JP2006046219A - 圧縮機及び圧縮機の制御装置及び制御方法並びに空調機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率を低減させることなく、ピストンを駆動する周波数を可変にし、以って圧縮機の能力を可変にすることが目的とされる。
【解決手段】圧縮機２ａは、ピストン２１、シリンダ２２、モータ２３及び制動部２４を備える。ピストン２１は、シリンダ２２で気体を吸入、圧縮可能に、シリンダ２２内で可動である。モータ２３は、固定部２３１，２３２及び可動部２３３を有する。可動部２３３には、駆動する力が生じる。制動部２４は、固定部２４１，２４２及び可動部２４３を有する。可動部２４３には、制動する力が生じる。可動部２３３，２４３及びピストン２１は相互に連動するので、ピストン２１は、可動部２３３，２４３に生じる力によってそれぞれ駆動、制動される。換言すれば、ピストン２１は、モータ２３からエネルギーが供給され、発電機２４によってエネルギーが回収される。
【選択図】図１

Description

この発明は、圧縮機及び圧縮機の制御装置及び制御方法並びに空調機及びその制御方法に関する。

圧縮機には、ロータリー圧縮機やスクロール圧縮機等の回転型圧縮機や、レシプロ圧縮機などがある。回転型圧縮機は、回転子を備え、これを回転させてシリンダ内の気体を圧縮する。回転子の回転数を可変にすることで、圧縮能力を可変にできる。レシプロ圧縮機は、ピストンを備え、これを往復運動させてシリンダ内の気体を圧縮する。

レシプロ圧縮機であるリニア圧縮機では、バネ等の弾性を有する機構がピストンに設けられ、リニアモータによってピストンに駆動力が与えられる。当該機構の弾性定数は通常固定値であり、これを設けたピストンは、当該機構の弾性定数や、圧縮される気体の弾性、ピストンの質量から求まる唯一の共振周波数を持つ。従って、リニアモータの駆動力によってピストンが共振周波数で往復運動することが、圧縮機の効率を良くするという点から望まれる。

一方、リニア圧縮機では、圧縮能力を可変にすることも望まれる。例えば、回転型圧縮機と同様にピストンの振動周波数を可変にすることで圧縮能力を可変にできる。しかし、振動周波数が共振周波数と異なるほどに、圧縮機の効率が低下する。

よって、リニア圧縮機のような弾性を有する機構を備えたレシプロ圧縮機では、振動周波数に共振周波数を採用することで圧縮機の効率の低下を抑え、ピストンが振動するときの振幅を可変にすることで圧縮能力を可変にしていた。

なお、本発明に関連する技術を以下に示す。特許文献１〜４では、圧縮機の効率を向上する技術や、ピストンがシリンダに衝突することを防止する技術が開示されている。また、特許文献５，６では、ピストンの振動周波数を共振周波数に一致させて、圧縮機の効率を向上させる技術が開示されている。

特開昭６３−２５１７６２号公報 特開２００２−１６１８６３号公報 特開２００２−３１７７６１号公報 特開２００３−１３８６４号公報 特開平９−１１２４３８号公報 特開２０００−２５３６３９号公報

しかしながら、ピストンの振動の中心を固定した状態でピストンの振幅を可変にすると、振幅が小さい場合に圧縮能力が著しく低下する。そこで、ピストンの振動の中心を圧縮方向側に移動することで、圧縮能力の低下を回避していた。このような技術は、例えば特許文献２に開示されている。

ところが、ピストンの振動の中心を移動させる場合には、弾性を有する機構に対して力を働かせるためのエネルギーが必要とされる。よって、圧縮機の効率が低下する可能性があった。また、このような制御は複雑であって、コストが増大する可能性もあった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、効率を低下させることなく、ピストンを駆動する周波数を可変にし、以って圧縮機の能力を可変にすることが目的とされる。

この発明の請求項１にかかる圧縮機は、シリンダ（２２）と、前記シリンダで気体を吸入、圧縮可能に可動なピストン（２１）と、前記ピストンにエネルギーを供給するモータ（２３）と、前記ピストンからエネルギーを電気として回収する制動部（２４）とを備える。

この発明の請求項２にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１記載の圧縮機（２ａ）において、前記ピストン（２１）の運動を制御する装置（１ａ）であって、前記モータ（２３）及び前記制動部（２４）の各々を制御する制御部（１１ａ）を有し、前記制御部には、前記ピストンが移動する限界の位置として死点（Ｌ１，Ｌ２）が与えられ、前記制御部は、前記ピストンの位置（Ｌ（ｔ））と前記速度（ｖ（ｔ））とを検出し、これらに基づいて前記ピストンの前記速度がゼロになる予測位置（Ｌ０）を求め、前記モータによる前記エネルギーの供給量及び前記制動部による前記エネルギーの回収量の少なくとも一方を調節して、前記予測位置を前記死点に一致させる。

この発明の請求項３にかかる圧縮機の制御装置は、請求項２記載の圧縮機の制御装置であって、前記制御部（１１ａ）は、前記予測位置（Ｌ０）が前記死点（Ｌ１，Ｌ２）と一致する場合には、前記予測位置を求めた時点（ｔ１）での前記供給量及び前記回収量を維持し、前記予測位置が前記死点を越える場合には、前記供給量を前記時点よりも減少させること及び前記回収量を前記時点よりも増加させることの少なくとも一方を行い、前記予測位置が前記死点に至らない場合には、前記供給量を前記時点よりも増加させること及び前記回収量を前記時点よりも減少させることの少なくとも一方を行う。

この発明の請求項４にかかる圧縮機の制御装置は、請求項２または請求項３記載の圧縮機の制御装置であって、インバータ（１２）を更に有し、前記制御部（１１ａ）は、交流電圧指令値（Ｓ１）を前記インバータに与え、前記インバータは、前記交流電圧指令値に基づいて所望の交流電圧を前記モータ（２３）に供給する。

この発明の請求項５にかかる圧縮機の制御装置は、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置であって、前記位置（Ｌ（ｔ））を検出する位置センサ（１３）を更に有し、前記制御部（１１ａ）は、前記位置（Ｌ（ｔ１））を検出してから、所定の時間（Δｔ）経過後に前記ピストン（２１）の新たな位置（Ｌ（ｔ１＋Δｔ））をさらに検出し、前記新たな位置と前記位置との差を前記所定の時間で除した平均速度（ｖａ（ｔ１））を、前記速度（ｖ（ｔ１））として求める。

この発明の請求項６にかかる圧縮機の制御装置は、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置であって、前記制動部は発電機（２４）であり、前記制御部（１１ａ）は、前記発電機で誘起される交流電圧（Ｖｉ（ｔ））に基づいて、前記位置（Ｌ（ｔ））及び前記速度（ｖ（ｔ））を求める。

この発明の請求項７にかかる圧縮機の制御装置は、請求項２乃至請求項６のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置であって、蓄電部（１４）を更に有し、前記制動部は発電機（２４）であり、前記蓄電部は、前記発電機で回収される前記エネルギーを電気として蓄電する。

この発明の請求項８にかかる圧縮機の制御装置は、請求項７記載の圧縮機の制御装置であって、前記蓄電部（１４）は、コンバータ（１４１）と、コンデンサ（Ｃ）とを有し、前記コンバータは、前記ピストン（２１）の前記エネルギーを回収する際に前記制動部（２４）で誘起された交流電圧（Ｖｉ（ｔ））を所望の直流電圧に変換し、前記直流電圧によって前記コンデンサを充電する。

この発明の請求項９にかかる圧縮機の制御装置は、請求項２乃至請求項８のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置であって、前記シリンダ（２２）から前記気体を吐出する時の前記ピストン（２１）の速度（ｖ（ｔ））は、前記気体を吸入する時の前記ピストンの速度（ｖ（ｔ））と異なる。

この発明の請求項１０にかかる空調機は、請求項１記載の圧縮機（２ａ）と、請求項２乃至請求項９のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置（１ａ）とを有する。

この発明の請求項１１にかかる圧縮機は、シリンダ（２２）と、前記シリンダで気体を吸入、圧縮可能に可動なピストン（２１）と、前記ピストンの駆動および制動を切り換えて行うモータ（２３）とを備える。

