(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニア圧縮機、凝縮器、減圧膨張器、及び蒸発器を備えて空気調和装置を構成し、前記リニア圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を動作させるリニアモータとを密閉容器内に備え、前記圧縮機構はシリンダとピストンとを有し、前記リニアモータは前記シリンダと連結される固定部と、前記ピストンと連結される可動部とを有し、前記リニアモータにより前記ピストンに推力を生じさせるリニア圧縮機の駆動制御方法であって、前記凝縮器の温度、前記蒸発器の温度、室内温度、及び室外温度のうち少なくとも一つの温度を温度検出手段によって検出し、制御手段では、前記温度検出手段によって検出した温度から起動時に必要な直流成分の電流値を決定し、決定した前記電流値を、起動時に前記リニアモ−タに通電することを特徴とするリニア圧縮機の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はピストンを往復運動させ冷媒を圧縮して空気調和するリニア圧縮機の駆動制御方法及び車両用リニア圧縮機の駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニア振動モータの起動制御方法として、リニアモータを構成する可動子の変位、速度、または加速度を検出し、この検出した出力に応じて電磁石のコイルへの供給電力を制御するものが提案されている（例えば特開平１０−２４３６８８号公報）。
この従来のリニア振動モータの起動制御方法は、図１２に示すように、コイルに供給する起動初期の出力パルスを最小値とし、順次出力パルスを前出力より大きくして、可動子の振幅を規定振幅まで増大せしめるものである。
特開平１０−２４３６８８号公報は、徐々に出力を増大させることによって、オーバランのような機械的過負荷や電気的過負荷の状態に陥ることを防止している。また、同公報では、振動子の振幅が規定値に近ずいた時点で、出力パルスを増大させる割合を減少させることにより、オーバランを確実に防ぐことができることを提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では下記の課題を有している。
空気調和機のような冷凍サイクルに用いるリニア圧縮機は、シリンダ部とピストン部を有する圧縮機構と、ピストン部に連結される可動部とシリンダ部に固定される固定部を有するリニアモータとを備えている。そしてリニアモータは、可動部と固定部との間で磁路を形成し、ピストン部を軸線方向に沿って移動する推力を発生させて冷媒を圧縮し、冷凍サイクル中に冷媒を循環させる。
しかしながら冷凍サイクルに用いるリニア圧縮機は、圧縮機の停止時（寝込み時）には、圧縮室内は液冷媒で満たされている。従って、圧縮機の起動時、リニアモ−タに規定値の交流（正弦波）電流を通電させても液冷媒は圧縮されない。
そして、上記従来技術のように電流を増加させると、ピストンに加わる推力が増加され、やがて液冷媒は圧縮室から吐出される。しかし、この起動初期の段階では、冷凍サイクル中を十分に冷媒が循環していないため、冷凍サイクル中の高低圧の差が十分で無い。従って、圧縮室から液冷媒が吐出された時には、圧縮負荷が急に軽くなるため、ピストンのストロ−クは大きくなり、ピストンがシリンダヘッドに衝突して破損するという課題がある。
特に、体積効率の向上を図るために、初期の組み立て時に、ピストンを可能な限りシリンダヘッド側の位置に詰めて組み立てる。これにより、デッドボリュ−ムを少なくすることができ、メカ効率は向上する。
しかし、ピストンの最適な配置は、冷媒圧縮時の状態を考慮して決定される。
すなわち、ピストンの配置は、冷媒の圧縮負荷（ガスばね）が加わった状態で設定される。従って、ピストンのシリンダとの間のデッドボリュ−ムが少なければ、圧縮負荷が加わらない起動時には、ピストンが吸入側の位置に未だオフセットされていないため、ピストンがシリンダヘッドに衝突してしまうという課題がある。
