JP2002354864A - リニアコンプレッサ駆動装置 - Google Patents

リニアコンプレッサ駆動装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアコンプレッサ駆動装置１０１におい
て、位置センサを用いずに、簡単な演算処理により、リ
ニアコンプレッサのピストンのストロークとトップクリ
アランスを精度よく検知可能とする。 【解決手段】 リニアコンプレッサ１００に所定の周波
数の駆動電流を供給するインバータ２を備えたリニアコ
ンプレッサ駆動装置１０１において、共振周波数情報に
基づいて、上記インバータ２をその出力電流の周波数が
共振周波数となるよう制御するインバータ制御器６を備
え、インバータ２の出力電流Ｉｄの変化量がゼロとなる
位相タイミングで、インバータ２の出力電流Ｉｄ及び出
力電圧Ｖｄの瞬時値を測定し、これらの測定値からピス
トンストロークを算出するようにした。

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
サ駆動装置に関し、ピストンをリニアモータにより往復
運動させてシリンダ内部で圧縮ガスを生成するリニアコ
ンプレッサを駆動する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、圧縮ガスを生成する装置とし
て機械的な弾性部材又は気体の弾性を利用したリニアコ
ンプレッサが知られている。図７は、従来のリニアコン
プレッサを説明するための断面図であり、弾性部材とし
てバネを用いたリニアコンプレッサの構造を具体的に示
している。リニアコンプレッサ１００は、隣接するシリ
ンダ部７１ａ及びモータ部７１ｂからなる筐体７１を有
している。この筐体７１のシリンダ部７１ａは該リニア
コンプレッサの円筒状シリンダを形成しており、該シリ
ンダ部７１ａ内には、ピストン７２が該シリンダの中心
軸と平行な方向（ピストン軸線方向）に沿って摺動自在
に設けられている。
【０００３】上記筐体７１内の該ピストン７２の背面側
には、ピストンロッド７２ａが該シリンダ部７１ａ及び
モータ部７１ｂに跨って配置されており、該ピストンロ
ッド７２ａの一端はピストン７２に固定されている。さ
らに、このピストンロッド７２ａの他端と、これに対向
するモータ部７１ｂの内壁面７１ｂ１との間には、ピス
トンを支持する支持バネ（共振バネ）８１が配置されて
いる。ここで、この支持バネ８１は、該ピストン７２が
ピストン中立位置（ピストン基準位置）から変位したと
き変形し、該ピストン７２が上記ピストン基準位置に戻
るよう該ピストン７２を付勢するものである。また、上
記ピストン中立位置は、支持バネ８１が変形しないピス
トン位置であり、ピストン７２が上記ピストン中立位置
に位置している状態では、ピストン７２に対する支持バ
ネ８２の付勢力は発生しない。
【０００４】また、上記ピストンロッド７２ａの、上記
モータ部７１ｂ内に位置する部分には、マグネット７３
が取り付けられており、上記モータ部７１ｂ内壁の、マ
グネット７３に対向する部分には、アウターヨーク７４
ａとこれに埋設されたステータコイル７４ｂとからなる
電磁石７４が取り付けられている。そして、上記電磁石
７４と上記マグネット７３とによりリニアモータ８２が
構成されている。つまり、上記リニアコンプレッサ１０
０は、そのリニアモータ８２の駆動力，つまり該電磁石
７４とマグネット７３との間で発生する電磁力と、上記
支持ばね８１の弾性力とにより、上記ピストン７２がそ
の軸線方向に沿って往復運動するものである。
【０００５】一方、上記筐体７１内のシリンダヘッド側
には、シリンダ上部内面７５、ピストン圧縮面７２ｂ、
及びシリンダ周壁面７７により囲まれた密閉空間である
圧縮室７６が形成されている。シリンダ上部内面７５に
は、上記圧縮室７６に低圧冷媒ガスを吸入するための冷
媒吸入管１ａの一端が開口しており、さらに上記シリン
ダ上部内面７５には、上記圧縮室７６から高圧冷媒ガス
を吐き出すための冷媒吐出管１ｂの一端が開口してい
る。上記冷媒吸入管１ａ及び冷媒吐出管１ｂには、冷媒
ガスの逆流を防止する吸入弁７９及び吐出弁８０が取り
付けられている。
【０００６】このような構造を有するリニアコンプレッ
サ１００では、モータドライバ（図示せず）からリニア
モータ８２への駆動電流の断続的な通電により、ピスト
ン７２がその軸線方向に往復動し、圧縮室７６への低圧
冷媒ガスの吸入、圧縮室７６での冷媒ガスの圧縮、及び
圧縮された高圧冷媒ガスの圧縮室７６からの排出が繰り
返し行われる。
【０００７】ところで、上記のようなリニアコンプレッ
サ１００では、上記リニアモータ８２に印加する電流あ
るいは電圧を一定の値に保持していても、リニアコンプ
レッサ１００にかかる負荷の状態が変化すると、ピスト
ン７２のストロークが変化する。このため、特に、上記
リニアコンプレッサ１００を用いた冷凍圧縮機では、変
化する環境温度に応じた冷媒流量の制御により、冷凍サ
イクルの熱力学効率が大きく改善されることから、冷媒
流量を決定するピストン７２のストロークを検知する手
段（ピストンストローク検知手段）が必要となる。
【０００８】また、リニアコンプレッサ１００では、構
造上、ピストン先端部がシリンダ上面に衝突する危険性
がある。つまり、ピストン７２は、上記リニアモータ８
２のピストン駆動力や上記支持ばね８１の弾性力だけで
なく、圧縮室７６内部の冷媒ガスの圧力とピストン７２
の背面圧力との差圧による力を受け、ピストン７２の往
復動の中心位置（以下、ピストン振幅中心位置ともい
う。）が、上記差圧がゼロであるときのピストン振幅中
心位置、つまり支持バネが変形していないときのピスト
ン位置（ピストン中立位置）に対してオフセットされ
る。このため、負荷状態の変化によってピストン７２に
作用する圧縮室７６の内部圧力が増減すると、ピストン
７２のストロークだけでなくピストン７２の往復動の中
心位置が変化する。
【０００９】そこで、ピストンとシリンダの衝突を回避
するためには、上記ストローク検知手段だけでなく、ピ
ストン先端部とシリンダヘッド内面との間の距離を検知
する位置検知手段が必要不可欠である。例えば、衝突回
避手段を持たないリニアコンプレッサでは、ピストン先
端部がシリンダヘッド内面に打ち付けられ、不快な雑音
が発生したり、ピストンあるいはシリンダが損傷したり
することがある。
【００１０】上記のような位置検知手段としては、リニ
アコンプレッサ１００におけるピストンなどの可動部材
と非接触で、ピストン中立位置などのピストン基準位置
に対するピストンの変位の程度（ピストン変位量）を検
出可能なセンサ、例えば、渦電流方式を用いた変位計、
差動トランスを用いた変位計などが用いられる。
【００１１】ところが、このようなセンサを用いると、
リニアコンプレッサ１００の製造コストが増大するだけ
でなく、センサを装着するスペースが必要となり、リニ
アコンプレッサ１００の筐体７１が大きくなってしま
う。また、このようなセンサは、コンプレッサ１００内
部で高温かつ高圧のガスにさらされた状態で使用される
ため、センサ自体の信頼性の問題、言い換えると、この
ようなセンサとしては、高温高圧の雰囲気の下で信頼し
て使用できるものが要求されるという問題も生じる。
【００１２】そこで、ピストン７２の位置を検出する方
法として、ピストンの位置検出を、リニアコンプレッサ
１００内部に配置される位置センサにより行うという方
法ではなく、リニアコンプレッサ１００に供給されるリ
ニアモータの駆動電流及び駆動電圧を直接測定し、その
測定値に基づいてピストン７２の位置を導出する手法が
提案されている（特表平８−５０８５５８号公報参
照）。
【００１３】以下、この公報記載の、リニアコンプレッ
サに用いられるピストン位置検知方法について説明す
る。図８は、リニアコンプレッサのピストンを駆動する
リニアモータの等価回路を示す図である。図中、Ｌはリ
ニアモータを構成する巻線の等価インダクタンス［Ｈ］
であり、Ｒは該巻線の等価抵抗［Ω］である。また、Ｖ
はリニアモータに印加される瞬時電圧［Ｖ］であり、Ｉ
はリニアコンプレッサに印加される電流［Ａ］である。
α×ｖはリニアモータの駆動により生じる誘導起電圧
［Ｖ］であり、αはリニアモータの推力定数［Ｎ／
Ａ］、ｖはリニアモータの瞬時速度［ｍ／ｓ］である。
ここで、リニアモータの推力定数αは、リニアモータに
単位電流［Ａ］を流したときに生じる力［Ｎ］を示して
いる。また、推力定数αの単位は［Ｎ／Ａ］により表し
ているが、この単位は、［Ｗｂ／ｍ］、［Ｖ・ｓ／ｍ］
と同等である。
【００１４】図８に示す等価回路はキルヒホッフの法則
から導出されるものであり、この等価回路から、リニア
モータの瞬時速度ｖ［ｍ／ｓ］が求められる。つまり、
リニアモータの駆動状態では、リニアモータに対する印
加電圧（Ｖ）は、リニアモータの巻線の等価抵抗による
降下電圧（Ｉ×Ｒ）［Ｖ］と、該巻線の等価インダクタ
ンスによる降下電圧（Ｌ・ｄＩ／ｄｔ）［Ｖ］と、リニ
アモータの駆動により生じる誘導起電圧（α×ｖ）
［Ｖ］との和と釣り合うこととなり、下記の（１）式が
成立する。
【００１５】
【数１】 上記（１）式で用いられている係数α［Ｎ／Ａ］、Ｒ
［Ω］、Ｌ［Ｈ］はモータ固有の定数であり、既知の値
となっている。従って、これらの定数と、測定された印
加電圧Ｖ［Ｖ］及び印加電流Ｉ［Ａ］から、（１）式に
基づいて、瞬時速度ｖ［ｍ／ｓ］が求められる。
【００１６】また、ピストン変位量（不定の基準位置か
らピストンまでの距離）ｘ［ｍ］は、下記の（２）式に
示すように、瞬時速度ｖ［ｍ／ｓ］の時間積分により求
められる。なお、（２）式における定数Const.は積分開
始時のピストン変位量である。
【数２】 このように上記公報記載のピストン位置検知方法では、
リニアモータに対する印加電圧の測定値Ｖ及び印加電流
の測定値Ｉに対して、上記（１）式に基づいて微分処理
を含む演算処理を施して、ピストンの瞬時速度ｖを求
め、さらにこの瞬時速度ｖに対して、上記（２）式に基
づいた積分処理を含む演算処理を施して、ピストン変位
量ｘを算出することができる。但し、このように上記
（１）式及び（２）式に基づく演算により得られるピス
トン変位量ｘは、ピストン軸線上のある位置を基準とす
る変位量であり、この変位量ｘから直接、シリンダヘッ
ドからピストン上死点位置までの距離を求めることはで
きない。
【００１７】つまり、リニアコンプレッサ１００に負荷
がかかっている状態では、ピストン往復運動におけるピ
ストン中心位置（ピストン振幅中心位置）は、冷媒ガス
の圧力により、ピストン中立位置（つまり圧縮室内の圧
力が背面圧力に等しい場合のピストン振幅中心位置）に
対してオフセットされることとなり、ピストンはオフセ
ットされたピストン振幅中心位置を中心として往復動す
ることとなる。言い換えると、（２）式により得られる
ピストン変位量ｘは平均成分を含むものとなる。
【００１８】ところが、実際のアナログ積分器またはデ
ィジタル積分器はすべて、定数またはＤＣ入力に対して
完全な応答信号を出力する理想的な積分処理を行うもの
ではなく、ＤＣ入力に対する応答を制限したものとなっ
ているため、実際の積分器では、上記ピストン変位量ｘ
に対してその平均成分を反映した積分演算処理を施すこ
とができない。なお、このように実際の積分器をＤＣ応
答を制限したものとしているのは、入力信号における避
けることのできないＤＣ成分によってその出力が飽和す
るのを回避するためである。
【００１９】この結果、実際の積分器による上記（２）
式に基づく積分処理により求められるピストン変位量ｘ
［ｍ］は、この変位量から、ピストンとシリンダヘッド
の間の実際の距離を直接求めることができるものではな
く、単に、ピストン軸線上のある地点を基準としたピス
トン位置を示すものである。
【００２０】このため、（２）式から得られるピストン
変位量ｘ［ｍ］は、ピストン振幅中心位置に対するピス
トン位置を示すピストン変位量ｘ′に変換され、さらに
この変換されたピストン変位量ｘ′を用いて、ピストン
振動中心位置を示す、シリンダヘッドを基準とするピス
トン変位量ｘ”を求める演算処理が行われる。
【００２１】以下、これらの演算処理について詳述す
る。図９は、上記シリンダ内でのピストン位置を模式的
に示す図である。まず、図９に示される３つの座標系、
つまり第１の座標系Ｘ，第２の座標系Ｘ’，第３の座標
系Ｘ”について簡単に説明する。
【００２２】第１の座標系Ｘは、上記ピストン変位量ｘ
を表す座標系であり、ピストン軸線上のある地点Ｐaru
を原点（ｘ＝０）としている。従って、変位量ｘの絶対
値は、上記地点Ｐaruからピストン先端位置Ｐまでの距
離を示す。第２の座標系Ｘ’は、上記ピストン変位量
ｘ’ を表す座標系であり、ピストン振幅中心位置Ｐav
を原点（ｘ’＝０）としている。従って、変位量ｘ’の
絶対値は、該振動中心位置Ｐavからピストン先端位置Ｐ
までの距離を表す。第３の座標系Ｘ”は、上記ピストン
変位量ｘ”を表す座標系であり、ピストン軸線上のシリ
ンダヘッドの位置Ｐshを原点（ｘ”＝０）としている。
従って、変位量ｘ”の絶対値は、シリンダヘッド位置Ｐ
shからピストン先端位置Ｐまでの距離を表す。
【００２３】次に、ピストン変位量ｘ”を求める演算に
ついて説明する。最もピストンがシリンダヘッド７５に
近づいたときのピストン位置（ピストン上死点位置）Ｐ
tdは、上記第１の座標系Ｘ上では変位量ｘtdにより示さ
れ、最もピストンがシリンダヘッドから遠ざかったとき
のピストン位置（ピストン下死点位置）Ｐbdは、上記第
１の座標系Ｘ上では、変位量ｘtdより示される。そし
て、上記第１の座標系Ｘ上での、ピストン上死点位置Ｐ
tdに相当する変位量ｘtdと、上記第１の座標系Ｘ上で
の、ピストン下死点位置Ｐbdに相当する変位量ｘbdとの
差から、ピストンストロークＬps［ｍ］が求められる。
【００２４】また、ピストンが往復動している状態での
ピストン振幅中心位置Ｐavは、最もピストンがシリンダ
ヘッドに近づいたときのピストン位置（ピストン上死点
位置）Ｐtdの変位量ｘtdから、ピストンストロークＬps
［ｍ］の半分の長さ（Ｌps／２）だけシリンダヘッドか
ら遠ざかった位置である。従って、ピストン振幅中心位
置Ｐavは、上記第１の座標系Ｘ上では、変位量ｘav（＝
（ｘbd−ｘtd）／２）により示される。さらに、（２）
式の定数Const.を０とすることにより、ピストン振幅中
心位置Ｐavを基準（原点）として、言い換えると第２の
座標系Ｘ’上にて、ピストン位置Ｐをピストン変位量
ｘ’［ｍ］により示す新たな関数が導出される。
【００２５】続いて、シリンダヘッド位置Ｐshを原点と
する第３の座標系Ｘ”にて、ピストン振幅中心位置を示
すピストン変位量ｘ”を求める方法について説明する。
リニアコンプレッサ１００が冷媒ガスを吸入している状
態（吸入状態）では、つまり、吸入弁が開いている状態
では、圧縮室内部の圧力とピストン背面の圧力とは共に
冷媒の吸入圧となって等しくなる。これは、リニアコン
プレッサ１００が、吸入弁が開いた状態では差分圧が０
となる構造となっているためである。この状態では、冷
媒ガスの圧力がピストンに作用する力を無視することが
できる。つまりこの状態では、ピストンに作用する力
は、支持バネ８１がたわむことにより生じるバネの反発
力と、リニアモータに電流を流すことにより生じる電磁
力のみである。ニュートンの力学運動法則より、これら
の力の和は、運動を行っている可動部材の全質量とその
加速度の積に等しくなる。
【００２６】従って、この状態では、可動部材に関する
運動方程式として下記の（３）式が成立する。
【数３】 （３）式において、ｍは往復運動を行っている可動部材
の全質量［ｋｇ］、ａは該可動部材の瞬時加速度［ｍ／
ｓ／ｓ］、ｋはリニアコンプレッサに組み込まれている
支持バネのバネ定数［Ｎ／ｍ］である。また、ｘav”
は、上述した、ピストン振幅中心位置を示す第３の座標
系Ｘ”での変位量であり、この変位量ｘav”は、その絶
対値が、シリンダヘッド位置Ｐshからピストン振動中心
位置Ｐavまでの距離を表すものである。さらに、ｘin
i”は、ピストン中立位置Ｐiniを示す第３の座標系Ｘ”
での変位量であり、この変位量ｘini”は、その絶対値
が、上記ピストン中立位置（該支持バネが変形していな
い状態でのピストンの位置）Ｐiniとシリンダヘッド位
置Ｐshとの間の距離［ｍ］を表すものである。
【００２７】ここで、瞬時加速度ａ［ｍ／ｓ／ｓ］は、
（１）式で表される瞬時速度ｖ［ｍ／ｓ］を微分するこ
とによって、下記の（４）式に示すように求めることが
できる。
【数４】 また、ピストン振幅中心位置Ｐavからのピストン先端位
置Ｐまでの距離を示す、第２の座標系Ｘ’の変位量ｘ’
［ｍ］は、（２）式の定数Ｃonst.を０とすることによ
り求められる。さらに、可動部材の全質量ｍ［ｋｇ］、
支持バネのバネ定数ｋ［Ｎ／ｍ］、シリンダヘッド位置
Ｐshからピストン中立位置Ｐiniまでの距離を表す、第
３の座標系Ｘ”の変位量ｘini”［ｍ］は既知の値であ
り、駆動電流Ｉは測定値を用いることができる。
【００２８】従って、（３）式を用いて、シリンダヘッ
ド位置Ｐshからピストン振幅中心位置Ｐavまでの距離を
示す、第３の座標系Ｘ”の変位量ｘav”を算出すること
ができる。また、ピストンの上死点位置（ピストンがシ
リンダヘッドに最も近づく位置）Ｐｔｄを示す、第３の
座標系Ｘ”の変位量ｘtd”［ｍ］は、上記（３）式によ
り求めた第３の座標系Ｘ”の変位量ｘav”（シリンダヘ
ッド位置Ｐshからピストン振幅中心位置Ｐavまでの距
離）から、既に求めたピストンストローク長Ｌps［ｍ］
の半分（Ｌps／２）の距離だけシリンダヘッド側へ遠ざ
かった位置の変位量として求められる。
【００２９】このようにして、リニアコンプレッサに印
加される電流Ｉ及び電圧Ｖからピストンのストローク長
Ｌps［ｍ］と、ピストン上死点位置Ｐtdを、シリンダヘ
ッド位置Ｐshからの距離として示す、第３座標系Ｘ”の
変位量ｘtd”［ｍ］が算出される。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のリニアコンプレッサ１００のピストン位置検知
方法では、ピストン振幅中心位置Ｐavを基準としてピス
トン位置Ｐを相対的に示すピストン変位量ｘ’を、積分
器と微分器を用いて算出するため、高い精度でピストン
位置を検知することを望むことはできない。つまり、実
際の積分器や微分器は、アナログ回路により構成する
と、部品のばらつきや温度による特性の変化などの原因
により、ディジタル回路により構成すると、サンプルホ
ールドでの情報の欠落などの原因により、理想的な動作
を期待できないものである。
【００３１】また、上記リニアコンプレッサのピストン
位置検知を行うための回路を、ディジタル回路により構
成した場合、位置検知精度を向上させるために、リニア
コンプレッサに印加される電流Ｉ及び電圧Ｖの測定周期
を短縮することも考えらえるが、測定周期を短くする
と、それに応じて上記計算周期が短くなって、デジタル
回路での演算負荷が増大することとなる。従って、測定
周期を短縮した場合には、ディジタル演算回路を構成す
るマイコン（マイクロコンピュータ）の性能を高める必
要が生じる。
【００３２】本発明は、上記このような従来の課題を解
決するためのなされたもので、リニアコンプレッサの駆
動電流及び駆動電圧の測定値に基づいて、これらの測定
値を用いた演算処理の負荷を増大させることなく、高い
精度でピストンの位置検知を行うことができるリニアコ
ンプレッサ駆動装置を提供することを目的とするもので
ある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係るリニアコンプレッサ駆動装置は、ピストン及びピス
トンを往復運動させるリニアモータを有し、該ピストン
の往復運動により圧縮ガスを生成するリニアコンプレッ
サを、該リニアモータに交流電圧を印加して駆動するリ
ニアコンプレッサ駆動装置であって、上記リニアモータ
に交流電圧及び交流電流を出力するインバータと、上記
ピストン往復運動の共振周波数を示す共振周波数情報を
出力する共振周波数情報出力手段と、上記インバータの
出力電圧を検出して電圧検出信号を出力する電圧検出手
段と、上記インバータの出力電流を検出して電流検出信
号を出力する電流検出手段と、上記共振周波数情報に基
づいて、上記インバータを、その出力電圧及び出力電流
としてそれぞれ、周波数が上記ピストン往復運動の共振
周波数と一致した正弦波状電圧及び正弦波状電流を出力
するよう制御するインバータ制御器と、上記インバータ
の出力電流の微分値がゼロとなる位相タイミングを特定
位相タイミングとして検知するタイミング検知手段と、
上記電圧検出信号及び上記電流検出信号を受け、上記特
定位相タイミングにおける、上記インバータの出力電圧
及び出力電流のそれぞれ瞬時値に基づいて、上記ピスト
ン往復運動におけるピストン速度の最大振幅を算出する
ピストン速度算出手段とを備えたものである。
【００３４】この発明（請求項２）は、請求項１記載の
リニアコンプレッサ駆動装置において、上記タイミング
検知手段は、上記電流検出信号に基づいて、上記インバ
ータの出力電流の振幅が最大となる位相タイミングを、
上記特定位相タイミングとして検知するものであること
を特徴とするものである。
【００３５】この発明（請求項３）は、請求項１記載の
リニアコンプレッサ駆動装置において、上記タイミング
検知手段は、上記電流検出信号に基づいて、上記インバ
ータの出力交流電流の位相が、９０°及び２７０°の少
なくとも一方の位相となる位相タイミングを、上記特定
位相タイミングとして検知することを特徴とするもので
ある。
【００３６】この発明（請求項４）は、請求項３記載の
リニアコンプレッサ駆動装置において、上記インバータ
に該インバータを駆動制御するインバータ駆動制御信号
を出力するインバータ制御器を備え、上記タイミング検
知手段を、上記インバータ駆動制御信号の位相に基づい
て、上記インバータの出力電流の微分値がゼロとなる位
相タイミングを検知するものとしたことを特徴とするも
のである。
【００３７】この発明（請求項５）は、請求項４記載の
リニアコンプレッサ駆動装置において、上記タイミング
検知手段は、上記インバータの出力電流の位相に対す
る、上記インバータ駆動制御信号の位相の位相ずれ量を
検出する位相ずれ量検出器を有し、該位相ずれ量がゼロ
となるようその位相が補正されたインバータ駆動制御信
号に基づいて、上記インバータの出力電流の微分値がゼ
ロとなる位相タイミングを検知するものであることを特
徴とするものである。
【００３８】この発明（請求項６）は、請求項１記載の
リニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピストン速
度算出手段は、上記リニアモータの、温度変化によりそ
の値が変動する推力定数に対して温度補正処理を施し、
該温度補正処理を施した推力定数と、上記瞬時電流値、
瞬時電圧値、及び該リニアモータの内部抵抗値とに基づ
いて、上記ピストン速度の最大振幅を算出するものであ
ることを特徴とするものである。
【００３９】この発明（請求項７）は、請求項１記載の
リニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピストン速
度算出手段は、上記リニアモータの、温度変化によりそ
の値が変動する内部抵抗値に対して温度補正処理を施
し、該温度補正処理を施した内部抵抗値と、上記インバ
ータの出力電圧及び出力電流のそれぞれの瞬時値と、上
記リニアモータの推力定数とに基づいて、上記ピストン
速度の最大振幅を算出するものであることを特徴とする
ものである。
【００４０】この発明（請求項８）は、請求項１記載の
リニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピストン速
度算出手段は、上記ピストン速度の最大振幅を算出する
速度算出処理を繰り返し行い、該繰り返される各速度算
出処理では、上記リニアモータの、該ピストン速度の変
化によりその値が変動する推力定数の値を、前回の速度
算出処理により算出されたピストン速度の最大振幅に基
づいて補正し、補正した推力定数に基づいて、上記ピス
トン速度の最大振幅を算出するものであることを特徴と
するものである。
【００４１】この発明（請求項９）は、請求項１記載の
リニアコンプレッサ駆動装置において、上記インバータ
制御器により決定される上記インバータの出力電圧及び
出力電流の周波数と、上記ピストン速度算出手段により
算出されたピストン速度の最大振幅とに基づいて、上記
ピストン往復運動におけるピストン変位の最大振幅を示
すピストンストローク情報を算出するストローク情報算
出手段を備えたことを特徴とするものである。
【００４２】この発明（請求項１０）は、請求項１記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記インバー
タ制御器により決定される上記インバータの出力電圧及
び出力電流の周波数と、上記ピストン速度算出手段によ
り算出されたピストン速度の最大振幅とに基づいて、上
記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置を示す
下死点位置情報を算出する下死点位置情報算出手段を備
えたことを特徴とするものである。
【００４３】この発明（請求項１１）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記インバー
タ制御器により決定される上記インバータの出力電圧及
び出力電流の周波数と、上記ピストン速度算出手段によ
り算出されたピストン速度の最大振幅とに基づいて、上
記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置を示す
下死点位置情報を算出する下死点位置情報算出手段と、
上記下死点位置情報及び上記ピストンストローク情報に
基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動にお
けるピストン中心位置を示す中心位置情報を算出する演
算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００４４】この発明（請求項１２）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記インバー
タ制御器により決定される上記インバータの出力電圧及
び出力電流の周波数と、上記ピストン速度算出手段によ
り算出されたピストン速度の最大振幅とに基づいて、上
記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置を示す
下死点位置情報を算出する下死点位置情報算出手段と、
上記下死点位置情報及び上記ピストンストローク情報に
基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動にお
けるピストン上死点位置を示す上死点位置情報を算出す
る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００４５】この発明（請求項１３）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピストン
往復運動におけるピストン上死点位置を検出して、該位
置を示す上死点位置情報を出力する上死点位置情報検出
センサと、上記上死点位置情報及び上記ピストンストロ
ーク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピストン往
復運動におけるピストン中心位置を示す中心位置情報を
算出する演算手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００４６】この発明（請求項１４）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピストン
往復運動におけるピストン上死点位置を検出して、該位
置を示す上死点位置情報を出力する上死点位置情報検出
センサと、上記上死点位置情報及び上記ピストンストロ
ーク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピストン往
復運動におけるピストン下死点位置を示す下死点位置情
報を算出する演算手段とを備えたことを特徴とするもの
である。
【００４７】この発明（請求項１５）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピストン
往復運動におけるピストン下死点位置を検出して、該位
置を示す下死点位置情報を出力する下死点位置情報検出
センサと、上記下死点位置情報及び上記ピストンストロ
ーク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピストン往
復運動におけるピストン中心位置を示す中心位置情報を
算出する演算手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００４８】この発明（請求項１６）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピストン
往復運動におけるピストン下死点位置を検出して、該位
置を示す下死点位置情報を出力する下死点位置情報検出
センサと、上記下死点位置情報及び上記ピストンストロ
ーク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピストン往
復運動におけるピストン上死点位置を示す上死点位置情
報を算出する演算手段とを備えたことを特徴とするもの
である。
【００４９】この発明（請求項１７）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記インバー
タの出力電流に基づいて上記ピストン往復運動における
ピストン中心位置を示す中心位置情報を算出する中心位
置情報算出手段と、上記中心位置情報及び上記ピストン
ストローク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピス
トン往復運動におけるピストン上死点位置を示す上死点
位置情報を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
るものである。
【００５０】この発明（請求項１８）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記インバー
タの出力電流に基づいて上記ピストン往復運動における
ピストン中心位置を示す中心位置情報を算出する中心位
置情報算出手段と、上記中心位置情報及び上記ピストン
ストローク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピス
トン往復運動におけるピストン下死点位置を示す下死点
位置情報を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
るものである。
【００５１】この発明（請求項１９）は、請求項１０な
いし１２のいずれかに記載のリニアコンプレッサの駆動
装置において、上記リニアコンプレッサは、上記ピスト
ンがその中立位置から変位したときに、該ピストンがそ
の中立位置に戻るよう該ピストンを付勢する弾性部材を
有するものであり、上記下死点位置情報算出手段は、上
記インバータ制御器により決定される上記インバータの
出力電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度算
出手段により算出されたピストン速度の最大振幅と、上
記リニアコンプレッサにおける、上記ピストン往復運動
を行う可動部の重量と、上記弾性部材のバネ定数とか
ら、上記下死点位置情報として、上記ピストンの中立位
置を基準として上記ピストン下死点位置を示す位置情報
を算出するものであることを特徴とするものである。
【００５２】この発明（請求項２０）は、請求項９記載
のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピストン
ストローク算出手段は、上記ピストン速度の最大振幅に
基づいて上記ピストンストローク情報を算出する算出処
理を繰り返し行い、該繰り返される個々の算出処理で
は、上記リニアモータの、該ピストン位置の変化により
その値が変動する推力定数の値を、該前回の算出処理に
より算出されたピストンストローク情報に基づいて補正
し、補正した推力定数に基づいて、上記ピストンストロ
ーク情報を算出するものであることを特徴とするもので
ある。
【００５３】この発明（請求項２１）に係るリニアコン
プレッサ駆動装置は、ピストン及びピストンを往復運動
させるリニアモータを有し、該ピストンの往復運動によ
り圧縮ガスを発生するリニアコンプレッサを、該リニア
モータに交流電圧を印加して駆動するリニアコンプレッ
サ駆動装置であって、上記リニアモータに交流電圧及び
交流電流を出力するインバータと、上記ピストン往復運
動の共振周波数を示す共振周波数情報を出力する共振周
波数情報出力手段と、上記インバータの出力電流を検出
して電流検出信号を出力する電流検出手段と、上記共振
周波数情報に基づいて、上記インバータを、その出力電
圧及び出力電流としてそれぞれ、周波数が上記ピストン
往復運動の共振周波数と一致した正弦波状電圧及び正弦
波状電流を出力するよう制御するインバータ制御器と、
上記インバータの出力電流の微分値がゼロとなる位相タ
イミングを特定位相タイミングとして検知するタイミン
グ検知手段と、上記特定位相タイミングにおける、上記
インバータの出力電流の瞬時値に基づいて、上記リニア
コンプレッサが吐出する冷媒ガスの圧力と上記リニアコ
ンプレッサが吸入する冷媒ガスの圧力との圧力差がゼロ
となるピストン位置を基準として、上記ピストン往復運
動におけるピストン中心位置を示す位置情報を算出する
ピストン中心位置算出手段とを備えたものである。
【００５４】この発明（請求項２２）は、請求項２１記
載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記リニア
コンプレッサは、上記ピストンがその中立位置から変位
したときに、該ピストンがその中立位置に戻るよう該ピ
ストンを付勢する弾性部材を有するものであり、上記中
心位置情報算出手段は、上記インバータの出力電流の最
大振幅値と、上記リニアモータの推力定数と、上記弾性
部材のバネ定数とから、上記中心位置情報として、上記
ピストンの中立位置を基準として上記ピストン中心位置
を示す位置情報を算出するものであることを特徴とする
ものである。
【００５５】この発明（請求項２３）は、請求項２１記
載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記リニア
コンプレッサが吐出する冷媒ガスの圧力を検知する吐出
圧力検知手段と、上記リニアコンプレッサが吸入する冷
媒ガスの圧力を検知する吸入圧力検知手段とを備え、上
記中心位置情報算出手段は、上記吐出圧力と上記吸入圧
力の圧力差に基づいて上記冷媒ガスから上記ピストンに
作用する、上記ピストン往復運動の方向における作用力
を算出し、該算出された作用力に基づいて、上記中心位
置情報として、上記圧力差がゼロとなるピストン位置を
基準として上記ピストン中心位置を示す位置情報を算出
するものであることを特徴とするものである。
【００５６】この発明（請求項２４）は、請求項２３記
載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記中心位
置情報算出手段は、上記吐出圧力と上記吸入圧力の圧力
差と、上記共振周波数情報が示す共振周波数とに基づい
て、冷媒ガスからピストンに作用する、上記ピストン往
復運動方向における作用力を算出し、該算出された作用
力から、上記中心位置情報として、上記圧力差がゼロと
なるピストン位置を基準として上記ピストン中心位置を
示す位置情報を算出するものであることを特徴とするも
のである。
【００５７】
【発明の実施の形態】まず、本発明の基本原理について
簡単に説明する。リニアコンプレッサがピストン運動の
共振状態で駆動されているリニアコンプレッサの共振駆
動状態では、リニアコンプレッサに印加される交流電流
（駆動電流）の位相が、往復運動するピストンの速度に
対応する位相に一致した状態が保持される。つまり、上
記共振駆動状態では、上記リニアコンプレッサ駆動電流
の微分値が０となるタイミングで、リニアコンプレッサ
のピストン速度の振幅が最大となる。
【００５８】本件発明者はこのようなリニアコンプレッ
サの共振駆動状態における、その駆動電流の位相とピス
トン速度の位相との関係に着目し、リニアコンプレッサ
駆動電流の微分値が０となる位相タイミングを検出する
ことにより、ピストン速度の最大振幅を高い精度で検知
することができ、さらにはこのピストン速度の最大振幅
からピストン上死点位置を算出することができることを
見出した。以下、本発明の実施の形態について説明す
る。
【００５９】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１によるリニアコンプレッサ駆動装置を説明するため
のブロック図である。この実施の形態１のリニアコンプ
レッサ駆動装置１０１は、ピストン往復運動の周波数が
周波数（共振周波数）Ｆｒであるとき、ピストン往復運
動が共振状態となるよう構成されたリニアコンプレッサ
１００を駆動する装置である。
【００６０】すなわち、このリニアコンプレッサ駆動装
置１０１は、電源電圧として直流電圧ＶDCを発生する電
源１と、該電源電圧ＶDCを所定の周波数の交流電圧Ｖｄ
に変換してリニアコンプレッサ１００に出力するインバ
ータ２と、該インバータ２からリニアコンプレッサ１０
０に出力されるインバータ出力電流Ｉｄをモニタする電
流センサ９と、該モニタ出力Ｓcmに基づいてインバータ
２のインバータ出力電流Ｉｄを検出する出力電流検出手
段３と、上記インバータからリニアコンプレッサ１００
に出力されるインバータ出力電圧Ｖｄを検出する出力電
圧検出手段４とを有している。
【００６１】上記リニアコンプレッサ駆動装置１０１
は、上記ピストン往復運動の共振周波数Ｆｒを示す共振
周波数情報Ｉrfを出力する共振周波数情報出力手段５
と、共振周波数情報Ｉrfに基づいて、上記インバータ２
を、その出力電流Ｉｄの周波数Ｆidが上記共振周波数Ｆ
ｒと一致するようインバータ制御信号Ｓcpにより制御す
るインバータ制御器６と、上記電流センサ９のモニタ出
力Ｓcmに基づいてインバータ２の出力電流（リニアコン
プレッサ１００の駆動電流）Ｉｄの微分値が０になる位
相タイミングを検出するタイミング検知手段７とを有し
ている。
【００６２】上記リニアコンプレッサ駆動装置１０１
は、上記出力電圧検出手段４の検出出力（駆動電圧検出
信号）Ｄvd及び出力電流検出手段３の検出出力（駆動電
流検出信号）Ｄcdに基づいて、ピストン速度の最大振幅
（最大速度）を算出するピストン速度算出手段８と、上
記タイミング検知手段７の検知出力Ｓcsに基づいて、上
記ピストン速度算出手段８への上記駆動電圧検出信号Ｄ
vd及び駆動電流検出信号Ｄcdの供給及びそれらの供給停
止を制御する開閉スイッチ１０とを有している。
【００６３】続いて、上記リニアコンプレッサ駆動装置
の各部の構成について詳しく説明する。まず、共振周波
数情報出力手段５について説明する。この実施の形態１
では、上述したように、リニアコンプレッサ１００は、
これが動作する負荷条件にて、ピストン往復運動の共振
周波数として一定の共振周波数Ｆｒを持つように設計さ
れており、上記共振周波数情報出力手段５は、この固有
の共振周波数を示す共振周波数情報Ｉrfを出力するもの
である。
【００６４】但し、上記共振周波数情報出力手段５は、
上記のように予めリニアコンプレッサ１００に対して設
定された固有の共振周波数Ｆｒを示す情報を出力するも
のに限るものではない。例えば、図７に示すリニアコン
プレッサ１００では、圧縮される冷媒ガスによる、ピス
トンに作用するバネ力は大きく、またそのバネ力は、リ
ニアコンプレッサ１００の動作状態、例えば、圧縮され
る冷媒ガスの圧力やピストン７２の変位量などにより大
きく変化するため、実際は、リニアコンプレッサ１００
の共振周波数は一意に決定できるものではない。
【００６５】そこで、共振周波数発生手段５は、圧縮さ
れる冷媒ガスの状態を監視し、その状態に見合った共振
周波数を推定し、推定された共振周波数を示す情報を出
力するものであってもよい。この共振周波数の推定方法
としては、冷媒ガスの状態を示す変数（例えば冷媒の圧
力値や温度値）から所定の関数式に基づいて共振周波数
を算出するものであっても、また、該変数と共振周波数
との対応関係を示すテーブルを用いて、該変数から共振
周波数を推定するものであってもよい。
【００６６】さらに、共振周波数情報出力手段５は、特
願２０００−３６１３０１号の明細書に示されるよう
に、リニアコンプレッサ１００にその駆動電流として入
力される交流電流の振幅値を一定とする条件で、その交
流電流の周波数を変化させたときに、リニアコンプレッ
サで消費される電力が最大となる周波数を、共振周波数
と推定するものであってもよい。
【００６７】次に、インバータ制御器６、インバータ
２、及び該インバータ２の入力電源１について詳しく説
明する。インバータ制御器６は、上記インバータ２の制
御信号Ｓcpとして、インバータ２をスイッチングするＰ
ＷＭ（パルス幅変調）信号をインバータ２に出力すると
ともに、該ＰＷＭ信号Ｓcpのパルス幅を、上記共振周波
数情報Ｉrfに基づいて調整するものである。このＰＷＭ
信号Ｓcpは、そのパルス幅に相当する期間だけインバー
タ２を駆動するものである。
【００６８】インバータ２は、上記電源１からの電圧Ｖ
DCを受け、インバータ制御器６からのインバータ制御信
号Ｓcpに基づいて、その周波数が上記共振周波数Ｆｒと
等しい交流電圧Ｖｄ及び交流電流Ｉｄをリニアコンプレ
ッサ１に供給するものである。なお、インバータ２の入
力電源１としては、インバータ２に直流電力を供給する
直流電源が必要であるが、インバータ２の入力電源は、
商用の交流電源を用いたものであってもよい。このよう
な入力電源は、商用の交流電圧（電流）を整流する、例
えば、ダイオードブリッジ回路や高力率コンバータなど
の整流回路と、該整流回路の出力を平滑する平滑用コン
デンサとから構成されるものである。
【００６９】上記インバータ２の具体的な回路構成とし
ては、図２(a)〜図２(d)に示すように種々のものがあ
る。図２(a)及び図２(b)に示すインバータはそれぞれ、
４石のスイッチング素子と、それぞれの素子に対応する
ダイオードとを有する電圧形フルブリッジインバータ２
１及び電流型フルブリッジインバータ２２であり、これ
らのフルブリッジインバータは、その入力電源の電圧が
直流電圧ＶDCであるとき、負荷Ｌには、＋ＶDCから−Ｖ
DCまでの範囲の電圧を出力するものである。
【００７０】つまり、電圧形フルブリッジインバータ２
１は、第１及び第２のスイッチング回路２１ａ及び２１
ｂを直列に接続してなる第１の直列接続回路Ｃ１ａと、
該第１の直列接続回路Ｃ１ａに並列に接続された、第３
及び第４のスイッチング回路２１ｃ及び２１ｄを直列に
接続してなる第２の直列接続回路Ｃ１ｂとから構成され
ている。ここで、各スイッチング回路２１ａ〜２１ｄ
は、ＮＰＮトランジスタからなるスイッチング素子Ｓ１
と、これに逆並列接続されたダイオードＤ１とから構成
されている。このインバータ２１は、上記第１及び第２
の直列接続回路Ｃ１ａ及びＣ１ｂの両端に電源１の直流
電圧ＶDCが印加され、第１の直列接続回路Ｃ１ａにおけ
る第１及び第２のスイッチング回路２１ａ及び２１ｂの
接続点Ｎ１ａと、第２の直列接続回路Ｃ１ｂにおける第
３及び第４のスイッチング素子２１ｃ及び２１ｄの接続
点Ｎ１ｂとの間に、負荷Ｌに印加する交流電圧Ｖｄを発
生するものである。
【００７１】また、電流形フルブリッジインバータ２２
は、第１及び第２のスイッチング回路２２ａ及び２２ｂ
を直列に接続してなる第１の直列接続回路Ｃ２ａと、該
第１の直列接続回路Ｃ２ａに並列に接続された、第３及
び第４のスイッチング回路２２ｃ及び２２ｄを直列に接
続してなる第２の直列接続回路Ｃ２ｂと、一端が上記第
１及び第２の直列接続回路Ｃ２ａ及びＣ２ｂの一端に接
続されたインダクタンス素子２２ｅとから構成されてい
る。ここで、各スイッチング回路２２ａ〜２２ｄは、Ｎ
ＰＮトランジスタからなるスイッチング素子Ｓ２と、該
ＮＰＮトランジスタのエミッタにアノードが接続された
ダイオードＤ２とから構成されている。このインバータ
２２は、上記インダクタンス素子２２ｅの他端と上記第
１及び第２の直列接続回路Ｃ２ａ及びＣ２ｂの他端との
間に電源１の直流電圧ＶDCが印加されると、第１の直列
接続回路Ｃ２ａにおける第１及び第２のスイッチング回
路２２ａ及び２２ｂの接続点Ｎ２ａと、第２の直列接続
回路Ｃ２ｂにおける第３及び第４のスイッチング回路２
２ｃ及び２２ｄの接続点Ｎ２ｂとの間に、負荷Ｌに印加
する交流電圧Ｖｄを発生するものである。
【００７２】また、図２(c)及び図２(d)に示すインバー
タはそれぞれ、２石のスイッチング素子と、該各素子に
対応するダイオードとを有する電圧形ハーフブリッジイ
ンバータ２３及び２４である。ここで、上記ハーフブリ
ッジインバータ２３は、その入力電源の電圧が直流電圧
ＶDCであるとき、負荷Ｌには＋ＶDC／２から−ＶDC／２
までの範囲の電圧を出力するものである。また、上記ハ
ーフブリッジインバータ２４は、その入力電源の電圧が
直流電圧ＶDCであるとき、負荷Ｌには＋ＶDCから０まで
の範囲の電圧を出力するものである。このようにこれら
のハーフブリッジインバータは、電源利用率がフルブリ
ッジインバータの半分であるものである。
【００７３】つまり、電圧形ハーフブリッジインバータ
２３は、第１及び第２のスイッチング回路２３ａ及び２
３ｂを直列に接続してなる第１の直列接続回路Ｃ３ａ
と、該第１の直列接続回路Ｃ３ａに並列に接続された、
第１及び第２のキャパシタンス回路２３ｃ及び２３ｄを
直列に接続してなる第２の直列接続回路Ｃ３ｂとから構
成されている。ここで、各スイッチング回路２３ａ及び
２３ｂは、ＮＰＮトランジスタからなるスイッチング素
子Ｓ３と、これに逆並列接続されたダイオードＤ３とか
ら構成されている。上記第１及び第２のキャパシタンス
回路２３ｃ及び２３ｄはそれぞれコンデンサ２３ｃ及び
２３ｄから構成されている。このインバータ２３は、上
記第１及び第２の直列接続回路Ｃ３ａ及びＣ３ｂの両端
に電源１の直流電圧ＶDCが印加されると、第１の直列接
続回路Ｃ３ａにおける第１及び第２のスイッチング回路
２３ａ及び２３ｂの接続点Ｎ３ａと、第２の直列接続回
路Ｃ３ｂにおける第１及び第２のキャパシタンス回路２
３ｃ及び２４ｄの接続点Ｎ３ｂの間に、負荷Ｌに印加す
る交流電圧Ｖｄを発生するものである。
【００７４】また、電圧形ハーフブリッジインバータ２
４は、第１及び第２のスイッチング回路２４ａ及び２４
ｂを直列に接続してなる直列接続回路Ｃ４ａから構成さ
れている。ここで、各スイッチング回路２４ａ及び２４
ｂは、ＮＰＮトランジスタからなるスイッチング素子Ｓ
４と、これに逆並列接続されたダイオードＤ４とから構
成されている。このインバータ２４は、上記直列接続回
路Ｃ４ａの両端に直流電源１の出力電圧が印加される
と、上記第２のスイッチング回路２４ｂを構成するダイ
オードＤ４のアノードとカソードの間に、負荷Ｌに印加
する交流電圧Ｖｄを発生するものである。
【００７５】次に、出力電流検出手段３、電流センサ
９、出力電圧検出手段４、開閉スイッチ１０及びタイミ
ング検知手段７について詳しく説明する。上記出力電流
検出手段３は、上記電流センサ９のモニタ出力である駆
動電流モニタ信号Ｓcmに基づいて、リニアコンプレッサ
１００のリニアモータ８２（図７参照）に印加されるイ
ンバータ出力電流（リニアコンプレッサ駆動電流）Ｉｄ
を検出して駆動電流検出信号Ｄcdを上記開閉スイッチ１
０に出力するものである。この電流センサ９としては、
磁性体とホール素子を使用した磁気式の電流検出センサ
や、リニアコンプレッサ駆動電流に応じた電圧を発生す
るカレントトランスなどが考えられる。また、リニアコ
ンプレッサ１００の駆動電流を検出する方法としては、
上記電流供給経路に配置されたシャント抵抗に発生する
電圧から電流を算出する方法もある。
【００７６】上記出力電圧検出手段４は、インバータ２
がリニアコンプレッサ１００のリニアモータ８２（図７
参照）に供給するインバータ出力電圧（リニアコンプレ
ッサ駆動電圧）Ｖｄを検出して、駆動電圧検出信号Ｄvd
を上記開閉スイッチ１０に出力するものである。ここ
で、上記インバータ２が電圧形インバータである場合、
インバータ出力電圧Ｖｄの波形はＰＷＭ波形であるた
め、該インバータ出力電圧Ｖｄを直接測定することは困
難である。そこで、電圧形インバータの出力電圧の測定
方法としては、トランスやコンデンサと、抵抗とによっ
て作成されたローパスフィルタなどを用いて、出力電圧
に対してＰＷＭ波形の整形処理を施し、該波形整形処理
が施された出力電圧を測定する方法が考えられる。ま
た、電圧形インバータの出力電圧の測定方法としては、
上記のようなローパスフィルタを使用する方法ではな
く、インバータ２に入力される直流電圧ＶDCと、インバ
ータ制御器６から出力されるインバータ制御信号Ｓcpで
あるＰＷＭ信号のパルス幅とに基づいて、インバータ２
の出力電圧Ｖｄを算出する方法も考えられる。
【００７７】上記開閉スイッチ１０は、上記出力電流検
出手段３からの駆動電流検出信号Ｄcdが入力される第１
の入力側接点１０ａと、上記出力電圧検出手段４からの
駆動電圧検出信号Ｄvdが入力される第２の入力側接点１
０ｂと、上記駆動電流検出信号Ｄcdをピストン速度検出
手段８へ出力するための第１の出力側接点１０ｃと、上
記駆動電圧検出信号Ｄvdをピストン速度検出手段８へ出
力するための第２の出力側接点１０ｄとを有し、上記タ
イミング検知手段７からの検知出力であるスイッチ制御
信号Ｓcsに基づいて、上記第１の入力側接点１０ａと第
１の出力側接点１０ｃとの間、及び上記第２の入力側接
点１０ｃと第１の出力側接点１０ｄとの間を導通状態あ
るいは非導通状態とするものである。
【００７８】上記タイミング検知手段７は、上記電流セ
ンサ９からの駆動電流モニタ信号Ｓcmに基づいて、リニ
アコンプレッサ駆動電流Ｉｄの位相が、９０°及び２７
０°の少なくとも一方と一致する位相タイミングを検知
し、この位相タイミングにて上記開閉スイッチ１０の第
１，第２の入力側接点１０ａ，１０ｂと第１，第２の出
力側接点１０ｃ，１０ｃとを導通状態とするスイッチ制
御信号Ｓcsを該開閉スイッチ１０に出力するものであ
る。このタイミング検出器７は、インバータ出力電流
（リニアコンプレッサ駆動電流）Ｉｄが正弦波であるこ
とから、位相が９０°もしくは２７０°のとき極値をと
ることを利用し、駆動電流の位相が９０°及び２７０°
の少なくとも一方と一致する位相タイミングを、駆動電
流Ｖｄが波高値（最大振幅）をとる位相タイミングとし
て検出するものである。
【００７９】最後に、ピストン速度算出手段８について
詳しく説明する。このピストン速度算出手段８は、タイ
ミング検知器７によって検知された位相タイミングで、
出力電流検出手段３からの駆動電流検出信号Ｄcd、及び
出力電圧検出手段４からの駆動電圧検出信号Ｄvdとを受
け、該位相タイミングにおけるインバータ出力電流Ｉｄ
及びインバータ出力電圧Ｖｄの瞬時値と、リニアモータ
の推力定数とから、一定の角速度で往復運動するピスト
ンの速度の最大振幅（ピストン速度の絶対値の最大値）
を算出し、該ピストン速度の最大振幅を示すピストン速
度情報Ｉpveを出力するものである。
【００８０】続いて、上記ピストン速度算出手段８での
演算処理について、図と数式を用いて具体的に説明す
る。図３は、リニアコンプレッサがピストン運動の共振
状態で駆動されているリニアコンプレッサの共振駆動状
態を説明するための図であり、共振駆動状態にて、駆動
電流Ｉｄ、ピストン速度（往復動速度）ｖ、ピストン変
位量ｘ’、及びピストン加速度ａが変化する様子を示し
ている。ここで、上記ピストン変位量ｘ’は、図９に示
すピストン振幅中心位置Ｐavに対するピストン位置の変
位量である。
【００８１】リニアコンプレッサ１００に供給されるイ
ンバータ出力電流（リニアモータ駆動電流）Ｉｄは、ピ
ストンに加えられる力に比例するため、リニアコンプレ
