(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に支持機構部により支持されるシリンダー部と、前記シリンダー部と同一の軸心でその軸線方向に沿って可動自在に支持されるピストン部と、前記ピストン部にその軸線方向に沿って移動する推力を発生させるリニアモータ部とを有するリニア圧縮機を用い、一定の駆動周波数のもとで前記ピストン部の振幅量を可変とすることで前記リニア圧縮機の能力可変を行う空気調和機であって、冷房運転時の前記駆動周波数と、暖房運転時の前記駆動周波数とを異ならせ、冷房運転時の前記駆動周波数を、所定の冷房条件で定まる前記リニア圧縮機の吸入圧力及び吐出圧力にもとづく前記ピストン部の往復運動による固有振動数に一致する周波数とし、暖房運転時の前記駆動周波数を、所定の暖房条件で定まる前記リニア圧縮機の吸入圧力及び吐出圧力にもとづく前記ピストン部の往復運動の固有振動数に一致する周波数としたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニア圧縮機を用いた空気調和機、リニア圧縮機または冷凍装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍回路において、Ｒ２２に代表されるＨＣＦＣ系冷媒は、その物性の安定性からオゾン層を破壊すると言われている。また、近年では、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒が利用されているが、このＨＦＣ系冷媒は温暖化現象を促進する性質を有している。そのため、最近では、オゾン層の破壊や温暖化現象に大きな影響を与えないＨＣ系冷媒が採用され始めている。しかしながら、このＨＣ系冷媒は可燃性のため爆発や発火を防止することが安全性確保の面から必要であり、このために、冷媒の使用量を極力少なくすることが要請される。一方、ＨＣ系冷媒は、冷媒自体として潤滑性がなく、また潤滑材に溶け込み易い性質を有する。以上のことから、ＨＣ系冷媒を使用する場合にはオイルレスまたはオイルプアの圧縮機が必要となる。ピストン部の軸線と直交する方向への荷重が小さく、摺動面圧が小さいリニア圧縮機は、従来から多く利用されてきたレシプロ式圧縮機、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機と比較すると、オイルレス化を図りやすいタイプの圧縮機として知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、リニア圧縮機のピストン部の振幅量はリニアモータの推力のみにより、決定されず、冷媒ガスの圧力の影響を受ける。そのため、リニア圧縮機を空気調和機に用いるにはかなり複雑な対応が必要となる。
【０００４】
本発明は以上の事情を鑑み、リニア圧縮機を一定駆動周波数もしくはピストン部運動の固有振動数に一致する駆動周波数で駆動することで高効率高信頼性かつ快適性に優れた空気調和機を提供することを目的とする。
また、本発明は、リニア圧縮機を用いてアキュームレータをなくすことで安価な空気調和機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記載の本発明の空気調和機は、密閉容器内に支持機構部により支持されるシリンダー部と、前記シリンダー部と同一の軸心でその軸線方向に沿って可動自在に支持されるピストン部と、前記ピストン部にその軸線方向に沿って移動する推力を発生させるリニアモータ部とを有するリニア圧縮機を用い、一定の駆動周波数のもとで前記ピストン部の振幅量を可変とすることで前記リニア圧縮機の能力可変を行う空気調和機であって、冷房運転時の前記駆動周波数と、暖房運転時の前記駆動周波数とを異ならせ、冷房運転時の前記駆動周波数を、所定の冷房条件で定まる前記リニア圧縮機の吸入圧力及び吐出圧力にもとづく前記ピストン部の往復運動による固有振動数に一致する周波数とし、暖房運転時の前記駆動周波数を、所定の暖房条件で定まる前記リニア圧縮機の吸入圧力及び吐出圧力にもとづく前記ピストン部の往復運動の固有振動数に一致する周波数としたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態は、冷房運転時の前記駆動周波数と、暖房運転時の前記駆動周波数とを異ならせ、冷房運転時は所定の冷房条件で定まる吸入圧力及び吐出圧力にもとづくリニア圧縮機の往復運動による固有振動数に一致する周波数を駆動周波数とし、暖房運転時は所定の暖房条件で定まる吸入圧力及び吐出圧力にもとづくリニア圧縮機の往復運動による固有振動数に一致する駆動周波数とするものである。