(57)【要約】【課題】コストを増加させることなく振動性能を向上させる。【解決手段】圧縮機１０は、圧縮機構１８及び該圧縮機構１８に駆動力を伝達する交流モータ１２を有する圧縮機本体１１と、圧縮機本体１１を駆動するための電源１３と、電源１３から得られる電力の電圧を所定の交流電圧に変換して交流モータ１２に印加するモータ制御部１４とを収容したパッケージ１６を備え、モータ制御部１４は、交流モータ１２を始動後、該交流モータ１２の回転数がパッケージ１６に共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より高い第１回転数に到達するまでの第１区間で、交流モータ１２の回転数を第１回転数上昇率で上昇させ、交流モータ１２の回転数が第１回転数に到達した後、第１回転数から該第１回転数より高い第２回転数までの第２区間で、交流モータ１２の回転数を第１回転数上昇率よりも実質的に小さい第２回転数上昇率で上昇させる。【選択図】図２
2014206049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構及び該圧縮機構に駆動力を伝達する交流モータを有する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動するための電源と、
前記電源から得られる電力の電圧を所定の交流電圧に変換して前記交流モータに印加するモータ制御部と
を収容したパッケージを備え、
前記モータ制御部は、
前記交流モータを始動後、該交流モータの回転数が前記パッケージに共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より高い第１回転数に到達するまでの第１区間で、前記交流モータの回転数を第１回転数上昇率で上昇させ、
前記交流モータの回転数が前記第１回転数に到達した後、前記第１回転数から該第１回転数より高い第２回転数までの第２区間で、前記交流モータの回転数を前記第１回転数上昇率よりも実質的に小さい第２回転数上昇率で上昇させることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記第１回転数上昇率は一定であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記第１回転数上昇率は、
前記交流モータを始動後、該交流モータの回転数が前記共振回転数域より高く、かつ前記第１回転数より低い第３回転数に到達するまで一定であり、且つ、
前記交流モータの回転数が前記第３回転数に到達した後、前記第１回転数に到達するまで、時間経過に伴って減少するものであって、
前記第２回転数上昇率との大小関係においては、前記第１区間における回転数上昇率の平均値とみなされるものであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記時間経過に伴って減少する回転数上昇率Ｕｄは下記式で表されることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
Ｕｄ＝ａ’−ｃ（ｔ−ｔ３） 
ａ’：定数
ｃ：定数
ｔ：交流モータ起動後の運転時間（ｓ）
ｔ３：交流モータ起動後、回転数が第３回転数に到達する時間（ｓ）
【請求項５】
前記第１回転数上昇率は、
前記交流モータを始動後、前記共振回転数域より低い第４回転数に到達するまで、時間経過に伴って増加し、且つ、
前記交流モータの回転数が前記第４回転数に到達した後、前記第１回転数に到達するまで、一定であって、
前記第２回転数上昇率との大小関係においては、前記第１区間における回転数上昇率の平均値とみなされることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記時間経過に伴って増加する回転数上昇率Ｕｉは下記（１）式または（２）式のいずれかで表されることを特徴とする請求項５に記載の圧縮機。
Ｕｉ＝ａ’’＊ｔ    ・・・（１）
Ｕｉ＝ａ’’ｃｏｓｔ    ・・・（２）
ａ’’：定数
ｔ：交流モータ起動後の運転時間（ｓ）
【請求項７】
圧縮機構及び該圧縮機構に駆動力を伝達する交流モータを有する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動するための電源と、
前記電源から得られる電力の電圧を所定の交流電圧に変換して前記交流モータに印加するモータ制御部と
を収容したパッケージを備える圧縮機の制御方法において、
前記交流モータを始動後、該交流モータの回転数が前記パッケージに共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より高い第１回転数に到達するまでの第１区間で、前記交流モータの回転数を第１回転数上昇率で上昇させ、
