しかしながら、このような従来の駆動システムでは、自動車の電源や太陽電池などを利用した際、電源電圧が一定ではなく、このため、スターリング冷凍機への入力電力が違ってしまうので、冷凍能力も違ってしまっていた。また、スターリング冷凍機の冷凍能力や電気特性は、環境温度や吸熱部温度、排熱部温度などの外乱の影響を受けやすく、また、部品の小さなバラツキが冷凍能力や電気特性に大きな差異を生じさせるので、冷凍能力や消費電流或いは消費電力を一定に保持することが困難であるという問題があった。
そこで、本発明は以上の問題点を解決し、種々の外乱の影響を抑え、安定的にスターリング冷凍機を駆動する駆動システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機への出力電圧が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記電源電圧又は前記スターリング冷凍機への出力電圧を検知するための電圧検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項2に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機の消費電流が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記スターリング冷凍機の各部温度、又は前記スターリング冷凍機が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段、及び/又は、前記電源電圧又は前記スターリング冷凍機への出力電圧を検知するための電圧検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項3に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機の消費電流が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記スターリング冷凍機の消費電流を検知するための電流検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項4に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機の消費電力が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記スターリング冷凍機の各部温度、又は前記スターリング冷凍機が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段、及び/又は、前記電源電圧又は前記スターリング冷凍機への出力電圧を検知するための電圧検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項5に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機の消費電力が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記スターリング冷凍機の各部温度、又は前記スターリング冷凍機が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段、及び、前記スターリング冷凍機の消費電流を検知するための電流検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項6に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機の消費電力が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記スターリング冷凍機の消費電力を検知するための電力検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項7に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機の吸熱量が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記スターリング冷凍機の各部温度、又は前記スターリング冷凍機が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段、及び/又は、前記電源電圧又は前記スターリング冷凍機への出力電圧を検知するための電圧検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項8に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機の吸熱量が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記スターリング冷凍機の各部温度、又は前記スターリング冷凍機が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段、及び、前記スターリング冷凍機の消費電流を検知するための電流検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項9に係る発明は、スターリング冷凍機及びこのスターリング冷凍機を駆動するための制御手段とを有するスターリング冷凍機駆動システムにおいて、前記制御手段が、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機の吸熱量が所定の大きさになるよう出力電圧を制御するように、前記スターリング冷凍機の各部温度、又は前記スターリング冷凍機が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段、及び、前記スターリング冷凍機の消費電力を検知するための電力検知手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項10に係る発明は、請求項1乃至9において、前記制御手段が、PWM方式によって前記出力電圧を制御することを特徴とする。
