DE10059190B4

DE10059190B4 - Vorrichtung für das Ansteuern eines linearen Kompressors

Info

Publication number: DE10059190B4
Application number: DE10059190A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Kadoma Ueda; Kaneharu Katano Yoshioka; Hideki Shijonawate Nakata; Hiroshi Katano Hasegawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: FR2801645B1; CN1673536A; US6501240B2; CN100359175C; CN1303171A; CN1208897C; DE10059190A1; KR100571224B1; US20010005320A1; KR20010052041A; FR2801645A1

Abstract

Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors für einen linearen Kompressor, der einen Kolben in einem Zylinder durch einen Linearmotor antreibt, um ein komprimiertes Gas zu erzeugen, umfassend:
einen Inverter für das Ausgeben eines Wechselstroms, der dem Linearmotor zugeführt werden soll;
eine Stromdetektionsvorrichtung für das Detektieren eines Ausgangsstroms des Inverters;
eine Spannungsdetektionsvorrichtung für das Detektieren einer Ausgangsspannung des Inverters;
eine Vorrichtung für das Bestimmen des Amplitudenwerts des Stroms für das Bestimmen eines Amplitudenwerts des Ausgangsstroms basierend auf einer vom linearen Kompressor benötigten Druckkraft;
eine Vorrichtung für das Berechnen der Ausgangsleistung für das Berechnen einer Ausgangsleistung vom Inverter, basierend auf dem detektierten Ausgangsstrom und der detektierten Ausgangsspannung;
eine Frequenzbestimmungsvorrichtung für das Bestimmen einer Frequenz des Ausgangsstroms, so dass die Ausgangsleistung maximal ist; und
eine Invertersteuerung für das Steuern des Inverters auf der Basis des bestimmten Amplitudenwerts des Stroms und der bestimmten Frequenz, wobei die Frequenz...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuervorrichtung für einen linearen Kompressor, die beispielsweise einen Kolben in einem Zylinder mittels eines Linearmotors hin und her bewegt, um ein komprimiertes Gas in einer Kompressionskammer, die aus dem Zylinder und dem Kolben gebildet wird, zu erzeugen.
Ein linearer Kompressor für das Erzeugen komprimierten Gases unter Verwendung der Elastizität eines mechanischen elastischen Elements oder des komprimierten Gases ist bekannt.
Somit wird die Konfiguration und der Betrieb eines konventionellen linearen Kompressors, der eine Feder als elastisches Element verwendet, unter Bezug auf 7, die eine Ansicht darstellt, die die Konfiguration eines konventionellen linearen Kompressors zeigt, beschrieben.
Ein Zylinder 60 stützt einen Kolben 61 in einer Weise, daß der Kolben 61 entlang seiner axialen Richtung gleiten kann. Der Kolben 61 weist an ihm befestigte Magnete 62 auf. Stator spulen 64, die in einem äußeren Joch 63 eingebettet sind, sind gegenüber den Magneten 62 angeordnet.
Eine Kompressionskammer 65, die aus dem Zylinder 60 und dem Kolben 61 gebildet wird, weist ein mit ihr verbundenes Ansaugrohr 66 und ein Ausströmrohr 67 auf. Das Ansaugrohr 66 besitzt ein Saugventil 68 und das Ausströmrohr 67 besitzt ein Ausströmventil 69. Zusätzlich wird der Kolben 61 elastisch durch eine Resonanzfeder 70 abgestützt.
Wenn Leistung kontinuierlich über eine (nicht gezeigte) Motoransteuerung an einen Linearmotor 71, der das äußere Joch 63, die Statorspulen 64 und die Magnete 62 umfaßt, geliefert wird, so bewegt sich der Kolben 61 in seiner axialen Richtung hin und her, um ein Kühlmittel anzusaugen und in der Kompressionskammer 65 zu komprimieren.
Für eine wirksame Ansteuerung muß der lineare Kompressor mit einer Resonanzfrequenz angesteuert werden. Die Resonanzfrequenz des linearen Kompressors wird durch (1) die Elastizität eines mechanisch installierten elastischen Elements und eines komprimierten Gases, wenn der Kompressor dieses elastische Element einschließt, oder (2) nur durch die Elastizität des komprimierten Gases, wenn der Kompressor nur die Elastizität des komprimierten Gases verwendet, bestimmt.
In jedem Fall ändert sich jedoch die Elastizität des komprimierten Gases bei variablen Belastungen beträchtlich, so daß die Resonanzfrequenz des linearen Kompressors nicht eindeutig bestimmt werden kann. Es wurde deswegen ein Verfahren verwendet, das versucht, die variierende Resonanzfrequenz unter Verwendung eines Phänomens, bei dem ein Resonanzzustand aufge baut wird, wenn ein Eingangsstrom und eine Kolbengeschwindigkeit phasengleich sind, zu berechnen (offengelegtes japanisches Patent Nr. 10-26083 ).
Es wird nun ein Beispiel eines solchen Verfahrens kurz unter Bezug auf 8, die ein Flußdiagramm darstellt, das für das Erklären eines der Resonanz folgenden Betriebs eines konventionellen linearen Kompressors mit einem Positionssensor nützlich ist, erläutert.
Wenn die Resonanzfrequenzdetektionssteuerung gestartet wird, wird ein Sinuswellenstrombefehlswert Iref, der in den linearen Kompressor eingegeben wird, aus einer Ansteuerfrequenz f in Schritt S20 erzeugt. In Schritt S21 wird eine Positionsinformation des Kolbens vom Positionssensor, der im linearen Kompressor installiert ist, verwendet, um die aktuelle Geschwindigkeit Vnow des Kolbens zu bestimmen.
In Schritt S22 wird eine Phasendifferenz zwischen dem bestimmten Wert Iref und der Geschwindigkeit Vnow bestimmt. Wenn die Phase des Wertes Iref schneller als die der Geschwindigkeit Vnow ist, so geht das Verfahren zu Schritt S23 weiter. Wenn die Phasen gleich sind, so geht das Verfahren zu Schritt S24 weiter. Wenn die Phase des Wertes Iref langsamer ist, so geht das Verfahren zu Schritt S25 weiter.
Da in Schritt S23 die aktuelle Ansteuerfrequenz niedriger als die Resonanzfrequenz ist, so wird die Ansteuerfrequenz f erhöht und das Verfahren kehrt dann zu Schritt S20 zurück. Da in Schritt S24 die aktuelle Ansteuerfrequenz und die Resonanzfrequenz gleich sind, kehrt das Verfahren ohne eine Änderung der Ansteuerfrequenz f zu Schritt S20 zurück. Da in Schritt S25 die aktuelle Ansteuerfrequenz höher als die Resonanzfrequenz ist, wird die Ansteuerfrequenz f vermindert und das Verfahren kehrt dann zu Schritt S20 zurück.
Auf diese Weise ist die Positionsinformation des Kolbens, die man vom Positionssensor erhält, verwendet worden, um die Ansteuerfrequenz so zu steuern, daß sie gleich der Resonanzfrequenz ist.
