(57)【要約】【課題】圧縮機負荷トルク変動が小さい場合、圧縮機のピストンに対応するモータ回転位置が特定できず、最適なトルク制御ができない。【解決手段】往復動による圧縮要素１０４を有するレシプロ式圧縮機１０５と、前記圧縮要素１０４を駆動する永久磁石を回転子に有した同期モータ１０３と、前記同期モータ１０３に交流電流を流すとともに回転数を可変速して前記圧縮機の冷凍能力を可変とするためのインバータ１０２と、前記同期モータ１０３の１回転中の基準回転位置を確定できない場合は、前記同期モータ１０３の回転数をシフトダウンして意図的に負荷トルク変動を増加させることにより、確実に基準回転位置を検出でき、安定してトルク制御を動作させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動による圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有した同期モータと、前記同期モータに交流電流を流すとともに回転数を可変速して前記圧縮機の冷凍能力を可変とするためのインバータと、前記同期モータの１回転中の基準回転位置を確定できない場合は、前記同期モータの回転数をシフトダウンして意図的に負荷トルク変動を増加させることにより、基準回転位置を検出する基準回転位置検出モードを備え、前記基準回転位置を基にトルク制御を動作させる制御装置とからなるレシプロ式圧縮機の駆動装置。
【請求項２】
基準回転位置検出モードにおいて同期モータの最低回転数までシフトダウンしても基準回転位置を検出できない場合は、負荷トルク変動は小さいと判断してトルク制御を適用しないことを特徴とする請求項１記載のレシプロ式圧縮機の駆動装置。
【請求項３】
基準回転位置検出モードは、基準回転位置を検出できない場合に同期モータの回転数を段階的にシフトダウンする方式とし、検出結果に対応してモータの回転数のシフトダウン段数を切替えることを特徴とする請求項１または２記載のレシプロ式圧縮機の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に冷凍冷蔵庫用に用いられるインバータ駆動のレシプロ式圧縮機に関するものであり、特に１回転中に負荷トルクが大きく変動する往復運動による圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機の駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータは効率が高く、近年、冷凍システムに用いられる圧縮機などにも多く使用されるようになってきた。また、ブラシレスモータは回転数をモータに印加している電圧をパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御と呼ぶ）によって変化させることによって簡単にできることが良く知られている。
【０００３】
このため、冷凍冷蔵庫において、温度が安定している時には回転数を低下させ、圧縮機を含む冷凍システム全体の効率を高め、省エネルギーを実現させている。
しかしながら、冷凍冷蔵庫によく使用されるレシプロ式圧縮機は、１回転のうち半回転が冷媒の吸入工程であり、あとの半回転が圧縮・吐出工程である。そのため、吸入工程において、負荷トルクはほとんど不要である反面、圧縮・吐出工程では大きな負荷トルクが必要である。
【０００４】
一方、ブラシレスモータのモータトルクは１回転中ほぼ一定のトルクを出しており、そのため負荷トルクとモータトルクの関係から１回転中に回転数（すなわち角速度）の変動が起きている。この回転数変動は振動発生の要因となり、更なる省エネルギーを行うための低回転数化の大きな支障となっていた。
【０００５】
また、高回転においては圧縮機の回転系（ロータ、シャフト、ピストンなど）の慣性モーメントによるエネルギーが十分に大きくなり、負荷トルク変動を十分に打ち消せるものとなり、この振動は問題にはならない程度のものになる。これらの現象に対して、従来から低回転において、負荷トルクに応じたモータトルクを発生させて、１回転中の回転数変動を抑えることにより圧縮機の振動を抑制するという取り組みがなされている。（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
