JP2005195026A - リニア圧縮機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピストンの往復運動を精密に制御することができ、リニア圧縮機の大きさを減らすことができる。
【解決手段】 往復動形のピストンと前記ピストンを駆動するリニアモーターと所要冷力に従って前記ピストンのストロークの大きさが異なるように前記リニアモーターを制御するモーター制御部とを含むリニア圧縮機において、前記ピストンが所定の高冷力による上死点から所定の高冷力の離隔距離を有する衝突近接位置を通過するか否かを検出する衝突近接感知部と、前記衝突近接感知部の検出に基づいて前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記衝突近接位置にリターンする時まで所要される衝突近接点のリターン時間を算出する衝突リターン時間の算出部と、を含み、前記モーター制御部は、高冷力による制御時に前記衝突近接点のリターン時間が冷力別の所定の許容時間より大きい場合前記リニアモーターの推力を減少させ、前記衝突近接点のリターン時間が前記許容時間より小さい場合前記リニアモーターの推力を増加させることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、リニア圧縮機及びその制御方法に関する。

一般に、リニア圧縮機は、冷蔵庫等の冷凍サイクルで、冷媒の圧縮のため多用されている。リニア圧縮機は、ピストンのストロークの大きさを測定し、これに基づいて駆動モーターに印加される電流を調節してピストンの運動を制御する。

図１は、従来のリニア圧縮機のピストンの位置検出のためのセンサー構造の断面図である。

図１に示すように、位置検出用センサー構造は、センサー本体１００、センサーコイル１０１ａ、１０１ｂ、コア支持台１０２及びコア１０３から構成されている。

センサー本体１００の内部には、センサーコイル１０１ａ、１０１ｂと位置検出回路（図示せず）等が設けられる。センサーコイル１０１ａ、１０１ｂは、同一のインダクタンス値、同一の値数、同一の巻数を有する第１センサーコイル１０１ａと第２センサーコイル１０１ｂの直列で連結されている。コア支持台１０２は、非磁性体としてコア１０３を支持し、ピストン（図示せず）と連結されている。

ピストンの往復運動によって、コア１０３がセンサー本体１００の内径を貫通して往復運動する。コア１０３の運動によってセンサーコイル１０１ａ、１０１ｂに所定のインダクタンスが誘導される。

図２は、従来のリニア圧縮機のピストンの位置検出回路の概略的な連結の構成図である。

図２に示すように、位置検出回路は、センサーコイル１０１ａ、１０１ｂ、分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂ、ソース電源１０５、増幅機１０４及びアナログ信号処理部１０６を有している。

直列で連結された二つのセンサーコイル１０１ａ、１０１ｂと直列で連結された二つの分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂが相互に並列で連結される。ソース電源１０５は、センサーコイル１０１ａ、１０１ｂと分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂの並列連結の接点に三角波を印加する。

増幅機１０４は、センサーコイル１０１ａ、１０１ｂに誘導されたインダクタンスの測定のため、センサーコイル１０１ａ、１０１ｂ及び分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂによって分圧された電圧がそれぞれ入力されて増幅する。アナログ信号処理部１０６は、増幅機１０４の出力波形が入力されて所定の信号処理過程を経てピストンの位置を制御する。

リニア圧縮機は、センサーコイル１０１ａ、１０１ｂの直列連結の中心を基点として一つのコア１０３の往復運動によって誘導インダクタンスによる電圧変化を測定する。また、位置検出回路で測定された出力電圧に基づいてピストンの上し点を推定しモーターの推力を制御する。

ところで、位置検出回路の出力電圧は、コア１０３の長さ、温度、圧力、回路素子の熱雑音等によってピストン位置に比例する一定の線形特性を示すことはできない。図３に示すように、増幅機の出力電圧は、定常的な動作時、ａ直線のような応答特性を有する。しかし、外部影響によってｂ直線のような応答特性を有すると、測定されたピストンの位置と実際のピストンの位置が異なって高冷力運転時ピストンが弁に衝突する問題が発生する恐れがある。

本発明の目的は、ピストンの往復運動の精密に制御することができるリニア圧縮機を提供することである。

前記目的を達成するために本発明によるリニア圧縮機は、往復動形のピストンと前記ピストンを駆動するリニアモーターと所要冷力に従って前記ピストンのストロークの大きさが異なるように前記リニアモーターを制御するモーター制御部とを含むリニア圧縮機において、前記ピストンが所定の高冷力による上死点から所定の高冷力の離隔距離を有する衝突近接位置を通過するか否かを検出する衝突近接感知部と、前記衝突近接感知部の検出に基づいて前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記衝突近接位置にリターンする時まで所要される衝突近接点のリターン時間を算出する衝突リターン時間の算出部と、を含み、前記モーター制御部は、高冷力による制御時に前記衝突近接点のリターン時間が冷力別の所定の許容時間より大きい場合前記リニアモーターの推力を減少させ、前記衝突近接点のリターン時間が前記許容時間より小さい場合前記リニアモーターの推力を増加させることを特徴とする。

