JP3075475B1 - リニアコンプレッサの出力制御装置及びその制御方法 - Google Patents

リニアコンプレッサの出力制御装置及びその制御方法

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Abstract

【要約】 【課題】 負荷量に拘らず、常に一定な透き間容積を獲
得し、効率の高い状態で運転を行い得るようにしたリニ
アコンプレッサの出力制御装置及びその制御方法を提供
する。 【解決手段】 コンプレッサのピストンと吐出バルブと
が衝突する瞬間を感知し、その時のストロークを基準に
して再び制御目標ストロークを設定した後、ストローク
を制御してリニアコンプレッサを駆動させるようにリニ
アコンプレッサの出力制御装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リニアコンプレッ
サの出力制御装置及びその制御方法に係るもので、詳し
くは、コンプレッサ内部のピストンと吐出バルブとが衝
突する瞬間のストロークを基準に、制御目標ストローク
を設定して常に効率の高い状態で運転を行い、負荷に拘
らずにコンプレッサの出力を一定に制御し得るリニアコ
ンプレッサの出力制御装置及びその制御方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来のリニアコンプレッサを制御する方
法として、以下にセンサレス（Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ）
制御方法を例示して説明する。即ち、次式（１）より電
流及び電圧がフィードバックされてピストンのストロー
クを推定し、該ピストンのストロークによりリニアコン
プレッサが制御される。
【０００３】 ｖ＝（Ｖ−Ｒ×ｉ−Ｌｄｉ／ｄｔ）／α …（１） 式中、Ｖ：モータ端子の電圧、ｖ：ピストンの速度、
Ｒ：モータの抵抗、ｉ：電流、α：モータ常数、Ｌ：モ
ータインダクタンス、である。このように、従来のセン
サレス制御方法では、ピストンのストロークにより制御
していたが、リニアコンプレッサの出力は、ピストンの
ストロークの大きさのみでなく上死点の位置にも関連し
ている。
【０００４】即ち、ピストンが上死点に到達したとき、
ピストンの上面部とシリンダとがなす容積を透き間容積
（Ｃｌｅａｒａｎｃｅ Ｖｏｌｕｍｅ）と称するが、同
様なストロークを有する場合、該透き間容積が小さいほ
ど出力が大きく効率も良好である。さらに、ピストンの
位置計算式を示すと、次のようになる。
【０００５】ｘ＝∫ｖ・ｄｌ …（２） ここで、ｘは、ピストンの動き量である。従って、リニ
アコンプレッサの出力は、ピストンのストロークの大き
さ及びピストンの上死点の位置により制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来のリニアコンプレッサの出力についてピストンのスト
ロークを用いて制御すると、ピストンのストロークは一
定に制御されるが、負荷によってピストンの位置が変化
して一定な上死点に制御することができず、透き間容積
が不均一になるため、リニアコンプレッサ出力の制御が
困難になり、効率が低下し、一定な出力を維持すること
が難しいという不都合な点があった。
【０００７】そこで、本発明の目的は、負荷に拘らず、
常に一定な透き間容積を得るようにしたリニアコンプレ
ッサの出力制御装置及びその制御方法を提供することに
ある。さらに、本発明の他の目的は、常に効率の高い状
態で運転を行い得るようにしたリニアコンプレッサの出
力制御装置及びその制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係るリニアコンプレッサの出力制御装
置においては、コンプレッサ駆動用の駆動電圧を供給す
る電圧制御部と、前記コンプレッサを駆動する際に、電
圧センサ及び電流センサから検出された電圧及び電流に
よりピストンのストロークを演算するストローク演算部
と、前記コンプレッサを駆動する際に、該コンプレッサ
のピストンと吐出バルブとが衝突する瞬間の振動を感知
する衝突検知センサと、該衝突検知センサで感知した振
動から異常信号の発生有無を検出する衝突検出部と、前
記検出の結果、該衝突検出部から異常信号が発生したと
きは、前記ストローク演算部から発生されたストローク
を基準にして制御目標ストロークを再び設定し出力する
マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータから
出力される制御目標ストロークに基づき、前記電圧制御
部に電圧駆動信号を出力する駆動部と、を備えて構成さ
れている。
【０００９】さらに、本発明に係るリニアコンプレッサ
の出力制御方法においては、入力されたピストンのスト
ロークを貯蔵する第１段階と、コンプレッサ内部のピス
トンと吐出バルブとの衝突が検出されたか否かを判断す
る第２段階と、該第２段階で衝突が検出されると、前記
第１段階で貯蔵されたストロークを基準にして制御目標
ストロークを再び設定し、該設定された制御目標ストロ
ークになるように制御する第３段階と、前記第２段階で
衝突が検出されないとき、既設定された制御目標ストロ
ークになるように制御する第４段階と、を順次行うよう
になっている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。本発明に係るリニアコンプレッ
サの出力制御装置の第１実施形態においては、図１に示
したように、コンプレッサ（ＣＯＭＰ）４００を駆動す
る駆動電圧を供給する電圧制御部１００と、前記コンプ
レッサ４００を駆動する際に発生する電圧を検出する電
圧センサ２００と、前記コンプレッサ４００を駆動する
際に流れる電流を検出する電流センサ３００と、前記電
圧センサ２００及び電流センサ３００から検出された電
圧及び電流を夫々受けてストロークを演算するストロー
ク演算部８００と、前記コンプレッサを駆動する際に該
コンプレッサの内部のピストンと吐出バルブとが衝突す
る瞬間の振動を感知する衝突検知センサ５００と、該衝
突検知センサ５００で感知した振動から異常信号の発生
の有無を検出する衝突検出部６００と、前記検出の結
果、該衝突検出部６００から異常信号が発生したとき
は、前記ストローク演算部８００から発生されるストロ
ークを基準にして再び制御目標ストロークを設定し出力
するマイクロコンピュータ７００と、該マイクロコンピ
ュータ７００から出力される制御目標ストロークに基づ
き、前記電圧制御部１００に電圧駆動信号を出力する駆
動部９００と、を備えて構成されている。
【００１１】このように構成された本発明に係るリニア
コンプレッサの出力制御装置の第１実施形態の制御方法
では、図３に示したように、入力されるピストンのスト
ロークを貯蔵する第１段階（Ｓ０１）と、コンプレッサ
内部のピストンと吐出バルブとの衝突が検出されたか否
かを判断する第２段階（Ｓ０２）と、該第２段階（Ｓ０
２）で衝突が検出されると、前記第１段階（Ｓ０１）で
貯蔵されたストロークを基準にして制御目標ストローク
を再び設定し、該設定された制御目標ストロークになる
ように制御する第３段階（Ｓ０３），（Ｓ０４）と、前
記第２段階（Ｓ０２）で衝突が検出されないとき、既設
定された制御目標ストロークになるように制御する第４
段階（Ｓ０５）と、を順次行うようになっている。
【００１２】又、本発明に係るリニアコンプレッサの出
力制御装置の第２実施形態においては、図２に示したよ
うに、リニアコンプレッサＣＯＭＰ駆動用の電圧を供給
する電圧制御部１０１と、該電圧制御部１０１とリニア
コンプレッサＣＯＭＰ間に連結されたコンデンサ２０１
と、前記リニアコンプレッサＣＯＭＰの両端の入力電圧
を検出する電圧センサ３０１と、前記リニアコンプレッ
サＣＯＭＰに流れる電流を検出する電流センサ４０１
と、前記電圧センサ３０１から出力される電圧及び電流
センサ４０１から出力される電流を夫々受けてストロー
クを演算し、該ストロークと制御目標ストロークとを比
較して適宜なストロークを設定するマイクロコンピュー
タ５０１と、該マイクロコンピュータ５０１から設定さ
れたストロークに基づき、リニアコンプレッサＣＯＭＰ
駆動用の前記電圧制御部１０１に駆動電圧値を出力する
駆動部６０１と、を備えて構成されている。
【００１３】このように構成された本発明に係るリニア
コンプレッサの出力制御装置の第２実施形態の制御方法
においては、図４に示したように、入力される電圧及び
電流によりストロークを演算する第１段階（Ｓ１１）
と、前記第１段階で入力される電流値中で、リニアコン
プレッサが駆動される一定時間の間の最高電流値を貯蔵
する第２段階（Ｓ１２）と、該第２段階（Ｓ１２）で貯
蔵された最高電流値と基準電流値とを比較する第３段階
（Ｓ１３）と、該比較結果、最高電流値が基準電流値よ
り大きいとき、現在のストロークを基準にして制御目標
ストロークを再び演算設定し（Ｓ１４）、該再設定され
た制御目標ストロークによりリニアコンプレッサの出力
を制御する第４段階（Ｓ１５）と、前記比較結果、最高
電流値が基準電流値よりも小さいとき、前記既設定され
た制御目標ストロークによりリニアコンプレッサの出力
を制御する第５段階（Ｓ１６）と、を順次行うようにな
っている。
【００１４】以下、このように構成された本発明に係る
リニアコンプレッサの出力制御装置の第１実施形態の動
作について図１及び図３を用いて説明する。先ず、電圧
制御部１００からコンプレッサ４００に駆動電圧が供給
されて、前記コンプレッサ４００が駆動すると、電圧セ
ンサ２００及び電流センサ３００は、その時に発生する
電圧及び電流を夫々検出してストローク演算部８００に
出力する。この場合、前記コンプレッサ４００の内部の
ピストンが往復運動して吐出バルブと衝突するが、この
ようにピストンが吐出バルブに衝突する瞬間に発生する
振動を衝突検知センサ５００が感知して衝突検出部６０
０に出力する。さらに、前記衝突検知センサ５００は、
ピエゾーセンサ又は加速度が検出可能なセンサを用い
る。
【００１５】その後、前記衝突検出部６００は、前記衝
突検知センサ５００から伝達された振動により異常信号
を検出するが、このとき、ピストンと吐出バルブとが衝
突する瞬間に正常信号よりも大きい信号が発生すると、
このような信号は異常信号とみなされる。次いで、その
異常信号はマイクロコンピュータ７００に出力されて、
該マイクロコンピュータ７００は、ストローク演算部８
００から入力されるストロークを基準にして既設定され
た制御目標ストロークを、現在入力されるストロークを
基準に、再設定する。
【００１６】その後、再設定されたストロークは駆動部
９００に出力されて、該駆動部９００は、そのストロー
クに従い駆動電圧信号を電圧制御部１００に出力してコ
ンプレッサ４００を駆動する駆動電圧を制御する。この
ように、制御目標ストロークを再設定する過程では、図
３に示したように、マイクロコンピュータ７００は、ス
トローク演算部８００から供給されるストロークを受け
て貯蔵し（Ｓ０１）、衝突検出部６００から出力される
信号を検出する（Ｓ０２）。
【００１７】次いで、前記衝突検出部６００から異常信
号が出力されると、前記マイクロコンピュータ７００
は、異常信号が入力される瞬間をコンプレッサ４００の
ピストンと吐出バルブとが衝突する瞬間として認識し、
ストローク演算部８００から入力されるストロークを基
準にして既設定された制御目標のストロークを所定値だ
け変化させて、現在入力されるストロークに再設定し
（Ｓ０３）、該再設定された制御目標ストロークにより
コンプレッサ４００を動作させる（Ｓ０４）。
【００１８】以下、本発明に係るリニアコンプレッサの
出力制御装置の第２実施形態の動作について図２及び図
４を用いて説明する。先ず、電圧制御部１０１からリニ
アコンプレッサＣＯＭＰに駆動電圧が供給されると、前
記リニアコンプレッサＣＯＭＰが駆動して、該コンプレ
ッサＣＯＭＰの内部のピストンが往復運動し吐出バルブ
と衝突する。このようにピストンと吐出バルブとが衝突
する瞬間には電流が大きく変化し、該変化された電流の
大きさが電流センサ４０１で検出される。この場合、ピ
ストンと吐出バルブとが衝突する瞬間の電流波形は、図
５に示したようになる。
【００１９】その後、前記電流センサ４０１から検出さ
れた電流の大きさは電圧センサ３０１により認知され、
電流に比例する電圧に変換されて前記マイクロコンピュ
ータ５０１に出力される。その後、前記マイクロコンピ
ュータ５０１は、図２に示したように、制御目標ストロ
ークを求めて駆動部６０１に出力し、該駆動部６０１
は、前記マイクロコンピュータ５０１から供給された制
御目標ストロークにそって駆動電圧信号を電圧制御部１
０１に出力する。その後、前記駆動部６０１から供給さ
れた駆動電圧信号によって駆動電圧がリニアコンプレッ
サＣＯＭＰに出力されて前記リニアコンプレッサが駆動
される。
【００２０】そして、前記マイクロコンピュータ５０１
は、図４に示したように、先ず、電圧センサ３０１から
出力する電圧及び電流センサ４０１から出力する電流を
夫々受けてストロークを演算し（Ｓ１１）、リニアコン
プレッサＣＯＭＰが駆動される最近の一定時間の間、電
流センサ４０１から検出される最高電流値を貯蔵する
（Ｓ１２）。
【００２１】その後、前記最近の一定時間の間の最高電
流値と基準電流値とを比較し（Ｓ１３）て、最高電流値
が基準電流値より大きいとき、前記Ｓ１１段階で演算さ
れた現在のストロークを基準にして、制御目標ストロー
クを再設定し（Ｓ１４）、該再設定された制御目標スト
ロークによりリニアコンプレッサＣＯＭＰを制御する
（Ｓ１５）。
【００２２】一方、前記比較結果、最高電流値が基準電
流値より小さいとき、既設定された制御目標ストローク
によりリニアコンプレッサＣＯＭＰを制御する（Ｓ１
６）。このような動作を繰り返して、一定の時間毎に制
御目標ストロークを最高値に設定し、該設定値によりリ
ニアコンプレッサの出力を制御する。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るリニ
アコンプレッサの出力制御装置及びその制御方法では、
リニアコンプレッサの内部のピストンが吐出バルブに衝
突する瞬間のストロークを基準にしてストロークを制御
し、負荷量に拘らず、常に一定な透き間容積を獲得し、
常に効率の高い状態で運転を行い得るという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニアコンプレッサの出力制御装
置の第１実施形態を示したブロック図である。
【図２】本発明に係るリニアコンプレッサの出力制御装
置の第２実施形態を示したブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るリニアコンプレッ
サの出力制御装置の制御方法を示したフローチャートで
ある。
【図４】本発明の第２実施形態に係るリニアコンプレッ
サの出力制御装置の制御方法を示したフローチャートで
ある。
【図５】本発明の第２実施形態に係るリニアコンプレッ
サの出力制御装置の電流波形図である。
【符号の説明】
１００，１０１…電圧制御部 ２００，３０１…電圧センサ ３００，４０１…電流センサ ２０１…コンデンサ ４００，ＣＯＭＰ…コンプレッサ ５００…衝突検知センサ ６００…衝突検出部 ７００，５０１…マイクロコンピュータ ８００…ストローク演算部 ９００，６０１…駆動部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04B 35/04 F04B 49/10 331

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コンプレッサ駆動用の駆動電圧を供給す
    る電圧制御部と、 前記コンプレッサを駆動する際に、電圧センサ及び電流
    センサから検出された電圧及び電流を夫々受けて前記コ
    ンプレッサのピストンのストロークを演算するストロー
    ク演算部と、 前記コンプレッサを駆動する際、該コンプレッサのピス
    トンと吐出バルブとが衝突する瞬間の振動を感知する衝
    突検知センサと、 該衝突検知センサにより感知した振動から異常信号の発
    生の有無を検出する衝突検出部と、 前記検出の結果、該衝突検出部から異常信号が発生した
    ときは、前記ストローク演算部から発生されるストロー
    クを基準にして制御目標ストロークを再び設定し出力す
    るマイクロコンピュータと、 該マイクロコンピュータから出力される制御目標ストロ
    ークに基づき、前記電圧制御部に電圧駆動信号を出力す
    る駆動部と、を具備するリニアコンプレッサの出力制御
    装置。
  2. 【請求項２】 コンプレッサのピストンのストロークを
    入力し貯蔵する第１段階と、 コンプレッサのピストンと吐出バルブとの衝突が検出さ
    れたか否かを判断する第２段階と、 該第２段階で衝突が検出されたとき、前記第１段階で貯
    蔵されたストロークを基準にして制御目標ストロークを
    再び設定し、該設定された制御目標ストロークになるよ
    うに制御する第３段階と、 前記第２段階で衝突が検出されないとき、既設定された
    制御目標ストロークになるように制御する第４段階と、
    を具備するリニアコンプレッサの出力制御方法。
  3. 【請求項３】 リニアコンプレッサ駆動用の電圧を供給
    する電圧制御部と、 該電圧制御部とリニアコンプレッサ間に連結されたコン
    デンサと、 前記リニアコンプレッサの両端の入力電圧を検出する電
    圧センサと、 前記リニアコンプレッサに流れる電流を検出する電流セ
    ンサと、 前記電圧センサから出力された電圧及び電流センサから
    出力された電流を夫々受けてストロークを演算し、該ス
    トロークと制御目標ストロークとを比較して適宜なスト
    ロークを設定するマイクロコンピュータと、 該マイクロコンピュータから設定されたストロークに基
    づき、前記リニアコンプレッサを駆動する前記電圧制御
    部に駆動電圧値を出力する駆動部と、を具備するリニア
    コンプレッサの出力制御装置。
  4. 【請求項４】 入力された電圧及び電流によりストロー
    クを演算する第１段階と、 リニアコンプレッサを駆動する一定時間の間の最高電流
    値を貯蔵する第２段階と、 該第２段階で貯蔵した最高電流値と基準電流値とを比較
    する第３段階と、 該比較結果、最高電流値が基準電流値より大きいとき、
    現在のストロークを基準にして制御目標ストロークを再
    び設定し、該設定した制御目標ストロークによりリニア
    コンプレッサの出力を制御する第４段階と、 前記比較結果、最高電流値が基準電流値よりも小さいと
    き、既設定された制御目標ストロークによりリニアコン
    プレッサの出力を制御する第５段階と、を具備するリニ
    アコンプレッサの出力制御方法。
JP11122228A 1999-04-26 1999-04-28 リニアコンプレッサの出力制御装置及びその制御方法 Expired - Lifetime JP3075475B1 (ja)

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