直線振動電機的控制系統的制作方法

專利名稱：直線振動電機的控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機驅動裝置，并更具體地涉及用于驅動直線振動電機的電機驅動裝置，此電機具有動子和支撐動子的彈簧部件。
背景技術：
使用直線振動電機的常規設備包括通過機械振動來通知呼入的振動發生器，所述設備例如為手機、用于壓縮和循環氣體或流體的壓縮機、以及往復式電動剃須刀。壓縮機和電動剃須刀使用直線振動電機作為它們的驅動源。
典型的直線振動電機具有單相同步電機的結構，即，它具有包括永久磁鐵的動子和通過在鐵心上纏繞線圈得到的定子，并且，當AC電壓作用到線圈上時動子做往復運動。
如上所述，當通過動子的往復運動產生振動時，需要較大的電磁力。然而，可通過形成彈簧振動系統而使驅動直線振動電機所需的能量最小化，所述彈簧振動系統包括動子和支撐動子的彈簧部件。即，在動子由彈簧部件支撐的直線振動電機中，包括動子的彈簧振動系統以它的自然共振頻率振動，從而，可用相對較低的能量驅動直線振動電機。
對于控制直線振動電機輸出的方法，在此電機中用彈簧支撐動子，可調整提供給直線振動電機的電壓或電流的幅值，同時用它的共振頻率驅動直線振動電機(例如，參照已公開的日本專利申請2001-193993)。
然而，在直線振動電機中，當動子的行程長度變得大于預定的允許值時，發生以下問題，如動子和電機主體之間碰撞或支撐彈簧損壞。從而，動子的行程長度受到直線振動電機結構的限制。
例如，當因動子行程長度增加而導致支撐彈簧的伸展超過預定值時，支撐彈簧發生導致損壞的塑性變形。進而，當動子的行程長度大約增加到電機主體在動子振動方向上的尺寸時，動子碰撞到電機主體的內壁，并將導致損壞。
因此，已經提出解決上述問題的用于驅動直線振動電機的裝置。即，此直線振動電機驅動裝置設置有檢測器，如用于檢測直線振動電機的動子位置的位置傳感器，并且當動子的行程長度超過預定的允許值時增加直線振動電機的輸出，即減小作用到直線振動電機上的電壓或電流的幅值，由此避免直線振動電機因動子和電機主體之間碰撞或支撐彈簧伸展超過臨界值而造成的損壞(例如，參照已公開的日本專利申請Hei.11-324911)。
然而，由于常規直線振動電機驅動裝置(以下也稱作電機驅動裝置)以維持為彈簧振動系統共振頻率的往復運動頻率來驅動直線振動電機，因此，只通過動子的行程長度來調節直線振動電機的輸出，其中，彈簧振動系統包括動子。結果，直線振動電機的最大輸出不合乎需要地受直線振動電機結構的限制，并進一步地，直線振動電機的最大輸出不合乎需要地受作用到電機驅動裝置上的電源電壓的限制。
首先，詳細描述直線振動電機的結構對電機輸出的限制。
在直線振動電機中，動子的最大行程長度只可增加到以下兩個長度之間更短的一個長度，所述兩個長度為直線振動電機主體在動子振動方向上的長度和與動子支撐彈簧的彈性極限相應的長度，其中，所述電機包括動子。
相應地，為了增加直線振動電機的最大輸出，電機主體在動子振動方向上的尺寸應該增加，以保證動子更大的行程長度，并進一步地，應該使用具有更大彈性極限長度的彈簧作為動子支撐彈簧。可替換地，應該增加動子支撐彈簧的彈簧常數，以增加直線振動電機的共振頻率。
相應地，在常規直線振動電機中，基于需要的最大輸出來確定機械結構，從而，最大輸出的增加不僅導致尺寸增加而且導致在最高使用頻率的輸出區域中電機效率降低，即電機輸出與電機輸入之比減小。
以直線振動電機應用于空調器壓縮機的情況作為實例來描述以上問題。在此情況下，最高使用頻率的輸出區域不是高輸出區域而是低輸出區域，其中，在高輸出區域中對快速供暖操作或快速制冷操作產生高電機輸出，而在低輸出區域中電機輸出是高輸出區域中電機輸出的10～20％。在低輸出區域中，由于動子的行程長度減小，因此電機效率降低。進而，在壓縮機中，頂部間隙因活塞行程長度減小而擴大，導致工作效率降低。
其次，詳細描述直線振動電機的電源電壓對電機輸出的限制。
在上述常規電機驅動裝置中，通過間歇地向直線振動電機作用驅動電壓而調整應用電壓值，從而動子具有所需要的行程長度。具體而言，當直線振動電機所需的輸出功率增加時，作用到直線振動電機的電壓值增加，以增加動子的行程長度。
然而，當通用變換器用于電機驅動裝置時，電機驅動裝置不能輸出其幅值大于輸入DC電壓的電壓電平的AC電壓。換句話說，即使在增加作用到直線振動電機的驅動電壓的幅值以增加動子行程長度時，電機驅動裝置也可只向電機驅動裝置作用其幅值等于或小于輸入電壓的電壓電平的AC電壓。結果，直線振動電機的最大輸出受作用到電機驅動裝置上的DC電壓的電壓電平的限制。
在此情況下，為了增加直線振動電機的最大輸出，除了減少線圈繞組數量之外沒有別的選擇，所述線圈是直線振動電機的定子的部件。也就是說，通過減少線圈的繞組數量，改變直線振動電機所產生的感應電壓的大小，由此改變驅動電壓和驅動電流之間的平衡，即改變作為驅動電流和驅動電壓乘積的驅動功率。
相應地，在常規直線振動電機中，線圈的繞組數量基于所獲得的最大輸出而確定，從而導致在最高使用頻率的輸出區域中有可能降低電機效率，其中，所述線圈是直線振動電機的定子的部件。
例如，當減少電機線圈的繞組數量以增加直線振動電機的最大輸出時，在最高使用頻率的輸出區域中，即在電機輸出功率較低的輸出區域中，電流量增加，這導致電機效率因電機中的銅損或鐵心損耗增加、或變換器損失增加而降低。
本發明致力于解決上述問題，并且目的是提供一種電機驅動裝置，該裝置可在直線振動電機的驅動電壓的電壓電平保持恒定的狀態下控制電機輸出，從而有助于直線振動電機的輸出控制，并且該裝置不需修改直線振動電機或其電源的規格，就可增加直線振動電機的最大輸出。

發明內容
根據本發明(權利要求1)，提供一種用于驅動直線振動電機的電機驅動裝置，此電機具有可往復運動的動子和支撐動子的彈簧部件，所述裝置包括電機驅動器，該電機驅動器用于向直線振動電機提供AC電壓，作為驅動電壓，所述電機驅動器通過調節AC電壓的頻率而控制直線振動電機的電機輸出和動子行程中的至少一個。從而，可調節電機輸出，并且直線振動電機的驅動電壓保持恒定，由此，不需修改直線振動電機或其電源的規格，就可增加直線振動電機的最大輸出。
進而，由于通過調節AC電壓的頻率而改變直線振動電機的輸出或動子的行程，因此，通過改變電壓控制振蕩器的控制電壓，可使用電壓控制振蕩器等作為包括在電機驅動器內的振蕩器來容易地執行直線振動電機的輸出控制或動子的行程控制。
根據本發明(權利要求2)，如權利要求1所述的電機驅動裝置進一步包括目標輸出確定單元，該單元用于確定作為直線振動電機所需電機輸出的目標輸出；以及驅動頻率確定單元，該單元基于已確定的目標輸出而確定直線振動電機的驅動頻率；并且，電機驅動器通過調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率，以使該頻率等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率，而控制電機輸出。從而，不需顯著改變提供給直線振動電機的AC電壓的振幅電平，直線振動電機的輸出就可達到目標輸出。
根據本發明(權利要求3)，如權利要求2所述的電機驅動裝置進一步包括輸出檢測單元，該單元檢測直線振動電機的電機輸出；并且，驅動頻率確定單元確定驅動頻率，以使檢測電機輸出和已確定目標輸出之差變為零。從而，直線振動電機的輸出控制變為反饋控制，其中，直線振動電機所需的電機輸出是目標輸出，從而，可穩定準確地執行直線振動電機的輸出控制或動子的行程控制。
根據本發明(權利要求4)，如權利要求1所述的電機驅動裝置進一步包括驅動頻率確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動頻率；以及用于檢測動子位置的位置檢測單元；當動子的檢測位置未超過預定基準位置時，驅動頻率確定單元設定驅動頻率為使包括動子的彈簧振動系統達到共振狀態的共振頻率，并且，當動子的檢測位置超過基準位置時，驅動頻率確定單元設定驅動頻率為比共振頻率更高的頻率；電機驅動器通過調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率，以使該頻率等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率，而控制動子的行程。從而，在動子行程位于允許范圍之內的狀態下，通過設定驅動頻率為共振頻率而高效率地驅動直線振動電機。而且，即使在如果以共振頻率驅動直線振動電機，動子行程就會超出允許范圍的高輸出區域中，也可驅動直線振動電機，并且動子行程限制在允許范圍內。
根據本發明(權利要求5)，在如權利要求4所述的電機驅動裝置中，當動子的檢測位置超過基準位置時，驅動頻率確定單元把驅動頻率改變為使動子的檢測位置不超過基準位置的頻率。從而，在如果以共振頻率驅動直線振動電機，動子行程就會超出允許范圍的高輸出區域中，驅動頻率設定為最靠近共振頻率的頻率，在此頻率時動子行程不超出允許范圍，從而，可最大效率地驅動直線振動電機，同時防止動子碰撞或支撐彈簧伸展超過其彈性極限。進而，由于在高輸出區域中驅動頻率設定為最靠近共振頻率的頻率，在此頻率時動子行程不超出允許范圍，因此，當直線振動電機所需的電機輸出減小時，驅動頻率可平滑地返回到共振頻率。
根據本發明(權利要求6)，如權利要求4所述的電機驅動裝置進一步包括目標輸出確定單元，該單元用于確定作為直線振動電機所需電機輸出的目標輸出；輸出檢測單元，該單元檢測直線振動電機的電機輸出；以及驅動電壓確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動電壓的目標電壓值，以使檢測電機輸出和已確定目標輸出之差變為零；并且，電機驅動器調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率和電壓值，以使AC電壓的電壓值變得等于驅動電壓確定單元所確定的目標電壓值，并使AC電壓的頻率變得等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率。從而，直線振動電機的輸出控制變為反饋控制，其中，用作為目標輸出的直線振動電機所需電機輸出來調節驅動電壓的電壓值，從而，可高準確度、穩定度和敏感度地執行直線振動電機的輸出控制，同時動子行程保持在允許范圍之內。
根據本發明(權利要求7)，在如權利要求4-6中任一項所述的電機驅動裝置中，基于支撐動子的彈簧部件的彈性限值而確定基準位置。從而，即使在需要高電機輸出時，也可產生所需的電機輸出，同時把動子行程長度抑制在動子的支撐彈簧的伸展不超過彈性限值的程度上。結果，可提高直線振動電機的可靠性，并且，即使在因支撐彈簧伸展的彈性極限而不可能以共振頻率驅動直線振動電機的高輸出區域中，也可驅動直線振動電機。
根據本發明(權利要求8)，在如權利要求4-6中任一項所述的電機驅動裝置中，基于動子可與構成直線振動電機的部件碰撞或與包括直線振動電機的設備的部件碰撞的位置而確定基準位置。從而，即使在需要高電機輸出時，通過把動子行程長度抑制在動子不與直線振動電機的部件碰撞或不與包括直線振動電機的設備的部件碰撞的程度上而產生所需電機輸出。結果，可提高直線振動電機的可靠性，并且，即使在因電機主體在動子振動方向上的尺寸而不可能以共振頻率驅動直線振動電機的高輸出區域中，也可驅動直線振動電機。
根據本發明(權利要求9)，如權利要求1所述的電機驅動裝置進一步包括驅動頻率確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動頻率；目標輸出確定單元，該單元用于確定作為直線振動電機所需電機輸出的目標輸出；輸出檢測單元，該單元檢測直線振動電機的電機輸出；以及驅動電壓確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動電壓的目標電壓值，以使檢測電機輸出和已確定目標輸出之差變為零；當已確定的目標電壓值未超過預定基準值時，驅動頻率確定單元設定驅動頻率為使包括動子的彈簧振動系統達到共振狀態的共振頻率，并且，當已確定的目標電壓值超過基準值時，驅動頻率確定單元設定驅動頻率為比共振頻率更高的頻率；電機驅動器通過調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率和電壓值，以使AC電壓的電壓值變得等于驅動電壓確定單元所確定的目標電壓值，并使AC電壓的頻率變得等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率，而控制電機輸出和動子行程。從而，在所需電機輸出達到最大輸出之前以共振頻率有效地驅動直線振動電機，在最大輸出時，通過電源的電壓電平而限制以共振頻率驅動直線振動電機。進而，在所需電機輸出超過最大輸出的高輸出區域中，以比共振頻率更高的頻率驅動直線振動電機，同時不顯著減小驅動效率。
進而，直線振動電機的輸出控制變為反饋控制，其中，用作為目標輸出的直線振動電機所需電機輸出來調節驅動電壓的電壓值，從而，可高準確度、穩定度和敏感度地執行直線振動電機的輸出控制。
根據本發明(權利要求10)，在如權利要求9所述的電機驅動裝置中，基于為電機驅動器設置的DC電源的電壓值而確定基準值；并且，當已確定的目標電壓值超過基準值時，驅動頻率確定單元把驅動頻率改變為使已確定的目標電壓值不超過基準值的頻率。從而，在電機輸出超過電源電壓所限制的最大輸出的高輸出區域中，驅動頻率設定為最靠近共振頻率的頻率，由此實現直線振動電機的高效驅動。進而，當直線振動電機所需的電機輸出減小時，驅動頻率可平滑地返回到共振頻率。
根據本發明(權利要求11)，如權利要求1所述的電機驅動裝置進一步包括驅動頻率確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動頻率； 目標輸出確定單元，該單元用于確定作為直線振動電機所需電機輸出的目標輸出；輸出檢測單元，該單元檢測直線振動電機的電機輸出；驅動電壓確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動電壓的目標電壓值，以使檢測電機輸出和已確定目標輸出之差變為零；以及驅動電壓檢測單元，該單元用于檢測直線振動電機的驅動電壓的實際電壓值；當檢測的實際電壓值未超過基于提供給電機驅動器的DC電壓的電壓值而確定的基準值時，驅動頻率確定單元設定驅動頻率為使包括動子的彈簧振動系統達到共振狀態的共振頻率，并且，當檢測的實際電壓值超過基準值時，驅動頻率確定單元設定驅動頻率為比共振頻率更高的頻率；電機驅動器通過調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率和電壓值，以使AC電壓的電壓值變得等于驅動電壓確定單元所確定的目標電壓值，并使AC電壓的頻率變得等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率，而控制電機輸出和動子行程。從而，即使在高輸出區域中也可有效地驅動直線振動電機，而不受電源的電壓電平的限制。
具體地，即使在實際電機輸出不等于所需電機輸出時，在實際電機輸出達到最大輸出之前，也可有效地以共振頻率驅動直線振動電機，在最大輸出時，通過電源的電壓電平而限制以共振頻率驅動直線振動電機。進而，在被共振頻率驅動的直線振動電機的實際電機輸出超過最大輸出的高輸出區域中，以比共振頻率更高的頻率驅動直線振動電機，而不顯著減小驅動頻率。而且，在高輸出區域中，驅動頻率設定為最靠近共振頻率的頻率，在此頻率下產生所需的電機輸出，從而，當所需電機輸出減小時此驅動頻率可平滑地返回到共振頻率。
根據本發明(權利要求12)，提供一種配備有壓縮機的空調器，所述壓縮機具有汽缸和活塞，并通過活塞的往復運動而壓縮汽缸中的流體，并且，所述空調器包括使活塞往復運動的直線振動電機，該電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；以及用于驅動直線振動電機的電機驅動單元；電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。從而，與常規旋轉型電機相比，摩擦損失減少，并進一步地，在高壓側和低壓側之間制冷劑的密封性增加，由此提高壓縮機的效率。而且，由于摩擦損失減少，因此，在旋轉型電機中必不可少的潤滑油的量可顯著減少。從而，提高再利用性，并且由于溶解到油中的制冷劑的量減少，因此注入到壓縮機中的制冷劑的量減少，從而有益于保護全球環境。進而，由于借助驅動頻率來控制直線壓縮機的性能，因此可最大性能地驅動直線壓縮機，而不受其結構的限制，從而可進行在額定性能時提供最大效率的設計。結果，使用直線壓縮機的空調器的尺寸減小并且效率提高。
根據本發明(權利要求13)，提供一種配備有壓縮機的電冰箱，所述壓縮機具有汽缸和活塞，并通過活塞的往復運動而壓縮汽缸中的流體，所述電冰箱包括使活塞往復運動的直線振動電機，該電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；以及用于驅動直線振動電機的電機驅動單元；電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。從而，與常規旋轉型電機相比，摩擦損失減少，并進一步地，在高壓側和低壓側之間制冷劑的密封性增加，由此提高壓縮機的效率。而且，由于摩擦損失減少，因此，在旋轉型電機中必不可少的潤滑油的量可顯著減少。從而，提高再利用性，并且由于溶解到油中的制冷劑的量減少，因此注入到壓縮機中的制冷劑的量減少，從而有益于保護全球環境。進而，由于借助驅動頻率來控制直線壓縮機的性能，因此可最大性能地驅動直線壓縮機，而不受其結構的限制，從而可進行在額定性能時提供最大效率的設計。結果，使用直線壓縮機的電冰箱的尺寸減小并且效率提高。
根據本發明(權利要求14)，提供一種配備有壓縮機的低溫冷凍器，所述壓縮機具有汽缸和活塞，并通過活塞的往復運動而壓縮汽缸中的流體，所述低溫冷凍器包括使活塞往復運動的直線振動電機，該電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；以及用于驅動直線振動電機的電機驅動單元；電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。從而，與常規旋轉型電機相比，摩擦損失減少，并進一步地，在高壓側和低壓側之間制冷劑的密封性增加，由此提高壓縮機的效率。而且，由于摩擦損失減少，因此，在旋轉型電機中必不可少的潤滑油的量可顯著減少。從而，提高再利用性，并且由于溶解到油中的制冷劑的量減少，因此注入到壓縮機中的制冷劑的量減少，從而有益于保護全球環境。進而，由于借助驅動頻率來控制直線壓縮機的性能，因此可最大性能地驅動直線壓縮機，而不受其結構的限制，從而可進行在額定性能時提供最大效率的設計。結果，使用直線壓縮機的低溫冷凍器的尺寸減小并且效率提高。
根據本發明(權利要求15)，提供一種配備有壓縮機的熱水供應單元，所述壓縮機具有汽缸和活塞，并通過活塞的往復運動而壓縮汽缸中的流體，所述熱水供應單元包括使活塞往復運動的直線振動電機，該電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；以及用于驅動直線振動電機的電機驅動單元；電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。從而，與常規旋轉型電機相比，摩擦損失減少，并進一步地，在高壓側和低壓側之間制冷劑的密封性增加，由此提高壓縮機的效率。而且，由于摩擦損失減少，因此，在旋轉型電機中必不可少的潤滑油的量可顯著減少。從而，提高再利用性，并且由于溶解到油中的制冷劑的量減少，因此注入到壓縮機中的制冷劑的量減少，從而有益于保護全球環境。進而，由于借助驅動頻率來控制直線壓縮機的性能，因此可最大性能地驅動直線壓縮機，而不受其結構的限制，從而可進行在額定性能時提供最大效率的設計。結果，使用直線壓縮機的熱水供應單元的尺寸減小并且效率提高。
根據本發明(權利要求16)，提供一種配備有直線振動電機和電機驅動單元的手機，其中，直線振動電機用于產生振動，電機驅動單元用于驅動直線振動電機，其中，直線振動電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；并且，電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。從而，用兩個自由度，即振動數量和振幅(振動)，來向外部通知振動，因而，與使用旋轉型電機產生振動的情形相比，可增加振動方案的變化。而且，由于通過調節驅動頻率來控制直線振動電機的輸出，因此可最大性能地驅動直線振動電機，而不受其結構的限制，由此產生更有力的振動。


圖1為用于解釋根據本發明第一實施例的電機驅動裝置的框圖。
圖2為用于解釋根據本發明第二實施例的電機驅動裝置的框圖。
圖3(a)-3(c)為用于解釋根據本發明第三實施例的電機驅動裝置的圖形，其中，圖3(a)為電機驅動裝置的框圖，圖3(b)和3(c)為示出電機驅動裝置的操作實例的圖形。
圖4(a)和4(b)為用于解釋根據本發明第四實施例的電機驅動裝置的圖形，其中，圖4(a)為電機驅動裝置的框圖，圖4(b)為示出電機驅動裝置的操作實例的圖形。
圖5(a)-5(c)為用于解釋根據本發明第五實施例的電機驅動裝置的圖形，其中，圖5(a)為電機驅動裝置的框圖，圖5(b)和5(c)為示出電機驅動裝置的操作實例的圖形。
圖6(a)和6(b)為用于解釋根據第五實施例的電機驅動裝置的驅動原理的圖形，其中，圖6(a)示出由電機驅動裝置驅動的直線振動電機的等效電路，圖6(b)示出等效電路的模擬動態特性。
圖7(a)-7(d)為用于解釋根據第五實施例的電機驅動裝置的驅動原理的圖形，其中，用矢量示出在驅動頻率變化的情況下等效電路的各個元件的端電壓、驅動電壓和驅動電流之間的相位關系。
圖8(a)-8(c)為用于解釋根據本發明第六實施例的電機驅動裝置的圖形，其中，圖8(a)為電機驅動裝置的框圖，圖8(b)和8(c)為示出電機驅動裝置的操作實例的圖形。
圖9為用于解釋根據本發明第七實施例的電機驅動裝置的示意圖。
圖10為用于解釋根據本發明第八實施例的空調器的示意圖。
圖11為用于解釋根據本發明第九實施例的電冰箱的示意圖。
圖12為用于解釋根據本發明第十實施例的低溫制冷器的示意圖。
圖13為用于解釋根據本發明第十一實施例的熱水供應單元的示意圖。
圖14為用于解釋根據本發明第十二實施例的手機的示意圖。
具體實施例方式
以下描述本發明的實施例。
圖1為用于解釋根據本發明第一實施例的電機驅動裝置的框圖。
根據第一實施例的電機驅動裝置101以根據所需電機輸出的驅動頻率驅動直線振動電機100，其中，直線振動電機100具有定子、動子、以及支撐動子以形成包括動子的彈簧振動系統的支撐彈簧。定子包括用線圈纏繞鐵心而得到的電磁鐵，動子包括永久磁鐵。
更具體地，電機驅動裝置101包括用于確定目標輸出并輸出指示已確定目標輸出的輸出指令信號Oop的指令輸出確定單元3，其中，目標輸出為直線振動電機100所需的電機輸出。
進一步地，電機驅動裝置101包括驅動頻率確定單元2，此單元基于輸出指令信號Oop而確定直線振動電機100的驅動頻率，輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr；以及電機驅動器1，此器件基于驅動頻率信號Ifr而向直線振動電機100施加具有預定頻率的AC電壓Vd，作為驅動電壓。
以下詳細解釋構成電機驅動裝置101的電機驅動器1、驅動頻率確定單元2和指令輸出確定單元3。
電機驅動器1從外部電源10接收具有恒定電壓電平的DC電壓Vp；基于驅動頻率確定單元2的驅動頻率信號Ifr，產生具有恒定幅值且頻率等于由驅動頻率確定單元2所確定的驅動頻率的AC電壓Vd；并向直線振動電機100施加AC電壓Vd，作為驅動電壓。雖然電機驅動器1輸出具有恒定幅值的AC電壓Vd，但是電機驅動器1也可改變輸出的AC電壓Vd的幅值。在此情況下，可更精密地控制直線振動電機100的輸出。進而，電機驅動器1向直線振動電機100施加后述AC電壓，在此AC電壓上疊加有用于糾正往復運動動子的振動中心的DC電壓。
更具體地，電機驅動器1可用采用晶體管的功率放大器或采用切換元件的變換器來實現。具有晶體管的功率放大器容易用音頻功率放大器等所通用的電路結構來實現。而且，此功率放大器的特征在于輸出電壓的噪聲電平較低，因為它通過平滑地增加/減小晶體管的輸出而產生AC電壓。另一方面，具有切換元件的變換器的特征是切換過程中的能量損耗為理想狀態的零，因為ON電阻為零并且OFF電阻為無窮大，從而它可高效率地驅動直線振動電機100。
指令輸出確定單元3基于直線振動電機100的操作條件和使用直線振動電機作為驅動源的設備的操作條件中的至少一個，確定作為直線振動電機100所需電機輸出的目標輸出。
直線振動電機100的操作條件例如取決于直線振動電機所需的性能，并且該性能隨著直線振動電機的應用方式而改變。例如，當直線振動電機100應用于手機的振動發生器時，直線振動電機100所需的性能是有節奏地改變向用戶通知呼入的振動的強度，其中，振動發生器通過振動而向用戶通知有呼入。
另一方面，利用直線振動電機100作為驅動源的設備的操作條件隨著設備的類型而改變。例如，當直線振動電機100應用于壓縮機時，設備的操作條件是將被壓縮的流體的壓力或溫度。尤其是在壓縮機裝入空調器中時，設備的操作條件是室內溫度或室外溫度。進而，當壓縮機裝入電冰箱中時，設備的操作條件是冰箱內的溫度等。進而，當直線振動電機100應用于剃須刀時，設備的操作條件是胡須的厚度。因而，設備的操作條件是設備上載荷的條件。
驅動頻率確定單元2基于輸出指令信號Oop所指示的指令輸出，即直線振動電機100所需的電機輸出，而確定直線振動電機100的驅動頻率，并接著向電機驅動器1輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr，其中，輸出指令信號Oop由指令輸出確定單元3確定。
對于確定驅動頻率的具體方法，考慮采用表格或計算表達式的方法，其中，輸出指令信號Oop所指示的指令輸出的值與驅動頻率的值相關。進而，指令輸出的值與驅動頻率的值之間的具體關系如下所示。也就是說，隨著與驅動頻率值相應的指令輸出值越小，驅動頻率的值離共振頻率就越遠。此關系基于以下現象當直線振動電機的驅動頻率等于共振頻率時，直線振動電機所產生的電機輸出變為最大，并且，隨著直線振動電機的驅動頻率離共振頻率越遠，產生的電機輸出就越降低。共振頻率是包括動子的彈簧振動系統處于共振狀態時直線振動電機的驅動頻率。
下面描述電機驅動裝置101的操作。
在此第一實施例中，電機驅動裝置101確定直線振動電機100產生所需電機輸出時的驅動頻率，并向直線振動電機100作用具有恒定幅值且頻率等于已確定驅動頻率的AC電壓Vd，從而驅動直線振動電機100。
具體而言，在電機驅動裝置101中，當從電機驅動器1輸出的AC電壓Vd作用到直線振動電機100以開始直線振動電機100的操作時，指令輸出確定單元3基于直線振動電機100的操作條件或使用直線振動電機100作為驅動源的設備的操作條件而確定直線振動電機100所需的電機輸出，并且指示已確定電機輸出的輸出指令信號Oop輸出到驅動頻率確定單元2。
接著，在驅動頻率確定單元2中，基于指令輸出確定單元3的輸出指令信號Oop而確定直線振動電機100的驅動頻率，并且向電機驅動器1輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr。
在電機驅動器1中，所產生的AC電壓Vd的頻率基于驅動頻率信號Ifr而調整為等于驅動頻率確定單元2所確定的驅動頻率，并且，從電機驅動器1向直線振動電機100提供其頻率等于驅動頻率的振幅固定的AC電壓Vd。
當直線振動電機由電機驅動器1所提供的脈沖電壓驅動時，通過改變振蕩器輸出的脈沖信號的頻率而執行AC電流的調節。當此振蕩器是其中輸出脈沖頻率通過電壓控制而改變的VCO(電壓控制振蕩器)時，通過調節VCO的控制電壓而控制電機輸出。與用特定硬件等控制從振蕩器輸出脈沖信號的占空因數的情況相比，此輸出控制相對簡單。
如上所述，根據第一實施例的電機驅動裝置101設置有指令輸出確定單元3，此單元基于直線振動電機100的操作條件等而確定直線振動電機100所需的電機輸出；以及驅動頻率確定單元2，此單元基于指令輸出確定單元3所確定的電機輸出而確定直線振動電機100的驅動頻率，并向直線振動電機100提供其頻率等于已確定驅動頻率的振幅固定的AC電壓Vd。從而，通過調節作用到直線振動電機上的AC電壓的頻率，而控制直線振動電機100的輸出，并使其振幅電平保持恒定，從而，容易執行直線振動電機的輸出控制。
進而，由于根據AC電壓的頻率而調節直線振動電機的輸出，因此，可增加直線振動電機的最大輸出，而不修改直線振動電機或其電源的規格，并且直線振動電機的最大輸出不受直線振動電機的結構或外部DC電源的電壓電平的限制。
圖2為用于解釋根據本發明第二實施例的電機驅動裝置的框圖。
根據第二實施例的電機驅動裝置102驅動直線振動電機100，同時調節驅動頻率以減小電機輸出和所需電機輸出之差，其中，直線振動電機100具有定子、動子、以及支撐動子以形成包括動子的彈簧振動系統的支撐彈簧。根據此第二實施例的直線振動電機100與第一實施例的完全相同。
更具體地，電機驅動裝置102包括指令輸出確定單元3，此單元用于確定目標輸出并輸出指示已確定目標輸出的輸出指令信號Oop，其中，目標輸出是直線振動電機100所需的電機輸出；以及，輸出檢測器4，此器件用于檢測直線振動電機100所產生的電機輸出Omp，以輸出指示所檢測電機輸出的輸出檢測信號Dop。
進一步地，電機驅動裝置102包括驅動頻率確定單元2a，此單元基于輸出指令信號Oop和輸出檢測信號Dop而確定直線振動電機100的驅動頻率，輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr；以及電機驅動器1，此器件基于驅動頻率信號Ifr而向直線振動電機100施加具有預定頻率的驅動電壓(AC電壓)Vd。
以下詳細描述構成電機驅動裝置102的電機驅動器1、驅動頻率確定單元2a、指令輸出確定單元3和輸出檢測器4。
電機驅動器1和指令輸出確定單元3與根據第一實施例的電機驅動裝置101中的完全相同。
輸出檢測器4檢測直線振動電機100所產生的電機輸出Omp，以輸出指示所檢測電機輸出的輸出檢測信號Dop。輸出檢測器4所采用的具體檢測方法包括檢測直線振動電機100的操作條件和包括直線振動電機100的系統的操作條件中的至少一個；并且，基于所檢測的操作條件而估計直線振動電機100產生的電機輸出Omp。
驅動頻率確定單元2a調節直線振動電機100的驅動頻率，從而，由指令輸出確定單元3確定并由輸出指令信號Oop所指示的電機輸出與由輸出檢測器4確定并由輸出檢測信號Dop所指示的電機輸出之間的差值變為零，由此確定驅動頻率。
具體而言，驅動頻率確定單元2a比較指令輸出和檢測輸出，當檢測輸出低于指令輸出時改變驅動頻率以增加檢測輸出，并且相反，當檢測輸出高于指令輸出時改變驅動頻率以減小檢測輸出。
然而，為增加檢測輸出而產生的驅動頻率變化和為減小檢測輸出而產生的驅動頻率變化不能唯一地確定為沿驅動頻率增加方向和驅動頻率減小方向之間任一方向上的改變。理由如下。根據直線振動電機100的操作條件，有以下情況即使在驅動頻率減小時也增加電機輸出，以及，即使在驅動頻率增加時也減小電機輸出。
相應地，在此第二實施例中，驅動頻率確定單元2a基于在驅動頻率改變之前和之后檢測的電機輸出而判斷上次驅動頻率改變時電機輸出是增加或減小，接著，基于判斷結果而沿增加方向和減小方向之間的適當方向改變驅動頻率，從而，檢測的電機輸出達到所需的電機輸出。
下面解釋電機驅動裝置102的操作。
在此第二實施例中，電機驅動裝置102驅動直線振動電機100，同時執行反饋控制，從而，直線振動電機100的電機輸出與所需的電機輸出匹配。
具體而言，在電機驅動裝置101中，當電機驅動器1輸出的AC電壓Vd作用到直線振動電機100以開始直線振動電機100的操作時，與在根據第一實施例的電機驅動裝置101中相同，直線振動電機100所需的電機輸出由指令輸出確定單元3基于直線振動電機100的操作條件或包括直線振動電機100作為驅動源的設備的操作條件確定，并且，指示已確定電機輸出的輸出指令信號Oop發送到驅動頻率確定單元2a。
在輸出檢測器4中，檢測直線振動電機100所產生的電機輸出Omp，并且，指示所檢測電機輸出的輸出檢測信號Dop發送給驅動頻率確定單元2a。
在驅動頻率確定單元2a中，基于指令輸出確定單元3的輸出指令信號Oop和輸出檢測器4的輸出檢測信號Dop而確定直線振動電機100的驅動頻率，以使檢測輸出與指令輸出相匹配，并且，指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr輸出到電機驅動器1。
更具體地，在驅動頻率確定單元2a中，比較指令輸出和檢測輸出。當檢測輸出低于指令輸出時，改變驅動頻率以增加檢測輸出。相反，當檢測輸出高于指令輸出時，改變驅動頻率以減小檢測輸出。
在電機驅動器1中，與在第一實施例中相同，基于驅動頻率信號Ifr，調節所產生的AC電壓Vd的頻率等于由驅動頻率確定單元2a所確定的驅動頻率，接著，從電機驅動器1向直線振動電機100輸出其頻率與該驅動頻率相等的振幅固定的AC電壓Vd。
如上所述，根據第二實施例的電機驅動裝置102設置有指令輸出確定單元3，該單元用于確定直線振動電機100所需的電機輸出；輸出檢測器4，用于檢測直線振動電機100所產生的電機輸出Omp；以及驅動頻率確定單元2a，該單元用于確定直線振動電機100的驅動頻率，以使輸出檢測器4檢測的電機輸出與指令輸出確定單元3所確定的電機輸出相匹配。按如此構造的電機驅動裝置102向直線振動電機100施加其頻率與已確定驅動頻率相等的振幅固定的AC電壓Vd。從而，與在第一實施例中相同，在作用到直線振動電機上的AC電壓的振幅電平保持恒定的狀態下，控制直線振動電機100的輸出，并進一步地，可增加直線振動電機的最大輸出，而不改變直線振動電機或其電源的規格。
進而，在此第二實施例中，檢測直線振動電機100的電機輸出，并且調節直線振動電機100的驅動頻率以使檢測的電機輸出與指令輸出相匹配。從而，對直線振動電機100的電機輸出的控制變為旨在指令輸出確定單元3所確定的指令輸出的反饋控制。
圖3(a)為用于解釋根據本發明第三實施例的電機驅動裝置的框圖。
根據第三實施例的電機驅動裝置103以基于動子位置確定的驅動頻率來驅動直線振動電機100，其中，直線振動電機100具有定子、動子、以及支撐動子以形成包括動子的彈簧振動系統的支撐彈簧。此第三實施例的直線振動電機100與第一實施例的完全相同。
具體而言，電機驅動裝置103包括位置檢測器5，該器件用于檢測往復式動子的位置并輸出指示所檢測動子位置的位置檢測信號Dposi；共振頻率確定單元6，該單元用于輸出指示直線振動電機100的共振頻率的共振頻率信號Dreso；驅動頻率確定單元2b，該單元基于位置檢測信號Dposi和共振頻率信號Dreso而確定直線振動電機100的驅動頻率，并輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr；以及電機驅動器1，此器件基于驅動頻率信號Ifr而向直線振動電機100施加具有恒定幅值和預定頻率的AC電壓Vd。
以下詳細描述構成電機驅動裝置103的電機驅動器1、位置檢測器5、共振頻率確定單元6和驅動頻率確定單元2b。
電機驅動器1與根據第一實施例的電機驅動裝置101的完全相同。
位置檢測器5檢測往復式動子的位置。檢測動子位置的具體方法如下。即，使用包括在直線振動電機中的位置傳感器，檢測當往復式動子最靠近位置傳感器時的動子位置。優選地，在沿著動子振動方向的直線上，在預定位置放置位置傳感器。
可替換地，通過使用位置傳感器測量在動子與包括直線振動電機100的系統中的特定位置之間的距離而檢測動子位置。進一步地，不使用位置傳感器，而基于動子質量、支撐彈簧的彈簧常數、以及作用到直線振動電機的驅動電壓和驅動電流來估計動子位置。
共振頻率確定單元6輸出指示共振頻率的共振頻率信號Dreso，作為彈簧振動系統的單一自然頻率，從動子質量和彈簧常數來估計此頻率。
然而，共振頻率確定單元6不局限于輸出指示單一自然頻率的信號的單元，其中，從動子質量和彈簧常數來估計此頻率。共振頻率確定單元6可基于直線振動電機100的載荷條件以及動子質量和彈簧常數而確定彈簧振動系統的共振頻率，由此輸出指示已確定共振頻率的信號。在此情況下，可利用包括共振頻率與直線振動電機100的動子質量、彈簧常數和載荷條件組合之間的多個對應關系的表格等，根據操作條件而確定共振頻率。由于動子質量和彈簧常數具有恒定值，因此，上述表格主要包括在表示直線振動電機多個載荷條件的參數值與在各個載荷條件下的共振頻率值之間的多個對應關系。進一步地，當可忽略共振頻率因直線振動電機的載荷條件變化而引起的波動時，共振頻率確定單元6可輸出表示共振頻率的單一典型值的共振頻率信號。在此情況下，不需要上述表格。
進而，當共振頻率根據直線振動電機100的載荷條件而顯著變化時，采用以下方法通過調節提供給直線振動電機的AC電流的頻率以滿足預定條件而確定共振頻率。例如，以下提出兩種共振頻率確定方法。
第一種共振頻率確定方法利用以下原理當動子位移的相位與提供給直線振動電機100的AC電流的相位互相偏差90°時，此供應電流的頻率就是直線振動電機的共振頻率。在此方法中，調節供應電流的頻率以使動子位移的相位與供應電流的相位偏差90°，通過此調節所獲得的頻率被確定為共振頻率。
第二種共振頻率確定方法利用以下原理當在作用到直線振動電機100的AC電流的振幅保持恒定的狀態下作用到電機100的功率變得最大時，此供應電流的頻率就是直線振動電機的共振頻率。在此方法中，調節供應電流的頻率以使提供功率變得最大并使供應電流的振幅保持恒定，通過此調節所獲得的頻率被確定為共振頻率。
在由位置檢測器5檢測的動子位置不超過預定基準位置的可允許的行程狀態下，驅動頻率確定單元2b設定直線振動電機100的驅動頻率為由共振頻率確定單元6所確定的共振頻率。另一方面，在檢測位置超過預定基準位置的超行程狀態下，驅動頻率確定單元2b設定直線振動電機100的驅動頻率為比共振頻率確定單元6所確定的共振頻率更高的頻率。
基于支撐動子的彈簧部件的彈性極限而確定基準位置。然而，可基于動子的臨界位置而確定基準位置，在此臨界位置上，動子碰撞直線振動電機的部件或碰撞包括直線振動電機的設備的部件。實際上，當動子碰撞的可能性高于彈簧部件損壞的可能性時，基于臨界動子位置來確定基準位置。相反，當彈簧部件損壞的可能性高于動子碰撞的可能性時，基于彈簧部件的彈性極限來確定基準位置。
下面描述電機驅動裝置103的操作。
在此第三實施例中，電機驅動裝置103以根據往復式動子位置的驅動頻率來驅動直線振動電機100。
具體而言，在電機驅動裝置103中，當從電機驅動器1向直線振動電機100提供AC電壓Vd以開始直線振動電機的操作時，位置檢測器5檢測直線振動電機100的往復式動子的位置，并且從位置檢測器5向驅動頻率確定單元2b輸出指示所檢測動子位置的位置檢測信號Dposi。
進而，從共振頻率確定單元6向驅動頻率確定單元2b輸出指示直線振動電機100的共振頻率的共振頻率信號Dreso。
在驅動頻率確定單元2b中，基于位置檢測器5的位置檢測信號Dposi和共振頻率確定單元6的共振頻率信號Dreso而確定直線振動電機100的驅動頻率，并且，向電機驅動器1輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr。
具體地，在驅動頻率確定單元2b中，當動子處于位置檢測器5所檢測的動子位置不超過預定基準的可允許行程狀態下時，直線振動電機100的驅動頻率設定為由共振頻率確定單元6所確定的共振頻率。另一方面，當動子處于所檢測動子位置超過基準位置的超行程狀態下時，直線振動電機100的驅動頻率設定為高于共振頻率確定單元6所確定共振頻率的頻率。
在電機驅動器1中，與在第一實施例中相同，基于驅動頻率信號Ifr，調節所產生的AC電壓Vd的頻率等于由驅動頻率確定單元2b確定的驅動頻率，并且，從電機驅動器1向直線振動電機100輸出其頻率與該驅動頻率相等的振幅固定的AC電壓Vd。
如上所述，根據第三實施例的電機驅動裝置103設置有電機驅動器1，該器件用其頻率等于已確定驅動頻率的AC電壓驅動直線振動電機100；以及用于檢測直線振動電機100的動子位置的位置檢測器5。在如此構造的電機驅動裝置103中，當動子處于所檢測動子位置不超過預定基準位置的可允許行程狀態下時，驅動頻率設定為直線振動電機的共振頻率，同時，當動子處于所檢測位置超過基準位置的超行程狀態下時，驅動頻率設定為高于共振頻率的頻率。從而，在即使以共振頻率驅動直線振動電機，動子的行程長度也不超過允許范圍的低輸出區域中，以較高效率驅動直線振動電機。另一方面，在如果以共振頻率驅動直線振動電機，動子的行程長度就會超過允許范圍的高輸出區域中，可通過改變驅動頻率而使動子的行程長度限制在允許范圍內。從而，可防止動子因與電機主體碰撞而引起的損壞，并且可防止動子支撐彈簧因伸展超過極限而損壞。
雖然在此第三實施例中驅動頻率確定單元2b根據所檢測動子位置是否超過預定基準位置而執行驅動頻率的確定，但是也可用以下其它方法來執行驅動頻率的確定。
<驅動頻率確定方法的修改例1>
圖3(b)為用于解釋根據第三實施例第一修改例的使用兩個基準位置的驅動頻率確定方法的圖形。
在此第一修改例中，驅動頻率確定單元2b使用第一基準位置Pb1和第二基準位置Pb2來確定驅動頻率Fx，其中，以與動子臨界位置Plmt鄰近的順序來設置Pb1和Pb2。
在動子行程增加(參見圖3(b)中箭頭X1)的狀態下，只有當行程增加到檢測位置Px超過第一基準位置Pb1的程度時，驅動頻率才設定為比共振頻率更高的頻率Fh。也就是說，當檢測位置Px在第二基準位置Pb2和第一基準位置Pb1之間時，驅動頻率Fx維持為共振頻率Freso。另一方面，在動子行程減小(參見圖3(b)中箭頭Y1)的狀態下，只有當行程減小到檢測位置Px未達到第二基準位置Pb2的程度時，驅動頻率Fx才設定為共振頻率Freso。也就是說，當檢測位置Px在第一基準位置Pb1和第二基準位置Pb2之間時，驅動頻率Fx維持為比共振頻率Freso更高的頻率Fh。
如上所述，在使用兩個基準位置來確定驅動頻率的方法中，即使當檢測位置在基準位置附近改變時，也可穩定地執行驅動頻率的確定。
<驅動頻率確定方法的修改例2>
圖3(c)為用于解釋根據第三實施例第二修改例的使用預定臨界區域來取代基準位置的驅動頻率確定方法的圖形。
在此第二修改例中，當檢測的動子位置位于在基準位置和臨界位置之間的預定臨界區域中時，驅動頻率確定單元2b調節驅動頻率以減小動子的行程。
臨界區域Z1的下限位置Prb與基于臨界位置而預先確定的基準位置相匹配，并且臨界區域Z1的上限位置Pru距臨界位置Plim預定的距離。
在驅動頻率確定單元2b中，在檢測位置Px因動子行程增加而進入臨界區域Z1之前，驅動頻率Fx維持為共振頻率Freso。當檢測位置Px進入臨界區域Z1時，開始頻率調節，以增加驅動頻率，從而驅動頻率偏離共振頻率。當檢測位置Px位于臨界區域Z1中時，隨著檢測位置Px越靠近臨界區域Z1的上限位置Pru，驅動頻率Fx設定為更遠離共振頻率Freso的頻率。當檢測位置Px到達臨界區域Z1的上限位置Pru時，驅動頻率Fx設定為離共振頻率Freso最遠的最大頻率Fmax。在檢測位置Px與臨界區域Z1相交并逼近臨界位置Plim的狀態下，驅動頻率Fx維持為最大頻率Fmax。
進而，當檢測位置Px遠離臨界位置Plim時，在檢測位置Px位于臨界區域Z1中的狀態下，驅動頻率Fx逐漸逼近共振頻率Freso。當檢測位置Px遠離臨界位置Plim并超過臨界區域Z1的下限位置Prb時，驅動頻率Fx設定為共振頻率Freso。
在檢測位置Px位于臨界區域Z1中的狀態下設定驅動頻率Fx使用以下表格或函數，所述表格或函數表示作為驅動頻率Fx的頻率值與檢測位置Px到臨界區域Z1下限位置Prb的距離之間的對應關系。所述函數不局限于圖3(c)中所示的線性函數。它可以是高階函數如二階或三階函數，其中，隨著檢測位置Px和臨界區域Z1下限位置Prb之間的距離越長，驅動頻率的增加越大。
如上所述，在使用臨界區域確定驅動頻率的方法中，當動子處于檢測位置Px遠離臨界位置Plim并超過下限位置Prb的可允許行程狀態下時，通過設定驅動頻率Fx為共振頻率Freso而以最大效率驅動直線振動電機。進而，當動子處于檢測位置Px越過下限位置Prb而逼近臨界位置Plim的超行程狀態下時，可使驅動效率的降低最小化，同時防止動子因與直線振動電機100主體內壁碰撞而損壞，或防止動子支撐彈簧因伸展超過其極限而損壞。
<驅動頻率確定方法的修改例3>
在第三實施例的第三修改例中，當動子處于檢測位置Px超過基準位置的超過行程狀態下時，隨著檢測位置Px和基準位置之間的距離越長，驅動頻率確定單元2b簡單地設定驅動頻率Fx為比共振頻率Freso更高的頻率。而且，在此情形中，驅動頻率的設定采用以下表格等，所述表格表示檢測位置到基準位置的距離與作為驅動頻率的頻率值之間的對應關系。
如上所述，在根據檢測位置和基準位置之間距離而確定驅動頻率的方法中，動子的超行程狀態可迅速而可靠地返回到可允許行程狀態，而且，驅動頻率確定單元2b可用相對簡單的電路結構來實現。
圖4(a)為用于解釋根據本發明第四實施例的電機驅動裝置的框圖。
根據第四實施例的電機驅動裝置104以基于動子位置確定的驅動頻率來驅動直線振動電機100，并同時調節以驅動電壓作用到直線振動電機100上的AC電壓的幅值，以使電機輸出與所需電機輸出相匹配，其中，直線振動電機100具有定子、動子、以及支撐動子以形成包括動子的彈簧振動系統的支撐彈簧。此第四實施例的直線振動電機100與第一實施例的完全相同。
更具體地，電機驅動裝置104包括輸出檢測器4，此器件用于檢測直線振動電機100所產生的電機輸出，并輸出指示所檢測電機輸出的輸出檢測信號Dop；指令輸出確定單元3，此單元用于確定目標輸出并輸出指示已確定目標輸出的輸出指令信號Oop，其中，目標輸出是直線振動電機100所需的電機輸出；以及驅動電壓確定單元7，此單元基于輸出檢測信號Dop和輸出指令信號Oop而確定作為驅動電壓提供給直線振動電機100的AC電壓的幅值，并輸出指示已確定幅值的電壓振幅信號Odv。
電機驅動裝置104進一步包括位置檢測器5，該器件用于檢測直線振動電機100的往復式動子的位置，并輸出指示所檢測動子位置的位置檢測信號Dposi；以及共振頻率確定單元6，該單元用于輸出指示直線振動電機100的共振頻率的共振頻率信號Dreso。
電機驅動裝置104進一步包括驅動頻率確定單元2c，該單元基于位置檢測信號Dposi所指示的動子位置和共振頻率信號Dreso所指示的直線振動電機共振頻率而確定直線振動電機100的驅動頻率，并輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr；以及電機驅動器1a，該器件用于向直線振動電機100施加AC電壓Vd，此電壓的頻率與驅動頻率信號Ifr所指示驅動頻率相等并且具有電壓振幅信號Odv所指示的幅值。
以下詳細描述構成電機驅動裝置104的電機驅動器1a以及各個單元2c和3～7。
指令輸出確定單元3與根據第一實施例的電機驅動裝置101中的完全相同。輸出檢測器4與根據第二實施例的電機驅動裝置102中的完全相同。進而，位置檢驗器5和共振頻率確定單元6與根據第三實施例的電機驅動裝置103中的完全相同。
此第四實施例的電機驅動器1a從外部電源10接收具有恒定電壓電平的DC電壓Vp，并且，基于驅動頻率信號Ifr和電壓振幅信號Odv而向直線振動電機100施加AC電壓Vd，其中，此電壓的頻率與驅動頻率確定單元2c所確定的驅動頻率相等，并具有驅動電壓確定單元7所確定的幅值。作用到直線振動電機100上的AC電壓Vd包括DC電壓分量，此分量用于糾正直線振動電機100的往復式動子的振動中心位置。
進而，電機驅動器1a可通過采用晶體管的功率放大器或采用切換元件的變換器來實現。
如第一實施例所描述的，采用晶體管的功率放大器的特征在于它的電路結構容易實現，并且它的輸出電壓中的噪聲相對較小。進一步地，采用切換元件的變換器的特征在于它可高效率地驅動直線振動電機100。
驅動電壓確定單元7接收來自指令輸出確定單元3的輸出指令信號Oop和來自輸出檢測器4的輸出檢測信號Dop，并且，基于輸出指令信號Oop所示指令輸出的大小和輸出檢測信號Dop所示檢測輸出的大小之間的比較結果，確定直線振動電機100的驅動電壓的幅值，即，從電機驅動器1a向直線振動電機100提供的AC電壓Vd的幅值。
更具體地，當檢測輸出小于指令輸出時，AC電壓Vd的幅值被確定為較大值，相反，當檢測輸出大于指令輸出時，AC電壓Vd的幅值被確定為較小值。
雖然在此第四實施例中驅動電壓確定單元7確定作為驅動電壓施加到直線振動電機100上的AC電壓的幅值，但是，它也可確定AC電壓Vd的rms(均方根)值。同樣在此情形中，可以獲得與確定AC電壓幅值的情形相同的效果。
驅動頻率確定單元2c根據位置檢測信號Dposi所指示的動子位置而確定直線振動電機100的驅動頻率。
也就是說，當位置檢測器5所檢測的動子位置不超過預定基準位置時，驅動頻率確定單元2c設定驅動頻率為共振頻率信號Dreso所指示的共振頻率。另一方面，當所檢測的動子位置超過預定基準位置時，驅動頻率確定單元2c設定驅動頻率為高于共振頻率信號Dreso所指示共振頻率的頻率。
基于支撐動子的彈簧部件的彈性極限來確定基準位置。可替換地，基于動子的臨界位置來確定基準位置，其中，在此臨界位置上，動子碰撞構成直線振動電機的部件或碰撞包括直線振動電機的設備的部件。
下面描述電機驅動裝置104的操作。
在此第四實施例中，電機驅動裝置104驅動直線振動電機100，同時，調節作為驅動電壓施加到直線振動電機100上的AC電壓的幅值，以使電機輸出與所需輸出相匹配，并且基于動子位置而調節直線振動電機100的驅動頻率。
也就是說，在電機驅動裝置104中，當電機驅動器1a的輸出AC電壓Vd施加到直線振動電機100以開始直線振動電機100的操作時，位置檢測器5檢測直線振動電機100的往復式動子的位置Prm，并且，從位置檢測器5向驅動頻率確定單元2c輸出指示所檢測動子位置Prm的位置檢測信號Dposi。
進一步地，從共振頻率確定單元6向驅動頻率確定單元2c輸出指示直線振動電機100的共振頻率的共振頻率信號Dreso。
在驅動頻率確定單元2c中，基于位置檢測器5的位置檢測信號Dposi和共振頻率確定單元6的共振頻率信號Dreso而確定直線振動電機100的驅動頻率，并且向電機驅動器1a輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr。
具體而言，在驅動頻率確定單元2c中，與在第三實施例的驅動頻率確定單元2b中相同，當直線振動電機100的動子處于所檢測位置不超過預定基準位置的可允許行程狀態下時，直線振動電機100的驅動頻率設定為共振頻率確定單元6所確定的共振頻率。另一方面，當動子處于所檢測位置超過預定基準位置的超行程狀態下時，直線振動電機100的驅動頻率設定為比共振頻率確定單元6所確定共振頻率更高的頻率。
進而，在輸出檢測器4中，檢測直線振動電機100的電機輸出Omp，并且指示所檢測電機輸出的輸出檢測信號Dop輸出給驅動電壓確定單元7。在指令輸出確定單元3中，確定作為直線振動電機100所需電機輸出的目標輸出，并且，向驅動電壓確定單元7輸出指示已確定目標輸出的輸出指令信號Oop。
在驅動電壓確定單元7中，基于輸出檢測信號Dop和輸出指令信號Oop而確定提供給直線振動電機100的AC電壓Vd的幅值，并且，向電機驅動器1a提供指示已確定幅值的電壓振幅信號Odv。在確定幅值時，當檢測輸出Dop小于指令輸出Oop時，AC電壓Vd的幅值改變為較大值，相反，當檢測輸出Dop大于指令輸出Oop時，AC電壓Vd的幅值改變為較小值。
在電機驅動器1a中，基于驅動頻率信號Ifr和電壓振幅信號Odv而調節施加到直線振動電機100上的AC電壓Vd，以使AC電壓Vd的頻率與驅動頻率確定單元2c所確定的驅動頻率相匹配，并使它的幅值與驅動電壓確定單元7所確定的幅值相匹配。
如上所述，根據第四實施例的電機驅動裝置104設置有用于檢測動子位置的位置檢測器5和用于檢測直線振動電機100的電機輸出的輸出檢測器4，并且，調節作用到直線振動電機100上的AC電壓的幅值，以使電機輸出與所需輸出相匹配，并進一步地，基于所檢測的動子位置而確定直線振動電機100的驅動頻率。從而，通過調節AC電壓的幅值而執行對電機輸出的反饋控制，并且通過調節驅動頻率而防止動子靠臨界位置太近。
也就是說，通過反饋控制而把電機輸出總是維持為所需輸出。進一步地，在所檢測動子位置未達到基準位置的可允許行程狀態下，直線振動電機的驅動頻率設定為共振頻率，以執行直線振動電機的高效驅動。在所檢測動子位置超過基準位置的超行程狀態下，直線振動電機的驅動頻率設定得比共振頻率更高以減小動子的行程。
結果，即使在動子行程進一步增加而導致動子碰撞到直線振動電機100的內壁或者支撐動子的彈簧因其伸展超過臨界伸展值而損壞的狀態下，可增加直線振動電機的輸出，同時避免動子和電機主體之間的此種碰撞或支撐彈簧的損壞。
換句話說，在此第四實施例中，通過在動子行程長度固定為最大可允許行程長度的狀態下增加驅動頻率，有可能把直線振動電機100的電機輸出增加到所需輸出。從而，維持動子的行程長度，以使動子位置不超過基準位置，并且，產生所需電機輸出的AC電壓施加到直線振動電機上，由此，以所需的電機輸出驅動直線振動電機，在動子和電機主體之間不發生碰撞或支撐彈簧不發生損壞。
雖然在此第四實施例中，驅動頻率確定單元2c根據所檢測動子位置是否超過預定基準位置而執行驅動電壓的確定，但以下其它方法也可用于驅動電壓的確定。
<驅動頻率確定方法的修改例1>
圖4(b)為用于解釋根據第四實施例第一修改例的使用兩個基準位置的驅動頻率確定方法的圖形，此實例與圖3(b)所示的實例相似。
在第一修改例中，如圖4(b)所示，與第三實施例的驅動頻率確定單元2b相同，驅動頻率確定單元2c使用第一基準位置Pb1和第二基準位置Pb2來確定驅動頻率，其中，以與動子臨界位置Plim鄰近的順序來設置Pb1和Pb2。當動子的行程增加時，驅動頻率確定單元2c比較動子的檢測位置Px和第一基準位置Pb1，并且，當行程減小時，比較檢測位置Px和第二基準位置Pb2，由此確定驅動頻率。
如上所述，在使用兩個基準位置來確定驅動頻率的方法中，即使當檢測位置在基準點附近改變時，也可穩定地執行驅動頻率的確定。
<驅動頻率確定方法的修改例2>
當動子的檢測位置Px位于預定臨界區域Z1中時(參照圖3(c))，隨著檢測位置Px越靠近臨界位置Plim，驅動頻率確定單元2c設定驅動頻率Fx為比共振頻率更大的更高頻率。
如上所述，在使用臨界區域確定驅動頻率的方法中，在低輸出區域中驅動頻率可最大化，同時，在高輸出區域中可保持盡可能的高，并避免動子的碰撞或支撐彈簧的損壞。
<驅動電壓振幅確定方法的修改例>
雖然在此第四實施例中，電機驅動裝置104基于所檢測電機輸出和所需電機輸出而確定施加到直線振動電機100上的驅動電壓Vd的幅值，但也可基于所檢測動子位置以及所檢測電機輸出和所需電機輸出來確定驅動電壓Vd的幅值。
圖4(b)為用于解釋根據第四實施例的驅動電壓振幅確定方法的修改例的圖形，示出直線振動電機的四個操作條件DS1～DS4。
在此修改例中，當所檢測動子位置未超過基準位置時，驅動電壓確定單元7確定AC電壓Vd的幅值，以使所檢測電機輸出與所需電機輸出相匹配。也就是說，在所檢測電機輸出小于所需電機輸出的驅動狀態DS1下，驅動電壓確定單元7增加AC電壓Vd的幅值，并且，在所檢測電機輸出大于所需電機輸出的驅動狀態DS2下，驅動電壓確定單元7減小AC電壓Vd的幅值。
進一步地，在所檢測動子位置超過基準位置并且所檢測電機輸出小于所需電機輸出的驅動狀態DS3下，驅動電壓確定單元7調節供應電壓Vd的幅值，以使所檢測動子位置在預定范圍內。也就是說，當所檢測位置因動子行程長度增加而有可能在預定范圍之外時，驅動電壓確定單元7減小供應電壓Vd的幅值，并且相反，當所檢測位置因動子行程長度減小而有可能在預定范圍之外時，驅動電壓確定單元7增加AC電壓Vd的幅值。
進而，在所檢測動子位置超過基準位置并且所檢測電機輸出大于所需電機輸出的驅動狀態DS4下，驅動電壓確定單元7減小AC電壓Vd的幅值，以使所檢測電機輸出與所需電機輸出相匹配。
如上所述，基于所檢測電機輸出、所需電機輸出和所檢測動子位置而確定提供給直線振動電機100的電壓Vd的幅值。從而，在超行程狀態下，與驅動頻率確定單元2c執行的電機輸出控制和動子位置控制相同，驅動電壓確定單元7基于檢測位置而執行電機輸出控制和動子位置控制，從而，驅動電壓確定單元7的控制和驅動頻率確定單元2c的控制可平滑可靠地執行，在這些控制之間不會發生干擾。
圖5(a)為用于解釋根據本發明第五實施例的電機驅動裝置的框圖。
根據第五實施例的電機驅動裝置105設置有驅動頻率確定單元2d，以取代根據第四實施例的電機驅動裝置104的位置檢測器5和驅動頻率確定單元2c，其中，驅動頻率確定單元2d基于電壓振幅信號Odv而確定直線振動電機100的驅動頻率，其中，電壓振幅信號Odv是驅動電壓確定單元7的輸出。電機驅動裝置105的其它組件與第四實施例的電機驅動裝置104的完全相同。
具體地，包括在第五實施例的電機驅動裝置105中的電機驅動器1a、指令輸出確定單元3、輸出檢測器4、共振頻率確定單元6和驅動電壓確定單元7與第四實施例的電機驅動裝置104的完全相同。
此第五實施例的驅動頻率確定單元2d根據驅動電壓確定單元7的電壓振幅信號Odv所指示的幅值，亦即驅動電壓的幅值，是否超過預定基準位置，而確定直線振動電機100的驅動頻率，其中，驅動電壓幅值確定得使電機輸出匹配所需輸出。
也就是說，當電壓振幅信號Odv所指示的幅值未超過預定的恒定基準值時，驅動頻率確定單元2d設定直線振動電機100的驅動頻率為由共振頻率確定單元6輸出的共振頻率信號Dreso所指示的共振頻率。另一方面，當電壓振幅信號Odv所指示的幅值超過預定的恒定基準值時，驅動頻率確定單元2d設定直線振動電機100的驅動頻率為比共振頻率信號Dreso所指示共振頻率更高的特定頻率。具體地，特定頻率是比共振頻率高出預定頻率的頻率。
雖然在此第五實施例中，驅動頻率確定單元2d比較由驅動電壓確定單元7的電壓振幅信號Odv所指示的幅值和預定的恒定基準值，但是，驅動頻率確定單元2d也可對幅值與輸入到電機驅動器1a的DC電源的電壓值進行比較，或與通過用DC電源的電壓值進行預定計算得到的電壓值進行比較。
下面，描述根據第五實施例的電機驅動裝置105的操作。
在此第五實施例中，電機驅動裝置105調節施加到直線振動電機100上的AC電壓的幅值以使電機輸出與所需輸出相匹配，同時，以根據被調節的AC電壓幅值的驅動頻率來驅動直線振動電機100。
更具體地，在電機驅動裝置105中，當電機驅動器1a的輸出AC電壓Vd施加到直線振動電機100以開始直線振動電機100的操作時，輸出檢測器4檢測直線振動電機100所產生的電機輸出，并且，指示所檢測電機輸出的輸出檢測信號Dop輸出給驅動電壓確定單元7。在指令輸出確定單元3中，確定直線振動電機100所需的電機輸出，并且，向驅動電壓確定單元7輸出指示已確定電機輸出的輸出指令信號Oop。
接著，在驅動電壓確定單元7中，基于輸出檢測信號Dop和輸出指令信號Oop而確定提供給直線振動電機100的AC電壓Vd的幅值，并且，向驅動頻率確定單元2d和電機驅動器1a輸出指示已確定幅值的電壓振幅信號Odv。
進一步地，從共振頻率確定單元6向驅動頻率確定單元2d輸出指示直線振動電機100共振頻率的共振頻率信號Dreso。
在驅動頻率確定單元2d中，基于驅動電壓確定單元7的電壓振幅信號Odv和共振頻率確定單元6的共振頻率信號Dreso而確定直線振動電機100的驅動頻率，并且向電機驅動器1a輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr。具體而言，在驅動頻率確定單元2d中，當電壓振幅信號Odv所指示的幅值未超過預定的基準值時，直線振動電機100的驅動頻率被確定為它的共振頻率。另一方面，當所述幅值超過預定的基準值時，直線振動電機100的驅動頻率被確定為比共振頻率更高的頻率。
在電機驅動器1a中，基于驅動頻率信號Ifr和電壓振幅信號Odv而調節將要施加到直線振動電機100上的AC電壓Vd，以使AC電壓Vd的頻率與驅動頻率確定單元2d所確定的驅動頻率相等，并使它的幅值等于驅動電壓確定單元7所確定的幅值相等。
下面，使用數學表達式和表示邏輯依據的圖形來描述根據第五實施例的驅動裝置105的特征。
圖6(a)為示出直線振動電機的等效電路的圖形。
在圖6(a)中，L是作為直線振動電機組件的線圈的等效電感[H]，R為線圈的等效電阻[Ω]。進而，Vd(t)是施加到直線振動電機上的AC電壓的瞬時值[V]，并且，Id(t)是提供給直線振動電機上的AC電流的瞬時值[A]。進一步地，α是直線振動電機的推力常數[N/A]，v(t)是直線振動電機的動子的速度的瞬時值[m/s]，并且α·v(t)是因直線振動電機的驅動而產生的感應電動勢Vind的瞬時值[V]。
直線振動電機的推力常數α表示當單位電流[A]施加到直線振動電機上時產生的力[N]。進而，在用[N/A]表示推力常數α的單位的同時，此單位等效于[Wb/s]和[V·s/m]。
圖6(a)中所示的等效電路從基爾霍夫定律得到。從等效電路得到以下公式(1)，該公式表示直線振動電機的動子的速度的瞬時值、驅動電流的瞬時值和驅動電壓的瞬時值之間的關系。
α·v=V-R·I-Ldldt...(1)]]>由于在公式(1)中使用的因數α[N/A]、R[Ω]和L[H]是對于電機唯一的常數，因此，隨時間變化的變量是表示動子速度的瞬時值v(t)[m/s]的矢量v、表示驅動電壓的瞬時值Vd(t)[V]的矢量V、以及表示驅動電流的瞬時值Id(t)[A]的矢量I。
圖7(a)～7(d)為表示公式(1)中變量的矢量圖。在圖7(a)～7(d)中，動子速度的瞬時值v(t)[m/s]、作用電壓的瞬時值Vd(t)[V]和驅動電流的瞬時值Id(t)[A]之間的相位關系用與各個值對應的速度矢量v、電壓矢量V和電流矢量I表示。
進一步地，在圖7(a)～7(d)中，通過根據供應電流Id(t)相位的矢量來示出在等效電路的各個電路元件上產生的端電壓。在圖中，ω是提供給直線振動電機的AC電流Id(t)的頻率，α·v是表示感應電壓Vind(＝α·v(t))的電壓矢量，R·I是表示等效電阻的端電壓R·Id(t)的電壓矢量，ω·L·I是表示等效電感的端電壓ω·L·Id(t)的電壓矢量，并且，V0～V3是表示施加到直線振動電機上的電壓Vd(t)的電壓矢量。進而，φ是提供給直線振動電機的電壓Vd(t)和電流Id(t)之間的相位差，β是提供給直線振動電機的電流Id(t)和感應電壓Vind(＝α·v(t))之間的相位差。
直線振動電機100的動態特性通過圖6(b)所示的單一自由度粘性阻尼振動系統來建模。單一自由度粘性阻尼振動系統通過在單一自由度振動系統中增加用于衰減質量M振動的阻尼器D而獲得，單一自由度振動系統即為質量M由彈簧S支撐在基座B上以使它在單一方向(Y方向)上振動的振動系統。
當直線振動電機處于驅動狀態下時，如圖7(a)～7(d)所示，表示感應電壓Vind(＝α·v(t))的電壓矢量α·v、表示等效電阻的端電壓R·Id(t)的電壓矢量R·I、與表示等效電感的端電壓ω·L·Id(t)的電壓矢量ω·L·I的和等于表示作用電壓Vd的電壓矢量V。
進一步地，當直線振動電機處于共振狀態時，直線振動電機的動子速度v(t)的相位等于移動動子的電磁力的相位。而且，在直線振動電機中，感應電壓Vind(＝α·v(t))是動子速度v(t)的常數倍，并且供應電流Id(t)與移動動子的力成正比。相應地，當直線振動電機處于共振狀態(電壓矢量V＝V0)時，驅動電流Id(t)的相位與感應電壓Vind(＝α·v(t))的相位相等(參照圖7(a))。
同樣地，當重復作用到直線振動電機上的勵磁力(exciting force)的頻率，即驅動電流Id(t)的頻率，低于共振頻率(電壓矢量V＝V1)時，直線振動電機的動子速度v(t)的相位比移動動子的電磁力的相位，即驅動電流Id(t)的相位，滯后相位差β(參照圖7(b))。相反，當勵磁力的頻率高于共振頻率(電壓矢量V＝V2)時，直線振動電機的動子速度v(t)的相位比移動動子的電磁力的相位，即驅動電流Id(t)的相位，提前相位差β(參照圖7(c))。
從圖7(d)可看到，通過設定將要提供給直線振動電機100的電流Id(t)的頻率ω為比直線振動電機共振頻率更高的適當頻率，供應電流Id(t)的相位和供應電壓Vd(t)的相位變得相等。此時的電壓矢量V是V3(|V3|＜|V2|＜|V0|＜|V1|)。
當供應電流Id(t)的頻率ω設定為比共振頻率更高的頻率時(參照圖7(d))，與提供給直線振動電機的電流Id(t)的頻率ω是直線振動電機共振頻率的情形(參照圖7(a))相比，施加到直線振動電機上的電壓V(＝V3＜V0)減小。
相應地，當施加到直線振動電機上的AC電壓Vd的幅值不因電機驅動器1a的輸出電壓限制而增加時，通過設定施加到直線振動電機上的AC電壓的頻率為比共振頻率更高的適當頻率，可降低施加到直線振動電機上的所需電壓的幅值，同時電機輸出保持恒定，從而可在更高的輸出區域中驅動直線振動電機。
如上所述，根據第五實施例的電機驅動裝置105設置有指令輸出確定單元3，該單元用于確定直線振動電機100所需的電機輸出；輸出檢測器4，該器件用于直線振動電機100所產生的電機輸出；以及驅動電壓確定單元7，該單元基于檢測電機輸出和所需電機輸出而確定施加到直線振動電機100上的AC電壓的幅值。在如此構造的電機驅動裝置105中，確定施加到直線振動電機100上的電壓的幅值，以使電機輸出與所需輸出相匹配，并且，在已確定AC電壓的幅值超過預定的恒定值之前，設定直線振動電機的驅動頻率為共振頻率。當所需的AC電壓幅值超過預定值時，直線振動電機的驅動頻率設定為比共振頻率更高的頻率。從而，在已確定的供應電壓超過預定值之前，以最大效率驅動直線振動電機，并且，當已確定電壓的幅值超過預定值時，通過調節直線振動電機的驅動頻率而使供應電壓的幅值降低并且電機輸出保持恒定。結果，即使在因電源電壓的限制而不可能以共振頻率驅動直線振動電機的高輸出區域中也可驅動直線振動電機。
換句話說，在第五實施例的電機驅動裝置105中，直線振動電機的驅動電壓的振幅保持為最大允許值，而且，其驅動頻率設定為盡可能靠近共振頻率的頻率，從而，不降低驅動效率也可實現在以共振頻率驅動時不能產生的高電機輸出。
雖然在此第五實施例中，驅動頻率確定單元2d根據驅動電壓確定單元7所確定的驅動電壓的幅值是否超過預定基準位置而確定驅動頻率，但也可用以下其它方法來執行驅動頻率的確定。
<驅動頻率確定方法的修改例1>
圖5(b)為用于解釋根據第五實施例第一修改例的使用兩個基準位置的驅動頻率確定方法的圖形。
在此第一修改例中，如圖5(b)所示，驅動頻率確定單元2d使用第一基準值Ab1和比第一基準值更小的第二基準值Ab2來確定驅動頻率Fx。在此情況下，當動子的行程增加時(參照圖5(b)中的箭頭X2)，驅動頻率確定單元2d比較已確定幅值Ax和第一基準值Ab1，并且，當行程減小時(參照圖5(b)中的箭頭Y2)，比較已確定幅值Ax和第二基準值Ab2，由此確定驅動頻率Fx。在圖5(b)中，Alim是已確定幅值Ax的最大值，并且確定驅動頻率Fx的具體方法與如圖3(b)所示的基于檢測位置Px確定驅動頻率Fx的方法完全相同。
如上所述，在用兩個基準值確定驅動頻率的方法中，即使當已確定幅值在基準值附近改變時，也可穩定地執行驅動頻率的確定。
<驅動頻率確定方法的修改例2>
圖5(c)是用于解釋根據第五實施例第二修改例的使用預定臨界區域來取代基準值的驅動頻率確定方法的圖形。
在此第二修改例中，如圖5(c)所示，當已確定幅值Ax進入在基準值Arb和臨界值Alim之間設置的預定臨界區域Z2中時，驅動頻率確定單元2d根據已確定幅值Ax的變化而改變驅動頻率Fx。
臨界區域Z2的下限值Arb等于第五實施例所用的預定基準值，并且臨界區域Z2的上限值Aru小于臨界值Alim預定的量。進而，在臨界區域Z2中，已確定幅值Ax和驅動頻率Fx之間的關系是一次單調增加函數。當已確定幅值Ax小于臨界區域Z2的下限值Arb時，驅動頻率Fx維持為共振頻率Freso。當已確定幅值Ax超過臨界區域Z2的上限值Aru時，驅動頻率Fx設定為離共振頻率最遠的最大頻率Fmax。
在臨界區域Z2中設定驅動頻率Fx不僅可采用一次單調增加函數，也可采用以下表格或其它函數，所述表格或函數表示作為驅動頻率的頻率值和已確定幅值Ax與臨界區域Z2下限值Arb之差的對應關系。
如上所述，在使用臨界區域確定驅動頻率的方法中，當已確定幅值Ax小于臨界區域Z2的下限值Arb時，可最大效率地以共振頻率驅動直線振動電機。另一方面，當已確定幅值Ax在臨界區域Z2中時，可盡可能地抑制驅動頻率的下降，同時避免動子的碰撞或動子支撐彈簧的損壞。
圖8(a)為用于解釋根據本發明第六實施例的電機驅動裝置的框圖。
根據第六實施例的電機驅動裝置106設置有供應電壓檢測器8，該器件檢測電機驅動器1a的輸出AC電壓Vd；以及驅動頻率確定單元2e，該單元基于電機驅動器1a的檢測輸出電壓而確定驅動頻率，此單元取代根據第五實施例的電機驅動裝置105中的驅動頻率確定單元2d。電機驅動裝置106其它組件與第五實施例的電機驅動裝置105中的完全相同。
