WO2002079651A1

WO2002079651A1 - Dispositif de commande d'un dispositif d'entrainement a compression lineaire

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Publication number: WO2002079651A1
Application number: PCT/JP2002/002993
Authority: WO
Inventors: Ko Inagaki; Ichiro Morita; Makoto Katayama; Akira Inoue
Original assignee: Matsushita Refrigeration Company
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2002-10-10
Also published as: JP2002285958A; CN1509376A; US20040101413A1; KR20030096289A

Description

明細書リニアコンプレッサ駆動システムの制御装置技術分野

本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナ等に使用されるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置に関する。従来の技術

近年、地球環境保護、省エネルギーの観点から、冷凍機器の高効率化の必要性はさらに高まっており、リニアモータを使用したコンプレッサは機構構成の単純さ故に、高効率化と製造原価の低減のため広く使用されている。しかし、リニアコンプレッサを高効率で運転するためには、ビストンの上死点でのクリアランスを小さく維持しながらビストンを往復運転させる必要があり、また、上死点でのクリアランスの大きさでコンプレッサの冷凍能力の制御も同時に行うなど、従来のコンロッド式のレシプロコンプレッサにはない制御が必要となっている。

リニアコンプレッサの従来の制御方式としては、特開 2 0 0 0— 1 2 1 1 8 0号公報に記載されているものがある。図 1 0は、本発明により制御する制御対象としてのリニアコンプレツサ駆動システムの主要な要素であるリニアコンプレッサの断面図、図 1 1はリニアコンプレッサ駆動システムを制御する従来の制御装置の構成を示すプロック図である。図 1 0、図 1 1において、 1はリニアコンプレッサであり、 2は密閉ケーシング、 3はコンプレッサ本体である。 4はリニアモー夕、 5はシリンダ、 6はピストン、 7はシリンダヘッドである。モー夕 4は、コィル 4 cを備えた固定子 4 aと永久磁石を備えた可動子 4 bとから構成されており、可動子 4 bはピストン 6に固定されている。 1 0はシリンダ 5とビストン 6から構成される圧縮室である。コンプレッサの本体 3はモータ 4の可動子 4 b , ビストン 6などから構成される可動要素 1 1と、シリンダ 5、モー夕 4の固定子 4 aなどから構成される固定要素 1 2とから構成されている。 1 4は弾性要素であり、その中央部 1 4 aで可動要素に取付けられ、端部 1 4 bで固定要素に取付けられている。

また、 1 6は電源装置、 1 7は電圧決定手段、 1 8は周囲温度検出手段である。 1 9は蒸発器 1 9 a、凝縮器 1 9 bからなる熱交換器であり、 2 0は膨張弁である。リニアコンプレッサ 1と凝縮器 1 9 b、膨張弁 2 0、蒸発器 1 9 aは配管で接続され、冷煤が循環するシステム 2 1を形成している。

次にリニアコンプレッサ駆動システムの従来の制御装置の動作について説明する。周囲温度検出手段 1 8は周囲温度を計測し、温度に応じて温度信号を出力する。電圧決定手段 1 7は、温度信号に応じて電圧目標値を出力する。電源装置 1 6は、電圧目標値に応じた電圧でリニアコンプレッサ 1に正弦波状の交流電流を出力する。

電源装置 1 6から出力された交流電流は、リニアコンプレッサ 1内のモー夕 4のコイルに供給され、コイルを流れる電流により磁界が発生することで、可動子 4 bは永久磁石との間に作用する磁力により、ピストン 6とともに往復動する。このとき、ピストン 6の振幅は電源装置 1 6 の電圧が大きいほど大きくなり、ピストンの振幅が大きいほどシステム 2 1における冷凍能力は大きくなる。

ところで、冷蔵庫では周囲温度により必要な冷凍能力が異なる。即ち、周囲温度が高い場合は冷蔵庫への熱負荷も高いため、高い冷凍能力が必要である。一方、周囲温度が低い場合は、必要な冷凍能力は小さくなるが、このとき、冷凍能力が大きすぎると圧縮比が上昇しシステム効率が低下するため、システム効率の観点から適正な冷凍能力を選択する必要がある。

従って、電圧決定手段 1 7は周囲温度が高いときは高い電圧目標値を出力し、周囲温度が低いときは低い電圧目標値を出力することで、電源装置 1 6はリニアコンプレッサ 1へ適正な冷凍能力に必要な電圧を出力する。

また、電源装置 1 6で発生させる交流電源の周波数は、リニアコンプレッサ 1の主に可動要素 1 1の質量や弾性要素 1 4のパネ定数などから定まる共振周波数で与えることで、弾性要素 1 4のバネカを可動要素 1 1の往復動に有効に用いることができる。

しかしながら上記従来の構成では、ビストン 6の先端がシリンダへッド 7に近づいたときに、ピストンへの作用力などの影響でピストンの上死点での位置がばらつくなど挙動が不安定となり、ビストンなどの可動要素がバルブプレートなどの固定要素に衝突する場合がある。これはピストンへの作用力が共振ばねによるばね力だけではなく、圧縮室のガス圧縮動力が作用しており、この作用力が非線型性を持っている上に、モ一夕推力についても圧縮負荷により変動することが影響していると考えられる。

ピストンの挙動が不安定になり、可動要素と固定要素が衝突すると騒音、振動が問題となるとともに、強く衝突した場合には可動要素ゃシリンダへッドに設けたバルブ等の信頼性低下にもつながるとの課題があつた。

また、衝突しない場合でも、ピストンの挙動の変動が顕著な場合は騒音の原因となる場合がある。さらに、冷媒の循環量が変動するため、所定の能力が得られないなどの課題があった。発明の開示本発明は、従来の課題を解決するもので、ピストンの挙動を安定させ、騒音振動の発生を防止するとともに、コンプレッサの信頼性低下を防止して信頼性を向上させる。また、ピストン挙動を安定させ、所定の冷凍能力を得ることで、システム効率を向上させるものである。

また、トップクリアランスが大きい運転条件では衝突発生の恐れは低いため、ビストン上死点のわずかな変動に対して挙動を安定させる制御を行っても衝突防止の効果は無いばかりではなく、制御のために電力を消費することになるとの課題があった。

本発明の他の目的は、制御の必要性の低い運転条件では、制御を行わず、制御を行うための回路損失の発生を低減させるものである。

また、ピストンの上死点位置を一定に保っため、ピストンの位置ゃ電流、電圧を検出し、一定周期毎に目標値との差に基づいて、供給電圧を変更するフィードバック制御を行っている場合、制御を行う周期や供給電圧の変更幅が不適切な場合には、かえってビストンの挙動が不安定になる場合がある。

本発明の他の目的は、不適切なフィードバック制御に起因するビストンの不安定現象を回避し、安定した運転を行うことである。

本発明は、リニアモー夕とピストンを有するリニアコンプレッサと、前記リニァモー夕に電力を供給する電源装置とを有するリ二アコンプレッサ駆動システムに用いるリ二アコンプレッサ駆動システムの制御装置であって、前記ビストンの挙動が不安定となっていることを検知して、不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、前記不安定検知信号に基づき前記リニアコンプレッサ駆動システムに作用して不安定状態を回避するよう動作する不安定回避手段を備えたリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置であり、ピストン挙動が不安定になることにより、可動要素と固定要素の衝突による信頼性低下や騒音振動の増大を防止するという作用を有する。

本発明の他の態様は、リニアモー夕とピストンを有するリニアコンプレッサと、前記リニアモー夕に電力を供給する電源装置とを有するリニアコンプレッサ駆動システムに用いるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置であって、前記ピストンの変位、周囲温度、前記リニアコンプレッサ駆動システムのいずれかの部位の温度、運転圧力の少なくとも 1つを検出して検出信号を出力する運転条件検出手段と、前記運転条件検出手段の検出信号が所定の条件を満たす場合に、前記ビストンの挙動が不安定となっていると推測して不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、前記不安定検知信号に基づき前記リニアコンプレッサ駆動システムに作用して不安定状態を回避するよう動作する不安定回避手段を備えたリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置であり、ピストン挙動が不安定になることにより、可動要素と固定要素の衝突による信頼性低下や騒音振動の増大を防止するとともに、不安定回避の制御が必要なときにだけ機能するので、制御に必要な制御回路の損失を低減するという作用を有する。

本発明の他の態様は、さらにピストンの変位を検出する変位検出手段を備えたものであり、不安定検知手段を前記変位検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するように構成したので、ビストンの変位から直接的に挙動が不安定になっていることを検出するという作用を有する。本発明の他の態様は、さらにコンプレッサの音または振動を検出する音 ·振動検出手段を備えたものであり、不安定検知手段を前記音 ·振動検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するように構成したので、音や振動から間接的にピストンの挙動が不安定になっていることを検出することができるという作用を有する。

本発明の他の態様は、さらに電源装置が出力する電圧または電流を検出する電圧電流検出手段を備えたものであり、不安定検知手段を前記電圧電流検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するように構成したので、電源装置の電圧または電流から間接的にピストンの挙動が不安定になっていることを検出するという作用を有する。

