KR100493797B1 - 선형 컴프레서 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 선형 컴프레서 구동 장치(101)는, 선형 컴프레서(100)에 소정의 주파수의 구동 전류를 공급하는 인버터(2)를 구비한 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 공진 주파수 정보에 근거해서, 상기 인버터(2)를 그 출력 전류의 주파수가 공진 주파수로 되도록 제어하는 인버터 제어기(6)를 구비하되, 인버터(2)의 출력 전류 Id의 변화량이 0으로 되는 위상 타이밍에서, 인버터(2)의 출력 전류 Id 및 출력 전압 Vd의 순시값을 측정하여, 이들의 측정값으로부터 피스톤 스트로크를 산출하도록 한 것이다. 이러한 선형 컴프레서 구동 장치(101)에서는, 위치 센서를 이용하지 않고서, 간단한 연산 처리에 의해, 선형 컴프레서의 피스톤의 스트로크와 탑 클리어런스를 정밀도 좋게 검지할 수 있게 된다.

Description

선형 컴프레서 구동 장치{LINEAR COMPRESSOR DRIVE DEVICE}

본 발명은 선형 컴프레서 구동 장치에 관한 것으로, 피스톤을 선형 모터에 의해 왕복 운동시켜 실린더 내부에서 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서를 구동하는 장치에 관한 것이다.

종래부터, 압축 가스를 생성하는 장치로서 기계적인 탄성 부재 또는 기체의 탄성을 이용한 선형 컴프레서가 알려져 있다.

도 7은 종래의 컴프레서를 설명하기 위한 단면도이고, 탄성 부재로서 스프링을 이용한 선형 컴프레서의 구조를 구체적으로 나타내고 있다.

선형 컴프레서(100)는 인접하는 실린더부(71a) 및 모터부(71b)로 이루어지는 통체(71)를 갖고 있다. 이 통체(71)의 실린더부(71a)는 해당 선형 컴프레서의 원통형 실린더를 형성하고 있고, 해당 실린더부(71a) 내에는 피스톤(72)이 해당 실린더의 중심축과 평행한 방향(피스톤 축선 방향)을 따라서 미끄러짐 이동이 자유롭도록 마련되어 있다.

상기 통체(71) 내의 해당 피스톤(72)의 배면(背面) 측에는 피스톤 로드(72a)가 해당 실린더부(71a) 및 모터부(71b)에 걸쳐 배치되어 있고, 해당 피스톤 로드(72a)의 일단은 피스톤(72)에 고정되어 있다. 또한, 이 피스톤 로드(72a)의 타단과, 이것에 대향하는 모터부(71b)의 내벽면(71b1) 사이에는, 피스톤을 지지하는 지지 스프링(공진 스프링)(81)이 배치되어 있다. 여기에서, 이 지지 스프링(81)은 해당 피스톤(72)이 피스톤 중립 위치(피스톤 기준 위치)로부터 변위했을 때 형성하고, 해당 피스톤(72)이 상기 피스톤 기준 위치로 복귀하도록 해당 피스톤(72)에 힘을 가하는 것이다. 또한, 상기 피스톤 중립 위치는 지지 스프링(81)이 변형되지 않는 피스톤 위치이고, 피스톤(72)이 상기 피스톤 중립 위치에 위치하고 있는 상태에서는, 피스톤(72)에 대한 지지 스프링(81)의 부세력(付勢力)은 발생하지 않는다.

또한, 상기 피스톤 로드(72a)의 상기 모터부(71b) 내에 위치하는 부분에는, 마그네트(73)가 장착되어 있고, 상기 모터부(71b) 내벽의 마그네트(73)에 대향하는 부분에는, 외측 요크(74a)와 이것에 매설된 스테이터 코일(stator coil)(74b)로 이루어진 전자석(74)이 장착되어 있다.

그리고, 상기 전자석(74)과 상기 마그네트(73)에 의해 선형 모터(82)가 구성되어 있다. 즉, 상기 선형 컴프레서(100)는 그 선형 모터(82)의 구동력, 요컨대 해당 전자석(74)과 마그네트(73) 사이에서 발생하는 전자력과, 상기 지지 스프링(81)의 탄성력에 의해, 상기 피스톤(72)이 그 축선 방향을 따라 왕복 운동하는 것이다.

한편, 상기 통체(71) 내의 실린더 헤드 측에는, 실린더 상부 내면(75), 피스톤 압축면(72b) 및 실린더 내주 벽면(77)에 의해 둘러싸인 밀폐 공간인 압축실(76)이 형성되어 있다. 실린더 상부 내면(75)에는, 상기 압축실(76)에 저압 냉매 가스를 흡입하기 위한 냉매 흡입관(1a)의 일단이 개구되어 있고, 또한 상기 실린더 상부 내면(75)에는, 상기 압축실(76)로부터 고압 냉매 가스를 토출하기 위한 냉매 토출관(1b)의 일단이 개구되어 있다. 상기 냉매 흡입관(1a) 및 냉매 토출관(1b)에는 냉매 가스의 역류를 방지하는 흡입 밸브(79) 및 토출 밸브(80)가 장착되어 있다.

이와 같은 구조를 갖는 선형 컴프레서(100)에서는, 모터 드라이버(도시하지 않음)로부터 선형 모터(82)로의 구동 전류의 단속적(斷續的)인 통전에 의해, 피스톤(72)이 그 축선 방향으로 왕복 이동하고, 압축실(76)로의 저압 냉매 가스의 흡입, 압축실(76)에서의 냉매 가스의 압축 및 압축된 고압 냉매 가스의 압축실(76)로부터의 배출이 반복해서 행해진다.

그런데, 상기와 같은 선형 컴프레서(100)에서는, 상기 선형 모터(82)에 인가하는 전류 또는 전압을 일정한 값으로 유지하고 있어도, 선형 컴프레서(100)에 걸리는 부하의 상태가 변화하면, 피스톤(72)의 스트로크가 변화한다. 이 때문에, 특히, 상기 선형 컴프레서(100)를 이용한 냉동 압축기에서는, 변화하는 환경 온도에 따른 냉매 유량의 제어에 의해, 냉동 사이클의 열역학 효율이 크게 개선되기 때문에, 냉매 유량을 결정하는 피스톤(72)의 스트로크를 검지하는 수단(피스톤 스트로크 검지 수단)이 필요하게 된다.

또한, 선형 컴프레서(100)에서는, 구조 상, 피스톤 선단부가 실린더 상면에 충돌할 위험성이 있다.

즉, 피스톤(72)은 상기 선형 모터(82)의 구동력이나 상기 지지 스프링(81)의 탄성력뿐만 아니라, 압축실(76) 내부의 냉매 가스의 압력과 피스톤(72)의 배면 압력의 차압에 의한 힘을 받고, 피스톤(72)의 왕복 이동의 중심 위치(이하, 피스톤 진폭 중심 위치라고도 함)가, 상기 차압이 0일 때의 피스톤 진폭 중심 위치, 즉, 지지 스프링이 변형되지 않을 때의 피스톤 위치(피스톤 중립 위치)에 대하여 오프셋된다. 이 때문에, 부하 상태의 변화에 의해 피스톤(72)에 작용하는 압축실(76)의 내부 압력이 증감하면, 피스톤(72)의 스트로크뿐만 아니라 피스톤(72)의 왕복 이동의 중심 위치가 변화한다.

그리고, 피스톤과 실린더의 충돌을 회피하기 위해서는, 상기 스트로크 검지 수단뿐만 아니라, 피스톤 선단부와 실린더 헤드 내면 사이의 거리를 검지하는 위치 검지 수단이 반드시 필요하다. 예컨대, 충돌 회피 수단을 갖지 않은 선형 컴프레서에서는, 피스톤 선단부가 실린더 헤드 내면에 장착되어, 불결한 잡음이 발생하거나, 피스톤 또는 실린더가 손상되거나 하는 경우가 있다.

상기와 같은 위치 검출 수단으로서는, 선형 컴프레서(100)에 있어서의 피스톤 등의 가동 부재와 비접촉으로, 피스톤 중립 위치 등의 피스톤 기준 위치에 대한 피스톤의 변위 정도(피스톤 변위량)를 검출할 수 있는 센서, 예컨대, 과전류 방식을 이용한 변위계, 차동 트랜스를 이용한 변위계 등이 이용된다.

그렇지만, 이와 같은 센서를 이용하면, 선형 컴프레서(100)의 제조 비용이 증대할 뿐만 아니라, 센서를 장착할 공간이 필요하게 되어, 선형 컴프레서(100)의 통체(71)가 커지게 된다. 또한, 이와 같은 센서는 선형 컴프레서(100) 내부에서 고온 또는 고압의 가스에 노출된 상태로 사용되기 때문에, 센서 자체의 신뢰성의 문제, 환언하면, 이와 같은 센서로는, 고온 고압의 분위기 하에서 신뢰성 있게 사용할 수 있는 것이 요구된다는 문제도 생긴다.

그래서, 피스톤(72)의 위치를 검출하는 방법으로서, 피스톤의 위치 검출을 선형 컴프레서(100) 내부에 배치되는 위치 센서에 의해 행한다는 방법이 아니라, 선형 컴프레서(100)에 공급되는 선형 모터의 구동 전류 및 구동 전압을 직접 측정하고, 그 측정값에 근거해서 피스톤(72)의 위치를 도출하는 수법이 제안되고 있다(일본 특허 공표 평성 제8-508558호 공보 참조).

이하, 이 공보에 기재된, 선형 컴프레서에 이용되는 피스톤 위치 검지 방법에 대하여 설명한다.

도 8은 선형 컴프레서의 피스톤을 구동하는 선형 모터의 등가 회로를 나타내는 도면이다.

도면 중, L은 선형 모터를 구성하는 권선의 등가 인덕턴스 [H]이고, R은 해당 권선의 등가 저항 [Ω]이다. 또한, V는 선형 모터에 인가되는 순시 전압 [V]이고, I는 선형 컴프레서에 인가되는 전류 [A]이다. α×v는 선형 모터의 구동에 의해 생기는 유도 기전력 [V]이고, α는 선형 모터의 추진력 정수 [N/A], v는 선형 모터의 순시 속도 [m/s]이다.

여기서, 선형 모터의 추진력 정수 α는 선형 모터에 단위 전류 [A]를 흘렸을 때에 생기는 힘 [N]을 나타내고 있다. 또한, 추진력 정수 α의 단위는 [N/A]에 의해 표시하고 있지만, 이 단위는 [Wb/m], [V·s/m]과 동등하다.

도 8에 나타내는 등가 회로는 키르히호프 법칙(Kirchhoff's law)으로부터 도출되는 것이고, 이 등가 회로로부터 선형 모터의 순시 속도 v[m/s]가 구해진다.

즉, 선형 모터의 구동 상태에서는 선형 모터에 대한 인가 전압(V)은 선형 모터의 권선의 등가 저항에 의한 강하 전압 (I×R)[V]와, 해당 권선의 등가 인덕턴스에 의한 강하 전압(L·dI/dt)[V]와, 선형 모터의 구동에 의해 생기는 유도 기전압(α×v)[V]의 합과 조합하는 것에 의해, 하기의 수학식 1이 성립한다.

상기 수학식 1에서 이용하고 있는 계수 α[N/A], R[Ω], L[H]는 모터 고유의 정수이고, 기지의 값으로 되어 있다. 따라서, 이들 정수와, 측정된 인가 전압 V[V] 및 인가 전류 I[A]로부터, 수학식 1에 근거해서, 순시 속도 v[m/s]가 구해진다.

또한, 피스톤 변위량(부정의 기준 위치로부터 피스톤까지의 거리) x[m]는, 하기의 수학식 2에 나타내는 바와 같이, 순시 속도 v[m/s]의 시간 적분에 의해 구해진다. 또, 수학식 2에 있어서의 정수 Const.는 적분 개시 시의 피스톤 변위량이다.

이와 같이, 상기 공보에 기재된 피스톤 위치 검지 방법에서는, 선형 모터에 대한 인가 전압의 측정값 V 및 인가 전류의 측정값 I에 대하여, 상기 수학식 1에 근거해 미분 처리를 포함하는 연산 처리를 실시하여, 피스톤의 순시 속도 v를 구하고, 또한 이 순시 속도 v에 대하여, 상기 수학식 2에 근거한 적분 처리를 포함하는 연산 처리를 실시해서 피스톤 변위량 x를 산출할 수 있다.

단, 이와 같이 상기 수학식 1 및 2에 근거하는 연산에 의해 얻어지는 피스톤 변위량 x는 피스톤 축선 상의 어느 위치를 기준으로 하는 변위량이고, 이 변위량 x로부터 직접 실린더 헤드로부터 피스톤 상사점(上死點) 위치까지의 거리를 구할 수는 없다.

즉, 선형 컴프레서(100)에 부가가 걸리고 있는 상태에서는, 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치(피스톤 진폭 중심 위치)는 냉매 가스의 압력에 의해, 피스톤 중립 위치(즉, 압축실 내의 압력이 배면 압력과 같은 경우의 피스톤 진폭 중심 위치)에 대하여 오프셋되는 것으로 되고, 피스톤은 오프셋된 피스톤 진폭 중심 위치를 중심으로 해서 왕복 이동하는 것으로 된다. 환언하면, 수학식 2에 의해 얻어지는 피스톤 변위량 x는 평균 성분을 포함하는 것으로 된다.

그렇지만, 실제의 아날로그 적분기 또는 디지털 적분기는 모두 정수 또는 DC 입력에 대하여 완전한 응답 신호를 출력하는 이상적인 적분 처리를 행하는 것이 아니라, DC 입력에 대한 응답을 제한한 것으로 되기 때문에, 실제 적분기에서는, 상기 피스톤 변위량 x에 대하여 그 평균 성분을 반영한 적분 연산 처리를 실시할 수는 없다. 또, 이와 같이 실제의 적분기의 DC 응답을 제한하는 것은 입력 신호에서 피할 수 없는 DC 성분에 의해 그 출력이 포화하는 것을 회피하기 위함이다.

그 결과, 실제의 적분기에 의한 상기 수학식 2에 근거하는 적분 처리에 의해 구해지는 피스톤 변위량 x[m]는 이 변위량으로부터 피스톤과 실린더 헤드 사이의 실제 거리를 직접 구할 수 있는 것이 아니라, 단지, 피스톤 축선 상의 어느 지점을 기준으로 한 피스톤 위치를 나타내는 것이다.

이 때문에, 수학식 2로부터 얻어지는 피스톤 변위량 x[m]는 피스톤 진폭 중심 위치에 대한 피스톤 위치를 나타내는 피스톤 변위량 x'로 변환되고, 또한 이 변환된 피스톤 변위량 x'를 이용해서, 피스톤 진동 중심 위치를 나타내는, 실린더 헤드를 기준으로 하는 피스톤 변위량 x"을 구하는 연산 처리가 행해진다.

이하, 이들 연산 처리에 대해서 상세하게 설명한다.

도 9는 상기 실린더 내에서의 피스톤 위치를 모식적으로 나타내는 도면이다.

먼저, 도 9에 나타내는 세 개의 좌표계, 즉, 제 1 좌표계 X, 제 2 좌표계 X', 제 3 좌표계 X"에 대하여 간단히 설명한다.

제 1 좌표계 X는 상기 피스톤 변위량 x를 나타내는 좌표계이고, 피스톤 축선 상의 어느 지점 Paru를 원점(x=0)으로 하고 있다. 따라서, 변위량 x의 절대값은 상기 지점 Paru으로부터 피스톤 선단 위치 P까지의 거리를 나타낸다.

제 2 좌표계 X'는 상기 피스톤 변위량 x'를 나타내는 좌표계이고, 피스톤 진폭 중심 위치 Pav를 원점(x'=0)으로 하고 있다. 따라서, 변위량 x'의 절대값은 해당 진동 중심 위치 Pav로부터 피스톤 선단 위치 P까지의 거리를 나타낸다.

제 3 좌표계 X"는 상기 피스톤 변위량 x"를 나타내는 좌표계이며, 피스톤 축선 상의 실린더 헤드 위치 Psh를 원점(x"=0)으로 하고 있다. 따라서, 변위량 x"의 절대값은 실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 선단 위치 P까지의 거리를 나타낸다.

다음에, 피스톤 변위량 x"을 구하는 연산에 대하여 설명한다.

피스톤이 실린더 헤드(75)에 가장 가까이 갔을 때의 피스톤 위치(피스톤 상사점 위치) Ptd는 상기 제 1 좌표계 X 상에서는 변위량 xtd로 나타내고, 피스톤이 실린더 헤드로부터 가장 멀어졌을 때의 피스톤 위치(피스톤 하사점 위치) Pbd는 상기 제 1 좌표계 X 상에서는 변위량 xtd로 나타낸다. 그리고, 상기 제 1 좌표계 X 상에서의 피스톤 상사점 위치 Ptd에 상당하는 변위량 xtd와, 상기 제 1 좌표계 X 상에서의 피스톤 하사점 위치 Pbd에 상당하는 변위량 xbd의 차이로부터, 피스톤 스트로크 Lps[m]가 구해진다.

또한, 피스톤이 왕복 이동하고 있는 상태에서의 피스톤 진폭 중심 위치 Pav는 피스톤이 실린더 헤드에 가장 가까이 갔을 때의 피스톤 위치(피스톤 상사점 위치) Ptd의 변위량 xtd로부터, 피스톤 스트로크 Lps[m]의 절반의 길이(Lps/2)만큼 실린더 헤드로부터 멀어진 위치이다. 따라서, 피스톤 진폭 중심 위치 Pav는 상기 제 1 좌표계 X 상에서는, 변위량 xav(=(xbd-xtd)/2)로 나타낸다.

또한, 수학식 2의 정수 Const.를 0으로 하는 것에 의해, 피스톤 진폭 중심 위치 Pav를 기준(원점)으로 하고, 바꿔 말하면, 제 2 좌표계 X' 상에서, 피스톤 위치 P를 피스톤 변위량 x'[m]에 의해 나타내는 새로운 함수가 도출된다.

계속해서, 실린더 헤드 위치 Psh를 원점으로 하는 제 3 좌표계 X"에서, 피스톤 진폭 중심 위치를 나타내는 피스톤 변위량 x"를 구하는 방법에 대해서 설명한다.

선형 컴프레서(100)가 냉매 가스를 흡입하고 있는 상태(흡입 상태)에서는, 즉, 흡입 밸브가 열려 있는 상태에서는, 압축실 내부의 압력과 피스톤 배면의 압력은 모두 냉매의 흡입 압력으로 되어 같게 된다. 이것은, 흡입 밸브가 열린 상태에서는, 선형 컴프레서(100)가 차분압을 0으로 하는 구조로 되어있기 때문이다. 이 상태에서 냉매 가스의 압력이 피스톤에 작용하는 힘을 무시할 수 있다. 즉, 이 상태에서는, 피스톤에 작용하는 힘은 지지 스프링(81)이 휘는 것에 의해 발생하는 스프링의 반발력과, 선형 모터에 전류를 흘리는 것에 의해 발생하는 전자력뿐이다. 뉴턴의 역학 운동 법칙으로부터, 이들 힘의 합은, 운동을 행하고 있는 가동 부재의 전체 질량과 그 가속도의 곱과 같게 된다.

따라서, 이 상태에서는, 가동 부재에 관한 운동 방정식으로서 하기의 수학식 3이 성립한다.

수학식 3에 있어서, m은 왕복 운동을 하고 있는 가동 부재의 전체 질량[kg], a는 해당 가동 부재의 순시 가속도[m/s/s], k는 선형 컴프레서에 내장되어 있는 지지 스프링의 스프링 정수[N/m]이다. 또한, xav"는 상술한 피스톤 진폭 중심 위치를 나타내는 제 3 좌표계 X"에서의 변위량이며, 이 변위량 xav"는 그 절대값이 실린더 헤드 위치 Psh에서 피스톤 진동 중심 위치 Pav까지의 거리를 나타내는 것이다. 또한, xini"는 피스톤 중립 위치 Pini를 나타내는 제 3 좌표계 X"에서의 변위량이며, 이 변위량 xini"는 그 절대값이 상기 피스톤 중립 위치(해당 지지 스프링이 변형되지 않은 상태에서의 피스톤 위치) Pini와 실린더 헤드 위치 Psh 사이의 거리 [m]를 나타내는 것이다.

여기서, 순시 가속도 a[m/s/s]는 수학식 1로 표시되는 순시 속도 v[m/s]를 미분함으로써, 하기의 수학식 4에 도시하는 바와 같이 구할 수 있다.

또한, 피스톤 진폭 중심 위치 Pav로부터의 피스톤 선단 위치 P까지의 거리를 나타내는, 제 2 좌표계 X'의 변위량 x'[m]는 수학식 2의 정수 Const.를 0으로 하는 것에 의해 구할 수 있다.

또한, 가동 부재의 전체 질량 m[kg], 지지 스프링의 스프링 정수 k[N/m], 실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 중립 위치 Pini까지의 거리를 나타내는, 제 3 좌표계 X"의 변위량 xini"[m]는 기지의 값이며, 구동 전류 I는 측정값을 이용할 수 있다.

따라서, 수학식 3을 이용하여, 실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 진폭 중심 위치 Pav까지의 거리를 나타내는 제 3 좌표계 X"의 변위량 xav"을 산출할 수 있다.

또한, 피스톤의 상사점 위치(피스톤이 실린더 헤드에 가장 근접하는 위치) Ptd를 나타내는, 제 3 좌표계 X"의 변위량 xtd"[m]는 상기 수학식 3에 의해 구한 제 3 좌표계 X"의 변위량 xav"(실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 진폭 중심 위치 Pav까지의 거리)로부터, 이미 구한 피스톤 스트로크 길이 Lps[m]의 절반(Lps/2)의 거리만큼 실린더 헤드 측으로 멀어진 위치의 변위량으로서 구해진다.

이와 같이 하여, 선형 컴프레서에 인가되는 전류 I 및 전압 V로부터 피스톤의 스트로크 길이 Lps[m]와, 피스톤 상사점 위치 Ptd를 실린더 헤드 위치 Psh로부터의 거리로서 나타내는 제 3 좌표계 X"의 변위량 xtd"[m]가 산출된다.

그러나, 상술한 종래의 선형 컴프레서(100)의 피스톤 위치 검지 방법에서는, 피스톤 진폭 중심 위치 Pav를 기준으로 해서 피스톤 위치 P를 상대적으로 나타내는 피스톤 변위량 x'를, 적분기와 미분기를 이용하여 산출하기 때문에, 높은 정밀도로 피스톤 위치를 검지하는 것을 바랄 수는 없다. 즉, 실제의 적분기나 미분기는, 아날로그 회로에 의해 구성하면, 부품의 편차나 온도에 의한 특성의 변화 등의 원인에 의해, 디지털 회로에 의해 구성하면, 샘플 홀드에서의 정보의 결핍 등의 원인에 의해, 이상적인 동작을 기대할 수 없는 것이다.

또한, 선형 컴프레서의 피스톤 위치 검지를 행하기 위한 회로를, 디지털 회로에 의해 구성한 경우, 위치 검지 정밀도를 향상시키기 위해서, 선형 컴프레서에 인가되는 전류 I 및 전압 V의 측정 주기를 단축하는 것도 생각할 수 있지만, 측정 주기를 짧게 하면, 그에 따라서 상기 계산 주기가 짧게 되어, 디지털 회로에서의 연산 부하가 증대하게 된다. 따라서, 측정 주기를 단축한 경우에는, 디지털 연산 회로를 구성하는 마이크로 컴퓨터의 성능을 높일 필요가 발생한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 선형 컴프레서의 구동 전류 및 구동 전압의 측정값에 근거해서, 이들 측정값을 이용한 연산 처리의 부하를 증대시키는 일없이, 높은 정밀도로 피스톤의 위치 검지를 행할 수 있는 선형 컴프레서 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 선형 컴프레서 구동 장치를 설명하기 위한 블럭도,

도 2는 상기 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서의 인버터의 구체적인 회로 구성을 도시하는 도면으로서, 도 2(a)는 전압형 풀 브리지 인버터, 도 2(b)는 전류형 풀 브리지 인버터, 도 2(c) 및 도 2(d)는 전압형 하프 브리지 인버터를 나타내는 도면,

도 3은 상기 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치에 의해 구동되는 선형 컴프레서의 공진 운전 상태에 있어서의, 구동 전류의 위상에 대한 피스톤 변위량, 피스톤 속도, 피스톤 가속도의 위상을 도시하는 도면,

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 선형 컴프레서의 구동 장치를 설명하기 위한 블럭도,

도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 선형 컴프레서의 구동 장치를 설명하기 위한 블럭도,

도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 선형 컴프레서의 구동 장치를 설명하기 위한 블럭도,

도 7은 일반적인 선형 컴프레서를 설명하기 위한 단면도,

도 8은 상기 선형 컴프레서를 구성하는 선형 모터의 등가 회로를 도시하는 도면,

도 9는 상기 선형 컴프레서의 실린더 내에서의 피스톤 위치를 모식적으로 도시하는 도면,

도 10은 상기 실시예 3, 4의 선형 컴프레서 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명(청구항 1)에 따른 선형 컴프레서 구동 장치는 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 선형 모터를 갖고, 해당 피스톤의 왕복 운동에 의해 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서를, 해당 선형 모터에 교류 전압을 인가하여 구동하는 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 모터에 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터와, 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수를 나타내는 공진 주파수 정보를 출력하는 공진 주파수 정보 출력 수단과, 상기 인버터의 출력 전압을 검출하여 전압 검출 신호를 출력하는 전압 검출 수단과, 상기 인버터의 출력 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 출력하는 전류 검출 수단과, 상기 공진 주파수 정보에 근거해서, 상기 인버터를, 그 출력 전압 및 출력 전류로서 각각 주파수가 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수와 일치한 정현파 형상 전압 및 정현파 형상 전류를 출력하도록 제어하는 인버터 제어기와, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 타이밍 검지 수단과, 상기 전압 검출 신호 및 상기 전류 검출 신호를 수신하여, 상기 특정 위상 타이밍에 있어서의, 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 각 순시값에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 피스톤 속도 산출 수단을 구비한 것이다.

본 발명(청구항 2)은, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 타이밍 검지 수단은, 상기 전류 검출 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 진폭이 최대로 되는 위상 타이밍을, 상기 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 3)은, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 타이밍 검지 수단은, 상기 전류 검출 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 교류 전류의 위상이 90° 및 270° 중 적어도 한쪽의 위상으로 되는 위상 타이밍을, 상기 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 4)은, 청구항 3 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터에 해당 인버터를 구동 제어하는 인버터 구동 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기를 구비하고, 상기 타이밍 검지 수단을, 상기 인버터 구동 제어 신호의 위상에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 검지하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 5)은, 청구항 4 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 타이밍 검지 수단은, 상기 인버터의 출력 전류의 위상에 대한, 상기 인버터 구동 제어 신호 위상의 위상 오차량을 검출하는 위상 오차량 검출기를 갖고, 해당 위상 오차량이 0으로 되도록 그 위상이 보정된 인버터 구동 제어 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 검지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 6)은, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단은, 상기 선형 모터의 온도 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수에 대하여 온도 보정 처리를 실시하고, 해당 온도 보정 처리를 실시한 추진력 정수와, 상기 순시 전류값, 순시 전압값 및 해당 선형 모터의 내부 저항값에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 7)은, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단은 상기 선형 모터의 온도 변화에 의해 그 값이 변동하는 내부 저항값에 대하여 온도 보정 처리를 실시하고, 해당 온도 보정 처리를 실시한 내부 저항값과, 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류 각각의 순시값과, 상기 선형 모터의 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 8)은, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단은 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 속도 산출 처리를 반복해서 실행하고, 해당 반복되는 각 속도 산출 처리에서는, 상기 선형 모터의 해당 피스톤 속도의 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수의 값을, 전회의 속도 산출 처리에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서 보정하고, 보정한 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 9)은, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 따라서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 변위의 최대 진폭을 나타내는 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 스트로크 정보 산출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 10)은, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 11)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단과, 상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 12)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단과, 상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 13)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 출력하는 상사점 위치 정보 검출 센서와, 상기 상사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 14)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 출력하는 상사점 위치 정보 검출 센서와, 상기 상사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 15)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 출력하는 하사점 위치 정보 검출 센서와, 상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 16)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 출력하는 하사점 위치 정보 검출 센서와, 상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 17)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터의 출력 전류에 근거해서 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 중심 위치 정보 산출 수단과, 상기 중심 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 18)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터의 출력 전류에 근거해서 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 중심 위치 정보 산출 수단과, 상기 중심 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 19)은, 청구항 10 내지 12 중 어느 하나에 기재한 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서, 상기 선형 컴프레서는, 상기 피스톤이 그 중립 위치로부터 변위했을 때에, 해당 피스톤이 그 중립 위치로 되돌아가도록 해당 피스톤에 힘을 가하는 탄성 부재를 갖는 것으로, 상기 하사점 위치 정보 산출 수단은, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭과, 상기 선형 컴프레서에 있어서의, 상기 피스톤 왕복 운동을 행하는 가동부의 중량과, 상기 탄성 부재의 스프링 정수로부터, 상기 하사점 위치 정보로서, 상기 피스톤 중립 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 하사점 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 20)은, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 스트로크 산출 수단은, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서 상기 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 산출 처리를 반복해서 실행하고, 해당 반복되는 개개의 산출 처리에서는, 상기 선형 모터의, 해당 피스톤 위치의 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수의 값을, 해당 전회의 산출 처리에 의해 산출된 피스톤 스트로크 정보에 근거해서 보정하고, 보정한 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 21)에 따른 선형 컴프레서 구동 장치는, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 선형 모터를 갖고, 해당 피스톤의 왕복 운동에 의해 압축 가스를 발생하는 선형 컴프레서를, 해당 선형 모터에 교류 전압을 인가하여 구동하는 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 모터에 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터와, 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수를 나타내는 공진 주파수 정보를 출력하는 공진 주파수 정보 출력 수단과, 상기 인버터의 출력 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 출력하는 전류 검출 수단과, 상기 공진 주파수 정보에 근거해서, 상기 인버터를, 그 출력 전압 및 출력 전류로서 각각 주파수가 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수와 일치한 정현파 형상 전압 및 정현파 형상 전류를 출력하도록 제어하는 인버터 제어기와, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 타이밍 검지 수단과, 상기 특정 위상 타이밍에 있어서의, 상기 인버터의 출력 전류의 순시값에 근거해서, 상기 선형 컴프레서가 토출하는 냉매 가스의 압력과 상기 선형 컴프레서가 흡입하는 냉매 가스의 압력의 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 피스톤 중심 위치 산출 수단을 구비한 것이다.

본 발명(청구항 22)은, 청구항 21 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 컴프레서는, 상기 피스톤이 그 중립 위치로부터 변위했을 때에, 해당 피스톤이 그 중립 위치로 되돌아가도록 해당 피스톤에 힘을 가하는 탄성 부재를 갖는 것이고, 상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 인버터의 출력 전류의 최대 진폭값과, 상기 선형 모터의 추진력 정수와, 상기 탄성 부재의 스프링 정수로부터, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 피스톤 중립 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 23)은, 청구항 21 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 컴프레서가 토출하는 냉매 가스의 압력을 검지하는 토출 압력 검지 수단과, 상기 선형 컴프레서가 흡입하는 냉매 가스의 압력을 검지하는 흡입 압력 검지 수단을 구비하고, 상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 토출 압력과 상기 흡입 압력의 압력차에 근거해서 상기 냉매 가스로부터 상기 피스톤에 작용하는, 상기 피스톤 왕복 운동의 방향에 있어서의 작용력을 산출하고, 해당 산출된 작용력에 근거해서, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명(청구항 24)은, 청구항 23 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 토출 압력과 상기 흡입 압력의 압력차와, 상기 공진 주파수 정보가 나타내는 공진 주파수에 근거해서, 냉매 가스로부터 피스톤에 작용하는, 상기 피스톤 왕복 운동 방향에서의 작용력을 산출하여, 해당 산출된 작용력으로부터, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명(청구항 1)에 따른 선형 컴프레서의 구동 장치에 의하면, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 선형 모터를 갖고, 해당 피스톤의 왕복 운동에 의해 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서를, 해당 선형 모터에 교류 전압을 인가하여 구동하는 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 모터에 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터와, 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수를 나타내는 공진 주파수 정보를 출력하는 공진 주파수 정보 출력 수단과, 상기 인버터의 출력 전압을 검출하여 전압 검출 신호를 출력하는 전압 검출 수단과, 상기 인버터의 출력 전류를 검출하는 전류 검출 신호를 출력하는 전류 검출 수단과, 상기 공진 주파수 정보에 근거해서, 상기 인버터를, 그 출력 전압 및 출력 전류로서 각각, 주파수가 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수와 일치한 정현파 형상 전압 및 정현파 형상 전류를 출력하도록 제어하는 인버터 제어기와, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 타이밍 검지 수단과, 상기 전압 검출 신호 및 상기 전류 검출 신호를 수신하여, 상기 특정 위상 타이밍에 있어서의, 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류 각각의 순시값에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 피스톤 속도 산출 수단을 구비했으므로, 선형 컴프레서의 구동 전류 및 구동 전압에 근거해서, 적분 연산이나 미분 연산과 같은 복잡한 계산을 이용하지 않고서, 피스톤의 변위를 용이하게 또한 정밀도 좋게 구할 수 있다고 하는 효과가 있다.

본 발명(청구항 2)에 따르면, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 타이밍 검지 수단은, 상기 전류 검출 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 진폭이 최대로 되는 위상 타이밍을, 상기 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 것을 특징으로 하므로, 선형 컴프레서의 구동 전류와 구동 전압으로부터 피스톤 속도를 산출하는 계산식에 있어서의, 구동 전류의 미분값을 포함하는 항을 0으로 해서 삭제할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 3)에 따르면, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 타이밍 검지 수단은, 상기 전류 검출 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 교류 전류의 위상이, 90° 및 270°중 적어도 한쪽의 위상으로 되는 위상 타이밍을, 상기 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 것을 특징으로 하므로, 선형 컴프레서의 구동 전류와 구동 전압으로부터 피스톤 속도를 산출하는 계산식에 있어서의, 구동 전류의 미분값을 포함하는 항을 0으로서 삭제할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 4)에 따르면, 청구항 3 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터에 해당 인버터를 구동 제어하는 인버터 구동 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기를 구비하고, 상기 타이밍 검지 수단을, 상기 인버터 구동 제어 신호의 위상에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 검지하는 것으로 한 것을 특징으로 하므로, 선형 컴프레서의 구동 전류와 구동 전압으로부터 피스톤 속도를 산출하는 계산식에 있어서의, 구동 전류의 미분값을 포함하는 항을 삭제할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 5)에 따르면, 청구항 4 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 타이밍 검지 수단은, 상기 인버터의 출력 전류의 위상에 대한, 상기 인버터 구동 제어 신호의 위상의 위상 오차량을 검출하는 위상 오차량 검출기를 갖고, 해당 위상 오차량이 0으로 되도록 그 위상이 보정된 인버터 구동 제어 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 검지하는 것을 특징으로 하므로, 인버터 구동 제어 신호에 근거해서, 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 6)에 따르면, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단은, 상기 선형 모터의 온도 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수에 대해서 온도 보정 처리를 실시하고, 해당 온도 보정 처리를 실시한 추진력 정수와, 상기 순시 전류값, 순시 전압값 및 해당 선형 모터의 내부 저항값에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것을 특징으로 하므로, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을, 선형 컴프레서의 온도 변화에 의한 선형 모터의 추진력 정수의 변동에 관계없이, 항상 정밀도 좋게 검출할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 7)에 따르면, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단은, 상기 선형 모터의, 온도 변화에 의해 그 값이 변동하는 내부 저항값에 대하여 온도 보정 처리를 실시하고, 해당 온도 보정 처리를 실시한 내부 저항값과, 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류 각각의 순시값과, 상기 선형 모터의 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것을 특징으로 하므로, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을, 선형 컴프레서의 온도 변화에 의한 선형 모터의 내부 저항값의 변동에 관계없이, 항상 정밀도 좋게 검출할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 8)에 따르면, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단은, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 속도 산출 처리를 반복하여 실행하고, 해당 반복되는 각각의 속도 산출 처리에서는, 상기 선형 모터의, 해당 피스톤 속도의 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수의 값을, 전회의 속도 산출 처리에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서 보정하고, 보정한 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것을 특징으로 하므로, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을, 피스톤 속도의 변동에 따른 선형 모터의 추진력 정수의 변동에 관계없이, 항상 정밀도 좋게 검출할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 9)에 따르면, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 변위의 최대 진폭을 나타내는 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 스트로크 정보 산출 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해서, 선형 컴프레서의 구동 능력을 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 10)에 따르면, 청구항 1 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 피스톤 하사점 위치 정보에 의해 공진 스프링의 휨량을 파악할 수 있다. 이에 따라, 이 공진 스프링의 휨량에 근거해서, 해당 공진 스프링이 파괴 한계 이상으로 변형되지 않도록 선형 컴프레서의 구동 제어를 행하는 것도 가능해진다.

본 발명(청구항 11)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단과, 상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 해당 피스톤 중심 위치 정보에 근거해서, 피스톤 진동 중심 위치가 선형 모터의 최대 효율을 달성할 수 있는 위치에 일치하도록, 선형 컴프레서를 제어하는 것이 가능해져, 선형 컴프레서 구동 효율의 향상을 한층 도모할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 12)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단과, 상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 해당 상사점 위치 정보에 근거해서, 피스톤과 실린더 헤드의 충돌 가능성을 높은 정밀도로 판정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 13)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 출력하는 상사점 위치 정보 검출 센서와, 상기 상사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 간단한 센서 하나를 이용함으로써, 선형 컴프레서를, 피스톤 진동 중심 위치가 선형 모터의 최대 효율을 달성할 수 있는 위치에 일치하도록, 제어하는 것이 가능해져, 선형 컴프레서 구동 효율의 향상을 한층 도모할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 14)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 출력하는 상사점 위치 정보 검출 센서와, 상기 상사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 간단한 센서 하나를 이용함으로써, 해당 피스톤 하사점 위치 정보에 근거해서, 공진 스프링이 파괴 한계 이상으로 변형되지 않도록 선형 컴프레서의 구동 제어를 행하는 것도 가능해진다.

본 발명(청구항 15)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 출력하는 하사점 위치 정보 검출 센서와, 상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 간단한 센서 하나를 이용함으로써, 피스톤 진동 중심 위치가 선형 모터의 최대 효율을 달성할 수 있는 위치에 일치하도록, 선형 컴프레서를 제어하는 것이 가능해져, 선형 컴프레서 구동 효율의 향상을 한층 도모할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 16)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 출력하는 하사점 위치 정보 검출 센서와, 상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 간단한 센서 하나를 이용함으로써 상기 상사점 위치 정보에 근거해서, 피스톤과 실린더 헤드의 충돌 위험도를 판정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 17)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터의 출력 전류에 근거해서 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 중심 위치 정보 산출 수단과, 상기 중심 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 해당 상사점 위치 정보에 근거해서, 피스톤과 실린더 헤드의 충돌 가능성을 높은 정밀도로 판정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 18)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 인버터의 출력 전류에 근거해서 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 중심 위치 정보 산출 수단과, 상기 중심 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하므로, 해당 피스톤 하사점 위치 정보에 근거해서, 공진 스프링이 파괴 한계 이상으로 압축되지 않도록 선형 컴프레서의 구동 제어를 행하는 것도 가능해진다.

본 발명(청구항 19)에 따르면, 청구항 10 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 선형 컴프레서의 구동 장치에 있어서, 상기 선형 컴프레서는, 상기 피스톤이 그 중립 위치로부터 변위했을 때, 해당 피스톤이 그 중립 위치로 되돌아가도록 해당 피스톤에 힘을 가하는 탄성 부재를 갖는 것이고, 상기 하사점 위치 정보 산출 수단은 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭과, 상기 선형 컴프레서에 있어서의 상기 피스톤 왕복 운동을 행하는 가동부의 중량과, 상기 탄성 부재의 스프링 정수로부터, 상기 하사점 위치 정보로서, 상기 피스톤 중립 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 하사점 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하므로, 피스톤 하사점 위치 정보에 의해 공진 스프링의 휨량을 파악할 수 있다. 이에 따라, 이 공진 스프링의 휨량에 근거해서, 해당 공진 스프링이 파괴 한계 이상으로 변형되지 않도록 하는 선형 컴프레서의 구동 제어를 간단히 실행하는 것이 가능해진다.

본 발명(청구항 20)에 따르면, 청구항 9 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 피스톤 스트로크 산출 수단은, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서 상기 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 산출 처리를 반복하여 실행하고, 해당 반복되는 개개의 산출 처리에서는, 상기 선형 모터의 해당 피스톤 위치의 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수의 값을, 해당 전회의 산출 처리에 의해 산출된 피스톤 스트로크 정보에 근거해서 보정하고, 보정한 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 것이므로, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을, 피스톤 위치의 변동에 따른 선형 모터의 추진력 정수의 변동에 관계없이, 항상 정밀도 좋게 검출할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 21)에 따른 선형 컴프레서 구동 장치에 의하면, 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 선형 모터를 갖고, 해당 피스톤의 왕복 운동에 의해 압축 가스를 발생하는 선형 컴프레서를, 해당 선형 모터에 교류 전압을 인가하여 구동하는 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 모터에 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터와, 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수를 나타내는 공진 주파수 정보를 출력하는 공진 주파수 정보 출력 수단과, 상기 인버터의 출력 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 출력하는 전류 검출 수단과, 상기 공진 주파수 정보에 근거해서, 상기 인버터를, 그 출력 전압 및 출력 전류로서 각각, 주파수가 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수와 일치한 정현파 형상 전압 및 정현파 형상 전류를 출력하도록 제어하는 인버터 제어기와, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 타이밍 검지 수단과, 상기 특정 위상 타이밍에 있어서의, 상기 인버터의 출력 전류의 순시값에 근거해서, 상기 선형 컴프레서가 토출하는 냉매 가스의 압력과 상기 선형 컴프레서가 흡입하는 냉매 가스의 압력과의 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 피스톤 중심 위치 산출 수단을 구비했으므로, 해당 피스톤 중심 위치 정보에 근거해서, 피스톤 진동 중심 위치가 선형 모터의 최대 효율을 달성할 수 있는 위치에 일치하도록, 선형 컴프레서를 제어하는 것이 가능해져, 선형 컴프레서 구동 효율의 향상을 한층 도모할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 22)에 따르면, 청구항 21 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 컴프레서는, 상기 피스톤이 그 중립 위치로부터 변위했을 때, 해당 피스톤이 그 중립 위치로 되돌아가도록 해당 피스톤에 힘을 가하는 탄성 부재를 갖는 것이고, 상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 인버터의 출력 전류의 최대 진폭값과, 상기 선형 모터의 추진력 정수와, 상기 탄성 부재의 스프링 정수로부터, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 피스톤 중립 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하므로, 피스톤 중심 위치 정보에 근거해서, 피스톤 진폭 중심 위치가 선형 모터의 최대 효율을 달성할 수 있는 위치에 일치하도록, 선형 컴프레서를 제어하는 것이 가능해져, 선형 컴프레서 구동 효율의 향상을 한층 도모할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 23)에 따르면, 청구항 21 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 컴프레서가 토출하는 냉매 가스의 압력을 검지하는 토출 압력 검지 수단과, 상기 선형 컴프레서가 흡입하는 냉매 가스의 압력을 검지하는 흡입 압력 검지 수단을 구비하고, 상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 토출 압력과 상기 흡입 압력의 압력차에 근거해서 상기 냉매 가스로부터 상기 피스톤에 작용하는, 상기 피스톤 왕복 운동의 방향에서의 작용력을 산출하여, 해당 산출된 작용력에 근거해서, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하므로, 피스톤 중심 위치 정보에 근거해서, 피스톤 진폭 중심 위치가 선형 모터의 최대 효율을 달성할 수 있는 위치에 일치하도록, 선형 컴프레서를 제어하는 것이 가능해져, 선형 컴프레서 구동 효율의 향상을 한층 도모할 수 있는 효과가 있다.

본 발명(청구항 24)에 따르면, 청구항 23 기재의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 토출 압력과 상기 흡입 압력의 압력차와, 상기 공진 주파수 정보가 나타내는 공진 주파수에 근거해서, 냉매 가스로부터 피스톤에 작용하는, 상기 피스톤 왕복 운동 방향에 있어서의 작용력을 산출하고, 해당 산출된 작용력으로부터, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하므로, 해당 피스톤 중심 위치 정보에 근거해서, 피스톤 진동 중심 위치가 선형 모터의 최대 효율을 달성할 수 있는 위치에 일치하도록, 선형 컴프레서를 제어하는 것이 가능해져, 선형 컴프레서 구동 효율의 향상을 한층 도모할 수 있는 효과가 있다.

우선, 본 발명의 기본 원리에 대하여 간단히 설명한다.

선형 컴프레서가 피스톤 운동의 공진 상태에서 구동되고 있는 선형 컴프레서의 공진 구동 상태에서는, 선형 컴프레서에 인가되는 교류 전류(구동 전류)의 위상이, 왕복 운동하는 피스톤의 속도에 대응하는 위상에 일치한 상태가 유지된다. 즉, 상기 공진 구동 상태에서는, 상기 선형 컴프레서 구동 전류의 미분값이 0으로 되는 타이밍에서, 선형 컴프레서의 피스톤 속도의 진폭이 최대로 된다.

본 출원의 발명자는 이러한 선형 컴프레서의 공진 구동 상태에 있어서의, 그 구동 전류의 위상과 피스톤 속도의 위상간의 관계에 착안하여, 선형 컴프레서 구동 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 검출하는 것에 의해, 피스톤 속도의 최대 진폭을 높은 정밀도로 검지할 수 있고, 또한 이 피스톤 속도의 최대 진폭으로부터 피스톤 상사점 위치를 산출할 수 있는 것을 견출하였다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 선형 컴프레서 구동 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

본 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)는 피스톤 왕복 운동의 주파수가 주파수(공진 주파수) Fr일 때, 피스톤 왕복 운동이 공진 상태로 되도록 구성된 선형 컴프레서(100)를 구동하는 장치이다.

즉, 이 선형 컴프레서 구동 장치(101)는 전원 전압으로서 직류 전압 VDC을 발생하는 전원(1)과, 해당 전원 전압 VDC를 소정의 주파수의 교류 전압 Vd로 변환하여 선형 컴프레서(100)로 출력하는 인버터(2)와, 해당 인버터(2)로부터 선형 컴프레서(100)로 출력되는 인버터 출력 전류 Id를 모니터링하는 전류 센서(9)와, 해당 모니터 출력 Scm에 근거해서 인버터(2)의 인버터 출력 전류 Id를 검출하는 출력 전류 검출 수단(3)과, 상기 인버터로부터 선형 컴프레서(100)로 출력되는 인버터 출력 전압 Vd를 검출하는 출력 전압 검출 수단(4)을 갖고 있다.

상기 선형 컴프레서 구동 장치(101)는 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수 Fr를 나타내는 공진 주파수 정보 Irf를 출력하는 공진 주파수 정보 출력 수단(5)과, 공진 주파수 정보 Irf에 근거해서, 그 출력 전류 Id의 주파수 Fid가 상기 공진 주파수 Fr와 일치하도록, 상기 인버터(2)를 인버터 제어 신호 Scp에 의해 제어하는 인버터 제어기(6)와, 상기 전류 센서(9)의 모니터 출력 Scm에 근거해서 인버터(2)의 출력 전류(선형 컴프레서(100)의 구동 전류) Id의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 검출하는 타이밍 검지 수단(7)을 갖고 있다.

상기 선형 컴프레서 구동 장치(101)는 상기 출력 전압 검출 수단(4)의 검출 출력(구동 전압 검출 신호) Dvd 및 출력 전류 검출 수단(3)의 검출 출력(구동 전류 검출 신호) Dcd에 근거해서, 피스톤 속도의 최대 진폭(최대 속도)을 산출하는 피스톤 속도 산출 수단(8)과, 상기 타이밍 검지 수단(7)의 검지 출력 Scs에 근거해서, 상기 피스톤 속도 산출 수단(8)으로의 상기 구동 전압 검출 신호 Dvd 및 구동 전류 검출 신호 Dcd의 공급 및 그들의 공급 정지를 제어하는 개폐 스위치(10)를 갖고 있다.

계속해서, 상기 선형 컴프레서 구동 장치 각 부분의 구성에 대하여 자세히 설명한다.

우선, 공진 주파수 정보 출력 수단(5)에 대하여 설명한다.

본 실시예 1에서는, 상술한 바와 같이, 선형 컴프레서(100)는, 이것이 동작하는 부하 조건에서, 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수로서 일정한 공진 주파수 Fr를 가지도록 설계되어 있고, 상기 공진 주파수 정보 출력 수단(5)은 이 고유의 공진 주파수를 나타내는 공진 주파수 정보 Irf를 출력하는 것이다.

단, 상기 공진 주파수 정보 출력 수단(5)은, 상기한 바와 같이, 미리 선형 컴프레서(100)에 대하여 설정된 고유의 공진 주파수 Fr를 나타내는 정보를 출력하는 것에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 도 7에 나타내는 선형 컴프레서(100)에서는, 압축되는 냉매 가스에 의한, 피스톤에 작용하는 탄성력은 크고, 또한 그 탄성력은 선형 컴프레서(100)의 동작 상태, 예컨대, 압축되는 냉매 가스의 압력이나 피스톤(72)의 변위량 등에 의해 크게 변화되기 때문에, 실제로는 선형 컴프레서(100)의 공진 주파수는 일의적으로 결정할 수 있는 것은 아니다.

그래서, 공진 주파수 발생 수단(5)은 압축되는 냉매 가스의 상태를 감시하고, 그 상태에 적당한 공진 주파수를 추정하여, 추정된 공진 주파수를 나타내는 정보를 출력하는 것이어도 좋다. 이 공진 주파수의 추정 방법으로는, 냉매 가스의 상태를 나타내는 변수(예컨대, 냉매의 압력값이나 온도값)로부터 소정 함수식에 근거해서 공진 주파수를 산출하는 것이어도, 또한, 해당 변수와 공진 주파수의 대응관계를 나타내는 테이블을 이용하여, 해당 변수로부터 공진 주파수를 추정하는 것이어도 좋다.

또한, 공진 주파수 정보 출력 수단(5)은, 일본 특허 출원 제2000-361301호의 명세서에 나타내는 바와 같이, 선형 컴프레서(100)에 그 구동 전류로서 입력되는 교류 전류의 진폭값을 일정한 것으로 하는 조건에 의해, 그 교류 전류의 주파수를 변화시켰을 때에, 선형 컴프레서에서 소비되는 전력이 최대로 되는 주파수를 공진 주파수로 추정하는 것이어도 좋다.

다음에, 인버터 제어기(6), 인버터(2) 및 해당 인버터(2)의 입력 전원(1)에 대하여 자세히 설명한다.

인버터 제어기(6)는 상기 인버터(2)의 제어 신호 Scp로서, 인버터(2)를 스위칭하는 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 인버터(2)로 출력하고, 또한 해당 PWM 신호 Scp의 펄스 폭을, 상기 공진 주파수 정보 Irf에 근거해서 조정하는 것이다. 이 PWM 신호 Scp는 그 펄스 폭에 상당하는 기간만큼 인버터(2)를 구동하는 것이다.

인버터(2)는 상기 전원(1)으로부터의 전압 VDC을 수신하여, 인버터 제어기(6)로부터의 인버터 제어 신호 Scp에 근거해서, 그 주파수가 상기 공진 주파수 Fr과 같은 교류 전압 Vd 및 교류 전류 Id를 선형 컴프레서(1)에 공급하는 것이다. 또, 인버터(2)의 입력 전원(1)으로서는, 인버터(2)에 직류 전력을 공급하는 직류 전원이 필요하지만, 인버터(2)의 입력 전원은, 상용의 교류 전원을 이용한 것이어도 좋다. 이러한 입력 전원은 상용의 교류 전압(전류)을 정류하는, 예컨대, 다이오드 브리지 회로나 고역율(高力率) 컨버터 등의 정류 회로와, 해당 정류 회로의 출력을 평활화하는 평활용 콘덴서로 구성되는 것이다.

상기 인버터(2)의 구체적인 회로 구성으로는, 도 2(a) 내지 도 2(d)에 도시하는 바와 같이 여러 가지가 있다.

도 2(a) 및 2(b)에 나타내는 인버터는 각각 네 개의 스위칭 소자와, 각각의 소자에 대응하는 다이오드를 갖는 전압형 풀 브리지 인버터(21) 및 전류형 풀 브리지 인버터(22)이며, 이들의 풀 브리지 인버터는, 그 입력 전원의 전압이 직류 전압 V_DC일 때, 부하 L에는, +V_DC로부터 -V_DC까지의 범위의 전압을 출력하는 것이다.

즉, 전압형 풀 브리지 인버터(21)는 제 1 및 제 2 스위칭 회로(21a, 21b)를 직렬로 접속하여 이루어지는 제 1 직렬 접속 회로 C1a와, 해당 제 1 직렬 접속 회로 C1a에 병렬로 접속된, 제 3 및 제 4 스위칭 회로(21c, 21d)를 직렬로 접속하여 이루어지는 제 2 직렬 접속 회로 C1b로 구성되어 있다. 여기서, 각 스위칭 회로(21a∼21d)는 NPN 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자 S1과, 이것에 역으로 병렬 접속된 다이오드 D1로 구성되어 있다. 이 인버터(21)는 상기 제 1 및 제 2 직렬 접속 회로 C1a, C1b의 양단에 전원(1)의 직류 전압 V_DC가 인가되고, 제 1 직렬 접속 회로 C1a에서의 제 1 및 제 2 스위칭 회로(21a, 21b)의 접속점 N1a와, 제 2 직렬 접속 회로 C1b에서의 제 3 및 제 4 스위칭 소자(21c, 21d)의 접속점 N1b 사이에, 부하 L에 인가하는 교류 전압 Vd를 발생하는 것이다.

또한, 전류형 풀 브리지 인버터(22)는, 제 1 및 제 2 스위칭 회로(22a, 22b)를 직렬로 접속하여 이루어지는 제 1 직렬 접속 회로 C2a와, 해당 제 1 직렬 접속 회로 C2a에 병렬로 접속된, 제 3 및 제 4 스위칭 회로(22c, 22d)를 직렬로 접속하여 이루어지는 제 2 직렬 접속 회로 C2b와, 일단이 상기 제 1 및 제 2 직렬 접속 회로 C2a, C2b의 일단에 접속된 인덕턴스 소자(22e)로 구성되어 있다. 여기서, 각 스위칭 회로(22a∼22d)는 NPN 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자 S2와, 해당 NPN 트랜지스터의 에미터에 애노드가 접속된 다이오드 D2로 구성되어 있다. 이 인버터(22)는 상기 인덕턴스 소자(22e)의 타단과 상기 제 1 및 제 2 직렬 접속 회로 C2a, C2b의 타단 사이에 전원(1)의 직류 전압 V_DC가 인가되면, 제 1 직렬 접속 회로 C2a에서의 제 1 및 제 2 스위칭 회로(22a, 22b)의 접속점 N2a와, 제 2 직렬 접속 회로 C2b에서의 제 3 및 제 4 스위칭 회로(22c, 22d)의 접속점 N2b 사이에, 부하 L에 인가하는 교류 전압 Vd를 발생하는 것이다.

또한, 도 2(c) 및 도 2(d)에 나타내는 인버터는 각각 두 개의 스위칭 소자와, 해당 각 소자에 대응하는 다이오드를 갖는 전압형 하프 브리지 인버터(23, 24)이다.

여기서, 상기 하프 브리지 인버터(23)는, 그 입력 전원의 전압이 직류 전압 V_DC일 때, 부하 L에는 +V_DC/2로부터 -V_DC/2까지의 범위의 전압을 출력하는 것이다. 또한, 상기 하프 브리지 인버터(24)는 그 입력 전원의 전압이 직류 전압 V_DC일 때, 부하 L에는 +V_DC에서 0까지의 범위의 전압을 출력하는 것이다. 이와 같이, 이들 하프 브리지 인버터는 전원 이용률이 풀 브리지 인버터의 절반인 것이다.

즉, 전압형 하프 브리지 인버터(23)는 제 1 및 제 2 스위칭 회로(23a, 23b)를 직렬로 접속하여 이루어지는 제 1 직렬 접속 회로 C3a와, 해당 제 1 직렬 접속 회로 C3a에 병렬로 접속된, 제 1 및 제 2 커패시턴스 회로(23c, 23d)를 직렬로 접속하여 이루어지는 제 2 직렬 접속 회로 C3b로 구성되어 있다. 여기서, 각 스위칭 회로(23a, 23b)는 NPN 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자 S3과, 이것에 역으로 병렬 접속된 다이오드 D3으로 구성되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 커패시턴스 회로(23c, 23d)는 각각 콘덴서(23c, 23d)로 구성되어 있다. 이 인버터(23)는 상기 제 1 및 제 2 직렬 접속 회로 C3a, C3b의 양단에 전원(1)의 직류 전압 VDC가 인가되면, 제 1 직렬 접속 회로 C3a에서의 제 1 및 제 2 스위칭 회로(23a, 23b)의 접속점 N3a와, 제 2 직렬 접속 회로 C3b에서의 제 1 및 제 2 커패시턴스 회로(23c, 24d)의 접속점 N3b 사이에, 부하 L에 인가하는 교류 전압 Vd를 발생하는 것이다.

또한, 전압형 하프 브리지 인버터(24)는 제 1 및 제 2 스위칭 회로(24a, 24b)를 직렬로 접속하여 이루어지는 직렬 접속 회로 C4a로 구성되어 있다. 여기서, 각 스위칭 회로(24a, 24b)는 NPN 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자 S4와, 이것에 반대로 병렬 접속된 다이오드 D4로 구성되어 있다. 이 인버터(24)는, 상기 직렬 접속 회로 C4a의 양단에 직류 전원(1)의 출력 전압이 인가되면, 상기 제 2 스위칭 회로(24b)를 구성하는 다이오드 D4의 애노드와 캐소드 사이에, 부하 L에 인가하는 교류 전압 Vd를 발생하는 것이다.

다음에, 출력 전류 검출 수단(3), 전류 센서(9), 출력 전압 검출 수단(4), 개폐 스위치(10) 및 타이밍 검지 수단(7)에 대하여 자세히 설명한다.

상기 출력 전류 검출 수단(3)은 상기 전류 센서(9)의 모니터 출력인 구동 전류 모니터 신호 Scm에 근거해서, 선형 컴프레서(100)의 선형 모터(82)(도 7참조)에 인가되는 인버터 출력 전류(선형 컴프레서 구동 전류) Id를 검출하여 구동 전류 검출 신호 Dcd를 상기 개폐 스위치(10)에 출력하는 것이다. 이 전류 센서(9)로서는, 자성체와 홀 소자를 사용한 자기식 전류 검출 센서나, 선형 컴프레서 구동 전류에 따른 전압을 발생하는 전류 변압기 등이 생각된다. 또한, 선형 컴프레서(100)의 구동 전류를 검출하는 방법으로는, 상기 전류 공급 경로에 배치된 분로 저항에 발생하는 전압으로부터 전류를 산출하는 방법도 있다.

상기 출력 전압 검출 수단(4)은 인버터(2)가 선형 컴프레서(100)의 선형 모터(82)(도 7참조)에 공급하는 인버터 출력 전압(선형 컴프레서 구동 전압) Vd를 검출하여, 구동 전압 검출 신호 Dvd를 상기 개폐 스위치(10)로 출력하는 것이다. 여기서, 상기 인버터(2)가 전압형 인버터인 경우, 인버터 출력 전압 Vd의 파형은 PWM 파형이기 때문에, 해당 인버터 출력 전압 Vd를 직접 측정하는 것은 곤란하다. 그래서, 전압형 인버터의 출력 전압의 측정 방법으로서는, 변압기나 콘덴서와, 저항에 의하여 작성된 로우패스 필터 등을 이용하여, 출력 전압에 대하여 PWM 파형의 정형 처리를 실시하고, 해당 파형 정형 처리가 실시된 출력 전압을 측정하는 방법이 생각된다. 또한, 전압형 인버터의 출력 전압의 측정 방법으로는, 상기한 바와 같은 로우패스 필터를 사용하는 방법이 아니라, 인버터(2)에 입력되는 직류 전압 VDC과, 인버터 제어기(6)로부터 출력되는 인버터 제어 신호 Scp인 PWM 신호의 펄스 폭에 근거해서, 인버터(2)의 출력 전압 Vd를 산출하는 방법도 생각된다.

상기 개폐 스위치(10)는 상기 출력 전류 검출 수단(3)으로부터의 구동 전류 검출 신호 Dcd가 입력되는 제 1 입력측 접점(10a)과, 상기 출력 전압 검출 수단(4)으로부터의 구동 전압 검출 신호 Dvd가 입력되는 제 2 입력측 접점(10b)과, 상기 구동 전류 검출 신호 Dcd를 피스톤 속도 검출 수단(8)으로 출력하기 위한 제 1 출력측 접점(10c)과, 상기 구동 전압 검출 신호 Dvd를 피스톤 속도 검출 수단(8)으로 출력하기 위한 제 2 출력측 접점(10d)을 갖고, 상기 타이밍 검지 수단(7)으로부터의 검지 출력인 스위치 제어 신호 Scs에 근거해서, 상기 제 1 입력측 접점(10a)과 제 1 출력측 접점(10c) 사이 및 상기 제 2 입력측 접점(10c)과 제 1 출력측 접점(10d) 사이를 도통 상태 또는 비도통 상태로 하는 것이다.

상기 타이밍 검지 수단(7)은 상기 전류 센서(9)로부터의 구동 전류 모니터 신호 Scm에 근거해서, 선형 컴프레서 구동 전류 Id의 위상이 90° 및 270° 중 적어도 한쪽과 일치하는 위상 타이밍을 검지하여, 이 위상 타이밍에서 상기 개폐 스위치(10)의 제 1, 제 2 입력측 접점(10a, 10b)과 제 1, 제 2 출력측 접점(10c, 10c)을 도통 상태로 하는 스위치 제어 신호 Scs를 해당 개폐 스위치(10)로 출력하는 것이다. 이 타이밍 검출기(7)는 인버터 출력 전류(선형 컴프레서 구동 전류) Id가 정현파인 것으로부터, 위상이 90° 또는 270°일 때 극값을 취하는 것을 이용하고, 구동 전류의 위상이 90° 및 270° 중 적어도 한쪽과 일치하는 위상 타이밍을, 구동 전류 Vd가 파고값(최대 진폭)을 취하는 위상 타이밍으로서 검출하는 것이다.

마지막으로, 피스톤 속도 산출 수단(8)에 대하여 자세히 설명한다.

이 피스톤 속도 산출 수단(8)은 타이밍 검출기(7)에 의해서 검지된 위상 타이밍으로, 출력 전류 검출 수단(3)으로부터의 구동 전류 검출 신호 Dcd 및 출력 전압 검출 수단(4)으로부터의 구동 전압 검출 신호 Dvd를 수신하여, 해당 위상 타이밍에 있어서의 인버터 출력 전류 Id 및 인버터 출력 전압 Vd의 순시값과, 선형 모터의 추진력 정수로부터, 일정한 각속도로 왕복 운동하는 피스톤의 속도의 최대 진폭(피스톤 속도의 절대값의 최대값)을 산출하여, 해당 피스톤 속도의 최대 진폭을 나타내는 피스톤 속도 정보 Ipve를 출력하는 것이다.

계속해서, 상기 피스톤 속도 산출 수단(8)에서의 연산 처리에 대하여, 도면과 수학식을 이용하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 선형 컴프레서가 피스톤 운동의 공진 상태로 구동되고 있는 선형 컴프레서의 공진 구동 상태를 설명하기 위한 도면이며, 공진 구동 상태에서, 구동 전류 Id, 피스톤 속도(왕복 운동 속도) v, 피스톤 변위량 x' 및 피스톤 가속도 a가 변화되는 모양을 나타내고 있다. 여기서, 상기 피스톤 변위량 x'는, 도 9에 나타내는 피스톤 진폭 중심 위치 Pav에 대한 피스톤 위치의 변위량이다.

선형 컴프레서(100)에 공급되는 인버터 출력 전류(선형 모터 구동 전류) Id는 피스톤에 가하는 힘에 비례하기 때문에, 선형 컴프레서(100)의 공진 구동 상태에서는, 선형 모터 구동 전류 Id의 위상은 피스톤 속도 v의 위상과 같게 된다. 또한, 피스톤 변위량 x' 및 피스톤 가속도 a는 각각 피스톤 속도 v에 대한 적분값 및 미분값에 대응하는 것이기 때문에, 선형 컴프레서의 공진 구동 상태에서는, 피스톤 변위량 x'는 그 위상이 피스톤 속도 v의 위상에 대하여 90° 늦은 것으로 되고, 피스톤 가속도 a는 그 위상이 피스톤 속도 v의 위상에 대하여 90° 진행한 것으로 된다.

또한, 피스톤의 운동 방정식으로서는, 종래의 기술에서 설명한 바와 같이, 선형 모터의 등가 회로(도 8 참조)로부터 키르히호프 법칙에 의해 유도되는 수학식 1이 성립하지만, 특히, 선형 컴프레서의 공진 구동 상태에 있어서의 피스톤 연동 방정식으로서는, 상기 수학식 1에 대신하여 하기의 수학식 5가 성립한다.

간단히 설명하면, 도 3에 도시하는 바와 같이, 선형 컴프레서(100)가 피스톤 왕복 운동의 공진 상태로 구동되고 있는 공진 구동 상태에서는, 선형 모터 구동 전류 Id의 위상은 피스톤 속도 v의 위상과 같게 된다. 예컨대, 구동 전류 Id의 위상이 90° 또는 270°일 때, 피스톤 속도 v의 위상도 또한 90° 또는 270°이다.

즉, 이 선형 컴프레서(100)의 공진 구동 상태에서는, 타이밍 검지 수단(7)에서 검지된 위상 타이밍(구동 전류 Id의 위상이 90° 또는 270°로 되는 타이밍)에서는, 피스톤 속도 v는 최대값 또는 최소값, 즉 피스톤 속도의 절대값이 최대로 되고, 또한, 구동 전류 Id도 극대값 또는 극소값을 취한다. 이 때문에, 구동 전류 Id의 미분값은 0으로 되어, 수학식 1의 우변 제 3 항의 값은 0으로 된다.

따라서, 선형 컴프레서가 공진 구동 상태일 때, 수학식 1의 우변 제 3 항을 삭제하여 얻어지는 수학식 5가 성립한다. 또, 상기 수학식 5에 있어서의 변수 V 및 변수 I는 각각 인버터 출력 전압 Vd의 측정값 V 및 인버터 출력 전류 Id의 측정값 I이다.

이 수학식 5에 근거해서, 선형 컴프레서의 구동 전류의 위상이 90° 또는 270°인 타이밍에서의 인버터 출력 전압 Vd(측정값 V)의 순시값 V1[V]와, 이 타이밍에서의 인버터 출력 전류 Id(측정값 I)의 순시값 I1[A]와, 선형 모터를 구성하는 코일의 등가 저항 R[Ω]과, 모터의 추진력 정수 α[N/A]로부터, 피스톤 속도 v의 최대 진폭(최대값 또는 최소값) v0[m/s]가 구해진다.

또, 본 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)는 해당 선형 컴프레서 구동 장치(101)를 구성하는 각 수단(3∼5, 7, 8) 및 인버터 제어기(6)는 소프트웨어에 의해 구성한 것이다. 단지, 이들 수단(3∼5, 7, 8) 및 인버터 제어기(6)는 하드웨어에 의해 구성한 것이어도 좋다.

또한, 상기 실시예 1의 설명에서는, 알기 쉽게 하기 위해서, 선형 컴프레서 구동 장치(101)는 하드웨어의 개폐 스위치(10)를 갖는 것으로 하고 있지만, 상기 각 수단(3∼8)을 소프트웨어에 의해 구성한 경우에는, 개폐 스위치(10)를 이용하지 않고 선형 컴프레서 구동 장치(101)를 구성할 수 있다.

예컨대, 상기 개폐 스위치(10)를 이용하는 대신에, 상기 출력 전류 검출 수단(3) 및 출력 전압 검출 수단(4)을, 상기 타이밍 검지 수단(7)이, 선형 컴프레서 구동 전류 Id의 위상이 90° 및 270° 중 적어도 한쪽과 일치하는 위상 타이밍을 검지했을 때만 동작하여, 상기 구동 전류 검출 신호 Dcd 및 구동 전압 검출 신호 Dvd를 피스톤 속도 검출 수단(8)으로 출력하는 것으로 하여도 좋다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

인버터 제어기(6)에서는, 공진 주파수 정보 출력 수단(5)으로부터 출력되는 공진 주파수 정보 Irf에 근거해서 펄스 폭이 조정된 펄스 신호 Scp가 생성되고, 해당 펄스 신호 Scp가 인버터 제어 신호로서 인버터(2)에 공급된다. 여기서, 상기 펄스 신호 Scp의 펄스 폭은 선형 컴프레서(100)가 피스톤 왕복 운동의 공진 상태로 구동되도록 조정된다.

상기 인버터(2)에 펄스 신호 Scp가 공급되면, 상기 인버터(2)에서는, 해당 펄스 신호 Scp에 근거해서, 전원(1)으로부터 공급되는 직류 전압 VDC에서, 주파수가 상기 공진 주파수 Fr와 일치한 교류 전압 Vd가 생성되어, 해당 교류 전압 Vd가 선형 컴프레서(100)의 선형 모터에 그 구동 전압으로서 인가된다.

예컨대, 상기 인버터(2)로서, 도 2(a)에 나타내는 전압형 풀 브리지 인버터(21)가 이용되고 있는 경우, 상기 인버터 제어기(6)로부터의 펄스 신호 Scp는 인버터(21)에 있어서의 각 스위칭 회로(21a∼21d)를 구성하는 NPN 트랜지스터(스위칭 소자) S1의 베이스에 인가된다. 그러면, 해당 인버터(21)에서는, 제 1 및 제 4 스위칭 회로(21a, 21d)의 스위칭 소자 S1의 온 오프 동작과, 제 2 및 제 3 스위칭 회로(21b, 21c)의 스위칭 소자 S1의 온 오프 동작이 상보적으로 행해진다. 이에 따라, 제 1 직렬 접속 회로 C1a의 접속 노드 N1a와 제 2 직렬 접속 회로 C1b의 접속 노드 N1b 사이에 인버터 출력 전압 Id로서의 교류 전압이 발생하고, 이 교류 전압 Id는 선형 컴프레서(100)의 선형 모터에 구동 전압으로서 인가된다.

선형 컴프레서(100)에서는, 선형 모터에 구동 전압 Id가 인가되면, 피스톤의 왕복 운동이 개시되고, 그 후, 선형 컴프레서(100)의 구동 상태가 안정했을 때, 해당 선형 컴프레서(100)는 일정한 부하 조건 하에서는, 피스톤 왕복 운동이 공진 상태인 공진 구동 상태로 된다.

이 때, 선형 컴프레서에 공급되는 구동 전류 Id는 전류 센서(9)에 의해 모니터링되어 있고, 해당 전류 센서(9)로부터는, 전류 모니터 출력(구동 전류 모니터 신호) Scm이 출력 전류 검출 수단(3) 및 타이밍 검지 수단(7)으로 출력된다.

그렇게 하면, 출력 전류 검출 수단(3)에서는, 전류 센서(9)로부터의 전류 모니터 출력 Scs에 근거해서, 인버터 출력 전류, 즉 선형 컴프레서(100)의 구동 전류 Id가 검출되고, 검출 출력(구동 전류 검출 신호) Dcd가 상기 개폐 스위치(10)의 제 1 입력측 접점(10a)으로 출력된다. 또한, 출력 전압 검출 수단(4)에서는 인버터 출력 전압 Vd가 검출되고, 그 검출 출력(구동 전압 검출 신호) Dvd가 상기 개폐 스위치(10)의 제 2 입력측 접점(10b)으로 출력된다.

상기 타이밍 검지 수단(7)에서는, 상기 전류 센서(9)로부터의 전류 모니터 출력 Scm에 근거해서, 구동 전류 Id의 위상이 90° 또는 270°로 되는 위상 타이밍이 검출되고, 이 위상 타이밍에서 상기 개폐 스위치(10)의 제 1 및 제 2 입력측 접점(10a, 10b)과, 대응하는 제 1 및 제 2 출력측 접점(10c, 10d)을 도통 상태로 하는 스위치 제어 신호 Scs가 해당 개폐 스위치(10)로 출력된다.

상기 개폐 스위치(10)에서는, 상기 스위치 제어 신호 Scs에 의해, 상기 위상 타이밍에서, 대응하는 입력측 접점과 출력측 접점이 도통 상태로 되고, 상기 구동 전류 Id 및 구동 전압 Vd의 상기 위상 타이밍에서의 값(순시값) I1 및 V1이 피스톤 속도 산출 수단(8)으로 출력된다.

피스톤 속도 산출 수단(8)에서는, 상기 수학식 5에 근거해서, 상기 위상 타이밍에서의 구동 전류 및 구동 전압의 순시값 I1 및 V1로부터, 피스톤 속도의 파고값 vm이 도출되고, 해당 파고값을 나타내는 피스톤 속도 정보 Ipve가 출력된다.

이와 같이, 본 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)에서는, 선형 컴프레서(100)를 피스톤 왕복 운동이 공진 상태로 되는 공진 구동 상태로 구동하고, 이 운전 상태에서 선형 컴프레서 구동 전류 Id의 위상이 90° 또는 270°로 될 때의 구동 전압의 순시값 V1[V] 및 구동 전류의 순시값 I1[A]를 측정하여, 측정된 구동 전압의 순시값 V1[V] 및 구동 전류의 순시값 I1[A]와, 선형 모터 코일의 등가 저항 R[Ω] 및 모터의 추진력 정수 α[N/A]를 이용해서, 소정의 함수식에 근거해 피스톤 속도의 최대 진폭 vm[m/s]를 구하기 때문에, 선형 컴프레서 구동 전류의 측정값에 근거해서 미분 연산을 행하여 피스톤 속도를 구하는 경우와 비교하여, 구동 전류의 측정 회수를 저감할 수 있어, 최저에서도, 구동 전류의 1주기에 한 번, 해당 구동 전류와 구동 전압을 측정하는 것만으로, 피스톤 속도의 최대 진폭 vm[m/s]를 구할 수 있다.

또한, 실시예 1에서는, 구동 전류 Id의 위상이 90° 또는 270° 일 때의 구동 전류의 순시값 I1[A] 및 구동 전압의 순시값 V1[V]를 이용한 사칙 연산에 의해 피스톤 속도의 최대 진폭 vm을 산출하기 때문에, 피스톤 속도의 최대 진폭의 산출 처리에서는 구동 전류의 미분 연산을 할 필요가 없다. 이 때문에, 미분기에 기인하는 계산 오차를 배제하여, 피스톤 속도의 계산 정밀도를 높일 수 있다.

또, 상기 실시예 1에서는, 타이밍 검지 수단(7)은 인버터 출력 전류(선형 컴프레서 구동 전류) Id의 위상이 90° 및 270° 중 적어도 한쪽으로 되는 위상 타이밍을 검지하는 것으로 되어 있지만, 타이밍 검출기(7)는 선형 컴프레서(100)의 구동 전류 Id의 변화량이 0으로 되는 위상 타이밍을 검출하는 것이어도 좋다.

이 경우에도, 타이밍 검출기(7)는, 위상 타이밍으로서, 구동 전류(인버터 출력 전류) Id의 순시값이 파고값(최대 진폭)으로 되는 위상 타이밍을 출력하는 것으로 된다. 이것은, 구동 전류가 정현파인 것으로부터, 구동 전류의 위상이 90° 또는 270°일 때, 해당 구동 전류는 극값으로 되기 때문이다.

또한, 상기 구동 전류(인버터 출력 전류) Id가 그 파고값이 되는 타이밍을 검출하는 방법으로는, 항상 인버터 출력 전류의 값을 모니터링하여, 그 값의 변화 방향이 변하는 위상 타이밍, 즉 출력 전류값의 변화가 증가로부터 감소로, 또는 감소로부터 증가로 전환되는 위상 타이밍을 검출하는 방법도 생각된다.

또한, 상기 실시예 1에서는, 상기 타이밍 검지 수단(7)은, 전류 센서(9)의 모니터 출력 Scm에 근거해서, 인버터(2)의 출력 전류의 위상이 90° 또는 270°로 되는 위상 타이밍을 검출하는 것이지만, 해당 타이밍 검지 수단(7)은 인버터 제어기(6)로부터 출력되는 인버터(2)의 제어 신호인 펄스 신호 Scp에 근거해서, 인버터(2)의 출력 전류 Id의 위상이 90° 또는 270°로 되는 위상 타이밍을 검출하는 것이어도 좋다.

단지 이 경우, 인버터 제어기(6)로부터 출력되는 인버터(2)의 제어 신호(펄스 신호) Scp로부터 이론적으로 결정되는 인버터 출력 전류의 위상은 실제로 인버터(2)로부터 출력되고 있는 출력 전류 Id의 위상에 대하여, 제어 오차에 상당하는 분량만큼 어긋나 있을 가능성이 있다.

그래서, 인버터 제어기(6)로부터의 인버터 제어 신호 Scp에 근거하는 이상적인 인버터 출력 전류의 위상과, 실제로 인버터(2)로부터 출력되고 있는 출력 전류 Id의 위상의 오차를 검출하여, 해당 검출된 위상 오차에 근거해서, 인버터 제어기(6)로부터의 인버터 제어 신호 Scp의 위상을 보정하는 방법이 생각된다. 여기서, 위상 오차를 검출하는 구체적인 방법으로는, 실제로 인버터(2)로부터 출력되고 있는 출력 전류 Id의 0 교차점의 위상 타이밍을 측정하고, 그 위상 타이밍과, 인버터 제어기(6)로부터의 인버터 제어 신호 Scp의 위상이 0° 또는 180°로 되는 위상 타이밍의 오차를 계측하는 방법이 생각된다.

또한, 상기 실시예 1에서는, 피스톤 속도 산출 수단(8)에서의 연산 처리에 사용하는 선형 모터의 내부 저항값 R은 미리 측정한 기정값이라고 하고있지만, 상기 내부 저항값 R은 온도 보정 처리를 실시한 것이어도 좋다.

