JP2004120884A - Control device for linear motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent damage to a motor by immediately getting out of a situation where a movable body has a collision, if any. <P>SOLUTION: This control device for a linear motor is driven by a single-phase inverter 2 and reciprocates pistons 5A, 5B as movable bodies. The control device for linear motor has the collision detection sensor for detecting the collision of the piston 5A, a down counter 25 for changing the magnitude of the output voltage of the inverter 2 at the time of the collision detection by the sensor 8; an adder 26, a counter 27 for changing offset voltage superimposed on the output voltage; a multiplier 28, and an adder 24. At the time of the collision detection, the output voltage is decreased immediately, and the offset voltage is increased, and the output voltage is returned. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアモータの制御装置に関し、詳しくは、電力変換器により駆動されてリニアモータの可動部としてのピストン等を往復運動させることにより気体を圧縮するコンプレッサ(いわゆるリニアコンプレッサ)用のリニアモータにおいて、特に可動部の位置検出センサを使用することなく可動部の衝突を防止するようにした制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9は、電力変換器により駆動される従来のリニアコンプレッサの駆動システムを示しており、この従来技術では、電力変換器として単相インバータを用い、リニアモータとして単相ボイスコイルモータを用いている。なお、この種のリニアコンプレッサは、冷蔵庫等の冷却装置において、膨張した冷媒ガスをシリンダ内のピストンの往復運動により圧縮する場合に使用されている。
【0003】
図9において、1は直流電源、2は半導体スイッチング素子Q〜Qを有する単相インバータ、3はリニアコンプレッサ、4A,4Bはリニアモータ、5A,5Bはそれぞれ各モータ4A,4Bにより駆動されて気体を圧縮する可動部としてのピストン、6はシリンダ、7はピストンの位置情報を得るための磁気センサ等の位置センサである。
【0004】
この従来技術の動作を簡単に説明する。
直流電源1に接続された単相インバータ2により、所望の周波数及び振幅の単相交流電圧をリニアモータ4A,4Bに供給する。各モータ4A,4Bにそれぞれ連結されたピストン5A,5Bは、単相インバータ2が出力する周波数に応じて図の左右方向(x方向)に往復運動を行い、シリンダ6内の気体を圧縮する。
【0005】
このようなリニアコンプレッサ3では、気体の圧縮時と膨張時とでピストン5A,5Bに対する平均圧力が異なると、ピストン5A,5Bのx方向に沿った中心位置が変動することになる。その結果、最悪の場合にはピストン5A,5B同士が衝突してリニアモータ4A,4Bを破損するおそれがある。
【0006】
上記不都合を回避するため、従来では、位置センサ7により検出したピストン5Aの位置情報を制御に用いている。
ここで、図10は単相インバータ2の制御ブロック図を示している。インバータ2の出力周波数指令を正弦波発振器11に入力し、周波数指令を積分して得た位相角指令から正弦波テーブル等を参照することにより、所望の周波数の正弦波信号を得る。この正弦波信号とインバータ2の出力電圧指令(振幅指令)とを乗算器12により乗算し、その結果に係数器13,14にて係数を乗じて出力電圧指令を得る。係数器13から出力された出力電圧指令は加算器24を介して比較器16に入力されると共に、係数器14から出力された出力電圧指令は比較器17にそのまま入力される。
【0007】
比較器16,17では、上記各出力電圧指令と、キャリア発生器15から出力される三角波とがそれぞれ比較され、PWMパルスが生成される。このPWMパルスは、分配器18を経てデッドタイム生成手段19により上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムが付加された後、ゲートドライバ20に入力される。ゲートドライバ20では、PWMパルスに基づいて単相インバータ2のスイッチング素子Q〜Qに対するゲート信号を生成し、これらのゲート信号によってスイッチング素子Q〜Qをオン、オフすることにより、所望の振幅及び周波数を有する交流電圧を出力してリニアモータ4A,4Bに供給する。
【0008】
この従来技術において、ピストン位置の制御は、次のように行っている。
すなわち、前記位置センサ7により検出した位置情報を直流分検出手段21に入力してピストンのx方向の中心位置を検出する。また、ピストンの平均位置指令と、直流分検出手段21により検出したピストンの中心位置との偏差を加算器22により求める。そして、この偏差を位置調節器(比例調節器や比例積分調節器等)23に入力してその出力である直流バイアスをオフセット電圧として加算器24により一方の比較器16側の出力電圧指令に重畳することで、ピストン5A,5Bの中心位置の変動を防止している。
ここで、比較器16側の出力電圧指令に正のオフセット電圧を重畳すると、ピストン5A,5Bは軸方向の外側に向かって移動するものと仮定する。
【0009】
なお、ピストンの位置を制御するために位置センサを備えたリニアコンプレッサの従来技術は、以下のように種々存在する(例えば、特許文献1〜3参照)。一方、位置センサ7はシリンダ6内に配置する必要があるが、シリンダ6の内部は圧力が高いため、位置センサ7の信号線を引き出すことは構造上、困難であると共に、コストが上昇する原因ともなる。このような点に鑑み、位置センサを使用せずに、リニアモータの電圧、電流を測定してピストン位置を推定するようにした自由ピストン圧縮機のピストン位置の測定方法及び装置も既に公知となっている(特許文献4参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開平9−291889号公報(段落[0024]等、[図1])
【特許文献2】
特開2001−90661号公報(段落[0032],[0033]等、[図1],[図2],[図10])
【特許文献3】
特開2002−155869号公報(段落[0028]〜[0034],[0050],[0058]等、[図1],[図3],[図7])
【特許文献4】
特表平8−508558号公報(第7頁〜第8頁「発明の簡単な開示」、第9頁第11行〜第16行等)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上述した如く、ピストンの衝突を防止するために位置センサを使用する場合には構造上の問題やコスト上の問題がある。
また、特許文献4のごとく位置センサを用いずにピストン位置を制御する従来技術によれば、シリンダ内にピストンを配置する場合の不都合は回避できるが、モータ定数のばらつきやシリンダ内に充填されたガスの劣化、バネの劣化などにより、万が一、ピストンが衝突状態に陥った際にすばやく脱出できないことがあり、この衝突状態が長時間継続するとモータを破損するおそれがある。
【0012】
そこで本発明は、ピストン等の可動部の位置センサを用いずに可動部の位置制御を行うリニアモータにおいて、仮に可動部が衝突した場合でも衝突状態から直ちに脱出してモータの破損を未然に防止するようにしたリニアモータの制御装置を提供しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、電力変換器により駆動され、かつ、負荷としての可動部を往復運動させるようにしたリニアモータにおいて、前記可動部の衝突を検出する衝突検出センサと、このセンサによる衝突検出時に前記電力変換器の出力電圧の大きさを変化させる手段と、前記出力電圧に重畳するオフセット電圧を変化させる手段とを備え、衝突検出時には前記出力電圧を直ちに減少させると共に前記オフセット電圧を増加させ、その後、前記出力電圧を復帰させるものである。
【0014】
請求項2記載の発明は、電力変換器により駆動され、かつ、負荷としての可動部を往復運動させるようにしたリニアモータにおいて、前記可動部の衝突を検出する衝突検出センサと、このセンサによる衝突検出時に、その時の前記電力変換器の出力電圧が前回の衝突検出時の出力電圧よりも小さい場合には出力電圧を減少させると共にこの出力電圧に重畳するオフセット電圧を減少させ、かつ、衝突検出時の前記電力変換器の出力電圧が前回の衝突検出時の出力電圧よりも大きい場合には出力電圧を減少させると共に前記オフセット電圧を増加させる手段とを備えたものである。
【0015】
請求項3記載の発明は、請求項1または2に記載したリニアモータの制御装置において、前記可動部の衝突検出時に、出力電圧に重畳するオフセット電圧を補正するものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の第1実施形態が適用されるリニアコンプレッサ3’の駆動システムであり、図9と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図から明らかなように、このリニアコンプレッサ3’では、ピストンの位置を検出するための位置センサが除去され、その代わりに、一方のピストン5Aの後端部に、このピストン5Aが他方のピストン5Bやシリンダ6の両端部内壁と衝突したことを検出する衝突検出センサ8が設けられている。ここで、衝突検出センサ8は、例えばピストン5Aが他方のピストン5B方向へ所定距離以上、移動したことを検出する近接スイッチ等により構成されているが、モータの電流の変化を検出するセンサや衝突音を検出するセンサであってもよい。
【0017】
図2は、本実施形態における単相インバータ2の制御ブロック図であり、請求項1記載の発明に相当している。この図において、図10と同一の構成要素には同一の参照符号を付してあり、以下では図10と異なる部分を中心として構成及び動作を説明する。
【0018】
図2において、前記衝突検出センサ8から出力される衝突検出信号は、ダウンカウンタ25に入力され、その出力はインバータ2の出力電圧指令(振幅指令)と共に図示の符号で加算器26に入力されている。この加算器26の出力信号は乗算器12に入力されており、従来と同様に正弦波発振器11からの正弦波信号と乗算される。
一方、前記衝突検出信号はカウンタ27に入力され、その出力は乗算器27においてゲインKoffと乗算された後、係数器13の出力側の加算器24に入力されている。
【0019】
上記構成において、ダウンカウンタ25は、例えばピストン5Aが他方のピストン5Bに衝突した場合に出力電圧指令の大きさを小さくするように作用し、カウンタ27及び乗算器28は、出力電圧指令に加えるオフセット電圧を増加させるように作用している。
【0020】
ピストンの衝突時に、オフセット電圧を加算するだけでなく、出力電圧指令すなわちモータへの印加電圧を小さくする理由は、オフセット電圧のステップ変化に対するピストン位置の応答が遅いためである。一般にリニアモータのピストンは気体の共振周波数で運転されており、共振周波数以外でのピストンの位置応答は極めて遅くなる。よって、まず、モータへの印加電圧を小さくすることによってピストンの振幅は直ちに小さくなるため、衝突状態から迅速に脱出することが可能であり、これと同時にオフセット電圧を増加させることとした。
なお、衝突直後に減少させた出力電圧指令は、その後にゆっくりと復帰させる。
【0021】
図3は、図2におけるピストン衝突時の動作を示す図、図4はピストン衝突時のダウンカウンタ25の動作を示す図である。
図2のダウンカウンタ25は、衝突検出信号をトリガとしてプリセットした値から減算することにより、図4に示すごとくのこぎり波状の波形を生成する。このダウンカウンタ25の出力を出力電圧指令(衝突前の大きさをV1とする)から減じることで、出力電圧を図3のように減少させる。一方、カウンタ27は衝突検出信号をカウントし、その出力に対し乗算器28によりゲインKoffを乗じて衝突時にオフセット電圧を増加させ、このオフセット電圧を加算器24により出力電圧指令に加算する。
【0022】
次に、図5は本発明の第2実施形態が適用される単相インバータ2の制御ブロック図であり、請求項2記載の発明に相当する。なお、リニアコンプレッサ3’の駆動システムは図1と同様の構成である。
前述した第1実施形態では、主としてピストンはシリンダ6の中心方向に移動してピストン5A,5Bが相互に衝突することを想定している。これは主に、シリンダ6内は圧縮時のほうが膨張時に比べて圧力が高いため、ピストン5A,5Bがシリンダ6の中心方向に移動するためである。しかし、経年変化などを考慮すると、場合によってはピストン5A,5Bがシリンダ6の両端部内壁に衝突する場合もあるため、このようなときにも衝突状態から直ちに脱出する必要がある。
【0023】
そこで、第2実施形態では、ピストン5A,5Bが中心方向に移動して相互に衝突した場合(便宜的に中央衝突という)と外側方向に移動してシリンダ6の両端部内壁に衝突した場合(便宜的に外側衝突という)とを判別し、状況に応じたオフセット電圧を出力電圧に重畳して衝突状態から脱出するようにした。
なお、ピストン5A,5B同士の衝突を未然に防ぐためにシリンダ6にストッパを設けることがあり、このような場合にピストン5A,5Bがストッパに衝突するケースも本発明における中央衝突に含めるものとする。
【0024】
図5において、図2との相違点を中心に説明すると、図5の実施形態では、衝突検出信号がダウンカウンタ25及びカウンタ(アップダウンカウンタ)27に入力されているほか、中央衝突判定器29にも入力されている。この中央衝突判定器29は、衝突検出信号及び出力電圧指令に基づいて中央衝突と外側衝突とを判別するものであり、その判別結果に応じてアップカウント指令またはダウンカウント指令をカウンタ27に向けて出力する。
図5のその他の構成は図2と同様である。
【0025】
ここで、図6は外側衝突の判定原理を示している。前述したように中央衝突と外側衝突との判別は、中外衝突判定器29により行われる。
中央衝突時には出力電圧を減少させてオフセット電圧を増加させるため、図3、図6に示すように、少なくとも衝突時の出力電圧V1までは復帰できる。しかし、オフセット電圧を増加させるとピストンは外側に変位するので、外側衝突時には、図6に示すごとく前回の衝突時の出力電圧V1に復帰する前に出力電圧V2’にて再び衝突することになる。
【0026】
そこで本実施形態では、前回の衝突時の出力電圧V1と今回の衝突時の出力電圧V2とを比較し、
V1>V2ならば外側衝突と判定し、オフセット電圧を減少させる、
V1<V2ならば中央衝突と判定し、オフセット電圧を増加させる、
ことにより、中央衝突時または外側衝突時で出力電圧に重畳するオフセット電圧を調整するようにした。
【0027】
中外衝突判定器29は衝突検出信号及び出力電圧指令に基づいて上記判定動作を行い、その判別結果に従ってカウンタ27にアップカウント指令またはダウンカウント指令を出力する。カウンタ27では、例えば外側衝突時は2つ減少させ、中央衝突時は1つ加算した値を出力することにより、出力電圧指令に重畳するオフセット電圧を変化させる。
これにより、中央衝突時または外側衝突時の何れの場合も、それぞれ適切なオフセット電圧を出力電圧指令に重畳して衝突状態から迅速に脱出することができる。
【0028】
次いで、図7は本発明の第3実施形態が適用される単相インバータ2の制御ブロック図であり、請求項3記載の発明に相当する。なお、リニアコンプレッサ3’の駆動システムは図1と同様の構成である。
図7と図2の相違点を主に説明すると、図7においては、乗算器28の出力及び出力電圧指令が補正テーブル30に入力され、その出力が係数器13側の加算器24に加えられている。
【0029】
上記補正テーブル30は、図8のように構成されている。
すなわち、ピストンの衝突時に、その衝突した方向(中央衝突または外側衝突)に応じて、出力電圧指令とこれに重畳するオフセット電圧との関係を補正する。具体的には、図8の破線が衝突前の両者の関係であるとすると、中央衝突時には出力電圧に対するオフセット電圧の割合を増加させるように、また、外側衝突時には出力電圧に対するオフセット電圧の割合を減少させるように両者の関係を補正し、これらの関係により増加または減少させたオフセット電圧を加算器24に向けて出力する。
【0030】
これにより、衝突時以上の電圧を指令として次に出力した場合でも、中央衝突時及び外側衝突時の何れのケースでも再度衝突することなしに運転することができる。
なお、この実施形態における補正テーブル30は、出力電圧とオフセット電圧との関係を規定したテーブルであるが、出力電流とこれに重畳するオフセット電圧との関係や、出力電力とこれに重畳するオフセット電圧との関係を規定したテーブルであってもよい。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ピストン等の可動部の位置センサを持たないリニアコンプレッサであっても、可動部の中央衝突や外側衝突を確実に検出して直ちに衝突状態から脱出することができ、モータの破損を防止してその長寿命化を達成することができる。また、衝突検出センサは必ずしもシリンダ内に配置する必要がないので、位置センサを用いる場合のような構造上、コスト上の問題も生じない等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態が適用されるリニアコンプレッサの駆動システムを示す図である。
【図2】第1実施形態における単相インバータの制御ブロック図である。
【図3】図2におけるピストン衝突時の動作を示す図である。
【図4】図2におけるピストン衝突時のダウンカウンタの動作を示す図である。
【図5】本発明の第2実施形態における単相インバータの制御ブロック図である。
【図6】第2実施形態における外側衝突の判定原理を示す図である。
【図7】本発明の第3実施形態における単相インバータの制御ブロック図である。
【図8】第3実施形態における補正テーブルの説明図である。
【図9】従来のリニアコンプレッサの駆動システムを示す図である。
【図10】従来技術における単相インバータの制御ブロック図である。
【符号の説明】
1:直流電源
2:単相インバータ
3’:リニアコンプレッサ
4A,4B:リニアモータ
5A,5B:ピストン
6:シリンダ
8:衝突検出センサ
11:正弦波発振器
12,28:乗算器
13,14:係数器
15:キャリア発生器
16,17:比較器
18:分配器
19:デッドタイム生成手段
20:ゲートドライバ
24,26:加算器
25:ダウンカウンタ
27:カウンタ
29:中央衝突判定器
30:補正テーブル
〜Q:半導体スイッチング素子
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor control device, and more particularly, to a linear motor for a compressor (so-called linear compressor) that is driven by a power converter and compresses gas by reciprocating a piston or the like as a movable portion of the linear motor. More particularly, the present invention relates to a control device for preventing collision of a movable part without using a position detection sensor of the movable part.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 shows a driving system of a conventional linear compressor driven by a power converter. In this conventional technology, a single-phase inverter is used as a power converter, and a single-phase voice coil motor is used as a linear motor. . Note that this type of linear compressor is used in a cooling device such as a refrigerator when the expanded refrigerant gas is compressed by reciprocating motion of a piston in a cylinder.
[0003]
9, 1 is a DC power source, 2 is a single-phase inverter having a semiconductor switching element Q 1 to Q 4, 3 is a linear compressor, 4A, 4B is a linear motor, 5A, 5B are driven motors 4A, respectively, by 4B Reference numeral 6 denotes a cylinder as a movable part for compressing gas, 6 denotes a cylinder, and 7 denotes a position sensor such as a magnetic sensor for obtaining position information of the piston.
[0004]
The operation of this conventional technique will be briefly described.
A single-phase inverter 2 connected to a DC power supply 1 supplies a single-phase AC voltage having a desired frequency and amplitude to the linear motors 4A and 4B. The pistons 5A and 5B connected to the motors 4A and 4B reciprocate in the left-right direction (x direction) in the figure according to the frequency output from the single-phase inverter 2 to compress the gas in the cylinder 6.
[0005]
In such a linear compressor 3, if the average pressure on the pistons 5A and 5B is different between when the gas is compressed and when the gas is expanded, the center position of the pistons 5A and 5B along the x-direction changes. As a result, in the worst case, the pistons 5A and 5B may collide with each other and damage the linear motors 4A and 4B.
[0006]
In order to avoid the above inconvenience, the position information of the piston 5A detected by the position sensor 7 is conventionally used for control.
Here, FIG. 10 shows a control block diagram of the single-phase inverter 2. An output frequency command of the inverter 2 is input to the sine wave oscillator 11, and a sine wave signal of a desired frequency is obtained by referring to a sine wave table or the like from a phase angle command obtained by integrating the frequency command. The sine wave signal is multiplied by the output voltage command (amplitude command) of the inverter 2 by the multiplier 12, and the result is multiplied by coefficients by the coefficient units 13 and 14 to obtain the output voltage command. The output voltage command output from the coefficient unit 13 is input to the comparator 16 via the adder 24, and the output voltage command output from the coefficient unit 14 is input directly to the comparator 17.
[0007]
In the comparators 16 and 17, each output voltage command is compared with a triangular wave output from the carrier generator 15, and a PWM pulse is generated. The PWM pulse is input to the gate driver 20 after a dead time for preventing a short circuit between the upper and lower arms is added by the dead time generator 19 via the distributor 18. In the gate driver 20 generates gate signals of the single-phase inverter 2 to the switching element Q 1 to Q 4 based on the PWM pulse, turns on the switching element Q 1 to Q 4 by these gate signal, by turning off the desired And outputs the AC voltage having the amplitude and frequency to the linear motors 4A and 4B.
[0008]
In this prior art, the control of the piston position is performed as follows.
That is, the position information detected by the position sensor 7 is input to the DC component detecting means 21 to detect the center position of the piston in the x direction. Further, a deviation between the average piston position command and the center position of the piston detected by the DC component detecting means 21 is obtained by the adder 22. The deviation is input to a position adjuster (proportional adjuster or proportional-integral adjuster, etc.) 23, and the output DC bias is superimposed on the output voltage command of one comparator 16 by an adder 24 as an offset voltage. By doing so, a change in the center position of the pistons 5A and 5B is prevented.
Here, it is assumed that when a positive offset voltage is superimposed on the output voltage command on the comparator 16 side, the pistons 5A and 5B move outward in the axial direction.
[0009]
In addition, there are various conventional techniques of a linear compressor including a position sensor for controlling the position of a piston as described below (for example, see Patent Documents 1 to 3). On the other hand, it is necessary to arrange the position sensor 7 in the cylinder 6. However, since the pressure inside the cylinder 6 is high, it is structurally difficult to draw out the signal line of the position sensor 7, and the cost increases. Also. In view of such a point, a method and apparatus for measuring the piston position of a free piston compressor, which estimates the piston position by measuring the voltage and current of a linear motor without using a position sensor, are already known. (See Patent Document 4).
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-9-291889 (paragraph [0024], etc., [FIG. 1])
[Patent Document 2]
JP 2001-90661 A (paragraphs [0032], [0033], etc., [FIG. 1], [FIG. 2], [FIG. 10])
[Patent Document 3]
JP-A-2002-155869 (paragraphs [0028] to [0034], [0050], [0058], etc., [FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 7])
[Patent Document 4]
Japanese Patent Publication No. Hei 8-508558 (Pages 7-8, "Simple Disclosure of the Invention", page 9, lines 11-16)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when a position sensor is used to prevent the collision of the piston, there are structural problems and cost problems.
Further, according to the related art in which the piston position is controlled without using the position sensor as in Patent Literature 4, the inconvenience of disposing the piston in the cylinder can be avoided, but the variation in the motor constant and the filling of the cylinder can be avoided. In the unlikely event that the piston falls into a collision state due to gas deterioration, spring deterioration, or the like, the piston may not be able to escape quickly, and if the collision state continues for a long time, the motor may be damaged.
[0012]
Therefore, the present invention provides a linear motor that controls the position of a movable part without using a position sensor of the movable part such as a piston. Even if the movable part collides, the linear motor immediately escapes from the collision state and prevents damage to the motor. It is an object of the present invention to provide a control device for a linear motor.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, an invention according to claim 1 is a collision detection that detects a collision of the movable part in a linear motor driven by a power converter and reciprocating a movable part as a load. A sensor, means for changing the magnitude of the output voltage of the power converter when a collision is detected by the sensor, and means for changing an offset voltage superimposed on the output voltage, wherein the output voltage is immediately reduced when a collision is detected And the offset voltage is increased, and then the output voltage is restored.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in a linear motor driven by a power converter and reciprocating a movable portion as a load, a collision detection sensor for detecting a collision of the movable portion, and a collision by the sensor At the time of detection, if the output voltage of the power converter at that time is smaller than the output voltage at the time of the previous collision detection, the output voltage is reduced, and the offset voltage superimposed on this output voltage is reduced. Means for reducing the output voltage and increasing the offset voltage when the output voltage of the power converter is higher than the output voltage at the time of the previous collision detection.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the linear motor control device according to the first or second aspect, an offset voltage superimposed on an output voltage is corrected when a collision of the movable portion is detected.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 shows a drive system of a linear compressor 3 'to which the first embodiment of the present invention is applied, and the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
As is clear from the figure, in the linear compressor 3 ', a position sensor for detecting the position of the piston is removed, and instead, the piston 5A is attached to the rear end of one piston 5A. And a collision detection sensor 8 for detecting collision with the inner walls of both ends of the cylinder 6. Here, the collision detection sensor 8 includes, for example, a proximity switch or the like that detects that the piston 5A has moved a predetermined distance or more in the direction of the other piston 5B. It may be a sensor that detects sound.
[0017]
FIG. 2 is a control block diagram of the single-phase inverter 2 in the present embodiment, and corresponds to the first aspect of the present invention. In this figure, the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and the configuration and operation will be described below focusing on the portions different from FIG.
[0018]
In FIG. 2, a collision detection signal output from the collision detection sensor 8 is input to a down counter 25, and its output is input to an adder 26 with an output voltage command (amplitude command) of the inverter 2 by a sign shown in the drawing. I have. The output signal of the adder 26 is input to the multiplier 12, and is multiplied by the sine wave signal from the sine wave oscillator 11 as in the related art.
On the other hand, the collision detection signal is input to the counter 27, the output of which is multiplied by the gain K off in the multiplier 27, and then input to the adder 24 on the output side of the coefficient unit 13.
[0019]
In the above configuration, the down counter 25 acts so as to reduce the magnitude of the output voltage command when, for example, the piston 5A collides with the other piston 5B, and the counter 27 and the multiplier 28 control the offset applied to the output voltage command. It acts to increase the voltage.
[0020]
The reason why not only the offset voltage is added but also the output voltage command, that is, the voltage applied to the motor during the collision of the piston is reduced is that the response of the piston position to the step change of the offset voltage is slow. Generally, the piston of the linear motor is operated at the resonance frequency of the gas, and the position response of the piston at a frequency other than the resonance frequency is extremely slow. Therefore, first, since the amplitude of the piston is immediately reduced by reducing the voltage applied to the motor, it is possible to quickly escape from the collision state, and at the same time, the offset voltage is increased.
The output voltage command reduced immediately after the collision is slowly restored thereafter.
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing an operation at the time of a piston collision in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram showing an operation of the down counter 25 at the time of a piston collision.
The down counter 25 in FIG. 2 generates a sawtooth waveform as shown in FIG. 4 by subtracting from a preset value using the collision detection signal as a trigger. The output voltage is reduced as shown in FIG. 3 by subtracting the output of the down counter 25 from the output voltage command (the magnitude before collision is V1). On the other hand, the counter 27 counts the collision detection signal, multiplies the output thereof by a gain K off by a multiplier 28 to increase the offset voltage at the time of collision, and adds the offset voltage to the output voltage command by the adder 24.
[0022]
Next, FIG. 5 is a control block diagram of a single-phase inverter 2 to which the second embodiment of the present invention is applied, and corresponds to the second aspect of the present invention. The drive system of the linear compressor 3 'has the same configuration as that of FIG.
In the first embodiment described above, it is mainly assumed that the piston moves toward the center of the cylinder 6 and the pistons 5A and 5B collide with each other. This is mainly because the pistons 5A and 5B move toward the center of the cylinder 6 because the pressure in the cylinder 6 is higher during compression than during expansion. However, in consideration of aging, the pistons 5A and 5B may collide with the inner walls of both ends of the cylinder 6 in some cases. Therefore, it is necessary to immediately escape from the collision state even in such a case.
[0023]
Therefore, in the second embodiment, the pistons 5A and 5B move in the center direction and collide with each other (referred to as a central collision for convenience), and move in the outward direction and collide with the inner walls at both ends of the cylinder 6 ( For convenience, an outside collision is determined), and an offset voltage according to the situation is superimposed on the output voltage to escape from the collision state.
A stopper may be provided on the cylinder 6 in order to prevent the collision between the pistons 5A and 5B beforehand. In such a case, the case where the pistons 5A and 5B collide with the stopper is also included in the central collision in the present invention. .
[0024]
In FIG. 5, focusing on the differences from FIG. 2, in the embodiment of FIG. 5, a collision detection signal is input to a down counter 25 and a counter (up / down counter) 27, and a central collision determination unit 29. Is also entered. The central collision judging device 29 discriminates between a central collision and an outside collision based on a collision detection signal and an output voltage command, and sends an up-count command or a down-count command to the counter 27 according to the discrimination result. Output.
Other configurations in FIG. 5 are the same as those in FIG.
[0025]
Here, FIG. 6 shows the principle of determining an outside collision. As described above, the discrimination between the center collision and the outside collision is performed by the inside / outside collision judging device 29.
Since the output voltage is decreased and the offset voltage is increased at the time of the center collision, as shown in FIGS. 3 and 6, it is possible to return to at least the output voltage V1 at the time of the collision. However, when the offset voltage is increased, the piston is displaced outward, so that at the time of an outside collision, the collision again occurs at the output voltage V2 'before returning to the output voltage V1 at the time of the previous collision as shown in FIG. .
[0026]
Therefore, in the present embodiment, the output voltage V1 at the time of the previous collision is compared with the output voltage V2 at the time of the current collision,
If V1> V2, it is determined that an outside collision has occurred, and the offset voltage is reduced.
If V1 <V2, it is determined that the center collision has occurred, and the offset voltage is increased.
Thereby, the offset voltage superimposed on the output voltage at the time of the center collision or the outer collision is adjusted.
[0027]
The inside / outside collision judging device 29 performs the above judgment operation based on the collision detection signal and the output voltage command, and outputs an up-count command or a down-count command to the counter 27 according to the discrimination result. The counter 27 changes the offset voltage superimposed on the output voltage command by, for example, decreasing the value by two at the time of an outside collision and outputting a value obtained by adding one at the time of a center collision.
Thus, in any of the case of the center collision and the case of the outer collision, it is possible to quickly escape from the collision state by superimposing an appropriate offset voltage on the output voltage command.
[0028]
Next, FIG. 7 is a control block diagram of the single-phase inverter 2 to which the third embodiment of the present invention is applied, and corresponds to the third aspect of the present invention. The drive system of the linear compressor 3 'has the same configuration as that of FIG.
The difference between FIG. 7 and FIG. 2 will be mainly described. In FIG. 7, the output of the multiplier 28 and the output voltage command are input to the correction table 30, and the output is added to the adder 24 on the coefficient unit 13 side. ing.
[0029]
The correction table 30 is configured as shown in FIG.
That is, at the time of the collision of the piston, the relationship between the output voltage command and the offset voltage superimposed thereon is corrected according to the direction of the collision (center collision or outer collision). Specifically, assuming that the broken line in FIG. 8 indicates the relationship between the two before the collision, the ratio of the offset voltage to the output voltage is increased at the time of the central collision, and the ratio of the offset voltage to the output voltage is increased at the time of the outer collision. The relationship between the two is corrected so as to decrease the offset voltage, and the offset voltage increased or decreased by the relationship is output to the adder 24.
[0030]
As a result, even when a voltage higher than the voltage at the time of the collision is output next as a command, the vehicle can be operated without colliding again in both cases of the center collision and the outer collision.
Although the correction table 30 in this embodiment is a table that defines the relationship between the output voltage and the offset voltage, the relationship between the output current and the offset voltage superimposed on the output current and the output power and the offset voltage superimposed on this May be a table that defines the relationship with the table.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if the linear compressor does not have a position sensor for a movable part such as a piston, it is possible to reliably detect a center collision or an outer collision of the movable part and immediately escape from the collision state. Thus, the motor can be prevented from being damaged, and the life can be extended. Further, since the collision detection sensor does not necessarily need to be disposed in the cylinder, there is an effect that there is no problem in structure and cost as in the case of using a position sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a drive system of a linear compressor to which a first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a control block diagram of a single-phase inverter according to the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing an operation at the time of a piston collision in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing an operation of a down counter at the time of a piston collision in FIG. 2;
FIG. 5 is a control block diagram of a single-phase inverter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a principle of determining an outside collision in the second embodiment.
FIG. 7 is a control block diagram of a single-phase inverter according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a correction table in a third embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a drive system of a conventional linear compressor.
FIG. 10 is a control block diagram of a single-phase inverter according to the related art.
[Explanation of symbols]
1: DC power supply 2: Single-phase inverter 3 ': Linear compressors 4A, 4B: Linear motors 5A, 5B: Piston 6: Cylinder 8: Collision detection sensor 11: Sine wave oscillators 12, 28: Multipliers 13, 14: Coefficient units 15: carrier generator 16, 17: comparator 18: distributor 19: dead time generating means 20: gate driver 24, 26: adder 25: down counter 27: counter 29: central collision determiner 30: correction table Q 1 ~Q 4: semiconductor switching element

Claims (3)

電力変換器により駆動され、かつ、負荷としての可動部を往復運動させるようにしたリニアモータにおいて、
前記可動部の衝突を検出する衝突検出センサと、このセンサによる衝突検出時に前記電力変換器の出力電圧の大きさを変化させる手段と、前記出力電圧に重畳するオフセット電圧を変化させる手段とを備え、
衝突検出時には前記出力電圧を直ちに減少させると共に前記オフセット電圧を増加させ、その後、前記出力電圧を復帰させることを特徴とするリニアモータの制御装置。
In a linear motor driven by a power converter and reciprocating a movable part as a load,
A collision detection sensor that detects a collision of the movable portion; a unit that changes a magnitude of an output voltage of the power converter when a collision is detected by the sensor; and a unit that changes an offset voltage superimposed on the output voltage. ,
A control device for a linear motor, characterized in that at the time of collision detection, the output voltage is immediately reduced, the offset voltage is increased, and then the output voltage is restored.
電力変換器により駆動され、かつ、負荷としての可動部を往復運動させるようにしたリニアモータにおいて、
前記可動部の衝突を検出する衝突検出センサと、このセンサによる衝突検出時に、その時の前記電力変換器の出力電圧が前回の衝突検出時の出力電圧よりも小さい場合には出力電圧を減少させると共にこの出力電圧に重畳するオフセット電圧を減少させ、かつ、衝突検出時の前記電力変換器の出力電圧が前回の衝突検出時の出力電圧よりも大きい場合には出力電圧を減少させると共に前記オフセット電圧を増加させる手段とを備えたことを特徴とするリニアモータの制御装置。
In a linear motor driven by a power converter and reciprocating a movable part as a load,
A collision detection sensor that detects a collision of the movable portion, and at the time of collision detection by this sensor, when the output voltage of the power converter at that time is smaller than the output voltage at the time of the previous collision detection, The offset voltage superimposed on the output voltage is reduced, and when the output voltage of the power converter at the time of collision detection is higher than the output voltage at the time of the previous collision detection, the output voltage is reduced and the offset voltage is reduced. A control device for a linear motor, comprising: means for increasing.
請求項1または2に記載したリニアモータの制御装置において、
前記可動部の衝突検出時に、出力電圧に重畳するオフセット電圧を補正することを特徴とするリニアモータの制御装置。
The control device for a linear motor according to claim 1 or 2,
A control device for a linear motor, wherein an offset voltage superimposed on an output voltage is corrected when a collision of the movable portion is detected.
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