JP2004096938A

JP2004096938A - Control device for linear motor

Info

Publication number: JP2004096938A
Application number: JP2002257423A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ito; 伊東　淳一; Ikuya Sato; 佐藤　以久也; Hitoshi Hamanaka; 浜中　仁
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP4096665B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a linear motor from being broken by avoiding the collision of movable parts such as a piston without using a position sensor. <P>SOLUTION: In accordance with the magnitude of an output voltage (including an output voltage command and an output voltage detected value) of a single phase inverter 2, this control device for a linear motor comprises an offset command generator 26 for controlling the position of the piston, an adder 25 for superposing the offset voltage command to the original output voltage command of the single phase inverter 2, comparators 17, 18 for driving a semiconductor switching element of the single phase inverter 2 according to the output voltage command superposed with the offset voltage command, a distributor 19, a dead-time generation means 20, and a gate driver 21 or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアモータの制御装置に関し、詳しくは、電力変換器により駆動されてリニアモータの可動部としてのピストン等を往復運動させることにより気体を圧縮するコンプレッサ（いわゆるリニアコンプレッサ）用のリニアモータにおいて、特に、ピストンやリニアモータ自体の破損を防止するようにした制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、電力変換器により駆動される従来のリニアコンプレッサの駆動システムを示しており、この従来技術では、電力変換器として単相インバータを用い、リニアモータとして単相ボイスコイルモータを用いている。なお、この種のリニアコンプレッサは、冷蔵庫等の冷却装置において、膨張した冷媒ガスをシリンダ内のピストンの往復運動により圧縮する場合に使用されている。
【０００３】
図１０において、１は直流電源、２は半導体スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４を有する単相インバータ、３はリニアコンプレッサ、４Ａ，４Ｂはリニアモータ、５Ａ，５Ｂはそれぞれ各モータ４Ａ，４Ｂにより駆動されて気体を圧縮する可動部としてのピストン、６はシリンダ、７はピストンの位置情報を得るための磁気センサ等の位置センサである。
【０００４】
この従来技術の動作を簡単に説明する。
直流電源１に接続された単相インバータ２により、所望の周波数及び振幅の単相交流電圧をリニアモータ４Ａ，４Ｂに供給する。各モータ４Ａ，４Ｂにそれぞれ連結されたピストン５Ａ，５Ｂは、単相インバータ２が出力する周波数に応じて図の左右方向に往復運動を行い、シリンダ６内の気体を圧縮する。
【０００５】
このようなリニアコンプレッサ３では、気体の圧縮時と膨張時とでピストン５Ａ，５Ｂに対する平均圧力が異なると、ピストン５Ａ，５Ｂの中心位置が変動することになる。その結果、最悪の場合にはピストン５Ａ，５Ｂ同士が衝突してリニアモータ４Ａ，４Ｂを破損するおそれがある。
【０００６】
上記不都合を回避するため、従来では、位置センサ７により検出したピストン５Ａの位置情報を制御に用いている。
ここで、図１１は単相インバータ２の制御ブロック図を示している。インバータ２の出力周波数指令を積分器１１により積分して位相各指令θ^＊を求め、正弦波テーブル１２を参照することにより、所望の周波数の正弦波信号を得る。この正弦波信号と電圧指令（振幅指令）とを乗算器１３により乗算し、その結果に係数器１４，１５にて係数を乗じて出力電圧指令を得る。係数器１４から出力された出力電圧指令は加算器２５を介して比較器１７に入力されると共に、係数器１５から出力された出力電圧指令は比較器１８にそのまま入力される。
【０００７】
比較器１７，１８では、上記各出力電圧指令と、キャリア発生器１６から出力される三角波とがそれぞれ比較され、ＰＷＭパルスが生成される。このＰＷＭパルスは、分配器１９を経てデッドタイム生成手段２０により上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムが付加された後、ゲートドライバ２１に入力される。ゲートドライバ２１では、ＰＷＭパルスに基づいて単相インバータ２のスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４に対するゲート信号を生成し、これらのゲート信号によってスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４をオン、オフすることにより、所望の振幅及び周波数を有する交流電圧を出力してリニアモータ４Ａ，４Ｂに供給する。