ここで、前記ピストンが所定の低冷力による上死点からの所定の低冷力の離隔距離を有する進入検出位置を通過するかを検出する進入点通過感知部と、前記進入点通過感知部の検出に基づいて前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記進入検出位置にリターンするに所要される進入検出点リターン時間を算出する進入リターン時間算出部と、を含み、前記モーター制御部は、前記進入検出点のリターン時間が冷力別に所定の基準時間より大きい場合、リニアモーターの推力を減少させ、前記進入検出点のリターン時間が前記基準時間より小さい場合、前記リニアモーターの推力を増加させることが好ましい。

前記リニア圧縮機は、前記ピストンの位置を感知するためのコアをさらに含み、前記衝突近接感知部は、前記コアの位置を感知して前記ピストンの衝突近接位置の通過を検出することが効果的である。ここで、前記衝突近接感知部は、前記コアの直線往復運動に従って可変インダクタンスが誘導され、所定のコイルの離隔距離を有する上部センサーコイル及び下部センサーコイルと、前記インダクタンスを測定して、前記コアの位置を検出する位置検出部と、を有することが好ましい。前記ピストンが前記衝突近接位置を通過する場合、前記コアは前記コイル離隔距離の略中間地点に位置することが好ましい。前記コアの運動方向の長さは、前記コアの運動方向に平行な前記上部センサーコイルの一方から前記下部センサーコイルの一方までの最長の長さより小さい所定の大きさであることがセンシンの精密度及び容積率において好ましい。前記コアの運動方向の長さは、前記コアの運動方向に平行な前記上部センサーコイルの一方から前記下部センサーコイルの一方までの最長の長さの略半部分であることが誘導インダクタンスの特性においてさらに好ましい。

詳しく、前記位置検出部は、前記上部センサーコイルの一方に連結された上部抵抗と、前記下部センサーコイルの一方に連結された下部抵抗と、前記上部センサーコイルと前記下部センサーコイルの各他側に所定の電源を印加するソース電源と、前記上部抵抗と前記下部抵抗に印加されるそれぞれの電圧が入力される電圧比較機と、を含み、前記衝突リターン時間の算出部は、前記電圧比較機の出力に基づいて前記衝突近接点のリターン時間を算出することが好ましい。

前記リニア圧縮機は、前記ピストンの位置を感知するためのコアをさらに含み、前記進入点通過感知部は、前記コアの位置を感知して前記ピストンが前記進入検出位置を通過するか否かを検出することが好ましい。また、前記リニアモーターの消費電力を測定する電力測定部をさらに含み、前記モーター制御部は、測定された消費電力が所定の低冷力の標準電力と不一致する場合、前記基準時間を所定の調整範囲内に調整することが好ましい。

前記目的を達成するために本発明によるリニア圧縮機の制御方法は、往復動形のピストンと前記ピストンを駆動するリニアモーターと冷力に従って前記リニアモーターを制御するモーター制御部とを含むリニア圧縮機の制御方法において、前記ピストンの位置を検出するための衝突近接感知部と前記ピストンの行程によるリターン時間を算出する衝突リターン時間算出部を設ける段階と、前記衝突近接感知部が前記ピストンが所定の高冷力による上死点から所定の高冷力離隔距離を有する衝突近接位置を通過するか否かを検出する段階と、前記衝突リターン時間算出部が前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記衝突近接位置にリターンする時まで所要される衝突近接点のリターン時間を算出する段階と、前記モーター制御部が高冷力による制御時に前記衝突近接点のリターン時間が冷力別の所定の許容時間より大きい場合、前記リニアモーターの推力を減少させ、前記衝突近接点のリターン時間が前記許容時間より小さい場合、前記リニアモーターの推力を増加させる段階と、を含むことを特徴とする。

ここで、前記ピストンの位置を検出するための進入点通過感知部と、前記ピストンの行程によるリターン時間を算出する進入リターン時間算出部と、を設ける段階と、前記進入点通過感知部が前記ピストンが所定の低冷力による上し点から所定の低冷力の離隔距離を有する進入検出位置を通過するか否かを検出する段階と、前記進入リターン時間算出部が前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記進入検出位置にリターンする時まで所要される進入検出点のリターン時間を算出する段階と、前記モーター制御部が低冷力の制御時に前記進入検出点のリターン時間が冷力別に所定の基準時間より大きい場合前記リニアモーターの推力を減少させ、前記進入検出点のリターン時間が前記基準時間より小さい場合前記リニアモーターの推力を増加させる段階と、をさらに含むことが好ましい。

前記リニア圧縮機の制御方法は、前記リニアモーターの消費電力を検出する電力検出部を設ける段階と、前記電力検出部が前記リニアモーターの消費電力を検出する段階と、をさらに含み、前記モーター制御部は、検出された前記リニアモーターの消費電力が所定の低冷力の標準電力より大きい場合、前記基準時間を所定の下向き範囲で減少させ前記リニアモーターの消費電力が前記低冷力の標準電力より小さい場合、前記基準時間を所定の上向き方向で増加させる段階をさらに含むことが好ましい。