すなわち押しのけ容積が可変するのでリニアモータの必要推力も比例的に変化し、能力可変全領域でリニアモータに対して効率的な運転が可能となる。
また、回転型圧縮機の場合と同様にピストン部の振幅量一定として駆動周波数を可変することも考えられるが、この場合は押しのけ容積が一定となり、能力変化に対してリニアモータの必要推力が比例的に変化せず、特に小能力域で大きなモータ効率の低下をきたす。また、ピストン部の運動の固有振動数から駆動周波数が大きくずれると、リニアモータの効率低下となる。以上のことにより、一定の駆動周波数のもとでピストン部の振幅量を可変させることで、能力可変全領域で空気調和機の効率向上が図れる。
また、駆動周波数を一定にすることにより、駆動装置及び防振装置が簡易なものとなり安価となる。
また、冷房及び暖房それぞれのモードでの往復運動による固有振動数に一致させることができる。
また、冷房時は冷房定格条件である室内設定温度２７℃、外気温度３５℃、暖房時は暖房定格条件である室内設定温度２０℃、外気温度７℃に一致させることにより、冷房及び暖房それぞれのモードで往復運動による固有振動数に一致させた周波数で運転され、共振状態で運転されるのでピストン部の振幅に対するモータ推力を小さくできる。したがって、リニアモータの効率が高まり、期間消費電力量の少ない空気調和機となる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の空気調和機の一実施例を詳説する。
図１は本発明の一実施例によるリニア圧縮機の断面図である。このリニア圧縮機は、密閉容器８０と、密閉容器８０内に収納されるシリンダー部１０と、密閉容器８０内においてシリンダー部１０を支持機構部９０とシリンダー部１０にその軸線方向に沿って可動自在に支持されるピストン部２０と、可動部４０と固定部５０を有して磁力によりピストン部２０に軸線方向の推力を生じさせるリニアモータ部１００と、冷媒ガスの吸入吐出を行う吸入吐出機構部６０を備えている。なお、ピストン部２０はばね機構部７０により弾性支持される。
密閉容器８０は、筒体状の容器からなり、内部に空間部８４を形成する。この空間部８４にリニア圧縮機の構成部品がすべて収納される。また、密閉容器８０には密閉容器８０外から冷媒を導入する吸入管８５と密閉容器８０外へ冷媒を導出する吐出管６７が設けられている。
支持機構部９０は、密閉容器８０内の一端側と他端側にそれぞれ配置されるコイルばね９１からなり、シリンダー部１０を密閉容器８０内に弾性支持し、シリンダー部１０側から密閉容器８０側への振動伝達を低減すべく機能する。なお、一端側に配設されるコイルばね９１は、シリンダーヘッドカバー４６と密閉容器８０の前壁板８２との間に介設され、他端側に配設されるコイルばね９１は、シリンダー部１０に固定されるリニアモータ部１００の固定部５０側に連結する支持板９２と密閉容器８０の後壁板８３との間に介設される。
シリンダー部１０は、つば部１１と、このつば部１１から一端側に向かって膨張するボス部１２と、その軸線方向に沿って他端側に向かって伸延する筒体部１３を一体に形成している。ボス部１２の内部には空間部１４が形成され、筒体部１３には空間部１４に連通すると共に他端側に開口するシリンダー孔１６が形成されている。