ッサ１００の共振駆動状態では、リニアモータ駆動電流
Ｉｄの位相は、ピストン速度ｖの位相と等しくなる。ま
た、ピストン変位量ｘ’、及びピストン加速度ａはそれ
ぞれ、ピストン速度ｖに対する積分値、及び微分値に対
応するものであるため、リニアコンプレッサの共振駆動
状態では、ピストン変位量ｘ’は、その位相がピストン
速度ｖの位相に対して９０°遅れたものとなり、ピスト
ン加速度ａは、その位相がピストン速度ｖの位相に対し
て９０°進んだものとなる。
【００８２】また、ピストンの運動方程式としては、従
来の技術で説明したように、リニアモータの等価回路
（図８参照）からキルヒホッフの法則により導かれる
（１）式が成立するが、特に、リニアコンプレッサの共
振駆動状態におけるピストンの運動方程式としては、上
記式（１）に代えて下記の式（５）が成立する。
【数５】 簡単に説明すると、図３に示すように、リニアコンプレ
ッサ１００がピストン往復運動の共振状態で駆動されて
いる共振駆動状態では、リニアモータ駆動電流Ｉｄの位
相はピストン速度ｖの位相と等しくなる。例えば、駆動
電流Ｉｄの位相が９０°もしくは２７０°であるとき、
ピストン速度ｖの位相もまた９０°もしくは２７０°で
ある。
【００８３】つまり、このリニアコンプレッサ１００の
共振駆動状態では、タイミング検知手段７にて検知され
た位相タイミング（駆動電流Ｉｄの位相が９０°あるい
は２７０°となるタイミング）では、ピストン速度ｖは
最大値もしくは最小値、つまりピストン速度の絶対値が
最大となり、また、駆動電流Ｉｄも極大値もしくは極小
値をとる。このため、駆動電流Ｉｄの微分値はゼロとな
り、式（１）の右辺第三項の値はゼロとなる。
【００８４】従って、リニアコンプレッサが共振駆動状
態であるとき、（１）式の右辺第三項を削除して得られ
る（５）式が成立する。なお、上記（５）式における変
数Ｖ及び変数Ｉはそれぞれ、インバータ出力電圧Ｖｄの
測定値Ｖ、及びインバータ出力電流Ｉｄの測定値Ｉであ
る。この（５）式に基づいて、リニアコンプレッサの駆
動電流の位相が９０°もしくは２７０°であるタイミン
グでのインバータ出力電圧Ｖｄ（測定値Ｖ）の瞬時値Ｖ
１［Ｖ］と、このタイミングでのインバータ出力電流Ｉ
ｄ（測定値Ｉ）の瞬時値Ｉ１［Ａ］と、リニアモータを
構成する巻線の等価抵抗Ｒ［Ω］と、モータの推力定数
α［Ｎ／Ａ］とから、ピストン速度ｖの最大振幅（最大
値または最小値）ｖ０［ｍ／ｓ］が求められる。
【００８５】なお、本実施の形態１のリニアコンプレッ
サ駆動装置１０１は、該リニアコンプレッサ駆動装置１
０１を構成する各手段３〜５，７，８，及びインバータ
制御器６は、ソフトウエアにより構成したものである。
但し、これらの手段３〜５，７，８，及びインバータ制
御器６は、ハードウエアにより構成したものであっても
よい。
【００８６】また、上記実施の形態１の説明では、分り
やすくするため、リニアコンプレッサ駆動装置１０１は
ハードウエアの開閉スイッチ１０を有するものとしてい
るが、上記各手段３〜８をソフトウエアにより構成した
場合は、開閉スイッチ１０を用いずにリニアコンプレッ
サ駆動装置１０１を構成可能である。
【００８７】例えば、上記開閉スイッチ１０を用いる代
わりに、上記出力電流検出手段３及び出力電圧検出手段
４を、上記タイミング検知手段７が、リニアコンプレッ
サ駆動電流Ｉｄの位相が９０°及び２７０°の少なくと
も一方と一致する位相タイミングを検知したときのみ動
作して、上記駆動電流検出信号Ｄcd及び駆動電圧検出信
号Ｄvdをピストン速度検出手段８に出力するものとして
もよい。
【００８８】次に動作について説明する。インバータ制
御器６では、共振周波数情報出力手段５から出力される
共振周波数情報Ｉrfに基づいてパルス幅が調整されたパ
ルス信号Ｓcpが生成され、該パルス信号Ｓcpがインバー
タ制御信号としてインバータ２に供給される。ここで、
上記パルス信号Ｓcpのパルス幅は、リニアコンプレッサ
１００がピストン往復運動の共振状態で駆動されるよう
調整される。
【００８９】上記インバータ２にパルス信号Ｓcpが供給
されると、上記インバータ２では、該パルス信号Ｓcpに
基づいて、電源１から供給される直流電圧ＶDCから、周
波数が上記共振周波数Ｆｒと一致した交流電圧Ｖｄが生
成され、該交流電圧Ｖｄがリニアコンプレッサ１００の
リニアモータにその駆動電圧として印加される。
【００９０】例えば、上記インバータ２として、図２
(a)に示す電圧型フルブリッジインバータ２１が用いら
れている場合、上記インバータ制御器６からのパルス信
号Ｓcpは、インバータ２１における各スイッチング回路
２１ａ〜２１ｄを構成するＮＰＮトランジスタ（スイッ
チング素子）Ｓ１のベースに印加される。すると、該イ
ンバータ２１では、第１及び第４のスイッチング回路２
１ａ及び２１ｄのスイッチング素子Ｓ１のオンオフ動作
と、第２及び第３のスイッチング回路２１ｂ及び２１ｃ
のスイッチング素子Ｓ１のオンオフ動作とが相補的に行
われる。これにより、第１の直列接続回路Ｃ１ａの接続
ノードＮ１ａと第２の直列接続回路Ｃ１ｂの接続ノード
Ｎ１ｂとの間にインバータ出力電圧Ｉｄとしての交流電
圧が発生し、この交流電圧Ｉｄはリニアコンプレッサ１
００のリニアモータに駆動電圧として印加される。
【００９１】リニアコンプレッサ１００では、リニアモ
ータに駆動電圧Ｉｄが印加されると、ピストンの往復運
動が開始され、その後、リニアコンプレッサ１００の駆
動状態が安定したとき、該リニアコンプレッサ１００
は、一定の負荷条件の下では、ピストン往復運動が共振
状態である共振駆動状態となる。このとき、リニアコン
プレッサに供給される駆動電流Ｉｄは、電流センサ９に
よりモニタされており、該電流センサ９からは、電流モ
ニタ出力（駆動電流モニタ信号）Ｓcmが、出力電流検出
手段３及びタイミング検知手段７に出力される。
【００９２】すると、出力電流検出手段３では、電流セ
ンサ９からの電流モニタ出力Ｓcsに基づいて、インバー
タ出力電流、つまりリニアコンプレッサ１００の駆動電
流Ｉｄが検出され、検出出力（駆動電流検出信号）Ｄcd
が上記開閉スイッチ１０の第１の入力側接点１０ａに出
力される。また、出力電圧検出手段４ではインバータ出
力電圧Ｖｄが検出され、その検出出力（駆動電圧検出信
号）Ｄvdが上記開閉スイッチ１０の第２の入力側接点１
０ｂに出力される。
【００９３】上記タイミング検知手段７では、上記電流
センサ９からの電流モニタ出力Ｓcmに基づいて、駆動電
流Ｉｄの位相が９０°あるいは２７０°になる位相タイ
ミングが検出され、この位相タイミングにて上記開閉ス
イッチ１０の第１及び第２の入力側接点１０ａ及び１０
ｂと、対応する第１及び第２の出力側接点１０ｃ及び１
０ｄとを導通状態とするスイッチ制御信号Ｓcsが該開閉
スイッチ１０に出力される。
【００９４】上記開閉スイッチ１０では、上記スイッチ
制御信号Ｓcsにより、上記位相タイミングで、対応する
入力側接点と出力側接点とが導通状態となり、上記駆動
電流Ｉｄ及び駆動電圧Ｖｄの、上記位相タイミングでの
値（瞬時値）Ｉ１及びＶ１がピストン速度算出手段８に
出力される。ピストン速度算出手段８では、上記（５）
式に基づいて、上記位相タイミングでの駆動電流及び駆
動電圧の瞬時値Ｉ１及びＶ１から、ピストン速度の波高
値ｖmが算出され、該波高値を示すピストン速度情報Ｉp
veが出力される。
【００９５】このように、本実施の形態１のリニアコン
プレッサ駆動装置１０１では、リニアコンプレッサ１０
０をピストン往復運動が共振状態となる共振駆動状態で
駆動し、この運転状態でリニアコンプレッサ駆動電流Ｉ
ｄの位相が９０°もしくは２７０°となるときの駆動電
圧の瞬時値Ｖ１［Ｖ］及び駆動電流の瞬時値Ｉ１［Ａ］
を測定し、測定された駆動電圧の瞬時値Ｖ１［Ｖ］及び
駆動電流の瞬時値Ｉ１［Ａ］と、リニアモータの巻線の
等価抵抗Ｒ［Ω］及びモータの推力定数α［Ｎ／Ａ］と
を用いて、所定の関数式に基づいてピストン速度の最大
振幅ｖm［ｍ／ｓ］を求めるので、リニアコンプレッサ
駆動電流の測定値に基づいて微分演算を行ってピストン
速度を求める場合に比べて、駆動電流の測定回数を低減
することができ、最低でも、駆動電流の１周期に１度、
該駆動電流と駆動電圧を測定するだけで、ピストン速度
の最大振幅ｖｍ［ｍ／ｓ］を求めることができる。
【００９６】また、実施の形態１では、駆動電流Ｉｄの
位相が９０°もしくは２７０°であるときの駆動電流の
瞬時値Ｉ１［Ａ］及び駆動電圧の瞬時値Ｖ１［Ｖ］を用
いた四則演算によりピストン速度の最大振幅ｖmを算出
するため、ピストン速度の最大振幅の算出処理では駆動
電流の微分演算を行う必要がない。このため、微分器に
起因する計算誤差を排除して、ピストン速度の計算精度
を高めることができる。
【００９７】なお、上記実施の形態１では、タイミング
検知手段７は、インバータ出力電流（リニアコンプレッ
サ駆動電流）Ｉｄの位相が９０°及び２７０°の少なく
とも一方となる位相タイミングを検知するものとなって
いるが、タイミング検知器７は、リニアコンプレッサ１
００の駆動電流Ｉｄの変化量がゼロとなる位相タイミン
グを検出するものであってもよい。
【００９８】この場合も、タイミング検知器７は、位相
タイミングとして、駆動電流（インバータ出力電流）Ｉ
ｄの瞬時値が波高値（最大振幅）となる位相タイミング
を出力することとなる。これは、駆動電流が正弦波であ
ることから、駆動電流の位相が９０°もしくは２７０°
のとき、該駆動電流は極値となるためである。
【００９９】また、上記駆動電流（インバータ出力電
流）Ｉｄがその波高値となるタイミングを検出する方法
としては、常にインバータ出力電流の値をモニタし、そ
の値の変化の方向が変わる位相タイミング、つまり出力
電流値の変化が増加から減少に、あるいは減少から増加
に切り替わる位相タイミングを検出する方法も考えられ
る。
【０１００】さらに、上記実施の形態１では、上記タイ
ミング検知手段７は、電流センサ９のモニタ出力Ｓcmに
基づいて、インバータ２の出力電流の位相が９０°もし
くは２７０°となる位相タイミングを検出するものであ
るが、該タイミング検知手段７は、インバータ制御器６
から出力されるインバータ２の制御信号であるパルス信
号Ｓcpに基づいて、インバータ２の出力電流Ｉｄの位相
が９０°もしくは２７０°となる位相タイミングを検出
するものであってもよい。
【０１０１】但しこの場合、インバータ制御器６から出
力されるインバータ２の制御信号（パルス信号）Ｓcpか
ら理論的に決定されるインバータ出力電流の位相は、実
際にインバータ２から出力されている出力電流Ｉｄの位
相に対して、制御誤差に相当する分だけずれている可能
性がある。
【０１０２】そこで、インバータ制御器６からのインバ
ータ制御信号Ｓcpに基づく理想的なインバータ出力電流
の位相と、実際にインバータ２から出力されている出力
電流Ｉｄの位相との誤差を検出し、該検出された位相誤
差に基づいて、インバータ制御器６からのインバータ制
御信号Ｓcpの位相を補正する方法が考えられる。ここ
で、位相誤差を検出する具体的な方法としては、実際に
インバータ２から出力されている出力電流Ｉｄのゼロク
ロス点の位相タイミングを測定し、その位相タイミング
と、インバータ制御器６からのインバータ制御信号Ｓcp
の位相が０°もしくは１８０°となる位相タイミングと
の誤差を計測する方法が考えられる。
【０１０３】また、上記実施の形態１では、ピストン速
度算出手段８での演算処理に使用するリニアモータの内
部抵抗値Ｒは、あらかじめ測定した既定値としている
が、上記内部抵抗値Ｒは、温度補正処理を施したもので
あってもよい。
【０１０４】簡単に説明すると、実際にはリニアモータ
の温度が上昇するにつれて、リニアモータの内部抵抗値
Ｒが増加する。そこで、リニアモータの温度を測定し、
予め測定した内部抵抗値を温度補正した値を、上記ピス
トン速度算出処理にて用いることにより、ピストン速度
の波高値としてより正確な値を得ることができる。
【０１０５】ここで、この内部抵抗値を温度補正する具
体的な方法としては、リニアモータの巻線として使用す
る導体の温度とその抵抗値との関係を示すテーブルを用
いる方法や、内部抵抗値を温度補正するための計算式を
用いる方法が考えられる。例えば、リニアモータの巻線
が、一般に使用される銅線である場合、２０℃で測定さ
れた抵抗値Ｒ２０に対して、ｔ℃のときの抵抗値Ｒｔ
は、下記の（６）式により、求めることができる。
【数６】 また、上記実施の形態１では、ピストン速度算出手段８
での演算処理に使用するリニアモータの推力定数は、あ
らかじめ測定した既定値としているが、上記推力定数
は、リニアコンプレッサの運転状態に応じて補正処理を
施したものであってもよい。例えば、上記推力定数は、
リニアモータの温度に応じた補正処理を施したものであ
ってもよい。つまり、実際にはリニアモータの温度が上
昇するにつれて、推力定数は減少する。これは、リニア
モータに使用されている磁性体の磁束密度が温度上昇に
よって減少するからである。そこで、リニアモータの温
度を測定し、予め測定した推力定数を温度補正した値
を、上記ピストン速度算出処理にて用いることにより、
ピストン速度の波高値としてより正確な値を得ることが
できる。ここで、上記推力定数を温度補正する具体的な
方法としては、使用する磁性体の温度と磁束密度の関係
を示すテーブルを用いる方法が考えられる。
【０１０６】また、上記推力定数は、リニアモータの運
転速度（角速度）に応じた補正処理を施したものであっ
てもよい。つまり、実際にはリニアモータの推力定数
は、リニアモータの運転速度（角速度）が上昇するにつ
れて減少する。そこで、ピストン速度の演算処理を繰り
返し行うピストン速度算出手段８は、繰り返される個々
の演算処理では、前回のピストン速度の算出処理により
求められたピストン速度に基づいて、上記リニアモータ
の推力定数を補正し、該補正された推力定数を用いてピ
ストン速度の算出を行うものであってもよい。ここで、
上記推力定数の具体的な補正方法としては、実験値から
求められたモータの運転速度と推力定数の関係を示すテ
ーブルを用いて、リニアモータの推力定数を補正する方
法が考えられる。
【０１０７】（実施の形態２）図４は本発明の実施の形
態２によるリニアコンプレッサ駆動装置を説明するため
のブロック図である。この実施の形態２のリニアコンプ
レッサ駆動装置１０２は、実施の形態１のリニアコンプ
レッサ駆動装置１０１において、上記ピストン速度算出
手段８により求められたピストン速度の波高値ｖ０、及
び上記インバータ制御器６により決定されるインバータ
駆動周波数Ｆｄに基づいて、ピストン往復運動のストロ
ークを算出し、該ピストンストロークを示すピストンス
トローク情報Ｉpstを出力するピストンストローク算出
手段４１を備えたものである。この実施の形態２のイン
バータ制御器６は、上記共振周波数情報Ｉrfに基づいて
インバータ２をスイッチングするＰＷＭ信号Ｓcpのパル
ス幅を調整し、該パルス幅の調整されたＰＷＭ信号Ｓcp
をインバータ駆動制御信号として出力するとともに、該
ＰＷＭ信号Ｓcpのパルス幅により決まる上記インバータ
２の出力電圧及び出力電圧の周波数を上記インバータ駆
動周波数Ｆｄとして示す情報（インバータ駆動周波数情
報）Ｉdfを、上記ピストンストローク算出手段４１に出
力するものである。なお、上記インバータ駆動周波数Ｆ
ｄは理想的には共振周波数情報Ｆｒと一致したものとな
る。またここでは、上記ピストンストローク算出手段４
１はソフトウエアにより構成したものである。但し、こ
のピストンストローク算出手段４１は、ハードウエアに
より構成したものであってもよい。
【０１０８】次に動作について説明する。この実施の形
態２のリニアコンプレッサ駆動装置１０２における、上
記インバータ制御器６及びピストンストローク算出手段
４１以外の部分の動作は、上記実施の形態１のリニアコ
ンプレッサ駆動装置１０１におけるものと同一であるた
め、以下では、主に上記インバータ制御器６及びピスト
ンストローク算出手段４１の動作について説明する。
【０１０９】リニアコンプレッサ１００内で往復運動す
るピストン７２の位置は、ピストン７２が圧縮される冷
媒ガスの圧力を受けることから、時間を変数とする正弦
波関数により表される。従って、ピストン往復運動の角
速度をω［ｒａｄ／ｓｅｃ］、ピストンの変位の最大振
幅をｘm［ｍ］、ピストン振幅中心位置Ｐav（図９参
照）を基準としたピストン変位量（時間ｔにてピストン
が位置する地点とピストン振動中心位置との距離）をｘ
(t)［ｍ］とすると、ピストン変位量ｘ(t)は、時間ｔ
［ｓｅｃ］を変数として、下記の（７）式により表され
る。
【数７】 また、ピストン速度も、時間を変数とする正弦波関数に
より表される。従って、前記ピストン変位量と同様に、
ピストン往復運動の角速度をω［ｒａｄ／ｓｅｃ］、ピ
ストン速度の最大振幅をｖm［ｍ／ｓ］、ピストン瞬時
速度（時間ｔにおけるピストンの速度）をｖ(t)［ｍ／
ｓ］とすると、ピストン瞬時速度ｖ(t)は、時間ｔ［ｓ
ｅｃ］を変数とする正弦波関数により、下記の（８）式
により表される。
【数８】 また、ピストン変位量ｘ(t)は、ピストン速度ｖ(t)の積
分値であることから、時間を変数としてピストン変位量
を表す関数式として、上記（８）式より下記の（９）式
が導かれる。
【数９】 そして、（７）式と（９）式とからピストン変位量ｘ
(t)を消去すると、ピストン変位量の最大振幅ｘmは、ピ
ストン速度の最大振幅ｖmにより、ｘm＝−ｖm／ωと表
せる。従って、ピストン変位量の最大振幅ｘm［ｍ］
は、ピストン速度の最大振幅ｖm［ｍ／ｓ］を、動作角
速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］により除算することによって
求めることができる。
【０１１０】つまり、インバータ制御器６では、上記共
振周波数情報Ｉrfに基づいてインバータ２をスイッチン
グするＰＷＭ信号Ｓcpのパルス幅が調整され、該パルス
幅の調整されたＰＷＭ信号Ｓcpがインバータ駆動制御信
号としてインバータ２に出力されるとともに、該ＰＷＭ
信号Ｓcpのパルス幅により決まる上記インバータ２の出
力電圧及び出力電圧の周波数を上記インバータ駆動周波
数Ｆｄとして示す情報（インバータ駆動周波数情報）Ｉ
dfが、上記ピストンストローク算出手段４１に出力され
る。
【０１１１】すると、ピストンストローク算出手段４１
では、ピストン速度算出手段８からのピストン速度情報
Ｉpve及びインバータ制御器６から出力されるインバー
タ駆動周波数情報Ｉdfを受け、ピストン速度情報Ｉpve
が示すピストン速度の最大振幅ｖm［ｍ／ｓ］を、ピス
トン往復運動の角速度ω［rad/sec］により除算する演
算処理が行われる。これによりピストン変位量の最大振
幅ｘm［ｍ］が算出される。なお、ここで、ピストン往
復運動の角速度ω［rad/sec］は、上記インバータ駆動
周波数情報Ｉdfが示すインバータ２の出力電圧及び出力
電圧の周波数Ｆｄ［Ｈｚ］に２πを乗ずることにより得
られる。
【０１１２】そして、該算出手段４１からは、上記演算
処理により得られたピストン変位量の最大振幅ｘm
［ｍ］を示す情報として、ピストン往復運動におけるピ
ストンストローク（該振幅最大値ｘmの２倍）を示すピ
ストンストローク情報Ｉpstが出力される。
【０１１３】このように本実施の形態２のリニアコンプ
レッサ駆動装置１０２では、実施の形態１のリニアコン
プレッサ駆動装置１０１において、上記ピストン速度算
出手段８により求められたピストン速度の波高値ｖm、
及びリニアコンプレッサの共振周波数Ｆｒから決定され
るインバータ駆動周波数Ｆｄに基づいて、ピストンスト
ロークを算出するピストンストローク算出手段４１を備
えたので、このピストンストロークに基づいて、リニア
コンプレッサにおけるピストンとシリンダヘッドとの衝
突の危険度を判定することができる。
【０１１４】なお、上記実施の形態２では、リニアコン
プレッサ駆動装置１０２として、実施の形態１のリニア
コンプレッサ駆動装置１０１において、ピストンストロ
ークを算出する手段４１を備えたものを示したが、リニ
アコンプレッサ駆動装置は、実施の形態２のリニアコン
プレッサ駆動装置１０２において、さらにピストンの下
死点位置Ｐbd（図９参照）を示す情報として、シリンダ
ヘッド位置Ｐshからピストン下死点位置Ｐbdまでの距離
（つまり図９に示す第３の座標系Ｘ”での変位量ｘb
d”）の情報を出力する下死点位置情報出力手段と、上
記ピストンストローク情報及び上記下死点位置情報に基
づいて四則演算を行う演算手段とを備えたものであって
もよい。
【０１１５】この場合、上記演算手段により、上記ピス
トンストローク情報が示すストローク値の半分の値（Ｌ
ps／２）を、上記下死点位置情報が示す値ｘbd”（図９
参照）から減算することにより、ピストン振幅中心位置
Ｐavを示す第３の座標系Ｘ”におけるピストン変位量ｘ
av”（図９参照）を算出することができる。さらに、こ
の場合、リニアコンプレッサを、ピストン振動中心位置
が、リニアモータの最大効率を達成することができる位
置に一致するよう制御することにより、リニアコンプレ
ッサ駆動効率のさらなる向上を図ることができる。
【０１１６】また、上記演算手段により、上記下死点位
置情報が示す値ｘbd”（図９参照）から、ピストンスト
ローク情報が示すピストンストローク値（Ｌps）そのも
のを減ずることにより、ピストン上死点位置Ｐtdを示す
第３の座標系Ｘ”におけるピストン変位量ｘtd”（図９
参照）を算出することができる。この変位量ｘtd”は、
シリンダヘッドからピストン上死点位置までの距離であ
るため、該変位量からピストンとシリンダヘッドの衝突
の可能性を判定することができ、ピストンとシリンダヘ
ッドとの衝突を回避するのに役立てることができる。
【０１１７】ここで、上記下死点位置情報出力手段の具
体的構成としては、例えば、ピストンに設定されている
規定の測定点が最もシリンダヘッドから遠ざかったとき
の位置をピストン下死点位置として測定し、該測定値
を、シリンダヘッド位置Ｐshからピストン下死点位置Ｐ
bdまでの距離を示す情報として出力する下死点位置セン
サを用いてもよい。また、この下死点位置センサは、ピ
ストン下死点位置のみ検知可能な測定レンジ幅の狭い短
いレンジの位置センサや、ピストンの測定点が所定位置
を超えてシリンダヘッドから遠ざかったかどうかを検知
るような簡易的な位置センサでもよい。
【０１１８】さらに、上記下死点位置情報出力手段は、
上記インバータ制御器により決定される上記インバータ
の出力電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度
算出手段により算出されたピストン速度の最大振幅とに
基づいて、シリンダヘッド位置Ｐshを基準として上記ピ
ストン往復運動におけるピストン下死点位置を示す下死
点位置情報を出力するものであってもよい。
【０１１９】またさらに、上記下死点位置情報出力手段
は、上記インバータ制御器により決定される上記インバ
ータの出力電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン
速度算出手段により算出されたピストン速度の最大振幅
と、上記リニアコンプレッサにおける、上記ピストン往
復運動を行う可動部の重量と、上記弾性部材のバネ定数
とから、上記下死点位置情報として、上記ピストンの中
立位置を基準として上記ピストン下死点位置を示す位置
情報を算出するものであってもよい。この場合の下死点
位置情報出力手段の具体的構成については、以下の実施
の形態３における下死点位置算出手段５１（図５参照）
として説明する。
【０１２０】また、上記リニアコンプレッサ駆動装置
は、実施の形態２のリニアコンプレッサ駆動装置１０２
において、さらにピストンの上死点位置Ｐtd（図９参
照）を示す情報として、シリンダヘッド位置Ｐshからピ
ストン上死点位置Ｐtdまでの距離（図９に示す第３の座
標系Ｘ”での変位量ｘtd”）の情報を出力する上死点位
置情報出力手段と、上記ピストンストローク情報及び上
記上死点位置情報に基づいて四則演算を行う演算手段と
を備えたものであってもよい。
【０１２１】この場合、上記演算手段により、上記ピス
トンストローク情報が示すストローク値の半分の値（Ｌ
ps／２）を、上死点位置情報が示す値ｘtd”（図９参
照）に加算することにより、ピストン振動中心位置Ｐav
を示す第３の座標系Ｘ”における変位量ｘav”（図９参
照）を算出することができる。
【０１２２】また、上記演算手段により、上記上死点位
置情報が示す値ｘtd”（図９参照）に、上記ピストンス
トローク情報が示すピストンストローク値（Ｌps）を加
えることにより、ピストン下死点位置Ｐbdを示す第３の
座標系Ｘ”における変位量ｘpd”（図９参照）を算出す
ることができる。この変位量ｘbd”は、シリンダヘッド
位置Ｐshからピストン下死点位置Ｐbdまでの距離である
ため、該変位量ｘbd”は、該共振バネが破壊限界以上に
変形されないようにするリニアコンプレッサの駆動制御
に役立てることができる。
【０１２３】ここで、上記上死点位置情報出力手段の具
体的構成としては、例えば、ピストンに設定されている
規定の測定点が最もシリンダヘッドに近づいたときの位
置をピストン上死点位置として測定し、該測定値を、シ
リンダヘッド位置Ｐshからピストン上死点位置Ｐtdまで
の距離を示す情報として出力する上死点位置センサを用
いてもよい。また、この上死点位置センサは、ピストン
上死点位置のみ検知可能な測定レンジ幅の狭い短いレン
ジの位置センサや、ピストンの測定点が所定位置を超え
てシリンダヘッドに近づいたかどうかを検知るような簡
易的な位置センサでもよい。
【０１２４】さらに、上記リニアコンプレッサ駆動装置
は、実施の形態２のリニアコンプレッサ駆動装置１０２
において、ピストン振幅中心位置Ｐav（図９参照）を示
す情報として、シリンダヘッド位置Ｐshからピストン振
幅中心位置Ｐavまでの距離（図９に示す第３の座標系
Ｘ”での変位量ｘav”）を出力する振幅中心位置情報算
出手段と、上記ピストンストローク情報及び上記振幅中
心位置情報に基づいて四則演算を行う演算手段とを備え
たものであってもよい。
【０１２５】この場合、上記演算手段により、上記ピス
トンストローク情報が示すストローク値の半分の値（Ｌ
ps／２）を、上記振幅中心位置情報が示す値ｘav”（図
９参照）に加えることにより、ピストン下死点位置Ｐbd
を示す第３の座標系Ｘ”における変位量ｘpd”（図９参
照）を算出することができる。また、逆に、上記演算手
段により、振幅中心位置情報が示す値ｘav”（図９参
照）から上記ピストンストローク情報が示すストローク
値の半分の値（Ｌps／２）を減算することにより、ピス
トン上死点位置Ｐtdを示す第３の座標系Ｘ”における変
位量ｘtd”（図９参照）を算出することができる。
【０１２６】なお、上記振幅中心位置を示す情報（シリ
ンダヘッド位置Ｐshからピストン振幅中心位置Ｐavまで
の距離）を算出する手法としては、リニアコンプレッサ
の吐出圧力と吸入圧力の圧力差と、ピストンのボア断面
積とから、ピストンにかかるガス圧による力を計算し、
ピストン振幅中心位置を計算する方法もある。また、上
記圧力差を用いる振幅中心位置情報の算出手法では、こ
の圧力差だけでなく、リニアコンプレッサの運転周波数
ωを加味して、ピストンにかかるガス圧による力を計算
することにより、ピストン振幅中心位置情報としての距
離情報をさらに精度良く計算することができる。
【０１２７】また、上記実施の形態２では、ピストン速
度算出手段での演算処理に使用するリニアモータの推力
定数は、あらかじめ測定した既定値としているが、上記
推力定数は、ピストン振幅中心位置に応じて補正処理を
施したものであってもよい。つまり、実際にはリニアモ
ータの巻線とマグネットとの間の磁束密度は、リニアモ
ータの巻線とマグネットとの位置関係によって増減す
る。これは、リニアモータに印加される電流によって生
じる磁界がマグネットの磁界を増減するからである。
【０１２８】そこで、上記振幅中心位置情報算出手段
は、繰り返し行われる個々の振幅中心位置情報の算出処
理では、上記推力定数の値を、該前回の算出処理により
算出された振幅中心位置情報に基づいて補正し、補正し
た推力定数に基づいて、上記振幅中心位置情報を算出す
るものであってもよい。
【０１２９】また、上記ピストンストローク算出手段８
を、上記ピストン速度の最大振幅に基づいて上記ピスト
ンストローク情報を算出する算出処理を繰り返し行い、
該繰り返される個々の算出処理では、上記リニアモータ
の、該ピストン位置の変化によりその値が変動する推力
定数の値を、該前回の算出処理により算出されたピスト
ンストローク情報に基づいて補正し、補正した推力定数
に基づいて、上記ピストンストローク情報を算出するも
のとしてもよい。この場合、ピストンストロークとして
より正確な値を算出することができる。
【０１３０】（実施の形態３）図５は本発明の実施の形
態３によるリニアコンプレッサ駆動装置を説明するため
のブロック図である。また、図１０は、ピストン位置を
ピストン中立位置を基準として示す座標系Ｙ”を、ピス
トン位置をシリンダヘッダ位置Ｐshを基準として示す座
標系Ｘ”（図９の第３の座標系）と対比させて示してい
る。
【０１３１】この実施の形態３のリニアコンプレッサ駆
動装置１０３は、上記実施の形態１のリニアコンプレッ
サ駆動装置１０１において、上記ピストン速度算出手段
８により求められたピストン速度の波高値ｖm、及び上
記インバータ制御器６により決定されるインバータ駆動
周波数Ｆｄに基づいて、ピストン中立位置Ｐavとピスト
ン下死点位置Ｐbdとの間の距離情報として、ピストン中
立位置Ｐavを基準とするピストン下死点位置Ｐbdの変位
量ｙbd”（図１０参照）を算出し、この距離情報をピス
トン下死点位置情報Ｉbdcとして出力する下死点位置算
出手段５１を備えたものである。ここで、上記ピストン
中立位置Ｐavは、支持バネが変形していないときのピス
トン７２の、ピストン軸線上での位置である。また、こ
の実施の形態３のインバータ制御器６は、上記共振周波
数情報Ｉrfに基づいてインバータ２をスイッチングする
ＰＷＭ信号Ｓcpのパルス幅を調整し、該パルス幅の調整
されたＰＷＭ信号Ｓcpをインバータ駆動制御信号として
インバータ２に出力するとともに、該ＰＷＭ信号Ｓcpの
パルス幅により決まる上記インバータ２の出力電圧及び
出力電圧の周波数を上記インバータ駆動周波数Ｆｄとし
て示す情報（インバータ駆動周波数情報）Ｉdfを、上記
下死点位置算出手段５１に出力するものである。
【０１３２】なお、上記インバータ駆動周波数Ｆｄは理
想的には共振周波数情報Ｆｒと一致したものとなる。ま
たここでは、上記下死点位置算出手段５１はソフトウエ
アにより構成したものである。但し、この下死点位置算
出手段５１は、ハードウエアにより構成したものであっ
てもよい。
【０１３３】次に動作について説明する。この実施の形
態３のリニアコンプレッサ駆動装置１０３における、上
記インバータ制御器６及び下死点位置算出手段５１以外
の部分の動作は、実施の形態１のリニアコンプレッサ駆
動装置１０１におけるものと同一であるため、以下で
は、主に上記インバータ制御器６及び下死点位置算出手
段５１の動作について説明する。
【０１３４】上記リニアコンプレッサ１０３のリニアモ
ータによるピストンの往復運動についての運動方程式と
して、下記の（１０）式が成立する。
【数１０】 （１０）式において、ｍは往復運動している可動部材の
全質量［ｋｇ］であり、ａは該往復運動している可動部
材の瞬時加速度［m/s/s］である。また、ｋはリニアコ
ンプレッサに組み込まれている支持バネのバネ定数［Ｎ
／ｍ］、ｙ”はバネが変形していない状態での可動部材
の位置（ピストン中立位置）Ｐiniに対する可動部材の
変位量［ｍ］、αはリニアモータの推力定数［Ｎ／
Ａ］、Ｉはリニアモータに印加する駆動電流の測定値
［Ａ］、βはピストンボアの断面積［ｍ・ｍ］、Ｐ(t)
は圧縮室内部の圧力［Ｐａ］、Ｐｓはピストン背面側の
ガス圧力（吸入圧）［Ｐａ］である。
【０１３５】リニアコンプレッサ１０３がピストン往復
運動の共振状態で駆動されているときには、ピストンが
下死点位置にきたとき、圧縮室内部の圧力は吸入圧に等
しくなるので、この時点では、ピストン運動を表す運動
方程式（（１０）式）における右辺第２項はゼロとな
る。また、図３に示すように、下死点位置、つまりピス
トン変位量が最大となるとき、加速度も最大となり、リ
ニアモータの駆動電流Ｉｄはゼロとなる。
【０１３６】従って、（１０）式の左辺第１項の加速度
ａは加速度最大値（ａ＝ａm）、その左辺第２項の変数
ｙ”は下死点位置の変位量（ｙ”＝ｙbd”）、その右辺
第１項及び右辺第２項はゼロ（Ｉ＝０）となり、（１
０）式に代わって、（１１）式が成立する。
【数１１】 （１１）式において、ａmはピストン加速度の最大値［m
/s/s］、ｙbd”はピストン中立位置Ｐiniを基準として
表される下死点位置の変位量［ｍ］である。従って、ピ
ストン加速度の最大値ａm［m/s/s］が求まれば、（１
１）式により、下死点位置を示す変位量ｙbd”（図１０
参照）［ｍ］は求めることができる。
【０１３７】次に、ピストン加速度の最大値ａm［m/s/
s］の求め方について説明する。ピストン加速度ａは、
上記実施の形態２で説明したピストン変位量ｘ(t)及び
ピストン速度ｖ(t)と同様、時間ｔを変数とする正弦波
関数により表される。具体的には、ピストン運動の角速
度をω［rad/sec］、ピストン加速度の振幅最大値をａm
［m/s/s］、ピストン加速度の瞬時値をａ(t)［m/s/s］
とすると、加速度は速度の微分値であることから、ピス
トン加速度は時間ｔ［sec］を変数として（１２）式に
より表される。
【０１３８】
【数１２】 （１２）式から、ａm＝ｖm×ωという関係が成り立つこ
とは明らかであるので、ピストン加速度の最大値ａm［m
/s/s］はピストン速度の振幅最大値ｖm［m/s］とピスト
ン運動の角速度ω［rad/sec］の積によって求められ
る。
【０１３９】本実施の形態３のインバータ制御器６で
は、上記共振周波数情報Ｉrfに基づいてインバータ２を
スイッチングするＰＷＭ信号Ｓcpのパルス幅が調整さ
れ、該パルス幅の調整されたＰＷＭ信号Ｓcpがインバー
タ駆動制御信号としてインバータ２に出力されるととも
に、該ＰＷＭ信号Ｓcpのパルス幅により決まる上記イン
バータ２の出力電圧及び出力電圧の周波数を上記インバ
ータ駆動周波数Ｆｄとして示す情報（インバータ駆動周
波数情報）Ｉdfが、上記下死点位置算出手段５１に出力
される。
【０１４０】すると、本実施の形態３のリニアコンプレ
ッサ駆動装置１０３における下死点位置算出手段５１で
は、ピストン速度算出手段８から出力されるピストン速
度情報Ｉpve及びインバータ制御器６から出力されるイ
ンバータ駆動周波数情報Ｉdfを受け、ピストン速度情報
Ｉpveが示すピストン速度の最大振幅ｖm［ｍ／ｓ］と、
動作角速度ω［rad/sec］（インバータ駆動周波数情報
Ｉdfが示すインバータ駆動周波数Ｆｄ［Ｈｚ］に２πを
