(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記上死点位置とあらかじめ設定した上死点基準値との差である上死点位置比較信号を出力する上死点位置比較手段と、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の出力電圧をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、逆に前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるものであって、上死点と上死点基準値との差の大小に応じて、基準電圧を選択できるようにそれぞれ異なった基準電圧を記憶する複数の基準電圧記憶手段と、上死点位置比較信号により最適な基準電圧を選択する基準電圧選択手段とを具備し、上死点位置比較信号により前記基準電圧記憶手段と前記基準電圧選択手段を介してインバータ回路の出力電圧を増加、または減少させるインバータ制御手段Ａとから構成した振動型圧縮機。
【請求項２】
吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記上死点位置とあらかじめ設定した上死点基準値との差である上死点位置比較信号を出力する上死点位置比較手段と、前記ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、前記ピストンのストローク基準値を設定するストローク基準値設定手段と、前記ストロークと前記ストローク基準値との差であるストローク比較信号を出力するストローク比較手段と、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、逆に前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるとともに、前記ストローク比較信号により前記ストロークより前記ストローク基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、逆に前記ストロークより前記ストローク基準値の方が小さい場合、膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ｂとから構成した振動型圧縮機。
【請求項３】
吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記ピストン移動１周期内の負荷が大きい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を大きくし、１周期内の負荷が小さい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を小さくする出力電圧波形を記憶させる波形記憶手段と波形生成手段とともに、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記出力電圧振幅をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ｃとから構成した振動型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫等の振動型圧縮機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動型圧縮機として、たとえば特公平５−２３３４７号公報に示されているものがある。以下図１３を参照しながら、上記従来の振動型圧縮機について説明する。
【０００３】
図１３において、１は制御回路、１−１は温度検出部、１−２は演算部、１−３はドライブ回路、２および３は温度検出器、４は変圧器、５は圧縮機、６は凝縮器、７は膨張弁、８は冷蔵庫、そして９は蒸発器である。
【０００４】
制御回路１は温度検出部１−１，演算部１−２，ドライブ回路１−３によって構成され、圧縮機５によって吸入される冷媒の飽和蒸気圧に対応する温度を検出する温度検出器２および圧縮吐出された冷媒の飽和蒸気圧に対応する温度を検出する温度検出器３からの信号に基づいて圧縮機５が共振状態で駆動するような周波数の駆動信号を出力するものである。
【０００５】
つぎに、その動作について説明する。
温度検出部１−１において温度検知器２および３によって検出された信号を所定の電気信号に変換し、つぎに演算部１−２において、温度検知器２および３によって電気信号に変換された〔吸入圧力に対応する温度〕および〔吐出圧力に対応する温度〕に基づいて圧縮機５が共振状態で駆動する周波数に対応する電圧を生成する。
【０００６】
ドライブ回路１−３は演算部１−２から供給された電圧に対応する周波数の駆動信号をトランジスタＴＲ１とＴＲ２に出力して、電源Ｖｃｃから変圧器４の１次側巻線に電流供給する。変圧器４の２次巻線から得られた交流電圧は圧縮機５に供給され、圧縮機５を共振状態で駆動させるようになっている。
【０００７】
【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、電源電圧変動により駆動電源発生部への直流入力電圧が高くなった場合、圧縮機へ供給される駆動電源の電圧が高くなり、ピストンのオーバーストロークが発生してピストンの弁を破損してしまう点があった。
【０００８】
また、外気温変動，電源電圧変動あるいは負荷変動により冷媒ガスと共振バネで形成される機械系のバネ係数が変動することにより、ピストンのストロークが変動するため効率が低下するという難点や、関連して冷凍能力が可変することができないという問題もあった。
【０００９】