以下従来の圧縮機の駆動装置について図面を参照しながら説明する。
図４は、一般的なレシプロ式圧縮機の縦断面図である。密閉容器１内に３相巻線を持つ固定子２１と永久磁石をもつ回転子２２とからなるブラシレスモータ２と軸受体４上に配置されたシリンダ５、ピストン６等と回転子２２に嵌合され、回転運動を偏心部３１によりピストン６の往復運動に変換するための回転軸３等からなる圧縮機構部を有する。
【０００７】
一般的に、レシプロ式圧縮機においては、内部防振構造が用いられており、すなわち、ブラシレスモータ２および圧縮機構部より構成される構造体を支持する支持バネ８や、圧縮機構部より吐出されるガスを導くためのループパイプ９等で負荷に応じて発生するトルク変動による構造体の振動を減衰させ、振動あるいは騒音をコントロールする手法がとられている。
【０００８】
レシプロ式圧縮機においては、支持バネ８やループパイプ９等で構造体の振動を減衰させるような構造を取り入れていることと合わせ、回転子２２や回転軸３に適度な慣性モーメントを持たせることにより、密閉容器１の外部に振動が伝わらないように工夫されている。
【０００９】
しかしながら、このレシプロ式圧縮機をインバータ制御を用いて回転数を変化させる制御を行った場合、特に回転数が低い部分で、慣性モーメントによる振動抑制が限界を迎え、構造的に振動を抑えることは著しく困難となる。これらの現象に対して、従来から、低速回転において負荷トルクに応じたモータトルクを発生させて、１回転中の回転数変動を抑えることにより圧縮機の振動を抑制するという取り組みがなされている（例えば特許文献１参照）。
【００１０】
図５は、従来の圧縮機の負荷トルクとモータトルクとの関係を示すタイミング図である。
【００１１】
図５においてモータトルクの制御方法としては、同期モータの１回転中を１／３回転の区間Ａ（主に圧縮・吐出工程）とその他の区間Ｂ（主に吸入工程）とに分割し、区間Ａにおけるモータ電流を区間Ｂにおけるモータ電流よりも多く流すようにＰＷＭ制御のデューティ幅を区間Ａで大きくすることにより、レシプロ式圧縮機負荷トルク変動に対して、非常に簡単なシステムでかつ入力電力を大きく上げることなく、振動低減されるというものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の制御方法では圧縮機ピストンの往復動によって生じる負荷トルク変動に応じてＰＷＭ制御のデューティ幅を切替えるので、圧縮機の吸入・吐出工程に対応する回転子２２の回転位置を特定する必要があるが、圧縮機の吸入・吐出工程位置に対応する回転子２２の回転位置の特定に関する記載は無く、詳細な制御は不明であった。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、負荷トルク変動量が小さい場合でも確実に基準回転位置を検出し、安定してトルク制御を開始させることが可能なレシプロ式圧縮機の駆動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記従来の課題を解決するために、本発明のレシプロ式圧縮機の駆動装置は、基準回転位置を検出できない場合は、圧縮機回転数をシフトダウンして負荷トルク変動量を意図的に増加させて確実に基準回転位置を検出する制御装置からなるものである。
【００１６】
