KR100449128B1

KR100449128B1 - 선형컴프레서의구동장치

Info

Publication number: KR100449128B1
Application number: KR1019970014796A
Authority: KR
Inventors: 나오또 도조; 신이찌 마쯔무라; 다까후미 나까야마; 다이조 다까오까
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 2004-12-03
Also published as: US5980211A; CN1168965A; KR970070561A

Abstract

선형 컴프레서(linear compressor)의 구동 장치에 있어서, 위치 지령부(31)는 수식 A*sinωt에 따라 피스톤의 위치 지령값 Pref를 출력한다. 위치 제어부(33)는 위치 지령값 Pref와 위치 현재값 Pnow의 차에 상수 Gv를 승산(乘算)하여 속도 지령값 Vref를 연산(演算)한다. 속도 제어부(35)는 속도 지령값 Vref와 속도 현재값 Vnow의 차에 상수 Gi를 승산하여 전류 지령값 Iref를 연산한다. 전류 제어부(37)는 전류 현재값 Inow가 전류 지령값 Iref에 일치하도록 전원(3)을 제어한다. 위치 제어부(38)는 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 없게 되도록 ω 및 Gi를 조정한다. 부하 상황에 맞추어, 선형 모터(linear motor)의 추력(thrust)을 직접 또한 적절하게 제어할 수 있어, 높은 효율이 얻어진다.

Description

선형 컴프레서의 구동 장치{DRIVING DEVICE FOR LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 선형 컴프레서의 구동 장치에 관한 것으로, 특히 선형 모터(linear motor)에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 관한 것이다.

최근, 냉장고와 같은 냉각 장치에서 팽창한 냉매 가스를 압축하는 기구로서 선형 컴프레서의 개발이 진행되고 있다. 이 선형 컴프레서에서는 선형 모터와 공진용 기계 스프링(resonance mechanical spring)에 의해 피스톤이 구동되어 가스압축이 행해진다.

이와 같은 선형 컴프레서에서는 가스의 흡입·압축·토출에 따른 비선형 힘(가스 스프링 힘)이 압축실 내에서 발생하고, 또한 그 비선형 힘은 기동시 등에서 부하 변동에 의해 변동한다.

그러나, 종래의 선형 컴프레서에서는 선형 모터의 추력(thrust)을 제어하는 수단이 어떤 것도 설치되어 있지 않고, 부하 변동이 있어도 일정한 전력을 선형 모터에 공급하고 있기 때문에, 입력 에너지에 대한 출력 에너지의 비율(이하, 효율이라 함)이 떨어졌다. 또, 고효율화를 위해, 선형 모터의 코일에 인가하는 전압을 부하 변동에 따라 제어하는 방법도 연구되고 있지만 만족할 수 있는 것은 아니다.

그러므로, 본 발명의 주된 목적은 높은 효율이 얻어지는 선형 컴프레서의 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양상의 선형 컴프레서의 구동 장치에서는 위치 지령/검출부, 속도 지령/검출부, 전류 지령/검출부 및 전류 제어부로 이루어지는 다중 제어 구성을 채용함과 동시에, 속도 현재값과 전류 지령값의 위상차가 없게 되도록 위치 지령값의 주파수를 조정한다. 따라서, 부하 상황에 맞추어 선형 모터의 추력을 직접 또한 적절하게 제어할 수 있어 고효율화를 도모할 수 있다.

또, 바람직하게는, 속도 검출부는 위치 검출부의 검출 결과를 미분하여 피스톤의 속도를 검출한다. 따라서, 속도 검출용 센서를 별도 설치할 필요가 없다.

또, 바람직하게는, 속도 지령부는 위치 지령값과 위치 현재값의 차에 제1 게인(gain) 상수를 승산(乘算)하여 속도 지령값을 연산(演算)하고, 전류 지령부는 전류 지령값과 전류 현재값의 차에 제2 게인 상수를 승산하여 전류 지령값을 연산하며, 게인 조정부는 속도 현재값과 전류 지령값의 위치 차가 없게 되도록 제1 및 제2 게인 상수 중 적어도 한쪽을 조정한다. 따라서, 전류 제어의 응답성을 부하 상황에 맞추어 조정할 수 있어, 선형 모터의 추력을 보다 적절하게 제어할 수 있다.

또, 바람직하게는, 속도 지령 수단은 위치 지령값과 위치 현재값의 차에 제1 게인 상수를 승산하여 속도 지령값을 연산하고, 전류 지령 수단은 전류 지령값과 전류 현재값의 차에 제2 게인 상수를 승산하여 전류 지령값을 연산하며, 게인 조정부는 위치 지령값의 피크(peak) 값과 위치 검출값의 피크 값과의 차가 없게 되도록 제1 및 제2 게인 상수 중 적어도 한쪽을 조정한다. 따라서, 부하 상황에 맞추어 선형 모터의 추력을 직접 또한 적절하게 제어할 수 있어, 고효율화를 도모할 수 있다.

또, 바람직하게는, 위상차 검출부는 속도 현재값의 영 교차점(zero cross point)과 전류 지령값의 영 교차점을 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 위상차를검출한다. 따라서, 위상차 검출부를 용이하게 구성할 수 있다.

또, 바람직하게는, 위상차 검출부는 속도 현재값의 피크 점과 전류 지령값의 피크 점을 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 위상차를 검출한다. 따라서, 위상차 검출부를 용이하게 구성할 수 있다.

또, 바람직하게는, 진폭 조정부가 위치 지령부에서 이용되는 정현 함수(sine function)의 진폭을 압축 가스의 필요량에 따라 조정한다. 따라서, 압축 가스의 필요량에 맞추어 선형 모터의 추력을 직접 또한 적절하게 제어할 수 있어, 고효율화를 도모할 수 있다.

또, 바람직하게는, 압축 가스는 대상물의 냉각에 사용되고, 압축 가스의 필요량은 대상물의 온도와 미리 정해진 목표 온도와의 편차에 의해 표시된다. 따라서, 대상물을 목표 온도에 정밀도 좋게 냉각할 수 있다.

또, 바람직하게는, 기동부가 기동시에는 피스톤의 진폭이 목표값까지 서서히 증대하도록 위치 지령부에서 이용되는 정현 함수의 진폭 및 주파수 중 적어도 한쪽을 조정한다. 따라서, 기동시에 피스톤의 진동의 안정화를 도모할 수 있어, 피스톤의 헤드가 실린더에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.

또, 바람직하게는, 정지부가 정지시에 피스톤의 진폭이 서서히 감소하도록 위치 지령부에서 이용되는 정현 함수의 진폭 및 주파수 중 적어도 한쪽이 조정된다. 따라서, 정지시에 피스톤 진동의 안정화도 도모할 수 있다.

본 발명의 다른 양상의 선형 컴프레서의 구동 장치에서는 위치 지령부가 정현 함수에 따라 피스톤의 위치를 지령하고, 위치 검출값이 위치 지령값에 일치하도록 전류 지령부가 전류 지령값을 생성하며, 전원은 전류 지령값에 따른 구동 전류를 선형 모터에 출력한다. 그리고, 주파수 제어부는 전류 지령값과 피스톤 속도의 위상차가 허용값을 초과할 때, 전류 지령값 및 정현 함수 중 적어도 한쪽을 미리 정해진 비율로 감소시킴과 동시에, 위상차가 없게 되도록 정현 함수의 주파수를 제어한다. 따라서, 주파수 제어시에는 일단 피스톤의 진폭이 작게 되기 때문에, 주파수의 제어에 의해 효율이 개선되어도 피스톤의 진폭이 크게 되어 피스톤의 헤드가 실린더 내벽 단부(端部)에 충돌하지 않는다.

본 발명의 또 다른 양상의 선형 컴프레서의 구동 장치에서는 전류 지령부가 정현 함수에 따라 전류 지령값을 생성하고, 피스톤의 진폭 검출값이 목표값에 일치하도록 진폭 제어부가 정현 함수의 진폭을 제어하며, 전원은 전류 지령값에 따른 구동 전류를 선형 모터에 출력한다. 그리고, 주파수 제어부는 전류 지령값과 피스톤 속도의 위상차가 허용값을 초과할 때, 정현 함수의 진폭을 미리 정해진 비율로 감소시킴과 동시에, 위상차가 없게 되도록 정현 함수의 주파수를 제어한다. 따라서, 피스톤 헤드의 실린더 내벽 단부로의 충돌을 방지할 수 있는 외에, 구성이 간단해질 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상의 선형 컴프레서의 구동 장치에서는 위치 지령부가 정현 함수에 따라 피스톤의 위치를 지령하고, 위치 검출값이 위치 지령값에 일치하도록 전류 지령부가 전류 지령값을 생성하며, 전원은 전류 지령값에 따른 구동 전류를 선형 모터에 출력한다. 그리고, 진폭 제어부는 상사점(上死點)측 진폭 및 하사점(下死點)측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽이 목표값에 일치하도록 정현 함수의 진폭 및 전류 지령값 중 적어도 한쪽을 제어한다. 따라서, 피스톤의 중립점(neutral point)이 원점으로부터 어긋나도, 피스톤의 헤드가 실린더 내벽 단부에 충돌하지 않는다.

본 발명의 또 다른 양상의 선형 컴프레서의 구동 장치에서는 전류 지령부가 정현 함수에 따라 전류 지령값을 생성하고, 피스톤의 진폭 검출값이 목표값에 일치하도록 진폭 제어부가 정현 함수의 진폭을 제어하며, 전원은 전류 지령값에 따른 구동 전류를 선형 모터에 출력한다. 그리고, 진폭 제어부는 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽이 목표값에 일치하도록 정현 함수의 진폭을 제어한다. 따라서, 피스톤 헤드의 실린더 내벽 단부로의 충돌을 방지할 수 있는 외에, 구성이 간단해질 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상의 선형 컴프레서의 구동 장치에서, 위치 지령부는 정현 함수에 따라 피스톤의 위치를 지령하고, 위치 검출값이 위치 지령값에 일치하도록 전류 지령부가 전류 지령값을 생성하며, 전원은 전류 지령값에 따른 구동 전류를 선형 모터에 출력한다. 그리고, 편이량(shift amount) 제어부는 피스톤의 중립점의 원점으로부터의 편이량이 없게 되도록 정현 함수의 편이량을 제어한다. 따라서, 피스톤의 중립점의 원점으로부터의 편이량을 없게 할 수 있고, 피스톤의 헤드가 실린더 내벽 단부에 출동하는 것을 방지할 수 있다 또, 선형 모터가 2 피스톤형인 경우에서도, 2개의 피스톤 모두의 헤드 클리어런스(head clearance)를 동시에 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

또, 바람직하게는, 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭을 검출하는 진폭 검출부와, 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽이 목표값에 일치하도록 정현 함수의 진폭 및 전류 지령값 중 적어도 한쪽을 제어하는 진폭 제어부가 더 설치된다. 따라서, 피스톤 헤드의 실린더 내벽 단부로 충돌을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상의 선형 컴프레서의 구동 장치에서는 전류 지령부가 정현 함수에 따라 전류 지령값을 생성하고, 피스톤의 진폭 검출값이 목표값에 일치하도록 진폭 제어부가 정현 함수의 진폭을 제어하며, 전원은 전류 지령값에 따른 구동 전류를 선형 모터에 출력한다. 그리고, 편이량 제어부는 피스톤의 중립점의 원점으로부터의 편이량이 없게 되도록 정현 함수의 편이량을 제어한다. 따라서, 피스톤의 중립점의 원점으로부터의 편이량을 없게 할 수 있고, 피스톤의 헤드가 실린더 내벽 단부에 출동하는 것을 방지할 수 있다. 또, 선형 모터가 2 피스톤형인 경우에서도, 2개의 피스톤 모두의 헤드 클리어런스를 동시에 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 또, 구성이 간단해질 수 있다.

또, 바람직하게는, 진폭 검출부는 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭을 검출하고, 진폭 제어부는 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽이 목표값에 일치하도록 정현 함수의 진폭을 제어한다. 따라서, 피스톤 헤드의 실린더 내벽 단부로의 충돌을 보다 확실히 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상의 선형 컴프레서의 구동 장치에서는 토출 밸브의 개방 기간이 검출되고, 검출 결과에 기초하여 소정의 기간에는 구동 전류가 차단된다. 따라서, 피스톤의 속도와위상이 다른무효 전류를 없앨수 있고, 종래보다도 높은 효율이 얻어진다.

