(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアコンプレッサ(10)を制御するためのシステムであり、
リニアコンプレッサ(10)は、
加圧チャンバー内に軸方向に移動可能に位置され、スプリングにより軸方向に付勢され、上記スプリングとともに共振系を構成する可動アセンブリ(1)と、
交番印加電圧(VT)が供給され、可動アセンブリ(1)を軸方向に駆動するモータ(1')と、
電子スイッチング装置(52)と、
電子スイッチング装置(52)を制御して印加電圧(VT)をモータ(1')に供給させる電子回路(51)とを含み、
電子回路(51)は、モータ(1')内に循環する電流すなわち循環電流を測定して、上記循環電流を作動する位相すなわち作動位相(φc)を求め、かつ、可動アセンブリ(1)の変位を測定して上記変位の位相すなわち力学的位相(φp)を求め、上記作動位相(φc)と上記力学的位相(φp)との差として第１の位相(φpc)を決定し、
電子回路(51)は、第１の位相(φpc)の値に比例して上記モータ(1')に印加される印加電圧の値(VT)を変更することを特徴とするシステム。
【請求項２】
電子回路(51)は、上記モータ(1')に印加される印加電圧の値(VT)を変更するとき、上記第１の位相(φpc)の値を基に、作動位相(φc)と力学的位相(φp)の間の位相差をなくすための修正電圧(VF)の値を、上記第１の位相と上記修正電圧(VF)の値との間で予め決められた関係式を用いて求め、上記印加電圧(VT)を上記修正電圧(VF)の値だけ減少する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
電子回路(51)は、可動アッセンブリ(1)の物理的位置(DP)の最大値(DPMAX)を基準変位(DPREF)と減算し、上記第１の位相(φpc)がゼロであるときに前記可動アッセンブリが加圧チャンバー内で衝突することなく作動し続ける電圧である第１の電圧（Vp）を、予め求められていた上記減算結果と上記第１の電圧との関係に基づいて決定し、上記第１の電圧(Vp)と上記修正電圧(VF)の和から上記印加電圧(VT)の値を設定する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
電子回路(51)は、電子スイッチング装置(52)に上記印加電圧(VT)の値をモータ(1')に印加させる請求項３記載のシステム。
【請求項５】
上記力学的位相(φp)は、可動アセンブリ(1)の上記変位の速度から得られる請求項１記載のシステム。
【請求項６】
電子回路(51)は、モータ(1')内の上記循環電流を測定して、上記循環電流のゼロレベル電流(ZC)の位相の測定値と、モータ(1')に印加された上記印加電圧(VT)のゼロレベル電圧(ZT)の位相の測定値との差から上記作動位相(φc)の値を計算する請求項５記載のシステム。
【請求項７】
電子回路(51)は、可動アセンブリ(1)の上記変位の位置を測定し、可動アセンブリ(1)の上記物理的位置(DP)の最大値の位相の測定値と、モータ(1')への上記印加電圧のゼロレベル電圧(ZT)の位相の測定値との差から、上記力学的位相(φp)の値を計算する請求項６記載のシステム。
【請求項８】
電子サーモスタット(59)に接続された温度センサ(58)を備える冷却システム(57)内において、電子サーモスタット(59)は、上記基準変位(DPREF)を求めるために用いる抵抗値を供給する請求項７記載のシステム。
【請求項９】
電子回路(51)に接続された変位センサ(55)を備え、電子回路(51)は、上記変位センサ(55)から可動アセンブリ(1)の上記物理的位置(DP)の値を受け取る請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
モータ(1')に印加された上記印加電圧(VT)のゼロレベル電圧(ZT)の信号が電子スイッチング装置の入口で測定される請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
モータ(1')内の上記循環電流のゼロレベル電流(ZC)の信号が電子スイッチング装置の出口で測定される請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
加圧チャンバー内に軸方向に移動可能に位置され、スプリングにより軸方向に付勢され、スプリングとともに共振系を構成する可動アセンブリ(1)と、交番印加電圧(Vr)が供給され、可動アセンブリ(1)を軸方向に駆動するするモータ(1')と、電子スイッチング装置(52)と、電子スイッチング装置(52)を制御して上記印加電圧(VT)をモータ(1')に供給させる電子回路(51)とを備えるリニアコンプレッサ(10)を制御する方法であり、
電子回路(51)を用いて、モータ(1')内で循環する電流すなわち循環電流を測定して上記循環電流を作動する位相すなわち作動位相(φc)を求めるステップと、
電子回路(51)により、可動アセンブリ(1)の物理的位置(DP)の変位を測定して上記変位の位相すなわち力学的位相(φp)を求めるステップと、
電子回路(51)により、上記作動位相(φc)と上記力学的位相(φp)との差として第１の位相(φpc)を決定するステップと、