また、前記モーター制御部が前記衝突機接点のリターン時間が前記許容時間より大きい所定の駆動停止時間より大きい場合、モーターの駆動を停止させ、所定の待機時間後に前記リニアモーターを再可動する段階をさらに含むことが衝突の防止のため好ましい。ここで、前記ピストンの位置を感知するためのコアを設ける段階を含み、前記衝突近接感知部は、前記コアの位置を感知して前記ピストンの前記衝突近接位置の通過可否を検出し、前記ピストンの前記進入検出位置の通過可否を検出することが好ましい。

上述したように、本発明によれば、ピストンの往復運動を精密に制御することができ、リニア圧縮機の大きさを減らすことができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に対して詳細に説明する。

図４は、本発明の第１実施形態によるリニア圧縮機あの概略的な構成ブロック図である。

図４に示すように、リニア圧縮機は、ピストン１０、リニアモーター２０、モーター制御部３０、衝突近接感知部４０及び衝突リターン時間算出部５０を有する。

ピストン１０は、リニアモーター２０に連結されて、圧縮及び膨張の行程に従って直線往復運動をする。

モーター制御部３０は、冷力にしたがってピストン１０のストローク、即ち上死点及び下死点が異なるようにリニアモーター２０を制御する。低冷力運転と比較して高冷力運転時のピストン１０の上死点は弁にさらに近接することになる。

衝突近接感知部４０は、ピストン１０が所定の衝突近接位置を通過するか否か検出する。ここで、衝突近接位置は、多段階に区分することができる高冷力の中で特定の段階の高冷力の運転時のピストンの上死点に近接した地点と選択する。したがって、衝突近接位置は、所定の高冷力による上死点から所定の高冷力の離隔距離を有する。衝突近接感知部４０は、ピストン１０の位置を感知するためのレーザ、弾性体、電気力、磁気力、誘導電磁気力等を利用した光センサー、コアセンシン構造等の様々な装置で具現されることができる。

衝突リターン時間算出部５０は、衝突近接位置でピストン１０が圧縮し、膨張することによって同一の位置に戻る時まで所要される衝突近接点リターン時間を測定する。このリターン時間は、ピストン１０が衝突近接点でオーバーシューティングした上死点の位置を算出する時に基礎になる。

リニアモーター２０及びピストン１０の行程に従って衝突感知部４０は、ピストン１０の衝突近接位置の通過可否を感知し、これに基づいて衝突リターン時間算出部５０は、衝突近接接点のリターン時間を算出する。

モーター制御部３０は、高冷力によるそれぞれの所定の許容時間を有して算出した衝突近接点のリターン時間と比較してリニアモーター２０の推力を制御する。ここで、許容時間というのは、各高冷力に対してピストンが衝突近接位置を通過してオーバーシューティング運動をし衝突近接位置にリターンする時までかかる時間である。これは、冷力に従ってピストンの上死点と弁の間隙の調節によって定まれる標準時間である。制御過程を詳しく見ると、衝突近接点のリターン時間が許容時間より大きい場合、高冷力によるピストン１０のストローク及びモーター２０の推力が目標値より大きいと判断し、リニアモーター２０の推力を減少させる。これによって、ピストン１０の上死点と弁との隙間ができて衝突危険を事前に防止することができる。また、衝突近接点のリターン時間が許容時間より小さい場合、リニアモーター２０の推力を増加させてピストン１―のストロークが目標値になるようにする。これによって、ピストン１０と弁との衝突を最小化することができる。モーター制御部３０は、ＡＣ電源によるモーターを制御するためのトライアック(triac)及び駆動コントローラー等によって具現されることができる。

また、モーター制御部３０は、衝突近接点のリターン時間が高冷力別の許容時間よりさらに大きい所定の駆動停止時間より以上である場合、モーターの駆動を停止し再可動する。ここで、駆動停止時間は、ピストンの上死点が弁に衝突危険にある位置に形成される時間である。前述のように、衝突近接点のリターン時間の算出基準位置になる衝突近接位置を高冷力の上死点に近接位置させることによってピストンと弁の衝突を最小化することができる。

本発明の低冷力は、製品別にスペックによって定まった低冷力を意味する。但し、ストロークの大きさが小さくてピストン１０が衝突近接位置を通過しない全冷力の段階を含んだ意味である。

ここで、低冷力によるピストン１０の往復運動を制御するため、低冷力運転によるピストン１０の動きを感知し、ストロークの大きさを測定する低冷力の制御手段を付加することが好ましい。

図５は、本発明による第２実施形態のリニア圧縮機の概略的な構成ブロック図である。図５に示すように、リニア圧縮機は、低冷力の制御手段として進入点通過感知部６０と進入リターン時間算出部７０をさらに含んでいる。

進入点通過感知部６０は、低冷力の運転時にピストン１０の上死点の周りに位置する所定の進入検出位置を基準としてピストン１０の通過可否を検出する。進入検出位置は、いろいろな段階を有する低冷力の中で特定の低冷力の段階を選択し、これによる上死点を基準として選択することができる。