本発明の他の態様は、さらにシステムの圧力を検出する圧力検出手段を備えたものであり、不安定検知手段を前記圧力検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するように構成したので、システムの圧力から間接的にピストンの挙動が不安定になっていることを検出するという作用を有する。

本発明の他の態様は、さらに周囲温度を検出する周囲温度検出手段を備えたものであり、不安定検知手段を前記周囲温度検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するように構成したので、周囲温度から間接的にビストンの挙動が不安定になる条件を検出するという作用を有する。本発明の他の態様は、さらにシステムの温度を検出する温度検出手段を備えたものであり、不安定検知手段を前記温度検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するように構成したので、冷凍システムの温度から間接的にビストンの挙動が不安定になっていることを検出するという作用を有する。

本発明の他の態様は、不安定回避手段を、不安定検知信号に基づいて電源装置が出力する電圧波形あるいは電流波形を変更するものとしたので、モータの推力特性を変えることでピストンの不安定現象を低減するという作用を有する。

本発明の他の態様は、さらに複数のパターンの波形を記憶する波形記憶手段とからなり、不安定回避手段は不安定検知信号に基づいて波形記憶手段で記憶された波形に基づく電圧または電流を電源から出力するものとしたので、不安定の回避に有効なモー夕推力特性を選択できるため，ピス卜ンの不安定現象を低減するという作用を有する。

本発明の他の態様は、不安定回避手段を、不安定検知信号に基づいてモー夕のインピーダンスを変更するものとしたので、リニァモータのコィルの結線を直列あるいは並列に変更する等の方法でモータのインピーダンスを変更することで、モータに流れる電流波形が変化し、モータの推力特性が変化することで、ビストンの不安定挙動を緩和するという作用を有する。

本発明の他の態様は、不安定回避手段を、不安定検知信号に基づいて熱交換器への送風量を変更するものとしたので、送風量を変更することでシステムの圧力が変化し、ピストンに働く作用力を変化するので、不安定挙動を緩和するという作用を有する。

本発明の他の態様は、送風量変更手段を、送風機の回転数や風路を変更するものとしたので、これらの変更によりシステムの圧力が変化し、ビストンに働く作用力も変化するため、不安定挙動が緩和されるという作用を有する。

本発明の他の態様は、不安定回避手段を、不安定検知信号に基づいて電源装置が出力する周波数を変更するものとしたので、運転周波数の変化によりピストンの不安定現象を回避するという作用を有する。

本発明の他の態様は、不安定回避手段を、不安定検知信号に基づいて電源の電圧あるいは電流を変更するものとしたので、ピストンのトップクリアランスを大きくすることで衝突を回避するか、あるいは不安定現象が起きないストロ一クを選択するという作用を有する。

本発明の他の態様は、電流あるいは電圧あるいはピストン変位を検出する検出手段と、運転条件に応じて電流あるいは電圧あるいはビストン変位の目標値を設定する目標値設定手段と、所定の間隔で開始信号を出力するタイマ手段と、開始信号に基づいて前記検出手段の出力と目標値を比較し、目標値との差に応じて所定の変更幅で電源装置が出力する電圧あるいは電流を変更する変更手段とからなり、不安定回避手段は不安定検知信号に基づいて、前記検出手段の変更幅あるいは前記夕イマ手段の開始信号の出力間隔の少なくとも一方を変更するものとしたので、ピストンの上死点位置のフィ一ドバック制御に起因するビストンの不安定現象を回避するという作用を有する。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置の実施の形態 1のブロック図、図 2は、本発明の実施の形態 1における電流検出手段で検出される電源装置からリニアコンプレッサに供給される電流の波形図、図 3は、本発明の実施の形態 1における不安定検知手段の動作を示すフローチヤ一卜、

図 4は、本発明の実施の形態 1における不安定回避手段の動作を示すフローチヤ一卜、図 5は、本発明によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置の実施の形態 2のブロック図、図 6は、本発明によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置の実施の形態 3のブロック図

図 7は、本発明によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置の実施の形態 4のブロック図

図 8は、本発明によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置の実施の形態 5のブロック図

図 9は、本発明によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置の実施の形態 6のブロック図

図 1 0は、従来のリニアコンプレッサの断面図

図 1 1は、従来のリニアコンプレッサ駆動システムと、その制御装置のブロック図

発明を実施する最良の形態

以下、本発明によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置の実施に形態について、図 1から図 9を用いて説明する。尚、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

(実施の形態 1 )

図 1は、本発明の実施の形態 1によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置のブロック図である。

図 1において、 3 0は電源装置 3 1からリニアコンプレッサ 1へ供給される電源の電流を計測する電流検出手段である。 3 2は電流検出手段 3 0の出力に基づき不安定検知信号を出力する不安定検知手段である。ピストンの上死点位置の変動が大きい場合、圧縮動力などピストンへの作用力も変動し、モータに流れる電流も変動する。従って、不安定検知手段 3 2は電流検出手段で計測された電流のピーク値の変動を抽出し、一定期間のピーク値の変動が所定値より大きい場合に、ピストンの挙動が不安定になっていると推測 ·判断して、不安定検知信号を出力する。ここで不安定検知手段 3 2について図 2、図 3により詳細に説明する。図 2は、実施の形態 1における電流検出手段 30で検出される電源装置 3 1からリニアコンプレッサ 1に供給される電流の波形図、図 3は、実施の形態 1における不安定検知手段 32の動作を示すフローチャートである。図 2において、 tは、電流検出周期を示し、 1つの検出周期で n 回の検出が行われ、波形中に黒点で示すように n個のピーク電流の検出値を得る様子が示されている。電流検出値は、 I (K— n + 1) 、 · · · I (K- 2 ) 、 · · · I (K- 1 ) 、 I (K) で示されている。図 3は、不安定検知手段 32が図示省略の C PU (中央演算処理装置）で構成される場合の C PUの動作を示すフローチャートである。まずステツプ S 1で、イニシャライズを行い、前回の測定値の最大電流値 I max と最小電流値 I minをゼロにリセッ卜しておく。次いでステップ S 2で、 J =K— n + 1を演算する。ここで、 Kは所定の定数、 nはあらかじめ設定した 1周期当たりの測定回数であり、 Jは演算の結果得られる変数である。次いでステップ S 3で変数 Jが定数 Kより大きいか否かが判断される。 n回の測定中は、 J <Kであるので、ステップ S 4へ行き、電流値 I (J) が検出される。ついで、ステップ S 5で検出された電流値 I ( J ) が I maxより大きければステップ S 6へ行き、 I (J) を新たな I maxとして設定する。一方、ステップ S 5で、電流値 I (J ) が I maxより大きくなければステップ S 7へ行き、電流値 I (J) が I min より小さいか否かを判断する。電流値 I (J) が Iminより小さいときは、ステップ S 8で I (J ) を新たな I minとして設定する。ステップ S 7で電流値 I (J) が I minより小さくないときは、ステップ S 9へ行く。ステップ S 6、ステップ S 8を終了した場合も、ステップ S 9へ行く。ステップ S 9では、変数 Jを 1つインクリメントしてステップ S 3へ戻る。ステップ S 3〜ステップ S 9を測定回数の n回繰り返すと、 J < Kとなり、ステップ S I 0へ行く。ステップ S I 0では、 I maxと I minの差を演算し、この差（ I max— I min) が定数 Mより大きいか否かを判断する。差が定数 Mより大であれば、ステップ S 1 1へ行き不安定状態であると判定して、不安定フラグを Y E Sに設定する。一方、差が定数 Mより小であれば、ステップ S 1 2へ行き不安定状態ではないと判定して、不安定フラグを N Oに設定する。

3 3は不安定回避手段であり、不安定検知信号が入力されると電源装置 3 1へ周波数変更信号を出力する。電源装置 3 1へ周波数変更信号が入力されると、電源装置 3 1はコンプレッサ 1へ供給する電源の周波数を変更する。従って、リニアコンプレッサの運転周波数を変更することで、ピストン挙動が不安定となる状態を回避できる。ここで不安定回避手段 3 3について図 4により詳細に説明する。図 4 は、実施の形態 1における不安定回避手段 3 3を C P Uにより構成した場合の動作を示すフローチャートである。なお、前述の不安定検知手段 3 2を構成する C P Uと同一の C P Uで構成する場合は、図 4の処理を図 3の処理に対する割り込み処理などで対応することができる。図 4のステップ S 2 1では、図 3のステップ S 1 1及びステップ S 1 2で設定された不安定フラグを監視し、不安定フラグが Y E Sであれば、ステツプ S 2 2へ行きリニアコンプレッサの駆動電流の周波数をだけ低下させる。一方、不安定フラグが N Oであれば、ステップ S 2 3へ行きリニアコンプレッサの駆動電流の周波数をそのまま維持する。

なお、当社における検討の結果、冷蔵庫などの実機運転において運転圧力条件が変化してピストンの不安定挙動が発生する場合に、電源周波数を数へルツ変更することで不安定挙動が解消されることが実験的に確認されている。この因果関係の明確な理由については未だ明らかになつていないが、モータの推力と圧縮室内圧力、バルブの挙動などが関与しているものと考えられる。