ピストン部２０は、内部にねじ部２１を形成する棒体２２とこの棒体２２の一端側に膨出して形成されるピストン部本体２８からなる。棒体２２は、シリンダー部１０のシリンダー孔１６に可動自在に支持される。なお、棒体２２とシリンダー孔１６の内壁面との間やピストン部本体２８と空間部１４の内壁面との間には耐摩耗性を向上させる共にシール性を向上させるための部材が設けられる。また、シリンダー部１０のボス部１２の前端にはシリンダヘッド４５が固定されている。ピストン部本体２８の前端とシリンダヘッド４５との間のボス部１２内には圧縮室６８が形成される。また、ピストン部２０内部のねじ部２１にはボルト２５が螺合される。また、棒体２２の他端部にはフランジ２４が固定される。
リニアモータ部１００は、前記のように可動部４０と固定部５０とからなる。可動部４０は、円筒保持部材４１とこの外周側に固定される永久磁石４２からなる。なお、円筒保持部材４１の他端側にはフランジ２４に固定される。したがって、円筒保持部材４１とピストン部２０とは連結される。一方、固定部５０は、インナヨーク５１、アウタヨーク５２、及びコイル５３からなる。インナヨーク５１は、円筒体で構成され、シリンダ部１０の筒体部１３の外周に嵌められると共にボス部１２に外接固定される。なお、インナヨーク５１の外周面と可動部４０の円筒保持部材４１の内周面との間には微少隙間が形成される。また、アウタヨーク５２も同じく円筒体からなり、その円周面は可動部４０の永久磁石４２の外周面と微少隙間を保持した状態でシリンダー部１０のつば部１１に固定される。なおコイル５３は、アウタヨーク５２に固定され、永久磁石４２と相対向する位置に配置される。また、アウタヨーク５２の他端には、支持板９２を固定する支持体５４が固定される。なお、インナヨーク５１とアウタヨーク５２及び可動部４０は同心円状に高精度に保持される。
【０００８】
次に吸入吐出機構部６０について説明する。
吸入吐出機構部６０は、シリンダヘッド４５とこれに固定されるシリンダーヘッドカバー４６とシリンダーヘッドカバー４６に連結される吸入管８５及び吐出管６７とからなる。シリンダヘッド４５は、ボス部１２の端部にシール部材４３を介して固定されると共に圧縮室６８に連通する吸入口４５aと吐出口４５ｂを形成する。また、吸入口４５ａの圧縮室６８側には吸入バルブ４４が設けられ、吐出口４５ｂの圧縮室６８側と反対側には吐出バルブ４８が設けられている。
シリンダーヘッドカバー４６は、本実施例では内部に低圧室４６ａと高圧室４６ｂとを画成して一体に構成され、シリンダヘッド４５にシール部材４７を介して固定される。なお、低圧室４６aは吸入口４５ａに連通し、高圧室４６ｂは吐出口４５ｂに連通する。また、低圧室４６a側には低圧室４６ａと吸入管８５とを連通する吸入孔４６ｃが設けられ、高圧室４６ｂ側には高圧室４６ｂと吐出管６７とを連通する吐出孔４６ｄが設けられている。
吸入管８５は、密閉容器８０外に突出して配置され、一方、吐出管６７は密閉容器８０から突出する吐出管体６７ａとこれに連結すると共にシリンダーヘッドカバー４６の吐出孔４６ｄに連結する渦巻状吐出管６５とからなる。この渦巻状吐出管６５は図示のようにパイプ材を渦巻状に曲げて構成し、その一部はシリンダーヘッドカバー４６の外周空間に巻回される。
ばね機構部７０は、ピストン部１０の他端側に配設される複数組（図示では２組）の平板状のばね板７１からなり、ばね板７１はピストン部２０に螺着されるボルト２５とシリンダー部１０に固定される支持体５４との間に架設される。なお、ばね板７１は、複数枚のバネ板部材７１ａを重ねあわせたものからなる。
【０００９】
次に本実施例のリニア圧縮機の作用を説明する。
まず、固定部５０のコイル５３に通電すると、可動部４０の永久磁石４１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４０に軸線方向に沿って移動する駆動力が作用する。可動部４０の円筒保持部材４１は、ばね機構部６０に連結されているため、ピストン部２０が移動する。ここでコイル５３への通電は交流波で与えられ、リニアモータ部には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部２０は往復運動を行うことになる。