乗じて得られる値）との乗算処理が行われ、該乗算処理
により加速度の最大振幅ａm［m/s/s］が算出される。さ
らに、上記下死点位置算出手段５１では、その加速度の
最大振幅ａm［m/s/s］と可動部材の全質量ｍ［ｋｇ］と
の乗算処理、及び該乗算処理により得られる値を、リニ
アコンプレッサ１００の支持バネのバネ定数ｋ［Ｎ／
ｍ］によって除算する除算処理が行われ、該除算処理に
より下死点位置Ｐbdを示す変位量ｙbd”（図１０参照）
［ｍ］が求められる。そして、下死点位置算出手段５１
からは、該変位量ｙbd”［ｍ］を示す情報が下死点位置
情報Ｉbdcとして出力される。
【０１４１】このように本実施の形態３のリニアコンプ
レッサ駆動装置１０３では、ピストン速度算出手段８で
得られたピストン速度の最大振幅ｖm［m/s］と、リニア
コンプレッサの共振周波数Ｆｒから決定されるインバー
タ駆動周波数Ｆｄとに基づいて、ピストン下死点位置Ｐ
bdを示すピストン変位量として、ピストン中立位置Ｐin
iとピストン下死点位置Ｐbdとの距離を示す値ｙbd”
［ｍ］を算出する下死点位置算出手段５１を備えたの
で、ピストン下死点位置情報により共振バネのたわみ量
を把握することができる。この共振バネのたわみ量は、
該共振バネが破壊限界以上に変形されないようにするリ
ニアコンプレッサの駆動制御に役立てることができるも
のである。
【０１４２】（実施の形態４）図６は本発明の実施の形
態４によるリニアコンプレッサ駆動装置を説明するため
のブロック図である。この実施の形態４のリニアコンプ
レッサ駆動装置１０４は、上記実施の形態１のリニアコ
ンプレッサ１０１と同様、電源１、インバータ２、電流
センサ９、出力電流検出手段３、共振周波数情報出力手
段５、インバータ制御器６、及びタイミング検知手段７
を有するとともに、出力電流検出手段３の検知出力（駆
動電流検知信号）Ｄcdに基づいて、ピストン往復運動の
中心位置（ピストン振幅中心位置）Ｐavを示す情報とし
て、上記ピストン中立位置Ｐiniに対するピストン振幅
中心位置Ｐav（図１０参照）の変位量ｙav”を算出する
中心位置算出手段６１と、上記中心位置算出手段６１へ
の上記駆動電流検知信号Ｄcdの供給及び供給停止を、上
記タイミング検知手段７から出力されるスイッチ制御信
号Ｓcsに基づいて制御する開閉スイッチ１１とを有して
いる。
【０１４３】ここで上記開閉スイッチ１１は、上記出力
電流検出手段３からの駆動電流検出信号Ｄcdが入力され
る入力側接点１１ａと、上記駆動電流検出信号Ｄcdを中
心位置算出手段６１へ出力するための出力側接点１１ｂ
とを有し、上記タイミング検知手段７からの検知出力で
あるスイッチ制御信号Ｓcsに基づいて、上記入力側接点
１１ａと出力側接点１１ｂとの間を導通状態あるいは非
導通状態とするものである。
【０１４４】なお、この実施の形態４では、上記中心位
置算出手段６１はソフトウエアにより実現したものであ
る。但し、この中心位置算出手段６１は、ハードウエア
により構成したものであってもよい。
【０１４５】次に動作について説明する。この実施の形
態４では、上記実施の形態１と同様に、リニアコンプレ
ッサ１００では、インバータ２からの交流電圧Ｖｄの印
加によりリニアモータが駆動してピストンの往復運動が
行われる。また、上記リニアコンプレッサに印加される
交流電流Ｖｄの周波数は、ピストン往復運動の共振周波
数Ｆｒと一致しているため、リニアコンプレッサ１００
の運転は、ピストン往復運動の共振状態で行われる。
【０１４６】このとき、出力電流検出手段３では、電流
センサ９からの電流モニタ出力Ｓcmに基づいて、インバ
ータ出力電流、つまりリニアコンプレッサ１００の駆動
電流Ｉｄが検出され、検出出力（駆動電流検出信号）Ｄ
cdが上記開閉スイッチ１１の入力側接点１１ａに出力さ
れる。
【０１４７】また、上記タイミング検知手段７では、上
記電流センサ９からの電流モニタ出力Ｓcmに基づいて、
インバータ駆動電流Ｉｄの位相が、９０°及び２７０°
の少なくとも一方の位相となる位相タイミングが検出さ
れ、この位相タイミングにて上記開閉スイッチ１１の入
力側接点１１ａと出力側接点１１ｂとを導通状態とする
スイッチ制御信号Ｓcsが該開閉スイッチ１１に出力され
る。
【０１４８】上記開閉スイッチ１１では、上記スイッチ
制御信号Ｓcsにより、上記位相タイミングで、対応する
入力側接点と出力側接点とが導通状態となり、上記駆動
電流Ｉｄの、上記位相タイミングでの値（瞬時値）Ｉ１
が上記中心位置算出手段６１に出力される。
【０１４９】すると、中心位置算出手段６１では、上記
位相タイミングでの駆動電流の瞬時値Ｉｍに基づいて、
下記の（１３）式から、ピストン中立位置Ｐiniを基準
としするピストン振幅中心位置Ｐavの変位量ｙav”
［ｍ］が算出され、該変位量ｙav”を示す情報が振幅中
心位置情報Ｉavとして出力される。つまり、上記実施の
形態３で説明したように、リニアコンプレッサ１００の
リニアモータによるピストン往復運動については、運動
方程式として上記（１０）式が成立する。
【０１５０】このようなピストン往復運動における、リ
ニアコンプレッサに入力する駆動電流の位相が、９０°
及び２７０°の少なくとも一方の位相となる位相タイミ
ングでは、ピストン加速度ａ［m/s/s］はゼロ、ピスト
ン中立位置Ｐiniを基準とするピストン位置Ｐの変位量
ｙ”［ｍ］は、ピストン中立位置Ｐiniを基準とするピ
ストン振幅中心位置Ｐavの変位量ｙav”と一致すること
となり、また駆動電流Ｉ［Ａ］は最大値Ｉmとなる。
【０１５１】この実施の形態４では、リニアコンプレッ
サ１００は、上記位相タイミングでリニアコンプレッサ
１００の吸入弁が開き、圧縮室内部の圧力Ｐ(t)［Ｐ
ａ］が吸入圧Ｐｓ［Ｐａ］と等しくなるよう設計されて
いるため、上記（１０）式に代えて次式（１３）が成立
することとなる。
【数１３】 この式（１３）より、ピストン振幅中心位置Ｐavの変位
量ｙav”［ｍ］は、リニアコンプレッサの入力電流の最
大振幅Ｉm［Ａ］とリニアモータの推力定数α［Ｎ／
Ａ］の積を、リニアコンプレッサの支持バネのバネ定数
ｋ［Ｎ／ｍ］によって除算する演算処理により求められ
る。
【０１５２】このように本実施の形態のリニアコンプレ
ッサ駆動装置１０４では、実施の形態１のリニアコンプ
レッサ駆動装置１０１における出力電圧検出手段４及び
ピストン速度検出手段８に代えて、リニアコンプレッサ
の駆動電流Ｉｄの位相が９０°及び２７０°の少なくと
も一方の位相となる位相タイミングにおける駆動電流の
瞬時値Ｉm［Ａ］に基づいて、ピストン振幅中心位置を
示す変位量ｙav”を算出する中心位置算出手段６１を備
えたので、ピストン中立位置Ｐiniに対するピストン往
復運動の中心位置Ｐavの変位量ｙav”を、乗算及び除算
のみの簡単な演算処理により精度よく求めることがで
き、ピストン往復運動の中心位置Ｐavの検出を簡単にか
つ高精度で行うことができる。
【０１５３】なお、上記実施の形態４では、リニアコン
プレッサ駆動装置１０４として、インバータ駆動電流Ｉ
ｄの位相が、９０°及び２７０°の少なくとも一方の位
相となる位相タイミングにて、インバータ駆動電流Ｉｄ
の瞬時値Ｉｍを検出し、この瞬時値Ｉｍに基づいてピス
トン振幅中心位置情報を算出するものを示したが、リニ
アコンプレッサ駆動装置１０４は、上記インバータ駆動
電流Ｉｄの瞬時値Ｉｍと、リニアコンプレッサが吐出す
る冷媒ガスの圧力及びリニアコンプレッサが吸入する冷
媒ガスの圧力とに基づいて、ピストン振幅中心位置情報
を算出するものであってもよい。
【０１５４】この場合、リニアコンプレッサ駆動装置
は、実施の形態４のリニアコンプレッサ駆動装置におい
て、上記リニアコンプレッサが吐出する冷媒ガスの圧力
を検知する吐出圧力検知手段と、上記リニアコンプレッ
サが吸入する冷媒ガスの圧力を検知する吸入圧力検知手
段とを備え、上記中心位置情報算出手段を、上記吐出圧
力と上記吸入圧力の圧力差に基づいて上記冷媒ガスから
上記ピストンに作用する、上記ピストン往復運動の方向
における作用力を算出し、該算出された作用力に基づい
て、上記中心位置情報として、上記圧力差がゼロとなる
ピストン位置を基準として上記ピストン中心位置を示す
位置情報を算出するものとなる。
【０１５５】また、上記中心位置情報算出手段は、上記
吐出圧力と上記吸入圧力の圧力差と、上記共振周波数情
報出力手段５から出力される共振周波数情報が示す共振
周波数とに基づいて、冷媒ガスからピストンに作用す
る、上記ピストン往復運動方向における作用力を算出
し、該算出された作用力から、上記中心位置情報とし
て、上記圧力差がゼロとなるピストン位置を基準として
上記ピストン中心位置を示す位置情報を算出するものと
してもよい。
【０１５６】
【発明の効果】以上のようにこの発明（請求項１）に係
るリニアコンプレッサの駆動装置によれば、ピストン及
びピストンを往復運動させるリニアモータを有し、該ピ
ストンの往復運動により圧縮ガスを生成するリニアコン
プレッサを、該リニアモータに交流電圧を印加して駆動
するリニアコンプレッサ駆動装置であって、上記リニア
モータに交流電圧及び交流電流を出力するインバータ
と、上記ピストン往復運動の共振周波数を示す共振周波
数情報を出力する共振周波数情報出力手段と、上記イン
バータの出力電圧を検出して電圧検出信号を出力する電
圧検出手段と、上記インバータの出力電流を検出して電
流検出信号を出力する電流検出手段と、上記共振周波数
情報に基づいて、上記インバータを、その出力電圧及び
出力電流としてそれぞれ、周波数が上記ピストン往復運
動の共振周波数と一致した正弦波状電圧及び正弦波状電
流を出力するよう制御するインバータ制御器と、上記イ
ンバータの出力電流の微分値がゼロとなる位相タイミン
グを特定位相タイミングとして検知するタイミング検知
手段と、上記電圧検出信号及び上記電流検出信号を受
け、上記特定位相タイミングにおける、上記インバータ
の出力電圧及び出力電流のそれぞれ瞬時値に基づいて、
上記ピストン往復運動におけるピストン速度の最大振幅
を算出するピストン速度算出手段とを備えたので、リニ
アコンプレッサの駆動電流及び駆動電圧に基づいて、積
分演算や微分演算といった複雑な計算を用いずに、ピス
トンの変位を容易にかつ精度よく求めることができると
いう効果がある。
【０１５７】この発明（請求項２）によれば、請求項１
記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記タイ
ミング検知手段は、上記電流検出信号に基づいて、上記
インバータの出力電流の振幅が最大となる位相タイミン
グを、上記特定位相タイミングとして検知するものであ
ることを特徴とするので、リニアコンプレッサの駆動電
流と駆動電圧からピストン速度を算出する計算式におけ
る、駆動電流の微分値を含む項をゼロとして削除するこ
とができる効果がある。
【０１５８】この発明（請求項３）によれば、請求項１
記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記タイ
ミング検知手段は、上記電流検出信号に基づいて、上記
インバータの出力交流電流の位相が、９０°及び２７０
°の少なくとも一方の位相となる位相タイミングを、上
記特定位相タイミングとして検知することを特徴とする
ので、リニアコンプレッサの駆動電流と駆動電圧からピ
ストン速度を算出する計算式における、駆動電流の微分
値を含む項をゼロとして削除することができる効果があ
る。
【０１５９】この発明（請求項４）によれば、請求項３
記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記イン
バータに該インバータを駆動制御するインバータ駆動制
御信号を出力するインバータ制御器を備え、上記タイミ
ング検知手段を、上記インバータ駆動制御信号の位相に
基づいて、上記インバータの出力電流の微分値がゼロと
なる位相タイミングを検知するものとしたことを特徴と
するので、リニアコンプレッサの駆動電流と駆動電圧か
らピストン速度を算出する計算式における、駆動電流の
微分値を含む項を削除することができる効果がある。
【０１６０】この発明（請求項５）によれば、請求項４
記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記タイ
ミング検知手段は、上記インバータの出力電流の位相に
対する、上記インバータ駆動制御信号の位相の位相ずれ
量を検出する位相ずれ量検出器を有し、該位相ずれ量が
ゼロとなるようその位相が補正されたインバータ駆動制
御信号に基づいて、上記インバータの出力電流の微分値
がゼロとなる位相タイミングを検知するものであること
を特徴とするので、インバータ駆動制御信号に基づい
て、インバータの出力電流の微分値がゼロとなる位相タ
イミングを正しく検出することができる効果がある。
【０１６１】この発明（請求項６）によれば、請求項１
記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピス
トン速度算出手段は、上記リニアモータの、温度変化に
よりその値が変動する推力定数に対して温度補正処理を
施し、該温度補正処理を施した推力定数と、上記瞬時電
流値、瞬時電圧値、及び該リニアモータの内部抵抗値と
に基づいて、上記ピストン速度の最大振幅を算出するも
のであることを特徴とするので、上記ピストン速度の最
大振幅を、リニアコンプレッサの温度変化によるリニア
モータの推力定数の変動に拘わらず、常に精度よく検出
することができる効果がある。
【０１６２】この発明（請求項７）によれば、請求項１
記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピス
トン速度算出手段は、上記リニアモータの、温度変化に
よりその値が変動する内部抵抗値に対して温度補正処理
を施し、該温度補正処理を施した内部抵抗値と、上記イ
ンバータの出力電圧及び出力電流のそれぞれの瞬時値
と、上記リニアモータの推力定数とに基づいて、上記ピ
ストン速度の最大振幅を算出するものであることを特徴
とするので、上記ピストン速度の最大振幅を、リニアコ
ンプレッサの温度変化によるリニアモータの内部抵抗値
の変動に拘わらず、常に精度よく検出することができる
効果がある。
【０１６３】この発明（請求項８）によれば、請求項１
記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピス
トン速度算出手段は、上記ピストン速度の最大振幅を算
出する速度算出処理を繰り返し行い、該繰り返される各
速度算出処理では、上記リニアモータの、該ピストン速
度の変化によりその値が変動する推力定数の値を、前回
の速度算出処理により算出されたピストン速度の最大振
幅に基づいて補正し、補正した推力定数に基づいて、上
記ピストン速度の最大振幅を算出するものであることを
特徴とするので、上記ピストン速度の最大振幅を、ピス
トン速度の変動に伴うリニアモータの推力定数の変動に
拘わらず、常に精度よく検出することができるできる効
果がある。
【０１６４】この発明（請求項９）によれば、請求項１
記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記イン
バータ制御器により決定される上記インバータの出力電
圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度算出手段
により算出されたピストン速度の最大振幅とに基づい
て、上記ピストン往復運動におけるピストン変位の最大
振幅を示すピストンストローク情報を算出するストロー
ク情報算出手段を備えたことを特徴とするので、上記ピ
ストンストローク情報に基づいて、リニアコンプレッサ
の駆動能力を制御することができる効果がある。
【０１６５】この発明（請求項１０）によれば、請求項
１記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記イ
ンバータ制御器により決定される上記インバータの出力
電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度算出手
段により算出されたピストン速度の最大振幅とに基づい
て、上記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置
を示す下死点位置情報を算出する下死点位置情報算出手
段を備えたことを特徴とするので、ピストン下死点位置
情報により共振バネのたわみ量を把握することができ
る。これにより、この共振バネのたわみ量に基づいて、
該共振バネが破壊限界以上に変形されないようにリニア
コンプレッサの駆動制御を行うことも可能となる。
【０１６６】この発明（請求項１１）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記イ
ンバータ制御器により決定される上記インバータの出力
電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度算出手
段により算出されたピストン速度の最大振幅とに基づい
て、上記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置
を示す下死点位置情報を算出する下死点位置情報算出手
段と、上記下死点位置情報及び上記ピストンストローク
情報に基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運
動におけるピストン中心位置を示す中心位置情報を算出
する演算手段とを備えたことを特徴とするので、該ピス
トン中心位置情報に基づいて、リニアコンプレッサを、
ピストン振動中心位置が、リニアモータの最大効率を達
成することができる位置に一致するよう制御することが
可能となり、リニアコンプレッサ駆動効率のさらなる向
上を図ることができる効果がある。
【０１６７】この発明（請求項１２）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記イ
ンバータ制御器により決定される上記インバータの出力
電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度算出手
段により算出されたピストン速度の最大振幅とに基づい
て、上記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置
を示す下死点位置情報を算出する下死点位置情報算出手
段と、上記下死点位置情報及び上記ピストンストローク
情報に基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運
動におけるピストン上死点位置を示す上死点位置情報を
算出する演算手段とを備えたことを特徴とするので、該
上死点位置情報に基づいて、ピストンとシリンダヘッド
の衝突の可能性を高い精度で判定することができる効果
がある。
【０１６８】この発明（請求項１３）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピ
ストン往復運動におけるピストン上死点位置を検出し
て、該位置を示す上死点位置情報を出力する上死点位置
情報検出センサと、上記上死点位置情報及び上記ピスト
ンストローク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピ
ストン往復運動におけるピストン中心位置を示す中心位
置情報を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする
ので、簡易的なセンサを１つ用いることで、リニアコン
プレッサを、ピストン振動中心位置が、リニアモータの
最大効率を達成することができる位置に一致するよう制
御することが可能となり、リニアコンプレッサ駆動効率
のさらなる向上を図ることができる効果がある。
【０１６９】この発明（請求項１４）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピ
ストン往復運動におけるピストン上死点位置を検出し
て、該位置を示す上死点位置情報を出力する上死点位置
情報検出センサと、上記上死点位置情報及び上記ピスト
ンストローク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピ
ストン往復運動におけるピストン下死点位置を示す下死
点位置情報を算出する演算手段とを備えたことを特徴と
するので、簡易的なセンサを１つ用いることで、該ピス
トン下死点位置情報に基づいて、共振バネが破壊限界以
上に変形されないようリニアコンプレッサの駆動制御を
行うことも可能となる。
【０１７０】この発明（請求項１５）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピ
ストン往復運動におけるピストン下死点位置を検出し
て、該位置を示す下死点位置情報を出力する下死点位置
情報検出センサと、上記下死点位置情報及び上記ピスト
ンストローク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピ
ストン往復運動におけるピストン中心位置を示す中心位
置情報を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする
ので、簡易的なセンサを１つ用いることで、リニアコン
プレッサを、ピストン振動中心位置が、リニアモータの
最大効率を達成することができる位置に一致するよう制
御することが可能となり、リニアコンプレッサ駆動効率
のさらなる向上を図ることができる効果がある。
【０１７１】この発明（請求項１６）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピ
ストン往復運動におけるピストン下死点位置を検出し
て、該位置を示す下死点位置情報を出力する下死点位置
情報検出センサと、上記下死点位置情報及び上記ピスト
ンストローク情報に基づいて四則演算を行って、上記ピ
ストン往復運動におけるピストン上死点位置を示す上死
点位置情報を算出する演算手段とを備えたことを特徴と
するので、簡易的なセンサを１つ用いることで、上記上
死点位置情報に基づいて、ピストンとシリンダヘッドの
衝突の危険度を判定することができる効果がある。
【０１７２】この発明（請求項１７）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記イ
ンバータの出力電流に基づいて上記ピストン往復運動に
おけるピストン中心位置を示す中心位置情報を算出する
中心位置情報算出手段と、上記中心位置情報及び上記ピ
ストンストローク情報に基づいて四則演算を行って、上
記ピストン往復運動におけるピストン上死点位置を示す
上死点位置情報を算出する演算手段とを備えたことを特
徴とするので、該上死点位置情報に基づいて、ピストン
とシリンダヘッドの衝突の可能性を高い精度で判定する
ことができる効果がある。
【０１７３】この発明（請求項１８）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記イ
ンバータの出力電流に基づいて上記ピストン往復運動に
おけるピストン中心位置を示す中心位置情報を算出する
中心位置情報算出手段と、上記中心位置情報及び上記ピ
ストンストローク情報に基づいて四則演算を行って、上
記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置を示す
下死点位置情報を算出する演算手段とを備えたことを特
徴とするので、該ピストン下死点位置情報に基づいて、
共振バネが破壊限界以上に圧縮されないようリニアコン
プレッサの駆動制御を行うことも可能となる。
【０１７４】この発明（請求項１９）によれば、請求項
１０ないし１２のいずれかに記載のリニアコンプレッサ
の駆動装置において、上記リニアコンプレッサは、上記
ピストンがその中立位置から変位したときに、該ピスト
ンがその中立位置に戻るよう該ピストンを付勢する弾性
部材を有するものであり、上記下死点位置情報算出手段
は、上記インバータ制御器により決定される上記インバ
ータの出力電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン
速度算出手段により算出されたピストン速度の最大振幅
と、上記リニアコンプレッサにおける、上記ピストン往
復運動を行う可動部の重量と、上記弾性部材のバネ定数
とから、上記下死点位置情報として、上記ピストンの中
立位置を基準として上記ピストン下死点位置を示す位置
情報を算出するものであることを特徴とするので、ピス
トン下死点位置情報により共振バネのたわみ量を把握す
ることができる。これにより、この共振バネのたわみ量
に基づいて、該共振バネが破壊限界以上に変形されない
ようにするリニアコンプレッサの駆動制御を簡単に行う
ことが可能となる。
【０１７５】この発明（請求項２０）によれば、請求項
９記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記ピ
ストンストローク算出手段は、上記ピストン速度の最大
振幅に基づいて上記ピストンストローク情報を算出する
算出処理を繰り返し行い、該繰り返される個々の算出処
理では、上記リニアモータの、該ピストン位置の変化に
よりその値が変動する推力定数の値を、該前回の算出処
理により算出されたピストンストローク情報に基づいて
補正し、補正した推力定数に基づいて、上記ピストンス
トローク情報を算出するものであることを特徴とするも
ので、上記ピストン速度の最大振幅を、ピストン位置の
変動に伴うリニアモータの推力定数の変動に拘わらず、
常に精度よく検出することができるできる効果がある。
【０１７６】この発明（請求項２１）に係るリニアコン
プレッサ駆動装置によれば、ピストン及びピストンを往
復運動させるリニアモータを有し、該ピストンの往復運
動により圧縮ガスを発生するリニアコンプレッサを、該
リニアモータに交流電圧を印加して駆動するリニアコン
プレッサ駆動装置であって、上記リニアモータに交流電
圧及び交流電流を出力するインバータと、上記ピストン
往復運動の共振周波数を示す共振周波数情報を出力する
共振周波数情報出力手段と、上記インバータの出力電流
を検出して電流検出信号を出力する電流検出手段と、上
記共振周波数情報に基づいて、上記インバータを、その
出力電圧及び出力電流としてそれぞれ、周波数が上記ピ
ストン往復運動の共振周波数と一致した正弦波状電圧及
び正弦波状電流を出力するよう制御するインバータ制御
器と、上記インバータの出力電流の微分値がゼロとなる
位相タイミングを特定位相タイミングとして検知するタ
イミング検知手段と、上記特定位相タイミングにおけ
る、上記インバータの出力電流の瞬時値に基づいて、上
記リニアコンプレッサが吐出する冷媒ガスの圧力と上記
リニアコンプレッサが吸入する冷媒ガスの圧力との圧力
差がゼロとなるピストン位置を基準として、上記ピスト
ン往復運動におけるピストン中心位置を示す位置情報を
算出するピストン中心位置算出手段とを備えたので、該
ピストン中心位置情報に基づいて、リニアコンプレッサ
を、ピストン振動中心位置が、リニアモータの最大効率
を達成することができる位置に一致するよう制御するこ
とが可能となり、リニアコンプレッサ駆動効率のさらな
る向上を図ることができる効果がある。
【０１７７】この発明（請求項２２）によれば、請求項
２１記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記
リニアコンプレッサは、上記ピストンがその中立位置か
ら変位したときに、該ピストンがその中立位置に戻るよ
う該ピストンを付勢する弾性部材を有するものであり、
上記中心位置情報算出手段は、上記インバータの出力電
流の最大振幅値と、上記リニアモータの推力定数と、上
記弾性部材のバネ定数とから、上記中心位置情報とし
て、上記ピストンの中立位置を基準として上記ピストン
中心位置を示す位置情報を算出するものであることを特
徴とするので、ピストン中心位置情報に基づいて、リニ
アコンプレッサを、ピストン振幅中心位置が、リニアモ
ータの最大効率を達成することができる位置に一致する
よう制御することが可能となり、リニアコンプレッサ駆
動効率のさらなる向上を図ることができる効果がある。
【０１７８】この発明（請求項２３）によれば、請求項
２１記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記
リニアコンプレッサが吐出する冷媒ガスの圧力を検知す
る吐出圧力検知手段と、上記リニアコンプレッサが吸入
する冷媒ガスの圧力を検知する吸入圧力検知手段とを備
え、上記中心位置情報算出手段は、上記吐出圧力と上記
吸入圧力の圧力差に基づいて上記冷媒ガスから上記ピス
トンに作用する、上記ピストン往復運動の方向における
作用力を算出し、該算出された作用力に基づいて、上記
中心位置情報として、上記圧力差がゼロとなるピストン
位置を基準として上記ピストン中心位置を示す位置情報
を算出するものであることを特徴とするので、ピストン
中心位置情報に基づいて、リニアコンプレッサを、ピス
トン振幅中心位置が、リニアモータの最大効率を達成す
ることができる位置に一致するよう制御することが可能
となり、リニアコンプレッサ駆動効率のさらなる向上を
図ることができる効果がある。
【０１７９】この発明（請求項２４）によれば、請求項
２３記載のリニアコンプレッサ駆動装置において、上記
中心位置情報算出手段は、上記吐出圧力と上記吸入圧力
の圧力差と、上記共振周波数情報が示す共振周波数とに
基づいて、冷媒ガスからピストンに作用する、上記ピス
トン往復運動方向における作用力を算出し、該算出され
た作用力から、上記中心位置情報として、上記圧力差が
ゼロとなるピストン位置を基準として上記ピストン中心
位置を示す位置情報を算出するものであることを特徴と
するので、該ピストン中心位置情報に基づいて、リニア
コンプレッサを、ピストン振動中心位置が、リニアモー
タの最大効率を達成することができる位置に一致するよ
う制御することが可能となり、リニアコンプレッサ駆動
効率のさらなる向上を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるリニアコンプレッ
サ駆動装置を説明するためのブロック図である。
【図２】上記実施の形態１のリニアコンプレッサ駆動装
置におけるインバータの具体的な回路構成を示す図であ
り、電圧型フルブリッジインバータ（図(a)）、電流型
フルブリッジインバータ（図(b)）、及び電圧型ハーフ
ブリッジインバータ（図(c)，(d)）を示している。
【図３】上記実施の形態１のリニアコンプレッサ駆動装
置により駆動されるリニアコンプレッサの共振運転状態
における、駆動電流の位相に対するピストン変位量，ピ
ストン速度，ピストン加速度の位相を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるリニアコンプレッ
サの駆動装置を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３によるリニアコンプレッ
サの駆動装置を説明するためのブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態４によるリニアコンプレッ
サの駆動装置を説明するためのブロック図である。
【図７】一般的なリニアコンプレッサを説明するための
断面図である。
【図８】上記リニアコンプレッサを構成するリニアモー
タの等価回路を示す図である。
【図９】上記リニアコンプレッサのシリンダ内でのピス
トン位置を模式的に示す図である。
【図１０】上記実施の形態３及び４のリニアコンプレッ
サ駆動装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１ リニアコンプレッサ １ａ 冷媒吸入管 １ｂ 冷媒吐出管 ２ インバータ ３ 出力電流検出手段 ４ 出力電圧検出手段 ５ 共振周波数推定手段 ６ インバータ制御器 ７ タイミング検知手段 ８ ピストン速度算出手段 ９ 電流センサ １０，１１ 開閉スイッチ ４１ ピストンストローク算出手段 ５１ 下死点位置算出手段 ６１ 中心位置算出手段 ７１ａ ピストン部 ７１ｂ モータ部 ７２ ピストン ７３ マグネット ７４ａ アウターヨーク ７４ｂ ステータコイル ７６ ガス圧縮室 ７９ 吸入バルブ ８０ 吐出バルブ ８１ 共振バネ（支持ばね） ８２ リニアモータ １００ リニアコンプレッサ １０１〜１０４ リニアコンプレッサ駆動装置 Ｄcd 駆動電流検出信号 Ｄvd 駆動電流検出信号 Ｉｄ リニアコンプレッサ駆動電流（インバータ出力電
流） Ｉpve ピストン速度情報 Ｉrf 共振周波数情報 Ｓcm 駆動電流モニタ信号 Ｓcp インバータ制御パルス信号 Ｓcs スイッチ制御信号 Ｖｄ リニアコンプレッサ駆動電圧（インバータ出力電
圧） ＶDC 電源電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 33/06 Ｈ０２Ｋ 33/06 ５Ｈ６３３ Ｆターム(参考） 3H045 AA03 AA12 AA25 BA28 BA31 BA40 CA21 DA10 DA41 DA47 EA01 EA04 EA34 EA38 EA42 3H069 AA05 BB02 CC04 DD02 DD19 EE05 EE07 EE32 EE37 EE42 EE45 3H075 AA18 BB03 BB30 CC36 DA03 DA04 DA06 DB08 DB49 EE00 EE12 3H076 AA02 BB43 CC04 CC28 CC31 CC43 CC98 5H540 AA10 BB04 BB06 EE08 FC02 FC03 5H633 BB03 GG02 GG04 GG09 GG13 HH03 HH13 JA09

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストン及びピストンを往復運動させる
    リニアモータを有し、該ピストンの往復運動により圧縮
    ガスを生成するリニアコンプレッサを、該リニアモータ
    に交流電圧を印加して駆動するリニアコンプレッサ駆動
    装置であって、 上記リニアモータに交流電圧及び交流電流を出力するイ
    ンバータと、 上記ピストン往復運動の共振周波数を示す共振周波数情
    報を出力する共振周波数情報出力手段と、 上記インバータの出力電圧を検出して電圧検出信号を出
    力する電圧検出手段と、 上記インバータの出力電流を検出して電流検出信号を出
    力する電流検出手段と、 上記共振周波数情報に基づいて、上記インバータを、そ
    の出力電圧及び出力電流としてそれぞれ、周波数が上記
    ピストン往復運動の共振周波数と一致した正弦波状電圧
    及び正弦波状電流を出力するよう制御するインバータ制
    御器と、 上記インバータの出力電流の微分値がゼロとなる位相タ
    イミングを特定位相タイミングとして検知するタイミン
    グ検知手段と、 上記電圧検出信号及び上記電流検出信号を受け、上記特
    定位相タイミングにおける、上記インバータの出力電圧
    及び出力電流のそれぞれ瞬時値に基づいて、上記ピスト
    ン往復運動におけるピストン速度の最大振幅を算出する
    ピストン速度算出手段とを備えたことを特徴とするリニ
    アコンプレッサ駆動装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のリニアコンプレッサの駆
    動装置において、 上記タイミング検知手段は、上記電流検出信号に基づい
    て、上記インバータの出力電流の振幅が最大となる位相
    タイミングを、上記特定位相タイミングとして検知する
    ものであることを特徴とするリニアコンプレッサ駆動装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のリニアコンプレッサ駆動
    装置において、 上記タイミング検知手段は、上記電流検出信号に基づい
    て、上記インバータの出力交流電流の位相が、９０°及
    び２７０°の少なくとも一方の位相となる位相タイミン
    グを、上記特定位相タイミングとして検知することを特
    徴とするリニアコンプレッサ駆動装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載のリニアコンプレッサ駆動
    装置において、 上記インバータに該インバータを駆動制御するインバー
    タ駆動制御信号を出力するインバータ制御器を備え、 上記タイミング検知手段を、上記インバータ駆動制御信
    号の位相に基づいて、上記インバータの出力電流の微分
    値がゼロとなる位相タイミングを検知するものとしたこ
    とを特徴とするリニアコンプレッサ駆動装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載のリニアコンプレッサ駆動
    装置において、 上記タイミング検知手段は、上記インバータの出力電流
    の位相に対する、上記インバータ駆動制御信号の位相の
    位相ずれ量を検出する位相ずれ量検出器を有し、該位相
    ずれ量がゼロとなるようその位相が補正されたインバー
    タ駆動制御信号に基づいて、上記インバータの出力電流
    の微分値がゼロとなる位相タイミングを検知するもので
    あることを特徴とするリニアコンプレッサ駆動装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載のリニアコンプレッサ駆動
    装置において、 上記ピストン速度算出手段は、上記リニアモータの、温
    度変化によりその値が変動する推力定数に対して温度補
    正処理を施し、該温度補正処理を施した推力定数と、上
    記瞬時電流値、瞬時電圧値、及び該リニアモータの内部
    抵抗値とに基づいて、上記ピストン速度の最大振幅を算
    出するものであることを特徴とするリニアコンプレッサ
    駆動装置。
  7. 【請求項７】 請求項１記載のリニアコンプレッサ駆動
    装置において、 上記ピストン速度算出手段は、上記リニアモータの、温
    度変化によりその値が変動する内部抵抗値に対して温度
    補正処理を施し、該温度補正処理を施した内部抵抗値
    と、上記インバータの出力電圧及び出力電流のそれぞれ
    の瞬時値と、上記リニアモータの推力定数とに基づい
    て、上記ピストン速度の最大振幅を算出するものである
    ことを特徴とするリニアコンプレッサ駆動装置。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記ピストン速度算出手段は、上記ピストン速度の最大
    振幅を算出する速度算出処理を繰り返し行い、該繰り返
    される各速度算出処理では、上記リニアモータの、該ピ
    ストン速度の変化によりその値が変動する推力定数の値
    を、前回の速度算出処理により算出されたピストン速度
    の最大振幅に基づいて補正し、補正した推力定数に基づ
    いて、上記ピストン速度の最大振幅を算出するものであ
    ることを特徴とするリニアコンプレッサ駆動装置。
  9. 【請求項９】 請求項１記載のリニアコンプレッサ駆動
    装置において、 上記インバータ制御器により決定される上記インバータ
    の出力電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度
    算出手段により算出されたピストン速度の最大振幅とに
    基づいて、上記ピストン往復運動におけるピストン変位
    の最大振幅を示すピストンストローク情報を算出するス
    トローク情報算出手段を備えたことを特徴とするリニア
    コンプレッサ駆動装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記インバータ制御器により決定される上記インバータ
    の出力電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度
    算出手段により算出されたピストン速度の最大振幅とに
    基づいて、上記ピストン往復運動におけるピストン下死
    点位置を示す下死点位置情報を算出する下死点位置情報
    算出手段を備えたことを特徴とするリニアコンプレッサ
    駆動装置。
  11. 【請求項１１】 請求項９記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記インバータ制御器により決定される上記インバータ
    の出力電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度
    算出手段により算出されたピストン速度の最大振幅とに
    基づいて、上記ピストン往復運動におけるピストン下死
    点位置を示す下死点位置情報を算出する下死点位置情報
    算出手段と、 上記下死点位置情報及び上記ピストンストローク情報に
    基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動にお
    けるピストン中心位置を示す中心位置情報を算出する演
    算手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレッサ
    駆動装置。
  12. 【請求項１２】 請求項９に記載のリニアコンプレッサ
    の駆動装置において、 上記インバータ制御器により決定される上記インバータ
    に出力電圧及び出力電流の周波数と、上記ピストン速度
    算出手段により算出されたピストン速度の最大振幅とに
    基づいて、上記ピストン往復運動におけるピストン下死
    点位置を示す下死点位置情報を算出する下死点位置情報
    算出手段と、 上記下死点位置情報及び上記ピストンストローク情報に
    基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動にお
    けるピストン上死点位置を示す上死点位置情報を算出す
    る演算手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレ
    ッサ駆動装置。
  13. 【請求項１３】 請求項９記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記ピストン往復運動におけるピストン上死点位置を検
    出して、該位置を示す上死点位置情報を出力する上死点
    位置情報検出センサと、 上記上死点位置情報及び上記ピストンストローク情報に
    基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動にお
    けるピストン中心位置を示す中心位置情報を算出する演
    算手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレッサ
    駆動装置。
  14. 【請求項１４】 請求項９記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記ピストン往復運動におけるピストン上死点位置を検
    出して、該位置を示す上死点位置情報を出力する上死点
    位置情報検出センサと、 上記上死点位置情報及び上記ピストンストローク情報に
    基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動にお
    けるピストン下死点位置を示す下死点位置情報を算出す
    る演算手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレ
    ッサ駆動装置。
  15. 【請求項１５】 請求項９記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置を検
    出して、該位置を示す下死点位置情報を出力する下死点
    位置情報検出センサと、 上記下死点位置情報及び上記ピストンストローク情報に
    基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動にお
    けるピストン中心位置を示す中心位置情報を算出する演
    算手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレッサ
    駆動装置。
  16. 【請求項１６】 請求項９記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記ピストン往復運動におけるピストン下死点位置を検
    出して、該位置を示す下死点位置情報を出力する下死点
    位置情報検出センサと、 上記下死点位置情報及び上記ピストンストローク情報に
    基づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動にお
    けるピストン上死点位置を示す上死点位置情報を算出す
    る演算手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレ
    ッサ駆動装置。
  17. 【請求項１７】 請求項９記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記インバータの出力電流に基づいて上記ピストン往復
    運動におけるピストン中心位置を示す中心位置情報を算
    出する中心位置情報算出手段と、 上記中心位置情報及び上記ピストンストローク情報に基
    づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動におけ
    るピストン上死点位置を示す上死点位置情報を算出する
    演算手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレッ
    サ駆動装置。
  18. 【請求項１８】 請求項９記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記インバータの出力電流に基づいて上記ピストン往復
    運動におけるピストン中心位置を示す中心位置情報を算
    出する中心位置情報算出手段と、 上記中心位置情報及び上記ピストンストローク情報に基
    づいて四則演算を行って、上記ピストン往復運動におけ
    るピストン下死点位置を示す下死点位置情報を算出する
    演算手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレッ
    サ駆動装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１０ないし１２のいずれかに記
    載のリニアコンプレッサ駆動装置において、 上記リニアコンプレッサは、上記ピストンがその中立位
    置から変位したときに、該ピストンがその中立位置に戻
    るよう該ピストンを付勢する弾性部材を有するものであ
    り、 上記下死点位置情報算出手段は、上記インバータ制御器
    により決定される上記インバータの出力電圧及び出力電
    流の周波数と、上記ピストン速度算出手段により算出さ
    れたピストン速度の最大振幅と、上記リニアコンプレッ
    サにおける、上記ピストン往復運動を行う可動部の重量
    と、上記弾性部材のバネ定数とから、上記下死点位置情
    報として、上記ピストンの中立位置を基準として上記ピ
    ストン下死点位置を示す位置情報を算出するものである
    ことを特徴とするリニアコンプレッサ駆動装置。
  20. 【請求項２０】 請求項９記載のリニアコンプレッサ駆
    動装置において、 上記ピストンストローク算出手段は、上記ピストン速度
    の最大振幅に基づいて上記ピストンストローク情報を算
    出する算出処理を繰り返し行い、該繰り返される個々の
    算出処理では、上記リニアモータの、該ピストン位置の
    変化によりその値が変動する推力定数の値を、該前回の
    算出処理により算出されたピストンストローク情報に基
    づいて補正し、補正した推力定数に基づいて、上記ピス
    トンストローク情報を算出するものであることを特徴と
    するリニアコンプレッサ駆動装置。
  21. 【請求項２１】 ピストン及びピストンを往復運動させ
    るリニアモータを有し、該ピストンの往復運動により圧
    縮ガスを発生するリニアコンプレッサを、該リニアモー
    タに交流電圧を印加して駆動するリニアコンプレッサ駆
    動装置であって、 上記リニアモータに交流電圧及び交流電流を出力するイ
    ンバータと、 上記ピストン往復運動の共振周波数を示す共振周波数情
    報を出力する共振周波数情報出力手段と、 上記インバータの出力電流を検出して電流検出信号を出
    力する電流検出手段と、 上記共振周波数情報に基づいて、上記インバータを、そ
    の出力電圧及び出力電流としてそれぞれ、周波数が上記
    ピストン往復運動の共振周波数と一致した正弦波状電圧
    及び正弦波状電流を出力するよう制御するインバータ制
    御器と、 上記インバータの出力電流の微分値がゼロとなる位相タ
    イミングを特定位相タイミングとして検知するタイミン
    グ検知手段と、 上記特定位相タイミングにおける、上記インバータの出
    力電流の瞬時値に基づいて、上記リニアコンプレッサが
    吐出する冷媒ガスの圧力と上記リニアコンプレッサが吸
    入する冷媒ガスの圧力との圧力差がゼロとなるピストン
    位置を基準として、上記ピストン往復運動におけるピス
    トン中心位置を示す位置情報を算出するピストン中心位
    置算出手段とを備えたことを特徴とするリニアコンプレ
    ッサ駆動装置。
  22. 【請求項２２】 請求項２１記載のリニアコンプレッサ
    駆動装置において、 上記リニアコンプレッサは、上記ピストンがその中立位
    置から変位したときに、該ピストンがその中立位置に戻
    るよう該ピストンを付勢する弾性部材を有するものであ
    り、 上記中心位置情報算出手段は、上記インバータの出力電
    流の最大振幅値と、上記リニアモータの推力定数と、上
    記弾性部材のバネ定数とから、上記中心位置情報とし
    て、上記ピストンの中立位置を基準として上記ピストン
    中心位置を示す位置情報を算出するものであることを特
    徴とするリニアコンプレッサ駆動装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２１記載のリニアコンプレッサ
    駆動装置において、 上記リニアコンプレッサが吐出する冷媒ガスの圧力を検
    知する吐出圧力検知手段と、 上記リニアコンプレッサが吸入する冷媒ガスの圧力を検
    知する吸入圧力検知手段とを備え、 上記中心位置情報算出手段は、上記吐出圧力と上記吸入
    圧力の圧力差に基づいて上記冷媒ガスから上記ピストン
    に作用する、上記ピストン往復運動の方向における作用
    力を算出し、該算出された作用力に基づいて、上記中心
    位置情報として、上記圧力差がゼロとなるピストン位置
    を基準として上記ピストン中心位置を示す位置情報を算
    出するものであることを特徴とするリニアコンプレッサ
    駆動装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２３記載のリニアコンプレッサ
    駆動装置において、 上記中心位置情報算出手段は、上記吐出圧力と上記吸入
    圧力の圧力差と、上記共振周波数情報が示す共振周波数
    とに基づいて、冷媒ガスからピストンに作用する、上記
    ピストン往復運動方向における作用力を算出し、該算出
    された作用力から、上記中心位置情報として、上記圧力
    差がゼロとなるピストン位置を基準として上記ピストン
    中心位置を示す位置情報を算出するものであることを特
    徴とするリニアコンプレッサ駆動装置。
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