CN109792224B - 线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机 - Google Patents

线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机 Download PDF

Info

Publication number
CN109792224B
CN109792224B CN201780061850.4A CN201780061850A CN109792224B CN 109792224 B CN109792224 B CN 109792224B CN 201780061850 A CN201780061850 A CN 201780061850A CN 109792224 B CN109792224 B CN 109792224B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mover
linear motor
frequency
control device
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780061850.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109792224A (zh
Inventor
铃木尚礼
永田修平
初濑涉
小山昌喜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Astemo Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Astemo Ltd filed Critical Hitachi Astemo Ltd
Publication of CN109792224A publication Critical patent/CN109792224A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109792224B publication Critical patent/CN109792224B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H02K41/033—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type with armature and magnets on one member, the other member being a flux distributor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/032—Reciprocating, oscillating or vibrating motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/064—Linear motors of the synchronous type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/064—Linear motors of the synchronous type
    • H02P25/066—Linear motors of the synchronous type of the stepping type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
    • F04B2203/0401—Current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
    • F04B2203/0402—Voltage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
    • F04B2203/0404—Frequency of the electric current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/07—Details of compressors or related parts
    • F25B2400/073—Linear compressors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

本发明提供一种能够提高刚启动之后的共振频率的推断精度的线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机。本发明的线性马达控制装置中，所述线性马达具备：绕组，其被施加交流电压；以及动子，其连接有弹性体，该线性马达控制装置具有：运转模式(1)，其一方面将交流电压的频率保持大致固定，另一方面使交流电压的振幅单调递增；以及运转模式(2)，其一方面将交流电压的振幅保持大致固定，另一方面改变交流电压的频率，以运转模式(1)、运转模式(2)的顺序执行。