さらにまた、ピストン運動の１周期内の負荷変動に応じた圧縮機への駆動電圧供給になっていないため、負荷トルクと駆動トルクが異なり、効率がさらに低下する問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、ピストンのオーバーストロークの発生を防止するとともに、外気温，電源電圧そして負荷が変動した場合においても効率低下はなく、しかも冷凍能力を可変でき、さらに負荷トルクと駆動トルクに差を生じることのない高効率振動型圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記上死点位置とあらかじめ設定した上死点基準値との差である上死点位置比較信号を出力する上死点位置比較手段と、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の出力電圧をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、逆に前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ａとから構成している。これにより、ピストンのオーバーストロークを生じさせず、弁の破損を防止できる。
【００１２】
また、上記構成を基本に上死点と上死点基準値との差の大小に応じて複数の基準電圧から最適基準電圧を選択しインバータ回路の出力電圧を増減させることにより、ピストン弁の破損を防止できるだけでなく冷却効率をあげることができる。
【００１３】
また、ピストン位置信号からピストンのストロークを演算して、そのストロークとストロークの基準値との差により、圧縮機の圧縮または膨張期間中におけるインバータ回路の出力電圧最大値を外部条件とあわせて増減させることにより、ピストンのオーバーストロークを生じさせないとともに、冷凍能力の可変制御が可能となる。さらにまた、ピストン移動１周期内の負荷の大小に応じ、適合する出力電圧波形をインバータ回路に送ることにより出力電圧の振幅を増減するのでピストンのオーバーストロークを生じさせないとともに、ピストン移動の１周期内の負荷トルクと駆動トルクを一致させ圧縮機の高効率化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１記載の発明は、吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記上死点位置とあらかじめ設定した上死点基準値との差である上死点位置比較信号を出力する上死点位置比較手段と、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の出力電圧をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ａとから構成した振動型圧縮機としたものであり、外気温，電源電圧，負荷の外部条件変化時においても、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の出力電圧を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点基準値の方が小さい場合前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させて、前記ピストンの上死点を常に基準位置に保持することにより、前記ピストンのオーバーストロークを生じさせず弁の破損を防止することができる。
また、ピストンの上死点と上死点基準値との差の大小に応じて、基本電圧を選択できるようにそれぞれ異った基準電圧を記憶する複数の基準電圧記憶手段と、上死点位置比較信号により最適な基準電圧を選択する基準電圧選択手段とを具備し、前記上死点位置比較信号により前記基準電圧記憶手段と前記基準電圧選択手段を介して、インバータ回路の出力電圧を増加または減少させるインバータ制御手段Ａとから構成したものであるので、外気温，電源電圧，負荷の外部条件変化が大きいときにおいても、迅速に前記上死点位置を前記上死点基準位置に合わせることができるため、ピストンのオーバーストロークを生じさせないとともに、冷却効果をあげることができる。
【００１６】
また請求項２記載の発明は、吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記上死点位置とあらかじめ設定した上死点基準値との差である上死点位置比較信号を出力する上死点位置比較手段と、前記ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、前記ピストンのストローク基準値を設定するストローク基準値設定手段と、前記ストロークと前記ストローク基準値との差であるストローク比較信号を出力するストローク比較手段と、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、逆に前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるとともに、前記ストローク比較信号により前記ストロークより前記ストローク基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、逆に前記ストロークより前記ストローク基準値の方が小さい場合、膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ｂとから構成した振動型圧縮機としたものであり、外気温，電源電圧，負荷の外部条件変化時においても、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させて前記ピストンの上死点を常に前記上死点基準位置に保持するとともに、前記ストローク比較信号により前記ストロークより前記ストローク基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記ストロークより前記ストローク基準値の方が小さい場合、膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させることにより前記ピストンのストロークを常に前記ストローク基準値に保持し、かつ前記ストローク基準値を可変できるため、ピストンのオーバーストロークを生じさせず弁破損を防止するとともに、冷凍能力の可変制御ができるものである。