冷媒ガスは、吸入管８５から密閉容器８０内に導入される。導入された冷媒ガスは、密閉容器８０内の吸入管８５から低圧室４６ａに吸い込まれ、吸入バルブ４４を通って圧縮室６８に入る。そしてこの冷媒ガスはピストン部２０により、圧縮され、シリンダヘッド４５の吐出口４５ｂに組付けられた吐出バルブ４８を経て、高圧室４６ｂを通り、吐出管６７から吐出される。また、ピストン部２０の往復運動に伴って生じるシリンダー部１０の振動は複数のコイルばね９１により制振される。
【００１０】
このようなリニア圧縮機を用いる空気調和機の能力可変は、リニア圧縮機を一定駆動周波数もしくはピストン部運動の固有振動数に一致する駆動周波数でピストン部２０の振幅量を増減させることによって行われる。空気調和機の必要能力が大きければ、ピストン部２０の振幅量も大きくなり、冷媒循環量を増やす。また、必要能力が小さければ反対にピストン部２０の振幅量も同様に小さくなり、冷媒循環量を減らす。
ここで、ピストン部運動の固有周波数ｆは、ピストン部２０等の可動質量のマスｍと、ばね部材７１による機械バネ定数ｋｍと圧縮室６８の圧縮ガスによって生じるガスバネ定数ｋｇとのばね系定数ｋとの関係によって定まる。固有振動数ｆは下記の関係式で示される。
ｆ＝１／２π  √（ｋ／ｍ）    ｋ＝ｋｍ＋ｋｇ          −（１）
空気調和機の能力可変を一定駆動周波数のもとでリニア圧縮機１のピストン部２０振幅量を可変することに行う場合は押しのけ容積が可変するのでリニアモータ１００の必要推力も比例的に変化し、能力可変全領域でリニアモータ１００に対して効率的な運転が可能となる。
【００１１】
また、回転型圧縮機の場合と同様にピストン部２０の振幅量一定として駆動周波数を可変することも考えられるが、この場合は押しのけ容積が一定となり、能力変化に対してリニアモータ１００の必要推力が比例的に変化せず、特に小能力域で大きなモータ効率の低下をきたす。また、ピストン部の運動の固有振動数ｆから駆動周波数が大きくずれると、リニアモータの効率低下となる。以上のことにより、能力可変全領域で空気調和機の効率向上が図れる。そして、駆動周波数を一定にすることにより、駆動装置及び防振装置が簡易なものとなり、安価となる。
この時、冷房運転時は、室内設定温度２７℃、外気温度３５℃で定まる吸入圧力及び吐出圧力にもとづくリニア圧縮機１のピストン部２０運動の固有振動数ｆに一致する駆動周波数とし、暖房運転時は、室内設定温度２０℃、外気温度７℃で定まる吸入圧力及び吐出圧力にもとづくリニア圧縮機１のピストン部２０運動の固有振動数ｆに一致する駆動周波数で運転することにより、冷房及び暖房それぞれのモードでピストン部２０運動の固有振動数ｆに一致させた周波数で運転すなわち共振状態で運転されるのでピストン部２０振幅に対するモータ推力を小さくできる。したがって、リニアモータ１００の効率が高まり、期間消費電力量の少ない空気調和機となる。さらに各モード別の能力ランクによって異なる固有振動数ｆに駆動周波数を切り替えることにより、効率のよい運転が可能となる。
また、室内設定温度２７℃、外気温度３５℃の条件下での冷房運転モードで定まる吸入圧力及び吐出圧力と室内設定温度２０℃、外気温度７℃の条件下での暖房運転モードで定まる吸入圧力及び吐出圧力のそれぞれ平均吸入圧力と平均吐出圧力にもとづくリニア圧縮機１のピストン部２０運動の固有振動数ｆに一致する駆動周波数で駆動することで、駆動周波数を冷房及び暖房それぞれのモードで一定にすることにより、駆動装置及び防振装置が簡易となり安価な空気調和機が実現できるうえ、冷房及び暖房それぞれのモードに対するピストン部の固有振動数ｆに対して平均的な周波数で運転するので、各モードにおけるピストン部２０運動の固有振動数ｆとのずれが大きくならず、期間消費電力量の少ない空気調和機となる。
空気調和機の能力可変をリニア圧縮機１のピストン部２０運動の固有振動数ｆに一致するように周波数で運転する場合、常にピストン部２０運動の固有振動数ｆに駆動周波数を一致させた共振状態で運転させるのでピストン部２０振幅に対するモータ推力を小さくすることができる。よってモータ効率を高めることができ、効率向上が図れる。
【００１２】
