【０００１】[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装置に関するものである。The present invention relates to a driving device for a linear compressor, and more particularly to a driving device for a linear compressor in which a piston is reciprocated in a cylinder by a linear motor to generate compressed gas.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art In recent years, a linear compressor has been developed as a mechanism for compressing expanded refrigerant gas in a cooling device such as a refrigerator. In this linear compressor, gas is compressed by reciprocating a piston in a cylinder by a linear motor.
【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
る場合に最も高い体積効率が得られる。[0003] In such a linear compressor, high efficiency is obtained when the phase of the drive current of the linear motor and the phase of the piston speed coincide. That is, high efficiency is obtained when the frequency of the drive current matches the resonance frequency determined by the hardware configuration of the linear compressor, the spring constant of the gas, and the like. The highest volumetric efficiency is obtained when the closest distance between the piston head and the end of the inner wall of the cylinder is maintained at a minimum value.
【０００４】ところで、リニアコンプレッサの駆動周波
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、ピストンの駆動を制御する必要があ
る。[0004] Since the driving frequency of the linear compressor fluctuates depending on the load condition, it is necessary to control the driving of the piston in order to continue the operation with high efficiency.
【０００５】たとえば、特開平９-１１２４３９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、ピス
トンの中立位置を一定に保持するのに必要な目標電力と
駆動電力との値の差が検出されて、その差に応じた交流
電源の出力電圧が制御されていた。For example, in a linear compressor driving device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-112439, a difference between a target power and a driving power required to maintain a neutral position of a piston constant is detected. The output voltage of the AC power supply is controlled according to the difference.
【０００６】また、交流電源の出力電圧と交流電源から
リニアモータに流れる電流との位相差が検出されて、そ
の検出値に応じた値だけ交流電源の出力電圧が制御され
ていた。Further, a phase difference between the output voltage of the AC power supply and the current flowing from the AC power supply to the linear motor is detected, and the output voltage of the AC power supply is controlled by a value corresponding to the detected value.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リニアコンプレッサの駆動装置においては、以下に示す
ような問題点があった。However, the conventional linear compressor drive has the following problems.
【０００８】上述したように、従来のリニアコンプレッ
サの駆動装置においては、駆動電力を求めるために、ま
た、出力電圧と電流との位相差を検出するために、電圧
検出装置に加えて電流検出装置が必要とされ、駆動装置
の構成が複雑になった。As described above, in the conventional linear compressor drive device, in addition to the voltage detection device, the current detection device is used in order to obtain the drive power and to detect the phase difference between the output voltage and the current. Is required, and the configuration of the driving device is complicated.
【０００９】また、従来の駆動装置では、ピストンの位
置を正確に把握することができないため、ピストンの駆
動を精密に制御することができず、高い効率を維持して
リニアコンプレッサを駆動することが困難であった。Further, in the conventional drive device, since the position of the piston cannot be accurately grasped, the drive of the piston cannot be precisely controlled, and the linear compressor can be driven while maintaining high efficiency. It was difficult.
【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、リニアコンプレッサの負荷の変動に
対して比較的簡単な構成によりピストンの駆動を精密に
制御することができるリニアコンプレッサの駆動装置を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a linear compressor which can precisely control the driving of a piston with a relatively simple structure against a change in the load of the linear compressor. It is an object to provide a driving device.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係るリニアコン
プレッサの駆動装置は、リニアモータを有するリニアコ
ンプレッサの駆動装置であって、電源部と、位相差検出
手段と、補正制御手段とを備えている。電源部は、所定
の角周波数ωの駆動電圧Ｖをリニアモータに印加する。
位相差検出手段は、ピストンの駆動に伴ってリニアモー
タに発生する逆起電圧Ｅと駆動電圧Ｖとの位相差θを検
出する。補正制御手段は、駆動電圧の角周波数を共振周
波数に合わせる。補正制御手段は、駆動電流Ｉと逆起電
圧Ｅとの位相差φおよび位相差検出手段において検出さ
れた位相差θの関係から、位相差θに基づいて位相差φ
を算出し、算出された位相差φが実質的に０になるよう
に、駆動電圧Ｖの角周波数ωを制御する機能を有する。
電源部は、補正制御手段によって制御された角周波数ω
に基づく駆動電圧Ｖをリニアコンプレッサに印加する。A drive device for a linear compressor according to the present invention is a drive device for a linear compressor having a linear motor, and includes a power supply unit, a phase difference detecting means, and a correction control means. I have. The power supply unit applies a drive voltage V having a predetermined angular frequency ω to the linear motor.
The phase difference detecting means detects a phase difference θ between the back electromotive voltage E and the drive voltage V generated in the linear motor as the piston is driven. The correction control unit adjusts the angular frequency of the drive voltage to the resonance frequency. The correction control means determines the phase difference φ based on the phase difference θ from the relationship between the phase difference φ between the drive current I and the back electromotive voltage E and the phase difference θ detected by the phase difference detection means.
And a function of controlling the angular frequency ω of the drive voltage V so that the calculated phase difference φ becomes substantially zero.
The power supply unit controls the angular frequency ω controlled by the correction control unit.
Is applied to the linear compressor.
【００１２】リニアコンプレッサにおいては、駆動周波
数が共振周波数に略一致しているときは、駆動電流Ｉと
逆起電圧Ｅとの位相差φは略０°となる。この構成によ
れば、その位相差φを直接検知せずに、駆動電圧Ｖと逆
起電圧Ｅとの位相差θに基づいて位相差φの値が実質的
に０になるように駆動電圧の角周波数ωが制御され、そ
して、この制御された角周波数ωに基づく駆動電圧をリ
ニアモータに供給することで駆動周波数が共振周波数に
合わせられる。これにより、駆動電流Ｉを検出する手段
が不用となり、リニアコンプレッサの駆動装置が複雑に
なるのを防止するとともに、リニアコンプレッサの負荷
の変動に対してピストンの駆動を制御することができ
て、効率を下げることなく運転を維持することができ
る。In the linear compressor, when the drive frequency substantially matches the resonance frequency, the phase difference φ between the drive current I and the back electromotive voltage E is substantially 0 °. According to this configuration, without directly detecting the phase difference φ, the drive voltage is adjusted so that the value of the phase difference φ becomes substantially 0 based on the phase difference θ between the drive voltage V and the back electromotive voltage E. The angular frequency ω is controlled, and a drive voltage based on the controlled angular frequency ω is supplied to the linear motor to adjust the drive frequency to the resonance frequency. This eliminates the need for a means for detecting the drive current I, thereby preventing the drive device of the linear compressor from becoming complicated, and controlling the drive of the piston in response to a change in the load of the linear compressor, thereby improving the efficiency. The operation can be maintained without lowering the power.
【００１３】具体的には、補正制御手段では、位相差φ
として、駆動電圧Ｖ、駆動電圧Ｖの角周波数ω、リニア
モータの電磁コイルのインダクタンスＬ、抵抗Ｒ、逆起
電圧Ｅおよび位相差θに基づいて、次の式、 φ＝ｔａｎ-1[Ｖｓｉｎθ／（Ｖｃｏｓθ−Ｅ）]−ｔａ
ｎ-1（ωＬ／Ｒ） によって与えられる位相差が算出される。Specifically, in the correction control means, the phase difference φ
Based on the driving voltage V, the angular frequency ω of the driving voltage V, the inductance L of the electromagnetic coil of the linear motor, the resistance R, the back electromotive voltage E, and the phase difference θ, the following equation is obtained: φ = tan−1 [Vsin θ / (Vcos θ-E)]-ta
The phase difference given by n-1 (ωL / R) is calculated.
【００１４】好ましくは、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を備え、その位相
差検出手段では、位相差θとして、位置検出手段によっ
て検出されたピストンの位置から求められるピストンの
速度と駆動電圧Ｖとの位相差が検出される。Preferably, there is provided position detecting means for detecting the position of the piston in the cylinder, and the phase difference detecting means determines the phase difference θ from the position of the piston detected from the position of the piston detected by the position detecting means. The phase difference between the speed and the drive voltage V is detected.
【００１５】この場合には、リニアコンプレッサの負荷
が変動しても、位置検出手段から送られるピストンの実
際の位置データから求められる速度と駆動電圧Ｖとに基
づいて駆動電圧Ｖの角周波数ωが随時変更されること
で、リニアコンプレッサの駆動をより精密に制御するこ
とができ、効率を下げることなく運転を維持することが
できる。In this case, even if the load of the linear compressor fluctuates, the angular frequency ω of the drive voltage V is determined based on the drive voltage V and the speed obtained from the actual position data of the piston sent from the position detection means. By being changed as needed, the drive of the linear compressor can be controlled more precisely, and the operation can be maintained without lowering the efficiency.
【００１６】また好ましくは、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を備え、その
位相差検出手段では、位相差θとして、位置検出手段に
よって検出されたピストンの位置と駆動電圧Ｖとの位相
差から９０°を差引いた値が検出される。Preferably, the apparatus further includes position detecting means for detecting the position of the piston in the cylinder, and the phase difference detecting means detects the position of the piston detected by the position detecting means and the driving voltage V as a phase difference θ. A value obtained by subtracting 90 ° from the phase difference is detected.
【００１７】この場合にも、位置検出手段から送られる
ピストンの実際の位置データと駆動電圧Ｖとに基づいて
駆動電圧Ｖの角周波数ωが随時変更されることで、リニ
アコンプレッサの駆動をより精密に制御することがで
き、効率を下げることなく運転を維持することができ
る。In this case as well, the angular frequency ω of the driving voltage V is changed as needed based on the actual position data of the piston sent from the position detecting means and the driving voltage V, so that the driving of the linear compressor can be performed more precisely. , And the operation can be maintained without lowering the efficiency.
【００１８】[0018]
【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
２に、リニアコンプレッサの構造の一例を示す。図２に
示すように、リニアコンプレッサ１は、円筒状のケーシ
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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A drive control device for a linear compressor according to an embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 2 shows an example of the structure of a linear compressor. As shown in FIG. 2, the linear compressor 1 has a cylindrical casing 10 provided at an upper end and a lower end thereof, respectively.
A pair of cylinders 11a, 11b and their cylinders 11a,
11b, a pair of pistons 12a respectively fitted into
12b.
【００１９】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１３
ａ、１３ｂがそれぞれ形成されている。各シリンダ１１
ａ、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１
５ａ、１５ｂがそれぞれ取付けられている。A pair of compression chambers 13 is provided between the heads of the pistons 12a and 12b and the upper walls of the cylinders 11a and 11b.
a and 13b are respectively formed. Each cylinder 11
a and 11b have suction valves 14a and 14b and a discharge valve 1 which open and close according to the gas pressure in the compression chambers 13a and 13b.
5a and 15b are respectively attached.
【００２０】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。The pair of pistons 12a and 12b are connected to one end and the other end of one rod 16, respectively. The rod 16 has a pair of bearings 17a,
The casing 10 and the cylinders 11a and 11b are reciprocally supported by the casing 17 and the coil springs 18a and 18b.
【００２１】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１
０ａの内周壁に固定されている。The linear compressor 1 has a linear motor 20 for reciprocatingly driving the pistons 12a and 12b.
It has. The linear motor 20 is a voice coil motor, and includes a fixed portion including a yoke portion 10a and a permanent magnet 21, and a movable portion including a coil 23 and a cylindrical support member 24. The yoke part 10a forms a part of the casing 10. The permanent magnet 21 is the yoke 1
0a is fixed to the inner peripheral wall.
【００２２】支持部材２４の一方の端部は、永久磁石２
１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。One end of the support member 24 is
1 is loosely inserted into a cylindrical space between the body 1 and the outer peripheral wall, and the other end is connected to the center of the rod 16. The coil 23 is attached to one end of the support member 24 and faces the permanent magnet 21.
【００２３】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、１２
ｂの原点位置に対したときのＺ相への出力を有してい
る。An arm 160 projecting from the center of the rod 16
Is fixed to a magnet plate 42 in which N poles and S poles are alternately magnetized at a constant pitch. An MR element 41 is attached to the protrusion 100 formed on the inner surface of the casing 10 so as to face the magnet plate 42. MR element 41
And the magnet plate 42 constitute the displacement sensor 4. The displacement sensor 4 includes an A phase and a B
The output of the phase and the rod 16 is a pair of pistons 12a, 12a.
b has an output to the Z-phase when it is at the origin position.
【００２４】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。The linear compressor 1 described above has a resonance frequency determined by the masses of the pistons 12a and 12b, the rod 16, the coil 23 and the support member 24, the gas spring constant of the compression chambers 13a and 13b, the spring constant of the coil spring 18, and the like. Have. This resonance frequency is usually set near the frequency of commercial power (for example, 60 Hz). By driving the linear motor 20 at this resonance frequency, the gas can be alternately compressed in the pair of upper and lower compression chambers 13a and 13b with high efficiency.
【００２５】次に、リニアコンプレッサ１の駆動装置２
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、電源部４、位置検出部５および制御
回路３を備えている。制御回路３は、位相検出部６およ
び補正制御部７を有している。電源部４は、補正制御部
７から与えられた電圧値制御信号に基づいた電圧をリニ
アコンプレッサ１に出力する。Next, the driving device 2 of the linear compressor 1
Will be described. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of the driving device 2. As shown in FIG. 1, the driving device 2 of the linear compressor 1 includes a power supply unit 4, a position detection unit 5, and a control circuit 3. The control circuit 3 has a phase detection unit 6 and a correction control unit 7. The power supply unit 4 outputs a voltage based on the voltage value control signal given from the correction control unit 7 to the linear compressor 1.
【００２６】位置検出部５では、リニアコンプレッサに
設けられた変位センサ４から出力される信号を検知し
て、たとえば方形波に変換される。その方形波の個数が
カウントされ、そのカウント値に基づいてピストンの変
位を表す位置データが作成される。さらに、この位置デ
ータを微分することでピストンの速度を表す速度データ
が作成される。The position detector 5 detects a signal output from the displacement sensor 4 provided in the linear compressor and converts the signal into, for example, a square wave. The number of the square waves is counted, and position data representing the displacement of the piston is created based on the count value. Furthermore, speed data representing the speed of the piston is created by differentiating the position data.
【００２７】位相検出部６では、位置検出部５から与え
られた位置データに基づくピストンの変位と、補正制御
部７から電源部４へ送られる電圧値制御信号に基づく駆
動電圧との位相差が検出される。In the phase detector 6, the phase difference between the displacement of the piston based on the position data given from the position detector 5 and the drive voltage based on the voltage control signal sent from the correction controller 7 to the power supply 4 is calculated. Is detected.
【００２８】ここで、その位相差について説明する。リ
ニアコンプレッサ１に塔載されているリニアモータ２０
は、交流電源５０と電磁コイル３０を接続して構成され
る。図３はその等価回路を示した図である。Here, the phase difference will be described. The linear motor 20 mounted on the linear compressor 1
Is configured by connecting an AC power supply 50 and an electromagnetic coil 30. FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit thereof.
【００２９】図３に示すように、電磁コイル３０のイン
ダクタンスＬ、電磁コイル３０の巻線抵抗Ｒ、電磁コイ
ル３０に発生する逆起電力Ｅ、駆動電圧をＶおよび等価
回路中を流れる電流をＩとすると、まず、インダクタン
スＬによる電圧降下はωＬＩ、巻線抵抗Ｒによる電圧降
下はＲＩで表される。As shown in FIG. 3, the inductance L of the electromagnetic coil 30, the winding resistance R of the electromagnetic coil 30, the back electromotive force E generated in the electromagnetic coil 30, the driving voltage is V, and the current flowing through the equivalent circuit is I Then, first, the voltage drop due to the inductance L is represented by ωLI, and the voltage drop due to the winding resistance R is represented by RI.
【００３０】また、逆起電力Ｅは、電磁コイル３０とリ
ニアモータの永久磁石との相対移動速度に依存し、次の
式に示すように、角周波数ωとピストンの変位ｘ（また
は、速度）に比例する。The back electromotive force E depends on the relative moving speed between the electromagnetic coil 30 and the permanent magnet of the linear motor, and as shown in the following equation, the angular frequency ω and the displacement x (or speed) of the piston Is proportional to
【００３１】 Ｅ＝ω・ｘ／２・２-1/2・Κν（Κ、νは定数） （式１） そして、図４に示すように、駆動電圧Ｖは、インダクタ
ンスＬによる電圧降下ωＬＩ、巻線抵抗による電圧降下
ＲＩおよび逆起電力Ｅの合成ベクトルとして表される。
このベクトル図において、駆動電圧Ｖと逆起電圧Ｅとの
なす角度θは、駆動電流Ｅとピストンの速度との位相差
θを示す。また、電圧降下ＲＩと逆起電圧Ｅとのなす角
度φは、駆動電流Ｉとピストンの速度との位相差φを示
す。E = ω · x / 2 · 2−1 /2 · Κν (Κ, ν is a constant) (Equation 1) Then, as shown in FIG. 4, the driving voltage V is a voltage drop ωLI due to the inductance L, It is represented as a composite vector of the voltage drop RI and the back electromotive force E due to the winding resistance.
In this vector diagram, the angle θ between the drive voltage V and the back electromotive voltage E indicates the phase difference θ between the drive current E and the speed of the piston. An angle φ between the voltage drop RI and the back electromotive voltage E indicates a phase difference φ between the drive current I and the speed of the piston.
【００３２】この位相検出部６では、駆動電圧Ｖと逆起
電力Ｅとのベクトルがなす角度θが求められて、その値
が補正制御部７へ送られる。The phase detector 6 determines the angle θ formed by the vector of the drive voltage V and the back electromotive force E, and sends the value to the correction controller 7.
【００３３】補正制御部７では、位相検出部６で求めら
れた位相差θ、逆起電力Ｅ、角周波数ω、駆動電圧Ｖ、
インダクタンスＬおよび巻線抵抗Ｒに基づいて、次の
式、 φ＝ｔａｎ-1[Ｖｓｉｎθ／（Ｖｃｏｓθ−Ｅ）]−ｔａｎ-1（ωＬ／Ｒ） （式２） によって表される角度（位相差）φが求められる。In the correction controller 7, the phase difference θ, the back electromotive force E, the angular frequency ω, the drive voltage V,
Based on the inductance L and the winding resistance R, the angle (phase difference) represented by the following equation: φ = tan−1 [V sin θ / (V cos θ−E)] − tan−1 (ωL / R) (Equation 2) ) Φ is required.
【００３４】次に、求められた角度φの値が実質的に０
になるように、角周波数ωの値が制御される。具体的に
は、角度φの値が正の値として算出される場合には、角
周波数ωの値がより小さくなるように補正される。一
方、角度φの値が負の値として算出される場合には、角
周波数ωの値がより大きくなるように補正される。Next, the value of the obtained angle φ is substantially zero.
The value of the angular frequency ω is controlled such that Specifically, when the value of the angle φ is calculated as a positive value, the correction is performed so that the value of the angular frequency ω becomes smaller. On the other hand, when the value of the angle φ is calculated as a negative value, correction is made so that the value of the angular frequency ω becomes larger.
【００３５】そして、補正制御部７は、その補正された
角周波数ωに基づいた電圧値制御信号を電源部４へ出力
する。さらに、補正制御部７では、その電圧値制御信号
に基づいたリニアコンプレッサの駆動に伴う、新たな逆
起電力Ｅや位相差θ等の値に基づいて角度φが算出され
る。算出された角度φの値に基づいて上記と同様に角周
波数ωの補正が行なわれる。補正制御部７では、リニア
コンプレッサが駆動している間は、この処理が繰返され
る。Then, the correction control section 7 outputs a voltage value control signal based on the corrected angular frequency ω to the power supply section 4. Further, the correction controller 7 calculates the angle φ based on new values of the back electromotive force E, the phase difference θ, and the like accompanying the driving of the linear compressor based on the voltage value control signal. Based on the calculated value of the angle φ, the angular frequency ω is corrected in the same manner as described above. In the correction control section 7, this process is repeated while the linear compressor is being driven.
【００３６】このように、角度φの値が正の値として算
出される場合には角周波数ωの値をより小さくなるよう
に補正し、一方、角度φの値が負の値として算出される
場合には角周波数ωの値をより大きくなるように補正す
ることで、角度φの値が実質的に０になるように角周波
数ωの値が制御されることになる。As described above, when the value of the angle φ is calculated as a positive value, the value of the angular frequency ω is corrected so as to be smaller, while the value of the angle φ is calculated as a negative value. In this case, by correcting the value of the angular frequency ω to be larger, the value of the angular frequency ω is controlled so that the value of the angle φ becomes substantially zero.
【００３７】図４に示すように、角度φの値が略０にな
るということは、駆動電流Ｉとピストンの速度との位相
差φがなくなって、ピストンの速度と駆動電流Ｉの位相
が一致することを意味する。すなわち、駆動電圧Ｖの角
周波数ωが共振周波数に合わされることになる。As shown in FIG. 4, the fact that the value of the angle φ becomes substantially zero means that the phase difference φ between the driving current I and the piston speed disappears, and the phase of the piston current matches the phase of the driving current I. Means to do. That is, the angular frequency ω of the drive voltage V is adjusted to the resonance frequency.
【００３８】上述したリニアコンプレッサの駆動装置に
おいては、電源部４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。In the driving device for the linear compressor described above, the power supply 4
When the current is supplied to the linear motor 20, the movable portion of the linear motor 20 starts reciprocating motion and gas compression is started.
【００３９】次に、図５に示すフローチャートに基づい
て、制御回路３の具体的な制御手続について説明する。
まず、ステップＳ１では、リニアコンプレッサ１に設け
られた位置センサ４によりピストンの位置データの読込
が行なわれる。ステップＳ２では、読込まれた位置デー
タを微分することでピストンの速度データが算出され
る。Next, a specific control procedure of the control circuit 3 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, in step S1, the position data of the piston is read by the position sensor 4 provided in the linear compressor 1. In step S2, the velocity data of the piston is calculated by differentiating the read position data.
【００４０】ステップＳ３では、駆動電圧の波形の立ち
上がりタイミングが算出される。ステップＳ４では、ス
テップＳ３に基づいて、ピストンの位置の基準となるサ
インテーブルから順次データが離散的に取出され、この
ときのデータの取出し間隔によって駆動周波数が決定さ
れる。そして、駆動電圧の基準となる電圧値制御信号が
電源部４に出力される。In step S3, the rising timing of the drive voltage waveform is calculated. In step S4, based on step S3, data is sequentially and discretely extracted from a sine table serving as a reference for the position of the piston, and the drive frequency is determined based on the data extraction interval at this time. Then, a voltage value control signal serving as a reference for the drive voltage is output to the power supply unit 4.
【００４１】ステップＳ５では、位相検出部６におい
て、まず、ピストンの速度と駆動電圧Ｖとの位相差（角
度θ）が算出される。そして、補正制御部７において、
位相検出部６にて算出された角度θ、逆起電力Ｅ、角周
波数ω、駆動電圧Ｖ、インダクタンスＬおよび巻線抵抗
Ｒに基づき、前述した式（２）によって、図４に示す逆
起電力Ｅと電圧降下ＲＩとの位相差φが求められる。す
なわち、ステップＳ５では、ピストンの速度と駆動電流
Ｉとの位相差φが求められる。In step S5, the phase detector 6 first calculates the phase difference (angle θ) between the piston speed and the drive voltage V. Then, in the correction control unit 7,
Based on the angle θ, the back electromotive force E, the angular frequency ω, the driving voltage V, the inductance L, and the winding resistance R calculated by the phase detection unit 6, the back electromotive force shown in FIG. The phase difference φ between E and the voltage drop RI is obtained. That is, in step S5, the phase difference φ between the speed of the piston and the drive current I is determined.
【００４２】次に、ステップＳ６では、求められた位相
差φの値が実質的に０になるように角周波数ωの値が制
御される。具体的には、上述したように、角度φの値が
正の値として算出される場合には、角周波数ωの値がよ
り小さくなるように補正され、一方、角度φの値が負の
値として算出される場合には、角周波数ωの値がより大
きくなるように補正される。Next, in step S6, the value of the angular frequency ω is controlled so that the obtained value of the phase difference φ becomes substantially zero. Specifically, as described above, when the value of the angle φ is calculated as a positive value, the value of the angular frequency ω is corrected to be smaller, while the value of the angle φ is a negative value. Is calculated so that the value of the angular frequency ω becomes larger.
【００４３】なお、この補正の際に、角周波数ωの値を
大きくしたり小さくしたりする補正の幅を、角度φの値
に応じて変えてもよい。すなわち、角度φの値が比較的
大きい場合には、その幅も大きく設定し、比較的小さい
場合には、その幅を小さく設定することが好ましい。At the time of this correction, the width of the correction for increasing or decreasing the value of the angular frequency ω may be changed according to the value of the angle φ. That is, when the value of the angle φ is relatively large, the width is preferably set large, and when the value of the angle φ is relatively small, the width is preferably set small.
【００４４】ステップＳ７では、補正制御部７において
補正された角周波数ωの値に基づく電圧値制御信号が電
源部４に出力される。電源部４では、補正された角周波
数ωに基づく駆動電圧Ｖをリニアコンプレッサ１のリニ
アモータ２０に供給する。In step S 7, a voltage control signal based on the value of the angular frequency ω corrected by the correction control section 7 is output to the power supply section 4. The power supply unit 4 supplies a drive voltage V based on the corrected angular frequency ω to the linear motor 20 of the linear compressor 1.
【００４５】次にステップＳ８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。Next, in step S8, it is determined whether or not the control should be terminated by stopping the operation of the linear compressor. If it is determined that control should be terminated, the procedure is terminated.
【００４６】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が繰返さ
れる。つまり、補正された角周波数ωに基づいたリニア
アコンプレッサの駆動に伴う逆起電力Ｅ、位相差θ等の
値に基づいて角度φが算出される。そして、その算出さ
れた角度φの値に基づいて角周波数ωが上述したように
補正される。リニアコンプレッサが駆動をしている間
は、この処理が繰返されることになる。On the other hand, if it is determined that the control should not be terminated, the process returns to step S1 and the above-described control is repeated. That is, the angle φ is calculated based on the values of the back electromotive force E, the phase difference θ, and the like accompanying the driving of the linear compressor based on the corrected angular frequency ω. Then, the angular frequency ω is corrected as described above based on the calculated value of the angle φ. This process is repeated while the linear compressor is driving.
【００４７】上述したフローチャートによれば、まず、
ステップＳ５において、位相検出部６により、ピストン
の速度と駆動電圧Ｖとの位相差（角度θ）が算出され
る。そして、補正制御部７により、位相検出部６にて算
出された角度θ、逆起電力Ｅ、角周波数ω、駆動電圧
Ｖ、インダクタンスＬおよび巻線抵抗Ｒに基づき、前述
した式（２）によって表される角度（位相差）φが求め
られる。According to the flowchart described above, first,
In step S5, the phase detector 6 calculates a phase difference (angle θ) between the piston speed and the drive voltage V. Then, based on the angle θ, the back electromotive force E, the angular frequency ω, the drive voltage V, the inductance L, and the winding resistance R calculated by the phase detection unit 6 by the correction control unit 7, the equation (2) is used. The expressed angle (phase difference) φ is determined.
【００４８】次にステップＳ６では、補正制御部７によ
り角度φの値が正の値として算出される場合には角周波
数ωの値がより小さくなるように補正され、一方、角度
φの値が負の値として算出される場合には角周波数ωの
値がより大きくなるように補正される。Next, in step S6, when the value of the angle φ is calculated as a positive value by the correction control unit 7, the correction is made so that the value of the angular frequency ω becomes smaller. If the value is calculated as a negative value, it is corrected so that the value of the angular frequency ω becomes larger.
【００４９】そして、補正された角周波数ωに基づいた
リニアコンプレッサの駆動に伴って検出される逆起電力
Ｅ、位相差θ等の値に基づいて角度φが算出される。そ
の角度φに対して上述した角周波数ωの補正が行なわれ
る。Then, the angle φ is calculated based on the values of the back electromotive force E, the phase difference θ, and the like, which are detected by driving the linear compressor based on the corrected angular frequency ω. The aforementioned angular frequency ω is corrected for the angle φ.
【００５０】このような補正が繰返されることで、角度
φの値が実質的に０になるように各周波数ωの値が制御
されることになり、駆動電圧Ｖの角周波数ωが共振周波
数に合わされることになる。つまり、ピストンの駆動が
共振状態となるように駆動電圧の角周波数ωが制御され
ることになる。By repeating such correction, the value of each frequency ω is controlled so that the value of the angle φ becomes substantially 0, and the angular frequency ω of the drive voltage V becomes the resonance frequency. Will be combined. That is, the angular frequency ω of the driving voltage is controlled so that the driving of the piston is in a resonance state.
【００５１】これにより、駆動電流Ｉとピストンの速度
との位相差φを直接検知せず、位相差θに基づいて位相
差φの値が実質的に０になるように駆動電圧Ｖの角周波
数ωを制御することで、駆動電流Ｉを検出する手段が不
用となり、駆動装置が複雑になるのを防止できる。Thus, the phase difference φ between the drive current I and the piston speed is not directly detected, and the angular frequency of the drive voltage V is set so that the value of the phase difference φ becomes substantially 0 based on the phase difference θ. By controlling ω, a means for detecting the drive current I becomes unnecessary, and the drive device can be prevented from becoming complicated.
【００５２】また、リニアコンプレッサの負荷が変動し
ても、位置センサから送られるピストンの実際の位置デ
ータと駆動電圧Ｖとに基づいて駆動電圧Ｖの角周波数ω
が随時変更されることで、リニアコンプレッサの駆動を
精密に制御することができ、効率を下げることなく運転
を維持することができる。Even if the load of the linear compressor fluctuates, the angular frequency ω of the drive voltage V is determined based on the actual position data of the piston sent from the position sensor and the drive voltage V.
Is changed at any time, the drive of the linear compressor can be precisely controlled, and the operation can be maintained without lowering the efficiency.
【００５３】なお、上記実施の形態では、ピストンの位
置データからピストンの速度を求め、そのピストンの速
度と駆動電圧との位相差θを求めた。この他に、ピスト
ンの速度を求めることなく、ピストンの位置(変位)と駆
動電圧との位相差を求めてもよい。In the above embodiment, the speed of the piston is obtained from the position data of the piston, and the phase difference θ between the speed of the piston and the drive voltage is obtained. Alternatively, the phase difference between the position (displacement) of the piston and the drive voltage may be obtained without obtaining the speed of the piston.
【００５４】この場合には、ピストンの位置と速度とは
位相が９０°ずれるため、図６に示すように、共振状態
では、ピストンの位置(変位)Ｘと駆動電圧Ｖとの位相差
αは、９０°＋θになる。また、ピストンの位置Ｘと駆
動電流Ｉとの位相差βは９０°になる。In this case, since the phase of the piston and the speed of the piston are shifted by 90 °, in the resonance state, the phase difference α between the position (displacement) X of the piston and the drive voltage V becomes as shown in FIG. , 90 ° + θ. The phase difference β between the piston position X and the drive current I is 90 °.
【００５５】したがって、位相検出部６において得られ
るピストンの位置(変位)Ｘと駆動電圧Ｖとの位相差の値
から９０°を差引いた値（角度θ）を式２に代入して、
同様の処理を施すことで角周波数ωが制御される。Therefore, the value (angle θ) obtained by subtracting 90 ° from the value of the phase difference between the position (displacement) X of the piston and the drive voltage V obtained in the phase detector 6 is substituted into the equation (2).
By performing the same processing, the angular frequency ω is controlled.
【００５６】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、ピストンの駆動
周波数を共振状態に精密に合わせることができて、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。In the above embodiment, a two-piston type linear compressor has been described as an example. However, even when the present invention is applied to a one-piston type, the driving frequency of the piston is precisely adjusted to a resonance state. This makes it possible to operate the linear compressor with high efficiency.
【００５７】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。The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
【００５８】[0058]
【発明の効果】リニアコンプレッサにおいては、駆動周
波数が共振周波数に略一致しているときは、駆動電流Ｉ
と逆起電圧Ｅとの位相差φは略０°となる。本発明に係
るリニアコンプレッサの駆動装置によれば、その位相差
φを直接検知せずに、駆動電圧Ｖと逆起電圧Ｅとの位相
差θに基づいて位相差φの値が実質的に０になるように
駆動電圧の角周波数ωが制御され、そして、この制御さ
れた角周波数ωに基づく駆動電圧をリニアモータに供給
することで駆動周波数が共振周波数に合わせられる。こ
れにより、駆動電流Ｉを検出する手段が不用となり、リ
ニアコンプレッサの駆動装置が複雑になるのを防止する
とともに、リニアコンプレッサの負荷の変動に対してピ
ストンの駆動を制御することができて、効率を下げるこ
となく運転を維持することができる。In the linear compressor, when the drive frequency substantially matches the resonance frequency, the drive current I
And the back electromotive voltage E is approximately 0 °. According to the linear compressor driving device of the present invention, the value of the phase difference φ is substantially zero based on the phase difference θ between the driving voltage V and the back electromotive voltage E without directly detecting the phase difference φ. The angular frequency ω of the drive voltage is controlled such that the following equation is satisfied, and the drive frequency is adjusted to the resonance frequency by supplying a drive voltage based on the controlled angular frequency ω to the linear motor. This eliminates the need for a means for detecting the drive current I, thereby preventing the drive device of the linear compressor from becoming complicated, and controlling the drive of the piston in response to a change in the load of the linear compressor, thereby improving the efficiency. The operation can be maintained without lowering the power.
【００５９】好ましくは、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を備え、その位相
差検出手段では、位相差θとして、位置検出手段によっ
て検出されたピストンの位置から求められるピストンの
速度と駆動電圧Ｖとの位相差が検出されることで、リニ
アコンプレッサの負荷が変動しても、位置検出手段から
送られるピストンの実際の位置データから求められる速
度と駆動電圧Ｖとに基づいて駆動電圧Ｖの角周波数ωが
随時変更されて、リニアコンプレッサの駆動をより精密
に制御することができ、効率を下げることなく運転を維
持することができる。Preferably, there is provided position detecting means for detecting the position of the piston in the cylinder, and the phase difference detecting means detects the phase difference θ as the phase difference θ from the position of the piston detected by the position detecting means. By detecting the phase difference between the speed and the drive voltage V, even if the load of the linear compressor fluctuates, based on the speed and the drive voltage V obtained from the actual position data of the piston sent from the position detection means. The angular frequency ω of the drive voltage V is changed as needed, so that the drive of the linear compressor can be controlled more precisely, and the operation can be maintained without lowering the efficiency.
【００６０】また好ましくは、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を備え、その
位相差検出手段では、位相差θとして、位置検出手段に
よって検出されたピストンの位置と駆動電圧Ｖとの位相
差から９０°を差引いた値が検出されることでも、位置
検出手段から送られるピストンの実際の位置データと駆
動電圧Ｖとに基づいて駆動電圧Ｖの角周波数ωが随時変
更されて、リニアコンプレッサの駆動をより精密に制御
することができ、効率を下げることなく運転を維持する
ことができる。Preferably, a position detecting means for detecting the position of the piston in the cylinder is provided, and the phase difference detecting means detects the position of the piston detected by the position detecting means and the driving voltage V as a phase difference θ. Is detected, a value obtained by subtracting 90 ° from the phase difference between the angular velocity ω of the driving voltage V and the angular frequency ω of the driving voltage V is changed as needed based on the actual position data of the piston sent from the position detecting means and the driving voltage V. In addition, the operation of the linear compressor can be controlled more precisely, and the operation can be maintained without lowering the efficiency.
【図１】 本発明の実施の形態に係るリニアコンプレッ
サの駆動装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a linear compressor driving device according to an embodiment of the present invention.
【図２】 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。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of the linear compressor according to the embodiment.
【図３】 同実施の形態において、リニアモータの等価
回路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a linear motor in the embodiment.
【図４】 同実施の形態において、位相と各ベクトルと
の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a phase and each vector in the embodiment.
【図５】 同実施の形態において、制御回路の制御手続
を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure of a control circuit in the embodiment.
【図６】 同実施の形態において、ピストンの位置、駆
動電圧および駆動電流を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a piston position, a drive voltage, and a drive current in the embodiment.
１ リニアコンプレッサ、２ 駆動制御装置、３ 制御
回路、４ 電源部、５位置検出部、６ 位相検出部、１
１ａ、１１ｂ シリンダ、１２ａ、１２ｂピストン、２
０ リニアモータ。1 linear compressor, 2 drive controller, 3 control circuit, 4 power supply unit, 5 position detector, 6 phase detector, 1
1a, 11b cylinder, 12a, 12b piston, 2
0 Linear motor.
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