JP2003518587A

JP2003518587A - 圧縮機のピストン位置を制御および監視する方法

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Publication number: JP2003518587A
Application number: JP2001548864A
Authority: JP
Inventors: ギルヘルメシュワルス，マルコス; セルジオダイネス，パウロ
Original assignee: エンプレサブラジレイラデコンプレッソレスソシエダッドアノニマ−エムブラコ
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2003-06-10
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: DE60027775D1; SK9162002A3; DE60027775T2; US20030021693A1; BR9907432A; CN1434901A; SK286567B6; EP1244874B1; US6663348B2; CN1327129C; ES2264943T3; BR9907432B1; WO2001048379A1; TR200201628T2; JP4955173B2; EP1244874A1

Abstract

(57)【要約】圧縮機（１）を制御する方法が記載され、特に、圧縮機内に備えられている弁板（８、９）に対してピストン（５）が衝突することを防止する方法が記載される。本発明は、リニア圧縮機（１）のピストン（５）のストロークを制御して、極端な負荷状態であっても、ピストン（５）が弁システム（８、９）に衝突することなしにピストンがその機械的ストロークの末端にまで可能な限り進めるようにすることを目的を有する。この目的は、圧縮機、特に、ピストン（５）とリニアモータ（２）とを含み、ピストン（５）はストロークに沿って運動しおよびモータ（２）によって駆動され、かつ、平均電圧（Ｖｍ）がモータ（２）に印加されるリニア圧縮機を制御するための、および、ピストン（５）の運動を制御するための方法によって実現され、この方法は、ピストン（５）の運動の第１の時間を測定する段階と、予測された運動時間に対してその第１の時間を比較する段階と、その最初の運動時間が予測された運動時間と異なる場合に電圧（Ｖｍ）を変化させ、その予測された運動時間は、ピストン（５）の運動が最大点（Ｍ）に達するような時間であり、点（Ｍ）は、ピストン（５）のストロークの末端にかなり近い段階とを含む。さらに、リニア圧縮機（１）のピストン（５）の位置を監視するシステムと、圧縮機（１）も期待されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は圧縮機を制御する方法に関し、さらに特に、圧縮機内に設けられてい
る弁システムに対してピストンが衝突することを防止する方法と、圧縮機のピス
トンの位置を監視するシステムと、ピストン位置監視システムを備えた圧縮機と
に関する。

【０００２】リニアタイプの圧縮機が従来技術から公知であり、ピストンが揺動運動を行う
機構から構成されており、多くの場合にはシリンダとピストンを相互連結する弾
性手段が存在し、この弾性手段はこの揺動運動に対して共振特性を与え、リニア
運動モータによってエネルギーが供給される。〔従来の技術の説明〕公知の解決策（Ａ−ＵＳ５，７０４，７７１−ＳａｗａｆｕｊｉＥｌｅｃ
ｔｒｉｃ）では、ピストンのストロークが、固定磁石／可動コイルタイプのリニ
アモータに供給される電圧のレベルに基本的に比例している。この解決策では、
その機構は、供給電圧および負荷の変動を原因とするピストンの揺動運動中にそ
のピストンが到達する末端位置の変化が、圧縮機の冷却効率と冷却能力という特
性に大きく干渉することがないように、ストロークの大きさとピストンの直径と
の間の関係が大きくなるように構成されている。

【０００３】この解決策では、その機構は、ピストンがその揺動運動において想定されてい
る最大ストロークを超える場合、例えばモータに印加される電圧が過剰である時
に、ピストンが吐出し弁に接触して、ピストンの幾分かの前進を可能にし、それ
によって弁頭板に衝突することを防止するように作られている、吐出し弁を備え
ている。

【０００４】別の公知の解決策では、さらに、ピストンのストロークは、「可動磁石／固定
コイル」タイプであるリニアモータに印加される電圧に対して基本的に比例して
いる（Ｂ−ＵＳ４，６０２，１７４−Ｓｕｎｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ）。

【０００５】この解決策では、その機構の設計はピストンストロークに関する機械的な制限
器を有せず、弁板に対するピストンの過剰な衝撃に耐えられるサイズにはなって
いない。効率がより最適化されている設計を求めているので、ピストンのストロ
ークと直径との間の関係は大きくなく、このために、圧縮機の性能がピストンス
トロークにおける変動の影響をより受けやすくなる。例えば、気体の放出プロセ
スが、ストロークの非常に小さい部分、すなわち、全体の約５％で生じる。

【０００６】このタイプの圧縮機で生じる別の効果が、揺動運動の中間点の変位であり、吐
出し弁からピストンを遠ざける効果を有する。これは、ピストンの両側の間にお
いて圧力差が存在する時の、ピストンとばねとによって形成される共振機構系の
弾性変形に起因している。この揺動運動の中間点の変位は、吐出しと吸込みとの
間の圧力差に比例している。

【０００７】上述の理由から、この解決策ではピストンストロークの制御装置を使用するこ
とが必要であり、このピストンストローク制御装置は、モータに供給される電流
とモータの端子内に誘起される電圧の情報とから基本的に推定されるピストン位
置の情報によってフィードバックされる、リニアモータに印加される電圧の制御
装置である（Ｃ−ＵＳ５，３４２，１７６、ＵＳ５，４９６，１５３、ＵＳ
５，４５０，５２１、ＵＳ５，５９２，０７３）。

【０００８】この電圧制御装置に対するフィードバックを実現するために使用される別の手
順が、弁板に対するピストンの衝突が衝撃検出マイクロホンまたは加速度計によ
って検出されるかどうかを観察することであり（解決策Ｄ）、このことがモータ
に印加される電圧の低下と、したがって、ピストンストロークの減少とのための
命令を生じさせる。〔従来技術の欠点〕解決策（Ａ）では、ピストンストロークは制御されず、その設計が、機構に対
してダメージを与えることなしに電圧および負荷の変動を許容することが可能で
あるが、このことが製品の効率に制限を与える。この解決策でも、吐出し弁に対
して生じる可能性があるピストンの衝撃が、その製品の信頼性を損なうことがな
い場合でさえ、騒音の増加を必然的に伴う。

【０００９】解決策（Ｃ）では、ピストンストロークは、モータの端子における電流および
電圧から計算されたピストンの推定位置を基準とすることによって制御されるが
、この推定位置は、モータの構造的なばらつきと温度および負荷のばらつきとの
ために誤差を生じ、したがってより高精度の制御を妨げ、このことが、極端な条
件における冷却能力の効率と運転とを制限する。

【００１０】この解決策の別の欠点が、揺動運動の中間点の変位の計算が不正確になるとい
うことであり、これは、基本的に、吸込み圧力と吐出し圧力との間の平均差と、
共振系のばねの弾性定数とを原因とする。

【００１１】解決策（Ｄ）では、最大ピストンストロークが、モータに印加される電圧を衝
突を引き起こすレベルより低いレベルに維持することによって制御されるが、こ
れは、衝突を検出することによって、および、得られた情報に基づいて印加電圧
をわずかに減少させることによって実現される。

【００１２】この解決策の欠点は、弁板に対するピストンの近接を知らせるためには衝突自
体が必要であるということであり、これは、この衝突が騒音と機械的損傷の原因
となり、このことが製品の使用寿命を減少させるからである。

【００１３】別の欠点が、この形態の制御の比較的緩慢な反応により、公共ネットワークで
は一般的である給電電圧における急激な振動の期間中における衝突と冷却能力の
低下とを防止することが不可能である。

【００１４】ピストンストロークのより正確な制御におけるこれらの制限が、このタイプの
圧縮機に関する性能の大きな制限を意味する。理想的な状況は、衝突の発生なし
にピストンが弁板に対して可能な限り接近することを可能にすることだろう。従
来技術から公知の制御は、ピストン位置の推定の精度に欠けているので、この接
近を可能にせず、しかも、より長い安全距離を保持することが必要であり、この
ことは、吐出圧力が高い時には圧縮機がガスを圧送しないことになり、かつ、デ
ッドボリューム（ｄｅａｄｖｏｌｕｍｅ）のために最大可能効率を減少させる
。〔発明の目的と簡単な説明〕本発明の目的は、リニア圧縮機のピストンのストロークを制御して、極端な負荷状態であっても
、ピストンが弁システムに対し衝突することなしに、ピストンがその機械的スト
ロークの可能な限り末端にまで進めるようにすることと、リニア圧縮機のピストンのストロークを制御して、エネルギー供給ネットワー
クからの極端な外乱の存在下においてさえ、極端な負荷状態であってもピストン
が弁システムに衝突することなしに、ピストンがその機械的ストロークの可能な
限り末端にまで進めるようにすることと、ピストン揺動の中間点の変位に関する情報を必要とせずに、リニア圧縮機のピ
ストンのストロークに対して制御を与えることと、リニア圧縮機の揺動ストロークの振幅を制御して、圧縮機によって生じさせら
れる冷却能力に対する制御を可能にすることである。

【００１５】これらの目的は、圧縮機、特に、ピストンとリニアモータとを含み、ピストン
がストロークに沿って運動し、かつモータによって駆動され、中圧電圧がモータ
に印加されるリニア圧縮機を制御するための、および、ピストンの運動を制御す
るための方法によって実現され、この方法は、ピストン運動の第１の時間を測定
する段階と、その第１の時間を予め決められた運動時間と比較する段階と、第１
の運動時間が予め決められた運動時間と異なる場合に電圧を変化させる段階とを
含み、予め決められた運動時間は、ピストンの運動が最大点に達するような時間
であり、この最大点はピストンストロークの末端にかなり近い。

【００１６】ピストンストロークの末端に位置した弁板にピストンが衝突することを防止す
るために圧縮機のピストンの位置を監視するシステムも想定されている。この目
的は、ストロークに沿って運動しかつ電圧によって駆動されるモータによって駆
動される特に、リニア圧縮機のピストンの位置を監視するシステムによって実現
され、このシステムは、ピストンストロークの末端に近い点の通過からピストン
の運動を監視することが可能な電子回路を含む。

【００１７】さらに、本発明の目的は、極端な負荷条件においてでも、ピストンが弁システ
ムに衝突することがないように、ピストンがその機械的ストロークの末端まで進
むことを防止する監視システムを有する圧縮機を提供することである。この目的
は、圧縮機、特に、ピストンと弁板とリニアモータとを含み、かつピストンがス
トロークに沿って運動し、リニアモータによって駆動されるリニア圧縮機によっ
て実現され、この圧縮機は、弁板に近い領域内に定義された点に近い点の通過か
らピストンの運動を監視することが可能な電子回路を含む。

【００１８】次に、本発明を、図面に示す実施形態を参照しながら、さらに詳細に説明する
。〔発明の詳細な説明〕図１はリニアタイプの圧縮機１を示し、この圧縮機１は、ブロック６内に収容
されているピストン５を備えており、そのピストンのストロークと運動はリニア
モータ２によって形を定められかつ駆動される。ピストン５は、ばね４の作用に
よって共振タイプの揺動運動を行い、その運動の制御は電子回路４０によって行
われ、この電子回路４０はインバータ５０とマイクロコントローラ４１とを含み
、このインバータ５０はそのピストンストロークの振幅を変化させることが可能
である。ピストンストロークの末端の付近には弁板８、９が存在し、前記ピスト
ン５の運動に変化を引き起こす障害の発生時には、ピストン５がこれらの弁板に
対して衝突する。

【００１９】振幅の制御と変化はフィードバック３１によって行われ、このフィードバック
３１は、図３に示すように、ピストン５のストローク沿りのブロック６内に物理
的に定義されている点「Ｒ」において測定される。明確に述べると、本発明の目
的は、ピストン５の最大可能ストローク「Ｍ」の末端に近い点「Ｒ」を超えたピ
ストン５の残留時間「ｔｏ」の情報と、全サイクルの所要時間「ｔｃ」と、図２
に曲線「Ｐｍ」によって示されているピストン５の最大可能ストローク「Ｍ」に
対応する時間「ｔｏｍ」の情報とを使用し、モータに印加される平均電圧「Ｖｍ
」が、時間「ｔｏ」が所望の時間「ｔｏｄ」よりも短い場合に増分され、長い場
合には減少され、圧縮機１が使用されるシステムの決められた冷却能力を供給す
るための所望の変位「Ｐ」を維持する。

【００２０】時間「ｔｏ」、すなわち、ピストン５運動の第１の時間は、時間「ｔｏ（ｎ）
」、「ｔｏ（ｎ−１）」、．．．のすぐ前の測定値の平均であり、かつ、時間「
ｔｏｄ」、すなわち、予測された運動時間が、「Ｍ」よりも短い、所望のストロ
ーク「Ｐ」のための点「Ｒ」を超えているピストン５の残留時間に対応する。こ
の所望のストローク「Ｐ」は、システムによる冷却の要求によって決定される。

【００２１】平均電圧「Ｖｍ」の制御に加えて、ピストンによる点「Ｒ」通過の瞬間「ｔｏ
（ｎ）」（すなわち、運動の第１の時間）と、先行のサイクル「ｔｃ（ｎ）」、
「ｔｃ（ｎ−’）」、．．．、の平均所要時間であると定義されている、点「Ｒ
」のこの通過に対し期待された瞬間「ｔｃ（予測された）」（または、予知され
た運動時間）との間の時間差が、進行中のサイクルの途上において、特に、ピス
トン５が点「Ｒ」を通過する間と、最大振幅点「Ｐ」を通過する予測された瞬間
との間に、所望の電圧「Ｖ２」とは異なっているモータに印加される電圧「Ｖ１
」に対する補正「ｄＶ」を加えることを可能にし、こうしてそのサイクル中の経
路を補正しようとし、所望の値「Ｐ３」に非常に近いストローク「Ｐ２」を維持
し、および、弁板８、９に対してピストン５が衝突することを防止するが、この
衝突は、ピストン５の経路が、図２における外乱「Ｄ」の開始から曲線「Ｐ１」
、「Ｐ４」に示されているように続いた場合に生じるだろう。

【００２２】点「Ｍ」は弁板に非常に近く、典型的には数１０マイクロメートルの距離にあ
る。

【００２３】点「Ｒ」は弁板の近くに位置しており、典型的には１〜２ミリメートルの距離
にある。

【００２４】一例として、５０Ｈｚの共振周波数と約１６ｍｍのピストン５のストロークと
を有する圧縮機１と、弁板８、９から約２ｍｍの位置におけるセンサ「Ｒ」の配
置とを想定すると、必要とされる冷却能力に応じて、ゼロから約３，９ミリ秒の
最大時間「ｔｏｍ」に変化する時間「ｔｏ」がある。時間「ｔｃ（予測された）
」は２０ミリ秒（１／５０Ｈｚ）であるだろうし、時間「ｔｃ（ｎ）」は典型的
には「ｔｃ（予測された）」に対して５％変化する。この５％という範囲は、給
電ネットワーク３５における外乱の結果である。

【００２５】これらの時間の測定は、典型的には、マイクロコントローラ４１内に物理的に
存在する「タイマ」でありうるテンポライザ（ｔｅｍｐｏｒｉｚｅｒ）によって
行われる。「ｔｏ」の測定においては、例えば、点「Ｒ」に備えられたセンサ１
０からの論理レベルが０から１へ変化して、ピストン５が点「Ｒ」を超えた領域
内にあることを表示する時に、時間「ｔｏ」の測定が開始され、この測定は、セ
ンサ１０が、論理レベルが１から０に変化することによって特徴付けられた、点
「Ｒ」のこちら側の位置にピストン５が戻ったことを知らせる時に終了する。同
様に、第２のテンポライザが、現在のサイクル中にピストンが点「Ｒ」を超えて
進んだ瞬間と、これに続くサイクル中にピストン５がこの点のを再び通過する瞬
間との間に経過した時間を測定し、その結果として時間「ｔｃ（ｎ）」が得られ
るだろう。

【００２６】所望の時間「ｔｏｄ」は、必要とされる冷却能力にしたがって決定されるべき
であり、ピストン５がその最大ストロークにある時の「ｔｏｍ」に相当する、「
ｔｏｄ」に関する最大許容可能値が存在する。時間「ｔｏｄ」が長ければ長いほ
ど、冷却能力が大きく、したがって、冷却能力と「ｔｏｄ」値との間の対応テー
ブルが各々の圧縮機モデルに関して定義されるべきである。さらに、時間「ｔｏ
ｄ」は、「ｔｏｍ」の部分「ｋ」として表現されてもよく、例えばｔｏｄ＝ｋ．
ｔｏｍである。時間「ｔｏｄ」は必要に応じて変化し、ゼロから「ｔｏｍ」に等
しい値までの範囲をとり、したがって、部分「ｋ」は０から１まで変化する。

【００２７】本発明の方法と、ピストン５を監視するシステムは、各サイクルにおいて、従
来よりもはるかに高い精度でピストン５の揺動振幅を推定することを可能にし、
緩慢な変化である冷却能力の変動を電子制御の反応が制御することを可能にし、
「Ｐ」に等しい所望の値にピストン５の揺動ストロークの平均振幅を維持し、お
よび、給電電圧３５の変動によって引き起こされる動作状態の急激な変動を相殺
するために電子制御の急激な反応を可能にし、および、これらの補正は、物理基
準点「Ｒ」をピストン５が通過した後に、ピストン５の経路の最終部分における
ピストン５のストロークの振幅を補正するように、各揺動サイクルにおいて加え
られるべきである。

【００２８】電圧の急激な上昇の場合には、ストロークの補正が、電圧「Ｖ」の値を増減さ
せることによって、したがって、時間「ｔｃ（ｎ）」と時間「ｔｃ（予測された
）」との間の差に比例した値「ｄＶ」でモータに加えられる電圧「Ｖｍ」の値を
増減させることによって行われる。

【００２９】圧縮機１の要求が変化する時には、または、給電ネットワークにおける緩慢な
変化が生じる時には、ポイント「Ｒ」を超えたピストン５の残留時間「ｔｏ」が
所望の値「ｔｏｄ」と異なる場合に、モータに印加される平均電圧「Ｖｍ」が変
化させられ、「ｔｏ」が「ｔｏｄ」よりも短い場合には平均電圧「Ｖｍ」を増加
させ、および、「ｔｏ」が「ｔｏｄ」よりも長い場合には平均電圧「Ｖｍ」を減
少させる。

【００３０】図５と図６から理解できるように、インバータ５０を含む電子回路４０は、値
「Ｖｍ」によってモータ２を制御し、圧縮機１内に備えられているセンサ１０か
らフィードバック３１を受け取り、こうしてピストン５の運動を制御する。

【００３１】「Ｖｍ」の値を増減するための好ましい方法が、ＰＷＭタイプの変調を使用す
ることであり、これは、この変調の作用サイクルを変化させるために、キーＱ１
、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を制御することによって、可変の（および制御可能な）電圧
値をリニアモータ２の端子に印加する。典型的には、約５ｋＨｚの周波数が、モ
ータ２に対する電圧のＰＷＭ変調のために使用される。このタイプの回路の具体
例が図４と図５に示されている。

【００３２】値「ｄＶ」の制御を行うためにＰＷＭサイクルを変化し、これは、わずかな変
調サイクルの間に例えば、数ミリ秒間の変化の間に、８０％の「運転サイクル」
から５０％に急激に変化することが可能であり、その結果として、給電ネットワ
ークから来る急激な外乱後のピストンストロークの補正を確実なものにする。

【００３３】インバータ５０の制御がセンサ１０によって行われ、センサ１０は、時間「ｔ
ｏ（ｎ）」と時間「ｔｃ（ｎ）」とを測定するテンポライザをトリガーすること
に作動する。最新サイクルの平均値の計算と、測定された時間「ｔｏｍ」と記憶
されている時間「ｔｃ（予測された）」と比較する計算とが、マイクロコントロ
ーラ４１によって行われるだろう。これらの計算の結果が、必要とされている冷
却能力を得るためのモータ２に対する電圧「Ｖｍ」印加サイクルの値である。さ
らに、これらの計算の結果は、ＰＷＭ電圧印加サイクルの急激かつ一時的変化で
あり、例えば電気ネットワーク３５の近接点に接続されているモータの停止によ
る過渡現象としての急激な電圧変化を補償するために、電圧「ｄＶ」を一時的に
補正する。

【００３４】方法と、システムと、したがって圧縮機１は、利点として、モータ２に印加さ
れる電圧および電流に基づく推定の必要なしに、かつ、温度、モータ２の構造、
および、ピストン５の面の間の圧力の平均的差異を原因とするピストン５の揺動
の中間点の変位といった２次的な変動に起因する誤差なしに、各サイクルにおけ
る迅速な反応と補正とを実現する。さらに、それは、必要とされる冷却能力とは
無関係に、ピストン５のストロークに対する制御を効果的に維持する制御を実現
することを可能にし、および、商業的電気エネルギーネットワーク３５における
電圧の自然変動によって引き起こされる急激な外乱の存在下でさえ、弁板８、９
に対するピストン５の機械的衝突を防止することが可能である。

【００３５】図４に一例として示されているように、ピストン５の同じ振幅を得るために、
電圧Ｖ２よりも低い電圧Ｖ１が、負荷Ｃ２がＣ１よりも大きい時にそれぞれ必要
である。

【００３６】「Ｒ」として定義されている物理点のそばをピストン５が通過することを検出
することが、圧縮機１の内側に備えられている、接触タイプ、光学タイプ、誘導
タイプ、または、これらと同等のタイプの物理センサ１０によって行われること
が可能である。この検出は、さらに、モータ２の端子に存在する電圧に対して加
えられる磁気的な外乱を加えることによって行われてもよく、この外乱は、例え
ば、モータの磁気回路の構造的詳細部分によって生じさせられてもよい。

【００３７】好ましい実施形態を上述したが、本発明の範囲内が他の採用可能な変型を含み
、および、採用可能な等価物を含む特許請求項の内容だけによって限定されると
いうことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法が適用されるリニア圧縮機の略図である。

【図２】図１に示す圧縮機のピストンの挙動と、モータを制御するモータに印加される
電圧の挙動を示す図である。

【図３】本発明の方法を示すブロック図である。

【図４】ピストンの運動とリニアモータに印加される電圧との間の相関を示すグラフで
ある。

【図５】モータを制御するインバータの略図である。

【図６】センサがマイクロコンピュータによってどのようにインバータを作動させるか
を示すブロック図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年７月１６日（２００２．７．１６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の名称】圧縮機のピストン位置を制御および監視する方法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【００１５】これらの目的は、圧縮機、特に、ピストンとリニアモータとを含み、ピストン
がストロークに沿って運動し、かつモータによって駆動され、平均電圧がモータ
に印加されるリニア圧縮機を制御するための、および、ピストンの運動を制御す
るための方法によって実現され、この方法は、ピストンの第１の運動時間を測定
する段階と、その第１の運動時間を予測された運動時間と比較する段階と、第１
の運動時間が予測された運動時間と異なる場合に電圧を変化させる段階とを含み
、予測された運動時間は、ピストンの運動が最大点に達するような時間である。

【００１６】ピストンストロークの末端に位置した弁板にピストンが衝突することを防止す
るために圧縮機のピストンの位置を監視するシステムも想定されている。この目
的は、ストロークに沿って運動しかつ電圧によって駆動されるモータによって駆
動される特に、リニア圧縮機のピストンの位置を監視するシステムによって実現
され、このシステムは、基準点の通過からピストンの運動を監視する電子回路を
含み、前記の基準点は最大点よりも前記ピストンのストロークの末端から遠い点に位置しており、前記電子回路は基準点を超えたピストンの残留する滞在時間を計測し望ましい予測時間と滞在時間とを比較しており、前記望ましい予測時間はピストンが最大点に達する最大ストローク時間より短いか又は等しい時間であり、前記電子回路は滞在時間が望ましい予測時間より長い場合は電圧を減少し、滞在時間が望ましい予測時間よりも短い場合は電圧を増加する。

【００１７】さらに、本発明の目的は、極端な負荷条件においてでも、ピストンが弁システ
ムに衝突することがないように、ピストンがその機械的ストロークの末端まで進
むことを防止する監視システムを有する圧縮機を提供することである。この目的
は、圧縮機、特に、ピストンと弁板とリニアモータとを含み、かつピストンがス
トロークに沿って運動し、リニアモータによって駆動されるリニア圧縮機によっ
て実現され、この圧縮機は、基準点を超えたピストンの残留する滞在時間を計測し望ましい予測時間と滞在時間とを比較しており、前記望ましい予測時間はピストンが最大点に達する最大ストローク時間より短いか又は等しい時間であり、前記の基準点は最大点よりも前記ピストンのストロークの末端から遠い点に位置している、電子回路を含む。

【００１９】振幅の制御と変化はフィードバック３１によって行われ、このフィードバック
３１は、図３に示すように、ピストン５のストローク沿ったブロック６内に物理
的に定義されている基準点「Ｒ」において測定される。明確に述べると、本発明
の目的は、ピストン５の最大可能ストローク「Ｍ」（又は最大点「Ｍ」）の末端
に近い基準点「Ｒ」を超えたピストン５の滞在時間「ｔｏ」（又は運動時間）の
情報と、全サイクルの所要時間「ｔｃ」（又はサイクル時間）と、図２に曲線「
Ｐｍ」によって示されているピストン５の最大可能ストローク「Ｍ」に対応する
時間「ｔｏｍ」（又は最大ストローク時間「ｔｏｍ」）の情報とを使用し、モー
タに印加される平均電圧「Ｖｍ」が、時間「ｔｏ」が望ましいの予測時間「ｔｏ
ｄ」よりも短い場合に増加され、長い場合には減少され、圧縮機１が使用される
システムの決められた冷却能力を供給するための所望の変位「Ｐ」を維持する。

【００２０】ピストン５の滞在時間「ｔｏ」は、滞在時間「ｔｏ（ｎ）」、「ｔｏ（ｎ−１
）」、．．．のすぐ前の測定値の平均であり、かつ、望ましい予測時間「ｔｏｄ」（又は予測された運動時間）が、最大点「Ｍ」よりも短い、所望のストローク
「Ｐ」のための基準点「Ｒ」を超えているピストン５の残留時間に対応する。こ
の所望のストローク「Ｐ」は、システムによる冷却の要求によって決定される。

【００２１】平均電圧「Ｖｍ」の制御に加えて、ピストンによる基準点「Ｒ」通過の時間サイクル時間「ｔｃ」（又は、運動時間）と、先行のサイクル「ｔｃ（ｎ）」、「
ｔｃ（ｎ−’）」、．．．、の平均所要時間であると定義されている、基準点「
Ｒ」のこの通過に対し期待された瞬間「ｔｃ（設計された）」（または、予測さ
れた設計時間）との間の時間差が、進行中のサイクルの途上において、特に、ピ
ストン５が基準点「Ｒ」を通過する間と、最大振幅点「Ｐ」を通過する予測され
た瞬間との間に、所望の電圧「Ｖ２」とは異なっているモータに印加される電圧
「Ｖ１」に対する補正「ｄＶ」を加えることを可能にし、こうしてそのサイクル
中の経路を補正しようとし、所望の値「Ｐ３」に非常に近いストローク「Ｐ２」
を維持し、および、弁板８、９に対してピストン５が衝突することを防止するが
、この衝突は、ピストン５の経路が、図２における外乱「Ｄ」の開始から曲線「
Ｐ１」、「Ｐ４」に示されているように続いた場合に生じるだろう。

【００２２】最大点「Ｍ」は弁板８、９に非常に近く、典型的には数１０マイクロメートル
の距離にある。

【００２３】基準点「Ｒ」は弁板８、９の近くに位置しており、典型的には１〜２ミリメー
トルの距離にある。

【００２４】一例として、５０Ｈｚの共振周波数と約１６ｍｍのピストン５のストロークと
を有する圧縮機１と、弁板８、９から約２ｍｍの位置における基準点「Ｒ」の配
置とを想定すると、必要とされる冷却能力に応じて、ゼロから約３，９ミリ秒の
最大ストローク時間「ｔｏｍ」に変化する滞在時間「ｔｏ」がある。予測設計時
間「ｔｃ（設計された）」は２０ミリ秒（１／５０Ｈｚ）であるだろうし、サイ
クル時間「ｔｃ（ｎ）」は典型的には「ｔｃ（設計された）」に対して５％変化
する。この５％という範囲は、給電ネットワーク３５における外乱の結果である
。

【００２５】これらの時間の測定は、典型的には、マイクロコントローラ４１内に物理的に
存在する「タイマ」でありうるテンポライザ（ｔｅｍｐｏｒｉｚｅｒ）によって
行われる。滞在時間「ｔｏ」の測定においては、例えば、基準点「Ｒ」に備えら
れたセンサ１０からの論理レベルが０から１へ変化して、ピストン５が基準点「
Ｒ」を超えた領域内にあることを表示する時に、滞在時間「ｔｏ」の測定が開始
され、この測定は、センサ１０が、論理レベルが１から０に変化することによっ
て特徴付けられた、基準点「Ｒ」のこちら側の位置にピストン５が戻ったことを
知らせる時に終了する。同様に、第２のテンポライザが、現在のサイクル中にピ
ストンが基準点「Ｒ」を超えて進んだ瞬間と、これに続くサイクル中にピストン
５がこの点を再び通過する瞬間との間に経過した時間を測定し、その結果としてサイクル時間「ｔｃ（ｎ）」が得られるだろう。

【００２６】所望の予測時間「ｔｏｄ」は、必要とされる冷却能力にしたがって決定される
べきであり、ピストン５がその最大ストロークにある時の最大ストローク時間「
ｔｏｍ」に相当する、望ましい予測時間「ｔｏｄ」に関する最大許容可能値が存
在する。望ましい予測時間「ｔｏｄ」が長ければ長いほど、冷却能力が大きく、
したがって、冷却能力と望ましい予測時間「ｔｏｄ」値との間の対応テーブルが
各々の圧縮機モデルに関して定義されるべきである。さらに、望ましい予測時間
「ｔｏｄ」は、最大ストローク時間「ｔｏｍ」の部分「ｋ」として表現されても
よく、例えばｔｏｄ＝ｋ．ｔｏｍである。望ましい予測時間「ｔｏｄ」は必要に
応じて変化し、ゼロから「ｔｏｍ」に等しい値までの範囲をとり、したがって、
部分「ｋ」は０から１まで変化する。

【００２８】電圧の急激な上昇の場合には、ストロークの補正が、電圧「Ｖ」の値を増減さ
せることによって、したがって、サイクル時間「ｔｃ（ｎ）」と予想設計時間「
ｔｃ（設計された）」との間の差に比例した値「ｄＶ」でモータに加えられる電
圧「Ｖｍ」の値を増減させることによって行われる。

【００２９】圧縮機１の要求が変化する時には、または、給電ネットワークにおける緩慢な
変化が生じる時には、基準点「Ｒ」を超えたピストン５の残留滞在時間「ｔｏ」
が望ましい予測時間「ｔｏｄ」と異なる場合に、モータに印加される平均電圧「
Ｖｍ」が変化させられ、滞在時間「ｔｏ」が望ましい予測時間「ｔｏｄ」よりも
短い場合には平均電圧「Ｖｍ」を増加させ、および、滞在時間「ｔｏ」が望ましい予測時間「ｔｏｄ」よりも長い場合には平均電圧「Ｖｍ」を減少させる。

【００３１】「Ｖｍ」の値を増減するための好ましい方法が、ＰＷＭタイプの変調を使用す
ることであり、これは、この変調の作用サイクルを変化させるために、キーＱ１
、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を制御することによって、可変の（および制御可能な）電圧
値をリニアモータ２の端子に印加する。典型的には、約５ｋＨｚの周波数が、モ
ータ２に対する電圧のＰＷＭ変調のために使用される。このタイプの回路の具体
例が図５に示されている。

【００３３】インバータ５０の制御がセンサ１０によって行われ、センサ１０は、滞在時間
「ｔｏ（ｎ）」とサイクル時間「ｔｃ（ｎ）」とを測定するテンポライザをトリ
ガーすることに作動する。最新サイクルの平均値の計算と、測定された最大ストローク時間「ｔｏｍ」と記憶されている予測設計時間「ｔｃ（設計された）」と
比較する計算とが、マイクロコントローラ４１によって行われるだろう。これら
の計算の結果が、必要とされている冷却能力を得るためのモータ２に対する電圧
「Ｖｍ」印加サイクルの値である。さらに、これらの計算の結果は、ＰＷＭ電圧
印加サイクルの急激かつ一時的変化であり、例えば電気ネットワーク３５の近接
点に接続されているモータの停止による過渡現象としての急激な電圧変化を補償
するために、電圧「ｄＶ」を一時的に補正する。

【００３６】物理的基準点「Ｒ」のそばをピストン５が通過することを検出することが、圧
縮機１の内側に備えられている、接触タイプ、光学タイプ、誘導タイプ、または
、これらと同等のタイプの物理センサ１０によって行われることが可能である。
この検出は、さらに、モータ２の端子に存在する電圧に対して加えられる磁気的
な外乱を加えることによって行われてもよく、この外乱は、例えば、モータの磁
気回路の構造的詳細部分によって生じさせられてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図３】本発明の方法を示すブロック図である。

【図５】モータを制御するインバータの略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダイネス，パウロセルジオブラジル国，サンタ・カタリナ，ジョインビレ，ルアルイバルボサ，1431，アパートメント 302，ベエリイＦターム(参考） 3H045 AA03 AA09 AA25 BA41 CA21 CA25 DA07 EA04 EA20 EA26 EA38 3H076 AA02 BB28 BB31 CC05 CC31 CC98 【要約の続き】な時間であり、点（Ｍ）は、ピストン（５）のストロークの末端にかなり近い段階とを含む。さらに、リニア圧縮機（１）のピストン（５）の位置を監視するシステムと、圧縮機（１）も期待されている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機（１）、特に、ピストン（５）とリニアモータ（２）
と、ストロークに沿って移動し、前記モータ（２）によって駆動される前記ピス
トン（５）と、前記モータ（２）に印加され、前記ピストン（５）の運動を制御
する平均電圧（Ｖｍ）とを含む、リニア圧縮機を制御するための方法であって、前記ピストン（５）の運動の第１の時間を測定する段階と、予測された運動時間に対して前記第１の時間を比較する段階と、前記予測された運動時間は、前記ピストン（５）の運動が最大点（Ｍ）に達す
る時間であり、前記点（Ｍ）は前記ピストン（５）のストロークの末端にかなり
近くにあり、前記第１の運動時間が前記予測された運動時間と異なる場合に前記
電圧（Ｖｍ）を変化させる段階と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】前記第１の運動時間は、前記ピストン（５）のストロークに
位置した点（Ｒ）を超えている前記ピストン（５）の残留時間（ｔｏ）であり、
前記点（Ｒ）は前記ピストン（５）のストロークの末端にかなり近くかつ前記点
（Ｍ）よりも前記末端から遠い点に位置しており、前記方法は、さらに、前記時間（ｔｏ）が、時間（ｔｏｄ）である予測された運動時間よりも長い場
合に前記電圧（Ｖｍ）を減少する段階、ここで、前記時間（ｔｏｄ）は時間（ｔ
ｏｍ）より短いか等しい時間であり、前記時間（ｔｏｍ）は、前記ピストン（５
）が前記点（Ｍ）に達する時に最大ストロークの時間である段階と、前記時間（ｔｏ）が前記時間（ｔｏｄ）よりも短い場合に前記電圧（Ｖｍ）を
増加させる段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記時間（ｔｏｍ）は、前記ピストン（５）が前記ストロー
クの前記末端に達する時に、前記ピストン（５）による前記点（Ｒ）の第１の通
過と第２の通過との間に経過した時間よりも短いことを特徴とする請求項１また
は２に記載の方法。
【請求項４】前記ピストン（５）による前記点（Ｒ）の前記第１の通過は
、前記ピストン（５）が前記ピストンストロークの末端に向かって運動する時に
生じ、前記ピストン（５）による前記第２の通過は、前記ピストン（５）が反対
方向に運動し、前記第１の通過の時間に続いて生じた運動において生じることを
特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】前記第１の運動時間が全ピストンサイクル運動の所要時間（
ｔｃ（ｎ））であり、この時間（ｔｃ（ｎ））は、時間（ｔｃ（予測された））
である予測された時間と比較され、前記時間（ｔｃ（予測された））は、前記ピ
ストン（５）の点Ｒでの予測された時間であり、前記ストロークの末端における
前記ピストン（５）の衝突を防止する最小値を有し、前記点（Ｒ）は、前記ピス
トン（５）のストロークの末端にかなり近くかつ前記点（Ｍ）よりも前記末端か
ら遠い点に位置しており、前記電圧（Ｖｍ）は、前記時間（ｔｃ（ｎ））が前記
時間（ｔｃ（予測された））よりも短い場合に減少させられることを特徴とする
請求項１に記載の方法。
【請求項６】前記電圧（Ｖｍ）は、前記ピストン（５）が前記点（Ｒ）を
超えている時に減少させられることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】前記電圧（Ｖｍ）は、電圧（Ｖ）に加えられる値（ｄＶ）に
よって増加または減少させられ、前記値（ｄＶ）は（ｔｃ（ｎ））と（ｔｃ（予
測された））との間の差に比例していることを特徴とする請求項２、５、または
、６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】前記点Ｒにおける前記ピストン（５）の位置を測定すること
を含むことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか一項
に記載の方法。
【請求項９】ピストン（５）、特にリニア圧縮機（１）のピストン（５）
の位置を監視するシステムであって、前記ピストン（５）はストロークに沿って
運動し、およびモータ（２）によって駆動され、前記モータ（２）は電圧（Ｖｍ
）によって駆動されるシステムにおいて、前記ピストン（５）のストロークの点
（Ｍ）の近くの点（Ｒ）の通過によって前記ピストン（５）の運動を監視するこ
とが可能な電子回路（４０）を含み、前記点（Ｍ）は前記ピストン（５）のスト
ロークの末端にかなり近いことを特徴とするシステム。
【請求項１０】前記電子回路（４０）は、前記点（Ｒ）を超えた前記ピス
トン（５）の残留時間（ｔｏ）を測定することと、前記時間（ｔｏ）を時間（ｔ
ｏｄ）と比較することとが可能であり、前記時間（ｔｏｄ）は時間（ｔｏｍ）よ
り短いかまたは等しく、前記時間（ｔｏｍ）は、前記ピストン（５）が前記点（
Ｍ）に達する時の最大ストロークの時間であり、前記システムはさらに、前記時
間（ｔｏ）が時間（ｔｏｄ）よりも長い場合に前記電圧（Ｖｍ）を減少させるこ
とと、前記時間（ｔｏ）が時間（ｔｏｄ）よりも短い場合に前記電圧（Ｖｍ）を
増加させることとが可能であることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】前記電子回路（４０）は、前記ピストン（５）の全サイク
ル運動の所要時間（ｔｃ（ｎ））を測定することと、前記ピストン（５）のスト
ロークの末端にかなり近くかつ前記点（Ｍ）よりも前記末端から遠い点に位置し
ている点（Ｒ）を前記ピストン（５）の通過する期待された時間（ｔｃ（予測さ
れた））に対して前記時間（ｔｃ（ｎ））を比較することと、前記時間（ｔｃ（
ｎ））が前記時間（ｔｃ（予測された））よりも短い場合に前記電圧（Ｖｍ）を
減少させることとが可能であることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】前記電子回路（４０）はマイクロコントローラ（４１）と
インバータ（５０）とを含み、前記マイクロコントローラ（４１）は前記時間（
ｔｏ）と前記時間（ｔｃ（ｎ））との測定を計算し、かつ、前記インバータ（５
０）は前記電圧（Ｖｍ）の変化を計算することを特徴とする請求項１０または１
１に記載のシステム。
【請求項１３】圧縮機（１）、特に、ピストン（５）と弁板（８、９）と
リニアモータ（２）とを含むリニア圧縮機であって、前記ピストン（５）はスト
ロークに沿って運動しおよび前記モータ（２）によって駆動される圧縮機におい
て、前記ピストン（５）ストロークの点（Ｍ）に近い点（Ｒ）における通過から
前記ピストン（５）の運動を監視することが可能である電子回路（４０）を含み
、前記点（Ｍ）は前記弁板（８、９）に近い領域に定められていることを特徴と
する圧縮機。
【請求項１４】前記電子回路（４０）は、前記点（Ｒ）を超えた前記ピス
トン（５）の残留時間（ｔｏ）を測定することと、前記ピストン（５）が前記点
（Ｍ）に達する時の最大ストローク時間（ｔｏｍ）よりも短いかまたは等しい時
間（ｔｏｄ）に対して前記時間（ｔｏ）を比較することとが可能であり、さらに
、前記システムは、前記時間（ｔｏ）が前記時間（ｔｏｄ）よりも長い場合に前
記電圧（Ｖｍ）を減少させることと、前記時間（ｔｏ）が前記時間（ｔｏｄ）よ
りも短い場合に前記電圧（Ｖｍ）を増加させることとが可能であることを特徴と
する請求項１３に記載の圧縮機。
【請求項１５】前記電子回路（４０）は、前記ピストン（５）の全サイク
ルの運動の所要時間（ｔｃ（ｎ））を測定することと、前記ピストン（５）のス
トロークの末端にかなり近くかつ前記点（Ｍ）よりも前記末端から遠い点に位置
している点（Ｒ）を前記ピストン（５）の通過する期待された時間（ｔｃ（予測
された））に対して前記時間（ｔｃ（ｎ））を比較することと、前記時間（ｔｃ
（ｎ））が前記時間（ｔｃ（予測された））よりも短い場合に前記電圧（Ｖｍ）
を減少させることとが可能であることを特徴とする請求項１４に記載の圧縮機。
【請求項１６】前記電子圧縮機（４０）は第１のコントローラ（４１）と
インバータ（５０）とを含み、前記マイクロコントローラ（４１）は前記時間（
ｔｏ）と前記時間（ｔｃ（ｎ））との測定を計算し、前記インバータ（５０）は
前記電圧（Ｖｍ）の変化を計算することを特徴とする請求項１４または１５に記
載の圧縮機。