この発明の請求項１２にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１１記載の圧縮機（２ｃ）において、前記ピストン（２１）の運動を制御する装置（１ｃ）であって、前記モータ（２３）が前記ピストンに対して行う仕事を調節する制御部（１１ｃ）を有し、前記制御部には、前記ピストンが移動する限界の位置として死点（Ｌ１，Ｌ２）が与えられ、前記制御部は、前記ピストンの位置（Ｌ（ｔ））と速度（ｖ（ｔ））とを検出し、これらに基づいて前記ピストンの速度がゼロになる予測位置（Ｌ０）を求め、前記仕事を調節して、前記予測位置を前記死点に一致させる。

この発明の請求項１３にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１２記載の圧縮機の制御装置であって、前記制御部（１１ｃ）は、前記予測位置（Ｌ０）が前記死点（Ｌ１，Ｌ２）と一致する場合には、前記予測位置を求めた時点（ｔ１）での前記仕事を維持し、前記予測位置が前記死点を越える場合には、前記仕事を前記時点よりも減少させ、前記予測位置が前記死点に至らない場合には、前記仕事を前記時点よりも増加させる。

この発明の請求項１４にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１２または請求項１３記載の圧縮機の制御装置であって、インバータ（１５１）を更に有し、前記制御部（１１ｃ）は、交流電圧指令値（Ｓ１）を前記インバータに与え、前記インバータは、前記交流電圧指令値に基づいて所望の交流電圧を前記モータ（２３）に供給する。

この発明の請求項１５にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１２乃至請求項１４のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置であって、前記位置（Ｌ（ｔ））を検出する位置センサ（１３）を更に有し、前記制御部（１１ｃ）は、前記位置（Ｌ（ｔ１））を検出してから、所定の時間（Δｔ）経過後に前記ピストン（２１）の新たな位置（Ｌ（ｔ１＋Δｔ））をさらに検出し、前記新たな位置と前記位置との差を前記所定の時間で除して平均速度（ｖａ（ｔ１））を、前記速度（ｖ（ｔ１））として求める。

この発明の請求項１６にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１２乃至請求項１５のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置であって、前記モータ（２３）に対して電気を供給する第１期間（Ｔ１）と、前記モータに対して前記電気を供給しない第２期間（Ｔ２）とを設定し、前記制御部（１１ｃ）は、前記第１期間で、前記モータに前記ピストン（２１）へエネルギーを供給させ、前記第２期間で、前記モータに前記ピストンからエネルギーを回収させる。

この発明の請求項１７にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１６記載の圧縮機の制御装置であって、蓄電部（１５）を更に有し、前記第２期間（Ｔ２）で回収されるエネルギーを電気として蓄電する。

この発明の請求項１８にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１７記載の圧縮機の制御装置であって、前記蓄電部（１５）は、コンバータ（１５１）と、コンデンサ（Ｃ）とを有し、前記コンバータは、前記ピストン（２１）の前記エネルギーを回収する際に前記モータ（２３）で誘起された交流電圧（Ｖｉ（ｔ））を所望の直流電圧に変換し、前記直流電圧によって前記コンデンサを充電する。

この発明の請求項１９にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１６乃至請求項１８のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置であって、前記制御部（１１ａ）は、前記第２期間（Ｔ２）では、前記モータ（２３）で誘起される交流電圧（Ｖｉ（ｔ））に基づいて前記位置（Ｌ（ｔ））及び前記速度（ｖ（ｔ））を求める。

この発明の請求項２０にかかる圧縮機の制御装置は、請求項１２乃至請求項１９のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置であって、前記シリンダ（２２）から前記気体を吐出する時の前記ピストン（２１）の速度（ｖ（ｔ））は、前記気体を吸入する時の前記ピストンの速度（ｖ（ｔ））と異なる。

この発明の請求項２１にかかる空調機は、請求項１１記載の圧縮機（２ｃ）と、請求項１２乃至請求項２０のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置（１ｃ）とを有する。

この発明の請求項２２にかかる圧縮機の制御方法は、請求項１記載の圧縮機（２ａ）において、前記ピストン（２１）の運動を制御する方法であって、（ａ）前記ピストンが移動する限界の位置として死点（Ｌ１，Ｌ２）を設け、（ｂ）前記ピストンの位置（Ｌ（ｔ））と前記速度（ｖ（ｔ））を検出し、これらに基づいて前記ピストンの前記速度がゼロになる予測位置（Ｌ０）を求め、（ｃ）前記モータによる前記エネルギーの供給量及び前記制動部による前記エネルギーの回収量の少なくとも一方を調節して、前記予測位置を前記死点に一致させる。

この発明の請求項２３にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２２記載の圧縮機の制御方法であって、前記ステップ（ｃ）では、前記予測位置（Ｌ０）が前記死点（Ｌ１，Ｌ２）と一致する場合には、前記予測位置を求めた時点（ｔ１）での前記供給量及び前記回収量を維持し、前記予測位置が前記死点を越える場合には、前記供給量を前記時点よりも減少させること及び前記回収量を前記時点よりも増加させることの少なくとも一方を行い、前記予測位置が前記死点に至らない場合には、前記供給量を前記時点よりも増加させること及び前記回収量を前記時点よりも減少させることの少なくとも一方を行う。

この発明の請求項２４にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２２または請求項２３記載の圧縮機の制御方法であって、前記ステップ（ｃ）では、交流電圧指令値（Ｓ１）に基づいて所望の交流電圧を前記モータ（２３）に供給する。

この発明の請求項２５にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２４記載の圧縮機の制御方法であって、前記制動部は発電機（２４）であり、前記ピストン（２１）の前記エネルギーを回収する際に前記発電機で誘起された交流電圧（Ｖｉ（ｔ））を所望の直流電圧に変換し、前記ステップ（ｃ）では、前記所望の交流電圧は、前記交流電圧指令値（Ｓ１）に基づいて前記所望の直流電圧を変換して得られる。

この発明の請求項２６にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２２乃至請求項２５のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法であって、前記ステップ（ｂ）では、前記位置（Ｌ（ｔ１））を検出してから、所定の時間（Δｔ）経過後に前記ピストン（２１）の新たな位置（Ｌ（ｔ１＋Δｔ））をさらに検出し、前記新たな位置と前記位置との差を前記所定の時間で除した平均速度を（ｖａ（ｔ１））、前記速度（ｖ（ｔ１））として求める。

この発明の請求項２７にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２２乃至請求項２５のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法であって、前記制動部は発電機（２４）であって、前記ステップ（ｂ）では、前記発電機で誘起される交流電圧（Ｖｉ（ｔ））に基づいて、前記位置（Ｌ（ｔ））及び前記速度（ｖ（ｔ））を求める。

この発明の請求項２８にかかる圧縮機の制御方法は、請求項１１記載の圧縮機（２ｃ）において、前記ピストン（２１）の運動を制御する方法であって、（ａ）前記ピストンが移動する限界の位置として死点（Ｌ１，Ｌ２）を設け、（ｂ）前記ピストンの位置（Ｌ（ｔ））と速度（ｖ（ｔ））とを検出し、これらに基づいて前記ピストンの速度がゼロになる予測位置（Ｌ０）を求め、（ｃ）前記モータ（２３）が前記ピストンに対して行う仕事を調節して、前記予測位置を前記死点に一致させる。

この発明の請求項２９にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２８記載の圧縮機の制御方法であって、前記ステップ（ｃ）では、前記予測位置（Ｌ０）が前記死点（Ｌ１，Ｌ２）と一致する場合には、前記予測位置（ｔ１）を求めた時点での前記仕事を維持し、前記予測位置が前記死点を越える場合には、前記仕事を前記時点よりも減少させ、前記予測位置が前記死点に至らない場合には、前記仕事を前記時点よりも増加させる。

この発明の請求項３０にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２８または請求項２９記載の圧縮機の制御方法であって、前記ステップ（ｂ）では、前記位置（Ｌ（ｔ１））を検出してから、所定の時間（Δｔ）経過後に前記ピストン（２１）の新たな位置（Ｌ（ｔ１＋Δｔ））をさらに検出し、前記新たな位置と前記位置との差を前記所定の時間で除して平均速度（ｖａ（ｔ１））を、前記速度（ｖ（ｔ１））として求める。

