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JP3869632B2 - Linear compressor drive controller - Google Patents

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JP3869632B2
JP3869632B2 JP2000197702A JP2000197702A JP3869632B2 JP 3869632 B2 JP3869632 B2 JP 3869632B2 JP 2000197702 A JP2000197702 A JP 2000197702A JP 2000197702 A JP2000197702 A JP 2000197702A JP 3869632 B2 JP3869632 B2 JP 3869632B2
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新一 松村
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Sanyo Electric Co Ltd
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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。
【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。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive control device for a linear compressor, and more particularly to a drive control device for a linear compressor that generates a compressed gas by reciprocating a piston in a cylinder by a linear motor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a linear compressor has been developed as a mechanism for compressing refrigerant gas expanded 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]
In such a linear compressor, high efficiency can be obtained when the phase of the drive current of the linear motor and the speed of the piston coincide. That is, high efficiency is obtained when the frequency of the drive current matches the resonance frequency determined from the hardware configuration of the linear compressor, the gas spring constant, and the like. Further, the highest efficiency can be 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]
On the other hand, since the resonance frequency of the linear compressor varies depending on the load condition, in order to continue the operation with high efficiency, the drive frequency is changed so that the drive frequency falls within an allowable range near the resonance frequency.
[0005]
When the drive frequency approaches the resonance frequency, the electric power necessary for driving the piston decreases, so that an excessively large drive current is temporarily supplied to the linear motor. For this reason, there exists a possibility that the amplitude of a piston may exceed the target amplitude and may collide with the upper wall of a cylinder.
[0006]
In order to avoid such an overstroke of the piston, for example, in a linear compressor driving apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-115290, a current gain when calculating a current command value serving as a reference for driving current is set. It was reduced by several percent in advance.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the linear compressor driving apparatus described above has the following problems.
[0008]
In a conventional linear compressor drive device, after changing the drive frequency, it is confirmed whether the drive frequency is within an allowable range near the resonance frequency. When the drive frequency is not within the allowable range, the change of the drive frequency and the confirmation thereof are repeated until the drive frequency falls within the allowable range.
[0009]
As described above, when changing the drive frequency, the current gain is reduced by several percent in order to avoid the overstroke of the piston. For this reason, if the drive frequency is continuously changed, the amplitude (stroke) of the piston may become smaller than necessary. As a result, there has been a problem that the flow rate of the discharge gas discharged from the cylinder is reduced and the efficiency of the compressor is lowered.
[0010]
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a drive control device for a linear compressor that can prevent the piston stroke from becoming unnecessarily small when changing the drive frequency. Objective.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The linear compressor drive control device according to the present invention includes current command means, position detection means, amplitude detection means, frequency control means, and amplitude control means. The current command means generates a current command value in accordance with a position function that serves as a reference for the position of the piston, and generates a drive current corresponding to the current command value. The position detection means detects the position of the piston in the cylinder. The amplitude detection means detects the amplitude of the piston in the cylinder. The frequency control means adjusts the drive frequency to a target resonance frequency. The amplitude control means matches the piston amplitude with a predetermined target amplitude based on the piston amplitude detected by the amplitude detection means. In the frequency control means, when the drive frequency is not within the allowable range of the target resonance frequency, processing for adjusting the drive frequency to the target resonance frequency is performed, and when the drive frequency is within the allowable range. The process of adjusting the drive frequency to the target resonance frequency is not performed. Further, in the amplitude control means, when the frequency control means matches the drive frequency to the target resonance frequency, the piston amplitude detected by the amplitude detection means exceeds a predetermined reference amplitude smaller than the target amplitude. Amplitude reduction processing for reducing the amplitude of the piston is performed, and when the piston amplitude does not exceed the predetermined reference amplitude, the amplitude reduction processing is not performed.
[0012]
According to this configuration, when the drive frequency is adjusted to the target resonance frequency in the frequency control means, the piston amplitude exceeds a predetermined reference amplitude smaller than the target amplitude. Ru In this case, amplitude reduction processing for reducing the piston amplitude is performed, and when the piston amplitude does not exceed a predetermined reference amplitude, the amplitude reduction processing is not performed. And the drive frequency is resonant frequency number If the value falls within the allowable value range, the drive frequency changing process is not performed, and the piston amplitude is adjusted to the target amplitude. Thus, even when the process of bringing the drive frequency close to the resonance frequency is repeated, the piston amplitude (stroke) does not become unnecessarily small. As a result, it is possible to prevent the efficiency of the linear compressor from being lowered due to a decrease in gas discharge amount.
[0013]
Such an amplitude reduction process preferably includes a process for reducing the current command value generated by the current command means to a predetermined ratio. Moreover, it is preferable that the process which reduces the amplitude of a position function to a predetermined ratio is included.
[0014]
Preferably, speed detection means for detecting the speed of the piston in the cylinder, and phase difference detection means for detecting a phase difference between the current command value generated by the current command means and the speed detected by the speed detection means, And the frequency control means controls the frequency of the position function so that the phase difference detected by the phase difference detection means is eliminated.
[0015]
Thereby, the drive frequency is controlled so as to approach the resonance frequency.
Preferably, in the amplitude detection means, the top dead center side amplitude corresponding to the length between the top dead center and the origin of the piston, the bottom dead center and the origin of the piston based on the detection result of the position detection means. The bottom dead center side amplitude corresponding to the length between the top dead center side amplitude and the bottom dead center side amplitude detected in advance by the amplitude control means is previously determined by the amplitude control means. It is controlled so as to coincide with a predetermined target amplitude.
[0016]
Thereby, even if the neutral point of the piston deviates from the origin, the piston can be prevented from colliding with the upper wall surface of the cylinder. Here, the origin is a point defined as the center of vibration of the position function.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A linear compressor drive control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 3 shows an example of the structure of a linear compressor. As shown in FIG. 3, the linear compressor 1 includes a pair of cylinders 11 a and 11 b provided at an upper end portion and a lower end portion of a cylindrical casing 10, and 1 inserted into the cylinders 11 a and 11 b, respectively. A pair of pistons 12a and 12b is provided.
[0018]
A pair of compression chambers 13a and 13b are formed between the heads of the pistons 12a and 12b and the upper walls of the cylinders 11a and 11b, respectively. Suction valves 14a and 14b and discharge valves 15a and 15b that open and close according to the gas pressure in the compression chambers 13a and 13b are attached to the cylinders 11a and 11b, respectively.
[0019]
The pair of pistons 12a and 12b are connected to one end and the other end of one rod 16, respectively. The rod 16 is supported by a pair of bearings 17a, 17b and coil springs 18a, 18b so as to reciprocate within the casing 10 and the cylinders 11a, 11b.
[0020]
The linear compressor 1 also includes a linear motor 20 for reciprocally driving the pistons 12a and 12b. 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 portion 10 a constitutes a part of the casing 10. The permanent magnet 21 is fixed to the inner peripheral wall of the yoke portion 10a.
[0021]
One end of the support member 24 is loosely inserted into a cylindrical space between the permanent magnet 21 and the outer wall of the main body barrel 12, 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.
[0022]
A magnet plate 42 in which N poles and S poles are alternately magnetized at a constant pitch is fixed to an arm 160 protruding from the center of the rod 16. 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. The MR element 41 and the magnet plate 42 constitute the displacement sensor 4. The displacement sensor 4 has outputs of the A phase and the B phase corresponding to the displacement, and an output to the Z phase when the rod 16 is at the origin position of the pair of pistons 12a and 12b.
[0023]
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. Yes. 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.
[0024]
Next, a drive device as a drive control device for the linear compressor will be described. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the driving device 2. As shown in FIG. 1, the driving device 2 of the linear compressor 1 includes a motor driver 3, a control circuit 5, and a sensor signal processing circuit 6. The motor driver 3 supplies a drive current I to the linear motor of the linear compressor 1. The control circuit 5 is constituted by a microcomputer composed of a CPU, a memory, etc., and the control cycle by the CPU is, for example, 150 μsec.