これによって、負荷トルク変動が低く、モータ１回転内の速度変動が小さい場合でも確実に基準回転位置を検出し、トルク制御を適応して圧縮機振動を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のレシプロ式圧縮機の駆動装置は、負荷トルク変動が低く、モータ１回転内の速度変動が小さい場合でも確実に基準回転位置を検出し、最適なトルク制御を実施できることによって、圧縮機振動を低減できるとともに低回転域まで圧縮機を駆動でき省エネ性も向上できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における圧縮機の駆動装置のブロック図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における制御のフローチャート図（ｂ）同実施の形態における基準回転位置検出モードのフローチャート図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１における制御の基準回転位置が確定した場合のタイミング図（ｂ）同実施の形態における制御の基準回転位置が確定せず最低回転数までシフトダウンした場合のタイミング図
【図４】一般的なレシプロ式圧縮機の縦断面図
【図５】従来の発明の制御のタイミング図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
請求項１に記載のレシプロ式圧縮機の駆動装置は、往復動による圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有した同期モータと、前記同期モータに交流電流を流すとともに回転数を可変速して前記圧縮機の冷凍能力を可変とするためのインバータと、前記同期モータの１回転中の基準回転位置を確定できない場合は、前記同期モータの回転数をシフトダウンして意図的に負荷トルク変動を増加させることにより、基準回転位置を検出する基準回転位置検出モードを備え、前記基準回転位置を基にトルク制御を動作させる制御装置とからなることにより、確実に基準回転位置を検出でき、安定してトルク制御を動作させることができる。
【００２０】
請求項２に記載のレシプロ式圧縮機の駆動装置は、基準回転位置検出モードにおいて同期モータの最低回転数までシフトダウンしても基準回転位置を検出できない場合は、負荷トルク変動は小さいと判断してトルク制御を適用しないことにより、トルク制御動作による入力電力の増加を回避することができる。
【００２１】
請求項３に記載のレシプロ式圧縮機の駆動装置の発明は、基準回転位置検出モードは、基準回転位置を検出できない場合に同期モータの回転数を段階的にシフトダウンする方式とし、検出結果に対応してモータの回転数のシフトダウン段数を切替えることにより、基準回転位置の検出に要する時間を短縮できる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレシプロ式圧縮機の駆動装置のブロック図である。
【００２４】
図１において、商用電源１００から駆動に必要な電力が供給されている。例えば、日本の場合は交流電源であり、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源である。
【００２５】
整流回路１０１は、商用電源１００を直流に変換する。ここでは整流回路１０１は全波整流回路で示している。全波整流回路はブリッジ接続された４個のダイオードと平滑コンデンサから一般的には構成される。この回路により、商用電源１００の交流１００Ｖから直流の１４０Ｖの電圧を得る。
【００２６】
インバータ１０２は、整流回路１０１の直流電圧を３相交流に再度変換する。インバータ１０２は一般的には３相ブリッジ接続された６個のスイッチング素子とスイッチング素子に並列に逆方向接続された６個のダイオードからなる。この６個のスイッチング素子を制御することにより、任意電圧、任意周波数の３相交流電流を得ることができる。
【００２７】
同期モータ１０３は、インバータ１０２の３相交流出力により駆動される。３相巻線が施された固定子（図示せず）と、永久磁石をもつ回転子（図示せず）からなる。例えば、固定子は９スロットのティースに絶縁紙を介して直接巻線を巻き３相６極巻線をスター結
線したものであり、ロータは６枚の永久磁石を表面側にＮ極・Ｓ極と交互に配置された埋め込み磁石型ロータを持つ。
【００２８】
