JP2004100640A

JP2004100640A - Operation control device for vibration compressor

Info

Publication number: JP2004100640A
Application number: JP2002266421A
Authority: JP
Inventors: Mikihiko Matsuda; 松田　幹彦
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JP4126598B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operation control device for a vibration compressor capable of electrically detecting coil breakage of a linear motor and detecting abnormalities such as a locked up motor, and capable of avoiding a piston going out of control and colliding into a casing. SOLUTION: The vibration compressor having pistons 4A, 4B provided on both sides of a working gas compression/expansion space to sandwich the space, and two pairs of linear motors 6A, 6B, makes the pistons 4A, 4B reciprocate by feeding output of an inverter (power source) to the linear motors 6A, 6B. The compressor is equipped with: an electric current detecting device 25 for detecting coil electric currents I<SB>A</SB>, I<SB>B</SB>of each of the linear motors 6A, 6B in a power feeding circuit 22; an electric current difference calculating device 25 for calculating the difference between the electric currents I<SB>A</SB>, I<SB>B</SB>; and an inverter output adjusting circuit 26. When a detected value corresponding to the difference value of the coil current flowing through each of the linear motors 6A and 6B during driving of the compressor exceeds a predetermined threshold, an occurrence of abnormality is determined, and power feeding to the linear motors 6A, 6B is stopped to stop the compressor, or output voltage is lowered to continuously drive the compressor with a low output. COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリング冷凍機，パルスチューブ冷凍機などのガスサイクル機関の冷凍機に適用する振動圧縮機の運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記のスターリング冷凍機，パルスチューブ冷凍機において、その圧力振動の発生機構である圧縮機として、ピストンを可動コイル形リニアモータで往復駆動するようように構成したものが公知である。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、両端を開放したシリンダに、作動ガス（ヘリウムなどの冷媒）の圧縮／膨張空間を挟んで一対のピストンを向かい合わせに配置し、リニアモータの駆動により各ピストンを同期して互いに逆方向に往復動させるようにしたスプリットタイプのリニア駆動式圧縮機も知られている。（例えば、特許文献２）。
【０００４】
次に、前記したスプリットタイプのリニア駆動式圧縮機の詳細構造を図２に示す。
【０００５】
図２において、１は圧縮機、２は作動ガスの保圧容器を構成する密閉形ケーシング、３は後記するリニアモータの継鉄を兼ねた円筒形のシリンダ、４Ａ，４Ｂは作動ガスの圧縮空間３ａを挟んで向かい合わせにシリンダ３の両端に嵌入した左右一対のピストン、５は前記ピストン４Ａ，４Ｂを軸方向へ移動可能に支持した円板形のサスペンションばね、６Ａ．６Ｂはピストン４Ａ，４Ｂを個別に駆動する可動コイル形リニアモータである。
【０００６】
このリニアモータ６Ａ，６Ｂは、前記シリンダ３の外周側に一体化して磁気回路を形成する継鉄７と、半径方向に着磁して継鉄７の内周面に装着したリング状の永久磁石８と、永久磁石８に対峙する可動コイル９と、可動コイル９を支持してピストン４Ａ，４Ｂに連結したボビン１０とで構成した単相コイルモータである。なお、３ｂはシリンダ３を半径方向に貫通して前記ガス圧縮空間３ａに通じる作動ガス通路、１１は前記ガス通路３ｂと冷凍機のコールドヘッド（図示せず）に内蔵したディスプレーサとの間に配管したキャピラリチューブである。
【０００７】
なお、図示してないが、リニアモータ６Ａ，６Ｂの可動コイル９に接続したリード線は、ケーシング２を気密に貫通して外部に引出した上で後記する電源部に接続して給電するようにしている。
【０００８】
