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Technischer
Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebssteuervorrichtung für einen
Hubkolbenkompressor unter Nutzung von Resonanz, und genauer eine
Antriebssteuervorrichtung für
einen Hubkolbenkompressor unter Nutzung von Resonanz mit Hochstrom
entgegenwirkenden Eigenschaften, indem ein Induktionswert einer Spulenwindung
innerhalb eines Motors durch Einsatz eines Kondensators kompensiert
wird.
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Hintergrundtechnik
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Allgemein
wird bei einem Hubkolbenkompressor die einer Spulenwindung an einem
Mehrphasenstator zugeführte
Energie unter Verwendung einer Schaltvorrichtung abgeschaltet, um
dadurch ein Drehmoment zu erzeugen. In dieser Hinsicht kann durch
sequenzielle Variierung eines Erregungszustandes zwischen einem
Rotor und einem Stator, eine vorwärts gerichtete Drehkraft durch
eine magnetische Saugkraft erzeugt werden.
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Wenn
ein spezieller Erregungszustand nicht variiert wird, kann der Rotor
in einer bestimmten Position angehalten werden und durch Steuerung
einer Phase eines Eingabeimpulssignals, das der Schaltvorrichtung zugeleitet
wird, indem eine Maximalinduktion als Ausgangspunkt genommen wird,
kann eine Drehkraft in umgekehrter Richtung erzeugt werden.
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Mit
solch einer unterschiedlichen Antriebssteuermöglichkeit ist der Hubkolbenkompressor
für den
Einsatz in elektrischen Geräten
geeignet, die eine Richtungssteuerung des Motors erfordern.
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Insbesondere
kann bei einem Hubkolbenkompressor, der für einen Kühlschrank oder eine Klimaanlage
verwendet wird, ein Druckverhältnis
durch eine an den Motor angelegte Spannung variiert werden, und dementsprechend
kann eine Kühlkraft
gemäß den Wünschen des
Benutzers verändert
werden.
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Der
Hubkolbenmotor wird nunmehr unter Bezugnahme auf 1 in
Einzelheiten beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches die Bauweise einer Antriebssteuervorrichtung
für einen
allgemeinen Hubkolbenkompressor zeigt, wie er beispielsweise in
der JP-A-09112439 dargelegt ist.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst der allgemeine Hubkolbenkompressor:
eine Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) zur Variierung eines Hubs
durch die Kolbenbewegung, um eine Kühlkraft durch eine an einen Innenmotor
angelegte Spannung gemäß einem
Hubsteuerwert zu steuern; einen Spannungsdetektor 30 zur Erfassung
einer an der Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) erzeugten Spannung,
wenn der Hub durch die angelegte Spannung erhöht wird; einen Stromdetektor 20 zur
Erfassung eines an die Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) angelegten
Stromes, wenn der Hub durch die angelegte Spannung erhöht wird;
einen Mikrocomputer 40 zur Berechnung eines Hubes ausgehend
von der Spannung und dem Strom, die von dem Spannungsdetektor 30 und
dem Stromdetektor 20 erfasst wurden, zum Vergleich des
Hubes mit dem Hubsteuerwert und zur Ausgabe eines entsprechenden
Schaltsteuersignals; und eine elektrische Schalteinheit 10 zum Abschalten
einer Wechselstromenergie mit einer Zweirichtungs-Thyristortriode
gemäß dem Schaltsteuersignal des
Mikrocomputers 40, um eine Spannung an die Hubkolbenkompressoreinheit
(L.COMP) anzulegen.
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Der
Betrieb des konventionellen Hubkolbenmotors, dessen Bauweise soeben
beschrieben wurde, wird nun erläutert
werden.
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Zunächst wird
der Kolben in einer Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) durch die
Spannung bewegt, die gemäß dem von
einem Benutzer eingestellten Hubsteuerwert angelegt wird, und dementsprechend wird
ein Hub zur Steuerung einer Kühlkraft
verändert.
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Wenn
dann die Einschaltzeit der Zweirichtungs-Thyristortriode (Tr1) der
elektrischen Schalteinheit 10 durch das Schaltsteuersignal
des Mikrocomputers 40 verlängert wird, wird der Hub der
Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) erhöht. Zu diesem Zeitpunkt werden
die Spannung und der Strom, die an den Motor (M) der Hubkolbenkompressoreinheit
(L.COMP) angelegt werden, von dem Spannungsdetektor 30 und
dem Stromdetektor 20 erfasst und an den Mikrocomputer 40 angelegt.
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Dann
berechnet der Mikrocomputer 40 einen Hub unter Verwendung
der Spannung und des Stromes, die von dem Spannungsdetektor 30 und
dem Stromdetektor 20 erfasst wurden.
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Der
Hub wird mit dem Hubsteuerwert verglichen, um ein entsprechendes
Schaltsteuersignal auszugeben.
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Dies
bedeutet, dass wenn der berechnete Hub kleiner ist als der Hubsteuerwert,
der Mikrocomputer 40 ein Schaltsteuersignal zur Verlängerung
der Einschaltzeit der Zweirichtungs-Thyristortriode (Tr1) ausgibt, um
die an die Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) angelegte Spannung
zu erhöhen.
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Wenn
jedoch der berechnete Hub größer als
der Hubsteuerwert ist, gibt der Mikrocomputer 40 ein Schaltsteuersignal
zur Verkürzung
der Einschaltzeit der Zweirichtungs-Thyristortriode (Tr1) aus, um
die an die Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) angelegte Spannung
zu verringern.
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Das
Verhältnis
zwischen der an den Motor (M) angelegten Spannung und dem Hub kann
mit der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt werden:
wobei α eine Motorkonstante zur Umwandlung
einer elektrischen Kraft in eine mechanische Kraft angibt, S - einen
Hub bezeichnet, ‚R’ ein innerer
Widerstand des Motors ist und ‚L’ eine
Induktion des Motors (M) selbst angibt.
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Die
Induktionsspannung
ist im Wesentlichen ähnlich einer
gegenelektromotorischen Kraft (α · S -) und
die Spannung durch den inneren Widerstand (R) kann vernachlässigbar
im Vergleich zu der gegenelektromotorischen Kraft (α · S -) sein.
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Dementsprechend
wird die an den Motor (M) angelegte Spannung (V) durch die Summe
der Induktionsspannung
und der gegenelektromotorischen
Kraft (α · S -) bestimmt,
und um einen erforderlichen Hub zu erzeugen, sollte die an den Motor
angelegte Spannung (V) erhöht
werden.
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Um
die Leistung des Hubkolbenkompressors zu verbessern, sollte zu diesem
Zeitpunkt der Induktionswert (L) der Spulenwicklung an dem Motor
(M) selbst klein sein, und der Induktionswert (L) der Spule wird klein,
wenn die Stärke
des Motors (Magneten) erhöht
wird.
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Um
die Leistung des Hubkolbenmotors zu verbessern, wird somit, wenn
die Stärke
des Antriebs (die Dicke des Magneten) erhöht wird, ein Luftspalt vergrößert, was
zu dem Problem führt,
dass die Gesamtgröße und die
Kosten des Hubkolbenkompressors vergrößert werden.
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Wenn
dahingegen die Stärke
des Antriebs (die Dicke des Magneten) verringert wird, wird der
Induktionswert (L) der Spulenwicklung an dem Motor (M) erhöht. Dann
arbeitet der Strom gemäß dem Spannungswert
für die
Hubsteuerung des Hubkolbenkompressors langsam, so dass der Hub nicht
gleichmäßig gesteuert wird.
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Technischer
Kern der vorliegenden Erfindung
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Daher
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Antriebssteuervorrichtung
für einen
Hubkolbenkompressor bereitzustellen, welche eine ausgezeichnete
Strom entgegenwirkende Leistung aufweist, indem eine Eigenschaft,
welche die Stromwirkungseigenschaften verlangsamt, kompensiert wird,
wenn ein Induktionswert einer Spulenwicklung innerhalb eines Motors
durch Einsatz eines Kondensators erhöht wird.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Um
die oben genannten Ziele zu erreichen, wird eine Antriebssteuervorrichtung
für einen
Hubkolbenkompressor mit einer Hubkolbenkompressoreinheit bereitgestellt,
welche eine Kühlkraft
steuert durch Variierung eines Hubs gemäß einer Kolbenbewegung durch
eine an einen internen Motor gemäß einem
Hubsteuerwert angelegte Spannung, und mit einer elektrischen Schalteinheit,
um einen Wechselstrom mit einer Zweirichtungs-Thyristortriode zu
schalten und ihn an den Motor der Hubkolbenkompressoreinheit anzulegen,
wobei die elektrische Schalteinheit einen Kondensator umfasst, um
eine Induktion einer Spulenwicklung an dem Motor selbst der Hubkolbenkompressoreinheit
zu kompensieren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches die Bauweise einer Antriebssteuervorrichtung
für einen
konventionellen Hubkolbenkompressor zeigt; und
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches die Bauweise einer Antriebssteuervorrichtung
für einen
Hubkolbenkompressor zeigt, welcher eine Resonanz gemäß der vorliegenden
Erfindung einsetzt.