【０００８】
この従来技術において、ピストン位置の制御は、次のように行っている。
すなわち、前記位置センサ７により検出した位置情報を直流分検出手段４２に入力してピストンの中心位置を検出する。また、ピストンの平均位置指令と、直流分検出手段４２により検出したピストンの中心位置との偏差を加算器２３により求める。そして、この偏差を位置調節器（比例調節器や比例積分調節器等）２４に入力してその出力である直流バイアスをオフセット電圧として一方の比較器１７側の出力電圧指令に重畳することで、ピストン５Ａ，５Ｂの中心位置の変動を防止している。
ここで、ピストンの中心位置とは、図１０に示すピストンの駆動方向の変位ｘの中心位置をいう。
【０００９】
なお、ピストンの位置を制御するために位置センサを備えたリニアコンプレッサの従来技術は、以下のように種々存在する（例えば、特許文献１〜３参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２９１８８９号公報（段落［００２４］等、［図１］）
【特許文献２】
特開２００１−９０６６１号公報（段落［００３２］，［００３３］等、［図１］，［図２］，［図１０］）
【特許文献３】
特開２００２−１５５８６９号公報（段落［００２８］〜［００３４］，［００５０］，［００５８］等、［図１］，［図３］，［図７］）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示した従来技術では、位置センサ７をシリンダ６内に配置しなければならない。しかしながら、シリンダ６の内部は圧力が高いため、位置センサ７の信号線を引き出すことは構造上、困難であると共に、コストが上昇する原因ともなる。更に、位置センサ７自身も耐高圧性能が必要であるため、この点でもコストを上昇させる要因となっていた。
更に、特許文献２のように位置センサをシリンダに内蔵しないタイプの従来技術においても、位置センサの取付構造が複雑であり、また、位置センサ自体のコストの問題は解消されていない。
【００１２】
そこで本発明は、位置センサを用いることなくピストン等の可動部同士の衝突を回避してリニアモータの破損を防止するようにしたリニアモータの制御装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、電力変換器により駆動され、かつ、負荷としての可動部を往復運動させるようにしたリニアモータにおいて、
電力変換器の出力電圧（出力電圧指令及び出力電圧検出値を含むものとする）の大きさに応じて、前記可動部の位置を制御するためのオフセット電圧指令を発生する手段と、
前記オフセット電圧指令を電力変換器の出力電圧指令に重畳する手段と、
前記オフセット電圧指令が重畳された出力電圧指令に従って電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動する手段と、を備えたものである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、電力変換器の出力電流の大きさに応じて、前記可動部の位置を制御するためのオフセット電圧指令を発生する手段と、
前記オフセット電圧指令を電力変換器の出力電圧指令に重畳する手段と、
前記オフセット電圧指令が重畳された出力電圧指令に従って電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動する手段と、を備えたものである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、電力変換器の出力電力の大きさに応じて、前記可動部の位置を制御するためのオフセット電圧指令を発生する手段と、
前記オフセット電圧指令を電力変換器の出力電圧指令に重畳する手段と、
前記オフセット電圧指令が重畳された出力電圧指令に従って電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動する手段と、を備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態が適用されるリニアコンプレッサ３’の駆動システムであり、図１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。図から明らかなように、このリニアコンプレッサ３’では、ピストンの位置を検出するための位置センサがシリンダ６内から除去されている。
【００１７】
図２は、本実施形態における単相インバータ２の制御ブロック図である。この図においても、図１１と同一の構成要素には同一の参照符号を付してあり、以下では図１１と異なる部分を中心として構成及び動作を説明する。
【００１８】
すなわち、図２の制御ブロック図では、係数器１４からの出力電圧指令に加算されるオフセット電圧の発生手段が図１１と異なっている。
ここで、図３は、単相インバータ２の出力電圧を変化させたときのピストン（例えば５Ａ）の中心位置の測定結果を示している。この図３によれば、単相インバータ２の出力電圧がＶ_１から増加するに伴ってピストン５Ａの中心位置がずれていくことがわかる。従って、ピストン５Ａの中心位置を一定とするには、図３に波線のハッチングで示す変位部分を打ち消すように出力電圧を調整すればよく、具体的には、図４に示すごとく、出力電圧の大きさ（振幅）がＶ_１より大きい領域では出力電圧が増加するにつれてオフセット電圧を増加させればよい。
【００１９】
つまり、図２に示すように、電圧指令（振幅指令）をオフセット指令発生器２６に入力し、電圧の振幅が所定値Ｖ_１以上になった場合に図４の特性となるようなオフセット電圧指令を発生させて加算器２５に入力すればよい。ここで、図４の特性はテーブルとしてオフセット指令発生器２６に内蔵しておく。
これにより、位置センサによるピストンの位置情報を用いることなく電圧指令のみを用いてオフセット電圧指令を求め、これを元の電圧指令に重畳してインバータ２を駆動することでピストンの中心位置の変動を防止することができ、ひいてはピストン５Ａ，５Ｂ同士の衝突によるリニアモータ４Ａ，４Ｂの破損を回避することができる。
【００２０】