この発明の請求項３１にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２８乃至請求項３０のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法であって、前記モータ（２３）に対して電気を供給する第１期間（Ｔ１）と、前記モータに対して前記電気を供給しない第２期間（Ｔ２）とを設定し、前記ステップ（ｃ）では、前記第１期間で、前記モータによって前記ピストン（２１）へエネルギーを供給し、前記第２期間で、前記モータによって前記ピストンからエネルギーを回収する。

この発明の請求項３２にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２８乃至請求項３１のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法であって、前記ステップ（ｃ）では、交流電圧指令値（Ｓ１）に基づいて所望の交流電圧を前記モータ（２３）に供給する。

この発明の請求項３３にかかる圧縮機の制御方法は、請求項３２記載の圧縮機の制御方法であって、前記ピストン（２１）の前記エネルギーを回収する際に前記モータ（２３）で誘起された交流電圧（Ｖｉ（ｔ））を所望の直流電圧に変換し、前記ステップ（ｃ）では、前記所望の交流電圧は、前記交流電圧指令値（Ｓ１）に基づいて前記所望の直流電圧を変換して得られる。

この発明の請求項３４にかかる圧縮機の制御方法は、請求項３１乃至請求項３３のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法であって、前記ステップ（ｂ）では、前記第２期間（Ｔ２）においては、前記モータ（２３）で誘起される交流電圧（Ｖｉ（ｔ））に基づいて前記位置（Ｌ（ｔ））及び前記速度（ｖ（ｔ））を求める。

この発明の請求項３５にかかる圧縮機の制御方法は、請求項２２乃至請求項３４のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法であって、前記シリンダ（２２）から前記気体を吐出する時の前記ピストン（２１）の速度（ｖ（ｔ））は、前記気体を吸入する時の前記ピストンの速度（ｖ（ｔ））と異なる。

この発明の請求項３６にかかる空調機の制御方法は、請求項２２乃至請求項３５のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法を用いて、自身が備える前記圧縮機を制御することを特徴とする。

この発明の請求項１にかかる圧縮機によれば、ピストンが、モータによって駆動され、制動部によって制動される。このため、弾性定数を持った機構を設けた圧縮機のように共振現象を用いることがない。よって、効率を低下させることなくピストンを駆動する周波数を可変にし、以って圧縮機の能力を可変にできる。

この発明の請求項２にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２２にかかる圧縮機の制御方法によれば、ピストンが有するエネルギーを調節することで、ピストンを精度良く死点に導く。従って、ピストンがシリンダに衝突すること、もしくはピストンがシリンダから抜け落ちることが回避される。

この発明の請求項３にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２３にかかる圧縮機の制御方法によれば、予測位置が死点に一致する。

この発明の請求項４にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２４にかかる圧縮機の制御方法によれば、モータに所望の交流電圧を供給することで、ピストンに所望のエネルギーが供給される。

この発明の請求項５または請求項６にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２６または請求項２７にかかる圧縮機の制御方法によれば、ピストンの位置と速度とが検出されるので、請求項２乃至請求項４のいずれか一つにかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２２乃至請求項２５のいずれか一つにかかる圧縮機の制御方法に適用できる。

この発明の請求項７にかかる圧縮機の制御装置によれば、制動部で回収されたエネルギーは、蓄電部を介して、例えばモータからのエネルギー供給に再利用される。よって、効率良く圧縮機が制御される。

この発明の請求項８にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２５にかかる圧縮機の制御方法によれば、コンデンサに充電された電気を例えばインバータに供給することで、モータを駆動できる。すなわち、制動部で回収されたエネルギーが、例えばモータからのエネルギー供給に再利用される。よって、効率良く圧縮機が制御される。

この発明の請求項９または請求項２０にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項３５にかかる圧縮機の制御方法によれば、吐出時のピストンの速度を吸入時より遅くすることで、気体が吐出される際のエネルギー損失が低減され、以ってより効率良く圧縮機が制御される。しかも、請求項２乃至請求項８及び請求項１２乃至請求項１９のいずれか一つにかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２２乃至請求項３４のいずれか一つにかかる圧縮機の制御方法で、気体の吸入時のピストンの速度を制御することで、ピストンの駆動する周波数を所望の値にできる。

あるいは、吸入時のピストンの速度を吐出時より遅くすることで、気体が吸入される際のエネルギー損失が低減され、以ってより効率良く圧縮機が制御される。しかも、請求項２乃至請求項８及び請求項１２乃至請求項１９のいずれか一つにかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２２乃至請求項３４のいずれか一つにかかる圧縮機の制御方法で、気体の吐出時のピストンの速度を制御することで、ピストンの駆動する周波数を所望の値にできる。

この発明の請求項１０または請求項２１にかかる空調機もしくは請求項３６にかかる空調機の制御方法によれば、圧縮機の能力を可変にでき、以って空調機の能力も可変にできる。

この発明の請求項１１にかかる圧縮機によれば、ピストンが、モータによって駆動及び制動される。このため、弾性定数を持った機構を設けた圧縮機のように共振現象を用いることがない。よって、効率を低下させることなくピストンを駆動する周波数を可変にし、以って圧縮機の能力を可変にできる。

この発明の請求項１２にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２８にかかる圧縮機の制御方法によれば、ピストンに対して行う仕事を調節することで、ピストンを精度良く死点に導く。従って、ピストンがシリンダに衝突すること、もしくはピストンがシリンダから抜け落ちることが回避される。

この発明の請求項１３にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２９にかかる圧縮機の制御方法によれば、予測位置が死点に一致する。

この発明の請求項１４にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項３２にかかる圧縮機の制御方法によれば、モータに所望の交流電圧を供給することで、ピストンに対して所望の仕事ができる。

この発明の請求項１５にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項３０にかかる圧縮機の制御方法によれば、ピストンの位置と速度とが検出されるので、請求項１２乃至請求項１４のいずれか一つにかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項２８または請求項２９にかかる圧縮機の制御方法に適用できる。

この発明の請求項１６にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項３１にかかる圧縮機の制御方法によれば、エネルギーの供給及び回収により、ピストンに対して行う仕事が調節される。

この発明の請求項１７にかかる圧縮機の制御装置によれば、モータで回収されたエネルギーは、蓄電部を介して、例えばモータからのエネルギー供給に再利用される。よって、効率良く圧縮機が制御される。

この発明の請求項１８にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項３３にかかる圧縮機の制御方法によれば、コンデンサに充電された電気を例えばインバータに供給することで、モータを駆動できる。すなわち、回収されたエネルギーが再利用され、以って効率良く圧縮機が制御される。

この発明の請求項１９にかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項３４にかかる圧縮機の制御方法によれば、ピストンの位置と速度とが検出されるので、請求項１６乃至請求項１８のいずれか一つにかかる圧縮機の制御装置もしくは請求項３１乃至請求項３３のいずれか一つにかかる圧縮機の制御方法に適用できる。

第１の実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかる圧縮機２ａ及びその制御装置１ａを概念的に示す。圧縮機２ａは、ピストン２１、シリンダ２２、モータ２３及び制動部２４を備える。制御装置１ａについては、第２の実施の形態で説明する。

シリンダ２２のシリンダヘッド２２１には、バルブ２７１，２７２が設けられ、配管２６１，２６２が接続される。バルブ２７１は、配管２６１から気体を吸入し、配管２６１への気体の排出を妨げる。バルブ２７２は、配管２６２に気体を排出し、配管２６１からの気体の吸入を妨げる。

ピストン２１は、シリンダ２２で気体を吸入、圧縮可能に、シリンダ２２内で可動である。具体的には、ピストン２１は、シリンダヘッド２２１とは反対方向に移動することで、バルブ２７１を開いてシリンダ２２内に気体を吸入する。このとき、バルブ２７２は閉じてシリンダ２２内への気体の流入が妨げられる。

