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JP2008005633A - Linear motor control system and Stirling refrigerator control system and linear compressor control system using the same - Google Patents

Linear motor control system and Stirling refrigerator control system and linear compressor control system using the same Download PDF

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JP2008005633A
JP2008005633A JP2006172968A JP2006172968A JP2008005633A JP 2008005633 A JP2008005633 A JP 2008005633A JP 2006172968 A JP2006172968 A JP 2006172968A JP 2006172968 A JP2006172968 A JP 2006172968A JP 2008005633 A JP2008005633 A JP 2008005633A
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JP
Japan
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value
voltage
stroke
linear motor
modulation rate
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.)
Withdrawn
Application number
JP2006172968A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Komori
高 小森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Publication of JP2008005633A publication Critical patent/JP2008005633A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

Landscapes

  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)

Abstract

【課題】ピストンのストロークを検出することができないことに起因する不具合の発生が抑制されたリニアモータ制御システムを提供する。
【解決手段】ストローク制御部は、リニアモータが起動した後、相対的に低いキャリア周波数の指令値を出力するとともに、予め実験結果から決定された値であってピストンのストロークを算出することができる所定値まで変調率を大きくする。その後、ストローク制御部は、実際のストロークの値がストローク指令値以下の値である場合に、変調率を増加させ、一方、実際のストロークの値がストローク指令値よりも大きい場合に、変調率を減少させる。さらに、ストローク制御部は、変調率が所定値と所定値よりも大きな特定値との間の値である場合に、相対的に低いキャリア周波数の指令値を出力し、一方、変調率が特定値以上である場合に、相対的に高いキャリア周波数の指令値を出力する。
【選択図】図12
A linear motor control system in which occurrence of problems due to inability to detect a stroke of a piston is suppressed is provided.
A stroke control unit outputs a command value of a relatively low carrier frequency after the linear motor is started, and can calculate a piston stroke that is a value determined in advance from an experimental result. Increase the modulation rate to a predetermined value. After that, the stroke control unit increases the modulation factor when the actual stroke value is less than or equal to the stroke command value, while the modulation factor is increased when the actual stroke value is greater than the stroke command value. Decrease. Further, the stroke control unit outputs a command value of a relatively low carrier frequency when the modulation rate is a value between a predetermined value and a specific value larger than the predetermined value, while the modulation rate is a specific value. In the above case, a command value having a relatively high carrier frequency is output.
[Selection] Figure 12

Description

本発明は、可動子を往復運動させるリニアモータを備えたリニアモータ制御システムならびにそれが用いられたスターリング冷凍機制御システムおよびリニア圧縮機制御システムに関するものである。   The present invention relates to a linear motor control system including a linear motor that reciprocates a mover, and to a Stirling refrigerator control system and a linear compressor control system using the linear motor control system.

可動子を往復運動させるリニアモータを備えたリニアモータ制御システムが用いられている。リニアモータ制御システムにおいては、リニアモータに印加されている電圧の値およびリニアモータに流れている電流の値を用いて、可動子のストロークを算出する制御が行なわれている。
特開平9−126147号公報 特開2003−339188号公報 特開2003−314919号公報 特開2003−65244号公報
A linear motor control system including a linear motor that reciprocates a mover is used. In the linear motor control system, control for calculating the stroke of the mover is performed using the value of the voltage applied to the linear motor and the value of the current flowing through the linear motor.
JP-A-9-126147 JP 2003-339188 A JP 2003-314919 A JP 2003-65244 A

上記従来のリニアモータ制御システムにおいては、PWM(Pulse Width Modulation)制御によってリニアモータに供給される交流電力が生成されている。このPWM制御におけるパルスの幅が小さい場合には、リニアモータに流れている電流の正確な値を測定することが困難になる。たとえば、リニアモータ制御システムが起動した直後等のリニアモータに供給する電力が小さい場合には、PWM制御におけるパルスの幅が小さいため、電流の正確な値を測定することができない。そのため、可動子のストロークを算出することができない。したがって、可動子のストロークが目標とするストロークよりも大きくなり過ぎている場合には、可動子が他の部位に衝突してしまう等の不具合が生じるおそれがある。   In the conventional linear motor control system, AC power supplied to the linear motor is generated by PWM (Pulse Width Modulation) control. When the pulse width in this PWM control is small, it is difficult to measure an accurate value of the current flowing through the linear motor. For example, when the electric power supplied to the linear motor immediately after the linear motor control system is started is small, the pulse width in the PWM control is small, so that an accurate value of the current cannot be measured. Therefore, the stroke of the mover cannot be calculated. Therefore, when the stroke of the mover is too larger than the target stroke, there is a possibility that problems such as the mover colliding with other parts may occur.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、リニアモータに供給される電力が小さい期間においても、できる限り可動子のストロークの算出を可能にすることにより、可動子のストロークを検出することができないことに起因する不具合の発生が抑制されたリニアモータ制御システムならびにそれが用いられたスターリング冷凍機制御システムおよびリニア圧縮機制御システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to make it possible to calculate the stroke of the mover as much as possible even in a period when the power supplied to the linear motor is small. It is to provide a linear motor control system in which the occurrence of problems due to the inability to detect the stroke of the motor is suppressed, and a Stirling refrigerator control system and a linear compressor control system using the linear motor control system.

本発明の一の局面のリニアモータ制御システムは、可動子を往復運動させるリニアモータと、直流電源から供給される直流電力を交流電力へ変換して交流電力をリニアモータへ供給するインバータ回路と、インバータ回路をPWM(Pulse Width Modulation)によって制御するマイクロコンピュータとを備えている。また、そのシステムは、リニアモータに印加されている電圧を検出し、電圧の値を特定可能な電圧信号をマイクロコンピュータへ送信する電圧検出器と、リニアモータに流れている電流を検出し、電流の値を特定可能な電流信号をマイクロコンピュータへ送信する電流検出器とを備えている。   A linear motor control system according to one aspect of the present invention includes a linear motor that reciprocates a mover, an inverter circuit that converts DC power supplied from a DC power source into AC power, and supplies AC power to the linear motor, And a microcomputer for controlling the inverter circuit by PWM (Pulse Width Modulation). In addition, the system detects the voltage applied to the linear motor and detects the current flowing in the linear motor by detecting a voltage detector that transmits a voltage signal that can specify the voltage value to the microcomputer. And a current detector for transmitting a current signal capable of specifying the value of to the microcomputer.

マイクロコンピュータは、可動子の目標ストローク指令値を出力するストローク指令値出力部と、電圧信号および電流信号によって特定される電圧の値および電流の値を用いて可動子の実際のストロークの値を算出するストローク算出部と、目標ストローク指令値と実際のストロークとの比較結果に基づいて、PWMの変調率の指令値およびキャリア周波数の指令値を出力するストローク制御部と、PWMの変調率の指令値およびPWMのキャリア周波数の指令値に従って、インバータ回路を制御するPWM制御部と含んでいる。   The microcomputer calculates the actual stroke value of the mover using the stroke command value output unit that outputs the target stroke command value of the mover, and the voltage value and current value specified by the voltage signal and current signal. A stroke calculation unit that outputs a PWM modulation rate command value and a carrier frequency command value based on a comparison result between a target stroke command value and an actual stroke, and a PWM modulation rate command value And a PWM control unit that controls the inverter circuit in accordance with the command value of the carrier frequency of PWM.

ストローク制御部は、リニアモータの動作が開始された後、相対的に低いキャリア周波数の指令値を出力するとともに、予め実験結果から決定された値であって可動子のストロークを算出することができる所定値まで変調率を大きくする。その後、ストローク制御部は、実際のストロークの値がストローク指令値以下の値である場合に、変調率を増加させ、一方、実際のストロークの値がストローク指令値よりも大きい場合に、変調率を減少させる。さらに、ストローク制御部は、変調率が所定値と所定値よりも大きな特定値との間の値である場合に、相対的に低いキャリア周波数の指令値を出力し、一方、変調率が特定値以上である場合に、相対的に高いキャリア周波数の指令値を出力する。   The stroke control unit outputs a command value having a relatively low carrier frequency after the operation of the linear motor is started, and can calculate a stroke of the mover which is a value determined in advance from an experimental result. Increase the modulation rate to a predetermined value. After that, the stroke control unit increases the modulation factor when the actual stroke value is less than or equal to the stroke command value, while the modulation factor is increased when the actual stroke value is greater than the stroke command value. Decrease. Further, the stroke control unit outputs a command value of a relatively low carrier frequency when the modulation rate is a value between a predetermined value and a specific value larger than the predetermined value, while the modulation rate is a specific value. In the above case, a command value having a relatively high carrier frequency is output.

上記の構成によれば、変調率が小さい場合には、キャリア周波数が低くなる。そのため、変調率が同一であっても、電流パルスの幅が大きくなる。その結果、変調率が小さな期間においても、電流パルスを適正に検出することが可能になる。したがって、変調率が小さな期間においても、可動子の実際のストロークを算出することができる。その結果、変調率が小さい期間において、可動子の実際のストロークを算出することができなことに起因する不具合の発生が抑制される。   According to said structure, when a modulation rate is small, a carrier frequency becomes low. Therefore, even if the modulation rate is the same, the width of the current pulse is increased. As a result, it is possible to properly detect the current pulse even in a period where the modulation rate is small. Therefore, the actual stroke of the mover can be calculated even in a period where the modulation factor is small. As a result, it is possible to suppress the occurrence of problems caused by the fact that the actual stroke of the mover cannot be calculated in a period where the modulation factor is small.

また、マイクロコンピュータは、変調率が特定値以上になった直後に、その時点の変調率を第1所定変調率として記憶するとともに、インバータ回路にリニアモータへの電力の供給を停止させてもよい。その後、マイクロコンピュータは、相対的に高いキャリア周波数のPWMにおいて第1所定変調率まで変調率を大きくしながらインバータ回路にリニアモータへ電力を供給させてもよい。また、マイクロコンピュータは、変調率が特定値以下になった直後に、その時点の変調率を第2所定変調率として記憶するとともに、インバータ回路にリニアモータへの電力の供給を停止させてもよい。その後、マイクロコンピュータは、相対的に低いキャリア周波数のPWMにおいて第2所定変調率まで変調率を大きくしながらインバータ回路にリニアモータへ電力を供給させてもよい。   Further, immediately after the modulation rate becomes equal to or higher than the specific value, the microcomputer may store the modulation rate at that time as the first predetermined modulation rate and stop the supply of power to the linear motor in the inverter circuit. . Thereafter, the microcomputer may cause the inverter circuit to supply power to the linear motor while increasing the modulation rate up to the first predetermined modulation rate in PWM with a relatively high carrier frequency. Further, immediately after the modulation rate becomes equal to or lower than the specific value, the microcomputer may store the modulation rate at that time as the second predetermined modulation rate and stop the inverter circuit from supplying power to the linear motor. . Thereafter, the microcomputer may cause the inverter circuit to supply power to the linear motor while increasing the modulation rate up to the second predetermined modulation rate in PWM with a relatively low carrier frequency.

上記の構成によれば、相対的に高いキャリア周波数のPWMと相対的に低いキャリア周波数のPWMとの切り換えの前に、一旦、可動子の動作が停止し、前述の切り換えの後、可動子の動作が再度開始される。つまり、可動子の動作が停止している間に前述の切り換えが行なわれる。したがって、可動子の動作中に前述の切り換えに起因して可動子の動作が急激に変化することはない。   According to the above configuration, the operation of the mover is temporarily stopped before switching between the PWM with a relatively high carrier frequency and the PWM with a relatively low carrier frequency. The operation starts again. That is, the aforementioned switching is performed while the operation of the mover is stopped. Therefore, the operation of the mover does not change abruptly due to the aforementioned switching during the operation of the mover.

また、ストローク算出部は、変調率が所定値に以上になった後に実際のストロークの算出を開始することが望ましい。   In addition, it is desirable that the stroke calculation unit starts calculating the actual stroke after the modulation rate reaches or exceeds a predetermined value.

一般に、変調率が小さいために電流の値を正確に検出することができない場合には、ストローク算出部が算出した実際のストロークの値に含まれる誤差が大きい。この場合に、実際のストロークを算出して、その実際のストロークの値を用いて可動子の動作を制御すると、可動子の動作に不具合が生じることがある。したがって、予め電流値を正確に検出することができないことが分かっている期間においては、ストロークの算出を行なうことにより、前述の不具合の発生が防止される。   In general, when the current value cannot be accurately detected because the modulation rate is small, the error included in the actual stroke value calculated by the stroke calculation unit is large. In this case, if the actual stroke is calculated and the operation of the mover is controlled using the actual stroke value, a malfunction may occur in the operation of the mover. Therefore, during the period in which it is known that the current value cannot be accurately detected in advance, the occurrence of the above-described problems can be prevented by calculating the stroke.

本発明の他の局面のリニアモータ制御システムは、可動子を往復運動させるリニアモータと、直流電源から供給される直流電力を交流電力へ変換して交流電力をリニアモータへ供給するインバータ回路と、インバータ回路をPWM(Pulse Width Modulation)によって制御するマイクロコンピュータとを備えている。また、そのシステムは、リニアモータに印加されている電圧を検出し、電圧の値を特定可能な電圧信号をマイクロコンピュータへ送信する電圧検出器と、リニアモータに流れている電流を検出し、電流の値を特定可能な電流信号をマイクロコンピュータへ送信する電流検出器と、直流電力を生成する直流電力生成回路とを備えている。   A linear motor control system according to another aspect of the present invention includes a linear motor that reciprocates a mover, an inverter circuit that converts DC power supplied from a DC power source into AC power, and supplies AC power to the linear motor, And a microcomputer for controlling the inverter circuit by PWM (Pulse Width Modulation). In addition, the system detects the voltage applied to the linear motor and detects the current flowing in the linear motor by detecting a voltage detector that transmits a voltage signal that can specify the voltage value to the microcomputer. Is provided with a current detector that transmits a current signal that can specify the value of the current to the microcomputer, and a DC power generation circuit that generates DC power.

また、マイクロコンピュータは、可動子の目標ストローク指令値を出力するストローク指令値出力部と、電圧信号および電流信号によって特定される電圧の値および電流の値を用いて可動子の実際のストロークの値を算出するストローク算出部と、ストローク指令値と実際のストロークとの比較結果に基づいて、PWMの変調率の指令値を出力するとともに、直流電力制御回路を制御するストローク制御部と、PWMの変調率の指令値に従って、インバータ回路を制御するPWM制御部と含んでいる。   Further, the microcomputer uses the stroke command value output unit for outputting the target stroke command value of the mover, and the actual stroke value of the mover using the voltage value and the current value specified by the voltage signal and the current signal. A stroke calculation unit that calculates a PWM modulation rate command value based on a comparison result between the stroke command value and the actual stroke, a stroke control unit that controls the DC power control circuit, and a PWM modulation It includes a PWM controller that controls the inverter circuit according to the command value of the rate.

ストローク制御部は、リニアモータの動作が開始された後、相対的に低い直流電圧がインバータ回路に印加されるように直流電力生成回路を制御するとともに、予め実験結果から決定された値であって可動子のストロークを算出することができる所定値まで変調率を大きくする。その後、ストローク制御部は、実際のストロークの値がストローク指令値以下の値である場合に、変調率を増加させ、一方、実際のストロークの値がストローク指令値よりも大きい場合に、変調率を減少させる。さらに、ストローク制御部は、変調率が所定値と所定値よりも大きな特定値との間の値である場合に、相対的に低い直流電圧がインバータ回路に印加されるように直流電力生成回路を制御(維持)し、一方、変調率が特定値以上である場合に、相対的に高い直流電圧がインバータ回路に印加されるように直流電力生成回路を制御する。   The stroke control unit controls the DC power generation circuit so that a relatively low DC voltage is applied to the inverter circuit after the operation of the linear motor is started, and is a value determined in advance from experimental results. The modulation factor is increased to a predetermined value at which the stroke of the mover can be calculated. After that, the stroke control unit increases the modulation factor when the actual stroke value is less than or equal to the stroke command value, while the modulation factor is increased when the actual stroke value is greater than the stroke command value. Decrease. Further, the stroke control unit sets the DC power generation circuit so that a relatively low DC voltage is applied to the inverter circuit when the modulation factor is a value between a predetermined value and a specific value larger than the predetermined value. On the other hand, the DC power generation circuit is controlled so that a relatively high DC voltage is applied to the inverter circuit when the modulation rate is equal to or higher than a specific value.

上記の構成によれば、相対的に低い直流電圧がインバータ回路に印加される期間においては、変調率が大きくなっても、リニアモータに印加される交流電圧の最大値はそれほど大きくならない。つまり、この期間においては、可動子のストロークをそれほど大きくすることなく変調率をより大きく、すなわち、電流パルスの幅を大きくすることができる。その結果、リニアモータに印加される交流電圧が小さい期間において、可動子の実際のストロークを算出することができないことに起因する不具合の発生が抑制される。   According to said structure, in the period when a relatively low DC voltage is applied to an inverter circuit, even if a modulation rate becomes large, the maximum value of the alternating voltage applied to a linear motor does not become so large. That is, in this period, the modulation rate can be increased, that is, the width of the current pulse can be increased without significantly increasing the stroke of the mover. As a result, in the period when the AC voltage applied to the linear motor is small, the occurrence of problems due to the inability to calculate the actual stroke of the mover is suppressed.

また、マイクロコンピュータは、変調率が特定値以上になった直後に、その時点の変調率を第1所定変調率として記憶するとともに、インバータ回路にリニアモータへの電力の供給を停止させてもよい。その後、マイクロコンピュータは、相対的に高い直流電圧がインバータ回路に印加されるように直流電力生成回路を制御しながらインバータ回路にリニアモータへ電力を供給させてもよい。   Further, immediately after the modulation rate becomes equal to or higher than the specific value, the microcomputer may store the modulation rate at that time as the first predetermined modulation rate and stop the supply of power to the linear motor in the inverter circuit. . Thereafter, the microcomputer may cause the inverter circuit to supply power to the linear motor while controlling the DC power generation circuit so that a relatively high DC voltage is applied to the inverter circuit.

また、マイクロコンピュータは、変調率が特定値以下になった直後に、その時点の変調率を第2所定変調率として記憶するとともに、インバータ回路にリニアモータへの電力の供給を停止させてもよい。その後、マイクロコンピュータは、相対的に低い直流電圧がインバータ回路に印加されるように直流電力生成回路を制御しながらインバータ回路にリニアモータへ電力を供給させてもよい。   Further, immediately after the modulation rate becomes equal to or lower than the specific value, the microcomputer may store the modulation rate at that time as the second predetermined modulation rate and stop the inverter circuit from supplying power to the linear motor. . Thereafter, the microcomputer may cause the inverter circuit to supply power to the linear motor while controlling the DC power generation circuit so that a relatively low DC voltage is applied to the inverter circuit.

上記の構成によれば、相対的に高い直流電圧と相対的に低い直流電圧との切り換えの前に、一旦、可動子の動作が停止し、前述の切り換えの後、可動子の動作が再度開始される。つまり、可動子の動作が停止している間に、前述の切り換えが行なわれる。その結果、可動子の動作中に前述の切り換えに起因して可動子の動作が急激に変化することはない。   According to the above configuration, the operation of the mover is temporarily stopped before switching between the relatively high DC voltage and the relatively low DC voltage, and the operation of the mover is started again after the above switching. Is done. That is, the aforementioned switching is performed while the operation of the mover is stopped. As a result, the operation of the mover does not change abruptly due to the aforementioned switching during the operation of the mover.

また、ストローク算出部は、変調率が所定値に以上になった後に実際のストロークの算出を開始することが望ましい。   In addition, it is desirable that the stroke calculation unit starts calculating the actual stroke after the modulation rate reaches or exceeds a predetermined value.

一般に、変調率が小さいために電流の値を正確に検出することができない場合には、ストローク算出部が算出した実際のストロークの値に含まれる誤差が大きい。この場合に、実際のストロークを算出して、その実際のストロークの値を用いて可動子の動作を制御すると、可動子の動作に不具合が生じることがある。したがって、予め電流値を正確に検出することができないことが分かっている期間においては、ストロークの算出を行なわないことにより、前述の不具合の発生が防止される。   In general, when the current value cannot be accurately detected because the modulation rate is small, the error included in the actual stroke value calculated by the stroke calculation unit is large. In this case, if the actual stroke is calculated and the operation of the mover is controlled using the actual stroke value, a malfunction may occur in the operation of the mover. Therefore, during the period in which it is known that the current value cannot be accurately detected in advance, the occurrence of the above-described problems can be prevented by not calculating the stroke.

また、直流電力生成回路は、直流電圧を変更し得る電圧変更回路を含んでいてもよい。この場合、相対的に高い直流電圧は、電圧変更回路のオンによって生成され、相対的に低い直流電圧は、電圧変更回路のオフによって生成される。   The DC power generation circuit may include a voltage change circuit that can change the DC voltage. In this case, a relatively high DC voltage is generated by turning on the voltage changing circuit, and a relatively low DC voltage is generated by turning off the voltage changing circuit.

上記の構成によれば、簡単な構成で相対的に高い直流電圧と相対的に低い直流電圧との切り換えを実行することができる。   According to the above configuration, switching between a relatively high DC voltage and a relatively low DC voltage can be performed with a simple configuration.

また、本発明のスターリング冷凍システムにおいては、前述のリニアモータ制御システムがスターリング冷凍機の可動子を制御するために用いられている。   In the Stirling refrigeration system of the present invention, the above-described linear motor control system is used for controlling the mover of the Stirling refrigeration machine.

上記の構成によれば、可動子のストロークが大きくなり過ぎて、ディスプレーサ等の周辺構造と可動子とが衝突することが防止される。   According to the above configuration, it is possible to prevent the movable element from colliding with a peripheral structure such as a displacer and the movable element due to an excessively large stroke of the movable element.

また、本発明のリニア圧縮システムにおいては、前述のリニアモータ制御システムがリニア圧縮機の可動子を制御するために用いられている。   Moreover, in the linear compression system of this invention, the above-mentioned linear motor control system is used in order to control the needle | mover of a linear compressor.

上記の構成によれば、可動子のストロークが大きくなり過ぎて、圧縮空間を構成する部位等の周辺構造と可動子とが衝突することが防止される。   According to the above configuration, it is possible to prevent the mover from colliding with the peripheral structure such as a part constituting the compression space due to the stroke of the mover becoming too large.

本発明によれば、リニアモータに供給される電力が小さい期間においても、できる限りピストンのストロークの算出を可能にすることによって、ピストンのストロークを検出することができないことに起因する不具合の発生が抑制される。   According to the present invention, even when the electric power supplied to the linear motor is small, it is possible to calculate the piston stroke as much as possible, thereby causing a problem due to the fact that the piston stroke cannot be detected. It is suppressed.

(実施の形態1)
まず、実施の形態のリニアモータ制御システムおよびそれが用いられたスターリング冷凍機制御システムを説明する。
(Embodiment 1)
First, a linear motor control system according to an embodiment and a Stirling refrigerator control system using the linear motor control system will be described.