Description

线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机
技术领域
本发明涉及一种线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机。
背景技术
使连接有弹性体的动子以弹性体及动子的系统中的机械性共振频率进行驱动的线性马达为人所知。机械性共振频率会根据动子的摩擦、连接至动子的负载而发生变动，因此期望有效地推断共振频率。
例如，专利文献1揭示了如下构成：检测来自探查线圈的感应电压的相位，并检测与流至线性马达的电流相位的相位差，根据相位差使其与活塞的共振频率一致。此外，专利文献1记载了如下构成：对输出电压的电压值进行与输出电压的频率相应的值的程度的修正，从而将活塞的行程保持固定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-351143号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1是在线性压缩机的绕组中配备探查线圈来检测感应电压的相位。然而，当使用探查线圈时，不仅线路变得繁杂，还容易受到噪声的影响，因此不容易高精度地控制为共振频率。此外，对于适合像启动时那样在早期确保动子振幅来进行线性马达的上升的控制未作任何考虑。
因此，本发明提供一种能够提高刚启动之后的共振频率的推断精度的线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机。
解决问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明的线性马达控制装置中，所述线性马达具备：绕组，其被施加交流电压；以及动子，其连接有弹性体；该线性马达控制装置的特征在于，具有：运转模式(1)，其一方面将所述交流电压的频率保持大致固定，另一方面使所述交流电压的振幅单调递增；以及运转模式(2)，其一方面将所述交流电压的振幅保持大致固定，另一方面改变所述交流电压的频率，以所述运转模式(1)、所述运转模式(2)的顺序执行。
此外，本发明的压缩机具有线性马达控制装置，所述线性马达具备：绕组，其被施加交流电压；以及动子，其连接有弹性体；该压缩机的特征在于，所述线性马达控制装置具有：运转模式(1)，其一方面将所述交流电压的频率保持大致固定，另一方面使所述交流电压的振幅单调递增；以及运转模式(2)，其一方面将所述交流电压的振幅保持大致固定，另一方面改变所述交流电压的频率，以所述运转模式(1)、所述运转模式(2)的顺序执行，而且利用所述绕组的电压及电流值来推断所述动子的位置。
发明的效果
根据本发明，可以提供一种能够提高刚启动之后的共振频率的推断精度的线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机。
上述以外的课题、构成及效果将通过以下实施方式的说明来加以明确。
附图说明
图1为本发明的一实施例即实施例1的线性马达系统的整体概略构成图。
图2为电枢的构成例的立体图。
图3为表示磁极的纵剖面和磁通的流动的示意图。
图4为磁极齿上产生的极性的说明图。
图5为连接至动子的外部机构的说明图。
图6为驱动频率与行程的关系的说明图。
图7为动子的位置与动子的速度的相位关系以及外加电压与电流的相位关系的说明图。
图8为外加电压和电流的向量图。
图9为表示电压指令值制作器103的构成例的说明图。
图10为启动次序的说明图。
图11为说明各模式下的主要指令值的时间变化的图。
图12为相位差检测器的构成例以及驱动频率与相位差检测器输出的关系的说明图。
图13为表示驱动频率调整器131的构成例的说明图。
图14为表示行程指令制作器151的构成例的说明图。
图15为表示行程检测器152的构成例的说明图。
图16为表示行程控制器153的构成例的说明图。
图17为表示电力转换电路的构成例的图。
图18为本发明的另一实施例即实施例2的线性马达系统的整体概略构成图。
图19为表示实施例2的相位差检测器的构成例的说明图。
图20为实施例2的驱动频率与相位差检测器输出的关系的说明图。
图21为表示位置推断部的构成例的说明图。
图22为本发明的另一实施例即实施例3的密闭型压缩机的纵向剖视图。
图23为实施例3的线性马达系统的整体概略构成图。
图24为实施例3的启动次序的说明图。
图25为表示实施例3的行程控制器353的构成例的说明图。
具体实施方式
下面，一边参考附图，一边对本发明的实施例进行详细说明。对同样的构成元件标注相同符号，并省略重复的说明。
本发明的各种构成元件并非必须为各自独立的存在，容许多个构成元件形成为一个构件、一个构成元件由多个构件形成、某一构成元件为其他构成元件的一部分、某一构成元件的一部分与其他构成元件的一部分相重复等。
实施例1
在本实施例中，为了方便说明，会使用相互正交的前后方向、左右方向及上下方向等词语，但重力方向并非必须与下方向平行，可以与前后方向、左右方向、上下方向或者这以外的方向平行。
＜线性马达驱动装置101＞
图1为本发明的一实施例即实施例1的线性马达系统100的整体概略构成图。线性马达系统100由线性马达驱动装置101和线性马达104构成。如后文所述，线性马达104具有作相对移动的电枢9及动子6。
线性马达驱动装置101具有位置检测部106、控制部102及电力转换电路105。
位置检测部106检测动子6相对于电枢9的相对位置(动子位置)。在本实施例中，是动子6沿铅垂方向移动，但只要电枢9及动子6(励磁元件)作相对移动即可，也可为电枢9沿铅垂方向移动的方式。再者，以下是以动子6沿铅垂方向往复运动的情况为一例来进行说明，但往复运动的方向并不限于铅垂方向。例如，也可构成为动子6沿水平方向往复运动，此外，也可设为动子6沿相对于铅垂方向而言具有任意角度的方向往复运动的构成。此外，这些方式对于电枢9而言也是一样的。
控制部102根据位置检测部106的检测结果来输出去往电力转换电路105的输出电压指令值或者驱动电力转换电路105的驱动信号(脉冲信号)。
电力转换电路105是对直流电压源120的电压进行转换而输出交流电压的电力转换部的一例，详情将于后文叙述。再者，也可使用直流电流源代替直流电压源120。
＜线性马达104＞
图2为线性马达104的立体图(电枢的构成例的立体图)。本实施例的线性马达104具有相对于电枢9能沿永磁铁2(2a、2b)排列的方向(前后方向)作相对移动的动子6。电枢9具有隔着空隙在上下方向上相对的2个磁极7和卷绕在磁极7上的绕组8。动子6 配置在该空隙内。磁极7具有作为与动子6相对的端面的磁极齿70。
电枢9可以对动子6赋予前后方向的力(以下称为推力)。例如，可以像后文叙述的那样以动子6沿前后方向往复运动的方式控制推力。
动子6具有在上下方向上进行了磁化的2个平板状的永磁铁2(2a、2b)。后侧的永磁铁2a以及前侧的永磁铁2b相互沿相反方向进行了磁化。在本实施例中，后侧的永磁铁 2a在上侧具有N极，前侧的永磁铁2b在上侧具有S极。图2中图示的是永磁铁2a、2b，但没有图示动子6。作为动子6，例如可以采用将平板状的永磁铁2固定而得的平板状物体。
控制部102以使动子6在永磁铁2a、2b与电枢9相对的范围内往复运动的方式输出驱动信号。
图3为沿着图2的A-A'线的平面上的剖视图(A-A'剖面向视图)。图3的箭头线展示了对2个绕组8流通有电流时的磁通线的一例。磁通的流动方向有可能因流至绕组8的电流的方向而变得相反，因此不限于图中所示。该磁通线将磁极齿70磁化。
[赋予动子6的推力]
图4为说明动子6因磁极齿70的磁化而受到的推力的图。以标注在图4中的磁极齿70 附近的“N”、“S”来表示因流至绕组8的电流而产生的磁极齿70的极性。此外，图4 中，中空箭头表示在绕组8中流通的电流的方向。图4的左图展示了如下例子：在绕组8 中流通的电流使得上侧的磁极齿70a被磁化为“S”、下部的磁极齿70b被磁化为“N”，由此，动子6在前方向上受力而朝前移动。图4的右图展示了如下例子：在绕组8中流通的电流使得上部的磁极齿70a被磁化为“N”、下部的磁极齿70b被磁化为“S”，由此，动子6在后方向上受力而朝后移动。
如此，通过对绕组8施加电压或电流，可以对包含2个磁极7的磁路供给磁通而将相对的2个磁极齿70(磁极齿组)磁化。作为电压或电流，通过赋予例如正弦波或矩形波(方形波)等交流的电压或电流，能够赋予使动子6往复运动的推力。由此，能够控制动子6 的运动。
再者，赋予动子6的推力可以通过对施加的交流电流或交流电压的振幅进行变更来加以改变。此外，通过使用公知的方法来恰当地变更赋予动子6的推力，能够按照期望来改变动子6的位移。此处，在动子6进行往复运动(例如通过依序重复图4的左图及右图那样的磁极齿70的磁化而使动子6产生的运动)的情况下，将以交流波形的方式变化的动子6的位移的变化量称为行程。
由于磁极齿70为磁性体，因此产生吸引永磁铁2的磁吸引力。本实施例是以隔着动子6的方式隔着间隙将2个磁极齿70相对配置，因此能够降低作用于动子6的磁吸引力的合力。
[动子6外部的机构]