また、ピストン２１は、シリンダヘッド２２１に向かって移動することで、シリンダ２２内の気体を圧縮する。このとき、バルブ２７１，２７２は閉じて、圧縮能力の低下を妨げる。そして、シリンダ２２内の気体の圧力が所定値に至ると、バルブ２７２が開いて、圧縮された気体がシリンダ２２から排出される。このとき、バルブ２７１は閉じて配管２６１への気体の流出を妨げる。

モータ２３は、固定部２３１，２３２及び可動部２３３を有し、例えばリニアモータである。可動部２３３は、固定部２３１，２３２の間でピストン２１の移動方向へ可動である。そして、モータ２３に交流電圧を印加することで、可動部２３３には、駆動する力が生じる。

制動部２４は、例えば発電機である。図１では制動部２４が発電機である場合が示されている。発電機２４は、固定部２４１，２４２及び可動部２４３を有し、その構成はモータ２３と同様である。ただし、その機能はモータ２３と異なる。すなわち、可動部２４３が、固定部２４１，２４２の間に生じる磁場内を往復移動することで、可動部２４３の速度に基づいて可動部２４３には交流電圧Ｖｉ（ｔ）が誘起される。このとき、可動部２４３の運動エネルギーが、電気エネルギーとして発電機２４に回収される。よって、可動部２４３には制動する力が生じる。

可動部２３３，２４３及びピストン２１は、軸２５によって一体化され、相互に連動する。従って、ピストン２１は、可動部２３３に生じる力によって駆動され、可動部２４３に生じる力によって制動される。換言すれば、ピストン２１は、モータ２３からエネルギーが供給され、発電機２４によってエネルギーが回収される。

上述した圧縮機２ａによれば、ピストン２１が、モータ２３によって駆動され、制動部２４によって制動される。このため、弾性定数を持った機構を設けた圧縮機のように共振現象を用いることがない。よって、効率を低下させることなくピストン２１を駆動する周波数を可変にし、以って圧縮機２ａの能力を可変にできる。

第２の実施の形態．
図１で示される制御装置１ａは、第１の実施の形態で説明した圧縮機２ａを制御する装置、とりわけピストン２１の運動を制御する装置であって、制御部１１ａ、インバータ１２、位置センサ１３、蓄電部１４、整流用ダイオード１６及び電源１７を備える。

図２は、ピストン２１の、時間ｔにおける位置Ｌ（ｔ）及び死点Ｌ１，Ｌ２を概念的に示す断面図である。ピストン２１の位置Ｌ（ｔ）は、例えばピストン２１の端面であってシリンダヘッド２２１側の位置とされ、図２ではこの場合が示されている。死点Ｌ１，Ｌ２は、ピストン２１が移動する限界の位置として設定される。具体的には、死点Ｌ１は、ピストン２１の圧縮時の限界の位置であって、シリンダヘッド２２１やバルブ２７１，２７２に衝突しない位置で設定される。また、死点Ｌ２は、ピストン２１の吸入時の限界の位置であって、ピストン２１がシリンダ２２から抜け落ちない位置で設定される。以下においては、死点Ｌ１を上死点、死点Ｌ２を下死点と呼ぶこともある。

制御部１１ａには、ピストン２１の位置Ｌ（ｔ）及び死点Ｌ１，Ｌ２が与えられる。ピストン２１の位置Ｌ（ｔ）は、ある時間ｔにおいて位置センサ１３で検出される。そして、制御部１１ａは、時間ｔ１において検出された位置Ｌ（ｔ１）と、所定の時間Δｔ経過後に新たに検出された位置Ｌ（ｔ１＋Δｔ）とから、（Ｌ（ｔ１＋Δｔ）−Ｌ（ｔ１））／Δｔによって平均速度ｖａ（ｔ１）を、ピストン２１の速度ｖ（ｔ１）として求める。

制御部１１ａは、位置Ｌ（ｔ１）、速度ｖ（ｔ１）及び死点Ｌ１，Ｌ２に基づいて、以下のようにピストン２１の運動を制御する。

まず、位置Ｌ（ｔ１）及び速度ｖ（ｔ１）に基づいて、前記ピストン２１の速度がゼロになる予測位置Ｌ０を求める。予測位置Ｌ０は、例えば式（１）で求められる。式（１）は、圧縮時のピストン２１の予測位置Ｌ０を表す式である。式（１）の第１項は、ピストン２１の運動エネルギーのすべてが、ピストンに対して行う仕事に用いられた場合のピストンの移動距離である。ここで、符号ｍはピストンの質量、符号Ａはシリンダの断面積、符号Ｈｐは圧縮時の吐出圧力をそれぞれ表す。符号ｍについては、ピストン２１が軸２５を介して可動部２３３，２４３と一体になっている場合には、各々の質量の和を表す。

吐出圧力Ｈｐは、ピストン２１が下死点Ｌ２から移動するとともに単調に増加し、所定の位置から上死点Ｌ１に至るまでの間では一定になる。このため、式（１）によれば、下死点Ｌ２から所定の位置までの期間では、予測位置Ｌ０が過大に見積もられる。よって、当該期間では、式（１）で得られる予測位置Ｌ０に例えば補正係数を乗じて、これを予測位置Ｌ０として用いてよい。

吸入時のピストン２１の予測位置Ｌ０を求める場合には、式（１）において、吐出圧力Ｈｐに代えて吸入圧力が採用され、かつ式（１）の第１項には負号が付される。

予測位置Ｌ０を求めた後、モータ２３及び発電機２４の各々を制御することで、予測位置Ｌ０を、圧縮時には死点Ｌ１に、吸入時には死点Ｌ２にそれぞれ一致させる。すなわち、モータ２３によるピストン２１へのエネルギーの供給量及び発電機２４によるピストン２１からのエネルギーの回収量の少なくとも一方を調節して、予測位置Ｌ０を死点Ｌ１，Ｌ２に一致させる。

具体的には、次のようにして予測位置Ｌ０を死点Ｌ１，Ｌ２に一致させる。予測位置Ｌ０と死点Ｌ１，Ｌ２とを比較して、予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２と一致する場合には、予測位置Ｌ０を求めた時点ｔ１でのエネルギーの供給量及び回収量を維持する。

予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２を越える場合には、エネルギーの供給量を時点ｔ１よりも減少させること及びエネルギーの回収量を時点ｔ１よりも増加させることの少なくとも一方を行う。ここで、予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２を越えるとは、予測位置Ｌ０が死点Ｌ１に対してシリンダヘッド２２１側にあること、あるいは予測位置Ｌ０が死点Ｌ２に対してシリンダヘッド２２１の反対側にあることをいう。

予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２に至らない場合には、エネルギーの供給量を時点ｔ１よりも増加させること及びエネルギーの回収量を時点ｔ１よりも減少させることの少なくとも一方を行う。ここで、予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２に至らないとは、予測位置Ｌ０が死点Ｌ１に対して死点Ｌ２側にあること、あるいは予測位置Ｌ０が死点Ｌ２に対して死点Ｌ１側にあることをいう。

図３及び図４は、上述した制御方法をフローチャートで示した図である。図３は圧縮時の制御方法を、図４は吸入時の制御方法をそれぞれ示す。図３では吸入動作終了時から圧縮が始まる場合が、図４では圧縮動作終了時から吸入が始まる場合が、それぞれ示されている。圧縮機２ａの動作の開始時においては、死点Ｌ１，Ｌ２以外の位置から圧縮、吸入が始まることもある。

まず、圧縮を開始するためにステップ１０１では、ピストン２１にエネルギーを供給して、ピストン２１を駆動させる。例えば、式（２）で表される力Ｆがピストン２１に生じるように、ピストン２１にエネルギーが供給される。ここで、符号ｍはピストンの質量、符号ｆはピストンの駆動する周波数、符号Ｓｔは片ストロークすなわち死点Ｌ１，Ｌ２の間の距離をそれぞれ表す。符号ｍについては、ピストン２１が軸２５を介して可動部２３３，２４３と一体になっている場合には、各々の質量の和を表す。