電子回路(51)により、第１の位相(φpc)の値に比例して上記モータ(1')に印加される印加電圧の値(VT)を変更するステップと
を備える方法。
【請求項１３】
印加電圧(VT)の値を求めるステップにおいて、電子回路(51)により、上記第１の位相(φpc)の値を基に、作動位相(φc)と力学的位相(φp)の間の位相差をなくすための修正電圧(VF)の値を、上記第１の位相と上記修正電圧(VF)の値との間で予め決められた関係式を用いて求め、上記印加電圧(VT)を上記修正電圧(VF)の値だけ減少する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
印加電圧(VT)の値を求めるステップにおいて、さらに、電子回路(51)により、可動アッセンブリ(1)の物理的位置(DP)の最大値(DPMAX)を基準変位(DPREF)と減算し、上記第１の位相(φpc)がゼロであるときに前記可動アッセンブリが加圧チャンバー内で衝突することなく作動し続ける電圧である第１の電圧（Vp）を、予め求められていた上記減算結果と上記第１の電圧との関係に基づいて決定し、上記第１の電圧(Vp)と上記修正電圧(VF)の和から上記印加電圧(VT)の値を得る請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
モータ(1')の循環電流の上記作動位相(φc)を測定するステップの前に、モータ(1')の循環電流のゼロレベル電流(ZC)を取得するステップが先になされる請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
可動アセンブリ(1)の上記力学的位相(φp)を測定するステップの前に、モータ(1')に印加される上記印加電圧(VT)のゼロレベル電圧(ZT)を取得するステップが先になされる請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
加圧チャンバー(2)内に軸方向に移動可能に位置され、スプリングにより軸方向に付勢され、スプリングとともに共振系を構成する可動アセンブリ(1)と、
可動アセンブリ(1)を軸方向に駆動するための交番印加電圧(VT)が供給され、内部に循環する電流すなわち循環電流を生じるモータ(1')と、
電子スイッチング装置(52)と、
電子スイッチング装置(52)を制御して、可動アセンブリ(1)を駆動するモータ(1')に印加される印加電圧(VT)を制御して、前記モータ(1')を制御する電子回路(51)とを備え、
電子回路(51)は、上記循環電流を測定して上記循環電流を作動する位相すなわち作動位相(φc)を求め、可動アセンブリ(1)の物理的位置の変位を測定して上記変位の位相すなわち力学的位相(φp)を求め、上記作動位相(φc)と上記力学的位相(φp)との差として第１の位相(φpc)を決定し、
電子回路(51)は、第１の位相(φpc)の値に比例してモータ(1')に印加される印加電圧(VT)の値を変更する
リニアコンプレッサ(10)。
【請求項１８】
モータ(1')の制御において、電子回路(51)により、上記第１の位相(φpc)の値に比例してモータ(1')に印加される印加電圧の値(VT)を変更するとき、上記第１の位相(φpc)の値を基に、上記第１の位相と上記修正電圧(VF)の値との間で予め決められた関係式を用いて、作動位相(φc)と力学的位相(φp)の間の位相差をなくすための修正電圧(VF)の値を求め、可動アッセンブリ(1)の物理的位置(DP)の最大値(DPMAX)を基準変位(DPREF)と減算し、上記第１の位相(φpc)がゼロであるときに前記可動アッセンブリが加圧チャンバー内で衝突することなく作動し続ける電圧である第１の電圧（Vp）を、予め求められていた上記減算結果と上記第１の電圧との関係に基づいて決定し、上記第１の電圧(Vp)と上記修正電圧(VF)の和から上記印加電圧(VT)の値を設定する、請求項１７記載のリニアコンプレッサ。
【請求項１９】
請求項１７および１８のいずれかに記載のリニアコンプレッサを備える冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この出願はブラジルの特許出願No.P10300010-9の優先権を主張するものであり、その開示を参考のためにここで組み込まれる。
【０００２】
この発明はリニアコンプレッサのみならず、リニアコンプレッサでピストンを制御するシステムや、リニアコンプレッサでピストンを制御する方法に関し、特にたとえば冷蔵庫、空調機を含むことがある冷却システムに適用できる。
【０００３】
[従来技術の説明]
従来技術で既知のように、通常、リニアコンプレッサは低圧の環境に挿入され、そこでは、低圧ガスはコンプレッサによって吸引され、そのコンプレッサは、低圧ガスを圧縮し、そして、冷却回路に関連した高圧の環境に放出する。低圧の環境と高圧の環境は互いに密閉状態で隔離される。
【０００４】
空気圧縮メカニズムは、シリンダ内のピストンの軸移動により運転され、ヘッドにインストールされている、吸込弁および放出弁は、シリンダ内へのガスの入口と、シリンダ外へのガスの出口を規制する。ピストンはアクチュエータにより駆動され、そのアクチュエータは、支持体および磁石により形成され、後者(磁石)は螺旋のスプリングにより駆動され、コンプレッサの共振アセンブリを形成する。