以上のように、本実施の形態のリ二アコンプレッサ駆動システムの制御装置は、電源の電流を検出する検出手段と、ピストンの挙動が不安定となっていることを検出手段の出力に基づき間接的に検知し、不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、不安定検知信号に基づいて電源の周波数を変更する不安定回避手段とから構成され、ピストン挙動が不安定になっても電源周波数を調節して安定させるので、衝突による騒音振動の発生や信頼性低下を防止できる。

(実施の形態 2 )

図 5は、本発明の実施の形態 2によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置のプロック図である。

図 5において 4 0は振動ピックアップで構成される音 ·振動検出手段であり、コンプレッサに取付けられ、音 ·振動を検出する。また、 4 1 は不安定検知手段である。

ピストンの挙動が不安定になり、コンプレッサ本体 3 (図 1 0参照）の可動要素が固定要素と衝突すると、衝突によりコンプレッサで通常より大きい衝突音と振動が発生する。不安定検知手段 4 1は衝突が発生し、音 ·振動検出手段の出力が所定値より大きくなつたときに、ビストンが不安定と判断して、不安定検知信号を出力する。

4 2は不安定回避手段であり、不安定検知信号が入力されると電圧決定手段 4 3へ電圧低下信号を出力する。電圧決定手段 4 3は通常、周囲温度検出手段 1 8の出力に応じた電圧目標値を出力し、電源装置 1 6の出力電圧を制御している。ところが、電圧低下信号が入力されると、電圧決定手段 4 3は通常より低い電圧目標値を出力し、この結果、リニアコンプレッサ 1の電源電圧が低下する。従って、ピストンの振幅が低下し衝突が発生するような不安定状態は解消される。

また、周囲温度検出手段 1 8の出力が所定値を下回る場合、音 ·振動検出手段 4 0、不安定検知手段 4 1、不安定回避手段 4 2は機能を停止する。

可動要素と固定要素の衝突はトップクリアランスが小さい程、発生しやすく、トップクリアランスが大きいときはほとんど衝突の可能性は低レ従って、周囲温度が低く、小さい冷凍能力で運転可能な場合、トツプクリアランスは大きく開いており、衝突の可能性はほとんど無いといえる。

従って、周囲温度が低い状態では、音 ·振動検出手段 4 0、不安定検知手段 4 1、不安定回避手段 4 2などは必要ではないため、機能を停止することで消費電力を低減できる。

以上のように、本実施の形態のリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置は、コンプレッサの音や振動を検出する音 ·振動検出手段と、音 · 振動検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、不安定検知信号に基づいて電源の電圧あるいは電流を変更する不安定回避手段と、周囲温度を検出する検出手段とからなり、検出手段の出力が所定の条件を満たす場合においてのみ、不安定検知手段と不安定回避手段が作用するので、ピストン挙動が不安定になり、コンプレッサ本体の可動要素と固定要素の衝突が発生した場合、衝突を振動で検出しコンプレッサに供給する電圧を低下させることで、衝突を解消し、騒音振動の発生や信頼性低下を防止するとともに、ビストンの不安定挙動が発生しない運転条件では不安定検知手段と不安定回避手段を停止させることで消費電力を低減できる。

(実施の形態 3 )

図 6は、本発明の実施の形態 3によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置のブロック図である。

図 6において 5 0はコンプレッサに取付けられ、ビストンの変位を計測する変位検出手段である。

5 1は不安定検知手段であり、変位検出手段 5 0の出力からビストンの上死点位置の変動を検出して、上死点位置の変動が所定値より大きい場合に、不安定検知信号を出力する。

5 2は不安定回避手段であり、通常時は一定の電圧波形を出力しているが、不安定検知信号が入力されると波形記憶手段 5 3に記憶された波形からそれまで出力していたものと異なる電圧波形を選択して出力する電源装置 5 4は、不安定回避手段 5 2から出力された電圧波形を、電圧決定手段 1 7から出力された電圧目標値に増幅してコンプレッサ 1へ出力する。

従って、ピストンの挙動が不安定になったときに、リニアモー夕の推力特性を変更することで、ピストンへの作用力を変更し、ピストンの挙動を安定させることが出来る。

以上のように、本実施の形態のリニアコンプレツサ駆動システムの制御装置は、ピストンの変位を検出する変位検出手段と、変位検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、複数のパ夕ーンの波形を記憶する波形記憶手段と、不安定検知信号に基づいて波形記憶手段で記憶された電圧波形を電源から順次出力する不安定回避手段とから構成され、ビストンの挙動が不安定になったときにリニアモータの推力の波形を変更することでビストン挙動を安定させる。

