JP6749205B2 - リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機 - Google Patents
リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6749205B2 JP6749205B2 JP2016201511A JP2016201511A JP6749205B2 JP 6749205 B2 JP6749205 B2 JP 6749205B2 JP 2016201511 A JP2016201511 A JP 2016201511A JP 2016201511 A JP2016201511 A JP 2016201511A JP 6749205 B2 JP6749205 B2 JP 6749205B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mover
- voltage
- linear motor
- frequency
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/20—Arrangements for starting
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
- F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
- H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
- H02K41/033—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type with armature and magnets on one member, the other member being a flux distributor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/032—Reciprocating, oscillating or vibrating motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/06—Linear motors
- H02P25/064—Linear motors of the synchronous type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/06—Linear motors
- H02P25/064—Linear motors of the synchronous type
- H02P25/066—Linear motors of the synchronous type of the stepping type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2203/00—Motor parameters
- F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
- F04B2203/0401—Current
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2203/00—Motor parameters
- F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
- F04B2203/0402—Voltage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2203/00—Motor parameters
- F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
- F04B2203/0404—Frequency of the electric current
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/07—Details of compressors or related parts
- F25B2400/073—Linear compressors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Linear Motors (AREA)
- Linear Motors (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Description
例えば、特許文献1は、サーチコイルからの誘起電圧の位相を検出し、リニアモータに流れる電流位相との位相差を検出し、位相差に応じてピストンの共振周波数に一致させる構成が開示されている。また、特許文献1には、出力電圧の周波数に応じた値だけ出力電圧の電圧値を補正してピストンのストロークを一定に保持する構成が記載されている。
また、本発明の圧縮機は、交流電圧が印加される巻線と、弾性体が接続する可動子と、を備えるリニアモータ制御装置を有する圧縮機であって、前記リニアモータ制御装置は、前記交流電圧の周波数を略一定に保ちつつ前記交流電圧の振幅を単調増加させる運転モード(1)と、前記交流電圧の振幅を略一定に保ちつつ、前記交流電圧の周波数を変化させる運転モード(2)と、を有し、リニアモータの起動直後に前記運転モード(1)を実行し、前記交流電圧の振幅が所定の値に達したら、前記運転モード(2)を実行すると共に、前記運転モード(1)の実行によって前記交流電圧の振幅が所定の値に達した後に、前記交流電圧の振幅を増加させる制御を実行して前記可動子の位置を推定又は検出し、前記可動子の位置の位相と、前記巻線への印加電圧またはモータ電流との位相差から共振周波数を推定することを特徴とする。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、或る構成要素が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。