インバータ１０２からの出力は、任意電圧・任意周波数に設定でき、さらに同期モータ１０３は６極であるため、インバータ１０２の出力周波数の３分の１の周波数（回転数）で同期モータ１０３は駆動される。
【００２９】
例えばインバータ１０２の出力周波数が６０Ｈｚの場合は同期モータ１０３の回転数は２０ｒ／ｓ、インバータ１０２の出力周波数が２４０Ｈｚの場合は同期モータ１０３の回転数は８０ｒ／ｓで駆動することができる。
【００３０】
圧縮要素１０４は、同期モータ１０３で駆動され、圧縮仕事を行う。ここでは圧縮要素１０４はレシプロ式で１回転中に負荷トルクが変動する圧縮要素である。レシプロ式の圧縮要素の場合は、ピストンの往復運動にて圧縮を行っており、１回転中に半分は吸入工程、半分は圧縮工程と完全に工程が分かれており、この二つの工程において、必要な負荷トルクが圧縮工程側に集中するために、その負荷トルクは大きく変動するものである。
【００３１】
圧縮機１０５は、同期モータ１０３と圧縮要素１０４を密閉容器に収納している。冷媒ガスはどんなものでも良く、代替冷媒（Ｒ−１３４ａなど）や自然冷媒（Ｒ−６００ａ、ＣＯ２など）等どのような冷媒ガスを使用しても良いことはいうまでもない。
【００３２】
圧縮機１０５には圧縮した冷媒を吐出する吐出パイプと、冷媒を吸入する吸入パイプとを有する。吐出パイプには、凝縮器１０６、減圧器１０７、蒸発器１０８などを直列に接続し最後に吸入パイプから圧縮機１０５に冷媒ガスは還ってくる。
【００３３】
このような冷凍空調システムを組むことにより、凝縮器１０６側では放熱作用が、蒸発器１０８側では吸熱作用が起こることにより、加熱または冷却ができることとなる。また、凝縮器１０６または蒸発器１０８にファンモータを取り付け、風を送ることにより、熱交換の効率を高めることにより、これらの熱を有効に利用して効率よく加熱または冷却をすることができる。
【００３４】
制御装置１０９はインバータ１０２を駆動する。その出力はドライブ手段１１０を介して、インバータ１０２の６個のスイッチング素子を駆動する。
【００３５】
一般的に永久磁石を回転子にもつ同期モータ１０３を駆動する時には、その回転子の回転位置を検出しながら、インバータ１０２の６個のスイッチング素子を最適な位置で転流していくことにより、同期モータ１０３を最適に動かすようにする。
【００３６】
一般的にこの方法を用いたモータはブラシレスＤＣモータやブラシレスモータなどの呼称で呼ばれることもある。
【００３７】
更にこの制御装置１０９の中身について詳しく説明する。
【００３８】
位置検出手段１１１は同期モータ１０３の回転子の回転位置を検出する。一般的には同期モータ１０３の固定子巻線に発生する逆起電圧を検出する方法が良く知られているが、最近はモータ電流や直流部の電流から回転位置を推定する方法なども良く使われている。
【００３９】
もちろんホール素子などの磁気センサを用いて直接位置を検知する方法もあるが、圧縮機には、このようなセンサを取り付けるのは困難であるため、前者の方法（位置センサレス方式）がよく取られている。
【００４０】
このような位置センサレス方式において起動時には位置検出が不可能なため、起動する前に、位置決めと呼ばれる同期モータ１０３の所定相（例えばＵ−Ｗ間など）に強制的に通電して回転子を所定位置まで回転させる方法や、所定周波数・所定電圧の交流波形を強制的に印加して回転子を駆動させる強制駆動方式などの制御回路も必要であるが、ここでは省略している。
【００４１】
転流手段１１２は、位置検出手段１１１の出力によりインバータ１０２の６個のスイッチング素子の通電するタイミングを決定する。一般的には逆起電圧と位相が一致するようにタイミングを決定するが、磁石埋め込み型モータ（一般的にはＩＰＭモータとも呼ばれる）などの場合は、リラクタンストルクなども考慮し、若干、モータ電流の位相を逆起電圧の位相より進めて運転する場合もある。モータの種類（特にリラクタンス成分の利用量）によりこの位相進みは変化するが、一般的には０度から１０度程度の進角を持たせるのが普通である。
【００４２】