图5为连接至动子6的外部机构的说明图，是说明例如将由为螺旋弹簧的共振弹簧23 构成的外部机构连接至动子6的一端、通过其弹簧力来使动子6返回的机构的图。共振弹簧23的一端经由中间部24连接至动子6，另一端固定在基部25上。此外，设置有与共振弹簧23的延伸方向大致平行地延伸而引导或支承共振弹簧23的侧部26。在使线性马达 104往复运动的情况下，每当动子6的运动方向变化时，便重复加速和减速。减速时，动子6的速度能量转换为电能(再生动作)，但会因通往线性马达104的线路的电阻而产生损失。另一方面，在像图5那样对动子6附加共振弹簧23(辅助弹簧)而使动子6以由动子6的质量和弹簧常数决定的机械性共振频率进行往复运动的情况下，能够有效利用动子 6的速度能量，从而可以构成高效率的线性马达驱动系统。也可使用公知的弹性体代替共振弹簧23。若以如此方式构成，则构成为动子6(励磁元件6)沿铅垂方向移动的动子(励磁元件)移动型，但也可构成为不是将弹性体连接至动子6，而是将弹性体连接至电枢9 来使电枢9沿铅垂方向移动的电枢移动型。
图6为驱动频率与行程的关系的说明图，是以交流电压的驱动频率为横轴、以动子6 的行程为纵轴来展示它们的关系的图。各驱动频率下的交流电压的振幅相同。如根据图6所知，表现出如下特性：在共振频率附近，动子6的行程急剧增大，当离开共振频率时，行程减小。共振频率是由共振弹簧23的弹簧常数k除以动子6的质量m而得的值的平方根给出，但根据线性马达104的系统的不同，该值成近似值。
如此，通过施加共振频率或其附近的驱动频率的交流电压，能使动子以较大行程(较大能量)振动。也就是说，在控制对动子6附加有共振弹簧23等弹性体的线性马达104 的情况下，重要的是检测或推断动子6的共振频率。在按照期望来控制动子6的行程的情况下，重要的也是检测或推断动子6的共振频率。
[驱动时的相位关系]
图7为动子的位置与动子的速度的相位关系以及外加电压与电流的相位关系的说明图。图7的上图展示了驱动线性马达104时的动子6的位置与速度的时间变化，图7的下图展示了驱动线性马达104时的外加电压波形与流至线性马达104的电流的时间变化的关系。图8为以向量形式展示图7的交流波形的图。得知，动子6的速度、外加电压以及马达电流为大致相同相位。
此外得知，在对动子6附加共振弹簧23、使动子6以由动子6的质量和弹簧常数决定的机械性共振频率进行往复运动的情况下，动子6的位置的相位相对于对绕组8的外加电压Vm、马达电流Im以及动子6的速度的相位各自而言成90度的相位差。即，在这任一种关系成立时，可以推断正以共振频率进行驱动。
在因制造偏差而导致动子6的质量偏离了设想的情况、或者因对动子6附加的负载元件而导致连接至共振弹簧23的质量发生变化的情况下，共振频率会发生变化。此外，在从共振频率发生了变化的状态起进行启动的情况下，存在动子6的行程增大到设想程度以上而产生异响或振动的情况。要在这种情况下也获得所期望的行程，优选高精度地检测或推断根据条件而变化的共振频率。此外，在启动时等过渡状态下也优选处于所期望的行程的范围内。下面，对启动次序以及共振频率的检测或推断方法进行说明。
＜控制部102的概要＞
参考图1等对控制部102等进行说明。对控制部102输入位置检测部106得到的位置检测值xm。输入的位置检测值xm与控制部102生成的相位指令值θ*一并输入至相位差检测器130，从而输出相位差推断值dltθ＾。作为目标值的相位差指令值dltθ*与相位差推断值dltθ＾的偏差输入至驱动频率调整器131。驱动频率调整器131输出频率指令值ω*。基于频率指令值ω*的外加电压输出至线性马达104。作为位置检测部106，可以采用检测动子6及电枢9的相对位置的位置传感器、利用外加电压Vm或马达电流Im等来推断相对位置的运算部等。即，位置检测值xm可采用位置传感器得到的检测值，但也可以采用利用外加电压Vm或马达电流Im而获得的推断值。
＜电压指令值制作器103＞
图9为表示电压指令值制作器103的构成的说明图。对电压指令值制作器103输入后文叙述的相位指令值θ*、从上位控制器(未图示)等输出的行程目标值lref、以及位置检测值xm，并输出单相的交流电压指令值Vm*。一部分构成元件的详细说明将于后文叙述。通过变更行程指令值l*、相位指令值θ*、速度指令值vm*中的任一方，可以调整施加至线性马达104的电压Vm*。也就是说，通过调整外加电压的振幅及频率，可以将驱动频率控制为共振频率或者控制行程。
在本实施例中，将从上位控制器(未图示)等输出的目标值lref乘以基准相位θ*的正弦(sinθ*)而得的值作为动子6的位置指令值xm*。首先，将相位指令值θ*输入至余弦运算器82b(将输入值的余弦输出)，获得对应于相位指令值θ*的余弦(cosθ*)。将该余弦、行程指令值l*以及频率指令值ω*在乘法器92d中相乘。由此，可以在不进行微分运算的情况下获得动子6的速度指令值vm*。通常，可以将位置指令值xm*及速度指令值vm*中的一方设为正弦、将另一方设为余弦。再者，某些组合须附加负号，但本领域技术人员清楚这一点。
进而，将动子6的速度指令值vm*在乘法器92e中与感应电压常数Ke*相乘，获得单相的交流电压指令值Vm*。
再者，电压指令值制作器103除了上述方法以外，也可以运用公知的同步式马达的驱动电压指令方法。行程指令制作器151、行程检测器152及行程控制器153将于后文叙述。
[启动次序]
图10为说明本实施例的启动线性马达104时的启动次序的图。本实施例的启动次序包含模式(1)步骤S162和模式(2)步骤S163这两方。在模式(1)下，以一方面将驱动频率大致固定、另一方面行程从大致零起逐渐增加的方式进行控制。由此，能够抑制动子6骤然运动而碰撞至其他构件这一情况。在模式(2)下，首先执行一方面将电压的振幅保持大致固定另一方面改变驱动频率的控制。当行程发生变动时，动子6的摩擦损失量发生变动而使得共振频率值发生变动，因此，通过抑制电压的振幅的变动，能够抑制行程变动而容易进行共振频率的探索。接着，在模式(2)下，执行一边增加电压的振幅一边改变驱动频率的控制。通过模式(2)的初期控制，能大致使驱动频率接近共振频率，因此，其后只要增加电压的振幅，便对共振频率的略微变动也容易跟随。
图11为说明各模式下的主要指令值的时间变化的图。如图11的(a)所示，在时刻T0，线性马达104启动，从时刻T0到时刻T1成为模式(1)、在时刻T1之后成为模式(2) 来进行启动。图11的(b)～(e)将横轴设为时间、将纵轴分别设为行程指令值l*、行程的检测值lm、外加电压的频率(驱动频率)ω*、外加电压的振幅(电压指令值的振幅) |Vm*|。
在有来自上位控制器(未图示)等的线性马达104的启动指令的情况下，线性马达104 转移至模式(1)步骤S162。在模式(1)步骤S162中，使行程指令l*单调递增(例如线形增加)。驱动频率ω*是否与共振频率大致一致有可能使得行程指令值l*背离行程检测值lm。当增加行程指令l*时，线性马达104增加所施加的电压的振幅|Vm*|。动子6的行程lm也随之增加。在模式(1)步骤S162中，驱动频率指令值ω*维持在大致固定值ω0。
通过使行程指令l*从零起单调递增，能够抑制线性马达104的动子6骤然开始运动，从而能够减少振动和噪音。若是在将行程指令l*的初始值不设为零的情况下，当驱动频率ω*的刚启动之后的值与共振频率大致一致时，有动子6的振幅过度增大之虞。
从控制部102输出的驱动频率的初始值(ω0)优选设定为与包含共振弹簧23的质量弹簧系统的共振频率大致一致，但不容易高精度地推断共振频率。例如，动子6的质量或共振弹簧23的弹簧常数的偏差、或者可能安装至动子6的负载的变动等通常会导致与推断值存在差异。因此，尤其是刚启动之后，行程指令值l*容易背离行程检测值lm。
因而，图11的(c)所示的实际的动子6的行程lm的值容易小于图11的(b)所示的行程指令l*，例如在负载发生了变动时等能够抑制行程lm过度增大。此外，通过一边增加行程指令l*或电压指令值的振幅一边从刚启动之后起抑制驱动频率指令值ω*的变动，在驱动频率ω*的初始值与共振频率一致或不一致的情况下都能抑制实际的行程lm过度增大。
模式(1)步骤S162中的行程指令l*是比最大行程长度ls_max(例如动子6的最大可动长度)小的值ls*_1。其原因在于，即便在动子6的行程增大到设想程度以上的情况下，也能避免动子6或者对动子6附加的负载元件发生破损。
当电压指令值Vm*的振幅|Vm*|达到规定值(模式转变电压指令值Vm*1)时，转移至模式(2)步骤S163。将达到模式转变电压指令值Vm*1的时刻设为T1。模式转变电压指令值Vm*1可以决定为能进行共振频率的检测或推断的电压指令值以上的值。其原因在于，若动子6的振幅和速度不大到一定程度，则难以推断动子6的共振频率。具体而言，可以预先获取施加至线性马达104的电压的频率和振幅与共振频率的检测或推断的可否的关系性，由此决定模式转变电压指令值Vm*1。
模式(2)步骤S163进行共振频率的检测或推断，而且以与该共振频率一致的方式控制驱动频率。行程指令值l*维持大致固定。时间T1到时间T2期间，以驱动频率ω*接近共振频率ωres＝ω1的方式进行控制，而且以行程检测值lm接近行程指令值(ls*_1)的方式进行控制。将行程指令值l*与行程检测值lm大致一致的时间设为T2。