本発明の請求項1に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、出力電圧が所定の大きさになるように、電源電圧又は出力電圧を検知して出力電圧を制御するので、スターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項2に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、電源電圧又は出力電圧に比べてスターリング冷凍機の吸熱量に対する相関が高い消費電流が所定の大きさになるように、吸熱部温度等と電源電圧又は出力電圧を検知して出力電圧を制御するので、出力電圧が所定値となるよう制御する場合に比べ、スターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項3に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、電源電圧又は出力電圧に比べてスターリング冷凍機の吸熱量に対する相関が高い消費電流が所定の大きさになるように、消費電流を検知して出力電圧を制御するので、出力電圧が所定値となるよう制御する場合に比べ、スターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項4に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、スターリング冷凍機の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力が所定の大きさになるように、吸熱部温度等と電源電圧又は出力電圧を検知して出力電圧を制御するので、出力電圧や消費電流等が所定値となるよう制御する場合に比べ、精度良くスターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項5に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、スターリング冷凍機の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力が所定の大きさになるように、吸熱部温度等と消費電流を検知して出力電圧を制御するので、出力電圧や消費電流等が所定値となるよう制御する場合に比べ、精度良くスターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項6に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、スターリング冷凍機の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力が所定の大きさになるように、消費電力を検知して出力電圧を制御するので、出力電圧や消費電流等が所定値となるよう制御する場合に比べ、より精度良くスターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項7に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、吸熱量が所定の大きさになるように、吸熱部温度等と出力電圧を検知して出力電圧を制御するので、出力電圧や消費電流、消費電力等が所定値となるよう制御する場合に比べ、より精度良くスターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項8に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、吸熱量が所定の大きさになるように、吸熱部温度等と消費電流を検知して出力電圧を制御するので、出力電圧や消費電流、消費電力等が所定値となるよう制御する場合に比べ、より精度良くスターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項9に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、自動車の電源や太陽電池などを利用したことによって、電源電圧が変動した場合、又はスターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化した場合であっても、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、吸熱量が所定の大きさになるように、吸熱部温度等と消費電力を検知して出力電圧を制御するので、出力電圧や消費電流、消費電力等が所定値となるよう制御する場合に比べ、より精度良くスターリング冷凍機を安定的に駆動することができる。
また、請求項10に記載のスターリング冷凍機の駆動システムによれば、PWM方式により出力電圧を制御するので、小型、軽量、安価で高効率なスターリング冷凍機の駆動システムを得ることができる。
以下、本発明の実施形態について、図1、図2に基づいて説明する。図1は、スターリング冷凍機の構成を模式的に示す縦断面図である。また、図2は、本発明の実施形態にかかる駆動システムを示すブロック図である。
まず、前記スターリング冷凍機1について、図1を参照して説明する。2は、略円筒状に形成された円筒部3と胴部4とで構成されるケーシングである。前記円筒部3はステンレス鋼などからなり、基部5と中間部6と先端部7が一体に構成されている。前記円筒部3の内部には、前記胴部4まで延びるシリンダ8が前記円筒部3と同軸的に挿入されて設けられていると共に、前記シリンダ8には、ディスプレイサー9が軸方向に摺動可能に収容されている。また、前記ディスプレイサー9の先端と前記円筒部3の先端部7の間には膨張室Eが形成されており、隙間10によって前記シリンダ8の内外が連通されている。また、前記中間部6において、前記シリンダ8の外周に再生器11が設けられているとともに、前記基部5において、前記シリンダ8の内外を連通する連通孔12が形成されている。また、前記シリンダ8の先端外周には、吸熱部13が設けられていると共に、前記再生器11と連通孔12の間において、前記シリンダ8の外周に排熱部14が設けられている。そして、前記シリンダ8の先端内部から前記隙間10、吸熱部13、再生器11、排熱部14、連通孔12を通って前記シリンダ8内の圧縮室Cに至る経路が形成されている。なお、前記基部5の外周には、外部排熱フィン15が取り付けられている。また、前記胴部4内において、前記シリンダ8内には、ピストン16が軸方向に摺動可能に収容されている。そして、このピストン16の基端部は、駆動機構17に対して同軸的に連結されている。そして、前記スターリング冷凍機1は、前記駆動機構17を作動させることで、前記ピストン16がシリンダ8内を軸方向に往復動し、これに伴って、前記ピストン16と所定の位相差をもって、前記ディスプレイサー9が前記シリンダ8内を軸方向に往復動する。詳述すると、前記ピストン16がディスプレイサー9の方向に移動すると、前記ピストン16とディスプレイサー9との間に形成された前記圧縮室C内の気体は、圧縮されて前記連通孔12、排熱部14、再生器11、吸熱部13、隙間10を通ってディスプレイサー9の先端と円筒部3の先端部7の間に形成された膨張室Eに至る。これによって、前記ディスプレイサー9は押し下げられる。一方、前記ピストン16がディスプレイサー9と反対方向に移動すると、前記膨張室E内の気体は、前記圧縮室Cの内部が負圧となることで、前記膨張室Eから隙間10、吸熱部13、再生器11、排熱部14、連通孔12を通って前記シリンダ8内の圧縮室Cに還流する。これによって、前記ディスプレイサー9は押し上げられる。このような工程中において、二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われて、前記シリンダ8の先端外周に取り付けられた前記吸熱部13、ひいてはこの吸熱部13と熱的に接した前記円筒部3の先端部7は低温となり、一方、前記排熱部14、ひいてはこの排熱部14と熱的に接した前記円筒部3の基部5及びこの外周に取り付けられた外部排熱フィン15は高温となる。
図2に示す駆動システム21は、スターリング冷凍機1と、このスターリング冷凍機1に電力を供給する電源22と、該電源22からの電力によりスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とにより構成される。そして、前記スターリング冷凍機1は、伝熱機構18により冷凍庫19に接続されていることで、この冷凍庫19の冷却を行うことができるように構成されている。
次に、本発明の駆動システムに係る第1実施例について、図3及び図5を参照して説明する。
図3に示す駆動システム21は、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1に供給する出力電圧を制御する駆動回路24と、この駆動回路24の前段に設けられると共に、前記電源22から供給される電源電圧を検知する電圧検知部25とからなる。また、図4に示す駆動システム21は、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1に供給する出力電圧を制御する駆動回路24と、この駆動回路24の後段に設けられると共に、前記スターリング冷凍機1に供給される出力電圧を検知する電圧検知部25とからなる。
前記電源22から前記駆動回路24に供給される電圧は直流電圧であり、例えば自動車の場合、バッテリ電源から12V又は24Vの直流電圧が前記駆動回路24に供給される。前記電圧検知部25は、電源電圧又は出力電圧を計測し、この計測された電圧値情報を電気信号に変換して前記駆動回路24へ入力する。そして、前記駆動回路24は、その特性により予め記憶されたプログラムに従い、電源電圧に対し所定の出力電圧を生じさせる制御量を算出する。
前記駆動回路24は、PWM方式により、直流の電源電圧を交流電圧に変換する。すなわち、前記ピストン16の往復運動を可能にするため、図5に示すように、極性が周期的に転換する交流電圧とし、さらに算出された制御量に従いパルス幅を変え、スターリング冷凍機1が所定の冷凍能力を発揮できる電圧に制御する。図5(a)は電源電圧が12Vの場合、(b)は電源電圧が24Vの場合のスターリング冷凍機1への入力波形を示した図である。具体的には、電源電圧が低ければデューティ比を大きく、すなわちパルス幅を標準より広くし、電源電圧が高ければデューティ比を小さく、すなわちパルス幅を標準より狭くする動作をする。このように、所定の大きさに制御された交流電圧は、前記スターリング冷凍機1に入力される。
次に、上記構成の作用について説明する。前記電源22がオンされると、直流の電源電圧が前記駆動回路24に入力される。同時に、前記電圧検知部25が電源電圧を検知する。前記電圧検知部25が電源電圧を検知すると、その測定値が電気信号に変換され、前記駆動回路24に入力される。そして、電源電圧の測定値に基づく電気信号が前記駆動回路24に入力されると、この駆動回路24は、所定の電源電圧を変換するための制御量を算出する。更に、前記駆動回路24は、算出された制御量に従い、PWM方式により電源電圧を交流電圧に変換すると共にデューティ比を変化させ、即ちパルス幅を変化させる動作をし、所定の大きさの電圧を前記スターリング冷凍機1に出力する。このようにして電源電圧が前記駆動回路24により所定の電圧として前記スターリング冷凍機1に供給されると、このスターリング冷凍機1は、所定の冷凍能力を発揮することができる。