【０００５】
リニアモータによって駆動される共振アセンブリは、直線的な交互の運動を展開する機能を持ち、シリンダ内のピストンの移動を生じさせ、放出弁を通じて高圧側へ放出されるまで、吸込弁からの導入ガスを圧縮するように動作させる。
【０００６】
モータで発生したパワーと、ガスを圧縮する時に機構および他のロスにより消費されたパワーとのバランスでもって、リニアコンプレッサの動作の振幅は規制される。コンプレッサの最大のポンプ容量を抽出するために、ピストンがバルブプレートに衝突することなく、ピストンを、バルブプレートにできるだけ近接することが必要である。バルブプレートとのピストンの衝突を防ぐことを可能にするために、動作の振幅が正確に知られるべきであり、そして、推察されるエラーが大きい程、安全距離がより大きくなる。コンプレッサの構造上の解決策によっては、ピストンの衝突は、雑音を発生させて、コンプレッサを破損するかもしれない。
【０００７】
ピストン位置の見積もり精度に加えて、動作の安定性は等しく重要である。また、時間で動作振幅が異なると、バルブプレートへのピストンの近接が損なわれるか、またはピストンは衝突するかもしれない。
【０００８】
前述のリニアなメカニズムの別の特性は、そのポンプ容量を変える可能性である。モータのパワーを減じると、動作振幅が減少し、次にポンプ容量も同様に減少する。
【０００９】
バルブプレートとのピストンの衝突を防ぐ必要性について予測した従来技術の１つは文献 WO 01/54253で開示されている。この文献の教えによると、モータに印加された電流を積分して得られた第１の矩形波と、モータに印加された電圧から得られた２番目の矩形波の測定が予測される、リニアコンプレッサに適用できるシステムと方法を提供する。これらの測定値に基づき、最初の矩形波と２番目の矩形波の位相の違いを評価することで、ピストンの移動はトライアックによってもたらされる。その結果、ピストンはバルブプレートにより近接して作動する。 
【００１０】
ピストンがバルブプレートと衝突するという可能性を小さくするが、その文献 WO01/54253の目的は、全体でシステム自体の安定性に関連するあり得る不均衡から生じる問題にアプローチせず、そして、その結果、システムは安定性に関して非理想的な状態で作動するかもしれない。
【００１１】
さらに、上記文献WO 01/54253で提案された構成から生じる別の欠点は、矩形波によって位相をモニターするという事実にある。そのようなアプローチには、１番目および２番目の方形波を発生させ、そして、１番目の方形波と２番目の方形波との位相差を計算するために、電流の積分を行う電子回路かコンピュータ・プログラムを使うことが必要であるという結果を持つ。しかしながら、これらの変換を行うための回路を必要とし、含まれる要素の個数が多いため、より多くの故障の確率を大きくしてシステムの信頼性を低下させるので、そのような構成と結果のプロセスは、より少ない信頼性に加え、高い製造費用を提示する。また、コンピュータ・プログラムを用いて上記文献で説明されたデバイスを具体化するオプションは、この場合、高い費用をも要する。なぜなら、使用されたアプローチでは、過度に洗練されたマイクロコントローラが必要であるからである。したがって、費用は高い。
【００１２】
この発明に関連する別の従来技術は米国特許第5,342,176で説明される。この文献の教えによると、コンプレッサのピストンの位置を測定するための方法と装置を提供し、ピストン運動を制御するために、それにより、コンプレッサのモータに印加される電圧と電流を測定する。この文献では説明された発明の利点の１つは、たとえば、システムの解決における誤りに通じるかもしれないクーラにおける温度変化を考慮することなく、アプローチが明確にピストン開発と結合された計算を必要とするという事実である。
さらに別の従来技術は、米国特許公報2002/093327であり、リニアコンプレッサのストロークの揺れを検出する装置と方法を開示している。リニアコンプレッサは、ストロークの揺れがストロークまたは電流の変化量により検出されるから、外部電圧または雑音の変化により誤動作する。この文献の教示により、上述の問題を解決するために、コンプレッサの制御装置は、ストロークと電流を用いて、リニアコンプレッサにより発生される電圧によるストロークの増加と減少により決定されるストロークの位相差と電流を計算するストローク／電流位相差計算器と、ストロークと電流の上記位相差を用いて位相差変化量を計算する位相差変化量計算器と、計算された位相差変化量を基準値と比較してストロークの揺れが検出されたか否かを決定して揺れを検出する揺れ検出器と、ストローク揺れ検出器からストローク揺れ検出信号を受信し、負荷の変化により決定される冷却容量の要求の大きさによりストローク電圧を変えて、リニアコンプレッサの運転中にリニアコンプレッサの駆動を制御する揺れ制御器とを含む。
【００１３】
[この発明の概要および目的]
この発明の目的は、リニアコンプレッサでのピストンの移動を制御するためのシステムおよび、ピストンを制御する方法を提供することであり、システムが効率的になる必要な圧力でバルブプレートに対してピストンが突き当たるのを防ぐ。