次に、図５は本発明の第２実施形態が適用されるリニアコンプレッサ３’の駆動システムであり、図１と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
この実施形態においても、シリンダ６内に位置センサが設けられておらず、リニアモータ４Ａ，４Ｂを流れる電流を電流検出手段７により検出してオフセット電圧を生成するように構成されている。
【００２１】
図６は、本実施形態における単相インバータ２の制御ブロック図である。以下では、図２と異なる部分を中心として構成及び動作を説明する。
ピストン５Ａ，５Ｂのストロークはモータの推力にほぼ比例し、ストロークが大きいほど圧縮時と膨張時の差圧が大きくなってピストンの変位が増加する。そこで、この実施形態では、モータ電流の大きさがモータの推力にほぼ比例することに着目し、モータ電流に基づいて出力電圧指令に重畳するオフセット電圧指令を決定し、ピストン５Ａ，５Ｂの変位を抑制するようにした。
【００２２】
すなわち、モータ電流の大きさにほぼ比例してモータの推力が変化し、ピストンの変位もほぼ比例すると考えられる。従って、図７に示すようにモータ電流の大きさ（振幅）に応じてオフセット電圧指令を変化させ、このオフセット電圧指令を出力電圧指令に加算することとする。
図６の制御ブロック図では、図５に示す電流検出手段７により検出した正弦波状のモータ電流を電流大きさ変換手段２７に入力してその大きさを求め、図７の特性をテーブルとして内蔵したオフセット指令発生器２６によりモータ電流の大きさに応じたオフセット電圧指令を求めて加算器２５に入力する。
【００２３】
この実施形態においても、位置センサによるピストンの位置情報を用いることなくピストンの中心位置の変動を防止し、ピストン５Ａ，５Ｂ同士の衝突によるリニアモータ４Ａ，４Ｂの破損を回避することができる。
【００２４】
次いで、図８は、本発明の第３実施形態における単相インバータ２の制御ブロック図である。なお、この実施形態が適用されるリニアコンプレッサ３’の駆動システムの構成は図５と同様であり、シリンダ６内に位置センサがなく、リニアモータ４Ａ，４Ｂの電流を検出する電流検出手段７が設けられている。
以下では、図２、図６と異なる部分を中心として第３実施形態の構成及び動作を説明する。
【００２５】
一般にリニアモータでは、駆動周波数が一定の場合、モータの損失を無視すればモータの推力はモータの有効電力に比例し、前述したようにモータの推力とピストンの変位もほぼ比例関係にある。
そこで、この実施形態では、図８に示すようにモータ電流と単相インバータ２の出力電圧指令とを乗算器２８により乗算して皮相電力を求め、この皮相電力を有効電力抽出手段２９に入力して有効電力の大きさを抽出する。抽出した有効電力の大きさに基づきオフセット指令発生器２６がオフセット電圧指令を決定し、これを加算器２５に入力して出力電圧指令に加算することにより、ピストン位置を中心位置に制御するようにした。なお、図９は有効電力の大きさとオフセット電圧指令との概略的な関係を示すものであり、この特性はオフセット指令発生器２６にテーブルとして内蔵されている。
【００２６】
この実施形態においても、位置センサによるピストンの位置情報を用いずにピストンの中心位置の変動を防止し、ピストン５Ａ，５Ｂ同士の衝突によるリニアモータ４Ａ，４Ｂの破損を回避することができる。
なお、負荷力率がほぼ一定であれば、有効電力の代わりに皮相電力をそのまま用いることができ、これによって有効電力抽出手段２９を省略することが可能である。また、電力の演算に当たっては、単相インバータ２の出力電圧指令ではなく出力電圧検出値を用いても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電力変換器の出力電圧指令に対し、電圧、電流または電力に基づいて生成したオフセット電圧指令を重畳することにより、従来のように可動部の位置センサを用いなくても可動部の位置を適切に制御して、可動部やリニアモータ自体の破損を回避しつつ運転することができる。
このため、設置環境に制約があってコスト上昇の一因ともなる位置センサを不要とし、リニアモータの制御装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態が適用されるリニアコンプレッサの駆動システムを示す図である。
【図２】第１実施形態における単相インバータの制御ブロック図である。
【図３】第１実施形態におけるインバータ出力電圧とピストン中心位置との関係を示す図である。
【図４】第１実施形態におけるインバータ出力電圧とオフセット電圧との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２，第３実施形態が適用されるリニアコンプレッサの駆動システムを示す図である。
【図６】第２実施形態における単相インバータの制御ブロック図である。
【図７】第２実施形態におけるモータ電流とオフセット電圧との関係を示す図である。
【図８】第３実施形態における単相インバータの制御ブロック図である。
【図９】第３実施形態における有効電力とオフセット電圧との関係を示す図である。
【図１０】従来のリニアコンプレッサの駆動システムを示す図である。
【図１１】図１０における単相インバータの制御ブロック図である。
【符号の説明】
１：直流電源
２：単相インバータ
３’：リニアコンプレッサ
４Ａ，４Ｂ：リニアモータ
５Ａ，５Ｂ：ピストン
６：シリンダ
７：電流検出手段
１１：積分器
１２：正弦波テーブル
１３，２８：乗算器
１４，１５：係数器
１６：キャリア発生器
１７，１８：比較器
１９：分配器
２０：デッドタイム生成手段
２１：ゲートドライバ
２５：加算器
２６：オフセット指令発生器
２７：電流大きさ変換手段
２９：有効電力抽出手段