次に、本発明の第2実施例について説明する。図6に示す駆動システム21における制御手段23は、駆動回路24と、この駆動回路24の前段に設けられる電圧検知手段25と、前記スターリング冷凍機1等の温度を検知する温度検知手段26とからなる。なお、前記電圧検知手段25は、前記第1実施例に示したように、前記スターリング冷凍機1に供給される出力電圧を検知するように、前記駆動回路24の後段に設けてもよい。
前記温度検知手段26は、温度センサ27が検知した温度情報を電気信号に変換し、前記駆動回路24へ出力する。そして、前記温度センサ27は、例えば熱電対やサーミスタ等が用いられ、前記スターリング冷凍機1の吸熱部13、排熱部14、前記冷凍庫19の内又は外の温度等を計測するため、適宜適所に設置される。また、前記駆動回路24は、入力された各温度情報に基づく電気信号を用い、前記スターリング冷凍機1が所定の冷凍能力を発揮できる電圧に制御する。
具体的に、温度を検知して制御する場合について説明する。なお、この例では、吸熱部の温度を検知する場合について説明する。前記吸熱部13に設置された前記温度検知手段26は、前記温度センサ27が検知した温度情報を電気信号に変換し、前記駆動回路24へ出力する。前記駆動回路24は、入力された前記吸熱部13の温度情報に基づく電気信号を用い、前記スターリング冷凍機1で消費される消費電流が所定の大きさになるように、出力電圧を制御する。すなわち、駆動回路24は、前記吸熱部13の温度に基づいて、図7に示すようなグラフの中から、使用する曲線を選択する。なお、説明の簡略化のため、これらのグラフの曲線は本例では3本であるが、実際にはより細かい温度刻みで、より多く用意されている。そして、曲線を選択すると、目標電流に対応する出力電圧を算出する。例えば、目標電流を3Aとして説明する。前記温度検知部26で検知した前記吸熱部13の温度が約−25℃の場合、前記駆動回路24は、グラフ中における破曲線を選択する。そして、破曲線が選択されると、前記駆動回路24は、目標電流3Aに相当する出力電圧を算出し、出力電圧を6Vと設定する。そして、前記駆動回路24は、前記電圧検知手段25で実際の電源電圧(又は出力電圧)を検知し、上記のように前記駆動回路24で算出された目標電流に対応する出力電圧と、前記電圧検知手段25により検知された電圧値とを比較して、出力電圧が6Vとなるように制御する。
一方、前記吸熱部13の温度が上昇した場合、例えば0℃になった場合、前記駆動回路24はグラフの中の実曲線を選択する。実曲線における目標電流3Aに相当する出力電圧は6.5Vであり、前記駆動回路24は出力電圧が6.5Vになるように制御する。
これにより、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、消費電流が所定の大きさになるように制御できるので、安定した冷凍能力を得ることができる。また、電源電圧又は出力電圧に比べて前記スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が高い消費電流に基づいて前記スターリング冷凍機1を制御するので、電源電圧或いは出力電圧に基づいて制御する場合に比べ高精度に制御することができる。そして、この出力電圧の制御は、上記したPWM方式によりパルス幅を適宜変更することにより行われる。
次に、本発明の第3実施例について説明する。図8に示す駆動システム21における制御手段23は、駆動回路24と、この駆動回路24の後段に設けられ、前記スターリング冷凍機1で消費される消費電流を検知する消費電流検知手段28とからなる。
前記消費電流検知手段28は、前記スターリング冷凍機1で消費される消費電流を検知して電気信号に変換し、前記駆動回路24へ出力する。消費電流に基づく電気信号を入力された前記駆動回路24は、図9に示すように、予め定められた目標消費電流、たとえば3Aより大きいか小さいかを比較する。そして、前記駆動回路24は、消費電流と目標消費電流との間に差がある場合には、消費電流が目標消費電流になるように、出力電圧を制御する。なお、前記駆動回路24による出力電圧の制御は、上記したPWM方式によりパルス幅を適宜変更することにより行われる。
これにより、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、消費電流が所定の大きさになるように消費電流を検知して制御できるので、回路構成を単純化することができる。また、電源電圧又は出力電圧に比べて前記スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が高い消費電流に基づいて前記スターリング冷凍機1を制御するので、電源電圧或いは出力電圧を検知して制御する場合に比べ、精度良く所定の冷凍能力を安定して得ることができる。
次に、本発明の第4実施例について説明する。図10に示す駆動システム21における制御手段23は、駆動回路24と、この駆動回路24の前段に設けられる電圧検知手段25と、前記スターリング冷凍機1の吸熱部13及び排熱部14の温度を検知する温度検知手段26とからなる。なお、前記電圧検知手段25は、前記第1実施例に示したように、前記スターリング冷凍機1に供給される出力電圧を検知するように、前記駆動回路24の後段に設けてもよい。
