CN1292532C - 线性电动机的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种线性电动机的驱动装置，包括：检测逆变器(6)的输出电流的电流检测部(8)、检测逆变器(6)的输出电压的电压检测部(9)、检测线性压缩机(1)的活塞振幅的振幅检测部(10)、在第1控制周期对输出电流或者输出电压进行调节使活塞振幅成为所希望的值的振幅控制部(11)、使活塞振幅大致恒定的条件下在比第1控制周期大的第2控制周期中对逆变器(6)的输出频率进行调节并且使输出电流最小进行控制的共振控制部(4)。从而可以防止由线性电动机的共振控制过程中和外部起振所引起的活塞与气缸之间的冲撞，并且不需要位移传感器、小型、轻量、低成本、高可靠性。

Description

线性电动机的驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用往复电动机(以下称为「线性电动机」)驱动由弹簧部件支承的可动子的共振型线性电动机的驱动装置。
背景技术
在现有技术中，作为采用共振型线性电动机的机器，周知有空调用的线性压缩机，这是利用机械的弹性部件或者压缩气体的弹性、和线性电动机，产生压缩气体的装置。
具体采用图13，对作为弹性部件采用弹簧的线性压缩机的构成进行说明。在气缸60中支承活塞61可以沿其轴线方向自由滑动。在活塞61上固定磁铁62。另外，在和磁铁62对向的位置上配置埋设在外部轭63中的定子线圈64。在由气缸60和活塞61形成的压缩室65中，连接吸入管66和吐出管67，在吸入管66上设置吸入阀68，在吐出管67中设置吐出阀69。另外，活塞61由共振弹簧70弹性支承。在图13中，在由外部轭63、定子线圈64以及磁铁62构成的线性电动机部71中通过输入正弦波状的电流，使活塞61在其轴线方向上往复运动，在压缩室65内进行冷媒的吸入、压缩。
为了使这样的线性压缩机高效运行，需要使线性压缩机的共振频率、和输入到线性电动机部71中的输入电流的频率一致进行驱动。线性压缩机的共振频率，由于包括弹性部件，由机械安装的弹性部件(机械弹簧)和由压缩空气产生的弹性(气体弹簧)、以及活塞61的质量所确定。但是，由压缩空气产生的弹性随着负载变动而有很大变化，该线性压缩机的共振频率不能唯一确定。因此，考察利用输入电流和活塞速度之间的相位相等时成共振状态的现象，计算变动的共振频率的方法(参见特開平10-26083)。
作为该方法的一例采用图14所示的流程图进行简单说明。在第S20步，根据驱动频率作成输入到线性压缩机中的正弦波电流指令值Iref。在第S21步通过来自安装在线性压缩机上的位置传感器的活塞61的位置信息，计算活塞61的当前速度Vno。在第S22步计算刚才求出的Iref和Vno的相位差，如果Iref的相位超前进入到第S23步，如果相位相等进入到第S24步，如果Iref的相位滞后进入到第S25步。在第S23步由于当前的驱动频率比共振频率低，增加驱动频率f之后返回到第S20步。在第S24步由于当前的驱动频率和共振频率相等，不改变驱动频率f，返回到第S20步。在第S25步由于当前的驱动频率比共振频率高，降低驱动频率f之后返回到第S20步。这样，采用由位置传感器获得的活塞61的位置信息，控制驱动频率与共振频率相同。
但是，上述共振频率的控制方法存在以下问题。
第一，在驱动频率接近共振频率的过程中，活塞(可动子)的振幅增加很大，在共振倍率大的压缩机中，会出现活塞和气缸冲撞、或者使压缩机的冷冻能力变动很大的问题。特别是在由汽车等外部起振的环境中，出现活塞的振幅由其起振频率产生共振的问题。
第二、由于采用上述方法，需要测定气缸内的活塞的位移，需要在线性压缩机中安装位移传感器，会出现增大了传感器分量的压缩机的体积和重量的问题。另外，由于需要将来自位移传感器的信号进行微分后计算速度，计算速度和电流之间的相位差，需要比较复杂的微计算机、MPU(微处理器)等控制装置，存在提高了成本的问题。