図1は、本発明の一実施例に係る実施例1のリニアモータシステム100の全体概略構成図である。リニアモータシステム100は、リニアモータ駆動装置101と、リニアモータ104とから構成される。後述するようにリニアモータ104は、相対移動する電機子9及び可動子6を有する。
リニアモータ駆動装置101は、位置検出部106と、制御部102と、電力変換回路105を有する。
位置検出部106は、電機子9に対する可動子6の相対位置(可動子位置)を検出する。本実施例では、可動子6が鉛直方向に移動するが、電機子9及び可動子6(界磁子)が相対移動すれば良く、電機子9が鉛直方向に移動する態様でも良い。なお、以下では、可動子6が鉛直方向に往復運動する場合を一例として説明するが、往復運動の方向は鉛直方向に限られるものではない。例えば、可動子6が水平方向に往復運動するよう構成しても良く、また、鉛直方向に対し任意の角度を有する方向に可動子6が往復運動する構成としても良い。また、これらは、電機子9につても同様である。
制御部102は、位置検出部106の検出結果に応じて、電力変換回路105への出力電圧指令値、又は電力変換回路105を駆動するドライブ信号(パルス信号)を出力する。
図2はリニアモータ104の斜視図(電機子の構成例の斜視図)である。本実施例のリニアモータ104は、電機子9に対して、永久磁石2(2a,2b)が並んだ方向(前後方向)に相対移動可能な可動子6を有する。電機子9は空隙を介して上下方向に対向する2つの磁極7と、磁極7に捲回された巻線8とを有している。可動子6は、この空隙に配置されている。磁極7は、可動子6に対向する端面としての磁極歯70を有している。
電機子9は、可動子6に対して前後方向の力(以下、推力と称する)を付与できる。例えば、後述するように、可動子6が前後方向に往復運動するように推力を制御できる。
可動子6は、上下方向に磁化した2つの平板状の永久磁石2(2a,2b)を有している。後側の永久磁石2a及び前側の永久磁石2bは、互いに反対方向に磁化されている。本実施例では、後側の永久磁石2aは上側にN極を有し、前側の永久磁石2bは上側にS極を有している。図2では、永久磁石2a,2bは図示しているが、可動子6は図示していない。可動子6としては、例えば、平板状の永久磁石2を固定した平板状のものを採用できる。
制御部102は、可動子6を永久磁石2a,2bが電機子9に対向する範囲で往復運動させるようにドライブ信号を出力する。
図4は磁極歯70の磁化により、可動子6が受ける推力を説明する図である。巻線8に流れる電流により生じる磁極歯70の極性を、図中の磁極歯70近傍に付した「N」、「S」で表している。また、図4において白抜き矢印は巻線8を流れる電流の向きを示している。図4の左図は、巻線8を流れる電流により、上側の磁極歯70aが「S」、下部の磁極歯70bが「N」に磁化されることにより、可動子6が前方向に力を受け、可動子6が前に移動した例を示している。図4の右図は、巻線8を流れる電流により、上部の磁極歯70aが「N」、下部の磁極歯70bが「S」に磁化されることにより、可動子6が後ろ方向に力を受け、可動子6が後ろに移動した例を示している。
磁極歯70は磁性体であるため、永久磁石2を吸引する磁気吸引力が作用する。本実施例では可動子6を挟むよう間隙を介して2つの磁極歯70を対向配置しているため、可動子6に作用する磁気吸引力の合力を低減できる。
図5は、可動子6に接続される外部機構の説明図であり、例えば、コイルバネである共振バネ23によって構成される外部機構を可動子6の一端に接続し、そのバネ力により可動子6が戻される機構を説明する図である。共振バネ23は、一端が中間部24を介して可動子6に接続し、他端が基部25に固定されている。また、共振バネ23の延在方向と略平行に延在し、共振バネ23を案内又は支持する側部26が設けられている。リニアモータ104を往復運動させる場合、可動子6の運動方向が変わる度に、加速と減速を繰り返す。減速時は、可動子6の速度エネルギーが電気エネルギーに変換される(回生動作)が、リニアモータ104への配線の抵抗によって損失が生じる。一方、図5のように、可動子6に共振バネ23(アシストバネ)を付加し、可動子6の質量とバネ定数から決まる機械的な共振周波数で、可動子6を往復運動させる場合、可動子6の速度エネルギーを有効活用でき、高効率なリニアモータ駆動システムを構成することができる。共振バネ23に代えて、公知の弾性体を用いてもよい。このように構成すると、可動子6(界磁子)が鉛直方向に移動する可動子(界磁子)移動型として構成されるが、可動子6に代えて電機子9に弾性体を接続して電機子9を鉛直方向に移動させる電機子移動型として構成しても良い。
このように、共振周波数又はこの近傍の駆動周波数の交流電圧を印加することで、大きなストローク(大きなエネルギー)で振動させることができる。つまり、可動子6に共振バネ23等の弾性体を付加したリニアモータ104を制御する場合には、可動子6の共振周波数を検出あるいは推定することが重要である。可動子6のストロークを所望に制御する場合においても可動子6の共振周波数を検出あるいは推定することが重要である。
図7は、可動子の位置と可動子の速度との位相関係、及び印加電圧と電流の位相関係の説明図である。リニアモータ104を駆動した際の、図7の上図に可動子6の位置と速度の時間変化、図7に下図に印加電圧波形とリニアモータ104に流れる電流の時間変化の関係を示している。図8は、図7の交流波形をベクトルとして示した図である。可動子6の速度、印加電圧、およびモータ電流はほぼ同位相であることがわかる。