【００１７】
さらに、請求項３記載の発明は、吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記ピストン移動１周期内の負荷が大きい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を大きくし、１周期内の負荷が小さい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を小さくする出力電圧波形を波形記憶手段に記憶させるとともに、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記出力電圧振幅をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ｃとから構成した振動型圧縮機としたものであり、前記波形記憶手段が記憶し、その出力電圧波形を生成する波形生成手段により前記ピストン運動の１周期内の負荷が大きい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を大きくし、１周期内の負荷が小さい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を小さくすることにより、前記ピストン運動の１周期内の負荷トルクと駆動トルクを一致させて、ピストンのオーバーストロークを生じさせないとともに、高効率の圧縮機を実現できるものである。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施例１）
本発明の請求項１記載の実施例１について図１，図２，図３および図４を参照しながら説明する。
【００２０】
図１において、振動型圧縮機１０の中央部に筒状体のシリンダ１１が設けられており、シリンダ１１の周囲に環状に永久磁石１２が配設されている。永久磁石１２と前記シリンダ１１の間には環状コイル１３が設置されており、前記永久磁石１２に作用してシリンダ１１の軸方向に移動する。
【００２１】
また、シリンダ１１内には圧縮用ピストン１４が収納されており、吸入弁１５，吐出弁１６を有する圧縮室１７を形成するとともに環状コイル１３に連結されてシリンダ１１内を軸方向に移動する。また、吸入弁１５，吐出弁１６はそれぞれ吸入パイプ１８，吐出パイプ１９に連結している。２０は共振バネ、２１はピストン１４の軸方向に連結した差動トランス等からなる変位検知器である。したがって、永久磁石１２とシリンダ１１の間には永久磁石１２による磁界が形成されており、その間に配置された環状コイル１３に交流電流が供給されると、この供給交流電流の周波数に応じて振動する推力が加えられ環状コイル１３に連結されたピストン１４を軸方向に駆動する。
【００２２】
つぎに、電気回路について図２を参照して説明する。２２は商用の交流電源であり、交流を直流に変換するコンバータ回路２３の交流入力部に接続されている。コンバータ回路２３の直流出力部の正極側には電解コンデンサ２４の正極側、インバータ回路２５内のトランジスタＴＲ１，ＴＲ３のコレクタが接続されている。また、コンバータ回路２３の直流出力部の負極側には前記電解コンデンサ２４の負極側、インバータ回路２５内のトランジスタＴＲ２，ＴＲ４のエミッタが接続されている。インバータ回路２５は、ＴＲ１のエミッタとＴＲ２のコレクタが接続され同時にＴＲ３のエミッタとＴＲ４のコレクタが接続されるとともに、ＴＲ１のエミッタとＴＲ３のエミッタ間に前記振動型圧縮機１０の環状コイル１３が接続されている。そして、ベースドライブ回路２６からの信号によりＴＲ１とＴＲ４、ＴＲ３とＴＲ２とがそれぞれ対となって交互にオン／オフを繰り返す。
【００２３】
また、変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号はＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、上死点位置演算手段２８に入力される。
【００２４】
つぎに、上死点位置演算手段２８はピストン１４の上死点位置を演算する。２９は上死点位置比較手段であり、上死点位置とあらかじめ設定された上死点基準値の差である上死点位置比較信号をインバータ制御手段Ａ３０に出力する。そしてインバータ制御手段Ａ３０は、波形生成手段Ａ３１とベースドライブ回路２６により構成されており、波形生成手段Ａ３１は上死点位置比較信号により上死点位置より上死点基準値の方が大きい場合、インバータ回路２５の出力電圧をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、逆に上死点位置より上死点基準値の方が小さい場合、基準電圧値分ずつ減少させるように、ベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００２５】
つぎに、上記構成の振動型圧縮機について、図３および図４を参照してその動作を説明する。
【００２６】