(実施の形態 4 )

図 7は、本発明の実施の形態 4によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置のブロック図である。

図 7において 6 0は不安定検知手段であり、予めビストンの挙動が不安定となる周囲温度を所定値として記憶し、周囲温度検出手段の出力に対して、所定の周囲温度で不安定検知信号を出力する。 6 1は不安定回避手段であり、不安定検知信号に基づいて、コンプレッサのリニアモー夕の結線を並列から直列に変更するなどの方法で、モー夕のインピーダンスを変更する。このことにより、モータに流れる電流波形が変化し、モー夕の推力特性も変化するため、ピストンの挙動を安定させることができる。

以上のように、本実施の形態のリ二アコンプレッサ駆動システムの制御装置は、周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、周囲温度検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、不安定検知信号に基づいてモー夕のインピーダンスを変更する不安定回避手段とから構成され、ピストンの挙動が不安定になったときにモータのインピ一ダンスを変更することで、リニアモー夕の推力の波形を変更し、ビストン挙動を安定させることができる。

(実施の形態 5 )

図 8は、本発明の実施の形態 5によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置のブロック図である。図 8において 7 0は凝縮器、 7 1は膨張弁、 7 2は蒸発器であり、コンプレッサ 1を含めて、冷蔵庫の冷凍サイクルを構成している。なお、凝縮器 7 0と蒸発器 7 2は、周知のようにそれぞれが熱交換器であり、またこれらの組み合わせも熱交換器を構成する。 7 3は蒸発器に近接して配置される送風機であり、送風機 7 3により蒸発器 7 2で発生した冷気は冷蔵庫内に搬送される。

また、 7 4はコンプレッサ 1に取り付けられた圧力検出手段である。 7 4 Aは不安定検知手段であり、圧力検出手段 7 4の出力が所定の圧力条件となっている場合ピストンの挙動が不安定となると判断し、不安定検知信号を出力する。 7 5は不安定回避手段であり、不安定検知手段 7 4 Aから不安定検知信号が入力されると送風機 7 3の送風量を多くすることで、蒸発器 7 2 の温度を上昇させ、低圧圧力を上昇させる。これにより、運転圧力条件が変化し、ビストンへの作用力が変化するのでビストンの挙動が安定する。

以上のように、本実施の形態のリ二アコンプレッサ駆動システムの制御装置は、システムの圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、不安定検知信号に基づいて熱交換器への送風量を変更する不安定回避手段とから構成され、ピストンの挙動が不安定になったときに熱交換器への送風量を変更することで、圧力条件を変更し、ピストンへの作用力を変更することでピストン挙動を安定させることができる。

なお、本実施の形態では圧力変更手段は熱交換器に併設した送風機としたが、冷凍システムの圧力状態を変更できる弁など他の手段でも同様の効果を得ることができる。

(実施の形態 6 )

図 9は、本発明の実施の形態 6によるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置のブロック図である。

図 9において 8 0はピストンの位置を検出し、ピストンの上死点位置信号を出力する変位検出手段である。 8 1は目標値設定手段であり、ピストンの上死点位置の基準値を出力する。また、 8 2は夕イマ手段であり、一定周期ごとに開始信号を出力する。 8 3は変更手段であり、タイマ手段 8 2からの開始信号を受けると、目標値設定手段 8 1の出力した基準値と変位検出手段 8 0が出力した上死点位置信号の差に対して所定の変更幅で電圧設定値を変更して、電圧設定値を出力する。

また、 8 4は不安定検知手段であり、変位検出手段 8 0が出力した上死点位置信号を記憶し、一定時間幅における変動の大きさからが所定値を上回ったときに不安定と判定し、不安定検知信号を出力する。 8 5は不安定回避手段であり、不安定検知手段で不安定検知信号が出力されると、夕イマ手段 8 2へ周期時間設定信号を出力し、タイマ手段 8 2の開始信号出力の周期を変更させる。

この結果、上死点位置のフィードバック制御の制御のタイミングが不適切であるため、上死点位置の変動が大きくなることを防止し、安定した制御が行うことが可能となる。

以上のように、本実施の形態のリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置は、運転条件に応じて所定の目標値を設定する目標値設定手段と、ビストンの変位を検出する検出手段と、ピストンが不安定な挙動となつていることを検知し、不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、不安定検知信号に基づき不安定の軽減または回避を行う不安定回避手段と、所定の間隔で開始信号を出力する夕イマ手段と、開始信号に基づいて検出手段の出力と目標値を比較し、目標値との差に応じて所定の変更幅で電源の電圧あるいは電流を変更する変更手段とを備え、不安定回避手段は変更手段が検出手段の出力と目標値の差に対してタイマ手段の開始信号の出力タイミングを変更することで不安定を緩和するので、フィードバック制御に起因するビストン挙動の不安定を回避することができる。