下死点Ｌ２から上死点Ｌ１に向かって力Ｆが常にピストン２１に作用した場合には、下死点Ｌ２から半周期（１／（２・ｆ））で上死点Ｌ１に至る。

ステップ１０２では、位置センサなどによってピストン２１の位置Ｌ（ｔ）が検出される。

ステップ１０３では、検出された位置Ｌ（ｔ）が上死点Ｌ１と一致すると判断された場合には、圧縮するための制御を終了する。一方、検出された位置Ｌ（ｔ）が上死点と一致しないと判断された場合は、ステップ１０４でピストン２１の速度ｖ（ｔ）を求める。上述したように平均速度ｖａ（ｔ）が、速度ｖ（ｔ）として求められる。例えば、上述した式（１）が用いられる。

ステップ１０５では、ピストンの位置Ｌ（ｔ）及び速度ｖ（ｔ）に基づいて、ピストン２１の速度がゼロになる予測位置Ｌ０が求められる。

ステップ１０６では、予測位置Ｌ０が上死点Ｌ１と一致すると判断された場合には、予測位置Ｌ０を求めた時点ｔでのエネルギーの供給量及び回収量を維持する。予測位置Ｌ０が上死点Ｌ１と一致しないと判断された場合には、さらにステップ１０７で判断される。

ステップ１０７では、予測位置Ｌ０が上死点Ｌ１を越えると判断された場合には、エネルギーの供給量を時点ｔよりも減少させること及びエネルギーの回収量を時点ｔよりも増加させることの少なくとも一方を行う。予測位置Ｌ０が上死点Ｌ１を越えない、すなわち上死点Ｌ１に至らないと判断された場合には、エネルギーの供給量を時点ｔよりも増加させること及びエネルギーの回収量を時点ｔよりも減少させることの少なくとも一方を行う。

その後、ステップ１０３でピストン２１の位置Ｌ（ｔ）と上死点Ｌ１とが一致するまで、ステップ１０２〜ステップ１０７の動作が繰り返される。

吸入する場合にはおいても、図４で示されるように、圧縮と同様の制御を行う。ただし、上死点Ｌ１に代えて下死点Ｌ２が用いられる。

図１に戻って、インバータ１２は、制御部１１ａがモータ２３を制御してピストン２１にエネルギーを供給する際に用いられる。インバータ１２には、制御部１１ａから交流電圧指令値Ｓ１が与えられる。インバータ１２は、交流電圧指令値Ｓ１に基づいて直流電圧Ｖｄｃを所望の交流電圧へ変換し、これをモータ２３に供給する。直流電圧Ｖｄｃは、電源１７で生じる交流電圧Ｖａｃを整流用ダイオード１６で変換して得られる。

インバータ１２によれば、モータ２３に所望の交流電圧を供給することができ、以ってピストン２１に所望のエネルギーが供給できる。

蓄電部１４は、コンバータ１４１及びコンデンサＣを有する。コンバータ１４１は、制御部１１ａが発電機２４を制御してピストン２１からエネルギーを回収する際に用いられる。コンバータ１４１は、制御部１１ａによって制御され、ピストン２１からエネルギーを回収する際に発電機２４で誘起された交流電圧Ｖｉ（ｔ）を、所望の直流電圧に変換する。そして、コンデンサＣは、変換された所望の直流電圧によって充電される。

この内容は、蓄電部１４が、発電機２４で回収されるエネルギーを電気として蓄電すると把握することができる。

コンデンサＣに充電された電気は、例えばインバータ１２に供給して、モータ２３の駆動に用いることができる。すなわち、発電機２４で回収されたエネルギーが、蓄電部１４を介して、例えばモータ２３からピストン２１へのエネルギー供給に再利用される。よって、効率良く圧縮機が制御される。

上述した圧縮機２ａの制御技術によれば、ピストン２１のエネルギーを調節して、ピストン２１を精度良く死点Ｌ１，Ｌ２に導く。従って、ピストン２１がシリンダ２２に衝突すること、もしくはピストン２１がシリンダ２２から抜け落ちることが回避される。

本実施の形態では、位置センサ１３を設けずに、例えば発電機２４で誘起される交流電圧Ｖｉ（ｔ）に基づいて、ピストン２１の位置Ｌ（ｔ）及び速度ｖ（ｔ）を求めてもよい。例えば、以下で示す式（４）及び式（５）が用いられる。

交流電圧Ｖｉ（ｔ）は、ピストンの速度ｖ（ｔ）を用いて、式（３）で表される。ここで、符号Ｂは、発電機２４の固定部２４１，２４２の間に生じる磁場を示す。また、符号ｌは、交流電圧の誘起に寄与するコイルの長さを示す。

式（３）を速度ｖ（ｔ）について解くことで式（４）が得られる。すなわち、ピストン２１の速度ｖ（ｔ）が、誘起された交流電圧Ｖｉ（ｔ）に基づいて求められる。

さらに、ピストンの位置Ｌ（ｔ）は、式（５）の第１式のように速度ｖ（ｔ）の時間積分で表される。式（４）を式（５）の第１式に代入することで、第２式が得られる。

式（５）の第２式によれば、ピストン２１の位置Ｌ（ｔ）が、誘起された交流電圧Ｖｉ（ｔ）に基づいて求められる。

式（４）及び式（５）第２式の各々で現れる係数Ｂ・ｌを式（３）の関係から予め求め、これを制御部１１ａが記憶しておいてもよい。

第１の実施の形態で説明した圧縮機２ａと、本実施の形態で説明した制御装置１ａとを、例えば空調機に備えてもよい。この空調機によれば、圧縮機２ａの能力を可変にでき、以って空調機の能力も可変にできる。

第３の実施の形態．
図５は、本実施の形態にかかる圧縮機２ｃの制御装置１ｃを概念的に示す。圧縮機２ｃは、ピストン２１、シリンダ２２及びモータ２３を備える。制御装置１ｃについては後述する。

ピストン２１、シリンダ２２及びモータ２３は、第１の実施の形態で説明したものと同様であるので、それらの説明を省略する。本実施の形態では、制動部である発電機２４が設けられていないので、モータ２３の可動部２３３とピストン２１とが、軸２５によって一体化され、相互に連動する。

本実施の形態では、モータ２３は、ピストン２１を制動する場合にも用いられる。すなわち、モータ２３は、ピストン２１に対して仕事を調節して、ピストン２１の駆動および制動を切り換えて行う。つまり、モータ２３は、ピストン２１を駆動する場合にはモータとして機能し、ピストン２１を制動する場合には主に発電機として機能する。モータ２３が発電機として機能する場合の、その動作は、第１の実施の形態で説明した発電機２４と同様である。

このような圧縮機２ｃによれば、ピストン２１が、モータ２３によって駆動及び制動される。このため、弾性定数を持った機構を設けた圧縮機のように共振現象を用いることがない。よって、効率を低下させることなくピストン２１を駆動する周波数を可変にし、以って圧縮機２ｃの能力を可変にできる。

制御装置１ｃは、制御部１１ｃ、インバータ１５１、位置センサ１３、蓄電部１５、整流用ダイオード１６及び電源１７を備える。

制御部１１ｃには、ピストン２１の位置Ｌ（ｔ）と、第１の実施の形態と同様にして設定される死点Ｌ１，Ｌ２とが与えられる。ピストン２１の位置Ｌ（ｔ）は、ある時間ｔにおいて位置センサ１３で検出される。そして、制御部１１ｃは、時間ｔ１において検出された位置Ｌ（ｔ１）と、所定の時間Δｔ経過後に新たに検出された位置Ｌ（ｔ１＋Δｔ）とから、（Ｌ（ｔ１＋Δｔ）−Ｌ（ｔ１））／Δｔによって平均速度ｖａ（ｔ１）を、ピストン２１の速度ｖ（ｔ１）として求める。

制御部１１ｃは、位置Ｌ（ｔ１）、速度ｖ（ｔ１）及び死点Ｌ１，Ｌ２に基づいて、以下のようにピストン２１の運動を制御する。

まず、位置Ｌ（ｔ１）及び速度ｖ（ｔ１）に基づいて、前記ピストン２１の速度がゼロになる予測位置Ｌ０を求める。予測位置Ｌ０は、例えば上述した式（１）で求められる。ただし、吸入時のピストン２１の予測位置Ｌ０を求める場合には、式（１）において、吐出圧力Ｈｐに代えて吸入圧力が採用される。