また冷媒としてＣＯ２を使用する場合、冷媒の特性により、起動から冷凍サイクル中に差圧が生じるまでに長時間を要してしまう。従って、冷媒の循環量を上げ、冷凍サイクル中の高低圧差を早期に生じさせるために、正弦波状の電流を順次増加させて行くと、急激に負荷が軽くなりピストンがシリンダに衝突してしまう可能性は更に高くなってしまうという課題がある。
またリニア圧縮機を車両用空気調和機の圧縮機として利用する場合、車両を駆動するエンジンや電気自動車の駆動モ−タによる振動と、走行中の路面からの衝撃による振動がおよそ３０Ｇ加わる。リニア圧縮機は、フリ−ピストン構造のため、外部から軸線方向へ３０Ｇ加わると、リニヤ−モ−タに通電しない状態でも、ピストンは数ミリメ−トル移動する。従って、ピストンが外部からの振動でピストンヘッド側へ動くタイミングで、リニアモータに正弦波状の起動電流が通電させると、ピストンがシリンダヘッドに衝突する可能性は高くなる。また電気自動車に搭載する場合には、リニア圧縮機はバッテリーによって駆動されるため、効率良く、信頼性の高い起動制御が必要不可欠となる。
【０００４】
そこで、本発明はフリ−ピストン構造のリニア圧縮機を高効率で、かつ信頼性の高い駆動制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のリニア圧縮機の駆動制御方法は、リニア圧縮機、凝縮器、減圧膨張器、及び蒸発器を備えて空気調和装置を構成し、前記リニア圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を動作させるリニアモータとを密閉容器内に備え、前記圧縮機構はシリンダとピストンとを有し、前記リニアモータは前記シリンダと連結される固定部と、前記ピストンと連結される可動部とを有し、前記リニアモータにより前記ピストンに推力を生じさせるリニア圧縮機の駆動制御方法であって、前記凝縮器の温度、前記蒸発器の温度、室内温度、及び室外温度のうち少なくとも一つの温度を温度検出手段によって検出し、制御手段では、前記温度検出手段によって検出した温度から起動時に必要な直流成分の電流値を決定し、決定した前記電流値を、起動時に前記リニアモ−タに通電することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態によるリニア圧縮機の駆動制御方法は、凝縮器の温度、蒸発器の温度、室内温度、及び室外温度のうち少なくとも一つの温度を温度検出手段によって検出し、制御手段では、温度検出手段によって検出した温度から起動時に必要な直流成分の電流値を決定し、決定した電流値を、起動時にリニアモ−タに通電するものである。本実施の形態によれば、温度検出手段によって検出した温度により負荷を計算し、この負荷情報により、ピストンを移動させる直流電流値を決定し、寝込み起動時はオフセット電流（所定量の移動に必要な電流）を流し、また負荷の状態に応じたオフセット電流値にすることで、あらゆる負荷条件で最適に起動制御できる。
【０００７】
【実施例】
まず、本発明に用いられるリニア圧縮機の構成の一実施例を説明する。
図１は本実施例によるリニア圧縮機の側断面図である。なお、図１に示す構成は、全て密閉容器内に設けられるが、同図では密閉容器を省略して示している。
リニア圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を動作させるリニアモータとを密閉容器内に備えている。圧縮機構は、シリンダ２０９と、このシリンダ２０９の軸線方向に可動自在に支持されるピストン２０７とを有し、シリンダ２０９とピストン２０７とによって圧縮室２０６を形成する。リニアモータは、シリンダ２０９と連結される固定部２０２と、ピストン２０７と連結される可動部２０４とを有し、磁力によりピストン２０７に軸線方向の推力を生じさせる。図１では、可動部２０４に永久磁石を、固定部２０２にコイル部２０３を配置した場合を示しているが、磁力を発生させる構成は他の構成であってもよい。
ピストン２０７は、ピストンロッド２０８を介してばね機構２０５で支持されている。ばね機構２０５は、中心部でピストンロッド２０８と連結され、外周部で固定部２０２やシリンダ２０１と連結される。従って、ピストン２０７は、ばね機構２０５の弾性力によって軸線方向に摺動可能に設けられ、フリーピストン構造となっている。吐出室２０１は、圧縮室２０６に隣接する位置に設けられ、圧縮室２０６と吐出室２０１との間はシリンダヘッドで仕切られている。このシリンダヘッド２１０には、圧縮室２０６で圧縮された冷媒を吐出室２０１に吐出する吐出ポートが設けられている。これら全ての部材は、図示しない密閉容器内に、弾性体によって支持される。また密閉容器には、冷媒を吸入する吸入管と冷媒を吐出する吐出管が設けられている。これら吸入管や吐出管は、蒸発器、凝縮器、及び減圧器と配管で接続されて冷凍サイクルが構成される。
【０００８】
上記構成において、リニアモータのコイル部２０３に通電すると、固定部２０２と可動部２０４との間に、フレミングの左手の法則に従って電流に比例した磁力すなわち推力が発生する。この推力により可動部２０４に軸線方向に沿って移動する駆動力が作用する。従って、可動部２０４に連結されているピストン２０７が移動する。ここでコイル部２０３に交流電流を与えることにより、可動部２０４に正逆の推力が交互に発生する。そしてこの交互に発生する正逆の推力によってピストン２０７は往復運動を行う。またコイル部２０３に直流電流を与えることで、通電された電流の向きと大きさに応じてピストン２０７の往復運動の中心（振幅中心）位置が変動する。従って、コイル部２０３への直流電流の付与によってピストン２０７の位置を、所定位置より吸入側の位置に移動することができる。
なお、ここで所定位置とはピストン２０７の組み立て時にあらかじめ設定された位置、所定位置より吸入側位置とは、圧縮室２０６の空間が広がる方向にピストン２０７が移動した位置をいう。また吐出側位置とは、圧縮室２０６の空間が狭まる方向にピストン２０７が移動した位置をいうものとする。
ピストン２０７の往復運動によって圧縮室２０６で圧縮された冷媒は、吐出室２０１へ吐出され、吐出管から密閉容器の外に導出される。
【０００９】
図２は、本発明の一実施例による起動制御フローである。
リニア圧縮機の起動時、リニアモータのコイル部２０３へピストン２０７を吸入側位置へ移動させる直流成分の電流を通電させる（Ｓ１）。そして、ピストン２０７を吸入側位置へ移動させ、ピストン２０７とシリンダヘッド２１０との間の隙間を増やした後、リニアモータのコイル部２０３へ通常の正弦波電流を通電する（Ｓ２）。つまり電流Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔにΔＩ（オフセット電流）が加算され、Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔ＋△Ｉとなる。従って、リニアモ−タの推力、すなわちピストン２０７を往復運動させる加振力には、直流成分が付加され、ピストン２０７の振幅中心を吸入側位置に移動させ、ピストン２０７とシリンダヘッド２１０の隙間を広くした状態で往復運動を行い、冷媒を圧縮する。なお起動時、正弦波電流に直流成分の電流を加算した電流、Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔ＋△Ｉを通電してもよい。
【００１０】
図３は、直流電流の付加に対するピストンの振幅中心の関係を示す。
直流成分の電流は、リニアモータの可動部２０４を吸入側位置へ引き寄せるトルクとなり、その電流値と発生トルクは比例する。従って、電流値を制御することで、ピストン２０７のオフセット量を制御することができる。リニア圧縮機を具備した空気調和機では、さまざまな環境条件下でも確実に起動制御させる必要がある。とりわけ寝込み起動時は、圧縮室２０６内に液冷媒が充満している。外気温が低い場合には特に液冷媒の量は増加する。そして、液冷媒は圧縮されにくいため、初期設定でのピストン２０７とシリンダヘッド２１０との間の隙間によるピストン２０７の往復動作では、液冷媒を十分に吐出できない。そこで起動初期に、リニアモータのコイル部２０３へ直流電流を流し、ピストン２０７を吸入側位置へ移動させ、その後交流電流値を増加させる。これにより液冷媒は一気に吐出される。液冷媒が吐出されると急に負荷が軽くなりピストン２０７のストローク（振幅）は伸びるが、起動初期からピストン２０７を吸入側位置へオフセット制御しているため、シリンダヘッド２１０にピストン２０７が衝突することがない。
【００１１】
図４は正弦波に直流のオフセット電流を印加した時のピストン２０７の振幅と振幅中心の変位を示している。図５において、振幅曲線（ａ）は直流電流を付加しない場合のピストン２０７の振幅を示している。振幅曲線（ｂ）は直流電流を付加した場合のピストン２０７の振幅を示している。なお、逆向きの直流電流を付加した場合には、振幅曲線（ｃ）のように変位する。図に示すように、直流電流を付加することによって振幅中心は変位するが、振幅は変化しない。リニアモータに印加している正弦波電流から直流電流成分を無くすと、ピストンの振幅中心は圧縮側に変位する。直流成分を無くすことで、リニアモータへ通電している電流が減り、ジュール損失を低減し、効率を高めることができる。従って、起動時以外の運転状態では、交流成分だけで駆動することが好ましい。
【００１２】
図５は本発明の他の実施例による駆動制御フローを示している。
リニア圧縮機の起動時、リニアモータのコイル部２０３へピストン２０７を吸入側位置へ移動させる直流成分の電流を通電させる（Ｓ１）。そして、ピストン２０７を吸入側位置へ移動させ、ピストン２０７とシリンダヘッド２１０との間の隙間を増やした後、リニアモータのコイル部２０３へ通常の正弦波電流を通電する（Ｓ２）。つまり電流Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔにΔＩ（オフセット電流）が加算され、Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔ＋△Ｉとなる。従って、リニアモ−タの推力、すなわちピストン２０７の振幅中心を吸入側位置に移動させ、ピストン２０７とシリンダヘッド２１０の隙間を広くした状態で往復運動を行い、冷媒を圧縮する。
所定時間冷媒圧縮が継続されると、冷凍サイクルは、高低圧の圧力差が生じ、ピストン２０７面が受ける圧力が増す。このような圧縮冷媒によるガスばねの発生によって、さらに吸入側位置へピストン２０７は移動される。この状態になると初期のオフセット電流は必要なくなる。従って、本実施例では、起動からＴ時間経過すると、圧縮冷媒によるガスばねが十分に発生するとして、起動からの時間を計測し、Ｔ時間経過したか否かを判断し（Ｓ３）、Ｔ時間経過した場合にはリニアモータのコイル部２０３への直流成分の電流供給を停止し（Ｓ４）、Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔの正弦波電流だけを通電させて駆動制御する。
【００１３】
図６は本発明の他の実施例による駆動制御を示すブロック図である。
本実施例では、電源１０１から直流電流をインバータ１０４へ供給し、この時の電圧を電圧検出手段１０３により検出する。インバータ１０４からリニアモータ１１２へ流れる電流は、電流検出手段１０７で検出される。リニアモータ１１２へ流れる電流は、インバータ制御部１０５により制御される。
冷凍サイクルは、蒸発器１１３と、凝縮器１１６と、減圧膨張器１１９とを圧縮機とともに順次配管で接続して構成される。冷凍サイクルには、四方弁１２１が設けられ、この四方弁１２１の切換によって蒸発器１１３と凝縮器１１６との機能を切り換えて利用できる。蒸発器１１３には蒸発器用送風機１１４が、凝縮器１１６には凝縮器用送風機１１７が設けられ、空気と冷媒の熱交換を促進している。減圧膨張器制御手段１２０は、冷凍サイクルを最適制御させるために、減圧膨張器１１９を制御する。高圧検出手段１２２は、冷凍サイクルの高圧側冷媒配管を流れる冷媒の圧力を検出する。図では、高圧検出手段１２２は、圧縮機の吐出配管の圧力を検出している。
【００１４】
圧縮機の起動初期には、リニアモータ１１２へピストンを吸入側位置へ移動させるため直流成分の電流を通電する。その後、正弦波の交流電流を重畳させＩ＝Ｉ0ｓｉｎωｔ＋△Ｉの電流をリニアモータ１１２へ通電する。ピストンは移動した状態で振幅して冷媒を圧縮循環させる。次第に冷凍サイクル中の冷媒は、高低圧力差が付く。圧縮機の起動後、インバータ制御部１０５は、インバータ１０４からリニアモータ１１２に供給する電力を徐々に増加する。インバータ１０４の入力電圧を検出する電圧検出手段１０３からの制御信号と、リニアモータ１１２の入力電流を検出する電流検出手段１０７からの制御信号をもとに、インバータ制御部１０５は電力を計算する。そして、検出した電力値とあらかじめ設定した設定電力値とを比較し、検出した電力値が大きくなった時、圧縮機起動初期に通電した直流電流を止め、正弦波交流電流Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔのみの通電に切り換えて駆動制御する。ことでセンサ等を使用せず、低コストで効率の良い起動制御することができる。なお、インバータ１０４の入力電圧を検出する電圧検出手段１０３に代えて、インバータ１０４からリニアモ−タ１１２への出力電圧を検出してもよい。
本実施例のように、冷凍サイクル中の冷媒の高低圧差を、リニアモータ１１２の駆動に要する電力によって判別することで、冷凍サイクル中の冷媒圧力を検出することなく、インバータ１０４を制御することができる。
なお、図示した高圧検出手段１２２からの検出信号によって冷凍サイクル中の冷媒圧力を検出して、インバータ１０４を制御してもよい。ここで高圧検出手段１２２は、必ずしも冷媒圧力を直接検出するものに限らず、配管温度を検出して冷媒圧力を判別するものであってもよい。高圧検出手段１２２により冷凍サイクルの高圧側の圧力を検出することで、いろいろな環境条件下でもより確実に起動でき、過剰に直流電流を通電することなく、効率の良い起動制御することができる。
【００１５】
図７は本発明の他の実施例による駆動制御を示すブロック図である。
本実施例は、リニア圧縮機のピストンの位置を検出するピストン位置検出手段１２４を備える。なお既に説明した構成と同一の機能を有するものには同一番号を付して説明を省略する。以下の実施例においても同様とする。
ピストン位置検出手段１２４は、ピストンの振幅量や移動量を検出する。圧縮機起動初期に、ピストンを吐出側位置へ移動するように逆の規定値の直流電流をインバータからリニアモータへ通電する。逆の直流電流を通電することで、ピストンは吐出側位置へ移動する。その移動量をピストン位置検出手段１２４により検出し、単位電流あたりのピストンの変位量から、ピストンに締結している弾性部材のばね定数を演算する。
【００１６】
ここで図８に、ピストンや可動部などの質量ｍ１と、図１に示すばね機構２０５のばね定数ｋ１と、圧縮室のガスばねＫ２と共振周波数との関係を示す。同図（ａ）は、ガスばねＫ２が働かないときの共振周波数であり、同図（ｂ）は、圧縮室のガスばねＫ２が働く時の共振周波数を示す。
図８に示すように、ばね定数ｋ１と圧縮室のガスばね定数ｋ２、ピストン質量ｍの大きさにより、少なくともガスばねを含んだ共振周波数ｆを共振周波数決定手段により計算する。また負荷の大きさから、初期に吸入側位置へ移動が必要な時、ピストンを移動させる直流電流の電流値を決定する。
測定が終了すると、一度、測定のため直流電流の通電を止め、共振周波数決定手段で決定された駆動周波数で起動制御を行う。またオフセット電流が必要な時は、決定されたオフセット電流を通電し、ピストンを吸入側位置へ移動させた後に正弦波電流を重畳させ、Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔ＋△Ｉの電流をリニアモータ１１２へ通電する。ピストンは移動した状態で振幅し、ピストン位置検出手段１２４からのピストンの位置情報により、インバータ制御部１０５は直流電流の通電を止め、正弦波電流Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔをリニアモ−タ１１２へ通電し、駆動制御する。
本実施例によれば、環境条件や冷媒の特性の違いによる圧縮機の保護を行いながらリニア圧縮機を起動させることができる。
一方、ガスばね定数ｋ２は、負荷や運転条件により変動する。図８で示した、ピストン位置検出手段１２４からのピストンの位置情報と、少なくともリニアモータ電流検出手段１０７からの検出電流情報と、圧縮ばねのばね定数ｋ１とからピストンのストローク変化量を算出し、この変化量が規定値よりも大きい時、リニアモータ１１２へ通電する電流の増速加速度を小さくするように制御することが好ましい。
【００１７】
図９は本発明の他の実施例による駆動制御を示すブロック図である。
本実施例は、温度検出手段１０２と負荷演算手段１２５を備える。
温度検出手段１０２は、蒸発器１１３の温度を検出する蒸発器用温度検出器１１８、室内の温度を検出する室内温度検出器１１７、凝縮器の温度を検出する凝縮器用温度検出器１１９、または室外の温度を検出する室外温度検出器１１５からの信号を入力する。負荷演算手段１２５は、温度検出手段１０２からの情報により負荷を計算する。そして、負荷演算手段１２５は、寝込み、起動初期、一旦停止後の再起動、または再駆動などの圧縮機の状態や、負荷の重さなど駆動制御に必要な負荷を演算し、少なくともオフセット電流が必要か否か、また必要なら負荷の大きさに応じた直流電流の値や電流加減速度を演算する。
【００１８】
圧縮機の起動時、負荷演算手段１２５からの情報をもとに、インバータ制御部１０５は、インバータ１０４のパワ−素子をスイッチングし、リニアモ−タ１１２を起動制御する。
たとえば負荷演算手段１２５が寝込みモ−ドと判断した時の動作を次に説明する。
起動初期に規定の直流電流をリニアモ−タ１１２に通電し、ピストンを一旦吸入側位置へオフセットさせた後、規定値の正弦波電流を重畳させＩ＝Ｉ0ｓｉｎωｔ＋△Ｉの電流を通電し、ピストンを往復運動させる。次第に冷凍サイクル中の冷媒は高低圧力差が大きくなる。この冷媒の高低圧差が大きくなると、凝縮器１１３の温度が上昇し、蒸発器１１６の温度が低下する。従って、凝縮器用温度検出器１１８または蒸発器用温度検出器１１９からの信号を温度検出手段１０２で検出し、その負荷を負荷演算手段１２５で演算し、設定条件に達すると、直流電流を止め、規定の正弦波交流電流Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔを通電する。その後各装置の温度情報に基づき、あらかじめ決定された電流加減速に従い駆動制御させる。
【００１９】
図１０は、車両用空気調和装置にリニア圧縮機を適用した場合の駆動制御の実施例を示すブロック図である。
まず第１の実施例について説明する。
路面からの振動やエンジンの振動により、リニア圧縮機のピストン部の軸線上に３０Ｇの振動が加わると、ピストンを支持するばね機構が共振し、外部振動によりピストンは往復運動する。そこで車両用リニア圧縮機の起動制御においては、起動時に、リニア圧縮機に直流電流を通電してピストンを所定位置に規制する。なお、外部振動によるピストンの振幅に対して正弦波電流の位相を制御し、回生ブレ−キをかけてもよい。このようにして外部からの強制振動を抑制してピストンの自由振動を所定位置に規制した後、目標の正弦波電流Ｉ＝Ｉ0ｓｉｎωｔを通電し、ピストンの往復運動を開始させる。よって起動時、外部からの強制振動が継続中であってもピストンを規定値以内に抑制させるため、ピストンを往復運動させても、ピストンがシリンダヘッドに衝突することなく冷媒の循環量を増大させることができる。
【００２０】
次に第２の実施例について説明する。
強制振動量検出手段１２３は、圧縮機の振動加速度を検出する。インバータ制御部１０５は、この強制振動量検出手段１２３からの信号により、外部要因による強制振動に伴なうピストンの移動方向と振幅量に応じた直流電流の正逆と電流値を決定して出力する。すなわち、外部からの強制振動が継続中に、それに見合った直流電流をインバータ制御部１０５からインバータ１０４へ出力し、パワ−素子をスイッチングしてピストンを規定値以内に抑制後に起動制御を行うことで、ピストンの衝突を回避でき、より信頼性の高い車両用リニア圧縮機の起動制御が行える。
【００２１】
次に第３の実施例について説明する。
ピストンが外部要因により振幅運動すると、リニアモータが発電機となり、巻き線に誘起電圧が誘起される。図１１は強制振動の強度に対する誘起電圧の変化を示す特性図である。この誘起電圧を検出し、検出した電圧値に応じて、ピストンの振動を抑制させるための直流電流の電流値を決定する。そして圧縮機の起動時や運転時に、決定した電流値で直流電流を付加することで、外部からの強制振動が継続中でも確実にピストンを規定値以内に抑制することができる。そしてピストンを規定値以内に抑制することで、外部からの振動が加わった場合でも、振動検出器を使わずに、より低コストで信頼性のよい起動制御が行える。
【００２２】
次に第４の実施例について説明する。
ピストンが外部要因により振幅運動すると、リニアモータは発電機となり、電流がインバータ１０４の電源側へ回生される。回生される電流を回生電流検出手段で検出して加振力を計算し、この加振力をうち消すように電流を制御する。すなわち、外部からピストンに加振力が働いても、ピストンがシリンダヘッドに衝突しないようにリニアモータの電流を低減させるか、もしくは直流成分のオフセット電流を重畳させ、衝突を回避させる。またリニア圧縮機を制御している途中に外部振動によりピストンが強制的に振幅しても、回生電流検出手段により電流値から外部振幅量が検出でき、その情報をもとに抑制制御することが可能となる。
なお、上記実施例では、冷媒を用いた密閉型圧縮機を用いて説明したが、冷媒以外のガス、例えば空気やその他の気体を圧縮するものでもよく、また圧縮機の形態についても開放型圧縮機でもよい。
【００２３】
【発明の効果】
上記から説明から明らかなように本発明は、フリ−ピストン構造のリニア圧縮機の起動制御において、起動時リニアモ−タに直流成分の電流を通電することで、ピストンをあらかじめ吸入側へ移動し、ピストンとシリンダヘッド間に冷媒圧縮のためのスペ−スを確保した後、リニアモ−タへ更に正弦波交流電流を重畳させる。これにより、寝込み起動の環境条件下でも、ストロ−クを大きく取れることから、液圧縮状態から圧縮冷媒を循環させることができる。また液圧縮状態では圧縮ばねが大きく、ピストンのストロ−クは伸びない。液圧縮状態から冷凍サイクルの高低圧力の圧力差が付き始めると、圧縮ばねは一気に軽くなりリニアモ−タに流れる電流が同一でも、瞬時にピストンの振幅量が増大する。従って初期にオフセット電流を通電しておかないと、ピストンがシリンダヘッドに衝突する。
しかし本発明は、寝込み起動においてピストンの信頼性を高めながらフリ−ピストン構造のリニア圧縮機を起動制御することができる。
また本発明は、起動後に、冷凍サイクルの高低圧差が大きくなり、冷媒の循環量が増え、ピストンがシリンダに衝突する危険が少なくなると、リニアモ−タへ通電している直流成分の電流をなくし、通常の正弦波駆動することで、ピストンが衝突することなく、さらにモ−タ巻き線に流れる電流によるジュ−ル損失およびリニアモ−タを駆動させるインバ−タの損失を低減でき効率の良い起動制御ができる。
また本発明は、冷凍サイクルの高圧側の圧力を検出し、検出された圧力信号を設定値と比較し、設定値以上の時にリニアモ−タに印加している直流電流を止めることで、いかなる環境条件でも、高圧側の圧力を常に監視することができ、確実にピストンがシリンダヘッドと衝突しない状態を確保し、ピストンのオフセット電流を切ることができ、より信頼性が高く効率が良い起動制御を行える。
また本発明は、起動時、リニアモ−タへ電流を規定値通電し、リニアモ−タの電流と電圧から電力を算出し、演算した電力値と設定値と比較し演算した電力値の方が大きい時、リニアモ−タへ印加する電流を順次増加させる。このようにリニアモ−タの電流と電圧から得られる電力量から負荷を簡易的に検出し、リニアモ−タへ通電する正弦波電流を順次設定値まで加速させる。ピストンのシリンダへの衝突を確実に防止することができるとともに、圧縮効率を高めることができる。
また本発明は、起動時に、規定の正弦波状の起動電流を通電し、ピストン位置を検出し、この検出されたピストン位置情報に基づき、電流に対するピストンの振幅量を検出することで簡易的に負荷を検出し、負荷の大きさによりリニアモ−タに通電する正弦波電流の増加速度を決定することで、環境条件が変化し、また使用する冷媒が異なっても、起動時にピストンが衝突することなく、しかも負荷状態ごとに最適な起動制御が行なえる。
また本発明は、ピストン位置検出手段からのストロ−ク変化量と、あらかじめリニアモ−タの推力定数とばね定数等から決定されるストロ−ク量を比較し、ピストン位置検出手段で検出したピストンのストローク量よりも、決定した共振周波数から算出したピストンのストローク量が小さいとき、リニアモ−タに通電する交流電流の増加速度を遅くするものである。ピストンのシリンダヘッドへの衝突を防止しつつ、効率の高い駆動を行うことができる。
また本発明は、凝縮器の温度、蒸発器の温度、室内温度、及び室外温度のうち少なくとも一つの温度を温度検出手段によって検出し、温度検出手段によって検出した温度から起動時に必要な直流成分の電流値を決定し、決定した電流値を、起動時にリニアモ−タに通電するものである。本発明によれば、温度検出手段によって検出した温度により負荷を計算し、この負荷情報により、ピストンを移動させる直流電流値を決定し、寝込み起動時はオフセット電流を流し、また負荷の状態に応じたオフセット電流値にすることで、あらゆる負荷条件で最適に起動制御できる。なお、電流増加率を決定することもできる。
また本発明は、起動時にリニアモ−タに直流成分の電流を通電する第１の工程と、その後交流電流を通電することで、静止させたピストンを起動させる第２の工程を有することで、外部からの強制振動でピストンが、軸方向に振動していたとしても、リニアモ−タの起動時に、ピストンを静止させた後に起動させるため、ピストンが予定以外のストロークとなることを防止できる。
また本発明は、振動加速度を検出する強制振動量検出手段を設け、第１の工程では、強制振動量検出手段で検出した強制振動にともなうピストンの振幅方向と振幅量に応じた電流を通電するものであり、検出した振動情報により起動時のリニアモ−タに印加する直流電流の値を決定して起動制御するため、より確実な起動制御を行うことができる。
これにより、特に電気自動車用に搭載する時、過剰な電力を必要とせず効率良く車載用リニア圧縮機を起動制御することができる。
また本発明は、リニアモ−タに誘起される誘起電圧から強制振動量を検出し、第１の工程では、強制振動量検出手段で検出した強制振動にともなうピストンの振幅方向と振幅量に応じた電流を通電するものであり、リニアモ−タに誘起される誘起電圧から検出した強制振動量により起動時のリニアモ−タに印加する直流電流の値を決定して起動制御するため、より確実な起動制御を行うことができる。
また本発明は、外部からの振動によりリニアモータに回生される電流を検出する回生電流検出手段を設け、第１の工程では、検出した電流にともなうピストンの振幅量に応じた電流を通電するものであり、外部からの振動によりリニアモータに回生される電流を回生電流検出手段で検出し、起動時のリニアモ−タに印加する直流電流の値を決定して起動制御するため、より確実な起動制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に用いられるリニア圧縮機の構成の一実施例によるリニア圧縮機の側断面図
【図２】  本発明の一実施例による起動制御フロー
【図３】  直流電流の付加に対するピストンの振幅中心の関係を示す図
【図４】  正弦波に直流のオフセット電流を印加した時のピストンの振幅と振幅中心の変位を示す図
【図５】  本発明の他の実施例による駆動制御フロー
【図６】  本発明の他の実施例による駆動制御を示すブロック図
【図７】  本発明の他の実施例による駆動制御を示すブロック図
【図８】  ピストンや可動部などの質量ｍ１と、ばね機構のばね定数ｋ１と、圧縮室のガスばねＫ２と共振周波数との関係を示す図
【図９】  本発明の他の実施例による駆動制御を示すブロック図
【図１０】  車両用空気調和装置にリニア圧縮機を適用した場合の駆動制御の実施例を示すブロック図
【図１１】  強制振動の強度に対する誘起電圧の変化を示す特性図
【図１２】  従来のリニア圧縮機の起動特性を示すグラフ図
【符号の説明】
１０１  電源
１０２  温度検出手段
１０３  電圧検出手段
１０４  インバータ
１０５  インバータ制御部
１０７  電流検出手段
１１２  リニアモータ
１１３  蒸発器
１１６  凝縮器
１１９  減圧器
１２０  減圧膨張機制御手段
１２１  四方弁
１２２  高圧検出手段
１２３  強制振動量検出手段
１２４  ピストン位置検出手段
１２５  負荷演算手段
２０１  吐出室
２０２  固定部
２０３  コイル部
２０４  可動部
２０５  ばね機構部
２０６  圧縮室
２０７  ピストン部
２０８  ピストンロッド
２０９  シリンダ部
２１０  シリンダヘッド
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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