JP2009503336A - リニアコンプレッサ用制御装置 - Google Patents

Abstract

リニアコンプレッサ用の制御装置が、リニアコンプレッサの現在の固有振動数と調和してリニアコンプレッサを付勢する。制御装置は、現在の固有振動数をモニタし、この振動数を１つ又は２つ以上の外側限度しきい値と比較する。制御装置は、動作振動数が下方しきい値を下回った場合、リニアコンプレッサから電力を取り去ることができる。制御装置は、動作振動数が上方しきい値を上回った場合、リニアコンプレッサへの電力を減少させることができる。制御装置は、コンプレッサの動作振動数を用いてコンプレッサを安全動作範囲内で作動させる。

Description

本発明は、フリーピストン式リニアコンプレッサ、特に、冷凍機用コンプレッサ（これには限定されない）用の制御システムに関する。

リニアコンプレッサ（リニアコンプレッサと呼ばれることがある）、フリーピストン方式で作動するので行程の大きさの厳密な制御を必要とする。というのは、クランクシャフトを用いる従来型回転コンプレッサとは異なり、行程の大きさが固定されていないからである。圧縮中の流体の種々の状況に関して、過剰なモータ電力の供給の結果として、ピストンが往復動するシリンダのヘッドギヤに衝突する場合がある。

コンプレッサを故意に最大電力で且つ高い容積効率で作動させることが望ましい場合、衝突検出システムが衝突の開始を見逃さないようにすることが非常に重要である。というのは、衝突は、この動作モードでは規則的な且つ予測される出来事であり、電力が増加した状態での連続衝突は、損傷を引き起こすことになるからである。米国特許第６，５３６，３２６号明細書及び同第６，８１２，５９７号明細書を含む多くの特許文献は、種々のピストン衝突検出方法を記載している。

米国特許第６，８０９，４３４号明細書は、コンプレッサに流入する冷媒の性状の関数としてモータ電力を制限するフリーピストン式コンプレッサ用制御システムを開示している。しかしながら、この開示された制御システムは、冷媒の性状を検出する追加のセンサを必要とする。

先行技術において知られているリニアコンプレッサの中には、吐出圧力が最小レベルを超えているときにしか効率的に作動しない静的又は動的気体軸受を備えた状態で作動するものがある。先行技術において知られているリニアコンプレッサの中には、低電力動作中では効率的に作動しない場合のある油循環システムを有するものもある。

本発明の目的は、フリーピストン式リニアコンプレッサを１つ又は２つ以上の望ましくないモードで作動させるのを回避するフリーピストン式リニアコンプレッサ用制御システムを提供することにある。

第１の特徴では、本発明の要旨は、フリーピストン式リニアコンプレッサを制御する方法であって、
前記コンプレッサを要求負荷に従って付勢して前記コンプレッサがシステム作動条件に従ってその固有振動数で往復動するようにするステップと、
前記コンプレッサの往復振動数をモニタするステップと、
前記往復振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させるステップとを有することを特徴とする方法にある。

別の特徴では、本発明の要旨は、フリーピストン式リニアコンプレッサを制御する方法であって、
前記コンプレッサを要求負荷に従って付勢して前記コンプレッサがシステム作動条件に従ってその固有振動数で往復動するようにするステップと、
前記コンプレッサの往復振動数をモニタするステップと、
前記往復振動数が上限しきい値を上回ったときに前記コンプレッサに供給される電力を減少させるステップとを有することを特徴とする方法にある。

別の特徴では、本発明の要旨は、フリーピストン式ガスコンプレッサであって、
シリンダと、前記シリンダ内で往復動可能なピストンと、
前記ピストンに結合されていて、少なくとも１つの励磁巻線を備えた往復動電気リニアモータと、
前記コンプレッサの作動に関するフィードバックを受け取り、前記コンプレッサの瞬間固有振動数と調和して電流を前記電気リニアモータに供給する駆動信号を出力する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記コンプレッサの固有振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサから電力を取り去る手段を有することを特徴とするフリーピストン式ガスコンプレッサにある。

別の特徴では、本発明の要旨は、フリーピストン式ガスコンプレッサであって、
シリンダと、前記シリンダ内で往復動可能なピストンと、
前記ピストンに結合されていて、少なくとも１つの励磁巻線を備えた往復動電気リニアモータと、
前記コンプレッサの作動に関するフィードバックを受け取り、前記コンプレッサの瞬間固有振動数と調和して電流を前記リニアモータに供給する駆動信号を出力する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記コンプレッサの前記固有振動数が上限しきい値を上回ったときに前記コンプレッサへの電力を減少させる手段を有することを特徴とするフリーピストン式ガスコンプレッサにある。

当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の構成及び多種多様な実施形態並びに用途の多くの変更を想到できよう。本明細書における開示内容及び説明は、純粋に例示のためであって、いかなる意味においても本発明を限定するものではない。

次に、添付の図面を参照して本発明の好ましい一形態を説明する。

本発明は、電気リニアモータにより給電されるフリーピストン式往復コンプレッサの制御に関する。典型的な用途は、冷凍機にあるが、これには限られない。

制御装置は、コンプレッサの瞬時固有振動数と調和して電流をリニアモータに供給する駆動信号を提供する。制御装置は、現在の振動数をモニタし、この振動数が上側しきい値を上回っている場合には電力を減少させ、或いは、この振動数が下側しきい値を下回っている場合にはコンプレッサをターンオフ（作動停止）し、若しくはこれらの両方を行う。

一例を挙げるに過ぎず、状況説明のため、本発明に従って制御されるのが良いフリーピストン式リニアコンプレッサが、図１に示されている。

蒸気圧縮冷凍システム用のコンプレッサは、シェル又はハウジング２の内部に支持されたリニアコンプレッサ１を含む。代表的には、ハウジング２は、気密封止され、ガス入口ポート３及び圧縮ガス出口ポート４を有している。非圧縮状態のガスは、コンプレッサ１の周りのハウジングの内部を流れる。これら非圧縮ガスは、吸気行程中、コンプレッサに引き込まれ、圧縮行程の際にピストンクラウン１４と弁板５との間で圧縮され、そして吐出弁６を通って圧縮ガスマニホルド７内に吐き出される。圧縮ガスは、マニホルド７を出て可撓性管８を通ってシェルに設けられている出口ポート４に至る。吐出管８の剛性による影響を減少させるため、この管は、好ましくは、コンプレッサの往復動軸線に対して横方向のループ又は螺旋体として配置されている。圧縮空間への吸気は、ヘッド、吸引マニホルド１３及び吸引弁２９を介して行われるのが良い。