Ｑ_１〜Ｑ_４：半導体スイッチング素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor control device, and more particularly, to a linear motor for a compressor (so-called linear compressor) that is driven by a power converter and compresses gas by reciprocating a piston or the like as a movable portion of the linear motor. In particular, the present invention relates to a control device that prevents damage to a piston and a linear motor itself.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 shows a driving system of a conventional linear compressor driven by a power converter. In this conventional technology, a single-phase inverter is used as a power converter, and a single-phase voice coil motor is used as a linear motor. . Note that this type of linear compressor is used in a cooling device such as a refrigerator when the expanded refrigerant gas is compressed by reciprocating motion of a piston in a cylinder.
[0003]
10, 1 denotes a DC power source, 2 is a single-phase inverter having a semiconductor switching element _Q 1 to Q _4, 3 is a linear compressor, 4A, 4B is a linear motor, 5A, 5B are driven motors 4A, respectively, by 4B Reference numeral 6 denotes a cylinder as a movable part for compressing gas, 6 denotes a cylinder, and 7 denotes a position sensor such as a magnetic sensor for obtaining position information of the piston.
[0004]
The operation of this conventional technique will be briefly described.
A single-phase inverter 2 connected to a DC power supply 1 supplies a single-phase AC voltage having a desired frequency and amplitude to the linear motors 4A and 4B. The pistons 5A and 5B connected to the motors 4A and 4B reciprocate in the left and right directions in the figure according to the frequency output from the single-phase inverter 2 to compress the gas in the cylinder 6.
[0005]
In such a linear compressor 3, if the average pressure on the pistons 5A and 5B is different between when the gas is compressed and when the gas is expanded, the center positions of the pistons 5A and 5B fluctuate. As a result, in the worst case, the pistons 5A and 5B may collide with each other and damage the linear motors 4A and 4B.
[0006]
In order to avoid the above inconvenience, the position information of the piston 5A detected by the position sensor 7 is conventionally used for control.
Here, FIG. 11 shows a control block diagram of the single-phase inverter 2. The output frequency command of the inverter 2 is integrated by the integrator 11 to obtain each phase command θ ^*, and a sine wave signal of a desired frequency is obtained by referring to the sine wave table 12. The sine wave signal is multiplied by a voltage command (amplitude command) by a multiplier 13, and the result is multiplied by a coefficient by coefficient units 14 and 15 to obtain an output voltage command. The output voltage command output from the coefficient unit 14 is input to the comparator 17 via the adder 25, and the output voltage command output from the coefficient unit 15 is input directly to the comparator 18.