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Art und Weise
der Durchführung
der bevorzugten Ausführungen
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Die
Funktion und Wirkung einer Antriebssteuervorrichtung für einen
Hubkolbenkompressor werden nunmehr in Einzelheiten unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches die Bauweise einer Antriebssteuervorrichtung
für einen
Hubkolbenkompressor zeigt, der eine Resonanz gemäß der vorliegenden Erfindung
einsetzt.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst eine Antriebssteuervorrichtung
für einen
Hubkolbenkompressor: eine Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) zur
Variierung eines Hubs durch die Kolbenbewegung, um eine Kühlkraft
durch eine an einen Innenmotor angelegte Spannung gemäß einem
Hubsteuerwert zu steuern; einen Spannungsdetektor 30 zur
Erfassung einer an der Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) erzeugten
Spannung, wenn der Hub durch die angelegte Spannung erhöht wird;
einen Stromdetektor 20 zur Erfassung eines an die Hubkolbenkompressoreinheit
(L.COMP) angelegten Stromes, wenn der Hub durch die angelegte Spannung
erhöht
wird; einen Mikrocomputer 40 zur Berechnung eines Hubes
ausgehend von der Spannung und dem Strom, die von dem Spannungsdetektor 30 und
dem Stromdetektor 20 erfasst wurden, zum Vergleich des Hubes
mit dem Hubsteuerwert und zur Ausgabe eines entsprechenden Schaltsteuersignals;
und eine elektrische Schalteinheit 10 mit einem Kondensator
(C) zum Kompensieren einer Induktion einer Spulenwicklung (L) an
dem Motor (M) selbst der Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) und
zum Abschalten einer Wechselstromenergie mit einer Zweirichtungs-Thyristortriode
gemäß dem Schaltsteuersignal
des Mikrocomputers 40, um eine Spannung an die Hubkolbenkompressoreinheit
(L.COMP) anzulegen.
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Der
Betrieb der Antriebssteuervorrichtung für einen Hubkolbenkompressor
wird jetzt in Einzelheiten beschrieben.
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Zunächst wird
der Kolben durch eine angelegte Spannung gemäß einem von einem Benutzer
eingestellten Hubsteuerwert bewegt und dementsprechend wird ein
Hub variiert, um eine Kühlkraft
zu steuern.
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Wenn
dann die Einschaltzeit der Zweirichtungs-Thyristortriode (Tr1) der
elektrischen Schalteinheit 10 durch das Schaltsteuersignal
des Mikrocomputers 40 verlängert wird, wird der Hub der
Hubkolbenkompressoreinheit (L.COMP) erhöht. Zu diesem Zeitpunkt werden
die Spannung und der Strom, die an den Motor (M) der Hubkolbenkompressoreinheit
(L.COMP) angelegt werden, von dem Spannungsdetektor 30 und
dem Stromdetektor 20 erfasst und an den Mikrocomputer 40 angelegt.
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Dann
berechnet der Mikrocomputer 40 einen Hub unter Verwendung
der Spannung und des Stromes, die von dem Spannungsdetektor 30 und
dem Stromdetektor 20 erfasst wurden.
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Der
Hub wird mit dem Hubsteuerwert verglichen, um ein entsprechendes
Schaltsteuersignal auszugeben.
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In
diesem Zusammenhang ist in der vorliegenden Erfindung der Kondensator
(C) in Reihe an den Motor (M) angeschlossen, um eine Induktion (L)
einer Spulenwicklung an dem Motor (M) zu kompensieren, was jetzt
in Einzelheiten beschrieben werden wird.
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Zunächst kann
eine Spannung (V), die an beide Enden des Motors (M) und des Kondensators
(C) angelegt wird, aus der folgenden Gleichung (2) abgeleitet werden:
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An
dieser Stelle kann eine Kapazität
durch die folgende Gleichung (3) bestimmt werden:
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An
dieser Stelle werden die Kapazität
(C) und die Induktion (L) vorab auf Werte eingestellt, die eine Resonanz
erzeugen.
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Dementsprechend
treten die Kapazität
(C) und die Induktion (L) miteinander in Resonanz und werden kompensiert,
so dass die an beide Enden des Motors (M) und des Kondensators angelegte
Spannung aus der folgenden Gleichung (4) abzuleiten ist:
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In
Gleichung (4) hat die angelegte Spannung (V) eine ähnliche
Stärke
wie die gegenelektromotorische Kraft (α · S -), wenn die Induktionsspannung
von der Kondensatorspannung
kompensiert wird, und dementsprechend
wird ein Hub bei der niedrig angelegten Spannung (V) erzeugt.
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Zusätzlich wird,
da die an den Kondensator (C) angelegte Spannung wie die angelegte
Spannung (V) an den Motor (M) angelegt wird, ein starker Hub mit
der gering angelegten Spannung erzeugt. So wird eine der Überladung
entgegenwirkende Leistung verbessert.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wenn,
wie soweit beschrieben, gemäß der Antriebssteuervorrichtung
eines Hubkolbenkompressors die Strombetriebseigenschaften gemäß der Erhöhung der
Induktion der Spule innerhalb des Motors durch Einsatz des Kondensators
kompensiert werden, wird die Ladung der an die Induktion angelegten
Spannung verringert, und somit kann ein erforderlicher Hub mit der
niedrig angelegten Spannung erzeugt werden.
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Da
die Stromänderung
zusätzlich
einen geringen Einfluss auf die Hubveränderung hat, auch wenn eine
Ladungsänderung
eintritt, ist die Hubveränderung
gering, so dass stabile Ladungseigenschaften erhalten werden.
kompensiert wird, und dementsprechend wird ein Hub bei der niedrig angelegten Spannung (V) erzeugt.