ステップ１で商用交流電源２２を投入しコンバータ回路２３を介して電解コンデンサ２４が充電され、インバータ回路２５に直流電力を供給する。一方ベースドライブ回路２６からインバータ波形を出力させ、インバータ回路２５のＴＲ１とＴＲ４、ＴＲ３とＴＲ２とがそれぞれ一対となって交互にオン／オフを繰り返す。インバータ回路２５から直流を交流に変換した電力が振動型圧縮機１０の環状コイル１３に供給され、振動型圧縮機１０は運転を開始し、環状コイル１３に連結されたピストン１４が供給交流電流の周波数に応じてシリンダ１１の軸方向に振動し、圧縮室１７内で冷媒圧縮をおこなう。
【００２７】
ステップ２において、変位検知器２１からの前記ピストン１４のアナログ位置信号が前記Ａ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、上死点位置演算手段２８に入力される。この信号は圧縮室１７に面したピストン１４の上端位置を示しておりこれをＡとする。電源投入直後はＡを０とする。
【００２８】
つぎに、ステップ３において、上死点位置演算手段２８内で図４のサイクル１ａに示すようにピストン１４の上端位置の最大値である上死点位置Ｂを算出する。
【００２９】
ステップ４とステップ５において、前記上死点位置比較手段２９からの上死点位置Ｂとあらかじめ設定された上死点基準値Ｃの差である上死点位置比較信号により、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより大きい場合はステップ６に進み、図４のサイクル２ｂに示すようにインバータ出力電圧Ｖを基準電圧Ｄだけ大きくするように波形生成手段Ａ３１がベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００３０】
また、上死点基準値Ｃと上死点位置Ｂが同じ場合はステップ７に進み、図４のサイクル４ｂに示すようにインバータ出力電圧Ｖは現在出力電圧を保持する。
【００３１】
また、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより小さい場合はステップ８に進み、図４のサイクル６ｂに示すように、インバータ出力電圧Ｖを基準電圧Ｄだけ小さくするように波形生成手段Ａ３１がベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００３２】
電源投入直後は、ステップ２，３，４，６を繰り返しインバータ出力電圧を徐々に大きくする。インバータ出力電圧が大きくなるとともにピストンストロークが大きくなり、サイクル３ａに示すようにピストンの上死点位置Ｂが上死点基準値Ｃと等しくなるとステップ７に進み、インバータ出力電圧を同じ電圧に保持する。また環状コイル１３には同じ電圧が供給され、ピストン１４は安定した動作を継続する。そして外部条件が変化した時、たとえば外気温が急に低くなると圧縮室１７内の圧力は低下し、圧縮室１７のガスバネと共振バネ２０のバランスにおいて共振バネの方が強くなることにより、ピストン位置は上方へ移動する。つまりサイクル５ａに示すように、上死点位置Ｂの方が上死点基準値Ｃより大きくなる。
【００３３】
この場合はステップ８に進み、サイクル６ｂに示すようにインバータ出力電圧Ｖを基準電圧Ｄだけ小さくする。
【００３４】
再び環状コイル１３には同じ電圧が供給され、前記ピストン１４は安定した動作を継続する。
【００３５】
したがって、この実施例の場合、外部条件変化時においても、上死点位置より上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路２５の出力電圧をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点基準値の方が小さい場合、あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させて、ピストン１４の上死点を常に基準位置に保持することにより、ピストン１４のオーバーストロークを防ぐことができ、ピストン１４がシリンダ１１上面に衝突することによるシリンダ１１内の前記吸入弁１５，前記吐出弁１６の破損を生じることがない。
【００３６】
（実施例２）
本発明の請求項２記載の実施例２について、図面を参照しながら説明する。なお、実施例１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
図５において、３２は基準電圧記憶手段Ａそして３３は基準電圧記憶手段Ｂで、それぞれ基準電圧ｄ１，ｄ２（ｄ１＜ｄ２）が記憶されている。３４は基準電圧選択手段であり、上死点位置比較信号により基準電圧ｄ１あるいはｄ２を選択し、波形生成手段Ａ３１に出力する。
【００３８】
つぎに、上記構成の振動型圧縮機について、図４，図６を参照しながらその動作を説明する。
【００３９】
ステップ２０１では、図３に示すステップ１と同じ動作をおこなう。すなわち振動圧縮機が起動し冷却運転に入る。また、ステップ２０２も図３に示すステップ２と同じ動作をおこなう。すなわち、変位検知器２１からの前記ピストン１４のアナログ位置信号がＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、上死点位置演算手段２８に入力しこの信号は圧縮室１７に面したピストン１４の上端位置を示す。これをＡとする。電源投入直後はＡを０とする。
【００４０】
つぎに、ステップ２０３も図３に示すステップ３と同じ動作をおこないピストン１４の上端位置の最大値である上死点位置Ｂを算出する。
【００４１】
ステップ２０４において、基準電圧選択手段３４が、上死点位置比較手段２９からの上死点位置Ｂとあらかじめ設定された上死点基準値Ｃの差である上死点位置比較信号の絶対値｜Ｃ−Ｂ｜とあらかじめ設定しておく上死点比較基準値Ｅとを比較して｜Ｃ−Ｂ｜≦Ｅならば、ステップ２０５に進み電圧が小さい方の基準電圧Ｄ＝ｄ１を選択する。また、｜Ｃ−Ｂ｜＞Ｅならば、ステップ２０６に進み大きい方の基準電圧Ｄ＝ｄ２を選択する。