回転位置判定手段１１３は、位置検出手段１１１の出力より同期モータ１０３の回転子の回転位置を検出し、回転子の機械的な回転位置を特定するものでる。同期モータ１０３はインバータ１０２からの出力と全く同期して運転するものであるから、この信号を分析することにより、同期モータ１０３の回転子の機械的な回転位置が判定できる。詳しく説明すると位置検出手段１１１から出力される回転位置信号は所定の角度（例えば機械角２０°）毎に出力される。この機械角２０°毎の回転位置信号の挙動を回転子１回転（機械角３６０°）で見た場合、圧縮工程では負荷トルクが増加するため機械角２０°回転するのに要する時間が長く（上死点で時間最長）なり、吸入工程では負荷トルクが減少するため機械角２０°回転するのみに要する時間が短く（下死点で最短）となる。結果として回転信号から得られる速度変動を分析することによりピストン往復運動の上死点・下死点に対応する回転子の回転位置が特定でき、ピストン往復運動応じたＰＷＭ制御（トルク制御）ができる。逆に、この上死点・下死点を適切に検出できなかった場合は、実際の圧縮機ピストン運動に対してずれたタイミングでトルク制御をかけることになり、逆に振動を悪化させてしまうことになる。
【００４３】
回転数切替手段１１４では、回転位置判定手段１１３からの基準回転位置検出可否の信号を受けて、同期モータ１０３の回転数を切替える。基準回転位置検出できた場合は、予め設定された所定の回転数を設定し、基準回転位置が検出できない場合は、同期モータ１０３の回転数をシフトダウンした回転数を設定して後段の第１ＰＷＭ発生手段に出力する。
【００４４】
第１ＰＷＭ発生手段１１５では、前段の回転数切替手段より出力された同期モータ１０３の回転数にて運転させるために、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティ（キャリア周期中のＯＮ幅の割合を指す）を調整したものを出力する。
【００４５】
第２ＰＷＭ発生手段１１６では、第１ＰＷＭ発生手段１１５で決定したデューティより予め定められた所定量のデューティをプラスしたデューティ（例えば、１０％）を発生させる。ここではプラスするデューティは固定値とするが、回転数や負荷条件によって変えても良い。
【００４６】
選択手段１１７では、回転数が高い時は、常に第１ＰＷＭ発生手段１１５のＰＷＭ信号を選択する。回転数が低い時には、回転位置判定手段１１３の回転位置信号を受け、予め定められた区間Ａと区間Ｂとの判定を行い、区間Ａの場合は第２ＰＷＭ発生手段１１６のＰＷＭ信号を選択する。また、区間Ｂの場合は第１ＰＷＭ発生手段１１５のＰＷＭ信号を選択する。
【００４７】
転流手段１１２の転流出力と選択手段１１７のＰＷＭ信号は合成手段１１８で合成され、ドライブ手段１１０に出力され、インバータ１０２を制御することとなる。
【００４８】
以上のように構成されたレシプロ式圧縮機の駆動装置について、その動作を図１および図２を用いて更に詳しく説明する。図２（ａ）は本発明の実施の形態１における制御のフローチャート、（ｂ）は同実施の形態における基準回転位置検出モードのフローチャート図である。
【００４９】
ＳＴＥＰ１で回転数の検出を行う。本発明で使用しているモータは同期モータであるのでインバータ１０２が出している電気的周波数と同期モータ１０３の回転動作とは一致しているため、位置検出手段１１１の信号を用いて、回転数を検出することができる。ここでは回転数としたが、回転数と同義とみなせるもの、例えば、回転周期や角速度などであってもよい。
【００５０】
次にＳＴＥＰ２で回転数が所定値以下であるかどうか判定する。ここでいう所定値は低回転数に設定されており、負荷トルクのトルク変動に起因するレシプロ式圧縮機の振動が大きくなる回転数（例えば、２０ｒ／ｓなど）に設定されている。
【００５１】
この所定回転数より大きな回転数ではイナーシャによる慣性力が十分大きいため、負荷トルクのトルク変動による影響は小さく、それに起因する振動も少ないため、本発明による制御は不要で通常の運転を行えばよいので、ＳＴＥＰ３で第１ＰＷＭ発生手段１１５の出力を選択手段１１７で選択し、第１ＰＷＭにて運転を行う。
【００５２】
また、この所定値は冷凍空調システムの構成や圧縮機の種類やモータの回転子のイナーシャなどによって決められるもので、圧縮機の低速で発生する負荷トルク変動による振動を抑えたい回転数を設定する。もちろん周囲環境状態（温度など）や運転状態によって変化する所定値を決めても良い。
【００５３】
また、所定回転数以下の場合は、ＳＴＥＰ４に進み、安定運転かどうか判定する。安定運転の判定は冷凍空調システム制御装置（図示せず）における各部の温度条件などや経過時間などから判定してもよい。安定でないと判断された時、すなわち過渡期においては運転が安定していることが重要なので、ＳＴＥＰ３に進み、第１ＰＷＭで運転する。
【００５４】
ＳＴＥＰ４で安定運転と判定した場合は、ＳＴＥＰ５に進む。以降のＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７は回転位置判定手段１１３にて処理実行される。
【００５５】
ＳＴＥＰ５では、圧縮要素１０４のピストン（図示せず）の上死点を検出して、上死点に対応する同期モータ１０３の回転子の回転位置（以下、基準回転位置とする）を確定する。回転位置判定手段１１３ではこの基準回転位置を基準として負荷トルク変動に応じて選択手段１１７にて第１ＰＷＭと第２ＰＷＭを切替える。
【００５６】
ＳＴＥＰ５の詳細な処理としては、ＳＴＥＰ５１で基準回転位置の検出としてピストン上死点に対応する同期モータ１０３の回転子位置の特定を行う。まず、１回転内の速度を所定の角度毎（例えば機械角２０°毎）に計測し、最も速度が遅い箇所を特定する。ピストン往復運動では上死点で負荷トルク最大となり速度が最も減速するため、この速度最低箇所を基準回転位置とする。
【００５７】
ＳＴＥＰ５２で基準回転位置が確定できていれば、次のＳＴＥＰ６、ＳＴＥＰ７へと進む。一方、冷却システム（１０６〜１０７）での冷媒の状態や圧縮機特性、回転位置検出
回路（図示せず）のノイズなどの影響より同期モータ１０３の速度変動のピークが緩やかに検出された場合、上死点の位置が特定できない場合がある。その場合は、ＳＴＥＰ５３に進む。
【００５８】
ＳＴＥＰ５３では、現在運転している回転数が予め設定されている使用回転数の最低回転数かを判定する。現在運転している回転数が最低回転数の場合、振動最大となる最低回転数でも負荷トルク変動が小さいのでトルク制御は不要と判断して、基準位置未確定で次のステップ６に進み、第１ＰＷＭで常時運転する。一方、現在運転している回転数が最低回転数よりも大きい場合は、ＳＴＥＰ５４に進む。
【００５９】
ＳＴＥＰ５４では、上死点の検出精度を上げるため、回転数をシフトダウンさせて意図的にトルク変動を増加させて、再度ＳＴＥＰ５１にて基準位置検出を行う。以降、基準位置検出が確定するか、最低回転数に到達するまで繰り返す。また、ここでの回転数シフトダウン量について、ＳＴＥＰ５１の基準回転位置検出処理での検出ばらつき度合いによりシフトダウン量を切替えることにより、処理時間を短縮する。例えばＳＴＥＰ５１の基準回転位置検出処理での上死点候補が２つの場合は１ｒ／ｓのソフトダウンさせるが、上死点候補が５つの場合は、大幅に回転数ダウンしないと上死点が検出できないとして４ｒ／ｓシフトダウンさせて基準回転位置確定までの処理時間を短縮できる。
【００６０】
ＳＴＥＰ７は、回転位置判定手段１１３で実施されるもので、回転位置が区間Ａか区間Ｂかを判定する。回転位置判定手段１１３では予め機械的な回転角が判るようになっており、圧縮要素１０４のピストン（図示せず）の上死点を基準として。その前、機械角で１２０度の部分を区間Ａとしている。ＳＴＥＰ７で回転位置が区間Ａでない（すなわち区間Ｂ）と判定されれば、ＳＴＥＰ３に進み、第１ＰＷＭで運転する。また、ＳＴＥＰ７で回転位置が区間Ａであると判定されれば、ＳＴＥＰ８に進む。
【００６１】
ＳＴＥＰ８で第２ＰＷＭ発生手段１１６の出力を選択手段１１７で選択し、第２ＰＷＭにて運転を行う。
【００６２】
以上のように動作させることにより、低回転数運転で安定運転している時、区間Ａにおいては第２ＰＷＭで、区間Ｂにおいては第１ＰＷＭで動作する。第２ＰＷＭのデューティは第１ＰＷＭのデューティに比べて大きくなるように設定しているので、区間Ａにおける電流が区間Ｂにおける電流よりも高くなる。そのため、区間Ａで大きなトルクが発生することとなる。区間Ａは圧縮要素の上死点の手前に設定しているので、圧縮している時にトルクが大きくなることになり、回転数の低下を防止することができる。
【００６３】
次に図３を用いて更に実際の動作について説明する。図３は本発明の実施の形態１における制御のタイミングチャートであり、図３（ａ）は基準回転位置が確定した場合のタイミング図、図３（ｂ）は基準回転位置が確定せず最低回転数までシフトダウンした場合のタイミング図を示している。
【００６４】
図３において、横軸は基準回転位置確定処理〜トルク制御開始までの経過時間を示しており、縦軸は同期モータ１０３の回転数を示している。
【００６５】
図３（ａ）において、まず負荷トルク変動に応じたＰＷＭ制御を開始するため基準回転位置を検出する。このとき負荷トルク変動が小さく基準回転位置となる上死点が検出できない場合（区間Ａ１）、回転数をシフトダウンして意図的に負荷トルク変動を増加させて再度基準回転位置の検出を行う。基準回転位置が検出できるまでシフトダウンと検出処理を繰り返す（区間Ｂ１〜区間Ｃ１）。基準回転位置が確定できた場合は、負荷トルク変動に応じて第１ＰＷＭと第２ＰＭＷを切替えてトルク制御を動作させる（区間Ｄ１）。
【００６６】
図３（ｂ）においては、前記図３（ａ）と同様に基準回転位置が確定するまで回転数シフトダウンを繰り返す（区間Ａ２〜区間Ｂ２）。最低回転数まで回転数シフトダウンしても基準回転位置が検出できなかった場合（区間Ｃ２）、トルク制御は不要と判断して以降第１ＰＷＭ発生手段のみで所定の回転数を運転させる。
【００６７】
以上のように、本実施の形態１によるレシプロ式圧縮機の駆動装置は、往復動による圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有した同期モータと、前記同期モータに交流電流を流すとともに回転数を可変速して前記圧縮機の冷凍能力を可変とするためのインバータと、前記同期モータの１回転中の基準回転位置を確定できない場合は、前記同期モータの回転数をシフトダウンして意図的に負荷トルク変動を増加させることにより、確実に基準回転位置を検出でき、安定してトルク制御を動作させ、圧縮機振動を低減できるとともに、低回転域まで圧縮機を駆動でき省エネ性も向上できる。
【００６８】
また、前記同期モータの最低回転数までシフトダウンしても基準回転位置を検出できない場合は、負荷トルク変動は小さいと判断して、トルク制御を適用しないことにより、トルク制御動作による不要な入力電力の増加を回避することができる。
【００６９】
また、基準回転位置を検出できない場合、検出結果のバラつき程度に応じて前記同期モータ回転数のシフトダウン段数を切替えることにより、基準回転位置の検出に要する時間を短縮できる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明に関わるレシプロ式圧縮機の駆動装置は、新たなセンサを必要とせず、低処理能力のプロセッサで実現できるので、非常に小型・低コストで実現できる簡単なシステムで、かつ入力電力を大きく上げることなく、振動抑制ができるものなので、冷凍目的の圧縮機以外にもエアーコンプレッサなどの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１０２  インバータ
１０３  同期モータ
１０４  圧縮要素
１０５  圧縮機
１０９  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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