第三、采用位移传感器时，必须将位移传感器封入到线性压缩机的壳体内，存在必须在温度、压力、耐冷媒等苛刻的动作条件下保证位移传感器的动作可靠性的问题。
发明内容
本发明正是针对上述问题的发明，其目的在于提供一种可以防止由线性电动机的共振控制过程中和外部起振所引起的可动子(现有例的活塞)和机器本体部(现有例的压缩机)之间的冲撞、和机器性能的变动，并且不采用位移传感器，具有小型、轻量、低成本、高可靠性的线性电动机及其驱动装置。
为了解决以上的问题，本发明的线性电动机的驱动装置具有如下构成和作用。
有关本发明的第1驱动装置，是使由弹性部件所支承的可动子作往复运动的线性电动机的驱动装置，包括
将直流电力变换成给定频率的交流电力后驱动所述线性电动机的逆变器、
检测所述逆变器的输出电流的电流检测装置、
检测所述逆变器的输出电压的电压检测装置、
检测所述线性电动机的可动子振幅的振幅检测装置、
在第1控制周期对所述输出电流或者所述输出电压进行调节使所述可动子的振幅成为所希望的恒定值的振幅控制装置、以及
在使所述振幅大致恒定的条件下，在比第1控制周期大的第2控制周期中使逆变器的输出电流最小地调节逆变器的输出频率的共振控制装置。
在上述构成中，在振幅控制装置中，在第1控制周期优先将可动子的振幅控制成大致恒定，并且在共振控制部中在第2控制周期调节逆变器的输出频率使逆变器的输出电流最小。
这样，成为为获得相同振幅而探索成为最小电流的频率的共振控制。另外，由于将可动子的振幅始终控制成恒定，可以防止可动子和机器本体部的冲撞，消除引起可动子的振幅变动大的情况。
有关本发明的第2驱动装置，是使由弹性部件所支承的可动子作往复运动的线性电动机的驱动装置，其特征在于：包括
将直流电力变换成给定频率的交流电力后驱动所述线性电动机的逆变器、
检测所述逆变器的输出电流的电流检测装置、
检测所述逆变器的输出电压的电压检测装置、
检测所述线性电动机的可动子振幅的振幅检测装置、
根据所述可动子的振幅和所述频率检测电动机的输出的输出检测装置、
在第1控制周期对所述输出电流或者所述输出电压进行调节使所述电动机的输出成为所希望的恒定值的输出控制装置、以及
在使所述电动机输出大致恒定的条件下，在比第1控制周期大的第2控制周期中调节逆变器的输出频率使所述输出电流近似最小的共振控制装置。
在上述构成中，首先在输出控制装置中，在第1控制周期优先将电动机的输出控制成大致恒定，并且在共振控制部中在第2控制周期调节逆变器的输出频率使微小电流最小。
这样，成为为获得相同输出而探索成为最小电流的频率的共振控制。另外，由于将电动机的输出始终控制成恒定，在频率变化满、少的状态下，可动子的振幅不会有大变动，可以防止可动子和机器本体部的冲撞，消除引起可动子的振幅变动大的情况。
在上述第1和2驱动装置中，振幅检测装置，也可以根据由电压检测装置检测的电压推导线性电动机的感应电压，根据所推导的感应电压、逆变器的输出频率、线性电动机的推力常数检测可动子的振幅。
在线性电动机的感应电压的计算式(下式1)中右边的第2项和第3项，相对于第1项而言足够小可以忽视时，可以根据逆变器输出电压V推导感应电压E。然后如振幅的计算式(下式2)所示那样通过用感应电压E除以所输出的角速度ω(与频率成比例)和预先已知的电动机的推力常数BL，可以求出振幅r。因此可以进行不需要位移传感器的共振控制。因此，在上述驱动装置的效果的基础上，可以进一步实现小型、轻量、低成本化。另外，由于不采用物理传感器，也有望提高可靠性。
E＝V-R·I-L·dI/dt         ……(1)
式中，E：感应电压(V)，V：逆变器输出电压(V)，R：绕组电阻(Ω)，I：电流(A)，L：电感(H)。
r＝E/(BL·ω)              ……(2)
式中，r：活塞振幅(m)，BL：电动机推力常数(N/A)，ω：角速度(rad/s＝2·π·f，f：输出频率(Hz)。
进一步，振幅检测装置，在由电压检测装置检测的电压的基础上，也可以进一步采用由电流检测装置检测的电流和线性电动机的绕组电阻推导感应电压。
这样，在感应电压的计算式(式1)中右边的第3项，相对于感应电压E而言足够小可以忽视时，可以根据逆变器输出电压V、绕组电阻R和电流I推导感应电压E。然后如振幅的计算式(式2)所示那样通过用感应电压E除以所输出的角速度ω(与频率成比例)和预先已知的电动机的推力常数BL，可以求出振幅r。因此可以进行不需要位移传感器的、比较高精度的共振控制。
进一步，振幅检测装置，也可以在由电压检测装置检测的电压的基础上，进一步采用由电流检测装置检测的电流、线性电动机的绕组电阻、和线性电动机的电感推导感应电压。
这样，在感应电压的计算式(下式1)中根据逆变器输出电压V、绕组电阻R、电流I、电感L可以更正确计算感应电压E。然后如振幅的计算式(式2)所示那样通过用感应电压E除以所输出的角速度ω(与频率成比例)和预先已知的电动机的推力常数BL，可以求出振幅r。因此可以进行不需要位移传感器的、更高精度的共振控制。
电流检测装置以及电压检测装置，也可以在逆变器输出电流的变化率大致为零的时刻分别检测这时的瞬时电流和瞬时电压。
在电流的变化率即电流的微分值为零的时刻，感应电压的计算式(式1)的右边第3项为零，可以根据逆变器输出电压V、绕组电阻R和电流I正确计算感应电压E。然后如振幅的计算式(式2)所示那样通过用感应电压E除以所输出的角速度ω(与频率成比例)和预先已知的电动机的推力常数BL，可以正确求出振幅r。因此可以进行不需要位移传感器的、采用简单计算的共振控制。
另外，电流检测装置以及电压检测装置，由于也可以在逆变器输出电流的瞬时值大致最大和大致最小的时刻分别检测这时的瞬时电流和瞬时电压。
在电流的瞬时值最大或者最小的时刻，由于正弦波状的电流的微分值为零，感应电压的计算式(式1)的右边第3项为零，可以根据逆变器输出电压V、绕组电阻R和电流I正确计算感应电压E。然后如振幅的计算式(式2)所示那样通过用感应电压E除以所输出的角速度ω(与频率成比例)和预先已知的电动机的推力常数BL，可以正确求出振幅r。因此可以进行不需要位移传感器的共振控制。
另外，电流检测装置以及电压检测装置，也可以在逆变器输出电流的相位为大致90°和大致270°的时刻分别检测这时的瞬时电流和瞬时电压。
在电流的相位为大致90°和大致270°的时刻，由于正弦波状的电流的微分值为零，感应电压的计算式(式1)的右边第3项为零，可以根据逆变器输出电压V、绕组电阻R和电流I正确计算感应电压E。然后如振幅的计算式(式2)所示那样通过用感应电压E除以所输出的角速度ω(与频率成比例)和预先已知的电动机的推力常数BL，可以正确求出振幅r。因此可以进行不需要位移传感器的共振控制。
在共振控制装置中也可以设置输出频率的上限值和下限值。
这样，如果预先把握机器中的共振频率的变动范围，据此设定输出频率的上限值和下限值，不会出现极端偏离共振频率，优先确保振幅和电动机输出，可以进行电流不会极端增大的共振控制。
另外，也可以在共振控制装置中，以根据弹性部件的弹性常数和可动子的质量确定的无负载时的线性电动机的固有共振频率作为启动时的施加频率进行输出。
这样，通过预先把握线性电动机的固有共振频率，在启动时近似于无负载状态时输出该频率，可以确保在启动时驱动频率不会极端偏离共振频率，优先确保振幅和电动机输出，可以进行电流不会极端增大的共振控制。
另外，也可以在共振控制装置中，以比根据弹性部件的弹性常数和可动子的质量确定的无负载时的线性电动机的固有共振频率要低的频率作为启动时的施加频率进行输出。
依据上述构成，预先把握线性电动机的固有共振频率，在启动时的负载状态不知道时，通过输出比该频率低的频率，根据图8所示的电流特性，可以优先确保振幅，可以进行电流不会极端增大的共振控制。
另外，也可以在共振控制装置中，以比根据弹性部件的弹性常数和可动子的质量确定的无负载时的线性电动机的固有共振频率要高的频率作为启动时的施加频率进行输出。
依据上述构成，预先把握线性电动机的固有共振频率，在启动时的负载状态不知道时，通过输出比该频率高的频率，根据图9所示的电流特性，可以优先确保电动机输出，可以进行电流不会极端增大的共振控制。
另外，线性电动机也可以搭载在从外部起振的车辆上。
这样，在线性电动机驱动中，在通过从外部与驱动频率同相进行起振而助长可动子的振幅时，降低电压、电流，将振幅或者电动机输出控制在恒定，可以进行使外部起振力也作为驱动能量活用的共振控制，提高节能性能。另外，在通过与驱动频率反相进行起振而制动可动子的振幅时，增加电压、电流，将振幅或者电动机输出控制在恒定，对于压缩机可以消除冷冻能力不足的情况。同时在任一种情况中，都将振幅或者电动机输出控制在恒定，可以防止可动子和机器本体部的冲撞，或者消除由于可动子的振幅变动大而引起机器的性能变动的情况。
附图说明
图1表示本发明实施例1的构成方框图。
图2表示本发明的振幅控制装置的控制流程图。
图3表示本发明的共振控制装置的控制流程图。
图4表示本发明实施例1的控制方框图。
图5表示本发明实施例2的构成方框图。
图6表示本发明的输出控制装置的控制流程图。
图7表示本发明实施例2的控制方框图。
图8表示在线性压缩机的振幅一定的条件下逆变器输出电流相对于驱动频率的特性。
图9表示在线性压缩机的输出一定的条件下逆变器输出电流相对于驱动频率的特性。
图10表示相对于线性电动机的驱动频率的效率特性。
图11表示线性压缩机的驱动系的等效电路图。
图12表示在共振状态下的相位关系。
图13表示线性压缩机的内部构成图。
图14表示现有技术的驱动装置的控制流程图。
符号说明
1-线性压缩机、2-商用电源、4-共振控制部、5-直流电源、6-逆变器、7-电流传感器(CT：电流变压器)、8-电流检测部、9-电压检测部、10-振幅检测部、11-振幅控制部、12-输出控制部、20、22-控制部、30-空调控制部、60-气缸、61-活塞(可动子)、62-磁铁、63-外部轭、64-定子、65-压缩室、66-吸入管、67-吐出管、68-吸入阀、69-吐出阀、70-共振弹簧、71-线性电动机。
具体实施方式
以下参照附图具体说明有关本发明的线性压缩机的驱动装置的实施例。
(实施例1)
图1表示本发明实施例1中线性压缩机的驱动装置的构成方框图。如该图所示，该驱动装置，包括从交流电源2产生直流电压的直流电源5、输出线性压缩机1的驱动电压的逆变器6、控制逆变器6的控制部20。控制部20由共振控制部4、电流检测部8、电压检测部9、振幅检测部10以及振幅控制部11所构成。为了实现所希望的空调控制，从空调控制部30向控制部20输出用于获得所必要的线性压缩机1的能力的振幅指令。
直流电源5向逆变器6供给直流电压，一般，由商用交流电源2和将其整流的二极管桥、平滑用电容器构成。
逆变器6将直流电源5的直流电压变成为驱动线性压缩机1的PWM控制的交流电压。此外，线性压缩机1具有图13所示的构成。
电流检测部8采用电流传感器7检测逆变器6的输出电流即线性压缩机1中流动的电流。具体讲，电流检测部8检测每个载频周期的瞬时值，从这些瞬时值中输出电流变化率大致为零的时刻的电流瞬时值(例如图12所示的A点、D点的值)。在此，电流变化率为零时的瞬时值根据各瞬时值的微分值或者各瞬时值的最大值以及逆变器内的输出相位值为90°或者270°附近的值进行检测。
振幅检测部10检测线性压缩机1的活塞61的振幅。具体讲，振幅检测部10通过检测电压检测部9检测从逆变器6向线性压缩机1输出的电压值，在此检测出来的电压是和由电流检测部8检测的电流相同时刻中的逆变器6的输出电压的瞬时值(例如图12的B点、C点)。检测方法既可以直接检测逆变器6的输出，也可以根据在输入到逆变器6的直流电压值上乘以PWM电压的调制率或者占空比的值进行检测。
振幅检测部10，首先根据逆变器6的输出电压、逆变器6的电流以及预先已知的绕组电阻，按照式(3)计算线性电动机71的感应电压E。在此首先根据图11所示的线性压缩机的驱动系的等效电路导出电压方程式(1)，然后，通过使第3项为零，即电流的变化率为零可以导出式(3)。
E＝V-R·I                ……(3)
式中，E：感应电压(V)，V：逆变器输出电压(V)，R：绕组电阻(Ω)，I：电流(A)。