【００４２】
つぎに、ステップ２０７とステップ２０８において、上死点位置比較信号により、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより大きい場合はステップ２０９に進み、図４のサイクル２ｂに示すようにインバータ出力電圧Ｖを基準電圧Ｄだけ大きくするように前記波形生成手段Ａ３１が前記ベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。また、上死点基準値Ｃと上死点位置Ｂが同じ場合はステップ２１０に進み、図４のサイクル４ｂに示すようにインバータ出力電圧Ｖは現在出力電圧を保持する。また、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより小さい場合はステップ２１１に進み、図４のサイクル６ｂに示すように、インバータ出力電圧Ｖを基準電圧Ｄだけ小さくするように前記波形生成手段Ａ３１がベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。そして、外気温，電源電圧，負荷の外部条件変化が大きいとき、たとえば電源投入直後等は、上死点位置と上死点基準値との差｜Ｃ−Ｂ｜が大きいためステップ２０６で前記基準電圧選択手段３４は大きい基準電圧値ｄ２を選択する。このため、ステップ２０９でインバータ回路２５の出力電圧の増加量が大きくなり、速やかに上死点位置と上死点基準値との差が小さくなる。
【００４３】
したがって、この実施例の場合、外気温，電源電圧，負荷の外部条件変化が大きいときには、上死点位置を上死点基準位置に近づけるためのインバータ回路２５の出力電圧を増減する基準電圧値を大きくすることにより迅速に上死点位置を上死点基準位置に近づけることができ冷却効果をあげることができる。
【００４４】
（実施例３）
本発明の請求項３記載の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、実施例１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
図７において変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号は前記Ａ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、上死点位置演算手段２８に入力されるとともに、ストローク演算手段３５に入力される。３６はストローク基準値設定手段であり、ピストン１４のストローク基準値を設定する。３７はストローク比較手段であり、ストロークとストローク基準値との差であるストローク比較信号を出力する。
【００４６】
３８は圧縮期間波形生成手段で上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、インバータ回路２５の圧縮期間の出力電圧最大値をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、逆に上死点位置より上死点基準値の方が小さい場合、圧縮期間の出力電圧最大値をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるべくベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００４７】
３９は膨張期間波形生成手段であり、ストローク比較信号によりストロークよりストローク基準値の方が大きい場合、インバータ回路２５の膨張期間の出力電圧最大値をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、ストロークよりストローク基準値の方が小さい場合、膨張期間の出力電圧最大値をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるべくベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００４８】
ここで圧縮期間の出力電圧最大値とは、前記ピストン１４を圧縮方向に運動させる出力電圧の最大値であり、膨張期間の出力電圧最大値とは、ピストン１４を膨張方向に運動させる出力電圧の最大値である。
【００４９】
４０はインバータ制御手段Ｂであり、ベースドライブ回路２６，圧縮期間波形生成手段３８，膨張期間波形生成手段３９とから構成されている。
【００５０】
つぎに、上記構成の振動型圧縮機１０について、図８と図９を参照しながらその動作を説明する。
【００５１】
図８において、ステップ３０１は図３に示すステップ１と同じ動作であり、振動圧縮機が起動し冷却運転に入る。
【００５２】
つぎに、ステップ３０２において、前記変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号がＡ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、上死点位置演算手段２８およびストローク演算手段３５に入力される。この信号は圧縮室１７に面した前記ピストン１４の上端位置を示しており、これをＡとする。電源投入直後はＡを０とする。
【００５３】
つぎに、ステップ３０３において、上死点位置演算手段２８内で図９のサイクル３１ａに示すようにピストン１４の上端位置の最大値である上死点位置Ｂを算出する。
【００５４】
つぎに、ステップ３０４において、ストローク演算手段３５内で図９のサイクル３１ａに示すようにピストン１４の上端位置の最大値と最小値からピストン１４のストロークＦを算出する。