也就是說，根據第六實施例的電機驅動器1a、指令輸出確定單元3、輸出檢測器4、共振頻率確定單元6和驅動電壓確定單元7與第五實施例的電機驅動裝置105中的完全相同。
供應電壓檢測器8檢測從電機驅動器1a提供給直線振動電機100的AC電壓的電壓值，并輸出指示檢測電壓值的電壓檢測信號Ddv。電壓檢測信號Ddv指示電機驅動器1a的輸出電壓的幅值，并且有采用電阻型電勢分割的檢測方法作為檢測幅值的具體方法。
驅動頻率確定單元2e根據供應電壓檢測器8的電壓檢測信號Ddv所指示的電壓值是否超過預定的恒定基準值而確定直線振動電機100的驅動頻率。
更具體地，當電壓檢測信號Ddv所指示的電壓值未超過預定基準值時，驅動頻率確定單元2e設定直線振動電機的驅動頻率為由共振頻率確定單元6的輸出信號Dreso所指示的共振頻率。另一方面，當檢測電壓值超過預定基準值時，驅動頻率確定單元2e設定直線振動電機的驅動頻率為比由共振頻率確定單元6的輸出信號Dreso所指示的共振頻率更高的頻率。
雖然在此第六實施例中，驅動頻率確定單元2e比較驅動電壓檢測器8的電壓檢測信號Ddv所指示的電壓值和預定基準值，但是，驅動頻率確定單元2e也可對電壓檢測信號Ddv所指示的電壓值和輸入到電機驅動器1a中的DC電源的電壓值或用DC電源的電壓值進行預定計算得到的電壓值進行比較。
下面描述電機驅動裝置106的操作。
在此第六實施例中，電機驅動裝置106以根據其驅動電壓的檢測電平的驅動頻率來驅動直線振動電機100，同時，調節施加到直線振動電機100上的AC電壓的幅值以使電機輸出與所需電機輸出相匹配。
也就是說，在電機驅動裝置106中，當電機驅動器1a的輸出AC電壓Vd施加到直線振動電機100以開始直線振動電機100的操作時，輸出檢測器4檢測直線振動電機100所產生的電機輸出Omp，并且，指示所檢測電機輸出的輸出檢測信號Dop輸出給驅動電壓確定單元7。在指令輸出確定單元3中，確定作為直線振動電機100所需電機輸出的目標輸出，并且，向驅動電壓確定單元7輸出指示已確定目標輸出的輸出指令信號Oop。
接著，在驅動電壓確定單元7中，基于輸出檢測信號Dop和輸出指令信號Oop而確定直線振動電機100的驅動電壓的幅值，并且，向電機驅動器1a提供指示已確定幅值的電壓振幅信號Odv。
在供應電壓檢測器8中，檢測電機驅動器1a的輸出電壓，即，提供給直線振動電機100的實際AC電壓Vd的電壓值，并且，指示檢測AC電壓的電壓值的電壓檢測信號Ddv輸出給驅動頻率確定單元2e。
進一步地，向驅動頻率確定單元2e輸出指示直線振動電機100共振頻率的共振頻率信號Dreso。
在驅動頻率確定單元2e中，基于共振頻率信號Dreso和電壓檢測信號Ddv而確定直線振動電機100的驅動頻率，并且向電機驅動器1a輸出指示已確定驅動頻率的驅動頻率信號Ifr。
具體而言，在驅動頻率確定單元2e中，當被檢測供應電壓的電壓值未超過預定的恒定基準值時，直線振動電機100的驅動頻率被確定為由共振頻率確定單元6的輸出所指示的共振頻率。另一方面，當被檢測供應電壓的電壓值超過預定基準值時，直線振動電機100的驅動頻率被確定為比由共振頻率確定單元6的輸出所指示的共振頻率更高的頻率。
在電機驅動器1a中，基于電壓振幅信號Odv和驅動頻率信號Ifr而調節施加到直線振動電機上的AC電壓Vd，以使其頻率與驅動頻率確定單元2e所確定的驅動頻率相匹配，并使它的幅值變得與驅動電壓確定單元7所確定的幅值相等。
如上所述，根據第六實施例的電機驅動裝置106設置有用于檢測直線振動電機100的電機輸出Omp的輸出檢測器4；以及，供應電壓檢測器8，該器件用于檢測從電機驅動器1a提供給直線振動電機100的電壓Vd的電壓值，并且以根據電機驅動器1a的輸出電壓檢測值的驅動頻率驅動直線振動電機，同時調節電機驅動器1a施加到直線振動電機100上的輸出電壓的幅值，以使電機輸出與所需電機輸出相匹配。從而，在低輸出區域中也能以最大效率驅動直線振動電機，同時，在高輸出區域中產生比由驅動電壓最大振幅所確定的最大輸出更高的電機輸出。
也就是說，在驅動器輸出的檢測值超過預定基準值之前，即使在直線振動電機的電機輸出和直線振動電機所需的電機輸出之間有差異，在直線振動電機的驅動頻率設定為共振頻率的狀態下，通過根據驅動電壓的幅值調節電機輸出，也能以最大效率驅動直線振動電機。進一步地，當驅動器輸出電壓的檢測電平超過預定基準值時，通過設定直線振動電機的驅動頻率為比共振頻率更高的頻率，可以產生所需的電機輸出，而不增加驅動電壓的幅值。由此可在高輸出區域中驅動直線振動電機，不受電源的電壓電平的限制，并且使電機驅動頻率的降低最小化，并進一步地，可避免動子和電機主體之間的碰撞或支撐彈簧的損壞。
進而，在驅動器輸出電壓的檢測電平超過預定電平的狀態下，根據檢測電平的下降而把驅動頻率改變為靠近共振頻率的頻率，這樣，當所需電機輸出減小到驅動器輸出電壓的檢測電平變得低于預定電平的程度時，驅動頻率可平滑地返回到共振頻率。
雖然在此第六實施例中，驅動頻率確定單元2e根據驅動電壓檢測器8檢測的驅動電壓的電壓值是否超過預定基準值而執行驅動頻率的確定，但也可用以下其它方法來執行驅動頻率的確定。
<驅動頻率確定方法的修改例1>
圖8(b)為用于解釋根據第六實施例第一修改例的使用兩個基準值的驅動頻率確定方法的圖形。
在此第一修改例中，如圖8(b)所示，驅動頻率確定單元2e使用第一基準值Vb1和比第一基準值更小的第二基準值Vb2來確定驅動頻率Fx。在此情況下，當動子的行程增加時(參照圖8(b)中的箭頭X3)，驅動頻率確定單元2e比較檢測電壓值Vx和第一基準值Vb1，并且，當行程減小時(參照圖8(b)中的箭頭Y3)，比較檢測電壓值Vx和第二基準值Vb2，由此確定驅動頻率Fx。在圖8(b)中，Vlim是檢測電壓值Vx的最大值，并且，確定驅動頻率Fx的具體方法與如圖3(b)所示的基于檢測位置Px確定驅動頻率Fx的方法完全相同。
如上所述，在用兩個基準值確定驅動頻率的方法中，即使當檢測電壓值在基準值附近改變時，也可穩定地執行驅動頻率的確定。
<驅動頻率確定方法的修改例2>
圖8(c)是用于解釋根據第六實施例第二修改例的使用預定臨界區域來取代基準值的驅動頻率確定方法的圖形。
在此第二修改例中，如圖8(c)所示，當檢測電壓值Vx進入在基準值Vrb和臨界值Vlim之間設置的預定臨界區域Z3中時，驅動頻率確定單元2e根據檢測電壓值Vx的變化而改變驅動頻率Fx。
臨界區域Z3的下限值Vrb等于第六實施例所用的恒定基準值，并且臨界區域Z3的上限值Vru小于臨界值Vlim預定的量。進而，在臨界區域Z3中，檢測電壓值Vx和驅動頻率Fx之間的關系是一次單調增加函數。當檢測電壓值Vx小于臨界區域Z3的下限值Vrb時，驅動頻率Fx維持為共振頻率Freso。當檢測電壓值Vx超過臨界區域Z3的上限值Vru時，驅動頻率Fx設定為離共振頻率最遠的最大頻率Fmax。
在臨界區域Z3中設定驅動頻率Fx不僅可采用一次單調增加函數，也可采用以下表格或其它函數，所述表格或函數表示作為驅動頻率的頻率值和檢測電壓值Vx與臨界區域Z3下限值Vrb之差的對應關系。
如上所述，在使用臨界區域來確定驅動頻率的方法中，當檢測電壓值Vx小于臨界區域Z3的下限值Vrb時，可最大效率地以共振頻率驅動直線振動電機。另一方面，當檢測電壓值Vx在臨界區域Z3中時，可使驅動效率的降低最小化，同時避免動子的碰撞或動子支撐彈簧的損壞。
圖9是用于解釋根據本發明第七實施例的壓縮機驅動裝置的示意圖。
根據第七實施例的壓縮機驅動裝置207驅動用于壓縮空氣、氣體等的壓縮機40。壓縮機40的動力源是與根據第一實施例的直線振動電機100完全相同的直線振動電機46。進一步地，壓縮機驅動裝置207是用于驅動直線振動電機46的電機驅動裝置，并且它具有與第一實施例的直線振動電機101相同的結構。根據此第七實施例的壓縮機40以下稱作直線壓縮機，并且簡單描述此直線壓縮機40。
直線壓縮機40具有在預定軸線上相鄰的汽缸段41a和電機段41b。在汽缸段41a中，設置可沿軸向滑動支撐的活塞42。在汽缸段41a和電機段41b中設置活塞桿42a，活塞桿42a的一端固定到活塞42的后側，并且，在活塞桿42a的另一端設置在軸向方向上向活塞桿42a作用力的支撐彈簧43。
進而，磁鐵44固定到活塞桿42a上，并且電磁鐵45與磁鐵44相對地固定到電機段41b的一部分上，電磁鐵45包括外磁軛45a和嵌入到外磁軛45a中的定子線圈45b。在此直線壓縮機40中，直線振動電機46由電磁鐵45和固定到活塞桿42a上的磁鐵44構成。相應地，在直線壓縮機40中，由于在電磁鐵45和磁鐵44之間產生的電磁力以及彈簧43的彈力，活塞42在它的軸向方向上往復運動。
而且，在汽缸段41a中，形成壓縮室48，壓縮室48是由汽缸上部分內壁47a、活塞壓縮壁42b以及汽缸外圍內壁47b圍繞的封閉空間。在汽缸上部分內壁47a上開設進氣管40a的端部，進氣管40a用于從氣流通路吸入低壓氣體Lg到壓縮室48中。進一步地，在汽缸上部分內壁47a上開設排氣管40b的端部，排氣管40b用于從壓縮室48向氣流通路排出高壓氣體Hg。用于防止氣體回流的進氣閥49a和排氣閥49b分別固定到進氣管40a和排氣管40b上。
電機驅動裝置207把外部電源10的DC輸出電壓Vp轉換為AC驅動電壓Vd，并且把AC驅動電壓Vd作用到直線振動電機46上。也就是說，電機驅動控制裝置207包括如圖1所示的電機驅動器1、驅動頻率確定單元2和指令輸出確定單元3。電機驅動裝置207通過調節作用到直線振動電機46上的AC驅動電壓Vd的頻率而控制直線振動電機46所需的電機輸出。
在如此構造的直線壓縮機40中，通過電機驅動裝置207的驅動電壓間歇地作用到直線振動電機46上，活塞42在其軸向方向上往復運動，從而，重復地執行以下動作把低壓氣體Lg吸入到壓縮室48中，在壓縮室48中壓縮該氣體，并從壓縮室48排出壓縮過的高壓氣體Hg。
在直線壓縮機40操作的狀態下，基于直線振動電機46的操作條件而確定直線振動電機46所需的電機輸出，并且基于已確定的電機輸出而確定直線振動電機46的驅動頻率，進而，其頻率等于已確定驅動頻率的振幅固定的AC電壓Vd作用到直線振動電機46上。
如上所述，在根據第七實施例的直線壓縮機40中，通過調節作用到直線振動電機46上的AC電壓，控制作為直線壓縮機40動力源的直線振動電機46的電機輸出。從而，不改變作用到直線振動電機上的驅動電壓的電平就可控制直線壓縮機40的輸出，由此有利于輸出控制。進一步地，由于通過驅動頻率來控制直線壓縮機40的輸出，因此直線壓縮機可最大性能地操作，而不受其結構的限制，從而，與以旋轉型電機作為驅動源的壓縮機相同，可執行在額定性能時提供最大驅動效率的設計。結果，實現緊湊而有效的直線壓縮機。
圖10為用于解釋根據本發明第八實施例的空調器的框圖。
根據第八實施例的空調器208具有室內單元55和室外單元56，并執行制冷和供暖。空調器208包括用于在室內單元55和室外單元56之間循環制冷劑的直線壓縮機50a；以及用于驅動直線壓縮機50a的壓縮機驅動單元50b。壓縮機50a與根據第七實施例的具有直線振動電機46的直線壓縮機40完全相同。進而，壓縮機驅動單元50b是把外部電源10的DC輸出電壓Vp轉換為AC驅動電壓Vd的電機驅動單元，并把AC驅動電壓Vd作用到直線壓縮機50a的直線振動電機上，并且它在結構上與根據第七實施例的電機驅動裝置207完全相同。
更具體地，空調器208具有用于形成制冷劑循環路徑的直線壓縮機50a；四通閥54；節流閥(膨脹閥)53；室內熱交換器51；室外熱交換器52；以及用于驅動直線振動電機的電機驅動單元50b，其中，直線振動電機作為直線壓縮機50a的驅動源。
室內熱交換器51構成室內單元55，同時，節流閥53、室外熱交換器52、直線壓縮機50a、四通閥54和電機驅動單元50b構成室外單元56。
室內熱交換器51具有用于增加熱交換效率的鼓風機51a；以及用于測量熱交換器51的溫度或其環境溫度的溫度傳感器51b。室外熱交換器52具有用于增加熱交換效率的鼓風機52a；以及用于測量熱交換器52的溫度或其環境溫度的溫度傳感器52b。
在此第八實施例中，在室內熱交換器51和室外熱交換器52之間的制冷劑路徑中設置直線壓縮機50a和四通閥54。也就是說，在此空調器208中，四通閥54在以下兩種狀態下切換制冷劑沿箭頭A方向流動的狀態，已經過室外熱交換器52的制冷劑被吸入到直線壓縮機50a中，并且從直線壓縮機50a排出的制冷劑提供給室內熱交換器51；以及制冷劑沿箭頭B方向流動的狀態，已經過室內熱交換器51的制冷劑被吸入到直線壓縮機50a中，并且從直線壓縮機50a排出的制冷劑提供給室外熱交換器52。
進一步地，節流閥53具有以下兩個功能減小循環制冷劑流量的功能；以及作為自動控制制冷劑流量的閥門的功能。也就是說，在制冷劑在制冷劑循環路徑中循環的狀態下，節流閥53減小從冷凝器向蒸發器輸出的流體制冷劑的流量，以便膨脹流體制冷劑，并且提供蒸發器所需的合適量的制冷劑。
室內熱交換器51在供暖過程中作為冷凝器運行，而在制冷過程中作為蒸發器運行。室外熱交換器52在供暖過程中作為蒸發器運行，而在制冷過程中作為冷凝器運行。在冷凝器中，在其中流動的高溫高壓制冷劑氣體向吹進冷凝器中的空氣傳遞熱量，并且逐漸液化，在冷凝器出口附近得到高壓流體制冷劑。這等效于制冷劑向空氣散熱而液化。接著，其溫度和壓力被節流閥53降低的流體制冷劑流入蒸發器中。當在此狀態下室內空氣吹入蒸發器中時，流體制冷劑從空氣帶走大量的熱并蒸發，得到低溫低壓氣體制冷劑。在蒸發器中損失大量熱的空氣作為冷空氣從空調器的吹風口排出。
在根據第八實施例的空調器208中，當從電機驅動控制單元50b向直線壓縮機50a提供驅動電壓Vd時，制冷劑在制冷劑循環路徑中循環，并且在室內單元55的熱交換器51和室外單元56的熱交換器52中進行熱交換。也就是說，在空調器50中，通過用直線壓縮機50a循環在循環路徑中密封的制冷劑，在制冷劑循環路徑中形成眾所周知的熱泵循環。由此對房間執行供暖或制冷。
例如，當空調器50執行供暖時，通過用戶操作而設置四通閥54，以使制冷劑沿箭頭A方向流動。在此情況下，室內熱交換器51作為冷凝器運行，并且因制冷劑在制冷劑循環路徑中的循環而排出熱量。由此對房間供暖。
相反，當空調器50執行制冷時，通過用戶操作而設置四通閥54，以使制冷劑沿箭頭B方向流動。在此情況下，室內熱交換器51作為蒸發器運行，并且因制冷劑在制冷劑循環路徑中的循環而從環境空氣吸收熱量。由此對房間制冷。
在空調器208中，電機驅動單元50b基于在空調器上設定的目標溫度和實際的室溫和室外溫度而控制直線壓縮機50a的直線振動電機的輸出。由此，空調器208執行舒適的制冷和供暖。
如上所述，在根據第八實施例的空調器208中，由于以直線振動電機作為動力源的直線壓縮機50a用作壓縮和循環制冷劑的壓縮機，因此，與使用以旋轉型電機作為動力源的壓縮機的空調器相比，本發明壓縮機中的摩擦損失降低，進而，壓縮機密封高壓制冷劑和低壓制冷劑的密封性增強，導致壓縮機效率提高。
進而，在根據第八實施例的使用直線振動電機的壓縮機50a中，由于摩擦損失減少，因此潤滑油的使用量明顯減少，其中，潤滑油在使用旋轉型電機的壓縮機中是必不可少的。從而，可減少需要反復利用的廢油量等，并且，注入到壓縮機中的制冷劑的量可以減少，因為溶解到油中的制冷劑的量減少，從而有益于保護全球環境。
進一步地，在空調器208中，由于通過調節作用到直線振動電機的AC電壓的頻率而控制壓縮機的直線振動電機的電機輸出，因此，不需改變作用到直線振動電機的驅動電壓的電平，就可控制直線壓縮機50a的輸出，從而，有利于對空調器的性能控制。進而，由于借助驅動頻率控制直線壓縮機50a的輸出，因此，直線壓縮機可最大性能地運行，并不受其結構的限制，從而，與在第七實施例中一樣，可進行在額定性能時提供最大效率的設計。結果，實現緊湊而有效的直線壓縮機，進而，實現緊湊而有效的空調器。

圖11為用于解釋根據本發明第九實施例的電冰箱的框圖。
此第九實施例的電冰箱209包括直線壓縮機60a、壓縮機驅動單元60b、冷凝器61、蒸發器62和節流閥63。
直線壓縮機60a、冷凝器61、節流閥63和蒸發器62形成制冷劑循環路徑，并且，壓縮機驅動單元60b是用于驅動直線振動電機的電機驅動單元，其中，直線振動電機作為直線壓縮機60a的驅動源。直線壓縮機60a和壓縮機驅動單元60b分別與根據第七實施例的直線壓縮機40和電機驅動裝置207完全相同。
與根據第八實施例的空調器208的節流閥53相同，在制冷劑在制冷劑循環路徑中循環的狀態下，節流閥63減小從冷凝器61輸出的流體制冷劑的流量，以便膨脹流體制冷劑，并且向蒸發器62提供合適量的制冷劑。
冷凝器61冷凝流入其中的高溫高壓制冷劑氣體，并把制冷劑的熱量釋放給外部空氣。引入到冷凝器61中的制冷劑氣體向外部空氣傳遞熱量并逐漸液化，在冷凝器出口附近得到高壓流體制冷劑。
蒸發器62蒸發低溫制冷劑流體，以冷卻電冰箱內部。蒸發器62具有用于增加熱交換效率的鼓風機62a和用于檢測電冰箱內部溫度的溫度傳感器62b。
在電冰箱209中，電機驅動單元60b基于電冰箱的操作條件，即基于在電冰箱上設定的目標溫度和電冰箱內部溫度，而控制直線壓縮機60a的直線振動電機的輸出。
下面描述該操作。
在電冰箱209中，當從電機驅動單元60b向直線壓縮機60a的直線振動電機提供驅動電壓Vd時，直線壓縮機60a工作，并且制冷劑沿箭頭C方向在制冷劑循環路徑中循環，從而，在冷凝器61和蒸發器62中執行熱交換。因而，電冰箱的內部冷卻。
具體地，制冷劑在冷凝器61中被液化，并且借助節流閥63而減小制冷劑的流量，以便膨脹制冷劑，得到低溫流體制冷劑。當低溫流體制冷劑輸送到蒸發器62時，低溫流體制冷劑被蒸發，由此冷卻電冰箱內部。此時，電冰箱中的空氣通過鼓風機62a而強制輸送到蒸發器62，從而在蒸發器62中有效地執行熱交換。
進一步地，在電冰箱209中，電機驅動單元60b基于在電冰箱209上設定的目標溫度和電冰箱內部溫度而控制直線壓縮機60a的直線振動電機的輸出。由此，電冰箱209內的溫度維持在目標溫度。
如上所述，在根據第九實施例的電冰箱209中，由于以直線振動電機作為動力源的直線壓縮機60a用作壓縮和循環制冷劑的壓縮機，因此，與使用以旋轉型電機作為動力源的壓縮機的電冰箱相比，本發明壓縮機中的摩擦損失降低，進而，用于密封壓縮機中制冷劑的密封性增強，從而導致壓縮機的工作效率提高。
進而，在電冰箱209中，由于壓縮機中的摩擦損失減少，因此廢油量(消耗的潤滑油)和注入到壓縮機中的制冷劑的量減少，這與第八實施例的空調器208中的相同。從而，電冰箱209有益于保護全球環境。
而且，在電冰箱209中，由于通過調節作用到直線振動電機的AC電壓的頻率而控制壓縮機的直線振動電機的電機輸出，因此，與在第八實施例中一樣，不需改變直線壓縮機60a的驅動電壓的電平，就可控制直線壓縮機60a的輸出，從而，有利于對電冰箱的性能控制。進而，由于通過調節驅動頻率而控制直線壓縮機60a的輸出，因此，直線壓縮機可最大性能地運行，并不受其結構的限制，從而，與在第七實施例中一樣，可進行在額定性能時提供最大效率的設計。結果，實現緊湊而有效的直線壓縮機，進而，實現緊湊而有效的電冰箱。
圖12為用于解釋根據本發明第十實施例的低溫制冷器的框圖。
根據第十實施例的低溫制冷器210具有冷凍室(未示出)，并且以低溫(低于-50℃)冷凍該室。對于被低溫制冷器210冷凍的物體，有電磁電路元件，如用作超導體元件的電阻器、線圈、磁鐵；電子元件，如用于紅外線傳感器的低溫基準部件；醫療物體，如血液和內臟；以及食品，如金槍魚。
在低溫狀態下保存電子元件，通過除去熱噪聲而增加它們的工作效率或增加它們的敏感性。對于食品，在低溫狀態下保存易腐食品，有利于運輸、保鮮或執行冷凍干燥。
盡管低溫制冷器210的冷凍溫度隨應用而改變，但是它低于-50℃，并且，尤其在超導應用中，溫度在0～100K(絕對溫度)的較寬范圍中變化。例如，在高溫超導應用中，低溫制冷器210的冷凍溫度設定為大約50～100K，而在常溫超導應用中設定為大約0～50K。進而，當低溫制冷器210用于保持食品等的新鮮度時，冷凍溫度設定得比-50℃低一點。
以下詳細描述低溫制冷器210。
低溫制冷器210包括直線壓縮機70a、壓縮機驅動單元70b、散熱器71、蓄熱器72和節流閥73。
直線壓縮機70a、散熱器71、節流閥73和蓄熱器72形成制冷劑循環路徑。壓縮機驅動單元70b是用于驅動和控制直線振動電機的電機驅動單元，其中，直線振動電機作為直線壓縮機70a的驅動源。直線壓縮機70a和電機驅動單元70b分別與根據第七實施例的直線壓縮機40和電機驅動裝置207完全相同。
與第八實施例的節流閥53相同，節流閥73減少從散熱器71輸送到蓄熱器72的流體制冷劑，以便膨脹制冷劑。
與第九實施例的電冰箱209中的冷凝器61相同，散熱器71冷凝流入其中的高溫高壓制冷劑氣體，并且，把制冷劑的熱量釋放給外部空氣。
與第九實施例的蒸發器62相同，蓄熱器72蒸發低溫制冷劑流體以冷卻冷凍室內部，由此以低溫保存物體。蓄熱器72具有用于檢測物體溫度的溫度傳感器72b。蓄熱器72可具有如圖12所示的用于增加熱交換效率的鼓風機72a。
在低溫制冷器210中，電機驅動單元70b基于低溫制冷器210的操作條件，即基于在低溫制冷器210上設定的目標溫度和將要冷凍的物體的溫度，而控制直線壓縮機70a的直線振動電機的輸出。
在低溫制冷器210中，當從電機驅動單元70b向直線壓縮機70a的直線振動電機提供AC電壓Vd時，直線壓縮機70a工作，并且制冷劑沿箭頭D方向在制冷劑循環路徑中循環，從而，在散熱器71和蓄熱器72中執行熱交換。因而，冷凍室的內部被冷卻，并且室內的物體被冷凍。
也就是說，制冷劑在散熱器71中被液化，并且借助節流閥73而減小制冷劑的流量，以便膨脹制冷劑，得到低溫流體制冷劑。當低溫流體制冷劑輸送到蓄熱器72時，流體制冷劑被蒸發，由此冷卻冷凍室。
進而，在低溫制冷器210中，電機驅動單元70b基于在低溫制冷器210上設定的目標溫度和將要冷凍的物體的溫度而控制直線壓縮機70a的直線振動電機的輸出。由此，在低溫制冷器210中，將要冷凍的物體的溫度維持在目標溫度。
如上所述，在根據第十實施例的低溫制冷器210中，由于以直線振動電機作為動力源的直線壓縮機70a用作壓縮和循環制冷劑的壓縮機，因此，與使用以旋轉型電機作為動力源的壓縮機的低溫制冷器相比，本發明壓縮機中的摩擦損失降低，并進而，用于密封壓縮機中制冷劑的密封性增強，導致壓縮機的工作效率提高。
進而，在低溫制冷器210中，由于壓縮機中的摩擦損失減少，因此廢油量(消耗的潤滑油)和注入到壓縮機中的制冷劑的量減少，這與第八實施例的空調器208中的相同。從而，制冷器210有益于保護全球環境。
而且，在低溫制冷器210中，由于通過調節作用到直線振動電機的AC電壓的頻率而控制壓縮機的直線振動電機的輸出，因此，與在第八實施例中一樣，不需改變直線壓縮機70a的驅動電壓的電平，就可控制直線壓縮機70a的輸出，從而，有利于對低溫制冷器210的性能控制。進而，由于通過調節驅動頻率而控制直線壓縮機70a的輸出，因此，直線壓縮機可最大性能地運行，并不受其結構的限制，從而，與在第七實施例中一樣，可進行在額定性能時提供最大效率的設計。結果，實現緊湊而有效的直線壓縮機，進而，實現緊湊而有效的低溫制冷器。
圖13為用于解釋根據本發明第十一實施例的熱水供應單元的框圖。
根據第十一實施例的熱水供應單元211具有用于對供水進行加熱并排放熱水的制冷循環單元81a；熱水存儲器81b，該器件儲存從制冷循環單元81a排放的熱水；以及連接單元81a和存儲器81b的管道86a、86b、87a和87b。
制冷循環單元81a具有直線壓縮機80a、壓縮機驅動單元80b、空氣-制冷劑熱交換器82、節流閥83和水-制冷劑熱交換器85。
直線壓縮機80a、空氣-制冷劑熱交換器82、節流閥83和水-制冷劑熱交換器85形成制冷劑循環路徑。
壓縮機驅動單元80b驅動直線振動電機(未示出)，其中，直線振動電機作為直線壓縮機80a的驅動源。直線壓縮機80a與根據第七實施例的具有直線振動電機46的直線壓縮機40完全相同。進一步地，從外部電源10向壓縮機驅動單元80b提供DC電壓Vp，并且，單元80b在結構上與第七實施例的電機驅動裝置207完全相同。下面，在此第十一實施例中，壓縮機驅動單元80b稱作電機驅動單元80b。
節流閥83減小從水-制冷劑熱交換器85向空氣-制冷劑熱交換器82輸送的流體制冷劑的流量，以便膨脹流體制冷劑。
水-制冷劑熱交換器85是對提供給制冷循環單元81a的水進行加熱的冷凝器，并具有用于檢測熱水溫度的溫度傳感器85a。空氣-制冷劑熱交換器82是用于從環境大氣吸收熱量的蒸發器，并具有用于增加熱交換效率的鼓風機82a和用于檢測環境溫度的溫度傳感器82b。
在圖13中，參考號84代表用于沿著上述制冷劑循環路徑循環制冷劑的制冷劑管道，所述制冷劑循環路徑由直線壓縮機80a、水-制冷劑熱交換器85、節流閥83和空氣-制冷劑熱交換器82形成。除霜旁通管84a連接到制冷劑管道84，并且在旁通管84a的一部分上設置除霜旁通閥84b，其中，除霜旁通管84a用于向空氣-制冷劑熱交換器82提供從直線壓縮機80a排出的制冷劑，并旁通水-制冷劑熱交換器85和節流閥83。
熱水存儲器81b具有儲存水或熱水的熱水存儲箱88。從外部向存儲箱88提供水的水供應管88c連接到存儲箱88的水入口88c1，并且，從存儲箱88向浴缸提供熱水的熱水供應管88d連接到存儲箱88的熱水出88d1。進而，向外部提供儲存在存儲箱88中的熱水的熱水供應管89連接到存儲箱88的水出/入口88a。
存儲箱88和制冷循環單元81a的水-制冷劑熱交換器85通過管道86a、86b、87a和87b連接，并且在存儲箱88和水-制冷劑熱交換器85之間形成水循環路徑。
水供應管86b是用于從存儲箱88向水-制冷劑熱交換器85提供水的管道，并且，此管道的端部連接到存儲箱88的水出88b，同時另一端通過接頭87b1而連接到水-制冷劑熱交換器85的進水管87b。進一步地，在水供應管86b的端部上安裝排放閥88b1，該閥用于排放儲存在存儲箱88中的水或熱水。水供應管86a是用于從水-制冷劑熱交換器85向存儲箱88回水的管道，此管的一端連接到存儲箱88的水出/入口88a，而另一端通過接頭87a1而連接到水-制冷劑熱交換器85的排放管87a。
在水-制冷劑熱交換器85的進水管87b的一部分上設置泵87，泵87用于在水循環路徑中循環水。
進一步地，在熱水供應單元211中，電機驅動單元80b基于熱水供應單元的操作條件，即基于在熱水供應單元上設定的熱水目標溫度、從熱水存儲器81b向制冷循環單元81a中的水-制冷劑熱交換器85提供的水的溫度、以及室外溫度，而控制直線壓縮機80a的直線振動電機的電機輸出。
下面描述該操作。
當從電機驅動單元80b向直線壓縮機80a的直線振動電機(未示出)施加AC電壓Vd以運行直線壓縮機80a時，由直線壓縮機80a壓縮的高溫制冷劑沿箭頭E的方向循環，即它通過制冷劑管道84而提供給水-制冷劑熱交換器85。進一步地，當驅動水循環路徑中的泵87時，水從存儲箱88提供給水-制冷劑熱交換器85。
在水-制冷劑熱交換器85中，在制冷劑和從存儲箱88提供的水之間執行熱交換，從而，熱量從制冷劑轉移到水。也就是說，對提供的水進行加熱，并且向存儲箱88提供熱水。此時，通過冷凝溫度傳感器85a觀察熱水的溫度。
進而，在水-制冷劑熱交換器85中，通過上述熱交換而冷凝制冷劑，并且通過節流閥83來減小冷凝流體制冷劑的流量，從而制冷劑膨脹并輸送給空氣-制冷劑熱交換器82。在熱水供應單元211中，空氣-制冷劑熱交換器82作為蒸發器。也就是說，空氣-制冷劑熱交換器82從鼓風機82a所輸送的外部空氣吸收熱量，由此蒸發低溫流體制冷劑。此時，通過溫度傳感器82b觀察空氣-制冷劑熱交換器82的環境大氣的溫度。
進而，在制冷循環單元81a中，當空氣-制冷劑熱交換器82結霜時，除霜旁通閥84b打開，并且高溫制冷劑通過除霜旁通管84a提供給空氣-制冷劑熱交換器82。由此對空氣-制冷劑熱交換器82除霜。
另一方面，從制冷循環單元81a的水-制冷劑熱交換器85通過管道87a和86a向熱水存儲器81b提供熱水，并且，提供的熱水儲存在存儲箱88中。如果需要，存儲箱88中的熱水通過熱水供應管89提供給外部。尤其當向浴缸提供熱水時，存儲箱88中的熱水經過通向浴缸的熱水供應管88d提供給浴缸。
進而，當儲存在存儲箱88中的水或熱水的量變得低于預定量時，通過水供應管88c從外部提供水。
如上所述，在根據第十一實施例的熱水供應單元211中，由于以直線振動電機作為動力源的直線壓縮機80a用作在制冷循環單元81a中壓縮和循環制冷劑的壓縮機，因此，與使用以旋轉型電機作為動力源的壓縮機的熱水供應單元相比，本發明壓縮機中的摩擦損失降低，進而，用于密封壓縮機中制冷劑的密封性增強，從而導致壓縮機的工作效率提高。
進而，在熱水供應單元211中，由于壓縮機中的摩擦損失減少，因此廢油量(消耗的潤滑油)和注入到壓縮機中的制冷劑的量減少，這與第八實施例的空調器208中的相同。從而，熱水供應單元211有益于保護全球環境。
而且，在熱水供應單元211中，由于通過調節作用到直線振動電機的AC電壓的頻率而控制壓縮機的直線振動電機的輸出，因此，與在第八實施例中一樣，不需改變直線壓縮機80a的驅動電壓的電平，就可控制直線壓縮機80a的輸出，從而，有利于對熱水供應單元211的性能控制。進而，由于通過調節驅動頻率而控制直線壓縮機80a的輸出，因此，直線壓縮機可最大性能地運行，并不受其結構的限制，從而，與在第七實施例中一樣，可進行在額定性能時提供最大效率的設計。結果，實現緊湊而有效的直線壓縮機，進而實現緊湊而有效的熱水供應單元。
圖14為用于解釋根據本發明第十二實施例的手機的框圖。
此第十二實施例的手機212具有機械振動的振子90a和驅動振子90a的驅動單元90b。手機212通過振動來通知用戶有呼入等。
振子90a設置有重量部件93，部件93布置在殼體91中并由彈簧部件92振動支撐；固定到一部分重量部件93上的磁鐵93a；以及其中嵌入線圈94a的定子94，定子94布置在殼體91中，與重量部件93的磁鐵93a相對。直線振動電機95由固定到重量部件93上的磁鐵93a和嵌入到定子94中的線圈94a構成。在此直線振動電機95中，由于在線圈94a和磁鐵93a之間產生的電磁力以及彈簧部件92的彈性，重量部件93在彈簧部件92的伸展方向上往復運動。
驅動單元90b把包括在手機212中的電池10a的輸出電壓Vp轉換為AC電壓Vd，并向振子90a的直線振動電機95提供AC電壓Vd，作為驅動電壓。下面，在此第十二實施例中，驅動單元90b稱作電機驅動單元90b。與根據第一實施例的電機驅動裝置101相同，電機驅動單元90b具有圖1所示的電機驅動器1、驅動頻率確定單元2和指令輸出確定單元3。進一步地，與根據第一實施例的電機驅動裝置101相同，通過調節作用到直線振動電機95上的AC驅動電壓Vd的頻率而控制電機驅動電機95所需的電機輸出。
在如此構造的手機212中，當接電話時，從電機驅動單元90b向振子90a的直線振動電機95提供電力，從而，重量部件93在彈簧部件92的伸展方向上往復運動，并且，振子90a振動。
也就是說，當AC電壓Vd作用到線圈94a時，在定子94中產生AC磁場，并且磁場吸引磁鐵93a，從而，磁鐵93a和其上固定磁鐵93a的重量部件93開始往復運動。
在振子90a工作的狀態下，基于直線振動電機95的操作條件而確定直線振動電機95所需的電機輸出，并且基于已確定電機輸出而確定直線振動電機95的驅動頻率，并進一步地，其頻率等于已確定驅動頻率的振幅固定的AC電壓Vd作用到直線振動電機95上。從而，在手機212中，根據需要的方案而控制接收呼入時的振動的大小，并且根據用戶喜愛的振動方案等向用戶通知有呼入。
如上所述，在根據第十二實施例的手機212中，由于通過直線振動電機95產生機械振動，因此，與旋轉型電機所產生的振動的情形相比，機械振動在兩個自由度上變化，即振動數量和振幅變化，從而，通過振動向用戶通知有呼入等的振子90a可設置多種振動方案。
進一步地，在第十二實施例的手機212中，由于通過調節作用到直線振動電機上的AC電壓的頻率而控制直線振動電機的電機輸出，其中，直線振動電機是振動單元90a的動力源，因此，可在直線振動電機的驅動電壓的電平保持恒定的同時控制電機輸出，從而，容易控制手機的振動大小。進而，由于通過調節驅動頻率而控制直線振動電機95的輸出，因此，直線振動電機95以最大性能工作，而不受其結構的限制，由此產生更有力的振動。
雖然在此第十二實施例中，根據第一實施例的直線振動電機及其驅動裝置分別用作手機中通知用戶有呼入的振子以及它的驅動裝置，但是，根據第一實施例的直線振動電機和驅動裝置也可分別用作往復式電動剃須刀的動力源及其驅動裝置。
而且，雖然在第七至第十二實施例中，電機驅動單元具有與第一實施例的電機驅動裝置101相同的結構，但是，電機驅動單元也可具有與根據第二至第六實施例的任一電機驅動裝置102～106相同的結構。
工業應用性根據本發明的電機驅動裝置基于作用到直線振動電機上的AC電流的頻率，控制直線振動電機的輸出和動子行程中的至少一個，從而，直線振動電機能以最大輸出工作，而不受其結構的限制，從而在額定輸出時得到最大效率。
權利要求
1.一種用于驅動直線振動電機的電機驅動裝置，此電機具有可往復運動的動子和支撐動子的彈簧部件，所述電機驅動裝置包括電機驅動器，用于向直線振動電機提供AC電壓，作為驅動電壓；以及所述電機驅動器通過調節AC電壓的頻率而控制直線振動電機的電機輸出和動子行程中的至少一個。
2.如權利要求1所述的電機驅動裝置，進一步包括目標輸出確定單元，該單元用于確定作為直線振動電機所需電機輸出的目標輸出；驅動頻率確定單元，該單元基于已確定的目標輸出而確定直線振動電機的驅動頻率；以及所述電機驅動器通過調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率，以使該頻率等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率，而控制電機輸出。
3.如權利要求2所述的電機驅動裝置，進一步包括輸出檢測單元，該單元檢測直線振動電機的電機輸出；以及所述驅動頻率確定單元確定驅動頻率，以使檢測的電機輸出和已確定目標輸出之差變為零。
4.如權利要求1所述的電機驅動裝置，進一步包括驅動頻率確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動頻率；用于檢測動子位置的位置檢測單元；當動子的檢測位置未超過預定基準位置時，所述驅動頻率確定單元設定驅動頻率為使包括動子的彈簧振動系統達到共振狀態的共振頻率，并且，當動子的檢測位置超過基準位置時，所述驅動頻率確定單元設定驅動頻率為比共振頻率更高的頻率；以及所述電機驅動器通過調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率，以使該頻率等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率，而控制動子的行程。
5.如權利要求4所述的電機驅動裝置，其中，當動子的檢測位置超過基準位置時，所述驅動頻率確定單元把驅動頻率改變為使動子的檢測位置不超過基準位置的頻率。
6.如權利要求4所述的電機驅動裝置，進一步包括目標輸出確定單元，該單元用于確定作為直線振動電機所需電機輸出的目標輸出；輸出檢測單元，該單元檢測直線振動電機的電機輸出；驅動電壓確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動電壓的目標電壓值，以使檢測電機輸出和已確定目標輸出之差變為零；以及所述電機驅動器調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率和電壓值，以使AC電壓的電壓值變得等于驅動電壓確定單元所確定的目標電壓值，并使AC電壓的頻率變得等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率。
7.如權利要求4-6中任一項所述的電機驅動裝置，其中，基于支撐動子的彈簧部件的彈性限值而確定所述基準位置。
8.如權利要求4-6中任一項所述的電機驅動裝置，其中，基于動子可與構成直線振動電機的部件碰撞或與包括直線振動電機的設備的部件碰撞的位置而確定所述基準位置。
9.如權利要求1所述的電機驅動裝置，進一步包括驅動頻率確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動頻率；目標輸出確定單元，該單元用于確定作為直線振動電機所需電機輸出的目標輸出；輸出檢測單元，該單元檢測直線振動電機的電機輸出；驅動電壓確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動電壓的目標電壓值，以使檢測電機輸出和已確定目標輸出之差變為零；當已確定的目標電壓值未超過預定基準值時，所述驅動頻率確定單元設定驅動頻率為使包括動子的彈簧振動系統達到共振狀態的共振頻率，并且，當已確定的目標電壓值超過基準值時，所述驅動頻率確定單元設定驅動頻率為比共振頻率更高的頻率；以及所述電機驅動器通過調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率和電壓值，以使AC電壓的電壓值變得等于驅動電壓確定單元所確定的目標電壓值，并使AC電壓的頻率變得等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率，而控制電機輸出和動子的行程。
10.如權利要求9所述的電機驅動裝置，其中，基于為電機驅動器設置的DC電源的電壓值而確定所述基準值；以及當已確定的目標電壓值超過基準值時，所述驅動頻率確定單元把驅動頻率改變為使已確定的目標電壓值不超過基準值的頻率。
11.如權利要求1所述的電機驅動裝置，進一步包括驅動頻率確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動頻率；目標輸出確定單元，該單元用于確定作為直線振動電機所需電機輸出的目標輸出；輸出檢測單元，該單元檢測直線振動電機的電機輸出；驅動電壓確定單元，該單元用于確定直線振動電機的驅動電壓的目標電壓值，以使檢測電機輸出和已確定目標輸出之差變為零；驅動電壓檢測單元，該單元用于檢測直線振動電機的驅動電壓的實際電壓值；當檢測的實際電壓值未超過基于提供給電機驅動器的DC電壓的電壓值而確定的基準值時，所述驅動頻率確定單元設定驅動頻率為使包括動子的彈簧振動系統達到共振狀態的共振頻率，并且，當檢測的實際電壓值超過基準值時，所述驅動頻率確定單元設定驅動頻率為比共振頻率更高的頻率；以及所述電機驅動器通過調節提供給直線振動電機的AC電壓的頻率和電壓值，以使AC電壓的電壓值變得等于驅動電壓確定單元所確定的目標電壓值，并使AC電壓的頻率變得等于驅動頻率確定單元所確定的驅動頻率，而控制電機輸出和動子的行程。
12.一種設置有壓縮機的空調器，所述壓縮機具有汽缸和活塞，并通過活塞的往復運動而壓縮汽缸中的流體，所述空調器包括使活塞往復運動的直線振動電機，該電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；用于驅動直線振動電機的電機驅動單元；以及所述電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。
13.一種設置有壓縮機的電冰箱，所述壓縮機具有汽缸和活塞，并通過活塞的往復運動而壓縮汽缸中的流體，所述電冰箱包括使活塞往復運動的直線振動電機，該電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；用于驅動直線振動電機的電機驅動單元；以及所述電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。
14.一種設置有壓縮機的低溫冷凍器，所述壓縮機具有汽缸和活塞，并通過活塞的往復運動而壓縮汽缸中的流體，所述低溫冷凍器包括使活塞往復運動的直線振動電機，該電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；用于驅動直線振動電機的電機驅動單元；以及所述電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。
15.一種設置有壓縮機的熱水供應單元，所述壓縮機具有汽缸和活塞，并通過活塞的往復運動而壓縮汽缸中的流體，所述熱水供應單元包括使活塞往復運動的直線振動電機，該電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；用于驅動直線振動電機的電機驅動單元；以及所述電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。
16.一種設置有直線振動電機和電機驅動單元的手機，其中，直線振動電機用于產生振動，電機驅動單元用于驅動直線振動電機，所述手機包括所述直線振動電機具有定子和動子，所述動子由彈簧支撐以便形成包括動子的彈簧振動系統；以及所述電機驅動單元是如權利要求1-11中任一項所述的電機驅動裝置。
全文摘要
用于驅動直線振動電機的電機(100)驅動裝置(101)設置有指令輸出確定單元(3)，該單元用于確定直線振動電機所需的電機(100)輸出；以及驅動頻率確定單元(2)，該單元基于已確定的電機輸出而確定直線振動電機(100)的驅動頻率，并且，向直線振動電機(100)施加其頻率等于已確定驅動頻率的振幅固定的AC電壓(Vd)，從而，不需改變作用到直線振動電機(100)上的驅動電壓的幅值，就可控制直線振動電機(100)的輸出。
文檔編號H02K33/16GK1545758SQ03800868
公開日2004年11月10日 申請日期2003年7月15日 優先權日2002年7月16日
發明者植田光男, 中田秀樹, 吉田誠, 樹 申請人:松下電器產業株式會社