所定の吸入圧力以下になると、吸入弁２２が開放されて冷媒が圧縮空間Ｐに吸入され、圧縮空間Ｐの圧力が所定の吸入圧力以上になると、吸入弁２２が閉じた状態で圧縮空間Ｐの冷媒が圧縮される。
【００４８】
特に、ピストン６は運動方向に弾性支持されるように設置されるが、具体的に流入管２ａと近接したピストン６の一端に、半径方向に突出されたピストンフランジ６ｂがコイルスプリング等のような機械スプリング８ａ、８ｂによりピストン６の運動方向に弾性支持され、流入管２ａと反対側の圧縮空間Ｐに含まれた冷媒がそれ自体の弾性力によりガススプリングとして作用してピストン６を弾性支持する。
【００４９】
ここで、機械スプリング８ａ、８ｂは負荷と関係なく、一定の機械スプリング定数Ｋｍを有するが、機械スプリング８ａ、８ｂは、ピストンフランジ６ｂを基準に、リニアモータ１０に固定される所定の支持フレーム２６とシリンダ４に、各々軸方向に平行して設置されることが好ましく、支持フレーム２６に支持される機械スプリング８ａとシリンダ４に設置される機械スプリング８ａが同一の機械スプリング定数Ｋｍを有するように構成されることが好ましい。
【００５０】
しかし、ガススプリングは負荷に依存して変化するガススプリング定数Ｋｇを有するが、圧縮空間Ｐに含まれたガスは、周囲温度が高くなるほど冷媒の圧力が大きくなることによってそれ自体の弾性力が大きくなるため、ガススプリングは負荷が大きくなるほどガススプリング定数Ｋｇが大きくなる。
【００５１】
ここで、機械スプリング定数Ｋｍは一定である反面、ガススプリング定数Ｋｇは負荷に依存して変化するため、全体のスプリング定数も負荷に依存して変化し、式（１）に依存してピストンの固有周波数ｆｎもガススプリング定数Ｋｇに依存して変化する。
【００５２】
したがって、負荷が変化しても機械スプリング定数Ｋｍ及びピストンの質量Ｍは一定である反面、ガススプリング定数Ｋｇが変化するため、ピストンの固有周波数ｆｎは負荷に依存するガススプリング定数Ｋｇにより大きく影響を受けることになるが、このようなピストンの固有周波数ｆｎが負荷によって変化するアルゴリズムを把握し、それに応じてリニアモータの運転周波数ｆｃがピストンの固有周波数ｆｎと同期するように制御するため、圧縮機の効率をより高めることができるだけでなく、速かに負荷を解消することができる。
【００５３】
負荷は多様な方法で測定することができるが、このようなリニア圧縮機は、冷媒が圧縮、凝縮、蒸発、膨張される冷凍/空調用サイクルに含まれるように構成されるために、負荷は冷媒が凝縮される圧力である凝縮圧と、冷媒が蒸発される圧力である蒸発圧の差で定義することができ、さらに、より精度を高めるために、凝縮圧と蒸発圧を平均した平均圧を考慮して決定される。
【００５４】
すなわち、負荷は、凝縮圧と蒸発圧の差、及び平均圧に比例するように算出され、負荷が大きくなるほどガススプリング定数Ｋｇが大きくなるが、例えば、凝縮圧と蒸発圧の差が大きいほど負荷が大きくなり、凝縮圧と蒸発圧の差が同一であっても平均圧が大きいほど負荷が大きくなるように算出され、このような負荷に対応してガススプリング定数Ｋｇが大きくなるように算出される。
【００５５】
ここで、負荷は、実際、図４に示すように、凝縮圧に比例する凝縮温度及び蒸発圧に比例する蒸発温度を測定し、凝縮温度と蒸発温度の差及び平均温度に比例するように算出される。
【００５６】
次に、リニアモータ１０は、複数個のラミネーション１２ａが円周方向に積層されるように構成され、フレーム１８によりシリンダ４の外側に固定設置されるインナステータ１２と、コイルが巻かれるように構成されたコイル捲線体１４ａの周囲に複数個のラミネーション１４ｂが円周方向に積層されるように構成され、フレーム１８によりシリンダ４の外側に、インナステータ１２と所定の間隙をおいて設置されるアウタステータ１４と、インナステータ１２とアウタステータ１４の間の間隙に位置され、ピストン６と連結部材１７により連結されるように設置される永久磁石１６からなるが、コイル捲線体１４ａは、インナステータ１２外側に固定設置され得る。
【００５７】
このようなリニアモータ１０においてコイル捲線体１４ａに電流が印加されることによって電磁気力が発生し、このような電磁気力と永久磁石１６の相互作用により永久磁石１６が往復直線運動し、永久磁石１６と連結されたピストン６がシリンダ４の内部で往復直線運動する。
【００５８】
図５はリニアモータを逆起電力のあるＲ-Ｌ回路で具体化する時の等価回路図である。この等価回路図において、ピストン６の動きを表す理論的な根拠は、下記の式（２）のような非線形連立微分方程式で説明することができ、ここで式（２）は電気的な等価方程式である。
【００５９】
【数３】
2008511790.tif 000005
【００６０】
ここで、Ｒは等価抵抗で、Ｌは等価インダクタンス係数で、ｉはモータに流れる電流、Ｖ*はインバータ部（図６を参照）の出力電圧に対応する電圧指令値である。上述した変数はすべて測定可能であり、式（２）により逆気電力を算定することができる。
【００６１】
また、ピストン６の動きを表す理論的な根拠である下記の式（３）のような機械的運動方程式により説明される。
【００６２】
【数４】
2008511790.tif 000006
【００６３】
ここで、ｘはピストン６の変位、ｍはピストン６の質量、Ｃはダンピング係数、ｋは等価スプリング定数であり、αは逆起電力定数である。式（３）を複素数の形態に変換した機械的方程式は、下記の式（４）の通りである。
【００６４】
【数５】
2008511790.tif 000007
【００６５】
ここで、ωは角速度である(ここで、ω=２π・ｆｃ)。
【００６６】
機械的共振がなされる時は逆起電力と電流が同位相になる時である。従って、式（４）から分かるように、理論的には分母の複素数部分が０になると良い。しかし、上述したように、等価スプリング定数ｋは機械スプリング定数Ｋｍとガススプリング定数Ｋｇとの和であり、負荷によって変化するので、式（４）で運転周波数ｆｃを決定することが難しい。以下では式（３）を用いて、逆起電力の位相と電流の位相を検出して同期させる制御装置を説明する。
【００６７】
図６は本発明によるリニア圧縮機の制御装置の構成図である。
【００６８】
図６に示すように、制御装置は外部交流電圧を整流して直流電圧を生成する整流部４１と、整流部４１から直流電圧の印加を受けて電圧指令値Ｖ*によって正弦波電圧を生成してリニア圧縮機４３に印加するインバータ部４２と、インバータ部４２から印加された正弦波電圧によって圧縮及び吸入行程を遂行するリニア圧縮機４３と、リニア圧縮機４３に印加される入力電流ｉを測定する電流センサ４４と、電圧指令値Ｖ*と入力電流ｉから逆起電力Ｅの位相を検出する逆起電力位相検出部４５と、入力電流ｉの位相を検出する電流位相検出部４６と、逆起電力Ｅの位相と入力電流ｉの位相を比較して周波数変更値Δfを生成する周波数生成部４７と、周波数変更値Δfによって電圧指令値Ｖ*を補正してインバータ部４２で印加する制御部４８とからなる。
【００６９】
詳しくは、逆起電力位相検出部４５は式（２）により印加された電圧指令値Ｖ*と入力電流ｉを処理して逆起電力Ｅを算定し、逆起電力Ｅの位相を検出する。
【００７０】
また、周波数生成部４７は逆起電力位相検出部４５から逆起電力位相を、電流位相検出部４６から電流位相の印加を受けて、この逆起電力位相と電流位相とを比較して、一致させる周波数変更値Δfを生成し、制御部４８に印加する。
【００７１】
ここで、制御部４８は周波数生成部４７から印加された周波数変更値Δfを用いて以前の電圧指令値Ｖ*の周波数を補正し、この補正された電圧指令値Ｖ*をさらにインバータ部４２に印加する。このような循環処理過程を通して、制御部４８は機械的固有周波数ｆｎと共振する周波数(運転周波数ｆｃ)とを有する電圧指令値Ｖ*をインバータ部４２に印加し、これによりリニア圧縮機が共振運動する。
【００７２】
ただし、この制御部４８は、インバータ部４２で電圧指令値Ｖ*をインバータ制御信号(例えば、ＰＷＭ信号)の形態に変換して伝送する。
【００７３】
以上のように、本発明では、実施形態及び添付図面に基づいてムビングマグネット型のリニアモータが作動し、これと連結されたピストンがシリンダの内部で往復直線移動しながら冷媒を吸入、圧縮、吐出させるリニア圧縮機を例に上げて詳細に説明した。しかし、以上の実施形態及び図面によって本発明の範囲が制限されるものではなく、本発明の範囲は後述した特許請求の範囲に記載された内容によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
本発明の特徴及び長所らは後述する本発明の実施形態の詳細な説明とともに、添付図面を参考してよりよく理解されるだろう。
【図１Ａ】従来技術によるリニア圧縮機において負荷によるストロークを示すグラフである。
【図１Ｂ】従来技術によるリニア圧縮機で負荷による効率を示すグラフである。
【図２】本発明によるリニア圧縮機を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明によるリニア圧縮機において負荷によるストロークを示すグラフである。
【図３Ｂ】本発明によるリニア圧縮機において負荷による効率を示すグラフである。
【図４】本発明によるリニア圧縮機において負荷によるガススプリング定数の変化を示すグラフである。
【図５】リニアモータを逆起電力のあるＲ-Ｌ回路で具体化する時の等価回路図である。
【図６】本発明によるリニア圧縮機の制御装置の構成図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
2008511790.tif 000012
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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