(57)【要約】【課題】  外部環境から影響を受けずに負荷状態を正確に判断することができ、ピストンのストロークを優秀に制御することができるリニア圧縮機及びその制御方法を提供する。【解決手段】  本発明のリニア圧縮機は、上下往復運動をするピストンの位置検出のために前記ピストンの一側に連結されたコアを有するコア部と、前記コアの位置を感知する第１センサーコイル及び第２センサーコイルを有するボビンとを含むリニア圧縮機において、前記ピストンの吸入行程から圧縮行程にかけて前記コアが前記ボビンを出入する出入時間を測定して前記ピストンの負荷状態を判断し、前記負荷状態に基づいて前記ピストンの位置を制御する制御部を含む。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下往復運動をするピストンの位置検出のために前記ピストンの一側に連結されたコアと、前記コアの位置を感知する第１センサーコイル及び第２センサーコイルを有するボビンとを含むリニア圧縮機において、
前記ピストンの吸入行程から圧縮行程にかけて前記コアが前記ボビンを出入する出入時間を測定して前記ピストンの負荷状態を判断し、前記負荷状態に基づいて前記ピストンの位置を制御する制御部を含むことを特徴とするリニア圧縮機。
【請求項２】
前記コアは前記第１センサーコイル及び第２センサーコイルの直列連結長さの半分以下の長さを有することを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機、
【請求項３】
前記制御部は前記出入時間が所定の危険時間より大きい幅で増加する場合、前記ピストンのトップクリアランスを増加させることを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
【請求項４】
前記第１センサーコイルと所定の第１分圧抵抗を直列に連結した第１枝路と、
前記第２センサーコイルと所定の第２分圧抵抗を直列に連結した第２枝路と、
前記第１枝路と前記第２枝路に印加されるソース電源と、
前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗に印加される電圧の入力を受ける電圧比較器とを有することを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
【請求項５】
前記電圧比較器は前記第１センサーコイルと前記第２センサーコイルそれぞれの両端間の電圧の入力を受けることを特徴とする請求項４に記載のリニア圧縮機。
【請求項６】
前記制御部は前記ピストンが下死点の近くに位置して前記電圧比較器の出力が０になる時間の差に基づいて前記ピストンの負荷状態を検出し、前記ピストンの位置を制御することを特徴とする請求項４又は５に記載のリニア圧縮機。
【請求項７】
上下往復運動をするピストンの一側に連結されたコアと、前記コアの位置を感知する第１センサーコイル及び第２センサーコイルを有するボビンとを含むリニア圧縮機の制御方法において、
前記ピストンの吸入行程から圧縮行程にかけて前記コアが前記ボビンを出入する出入時間を測定する段階と、
前記出入時間に基づいて前記ピストンの負荷状態を判断し、前記ピストンの位置を制御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８】
前記コアは前記第１センサーコイル及び第２センサーコイルの直列連結長さの半分以下の長さになるようにする段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のリニア圧縮機の制御方法。
【請求項９】
前記出入時間が所定の危険時間より大きい幅で増加する場合、前記ピストンのトップクリアランスを増加させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項７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】
本発明はリニア圧縮機及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニア圧縮機は冷蔵庫などの冷凍サイクルにおいて冷媒圧縮用などで広く利用されている。リニア圧縮機はピストンのストロークの大きさを測定し、これを分析してリニア圧縮機の駆動モータに電流を印加してピストン運動を制御する。
【０００３】
図１は従来のリニア圧縮機のピストン位置検出のためのセンサー構造の断面図である。図１に示したように、位置検出用センサー構造はボビン１００、センサーコイル１０１、コア支持台１０２及びコア１０３から構成されている。
【０００４】
ボビン１００の内部にセンサーコイル１０１を有しており、センサーコイル１０１は同一インダクタンス値、同一値数、同一巻数を有する第１センサーコイル１０１ａと第２センサーコイル１０１ｂの直列連結でなっている。コア支持台１０２は非磁性体として、コア１０３を支持してピストン（図示せず）と連結されている。
【０００５】