Das Verwenden dieses Verfahrens erfordert jedoch, daß die Verschiebung des Kolbens im Zylinder gemessen wird, wie das oben beschrieben wurde, was es somit erforderlich macht, eine Vorrichtung für das Messen der Verschiebung in den linearen Kompressor zu integrieren. Somit nimmt nicht nur das Volumen des linearen Kompressors um die Größe zu, die dem Volumen der Vorrichtung zur Messung der Verschiebung entspricht, sondern es muß auch die Vorrichtung zur Messung der Verschiebung in ein Gehäuse des linearen Kompressors eingeschlossen werden, und somit besteht ein Problem darin, daß ein zuverlässiger Betrieb der Vorrichtung zur Messung der Verschiebung auch unter schwierigen Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Temperatur, den Druck oder dergleichen gewährleistet werden muß.
Auch in der Patentanmeldung JP-A-10122141 wird zur Steuerung der Ansteuerfrequenz eines linearen Kompressors die Phasendifferenz zwischen dem vom Kompressor bezogenen Strom und der Geschwindigkeit des Kolbens im Kompressor ausgewertet.
Im Patent EP 0 266 835 ist eine Ansteuerung für einen Inverter beschrieben der einen linearen Kompressor mit Strom und Spannung versorgt. Die Ansteuerung ermittelt eine optimale Frequenz für den vom linearen Kompressor aufgenommenen Versorgungsstrom bei der die vom linearen Kompressor aufgenommene elektrische Leistung maximal ist. Zu diesem Zweck misst die Ansteuerung den vom linearen Kompressor aufgenommenen Strom und die zugeführte Spannung und ermittelt die aufgenommene elektrische Leistung. Bei maximaler Leistungsaufnahme des linearen Kompressors stimmt die optimale Frequenz mit der Resonanzfrequenz des Kolbens im linearen Kompressor überein.
Das Patent US 5,420,778 beschreibt eine Ansteuerung für einen Inverter der einem elektrischen Motor eine Versorgungsspannung und einen Versorgungsstrom zuführt. Die Ansteuerung ermittelt basierend auf einer vorgegebenen Ansteuerfrequenz und dem vom Motor bezogenen Versorgungsstrom eine optimale Versorgungsspannung, bei der der Motor am effizientesten arbeitet. Zur Ermittlung der optimalen Versorgungsspannung verwendet die Ansteuerung abgespeicherte Werte, die in experimenteller Weise bestimmt worden sind.
Die Patentanmeldung JP-A-09112438 beschreibt eine Regelung der Ansteuerfrequenz eines linearen Kompressors basierend auf der Phasendifferenz zwischen dem Versorgungsstrom und der Versorgungsspannung des linearen Kompressors. Die Ansteuerfrequenz wirr so eingestellt, dass sie mit der Resonanzfrequenz des linearen Kompressors übereinstimmt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ansteuerung für einen linearen Kompressor bereitzustellen, die nicht nur die an den linearen Kompressor abgegebene Leistung maximiert, sondern auch die an den linearen Kompressor abgegebene maximale Leistung präzise einstellt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Flußdiagramm, das eine Steueroperation zeigt, die durch die Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
3 ist ein Flußdiagramm, das eine Steueroperation zeigt, die durch eine Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfre quenz gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
4 ist ein Blockdiagramm einer Kühlvorrichtung (refrigerating cycle apparatus), die die Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet;
5 ist ein Schaubild, das die Ergebnisse von Messungen von drei physikalischen Größen, die die Eingangsleistung, eine Differenz der Phasen zwischen der Kolbengeschwindigkeit und einem Strom und einem Wirkungsgrad einschließen, wobei sie erhalten werden, wenn eine Ansteuerfrequenz variiert wird, während ein Amplitudenwert des Stroms beibehalten wird;
6 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines konventionellen linearen Kompressors zeigt;
8 ist ein Flußdiagramm, das für die Erläuterung einer Resonanzfolgeoperation, die durch einen konventionellen linearen Kompressor mit einem Positionssensor durchgeführt wird, nützlich ist; und
9 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein linearer Kompressor durch das Eingeben einer konstanten Stromamplitude in den Linearmotor und das Einstellen der Frequenz des Eingangsstroms, um die Eingangsleistung in den Linearmotor zu maximieren, wirksam angesteuert werden kann. Dies wird logisch in einer späteren Hälfte der Ausführungsform 1 erläutert.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Zuerst wird die Konfiguration einer Vorrichtung für das Ansteuern eines linearen Kompressors gemäß der Ausführungsform 1 unter Bezug auf 1, die ein Blockdiagramm dieser Vorrichtung darstellt, beschrieben.
Die Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors umfaßt eine Gleichspannungsversorgung 5, eine Stromdetektionsvorrichtung 8, eine Spannungsdetektionsvorrichtung 10, eine Vorrichtung 11 zur Berechnung der Ausgangsleistung, eine Invertersteuerung 9, einen Inverter 6, eine Vorrichtung 2 zur Bestimmung des Wertes der Stromamplitude, eine Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz und eine Vorrichtung 3 zur Angabe der Wellenform des Eingangsstroms. Eine Vorrichtung, die die Invertersteuerung 9 und die Vorrichtung 3 zur Angabe der Wellenform des Eingangsstroms einschließt, ent spricht der Invertersteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Als nächstes wird die Konfiguration der Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert.
Die Gleichspannungsversorgung 5 liefert eine Gleichspannung an den Inverter 6 und sie umfaßt im allgemeinen eine Wechselspannungsversorgung, eine Diodenbrücke für das Gleichrichten eines Wechselstroms der Wechselspannungsversorgung und einen Glättungskondensator.
Die Stromdetektionsvorrichtung 8 detektiert durch einen Stromsensor 7 einen Strom, der an einen (nicht gezeigten) Linearmotor, der den linearen Kompressor 1 antreibt, geliefert wird.
Die Spannungsdetektionsvorrichtung 10 detektiert durch den Inverter 6 eine Spannung, die an den Linearmotor, der den linearen Kompressor 1 antreibt, geliefert wird. Das Ausgangssignal des Inverters 6 weist jedoch eine Wellenform einer PWM (Pulse Width Modulation = Pulsbreitenmodulation) auf, und kann so nicht einfach direkt gemessen werden. Ein Tiefpaßfilter, das einen Transformator oder Kondensator und einen Widerstand aufweist, wird daher verwendet, um die PWM-Wellenform zu formen und zu messen.
Die Vorrichtung 11 zur Berechnung der Ausgangsleistung berechnet eine Ausgangsleistung P des Inverters (nachfolgend einfach als "Ausgangsleistung" bezeichnet) unter Verwendung des Ausgangsstroms (der durch die Stromdetektionsvorrichtung 8 detektiert wird) und der Ausgangsspannung (die durch die Spannungsdetektionsvorrichtung 10 detektiert wurde) des Inverters 6. Insbesondere wird die Ausgangsleistung P des Inverters durch das Multiplizieren einer gemessenen augenblicklichen Spannung mit einem gemessenen augenblicklichen Strom, um eine augenblickliche Leistung zu berechnen und dem Aufsummieren der Produkte für eine Periode der Ansteuerfrequenz oder für eine Periode, die einem ganzzahligen Vielfachen dieser Frequenz entspricht, berechnet. Die Ausgangsleistung P kann durch das Anlegen der augenblicklichen Leistung an ein Tiefpaßfilter berechnet werden. Beispielsweise ist die folgende Berechnung möglich:
Die zuletzt berechnete augenblickliche Leistung wird mit einem vorbestimmten Wichtungswert (beispielsweise 0,9999) multipliziert, die aktuell berechnete augenblickliche Leistung wird mit einem Wichtungswert (im obigen Beispiel 0,0001), der 1 ergibt, wenn er zum oben erwähnten Wichtungswert addiert wird, multipliziert, und die Produkte werden zusammengezählt.
Die Invertersteuerung 9 steuert die Ausgabe-PWM-Breite des Inverters 6 in einer Weise, die die Abweichung zwischen einer vorgegebenen Stromwellenform und dem detektierten Strom vermindert. Ein spezielles Steuerverfahren umfaßt das Anwenden einer P-Steuerung (Proportional-Steuerung) oder einer PI-Steuerung (Proportional-Integral-Steuerung) mit einer passenden Verstärkung auf die Abweichung zwischen der vorgegebenen Stromwellenform und dem detektierten Strom, um somit die Ausgabe-PWM-Breite des Inverters 6 zu bestimmen.
Der Inverter 6 wird mit einer PWM-Breite, die durch die Invertersteuervorrichtung 9 bestimmt wird, angesteuert. Der In werter 6 kann ein einphasiger Vollbrückeninverter oder ein einphasiger Halbbrückeninverter sein.
Die Vorrichtung 2 zur Bestimmung des Wertes der Stromamplitude bestimmt den Amplitudenwert I eines Stroms, der in den Linearmotor eingegeben werden muß, um den linearen Kompressor 1 anzutreiben, aus dem Zustand des linearen Kompressors 1 oder dem Zustand eines Systems, das im linearen Kompressor 1 integriert ist.
Wenn die Amplitude eines Stroms, der in den Linearmotor eingegeben wird, konstant ist, so bestimmt die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz eine Frequenz und stellt sie so ein, daß die Eingangsleistung des Linearmotors, die durch die Vorrichtung 11 zur Berechnung der Ausgangsleistung gemessen wird, maximiert wird.
Die Vorrichtung 3 zur Angabe der Wellenform des Eingangsstroms erzeugt eine Stromwellenform, die den bestimmten Amplitudenwert I und die Frequenz ω aufweist, und weist die Invertersteuerung 9 an, eine ähnliche Wellenform auszugeben.
Als nächstes wird der Betrieb der Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß dieser Ausführungsform in Bezug auf 2, die ein Flußdiagramm darstellt, das eine Steueroperation für diese Vorrichtung zeigt, beschrieben.
Wenn der lineare Kompressor 1 betätigt wird und dann in einen stabilen Zustand geht, und die Aktivierung eines Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung spezifiziert wird, so bestimmt die Vorrichtung 2 zur Bestimmung des Wertes der Stromamplitude in Schritt S1 den Amplitudenwert I des Stroms an den (nicht gezeigten) Linearmotor, der den linearen Kompressor 1 ansteuert, aus dem Zustand des linearen Kompressors 1 oder dem Zustand des Systems, das im linearen Kompressor 1 integriert ist.
In Schritt S2 erzeugt die Vorrichtung 3 zur Angabe der Wellenform des Eingangsstroms eine vorgegebene Stromwellenform I × sinωt aus dem Amplitudenwert I, der durch die Vorrichtung 2 zur Bestimmung des Wertes der Stromamplitude bestimmt wurde, und der Frequenz ω, die durch die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz bestimmt wurde.
Im Schritt S3 liefern die Invertersteuerung 9 und der Inverter 6 einen Strom an den linearen Kompressor 1, basierend auf der vorgegebenen Stromwellenform I × sinωt und dem Strom, der durch die Stromdetektionsvorrichtung 8 detektiert wurde.
Im Schritt S4 mißt die Vorrichtung 11 zur Berechnung der Ausgangsleistung die Leistung P, die an den linearen Kompressor 1 zu liefern ist.
Im Schritt S5 stellt die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz unter der Bedingung, daß die Stromamplitude I, die an den linearen Kompressor 1 geliefert wird, konstant ist, die Frequenz ωdes Eingangsstroms so ein, daß die gelieferte Leistung P maximiert wird.
Die Schritte S2 bis S5 werden wiederholt, bis die gelieferte Leistung P maximiert ist. Wenn die gelieferte Leistung P maximiert ist, so kehrt das Verfahren zum Schritt S1 zurück.
Als nächstes wird der Betrieb der Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz im Detail unter Bezug auf 3, die ein Flußdiagramm ist, das den Steuerbetrieb für die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz zeigt, beschrieben.
Nachfolgend werden zwei Variablen (das sind eine Ansteuerfrequenzvariationsperiode und eine Ansteuerfrequenzvariation) und ein Flag (das ist ein Richtungsflag der Ansteuerfrequenzvariation) verwendet. Die Ansteuerfrequenzvariationsperiode ist eine Steuerperiode während der Zeit, wenn die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz arbeitet, und die Ansteuerfrequenzvariation ist ein Betrag, um den die Ansteuerfrequenz variiert, wenn die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz eine Operation durchführt. Zusätzlich basiert das Richtungsflag der Ansteuerfrequenzvariation auf einer Richtung, in welcher die Ansteuerfrequenz, die durch die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz bestimmt wurde, variiert. Wenn dieses Flag 1 ist, so zeigt es eine Erhöhung der Frequenz an, und wenn es –1 ist, so zeigt es eine Erniedrigung der Frequenz an.
Wenn die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz aufgerufen wird, so wird in Schritt S10 die an den linearen Kompressor 1 eingegebene Leistung zur Zeit, zu der die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz das letzte Mal aufgerufen wurde, mit der aktuellen Leistung verglichen. Insbesondere wird die aktuelle Leistung von der letzten Leistung abgezogen, um die Differenz zu berechnen.
Wenn die Leistungsdifferenz negativ ist, so zeigt dies an, daß die zu letzt bestimmte Ansteuerfrequenz sich in einer Richtung geändert hat, in der sie von der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung des linearen Kompressors 1 abweicht. Das Richtungsflag der Ansteuerfrequenzvariation wird in Schritt S11 invertiert. Wenn andererseits die Leistungsdifferenz positiv oder null ist, so zeigt dies an, daß sich die zuletzt bestimmte Ansteuerfrequenz in einer Richtung geändert hat, in welcher sie der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung des linearen Kompressors 1 folgt. Das Richtungsflag der Ansteuerfrequenzvariation wird im Schritt S12 unverändert beibehalten.
Wenn das Richtungsflag der Ansteuerfrequenzvariation positiv ist, so wird in Schritt S13 die Ansteuerfrequenz durch eine Erhöhung der Ansteuerfrequenz um einen Betrag, der der Ansteuerfrequenzvariation entspricht, bestimmt. Im Gegensatz dazu wird, wenn das Richtungsflag der Ansteuerfrequenzvariation einen negativen Wert aufweist, die Ansteuerfrequenz in Schritt S14 durch das Reduzieren der Ansteuerfrequenz und die Ansteuerfrequenzvariation bestimmt.
Das Verfahren wartet während der Ansteuerfrequenzvariationsperiode in Schritt S15 und kehrt dann zu Schritt S10 zurück.
Auf diese Weise variiert die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz die Ansteuerfrequenz in jeder Ansteuerfrequenzvariationsperiode um einen Betrag, der der Ansteuerfrequenzvariation entspricht, um die Leistungseingabe in den linearen Kompressor 1 zu maximieren.
In dieser Hinsicht variiert die Eingangsleistung, wenn die Belastung des linearen Kompressors nicht stabil ist, sogar dann, wenn die Ansteuerfrequenz nicht variiert wird, so daß die Ansteuerfrequenz durch die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz in einer Richtung bestimmt werden kann, die von der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung des linearen Kompressors 1 abweicht. Es ist somit eine Einstellung möglich, bei der, wenn die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz die Ansteuerfrequenz zumindest zweimal in derselben Richtung variiert, um hiermit die Leistung um einen vorbestimmten Wert oder mehr zu variieren, die letzte bestimmte Ansteuerfrequenz beibehalten wird, um somit zu verhindern, daß die Ansteuerfrequenz variiert, bis die Belastungen stabilisiert sind. Dies hindert die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz von einer Bestimmung der Ansteuerfrequenz in einer Richtung, die von der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung abweicht, sogar dann, wenn die Belastung nicht stabil ist, um somit einen stabilen Betrieb zu gewährleisten. Natürlich kann der oben beschriebene bestimmte Wert ein spezieller Wert sein, oder ein Wert, der auf einer Leistung basiert, die zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gemessen wurde (beispielsweise ein Wert, der 10% der Leistung entspricht, die gemessen wurde, wenn die Ansteuerfrequenz zu bestimmen ist).
Zusätzlich wird angenommen, wenn die Variation der Leistung groß ist, daß die Ansteuerfrequenz wesentlich von der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung abweicht. Die Variationsperiode kann somit reduziert werden. Wenn die Variation der Leistung klein ist, so wird angenommen, daß die Ansteuerfrequenz dicht an der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung ist. Die Variationsperiode der Ansteuerfrequenz kann somit er höht werden. Dies ermöglicht ein stabiles Folgen der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung mit hoher Geschwindigkeit.
Weiterhin variiert beim oben beschriebenen Verfahren die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz kontinuierlich die Ansteuerfrequenz, um die Leistung zu maximieren, so daß in jeder Variationsperiode der Ansteuerfrequenz die Ansteuerfrequenz um die Ansteuerfrequenz variiert, die der maximalen Leistung entspricht, und zwar um einen Betrag, der der Ansteuerfrequenzvariation entspricht. Somit kann eine Ansteuerung mit einer Ansteuerfrequenz, die von der Frequenz abweicht, die der maximalen Leistung entspricht, nicht vernachlässigt werden. Wenn die Variation der Leistung groß ist, so kann dann, da angenommen wird daß die Ansteuerfrequenz wesentlich von der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung abweicht, die Variation der Ansteuerfrequenz erhöht werden. Wenn die Variation der Leistung klein ist, so kann, da angenommen wird, daß die Ansteuerfrequenz dicht bei der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung liegt, die Variation der Ansteuerfrequenz reduziert werden. Dies ermöglicht es der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung in stabiler Weise und mit hoher Geschwindigkeit zu folgen.
Zusätzlich muß der Amplitudenwert des Stroms variiert werden, um den linearen Kompressor 1 wirksam zu steuern. Da jedoch der Betrieb der Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz unter Bedingungen, bei denen der Amplitudenwert des Stroms nicht konstant ist, nicht gewährleistet ist, kann die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz eine Ansteuerfrequenz bestimmen, die wesentlich von der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung des linearen Kompressors 1 abweicht, wenn sich der Amplitudenwert des Stroms ändert. Somit wird, während der Amplitudenwert des Stroms variiert, der Betrieb der Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz gestoppt, um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen, während der Amplitudenwert des Stroms variiert.
Zusätzlich kann der Amplitudenwert des Stroms um einen Betrag geändert werden, der größer als der notwendige Betrag ist, da die Ansteuerfrequenz, die durch die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz bestimmt wurde, von der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung des linearen Kompressors 1 abweicht. Somit kann, wenn die Variation der Leistung gleich oder größer als ein fester Wert ist, da angenommen wird, daß die Ansteuerfrequenz von der Ansteuerfrequenz maximaler Leistung des linearen Kompressors 1 abweicht, die Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz verhindern, daß der Amplitudenwert des Stroms variiert. Dies ermöglicht einen stabilen Betrieb, ohne den Strom unnötig zu erhöhen.
Weiterhin bestimmt, wie in 4, die ein Blockdiagramm einer Kühlvorrichtung (refrigerating cycle apparatus), das die Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß dieser Ausführungsform verwendet, gezeigt ist, wenn die Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors als Teil einer Kühlvorrichtung 43, die einen Kondensator 40, eine Expansionsvorrichtung 41 und einen Verdampfer 42 umfaßt, verwendet wird, die Vorrichtung 2 zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert des Stroms, der in den linearen Kompressor 1 eingegeben wird, auf der Basis einer Umgebungstemperatur von mindestens einem Abschnitt der Kühlvorrichtung 43 und einer eingestellten Temperatur, die der Umgebungstemperatur entspricht. Insbesondere bestimmt sie den Amplitudenwert des Stroms durch (1) die Verwendung einer Pro portional-Integral-Steuerung, um so die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der eingestellten Temperatur zu reduzieren, oder (2) durch die Bezugnahme auf vorher vorbereitete Tabellenwerte, die sich auf solche Temperaturdifferenzen beziehen. In diesem Fall kann die Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors auch den linearen Kompressor 1 so steuern, daß er eine vom Benutzer gewünschte Temperatur erzielt. Alternativ kann der Amplitudenwert des Stroms so bestimmt werden, daß eine in den linearen Kompressor 1 einzugebende Leistung erhalten wird, wobei deren Wert auf der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der eingestellten Temperatur berechnet wird.
Zusätzlich ist, wenn der lineare Kompressor 1 aktiviert wird, ein darin enthaltenes Gas nicht stabilisiert, so daß eine schnelle Zunahme des Amplitudenwerts des Stroms bewirken kann, daß ein Spitzenteil des Kolbens und ein Kopf des Zylinders miteinander zusammenstoßen. Die Vorrichtung 2 zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms erhöht daher bei einer Aktivierung den Amplitudenwert des Stroms allmählich. Im Gegensatz dazu kann, wenn der lineare Kompressor 1 gestoppt wird, da es eine Differenz zwischen dem Ansaugdruck und einem Ausströmdruck gibt, eine schnelle Abnahme im Amplitudenwert des Stroms bewirken, daß der Spitzenteil des Kolbens und der Kopf des Zylinders gegeneinander schlagen, oder daß eine für die Resonanz verwendete Feder plastisch deformiert wird. Somit vermindert die Vorrichtung 2 zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms beim Stoppen den Amplitudenwert des Stroms allmählich.
Zusätzlich muß die Steuerung des Inverters nicht auf der Basis der Berechnung der Ausgangsleistung des Inverters wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform durchgeführt werden, sondern sie kann statt dessen auf der Basis der Berechnung der Eingangsleistung des Inverters durchgeführt werden, da angenommen wird, daß die Eingangsleistung des Inverters gleich der Ausgangsleistung des Inverters ist.
In einem solchen Fall ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise, wie das in 9 gezeigt ist, eine Vorrichtung für das Ansteuern eines linearen Kompressors für einen linearen Kompressor 1 für das Antreiben eines Kolbens in einem Zylinder mittels eines Linearmotors, um komprimiertes Gas zu erzeugen, wobei sie folgendes umfaßt:
einen Inverter 6 für das Ausgeben eines Wechselstroms, der an den Linearmotor geliefert werden soll;
eine Eingangsstromdetektionsvorrichtung 8' für das Detektieren eines Eingangsstroms des Inverters 6;
eine Ausgangsstromdetektionsvorrichtung 8'' für das Detektieren eines Ausgangsstroms des Inverters 6;
eine Vorrichtung 2 für das Bestimmen des Amplitudenwertes des Stroms, um einen Amplitudenwert des Ausgangsstroms des Inverters 6 zu bestimmen;
eine Vorrichtung 11' für das Berechnen der Eingangsleistung für das Berechnen einer Eingangsleistung des Inverters (6) auf der Basis (1) des detektierten Eingangsstroms und (2) einer Eingangsspannung des Inverters 6, die durch die Spannungsdetektionsvorrichtung 10' detektiert wurde;
eine Vorrichtung 4 zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz für das Bestimmen einer Frequenz des Ausgangsstroms des Inverters 6, so daß die Eingangsleistung maximal ist; und
eine Invertersteuerung 9 für das Steuern des Inverters 6 unter Verwendung des Ergebnisses der Detektion der Ausgangs stromdetektionsvorrichtung 8'', basierend auf dem bestimmten Amplitudenwert des Stroms und der bestimmten Frequenz.
Hier wird die Eingangsspannung des Inverters in der vorliegenden Erfindung durch die Spannungsdetektionsvorrichtung in obigem Beispiel detektiert, wobei dies aber keine Einschränkung darstellen soll, da beispielsweise ein vorbestimmter Wert als Eingangsspannung verwendet werden kann.
Insbesondere wenn ein Leistungsfaktorkorrekturwandler (power factor correction converter = PFC-Wandler) als Gleichspannungsversorgung verwendet wird, kann der Eingangsstrom des Inverters berechnet werden als die Eingangsleistung des PFC-Wandlers, basierend auf (1) einem Amplitudenwert des Eingangsstroms in den PFC-Wandler, der detektiert wurde, und (2) als ein vorbestimmter Amplitudenwert der Eingangsspannung des PFC-Wandlers.
Zusätzlich braucht der Ausgangsstrom des Inverters nicht durch die Ausgangsstromdetektionsvorrichtung detektiert werden, wie das oben beschrieben wurde. Wenn beispielsweise die Steuerung des Inverters in der vorliegenden Erfindung durch eine Steuerung mit geöffnetem Steuerkreis (nicht durch eine Rückkoppelungssteuerung) ausgeführt wird, so ist eine Vorrichtung zur Detektion des Ausgangsstroms unnötig.
Es werden als nächstes, wie dies oben beschrieben wurde, Merkmale der Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Gleichungen (1) bis (3) als theoretischer Nachweis erläutert.
Die Beziehung zwischen der Eingangsenergie und der Ausgangsenergie im Linearmotor für das Ansteuern des linearen Kompressors kann folgendermaßen ausgedrückt werden: Pi = Po + ½ × R × I2 (Gleichung 1)wobei P_o eine mittlere Ausgangsenergie des Linearmotors, P_i eine mittlere Eingangsenergie des Linearmotors, R einen Ersatzwiderstand darin und I eine Amplitude eines in ihn eingegebenen sinusförmigen Stroms darstellt. Die mittlere Eingangsenergie P_i des Linearmotors entspricht der Ausgangsleistung des oben beschriebenen Inverters 6.
Wie aus Gleichung (1) deutlich wird, ergibt sich ein Verlust des Linearmotors durch eine Joulesche Wärme, die vom Ersatzwiderstand des Linearmotors ausgeht. Wenn der Ersatzwiderstand invariabel ist, so wird der Verlust nur durch die Amplitude des Stroms und unabhängig von seiner Frequenz bestimmt.
Weiterhin erfüllt das Verhältnis zwischen einer Ausgangsleistung P_c des linearen Kompressors (nachfolgend als Ausgangsleistung des Linearmotors bezeichnet) und der mittleren Ausgangsleistung P_o des Linearmotors (dieses Verhältnis wird hier nachfolgend als mechanischer Wirkungsgrad des Kompressors bezeichnet) die folgende Gleichung: Pc = ηm × Po (Gleichung 2) wobei P_c die Ausgangsleistung des linearen Kompressors be zeichnet, und η_m den mechanischen Wirkungsgrad des Kompressors bezeichnet.
Das Verhältnis zwischen der Ausgangsleistung P_c des Kompressors und der mittleren Eingangsleistung P_i des Linearmotors (dieses Verhältnis wird hier nachfolgend als "allgemeiner Wirkungsgrad" bezeichnet) wird ausdrückt durch: η = Pc/Pi = (ηm × Po)/(Po + ½ × R × I2) = ηm/(1 + (1/2 × R × I2)/Po) (Gleichung 3)wobei η den allgemeinen Wirkungsgrad bezeichnet.
Es kann angenommen werden, daß der mechanische Wirkungsgrad η_m des Kompressors in der Nähe eines gewissen Betriebszustands des linearen Kompressors konstant ist. Somit zeigt Gleichung 3 an, daß wenn der lineare Kompressor angetrieben wird, während eine konstante Amplitude I des sinusförmigen Stroms, der in den Linearmotor eingegeben wird, aufrecht gehalten wird, die mittlere Ausgangsleistung P_o des Linearmotors auf einen Maximalwert gesteuert werden kann, um den allgemeinen Wirkungsgrad η zu maximieren. Zusätzlich zeigt, da der lineare Kompressor angetrieben wird, während die Amplitude I des sinusförmigen Stroms, der in den Linearmotor eingegeben wird, konstant gehalten wird, die Gleichung 1, daß eine Maximierung der mittleren Ausgangsleistung P_o des Linearmotors eine Maximierung der mittleren Eingangsleistung P_i des Linearmotors bedeutet.
Die obige Beschreibung beweist theoretisch, daß der lineare Kompressor des Linearmotors wirksam durch das Beibehalten der konstanten Amplitude I des sinusförmigen Stroms, der in den Linearmotor eingegeben wird, während die Frequenz des Eingangsstroms eingestellt wird, um die mittlere Eingangsleistung (das ist die Ausgangsleistung) zu maximieren, angesteuert werden kann.
Als nächstes wird ein Schaubild in 5, das experimentelle Ergebnisse gemäß dieser Ausführungsform zeigt, verwendet, um weiter die Gültigkeit der Konfiguration der vorliegenden Erfindung unter Verwendung dieser Ergebnisse zu beschreiben. 5 zeigt die Ergebnisse der Messungen dreier physischer Größen, die die Eingangsleistung, eine Differenz in der Phase zwischen einer Kolbengeschwindigkeit und dem Strom, und den Wirkungsgrad einschließen, wobei diese Größen erhalten werden, wenn die Ansteuerfrequenz variiert wird, während ein konstanter Amplitudenwert für den Strom, der in den linearen Kompressor eingegeben wird, gemäß dieser Ausführungsform aufrecht gehalten wird.
Die experimentellen Ergebnisse in 5 zeigen, daß der lineare Kompressor mit einem maximalen Wirkungsgrad angesteuert werden kann, indem die Ansteuerfrequenz (in der Zeichnung ist diese durch f0 bezeichnet) so bestimmt wird, daß die Eingangsleistung des linearen Kompressors gemäß dieser Ausführungsform maximiert wird, während der konstante Amplitudenwert für den Strom, der in den linearen Kompressor eingegeben wird, aufrecht gehalten wird. Die Figur zeigt auch, daß während der lineare Kompressor mit dem maximalen Wirkungsgrad betrieben wird, sich die Kolbenbewegung und der Strom in Phase befinden, was anzeigt, daß sich der lineare Kompressor in Resonanz befindet.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Als nächstes wird die Konfiguration und der Betrieb einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors gemäß der Ausführungsform 2 unter Bezug auf 6, die ein Blockdiagramm dieser Vorrichtung zeigt, beschrieben.
Die Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß dieser Ausführungsform hat im wesentlichen dieselbe Konfiguration wie die vorher beschriebene Ausführungsform 1, wobei aber die Vorrichtung für das Detektieren einer Spannung eine Gleichspannungsdetektionsvorrichtung 12 und eine Vorrichtung 13 für das Berechnen der Ausgangsspannung umfaßt.
Die oben beschriebene Ausführungsform 1 detektiert direkt die Ausgangsspannung vom Inverter. Ein Erdpotential für eine Steuerung des Inverters besitzt jedoch dasselbe Potential wie ein Erdpotential für eine Eingangsgleichspannung. Somit erfordert die Detektion der Ausgangsspannung vom Inverter aus Gründen der Isolation ein Schaltungsteil, wie einen Transformator oder einen Photokoppler. Gemäß der Ausführungsform 2 wird die Ausgangsspannung vom Inverter indirekt berechnet, um die Notwendigkeit eines solchen Schaltungsteils zu vermeiden, um die Zahl der Teile zu vermindern, die für eine Steuerschaltung notwendig sind, als auch um deren Größe zu vermindern.
Die Gleichspannungsdetektionsvorrichtung 12 detektiert eine Gleichspannung, die von der Gleichspannungsversorgung 5 an den Inverter 6 geliefert wird. Insbesondere detektiert sie die Gleichspannung durch eine Widerstandsspannungsteilung.
Die Vorrichtung 13 zur Berechnung der Ausgangsspannung berechnet die Ausgangsspannung vom Inverter 6 aus der Gleichspannung, die in den Inverter 6 eingegeben wird, und aus der PWM-Breite, die an den Inverter 6 von der Invertersteuerung 9 übertragen wird. Die Ausgangsspannung vom Inverter 6 wird ohne Verwendung irgendeines Transformators oder Tiefpaßfilters, wie das oben für die Ausführungsform 1 beschrieben wurde, berechnet.
Hier hat die Ausgangsspannung vom Inverter 6 zwei Werte, die Null und den Wert einer Eingangsspannung Vdc einschließen, wobei eine Periode, wenn die Spannung Vdc ausgegeben wird, der PWM-Breite entspricht, die durch die Invertersteuerung 9 bestimmt wurde. Dies ermöglicht es, einen Spannungswert zwischen 0 und Vdc auszudrücken und eine auszugebende Spannung aus dem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung Vdc und der PWM-Breite zu berechnen.
Es muß jedoch eine Differenz zwischen einer PWM-Breite, die tatsächlich durch die Invertersteuerung 9 an den Inverter 6 gegeben wird, und derjenigen, die vom Inverter 6 ausgegeben wird, berücksichtigt werden. Ein solches Phänomen kann durch eine Verzögerung in einer Ansteuerschaltung für das Ansteuern des Inverters 6, einer Totzeit, die vorgesehen ist, um einen Kurzschlußschutz für den Inverter 6 bereit zu stellen, oder einer Verzögerung in einer Leistungshalbleitervorrichtung, die den Inverter 6 bildet, verursacht werden.
Bis auf die obigen Operationen arbeitet die Vorrichtung für das Ansteuern des linearen Kompressors gemäß dieser Ausführungsform im wesentlichen in der gleichen Art wie bei der Ausführungsform 1.
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, umfaßt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors, die die Resonanzfrequenz aus der Ein gangsspannung des Linearmotors berechnet, um den linearen Kompressor anzusteuern, statt beispielsweise die Verschiebung im linearen Kompressor zu berechnen, womit der lineare Kompressor effektiv angesteuert wird.
Alternativ liefert die vorliegende Erfindung eine Ansteuervorrichtung für einen linearen Kompressor, der beispielsweise einen Kolben und einen Zylinder, der den Kolben umgibt, umfaßt, wobei der Kolben durch einen Linearmotor angetrieben wird, und der ein mechanisches elastisches Element oder die Elastizität eines komprimierten Gases, die in einer Kompressionskammer, die vom Zylinder und dem Kolben gebildet wird, erzeugt wird, umfaßt, wobei die Ansteuervorrichtung eine Gleichspannungsversorgung, einen Inverter, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms, eine Vorrichtung zur Angabe der Wellenform des Eingangsstroms, eine Stromdetektionsvorrichtung, eine Spannungsdetektionsvorrichtung, eine Vorrichtung zur Berechnung der Ausgangsspannung, eine Invertersteuerung und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz umfaßt. Die Gleichspannungsversorgung liefert eine Gleichspannung an den Inverter. Der Inverter wird mit einer PWM-Breite angesteuert, die durch die Invertersteuerung bestimmt wird. Die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms bestimmt einen Amplitudenwert für einen sinusförmigen Strom, der vom Inverter ausgegeben wird, der den linearen Kompressor ansteuert, basierend auf einer Druckkraft (compelling force), die vom linearen Kompressor gefordert wird. Die Vorrichtung zur Festlegung der Wellenform des Eingangsstroms informiert die Invertersteuerung über einen Strom, der in den Linearmotor eingegeben wird, basierend auf einem Amplitudenwert, der durch die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms be stimmt wurde, und einer Frequenz, die durch die Vorrichtung für die Bestimmung der Ansteuerfrequenz bestimmt wurde. Die Vorrichtung zur Detektion des Stroms detektiert einen Strom, der vom Inverter zum Linearmotor, der den linearen Kompressor antreibt, geliefert werden muß. Die Spannungsdetektionsvorrichtung detektiert eine Spannung, die vom Inverter zum Linearmotor, der den linearen Kompressor antreibt, geliefert werden muß. Die Vorrichtung zur Berechnung des Ausgangsleistung berechnet eine Ausgangsleistung des Inverters aus dem Ausgangsstrom und der Spannung des Inverters. Die Invertersteuerung steuert die ausgegebene PWM-Breite vom Inverter, um so die Abweichung zwischen einer vorgegebenen Wellenform des Stroms und einem detektierten Strom zu reduzieren. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz bestimmt eine Ansteuerfrequenz und stellt sie so ein, daß die Leistung, die durch die Vorrichtung zur Berechnung der Ausgangsleistung detektiert wird, maximiert wird, während ein Amplitudenwert für den Strom, der vom Inverter ausgegeben wird, beibehalten wird. Diese Punkte sind für die vorliegende Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors charakteristisch.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Spannungsdetektionsvorrichtung beispielsweise eine Gleichspannungsdetektionsvorrichtung und eine Vorrichtung zur Berechnung der Ausgangsspannung, wobei die Gleichspannungsdetektionsvorrichtung eine Gleichspannung detektiert, die von der Gleichspannungsversorgung an den Inverter geliefert wird. Die Vorrichtung zur Berechnung der Ausgangsspannung berechnet die Ausgangsspannung vom Inverter aus der Gleichspannung, die in den Inverter eingegeben wird, und der PWM-Breite, die von der Invertersteuerung zum Inverter übertragen wird. Diese Punkte sind für die vorliegende Erfindung charakteristisch.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise die Vorrichtung zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz Variablen aufweist, die eine Steuerperiode der Ansteuerfrequenz und eine Ansteuerfrequenzvariation einschließen, und eine Leistung, die durch einen Betrieb mit einer Ansteuerfrequenz erhalten wird, die während einer Steuerperiode der Ansteuerfrequenz vor dem aktuellen Zeitpunkt bestimmt wurde, mit einer Leistung, die durch einen Betrieb mit einer Ansteuerfrequenz erhalten wurde, die während der letzten Steuerperiode der Ansteuerfrequenz bestimmt wurde, vergleicht, um die aktuelle Frequenz durch das Variieren der Ansteuerfrequenz in derselben Richtung wie bei der letzten Steuerperiode der Ansteuerfrequenz zu bestimmen, um eine Größe, die der Variation der Ansteuerfrequenz entspricht, wenn die Leistung erhöht wurde, oder das Variieren der Ansteuerfrequenz in einer Richtung entgegengesetzt zu der während der letzten Steuerperiode der Ansteuerfrequenz um einen Betrag, der der Variation der Ansteuerfrequenz entspricht, wenn die Leistung erniedrigt wurde, zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise die Vorrichtung zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz dieselbe Ansteuerfrequenz zumindest zweimal oder noch öfter bestimmt und die Ansteuerfrequenz, die während der letzten Steuerperiode der Ansteuerfrequenz bestimmt wurde, aufrecht hält, wenn die Leistung um eine vorbestimmte Größe oder noch mehr variiert wurde.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise die Vorrichtung zur Bestimmung der Fre quenz die Steuerperiode der Ansteuerfrequenz basierend auf einer Variation der Leistung ändert.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise die Vorrichtung zur Bestimmung der Frequenz die Variation der Ansteuerfrequenz basierend auf einer Variation der Leistung ändert.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise wenn die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert des Stroms ändert, die Vorrichtung zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz einen Betrieb der Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms stoppt und die Ansteuerfrequenz beibehält.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise wenn die Variation in der Leistung, die durch die Vorrichtung zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz erhalten wird, ein fester Betrag oder mehr ist, die Vorrichtung zur Bestimmung der Amplitude des Stroms den Betrieb stoppt und den aktuellen Amplitudenwert beibehält.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise wenn ein linearer Kompressor als Teil einer Kühlvorrichtung, die mindestens einen Kondensator, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer umfaßt, die Vorrichtung für die Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert des Stroms für den Strom, der in den linearen Kompressor eingegeben wird, auf der Basis einer Umgebungstemperatur der Kühlvorrichtung in mindestens einem Ort von ihr und einer entsprechend eingestellten Temperatur bestimmt.
Die vorlegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert für den Strom, der in den linearen Kompressor eingegeben wird, so bestimmt, daß die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der eingestellten Temperatur vermindert wird.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms eine eingestellte Leistung, die in den linearen Kompressor eingegeben wird, aus der Umgebungstemperatur und den eingestellten Temperaturen bestimmt, und daß sie den Amplitudenwert für den Strom, der in den linearen Kompressor eingegeben wird, in der Weise bestimmt, daß die Ausgangsleistung, die von der Vorrichtung zur Berechnung der Ausgangsleistung erhalten wird, gleich der der eingestellten Leistung ist.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise die Vorrichtung für die Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert für den Strom, der in den linearen Kompressor eingegeben wird, allmählich erhöht, wenn der lineare Kompressor betätigt wird.
Die vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms allmählich den Amplitudenwert für den Strom, der in den linearen Kompressor eingegeben wird, reduziert, wenn der lineare Kompressor gestoppt wird.
Auf diese Weise hält die vorliegende Erfindung die konstante Amplitude des Stroms, der an den linearen Kompressor geliefert wird, aufrecht, während sie die Frequenz des eingegebenen Stroms so einstellt, daß die Leistung, die an den Kompressor geliefert wird, maximiert wird. Somit kann einer Variation in der Resonanzfrequenz, die sich aus einer Variation der Belastung ergibt, gefolgt werden, um den Wirkungsgrad des linearen Kompressors zu erhöhen. Zusätzlich kann, da dieses Steuerverfahren keinen Positionssensor für das Detektieren der Position des Kolbens benötigt, die Größe der Ansteuervorrichtung für den linearen Kompressor reduziert werden, um somit die Kosten zu reduzieren. Weiterhin gestattet es die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung, daß der Resonanzfrequenz in stabiler und prompter Weise gefolgt werden kann, während die geforderten Leistungen aufrecht erhalten werden können.
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, besitzt die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß sie eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors liefert, die wirksame den linearen Kompressor ansteuert, ohne die Bewegung des Kolbens zu verwenden.

Claims

Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors für einen linearen Kompressor, der einen Kolben in einem Zylinder durch einen Linearmotor antreibt, um ein komprimiertes Gas zu erzeugen, umfassend: einen Inverter für das Ausgeben eines Wechselstroms, der dem Linearmotor zugeführt werden soll; eine Stromdetektionsvorrichtung für das Detektieren eines Ausgangsstroms des Inverters; eine Spannungsdetektionsvorrichtung für das Detektieren einer Ausgangsspannung des Inverters; eine Vorrichtung für das Bestimmen des Amplitudenwerts des Stroms für das Bestimmen eines Amplitudenwerts des Ausgangsstroms basierend auf einer vom linearen Kompressor benötigten Druckkraft; eine Vorrichtung für das Berechnen der Ausgangsleistung für das Berechnen einer Ausgangsleistung vom Inverter, basierend auf dem detektierten Ausgangsstrom und der detektierten Ausgangsspannung; eine Frequenzbestimmungsvorrichtung für das Bestimmen einer Frequenz des Ausgangsstroms, so dass die Ausgangsleistung maximal ist; und eine Invertersteuerung für das Steuern des Inverters auf der Basis des bestimmten Amplitudenwerts des Stroms und der bestimmten Frequenz, wobei die Frequenz Bestimmungsvorrichtung die Frequenz des Ausgangsstroms so bestimmt, dass die Ausgangsleistung maximal ist, während der Amplitudenwert des Stroms aufrecht gehalten wird.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors gemäß Anspruch 1, wobei die Spannungsdetektionsvorrichtung folgendes umfasst: eine Gleichspannungsdetektionsvorrichtung für das Detektieren einer Gleichspannung, die in den Inverter eingegeben wird; und eine Vorrichtung für das Berechnen der Ausgangsspannung für das Berechnen der Ausgangsspannung des Inverters basierend auf einem Steuersignal, das von der Invertersteuerung an den Inverter übertragen wird, und auf der detektierten Gleichspannung.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Frequenzbestimmungsvorrichtung zwei Variablen aufweist, die eine Frequenzsteuerperiode und eine Frequenzvariation einschließen, um die Ausgangsleistung, die man durch einen Betrieb mit einer Frequenz erhält, die während der vorvorhergehenden Frequenzsteuerperiode bestimmt wurde, mit der Ausgangsleistung, die durch einen Betrieb mit einer Frequenz erzielt wurde, die während der letzten Frequenzsteuerperiode bestimmt wurde, zu vergleichen, um eine aktuelle Frequenz zu bestimmen (1) durch das Variieren der Frequenz in derselben Richtung wie die während der letzten Frequenzsteuerperiode um einen Betrag, der der Frequenzvariation entspricht, wenn die Ausgangsleistung zugenommen hat, und (2) durch das Variieren der Frequenz in einer Richtung entgegengesetzt zu der während der letzten Frequenzsteuerperiode um eine Größe, die der Frequenzvariation entspricht, wenn die Ausgangsleistung abgenommen hat.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 3, wobei die Frequenzbestimmungsvorrichtung die Frequenz in derselben Richtung eine vorbestimmte Anzahl von Malen oder öfter variiert, und die Frequenz, die während der letzten Frequenzsteuerperiode bestimmt wurde, beibehält, wenn die Ausgangsleistung um einen vorbestimmten Betrag oder mehr variiert wurde.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 3, wobei die Frequenzbestimmungsvorrichtung die Frequenzsteuerperiode basierend auf einer Variation der Ausgangsleistung ändert.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 3, wobei die Frequenzbestimmungsvorrichtung die Frequenzvariation auf der Basis einer Variation der Ausgangsleistung ändert.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 1, wobei die Frequenzbestimmungsvorrichtung die bestimmte Frequenz beibehält, wenn der bestimmte Amplitudenwert des Stroms variiert wurde.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den bestimmten Amplitudenwert des Stroms beibehält, wenn die Ausgangsleistung um einen vorbestimmten Betrag variiert wurde.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 1, wobei der lineare Kompressor als Teil einer Kühlvorrichtung verwendet wird, und die Vorrichtung zur Bestimmung des aktuellen Amplitudenwerts den Amplitudenwert des Stroms auf der Basis einer Umgebungstemperatur der Kühlvorrichtung und einer entsprechend eingestellten Temperatur bestimmt.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert des Stroms so bestimmt, dass eine Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der eingestellten Temperatur reduziert wird.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert des Stroms in einer Art bestimmt, dass die berechnete Ausgangsleistung gleich der eingestellten Leistung, die in den linearen Kompressor einzugeben ist, ist, wobei die eingestellte Leistung auf der Umgebungstemperatur und der eingestellten Temperatur basiert.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert des Stroms allmählich erhöht, wenn der lineare Kompressor betätigt wird.
Vorrichtung zur Ansteuerung des linearen Kompressors nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms den Amplitudenwert des Stromes allmählich reduziert, wenn der lineare Kompressor gestoppt wird.
Vorrichtung zur Ansteuerung eines linearen Kompressors für das Ansteuern eines Kompressors, der einen Kolben in einem Zylinder mittels eines Linearmotors antreibt, um ein komprimiertes Gas zu erzeugen, umfassend: einen Inverter für das Ausgeben eines Wechselstroms, der dem Linearmotor zu zuzuführen ist; eine Eingangsstromdetektionsvorrichtung für das Detektieren eines Eingangsstroms des Inverters; eine Vorrichtung zur Bestimmung des Amplitudenwerts des Stroms für das Bestimmen eines Amplitudenwerts eines Ausgangsstroms des Inverters basierend auf einer vom linearen Kompressor benötigten Druckkraft; eine Vorrichtung für das Berechnen einer Eingangsleistung für das Berechnen einer Eingangsleistung des Inverters auf der Basis von (1) dem detektierten Eingangsstrom und (2) einer vorbestimmten oder detektierten Eingangsspannung des Inverters; eine Frequenzbestimmungsvorrichtung für das Bestimmen einer Frequenz des Ausgangsstroms des Inverters, so dass die Eingangsleistung maximal ist; und eine Invertersteuerung für das Steuern des Inverters auf der Basis des bestimmten Amplitudenwerts des Stroms und der bestimmten Frequenz, wobei die Frequenzbestimmungsvorrichtung die Frequenz des Ausgangsstroms so bestimmt, dass die Ausgangsleistung maximal ist, während der Amplitudenwert des Stroms aufrecht gehalten wird.