간단히 설명하면, 실제로는 선형 모터의 온도가 상승함에 따라서, 선형 모터의 내부 저항값 R이 증가한다.

그래서, 선형 모터의 온도를 측정하고, 미리 측정한 내부 저항값을 온도 보정한 값을, 상기 피스톤 속도 산출 처리에서 이용함으로써, 피스톤 속도의 파고값으로서 보다 정확한 값을 얻을 수 있다.

여기서, 이 내부 저항값을 온도 보정하는 구체적인 방법으로서는, 선형 모터의 권선으로서 사용하는 도체의 온도와 그 저항값의 관계를 나타내는 테이블을 이용하는 방법이나, 내부 저항값을 온도 보정하기 위한 계산식을 이용하는 방법이 생각된다.

예컨대, 선형 모터의 권선이, 일반적으로 사용되는 동선(銅線)인 경우, 20℃에서 측정된 저항값 R20에 대하여, t℃일 때의 저항값 Rt는 하기의 수학식 6에 의해, 구할 수 있다.

또한, 상기 실시예 1에서는, 피스톤 속도 산출 수단(8)에서의 연산 처리에 사용하는 선형 모터의 추진력 정수는 미리 측정한 기정값으로 하고있지만, 상기 추진력 정수는 선형 컴프레서의 운전 상태에 따라 보정 처리를 실시한 것이어도 좋다.

예컨대, 상기 추진력 정수는 선형 모터의 온도에 따른 보정 처리를 실시한 것이어도 좋다. 즉, 실제로는 선형 모터의 온도가 상승함에 따라서, 추진력 정수는 감소한다. 이것은 선형 모터에 사용되고 있는 자성체의 자속 밀도가 온도 상승에 의해서 감소하기 때문이다. 그래서, 선형 모터의 온도를 측정하여, 미리 측정한 추진력 정수를 온도 보정한 값을, 상기 피스톤 속도 산출 처리에서 이용함으로써, 피스톤 속도의 파고값으로서 보다 정확한 값을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 추진력 정수를 온도 보정하는 구체적인 방법으로는, 사용하는 자성체의 온도와 자속 밀도의 관계를 나타내는 테이블을 이용하는 방법이 생각된다.

또한, 상기 추진력 정수는 선형 모터의 운전 속도(각속도)에 따른 보정 처리를 실시한 것이어도 좋다. 즉, 실제로는 선형 모터의 추진력 정수는 선형 모터의 운전 속도(각속도)가 상승함에 따라서 감소한다. 그래서, 피스톤 속도의 연산 처리를 반복하여 실행하는 피스톤 속도 산출 수단(8)은 반복되는 개개의 연산 처리에서는, 전회의 피스톤 속도의 산출 처리에 의해 구해진 피스톤 속도에 근거해서, 상기 선형 모터의 추진력 정수를 보정하여, 해당 보정된 추진력 정수를 이용하여 피스톤 속도의 산출을 행하는 것이어도 좋다. 여기서, 상기 추진력 정수의 구체적인 보정 방법으로서는, 실험값으로부터 구해진 모터의 운전 속도와 추진력 정수의 관계를 나타내는 테이블을 이용하여, 선형 모터의 추진력 정수를 보정하는 방법이 생각된다.

(실시예 2)

도 4는 본 발명의 실시예 2에 의한 선형 컴프레서 구동 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

본 실시예 2의 선형 컴프레서 구동 장치(102)는 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단(8)에 의해 구해진 피스톤 속도의 파고값 v0 및 상기 인버터 제어기(6)에 의해 결정되는 인버터 구동 주파수 Fd에 근거해서, 피스톤 왕복 운동의 스트로크를 산출하여, 해당 피스톤 스트로크를 나타내는 피스톤 스트로크 정보 Ipst를 출력하는 피스톤 스트로크 산출 수단(41)을 구비한 것이다. 본 실시예 2의 인버터 제어기(6)는 상기 공진 주파수 정보 Irf에 근거해서 인버터(2)를 스위칭하는 PWM 신호 Scp의 펄스 폭을 조정하여, 해당 펄스 폭의 조정된 PWM 신호 Scp를 인버터 구동 제어 신호로서 출력하고 또한, 해당 PWM 신호 Scp의 펄스 폭에 의해 결정되는 상기 인버터(2)의 출력 전압 및 출력 전압의 주파수를 상기 인버터 구동 주파수 Fd로서 나타내는 정보(인버터 구동 주파수 정보) Idf를, 상기 피스톤 스트로크 산출 수단(41)으로 출력하는 것이다. 또, 상기 인버터 구동 주파수 Fd는 이상적으로는 공진 주파수 정보 Fr와 일치한 것으로 된다. 또한 여기서는, 상기 피스톤 스트로크 산출 수단(41)은 소프트웨어에 의해 구성한 것이다. 단, 이 피스톤 스트로크 산출 수단(41)은 하드웨어에 의해 구성한 것이어도 좋다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 실시예 2의 선형 컴프레서 구동 장치(102)에 있어서의, 상기 인버터 제어기(6) 및 피스톤 스트로크 산출 수단(41) 이외의 부분 동작은, 상기 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)에 있어서의 것과 동일하기 때문에, 이하에서는, 주로 상기 인버터 제어기(6) 및 피스톤 스트로크 산출 수단(41)의 동작에 대하여 설명한다.

선형 컴프레서(100) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(72)의 위치는 피스톤(72)이 압축되는 냉매 가스의 압력을 받는 것으로부터, 시간을 변수로 하는 정현파 함수에 의해 표시된다. 따라서, 피스톤 왕복 운동의 각속도를 ω[rad/sec], 피스톤의 변위의 최대 진폭을 xm[m], 피스톤 진폭 중심 위치 Pav(도 9 참조)를 기준으로 한 피스톤 변위량(시간 t에서 피스톤이 위치하는 지점과 피스톤 진동 중심 위치의 거리)을 x(t)[m]라고 하면, 피스톤 변위량 x(t)는 시간 t[sec]을 변수로 하여, 하기의 수학식 7에 의해 표시된다.

또한, 피스톤 속도도, 시간을 변수로 하는 정현파 함수에 의해 표시된다. 따라서, 상기 피스톤 변위량과 마찬가지로, 피스톤 왕복 운동의 각속도를 ω[rad/sec], 피스톤 속도의 최대 진폭을 vm[m/s], 피스톤 순시 속도(시간 t에서의 피스톤의 속도)를 v(t)[m/s]라고 하면, 피스톤 순시 속도 v(t)는 시간 t[sec]을 변수로 하는 정현파 함수에 의해, 하기의 수학식 8로 표시된다.

또한, 피스톤 변위량 x(t)는 피스톤 속도 v(t)의 적분값인 것으로부터, 시간을 변수로 하여 피스톤 변위량을 나타내는 함수식으로서, 상기 수학식 8로부터 하기의 수학식 9가 유도된다.

그리고, 수학식 7과 수학식 9로부터 피스톤 변위량 x(t)를 소거하면, 피스톤 변위량의 최대 진폭 xm은 피스톤 속도의 최대 진폭 vm에 의해, xm=-vm/ω로 나타낼 수 있다.

따라서, 피스톤 변위량의 최대 진폭 xm[m]는 피스톤 속도의 최대 진폭 vm[m/s]를 동작 각속도 ω[rad/sec]에 의해 제산함으로써 구할 수 있다.

즉, 인버터 제어기(6)에서는, 상기 공진 주파수 정보 Irf에 근거해서 인버터(2)를 스위칭하는 PWM 신호 Scp의 펄스 폭이 조정되고, 해당 펄스 폭이 조정된 PWM 신호 Scp가 인버터 구동 제어 신호로서 인버터(2)로 출력됨과 동시에, 해당 PWM 신호 Scp의 펄스 폭에 의해 결정되는 상기 인버터(2)의 출력 전압 및 출력 전압의 주파수를 상기 인버터 구동 주파수 Fd로서 나타내는 정보(인버터 구동 주파수 정보) Idf가 상기 피스톤 스트로크 산출 수단(41)으로 출력된다.

그렇게 하면, 피스톤 스트로크 산출 수단(41)에서는, 피스톤 속도 산출 수단(8)으로부터의 피스톤 속도 정보 Ipve 및 인버터 제어기(6)로부터 출력되는 인버터 구동 주파수 정보 Idf를 수신하여, 피스톤 속도 정보 Ipve가 나타내는 피스톤 속도의 최대 진폭 vm[m/s]를, 피스톤 왕복 운동의 각속도 ω[rad/sec]에 의해 제산하는 연산 처리가 행해진다. 이에 따라, 피스톤 변위량의 최대 진폭 xm[m]가 산출된다. 또, 여기서, 피스톤 왕복 운동의 각속도 ω[rad/sec]는 상기 인버터 구동 주파수 정보 Idf가 나타내는 인버터(2)의 출력 전압 및 출력 전압의 주파수 Fd[Hz]에 2π를 승산함으로써 얻어진다.

그리고, 해당 산출 수단(41)으로부터는, 상기 연산 처리에 의해 얻어진 피스톤 변위량의 최대 진폭 xm[m]을 나타내는 정보로서, 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 스트로크(해당 진폭 최대값 xm의 2배)를 나타내는 피스톤 스트로크 정보 Ipst가 출력된다.

이와 같이, 본 실시예 2의 선형 컴프레서 구동 장치(102)에서는, 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단(8)에 의해 구해진 피스톤 속도의 파고값 vm 및 선형 컴프레서의 공진 주파수 Fr로부터 결정되는 인버터 구동 주파수 Fd에 근거해서, 피스톤 스트로크를 산출하는 피스톤 스트로크 산출 수단(41)을 구비했으므로, 이 피스톤 스트로크에 근거해서, 선형 컴프레서에 있어서의 피스톤과 실린더 헤드의 충돌 위험도를 판정할 수 있다.

또, 상기 실시예 2에서는, 선형 컴프레서 구동 장치(102)로서, 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)에 있어서, 피스톤 스트로크를 산출하는 수단(41)을 구비한 것을 나타내었지만, 선형 컴프레서 구동 장치는, 실시예 2의 선형 컴프레서 구동 장치(102)에 있어서, 또한 피스톤의 하사점 위치 Pbd(도 9 참조)를 나타내는 정보로서, 실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 하사점 위치 Pbd까지의 거리(즉, 도 9에 나타내는 제 3 좌표계 X"에서의 변위량 xbd")의 정보를 출력하는 하사점 위치 정보 출력 수단과, 상기 피스톤 스트로크 정보 및 상기 하사점 위치 정보에 근거해 사칙 연산을 행하는 연산 수단을 구비한 것이어도 좋다.

이 경우, 상기 연산 수단에 의해, 상기 피스톤 스트로크 정보가 나타내는 스트로크값의 절반의 값(Lps/2)을, 상기 하사점 위치 정보가 나타내는 값 xbd"(도 9 참조)로부터 감산하는 것에 의해, 피스톤 진폭 중심 위치 Pav를 나타내는 제 3 좌표계 X"에 있어서의 피스톤 변위량 xav"(도 9 참조)를 산출할 수 있다. 또한, 이 경우, 피스톤 진동 중심 위치가 선형 모터의 최대 효율을 달성할 수 있는 위치에 일치하도록, 선형 컴프레서를 제어하는 것에 의해, 선형 컴프레서 구동 효율의 향상을 한층 도모할 수 있다.

또한, 상기 연산 수단에 의해, 상기 하사점 위치 정보가 나타내는 값 xbd"(도 9 참조)로부터, 피스톤 스트로크 정보가 나타내는 피스톤 스트로크값(Lps) 그 자체를 감소시키는 것에 의해, 피스톤 상사점 위치 Ptd를 나타내는 제 3 좌표계 X"에 있어서의 피스톤 변위량 xtd"(도 9 참조)를 산출할 수 있다. 이 변위량 xtd"는 실린더 헤드로부터 피스톤 상사점 위치까지의 거리이기 때문에, 해당 변위량으로부터 피스톤과 실린더 헤드의 충돌의 가능성을 판정할 수 있어, 피스톤과 실린더 헤드의 충돌을 회피하는데 효과적으로 이용할 수 있다.

여기서, 상기 하사점 위치 정보 출력 수단의 구체적 구성으로는, 예컨대, 피스톤에 설정되어 있는 규정의 측정점이 실린더 헤드로부터 가장 멀어졌을 때의 위치를 피스톤 하사점 위치로서 측정하고, 해당 측정값을, 실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 하사점 위치 Pbd까지의 거리를 나타내는 정보로서 출력하는 하사점 위치 센서를 이용하여도 좋다. 또한, 이 하사점 위치 센서는 피스톤 하사점 위치만 검지할 수 있는 측정 영역 폭이 좁은 짧은 영역의 위치 센서나, 피스톤의 측정점이 소정 위치를 초과하여 실린더 헤드로부터 멀어졌는지 여부를 검지하는 간단한 위치 센서라도 좋다.

또한, 상기 하사점 위치 정보 출력 수단은 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 실린더 헤드 위치 Psh를 기준으로 해서 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 출력하는 것이어도 좋다.

또한, 상기 하사점 위치 정보 출력 수단은, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭과, 상기 선형 컴프레서에 있어서의, 상기 피스톤 왕복 운동을 행하는 가동부의 중량과, 상기 탄성 부재의 스프링 정수로부터, 상기 하사점 위치 정보로서, 상기 피스톤 중립 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 하사점 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것이어도 좋다. 이 경우의 하사점 위치 정보 출력 수단의 구체적 구성에 대해서는, 이하의 실시예 3에 있어서의 하사점 위치 산출 수단(51)(도 5 참조)으로서 설명한다.

또한, 상기 선형 컴프레서 구동 장치는, 실시예 2의 선형 컴프레서 구동 장치(102)에 있어서, 피스톤의 상사점 위치 Ptd(도 9 참조)를 더욱 나타내는 정보로서, 실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 상사점 위치 Ptd까지의 거리(도 9에 나타내는 제 3 좌표계 X"에서의 변위량 xtd")의 정보를 출력하는 상사점 위치 정보 출력 수단과, 상기 피스톤 스트로크 정보 및 상기 상사점 위치 정보에 근거해 사칙 연산을 행하는 연산 수단을 구비한 것이어도 좋다.

이 경우, 상기 연산 수단에 의해, 상기 피스톤 스트로크 정보가 나타내는 스트로크값의 절반의 값(Lps/2)을, 상사점 위치 정보가 나타내는 값 xtd"(도 9 참조)에 가산함으로써, 피스톤 진동 중심 위치 Pav를 나타내는 제 3 좌표계 X"에 있어서의 변위량 xav"(도 9 참조)를 산출할 수 있다.

또한, 상기 연산 수단에 의해, 상기 상사점 위치 정보가 나타내는 값 xtd"(도 9 참조)에, 상기 피스톤 스트로크 정보가 나타내는 피스톤 스트로크값(Lps)을 부가하는 것에 의해, 피스톤 하사점 위치 Pbd를 나타내는 제 3 좌표계 X"에 있어서의 변위량 xpd"(도 9 참조)를 산출할 수 있다. 이 변위량 xbd"는 실린더 헤드 위치 Psh에서 피스톤 하사점 위치 Pbd까지의 거리이기 때문에, 해당 변위량 xbd"는 해당 공진 스프링이 파괴 한계 이상으로 변형되지 않도록 하는 선형 컴프레서의 구동 제어에 유용하게 이용할 수 있다.

여기서, 상기 상사점 위치 정보 출력 수단의 구체적 구성으로는, 예컨대, 피스톤에 설정되어 있는 규정의 측정점이 실린더 헤드에 가장 가까이 갔을 때의 위치를 피스톤 상사점 위치로서 측정하고, 해당 측정값을, 실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 상사점 위치 Ptd까지의 거리를 나타내는 정보로서 출력하는 상사점 위치 센서를 이용하여도 좋다. 또한, 이 상사점 위치 센서는, 피스톤 상사점 위치만 검지할 수 있는 측정 영역 폭이 좁은 짧은 영역의 위치 센서나, 피스톤의 측정점이 소정 위치를 초과하여 실린더 헤드에 가까이 갔는지 여부를 검지하는 간단한 위치 센서라도 좋다.