또, 바람직하게는, 전류 제어형의 전원이 이용되고, 그 출력 전류가 직접 제어된다. 따라서, 고정밀도의 제어가 행해진다.

또, 바람직하게는, 전압 제어형의 전원이 이용되고, 전원으로부터 선형 컴프레서로 흐르는 전류가 스위치에 의해 제어된다 따라서, 간단한 구성으로 전류가 제어된다.

또, 바람직하게는, 토출 밸브의 개방 기간에는 구동 전류가 차단된다. 따라서, 간단한 제어로 높은 효율이 얻어진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 선형 컴프레서의 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 2는 도 1에 도시한 선형 컴프레서의 구성을 도시하는 단면도.

도 3은 도 1에 도시한 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 4는 도 3에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치에 포함되는 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 6은 도 5에 도시한 위상 제어부의 구성을 도시하는 블록도.

도 7은 도 5에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 8은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치의 위상 제어부의 구성을 도시하는 블록도.

도 9는 도 8에서 설명한 선형 컴프레서의 구동 장치의 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치에 포함되는 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 11은 도 10에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 12는 본 발명의 실시 형태 5에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치에 포함되는 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 13은 도 12에 도시한 위치 지령부의 기동시의 동작을 설명하기 위한 도면.

도 14는 도 12에 도시한 위치 지령부의 정지시의 동작을 설명하기 위한 도면.

도 15는 도 12에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 16은 도 15의 분도(分圖).

도 17은 본 발명의 실시 형태 6에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 18은 도 17에 도시한 제어 장치의 주요부의 구성을 도시하는 블록도.

도 19는 도 18에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 20은 도 19의 분도.

도 21은 본 발명의 실시 형태 7에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치의 제어 장치의 주요부를 도시하는 블록도.

도 22는 도 21에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 23은 도 22의 분도.

도 24는 본 발명의 실시 형태 8에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치의 제어장치의 주요부의 구성을 도시하는 블록도.

도 25는 도 24에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 26은 도 24의 분도.

도 27은 도 24에 도시한 선형 컴프레서의 구동 장치의 개량 예를 도시하는 단면도.

도 28은 도 27에 도시한 선형 컴프레서의 무 부하시에서 피스톤 속도 v와 구동 전류 i의 관계를 도시하는 파형도.

도 29는 도 27에 도시한 선형 컴프레서의 부하시에서 피스톤 속도 v와 구동전류 i의 관계를 도시하는 파형도.

도 30은 본 발명의 실시 형태 9에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 31은 도 30에 도시한 인버터의 구성을 도시하는 회로도.

도 32는 도 30에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 33은 도 30에 도시한 선형 컴프레서의 구동 장치의 효과를 설명하기 위한 파형도.

도 34는 본 발명의 실시 형태 10에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 35는 도 34에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 선형 컴프레서

2 : 구동 장치

3 : 전원

4 : 전류 센서

5 : 위치 센서

6 : 제어 장치

10 : 케이싱(casing)

11a, 11b : 실린더

12a, 12b : 피스톤

13a, 13b : 압축실

14a, 14b : 흡입 밸브

15a, 15b : 토출 밸브(discharge valve)

16 : 샤프트(shaft)

17a, 17b : 선형 볼 베어링

18a, 18b : 코일 스프링

19a, 19b : 가스 유출 구멍(gas leakage hole)

20 : 선형 모터(linear motor)

21 : 영구 자석

23 : 코일

24 : 지지 부재

[실시 형태 1]

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 선형 컴프레서(1)의 구동 장치(2)의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 1에서, 이 구동 장치(2)는 전원(3), 전류 센서(4), 위치 센서(5) 및 제어장치(6)를 포함한다. 전원(3)은 선형 컴프레서(1)의 선형 모터에 구동 전류 I를 공급한다. 전류 센서(4)는 전원(3)의 출력 전류의 현재값 Inow를 검출한다. 위치 센서(5)는 선형 컴프레서(1)의 피스톤의 위치 현재값 Pnow를 직접 또는 간접적으로 검출한다. 제어 장치(6)는 전류 센서(4)에서 검출된 전류 현재값 Inow와 위치 센서(5)에서 검출된 위치 현재값 Pnow에 기초하여 전원(3)에 제어 신호 Φc를 출력하고, 전원(3)의 출력 전류 I를 제어한다.

도 2는 선형 컴프레서(1)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2에서, 이 선형컴프레서(1)는 원통 형상의 케이싱(10)의 상단부 및 하단부에 각각 설치된 2개의 실린더(11a, 11b)와, 실린더(11a, 111b) 내에 각각 끼워 장착한 2개의 피스톤(12a, 12b)과, 각각 피스톤(12a, 12b)의 헤드에 면하여 형성된 2개의 압축실(13a, 13b)과, 각각 압축실(13a, 13b) 내의 가스압에 따라 개폐하는 2조의 흡입 밸브(14a, 14b) 및 토출 밸브(15a, 15b)를 구비한다.

2개의 피스톤(12a, 12b)은 각각 1개의 샤프트(16)의 한쪽 단부 및 다른 쪽 단부에 설치되어 있다. 샤프트(16)는 2조의 선형 볼 베어링(17a, 17b) 및 코일 스프링(18a, 18b)에 의해 케이싱(10a) 및 실린더(11a, 11b) 내를 왕복 운동이 자유롭게 지지되어 있다. 피스톤(12a, 12b)의 혜드의 뒤쪽과 실린더(11a, 11b)에 의해 형성되는 공간에는 불가역성 압축을 방지하기 위한 가스 유출 구멍(19a, 19b)이 설치되어 있다.

또, 선형 컴프레서(1)는 샤프트(16) 및 피스톤(12a, 12b)을 왕복 운동시키기 위한 선형 모터(20)를 구비한다. 선형 모터(20)는 제어성이 높은 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor; VCM)로, 요크부(yoke portion; 10a) 및 영구 자석(21)을 포함하는 고정부와, 코일(23) 및 원통 형상의 지지 부재(24)를 포함하는 가동부를 구비한다. 요크부(10a)는 케이싱(10)의 일부를 구성하고 있다. 영구 자석(21)은 요크부(10a)의 내주벽에 설치된다. 지지 부재(24)의 한쪽 단부는 영구 자석(21)과 실린더(11b)의 외주벽 사이에 왕복 운동이 자유롭게 삽입되고, 그 다른 쪽 단부는 샤프트(16)의 중앙부에 고정된다. 코일(23)은 지지 부재의 한쪽 단부에서 영구 자석(21)에 대향하여 설치된다. 전원(3)과 코일(24)은 코일 스프링 형상의전선(25)을 통해 접속된다.

이 선형 컴프레서(1)는 피스톤(12a, 12b), 샤프트(16), 코일(23) 및 지지 부재(24)의 중량, 압축실(13a, 13b) 내의 가스의 스프링 상수, 코일 스프링(18a, 18b)의 스프링 상수 등으로부터 정해지는 공진 주파수를 갖는다. 이 공진 주파수로 선형 모터(20)를 구동시킴으로써, 상하 2개의 압축실(13a, 13b)에서 압축 가스를 고효율로 생성할 수 있다.

도 3은 도 1에서 도시한 제어 장치(6)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 3에서, 이 제어 장치(6)는 P-V 변환부(30), 위치 지령부(31), 3개의 감산부(32, 34, 36), 위치 제어부(33), 속도 제어부(35), 전류 제어부(37) 및 위상 제어부(38)를 포함한다. P-V 변환부(30)는 위치 센서(5)에 의해 검출된 위치 현재값 Pnow를 미분하여 속도 현재값 Vnow를 구한다. 위치 지령부(31)는 수식 Pref = A * sinωt(단, A는 진폭, ω는 각 주파수임)에 따라 위치 지령값 Pref를 감산기(32)에 공급한다. 감산기(32)는 위치 지령부(31)로부터 공급된 위치 지령값 Pref와 위치 센서(5)에 의해 검출된 위치 현재값 Pnow와의 차 Pref - Pnow를 연산하고, 연산 결과 Pref - Pnow를 위치 제어부(33)에 공급한다.

위치 제어부(33)는 수식 Vref = Gv * (Pref - Pnow)(단, Gv는 게인 상수임)에 기초하여 속도 지령값 Vref를 연산하고, 연산 결과 Vref를 감산기(34)에 공급한다. 감산기(34)는 위치 제어부(33)로부터 공급된 속도 지령값 Vref와 P-V 변환부(30)에서 생성된 속도 현재값 Vnow와의 차 Vref - Vnow를 연산하고, 연산 결과 Vref - Vnow를 속도 제어부(35)에 공급한다.

속도 제어부(35)는 수식 Iref = Gi * (Vref - Vnow)(단, Gi는 게인 상수임)에 기초하여 전류 지령값 Iref를 연산하고, 연산 결과 Iref를 감산기(36)에 공급한다. 감산기(36)는 속도 제어부(35)로부터 공급된 전류 지령값 Iref와 전류 센서(4)에 의해 검출된 전류 현재값 Inow와의 차 Iref - Inow를 연산하고, 연산 결과 Iref - Inow를 전류 제어부(37)에 공급한다.

전류 제어부(37)는 감산기(36)의 출력 Iref - Inow가 0이 되도록 제어 신호 Φc를 전원(3)에 공급하여 전원(3)의 출력 전류 I를 제어한다. 전원(3)의 출력 전류 I의 제어는, 예를 들면 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스 폭 변조) 방식 또는 PAM(Pulse Amplitude Modulation; 펄스 진폭 변조) 방식으로 행해진다.

위상 제어부(38)는 P-V 변환부(30)에서 생성된 속도 현재값 Vnow와 속도 제어부(35)에서 생성된 전류 지령값 Iref와의 위상차를 검출하고, 그 위상차가 없게 되도록 위치 지령부(31)에서 이용되는 수식 Pref = A * sinωt의 각 주파수 ω와 속도 제어부(35)에서 이용되는 수식 Iref = Gi * (Vref - Vnow)의 게인 상수 Gi를 조정한다.

도 4는 도 3에서 도시한 제어 장치(6)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 이 흐름도에 따라, 도 1 내지 도 3에서 도시한 선형 컴프레서(1) 및 그 구동 장치(2)의 동작에 대해 간단히 설명한다.

먼저, 스텝 S1에서, 위치 지령부(31)에서 위치 지령값 Pref가 생성되고, 위치 제어부(33)에서 속도 지령값 Vref가 생성되며, 속도 제어부(35)에서 전류 지령값 Iref가 생성된다. 선형 모터(20)의 코일(23)에 전류가 공급되면, 선형 모터(20)의 가동부가 왕복 운동을 개시하고, 이것에 의해 압축 가스의 생성이 개시된다.

스텝 S2에서, 위치 센서(5)에 의해 위치 현재값 Pnow가 검출되고, 검출된 위치 현재값 Pnow는 감산기(32) 및 P-V 변환부(30)에 공급된다. 스텝 S3에서, 위치 제어부(33)에 의해 속도 지령값 Vref = Gv * (Pref - Pnow)가 연산되고, 스텝 S4에서, P-V 변환부(30)에 의해 위치 현재값 Pnow가 속도 현재값 Vnow로 변환된다. 속도 현재값 Vnow는 감산기(34) 및 위상 제어부(38)에 공급된다.

스텝 S5에서, 속도 제어부(35)에 의해 전류 지령값 Iref = Gi * (Vref - Vnow)가 연산되고, 이 연산값 Iref는 감산기(36) 및 위상 제어부(38)에 공급된다. 전류 제어부(37)는 전류 현재값 Inow가 전류 지령값 Iref에 일치하도록 전원(3)을 제어한다.

스텝 S6에서, 위상 제어부(38)에 의해 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 검출된다. 스텝 S7에서, 위상 제어부(38)는 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 없게 되도록 위치 지령값 Pref의 각 주파수 ω 및 게인 상수 Gi를 조정한다.

이후, 스텝 S1 내지 S7이 반복되어, 선형 컴프레서(1)의 운전 상태는 급속하게 안정한다. 기동 후에 부하 변동이 있었던 경우에서도, 그것에 맞추어 선형 모터(20)의 추력, 즉 구동 전류 I가 직접 또는 적절하게 제어되어 고효율이 얻어진다.

또, 이 실시 형태에서는 위치 센서(4)에 의해 위치 현재값 Pnow를 검출하고, 그 검출값을 미분하여 속도 현재값 Vnow를 구했지만, 위치 센서(4) 대신에 속도 센서를 설치하여, 그 검출값 Vnow를 적분하여 위치 현재값 Pnow를 구해도 좋다. 또, 위치 센서(4) 및 속도 센서 모두를 설치해도 좋다.

또, 본 실시 형태에서는 위상 제어부(38)가 위치 제어부(33)의 게인 상수 Gv와 속도 제어부(35)의 게인 상수 Gi 중 게인 상수 Gi만을 조정했지만, 그 중 게인 상수 Gv만을 조정해도 좋고, 그 양쪽을 조정해도 좋다.

[실시 형태 2]

도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 선형 컴프레서(1)의 구동 장치에 포함되는 제어 장치(39)의 구성을 도시하는 블록도로, 도 3과 대비되는 도면이다.

도 5를 참조하여, 이 제어 장치(39)가 도 3의 제어 장치(6)와 다른 점은 위상 제어부(38)가 위상 제어부(40)로 치환되어 있는 점이다.

위상 제어부(40)는 도 6에 도시하는 바와 같이, 영점(zero point: 제로점) 검출부(41, 42), 위상차 검출부(43), 주파수 제어부(44), 피크값 검출부(45, 46), 감산기(47) 및 게인 제어부(48)를 포함한다.

영점 검출부(41)는 P-V 변환부(30)에서 생성된 속도 현재값 Vnow의 영 교차점을 검출한다. 영점 검출부(42)는 속도 제어부(35)로부터 공급된 전류 지령값 Iref의 영 교차점을 검출한다. 영점 검출부(41)는, 예를 들면 속도 현재값 Vnow보다도 충분히 작은 주기로 속도 현재값 Vnow를 샘플링하고, 전회의 샘플링값과 금회의 샘플링값의 곱이 부(負)의 값이며, 또한 금회의 샘플링 값이 정(正)의 값인 것을 검출함으로써, 속도 현재값 Vnow가 영 교차점을 통과한 것을 검출한다. 영점 검출부(42)도 마찬가지이다.

위상차 검출부(43)는 영점 검출부(41)에서 검출된 속도 현재값 Vnow의 영 교차점과 영점 검출부(42)에서 검출된 전류 지령값 Iref의 영 교차점에 기초하여, 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차를 검출한다. 주파수 제어부(44)는 위상차 검출부(43)에서 검출된 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 없게 되도록 위치 지령부(31)에서 이용되는 수식 Pref = A * sinωt의 각 주파수 ω를 조정한다.

피크값 검출부(45)는 위상차 검출부(43)에서 검출된 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차와 위치 지령부(31)에서 연산된 위치 지령값 Pref를 받아들여, 위상차가 제로인 때의 위치 지령값 Pref의 피크값을 검출한다. 피크값 검출부(46)는 위상차 검출부(43)에서 검출된 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차와 위치 센서(5)에서 검출된 위치 현재값 Pnow를 받아들여, 위상차가 제로일 때의 위치 현재값 Pnow의 피크값을 검출한다.

감산기(47)는 피크값 검출부(45)에서 검출된 위치 지령값 Pref의 피크값과 피크값 검출부(46)에서 검출된 위치 현재값 Pnow의 피크값과의 차를 연산한다. 게인 제어부(48)는 감산기(47)의 연산값이 제로가 되도록 속도 제어부(35)에서 이용되는 수식 Iref = Gi * (Vref - Vnow)의 제어 게인 Gi를 조정한다. 다른 구성은 실시 형태 1에서 도시한 선형 컴프레서의 구동 장치와 동일하기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다.

도 7은 도 5 및 도 6에서 도시한 제어 장치(39)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 이 흐름도에 따라, 이 실시 형태의 선형 컴프레서(1) 및 그 구동 장치의 동작에 대해 간단히 설명한다.

먼저, 스텝 S11에서, 위치 지령부(31)에서 위치 지령값 Pref가 생성되고, 위치 제어부(33)에서 속도 지령값 Vref가 생성되며, 속도 제어부(35)에서 전류 지령값 Iref가 생성된다. 선형 모터(20)의 코일(23)에 전류가 공급되면, 선형 모터(20)의 가동부가 왕복 운동을 개시하고, 이것에 의해 압축 가스의 생성이 개시된다.

스텝 S12에서, 위치 센서(5)에 의해 위치 현재값 Pnow가 검출되고, 검출된 위치 현재값 Pnow는 P-V 변환부(30), 감산기(32) 및 위상 제어부(40)에 공급된다. 스텝 S13에서, 위치 제어부(33)에 의해 속도 지령값 Vref = Gv * (Pref - Pnow)가 연산되고, 스텝 S14에서, P-V 변환부(30)에 의해 위치 현재값 Pnow가 속도 현재값 Vnow로 변환된다. 속도 현재값 Vnow는 감산기(34) 및 위상 제어부(40)에 공급된다.

스텝 S15에서, 속도 제어부(35)에 의해 전류 지령값 Iref = Gi * (Vref - Vnow)가 연산되고, 이 연산값 Iref는 감산기(36) 및 위상 제어부(40)에 공급된다. 전류 제어부(37)는 전류 현재값 Inow가 전류 지령값 Iref에 일치하도록 전원(3)을 제어한다.

스텝 S16에서, 영점 검출부(41, 42)에 의해 속도 현재값 Vnow 및 전류 지령값 Iref의 영 교차점이 검출되고, 또 위상차 검출부(43)에 의해 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 검출된다.

스텝 S17에서, 주파수 제어부(44)에 의해 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 제로로 되도록 위치 지령값 Pref의 각 주파수 ω가 제어된다. 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 제로로 된 것에 따라 피크값 검출부(45, 46)가 각각 위치 지령값 Pref의 피크값(목표값) 및 위치 현재값 Pnow의 피크값을 검출한다. 게인 제어부(48)는 위치 현재값 Vnow의 피크값이 목표값에 동일한지 여부를 체크한다.

게인 제어부(48)는 스텝 S18에서 위치 현재값 Pnow의 피크값이 목표값보다도 작은 경우는 제어 게인 Gi를 크게 하고, 스텝 S19에서 위치 현재값 Pnow의 피크값이 목표값보다도 큰 경우는 제어 게인 Gi를 작게 한다.

스텝 S16 내지 S19는 위치 현재값 Pnow의 피크값이 목표값에 일치할 때까지 반복된다. 스텝 S20에서, 위치 현재값 Pnow의 피크값이 목표값에 일치한 경우는 다시 스텝 S11로 복귀한다.

이후, 스텝 S11 내지 S20이 반복되어, 선형 컴프레서(1)의 운전 상태는 급속하게 안정된다. 또, 기동 후에 부하 변동이 있었던 경우에서도, 그것에 맞추어 선형 모터(20)의 추력, 즉 구동 전류 I가 직접 또는 적절하게 제어되어 높은 효율이 얻어진다.

또, 이 실시 형태에서는 위상 제어부(40)가 위치 제어부(33)의 제어 게인 Gv와 속도 제어부(35)의 제어 게인 Gi 중 제어 게인 Gi만을 조정했지만, 그 중 제어 게인 Gv만을 조정해도 좋고, 이 양쪽을 조정해도 좋다.

[실시 형태 3]

도 8은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 선형 컴프레서(1)의 구동 장치의 위상 제어부(50)의 구성을 도시하는 도면으로, 도 6과 대비되는 도면이다.

도 8을 참조하여, 이 위상 제어부(50)가 도 6의 위상 제어부(40)와 다른 점은 영점 검출기(41, 42)가 각각 피크점 검출부(51, 52)로 치환되어 있는 점이다.

피크점 검출부(51)는 P-V 변환부(30)에서 생성된 속도 현재값 Vnow의 피크점을 검출한다. 피크점 검출부(52)는 속도 제어부(35)로부터 공급된 전류 지령값 Iref의 피크점을 검출한다. 피크점 검출부(51)는, 예를 들면 속도 현재값 Vnow보다도 충분히 작은 주기로 속도 현재값 Vnow를 샘플링하고, 전전회의 샘플링값보다도 전회의 샘플링값이 크고, 또한 전회의 샘플링값보다도 금회의 샘플링값이 작다는 것을 검출함으로써, 속도 현재값 Vnow가 피크점을 통과한 것을 검출한다. 피크점 검출부(52)도 마찬가지이다.

위상차 검출부(43)는 도 9에 도시하는 바와 같이 스텝 S26에서 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차를 속도 현재값 Vnow의 피크점과 전류 지령값 Iref의 피크점에 기초하여 검출한다. 스텝 21 내지 25, 27 내지 30은 각각 도 7의 스텝 11 내지 15, 17 내지 20과 동일하기 때문에 설명은 생략한다.

이 실시 형태에서도 실시 형태 2와 동일 효과가 얻어진다.

[실시 형태 4]

도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 의한 선형 컴프레서(1)의 구동 장치에 포함되는 제어 장치(53)의 구성을 도시하는 블록도로, 도 5와 대비되는 도면이다.

도 10을 참조하여, 이 제어 장치(53)가 도 5의 제어 장치(39)와 다른 점은 위치 지령부(31)가 위치 지령부(54)로 치환되어 있는 점이다.

위치 지령부(54)는 냉장고 내의 온도조절 장치(도시하지 않음)로부터 공급되는 냉장고 내 목표 온도 Tref와 냉장고 내 온도 Tnow의 편차 △T = Tref - Tnow와,표1에 기초하여 용량 제어율(capacity control ratio)을 구한다. 용량 제어율은 선형 컴프레서(1) 출력의 최대 출력에 대한 비율(%)로 표시된다. 선형 컴프레서(1)에서, 출력은 피스톤(12a, 12b)의 스트로크에 비례한다. 예를 들면, 온도 편차가 2 ℃ 이상인 경우는 용량 제어율은 100 %가 되고, 온도 편차가 -5 ℃이하인 경우는 용량 제어율은 0 %로 된다. 또, 위치 지령부(54)는 그 용량 제어율에 기초하여 피스톤(12a, 12b)의 스트로크, 즉 진폭 A를 구하고, 이 진폭 A와, 각 주파수 ω와, 수식 Pref = A * sinωt에 기초하여 위치 지령값 Pref를 생성하며, 생성한 위치 지령값 Pref를 감산기(32)에 공급한다.

[표 1]

도 11은 도 10에 도시한 제어 장치(53)의 동작을 도시하는 흐름도로, 도 7과 대비되는 도면이다.

도 11을 참조하여, 이 흐름도가 도 7의 흐름도와 다른 점은 스텝 S11 전에, 스텝 S10에서, 위치 지령값(54)에 의해 냉장고 내 목표 온도 Tref와 냉장고 내 온도 Tnow의 편차 △T = Tref - Tnow에 기초하여 위치 지령값 Pref의 진폭 A가 산출되는 점이다.

다른 구성 및 동작은 실시 형태 2와 동일하기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다.

또, 이 실시 형태에서는 본 발명이 냉장고용 선형 컴프레서(1)에 적용된 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 어떠한 용도의 선형 컴프레서(1)에도 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다. 예를 들면, 에어컨용 선형 컴프레서(1)에도 유효하다. 단, 이 경우는 실내 목표 온도 Tref와 실내 온도 Tnow의 편차 △T = Tref - Tnwo에 기초하여 선형 컴프레서(1)가 제어된다.

[실시 형태 5]

도 12는 본 발명의 실시 형태 5에 의한 선형 컴프레서(1)의 구동 장치에 포함되는 제어 장치(55)의 구성을 도시하는 블록도로, 도 3과 대비되는 도면이다.

도 12를 참조하여, 이 제어 장치(55)가 도 3의 제어 장치(6)와 다른 점은 위치 지령부(56)로 치환되어 있는 점이다.

위치 지령부(31)는 진폭 A와, 각 주파수 ω와, 수식 Pref = A * sinωt에 기초하여 위치 지령값 Pref를 생성한다. 진폭 A 및 각 주파수 ω는 기동시 모드와 정상 운전시 모드와 정지시 모드의 각각에서 다른 방법으로 제어·설정된다.

즉, 기동시 모드에서는 위치 지령값 Pref의 주파수 f = ω/2π는 가스 부하가 없을 때의 공진 주파수 정도가 작은 값(예를 들면, 30 Hz)으로 설정된다. 이것에 의해, 효율이 낮게 억제되어, 피스톤(12a, 12b)의 스트로크가 급히 증대하는 것이 방지된다. 진폭 A는 피스톤(12a, 12b)의 스트로크 비율 Rs와, 풀 스트로크 Amax와, 수식 A = Rs * Amax에 기초하여 산출된다. 스트로크 비율 Rs는 도 13에 도시하는 바와 같이 0에서 1까지 위치 현재값 Pnow의 피크값의 변동이 안정될 때마다 단계적으로 증대된다. 스텝의 회수는 미리 경험적으로 구해진 회수로 설정되어 있다.

정상 운전시 모드에서, 진폭 A는 용량 제어에 대응하여 산출된다. 예를 들면, 압축 가스가 냉장고의 냉각에 사용되는 경우, 진폭 A는 냉장고 내 목표 온도와 냉장고 내 온도의 편차에 기초하여 산출된다. 각 주파수 ω는 전류 지령값 Iref와 속도 현재값 Vnow의 위상이 일치하도록 위상 제어부(38)에 의해 제어된다. 이것에 의해, 부하 변동이 있어도 항상 높은 효율이 얻어진다.

정지시 모드에서, 각 주파수 ω는 주파수 비율 Rf와, 정지시 모드 이행 직전의 각 주파수 ω0과, 수식 ω = Rf * ω0에 기초하여 산출된다. 주파수 비율 Rf는 도 14에 도시하는 바와 같이, 정지시 모드가 설정된 것에 따라 완만하게 연속적으로 저감화된다. 주파수 비율 Rf의 경사는 미리 경험적으로 구해진 값으로 설정되어 있다. 이것에 의해, 효율이 완만하게 저하하고, 피스톤(12a, 12b)의 스트로크가 서서히 작게 된다. 피스톤(12a, 12b)의 스트로크는 풀 스트로크의 절반 정도로 될 때, 전원(3)이 차단된다.

도 15 및 도 16은 도 12에 도시한 제어 장치(55)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 이 흐름도에 따라, 이 실시 형태의 선형 컴프레서(1) 및 그 구동 장치의 동작에 대해 간단히 설명한다.

선형 컴프레서(1)의 기동이 지시되어 기동시 모드가 설정되면, 스텝 S31에서, 위치 지령부(56)에 의해 위치 지령값 Pref의 주파수가 가스 부하가 없을 때의공진 주파수 정도의 작은 값으로 설정된다.

스텝 S32에서, 위치 지령부(56)에 의해 스트로크 비율 Rs에 기초하여 위치 지령값 Pref의 진폭 A = Rs * Amax가 산출되고, 스텝 S33에서 위치 지령부(56)에 의해 위치 지령값 Pref = A * sinωt가 생성된다.

스텝 S34에서, 위치 센서(5)에 의해 위치 현재값 Pnow가 검출되고, 검출된 위치 현재값 Pnow는 감산기(32) 및 P-V 변환부(30)에 공급된다. 스텝 S35에서, 위치 제어부(33)에 의해 속도 지령값 Vref = Gv * (Pref - Pnow)가 연산되고, 스텝 S36에서, P-V 변환부(30)에 의해 위치 현재값 Pnow가 속도 현재값 Vnow로 변환된다. 속도 현재값 Vnow는 감산기(34) 및 위상 제어부(38)에 공급된다.

스텝 S37에서, 속도 제어부(35)에 의해 전류 지령값 Iref = Gi * (Vref - Vnow)가 연산되고, 이 연산값 Iref는 감산기(36) 및 위상 제어부(38)에 공급된다. 전류 제어부(37)는 전류 현재값 Inow가 전류 지령값 Iref에 일치하도록 전원(3)을 제어한다. 이것에 의해, 선형 모터(20)의 코일(23)에 전류가 공급되면, 선형 모터(20)의 가동부가 왕복 운동을 개시하고, 이것에 의해 압축 가스의 생성이 개시된다.

스텝 S38에서, 위치 지령부(56)에 의해 위치 현재값 Pnow의 피크값의 변동이 안정되는 것을 기다려 스트로크 비율 Rs가 1 스텝분만큼 증가되고, 스트로크 비율 Rs가 1이 될 때까지 스텝 S31 내지 S38이 반복하여 실행된다.

스텝 S39에서, 스트로크 비율 Rs가 1이 되면, 위치 현재값 Pnow의 피크값의 변동이 안정되는 것을 기다려 기동시 모드가 해제되고 정상 운전시 모드가 설정된다.

스텝 S40에서, 위치 지령부(56)에 의해 용량 제어에 대응한 위치 지령값 Pref의 진폭 A가 산출된다. 스텝 S41 내지 S45는 스텝 S33 내지 S37과 동일하다. 즉, 스텝 S41에서 위치 지령부(31)에 의해 위치 지령값 Pref = A * sinωt가 생성되고, 스텝 S42에서 위치 센서(5)에 의해 위치 현재값 Pnow가 검출되며, 스텝 S43에서 위치 제어부(33)에 의해 속도 지령값 Vref가 산출된다. 스텝 S44에서, P-V 변환부(30)에 의해 속도 현재값 Vnow가 생성되고, 스템 S45에서 속도 제어부(35)에 의해 전류 지령값 Iref가 산출된다. 이 전류 지령값 Iref에 전류 현재값 Inow가 일치하도록 전원(3)이 제어된다.

스텝 S46에서, 위상 제어부(38)에 의해 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 검출된다. 스텝 S47에서, 위상 제어부(38)는 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 Iref의 위상차가 없게 되도록 위치 지령값 Pref의 각 주파수 ω 및 제어 게인 상수 Gi를 조정한다. 이후, 정상 운전시 모드에서는 스텝 S40 내지 S47이 반복된다.

선형 컴프레서(1)의 정지가 지시되어 정상 운전시 모드가 해제되고 정지시 모드가 설정된 경우는 스텝 S48에서 위치 지령값(56)에 의해 주파수 비율 Rf에 기초하여 위치 지령값 Pref의 각 주파수 ω = Rf * ω0이 산출된다.

스텝 S49 내지 S53,은 스텝 S33 내지 S37과 동일하다. 즉, 스텝 S49에서 위치 지령부(56)에 의해 위치 지령값 Pref = A * sinωt가 생성되고, 스텝 S50에서 위치 센서(5)에 의해 위치 현재값 Vnow가 검출되며, 스텝 S51에서 위치 제어부(33)에 의해 속도 지령값 Vref가 산출된다. 스텝 S52에서 P-V 변환부(30)에 의해 속도 현재값 Vnow가 생성되고, 스텝 S53에서 속도 제어부(35)에 의해 전류 지령값 Iref가 산출된다. 이 전류 지령값 Iref에 전류 현재값 Inow가 일치하도록 전원(3)이 제어된다.

스텝 S54에서, 위치 지령부(56)에 의해 주파수 비율 Rf가 완만하게 연속적으로 저감화되고, 위치 현재값 Pnow의 스트로크가 풀 스트로크의 절반 정도로 될 때까지 스텝 S48 내지 S54가 반복하여 실행된다.

스텝 S55에서, 위치 현재값 Pnow의 스트로크가 풀 스트로크의 절반 정도가 되면, 위치 지령값(56)에 의해 전원(3)이 차단된다.

또, 이 실시 형태에서는 기동시에 위치 지령값 Pref의 각 주파수 ω를 낮은 값으로 설정하고, 또한 위치 지령값 Pref의 진폭 A를 단계적으로 증가시켰지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 피스톤(12a, 12b)의 스트로크를 서서히 증대시키면, 위치 지령값 Vref의 각 주파수 ω 및 진폭 A 중 적어도 한쪽을 어떻게 제어해도 좋다. 예를 들면, 각 주파수 ω를 공진시의 값으로 설정한 채 진폭 A를 단계적으로 증가시켜도 지장이 생기지 않는다.

또, 이 실시 형태에서는 정지시에 위치 지령값 Pref의 각 주파수 ω를 완만히 감소시켰지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 피크(12a, 12b)의 스트로크를 서서히 감소시키면 위치 지령값 Pref의 각 주파수 ω 및 진폭 A 중 적어도 한쪽을 어떻게 제어해도 좋다. 예를 들면, 각 주파수 ω를 감소시키지 않고 진폭 A만을 감소시켜도 좋다.

[실시 형태 6]

이와 같은 선형 컴프레서에서는 선형 모터의 구동 전류와 피스톤의 속도와의 위상이 일치하고 있을 때 높은 효율이 얻어지고, 또 톱 클리어런스(top clearance; 피스톤 헤드와 실린더 내벽 단부의 최근접 거리)가 최소값(0.1 mm 정도)으로 유지되어 있는 경우에 가장 높은 효율이 얻어진다.

그래서, 선형 모터의 구동 전류와 피스톤의 속도와의 위상이 일치하도록 구동 전류의 주파수를 제어하는 것이 고려되지만, 톱 클리어런스가 작게 유지되어 있는 상태(예를 들면, 0.1 mm 정도)에서 구동 전류의 주파수를 제어하면 손실분이 개선되어 피스톤의 진폭이 크게 되고, 피스톤의 헤드가 실린더 내벽 단부에 충돌해버린다는 문제가 있다.

또, 톱 클리어런스가 최소값이 되도록 피스톤의 진폭을 제어하는 것을 고려할 수 있지만, 2 피스톤형의 선형 컴프레서에서는 피스톤의 실제의 중립점은 밸브등의 비대칭성에 의해 설계상의 중립점(원점)으로부터 상사점 또는 하사점측으로 어긋나는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 2개의 피스톤의 톱 클리어런스의 쌍방을 높은 정밀도로 제어하는 것은 곤란하게 된다.

이 실시 형태에서는 이들 문제를 해결한다.

도 17은 본 발명의 실시 형태 6에 의한 선형 컴프레서(1)의 구동 장치(57)의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 17에서, 이 구동 장치(57)는 전원(3), 위치 센서(4) 및 제어 장치(58)를 포함한다. 전원(3)은 선형 컴프레서(1)의 선형 모터에 구동 전류 I를 공급한다. 위치 센서(4)는 선형 컴프레서(1)의 피스톤의 위치를 직접 또는 간접적으로 검출하고, 피스톤의 위치에 따른 전기 신호 Pa를 제어 장치(5)에 출력한다. 위치 센서(4)로서는, 예를 들면 레이저 변위계(laser displacement gauge)가 이용된다. 제어 장치(5)는 위치 센서(4)의 출력 Pa에 따른 제어 신호 Φc를 전원(3)에 출력하고, 전원(3)의 출력 전류 I를 제어한다.

도 18은 도 17에서 도시한 제어 장치(58)의 주요부의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 18에서, 이 제어 장치(58)는 위치 지령값 생성부(60), 위치·속도 제어부(61), 전류 지령값 생성부(62), 위치·속도 검출부(63), 상하사점(上下死點)검출부(64), 전류·속도 위상차 검출부(65), 전류 게인 제어부(66), 진폭 중립 위치 제어부(67) 및 주파수 제어부(68)를 포함한다.

위치·속도 검출부(63)는 피스톤(12a, 12b)의 진동 주기에 비해 충분히 작은 샘플링 주기(예를 들면, 150 μsec)에서 위치 센서(4)의 출력 Pa를 샘플링하고, 샘플링값을 A/D 변환하여 위치 현재값 Pnow를 생성함과 동시에, 위치 현재값 Pnow를 미분하여 속도 현재값 Vnow를 구한다.

상하사점 검출부(64)는 위치·속도 검출부(63)에서 생성된 위치 현재값 Pnow의 최대값 및 최소값에 기초하여 피스톤(12a, 12b)의 상사점과 원점 사이의 상사점측 진폭 및 하사점과 원점 사이의 하사점측 진폭을 검출한다. 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭의 검출은 위치 지령값 Pref의 1 사이클이 종료할 때마다, 즉 위치 지령값 Pref가 영 교차점을 통과할 때마다 행해진다.

전류·속도 위상차 검출부(65)는 위치·속도 검출부(63)에서 생성된 속도 현재값 Vnow와 전류 지령값 생성부(62)에서 생성된 전류 지령값 Iref와의 위상차를 검출한다. 위상차의 검출은 위치 현재값 Pnow의 1 사이클이 종료할 때마다, 즉 위치 현재값 Pnow가 영 교차점을 통과할 때마다 행해진다.

위치 지령값 생성부(60)는 메모리에 격납된 사인 테이블(sine table)과, 진폭 A와, 각 주파수 ω와, 편이량 B와, 식 Pref = Asinωt + B(정현 함수)에 기초하여 위치 지령값 Pref를 생성하고, 생성한 위치 지령값 Pref를 위치·속도 제어부(61)에 공급한다.

위치·속도 제어부(61)는 위치 지령값 생성부(60)에서 생성된 위치 지령값 Pref와 위치·속도 검출부(63)에서 생성된 위치 현재값 Pnow와의 편차 Pref - Pnow에 기초하여 속도 지령값 Vref를 생성하고, 또 속도 지령값 Vref와 위치·속도 검출부(63)에서 생성된 속도 현재값 Vnow와의 편차 Vref - Vnow에 기초하여 속도 제어값 Vc를 생성한다.

전류 지령값 생성부(62)는 위치·속도 제어부(61)에서 생성된 속도 제어값 Vc와, 전류 게인 Gi와, 식 Iref = GiVc에 기초하여 전류 지령값 Iref를 생성하고, 또 전류 지령값 Iref를 제어 신호 Φc로 변환하여 전원(3)에 공급한다. 전원(3)의 출력 전류 I의 제어는, 예를 들면 PWM 방식 또는 PAM 방식으로 행해진다.

전류 게인 제어부(66)는 상하사점 검출부(64)에서 검출된 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭을 비교하고, 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽을 최대 진폭 현재값 Anow로 하고, 이 최대 진폭 현재값 Anow가 미리 정해진 최대 진폭 목표값 Aref에 일치하도록 전류 지령값 생성부(62)에 이용되는 전류 게인 Gi의 값을 피스톤(12a, 12b)의 진동의 1 사이클마다 제어한다. 또, 전류 게인 제어부(66)는 피스톤(12a, 12b)의 진동의 수백(예를 들면, 300) 사이클에 1회, 전류·속도 위상차 검출부(65)에서 검출된 위상차가 미리 정해진 허용값을 초과하고 있는지 어떤지를 판별하며, 초과하고 있을 경우는 전류 지령값 생성부(62)에서 이용되는 전류 게인 Gi의 값을 수 % 감소시킨다. 이와 같이 위치·속도 제어부(61)에 의한 위치·속도 제어에 추가하여 최대 진폭의 제어를 행하고, 또한 주파수 제어에 앞서 전류 게인 Gi를 수% 감소시킴으로써, 피스톤(12a, 12b)의 헤드와 실린더(11a, 11b)의 내벽 단부와의 충돌을 확실히 회피할 수 있다.

진폭 중립 위치 제어부(67)는 상하사점 검출부(64)에서 검출된 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭을 비교하고, 상사점측 진폭과 하사점측 진폭의 차가 작게 되도록 위치 지령값 생성부(60)에서 이용되는 편이량 B를 위치 지령값 Pref의 1 사이클이 종료할 때마다 제어한다. 즉, 진폭 중립 위치 제어부(67)는 상사점측 진폭쪽이 하사점측 진폭보다도 큰 경우는 편이량 B를 부측(아래 방향)으로 보정하고, 상사점측 진폭 쪽이 하사점측 진폭보다도 작은 경우는 편이량 B를 정측(위 방향)으로 보정한다. 통상 편이량 B는 밸브의 비대칭성 등의 장치의 특성에 의해 거의 일정하게 되기 때문에, 편이량 B의 1회당 제어량은 작은 값(예를 들면, 1 μm)으로 설정되어 있다. 이와 같이 편이량 B를 제어함으로써, 2개의 피스톤(12a, 12b)의 톱 클리어런스를 동등하게 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

주파수 제어부(68)는 전류·속도 위상차 검출부(65)에 의해 검출된 위상차가 미리 정해진 허용값을 초과하고 있는지 어떤지를 판별하고, 초과하고 있는 경우는위상차가 없게 되도록 위치 지령값 생성부(60)에서 이용되는 각 주파수 ω를 보정한다. 위상차의 보정은 전류 게인 제어부(66)에 의해 전류 게인 Gi를 수% 감소하는 것과 대부분 동시에 행해진다. 이와 같이 함으로써, 위상차의 보정에 의해 효율이 개선되고, 피스톤(12a, 12b)의 진폭이 크게 되어 피스톤(12a, 12b)의 헤드가 실린더(11a, 11b)의 내벽 단부에 충돌하는 것이 방지된다.

도 19 및 도 20은 도 18에 도시한 제어 장치(58)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 이 흐름도에 따라, 이 실시 형태의 선형 컴프레서(1) 및 그 구동 장치(57)의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 위치 지령값 생성부(60)에서 위치 지령값 Pref가 생성되고, 위치·속도 제어부(61)에서 속도 제어값 Vc가 생성되며, 전류 지령값 생성부(62)에서 제어 신호 Φc가 생성된다. 전원(3)으로부터 선형 모터(20)의 코일(23)에 전류가 공급되면, 선형 모터(24)의 가동부가 왕복 운동을 개시하고, 이것에 의해 압축 가스의 생성이 개시된다.

스텝 S61에서, 위치·속도 검출부(63)에 의해 위치 데이터, 즉 위치 센서(4)의 출력 Pa의 판독이 행해지고, 스텝 S62에서 위치·속도 검출부(63)에 의해 위치 현재값 Pnow 및 속도 현재값 Vnow가 산출된다.

스텝 S63에서, 위치·속도 제어부(61)에 와해 속도 제어가 행해진다. 즉, 위치 속도 제어부(61)는 속도 지령값 Vref와 속도 현재값 Vnow와의 편차에 기초하여 속도 제어부 Vc를 생성하고 전류 지령값 생성부(62)에 공급한다.

스텝 S64에서, 전류 지령값 생성부(62)에 의해 속도 제어값 Vc와 전류 게인Gi의 곱인 전류 지령값 Iref가 생성되고, 스텝 S65에서 전류 지령값 생성부(62)로부터 전류 지령값 Iref에 따른 전류 지령 데이터, 즉 제어 신호 Φc가 전원(3)에 출력된다.

스텝 S66에서, 제어 장치(58)에 포함되는 제1 카운터(도시하지 않음)의 카운트값이 증가(+1)되고, 스텝 S67에서 제1 카운터의 카운트값이 설정값(예를 들면, 3)에 도달했는지 여부가 판별된다.

스텝 S67에서, 제1 카운터의 카운트값이 설정값에 도달하고 있는 경우는 스텝 S68에서 위치 지령값 생성부(60)에서 위치 보정량 및 주파수 설정값에 기초하여 진폭 A 및 각 주파수ω가 생성되고, 또 사인 테이블, 진폭 A, 편이량 B 및 각 주파수 ω에 기초하여 위치 지령값 Pref = Asinωt + B가 생성된다. 스텝 S69에서, 위치·속도 제어부(61)에 의해 위치 제어가 행해진다. 즉, 위치·속도 제어부(61)는 위치 지령값 Pref와 위치 현재값 Pnow의 편차에 기초하여 속도 지령값 Vref를 생성한다. 위치 제어가 종료한 후 스텝 S70에서 제1 카운터의 카운트값이 리셋된다.

스텝 S67에서, 제1 카운터의 카운트값이 설정값에 도달하고 있지 않은 경우, 스텝 S68 내지 S70은 실행되지 않는다.

다음에, 스텝 S71에서, 위치 지령값 Pref의 1 사이클이 종료했는지 여부가 판별된다.

스텝 S71에서, 위치 지령값 Pref의 1 사이클이 종료했다고 판별된 경우는 스텝 S72에서 상하사점 검출부(64)에 의해 위치 현재값 Pnow의 최대값 및 최소값에 기초하여 피스톤(12a, 12b)의 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭이 검출된다.

스텝 S73에서, 상사점측 진폭과 하사점측 진폭의 대소 관계가 비교되고, 상사점측 진폭 쪽이 하사점측 진폭보다도 큰 경우는 스텝 S74에서 진폭 중립 위치 제어부(67)에 의해 편이량 B의 보정량으로서 부(負)의 보정량이 설정되고, 스텝 S75에서, 최대 진폭 현재값 Anow로서 상사점측 진폭이 설정된다.

스텝 S73에서의 대소 비교의 결과, 하사점측 진폭 쪽이 상사점측 진폭보다도 큰 경우는 스텝 S76에서 진폭 중립 위치 제어부(67)에 의해 편이량 B의 보정량으로서 정(正)의 보정량이 설정되고, 스텝 S77에서 최대 진폭 현재값 Anow로서 하사점측 진폭이 설정된다.

스텝 S78에서 전류 게인 제어부(66)에 의해 최대 진폭 현재값 Anow가 최대 진폭 목표값 Aref에 일치하도록 전류 게인 Gi가 제어·설정된 후, 스텝 S79에서 상하사점 검출부(64)에서 위치 현재값 Pnow의 최대값 및 최소값이 리셋된다.

스텝 S71에서, 위치 지령값 Pref의 1 사이클이 종료한다고 판별한 경우는 스텝 S72 내지 S79는 실행되지 않는다.

다음에, 스텝 S80에서, 상사점 검출부(64)에서 위치 현재값 Pnow의 최대값 및 최소값의 검출·보유가 행해진다. 스텝 S81에서, 전류·속도 위상차 검출부(65)에 의해 위치 현재값 Pnow의 1 사이클이 종료했는지 여부가 판별된다.

스텝 S81에서, 위치 현재값 Pnow의 1 사이클이 종료했다고 판별된 경우는 스텝 S82에서 전류·속도 위상차 검출부(65)에 의해 전류 지령값 Iref와 속도 현재값 Vnow의 위상차가 검출된다.

다음에, 스텝 S83에서, 제2 카운터(도시하지 않음)의 카운트값이 증가되고,스텝 S84에서, 제2 카운터의 카운트값이 설정값(300)에 도달했는지 여부가 판별된다.

스텝 S84에서, 제2 카운터의 카운트값이 설정값에 도달했다고 판별된 경우는 스텝 S85에서 전류 지령값 Iref와 속도 현재값 Vnow의 위상차가 허용값 이내인지 여부가 판별된다.

스텝 S85에서 허용값 이내가 아니라고 판별된 경우는 스텝 S86에서 주파수 제어부(68)에 의해 위치 지령값 Pref의 주파수의 제어·설정이 행해지고, 스텝 S87에서 전류 게인 제어부(66)에 의해 전류 지령값 Iref의 전류 게인 Gi가 수% 삭감된다.

스텝 S85에서 위상차가 허용값 이내라고 판별된 경우는 스텝 S86, S87은 실행되지 않는다.

다음에, 스텝 S88에서 제2 카운터의 카운트값이 리셋된다. 스텝 S81에서 위치 현재값 Pnow의 1 사이클이 종료하고 있지 않다고 판별된 경우는 스텝 S82 내지 S88은 실행되지 않는다. 스텝 S84에서, 제2 카운터의 카운트값이 설정값에 도달하고 있지 않다고 판별된 경우는 스텝 S85 내지 S88은 실행되지 않는다.

다음에, 스텝 S89에서 제어가 종료했는지 여부가 판별되고, 종료했다고 판별된 경우는 제어가 종료하고, 종료하지 않는다고 판별된 경우는 다시 스텝 S61로 복귀한다.

이 실시 형태에서는 전류 지령값 Iref와 속도 현재값 Vnow의 위상차가 없게 되도록 위치 지령값 Pref의 주파수를 제어할 때에, 전류 지령값 Iref = GiVc의 전류 게인 Gi를 수% 삭감한다. 따라서, 위치 지령값 Pref의 주파수의 제어에 의해 손실분이 개선되어 피스톤(12a, 12b)의 진폭이 증대해도, 피스톤(12a, 12b)의 헤드가 실린더(11a, 11b)의 내벽 단부에 충돌하지 않는다.

또, 피스톤(12a, 12b)의 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰쪽이 최대 진폭 목표값 Aref에 위치하도록 전류 지령값 Iref의 전류 게인 Gi를 제어하기 때문에, 피스톤(12a, 12b)의 실제의 중립점이 설계상의 중립점(원점)으로부터 어긋나도, 피스톤(12a, 12b)의 헤드가 실린더(11a, 11b)의 내벽 단부에 충돌하지 않는다,

또, 피스톤(12a, 12b)의 실제의 중립점의 원점으로부터의 편이량 B를 검출하고, 그 편이량 B가 없게 되도록 위치 지령값 Pref의 편이량 B를 제어하기 때문에, 2개의 피스톤(12a, 12b)의 헤드 클리어런스의 쌍방을 동시에 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

또, 이 실시 형태에서는 전류·속도 위상차 검출부(65)에서 전류 지령값 Iref와 속도 현재값 Vnow의 위상차를 검출하고, 이 위상차가 없게 되도록 위치 지령값 Pref의 주파수를 제어했지만, 이것에 한정하는 것은 아니고, 전류 지령값 Pref와 위치 현재값 Pnow의 위상차를 검출하며, 이 위상차가 90° 로 되도록 위치 지령값 Pref의 주파수를 제어해도 좋다.

[실시 형태 7]

도 21은 본 발명의 실시 형태 7에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 21에서, 이 선형 컴프레서의 구동 장치가 실시 형태 6과 다른 점은 제어 장치(58)가 제어 장치(70)로 치환되고, 전류 지령값 Iref의 전류 게인 Gi 대신에 위치 지령값 Pref의 진폭 A가 제어되는 점이다.

제어 장치(70)는 제어 장치(58)의 전류 게인 제어부(66)를 위치 지령값 진폭 제어부(71)로 치환한 것이다. 위치 지령값 진폭 제어부(71)는 상하사점 검출부(64)에서 검출된 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭을 비교하고, 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽을 최대 진폭 현재값 Anow로 하고, 이 최대 진폭 현재값 Anow가 미리 정해진 최대 진폭 목표값 Aref에 일치하도록 위치 지령값 생성부(60)에서 이용되는 진폭 A의 값을 피스톤(12a, 12b)의 진동의 1 사이클마다 제어한다. 또, 위치 지령값 진폭 제어부(71)는 피스톤(12a, 12b)의 진동의 수백(예를 들면, 300) 사이클에 1회, 전류·속도 위상차 검출부(65)에서 검출된 위상차가 미리 정해진 허용값을 초과하고 있는지 어떤지를 판별하고, 초과하고 있는 경우는 위치 지령값 생성부(60)에서 이용되는 진폭 A의 값을 수 % 감소시킨다.

도 22 및 도 23은 도 21에 도시한 선형 컴프레서의 구동 장치의 동작을 도시하는 흐름도이다.

도 22 및 도 23에서, 이 흐름도가 도 19 및 도 20의 흐름도와 다른 점은 스텝 S64, S68, S78, S77 대신에 각각 스텝 S64', S68', S78', S77'이 실행되는 점이다.

즉, 스텝 S64'에서, 전류 지령값 생성부(62)에 의해 속도 제어값 Vc와 전류 게인 Gi의 곱인 전류 지령값 Iref가 산출된다. 이 전류 게인 Gi는 상수이다. 스텝S68'에서, 위치 지령값 생성부(60)에 의해 위치 지령값 Pref = Asinωt + B가 생성된다. 여기에서, 진폭 A, 각 주파수 ω 및 편이량 B의 각각이 변수가 된다.

스텝 S78'에서, 위치 지령값 진폭 제어부(71)에 의해 피스톤(12a, 12b)의 최대 진폭 현재값 Anow가 최대 진폭 목표값 Aref에 일치하도록 위치 지령값 Pref의 진폭 A가 제어·설정된다, 스텝 S77'에서, 위치 지령값 진폭 제어부(71)의 의해 위치 지령값 Pref의 진폭 A가 수 % 삭감된다. 다른 구성 및 동작은 실시 형태 6과 동일하기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다.

이 실시 형태에서도, 실시 형태 6과 동일 효과가 얻어진다.

[실시 형태 8]

도 24는 본 발명의 실시 형태 8에 의한 선형 컴프레서의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 24에서, 이 선행 컴프레서의 구동 장치가 실시 형태 6과 다른 점은 제어 장치(58)가 제어 장치(72)로 치환되고, 구성이 간단해진다는 점이다.

제어 장치(72)는 제어 장치(58)의 위치·속도 제어부(62)를 제거하고, 위치 지령값 생성부(60)를 전류 지령값 기본값 생성부(73)로 치환한 것이다. 전류 지령값 기본값 생성부(73)는 메모리에 격납된 사인 테이블과, 진폭 A'와, 각 주파수 ω'와, 편이량 B'와, 식 Ic = A'sinω't + B'(정현 함수)에 기초하여 전류 기본값 Ic를 생성하고, 생성한 전류 기본값 Ic를 전류 지령값 생성부(62)에 공급한다.

전류 지령값 생성부(62)는 전류 지령값 기본값 생성부(73)에서 생성된 전류 기본값 Ic와, 전류 게인 Gi와, 식 Iref = GiIc에 기초하여 전류 지령값 Iref를 생성하고, 또 전류 지령값 Iref를 제어 신호 Φc로 변환하여 전원(3)에 공급한다.

진폭 중립 위치 제어부(67)는 위치 지령값 Pref의 편이량 B 대신에 전류 기본값 Ic의 편이량 B'을 제어하고, 주파수 제어부(68)는 위치 지령값 Pref의 주파수 대신에 전류 기본값 Ic의 주파수를 제어한다.

도 25 및 도 26은 도 24에서 도시한 선형 모터의 구동 장치의 동작을 도시하는 타임차트이다.

스텝 S91에서, 위치·속도 검출부(63)에 의해 위치 데이터, 즉 위치 센서(4)의 출력 Pa의 판독이 행해지고, 스텝 S92에서, 위치·속도 검출부(63)에 의해 위치 현재값 Pnow 및 속도 현재값 Vnow가 산출된다.

스텝 S93에서, 전류 지령값 생성부(62)에 의해 전류 기본값 Ic와 전류 게인 Gi의 곱인 전류 지령값 Iref가 생성되고, 스텝 S94에서, 전류 지령값 생성부(62)로부터 전류 지령값 Iref에 따른 전류 지령 데이터, 즉 제어 신호 Φc가 전원(3)에 출력된다.

다음에, 스텝 S95에서, 전류 지령값 기본값 생성부(73)에서 위치 보정량 및 주파수 설정값에 기초하여 진폭 A' 및 각 주파수 ω'가 생성되고, 또 사인 테이블, 진폭 A', 편이량 B' 및 각 주파수 ω'에 기초하여 전류 기본값 Ic = A'sinω't + B'가 생성된다.

이하, 스텝 S96 내지 S104는 도 19 및 도 20에 도시한 스텝 S71 내지 S89와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다.

이 실시 형태에서는 실시 형태 6과 동일 효과가 얻어지는 외에, 제어 장치의구성이 간단해질 수 있다.

또, 이 실시 형태에서는 본 발명의 2 피스톤형의 선형 컴프레서(1)에 적용된 예를 도시했지만, 본 발명 중 주파수를 제어할 때에 진폭을 일단 감소시키는 것은 1 피스톤형의 선형 컴프레서에 대해서도 유효하다.

도 27은 1 피스톤형 선형 컴프레서(80)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 27에서, 이 선형 컴프레서(80)는 실린더(81)와, 실린더(81) 내에 왕복 운동이 자유롭게 끼워 넣은 피스톤(82)과, 피스톤(82)의 헤드와 실린더(81)의 내벽 단부에서 형성된 압축실(83)과, 압축실(83)의 가스압에 따라 개폐하는 흡입 밸브(84) 및 토출 밸브(85)를 구비하고 있다.

또, 이 선형 컴프레서(80)는 피스톤(82)을 왕복 운동시키기 위한 선형 모터(86)와, 피스톤(82)을 왕복 운동이 자유롭게 지지하기 위한 피스톤 스프링(91)을 구비한다. 선형 모터(86)는 원통 형상의 요크부(87)와, 감긴 코일을 갖는 고정자(stator; 88, 89)와, 원통 형상의 영구 자석을 갖는 가동체(movable body; 90)를 포함한다. 요크부(87)는 실린더(81)와 동심(同心)으로 설치되고, 그 일단은 실린더(81)의 일단에 접합된다. 고정자(88)는 실린더(81)의 외주벽(outer peripheral wall)에 설치되고, 고정자(89)는 요크부(87)의 내주벽(inner peripheral wall)에 설치된다. 가동체(90)는 고정자(88과 89) 사이에 왕복 운동이 자유롭게 삽입되고, 그 일단은 피스톤(82)의 일단에 접합된다. 피스톤 스프링(91)의 주변부는 요크부(87)의 다른 단면에 고정되고, 그 중앙부는 피스톤(82)의 일단에 고정된다.

피스톤(82)은 피스톤(82) 및 가동체(90)의 중량, 압축실(83)의 가스의 압력 변동에 기초한 가스 스프링의 스프링 상수, 피스톤 스프링(91)의 스프링 상수 등으로부터 정하는 공진 주파수를 갖는다. 선형 모터(86)의 고정자(88, 89)의 코일에는 전원(3)으로부터 공진 주파수의 구동 전류 I가 공급된다.

또, 이들 부품(81 내지 91)은 방음·방진을 위한 마운트 스프링(mount spring; 92)을 통해 케이싱(93) 내에 수용된다.

전원(3)으로부터 선형 모터(86)의 고정자(88, 89)의 코일에 구동 전류 I가 공급되면, 가동체(90)의 영구 자석에 전자기력이 작용하여, 가동체(90) 및 피스톤(92)이 왕복 운동한다. 이 피스톤(82)의 왕복 운동에 의해, 팽창 가스가 흡입 밸브(84)를 통해 압축실(83) 내에 흡입되고, 압축실(83) 내에서 생성된 압축 가스가 돌출 밸브(85)를 통해 토출된다.

또, 도 27에서는 선형 모터(86)의 코일이 고정되어 있는 코일 고정형의 선형 컴프레서(80)를 도시했지만, 선형 컴프레서에는 코일 가동형이나 VCM형도 있다.

[실시 형태 9]

그런데, 도 27의 선형 컴프레서(80)에서, 구동 전류 i는 선형 모터(86)의 추력, 즉 피스톤(82)의 가속도가 되기 때문에, 도 28에 도시하는 바와 같이, 구동 전류 i와 피스톤(82)의 속도 v의 위상이 완전히 일치한 경우에 가장 높은 효율이 얻어진다.

그러나, 이와 같은 상태는 선형 컴프레서(80)를 무부하로 운전한 경우나, 선형 모터(86)의 코일의 권수(卷數)를 증가하여 코일의 인덕턴스(inductance)를 가장크게 한 경우에서 밖에 실현되지 않는다.

통상의 사용 상태에서는 토출 밸브(85)가 개방하는 순간 등에 부하가 크게 변동하기 때문에, 도 29에 도시하는 바와 같이 구동 전류 i와 피스톤(82)의 속도 v와의 위상이 어긋나 효율이 저하하게 된다.

또, 코일 가동형의 선형 컴프레서의 경우, 선형 모터(86)의 코일의 권수를 증가하는 것은 가동부의 중량의 중대로 이어지므로, 코일의 권수를 극단으로 증가할 수 없다.

이 실시 형태에서는 이 문제가 해결된다.

도 27은 본 발명의 실시 형태 9에 의한 선형 컴프레서(80)의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 27에서, 이 선형 컴프레서(80)의 구동 장치는 컨버터 및 평활 콘덴서부(smoothing capacitor portion)(직류 전원 : 101), 인버터(102), 전류 센서(103), 위치 센서(104) 및 제어 장치(105)를 구비하고, 제어 장치(105)는 전류 지령부(106), 온/오프(on/off) 지령부(107), 연산 제어부(108) 및 전류 제어부(109)를 포함한다.

직류 전원(101)은 소정의 직류 전압 E를 인버터(102)에 출력한다. 인버터(102)는 제어 장치(105)의 전류 제어부(109)에 의해 PWM 제어되고, 직류 전압 E를 상술한 공진 주파수의 교류 전압 e로 변환하여 선형 컴프레서(80)에 공급한다. 인버터(102)는, 예를 들면 도 31에 도시하는 바와 같이 브리지 형에 접속된 4조의 게이트 턴오프 사이리스터(gate turn-off thyristor) 및 귀환 다이오드(111,115; 112, 116; 113, 117; 114, 118)를 포함한다. 입력 단자(102a, 102b)는 직류 전원(101)으로부터 출력된 직류 전압 E가 인가되고, 출력 단자(102c, 102d)는 전류 센서(103)를 통해 선형 컴프레서(80)의 선형 모터(86)의 코일에 접속된다. 선형 모터(86)의 코일에 정현파 형상의 전류 i가 흐르도록 출력 단자(102c, 102d) 사이의 전압 e가 제어된다.

