JP2002013484A - リニアコンプレッサの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動周波数を共振周波数に近づける際に、ピ
ストンのストロークが必要以上に小さくなるのを防止す
ることができるリニアコンプレッサの駆動制御装置を提
供する。 【解決手段】 駆動装置における制御回路５では、駆動
周波数を共振周波数に近づける処理を行なう際に、ピス
トンの振幅が目標の振幅よりも小さい基準振幅（位置）
を超える場合には、電流ゲインを所定の割合だけ減少さ
せる処理を行なう。一方、ピストンの振幅が基準位置を
超えない場合には、電流ゲインを減少させる処理を行な
わない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリニアコンプレッサ
の駆動制御装置に関し、特に、リニアモータによってシ
リンダ内でピストンを往復運動させて圧縮ガスを生成す
るリニアコンプレッサの駆動制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷蔵庫のような冷却装置において
膨張した冷媒ガスを圧縮する機構としてリニアコンプレ
ッサの開発が進められている。このリニアコンプレッサ
では、リニアモータによってシリンダ内でピストンを往
復運動させることでガスの圧縮が行なわれる。

【０００３】このようなリニアコンプレッサでは、リニ
アモータの駆動電流とピストンの速度との位相が一致し
ているときに高い効率が得られる。すなわち、駆動電流
の周波数がリニアコンプレッサのハード構成やガスのば
ね定数等から定まる共振周波数に一致しているときに高
い効率が得られることになる。また、ピストンヘッドと
シリンダ内壁端部の最近接距離が最小値に維持されてい
る場合に最も高い効率が得られる。

【０００４】一方、リニアコンプレッサの共振周波数は
負荷状況によって変動するため、高い効率で運転を続け
るためには、駆動周波数が共振周波数付近の許容範囲内
に入るように、駆動周波数の変更処理が行なわれる。

【０００５】駆動周波数が共振周波数に近づくとピスト
ンの駆動に必要な電力が減少するため、一時的に過大な
駆動電流がリニアモータに供給されることになる。この
ため、ピストンの振幅が目標の振幅を越えてシリンダの
上壁に衝突するおそれがある。

【０００６】このようなピストンのオーバーストローク
を回避するために、たとえば、特開平１０−１１５２９
０号公報に記載されたリニアコンプレッサの駆動装置で
は、駆動電流の基準となる電流指令値を算出する際の電
流ゲインをあらかじめ数％減少させていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たリニアコンプレッサの駆動装置では、以下に示すよう
な問題があった。

【０００８】従来のリニアコンプレッサの駆動装置にお
いては、駆動周波数を変更した後に、駆動周波数が共振
周波数付近の許容範囲内であるかどうかが確認される。
駆動周波数がその許容範囲内にない場合には、駆動周波
数が許容範囲内に入るまで駆動周波数の変更とその確認
が繰返される。

【０００９】上述したように、駆動周波数を変更する際
にはピストンのオーバーストロークを回避するために電
流ゲインが数％削減される。このため、駆動周波数の変
更が連続するとピストンの振幅（ストローク）が必要以
上に小さくなることがあった。その結果、シリンダ内か
ら吐出する吐出ガスの流量が減少してコンプレッサの効
率が低下するという問題があった。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、駆動周波数を変更する際に、ピスト
ンのストロークが必要以上に小さくなることが防止でき
るリニアコンプレッサの駆動制御装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るリニアコン
プレッサの駆動制御装置は、電流指令手段と、位置検出
手段と、振幅検出手段と、周波数制御手段と、振幅制御
手段とを備えている。電流指令手段は、ピストンの位置
の基準となる位置関数に従って電流指令値を生成し、そ
の電流指令値に応じた駆動電流を発生させる。位置検出
手段は、シリンダ内におけるピストンの位置を検出す
る。振幅検出手段は、シリンダ内のピストンの振幅を検
出する。周波数制御手段は、駆動周波数を目標の共振周
波数に合わせる。振幅制御手段は、振幅検出手段によっ
て検出されたピストンの振幅に基いて、ピストンの振幅
ををあらかじめ定められた目標の振幅に一致させる。周
波数制御手段では、駆動周波数が目標の共振周波数の許
容値の範囲内にない場合に、駆動周波数を目標の共振周
波数に合わせる処理が行なわれ、駆動周波数が許容値の
範囲内にある場合には、駆動周波数を目標の共振周波数
に合わせる処理は行われない。また、振幅制御手段で
は、周波数制御手段において駆動周波数を目標の共振周
波数に合わせる際に、振幅検出手段によって検出された
ピストンの振幅が、目標の振幅よりも小さい所定の基準
振幅を超える場合には、ピストンの振幅を減少させるた
めの振幅減少処理が行なわれ、ピストンの振幅が所定の
基準振幅を超えない場合には振幅減少処理は行われな
い。

【００１２】この構成によれば、周波数制御手段におい
て駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる際に、ピス
トンの振幅が目標の振幅よりも小さい所定の基準振幅を
超えない場合には、ピストンの振幅を減少させるための
振幅減少処理を行ない、ピストンの振幅が所定の基準振
幅を超えない場合には振幅減少処理を行なわない。そし
て、駆動周波数が共振周波の許容値の範囲内に入れば、
駆動周波数の変更処理は行なわれず、ピストンの振幅は
目標の振幅に合わせられることになる。これにより、駆
動周波数を共振周波数に近づける処理を繰り返す場合で
も、ピストンの振幅(ストローク)が必要以上に小さくな
ることがなくなる。その結果、ガスの吐出量が低下して
リニアコンプレッサの効率が低下するのを防ぐことがで
きる。

【００１３】そのような振幅減少処理としては、電流指
令手段で生成される電流指令値をあらかじめ定められた
割合に減少させる処理を含んでいることが好ましい。ま
た、位置関数の振幅をあらかじめ定められた割合に減少
させる処理を含んでいることが好ましい。

【００１４】好ましくは、シリンダ内におけるピストン
の速度を検出するための速度検出手段と、電流指令手段
で生成された電流指令値と速度検出手段で検出された速
度との位相差を検出する位相差検出手段とを備え、周波
数制御手段では、位相差検出手段によって検出された位
相差がなくなるように位置関数の周波数が制御される。

【００１５】これにより、駆動周波数が共振周波数に近
づくように制御される。また好ましくは、振幅検出手段
では、その位置検出手段の検出結果に基づいてピストン
の上死点と原点との間の長さに相当する上死点側振幅
と、ピストンの下死点と原点との間の長さに相当する下
死点側振幅とが検出され、振幅制御手段では、振幅検出
手段によって検出された上死点側振幅および下死点側振
幅のうちのいずれか大きい方が予め定められた目標の振
幅に一致するように制御される。

【００１６】これにより、ピストンの中立点が原点から
ずれたとしても、ピストンがシリンダの上壁面に衝突す
るのを防止できる。なお、ここでいう原点とは、位置関
数の振動の中心として定義される点である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係るリニア
コンプレッサの駆動制御装置について説明する。まず図
３に、リニアコンプレッサの構造の一例を示す。図３に
示すように、リニアコンプレッサ１は、円筒上のケーシ
ング１０の上端部および下端部にそれぞれ設けられた１
対のシリンダ１１ａ、１１ｂと、そのシリンダ１１ａ、
１１ｂ内にそれぞれ嵌挿された１対のピストン１２ａ、
１２ｂとを備えている。

【００１８】ピストン１２ａ、１２ｂのヘッドとシリン
ダ１１ａ、１１ｂの上壁との間には１対の圧縮室１３
ａ、１３ｂがそれぞれ形成されている。各シリンダ１１
ａ、１１ｂには、圧縮室１３ａ、１３ｂ内のガス圧に応
じて開閉する吸入バルブ１４ａ、１４ｂと吐出バルブ１
５ａ、１５ｂがそれぞれ取付けられている。

【００１９】１対のピストン１２ａ、１２ｂは、１本の
ロッド１６の一方の端部および他方の端部にそれぞれ連
結されている。そのロッド１６は、１対の軸受１７ａ、
１７ｂおよびコイルばね１８ａ、１８ｂによって、ケー
シング１０およびシリンダ１１ａ、１１ｂ内を往復動自
在に支持されている。

【００２０】また、リニアコンプレッサ１は、ピストン
１２ａ、１２ｂを往復駆動するためのリニアモータ２０
を備えている。リニアモータ２０はボイスコイルモータ
であって、ヨーク部１０ａおよび永久磁石２１を含む固
定部と、コイル２３および円筒状の支持部材２４を含む
可動部とを備えている。ヨーク部１０ａは、ケーシング
１０の一部を構成している。永久磁石２１はヨーク部１
０ａの内周壁に固定されている。

【００２１】支持部材２４の一方の端部は、永久磁石２
１と本体胴部１２外周壁との間の円筒状空間に遊挿さ
れ、他方の端部はロッド１６の中央部に連結されてい
る。コイル２３は、支持部材２４の一方の端部に取付け
られ、永久磁石２１に対向している。