当到达时间T2时，线性马达驱动装置101增加行程指令值l*例如变更为最大行程长度ls_max。相应地，控制(增加)电压指令值Vm*的振幅|Vm*|，由此，以行程检测值接近行程指令值(ls_max)的方式进行控制。再者，在时间T2与时间T3的期间内，假定对动子6附加的负载元件不发生变动、共振频率没有变化，因此，驱动频率能够维持共振频率，所以不使其变化。不过也设想负载元件发生变动的情况。在这种情况下，优选执行以下的时间T3上的控制。
在时间T3的时间点，例如因对动子6附加的负载元件而导致连接至共振弹簧23的质量发生了变化(变轻)。当连接至共振弹簧23的质量变轻时，共振弹簧23的弹簧常数k 除以动子6的质量m而得的值的平方根变大，共振频率ωres增加。如此，当驱动频率偏离共振频率时，如根据图6的关系所知，在施加的是同一电压振幅的状态下，行程会减少。
在模式(2)步骤S163的期间内，像上述那样检测或推断共振频率，而且以与该共振频率一致的方式控制驱动频率。因此，以驱动频率ω*接近共振频率ωres(＞ω1)的方式进行控制(提高驱动频率)。此时，优选以行程检测值lm接近行程指令值(ls_max) 的方式增加电压指令值Vm*的振幅|Vm*|。
另一方面，在负载元件变重的情况下，降低驱动频率ω*。再者，作为负载元件，可仅为质量，也可为连接至线性马达104而受功的物体。再者，关于驱动频率是与共振频率一致还是偏离，例如可以通过观测电流值来进行判定等各种公知的方法来进行判定。由于线性马达104的弹簧常数不会变动，因此可以根据共振频率的变动来检测为质量发生了变动。
＜控制部102的详情＞
图1例示的控制部102由相位差检测器130、驱动频率调整器131、积分器140、电压指令值制作器103及PWM信号生成器133构成，所述驱动频率调整器131根据相位差检测器130的输出dltθ＾以及相位差指令值dltθ*、以相位差推断值dltθ＾跟随相位差指令值dltθ*的方式调整驱动频率指令值ω*，所述积分器140对驱动频率指令值ω*进行积分来制作相位指令值θ*，所述电压指令值制作器103根据相位指令值θ*以及动子6的行程指令值l*(行程目标值Iref)来输出电压指令值V*，所述PWM信号生成器133对电压指令值V*与三角波载波信号进行比较，输出对输出电压的电力转换电路105进行驱动的驱动信号。再者，电力转换电路105也可为输出电流的形态。该情况下，设置电流指令值制作器代替电压指令值制作器103即可。
＜基准相位制作器＞
关于获得动子6及电枢9的相对位置xm的信息，在使用位置传感器的情况下，利用其输出即可，因此酌情使用公知的位置传感器即可。对根据动子6的位置的相位与对绕组 8的外加电压Vm或马达电流Im的相位差来推断共振频率的构成进行说明，首先对成为相位的基准的基准相位(动子6的相位)进行说明。
本实施例的基准相位(相位指令值θ*)是通过将图1的驱动频率调整器131的输出即驱动频率指令值ω*在作为基准相位制作器的积分器140中进行积分而获得。即，基准相位是具有相当于外加电压Vm(θ*)的目标频率的驱动频率指令值ω*的波动的各时刻的相位θ*。如此，本实施例是使用驱动频率调整器131的驱动频率指令值ω*的积分值作为基准相位θ*，但也可固定为例如包含动子6的振动体的机械共振频率的积分值。
通过使用基准相位θ*作为外加电压Vm的相位，例如在检测或推断动子6的位置时也能运用基准相位θ*。关于基准相位θ*，在驱动频率指令值ω*固定的期间，例如可设为对应于各时刻而将[-π,π]、[0,2π]或者比这宽的范围作为值域的锯齿波，或者对应于时刻而线性地增加。在像后文叙述那样驱动频率指令值ω*发生了变动的情况下，锯齿波或线性的增加的形状相应地发生变动(斜率发生变化)。
当然，也可使用位置检测部106得到的位置检测值xm来获得基准相位θ*。在使用位置检测值xm的情况下，例如可以将动子6进行往复运动的一周期的位移的总移动长度设为360°，根据距基准位置(例如往复运动的中间点、往复运动的最大或最小位置)的动子6的位置(＝位移)与相当于总移动长度的长度的比来求基准相位θ*。
＜相位差检测器130＞
在动子6正在进行往复运动的情况下，动子6的位置xm呈周期函数。周期函数能以傅里叶级数表示，因此，若使用傅里叶变换式来表示动子6的位置xm，则可以像下式(1) 那样定义。
[数式1]
Figure BDA0002018163530000111
此处，x0为直流偏移值，an及bn为n阶傅里叶系数，通过下式(2)及式(3)求出。
[数式2]
Figure BDA0002018163530000112
[数式3]
Figure BDA0002018163530000113
此处，T0为基波的周期(动子6的往复运动的周期)，也就是1阶频率(驱动频率) 的倒数。
在以使动子6以共振频率进行驱动的方式进行控制的情况下，高阶分量不重要，着眼于1阶分量也就是驱动频率分量即可。尤其重要的是动子6的位置xm的1阶频率分量(驱动频率分量)的相位。通过1阶傅里叶系数的反正切，可以利用下式(4)来求相对于正弦波状的外加电压V的动子6的位置xm。
[数式4]
Figure BDA0002018163530000114
式(4)中是将积分范围设为-2π～0。其原因在于，在通过微电脑或DSP(DigitalSignal Processor)等半导体集成电路等来实现相位差检测器130的情况下，只能获取过去的信息。
图12为相位差检测器的构成例以及驱动频率与相位差检测器输出的关系的说明图，图12的上图为以框图展示式(4)的情况的说明图，图12的下图为驱动频率与相位差检测器130的输出的关系的说明图。将相位指令值θ*分别输入至正弦运算器81(对输入值的正弦进行输出)和余弦运算器82(对输入值的余弦进行输出)，获得对应于相位指令值θ*的正弦及余弦。从乘法器92输出将正弦及余弦分别与动子6的位置xm相乘而得的值。当将该输出分别在积分器94a、94b中进行积分时，获得正弦及余弦各自的1阶傅里叶系数。即，可以消去比傅里叶展开的驱动频率ω高阶的频率分量，因此可以构成为对高阶噪声具有鲁棒性。
将积分器94a、94b的输出输入至反正切器86。反正切器86根据输入的正弦及余弦分量来输出反正切值。本实施例的反正切器86输出将分子设为积分器94a的输出、将分母设为积分器94b的输出的相位的反正切值，但也可输出将分子与分母颠倒的值。图12的下图为表示交流电压的频率(横轴)与反正切器86的输出值(相位差dltθ＾)(纵轴) 的关系的图。如根据图12的下图所知，在本实施例中，在驱动频率与共振频率一致的情况下，从反正切器86输出90°。在驱动频率高于共振频率的情况下，从反正切器86输出的值大于90°，在驱动频率低于共振频率的情况下，从反正切器86输出的值小于90°。由此，可以求出相对于基准相位θ*的去往相位差检测器130的输入交流信号(本实施例中为动子6的位置xm)的1阶频率分量的相位差dltθ＾，从而能够实现共振频率的推断。并且，例如在相位差dltθ＾超过90°的情况下，以相位差dltθ＾降低的方式进行控制即可，在不到90°的情况下，以增加的方式进行控制即可。优选将基准相位θ*与基本频率θ成为相同值时的相位差dltθ＾作为目标值dltθ*来进行控制。
再者，可以使用不完全积分器代替积分器94a、94b。不完全积分器为低通滤波器的一种，可以设为与1阶滞后滤波器同样的构成。另外，能以对不完全积分器代替或追加的方式在积分器94a、94b(或者不完全积分器)的前级设置高通滤波器(未图示)。作为高通滤波器的截止频率，例如可以设为10或5Hz以下。
如此，相位差检测器130在使用驱动频率分量的1阶傅里叶系数的比的反正切来求相对于交流电压指令值V*的动子6的位置xm的相位θ时，仅对去往相位差检测器130的输入交流信号的1阶频率分量具有较高灵敏度。也就是说，例如即便在动子6的位置xm上重叠有直流偏移或高阶噪声的情况下，也能更准确地求出相对于基准相位θ*的去往相位差检测器130的输入交流信号的1阶频率分量的相位dltθ。此外，在像上述那样设置高通滤波器的情况下，可以构成为进而对比驱动频率ω小的频率也具有鲁棒性。
因而，动子6的位置检测方法在采用容易重叠噪声的系统例如电感的动子位置依存性较大的系统、附近存在别的设备的系统的情况下能够实现尤为有效的控制。如此，能够高精度地检测或推断共振频率、实现高效率的线性马达驱动。
＜驱动频率调整器131＞
图13为说明驱动频率调整器131的构成例的图。频率指令切换器155按照切换模式(1)与模式(2)的指令即模式切换信号(modeSW)来切换2个输入。在模式(1)步骤 S162(图10)中，输出输入到频率指令切换器155的A侧的值。也就是说，驱动频率指令的初始值(ω0)直接作为频率指令值ω*输出。在模式(2)步骤S163(图10)中，输出输入到频率指令切换器155的B侧的值。输入到B侧的值以如下方式决定。
驱动频率调整器131利用减法器91来求相位差指令值dltθ*(例如90°)与由相位差检测器130求出的相位差dltθ＾的差，并将在乘法器92b中对该差乘以比例增益 Kp_adtr来进行比例控制而得的运算结果与在乘法器92c中对该差乘以积分增益Ki_adtr 并将其结果在积分器94c中进行积分的积分控制而得的运算结果在加法器90中相加，输出驱动频率指令值ω*。
再者，相位差指令值dltθ*可从上位控制器(本实施例中未展示)获得，也可像本实施例这样预先设定为例如90°。此外，本实施例的驱动频率调整器131为比例积分控制的构成，但也可以运用比例控制、积分控制等其他控制构成。