前記交流モータの回転数が前記第１回転数に到達した後、前記第１回転数から該第１回転数より高い第２回転数までの第２区間で、前記交流モータの回転数を前記第１回転数上昇率よりも実質的に小さい第２回転数上昇率で上昇させることを特徴とする圧縮機の制御方法。
【請求項８】
前記第１回転数上昇率は一定であることを特徴とする請求項７に記載の圧縮機の制御方法。
【請求項９】
前記第１回転数上昇率は、
前記交流モータを始動後、該交流モータの回転数が前記共振回転数域より高く、かつ前記第１回転数より低い第３回転数に到達するまで一定であり、且つ、
前記交流モータの回転数が前記第３回転数に到達した後、前記第１回転数に到達するまで、時間経過に伴って減少するものであって、
前記第２回転数上昇率との大小関係においては、前記第１区間における回転数上昇率の平均値とみなされることを特徴とする請求項７に記載の圧縮機の制御方法。
【請求項１０】
前記時間経過に伴って減少する回転数上昇率Ｕｄは下記式で表されることを特徴とする請求項９に記載の圧縮機の制御方法。
Ｕｄ＝ａ’−ｃ（ｔ−ｔ３） 
ａ’：定数
ｃ：定数
ｔ：交流モータ起動後の運転時間（ｓ）
ｔ３：交流モータ起動後、回転数が第３回転数に到達する時間（ｓ）
【請求項１１】
前記第１回転数上昇率は、
前記交流モータを始動後、前記共振回転数域より低い第４回転数に到達するまで、時間経過に伴って増加し、且つ、
前記交流モータの回転数が前記第４回転数に到達した後、前記第１回転数に到達するまで、一定であって、
前記第２回転数上昇率との大小関係においては、前記第１区間における回転数上昇率の平均値とみなされることを特徴とする請求項７に記載の圧縮機の制御方法。
【請求項１２】
前記時間経過に伴って増加する回転数上昇率Ｕｉは下記（１）式または（２）式のいずれかで表されることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機の制御方法。
Ｕｉ＝ａ’’＊ｔ    ・・・（１）
Ｕｉ＝ａ’’ｃｏｓｔ    ・・・（２）
ａ’’：定数
ｔ：交流モータ起動後の運転時間（ｓ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機において、起動時のモータの回転数が上昇する過程で、本体やモータ、固定部材の共振によりパッケージ全体が大きく振動することがある。これにより、装置自体の品質として好ましくないだけでなく、それらに接続されている配管等の部品の損傷につながる。
【０００３】
モータ等の振動源に直接接する構造物や、振動源からの振動を受ける構造物に振動低減部材を配設することにより振動を低減する対策（特許文献１）や、部材の強度を上げる対策等の共振点を変更する構造面での対策が行われている。しかしながら、振動低減部材の追加や構造の強化を行うためには、構造の再検討が必要となる。これにより、検討時間の増加、及び装置の部材費の増加につながり、結果的に装置のコストの増加につながる。
【０００４】
別の対策としては、モータ回転数の上昇率（回転数の差／時間）を大きくし、共振時間を短くすることで共振状態を低減することも考えられる。しかしながら、図６（ａ）に示すモータ回転数の上昇率から図６（ｂ）に示すモータ回転数の上昇率に、モータ回転数の上昇率を上げると、モータにかかるトルクが大きくなる。そのため、それに見合ったより大きなサイズのモータを使用する必要性が生じ、コストの増加につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３３１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、コストを増加させることなく振動性能を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明の圧縮機は、圧縮機構及び該圧縮機構に駆動力を伝達する交流モータを有する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動するための電源と、前記電源から得られる電力の電圧を所定の交流電圧に変換して前記交流モータに印加するモータ制御部とを収容したパッケージを備え、前記モータ制御部は、前記交流モータを始動後、該交流モータの回転数が前記パッケージに共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より高い第１回転数に到達するまでの第１区間で、前記交流モータの回転数を第１回転数上昇率で上昇させ、前記交流モータの回転数が前記第１回転数に到達した後、前記第１回転数から該第１回転数より高い第２回転数までの第２区間で、前記交流モータの回転数を前記第１回転数上昇率よりも小さい第２回転数上昇率で上昇させる構成としている。