【００２２】ロッド１６の中央に突設したアーム１６０
には、Ｎ極とＳ極とが一定ピッチで交互に着磁されたマ
グネット板４２が固定されている。ケーシング１０の内
面に形成した突部１００には、マグネット板４２に対向
して、ＭＲ素子４１が取付けられている。ＭＲ素子４１
およびマグネット板４２によって変位センサ４が構成さ
れる。その変位センサ４は、変位に応じたＡ相およびＢ
相の出力と、ロッド１６が１対のピストン１２ａ、１２
ｂの原点位置に対したときのＺ相への出力を有してい
る。

【００２３】上述したリニアコンプレッサ１は、ピスト
ン１２ａ、１２ｂ、ロッド１６、コイル２３および支持
部材２４の質量、圧縮室１３ａ、１３ｂのガスのばね定
数、コイルばね１８のばね定数などから決まる共振周波
数を有している。この共振周波数は通常商用電力の周波
数（たとえば６０Ｈｚ）付近に設定される。この共振周
波数でリニアモータ２０を駆動することにより、高い効
率にて上下１対の圧縮室１３ａ、１３ｂ内で交互にガス
を圧縮することができる。

【００２４】次に、リニアコンプレッサの駆動制御装置
としての駆動装置について説明する。図１は駆動装置２
の構成を示すブロック図である。図１に示すように、リ
ニアコンプレッサ１の駆動装置２は、モータドライバ
３、制御回路５およびセンサ信号処理回路６を備えてい
る。モータドライバ３は、リニアコンプレッサ１のリニ
アモータに駆動電流Ｉを供給する。制御回路５は、ＣＰ
Ｕ、メモリ等からなるマイクロコンピュータによって構
成され、ＣＰＵによる制御周期はたとえば１５０μｓｅ
ｃである。

【００２５】リニアコンプレッサ１に設けられた変位セ
ンサ４から出力されるセンサ信号Ｓはセンサ信号処理回
路６に供給されて方形波に変換される。その方形波の個
数がカウントされそのカウンタト値に基づいてピストン
の変位を表わす位置データＰａが作成されて、制御回路
５に供給される。

【００２６】制御回路５は、センサ信号処理回路６から
の位置データＰａに応じて制御信号φｃを作成し、その
制御信号φｃをモータドライバ３へ出力して出力電流Ｉ
を制御する。

【００２７】図２は、図１に示す制御回路５の構成を示
すブロック図である。図２に示すように、制御回路５
は、位置指令値生成部３０、位置・速度制御部３１、電
流指令値生成部３２、位置・速度検出部３３、上下死点
検出部３４、電流・速度位相差検出部３５、電流ゲイン
制御部３６、振幅中立位置制御部３７および周波数制御
部３８から構成されている。

【００２８】位置・速度検出部３３は、センサ信号処理
回路６から位置データＰａを取入れて、これを位置現在
値Ｐｎｏｗとするとともに、位置現在値Ｐｎｏｗを微分
して速度現在値Ｖｎｏｗを求める。

【００２９】上下死点検出部３４は、位置・速度検出部
３３から得られる一連の位置現在値Ｐｎｏｗに基づい
て、ピストン１２ａ、１２ｂの上死点と原点との間の長
さに相当する上死点側振幅および下死点と原点との間の
長さに相当する下死点側振幅を検出する。上死点側振幅
および下死点側振幅の検出は、位置指令Ｐｒｅｆの１サ
イクルが終了するごとに行われる。すなわち、位置指令
Ｐｒｅｆがゼロクロス点（−→＋）を通過するごとに行
なわれる。

【００３０】電流・速度位相差検出部３５は、位置・速
度検出部３３で生成された位置現在値Ｖｎｏｗと電流指
令値生成部３２で生成された電流指令値Ｉｒｅｆとの位
相差を検出する。この位相差は、現在の駆動周波数と共
振周波数のずれに応じた値となる。この位相差の検出
は、位置現在値Ｐｎｏｗの１サイクルが終了するごとに
行われる。すなわち、位置現在値Ｐｎｏｗがゼロクロス
点（−→＋）を通過するごとに行なわれる。