前記駆動回路24は、前記温度検知手段26から得られた前記吸熱部13の温度と前記排熱部14の温度から、目標電力に相当する出力電圧を算出し、この算出された値に出力電圧を制御する。すなわち、前記駆動回路24は、前記吸熱部13と排熱部14の温度の組み合わせに基づいて、図11に示すグラフの中から、使用する特定の曲線を選択する。そして、特定の曲線が選択されると、目標電力に対応する出力電圧が算出される。例えば、前記温度検知部26で検知した前記吸熱部13の温度が0℃、前記排熱部14の温度が35℃である場合、前記駆動回路24はグラフ中の実曲線を選択する。そして、目標電力を20Wとすると、前記駆動回路24は、選択された実曲線上から、目標電力20Wに相当する出力電圧を算出し、出力電圧が7Vと設定される。そして、前記駆動回路24は、前記電圧検知手段25で実際の電源電圧(又は出力電圧)を検知し、上記のように前記駆動回路24で算出された目標電力に対応する出力電圧と、前記電圧検知手段25により検知された電源電圧とを比較して、出力電圧が7Vとなるように制御する。なお、前記駆動回路24による出力電圧の制御は、上記したPWM方式によりパルス幅を適宜変更することにより行われる。
これにより、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、消費電力が所定の大きさになるように出力電圧を制御できるので、安定した冷凍能力を得ることができる。また、スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力が所定の大きさになるように、目標消費電力を設定して出力電圧を制御するので、出力電圧や消費電流等が所定値となるよう制御する場合に比べ、より精度良く前記スターリング冷凍機1を安定的に駆動することができる。
次に、本発明の第5実施例について説明する。図12に示す駆動システム21における制御手段23は、駆動回路24と、温度検知手段26と、前記駆動回路24の後段に設けられる消費電流検知手段28とからなる。
前記駆動回路24は、前記温度検知手段26から得られた前記吸熱部13と排熱部14の温度から、目標電力に相当する消費電流を算出し、この消費電流を生じさせるように、出力電圧を制御する。すなわち、前記駆動回路24は、前記吸熱部13と排熱部14の温度の組み合わせに基づいて、図13に示すグラフの中から、使用する特定の曲線を選択する。そして、特定の曲線が選択されると、目標電力に対応する消費電流が算出される。例えば、前記温度検知部26で検知した前記吸熱部13の温度が0℃、前記排熱部14の温度が35℃である場合、前記駆動回路24はグラフ中の実曲線を選択する。そして、目標電力を16Wとすると、前記駆動回路24は、選択された実曲線上から、目標電力16Wに相当する消費電流を算出し、消費電流が3Aと設定される。そして、前記消費電流検知手段28は、前記スターリング冷凍機1で消費される消費電流を検知して電気信号に変換し、前記駆動回路24へ出力する。消費電流に基づく電気信号を入力された前記駆動回路24は、前述の図9に示すように、目標消費電流である3Aより大きいか小さいかを比較する。そして、前記駆動回路24は、消費電流と目標消費電流との間に差がある場合には、消費電流が目標消費電流の3Aとなるように、出力電圧を制御する。なお、前記駆動回路24による出力電圧の制御は、上記したPWM方式によりパルス幅を適宜変更することにより行われる。
これにより、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、所定の大きさの消費電力に対応する所定の大きさの消費電流を得るように出力電圧を制御できるので、安定した冷凍能力を得ることができる。また、スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力が所定の大きさになるように、消費電力に対応する消費電流を検知して出力電圧を制御するので、単純に出力電圧や消費電流等が所定値となるよう制御する場合に比べ、より精度良く前記スターリング冷凍機1を安定的に駆動することができる。
次に、本発明の第6実施例について説明する。図14に示す駆動システム21における制御手段23は、駆動回路24と、この駆動回路24の後段に設けられると共に前記スターリング冷凍機1で消費される消費電力を検知する消費電力検知手段29とからなる。
前記消費電力検知手段29は、前記スターリング冷凍機1で消費される消費電力を検知して電気信号に変換し、前記駆動回路24へ出力する。消費電力に基づく電気信号を入力された前記駆動回路24は、図15に示すように、予め定められた目標消費電力、たとえば30Wより大きいか小さいかを比較する。そして、前記駆動回路24は、消費電力検知手段29により検知された実際の消費電力と目標消費電力との間に差がある場合には、消費電力が目標消費電力になるように、出力電圧を制御する。なお、前記駆動回路24による出力電圧の制御は、上記したPWM方式によりパルス幅を適宜変更することにより行われる。
これにより、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、消費電力が所定の大きさになるように消費電力を検知して出力電圧を制御できるので、回路構成を単純化することができる。また、スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力が所定の大きさになるように、消費電力を検知して出力電圧を制御するので、単純に電源電圧や出力電圧、消費電流等に基づいて制御する場合に比べ、より精度良く前記スターリング冷凍機1を安定的に駆動して所定の冷凍能力を得ることができる。
次に、本発明の第7実施例について、図10を参照して説明する。図10に示す駆動システム21における制御手段23は、駆動回路24と、この駆動回路24の前段に設けられる電圧検知手段25と、前記スターリング冷凍機1の吸熱部13及び排熱部14の温度を検知する温度検知手段26とからなる。
前記駆動回路24は、前記温度検知手段26から得られた前記吸熱部13と前記排熱部14の温度から、目標吸熱量に相当する出力電圧を算出し、この算出された値に出力電圧を制御する。すなわち、前記駆動回路24は、前記吸熱部13と排熱部14の温度の組み合わせに基づいて、図16に示すグラフの中から、使用する特定の曲線を選択する。そして、特定の曲線が選択されると、目標吸熱量に対応する出力電圧が算出される。例えば、前記温度検知部26で検知した前記吸熱部13の温度が0℃、前記排熱部14の温度が35℃である場合、前記駆動回路24はグラフ中の実曲線を選択する。そして、目標吸熱量を20Wとすると、前記駆動回路24は、選択された実曲線上から、目標吸熱量20Wに相当する出力電圧を算出し、出力電圧が5.5Vと設定される。そして、前記駆動回路24は、前記電圧検知手段25で実際の電源電圧(又は出力電圧)を検知して電気信号に変換し、前記駆動回路24へ出力する。そして、上記のように前記駆動回路24で算出された目標吸熱量に対応する出力電圧と、前記電圧検知手段25により検知された電源電圧とを比較して、出力電圧が5.5Vとなるように制御する。
一方、前記吸熱部13の温度と前記排熱部14の温度の組み合わせが変化した場合、例えば、前記吸熱部13の温度が0℃、前記排熱部14の温度が65℃になった場合、前記駆動回路24はグラフの中の破曲線を選択する。破曲線における目標吸熱量20Wに相当する出力電圧は6.8Vであり、前記駆動回路24は出力電圧が6.8Vになるように制御する。
これにより、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、吸熱量が所定の大きさになるように制御できるので、安定した冷凍能力を得ることができる。また、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、前記スターリング冷凍機1の吸熱量そのものに基づいて前記スターリング冷凍機1を制御するので、電源電圧、出力電圧、消費電流或いは消費電力に基づいて制御する場合に比べ高精度に制御することができる。なお、前記駆動回路24による出力電圧の制御は、上記したPWM方式によりパルス幅を適宜変更することにより行われる。
次に、本発明の第8実施例について、図12を参照して説明する。図12に示す駆動システム21における制御手段23は、駆動回路24と、前記スターリング冷凍機1の吸熱部13及び排熱部14の温度を検知する温度検知手段26と、前記駆動回路24の後段に設けられる消費電流検知手段28とからなる。
前記駆動回路24は、前記温度検知手段26から得られた前記吸熱部13と排熱部14の温度から、目標吸熱量に相当する消費電流を算出し、この消費電流を生じさせるように、出力電圧を制御する。すなわち、前記駆動回路24は、前記吸熱部13と排熱部14の温度の組み合わせに基づいて、図17に示すグラフの中から、使用する特定の曲線を選択する。そして、特定の曲線が選択されると、目標吸熱量に対応する消費電流が算出される。例えば、前記温度検知部26で検知した前記吸熱部13の温度が0℃、前記排熱部14の温度が35℃である場合、前記駆動回路24はグラフ中の実曲線を選択する。そして、目標吸熱量を30Wとすると、前記駆動回路24は、選択された実曲線上から、目標吸熱量30Wに相当する消費電流を算出し、消費電流が3Aと設定される。そして、前記消費電流検知手段28は、前記スターリング冷凍機1で消費される消費電流を検知して電気信号に変換し、前記駆動回路24へ出力する。消費電流に基づく電気信号を入力された前記駆動回路24は、前述の図9に示すように、目標消費電流である3Aより大きいか小さいかを比較する。そして、前記駆動回路24は、消費電流と目標消費電流との間に差がある場合には、消費電流が目標消費電流の3Aとなるように、出力電圧を制御する。
一方、前記吸熱部13の温度と前記排熱部14の温度の組み合わせが変化した場合、例えば、前記吸熱部13の温度が0℃、前記排熱部14の温度が65℃になった場合、前記駆動回路24はグラフの中の破曲線を選択する。破曲線における目標吸熱量30Wに相当する消費電流は4.5Aであり、前記駆動回路24は消費電流が4.5Aとなるように出力電圧を制御する。
これにより、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、吸熱量が所定の大きさになるように消費電流を検知して制御できる。また、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、前記スターリング冷凍機1の吸熱量そのものに基づいて前記スターリング冷凍機1を制御するので、電源電圧、出力電圧、消費電流或いは消費電力に基づいて制御する場合に比べ高精度に制御することができる。なお、前記駆動回路24による出力電圧の制御は、上記したPWM方式によりパルス幅を適宜変更することにより行われる。
次に、本発明の第9実施例について説明する。図18に示す駆動システム21における制御手段23は、駆動回路24と、前記スターリング冷凍機1の吸熱部13及び排熱部14の温度を検知する温度検知手段26と、前記駆動回路24の後段に設けられる消費電力検知手段29とからなる。
前記駆動回路24は、前記温度検知手段26から得られた前記吸熱部13と排熱部14の温度から、目標吸熱量に相当する消費電力を算出し、この消費電力を生じさせるように出力電圧を制御する。すなわち、前記駆動回路24は、前記吸熱部13と排熱部14の温度の組み合わせに基づいて、図19に示すグラフの中から、使用する特定の曲線を選択する。そして、特定の曲線が選択されると、目標吸熱量に対応する消費電力が算出される。例えば、前記温度検知部26で検知した前記吸熱部13の温度が0℃、前記排熱部14の温度が35℃である場合、前記駆動回路24はグラフ中の実曲線を選択する。そして、目標吸熱量を30Wとすると、前記駆動回路24は、選択された実曲線上から、目標吸熱量30Wに相当する消費電力を算出し、消費電力が15.5Wと設定される。そして、前記消費電力検知手段29は、前記スターリング冷凍機1で消費される消費電力を検知して電気信号に変換し、前記駆動回路24へ出力する。消費電力に基づく電気信号を入力された前記駆動回路24は、目標消費電力である15.5Wより大きいか小さいかを比較する。そして、前記駆動回路24は、消費電力と目標消費電力との間に差がある場合には、消費電力が目標消費電力の15.5Wとなるように、出力電圧を制御する。
一方、前記吸熱部13の温度と前記排熱部14の温度の組み合わせが変化した場合、例えば、前記吸熱部13の温度が0℃、前記排熱部14の温度が65℃になった場合、前記駆動回路24はグラフの中の破曲線を選択する。破曲線における目標吸熱量30Wに相当する消費電力は25Wであり、前記駆動回路24は消費電力が25Wとなるように、出力電圧を制御する。
これにより、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、吸熱量が所定の大きさになるように消費電力を検知して制御できる。また、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、前記スターリング冷凍機1の吸熱量そのものに基づいて前記スターリング冷凍機1を制御するので、電源電圧、出力電圧、消費電流或いは消費電力に基づいて制御する場合に比べ高精度に制御することができる。なお、前記駆動回路24による出力電圧の制御は、上記したPWM方式によりパルス幅を適宜変更することにより行われる。
上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記電源電圧又は前記スターリング冷凍機1への出力電圧を検知するための電圧検知手段25を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機1のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記電圧検知手段25の検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機1への出力電圧が所定の大きさになるように制御できるので、前記スターリング冷凍機1を安定的かつ高精細に駆動することができる。また、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、出力電圧が所定の大きさになるように電源電圧又は出力電圧を検知して制御できるので、回路構成を単純化することができる。
また、上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1の各部温度、又は前記スターリング冷凍機1が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段26、及び/又は、前記電源電圧又は前記スターリング冷凍機1への出力電圧を検知するための電圧検知手段25を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機1のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記温度検知手段26及び電圧検知手段25の検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機1の消費電流が所定の大きさになるように制御することで、電源電圧又は出力電圧に比べて前記スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が高い消費電流に基づいて前記スターリング冷凍機1を制御できるので、前記スターリング冷凍機1をより安定的かつ高精細に駆動することができる。
また、上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1の消費電流を検知するための電流検知手段28を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記電流検知手段28の検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機1の消費電流が所定の大きさになるように出力電圧を制御することで、電源電圧又は出力電圧に比べて前記スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が高い消費電流に基づいて前記スターリング冷凍機1を制御できるので、前記スターリング冷凍機1をより安定的かつ高精細に駆動することができる。また、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、消費電流が所定の大きさになるように消費電流を検知して制御できるので、回路構成を単純化することができる。
また、上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1の各部温度、又は前記スターリング冷凍機1が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段26、及び/又は、前記電源電圧又は前記スターリング冷凍機への出力電圧を検知するための電圧検知手段25を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機1のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記温度検知手段26及び電圧検知手段25の検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機1の消費電力が所定の大きさになるように制御することで、前記スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力に基づいて前記スターリング冷凍機1を制御できるので、前記スターリング冷凍機1をより安定的かつ高精細に駆動することができる。
また、上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1の各部温度、又は前記スターリング冷凍機1が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段26、及び、前記スターリング冷凍機1の消費電流を検知するための電流検知手段28を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機1のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記温度検知手段26及び電流検知手段28の検知結果に基づいて、所定の大きさの消費電力に対応する所定の大きさの消費電流を得るように出力電圧を制御することで、前記スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力に基づいて前記スターリング冷凍機1を制御できるので、前記スターリング冷凍機1をより安定的かつ高精細に駆動することができる。
また、上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1の消費電力を検知するための電力検知手段29を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機1のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記電力検知手段29の検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機1の消費電力が所定の大きさになるように出力電圧を制御することで、前記スターリング冷凍機1の吸熱量に対する相関が消費電流よりも更に高い消費電力に基づいて前記スターリング冷凍機1を制御できるので、前記スターリング冷凍機1をより安定的かつ高精細に駆動することができる。また、前記スターリング冷凍機1の各部温度に拘わらず、消費電力が所定の大きさになるように消費電力を検知して制御できるので、回路構成を単純化することができる。
また、上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1の各部温度、又は前記スターリング冷凍機1が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段26、及び、電源電圧又は前記スターリング冷凍機1への出力電圧を検知するための電圧検知手段25を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記温度検知手段26及び電力検知手段25の検知結果に基づいて前記スターリング冷凍機1の吸熱量が所定の大きさになるように出力電圧を制御することで、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、前記スターリング冷凍機1の吸熱量そのものに基づいて前記スターリング冷凍機1を制御できるので、前記スターリング冷凍機1をより安定的かつ高精細に駆動することができる。
また、上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1の各部温度、又は前記スターリング冷凍機1が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段26、及び、前記スターリング冷凍機1の消費電流を検知するための電流検知手段28を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機1のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記温度検知手段26及び電流検知手段28の検知結果に基づいて、所定の大きさの吸熱量に対応する所定の大きさの消費電流を得るように出力電圧を制御することで、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、前記スターリング冷凍機1の吸熱量そのものに基づいて前記スターリング冷凍機1を制御できるので、前記スターリング冷凍機1をより安定的かつ高精細に駆動することができる。
また、上記実施形態によれば、スターリング冷凍機1及びこのスターリング冷凍機1を駆動するための制御手段23とを有するスターリング冷凍機駆動システム21において、前記制御手段23が、前記スターリング冷凍機1の各部温度、又は前記スターリング冷凍機1が組み込まれた系の各部温度、又は環境温度のうち、少なくとも1つを検出するための温度検知手段26、及び、前記スターリング冷凍機1の消費電力を検知するための電力検知手段29を備え、電源電圧及び/又は前記スターリング冷凍機1のインピーダンス或いは逆起電圧が変化したとしても、前記温度検知手段26及び電力検知手段29の検知結果に基づいて、所定の大きさの吸熱量に対応する所定の大きさの消費電力を得るように出力電圧を制御することで、電圧や電流、電力等といった間接的な物理量ではなく、前記スターリング冷凍機1の吸熱量そのものに基づいて前記スターリング冷凍機1を制御できるので、前記スターリング冷凍機1をより安定的かつ高精細に駆動することができる。
更に、上記実施形態によれば、前記制御手段23が、PWM方式によって前記出力電圧を制御するから、小型、軽量、安価で高効率なスターリング冷凍機の駆動システムを得ることができる。
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。