【００１４】
コンプレッサの振幅を制御するための１つの変数パラメータは電動機の供給電圧であるかもしれない。給送電圧から、所望の振幅の達成まで、電動機抵抗、モータのインダクタンス、コンデンサが使用されるならキャパシタンス、逆起電力、共振システムのインピーダンスおよび固有の損失を伴う圧縮仕事などの、結合された様々なインピーダンスがある。このシステムのインピーダンスは、それぞれの運転周波数、即ち、モータに印加された電圧の周波数に依存する。ある周波数では、このシステムの出力は最適となり、そして、これは、機械システムが共振に入ると起こる。この周波数では、リニアコンプレッサの性能は最大である。
【００１５】
圧縮されるべきであるガスは、スプリングの効果と同様の力学的な効果があるので(「ガススプリング」という)、メカニズムの共振周波数は完全に固定されない。この「ガススプリング」は、単に二つの要素に影響される。
(i) ピストンとバルブプレートの距離
(ii) コンプレッサが作動する圧力すなわち運転圧力
【００１６】
ピストン・ストロークが抑えられるとき、ピストン・プレート距離かアプローチ要素は変更され、ガススプリングとメカニズム共振に増加を発生させる(この効果は、メカニズムの運転の安定性に対してより関連する)。冷却システムでは、これらの２つの要素(アプローチ要素と運転上の圧力)が実質的に変化する。運転上の定格はクーラの室温と内部温度によって影響されるが、運転圧力は、運転上の定格に達するまで、システムが始動される瞬間から変化する。システムが、多少より長いか、より短いコースで起こるより多いまたは少ない冷却能力、および、モータが十分に作動するようにモータに印加される電圧を必要とするとき、ピストン/プレート距離が変更される。
【００１７】
したがって、機械システムの共振周波数は引用された様々な要素のため異なる。
【００１８】
効果的な方法で問題にアプローチするために、モータに印加された電圧の周波数を変えて、共振時に常にメカニズムを維持することができる電子装置を持つことは推薦可能である。しかしながら、現在の到達技術水準では、この種類の電子装置は効率的でなく、かつ、費用もかなり高い。この理由のために、この発明の対象である、リニアコンプレッサでのピストンの移動を制御するシステム、およびコンプレッサ自体を制御する方法は、電圧を制御して、電圧の発振周波数を制御する費用が高くならないようにすることを目的とする。
このアプローチから生じる１つの問題は、モータに印加された電圧からリニアコンプレッサの機構まで様々なインピーダンスがあるという事実にある。これらのインピーダンスの影響に関する１つの例は以下の状況をもたらす。
【００１９】
より大きい因子で共振周波数が変化する場合、つまり、共振周波数がモータ供給周波数より高い場合(後者は常に一定)のために、共振周波数で生じる振幅と同じ振幅でピストンを維持するために、モータ供給周波数は増大することが必要である。
【００２０】
別の観点から始めると、共振周波数が低下した時、すなわち、共振周波数も供給周波数より高いが、ピストン運動の振幅が低下する時、共振周波数が増大し、その結果、より小さい振幅でピストンを維持するために、モータに印加された電圧は、より高くあるべきである状況になるであろう。この振舞いは、制御の不安定性を発生させて、メカニズムを制御不能にするかもしれない。
【００２１】
この発明の目的は、リニアコンプレッサを制御するシステムと、リニアコンプレッサ、リニアコンプレッサを制御する方法と冷却システムである。ピストンは、コンプレッサの運転特性の機能で(たとえば“ガススプリング”により）、そして、システム状態に拘わらずピストンを常に安定な移動状態に維持するために要求されるレベルに電圧が到達するように、モータに印加された電圧を絶えず修正できるように制御される。
【００２２】
上の目的の結果、リニアコンプレッサを制御するシステム、リニアコンプレッサ、リニアコンプレッサを制御する方法、および冷却システムを提供することは、この発明の別の目的であり、コンプレッサは、同期化されるか否かにかかわらずどんな振幅でも安定した方法で作動し、それにより、位相に独立してモータに印加される電圧を修正することができ、更にシステムを安定に維持さえする。
【００２３】
また、リニアコンプレッサを制御するシステム、リニアコンプレッサ、リニアコンプレッサを制御する方法、および冷却システムは、減少した数の電子部品で単に実現された構成で提供されるべきであり、更に、安価なマイクロプロセッサやマイクロコントローラで構成される。
【００２４】
この発明の目的は、リニアコンプレッサを制御するためのシステムによって達成され、そのリニアコンプレッサは、可動アセンブリと、モータに循環電流を発生させる印加電圧が供給されるモータと、電子スイッチング装置と、モータに印加される印加電圧および、可動アセンブリを駆動するモータを制御するために、電子スイッチング装置を制御する電子回路とを備える。電子回路は、モータ内に循環する循環電流を作動する位相および可動アセンブリの力学的位相を測定し、そして、上記駆動する位相と上記力学的位相との間の関係を基に、上記測定位相（第１の位相）を決定し、電子回路は、上記測定位相の値から修正電圧の値を取得し、電子回路は、可動アセンブリの物理的位置から定義された電圧（第１の電圧）の値を取得し、電子回路は、上記修正電圧および上記定義された電圧の合計からの印加電圧の値で動作させる。力学的位相は、可動アセンブリの変位速度から、または、可動アセンブリの物理的位置の測定値と予め確立された上記定義された物理的位置との比較から取得される。
【００２５】
この発明の別の目的は、リニアコンプレッサを制御するための方法によって達成され、そのリニアコンプレッサは、可動アセンブリと、循環電流を発生させる、交番印加電圧が供給されるモータを備える。この方法は、モータ内に循環する電流を作動する位相を測定するステップと、可動アセンブリの力学的位相を測定するステップと、上記作動位相と上記力学的位相との間の関係を確立し、測定位相（第１位相）を決定するステップと、上記測定位相と、可動アセンブリの物理的位置との間の関係を確立し、可動アセンブリの好ましい位置を決定するステップと、上記測定位相と、上記好ましい位置との間の関係を確立し、印加電圧を取得するステップと、取得された印加電圧の値に比例した方法で電圧値を変化させるステップとを備える。
【００２６】
この発明の目的は、リニアコンプレッサにより更に達成され、そのリニアコンプレッサは、加圧チャンバー内に位置し、スプリングに関連して、加圧チャンバー内で軸方向に移動する可動アセンブリと、モータ内に循環電流を発生させる、交番印加電圧を供給されるモータと、電子スイッチング装置と、モータに印加される印加電圧を制御するために電子スイッチング装置および、可動アセンブリを駆動するモータを制御する電子回路とを備える。制御回路（上記電子回路）は、モータ内に循環する電流を作動する位相および、可動アセンブリの力学的位相を測定し、そして、上記作動位相と上記力学的位相との関係を確立し、測定位相（第１位相）を決定し、上記制御回路は、モータに印加された印加電圧の値を、上記測定位相の値に比例した方法で変更する。
【００２７】
更にこの発明の目的は、リニアコンプレッサを備える冷却システムによって達成され、このリニアコンプレッサは、スプリングに関連して、加圧チャンバー内で軸方向に移動する可動アセンブリと、モータ内に循環電流を発生させる電圧が供給されるモータと、電子スイッチング装置と、モータに印加される印加電圧を制御するために電子スイッチング装置、および、可動アセンブリを駆動するモータを制御する電子回路とを備える。制御回路（上記電子回路）は、モータ内の循環電流の作動位相および、可動アセンブリの力学的位相を測定し、そして、上記作動位相と上記力学的位相との関係を確立し、測定位相（第１位相）を決定し、上記制御回路は、モータに印加された印加電圧の値を、上記測定位相の値に比例した方法で変更する。
【００２８】
図面に示された実施例に関連して、この発明をより詳しく述べる。図１でわかるように、リニアコンプレッサ10は低圧環境11に挿入され、この低圧環境11ではリニアコンプレッサ10により、低圧ガスが吸引され、リニアコンプレッサ10は、圧縮して、それを高圧環境11'内へ放出する。既述したように、リニアコンプレッサ10は基本的にシリンダか加圧チャンバー2の中に位置決めされて、後者の中を軸方向に動くピストン1すなわち可動アセンブリ1を備える。
【００２９】
ヘッド3の上に、吸込弁3aと放出弁3bがあり、シリンダ2への入口およびシリンダ2からのガスの出口を規制する。アクチュエータかモータ1'により駆動される可動アセンブリ1は、支持体4と磁石5を備える。可動アセンブリ1は、更に螺旋状のスプリング7へ関連しており、リニアコンプレッサ10の共振アセンブリを形成する。
【００３０】
上で既に説明されているように、ガス圧縮メカニズムは、シリンダ2の中での可動アセンブリ1の軸運動で行われ、シリンダ2がヘッド3の向きに移動すると、次に反対方向に移動し、そのように変位の振幅を形成する。
【００３１】
この発明の教示に基づき、上述した安定性の問題を解決する観点から、バルブプレート3a位置するヘッド3に可動アセンブリ1が衝突するのを防止するように、モータ1に適用された電流をモニターすることによって問題にアプローチする解決策を予見する。
【００３２】
メカニズムが共振で動作するとき、モータ1'に適用された電流が可動アセンブリ1の速度と同期していることが知られている。しかしながら、共振から離れるに従って、位相φが変化することを考察することが必要である。(図３を参照)
【００３３】
図２と３は、周波数が変化する冷却システムの挙動を示す。モータ1'に印加される電圧からリニアコンプレッサ10の可動アセンブリまでの間でのインピーダンスにより、共振周波数foは図２に示す挙動を示す。図から理解されるように、モータ1'に供給する周波数fが一定に留まることを知っているので、共振周波数foがより大きい因子で変化する。グラフ中で対応する領域は共振周波数foの右(点f/fo＝1の右側)にあり、これは、同じ変位の振幅で可動アセンブリ1を維持するために必要な電圧は増大されることを意味する。
【００３４】
さらに図２でわかるように、共振周波数が低下した時、上述の対応する領域も共振周波数foの右(f/fo=1の右)に位置する。この場合、上で報告したのと類似して、可動アセンブリ1の動作振幅が減少すると、共振周波数は増大し、その結果、可動アセンブリ1をより少ない変位の振幅に保つために、モータ1'に印加される電圧は、より高くすべきであり、これは不安定な制御を発生させ、これはメカニズムを制御不可能にするかもしれず、そして、ヘッド3への可動アセンブリ1が衝撃するかもしれないという状況が存在する。
【００３５】
上の情報に基づいて、位相φに伴う電圧の修正を確立することができる(図４を参照)。その結果、制御アルゴリズムは図２で示したグラフの挙動を気づかない。言い換えれば、リニアコンプレッサ10が同期外で動作しても、可動アセンブリ1の移動振幅は、モータ1'に適用された電圧レベルを制御することによって、一定に留まる。
【００３６】
さらに、図３、４ａおよび４ｂを参照すると、図３のグラフは、同一のグラフで位相と電圧を示し、理解できるように、位相φが０のとき、機構は、同期される。一方、図４ａおよび４ｂのグラフでは、理解できるように、横軸は、いま問題にしている位相、そして縦軸は、機構を同じ動作振幅に保つための電圧である。この情報は制御アルゴリズムによって用いられる。上述の内容は数学的には以下のとおりである。
V'＝V - C(φ)
ここで
Vはモータに印加された電圧、
V'は制御アルゴリズムで用いられる修正電圧、
C(φ)は、位相の関数たとえばKφである電圧修正（ここで、Kは位相に掛ける比例定数、φは可動アセンブリの電流と速度の間の位相差である）
であり、これは、電流のゼロと可動アセンブリの最大変位の瞬間の間の距離を測定することによって、得てもよい。
【００３７】
既知のように、モータの力の値は電流に比例し、従ってシステムを容易にするために、作動位相φcの値を得るために直接電流を測定することがより推薦できる。
力学的位相φPの値については、可動アセンブリ1の変位の点を直接測定することによって、それを得ることができる。可動アセンブリ1の速度を読むことによって、この値を得ることができるが、可動アセンブリ1の速度と変位は互いが90°であるので、再びその位置の大きさに達するまで、変位の値を積分することで十分である。
【００３８】
図８でわかるように、この発明の目的は、図示したブロックを備えるリニアコンプレッサ10を制御するシステムによって実行されてもよく、そのような制御システムは、たとえば冷却システムに適用されてもよい。この図はリニアコンプレッサ10を制御するシステムの制御ブロック50、コンプレッサブロック54および冷却ブロック56を表す３ブロックで形成される。
制御ブロック50は、マイクロプロセッサとその周辺機器(図示せず)を含む電子回路51、およびトライアックか電子スイッチング装置52を備える。
【００３９】
明らかにそのような装置は、他の同等なものがこの発明の目的の要求を満たす限り、取り替えられてもよい。したがって、マイクロプロセッサの代わりにマイクロコントローラを使用するか、または個別のコンポーネントを使用してもよく、トライアックは他の等価なデバイスに取り替えてもよい。
コンプレッサブロック54は、次に、適したリニアコンプレッサ10およびいずれかのタイプの変位センサ55を備える。この場合、適用できるいくつかのタイプのセンサは、誘導性センサ、接触センサ、加速度計センサまたは他のいずれかの同等なタイプを含んでもよい。そして、それらのすべては、シリンダ2内の可動アセンブリ1の位置決めをモニターする能力があるべきである。
【００４０】
冷却ブロック56は、全体の冷却回路(図示せず)を含む冷却システム57自体と、冷却されるべき環境、たとえば、クーラか冷却システムにつながる環境/部屋内の温度を制御するのに必要な温度センサ58と、電子サーモスタット59とを備える。
【００４１】
特に、このブロック図は、制御ブロック50が供給電圧から信号を受信することを示し、その供給電圧の値は、電子スイッチング装置52に接続された電子回路51によって形成されたアセンブリによって制御される。電子スイッチング装置52の入力部から、過電圧ZTの電圧のゼロ信号を測定し、それは電子回路51に供給される。さらに、電子スイッチング装置52の出力部で回路を通る電流すなわち循環電流のゼロ信号を測定する。また、電子回路51は、可動アセンブリの変位、可動アセンブリ1の物理的な位置DPの信号および電子サーモスタット59で発生する信号が与えられる。
【００４２】
図９でわかるように、この発明の制御システム、制御方法、リニアコンプレッサ、および冷却システムに適用されるアルゴリズムは、上述した信号を受け取る電子回路51によって制御される。
【００４３】
その結果、この好ましい実施形態によれば、モータ1'に印加されたゼロレベル電圧ZTの信号と、モータ1'内で循環する電流のゼロレベル電流ZCの信号、および可動アセンブリの変位DPは、以下を得るために解釈される。
・与えられた基準の関数である電流位相、言い換えれば、作動位相φc。
・可動アセンブリ1の最大点の位相、言い換えれば、可動アセンブリ1の変位、または、可動アセンブリ1とヘッド3の間のより短い距離の力学的位相φpであって、与えられた基準の関数であって上記電流位相と同じ基準の関数である位相。
【００４４】
次式
φpc = φp - φc
により、これらの値の減算を行って、ゼロ電流ZCと可動アセンブリ1の最大移動点DPMAXまたは望ましい位置DPMAXとの間の測定された位相（測定位相）φpcの値を得る。そして、修正電圧値VFが位相の上記測定から生じるので、その値は、電流のゼロと可動アセンブリの移動の最大点DPMAXとの間の測定位相φpcの値の関数であり、この関係は定まる。
【００４５】
上の教えに基づき修正電圧の値を得る方法の１つは、たとえば、PIDなどの古典的な閉塞メッシュコントロールアルゴリズムによるかもしれない。その機能は直接に得てもよい。
【００４６】
さらに、測定位相φpcの値の測定に関して、そのような大きさを得る可能な方法は、電子スイッチング装置52をトリガーする瞬間の測定まで電流の消失の瞬間を測定することによって、実行される。これらの点から第１の瞬間平均を計算する。さらに、可動アセンブリ1が最大移動点DPMAXを超えた瞬間、およびピストンがヘッド3から、最大移動点DPMAXよりもヘッドから遠い点に戻った瞬間を測定し、これらの値の第２の平均の瞬間を計算する。第１の平均の瞬間と第２の平均の瞬間の値から始めて、電流のゼロと最大移動点DPMAXの間の位相差に比例する時間差ATを得る。リニアコンプレッサの動作周波数の1サイクルの期間に対する時間差ATに360が掛けられるなら、°で示した位相を得る。しかしながら、時間差ATが測定位相φpcに比例しているのを知っている場合、周波数からの計算を省いて、その結果、システムの複雑さを低減する。
【００４７】
上で説明されたように、直接に電流から作動位相φpを得ることができるが、また、たとえば可動アセンブリ1の速度などの他のパラメータからそれを得てもよい。
【００４８】
電子回路51に供給される物理的位置DPの信号の値と、電子サーモスタット59によって読まれた抵抗値に基づいて、可動アセンブリの最大変位DPMAXの値と基準変位DPREFの値（定義された物理的位置に達する予定の変位)を得ることができる。次式
EDP = DPREF - DPMAX
によりそれらの値の減算をして、基準変位DPREFと可動アッセンブリの最大変位DPMAXの間の誤差EDPの値が得られる。
【００４９】
この結果から、制御アルゴリズムにより決定される上記定義された電圧Vpの値を得るのは可能である。そのVpの値は、誤差EDPの値の関数である。
【００５０】
位相により発生された修正電圧の値と、制御アルゴリズムにより定義された電圧Vpの値からはじめて、次式
VT=VP+VF 
を適用して、モータ1'に印加される電圧すなわち印加電圧VTの値を得る。そのような値の印加電圧VTは、電子回路51によって制御された電子スイッチング装置52のトリガー角によって規制される。
【００５１】
値/信号DPREFは、たとえば、冷却システムからなどなどの外部のシステムから受け取られた情報であり、その値/信号はこの発明のシステムにより、DCレベルに変化される。
【００５２】
信号DPは、振動子またはいずれかの変位センサ55により発生され、可動アセンブリ1について信号を測定するためのものであり、その振動子はたとえば誘導性のセンサである。既知なように、誘導タイプのセンサで発生する信号は、ヘッド3からの可動アセンブリ1の距離に逆比例する。この例では、誘導センサによって測定されたこの信号の最大のピーク値はDPMAXになるであろう。DPREF-DPMAXは、制御アルゴリズムの誤差である。
【００５３】
図７はリニアコンプレッサ10でなされた測定に関する１例を示し、誘導的に発生された信号DPを、それの対応する信号コーディネータで見ることができる。可動アセンブリ1のバルブプレート3'へのあらゆるアプローチのときに、センサはこの距離に逆比例する電圧を発生させる。グラフで見られた最大のアプローチ値の1.8Vは、可動アセンブリの最大のアプローチ(それはDPMAX値)に対応する。
【００５４】
さらに図４ａと４ｂに関し、１実施形態では、印加電圧VTが110Vに等しいときに、可動アセンブリ1が遅れなしで作動することに注目できる。モータ1'の循環電流の位相φが、可動アセンブリ1の速度に関して40°進んだ点を１例として考察すると(図４ａを参照)、印加電圧VTは、およそ80Vであり、可動アセンブリ1が、安定した方法で作動し続けるためには、つまり、位相に独立して、可動アセンブリ1がヘッド3に衝突することなく、運転するためには、高くあるべきである。そのうえ、理解されるように、このように、システムは、コンプレッサおよびそれが用いられる冷却システムの良好な機能を干渉せずに、同期から外れることなく作動し続けることができる。
【００５５】
電子回路51が、電子スイッチング装置52によって、定義された電圧Vp(この場合110Vに等しい)から修正電圧VF(この場合30Vに等しい)の値を引き算すべきであることを観察することができ、その結果、80Vの印加電圧VTがモータ1'に供給できる。その結果、リニアコンプレッサを制御するシステムは、システムがバランスのとれている方法で作動させ続け、ヘッド3への可動アセンブリ1の衝突を防ぎ、その結果、コンプレッサへの損傷を防ぐ。
【００５６】
図４ｂはモータ1'の循環電流の位相φが可動アセンブリ1の速度に関して40°遅れている状況を示す。この問題を修正するために、グラフで示されるように、印加電圧が150Vとなるように、定義された電圧Vp(例では110Vの値を持つ)は、それに加算される修正電圧VFの値(この場合、残りの40V)を持つべきである。この合計から、可動アセンブリ1は、バランスのとれている方法で作動し続けるであろう。
【００５７】
上で引用された例のように、制御回路51に記録された値のテーブルにより、または測定値を定数Kで掛ける因子を用いて、修正電圧VFの値を直接に得ることができる。図６はグラフを示し、システムがバランスして作動することができるように、各位相に必要な修正電圧VFが示される。電圧VTのラインは測定位相φpcに基づき変化することがわかる。これにより、作動位相φcと可動アセンブリ1の力学的位相φpとその間の遅れに関係なく、可動アセンブリ1を予期された状態内で、“ガススプリング”効果で維持する。
【００５８】
この発明の目的の利点は、結果として、リニアコンプレッサ10をより高い安定性で操作することを可能にして、可動アセンブリのヘッド3へのより大きなアプローチを可能にすることと、古典的なアルゴリズムが作用しない状況下で、与えられたコンプレッサのより大きいポンプ能力を引き出し、リニアコンプレッサ10を運転することを可能にすることである。さらに、この発明のシステムは、従来技術のシステムと比べた場合、使われたアルゴリズムが多数のルーチンを含まないので、高価なマイクロプロセッサやマイクロコントローラの使用を回避する。この発明は、少ない数のコンポーネントをもたらし、このことがさらにシステムの信頼性を増強する。
【００５９】
さらにこの発明の教えによると、図９で理解されるように、リニアコンプレッサを制御するシステムの使用を実行するために以下のステップを確立するべきである。これらのステップは、システム自体の使用することの結果であり、この発明のコンプレッサおよび冷却器にも適用できる。
モータ1'内の循環電流の電流ZCのゼロレベルを得るステップと、
モータ1'内の循環電流の作動位相φcを測定するステップと、
モータ1'に加えた印加電圧VTの電圧ZTのゼロ位相を得るステップと、
可動アセンブリ1'の力学的位相φpを測定するステップと、
作動位相φcと力学的位相φpとの、力学的位相φpの値から作動位相φcの値を減算する関係を確立して、測定位相φpcを決定するステップと、
測定位相φpcと可動アセンブリ1の物理的な位置DPとの間の関係を基に、可動アセンブリ1の好ましい位置DPMAXを決定するステップと、
好ましい位置DPMAXと、先に定義された物理的な位置DEPREFとの値を比較して、定義された電圧Vpの値を得るステップと、
定義された電圧Vpの値と、修正電圧VFの値の合計によって得た印加電圧VTの値に比例して印加値VTの値を変更するステップとを確立する。
【００６０】
さらに、この発明の教示によれば、既に説明された構造上の特性を持ち、制御回路51が備えられるリニアコンプレッサを提供することができ、リニアコンプレッサは、モータ1'の循環電流の作動位相φcと、可動アセンブリ1の力学的位相φpの関係を確立するために、作動位相φcと力学的位相φpを測定して測定位相φpcを決定し、制御回路51は、測定位相φpcの値に比例してモータ1'に印加された印加電圧VTの値を変更する。リニアコンプレッサを持つ冷却システムもある。これらの場合では、従来のシステムに比べ、より大きな効率を持ち、同時に低コストの冷却システムを構成することは可能である。
【００６１】
好ましい実施形態について説明したが、この発明の範囲は、他の可能な変形を含むことができ、可能な均等物を含む添付した請求項の内容によってのみ限定されることに理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の概念を適用したリニアコンプレッサの断面図である。
【図２】横軸に、共振周波数(f/fo)に関連した周波数(これはコンプレッサのピストンが共振周波数からいかに離れているかを表す)を示し、そして縦軸に、機構が一定の振幅で動作するために必要な電圧を示す。
【図３】図２に示した電圧の関係のみならず、位相の関係を示す。
【図４ａ】位相が４０°進んだ例において、機構を同じ動作振幅で維持するための位相と電圧との関係を示したグラフである。
【図４ｂ】位相が４０°遅れた例において、機構を同じ動作振幅で維持するための位相と電圧との関係を示したグラフである。
【図５】印加電圧の変化に対する位相と電圧の間の挙動を示し、かつ、定義された電圧を示すグラフである。
【図６】位相と修正電圧の間の挙動を示すグラフである。
【図７】リニアコンプレッサでの測定モードの例を示す。
【図８】この発明の教示に基づく冷却システムのブロック図を示す。
【図９】この発明の教示に基づく冷却システムのブロック図であり、モータ電圧の影響を示す。
【符号の説明】
【００６３】
1：ピストン
1'：モータ 
2：シリンダ
3：ヘッド
3'：バルブプレート
10：リニアコンプレッサ
11：低圧環境
11'：高圧環境
50：制御ブロック
51：電子回路
52：電子スイッチング装置
54：コンプレッサブロック
57：冷却システム
59：電子サーモスタット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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】
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