進入リターン時間算出部７０は、進入検出位置から圧縮行程によるオバーシュートするピストン１０の進入検出点のリターン時間を測定する。

モーター制御部３０は、低令別の基準時間を有し、これを進入検出点のリターン時間と比較してリニアモーター２０を制御する。即ち、進入検出点のリターン時間が基準時間より小さい場合、モーターの推力を増加させ、進入検出点リターン時間が基準時間より大きい場合、モーターの推力を減少させ、進入検出点リターン時間が基準時間と同一になるように制御する。

図４及び図５のリニア圧縮機は、ピストン１０の位置を感知するためのコア８０を有するようにすることができる。

図６は、本発明の第３実施形態によるリニア圧縮機のピストン１０の位置検出のためのセンサー構造の断面図である。

図６に示すように、リニア圧縮機は、センサー本体７９、コア８０及びセンサーコイルＬ４０，Ｌ４１を有している。

センサー本体７９は、コアの往復運動のための空間を有する円柱のような形状を有している。

コア８０は、コア支持台８１を通じてピストン１０と連結されてピストン１０の位置検出のため使用される。コア８０は、非磁性の金属体であるコア支持台８１に磁性体を強制に圧入する方法やプラスチックをインサート射出する方法等で製造されることができる。

センサーコイルＬ４０、Ｌ４１は、センサー本体の内部のコア８０の運動空間を囲み、相互に離隔された上部センサーコイルＬ４０と下部センサーコイルＬ４１と分けられる。上部センサーコイルＬ４０と下部センサーコイルＬ４１には、センサー本体の内径でコア８０の移動時にインダクタンスが誘導される。

ピストン１０が前述した衝突近接位置を通過する時、コア８０の運動方向に平行な長さの中心地点（以下、‘コア零点’と言う）が上部センサーコイルＬ４０と下部センサーコイルＬ４１の相互の離隔距離の中間地点（以下、‘コイル零点’という）を通過するようにコア８０とセンサーコイルの位置を調整する。

上部センサーコイルＬ４０及び下部センサーコイルＬ４１のインダクタンスをそれぞれＬ１、Ｌ２と言う時、センサーコイル間の誘導インダクタンスの差異Ｌ１−Ｌ２は、図７に示すようにグラフを有する。

コア零点がコイル零点を通過する時、インダクタンス差異のグラフは、第１零点を通過する。即ち、上部センサーコイルＬ４０及び下部センサーコイルＬ４１に誘導されるインダクタンスは同一である。一方、第２零点は、コア８０ば上部センサーコイルＬ４０に影響を及ぼさない時に表れる。略第２零点での連続的な膨張と圧縮によるリターン時間は、コアがセンサー本体の内径を出入する時間と同一になる。

コア零点が圧縮によって下部センサーコイルＬ４１にかたよる場合ピストン１０と弁との間隙が狭まる。この時、インダクタンス差異のグラフは、衝突点を通過する。

この時、コア８０の運動方向に平行な長さは、インダクタンス差異のグラフの正確度に影響を及ぼす。コア８０は、上部センサーコイルＬ４０の一方から下部センサーコイルＬ４１の一方までの最長の長さ（以下、‘センサーコイルの最長の長さ’と言う）より小さくすることがリニア圧縮機の大きさを小さくすることができるので好ましい。また、図７を参照すると、インダクタンス差異のグラフが第１零点を通過する時の傾きが急速に変わることを防止し、また、尖頭値の絶対値が小さくならないようにコア８０はセンサーコイルの最長の長さの半とすることが好ましい。このような大きさを有するコア８０の運動による誘導インダクタンスの差異を利用して衝突近接位置の通過可否を精密に測定することができる。

図８は、衝突近接感知部４０の大略的な回路構成を示す図である。

図８に示すように、衝突近接感知部４０は、分圧抵抗Ｒ４０、Ｒ４１、ソース電源Ｖ４０、第１電圧比較機Ｃ４０及びデジタル信号処理部Ｄ４０を有する。

上部分圧抵抗Ｒ４０と下部分圧抵抗Ｒ４１が、上部センサーコイルＬ４０及び下部センサーコイルＬ４１の一側にそれぞれ連結されており、同一の抵抗を有するようにする。

ソース電源Ｖ４０は、上部センサーコイルＬ４０と下部センサーコイルＬ４１のインダクタンスを測定するためそれぞれの他側に印加される電源に周期波形を有する電源を使用することができる。

第１電圧比較機Ｃ４０は、上部分圧抵抗Ｒ４０と下部分圧抵抗Ｒ４１に印加されるそれぞれの電圧が比較信号Ｖ＋、Ｖ−と入力されて、これを差動増幅して出力する。この時、第１電圧比較機Ｃ４０は、上部センサーコイルＬ４０と下部センサーコイルＬ４１にかかる電圧が入力されることもできる。

デジタル信号処理部Ｄ４０は、第１電圧比較機Ｃ４０の出力による矩形波Ｖｄを前述した衝突リターン時間算出部５０に出力する。

図９と図１０は、リニア圧縮機のピストン１０の往復運動による第１電圧比較機Ｃ４０の入力波形及びデジタル信号処理部Ｄ４０の出力波形を示す。

図９は、コア８０の零点がコイル零点で下部センサーコイルＬ４１に傾いて位置する時の波形である。

図９ａは、ソース電源Ｖ４０の三角波形、図９ｂは、第１電圧比較機Ｃ４０の正（＋）端子及び負（−）端子に入力される波形を示す図である。この時、下部センサーコイルＬ４１のインダクタンスＬ２は、上部センサーコイルＬ４０のインダクタンスＬ１より大きい値を有することになり、第１電圧比較機Ｃ４０の負（−）端子に入力される波形が正（＋）端子に入力される波形よりさらに大きい時間遅延を有する。

図９ｃに示すように、デジタル信号処理部Ｄ４０は、第１電圧比較機Ｃ４０の正（＋）端子の電圧Ｖ＋が負（−）端子の電圧Ｖ−より大きい場合にハイレベルを有する矩形波Ｖｄを生成する。

図１０は、コア零点がコイル零点で上部センサーコイルＬ４０の方向に傾いた場合の波形図である。この場合、上部センサーコイルＬ４０のインダクタンスＬ１が下部センサーコイルＬ４１のインダクタンスＬ２より大きい値を有することになり、第１電圧比較機Ｃ４０の正（＋）端子に入力される波形Ｖ＋がさらに大きい時間遅延を有する。

図１０ｂは、このような第１電圧比較機Ｃ４０の入力波形を示す図であり、図１０ｃは、図１０ｂに対応してデジタル信号処理部Ｄ４０から出力される矩形波Ｖｄを示す図である。

第１電圧比較機Ｃ４０の出力は、入力電圧が同一の場合、即ち、各センサーコイルＬ４０、Ｌ４１に誘導されるインダクタンスが同一の場合０になる。このような出力を有する時、衝突近接感知部４０は、ピストン１０が衝突近接位置を通過することを感知する。

ここで、第１電圧比較機Ｃ４０の入力信号を歪曲して進入点通過感知部６０を具現することができる。図１１に示すように、進入点通過感知部６０は、分圧抵抗Ｒ６０〜Ｒ６３、第２電圧比較機Ｃ６０を有する。

相互に直列に連結された第１分圧抵抗Ｒ６０及び第２分圧抵抗Ｒ６１が上部分圧抵抗Ｒ４０に並列に連結されており、相互に直列に連結された第３分圧抵抗Ｒ６２及び第４分圧抵抗Ｒ６３が下部分圧抵抗Ｒ４１に並列に連結されている。

第２電圧比較機Ｃ６０は、第１電圧比較機Ｃ４０のように入力電圧を差動増幅してデジタル信号処理部Ｄ４０に出力する。しかし、第２電圧比較機Ｃ６０の入力端子電圧は、第２分圧抵抗Ｒ６１と第４分圧抵抗Ｒ６３に印加される電圧で第１電圧比較機Ｃ４０の比較する時、電圧のレベル及び波形において差がある。即ち、第２電圧比較機Ｃ６０の出力は、第１電圧比較機Ｃ４０の入力電圧の分圧を入力するので、第１電圧比較機Ｃ４０の出力よりそのおおきさが小さくその波形を変えることができる。第１電圧比較機Ｃ４０の動作特性に影響を及ぼさないように相互に直列に連結された分圧抵抗の合成抵抗がとても大きい値と設定されることが好ましい。

ピストン１０の運動と関連して見ると、第２電圧比較機Ｃ６０の出力が０になる時のピストン１０の位置が進入検出位置になるように分圧抵抗Ｒ６０〜Ｒ６３を調整することができる。これによって、低冷力運転時に進入検出位置からのオバーシュート時間を通じて低冷力によるストロークの大きさを制御することができる。

第２電圧比較機Ｃ６０が連続的に圧縮及び膨張行程によって０値を出力する時、ピストン１０が進入検出位置を通過することを検出したことであると言うことができる。これによるデジタル信号処理部Ｄ４０の出力は、図９ｃまたは図１０ｃに示すのと類似である。

図１２は、図７のインダクタンスの差Ｌ１−Ｌ２のグラフの波形とピストン１０の進入検出位置を通過する時の臨界点を示すグラフである。臨界点の位置を通じてピストン１０が進入検出位置を通過する時センサーコイルＬ４０、Ｌ４１に誘導されるインダクタンスは同一ではないが、適正な信号歪曲によって第２電圧比較機Ｃ６０の出力を０とし、ピストン10の進入検出位置の通過可否を感知することができることを分かることができる。第２電圧比較機Ｃ６０の出力が０になる場合は、ピストンの位置は進入検出位置の以外に一つの位置がさらに発生する。これを図１２に進入区間と表示し、これに基づいてピストン運動の速度を計測することができる。

しかし、分圧抵抗Ｒ６０〜Ｒ６３は、熱雑音等の外部影響に敏感して低冷力の運転時のピストン１０の位置を正確に測定し難いという問題があることもできる。このようなピストンの位置検出の誤差を図１３を参照して説明する。

図１３は、衝突近接位置のような高冷力による上死点の付近でピストン１０のストロークを制御する場合、実際的な冷力の偏差即ちピストンの位置検出エラーの大きさを示す。この場合、低冷力に行くほど誤差が大きくなることを見ることができる。この補完のため、リニアモーター２０消費電力を測定して制御に利用することが好ましい。

図１４は、本発明の第３実施形態によるリニア圧縮機の概略的な構成ブロック図である。

図１４のリニア圧縮機は、図５に示すようにリニア圧縮機に電力測定部９０を付加したことである。

電力測定部９０は、リニアモーター２０の消費電力を測定しこれをモーター制御部３０に出力する。例えば、電力測定部９０は、トライアックを通じてモーターに供給される電圧、電流の大きさ及び位相差を測定し、消費電力を計算することができるようにする。この時、モーター制御部３０は、図１５に示すように、リニアモーター２０の冷力別の所定の標準電力と基準時間の所定の調整範囲を有してトライアックのゲート端子を制御する。

図１５の標準グラフに示すように、１段運転をする場合、標準電力は９５［W］であり、基準時間は１１［cnt］であり、調整範囲は３［cnt］である。ここで、単位［cnt］はマイコン等のサンプリング単位を示す。しかし、１段運転をしながらも測定されたモーター消費電力と進入検出点のリターン時間は標準値とは異なることができる。もし、測定されたモーターの消費電力が９３［W］であり、進入検出点のリターン時間が８［cnt］である場合、モーター制御部３０は、標準電力より消費電力が小さいので基準時間を１４［cnt］と調整する。また、進入検出点のリターン時間が基準時間より小さいのでリニアモーター２０の推力を増加させる。

図１６は、図１４のリニア圧縮機の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図１６を参照してリニア圧縮機の動作を詳しく説明する。衝突近接感知部４０の検出結果に基づいて衝突リターン時間の算出部５０が衝突近接点のリターン時間を算出する。

衝突近接点のリターン時間を所定の駆動停止時間と比較する（Ｓ２）。もしリターン時間が駆動停止時間より大きい場合リニアモーター２０をオフさせた後、所定の待機時間を遅延した後モーターを再可動させる（Ｓ３）。

衝突近接点のリターン時間が駆動停止時間より小さい場合、制御されている冷力が所定の基準高冷力であるかを判断する（Ｓ４）。ここで、基準高冷力は、衝突近接位置を通過するストロークの大きさを有する最低の高冷力の段階を意味する。

高冷力がいろんな段階で区分される場合、モーター制御部３０は、各段階別に許容時間を有して測定された衝突近接点のリターン時間と比較する（Ｓ５）。ここで、測定されたリターン時間が許容時間より小さい場合リニアモーター２０の推力を増加させ（Ｓ６）、その逆の場合には、リニアモーター２０の推力を減少させる（Ｓ７）。

冷力が低冷力である場合、電力測定部９０でリニアモーター２０の消費電力を測定する。測定された消費電力が運転中である圧縮機の冷力の標準電力と比較される（Ｓ８）。ここで、測定された消費電力が標準電力より小さい場合、基準時間を増加させ（Ｓ９）、大きい場合には基準時間を減少させる（Ｓ１０）。

測定された進入検出点のリターン時間と基準時間を比較する（Ｓ１１、Ｓ１２）。同一の場合、モーターの推力を維持するが、リターン時間が基準時間より小さい場合、モーターの推力を増加させ（Ｓ１３）、その逆の場合にはモーターの推力を減少させる（Ｓ１４）。

図１７は、本発明の第３実施形態による負荷別のピストンの変位を示すのである。

図１７（ａ）は、時間によるピストン１０の変位が正弦波を示している。図１７ｂは、冷力別の上死点の位置を示すことで、各冷力の段階を任意で区別したが、冷力の偏差がとても小さく一定に示されることを見ることができる。ここで、冷力の偏差とは、ピストンのストロークの目標値と実際のピストンの上死点の差を意味する。

ピストンの運動は、理想的な正弦波を示す。しかし、実際的な運動は、これと異なる運動をするので、ピストンと弁の衝突等の問題が発生する。高冷力及び低冷力の運転時にピストンのストロークの大きさを制御するためにそれぞれの位置検出点をセッティングし、この基準位置検出点のオーバーシューティングの時間を別度に計算してピストンの運動を精密に制御する。

高冷力の運転のピストンの検出の基準位置は、衝突近接位置として特定の高冷力の上死点に近接した地点である。衝突近接位置でのリターン時間を考慮してピストンと弁の衝突を最小化する。

また、ストロークの大きさが衝突近接位置に及ばない場合には、進入検出位置を基準としてピストンのリターン時間を測定する。この時に発生するストロークの目標値と測定値の誤差をリニアモーターの消費電力を考慮して補正することによって低冷力の運転でも精密な制御ができるようにする。

図１７ａと図１７ｂは、衝突近接位置が弁から０．３［mm］である場合であり、高冷力の段階でも高冷力４段である場合にだけ測定することができる。これは、ピストンと弁の衝突を極端的に最小化するためのである。ここで、衝突近接位置を高冷力１段ないし３段の上死点の位置に調整することもできる。