また、可動子6に共振バネ23を付加し、可動子6の質量とバネ定数から定まる機械的な共振周波数で可動子6を往復運動させる場合、可動子6の位置の位相は、巻線8への印加電圧Vm、モータ電流Im、及び可動子6の速度の位相それぞれに対して90度の位相差となることが知られている。すなわち、これらの何れかの関係が成立している時は、共振周波数で駆動していると推定できる。
図1等を参照して制御部102等について説明する。制御部102には、位置検出部106による位置検出値xmを入力する。入力された位置検出値xmは、制御部102が生成する位相指令値θ*と併せて位相差検出器130に入力されて、位相差推定値dltθ^が出力される。目標値である位相差指令値dltθ*と位相差推定値dltθ^との偏差が駆動周波数調整器131に入力される。駆動周波数調整器131は周波数指令値ω*を出力する。周波数指令値ω*に基づく印加電圧が、リニアモータ104へ出力される。位置検出部106としては、可動子6及び電機子9の相対位置を検出する位置センサ、印加電圧Vmやモータ電流Im等を利用して相対位置を推定する演算部等を採用できる。すなわち、位置検出値xmは、位置センサによる検出値としても良いが、印加電圧Vmやモータ電流Imを利用して得る推定値にもし得る。
図9は、電圧指令値作成器103の構成を示す説明図である。電圧指令値作成器103には、後述する位相指令値θ*と、上位制御器(図示せず)などから出力されるストローク目標値lrefと、位置検出値xmが入力され、単相の交流電圧指令値Vm*が出力される。一部の構成要素の詳細な説明は後述する。ストローク指令値l*、位相指令値θ*、速度指令値vm*のいずれかを変更することにより、リニアモータ104に印加する電圧Vm*を調整することができる。つまり、印加電圧の振幅及び周波数を調整することで、駆動周波数を共振周波数に制御することやストロークを制御することが可能となる。
なお、電圧指令値作成器103には、上記以外にも公知の同期式モータの駆動電圧指令方法を適用することができる。ストローク指令作成器151、ストローク検出器152、及びストローク制御器153については後述する。
図10は、本実施例のリニアモータ104を起動する時の起動シーケンスを説明する図である。本実施例の起動シーケンスは、モード(1)ステップS162とモード(2)ステップS163の2つを含む。モード(1)では、駆動周波数を略一定にしつつ、ストロークが略ゼロから漸増するように制御する。これにより、可動子6が急激に動いてしまって他部材に衝突することを抑制できる。モード(2)では、まず、電圧の振幅を略一定に保ちつつ駆動周波数を変化させる制御を実行する。ストロークが変動すると、可動子6の摩擦損失量が変動することで共振周波数値が変動するため、電圧の振幅の変動を抑制することでストローク変動を抑制し、共振周波数の探索を行いやすくできる。次にモード(2)では、電圧の振幅を増加させつつ駆動周波数を変化させる制御を実行する。モード(2)の序盤の制御により、概ね駆動周波数を共振周波数に近づけることができるため、その後に電圧の振幅を増加させれば、多少の共振周波数の変動にも追随しやすい。
制御部102から出力される駆動周波数の初期値(ω0)は、共振バネ23を含むマスバネ系の共振周波数に略一致するように設定されることが好ましいが、共振周波数を高精度に推定することは容易ではない。例えば、可動子6の質量若しくは共振バネ23のバネ定数の偏差、又は可動子6に取付けられ得る負荷の変動等に起因して、推定値とは通常異なる。そのため、ストローク指令値l*は、ストローク検出値lmに対して、特に起動直後は乖離し易い。
モード(1)ステップS162におけるストローク指令l*は、最大ストローク長ls_max(例えば、可動子6の最大可動長)よりも小さい値ls*_1である。仮に、想定以上に可動子6のストロークが大きくなった場合においても、可動子6や可動子6に付加された負荷要素が破損するのを避けることができるためである。
時間T2に達すると、リニアモータ駆動装置101は、ストローク指令値l*を増加させる、例えば最大ストローク長ls_maxに変更する。それに応じて、電圧指令値Vm*の振幅|Vm*|を制御する(増加させる)ことにより、ストローク検出値が、ストローク指令値(ls_max)に近づくように制御する。なお、時間T2と時間T3の期間では、可動子6に付加された負荷要素に変動が生じず、共振周波数に変化は無いと仮定しているため、駆動周波数は共振周波数を維持できるため、変化させない。尤も、負荷要素に変動が生じる場合も想定される。このような場合は、以下の時間T3での制御を実行することが好ましい。
他方、負荷要素が重くなった場合は、駆動周波数ω*を低くする。なお、負荷要素としては、単に質量でも良いし、リニアモータ104に接続させられて仕事を受けるものでもよい。なお、駆動周波数が共振周波数に一致しているかズレているかは、例えば電流値を観測して判定するなど、種々公知の方法で判定できる。リニアモータ104のバネ定数は変動しないため、共振周波数の変動に応じて質量が変動したものと検出することができる。
図1に例示する制御部102は、位相差検出器130と、位相差検出器130の出力dltθ^及び位相差指令値dltθ*を基に、位相差推定値dltθ^が位相差指令値dltθ*に追従するように駆動周波数指令値ω*を調整する駆動周波数調整器131と、駆動周波数指令値ω*を積分して位相指令値θ*を作成する積分器140と、位相指令値θ*及び可動子6のストローク指令値l*(ストローク目標値Iref)を基に電圧指令値V*を出力する電圧指令値作成器103と、電圧指令値V*と三角波キャリア信号を比較して、電圧を出力する電力変換回路105を駆動するドライブ信号を出力するPWM信号作成器133から構成される。なお、電力変換回路105は、電流を出力する態様であってもよい。この場合は、電圧指令値作成器103に代えて電流指令値作成器を設ければよい。
可動子6及び電機子9の相対位置xmの情報を得ることについて、位置センサを用いる場合はその出力を利用すれば良いため、適宜公知の位置センサを用いればよい。可動子6の位置の位相と、巻線8への印加電圧Vmまたはモータ電流Imとの位相差から共振周波数を推定する構成について説明するが、まずは位相の基準となる基準位相(可動子6の位相)について説明する。
印加電圧Vmの位相として基準位相θ*を用いることで、例えば、可動子6の位置を検出あるいは推定する際にも基準位相θ*を適用できる。基準位相θ*は、駆動周波数指令値ω*が一定の間は、例えば、各時刻に対して[−π,π]、[0,2π]、又はこれより広い範囲を値域とする、のこぎり波としたり、時刻に対して線形に増加するようにしてもよい。後述するように駆動周波数指令値ω*が変動した場合は、これに応じてのこぎり波や線形な増加の形状が変動する(傾きが変化する)。
可動子6が往復運動している場合、可動子6の位置xmは周期関数となる。周期関数はフーリエ級数で表せるため、フーリエ変換式を用いて可動子6の位置xmを表すと、次式(1)のように定義できる。
なお、積分器94a、94bに代えて、不完全積分器を用いることができる。不完全積分器はローパスフィルタの一種で、1次遅れフィルタと同様の構成にできる。その他、不完全積分器に代えて又は追加して、積分器94a,94b(又は不完全積分器)より前段に、ハイパスフィルタ(図示せず)を設けることができる。ハイパスフィルタの遮断周波数としては、例えば10又は5Hz以下にすることができる。
したがって、可動子6の位置検出方法として、ノイズが重畳され易いシステム、例えばインダクタンスの可動子位置依存性が大きいシステムや、近傍に別の機器が存在するシステムを採用する場合に、特に有効な制御を実現できる。このように、高精度に共振周波数を検出あるいは推定し、高効率なリニアモータ駆動を実現することができる。
図13は、駆動周波数調整器131の構成例を説明する図である。周波数指令切替器155は、モード(1)とモード(2)とを切り替える指令であるモード切替信号(modeSW)に従って、2つの入力を切り替える。モード(1)ステップS162(図10)においては、周波数指令切替器155のA側に入力されている値を出力する。つまり、駆動周波数指令の初期値(ω0)がそのまま周波数指令値ω*として出力される。モード(2)ステップS163(図10)においては、周波数指令切替器155のB側に入力されている値を出力する。B側に入力されている値は次のように決定される。
リニアモータ104を可動子6の質量とバネ定数から定まる機械的な共振周波数で駆動する場合の位相差検出器130と駆動周波数調整器131の動作を説明する。
例えば、可動子6の質量が設計値よりも重かった場合、実際の共振周波数は、設計値よりも低くなる。つまり、可動子6の質量設計値を用いて駆動周波数の初期値を決めた場合(設計値を利用して駆動周波数指令値ω*の初期値を決めた場合)には、実際の共振周波数よりも高い周波数で駆動することになる。この時、位相差検出器130で求めた位相差dltθ^は、位相差指令値dltθ*よりも大きい値となる。そのため、駆動周波数調整器131は、駆動周波数指令値ω*を減少させる制御を実行し、その結果、駆動周波数指令値ω*が実際の共振周波数に一致する。したがって、可動子6の速度エネルギーを有効活用でき、高効率にリニアモータ104を駆動することができる。
図9を参照しつつ説明したように、電圧指令値作成器103には位相指令値θ*とストローク指令値l*が入力され、単相の交流電圧指令値Vm*が出力される。詳細について以下説明する。
ストローク指令切替器150は、図13に示したモード切替信号(modeSW)に従って、2つの入力を切り替える。ストローク指令値l*、位相指令値θ*、速度指令値vm*のいずれかを変更することにより、リニアモータ104に印加する電圧を調整することができる。つまり、印加電圧の振幅及び周波数を調整することで、駆動周波数を共振周波数に制御することやストロークを制御することが可能となる。
モード(2)ステップ163(図10)においては、ストローク指令切替器150(字図9)のB側に入力されているストローク制御器153の出力値を出力する。ストローク制御器153には、ストローク検出器152の出力等が入力される。
PWM信号作成器133には、三角波のキャリア信号と電圧指令値Vm*を比較することによる公知のパルス幅変調を用い、電圧指令値Vm*に応じたドライブ信号が生成される。
図17は、電力変換回路105を含む構成例を説明する図である。フルブリッジ回路126は、制御部102より入力されたドライブ信号に応じて直流電圧源120をスイッチングして、リニアモータ104に電圧を出力する。フルブリッジ回路126は4つのスイッチング素子122を備えており、直列接続されたスイッチング素子122a,122bを持つ第一上下アーム(以下、U相という。)と、スイッチング素子122c,122dを持つ第二上下アーム(以下、V相という。)と、を構成している。スイッチング素子122は、制御部102で生成される電圧指令値やパルス幅変調によるドライブ信号を基に、ゲートドライバ回路123が出力するパルス状のゲート信号(124a〜124d)に応じてスイッチング動作できる。
スイッチング素子122の導通状態(オン/オフ)を制御することにより、直流電圧源120の直流電圧を交流電圧に相当する電圧を巻線8に出力できる。なお、直流電圧源120に代えて直流電流源を用いても良い。スイッチング素子122としては、例えば、IGBTやMOS−FETなどの半導体スイッチング素子を採用できる。
電力変換回路105の第一上下アームのスイッチング素子122a,122b間および第二上下アームのスイッチング素子122c,122d間それぞれが、リニアモータ104に接続されている。図17では、上側および下側の電機子9の巻線8が並列に接続されている例を示しているが、巻線8を直列に接続することもできる。
U相下アームとV相下アームには、例えばCT(カレントトランス)等の電流検出器107を設けることができる。これにより、リニアモータ104の巻線に流れる電流Imを検出できる。
電流検出器107として、たとえば、CTに代えて、電力変換回路105の下アームにシャント抵抗125を付加し、シャント抵抗125に流れる電流からリニアモータ104に流れる電流を検出する相シャント電流方式を採用できる。電流検出器107に代えて又は追加して、電力変換回路105の直流側に付加されたシャント抵抗125に流れる直流電流から、電力変換回路105の交流側の電流を検出するシングルシャント電流検出方式を採用しても良い。シングルシャント電流検出方式は、電力変換回路105を構成するスイッチング素子122の通電状態によって、シャント抵抗125に流れる電流が時間的に変化することを利用している。
本実施例は、可動子等の質量の偏差等に対応した効果を奏し得るため、負荷が変動しない場合でも有効である。
図18は、本発明の他の実施例に係る実施例2のリニアモータシステム200の全体概略構成図である。リニアモータシステム200は、リニアモータ駆動装置201と、リニアモータ104から構成される。
図19は、本実施例の位相差検出器230の構成例を示す説明図である。位相指令値θ*(基準位相θ*)を正弦演算器81(入力値の正弦を出力)と余弦演算器82(入力値の余弦を出力)それぞれに入力し、位相指令値θ*(基準位相θ*)に対する正弦および余弦を得る。正弦および余弦それぞれをモータ電流Imと乗算した値が乗算器92から出力される。その出力をそれぞれ、遅れフィルタの一例である一次遅れフィルタ141a,141bで演算すると、正弦および余弦それぞれの1次のフーリエ係数を得る。すなわち、フーリエ展開の駆動周波数ωより高次の周波数成分を消去できるので、高次のノイズに対してロバストに構成できる。
一次遅れフィルタ141a,141bの出力を逆正接器86に入力する。逆正接器86は、入力された正弦および余弦成分を基に逆正接値を出力する。本実施例の逆正接器86は、分子を一次遅れフィルタ141aの出力の負値、分母を一次遅れフィルタ141bの出力とした位相の逆正接値を出力する。もちろん、実施例1で説明したように、分子と分母を逆にした値を出力しても良い。
位置推定部208は、可動子6の位置を推定する。例えばリニアモータ104に印加する電圧Vmと、リニアモータ104に流れる電流Imを利用して、例えば次式(5)で位置推定値xm^を求める。
図22は、本発明の他の実施例に係る実施例3の密閉型圧縮機の縦断面図であり、リニアモータ104を有する密閉型圧縮機50の縦断面図の一例である。密閉型圧縮機50は、圧縮要素20と電動要素30とが密閉容器3内に配置されたレシプロ圧縮機である。圧縮要素20及び電動要素30は支持バネ49によって密閉容器3内に弾性的に支持されている。電動要素30は、可動子6及び電機子9を含む。
可動子6の一端にはピストン4が取り付けられている。本実施例では、可動子6及びピストン4が往復運動することで、作動流体を圧縮及び膨張させる。この圧縮及び膨張に要する仕事等が変動する負荷に相当する。電動要素30の片端には圧縮要素20を配置してある。シリンダブロック1は、可動子6の往復動を案内するガイドロッドを前後方向に沿って有している。
また、シリンダ1a内の圧力を考慮せずに共振周波数を推定すると、想定以上に可動子6のストロークが大きくなり、ピストン4がシリンダヘッド16に衝突する恐れがある。ピストン4がシリンダヘッド16に衝突すると、騒音となるだけでなく、最悪の場合、ピストン4やシリンダヘッド16が破損し得る。そのため、起動時等の過渡時においても適切にストロークを制御することが望ましい。
図23は、本実施例のリニアモータシステム300の全体概略構成図である。リニアモータシステム300は、リニアモータ駆動装置301と、リニアモータ104から構成される。
リニアモータ駆動装置301は、少なくとも位置推定部308と位相差検出器330を有する制御部302と、電流検出器307と、電力変換回路105を有する。
なお、軽負荷、重負荷の判定(負荷の軽重の判定)は、密閉型圧縮機50が無負荷のときの共振周波数の情報を予め得ておき、これと比較することで可能である。具体的には、負荷が大きいと共振周波数が減少していくため、どの程度無負荷時の共振周波数と異なる値で共振するかを検討することで、負荷の軽重を推定できる。
本実施例では、起動直後を状態Hとしており、電圧の振幅の変化速度(時間微分値)を大きくしているため、高速でモード(1)を実行してモード(2)に遷移しやすい。そして、モード(2)実行中の時間T2でゲイン切替信号がHからLに切り替わるものとする。時間T2までの起動初期においては、圧縮要素20の条件によっては、駆動周波数と共振周波数の乖離が大きい。このような状態で、短時間で高精度に共振周波数を検出あるいは推定することで高効率なリニアモータ駆動を実現すると共に、起動時の負荷によらず可動子6のストロークを所望のストロークに制御し、安定な起動を実現するために、制御ゲインを大きくしている。
一方、駆動周波数が共振周波数と略一致したならば、この時間をT2として制御ゲインを小さくする。駆動周波数と共振周波数とが略一致した状態では、電動要素30の電気時定数に対し、圧縮要素20の機械時定数のほうが長い。つまり、圧縮要素20の条件による共振周波数の変化は、各制御器の応答時間よりも十分長い。そのため、制御ゲインを小さくする。
また、本実施例に示した圧縮機は、エアサスペンションにおいて車高を調整するために作動流体を圧縮する圧縮機に適用できる。また、圧縮機の駆動を制御するリニアモータ駆動装置として、上述の実施例1又は実施例2に示したリニアモータ駆動装置を採用することができる。
更にまた、本実施例に示した圧縮機は、凝縮器及び蒸発器を有する冷蔵庫において、液冷媒を圧送する圧縮機にも適用可能である。また、圧縮機の駆動を制御するリニアモータ駆動装置として、上述の実施例1又は実施例2に示したリニアモータ駆動装置を採用することができる。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。
1a…シリンダ
2…永久磁石
3…密閉容器
4…ピストン
6…可動子
7…磁極
8…巻線
9…電機子
16…シリンダヘッド
17…ヘッドカバー
20…圧縮要素
23…共振バネ(アシストバネ)
30…電動要素
50…密閉型圧縮機
100,200,300…リニアモータシステム
101,201,301…リニアモータ駆動装置
102,202,302…制御部
103…電圧指令値作成器
104…リニアモータ
105…電力変換回路
107…電流検出器
122…スイッチング素子
126…フルブリッジ回路
130,230,330…位相差検出器
131…駆動周波数調整器
133…PWM信号作成器
Claims (4)
- 交流電圧が印加される巻線と、
弾性体が接続する可動子と、を備えるリニアモータ制御装置であって、
前記交流電圧の周波数を略一定に保ちつつ前記交流電圧の振幅を単調増加させる運転モード(1)と、
前記交流電圧の振幅を略一定に保ちつつ、前記交流電圧の周波数を変化させる運転モード(2)と、を有し、
リニアモータの起動直後に前記運転モード(1)を実行し、前記交流電圧の振幅が所定の値に達したら、前記運転モード(2)を実行すると共に、前記運転モード(1)の実行によって前記交流電圧の振幅が所定の値に達した後に、前記交流電圧の振幅を増加させる制御を実行して前記可動子の位置を推定又は検出し、前記可動子の位置の位相と、前記巻線への印加電圧またはモータ電流との位相差から共振周波数を推定することを特徴とするリニアモータ制御装置。 - 前記可動子に接続した負荷を有し、
前記交流電圧の周波数と、検出又は推定した前記可動子の共振周波数と、の差から前記負荷が変動したことを推定し、
前記交流電圧の振幅、前記交流電圧の周波数、又は前記可動子の振幅のうち、1つ、2つ又は3つの時間微分値は、前記負荷が軽負荷の場合より重負荷の場合の方が大きいことを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ制御装置。 - 前記可動子に接続した負荷を有し、
前記交流電圧の周波数と、検出又は推定した前記可動子の共振周波数と、の差から前記負荷が変動したことを推定し、
前記負荷に応じて、前記可動子のストローク、前記巻線に流れる電流、又は前記可動子の速度に対する制御ゲイン又は制御時定数を変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載のリニアモータ制御装置。 - 請求項1乃至3何れか一項に記載のリニアモータ制御装置を有する圧縮機であって、
前記可動子の位置を、前記巻線の電圧及び電流値を利用して推定することを特徴とする圧縮機。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016201511A JP6749205B2 (ja) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機 |
CN201780061850.4A CN109792224B (zh) | 2016-10-13 | 2017-10-05 | 线性马达控制装置以及搭载有线性马达控制装置的压缩机 |
PCT/JP2017/036319 WO2018070339A1 (ja) | 2016-10-13 | 2017-10-05 | リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機 |
US16/341,177 US11329541B2 (en) | 2016-10-13 | 2017-10-05 | Linear motor control apparatus and compressor equipped with the same |
DE112017004451.0T DE112017004451T5 (de) | 2016-10-13 | 2017-10-05 | Linearmotorsteuervorrichtung und damit ausgestatteter Verdichter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016201511A JP6749205B2 (ja) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018064379A JP2018064379A (ja) | 2018-04-19 |
JP6749205B2 true JP6749205B2 (ja) | 2020-09-02 |
Family
ID=61905633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016201511A Active JP6749205B2 (ja) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11329541B2 (ja) |
JP (1) | JP6749205B2 (ja) |
CN (1) | CN109792224B (ja) |
DE (1) | DE112017004451T5 (ja) |
WO (1) | WO2018070339A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200068436A (ko) * | 2018-12-05 | 2020-06-15 | 엘지전자 주식회사 | 리니어 압축기 및 리니어 압축기의 제어 방법 |
CN111555690B (zh) * | 2019-12-27 | 2022-04-05 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 马达振动位移的控制方法、存储介质及电子设备 |
CN115485966A (zh) * | 2020-05-13 | 2022-12-16 | 三菱电机株式会社 | 线性电动机系统 |
CN112012915B (zh) * | 2020-08-31 | 2022-04-29 | 扬州大学 | 一种活塞式线性压缩机行程控制装置及其控制方法 |
CN114509156B (zh) * | 2020-11-16 | 2023-10-20 | 深圳市万普拉斯科技有限公司 | 一种线性马达的校准方法、电子装置及存储介质 |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8805420D0 (en) * | 1988-03-08 | 1988-04-07 | Framo Dev Ltd | Electrically powered pump unit |
GB9119448D0 (en) * | 1991-09-12 | 1991-10-23 | Vickers Systems Ltd | System controls |
US5980211A (en) * | 1996-04-22 | 1999-11-09 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Circuit arrangement for driving a reciprocating piston in a cylinder of a linear compressor for generating compressed gas with a linear motor |
US6231310B1 (en) * | 1996-07-09 | 2001-05-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Linear compressor |
JP3674216B2 (ja) * | 1997-02-25 | 2005-07-20 | 松下電工株式会社 | リニア振動モータの駆動制御方法 |
TW353707B (en) * | 1997-09-26 | 1999-03-01 | Nat Science Council | Control device for linear compressor |
JPH11351143A (ja) | 1998-06-10 | 1999-12-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リニアコンプレッサーの駆動装置 |
FR2801645B1 (fr) * | 1999-11-30 | 2005-09-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Dispositif d'entrainement d'un compresseur lineaire, support et ensemble d'informations |
JP3511018B2 (ja) * | 2001-05-18 | 2004-03-29 | 松下電器産業株式会社 | リニアコンプレッサ駆動装置 |
JP2003339188A (ja) * | 2002-05-21 | 2003-11-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リニアモータの駆動装置 |
JP3540311B2 (ja) * | 2002-05-31 | 2004-07-07 | 松下電器産業株式会社 | モータ駆動制御装置 |
EP1509994B1 (en) * | 2002-07-16 | 2006-08-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Control system for a linear vibration motor |
US20040123195A1 (en) * | 2002-12-20 | 2004-06-24 | Rohrbaugh John G. | Systems and methods for testing tri-state bus drivers |
JP4136672B2 (ja) * | 2003-01-10 | 2008-08-20 | 富士電機システムズ株式会社 | 振動型圧縮機 |
KR100941422B1 (ko) * | 2003-08-04 | 2010-02-10 | 삼성전자주식회사 | 리니어 압축기 및 그 제어 장치 |
CN1780138A (zh) * | 2004-11-18 | 2006-05-31 | 乐金电子(天津)电器有限公司 | 线性压缩机的驱动装置及其驱动方法 |
US7408310B2 (en) * | 2005-04-08 | 2008-08-05 | Lg Electronics Inc. | Apparatus for controlling driving of reciprocating compressor and method thereof |
KR100739165B1 (ko) * | 2006-04-13 | 2007-07-13 | 엘지전자 주식회사 | 리니어 압축기의 운전제어장치 및 방법 |
KR101415058B1 (ko) * | 2007-12-11 | 2014-07-04 | 엘지전자 주식회사 | 인버터 리니어 압축기 제어 장치 및 방법 |
KR101838633B1 (ko) * | 2011-07-22 | 2018-03-14 | 엘지전자 주식회사 | 이동 단말기 및 그의 진동력 제어방법 |
US11466678B2 (en) * | 2013-11-07 | 2022-10-11 | Gas Technology Institute | Free piston linear motor compressor and associated systems of operation |
JP6271344B2 (ja) * | 2014-06-04 | 2018-01-31 | ミネベアミツミ株式会社 | 振動発生器の制御方法および振動発生器 |