【００５５】
ステップ３０５とステップ３０６において、上死点位置演算手段２８からの上死点位置Ｂとあらかじめ設定された上死点基準値Ｃの差である上死点位置比較信号により、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより大きい場合はステップ３０７に進み、圧縮期間の出力電圧最大値を基準電圧Ｄだけ大きくするように圧縮期間波形生成手段３８がベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００５６】
また、上死点基準値Ｃと上死点位置Ｂが同じ場合はステップ３０８に進み、圧縮期間の出力電圧最大値は現在の出力電圧を保持する。
【００５７】
また、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより小さい場合はステップ３０９に進み、圧縮期間の出力電圧最大値を基準電圧Ｄだけ小さくするように圧縮期間波形生成手段３８がベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００５８】
つぎに、ステップ３１０とステップ３１１において、ストローク演算手段３５からのストロークとストローク基準値Ｇの差であるストローク比較信号により、ストローク基準値Ｇの方がストロークＦより大きい場合はステップ３１２に進み、膨張期間の出力電圧最大値を基準電圧Ｄだけ大きくするように膨張期間波形生成手段３９がベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００５９】
また、ストローク基準値ＧとストロークＦが同じ場合はステップ３１３に進み、膨張期間の出力電圧振幅は現在の出力電圧を保持する。
【００６０】
また、ストローク基準値Ｇの方がストロークＦより小さい場合はステップ３１４に進み、膨張期間の出力電圧最大値を基準電圧Ｄだけ小さくするように膨張期間波形生成手段３８が前記ベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００６１】
そして、外部条件が変化した時、たとえば外気温が急に低くなると前記圧縮室１７内の圧力は低下し、圧縮室１７がガスバネと共振バネ２０のバランスにおいて共振バネ２０の方が強くなることにより、ピストンストロークＦが大きくなる。つまり図９のサイクル３２ａに示すように、ストロークＦの方がストローク基準値Ｇより大きくなり、あわせて上死点位置Ｂも上死点基準値Ｃを越えることが有りうる。その場合ステップ３０６からステップ３０９に進み、サイクル３３ｂに示すように圧縮期間の出力電圧最大値ＶＨを基準電圧Ｄだけ小さくする。このため、ピストン１４は上死点基準値に等しい上死点位置で動作するが、サイクル３３ａに示すようにストロークＦがストローク基準値Ｇを越えたままである。
【００６２】
したがって、ステップ３１１からステップ３１４に進み、サイクル３４ｂに示すように、膨張期間の出力電圧最大値を基準電圧Ｄだけ小さくする。この場合、サイクル３４ａに示すようにストロークＦがストローク基準値Ｇを越えたままである場合は、サイクル３５ｂに示すように、膨張期間の出力電圧最大値をさらに基準電圧Ｄだけ小さくする。そして、再び、ピストン１４はサイクル３５ａに示すように、ストロークＦがストローク基準値Ｇに等しく、上死点位置Ｂが上死点基準値Ｃに等しい安定した動作を継続する。
【００６３】
したがって、この実施例の場合、外気温，電源電圧，負荷の外部条件変化時においても、上死点位置比較信号により上死点位置より上死点基準値の方が大きい場合、インバータ回路２５の圧縮期間の出力電圧最大値をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、上死点位置より上死点基準値の方が小さい場合、圧縮期間の出力電圧振幅をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させてピストン１４の上死点を常に上死点基準位置に保持するとともに、前記ストローク比較信号により前記ストロークより前記ストローク基準値の方が大きい場合、インバータ回路の膨張期間の出力電圧最大値をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、ストロークよりストローク基準値の方が小さい場合、膨張期間の出力電圧最大値をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させることによりピストン１４のストロークを常にストローク基準値に保持し、かつストローク基準値を可変できるため、ピストンのオーバーストロークと効率の低下を防止し、あわせて冷凍能力の可変制御が可能となる。
【００６４】
（実施例４）
本発明の請求項４記載の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、実施例１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１０に示す電気回路について説明する。４１は波形記憶手段でピストン移動１周期内の負荷が大きい期間はインバータ回路２５の出力電圧の振幅を大きくし、１周期内の負荷が小さい期間はインバータ回路２５の出力電圧の振幅を小さくする出力電圧波形を記憶している。この出力電圧波形をさらに詳しく説明すると図１２において、インバータ出力電圧のＶＨの振幅側が振動圧縮機１０の圧縮期間で、ＶＬの振幅側が振動圧縮機１０の膨張期間である。そして、負荷トルクが最も大きくなるのは圧縮期間終了直前であるため、圧縮期間の出力電圧ピーク値が圧縮期間終了直前にある波形にし、振動圧縮機１０の１周期内の負荷トルクに応じた駆動トルクを発生させる。
【００６６】
ここで、負荷トルクは〔環状コイル１３，ピストン１４等の質量を動かすのに必要な力〕と〔共振バネ２０を動かすのに必要な力〕と〔冷媒ガスに対してピストン１４を動かすのに必要な力〕との総計であり、駆動トルクは永久磁石１２と環状コイル１３とからピストン１４に与えられる駆動力である。
【００６７】
４２はインバータ制御手段Ｃで波形記憶手段４１と波形生成手段Ｂ４３とベースドライブ回路２６とにより構成されている。そして波形生成手段Ｂ４３は上死点位置比較信号により、上死点位置より上死点基準値の方が大きい場合、波形記憶手段４１が記憶する出力電圧波形の振幅をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、上死点位置より上死点基準値の方が小さい場合、基準電圧値分ずつ減少させるようにベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００６８】
つぎに、上記構成の振動型圧縮機１０について図１１と図１２を参照してその動作を説明する。
【００６９】
図１１においてステップ４０１は図３に示すステップ１と同じ動作であり、交流電源２２が投入され振動圧縮機１０が起動し冷却運転に入る。
【００７０】
つぎに、ステップ４０２も図３に示すステップ２と同じ動作をおこなう。すなわち、変位検知器２１からのピストン１４のアナログ位置信号が前記Ａ／Ｄ変換器２７を介してデジタル信号に変換され、上死点位置演算手段２８に入力される。この信号は圧縮室１７に面したピストン１４の上端位置を示しており、これをＡとする。電源投入直後はＡを０とする。
【００７１】
つぎに、ステップ４０３において、上死点位置演算手段２８内で図１２のサイクル１ａに示すようにピストン１４の上端位置の最大値である上死点位置Ｂを算出する。
【００７２】
ステップ４０４とステップ４０５において、上死点位置比較手段２９からの上死点位置Ｂとあらかじめ設定された上死点基準値Ｃの差である上死点位置比較信号により、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより大きい場合はステップ４０６に進み、図１２のサイクル４２ｂに示すように波形記憶手段４１が記憶する出力電圧波形の振幅を基準電圧Ｄだけ大きくするように波形生成手段Ｂ４３が前記ベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００７３】
また、上死点基準値Ｃと上死点位置Ｂが同じ場合はステップ４０７に進み、図１２のサイクル４４ｂに示すようにインバータ出力電圧Ｖは現在出力電圧を保持する。
【００７４】
また、上死点基準値Ｃの方が上死点位置Ｂより小さい場合はステップ４０８に進み、図１２のサイクル４６ｂに示すように、インバータ出力電圧Ｖを基準電圧Ｄだけ小さくするように波形生成手段Ｂ４３がベースドライブ回路２６に波形信号を出力する。
【００７５】
したがって、この実施例の場合、波形記憶手段４１が記憶する出力電圧波形により振動型圧縮機１０の１周期内の負荷が大きい期間は前記インバータ回路２５の出力電圧の振幅を大きくし、１周期内の負荷が小さい期間はインバータ回路２５の出力電圧の振幅を小さくすることにより、振動型圧縮機１０の１周期内の負荷トルクに応じた駆動トルクを発生させて高効率化を実現できる。
【００７６】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記上死点位置とあらかじめ設定した上死点基準値との差である上死点位置比較信号を出力する上死点位置比較手段と、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の出力電圧をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ａとを設けることにより、外気温，電源電圧，負荷の外部条件が変化しても、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の出力電圧を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点基準値の方が小さい場合、前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させて、前記ピストンの上死点を常に基準位置に保持することにより、前記ピストンのオーバーストロークによる弁の破損を防止することができる。
また、ピストンの上死点位置と上死点基準位置との差の大小に応じて、複数の基準電圧から最適基準電圧を選択しインバータ回路の出力電圧を増減させるので、外気温，電源電圧，負荷の外部条件変化が大きい場合でも、迅速に前記上死点位置を前記上死点基準位置に合わせることができるため、ピストンのオーバーストロークによる弁の破損を防止できるとともに、冷却効果をあげることができる。
【００７８】