然后，采用式(4)根据感应电压E、频率f以及预先已知的电动机推力常数BL求出活塞振幅r。在此，式(4)可以通过在表示简谐运动中的速度、振幅和角速度之间的关系的式(5)中求解振幅的方式导出。
r＝E/(BL·2·π·f)      ……(4)
式中，r：活塞振幅(m)，BL：电动机推力常数(N/A)，f：输出频率(Hz)。
v＝r·ω                                      ……(5)
式中，v：速度(m/s)，r：振幅(m)，ω：角速度(rad/s)。
在上述例中，为了正确以米单位检测出活塞的振幅r采用上式，如果只要知道相对振幅，也可以只用感应电压除以频率或者角速度后的值进行检测，也可以在此基础上乘以比例常数K作为振幅。
振幅控制部11，对与由空调控制部30指令的所希望能力对应的振幅指令值和由振幅检测部10检测的实际振幅值进行比较，使其差最小地来增减逆变器输出的电压和电流。在此，增减该电压和电流的控制周期，为了快速控制振幅，优选设定成从数ms到数百ms左右的比较短的周期。
图2表示由振幅控制部11和振幅检测部10进行上述振幅控制的流程图，是在线性压缩机1的驱动频率的每个半周期(60Hz时约为8ms)的任务处理。
首先，从空调控制部30输入振幅的指令值(以下称为「指令振幅」)(第S101步)，然后，计算实际的振幅r(第S102步)。然后，对实际振幅和指令振幅进行比较(第S103步)，如果实际振幅比指令振幅大，则降低逆变器输出的电流、电压(第S104步)，如果不足，则提高电流、电压(第S105步)。
通过以上那样控制，可以将实际振幅控制在以指令值为中心的大致恒定范围内。
在本实施例的驱动装置中，首先进行上述那样的振幅控制，然后使微小电流最小用共振控制部4来调节逆变器6的输出频率。以下对该输出频率的控制进行说明。
共振控制部4，对电流检测部8所输出的电流峰值(变化率为零的电流瞬时值)在比较长的控制频率期间(例如1秒内)进行累计平均，检测出电流值，根据该检测值在该控制周期中对逆变器输出电压的频率即驱动频率进行调节(以下称这样的控制为「共振控制」)。
图3表示由共振控制部4进行共振控制的流程图。该控制是每隔1秒进行的任务处理。即，共振控制在比振幅控制的控制周期长的周期中进行。
如图3所示，首先取出前次(从2秒前到1秒前的1秒期间)的累计平均电流值，输入本次(从1秒前到当前时刻的1秒期间)的累计平均电流值(第S201步)。然后判断是否是电流值减少的方向(第S202步)。
如果是电流减少的方向，并且在前次处理中是增高驱动频率，则继续增高(第S203、S204步)。如果是电流减少方向，并且在前次处理中是降低驱动频率，则继续降低(第S203、S205步)。
相反，如果是电流增加的方向，并且在前次处理中是增高驱动频率，则和前次相反进行降低驱动频率的操作(第S206、S207步)。另外，如果是电流增加方向，并且在前次处理中是降低驱动频率，则增高驱动频率(第S206、S208步)。
在最后，保存本次的频率操作方向和累计平均电流值(第S209步)。
通过利用以上那样的共振控制调制驱动频率，按照图8所示的振幅不变条件下的电流特性，可以将驱动频率大致控制在共振频率上。另外，在图8中电流最小的频率，虽然比共振频率多少要低一些，由于只是极小的差，基本上对线性压缩机的效率没有影响。作为参考，在图10中示出了相对于线性电动机的驱动频率的效率特性。
图4表示实施例1中的线性压缩机的驱动装置的整体控制方框图。
在电流小控制环中，在逆变器6的每个载频周期(100μs)由电流传感器7检测电动机电流，使电流波形成正弦波状以及进行该电流振幅的控制。具体讲，计算在正弦波电流数据的表上乘以PWM调制率后的值与实际瞬时值之间的差，在电动机上施加与其差成比例的电压。控制增益G1(电流小控制增益)确定电流波形的稳定性，只要设定成实验中求出的振动少并且不会出现响应不足的值即可。
在振幅控制环中，由于电流变化率为零的点每隔半周期有1次，在驱动频率的每个半周期(60Hz时约为8ms)进行控制。然后，根据电流变化率为零的时刻的电流和电压计算振幅，根据该振幅和指令振幅的差增减电流。控制增益G2(振幅、输出控制增益)，由于确定振幅的控制稳定性，只要设定成实验中求出的振动少并且不会出现响应不足的值即可。