[高效驱动的实现]
对以由动子6的质量和弹簧常数决定的机械性共振频率驱动线性马达104的情况下的相位差检测器130和驱动频率调整器131的动作进行说明。
例如，在动子6的质量比设计值重的情况下，实际的共振频率变得比设计值低。也就是说，在使用动子6的质量设计值来决定驱动频率的初始值的情况(利用设计值来决定驱动频率指令值ω*的初始值的情况)下，会以比实际的共振频率高的频率进行驱动。此时，相位差检测器130中求出的相位差dltθ＾成为比相位差指令值dltθ*大的值。因此，驱动频率调整器131执行减少驱动频率指令值ω*的控制，结果，驱动频率指令值ω*与实际的共振频率一致。因而，能够有效利用动子6的速度能量，从而能够高效地驱动线性马达 104。
＜电压指令值制作器103＞
像一边参考图9一边说明过的那样，对电压指令值制作器103输入相位指令值θ*和行程指令值l*，并输出单相的交流电压指令值Vm*。下面对详情进行说明。
行程指令切换器150按照图13所示的模式切换信号(modeSW)来切换2个输入。通过变更行程指令值l*、相位指令值θ*、速度指令值vm*中的任一方，可以调整施加至线性马达104的电压。也就是说，通过调整外加电压的振幅及频率，可以将驱动频率控制为共振频率或者控制行程。
在模式(1)步骤S162(图10)中，输出输入到行程指令切换器150(参考图9等) 的A侧的行程指令制作器151的输出值。
图14为说明行程指令制作器151的构成的图。当从上位控制器(未图示)等输入线性马达104的启动指令(启动信号(MtrStart))时，启动信号切换器160的输出根据启动指令从0变为1。将启动信号切换器160的输出在行程增加率运算器161中除以到行程目标值Iref的到达时间(T_inc)，并在乘法器162中与行程目标值Iref相乘，将相乘而得的值在积分器163中进行积分。由此，获得斜率为Iref/T_inc的信号。接着，在限制器164中限制为限制值输入(图14的例子中为行程目标值Iref)的值，获得行程指令值l*_A。
在模式(2)步骤163(图10)中，输出输入到行程指令切换器150(图9)的B侧的行程控制器153的输出值。行程检测器152的输出等输入至行程控制器153。
图15为说明行程检测器152的构成例的图。最大值检测器170及最小值检测器171输出规定期间(例如基准相位θ*的[0,2π]期间)内的输入值(图15的例子中为位置检测值xm)的最大值及最小值。将两者在加法器172中相加，之后在乘法器173中乘以1/2，由此获得行程检测值lm。
图16为说明行程控制器153的构成例的图。行程控制器153在减法器175中求出行程目标值lref与行程检测器152中求出的行程检测值lm的差，并将在乘法器176中对该差乘以比例增益Kp_stl来进行比例控制而得的运算结果与在乘法器177中对该差乘以积分增益Ki_stl并将其结果在积分器178中进行积分的积分控制而得的运算结果在加法器 179中相加，输出行程指令值l*_B。
＜PWM信号制作器133＞
在PWM信号制作器133中使用基于三角波载波信号与电压指令值Vm*的比较的公知的脉宽调制，生成与电压指令值Vm*相应的驱动信号。
＜电力转换电路105＞
图17为说明包含电力转换电路105的构成例的图。全桥电路126根据从控制部102输入的驱动信号对直流电压源120进行开关而对线性马达104输出电压。全桥电路126具备4个开关元件122，构成具有串联在一起的开关元件122a、122b的第一上下臂(以下称为U相)和具有开关元件122c、122d的第二上下臂(以下称为V相)。开关元件122可以基于由控制部102生成的电压指令值和脉宽调制得到的驱动信号、根据栅极驱动电路123 输出的脉冲状的栅极信号(124a～124d)进行开关动作。
通过控制开关元件122的导通状态(导通/断开)，可以将直流电压源120的直流电压转换为相当于交流电压的电压而输出至绕组8。再者，也可使用直流电流源代替直流电压源120。作为开关元件122，例如可以采用IGBT、MOS-FET等半导体开关元件。
[与线性马达104的接线]
电力转换电路105的第一上下臂的开关元件122a、122b之间以及第二上下臂的开关元件122c、122d之间分别连接到线性马达104。图17展示的是上侧及下侧的电枢9的绕组8并联在一起的例子，但也可以将绕组8串联。
[电流检测单元107]
可以对U相下臂和V相下臂设置例如CT(电流互感器)等电流检测器107。由此，能够检测流至线性马达104的绕组的电流Im。
作为电流检测器107，例如可以采用相分流电流方式代替CT，相分流电流方式是对电力转换电路105的下臂附加分流电阻125、根据流至分流电阻125的电流来检测流至线性马达104的电流。也可采用单分流电流检测方式，单分流电流检测方式是根据流至以对电流检测单元107代替或追加的方式对电力转换电路105的直流侧附加的分流电阻125的直流电流，来检测电力转换电路105的交流侧的电流。单分流电流检测方式利用了如下特征：根据构成电力转换电路105的开关元件122的通电状态，流至分流电阻125的电流随时间发生变化。
再者，模式转变电压指令值Vm*1也可以根据对电力转换电路的直流电压源120乘以某一比率而求出的值、线性马达104的感应电压与电力转换电路的直流电压源120的比率、或者动子6的位置xm相对于动子6的最大行程长度的比率等来决定。
如上所述，根据本实施例，具备将交流电压的频率保持大致固定并使振幅单调递增的运转模式(1)和求动子的交流电压与动子位置的相位差、以一方面将动子的行程保持固定另一方面该相位差成为规定值的方式改变交流电压的频率的运转模式(2)，由此，不论启动时的负载如何都能将动子6的行程控制为所期望的行程而实现稳定的启动。
本实施例能够取得应对动子等的质量的偏差等的效果，因此在负载不变动的情况下也有效。
实施例2
除了下述内容以外，本实施例的构成可以与实施例1相同。本实施例利用马达电流Im 来推断共振频率，而且利用外加电压Vm和马达电流Im等来推断相对位置。
＜线性马达驱动装置201＞
图18为本发明的另一实施例即实施例2的线性马达系统200的整体概略构成图。线性马达系统200由线性马达驱动装置201和线性马达104构成。
线性马达驱动装置201具有至少具有位置推断部208和相位差检测器230的控制部202、电流检测器207以及电力转换电路105。
＜相位差检测器230＞
图19为表示本实施例的相位差检测器230的构成例的说明图。将相位指令值θ*(基准相位θ*)分别输入至正弦运算器81(对输入值的正弦进行输出)和余弦运算器82(对输入值的余弦进行输出)，获得对应于相位指令值θ*(基准相位θ*)的正弦及余弦。从乘法器92输出将正弦及余弦分别与马达电流Im相乘而得的值。当将该输出分别在作为滞后滤波器的一例的一阶滞后滤波器141a、141b中进行运算时，获得正弦及余弦各自的1 阶傅里叶系数。即，可以消去比傅里叶展开的驱动频率ω高阶的频率分量，因此可以构成为对高阶噪声具有鲁棒性。
将一阶滞后滤波器141a、141b的输出输入至反正切器86。反正切器86根据输入的正弦及余弦分量来输出反正切值。本实施例的反正切器86输出将分子设为一阶滞后滤波器141a的输出的负值、将分母设为一阶滞后滤波器141b的输出的相位的反正切值。当然，也可像实施例1中说明过的那样输出将分子与分母颠倒的值。
图20为表示交流电压的驱动频率(横轴)与反正切器86的输出值(相位差dltθ)(纵轴)的关系的图。在本实施例中，在驱动频率为共振频率的情况下，从反正切器86 输出0°。在驱动频率高于共振频率的情况下，从反正切器86输出的值大于0°，在驱动频率低于共振频率的情况下，从反正切器86输出的值小于0°。由此，可以求出相对于基准相位θ*的去往相位差检测器230的输入交流信号(本实施例中为动子6的位置xm)的 1阶频率分量的相位差dltθ，从而能够实现共振频率的推断。
＜位置推断单元208＞
位置推断部208推断动子6的位置。例如，利用施加至线性马达104的电压Vm和流至线性马达104的电流Im、例如通过下式(5)来求位置推断值xm＾。
[数式5]
Figure BDA0002018163530000161
式中，Vm*为施加至线性马达104的电压指令值Vm*。
图21为表示位置推断部208的构成例的说明图，是以框图展示式(5)的情况的说明图。再者，位置推断部208除了上述方法以外也可以运用公知的同步式马达的位置推断方法。若将位置推断值xm＾输入至图15的行程检测器152，则可以控制为所期望的行程。
如此，根据本实施例，根据施加至线性马达104的电压和流至线性马达104的电流来推断动子6的位置，并根据位置推断值来高精度地检测或推断共振频率，由此，能够提供高效率的线性马达驱动。进而，具备将交流电压的频率保持固定并使振幅单调递增的运转模式(1)和求动子的交流电压与动子位置的相位差、以一方面将动子的行程保持固定另一方面该相位差成为规定值的方式改变交流电压的频率的运转模式(2)，由此，能够实现不论启动时的负载如何都能将动子的6的行程控制为所期望的行程而实现稳定的启动的线性马达驱动。
实施例3