【０００８】
この構成によれば、起動時、パッケージの共振回転数域より高い第１回転数に到達するまでの第１区間で、第２区間の第２回転数上昇率よりも大きい第１回転数上昇率で交流モータの回転数を上昇させるので、圧縮機に共振が発生する時間を比較的短くすることができ、振動性能を向上させることができる。
起動時から第１回転数に到達するまでの比較的短時間のみ、トルクが比較的大きな状態で交流モータを作動させるようにできるので、交流モータのサイズアップの必要性を排除できる。
したがって、コストを増加させることなく振動性能を向上させることができる。
【０００９】
前記第１回転数上昇率は一定であることが好ましい。この構成によれば、制御を単純化できる。
【００１０】
前記第１回転数上昇率は、前記交流モータを始動後、該交流モータの回転数が前記共振回転数域より高く、かつ前記第１回転数より低い第３回転数に到達するまで一定であり、前記交流モータの回転数が前記第３回転数に到達した後、前記第１回転数に到達するまで、時間経過に伴って減少することが好ましい。この構成によれば、圧縮機の作動において、第１区間から第２区間へ移行する際、交流モータの回転数上昇率の変化を小さくできるので、交流モータにかかるトルクの変化を小さくでき、すなわちトルク変動負荷を小さくできる。
【００１１】
前記第１回転数上昇率は、前記交流モータを始動後、前記共振回転数域より低い第４回転数に到達するまで、時間経過に伴って増加し、前記交流モータの回転数が前記第４回転数に到達した後、前記第１回転数に到達するまで、一定であることが好ましい。この構成によれば、圧縮機の作動において、起動時の交流モータの回転数上昇率の変化を小さくできるので、交流モータにかかるトルクの変化を小さくでき、すなわちトルク変動負荷を小さくできる。
【００１２】
前記課題を解決するための手段として、本発明の圧縮機の制御方法は、圧縮機構及び該圧縮機構に駆動力を伝達する交流モータを有する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動するための電源と、前記電源から得られる電力の電圧を所定の交流電圧に変換して前記交流モータに印加するモータ制御部とを収容したパッケージを備える圧縮機の制御方法において、前記交流モータを始動後、該交流モータの回転数が前記パッケージに共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より高い第１回転数に到達するまでの第１区間で、前記交流モータの回転数を第１回転数上昇率で上昇させ、前記交流モータの回転数が前記第１回転数に到達した後、前記第１回転数から該第１回転数より高い第２回転数までの第２区間で、前記交流モータの回転数を前記第１回転数上昇率よりも実質的に小さい第２回転数上昇率で上昇させる方法とする。
【００１３】
この方法によれば、起動時、パッケージの共振回転数域より高い第１回転数に到達するまでの第１区間で、第２区間の第２回転数上昇率よりも実質的に大きい第１回転数上昇率で交流モータの回転数を上昇させるので、圧縮機に共振が発生する時間を比較的短くすることができ、振動性能を向上させることができる。
起動時から第１回転数に到達するまでの比較的短時間のみ、トルクが比較的大きな状態で交流モータを作動させるようにできるので、交流モータのサイズアップの必要性を排除できる。
したがって、コストを増加させることなく振動性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、起動時、パッケージの共振回転数域より高い第１回転数に到達するまでの第１区間で、第２区間の第２回転数上昇率よりも実質的に大きい第１回転数上昇率で交流モータの回転数を上昇させるので、圧縮機に共振が発生する時間を比較的短くすることができ、振動性能を向上させることができる。
起動時から第１回転数に到達するまでの比較的短時間のみ、トルクが比較的大きな状態で交流モータを作動させるようにできるので、交流モータのサイズアップの必要性を排除できる。
したがって、コストを増加させることなく振動性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の制御方法を適用する圧縮機の全体構成を示す図。
【図２】第１実施形態の圧縮機の制御方法を適用したモータの回転数と時間との関係を示す図。
【図３】第１実施形態の圧縮機の制御方法を適用したモータの性能曲線を示す図。
【図４】（ａ）は第２実施形態の圧縮機の制御方法を適用したモータの回転数と時間との関係を示す図、（ｂ）は第２実施形態の圧縮機の制御方法を適用したモータの性能曲線を示す図。
【図５】（ａ）は第３実施形態の圧縮機の制御方法を適用したモータの回転数と時間との関係を示す図、（ｂ）は第３実施形態の圧縮機の制御方法を適用したモータの性能曲線を示す図。
【図６】（ａ）はモータの回転数と共振時間との一般的な関係を示す図、（ｂ）は（ａ）のモータの回転数上昇率より大きな回転数上昇率でモータを作動させたときのモータの回転数と共振時間との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の制御方法を適用する圧縮機１０の全体構成を示す。圧縮機１０は、圧縮機本体１１、交流モータ１２（以下、モータ１２という。）、電源１３、及びモータ制御部１４を備え、これらは箱状のパッケージ１６に収容され、それぞれパッケージ１６の固定部（図示せず）に固定されている。パッケージ１６内部の圧縮機本体１１には、外部に導かれたホース等の連結部材（図示せず）が連結されている。
【００１８】
圧縮機本体１１は、回転軸１７を有する圧縮機構１８を備え、モータ１２で回転軸１７を通じて圧縮機構１８を回転駆動することにより、吸込口（図示せず）から作動媒体を吸込みつつ圧縮機構１８で圧縮し、吐出口（図示せず）から作動媒体を吐出する構成とした回転式圧縮機である。モータ１２は、３相交流モータである。電源１３は、交流の商用電源が接続される制御用電源であり、圧縮機本体１１を駆動するためのものである。モータ制御部１４は、直流電力を交流電力に逆変換する機能（図示せず）と交流電力を直流電力に順変換する機能（図示せず）とを備え、電源１３から得られる交流電力を直流電力に順変換した後、順変換した直流電力の電圧を所定の交流電圧に変換して交流モータ１２に印加する。モータ制御部１４は、モータ１２を所望の回転数で回転させるように制御する。
【００１９】
本発明の第１実施形態の圧縮機１０の制御方法について説明する。モータ１２の始動トルクが第１トルクＴ１となるように圧縮機１０を起動すると、トルク（Ｔ）と回転数（ｆ）の関係を示す図３の性能曲線（Ｉ）に従うようにモータ１２の回転数が上昇する（図２）。パッケージ１６に共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より高い第１回転数ｆ１に到達するまでの第１区間（始動時〜ｔ１（ｓ））では、モータ制御部１４は、モータ１２の回転数を予め定められた第１回転数上昇率Ｕ１（回転数の差／時間）で上昇させる。第１回転数上昇率Ｕ１は一定である。モータ１２の回転数が第１回転数ｆ１に到達した後、モータ制御部１４は、始動トルクが第１トルクＴ１より小さい第２トルクＴ２である性能曲線（II）に従う所定の交流電圧をモータ１２に印加する。すなわち、第１回転数ｆ１（ｒｐｍ）から定格回転数（圧縮機１０の負荷トルクと等しくなる回転数）である第２回転数ｆ２（ｒｐｍ）までの第２区間（ｔ１〜ｔ２（ｓ））では、モータ制御部１４は、モータ１２の回転数を予め定められた、第１回転数上昇率Ｕ１よりも小さい第２回転数上昇率Ｕ２で所望の回転数に上昇させる。第２回転数上昇率Ｕ２は一定である。なお、第１回転数上昇率Ｕ１、及び第２回転数上昇率Ｕ２は、それぞれ以下の（１）式、（２）式で表される。
【００２０】
【数１】
2014206049.tif 000003
【００２１】
本発明によれば、起動時、パッケージ１６の共振回転数域より高い第１回転数ｆ１に到達するまでの第１区間で、第２区間の第２回転数上昇率よりも大きい第１回転数上昇率でモータ１２の回転数を上昇させるので、圧縮機１０に共振が発生する時間を比較的短くすることができ、振動性能を向上させることができる。
起動時から第１回転数に到達するまでの比較的短時間のみ、トルクが比較的大きな状態でモータ１２を作動させるようにできるので、モータ１２のサイズアップの必要性を排除できる。
したがって、コストを増加させることなく振動性能を向上させることができる。また、圧縮機１０の故障の発生を抑制できる。また、第１回転数上昇率を一定とすることにより、制御を単純化できる。
【００２２】
（第２実施形態）
モータ１２の始動トルクが第１トルクＴ１より大きい第３トルクＴ３となるように圧縮機１０を起動すると、図４（ｂ）の性能曲線（III）に従うようにモータ１２の回転数が上昇する（図４（ａ））。パッケージ１６に共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より高い第３回転数ｆ３に到達するまでの第３区間（第１区間の一部（始動時〜ｔ３（ｓ））である。）では、モータ制御部１４は、モータ１２の回転数を予め定められた第３回転数上昇率Ｕ３（第１回転数上昇率の一部である。）で上昇させる。第３回転数上昇率Ｕ３は一定である。モータ１２の回転数が第３回転数ｆ３に到達した後、モータ制御部１４は、第１区間の終了する第１回転数ｆ１に到達するまで、モータ１２の回転数上昇率（第１回転数上昇率の一部の第５回転数上昇率である。）を時間経過に伴って減少させるようにモータ１２に所定の交流電圧を印加する。したがって、第２実施形態では、第１区間の終了する第１回転数ｆ１に到達するまでの第１回転数上昇率Ｕ１３５が、一定（第３回転数上昇率）から漸減（第５回転数上昇率）へと変化する。モータ１２の回転数が第１回転数ｆ１に到達した後は第１実施形態と同様である。なお、第１回転数上昇率Ｕ１３５、第３回転数上昇率Ｕ３、及び第５回転数上昇率Ｕ５は、以下の（３）〜（５）式で表される。
【００２３】
【数２】
2014206049.tif 000004
【００２４】
本発明によれば、第１区間における回転数上昇率の平均値が、第２回転数上昇率よりも大きく、第１回転数上昇率が実質的に第２回転数上昇率よりも大きいため、換言すると、第２回転数上昇率が第１回転数上昇率よりも実質的に小さいため、圧縮機１０の作動において、第１区間から第２区間へ移行する際、モータ１２の回転数上昇率の変化を小さくできるので、モータ１２にかかるトルクの変化を小さくでき、すなわちトルク変動負荷を小さくできる。
【００２５】
（第３実施形態）
モータ１２の始動トルクが第２トルクＴ２より小さい第４トルクＴ４となるように圧縮機１０を起動すると、図５（ｂ）の性能曲線（IV）に従うようにモータ１２の回転数が上昇する（図５（ａ））。パッケージ１６に共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より低い第４回転数ｆ４に到達するまでの第４区間（第１区間の一部（始動時〜ｔ４（ｓ））である。）では、モータ制御部１４は、モータ１２の回転数上昇率（第１回転数上昇率の一部の第４回転数上昇率である。）を時間経過に伴って増加させるようにモータ１２に所定の交流電圧を印加する。モータ１２の回転数が第４回転数ｆ４に到達した後、パッケージ１６に共振が生じる回転数の範囲として予め定められた共振回転数域より高い第１回転数ｆ１に到達するまで、モータ制御部１４は、モータ１２の回転数を予め定められた、第４回転数上昇率より大きい一定の第６回転数上昇率（第１回転数上昇率の一部である。）で上昇させて、第１区間の終了する第１回転数ｆ１に到達させる。したがって、第３実施形態では、第１区間の終了する第１回転数ｆ１に到達するまでの第１回転数上昇率Ｕ１４６が、漸増（第４回転数上昇率）から一定（第６回転数上昇率）へと変化する。モータ１２の回転数が第１回転数ｆ１に到達した後は第１実施形態と同様である。なお、第１回転数上昇率Ｕ１４６、第４回転数上昇率Ｕ４、及び第６回転数上昇率Ｕ６は、以下の（６）〜（８）式で表される。
【００２６】
【数３】
2014206049.tif 000005
【００２７】
本発明によれば、第１区間における回転数上昇率の平均値が、第２回転数上昇率よりも大きく、第１回転数上昇率が実質的に第２回転数上昇率よりも大きいため、換言すると、第２回転数上昇率が第１回転数上昇率よりも実質的に小さいため、圧縮機１０の作動において、起動時のモータ１２の回転数上昇率の変化を小さくできるので、モータ１２にかかるトルクの変化を小さくでき、すなわちトルク変動負荷を小さくできる。
【００２８】
なお、本発明の圧縮機１０は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、圧縮機構１８は、スクリュー式、スクロール式、ベーン式、あるいはルーツ式等のいずれの回転式圧縮機構であってもよい。また、電源１３は、直流電源であってもよい。また、モータ制御部１４は、物理的に1つに纏まったものでなくてもよく、機能で分けられる複数のものが機能的に１つに纏ったものであってもよい。第１回転数上昇率Ｕ１について、Ｕ１＝ａｔも適用できる。また、第４回転数上昇率Ｕ４について、Ｕ４＝ａ’’ｃｏｓｔも適用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  圧縮機
１１  圧縮機本体
１２  交流モータ
１３  電源
１４  モータ制御部
１６  パッケージ
１７  回転軸
１８  圧縮機構
【図１】
2014206049.tif 000006
【図２】
2014206049.tif 000007
【図３】
2014206049.tif 000008
【図４】
2014206049.tif 000009
【図５】
2014206049.tif 000010
【図６】
2014206049.tif 000011