在共振控制环中，在1秒的控制周期中按照图3所述那样使电流最小进行驱动频率的调节。在该驱动频率的调节中要注意的点是，如图8所示，如果驱动频率偏离共振频率大时，电流将急剧增加。为了防止这种情况，预先设置输出频率的上限值和下限值即可。该设定值根据逆变器6的电流容量和控制振幅的最大值求出。
特别是，在本控制中，需要注意驱动频率从共振频率在增高方向上偏离大的情况，只要在压缩机启动等无负载时施加固有共振频率即可。另外，当在启动时不知道负载时，如果施加比固有共振频率多少要低一些的频率，则不会出大问题。另外，通过根据压缩机温度和残存吐出吸入压力推测空调***的负载，确定启动频率，可以避免启动时的不稳定状态。
另外，线性压缩机的固有共振频率，利用√(k/m)进行计算。其中k表示机械弹性常数(m/N)，m表示活塞质量(kg)。进一步，在某个标准负载下的共振频率，只要假定这时的压缩空气形成的气体弹性常数为K，则可以采用√{(k+K)/m}进行计算。K表示气体弹性常数(m/N)。
然后，在上述振幅控制环和共振控制环中，由于在这两个环中分别有操作电流，从理论上讲有矛盾的地方，但如果使控制周期具有足够的差，可以使电流收敛。这也在实验中被确认。
在上述那样的本实施例中，首先快速响应将活塞振幅控制在一定，使驱动频率和共振频率相等(使逆变器输出电流最小)那样进行控制，可以防止在共振频率的调节过程中活塞和气缸的冲撞。另外，即使有来自外部的起振时，由于自动使电流最小进行控制，确保振幅，可以在压缩动作中利用外部起振能量，防止能力的变动。
另外，由于不采用物理上检测活塞位移的位移传感器，而根据逆变器输出电压、逆变器电流以及电动机常数检测振幅，可以实现小型、轻量、低成本化，提高可靠性。
(实施例2)
图5表示本发明实施例2的线性压缩机的驱动装置的构成方框图。如该图所示，驱动装置包括从交流电源2产生直流电压的直流电源5、输出线性压缩机1的驱动电压的逆变器6、控制逆变器6的控制部22。控制部22由共振控制部4、电流检测部8、电压检测部9、振幅检测部10、输出检测部12以及输出控制部13所构成。
电流检测部8、电压检测部9、振幅检测部10，是和实施例1相同的装置。
输出检测部12检测线性压缩机1的线性电动机的输出。具体讲，根据由振幅检测部10所检测的振幅、驱动频率以及预先已知的活塞质量按照式(6)计算电动机输出。
P＝(1/2)·m·r2·ω3             ……(6)
式中，P：电动机输出(W)，m：活塞质量(kg)，ω：角速度(rad/s)，r：振幅(m)。
此外，式(6)，由于电动机的输出如下式那样由作功率表示，对其变形后可以导出。
P＝F·v          ……(7)
式中，F：作用在活塞上的力(N：有效值)，v：活塞的速度(m/s：有效值)。
根据式(6)由微机计算输出时，由于需要计算2次方和3次方，也可以简单利用驱动频率和振幅之积的值，在后述的输出控制部13中，使此值不变那样进行控制。但是，如果频率的变化幅度比较大时，需要引起注意。
然后，输出控制部13，将与由空调控制部30指令的所希望能力对应的电动机输出指令值和由输出检测部12检测的实际输出值进行比较，使其差最小来增减施加在线性压缩机1上的电压和电流(逆变器输出的电压和电流)。增减该电压和电流的控制周期，为了快速控制振幅，设定成从数ms到数百ms左右的比较短的周期。
图6表示由输出控制部13和输出检测部12进行上述控制的流程图。该控制是在驱动频率的每个半周期(60Hz时约为8ms)的任务处理。
首先，从空调控制部30输入输出的指令值(以下称为「指令输出」)(第S301步)，然后，计算实际的输出W(第S302步)。然后，对实际输出和指令输出进行比较(第S303步)，如果实际输出超过了指令输出，则降低输出电流、输出电压(第S304步)，如果不足，则提高输出电流、输出电压(第S305步)。
通过以上那样控制，可以将实际输出控制在以指令值为中心的大致恒定范围内。
另外，在上述输出控制的同时，在本实施例中，也和实施例1(图3)时同样由共振控制部4进行共振控制，使微小电流最小来驱动频率。共振频率以比输出控制长的控制周期进行。
通过这样控制驱动频率，按照图9所示的输出不变条件下的电流特性，可以将驱动频率大致控制在共振频率上。另外，输出恒定时电流最小的频率，如图9所示和共振频率一致。
图7表示本实施例中驱动装置的整体控制方框图。在该图中，电流小控制环和实施例1的情况相同。
在输出控制环中，和实施例1同样，由于电流变化率为零的点每隔半周期有1次，驱动频率的每个半周期(60Hz时约为8ms)成为控制周期。根据电流变化率为零的时刻的电流和电压、以及从共振控制环反馈回来的驱动频率计算电动机输出，根据该电动机输出和指令值的差增减输出电流。控制增益G2，由于确定电动机输出的控制稳定性，优选设定成实验中求出的振动少并且不会出现响应不足的值。
在共振控制环中，在1秒的控制周期中按照图3所述那样使电流最小进行驱动频率的调节。在该驱动频率的调节中要注意的点时，如图9所示如果驱动频率偏离共振频率大时，电流将急剧增加。为了防止这种情况，可以设置输出频率的上限值和下限值。该设定值根据逆变器电路的电流容量和控制振幅的最大值求出。
特别是，在本控制中，需要注意驱动频率从共振频率在降低方向上偏离大的情况，只要在压缩机启动等无负载时施加固有共振频率即可。另外，当在启动时不知道负载时，如果施加比固有共振频率多少要高一些的频率，则不会出大问题。另外，通过根据压缩机温度和残存吐出吸入压力推测空调***的负载，确定启动频率，完全可以避免启动时的不稳定状态。
在此，由于在上述输出控制环和共振控制环的两个环中均操作电流，相起来应该会存在矛盾的地方，如果使控制周期具有足够的差，可以使电流收敛。这也在实验中被确认。
在上述那样的本实施例中，在将电动机输出快速响应控制在不变过程中，当频率变化小时，大致活塞的振幅也被控制在一定，并且使驱动频率和共振频率相等那样进行控制，可以防止在共振频率的调节过程中活塞和气缸的冲撞。另外，即使有来自外部的起振时，由于自动使电流最小进行控制，确保振幅，对外部起振能量在压缩动作中活用，可以防止能力的变动。
另外，由于不采用物理上检测活塞位移的位移传感器，而根据逆变器输出电压、逆变器输出电流以及电动机常数检测电动机的输出，可以实现小型、轻量、低成本化，提高可靠性。
(其它变形列)
在上述实施例1、2中，也可以将线性压缩机1搭载在从外部起振的车辆上。这样，在线性压缩机1的线性电动机驱动中，在通过从外部与驱动频率同相进行起振而助长可动子的振幅时，降低电压、电流，将振幅或者电动机输出控制在恒定，可以进行使外部起振力也作为驱动能量活用的共振控制。另外，在通过从外部与驱动频率反相进行起振而制动可动子的振幅时，增加电压、电流，将振幅或者电动机输出控制在恒定，对于压缩机可以消除冷冻能力不足的情况。同时在任一种情况中，都将振幅或者电动机输出控制在恒定，可以防止可动子和机器本体部的冲撞，或者消除由于可动子的振幅变动大而引起机器的性能变动的情况。
依据本发明的线性电动机的驱动装置，在第1控制周期中优先将可动子的振幅或者电动机输出控制成大致恒定，并且在共振控制装置中，在第2控制周期使微小电流成为最小那样来对逆变器的输出频率进行调节。这样，成为为获得相同振幅而搜寻成为最小电流的频率，可以进行高效率的共振控制。另外，由于始终将可动子的振幅或者电动机输出控制成恒定，在共振控制过程中可以防止可动子和机器本体部的冲撞，防止机器性能的变动，提高可靠性和舒适性。

Claims (13)

1.一种线性电动机的驱动装置，是使由弹性部件所支承的可动子作往复运动的线性电动机的驱动装置，其特征在于：包括
将直流电力变换成给定频率的交流电力后驱动所述线性电动机的逆变器、
检测所述逆变器的输出电流的电流检测装置、
检测所述逆变器的输出电压的电压检测装置、
检测所述线性电动机的可动子振幅的振幅检测装置、
在第1控制周期对所述输出电流或者所述输出电压进行调节使所述可动子的振幅成为所希望的恒定值的振幅控制装置、以及
在使所述振幅大致恒定的条件下，在比第1控制周期大的第2控制周期中调节逆变器的输出频率使逆变器的输出电流最小的共振控制装置。
2.一种线性电动机的驱动装置，是使由弹性部件所支承的可动子作往复运动的线性电动机的驱动装置，其特征在于：包括
将直流电力变换成给定频率的交流电力后驱动所述线性电动机的逆变器、
检测所述逆变器的输出电流的电流检测装置、
检测所述逆变器的输出电压的电压检测装置、
检测所述线性电动机的可动子振幅的振幅检测装置、
根据所述可动子的振幅和所述频率检测电动机的输出的输出检测装置、
在第1控制周期对所述输出电流或者所述输出电压进行调节使所述电动机的输出成为所希望的恒定值的输出控制装置、以及
在使所述电动机输出大致恒定的条件下，在比第1控制周期大的第2控制周期中调节逆变器的输出频率使所述输出电流最小的共振控制装置。
3.根据权利要求1或2所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述振幅检测装置根据由电压检测装置检测出的电压推导线性电动机的感应电压，根据所推导的线性电动机的感应电压、逆变器的输出频率、线性电动机的推力常数检测可动子的振幅。
4.根据权利要求3所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述振幅检测装置，在由电压检测装置检测的电压的基础上，进一步采用由电流检测装置检测的电流和线性电动机的绕组电阻推导所述感应电压。
5.根据权利要求3所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述振幅检测装置，在由电压检测装置检测的电压的基础上，进一步采用由电流检测装置检测的电流、线性电动机的绕组电阻、及线性电动机的电感推导所述感应电压。
6.根据权利要求3所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述电流检测装置以及所述电压检测装置，分别检测在逆变器输出电流的变化率大致为零的时刻的瞬时电流和瞬时电压。
7.根据权利要求3所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述电流检测装置以及所述电压检测装置，分别检测在逆变器输出电流的瞬时值大致最大和大致最小的时刻的瞬时电流和瞬时电压。
8.根据权利要求3所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述电流检测装置以及所述电压检测装置，分别检测在逆变器输出电流的相位为大致90°和大致270°的时刻的瞬时电流和瞬时电压。
9.根据权利要求1或2所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：在所述共振控制装置中设置输出频率的上限值和下限值。
10.根据权利要求1或2所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述共振控制装置，把根据弹性部件的弹性常数和可动子的质量所确定的无负载时的线性电动机的固有共振频率作为启动时的施加频率进行输出。
11.根据权利要求1所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述共振控制装置，把比根据弹性部件的弹性常数和可动子的质量所确定的无负载时的线性电动机的固有共振频率更低的频率作为启动时的施加频率进行输出。
12.根据权利要求2所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：所述共振控制装置，把比根据弹性部件的弹性常数和可动子的质量确定的无负载时的线性电动机的固有共振频率更高的频率作为启动时的施加频率进行输出。
13.根据权利要求1或2所述的线性电动机的驱动装置，其特征在于：线性电动机搭载在从外部起振的车辆上。
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