DE60211472T2

DE60211472T2 - Ansteuervorrichtung für einen Linearkompressor

Info

Publication number: DE60211472T2
Application number: DE60211472T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Nishinomiya-shi Ueda; Kaneharu Katano-shi Yoshioka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: EP1349265A1; CN1463486A; KR100493797B1; DE60211472D1; EP1349265B1; EP1349265A4; WO2002095923A1; JP3511018B2; ATE326788T1; US20030164691A1; KR20030019584A; US6753665B2; CN1463486B; JP2002354864A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Linearkompressors, der ein Druckgas in einem Zylinder dadurch erzeugt, dass er einen Kolben mit einem Linearmotor in eine Hin- und Herbewegung versetzt.
Hintergrund der Erfindung
Ein Linearkompressor, der ein mechanisches federndes Element oder die Elastizität eines Gases nutzt, ist herkömmlich als Vorrichtung zum Erzeugen eines Druckgases bekannt.
7 ist eine Schnittansicht zum Erläutern eines herkömmlichen Linearkompressors und zeigt eine konkrete Konfiguration eines Linearkompressors, der eine Feder als federndes Element verwendet.
Ein Linearkompressor 100 hat ein Gehäuse 71 mit einem Zylinderabschnitt 71a und einem Motorabschnitt 71b, die aneinandergrenzen. Der Zylinderabschnitt 71a des Gehäuses 71 bildet einen zylindrischen Zylinder des Linearkompressors. In dem Zylinderabschnitt 71a ist ein Kolben 72 gleitfähig parallel zu einer Mittelachse des Zylinders (Axialrichtung des Kolbens) vorgesehen.
An der Rückseite des Kolbens 72 in dem Gehäuse 71 erstreckt sich über den Zylinderabschnitt 71a und den Motorabschnitt 71b eine Kolbenstange 72a, und ein Ende der Kolbenstange 72a ist an dem Kolben 72 befestigt. Außerdem ist zwischen dem anderen Ende der Kolbenstange 72a und einer der Kolbenstange 72a gegenüberliegenden Innenwand 71 b1 des Motorabschnitts 71b eine Stützfeder (Resonanzfeder) 81 angeordnet. Die Stützfeder 81 verformt sich, wenn der Kolben 72 aus einer Kolben-Leerlaufstellung (Kolben-Bezugsstellung) verdrängt wird, und bringt eine Kraft auf den Kolben 72 auf, sodass der Kolben 72 in die Kolben-Bezugsstellung zurückkehrt. Die Kolben-Leerlaufstellung ist eine Kolbenposition, in der die Stützfeder 81 nicht verformt wird, und es wird keine Kraft von der Stützfeder 82 (Anm. d. Übers.: muss wohl „81" heißen) auf den Kolben 72 aufgebracht, wenn sich der Kolben 72 in der Kolben-Leerlaufstellung befindet.
Außerdem ist ein Magnet 73 an einem sich in dem Motorabschnitt 71b befindenden Teil der Kolbenstange 72a befestigt, und ein Elektromagnet 74 mit einem Außenjoch 74a und einer in das Außenjoch 74a eingebetteten Ständerspule ist an einem sich gegenüber dem Magneten 73 befindenden Teil der Innenwand des Motorabschnitts 71b befestigt.
Ein Linearmotor 82 besteht aus dem Elektromagneten 74 und dem Magneten 73. Das heißt, in dem Linearkompressor 100 bewegt sich der Kolben 72 entlang seiner Axialrichtung durch die Antriebskraft des Linearmotors 82, d. h. durch die zwischen dem Elektromagneten 74 und dem Magneten 73 erzeugte elektromagnetische Kraft und die Elastizität der Stützfeder 81, hin und her.
An der Zylinderkopfseite des Gehäuses 71 ist ein Kompressionsraum 76 ausgebildet, der ein geschlossener Raum ist, der von einer Zylinderoberteil-Innenwand 75, einer Kolbenkompressionswand 72b und einer Zylinderumfangswand 77 umgeben ist. Ein Ende eines Kühlmittel-Einlassrohrs 1a zum Ansaugen eines Niederdruck-Kühlmittelgases in den Kompressionsraum 76 ist an der Zylinderoberteil-Innenwand 75 offen, und ein Ende eines Kühlmittel-Austragsrohrs 1b zum Austragen eines Hochdruck-Kühlmittelgases aus dem Kompressionsraum 76 ist ebenfalls an der Zylinderoberteil-Innenwand 75 offen. Ein Einlassventil 79 und ein Druckventil 80 zur Vermeidung des Rückflusses des Kühlmittelgases sind an dem Kühlmittel-Einlassrohr 1a bzw. dem Kühlmittel-Austragsrohr 1b angebracht.
Bei dem Linearkompressor 100 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau bewegt sich der Kolben 72 in seiner Axialrichtung dadurch hin und her, dass ein Ansteuerstrom von einem Motortreiber (nicht dargestellt) diskontinuierlich in den Linearmotor 82 eingespeist wird, wodurch das Ansaugen des Niederdruck-Kühlmittelgases in den Kompressionsraum 76, die Kompression des Kühlmittelgases in dem Kompressionsraum 76 und das Austragen des komprimierten Hochdruck-Kühlmittelgases aus dem Kompressionsraum 76 wiederholt durchgeführt werden.
Auch dann, wenn bei dem vorstehenden Linearkompressor 100 ein Strom oder eine Spannung, der/die an den Linearmotor 82 angelegt wird, auf einem konstanten Wert gehalten wird, ändert ich der Hub des Kolbens 72, wenn sich der Zustand der auf den Linearkompressor aufgebrachten Last ändert. Da insbesondere bei einem Kühlkompressor, der den Linearkompressor 100 verwendet, der thermodynamische Wirkungsgrad des Kühlzyklus durch Regeln der Durchflussmenge des Kühlmittels entsprechend der sich ändernden Umgebungstemperatur wesentlich verbessert wird, werden Mittel zum Erfassen des Hubs des Kolbens 72 benötigt, die die Durchflussmenge des Kühlmittels ermitteln (Kolbenhub-Erfassungsmittel).
Außerdem besteht bei dem Linearkompressor 100 vom konstruktiven Standpunkt her die Gefahr, dass das vordere Ende des Kolbens mit der oberen Wand des Zylinders kollidieren kann.
Insbesondere nimmt der Kolben 72 nicht nur die Kolbenantriebskraft des Linearmotors 82 und die Elastizität der Stützfeder 81 auf, sondern auch eine Kraft, die von einem Differenzdruck zwischen dem Druck des Kühlmittelgases im Kompressionsraum 76 und dem Gegendruck des Kolbens 72 verursacht wird, wodurch die Mittelstellung des Kolbens 72 bei seiner Hin- und Herbewegung (nachstehend auch als Kolbenamplituden-Mittelstellung bezeichnet) in Bezug auf die Kolbenamplituden-Mittelstellung verschoben wird, wenn der Differenzdruck null ist, d. h. die Kolbenposition, bei der die Stützfeder nicht verformt wird (Kolben-Leerlaufstellung). Daher kann sich nicht nur der Hub des Kolbens 72, sondern auch die Mittelstellung des Kolbens 72 bei seiner Hin- und Herbewegung ändern, wenn der auf den Kolben 72 wirkende Innendruck des Kompressionsraums 76 durch eine Änderung des Lastzustands erhöht oder verringert wird.
Um eine Kollision des Kolbens mit dem Zylinder zu vermeiden, sind nicht nur die Hub-Erfassungsmittel, sondern auch Positionserfassungsmittel zum Erfassen des Abstands zwischen dem vorderen Ende des Kolbens und der Innenwand des Zylinderkopfes unbedingt erforderlich. Bei einem Linearkompressor, der keine Kollisionsvermeidungsmittel hat, stößt das vordere Ende des Kolbens an die Innenwand des Zylinderkopfes, was zu unangenehmen Geräuschen oder zur Beschädigung des Kolbens oder Zylinders führt.
Als die vorgenannten Positionserfassungsmittel wird ein Sensor verwendet, der das Ausmaß der Verdrängung des Kolbens (Kolbenverdrängung) in Bezug auf die Kolben-Bezugsstellung, wie etwa die Kolben-Leerlaufstellung, erfassen kann, ohne die beweglichen Teile, wie etwa den Kolben, in dem Linearkompressor 100 zu berühren. Es kommen beispielsweise ein Verdrängungszähler, der ein Wirbelstromsystem verwendet, ein Verdrängungszähler, der einen Differentialtransformator verwendet, und dergleichen zum Einsatz.
Bei Verwendung dieses Sensors steigen jedoch die Herstellungskosten für den Linearkompressor 100, und darüber hinaus wird Platz für die Montage des Sensors benötigt, was zu einer Vergrößerung des Gehäuses 71 des Linearkompressors 100 führt. Und da der Sensor einem Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck in dem Kompressor 100 ausgesetzt wird, kommt es zu Problemen bei der Zuverlässigkeit des Sensors selbst; mit anderen Worten, es wird ein Sensor benötigt, der in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hohem Druck zuverlässig eingesetzt werden kann.
Als Verfahren zur Erfassung der Position des Kolbens 72 wird ein Verfahren zum direkten Messen des Linearmotor-Ansteuerstroms und der Linearmotor-Ansteuerspannung, die in den Linearkompressor 100 eingespeist werden, und zum Ableiten der Position des Kolbens 72 aufgrund der Messwerte ohne Verwendung eines in dem Linearkompressor 100 angeordneten Positionssensors vorgeschlagen (siehe japanische ungeprüfte Patentschrift Nr. Hei8-508558 oder US-A-5496153).
Nachstehend wird ein für einen Linearkompressor verwendetes Kolbenpositionserfassungsverfahren beschrieben, das in der vorgenannten Literatur beschrieben ist.
8 ist ein Diagramm, das einen Analogstromkreis eines Linearmotors zum Ansteuern des Kolbens eines Linearkompressors zeigt.
In 8 bezeichnet L eine Ersatz-Induktivität [H] einer Spule als Komponente des Linearmotors, und R bezeichnet einen Ersatzwiderstand [Ω] der Spule. Außerdem bezeichnet V eine an den Linearmotor angelegte Momentanspannung [V], und I bezeichnet einen an den Linearkompressor angelegten Strom [A] α·ν bezeichnet eine Induktionsspannung [V], die erzeugt wird, wenn- der Linearmotor angesteuert wird, wobei α die Schubkonstante [N/A] des Linearmotors ist und v die Momentangeschwindigkeit [m/s] des Linearmotors ist.
Die Schubkonstante α des Linearmotors bezeichnet eine Kraft [N], die erzeugt wird, wenn ein Einheitsstrom [A] durch den Linearmotor geleitet wird. Die Einheit der Schubkonstante α wird zwar durch [N/A] ausgedrückt, entspricht aber [Wb/m] oder [V·s/m].
Der in 8 gezeigte Analogstromkreis wird aus den Kirchhoffschen Gesetzen abgeleitet, und die Momentangeschwindigkeit v [m/s] des Linearmotors wird aus dem Analogstromkreis erhalten.
Das heißt, im Ansteuerzustand des Linearmotors wird die an den Linearmotor angelegte Spannung [V] mit der Summe aus einer durch den Ersatzwiderstand der Spule des Linearmotors abgefallenen Spannung (I·R) [V], einer durch die Ersatz-Induktivität der Spule abgefallenen Spannung (L·dl/dt) [V] und der beim Ansteuern des Linearmotors erzeugten Induktionsspannung (a·v) [V] abgeglichen, und es gilt die folgende Formel (1):
Die Koeffizienten α [N/A], R [Ω] und L [H], die in Formel (1) verwendet werden, sind für den Motor spezifische Konstanten, und diese Konstanten sind bekannte Werte. Daher kann die Momentangeschwindigkeit ν [m/s] aus diesen Konstanten und der angelegten Spannung V [V] und dem angelegten Strom I[A], die gemessen werden, aufgrund von Formel (1) erhalten werden.
Die Kolbenverdrängung (der Abstand von einer undefinierten Bezugsposition bis zum Kolben) χ [m] wird durch Zeit-Integration der Momentangeschwindigkeit ν [m/s] nach der folgenden Formel (2) erhalten, in der die Konstante Const die Kolbenverdrängung zu Beginn der Integration ist: x =∫vdt + Const. (2)
Wie vorstehend dargelegt, werden bei dem in der vorgenannten Literatur beschriebenen Kolbenpositionserfassungsverfahren die Messwerte V für die an den Linearmotor angelegte Spannung und I für den an den Linearmotor angelegten Strom mittels Differentiation aufgrund von Formel (1) arithmetisch verarbeitet, um die Momentangeschwindigkeit ν des Kolbens zu erhalten, und dann wird die Momentangeschwindigkeit ν mittels Differentiation aufgrund von Formel (2) arithmetisch verarbeitet, sodass die Kolbenverdrängung χ berechnet werden kann.
Die Kolbenverdrängung χ, die durch die arithmetische Verarbeitung aufgrund der Formeln (1) und (2) erhalten wird, ist jedoch eine Verdrängung in Bezug auf eine bestimmte Position an der Kolbenachse, und der Abstand vom Zylinderkopf bis zum oberen Totpunkt des Kolbens kann nicht direkt aus der Verdrängung χ ermittelt werden.
Insbesondere wenn der Linearkompressor 100 im belasteten Zustand ist, wird die Kolben-Mittelstellung (Kolbenamplituden-Mittelstellung) bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung (d. h. die Kolbenamplituden-Mittelstellung, wenn der Druck im Kompressionsraum gleich dem Gegendruck ist) durch den Druck des Kühlmittelgases verschoben, und der Kolben bewegt sich um die verschobene Kolbenamplituden-Mittelstellung hin und her. Mit anderen Worten, die mit Formel (2) erhaltene Kolbenverdrängung χ enthält eine Mittelwertkomponente.
Nicht jede tatsächliche analoge oder digitale Integrierschaltung führt jedoch eine ideale Integrationsverarbeitung zum Ausgeben eines fehlerfreien Antwortsignals in Bezug auf eine Konstante oder ein Gleichstrom-Eingangssignal durch, sondern ist auf die Antwort auf ein Gleichstrom-Eingangssignal beschränkt. Daher kann eine tatsächliche Integrierschaltung die Kolbenverdrängung χ keiner Integrationsverarbeitung unterziehen, bei der ihre Mittelwertkomponente widergespiegelt wird. Der Grund, weshalb das Gleichstrom-Verhalten der tatsächlichen Integrierschaltung beschränkt ist, ist, dass vermieden werden sollte, dass das Ausgangssignal der Integrierschaltung von einer unvermeidbaren Gleichstrom-Komponente im Eingangssignal gesättigt wird.
Dadurch ist die Kolbenverdrängung χ [m], die durch die Integrationsverarbeitung aufgrund von Formel (2) unter Verwendung einer tatsächlichen Integrierschaltung erhalten wird, keine Verdrängung, aus der der tatsächliche Abstand zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf direkt ermittelt werden kann, sondern eine Verdrängung, die einfach die Kolbenposition in Bezug auf einen bestimmten Punkt an der Kolbenachse angibt.
Daher wird die aus Formel (2) erhaltene Kolbenverdrängung χ [m] in eine Kolbenverdrängung χ' umgewandelt, die die Kolbenposition in Bezug auf die Kolbenamplituden-Mittelstellung angibt. Unter Verwendung der umgewandelten Kolbenverdrängung χ' wird eine arithmetische Verarbeitung zum Ermitteln der Kolbenverdrängung χ'' in Bezug auf den Zylinderkopf und zum Angeben der Kolbenamplituden-Mittelstellung durchgeführt.
Nachstehend werden diese arithmetischen Verarbeitungen näher beschrieben.
9 ist ein Diagramm, das die Kolbenpositionen in dem Zylinder schematisch darstellt.
Zunächst werden die drei in 9 gezeigten Koordinatensysteme, d. h. ein erstes Koordinatensystem X, ein zweites Koordinatensystem X' und ein drittes Koordinatensystem X'', kurz beschrieben.
Das erste Koordinatensystem X ist ein Koordinatensystem, das die Kolbenverdrängung χ darstellt, und es hat als Ursprung (χ = 0) einen bestimmten Punkt Paru auf der Kolbenachse. Daher gibt der Absolutwert der Verdrängung χ den Abstand von dem Punkt Paru bis zur Position P des vorderen Endes des Kolbens an.
Das zweite Koordinatensystem X' ist ein Koordinatensystem, das die Kolbenverdrängung χ' darstellt, und es hat als Ursprung (χ' = 0) die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav. Daher gibt der Absolutwert der Verdrängung χ' den Abstand von der Kolbenamplituden-Mittelstellung bis zur Position P des vorderen Endes des Kolbens an.
Das dritte Koordinatensystem X'' ist ein Koordinatensystem, das die Kolbenverdrängung χ'' darstellt, und es hat als Ursprung (χ'' = 0) die Zylinderkopfposition Psh an der Kolbenachse.
Daher gibt der Absolutwert der Verdrängung χ'' den Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zur Position P des vorderen Endes des Kolbens an.