まず、図1を用いて、本実施の形態のリニアモータ制御システムによって制御されるスターリング冷凍機を説明する。   First, the Stirling refrigerator controlled by the linear motor control system of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図1は、実施の形態のスターリング冷凍機40を示す断面図である。スターリング冷凍機40においては、2つの部分で構成されている円筒形状のシリンダ3内に、円柱形のピストン1およびディスプレーサ2が嵌め込まれている。ピストン1とディスプレーサ2とは、圧縮空間9を介して設けられ、共通の駆動軸として軸Yを有している。   Drawing 1 is a sectional view showing Stirling refrigerator 40 of an embodiment. In the Stirling refrigerator 40, a cylindrical piston 1 and a displacer 2 are fitted in a cylindrical cylinder 3 composed of two parts. The piston 1 and the displacer 2 are provided via a compression space 9 and have an axis Y as a common drive shaft.

ディスプレーサ2の先端側に膨張空間10が形成されている。圧縮空間9と膨張空間10とはヘリウム等の作動媒体が流通する媒体流通路11を介して連通している。媒体流通路11内には、再生器12が設けられている。再生器12は、作動媒体の熱を蓄積するとともに、蓄積した熱を作動媒体に供給する。シリンダ3の略中間には鍔部(フランジ)3aが設けられている。鍔部3aにはドーム状の耐圧容器4が取り付けられることによって密閉されたバウンス空間(背圧空間)8が形成されている。   An expansion space 10 is formed on the tip side of the displacer 2. The compression space 9 and the expansion space 10 communicate with each other via a medium flow passage 11 through which a working medium such as helium flows. A regenerator 12 is provided in the medium flow path 11. The regenerator 12 accumulates the heat of the working medium and supplies the accumulated heat to the working medium. A flange (flange) 3 a is provided in the middle of the cylinder 3. A bounce space (back pressure space) 8 is formed in the collar portion 3a by being sealed with a dome-shaped pressure vessel 4 attached thereto.

ピストン1は後端側で支持バネ5と一体化されている。ディスプレーサ2はピストン1の中心孔1aを貫通するロッド2aを介して支持バネ6と一体化されている。支持バネ5と支持バネ6とはボルトおよびナット22により連結されている。後述するように、ピストン1が往復運動すると、ディスプレーサ2は、ピストン1に対して所定の位相差を有する状態で往復運動を行なう。   The piston 1 is integrated with the support spring 5 on the rear end side. The displacer 2 is integrated with the support spring 6 through a rod 2 a that passes through the center hole 1 a of the piston 1. The support spring 5 and the support spring 6 are connected by a bolt and a nut 22. As will be described later, when the piston 1 reciprocates, the displacer 2 reciprocates with a predetermined phase difference with respect to the piston 1.

バウンス空間8内のシリンダ3の外周側には内側ヨーク18が嵌め込まれている。内側ヨーク18は隙間19を介して外側ヨーク17に対向している。外側ヨーク17の内側には駆動用コイル16が嵌め込まれている。隙間19には環状の永久磁石15が移動可能に設けられている。永久磁石15はカップ状スリーブ14を介してピストン1と一体化されている。内側ヨーク18、外側ヨーク17、駆動用コイル16、および永久磁石15によって、ピストン1を軸Yに沿って移動させるリニアモータ13が構成されている。駆動用コイル16には、リード線20および21が接続され、制御装置30によってリニアモータ13に駆動電力が供給されるようになっている。   An inner yoke 18 is fitted on the outer peripheral side of the cylinder 3 in the bounce space 8. The inner yoke 18 faces the outer yoke 17 through a gap 19. A driving coil 16 is fitted inside the outer yoke 17. An annular permanent magnet 15 is movably provided in the gap 19. The permanent magnet 15 is integrated with the piston 1 through a cup-shaped sleeve 14. The inner yoke 18, the outer yoke 17, the driving coil 16, and the permanent magnet 15 constitute a linear motor 13 that moves the piston 1 along the axis Y. Lead wires 20 and 21 are connected to the driving coil 16, and driving power is supplied to the linear motor 13 by the control device 30.

上記構成のスターリング冷凍機40は、リニアモータ13によってピストン1が往復運動すると、ピストン1に対して所定の位相差を有する状態でディスプレーサ2が往復運動する。これにより、圧縮空間9と膨張空間10との間を作動媒体が移動する。その結果、逆スターリングサイクルが形成される。   In the Stirling refrigerator 40 having the above configuration, when the piston 1 reciprocates by the linear motor 13, the displacer 2 reciprocates with a predetermined phase difference with respect to the piston 1. As a result, the working medium moves between the compression space 9 and the expansion space 10. As a result, a reverse Stirling cycle is formed.

上述の実施の形態のスターリング冷凍機40は、所定の交流波形の駆動電圧がリニアモータ13に印加されると、ピストン1がその所定の交流波形の駆動電圧に対応した周期およびストロークで往復運動を行なう。したがって、リニアモータ13に印加される駆動電圧を制御することにより、ピストン1の往復運動の周期およびストロークを制御することができる。   In the Stirling refrigerator 40 of the above-described embodiment, when a drive voltage having a predetermined AC waveform is applied to the linear motor 13, the piston 1 reciprocates at a cycle and a stroke corresponding to the drive voltage having the predetermined AC waveform. Do. Therefore, by controlling the drive voltage applied to the linear motor 13, the period and stroke of the reciprocating motion of the piston 1 can be controlled.

次に、上記実施の形態のフリーピストン型スターリング冷凍機の動作原理をより詳細に説明する。ピストン1が、その位置と時間との関係が正弦波を描くように運動することにより、圧縮空間9内の作動ガスは、その圧力と時間との関係が正弦波を描くように変化し、圧縮空間9から熱を放出し、ディスプレーサ2の周囲に設けられた再生器12で冷却されながら膨張空間10へ流入する。   Next, the operating principle of the free piston type Stirling refrigerator of the above embodiment will be described in more detail. As the piston 1 moves so that the relationship between its position and time draws a sine wave, the working gas in the compression space 9 changes so that the relationship between its pressure and time draws a sine wave, and compression. Heat is released from the space 9 and flows into the expansion space 10 while being cooled by the regenerator 12 provided around the displacer 2.

膨張空間10の作動ガスは、ディスプレーサ2の動きにより膨張し、その温度が低下する。膨張空間10内の作動ガスは、その圧力と時間との関係が正弦波を描くように変化し、ディスプレーサ2をピストン1に対して所定の位相差を有する状態で往復運動させる。   The working gas in the expansion space 10 expands due to the movement of the displacer 2, and its temperature decreases. The working gas in the expansion space 10 changes so that the relationship between pressure and time draws a sine wave, and the displacer 2 is reciprocated with a predetermined phase difference with respect to the piston 1.

次に、図2〜図4Aおよび図4Bを用いて、実施の形態の制御装置30内に設けられたIPM(Intelligent Power Module)200およびマイクロコンピュータ1000を説明する。図2に示すように、本実施の形態のリニアモータ13つまり前述のリニアモータ13の駆動電圧の制御においては、IPM200が用いられる。IPM200には、インバータ回路100が内蔵されている。インバータ回路100は、4つのスイッチング素子を有し、図2に示すような態様で、スターリング冷凍機40に内装されたリニアモータ13に接続されている。4つのスイッチング素子は、トランジスタGu、Gx、Gv、およびGyであり、それぞれには、ソース電極とドレイン電極との間にフライホイールダイオードが接続されている。   Next, an IPM (Intelligent Power Module) 200 and a microcomputer 1000 provided in the control device 30 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4A and 4B. As shown in FIG. 2, the IPM 200 is used for controlling the drive voltage of the linear motor 13 of the present embodiment, that is, the linear motor 13 described above. The IPM 200 incorporates an inverter circuit 100. The inverter circuit 100 has four switching elements, and is connected to the linear motor 13 built in the Stirling refrigerator 40 in a manner as shown in FIG. The four switching elements are transistors Gu, Gx, Gv, and Gy, each of which has a flywheel diode connected between the source electrode and the drain electrode.

図2から分かるように、トランジスタGuとトランジスタGxとは直列に接続され、トランジスタGvとトランジスタGyとは直列に接続されている。また、リニアモータ13は、一方の端子がトランジスタGuとトランジスタGxとの間のノードに接続され、他方の端子がトランジスタGvとトランジスタGyとの間のノードに接続されている。   As can be seen from FIG. 2, the transistor Gu and the transistor Gx are connected in series, and the transistor Gv and the transistor Gy are connected in series. The linear motor 13 has one terminal connected to a node between the transistor Gu and the transistor Gx, and the other terminal connected to a node between the transistor Gv and the transistor Gy.

また、インバータ回路100に対して並列にコンデンサCとコンデンサCCとの直列回路が接続されている。この直列回路にダイオード回路Dの出力側が接続され、このダイオード回路Dの入力側に交流電源Gが接続されて、コンデンサCおよびコンデンサCCによる倍電圧回路Bが構成されている。また、コンデンサCおよびコンデンサCCとインバータ回路100との間には、コンデンサCおよびCCに対して並列に抵抗器R1および抵抗器R2が接続され、インバータ回路100の入力端子間電圧を分圧する分圧回路が構成されている。   A series circuit of a capacitor C and a capacitor CC is connected in parallel to the inverter circuit 100. The series circuit is connected to the output side of the diode circuit D, the AC power supply G is connected to the input side of the diode circuit D, and a voltage doubler circuit B including a capacitor C and a capacitor CC is configured. Further, a resistor R1 and a resistor R2 are connected between the capacitor C and the capacitor CC and the inverter circuit 100 in parallel to the capacitors C and CC, and a voltage divider for dividing the voltage between the input terminals of the inverter circuit 100. A circuit is configured.

また、抵抗器R1と抵抗器R2との間のノードの電位を安定させるためのコンデンサCCCが抵抗器R2に対して並列に接続され、抵抗器R1と抵抗器R2との間のノードがマイクロコンピュータ1000の電圧センサポートに接続されている。マイクロコンピュータ1000には、インバータ回路100へ入力される直流電力の電圧を特定する電圧信号が直流電圧センサに入力される。   A capacitor CCC for stabilizing the potential of the node between the resistor R1 and the resistor R2 is connected in parallel to the resistor R2, and the node between the resistor R1 and the resistor R2 is a microcomputer. Connected to 1000 voltage sensor ports. In the microcomputer 1000, a voltage signal that specifies the voltage of the DC power input to the inverter circuit 100 is input to the DC voltage sensor.

さらに、リニアモータ13の2つの端子に、電圧計として機能する回路Vの入力端子が1対1の関係で接続され、回路Vで得られた電圧値がマイクロコンピュータ1000のU相電圧センサポート及びV相電圧センサポートのそれぞれへ送信される。また、直流電源とリニアモータ13との間には、電流計として機能する回路Aが設けられ、回路Aで得られた電流値を特定可能な電流信号がマイクロコンピュータ1000の電流センサポートへ送信される。   Furthermore, the input terminal of the circuit V functioning as a voltmeter is connected to the two terminals of the linear motor 13 in a one-to-one relationship, and the voltage value obtained by the circuit V is the U-phase voltage sensor port of the microcomputer 1000 and Sent to each of the V-phase voltage sensor ports. Further, a circuit A that functions as an ammeter is provided between the DC power source and the linear motor 13, and a current signal that can specify the current value obtained by the circuit A is transmitted to the current sensor port of the microcomputer 1000. The

電圧値および電流値の取得手法は次のようなものである。電圧値の取得は、リニアモータ(M)に印加される電圧が回路Vによって分圧され、その分圧された電圧値がマイクロコンピュータ1000に入力される。マイクロコンピュータ1000は、その電圧値をA/D変換し実際の電圧値を算出する。また、電流値の取得は、シャント抵抗器Sの両端の電位差がオペアンプを含む回路Aによって増幅され、その増幅された電位差の値を特定可能な電圧信号がマイクロコンピュータ1000の電圧センサポートへ送信される。マイクロコンピュータ1000は、その増幅された電位差の値をA/D変換し電流値を算出する。   The method for obtaining the voltage value and the current value is as follows. In obtaining the voltage value, the voltage applied to the linear motor (M) is divided by the circuit V, and the divided voltage value is input to the microcomputer 1000. The microcomputer 1000 performs A / D conversion on the voltage value to calculate an actual voltage value. The current value is acquired by amplifying the potential difference between both ends of the shunt resistor S by the circuit A including the operational amplifier, and transmitting a voltage signal that can specify the value of the amplified potential difference to the voltage sensor port of the microcomputer 1000. The The microcomputer 1000 performs A / D conversion on the amplified potential difference value to calculate a current value.

また、マイクロコンピュータ100は、倍電圧切換スイッチSWのオン/オフを切り換えるためのON/OFF切換信号を倍電圧切換スイッチSWに送信する。つまり、マイクロコンピュータ1000は、インバータ回路100に供給される直流電圧の大きさを大きくしたりし小さくしたりすることができる。ただし、本実施の形態においては、倍電圧切換スイッチSWの切り換えによって、インバータ回路100に供給される電圧は、倍電圧切換スイッチSWがオフのときをVとすると、倍電圧切換スイッチSWがオンのときには2Vとなる。   Further, the microcomputer 100 transmits an ON / OFF switching signal for switching on / off of the voltage doubler switch SW to the voltage doubler switch SW. That is, the microcomputer 1000 can increase or decrease the magnitude of the DC voltage supplied to the inverter circuit 100. However, in the present embodiment, the voltage supplied to the inverter circuit 100 by switching the voltage doubler switch SW is V when the voltage doubler switch SW is off, and the voltage doubler switch SW is on. Sometimes 2V.

図3は、PWMインバータ制御用のタイマが1つ(1チャンネル)内蔵されたリニアモータ制御用のマイクロコンピュータ1000の構成を説明するためのブロック図である。
図3に示すように、本実施の形態のマイクロコンピュータ1000は、発振器としてのクロック回路と、演算手段としてのCPU(Central Processing Unit)と、書替え可能な
記憶手段としてのRAM(Random Access Memory)と、読出専用のROM(Read Only Memory)とを備えている。ROMには、4つのスイッチング素子としてのトランジスタを制御するためのプログラムが格納されている。また、RAMは、ROMに格納されたプログラムに従ってCPUで行なわれた演算結果を一時的に記憶するための記憶手段であり、レジスタなどの一時記憶手段も含まれていてもよい。さらに、クロックは、発振器から送信されてきた信号を用いて、後述するタイマを動作させるための基本となるクロックパルスを形成するためのものである。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the configuration of a linear motor control microcomputer 1000 in which one PWM inverter control timer (one channel) is built.
As shown in FIG. 3, the microcomputer 1000 according to the present embodiment includes a clock circuit as an oscillator, a CPU (Central Processing Unit) as arithmetic means, and a RAM (Random Access Memory) as rewritable storage means. And a read-only ROM (Read Only Memory). The ROM stores a program for controlling the transistors as the four switching elements. The RAM is a storage means for temporarily storing the result of the operation performed by the CPU according to the program stored in the ROM, and may include a temporary storage means such as a register. Further, the clock is used to form a clock pulse that is a basis for operating a timer described later, using a signal transmitted from the oscillator.

次に、図4Aおよび図4Bを用いて、U相コントロール回路およびV相コントロール回路のそれぞれに設けられたコンパレータについて説明する。   Next, the comparators provided in each of the U-phase control circuit and the V-phase control circuit will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.

コンパレータは、図4Aに示すように、2つの入力端子を有している。2つの入力端子関しては、その一方にPWM制御の信号波が入力され、その他方に搬送波が入力される。信号波のデータは、ROM内のデータテーブルに格納されている。また、搬送波は、クロックによって発生した計時信号に基づいて、アップ/ダウンタイマ1によって生成される。   As shown in FIG. 4A, the comparator has two input terminals. As for the two input terminals, a PWM control signal wave is input to one of them, and a carrier wave is input to the other. The signal wave data is stored in a data table in the ROM. The carrier wave is generated by the up / down timer 1 based on the time signal generated by the clock.

コンパレータに入力される信号波と搬送波との関係は、図4Bの(a)に示されている。コンパレータは、信号波のデータと搬送波のデータとを比較し、信号波のデータが搬送波のデータよりも大きい場合に、PWM制御信号を出力する。交流波形の一周期の前半においては、トランジスタGuおよびGxがオン/オフされ、トランジスタGyはオンされ、Gvがオフされる。一方、交流波形の一周期の後半においては、トランジスタGvおよびGyがオン/オフされ、トランジスタGxはオンされ、Guがオフされる。それにより、図4Bの(b)に示されるようなパルス波形が形成され、リニアモータMには、点線で示すような波形の交流電圧が印加される。すなわち、サインカーブの波形の交流電圧がリニアモータMに印加される。   The relationship between the signal wave input to the comparator and the carrier wave is shown in FIG. 4B (a). The comparator compares the signal wave data with the carrier wave data, and outputs a PWM control signal when the signal wave data is larger than the carrier wave data. In the first half of one cycle of the AC waveform, the transistors Gu and Gx are turned on / off, the transistor Gy is turned on, and Gv is turned off. On the other hand, in the second half of one cycle of the AC waveform, the transistors Gv and Gy are turned on / off, the transistor Gx is turned on, and Gu is turned off. Thereby, a pulse waveform as shown in (b) of FIG. 4B is formed, and an AC voltage having a waveform as shown by a dotted line is applied to the linear motor M. That is, an AC voltage having a sine curve waveform is applied to the linear motor M.

前述のアップ/ダウンタイマ1の周波数がPWM制御のキャリア周波数となる。キャリア周波数は、1秒間にインバータ回路100から出力される対称三角波パルスの数を示すものであって、PWM制御の搬送波の周波数である。このキャリア周波数を大きくしたり小さくしたりすることによって、リニアモータ13に印加される電圧の実効値を変更することが可能である。なお、キャリア周波数の逆数がキャリア周期となる。つまり、搬送波を構成する対称三角波の1周期がキャリア周期となる。   The frequency of the above-described up / down timer 1 is the carrier frequency for PWM control. The carrier frequency indicates the number of symmetric triangular wave pulses output from the inverter circuit 100 per second, and is the frequency of the carrier wave for PWM control. The effective value of the voltage applied to the linear motor 13 can be changed by increasing or decreasing the carrier frequency. Note that the reciprocal of the carrier frequency is the carrier period. That is, one cycle of the symmetric triangular wave constituting the carrier wave is the carrier cycle.

なお、スターリング冷凍機の制御において、ピストン1とディスプレーサ2とは、所定周波数で駆動しなければ共振しない。つまり、ピストン1の往復運動の周波数が、ピストン1とディスプレーサ2との共振周波数から大きく異なると、スターリング冷凍機40を駆動させることができない。したがって、PWMの信号波を構成する前述の設定値のデータ列と時間との関係は、必ず所定の共振周波数のサインカーブを描くように設定されている必要がある。   In the control of the Stirling refrigerator, the piston 1 and the displacer 2 do not resonate unless they are driven at a predetermined frequency. That is, if the frequency of the reciprocating motion of the piston 1 is significantly different from the resonance frequency of the piston 1 and the displacer 2, the Stirling refrigerator 40 cannot be driven. Therefore, the relationship between the above-described set value data string constituting the PWM signal wave and time must be set so as to draw a sine curve of a predetermined resonance frequency.

次に、リニアモータ(M)のピストン1のストロークXpを検出する方法について説明する。本実施の形態のスターリング冷凍機40においては、次のようにして、ピストン1のストロークXpが検知される。   Next, a method for detecting the stroke Xp of the piston 1 of the linear motor (M) will be described. In the Stirling refrigerator 40 of the present embodiment, the stroke Xp of the piston 1 is detected as follows.

まず、制御装置30の定常時の駆動状態について図5および図6を用いて説明をする。
図5は、定常時においてリニアモータ(M)に印加される電圧V、リニアモータ(M)のコイル16に流れる電流I、リニアモータ(M)のコイル16に発生する誘起電圧E、および、ピストン1の変位Tの関係を示した図である。図6は、リニアモータ(M)の等価回路図である。また、図6に示すように、誘起電圧Eによって生じる電流Iの流れの方向と、印加電圧Vによって生じる電流の流れの方向とは逆である。
First, a steady driving state of the control device 30 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 shows a voltage V applied to the linear motor (M) in a steady state, a current I flowing through the coil 16 of the linear motor (M), an induced voltage E generated in the coil 16 of the linear motor (M), and a piston. It is the figure which showed the relationship of 1 displacement T. FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the linear motor (M). Also, as shown in FIG. 6, the direction of the current I generated by the induced voltage E is opposite to the direction of the current generated by the applied voltage V.

図5に示すように、電流Iはリニアモータ(M)のインダクタンス(図6に示すL)の影響で、印加電圧Vよりもθだけ位相が遅れている。ここで、リニアモータ(M)に作用する推力の大きさは、電流Iの値に推力定数αを乗じた値となる。また、図6に示す等価回路図から分かるように、誘起電圧Eは、次の式(1)で表される。   As shown in FIG. 5, the phase of the current I is delayed from the applied voltage V by θ due to the influence of the inductance (L shown in FIG. 6) of the linear motor (M). Here, the magnitude of the thrust acting on the linear motor (M) is a value obtained by multiplying the value of the current I by the thrust constant α. Further, as can be seen from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 6, the induced voltage E is expressed by the following equation (1).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

したがって、モータ巻線抵抗RおよびインダクタンスLが予め分かっていれば、図3に示す回路Vによって取得される電圧Vと図2に示す回路Aによって取得される電流Iとを用いて誘起電圧Eを計算することができる。なお、位相差θは電圧Vがピーク時の位相の値と電流Iがピークの時の位相の値との差を算出することによって得られる。また、推力定数αは予め実験によって算出され、モータ巻き線抵抗RおよびインダクタンスLは、予め測定された値である。   Therefore, if the motor winding resistance R and the inductance L are known in advance, the induced voltage E is calculated using the voltage V acquired by the circuit V shown in FIG. 3 and the current I acquired by the circuit A shown in FIG. Can be calculated. The phase difference θ is obtained by calculating the difference between the phase value when the voltage V is peak and the phase value when the current I is peak. Further, the thrust constant α is calculated in advance by experiments, and the motor winding resistance R and the inductance L are values measured in advance.

また、ピストンのストロークXpは、次の式(2)によって規定される。   The piston stroke Xp is defined by the following equation (2).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

このように、位相差θ、モータ巻線抵抗R、電圧V、電流I、印加周波数f、および推力定数αが分かっていれば、ストロークXpを算出することができる。なお、前述のストロークXpの算出方法は、特開2003−314919号公報および特開2003−65244号公報により詳細に開示されている。   Thus, if the phase difference θ, motor winding resistance R, voltage V, current I, applied frequency f, and thrust constant α are known, the stroke Xp can be calculated. The above-described method for calculating the stroke Xp is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-314919 and 2003-65244.

次に、図7を用いて、「現在のストロークXpの算出処理」を説明する。
図8に示す「現在のストロークXpの算出処理」においては、まず、S81において、電流波形のピークの位相と電圧波形のピークの位相との差である位相差θが算出される。次に、S82において、マイクロコンピュータ1000は、図2に示す回路Aから送信されてきた信号を用いてシャント抵抗器Sを流れる電流Iを算出する。その後、S83において、マイクロコンピュータ1000は、図2に示す回路Vから送信されてきた信号を用いてリニアモータ(M)に印加される電圧Vを算出する。次に、S84において、位相差θ、電圧V、電流I、巻線抵抗値R、および前述の式(A)を用いて、誘起電圧Eを算出する。その後、S85においては、ストロークXpを前述の式(B)を用いて算出する。
Next, the “current stroke Xp calculation process” will be described with reference to FIG.
In the “calculation process of the current stroke Xp” shown in FIG. 8, first, in S81, a phase difference θ that is the difference between the peak phase of the current waveform and the peak phase of the voltage waveform is calculated. Next, in S82, the microcomputer 1000 calculates the current I flowing through the shunt resistor S using the signal transmitted from the circuit A shown in FIG. Thereafter, in S83, the microcomputer 1000 calculates the voltage V applied to the linear motor (M) using the signal transmitted from the circuit V shown in FIG. Next, in S84, the induced voltage E is calculated using the phase difference θ, the voltage V, the current I, the winding resistance value R, and the above-described equation (A). Thereafter, in S85, the stroke Xp is calculated using the above-described equation (B).