また、請求項２記載の発明によれば、吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記変位検知器からのピストン位置信号からピストンの上死点位置を演算する上死点位置演算手段と、前記上死点位置とあらかじめ設定した上死点基準値との差である上死点位置比較信号を出力する上死点位置比較手段と、前記ピストン位置信号からピストンのストロークを演算するストローク演算手段と、前記ピストンのストローク基準値を設定するストローク基準値設定手段と、前記ストロークと前記ストローク基準値との差であるストローク比較信号を出力するストローク比較手段と、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるとともに、前記ストローク比較信号により前記ストロークより前記ストローク基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記ストロークより前記ストローク基準値の方が小さい場合、膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ｂとを設けることにより、外気温，電源電圧，負荷の外部条件が変化しても、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記圧縮期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させて前記ピストンの上死点を常に前記上死点基準位置に保持するとともに、前記ストローク比較信号により前記ストロークより前記ストローク基準値の方が大きい場合、前記インバータ回路の膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記ストロークより前記ストローク基準値の方が小さい場合、膨張期間の出力電圧最大値を前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させることにより前記ピストンのストロークを常に前記ストローク基準値に保持し、かつ前記ストローク基準値を可変できるため、ピストンのオーバーストロークによる弁の破損を防止するとともに、冷凍能力の可変制御が可能となる。
【００７９】
また、請求項３記載の発明によれば、吸入弁と吐出弁が設けられた筒状体のシリンダと、前記シリンダ周囲に環状に配設された磁石と、前記磁石に対向して設置するとともに前記磁石に作用して前記シリンダの軸方向に移動するコイルと、前記コイルに連結され前記シリンダ内を軸方向に移動するピストンと、前記ピストンに連結した共振バネと、前記ピストンの軸方向に連結した変位検知器と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、トランジスタ等をスイッチングすることによって直流を交流に変換し前記コイルに電圧印加するインバータ回路と、前記ピストン移動１周期内の負荷が大きい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を大きくし、１周期内の負荷が小さい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を小さくする出力電圧波形を記憶させる波形記憶手段と波形生成手段とともに、前記上死点位置比較信号により前記上死点位置より前記上死点基準値の方が大きい場合、前記出力電圧振幅をあらかじめ設定した基準電圧値分ずつ増加させ、前記上死点位置より前記上死点基準値の方が小さい場合、前記あらかじめ設定した基準電圧値分ずつ減少させるインバータ制御手段Ｃとを設けることにより、前記波形記憶手段が記憶する出力電圧波形により前記ピストン運動の１周期内の負荷が大きい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を大きくし、１周期内の負荷が小さい期間は前記インバータ回路の出力電圧の振幅を小さくすることを波形生成手段Ｂからベースドライブ回路を介して前記ピストン運動の１周期内の負荷トルクと駆動トルクを一致させ、ピストンのオーバーストロークによる弁破損を防止するとともに、圧縮機の信頼性の向上とあわせ冷却性能の高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す振動型圧縮機の断面図
【図２】本発明の実施例１を示す振動型圧縮機の電気回路図
【図３】同動作フローチャート
【図４】同動作タイミングチャート
【図５】本発明の実施例２を示す振動型圧縮機の電気回路図
【図６】同動作フローチャート
【図７】本発明の実施例３を示す振動型圧縮機の電気回路図
【図８】同フローチャート
【図９】同動作タイミングチャート
【図１０】本発明の実施例４を示す振動型圧縮機の電気回路図
【図１１】同動作フローチャート
【図１２】同動作タイミングチャート
【図１３】従来の振動形圧縮機搭載の冷凍サイクルと制御装置構成図
【符号の説明】
１０  振動型圧縮機
１１  シリンダ
１２  永久磁石
１３  環状コイル
１４  ピストン
１５  吸入弁
１６  吐出弁
１７  圧縮室
２０  共振バネ
２１  変位検知器
２３  コンバータ回路
２５  インバータ回路
２６  ベースドライブ回路
２８  上死点位置演算手段
２９  上死点位置比較手段
３０  インバータ制御手段Ａ
３２  基準電圧記憶手段Ａ
３３  基準電圧記憶手段Ｂ
３４  基準電圧選択手段
３５  ストローク演算手段
３６  ストローク基準値設定手段
３７  ストローク比較手段
３８  圧縮期間波形生成手段
３９  膨張期間波形生成手段
４０  インバータ制御手段Ｂ
４１  波形記憶手段
４２  インバータ制御手段Ｃ
４３  波形生成手段Ｂ
【図１】
0003814328.tif 000002
【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】
0003814328.tif 000009
【図９】
0003814328.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003814328.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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