Nachstehend wird eine arithmetische Operation zum Ermitteln der Kolbenverdrängung χ'' beschrieben.
Eine Kolbenposition (Position des oberen Totpunkts des Kolbens) Ptd, in der der Kolben dem Zylinderkopf 75 am nächsten ist, wird durch eine Verdrängung χ_td im ersten Koordinatensystem X angegeben, und eine Kolbenposition (Position des unteren Totpunkts des Kolbens) Pbd, in der der Kolben von dem Zylinderkopf 75 am weitesten entfernt ist, wird durch eine Verdrängung χ_bd im ersten Koordinatensystem X angegeben. Dann wird ein Kolbenhub Lps [m] aus der Differenz zwischen der Verdrängung χ_td, die der Position Ptd des oberen Totpunkts im ersten Koordinatensystem X entspricht, und der Verdrängung χ_bd, die der Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens im ersten Koordinatensystem X entspricht, ermittelt.
Die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav in dem Zustand, wo sich der Kolben hin und her bewegt, ist eine Position, die von der Verschiebung χ_td der Kolbenposition (Position des oberen Totpunkts des Kolbens) Ptd, in der der Kolben dem Zylinderkopf am nächsten ist, um eine Länge Lps/2, die gleich der Hälfte des Kolbenhubs Lps [m] ist, von dem Zylinderkopf entfernt ist. Daher ist die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav durch die Verdrängung χ_av[=(χ_ba – χ(d)/2] in dem ersten Koordinatensystem X dargestellt.
Wenn die Konstante Const in Formel (2) 0 ist, wird eine neue Funktion, die die Kolbenposition P durch die Kolbenverdrängung χ' [m] angibt, mit der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav als Bezugspunkt (Ursprung), also in dem zweiten Koordinatensystem X', abgeleitet.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Ermitteln der Kolbenverdrängung χ'' beschrieben, das die Kolbenamplituden-Mittelstellung in dem dritten Koordinatensystem X'' mit der Zylinderkopfposition Psh als Ursprung angibt.
In dem Zustand, wo der Linearkompressor 100 das Kühlmittelgas ansaugt (Einlasszustand), d. h. in dem Zustand, wo das Einlassventil geöffnet ist, sind der Druck des Kompressionsraums und der Druck auf der Rückseite des Kolbens gleich dem Ansaugdruck des Kühlmittelgases. Das liegt daran, dass der Linearkompressor 100 so konstruiert ist, dass der Differenzdruck in dem Zustand, wo das Einlassventil geöffnet ist, 0 wird. In diesem Zustand kann die Kraft von dem Druck des Kühlmittelgases auf den Kolben vernachlässigt werden. Das heißt, in diesem Zustand sind die Kräfte, die auf den Kolben wirken, nur die Rückstoßkraft der Stützfeder 81, die durch Biegen der Feder erzeugt wird, und die elektromagnetische Kraft, die durch Anlegen eines Stroms an den Linearmotor erzeugt wird. Nach den Newtonschen Gesetzen ist die Summe dieser Kräfte gleich dem Produkt aus der Gesamtmasse des sich bewegenden beweglichen Elements und ihrer Beschleunigung.
Daher gilt in diesem Zustand die folgende Formel (3) als Gleichung für die Bewegung eines beweglichen Elements: m × α = α × I – k(x'+ xav'' – xini'') (3)
In Formel (3) ist m die Gesamtmasse [kg] des sich hin und her bewegenden beweglichen Elements, a ist die Momentanbeschleunigung [m/s/s] des beweglichen Elements, und k ist die Federkonstante [N/m] der in den Linearkompressor eingebauten Stützfeder. χ_av'' ist die vorgenannte Verdrängung in dem dritten Koordinatensystem X'', die die Kolbenamplituden-Mittelstellung angibt, und der Absolutwert dieser Verdrängung χ_av'' drückt den Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Kolbenamplituden-Mittelstellung pav aus. χ_ini'' ist die Verdrängung in dem dritten Koordinatensystem X'', die die Kolben-Mittelstellung Pini angibt, und der Absolutwert dieser Verdrängung χ_ini'' drückt den Abstand [m] zwischen der Kolben-Leerlaufstellung (der Position des Kolbens in dem Zustand, wo die Stützfeder nicht verformt wird) Pini und der Zylinderkopfposition Psh aus.
Die Momentanbeschleunigung a [m/s/s] wird, wie in der folgenden Formel (4) gezeigt, durch Differenzieren der durch die Formel (1) ausgedrückten Momentangeschwindigkeit ν [m/s] erhalten:
Außerdem wird die Verdrängung χ' [m] in dem zweiten Koordinatensystem X', die den Abstand von der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav bis zu der Position P des vorderen Endes des Kolbens angibt, durch Setzen der Konstante Const in Formel (2) auf 0 erhalten.
Die Gesamtmasse m [kg] des beweglichen Elements, die Federkonstante k [N/m] der Stützfeder und die Verdrängung χ_ini'' in dem dritten Koordinatensystem X'', die den Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Kolben-Leerlaufstellung Pini angibt, sind bereits bekannte Werte, und der Ansteuerstrom I kann ein Messwert sein.
Somit kann die Verdrängung χ_av'' in dem dritten Koordinatensystem X'', die den Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav angibt, unter Verwendung von Formel (3) berechnet werden.
Die Verdrängung χ_rd'' [m] in dem dritten Koordinatensystem X'', die die Position des oberen Totpunkts des Kolbens (die Position, wo der Kolben dem Zylinderkopf am nächsten ist) angibt, kann als Verdrängung in einer Position ermittelt werden, die von der mit Formel (3) erhaltenen Verdrängung χ_av'' in dem dritten Koordinatensystem X'' (der Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav) durch einen Abstand entfernt ist, der gleich der Hälfte (Lps/2) der bereits ermittelten Kolbenhublänge Lps [m] zu dem Zylinderkopf ist.
Auf diese Weise werden die Kolbenhublänge Lps [m] und die Verdrängung χ_td'' [m] in dem dritten Koordinatensystem X'', die die Position Ptd des oberen Totpunkts des Kolbens als Abstand von der Zylinderkopfposition Psh angibt, aus dem Strom I und der Spannung V, die an den Linearkompressor angelegt werden, berechnet.
Da jedoch bei dem Kolbenpositionserfassungsverfahren für den herkömmlichen Linearkompressor 100 die Kolbenverdrängung χ', die die Kolbenposition P in Bezug auf die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav relativ angibt, unter Verwendung der Integrierschaltung und der Differenzierschaltung berechnet wird, ist es nicht möglich, die Kolbenposition mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Das heißt, wenn die tatsächliche Integrierschaltung und die tatsächliche Differenzierschaltung von Analogstromkreisen gebildet werden, können wegen Änderungen von Teilen, Änderungen von Eigenschaften durch Temperatur und dergleichen keine idealen Operationen erwartet werden. Wenn andererseits die Integrierschaltung und die Differenzierschaltung von Digitalstromkreisen gebildet werden, können wegen fehlender Daten beim Abtasten und Halten ebenfalls keine idealen Operationen erwartet werden.
Wenn die Kolbenpositionserfassungsschaltung in dem Linearkompressor von Digitalstromkreisen gebildet wird, ist es vorstellbar, dass der Messzyklus für den Strom I und die Spannung V, die an den Linearkompressor angelegt werden, verkürzt werden kann, um die Genauigkeit der Positionserfassung zu erhöhen. Wenn aber der Messzyklus verkürzt wird, wird der Berechnungszyklus ebenfalls verkürzt, wodurch die arithmetische Last in dem Digitalstromkreis vergrößert wird. Daher muss, wenn der Messzyklus verkürzt wird, die Leistung des Mikrocomputers, der den arithmetischen Digitalstromkreis bildet, verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung will die vorgenannten Probleme lösen, und ihr Ziel ist es, eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die aufgrund von Messwerten eines Ansteuerstroms und einer Ansteuerspannung, die an einen Linearkompressor angelegt werden, die Position eines Kolbens mit hoher Genauigkeit erfassen kann, ohne die Last der diese Messwerte verwendenden arithmetischen Verarbeitung zu erhöhen.
Beschreibung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (Anspruch 1) ist eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung zum Ansteuern eines Linearkompressors, der einen Kolben und einen Linearmotor zum Hin- und Herbewegen des Kolbens hat und durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens ein Druckgas erzeugt, wobei eine Wechselspannung an den Linearmotor angelegt wird, und diese Vorrichtung weist Folgendes auf: einen Wechselrichter zum Ausgeben einer Wechselspannung und eines Wechselstroms an den Linearmotor; Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel zum Ausgeben von Resonanzfrequenz-Informationen, die eine Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben; Spannungsprüfmittel zum Prüfen einer Ausgangsspannung des Wechselrichters, um ein Spannungsprüfsignal auszugeben; Stromprüfmittel zum Prüfen eines Ausgangsstroms des Wechselrichters, um ein Stromprüfsignal auszugeben; ein Wechselrichter-Steuergerät zum Steuern des Wechselrichters aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen in einer Weise, dass der Wechselrichter als seine Ausgangsspannung und seinen Ausgangsstrom eine Sinusspannung und einen Sinusstrom ausgibt, deren Frequenzen jeweils mit der Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens übereinstimmen; Zeiterfassungsmittel zum Erfassen einer Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird, als spezifische Phasenzeit; und Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel zum Empfangen des Spannungsprüfsignals und des Stromprüfsignals und zum Berechnen einer Maximalamplitude einer Kolbengeschwindigkeit bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens aufgrund von Momentanwerten der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter zu der spezifischen Phasenzeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 2) erfassen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Zeiterfassungsmittel als spezifische Phasenzeit eine Phasenzeit, zu der die Amplitude des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter maximal wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 3) erfassen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Zeiterfassungsmittel aufgrund des Stromprüfsignals eine Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des von dem Wechselrichter ausgegebenen Wechselstroms mindestens entweder 90° oder 270° wird, als spezifische Phasenzeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 4) ist bei der in Anspruch 3 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung der Wechselrichter mit einem Wechselrichter-Steuergerät zum Ausgeben eines Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals versehen, das den Wechselrichter ansteuert und steuert, und die Zeiterfassungsmittel erfassen aufgrund der Phase des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals eine Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter null wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 5) haben bei der in Anspruch 4 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Zeiterfassungsmittel einen Phasenverschiebungsbetrag-Detektor zum Erfassen des Betrags der Phasenverschiebung der Phase des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals aus der Phase des Ausgangsstroms des Wechselrichters und erfassen aufgrund des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals, dessen Phase so korrigiert wird, dass der Betrag der Phasenverschiebung null wird, eine Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 6) führen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel eine Temperaturkorrektur einer Schubkonstante des Linearmotors aus, deren Wert sich mit der Temperatur ändert, und berechnen aufgrund der Temperaturkorrigierten Schubkonstante, des Strom-Momentanwerts, des Spannungs-Momentanwerts und eines Innenwiderstandswerts des Linearmotors eine Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 7) führen bei der Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel eine Temperaturkorrektur eines Innenwiderstandswert des Linearmotors aus, dessen Wert sich mit der Temperatur ändert, und berechnen aufgrund des Temperaturkorrigierten Innenwiderstandswerts, der Momentanwerte der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms des Wechselrichters und einer Schubkonstante des Linearmotors eine Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 8) wiederholen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Kolbengeschwindigkeits- Berechnungsmittel einen Geschwindigkeitsberechnungsprozess zum Berechnen einer Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, und in jedem der wiederholten Geschwindigkeitsberechnungsprozesse korrigieren die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel aufgrund der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, die in dem vorhergehenden Geschwindigkeitsberechnungsprozess berechnet worden ist, eine Schubkonstante des Linearmotors, deren Wert sich mit der Kolbengeschwindigkeit ändert, und berechnen aufgrund der korrigierten Schubkonstante die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 9) weist die in Anspruch 1 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Hub-Informationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Kolbenhub-Informationen, die eine Maximalamplitude einer Kolbenverdrängung bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 10) weist die in Anspruch 1 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 11) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit; und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 12) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit; und Rechenmittel zum Berechnen von Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 13) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: einen Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens, um Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 14) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: einen Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens, um Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 15) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: einen Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens; und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 16) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: einen Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens, um Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 17) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter; und Rechenmittel zum Berechnen von Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Mittelstellungsinformationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 18) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter; und Rechenmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Mittelstellungsinformationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 19) hat bei der in einem der Ansprüche 10 bis 12 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung der Linearkompressor ein federndes Element, das eine Kraft so auf den Kolben aufbringt, dass der Kolben in seine Leerlaufstellung zurückgebracht wird, wenn der Kolben aus der Leerlaufstellung verdrängt worden ist, und die Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel berechnen aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, der Masse des beweglichen Elements, das die Hin- und Herbewegung des Kolbens in dem Linearkompressor ausführt, und der Federkonstante des federnden Elements Lage-Informationen, die die Lage des unteren Totpunkts des Kolbens in Bezug auf die Leerlaufstellung des Kolbens angeben, als Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 20) wiederholen bei der im Anspruch 9 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Kolbenhub-Berechnungsmittel einen Berechnungsprozess zum Berechnen der Kolbenhub-Informationen aufgrund der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, und in jedem der wiederholten Berechnungsprozesse korrigieren die Kolbenhub-Berechnungsmittel eine Schubkonstante des Linearmotors, deren Wert sich mit der Kolbenposition ändert, aufgrund der Kolbenhub-Informationen, die in dem vorhergehenden Berechnungsprozess berechnet worden sind, und berechnen die Kolbenhub-Informationen aufgrund der korrigierten Schubkonstante.
Eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 21) ist eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung zum Ansteuern eines Linearkompressors, der einen Kolben und einen Linearmotor zum Hin- und Herbewegen des Kolbens hat und ein Druckgas durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens erzeugt, wobei eine Wechselspannung an den Linearmotor angelegt wird, und diese Vorrichtung weist Folgendes auf: einen Wechselrichter zum Ausgeben einer Wechselspannung und eines Wechselstroms an den Linearmotor; Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel zum Ausgeben von Resonanzfrequenz-Informationen, die eine Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben; Stromprüfmittel zum Prüfen eines Ausgangsstroms des Wechselrichters, um ein Stromprüfsignal auszugeben; ein Wechselrichter-Steuergerät zum Steuern des Wechselrichters aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen in einer Weise, dass der Wechselrichter als seine Ausgangsspannung und seinen Ausgangsstrom eine Sinusspannung und einen Sinusstrom ausgibt, deren Frequenzen jeweils mit der Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens übereinstimmen; Zeiterfassungsmittel zum Erfassen einer Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird, als spezifische Phasenzeit; und Kolbenmittelstellungs-Berechnungsmittel zum Berechnen von Stellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund eines Momentanwerts des Ausgangsstroms des Wechselrichters zu der spezifischen Phasenzeit unter Bezugnahme auf eine Kolbenposition, bei der eine Druckdifferenz zwischen dem Druck eines Kühlmittelgases, das von dem Linearkompressor ausgestoßen wird, und dem Druck des Kühlmittelgases, das in den Linearkompressor gesaugt wird, null wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 22) hat bei der in Anspruch 21 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung der Linearkompressor ein federndes Element, das eine Kraft so auf den Kolben aufbringt, dass der Kolben in seine Leerlaufstellung zurückgebracht wird, wenn der Kolben aus der Leerlaufstellung verdrängt worden ist, und die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel berechnen aufgrund der Maximalamplitude des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter, der Schubkonstante des Linearmotors und der Federkonstante des federnden Elements Stellungsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung angeben, als Mittelstellungsinformationen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 23) weist die in Anspruch 21 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Verdichtungsdruck-Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks des Kühlmittelgases, das von dem Linearkompressor ausgestoßen wird; und Ansaugdruck-Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks des Kühlmittelgases, das in den Linearkompressor gesaugt wird, wobei die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck eine in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkende Kraft, die von dem Kühlmittelgas auf den Kolben wirkt, berechnen und dann aufgrund der berechneten wirkenden Kraft Stellungsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolbenstellung, bei der die Druckdifferenz null wird, als Mittelstellungsinformationen berechnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 24) berechnen bei der in Anspruch 23 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck und aufgrund der Resonanzfrequenz, die von den Resonanzfrequenz-Informationen angegeben wird, eine in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkende Kraft, die von dem Kühlmittelgas auf den Kolben wirkt, und berechnen dann aufgrund der berechneten wirkenden Kraft Stellungsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolbenstellung, bei der die Druckdifferenz null wird, angeben, als Mittelstellungsinformationen.