또한, 상기 선형 컴프레서 구동 장치는, 실시예 2의 선형 컴프레서 구동 장치(102)에 있어서, 피스톤 진폭 중심 위치 Pav(도 9 참조)를 나타내는 정보로서, 실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤 진폭 중심 위치 Pav까지의 거리(도 9에 나타내는 제 3 좌표계 X"에서의 변위량 xav")를 출력하는 진폭 중심 위치 정보 산출 수단과, 상기 피스톤 스트로크 정보 및 상기 진폭 중심 위치 정보에 근거해 사칙 연산을 행하는 연산 수단을 구비한 것이어도 좋다.

이 경우, 상기 연산 수단에 의해, 상기 피스톤 스트로크 정보가 나타내는 스트로크값의 절반의 값(Lps/2)을, 상기 진폭 중심 위치 정보가 나타내는 값 xav"(도 9 참조)에 부가함으로써, 피스톤 하사점 위치 Pbd를 나타내는 제 3 좌표계 X"에 있어서의 변위량 xpd"(도 9 참조)를 산출할 수 있다.

또, 역으로, 상기 연산 수단에 의해, 진폭 중심 위치 정보가 나타내는 값 xav"(도 9 참조)로부터 상기 피스톤 스트로크 정보가 나타내는 스트로크값의 절반의 값(Lps/2)을 감산하는 것에 의해, 피스톤 상사점 위치 Ptd를 나타내는 제 3 좌표계 X"에 있어서의 변위량 xtd"(도 9 참조)를 산출할 수 있다.

또, 상기 진폭 중심 위치를 나타내는 정보(실린더 헤드 위치 Psh로부터 피스톤진폭 중심 위치 Pav까지의 거리)를 산출하는 수법으로서는, 선형 컴프레서의 토출 압력과 흡입 압력의 압력차와, 피스톤의 보어 단면적으로부터, 피스톤에 걸리는 가스압에 의한 힘을 계산하고, 피스톤 진폭 중심 위치를 계산하는 방법도 있다.

또한, 상기 압력차를 이용하는 진폭 중심 위치 정보의 산출 수법에서는, 이 압력차뿐만 아니라, 선형 컴프레서의 운전 주파수 ω를 가미하여, 피스톤에 걸리는 가스압에 의한 힘을 계산하는 것에 의해, 피스톤 진폭 중심 위치 정보로서의 거리 정보를 더욱 정밀도 좋게 계산할 수 있다.

또한, 상기 실시예 2에서는, 피스톤 속도 산출 수단에서의 연산 처리에 사용하는 선형 모터의 추진력 정수는 미리 측정한 기정값으로 하고 있지만, 상기 추진력 정수는 피스톤 진폭 중심 위치에 따라 보정 처리를 실시한 것이어도 좋다.

즉, 실제로는 선형 모터의 권선과 마그네트간의 자속 밀도는 선형 모터의 권선과 마그네트의 위치 관계에 의해서 증감한다. 이것은 선형 모터에 인가되는 전류에 의해서 발생하는 자계가 마그네트의 자계를 증감시키기 때문이다.

그래서, 상기 진폭 중심 위치 정보 산출 수단은 반복하여 행해지는 개개의 진폭 중심 위치 정보의 산출 처리에서는, 상기 추진력 정수의 값을, 해당 전회의 산출 처리에 의해 산출된 진폭 중심 위치 정보에 근거해서 보정하고, 보정된 추진력 정수에 근거해서, 상기 진폭 중심 위치 정보를 산출하는 것이어도 좋다.

또한, 상기 피스톤 스트로크 산출 수단(8)을, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서 상기 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 산출 처리를 반복하여 실행하고, 해당 반복되는 개개의 산출 처리에서는, 상기 선형 모터의 해당 피스톤 위치의 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수의 값을, 해당 전회의 산출 처리에 의해 산출된 피스톤 스트로크 정보에 근거해서 보정하며, 보정한 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 것으로 하여도 좋다. 이 경우, 피스톤 스트로크로서보다 정확한 값을 산출할 수 있다.

(실시예 3)

도 5는 본 발명의 실시예 3에 의한 선형 컴프레서 구동 장치를 설명하기 위한 블럭도이다. 또한, 도 10은 피스톤 위치를 피스톤 중립 위치를 기준으로 해서 나타내는 좌표계 Y"를, 피스톤 위치를 실린더 헤더 위치 Psh를 기준으로 해서 나타내는 좌표계 X"(도 9의 제 3 좌표계)와 대비시켜 나타내고 있다.

본 실시예 3의 선형 컴프레서 구동 장치(103)는 상기 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)에 있어서, 상기 피스톤 속도 산출 수단(8)에 의해 구해진 피스톤 속도의 파고값 vm 및 상기 인버터 제어기(6)에 의해 결정되는 인버터 구동 주파수 Fd에 근거해서, 피스톤 중립 위치 Pav와 피스톤 하사점 위치 Pbd 사이의 거리 정보로서, 피스톤 중립 위치 Pav를 기준으로 하는 피스톤 하사점 위치 Pbd의 변위량 ybd"(도 10 참조)를 산출하고, 이 거리 정보를 피스톤 하사점 위치 정보 Ibdc로서 출력하는 하사점 위치 산출 수단(51)을 구비한 것이다. 여기서, 상기 피스톤 중립 위치 Pav는 지지 스프링이 변형하지 않고 있을 때의 피스톤(72)의, 피스톤 축선 상에서의 위치이다. 또한, 본 실시예 3의 인버터 제어기(6)는 상기 공진 주파수 정보 Irf에 근거해서 인버터(2)를 스위칭하는 PWM 신호 Scp의 펄스 폭을 조정하고, 해당 펄스 폭이 조정된 PWM 신호 Scp를 인버터 구동 제어 신호로서 인버터(2)로 출력하며, 또한 해당 PWM 신호 Scp의 펄스 폭에 의해 결정되는 상기 인버터(2)의 출력 전압 및 출력 전압의 주파수를 상기 인버터 구동 주파수 Fd로서 나타내는 정보(인버터 구동 주파수 정보) Idf를, 상기 하사점 위치 산출 수단(51)으로 출력하는 것이다.

또, 상기 인버터 구동 주파수 Fd는 이상적으로는 공진 주파수 정보 Fr과 일치한 것으로 된다. 또한 여기서는, 상기 하사점 위치 산출 수단(51)은 소프트웨어에 의해 구성한 것이다. 단지, 이 하사점 위치 산출 수단(51)은 하드웨어에 의해 구성한 것이어도 좋다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 실시예 3의 선형 컴프레서 구동 장치(103)에 있어서의, 상기 인버터 제어기(6) 및 하사점 위치 산출 수단(51) 이외의 부분의 동작은, 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)에 있어서의 것과 동일하기 때문에, 이하에서는, 주로 상기 인버터 제어기(6) 및 하사점 위치 산출 수단(51)의 동작에 대하여 설명한다.

상기 선형 컴프레서(103)의 선형 모터에 의한 피스톤의 왕복 운동에 대한 운동 방정식으로서, 하기의 수학식 10이 성립한다.

수학식 10에 있어서, m은 왕복 운동하고 있는 가동 부재의 전체 질량[kg]이며, a는 해당 왕복 운동하고 있는 가동 부재의 순시 가속도[m/s/s]이다. 또한, k는 선형 컴프레서에 내장되어 있는 지지 스프링의 스프링 정수[N/m], y"는 스프링이 변형하지 않은 상태에서의 가동 부재의 위치(피스톤 중립 위치) Pini에 대한 가동 부재의 변위량[m], α는 선형 모터의 추진력 정수[N/A], I는 선형 모터에 인가하는 구동 전류의 측정값[A], β은 피스톤 보어의 단면적[m·m], P(t)는 압축실 내부의 압력[Pa], Ps는 피스톤 배면 측의 가스 압력(흡입 압력)[Pa]이다.

선형 컴프레서(103)가 피스톤 왕복 운동의 공진 상태에서 구동되어 있을 때에는, 피스톤이 하사점 위치에 왔을 때, 압축실 내부의 압력은 흡입 압력과 같게 되므로, 이 시점에서는, 피스톤 운동을 나타내는 운동 방정식(수학식 10)에 있어서의 우변 제 2 항은 0으로 된다.

또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 하사점 위치, 즉 피스톤 변위량이 최대로 될 때, 가속도도 최대로 되어, 선형 모터의 구동 전류 Id는 0으로 된다.

따라서, 수학식 10의 좌변 제 1 항의 가속도 a는 가속도 최대값(a=am), 그 좌변 제 2 항의 변수 y"는 하사점 위치의 변위량(y"=ybd"), 그 우변 제 1 항 및 우변 제 2 항은 0(I=0)으로 되어, 수학식 10에 대신하여, 수학식 11이 성립한다.

수학식 11에 있어서, am은 피스톤 가속도의 최대값[m/s/s], ybd"는 피스톤 중립 위치 Pini를 기준으로 해서 표시되는 하사점 위치의 변위량[m]가다.

따라서, 피스톤 가속도의 최대값 am[m/s/s]가 구해지면, 수학식 11에 의해, 하사점 위치를 나타내는 변위량 ybd"[m](도 10 참조)는 구할 수 있다.

다음에, 피스톤 가속도의 최대값 am[m/s/s]를 구하는 방법에 대하여 설명한다.

피스톤 가속도 a는 상기 실시예 2에서 설명한 피스톤 변위량 x(t) 및 피스톤 속도 v(t)와 마찬가지이고, 시간 t를 변수로 하는 정현파 함수에 의해 표시된다.

구체적으로는, 피스톤 운동의 각속도를 ω[rad/sec], 피스톤 가속도의 진폭 최대값을 am[m/s/s], 피스톤 가속도의 순시값을 a(t)[m/s/s]라고 하면, 가속도는 속도의 미분값이기 때문에, 피스톤 가속도는 시간 t[sec]을 변수로 하여 수학식 12에 의해 표시된다.

수학식 12로부터, am=vm×ω라는 관계가 성립하는 것은 명백하므로, 피스톤 가속도의 최대값 am[m/s/s]는 피스톤 속도의 진폭 최대값 vm[m/s]와 피스톤 운동의 각속도 ω[rad/sec]의 곱에 의해서 구해진다.

본 실시예 3의 인버터 제어기(6)에서는, 상기 공진 주파수 정보 Irf에 근거해서 인버터(2)를 스위칭하는 PWM 신호 Scp의 펄스 폭이 조정되어, 해당 펄스 폭이 조정된 PWM 신호 Scp가 인버터 구동 제어 신호로서 인버터(2)로 출력되며, 또한 해당 PWM 신호 Scp의 펄스 폭에 의해 결정되는 상기 인버터(2)의 출력 전압 및 출력 전압의 주파수를 상기 인버터 구동 주파수 Fd로서 나타내는 정보(인버터 구동 주파수 정보) Idf가 상기 하사점 위치 산출 수단(51)으로 출력된다.

그렇게 하면, 본 실시예 3의 선형 컴프레서 구동 장치(103)에 있어서의 하사점 위치 산출 수단(51)에서는, 피스톤 속도 산출 수단(8)으로부터 출력되는 피스톤 속도 정보 Ipve 및 인버터 제어기(6)로부터 출력되는 인버터 구동 주파수 정보 Idf를 수신하여, 피스톤 속도 정보 Ipve가 나타내는 피스톤 속도의 최대 진폭 vm[m/s]와, 동작 각속도 ω[rad/sec](인버터 구동 주파수 정보 Idf가 나타내는 인버터 구동 주파수 Fd[Hz]에 2π를 곱하여 얻어지는 값)의 승산 처리가 행하여져, 해당 승산 처리에 의해 가속도의 최대 진폭 am[m/s/s]가 산출된다. 또한, 상기 하사점 위치 산출 수단(51)에서는, 그 가속도의 최대 진폭 am[m/s/s]와 가동 부재의 전체 질량 m[kg]의 승산 처리 및 해당 승산 처리에 의해 얻어지는 값을, 선형 컴프레서(100)의 지지 스프링의 스프링 정수 k[N/m]에 의해서 제산하는 제산 처리가 행하여져, 해당 제산 처리에 의해 하사점 위치 Pbd를 나타내는 변위량 ybd"[m](도 10 참조)가 구해진다. 그리고, 하사점 위치 산출 수단(51)으로부터는, 해당 변위량 ybd"[m]을 나타내는 정보가 하사점 위치 정보 Ibdc로서 출력된다.

이와 같이, 본 실시예 3의 선형 컴프레서 구동 장치(103)에서는, 피스톤 속도 산출 수단(8)에서 얻어진 피스톤 속도의 최대 진폭 vm[m/s]와, 선형 컴프레서의 공진 주파수 Fr로부터 결정되는 인버터 구동 주파수 Fd에 근거해서, 피스톤 하사점 위치 Pbd를 나타내는 피스톤 변위량으로서, 피스톤 중립 위치 Pini와 피스톤 하사점 위치 Pbd의 거리를 나타내는 값 ybd"[m]을 산출하는 하사점 위치 산출 수단(51)을 구비했으므로, 피스톤 하사점 위치 정보에 의해 공진 스프링의 휨량을 파악할 수 있다. 이 공진 스프링의 휨량은 해당 공진 스프링이 파괴 한계 이상으로 변형되지 않도록 하는 선형 컴프레서의 구동 제어에 유용하게 이용할 수 있는 것이다.

(실시예 4)

도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 선형 컴프레서 구동 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

본 실시예 4의 선형 컴프레서 구동 장치(104)는 상기 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)와 마찬가지로 전원(1), 인버터(2), 전류 센서(9), 출력 전류 검출 수단(3), 공진 주파수 정보 출력 수단(5), 인버터 제어기(6) 및 타이밍 검지 수단(7)을 가짐과 동시에, 출력 전류 검출 수단(3)의 검지 출력(구동 전류 검지 신호) Dcd에 근거해서, 피스톤 왕복 운동의 중심 위치(피스톤 진폭 중심 위치) Pav를 나타내는 정보로서, 상기 피스톤 중립 위치 Pini에 대한 피스톤 진폭 중심 위치 Pav(도 10 참조)의 변위량 yav"를 산출하는 중심 위치 산출 수단(61)과, 상기 중심 위치 산출 수단(61)으로의 상기 구동 전류 검지 신호 Dcd의 공급 및 공급 정지를, 상기 타이밍 검지 수단(7)으로부터 출력되는 스위치 제어 신호 Scs에 근거해서 제어하는 개폐 스위치(11)를 갖고 있다.

여기서 상기 개폐 스위치(11)는 상기 출력 전류 검출 수단(3)으로부터의 구동 전류 검출 신호 Dcd가 입력되는 입력측 접점(11a)과, 상기 구동 전류 검출 신호 Dcd를 중심 위치 산출 수단(61)으로 출력하기 위한 출력측 접점(11b)을 갖고, 상기 타이밍 검지 수단(7)으로부터의 검지 출력인 스위치 제어 신호 Scs에 근거해서, 상 기 입력측 접점(11a)과 출력측 접점(11b) 사이를 도통 상태 또는 비도통 상태로 하는 것이다.

또, 본 실시예 4에서는, 상기 중심 위치 산출 수단(61)은 소프트웨어에 의해 실현한 것이다. 단지, 이 중심 위치 산출 수단(61)은 하드웨어에 의해 구성한 것이어도 좋다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

본 실시예 4에서는, 상기 실시예 1과 마찬가지로, 선형 컴프레서(100)에서는, 인버터(2)로부터의 교류 전압 Vd의 인가에 의해 선형 모터가 구동되어 피스톤의 왕복 운동이 행해진다. 또한, 상기 선형 컴프레서에 인가되는 교류 전류 Vd의 주파수는 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수 Fr과 일치하고 있기 때문에, 선형 컴프레서(100)의 운전은 피스톤 왕복 운동의 공진 상태에서 행해진다.

이 때, 출력 전류 검출 수단(3)에서는, 전류 센서(9)로부터의 전류 모니터 출력 Scm에 근거해서, 인버터 출력 전류, 즉, 선형 컴프레서(100)의 구동 전류 Id가 검출되어, 검출 출력(구동 전류 검출 신호) Dcd가 상기 개폐 스위치(11)의 입력측 접점(11a)으로 출력된다.

또한, 상기 타이밍 검지 수단(7)에서는, 상기 전류 센서(9)로부터의 전류 모니터 출력 Scm에 근거해서, 인버터 구동 전류 Id의 위상이, 90° 및 270° 중 적어도 한쪽의 위상으로 되는 위상 타이밍이 검출되고, 이 위상 타이밍에서 상기 개폐 스위치(11)의 입력측 접점(11a)과 출력측 접점(11b)을 도통 상태로 하는 스위치 제어 신호 Scs가 해당 개폐 스위치(11)로 출력된다.

상기 개폐 스위치(11)에서는, 상기 스위치 제어 신호 Scs에 의해, 상기 위상 타이밍에서, 대응하는 입력측 접점과 출력측 접점이 도통 상태로 되어, 상기 구동 전류 Id의 상기 위상 타이밍에서의 값(순시값) I1이 상기 중심 위치 산출 수단(61)으로 출력된다.

그렇게 하면, 중심 위치 산출 수단(61)에서는, 상기 위상 타이밍에서의 구동 전류의 순시값 Im에 근거해서, 하기의 수학식 13으로부터, 피스톤 중립 위치 Pini를 기준으로 하는 피스톤 진폭 중심 위치 Pav의 변위량 yav"[m]가 산출되고, 해당 변위량 yav"를 나타내는 정보가 진폭 중심 위치 정보 Iav로서 출력된다.

즉, 상기 실시예 3에서 설명한 바와 같이, 선형 컴프레서(100)의 선형 모터에 의한 피스톤 왕복 운동에 대해서는, 운동 방정식으로서 상기 수학식 10이 성립한다.

이러한 피스톤 왕복 운동에 있어서의, 선형 컴프레서에 입력하는 구동 전류의 위상이 90° 및 270° 중 적어도 한쪽의 위상으로 되는 위상 타이밍에서는, 피스톤 가속도 a[m/s/s]는 0, 피스톤 중립 위치 Pini를 기준으로 하는 피스톤 위치 p의 변위량 y"[m]는 피스톤 중립 위치 Pini를 기준으로 하는 피스톤 진폭 중심 위치 Pav의 변위량 yav"과 일치하는 것으로 되고, 또한 구동 전류 I[A]는 최대값 Im으로 된다.

본 실시예 4에서는, 선형 컴프레서(100)는 상기 위상 타이밍에서 선형 컴프레서(100)의 흡입 밸브가 열려, 압축실 내부의 압력 P(t)[Pa]가 흡입 압력 Ps[Pa]와 같게 되도록 설계되어 있기 때문에, 상기 수학식 10에 대신하여 다음의 수학식 13이 성립하는 것으로 된다.

이 수학식 13으로부터, 피스톤 진폭 중심 위치 Pav의 변위량 yav"[m]는 선형 컴프레서의 입력 전류의 최대 진폭 Im[A]와 선형 모터의 추진력 정수 α[N/A]의 곱을, 선형 컴프레서의 지지 스프링의 스프링 정수 k[N/m]에 의해서 제산하는 연산 처리에 의해 구해진다.

이와 같이, 본 실시예의 선형 컴프레서 구동 장치(104)에서는, 실시예 1의 선형 컴프레서 구동 장치(101)에 있어서의 출력 전압 검출 수단(4) 및 피스톤 속도 검출 수단(8)에 대신하여, 선형 컴프레서의 구동 전류 Id의 위상이 90° 및 270° 중 적어도 한쪽의 위상으로 되는 위상 타이밍에 있어서의 구동 전류의 순시값 Im[A]에 근거해서, 피스톤 진폭 중심 위치를 나타내는 변위량 yav"를 산출하는 중심 위치 산출 수단(61)을 구비했으므로, 피스톤 중립 위치 Pini에 대한 피스톤 왕복 운동의 중심 위치 Pav의 변위량 yav"를 승산 및 제산 만의 간단한 연산 처리에 의해 정밀도 좋게 구할 수 있고, 피스톤 왕복 운동의 중심 위치 Pav의 검출을 간단하고 또한 고정밀도로 실행할 수 있다.

또, 상기 실시예 4에서는, 선형 컴프레서 구동 장치(104)로서, 인버터 구동 전류 Id의 위상이, 90° 및 270° 중 적어도 한쪽의 위상으로 되는 위상 타이밍에서, 인버터 구동 전류 Id의 순시값 Im을 검출하고, 이 순시값 Im에 근거해서 피스톤 진폭 중심 위치 정보를 산출하는 것을 나타내었지만, 선형 컴프레서 구동 장치(104)는 상기 인버터 구동 전류 Id의 순시값 Im과, 선형 컴프레서가 토출하는 냉매 가스의 압력 및 선형 컴프레서가 흡입하는 냉매 가스의 압력에 근거해서, 피스톤 진폭 중심 위치 정보를 산출하는 것이어도 좋다.

이 경우, 선형 컴프레서 구동 장치는, 실시예 4의 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서, 상기 선형 컴프레서가 토출하는 냉매 가스의 압력을 검지하는 토출 압력 검지 수단과, 상기 선형 컴프레서가 흡입하는 냉매 가스의 압력을 검지하는 흡입 압력 검지 수단을 구비하고, 상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 토출 압력과 상기 흡입 압력의 압력차에 근거해서 상기 냉매 가스로부터 상기 피스톤에 작용하는, 상기 피스톤 왕복 운동의 방향에 있어서의 작용력을 산출하고, 해당 산출된 작용력에 근거해서, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것으로 된다.

또한, 상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 토출 압력과 상기 흡입 압력의 압력차와, 상기 공진 주파수 정보 출력 수단(5)으로부터 출력되는 공진 주파수 정보가 나타내는 공진 주파수에 근거해서, 냉매 가스로부터 피스톤에 작용하는, 상기 피스톤 왕복 운동 방향에 있어서의 작용력을 산출하고, 해당 산출된 작용력으로부터, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것으로 하여도 좋다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 선형 컴프레서 구동 장치는 위치 센서를 이용하지 않고서, 간단한 연산 처리에 의해, 선형 컴프레서의 피스톤 스트로크와 탑 클리어런스(top clearance)를 정밀도 좋게 검지할 수 있는 것이고, 부하의 변동에 의해 피스톤의 스트로크 및 탑 클리어런스가 변화되는 선형 컴프레서의 구동 장치로서 매우 유용하며, 냉동 압축기 등에 이용된다.

Claims (24)

1. 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 선형 모터를 갖고, 해당 피스톤의 왕복 운동에 의해 압축 가스를 생성하는 선형 컴프레서를, 해당 선형 모터에 교류 전압을 인가하여 구동하는 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서,

   상기 선형 모터에 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터와,

   상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수를 나타내는 공진 주파수 정보를 출력하는 공진 주파수 정보 출력 수단과,

   상기 인버터의 출력 전압을 검출하여 전압 검출 신호를 출력하는 전압 검출 수단과,

   상기 인버터의 출력 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 출력하는 전류 검출 수단과,

   상기 공진 주파수 정보에 근거해서, 상기 인버터를, 그 출력 전압 및 출력 전류로서 각각 주파수가 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수와 일치한 정현파 형상 전압 및 정현파 형상 전류를 출력하도록 제어하는 인버터 제어기와,

   상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 타이밍 검지 수단과,

   상기 전압 검출 신호 및 상기 전류 검출 신호를 수신하여, 상기 특정 위상 타이밍에 있어서의, 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류 각각의 순시값에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 피스톤 속도 산출 수단

   을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 타이밍 검지 수단은,

   상기 전류 검출 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 진폭이 최대로 되는 위상 타이밍을, 상기 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 타이밍 검지 수단은,

   상기 전류 검출 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 교류 전류의 위상이 90° 및 270° 중 적어도 한쪽의 위상으로 되는 위상 타이밍을, 상기 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 것인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 인버터에 해당 인버터를 구동 제어하는 인버터 구동 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기를 구비하고,

   상기 타이밍 검지 수단을, 상기 인버터 구동 제어 신호의 위상에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 검지하는 것으로 한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 타이밍 검지 수단은,

   상기 인버터의 출력 전류의 위상에 대한, 상기 인버터 구동 제어 신호의 위상의 위상 오차량을 검출하는 위상 오차량 검출기를 갖고, 해당 위상 오차량이 0으로 되도록 그 위상이 보정된 인버터 구동 제어 신호에 근거해서, 상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 검지하는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤 속도 산출 수단은,

   상기 선형 모터의 온도 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수에 대하여 온도 보정 처리를 실시하고, 해당 온도 보정 처리를 실시한 추진력 정수와, 상기 순시 전류값, 순시 전압값 및 해당 선형 모터의 내부 저항값에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤 속도 산출 수단은,

   상기 선형 모터의 온도 변화에 의해 그 값이 변동하는 내부 저항값에 대하여 온도 보정 처리를 실시하고, 해당 온도 보정 처리를 실시한 내부 저항값과, 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류 각각의 순시값과, 상기 선형 모터의 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤 속도 산출 수단은,

   상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 속도 산출 처리를 반복해서 실행하고, 해당 반복되는 각 속도 산출 처리에서는, 상기 선형 모터의 해당 피스톤 속도의 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수의 값을, 전회(前回)의 속도 산출 처리에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서 보정하고, 보정한 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 속도의 최대 진폭을 산출하는 것인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 변위의 최대 진폭을 나타내는 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 스트로크 정보 산출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단과,

    상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터에 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 하사점 위치 정보 산출 수단과,

    상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
13. 제 9 항에 있어서,

    상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 출력하는 상사점 위치 정보 검출 센서와,

    상기 상사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
14. 제 9 항에 있어서,

    상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 출력하는 상사점 위치 정보 검출 센서와,

    상기 상사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
15. 제 9 항에 있어서,

    상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 출력하는 하사점 위치 정보 검출 센서와,

    상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
16. 제 9 항에 있어서,

    상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 검출하여, 해당 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 출력하는 하사점 위치 정보 검출 센서와,

    상기 하사점 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
17. 제 9 항에 있어서,

    상기 인버터의 출력 전류에 근거해서 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 중심 위치 정보 산출 수단과,

    상기 중심 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 상사점 위치를 나타내는 상사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
18. 제 9 항에 있어서,

    상기 인버터의 출력 전류에 근거해서 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 중심 위치 정보를 산출하는 중심 위치 정보 산출 수단과,

    상기 중심 위치 정보 및 상기 피스톤 스트로크 정보에 근거해 사칙 연산을 행하여, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 하사점 위치를 나타내는 하사점 위치 정보를 산출하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
19. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 선형 컴프레서는, 상기 피스톤이 그 중립 위치로부터 변위했을 때에, 해당 피스톤이 그 중립 위치로 되돌아가도록 해당 피스톤에 힘을 가하는 탄성 부재를 갖는 것이고,

    상기 하사점 위치 정보 산출 수단은, 상기 인버터 제어기에 의해 결정되는 상기 인버터의 출력 전압 및 출력 전류의 주파수와, 상기 피스톤 속도 산출 수단에 의해 산출된 피스톤 속도의 최대 진폭과, 상기 선형 컴프레서에 있어서의 상기 피스톤 왕복 운동을 행하는 가동부의 중량과, 상기 탄성 부재의 스프링 정수로부터, 상기 하사점 위치 정보로서, 상기 피스톤 중립 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 하사점 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것인 것을 특징으로 하는

    선형 컴프레서 구동 장치.
20. 제 9 항에 있어서,

    상기 피스톤 스트로크 산출 수단은,

    상기 피스톤 속도의 최대 진폭에 근거해서 상기 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 산출 처리를 반복하여 실행하고, 해당 반복되는 개개의 산출 처리에서는, 상기 선형 모터의 해당 피스톤 위치의 변화에 의해 그 값이 변동하는 추진력 정수의 값을, 해당 전회의 산출 처리에 의해 산출된 피스톤 스트로크 정보에 근거해 보정하고, 보정한 추진력 정수에 근거해서, 상기 피스톤 스트로크 정보를 산출하는 것인 것을 특징으로 하는

    선형 컴프레서 구동 장치.
21. 피스톤 및 피스톤을 왕복 운동시키는 선형 모터를 갖고, 해당 피스톤의 왕복 운동에 의해 압축 가스를 발생하는 선형 컴프레서를, 해당 선형 모터에 교류 전압을 인가하여 구동하는 선형 컴프레서 구동 장치에 있어서,

    상기 선형 모터에 교류 전압 및 교류 전류를 출력하는 인버터와,

    상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수를 나타내는 공진 주파수 정보를 출력하는 공진 주파수 정보 출력 수단과,

    상기 인버터의 출력 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 출력하는 전류 검출 수단과,

    상기 공진 주파수 정보에 근거해서, 상기 인버터를, 그 출력 전압 및 출력 전류로서 각각 주파수가 상기 피스톤 왕복 운동의 공진 주파수와 일치한 정현파 형상 전압 및 정현파 형상 전류를 출력하도록 제어하는 인버터 제어기와,

    상기 인버터의 출력 전류의 미분값이 0으로 되는 위상 타이밍을 특정 위상 타이밍으로서 검지하는 타이밍 검지 수단과,

    상기 특정 위상 타이밍에 있어서의, 상기 인버터의 출력 전류의 순시값에 근거해서, 상기 선형 컴프레서가 토출하는 냉매 가스의 압력과 선형 컴프레서가 흡입하는 냉매 가스의 압력의 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서, 상기 피스톤 왕복 운동에 있어서의 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 피스톤 중심 위치 산출 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 선형 컴프레서는, 상기 피스톤이 그 중립 위치로부터 변위했을 때에, 해당 피스톤이 그 중립 위치로 되돌아가도록 해당 피스톤에 힘을 가하는 탄성 부재를 갖는 것이고,

    상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 인버터의 출력 전류의 최대 진폭값과, 상기 선형 모터의 추진력 정수와, 상기 탄성 부재의 스프링 정수로부터, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 피스톤 중립 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것인 것을 특징으로 하는

    선형 컴프레서 구동 장치.
23. 제 21 항에 있어서,

    상기 선형 컴프레서가 토출하는 냉매 가스의 압력을 검지하는 토출 압력 검지 수단과,

    상기 선형 컴프레서가 흡입하는 냉매 가스의 압력을 검지하는 흡입 압력 검지 수단을 구비하고,

    상기 중심 위치 정보 산출 수단은, 상기 토출 압력과 상기 흡입 압력의 압력차에 근거해서 상기 냉매 가스로부터 상기 피스톤에 작용하는, 상기 피스톤 왕복 운동의 방향에 있어서의 작용력을 산출하며, 해당 산출된 작용력에 근거해서, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것인 것을 특징으로 하는

    선형 컴프레서 구동 장치.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 중심 위치 정보 산출 수단은,

    상기 토출 압력과 상기 흡입 압력의 압력차와, 상기 공진 주파수 정보가 나타내는 공진 주파수에 근거해서, 냉매 가스로부터 피스톤에 작용하는, 상기 피스톤 왕복 운동 방향에 있어서의 작용력을 산출하고, 해당 산출된 작용력으로부터, 상기 중심 위치 정보로서, 상기 압력차가 0으로 되는 피스톤 위치를 기준으로 해서 상기 피스톤 중심 위치를 나타내는 위치 정보를 산출하는 것인 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서 구동 장치.