JP2000110732A

JP2000110732A - リニアコンプレッサの制御装置

Info

Publication number: JP2000110732A
Application number: JP10286227A
Authority: JP
Inventors: Koji Hamaoka; 孝二浜岡; Hideo Yamamoto; 秀夫山本; Hiromi Shibuya; 浩洋渋谷
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】リニアコンプレッサの制御装置において、起
動時に大きなストロークが出て、保護が簡単に作動する
という課題を解決し、小型で低コストなリニアコンプレ
ッサの制御装置を提供する。【解決手段】起動時の電圧を起動所定電圧記憶手段に
記憶された可動子のストロークが非常に小さいレベルと
なるような起動所定電圧でスタートするような起動手段
２５を設けることにより、起動時の電流が最小に抑えら
れるため、電源装置の電流容量は小さくてよく、小型化
・低コスト化を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内に往復
可能な様に取り付けられたピストンをリニア振動アクチ
ュエータによって往復運動させることにより、ガスを圧
縮して外部に供給するリニアコンプレッサの制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷蔵庫やエアコンのような冷凍空
調システムにおいて、冷媒ガスを圧縮して冷凍空調シス
テムに供給するコンプレッサとして、可動部自体の往復
運動を直接ピストンの往復運動に伝えることにより、し
ゅう動損失を減らし高効率を狙ったりリニアコンプレッ
サが提案されている。

【０００３】このような従来のリニアコンプレッサの制
御装置としては、たとえば特開平９−２６４２６２号公
報に示されているとおりである。

【０００４】以下、従来のリニアコンプレッサの制御装
置を図１５を用いて説明する。図１５は従来のリニアコ
ンプレッサの制御装置のブロック図を示す。

【０００５】図１０において、１００はハウジングであ
り、ハウジングによりリニアコンプレッサ全体は密閉空
間として保持している。

【０００６】１０１はシリンダである。１０２はピスト
ンであり、シリンダ１０１内を往復運動できるように取
り付けられている。シリンダ１０１とピストン１０２に
よって冷媒ガスの圧縮空間となる圧縮室１０３が区画形
成される。

【０００７】１０４は圧縮するガスを圧縮室１０３内に
吸い込むための吸込弁、１０５は圧縮室１０３で圧縮さ
れたガスを外部に吐出するための吐出弁である。吐出弁
１０５からでたガスは冷凍空調システムの配管１０６を
通って、再度吸込弁から戻ってくる。

【０００８】ピストン１０２の圧縮室１０３の反対側は
支持ロッド１０７によってリニア振動アクチュエータの
可動子１０８に一体固定されている。可動子１０８とピ
ストン１０２を往復可能なように弾性支持するために、
可動子１０８とハウジング１００との間はピストンスプ
リング１０９によって固定されている。

【０００９】可動子１０８には電磁コイル１１０が巻か
れている。またリニア振動アクチュエータの固定子１１
１側には可動子１０８の電磁コイル１１０に相対するよ
うに永久磁石１１２が固定されている。

【００１０】１１３は電源装置である。この電源装置１
１３から所定周波数の交流電流を電磁コイル１１０に加
えることにより、可動子１０８は往復運動を行う。この
往復運動によってピストン１０２が往復運動し、圧縮室
１０３内のガスは圧縮されることとなる。またこの電源
装置１１３は制御回路１１４からの制御指令に基づいし
所定の駆動電流を電磁コイル１１０に供給している。

【００１１】１１５はピストン１０２がシリンダ１０１
と衝突するのを事前に防止するコイルスプリングであ
り、ピストン１０２が衝突しそうになった時、コイルス
プリング１１５のバネを利用し、反対側に押し返す役目
もある。

【００１２】また、コイルスプリング１１５には電気伝
導体が使用されており、可動子１０８の上部に取り付け
られた金属板１１６と接触したことを当接検知回路で検
出できる。当接検知回路１１７でコイルスプリング１１
５と金属板１１６との接触を検知した場合は、制御回路
１１４で直ちに電源装置１１３の出力を停止させる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成では、次のような課題があった。

【００１４】まず、制御回路１１４からの駆動指令に基
づいて所定の駆動電流を電磁コイル１１０へ供給するた
め、リニア振動アクチュエータの発生する推力は一定で
ある。しかし、実際のコンプレッサでは冷凍空調システ
ムの状態により様々な負荷状態があり得る。従って起動
時に所定の駆動電流を電磁コイル１１０に流すと、いき
なり大きく駆動し、即座に当接検知回路１１７が動作
し、保護がかかって止まってしまう恐れがあった。

【００１５】また、急激にストロークを大きくするため
に、電源装置１１３の電流容量も大きなものが必要であ
り、大型化し、コストも高くなるという課題があった。

【００１６】また、衝突検知の方法としてコイルスプリ
ング１１５を使用するので、ピストンとシリンダとの間
隔（上死点）をあまり詰めることができず冷凍能力が低
くなり、更に効率も低下するという課題を有していた。

【００１７】本発明は、起動時に大きなストロークが出
てしまうことなく、保護が作動するのを防ぎ、冷凍空調
システムが安易に停止してしまうのを防ぐことができる
リニアコンプレッサの制御装置を提供することを目的と
する。

【００１８】また、起動時の電流を最小に制御すること
によって、電源装置の電流容量も小さくてすみ、電源装
置の小型化，低コスト化することができるリニアコンプ
レッサの制御装置を提供することを目的とする。

【００１９】また、ピストンの上死点を従来以上に詰め
ることを可能とし、冷凍性能の向上、効率の向上ができ
るリニアコンプレッサの制御装置を提供することを目的
とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、起動時の電圧を起動所定電圧記憶手段に記
憶された可動子のストロークが非常に小さいレベルとな
るような起動所定電圧でスタートするように構成したも
のである。

【００２１】これにより、起動時の電流が最小に抑えら
れるため、電源装置の電流容量は小さくてよく、小型化
・低コスト化を実現できる。

【００２２】また、起動時のストロークを検出する位置
検出手段の出力により、起動所定電圧記憶手段に記憶さ
れている起動所定電圧を書き換える起動所定電圧書換手
段を構成したものである。

【００２３】これにより、冷凍空調システムの状態が変
化しても常に起動電流は最低にできるというメリットが
得られる。

【００２４】また、起動後の電圧上昇を上昇速度記憶手
段に記憶された加速トルクを含めた電流が所定値以下と
なるような上昇速度にしたがって電圧を上昇させる起動
時電圧指令手段を構成したものである。

【００２５】これにより、起動後のリニア振動アクチュ
エータの電流が電源装置の電流容量に応じた電流値以下
に抑えられるため、電源装置の電流容量と小さくてよ
く、小型化・低コスト化を実現できる。

【００２６】また、起動後の加速時の電流を検出する電
流判定手段の出力により、上昇速度記憶手段に記憶され
ている上昇速度を書き換える上昇速度書換手段を構成し
たものである。

【００２７】これにより、冷凍空調システムの状態が変
化して加速時の電流が増加しても、次回の起動時には起
動後の加速時の電流は最低にできるというメリットが得
られるため、電源装置の電流容量は小さくてよく、小型
化・低コスト化を実現できる。

【００２８】また、起動手段における電圧上昇速度をよ
り遅い電圧上昇速度を持つピストン位置制御手段と、位
置検出手段により検出されたピストン位置が所定位置を
超えた時、起動手段による電圧制御からピストン位置検
出手段による電圧制御に切り替える切替手段を構成した
ものである。

【００２９】これにより、リニアコンプレッサが圧縮仕
事を始める位置で一旦上昇速度を落とすことができるの
で、圧縮負荷の急激な増減によってピストンがオーバー
シュートしてシリンダに衝突することを防ぐことができ
る。

【００３０】また、位置検出手段により検出されたピス
トン位置と目標上死点位置との偏差を演算する偏差演算
回路と偏差演算回路で演算された偏差により比較時間を
設定する比較時間設定回路と、比較時間設定回路が設定
時間を経過すれば電圧指示値を変更する電圧指示値変更
回路とを構成したものである。

【００３１】これにより、安定したピストン制御がで
き、コンプレッサの冷凍能力は格段に安定する。

【００３２】また、前回の電圧値を変更した時からの時
間をカウントするタイマ回路と、比較時間設定回路の設
定時間とタイマ回路の時間との大小を比較する比較器
と、比較器の出力により電圧指示値を変更する電圧指示
値変更回路とを構成したものである。

【００３３】これにより、冷凍空調システムなどの状態
が著しく変化し、急激に負荷状態が変化した時に、ピス
トンがシリンダに衝突することがないよう素早い電圧制
御が可能となる。

【００３４】また、比較時間設定回路に比較的短時間の
最大比較時間制限手段を構成したものである。

【００３５】これにより、ピストンは中途半端あ上死点
位置で停止することなく、常に上死点位置周辺での運動
が可能になるため、コンプレッサの出す冷凍能力が著し
く安定することになる。

【００３６】また、ピストン位置から上死点位置を演算
し、その値が第２所定位置以下の場合には電源装置の出
力電力を強制的に停止させるピストン保護手段とを構成
したものである。

【００３７】これにより、ピストンがシリンダに衝突し
そうになった場合は確実に電源装置からの電力供給を停
止し、衝突を未然に防ぐことができることができると共
に、機械的な保護ではないので上死点を限界まで詰める
ことができ、冷凍性能も向上することになる。

【００３８】また、演算された上死点位置が第１所定位
置以下の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を低下
させるピストン保護手段を構成したものである。

【００３９】これにより、上死点位置が衝突の恐れがあ
る位置まで来た時に、出力電圧を低下させることにより
コンプレッサを停止することなく衝突を未然に防ぐこと
ができる。

【００４０】また、演算された上死点位置が第２所定位
置以下の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を強制
的に停止させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を
継続するピストン保護手段を構成したものである。

【００４１】これにより、上死点位置が衝突の恐れがあ
る位置まで来た時に、半波分の出力電圧は完全に停止
し、次の半サイクル以降は出力電圧を低下させて、運転
を継続することによりコンプレッサを停止することをか
なり少なくすることができる。

【００４２】また、演算された上死点位置が第２所定位
置以下の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を強制
的に停止させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を
継続してもまた第２所定位置以下であった場合には出力
を停止するピストン保護手段を構成したものである。

【００４３】これにより、上死点位置が衝突の恐れがか
なりある場合には確実に保護動作をかけることができ
る。

【００４４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、起動所定電圧を記憶する起動所定電圧記憶手段と、
前記リニア振動アクチュエータの起動時に前記起動所定
電圧記憶手段に記憶された起動所定電圧を選択する起動
時電圧指令手段と、前記起動時電圧指令手段の指令信号
により前記可変交流電源の出力電圧値を制御する電圧可
変手段とからなるリニアコンプレッサの制御装置とした
ものであり、起動する瞬間に印加する電圧は予め定めら
れた起動電圧とすることによって起動時の電流が最小で
抑えられ、なおかつ早い起動ができるという作用を有す
る。

【００４５】本発明の請求項３に記載の発明は、起動時
のストロークを判定するストローク判定手段と、前記ス
トローク判定手段の結果から前記起動所定電圧記憶手段
に記憶された起動所定電圧を書き換える起動所定電圧書
換手段とからなるリニアコンプレッサの制御装置とする
ことにより、前回起動時のシステムの状態を確認し、次
回での起動電圧が更に最適となるように調整，記憶する
という作用を有する。

【００４６】本発明の請求項４に記載の発明は、起動時
の電圧の上昇速度を記憶する上昇速度記憶手段と、前記
リニア振動アクチュエータの起動時に前記上昇速度記憶
手段に記憶された上昇速度に従って電圧を上昇させてい
く起動時電圧指令手段と、前記起動時電圧指令手段の指
令信号により前記可変交流電源の出力電圧値を制御する
電圧可変手段とからなるリニアコンプレッサの制御装置
とすることにより、電圧の上昇速度を電源装置の電流容
量によって決まる最大電流以下となるように変化させる
ことができるという作用を有する。

【００４７】本発明の請求項６に記載の発明は、電流を
判定する電流判定手段と、前記電流判定手段の判定結果
の基づき前記上昇速度記憶手段に記憶された上昇速度を
書き換える上昇速度書換手段とからなるリニアコンプレ
ッサの制御装置とすることにより、冷凍空調システムの
状態により変化する電流を検出し、最適な電流値となる
ように電圧の上昇速度を書き換えることができるという
作用を有する。

【００４８】本発明の請求項７に記載の発明は、起動手
段における電圧上昇速度より遅い電圧上昇速度を持つピ
ストン位置制御手段と、前記位置検出手段によりピスト
ン位置が所定位置を超えた時前記起動手段による電圧制
御から前記ピストン位置検出手段による電圧制御に切り
替える切替手段とからなるリニアコンプレッサの制御装
置とすることにより、負荷がかかりピストン制御の安定
性がなくなってきた時に、電圧上昇速度をよりゆっくり
した上昇速度にかえるという作用を有する。

【００４９】本発明の請求項９に記載の発明は、位置検
出手段により検出されたピストン位置と目標上死点位置
との偏差を演算する偏差演算回路と、前記偏差演算回路
で演算された偏差により比較時間を設定する比較時間設
定回路と、前記比較時間設定回路が設定した時間を経過
すれば電圧指示値を変更する電圧指示値変更回路とから
なるリニアコンプレッサの制御装置とすることにより、
ピストンが目標上死点に近づくと電圧変更の時間が長く
なり安定して目標上死点に近付けることができるという
作用を有する。

【００５０】本発明の請求項１０に記載の発明は、前回
の電圧値を変更した時から時間をカウントするタイマ回
路と、前記比較時間設定回路の設定時間と前記タイマ回
路との時間との大小を比較する比較器と、前記比較器の
出力により電圧指示値を変更する電圧指示値変更回路と
からなるリニアコンプレッサの制御装置とすることによ
り、急な負荷変動などが発生し偏差が大きくずれた時、
前回の電圧値を変更した時からのタイマ値が設定された
設定時間を超えていた場合には即座に電圧を変更できる
という作用を有する。

【００５１】本発明の請求項１１に記載の発明は、前記
比較時間設定回路の最大制限時間を記憶し制限を行う最
大比較時間制限手段と、前記比較時間設定回路が設定し
た時間を経過すれば電圧指示値を変更する電圧指示値変
更回路とからなるリニアコンプレッサの制御装置とする
ことにより、偏差が小さくなっても、最大比較時間内に
必ず電圧を変化させることができるという作用を有す
る。

【００５２】本発明の請求項１３に記載の発明は、前記
位置検出手段により検出されたピストン位置から上死点
位置を演算しその値が第２所定位置以下の場合には前記
可変交流電源の出力電圧を強制的に停止させるピストン
保護手段とからなるリニアコンプレッサの制御装置とす
ることにより、上死点位置がピストンとシリンダが衝突
する危険性のある位置までいった時には直ちに電圧を停
止するという作用を有する。

【００５３】本発明の請求項１４に記載の発明は、前記
位置検出手段により検出されたピストン位置から上死点
位置を演算しその値が第１所定位置以下の場合には前記
可変交流電源の出力電圧を強制的に停止させ、かつ第２
所定値以下の場合には前記可変交流電源の出力電圧を強
制的に停止させるピストン保護手段とからなるリニアコ
ンプレッサの制御装置とすることにより、上死点位置が
ピストンとシリンダが衝突する危険性のある一歩手前の
位置までいった時には直ちに電圧を低下するという作用
を有する。

【００５４】本発明の請求項１６に記載の発明は、前記
位置検出手段により検出されたピストン位置から上死点
位置を演算しその値が第２所定値以下の場合には前記可
変交流電源の出力電圧を出力交流波形の半波分強制的に
停止させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を継続
するピストン保護手段とからなるリニアコンプレッサの
制御装置とすることにより、上死点位置がピストンとシ
リンダが衝突する危険性のあるの位置までいった時には
一時的に電圧停止し、次の半波で電圧を低下させてもう
一度再トライを行うという作用を有する。

【００５５】本発明の請求項１７に記載の発明は、前記
位置検出手段により検出されたピストン位置から上死点
位置を演算しその値が第２所定値以下の場合には前記可
変交流電源の出力電圧を出力交流波形の半波分強制的に
停止させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を継続
しても次の半波でまた第２所定値以下であった場合には
出力電圧を停止させるピストン保護手段とからなるリニ
アコンプレッサの制御装置とすることにより、上死点位
置がピストンとシリンダが衝突する危険性のあるの位置
までいった時には一時的に電圧停止し、次の半波で電圧
を低下させてもう一度再トライを行った結果、再度第２
所定値まで到達した場合には完全に停止させるという作
用を有する。

【００５６】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１４を用いて説明する。（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１のリニア
コンプレッサの制御装置のブロック図である。

【００５７】図１において、１はリニアコンプレッサで
ある。２はハウジングであり、ハウジングによりリニア
コンプレッサ１の全体は密閉空間として保持している。

【００５８】３はシリンダである。４はピストンであ
り、シリンダ３内を往復運動できるように取り付けられ
ている。シリンダ３とピストン４によって冷媒ガスの圧
縮空間となる圧縮室５が区画形成される。