[0007]
The comparators 17 and 18 compare the output voltage commands with the triangular wave output from the carrier generator 16, respectively, to generate a PWM pulse. The PWM pulse is input to the gate driver 21 after a dead time for preventing a short circuit between the upper and lower arms is added by the dead time generator 20 via the distributor 19. In the gate driver 21 generates gate signals of the single-phase inverter 2 to the switching element _Q 1 to Q ₄ based on the PWM pulse, turns on the switching element _Q 1 to Q ₄ by these gate signal, by turning off the desired And outputs the AC voltage having the amplitude and frequency to the linear motors 4A and 4B.
[0008]
In this prior art, the control of the piston position is performed as follows.
That is, the position information detected by the position sensor 7 is input to the DC component detecting means 42 to detect the center position of the piston. Further, the deviation between the average piston position command and the center position of the piston detected by the DC component detecting means 42 is obtained by the adder 23. Then, this deviation is input to a position adjuster (proportional adjuster or proportional-integral adjuster, etc.) 24, and the output DC bias is superimposed on the output voltage command of one comparator 17 as an offset voltage. The variation of the center position of the pistons 5A and 5B is prevented.
Here, the center position of the piston refers to the center position of the displacement x in the driving direction of the piston shown in FIG.
[0009]
In addition, there are various conventional techniques of a linear compressor including a position sensor for controlling the position of a piston as described below (for example, see Patent Documents 1 to 3).
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-9-291889 (paragraph [0024], etc., [FIG. 1])
[Patent Document 2]
JP 2001-90661 A (paragraphs [0032], [0033], etc., [FIG. 1], [FIG. 2], [FIG. 10])
[Patent Document 3]
JP-A-2002-155869 (paragraphs [0028] to [0034], [0050], [0058], etc., [FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 7])
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art shown in FIG. 10, the position sensor 7 must be disposed in the cylinder 6. However, since the pressure inside the cylinder 6 is high, drawing out the signal line of the position sensor 7 is structurally difficult and causes an increase in cost. Furthermore, since the position sensor 7 itself also needs to withstand high pressure, this also causes a cost increase.
Further, even in the conventional technology in which the position sensor is not built in the cylinder as in Patent Document 2, the mounting structure of the position sensor is complicated, and the problem of the cost of the position sensor itself has not been solved.
[0012]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a linear motor control device that avoids collision between movable parts such as pistons without using a position sensor to prevent damage to the linear motor.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a linear motor driven by a power converter and configured to reciprocate a movable portion as a load.
Means for generating an offset voltage command for controlling the position of the movable part according to the magnitude of the output voltage of the power converter (including the output voltage command and the output voltage detection value);
Means for superimposing the offset voltage command on the output voltage command of the power converter,
Means for driving a semiconductor switching element of a power converter in accordance with an output voltage command on which the offset voltage command is superimposed.
[0014]
The invention according to claim 2 is means for generating an offset voltage command for controlling the position of the movable section according to the magnitude of the output current of the power converter,
Means for superimposing the offset voltage command on the output voltage command of the power converter,
Means for driving a semiconductor switching element of a power converter in accordance with an output voltage command on which the offset voltage command is superimposed.
[0015]
The invention according to claim 3 is means for generating an offset voltage command for controlling the position of the movable unit according to the magnitude of the output power of the power converter,
Means for superimposing the offset voltage command on the output voltage command of the power converter,
Means for driving a semiconductor switching element of a power converter in accordance with an output voltage command on which the offset voltage command is superimposed.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 shows a drive system of a linear compressor 3 'to which the first embodiment of the present invention is applied, and the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. As is clear from the figure, in the linear compressor 3 ', the position sensor for detecting the position of the piston is removed from the inside of the cylinder 6.
[0017]
FIG. 2 is a control block diagram of the single-phase inverter 2 in the present embodiment. Also in this figure, the same components as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the configuration and operation will be described below mainly on the parts different from FIG.
[0018]
That is, in the control block diagram of FIG. 2, the means for generating the offset voltage added to the output voltage command from the coefficient unit 14 is different from that of FIG.