【００３１】周波数制御部３８は、電流・速度位相差検
出部３５によって検出された位相差があらかじめ定めら
れた許容値を超えているかどうかを判断し、超えている
場合は位相差がなくなるように制御する。すなわち、共
振周波数が得られるように、位置指令値生成部３０で用
いられる角周波数ωを補正し、補正後の角周波数ωを目
標駆動周波数として位置指令値生成部３０へ供給する。

【００３２】振幅中立位置制御部３７は、上下死点検出
部３４で検出された上死点側振幅と下死点側振幅とを比
較し、両振幅の差が小さくなるように位置指令値生成部
３０で用いられるシフト量Ｂを位置指令値Ｐｒｅｆの１
サイクルが終了するごとに制御する。すなわち、振幅中
立位置制御部３７は、上死点側振幅の方が下死点側振幅
よりも大きい場合はシフト量Ｂを負側（下方向）に補正
する。一方、上死点側振幅の方が下死点側振幅よりも小
さい場合はシフト量Ｂを正側（上方向）に補正する。

【００３３】通常、シフト量Ｂはバルブの非対称性など
の装置の特性によりほぼ一定になるため、シフト量Ｂの
１回当りの作業量は小さな値（たとえば１μｍ）に設定
されている。このようにシフト量Ｂを制御することによ
り、１対のピストン１２ａ、１２ｂのトップクリアラン
スを同じ値に精度よく制御することができる。

【００３４】位置指令値生成部３０は、メモリに格納さ
れたサインテーブルと、振幅Ａと、角周波数ωと、シフ
ト量Ｂと、式Ｐｒｅｆ＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂ（正弦関数）
とに基づいて位置指令値Ｐｒｅｆを生成し、生成した位
置指令値Ｐｒｅｆを位置・速度制御部３１に与える。

【００３５】位置指令値Ｐｒｅｆの生成に際し、位置指
令値生成部３０は、位置関数としてのサインテーブルか
ら一定の周期（たとえば４５０μｓｅｃ）で順次データ
を離散的に取出す。このときのデータの取り出し間隔に
よって駆動周波数が決まる。

【００３６】位置・速度制御部３１は、位置指令値生成
部３０で生成された位置指令値Ｐｒｅｆと位置・速度検
出部３３で生成された位置現在値Ｐｎｏｗと偏差Ｐｒｅ
ｆ−Ｐｎｏｗに基づいて速度指令値Ｖｒｅｆを生成す
る。さらに、速度指令値Ｖｒｅｆと位置・速度検出部３
３で生成された速度現在値Ｖｎｏｗとの偏差Ｖｒｅｆ−
Ｖｎｏｗに基づいて速度制御値Ｖｃを生成する。

【００３７】電流ゲイン制御部３６は、上下死点検出部
３４で検出された上死点側振幅と下死点側振幅とを比較
し、上死点側振幅および下死点側振幅のうちのいずれか
大きい方を最大振幅現在値Ａｎｏｗとし、この最大振幅
現在値Ａｎｏｗがあらかじめ定められた最大振幅目標値
Ａｒｅｆに一致するように電流指令値生成部３２で用い
られる電流ゲインＧｉの値をピストン１２ａ、１２ｂの
振動の１サイクルごとに制御する。

【００３８】また、電流ゲイン制御部３６は、ピストン
１２ａ、１２ｂの往復運動の数百サイクルに１回の割合
で、電流・速度位相差検出部３５で検出された位相差が
あらかじめ定められた許容値を超えているかどうかを判
断する。その位相差が許容値を超えていると判断される
場合には、さらに位相差が所定の超過判断基準を超えて
いるかどうかを判断する。

【００３９】位相差が所定の超過判断基準を超えている
と判断される場合には、駆動周波数が共振周波数に近づ
くように、角周波数ωを補正する。そして、最大振幅現
在値Ａｎｏｗと所定の基準振幅（位置）との大小関係を
判断する。

【００４０】最大振幅現在値Ａｎｏｗが、所定の基準振
幅よりも大きく最大振幅目標値Ａｒｅｆよりも小さいと
判断される場合、すなわち、最大振幅現在値Ａｎｏｗ
が、所定の基準振幅を超える場合には、電流指令値生成
部で用いられる電流ゲインＧｉの値を所定の割合だけ減
少させる。一方、最大振幅現在値Ａｎｏｗが所定の基準
振幅を超えない場合には、電流ゲインＧｉの値を減少さ
せる処理を行なわない。

【００４１】また、位相差が所定の許容値を超えている
が、所定の超過判断基準を超えていないと判断される場
合には、電流ゲインＧｉを減少させることなく、位置指
令値生成部３０による最小分解能での周波数変更処理が
実行される。