図示のリニアコンプレッサ１は、広義に言って、主ばねにより互いに連結されたシリンダ部とピストン部を有している。シリンダ部は、シリンダハウジング１０、シリンダヘッド１１、弁板５及びシリンダ１２を有している。ヘッド１１から見て遠くに位置するシリンダ部の端部分１８は、主ばねをシリンダ部に対して取り付けている。主ばねは、図１に示すようにコイルばね１９と板ばね２０の組み合せとして形成されるのが良い。ピストン部は、側壁２４及びクラウン１４を備えた中空ピストン２２を有する。

コンプレッサの電気モータは、コンプレッサ構造体と一体に形成されている。シリンダ部は、モータステータ１５を有する。これと協働するリニアモータアーマチュア１７が、ロッド２６及び支持本体３０を介してピストンに連結されている。リニアモータアーマチュア１７は、シリンダライナ内でのピストンの往復動軸線に対して横方向に差し向けられた１つ又は２つ以上の磁極を提供するよう磁化される。永久磁石材料（例えば、フェライト又はネオジム）から成る本体を有する。ピストン２２から見て遠くに位置するアーマチュア支持体３０の端部分３２は、主ばねに連結されている。

リニアコンプレッサ１は、これをシェルから隔離するためにシェル２内で複数個の懸架ばねに取り付けられている。使用にあたり、リニアコンプレッサのシリンダ部は、振動するが、ピストン部がシリンダ部と比較して非常に軽量に作られている場合、シリンダ部の振動は、ピストン部とシリンダ部との間の相対的往復運動と比較して僅かである。

ステータ巻線中の交流電流（必ずしも正弦波ではない）が、アーマチュア磁石１７に加わる振動力を生じさせてアーマチュアとステータの実質的な相対運動をもたらす。ただし、振動数が、機械的システムの固有振動数に近いことを条件とする。初期固有振動数は、ばね１９のばね定数とシリンダ１０及びステータ１５の質量によって定まる。

しかしながら、ばね１９に加えて固有ガスばねが設けられ、このガスばねの有効ばね定数は、冷凍機用コンプレッサの場合、蒸発器か凝縮器の圧力（及び温度）かのいずれかが変わると、変化する。このことを考慮に入れると、ステータ巻線電流及びかくして駆動力を供給する制御システムは、米国特許第６，８０９，４３４号明細書に記載されており、この米国特許を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。米国特許第６，８０９，４３４号明細書は又、振動数及び蒸発器温度に基づいてピストンとシリンダヘッドの衝突を最小限に抑えるために最大モータ電力を制限するシステムを記載している。

好ましくは、本発明の制御システムは、米国特許第６，８０９，４３４号明細書に開示された制御システムと連携して動作するが、必ずしもそうである必要はない。

本発明のリニアコンプレッサ用制御システムに関する技術背景を提供するため、冷凍機用の基本的制御システムが、図２に示されている。

本発明の制御に関する改良点は、コンプレッサ用制御装置２０７にある。

コンプレッサ用制御装置２０７は、冷凍機用制御装置２１０から要求信号２１６を受け取る。冷凍機用制御装置２１０は、ユーザインターフェイス２１２からユーザ設定入力を受け取ると共に１つ又は２つ以上のセンサ入力を受け取り、かかる入力としては、例えば、ライン２１４上に見えるキャビネット温度センサ入力が挙げられる。他の入力としては、追加のキャビネットコンパートメント内の温度センサからの入力、ドア開閉センサからの入力及び蒸発器温度又は圧力センサからの入力が挙げられる。これら入力から、冷凍機用制御装置２１０は、要求信号２１６を出力する。

要求信号２１６は、コンプレッサが選択されたモード群のうちの１つに従って動作するのに必要なだけであり、このモード群は、オン又はオフとして制限されたものであっても良く、或いは、追加の最大設定値を含んでいても良く、又はより広い範囲の考えられるコンプレッサ容量レベルを含むものであっても良い。大ざっぱな言い方をすると、容量レベルは、コンプレッサが所与の期間で冷凍システムの吸引側から冷凍システムの吐出側まで動かす冷媒の質量を表す。好ましくは、要求信号は、コンプレッサ用制御装置に関し、一端での非動作状態から他端でのオープンエンドまでの変化に対応した範囲の端から端までの任意の値から成る。要求信号は、アナログ信号、例えば漸変する電圧レベル又は漸変する振動数であっても良く、或いは、ディジタル信号、例えば８ビット出力信号であっても良い。

コンプレッサ用制御装置２０７は、電源から電力を受け取ると共に要求信号２１６を受け取る。コンプレッサ用制御装置は、コンプレッサ組立体のモータの巻線２２０に接続されている。コンプレッサ用制御装置は、要求信号２１６に従うと共にコンプレッサ用制御装置で実行される制御プログラムに従って、電源２１８からの電力をコンプレッサの巻線に転流する。

本発明の制御システムは、図３の基本的モータ制御システム、好ましくは図４の制御システム、図５の制御システム又は図６の制御システム（必ずしもそうである必要はない）と連携して動作するのが良い。

図３を参照すると、図１を参照して上述した形式のものであるのが良いリニアコンプレッサのモータ１０３Ａのステータ巻線は、電力スイッチング回路１０７から供給される交流電圧によって励磁され、この電力スイッチング回路は、図７に示すブリッジ回路の形態をしているのが良い。ブリッジ回路１０７は、コンプレッサステータ巻線３３を介して逆の極性の電流を転流するためにスイッチング素子４１１，４１２を用いている。ステータ巻線の他端は、２つの直列接続キャパシタの接合部に接続されており、これらキャパシタも又、ＤＣ電源の両端に接続されている。

コンプレッサ用制御装置は、好ましくは、電力スイッチング回路１０７の動作を制御するプログラムされたマイクロプロセッサとして具体化される。

スイッチング回路１０７は、主として、制御システムマイクロプロセッサにより実行されるスイッチングアルゴリズム１０８によって制御される。マイクロプロセッサは、スイッチングアルゴリズム１０８によりモータに供給されるべき電力入力を制御するようプログラムされている。マイクロプロセッサは、種々の機能を実行することができ又は種々のテーブル（表）を用いることができ、これらテーブルのうちの幾つかが、説明の目的上、図３〜図６のブロック図にブロックで示されている。

コンプレッサピストンの往復動及びその振動数又は周期は、運動検出器１０９によって検出され、この運動検出器は、好ましい実施形態では、往復動するコンプレッサアーマチュアによりコンプレッサステータ巻線中に誘導される逆ＥＭＦをモニタするプロセスから成る。これは、特に、かかる逆ＥＭＦ信号の零交差の検出を含むのが良い。電力スイッチ１０７を制御するためのマイクロプロセッサ出力信号をもたらすスイッチングアルゴリズム１０８は、逆ＥＭＦ零交差信号１１０中の論理遷移から開始されるスイッチング時間を有する。これにより、巻線は、コンプレッサの瞬時固有振動数と同期して励磁され、往復コンプレッサは、良好な効率で動作する。電力スイッチ１０７によりステータ巻線に適用される電流の大きさか電流の持続時間かのいずれかを制御することによりコンプレッサ入力電力を変化させることができる。電力スイッチのパルス幅変調も又使用できる。

図４は、米国特許第６，８０９，４３４号明細書に開示された制御技術により改良された図３の基本コンプレッサ制御システムを示しており、この制御技術は、ピストン振動数及び蒸発器温度に基づいて最大電力を設定することにより通常作動中におけるピストン／シリンダの衝突を最小限に抑える。蒸発器温度センサからの出力１１１をマイクロプロセッサ入力のうちの１つに入力し、ピストン振動数を振動数ルーチン１１２によって求め、この振動数ルーチンは、逆ＥＭＦ信号１１０中の零交差相互間の時間を計時する。求めた振動数と測定した蒸発器温度の両方を用いて最大電力ルックアップテーブル１１３から最大電力を選択し、この最大電力ルックアップテーブルは、比較器ルーチン１１４に関し最大許容電力Ｐ_tを設定する。比較器ルーチン１１４は、第２の入力として、冷凍装置制御全体から見て必要な電力需要を表わす値１０６を受け取る。比較器ルーチン１１４は、スイッチングアルゴリズム１０８により用いられてスイッチング電流の大きさ又は持続時間を制御する。比較器ルーチン１１４は、冷凍機により必要とされる電力であるＰ_r及び最大電力テーブル１１３から許容される電力であるＰ_tの最小値である電力値Ｐ１１５をもたらす。

図４を参照して説明した制御の概念そのものを用いると、結果として、リニアコンプレッサ１０３Ａ（稼働時）は、通常作動においてピストンの衝突が無い状態で又は最小限に抑えられた状態で動作することになる。しかしながら、米国特許第６，８１２，５９７号明細書に開示されているように、リニアコンプレッサ１０３Ａは、図４の制御システムの場合よりも高い電力を達成することができるが、幾分かのピストンの衝突は避けられない「最大電力モード」で作動可能である。次に、このモードの実施を容易にする制御システムについて更に説明する。

図５を参照すると、比較ルーチン１１４への別の入力に種々の値を提供する電力アルゴリズム１１６が用いられている。電力アルゴリズム１１６は、連続的に増大する値を比較器ルーチン１１４に提供することによりコンプレッサ入力電力をゆっくりと上昇させ、それにより、スイッチングアルゴリズム１０８は、電力スイッチの電流の大きさ又は持続時間を増大させる。電力Ｐ_aは、Ｎ回のサイクル又はピストン往復動毎に増分値だけ増大する。この増大は、ピストン衝突が検出されるまで続く。衝突検出プロセス１１７は、好ましくは、コンプレッサ巻線中に誘導される逆ＥＭＦの分析から決定され、用いられる技術は、ピストン周期中の突然の減少を探す米国特許第６，８１２，５９７号明細書に開示された技術か、アナログ逆ＥＭＦ信号の勾配の不連続部を探す米国特許出願第１０／８８０，３８９号明細書に開示された技術かのいずれかであるのが良い。

衝突の検出時、電力アルゴリズム１１６により、減分値Ｐ_aは、電力の減少を達成する。この場合も又、電力アルゴリズム１１６は、新たな衝突が検出されるまで値Ｐ_aをゆっくりと増大させ、プロセスが繰り返される。

望ましくは、説明した大電力制御方法論は、衝突の回避が図４を参照して説明したように行われる通常作動に関する制御と関連して用いられるが、必ずしもそうである必要はない。両方の技術を採用した制御システムが、図６に示されている。この場合、比較ルーチン１１４は、３つの入力Ｐ_r、Ｐ_t及びＰ_aを受け取る。

本発明によれば、制御システムは、図８に示すような別の技術を含む。この別の技術を図３〜図６に示すシステムのうちの１つ又は２つ以上と関連して利用できる。この技術によれば、コンプレッサ用制御装置は、コンプレッサ動作振動数に従って動作状態になるグロス制御部を含む。

この別の制御の観点は、図８に示されており、この別の制御の観点は、別の入力値Ｐ_cを比較ルーチン１１４に提供する。振動数計算器１１２が、運動検出器ルーチン１０９の出力に従ってコンプレッサの現在の動作振動数を計算する。振動数計算器ルーチン１２は、しきい値制御部１６０のためにこの動作振動数を提供する。しきい値制御部１６０は、瞬時動作振動数を振動数しきい値と比較し、値Ｐ_cを電力としてもたらす。しきい値制御部１６０は、瞬時動作振動数を下方振動数しきい値又は上方振動数しきい値と比較することができる。

好ましくは、しきい値制御部１６０は、瞬時振動数を少なくとも下方振動数しきい値と比較する。この場合、下方振動数しきい値は、コンプレッサの安全作動を支援するのに適したレベルを下回る吐出圧力を指示する。これは、特に、コンプレッサが気体軸受で動作し、最小吐出圧力が気体軸受の有効作動を維持するのに有用な場合である。最小しきい値圧力は、好ましくは、コンプレッサについてあらかじめ決定され、コンプレッサ制御装置のメモリに記憶される。

しきい値制御部１６０は又、振動数を上方しきい値と比較することができる。この場合、高い振動数により、凝縮器温度が極めて高くなっていることが分かる場合がある。これは、異常な作動状態、例えば、冷凍機のドア又はコンパートメントが開いたままであることにより、或いは冷凍システムの１つ又は２つ以上の部分の故障、例えば凝縮器ファンの故障により生じる例外的に大きなコンプレッサ負荷を指示している。

下方しきい値に適合している各場合では、しきい値制御部は、好ましくは、コンプレッサを作動停止させる値Ｐ_cを提供し、例えば、Ｐ_cをゼロに設定する。しかしながら、上方しきい値を超える場合、コンプレッサ電力を適度にするよう同等になる所定の中間レベルで値Ｐ_cを出力するのが良い。

しきい値制御部は、所定の期間、この減少した（又はゼロの）電力設定値をもたらし続け、次に、次の所定の期間、それ自体動作不能になるようプログラムされているのが良い。しきい値制御部が動作不能状態である間、コンプレッサは、他の電力制御アルゴリズムに従って作動することになる。この別の所定の期間が経過した後、しきい値制御部は、もう一度動作状態になるであろう。

しきい値制御部１６０は、瞬時動作振動数で動作することができるが、それには、減少した（又はゼロの）電力値をもたらす前に、所定の期間、しきい値振動数に適合していることが必要である。したがって、例えば、コンプレッサを先ず最初に動作状態にすると、初期動作振動数は、圧力が冷凍回路の高圧力側で増大するまで低いままであろう。電力値Ｐ_cを調節する前に所定の期間、しきい値を満足させることが必要であることにより、しきい値制御部は、冷凍システムが定常動作条件に達するのに十分な時間が経過するまでコンプレッサへの電力をカットすることになる。変形例として、しきい値制御部をコンプレッサの始動後所定の期間にわたり効果的に動作不能にしても良い。

上方（高いほうの）しきい値を超える場合、しきい値制御部は又、例えば冷凍システム制御装置２１０への追加の電力をもたらすことができる。この電力は、冷凍システム制御装置に異常動作状態を知らせることができる。冷凍システム制御装置２１０は、その制御下にある装置のうちの１つ又は２つ以上に対して試験ルーチンを実行することにより又はユーザ警告又は故障報告書を提出することによりこの警告に応動することができる。

図９及び図１０は、図８のしきい値制御部１６０を実行するオプションとしての制御プログラムを示している。図９の制御プログラムオプションは、離散形マイクロプロセッサで実行され又は単一マイクロプロセッサで他のプロセスと並列して実行される別個のプロセスとして実施され、或いは、論理回路で実施される場合のあるスタンドアロン形制御を実行する。図１０のプロセスは、図９のプロセスと同一であるが、より大規模な制御プロセスにより間隔を空けて実行可能な制御サブルーチンと同一の機能を実行する。例えば、サブルーチンは、これ又、図６に示すシステムの最大電力テーブル１１３、衝突検出アルゴリズム１１７、電力アルゴリズム１１６、振動数計算器１１２及び比較器１１４を実行する制御プログラム全体で利用できる。いずれの場合においても、制御システムのコンポーネントは、システム設計者の要望に応じてハードウェア若しくはソフトウェア又は論理回路の状態で具体化できる。さらに、種々の機能を多数の別々の制御装置パッケージ相互間で区分しても良く、或いは、単一の制御装置パッケージ内に統合しても良い。

次に図９を参照すると、スタンドアロン形制御部は、振動数が所定のしきい値Ｔ_Lを下回り又は所定のしきい値Ｔ_Uを上回った場合を除き、冷凍機要求電力Ｐ_rで電力Ｐ_cを維持する主制御ループ９０２を有する。

スタンドアロン形制御部は、コンプレッサが動作を開始する時点でステップ９０４において開始する。制御アルゴリズムは、制御装置に最初に電源投入してこれを立ち上げた時点で始まることができる。プロセスは、ステップ９０６に進み、振動数計算器１１２から現在の動作振動数を読み取る。次に、制御は、決定ステップ９０８に進む。

ステップ９０８において、制御部により振動数ｆが、コンプレッサが作動していないことを指示するゼロに等しいことが判明した場合、プロセスは、ステップ９１０に進む。このプロセスにより、ステップ９０８において、振動数ｆが、コンプレッサが作動中であることを指示するゼロに等しくないことが判明した場合、プロセスは、ステップ９１２に進む。

コンプレッサがステップ９１０に進んだ場合、プロセスは、現時間として変数ｔを設定する。次に、プロセスは、ステップ９１２に進む。

ステップ９１２において、プロセスは、冷凍機制御装置の要求電力Ｐ_rに等しい電力値Ｐ_cを設定する。これにより、プロセスは、振動数ｆが後のステップ９１６又は９１９においてしきい値制御をトリガしない場合、比較器１１４の出力に影響を及ぼさないようになる。次に、プロセスは、ステップ９１４に進む。

ステップ９１４において、プロセスは、ルックアップテーブルから上方しきい値Ｔ_U及び下方しきい値Ｔ_Lを読み取り、ステップ９１６に進む。

決定ステップ９１６では、プロセスは、振動数ｆが下方しきい値Ｔ_Lよりも小さいかどうかを判定する。もしイエスであれば、プロセスは、ステップ９１８に進む。もしノーであれば、プロセスは、ステップ９１９に進む。

決定ステップ９１９では、プロセスは、振動数ｆが上方しきい値Ｔ_Uよりも大きいかどうかを判定する。もしイエスであれば、プロセスは、ステップ９２０に進む。もしノーであれば、プロセスは、ループ９０２を通ってステップ９０６に戻る。

ステップ９１６において、プロセスにより、振動数がしきい値よりも小さいことが判明した場合、プロセスは、ステップ９１８に進んでコンプレッサが少なくとも１５秒間作動していたかどうかを判定する。これにより、コンプレッサは、単にコンプレッサが依然として動作の始動段階にあるという理由で、コンプレッサがしきい値振動数以下では作動しないようになる。振動数が下方しきい値振動数よりも高い定常状態になるまでの時間は、特定のコンプレッサ及び冷凍システムで決まることになる。１５秒という値は、一例として提供されているに過ぎない。したがって、ステップ９１８において、プロセスは、現在の時間が、変数ｔに１５秒を加えた値よりも大きいかどうかを判定する。もしイエスであれば、これにより、コンプレッサが、始動段階にはないことが分かり、従って、制御は、ステップ９２２に進んで電力値Ｐ_cを調節する。もしノーであれば、コンプレッサは、現在については始動段階にあると見なされ、制御は、ステップ９１９に進む。ステップ９１９は、必然的にノーと答え、制御は、ループ９０２を通って進んでステップ９０６に戻ることになる。制御部は、振動数が下方しきい値Ｔ_Lに達するか時間がｔ＋１５秒よりも大きくなるかのいずれかが生じるまで繰り返しループ状態になる。したがって、制御は、コンプレッサの始動条件の間、コンプレッサの作動停止を回避するか、その後において、ほんの短い遅延後、不利な作動条件をキャッチするかのいずれかを行う。当然のことながら、遅延時間の選択（一例では、１５秒）は、幾分恣意的であり、コンプレッサ及びこれが組み込まれている冷凍システムで決められるべきである。

制御プロセスがステップ９１８からステップ９２２に進んだ場合、ステップ９２２において、プロセスは、電力Ｐ_cをゼロとして設定し、ステップ９２４に進む。電力Ｐ_cがゼロとして設定されている場合、これは、必然的に、比較器１１４に与えられる最小値であろう（又はこれに等しいであろう）。したがって、駆動デューティレシオＰは、ゼロであり、電力は、コンプレッサから完全に取り去られるであろう。

スタンドアロン形制御は、ステップ９２４に進み、ループの開始点に戻る前に、待機する。待機持続時間は、あらかじめ設定されていて、制御プロセス内に記憶されていても良く、或いは、他の動作条件又はシステムの最近の履歴的性能から決定されても良い。例えば、待機持続時間は、しきい値制御部１６０が短時間で繰り返し実行される場合、延長できる。例えば、しきい値制御部１６０は、下方しきい値が最後にトリガされてからの持続時間を記録することができ、その持続時間が所定の値を下回っている場合、あらかじめ設定された値をもつ変数であり増分可能な待機持続時間を記録することができる。好ましくは、制御ステップは、持続時間を可変に定期的にリセットする。図示の例では、制御プロセスは、ステップ９２４においては所定の期間、例えば３００秒間待機する。低いしきい値振動数制御の場合、これは、ほぼ最小の有用な期間であるように思われる。コンプレッサがその次のサイクルで少なくとも短時間の間、しきい値振動数Ｔ_Lよりも高い振動数で作動することができるようにする小さな残留要求を生じさせる時間として５分間が冷凍機作動条件に与えられるべきである。

制御プロセスがステップ９１９からステップ９２０に進んだ場合、これにより、コンプレッサが上方しきい値Ｔ_Uよりも高い状態で作動していることが分かる。この場合、しきい値制御は、電力値Ｐ_cを少ない値、例えば、現在生じている駆動デューティサイクル値Ｐの何分の一かに設定する。一例では、Ｐ_cは、Ｐ／２である。これは、比較器１１４への他の入力（Ｐ_r、Ｐ_a及びＰ_t）のうちの最小値の半分であろう。次に、制御は、ステップ９２８に進む。

ステップ９２８では、制御プロセスは、警告変数を真（true）として設定する。冷凍制御装置は、これを用いて故障を信号で伝え又は違ったやり方でシステムの故障の原因を調べようとしてこれを試みることができる。冷凍制御装置は、冷凍機が故障を生じた場合又はユーザによる点検整備要求を受けた場合、後での分析のためにこの警告のトリガをデータログ中に記録することができる。次に、制御は、ステップ９２９に進む。

ステップ９２９において、プロセスは、ステップ９０６に戻るまで待機する。ステップ９２９における待機持続時間は、プロセスが減少した値で電力値Ｐ_cを維持する持続時間を設定する。この持続時間後、値Ｐ_cは、ステップ９１２において値Ｐ_rにリセットされることになる。ステップ９２４での持続時間と同様、ステップ９２９における持続時間は、あらかじめ決定されていても良く、或いは、挙動の経過（履歴）を考慮に入れるよう制御プロセスにより調節されても良い。

図１０は、制御サブルーチンとして動作する等価なプロセスを示している。待機時間を含むループは、この程度までは、省かれる。さらに、プロセスの開始点までループバックするプロセスに代えて、プロセスの各枝は、終了し、制御をこれを要求したプロセスに戻す。したがって、サブルーチンは、連続スタンドアロン形プロセスではなく、短い間隔を置いて実行可能なものである。言及される変数は、持続的であり、サブルーチンの反復相互間では設定状態のままである。

プロセスの動作の各インスタンスは、ステップ１０００で始まる。サブルーチンは、ステップ１０２０に進み、時間がプロセスの先の反復から繰り越された時間変数ｔ₂よりも短いかどうかを判定する。時間変数ｔ₂は、ステップ１０２２において最新の時期に設定されているか、以下に説明するようにステップ１０２４又は１０２９で増分されているかのいずれかであろう。変数ｔ₂をサブルーチンの先の反復の際にステップ１０２２で設定された場合、現時間は、ｔ₂よりも長くなり、サブルーチンは、ステップ１０２２に進むことになる。もしそうでなく、時間がステップ１０２４又はステップ１０２９で先に３００秒よりも短く増分された場合、現時間は、ｔ₂よりも短く、サブルーチンは、ステップ１０２０からステップ１０２１の終了に進むことになる。

ルーチンがステップ１０２２に進む場合、プロセスは、現在の動作振動数ｆを振動数計算器１１２から読み込み、変数ｔ₂を現時間として設定する。次に、プロセスは、決定ステップ１００８に進む。

ステップ１００８では、制御は、コンプレッサが作動しているかどうかを振動数ｆがゼロに等しいかどうかに従って決定する。もしイエス（真：Ｔ）であれば、制御は、ステップ１０１０に進み、変数ｔ₁をステップ１０１２に進む前の現在の時間に等しいように設定する。もしノー（偽：Ｆ）であれば、プロセスは、直接ステップ１０１２に進む。

ステップ１０１２では、プロセスは、電力Ｐ_cの現在の値を要求デューティサイクルＰ_rに等しく設定する。次に、プロセスは、ステップ１０１４に進んで制御テーブルから上方しきい値Ｔ_U及び下方しきい値Ｔ_Lを読み込む。

プロセスは、ステップ１０１４からステップ１０１６に進んで振動数が下方しきい値Ｔ_Lよりも小さいかどうかを判定する。もしイエスであれば、プロセスは、ステップ１０１８に進む。もしそうでなければ、プロセスは、ステップ１０１９に進む。

ステップ１０１９において、プロセスは、振動数が上方しきい値Ｔ_Uよりも大きいかどうかを判定する。もしイエスであれば、プロセスは、ステップ１００６に進む。もしそうでなければ、プロセスは、ステップ１００４における終了に進む。コンプレッサが通常の環境範囲で作動している場合、プロセスは、通常、ステップ１００４の終了に進み、値Ｐ_cは、値Ｐ_rに追従することになる。

プロセスがステップ１０１６からステップ１０１８に進む場合、これにより、コンプレッサがしきい値振動数Ｔ_Lよりも低い振動数で作動していることが分かる。この場合、ステップ１０１８において、プロセスは、コンプレッサが始動モードで作動しているかどうか及びあらかじめ設定された期間よりも短い期間の間作動していたかどうかを判定する。例えば、図示のプロセスでは、現在の時間が変数ｔ₁＋１５秒よりも長くはない場合、プロセスは、コンプレッサが始動モードにあると見なしてステップ１００５の終了に進む。もしそうでない場合、プロセスは、コンプレッサがゼロよりも高い速度で少なくとも１５秒間作動しており、従って、安定した動作条件に達するべきであったと推定してステップ１００７に進む。この始動持続時間は、安定した作動条件に達するための予想始動時間に応じて制御が組み込まれた冷凍システムの詳細に従って変更可能である。

ステップ１００７において、制御プロセスは、電力値Ｐ_cをゼロに設定し、これは、比較器１１４に決定された最小電力になり、それにより、制御電力Ｐは、ゼロまで減少し、コンプレッサは、停止することになる。次に、プロセスは、ステップ１００７からステップ１０２４に進んで変数ｔ₂を現在の時間に３００秒を加えた時間に等しく設定する。この値は、制御サブルーチンの次の反復に繰り越されて、ステップ１０２０においてサブルーチンの動作に影響を与える。実際、これにより、３００秒の遅延が生じ、その後、制御ルーチンは、次の試行において正しく実行されることになる。もしそうでなければ、この期間中、制御プロセスは、ステップ１０２０の終了に進む。持続時間が上述した３００秒であることは、例示である。図９の実施形態の場合と同様、遅延期間は、あらかじめ決定されても良く又はサブルーチンの最近の動作経過（動作の履歴）に従って適合させても良い。次に、プロセスは、ステップ１０３１における終了に進む。

コンプレッサがステップ１０１９からステップ１００６に進められた場合、これにより、コンプレッサが上方しきい値Ｔ_Uよりも高い状態で作動していることが分かる。この場合、制御プロセスは、ステップ１００６において、電力値Ｐ_cを減少したレベル、例えば、その時点で生じている制御値Ｐの半分に設定し、従って、Ｐ_cは、制御値Ｐ_r，Ｐ_a，Ｐ_tのうちの最小値の半分になるであろう。ステップ１０２９及びステップ１０２０の動作により、このＰ_cという値は、遅延期間の間持続することになる。ステップ１０２８において、制御サブルーチンは、図９の制御からの警告と同一の目的で警告を設定することになる。次に、ステップ１０２９に進むと、サブルーチンは、変数ｔ₂を現在の時間に遅延期間（例えば３００秒）を加えた時間に等しく設定する。この場合も又、遅延期間をあらかじめ設定しても良く、又は、動作条件又は最近の履歴に従って変更しても良い。次に、プロセスは、ステップ１０３０における終了に進む。

図９及び図１０の詳細なプロセスは、図３〜図６の制御構造及び方式全体との統合のために用語が具体的に表わされており、他方、制御方式及びプロセスは、好ましく且つ有利に動作し、振動数が下方しきい値レベルを下回った場合にコンプレッサから電力を取り去ることにより又は振動数が上方しきい値レベルを上回った場合にコンプレッサへの電力を減少させることにより、若しくはこれら両方を行うことによって検出した共振振動数に従ってコンプレッサを制御する基本的原理は、多種多様な制御システム及びプログラムに利用できる。

したがって、本発明の要旨は、コンプレッサの動作に関するフィードバックを受け取り、コンプレッサの瞬時固有振動数と調和して電流をリニアモータに供給する駆動信号を出力する制御装置にある。コンプレッサは、コンプレッサの固有振動数が下限しきい値を下回った場合にコンプレッサから電力を取り除き、又は、固有振動数が下限しきい値を上回った場合にコンプレッサへの電力を減少させ、又はこれら両方を行う手段を含む。これら手段は、ソフトウェア又はハードウェアで実行されるしきい値制御アルゴリズムから成るのが良い。

制御装置は、ピストンの往復周期の指示的尺度を得るための手段を含むのが良く、電力を取り去る手段は、指示的尺度をしきい値と比較する比較器を含むのが良い。

往復周期の指示的尺度は、単一の往復周期の尺度、往復周期の最近のシーケンスのシリーズ若しくはサブシリーズ、又はコンプレッサの動作振動数の現在の推定値であって良い。

制御装置へのフィードバックは、逆ＥＭＦデータを含むのが良く、ピストンの往復周期の指示的尺度を得るための手段は、逆ＥＭＦデータの分析から尺度を得るのが良い。

下限しきい値、上限しきい値又はこれら両方は、メモリから読み取られた所定のしきい値であっても良く、現在の条件に従って計算により少なくとも部分的に求められ又は修正されたしきい値であっても良い。

コンプレッサは、油潤滑方式を備えていなくても良い。シリンダ内におけるピストンの摺動は、気体軸受により容易に実施できる。

シリンダ内におけるピストンの摺動が静的気体軸受によって容易になる場合、圧縮ガス供給経路は、使用の際に、コンプレッサにより圧縮されるガスを収容するリザーバから静的気体軸受まで延びるのが良い。

制御装置は、要求入力を受け取り、通常の動作において、要求入力に応じた量の電流をリニアモータに供給することができる。要求入力は、要求レベル入力であっても良く、要求変化入力であっても良い。

制御装置は、コンプレッサの固有振動数が上限しきい値を上回った場合若しくは下限しきい値を下回った場合又はこれら両方の場合及びコンプレッサのピストンとヘッド又は弁板の衝突を検出した場合にも通常の作動を無効にすることができる。

制御装置は、リニアモータからの逆ＥＭＦデータの分析に基づいて衝突を検出することができる。

本発明に従って制御されるリニアコンプレッサの軸方向縦断面図である。 冷凍機用制御システムをブロック図の形態で示す図である。 スイッチングがコンプレッサモータの逆ＥＭＦから計時される電子転流方式を用いる基本的なリニアコンプレッサ用制御システムを示す図である。 ピストン衝突回避手段を備えた図３の制御システムを示す図である。 ピストン衝突検出アルゴリズムを備えた図３の制御システムを示す図である。 図４のピストン衝突回避手段及び図５のピストン衝突検出手段を備えた図３の制御システムを示す図である。 リニアモータの巻線を付勢するためにコンプレッサ制御装置により駆動される電源ブリッジの一例を示す図である。 動作振動数しきい値を用いる本発明の追加のオプションとしての制御システムを示す図である。 図８の制御システムオプションを実行するためのスタンドアロン形制御プログラムを示す流れ図である。 図８の制御システムオプションを実行するためのサブルーチン制御プログラムを示す流れ図である。

Claims (54)

1. フリーピストン式リニアコンプレッサを制御する方法であって、
   前記コンプレッサを要求負荷に従って付勢して前記コンプレッサがシステム作動条件に従ってその固有振動数で往復動するようにするステップと、
   前記コンプレッサの往復振動数をモニタするステップと、
   前記往復振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させるステップとを有する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記方法は、前記コンプレッサの各始動時、前記往復振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させる前に、前記コンプレッサが定常状態作動条件を達成することができるようにするステップを有する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記コンプレッサの往復振動数をモニタする前記ステップは、前記コンプレッサを駆動する電子的転流型リニアモータの往復周期をモニタするステップを含む、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記往復振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させる前記ステップは、下限しきい値振動数を求めるステップと、現在の往復振動数を前記求めた下限しきい値と比較するステップと、前記現在の往復振動数が前記下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させるステップとを含む、
   請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記方法は、前記動作振動数が前記下限しきい値を下回ったことにより前記コンプレッサの付勢を停止させた後、
   遅延期間後に前記コンプレッサの付勢を再開するステップを有し、前記遅延期間は、少なくとも３００秒である、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記コンプレッサの往復振動数をモニタする前記ステップは、前記コンプレッサを駆動する電子的転流型リニアモータの逆ＥＭＦ電圧をモニタするステップを含む、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記コンプレッサを駆動する前記電子的転流型リニアモータは、電流を前記リニアモータの巻線に供給するための少なくとも１つの電源スイッチを含む電源回路から給電され、前記リニアモータは、前記コンプレッサの行程の終わりに前記電源スイッチがオフになるように付勢され、前記コンプレッサを駆動する電子的転流型リニアモータの逆ＥＭＦ電圧をモニタする前記ステップは、逆ＥＭＦ零交差相互間の期間を求めるステップを含む、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記往復振動数が上限しきい値を上回ったときに前記コンプレッサに供給される電力を減少させるステップを有する、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記往復振動数が上限しきい値を上回ったときに前記コンプレッサに供給される電力を減少させる前記ステップは、上限しきい値振動数を求めるステップと、現在の往復振動数を前記求めたしきい値と比較するステップと、前記現在の往復振動数が、前記しきい値を上回ったときに前記コンプレッサへの電力を減少させるステップとを含む、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記方法は、前記動作振動数が上限しきい値を上回ったことにより前記コンプレッサに供給される電力を減少させた後、
    遅延期間後に前記要求負荷に従って前記コンプレッサの付勢を再開するステップを有し、前記遅延期間は、少なくとも３００秒である、
    請求項９に記載の方法。
11. フリーピストン式リニアコンプレッサを制御する方法であって、
    前記コンプレッサを要求負荷に従って付勢して前記コンプレッサがシステム作動条件に従ってその固有振動数で往復動するようにするステップと、
    前記コンプレッサの往復振動数をモニタするステップと、
    前記往復振動数が上限しきい値を上回ったときに前記コンプレッサに供給される電力を減少させるステップとを有する、
    ことを特徴とする方法。
12. 前記コンプレッサの往復振動数をモニタする前記ステップは、前記コンプレッサを駆動する電子的転流型リニアモータの往復周期をモニタするステップを含む、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記往復振動数が上限しきい値を上回ったときに前記コンプレッサに供給される電力を減少させる前記ステップは、上限しきい値振動数を求めるステップと、現在の往復振動数を前記求めたしきい値と比較するステップと、前記現在の往復振動数が前記しきい値を上回ったときに前記コンプレッサへの電力を減少させるステップとを含む、
    請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記方法は、前記動作振動数が上限しきい値を上回ったことにより前記コンプレッサに供給される電力を減少させた後、
    遅延期間後に前記要求負荷に従って前記コンプレッサの付勢を再開するステップを有し、前記遅延期間は、少なくとも３００秒である、
    請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記コンプレッサの往復振動数をモニタする前記ステップは、前記コンプレッサを駆動する電子的転流型リニアモータの逆ＥＭＦ電圧をモニタするステップを含む、
    請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記コンプレッサを駆動する前記電子的転流型リニアモータは、電流を前記リニアモータの巻線に供給するための少なくとも１つの電源スイッチを含む電源回路から給電され、前記リニアモータは、前記コンプレッサの行程の終わりに前記電源スイッチがオフになるように付勢され、前記コンプレッサを駆動する電子的転流型リニアモータの逆ＥＭＦ電圧をモニタする前記ステップは、逆ＥＭＦ零交差相互間の期間を求めるステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記往復振動数が、下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させるステップを有する、
    請求項１１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記方法は、前記コンプレッサの各始動時、前記往復振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させる前に、前記コンプレッサが定常状態作動条件を達成することができるようにするステップを有する、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記往復振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させる前記ステップは、下限しきい値振動数を求めるステップと、現在の往復振動数を前記求めた下限しきい値と比較するステップと、前記現在の往復振動数が前記下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させるステップとを含む、
    請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 前記方法は、前記動作振動数が前記下限しきい値を下回ったことにより前記コンプレッサの付勢を停止させた後、
    遅延期間後に前記コンプレッサの付勢を再開するステップを有し、前記遅延期間は、少なくとも３００秒である、
    請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
21. フリーピストン式ガスコンプレッサであって、
    シリンダと、前記シリンダ内で往復動可能なピストンと、
    前記ピストンに結合されていて、少なくとも１つの励磁巻線を備えた往復動電気リニアモータと、
    前記コンプレッサの作動に関するフィードバックを受け取り、前記コンプレッサの瞬間固有振動数と調和して電流を前記電気リニアモータに供給する駆動信号を出力する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、前記コンプレッサの固有振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサから電力を取り去る手段を有する、
    ことを特徴とするフリーピストン式ガスコンプレッサ。
22. 前記制御装置は、コンピュータを有し、前記コンプレッサの固有振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサから電力を取り去る前記手段は、前記コンピュータにより実行可能に格納されたプログラムを含み、前記プログラムは、実行時、前記コンピュータが、
    下限しきい値を求め、
    前記コンプレッサの現在の動作振動数をモニタし、
    前記現在の動作振動数を前記下限しきい値と比較し、
    前記比較により、前記現在の動作振動数が前記下限しきい値を下回っていることが分かると前記電気リニアモータから電力を取り去るようにする、
    請求項２１に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
23. 前記プログラムは、実行時、前記コンピュータがデータ格納域からしきい値を読み取ることにより下限しきい値を決定するようにする、
    請求項２２に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
24. 前記プログラムは、実行時、前記コンピュータが前記ピストンの前記往復周期の指示的尺度を得ることにより現在の動作振動数をモニタするようにする、
    請求項２２又は２３に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
25. 前記制御装置は、前記リニアモータのアーマチュアの運動により前記リニアモータの巻線中に生じた逆ＥＭＦ電圧に関するデータを受け取り、前記プログラムは、実行時、前記コンピュータが、前記逆ＥＭＦデータを分析することにより前記ピストンの前記往復周期の指示的尺度を得るようにする、
    請求項２４に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
26. 前記制御装置からの前記駆動信号は、前記コンピュータの出力により決定されたデューティサイクルを有するＰＷＭ信号を含み、前記プログラムは、実行時、前記コンピュータが前記デューティサイクルをゼロに調整することにより前記電気リニアモータから電力を取り去るようにする、
    請求項２２ないし２５のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
27. 前記プログラムは、実行時、前記コンピュータにより、前記コンプレッサの各始動時、前記往復振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させる前に、前記コンプレッサが定常状態作動条件を達成することができるようにする、
    請求項２２ないし２６のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
28. 前記プログラムは、実行時、前記動作振動数が前記下限しきい値を下回ったことにより前記コンプレッサの付勢の停止後に、前記コンピュータが遅延期間後に前記コンプレッサの付勢を再開するようにし、前記遅延期間は、少なくとも３００秒である、
    請求項２２ないし２７のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
29. 前記プログラムは、実行時、前記現在の動作振動数が上限しきい値を上回ったときに前記モータに供給される電力を減少させるようにする、
    請求項２２ないし２８のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
30. 前記プログラムは、実行時、前記動作振動数が上限しきい値を上回ったことにより前記コンプレッサに供給される電力を減少させた後、前記コンピュータが遅延期間後に要求負荷に従って前記コンプレッサの付勢を再開するようにし、前記遅延期間は、少なくとも３００秒である、
    請求項２９に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
31. 前記制御装置は、前記ピストンの前記往復周期の指示的尺度を得るための手段を有し、
    前記電力減少手段は、前記指示的尺度を前記しきい値と比較する比較器を含む、
    請求項２１ないし３０のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
32. 前記制御装置への前記フィードバックは、逆ＥＭＦデータを含み、前記ピストンの前記往復周期の指示的尺度を得るための前記手段は、前記指示的尺度を前記逆ＥＭＦデータの分析から得る、
    請求項３１に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
33. 前記コンプレッサは、油潤滑手段を備えておらず、前記シリンダ内における前記ピストンの摺動は、気体軸受により容易に行われる、
    請求項２１ないし３２のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
34. 前記シリンダ内における前記ピストンの前記摺動は、静的気体軸受によって容易に行われ、圧縮ガス供給経路が、使用の際に前記コンプレッサにより圧縮されるガスを収容するリザーバから前記静的気体軸受まで延びている、
    請求項３３に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
35. 前記制御装置は、要求入力を受け取り、通常動作の際、前記要求入力に依存した量の電流を前記リニアモータに供給する、
    請求項２１ないし３４のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
36. 前記制御装置は、前記コンプレッサの前記固有振動数が上限しきい値を上回った場合若しくは下限しきい値を下回った場合又はこれら両方の場合及び前記ピストンと前記コンプレッサのヘッド又は弁板との衝突を検出した場合に、前記通常動作を無効にする、
    請求項３５に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
37. 前記制御装置は、前記逆ＥＭＦデータの分析に基づいて衝突を検出する、
    請求項３６に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
38. フリーピストン式ガスコンプレッサであって、
    シリンダと、前記シリンダ内で往復動可能なピストンと、
    前記ピストンに結合されていて、少なくとも１つの励磁巻線を備えた往復動電気リニアモータと、
    前記コンプレッサの作動に関するフィードバックを受け取り、前記コンプレッサの瞬間固有振動数と調和して電流を前記リニアモータに供給する駆動信号を出力する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、前記コンプレッサの前記固有振動数が上限しきい値を上回ったときに前記コンプレッサへの電力を減少させる手段を有する、
    ことを特徴とするフリーピストン式ガスコンプレッサ。
39. 前記制御装置は、コンピュータを有し、前記コンプレッサの固有振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサから電力を取り去る前記手段は、前記コンピュータにより実行可能に格納されたプログラムを含み、前記プログラムは、実行時、前記コンピュータが、
    上限しきい値を求め、
    前記コンプレッサの現在の動作振動数をモニタし、
    前記現在の動作振動数を前記下限しきい値と比較し、
    前記比較により、前記現在の動作振動数が前記上限しきい値を上回っていることが分かると前記電気リニアモータに供給される電力を減少させるようにする、
    請求項３８に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
40. 前記プログラムは、実行時、前記コンピュータがデータ格納域からしきい値を読み取ることにより上限しきい値を決定するようにする、
    請求項３９に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
41. 前記プログラムは、実行時、前記コンピュータが前記ピストンの前記往復周期の指示的尺度を得ることにより現在の動作振動数をモニタするようにする、
    請求項３９又は４０に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
42. 前記制御装置は、前記リニアモータのアーマチュアの運動により前記リニアモータの巻線中に生じた逆ＥＭＦ電圧に関するデータを受け取り、前記プログラムは、実行時、前記コンピュータが、前記逆ＥＭＦデータを分析することにより前記ピストンの前記往復周期の指示的尺度を得るようにする、
    請求項４１に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
43. 前記制御装置からの前記駆動信号は、前記コンピュータの出力により決定されたデューティサイクルを有するＰＷＭ信号を含み、前記プログラムは、実行時、前記コンピュータが前記デューティサイクルを減少させることにより前記電気リニアモータへの電力を減少させるようにする、
    請求項３９ないし４２のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
44. 前記プログラムは、実行時、前記動作振動数が上限しきい値を上回ったことにより前記コンプレッサに供給される電力を減少させた後、前記コンピュータが遅延期間後に要求負荷に従って前記コンプレッサの付勢を再開するようにし、前記遅延期間は、少なくとも３００秒である、
    請求項３９ないし４３のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
45. 前記プログラムは、実行時、前記現在の動作振動数が上限しきい値を上回ったときに前記モータに供給される電力を減少させるようにする、
    請求項３９ないし４４のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
46. 前記プログラムは、実行時、前記コンピュータにより、前記コンプレッサの各始動時、前記往復振動数が下限しきい値を下回ったときに前記コンプレッサの付勢を停止させる前に、前記コンプレッサが定常状態作動条件を達成することができるようにする、
    請求項４５に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
47. 前記プログラムは、実行時、前記動作振動数が前記下限しきい値を下回ったことにより前記コンプレッサの付勢の停止後に、前記コンピュータが遅延期間後に前記コンプレッサの付勢を再開するようにし、前記遅延期間は、少なくとも３００秒である、
    請求項４５又は４６に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
48. 前記制御装置は、前記ピストンの前記往復周期の指示的尺度を得るための手段を有し、
    前記電力減少手段は、前記指示的尺度を前記しきい値と比較する比較器を含む、
    請求項３８に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
49. 前記制御装置への前記フィードバックは、逆ＥＭＦデータを含み、前記ピストンの前記往復周期の指示的尺度を得るための前記手段は、前記指示的尺度を前記逆ＥＭＦデータの分析から得る、
    請求項４８に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
50. 前記コンプレッサは、油潤滑手段を備えておらず、前記シリンダ内における前記ピストンの摺動は、気体軸受により容易に行われる、
    請求項３８ないし４９のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
51. 前記シリンダ内における前記ピストンの前記摺動は、静的気体軸受によって容易に行われ、圧縮ガス供給経路が、使用の際に前記コンプレッサにより圧縮されるガスを収容するリザーバから前記静的気体軸受まで延びている、
    請求項５０に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
52. 前記制御装置は、要求入力を受け取り、通常動作の際、前記要求入力に依存した量の電流を前記リニアモータに供給する、
    請求項３８ないし５１のいずれか１項に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
53. 前記制御装置は、前記コンプレッサの前記固有振動数が上限しきい値を上回った場合若しくは下限しきい値を下回った場合又はこれら両方の場合及び前記ピストンと前記コンプレッサのヘッド又は弁板との衝突を検出した場合に、前記通常動作を無効にする、
    請求項５２に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。
54. 前記制御装置は、前記逆ＥＭＦデータの分析に基づいて衝突を検出する、
    請求項５３に記載のフリーピストン式ガスコンプレッサ。

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