次に図２により、駆動周波数をリニア圧縮機１のピストン部２０運動の固有振動数ｆに一致させる方法の一実施例について説明する。
ピストン部２０の振幅を検知する位置センサーをリニア圧縮機１内に設置する。
まず、リニアモータ１００の推力一定のもとで、所定の駆動周波数ｆを与え（ステップ１）、この駆動周波数ｆでのピストン部２０振幅ｓを位置センサーにて検知する（ステップ２）。次にこの振幅ｓが最大値か否かを判断する（ステップ３）。ここで、最初の検知では無条件に最大ではないと判断して駆動周波数ｆを増加させる（ステップ４）。そしてこの増加させた駆動周波数ｆで再度ピストン部２０の振幅ｓを検知し（ステップ２）、前回の振幅と今回検知の振幅とを比較して振幅ｓが増加したか否かを判断する（ステップ３）。
増加していれば、再度駆動周波数ｆを増加させ（ステップ４）、ピストン部２０の振幅ｓを検知し（ステップ２）、前回の振幅と今回検知の振幅とを比較して振幅ｓが増加したか否かを判断する（ステップ３）。このように運転周波数を徐々に増加させながらピストン部の振幅を検知し、振幅が減少に転じた時を検知すると、前回の周波数での振幅を最大値であると判断する。なお、ステップ４での振幅ｓの最大値か否かの判断は、あらかじめ最大値ｓを記憶させておき、この記憶させた最大振幅値との比較で行ってもよい。
このように、駆動周波数をわずかずつ変化させ、位置センサーから検知されたピストン部の振幅量Ｓが最大となる周波数を駆動周波数とすることにより、ピストン部２０の最大振幅となる駆動周波数ｆを得ることができる。この最大振幅となる駆動周波数ｆはピストン部２０運動の固有振動数ｆに一致した時であり、リニアモータ１００の最高効率をえることができる。よって空気調和機の効率向上が図れる。
なお、本実施例における位置センサーに代えて速度センサー又は加速度センサーを設け、ピストン部２０の振幅ｓの代わりにピストン部２０の速度Ｖ又は加速度ａを速度センサー又は加速度センサーにて検知し、この速度Ｖ又は加速度ａが最大値か否かを判断してもよい。
図３は、駆動周波数をリニア圧縮機１のピストン部２０運動の固有振動数ｆに一致させる方法の他の実施例を示すもので、ピストン部２０振幅を検知する位置センサーとリニアモータ部への印加される電流を検知する電流センサーを設置する。
まず、所定の駆動周波数ｆを与え（ステップ１１）、この駆動周波数ｆでのピストン部２０の振幅位相α１を位置センサーにて検知し（ステップ１２）、また同じ駆動周波数ｆでのリニアモータ部への印加される電流を電流センサーにて検知する（ステップ１３）。次に電流位相α２とピストン部の振幅の位相α１との位相差がπ／２であるか否かを判断する（ステップ１４）。電流位相α２とピストン部の振幅の位相α１との位相差がπ／２でなければ運転周波数を増加させる（ステップ１５）。そしてこの増加させた駆動周波数ｆで再度ピストン部２０の振幅位相α１を検知し（ステップ１２）、またリニアモータ部への印加される電流を検知する（ステップ１１）。そして前回の振幅と今回検知の振幅とを比較して振幅ｓが増加したか否かを判断する（ステップ３）。そして、電流位相α２とピストン部の振幅の位相α１との位相差がπ／２であるか否かを判断する（ステップ１４）。このように運転周波数をわずかずつ増加させ、電流位相α２とピストン部の振幅の位相α１との位相差がπ／２となったときに、そのときの運転周波数を駆動周波数として運転を継続する。
このように、電流α２とピストン部の振幅の変位α１との位相差をπ／２としたことにより、駆動周波数はピストン部の往復運動による固有振動数に一致させることができ、リニアモータ１００の最高効率を得ることができる。よって空気調和機の効率向上が図れる。
なお、本実施例においても位置センサーに代えて速度センサーを設け、ピストン部２０の振幅位相α１の代わりにピストン部２０の速度位相α１´を速度センサーにて検知し、この位相速度α１´と電流位相α２との位相差が０であるか否かを判断してもよい。
【００１３】
図４はリニア圧縮機１の駆動装置の実施例を示す。リニア圧縮機１は、凝縮器８、絞り装置９、及び蒸発器１５と配管によって環状に接続されて冷凍サイクルを構成している。駆動装置７は、信号出力部２から出力される設定温度の信号と室温度センサー３から出力される室温の信号とを入力して設定温度と室温との温度差信号を出力する温度差出力回路４と、この温度差信号を入力して出力指令信号を出力する出力指令回路５と、この出力指令信号を入力してリニア圧縮機１のリニアモータへ通電する交流電源部６とから構成されている。
【００１４】
図５はリニア圧縮機１の駆動装置７の他の実施例を示す。上記実施例と同一機能を有する要素には同一番号を付して説明を省略する。リニア圧縮機１内には、ピストン部２０の位置を検出する位置センサー１６を設けている。また本実施例による駆動装置７は、図４に示す実施例における温度差出力回路４に代えて距離信号出力回路１９を備えている。この距離信号出力回路１９は、位置センサー１６で検知したピストン部２０の位置信号とあらかじめ定められた基準位置２３との信号から距離に関する距離信号を出力指令回路５に出力する。ここで、基準位置２３は、ピストン部２０の端面とシリンダヘッド４５間のクリアランスすなわちトップクリアランスとなるピストン部２０端面位置としている。
上記構成によって、ピストン部２０の端面位置を検出して所要の基準位置２３となるようにリニア圧縮機１のピストン部２０の振幅量を無段階に可変して能力可変を行うことにより、より的確な能力制御が可能となり、快適性も一段と向上する。
また、ピストン部２０の位置を検出するので、シリンダヘッド４５への衝突が防止でき、信頼性の向上が図れる。
また、位置センサー１６を、ピストン部２０の加速度を検知する加速度センサー１７とすることもできる。このように加速度センサー１７を用いる場合には、ピストン部２０の変位を、ピストン部２０の加速度から２回積分演算で求めることができる。そして本構成によって、所定の基準位置２３になるようにリニア圧縮機への印加電圧を無段階に調整して能力可変を行うことで、より的確な能力制御が可能となり、快適性も一段と向上する。
また、ピストン部２０位置を検出するので、シリンダヘッド４５への衝突が防止でき、信頼性の向上が図れる。
【００１５】
図６はリニア圧縮機における起動時の電圧の時間に対する印加履歴を示したものである。起動時にリニア圧縮機１への印加電圧を直線状に印加する領域（Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４）と、一定時間同一値に印加する領域（Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ４〜Ｔ５）を交互にもつように増加させたものである。リニア圧縮機１のピストン部２０振幅量はリニアモータ１００の推力のみによっては決定されず、冷媒ガスの圧力の影響を受けるため、圧力上昇が得られないまま定常運転時に必要な電圧を急激に印加するとピストン部２０のシリンダヘッド４５に衝突する事態が生ずる。本実施例のように、一定時間同一値に印加する領域を持たせることで、更にはこれらの領域を交互に設けるように印加することで、圧力上昇に追従しながらピストン部の振幅量を増大できる。従って、本実施例によっても、ピストン部２０とシリンダヘッド４５の衝突が防ぎ、信頼性の向上が図れる。
図４及び図５に示すように、環状に連結された冷凍装置におけるリニア圧縮機１では、ピストン部２０の振幅はリニアモータ１００の推力のみにより決定されず、冷媒ガスの圧力の影響を受けるため、液圧縮時のように圧力上昇分が大きくなる時にピストン部の振幅量２０は減少する。したがって、回転型圧縮機のように強制圧縮を行われず、よってアキュームレータを設置する必要がなく、安価な空気調和機が実現できる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、押しのけ容積が可変するのでリニアモータの必要推力も比例的に変化し、能力可変全領域でリニアモータに対して効率的な運転が可能となる。
なお、回転型圧縮機の場合と同様にピストン部の振幅量一定として駆動周波数を可変することも考えられるが、この場合は押しのけ容積が一定となり、能力変化に対してリニアモータの必要推力が比例的に変化せず、特に小能力域で大きなモータ効率の低下をきたす。また、ピストン部の運動の固有振動数から駆動周波数が大きくずれると、リニアモータの効率低下となる。以上のことにより、一定の駆動周波数のもとでピストン部の振幅量を可変させることで、能力可変全領域で空気調和機の効率向上が図れる。
また、駆動周波数を一定にすることにより、駆動装置及び防振装置が簡易なものとなり安価となる。
また本発明によれば、冷房運転時の前記駆動周波数と、暖房運転時の前記駆動周波数とを異ならせることで、冷房及び暖房それぞれのモードでの往復運動による固有振動数に一致させることができる。
また本発明によれば、冷房運転時は所定の冷房条件で定まる吸入圧力及び吐出圧力にもとづくリニア圧縮機の往復運動による固有振動数に一致する周波数を駆動周波数とし、暖房運転時は所定の暖房条件で定まる吸入圧力及び吐出圧力にもとづくリニア圧縮機の往復運動による固有振動数に一致する駆動周波数とすることで、冷房及び暖房それぞれのモードで往復運動による固有振動数に一致させた周波数で運転され、共振状態で運転されるのでピストン部の振幅に対するモータ推力を小さくできる。したがって、リニアモータの効率が高まり、期間消費電力量の少ない空気調和機となる。
また本発明によれば、駆動周波数を冷房及び暖房それぞれのモードで一定にすることにより、駆動装置及び防振装置が簡易となり安価な空気調和機が実現できるうえ、冷房及び暖房それぞれのモードに対するピストン部の固有振動数に対して平均的な周波数で運転するので、各モードにおける往復運動による固有振動数とのずれが大きくならず、期間消費電力量の少ない空気調和機となる。
また本発明によれば、冷房運転モードでの条件を室内設定温度２７℃、外気温度３５℃とし、暖房運転モードでの条件を室内設定温度２０℃、外気温度７℃としたものであり、駆動周波数を冷房及び暖房それぞれの代表的な条件で定まる周波数にすることにより、駆動装置及び防振装置が簡易となり安価な空気調和機が実現できるうえ、冷房及び暖房それぞれのモードに対するピストン部の固有振動数に対して平均的な周波数で運転するので、各モードにおける往復運動による固有振動数とのずれが大きくならず、期間消費電力量の少ない空気調和機となる。
また本発明によれば、吸入圧力及び吐出圧力にもとづくリニア圧縮機のピストン部運動の固有振動数に一致するように駆動周波数を追従させ、駆動周波数のピストン部の振幅量を可変することによって能力可変を行うことにより、常にピストン部の往復運動による固有振動数の周波数に駆動周波数を一致させた共振状態で運転させるのでピストン部の振幅に対するモータ推力を小さくすることができる。よってモータ効率を高めることができ、効率向上が図れる。
また本発明によれば、ピストン部の振幅量が最大となる周波数を駆動周波数としたことにより、ピストン部の最大振幅となる駆動周波数は、ピストン部運動の固有振動数に一致した時であるのでリニアモータの最高効率を得ることができ、空気調和機の効率向上が図れる。
また本発明によれば、ピストン部の振幅を検知する位置センサーを設置し、この位置センサーから検知されるピストン部の振幅量によって駆動周波数を決定することにより、ピストン部の最大振幅となる駆動周波数を得ることができる。
また本発明によれば、電流とピストン部の振幅の変位との位相差が９０°となる周波数を駆動周波数とすることにより、電流とピストン部の振幅の変位との位相差が９０°となる駆動周波数はピストン部運動の固有振動数に一致した時であるのでリニアモータの最高効率をえることができる。よって空気調和機の効率向上が図れる。
また本発明によれば、ピストン部の振幅を検知する位置センサーと、リニアモータ部への印加される電流を検知する電流センサーとを設置し、電流とピストン部の振幅の変位との位相差に基づいて駆動周波数を決定することにより、電流とピストン部の振幅の変位との位相差が９０°となる駆動周波数を得ることができる。
また本発明によれば、空気調和機の必要能力を室温と室内設定温度差により決定してリニア圧縮機のピストン部の振幅量を印加電圧により無段階に可変して能力可変を行うので、快適性の優れた空気調和機となる。
また本発明によれば、ピストン部端面とシリンダヘッド間のクリアランスすなわちトップクリアランスとなるピストン部端面位置を基準位置とし、ピストン部の端面位置を検出して所要の基準位置となるようにリニア圧縮機のピストン部の振幅量を無段階に可変して能力可変を行うことにより、より的確な能力制御が可能となり、快適性も一段と向上する。そして、ピストン部の位置を検出するので、シリンダヘッドへの衝突が防止でき、信頼性の向上が図れる。
また本発明によれば、位置検出手段をピストン部の加速度を検知する加速度検出手段としたもので、ピストン部変位をピストン部加速度から２回積分演算で求め、所定の基準位置になるようにリニア圧縮機への印加電圧を無段階に調整して能力可変を行うので、より的確な能力制御が可能となり、快適性も一段と向上する。また、ピストン部位置を検出するので、シリンダヘッドへの衝突が防止でき、良好な信頼性が得られる。
また本発明によれば、起動時のリニア圧縮機への印加電圧を、所定時間同一電圧値で印加する領域を有して行うことにより、リニア圧縮機のピストン部の振幅量はリニアモータの推力のみにより決定されず冷媒ガスの圧力の影響を受けるため、圧力上昇が得られないまま定常運転時に必要な電圧を急激に印加するとピストン部のシリンダヘッドに衝突する事態が生ずる。同一電圧値で印加する領域を有することで圧力上昇に追従しながらピストン部の振幅量を増大できるのでピストン部とシリンダヘッドの衝突が防ぎ、信頼性の向上が図れ、スムーズでかつスピーディな能力可変が可能となる。
また本発明によれば、印加電圧を増加する領域と、所定時間同一電圧値で印加する領域とを交互にもつように増加させることにより、電圧を交互に印加することで圧力上昇に追従しながらピストン部の振幅量を増大できるのでピストン部とシリンダヘッドの衝突が防ぎ、信頼性の向上が図れ、スムーズでかつスピーディな能力可変が可能となる。
また本発明によれば、アキュームレータを設置しなくてもリニア圧縮機のピストン部の振幅量はリニアモータの推力のみにより決定されず、冷媒ガスの圧力の影響を受けるため、液圧縮時のように圧力上昇分が大きくなる時にはピストン部の振幅量は減少し、回転型圧縮機のように強制圧縮を行われない。よってアキュームレータを設置する必要がなく、安価な空気調和機が実現できる。
また本発明によれば、リニア圧縮機では押しのけ容積が可変するので、リニアモータの必要推力も比例的に変化し、能力可変全領域でリニアモータに対して効率的な運転が可能となる。
また本発明によれば、駆動周波数を冷房及び暖房それぞれのモードで一定にすることにより、駆動装置及び防振装置が簡易となり安価な空気調和機が実現できるうえ、冷房及び暖房それぞれのモードに対するピストン部の固有振動数に対して平均的な周波数で運転するので、各モードにおける往復運動による固有振動数とのずれが大きくならず、期間消費電力量の少ない空気調和機となる。
また本発明によれば、冷凍サイクルを構成する圧縮機の駆動方法に用いることでより高い効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例によるリニア圧縮機の全体構成を示す断面図
【図２】  本発明の一実施例による圧縮機駆動装置のフローチャート図
【図３】  本発明の他実施例による圧縮機駆動装置のフローチャート図
【図４】  本発明の他の実施例によるブロック図
【図５】  本発明の他の実施例によるブロック図
【図６】  本発明の一実施例による駆動装置の出力電圧特性図
【符号の説明】
１      リニア圧縮機
８      蒸発器機構
９      減圧膨張器
１０    シリンダー部
１５    凝縮器機構
２０    ピストン部
４０    可動部
５０    固定部
７１ａ  ばね部材
８０    密閉容器
９０    支持機構部
１００  リニアモータ部
【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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