予測位置Ｌ０を求めた後、ピストンに対して行う仕事を調節して、予測位置Ｌ０を、圧縮時には死点Ｌ１に、吸入時には死点Ｌ２にそれぞれ一致させる。仕事の調節は、モータ２３を制御してなされる。

具体的には、次のようにして予測位置Ｌ０を死点Ｌ１，Ｌ２に一致させる。予測位置Ｌ０と死点Ｌ１，Ｌ２とを比較して、予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２と一致する場合には、予測位置Ｌ０を求めた時点ｔ１でのピストン２１に対して行っている仕事を維持する。

予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２を越える場合には、ピストン２１に対して行っている仕事を時点ｔ１よりも減少させる。すなわち、モータ２３の移動の方向に生じている力を減少させるか、または逆方向に力を生じさせて負の仕事をする。ここで、予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２を越えるとは、第２の実施の形態で説明したと同様の意味で用いられる。

予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２に至らない場合には、ピストン２１に対して行っている仕事を時点ｔ１よりも増加させる。ここで、予測位置Ｌ０が死点Ｌ１，Ｌ２に至らないとは、第２の実施の形態で説明したと同様の意味で用いられる。

図６及び図７は、上述した制御方法をフローチャートで示した図である。図６は圧縮時の制御方法を、図７は吸入時の制御方法をそれぞれ示す。図６では吸入動作終了時から圧縮が始まる場合が、図７では圧縮動作終了時から吸入が始まる場合が、それぞれ示されている。圧縮機２ｃの動作の開始時においては、ピストン２１は例えば死点Ｌ１，Ｌ２以外の位置から圧縮、吸入が始まることもある。

まず、圧縮を開始するためにステップ２０１では、ピストン２１に対して仕事をして、ピストン２１を駆動させる。例えば、上述した式（２）で表される力Ｆがピストン２１に生じるように、ピストン２１に対して仕事がされる。

ステップ２０２では、位置センサなどによってピストン２１の位置Ｌ（ｔ）が検出される。

ステップ２０３では、検出された位置Ｌ（ｔ）が上死点Ｌ１と一致すると判断された場合には、圧縮するための制御を終了する。一方、検出された位置Ｌ（ｔ）が上死点と一致しないと判断された場合は、ステップ２０４でピストン２１の速度ｖ（ｔ）を求める。上述したように平均速度ｖａ（ｔ）が、速度ｖ（ｔ）として求められる。

ステップ２０５では、ピストンの位置Ｌ（ｔ）及び速度ｖ（ｔ）に基づいて、ピストン２１の速度がゼロになる予測位置Ｌ０が求められる。例えば、上述した式（１）が用いられる。

ステップ２０６では、予測位置Ｌ０が上死点Ｌ１と一致すると判断された場合には、予測位置Ｌ０を求めた時点ｔでのピストン２１に対して行っている仕事を維持する。予測位置Ｌ０が上死点Ｌ１と一致しないと判断された場合には、さらにステップ２０７で判断される。

ステップ２０７では、予測位置Ｌ０が上死点Ｌ１を越えると判断された場合には、ピストン２１に対して行っている仕事を時点ｔ１よりも減少させる。予測位置Ｌ０が上死点Ｌ１を越えない、すなわち至らないと判断された場合には、ピストン２１に対して行っている仕事を時点ｔ１よりも増加させる。

その後、ステップ２０３でピストン２１の位置Ｌ（ｔ）と上死点Ｌ１とが一致するまで、ステップ２０２〜ステップ２０７の動作が繰り返される。

吸入する場合にはおいても、図７で示されるように、圧縮と同様の制御を行う。ただし、上死点Ｌ１に代えて下死点Ｌ２が用いられる。

ピストン２１に対して行う仕事の調節は、例えば次のように行う。まず、期間Ｔ１，Ｔ２を設定する。そして、各々の期間Ｔ１，Ｔ２で、制御部１１ｃがモータ２３に対して異なる制御をする。例えば、制御部１１ｃは、期間Ｔ１では、モータ２３に対して電気を供給することで、ピストン２１にエネルギーを供給する。また、期間Ｔ２では、モータ２３に対して電気を供給しないで、モータ２３を発電機として機能させて、ピストン２１からエネルギーを回収する。

期間Ｔ１には、例えば上記したステップ２０７で予測位置が死点Ｌ１，Ｌ２に至らないと判断されてから、次の判断がなされるまでの時間間隔が採用できる。また、期間Ｔ２には、例えば上記したステップ２０７で予測位置が死点Ｌ１，Ｌ２を越えると判断されてから、次の判断がなされるまでの時間間隔が採用できる。

図５に戻って、インバータ１５１は、制御部１１ｃがモータ２３を制御してピストン２１に仕事をする際、主にピストン２１にエネルギーを供給する際に用いられる。インバータ１５１には、制御部１１ａから交流電圧指令値Ｓ１が与えられる。インバータ１５１は、交流電圧指令値Ｓ１に基づいて直流電圧Ｖｄｃを所望の交流電圧を変換し、これをモータ２３に供給する。直流電圧Ｖｄｃは、電源１７で生じる交流電圧Ｖａｃを整流用ダイオード１６で変換して得られる。

インバータ１５１によれば、モータ２３に所望の交流電圧を供給することができ、以ってピストン２１に所望の仕事ができる。

インバータ１５１は、後述するように、蓄電部１５でコンバータとして用いられることもある。すなわち、インバータ１５１の出力側から交流電圧を入力し、これを所望の直流電圧に変換してインバータ１５１の入力側から出力する。

蓄電部１５は、コンバータとして機能するインバータ１５１（以下、「コンバータ１５１」という）及びコンデンサＣを有する。コンバータ１５１は、制御部１１ｃがモータ２３を制御してピストン２１に仕事をする際、主にピストン２１からエネルギーを回収する際に用いられ、例えば上記した期間Ｔ２で用いられる。コンバータ１５１は、制御部１１ｃによって制御され、ピストン２１からエネルギーを回収する際にモータ２３で誘起された交流電圧Ｖｉ（ｔ）を、所望の直流電圧に変換する。そして、コンデンサＣは、変換された所望の直流電圧によって充電される。

コンバータ１５１は、例えばインバータ１５１とは別途設けてもよい。

上述の内容は、蓄電部１５が、モータ２３で回収されるエネルギーを電気として蓄電すると把握することができる。

コンデンサＣに充電された電気は、例えばインバータ１５１に供給して、モータ２３の駆動に用いることができる。すなわち、モータ２３から回収されたエネルギーが再利用され、以って効率良く圧縮機が制御される。

上述した圧縮機２ｃの制御技術によれば、ピストン２１に対して行う仕事を調節することで、ピストン２１を精度良く死点Ｌ１，Ｌ２に導く。従って、ピストン２１がシリンダ２２に衝突すること、もしくはピストン２１がシリンダ２２から抜け落ちることが回避される。

本実施の形態では、位置センサ１３を設けずに、例えば上記した期間Ｔ２においてモータ２３で誘起される交流電圧Ｖｉ（ｔ）に基づいて、第１の実施の形態で説明したと同様にして、ピストン２１の位置Ｌ（ｔ）及び速度ｖ（ｔ）を求めてもよい。

上述した第２及び第３の実施の形態のいずれにおいも、圧縮時であって、シリンダ２２から気体を吐出する時のピストン２１の速度ｖ（ｔ）を、吸入時のピストン２１の速度ｖ（ｔ）と異ならせてもよい。

例えば、吐出時のピストン２１の速度ｖ（ｔ）を吸入時より遅くすることで、気体が吐出される際のエネルギー損失が低減され、以ってより効率良く圧縮機２ａ，２ｃが制御される。しかも、気体の吸入時のピストン２１の速度ｖ（ｔ）を制御装置１１ａ，１１ｃで制御することで、吐出時のピストン２１の速度ｖ（ｔ）が遅くても、ピストン２１の駆動する周波数を所望の値にできる。

あるいは、吸入時のピストン２１の速度ｖ（ｔ）を吐出時より遅くすることで、気体が吸入される際のエネルギー損失が低減され、以ってより効率良く圧縮機２ａ，２ｃが制御される。しかも、気体の吐出時のピストン２１の速度ｖ（ｔ）を制御装置１１ａ，１１ｃで制御することで、吸入時のピストン２１の速度ｖ（ｔ）が遅くても、ピストン２１の駆動する周波数を所望の値にできる。

本実施の形態で説明した圧縮機２ｃと、これを制御する制御装置１ｃとを、例えば空調機に備えてもよい。この空調機によれば、圧縮機２ｃの能力を可変にでき、以って空調機の能力も可変にできる。

第１の実施の形態で説明される、圧縮機及びその制御装置を概念的に示す図である。 第２の実施の形態で説明される、ピストンの位置及び死点を概念的に示す断面図である。 圧縮時の圧縮機の制御方法を概念的に示すフローチャート図である。 吸入時の圧縮機の制御方法を概念的に示すフローチャート図である。 第３の実施の形態で説明される、圧縮機の制御装置を概念的に示す図である。 圧縮時の圧縮機の制御方法を概念的に示すフローチャート図である。 吸入時の圧縮機の制御方法を概念的に示すフローチャート図である。

符号の説明

１ａ，１ｃ 制御装置
２ａ，２ｃ 圧縮機
１１ａ，１１ｃ 制御部
１２，１５１ インバータ
１３ 位置センサ
１４，１５ 蓄電部
２１ ピストン
２２ シリンダ
２３ モータ
２４ 発電機（制動部）
１４１，１５１ コンバータ
Ｃ コンデンサ
ｖ（ｔ），ｖ（ｔ１） 速度
Ｌ１，Ｌ２ 死点
Ｌ（ｔ），Ｌ（ｔ１），Ｌ（ｔ１＋Δｔ） 位置
Ｌ０ 予測位置
ｔ１ 時間（時点）
Ｓ１ 交流電圧指令値
Δｔ 所定の時間
ｖａ（ｔ１） 平均速度
Ｖｉ（ｔ） 交流電圧
Ｔ１，Ｔ２ 期間

Claims (36)

1. シリンダ（２２）と、
   前記シリンダで気体を吸入、圧縮可能に可動なピストン（２１）と、
   前記ピストンにエネルギーを供給するモータ（２３）と、
   前記ピストンからエネルギーを電気として回収する制動部（２４）と
   を備える、圧縮機。
2. 請求項１記載の圧縮機（２ａ）において、前記ピストン（２１）の運動を制御する装置（１ａ）であって、
   前記モータ（２３）及び前記制動部（２４）の各々を制御する制御部（１１ａ）
   を有し、
   前記制御部には、前記ピストンが移動する限界の位置として死点（Ｌ１，Ｌ２）が与えられ、
   前記制御部は、
   前記ピストンの位置（Ｌ（ｔ））と前記速度（ｖ（ｔ））とを検出し、これらに基づいて前記ピストンの前記速度がゼロになる予測位置（Ｌ０）を求め、
   前記モータによる前記エネルギーの供給量及び前記制動部による前記エネルギーの回収量の少なくとも一方を調節して、前記予測位置を前記死点に一致させる、圧縮機の制御装置。
3. 前記制御部（１１ａ）は、
   前記予測位置（Ｌ０）が前記死点（Ｌ１，Ｌ２）と一致する場合には、前記予測位置を求めた時点（ｔ１）での前記供給量及び前記回収量を維持し、
   前記予測位置が前記死点を越える場合には、前記供給量を前記時点よりも減少させること及び前記回収量を前記時点よりも増加させることの少なくとも一方を行い、
   前記予測位置が前記死点に至らない場合には、前記供給量を前記時点よりも増加させること及び前記回収量を前記時点よりも減少させることの少なくとも一方を行う、請求項２記載の圧縮機の制御装置。
4. インバータ（１２）を
   更に有し、
   前記制御部（１１ａ）は、交流電圧指令値（Ｓ１）を前記インバータに与え、
   前記インバータは、前記交流電圧指令値に基づいて所望の交流電圧を前記モータ（２３）に供給する、請求項２または請求項３記載の圧縮機の制御装置。
5. 前記位置（Ｌ（ｔ））を検出する位置センサ（１３）
   を更に有し、
   前記制御部（１１ａ）は、
   前記位置（Ｌ（ｔ１））を検出してから、所定の時間（Δｔ）経過後に前記ピストン（２１）の新たな位置（Ｌ（ｔ１＋Δｔ））をさらに検出し、
   前記新たな位置と前記位置との差を前記所定の時間で除した平均速度（ｖａ（ｔ１））を、前記速度（ｖ（ｔ１））として求める、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置。
6. 前記制動部は発電機（２４）であり、
   前記制御部（１１ａ）は、前記発電機で誘起される交流電圧（Ｖｉ（ｔ））に基づいて、前記位置（Ｌ（ｔ））及び前記速度（ｖ（ｔ））を求める、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置。
7. 蓄電部（１４）を
   更に有し、
   前記制動部は発電機（２４）であり、
   前記蓄電部は、前記発電機で回収される前記エネルギーを電気として蓄電する、請求項２乃至請求項６のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置。
8. 前記蓄電部（１４）は、
   コンバータ（１４１）と、
   コンデンサ（Ｃ）と
   を有し、
   前記コンバータは、前記ピストン（２１）の前記エネルギーを回収する際に前記制動部（２４）で誘起された交流電圧（Ｖｉ（ｔ））を所望の直流電圧に変換し、
   前記直流電圧によって前記コンデンサを充電する、請求項７記載の圧縮機の制御装置。
9. 前記シリンダ（２２）から前記気体を吐出する時の前記ピストン（２１）の速度（ｖ（ｔ））は、前記気体を吸入する時の前記ピストンの速度（ｖ（ｔ））と異なる、請求項２乃至請求項８のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置。
10. 請求項１記載の圧縮機（２ａ）と、
    請求項２乃至請求項９のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置（１ａ）と
    を有する、空調機。
11. シリンダ（２２）と、
    前記シリンダで気体を吸入、圧縮可能に可動なピストン（２１）と、
    前記ピストンの駆動および制動を切り換えて行うモータ（２３）と
    を備える、圧縮機。
12. 請求項１１記載の圧縮機（２ｃ）において、前記ピストン（２１）の運動を制御する装置（１ｃ）であって、
    前記モータ（２３）が前記ピストンに対して行う仕事を調節する制御部（１１ｃ）
    を有し、
    前記制御部には、前記ピストンが移動する限界の位置として死点（Ｌ１，Ｌ２）が与えられ、
    前記制御部は、
    前記ピストンの位置（Ｌ（ｔ））と速度（ｖ（ｔ））とを検出し、これらに基づいて前記ピストンの速度がゼロになる予測位置（Ｌ０）を求め、
    前記仕事を調節して、前記予測位置を前記死点に一致させる、圧縮機の制御装置。
13. 前記制御部（１１ｃ）は、
    前記予測位置（Ｌ０）が前記死点（Ｌ１，Ｌ２）と一致する場合には、前記予測位置を求めた時点（ｔ１）での前記仕事を維持し、
    前記予測位置が前記死点を越える場合には、前記仕事を前記時点よりも減少させ、
    前記予測位置が前記死点に至らない場合には、前記仕事を前記時点よりも増加させる、請求項１２記載の圧縮機の制御装置。
14. インバータ（１５１）を
    更に有し、
    前記制御部（１１ｃ）は、交流電圧指令値（Ｓ１）を前記インバータに与え、
    前記インバータは、前記交流電圧指令値に基づいて所望の交流電圧を前記モータ（２３）に供給する、請求項１２または請求項１３記載の圧縮機の制御装置。
15. 前記位置（Ｌ（ｔ））を検出する位置センサ（１３）
    を更に有し、
    前記制御部（１１ｃ）は、
    前記位置（Ｌ（ｔ１））を検出してから、所定の時間（Δｔ）経過後に前記ピストン（２１）の新たな位置（Ｌ（ｔ１＋Δｔ））をさらに検出し、
    前記新たな位置と前記位置との差を前記所定の時間で除して平均速度（ｖａ（ｔ１））を、前記速度（ｖ（ｔ１））として求める、請求項１２乃至請求項１４のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置。
16. 前記モータ（２３）に対して電気を供給する第１期間（Ｔ１）と、
    前記モータに対して前記電気を供給しない第２期間（Ｔ２）と
    を設定し、
    前記制御部（１１ｃ）は、
    前記第１期間で、前記モータに前記ピストン（２１）へエネルギーを供給させ、
    前記第２期間で、前記モータに前記ピストンからエネルギーを回収させる、請求項１２乃至請求項１５のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置。
17. 蓄電部（１５）を
    更に有し、
    前記第２期間（Ｔ２）で回収されるエネルギーを電気として蓄電する、請求項１６記載の圧縮機の制御装置。
18. 前記蓄電部（１５）は、
    コンバータ（１５１）と、
    コンデンサ（Ｃ）と
    を有し、
    前記コンバータは、前記ピストン（２１）の前記エネルギーを回収する際に前記モータ（２３）で誘起された交流電圧（Ｖｉ（ｔ））を所望の直流電圧に変換し、
    前記直流電圧によって前記コンデンサを充電する、請求項１７記載の圧縮機の制御装置。
19. 前記制御部（１１ａ）は、
    前記第２期間（Ｔ２）では、前記モータ（２３）で誘起される交流電圧（Ｖｉ（ｔ））に基づいて前記位置（Ｌ（ｔ））及び前記速度（ｖ（ｔ））を求める、請求項１６乃至請求項１８のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置。
20. 前記シリンダ（２２）から前記気体を吐出する時の前記ピストン（２１）の速度（ｖ（ｔ））は、前記気体を吸入する時の前記ピストンの速度（ｖ（ｔ））と異なる、請求項１２乃至請求項１９のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置。
21. 請求項１１記載の圧縮機（２ｃ）と、
    請求項１２乃至請求項２０のいずれか一つに記載の圧縮機の制御装置（１ｃ）と
    を有する、空調機。
22. 請求項１記載の圧縮機（２ａ）において、前記ピストン（２１）の運動を制御する方法であって、
    （ａ）前記ピストンが移動する限界の位置として死点（Ｌ１，Ｌ２）を設け、
    （ｂ）前記ピストンの位置（Ｌ（ｔ））と前記速度（ｖ（ｔ））を検出し、これらに基づいて前記ピストンの前記速度がゼロになる予測位置（Ｌ０）を求め、
    （ｃ）前記モータによる前記エネルギーの供給量及び前記制動部による前記エネルギーの回収量の少なくとも一方を調節して、前記予測位置を前記死点に一致させる、圧縮機の制御方法。
23. 前記ステップ（ｃ）では、
    前記予測位置（Ｌ０）が前記死点（Ｌ１，Ｌ２）と一致する場合には、前記予測位置を求めた時点（ｔ１）での前記供給量及び前記回収量を維持し、
    前記予測位置が前記死点を越える場合には、前記供給量を前記時点よりも減少させること及び前記回収量を前記時点よりも増加させることの少なくとも一方を行い、
    前記予測位置が前記死点に至らない場合には、前記供給量を前記時点よりも増加させること及び前記回収量を前記時点よりも減少させることの少なくとも一方を行う、請求項２２記載の圧縮機の制御方法。
24. 前記ステップ（ｃ）では、
    交流電圧指令値（Ｓ１）に基づいて所望の交流電圧を前記モータ（２３）に供給する、請求項２２または請求項２３記載の圧縮機の制御方法。
25. 前記制動部は発電機（２４）であって、
    前記ピストン（２１）の前記エネルギーを回収する際に前記発電機で誘起された交流電圧（Ｖｉ（ｔ））を所望の直流電圧に変換し、
    前記ステップ（ｃ）では、
    前記所望の交流電圧は、前記交流電圧指令値（Ｓ１）に基づいて前記所望の直流電圧を変換して得られる、請求項２４記載の圧縮機の制御方法。
26. 前記ステップ（ｂ）では、
    前記位置（Ｌ（ｔ１））を検出してから、所定の時間（Δｔ）経過後に前記ピストン（２１）の新たな位置（Ｌ（ｔ１＋Δｔ））をさらに検出し、
    前記新たな位置と前記位置との差を前記所定の時間で除した平均速度を（ｖａ（ｔ１））、前記速度（ｖ（ｔ１））として求める、請求項２２乃至請求項２５のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法。
27. 前記制動部は発電機（２４）であって、
    前記ステップ（ｂ）では、
    前記発電機で誘起される交流電圧（Ｖｉ（ｔ））に基づいて、前記位置（Ｌ（ｔ））及び前記速度（ｖ（ｔ））を求める、請求項２２乃至請求項２５のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法。
28. 請求項１１記載の圧縮機（２ｃ）において、前記ピストン（２１）の運動を制御する方法であって、
    （ａ）前記ピストンが移動する限界の位置として死点（Ｌ１，Ｌ２）を設け、
    （ｂ）前記ピストンの位置（Ｌ（ｔ））と速度（ｖ（ｔ））とを検出し、これらに基づいて前記ピストンの速度がゼロになる予測位置（Ｌ０）を求め、
    （ｃ）前記モータ（２３）が前記ピストンに対して行う仕事を調節して、前記予測位置を前記死点に一致させる、圧縮機の制御方法。
29. 前記ステップ（ｃ）では、
    前記予測位置（Ｌ０）が前記死点（Ｌ１，Ｌ２）と一致する場合には、前記予測位置（ｔ１）を求めた時点での前記仕事を維持し、
    前記予測位置が前記死点を越える場合には、前記仕事を前記時点よりも減少させ、
    前記予測位置が前記死点に至らない場合には、前記仕事を前記時点よりも増加させる、請求項２８記載の圧縮機の制御方法。
30. 前記ステップ（ｂ）では、
    前記位置（Ｌ（ｔ１））を検出してから、所定の時間（Δｔ）経過後に前記ピストン（２１）の新たな位置（Ｌ（ｔ１＋Δｔ））をさらに検出し、
    前記新たな位置と前記位置との差を前記所定の時間で除して平均速度（ｖａ（ｔ１））を、前記速度（ｖ（ｔ１））として求める、請求項２８または請求項２９記載の圧縮機の制御方法。
31. 前記モータ（２３）に対して電気を供給する第１期間（Ｔ１）と、
    前記モータに対して前記電気を供給しない第２期間（Ｔ２）と
    を設定し、
    前記ステップ（ｃ）では、
    前記第１期間で、前記モータによって前記ピストン（２１）へエネルギーを供給し、
    前記第２期間で、前記モータによって前記ピストンからエネルギーを回収する、請求項２８乃至請求項３０のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法。
32. 前記ステップ（ｃ）では、
    交流電圧指令値（Ｓ１）に基づいて所望の交流電圧を前記モータ（２３）に供給する、請求項２８乃至請求項３１のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法。
33. 前記ピストン（２１）の前記エネルギーを回収する際に前記モータ（２３）で誘起された交流電圧（Ｖｉ（ｔ））を所望の直流電圧に変換し、
    前記ステップ（ｃ）では、
    前記所望の交流電圧は、前記交流電圧指令値（Ｓ１）に基づいて前記所望の直流電圧を変換して得られる、請求項３２記載の圧縮機の制御方法。
34. 前記ステップ（ｂ）では、
    前記第２期間（Ｔ２）においては、前記モータ（２３）で誘起される交流電圧（Ｖｉ（ｔ））に基づいて前記位置（Ｌ（ｔ））及び前記速度（ｖ（ｔ））を求める、請求項３１乃至請求項３３のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法。
35. 前記シリンダ（２２）から前記気体を吐出する時の前記ピストン（２１）の速度（ｖ（ｔ））は、前記気体を吸入する時の前記ピストンの速度（ｖ（ｔ））と異なる、請求項２２乃至請求項３４のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法。
36. 請求項２２乃至請求項３５のいずれか一つに記載の圧縮機の制御方法を用いて、自身が備える前記圧縮機を制御することを特徴とする、空調機の制御方法。

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