かかる構成になる振動圧縮機の動作は周知であり、可動コイル９に交流電圧を印加すると、可動コイル９に流れる電流と該コイルに鎖交する永久磁石８の磁束との間に働く電磁力により、リニアモータ６Ａ，６Ｂの可動コイル９が同期して互いに逆方向に往復動作する。これにより、サスペンションばね５で支持されたピストン４Ａと４Ｂがシリンダ３内で圧縮方向，膨張方向に交互に往復動し、左右のピストンで挟まれたシリンダ３内のガス圧縮空間３ａに封入した作動ガスが圧縮，膨張して圧力振動を発生する。なお、円板形のサスペンションばね５は可動コイル９の電流ゼロの状態でピストン３を図示の中立位置に保持している。
【０００９】
次に、前記圧縮機１に用いる従来の電源，制御回路を図３に示す。図３において、１２はスイッチング素子Ｑ１　〜Ｑ４　で構成した単相インバータ（電源装置）であり、該インバータ１２の交流出力を圧縮機１のリニアモータ６Ａ，６Ｂの可動コイル９に給電してピストン４Ａ，４Ｂを往復駆動する。
【００１０】
ここで、圧縮機１の運転時におけるピストン４Ａ，４Ｂの振幅（往復動のストローク），往復動周期を外部から与えた指令値に対応して制御するために、圧縮機１の内部には一方のピストン４Ａに対応する位置センサ１３を備え、該位置センサ１３で得たピストンの位置情報を基に、次記のようにインバータ１２の出力調整を行うようにしている。
【００１１】
すなわち、インバータ出力の周波数指令を正弦波発生器１４に与えて所望周波数の制御信号（正弦波信号）を得る。そして、前記の正弦波信号とピストンの振幅指令の積を掛け算器１５で求め、それぞれに係数を乗じて出力電圧指令を得る。また、この出力電圧指令を比較器１７によりキャリア発生器１６で発生した三角波と比較してＰＷＭ波形に変換し、さらにデットタイム生成回路１８によりデットタイムを付加した後、ゲートドライバ１９によりインバータ１２のスイッチング素子Ｑ１　〜Ｑ４　をＯＮ，ＯＦＦ制御し、インバータ１２から所望周波数，電圧値の出力電圧を得る。
【００１２】
一方、圧縮機１のピストン位置制御は、前記位置センサ１３で得た位置情報を基に直流分検出器２０で検出したピストン位置と位置指令を比較して位置調整器（比例制御器あるいは比例積分制御器）２１に入力し、その出力（直流電圧）を前記した出力電圧指令に重畳して行うようにしている。この場合に、出力電圧指令に正の直流電圧を重畳すると、リニアモータ６Ａ，６Ｂで駆動するピストン４Ａ．４Ｂが外方向に向かって移動するものとする。
【００１３】
【特許文献１】
特開平５−２８８４１９号公報（ｐ３〜４，図１４）
【特許文献２】
特開平６−２５７８７１号公報（ｐ３，図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した振動圧縮機に対する従来の運転制御方式では、圧縮機の運転中に左右２組のリニアモータ６Ａ，６Ｂのうち、片方のリニアモータにコイル断線，あるいは該リニアモータで駆動するピストンとシリンダの齧りなどに起因してモータロックするなどの異常事態が発生すると、他方のリニアモータで駆動するピストンの振幅が異常に大きくなってピストンが圧縮機のケーシングに衝突し、最悪な場合には破損する重大事故に進展するおそれがある。
【００１５】
すなわち、図３で述べた運転制御系では、圧縮機１のリニアモータ６Ａ，６Ｂに対し、位置センサ１３の位置情報を基にインバータ１２からの出力電圧を調整しているが、位置センサ１３でピストン位置を検出しているリニアモータ６Ａがコイル断線，あるいは該リニアモータ６Ａで駆動するピストン４Ａの齧りなどが原因でモータロックしたりすると、この場合にはピストン４Ａが往復動作のストローク途中で停止，もしくは拘束されるために位置センサ１３では正常にピストン位置情報が得られなくなる。しかも、この場合には前記の位置指令と拘束状態にあるピストン４Ａの位置情報との関係から、インバータ１２の出力電圧を高めるようにフィードバックが働く。そのために、高い出力電圧の給電を受けて動作する他方のリニアモータ６Ｂで駆動するピストン６Ｂの振幅が異常に増大し、その結果としてピストン４Ｂが圧縮機のシリンダ２に衝突する、あるいはリニアモータ６Ｂのボビン１０がシリンダ３の端面に衝突し、最悪な場合には破損して圧縮機１が運転不能となる。
【００１６】
そこで、あらかじめインバータ１２の出力電圧の上限を制限してピストンの暴走を防ぐようにすることが考えられるが、この方式でもピストンの異常振幅を抑えることが困難である。
【００１７】
すなわち、インバータ１２の出力電圧を制限した場合に、前記と同様にリニアモータ６Ａがモータロックするなどの異常が生じると、ピストン４Ａが拘束されたまま、インバータ１２の出力電圧の制限から他方のピストン４Ｂを駆動するリニアモータ６Ｂの推力も制約されるため、圧縮機の圧縮行程で図２のガス圧縮空間３ａにおける作動ガスの圧縮圧力が低下するようになる。一方、圧縮機の圧縮行程でのピストンの振幅は、リニアモータの推力のほか、ガス圧縮空間３ａのガス圧力とピストンを支えるサスペンションばね５との釣り合い条件で決まる。
【００１８】
このために、前記のように圧縮行程で圧縮されるガス圧縮空間３ａのガス圧が低くなると、ピストンに働くガス圧の抗力も弱まることから、結果としてガス圧の低下分だけピストン４Ｂはリニアモータ６Ｂの推力を受けてさらに圧縮方向に進み、定常運転時と比べてピストン４Ｂの振幅が大きくなる。しかも、圧縮機のピストンは、消費電力を低く抑えるためにその振動系の共振周波数で振幅するよう設計されていることから、前記のようにインバータ１２の出力電圧の上限を制限したとしても、前記の状況になるとピストン４Ｂの振幅は自励的に増加してピストン４Ｂがケーシングに衝突し、最悪時には破壊する危険がある。
【００１９】
また、圧縮機１に装備した左右一対のピストン４Ａ．４Ｂのうち、前記とは逆に位置センサ１３で位置検出を行ってない右側のピストン４Ｂがコイル断線，ピストンの齧りなどが原因でピストンの往復動が拘束，停止した場合には、左側のピストン４Ａは位置センサ１３で検出した位置情報を基にしたインバータ１２の出力電圧により定常運転時と同様な振幅で往復動するが、右側のピストン４Ｂはモータロックにより往復動のストローク途中で拘束，停止しているために、圧縮機から吐き出す作動ガス圧が下がって冷凍機の能力が低下するようになる。
【００２０】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、圧縮機の運転中にリニアモータの異常が原因でピストンの振幅が増大した場合にこれを電気的にいち早く検出し、ピストンが暴走してケーシングに衝突するのを回避できるようにした振動圧縮機の運転制御装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、圧縮機のケーシング内部に作動ガスの圧縮／膨張空間を挟んでシリンダの両端側に向かい合わせに嵌入した一対のピストン，および各ピストンを個別に駆動する２組のリニアモータを装備した構成になり、電源装置の交流出力を各リニアモータに給電し、前記ピストンを互いに逆方向へ往復駆動して作動ガスに圧力振動を発生させるようにした振動圧縮機の運転制御装置として、
第１の発明では、前記リニアモータの給電回路で各リニアモータに流れるコイル電流の電流検出手段、その電流差を求める演算手段、および電源装置の出力調整手段を装備し、圧縮機の運転中に各リニアモータに流れるコイル電流の差分に対応した検出値があらかじめ設定した閾値を超えた場合に、ピストンに異常振幅が発生したと判断して演算手段から電源装置の出力調整手段に異常信号を出力し、この異常信号を基にリニアモータへの給電を止めて圧縮機の運転を停止させるようにする（請求項１）。
【００２２】
また、第２の発明では、圧縮機の運転中に各リニアモータに流れるコイル電流の差分に対応した検出値があらかじめ設定した閾値を超えた場合には、異常信号を基にリニアモータに給電する電源装置の出力電圧を定常運転時よりも下げてピストンの振幅をケーシングに衝突しないように縮小し、圧縮機の出力を低めた状態で継続運転するようにする（請求項２）。
【００２３】
そして、前記の閾値は次のように設定するものとする。すなわち、定常運転時におけるピストンの最大振幅をＬ_ＭＡＸ、最大振幅Ｌ_ＭＡＸのピストン位置とケーシングとの間の余裕寸法をＬ_０、ピストンの振幅を前記の最大振幅Ｌ_ＭＡＸを超えて余裕寸法Ｌ_０まで拡大させるリニアモータのコイル電流増加分に相応して電流検出手段で得た検出電圧の増分をＶ_０〔Ｖ_０＝ｆ（Ｌ_ＭＡＸ＋Ｌ_０）−ｆ（Ｌ_ＭＡＸ）〕として、前記の閾値をＶ_０以下に設定して圧縮機を運転制御するようにする（請求項３）。
【００２４】
上記において、圧縮機の運転中に２組のリニアモータのうち、片方のリニアモータに断線，モータロックなどの異常が発生すると、そのリニアモータに流れるコイル電流と他方のリニアモータに流れるコイル電流との間に大きな電流差が生じるようになる。そこで、この電流差を検出し、その電流差に対応した検出値（絶対値）が前記した閾値を超えた際にはピストンに異常振幅が発生したと判断して、圧縮機の運転を強制的に停止する、あるいは電源装置の出力電圧を定常運転時よりも下げてピストンの振幅を抑えた状態で圧縮機を運転することにより、ピストンがケーシングに衝突して破損する非常事態を回避して、圧縮機を安全に運転制御することかできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図３に対応する部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
【００２６】
図１の電源，制御回路は図３と基本的に同じであるが、図３と比べて電流検出器２４，電流差演算器２５，およびインバータ出力調整回路２６が新たに追加装備されている。
【００２７】
すなわち、インバータ（電源装置）１２の出力端と圧縮機１との間に配線した給電回路２２に対し、圧縮機１に装備した２組のリニアモータ６Ａ，６Ｂに対応する分岐給電回路２２Ａ，２２ＢにはＣＴ２３を設けてリニアモータ６Ａ，６Ｂに流れるコイル電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂを計測する。また、電流検出器２４はＣＴ２３で計測した電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂを電圧Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂ　に変換して後段の電流差演算器２５に出力する。一方、電流差演算器２５は、各電流検出器２４の出力電圧Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂの差を演算し、その差の絶対値が後記する閾値を超えた際に異常信号をインバータ出力調整回路２６に出力する。さらに、インバータ出力調整回路２６は、電流差演算器２５から出力する異常信号を受けた場合に、インバータ１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＯＦＦにして圧縮機１への給電を完全に停止するか、もしくはインバータ１２の出力電圧を下げて圧縮機１を低出力運転させるとともに、同時にアラーム信号を出して異常発生を外部に知らせる。
【００２８】
次に、前記した閾値の設定について説明する。すなわち、圧縮機１に内蔵したピストン４Ａ，４Ｂの振幅（往復動ストローク）は、各ピストンを個別に駆動するリニアモータ６Ａ，６Ｂの可動コイルに流れる電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂの大きさに応じて変化することから、定常運転におけるピストン４Ａ，４Ｂの最大振幅をＬ_ＭＡＸ、そのときにリニアモータ６Ａ，６Ｂに流すコイル電流をＩ_ＭＡＸとしてこの電流を電流検出器２４で検出した検出電圧をＶ_ＭＡＸ、最大振幅Ｌ_ＭＡＸのピストン位置と圧縮機１のケーシング２（図２参照）との間に残る余裕寸法をＬ_０、ピストンを前記の最大振幅Ｌ_ＭＡＸを超えて余裕寸法ＬＯ　まで拡大させた場合にリニアモータに流すコイル電流の増加分に対応する前記検出電圧の増分をＶ_０とすると、Ｖ_０は次の（１）式で得られる。
【００２９】
Ｖ_０＝ｆ（Ｌ_ＭＡＸ＋Ｌ_０）−ｆ（Ｌ_ＭＡＸ）　　　　・・・（１）
したがって、上記のＶ_０を閾値として、圧縮機の運転中に図１の電流検出器２５，電流差演算器２５で検出した出力電圧Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂの差（絶対値）が閾値Ｖ_０を超えた際に、前記のように圧縮機１の運転を強制的に停止すれば、ピストンが異常振幅してケーシングに衝突する事態を未然に回避できる。
【００３０】
また、この圧縮機を適用する冷凍機の環境によっては、圧縮機の運転を強制的に停止せずに、圧縮機を低出力の状態にして継続運転させることも可能である。この場合には、閾値を例えば前記Ｖ_０値の８０％程度に設定しておき、圧縮機の運転中に前記した出力電圧Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂの差（絶対値）が閾値（０．８Ｖ_０）を超えた際に、インバータ１２の出力電圧を定常運転時の９０％に下げるように調整して運転すれば、圧縮機の出力は定常運転時に比べて低下するが、ピストンの衝突を避けた状態で継続運転を行うことが可能である。
【００３１】
なお、リニアモータ６Ａ，６Ｂのいずれか一方に異常が発生した場合のケースとして、リニアモータ６Ａの可動コイルが断線するとコイル電流Ｉ_ＡはゼロとなるのでＩ_Ａ＜Ｉ_Ｂとなり、リニアモータ６Ａがモータロックした場合にはコイル電流Ｉ_Ａが増大するのでＩ_Ａ＞Ｉ_Ｂとなる。また、リニアモータ６Ｂに異常が発生した場合にはコイル電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂの大小関係は前記と逆になるが、いずれの場合でもコイル電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂを監視することにより、ピストンの振幅異常をいち早く電気的に検知し、これを基にインバータ（電源装置）１２の出力調整を行うことで圧縮機のピストンがケーシングに衝突する危険を回避できる。
【００３２】
また、リニアモータ６Ａ，６Ｂのコイル電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂの検出方法として、図示実施例では給電回路２２の給電分岐回路２２Ａ，２２ＢにＣＴ２３，電流検出器２４を装備してコイル電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂを検出しているが、これとは別にリニアモータ６Ａと６Ｂのコイル電流Ｉ_ＡとＩ_Ｂとの合計電流Ｉ_Ａ＋Ｂが流れる給電回路２２と、一方の給電分岐回路，例えば２２ＡにＣＴ２３，電流検出器２４を配備し、リニアモータ６Ｂのコイル電流Ｉ_Ｂを演算（Ｉ_Ｂ＝Ｉ_Ａ＋Ｂ−Ｉ_Ａ）によって求めることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧縮機のケーシング内部に作動ガスの圧縮／膨張空間を挟んでシリンダの両端側に向かい合わせに嵌入した一対のピストン，および各ピストンを個別に駆動する２組のリニアモータを装備した構成になり、電源装置の交流出力を各リニアモータに給電し、前記ピストンを互いに逆方向へ往復駆動して作動ガスに圧力振動を発生させるようにした振動圧縮機において、前記リニアモータの給電回路で各リニアモータに流れるコイル電流の電流検出手段、その電流差を求める演算手段、および電源装置の出力調整手段を備え、圧縮機の運転中に各リニアモータに流れるコイル電流の差分に対応した検出値があらかじめ設定した閾値を超えた場合にピストンに異常振幅が発生したと判断し、リニアモータへの給電を止めて圧縮機の運転を停止する、あるいはリニアモータに給電する電源装置の出力電圧を下げて圧縮機を継続運転することにより、
圧縮機の運転中に、２組のリニアモータのうち、一方のリニアモータにコイル断線，モータロックなどの異常が発生した場合でも、この異常を電気的にいち早く検出し、ピストンがケーシングに衝突して破損する非常事態を回避して、圧縮機を安全に運転制御することかでき、これにより振動圧縮機の事故予防への対応が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様に係る振動圧縮機の電源，制御回路図
【図２】図１における圧縮機の詳細構造を表す構成断面図
【図３】従来における振動圧縮機の電源，制御回路図
【符号の説明】
１　　　　　圧縮機
２　　　　　ケーシング
３　　　　　シリンダ
３ａ　　　　作動ガスの圧縮空間
４Ａ，４Ｂ　ピストン
５　　　　　サスペンションばね
６Ａ，６Ｂ　リニアモータ
９　　　　　可動コイル
１２　　　　　インバータ（電源装置）
２２　　　　　給電回路
２３　　　　　電流検出用ＣＴ
２４　　　　　電流検出器
２５　　　　　電流差演算器
２６　　　　　インバータ出力調整回路
Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ　　　リニアモータのコイル電流
Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂ　　　コイル電流に対応した検出電圧[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation control device of a vibration compressor applied to a refrigerator of a gas cycle engine such as a Stirling refrigerator and a pulse tube refrigerator.
[0002]
[Prior art]
In the Stirling refrigerator and the pulse tube refrigerator described above, a compressor configured to reciprocate a piston by a moving coil linear motor is known as a compressor which is a pressure vibration generating mechanism. (For example, see Patent Document 1).
[0003]
In addition, a pair of pistons are placed opposite each other across a compression / expansion space for working gas (refrigerant such as helium) in a cylinder with both ends open, and the pistons are synchronized in opposite directions by driving a linear motor. Also known is a split-type linear drive compressor that is reciprocated. (For example, Patent Document 2).
[0004]
Next, FIG. 2 shows the detailed structure of the split type linear drive compressor.
[0005]
In FIG. 2, 1 is a compressor, 2 is a closed casing constituting a pressure holding vessel for working gas, 3 is a cylindrical cylinder also serving as a yoke of a linear motor described later, and 4A and 4B are compression spaces for working gas. 3a, a pair of left and right pistons fitted to both ends of the cylinder 3 facing each other across the cylinder 3a, a disk-shaped suspension spring supporting the pistons 4A, 4B movably in the axial direction, 6A. Reference numeral 6B denotes a moving coil type linear motor that individually drives the pistons 4A and 4B.
[0006]
The linear motors 6A and 6B are integrally formed on the outer peripheral side of the cylinder 3 to form a magnetic circuit, and a ring-shaped permanent magnet magnetized in the radial direction and mounted on the inner peripheral surface of the yoke 7 8, a movable coil 9 facing the permanent magnet 8, and a bobbin 10 supporting the movable coil 9 and connected to the pistons 4A and 4B. Reference numeral 3b denotes a working gas passage which penetrates through the cylinder 3 in the radial direction and communicates with the gas compression space 3a. Reference numeral 11 denotes a pipe between the gas passage 3b and a displacer built in a cold head (not shown) of the refrigerator. This is a capillary tube.
[0007]
Although not shown, the lead wire connected to the movable coil 9 of the linear motors 6A and 6B is airtightly penetrated through the casing 2 and drawn out, and then connected to a power supply unit described later to supply power. ing.
[0008]
The operation of the vibration compressor having such a configuration is well known. When an AC voltage is applied to the movable coil 9, an electromagnetic force acting between a current flowing through the movable coil 9 and a magnetic flux of the permanent magnet 8 interlinking the coil is used. The movable coils 9 of the linear motors 6A and 6B reciprocate in opposite directions in synchronization with each other. Thereby, the pistons 4A and 4B supported by the suspension spring 5 reciprocate alternately in the compression direction and the expansion direction in the cylinder 3, and are sealed in the gas compression space 3a in the cylinder 3 sandwiched between the left and right pistons. The gas compresses and expands to generate pressure oscillation. The disk-shaped suspension spring 5 holds the piston 3 at the neutral position shown in the state where the current of the movable coil 9 is zero.
[0009]
Next, a conventional power supply and control circuit used for the compressor 1 is shown in FIG. In FIG. 3, reference numeral 12 denotes a single-phase inverter (power supply device) composed of switching elements Q1 to Q4. The AC output of the inverter 12 is supplied to the movable coil 9 of the linear motors 6A and 6B of the compressor 1 to move the piston 4A. , 4B are driven back and forth.
[0010]
Here, in order to control the amplitudes (strokes of reciprocation) and reciprocation cycles of the pistons 4A and 4B during operation of the compressor 1 in accordance with a command value given from outside, one of the compressors 1 is internally provided. A position sensor 13 corresponding to the piston 4A is provided, and the output of the inverter 12 is adjusted as described below based on the position information of the piston obtained by the position sensor 13.
[0011]
That is, a frequency command of the inverter output is given to the sine wave generator 14 to obtain a control signal (sine wave signal) of a desired frequency. Then, the product of the sine wave signal and the amplitude command of the piston is obtained by the multiplier 15, and each is multiplied by a coefficient to obtain an output voltage command. The output voltage command is compared with a triangular wave generated by the carrier generator 16 by the comparator 17 and converted into a PWM waveform, and a dead time is added by the dead time generation circuit 18. The switching elements Q1 to Q4 are ON / OFF controlled to obtain an output voltage having a desired frequency and voltage value from the inverter 12.
[0012]
On the other hand, the piston position of the compressor 1 is controlled by comparing the piston position detected by the DC component detector 20 with a position command based on the position information obtained by the position sensor 13 and a position adjuster (proportional controller or proportional integral controller). Controller 21), and superimposes the output (DC voltage) on the output voltage command. In this case, when a positive DC voltage is superimposed on the output voltage command, the pistons 4A. 4B moves outward.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-5-288419 (p3-4, FIG. 14)
[Patent Document 2]
JP-A-6-257871 (p3, FIG. 1)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional operation control method for the vibration compressor described above, one of the two left and right linear motors 6A and 6B is disconnected from the coil during the operation of the compressor, or a piston driven by the linear motor is connected to one of the two linear motors. If an abnormal situation such as motor lock occurs due to cylinder bitting, etc., the amplitude of the piston driven by the other linear motor becomes abnormally large and the piston collides with the compressor casing, and in the worst case, It may lead to a serious accident that can be damaged.
[0015]
That is, in the operation control system described in FIG. 3, the output voltage from the inverter 12 is adjusted for the linear motors 6 A and 6 B of the compressor 1 based on the position information of the position sensor 13. If the linear motor 6A that detects the piston position locks the motor due to coil disconnection, or the piston 4A driven by the linear motor 6A locks, the piston 4A stops in the middle of the reciprocating stroke. Or, the position sensor 13 cannot normally obtain the piston position information because of the restraint. Moreover, in this case, feedback works so as to increase the output voltage of the inverter 12 from the relationship between the position command and the position information of the piston 4A in the restrained state. For this reason, the amplitude of the piston 6B driven by the other linear motor 6B that operates by receiving the supply of the high output voltage abnormally increases, and as a result, the piston 4B collides with the cylinder 2 of the compressor, or the linear motor 6B The bobbin 10 collides with the end face of the cylinder 3 and, in the worst case, is broken and the compressor 1 becomes inoperable.
[0016]
Therefore, it is conceivable to prevent the runaway of the piston by limiting the upper limit of the output voltage of the inverter 12 in advance, but it is difficult to suppress the abnormal amplitude of the piston also in this method.
[0017]
That is, when the output voltage of the inverter 12 is limited and an abnormality such as the motor lock of the linear motor 6A occurs in the same manner as described above, while the piston 4A is restrained, the other piston is restricted due to the limitation of the output voltage of the inverter 12. Since the thrust of the linear motor 6B driving the 4B is also restricted, the compression pressure of the working gas in the gas compression space 3a in FIG. 2 decreases during the compression stroke of the compressor. On the other hand, the amplitude of the piston during the compression stroke of the compressor is determined by the thrust of the linear motor, the balance between the gas pressure in the gas compression space 3a and the suspension spring 5 supporting the piston.
[0018]
For this reason, when the gas pressure in the gas compression space 3a compressed in the compression stroke as described above decreases, the drag of the gas pressure acting on the piston also weakens. As a result, the piston 4B is moved by the linear motor Under the thrust of 6B, the piston 4B further advances in the compression direction, and the amplitude of the piston 4B becomes larger than in the normal operation. Moreover, since the piston of the compressor is designed to oscillate at the resonance frequency of the vibration system in order to suppress power consumption, even if the upper limit of the output voltage of the inverter 12 is limited as described above, In the situation described above, the amplitude of the piston 4B increases self-excitingly, and the piston 4B collides with the casing, and in the worst case, there is a risk of breaking.
[0019]
A pair of left and right pistons 4A. Conversely, if the reciprocating motion of the piston 4B is stopped or stopped due to coil disconnection, piston bite, etc., the left piston 4B for which the position is not detected by the position sensor 13 is stopped. 4A reciprocates with the same amplitude as during normal operation by the output voltage of the inverter 12 based on the position information detected by the position sensor 13, but the right piston 4B is restrained and stopped during the reciprocating stroke by the motor lock. As a result, the working gas pressure discharged from the compressor decreases, and the capacity of the refrigerator decreases.
[0020]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to solve the above-described problems, and to electrically promptly increase the amplitude of a piston when the amplitude of a piston increases due to an abnormality in a linear motor during operation of a compressor. An object of the present invention is to provide an operation control device for a vibration compressor, which can detect a collision and prevent a piston from running away and colliding with a casing.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a pair of pistons fitted face-to-face at both ends of a cylinder with a compression / expansion space of a working gas interposed inside a casing of a compressor, and each piston is individually Vibration in which two sets of linear motors to be driven are provided, the AC output of the power supply device is supplied to each linear motor, and the piston is reciprocated in the opposite direction to generate pressure vibration in the working gas. As a compressor operation control device,
In the first invention, the linear motor power supply circuit includes a current detection unit for detecting a coil current flowing through each linear motor in the linear motor, a calculation unit for calculating a difference between the currents, and an output adjustment unit for a power supply device. When the detected value corresponding to the difference between the coil currents flowing through the linear motors exceeds a preset threshold value, it is determined that abnormal amplitude has occurred in the piston, and an abnormal signal is output from the arithmetic means to the output adjusting means of the power supply device. Then, based on this abnormal signal, power supply to the linear motor is stopped to stop the operation of the compressor (claim 1).
[0022]
Further, in the second invention, when the detected value corresponding to the difference between the coil currents flowing through the respective linear motors during the operation of the compressor exceeds a preset threshold, power is supplied to the linear motor based on the abnormal signal. The output voltage of the power supply device is reduced from that in the normal operation to reduce the amplitude of the piston so as not to collide with the casing, and the compressor is continuously operated with the output reduced.
[0023]
The threshold is set as follows. That is, the maximum amplitude of the piston during the steady operation is L _MAX , the margin between the piston position of the maximum amplitude L _MAX and the casing is L ₀ , and the amplitude of the piston exceeds the maximum amplitude L _MAX and the margin L _0. The threshold value is defined as V ₀ [V ₀ = f (L _MAX + L ₀ ) −f (L _MAX )], where V ₀ = f (L _MAX + L ₀ ) −f (L _MAX ). the so that controls the operation of the compressor is set to V ₀ or less (claim 3).
[0024]
In the above, when an abnormality such as disconnection or motor lock occurs in one of the two linear motors during the operation of the compressor, the coil current flowing through the linear motor and the coil current flowing through the other linear motor are reduced. , A large current difference occurs. Therefore, the current difference is detected, and when the detected value (absolute value) corresponding to the current difference exceeds the above-described threshold value, it is determined that abnormal amplitude has occurred in the piston, and the operation of the compressor is forcibly performed. By operating the compressor in a state where the output voltage of the power supply device is lowered from that at the time of steady operation and the amplitude of the piston is suppressed to avoid an emergency situation in which the piston collides with the casing and is damaged, The operation of the compressor can be safely controlled.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on an example shown in FIG. In the drawings of the embodiment, the portions corresponding to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0026]
The power supply and control circuit of FIG. 1 is basically the same as that of FIG. 3, except that a current detector 24, a current difference calculator 25, and an inverter output adjustment circuit 26 are additionally provided as compared with FIG.
[0027]
That is, the feeder circuit 22 wired between the output terminal of the inverter (power supply device) 12 and the compressor 1 is connected to the branch feeder circuits 22A and 22B corresponding to the two sets of linear motors 6A and 6B provided in the compressor 1. to measure the coil current _I a, _{I B} flowing provided CT23 linear motor 6A, the 6B. The current detector 24 outputs a current _I A, _{I B} measured by CT23 voltage _V A, is converted to _{V B} to the subsequent current difference calculator 25. Meanwhile, the current difference calculator 25, the current detector 24 output voltage V _{A of,} V difference calculating a _B, the inverter output adjustment circuit an abnormality signal when the absolute value exceeds the threshold value to be described later of the difference 26 Output to Further, when receiving the abnormal signal output from the current difference calculator 25, the inverter output adjusting circuit 26 turns off the switching elements Q1 to Q4 of the inverter 12 to completely stop the power supply to the compressor 1, or Alternatively, the compressor 1 is operated at a low output by lowering the output voltage of the inverter 12, and at the same time, an alarm signal is issued to notify the occurrence of abnormality to the outside.
[0028]
Next, setting of the above-described threshold will be described. That is, the compressor 1 to the built-in piston 4A, 4B of the amplitude (reciprocating stroke) is the linear motor 6A for driving each piston individually, current I _A flowing to 6B moving _coil, according to the size of the I _B Therefore, the maximum amplitude of the pistons 4A, 4B in the steady operation is L _MAX , and the coil current flowing to the linear motors 6A, 6B at that time is I _MAX , and the detected voltage detected by the current detector 24 is V _MAX. When the margin remaining between the piston position of the maximum amplitude L _MAX and the casing 2 of the compressor 1 (see FIG. 2) is L ₀ , the piston is expanded to the margin LO exceeding the maximum amplitude L _MAX. Assuming that the increase in the detection voltage corresponding to the increase in the coil current flowing through the linear motor is V ₀ , V ₀ is obtained by the following equation (1).
[0029]
_{_{_{V 0 = f (L MAX +}}} L 0) -f (L MAX) ··· (1)
Accordingly, the V ₀ which said as a threshold, the current detector 25 of FIG. 1 during operation of the compressor, the output voltage V _A detected by the current difference calculator _25, the difference V _B (absolute value) a threshold value V ₀ If the operation of the compressor 1 is forcibly stopped as described above when it exceeds, the situation where the piston collides with the casing due to abnormal amplitude can be avoided beforehand.
[0030]
Further, depending on the environment of the refrigerator to which the compressor is applied, it is possible to continuously operate the compressor in a low output state without forcibly stopping the operation of the compressor. In this case, may be set a threshold for about 80% of the example the V ₀ value, the output voltage V _A which is the during the operation of the _compressor, the difference V _B (absolute value) a threshold value (0.8 V ₀ ), The output of the inverter 12 is adjusted so as to be reduced to 90% of that in the steady operation, and the operation of the compressor is reduced as compared with the steady operation, but the collision of the piston is avoided. It is possible to perform continuous operation in the state.
[0031]
Incidentally, the linear motor 6A, as a case where an abnormality in one of 6B occurs, since the moving coil of the linear motor 6A is disconnected the coil current I _A becomes zero I _{A <I} _B, and the linear motor. 6A the _I a> _{I B} since the coil current _{I a} increases in case of motor lock. The linear motor 6B coil current when an abnormality occurs in the I _A, although the magnitude relationship between I _B becomes the opposite, the coil current I _A In any _case, by monitoring the I _B, the piston By immediately detecting the amplitude abnormality electrically and adjusting the output of the inverter (power supply device) 12 based on this, the risk of the piston of the compressor colliding with the casing can be avoided.
[0032]
The linear motors 6A, the coil current of 6B _I A, as a detection method of _{I B,} power supply branch circuit 22A in the illustrated embodiment the feeding circuit 22, 22B to CT23, the coil current equipped with current detector 24 _I A, While detecting the I _B, and the feeding circuit 22 through which the total current _{I a + B} of the coil current _{I a} and _{I B} of separate linear motors 6A and 6B is this one feeder branch circuits, for example, 22A CT23, deploying a current detector 24 can also be determined by calculating the coil current _{I B} of the linear motor _{_{6B (I B = I a +}} B -I a).
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a pair of pistons which are fitted to both ends of a cylinder facing each other across a compression / expansion space of a working gas inside a casing of a compressor, and each piston is individually driven. A vibration compressor having a configuration equipped with two sets of linear motors, supplying AC output of a power supply device to each linear motor, and driving the pistons back and forth in opposite directions to generate pressure vibration in the working gas. A current detecting means for detecting a coil current flowing through each linear motor in a power supply circuit of the linear motor, a calculating means for calculating a current difference between the coils, and an output adjusting means of a power supply device. If the detected value corresponding to the coil current difference exceeds a preset threshold value, it is determined that abnormal amplitude has occurred in the piston, and the power supply to the linear motor is determined. To stop the operation of the compressor stops, or by continuous operation of the compressor by lowering the output voltage of the power supply for supplying power to the linear motor,
During operation of the compressor, even if an abnormality such as coil disconnection or motor lock occurs in one of the two linear motors, the abnormality is detected as soon as possible electrically, and the piston collides with the casing. It is possible to safely control the operation of the compressor while avoiding an emergency situation in which the compressor is damaged by damage, thereby making it possible to cope with accident prevention of the vibration compressor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a power supply and control circuit diagram of a vibration compressor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a detailed structure of the compressor in FIG. 1. FIG. 3 is a power supply and control of a conventional vibration compressor. Circuit diagram [Description of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Casing 3 Cylinder 3a Working gas compression space 4A, 4B Piston 5 Suspension spring 6A, 6B Linear motor 9 Moving coil 12 Inverter (power supply device)
22 Power supply circuit 23 Current detection CT
24 current detector 25 current difference calculator 26 inverter output adjustment circuit _I A, _{I B} linear motor coil current _V A, detection voltage corresponding to _{V B} coil current

Claims

圧縮機のケーシング内部に作動ガスの圧縮／膨張空間を挟んでシリンダの両端側に向かい合わせに嵌入した一対のピストン，および各ピストンを個別に駆動する２組のリニアモータを装備した構成になり、電源装置の交流出力を各リニアモータに給電し、前記ピストンを互いに逆方向へ往復駆動して作動ガスに圧力振動を発生させるようにした振動圧縮機の運転制御装置であって、
前記リニアモータの給電回路で各リニアモータに流れるコイル電流の電流検出手段、その電流差を求める演算手段、および電源装置の出力調整手段を備え、圧縮機の運転中に各リニアモータに流れるコイル電流の差分に対応した検出値があらかじめ設定した閾値を超えた場合にピストンに異常振幅が発生したと判断し、リニアモータへの給電を止めて圧縮機の運転を停止することを特徴とする振動圧縮機の運転制御装置。The compressor has a configuration in which a pair of pistons fitted face-to-face with both ends of the cylinder facing each other with a compression / expansion space for the working gas inside the casing of the compressor, and two sets of linear motors for individually driving the pistons are provided. An operation control device for a vibration compressor that supplies AC output of a power supply device to each linear motor, and drives the pistons back and forth in opposite directions to generate pressure vibration in the working gas.
A current detecting means for detecting a coil current flowing through each linear motor in the power supply circuit of the linear motor, a calculating means for calculating the current difference, and an output adjusting means of a power supply device, wherein the coil current flowing through each linear motor during operation of the compressor Vibration compression characterized by determining that abnormal amplitude has occurred in the piston when the detection value corresponding to the difference between the two exceeds a preset threshold, stopping power supply to the linear motor and stopping the operation of the compressor. Machine operation control device.

圧縮機のケーシング内部に作動ガスの圧縮／膨張空間を挟んでシリンダの両端側に向かい合わせに嵌入した一対のピストン，および各ピストンを個別に駆動する２組のリニアモータを装備した構成になり、電源装置の交流出力を各リニアモータに給電し、前記ピストンを互いに逆方向へ往復駆動して作動ガスに圧力振動を発生させるようにした振動圧縮機の運転制御装置であって、
前記リニアモータの給電回路で各リニアモータに流れるコイル電流の電流検出手段、その電流差を求める演算手段、および電源装置の出力調整手段を備え、圧縮機の運転中に各リニアモータに流れるコイル電流の差分に対応した検出値があらかじめ設定した閾値を超えた場合にピストンに異常振幅が発生したと判断し、リニアモータに給電する電源装置の出力電圧を下げて圧縮機を継続運転するようにしたことを特徴とする振動圧縮機の運転制御装置。The compressor has a configuration in which a pair of pistons fitted face-to-face with both ends of the cylinder facing each other with a compression / expansion space for the working gas inside the casing of the compressor, and two sets of linear motors for individually driving the pistons are provided. An operation control device for a vibration compressor that supplies AC output of a power supply device to each linear motor, and drives the pistons back and forth in opposite directions to generate pressure vibration in the working gas.
A current detecting means for detecting a coil current flowing through each linear motor in the power supply circuit of the linear motor, a calculating means for calculating the current difference, and an output adjusting means of a power supply device, wherein the coil current flowing through each linear motor during operation of the compressor When the detected value corresponding to the difference exceeds a predetermined threshold value, it is determined that abnormal amplitude has occurred in the piston, and the output voltage of the power supply device that supplies power to the linear motor is reduced, and the compressor is continuously operated. An operation control device for a vibration compressor.

請求項１または２に記載の運転制御装置において、定常運転時におけるピストンの最大振幅をＬ_ＭＡＸ、最大振幅Ｌ_ＭＡＸのピストン位置とケーシングとの間の余裕寸法をＬ_Ｏ、ピストンの振幅を前記最大振幅Ｌ_ＭＡＸを超えて余裕寸法Ｌ_０まで拡大させるリニアモータのコイル電流増加分に相応して電流検出手段で得た検出電圧の増分をＶ_０〔Ｖ_０＝ｆ（Ｌ_ＭＡＸ＋Ｌ_０）−ｆ（Ｌ_ＭＡＸ）〕として、閾値をＶ_０以下に設定して圧縮機を運転制御することを特徴とする振動圧縮機の運転制御装置。3. The operation control device according to claim 1, wherein the maximum amplitude of the piston during steady operation is L _MAX , the margin between the piston position of the maximum amplitude L _MAX and the casing is L _O , and the amplitude of the piston is the maximum. The increment of the detection voltage obtained by the current detection means in accordance with the increase in the coil current of the linear motor that exceeds the amplitude L _MAX to the margin L ₀ is V ₀ [V ₀ = f (L _MAX + L ₀ ) −f (L _MAX )], wherein the threshold value is set to V ₀ or less to control the operation of the compressor.