(57)【要約】この発明は、リニアコンプレッサに関する。リニアコンプレッサは 可動アセンブリ1、印加電圧の供給により循環電流が流れるモータ1'、電子スイッチング装置52及び、モータの印加電圧VT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51を備える。モータは可動アセンブリを駆動し、電子回路は、モータ電流の作動位相φc及び可動アセンブリの流動的な位相φpを測定し、φcとφcの関係を確立して測定された位相φpcを決定し、φpcから修正電圧VFを取得し、可動アセンブリの物理的位置DPから定義された電圧Vpを取得し、VFとVpの合計からの印加電圧VTで動作させる。
2006515738.tif 000002
【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、
可動アセンブリ(1)と、
電子スイッチッング装置(52)の印加電圧(VT)が供給されるモータ(1')と、および
モータ(1')に印加される印加電圧(VT)を制御するために電子スイッチング装置(52)および、可動アセンブリ(1)を駆動するモータ(1')を制御する電子回路(51)とを備え、
電子回路(51)は、モータ(1')に循環する電流の作動位相(φc)および、可動アセンブリ(1)の流動的な位相(φp)を測定し、そして、作動位相(φc)と流動的な位相(φp)との関係を確立し、測定された位相(φpc)を決定し、
電子回路(51)は、測定された位相(φpc)から修正電圧(VF)の値を取得し、
電子回路(51)は、可動アセンブリ(1)の物理的な位置(DP)から定義された電圧(Vp)の値を取得し、
電子回路(51)は、修正電圧(VF)および定義された電圧(Vp)の合計から印加電圧(VT)の値で動作することを特徴とするシステム。
【請求項２】
流動的な位相(φp)は、可動アセンブリ(1)の変位速度から取得される請求項１記載のシステム。
【請求項３】
電子システム(51)は、可動アセンブリ(1)の物理的な位置(DP)の測定値を、予め確立された物理的決定位置(DPREF)と比較することにより定義された電圧(VP)の値を決定する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
電子回路(51)は、印加電圧(VT)をモータ(1')に印加するために、電子スイッチング装置(52)に命令を出力する請求項３記載のシステム。
【請求項５】
電子回路(51)は、モータ(1')に印加された印加電圧(VT)のゼロレベル電圧(ZT)の位相の測定値を、モータ(1')の循環電流のゼロレベル電流(ZC)と比較することにより、作動位相(φc)の値を取得する請求項４記載のシステム。
【請求項６】
電子回路(51)は、可動アセンブリ(1)の物理的な位置(DP)の測定値を、モータ(1')に印加された電圧のゼロレベル電圧(ZT)の測定値と比較することにより、流動的な位相(φp)の値を取得する請求項５記載のシステム。
【請求項７】
定義された電圧(VP)の値は、物理的な位置(DP)の値に比例する最大物理的位置(DPMAX)の値と、定義された物理的な位置(DEREF)との間の関係から取得される請求項６記載のシステム。
【請求項８】
電子サーモスタット(59)に関連した温度センサ(58)を備える冷却システム(57)内に適用することにより、電子サーモスタット(59)は、予め確立された物理的決定位置(DEREF)の値を供給する請求項７記載のシステム。
【請求項９】
制御回路(51)に関連した変位センサ(55)を備えることにより、制御回路(51)は、可動アセンブリ(1)の物理的な位置(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り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】
流動的な位相(φp)と作動位相(φc)の間の差異と無関係に、安定した方法で動作させる請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
リニアコンプレッサ(10)を制御するための方法であり、
リニアコンプレッサ(10)は、可動アセンブリ(1)と、循環電流を発生させる、交番印加電圧(Vr)が供給されるモータ(1')を備え、
モータ(1')での循環電流の作動位相(φc)を測定するステップと、
可動アセンブリ(1)の流動的な位相(φp)を測定するステップと、
作動位相(φc)と流動的な位相(φp)との間の関係を確立し、測定された位相(φpc)を決定するステップと、
測定された位相(φpc)と、可動アセンブリ(1)の物理的な位置(DP)との間の関係を確立し、可動アセンブリ(1)の好ましい位置(DEPMAX)を決定するステップと、
測定された位相(φpc)と、好ましい位置(DEPMAX)との間の関係を確立し、モータ(1')に印加されるべき印加電圧(VT)を取得するステップとを備える方法。
【請求項１４】
測定された位相(φpc)と好ましい位置(DEPMAX)との間の関係を確立する前に、定義された電圧(Vp)の値を得るために、好ましい位置(DEPMAX)の値と、予め確立された物理的決定位置(DPREF)との間を比較するステップを備える請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
印加電圧(VT)の値を交番させるステップにおいて、印加電圧(VT)の値は、定義された電圧(Vp)の値と、修正電圧(VF)の値との合計により取得される請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
モータ(1')の循環電流の作動位相(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１５記載の方法。
【請求項１７】
可動アセンブリ(1)の流動的な位相(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１６記載の方法。
【請求項１８】
リニアコンプレッサ(10)であり、
加圧チャンバー(2)内に位置し、スプリング(7)に関連して、加圧チャンバー(2)内で軸方向に移動する可動アセンブリ(1)と、
モータ(1')内に循環電流を発生させる、印加電圧(VT)により供給されるモータ(1')と、
電子スイッチッング装置(52)と、および
モータ(1')に印加される印加電圧(VT)を制御するために電子スイッチング装置(52)および、可動アセンブリ(1)を駆動するモータ(1')を制御する電子回路(51)とを備え、
制御回路(51)は、モータ(1')に循環する電流の作動位相(φc)および、可動アセンブリ(1)の流動的な位相(φp)を測定し、そして、作動位相(φc)と流動的な位相(φp)との関係を確立し、測定された位相(φpc)を決定し、制御回路(51)は、モータ(1')に印加された印加電圧(VT)の値を、測定された位相(φpc)の値に比例した方法で変更するリニアコンプレッサ。
【請求項１９】
測定された位相(φpc)は、作動位相(φc)と可動アセンブリ(1)の流動的な位相(φp)との間の遅れに対応する請求項１８記載のコンプレッサ。
【請求項２０】
安定した方法で動作させることにより、流動的な位相(φp)と作動位相(φc)の間の差異を自由にする請求項１９記載のコンプレッサ。
【請求項２１】
請求項１８から２０で定義されたような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、リニアコンプレッサでピストンを制御する方法に関し、特に例えば冷蔵庫、空調機を含むかもしれない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、そのコンプレッサは、圧縮し、そして、冷却回路に関連した高圧の環境に放出される。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、シリンダ外へのガスの入り口と出口を規制する。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】
リニアー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。後者の建設的な解決策によって、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。この文献に関する教えによると、モータに適用された電流を積分して得られた第１の矩形波と、モータにかけられた電圧から得られた２番目の矩形波の測定について見通すことによリ、リニアの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、ドキュメントWO01/54253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、文献で説明されたコンピュータ・プログラムによるドデバイスを実行するオプションは、この場合、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り、そして、高い費用となるので、高い費用をもたらす。
【００１２】
この発明に関連する別の従来技術は文献 米国 5,342,176で説明される。このドキュメントに関する教えによると、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、例えば、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。
【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様々なパラメータは電動機の供給電圧であるかもしれない。所望の振幅の達成まで、給送電圧から、以下のように結合された様々なインピーダンスがある。 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の圧力ワーク。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、モータにかけら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、スプリングのものと同様の機械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または運転圧力
【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、より短いコースおよび、モータが運転に十分となるために、モータに印加される電圧で行われる冷却能力必要とするとき、ピストン/プレート距離が変更され。
【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、モータにかけら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、この発明の目的である、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の機構まで、モータに印加された電圧の間に接続された様々なインピーダンスがあるという事実が存在することである。これらのインピーダンスの影響に関する例は以下の状況をもたらす。
【００１９】
より大きい要素のために共振周波数が変化する場合のために、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、共振周波数で利用可能なピストンの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、モータにかけられた電圧は、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(例えば“ガススプリング”に基づき、および、システム状態に拘わらず、ピストンを常に安定して移動で維持するために要求されるレベルに到達する電圧のために)モータにかけられた電圧を絶えず修正することが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、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、更にシステムでさえ安定に維持する。
【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、および
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、
電子回路は、モータ内に循環電流を流す位相および可動アセンブリの流動的な位相を測定し、そして、駆動する位相と流動的な位相との間の関係を確立し、測定された位相を決定し、電子回路は、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な位置から定義された電圧の値を取得し、電子回路は、修正された電圧および定義された電圧の合計からの印加電圧の値で動作させ、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、物理的に定義された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、
モータでの循環電流の作動位相を測定するステップと、
可動アセンブリの流動的な位相を測定するステップと、
作動位相と流動的な位相との間の関係を確立し、測定された位相を決定するステップと、
測定された位相と、可動アセンブリの物理的な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、
測定された位相と、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、
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、交番印加電圧により供給されるモータと、
電子スイッチッング装置と、および
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、
制御回路は、モータに循環電流を流す位相および、可動アセンブリの流動的な位相を測定し、そして、作動位相と流動的な位相との関係を確立し、測定された位相を決定し、制御回路は、モータに印加された印加電圧の値を、測定された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、
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電圧が供給されるモータと、
電子スイッチッング装置と、および
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、
制御回路は、モータに循環電流を流す位相および、可動アセンブリの流動的な位相を測定し、そして、作動位相と流動的な位相との関係を確立し、測定された位相を決定し、制御回路は、モータに印加された印加電圧の値を、測定された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か可動アセンブリ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、およびシリンダ2からのガスの入り口と出口を規制する。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、共振から離れて移動するに従って、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。リニアコンプレッサ10の可動アセンブリからできるかぎり離れたモータ1'に適用される電圧に結びついたインピーダンスによる結果、共振周波数foは図２に示す挙動を示す。理解されるように、より大きい要素のために共振周波数foに変化があり、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と、グラフ中で対応する領域は、共振周波数foの右(f/fo = 1のポイントの右)であり、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べきである。
【００３４】
さらに図２でわかるように、共振周波数が低下した時、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の方法では、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、より高くにすべきであり、不安定の制御を発生させ、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の衝撃するかもしれないという状況が存在する。
【００３５】
制御アルゴリズムが図２で示したグラフの挙動を理解しないように、上の情報に基づいて、位相φの電圧の修正を確立することができる(図４を参照)。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、一定に留まるべきである。
【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、水平な軸は、位相が問題になっており、そして縦軸では、同じ動作振幅で機構を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。上述は数式的には次で与えられる。
V'= V - C(φ) 
ここで
Vはモータにかけられた電圧
V'は制御アルゴリズムで用いられる修正電圧
C(φ)は、例えばX φの位相の関数での修正電圧
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、これは、電流のゼロと可動アセンブリの瞬間の最大変位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。流動的な位相の値については、可動アセンブリ1の変位ポイント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、再び位置の大きさに達するまで、こ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、例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は順番に、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、例えば、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、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に関連づけられた電子回路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、さらに、電子スイッチング装置52の出力部で回路または循環電流を通過する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、この好ましい具体化によれば、モータ1'にかけられたゼロレベル電圧ZTの信号と、モータ1'に循環する電流のゼロレベル電流ZCに関する信号、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の電流位相、言い換えれば、作動位相φc。
・最大ポイントの位相、言い換えれば、可動アセンブリ1の変位の流動的な位相φp、または与えられた基準の関数における、電流位相の同じ参照の基準における可動アセンブリ1とヘッド3の間の、より短い距離。
次式により、これらの値は減じられる。
φpc = φp - φc 
【００４４】
ゼロ電流ZCと最大移動ポイントDPMAXまたは可動アセンブリ1の望ましい位置DPMAXとの間の測定された位相φpcの値を得る。そして、修正電圧値VFが位相の測定から発生されたので、それは、ゼロ電流と、可動アセンブリの最大移動ポイントDPMAXとの間の測定された位相φpcの値に関する関数であり、この関係は確立される。
【００４５】
上の教えに基づく修正電圧の値を得る方法の１つは、例えば、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】
更に、測定された位相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。これらのポイントから第１の瞬間平均を計算する。さらに、可動アセンブリ1が最大移動ポイントDPMAXを超えた瞬間、およびピストンがヘッド3から、最大移動ポイントDPMAXよりも、最大の先より遠いポイントに戻った瞬間、最初の瞬間平均、および２番目の瞬間平均の値から始めて、ゼロ電流との最大移動ポイント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が測定された位相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、直接電流から作動位相φpを得ることができるが、また、例えば可動アセンブリ1の速度などのように、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な位置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と、基準変位DPREFの値を確立することができる(変位とは、定義された物理的な位置に達することが意図されたもの) 。次式によりそのような値が減じられる。
EDP = DPREF - DPMAX
基準変位DPREFと可動な変位の最大変位DPMAXの間の誤りEDPの値を得る。
【００４９】
この結果から、制御アルゴリズムで確立の定義されたvulture Vpの値を得るのは可能である。そのVpの値は、誤りEDPの値に関する関数のためである。
【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の値から開始される。次式に適用する。
VT=VP+VF 
そして、モータ1'または印加電圧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べきである。
【００５１】
値/信号 DPREFは、例えば、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、その振動子は例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。DEPREF-DEPMAXは、制御アルゴリズムの誤りである。
【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例を例証し、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実施例では、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°進んだポイントを例と考察すると(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°遅れている状況を例証する。この問題を修正するために、グラフで例証されるように、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に記録されたテーブルの値により、または測定値を定数Kを掛けるファクタによって、修正電圧VFの値を直接に得ることができる。図６は、見て解るグラフを示し、システムがバランスして作動することができるように、各位相に要な修正電圧VFを例証する。電圧VT のラインは測定された位相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の流動的な位相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をより多くの安定性で操作することを可能にし、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許可し、そして、与えられたコンプレッサ、より大きいポンプ能力を抽出し、古典的なアルゴリズムが作用しない状況下でリニアコンプレッサ10を運転することを可能にする。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数かルーチンを伴わないので、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'に循環する電流のゼロレベル電流ZCを得るステップと、
モータ1'に循環する電流の作動位相φcを測定するステップと、
モータ1'にかけた印加電圧VTのゼロ位相の電圧ZT得るステップと、
可動アセンブリ1'の流動的な位相φpを測定するステップと、
作動位相φcと流動的な位相φpとの関係を確立し、流動的な位相φpの値から作動位相φcの値を引いた確立された関係である、測定された位相 φpc,を決定するステップと、
測定された位相φpcと可動アセンブリ1の物理的な位置DPとの間の関係を確立し、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、
定義された電圧Vpの値を得るために、好ましい位置 DPMAXと、先に確立された物理的な位置DEPREFとの値を比較するステップと、
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の値に比例した方法で印加値VTの値を変更するステップとを確立する。
【００６０】
更に、この発明の教示によれば、既に説明された発展的な特性を持ち、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、モータ1'に循環する電流の作動位相φcと、可動アセンブリ1の流動的な位相φpの関係を確立するために、作動位相φcと流動的な位相φpを測定して測定された位相φpcを決定し、制御回路51は、測定された位相φpcの値に比例してモータ1'に印加さけた印加電圧VTの値を変更する。これはリニアコンプレッサを持つ冷却システムでもある。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】
都合のよい具体化について説明したが、この発明の範囲は、他の可能な変形を迎合することができ、可能な等価を含む添付したクレーム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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【国際調査報告】
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