Here, FIG. 3 shows a measurement result of the center position of the piston (for example, 5 A) when the output voltage of the single-phase inverter 2 is changed. According to FIG. 3, it can be seen that the output voltage of the single-phase inverter 2 goes off-center position of the piston 5A along with increases from V _1. Therefore, in order to keep the center position of the piston 5A constant, it is sufficient to adjust the output voltage so as to cancel the displaced portion indicated by the hatched line in FIG. 3, and specifically, as shown in FIG. may be increased to offset voltage as the magnitude (amplitude) in V ₁ is greater than area output voltage increases.
[0019]
That is, as shown in FIG. 2, and the input voltage command (amplitude command) to the offset command generator 26, the offset voltage command such that the characteristic of FIG. 4 when the amplitude of the voltage becomes ₁ or greater than a predetermined value V May be generated and input to the adder 25. Here, the characteristics shown in FIG. 4 are stored in the offset command generator 26 as a table.
Thus, the offset voltage command is obtained using only the voltage command without using the position information of the piston by the position sensor, and the offset voltage command is superimposed on the original voltage command to drive the inverter 2 so that the variation of the center position of the piston is reduced. This can prevent the linear motors 4A, 4B from being damaged due to collision between the pistons 5A, 5B.
[0020]
Next, FIG. 5 shows a drive system of a linear compressor 3 'to which the second embodiment of the present invention is applied, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
Also in this embodiment, no position sensor is provided in the cylinder 6, and the current detection means 7 detects the current flowing through the linear motors 4A and 4B to generate an offset voltage.
[0021]
FIG. 6 is a control block diagram of the single-phase inverter 2 in the present embodiment. In the following, the configuration and operation will be described with a focus on portions different from FIG.
The strokes of the pistons 5A and 5B are substantially proportional to the thrust of the motor, and the greater the stroke, the greater the differential pressure during compression and expansion, and the displacement of the piston increases. Therefore, in this embodiment, focusing on the fact that the magnitude of the motor current is substantially proportional to the thrust of the motor, an offset voltage command to be superimposed on the output voltage command is determined based on the motor current, and the displacement of the pistons 5A and 5B is determined. I tried to suppress it.
[0022]
That is, it is considered that the thrust of the motor changes substantially in proportion to the magnitude of the motor current, and the displacement of the piston is also substantially proportional. Therefore, as shown in FIG. 7, the offset voltage command is changed according to the magnitude (amplitude) of the motor current, and this offset voltage command is added to the output voltage command.
In the control block diagram of FIG. 6, a sinusoidal motor current detected by the current detection means 7 shown in FIG. 5 is input to the current magnitude conversion means 27 to determine the magnitude, and the characteristics of FIG. The offset command generator 26 obtains an offset voltage command corresponding to the magnitude of the motor current and inputs it to the adder 25.
[0023]
Also in this embodiment, it is possible to prevent the center position of the piston from fluctuating without using the position information of the piston by the position sensor, and to avoid damage to the linear motors 4A and 4B due to collision between the pistons 5A and 5B.
[0024]
Next, FIG. 8 is a control block diagram of the single-phase inverter 2 in the third embodiment of the present invention. The configuration of the drive system of the linear compressor 3 'to which this embodiment is applied is the same as that of FIG. 5, and there is no position sensor in the cylinder 6, and the current detection means 7 for detecting the current of the linear motors 4A and 4B is provided. Is provided.
In the following, the configuration and operation of the third embodiment will be described with a focus on portions different from those in FIGS.
[0025]
In general, in a linear motor, when the driving frequency is constant, the thrust of the motor is proportional to the active power of the motor, if the loss of the motor is ignored, and the thrust of the motor and the displacement of the piston are substantially proportional as described above.
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the motor current and the output voltage command of the single-phase inverter 2 are multiplied by the multiplier 28 to obtain the apparent power, and this apparent power is input to the active power extracting means 29. To extract the magnitude of the active power. The offset command generator 26 determines the offset voltage command based on the magnitude of the extracted active power, inputs the offset voltage command to the adder 25 and adds the offset voltage command to the output voltage command so that the piston position is controlled to the center position. did. FIG. 9 shows a schematic relationship between the magnitude of the active power and the offset voltage command, and this characteristic is built in the offset command generator 26 as a table.
[0026]
Also in this embodiment, it is possible to prevent the center position of the piston from fluctuating without using the position information of the piston by the position sensor, and to avoid damage to the linear motors 4A and 4B due to collision between the pistons 5A and 5B.