전류 센서(103)는 인버터(102)의 출력 전류 i를 검출하고, 검출 결과를 제어 장치(105)의 전류 제어부(109)에 공급한다. 위치 센서(104)는 선형 컴프레서(80)의 피스톤(82)의 위치를 직접 또는 간접적으로 검출하고, 검출 결과를 제어 장치(105)의 전류 지령부(106) 및 온/오프 지령부(107)에 공급한다. 위치 센서(104)로서는, 예를 들면 레이저 변위계나 선형 속도 센서나 홀(Hall) 소자가 이용된다.

제어 장치(105)의 전류 지령부(106)는 위치 센서(104)의 검출 결과에 기초하여 전류 지령값 is를 연산하여 연산 제어부(108)에 공급한다. 전류 지령부(106)는 위치 센서(104)에 의해 검출된 위치와 목표 위치와의 편차에 따라 전류 지령값 is를 제어한다.

온/오프 지령부(107)는 위치 센서(104)의 검출 결과에 기초하여 토출 밸브(85)의 개방 기간을 판정하고, 판정 결과에 기초하여 온/오프 지령값 Φ를 연산하여 연산 제어부(108)에 공급한다. 온/오프 지령값 Φ는 토출 밸브(85)의 개방 기간은 구동 전류 i의 차단(전류 오프)을 지령하는 신호가 되고, 그 이외의 기간은 구동 전류 i의 공급(전류 온)을 지령하는 신호가 된다.

또, 토출 밸브(85)는 피스톤(82)의 헤드가 중립점을 통과하고 나서 어느 시간의 경과 후에 압축실(83) 내의 가스 압력의 증가에 따라 개방하고, 피스톤(82)의 헤드가 하강을 시작함으로써 폐쇄한다. 따라서, 위치 센서(104)의 검출 결과에 기초하여 토출 밸브(85)의 개방 기간을 판정할 수 있다.

연산 제어부(108)는 온/오프 지령부(107)로부터 공급된 온/오프 지령값 Φ에 의해 전류 오프가 지령된 기간은 전류 오프를 전류 제어부(109)에 지령하고, 온/오프 지령값 Φ에 의해 전류 온이 지령된 기간은 전류 온을 전류 제어부(109)에 지령함과 동시에, 전류 지령부(106)로부터 공급된 전류 지령값 is를 전류 제어부(109)에 공급한다.

전류 제어부(109)는 연산 제어부(108)에 의해 전류 오프가 지령된 기간은 인버터(102)의 펄스의 출력을 정지시켜 구동 전류 i를 차단한다. 또, 전류 제어부(109)는 연산 제어부(108)에 의해 전류 온이 지령된 기간은 위치 센서(103)에 의해 검출된 전류 i가 전류 지령값 is에 일치하도록 인버터(102)로부터 출력되는 펄스를 제어한다.

도 32는 도 30에 도시한 제어 장치의 동작을 도시하는 흐름도이다. 도 32에 따라, 이 선형 컴프레서(80)의 구동 장치의 동작에 대해 간단히 설명한다. 직류 전원(101)으로부터 인버터(102)에 직류 전압 E가 공급되고, 인버터(102)로부터 선형 컴프레서(80)에 구동 전류 i가 공급되어 선형 컴프레서(80)가 구동된다.

스텝 S121에서, 전류 지령부(106) 및 온/오프 지령부(107)의 각각은 위치 센서(104)에 의해 피스톤(82)의 위치를 검출한다. 스텝 S122에서, 전류 지령부(106)는 위치 센서(104)의 검출 결과에 기초하여 전류 지령값 is를 연산하고, 스텝 S123에서 온/오프 지령부(107)는 위치 센서(104)의 검출 결과에 기초하여 온/오프 지령값 Φ를 연산한다. 전류 지령값 is 및 온/오프 지령값 Φ는 연산 제어부(108)에 공급된다.

연산 제어부(108)는 스텝 S124에서 온/오프 지령값 Φ에 기초하여 전류 오프인지 여부를 판별하고, 전류 오프라고 판별한 경우에는 스텝 S125에서 전류 제어부(109)에 전류 오프를 지령한다. 또, 연산 제어부(108)는 스텝 S124에서 전류 i를 오프하지 않는다고 판별한 경우는 스텝 S126에서 전류 제어부(109)에 전류 온을 지령함과 동시에, 전류 지령부(106)로부터의 전류 지령값 is를 전류 제어부(109)에 공급한다.

스텝 S127에서, 전류 제어부(109)는 전류 센서(103)에 의해 구동 전류 i를 검출하고, 스텝 S128에서, 전류 제어부(109)는 전류 오프 지령에 따라 인버터(102)로부터의 펄스의 출력을 정지시켜 구동 전류 i를 차단하며, 전류 온 지령에 따라 전류 센서(103)에 의한 전류 i의 검출값이 전류 지령값 is에 일치하도록 인버터(102)로부터 출력되는 펄스를 제어한다. 전류 i를 차단하고 있는 동안은 공급 전력이 0이 되고, 피스톤(82)은 기계계(mechanical system)의 운동 방정식만으로 구속되어 운동한다.

제어 장치(105)는 스텝 S129에서 제어 처리를 종료했는지 여부를 판별하고, 제어 처리가 종료하지 않은 경우는 다시 스텝 S121로 복귀한다.

도 33은 선형 컴프테서(80)의 피스톤(82)의 속도 v, 구동 전류 i 및 압축실(83) 내의 압력 p를 도시하는 파형도로, 도 29와 대비되는 도면이다. 토출밸브(85)의 개방 기간에서 구동 전류 i를 차단한 결과, 속도 v와 위상이 다른 무효한 전류가 없게 되고, 종래보다도 높은 효율이 얻어졌다.

또, 이 실시 형태에서는 토출 밸브(85)의 개방 기간만 구동 전류 i를 차단했지만, 피스톤(82)의 속도 v가 최대값으로 되고 나서 속도 v가 0이 될 때까지의 전체 기간, 즉 피스톤(82)이 중립 위치에 도달하고 나서 상사점에 도달할 때까지의 전체 기간에서 전류 i를 차단해도 지장이 없다. 또, 속도 v가 최대값으로 되고 나서 토출 밸브(85)가 개방될 때까지의 사이의 임의의 시점으로부터 속도 v가 0이 될 때까지의 기간에 전류 i를 차단해도 좋다. 또, 예를 들면, 토출 밸브(85)가 개방하여 약간 시간이 경과한 후부터 토출 밸브(85)가 닫힌 약간 후까지, 전류 i를 차단하도록 설정해도 좋다. 효율이 최대로 가깝고, 또한 전류 i의 제어가 간단한 기간에 전류 i를 차단하면 좋다.

[실시 형태 10]

도 34는 본 발명의 실시 형태 10에 의한 선형 컴프레서(80)의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 34에서, 이 선형 컴프레서(80)의 구동 장치는 교류 전원(121), 스위치(122), 위치 센서(123) 및 제어 장치(124)를 구비하고, 제어 장치(124)는 전압 지령부(125), 전압 제어부(126), 온/오프 지령부(127) 및 스위치 제어부(128)를 포함한다.

교류 전원(121)은 제어 장치(124)의 전압 제어부(126)에 의해 진폭 제어되고, 상술한 공진 주파수의 전압 e를 스위치(122)를 통해 선형 컴프레서(130)의 선형 모터(136)의 코일에 인가한다.

스위치(122)는 제어 장치(124)의 스위치 제어부(128)에 의해 제어되어, 토출 밸브(85)의 개방 기간에 교류 전원(121)으로부터 선형 컴프레서(80)에 흐르는 전류 i를 차단한다. 위치 센서(123)는 선형 컴프레서(80)의 피스톤(82)의 위치를 직접 또는 간접적으로 검출하고, 검출 결과를 제어 장치(124)의 전압 지령부(125) 및 온/오프 지령부(127)에 공급한다.

제어 장치(124)의 전압 지령부(125)는 위치 센서(123)의 검출 결과에 기초하여 전류 지령값 es를 연산하여 전압 제어부(126)에 공급한다. 전압 지령부(125)는 위치 센서(123)의 검출 결과에 기초하여 피스톤(82)의 상사점을 검출하고, 피스톤(82)의 상사점이 미리 정해진 위치보다도 낮은 경우는 전압 지령값 es를 증대시키고, 피스톤(82)의 상사점이 미리 정해진 위치보다도 높은 경우는 전압 지령값 es를 감소시킨다. 전압 제어부(126)는 전압 지령부(125)로부터 공급된 전압 지령값 es에 따라 교류 전원(121)의 출력 전압 e의 진폭을 제어한다.

온/오프 지령부(127)는 위치 센서(123)의 검출 결과에 기초하여 토출 밸브(85)의 개방 기간을 판정하고, 판정 결과에 기초하여 온/오프 지령값 Φ를 연산하여 스위치 제어부(128)에 공급한다. 온/오프 지령값 Φ는 토출 밸브(85)의 개방 기간에는 전류 오프를 지령하는 신호가 되고, 이 이외의 기간에는 전류 온을 지령하는 신호가 된다. 스위치 제어부(128)는 온/오프 지령부로부터 공급된 온/오프 지령값 Φ에 의해 전류 오프가 지령된 기간에는 스위치(122)를 비도통(non-conductive) 상태로 하고, 온/오프 지령값 Φ에 의해 전류 온이 지령된 기간에는스위치(122)를 도통(conductive) 상태로 한다.

도 35는 도 34에 도시한 제어 장치(124)의 동작을 도시하는 흐름도이다. 도 35에 따라, 이 선형 컴프레서(80)의 구동 장치의 동작에 대해 간단히 설명한다. 교류 전원(121)으로부터 스위치(122)를 통해 선형 컴프레서(80)에 교류 전압 e가 인가되어, 선형 컴프레서(80)가 구동된다.

스텝 S131에서, 전압 지령부(125) 및 온/오프 지령부(127)의 각각은 위치 센서(123)에 의해 피스톤(82)의 위치를 검출한다. 스텝 S132에서, 전압 지령부(125)는 위치 센서(123)의 검출 결과에 기초하여 전압 지령값 es를 연산하고, 스텝 S133에서, 전압 제어부(126)는 전압 지령값 es에 따라 교류 전원(121)의 출력 전압 e를 제어한다.

스텝 S134에서, 온/오프 지령부(127)는 온/오프 지령값 Φ를 연산하여 스위치 제어부(128)에 공급한다. 스위치 제어부(128)는 스텝 S135에서 전류가 오프인지 여부를 판별하고, 전류 오프라고 판별한 경우는 스텝 S136에서 스위치 오프를 지령하여 스위치(122)를 비도통으로 한다. 또, 스위치 제어부(128)는 스텝 S135에서 전류 i를 오프하지 않는다고 판별한 경우는 스텝 S137에서 스위치 온을 지령하여 스위치(122)를 도통시킨다.

제어 장치(124)는 스텝 S138에서 제어 처리가 종료했는지 여부를 판별하여, 제어 처리가 종료하지 않은 경우는 다시 스텝 S131로 복귀한다.

이 실시 형태에서도, 실시 형태 9와 마찬가지로, 피스톤(82)의 속도 v와 위상이 다른 무효한 전류 i가 없게 되고, 종래보다도 높은 효율이 얻어졌다.

Claims

선형 모터에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서,

상기 선형 모터를 구동시키기 위한 출력 전류의 제어가 가능한 전원(3);

정현 함수에 따라 상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 지령하는 위치 지령 수단(31);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(5);

상기 위치 지령 수단에 의해 지령된 위치와 상기 위치 검출 수단에 의해 검출된 위치와의 차에 기초하여 상기 피스톤의 속도를 지령하는 속도 지령 수단(33);

상기 피스톤의 속도를 검출하는 속도 검출 수단(30);

상기 속도 지령 수단에 의해 지령된 속도와 상기 속도 검출 수단에 의해 검출된 속도와의 차에 기초하여 상기 전원의 출력 전류를 지령하는 전류 지령 수단(35);

상기 전원의 출력 전류를 검출하는 전류 검출 수단(4);

상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류가 상기 전류 지령 수단에 의해 지령된 전류와 일치하도록 상기 전원의 출력 전류를 제어하는 전류 제어 수단(37);

상기 속도 검출 수단에 의해 검출된 상기 피스톤의 속도를 표시하는 값과 상기 전류 지령 수단에 의해 지령된 상기 전원의 출력 전류를 표시하는 값과의 위상차를 검출하는 위상차 검출 수단(38); 및

상기 위상차 검출 수단에 의해 검출된 위상차가 없게 되도록 상기 위치 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 주파수를 조정하는 주파수 조정 수단(38)

을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 속도 검출 수단(30)은 상기 위치 검출 수단(5)의 검출결과를 미분하여 상기 피스톤의 속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 속도 지령 수단(33)은 상기 위치 지령 수단(31)에 의해 지령된 위치와 상기 위치 검출 수단(5)에 의해 검출된 위치와의 차에 제1 게인 상수를 승산하여 상기 피스톤의 속도의 지령값을 연산하고, 그 연산값에 기초하여 상기 피스톤의 속도를 지령하며,

상기 전류 지령 수단(35)은 상기 속도 지령 수단(33)에 의해 지령된 속도와 상기 속도 검출 수단(5)에 의해 검출된 속도와의 차에 제2 게인 상수를 승산하여 상기 전원(3)의 출력 전류를 연산하고, 그 연산값에 기초하여 상기 전원의 출력 전류를 지령하며,

상기 선형 컴프레서의 구동 장치는 상기 위상차 검출 수단(38)에 의해 검출된 위상차가 없게 되도록 상기 속도 지령 수단에서 이용되는 상기 제1 게인 상수와상기 전류 지령 수단에서 이용되는 상기 제2 게인 상수 중 적어도 한쪽을 조정하는 게인 조정 수단(38)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 속도 지령 수단(33)은 상기 위치 지령 수단(31)에 의해 지령된 위치와 상기 위치 검출 수단(5)에 의해 검출된 위치와의 차에 제1 게인 상수를 승산하여 상기 피스톤 속도의 지령값을 연산하고, 그 연산값에 기초하여 상기 피스톤의 속도를 지령하며,

상기 전류 지령 수단(35)은 상기 속도 지령 수단(33)에 의해 지령된 속도와 상기 속도 검출 수단에 의해 검출된 속도와의 차에 제2 게인 상수를 승산하여 상기 전원(3)의 출력 전류를 연산하고, 그 연산값에 기초하여 상기 전원의 출력 전류를 지령하며,

상기 선형 컴프레서의 구동 장치는

상기 위치 지령 수단에 의해 지령된 상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치의 피크값과 상기 위치 검출 수단에 의해 검출된 위치의 피크값과의 차를 검출하는 피크값 차 검출 수단(45 내지 47); 및

상기 피크값 차 검출 수단에 의해 검출된 피크값 차가 없게 되도록 상기 속도 지령 수단에서 이용되는 제1 게인 상수와 상기 전류 지령 수단에서 이용되는 제2 게인 상수 중 적어도 한쪽을 조정하는 게인 조정 수단(48)을 더 구비하는 것을특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제4항에 있어서, 상기 위상차 검출 수단(41 내지 43)은 상기 속도 검출 수단에 의해 검출된 상기 피스톤 속도의 영 교차점과 상기 전류 지령 수단에 의해 지령된 상기 전원의 출력 전류의 영 교차점을 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 상기 위상차를 검출하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제4항에 있어서, 상기 위상차 검출 수단(51, 52, 43)은 상기 속도 검출 수단에 의해 검출된 상기 피스톤 속도의 피크점과 상기 전류 지령 수단에 의해 지령된 상기 전원의 출력 전류의 피크점을 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 상기 위상차를 검출하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 위치 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 진폭을 상기 압축 가스의 필요량에 따라 조정하는 진폭 조정 수단(54)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제7항에 있어서 ,

상기 압축 가스는 대상물의 냉각에 사용되고,

상기 압축 가스의 필요량은 상기 대상물의 온도와 미리 정해진 목표 온도와의 편차에 의해 표시되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
선형 모터에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서,

전류 지령값에 따른 구동 전류를 상기 선형 모터에 출력하는 전원(3);

정현 함수에 따라 상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 지령하는 위치 지령 수단(60);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(4, 63);

상기 위치 검출 수단에 의해 검출된 위치가 상기 위치 지령 수단에 의해 지령된 위치와 일치하도록 상기 전류 지령값을 생성하여 상기 전원에 공급하는 전류 지령 수단(61, 62);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 속도를 검출하기 위한 속도 검출 수단(4, 63);

상기 전류 지령 수단에서 생성된 전류 지령값과 상기 속도 검출 수단에 의해 검출된 속도를 표시하는 값과의 위상차를 검출하는 위상차 검출 수단(65); 및

상기 위상차 검출 수단에 의해 검출된 위상차가 미리 정해진 허용값을 초과함에 따라 상기 전류 지령 수단에서 생성되는 전류 지령값 및 상기 위치 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 진폭 중 적어도 한쪽을 미리 정해진 비율로 감소시킴과 동시에, 상기 위상차가 없게 되도록 상기 정현 함수의 주파수를 제어하는 주파수 제어 수단(66, 68)

을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
선형 모터에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서,

전류 지령값에 따른 구동 전류를 상기 선형 모터에 출력하는 전원(3);

정현 함수에 따라 상기 전류 지령값을 생성하고 상기 전원에 공급하는 전류 지령 수단(62, 73);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 진폭을 검출하기 위한 진폭 검출 수단(4, 63, 64);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 속도를 검출하기 위한 속도 검출 수단(4, 63);

상기 전류 지령 수단에서 생성된 전류 지령값과 상기 속도 검출 수단에서 검출된 속도를 표시하는 값과의 위상차를 검출하는 위상차 검출 수단(65);

상기 진폭 검출 수단에 의해 검출된 진폭이 미리 정해진 목표값에 일치하도록 상기 전류 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 진폭을 제어하는 진폭 제어 수단(66); 및

상기 위상차 검출 수단에 의해 검출된 위상차가 미리 정해진 허용값을 초과한 것에 따라 상기 전류 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 진폭을 미리 정해진 비율로 감소시킴과 동시에, 상기 위상차가 없게 되도록 상기 정현 함수의 주파수를 제어하는 주파수 제어 수단(66, 68)

을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
선형 모터에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서,

전류 지령값에 따른 구동 전류를 상기 선형 모터에 출력하는 전원(3);

정현 함수에 따라 상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 지령하는 위치 지령 수단(60);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(4, 63);

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 피스톤의 상사점과 원점사이의 상사점측 진폭과 상기 피스톤의 하사점과 원점 사이의 하사점측 진폭을 검출하는 진폭 검출 수단(64);

상기 위치 검출 수단에 의해 검출된 위치가 상기 위치 지령 수단에 의해 지령된 위치에 일치하도록 상기 전류 지령값을 생성하고 상기 전원에 공급하는 전류 지령 수단(61, 62); 및

상기 진폭 검출 수단에 의해 검출된 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽이 미리 정해진 목표값에 일치하도록 상기 위치 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 진폭 및 상기 전류 지령 수단에서 생성되는 전류 지령값중 적어도 한쪽을 제어하는 진폭 제어 수단(61, 66)

을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
선형 모터에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서,

전류 지령값에 따른 구동 전류를 상기 선형 모터에 출력하는 전원(3);

정현 함수에 따라 상기 전류 지령간을 생성하고 상기 전원에 공급하는 전류 지령 수단(62, 73);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(4, 63);

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 피스톤의 상사점과 원점사이의 상사점측 진폭과 상기 피스톤의 하사점과 원점 사이의 하사점측 진폭을 검출하는 진폭 검출 수단(64); 및

상기 진폭 검출 수단에 의해 검출된 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽이 미리 정해진 목표값에 일치하도록 상기 전류 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 진폭을 제어하는 진폭 제어 수단(66)

을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
선형 모터에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서,

전류 지령값에 따른 구동 전류를 상기 선형 모터에 출력하는 전원(3);

정현 함수에 따라 상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 지령하는 위치 지령 수단(60);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(4, 63);

상기 위치 검출 수단에 의해 검출된 위치가 상기 위치 지령 수단에 의해 지령된 위치에 일치하도록 상기 전류 지령값을 생성하고 상기 전원에 공급하는 전류 지령 수단(61, 62);

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 피스톤의 중립점의 원점으로부터의 편이량을 검출하는 편이량 검출 수단(64); 및

상기 편이량 검출 수단에 의해 검출된 편이량이 없게 되도록 상기 위치 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 편이량을 제어하는 편이량 제어 수단(67)

을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제13항에 있어서,

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 피스톤의 상사점과 원점사이의 상사점측 진폭과 상기 피스톤의 하사점과 원점 사이의 하사점측 진폭을 검출하는 진폭 검출 수단(64); 및

상기 진폭 검출 수단에 의해 검출된 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽이 미리 정해진 목표값에 일치하도록 상기 위치 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 진폭 및 상기 전류 지령 수단에서 생성되는 전류 지령값중 적어도 한쪽을 제어하는 진폭 제어 수단(66)

을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
선형 모터에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서,

전류 지령값에 따른 구동 전류를 상기 선형 모터에 출력하는 전원(3);

정현 함수에 따라 상기 전류 지령값을 생성하고 상기 전원에 공급하는 전류 지령 수단(62, 73);

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(4, 63);

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 피스톤의 진폭을 검출하는 진폭 검출 수단(64);

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 피스톤의 중립점의 원점으로부터의 편이량을 검출하는 편이량 검출 수단(64);

상기 진폭 검출 수단에 의해 검출된 진폭이 미리 정해진 목표값에 일치하도록 상기 전류 지령 수단에 이용되는 상기 정현 함수의 진폭을 제어하는 진폭 제어 수단(66); 및

상기 편이량 검출 수단에 의해 검출된 편이량이 없게 되도록 상기 전류 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 편이량을 제어하는 편이량 제어 수단(67)

을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제15항에 있어서,

상기 진폭 검출 수단(64)은 상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 피스톤의 상사점과 원점 사이의 상사점측 진폭과 상기 피스톤의 하사점과 원점 사이의 하사점측 진폭을 검출하고,

상기 진폭 제어 수단(66)은 상기 진폭 검출 수단에 의해 검출된 상사점측 진폭 및 하사점측 진폭 중 어느 것이든 큰 쪽이 미리 정해진 목표값에 일치하도록 상기 전류 지령 수단에서 이용되는 상기 정현 함수의 진폭을 제어하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
선형 모터에 의해 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 토출 밸브 및 흡입 밸브를 개폐시켜 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서,

상기 선형 모터를 구동시키기 위한 전원(101, 102);

상기 토출 밸브의 개방 기간을 검출하기 위한 검출 수단(104, 107); 및

상기 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 소정 기간에는 상기 전원으로부터 상기 선형 모터로 흐르는 전류를 차단하는 전류 제어 수단(108, 109)

을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제17항에 있어서,

상기 전원의 출력 전류는 제어 가능하게 되어 있고,

상기 검출 수단은

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(104); 및

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 토출 밸브의 개방 기간을 판정하는 판정 수단(107)을 포함하며,

상기 선형 컴프레서의 구동 장치는

상기 전원의 출력 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단(103); 및

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 전원의 출력 전류를 지령하는 전류 지령 수단(106)을 더 구비하고,

상기 전류 제어 수단(108, 109)은 상기 판정 수단의 판정 결과에 기초하여, 소정의 기간에는 상기 전원의 출력 전류를 차단하고, 그 이외의 기간에는 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류가 상기 전류 지령 수단에 의해 지령된 전류에 일치하도록 상기 전원의 출력 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제17항에 있어서,

상기 전원의 출력 전압은 제어 가능하게 되어 있고,

상기 검출 수단(123, 127)은

상기 피스톤의 상기 실린더 내에서의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(123); 및

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 토출 밸브의 개방 기간을 판정하는 판정 수단(127)을 포함하며,

상기 선형 컴프레서의 구동 장치는

상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 기초하여, 상기 전원의 출력 전압을 제어하는 전압 제어 수단(125, 126); 및

상기 전원과 상기 선형 모터 사이에 설치된 스위치 수단(122)을 더 구비하고,

상기 전류 제어 수단(128)은 상기 판정 수단의 판정 결과에 기초하여, 소정의 기간에는 상기 스위치 수단을 비도통으로 하고, 그 이외의 기간에는 상기 스위치 수단을 도통시키는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.
제17항에 있어서, 상기 소정의 기간은 상기 토출 밸브의 개방 기간인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서의 구동 장치.