【００５９】６は圧縮するガスを圧縮室５内に吸い込む
ための吸込弁、７は圧縮室５で圧縮されたガスを外部に
吐出するための吐出弁である。吐出弁７からでた圧縮さ
れたガスは配管８を介して、凝縮器９で放熱，液化さ
れ、キャピラリ１０で減圧され、蒸発器１１で蒸発、吸
熱され、蒸発したガスは再び吸込弁６を通って、圧縮室
５に吸い込まれる。

【００６０】１２は凝縮器用ファンであり、風を凝縮器
９に送ることによって放熱能力を高める役目をしてい
る。また、１３は蒸発器用ファンであり、風を蒸発器１
１に送ることによって吸熱能力を高める役目をしてい
る。

【００６１】これらはまとめて、冷凍空調システムと呼
ばれ、吸熱は冷蔵庫、エアコンの冷房等に利用され、放
熱はエアコンの暖房などに利用されている。

【００６２】ピストン４の圧縮室５の反対側は支持ロッ
ド１４によってリニア振動アクチュエータの可動子１５
に一体固定されている。可動子１０８とピストン１０９
を往復可能なように弾性支持するために、可動子１５と
ハウジング２との間はピストンスプリング１６によって
固定されている。

【００６３】可動子１５には永久磁石１７が取り付けら
れている。またリニア振動アクチュエータのステータ側
には可動子１５の永久磁石１７に相対するように電磁コ
イル１８が固定されている。

【００６４】１９はステータのインナーヨークであり、
コイル１８，永久磁石１７などで形成される磁路を確保
している。２０は位置センサであり、可動子１５とピス
トン４の変位を検出する。

【００６５】２１は可変電圧交流電源である。この可変
電圧交流電源２１から所定周波数の交流電圧をコイル１
８に加えることにより、可動子１５は往復運動を行う。
この電源周波数とピストンスプリング１６の共振周波数
が一致するように設計しており高効率な駆動ができる。

【００６６】この往復運動によってピストン４が往復運
動し、圧縮室５内のガスは圧縮されることとなる。

【００６７】またこの可変電圧交流電源２１は商用電源
２２（例えば１００Ｖ／６０Ｈｚ）から電力供給を行
う。

【００６８】２３は位置センサ２０の信号からピストン
４の位置を検出する位置検出手段である。具体的にはピ
ストン４の圧縮室５側の上面とシリンダ３の上部下面と
の間の距離を上死点位置と呼び、シリンダ３とピストン
４とがちょうど衝突する部分をゼロとしている。またピ
ストン４の往復運動の振幅をストロークと呼ぶ。

【００６９】２４は電流センサであり、可変電圧電源２
１とコイル１８との間に流れる電流を検出する。２５は
起動手段であり、起動信号，位置検出手段２３の出力信
号，電流センサ２４の出力信号が各々入力されており、
リニアコンプレッサ１を停止状態からオンさせる時の動
作を制御する。

【００７０】２６はピストン位置制御手段であり、位置
検出手段２３の出力信号，ピストン位置目標値が各々入
力されており実際のピストン位置が目標値に近付くよう
に制御を行う。なお、ここで使用した起動信号，ピスト
ン位置目標値は別に設けられた冷凍空調システム制御装
置（図示せず）から指令される信号である。

【００７１】２７は切替手段であり、起動手段２５とピ
ストン位置制御手段２６との制御信号を位置検出手段２
３の出力により切り替える。その切り替えか出力は電圧
可変手段２８に入力され、その指示により可変電圧交流
電源２１の出力電圧を制御する。

【００７２】２９はピストン保護手段であり、位置検出
手段２３の出力信号を入力し、内部で判断を行い、その
結果を電圧可変手段２８に送出する。そこで電圧低下、
電圧停止など状態に応じた保護を行う。この保護はピス
トン４がシリンダ３に衝突することを防ぐためにつけて
いる。

【００７３】図２は、発明の実施の形態１の起動手段２
５のブロック図である。図２において、３０は起動所定
電圧記憶手段であり、起動時に最初に発生する起動時所
定電圧を記憶している。この起動時所定電圧は予め定め
られており、リニアコンプレッサ１の特性によってその
値は決められている。基本的にはその電圧はリニアコン
プレッサ１のコイル１８にその電圧が加えられた時、そ
のストロークが０またはフルストロークの１／１０以下
になるレベルである。

【００７４】３１は上昇速度記憶手段であり、起動時の
電圧上昇の速度が記憶されている。電圧上昇を早くし過
ぎると、加速を伴うため大きなトルクが必要になり、電
流も多く流れる。この電流が可変電圧交流電源２１の電
流容量以下となるように予めこの上昇速度が設定され記
憶されている。

【００７５】３２は起動時電圧指令手段であり、起動信
号をうけると、リニアコンプレッサ１を起動させるよう
に動作する。この時、起動時の出力電圧は起動所定電圧
記憶手段３０に記憶されている起動所定電圧をまず出力
指示を行う。次に電圧を上昇させるが、その上昇速度は
上昇速度記憶手段３１に記憶されている上昇速度を設定
する。

【００７６】３３はスクローク判定手段であり、位置検
出手段２３からの位置検出信号を基に起動所定電圧を印
加したときの、ストロークの判定を行う。「ストローク
が大きければ電圧が高すぎる」、「ストロークが小さけ
れば電圧が低すぎる」、「ストロークがちょうどよけれ
ば電圧はそのままにする」等の判定を行う。

【００７７】３４は起動所定電圧書換手段であり、スト
ローク判定手段３３の判定結果に基づき起動所定電圧記
憶手段３０の起動所定電圧を書き換える。

【００７８】３５は電流判定手段であり、電流センサ２
４からの電流信号を基に起動電圧上昇時の、電流の判定
を行う。「電流が大きければ上昇速度が早すぎる」、
「電流が小さければ上昇速度が遅すぎる」、「電流がち
ょうどよければ上昇速度はそのままにする」等の判定を
行う。

【００７９】３６は起動所定電圧書換手段であり、電流
判定手段３５の判定結果に基づき上昇速度記憶手段３１
の上昇速度を書き換える。

【００８０】次にこれらの機能を用いたリニアコンプレ
ッサの起動制御について、図１〜図３を用いて説明す
る。図３は本発明の実施の形態１の起動制御の流れ図で
ある。

【００８１】起動信号により停止状態から運転状態が指
示される。起動時電圧指令手段３２ではまず、ＳＴＥＰ
１に示すように「出力電圧＝所定値電圧Ｖｓ」を設定す
る。この時は起動所定電圧記憶手段３０に記憶されてい
る起動所定電圧Ｖｓを読み出し、電圧指令として電圧可
変手段２８に送り、可変電圧交流電源２１の出力電圧を
起動所定電圧Ｖｓにする。

【００８２】次にＳＴＥＰ２では上死点を所定位置Ｐｊ
より大きい時には、ＳＴＥＰ３の電圧上昇をくり返す。
その時の電圧の上昇速度Ｓｕは上昇速度記憶手段３１に
記憶されている値を設定する。

【００８３】電圧を上昇させると順次ピストン４のスト
ロークが大きくなり、上死点位置は小さくなる（即ちピ
ストン４とシリンダ３間の距離が短くなる）。可変電圧
交流電源２１の出力電圧が順次大きくなるのにしたがっ
て、上死点位置も順次小さくなっていく。そして上死点
位置が予め決められた所定位置Ｐｊよりも小さくなった
時にＳＴＥＰ４で上死点制御に移行する。上死点制御で
の電圧上昇速度は起動制御での上昇速度Ｓｕに比べ十分
に小さな値となっている。

【００８４】次にＳＴＥＰ５以降においては、今行った
起動がどのような状態で行われたかを判断し、次回起動
時にどのようにすれば良いかを判断し、書き換えが必要
なデータを書き換えることを行う。

【００８５】まず、ＳＴＥＰ５でリニアコンプレッサ１
に可変電圧交流電源２１から与えた起動時所定電圧が正
しかったかどうかをストローク判定手段３３で判定す
る。ＳＴＥＰ６でストロークＳｓが得られた時の電圧値
を確認する。このストロークは位置センサ２０の信号を
位置検出手段２３が演算して出力する。ストロークＳｓ
の電圧と起動時所定電圧記憶手段３０に記憶されている
起動時所定電圧Ｖｓとが一致していれば、何も処理せ
ず、一致していないときは、ＳＴＥＰ７を実行する。

【００８６】もちろん起動時の電圧によってはいきなり
ストロークＳｓ以上の動作をする時がある。この時は、
それ以降の電圧とストロークの関係からストロークＳｓ
の時の電圧を推測することにより、電圧値を求める。

【００８７】ＳＴＥＰ７では起動書換手段３４を用いて
起動所定電圧記憶手段３０の起動所定電圧Ｖｓを書き換
える。この書き換えたデータは、次回の起動時に使用さ
れることになる。

【００８８】次に、ＳＴＥＰ８ではリニアコンプレッサ
１のストロークを上げていく時の可変電圧交流電源２１
から与えた電圧の上昇速度が正しかったかどうかを電流
判定手段３５で判定する。ＳＴＥＰ９で起動時の電流値
を確認する。この電流値は電流センサ２４からの信号で
判断する。実際の電流値が所定電流Ｉｓより大きければ
上昇速度は速すぎたと判断しＳＴＥＰ１０に進む。ま
た、実際の電流値が所定電流Ｉｓより小さければ上昇速
度は遅すぎたと判断しＳＴＥＰ１１に進む。また、実際
の電流値が所定電流Ｉｓにほぼ近ければなにもしない。

【００８９】ＳＴＥＰ１０では上昇速度書換手段３６を
用いて上昇速度記憶手段３１の上昇速度を遅くするよう
に書き換える。ＳＴＥＰ１１では上昇速度書換手段３６
を用いて上昇速度記憶手段３１の上昇速度を速くするよ
うに書き換える。この書き換えたデータは、次回の起動
時に使用されることになる。

【００９０】次に図４，図５を用いて、特性面から更に
詳しく説明を行う。図４はリニアコンプレッサの電流／
ストロークと電圧の関係を示す特性図、図５はリニアコ
ンプレッサの冷凍能力と上死点位置の関係を示す特性図
である。

【００９１】図４はリニアコンプレッサに電圧を加えた
時の電流とストロークの関係を示す。但し、電圧をかけ
て安定した時の状態を示し、加速時など過渡的なものは
含んでいない。

【００９２】まず、電圧を０からスタートさせて、徐々
に上げていくと、電流は比例して上昇するが、ストロー
クは全くでない第１の領域がある。この第１の領域は電
圧が０からＶ１までの間になる。ここではリニア振動ア
クチュエータの発生する推力がピストン４を動かすまで
至っていないことになる。従って電流のみが増加してい
く。

【００９３】次に電圧がＶ１からＶ２までの間において
は、第２の領域となり、今度は電流がほぼ一定であり、
ストロークが電圧に比例して上昇してくる。これはスト
ロークが増加するにしたがってコイル１８に発生する逆
起電圧が大きくなり、印加している電圧と逆起電圧の差
がほぼ一定となるためである。

【００９４】次に電圧がＶ２からＶ３までの間において
は、第３の領域となり、電流が第２の領域に比べ大きく
なり、ストロークの上昇カーブが緩やかになる。この領
域ではリニアコンプレッサが圧縮仕事を始めており、リ
ニア振動アクチュエータとしての負荷が大きくなるため
にこのような傾向を示すことになる。

【００９５】また、電圧ＶｓにおいてストロークＳｓが
得られている。図４に示す電流値は先ほども説明した通
り安定時のものであるので、過渡時には電流は増加す
る。例えば起動時に電圧Ｖｓをいきなりかけると第１の
領域の電流傾きを延長した線上との交点で決まり、電流
Ｉｓが流れることとなる。

【００９６】起動時に電圧を０から順次立ち上げていっ
ても電流Ｉ１まで増加させた時にはじめて動き出すこと
になる。従って第１の領域で使用した電気エネルギーは
全く無駄になることになる。従って起動時にはいきなり
電圧Ｖ１をかけるのが最もエネルギー的に節約できるこ
とになる。しかし、実際にはもう少し電流を流し込める
ので電圧をＶｓまでに上げても電流増加は少ない。起動
時電圧は可変電圧電源２１の電流容量で基本的には決定
するが、より小型，低コスト化を狙うためには起動時ス
トロークＳｓはフルストロークＳＦの１／１０以下に設
定するのが望ましい。

【００９７】また、起動後の加速時（第２の領域）の時
には、加速のための推力が余分に必要であり、電流はそ
の加速度に比例した分、図４に示す電流値より大きくな
る。これも電流値はできるだけ小さくすることが、小型
化，低コスト化のためには必要であり、その電流制限値
以内に電流値が入るように上昇速度をきめればよい。

【００９８】第３の領域では、起動制御を完了し、上死
点制御に移行しているため、起動制御ほど加速は行って
いないので電流値はＩ２からそんなに大きくなることは
ない。

【００９９】実際には圧縮仕事時の電流Ｉ３以下になる
ように、起動時所定電圧、上昇速度を決めてやると、最
も小型化が可能となり、コストも最適になる。

【０１００】次に上死点位置と冷凍能力の関係について
図５を用いて説明する。上死点位置ｄ０は全く動いてい
ない状態である。ここではもちろん冷凍能力も０で出て
いない。動き出しても上死点位置がｄ１までの間は再膨
張を繰り返すだけで冷凍能力は０のままである。この再
膨張とは、圧縮室５内のガスが圧縮／膨張を繰り返すだ
けで、吐出弁７，吸込弁６共に全く動作していない状態
である。これは圧縮室５の反対側の圧力に打ち勝って弁
が開くほどの圧力になっていないことを表す。

【０１０１】次に、上死点位置がｄ１より小さくなると
圧縮仕事を始め、冷凍能力が比例して大きくなってい
く。上死点位置ｄ２まで冷凍能力はどんどん増加するこ
とができる。ｄ２は通常１００μｍ程度としている。こ
れより上死点を詰め過ぎると、今度はピストン４とシリ
ンダ３が衝突する可能性が出てくるのでこれ以上は上死
点位置は詰めていない。このように冷凍能力が上死点位
置によってほぼリニアに変化するのもこのリニアコンプ
レッサの特徴のひとつである。

【０１０２】次に切替手段２７の動作について図６を用
いて説明する。図６は本発明の実施の形態１の切替手段
２７のブロック図である。

【０１０３】４０は切替位置しきい値記憶回路である。
起動制御から上死点制御に切り替える上死点位置のしき
い値を記憶している。

【０１０４】４１は比較器である。位置検出手段２３か
らの実際の上死点位置と、切替位置しきい値記憶回路４
０に記憶されたしきい値Ｐｊとを比較し、実際の位置が
Ｐｊより大きければ信号選択回路４２は起動手段２５の
信号を選択し、電圧可変手段２８に送る。また、実際の
位置がＰｊより小さければ信号選択回路４２はピストン
位置制御手段２６の信号を選択し、電圧可変手段２８に
送る。

【０１０５】切替位置しきい値記憶回路４０に記憶され
たしきい値Ｐｊは実際に冷凍能力が出始める上死点位置
ｄ１の近傍に設けるのが一番効果的である。それは冷凍
能力が出ない間は比較的安定しているため速い速度で電
圧を上げてもよいが、冷凍能力を出しだすとそのガスの
状態により動作が不安定になってしまうためである。

【０１０６】従って、上死点位置がこのしきい値Ｐｊに
至るまでは比較的速い上昇スピードで電圧を変化させ、
しきい値Ｐｊを切ったところで比較的遅いスピードで電
圧を変化させるようにするのが効果的である。

【０１０７】次に、ピストンの位置検出についてもう少
し詳しく説明する。図７に本発明の実施の形態１の位置
検出手段２３のブロック図を示す。ここでは位置センサ
２０は差動トランスとして説明する。

【０１０８】図７に示すように、差動トランスは３分割
されたボビン５０の中央部分に１次コイル５１を巻か
れ、両側には２つの２次コイル５２ａ，５２ｂが巻かれ
ている。

【０１０９】このボビン５０の中央に往復動するように
磁性体のコア５３を取り付けることにより、コア５３の
位置を検出できるようにしたものである。コア５３がボ
ビン５０の中を移動することにより１次コイル５１と２
次コイル５２との相互インダクタンスが変化し、外部か
らコアの位置を知ることができる。

【０１１０】５４は励磁信号発生回路である。励磁信号
の周波数は検出したい動作周波数より十分高く設定す
る。例えば、本実施例の場合ピストン４の往復動作の周
波数は６０Ｈｚであり、励磁周波数は十分大きな値とし
て３ｋＨｚとした。

【０１１１】励磁信号発生回路５４で発生した高周波信
号は１次コイル５１に供給される。１次コイル５１で発
生した磁束は結合インダクタンスを経て２次コイル５２
から出力される。

【０１１２】２次コイル５２から出力された信号は復調
回路５５により復調される。この復調された信号はまだ
励磁周波数成分を含んでいるので、励磁周波数（ここで
は３ｋＨｚ）をフィルタ回路５６でカットする。ここで
ピストンの位置に比例した信号が得られることになる。

【０１１３】５７は上死点位置保持回路である。これは
リアルタイムに変化する位置信号の内、１周期での最小
値を上死点として保持する。また５８はストローク保持
手段である。これはリアルタイムに変化する位置信号の
内、１周期での最大値と最小値の差をストロークとして
保持する。もちろんこれらの値は１周期毎に計測されど
んどん更新されているのは言うまでもない。

【０１１４】このように一般的な位置センサから上死
点、ストロークを検出できることになる。ここでは位置
センサとして、差動トランスを用いた実施例を説明した
が、もちろんその他の方法（ピックアップコイルなど）
であってもよいことはいうまでもない。

【０１１５】次にピストン位置制御手段２６の構成につ
いて詳細に説明する。図８は本発明の実施の形態１のピ
ストン位置制御手段２６のブロック図である。

【０１１６】６０は偏差演算回路である。ここではピス
トン位置目標値と位置検出手段２３からの上死点位置信
号との偏差（差）を演算する。

【０１１７】６１は比較時間設定回路である。偏差演算
回路６０で得られた偏差を基に比較時間を設定する。例
えば、偏差５００μｍ以上であれば１０ｍ秒、偏差が５
００μｍ未満２００μｍ以上であれば１００ｍ秒、偏差
が２００μｍ未満１００μｍ以上であれば１秒、偏差が
１００μｍ未満５０μｍ以上であれば１０秒などと設定
する。

【０１１８】６２はタイマ回路である。タイマ回路６２
では前回に電圧を変更した時からの経過時間を計ってい
る。６２は比較器であり、比較時間設定回路６１で設定
された比較時間とタイマ回路６２で計っている経過時間
とを比較して、経過時間のほうが設定時間より大きけれ
ば信号を送出する。

【０１１９】６４は電圧指示値変更回路である。比較器
６３からの信号を受け、電圧指示値を最小単位分（例え
ば分解能が０．１％であれば０．１％）のインクリメン
トまたはデクリメントを行うと同時にタイマ回路６２へ
リセット信号を送る。

【０１２０】６５は比較時間制限手段である。比較時間
設定回路６１で所定の比較時間以上の時間は設定できな
いように制限をしている。例えば制限時間を１０秒にす
れば１０秒以上の設定時間が設定できないようにする。

【０１２１】以上のように構成されたピストン位置制御
手段２６の動作について、図８と図９を用いて説明す
る。図９は本発明の実施の形態１のピストン位置制御手
段２６の動作タイミングである。

【０１２２】図９において（ａ）は上死点位置と時間、
（ｂ）は偏差と時間、（ｃ）は設定時間と時間、（ｄ）
は電圧と時間の関係について示している。

【０１２３】実上死点位置と目標上死点位置から偏差演
算回路６０で演算を行い、その結果が偏差として表され
ている。この偏差によって比較時間設定回路６１で設定
時間を設定し、その時間に対応して、電圧指示回路６３
で電圧を変化させていく。

【０１２４】例えば、時間ｔ１までは偏差が５００μｍ
以上であるので設定時間は１０ｍ秒とする。すると１０
ｍ秒毎に電圧が変化するので電圧が大きく変化し、実上
死点位置が速く変化し、それに伴い偏差も速く変化す
る。

【０１２５】次に時間ｔ１〜ｔ２においては偏差が２０
０〜５００μｍであるので設定時間は１００ｍ秒を設定
し、時間ｔ２〜ｔ３においては偏差が１００〜２００μ
ｍであるので設定時間は１秒を設定し、時間ｔ３〜ｔ４
においては偏差が５０〜１００μｍであるので時間設定
は１０秒を設定する。このように偏差が小さくなればな
るほど、電圧変化が遅くなり徐々に上死点位置は目標上
死点位置に近付いていく。

【０１２６】時間ｔ４〜ｔ５においては偏差が５０μｍ
以下であるので、更に長い時間を設定しようとするが、
比較時間設定手段によって１０秒に制限される。従って
時間ｔ３〜ｔ４と同様の変化を行うことになる。

【０１２７】次に時間ｔ５において、急激な負荷の変動
が起こり上死点が大きく変化したとする。すると比較時
間設定回路６１はその偏差に応じた設定時間（この場合
には１００ｍ秒）を設定する。ここでタイマ回路６２は
前回電圧を変化させた時から既にタイマをカウントして
いるので、設定時間が変化した時に既にこのタイマ時間
が設定時間を越していると、直ちに反応し電圧を変化さ
せることになる。

【０１２８】その後、ｔ６，ｔ７と先述した動きと同様
の動作を行い、再び実上死点位置が目標上死点位置に近
付いていくことになる。そして時間ｔ８においてほぼ実
上死点位置と目標上死点位置とが一致し、安定運転には
いる。

【０１２９】次に、比較時間制限手段６５を設けている
理由について、詳しく説明する。通常このようなシステ
ムにおいては、安全運転を行った時に目標値の周囲に不
感領域を設けるのが普通である。これは不要なハンチン
グ動作を防ぐためであり、実際には近付いた時に電圧を
変化させない領域が設けられている。

【０１３０】しかしながら、リニアコンプレッサにおい
てはこれは困った問題を発生させることになる。例え
ば、上死点目標値を１００μｍであったとし、不感領域
を２０μｍに設定したとする。すると不感領域に入った
とたんに電圧の変化が停止し、そこで安定してしまうこ
とになる。

【０１３１】これでは、上死点制御にて安定運転してい
る場合の上死点位置は８０μｍ〜１２０μｍの範囲にあ
ることになる。リニアコンプレッサのような構造のコン
プレッサにおいてはこの上死点位置と冷凍能力に大きく
影響しており、冷凍能力はこの間で大きく変わってしま
うことになる。

【０１３２】従って１００μｍで制御しているにも係わ
らず、冷凍能力が状態によって大きくばらつくこととな
る。これを解決するために本発明の実施形態１では比較
時間制限手段を設けている。即ち前述したような不感地
帯を設けないこととする。

【０１３３】これにより、１００μｍ前後にて近付いた
り、遠ざかったりしながら安定運転を行うので平均的に
は１００μｍで安定していることになる。但し、ごの比
較時間制限時間は短すぎると速いハンチングにより騒音
の発生に繋がったり、逆に遅すぎると冷凍性能のばらつ
きが大きくなり過ぎると言う問題が発生する。我々が実
際さまざまな実験と通じて、１０秒前後が最適であると
の結果を得ている。

【０１３４】ここでは、比較時間制限手段６５を設ける
方法について説明したが、もちろん偏差を見るところで
不感領域を設けないようにしても、同様の効果が得られ
ることはいうまでもない。

【０１３５】次にピストン４がシリンダ５に衝突するの
を防止するための保護制御について図１０を用いて説明
する。図１０は本発明の実施の形態１の保護制御の流れ
図である。

【０１３６】図１０において、ＳＴＥＰ２０でピストン
上死点位置を位置検出手段２３によって検出する。

【０１３７】次にＳＴＥＰ２１で上死点検出位置と第２
所定値との大小を判定する。検出位置が第２所定値より
小さければ、保護が必要であるとみなし、ＳＴＥＰ２２
で出力電圧を停止して強制的の動作を止める。また、上
死点検出位置が第２所定値より大きければ、保護が必要
ない状態であり何もしない。

【０１３８】次にＳＴＥＰ２３で上死点検出位置と第１
所定値との大小を判定する。上死点検出位置が第１所定
値より小さければ、保護が必要であるとみなし、ＳＴＥ
Ｐ２４で出力電圧を強制的に低下させ、ストロークを一
時的に小さくして衝突を予め防止する。また、検出位置
が第１所定値より大きければ、保護が必要ない状態であ
り何もしない。

【０１３９】ここで、第１所定値は第２所定値より大き
いものとする。例えば第１所定値を５０μｍ、第２所定
値２０μｍとする。いま、上死点目標値を１００μｍと
すると安定運転中は１００μｍ付近に安定している。こ
こで急激な負荷変動や電圧変動が発生して、上死点がシ
リンダ側によってきた時、衝突の恐れが出てくる。

【０１４０】そしてまず５０μｍを切ってきた段階で電
圧を下げる処理を実行する。するとほとんどの場合は推
力が落ち、上死点位置も下がってくる。そのためシステ
ムを停止することなく衝突を未然に防ぐことができる。

【０１４１】しかし中にはそれでも止めることができな
い状態がある。そのときは更に上死点は小さくなりつい
には２０μｍを切ってくることとなる。この時はリニア
コンプレッサとしては、本当に危ない状態であるのでこ
の時は必ず運転を停止してしまうことにする。

【０１４２】以上説明した通り、本発明の実施の形態１
のリニアコンプレッサの制御装置はづきのような効果が
ある。

【０１４３】起動時の電圧を起動所定電圧記憶手段３０
に記憶された可動子のストロークが非常に小さいレベル
となるような起動所定電圧でスタートするように構成し
たものであるため、起動時の電流が最小に抑えられるた
め、電源装置の電流容量は小さくてよく、小型化・低コ
スト化を実現できる。

【０１４４】また、起動時のストロークを検出する位置
検出手段２３の出力により、起動所定電圧記憶出力３０
に記憶されている起動所定電圧を書き換える起動所定電
圧書換手段３４を構成したものであるため、冷凍空調シ
ステムの状態が変化しても常に起動電流は最低にできる
というメリットが得られる。

【０１４５】また、起動後の電圧上昇を上昇速度記憶手
段３１に記憶された加速トルクを含めた電流が所定値以
下となるような上昇速度にしたがって電圧を上昇させる
起動時電圧指令手段３２を構成したものであるため、電
源装置の電流容量は小さくてよく、小型化・低コスト化
を実現できる。

【０１４６】また、起動後の加速時の電流を検出する電
流判定手段３５の出力により、上昇速度記憶手段３１に
記憶されている上昇速度を書き換える上昇速度書換手段
３６を構成したものであるため、冷凍空調システムの状
態が変化して加速時の電流が増加しても、次回の起動時
には起動後の加速時の電流は最低にできるというメリッ
トが得られるため、電源装置の電流容量は小さくてよ
く、小型化・低コスト化を実現できる。

【０１４７】また、起動手段２５における電圧上昇速度
より遅い電圧上昇速度を持つピストン位置制御手段２６
と、位置検出手段２３により検出されたピストン位置が
所定位置を超えた時、起動手段２５による電圧制御から
ピストン位置検出手段２６による電圧制御に切り替える
切替手段２７を構成したものであるため、リニアコンプ
レッサ１が圧縮仕事を始める位置で一旦上昇速度を落と
すことができるので、圧縮負荷の急激な増減によってピ
ストンがオーバーシュートしてシリンダに衝突すること
を防ぐことができる。

【０１４８】また、位置検出手段２３により検出された
ピストン位置と目標上死点位置との偏差を演算する偏差
演算回路６０と偏差演算回路６０で演算された偏差によ
り比較時間を設定する比較時間設定回路６１と、比較時
間設定回路６１が設定時間を経過すれば電圧指示値を変
更する電圧指示値変更回路６４とを構成したものである
ため、安定したピストン制御ができ、コンプレッサの冷
凍能力は格段に安定する。

【０１４９】また、前回の電圧値を変更した時からの時
間をカウントするタンマ回路６２と、比較時間設定回路
６１の設定時間とタイマ回路６２の時間との大小を比較
する比較器６３と、比較器６３の出力により電圧指示値
を変更する電圧指示値変更回路６４とを構成したもので
あるため、冷凍空調システムなどの状態が著しく変化
し、急激に負荷状態が変化した時に、ピストンがシリン
ダに衝突することがないよう素早い電圧制御が可能とな
る。

【０１５０】また、比較時間設定回路６１に比較的短時
間の最大比較時間制限手段６５を構成したものであるた
め、ピストンは中途半端な上死点位置で停止することな
く、常に上死点位置周辺での運転が可能になるため、コ
ンプレッサの出す冷凍能力が著しく安定することにな
る。

【０１５１】また、ピストン位置から上死点位置を演算
し、その値が第２所定位置以下の場合には電源装置の出
力電圧を強制的に停止させるピストン保護手段２９とを
構成したものであるため、ピストンがシリンダに衝突し
そうになった場合は確実に電源装置からの電圧供給を停
止し、衝突を未然に防ぐことができることができると共
に、機械的な保護ではないので上死点を限界まで詰める
ことができ、冷凍性能も向上することになる。

【０１５２】また、演算された上死点位置が第１所定位
置以下の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を低下
させるピストン保護手段２９を構成したものであるた
め、上死点位置が衝突の恐れがある位置まで来た時に、
出力電圧を低下させることによりコンプレッサを停止す
ることなく衝突を未然に防ぐことができる。

【０１５３】（実施の形態２）図１１は本発明の実施の
形態２の保護制御の流れ図である。その他の構成は実施
の形態１と同様であり詳細な説明は省略する。

【０１５４】図１１において、ＳＴＥＰ３０でピストン
上死点位置を位置検出手段２３によって検出する。

【０１５５】次にＳＴＥＰ３１で上死点検出位置と第２
所定値との大小を判定する。検出位置が第２所定値より
小さければ、保護が必要であるとみなし、ＳＴＥＰ３２
に進む。また、上死点検出位置が第２所定値より大きけ
れば、保護が必要ない状態であり何もしない。

【０１５６】ＳＴＥＰ３２では現在だしている波形の半
波分の出力を停止する。次にＳＴＥＰ３３で停止させた
半波の次の半波以降の出力を当初設定されていた電圧か
ら所定電圧分を低下させた状態で電圧出力を復活させ
る。

【０１５７】ＳＴＥＰ３４では以上のＳＴＥＰ３２〜３
３が２回連続で発生しているかどうかを判定する。２回
連続で保護が発生していればＳＴＥＰ３５で出力電圧を
強制的に停止させる。

【０１５８】このようにすると、非常に衝突の危険性が
大きい場合でも、半波分の電圧をカットするだけで正常
に復帰できる可能性があり、不容易に冷凍空調システム
を停止することなく、運転を継続することができる。ま
た、２回連続で起こる場合は真に保護が必要な状態であ
ると考えられるので、その時は完全に停止する。

【０１５９】次にＳＴＥＰ３６で上死点検出位置と第１
所定値との大小を判定する。上死点検出位置が第１所定
値より小さければ、保護が必要であるとみなし、ＳＴＥ
Ｐ３７で出力電圧を強制的に低下させ、ストロークを一
時的に小さくして衝突を予め防止する。また、検出位置
が第１所定値より大きければ、保護が必要ない状態であ
り何もしない。

【０１６０】以上説明した通り、本発明の実施の形態２
のパワー制御装置はつぎのような効果がある。

【０１６１】演算された上死点位置が第２所定位置以下
の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を強制的に停
止させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を継続す
るピストン保護手段を構成したものであるため、上死点
位置が衝突の恐れがある位置まで来た時に、半波分の出
力電圧は完全に停止し、次の半サイクル以降は出力電圧
を低下させて、運転を継続することによりコンプレッサ
を停止することをかなた少なくすることができる。

【０１６２】また、演算された上死点位置が第２所定位
置以下の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を強制
的に停止させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を
継続してもまた第２所定位置以下であった場合には出力
を停止するピストン保護手段を構成したものであるた
め、上死点位置が衝突の恐れがかなりある場合には確実
に保護動作をかけることができる。

【０１６３】実施の形態２の説明において、２回連続保
護発生で完全に停止するようにしたが、もちろん２回以
上であれば何回であっても同様の効果が得られることは
言うまでもない。

【０１６４】また、本発明のリニアコンプレッサの制御
装置について実際の実現回路について図１２〜図１４を
用いて説明を行う。図１２は位相制御を用いたリニアコ
ンプレッサの制御装置の回路図、図１３はチョッパ制御
を用いたリニアコンプレッサの制御装置の回路図、図１
４はインバータ制御を用いたリニアコンプレッサの制御
装置の回路図を示す。

【０１６５】図１２において、１はリニアコンプレッ
サ、１８はコイル、２０は位置センサ、２２は商用電源
である。７０はマイクロコンピュータであり、リニアコ
ンプレッサ１を制御している。

【０１６６】７１はトライアックであり、トライアック
７１をマイクロコンピュータ７０から位相制御すること
により電圧を制御する。但しこの場合は電源周波数は商
用電源２２の周波数（例えば、５０／６０Ｈｚ）とな
る。

【０１６７】図１３において、１はリニアコンプレッ
サ、１８はコイル、２０は位置センサ、２２は商用電源
である。７０はマイクロコンピュータであり、リニアコ
ンプレッサ１を制御している。

【０１６８】８０は双方向スイッチング素子であり、例
えば、ブリッジダイオードとスイッチング素子で図示し
ているように構成できる。８１，８２は循環電流用スイ
ッチング素子である。

【０１６９】双方向スイッチング素子８０をマイクロコ
ンピュータ７０からチョッパ制御することにより電圧を
制御できる。この時マイクロコンピュータ７０からは高
周波（数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ）のＰＷＭ（パルス幅変
調）信号を与える。

【０１７０】また、双方向スイッチング素子オフの時に
コイル１８に流れる還流電流を流すために還流電流用ス
イッチング素子８１，８２の一方（還流電流の流れる方
向による）をオンすることによりコイル１８の両端に高
電圧が発生することを防ぐ。

【０１７１】但しこの場合は電源周波数は商用電源２２
の周波数（例えば、５０／６０Ｈｚ）となる。

【０１７２】図１４において、１はリニアコンプレッ
サ、１８はコイル、２０は位置センサ、２２は商用電源
である。７０はマイクロコンピュータであり、リニアコ
ンプレッサ１を制御している。

【０１７３】９１は整流回路で中点をベースにプラスマ
イナス電源を構成している。９２，９３はスイッチング
素子であり、このスイッチング素子９２，９３のオン／
オフによりコイル１８に電流を流す。

【０１７４】スイッチング素子９２，９３をマイクロコ
ンピュータ７０からインバータ制御することにより電圧
／周波数を制御できる。この時マイクロコンピュータ７
０からは高周波（数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ）のＰＷＭ
（パルス幅変調）信号を与える。

【０１７５】この方法を用いると電圧のみではなく周波
数を変更することも可能でありピストンスプリング１６
の共振周波数にあわせた周波数で動作させることができ
るので、温度などの状態（共振周波数）が変化した時に
も最高の効率てで運転することができる。

【０１７６】

【発明の効果】以上の様に、本発明のパワー制御装置
は、起動時の電圧を起動所定電圧記憶手段に記憶された
可動子のストロークが非常に小さいレベルとなるような
起動所定電圧でスタートするように構成したものである
ため、起動時の電流が最小に抑えられるため、電源装置
の電流容量は小さくてよく、小型化・低コスト化を実現
できる。

【０１７７】また、起動時のストロークを検出する位置
検出手段の出力により、起動所定電圧記憶手段に記憶さ
れている起動所定電圧を書き換える起動所定電圧書換手
段を構成したものであるため、冷凍空調システムの状態
が変化しても常に起動電流は最低にできるというメリッ
トが得られる。

【０１７８】また、起動後の電圧上昇を上昇速度記憶手
段に記憶された加速トルクを含めた電流が所定値以下と
なるような上昇速度にしたがって電圧を上昇させる起動
時電圧指令手段を構成したものであるため、電源装置の
電流容量は小さくてよく、小型化・低コスト化を実現で
きる。

【０１７９】また、起動後の加速時の電流を検出する電
流判定手段の出力により、上昇速度記憶手段に記憶され
ている上昇速度を書き換える上昇速度書換手段を構成し
たものであるため、冷凍空調システムの状態が変化して
加速時の電流が増加しても、次回の起動時には起動後の
加速時の電流は最低にできるというメリットが得られる
ため、電源装置の電流容量は小さくてよく、小型化・低
コスト化を実現できる。

【０１８０】また、起動手段における電圧上昇速度より
遅い電圧上昇速度を持つピストン位置制御手段と、位置
検出手段により検出されたピストン位置が所定位置を超
えた時、起動手段による電圧制御からピストン位置検出
手段による電圧制御に切り替える切替手段を構成したも
のであるため、リニアコンプレッサが圧縮仕事を始める
位置で一旦上昇速度を落とすことができるので、圧縮負
荷の急激な増減によってピストンがオーバーシュートし
てシリンダに衝突することを防ぐことができる。

【０１８１】また、位置検出手段により検出されたピス
トン位置と目標上死点位置との偏差を演算する偏差演算
回路と偏差演算回路で演算された偏差により比較時間を
設定する比較時間設定回路と、比較時間設定回路が設定
時間を経過すれば電圧指示値を変更する電圧指示値変更
回路６４とを構成したものであるため、安定したピスト
ン制御ができ、コンプレッサの冷凍能力は格段に安定す
る。

【０１８２】また、前回の電圧値を変更した時からの時
間のカウントするタイマ回路と、比較時間設定回路の設
定時間とタイマ回路の時間との大小を比較する比較器
と、比較器の出力により電圧指示値を変更する電圧指示
値変更回路とを構成したものであるため、冷凍空調シス
テムなどの状態が著しく変化し、急激に負荷状態が変化
した時に、ピストンがシリンダに衝突することがないよ
う素早い電圧制御が可能となる。

【０１８３】また、比較時間設定回路に比較的短時間の
最大比較時間制限手段を構成したものであるため、ピス
トンは中途半端な上死点位置で停止することなく、常に
上死点位置周辺での運転が可能になるため、コンプレッ
サの出す冷凍能力が著しく安定することになる。

【０１８４】また、ピストン位置から上死点位置を演算
し、その値が第２所定位置以下の場合には電源装置の出
力電圧を強制的に停止させるピストン保護手段とを構成
したものであるため、ピストンがシリンダに衝突しそう
になった場合は確実に電源装置からの電力供給を停止
し、衝突を未然に防ぐことができることができると共
に、機械的な保護ではないので上死点を限界まで詰める
ことができ、冷凍性能も向上することになる。

【０１８５】また、演算された上死点位置が第１所定位
置以下の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を低下
させるピストン保護手段を構成したものであるため、上
死点位置が衝突の恐れがある位置まで来た時に、出力電
圧を低下させることによりコンプレッサを停止すること
なく衝突を未然に防ぐことができる。

【０１８６】また、演算された上死点位置が第２所定位
置以下の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を強制
的に停止させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を
継続するピストン保護手段を構成したものであるため、
上死点位置が衝突の恐れがある位置まで来た時に、半波
分の出力電圧は完全に停止し、次の半サイクル以降は出
力電圧を低下させて、運転を継続することによりコンプ
レッサを停止することをかなり少なくすることができ
る。

【０１８７】また、演算された上死点位置が第２所定位
置以下の場合には直ちに電源装置からの出力電圧を強制
的に停止させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を
継続してもまた第２所定位置以下であった場合には出力
を停止するピストン保護手段を構成したものであるた
め、上死点位置が衝突の恐れがかなりある場合には確実
に保護動作をかけることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のリニアコンプレッサの
ブロック図

【図２】本発明の実施の形態１の起動手段２５のブロッ
ク図

【図３】本発明の実施の形態１の起動制御の流れ図

【図４】リニアコンプレッサの電流／ストロークと電圧
の関係を示す特性図

【図５】リニアコンプレッサの冷凍能力と上死点位置の
関係を示す特性図

【図６】本発明の実施の形態１の切替手段２７のブロッ
ク図

【図７】本発明の実施の形態１の位置検出手段２３のブ
ロック図

【図８】本発明の実施の形態１のピストン位置制御手段
２６のブロック図

【図９】本発明の実施の形態１のピストン位置制御手段
２６の動作タイミング図

【図１０】本発明の実施の形態１の保護制御の流れ図

【図１１】本発明の実施の形態２の保護制御の流れ図

【図１２】位相制御を用いたリニアコンプレッサの制御
装置の回路図

【図１３】チョッパ制御を用いたリニアコンプレッサの
制御装置の回路図

【図１４】インバータ制御を用いたリニアコンプレッサ
の制御装置の回路図

【図１５】従来のリニアコンプレッサの制御装置のブロ
ック図

【符号の説明】

１リニアコンプレッサ３シリンダ４ピストン１５可動子１７永久磁石１８コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渋谷浩洋大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号松下冷機株式会社内Ｆターム(参考） 3H045 AA03 AA08 AA12 AA27 BA03 BA30 CA21 CA29 DA03 DA24 DA46 EA12 EA36 3H069 AA05 BB02 CC04 DD22 DD41 EE02 EE07 EE32 3H076 AA02 BB19 BB38 CC03 CC83 CC98 5H540 AA10 BA03 BB04 BB06 CC01 EE02 EE05 EE11 EE19 FA13 FA23 FC02 GG02 GG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダと、前記シリンダ内に往復可能
な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成する
ピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前記
可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定子
からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストンと
前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように取
り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前記
コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、起動
所定電圧を記憶する起動所定電圧記憶手段と、前記リニ
ア振動アクチュエータの起動時に前記起動所定電圧記憶
手段に記憶された起動所定電圧を選択する起動時電圧指
令手段と、前記起動時電圧指令手段の指令信号により前
記可変交流電源の出力電圧値を制御する電圧可変手段と
からなるリニアコンプレッサの制御装置。
【請求項２】起動所定電圧記憶手段に記憶された起動
所定電圧は、その電圧が前記リニア振動アクチュエータ
に印加された時、前記可動子のストロークがゼロまたは
フルストロークの１／１０以下の非常に小さいレベルで
あることを特徴とする請求項第１項記載のリニアコンプ
レッサの制御装置。
【請求項３】シリンダと、前記シリンダ内に往復可能
な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成する
ピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前記
可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定子
からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストンと
前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように取
り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前記
コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、起動
所定電圧を記憶する起動所定電圧記憶手段と、前記リニ
ア振動アクチュエータの起動時に前記起動所定電圧記憶
手段に記憶された起動所定電圧を選択する起動時電圧指
令手段と、前記起動時電圧指令手段の指令信号により前
記可変交流電源の出力電圧値を制御する電圧可変手段
と、起動時のストロークを判定するストローク判定手段
と、前記ストローク判定手段の結果から前記起動所定電
圧記憶手段に記憶された起動所定電圧を書き換える起動
所定電圧書換手段とからなるリニアコンプレッサの制御
装置。
【請求項４】シリンダと、前記シリンダ内に往復可能
な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成する
ピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前記
可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定子
からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストンと
前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように取
り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前記
コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、起動
時の電圧の上昇速度を記憶する上昇速度記憶手段と、前
記リニア振動アクチュエータの起動時に前記上昇速度記
憶手段に記憶された上昇速度に従って電圧を上昇させて
いく起動時電圧指令手段と、前記起動時電圧指令手段の
指令信号により前記可変交流電源の出力電圧値を制御す
る電圧可変手段とからなるリニアコンプレッサの制御装
置。
【請求項５】上昇速度記憶手段に記憶された上昇速度
は、その上昇速度によりリニア振動アクチュエータのコ
イルに流れる電流が、前記可変電圧交流電源の電流容量
に比べて小さくなるように設定されていることを特徴と
する請求項４項記載のリニアコンプレッサの制御装置。
【請求項６】シリンダと、前記シリンダ内に往復可能
な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成する
ピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前記
可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定子
からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストンと
前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように取
り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前記
コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、起動
時の電圧の上昇速度を記憶する上昇速度記憶手段と、前
記リニア振動アクチュエータの起動時に前記上昇速度記
憶手段に記憶された上昇速度に従って電圧を上昇させて
いく起動時電圧指令手段と、前記起動時電圧指令手段の
指令信号により前記可変交流電源の出力電圧値を制御す
る電圧可変手段と、電流を判定する電流判定手段と、前
記電流判定手段の判定結果の基づき前記上昇速度記憶手
段に記憶された上昇速度を書き換える上昇速度書換手段
とからなるリニアコンプレッサの制御装置。
【請求項７】シリンダと、前記シリンダ内に往復可能
な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成する
ピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前記
可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定子
からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストンと
前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように取
り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前記
コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、起動
時の電圧を制御する起動手段と、前記ピストンの位置を
検出する位置検出手段と、前記起動手段における電圧上
昇速度より遅い電圧上昇速度を持つピストン位置制御手
段と、前記位置検出手段によりピストン位置が所定位置
を超えた時前記起動手段による電圧制御から前記ピスト
ン位置検出手段による電圧制御に切り替える切替手段と
からなるリニアコンプレッサの制御装置。
【請求項８】切替手段が電圧制御を前記起動手段から
ピストン位置制御手段に切り替える所定位置は、前記リ
ニアコンプレッサが圧縮仕事をしはじめる位置とするこ
とを特徴とする請求項第７項記載のリニアコンプレッサ
の制御装置。
【請求項９】シリンダと、前記シリンダ内に往復可能
な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成する
ピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前記
可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定子
からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストンと
前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように取
り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前記
コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、前記
ピストンの位置を検出する位置検出手段と、前記位置検
出手段により検出されたピストン位置と目標上死点位置
との偏差を演算する偏差演算回路と、前記偏差演算回路
で演算された偏差により比較時間を設定する比較時間設
定回路と、前記比較時間設定回路が設定した時間を経過
すれば電圧指示値を変更する電圧指示値変更回路とから
なるリニアコンプレッサの制御装置。
【請求項１０】シリンダと、前記シリンダ内に往復可
能な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成す
るピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前
記可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定
子からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストン
と前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように
取り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前
記コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、前
記ピストンの位置を検出する位置検出手段と、前記位置
検出手段により検出されたピストン位置と目標上死点位
置との偏差を演算する偏差演算回路と、前記偏差演算回
路で演算された偏差により比較時間を設定する比較時間
設定回路と、前回の電圧値を変更した時かさ時間をカウ
ントするタイマ回路と、前記比較時間設定回路の設定時
間と前記タイマ回路との時間との大小を比較する比較器
と、前記比較器の出力により電圧指示値を変更する電圧
指示値変更回路とからなるリニアコンプレッサの制御装
置。
【請求項１１】シリンダと、前記シリンダ内に往復可
能な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成す
るピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前
記可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定
子からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストン
と前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように
取り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前
記コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、前
記ピストンの位置を検出する位置検出手段と、前記位置
検出手段により検出されたピストン位置と目標上死点位
置との偏差を演算する偏差演算回路と、前記偏差演算回
路で演算された偏差により比較時間を設定する比較時間
設定回路と、前記比較時間設定回路の最大制限時間を記
憶し制限を行う最大比較時間制限手段と、前記比較時間
設定回路が設定した時間を経過すれば電圧指示値を変更
する電圧指示値変更回路とからなるリニアコンプレッサ
の制御装置。
【請求項１２】最大比較時間制限手段により設定され
る最大制限時間は１０秒以内とすることを特徴とする請
求項第７項記載のリニアコンプレッサの制御装置。
【請求項１３】シリンダと、前記シリンダ内に往復可
能な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成す
るピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前
記可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定
子からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストン
と前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように
取り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前
記コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、前
記ピストンの位置を検出する位置検出手段と、前記位置
検出手段により検出されたピストン位置から上死点位置
を演算しその値が第２所定位置以下の場合には前記可変
交流電源の出力電圧を強制的に停止させるピストン保護
手段とからなるリニアコンプレッサの制御装置。
【請求項１４】シリンダと、前記シリンダ内に往復可
能な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成す
るピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前
記可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定
子からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストン
と前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように
取り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前
記コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、前
記ピストンの位置を検出する位置検出手段と、前記位置
検出手段により検出されたピストン位置から上死点位置
を演算しその値が第１所定位置以下の場合には前記可変
交流電源の出力電圧を強制的に低下させ、かつ第２所定
値以下の場合には前記可変交流電源の出力電圧を強制的
に停止させるピストン保護手段とからなるリニアコンプ
レッサの制御装置。
【請求項１５】第１所定値は第２所定値よりも大きい
ことを特徴とする請求項第１４項記載のリニアコンプレ
ッサの制御装置。
【請求項１６】シリンダと、前記シリンダ内に往復可
能な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成す
るピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前
記可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定
子からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストン
と前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように
取り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前
記コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、前
記ピストンの位置を検出する位置検出手段と、前記位置
検出手段により検出されたピストン位置から上死点位置
を演算しその値が第２所定値以下の場合には前記可変交
流電源の出力電圧を出力交流波形の半波分強制的に停止
させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を継続する
ピストン保護手段とからなるリニアコンプレッサの制御
装置。
【請求項１７】シリンダと、前記シリンダ内に往復可
能な様に取り付けられシリンダ内に圧縮室を区画形成す
るピストンと、永久磁石を取り付けられた可動子と、前
記可動子の相対する箇所にコイルを取り付けられた固定
子からなるリニア振動アクチュエータと、前記ピストン
と前記可動子とは一体化されて同時に往復動するように
取り付けられ圧縮仕事を行うリニアコンプレッサと、前
記コイルに交流電力を供給する可変電圧交流電源と、前
記ピストンの位置を検出する位置検出手段と、前記位置
検出手段により検出されたピストン位置から上死点位置
を演算しその値が第２所定値以下の場合には前記可変交
流電源の出力電圧を出力交流波形の半波分強制的に停止
させ、かつ次の半波から電圧を低下して運転を継続して
も次の半波でまた第２所定値以下であった場合には出力
電圧を停止させるピストン保護手段とからなるリニアコ
ンプレッサの制御装置。