JP6667220B2 (ja) * | 2015-07-14 | 2020-03-18 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータの制御装置とその制御方法、駆動装置、撮像装置、及び自動ステージ |
-
2016
- 2016-10-13 JP JP2016201511A patent/JP6749205B2/ja active Active
-
2017
- 2017-10-05 WO PCT/JP2017/036319 patent/WO2018070339A1/ja active Application Filing
- 2017-10-05 CN CN201780061850.4A patent/CN109792224B/zh active Active
- 2017-10-05 DE DE112017004451.0T patent/DE112017004451T5/de active Pending
- 2017-10-05 US US16/341,177 patent/US11329541B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109792224A (zh) | 2019-05-21 |
DE112017004451T5 (de) | 2019-07-11 |
CN109792224B (zh) | 2022-09-27 |
WO2018070339A1 (ja) | 2018-04-19 |
US20200195119A1 (en) | 2020-06-18 |
JP2018064379A (ja) | 2018-04-19 |
US11329541B2 (en) | 2022-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6749205B2 (ja) | リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機 | |
WO2002095923A1 (fr) | Dispositif d'entrainement pour compresseur linaire | |
EP1724914A2 (en) | System and method for controlling linear compressor | |
JP2002155868A (ja) | リニアコンプレッサ駆動装置、媒体、および情報集合体 | |
WO2017006744A1 (ja) | モータシステム及びこれを備える機器 | |
JP4060805B2 (ja) | 電動機のトルク制御装置及び電動機のトルク制御方法及び電動機の回転子位置検出装置及び電動機の回転子位置検出方法及び密閉型圧縮機及び冷凍空調装置 | |
JP2003199388A (ja) | モータ駆動装置 | |
JP6899720B2 (ja) | リニアモータシステム及びそれを有する圧縮機 | |
JP6965048B2 (ja) | リニアモータシステム | |
Suzuki et al. | Position sensor-less resonant frequency estimation method for linear compressor with assist springs | |
KR102189035B1 (ko) | 리니어 모터 시스템 및 압축기 | |
JP6916053B2 (ja) | リニアモータシステム | |
WO2019176471A1 (ja) | リニア圧縮機及びリニア圧縮機制御システム | |
CN110190797B (zh) | 振动控制系统和洗衣机 | |
Suzuki et al. | Resonant frequency tracking control for a linear compressor with assist springs | |
JP5849420B2 (ja) | モータの制御装置、及びモータの制御方法 | |
Benecke et al. | Design and control of a linear reluctance motor for a vacuum diaphragm pump | |
Kim et al. | Inductance and Stroke Estimation Method Based on Current Slope of LRA | |
KR101403007B1 (ko) | 리니어 압축기 및 그 제어 방법 | |
JP2009017755A (ja) | リニアモータ制御装置およびスターリング機関 | |
KR101528473B1 (ko) | 리니어 압축기의 스트로크 위상 제어 장치 및 방법 | |
Xue et al. | A controller for linear compressors propelled by linear switched reluctance actuators | |
JP2004236437A (ja) | モータの制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190711 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200421 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200604 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200804 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200811 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6749205 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |