JP3869632B2

JP3869632B2 - リニアコンプレッサの駆動制御装置

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Publication number: JP3869632B2
Application number: JP2000197702A
Authority: JP
Inventors: 新一松村; 裕司阿部
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002013484A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアコンプレッサの駆動制御装置に関し、特に、リニアモータによってシリンダ内でピストンを往復運動させて圧縮ガスを生成するリニアコンプレッサの駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷蔵庫のような冷却装置において膨張した冷媒ガスを圧縮する機構としてリニアコンプレッサの開発が進められている。このリニアコンプレッサでは、リニアモータによってシリンダ内でピストンを往復運動させることでガスの圧縮が行なわれる。
【０００３】
このようなリニアコンプレッサでは、リニアモータの駆動電流とピストンの速度との位相が一致しているときに高い効率が得られる。すなわち、駆動電流の周波数がリニアコンプレッサのハード構成やガスのばね定数等から定まる共振周波数に一致しているときに高い効率が得られることになる。また、ピストンヘッドとシリンダ内壁端部の最近接距離が最小値に維持されている場合に最も高い効率が得られる。
【０００４】
一方、リニアコンプレッサの共振周波数は負荷状況によって変動するため、高い効率で運転を続けるためには、駆動周波数が共振周波数付近の許容範囲内に入るように、駆動周波数の変更処理が行なわれる。
【０００５】
駆動周波数が共振周波数に近づくとピストンの駆動に必要な電力が減少するため、一時的に過大な駆動電流がリニアモータに供給されることになる。このため、ピストンの振幅が目標の振幅を越えてシリンダの上壁に衝突するおそれがある。
【０００６】
このようなピストンのオーバーストロークを回避するために、たとえば、特開平１０−１１５２９０号公報に記載されたリニアコンプレッサの駆動装置では、駆動電流の基準となる電流指令値を算出する際の電流ゲインをあらかじめ数％減少させていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したリニアコンプレッサの駆動装置では、以下に示すような問題があった。
【０００８】
従来のリニアコンプレッサの駆動装置においては、駆動周波数を変更した後に、駆動周波数が共振周波数付近の許容範囲内であるかどうかが確認される。駆動周波数がその許容範囲内にない場合には、駆動周波数が許容範囲内に入るまで駆動周波数の変更とその確認が繰返される。
【０００９】
上述したように、駆動周波数を変更する際にはピストンのオーバーストロークを回避するために電流ゲインが数％削減される。このため、駆動周波数の変更が連続するとピストンの振幅（ストローク）が必要以上に小さくなることがあった。その結果、シリンダ内から吐出する吐出ガスの流量が減少してコンプレッサの効率が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、駆動周波数を変更する際に、ピストンのストロークが必要以上に小さくなることが防止できるリニアコンプレッサの駆動制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るリニアコンプレッサの駆動制御装置は、電流指令手段と、位置検出手段と、振幅検出手段と、周波数制御手段と、振幅制御手段とを備えている。電流指令手段は、ピストンの位置の基準となる位置関数に従って電流指令値を生成し、その電流指令値に応じた駆動電流を発生させる。位置検出手段は、シリンダ内におけるピストンの位置を検出する。振幅検出手段は、シリンダ内のピストンの振幅を検出する。周波数制御手段は、駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる。振幅制御手段は、振幅検出手段によって検出されたピストンの振幅に基いて、ピストンの振幅ををあらかじめ定められた目標の振幅に一致させる。周波数制御手段では、駆動周波数が目標の共振周波数の許容値の範囲内にない場合に、駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる処理が行なわれ、駆動周波数が許容値の範囲内にある場合には、駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる処理は行われない。また、振幅制御手段では、周波数制御手段において駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる際に、振幅検出手段によって検出されたピストンの振幅が、目標の振幅よりも小さい所定の基準振幅を超える場合には、ピストンの振幅を減少させるための振幅減少処理が行なわれ、ピストンの振幅が所定の基準振幅を超えない場合には振幅減少処理は行われない。
【００１２】
この構成によれば、周波数制御手段において駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる際に、ピストンの振幅が目標の振幅よりも小さい所定の基準振幅を超える場合には、ピストンの振幅を減少させるための振幅減少処理を行ない、ピストンの振幅が所定の基準振幅を超えない場合には振幅減少処理を行なわない。そして、駆動周波数が共振周波数の許容値の範囲内に入れば、駆動周波数の変更処理は行なわれず、ピストンの振幅は目標の振幅に合わせられることになる。これにより、駆動周波数を共振周波数に近づける処理を繰り返す場合でも、ピストンの振幅(ストローク)が必要以上に小さくなることがなくなる。その結果、ガスの吐出量が低下してリニアコンプレッサの効率が低下するのを防ぐことができる。
【００１３】
そのような振幅減少処理としては、電流指令手段で生成される電流指令値をあらかじめ定められた割合に減少させる処理を含んでいることが好ましい。また、位置関数の振幅をあらかじめ定められた割合に減少させる処理を含んでいることが好ましい。
【００１４】
好ましくは、シリンダ内におけるピストンの速度を検出するための速度検出手段と、電流指令手段で生成された電流指令値と速度検出手段で検出された速度との位相差を検出する位相差検出手段とを備え、周波数制御手段では、位相差検出手段によって検出された位相差がなくなるように位置関数の周波数が制御される。
【００１５】
これにより、駆動周波数が共振周波数に近づくように制御される。
また好ましくは、振幅検出手段では、その位置検出手段の検出結果に基づいてピストンの上死点と原点との間の長さに相当する上死点側振幅と、ピストンの下死点と原点との間の長さに相当する下死点側振幅とが検出され、振幅制御手段では、振幅検出手段によって検出された上死点側振幅および下死点側振幅のうちのいずれか大きい方が予め定められた目標の振幅に一致するように制御される。
【００１６】
これにより、ピストンの中立点が原点からずれたとしても、ピストンがシリンダの上壁面に衝突するのを防止できる。なお、ここでいう原点とは、位置関数の振動の中心として定義される点である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るリニアコンプレッサの駆動制御装置について説明する。まず図３に、リニアコンプレッサの構造の一例を示す。図３に示すように、リニアコンプレッサ１は、円筒上のケーシング１０の上端部および下端部にそれぞれ設けられた１対のシリンダ１１ａ、１１ｂと、そのシリンダ１１ａ、１１ｂ内にそれぞれ嵌挿された１対のピストン１２ａ、１２ｂとを備えている。
【００１８】
ピストン１２ａ、１２ｂのヘッドとシリンダ１１ａ、１１ｂの上壁との間には１対の圧縮室１３ａ、１３ｂがそれぞれ形成されている。各シリンダ１１ａ、１１ｂには、圧縮室１３ａ、１３ｂ内のガス圧に応じて開閉する吸入バルブ１４ａ、１４ｂと吐出バルブ１５ａ、１５ｂがそれぞれ取付けられている。
【００１９】
１対のピストン１２ａ、１２ｂは、１本のロッド１６の一方の端部および他方の端部にそれぞれ連結されている。そのロッド１６は、１対の軸受１７ａ、１７ｂおよびコイルばね１８ａ、１８ｂによって、ケーシング１０およびシリンダ１１ａ、１１ｂ内を往復動自在に支持されている。
【００２０】
また、リニアコンプレッサ１は、ピストン１２ａ、１２ｂを往復駆動するためのリニアモータ２０を備えている。リニアモータ２０はボイスコイルモータであって、ヨーク部１０ａおよび永久磁石２１を含む固定部と、コイル２３および円筒状の支持部材２４を含む可動部とを備えている。ヨーク部１０ａは、ケーシング１０の一部を構成している。永久磁石２１はヨーク部１０ａの内周壁に固定されている。
【００２１】
支持部材２４の一方の端部は、永久磁石２１と本体胴部１２外周壁との間の円筒状空間に遊挿され、他方の端部はロッド１６の中央部に連結されている。コイル２３は、支持部材２４の一方の端部に取付けられ、永久磁石２１に対向している。
【００２２】
ロッド１６の中央に突設したアーム１６０には、Ｎ極とＳ極とが一定ピッチで交互に着磁されたマグネット板４２が固定されている。ケーシング１０の内面に形成した突部１００には、マグネット板４２に対向して、ＭＲ素子４１が取付けられている。ＭＲ素子４１およびマグネット板４２によって変位センサ４が構成される。その変位センサ４は、変位に応じたＡ相およびＢ相の出力と、ロッド１６が１対のピストン１２ａ、１２ｂの原点位置に対したときのＺ相への出力を有している。
【００２３】
上述したリニアコンプレッサ１は、ピストン１２ａ、１２ｂ、ロッド１６、コイル２３および支持部材２４の質量、圧縮室１３ａ、１３ｂのガスのばね定数、コイルばね１８のばね定数などから決まる共振周波数を有している。この共振周波数は通常商用電力の周波数（たとえば６０Ｈｚ）付近に設定される。この共振周波数でリニアモータ２０を駆動することにより、高い効率にて上下１対の圧縮室１３ａ、１３ｂ内で交互にガスを圧縮することができる。
【００２４】
次に、リニアコンプレッサの駆動制御装置としての駆動装置について説明する。図１は駆動装置２の構成を示すブロック図である。図１に示すように、リニアコンプレッサ１の駆動装置２は、モータドライバ３、制御回路５およびセンサ信号処理回路６を備えている。モータドライバ３は、リニアコンプレッサ１のリニアモータに駆動電流Ｉを供給する。制御回路５は、ＣＰＵ、メモリ等からなるマイクロコンピュータによって構成され、ＣＰＵによる制御周期はたとえば１５０μｓｅｃである。
【００２５】
リニアコンプレッサ１に設けられた変位センサ４から出力されるセンサ信号Ｓはセンサ信号処理回路６に供給されて方形波に変換される。その方形波の個数がカウントされそのカウンタト値に基づいてピストンの変位を表わす位置データＰａが作成されて、制御回路５に供給される。
【００２６】
制御回路５は、センサ信号処理回路６からの位置データＰａに応じて制御信号φｃを作成し、その制御信号φｃをモータドライバ３へ出力して出力電流Ｉを制御する。
【００２７】
図２は、図１に示す制御回路５の構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御回路５は、位置指令値生成部３０、位置・速度制御部３１、電流指令手段としての電流指令値生成部３２、位置検出手段としての位置・速度検出部３３、振幅検出手段としての上下死点検出部３４、電流・速度位相差検出部３５、振幅制御手段としての電流ゲイン制御部３６および振幅中立位置制御部３７、周波数制御手段としての周波数制御部３８から構成されている。
【００２８】
位置・速度検出部３３は、センサ信号処理回路６から位置データＰａを取入れて、これを位置現在値Ｐｎｏｗとするとともに、位置現在値Ｐｎｏｗを微分して速度現在値Ｖｎｏｗを求める。
【００２９】
上下死点検出部３４は、位置・速度検出部３３から得られる一連の位置現在値Ｐｎｏｗに基づいて、ピストン１２ａ、１２ｂの上死点と原点との間の長さに相当する上死点側振幅および下死点と原点との間の長さに相当する下死点側振幅を検出する。上死点側振幅および下死点側振幅の検出は、位置指令Ｐｒｅｆの１サイクルが終了するごとに行われる。すなわち、位置指令Ｐｒｅｆがゼロクロス点（−→＋）を通過するごとに行なわれる。
【００３０】
電流・速度位相差検出部３５は、位置・速度検出部３３で生成された速度現在値Ｖｎｏｗと電流指令値生成部３２で生成された電流指令値Ｉｒｅｆとの位相差を検出する。この位相差は、現在の駆動周波数と共振周波数のずれに応じた値となる。この位相差の検出は、位置現在値Ｐｎｏｗの１サイクルが終了するごとに行われる。すなわち、位置現在値Ｐｎｏｗがゼロクロス点（−→＋）を通過するごとに行なわれる。
【００３１】
周波数制御部３８は、電流・速度位相差検出部３５によって検出された位相差があらかじめ定められた許容値を超えているかどうかを判断し、超えている場合は位相差がなくなるように制御する。すなわち、共振周波数が得られるように、位置指令値生成部３０で用いられる角周波数ωを補正し、補正後の角周波数ωを目標駆動周波数として位置指令値生成部３０へ供給する。
【００３２】
振幅中立位置制御部３７は、上下死点検出部３４で検出された上死点側振幅と下死点側振幅とを比較し、両振幅の差が小さくなるように位置指令値生成部３０で用いられるシフト量Ｂを位置指令値Ｐｒｅｆの１サイクルが終了するごとに制御する。すなわち、振幅中立位置制御部３７は、上死点側振幅の方が下死点側振幅よりも大きい場合はシフト量Ｂを負側（下方向）に補正する。一方、上死点側振幅の方が下死点側振幅よりも小さい場合はシフト量Ｂを正側（上方向）に補正する。
【００３３】
通常、シフト量Ｂはバルブの非対称性などの装置の特性によりほぼ一定になるため、シフト量Ｂの１回当りの作業量は小さな値（たとえば１μｍ）に設定されている。このようにシフト量Ｂを制御することにより、１対のピストン１２ａ、１２ｂのトップクリアランスを同じ値に精度よく制御することができる。
【００３４】
位置指令値生成部３０は、メモリに格納されたサインテーブルと、振幅Ａと、角周波数ωと、シフト量Ｂと、式Ｐｒｅｆ＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂ（正弦関数）とに基づいて位置指令値Ｐｒｅｆを生成し、生成した位置指令値Ｐｒｅｆを位置・速度制御部３１に与える。
【００３５】
位置指令値Ｐｒｅｆの生成に際し、位置指令値生成部３０は、位置関数としてのサインテーブルから一定の周期（たとえば４５０μｓｅｃ）で順次データを離散的に取出す。このときのデータの取り出し間隔によって駆動周波数が決まる。
【００３６】
位置・速度制御部３１は、位置指令値生成部３０で生成された位置指令値Ｐｒｅｆと位置・速度検出部３３で生成された位置現在値Ｐｎｏｗと偏差Ｐｒｅｆ−Ｐｎｏｗに基づいて速度指令値Ｖｒｅｆを生成する。さらに、速度指令値Ｖｒｅｆと位置・速度検出部３３で生成された速度現在値Ｖｎｏｗとの偏差Ｖｒｅｆ−Ｖｎｏｗに基づいて速度制御値Ｖｃを生成する。
【００３７】
電流ゲイン制御部３６は、上下死点検出部３４で検出された上死点側振幅と下死点側振幅とを比較し、上死点側振幅および下死点側振幅のうちのいずれか大きい方を最大振幅現在値Ａｎｏｗとし、この最大振幅現在値Ａｎｏｗがあらかじめ定められた最大振幅目標値Ａｒｅｆに一致するように電流指令値生成部３２で用いられる電流ゲインＧｉの値をピストン１２ａ、１２ｂの振動の１サイクルごとに制御する。
【００３８】
また、電流ゲイン制御部３６は、ピストン１２ａ、１２ｂの往復運動の数百サイクルに１回の割合で、電流・速度位相差検出部３５で検出された位相差があらかじめ定められた許容値を超えているかどうかを判断する。その位相差が許容値を超えていると判断される場合には、さらに位相差が所定の超過判断基準を超えているかどうかを判断する。
【００３９】
位相差が所定の超過判断基準を超えていると判断される場合には、駆動周波数が共振周波数に近づくように、角周波数ωを補正する。そして、最大振幅現在値Ａｎｏｗと所定の基準振幅（位置）との大小関係を判断する。
【００４０】
最大振幅現在値Ａｎｏｗが、所定の基準振幅よりも大きく最大振幅目標値Ａｒｅｆよりも小さいと判断される場合、すなわち、最大振幅現在値Ａｎｏｗが、所定の基準振幅を超える場合には、電流指令値生成部で用いられる電流ゲインＧｉの値を所定の割合だけ減少させる。一方、最大振幅現在値Ａｎｏｗが所定の基準振幅を超えない場合には、電流ゲインＧｉの値を減少させる処理を行なわない。
【００４１】
また、位相差が所定の許容値を超えているが、所定の超過判断基準を超えていないと判断される場合には、電流ゲインＧｉを減少させることなく、位置指令値生成部３０による最小分解能での周波数変更処理が実行される。
【００４２】
なお、この実施の形態では、位相差の所定の超過判断基準として後述するように２段階の判断基準が設定されている。
【００４３】
電流指令値生成部３２は、位置・速度制御部３１で生成された速度制御値Ｖｃと、電流ゲインＧｉと、式Ｉｒｅｆ＝Ｇｉ×Ｖｃとに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆを生成する。さらに電流指令値Ｉｒｅｆを制御信号φｃに変換してモータドライバ３に与える。モータドライバ３の出力電流Ｉの制御は、たとえばＰＷＭ方式で行なわれる。
【００４４】
上述した制御回路５においては、まず位置指令値生成部３０で位置指令値Ｐｒｅｆが生成され、位置・速度制御部３１で速度制御値Ｖｃが生成され、電流指令値生成部３２で制御信号φｃが生成される。モータドライバ３からリニアモータ２０のコイル２３に電流が供給されると、リニアモータ２０の可動部が往復運動を開始してガスの圧縮が開始される。
【００４５】
次に、図４および図５に示すフローチャートに基づいて、制御回路５の具体的な制御手続について説明する。まず、ステップＳ０では、サインテーブルから順次データを取り出す際のデータ取り出し間隔拡張値が算出される。
【００４６】
次に、ステップＳ１では、位置・速度検出部３３によって位置データＰａの読込が行なわれ、ステップＳ２では、位置・速度検出部３３によって位置現在値Ｐｎｏｗおよび速度現在値Ｖｎｏｗが算出される。
【００４７】
ステップＳ３では、位置・速度制御部３１によって速度制御が行なわれる。すなわち、位置・速度制御部３１は、速度指令値Ｖｒｅｆと速度現在値Ｖｎｏｗとの偏差に基づいて速度制御値Ｖｃを生成し、電流指令値生成部３２に与える。
【００４８】
ステップＳ４では、電流指令値生成部３２によって速度制御値Ｖｃと電流ゲインＧｉとの積である電流指令値Ｉｒｅｆが生成される。ステップＳ５では、電流指令値生成部３２から電流指令値Ｉｒｅｆに応じた電流指令データ、すなわち制御信号φｃがモータドライバ３に出力される。
【００４９】
ステップＳ６では、制御回路５に含まれる第１カウンタ（図示せず）のカウンタ値がインクリメント（＋１）される。ステップＳ７では、第１カウンタのカウント値が設定値（本実施の形態では３）に到達したか否かが判断される。
【００５０】
ステップＳ７において、第１カウンタのカウント値が設定値に到達したと判断される場合には、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、位置指令値生成部３０において、位置補正量および周波数設定値に基づいて振幅Ａおよび角周波数ωが生成される。さらに、サインテーブルのデータ、振幅Ａ、シフト量Ｂおよび角周波数ωに基づいて、位置指令値Ｐｒｅｆ＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂが生成される。
【００５１】
次に、ステップＳ９では、位置・速度制御部３１によって位置制御が行なわれる。すなわち、位置・速度制御部３１は、位置指令値Ｐｒｅｆと位置現在値Ｐｎｏｗとの偏差に基づいて速度指令値Ｖｒｅｆを生成する。位置制御が終了した後に、ステップＳ１０に移行して第１カウンタのカウント値がリセットされる。
【００５２】
ステップＳ７において第１カウンタのカウント値が設定値に到達していないと判断される場合には、ステップＳ８〜Ｓ１０は実行されない。
【００５３】
次にステップＳ１１では、位置・速度検出部３３によって位置指令値Ｐｒｅｆの１サイクルが終了したか否かが判断される。なお、この判断は位置現在値が負の値から正の値にゼロクロスしたかどうかの判断に代えることも可能である。
【００５４】
そのステップＳ１１において、位置指令値Ｐｒｅｆの１サイクルが終了したと判断される場合にはステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、上下死点検出部３４によって、位置・速度検出部３３から得られる位置現在値Ｐｎｏｗの最大値および最小値に基づいて、ピストン１２ａ、１２ｂの上死点側振幅および下死点側振幅が算出される。
【００５５】
次にステップ１３では、振幅中立位置制御手段３７によって上死点側振幅と下死点側振幅の大小関係が比較され、上死点側振幅の方が下死点側振幅より大きいと判断される場合には、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、振幅中立位置制御部３７によってシフト量Ｂの補正量として負の補正量が設定される。次にステップＳ１５では、最大振幅現在値Ａｎｏｗとして上死点側振幅が設定される。
【００５６】
ステップＳ１３における上死点側振幅と下死点側振幅との大小比較の結果、下死点側振幅の方が上死点側振幅よりも大きいと判断される場合には、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、振幅中立位置制御部３７によってシフト量Ｂの補正量として正の補正量が設定される。次にステップＳ１７では、最大振幅現在値Ａｎｏｗとして下死点側振幅が設定される。
【００５７】
次にステップＳ１８では、電流ゲイン制御部３６によって最大振幅現在値Ａｎｏｗが最大振幅目標値Ａｒｅｆに一致するように電流ゲインＧｉが制御、設定される。ステップＳ１９では、上下死点検出部３４において位置現在値Ｐｎｏｗの最大値および最小値がリセットされる。
【００５８】
ステップＳ１１において、位置指令値Ｐｒｅｆの１サイクルが終了しないと判断される場合には、ステップＳ１２〜Ｓ１９は実行されない。次にステップＳ２０では、上下死点検出部３４において位置現在値Ｐｎｏｗの最大値および最小値の検出・保持が行なわれる。
【００５９】
ステップＳ２１では、位置・速度検出部３３によって位置現在値Ｐｎｏｗの１サイクルが終了したか否かが判断される。なお、この判断は位置現在値が負の値から正の値にゼロクロスしたかどうかの判断に代えることも可能である。そのステップＳ２１において、位置現在値Ｐｎｏｗの１サイクルが終了したと判断される場合には、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２では、電流・速度位相差検出部３５によって電流指令値Ｉｒｅｆと速度現在値Ｖｎｏｗの位相差が検出される。
【００６０】
次にステップＳ２３では、第２カウンタ（図示せず）のカウント値がインクリメントされる。次にステップＳ２４では、第２カウンタのカウント値が設定値（たとえば３００）に到達したか否かが判断される。ステップＳ２４において、第２カウンタのカウント値が設定値に到達したと判断される場合には、ステップＳ２５に移行する。
【００６１】
ステップＳ２５では、電流・速度位相差検出部３５によって電流指令値Ｉｒｅｆと速度現在値Ｖｎｏｗの位相差が許容値以内であるか否かが判断される。ステップＳ２５において、位相差が許容値以内でないと判断される場合には、ステップＳ２６に移行する。
【００６２】
ステップＳ２６では、位相差が第１の超過判断基準を超えているか否かが判断される。ステップＳ２６において、位相差が第１の超過判断基準を超えていないと判断される場合にはステップＳ２７に移行する。
【００６３】
ステップＳ２７では、位相差が第１の超過判断基準よりもさらに小さな第２の超過判断基準を超えているか否かが判断される。ステップＳ２７において、位相差が第２の超過判断基準を超えていないと判断される場合には、ステップＳ２８に移行する。
【００６４】
ステップＳ２８では、周波数制御部３８によってピストンの駆動周波数を最小分解能だけ変更するための手続が実行される。具体的には、周波数を増大させるときにはデータ取り出し間隔拡張値に１を加算し、周波数を減少させるときにはデータ取り出し間隔拡張値から１を減算して、データ取り出し間隔拡張値を更新する手続が実行される。次にステップＳ２９では、第２カウンタのカウント値がリセットされる。
【００６５】
ステップＳ２１において、位置現在値Ｐｎｏｗの１サイクルが終了していないと判断される場合には、ステップＳ２２〜Ｓ２９は実行されない。
【００６６】
ステップＳ２４において、第２カウンタのカウント値が設定値に到達していないと判断される場合には、ステップＳ２５〜Ｓ２９は実行されない。またステップＳ２５において、位相差が許容値以内であると判断される場合には、ステップＳ２６〜Ｓ２８は実行されない。
【００６７】
ステップＳ２６において、位相差が第１の超過判断基準を超えていると判断される場合にはステップＳ３３に移行する。ステップＳ３３では、周波数の変更量を大きな値（たとえば０．１５Ｈｚ）に設定して、周波数の制御・設定を実行する。
【００６８】
次にステップＳ３４では、振幅中立位置制御部３７によってピストンの振幅が所定の基準振幅（基準位置）を超えているか否かが判断される。ステップＳ３４において、図６に示すように、ピストンの振幅が基準位置を超えていると判断される場合には、ステップＳ３５に移行する。ステップＳ３５では、電流ゲイン制御部３６によって電流指令値の電流ゲインを所定値（たとえば３０％）だけ削減して、ステップＳ２９に移行する。
【００６９】
ステップＳ３４において、ピストンの振幅が基準位置を超えていると判断されない場合、すなわち図７に示すように、ピストンの振幅が基準位置よりも小さい場合には、ステップＳ３５は実行されずステップＳ２９に移行する。
【００７０】
またステップＳ２７において、位相差が第２の超過基準を超えていると判断される場合には、ステップＳ３０に移行する。ステップＳ３０では、周波数の変更量を小さな値（たとえば０．０３Ｈｚ）に設定して、周波数の制御・設定を実行する。
【００７１】
次にステップＳ３１では、振幅中立位置制御部３７によってピストンの振幅が所定の基準位置を超えているか否かが判断される。図６に示すように、ピストンの振幅が所定の基準位置を超えていると判断される場合にはステップＳ３２に移行する。ステップＳ３２では、電流ゲイン制御部３６によって電流指令値の電流ゲインを所定値（たとえば１５％）だけ削減してステップＳ２９に移行する。
【００７２】
ステップＳ３１において、図７に示すように、ピストンの振幅が所定の基準位置を超えない場合には、ステップＳ３２は実行されずステップＳ２９に移行する。
【００７３】
次にステップＳ３６では、リニアコンプレッサの運転中止等により制御を終了すべきか否かが判断される。制御を終了すべきと判断される場合には手続を終了する。一方、制御を終了すべきでないと判断される場合にはステップＳ１に戻って上述した制御を繰返す。
【００７４】
上述したフローチャートによれば、電流と速度の位相差が許容値の範囲内にある場合には駆動周波数変更処理は行われないが、その位相差が許容値の範囲内にない場合、すなわち駆動周波数が共振周波数からずれている場合には、駆動周波数の変更処理が行なわれることになる。このとき、駆動周波数の変更とともに所定の電流ゲインの削減処理が行なわれる。
【００７５】
すなわち、ステップＳ３１、Ｓ３４において説明したように、ピストンの振幅が所定の基準位置を超えていると判断される場合には、電流ゲインの削減が行なわれる。一方、ピストンの振幅が基準位置を超えない場合には、電流ゲインの削減は行なわれない。
【００７６】
このように、駆動周波数の変更の際にピストンの振幅が基準位置を超えない場合には電流ゲインの削減を行なわないようにすることで、駆動周波数の変更を繰り返して行なう場合にピストンのストロークが必要以上に小さくなることがなくなる。そして、駆動周波数が共振周波数の許容値の範囲内に入ると駆動周波数の変更処理を行わずに、ピストンの振幅が目標の振幅に一致するように電流ゲインが制御されることで、ピストンが目標の振幅に早く復帰することができる。
【００７７】
その結果、吐出ガス量が大きく減少することがなくなってリニアコンプレッサの効率が低下するのを防止することができる。また、その基準位置付近がピストンのストロークの最小値となり、目標ストロークの近傍で駆動することができる。
【００７８】
なお、上記実施の形態では、ピストンの振幅を減少させるために電流ゲインを所定の割合だけ減らしたが、この他に、たとえば、位置関数としてのサインテーブルの値を所定の割合だけ減少させるようにしてもよい。
【００７９】
また、上記実施の形態では、リニアコンプレッサとして２ピストン型のものを例に挙げて説明したが、１ピストン型のものに適用しても、ピストンのストロークが必要以上に小さくなることを防止することができて吐出ガス量が大きく減少するのを防ぐことができ、リニアコンプレッサの効率の高い運転を行なうことが可能になる。
【００８０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８１】
【発明の効果】
本発明に係るリニアコンプレッサの駆動制御装置によれば、周波数制御手段において駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる際に、ピストンの振幅が目標の振幅よりも小さい所定の基準振幅を超える場合には、ピストンの振幅を減少させるための振幅減少処理を行ない、ピストンの振幅が所定の基準振幅を超えない場合には振幅減少処理を行なわない。そして、駆動周波数が共振周波の許容値の範囲内に入れば、駆動周波数の変更処理は行なわれず、ピストンの振幅は目標の振幅に合わせられることになる。これにより、駆動周波数を共振周波数に近づける処理を繰り返す場合でも、ピストンの振幅(ストローク)が必要以上に小さくなることがなくなる。その結果、ガスの吐出量が低下してリニアコンプレッサの効率が低下するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るリニアコンプレッサの駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施の形態において、駆動制御装置における制御回路のブロック図である。
【図３】同実施の形態におけるリニアコンプレッサの構造を示す断面図である。
【図４】同実施の形態において、制御回路の制御手続の前半を表わすフローチャートである。
【図５】同実施の形態において、制御回路の制御手続の後半を表わすフローチャートである。
【図６】同実施の形態において、ピストンの変位を示す第１のグラフである。
【図７】同実施の形態において、ピストンの変位を示す第２のグラフである。
【符号の説明】
１リニアコンプレッサ、２駆動制御装置、３モータドライバ、４変位センサ、５制御回路、１１ａ、１１ｂシリンダ、１２ａ、１２ｂピストン、２０リニアモータ。

Claims

ピストンの位置の基準となる位置関数に従って電流指令値を生成し、前記電流指令値に応じた駆動電流を発生させるための電流指令手段と、
シリンダ内におけるピストンの位置を検出するための位置検出手段と、
シリンダ内のピストンの振幅を検出するための振幅検出手段と、
前記駆動周波数を目標の共振周波数に合わせるための周波数制御手段と、
前記振幅検出手段によって検出されたピストンの前記振幅に基いて、ピストンの振幅をあらかじめ定められた目標の振幅に一致させるための振幅制御手段と
を備え、
前記周波数制御手段では、前記駆動周波数が目標の共振周波数の許容値の範囲内にない場合に、前記駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる処理が行なわれ、前記駆動周波数が前記許容値の範囲内にある場合には、前記駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる処理は行われず、
前記振幅制御手段では、前記周波数制御手段において前記駆動周波数を目標の共振周波数に合わせる際に、前記振幅検出手段によって検出されたピストンの前記振幅が、前記目標の振幅よりも小さい所定の基準振幅を超える場合には、ピストンの前記振幅を減少させるための振幅減少処理が行なわれ、ピストンの前記振幅が前記所定の基準振幅を超えない場合には前記振幅減少処理は行われない、リニアコンプレッサの駆動制御装置。
前記振幅減少処理は、前記電流指令手段で生成される前記電流指令値をあらかじめ定められた割合に減少させる処理を含む、請求項１記載のリニアコンプレッサの駆動制御装置。
前記振幅減少処理は、前記位置関数の振幅をあらかじめ定められた割合に減少させる処理を含む、請求項１記載のリニアコンプレッサの駆動制御装置。
シリンダ内におけるピストンの速度を検出するための速度検出手段と、
前記電流指令手段で生成された電流指令値と、前記速度検出手段で検出された速度との位相差を検出する位相差検出手段と、
を備え、
前記周波数制御手段では、前記位相差検出手段によって検出された位相差がなくなるように前記位置関数の周波数が制御される、請求項１〜３のいずれかに記載のリニアコンプレッサの駆動制御装置。
前記振幅検出手段では、前記位置検出手段の検出結果に基づいてピストンの上死点と原点との間の長さに相当する上死点側振幅と、ピストンの下死点と原点との間の長さに相当する下死点側振幅とが検出され、
前記振幅制御手段では、前記振幅検出手段によって検出された前記上死点側振幅および前記下死点側振幅のうちのいずれか大きい方が、あらかじめ定められた前記目標の振幅に一致するように制御される、請求項１〜４のいずれかに記載のリニアコンプレッサの駆動制御装置。