除了下述内容以外，本实施例的构成可以与实施例1或2相同。本实施例涉及作为搭载有线性马达系统100的设备的一例的密闭型压缩机50。作为设备，可以使用对往复运动的振动体(动子6)施加根据其相位θ和驱动频率ω而变动的负载的物体等。
＜密闭型压缩机50＞
图22为本发明的另一实施例即实施例3的密闭型压缩机的纵向剖视图，是具有线性马达104的密闭型压缩机50的纵向剖视图的一例。密闭型压缩机50是压缩元件20和电动元件30配置在密闭容器3内的往复式压缩机。压缩元件20及电动元件30由支承弹簧 49弹性地支承在密闭容器3内。电动元件30包含动子6及电枢9。
压缩元件20具备形成气缸1a的气缸体1、组装在气缸体1的端面的气缸盖16、以及形成排出室空间的汽缸盖罩17。供给到气缸1a内的工作流体因活塞4的往复移动而受到压缩，压缩后的工作流体被送至连通至压缩机外部的排出管(未图示)。
在动子6的一端安装有活塞4。在本实施例中，动子6及活塞4进行往复运动，由此使工作流体压缩及膨胀。该压缩及膨胀所需的功等相当于变动的负载。在电动元件30的一端配置有压缩元件20。气缸体1沿前后方向具有引导动子6的往复移动的导杆。
在密闭容器3内设置线性马达104的情况下，有时使用称为气密连接器或气密封件的、具有气密性的连接器。为了保持气密性，连接器的数量较理想设为最小限度。因此，本实施例的线性马达系统300(图23)根据施加至线性马达104的电压Vm和流至线性马达104 的马达电流Im来推断动子6的位置，并根据位置推断值xm＾来高精度地检测或推断共振频率，从而提供高效率的线性马达驱动。
在对动子6附加为弹性体的共振弹簧23(图22中未图示)、使动子6以由动子6的质量和弹簧常数决定的机械性共振频率进行往复运动的情况下，还需要考虑压缩元件20 对共振频率的影响。即，会因排出空间的压力而产生工作流体的弹簧性作用，因此，达到共振状态的频率会发生变化。也就是说，在气缸1a内的压力较高的情况下，与对动子6 附加的共振弹簧23的弹簧常数较高等价，共振频率升高。反过来，在气缸1a内的压力较低的情况下，对动子6附加的共振弹簧23的弹簧常数占主导，共振频率接近由动子6的质量和弹簧常数决定的机械性共振频率。
此外，若不考虑气缸1a内的压力来推断共振频率，则有动子6的行程增大到设想程度以上、活塞4碰撞至气缸盖16之虞。若活塞4碰撞至气缸盖16，则不仅会成为噪音，在最坏的情况下，活塞4或气缸盖16还可能破损。因此，较理想为在启动时等过渡时也恰当地控制行程。
如此，在将线性马达104作为压缩元件20的动力的情况下，压缩元件20的条件会导致共振频率发生变化。要在这种情况下也获得所期望的行程，须高精度地检测或推断根据条件发生变化的共振频率。因此，如图23所示，本实施例的线性马达系统300根据施加至线性马达104的电压和流至线性马达104的电流来推断动子6的位置，并根据位置推断值来高精度地检测或推断共振频率，能够实现高效率的线性马达驱动。由于可以根据外加电压Vm和马达电流Im来推断动子6的位置，因此能够降低在成为高温高压环境的密闭容器3内配置位置传感器的必要性。此外，根据线性马达104的负载(例如与压力元件20 的吸入压力与排出压力的差成比例)来恰当地切换控制增益，由此，能够实现在无负载(压力元件20的吸入压力与排出压力呈均压状态)到重负载这一宽广的负载条件下也能稳定地进行启动及驱动的线性马达驱动。
＜线性马达驱动装置301的启动控制等＞
图23为本实施例的线性马达系统300的整体概略构成图。线性马达系统300由线性马达驱动装置301和线性马达104构成。
线性马达驱动装置301具有至少具有位置推断部308和相位差检测器330的控制部302、电流检测器307以及电力转换电路105。
图24为说明各启动次序中的主要指令值的时间变化的图。与图11相比，图24中追加了增益切换信号(gainSW)。根据增益切换信号(gainSW)的状态(H或L)来切换各控制器(例如图25所示的行程控制器353)的控制增益。状态H的控制增益比状态L的控制增益大。
作为状态H、L的设定，例如可以将重负载时设为状态H、将无负载或轻负载时设为状态L。负载的轻重可以是将工作流体的膨胀视为轻负载、将工作流体的压缩视为重负载的着眼于短时间的变动的设定，也可以是将流量相对较少的时段视为轻负载、将流量相对较多的时段视为重负载的着眼于长时间的变动的设定。
再者，轻负载、重负载的判定(负载的轻重的判定)可以通过预先获得密闭型压缩机 50无负载时的共振频率的信息而进行比较来实现。具体而言，当负载较大时，共振频率会减少，因此，通过研究以与无负载时的共振频率存在哪一程度的差异的值进行共振，能够推断负载的轻重。
在驱动密闭型压缩机50的情况下，启动时，较理想为在短时间内控制为共振频率。要缩短控制器的响应时间，增大控制增益(例如图25所示的比例增益Kp_stl)即可。但是，若将控制增益增大到所需程度以上，则有在稳定状态(与指令值的差较小的状态)下导致振动这一问题。
图25为说明本实施例的行程控制器353的构成的图。增益切换器360根据增益切换信号(gainSW)的状态(H或L)来切换乘法器376及乘法器377的控制增益(比例增益 Kp_stl及积分增益Ki_stl)。
在本实施例中，将刚启动之后视为状态H，从而增大电压的振幅的变化速度(时间微分值)，因此，容易以高速执行模式(1)并转变为模式(2)。继而，在模式(2)执行中的时间T2，增益切换信号从H切换为L。在到时间T2为止的启动初期，压缩元件20的条件导致驱动频率与共振频率的背离较大。在这种状态下，增大控制增益，以在短时间内高精度地检测或推断共振频率，由此实现高效率的线性马达驱动，而且不论启动时的负载如何都将动子6的行程控制为所期望的行程而实现稳定的启动。
另一方面，当驱动频率与共振频率大致一致时，将该时间设为T2而减小控制增益。在驱动频率与共振频率大致一致的状态下，压缩元件20的机械时间常数比电动元件30的电气时间常数长。也就是说，相较于各控制器的响应时间而言，压缩元件20的条件所引起的共振频率的变化极长。因此，要减小控制增益。
图24的时间T4是来自上位控制器(未图示)等的压缩元件20的必要流量(由行程与驱动频率的积求出)发生变更(减少)而减少行程指令值l*的瞬间。在该情况下，在行程检测值lm达到行程指令值(ls*_2)之后，压缩元件20对共振频率的影响开始出现，因此共振频率降低。在该情况下，若通过驱动频率调整器131将驱动频率提升至所需程度以上，则有驱动频率不稳定之虞。因此，同样地在驱动频率调整器131中也构成增益切换器360(参考图25等)，根据增益切换信号(gainSW)的状态(H或L)来切换上述图13 所示的、构成驱动频率调整器131的乘法器92b及乘法器92c的控制增益(比例增益Kp_adtr 及积分增益Ki_adtr)。
如此，根据本实施例，根据施加至线性马达104的电压和流至线性马达104的电流来推断动子6的位置，并根据位置推断值来高精度地检测或推断共振频率，由此，能够实现高效率的线性马达驱动。进而，具备将交流电压的频率保持固定并使振幅单调递增的运转模式(1)和求动子的交流电压与动子位置的相位差、以一方面将动子的行程保持固定另一方面该相位差成为规定值的方式改变交流电压的频率的运转模式(2)，由此，能够提供不论启动时的负载如何都能将动子6的行程控制为所期望的行程而实现稳定的启动的线性马达驱动。此外，根据线性马达104的负载(例如与压力元件20的吸入压力与排出压力的差成比例)来恰当地切换控制增益，由此，能够实现在无负载(压力元件20的吸入压力与排出压力呈均压状态)到重负载这一宽广的负载条件下也能稳定地进行启动及驱动的线性马达驱动。
再者，本实施例展示的压缩机可以运用于在配备作为冷凝器或蒸发器而发挥功能的换热器的空调机中压送制冷剂用的压缩机。此外，可以采用上述实施例1或实施例2展示的线性马达驱动装置作为控制压缩机的驱动的线性马达驱动装置。
此外，本实施例展示的压缩机可以运用于在空气悬架中压缩工作流体以调整车高的压缩机。此外，可以采用上述实施例1或实施例2展示的线性马达驱动装置作为控制压缩机的驱动的线性马达驱动装置。
再有，本实施例展示的压缩机也可以运用于在具有冷凝器及蒸发器的冰箱中压送液态制冷剂的压缩机。此外，可以采用上述实施例1或实施例2展示的线性马达驱动装置作为控制压缩机的驱动的线性马达驱动装置。
本发明包含各种变形例，并不限定于上述实施例。例如，上述实施例是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，并非一定限定于具备说明过的所有构成。
此外，上述各构成、功能、处理部、处理手续等例如可通过利用集成电路进行设计等而以硬件来实现它们的一部分或全部。此外，上述各构成和功能等也可通过由处理器解释并执行实现各功能的程序而以软件来实现。
符号说明
1 气缸体
1a 气缸
2 永磁铁
3 密闭容器
4 活塞
6 动子
7 磁极
8 绕组
9 电枢
16 气缸盖
17 汽缸盖罩
20 压缩元件
23 共振弹簧(辅助弹簧)
30 电动元件
50 密闭型压缩机
100、200、300 线性马达系统
101、201、301 线性马达驱动装置
102、202、302 控制部
103 电压指令值制作器
104 线性马达
105 电力转换电路
107 电流检测器
122 开关元件
126 全桥电路
130、230、330 相位差检测器
131 驱动频率调整器
133 PWM信号制作器。