[0025]
A sensor signal S output from a displacement sensor 4 provided in the linear compressor 1 is supplied to a sensor signal processing circuit 6 and converted into a square wave. The number of the square waves is counted, and position data Pa representing the displacement of the piston is created based on the count value and supplied to the control circuit 5.
[0026]
The control circuit 5 creates a control signal φc according to the position data Pa from the sensor signal processing circuit 6 and outputs the control signal φc to the motor driver 3 to control the output current I.
[0027]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 5 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the control circuit 5 includes a position command value generator 30, a position / speed controller 31, As current command means Current command value generator 32, As a position detection means Position / velocity detector 33, As an amplitude detection means Vertical dead center detector 34, current / velocity phase difference detector 35, As an amplitude control means Current gain control unit 36 and amplitude neutral position control unit 37 As frequency control means The frequency control unit 38 is configured.
[0028]
The position / velocity detection unit 33 takes in the position data Pa from the sensor signal processing circuit 6 and sets it as the current position value Pnow, and differentiates the current position value Pnow to obtain the current speed value Vnow.
[0029]
The top and bottom dead center detection unit 34 is based on a series of current position values Pnow obtained from the position / velocity detection unit 33, and corresponds to the length between the top dead center and the origin of the pistons 12a and 12b. The bottom dead center side amplitude corresponding to the amplitude and the length between the bottom dead center and the origin is detected. The detection of the top dead center side amplitude and the bottom dead center side amplitude is performed every time one cycle of the position command Pref is completed. That is, it is performed every time the position command Pref passes through the zero cross point (− → +).
[0030]
The current / velocity phase difference detection unit 35 is generated by the position / velocity detection unit 33. speed A phase difference between the current value Vnow and the current command value Iref generated by the current command value generation unit 32 is detected. This phase difference is a value corresponding to the difference between the current drive frequency and the resonance frequency. This phase difference is detected every time one cycle of the current position value Pnow is completed. That is, it is performed every time the current position value Pnow passes the zero cross point (− → +).
[0031]
The frequency control unit 38 determines whether or not the phase difference detected by the current / velocity phase difference detection unit 35 exceeds a predetermined allowable value, and if so, controls to eliminate the phase difference. That is, the angular frequency ω used in the position command value generation unit 30 is corrected so as to obtain the resonance frequency, and the corrected angular frequency ω is supplied to the position command value generation unit 30 as the target drive frequency.
[0032]
The amplitude neutral position control unit 37 compares the top dead center side amplitude and the bottom dead center side amplitude detected by the top and bottom dead center detection unit 34, and the position command value generation unit 30 reduces the difference between the two amplitudes. The shift amount B used is controlled every time one cycle of the position command value Pref is completed. That is, the amplitude neutral position control unit 37 corrects the shift amount B to the negative side (downward) when the top dead center side amplitude is larger than the bottom dead center side amplitude. On the other hand, when the top dead center side amplitude is smaller than the bottom dead center side amplitude, the shift amount B is corrected to the positive side (upward).
[0033]
Normally, the shift amount B is substantially constant due to the characteristics of the apparatus such as the asymmetry of the valve, so the work amount per shift amount B is set to a small value (for example, 1 μm). By controlling the shift amount B in this way, the top clearances of the pair of pistons 12a and 12b can be accurately controlled to the same value.
[0034]
The position command value generation unit 30 generates a position command value Pref based on the sine table stored in the memory, the amplitude A, the angular frequency ω, the shift amount B, and the expression Pref = Asinωt + B (sine function). The generated position command value Pref is given to the position / speed control unit 31.
[0035]
When generating the position command value Pref, the position command value generation unit 30 discretely extracts data sequentially from the sine table as a position function at a constant cycle (for example, 450 μsec). The drive frequency is determined by the data extraction interval at this time.
[0036]
The position / speed control unit 31 calculates the speed command value Vref based on the position command value Pref generated by the position command value generation unit 30, the current position value Pnow generated by the position / speed detection unit 33, and the deviation Pref-Pnow. Generate. Furthermore, a speed control value Vc is generated based on a deviation Vref−Vnow between the speed command value Vref and the current speed value Vnow generated by the position / speed detector 33.
[0037]
The current gain control unit 36 compares the top dead center side amplitude and the bottom dead center side amplitude detected by the top and bottom dead center detection unit 34, and is larger of the top dead center side amplitude and the bottom dead center side amplitude. Is the maximum amplitude current value Anow, and the value of the current gain Gi used in the current command value generation unit 32 is set so that the maximum amplitude current value Anow matches the predetermined maximum amplitude target value Aref. Control every cycle of vibration.
[0038]
Further, the current gain control unit 36 has a phase difference detected by the current / velocity phase difference detection unit 35 exceeding a predetermined allowable value at a rate of once every several hundred cycles of the reciprocation of the pistons 12a and 12b. Determine if you are. If it is determined that the phase difference exceeds the allowable value, it is further determined whether or not the phase difference exceeds a predetermined excess determination criterion.
[0039]
When it is determined that the phase difference exceeds a predetermined excess determination criterion, the angular frequency ω is corrected so that the drive frequency approaches the resonance frequency. Then, the magnitude relationship between the maximum amplitude current value Anow and a predetermined reference amplitude (position) is determined.
[0040]
When it is determined that the maximum current amplitude value Anow is larger than the predetermined reference amplitude and smaller than the maximum amplitude target value Aref, that is, when the maximum amplitude current value Anow exceeds the predetermined reference amplitude, the current command value The value of the current gain Gi used in the generation unit is decreased by a predetermined rate. On the other hand, when the maximum current amplitude value Now does not exceed a predetermined reference amplitude, the process of decreasing the value of the current gain Gi is not performed.
[0041]
Further, when it is determined that the phase difference exceeds the predetermined allowable value but does not exceed the predetermined excess determination criterion, the minimum resolution by the position command value generation unit 30 without decreasing the current gain Gi. The frequency changing process is executed.
[0042]
In this embodiment, two-stage determination criteria are set as will be described later as a predetermined excess determination criterion for the phase difference.
[0043]
The current command value generation unit 32 generates a current command value Iref based on the speed control value Vc generated by the position / speed control unit 31, the current gain Gi, and the formula Iref = Gi × Vc. Further, the current command value Iref is converted into a control signal φc and supplied to the motor driver 3. Control of the output current I of the motor driver 3 is performed, for example, by the PWM method.
[0044]
In the control circuit 5 described above, a position command value Pref is first generated by the position command value generation unit 30, a speed control value Vc is generated by the position / speed control unit 31, In the current command value generation unit 32 A control signal φc is generated. When a current is supplied from the motor driver 3 to the coil 23 of the linear motor 20, the movable part of the linear motor 20 starts a reciprocating motion and gas compression is started.
[0045]
Next, a specific control procedure of the control circuit 5 will be described based on the flowcharts shown in FIGS. First, in step S0, a data extraction interval extension value for sequentially extracting data from the sign table is calculated.
[0046]
Next, in step S1, the position / velocity detection unit 33 reads the position data Pa. In step S2, the position / velocity detection unit 33 calculates the current position value Pnow and the current speed value Vnow.
[0047]
In step S <b> 3, the position / speed control unit 31 performs speed control. That is, the position / speed control unit 31 generates the speed control value Vc based on the deviation between the speed command value Vref and the current speed value Vnow and supplies the speed command value Vc to the current command value generation unit 32.
[0048]
In step S4, the current command value generation unit 32 generates a current command value Iref that is the product of the speed control value Vc and the current gain Gi. In step S <b> 5, current command data corresponding to the current command value Iref, that is, a control signal φc is output from the current command value generation unit 32 to the motor driver 3.
[0049]
In step S6, the control circuit 5 The counter value of a first counter (not shown) included in the counter is incremented (+1). In step S7, it is determined whether or not the count value of the first counter has reached a set value (3 in the present embodiment).
[0050]
If it is determined in step S7 that the count value of the first counter has reached the set value, the process proceeds to step S8. In step S8, the position command value generation unit 30 generates the amplitude A and the angular frequency ω based on the position correction amount and the frequency setting value. Further, a position command value Pref = Asinωt + B is generated based on the sine table data, the amplitude A, the shift amount B, and the angular frequency ω.
[0051]
Next, in step S <b> 9, position control is performed by the position / speed control unit 31. That is, the position / speed control unit 31 generates the speed command value Vref based on the deviation between the position command value Pref and the current position value Pnow. After the position control is completed, the process proceeds to step S10 and the count value of the first counter is reset.
[0052]
If it is determined in step S7 that the count value of the first counter has not reached the set value, steps S8 to S10 are not executed.
[0053]
Next, in step S11, By the position / speed detector 33 It is determined whether one cycle of the position command value Pref has been completed. This determination can be replaced with a determination of whether the current position value has zero-crossed from a negative value to a positive value.
[0054]
If it is determined in step S11 that one cycle of the position command value Pref has been completed, the process proceeds to step S12. In step S12, the top dead center side amplitude and the bottom dead center side of the pistons 12a and 12b based on the maximum and minimum values of the current position value Pnow obtained from the position / velocity detection unit 33 by the vertical dead center detection unit 34 The amplitude is calculated.
[0055]
Next, in step 13, By the amplitude neutral position control means 37 When the magnitude relationship between the top dead center side amplitude and the bottom dead center side amplitude is compared, and it is determined that the top dead center side amplitude is greater than the bottom dead center side amplitude, the process proceeds to step S14. In step S <b> 14, a negative correction amount is set as the correction amount of the shift amount B by the amplitude neutral position control unit 37. Next, in step S15, the top dead center side amplitude is set as the maximum current amplitude value Now.
[0056]
If the result of the magnitude comparison between the top dead center side amplitude and the bottom dead center side amplitude in step S13 indicates that the bottom dead center side amplitude is greater than the top dead center side amplitude, the process proceeds to step S16. . In step S <b> 16, a positive correction amount is set as the correction amount of the shift amount B by the amplitude neutral position control unit 37. In step S17, the bottom dead center side amplitude is set as the maximum amplitude current value Now.
[0057]
Next, in step S18, the current gain Gi is controlled and set by the current gain controller 36 so that the maximum amplitude current value Anow matches the maximum amplitude target value Aref. In step S <b> 19, the maximum and minimum values of the current position value Pnow are reset in the vertical dead center detection unit 34.
[0058]
If it is determined in step S11 that one cycle of the position command value Pref is not completed, steps S12 to S19 are not executed. Next, in step S20, the upper and lower dead center detector 34 detects and holds the maximum value and the minimum value of the current position value Pnow.
[0059]
In step S21, By the position / speed detector 33 It is determined whether or not one cycle of the current position value Pnow has been completed. This determination can be replaced with a determination of whether the current position value has zero-crossed from a negative value to a positive value. If it is determined in step S21 that one cycle of the current position value Pnow has been completed, the process proceeds to step S22. In step S22, the phase difference between the current command value Iref and the current speed value Vnow is detected by the current / speed phase difference detector 35.
[0060]
In step S23, the count value of a second counter (not shown) is incremented. Next, in step S24, it is determined whether or not the count value of the second counter has reached a set value (for example, 300). If it is determined in step S24 that the count value of the second counter has reached the set value, the process proceeds to step S25.
[0061]
In step S25, By the current / speed phase difference detector 35 It is determined whether or not the phase difference between current command value Iref and current speed value Vnow is within an allowable value. If it is determined in step S25 that the phase difference is not within the allowable value, the process proceeds to step S26.
[0062]
In step S26, it is determined whether or not the phase difference exceeds the first excess determination criterion. If it is determined in step S26 that the phase difference does not exceed the first excess determination criterion, the process proceeds to step S27.
[0063]
In step S27, it is determined whether or not the phase difference exceeds a second excess determination criterion that is smaller than the first excess determination criterion. If it is determined in step S27 that the phase difference does not exceed the second excess determination criterion, the process proceeds to step S28.
[0064]
In step S28, By the frequency control unit 38 A procedure is performed to change the piston drive frequency by a minimum resolution. Specifically, a procedure for updating the data extraction interval extension value by adding 1 to the data extraction interval extension value when increasing the frequency and subtracting 1 from the data extraction interval extension value when decreasing the frequency is executed. The Next, in step S29, the count value of the second counter is reset.
[0065]
If it is determined in step S21 that one cycle of the current position value Pnow has not ended, steps S22 to S29 are not executed.
[0066]
If it is determined in step S24 that the count value of the second counter has not reached the set value, steps S25 to S29 are not executed. If it is determined in step S25 that the phase difference is within the allowable value, steps S26 to S28 are not executed.
[0067]
If it is determined in step S26 that the phase difference exceeds the first excess determination criterion, the process proceeds to step S33. In step S33, the frequency change amount is set to a large value (for example, 0.15 Hz), and frequency control / setting is executed.
[0068]
Next, in step S34, By the amplitude neutral position control unit 37 It is determined whether or not the piston amplitude exceeds a predetermined reference amplitude (reference position). In step S34, as shown in FIG. 6, when it is determined that the amplitude of the piston exceeds the reference position, the process proceeds to step S35. In step S35, By the current gain control unit 36 The current gain of the current command value is reduced by a predetermined value (for example, 30%), and the process proceeds to step S29.
[0069]
If it is not determined in step S34 that the piston amplitude exceeds the reference position, that is, as shown in FIG. 7, if the piston amplitude is smaller than the reference position, step S35 is not executed and the process proceeds to step S29. To do.
[0070]
In Step S27, when it is determined that the phase difference exceeds the second excess reference, the process proceeds to Step S30. In step S30, the frequency change amount is set to a small value (for example, 0.03 Hz), and frequency control / setting is executed.
[0071]
Next, in step S31, By the amplitude neutral position control unit 37 It is determined whether the amplitude of the piston exceeds a predetermined reference position. As shown in FIG. 6, when it is determined that the amplitude of the piston exceeds a predetermined reference position, the process proceeds to step S32. In step S32, By the current gain control unit 36 The current gain of the current command value is reduced by a predetermined value (for example, 15%), and the process proceeds to step S29.
[0072]
In step S31, as shown in FIG. 7, when the amplitude of the piston does not exceed the predetermined reference position, step S32 is not executed and the process proceeds to step S29.
[0073]
Next, in step S36, it is determined whether or not the control should be terminated due to the operation stop of the linear compressor or the like. If it is determined that the control should be terminated, the procedure is terminated. 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.
[0074]
According to the flowchart described above, when the phase difference between the current and the speed is within the allowable value range, the drive frequency changing process is not performed, but when the phase difference is not within the allowable value range, that is, the drive frequency. Is shifted from the resonance frequency, the drive frequency is changed. At this time, a predetermined current gain reduction process is performed along with the change of the driving frequency.
[0075]
That is, as described in steps S31 and S34, when it is determined that the piston amplitude exceeds the predetermined reference position, the current gain is reduced. On the other hand, when the piston amplitude does not exceed the reference position, the current gain is not reduced.
[0076]
In this way, when the drive frequency is changed, if the piston amplitude does not exceed the reference position, the current gain is not reduced, so that when the drive frequency is changed repeatedly, the piston stroke is reduced. It will not be smaller than necessary. Then, when the drive frequency falls within the allowable range of the resonance frequency, the current gain is controlled so that the piston amplitude matches the target amplitude without changing the drive frequency, so that the piston It is possible to return quickly to the amplitude of.
[0077]
As a result, it is possible to prevent the discharge gas amount from being greatly reduced and the efficiency of the linear compressor from being lowered. Further, the vicinity of the reference position becomes the minimum value of the piston stroke, and the driving can be performed in the vicinity of the target stroke.
[0078]
In the above embodiment, the current gain is decreased by a predetermined ratio in order to decrease the amplitude of the piston. However, for example, the value of the sine table as a position function is decreased by a predetermined ratio. May be.
[0079]
In the above-described embodiment, a two-piston type linear compressor has been described as an example, but even when applied to a one-piston type, the stroke of the piston is prevented from becoming unnecessarily small. Therefore, it is possible to prevent the discharge gas amount from being greatly reduced, and it is possible to perform a highly efficient operation of the linear compressor.
[0080]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points 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.
[0081]
【The invention's effect】
According to the drive control device for a linear compressor according to the present invention, when the drive frequency is adjusted to the target resonance frequency in the frequency control means, when the piston amplitude exceeds a predetermined reference amplitude smaller than the target amplitude, Amplitude reduction processing for reducing the piston amplitude is performed. If the piston amplitude does not exceed a predetermined reference amplitude, the amplitude reduction processing is not performed. If the drive frequency falls within the allowable range of the resonance frequency, the drive frequency is not changed, and the piston amplitude is adjusted to the target amplitude. Thus, even when the process of bringing the drive frequency close to the resonance frequency is repeated, the piston amplitude (stroke) does not become unnecessarily small. As a result, it is possible to prevent the efficiency of the linear compressor from being lowered due to a decrease in gas discharge amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a drive control apparatus for a linear compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a control circuit in the drive control device in the embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the linear compressor in the same embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing the first half of the control procedure of the control circuit in the same embodiment;
FIG. 5 is a flowchart showing the second half of the control procedure of the control circuit in the same embodiment;
FIG. 6 is a first graph showing the displacement of the piston in the same embodiment.
FIG. 7 is a second graph showing the displacement of the piston in the same embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear compressor, 2 Drive control apparatus, 3 Motor driver, 4 Displacement sensor, 5 Control circuit, 11a, 11b Cylinder, 12a, 12b Piston, 20 Linear motor.

Claims (5)

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。
A current command means for generating a current command value according to a position function serving as a reference for the position of the piston, and generating a drive current according to the current command value;
Position detecting means for detecting the position of the piston in the cylinder;
Amplitude detecting means for detecting the amplitude of the piston in the cylinder;
Frequency control means for adjusting the drive frequency to a target resonance frequency;
Based on the amplitude of the piston detected by the amplitude detection means, the amplitude control means for matching the amplitude of the piston with a predetermined target amplitude,
In the frequency control means, when the drive frequency is not within the range of the allowable value of the target resonance frequency, processing for adjusting the drive frequency to the target resonance frequency is performed, and the drive frequency is within the range of the allowable value. Is not performed to match the drive frequency to the target resonance frequency,
In the amplitude control means, when the drive frequency is adjusted to a target resonance frequency in the frequency control means, the piston amplitude detected by the amplitude detection means is a predetermined reference amplitude smaller than the target amplitude. If it exceeds, an amplitude reduction process for reducing the amplitude of the piston is performed, and if the amplitude of the piston does not exceed the predetermined reference amplitude, the amplitude reduction process is not performed. Control device.
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。The linear compressor drive control device according to claim 1, wherein the amplitude reduction process includes a process of reducing the current command value generated by the current command unit to a predetermined ratio. 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。The linear compressor drive control apparatus according to claim 1, wherein the amplitude reduction process includes a process of reducing the amplitude of the position function to a predetermined ratio. 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。
Speed detecting means for detecting the speed of the piston in the cylinder;
A phase difference detection means for detecting a phase difference between the current command value generated by the current command means and the speed detected by the speed detection means;
With
The drive control apparatus for a linear compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the frequency control means controls the frequency of the position function so that the phase difference detected by the phase difference detection means is eliminated.
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。
In the amplitude detection means, the top dead center side amplitude corresponding to the length between the top dead center of the piston and the origin based on the detection result of the position detection means, and the bottom dead center between the piston bottom dead center and the origin. The bottom dead center amplitude corresponding to the length is detected,
In the amplitude control means, the larger one of the top dead center side amplitude and the bottom dead center side amplitude detected by the amplitude detection means is controlled so as to coincide with the predetermined target amplitude. The drive control apparatus of the linear compressor in any one of Claims 1-4.
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