【００４２】なお、この実施の形態では、位相差の所定
の超過判断基準として後述するように２段階の判断基準
が設定されている。

【００４３】電流指令値生成部３２は、位置・速度制御
部３１で生成された速度制御値Ｖｃと、電流ゲインＧｉ
と、式Ｉｒｅｆ＝Ｇｉ×Ｖｃとに基づいて電流指令値Ｉ
ｒｅｆを生成する。さらに電流指令値Ｉｒｅｆを制御信
号φｃに変換してモータドライバ３に与える。モータド
ライバ３の出力電流Ｉの制御は、たとえばＰＷＭ方式で
行なわれる。

【００４４】上述した制御回路５においては、まず位置
指令値生成部３０で位置指令値Ｐｒｅｆが生成され、位
置・速度制御部３１で速度制御値Ｖｃが生成され、位置
・速度制御部３１で制御信号φｃが生成される。モータ
ドライバ３からリニアモータ２０のコイル２３に電流が
供給されると、リニアモータ２０の可動部が往復運動を
開始してガスの圧縮が開始される。

【００４５】次に、図４および図５に示すフローチャー
トに基づいて、制御回路５の具体的な制御手続について
説明する。まず、ステップＳ０では、サインテーブルか
ら順次データを取り出す際のデータ取り出し間隔拡張値
が算出される。

【００４６】次に、ステップＳ１では、位置・速度検出
部３３によって位置データＰａの読込が行なわれ、ステ
ップＳ２では、位置・速度検出部３３によって位置現在
値Ｐｎｏｗおよび速度現在値Ｖｎｏｗが算出される。

【００４７】ステップＳ３では、位置・速度制御部３１
によって速度制御が行なわれる。すなわち、位置・速度
制御部３１は、速度指令値Ｖｒｅｆと速度現在値Ｖｎｏ
ｗとの偏差に基づいて速度制御値Ｖｃを生成し、電流指
令値生成部３２に与える。

【００４８】ステップＳ４では、電流指令値生成部３２
によって速度制御値Ｖｃと電流ゲインＧｉとの積である
電流指令値Ｉｒｅｆが生成される。ステップＳ５では、
電流指令値生成部３２から電流指令値Ｉｒｅｆに応じた
電流指令データ、すなわち制御信号φｃがモータドライ
バ３に出力される。

【００４９】ステップＳ６では、制御回路６に含まれる
第１カウンタ（図示せず）のカウンタ値がインクリメン
ト（＋１）される。ステップＳ７では、第１カウンタの
カウント値が設定値（本実施の形態では３）に到達した
か否かが判断される。

【００５０】ステップＳ７において、第１カウンタのカ
ウント値が設定値に到達したと判断される場合には、ス
テップＳ８に移行する。ステップＳ８では、位置指令値
生成部３０において、位置補正量および周波数設定値に
基づいて振幅Ａおよび角周波数ωが生成される。さら
に、サインテーブルのデータ、振幅Ａ、シフト量Ｂおよ
び角周波数ωに基づいて、位置指令値Ｐｒｅｆ＝Ａｓｉ
ｎωｔ＋Ｂが生成される。

【００５１】次に、ステップＳ９では、位置・速度制御
部３１によって位置制御が行なわれる。すなわち、位置
・速度制御部３１は、位置指令値Ｐｒｅｆと位置現在値
Ｐｎｏｗとの偏差に基づいて速度指令値Ｖｒｅｆを生成
する。位置制御が終了した後に、ステップＳ１０に移行
して第１カウンタのカウント値がリセットされる。

【００５２】ステップＳ７において第１カウンタのカウ
ント値が設定値に到達していないと判断される場合に
は、ステップＳ８〜Ｓ１０は実行されない。

【００５３】次にステップＳ１１では、位置指令値Ｐｒ
ｅｆの１サイクルが終了したか否かが判断される。な
お、この判断は位置現在値が負の値から正の値にゼロク
ロスしたかどうかの判断に代えることも可能である。

【００５４】そのステップＳ１１において、位置指令値
Ｐｒｅｆの１サイクルが終了したと判断される場合には
ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、上下
死点検出部３４によって、位置・速度検出部３３から得
られる位置現在値Ｐｎｏｗの最大値および最小値に基づ
いて、ピストン１２ａ、１２ｂの上死点側振幅および下
死点側振幅が算出される。

【００５５】次にステップ１３では、上死点側振幅と下
死点側振幅の大小関係が比較され、上死点側振幅の方が
下死点側振幅より大きいと判断される場合には、ステッ
プＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、振幅中立位
置制御部３７によってシフト量Ｂの補正量として負の補
正量が設定される。次にステップＳ１５では、最大振幅
現在値Ａｎｏｗとして上死点側振幅が設定される。

【００５６】ステップＳ１３における上死点側振幅と下
死点側振幅との大小比較の結果、下死点側振幅の方が上
死点側振幅よりも大きいと判断される場合には、ステッ
プＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、振幅中立位
置制御部３７によってシフト量Ｂの補正量として正の補
正量が設定される。次にステップＳ１７では、最大振幅
現在値Ａｎｏｗとして下死点側振幅が設定される。

【００５７】次にステップＳ１８では、電流ゲイン制御
部３６によって最大振幅現在値Ａｎｏｗが最大振幅目標
値Ａｒｅｆに一致するように電流ゲインＧｉが制御、設
定される。ステップＳ１９では、上下死点検出部３４に
おいて位置現在値Ｐｎｏｗの最大値および最小値がリセ
ットされる。

【００５８】ステップＳ１１において、位置指令値Ｐｒ
ｅｆの１サイクルが終了しないと判断される場合には、
ステップＳ１２〜Ｓ１９は実行されない。次にステップ
Ｓ２０では、上下死点検出部３４において位置現在値Ｐ
ｎｏｗの最大値および最小値の検出・保持が行なわれ
る。

【００５９】ステップＳ２１では、位置現在値Ｐｎｏｗ
の１サイクルが終了したか否かが判断される。なお、こ
の判断は位置現在値が負の値から正の値にゼロクロスし
たかどうかの判断に代えることも可能である。そのステ
ップＳ２１において、位置現在値Ｐｎｏｗの１サイクル
が終了したと判断される場合には、ステップＳ２２に移
行する。ステップＳ２２では、電流・速度位相差検出部
３５によって電流指令値Ｉｒｅｆと速度現在値Ｖｎｏｗ
の位相差が検出される。

【００６０】次にステップＳ２３では、第２カウンタ
（図示せず）のカウント値がインクリメントされる。次
にステップＳ２４では、第２カウンタのカウント値が設
定値（たとえば３００）に到達したか否かが判断され
る。ステップＳ２４において、第２カウンタのカウント
値が設定値に到達したと判断される場合には、ステップ
Ｓ２５に移行する。

【００６１】ステップＳ２５では、電流指令値Ｉｒｅｆ
と速度現在値Ｖｎｏｗの位相差が許容値以内であるか否
かが判断される。ステップＳ２５において、位相差が許
容値以内でないと判断される場合には、ステップＳ２６
に移行する。

【００６２】ステップＳ２６では、位相差が第１の超過
判断基準を超えているか否かが判断される。ステップＳ
２６において、位相差が第１の超過判断基準を超えてい
ないと判断される場合にはステップＳ２７に移行する。

【００６３】ステップＳ２７では、位相差が第１の超過
判断基準よりもさらに小さな第２の超過判断基準を超え
ているか否かが判断される。ステップＳ２７において、
位相差が第２の超過判断基準を超えていないと判断され
る場合には、ステップＳ２８に移行する。

【００６４】ステップＳ２８では、ピストンの駆動周波
数を最小分解能だけ変更するための手続が実行される。
具体的には、周波数を増大させるときにはデータ取り出
し間隔拡張値に１を加算し、周波数を減少させるときに
はデータ取り出し間隔拡張値から１を減算して、データ
取り出し間隔拡張値を更新する手続が実行される。次に
ステップＳ２９では、第２カウンタのカウント値がリセ
ットされる。

【００６５】ステップＳ２１において、位置現在値Ｐｎ
ｏｗの１サイクルが終了していないと判断される場合に
は、ステップＳ２２〜Ｓ２９は実行されない。

【００６６】ステップＳ２４において、第２カウンタの
カウント値が設定値に到達していないと判断される場合
には、ステップＳ２５〜Ｓ２９は実行されない。またス
テップＳ２５において、位相差が許容値以内であると判
断される場合には、ステップＳ２６〜Ｓ２８は実行され
ない。

【００６７】ステップＳ２６において、位相差が第１の
超過判断基準を超えていると判断される場合にはステッ
プＳ３３に移行する。ステップＳ３３では、周波数の変
更量を大きな値（たとえば０．１５Ｈｚ）に設定して、
周波数の制御・設定を実行する。

【００６８】次にステップＳ３４では、ピストンの振幅
が所定の基準振幅（基準位置）を超えているか否かが判
断される。ステップＳ３４において、図６に示すよう
に、ピストンの振幅が基準位置を超えていると判断され
る場合には、ステップＳ３５に移行する。ステップＳ３
５では、電流指令値の電流ゲインを所定値（たとえば３
０％）だけ削減して、ステップＳ２９に移行する。

【００６９】ステップＳ３４において、ピストンの振幅
が基準位置を超えていると判断されない場合、すなわち
図７に示すように、ピストンの振幅が基準位置よりも小
さい場合には、ステップＳ３５は実行されずステップＳ
２９に移行する。

【００７０】またステップＳ２７において、位相差が第
２の超過基準を超えていると判断される場合には、ステ
ップＳ３０に移行する。ステップＳ３０では、周波数の
変更量を小さな値（たとえば０．０３Ｈｚ）に設定し
て、周波数の制御・設定を実行する。

【００７１】次にステップＳ３１では、ピストンの振幅
が所定の基準位置を超えているか否かが判断される。図
６に示すように、ピストンの振幅が所定の基準位置を超
えていると判断される場合にはステップＳ３２に移行す
る。ステップＳ３２では、電流指令値の電流ゲインを所
定値（たとえば１５％）だけ削減してステップＳ２９に
移行する。

【００７２】ステップＳ３１において、図７に示すよう
に、ピストンの振幅が所定の基準位置を超えない場合に
は、ステップＳ３２は実行されずステップＳ２９に移行
する。

【００７３】次にステップＳ３６では、リニアコンプレ
ッサの運転中止等により制御を終了すべきか否かが判断
される。制御を終了すべきと判断される場合には手続を
終了する。一方、制御を終了すべきでないと判断される
場合にはステップＳ１に戻って上述した制御を繰返す。

【００７４】上述したフローチャートによれば、電流と
速度の位相差が許容値の範囲内にある場合には駆動周波
数変更処理は行われないが、その位相差が許容値の範囲
内にない場合、すなわち駆動周波数が共振周波数からず
れている場合には、駆動周波数の変更処理が行なわれる
ことになる。このとき、駆動周波数の変更とともに所定
の電流ゲインの削減処理が行なわれる。

【００７５】すなわち、ステップＳ３１、Ｓ３４におい
て説明したように、ピストンの振幅が所定の基準位置を
超えていると判断される場合には、電流ゲインの削減が
行なわれる。一方、ピストンの振幅が基準位置を超えな
い場合には、電流ゲインの削減は行なわれない。

【００７６】このように、駆動周波数の変更の際にピス
トンの振幅が基準位置を超えない場合には電流ゲインの
削減を行なわないようにすることで、駆動周波数の変更
を繰り返して行なう場合にピストンのストロークが必要
以上に小さくなることがなくなる。そして、駆動周波数
が共振周波数の許容値の範囲内に入ると駆動周波数の変
更処理を行わずに、ピストンの振幅が目標の振幅に一致
するように電流ゲインが制御されることで、ピストンが
目標の振幅に早く復帰することができる。

【００７７】その結果、吐出ガス量が大きく減少するこ
とがなくなってリニアコンプレッサの効率が低下するの
を防止することができる。また、その基準位置付近がピ
ストンのストロークの最小値となり、目標ストロークの
近傍で駆動することができる。

【００７８】なお、上記実施の形態では、ピストンの振
幅を減少させるために電流ゲインを所定の割合だけ減ら
したが、この他に、たとえば、位置関数としてのサイン
テーブルの値を所定の割合だけ減少させるようにしても
よい。

【００７９】また、上記実施の形態では、リニアコンプ
レッサとして２ピストン型のものを例に挙げて説明した
が、１ピストン型のものに適用しても、ピストンのスト
ロークが必要以上に小さくなることを防止することがで
きて吐出ガス量が大きく減少するのを防ぐことができ、
リニアコンプレッサの効率の高い運転を行なうことが可
能になる。

【００８０】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００８１】

【発明の効果】本発明に係るリニアコンプレッサの駆動
制御装置によれば、周波数制御手段において駆動周波数
を目標の共振周波数に合わせる際に、ピストンの振幅が
目標の振幅よりも小さい所定の基準振幅を超える場合に
は、ピストンの振幅を減少させるための振幅減少処理を
行ない、ピストンの振幅が所定の基準振幅を超えない場
合には振幅減少処理を行なわない。そして、駆動周波数
が共振周波の許容値の範囲内に入れば、駆動周波数の変
更処理は行なわれず、ピストンの振幅は目標の振幅に合
わせられることになる。これにより、駆動周波数を共振
周波数に近づける処理を繰り返す場合でも、ピストンの
振幅(ストローク)が必要以上に小さくなることがなくな
る。その結果、ガスの吐出量が低下してリニアコンプレ
ッサの効率が低下するのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るリニアコンプレッ
サの駆動制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 同実施の形態において、駆動制御装置におけ
る制御回路のブロック図である。

【図３】 同実施の形態におけるリニアコンプレッサの
構造を示す断面図である。

【図４】 同実施の形態において、制御回路の制御手続
の前半を表わすフローチャートである。

【図５】 同実施の形態において、制御回路の制御手続
の後半を表わすフローチャートである。

【図６】 同実施の形態において、ピストンの変位を示
す第１のグラフである。

【図７】 同実施の形態において、ピストンの変位を示
す第２のグラフである。

【符号の説明】 １ リニアコンプレッサ、２ 駆動制御装置、３ モー
タドライバ、４ 変位センサ、５ 制御回路、１１ａ、
１１ｂ シリンダ、１２ａ、１２ｂ ピストン、２０
リニアモータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H045 AA03 AA08 AA13 AA25 BA33 CA00 CA22 CA29 DA07 EA34 3H076 AA03 BB21 CC06 CC84 CC98 5H540 AA10 BA06 BB04 BB06 EE05 EE08 FA03 GG01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの位置の基準となる位置関数に
   従って電流指令値を生成し、前記電流指令値に応じた駆
   動電流を発生させるための電流指令手段と、 シリンダ内におけるピストンの位置を検出するための位
   置検出手段と、 シリンダ内のピストンの振幅を検出するための振幅検出
   手段と、 前記駆動周波数を目標の共振周波数に合わせるための周
   波数制御手段と、 前記振幅検出手段によって検出されたピストンの前記振
   幅に基いて、ピストンの振幅をあらかじめ定められた目
   標の振幅に一致させるための振幅制御手段とを備え、 前記周波数制御手段では、前記駆動周波数が目標の共振
   周波数の許容値の範囲内にない場合に、前記駆動周波数
   を目標の共振周波数に合わせる処理が行なわれ、前記駆
   動周波数が前記許容値の範囲内にある場合には、前記駆
   動周波数を目標の共振周波数に合わせる処理は行われ
   ず、 前記振幅制御手段では、前記周波数制御手段において前
   記駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる際に、前記
   振幅検出手段によって検出されたピストンの前記振幅
   が、前記目標の振幅よりも小さい所定の基準振幅を超え
   る場合には、ピストンの前記振幅を減少させるための振
   幅減少処理が行なわれ、ピストンの前記振幅が前記所定
   の基準振幅を超えない場合には前記振幅減少処理は行わ
   れない、リニアコンプレッサの駆動制御装置。
2. 【請求項２】 前記振幅減少処理は、前記電流指令手段
   で生成される前記電流指令値をあらかじめ定められた割
   合に減少させる処理を含む、請求項１記載のリニアコン
   プレッサの駆動制御装置。
3. 【請求項３】 前記振幅減少処理は、前記位置関数の振
   幅をあらかじめ定められた割合に減少させる処理を含
   む、請求項１記載のリニアコンプレッサの駆動制御装
   置。
4. 【請求項４】 シリンダ内におけるピストンの速度を検
   出するための速度検出手段と、 前記電流指令手段で生成された電流指令値と、前記速度
   検出手段で検出された速度との位相差を検出する位相差
   検出手段と、 を備え、 前記周波数制御手段では、前記位相差検出手段によって
   検出された位相差がなくなるように前記位置関数の周波
   数が制御される、請求項１〜３のいずれかに記載のリニ
   アコンプレッサの駆動制御装置。
5. 【請求項５】 前記振幅検出手段では、前記位置検出手
   段の検出結果に基づいてピストンの上死点と原点との間
   の長さに相当する上死点側振幅と、ピストンの下死点と
   原点との間の長さに相当する下死点側振幅とが検出さ
   れ、 前記振幅制御手段では、前記振幅検出手段によって検出
   された前記上死点側振幅および前記下死点側振幅のうち
   のいずれか大きい方が、あらかじめ定められた前記目標
   の振幅に一致するように制御される、請求項１〜４のい
   ずれかに記載のリニアコンプレッサの駆動制御装置。