JPH0344235B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (A) 産業上の利用分野 本発明は、振動型圧縮機、特に磁界中を駆動さ
れるドライブ・コイルを有する振動型圧縮機にお
いて、駆動電流の振動周期と機械系の振動周期と
のズレを矯正するようにした振動型圧縮機に関す
るものである。

(B) 開示の概要 磁界中を駆動されるドライブ・コイルを有する
振動型圧縮機において、例えば１分間に１回半サ
イクル分程度の割合いにて駆動電流の供給を停止
せしめて機械系の振動のゼロ・クロス点を検出
し、駆動電流の振動周期と機械系の振動周期との
ズレを矯正するようにすることによつて、効率よ
い運転を得るようにすることが開示されている。

(C) 従来の技術と発明が解決しようとする問題点 従来から振動型圧縮機を用いた例えば冷却装置
は、レジヤー・ビークルなどに搭載されて広く利
用されている。該レジヤー・ビークルに搭載され
る場合、車輌の直流電源によつて運転されること
から、直流電源（バツテリ）の電圧を用いて直
流・交流変換回路部を作動せしめ、該変換回路部
の出力によつて上述のドライブ・コイルに交番電
圧を印加するようにされる。そして、上記変換回
路部の出力である交番電圧の周波数は、ドライ
ブ・コイルを含むピストン全体の機械系の振動周
波数に正しく追従するように制御され、共振状態
のもとで運転されるようにされる。

従来、この種の振動型圧縮機を有する冷却装置
は、本出願人によつて取得されている米国特許第
3916271号や米国特許第4027211号などに示される
如く、メイン・スイツチング素子として働らくト
ランジスタのh_FE×I_B積とコレクタ電流I_Cとの比較
によつて、上記メイン・スイツチング素子をスイ
ツチングせしめるようにしている。即ちドライ
ブ・コイルに流れる電流に対応する上記コレクタ
電流I_Cに対し、機械系の振動に同期化して与えら
れるベース電流I_Bに係数h_FEを乗じた値が大とな
るタイミングでスイツチングを起させるようにし
ている。この場合温度変化の厳しい運転条件のも
とで作動せしめるとき、上記トランジスタの係数
h_FEが温度によつて変化することから、スイツチ
ング点を予め最良状態にセツトしたとしても実際
の運転条件のもとで必らずしも最良のものとなつ
ている保証がない。また上記係数h_FEが経時変化
によつて例えば極端に小さくなつた場合には、上
記共振状態から大きくはずれて、直流・交流変換
回路部がいわば異常発振することが生じることが
ある。

この点を考慮して本出願人は、先に、ドライ
ブ・コイルに生じる逆起電圧が零レベルと交差す
るタイミングを検出して、交番電圧を切換える方
式を提案した（特願昭54年74184号）。

第５図ないし第７図は当該提案の概要を説明す
る説明図である。

今第５図図示点線で示す如くピストンが正弦振
動しているものとすると、磁界中を振動するドラ
イブ・コイル中には図示実線で示す如き逆起電圧
が発生している。該ドライブ・コイルに対して、
上記直流・交流変換回路部から交番電圧を上記機
械系の振動に同期化して供給する場合、第６図図
示の如く、交番電圧の位相を正しく合わせて印加
することが必要となる。

第６図図示の場合、逆起電圧が零レベルと交差
するタイミングを検出して、交番電圧を切換える
ように制御することを示している。しかし、この
場合、実際に外部から交番電圧を印加されて駆動
されているドライブ・コイル上には、第６図図示
斜線で示す如き交番電圧が印加されることとな
り、ドライブ・コイル自体に生じる電圧を監視す
るだけでは逆起電圧のみを抽出して検出すること
はきわめて困難である。このため、例えば上記ド
ライブ・コイルとは別に、磁界中で振動される検
出コイルを用意し、該検出コイルに生じる電圧の
零レベル交差タイミングt₀を検出する方式が考慮
される。この場合、上記ドライブ・コイルに対し
て第６図図示の如き交番電圧を印加するように制
御することとなる。上記特願昭54年74184号にお
いては、上記逆起電圧が零レベルを交差するタイ
ミングt₀をさけて、第７図図示の如く、交番電圧
を印加するようにし、該タイミングt₀を含む前後
期間中に外部から印加する交番電圧が存在しない
よう制御して、ドライブ・コイル上の端子電圧に
よつて上記タイミングを検出する方式を採用して
いる。即ち、第７図図示の如く、逆起電圧が零レ
ベルを交差した後に予め定めた電圧V_Dに達した
タイミングで交番電圧を印加するようにしてい
る。

この場合、交番電圧は図示タイミングt₀よりも
遅れてオンされることとなり、逆起電圧が次に零
レベルを交差するタイミングよりも前に交番電圧
がオフされることが必要となる。

上記第５図ないし第７図を参照して説明した方
式の場合にはきわめて有効なものであるが、なお
未だ改善する余地が残つている。即ち、第７図か
ら判る如く、各半サイクル毎にゼロ・クロス点を
検出している。このために、例えば第６図図示の
斜線部分と第７図図示の斜線部分と対比すると明
らかな如く、第７図図示の構成をとる側において
供給できるエネルギが少ないものとなる。

(D) 問題点を解決するための手段 本発明は、上記の点を解決しているものであ
り、第３図を参照して後術する如く、例えば１分
間に１回半サイクル分程度の交番電圧停止期間を
おいて、ゼロ・クロス点を検出し、かつ位相あわ
せを行なうようにしている。そしてそのため、本
発明の振動型圧縮機は、外部から供給される交番
電流によつて磁界中を駆動されるドライブ・コイ
ルをそなえかつ該ドライブ・コイルの振動によつ
てピストンを駆動する振動型圧縮機において、 上記ドライブ・コイルに上記交番電流を供給す
る少なくとも１個のメイン・スイツチング素子、 上記ドライブ・コイル上に生じる電圧レベルを
監視し当該電圧レベルが零レベルを交差するタイ
ミングを検出するゼロ・クロス回路、 および該ゼロ・クロス回路からのゼロ・クロス
信号に同期化した交番信号を上記メイン・スイツ
チング素子に対して供給する駆動信号発生源をも
うけ、 該駆動信号発生源は、所定期間連続して発生し
かつ予め定められたタイミングにおいて一時的に
停止される駆動信号を生成すると共に、当該駆動
信号のスタート点の位相を上記ゼロ・クロス信号
によつて強制的に設定されるよう構成されること
を特徴としている。以下図面を参照しつつ説明す
る。

(E) 実施例 第１図は本発明の一実施例全体構成図、第２図
は第１図図示の駆動信号発生源の一実施例詳細構
成図、第３図および第４図は第２図図示の駆動信
号発生源の動作を説明する説明図を示す。

(1) 第１図図示構成の動作 第１図において、１はドライブ・コイルであ
つて、図示を省略しているが例えばムービン
グ・コイル型のスピーカと同様な原理の下でバ
ネによつて支えられて磁界中を駆動電流に対応
して振動し、冷媒を圧縮する作用を行なうもの
である。２−１および２−１は夫々メイン・ス
イツチング素子、３は出力トランス、５は駆動
号供給部であつて２つのフリツプ・フロツプ５
−０と５−１とアンド回路５−２と５−３とで
構成されているもの、６はゼロ・クロス回路で
あつてドライブ・コイル１に誘起される逆起電
圧のゼロ・クロス点を検出するもの、７は駆動
信号発生源、８は発振器、信号Ａは駆動信号、
信号Ｂは無効化信号、信号Ｃはゼロ・クロス検
出信号を表わしている。

第１図図示構成の場合の動作を概略説明す
る。図示駆動信号発生源７は、発振器８からの
発振信号を受けとり、例えば200Hzの連続する
分周された矩形波の駆動信号Ａを出力する。当
該信号Ａは1/4に分周されて50Hzの信号として
スイツチング素子２−０，２−１に供給され
る。なおこのとき、信号Ｂは論理「１」にあ
り、アンド回路５−２と５−３とはオン状態に
あるとする。この結果、スイツチング素子２−
０と２−１とは交互にオンされて第３図に実線
で示す如くドライブ・コイル１に交番電圧を印
加する。このとき、ドライブ・コイル１には、
第５図を参照して説明したと同様に、逆起電圧
が誘起され、当該逆起電圧が第３図において点
線で示されている。

第１図図示の駆動信号発生源７は、上記信号
Ａを1/4に分周したフリツプ・フロツプ５−１
の出力でみて１分間に１回だけ、第３図図示
OFFとして示す如く、無効化信号Ｂを発生す
る。この結果、第３図図示の如く当該OFFの
間にはドライブ・コイル１に電圧が印加されな
いものとなる。

当該OFFの期間の何時のタイミングで、上
記逆起電圧がゼロ点と交差するかは一般には不
定であり、このゼロ点と交差するタイミングを
ゼロ・クロス回路６が検出し、ゼロ・クロス信
号Ｃを発生する。言うまでもなく、第３図図示
実線にて示す交番電圧の位相と点線にて示す逆
起電圧の位相とが正しく一致していることが望
まれており、上記信号Ｃにもとづいて、駆動信
号発生源７は、上記信号Ａの位相を矯正するよ
うに働らく。

以下にゼロクロスポイントを検出することで
最適周波数がどのように求められるかを説明す
る。第３図において、装置は周期T₁〜T₄の周
波数で駆動しているものであるが、この周波数
が機械系の振動周波数と一致していない場合に
は位相差θが機械系の逆起電圧のゼロクロスポ
イントＺと、交番電流が切り換わるタイミング
T₈，T₉の境との間に生じる。

T_A（交番電流周期）＝T₅＋T₆＋T₇＋T₈ ＝T₁＋T₂＋T₃＋T₄ T_B（T₅より点Ｚまでの周期） ＝T₅＋T₆＋T₇＋T₈′ このT_AとT_Bを取りこみ以下の演算を行なう。

T_X＝（T_A＋T_B）／２ ＝（T₁＋…＋T₇＋T₈′）／２ 検出後にT_Xの周期にて、交番電流を作り、
駆動し、何回かこの検出を繰り返すと、徐々に
θ＝０すなわち最適周波数に設定されるよう構
成されることとなる。

(2) 第２図図示構成の動作 第２図において、符号８は第１図に対応して
おり、９は駆動信号生成部、１０は遅延時間カ
ウンタ部、１１は無効化信号生成部、１２はゼ
ロ・クロス点測定カウンタ部、１３はゼロ・ク
ロス点情報保持部、１４は周波数設定部を表わ
している。

駆動信号生成部９は基本周波数カウント１５
をもつている。該カウント１５は、発振器８か
らの高速の発振クロツクを受けてカウントし、
図示Ｑ１２の端子から200Hz程度の信号Ａを出
力する（第１図図示信号Ａ）。

遅延時間カウント部１０は、信号Ａをカウン
トしている。そして、第３図に示すタイミング
T₁に相当するカウント値（第４図図示Ｑ１１
ないしＱ１参照）に達したとき、第２図図示中
央下部のゲート１００をオンせしめ、フリツ
プ・フロツプ１０１を動作せしめ、ゲート１０
２をオンせしめる（これは第４図図示の信号Ｑ
１１とＱ２との論理による）。これによつて、
ゼロ・クロス点測定カンウンタ部１２がカウン
トを開始するが、この点について後述する。

また遅延時間カウンタ部１０におけるカウン
ト値が第３図に示すタイミングT₈とT₉とにあ
る間に、ゲート１０３と１０４とを動作せしめ
て、上述の無効化信号Ｂを生成せしめる（これ
は第４図図示の信号Ｑ１１とＱ４とＱ２とＱ１
との論理による）。

そして、遅延時間カウンタ部１０におけるカ
ウント値が第３図に示すタイミングT₁₁になつ
たとき、ゲート１０５と１０６と１０７とを動
作せしめて、カウンタ部１０が自らリセツトす
る。そして、新しいカウント動作を開始する
（これは第４図図示の信号Ｑ１１とＱ４とＱ３
との論理による）。

上述無効化信号生成部１１については、上記
ゲート１０３と１０４との動作に関連して説明
したのでそれ以上の説明を省略する。

上記ゼロ・クロス点測定カウンタ部１２は、
第３図図示のタイミングT₁においてゲート１
０２がオンされたときから、発振クロツクを図
示左上部の分周回路部１０８によつて1/8に分
周した信号についてカウントを開始する。そし
て、第１図を参照して説明したゼロ・クロス回
路６からのゼロ・クロス信号Ｃによつて、即ち
第３図図示点Ｚのタイミングにおいて、第２図
図示中央下端部のフリツプ・フロツプ１０９が
動作され、ゲート１０２がオフされるまでの間
カウントを継続して停止する。したがつて、当
該ゼロ・クロス点測定カウンタ部１２において
カウントされた値は、第３図図示タイミング
T₁の立上り点から図示点Ｚまでの間の期間に
対応する値となつている。

当該カウンタ部１２の内容は、上述の遅延時
間カウンタ部１０において端子Ｑ１１が論理
「１」となるタイミングにおいて、ゼロ・クロ
ス点情報保持部１３にセツトされる。このと
き、当該端子Ｑ１１からの信号が第２図図示中
央やや左下部のゲート１１０を介して、ゼロ・
クロス点情報保持部１３にクロツク信号を与え
ている。また、上記カウンタ部１２の内容は、
第２図図示中央下部のゲート１１１を介して、
遅延時間カウンタ部１０において、端子Ｑ１０
とＱ２とが論理「１」となるタイミングにおい
てリセツトされる。

ゼロ・クロス点情報保持部１３は、上記ゼ
ロ・クロス点測定カウンタ部１２においてカウ
ントした結果を転送されて、これを保持する。
そしてその内容を周波数設定部１４に供給する
が、この点については後述する。

周波数設定部１４は主として比較回路によつ
て構成されている。即ち、上記ゼロ・クロス点
情報保持部１３の内容が、ゲート１１２ないし
１２１に供給されており、上述の基本周波数カ
ウンタ１５の内容が同じくゲート１１２ないし
１２１に供給されて、ゲート１２２によつて一
致がとられる。第２図において、基本周波数カ
ウンタ１５は第３図図示の矩形波の１サイクル
分の1/4期間に相当する発振クロツクをカウン
トしている。またゼロ・クロス点測定カウンタ
部１２は、上記発振クロツクを分周回路１０８
によつて1/8に分周した状態で、第３図図示タ
イミングT₁ないしＺ点まですなわち２倍のT_X
をカウントしている。ところが、カウンタ１５
が1/4期間のため、カウンタ１２のカウンタ数
は半分になつており、T_Xの周期がカウンタさ
れたことになつている。したがつて、上記ゲー
ト１２２によつて一致がとれた状態は、基本周
波数カウンタ１５内において、第３図図示のタ
イミングT₁の立上り点から図示Ｚ点までのカ
ウンタ値に達したタイミングに相当している。
このことから、上記ゲート１２２によつて一致
がとれた時点でゲート１２３ないし１２６を介
して、基本周波数カウンタ１５をリセツトせし
めることによつて、信号Ａのゼロ・クロス位相
を第３図図示Ｚ点に徐々に近づくことは容易に
わかる。即ち、信号Ａの位相が機械系の振動の
位相と一致する。すなわち最適周波数の交番電
流を与えるようになる。

なお、第２図において、図示中央のゲート１
２７，１２８，１２９，１３０，１３１は、電
源オン時において、ドライブ・コイル１に対し
て強制的に基本周波数例えば50Hzの交番電圧を
印加せしめるためのものである。即ち、電源オ
ンの後、第２図図示中央下部のフリツプ・フロ
ツプ１３２が、ゲート１３３を介して、上記遅
延時間カウンタ部１０における端子Ｑ１１から
の信号によつてリセツトされるまでの間ゲート
１３０から出力が現われるタイミングにて、基
本周波数カウンタ１５をリセツトせしめる。即
ち、電源オン時に基本周波数に相当する交番電
圧をドライブ・コイル１に印加し、機械系の振
動が安定するまで電源を供給するためである。

更に第２図図示中央下部のゲート１３４は、
非所望ないわば脱調してしまつた状態が生じ、
上記ゼロ・スロス点測定カウンタ部１２のカウ
ント値が異常に増大するようになつてしまつた
如き場合を判定するものである。そしてこのよ
うな脱調が生じると、もはや周波数設定部１４
による所望な位相設定が不可能となることか
ら、フリツプ・フロツプ１３２がリセツトさ
れ、電源投入時の状態と同じ状態、即ち、ゲー
ト１３０からの出力によつて、ドライブ・コイ
ル１が基本周波数例えば50Hzで駆動される状態
にされ、上記脱調から離脱するようにされる。

なお、第２図図示左下端部に示す符号１３５
によつて指示されるものは、電源投入時に生成
されるリセツト・パルス発生部であつて、図示
信号Reが発せられる。

(F) 発明の効果 以上説明した如く、本発明によれば、連続して
例えば矩形波の交番電圧を印加しておいて１分間
に１回程度の割合いで逆起電圧のゼロ・クロス点
をチエツクすることが可能となり、ドライブ・コ
イルに効率良くエネルギを供給することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例全体構成図、第２図
は第１図図示の駆動信号発生源の一実施例詳細構
成図、第３図および第４図は第２図図示の駆動信
号発生源の動作を説明する説明図、第５図ないし
第７図は従来の提案の概要を説明する説明図を示
す。 図中、１はドライブ・コイル、２はメイン・ス
イツチング素子、５は駆動信号供給部、６はゼ
ロ・クロス回路、７は駆動信号発生源、８は発振
器、９は駆動信号生成部、１０は遅延時間カウン
タ部、１１は無効化信号生成部、１２はゼロ・ク
ロス点測定カウンタ部、１３はゼロ・クロス点情
報保持部、１４は周波数設定部、１５は基本周波
数カウンタを表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外部から供給される交番電流によつて磁界中
   を駆動されるドライブ・コイルをそなえかつ該ド
   ライブ・コイルの振動によつてピストンを駆動す
   る振動型圧縮機において、 上記ドライブ・コイルに上記交番電流を供給す
   る少なくとも１個のメイン・スイツチング素子、 上記ドライブ・コイル上に生じる電圧レベルを
   監視し当該電圧レベルが零レベルを交差するタイ
   ミングを検出するゼロ・クロス回路、 および該ゼロ・クロス回路からのゼロ・クロス
   信号に同期化した交番信号を上記メイン・スイツ
   チング素子に対して供給する駆動信号発生源をも
   うけ、 該駆動信号発生源は、所定期間連続して発生し
   かつ予め定められたタイミングにおいて一時的に
   停止される駆動信号を生成すると共に、当該駆動
   信号のスタート点の位相を上記ゼロ・クロス信号
   によつて強制的に設定されるよう構成されること
   を特徴とする振動型圧縮機。 ２ 外部から供給される交番電流によつて磁界中
   を駆動されるドライブ・コイルをそなえかつ該ド
   ライブ・コイルの振動によつてピストンを駆動す
   る振動型圧縮機において、 上記ドライブ・コイルに上記交番電流を供給す
   る少なくとも１個のメイン・スイツチング素子、 上記ドライブ・コイル上に生じる電圧レベルを
   監視し当該電圧レベルが零レベルを交差するタイ
   ミングを検出するゼロ・クロス回路、 および該ゼロ・クロス回路からのゼロ・クロス
   信号に同期化した交番信号を上記メイン・スイツ
   チング素子に対して供給する駆動信号発生源をも
   うけ、 該駆動信号発生源は、 発振器からの出力を分周する基本周波数カウン
   タをそなえて、実質上予め定められた周期にて上
   記メイン・スイツチング素子をオン・オフせしめ
   る駆動信号生成部と、 上記発振器からの分周信号が供給されて予め定
   められたカウント値を起点として起動信号を発し
   かつ予め定められた他のカウント値に達したとき
   リセツトされる遅延時間カウンタ部と、 当該遅延時間カウンタ部の内容が上記起点を超
   えた後の予め定めた値に達したときに上記駆動信
   号生成部から生成された駆動信号を所定期間無効
   化する無効化信号生成部と、 上記起動信号によつて起動されると共に上記ゼ
   ロ・クロス回路からのゼロ・クロス信号によつて
   停止されるゼロ・クロス点測定カウンタ部と、 該ゼロ・クロス点測定カウンタ部の内容を保持
   するゼロ・クロス点情報保持部と、 上記駆動信号生成部における上記基本周波数カ
   ウンタからの出力と上記ゼロ・クロス点情報保持
   部からの出力とを比較して上記基本周波数カウン
   タをリセツトする周波数設定部と、 をそなえることを特徴とする振動型圧縮機。