ボビン１００の内径を貫通して圧縮機のピストンと連結されたコア１０３がピストンの往復運動によってセンサーコイル１０１内部を動くようになると、センサーコイル１０１に所定のリアクタンスが発生する。
【０００６】
図２は従来のリニア圧縮機のピストンの位置検出回路のブロック図である。図２に示したように、直列連結された二つのセンサーコイル１０１と直列連結された二つの分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂが互いに並列に連結されており、ソース電源１０５で三角波が入力されている。コア１０３が第１センサーコイル１０１ａと第２センサーコイル１０１ｂの間の中央を基点にして往復運動するピストンに対して最大出力電圧を検出するために分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂによって分圧された電圧との差を増幅器１０４を通じて増幅する。アナログ信号処理部１０６は増幅器１０４の出力波形の入力を受けて所定の信号処理過程を経てピストンの位置を検出する。
【０００７】
図３はリニア圧縮機のピストン往復運動による図２の増幅器１０４の出力波形を示したものである。図３に示したように、ピストンの往復運動に対して増幅器の出力（ａ直線）は線形的な出力特性を示す。このような出力電圧はピストンの位置に比例したもので、出力電圧を通じてピストンの位置情報を検出することができる。
【０００８】
ところで、従来リニア圧縮機のセンサー回路は外部影響（温度、圧力など）によって傾斜を異にする線形特性を示すことができる。外部環境によってｂ直線のように傾斜が小さい線形特性を有するようになると、正常な高冷力運転の情報に従う制御時にピストンがシリンダーのバルブに衝突する問題が発生する。
【０００９】
従来リニア圧縮機の負荷状態を判断するために温度やモータ駆動電流を測定し、これに基づいて負荷状態を判断してピストンの往復運動を制御する方式が用いられてきた。このような従来の負荷評価方法は、温度と電流測定は測定位置を適切に選択するとしてもピストンの負荷の変動に対する反応が遅く、正確な値を測定することが困難であるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、外部環境から影響を受けずに負荷状態を正確に判断することができ、ピストンのストロークを優秀に制御することができるリニア圧縮機及びその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】
【００１１】
上記の目的は本発明によって、上下往復運動をするピストンの位置検出のために前記ピストンの一側に連結されたコアを有するコア部と、前記コアの位置を感知する第１センサーコイル及び第２センサーコイルを有するボビンとを含むリニア圧縮機において、前記ピストンの吸入行程から圧縮行程にかけて前記コアが前記ボビンを出入する出入時間を測定して前記ピストンの負荷状態を判断し、前記負荷状態に基づいて前記ピストンの位置を制御する制御部を含むことを特徴とするリニア圧縮機によって達成されることができる。前記コアは前記第１センサーコイル及び第２センサーコイルの直列連結長さの半分以下の長さを有するようにすることができ、前記制御部は前記出入時間が所定の危険時間より大きい幅で増加する場合、前記ピストンのトップクリアランスを増加させるようにすることができる。
【００１２】
前記リニア圧縮機は前記第１センサーコイルと所定の第１分圧抵抗を直列に連結した第１枝路と、前記第２センサーコイルと所定の第２分圧抵抗を直列に連結した第２枝路と、前記第１枝路と前記第２枝路に印加されるソース電源と、前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗に印加される電圧の入力を受ける電圧比較器とを有し、前記電圧比較器は前記第１センサーコイルと前記第２センサーコイルそれぞれの両端間の電圧の入力を受けることができる。
【００１３】
この時、前記制御部は前記ピストンが下死点の近くに位置して前記電圧比較器の出力が０になる時間の差に基づいて前記ピストンの負荷状態を検出し、前記ピストンの位置を制御することもできる。
【００１４】
上記の目的は本発明によって、上下往復運動をするピストンの一側に連結されたコアを有するコア部と、前記コアの位置を感知する第１センサーコイル及び第２センサーコイルを有するボビンとを含むリニア圧縮機の制御方法において、前記ピストンの吸入行程から圧縮行程にかけて前記コアが前記ボビンを出入する出入時間を測定する段階と、前記出入時間に基づいて前記ピストンの負荷状態を判断し、前記ピストンの位置を制御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によって達成される。
【００１５】
前記コアは前記第１センサーコイル及び第２センサーコイルの直列連結長さの半分以下の長さを有するようにする段階と、前記出入時間が所定の危険時間より大きい幅で増加する場合、前記ピストンのトップクリアランスを増加させる段階をさらに含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のリニア圧縮機及びその制御方法によると、外部環境から影響を受けずに負荷状態を正確に判断することができ、ピストンのストロークを優秀に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１８】
図４は本発明の実施例によるリニア圧縮機のピストンの位置検出のためのセンサー構造の断面図である。図４に示したように、位置検出用センサー構造はボビン１、センサーコイル２、コア支持台３及びコア部４から構成されている。
【００１９】
ボビン１は内部にセンサーコイル２を有しており、センサーコイル２は同一インダクタンス値、同一値数、同一巻数を有する第１センサーコイル２ａと第２センサーコイル２ｂの直列連結で構成されている。コア支持台３は非磁性体として、コア部４を支持してピストン（図示せず）と連結されている。
【００２０】
コア部４は所定の小さい長さを有するコア４ａで実現されている。コア４ａは第１センサーコイル２ａ及び第２センサーコイル２ｂから構成されるセンサーコイル２長さの１/２以下の長さを有することが好ましい。コア支持台３はコア４ａとピストンを直接連結してピストンの動きに従ってコア４ａが連動して動くようにする。
【００２１】
ボビン１の内径を貫通して圧縮機のピストンと連結されたコア４ａがピストンの往復運動によってセンサーのコイル内部を動くようになると、センサーコイル２に所定のリアクタンスが発生する。
【００２２】
ピストンの全行程にわたってコア４ａは第１センサーコイル２ａを中心に往復運動する。ピストンが上死点に到達するとコア４ａは第１センサーコイル２ａと第２センサーコイル２ｂの中間地点（以下、“コイル零点”という。）を過ぎて第２センサーコイル２ｂの周辺に到達するように調整される。また、膨脹行程の時にはコア４ａはボビン１外部に逸脱するようにボビン１とピストンの大きさを調整することが好ましい。
【００２３】
リニア圧縮機の負荷状態が過負荷状態になるとピストンのストロークが膨脹行程の時にボビン１外部に大きく逸脱するようになる。
【００２４】
このような負荷状態の変化はコア４ａの中心地点がボビン１を出入する時間を測定することによって分かる。
【００２５】
制御部（図示せず）はこのような出入時間を測定して負荷状態を判断する。過負荷状態である場合、制御部（図示せず）はリニア圧縮機の駆動モータに高い電流を印加するようになる。
【００２６】
しかし、過負荷の程度が激しい場合には、つまり、現在制御部で計算して制御している負荷の量と測定された負荷の量の変化が所定の危険負荷量より大きい場合にはピストンのトップクリアランスを増加させることができる。これは過負荷に対してピストンのストロークの大きさを増加させる時、過負荷が突然に正常負荷へ還元されると既に過負荷制御されたピストンが圧縮機のバルブと衝突するおそれがあるためである。したがって、負荷変動の幅が大きい場合にはピストンのトップクリアランスを調整して異常動作を防止することが好ましい。
【００２７】
この他、コア４ａのボビン１出入時間を通じて負荷状態を測定して適正なその他の方法でピストンの位置を制御することができるようになる。
【００２８】
このようなコア４ａのボビン１出入時間を具体的に検出するための方法を詳細に説明する。
【００２９】
図５は本発明に実施例によるリニア圧縮機のピストンの位置検出回路のブロック図である。図５に示したように、検出回路は第１センサーコイル２ａ、第２センサーコイル２ｂ、第１分圧抵抗Ｒ１、第２分圧抵抗Ｒ２、ソース電源１０、電圧比較器１１、デジタル信号処理部１２及び制御部１３を有する。
【００３０】
第１センサーコイル２ａと第１分圧抵抗Ｒ１が直列に連結された第１枝路と、第２センサーコイル２ｂと第２分圧抵抗Ｒ２が直列に連結した第２枝路にソース電源１０が印加される。
【００３１】
電圧比較器１１は第１分圧抵抗Ｒ１と第２分圧抵抗Ｒ２それぞれの両端間電圧を比較信号Ｖ＋、Ｖ−で受信している。この時、電圧比較器１１は第１センサーコイル２ａと第２センサーコイル２ｂそれぞれの両端間の電圧の入力を受けることもできる。
【００３２】
デジタル信号処理部１２は電圧比較器１１の出力による矩形波を制御部１３に出力し、制御部１３は矩形波に基づいてリニア圧縮機駆動用モータを制御する。
【００３３】
図６と図７はリニア圧縮機のピストン往復運動による電圧比較器１１の入力波形を示したものである。
【００３４】
図６（ａ）はソース電源１０の三角波形であり、図６（ｂ）は電圧比較器１１の＋端子及び−端子に入力される波形を示したものである。
【００３５】
図６（ｂ）はコア４ａの中心地点（以下、“コア零点”という。）が第１センサーコイル２ａと第２センサーコイル２ｂの中間地点（以下、“コイル零点”という。）を過ぎた場合、つまり、ピストンが圧縮行程を通じて上死点の近くに到達した場合の電圧比較器１１の入力波形である。ソース電源１０で三角波が印加される場合、第２センサーコイル２ｂのインダクタンスＬ２は第１センサーコイル２ａのインダクタンスＬ１より大きい値を有するようになり、電圧比較器１１の−端子に入力される波形Ｖ−が＋端子に入力される波形Ｖ＋より大きい時間遅延を有するようになる。
【００３６】
図６（ｃ）に示したように、デジタル信号処理部１２は電圧比較器１１の＋端子の電圧Ｖ＋が−端子の電圧Ｖ−より大きい場合にハイレベルを有する矩形波Ｖｄを生成する。
【００３７】
図７はコア零点がコイル零点で第１センサーコイル２ａの方向に偏った場合の波形図である。この場合、第１センサーコイル２ａのインダクタンスＬ１が第２センサーコイル２ｂのインダクタンスＬ２より大きい値を有するようになり、電圧比較器１１の＋端子に入力される波形Ｖ＋がより大きい時間遅延を有する。図７（ｂ）はこのような電圧比較器１１の入力波形を示したもので、図７（ｃ）は図７（ｂ）に対応してデジタル信号処理部１２から出力される矩形波Ｖｄを示したものである。
【００３８】
図９は本発明の実施例によるリニア圧縮機のピストンの位置による電圧比較器１１の出力波形図である。図９の波形ｃを参照すれば、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示した電圧比較器１１の入力波形に対応する波形ｃは２つの零点を作りだす。
【００３９】
コア４ａの零点がコイルの零点を過ぎる場合、電圧比較器１１の出力Ｖｏは第２零点を有し、コア４ａの零点がボビン１を逸脱する場合、第１零点を有する。
【００４０】
図８は本発明の実施例によるリニア圧縮機の制御フローチャートである。
【００４１】
図４乃至図８を参照して以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
【００４２】
ピストンの吸入行程に従ってコア４ａの零点がボビン１を逸脱する場合、つまり、電圧比較器１１の出力Ｖｏが第１零点を有して圧縮行程によって再度電圧比較器１１の出力が第１零点を有するにかかる出入時間を測定して（Ｓ１）負荷状態を判断することができる（Ｓ２）。
【００４３】
負荷状態が減少した場合には、制御部１３はピストンのストロークが減少するように制御する。しかし、負荷状態が過負荷状態と判断される場合には負荷変動量が所定の危険負荷量より大きい値を有するかを判断する（Ｓ４）。
【００４４】
制御部１３は過負荷状態と判断されると駆動モータの駆動電流を増加させてピストンのストロークを増加させる（Ｓ６）。しかし、負荷量の増加幅が危険負荷量より大きいと駆動モータの電流は増加するようになり、突然に正常負荷状態へ復帰する場合、モータの制御速度が負荷状態の変化速度より遅いため、ピストンは大きいストロークを有するようになり制御できない状態になってピストンがバルブに衝突する問題が発生し得る。
【００４５】
したがって、負荷量の増加幅が非常に大きい場合には駆動モータの電流を大きくしてピストンのストロークを大きくするよりは、ストローク指令値を現在ストロークの大きさより一定量だけ大きくして徐々に変化させることが好ましい。または、ストローク指令値を大きくしつつピストンのトップクリアランスを増加させて正常負荷への還元時に発生し得るピストンとバルブの衝突を事前に防止する（Ｓ５）。
【００４６】
このように本発明によるリニア圧縮機は負荷量を単独で検出し、それに基づいて冷力を調節することができる能力可変リニア圧縮機と言える。
【００４７】
図９の波形ｃと波形ｄはセンサーの外部環境（温度、圧力など）が変わった場合の電圧比較器１１の出力波形Ｖｏである。波形ｄは外部環境が変化しても波形ｃと比較した時、零点の変化がないことを示している。したがって、零点は外部環境に影響を受けないことが分かり、零点を基に負荷状態を精密に測定し、これに基づいてピストンの位置を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来のリニア圧縮機のピストン位置検出のためのセンサー構造の断面図である。
【図２】従来リニア圧縮機のピストンの位置検出回路のブロック図である。
【図３】従来リニア圧縮機のピストン往復運動による図２の増幅器の出力波形図である。
【図４】本発明の実施例によるリニア圧縮機のピストンの位置検出のためのセンサー構造の断面図である。
【図５】本発明の実施例によるリニア圧縮機のピストンの位置検出回路のブロック図である。
【図６】リニア圧縮機のピストン往復運動による電圧比較器の入力波形図である。
【図７】リニア圧縮機のピストン往復運動による電圧比較器の入力波形図である。
【図８】本発明の実施例によるリニア圧縮機の制御フローチャートである。
【図９】本発明の実施例によるリニア圧縮機のピストンの位置による電圧比較器の出力波形図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    ボビン
２    センサーコイル
２ａ  第１センサーコイル
２ｂ  第２センサーコイル
３    コア支持台
４    コア部
４ａ  コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005030383.tif 000008
【図７】
2005030383.tif 000009
【図８】
2005030383.tif 000010
【図９】
2005030383.tif 000011