上述した本実施の形態のリニアモータ制御システムは、具体的には、図8に示すように、往復運動する可動子を有するリニアモータ13と、直流電源を構成する交流電源Gおよび平滑回路P(D,C,CC)と、前述の直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、リニアモータ13に交流電力を供給するインバータ回路100と、インバータ回路100をPWM(Pulse Width Modulation)によって制御するマイクロコンピュータ1000とを備えている。   Specifically, as shown in FIG. 8, the linear motor control system of the present embodiment described above includes a linear motor 13 having a reciprocating mover, an AC power source G and a smoothing circuit P ( D, C, CC) and the inverter circuit 100 that converts the DC power supplied from the aforementioned DC power source into AC power and supplies the AC power to the linear motor 13, and the inverter circuit 100 by PWM (Pulse Width Modulation). And a microcomputer 1000 to be controlled.

また、リニアモータ制御システムは、所定のサンプリング周期でリニアモータ13に印加されているモータ電圧v(t)の瞬時値を検出するためのモータ電圧検出器Vと、所定のサンプリング周期でリニアモータ13に流れているモータ電流の瞬時値i(t)を検出するためのモータ電流検出器A,Sとを備えている。   The linear motor control system also includes a motor voltage detector V for detecting an instantaneous value of the motor voltage v (t) applied to the linear motor 13 at a predetermined sampling period, and the linear motor 13 at a predetermined sampling period. Motor current detectors A and S for detecting an instantaneous value i (t) of the motor current flowing in the motor.

なお、本実施の形態におけるモータ電流検出器A,Sは、インバータ回路100と直流電源との間においてリニアモータ13に直列に接続されたシャント抵抗器Sおよびその両端の電位差を増幅するオペアンプ(Operational Amplifier)回路A等を有している。モータ電圧検出器U(V)は、リニアモータ13の両端のそれぞれに接続された電位測定用の分圧器としての抵抗器を有している。また、モータ電圧検出器Vおよびモータ電流検出器A,Sは、それぞれ、モータ電圧v(t)の瞬時値を特定可能な電圧信号およびモータ電流i(t)の瞬時値を特定可能な電流信号をマイクロコンピュータ100へ送信する。   Note that the motor current detectors A and S in this embodiment include a shunt resistor S connected in series to the linear motor 13 between the inverter circuit 100 and the DC power supply and an operational amplifier (Operational) that amplifies the potential difference between both ends. Amplifier) circuit A and the like. The motor voltage detector U (V) has resistors as potential measuring voltage dividers connected to both ends of the linear motor 13. The motor voltage detector V and the motor current detectors A and S are respectively a voltage signal that can specify the instantaneous value of the motor voltage v (t) and a current signal that can specify the instantaneous value of the motor current i (t). Is transmitted to the microcomputer 100.

マイクロコンピュータ100は、リニアモータ13の可動子としてのピストン1の目標とするストロークを出力するストローク指令値出力部101と、ストローク指令値のデータを受けるストローク制御部102と、ストローク制御部102から送信されてきたPWMの変調率指令値に基づいて、インバータ回路100へPWMパルス信号を送信するPWM制御部103とを備えている。   The microcomputer 100 outputs a stroke command value output unit 101 that outputs a target stroke of the piston 1 as a mover of the linear motor 13, a stroke control unit 102 that receives stroke command value data, and a transmission from the stroke control unit 102. And a PWM control unit 103 that transmits a PWM pulse signal to the inverter circuit 100 based on the PWM modulation rate command value.

ストローク指令値は、負荷状況に応じて決定されるものであり、ピストン1と他の部位とが衝突する限界値よりも小さい値である。また、変調率指令はPWMの変調率を特定可能な信号である。また、PWM制御部103は、所定の角速度ωと変調率指令値に基づいて、インバータ回路100を構成するスイッチング素子Gx,Gy,Gu,Gvのオン/オフを制御するためのパルス信号を出力する。これにより、所定の交流電圧がリニアモータ13に印加される。   The stroke command value is determined according to the load condition, and is a value smaller than a limit value at which the piston 1 collides with another part. The modulation rate command is a signal that can specify the PWM modulation rate. Further, the PWM control unit 103 outputs a pulse signal for controlling on / off of the switching elements Gx, Gy, Gu, Gv constituting the inverter circuit 100 based on a predetermined angular velocity ω and a modulation factor command value. . As a result, a predetermined AC voltage is applied to the linear motor 13.

また、マイクロコンピュータ1000は、AD(Analog to Digital)変換器を内蔵しており、電圧信号および電流信号に基づいて可動子の実際のストロークXpを算出するストローク算出部104を有している。算出された実際のストロークXpのデータは、ストローク制御部102へ送信される。   The microcomputer 1000 has a built-in AD (Analog to Digital) converter, and has a stroke calculation unit 104 that calculates an actual stroke Xp of the mover based on a voltage signal and a current signal. The calculated actual stroke Xp data is transmitted to the stroke control unit 102.

ストローク制御部102は、変調率指令値を特定可能な信号とキャリア周波数の指令値を特定可能な信号とをPWM制御部103に送信する。   The stroke control unit 102 transmits a signal that can specify the modulation rate command value and a signal that can specify the command value of the carrier frequency to the PWM control unit 103.

また、モータ電圧検出器Vは、リニアモータ13のモータ電圧v(t)の瞬時値を特定可能な電圧信号をマイクロコンピュータ1000へ送信する。マイクロコンピュータ1000は、そのAD変換機能を使用して、リニアモータ13の両端子間の電位差を特定可能な信号に基づいて、リニアモータ13に印加されているモータ電圧v(t)を算出する。   The motor voltage detector V transmits to the microcomputer 1000 a voltage signal that can specify the instantaneous value of the motor voltage v (t) of the linear motor 13. The microcomputer 1000 uses the AD conversion function to calculate the motor voltage v (t) applied to the linear motor 13 based on a signal that can identify the potential difference between both terminals of the linear motor 13.

また、モータ電流検出器A,Sは、インバータの入力側のDC(Direct Current)ラインに接続されたシャント抵抗器Sに流れているモータ電流i(t)を検出する。モータ電流i(t)は、PWMのパルスのON期間にのみ、シャント抵抗器Sへ流れ込む。そのため、モータ電流検出器A,Sは、前述のON期間のシャント抵抗器Sの両端の電位差信号をマイクロコンピュータ1000へ送信する。マイクロコンピュータ1000は、その電位差信号をAD変換機能によって、モータ電流i(t)を特定可能な電流信号に変換する。したがって、モータ電流i(t)のサンプリング周期は、PWMのキャリア周期に一致していることが望ましい。   The motor current detectors A and S detect the motor current i (t) flowing through the shunt resistor S connected to the DC (Direct Current) line on the input side of the inverter. The motor current i (t) flows into the shunt resistor S only during the PWM pulse ON period. Therefore, the motor current detectors A and S transmit the potential difference signals at both ends of the shunt resistor S during the above-described ON period to the microcomputer 1000. The microcomputer 1000 converts the potential difference signal into a current signal that can specify the motor current i (t) by an AD conversion function. Therefore, it is desirable that the sampling period of the motor current i (t) coincides with the PWM carrier period.

また、ストローク算出部104は、モータ電圧v(t)の瞬時値を特定可能な電圧信号およびモータ電流i(t)の瞬時値を特定可能な電流信号を受け、正弦波の一周期毎にモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値I、および位相差θを算出する。   The stroke calculation unit 104 receives a voltage signal that can specify the instantaneous value of the motor voltage v (t) and a current signal that can specify the instantaneous value of the motor current i (t), and receives a motor signal for each cycle of the sine wave. The effective value V of the voltage, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ are calculated.

本実施の形態のPWM制御においては、図9に示す標準キャリア周波数のPWM制御および図10に示す低キャリア周波数(標準キャリア数の1/2)のPWM制御のうちいずれか一方が選択的に行なわれる。   In the PWM control of the present embodiment, one of the PWM control of the standard carrier frequency shown in FIG. 9 and the PWM control of the low carrier frequency (1/2 of the standard carrier number) shown in FIG. 10 is selectively performed. It is.

本実施の形態においては、インバータ回路100およびマイクロコンピュータ1000における電流の検出のために必要な最低パルス幅は、Ta(sec)であるものとする。このTaは、インバータ回路100およびマイクロコンピュータ100に固有に値である。図9に示される標準キャリア周波数の制御が実行される場合には、つまりキャリア周期がTcである場合には、一周期分のパルスのうち少なくとも1パルスについて、電流値が正確に検出され得るための最低変調率は、Ta/Tc(ピーク電圧Vpeak=Vdc×Ta/Tc(V))である。一方、図10に示される低キャリア周波数の制御によれば、キャリア周期が標準キャリア周波数の制御におけるキャリア周期Tcの2倍(2×Tc)であるため、一周期分のパルスのうちの少なくとも1パルスの電流値が正確に検出され得るための最低変調率は、Ta/Tc/2(ピーク電圧Vpeak=Vdc×Ta/Tc/2(V))であり、標準キャリア周波数の制御に比較して、変調率が1/2であり、ピーク電圧も1/2である。しかしながら、通常、ストロークXpの検知のために必要な電流の実効値の計算においては、一周期部のパルスのうちの1パルスの電流値が検出され得るだけでは不十分であるため、上記の変調率に係数k(k>1)を乗じた値が電流の実効値が算出され得る変調率の下限値、つまりストロークXpの検知を実行し得る変調率の下限値として規定される。係数kおよびストロークXpが検知され得る変調率の下限値は、インバータ回路100およびマイクロコンピュータ100に固有の値であり、経験的に決定されるものである。なお、その決定方法によれば、予めスターリング冷凍機40が駆動している状態で、ピストン1のストロークXpが測定され、ストロークXpが正確に得られるときの変調率の値が、変調率の下限値として規定される。つまり、前述の変調率の下限値は、予め実験によって得られた値であって、パルス電流を正確に検出することが可能な変調率の実質的な最低値である。また、本実施の形態のインバータ回路100およびマイクロコンピュータ1000における標準キャリア周波数の制御が実行されるときのストロークXpが検知され得る変調率の下限値が仮にM(%)であるとすると、低キャリア周波数の制御が実行されるときのストロークXpが検知され得る変調率の下限値は、標準キャリア周波数の制御が実行されるときのストロークXpが検知され得る変調率の下限値の半分の値であるM/2(%)である。したがって、変調率(パルス幅Ta/キャリア周期Tc)が同一であれば、リニアモータ13に印加される交流電圧のピーク電圧Vpeakを小さくすることができる。言い換えれば、ピーク電圧Vpeakが同一であれば、変調率が同一であっても、パルス幅を大きくすることができる。そのため、図10に示す低キャリア周波数の制御によれば、図9に示す標準キャリア周波数の制御に比較して、ピストン1のストロークXpを大きせずに、パルス幅Taを大きくすることができる。したがって、リニアモータ13に印加される電圧が小さい場合にも、ストロークXpの検知を正確に行なうことができる。そのため、ピストン1とディスプレーサ2との衝突を防止することができる確率がより高くなる。   In the present embodiment, it is assumed that the minimum pulse width necessary for current detection in inverter circuit 100 and microcomputer 1000 is Ta (sec). This Ta is a value inherent to the inverter circuit 100 and the microcomputer 100. When the control of the standard carrier frequency shown in FIG. 9 is executed, that is, when the carrier period is Tc, the current value can be accurately detected for at least one of the pulses for one period. The minimum modulation rate is Ta / Tc (peak voltage Vpeak = Vdc × Ta / Tc (V)). On the other hand, according to the control of the low carrier frequency shown in FIG. 10, since the carrier period is twice the carrier period Tc (2 × Tc) in the control of the standard carrier frequency, at least one of the pulses for one period is used. The minimum modulation rate for accurately detecting the current value of the pulse is Ta / Tc / 2 (peak voltage Vpeak = Vdc × Ta / Tc / 2 (V)), compared with the control of the standard carrier frequency. The modulation factor is 1/2 and the peak voltage is also 1/2. However, normally, in the calculation of the effective value of the current necessary for detecting the stroke Xp, it is not sufficient to detect the current value of one pulse out of the pulses in one period, so that the above modulation is performed. A value obtained by multiplying the rate by a coefficient k (k> 1) is defined as the lower limit value of the modulation rate at which the effective value of the current can be calculated, that is, the lower limit value of the modulation rate at which the stroke Xp can be detected. The lower limit value of the modulation rate at which the coefficient k and the stroke Xp can be detected is a value inherent to the inverter circuit 100 and the microcomputer 100 and is determined empirically. In addition, according to the determination method, the stroke Xp of the piston 1 is measured in a state where the Stirling refrigerator 40 is driven in advance, and the value of the modulation factor when the stroke Xp is accurately obtained is the lower limit of the modulation factor. Defined as a value. That is, the lower limit value of the modulation factor described above is a value obtained in advance by experiment, and is a substantially minimum value of the modulation factor that can accurately detect the pulse current. Further, if the lower limit value of the modulation rate at which the stroke Xp when the control of the standard carrier frequency in the inverter circuit 100 and the microcomputer 1000 of the present embodiment is executed is detected is M (%), the low carrier The lower limit value of the modulation rate at which the stroke Xp when the frequency control is executed can be detected is half the lower limit value of the modulation rate at which the stroke Xp when the standard carrier frequency control is executed. M / 2 (%). Therefore, if the modulation rate (pulse width Ta / carrier cycle Tc) is the same, the peak voltage Vpeak of the AC voltage applied to the linear motor 13 can be reduced. In other words, if the peak voltage Vpeak is the same, the pulse width can be increased even if the modulation rate is the same. Therefore, according to the control of the low carrier frequency shown in FIG. 10, the pulse width Ta can be increased without increasing the stroke Xp of the piston 1 as compared with the control of the standard carrier frequency shown in FIG. Therefore, even when the voltage applied to the linear motor 13 is small, the stroke Xp can be detected accurately. Therefore, the probability that the collision between the piston 1 and the displacer 2 can be prevented is further increased.

また、本実施の形態においては、図11に示すように、スターリング冷凍機40の負荷が大きいまたは小さいか、すなわち、ストローク指令値出力部101が決定したストローク指令値が、ストローク算出部104が算出した実際のストロークXp以下であるか否かを基準として、PWMの変調率を下げたり上げたりして、すなわち、ピストン1のストロークXpを小さくしたり大きくしたりして、ピストン1とディスプレーサ2との衝突の防止を図っている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the stroke calculation unit 104 calculates the stroke command value determined by the stroke command value output unit 101, that is, whether the load on the Stirling refrigerator 40 is large or small. On the basis of whether or not the actual stroke Xp is equal to or less than the actual stroke Xp, the PWM modulation rate is decreased or increased, that is, the stroke Xp of the piston 1 is decreased or increased, and the piston 1 and the displacer 2 To prevent collisions.

なお、スターリング冷凍機40の負荷が小さいときには、圧縮空間9が低温低圧状態になっており、リニアモータ13に印加される電圧が小さい場合においても、ストロークXpが大きくなりがちである。このような場合には、スターリング冷凍機40の運転が開始された直後に、変調率がストロークXpの検知が実行され得る下限値に達する前に、ピストン1とディスプレーサ2とが衝突するような不具合が発生し易い。   When the load of the Stirling refrigerator 40 is small, the compression space 9 is in a low temperature and low pressure state, and the stroke Xp tends to be large even when the voltage applied to the linear motor 13 is small. In such a case, immediately after the operation of the Stirling refrigerator 40 is started, the piston 1 and the displacer 2 collide before the modulation factor reaches the lower limit value at which the detection of the stroke Xp can be performed. Is likely to occur.

以下、図11を用いて、本実施の形態のキャリア周波数変更制御を説明する。
本実施の形態のキャリア周波数変更制御においては、まず、ステップS1において、マイクロコンピュータ1000に、スターリング冷凍機40を起動するための制御指令が入力されたか否かが判別される。スターリング冷凍機40を起動するための制御指令の入力は、ユーザによって行なわれる。
Hereinafter, the carrier frequency change control according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
In the carrier frequency change control of the present embodiment, first, in step S1, it is determined whether or not a control command for starting the Stirling refrigerator 40 is input to the microcomputer 1000. The input of a control command for starting up the Stirling refrigerator 40 is performed by a user.

ステップS1において、スターリング冷凍機40の起動制御指令の入力がなければ、ステップS1を繰返す。一方、ステップS1において、スターリング冷凍機40を起動するための制御指令の入力があれば、S2において、キャリア周波数が標準値の半分の値に設定される。次に、ステップS3において、インバータ制御が開始される。また、インバータ制御が開始された後においては、PWM制御の変調率がゼロからM/2(%)まで除々に増加される。その後、ステップS4において、ストロークXpの検知が開始される。   In step S1, if the start control command for the Stirling refrigerator 40 is not input, step S1 is repeated. On the other hand, if there is an input of a control command for starting the Stirling refrigerator 40 in step S1, the carrier frequency is set to a half value of the standard value in S2. Next, in step S3, inverter control is started. Further, after the inverter control is started, the modulation rate of the PWM control is gradually increased from zero to M / 2 (%). Thereafter, in step S4, detection of the stroke Xp is started.

次に、ストローク算出部104が算出したピストン1の実際のストロークXpがストローク指令値出力部101からストローク制御部102へ出力されてきたストローク指令値以下の値であるか否かが判別される。S5において、実際のストロークXpがストローク指令値以下の値であれば、S6において、変調率の値が増加される。つまり、マイクロコンピュータ1000は、ピストン1の実際のストロークXpが目標ストロークよりも大きくはなっていないため、ピストン1の実際のストロークXpを大きくすることに問題はないと判断している。   Next, it is determined whether or not the actual stroke Xp of the piston 1 calculated by the stroke calculation unit 104 is equal to or less than the stroke command value output from the stroke command value output unit 101 to the stroke control unit 102. If the actual stroke Xp is equal to or less than the stroke command value in S5, the value of the modulation factor is increased in S6. That is, the microcomputer 1000 determines that there is no problem in increasing the actual stroke Xp of the piston 1 because the actual stroke Xp of the piston 1 is not larger than the target stroke.

一方、S5において、実際のストロークXpがストローク指令値よりも大きければ、ステップS7において、電圧変調率がM/2以下であるか否かが判別される。S7において、電圧変調率がM/2以下であれば、再度、ステップS5のステップが実行される。一方、ステップS7において、電圧変調率がM/2以下でなければ、ステップS8において、電圧変調率が低減される。つまり、マイクロコンピュータ1000は、ピストン1のストロークXpが目標ストロークよりも大きくなっているため、ピストン1のストロークXpを小さくしなければならないと判断している。   On the other hand, if the actual stroke Xp is larger than the stroke command value in S5, it is determined in step S7 whether or not the voltage modulation rate is M / 2 or less. In S7, if the voltage modulation rate is M / 2 or less, step S5 is executed again. On the other hand, if the voltage modulation rate is not M / 2 or less in step S7, the voltage modulation rate is reduced in step S8. That is, the microcomputer 1000 determines that the stroke Xp of the piston 1 should be reduced because the stroke Xp of the piston 1 is larger than the target stroke.

また、ステップS6およびS8のいずれかの処理が実行された後には、ステップS9において、電圧変調率がM+α(%)以上であるか否かが判別される。ステップS9において、電圧変調率がM+α(%)以上でなければ、ステップS5の処理が再度実行される。   Further, after any one of steps S6 and S8 is executed, it is determined in step S9 whether or not the voltage modulation rate is equal to or greater than M + α (%). In step S9, if the voltage modulation rate is not M + α (%) or more, the process of step S5 is executed again.

一方、ステップS9において、電圧変調率がM+α(%)以上であれば、ステップS10において、低キャリア周波数から標準キャリア周波数への切換が行なわれる。   On the other hand, if the voltage modulation factor is equal to or higher than M + α (%) in step S9, switching from the low carrier frequency to the standard carrier frequency is performed in step S10.

なお、この切換は、低キャリア周波数から標準キャリア周波数へ一気に切り換えるものであってもよいが、低キャリア周波数から標準キャリア周波数へ徐々にキャリア周波数が大きくなるような切換であってもよい。また、αは、前述の切り換えが頻繁に生じないようにするためのヒステリシス幅である。   This switching may be performed at a time from a low carrier frequency to a standard carrier frequency, but may be performed such that the carrier frequency gradually increases from the low carrier frequency to the standard carrier frequency. Α is a hysteresis width for preventing the above-described switching from occurring frequently.

次に、ステップS11において、ピストン1の実際のストロークXpがストローク指令値以下の値であるか否かが判別される。ステップS11において、ストロークXpがストローク指令値以下の値であれば、ステップS12において、PWMの変調率が増加される。一方、ステップS11において、ストロークXpがストローク指令値以下の値でなければ、ステップS13において、PWMの変調率が低下される。   Next, in step S11, it is determined whether or not the actual stroke Xp of the piston 1 is equal to or less than the stroke command value. If the stroke Xp is equal to or less than the stroke command value in step S11, the PWM modulation rate is increased in step S12. On the other hand, if the stroke Xp is not less than or equal to the stroke command value in step S11, the PWM modulation rate is lowered in step S13.

次に、ステップS12およびS13のいずれが終了した場合にも、ステップS14において、電圧変調率がM(%)以下であるか否かが判別される。ステップS14において、電圧変調率がM(%)以下でなければ、ステップ11の処理が再度実行される。一方、ステップS14において、電圧変調率がM(%)以下の値であれば、S15において、キャリア周波数が、標準キャリア周波数から低キャリア周波数へ切り換えられる。   Next, when either step S12 or S13 is completed, it is determined in step S14 whether or not the voltage modulation rate is equal to or less than M (%). If the voltage modulation factor is not less than M (%) in step S14, the process of step 11 is executed again. On the other hand, if the voltage modulation rate is a value equal to or less than M (%) in step S14, the carrier frequency is switched from the standard carrier frequency to the low carrier frequency in S15.

なお、このキャリア周波数の切換も、標準キャリア周波数から低キャリア周波数へ一気に切り換えるものであっても、また、標準キャリア周波数から低キャリア周波数へ徐々にキャリア周波数が小さくなるような切換であってもよい。   The carrier frequency may be switched at a stroke from the standard carrier frequency to the low carrier frequency, or may be switched so that the carrier frequency gradually decreases from the standard carrier frequency to the low carrier frequency. .

その後、S5の処理が再度行なわれる。なお、S5〜S15までの処理が繰返される間に、スターリング冷凍機40の駆動を停止させる信号の入力があれば、次に、スターリング冷凍機を起動するための信号の入力があるまで、ステップS1の処理が繰返される。   Thereafter, the process of S5 is performed again. If a signal for stopping the driving of the Stirling refrigerator 40 is input while the processes from S5 to S15 are repeated, step S1 is performed until a signal for starting the Stirling refrigerator is next input. This process is repeated.

図11に示すキャリア周波数変更制御によれば、図12に示すような出力電圧の実効値とPWMの変調率との関係が得られる。   According to the carrier frequency change control shown in FIG. 11, the relationship between the effective value of the output voltage and the PWM modulation rate as shown in FIG. 12 is obtained.

図12に示すように、スターリング冷凍機40が起動されたときには、変調率はゼロからM/2まで徐々に増加する。このとき、マイクロコンピュータ1000は、変調率がM/2になるまではストロークXpの検知を行なうことができない。   As shown in FIG. 12, when the Stirling refrigerator 40 is started, the modulation rate gradually increases from zero to M / 2. At this time, the microcomputer 1000 cannot detect the stroke Xp until the modulation rate becomes M / 2.

その後、変調率がM/2より大きくなれば、ストロークXpの検知が開始される。
次に、変調率がM/2からMまで増加する。ただし、変調率M/2から変調率Mまでの間で変動するときには、スターリング冷凍機40の負荷の増減およびストロークXpの指令値に応じて、変調率が増加したり低下したりする。
Thereafter, when the modulation rate becomes larger than M / 2, detection of the stroke Xp is started.
Next, the modulation rate increases from M / 2 to M. However, when it fluctuates between the modulation factor M / 2 and the modulation factor M, the modulation factor increases or decreases according to the load increase / decrease of the Stirling refrigerator 40 and the command value of the stroke Xp.

その後、変調率がM+αになれば、低キャリア周波数のPWM制御から標準キャリア周波数のPWM制御への切換のための処理が実行される。その後、変調率がM以上であれば、標準キャリア周波数でのPWM制御が継続される。   Thereafter, when the modulation rate becomes M + α, processing for switching from PWM control with a low carrier frequency to PWM control with a standard carrier frequency is executed. Thereafter, if the modulation rate is equal to or greater than M, PWM control at the standard carrier frequency is continued.

しかしながら、スターリング冷凍機40の負荷が大きくなり、すなわち、圧縮空間9の圧力が高くなっている場合には、ストローク検知によって得られた実際のストロークXpがストローク指令値よりも小さくなれば、変調率が徐々に低下するような制御が実行される。変調率が、M以下の値になれば、標準キャリア周波数のPWM制御から低キャリア周波数のPWM制御へ切り換るための処理が実行される。   However, when the load on the Stirling refrigerator 40 is large, that is, when the pressure in the compression space 9 is high, if the actual stroke Xp obtained by the stroke detection becomes smaller than the stroke command value, the modulation factor Control is performed such that the value gradually decreases. If the modulation rate becomes a value equal to or less than M, processing for switching from PWM control at the standard carrier frequency to PWM control at the low carrier frequency is executed.

従来においては、スターリング冷凍機40の負荷が小さくなり、それにより変調率がM以下の値になり、さらにストローク検知によって得られた実際のストロークXpがストローク指令値よりも大きい場合には、ストロークXpを検知することができなくなる。したがって、ピストン1とディスプレーサ2との衝突を防止するためには、スターリング冷凍機40の運転を停止するしかない。   Conventionally, when the load of the Stirling refrigerator 40 is reduced, the modulation factor becomes a value of M or less, and when the actual stroke Xp obtained by the stroke detection is larger than the stroke command value, the stroke Xp Cannot be detected. Therefore, in order to prevent a collision between the piston 1 and the displacer 2, the Stirling refrigerator 40 can only be stopped.

また、スターリング冷凍機40が起動した直後においては、変調率が0からMまで無条件で増加する。このときに、特にスターリング冷凍機40の負荷が小さい場合には、ピストン1とディスプレーサ2とが衝突する危険性がある。   Immediately after the Stirling refrigerator 40 is started, the modulation factor increases unconditionally from 0 to M. At this time, particularly when the load of the Stirling refrigerator 40 is small, there is a risk that the piston 1 and the displacer 2 collide.

一方、本実施の形態のリニアモータ制御システムによれば、標準キャリア周波数の制御が実行されているときにスターリング冷凍機40の負荷が小さくなり、それにより変調率がM以下の値になった場合には、キャリア周波数を低くすることによって、変調率がM/2まで下げられる。そのため、スターリング冷凍機40を停止しなければならない状態の発生率が低下する。また、スターリング冷凍機40が起動したときに、予めキャリア周波数が低く設定されていれば、無条件で増加させることができる変調率をMからM/2まで減少させることによって、スターリング冷凍機40の負荷が小さい場合におけるピストン1とディスプレーサ2との衝突を防止することができる。   On the other hand, according to the linear motor control system of the present embodiment, when the control of the standard carrier frequency is being executed, the load on the Stirling refrigerator 40 is reduced, and thereby the modulation factor becomes a value of M or less. First, the modulation rate is lowered to M / 2 by lowering the carrier frequency. Therefore, the incidence rate of the state where the Stirling refrigerator 40 must be stopped decreases. Further, when the Stirling refrigerator 40 is activated, if the carrier frequency is set to be low in advance, the modulation factor that can be increased unconditionally is decreased from M to M / 2. Collision between the piston 1 and the displacer 2 when the load is small can be prevented.

また、本実施の形態のキャリア周波数変更制御は、図13に示すようなキャリア周波数変更制御であってもよい。   Further, the carrier frequency change control of the present embodiment may be carrier frequency change control as shown in FIG.

図13に示すキャリア周波数変更制御は、図11に示すキャリア周波数変更制御とほぼ同様である。ただし、図13に示すキャリア周波数変更制御においては、ステップS9a〜ステップS10aおよびステップS14a〜ステップS15aの処理が、図11に示すキャリア周波数変更制御の処理とは異なっている。   The carrier frequency change control shown in FIG. 13 is substantially the same as the carrier frequency change control shown in FIG. However, in the carrier frequency change control shown in FIG. 13, the processes in steps S9a to S10a and steps S14a to S15a are different from the processes in the carrier frequency change control shown in FIG.

図13に示すキャリア周波数変更制御においては、ステップ9aにおいて、現在の変調率(m)の値が記憶され、リニアモータ13への電圧の印加が停止される。すなわち、その時点でのPWMの変調率の値が記憶されるとともに、スターリング冷凍機40の運転が一旦停止される。それにより、ピストン1の動作が一旦停止する。次に、S10において、低キャリア周波数から標準キャリア周波数へ制御状態が変更される。その後、S10aにおいて、ピストン1の動作が開始される。つまり、スターリング冷凍機40の運転が開始される。このとき、変調率は、ゼロからmまで除々に増加される。   In the carrier frequency change control shown in FIG. 13, the current modulation factor (m) value is stored in step 9 a, and the application of voltage to the linear motor 13 is stopped. That is, the PWM modulation factor value at that time is stored, and the operation of the Stirling refrigerator 40 is temporarily stopped. Thereby, the operation of the piston 1 is temporarily stopped. Next, in S10, the control state is changed from the low carrier frequency to the standard carrier frequency. Thereafter, in S10a, the operation of the piston 1 is started. That is, the operation of the Stirling refrigerator 40 is started. At this time, the modulation rate is gradually increased from zero to m.

また、ステップS14aにおいては、現在の変調率(m)の値が記憶され、リニアモータ13への電圧の印加が停止される。すなわち、現在の変調率の値が記憶されるとともに、PWM制御が停止される。それにより、ピストン1の動作が停止する。次に、S15において、低キャリア周波数でスターリング冷凍機の運転が開始される。次に、S15aにおいて、変調率がゼロからmまで増加される。   In step S14a, the current value of the modulation factor (m) is stored, and the application of voltage to the linear motor 13 is stopped. That is, the current modulation factor value is stored and PWM control is stopped. Thereby, the operation of the piston 1 is stopped. Next, in S15, the operation of the Stirling refrigerator is started at a low carrier frequency. Next, in S15a, the modulation rate is increased from zero to m.

上記のように、図13に示すキャリア周波数変調制御によれば、キャリア周波数を変更するときに、一旦スターリング冷凍機40が停止される。したがって、標準キャリア周波数のPWM制御と低キャリア周波数のPWM制御との切換のときに、ピストン1の動作に不具合が生じてスターリング冷凍機40が損傷するような事態の発生が防止される。   As described above, according to the carrier frequency modulation control shown in FIG. 13, the Stirling refrigerator 40 is temporarily stopped when the carrier frequency is changed. Therefore, when switching between the PWM control with the standard carrier frequency and the PWM control with the low carrier frequency, occurrence of a situation in which the Stirling refrigerator 40 is damaged due to a malfunction in the operation of the piston 1 is prevented.

なお、図13に示すキャリア周波数変更制御における出力電圧の実効値と変調率との関係が図14および図15に示されている。図14は、変調率が増加しているときの、出力電圧の実効値と変調率との関係を示している。図15は、変調率が低下しているときの、出力電圧の実効値と変調率の関係を示している。   14 and 15 show the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate in the carrier frequency change control shown in FIG. FIG. 14 shows the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate when the modulation rate is increasing. FIG. 15 shows the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation factor when the modulation factor is decreasing.

図14に示すように、スターリング冷凍機40が起動されたときには、変調率はゼロからM/2まで徐々に増加する。このとき、マイクロコンピュータ1000は、変調率がM/2になるまではストロークXpの検知を行なうことができない。その後、変調率がM/2より大きくなれば、ストロークXpの検知が開始される。   As shown in FIG. 14, when the Stirling refrigerator 40 is started, the modulation rate gradually increases from zero to M / 2. At this time, the microcomputer 1000 cannot detect the stroke Xp until the modulation rate becomes M / 2. Thereafter, when the modulation rate becomes larger than M / 2, detection of the stroke Xp is started.

次に、変調率がM/2からMまで増加する。ただし、変調率M/2から変調率Mまでの値においては、スターリング冷凍機40の負荷の増減次第で、変調率が増加したり低下したりする。その後、変調率がM+αになれば、マイクロコンピュータ1000は、変調率mの値を記憶し、スターリング冷凍機40の動作を停止し、低キャリア周波数のPWM制御から標準キャリア周波数のPWM制御への切換のための処理が実行される。その後、スターリング冷凍機40の運転が開始され、変調率がゼロからmまで除々に増加される。その後、ストローク検知によって得られた実際のストロークXpとストローク指令値との比較結果に基づいて、変調率が、増加されたり、低下されたりする。   Next, the modulation rate increases from M / 2 to M. However, in the values from the modulation factor M / 2 to the modulation factor M, the modulation factor increases or decreases depending on the increase / decrease in the load of the Stirling refrigerator 40. Thereafter, when the modulation rate becomes M + α, the microcomputer 1000 stores the value of the modulation rate m, stops the operation of the Stirling refrigerator 40, and switches from the low carrier frequency PWM control to the standard carrier frequency PWM control. The process for is executed. Thereafter, the operation of the Stirling refrigerator 40 is started, and the modulation factor is gradually increased from zero to m. Thereafter, the modulation rate is increased or decreased based on the comparison result between the actual stroke Xp obtained by the stroke detection and the stroke command value.

一方、図15に示すように、マイクロコンピュータ1000は、変調率が低下して、M以下の値になれば、そのときの変調率mの値を記憶し、スターリング冷凍機40の運転を停止させ、変調率をゼロにする。また、マイクロコンピュータ1000は、標準キャリア周波数のPWM制御から低キャリア周波数のPWM制御への切り換えを行なう。その後、マイクロコンピュータ1000は、スターリング冷凍機40の運転を開始し、変調率をゼロからmまで除々に増加させる。その後、ストローク検知によって得られた実際のストロークXpとストローク指令値との比較結果に基づいて、変調率が、増加されたり、低下されたりする。   On the other hand, as shown in FIG. 15, the microcomputer 1000 stores the value of the modulation factor m at that time and stops the operation of the Stirling refrigerator 40 when the modulation factor decreases and becomes a value of M or less. Set the modulation rate to zero. Further, the microcomputer 1000 switches from the PWM control with the standard carrier frequency to the PWM control with the low carrier frequency. Thereafter, the microcomputer 1000 starts operation of the Stirling refrigerator 40 and gradually increases the modulation rate from zero to m. Thereafter, the modulation rate is increased or decreased based on the comparison result between the actual stroke Xp obtained by the stroke detection and the stroke command value.

(実施の形態2)
次に、図16〜図25を用いて実施の形態2のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムを説明する。
(Embodiment 2)
Next, the linear motor control system and the Stirling refrigerator control system according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施の形態のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムは、実施の形態1のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムとほぼ同様であるため、以下においては、本実施の形態のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムと実施の形態1のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムとの相違点を主に説明する。   Since the linear motor control system and the Stirling refrigerator control system of the present embodiment are substantially the same as the linear motor control system and the Stirling refrigerator control system of the first embodiment, the linear motor of the present embodiment will be described below. Differences between the control system and Stirling refrigerator control system and the linear motor control system and Stirling refrigerator control system of the first embodiment will be mainly described.

図16に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機制御システムにおいては、図2において説明されたような倍電圧切換スイッチSWが利用される。倍電圧切換スイッチSWは、図2、図17、および図18に示すように、ダイオード回路D(ダイオードD1,D2,D3,D4)のうちのダイオードD3とダイオードD4との間のノードとコンデンサCとコンデンサCCとの間のノードとに接続されている。また、図16に示すように、ストローク制御部102は、倍電圧切換スイッチSWに対してON/OFF切換信号を送信し、倍電圧をインバータ回路100に与えるかまたは倍電圧の半分の電圧をインバータ回路100に与えるかを切り換えることが可能である。   As shown in FIG. 16, in the Stirling refrigerator control system of the present embodiment, a voltage doubler changeover switch SW as described in FIG. 2 is used. As shown in FIGS. 2, 17, and 18, the voltage doubler changeover switch SW includes a node between a diode D3 and a diode D4 in the diode circuit D (diodes D1, D2, D3, and D4) and a capacitor C. And a node between the capacitor CC and the capacitor CC. Further, as shown in FIG. 16, the stroke control unit 102 transmits an ON / OFF switching signal to the voltage doubler changeover switch SW and supplies the voltage doubler to the inverter circuit 100 or applies a voltage half the voltage doubler to the inverter. The circuit 100 can be switched.

なお、図17および図18においては、それぞれ、倍電圧切換スイッチSWがONの状態および倍電圧切換スイッチSWがOFFの状態が示されている。また、倍電圧切換スイッチがONの状態のPWMのパルス波形および交流電圧波形、ならびに、倍電圧切換スイッチSWがOFFの場合のPWMのパルス波形および交流電圧波形が、それぞれ、図19および図20に示されている。   17 and 18 show a state where the voltage doubler switch SW is ON and a state where the voltage doubler switch SW is OFF, respectively. 19 and 20 show the PWM pulse waveform and AC voltage waveform when the voltage doubler switch is ON, and the PWM pulse waveform and AC voltage waveform when the voltage doubler switch SW is OFF, respectively. It is shown.

図19と図20との対比から分かるように、倍電圧切換スイッチSWがオンの状態においてインバータ回路100に供給される直流電圧Vdcは、倍電圧切換スイッチSWがオフの状態においてインバータ回路100に供給される直流電圧1/2Vdcの2倍である。したがって、倍電圧切換スイッチSWがオフの状態においては、変調率が同一であれば、リニアモータ13に印加される電圧は、倍電圧切換スイッチSWがオンの状態においてリニアモータ13に印加されている電圧の半分になる。言い換えれば、倍電圧切換スイッチSWがオフの状態においては、変調率が倍電圧切換スイッチがオンのときの変調率の2倍であれば、リニアモータ13に印加される電圧は、倍電圧切換スイッチがオンのときにリニアモータ13に印加される電圧とほぼ同一であり、倍電圧切換スイッチがオンのときのストロークと同一のストロークでピストン1が往復する運転状態が維持される。   As can be seen from the comparison between FIG. 19 and FIG. 20, the DC voltage Vdc supplied to the inverter circuit 100 when the voltage doubler switch SW is on is supplied to the inverter circuit 100 when the voltage doubler switch SW is off. It is twice the DC voltage ½ Vdc applied. Therefore, if the modulation rate is the same when the voltage doubler switch SW is off, the voltage applied to the linear motor 13 is applied to the linear motor 13 when the voltage doubler switch SW is on. Half the voltage. In other words, in the state where the voltage doubler selector switch SW is off, if the modulation factor is twice the modulation factor when the voltage doubler selector switch is on, the voltage applied to the linear motor 13 is the voltage doubler selector switch. The operation state in which the piston 1 reciprocates with the same stroke as the stroke when the voltage doubler selector switch is on is maintained substantially the same as the voltage applied to the linear motor 13 when is on.

上記の本実施の形態においては、キャリア周波数が変化せず、かつ、前述したストロークXpが検され得る変調率の下限値は、倍電圧切換スイッチSWがオンであるかオフであるかにかかわらず一定値(同一)である。したがって、リニアモータ13に印加される最低電圧に関しては、倍電圧切換スイッチSWがオフであるときにストロークXpの検知のために必要な電圧値は、倍電圧切換スイッチがオンのときにストロークXpの検知のために必要な電圧値の半分である。その結果、リニアモータ13に印加されている電圧が小さい期間においても、適正なストローク検知が行なわれ得る。   In the above embodiment, the carrier frequency does not change and the lower limit value of the modulation rate at which the stroke Xp can be detected is the same regardless of whether the voltage doubler selector switch SW is on or off. It is a constant value (same). Therefore, with respect to the minimum voltage applied to the linear motor 13, the voltage value necessary for detecting the stroke Xp when the voltage doubler switch SW is off is the value of the stroke Xp when the voltage doubler switch is on. It is half the voltage value required for detection. As a result, proper stroke detection can be performed even in a period in which the voltage applied to the linear motor 13 is small.

次に、図21を用いて、本実施の形態のスターリング冷凍機の制御方法における倍電圧切換制御が説明される。なお、本実施の形態のストロークXpが検され得る変調率の下限値は、実施の形態1のそれと同様に、M(%)であるとされる。Mの決定方法は、前述と同様に、予め実行される実験において、スターリング冷凍機40が駆動されている状態で、ピストン1のストロークXpが測定され、ストロークXpが正確に得られるときの変調率の値として規定される。つまり、変調率の下限値は、予め実験によって得られた値であって、パルス電流を正確に検出することが可能な変調率の実質的な最低値である。   Next, voltage doubler switching control in the control method of the Stirling refrigerator of the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that the lower limit value of the modulation rate at which the stroke Xp of the present embodiment can be detected is M (%), as in the first embodiment. The method for determining M is the same as described above, in the experiment executed in advance, in the state where the Stirling refrigerator 40 is driven, the stroke Xp of the piston 1 is measured, and the modulation factor when the stroke Xp is obtained accurately Is defined as the value of. In other words, the lower limit value of the modulation rate is a value obtained in advance by experiment, and is a substantially minimum value of the modulation rate that can accurately detect the pulse current.

図21に示すように、倍電圧切換制御においては、まず、ステップS101において、スターリング冷凍機40を駆動させるための制御信号がマイクロコンピュータ1000に入力されたか否かが判別される。   As shown in FIG. 21, in the voltage doubler switching control, first, in step S101, it is determined whether or not a control signal for driving the Stirling refrigerator 40 is input to the microcomputer 1000.

ステップS101において、スターリング冷凍機40を起動させるための制御信号がマイクロコンピュータ1000に入力されていなければ、ステップS101の処理を繰返す。一方、ステップS101において、スターリング冷凍機40を起動するための制御信号がマイクロコンピュータ1000に入力されていれば、ステップS102において、倍電圧切換スイッチSWをオフにする制御が実行される。   In step S101, if the control signal for starting the Stirling refrigerator 40 is not input to the microcomputer 1000, the process of step S101 is repeated. On the other hand, if a control signal for starting the Stirling refrigerator 40 is input to the microcomputer 1000 in step S101, control for turning off the voltage doubler selector switch SW is executed in step S102.

次に、ステップS103において、インバータ制御が開始され、PWMの変調率がM(%)まで増加される。次に、ステップS104において、ピストン1の実際のストロークXpの検知が開始される。   Next, in step S103, inverter control is started and the PWM modulation rate is increased to M (%). Next, in step S104, detection of the actual stroke Xp of the piston 1 is started.

次に、ステップS105において、ストロークXpがストローク指令値以下の値であるか否かが判別される。ステップS105において、実際のストロークXpがストローク指令値以下の値であれば、ステップS106において、変調率が増加される。一方、ステップS105において、ストロークXpがストローク指令値以下の値でなければ、ステップS107において、変調率がM以下の値か否かが判別される。   Next, in step S105, it is determined whether or not the stroke Xp is equal to or less than the stroke command value. If the actual stroke Xp is not more than the stroke command value in step S105, the modulation factor is increased in step S106. On the other hand, if the stroke Xp is not less than or equal to the stroke command value in step S105, it is determined in step S107 whether or not the modulation factor is less than or equal to M.

ステップS107において、変調率がM以下の値であれば、ステップS105の処理が繰返される。一方、ステップS107において、PWMの変調率がM以上の値であれば、電圧変調率が低下される。   In step S107, if the modulation factor is a value equal to or less than M, the process of step S105 is repeated. On the other hand, if the PWM modulation rate is a value equal to or greater than M in step S107, the voltage modulation rate is lowered.

要するに、ステップ105〜ステップ108においては、ピストン1の実際のストロークXpがストローク指令値よりも大きくなってピストン1とディスプレーサ2とが衝突することを防止するために、マイクロコンピュータ1000は、ストローク指令値出力部101が出力しているストローク指令値と実際のストロークXpの値との比較結果から、変調率を増加させたり低下させたりしている。   In short, in Step 105 to Step 108, in order to prevent the actual stroke Xp of the piston 1 from becoming larger than the stroke command value and causing the piston 1 and the displacer 2 to collide, the microcomputer 1000 has the stroke command value. From the comparison result between the stroke command value output from the output unit 101 and the actual stroke Xp value, the modulation rate is increased or decreased.

また、ステップS106およびS108のいずれが終了した後にも、ステップS109の処理が実行される。ステップS109においては、変調率が2M+α(%)以上であるか否かが判別される。ステップS109において、変調率が2M+α(%)以上でなければ、ステップS105の処理が実行される。なお、αは、制御の切り換えが頻繁に生じないためのヒステリシス幅である。   In addition, after either step S106 or S108 is completed, the process of step S109 is executed. In step S109, it is determined whether or not the modulation rate is 2M + α (%) or more. In step S109, if the modulation rate is not 2M + α (%) or more, the process of step S105 is executed. Note that α is a hysteresis width for preventing frequent switching of control.

一方、ステップS109において、変調率が2M+α(%)以上であれば、ステップS110において、変調率は、現在の値の1/2の値に変更され、倍電圧切換スイッチSWがオンに設定される。その後、ステップS111の処理が行なわれる。   On the other hand, if the modulation rate is 2M + α (%) or more in step S109, the modulation rate is changed to a value half of the current value in step S110, and the voltage doubler switch SW is set to ON. . Thereafter, the process of step S111 is performed.

ステップS111においては、ストロークXpがストローク指令値以下の値であるか否かが判別される。ステップS111において、ストロークXpがストローク指令値以下の値であれば、ステップS112において、変調率が増加される。一方、ステップS111において、ストロークXpがストローク指令値以下の値でなければ、ステップS113において、変調率が低下される。   In step S111, it is determined whether or not the stroke Xp is equal to or less than the stroke command value. If the stroke Xp is a value equal to or smaller than the stroke command value in step S111, the modulation factor is increased in step S112. On the other hand, if the stroke Xp is not less than or equal to the stroke command value in step S111, the modulation factor is lowered in step S113.

要するに、ステップ111〜ステップ113においても、ピストン1の実際のストロークXpがストローク指令値よりも大きくなってピストン1とディスプレーサ2とが衝突することを防止するために、マイクロコンピュータ1000は、ストローク指令値出力部101が出力しているストローク指令値と実際のストロークXpの値との比較結果から、変調率を増加させたり低下させたりしている。   In short, also in steps 111 to 113, in order to prevent the actual stroke Xp of the piston 1 from becoming larger than the stroke command value and causing the piston 1 and the displacer 2 to collide, the microcomputer 1000 has the stroke command value. From the comparison result between the stroke command value output from the output unit 101 and the actual stroke Xp value, the modulation rate is increased or decreased.

ステップS112およびS113のいずれが終了した後においても、ステップS114において、変調率がM(%)以下であるか否かが判別される。ステップS114において、変調率がM(%)以下でなければ、ステップS111の処理が再度行なわれる。ステップS114において、変調率がM(%)以下の値であれば、ステップS115において、変調率は、現在の変調率の2倍の値に変更され、倍電圧切換スイッチSWがオフに設定される。その後、S105の処理が実行される。なお、ステップS105〜S115が実行されているときに、スターリング冷凍機40の停止指令信号がマイクロコンピュータ1000に入力された場合には、スターリング冷凍機40の運転開始指令信号の入力があるまで、ステップS101の処理が繰返される。   After any of steps S112 and S113 is completed, it is determined in step S114 whether or not the modulation rate is M (%) or less. If the modulation factor is not M (%) or less in step S114, the process in step S111 is performed again. If the modulation rate is a value equal to or less than M (%) in step S114, the modulation rate is changed to a value twice the current modulation rate in step S115, and the voltage doubler selector switch SW is set to OFF. . Thereafter, the process of S105 is executed. In addition, when the stop command signal of the Stirling refrigerator 40 is input to the microcomputer 1000 while steps S105 to S115 are being executed, the steps until the operation start command signal of the Stirling refrigerator 40 is input. The process of S101 is repeated.

図21に示される倍電圧切換制御が実行された場合の出力電圧の実効値と変調率の関係が図22に示されている。図22に示すように、本実施の形態のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムの制御方法におけるPWM制御においては、まず、変調率がゼロからMまで変更される。   FIG. 22 shows the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation factor when the voltage doubler switching control shown in FIG. 21 is executed. As shown in FIG. 22, in the PWM control in the control method of the linear motor control system and the Stirling refrigerator control system of the present embodiment, first, the modulation factor is changed from zero to M.

変調率がゼロからMまでの間の期間はストロークXpを検知することができない期間である。その後、変調率がMになると、ストロークXpの検知が開始される。次に、ストローク検知が行なわれている状態で、変調率がMから2M+αまで増加される。ただし、変調率がMから2M+αまでの間においては、スターリング冷凍機40の負荷が大きくなれば変調率は徐々に大きくなるが、スターリング冷凍機40の負荷が小さくなれば変調率は徐々に小さくなる。   A period between the modulation rate of zero and M is a period during which the stroke Xp cannot be detected. Thereafter, when the modulation rate becomes M, detection of the stroke Xp is started. Next, the modulation rate is increased from M to 2M + α in a state where stroke detection is performed. However, when the modulation factor is between M and 2M + α, the modulation factor gradually increases as the load on the Stirling refrigerator 40 increases, but the modulation factor gradually decreases as the load on the Stirling refrigerator 40 decreases. .

その後、変調率が2M+αになれば、倍電圧切換スイッチSWがオンに設定される。これにより、出力電圧の実効値と変調率との関係は、倍電圧切換スイッチ(SW)OFF時の変調率−出力電圧特性で示すラインから倍電圧切換スイッチ(SW)ON時の変調率−出力電圧特性で示すラインへ変化する。また、このとき、倍電圧切換スイッチSWのONとともに、変調率が(2M+α)/2まで下げられる。その後、変調率が(2M+α)/2から徐々に増加される。   Thereafter, when the modulation rate becomes 2M + α, the voltage doubler selector switch SW is set to ON. As a result, the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation factor can be calculated from the line indicated by the modulation factor-output voltage characteristic when the voltage doubler switch (SW) is OFF to the modulation factor-output when the voltage multiplier switch (SW) is ON. Changes to the line indicated by the voltage characteristics. At this time, the modulation factor is lowered to (2M + α) / 2 when the voltage doubler selector switch SW is turned ON. Thereafter, the modulation rate is gradually increased from (2M + α) / 2.

前述の状態において、スターリング冷凍機40の負荷が小さくなり、変調率を下げる必要がある場合には、徐々に変調率がMまで低下する。その後、変調率がMに達した場合には、倍電圧切換スイッチSWがOFFに設定される。それとともに、変調率は2Mまで増加される。これにより、出力電圧の実効値と変調率との関係は、倍電圧切換スイッチ(SW)ON時の変調率−出力電圧特性で示すラインから倍電圧切換スイッチ(SW)OFF時の変調率−出力電圧特性で示すラインへ変化する。その後、スターリング冷凍機40の負荷が大きくなれば、変調率が徐々に大きくなり、スターリング冷凍機40の負荷が小さくなれば、変調率は徐々に小さくなる。   In the above-described state, when the load of the Stirling refrigerator 40 is reduced and the modulation rate needs to be lowered, the modulation rate gradually decreases to M. Thereafter, when the modulation factor reaches M, the voltage doubler selector switch SW is set to OFF. At the same time, the modulation rate is increased to 2M. As a result, the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation factor can be calculated from the line indicated by the modulation factor-output voltage characteristic when the voltage doubler switch (SW) is ON to the modulation factor-output when the voltage multiplier switch (SW) is OFF. Changes to the line indicated by the voltage characteristics. Thereafter, when the load on the Stirling refrigerator 40 increases, the modulation factor gradually increases, and when the load on the Stirling refrigerator 40 decreases, the modulation factor gradually decreases.

上記本実施の形態の倍電圧切換制御によれば、スターリング冷凍機40の負荷が小さく、リニアモータ13に印加されている電圧が小さい期間においては、倍電圧切換スイッチSWがオフに設定されると同時に変調率が2倍に設定される。それにより、リニアモータ13に印加される電圧は、倍電圧切換スイッチSWの切替の前後で、ほぼ同一の値に維持される。したがって、ピストン1のストロークを維持しながら、PWMのパルスの幅を大きくすることができる。その結果、さらにスターリング冷凍機40の負荷が小さくなりかつ変調率が小さくなっても、適正なストローク検知が行なわれ得る。   According to the voltage doubler switching control of the present embodiment, when the load on the Stirling refrigerator 40 is small and the voltage applied to the linear motor 13 is small, the voltage doubler switch SW is set to OFF. At the same time, the modulation factor is set to double. Thereby, the voltage applied to the linear motor 13 is maintained at substantially the same value before and after the switching of the voltage doubler selector switch SW. Therefore, the width of the PWM pulse can be increased while maintaining the stroke of the piston 1. As a result, even when the load on the Stirling refrigerator 40 is further reduced and the modulation rate is reduced, proper stroke detection can be performed.

また、スターリング冷凍機40が起動されるときに無条件で変調率がMまで増加される前に、予め倍電圧切換スイッチSWがオフに設定されれば、無条件で増加させるリニアモータ13に印加される電圧が倍電圧切換スイッチSWがオフのときに無条件で増加させるリニアモータ13に印加される電圧の半分に低減される。そのため、スターリング冷凍機40の負荷が小さい場合において、ピストン1とディスプレーサ2とが衝突してしまうという不具合の発生を回避することができる。   Also, if the voltage doubler selector switch SW is previously set to OFF before the modulation factor is unconditionally increased to M when the Stirling refrigerator 40 is started, it is applied to the linear motor 13 that is unconditionally increased. The voltage is reduced to half of the voltage applied to the linear motor 13 which is unconditionally increased when the voltage doubler selector switch SW is off. Therefore, when the load of the Stirling refrigerator 40 is small, it is possible to avoid the occurrence of a problem that the piston 1 and the displacer 2 collide.

また、本実施の形態のスターリング冷凍機の制御方法における倍電圧切換制御は、図23に示されるようなものであってもよい。図23に示される倍電圧切換制御は、図21に示す倍電圧制御と、ステップS100a〜S110cおよびS115a〜S115cまでの処理において異なっている。   Further, the voltage doubler switching control in the Stirling refrigerator control method of the present embodiment may be as shown in FIG. The voltage doubler switching control shown in FIG. 23 differs from the voltage doubler control shown in FIG. 21 in the processing from steps S100a to S110c and S115a to S115c.

図23に示す倍電圧切換制御においては、ステップ110aにおいて、現在の変調率(m)の値が記憶され、リニアモータ13への電圧の印加が停止される。すなわち、その時点でのPWMの変調率の値が記憶されるとともに、スターリング冷凍機40の運転が一旦停止される。それにより、ピストン1の動作が一旦停止する。次に、S110bにおいて、倍電圧切換スイッチSWがオフの状態から倍電圧切換スイッチSWがオンの状態へ切り換えられる。その後、スターリング冷凍機40の運転が開始された後、変調率は、ゼロからm/2まで除々に増加される。   In the voltage doubler switching control shown in FIG. 23, the current modulation factor (m) value is stored in step 110a, and the application of voltage to the linear motor 13 is stopped. That is, the PWM modulation factor value at that time is stored, and the operation of the Stirling refrigerator 40 is temporarily stopped. Thereby, the operation of the piston 1 is temporarily stopped. Next, in S110b, the voltage doubler switch SW is switched from the off state to the state in which the double voltage switch SW is on. After that, after the operation of the Stirling refrigerator 40 is started, the modulation factor is gradually increased from zero to m / 2.

また、ステップS115aにおいては、現在の変調率(m)の値が記憶され、リニアモータ13への電圧の印加が停止される。すなわち、現在の変調率の値が記憶されるとともに、PWM制御が停止される。それにより、ピストン1の動作が停止する。次に、S115bにおいて、倍電圧切換スイッチSWがオフの状態から倍電圧切換スイッチSWがオンの状態へ切り換えられる。次に、S115cにおいて、スターリング冷凍機40の運転が開始された後、変調率がゼロからm/2まで除々に増加される。   In step S115a, the current value of the modulation factor (m) is stored, and the application of voltage to the linear motor 13 is stopped. That is, the current modulation factor value is stored and PWM control is stopped. Thereby, the operation of the piston 1 is stopped. Next, in S115b, the voltage doubler switch SW is switched from the off state to the double voltage switch SW. Next, in S115c, after the operation of the Stirling refrigerator 40 is started, the modulation factor is gradually increased from zero to m / 2.

図23に示す倍電圧切換制御によれば、図24および図25に示すような出力電圧の実効値と変調率の関係が得られる。つまり、図23に示す倍電圧切換制御においては、倍電圧切換スイッチSWがONからOFFへおよび倍電圧切換スイッチSWがOFFからONへ切り換えられるときに、スターリング冷凍機40が一旦停止される。そのため、倍電圧切換スイッチSWの切り換えられるときには、一旦変調率がゼロに設定される。   According to the voltage doubler switching control shown in FIG. 23, the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate as shown in FIGS. 24 and 25 is obtained. That is, in the voltage doubler switching control shown in FIG. 23, when the voltage doubler switch SW is switched from ON to OFF and the voltage doubler switch SW is switched from OFF to ON, the Stirling refrigerator 40 is temporarily stopped. Therefore, when the voltage doubler selector switch SW is switched, the modulation factor is once set to zero.

このような図23〜図25に示されるような倍電圧切換制御によれば、倍電圧切換スイッチSWの切換時にスターリング冷凍機40のピストン1の動作が不連続になることが防止される。   According to the voltage doubler switching control as shown in FIGS. 23 to 25, the operation of the piston 1 of the Stirling refrigerator 40 is prevented from being discontinuous when the voltage doubler switch SW is switched.

なお、図24は、変調率が増加しているときの出力電圧の実効値と変調率の関係を示しており、図25は、変調率が低下しているときの出力電圧の実行値と変調率の関係を示している。   24 shows the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate when the modulation rate is increasing, and FIG. 25 shows the effective value and modulation of the output voltage when the modulation rate is reduced. The relationship of rate is shown.

図24に示すように、スターリング冷凍機40が起動されたときには、変調率はゼロからMまで徐々に増加する。このとき、マイクロコンピュータ1000は、変調率がMになるまではストロークXpの検知を行なうことができない。その後、変調率がMより大きくなれば、ストロークXpの検知が開始される。   As shown in FIG. 24, when the Stirling refrigerator 40 is started, the modulation rate gradually increases from zero to M. At this time, the microcomputer 1000 cannot detect the stroke Xp until the modulation rate becomes M. Thereafter, when the modulation rate becomes larger than M, detection of the stroke Xp is started.

次に、変調率がMから2M+αまで増加する。ただし、変調率Mから変調率2M+αまでの期間においては、スターリング冷凍機40の負荷の増減に応じて、変調率が増加したり低下したりする。その後、変調率が2M+αになれば、マイクロコンピュータ1000は、変調率mの値を記憶し、スターリング冷凍機40の動作を停止し、倍電圧切換スイッチSWがオフの状態から倍電圧切換スイッチSWがオンの状態への切換のための処理を実行する。その後、スターリング冷凍機40の運転が開始され、変調率がゼロからm/2まで除々に増加される。その後、ストローク検知によって得られた実際のストロークXpとストローク指令値との比較結果に基づいて、変調率が、増加されたり、低下されたりする。   Next, the modulation rate increases from M to 2M + α. However, during the period from the modulation rate M to the modulation rate 2M + α, the modulation rate increases or decreases according to the increase or decrease of the load of the Stirling refrigerator 40. Thereafter, when the modulation rate becomes 2M + α, the microcomputer 1000 stores the value of the modulation rate m, stops the operation of the Stirling refrigerator 40, and switches the voltage double switch SW from the off state to the voltage double switch SW. A process for switching to the ON state is executed. Thereafter, the operation of the Stirling refrigerator 40 is started, and the modulation factor is gradually increased from zero to m / 2. Thereafter, the modulation rate is increased or decreased based on the comparison result between the actual stroke Xp obtained by the stroke detection and the stroke command value.

一方、図25に示すように、マイクロコンピュータ1000は、変調率が低下して、M以下の値になれば、そのときの変調率m/2の値を記憶し、スターリング冷凍機40の運転を停止させ、変調率をゼロにする。また、マイクロコンピュータ1000は、倍電圧切換スイッチSWがオンの状態から倍電圧切換スイッチSWがオフの状態への切り換えを行なう。その後、変調率がMから2Mまでの期間においては、マイクロコンピュータ1000は、スターリング冷凍機40の運転を開始し、変調率をゼロからmまで除々に増加させる。その後、ストローク検知によって得られた実際のストロークXpとストローク指令値との比較結果に基づいて、変調率が、増加されたり、低下されたりする。   On the other hand, as shown in FIG. 25, the microcomputer 1000 stores the value of the modulation factor m / 2 at that time when the modulation factor decreases and becomes a value of M or less, and operates the Stirling refrigerator 40. Stop and set the modulation rate to zero. Further, the microcomputer 1000 switches from the state where the voltage doubler switch SW is on to the state where the voltage doubler switch SW is off. Thereafter, in a period in which the modulation factor is from M to 2M, the microcomputer 1000 starts the operation of the Stirling refrigerator 40 and gradually increases the modulation factor from zero to m. Thereafter, the modulation rate is increased or decreased based on the comparison result between the actual stroke Xp obtained by the stroke detection and the stroke command value.

なお、本実施の形態においては、インバータ回路100に与えられる直流電圧の値を変更し得る電圧変更回路として、倍電圧回路Bが用いられているが、電圧変更回路は、たとえば、PAM(Pulse Amplitude Modulation)回路などいかなる回路であってもよい。要するに、電圧変更回路は、マイクロコンピュータ1000の指令によってインバータ回路100に与える直流電圧の値を変更し得る回路であれば、いかなる回路であってもよい。   In the present embodiment, voltage doubler circuit B is used as a voltage changing circuit that can change the value of the DC voltage applied to inverter circuit 100. For example, the voltage changing circuit may be a PAM (Pulse Amplitude). Any circuit such as a modulation circuit may be used. In short, the voltage changing circuit may be any circuit as long as it can change the value of the DC voltage applied to the inverter circuit 100 according to a command from the microcomputer 1000.

(実施の形態3)
次に、図26〜図31を用いて実施の形態3のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムを説明する。本実施の形態のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムは、図26に示すように、ストローク制御部102が、倍電圧切換スイッチSWの切換のための制御を実行するとともに、キャリア周波数の変更のための制御を実行する。
(Embodiment 3)
Next, the linear motor control system and the Stirling refrigerator control system of the third embodiment will be described with reference to FIGS. In the linear motor control system and the Stirling refrigerator control system according to the present embodiment, as shown in FIG. 26, the stroke control unit 102 executes control for switching the voltage doubler selector switch SW and changes the carrier frequency. Perform control for

つまり、本実施の形態のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍システムは、実施の形態1のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍システムの特徴と実施の形態2のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムの特徴とを組合せたものである。   That is, the linear motor control system and the Stirling refrigeration system of the present embodiment are characterized by the features of the linear motor control system and the Stirling refrigeration system of the first embodiment and the features of the linear motor control system and the Stirling refrigeration control system of the second embodiment. Are combined.

本実施の形態におけるキャリア周波数倍電圧切換制御においては、図27に示すように、まず、ステップS301において、スターリング冷凍機40を起動するための入力があったか否かが判別される。S301において、スターリング冷凍機40を起動するための制御信号がマイクロコンピュータ1000に入力されていなければ、ステップS301のステップが繰返される。一方、ステップS301において、スターリング冷凍機40を起動するための指令の入力があれば、ステップS302において、標準キャリア周波数の制御から低キャリア周波数の制御へ制御状態を変更するための制御が実行されるとともに、倍電圧切換スイッチをオフに設定するための制御が実行される。   In the carrier frequency double voltage switching control in the present embodiment, as shown in FIG. 27, first, in step S301, it is determined whether or not there is an input for starting the Stirling refrigerator 40. If the control signal for starting the Stirling refrigerator 40 is not input to the microcomputer 1000 in S301, the step of step S301 is repeated. On the other hand, if there is an input of a command for starting the Stirling refrigerator 40 in step S301, control for changing the control state from control of the standard carrier frequency to control of the low carrier frequency is executed in step S302. At the same time, control for setting the voltage doubler selector switch to OFF is executed.

次に、ステップS303において、インバータ制御が開始され、PWMの変調率がM/2(%)まで増加される。次に、ステップS304において、ストロークXpの検知が開始される。その後、ステップS305において、ストロークXpがストローク指令値以下の値であるか否かが判別される。S305において、ストロークXpがストローク指令値よりも小さければ、ステップS306において、変調率が増加される。   Next, in step S303, inverter control is started and the PWM modulation rate is increased to M / 2 (%). Next, in step S304, detection of the stroke Xp is started. Thereafter, in step S305, it is determined whether or not the stroke Xp is equal to or less than the stroke command value. If the stroke Xp is smaller than the stroke command value in S305, the modulation factor is increased in step S306.

一方、ステップS305において、ストロークXpがストローク指令値以下の値でなければ、ステップS307において、変調率がM/2以下であるか否かが判別される。ステップS307において、電圧変調率がM/2以下であれば、ステップS305の処理が再度行なわれる。   On the other hand, if the stroke Xp is not less than or equal to the stroke command value in step S305, it is determined in step S307 whether or not the modulation factor is M / 2 or less. In step S307, if the voltage modulation rate is M / 2 or less, the process of step S305 is performed again.

一方、S307において、電圧変調率がM/2以下でなければ、ステップS308において、PWMの変調率が低下される。ステップS306および308のいずれが終了した後においても、ステップS309が実行される。   On the other hand, if the voltage modulation rate is not M / 2 or less in S307, the PWM modulation rate is lowered in step S308. Step S309 is executed even after any of Steps S306 and S308 is completed.

ステップS309においては、変調率が2M+α(%)以上であるか否かが判別される。ステップS309において、変調率が2M+α(%)以上でなければ、ステップS305の処理が実行される。一方、S309において、電圧変調率が2M+α(%)以上であれば、ステップS310において、低キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)OFFの状態から標準キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)ONの状態へ制御状態が切り換えられる。このとき、倍電圧切換スイッチSWのオンとともに、変調率が(2M+α)/2まで下げられる。   In step S309, it is determined whether or not the modulation rate is 2M + α (%) or more. In step S309, if the modulation factor is not 2M + α (%) or more, the process of step S305 is executed. On the other hand, if the voltage modulation rate is 2M + α (%) or more in S309, the standard carrier frequency and voltage doubler switch (SW) ON is changed from the low carrier frequency and voltage doubler switch (SW) OFF state in step S310. The control state is switched to the state. At this time, the modulation factor is lowered to (2M + α) / 2 as the voltage doubler selector switch SW is turned on.

その後、ステップS311の処理が行なわれる。ステップS311においては、ストロークXpがストローク指令値以下であるか否かが判別される。ステップS311において、ストロークXpがストローク指令値以下の値であれば、ステップS312において、変調率が増加される。一方、ステップS311において、ストロークXpがストローク指令値以下の値でなければ、ステップS313において、変調率が低下される。ステップS312およびステップS313のいずれが終了した後においても、ステップS314において、変調率がM(%)以下の値であるか否かが判別される。   Thereafter, the process of step S311 is performed. In step S311, it is determined whether or not the stroke Xp is equal to or less than the stroke command value. In step S311, if the stroke Xp is equal to or less than the stroke command value, the modulation factor is increased in step S312. On the other hand, if the stroke Xp is not a value equal to or less than the stroke command value in step S311, the modulation factor is lowered in step S313. After either step S312 or step S313 is completed, it is determined in step S314 whether or not the modulation rate is a value equal to or less than M (%).

ステップS314において、電圧変調率がM(%)以下でなければ、ステップS311の処理が行なわれる。一方、ステップS314において、変調率がM(%)以下であれば、ステップS315において、標準キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)ONの状態から低キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)OFFの状態へ制御状態が切り換えられる。このとき、倍電圧切換スイッチSWのOFFとともに、変調率が2Mまで増加される。   In step S314, if the voltage modulation factor is not M (%) or less, the process of step S311 is performed. On the other hand, if the modulation factor is equal to or less than M (%) in step S314, in step S315, the standard carrier frequency and voltage doubler switch (SW) ON state are changed to the low carrier frequency and voltage doubler switch (SW) OFF state. The control state is switched to the state. At this time, the modulation factor is increased to 2M as the voltage doubler switch SW is turned off.

なお、図28に示すキャリア周波数倍電圧切換制御が行なわれた場合には、図28に示すような出力電圧の実効値と変調率の関係が得られる。   When the carrier frequency double voltage switching control shown in FIG. 28 is performed, the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate as shown in FIG. 28 is obtained.

図28に示すように、変調率がゼロからM/2までの期間は、ストローク検知を適正に行なうことができない。したがって、変調率がゼロからM/2まで増加された後、ストロークXpの検知が開始される。このとき、マイクロコンピュータ1000は、低キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)OFFの制御を実行している。   As shown in FIG. 28, stroke detection cannot be performed properly during the period from the modulation rate of zero to M / 2. Therefore, after the modulation factor is increased from zero to M / 2, detection of the stroke Xp is started. At this time, the microcomputer 1000 is executing control of low carrier frequency and voltage doubler changeover switch (SW) OFF.

その後、さらに、変調率が増加して2M+αを超えれば、マイクロコンピュータ1000は、標準キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)ONの制御を実行する。このとき、倍電圧切換スイッチSWがオンとともに、変調率が(2M+α)/2まで下げられる。これにより、出力電圧の実効値と変調率との関係は、倍電圧切換スイッチ(SW)OFF時の変調率−出力電圧特性で示すラインから倍電圧切換スイッチ(SW)ON時の変調率−出力電圧特性で示すラインへ変化する。   Thereafter, if the modulation rate further increases and exceeds 2M + α, the microcomputer 1000 executes control of the standard carrier frequency and the voltage doubler switch (SW) ON. At this time, the voltage doubler selector switch SW is turned on and the modulation factor is lowered to (2M + α) / 2. As a result, the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation factor can be calculated from the line indicated by the modulation factor-output voltage characteristic when the voltage doubler switch (SW) is OFF to the modulation factor-output when the voltage multiplier switch (SW) is ON. Changes to the line indicated by the voltage characteristics.

一方、標準キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)ONの状態において、変調率がMまで減少すると、マイクロコンピュータ1000は、低キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)OFFの制御を実行する。また、倍電圧切換スイッチSWがOFFされるとともに、変調率が2Mまで増加される。これにより、出力電圧の実効値と変調率との関係は、倍電圧切換スイッチ(SW)ON時の変調率−出力電圧特性で示すラインから倍電圧切換スイッチ(SW)OFF時の変調率−出力電圧特性で示すラインへ変化する。   On the other hand, when the modulation rate decreases to M in the state where the standard carrier frequency and the voltage doubler selector switch (SW) are ON, the microcomputer 1000 executes control of the low carrier frequency and the voltage doubler selector switch (SW) OFF. Further, the voltage doubler changeover switch SW is turned off and the modulation factor is increased to 2M. As a result, the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation factor can be calculated from the line indicated by the modulation factor-output voltage characteristic when the voltage doubler switch (SW) is ON to the modulation factor-output when the voltage multiplier switch (SW) is OFF. Changes to the line indicated by the voltage characteristics.

なお、本実施の形態においても、実施の形態1および2と同様に、ストローク検知が実行されている期間においては、ストローク検知によって得られた実際のストロークXpとストローク指令値との比較結果に基づいて、変調率が、増加されたり、低下されたりする。   Also in the present embodiment, as in the first and second embodiments, during the period in which the stroke detection is performed, based on the comparison result between the actual stroke Xp obtained by the stroke detection and the stroke command value. As a result, the modulation rate is increased or decreased.

また、本実施の形態のキャリア周波数倍電圧切換制御は、図29に示すようなものであってもよい。図29に示すキャリア周波数倍電圧切換制御においては、ステップS309a〜ステップS310aまでの処理およびステップS314a〜ステップS315aの処理が図27に示すキャリア周波数倍電圧切換制御と異なっている。   Further, the carrier frequency doubled voltage switching control of the present embodiment may be as shown in FIG. In the carrier frequency double voltage switching control shown in FIG. 29, the processing from step S309a to step S310a and the processing from step S314a to step S315a are different from the carrier frequency double voltage switching control shown in FIG.

ステップS309aにおいては、現在の変調率(m)が記録されるとともに、電圧の印加が停止される、すなわち、スターリング冷凍機40が停止される。次に、ステップS310において、低キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)OFFの状態から標準キャリア数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)ONの状態への切換が実行される。その後、ステップS310aにおいて、スターリング冷凍機40の運転が開始されるとともに、変調率がm/2まで増加される。その後、ステップS311の処理が実行される。   In step S309a, the current modulation factor (m) is recorded, and the application of voltage is stopped, that is, the Stirling refrigerator 40 is stopped. Next, in step S310, switching from the low carrier frequency and voltage doubler switch (SW) OFF state to the standard carrier number and voltage doubler switch (SW) ON state is executed. Thereafter, in step S310a, the operation of the Stirling refrigerator 40 is started and the modulation factor is increased to m / 2. Thereafter, the process of step S311 is executed.

また、ステップS314aにおいて、現在の変調率mが記憶され、電圧印加が停止される。すなわち、スターリング冷凍機40が停止される。その後、ステップ315において、標準キャリア数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)ONの状態から低キャリア周波数かつ倍電圧切換スイッチ(SW)OFFの状態へ制御状態が切り換えられる。その後、S315aにおいて、スターリング冷凍機40の運転が開始された後、変調率が2×mまで増加される。その後、ステップS305の処理が実行される。図29に示すキャリア周波数倍電圧切換制御が実行された場合には、図30に示すような出力電圧の実効値と変調率の関係になる。なお、変調率が低下するときには、図31に示すような出力電圧の実効値と変調率の関係が得られる。   In step S314a, the current modulation factor m is stored and voltage application is stopped. That is, the Stirling refrigerator 40 is stopped. Thereafter, in step 315, the control state is switched from the standard carrier number and voltage doubler switch (SW) ON state to the low carrier frequency and voltage doubler switch (SW) OFF state. Thereafter, in S315a, after the operation of the Stirling refrigerator 40 is started, the modulation factor is increased to 2 × m. Thereafter, the process of step S305 is executed. When the carrier frequency double voltage switching control shown in FIG. 29 is executed, the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate is as shown in FIG. When the modulation rate decreases, the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate as shown in FIG. 31 is obtained.

(実施の形態4)
次に、図32〜図41を用いて、本発明の実施の形態のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムを説明する。本実施の形態のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムは、実施の形態1〜3のリニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍機制御システムと次に説明するストローク検知の手法のみが異なる。
(Embodiment 4)
Next, the linear motor control system and the Stirling refrigerator control system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The linear motor control system and Stirling refrigerator control system of the present embodiment differ from the linear motor control system and Stirling refrigerator control system of Embodiments 1 to 3 only in the stroke detection method described below.

本実施の形態のリニアモータ制御システムにおいては、リニアモータの回路変数(電圧および電流等)がすべて正弦波と見なされ、リニアモータに生じる誘導電圧が1周期間の実効値単位で算出される。この方法によれば、簡単な処理によって、かつ、高い精度で、可動子のストロークを算出することが可能になる。以下、本実施の形態のリニアモータ制御システムを具体的に説明する。   In the linear motor control system of the present embodiment, all circuit variables (voltage, current, etc.) of the linear motor are regarded as sine waves, and the induced voltage generated in the linear motor is calculated in units of effective values for one cycle. According to this method, the stroke of the mover can be calculated with a simple process and with high accuracy. Hereinafter, the linear motor control system of the present embodiment will be specifically described.

まず、図32〜図34を用いて、本発明のリニアモータ制御システムの構成を説明する。なお、図32は、リニアモータ駆動回路の構成を示している。図32において、i(t)はリニアモータに流れるモータ電流を示す関数であり、v(t)はリニアモータに印加されるモータ電圧を示す関数であり、e(t)は可動子の往復運動によって生じる誘起電圧(逆起電力)を示す関数であり、Rはリニアモータの巻線抵抗値を示す定数であり、Lはリニアモータのインダクタンスを示す定数である。なお、tは時間を示す変数である。   First, the configuration of the linear motor control system of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 32 shows the configuration of the linear motor drive circuit. 32, i (t) is a function indicating a motor current flowing through the linear motor, v (t) is a function indicating a motor voltage applied to the linear motor, and e (t) is a reciprocating motion of the mover. Is a function indicating the induced voltage (counterelectromotive force) generated by, R is a constant indicating the winding resistance value of the linear motor, and L is a constant indicating the inductance of the linear motor. Note that t is a variable indicating time.

図32に示される回路を一般的な式で示すと、次の式(3)のようになる。   When the circuit shown in FIG. 32 is represented by a general expression, the following expression (3) is obtained.

Figure 2008005633
Figure 2008005633

さらに、誘起電圧e(t)は、リニアモータの磁気特性および駆動回路に依存した誘起電圧係数α(推力係数)と可動子(ピストン)の速度vp(t)との関数で表され、次の式(4)のようになる。   Further, the induced voltage e (t) is expressed as a function of the induced voltage coefficient α (thrust coefficient) depending on the magnetic characteristics and drive circuit of the linear motor and the velocity vp (t) of the mover (piston). Equation (4) is obtained.

Figure 2008005633
Figure 2008005633

図33は、リニアモータに実効値Vかつ角速度ωの正弦波のモータ電圧V(t)が印加された場合における、モータ電流i(t)、モータ電圧v(t)、および誘起電圧e(t)のそれぞれの瞬時値の一周期の変化の様子を示している。   FIG. 33 shows a motor current i (t), a motor voltage v (t), and an induced voltage e (t when a sinusoidal motor voltage V (t) having an effective value V and an angular velocity ω is applied to the linear motor. ) Shows a change in one cycle of each instantaneous value.

図33に示されるように、仮に、リニアモータの可動子が、理想的な正弦波で表わされる運動すなわち単振動をしており、かつ、モータ電圧v(t)の角速度ωと同じ角速度を有しており、また、誘起電圧係数αの値が可動子の位置に関係なく一定値であれば、電流i(t)も、理想的な正弦波であり、モータ電圧v(t)の角速度ωと同じ角速度を有している。   As shown in FIG. 33, it is assumed that the mover of the linear motor has a motion represented by an ideal sine wave, that is, a simple vibration, and has the same angular velocity as the angular velocity ω of the motor voltage v (t). If the value of the induced voltage coefficient α is constant regardless of the position of the mover, the current i (t) is also an ideal sine wave, and the angular velocity ω of the motor voltage v (t) Have the same angular velocity.

また、モータ電流の実効値がIであり、モータ電圧の実効値がVであり、かつ誘起電圧の実効値がEであるものとすると、モータ電流i(t)、モータ電圧v(t)、および誘起電圧e(t)のそれぞれの瞬時値は、電流i(t)の位相を基準にして、次の式(5)〜式(7)で表わされる。   If the effective value of the motor current is I, the effective value of the motor voltage is V, and the effective value of the induced voltage is E, the motor current i (t), the motor voltage v (t), The instantaneous values of the induced voltage e (t) are expressed by the following equations (5) to (7) with the phase of the current i (t) as a reference.

Figure 2008005633
Figure 2008005633

Figure 2008005633
Figure 2008005633

なお、式(6)において、θは、モータ電流i(t)とモータ電圧v(t)との間の位相差である。   In Equation (6), θ is a phase difference between the motor current i (t) and the motor voltage v (t).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

なお、式(7)において、θ2は、モータ電流i(t)と誘起電圧e(t)との間の位
相差である。
In Equation (7), θ 2 is a phase difference between the motor current i (t) and the induced voltage e (t).

また、式(3)のコイルの誘導電圧L・di(t)/dtの項は、次の式(8)で表わされる。   Further, the term of the induction voltage L · di (t) / dt of the coil in the equation (3) is expressed by the following equation (8).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

前述の事項を、交流量のベクトル表記方法に従って図示すると、図34のようになる。
したがって、モータ電圧の実効値V、角速度ω、モータ電流の実効値I、位相差θを得ることができれば、次の式(9)および式(10)を用いて、誘起電圧の実効値E、および位相差θ2を算出することができる。
The above items are illustrated in accordance with the vector notation method of the AC amount as shown in FIG.
Therefore, if the effective value V of the motor voltage, the angular velocity ω, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ can be obtained, the effective value E of the induced voltage E, using the following equations (9) and (10): And the phase difference θ 2 can be calculated.

Figure 2008005633
Figure 2008005633

Figure 2008005633
Figure 2008005633

なお、モータ電流の実効値Iおよびモータ電圧の実効値Vは、次の式(11)および式(12)で表わされる。   The effective value I of the motor current and the effective value V of the motor voltage are expressed by the following equations (11) and (12).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

なお、式(11)において、i(1),i(2),…i(n-1),i(n)のそれぞ
れは、モータ電流i(t)の瞬時値である。nは自然数である。また、モータ電流i(t)の瞬時値のサンプリング周期は、PWMのキャリア周期に一致している。
In equation (11), each of i (1), i (2),... I (n-1), i (n) is an instantaneous value of the motor current i (t). n is a natural number. Further, the sampling period of the instantaneous value of the motor current i (t) coincides with the PWM carrier period.

Figure 2008005633
Figure 2008005633

なお、式(12)において、v(1),v(2),…v(n-1),v(n)のそれぞ
れは、モータ電圧v(t)の瞬時値である。nは自然数である。また、モータ電圧v(t)の瞬時値のサンプリング周期は、PWMのキャリア周期に一致している。
In equation (12), each of v (1), v (2),... V (n−1), v (n) is an instantaneous value of the motor voltage v (t). n is a natural number. The sampling period of the instantaneous value of the motor voltage v (t) is coincident with the PWM carrier period.

また、リニアモータの可動子の速度vp(t)は、式(4)に式(7)を代入して、整理すると、   The speed vp (t) of the mover of the linear motor can be summarized by substituting Equation (7) into Equation (4).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

となる。
式(13)の両辺を時間積分すると、可動子の位置Xpが次の式(14)で表される。
It becomes.
When both sides of the equation (13) are integrated over time, the position Xp of the mover is expressed by the following equation (14).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

なお、式(14)において、Xp0は、可動子の1周期におけるニュートラル位置の値、すなわち、ストロークの中心位置の値である。   In Expression (14), Xp0 is a value of the neutral position in one cycle of the mover, that is, a value of the center position of the stroke.

したがって、ニュートラル位置Xp0とニュートラル位置Xp0から最も離れた位置との間の距離Xpmaxは、次の式(15)によって表わされる。   Therefore, the distance Xpmax between the neutral position Xp0 and the position farthest from the neutral position Xp0 is expressed by the following equation (15).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

なお、距離Xpmaxは、可動子の振幅に相当するため、可動子のストロークSTは、距離Xpmaxの2倍の値、すなわち2Xpmaxである。   Since the distance Xpmax corresponds to the amplitude of the mover, the stroke ST of the mover is a value twice the distance Xpmax, that is, 2Xpmax.

以上より、モータ電圧の実効値V、角速度ω、モータ電流の実効値I、モータ電流i(t)とモータ電圧v(t)との位相差θのそれぞれの値が得られれば、前述の計算式を用いて、リニアモータのストロークSTを正確に算出することができる。   From the above, if the respective values of the effective value V of the motor voltage, the angular velocity ω, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ between the motor current i (t) and the motor voltage v (t) are obtained, the above calculation is performed. The stroke ST of the linear motor can be accurately calculated using the equation.

次に、前述のリニアモータ駆動回路の変数のそれぞれの取得方法を説明する。
モータ電圧v(t)およびモータ電流i(t)の角速度ωは、マイクロコンピュータがインバータ回路に送信する制御指令に対応しているため、マイクロコンピュータは、常時、角速度ωを把握することは可能である。
Next, a method for acquiring each variable of the linear motor driving circuit described above will be described.
Since the angular velocity ω of the motor voltage v (t) and the motor current i (t) corresponds to a control command transmitted from the microcomputer to the inverter circuit, the microcomputer can always grasp the angular velocity ω. is there.

また、モータ電流の実効値Iおよびモータ電圧の実効値Vは、次のように検出される。まず、所定のサンプリング周期で、マイクロコンピュータのAD(Analog to Digital)
変換機能を利用して、モータ電圧v(t)およびモータ電流i(t)のそれぞれの瞬時値を測定する。次に、前述の式(11)を用いて、1周期におけるモータ電流i(t)の全
瞬時値の2乗平均値の平方根すなわちモータ電流の実効値Iを算出する。また、前述の式(12)を用いて、1周期におけるモータ電圧v(t)の全瞬時値の2乗平均値の平方根すなわちモータ電圧の実効値Vを算出する。なお、モータ電流i(t)およびモータ電圧v(t)のそれぞれが正弦波であるという仮定の下に、1周期分のモータ電流i(t)の最大値および最小値、ならびに、1周期分のモータ電圧v(t)の最大値および最小値を取得し、それらの値を用いて、モータ電流の実効値Iおよびモータ電圧の実効値Vを算出すれば、より計算が簡単になる。
The effective value I of the motor current and the effective value V of the motor voltage are detected as follows. First, the AD (Analog to Digital) of the microcomputer at a predetermined sampling period
Using the conversion function, the instantaneous values of the motor voltage v (t) and the motor current i (t) are measured. Next, the square root of the mean square value of all instantaneous values of the motor current i (t) in one cycle, that is, the effective value I of the motor current is calculated using the above-described equation (11). Further, the square root of the mean square value of all instantaneous values of the motor voltage v (t) in one cycle, that is, the effective value V of the motor voltage is calculated using the above-described equation (12). Note that, under the assumption that each of the motor current i (t) and the motor voltage v (t) is a sine wave, the maximum value and minimum value of the motor current i (t) for one cycle, and one cycle If the maximum value and the minimum value of the motor voltage v (t) are obtained and the effective value I of the motor current and the effective value V of the motor voltage are calculated using these values, the calculation becomes easier.

また、前述の位相差θの検出においては、まず、モータ電流i(t)およびモータ電圧v(t)のそれぞれの瞬時値を利用して、モータ電流i(t)およびモータ電圧v(t)のそれぞれのゼロクロスポイントの位相を把握する。次に、モータ電流i(t)およびモータ電圧v(t)のゼロクロスポイント同士の位相差を算出する。この位相差をモータ電流i(t)とモータ電圧v(t)との間の位相差θとする。   In the detection of the phase difference θ described above, first, the motor current i (t) and the motor voltage v (t) are used by using the instantaneous values of the motor current i (t) and the motor voltage v (t). Figure out the phase of each zero cross point. Next, the phase difference between the zero cross points of the motor current i (t) and the motor voltage v (t) is calculated. This phase difference is defined as a phase difference θ between the motor current i (t) and the motor voltage v (t).

また、前述の本実施の形態のリニアモータにおいても、従来のリニアモータと同様に、その磁気飽和の影響によって、誘起電圧係数αが低下する。したがって、この問題を解決するために、本実施の形態のリニアモータにおいては、磁気の強さ(1周期間の総磁束数の実効値Φ)を用いて、誘起電圧係数αを補正する処理が実行される。それにより、リニアモータの磁気飽和の影響が除去され、可動子のストロークの算出の精度の低下が防止される。   Also in the linear motor of the above-described embodiment, the induced voltage coefficient α decreases due to the influence of the magnetic saturation as in the conventional linear motor. Therefore, in order to solve this problem, in the linear motor of the present embodiment, there is a process for correcting the induced voltage coefficient α using the magnetic strength (effective value Φ of the total number of magnetic fluxes in one cycle). Executed. As a result, the influence of magnetic saturation of the linear motor is removed, and a decrease in the accuracy of calculating the stroke of the mover is prevented.

リニアモータが動作しているときに前述の補正を行なうためには、図35に示すような、磁気の強さ(1周期間の磁束数の実効値Φ)と誘起電圧係数αとの関係を示す相関カーブを示す近似式またはデータテーブルを予め作成しておく必要がある。   In order to perform the above-described correction when the linear motor is operating, the relationship between the magnetic strength (effective value Φ of the number of magnetic fluxes in one cycle) and the induced voltage coefficient α as shown in FIG. It is necessary to prepare an approximate expression or a data table indicating the correlation curve to be shown in advance.

そのために、相関カーブを作成するための適切なリニアモータ動作条件(リニアモータへ印加される電圧の大きさおよび周波数、ならびに、負荷条件)で、誘起電圧係数αおよび総磁束数の実効値Φを測定する。   For this purpose, the induced voltage coefficient α and the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes are set under appropriate linear motor operating conditions (the magnitude and frequency of the voltage applied to the linear motor and the load conditions) for creating the correlation curve. taking measurement.

誘起電圧係数αの測定方法は、任意の動作条件(モータ電圧の大きさ、モータ電圧の角速度、および負荷条件)で、外部センサ(レーザ変位計など)により可動子のストロークSTを測定しながら、外部測定器によりモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値Iおよび位相差θを測定する。そして、測定されたストロークST(=2Xpmax)、モータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値Iおよび位相差θのそれぞれと、予め把握している巻線抵抗値R、コイルのインダクタンスL、および角速度ωを前述の式(15)に代入し、誘起電圧係数αを算出する。   The method of measuring the induced voltage coefficient α is to measure the stroke ST of the mover with an external sensor (such as a laser displacement meter) under arbitrary operating conditions (the magnitude of the motor voltage, the angular velocity of the motor voltage, and the load condition) The effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ are measured by an external measuring instrument. The measured stroke ST (= 2Xpmax), the effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ, the winding resistance value R, the coil inductance L, The induced voltage coefficient α is calculated by substituting the angular velocity ω into the above equation (15).

次に、リニアモータ駆動回路の磁気回路に生じる総磁束数の実効値Φの求め方を説明する。   Next, how to obtain the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes generated in the magnetic circuit of the linear motor drive circuit will be described.

リニアモータの磁気回路における磁気の強さを表す総磁束数φ(t)の瞬時値は、コイルに電流が流れることによって発生する磁束数φI(t)の瞬時値と、可動子の磁石の往
復運動によって発生する磁束数φmagnet(t)の瞬時値との和によって、次の式(16)のように表わされる。
The instantaneous value of the total number of magnetic fluxes φ (t) representing the magnetic strength in the magnetic circuit of the linear motor is equal to the instantaneous value of the number of magnetic fluxes φI (t) generated by the current flowing in the coil and the reciprocation of the magnet of the mover. The sum of the number of magnetic fluxes φmagnet (t) generated by the motion and the instantaneous value is expressed by the following equation (16).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

また、磁束数φI(t)の瞬時値は、次式(17)で表わされる。   The instantaneous value of the number of magnetic fluxes φI (t) is expressed by the following equation (17).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

この式(17)に式(5)を代入すれば、次の式(18)が得られる。   Substituting equation (5) into equation (17) yields the following equation (18).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

また、磁束数φmagnet(t)の瞬時値は、次式(19)で示される。   The instantaneous value of the number of magnetic fluxes φmagnet (t) is expressed by the following equation (19).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

磁束数φmagnet(t)の瞬時値のオフセット値が0であると仮定し、式(19)に式(7)を代入すれば、次の式(20)が得られる。   Assuming that the instantaneous offset value of the number of magnetic fluxes φmagnet (t) is 0 and substituting equation (7) into equation (19), the following equation (20) is obtained.

Figure 2008005633
Figure 2008005633

さらに、交流量のベクトル表記方法によって、総磁束数の実効値Φ、磁束数の実効値ΦIおよび実効値φmagnetを図示すると、図36に示すようなものとなる。 Furthermore, the vector notation of the AC amount, effective value of the total number of magnetic fluxes [Phi, To illustrate the effective value [Phi I and the effective value φmagnet the number of magnetic fluxes is as shown in FIG. 36.

なお、図36に示すベクトル図は、図34に示すベクトル図と同様に、モータ電流の位相を基準として描かれている。   Note that the vector diagram shown in FIG. 36 is drawn based on the phase of the motor current as in the vector diagram shown in FIG.

図36において、総磁束数の実効値Φは、コイルに電流が流れることによって発生する磁束数の実効値ΦIと可動子の磁石の往復運動によって発生する磁束数の実効値Φmagnetとのベクトル和であるため、1周期間の総磁束数の実効値Φは、次の式(21)で求められることになる。   In FIG. 36, the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes is a vector sum of the effective value ΦI of the number of magnetic fluxes generated by the current flowing through the coil and the effective value Φmagnet of the number of magnetic fluxes generated by the reciprocating motion of the magnet of the mover. Therefore, the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes in one cycle is obtained by the following formula (21).

Figure 2008005633
Figure 2008005633

以上の計算により、ある1つの条件下での誘起電圧係数αおよび総磁束数の実効値Φのデータが得られる。このようにして、様々な条件下で多数の誘起電圧係数αおよび総磁束数の実効値Φのデータをプロットすると、前述の図35に示すような誘起電圧係数αと総磁束数の実効値Φとの関係を示す相関カーブを作成することができる。   By the above calculation, data of the induced voltage coefficient α and the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes under a certain condition can be obtained. In this way, when plotting data of a large number of induced voltage coefficients α and the effective value Φ of the total magnetic flux number under various conditions, the induced voltage coefficient α and the effective value Φ of the total magnetic flux number as shown in FIG. A correlation curve showing the relationship between

この相関カーブを特定するデータテーブルまたは近似式がマイクロコンピュータ内部のメモリに記憶されていれば、リニアモータの動作条件が予め定められた所定の条件の範囲
内であれれば、総磁束数の実効値Φを用いて、その動作条件に適した誘起電圧係数αを取得することができる。したがって、本実施の形態のリニアモータ制御システムによれば、リニアモータの磁気飽和の悪影響を排除することによって、高い精度でストロークを算出することができる。
If a data table or an approximate expression for specifying this correlation curve is stored in the memory inside the microcomputer, the effective value of the total number of magnetic fluxes can be obtained if the operating conditions of the linear motor are within a predetermined range. Using Φ, an induced voltage coefficient α suitable for the operating condition can be obtained. Therefore, according to the linear motor control system of the present embodiment, the stroke can be calculated with high accuracy by eliminating the adverse effect of magnetic saturation of the linear motor.

なお、誘起電圧係数αの補正は、前述のような誘起電圧の実効値Eを用いてストロークSTを算出するシステムにおいてのみならず、特開2003−65244号公報に開示されているようなシステム、つまり、誘起電圧の瞬時値(最大値)、誘起電圧係数、および角速度を用いてストロークを算出するシステムにおいても用いることができる。   The correction of the induced voltage coefficient α is not limited to the system that calculates the stroke ST using the effective value E of the induced voltage as described above, but also a system as disclosed in JP-A-2003-65244, That is, the present invention can also be used in a system that calculates a stroke using an instantaneous value (maximum value) of an induced voltage, an induced voltage coefficient, and an angular velocity.

上述した本実施の形態のリニアモータ制御システムは、具体的には、図37に示すように、往復運動する可動子を有するリニアモータ13と、直流電源を構成する交流電源Gおよび平滑回路Pと、前述の直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、リニアモータ13に交流電力を供給するインバータ回路100と、インバータ回路100をPWM(Pulse Width Modulation)によって制御するマイクロコンピュータ1000とを備えている。   Specifically, as shown in FIG. 37, the linear motor control system of the present embodiment described above includes a linear motor 13 having a reciprocating mover, an AC power supply G and a smoothing circuit P constituting a DC power supply, The inverter circuit 100 that converts the DC power supplied from the above-described DC power source into AC power and supplies the AC power to the linear motor 13 and the microcomputer 1000 that controls the inverter circuit 100 by PWM (Pulse Width Modulation) are provided. I have.

また、ストローク制御部102は、実際のストロークXpと目標とするストローク指令値との差が大きい場合に、その差に応じてPWMの変調率を変更することによって、実際のストロークXpを目標とするストローク指令値に近づける制御を行なう。したがって、可動子のストロークの制御の精度を高めることができる。   In addition, when the difference between the actual stroke Xp and the target stroke command value is large, the stroke control unit 102 changes the PWM modulation rate according to the difference to target the actual stroke Xp. Control to bring it closer to the stroke command value. Therefore, it is possible to increase the accuracy of control of the stroke of the mover.

また、モータ電圧検出器Vは、リニアモータ13のモータ電圧v(t)の瞬時値を特定可能な電圧信号をマイクロコンピュータ1000へ送信する。マイクロコンピュータ1000は、そのAD変換機能を使用して、リニアモータ13の両端子間の電位差を特定可能な信号に基づいて、リニアモータ13に印加されているモータ電圧v(t)を算出する。   The motor voltage detector V transmits to the microcomputer 1000 a voltage signal that can specify the instantaneous value of the motor voltage v (t) of the linear motor 13. The microcomputer 1000 uses the AD conversion function to calculate the motor voltage v (t) applied to the linear motor 13 based on a signal that can identify the potential difference between both terminals of the linear motor 13.

また、モータ電流検出器A,Sは、インバータ回路100の入力側のDC(Direct Current)ラインに接続されたシャント抵抗器Sに流れているモータ電流i(t)を検出する。モータ電流i(t)は、PWMのパルスのON期間にのみ、シャント抵抗器Sへ流れ込む。そのため、モータ電流検出器A,Sは、前述のON期間のシャント抵抗器Sの両端の電位差信号をマイクロコンピュータ1000へ送信する。マイクロコンピュータ1000は、その電位差信号をAD機能によって、モータ電流i(t)を特定可能な電流信号に変換する。したがって、モータ電流i(t)のサンプリング周期は、PWMのキャリア周期に一致していることが望ましい。   Motor current detectors A and S detect motor current i (t) flowing through shunt resistor S connected to the DC (Direct Current) line on the input side of inverter circuit 100. The motor current i (t) flows into the shunt resistor S only during the PWM pulse ON period. Therefore, the motor current detectors A and S transmit the potential difference signals at both ends of the shunt resistor S during the above-described ON period to the microcomputer 1000. The microcomputer 1000 converts the potential difference signal into a current signal that can specify the motor current i (t) by the AD function. Therefore, it is desirable that the sampling period of the motor current i (t) coincides with the PWM carrier period.

また、ストローク算出部104は、モータ電圧v(t)の瞬時値を特定可能な電圧信号およびモータ電流i(t)の瞬時値を特定可能な電流信号を受け、正弦波の一周期毎にモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値I、および位相差θを算出する。   The stroke calculation unit 104 receives a voltage signal that can specify the instantaneous value of the motor voltage v (t) and a current signal that can specify the instantaneous value of the motor current i (t), and receives a motor signal for each cycle of the sine wave. The effective value V of the voltage, the effective value I of the motor current, and the phase difference θ are calculated.

モータ電圧の実効値Vおよびモータ電流の実効値Iの算出方法としては、前述のように、所定のサンプリング周期で、1周期におけるモータ電圧v(t)の全瞬時値の2乗平均値の平方根および1周期におけるモータ電流i(t)の全瞬時値の2乗平均値の平方根を用いる方法、または、モータ電圧v(t)およびモータ電流i(t)のそれぞれが正弦波であるという仮定の下で、モータ電圧v(t)およびモータ電流i(t)のそれぞれの最大値および最小値を用いる方法等がある。   As described above, the effective value V of the motor voltage and the effective value I of the motor current are calculated as follows. The square root of the root mean square value of the total instantaneous values of the motor voltage v (t) in one cycle is a predetermined sampling cycle. And the method using the square root of the root mean square of all instantaneous values of motor current i (t) in one cycle, or the assumption that each of motor voltage v (t) and motor current i (t) is a sine wave Below, there is a method using the maximum value and the minimum value of the motor voltage v (t) and the motor current i (t), respectively.

なお、本実施の形態においては、モータ電流検出器A,Sのシャント抵抗器Sの両端の電位差を用いてモータ電流i(t)の瞬時値を算出するため、PWMのパルスのON期間が短い場合、つまり、モータ電圧v(t)のゼロクロスポイントに近いタイミングにおいては、モータ電流i(t)の瞬時値を検出することが困難である。したがって、モータ電流i(t)が正弦波であるという仮定の下に、モータ電流i(t)の1周期の間の最大値および最小値ならびに予め記憶されているモータ電流の波形を特定可能なデータを用いて、1周期間のモータ電流i(t)の全瞬時値を推測する方法を用いることが望ましい。この方法では、次のような計算式を用いてモータ電流の実効値Iを算出することになる。   In this embodiment, since the instantaneous value of the motor current i (t) is calculated using the potential difference between both ends of the shunt resistor S of the motor current detectors A and S, the ON period of the PWM pulse is short. In this case, that is, at a timing close to the zero cross point of the motor voltage v (t), it is difficult to detect the instantaneous value of the motor current i (t). Therefore, under the assumption that the motor current i (t) is a sine wave, the maximum value and the minimum value during one cycle of the motor current i (t) and the waveform of the motor current stored in advance can be specified. It is desirable to use a method of estimating the total instantaneous value of the motor current i (t) during one cycle using data. In this method, the effective value I of the motor current is calculated using the following calculation formula.

まず、マイクロコンピュータ1000のメモリには、まず、図38に示すように、モータ電流検出器A,Sのシャント抵抗器Sの両端の電位差信号を用いて算出されたモータ電流i(t)の1周期分の全瞬時値のデータ列を記憶する。次に、マイクロコンピュータ1000は、そのデータ列からモータ電流i(t)の瞬時値の最大値Imaxおよび最小値Iminを抽出し、次に示す式(22)に、最大値Imaxおよび最小値Iminを代入し、モータ電流の実効値Iを算出する。   First, in the memory of the microcomputer 1000, first, as shown in FIG. 38, 1 of the motor current i (t) calculated by using the potential difference signals at both ends of the shunt resistors S of the motor current detectors A and S. A data string of all instantaneous values for a period is stored. Next, the microcomputer 1000 extracts the maximum value Imax and the minimum value Imin of the instantaneous value of the motor current i (t) from the data string, and the maximum value Imax and the minimum value Imin are expressed in the following equation (22). Substituting and calculating the effective value I of the motor current.

Figure 2008005633
Figure 2008005633

前述のような方法によれば、電圧のゼロクロスポイントに近いタイミングのモータ電流i(t)の瞬時値を正確に検出できない場合にも、モータ電流の実効値Iを正確に算出することができる。   According to the method as described above, the effective value I of the motor current can be accurately calculated even when the instantaneous value of the motor current i (t) at a timing close to the zero cross point of the voltage cannot be accurately detected.

モータ電圧とモータ電流との位相差θは、モータ電流i(t)の波形のゼロクロスポイントとモータ電圧v(t)の波形のゼロクロスポイントとの位相差によって検出される。ただし、前述のシャント抵抗器による電流検出の方法においては、位相差θが小さい、つまり、モータ電圧のゼロクロスポイントとモータ電流のゼロクロスポイントとが近い場合、PWMのパルス幅が小さいためにモータ電流のゼロクロスポイントの検出が困難である。この場合には、一周期におけるモータ電流が最大値となるときの位相およびモータ電流が最小値となるときの位相に基づいて、モータ電流のゼロクロスポイントの位相を推測する方法を用いることが望ましい。   The phase difference θ between the motor voltage and the motor current is detected by the phase difference between the zero cross point of the motor current i (t) waveform and the zero cross point of the motor voltage v (t) waveform. However, in the current detection method using the shunt resistor described above, when the phase difference θ is small, that is, when the motor voltage zero cross point and the motor current zero cross point are close, the PWM pulse width is small and the motor current It is difficult to detect the zero cross point. In this case, it is desirable to use a method for estimating the phase of the zero cross point of the motor current based on the phase when the motor current becomes the maximum value in one cycle and the phase when the motor current becomes the minimum value.

前述のような方法によって算出されたモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値Iおよび位相差θ、PWM制御部がPWM制御指令によって特定される正弦波の角速度ω、ならびに、予めメモリに記憶された巻線抵抗値RおよびインダクタンスLを前述の式(15)に代入すれば、その時点での可動子の実際のストロークSTを算出することができる。   Effective value V of motor voltage, effective value I and phase difference θ of motor current calculated by the method as described above, angular velocity ω of sine wave specified by PWM control command by PWM control command, and previously stored in memory If the winding resistance value R and inductance L thus set are substituted into the above-described equation (15), the actual stroke ST of the mover at that time can be calculated.

また、本実施の形態のマイクロコンピュータ1000は、リニアモータ13の磁気飽和の影響を排除するために、図35に示すような、メモリに誘起電圧係数αと総磁束数の実効値Φとの関係を特定する相関カーブを示す近似式データまたはデータ列が記憶されたデータテーブル105を備えている。なお、前述の相関カーブは、予め実験によって得られたものである。   Further, in order to eliminate the influence of magnetic saturation of the linear motor 13, the microcomputer 1000 according to the present embodiment has a relationship between the induced voltage coefficient α and the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes in the memory as shown in FIG. Is provided with a data table 105 in which approximate expression data or a data string indicating a correlation curve is stored. The correlation curve described above is obtained in advance by experiments.

リニアモータ13の実際のストロークSTの算出時には、まず、前述の式(21)を用いて、総磁束数の実効値Φを算出する。次に、メモリに記憶されている相関カーブの近似式またはデータ列が記憶されたデータテーブル105を用いて、誘起電圧係数αを補正する。その後、補正された誘起電圧係数αの値を用いて、リニアモータ13の磁気飽和の悪影響が排除されたストロークSTを算出する。   When calculating the actual stroke ST of the linear motor 13, first, the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes is calculated using the above-described equation (21). Next, the induced voltage coefficient α is corrected using the data table 105 in which the approximate expression or data string of the correlation curve stored in the memory is stored. Thereafter, the stroke ST in which the adverse effect of magnetic saturation of the linear motor 13 is eliminated is calculated using the corrected value of the induced voltage coefficient α.

また、他の例としてのリニアモータ制御システムは、図39に示すような構成であってもよい。図39に示す他の例のリニアモータ制御システムを次に簡単に説明する。図39に示すリニアモータ制御システムは、図37に示すリニアモータ制御システムと同様の効果を得ることができるため、互いの異なる点についてのみ説明を行なう。   Another example of a linear motor control system may be configured as shown in FIG. Next, another example of the linear motor control system shown in FIG. 39 will be briefly described. Since the linear motor control system shown in FIG. 39 can obtain the same effect as the linear motor control system shown in FIG. 37, only different points will be described.

図39に示す他の例のリニアモータ制御システムにおいては、モータ電圧検出器Wが、直流電源とインバータ回路100との間に設けられている。モータ電圧検出器Wで検出された直流電力の電圧信号は、マイクロコンピュータC内のモータ電圧推定部106に送信される。モータ電圧推定部106は、直流電力の電圧信号とストローク制御部102からモータ電圧推定部106へ送信される変調率指令値のデータとを用いて、モータ電圧の実効値Vを推定する。そして、推定されたモータ電圧に実効値Vがモータ電圧推定部106からストローク算出部104へ送信される。   In another example of the linear motor control system shown in FIG. 39, the motor voltage detector W is provided between the DC power supply and the inverter circuit 100. The DC power voltage signal detected by the motor voltage detector W is transmitted to the motor voltage estimation unit 106 in the microcomputer C. The motor voltage estimation unit 106 estimates the effective value V of the motor voltage using the DC power voltage signal and the modulation rate command value data transmitted from the stroke control unit 102 to the motor voltage estimation unit 106. Then, the effective value V of the estimated motor voltage is transmitted from the motor voltage estimation unit 106 to the stroke calculation unit 104.

一方、モータ電流検出器Hは、ホール素子を有し、インバータ回路100とリニアモータ13との間に設けられている。また、モータ電流検出器Hは、ホール素子によって磁束の変化を検知し、その磁束の変化をモータ電流の電流信号としてマイクロコンピュータ100内のストローク算出部104へ送信する。   On the other hand, the motor current detector H has a Hall element and is provided between the inverter circuit 100 and the linear motor 13. Further, the motor current detector H detects a change in magnetic flux by the Hall element, and transmits the change in the magnetic flux to the stroke calculation unit 104 in the microcomputer 100 as a current signal of the motor current.

次に、図40および図41を用いて、マイクロコンピュータ1000が行なうストローク制御処理を説明する。   Next, stroke control processing performed by the microcomputer 1000 will be described with reference to FIGS. 40 and 41. FIG.

ストローク制御処理は、原則として、リニアモータ動作の一周期毎に行なわれる。まず、S1において、1周期分の電圧信号すなわちモータ電圧v(t)[t=1〜n]の瞬時値の受信が行なわれる。また、同時に、S2において、1周期分の電流信号すなわちモータ電流i(t)[t=1〜n]の瞬時値の受信が行なわれる。つまり、S1およびS2において、1周期分の電圧波形および電流波形を特定可能な電圧信号および電流信号が受信される。次に、S3において、1周期分の電圧信号および電流信号を用いて、モータ電流i(t)とモータ電圧v(t)との間の位相差θを算出する。次に、S4において、1周期分の電圧信号または電流信号を用いてモータ電圧v(t)またはモータ電流i(t)の角速度ωを算出する。ただし、角速度ωは、予め定められた固定値であって、メモリに記憶されている値であってもよい。   In principle, the stroke control process is performed for each cycle of the linear motor operation. First, in S1, a voltage signal for one cycle, that is, an instantaneous value of the motor voltage v (t) [t = 1 to n] is received. At the same time, in S2, a current signal for one cycle, that is, an instantaneous value of the motor current i (t) [t = 1 to n] is received. That is, in S1 and S2, a voltage signal and a current signal that can specify a voltage waveform and a current waveform for one period are received. Next, in S3, the phase difference θ between the motor current i (t) and the motor voltage v (t) is calculated using the voltage signal and current signal for one cycle. Next, in S4, the angular velocity ω of the motor voltage v (t) or the motor current i (t) is calculated using the voltage signal or current signal for one cycle. However, the angular velocity ω may be a predetermined fixed value and a value stored in the memory.

次に、S5において、モータ電圧の実効値Vおよびモータ電流の実効値Iを算出する。S5の処理においては、図41に示すS52において、v(1),v(2),…,v(n−1),v(n)を順次比較する。次に、S53において、v(1),v(2),…,v(n−1),v(n)の最大値v(max)と最小値v(min)とを決定する。次に、S54において、モータ電圧の実効値V={v(max)−v(min)}/2√2を算出する。次に、S55において、i(1),i(2),…,i(n−1),i(n)を順次比較する。次に、S56において、i(1),i(2),…,i(n−1),i(n−1)の最大値i(max)と最小値i(min)とを決定する。次に、S57において、式(22)を用いて、モータ電流の実効値Iを算出する。   Next, in S5, the effective value V of the motor voltage and the effective value I of the motor current are calculated. In the process of S5, v (1), v (2),..., V (n−1), v (n) are sequentially compared in S52 shown in FIG. Next, in S53, the maximum value v (max) and the minimum value v (min) of v (1), v (2), ..., v (n-1), v (n) are determined. Next, in S54, the effective value V = {v (max) −v (min)} / 2√2 of the motor voltage is calculated. Next, in S55, i (1), i (2),..., I (n-1), i (n) are sequentially compared. Next, in S56, the maximum value i (max) and the minimum value i (min) of i (1), i (2), ..., i (n-1), i (n-1) are determined. Next, in S57, the effective value I of the motor current is calculated using Expression (22).

その後、図41のS6の処理が実行される。S6においては、巻線抵抗値RおよびインダクタンスLの値がメモリから読み出される。次に、S7において、モータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値I、位相差θ、巻線抵抗値RおよびインダクタンスLを上述の式(1)に代入し、誘起電圧の実効値Eを算出する。   Thereafter, the process of S6 in FIG. 41 is executed. In S6, the winding resistance value R and the inductance L are read from the memory. Next, in S7, the effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, the phase difference θ, the winding resistance value R, and the inductance L are substituted into the above-described equation (1), and the effective value E of the induced voltage is obtained. calculate.

次に、S8において、式(10)にモータ電圧の実効値V、モータ電流の実効値I、誘起電圧の実効値E、位相差θ、および巻線抵抗値Rを代入し、位相差θ2を算出する。ま
た、S9において、誘起電圧の実効値E、モータ電流の実効値I、角速度ω、インダクタンスL、および位相差θ2を式(21)に代入し、総磁束数の実効値Φを算出する。次に、S10において、総磁束数の実効値Φと相関カーブを示す近似式データまたはデータテーブル(図35)を用いて誘起電圧係数(推力係数)αの値が補正される。
Next, in S8, the effective value V of the motor voltage, the effective value I of the motor current, the effective value E of the induced voltage, the phase difference θ, and the winding resistance value R are substituted into the equation (10), and the phase difference θ 2 Is calculated. In S9, the effective value E of the induced voltage, the effective value I of the motor current, the angular velocity ω, the inductance L, and the phase difference θ 2 are substituted into the equation (21) to calculate the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes. Next, in S10, the value of the induced voltage coefficient (thrust coefficient) α is corrected using the approximate expression data or the data table (FIG. 35) indicating the effective value Φ of the total number of magnetic fluxes and the correlation curve.

次に、S11において、誘起電圧係数α、誘起電圧の実効値E、角速度ωを式(2)に代入し、可動子の実際のストロークSTを算出する。その後、一周期毎にS1〜S11の処理が繰返される。   Next, in S11, the actual stroke ST of the mover is calculated by substituting the induced voltage coefficient α, the effective value E of the induced voltage, and the angular velocity ω into Equation (2). Then, the process of S1-S11 is repeated for every period.

前述の実施の形態1および2においては、前述の電圧信号および電流信号を用いてピストン1の実際のストロークを算出するが、その算出の方法は、前述の実施の形態1および2において説明された方法に限定されない。つまり、本発明のリニアモータ制御システムにおいては、リニアモータ13に印加されている電流の値およびリニアモータ13に流れている電流の値を用いてピストン1の実際のストロークを特定することができる方法であれば、いかなる方法が用いられてもよい。   In the first and second embodiments described above, the actual stroke of the piston 1 is calculated using the voltage signal and the current signal described above. The calculation method has been described in the first and second embodiments. The method is not limited. That is, in the linear motor control system of the present invention, the actual stroke of the piston 1 can be specified using the value of the current applied to the linear motor 13 and the value of the current flowing through the linear motor 13. Any method may be used as long as it is.

(実施の形態5)
次に、図42を用いて、本発明の実施の形態のリニア圧縮機制御システムを説明する。本実施の形態のリニア圧縮機540のリニアモータ制御システムとしては、実施の形態1〜4において説明されたリニアモータ制御システムが用いられている。
(Embodiment 5)
Next, the linear compressor control system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As the linear motor control system of the linear compressor 540 of the present embodiment, the linear motor control system described in the first to fourth embodiments is used.

図42に示すように、リニア圧縮機540は、ケーシング541内に設置されたシリンダ542と、該シリンダ542内で往復動するピストン543と、シリンダ542の外周部に設置されピストン543を駆動するリニアモータ501と、ピストン543を付勢するピストンスプリング(板バネ)546と、シリンダを支持する支持機構部とを備える。   As shown in FIG. 42, the linear compressor 540 includes a cylinder 542 installed in a casing 541, a piston 543 that reciprocates in the cylinder 542, and a linear that is installed on the outer periphery of the cylinder 542 and drives the piston 543. A motor 501, a piston spring (plate spring) 546 that biases the piston 543, and a support mechanism unit that supports the cylinder are provided.

リニアモータ501は、シリンダ542の外周部に設置されたインナーヨーク530と、該インナーヨーク530の外側に配置されるアウターヨーク504と、インナーヨーク530とアウターヨーク504との間に配置されたコイル508およびカップ状スリーブ532と、アウターヨーク504を挟持する第1および第2クランプリング502および503と、第1および第2クランプリング502および503との間を所定間隔おいて連結するスペーサ(図示せず)と、ピストンスプリング546を支持する支持部516とを有する。   The linear motor 501 includes an inner yoke 530 disposed on the outer periphery of the cylinder 542, an outer yoke 504 disposed outside the inner yoke 530, and a coil 508 disposed between the inner yoke 530 and the outer yoke 504. And a spacer (not shown) that connects the cup-shaped sleeve 532, the first and second clamp rings 502 and 503 that sandwich the outer yoke 504, and the first and second clamp rings 502 and 503 at a predetermined interval. ) And a support portion 516 that supports the piston spring 546.

インナーヨーク530は、シリンダ542の外周を取り囲むように設けられ、該インナーヨーク530を取り囲むように円筒状のカップ状スリーブ532が配置されている。カップ状スリーブ532は、ピストン543と接続され、先端に永久磁石531を構成する複数の磁石片を有する。複数の磁石片のそれぞれはインナーヨーク530とアウターヨーク504との間に配置されている。また、カップ状スリーブ532の永久磁石531が設けられていない内周面には円筒状の補助リング500が設けられている。   The inner yoke 530 is provided so as to surround the outer periphery of the cylinder 542, and a cylindrical cup-shaped sleeve 532 is disposed so as to surround the inner yoke 530. The cup-shaped sleeve 532 is connected to the piston 543 and has a plurality of magnet pieces constituting the permanent magnet 531 at the tip. Each of the plurality of magnet pieces is disposed between the inner yoke 530 and the outer yoke 504. A cylindrical auxiliary ring 500 is provided on the inner peripheral surface of the cup-shaped sleeve 532 where the permanent magnet 531 is not provided.

第1クランプリング502は、ピストンスプリング546を支持する支持部516を有する。該支持部516に取付けられた支持部材を介してピストンスプリング546が支持部516と接続される。   The first clamp ring 502 has a support portion 516 that supports the piston spring 546. A piston spring 546 is connected to the support portion 516 via a support member attached to the support portion 516.

また、リニア圧縮機540においては、シリンダ542、ピストン543、および対向面(547)によって圧縮空間544が構成されている。シリンダ542は、ケーシング541内で支持機構部により支持されるが、該支持機構部は、図42の例では、ケーシング541の内部に固定される支持板549と、該支持板549上に搭載されシリンダ542を支持するコイルスプリング548とで構成される。   Further, in the linear compressor 540, a compression space 544 is configured by the cylinder 542, the piston 543, and the facing surface (547). The cylinder 542 is supported by a support mechanism portion in the casing 541. In the example of FIG. 42, the support mechanism portion is mounted on the support plate 549 fixed to the inside of the casing 541 and the support plate 549. And a coil spring 548 that supports the cylinder 542.

また、シリンダ542の一端側にプレート547を介してヘッドカバー545を固定する。圧縮空間544内では、該ヘッドカバー545とピストン543の頭部とによって冷媒が圧縮される。   Further, the head cover 545 is fixed to one end side of the cylinder 542 via the plate 547. In the compression space 544, the refrigerant is compressed by the head cover 545 and the head of the piston 543.

次に、上記の構造のリニア圧縮機の動作について説明する。まず、コイル508に通電すると、カップ状スリーブ532の永久磁石531との間に推力が発生し、この推力によりカップ状スリーブ532がシリンダ542の軸方向に沿って移動する。このときカップ状スリーブ532はピストン543と接続されているので、カップ状スリーブ532とともにピストン543も、シリンダ542の軸方向に移動する。   Next, the operation of the linear compressor having the above structure will be described. First, when the coil 508 is energized, a thrust is generated between the cup-shaped sleeve 532 and the permanent magnet 531, and the thrust moves the cup-shaped sleeve 532 along the axial direction of the cylinder 542. Since the cup-shaped sleeve 532 is connected to the piston 543 at this time, the piston 543 moves in the axial direction of the cylinder 542 together with the cup-shaped sleeve 532.

冷媒は、図示しない吸入管からケーシング541内に導入され、ヘッドカバー545およびプレート547内の通路を通過して圧縮空間544内に入る。この圧縮空間544内で、冷媒はピストン543により圧縮され、その後、図示しない吐出管を通って外部に吐出される。   The refrigerant is introduced into the casing 541 from a suction pipe (not shown), passes through the passages in the head cover 545 and the plate 547, and enters the compression space 544. In the compression space 544, the refrigerant is compressed by the piston 543 and then discharged to the outside through a discharge pipe (not shown).

本実施の形態のリニア圧縮機540に実施の形態1〜4のいずれかのリニアモータ制御システムが用いられれば、ピストン543と他の部位との衝突を防止することが可能になる。   If any one of the linear motor control systems of the first to fourth embodiments is used for the linear compressor 540 of the present embodiment, it is possible to prevent the piston 543 from colliding with other parts.

なお、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ていることが意図される。   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.

実施の形態のスターリング冷凍機の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the Stirling refrigerator of embodiment. 実施の形態のリニアモータ制御システムの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the linear motor control system of embodiment. 実施の形態のマイクロコンピュータの構成図である。It is a block diagram of the microcomputer of embodiment. 実施の形態のマイクロコンピュータ内のコンパレータを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the comparator in the microcomputer of embodiment. PWMの信号波、搬送波、パルス、および交流波形の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the PWM signal wave, a carrier wave, a pulse, and an alternating current waveform. リニアモータの電流の位相、電圧の位相、およびピストンの位相の関係を説明するための参考図である。It is a reference figure for demonstrating the relationship of the phase of the current of a linear motor, the phase of a voltage, and the phase of a piston. 定常時のリニアモータの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a linear motor at a constant time. 実施の形態の冷却庫の現在のストローク算出処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the present stroke calculation process of the refrigerator of embodiment. リニアモータ制御システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a linear motor control system. 標準キャリア周波数を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a standard carrier frequency. 低キャリア周波数を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a low carrier frequency. 実施の形態1のキャリア周波数変更制御を説明するための図である。6 is a diagram for illustrating carrier frequency change control according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1のキャリア周波数変更制御における出力電圧の実効値と変調率との関係を示す図である。6 is a diagram illustrating a relationship between an effective value of an output voltage and a modulation rate in carrier frequency change control according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1のキャリア周波数変更制御の変形例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for illustrating a modification of the carrier frequency change control according to the first embodiment. 実施の形態1のキャリア周波数変更制御の変形例における出力電圧の実効値と変調率の関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between an effective value of an output voltage and a modulation rate in a modification of the carrier frequency change control according to the first embodiment. 実施の形態1のキャリア周波数変更制御の変形例における出力電圧の実効値と変調率の関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between an effective value of an output voltage and a modulation rate in a modification of the carrier frequency change control according to the first embodiment. 実施の形態2のスターリング冷凍機制御システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the Stirling refrigerator control system of Embodiment 2. FIG. 倍電圧切換スイッチがONの状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state in which the voltage doubler selector switch is ON. 倍電圧切換スイッチがOFFの状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state in which the voltage doubler selector switch is OFF. 倍電圧切換スイッチがONのときのパルス波形および交流電圧波形を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a pulse waveform and an alternating voltage waveform when a voltage doubler selector switch is ON. 倍電圧切換スイッチがOFFのときのパルス波形および交流電圧波形を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a pulse waveform and an alternating voltage waveform when a voltage doubler selector switch is OFF. 実施の形態2の倍電圧切換制御を説明するためのフローチャートである。6 is a flowchart for illustrating voltage doubler switching control according to the second embodiment. 実施の形態2の倍電圧切換制御における出力電圧の実効値と変調率との関係を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a relationship between an effective value of an output voltage and a modulation rate in voltage doubler switching control according to the second embodiment. 実施の形態2の倍電圧切換制御の変形例を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart for illustrating a modification of the voltage doubler switching control of the second embodiment. 実施の形態2の倍電圧切換制御における出力電圧の実効値と変調率の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate in the voltage doubler switching control of the second embodiment. 実施の形態2の倍電圧切換制御における出力電圧の実効値と変調率の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the effective value of the output voltage and the modulation rate in the voltage doubler switching control of the second embodiment. 実施の形態3のスターリング冷凍制御システムの概略構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a Stirling refrigeration control system according to a third embodiment. 実施の形態3のキャリア周波数倍電圧切換制御を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart for illustrating carrier frequency double voltage switching control according to a third embodiment. 実施の形態3のキャリア周波数倍電圧切換制御における出力電圧の実効値と変調率との関係を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a relationship between an effective value of an output voltage and a modulation rate in carrier frequency voltage doubler switching control according to the third embodiment. 実施の形態3のキャリア周波数倍電圧切換制御の変形例を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart for illustrating a modification of the carrier frequency double voltage switching control of the third embodiment. 実施の形態3のキャリア周波数倍電圧切換制御における出力電圧の実効値と変調率との関係を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a relationship between an effective value of an output voltage and a modulation rate in carrier frequency voltage doubler switching control according to the third embodiment. 実施の形態3のキャリア周波数倍電圧切換制御における出力電圧の実効値と変調率との関係を示すグラフである。10 is a graph showing a relationship between an effective value of an output voltage and a modulation rate in carrier frequency double voltage switching control according to the third embodiment. リニアモータ駆動回路の等価回路構成を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit structure of a linear motor drive circuit. モータ電圧、モータ電流、および誘起電圧のそれぞれの瞬時値の一周期の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of one period of each instantaneous value of a motor voltage, a motor current, and an induced voltage. リニアモータに生じる誘起電圧の実効値を求めるためのベクトル図である。It is a vector diagram for calculating | requiring the effective value of the induced voltage which arises in a linear motor. 総磁束数と誘起電圧係数との相関関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of a total magnetic flux number and an induced voltage coefficient. リニアモータの磁気回路に生じる総磁束数を求めるためのベクトル図である。It is a vector diagram for calculating | requiring the total magnetic flux number which arises in the magnetic circuit of a linear motor. 実施の形態4のリニアモータ制御システムの構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a linear motor control system according to a fourth embodiment. モータ電流の最大値および最小値(ピーク値)を用いてモータ電流の実効値を算出する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of calculating the effective value of a motor current using the maximum value and minimum value (peak value) of a motor current. 実施の形態4の他の例のリニアモータ制御システムの構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a linear motor control system according to another example of the fourth embodiment. 実施の形態4のストローク制御処理を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart for illustrating a stroke control process according to the fourth embodiment. 実施の形態4のストローク制御処理を説明するためのフローチャートである。10 is a flowchart for illustrating a stroke control process according to the fourth embodiment. 実施の形態5のリニアモータ制御システムが用いられたリニア圧縮機制御システムの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the linear compressor control system in which the linear motor control system of Embodiment 5 was used.

符号の説明Explanation of symbols

1 ピストン、13 リニアモータ、40 スターリング冷凍機、1000 マイクロコンピュータ、B 倍電圧回路。   1 piston, 13 linear motor, 40 Stirling refrigerator, 1000 microcomputer, B voltage doubler circuit.

Claims (9)

可動子を往復運動させるリニアモータと、
直流電源から供給される直流電力を交流電力へ変換して該交流電力を前記リニアモータへ供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路をPWM(Pulse Width Modulation)によって制御するマイクロコンピュータと、
前記リニアモータに印加されている電圧を検出し、前記電圧の値を特定可能な電圧信号を前記マイクロコンピュータへ送信する電圧検出器と、
前記リニアモータに流れている電流を検出し、前記電流の値を特定可能な電流信号を前記マイクロコンピュータへ送信する電流検出器とを備え、
前記マイクロコンピュータは、
前記可動子の目標ストローク指令値を出力するストローク指令値出力部と、
前記電圧信号および前記電流信号によって特定される電圧の値および電流の値を用いて前記可動子の実際のストロークの値を算出するストローク算出部と、
前記目標ストローク指令値と前記実際のストロークとの比較結果に基づいて、前記PWMの変調率の指令値およびキャリア周波数の指令値を出力するストローク制御部と、
前記PWMの変調率の指令値および前記PWMのキャリア周波数の指令値に従って、前記インバータ回路を制御するPWM制御部と含み、
前記ストローク制御部は、
前記リニアモータの動作が開始された後、相対的に低いキャリア周波数の指令値を出力するとともに、予め実験結果から決定された値であって可動子のストロークを算出することができる所定値まで前記変調率を大きくし、その後、
前記実際のストロークの値が前記ストローク指令値以下の値である場合に、前記変調率を増加させ、一方、前記実際のストロークの値が前記ストローク指令値よりも大きい場合に、前記変調率を減少させ、さらに、
前記変調率が前記所定値と前記所定値よりも大きな特定値との間の値である場合に、相対的に低いキャリア周波数の指令値を出力し、一方、前記変調率が前記特定値以上である場合に、相対的に高いキャリア周波数の指令値を出力する、リニアモータ制御システム。
A linear motor that reciprocates the mover;
An inverter circuit that converts DC power supplied from a DC power source into AC power and supplies the AC power to the linear motor;
A microcomputer for controlling the inverter circuit by PWM (Pulse Width Modulation);
A voltage detector for detecting a voltage applied to the linear motor and transmitting a voltage signal capable of specifying a value of the voltage to the microcomputer;
A current detector for detecting a current flowing through the linear motor and transmitting a current signal capable of specifying the value of the current to the microcomputer;
The microcomputer is
A stroke command value output unit for outputting a target stroke command value of the mover;
A stroke calculation unit that calculates a value of an actual stroke of the mover using a voltage value and a current value specified by the voltage signal and the current signal;
Based on a comparison result between the target stroke command value and the actual stroke, a stroke control unit that outputs a command value of the PWM modulation rate and a command value of the carrier frequency;
A PWM control unit that controls the inverter circuit according to the command value of the PWM modulation rate and the command value of the carrier frequency of the PWM;
The stroke control unit
After the operation of the linear motor is started, a command value of a relatively low carrier frequency is output, and the value is determined in advance from an experimental result and reaches a predetermined value that can calculate the stroke of the mover. Increase the modulation rate, then
The modulation factor is increased when the actual stroke value is less than or equal to the stroke command value, while the modulation factor is decreased when the actual stroke value is greater than the stroke command value. Let
When the modulation rate is a value between the predetermined value and a specific value larger than the predetermined value, a command value of a relatively low carrier frequency is output, while the modulation rate is equal to or higher than the specific value. Linear motor control system that outputs a command value with a relatively high carrier frequency in some cases.
前記マイクロコンピュータは、
前記変調率が特定値以上になった直後に、その時点の変調率を第1所定変調率として記憶するとともに、前記インバータ回路に前記リニアモータへの電力の供給を停止させ、その後、前記相対的に高いキャリア周波数のPWMにおいて前記第1所定変調率まで変調率を大きくしながら前記インバータ回路に前記リニアモータへ電力を供給させ、
前記変調率が特定値以下になった直後に、その時点の変調率を第2所定変調率として記憶するとともに、前記インバータ回路に前記リニアモータへの電力の供給を停止させ、その後、前記相対的に低いキャリア周波数のPWMにおいて前記第2所定変調率まで変調率を大きくしながら前記インバータ回路に前記リニアモータへ電力を供給させる、請求項1に記載のリニアモータ制御システム。
The microcomputer is
Immediately after the modulation rate becomes equal to or greater than a specific value, the modulation rate at that time is stored as a first predetermined modulation rate, and the supply of power to the linear motor is stopped in the inverter circuit. In the PWM with a high carrier frequency, the inverter circuit is supplied with power to the linear motor while increasing the modulation rate up to the first predetermined modulation rate,
Immediately after the modulation rate becomes equal to or lower than a specific value, the modulation rate at that time is stored as a second predetermined modulation rate, and the inverter circuit is stopped from supplying power to the linear motor, and then the relative 2. The linear motor control system according to claim 1, wherein the inverter circuit is configured to supply electric power to the linear motor while increasing a modulation rate up to the second predetermined modulation rate in PWM with a low carrier frequency.
前記ストローク算出部は、前記変調率が前記所定値に以上になった後に前記実際のストロークの算出を開始する、請求項1に記載のリニアモータ制御システム。   2. The linear motor control system according to claim 1, wherein the stroke calculation unit starts calculating the actual stroke after the modulation rate reaches the predetermined value or more. 可動子を往復運動させるリニアモータと、
直流電源から供給される直流電力を交流電力へ変換して該交流電力を前記リニアモータへ供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路をPWM(Pulse Width Modulation)によって制御するマイクロコンピュータと、
前記リニアモータに印加されている電圧を検出し、前記電圧の値を特定可能な電圧信号を前記マイクロコンピュータへ送信する電圧検出器と、
前記リニアモータに流れている電流を検出し、前記電流の値を特定可能な電流信号を前記マイクロコンピュータへ送信する電流検出器と、
前記直流電力を生成する直流電力生成回路とを備え、
前記マイクロコンピュータは、
前記可動子の目標ストローク指令値を出力するストローク指令値出力部と、
前記電圧信号および前記電流信号によって特定される電圧の値および電流の値を用いて前記可動子の実際のストロークの値を算出するストローク算出部と、
前記ストローク指令値と前記実際のストロークとの比較結果に基づいて、前記PWMの変調率の指令値を出力するとともに、前記直流電力制御回路を制御するストローク制御部と、
前記PWMの変調率の指令値に従って、前記インバータ回路を制御するPWM制御部と含み、
前記ストローク制御部は、
前記リニアモータの動作が開始された後、相対的に低い直流電圧が前記インバータ回路に印加されるように前記直流電力生成回路を制御するとともに、予め実験結果から決定された値であって可動子のストロークを算出することができる所定値まで前記変調率を大きくし、その後、
前記実際のストロークの値が前記ストローク指令値以下の値である場合に、前記変調率を増加させ、一方、前記実際のストロークの値が前記ストローク指令値よりも大きい場合に、前記変調率を減少させ、さらに、
前記変調率が前記所定値と前記所定値よりも大きな特定値との間の値である場合に、前記相対的に低い直流電圧が前記インバータ回路に印加されるように前記直流電力生成回路を制御し、一方、前記変調率が前記特定値以上である場合に、相対的に高い直流電圧が前記インバータ回路に印加されるように前記直流電力生成回路を制御する、リニアモータ制御システム。
A linear motor that reciprocates the mover;
An inverter circuit that converts DC power supplied from a DC power source into AC power and supplies the AC power to the linear motor;
A microcomputer for controlling the inverter circuit by PWM (Pulse Width Modulation);
A voltage detector for detecting a voltage applied to the linear motor and transmitting a voltage signal capable of specifying a value of the voltage to the microcomputer;
A current detector for detecting a current flowing through the linear motor and transmitting a current signal capable of specifying the value of the current to the microcomputer;
A DC power generation circuit for generating the DC power,
The microcomputer is
A stroke command value output unit for outputting a target stroke command value of the mover;
A stroke calculating unit that calculates a value of an actual stroke of the mover using a voltage value and a current value specified by the voltage signal and the current signal;
Based on a comparison result between the stroke command value and the actual stroke, a stroke control unit that outputs the PWM modulation rate command value and controls the DC power control circuit;
A PWM control unit for controlling the inverter circuit according to a command value of the PWM modulation rate;
The stroke control unit
After the operation of the linear motor is started, the DC power generation circuit is controlled so that a relatively low DC voltage is applied to the inverter circuit. Increasing the modulation factor to a predetermined value that can be calculated, and then
The modulation factor is increased when the actual stroke value is less than or equal to the stroke command value, while the modulation factor is decreased when the actual stroke value is greater than the stroke command value. Let
The DC power generation circuit is controlled so that the relatively low DC voltage is applied to the inverter circuit when the modulation factor is a value between the predetermined value and a specific value larger than the predetermined value. On the other hand, a linear motor control system that controls the DC power generation circuit so that a relatively high DC voltage is applied to the inverter circuit when the modulation factor is equal to or greater than the specific value.
前記マイクロコンピュータは、
前記変調率が特定値以上になった直後に、その時点の変調率を第1所定変調率として記憶するとともに、前記インバータ回路に前記リニアモータへの電力の供給を停止させ、その後、前記相対的に高い直流電圧が前記インバータ回路に印加されるように前記直流電力生成回路を制御しながら前記インバータ回路に前記リニアモータへ電力を供給させ、
前記変調率が特定値以下になった直後に、その時点の変調率を第2所定変調率として記憶するとともに、前記インバータ回路に前記リニアモータへの電力の供給を停止させ、その後、前記相対的に低い直流電圧が前記インバータ回路に印加されるように前記直流電力生成回路を制御しながら前記インバータ回路から前記リニアモータへ電力を供給させる、請求項1に記載のリニアモータ制御システム。
The microcomputer is
Immediately after the modulation rate becomes equal to or greater than a specific value, the modulation rate at that time is stored as a first predetermined modulation rate, and the supply of power to the linear motor is stopped in the inverter circuit. The inverter circuit is supplied with power to the linear motor while controlling the DC power generation circuit so that a high DC voltage is applied to the inverter circuit,
Immediately after the modulation rate becomes equal to or lower than a specific value, the modulation rate at that time is stored as a second predetermined modulation rate, and the inverter circuit is stopped from supplying power to the linear motor, and then the relative The linear motor control system according to claim 1, wherein power is supplied from the inverter circuit to the linear motor while controlling the DC power generation circuit so that a low DC voltage is applied to the inverter circuit.
前記ストローク算出部は、前記変調率が前記所定値に以上になった後に前記実際のストロークの算出を開始する、請求項4に記載のリニアモータ制御システム。   5. The linear motor control system according to claim 4, wherein the stroke calculation unit starts calculating the actual stroke after the modulation rate reaches the predetermined value or more. 前記直流電力生成回路は、前記直流電圧の値を変更し得る電圧変更回路を含み、
前記相対的に高い直流電圧は、前記電圧変更回路のオンによって生成され、
前記相対的に低い直流電圧は、前記電圧回路のオフによって生成される、請求項4に記載のリニアモータ制御システム。
The DC power generation circuit includes a voltage changing circuit capable of changing the value of the DC voltage,
The relatively high DC voltage is generated by turning on the voltage changing circuit,
The linear motor control system according to claim 4, wherein the relatively low DC voltage is generated by turning off the voltage circuit.
請求項1〜7のいずれかに記載のリニアモータ制御システムがスターリング冷凍機の可動子を制御するために用いられた、スターリング冷凍機制御システム。   A Stirling refrigerator control system in which the linear motor control system according to claim 1 is used to control a mover of a Stirling refrigerator. 請求項1〜7のいずれかに記載のリニアモータ制御システムがリニア圧縮機の可動子を制御するために用いられた、リニア圧縮機制御システム。   A linear compressor control system in which the linear motor control system according to claim 1 is used to control a mover of a linear compressor.
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