図１７ｂの保護点は、弁と０．２［mm］の離隔された地点として、前述した駆動停止時間に該当するピストンの上死点の基準位置である。一方、進入検出位置は、低冷力時のピストンの上死点と調整されている。この時、低冷力は示したこと以外にもいろんな段階に分けられることができる。図１７（ｂ）に示すように、高冷力の偏差はとても小さい０．０１［mm］、低冷力及び中冷力の冷力偏差は約０．１［mm］を示すことを見ることができる。ここで、中冷力は、低冷力と高冷力の中間段階を仮想で設定した冷力段階である。

但し、本発明のいろんな実施形態に図示及び説明されているが、本発明の属する技術分野の通常の知識をゆする当業者なら本発明の原則や精神から外れない範囲で本発明の実施形態を変形することができる。また、発明の範囲は、添付の請求項及びその均等物によって定まれる。

図１は、従来のリニア圧縮機のピストンの位置検出のためのセンサー構造の断面図である。 従来のリニア圧縮機のピストンの位置検出回路の概略的な連結構成図である。 従来のリニア圧縮機のピストンの位置検出回路の出力図である。 本発明の第１実施形態によるリニア圧縮機の概略的な構成ブロック図である。 本発明の第２実施形態によるリニア圧縮機の概略的な構成ブロック図である。 本発明の第１実施形態及び第２実施形態によるリニア圧縮機のピストンの位置検出のためのセンサー構造の断面図である。 センサーコイル間の誘導インダクタンスの差異（Ｌ１−Ｌ２）を示すグラフである。 衝突近接感知部の大略的な回路の構成を示す図である。 リニア圧縮機のピストン往復運動による第１電圧比較機の入力波形及びデジタル信号処理部の出力波形を示す図である。 リニア圧縮機のピストン往復運動による第１電圧比較機の入力波形及びデジタル信号処理部の出力波形を示す図である。 本発明の第２実施形態による進入点通過感知部が付加されたリニア圧縮機の概略的な構成ブロック図である。 図７のインダクタンス差異（Ｌ１−Ｌ２）のグラフの波形とピストンが進入検出位置を通過する時の臨界点を示すグラフである。 衝突近接位置のような高冷力による上死点の付近でピストンのストロークを制御する場合の実際的な冷力の偏差を示す図である。 本発明の第３実施形態によるリニア圧縮機の概略的な構成ブロック図である。 本発明の第３実施形態による冷力別標準電力及び調整範囲を示す図である。 図１４のリニア圧縮機の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態による負荷別にピストンの変位を示す図である。 本発明の第３実施形態による負荷別にピストンの変位を示す図である。

符号の説明

１０ ピストン
２０ リニアモーター
３０ モーター制御部
４０ 衝突近接感知部
５０ 衝突リターン時間算出部
６０ 進入点通過感知部
７０ 進入リターン時間算出部
７９，１００ センサー本体
８０，１０３ コア
８１，１０２ コア支持台
Ｃ４０，Ｃ６０ 電圧比較機
Ｌ４０，Ｌ４１，Ｌ１０１ａ，Ｌ１０１ｂ センサーコイル
Ｄ４０ デジタル信号処理部
Ｒａ，Ｒｂ，Ｒ４０〜Ｒ６３ 抵抗

Claims (16)

1. 往復動形のピストンと前記ピストンを駆動するリニアモーターと所要冷力に従って前記ピストンのストロークの大きさが異なるように前記リニアモーターを制御するモーター制御部とを含むリニア圧縮機において、
   前記ピストンが所定の高冷力による上死点から所定の高冷力の離隔距離を有する衝突近接位置を通過するか否かを検出する衝突近接感知部と、
   前記衝突近接感知部の検出に基づいて前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記衝突近接位置にリターンする時まで所要される衝突近接点のリターン時間を算出する衝突リターン時間の算出部と、を含み、
   前記モーター制御部は、高冷力による制御時に前記衝突近接点のリターン時間が冷力別の所定の許容時間より大きい場合前記リニアモーターの推力を減少させ、前記衝突近接点のリターン時間が前記許容時間より小さい場合前記リニアモーターの推力を増加させることを特徴とするリニア圧縮機。
2. 前記ピストンが所定の低冷力による上死点からの所定の低冷力の離隔距離を有する進入検出位置を通過するかを検出する進入点通過感知部と、
   前記進入点通過感知部の検出に基づいて前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記進入検出位置にリターンするに所要される進入検出点リターン時間を算出する進入リターン時間算出部と、を含み、
   前記モーター制御部は、前記進入検出点のリターン時間が冷力別に所定の基準時間より大きい場合、リニアモーターの推力を減少させ、前記進入検出点のリターン時間が前記基準時間より小さい場合、前記リニアモーターの推力を増加させることを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
3. 前記ピストンの位置を感知するためのコアをさらに含み、
   前記衝突近接感知部は、前記コアの位置を感知して前記ピストンの衝突近接位置の通過を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニア圧縮機。
4. 前記衝突近接感知部は、前記コアの直線往復運動に従って可変インダクタンスが誘導され、所定のコイルの離隔距離を有する上部センサーコイル及び下部センサーコイルと、
   前記インダクタンスを測定して、前記コアの位置を検出する位置検出部と、
   を有することを特徴とする請求項３に記載のリニア圧縮機。
5. 前記ピストンが前記衝突近接位置を通過する場合、前記コアは前記コイル離隔距離の略中間地点に位置することを特徴とする請求項４に記載のリニア圧縮機。
6. 前記コアの運動方向の長さは、前記コアの運動方向に平行な前記上部センサーコイルの一方から前記下部センサーコイルの一方までの最長の長さより小さい所定の大きさであることを特徴とする請求項４に記載のリニア圧縮機。
7. 前記コアの運動方向の長さは、前記コアの運動方向に平行な前記上部センサーコイルの一方から前記下部センサーコイルの一方までの最長の長さの略半部分であることを特徴とする請求項４に記載のリニア圧縮機。
8. 前記位置検出部は、
   前記上部センサーコイルの一方に連結された上部抵抗と、
   前記下部センサーコイルの一方に連結された下部抵抗と、
   前記上部センサーコイルと前記下部センサーコイルの各他側に所定の電源を印加するソース電源と、
   前記上部抵抗と前記下部抵抗に印加されるそれぞれの電圧が入力される電圧比較機と、を含み、
   前記衝突リターン時間の算出部は、前記電圧比較機の出力に基づいて前記衝突近接点のリターン時間を算出することを特徴とする請求項４に記載のリニア圧縮機。
9. 前記ピストンの位置を感知するためのコアをさらに含み、
   前記進入点通過感知部は、前記コアの位置を感知して前記ピストンが前記進入検出位置を通過するか否かを検出することを特徴とする請求項２に記載のリニア圧縮機。
10. 前記リニアモーターの消費電力を測定する電力測定部をさらに含み、
    前記モーター制御部は、測定された消費電力が所定の低冷力の標準電力と不一致する場合、前記基準時間を所定の調整範囲内に調整することを特徴とする請求項２に記載のリニア圧縮機。
11. 往復動形のピストンと前記ピストンを駆動するリニアモーターと冷力に従って前記リニアモーターを制御するモーター制御部とを含むリニア圧縮機の制御方法において、
    前記ピストンの位置を検出するための衝突近接感知部と前記ピストンの行程によるリターン時間を算出する衝突リターン時間算出部を設ける段階と、
    前記衝突近接感知部が前記ピストンが所定の高冷力による上死点から所定の高冷力離隔距離を有する衝突近接位置を通過するか否かを検出する段階と、
    前記衝突リターン時間算出部が前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記衝突近接位置にリターンする時まで所要される衝突近接点のリターン時間を算出する段階と、
    前記モーター制御部が高冷力による制御時に前記衝突近接点のリターン時間が冷力別の所定の許容時間より大きい場合、前記リニアモーターの推力を減少させ、前記衝突近接点のリターン時間が前記許容時間より小さい場合、前記リニアモーターの推力を増加させる段階と、
    を含むことを特徴とするリニア圧縮機の制御方法。
12. 前記ピストンの位置を検出するための進入点通過感知部と、前記ピストンの行程によるリターン時間を算出する進入リターン時間算出部と、を設ける段階と、
    前記進入点通過感知部が前記ピストンが所定の低冷力による上し点から所定の低冷力の離隔距離を有する進入検出位置を通過するか否かを検出する段階と、
    前記進入リターン時間算出部が前記ピストンが圧縮し、膨張することによって前記進入検出位置にリターンする時まで所要される進入検出点のリターン時間を算出する段階と、
    前記モーター制御部が低冷力の制御時に前記進入検出点のリターン時間が冷力別に所定の基準時間より大きい場合前記リニアモーターの推力を減少させ、前記進入検出点のリターン時間が前記基準時間より小さい場合前記リニアモーターの推力を増加させる段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機の制御方法。
13. 前記リニアモーターの消費電力を検出する電力検出部を設ける段階と、前記電力検出部が前記リニアモーターの消費電力を検出する段階と、をさらに含み、
    前記モーター制御部は、検出された前記リニアモーターの消費電力が所定の低冷力の標準電力より大きい場合、前記基準時間を所定の下向き範囲で減少させ前記リニアモーターの消費電力が前記低冷力の標準電力より小さい場合、前記基準時間を所定の上向き方向で増加させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のリニア圧縮機の制御方法。
14. 前記モーター制御部が前記衝突機接点のリターン時間が前記許容時間より大きい所定の駆動停止時間より大きい場合、モーターの駆動を停止させ、所定の待機時間後に前記リニアモーターを再可動する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のリニア圧縮機の制御方法。
15. 前記ピストンの位置を感知するためのコアを設ける段階を含み、
    前記衝突近接感知部は、前記コアの位置を感知して前記ピストンの前記衝突近接位置の通過可否を検出することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のリニア圧縮機の制御方法。
16. 前記ピストンの位置を感知するためのコアを設ける段階を含み、
    前記進入点通過感知部は、前記コアの位置を感知して前記ピストンの前記進入検出位置の通過可否を検出することを特徴とする請求項１２に記載のリニア圧縮機の制御方法。
    

Images