Wie vorstehend dargelegt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 1) eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung zum Ansteuern eines Linearkompressors, der einen Kolben und einen Linearmotor zum Hin- und Herbewegen des Kolbens hat und durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens ein Druckgas erzeugt, wobei eine Wechselspannung an den Linearmotor angelegt wird, zur Verfügung gestellt, und diese Vorrichtung weist Folgendes auf: einen Wechselrichter zum Ausgeben einer Wechselspannung und eines Wechselstroms an den Linearmotor; Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel zum Ausgeben von Resonanzfrequenz-Informationen, die eine Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben; Spannungsprüfmittel zum Prüfen einer Ausgangsspannung des Wechselrichters, um ein Spannungsprüfsignal auszugeben; Stromprüfmittel zum Prüfen eines Ausgangsstroms des Wechselrichters, um ein Stromprüfsignal auszugeben; ein Wechselrichter-Steuergerät zum Steuern des Wechselrichters aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen in einer Weise, dass der Wechselrichter als seine Ausgangsspannung und seinen Ausgangsstrom eine Sinusspannung und einen Sinusstrom ausgibt, deren Frequenzen jeweils mit der Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens übereinstimmen; Zeiterfassungsmittel zum Erfassen einer Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird, als spezifische Phasenzeit; und Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel zum Empfangen des Spannungsprüfsignals und des Stromprüfsignals und zum Berechnen einer Maximalamplitude einer Kolbengeschwindigkeit bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens aufgrund von Momentanwerten der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter zu der spezifischen Phasenzeit. Daher kann eine Verdrängung des Kolbens aufgrund des Ansteuerstroms und der Ansteuerspannung des Linearkompressors problemlos und fehlerfrei erhalten werden, ohne komplizierte Berechnungen wie Integration und Differentiation anzuwenden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 2) erfassen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Zeiterfassungsmittel als spezifische Phasenzeit eine Phasenzeit, zu der die Amplitude des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter maximal wird. Daher kann in einer arithmetischen Formel zur Berechnung der Kolbengeschwindigkeit aus dem Ansteuerstrom und der Ansteuerspannung des Linearkompressors ein Term, der den differenzierten Wert des Ansteuerstroms enthält, gestrichen werden, da er null ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 3) erfassen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Zeiterfassungsmittel aufgrund des Stromprüfsignals eine Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des von dem Wechselrichter ausgegebenen Wechselstroms mindestens entweder 90° oder 270° wird, als spezifische Phasenzeit. Daher kann in einer arithmetischen Formel zur Berechnung der Kolbengeschwindigkeit aus dem Ansteuerstrom der Ansteuerspannung des Linearkompressors ein Term, der den differenzierten Wert des Ansteuerstroms enthält, gestrichen werden, da er null ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 4) ist bei der in Anspruch 3 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung der Wechselrichter mit einem Wechselrichter-Steuergerät zum Ausgeben eines Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals versehen, das den Wechselrichter ansteuert und steuert, und die Zeiterfassungsmittel erfassen aufgrund der Phase des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals eine Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter null wird. Daher kann in einer arithmetischen Formel zur Berechnung der Kolbengeschwindigkeit aus dem Ansteuerstrom und der Ansteuerspannung des Linearkompressors ein Term, der den differenzierten Wert des Ansteuerstroms enthält, gestrichen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 5) haben bei der in Anspruch 4 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Zeiterfassungsmittel einen Phasenverschiebungsbetrag-Detektor zum Erfassen des Betrags der Phasenverschiebung der Phase des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals aus der Phase des Ausgangsstroms des Wechselrichters und erfassen aufgrund des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals, dessen Phase so korrigiert wird, dass der Betrag der Phasenverschiebung null wird, eine Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird. Daher kann eine Phasenzeit, zu der der differenzierte Wert des Ausgangsstroms des Wechseirichters null wird, aufgrund des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals fehlerfrei erfasst werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 6) führen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel eine Temperaturkorrektur einer Schubkonstante des Linearmotors aus, deren Wert sich mit der Temperatur ändert, und berechnen aufgrund der Temperaturkorrigierten Schubkonstante, des Strom-Momentanwerts, des Spannungs-Momentanwerts und eines Innenwiderstandswerts des Linearmotors eine Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit. Daher kann die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit unabhängig von Schwankungen der Schubkonstante des Linearmotors infolge von Änderungen der Temperatur des Linearkompressors stets genau erfasst werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 7) führen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel eine Temperaturkorrektur eines Innenwiderstandswerts des Linearmotors aus, dessen Wert sich mit der Temperatur ändert, und berechnen aufgrund des Temperaturkorrigierten Innenwiderstandswerts, der Momentanwerte der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms des Wechselrichters und einer Schubkonstante des Linearmotors eine Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit. Daher kann die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit unabhängig von Schwankungen des Innenwiderstandswerts des Linearmotors infolge von Änderungen der Temperatur des Linearkompressors stets genau erfasst werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 8) wiederholen bei der in Anspruch 1 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel einen Geschwindigkeitsberechnungsprozess zum Berechnen einer Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, und in jedem der wiederholten Geschwindigkeitsberechnungsprozesse korrigieren die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel aufgrund der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, die in dem vorhergehenden Geschwindigkeitsberechnungsprozess berechnet worden ist, eine Schubkonstante des Linearmotors, deren Wert sich mit der Kolbengeschwindigkeit ändert, und berechnen aufgrund der korrigierten Schubkonstante die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit. Daher kann die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit unabhängig von Schwankungen der Schubkonstante des Linearmotors infolge von Änderungen der Kolbengeschwindigkeit stets genau erfasst werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 9) weist die in Anspruch 1 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Hub-Informationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Kolbenhub-Informationen, die eine Maximalamplitude einer Kolbenverdrängung bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit auf. Daher kann das Ansteuerungsvermögen des Linearkompressors aufgrund der Kolbenhub-Informationen gesteuert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 10) weist die in Anspruch 1 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit auf. Daher kann die Größe der Durchbiegung der Resonanzfeder entsprechend den Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen des Kolbens erfasst werden. Dadurch kann auch die Ansteuer-Steuerung des Linearkompressors aufgrund der Größe der Durchbiegung der Resonanzfeder so erfolgen, dass die Resonanzfeder nicht über die Zerstörungsgrenze hinaus verformt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 11) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit; und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten. Daher kann der Linearkompressor aufgrund der Kolben-Mittelstellungsinformationen so gesteuert werden, dass die Kolbenschwingungs-Mittelstellung mit der Position übereinstimmt, wo die maximale Leistung des Linearmotors erzielt werden kann, sodass die Linearkompressor-Ansteuerleistung weiter verbessert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 12) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit; und Rechenmittel zum Berechnen von Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten. Daher kann die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen mit hoher Genauigkeit beurteilt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 13) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: einen Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens, um Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten. Daher kann der Linearkompressor unter Verwendung eines einfachen Sensors so gesteuert werden, dass die Kolbenschwingungs-Mittelstellung mit der Position übereinstimmt, wo die maximale Leistung des Linearmotors erzielt werden kann, sodass die Linearkompressor-Ansteuerleistung weiter verbessert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 14) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: einen Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens, um Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten. Daher kann der Linearkompressor unter Verwendung eines einfachen Sensors aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen des Kolbens so gesteuert werden, dass die Resonanzfeder nicht über die Zerstörungsgrenze hinaus verformt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 15) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: einen Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens; und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten. Daher kann der Linearkompressor unter Verwendung eines einfachen Sensors so gesteuert werden, dass die Kolbenschwingungs-Mittelstellung mit der Position übereinstimmt, wo die maximale Leistung des Linearmotors erzielt werden kann, sodass die Linearkompressor-Ansteuerleistung weiter verbessert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 16) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: einen Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens, um Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten. Daher kann die Gefahr einer Kollision zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen unter Verwendung eines einfachen Sensors beurteilt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 17) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter; und Rechenmittel zum Berechnen von Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Mittelstellungsinformationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten. Daher kann die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen mit hoher Genauigkeit beurteilt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 18) weist die in Anspruch 9 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter; und Rechenmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Mittelstellungsinformationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten. Daher kann aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen des Kolbens die Ansteuer-Steuerung des Linearkompressors so erfolgen, dass die Resonanzfeder nicht über die Zerstörungsgrenze. hinaus zusammengedrückt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 19) hat bei der in einem der Ansprüche 10 bis 12 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung der Linearkompressor ein federndes Element, das eine Kraft so auf den Kolben aufbringt, dass der Kolben in seine Leerlaufstellung zurückgebracht wird, wenn der Kolben aus der Leerlaufstellung verdrängt worden ist, und die Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel berechnen aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, der Masse des beweglichen Elements, das die Hin- und Herbewegung des Kolbens in dem Linearkompressor ausführt, und der Federkonstante des federnden Elements Lage-Informationen, die die Lage des unteren Totpunkts des Kolbens in Bezug auf die Leerlaufstellung des Kolbens angeben, als Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen. Daher kann die Größe der Durchbiegung der Resonanzfeder entsprechend den Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen des Kolbens erfasst werden. Dadurch kann die Ansteuer-Steuerung des Linearkompressors aufgrund der Größe der Durchbiegung der Resonanzfeder problemlos so erfolgen, dass vermieden wird, dass die Resonanzfeder über die Zerstörungsgrenze hinaus verformt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 20) wiederholen bei der im Anspruch 9 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Kolbenhub-Berechnungsmittel einen Berechnungsprozess zum Berechnen der Kolbenhub-Informationen aufgrund der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, und in jedem der wiederholten Berechnungsprozesse korrigieren die Kolbenhub-Berechnungsmittel eine Schubkonstante des Linearmotors, deren Wert sich mit der Kolbenposition ändert, aufgrund der Kolbenhub-Informationen, die in dem vorhergehenden Berechnungsprozess berechnet worden sind, und berechnen die Kolbenhub-Informationen aufgrund der korrigierten Schubkonstante. Daher kann die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit unabhängig von Schwankungen der Schubkonstante des Linearmotors durch Änderungen der Kolbenposition stets genau erfasst werden.
Eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 21) ist eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung zum Ansteuern eines Linearkompressors, der einen Kolben und einen Linearmotor zum Hin- und Herbewegen des Kolbens hat, und ein Druckgas durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens erzeugt, wobei eine Wechselspannung an den Linearmotor angelegt wird, und diese Vorrichtung weist Folgendes auf: einen Wechselrichter zum Ausgeben einer Wechselspannung und eines Wechselstroms an den Linearmotor; Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel zum Ausgeben von Resonanzfrequenz-Informationen, die eine Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben; Stromprüfmittel zum Prüfen eines Ausgangsstroms des Wechselrichters, um ein Stromprüfsignal auszugeben; ein Wechselrichter-Steuergerät zum Steuern des Wechselrichters aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen in einer Weise, dass der Wechselrichter als seine Ausgangsspannung und seinen Ausgangsstrom eine Sinusspannung und einen Sinusstrom ausgibt, deren Frequenzen jeweils mit der Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens übereinstimmen; Zeiterfassungsmittel zum Erfassen einer Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird, als spezifische Phasenzeit; und Kolbenmittelstellungs-Berechnungsmittel zum Berechnen von Stellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund eines Momentanwerts des Ausgangsstroms des Wechselrichters zu der spezifischen Phasenzeit unter Bezugnahme auf eine Kolbenposition, bei der eine Druckdifferenz zwischen dem Druck eines Kühlmittelgases, das von dem Linearkompressor ausgestoßen wird, und dem Druck des Kühlmittelgases, das in den Linearkompressor gesaugt wird, null wird. Daher kann der Linearkompressor aufgrund der Kolben-Mittelstellungsinformationen so gesteuert werden, dass die Kolbenschwingungs-Mittelstellung mit der Position übereinstimmt, wo die maximale Leistung des Linearmotors erzielt werden kann, sodass die Linearkompressor-Ansteuerleistung weiter verbessert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 22) hat bei der in Anspruch 21 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung der Linearkompressor ein federndes Element, das eine Kraft so auf den Kolben aufbringt, dass der Kolben in seine Leerlaufstellung zurückgebracht wird, wenn der Kolben aus der Leerlaufstellung verdrängt worden ist, und die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel berechnen aufgrund der Maximalamplitude des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter, der Schubkonstante des Linearmotors und der Federkonstante des federnden Elements Stellungsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung angeben, als Mittelstellungsinformationen. Daher kann der Linearkompressor aufgrund der Kolben-Mittelstellungsinformationen so gesteuert werden, dass die Kolbenschwingungs-Mittelstellung mit der Position übereinstimmt, wo die maximale Leistung des Linearmotors erzielt werden kann, sodass die Linearkompressor-Ansteuerleistung weiter verbessert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 231 weist die in Anspruch 21 definierte Linearkompressor-Ansteuervorrichtung weiterhin Folgendes auf: Verdichtungsdruck-Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks des Kühlmittelgases, das von dem Linearkompressor ausgestoßen wird; und Ansaugdruck-Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks des Kühlmittelgases, das in den Linearkompressor gesaugt wird, wobei die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck eine in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkende Kraft, die von dem Kühlmittelgas auf den Kolben wirkt, berechnen und dann aufgrund der berechneten wirkenden Kraft Stellungsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolbenstellung, bei der die Druckdifferenz null wird, als Mittelstellungsinformationen berechnen. Daher kann der Linearkompressor aufgrund der Kolben-Mittelstellungsinformationen so gesteuert werden, dass die Kolbenschwingungs-Mittelstellung mit der Position übereinstimmt, wo die maximale Leistung des Linearmotors erzielt werden kann, sodass die Linearkompressor-Ansteuerleistung weiter verbessert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 24) berechnen bei der in Anspruch 23 definierten Linearkompressor-Ansteuervorrichtung die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck und aufgrund der Resonanzfrequenz, die von den Resonanzfrequenz-Informationen angegeben wird, eine in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkende Kraft, die von dem Kühlmittelgas auf den Kolben wirkt, und berechnen dann aufgrund der berechneten wirkenden Kraft Stellungsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolbenstellung, bei der die Druckdifferenz null wird, angeben, als Mittelstellungsinformationen. Daher kann der Linearkompressor aufgrund der Kolben-Mittelstellungsinformationen so gesteuert werden, dass die Kolbenschwingungs-Mittelstellung mit der Position übereinstimmt, wo die maximale Leistung des Linearmotors erzielt werden kann, sodass die Linearkompressor-Ansteuerleistung weiter verbessert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 2(a) – 2(d) sind Diagramme, die konkrete Schaltungsentwürfe für Wechselrichter zeigen, die in der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach der ersten Ausführungsform verwendet werden sollen, und zwar einen Vollbrücken-Spannungs-Wechselrichter (2(a)), einen Vollbrücken-Strom-Wechselrichter (2(b)) und Halbbrücken-Spannungs-Wechselrichter (2(c) und 2(d)).
3 ist ein Diagramm, das die Phasen der Kolbenverdrängung, der Kolbengeschwindigkeit und der Kolbenbeschleunigung in Bezug auf die Phase des Ansteuerstroms im Resonanz-Ansteuerzustand eines Linearkompressors zeigt, der mit der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach der ersten Ausführungsform angesteuert wird.
4 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Schnittansicht zum Erläutern eines üblichen Linearkompressors.
8 ist ein Diagramm, das einen Analogstromkreis eines Linearmotors als eine der Komponenten des Linearkompressors zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine Kolbenposition in einem Zylinder des Linearkompressors schematisch darstellt.
10 ist ein Diagramm zum Erläutern von Operationen der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach der dritten und vierten Ausführungsform.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Zunächst wird das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung kurz beschrieben.
Im Resonanz-Ansteuerzustand eines Linearkompressors, in dem ein Linearkompressor in einem Resonanzzustand der Hin- und Herbewegung des Kolbens angesteuert wird, wird ein Zustand aufrechterhalten, in dem die Phase eines an den Linearkompressor angelegten Wechselstroms (Ansteuerstroms) mit der Phase übereinstimmt, die der Geschwindigkeit des sich hin und her bewegenden Kolbens entspricht. Das heißt, im Resonanz-Ansteuerzustand wird die Amplitude der Kolbengeschwindigkeit des Linearkompressors zu dem Zeitpunkt maximal, zu dem der differenzierte Wert des Linearkompressor-Ansteuerstroms 0 wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchten den Zusammenhang zwischen der Phase des Linearmotor-Ansteuerstroms und der Phase der Kolbengeschwindigkeit im Resonanz-Ansteuerzustand des Linearkompressors und fanden, dass die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit durch Erfassen der Phasenzeit, zu der der differenzierte Wert des Linearkompressor-Ansteuerstroms 0 wird, mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann und dass die Lage des oberen Totpunkts des Kolbens aus der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit berechnet werden kann.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
A usführungsform 1
1 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Linearkompressors 100, der so gestaltet ist, dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens im Resonanzzustand ist, wenn die Frequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens eine Frequenz (Resonanzfrequenz) Fr ist.
Insbesondere weist die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 Folgendes auf: eine Spannungsquelle 1, die eine Gleichspannung Vor als Spannungsquellenspannung erzeugt; einen Wechselrichter 2, der die Spannungsquellenspannung V_DC in eine Wechselspannung Vd mit einer vorgegebenen Frequenz umwandelt und sie an den Linearkompressor 100 ausgibt; einen Stromsensor 9, der einen Wechselrichter-Ausgangsstrom Id überwacht, der von dem Wechselrichter 2 an den Linearkompressor 100 ausgegeben wird; Ausgangsstrom- Erfassungsmittel 3, die den Wechselrichter-Ausgangsstrom Id von dem Wechselrichter 2 aufgrund eines Überwachungs-Ausgangssignals Scm erfassen; und Ausgangsspannungs-Erfassungsmittel 4, die eine Wechselrichter-Ausgangsspannung Vd erfassen, die von dem Wechselrichter an den Linearkompressor 100 ausgegeben wird.
Die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 weist weiterhin Folgendes auf: Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel 5, die Resonanzfrequenz-Informationen Irf ausgeben, die die Resonanzfrequenz Fr der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben; ein Wechselrichter-Steuergerät 6, das den Wechselrichter 2 entsprechend einem Wechselrichter-Steuersignal Scp aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen Irf so steuert, dass eine Frequenz Fid des Ausgangsstroms Id mit der Resonanzfrequenz Fr übereinstimmt; und Zeiterfassungsmittel 7, die eine Phasenzeit, zu der der differenziert Wert Ausgangsstroms Id von dem Wechselrichter 2 (der Ansteuerstrom des Linearkompressors 100) 0 wird, aufgrund des Überwachungs-Ausgangssignals Scm von dem Stromsensor 9 erfassen.
Die Linearkompressor-Ansteuervorichtung 101 weist weiterhin Folgendes auf: Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel 8, die die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit (Höchstgeschwindigkeit) aufgrund eines Erfassungsergebnisses (Ansteuerspannungs-Erfassungssignal) Dvd von den Ausgangsspannungs-Erfassungsmitteln 4 und eines Erfassungsergebnisses (Ansteuerstrom-Erfassungssignal) Dcd von den Ausgangsstrom-Erfassungsmitteln 3 berechnen; und einen Auf-Zu-Schalter 10, der die Bereitstellung des Ansteuerspannungs-Erfassungssignals Dvd und des Ansteuerstrom- Erfassungssignals Dcd für die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel 8 aufgrund eines Erfassungsergebnisses Scs von den Zeiterfassungsmitteln 7 steuert und unterbricht.
Nachstehend werden die einzelnen Komponenten der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung näher beschrieben.
Zunächst werden die Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel 5 beschrieben. Wie vorstehend dargelegt, ist bei dieser ersten Ausführungsform der Linearkompressor 100 so gestaltet, dass er unter den Lastbedingungen, mit denen der Kompressor 100 arbeitet, eine konstante Resonanzfrequenz Fr als Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens hat, und die Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel 5 geben Resonanzfrequenz-Informationen Irf aus, die diese spezifische Resonanzfrequenz angeben.
Die Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel 5 sind jedoch nicht auf die vorgenannten Mittel beschränkt, die Informationen ausgeben, die die spezifische Resonanzfrequenz Fr angeben, die vorher an dem Linearkompressor 100 eingestellt worden ist.
Beispielsweise ist bei dem in 7 gezeigten Linearkompressor 100 die Federkraft, die von dem komprimierten Kühlmittelgas erzeugt wird und auf den Kolben wirkt, groß, und die Federkraft schwankt erheblich in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Linearkompressors 100, z. B. dem Druck des komprimierten Kühlmittelgases oder der Verdrängung des Kolbens 72. Daher kann die Resonanzfrequenz des Linearkompressors 100 eigentlich nicht eindeutig bestimmt werden.
Die Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel 5 können also den Zustand des komprimierten Kühlmittelgases überwachen, die Resonanzfrequenz entsprechend dem Zustand einschätzen und Informationen ausgeben, die die geschätzte Resonanzfrequenz angeben. Als Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz, die dem Zustand des Kühlmittelgases entspricht, kann die Resonanzfrequenz aus Variablen, die den Zustand des Kühlmittelgases (z. B. Druck und Temperatur des Kühlmittels) angeben, anhand einer vorgegebenen Funktionalgleichung berechnet werden, oder die Resonanzfrequenz kann aus Variablen unter Bezugnahme auf eine Tabelle, die Zuordnungen zwischen den Variablen und den Resonanzfrequenzen angibt, bestimmt werden.
Außerdem kann, wie in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-361301 dargelegt ist, unter der Bedingung, dass die Amplitude des Wechselstroms, der an den Linearkompressor 100 als dessen Ansteuerstrom angelegt werden soll, konstant ist, eine Frequenz, bei der der Stromverbrauch durch den Linearkompressor maximal wird, wenn die Frequenz des Wechselstroms geändert wird, als Bezugsfrequenz bestimmt werden.
Nun werden das Wechselrichter-Steuergerät 6, der Wechselrichter 2 und die Spannungsquelle 1 des Wechselrichters 2 näher beschrieben.
Das Wechselrichter-Steuergerät 6 gibt ein PWM-Signal (PWM: pulse width modulation; Pulsweitenmodulation) zum Umschalten des Wechselrichters 2 als Steuersignal Scp für den Wechselrichter 2 an den Wechselrichter 2 aus und steuert die Pulsweite des PWM-Signals Scp aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen Irf. Das PWM-Signal Scp steuert den Wechselrichter 2 über einen Zeitraum, der der Pulsweite entspricht.
Der Wechselrichter 2 empfängt eine Spannung Vor von der Spannungsquelle 1 und speist aufgrund des von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 bereitgestellten Wechselrichter-Steuersignals Scp eine Wechselspannung Vd und einen Wechselstrom Id, deren Frequenzen gleich der Resonanzfrequenz Fr sind, in den Linearkompressor 1 (Anm. d. Übers.: muss wohl „100" heißen) ein. Es wird zwar eine Gleichspannungsquelle zum Einspeisen einer Gleichspannung in den Wechselrichter 2 als Spannungsquelle 1 für den Wechselrichter 2 benötigt, aber die Spannungsquelle für den Wechselrichter 2 kann auch eine handelsübliche Wechselspannungsquelle sein. Diese Spannungsquelle besteht aus einer Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung einer normalen Wechselspannung (Wechselstrom), wie etwa einer Diodenbrückenschaltung oder einem hochwiderstandsfähigen Wandler, und einem Glättungskondensator zum Glätten des Ausgangssignals der Gleichrichterschaltung.
Für die konkrete Gestaltung der Schaltung des Wechselrichters 2 gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie in den 2(a) – 2(d) gezeigt.
Die in den 2(a) und 2(b) gezeigten Wechselrichter sind ein Vollbrücken-Spannungs-Wechselrichter 21 bzw. ein Vollbrücken-Strom-Wechselrichter 22, die jeweils vier Schaltelemente und Dioden, die jeweils den Schaltelementen entsprechen, haben. Jeder dieser Vollbrücken-Wechselrichter gibt eine Spannung in einem Bereich von +V_DC bis -V_DC an eine Last L aus, wenn die Spannung der Spannungsquelle eine Gleichspannung V_DC ist.
Insbesondere besteht der Vollbrücken-Spannungs-Wechselrichter 21 aus einem ersten Reihenschaltungsstromkreis C1a, in dem ein erster und ein zweiter Schalterstromkreis 21a und 21b in Reihe geschaltet sind, und einem zweiten Reihenschaltungsstromkreis C1b, in dem ein dritter und ein vierter Schalterstromkreis 21c und 21d in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Reihenschaltungsstromkreis C1b mit dem ersten Reihenschaltungsstromkreis C1a parallel geschaltet ist. Die einzelnen Schalterstromkreise 21a – 21d bestehen jeweils aus einem Schaltelement S1 mit einem npn-Transistor und aus einer Diode D1, die mit dem Schaltelement S1 umgekehrt parallel geschaltet ist. In dem Wechselrichter 21 wird die Gleichspannung V_DC von der Spannungsquelle 1 an beide Anschlüsse des ersten und zweiten Reihenschaltungsstromkreises C1a und C1b angelegt, und die an die Last L anzulegende Wechselspannung Vd wird zwischen einem Knoten N1a des ersten und zweiten Stromkreises 21a und 21b in dem ersten Reihenschaltungsstromkreis C1a und einem Knoten N1b des dritten und vierten Schaltelements 21c und 21d in dem zweiten Reihenschaltungsstromkreis C1b erzeugt.
Der Vollbrücken-Strom-Wechselrichter 22 besteht aus einem ersten Reihenschaltungsstromkreis C2a, in dem ein erster und ein zweiter Schalterstromkreis 22a und 22b in Reihe geschaltet sind; einem zweiten Reihenschaltungsstromkreis C2b, in dem ein dritter und ein vierter Schalterstromkreis 22c und 22d in Reihe geschaltet sind und der mit dem ersten Reihenschaltungsstromkreis C2a parallel geschaltet ist; und einem Induktivitätselement 22e, dessen einer Anschluss mit den Anschlüssen des ersten und zweiten Reihenschaltungsstromkreises C2a und C2b verbunden ist. Die einzelnen Schalterstromkreise 22a – 22d bestehen jeweils aus einem Schaltelement S2 mit einem npn-Transistor und aus einer Diode D2, deren Anode mit einem Emitter des npn-Transistors verbunden ist. Wenn bei diesem Wechselrichter 22 die Gleichspannung V_DC von der Spannungsquelle 1 zwischen den anderen Anschluss des Induktivitätselements 22e und die anderen Anschlüsse des ersten und zweiten Reihenschaltungsstromkreises C2a und C2b angelegt wird, wird die an die Last L anzulegende Wechselspannung Vd zwischen einem Knoten N2a des ersten und zweiten Schalterstromkreises 22a und 22b in dem ersten Reihenschaltungsstromkreis C2a und einem Knoten N2b des dritten und vierten Schalterstromkreises 22c und 22d in dem zweiten Reihenschaltungsstromkreis C2b erzeugt.
Die in den 2(c) und 2(d) gezeigten Wechselrichter sind Halbbrücken-Spannungs-Wechselrichter 23 bzw. 24, die jeweils aus zwei Schaltelementen und aus Dioden, die den einzelnen Schaltelementen entsprechen, bestehen.
Der Halbbrücken-Wechselrichter 23 gibt eine Spannung in einem Bereich von +V_DC/2 bis –V_DC/2 an eine Last L aus, wenn die Spannung an seiner Spannungsquelle die Gleichspannung Vor ist. Außerdem gibt der Halbbrücken-Wechselrichter 24 eine Spannung in einem Bereich von +V_DC bis 0 aus, wenn die Spannung an seiner Spannungsquelle die Gleichspannung Vor ist. Somit ist der Ausnutzungsfaktor der Spannungsquelle durch den Halbbrücken-Wechselrichter halb so hoch wie der des Vollbrücken-Wechselrichters.
Insbesondere besteht der Halbbrücken-Spannungs-Wechselrichter 23 aus einem ersten Reihenschaltungsstromkreis C3a, in dem ein erster und ein zweiter Schalterstromkreis 23a und 23b in Reihe geschaltet sind, und einem zweiten Reihenschaltungsstromkreis C3b, in dem ein erster und ein zweiter Kapazitätsstromkreis 23c und 23d in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Reihenschaltungsstromkreis C3b mit dem ersten Reihenschaltungsstromkreis C3a parallel geschaltet ist. Die einzelnen Stromkreise 23a – 23d bestehen jeweils aus einem Schaltelement S3 mit einem npn-Transistor und aus einer Diode D3, die mit dem Schaltelement S3 umgekehrt parallel geschaltet ist. Der erste und der zweite Kapazitätsstromkreis 23c und 23d weisen jeweils einen Kondensator 23c bzw. 23d auf. Wenn bei diesem Wechselrichter 23 die Gleichspannung V_DC von der Spannungsquelle 1 an beide Anschlüsse des ersten und zweiten Reihenschaltungsstromkreises C3a und C3b angelegt wird, wird die an die Last L anzulegende Wechselspannung Vd zwischen einem Knoten N3a des ersten und zweiten Schalterstromkreises 23a und 23b in dem ersten Reihenschaltungsstromkreis C3a und einem Knoten N3b des ersten und zweiten Kapazitätsstromkreises 23c und 24d (Anm. d. Übers.: muss wohl „23d" heißen) in dem zweiten Reihenschaltungsstromkreis C3b erzeugt.
Der Halbbrücken-Spannungs-Wechselrichter 24 besteht aus einem Reihenschaltungsstromkreis C4a, in dem ein erster und ein zweiter Schalterstromkreis 24a und 24b in Reihe geschaltet sind. Die Schalterstromkreise 24a und 24b bestehen jeweils aus einem Schaltelement S4 mit einem npn-Transistor und aus einer Diode D4, die mit dem Schaltelement S4 umgekehrt parallel geschaltet ist. Wenn bei dem Wechselrichter 24 die Ausgangsspannung von der Gleichspannungsquelle 1 an beide Anschlüsse des Reihenschaltungsstromkreises C4a angelegt wird, wird die an die Last L anzulegende Wechselspannung Vd zwischen einer Anode und einer Katode der Diode D4, die eine Komponente des zweiten Schalterschaltkreises 24a ist, erzeugt.
Nachstehend werden die Ausgangsstrom-Erfassungsmittel 3, der Stromsensor 9, die Ausgangsspannungs-Erfassungsmittel 4, der Auf-Zu-Schalter 10 und die Zeiterfassungsmittel 7 näher beschrieben.
Die Ausgangsstrom-Erfassungsmittel 3 erfassen den Wechselrichter-Ausgangsstrom (Linearkompressor-Ansteuerstrom) Id, der an den Linearmotor 82 (siehe 7) des Linearkompressors 100 angelegt wird, aufgrund des Ansteuerstrom-Überwachungssignals Scm als Überwachungs-Ausgangssignal des Stromsensors 9 und geben ein Ansteuerstrom-Erfassungssignal Dcd an den Auf-Zu-Schalter 10 aus. Der Stromsensor 9 kann beispielsweise ein Magnet-Stromerfassungssensor, der eine magnetische Substanz und ein Hall-Element verwendet, oder ein Stromwandler sein, der eine Spannung entsprechend dem Linearkompressor-Ansteuerstrom erzeugt. Ein Verfahren zum Erfassen des Ansteuerstroms des Linearkompressors 100 ist beispielsweise das Verfahren, einen Strom aus einer Spannung zu berechnen, die in einem in dem Stromzuführweg angeordneten Nebenschlusswiderstand erzeugt wird.
Die Ausgangsspannungs-Erfassungsmittel 4 erfassen die Wechselrichter-Ausgangsspannung (Linearkompressor-Ansteuerspannung) Vd, die von dem Wechselrichter 2 in den Linearmotor 82 (siehe 7) des Linearkompressors 100 eingespeist werden soll, und geben ein Ansteuerspannungs-Erfassungssignal Dvd an den Auf-Zu-Schalter 10 aus. Da, wenn der Wechselrichter 2 ein Spannungs-Wechselrichter ist, die Wellenform der Wechselrichter-Ausgangsspannung Vd eine PWM-Wellenform hat, ist es schwierig, die Wechselrichter-Ausgangsspannung Vd direkt zu messen. Daher ist ein Verfahren zum Messen der Ausgangsspannung von dem Spannungs-Wechselrichter beispielsweise das Verfahren, die Ausgangsspannung einer PWM-Wellenformung unter Verwendung eines Tiefpassfilters mit einem Transformator oder einem Kondensator und einem Widerstand zu unterziehen und die wellengeformte Ausgangsspannung zu messen. Außer dem vorgenannten Verfahren, bei dem ein Tiefpassfilter verwendet wird, gibt es als Verfahren zum Messen der Ausgangsspannung von dem Spannungs-Wechselrichter das Verfahren, die Ausgangsspannung Vd des Wechselrichters 2 aufgrund der in den Wechselrichter 2 eingegebenen Gleichspannung V_DC und der Pulsweite des PWM-Signals, das das von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 ausgegebene Wechselrichter-Steuersignal Scp ist, zu berechnen.
Der Auf-Zu-Schalter 10 hat einen ersten eingangsseitigen Knoten 10a, in den das Ansteuerstrom-Erfassungssignal Dcd von den Ausgangsstrom-Erfassungsmitteln 3 eingegeben wird; einen zweiten eingangsseitigen Knoten 10b, in den das Ansteuerspannungs-Erfassungssignal Dvd von den Ausgangsspannungs-Erfassungsmitteln 4 eingegeben wird; einen ersten ausgangsseitigen Knoten 10c zum Ausgeben des Ansteuerstrom-Erfassungssignals Dcd an die Kolbengeschwindigkeits-Erfassungsmittel 8; und einen zweiten ausgangsseitigen Knoten 10d zum Ausgeben des Ansteuerspannungs-Erfassungssignals Dvd an die Kolbengeschwindigkeits-Erfassungsmittel 8. Der Auf-Zu-Schalter 10 verbindet oder trennt den ersten eingangsseitigen Knoten 10a mit/von dem ersten ausgangsseitigen Knoten 10c und verbindet oder trennt den zweiten eingangsseitigen Knoten 10c (Anm. d. Übers.: muss wohl „10b" heißen) mit/von dem ersten ausgangsseitigen Knoten 10d.
Die Zeiterfassungsmittel 7 erfassen eine Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Linearkompressor-Ansteuerstroms Id mindestens entweder 90° oder 270° ist, aufgrund des Ansteuerstrom-Überwachungssignals Scm von dem Stromsensor 9 und geben ein Schaltsteuersignal Scs zum Verbinden des ersten (zweiten) eingangsseitigen Knotens 10a (10b) mit dem ersten (zweiten) ausgangsseitigen Knoten 10c (10d) zu der Phasenzeit an den Auf-Zu-Schalter 10 aus. Dieser Zeitdetektor 7 nutzt den Umstand, dass der Wechselrichter-Ausgangsstrom (Linearkompressor-Ansteuerstrom) Id eine Sinuswelle ist und daher einen Extremwert annimmt, wenn der Phasenwinkel 90° oder 270° ist, und erfasst eine Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Ansteuerstroms mindestens entweder 90° oder 270° ist, als Phasenzeit, zu der der Ansteuerstrom Vd einen Spitzenwert (Maximalamplitude) annimmt.
Schließlich werden die Kalbengeschwindgkeits-Berechnungsmittel 8 näher beschrieben. Die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel 8 empfangen das Ansteuerstrom-Erfassungssignal Dcd von den Ausgangsstrom-Erfassungsmitteln 3 und das Ansteuerspannungs-Erfassungssignal Dvd von den Ausgangsspannungs-Erfassungsmitteln 4 zu der Phasenzeit, die von dem Zeitdetektor 7 erfasst wird, berechnen die Maximalamplitude der Geschwindigkeit des Kolbens, der sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit (dem Höchstwert des Absolutwerts der Kolbengeschwindigkeit) hin und her bewegt, aus den Momentanwerten des Wechselrichter-Ausgangsstroms Id und der Wechselrichter-Ausgangsspannung Vd zu der Phasenzeit sowie der Schubkonstante des Linearmotors und geben Kolbengeschwindigkeitsinformationen Ipve, die die Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit angeben, aus.
Anschließend wird die von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 durchzuführende arithmetische Verarbeitung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und Formeln näher beschrieben.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Resonanz-Ansteuerzustands des Linearkompressors, bei dem der Linearkompressor im Resonanzzustand der Hin- und Herbewegung des Kolbens angesteuert wird, und zeigt, wie sich der Ansteuerstrom Id, die Kolbengeschwindigkeit (Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung) ν, die Kolbenverdrängung x' und die Kolbenbeschleunigung a im Resonanz-Ansteuerzustand ändern. Die Kolbenverdrängung x' ist die Verschiebung der in 9 gezeigten Kolbenposition in Bezug auf die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav.
Da der in den Linearkompressor 100 eingespeiste Wechselrichter-Ausgangsstrom (Linearmotor-Ansteuerstrom) Id proportional zu der auf den Kolben aufgebrachten Kraft ist, ist im Resonanz-Ansteuerzustand des Linearkompressors 100 die Phase des Linearmotor-Ansteuerstroms Id gleich der Phase der Kolbengeschwindigkeit ν. Und da die Kolbenverdrängung χ' und die Kolbenbeschleunigung a dem integrierten Wert bzw. dem differenzierten Wert der Kolbengeschwindigkeit ν entsprechen, wird im Resonanz- Ansteuerzustand des Linearkompressors die Phase der Kolbenverdrängung χ' in Bezug auf die Phase der Kolbengeschwindigkeit v um 90° verzögert und der Phasenwinkel der Kolbenbeschleunigung a wird in Bezug auf die Kolbengeschwindigkeit ν um 90° vorgerückt.
Für die Gleichung für die Kolbenbewegung gilt Formel (1), die von dem Analogstromkreis des Linearmotors nach den Kirchhoffschen Gesetzen abgeleitet ist (siehe 8), was bereits für den Stand der Technik erläutert worden ist. Im Resonanz-Ansteuerzustand des Linearkompressors gilt jedoch als Gleichung für die Kolbenbewegung statt Formel (1) speziell die folgende Formel (5):
Kurz gesagt, ist im Resonanz-Ansteuerzustand, in dem der Linearkompressor 100 im Resonanzzustand der Hin- und Herbewegung des Kolbens angesteuert wird, die Phase des Linearmotor-Ansteuerstroms Id gleich der Phase der Kolbengeschwindigkeit ν, wie in 3 gezeigt. Wenn beispielsweise der Phasenwinkel des Ansteuerstroms Id 90° oder 270° ist, ist auch der Phasenwinkel der Kolbengeschwindigkeit ν 90° oder 270°.
Insbesondere nimmt im Resonanz-Ansteuerzustand des Linearkompressors 100 die Kolbengeschwindigkeit ν zu der Phasenzeit, die von den Zeiterfassungsmitteln 7 erfasst wird (die Zeit, zu der der Phasenwinkel des Ansteuerstroms Id 90° oder 270° ist), ihren größten oder kleinsten Wert an, d. h., der Absolutwert der Kolbengeschwindigkeit wird maximal, und der Ansteuerstrom Id nimmt ebenfalls seinen größten oder kleinsten Wert an. Dadurch wird der differenzierte Wert des Ansteuerstroms Id null, wodurch der Wert des dritten Terms auf der rechten Seite der Formel (1) null wird.
Daher gilt, wenn der Linearkompressor im Resonanz-Ansteuerzustand ist, Formel (5), die durch Streichen des dritten Terms auf der rechten Seite von Formel (1) erhalten wird. Die Variable V und die Variable I in Formel (5) sind der Messwert V der Wechselrichter-Ausgangsspannung Vd bzw. der Messwert I des Wechselrichter-Ausgangsstroms Id.
Aufgrund von Formel (5) wird die Maximalamplitude (der größte oder kleinste Wert) v₀ [m/s] der Kolbengeschwindigkeit ν aus dem Momentanwert V₁ [V] der Wechselrichter-Ausgangsspannung Vd (Messwert V) zu dem Zeitpunkt, zu dem der Phasenwinkel des Ansteuerstroms des Linearkompressors 90° oder 270° ist, dem Momentanwert I₁ [A] des Wechselrichter-Ausgangsstroms Id (Messwert I) zu diesem Zeitpunkt, dem Ersatzwiderstand R [Ω] der Spule als Komponente des Linearmotors und aus der Schubkonstante α [N/A] des Motors ermittelt.
Bei der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform bestehen die einzelnen Mittel 3 – 5, 7 und 8 als Komponenten der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 und das Wechselrichter-Steuergerät 6 aus Software. Diese Mittel 3 – 5, 7 und 8 und das Wechselrichter-Steuergerät 6 können jedoch auch aus Hardware bestehen.
In der Beschreibung der ersten Ausführungsform besteht bei der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 der Auf-Zu-Schalter 10 der Einfachheit halber aus Hardware. Wenn jedoch die einzelnen Mittel 3 – 5, 7 und 8 aus Software bestehen, kann die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 ohne Verwendung des Auf-Zu-Schalters 10 gestaltet werden.
Anstatt beispielsweise den Auf-Zu-Schalter 10 zu verwenden, ist es möglich, die Ausgangsstrom-Erfassungsmittel 3 und die Ausgangsspannungs-Erfassungsmittel 4 nur dann in Betrieb zu setzen, wenn die Zeiterfassungsmittel 7 eine Phasenzeit erfassen, zu der der Phasenwinkel des Linearkompressor-Ansteuerstroms Id mindestens entweder 90° oder 270° ist, um das Ansteuerstrom-Erfassungssignal Dcd und das Ansteuerspannungs-Erfassungssignal Dvd jeweils an die Kolbengeschwindigkeits-Erfassungsmittel 8 auszugeben.
Nachstehend wird die Funktionsweise beschrieben.
Das Wechselrichter-Steuergerät 6 erzeugt ein Impulssignal Scp, dessen Pulsweite entsprechend den von den Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemitteln 5 ausgegebenen Resonanzfrequenz-Informationen Irf eingestellt wird, und stellen das Impulssignal Scp als Wechselrichter-Steuersignal für den Wechselrichter 2 bereit. Die Pulsweite des Impulssignals Scp wird so eingestellt, dass der Linearkompressor 100 im Resonanzzustand der Hin- und Nerbewegung des Kolbens angesteuert wird.
Wenn das Impulssignal Scp in den Wechselrichter 2 eingegeben wird, erzeugt der Wechselrichter 2 aufgrund des Impulssignals Scp eine Wechselspannung Vd, deren Frequenz mit der Resonanzfrequenz Fr übereinstimmt, aus der von der Spannungsquelle 1 eingespeisten Gleichspannung V_DC und gibt die Wechselspannung Vd an den Linearmotor des Linearkompressors 100 als dessen Ansteuerspannung aus.
Wenn beispielsweise der in 2(a) gezeigte Vollbrücken-Spannungs-Wechselrichter 21 als Wechselrichter 2 verwendet wird, wird das Impulssignal Scp von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 an die Basen der npn-Transistoren (Schaltelemente) S1 angelegt, die die einzelnen Schalterstromkreise 21a – 21d in dem Wechselrichter 21 bilden. In dem Wechselrichter 21 werden EIN/AUS-Operationen der Schaltelemente S1 des ersten und vierten Schalterstromkreises 21a und 21d und EIN/AUS-Operationen der Schaltelemente S1 des zweiten und dritten Schalterstromkreises 21b und 21c komplementär ausgeführt. Dadurch wird eine Wechselspannung als Wechselrichter-Ausgangsspannung Id zwischen dem Verbindungsknoten N1a des ersten Reihenschaltungsstromkreises C1a und dem Verbindungsknoten N1b des zweiten Reihenschaltungsstromkreises C1b erzeugt, und diese Wechselspannung Id wird als Ansteuerspannung an den Linearmotor des Linearkompressors 100 angelegt.
Wenn in dem Linearkompressor 100 die Ansteuerspannung Id an den Linearmotor angelegt wird, beginnt der Kolben, sich hin und her zu bewegen. Nachdem der Ansteuerzustand des Linearkompressors 100 stabilisiert worden ist, geht der Linearkompressor 100 unter einer vorgegebenen Lastbedingung in den Resonanz-Ansteuerzustand, in dem die Hin- und Herbewegung des Kolbens im Resonanzzustand ist.
Dabei wird der in den Linearkompressor eingespeiste Ansteuerstrom Id von dem Stromsensor 9 überwacht, und der Stromsensor 9 gibt ein Stromüberwachungs-Ausgangssignal (Ansteuerstrom-Überwachungssignal) Scm an die Ausgangsstrom-Erfassungsmittel 3 und die Zeiterfassungsmittel 7 aus.
In den Ausgangsstrom-Erfassungsmitteln 3 wird der Wechselrichter-Ausgangsstrom, d. h. der Ansteuerstrom Id des Linearkompressors 100, aufgrund des Stromüberwachungs-Ausgangssignals Scs von dem Stromsensor 9 erfasst, und das Erfassungsergebnis (Ansteuerstrom-Erfassungssignal) Dcd wird an den ersten eingangsseitigen Knoten 10a des Auf-Zu-Schalters 10 ausgegeben. Und in den Ausgangsspannungs-Erfassungsmitteln 4 wird die Wechselrichter-Ausgangsspannung Vd erfasst, und das Erfassungsergebnis (Ansteuerspannungs-Erfassungssignal) Dvd wird an den zweiten eingangsseitigen Knoten 10b des Auf-Zu-Schalters 10 ausgegeben.
In den Zeitertassungsmitteln 7 wird die Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Ansteuerstroms Id 90° oder 270° wird, aufgrund des Stromüberwachungs-Ausgangssignals Scm von dem Stromsensor 9 erfasst, und zu dieser Phasenzeit wird das Schaltsteuersignal Scs zum Verbinden des ersten und zweiten eingangsseitigen Knotens 10a und 10b des Auf-Zu-Schalters 10 mit dem entsprechenden ersten und zweiten ausgangsseitigen Knoten 10c und 10d an den Auf-Zu-Schalter 10 ausgegeben.
In dem Auf-Zu-Schalter 10 werden der entsprechende eingangsseitige Knoten und ausgangsseitige Knoten zu der Phasenzeit entsprechend dem Schaltsteuersignal Scs verbunden, und die Werte (Momentanwerte) I₁ und V₁ des Ansteuerstroms Id und der Ansteuerspannung Vd zu der Phasenzeit werden an die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel 8 ausgegeben.
In den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 wird ein Scheitelwert ν_m der Kolbengeschwindigkeit aus den Momentanwerten I₁ und V₁ des Ansteuerstroms und der Ansteuerspannung zu der Phasenzeit aufgrund der vorgenannten Formel (5) errechnet, und die Kolbengeschwindigkeitsinformationen Ipve, die den Scheitelwert angeben, werden ausgegeben.
Wie vorstehend dargelegt, wird bei der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform der Linearkompressor 100 im Resonanz-Ansteuerzustand, in dem die Hin- und Herbewegung des Kolbens im Resonanzzustand ist, angesteuert, und es werden der Momentanwert V₁ [V] der Ansteuerspannung und der Momentanwert I₁ [A] des Ansteuerstroms für den Fall gemessen, dass der Phasenwinkel des Linearkompressor-Ansteuerstroms Id in diesem Ansteuerzustand 90° oder 270° wird, und außerdem wird die Maximalamplitude ν_m [m/s] der Kolbengeschwindigkeit aufgrund einer vorgegebenen Funktionalgleichung unter Verwendung des gemessenen Momentanwerts V₁ [V] der Ausgangsspannung und des gemessenen Momentanwerts I₁ [A] des Ansteuerstroms, des Ersatzwiderstands [Ω] der Spule des Linearmotors und der Schubkonstante α [N/A] des Motors ermittelt. Daher wird die Häufigkeit der Messung des Ansteuerstroms gegenüber dem Fall verringert, dass die Kolbengeschwindigkeit durch Durchführen der Differentiation aufgrund des Messwerts des Linearkompressor-Ansteuerstroms ermittelt wird, und die Maximalamplitude ν_m [m/s] der Kolbengeschwindigkeit kann dadurch ermittelt werden, dass der Ansteuerstrom und die Ansteuerspannung in jedem Zyklus des Ansteuerstroms mindestens einmal gemessen werden.
Da bei dieser ersten Ausführungsform die Maximalamplitude ν_m der ^Kolbengeschwindigkeit mit den vier Grundrechenarten unter Verwendung des Ansteuerstrom-Momentanwerts I₁ [A) und des Ansteuerspannungs-Momentanwerts V₁ [V] zu dem Zeitpunkt berechnet wird, zu dem der Phasenwinkel des Ansteuerstroms Id 90° oder 270° ist, ist es nicht erforderlich, bei der Berechnung der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit eine Differentiation des Ansteuerstroms durchzuführen. Daher werden Rechenfehler, die von einer Differenzierschaltung verursacht werden, eliminiert, sodass die Genauigkeit der Berechnung der Kolbengeschwindigkeit verbessert wird.
Bei dieser Ausführungsform erfassen die Zeiterfassungsmittel 7 eine Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Wechselrichter-Ausgangsstroms (Linearkompressor-Ansteuerstroms) Id mindestens entweder 90° oder 270° wird, aber die Zeiterfassungsmittel 7 können auch eine Phasenzeit erfassen, zu der die Größe der Änderung des Ansteuerstroms Id des Linearkompressors 100 null wird.
In dem Fall gibt der Zeitdetektor 7 auch eine Phasenzeit aus, zu der der Momentanwert des Ansteuerstroms (Wechselrichter-Ausgangsstroms) Id der Scheitelwert (Maximalamplitude) ist. Das hat folgende Ursache. Da der Ansteuerstrom eine Sinuswelle ist, nimmt der Ansteuerstrom seinen Spitzenwert an, wenn der Phasenwinkel des Ansteuerstroms 90° oder 270° ist.
Als Verfahren zum Erfassen des Zeitpunkts, zu dem der Ansteuerstrom (Wechselrichter-Ausgangsstrom) Id seinen Scheitelwert annimmt, wird das Verfahren vorgeschlagen, den Wert des Wechselrichter-Ausgangsstroms kontinuierlich zu überwachen und die Phasenzeit zu erfassen, zu der die Richtung der Änderung dieses Werts umgeschaltet wird, d. h. eine Phasenzeit, zu der die Richtung der Änderung des Ausgangsstromwerts von Zunahme auf Abnahme oder von Abnahme auf Zunahme umgeschaltet wird.
Bei der ersten Ausführungsform erfassen die Zeiterfassungsmittel 7 die Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter 2 90° oder 270° wird, aufgrund des Überwachungs-Ausgangssignals Scm des Stromsensors 9, aber die Zeiterfassungsmittel 7 können die Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter 2 90° oder 270° wird, auch aufgrund des Impulssignals Scp erfassen, das ein Steuersignal für den Wechselrichter 2 ist, das von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 ausgegeben wird.
In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr, dass der Phasenwinkel des Wechselrichter-Ausgangsstroms, der theoretisch aus dem von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 ausgegebenen Steuersignal (Impulssignal) Scp für den Wechselrichter 2 ermittelt wird, von dem Phasenwinkel des Ausgangsstroms Id, der tatsächlich von dem Wechselrichter 2 ausgegeben wird, um einen Betrag abweicht, der einem Steuerfehler entspricht.
Daher wird das Verfahren vorgeschlagen, die Phasendifferenz zwischen dem Phasenwinkel des idealen Wechselrichter-Ausgangsstroms aufgrund des von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 ausgegebenen Wechselrichter-Steuersignals Scp und dem Phasenwinkel des Ansteuerstroms Id, der tatsächlich von dem Wechselrichter 2 ausgegeben wird, zu ermitteln und den Phasenwinkel des Wechselrichter-Steuersignals Scp von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 aufgrund der erfassten Phasendifferenz zu korrigieren. Als konkretes Verfahren zum Ermitteln dieser Phasendifferenz wird das Verfahren vorgeschlagen, die Phasenzeit am Nulldurchgang des tatsächlich von dem Wechselrichter 2 ausgegebenen Ausgangsstroms Id zu messen und die Differenz zwischen dieser Phasenzeit und der Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Wechselrichter-Steuersignals Scp von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 0° oder 180° wird, zu berechnen.
Bei dieser ersten Ausführungsform ist der Innenwiderstandswert R des Linearmotors, der bei der arithmetischen Verarbeitung von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 verwendet werden soll, ein spezifischer Wert, der vorher gemessen wird, aber der Innenwiderstandswert R kann auch aufgrund der Temperatur korrigiert werden.
Kurz gesagt, der Innenwiderstandswert R des Linearmotors nimmt mit steigender Temperatur des Linearmotors zu.
Daher kann ein genauerer Wert als Scheitelwert der Kolbengeschwindigkeit durch Messen der Temperatur des Linearmotors und Verwenden eines Werts, der durch Korrigieren eines zuvor gemessenen Innenwiderstandswerts aufgrund der Temperatur erhalten wird, bei der Berechnung der Kolbengeschwindigkeit ermittelt werden.
Als konkretes Verfahren zur Temperatur-Korrektur des Innenwiderstandswerts wird das Verfahren, eine Tabelle zu verwenden, die die Beziehungen zwischen den Temperaturen der Leiter, die als Spule des Linearmotors verwendet werden sollen, und deren Widerstandswerten angibt, oder das Verfahren, eine Berechnungsformel für die Temperatur-Korrektur des Innenwiderstandswerts zu verwenden, vorgeschlagen.
Wenn die Spule des Linearmotors beispielsweise eine Kupferspule ist, die normalerweise verwendet wird, kann der Widerstandswert Rt bei t °C in Bezug auf einen bei 20 °C gemessenen Widerstandswert R20 nach der folgenden Formel (6) ermittelt werden: Rt = R20{1 + 0.00393 × (t-20)} (6)
Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Schubkonstante des Linearmotors, die bei der arithmetischen Verarbeitung von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 verwendet werden soll, zwar ein spezifischer Wert, der vorher gemessen wird, aber die Schubkonstante kann auch entsprechend dem Ansteuerzustand des Linearkompressors korrigiert werden.
Die Schubkonstante kann beispielsweise entsprechend der Temperatur des Linearmotors korrigiert werden. Das heißt, die Schubkonstante nimmt mit steigender Temperatur des Linearmotors ab. Das liegt daran, dass die magnetische Flussdichte der in dem Linearmotor verwendeten magnetischen Substanz mit steigender Temperatur abnimmt. Daher kann ein genauerer Wert als Scheitelwert der Kolbengeschwindigkeit durch Messen der Temperatur des Linearmotors und Verwenden eines Werts, der durch Korrigieren einer zuvor gemessenen Schubkonstante aufgrund der Temperatur erhalten wird, bei der Berechnung der Kolbengeschwindigkeit ermittelt werden. Als konkretes Verfahren zur Temperatur-Korrektur der Schubkonstante wird das Verfahren vorgeschlagen, eine Tabelle zu verwenden, die die Beziehungen zwischen den Temperaturen von verfügbaren magnetischen Substanzen und deren Flussdichten angibt.
Die Schubkonstante kann auch einer Korrektur entsprechend der Ansteuergeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) des Linearmotors unterzogen werden. Das heißt, die Schubkonstante des Linearmotors nimmt mit zunehmender Ansteuergeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) des Linearmotors ab. Daher können die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel 8, die die Kolbengeschwindigkeit wiederholt berechnen, die Schubkonstante des Linearmotors aufgrund der Kolbengeschwindigkeit, die durch die vorhergehende Berechnung in den einzelnen wiederholten Berechnungsschritten erhalten wird, korrigieren und können die Kolbengeschwindigkeit unter Verwendung der korrigierten Schubkonstante berechnen. Als konkretes Verfahren zum Korrigieren der Schubkonstante wird das Verfahren vorgeschlagen, die Schubkonstante des Linearmotors unter Verwendung einer Tabelle zu korrigieren, die die Beziehungen zwischen den Ansteuergeschwindigkeiten des Motors und dessen Schubkonstanten angibt, die aus den Scheitelwerten ermittelt werden.
Ausführungsform 2
4 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 102 nach der zweiten Ausführungsform weist zusätzlich zu der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 auf, die den Hub des sich hin und her bewegenden Kolbens aufgrund des mit den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 erhaltenen Scheitelwerts ν₀ der Kolbengeschwindigkeit und der von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 ermittelten Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd berechnen und Kolbenhub-Informationen Ipst, die den Kolbenhub angeben, ausgeben. Das Wechselrichter-Steuergerät 6 nach dieser zweiten Ausführungsform stellt die Pulsweite des PWM-Signals Scp zum Umschalten des Wechselrichters 2 aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen Irf ein und gibt das PWM-Signal Scp mit der eingestellten Pulsweite als Wechselrichteransteuerungs-Steuersignal sowie Informationen (Wechselrichter-Ansteuerfrequenz-Informationen) Idf, die die Ausgangsspannung des Wechselrichters 2 und die Frequenz der Ausgangsspannung angeben, die entsprechend der Pulsweite des PWM-Signals Scp ermittelt werden, als Wechselrichter- Ansteuerfrequenz Fd an die Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 aus. Idealerweise stimmt die Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd mit den Resonanzfrequenz-Informationen Fr überein. Bei dieser zweiten Ausführungsform bestehen die Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 aus Software. Die Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 können aber auch aus Hardware bestehen.
Nachstehend wird die Funktionsweise beschrieben.
Da die Operationen der Komponenten der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 102 nach dieser zweiten Ausführungsform mit Ausnahme des Wechselrichter-Steuergeräts 6 und der Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 mit denen identisch sind, die bereits bei der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform beschrieben worden sind, werden nachstehend hauptsächlich die Operationen des Wechselrichter-Steuergeräts 6 und der Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 beschrieben.
Die Position des Kolbens 72, der sich in dem Linearkompressor 100 hin und her bewegt, wird durch eine Sinusfunktion ausgedrückt, in der die Zeit eine Variable ist, da der Kolben 72 dem Druck des komprimierten Kühlmittelgases ausgesetzt wird. Daher sei die Winkelgeschwindigkeit der Hin- und Herbewegung des Kolbens ω [rad/s], die Maximalamplitude der Kolbenverdrängung sei χ_m [m], und die Kolbenverdrängung in Bezug auf die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav (siehe 9) (d. h. der Abstand zwischen dem Punkt, wo der Kolben sich zum Zeitpunkt t befindet, und der Kolbenamplituden-Mittelstellung) sei χ(t) [m], wobei die Kolbenverdrängung χ(t) durch die folgende Formel (7) dargestellt wird und die Zeit t [s) eine Variable ist: x(t) = xm × sin ω·t (7),
Die Kolbengeschwindigkeit wird ebenfalls durch eine Sinusfunktion, in der die Zeit eine Variable ist, ausgedrückt. Daher sei wie bei der Kolbenverdrängung die Winkelgeschwindigkeit der Hin- und Herbewegung des Kolbens ω [rad/s], die Maximalamplitude der Kolbenverdrängung sei ν_m [m/s], und die Kolben-Momentangeschwindigkeit (die Kolbengeschwindigkeit zum Zeitpunkt t) sei ν(t) [m/s], wobei die Kolben-Momentangeschwindigkeit ν(t) durch eine Sinusfunktion, in der die Zeit t [s] eine Variable ist, durch die folgende Formel (8) dargestellt wird: ν(t) = νm × sin ω·t (8)
Da die Kolbenverdrängung χ(t) ein integrierter Wert der Kolbengeschwindigkeit ν(t) ist, wird die folgende Formel (9) als Funktionalgleichung, die die Kolbenverdrängung angibt, wobei die Zeit eine Variable ist, von Formel (8) abgeleitet:
Dann wird die Kolbenverdrängung χ(t) aus den Formeln (7) und (9) gestrichen, sodass die Maximalamplitude χ_m der Kolbenverdrängung unter Verwendung der Maximalamplitude ν_m der Kolbengeschwindigkeit als χ_m = –ν_m/ω ausgedrückt werden kann.
Daher kann die Maximalamplitude χm [m] der Kolbenverdrängung durch Dividieren der Maximalamplitude v_m [m/s] der Kolbengeschwindigkeit durch die Betriebs-Winkelgeschwindigkeit ω [rad/s] ermittelt werden.
Das heißt, in dem Wechselrichter-Steuergerät 6 wird die Pulsweite des PWM-Signals Scp zum Umschalten des Wechselrichters 2 aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen Irf eingestellt, und das PWM-Signal Scp mit der eingestellten Pulsweite wird als Wechselrichteransteuerungs-Steuersignal an den Wechselrichter 2 ausgegeben, und außerdem werden die Informationen (Wechselrichter-Ansteuerfrequenz-Informationen) Idf, die die Ausgangsspannung des Wechselrichters 2 und die Frequenz der Ausgangsspannung angeben, die entsprechend der Pulsweite des PWM-Signals Scp ermittelt werden, als Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd an die Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 ausgegeben.
Nach Erhalt der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 ausgegebenen Kolbengeschwindigkeitsinformationen Ipve und der von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 ausgegebenen Wechselrichter-Ansteuerfrequenz-Informationen Idf führen die Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 eine arithmetische Verarbeitung durch, bei der die von den Kolbengeschwindigkeitsinformationen Ipve angegebene Maximalamplitude ν_m [m/s] der Kolbengeschwindigkeit durch die Winkelgeschwindigkeit ω [rad/s] der Hin- und Herbewegung des Kolbens dividiert wird. Dadurch wird die Maximalamplitude χ_m [m] der Kolbenverdrängung berechnet. Die Winkelgeschwindigkeit ω [rad/s] der Hin- und Herbewegung des Kolbens kann dadurch ermittelt werden, dass die Ausgangsspannung des Wechselrichters 2 und die Frequenz Fd [Hz] der Ausgangsspannung, die von den Wechselrichter-Ansteuerfrequenz-Informationen Idf angegeben werden, mit 2π multipliziert werden.
Dann geben die Berechnungsmittel 41 die Kolbenhub-Informationen Ipst, die den Kolbenhub bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben (das Doppelte des Amplituden-Höchstwerts χm), als Informationen aus, die die bei der vorstehenden arithmetischen Verarbeitung erhaltene Maximalamplitude χ_m [m] der Kolbenverdrängung angeben.
Wie vorstehend dargelegt, weist die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 102 nach der zweiten Ausführungsform außer den Komponenten der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform auch die Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 zum Berechnen des Kolbenhubs aufgrund des mit den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 ermittelten Scheitelwerts ν_m der Kolbengeschwindkeit und der aus der Resonanzfrequenz Fr des Linearkompressors ermittelten Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd auf. Dadurch kann die Gefahr der Kollision zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf in dem Linearkompressor aufgrund des Kolbenhubs beurteilt werden.
Die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 102 nach der zweiten Ausführungsform entsteht dadurch, dass in der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform zusätzlich Kolbenhub-Berechnungsmittel 41 verwendet werden, aber die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 102 kann weiterhin Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Ausgabemittel zum Ausgeben von Informationen zu dem Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens (d. h. die in 9 gezeigte Verdrängung χ_bd'' in dem dritten Koordinatensystem X'') als Informationen, die die Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens (siehe 9) angeben, und Rechenmittel zum Ausführen der vier Grundrechenarten aufgrund der Kolbenhub-Informationen und der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen aufweisen.
In diesem Fall können die Rechenmittel die Kolbenverdrängung χ_av'' in dem dritten Koordinatensystem X'', das die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav (siehe 9) angibt, durch Subtrahieren eines Werts (Lps/2), der gleich der Hälfte des von den Kolbenhub-Informationen angegebenen Hubwerts ist, von dem von den Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen angegebenen Wert X_bd'' (siehe 9) ableiten. Außerdem kann in diesem Fall die Linearkompressor-Ansteuerleistung dadurch weiter verbessert werden, dass der Linearkompressor so gesteuert wird, dass die Kolbenamplituden-Mittelstellung mit einer Position übereinstimmt, in der die maximale Leistung des Linearmotors erzielt werden kann.
Außerdem kann mit den Rechenmitteln die Kolbenverdrängung χ_td'' in dem dritten Koordinatensystem X'', die die Position Ptd des oberen Totpunkts des Kolbens angibt (siehe 9), durch Subtrahieren des von den Kolbenhub-Informationen angegebenen Kolbenhubwerts (Lps) von dem von den Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen angegebenen Wert X_bd'' (siehe 9) abgeleitet werden. Da diese Verdrängung x_td'' der Abstand von dem Zylinderkopf bis zu der Position Ptd des oberen Totpunkts des Kolbens ist, kann die Wahrscheinlichkeit der Kollision des Kolbens mit dem Zylinderkopf anhand der Verdrängung beurteilt werden, und die Verdrängung ist daher zur Vermeidung der Kollision des Kolbens mit dem Zylinderkopf zweckmäßig.
Die Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Ausgabemittel können beispielsweise konkret mit einem Unterer-Totpunkt-Lage-Sensor gestaltet sein, der als Position des unteren Totpunkts des Kolbens eine Position misst, an der ein vorgegebener Messpunkt, der an dem Kolben festgelegt ist, am weitesten von dem Zylinderkopf entfernt ist, und der den Messwert als Informationen ausgibt, die den Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens angeben. Weiterhin kann der Unterer-Totpunkt-Lage-Sensor ein Positionssensor mit einem kurzen Messbereich, der nur die Position des unteren Totpunkts des Kolbens erfassen kann, oder ein einfacher Positionssensor sein, der erkennt, ob sich der Kolben-Messpunkt über eine vorgegebene Position hinaus von dem Zylinderkopf entfernt oder nicht.
Die Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Ausgabemittel können Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die Position des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens in Bezug auf die Zylinderkopfposition Psh angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät ermittelt werden, und aufgrund der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit ausgeben.
Die Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Ausgabemittel können auch als Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen Positionsinformationen, die die Position des unteren Totpunkts des Kolbens in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, der Masse des die Hin- und Herbewegung des Kolbens ausführenden beweglichen Elements und der Federkonstante des federnden Elements ausgeben. Eine konkrete Gestaltung der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Ausgabemittel in diesem Fall wird später als Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel 51 (siehe 5) nach einer dritten Ausführungsform bechrieben.
Die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung kann auch zusätzlich zu der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 102 nach der zweiten Ausführungsform Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen-Ausgabemittel zum Ausgeben von Informationen zu dem Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Position Ptd des oberen Totpunkts des Kolbens (die in 9 gezeigte Verdrängung χ_td'' in dem dritten Koordinatensystem X'') als Informationen, die die Position Ptd des oberen Totpunkts des Kolbens (siehe 9) angeben, und Rechenmittel zum Ausführen der vier Grundrechenarten aufgrund der Kolbenhub-Informationen und der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen aufweisen.
In diesem Fall können die Rechenmittel die Kolbenverdrängung χ_av'' in dem dritten Koordinatensystem X'', das die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav (siehe 9) angibt, durch Addieren eines Werts (Lps/2), der gleich der Hälfte des von den Kolbenhub-Informationen angegebenen Hubwerts ist, zu dem von den Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen angegebenen Wert χ_bd'' (siehe 9) ableiten.
Außerdem kann mit den Rechenmitteln die Kolbenverdrängung χ_pd'' in dem dritten Koordinatensystem X'', die die Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens angibt (siehe 9), durch Addieren des von den Kolbenhub-Informationen angegebenen Kolbenhubwerts (Lps) zu dem von den Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen angegebenen Wert χ_td'' (siehe 9) ableitet werden. Da diese Verdrängung x_bd'' der Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens ist, ist die Verdrängung χ_bd'' geeignet, um bei der Ansteuerungssteuerung für den Linearkompressor zu vermeiden, dass die Resonanzfeder über die Zerstörungsgrenze hinaus verformt wird.
Die Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen-Ausgabemittel können beispielsweise konkret mit einem Oberer-Totpunkt-Lage-Sensor gestaltet sein, der als Position des oberen Totpunkts des Kolbens eine Position misst, an der ein vorgegebener Messpunkt, der an dem Kolben festgelegt ist, sich am nächsten an dem Zylinderkopf befindet, und der den Messwert als Informationen ausgibt, die den Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Position Ptd des oberen Totpunkts des Kolbens angeben. Weiterhin kann der Oberer-Totpunkt-Lage-Sensor ein Positionssensor mit einem kurzen Messbereich, der nur die Position des oberen Totpunkts des Kolbens erfassen kann, oder ein einfacher Positionssensor sein, der nur erkennt, ob sich der Messpunkt des Kolbens über eine vorgegebene Position hinaus dem Zylinderkopf nähert oder nicht.
Außerdem kann die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung zusätzlich zu den Komponenten der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 102 nach der zweiten Ausführungsform auch Amplituden-Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel zum Ausgeben des Abstands von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav (die in 9 gezeigte Verdrängung χ_av'' in dem dritten Koordinatensystem X'') als Informationen, die die Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav (siehe 9) angeben, und Rechenmittel zum Ausführen der vier Grundrechenarten aufgrund der Kolbenhub-Informationen und der Amplituden-Mittelstellungsinformationen aufweisen.
In diesem Fall können die Rechenmittel die Kolbenverdrängung χ_pd'' in dem dritten Koordinatensystem X'', die die Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens angibt (siehe 9), durch Addieren eines Werts (Lps/2), der gleich der Hälfte des von den Kolbenhub-Informationen angegeben Hubwerts ist, zu dem von den Amplituden-Mittelstellungsinformationen angegebenen Wert χ_av'' (siehe 9) ableiten.
Umgekehrt können die Rechenmittel die Kolbenverdrängung χ_td'' in dem dritten Koordinatensystem X'', die die Position Ptd des oberen Totpunkts des Kolbens angibt (siehe
9), durch Subtrahieren eines Werts (Lps/2), der gleich der Hälfte des von den Kolbenhub-Informationen angegeben Hubwerts ist, von dem von den Amplituden-Mittelstellungsinformationen angegebenen Wert χ_av'' (siehe 9) ableiten.
Ein Verfahren zum Berechnen der Informationen, die die Amplituden-Mittelstellung (den Abstand von der Zylinderkopfposition Psh bis zu der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav) angeben, ist beispielsweise das Verfahren, die Kraft, die von dem auf den Kolben aufgebrachten Gasdruck verursacht wird, aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck des Linearkompressors und des Bohrschen Querschnitts des Kolbens zu berechnen, um die Kolbenamplituden-Mittelstellung zu berechnen.
Bei dem vorgenannten Verfahren zum Berechnen der Amplituden-Mittelstellungsinformationen unter Verwendung der Druckdifferenz kann die Kraft, die von dem auf den Kolben aufgebrachten Gasdruck verursacht wird, unter Verwendung nicht nur der Druckdifferenz, sondern auch der Linearkompressor-Ansteuerfrequenz ω berechnet werden, wodurch die Abstandsinformationen als Kolbenamplituden-Mittelstellungs-Informationen mit höherer Genauigkeit berechnet werden können.
Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die Schubkonstante des Linearmotors, die bei der arithmetischen Verarbeitung von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln verwendet werden soll, ein vorher gemessener spezifischer Wert, aber die Schubkonstante kann auch entsprechend der Kolbenamplituden-Mittelstellung korrigiert werden.
Das heißt, die magnetische Flussdichte zwischen der Spule und dem Magneten in dem Linearmotor wird entsprechend der Lagebeziehung zwischen der Spule und dem Magneten vergrößert oder verringert. Das liegt daran, dass das magnetische Feld, das von dem an den Linearmotor angelegten Strom verursacht wird, das Magnetfeld des Magneten verstärkt oder verringert.
Somit können die Amplituden-Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel den Wert der Schubkonstante aufgrund der in dem vorhergehenden Berechnungsschritt erhaltenen Amplituden-Mittelstellungsinformationen in jedem der zu wiederholenden Berechnungsschritte für die Amplituden-Mittelstellungsinformationen korrigieren und können die Amplituden-Mittelstellungsinformationen aufgrund der korrigierten Schubkonstante berechnen.
Die Kolbenhub-Berechnungsmittel 8 können die Kolbenhub-Informationen aufgrund der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit wiederholt berechnen und den sich entsprechend der Kolbenposition ändernden Wert der Schubkonstante des Linearmotors aufgrund der in dem vorhergehenden Berechnungsschritt berechneten Kolbenhub-Informationen in jedem der zu wiederholenden Berechnungsschritte korrigieren und dann die Kolbenhub-Informationen aufgrund der korrigierten Schubkonstante berechnen. In diesem Fall kann ein genauerer Wert als Kolbenhub abgeleitet werden.
Ausführungsform 3
5 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10 zeigt im Gegensatz _zu dem Koordinatensystem X'' (das in 9 gezeigte dritte Koordinatensystem), das die Kolbenposition in Bezug auf die Zylinderkopfposition Psh angibt, ein Koordinatensystem Y'', das eine Kolbenposition in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung angibt.
Die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 103 nach der dritten Ausführungsform weist zusätzlich zu den Komponenten der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel 51 auf, die eine Verschiebung y_bd'' der Position Pd des unteren Totpunkts des Kolbens in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung Pav (siehe 10) als Abstandsinformationen zwischen der Kolben-Leerlaufstellung Pav und der Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens aufgrund des mit den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 ermittelten Scheitelwerts ν_m der Kolbengeschwindigkeit und der Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd, die von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 bestimmt werden, berechnen und die Abstandsinformationen als Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen Ibdc ausgeben. Die Kolben-Leerlaufstellung Pav ist eine Position des Kolbens 72 an der Kolbenachse in dem Fall, dass die Stützfeder nicht verformt ist. Das Wechselrichter-Steuergerät 6 nach dieser dritten Ausführungsform stellt dann die Pulsweite des PWM-Signals Scp zum Umschalten des Wechselrichters 2 aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen Irf ein und gibt das PWM-Signal Scp mit der eingestellten Pulsweite als Wechselrichteransteuerungs-Steuersignal an den Wechselrichter 2 aus und gibt außerdem Informationen (Wechselrichter-Ansteuerfrequenz-Informationen) Idf, die die Ausgangsspannung des Wechselrichters 2 und die Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters 2 angeben, die entsprechend der Pulsweite des PWM-Signals Scp bestimmt werden, als Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd an die Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 aus.
Idealerweise stimmt die Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd mit den Resonanzfrequenz-Informationen Fr überein. Bei dieser dritten Ausführungsform bestehen die Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 aus Software. Die Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 können aber auch aus Hardware bestehen.
Nachstehend wird die Funktionsweise beschrieben.
Da die Operationen der Komponenten der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 103 nach dieser dritten Ausführungsform mit Ausnahme des Wechselrichter-Steuergeräts 6 und der Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 mit denen identisch sind, die bereits bei der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform beschrieben worden sind, werden nachstehend hauptsächlich die Operationen des Wechselrichter-Steuergeräts 6 und der Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 beschrieben.
Als Bewegungsgleichung für die Hin- und Herbewegung des Kolbens durch den Linearmotor des Linearkompressors 103 gilt die folgende Gleichung (10): m × a + k × y''– α × I – β(P(t)–Ps) (10)
In Gleichung (10) ist m die Gesamtmasse [kg] des sich hin und her bewegenden beweglichen Elements, und a ist die Momentanbeschleunigung [m/s/s] des sich hin und her bewegenden beweglichen Elements. Weiterhin ist k die Federkonstante [N/m] der in den Linearkompressor eingebauten Stützfeder, y'' ist die Verschiebung [m] des beweglichen Elements in Bezug auf die Position (Kolben-Leerlaufstellung) Pini des beweglichen Elements in dem Fall, dass die Feder nicht verformt ist, α ist die Schubkonstante [N/A] des Linearmotors, I ist der Messwert [A] des an den Linearmotor angelegten Ansteuerstroms, β ist der Bohrsche Querschnitt [m·m] des Kolbens, P(t) ist der Druck [Pa] in dem Kompressionsraum, und Ps ist der Gasdruck (Ansaugdruck) [Pa] auf der Kolben-Rückseite.
Wenn der Linearkompressor 103 im Resonanzzustand der Hin- und Herbewegung des Kolbens angesteuert wird, wird der Druck in dem Kompressionsraum gleich dem Ansaugdruck, wenn der Kolben die Position des unteren Totpunkts des Kolbens erreicht. Daher wird zu diesem Zeitpunkt der zweite Term auf der rechten Seite der Bewegungsgleichung (10), die die Kolbenbewegung angibt, null.
Wenn, wie in 3 gezeigt, die Position des unteren Totpunkts des Kolbens, d. h. die Kolbenverdrängung, maximal wird, wird die Beschleunigung ebenfalls maximal, sodass der Ansteuerstrom Id des Linearmotors null wird.
Daher erreicht die Beschleunigung a in dem ersten Term auf der linken Seite von Gleichung (10) ihren Höchstwert (a = a_m), die Variable y'' in dem zweiten Term auf der linken Seite wird die Verschiebung der Position des unteren Totpunkts des Kolbens (y'' = y_bd''), und der erste Term auf der rechten Seite und der zweite Term auf der rechten Seite werden null (I = 0), sodass Gleichung (11) statt Gleichung (10) gilt: m × am + k × ybd' = 0 (11)
In Gleichung (11) ist a_m der Höchstwert der Kolbenbeschleunigung [m/s/s], _Und y_bd.. ist die in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung Pini angegebene Verschiebung [m] der Position des unteren Totpunkts des Kolbens.
Daher kann, wenn der Höchstwert a_m [m/s/s], der Kolbenbeschleunigung ermittelt ist, die Verschiebung y_bd'' [m], die die Position des unteren Totpunkts des Kolbens (siehe 10) angibt, aus Gleichung (11) ermittelt werden.
Nachstehend wird beschrieben, wie der Höchstwert a_m [m/s/s] der Kolbenbeschleunigung ermittelt wird.
Wie die Kolbenverdrängung χ(t) und die Kolbengeschwindigkeit ν(t), die bei der zweiten Ausführungsform beschrieben worden sind, wird die Kolbenbeschleunigung a durch eine Sinusfunktion ausgedrückt, in der die Zeit t eine Variable ist.
Insbesondere sei die Winkelgeschwindigkeit der Kolbenbewegung ω [rad/s], der Maximalamplitudenwert der Kolbenbeschleunigung sei a_m [m/s/s], und der Momentanwert der Kolbenbeschleunigung sei a(t) [m/s/s], und da die Beschleunigung ein differenzierter Wert der Geschwindigkeit ist, wird die Kolbenbeschleunigung durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt, in der die Zeit t [s] eine Variable ist:
Da aus Gleichung (12) hervorgeht, dass die Beziehung a_m = ν_m·ω gilt, wird der Höchstwert a_m [m/s/s] der Kolbenbeschleunigung durch das Produkt aus dem Maximalamplitudenwert ν_m [m/s] der Kolbengeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit ω [rad/s] der Kolbenbewegung ermittelt.
Das Wechselrichter-Steuergerät 6 nach der dritten, Ausführungsform Stellt die Pulsweite des PWM-Signals Scp zum Umschalten des Wechselrichters 2 aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen Irf ein und gibt das PWM-Signal Scp mit der eingestellten Pulsweite als Wechselrichteransteuerungs-Steuersignal an den Wechselrichter 2 aus und gibt außerdem Informationen (Wechselrichter-Ansteuerfrequenz-Informationen) Idf, die die Ausgangsspannung des Wechselrichters 2 und die Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters 2 angeben, die entsprechend der Pulsweite des PWM-Signals Scp bestimmt werden, als Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd an die Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 aus.
Dann empfangen in der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 103 nach der dritten Ausführungsform die Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 die von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 ausgegebenen Kolbengeschwindigkeitsinformationen Ipve und die von dem Wechselrichter-Steuergerät 6 ausgegeben Wechselrichter-Ansteuerfrequenz-Informationen Idf und multiplizieren die Maximalamplitude ν_m [m/s] der Kolbengeschwindigkeit, die von den Kolbengeschwindigkeitsinformationen Ipve angegeben wird, mit der Betriebs-Winkelgeschwindigkeit ω [rad/s] (ein Wert, der durch Multiplizieren der von den Wechselrichter-Ansteuerfrequenz-Informationen Idf angegebenen Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd [Hz] mit 2π erhalten wird), wodurch die Maximalamplitude a_m [m/s/s] der Beschleunigung erhalten wird. Außerdem führen die Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 eine Multiplikation der Beschleunigungs-Maximalamplitude a_m [m/s/s] mit der Gesamtmasse m [kg] des beweglichen Elements und eine Division zum Ableiten eines Werts durch, der durch die Multiplikation mit der Federkonstante k [N/m] der Stützfeder des Linearkompressors 100 erhalten wird, wodurch die Verschiebung y_bd'' [m] erhalten wird, die die Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens (siehe 10) angibt. Dann geben die Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmittel 51 die Verschiebung y_bd'' [m] als Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen Ibdc aus.
Wie vorstehend dargelegt, ist die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 103 nach der dritten Ausführungsform mit den Unterer-Totpunkt-Lage-Berechnungsmitteln 51 zum Berechnen eines Werts y_bd'' [m], der den Abstand zwischen der Kolben-Leerlaufstellung Pini und der Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens angeben, als Kolbenverdrängung, die die Position Pbd des unteren Totpunkts des Kolbens angibt, aufgrund der Maximalamplitude ν_m [m/s] der mit den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln 8 erhaltenen Kolbengeschwindigkeit und der Wechselrichter-Ansteuerfrequenz Fd, die aus der Resonanzfrequenz Fr des Linearkompressors bestimmt wird, versehen, wodurch die Größe der Durchbiegung der Resonanzfeder durch die Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen erfasst werden kann. Die Größe der Durchbiegung der Resonanzfeder ist zweckmäßig, um bei der Ansteuerungssteuerung des Linearkompressors zu vermeiden, dass die Resonanzfeder über die Zerstörungsgrenze hinaus verformt wird.
Ausführungsform 4
6 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 104 nach der vierten Ausführungsform weist wie der Linearkompressor (Anm. d. Übers.: muss wohl „die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung" heißen) 101 nach der ersten Ausführungsform Folgendes auf: eine Spannungsquelle 1; einen Wechselrichter 2; einen Stromsensor 9; Ausgangsstrom-Erfassungsmittel 3; Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel 5; ein Wechselrichter-Steuergerät 6 und Zeiterfassungsmittel 7. Außerdem weist die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 104 Folgendes auf: Mittelstellungs-Berechnungsmittel 61 zum Berechnen einer Verschiebung y_av'' der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung Pini (siehe 10) als Informationen, die die Mittelstellung Pav der Hin- und Herbewegung des Kolbens (Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav) angeben, aufgrund eines Erfassungsergebnisses (Ansteuerstrom-Erfassungssignal) Dcd von den Ausgangsstrom- Erfassungsmitteln 3; und einen Auf-Zu-Schalter 11 zum Steuern der Bereitstellung des Ansteuerstrom-Erfassungssignals Dcd und der Unterbrechung der Bereitstellung dieses Signals für die Mittelstellungs-Berechnungsmittel 61 entsprechend einem von den Zeiterfassungsmitteln 7 ausgegebenen Schaltsteuersignal Scs.
Der Auf-Zu-Schalter 11 hat einen eingangsseitigen Knoten 11a, an den das Ansteuerstrom-Erfassungssignal Dcd von den Ausgangsstrom-Erfassungsmitteln 3 angelegt wird, und einen ausgangsseitigen Knoten 11b, von dem das Ansteuerstrom-Erfassungssignal Dcd an die Mittelstellungs-Berechnungsmittel 61 ausgegeben wird, und der Schalter 11 verbindet oder trennt den eingangsseitigen Knoten 11a mit/von dem ausgangsseitigen Knoten 11b aufgrund des Schaltsteuersignals Scs, das das Erfassungsergebnis von den Zeiterfassungsmitteln ist.
Bei dieser vierten Ausführungsform können die Mittelstellungs-Berechnungsmittel 61 durch Software implementiert werden. Die Mittelstellungs-Berechnungsmittel 61 können aber auch aus Hardware bestehen.
Nachstehend wird die Funktionsweise beschrieben.
Wie bei der ersten Ausführungsform wird bei dieser vierten Ausführungsform in dem Linearkompressor 100 der Linearmotor mit der von dem Wechselrichter 2 eingespeisten Wechselspannung Vd angesteuert, wodurch sich der Kolben hin und her bewegt. Da die Frequenz des an den Linearkompressor angelegten Wechselstroms Vd mit der Resonanzfrequenz Fr der Hin- und Herbewegung des Kolbens übereinstimmt, wird der Linearkompressor 100 im Resonanzzustand der Hin- und Herbewegung des Kolbens angesteuert.
Zu diesem Zeitpunkt wird in den Ausgangsstrom-Erfassungsmitteln 3 der Wechselrichter-Ausgangsstrom, d. h. der Ansteuerstrom Id des Linearkompressors 100, aufgrund des Stromüberwachungs-Ausgangssignals Scm von dem Stromsensor 9 erfasst, und das Erfassungsergebnis (Ansteuerstrom-Erfassungssignal) Dcd wird an den eingangsseitigen Knoten 11a des Auf-Zu-Schalters 11 ausgegeben.
In den Zeiterfassungsmitteln 7 wird eine Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Wechselrichter-Ansteuerstroms Id mindestens entweder 90° oder 270° wird, aufgrund des Stromüberwachungs-Ausgangssignals Scm von dem Stromsensor 9 erfasst, und zu dieser Phasenzeit wird ein Schaltsteuersignal Scs zum Verbinden des eingangsseitigen Knotens 11a mit dem ausgangsseitigen Knoten 11b des Auf-Zu-Schalters 11 an den Auf-Zu-Schalter 11 aüsgegeben.
In dem Auf-Zu-Schalter 11 wird nach Empfang des Schaltsteuersignals Scs der entsprechende eingangsseitige Knoten zu der Phasenzeit mit dem ausgangsseitigen Knoten verbunden, wodurch ein Wert (Momentanwert) I₁ des Ansteuerstroms Id zu der Phasenzeit an die Mittelstellungs-Berechnungsmittel 61 ausgegeben wird.
Dann wird in den Mittelstellungs-Berechnungsmitteln 61 eine Verschiebung y_av'' [m] der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung Pini aus der nachstehenden Formel (13) aufgrund des Momentanwerts I_m des Ansteuerstroms zu der Phasenzeit berechnet, und Informationen, die die Verschiebung y_av'' angeben, werden als Amplituden-Mittelstellungsinformationen I_av ausgegeben.
Das heißt, wie bei der dritten Ausführungsform beschrieben, gilt für die Hin- und Herbewegung des Kolbens durch den Linearmotor des Linearkompressors 100 die vorgenannte Gleichung (10) als Bewegungsgleichung.
Bei der Phasenzeit, bei der der Phasenwinkel des an den Linearkompressor angelegten Ansteuerstroms mindestens entweder 90° oder 270° bei dieser Hin- und Herbewegung des Kolbens wird, wird die Kolbenbeschleunigung a [m/s/s] null, die Verschiebung y'' [m] der Kolbenposition P in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung Pini stimmt mit der Verschiebung y_a _v'' der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung Pini überein, und der Ansteuerstrom I[A] nimmt den Höchstwert I_m an.
Bei dieser vierten Ausführungsform ist der Linearkompressor 100 so gestaltet, dass das Einlassventil des Linearkompressor 100 zu der vorgenannten Phasenzeit geöffnet wird und der Druck P(t) [Pa] in dem Kompressionsraum gleich dem Ansaugdruck Ps [Pa] wird, und daher gilt statt Gleichung (10) die folgende Gleichung (13):
Aus Gleichung (13) kann die Verschiebung y_av'' der Kolbenamplituden-Mittelstellung Pav durch arithmetische Verarbeitung erhalten werden, bei der das Produkt aus der Maximalamplitude I_m [A] des Eingangsstroms in den Linearkompressor und der Schubkonstante α [N/A] des Linearmotors durch die Federkonstante k [N/m] der Stützfeder des Linearkompressors dividiert wird.
Wie vorstehend dargelegt, weist die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 104 nach der vierten Ausführungsform statt der Ausgangspannungs-Erfassungsmittel 4 und der Kolbengeschwindigkeits-Erfassungsmittel 8 in der Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 101 nach der ersten Ausführungsform die Mittelstellungs-Berechnungsmittel 61 auf, die die Verschiebung y_av'', die die Kolbenamplituden-Mittelstellung angibt, aufgrund des Momentanwerts I_m [A] des Ansteuerstroms zu der Phasenzeit berechnen, zu der der Phasenwinkel des Linearkompressor-Ansteuerstroms Id mindestens entweder 90° oder 270° ist. Daher kann die Verschiebung y_av'' der Mittelstellung Pav der Hin- und Herbewegung des Kolbens in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung Pini durch relativ einfache arithmetische Verarbeitung, die nur Multiplikation und Division umfasst, genau ermittelt werden, sodass die Erfassung der Mittelstellung Pav der Hin- und Herbewegung des Kolben problemlons mit hoher Genauigkeit erfolgen kann.
Bei dieser vierten Ausführungsform erfasst die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 104 den Momentanwert I_m des Wechselrichter-Ansteuerstroms Id zu der Phasenzeit, zu der der Phasenwinkel des Wechselrichter-Ansteuerstroms Id mindestens entweder 90° oder 270° wird, und berechnet die Kolbenamplituden-Mittelstellungs-Informationen aufgrund des Momentanwerts I_m. Die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung 104 kann aber auch die Kolbenamplituden-Mittelstellungs-Informationen aufgrund des Momentanwerts I_m des Wechselrichter-Ansteuerstroms Id, des Drucks des aus dem Linearkompressor ausgetragenen Kühlmittelgases und des Drucks des in den Linearkompressor gesaugten Kühlmittelgases berechnen.
In diesem Fall weist die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung nach der vierten Ausführungsform weiterhin Verdichtungsdruck-Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks des von dem Linearkompressor ausgetragenen Kühlmittelgases und Ansaugdruck-Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks des in den Linearkompressor gesaugten Kühlmittelgases auf, und die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel berechnen die in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkende Kraft, die von dem Kühlmittelgas auf den Kolben wirkt, aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck, und sie berechnen außerdem Positionsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolbenposition angeben, in der die Druckdifferenz null wird, als Mittelstellungsinformationen.
Außerdem können die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel die in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkende Kraft, die von dem Kühlmittelgas auf den Kolben wirkt, aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck und aufgrund der Resonanzfrequenz, die von den von den Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemitteln 5 ausgegebenen Resonanzfrequenz-Informationen angegeben wird, berechnen, und sie können Positionsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolbenposition, in der die Druckdifferenz null wird, als Mittelstellungsinformationen berechnen.
Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie
Wie vorstehend dargelegt, kann die erfindungsgemäße Linearkompressor-Ansteuervorrichtung den Hub und den oberen Abstand des Kolbens des Linearkompressors in einer relativ einfachen arithmetischen Verarbeitung ohne Verwendung eines Positionssensors genau erfassen. Daher ist die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung sehr gut als Ansteuervorrichtung für einen Linearkompressor geeignet, bei dem sich der Hub und der obere Abstand des Kolbens mit Last-Änderungen ändern, und sie wird für einen Kühlkompressor verwendet.

Claims

Linearkompressor (100) mit einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (101, 102, 103) zum Ansteuern des Linearkompressors, der einen Kolben und einen Linearmotor zum Hin- und Herbewegen des Kolbens hat und ein Druckgas durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens erzeugt, wobei eine Wechselspannung an den Linearmotor angelegt wird, wobei die Vorrichtung einen Wechselrichter (2) zum Ausgeben einer Wechselspannung und eines Wechselstroms an den Linearmotor aufweist und gekennzeichnet ist durch: Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel (5) zum Ausgeben von Resonanzfrequenz-Informationen, die eine Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben; Spannungsprüfmittel (4) zum Prüfen einer Ausgangsspannung des Wechselrichters, um ein Spannungsprüfsignal auszugeben; Stromprüfmittel (3, 9) zum Prüfen eines Ausgangsstroms des Wechselrichters, um ein Stromprüfsignal auszugeben; ein Wechselrichter-Steuergerät (6) zum Steuern des Wechselrichters aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen in einer Weise, dass der Wechselrichter als seine Ausgangsspannung und seinen Ausgangsstrom eine Sinusspannung und einen Sinusstrom ausgibt, deren Frequenzen jeweils mit der Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens übereinstimmen; Zeitertassungsmittel (7) zum Erfassen einer Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird, als spezifische Phasenzeit; und Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel (8) zum Empfangen des Spannungsprüfsignals und des Stromprüfsignals und zum Berechnen einer Maximalamplitude einer Kolbengeschwindigkeit bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens aufgrund von Mornentanwerten der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter zu der spezifischen Phasenzeit.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeiterfassungsmittel (7) als spezifische Phasenzeit eine Phasenzeit erfassen, zu der die Amplitude des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter maximal wird.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeiterfassungsmittel (7) eine Phasenzeit, zu der die Phase des von dem Wechselrichter ausgegebenen Wechselstroms 90° oder 270° wird, oder beide Phasenzeiten als spezifische Phasenzeit aufgrund des Stromprüfsignals erfassen.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselrichter-Steuergerät (6) ein Wechselrichteransteuerungs-Steuersignal an den Wechselrichter (2) ausgibt, wobei das Wechselrichteransteuerungs-Steuersignal ein Signal ist, das den Wechselrichter ansteuert und steuert, und die Zeiterfassungsmittel (7) aufgrund der Phase des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals eine Phasenzeit erfassen, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter null wird.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeiterfassungsmittel (7) einen Phasenverschiebungsbetrag-Detektor zum Erfassen des Betrags der Phasenverschiebung der Phase des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals von der Phase des Ausgangsstroms des Wechselrichters haben und aufgrund des Wechselrichteransteuerungs-Steuersignals, dessen Phase so korrigiert dass der Betrag der Phasenverschiebung null wird, eine Phasenzeit erfassen, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel (8) einen Temperaturkorrekturprozess an einer Schubkonstante des Linearmotors ausführen, deren Wert sich mit der Temperatur ändert, und aufgrund der Temperatur-korrigierten Schubkonstante, des Strom-Momentanwerts, des Spannungs-Momentanwerts und eines Innenwiderstandswerts des Linearmotors eine Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit berechnen.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel (8) einen Temperaturkorrekturprozess an einem Innenwiderstandswert des Linearmotors ausführen, dessen Wert sich mit der Temperatur ändert, und aufgrund des Temperatur korrigierten Innenwiderstandswerts, der Momentanwerte der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms des Wechselrichters und einer Schubkonstante des Linearmotors eine Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit berechnen.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel (8) einen Geschwindigkeitsberechnungsprozess zum Berechnen einer Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit wiederholen und die Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmittel in jedem der wiederholten Geschwindigkeitsberechnungsprozesse aufgrund der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, die in dem vorhergehenden Geschwindigkeitsberechnungsprozess berechnet worden ist, eine Schubkonstante des Linearmotors korrigieren und aufgrund der korrigierten Schubkonstante eine Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit berechnen.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 1, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (102) weiterhin Hub-Informationen-Berechnungsmittel (41) zum Berechnen von Kolbenhub-Informationen, die eine Maximalamplitude eines Hubvolumens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit aufweist.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 1, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtug (103) weiterhin Unteren-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel (51) zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit aufweist.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (103) weiterhin Folgendes aufweist: Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel (51) zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit; und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten, d. h. Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (103) weiterhin Folgendes aufweist: Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel (51) zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, und aufgrund der Maximalamplitude der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Kolbengeschwindigkeit; und Rechenmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten, d. h. Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (102) weiterhin Folgendes aufweist: einen Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des oberen Totpunkt des Kolbens bei der Hin und Herbewegung des Kolbens, um Oberer- Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten, d. h. Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (102) weiterhin Folgendes aufweist: einen Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens, um Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten, d. h. Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (102) weiterhin Folgendes aufweist: einen Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens und Rechenmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten, d. h. Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (102) weiterhin Folgendes aufweist: einen Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Erfassungssensor zum Erfassen einer Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens, um Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die die erfasste Lage angeben, auszugeben; und Rechenmittel zum Berechnen von Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen und der Kolbenhub-lnformationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten, d. h. Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, wobei die LinearkompressorAnsteuervorrichtung (102) weiterhin Folgendes aufweist: Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter und Rechenmittel zum Berechnen von Oberer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des oberen Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Mittelstellungsinformationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten, d. h. Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, wobei die Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (102) weiterhin Folgendes aufweist: Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel zum Berechnen von Mittelstellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter und Rechenmittel zum Berechnen von Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen, die eine Lage des unteren Totpunkts des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund der Mittelstellungsinformationen und der Kolbenhub-Informationen durch Ausführen der vier Grundrechenarten, d. h. Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.
Linearkompressor (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearkompressor ein federndes Element (81) hat, das eine Kraft so auf den Kolben aufbringt, dass der Kolben in seine Leerlaufstellung zurückgebracht wird, wenn der Kolben von der Leerlaufstellung verschoben wird, und die Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen-Berechnungsmittel (51) aufgrund der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Frequenz des Ausgangsstroms des Wechselrichters, die von dem Wechselrichter-Steuergerät bestimmt werden, der von den Kolbengeschwindigkeits-Berechnungsmitteln berechneten Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit, der Masse des beweglichen Elements, das die Hin- und Herbewegung des Kolbens in dem Linearkompressor ausführt, und der Federkonstante des federnden Elements Lage-Informationen, die die Lage des unteren Totpunkts des Kolbens in Bezug auf die Mittelstellung des Kolbens angeben, als Unterer-Totpunkt-Lage-Informationen berechnen.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenhub-Berechnungsmittel (41) einen Berechnungsprozess zum Berechnen der Kolbenhub-Informationen aufgrund der Maximalamplitude der Kolbengeschwindigkeit wiederholen und die Kolbenhub-Berechnungsmittel in jadem der wiederholten Berechnungsprozesse eine Schubkonstante des Linearmotors, deren Wert sich mit der Kolbenstellung ändert, aufgrund der Kolbenhub-Informationen, die in dem vorhergehenden Berechnungsprozess berechnet worden sind, korrigieren und die Kolbenhub-Informationen aufgrund der korrigierten Schubkonstante berechnen.
Linearkompressor (100) mit einer Linearkompressor-Ansteuervorrichtung (104) zum Ansteuern des Linearkompressors, der einen Kolben und einen Linearmotor zum Hin- und Herbewegen des Kolbens hat und ein Druckgas durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens erzeugt, wobei eine Wechselspannung an den Linearmotor angelegt wird, wobei die Vorrichtung einen Wechselrichter (2) zum Ausgeben einer Wechselspannung und eines Wechselstroms an den Linearmotor aufweist und gekennzeichnet ist durch: Resonanzfrequenz-Informationen-Ausgabemittel (5) zum Ausgeben von Resonanzfrequenz-Informationen, die eine Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben; Stromprüfmittel (3, 9) zum Prüfen eines Ausgangsstroms des Wechselrichters, um ein Stromprüfsignal auszugeben; ein Wechselrichter-Steuergerät (6) zum Steuern des Wechselrichters aufgrund der Resonanzfrequenz-Informationen in einer Weise, dass der Wechselrichter als seine Ausgangsspannung und seinen Ausgangsstrom eine Sinusspannung und einen Sinusstrom ausgibt, deren Frequenzen jeweils mit der Resonanzfrequenz der Hin- und Herbewegung des Kolbens übereinstimmen; Zeiterfassungsmittel (7) zum Erfassen einer Phasenzeit, zu der ein differenzierter Wert des Ausgangsstroms des Wechselrichters null wird, als spezifische Phasenzeit; und Kolbenmittelstellungs-Berechnungsmittel (61) zum Berechnen von Stellungsinformationen, die eine Mittelstellung des Kolbens bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens angeben, aufgrund eines Momentanwerts des Ausgangsstroms des Wechselrichters zu der spezifischen Phasenzeit unter Bezugnahme auf eine Kolbenstellung, bei der eine Druckdifferenz zwischen dem Druck eines Kühlmittelgases, das von dem Linearkompressor ausgestoßen wird, und dem Druck des Kühlmittelgases, das in den Linearkompressor gesaugt wird, null wird.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearkompressor ein federndes Element (81) hat, das eine Kraft so auf den Kolben aufbringt, dass der Kolben in seine Leerlaufstellung zurückgebracht wird, wenn der Kolben von der Leerlaufstellung verschoben wird, und die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel (61) aufgrund der Maximalamplitude des Ausgangsstroms von dem Wechselrichter, der Schubkonstante des Linearmotors und der Federkonstante des federnden Elements Stellungsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolben-Leerlaufstellung angeben, als Mittelstellungsinformationen berechnen.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 21, wobei die Linearkompressor-Ansteuerνorrichtung weiterhin Folgendes aufweist: Verdichtungsdruck-Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks des Kühlmittelgases, das von dem Linearkompressor ausgestoßen wird; und Ansaugdruck-Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks des Kühlmittelgases, das in den Linearkompressor gesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel (61) aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck eine in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkende Kraft, die von dem Kühlmittelgas auf den Kolben wirkt, berechnen und dann aufgrund der berechneten wirkenden Kraft Stellungsinformationen, die die Kolben-Mittelstellung in Bezug auf die Kolbenstellung, bei der die Druckdifferenz null wird, als Mittelstellungsinformationen berechnen.
Linearkompressor (100) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelstellungsinformationen-Berechnungsmittel (61) aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugdruck und aufgrund der Resonanzfrequenz, die von den Resonanzfrequenz-Informationen angegeben wird, eine in Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkende Kraft, die von dem Kühlmittelgas auf den Kolben wirkt, berechnen und dann aufgrund der berechneten wirkenden Kraft Stellungsinformationen, die die Kolben- Mittelstellung in Bezug auf die Kolbenstellung, bei der die Druckdifferenz null wird, angeben, als Mittelstellungsinformationen berechnen.