産業上の利用可能性

以上説明したように本発明は、ピストンの挙動が不安定となっていることを直接あるいは間接的に検知し、不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、不安定検知信号に基づき動作する不安定回避手段とから構成したので、ピストンの不安定挙動を防止し、衝突による信頼性低下と騒音振動の発生を防止できる。

また、本発明の他の態様は、ピストンの変位、周囲温度、システム温度、圧力条件の少なくとも 1つを検出する検出手段とからなり、検出手段の出力が所定の条件を満たす場合においてのみ、不安定検知手段と不安定回避手段が作用するようにしたので、衝突が発生しない条件では不安定の検知と回避を行わないことで消費電力を低減できる。

また、本発明の他の態様は、ピストンの変位を検出する変位検出手段とからなり、不安定検知手段を変位検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するようにしたので、ビストンの変位から直接的に不安定挙動を検出できる。

また、本発明の他の態様は、コンプレッサの音や振動を検出する音 - 振動検出手段とからなり、不安定検知手段を音 ·振動検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するようにしたので、音や振動からピス卜ンの不安定現象を間接的に検出することができる。

また、本発明の他の態様は、電源の電圧または電流を検出する検出手段とからなり、不安定検知手段を検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するようにしたので、電流あるいは電圧からビストンの不安定現象を間接的に検出できる。

また、本発明の他の態様は、システムの圧力を検出する圧力検出手段とからなり、不安定検知手段を圧力検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するようにしたので、電流あるいは電圧からビストンの不安定現象を間接的に検出できる。

また、本発明の他の態様は、周囲温度を検出する周囲温度検出手段とからなり、不安定検知手段を周囲温度検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するようにしたので、周囲温度からピストンの不安定現象を間接的に検出できる。また、本発明の他の態様は、システムの温度を検出する温度検出手段とからなり、不安定検知手段を温度検出手段の出力に基づき不安定検知信号を出力するようにしたので、冷凍システムの温度からピストンの不安定現象を間接的に検出できる。

また、本発明の他の態様は、不安定回避手段を不安定検知信号に基づいて電源の電圧波形あるいは電流波形を変更するようにしたので、リニァモータの推力特性が変化し、ピストンの挙動を安定化できる。

また、本発明の他の態様は、複数のパターンの波形を記憶する波形記憶手段とからなり、不安定回避手段を不安定検知信号に基づいて波形記憶手段で記憶された電圧または電流波形を電源から順次出力するようにしたので、リニアモータの推力特性が変化し、ピストンの挙動を安定化できる。

また、本発明の他の態様は、不安定回避手段を不安定検知信号に基づいてモー夕のィンピーダンスを変更するようにしたので、リニァモー夕の推力特性が変化し、ピストンの挙動を安定化できる。

また、本発明の他の態様は、不安定回避手段を不安定検知信号に基づいて熱交換器への送風量を変更するようにしたので、圧力による作用力が変化し、ピストンの挙動を安定化できる。

また、本発明の他の態様は、不安定回避手段を不安定検知信号に基づいて弁の開閉あるいは熱交換器への送風量を変更するようにしたので、圧力による作用力が変化し、ビストンの挙動を安定化できる。

また、本発明の他の態様は、不安定回避手段を不安定検知信号に基づいて電源の周波数を変更するようにしたので、ビストンの挙動を安定化できる。

また、本発明の他の態様は、不安定回避手段を不安定検知信号に基づいて電源の電圧あるいは電流を変更するようにしたので、卜ップクリァランスを大きくとることができ、衝突の発生による信頼性低下を防止し, 騒音や振動の発生を防止する。

また、本発明の他の態様は、電流あるいは電圧あるいはピストン変位を検出する検出手段と、運転条件に応じて電流あるいは電£あるいはピストン変位の目標値を設定する目標値設定手段と、所定の間隔で開始信号を出力する夕イマ手段と、開始信号に基づいて検出手段の出力と目標値を比較し、目標値との差に応じて所定の変更幅で電源の電圧あるいは電流を変更する変更手段とからなり、不安定回避手段を不安定検知信号に基づいて、検出手段の変更幅あるいは夕イマ手段の開始信号の出力間隔の少なくとも一方を変更するようにしたので、ピストン位置のフィードバック制御に起因する不安定を解消できる。

Claims

請求の範囲

1 . リニアモー夕とピストンを有するリニアコンプレッサと、前記リニアモータに電力を供給する電源装置とを有するリニアコンプレツサ駆動システムに用いるリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置であって、前記ピストンの挙動が不安定となっていることを検知して、不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、前記不安定検知信号に基づき前記リニアコンプレッサ駆動システムに作用して不安定状態を回避するよう動作する不安定回避手段を備えたリニアコンプレツサ駆動システムの制御装置。

2 . リニアモー夕とピストンを有するリニアコンプレッサと、前記リニアモー夕に電力を供給する電源装置とを有するリニアコンプレツサ駆動システムに用いるリ二アコンプレッサ駆動システムの制御装置であって、前記ピストンの変位、周囲温度、前記リニアコンプレッサ駆動システムのいずれかの部位の温度、運転圧力の少なくとも 1つを検出して検出信号を出力する運転条件検出手段と、前記運転条件検出手段の検出信号が所定の条件を満たす場合に、前記ピストンの挙動が不安定となつていると推測して不安定検知信号を出力する不安定検知手段と、前記不安定検知信号に基づき前記リニアコンプレッサ駆動システムに作用して不安定状態を回避するよう動作する不安定回避手段を備えたリ二アコンプレッサ駆動システムの制御装置。

3 . 前記不安定検知手段は、前記ピストンの変位を検出する変位検出手段を有する請求項 1または 2記載の制御装置。

4 . 前記不安定検知手段は、前記コンプレッサの音または振動を検出する音 ·振動検出手段を有する請求項 1または 2記載の制御装置。

5 . 前記不安定検知手段は、前記電源装置が出力する電圧または電流を検出する電圧電流検出手段を有する請求項 1または 2記載の制御

6 . 前記不安定検知手段は、前記リニアコンプレッサ駆動システムの所定箇所の圧力を検出する圧力検出手段を有する請求項 1または 2 記載の制御装置。

7 . 前記不安定検知手段は、前記リニアコンプレッサ駆動システムの周囲温度を検出する周囲温度検出手段を有する請求項 1または 2記載の制御装置。

8 . 前記不安定検知手段は、前記リニアコンプレッサ駆動システムのいずれかの部位の温度を検出する温度検出手段を有する請求項 1または 2記載の制御装置。

9 . 前記不安定回避手段は、前記不安定検知信号に基づいて前記電源装置が出力する電圧波形あるいは電流波形を変更するよう構成されている請求項 1または 2記載の制御装置。

1 0 . 前記不安定回避手段は、前記不安定検知信号に基づいて複数のパターンの電圧波形あるいは電流波形を記憶する波形記憶手段に記憶された電圧波形または電流波形を前記電源装置から出力させるよう構成されている請求項 9記載の制御装置。

1 1 . 前記不安定回避手段は、前記不安定検知信号に基づいて前記リニアモー夕のインピーダンスを変更するよう構成されている請求項 1または 2記載の制御装置。

1 2 . 前記不安定回避手段は、前記不安定検知信号に基づいてリ二アコンプレッサに接続される熱交換器への送風量を変更する送風量変更手段を有する請求項 1または 2記載の制御装置。

1 3 . 前記送風量変更手段は、前記熱交換器へ送風する送風機の回転数の変更及び又は風路の変更を行うよう構成されている請求項 1 2記載の制御装置。

1 4 . 前記不安定回避手段は、前記不安定検知信号に基づいて前記電源装置が出力する周波数を変更するよう構成されている請求項 1または 2記載の制御装置。

1 5 . 前記不安定回避手段は、前記不安定検知信号に基づいて前記電源装置が出力する電圧値あるいは電流値を変更するよう構成されている請求項 1または 2記載の制御装置。

1 6 . 前記不安定検知手段は、前記電源装置の電流、前記電源装置の電圧、前記ピストン変位の少なくとも一つを検出する検出手段と、前記リニアコンプレッサの運転条件に応じて前記電流あるいは前記電圧あるいは前記ピストン変位の目標値を設定する目標値設定手段と、所定の間隔で開始信号を出力する夕イマ手段と、前記開始信号に基づいて前記検出手段の出力と前記目標値を比較し、これらの差に応じて所定の変更幅で前記電圧あるいは前記電流を変更する変更手段とを有し、前記不安定回避手段は、前記不安定検知信号に基づいて、前記検出手段の変更幅あるいは前記タイマ手段の開始信号の出力間隔の少なくとも一方を変更するよう構成されている請求項 1または 2記載のリニアコンプレッサ駆動システムの制御装置。