Claims (12)

1.一种线性马达控制装置，所述线性马达具备：
绕组，其被施加交流电压；以及
动子，其连接有弹性体，
该线性马达控制装置的特征在于，具有：
第一运转模式，其一方面将所述交流电压的频率保持大致固定，另一方面使所述交流电压的振幅单调递增；以及
第二运转模式，其一方面将所述交流电压的振幅保持大致固定，另一方面改变所述交流电压的频率，
以所述第一运转模式、所述第二运转模式的顺序执行，
在线性马达刚启动之后执行所述第一运转模式，
在所述第一运转模式下将所述动子的振幅增大至规定程度以上后，进行所述动子的位置推断以及/或者所述动子的共振频率的推断。
2.根据权利要求1所述的线性马达控制装置，其特征在于，
在所述第二运转模式下，执行一方面将所述交流电压的振幅保持大致固定另一方面改变频率的控制，其后执行增加所述交流电压的振幅的控制。
3.根据权利要求1所述的线性马达控制装置，其特征在于，
具有连接到所述动子的负载，
该线性马达控制装置根据所述交流电压的频率与检测或推断出的所述动子的共振频率的差来推断所述负载发生了变动，
所述交流电压的振幅、所述交流电压的频率或者所述动子的振幅中的一方、两方或三方的时间微分值在所述负载为重负载的情况下比所述负载为轻负载的情况下大。
4.根据权利要求2所述的线性马达控制装置，其特征在于，
具有连接到所述动子的负载，
该线性马达控制装置根据所述交流电压的频率与检测或推断出的所述动子的共振频率的差来推断所述负载发生了变动，
所述交流电压的振幅、所述交流电压的频率或者所述动子的振幅中的一方、两方或三方的时间微分值在所述负载为重负载的情况下比所述负载为轻负载的情况下大。
5.根据权利要求1所述的线性马达控制装置，其特征在于，
具有连接到所述动子的负载，
该线性马达控制装置根据所述交流电压的频率与检测或推断出的所述动子的共振频率的差来推断所述负载发生了变动，
根据所述负载来改变所述动子的行程、流至所述绕组的电流、或者针对所述动子的速度的控制增益或控制时间常数。
6.根据权利要求2所述的线性马达控制装置，其特征在于，
具有连接到所述动子的负载，
该线性马达控制装置根据所述交流电压的频率与检测或推断出的所述动子的共振频率的差来推断所述负载发生了变动，
根据所述负载来改变所述动子的行程、流至所述绕组的电流、或者针对所述动子的速度的控制增益或控制时间常数。
7.一种压缩机，其特征在于，具有根据权利要求1所述的线性马达控制装置，
利用所述绕组的电压及电流值来推断所述动子的位置。
8.一种压缩机，其特征在于，具有根据权利要求2所述的线性马达控制装置，
利用所述绕组的电压及电流值来推断所述动子的位置。
9.一种压缩机，其特征在于，具有根据权利要求3所述的线性马达控制装置，
利用所述绕组的电压及电流值来推断所述动子的位置。
10.一种压缩机，其特征在于，具有根据权利要求4所述的线性马达控制装置，
利用所述绕组的电压及电流值来推断所述动子的位置。
11.一种压缩机，其特征在于，具有根据权利要求5所述的线性马达控制装置，
利用所述绕组的电压及电流值来推断所述动子的位置。
12.一种压缩机，其特征在于，具有根据权利要求6所述的线性马达控制装置，
利用所述绕组的电压及电流值来推断所述动子的位置。
CN201780061850.4A 2016-10-13 2017-10-05 线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机 Active CN109792224B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-201511 2016-10-13
JP2016201511A JP6749205B2 (ja) 2016-10-13 2016-10-13 リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機
PCT/JP2017/036319 WO2018070339A1 (ja) 2016-10-13 2017-10-05 リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109792224A CN109792224A (zh) 2019-05-21
CN109792224B true CN109792224B (zh) 2022-09-27

Family

ID=61905633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780061850.4A Active CN109792224B (zh) 2016-10-13 2017-10-05 线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11329541B2 (zh)
JP (1) JP6749205B2 (zh)
CN (1) CN109792224B (zh)
DE (1) DE112017004451T5 (zh)
WO (1) WO2018070339A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200068436A (ko) * 2018-12-05 2020-06-15 엘지전자 주식회사 리니어 압축기 및 리니어 압축기의 제어 방법
CN111555690B (zh) * 2019-12-27 2022-04-05 瑞声科技(新加坡)有限公司 马达振动位移的控制方法、存储介质及电子设备
DE112020007200T5 (de) * 2020-05-13 2023-03-09 Mitsubishi Electric Corporation Linearmotorsystem
CN112012915B (zh) * 2020-08-31 2022-04-29 扬州大学 一种活塞式线性压缩机行程控制装置及其控制方法
CN114509156B (zh) * 2020-11-16 2023-10-20 深圳市万普拉斯科技有限公司 一种线性马达的校准方法、电子装置及存储介质

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8805420D0 (en) * 1988-03-08 1988-04-07 Framo Dev Ltd Electrically powered pump unit
GB9119448D0 (en) * 1991-09-12 1991-10-23 Vickers Systems Ltd System controls
US5980211A (en) * 1996-04-22 1999-11-09 Sanyo Electric Co., Ltd. Circuit arrangement for driving a reciprocating piston in a cylinder of a linear compressor for generating compressed gas with a linear motor
US6231310B1 (en) * 1996-07-09 2001-05-15 Sanyo Electric Co., Ltd. Linear compressor
JP3674216B2 (ja) * 1997-02-25 2005-07-20 松下電工株式会社 リニア振動モータの駆動制御方法
TW353707B (en) * 1997-09-26 1999-03-01 Nat Science Council Control device for linear compressor
JPH11351143A (ja) 1998-06-10 1999-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd リニアコンプレッサーの駆動装置
FR2801645B1 (fr) * 1999-11-30 2005-09-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Dispositif d'entrainement d'un compresseur lineaire, support et ensemble d'informations
JP3511018B2 (ja) * 2001-05-18 2004-03-29 松下電器産業株式会社 リニアコンプレッサ駆動装置
JP2003339188A (ja) * 2002-05-21 2003-11-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd リニアモータの駆動装置
JP3540311B2 (ja) * 2002-05-31 2004-07-07 松下電器産業株式会社 モータ駆動制御装置
US6977474B2 (en) * 2002-07-16 2005-12-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Control system for a linear vibration motor
US20040123195A1 (en) * 2002-12-20 2004-06-24 Rohrbaugh John G. Systems and methods for testing tri-state bus drivers
JP4136672B2 (ja) * 2003-01-10 2008-08-20 富士電機システムズ株式会社 振動型圧縮機
KR100941422B1 (ko) * 2003-08-04 2010-02-10 삼성전자주식회사 리니어 압축기 및 그 제어 장치
CN1780138A (zh) * 2004-11-18 2006-05-31 乐金电子(天津)电器有限公司 线性压缩机的驱动装置及其驱动方法
US7408310B2 (en) * 2005-04-08 2008-08-05 Lg Electronics Inc. Apparatus for controlling driving of reciprocating compressor and method thereof
KR100739165B1 (ko) * 2006-04-13 2007-07-13 엘지전자 주식회사 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법
KR101415058B1 (ko) * 2007-12-11 2014-07-04 엘지전자 주식회사 인버터 리니어 압축기 제어 장치 및 방법
KR101838633B1 (ko) * 2011-07-22 2018-03-14 엘지전자 주식회사 이동 단말기 및 그의 진동력 제어방법
US11466678B2 (en) * 2013-11-07 2022-10-11 Gas Technology Institute Free piston linear motor compressor and associated systems of operation
JP6271344B2 (ja) 2014-06-04 2018-01-31 ミネベアミツミ株式会社 振動発生器の制御方法および振動発生器
JP6667220B2 (ja) * 2015-07-14 2020-03-18 キヤノン株式会社 振動型アクチュエータの制御装置とその制御方法、駆動装置、撮像装置、及び自動ステージ

Also Published As

Publication number Publication date
CN109792224A (zh) 2019-05-21
DE112017004451T5 (de) 2019-07-11
JP2018064379A (ja) 2018-04-19
US11329541B2 (en) 2022-05-10
WO2018070339A1 (ja) 2018-04-19
JP6749205B2 (ja) 2020-09-02
US20200195119A1 (en) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109792224B (zh) 线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机
EP1724914B1 (en) System and method for controlling linear compressor
JP3554269B2 (ja) リニアモータ駆動装置、媒体、および情報集合体
WO2002095923A1 (fr) Dispositif d'entrainement pour compresseur linaire
KR20030091716A (ko) 리니어 모터의 구동장치
WO2017006744A1 (ja) モータシステム及びこれを備える機器
JP4060805B2 (ja) 電動機のトルク制御装置及び電動機のトルク制御方法及び電動機の回転子位置検出装置及び電動機の回転子位置検出方法及び密閉型圧縮機及び冷凍空調装置
Lee et al. Comparative performance analysis of reference voltage-controlled pulse width modulation for high-speed single-phase brushless DC motor drive
JP2003199388A (ja) モータ駆動装置
JP6965048B2 (ja) リニアモータシステム
WO2019154092A1 (zh) 一种用于线性压缩机的行程估算方法和装置
Suzuki et al. Position sensor-less resonant frequency estimation method for linear compressor with assist springs
JP6899720B2 (ja) リニアモータシステム及びそれを有する圧縮機
KR102189035B1 (ko) 리니어 모터 시스템 및 압축기
JP6916053B2 (ja) リニアモータシステム
Suzuki et al. Resonant frequency tracking control for a linear compressor with assist springs
WO2019176471A1 (ja) リニア圧縮機及びリニア圧縮機制御システム
Kim et al. Inductance and Stroke Estimation Method Based on Current Slope of LRA
Doss et al. A cost effective speed control method for bldc motor drive
Kimpara Mitigation of Torque Ripple and Vibration in Switched Reluctance Motor Drives: A Switching Optimization
Xue et al. A controller for linear compressors propelled by linear switched reluctance actuators
JP2004236437A (ja) モータの制御装置
JP2008237016A (ja) リニアコンプレッサ駆動装置
Sarlioglu Comparative Performance Analysis of Reference Voltage Controlled Pulse Width Modulation for High-Speed Single-Phase Brushless DC Motor Drive

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: Ibaraki

Applicant after: Hitachi astemo Co.,Ltd.

Address before: Ibaraki

Applicant before: HITACHI AUTOMOTIVE SYSTEMS, Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant