JP2006149110A - 交流電力生成装置、ならびに、それが用いられたリニアモータ、スターリング冷凍機、およびリニア圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 交流波形の形状を変化させることによって、周波数を変更することなく、交流電力を効率的に用いることができる交流電力生成装置等を提供する。
【解決手段】 交流電力生成装置は、直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、インバータ回路をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するマイクロコンピュータとを備えている。マイクロコンピュータは、ＰＷＭ制御によって、交流波形全体の周波数を所定値に維持しながら、交流電力の正の波形の期間と交流波形の負の波形の期間とを異ならせる制御を実行する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、単相交流電力を出力する交流電力生成装置、ならびに、それが用いられたリニアモータ、フリーピストン型のスターリング冷凍機、およびリニア圧縮機に関するものである。

従来から、直流電力を交流電力に変換する交流電力生成装置が用いられている。交流電力生成装置としては、スイッチング素子のデューティ比（１キャリア周期に対するＯＮ期間の比率）を制御することによって、出力される交流波形の電圧および周波数の双方を変更することができる可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ：Variable Voltage Variable Frequency）回路、すなわちインバータ回路が使用されている。
特開昭６３−１３６９７１号公報

上記従来の交流電力生成装置においては、交流波形が理想的なサインカーブになるように、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が実行される。そのため、サインカーブの波形を変形することによって必要な機能を発揮しながらも消費電力を低減する制御が行なわれていない。つまり、交流電力が供給される機器の運転において、交流電力の波形を変形することよって交流電力を効率的に用いる制御はなされていない。

本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、交流電力を効率的に用いることが可能な交流電力生成装置、ならびに、それが用いられたリニアモータ、スターリング冷凍機、およびリニア圧縮機を提供することである。

本発明の一の局面の交流電力生成装置は、直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、インバータ回路をＰＷＭによって制御するマイクロコンピュータとを備えている。また、マイクロコンピュータは、交流電力の周波数を所定値に維持しながら、交流電力の正の波形の期間と交流電力の負の波形の期間とを異ならせる。

上記の構成によれば、交流電力の波形を変形することによって、交流電力を効率的に用いることが可能になる。

また、マイクロコンピュータは、交流電力の正の波形の振幅の絶対値および交流電力の負の波形の振幅の絶対値のうちのいずれか一方を他方に比較して大きくすることによって、正の波形によって得られるエネルギと負の波形によって得られるエネルギとの差を小さくすることが望ましい。

上記の構成によれば、正の波形によって得られるエネルギと負の波形によって得られるエネルギとの差が大きいことに起因して生じる問題を解消することができる。

また、マイクロコンピュータは、負荷の大きさまたは交流電力の大きさを取得する手段を有し、負荷の大きさまたは交流電力の大きさに応じて、交流電力の正の波形の期間と交流電力の負の波形の期間とを異ならせることが望ましい。

上記の構成によれば、負荷に応じて交流電力の波形を変化させるため、交流電力をより一層効率的に用いるための制御を行なうことが可能になる。

前述の本発明においては、マイクロコンピュータは、負荷の増加に基づいて交流電力が大きくなるにつれ、交流電力の正の波形の期間と交流電力の負の波形の期間との差を大きくすることが望ましい。この構成の交流電力生成装置は、負荷が大きくなるにつれて正の波形の期間と負の波形の期間との差を大きくする必要がある機器の制御に適している。

本発明の他の局面の交流電力生成装置は、直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、インバータ回路をＰＷＭによって制御するマイクロコンピュータとを備えている。また、マイクロコンピュータは、交流電力の周波数を所定値に維持しながら、交流電力の正の波形の振幅の絶対値と交流電力の負の波形の振幅の絶対値とを異ならせる。この構成によっても、一の局面の交流電力生成装置と同様に、交流電力を効率的に用いることが可能になる。

また、本発明のリニアモータは、前述の交流電力生成装置から交流電力が供給されるコイルを備えているため、リニアモータの効率的な運転を行なうことが可能になる。

本発明の一の局面のスターリング冷凍機は、前述の一の局面の交流電力生成装置と、交流電力生成装置が生成した交流電力が供給されるコイルを有するリニアモータと、コイルに生じる磁力によって往復運動するピストンと、ピストンの往復運動に起因する圧力変動によって往復運動するディスプレーサとを備えている。また、ピストンは、その往復運動の中心位置よりもディスプレーサに近い位置にある第１状態と、往復運動の中心位置よりもディスプレーサから遠い位置にある第２状態とに変化する。また、マイクロコンピュータは、ピストンの第１状態になっている期間が第２の状態になっている期間よりも長くなるように、交流電力の正の波形の期間と交流電力の負の波形の期間とを異ならせる。この構成によれば、スターリング冷凍機のＣＯＰ（Coefficient of Performance）を向上させることが可能になる。

本発明の他の局面のスターリング冷凍機は、前述の他の局面の交流電力生成装置と、交流電力生成装置が生成した交流電力が供給されるコイルを有するリニアモータと、コイルに生じる磁力によって往復運動するピストンと、ピストンの往復運動に起因する圧力変動によって往復運動するディスプレーサとを備えている。また、ピストンは、その往復運動の中心位置よりもディスプレーサに近い位置にある第１状態と、往復運動の中心位置よりもディスプレーサから遠い位置にある第２状態とに変化する。また、マイクロコンピュータは、ピストンの第１状態において移動する距離がピストンの第２の状態において移動する距離よりも長くなるように、交流電力の正の波形の振幅の絶対値と交流電力の負の波形の振幅の絶対値とを異ならせる。この構成によっても、スターリング冷凍機のＣＯＰを向上させることが可能になる。

本発明の一の局面のリニア圧縮機は、前述の一の局面の交流電力生成装置と、交流電力生成装置が生成した交流電力が供給されるコイルを有するリニアモータと、コイルに生じる磁力によって往復運動するピストンと、ピストンの往復運動に起因して流体を圧縮する圧縮空間とを備えている。また、ピストンは、その往復運動の中心位置よりも圧縮空間の対向面に近い位置にある第１状態と、その往復運動の中心位置よりも圧縮空間の対向面から遠い位置にある第２状態とに変化する。マイクロコンピュータは、ピストンが第１状態になっている期間がピストンが第２の状態になっている期間よりも長くなるように、交流電力の正の波形の期間と交流電力の負の波形の期間とを異ならせる。この構成によれば、リニア圧縮機のＣＯＰを向上させることができる。

本発明の他の局面のリニア圧縮機は、前述の他の局面の交流電力生成装置と、交流電力生成装置が生成した交流電力が供給されるコイルを有するリニアモータと、コイルに生じる磁力によって往復運動するピストンと、ピストンの往復運動に起因して流体を圧縮する圧縮空間とを備えている。また、ピストンは、その往復運動の中心位置よりも圧縮空間の対向面に近い位置にある第１状態と、その往復運動の中心位置よりも圧縮空間の対向面から遠い位置にある第２状態とに変化する。また、マイクロコンピュータは、ピストンの第１状態において移動する距離がピストンの第２の状態において移動する距離よりも長くなるように、交流電力の正の波形の振幅の絶対値と交流電力の負の波形の振幅の絶対値とを異ならせる。この構成によれば、リニア圧縮機のＣＯＰを向上させることができる。

本発明によれば、交流波形の形状を変化させることによって、周波数を変更することなく、交流電力を効率的に用いることが可能な交流電力生成装置、ならびに、それが用いられたリニアモータ、スターリング冷凍機、およびリニア圧縮機を得ることができる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態の実施の形態１の交流電力生成装置、ならびに、それが用いられたリニアモータ、フリーピストン型のスターリング冷凍機、およびリニア圧縮機を説明する。

（実施の形態１）
まず、図１〜図９を用いて、実施の形態１の交流電力生成装置を説明する。

図１に示すように、本実施の形態の交流電力生成装置は、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）２００を有している。ＩＰＭ２００はインバータ回路１００を内包している。インバータ回路１００は、４つのスイッチング素子を有し、図１に示すような態様で、たとえば、スターリング冷凍機４０に内装されたリニアモータＭに接続されている。４つのスイッチング素子は、トランジスタＧｕ、Ｇｘ、Ｇｖ、およびＧｙであり、それぞれには、ソース電極とドレイン電極との間にフライホイールダイオードが接続されている。

図１から分かるように、トランジスタＧｕとトランジスタＧｘとは直列に接続されているとともに、トランジスタＧｖとトランジスタＧｙとは直列に接続されている。また、リニアモータＭは、一方の端子がトランジスタＧｕとトランジスタＧｘとの間のノードに接続され、かつ、他方の端子がトランジスタＧｖとトランジスタＧｙとの間のノードに接続されている。

また、インバータ回路１００に対して並列にコンデンサＣが設けられている。このコンデンサＣに対して並列に整流器Ｄが設けられている。さらに、整流器Ｄに対して並列に交流電源Ｇが設けられている。また、コンデンサＣにコンデンサＣＣが直列に接続されている。コンデンサＣとコンデンサＣＣとによって倍電圧回路が構成されている。

さらに、リニアモータＭの２つの端子に、電圧計として機能する回路Ｖの２つの端子が１対１の関係で接続され、回路Ｖで得られた電圧値が回路Ｖからマイクロコンピュータ１０００のＵ相電圧センサ入力ポートおよびＶ相電圧センサ入力ポートのそれぞれへ送信される。

また、コンデンサＣＣとインバータ回路１００との間には、シャント抵抗Ｓが設けられている。シャント抵抗Ｓの両端には、電流計として機能する回路Ａが接続され、回路Ａで得られた電流値が回路Ａからマイクロコンピュータ１０００の電流センサ入力ポートへ送信される。

電圧値および電流値の取得手法は、より具体的には、次のようなものである。実際の電圧値の取得においては、まず、リニアモータＭに印加されている電圧が分圧され、その分圧された電圧値がマイクロコンピュータ１０００に入力される。マイクロコンピュータ１０００は、その分圧された電圧値をＡ／Ｄ変換し、それによって、実際の電圧値が算出される。また、電流値の取得に関しては、まず、シャント抵抗Ｓの両端の電位差がオペアンプを含む回路Ａによって増幅され、その増幅された電位差の値がマイクロコンピュータ１０００に入力される。マイクロコンピュータ１０００は、その増幅された電位差の値をＡ／Ｄ変換し、それによって、電流値が算出される。

図２は、ＰＷＭインバータ制御用のタイマが１つ（１チャンネル）内蔵された単相リニアモータ制御用のマイクロコンピュータ１０００の構成を説明するためのブロック図である。

図２に示すように、本実施の形態の交流電力生成装置のマイクロコンピュータ１０００は、発振器としてのクロック回路と、演算手段としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、書替え可能な記憶手段としてのＲＡＭ（Random Access Memory）と、読出専用の
ＲＯＭ（Read Only Memory）とを備えている。ＲＯＭには、４つのスイッチング素子としてのトランジスタを制御するためのプログラムが格納されている。

また、ＲＡＭは、ＲＯＭに格納されたプログラムに従ってＣＰＵで行なわれた演算結果を一時的に記憶するための記憶手段であり、レジスタなどの一時記憶手段も含まれていてもよい。さらに、クロックは、発振器から送信されてきた信号を用いて、後述するタイマを動作させるための基本となるクロックパルスを形成するためのものである。

マイクロコンピュータ１０００には、Ｕ相コントロール回路、およびＶ相コントロール回路とが設けられている。Ｕ相コントロール回路は、交流電力の正の波形を制御する回路であり、Ｖ相コントロール回路は、交流電力の負の波形を制御する回路である。Ｕ相コントロール回路から出力されたＰＷＭ制御信号は、トランジスタＧｕおよびＧｘのそれぞれのゲート電極に送信される。また、Ｖ相コントロール回路から出力されたＰＷＭ制御信号は、トランジスタＧｖおよびＧｙのそれぞれのゲート電極に送信される。

次に、図３および図４を用いて、Ｕ相コントロール回路およびＶ相コントロール回路のそれぞれに設けられたコンパレータについて説明する。

コンパレータは、２つの入力端子を有している。２つの入力端子関しては、その一方にＰＷＭ制御の信号波が入力され、その他方に搬送波が入力される。信号波のデータは、ＲＯＭ内のデータテーブルに格納されている。また、搬送波は、クロックによって発生した計時信号に基づいて、アップ／ダウンタイマによって生成される。

信号波と搬送波との関係は、図４の（ａ）に示されている。コンパレータは、信号波のデータと搬送波のデータとを比較し、信号波のデータが搬送波のデータよりも大きい場合に、ＰＷＭ制御信号を出力する。交流波形の一周期の前半においては、トランジスタＧｕおよびＧｙがオンされ、トランジスタＧｘおよびＧｖがオフされる。一方、交流波形の一周期の後半においては、トランジスタＧｘおよびＧｖがオンされ、トランジスタＧｕおよびＧｙがオフされる。それにより、図４（ｂ）に示されるようなパルス波形が形成され、リニアモータＭには、点線で示すような波形の交流電圧が印加される。すなわち、サインカーブの波形の交流電圧がリニアモータＭに印加される。

ただし、本実施の形態においては、マイクロコンピュータ１０００は、図５に示すように、交流電力の波形を変化させる。つまり、マイクロコンピュータ１０００は、交流電力の正の波形の期間Ｔ１がサインカーブの１／２周期−位相角Δθの期間になり、交流電力の負の波形の期間Ｔ２がサインカーブの１／２周期＋位相角Δθの期間になるように、ＰＷＭ制御におけるインバータ回路１００の各トランジスタのオンタイミングを変更する。そのため、コンパレータに入力される信号波と搬送波との関係は、図６に示すようなものになる。つまり、搬送波は、常に一定の周期の三角波であるが、信号波は、変形され、サインカーブとは異なっている。

その結果、変形後の信号波の正の期間がサインカーブの正の期間よりΔθに対応する期間だけ短くなり、変形後の信号波の負の期間がサインカーブの負の期間よりΔθに対応する期間だけ長くなる。なお、位相角Δθがいかなる値であっても、交流電力を変形することは可能である。しかしながら、位相角Δθがあまり大きい値である場合には、交流波形が大きく変形されてしまう。そのため、たとえば、後述するスターリング冷凍機に本実施の形態の交流電力生成装置を用いる場合には、位相角Δθとしては数度程度までの値が用いられることが望ましい。

上記のような制御を行なうことによって、本実施の形態の交流電力生成装置によれば、期間Ｔ２が期間Ｔ１に比較して長くなっている。このような状態になることが有利に働く機器に前述の制御方法を適用することができれば、その機器の運転効率を高めることができる、すなわち電力消費を効率的に行なうことができる。より具体的には、次のような効果が得られる。

たとえば、後述するスターリング冷凍機４０においては、ピストン１の往復運動の中心位置を始点としてピストン１がディスプレーサ２に向かって移動しその後往復運動の中心位置に戻るときのエネルギはスターリング冷凍機４０の冷凍能力の向上に大きく寄与する。一方、ピストン１の往復運動の中心位置を始点としてピストン１がディスプレーサ２から離れるように移動しその後往復運動の中心位置に戻るときのエネルギはスターリング冷凍機の冷凍能力の向上にあまり寄与しない。

そこで、本実施の形態の交流電力生成装置のように、交流電力の負の波形の期間Ｔ２が交流電力の正の波形の期間Ｔ１より長くなり、期間Ｔ２において、ピストン１の往復運動の中心位置を始点としてピストン１がディスプレーサ２に向かって移動しその後往復運動の中心位置に戻るようにすれば、スターリング冷凍機４０のＣＯＰを向上させることができる。

なお、スターリング冷凍機４０のピストン１は、その往復運動の中心位置よりもディスプレーサ２に近い位置にある第１状態と、往復運動の中心位置よりもディスプレーサ２から遠い位置にある第２状態とに変化するが、正の波形の期間Ｔ１および負の波形の期間Ｔ２のうちの長い期間において、ピストン１が第１状態になっていれば、前述の効果を得ることができる。

次に、図７を用いて、本実施の形態の交流電力生成装置のマイクロコンピュータ１０００が行なう交流波形変形処理を説明する。

本実施の形態の交流波形変形処理においては、Ｓ１において、図８に示すＳｉｎ波のデータテーブルの番地００００００００００〜１１１１１１１１１１までのデータが順次等間隔で読み出される。つまり、２¹⁰＝１０２４個のデータが全て等間隔で読み出される。この２¹⁰個の信号波を構成するデータは、スターリング冷凍機４０のピストン１とディスプレーサ２とが共振するときのピストン１の１周期において等間隔で読み出される。

読み出されたデータが信号波としてコンパレータに入力される。したがって、コンパレータでは、アップ／ダウンタイマで生成された三角波である搬送波とサインカーブの信号波とが比較され、比較結果に基づいて各トランジスタのオン／オフが制御される。したがって、リニアモータＭに印加される交流電力の波形もサインカーブになる。なお、Ｓｉｎ波のデータテーブルには、各番地に対応してデータが順番に格納されている。また、そのデータは、番地の順に等間隔で読み出されれば、時間とそのデータの値との関係がサインカーブによって表現されるような値になっている。

次に、Ｓ２においては、図１に示す電流センサによって取得されるリニアモータＭに印加されている電流Ｉ、および、図１に示す電圧センサによって取得されるリニアモータＭに印加されている電圧Ｖが監視されるとともに、リニアモータＭに供給される電力Ｐの値が算出される。なお、このとき、電圧Ｖと電流Ｉとの位相差から力が算出され、電圧と電流と力率との積によって電力Ｐが算出される。

次に、Ｓ３において、電圧Ｖの実効値が所定値よりも大きくなっているか否かが判別される。Ｓ３において、電圧Ｖの実効値が所定値よりも大きくなければ、Ｓ２およびＳ３の処理が繰り返される。一方、Ｓ３において、電圧Ｖの実効値が所定値よりも大きければ、Ｓ４の処理が実行される。つまり、リニアモータＭに印加される駆動電圧が所定値になるまでは、リニアモータＭの安定駆動のため、サインカーブの電圧波形がリニアモータＭに印加される。

次に、Ｓ５において、交流波形がゼロクロスしたか否かが判別される。Ｓ５において、交流波形が負から正へのゼロクロスをしていれば、Ｓ６の処理が実行されるが、交流波形が負から正へのゼロクロスをしていなければ、Ｓ５の処理を繰り返す。つまり、交流波形が負から正へのゼロクロスをした直後に交流電力の波形を変化させる処理が実行される。

なお、以後のＳ６〜Ｓ９の処理においては、図９に示すＰに対するＴ１およびＴ２のデータテーブルから、交流電力生成装置が生成している交流電力の大きさＰｍ（ｍ＝１，２，…ｎ−１，ｎ）の値に対応する正の波形の期間Ｔ１，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ）のデータおよび負の波形の期間Ｔ２，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ−１，ｎ）のデータが読み出される。図９に示すデータテーブルにおいては、交流電力の大きさＰｍの値が大きくなるほど、前述の位相角Δθが大きくなるように、期間Ｔ１，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ）および期間Ｔ２，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ−１，ｎ）の値が設定されている。本実施の形態において、図９に示すＰに対するＴ１およびＴ２のデータテーブルが前述のようになっているのは、たとえば、後述するスターリング冷凍機４０においては、リニアモータＭに入力される交流電力の大きさＰが大きくなるほど前述の位相角Δθが大きければ、より大きくＣＯＰを向上させることができるためである。ただし、交流電力の大きさＰｍ（ｍ＝１，２，…ｎ−１，ｎ）の値に対応する期間Ｔ１，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ）の値および期間Ｔ２，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ−１，ｎ）の値は、予め行なわれた実験結果から得られた最適値である。

次に、Ｓ６において、図８に示すＳｉｎ波のデータテーブルから前半のデータが１つ読み出され、コンパレータに入力される。次に、Ｓ７において、前述のゼロクロスから期間Ｔ１が経過しているか否かが判別され、前述のゼロクロスから期間Ｔ１が経過していれば、Ｓ８の処理が実行されるが、前述のゼロクロスから期間Ｔ１が経過していなければ、Ｓｉｎ波のデータテーブルの前半の２⁹＝５１２個のデータの全てが読み出されるまで、Ｓ６およびＳ７の処理が繰り返される。つまり、Ｓ６およびＳ７の処理によって、期間Ｔ１において、前半の番地００００００００００〜１０００００００００に対応するデータが、順次、図９に示すＳｉｎ波のデータテーブルから等間隔で読み出される。言い換えれば、サインカーブの１周期の前半の２⁹＝５１２個のデータが、期間Ｔ１において等間隔で１つずつデータテーブルから読み出され、コンパレータに順次入力される。したがって、この期間Ｔ１において、図５に示すように、サインカーブの正の波形が時間軸の方向に圧縮された波形が得られる。

次に、Ｓ８において、図９に示すＳｉｎ波のデータテーブルから後半の番地１０００００００００〜１１１１１１１１１１に対応するデータが、１つ読み出され、コンパレータに入力される。次に、Ｓ９において、前述のゼロクロスから期間Ｔ１＋Ｔ２が経過しているか否かが判別され、前述のゼロクロスから期間Ｔ１＋Ｔ２が経過していれば、Ｓ１０の処理が実行されるが、前述のゼロクロスから期間Ｔ１が経過していなければ、Ｓｉｎ波のデータテーブルの後半の２⁹＝５１２個のデータの全てが読み出されるまで、Ｓ８およびＳ９の処理が繰り返される。

つまり、Ｓ８およびＳ９の処理によって、期間Ｔ２において、図９に示すＳｉｎ波のデータテーブルから後半の番地１０００００００００〜１１１１１１１１１１に対応するデータが、順次、等間隔で読み出される。言い換えれば、サインカーブの１周期の後半の２⁹＝５１２個のデータが期間Ｔ２において等間隔で１つずつデータテーブルから読み出され、コンパレータに入力される。したがって、この期間Ｔ２において、図５に示すように、サインカーブの負の波形が時間軸の方向に引き伸ばされた波形が得られる。

また、Ｓ１０においては、交流波形変更処理が実行されてから、所定時間が経過しているか否かが判別される。Ｓ１０において、所定時間経過していると判定されれば、Ｓ２の処理が実行されるが、所定時間経過していないと判定されれば、Ｓ５〜Ｓ９の処理が繰り返される。つまり、所定時間経過するごとに、一旦、リニアモータＭに印加されている電圧が実効値以上であるかどうかが判別され、リニアモータＭに印加されている電圧が実効値よりも小さければ、リニアモータＭに印加される電圧の波形をサインカーブに戻す処理が実行される。

なお、本実施の形態においては、図８に示すようなＳｉｎ波のデータテーブルを有している交流電力生成装置が示されている。しかしながら、Ｓｉｎ波のデータテーブルの代わりに、図５に示す変形後の交流波形に対応するデータが格納されたデータテーブルが複数種類設けられている交流電力生成装置であっても、本実施の形態の交流電力生成装置と同様の効果を得ることができる。その交流電力生成装置においては、交流電力の大きさＰに応じて、その複数種類のデータテーブルのうちから選択された１つのデータテーブルのデータが信号波のデータとして用いられて、変形後の交流波形が形成される。

（実施の形態２）
次に、図１０〜図１３を用いて、本発明の実施の形態２の交流電力生成装置を説明する
本実施の形態の交流電力生成装置は、実施の形態の交流電力生成装置とほぼ同様である。しかしながら、本実施の形態の交流電力生成装置は、図１０に示すように、図５に示す交流電力の波形に比較して、正の波形の振幅の絶対値がαだけ大きくなり、かつ、負の波形の振幅の絶対値がαだけ小さくなっていることが、実施の形態１の交流電力生成装置と異なっている。

また、本実施の形態の交流電力生成装置によれば、交流電力の正の波形によって得られるエネルギＥ１と交流電力の負の波形によって得られるエネルギＥ２とが等しくなっている。ただし、エネルギＥ１とエネルギＥ２との差は、必ずしもゼロでなくともよい。つまり、期間Ｔ１と期間Ｔ２との差によって生じたエネルギＥ１とエネルギＥ２との差が少しでも小さくなるように正の波形の振幅の絶対値と負の波形の振幅の絶対値とが変更されていればよい。

前述のような交流電力の波形を形成するために、図１１に示すような変形後の信号波とアップ／ダウンタイマによって生成された搬送波とがコンパレータに入力される。図１１に示す搬送波は、図６に示す搬送波と同一である。また、図１１に示す変形後の信号波の正の波形の期間および負の波形の期間は、それぞれ、図６に示す変形後の信号波の正の波形の期間および負の波形の期間と同一である。一方、図１１に示す変形後の信号波の正の波形の振幅の絶対値は図６に示す信号波の正の波形の振幅の絶対値よりも大きくなり、図１１に示す変形後の信号波の負の波形の振幅の絶対値は図６に示す変形後の信号波の負の波形の振幅の絶対値よりも小さくなっている。

前述のような本実施の形態の交流電力生成装置によれば、エネルギＥ１とエネルギＥ２との差が小さくなるように、ＰＷＭ制御が行なわれるため、エネルギＥ１とエネルギＥ２との差があることに起因して生じる不具合が防止される。たとえば、後述するスターリング冷凍機４０においては、エネルギＥ１とエネルギＥ２との差が大きければ、ピストン１の往復運動の中心位置に対して、ピストン１は一方の側の運動においてのみ大きなエネルギを消費するため、ピストン１の制御が困難になるという不都合が生じる。したがって、エネルギＥ１とエネルギＥ２との差を極力ゼロに近づけることによって、前述の不都合が解消される。

次に、図１２を用いて、本実施の形態の交流電力生成装置のマイクロコンピュータ１０００が行なう交流波形変形処理を説明する。

図１２に示す本実施の形態の交流波形変形処理は、図７に示す実施の形態１の交流波形変形処理とほぼ同様である。しかしながら、図７に示すフローチャートのＳ６とＳ７において、図８に示すＳｉｎ波のデータテーブルから読み出されてきた個々のデータに係数Ａを掛け算する処理が実行され、図７に示すＳ８とＳ９との間において、図８に示すＳｉｎ波のデータテーブルから読み出されてきた個々のデータに係数Ｂを掛ける処理が実行される。この係数ＡおよびＢのデータは、図１３に示すように、交流電力の大きさＰに対応して、期間Ｔ１およびＴ２のデータとともに記憶されている。

なお、係数Ａｎ（ｎ＝１，２，３…ｎ−２，ｎ−１，ｎ）および係数Ｂｎ（ｎ＝１，２，３…ｎ−２，ｎ−１，ｎ）のそれぞれの値は、期間Ｔ１，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ）のそれぞれの値および期間Ｔ２，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ−１，ｎ）のそれぞれの値に対応して記憶されている。したがって、図７のＳ４において、交流電力の大きさＰが決まれば、期間Ｔ１およびＴ２のデータとともに係数ＡおよびＢが決定されている。また、この係数ＡおよびＢは、サインカーブの振幅の絶対値を所定値だけ大きしたり小さくしたりするときに必要な係数である。係数Ａは、期間Ｔ１，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ）のそれぞれにおいて、図８に示すＳｉｎ波のデータのそれぞれに掛け算され、係数Ｂは、期間Ｔ２，ｍ（ｍ＝１，２，…ｎ−１，ｎ）のそれぞれにおいて、図８に示すＳｉｎ波のデータのそれぞれに掛け算される。係数Ａは１より大きな正の数であり、係数Ｂは１より小さな正の数である。

したがって、交流波形の１周期において、サインカーブに比較して、正の波形の振幅が大きくなり、負の波形の振幅が小さくなる。つまり、前述の処理によれば、図１０に示すように、交流電力の正の波形は振幅の方向に引き伸ばされ、かつ、交流電力の負の波形は振幅の方向に圧縮された状態になるように、ＰＷＭ制御信号の各電圧パルスの幅が、各トランジスタＧｕ、Ｇｖ、Ｇｘ、およびＧｙのオン期間の変更によって調整される。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３の交流電力生成装置を説明する。

本実施の形態の交流電力生成装置は、実施の形態２の交流電力生成装置と類似している。しかしながら、本実施の形態の交流電力生成装置においては、図１４に示すように、サインカーブの正の波形の期間と負の波形の期間とが同一である状態で、負の波形の振幅の絶対値のみが大きくなっている。そのため、図１５に示すように、変形後の信号波の負の波形の振幅の絶対値が大きくなっている。波形の振幅の絶対値を大きくする手法は、図１２および図１３を用いて説明した実施の形態２の交流電力生成装置の交流電力の振幅の絶対値を大きくする手法と同様である。

前述のように、正の波形および負の波形のいずれか一方の振幅を大きくすれば、その振幅の絶対値が大きくなった波形によって得られるエネルギが大きくなるため、たとえば、後述するスターリング冷凍機４０のＣＯＰを向上させることができる。

ただし、スターリング冷凍機４０のピストン１は、その往復運動の中心位置よりもディスプレーサ２に近い位置にある第１状態と、往復運動の中心位置よりもディスプレーサ２から遠い位置にある第２状態とに変化し、正の波形の期間Ｔ１および負の波形の期間Ｔ２のうちの交流電圧の振幅が大きな期間において、ピストン１が第１状態になっている必要がある。

（実施の形態４）
以下、図１６を参照しながら、上記本実施の形態の交流電力生成装置が用いられれば、より効率的な運転を行なうことが可能になるフリーピストン型スターリング冷凍機を説明する。

図１６は、実施の形態のスターリング冷凍機４０を示す断面図である。スターリング冷凍機４０においては、２つの部分で構成されている円筒形状のシリンダ３内に、円柱形のピストン１およびディスプレーサ２が嵌め込まれている。ピストン１とディスプレーサ２とは、圧縮空間９を介して設けられ、共通の駆動軸として軸Ｙを有している。

ディスプレーサ２の先端側に膨張空間１０が形成されている。圧縮空間９と膨張空間１０とはヘリウム等の作動媒体が流通する媒体流通路１１を介して連通している。媒体流通路１１内には、再生器１２が設けられている。再生器１２は、作動媒体の熱を蓄積するとともに、蓄積した熱を作動媒体に供給する。シリンダ３の略中間には鍔部（フランジ）３ａが設けられている。鍔部３ａにはドーム状の耐圧容器４が取り付けられることによって密閉されたバウンス空間（背面空間）８が形成されている。

ピストン１は後端側で支持バネ５と一体化されている。ディスプレーサ２はピストン１の中心孔１ａを貫通するロッド２ａを介して支持バネ６と一体化されている。支持バネ５と支持バネ６とはボルトおよびナット２２により連結されている。後述するように、ピストン１が往復運動すると、ディスプレーサ２は、ピストン１とディスプレーサ２との間に生じる作動流体の圧力変動によって、ピストン１に対して所定の位相差を有する状態で往復運動を行なう。

バウンス空間８内のシリンダ３の外側には内側ヨーク１８が嵌め込まれている。内側ヨーク１８には隙間１９を介して外側ヨーク１７が対向している。外側ヨーク１７の内側には駆動用コイル１６が嵌め込まれている。隙間１９には環状の永久磁石１５が移動可能に設けられている。永久磁石１５はカップ状のスリーブ１４を介してピストン１と一体化されている。内側ヨーク１８、外側ヨーク１７、駆動用コイル１６、および永久磁石１５によって、ピストン１を軸Ｙに沿って移動させるリニアモータ１３（Ｍ）が構成されている。

駆動用コイル１６には、リード線２０および２１が接続されている。リード線２０および２１は、耐圧容器４の壁面を貫通し、交流電力生成装置のインバータ回路１００に接続されている。交流電力生成装置のＩＰＭ２００によってリニアモータ１３（Ｍ）に駆動電力が供給される。

上記構成のスターリング冷凍機４０は、リニアモータ１３（Ｍ）によってピストン１が往復運動すると、ピストン１に対して所定の位相差を有する状態でディスプレーサ２が往復運動する。これにより、圧縮空間９と膨張空間１０との間を作動媒体が移動する。その結果、逆スターリングサイクルが形成される。

上述の本実施の形態のスターリング冷凍機４０は、交流電力生成装置のインバータ回路１００によって所定の交流波形の駆動電圧がリニアモータ１３（Ｍ）に印加されると、ピストン１がその所定の交流波形の駆動電圧に対応した周期およびストロークで往復運動を行なう。したがって、リニアモータ１３に印加される駆動電圧を制御することにより、ピストン１の往復運動の周期およびストロークを制御することが可能である。

次に、上記本実施の形態のフリーピストン型スターリング冷凍機の動作原理をより詳細に説明する。

ピストン１は、リニアモータ１３により駆動される。ピストン１は、支持バネ５に弾性的に支持されている。そのため、ピストン１は、その位置と時間との関係が正弦波を描くように運動する。

また、ピストン１の動きにより、圧縮空間９内の作動ガスは、その圧力と時間との関係が正弦波を描くように運動する。圧縮空間９内で圧縮された作動ガスは、まず、放熱用熱交換部としての圧縮空間９から熱を放出する。次に、圧縮された作動ガスは、ディスプレーサ２の周囲に設けられた再生器１２で冷却される。その後、圧縮された作動ガスは、再生器１２から吸熱用熱交換部としての膨張空間１０へ流入する。

膨張空間１０の作動ガスは、ディスプレーサ２の動きにより膨張する。膨張した作動ガスは、その温度が低下する。膨張空間１０内の作動ガスは、その圧力と時間との関係が正弦波を描くように運動する。膨張空間１０内の作動ガスの圧力と時間との関係を示す正弦波は、圧縮空間９内の作動ガスの圧力と時間との関係を示す正弦波に対して、所定の位相差を有する波形であるが、同じ周期で変化する波形である。すなわちディスプレーサ２は
ピストン１に対して所定の位相差を有する状態で往復運動する。

膨張空間１０における冷凍能力は、ディスプレーサ２の往復運動によって生じる膨張空間１０内の作動ガスの圧力の変動の度合いによって決定される。また、膨張空間１０の圧力は、ピストン１の位相とディスプレーサ２の位相との変化、すなわち膨張空間１０の圧力と圧縮空間９の圧力との差によって生じるディスプレーサ２とピストン１との相対的な位置の変化によって変動する。

ディスプレーサ２とピストン１との相対的な位置関係は、ディスプレーサ２の質量、支持バネ６のバネ定数およびピストン１の周波数により決定される。また、ディスプレーサ２の質量および支持バネ６のバネ定数は、設計時に決定されるものである。

マイクロコンピュータ１０００からインバータ回路１００へ出力されるＰＷＭ制御信号は、デジタル信号すなわちパルス波形である。このパルス波形は、インバータ回路１００においてアナログ信号すなわち交流波形に変換される。この交流波形の周波数が、スターリング冷凍機４０のピストン１の周波数になる。

なお、デジタル信号をアナログ信号に変換するときには、上述したようにＰＷＭが用いられる。つまり、マイクロコンピュータ１０００から順次出力される複数のパルスは、その幅が、小さいものから大きなものへと除々に変化し、ピークの幅になった後、除々に小さなものへと戻っていくように構成されている。それにより、交流波形が生成される。

本実施の形態のように、スターリング冷凍機がフリーピストン型であれば、ピストンとディスプレーサとは所定の周波数でのみ共振する。したがって、ピストンの往復運動の周波数を変更することはできない。このようなスターリング冷凍機４０の制御において上記各実施の形態の交流電力生成装置が用いられれば、ピストン１とディスプレーサ２とを共振周波数で駆動させながら、スターリング冷凍機４０を効率的に運転することが可能になる。その結果、スターリング冷凍機４０のＣＯＰを向上させることが可能になる。

次に、図１７を用いて、リニアモータＭのコイル１６に印加される電圧Ｖ、リニアモータＭのコイル１６に流れる電流Ｉ、および、ピストン１の位置の関係を説明する。

リニアモータＭのコイル１６に交流電力が供給された場合、電圧Ｖの波形に対して、電流Ｉの波形の位相が後れる。また、電流Ｉの波形に対してピストン１の位置を示す波形の位相が後れる。ただし、電圧Ｖの波形、電流Ｉの波形、およびピストン１の位置の波形は、互いに位相がずれているが、周期は同一である。したがって、電圧Ｖの波形とピストン１の位置の波形とは常に一定の位相だけずれている。

次に、図１８を用いて、ピストン１の位置とディスプレーサ２の位置との関係を説明する。図１７において、ピストン１の位置の波形がゼロクロスするときには（ＡＡ，ＣＣ，ＥＥ）、図１８に示すように、ピストン１は往復運動の中心位置に存在する。また、図１７において、ピストン１の位置が正の波形の最上点であるときには（ＢＢ）、図１８に示すように、ピストン１はその往復運動の中心位置を基準にディスプレーサ２から遠い側の往復運動の折り返し位置に存在する。また、図１７において、ピストン１の位置が負の波形の最下点であるときには（ＤＤ）、図１８に示すように、ピストン１はその往復運動の中心位置を基準にディスプレーサ２に近い側の往復運動の折り返し位置に存在する。なお、ディスプレーサ２は、作動媒体の圧力変動に起因して、ピストン１に対して、常に約９０度だけ位相がずれて動作する。

上記のようなスターリング冷凍機４０においては、マイクロコンピュータ１０００は、交流電力の周波数を所定値（ディスプレーサ２およびピストン１の共振周波数）に維持しながら、交流電力の負の波形の期間(図５に示す期間Ｔ２）を交流電力の正の波形の期間（図５に示す期間Ｔ１）より長くする。それにより、図１８を用いて説明した第１の状態の期間が第２の状態の期間に比較して長くなる。その結果、ピストン１は、ディスプレーサ２との共振周波数で往復運動するとともに、冷媒を圧縮した後往復運動の中心位置に戻る第１の状態においてはゆっくりと動作し、往復運動の中心位置を基準としてディスプレーサ２から遠ざかって往復運動の中心位置に戻る第２の状態においては速く動作する。つまり、本実施の形態のスターリング冷凍機４０に前述の実施の形態１の交流電力生成装置を適用すれば、ピストン１の周波数が変更されなくても、ピストン１は、冷媒の圧縮に関連する動作をゆっくり行い、冷媒の圧縮に関連しない動作を速く行なう。したがって、ピストン１の動作によって得られるエネルギが冷媒の圧縮に有効に用いられる。

また、マイクロコンピュータ１０００は、より好ましくは、交流電力の負の波形の振幅の絶対値を交流電力の正の波形の振幅の絶対値より小さくする。それによって、正の波形によって得られるエネルギと負の波形によって得られるエネルギとの差が小さくなる。その結果、第１の状態におけるピストン１のエネルギが第２の状態におけるピストン１のエネルギに比較して大きくなり過ぎることが防止される。したがって、ピストン１の制御が困難になることが防止される。ただし、この場合、ピストン１の往復運動の見かけ上の中心位置は、図１８に示すピストン１の往復運動の中心位置よりもディスプレーサ２から遠ざかる方向に移動しているが、本発明および各実施の形態においては、第１の状態と第２の状態とは、図１８に示す往復運動の中心位置、すなわち、リニアモータＭにサインカーブの交流電力が印加されたときのピストン１の往復運動の中心位置を基準として、区別される。

また、マイクロコンピュータ１０００は、交流電力の大きさを取得する手段として、図１に示す電圧計である回路Ｖおよび電流計である回路Ａを有し、交流電力が大きくなるにつれて、交流電力の負の波形の期間(図５に示す期間Ｔ２）と交流電力の正の波形の期間(図５に示す期間Ｔ１）との差を大きくする。スターリング冷凍機４０においては、その負荷が大きくなるにつれて、交流電力の負の波形の期間(図５に示す期間Ｔ２）と交流電力の正の波形の期間(図５に示す期間Ｔ１）との差が大きくなれば、そのＣＯＰが向上することが、実験によって明らかになっている。したがって、前述の制御によれば、さらに効率的にスターリング冷凍機４０を運転することができる。

また、マイクロコンピュータ１０００は、交流電力の周波数を所定値に維持しながら、交流電力の負の波形の振幅の絶対値（図１０に示す負の波形の振幅）を交流電力の正の波形の振幅の絶対値（図１０に示す正の波形の振幅）に比較して大きくしてもよい。この制御によれば、スターリング冷凍機４０のピストン１が第１の状態において移動する距離がピストン１が第２の状態において移動する距離よりも長くなる。この場合においては、ピストン１の往復運動の見かけ上の中心位置は、図１８に示すピストン１の往復運動の中心位置よりもディスプレーサ２に近づく方向に移動しているが、本発明および各実施の形態においては、第１の状態と第２の状態とは、図１８に示す往復運動の中心位置、すなわち、リニアモータＭにサインカーブの交流電力が印加されたときのピストン１の往復運動の中心位置を基準として、区別される。

前述の制御によれば、ピストン１は、冷媒の圧縮に大きく寄与する動作においてエネルギを多く消費し、冷媒の圧縮にあまり寄与しない動作においてエネルギを少なく消費する。つまり、ピストン１の動作によって得られるエネルギが冷媒の圧縮に有効に用いられる。その結果、スターリング冷凍機４０のＣＯＰが向上する。

（実施の形態５）
次に、図１９を用いて、本発明の実施の形態のリニア圧縮機を説明する。

図１９に示すように、リニア圧縮機５４０は、ケーシング５４１内に設置されたシリンダ５４２と、該シリンダ５４２内で往復動するピストン５４３と、シリンダ５４２の外周部に設置されピストン５４３を駆動するリニアモータ装置５０１と、ピストン５４３を付勢するピストンスプリング（板バネ）５４６と、シリンダを支持する支持機構部とを備える。

リニアモータ装置５０１は、シリンダ５４２の外周部に設置されたインナーヨーク５３０と、該インナーヨーク５３０の外側に配置されるアウターヨーク５０４と、インナーヨーク５３０とアウターヨーク５０４との間に配置されたコイル５０８および可動マグネット部５３２と、アウターヨーク５０４を挟持する第１および第２クランプリング５０２および５０３と、第１および第２クランプリング５０２および５０３との間を所定間隔で連結するスペーサ（図示せず）と、ピストンスプリング５４６を支持する支持部５１６とを有する。

インナーヨーク５３０は、シリンダ５４２の外周を取り囲むように設けられ、該インナーヨーク５３０を取り囲むように円筒状の可動マグネット部５３２が配置されている。可動マグネット部５３２は、ピストン５４３と接続され、先端に永久磁石５３１を有する。該永久磁石５３１はインナーヨーク５３０とアウターヨーク５０４との間に配置されている。

第１クランプリング５０２は、ピストンスプリング５４６を支持する支持部５１６を有する。該支持部５１６に取付けられた支持部材を介してピストンスプリング５４６が支持部５１６と接続される。

また、リニア圧縮機５４０においては、シリンダ５４２、ピストン５４３、および対向面（５４７）によって圧縮空間５４４が構成されている。シリンダ５４２は、ケーシング５４１内で支持機構部により支持されるが、該支持機構部は、図１９の例では、ケーシング５４１の内部に固定される支持板５４９と、該支持板５４９上に搭載されシリンダ５４２を支持するコイルスプリング５４８とで構成される。

また、シリンダ５４２の一端側にプレート５４７を介してヘッドカバー５４５を固定する。圧縮空間５４４内では、該ヘッドカバー５４５とピストン５４３の頭部とによって冷媒が圧縮される。

次に、上記の構造のリニア圧縮機の動作について説明する。まず、コイル５０８に通電すると、可動マグネット部５３２の永久磁石５３１との間に推力が発生し、この推力により可動マグネット部５３２がシリンダ５４２の軸方向に沿って移動する。このとき可動マグネット部５３２はピストン５４３と接続されているので、可動マグネット部５３２とともにピストン５４３も、シリンダ５４２の軸方向に移動する。

冷媒は、図示しない吸入管からケーシング５４１内に導入され、ヘッドカバー５４５およびプレート５４７内の通路を通過して圧縮空間５４４内に入る。この圧縮空間５４４内で、冷媒はピストン５４３により圧縮され、その後、図示しない吐出管を通って外部に吐出される。

なお、本実施の形態のリニア圧縮機５４０のコイル５０８に印加される電圧の波形、コイル５０８に流れる電流の波形、ピストン５４３の位置の波形、およびピストン５４３の位置とピストン５４３の往復運動の中心位置との関係は、図１７および図１８を用いて説明した実施の形態４のスターリング冷凍機４０の電圧Ｖの波形、電流Ｉの波形、ピストン１の位置の波形、およびピストン１の位置とピストン１の往復運動の中心位置との関係と同様である。

したがって、前述のような構造のリニア圧縮機５４０のコイル５０８に実施の形態１〜３の交流電力生成装置によって生成された交流電力が供給されれば、実施の形態４のスターリング冷凍機４０と同様に、実施の形態１〜３の交流電力生成装置のそれぞれによって生成される交流波形の特性に応じてリニア圧縮機５４０のＣＯＰを向上させることができる。

より具体的には、次のような構成によって、前述の効果が得られる。

ピストン５４３は、図１８に示すスターリング冷凍機４０のピストン１と同様に、その往復運動の中心位置（図１８参照）よりも圧縮空間５４４の対向面（５４７）に近い位置にある第１状態と、その往復運動の中心位置（図１８参照）よりも圧縮空間５４４の対向面（５４７）から遠い位置にある第２状態とに変化する。

本実施の形態のリニア圧縮機５４０においては、図５に示すように、マイクロコンピュータ１０００は、交流電力の負の波形の期間（図５に示す期間Ｔ２）を交流電力の正の波形の期間（図５に示す期間Ｔ１）よりも長くする。そのため、ピストン５４３が第１状態になっている期間がピストンが第２の状態になっている期間よりも長くなっている。これにより、冷媒の圧縮に大きく寄与するタイミングのピストン５４３のエネルギが大きくなり、冷媒の圧縮にあまり寄与しないタイミングのピストン５４３のエネルギが小さくなる。したがって、リニア圧縮機４０のＣＯＰが向上する。

さらに、マイクロコンピュータ１０００は、交流電力の負の波形の振幅の絶対値（図１０の電圧の負の波形の振幅に対応）を交流電力の正の波形の振幅の絶対値（図１０の電圧の正の波形の振幅に対応）に比較して小さくする。それにより、正の波形によって得られるエネルギと負の波形によって得られるエネルギとの差が小さくなる。その結果、正の波形によって得られるエネルギと負の波形によって得られるエネルギとの差が大きいことに起因して生じる不具合の発生、たとえば、ピストン５４３の制御が困難になることを防止することができる。

また、本実施の形態のリニア圧縮機５４０においては、マイクロコンピュータ１０００は、図１４に示すように、交流電力の負の波形の振幅の絶対値（図１４の電圧の負の波形の振幅に対応）を交流電力の正の波形の振幅の絶対値（図１４の電圧の正の波形の振幅に対応）よりも大きくしてもよい。それにより、ピストン５４３が第１状態において移動する距離がピストン５４３が第２の状態において移動する距離よりも長くなる。その結果、スターリング冷凍機４０と同様に、ピストン１は、冷媒の圧縮に大きく寄与するタイミングの動作のエネルギが冷媒の圧縮にあまり寄与しないタイミングの動作のエネルギに比較して大きくなる。したがって、リニア圧縮機５４０のＣＯＰを向上させることができる。

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

実施の形態１〜３の交流電力生成装置の構成を説明するための図である。 実施の形態１〜３の交流電力生成装置において用いられるマイクロコンピュータのブロック図である。 信号波および搬送波が入力されるコンパレータを示す図である。 信号波、搬送波、電圧パルス、およびリニアモータに印加される電圧の関係を示す図である。 実施の形態１の交流電力生成装置によって生成され、リニアモータに印加される交流電力の波形を説明するための図である。 実施の形態１の交流電力生成装置における信号波と搬送波との関係を示す図である。 実施の形態の交流波形変形処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の交流電力生成装置の交流電力の大きさＰに対応する期間Ｔ１およびＴ２のデータが格納されたデータテーブルを示す図である。 Ｓｉｎ波のデータテーブルを示す図である。 実施の形態２の交流電力生成装置によって生成され、リニアモータに印加される交流電力の波形を説明するための図である。 実施の形態２の交流電力生成装置における信号波と搬送波との関係を示す図である。 実施の形態２の交流波形変形処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の交流電力生成装置の交流電力の大きさＰに対応する期間Ｔ１およびＴ２のデータならびに係数αおよびβが格納されたデータテーブルを示す図である。 実施の形態３の交流電力生成装置によって生成され、リニアモータに印加される交流電力の波形を説明するための図である。 実施の形態３の交流電力生成装置における信号波と搬送波との関係を示す図である。 実施の形態４のスターリング冷凍機の構造を示す断面図である。 スターリング冷凍機のコイルに印加される電圧、電流、およびピストンの位置の関係を説明するためのグラフである。 スターリング冷凍機のピストンとディスプレーサとの位置関係を説明するための図である。 実施の形態５のリニア圧縮機の構造を示す断面図である。

符号の説明

４０ スターリング冷凍機、１００ インバータ回路、５４０ リニア圧縮機、１０００ マイクロコンピュータ。

Claims (9)

1. 直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって制御するマイクロコンピュータとを備え、
   前記マイクロコンピュータは、前記交流電力の周波数を所定値に維持しながら、前記交流電力の正の波形の期間と前記交流電力の負の波形の期間とを異ならせる、交流電力生成装置。
2. 前記マイクロコンピュータは、前記交流電力の正の波形の振幅の絶対値および前記交流電力の負の波形の振幅の絶対値のうちのいずれか一方を他方に比較して大きくすることによって、前記正の波形によって得られるエネルギと前記負の波形によって得られるエネルギとの差を小さくする、請求項１に記載の交流電力生成装置。
3. 前記マイクロコンピュータは、負荷の大きさまたは前記交流電力の大きさを取得する手段を有し、前記負荷の大きさまたは前記交流電力の大きさに応じて、前記交流電力の正の波形の期間と前記交流電力の負の波形の期間とを異ならせる、請求項１に記載の交流電力生成装置。
4. 直流電力を交流電力へ変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって制御するマイクロコンピュータとを備え、
   前記マイクロコンピュータは、前記交流電力の周波数を所定値に維持しながら、前記交流電力の正の波形の振幅の絶対値と前記交流電力の負の波形の振幅の絶対値とを異ならせる、交流電力生成装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の交流電力生成装置から前記交流電力が供給されるコイルを備えた、リニアモータ。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載の交流電力生成装置と、
   前記交流電力生成装置が生成した交流電力が供給されるコイルを有するリニアモータと、
   前記コイルに生じる磁力によって往復運動するピストンと、
   前記ピストンの往復運動に起因する圧力変動によって往復運動するディスプレーサとを備え、
   前記ピストンは、その往復運動の中心位置よりも前記ディスプレーサに近い位置にある第１状態と、前記往復運動の中心位置よりも前記ディスプレーサから遠い位置にある第２状態とに変化し、
   前記マイクロコンピュータは、前記ピストンの前記第１状態になっている期間が前記第２の状態になっている期間よりも長くなるように、前記交流電力の正の波形の期間と前記交流電力の負の波形の期間とを異ならせる、スターリング冷凍機。
7. 請求項４に記載の交流電力生成装置と、
   前記交流電力生成装置が生成した交流電力が供給されるコイルを有するリニアモータと、
   前記コイルに生じる磁力によって往復運動するピストンと、
   前記ピストンの往復運動に起因する圧力変動によって往復運動するディスプレーサとを備え、
   前記ピストンは、その往復運動の中心位置よりも前記ディスプレーサに近い位置にある第１状態と、前記往復運動の中心位置よりも前記ディスプレーサから遠い位置にある第２状態とに変化し、
   前記マイクロコンピュータは、前記ピストンの前記第１状態において移動する距離が前記ピストンの前記第２の状態において移動する距離よりも長くなるように、前記交流電力の正の波形の振幅の絶対値と前記交流電力の負の波形の振幅の絶対値とを異ならせる、スターリング冷凍機。
8. 請求項１〜３のいずれかに記載の交流電力生成装置と、
   前記交流電力生成装置が生成した交流電力が供給されるコイルを有するリニアモータと、
   前記コイルに生じる磁力によって往復運動するピストンと、
   前記ピストンの往復運動に起因して流体を圧縮する圧縮空間とを備え、
   前記ピストンは、その往復運動の中心位置よりも前記圧縮空間の対向面に近い位置にある第１状態と、その往復運動の中心位置よりも前記圧縮空間の対向面から遠い位置にある第２状態とに変化し、
   前記マイクロコンピュータは、前記ピストンの前記第１状態になっている期間が前記第２の状態になっている期間よりも長くなるように、前記交流電力の正の波形の期間と前記交流電力の負の波形の期間とを異ならせる、リニア圧縮機。
9. 請求項４に記載の交流電力生成装置と、
   前記交流電力生成装置が生成した交流電力が供給されるコイルを有するリニアモータと、
   前記コイルに生じる磁力によって往復運動するピストンと、
   前記ピストンの往復運動に起因して流体を圧縮する圧縮空間とを備え、
   前記ピストンは、その往復運動の中心位置よりも前記圧縮空間の対向面に近い位置にある第１状態と、その往復運動の中心位置よりも前記圧縮空間の対向面から遠い位置にある第２状態とに変化し、
   前記マイクロコンピュータは、前記ピストンの前記第１状態において移動する距離が前記ピストンの前記第２の状態において移動する距離よりも長くなるように、前記交流電力の正の波形の振幅の絶対値と前記交流電力の負の波形の振幅の絶対値とを異ならせる、リニア圧縮機。

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