If the load power factor is substantially constant, the apparent power can be used as it is in place of the active power, whereby the active power extracting means 29 can be omitted. In calculating the power, a detected output voltage value may be used instead of the output voltage command of the single-phase inverter 2.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the output voltage command of the power converter is superimposed with the offset voltage command generated based on the voltage, current, or power, thereby using the position sensor of the movable unit as in the related art. Even without this, the position of the movable part can be appropriately controlled to operate while avoiding damage to the movable part and the linear motor itself.
This eliminates the need for a position sensor that limits the installation environment and contributes to an increase in cost, and can provide a linear motor control device at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a drive system of a linear compressor to which a first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a control block diagram of a single-phase inverter according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an inverter output voltage and a piston center position in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between an inverter output voltage and an offset voltage according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a drive system of a linear compressor to which the second and third embodiments of the present invention are applied.
FIG. 6 is a control block diagram of a single-phase inverter according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a motor current and an offset voltage in a second embodiment.
FIG. 8 is a control block diagram of a single-phase inverter according to a third embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an active power and an offset voltage according to a third embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a drive system of a conventional linear compressor.
11 is a control block diagram of the single-phase inverter in FIG.
[Explanation of symbols]
1: DC power supply 2: single-phase inverter 3 ': linear compressors 4A, 4B: linear motors 5A, 5B: piston 6: cylinder 7: current detecting means 11: integrator 12: sine wave tables 13, 28: multiplier 14, 15: Coefficient generator 16: Carrier generators 17, 18: Comparator 19: Distributor 20: Dead time generation means 21: Gate driver 25: Adder 26: Offset command generator 27: Current magnitude conversion means 29: Active power extracting means _Q 1 to Q _4: semiconductor switching element

Claims

電力変換器により駆動され、かつ、負荷としての可動部を往復運動させるようにしたリニアモータにおいて、
電力変換器の出力電圧の大きさに応じて、前記可動部の位置を制御するためのオフセット電圧指令を発生する手段と、
前記オフセット電圧指令を電力変換器の出力電圧指令に重畳する手段と、
前記オフセット電圧指令が重畳された出力電圧指令に従って電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動する手段と、
を備えたことを特徴とするリニアモータの制御装置。In a linear motor driven by a power converter and reciprocating a movable part as a load,
Means for generating an offset voltage command for controlling the position of the movable part according to the magnitude of the output voltage of the power converter;
Means for superimposing the offset voltage command on the output voltage command of the power converter,
Means for driving the semiconductor switching element of the power converter according to the output voltage command on which the offset voltage command is superimposed,
A control device for a linear motor, comprising:

電力変換器により駆動され、かつ、負荷としての可動部を往復運動させるようにしたリニアモータにおいて、
電力変換器の出力電流の大きさに応じて、前記可動部の位置を制御するためのオフセット電圧指令を発生する手段と、
前記オフセット電圧指令を電力変換器の出力電圧指令に重畳する手段と、
前記オフセット電圧指令が重畳された出力電圧指令に従って電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動する手段と、
を備えたことを特徴とするリニアモータの制御装置。In a linear motor driven by a power converter and reciprocating a movable part as a load,
Means for generating an offset voltage command for controlling the position of the movable part according to the magnitude of the output current of the power converter;
Means for superimposing the offset voltage command on the output voltage command of the power converter,
Means for driving the semiconductor switching element of the power converter according to the output voltage command on which the offset voltage command is superimposed,
A control device for a linear motor, comprising:

電力変換器により駆動され、かつ、負荷としての可動部を往復運動させるようにしたリニアモータにおいて、
電力変換器の出力電力の大きさに応じて、前記可動部の位置を制御するためのオフセット電圧指令を発生する手段と、
前記オフセット電圧指令を電力変換器の出力電圧指令に重畳する手段と、
前記オフセット電圧指令が重畳された出力電圧指令に従って電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動する手段と、
を備えたことを特徴とするリニアモータの制御装置。In a linear motor driven by a power converter and reciprocating a movable part as a load,
Means for generating an offset voltage command for controlling the position of the movable part, according to the magnitude of the output power of the power converter;
Means for superimposing the offset voltage command on the output voltage command of the power converter,
Means for driving the semiconductor switching element of the power converter according to the output voltage command on which the offset voltage command is superimposed,
A control device for a linear motor, comprising: