(57)【要約】    【課題】  レシプロ圧縮機による振動・騒音の抑制と、省エネルギー化を図った冷蔵庫を提供する。    【解決手段】  ベクトル制御方式において軸誤差からトルク脈動成分を抽出し、抽出したトルク脈動成分を打ち消すトルク電流成分を流すトルク制御において、前記脈動成分を打ち消すトルク電流成分を制限するリミッタを設ける。    【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回転中の負荷に変動のある圧縮機を駆動する電動機と、この電動機を駆動するためのパルス列を出力するインバータと、このインバータに入力される直流電圧を生成する直流生成回路と、前記電動機のロータ１回転中のトルク変動成分と前記電動機の回転数指令とに基づいて前記インバータの出力を制御するトルク制御を行い、前記トルク変動成分に基づいて算出される変動トルク抑制指令値に制限をかけるリミッタ機能と、を有する冷蔵庫。
【請求項２】
前記電動機のロータの１回転中の軸誤差から前記電動機のトルク変動を算出して出力するトルク変動出力部を備え、前記トルク変動成分が出力される請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項３】
トルク変動成分値に相当する変動トルク抑制指令値とした場合を100％とし、変動トルク抑制指令値をゼロとした場合を0％とした、前記リミッタ部によって制限されるリミッタ値は、前記電動機の回転数指令によって異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記制御部は、前記トルク変動成分を打ち消すトルク電流成分を算出して電流指令値を求め、この電流指令値が前記リミッタ部によって制限されて変動トルク抑制電流指令値を得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記電動機の回転数指令の回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも小さい値に前記リミッタ値が設定されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記リミッタ値は、モータ電流又はインバータ電流の波高値を最小になるように設定される請求項２乃至５のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項７】
前記圧縮機はレシプロ式の圧縮機であり、前記リミッタ値は前記圧縮機の回転数が1000〜1500回転で20〜30%に設定される請求項２乃至６のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項８】
前記圧縮機はレシプロ式の圧縮機であり、前記圧縮機の所定の回転数以上でリミッタ値をゼロとしたことを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項９】
圧縮機を駆動する電動機と、この電動機を回転数制御するインバータと、電流を入力しこのインバータに直流電圧を供給するコンバータとを備えた冷蔵庫において、庫内温度と設定温度とに基いて発生される速度指令に近づくように、前記電動機の回転数を、前記インバータのパルス幅変調機能により制御を行う第１の制御モードと、前記圧縮機電動機のトルク脈動検出手段により検出した脈動成分を抑制する制御を行う第2の制御モードとによって制御される冷蔵庫。
【請求項１０】
前記圧縮機は、ノンフロン冷媒を使用した冷凍サイクルを構成していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮機のモータ制御装置を備えた冷蔵庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、レシプロ圧縮機の一般的な構成を示した縦断面図である。密閉容器26内に固定子27aと回転子27bとからなる電動機27が備えられており、この回転子27bに勘合され回転運動を行う回転軸28と、この回転軸28の回転運動を往復運動に変換するための偏心部28bとを備え、軸受体29上に配置されたシリンダ30内に供給された冷媒をピストン31の往復運動によって圧縮する圧縮機構部を有して構成されている。
【０００３】
このようなレシプロ圧縮機においては、一般的に内部防振構造が用いられている。すなわち、電動機27および前記圧縮機構部より構成される構造体を支持する支持バネ32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33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。
【０００４】
このような圧縮機の振動を抑制する方法としては、特許文献１に記載のものがある。この例はレシプロ圧縮機において冷蔵庫の負荷と圧縮機の回転数に応じて発生する負荷トルクに略一致したトルクをモータに与えるトルク制御を用いたものである。また、特許文献２には、電動機に流れる電流を検出し、励磁電流成分（d軸電流）とトルク電流成分（q軸電流）とを求めてトルク制御を行うトルク制御装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開2003-4352
【０００６】
【特許文献２】特開2003-339197
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、圧縮機内部の構造体の振動は、支持バネ32あるいはループパイプ33等で減衰させる方法をとっているが、これらは負荷変動や回転数変化によらず一定の減衰特性しか有さないため、負荷変動がある程度大きくなると、振動減衰特性が不足し、異常な振動あるいは騒音が発生する可能性が高くなる。その結果、製品の付加機能の多様化あるいは使用環境の変化に応じて変動する負荷に十分追随できる広範囲な回転数可変制御の妨げる原因となり得る。
【０００８】
例えば、冷蔵庫の周囲の環境温度、食品貯蔵量、その他の付加機能等で庫内の負荷温度が変化すると、インバータ制御により、圧縮機の回転数を変化させることになるが、図１０に示すように、通常は負荷の高い領域では高速運転となり、負荷の低い領域では低速運転となる。このとき、図１１に示すように、負荷に応じて圧縮機にかかる圧力が変化することで、ガス圧縮荷重に起因する圧縮負荷は高速で運転される条件で高くなるケースが多い。なお、図１１において回転角0°とは、ピストンがシリンダの最奥部に達する上死点を示しており、180°は下死点を示すものである。以下、本明細書において同様である。
【０００９】
また、レシプロ圧縮機の場合、回転軸28の偏心部28bにピストン31が設置されている構造となっているため、これらが、回転中心28aのまわりで慣性力を生じる。この慣性力は図１２に示すように回転数に応じて変化する。図１３に示すように、ガス圧縮荷重および慣性力に起因するトルクの合計が圧縮機の負荷トルクになり、この負荷トルクとモータの出力トルクの差分を回転軸28の一回転当たりのトルク変動とすると、このトルク変動が圧縮機の振動源あるいは騒音源となっている。またこの中で、ガス圧縮トルクのピーク付近では慣性トルクが逆向きに作用し、ピーク負荷を軽減する役割を担っている。このため、低速においては、慣性トルクの大きさが小さくなるため、圧力負荷が一定の場合、高速よりも負荷トルクとモータ出力トルクの差が広がり、やはり振動が大きくなることが予測される。
【００１０】
一方、冷蔵庫の冷凍サイクルに封入される冷媒は、近年、フロン系の冷媒から炭化水素系の冷媒へと切り替わってきている。冷媒としてイソブタンのような可燃性冷媒を用いた場合、フロン冷媒と同等の冷却能力とするためには、レシプロ圧縮機の押除量を大きくする必要がある。そのため、ピストン径自体も大きくなってしまう。この押除量を70％程度大きくして従来のフロン冷媒と同等の冷却能力を確保すると、ピストン径が30％程度大きくなり、それにともなってピストン重量も大きくなってしまう。このためガス圧縮トルクが増大を招くとともに、圧縮機自体の振動も大きくなる。この振動は特に低速運転時に大きくなり、圧縮機の安定的な運転の阻害要因となるだけでなく、騒音の原因ともなってしまう。
【００１１】
このような状況において、圧縮機の振動抑制手段としては、モータトルクを負荷トルクに追従させ、速度変動を防ぐトルク制御が提案されている。特許文献１に記載のように冷蔵庫の負荷と圧縮機の回転数に応じて発生する負荷トルクに略一致したトルクをモータに与えることによって、図１４のようにトルク変動が大幅に低減できる。しかし、冷蔵庫に組み込まれたレシプロ圧縮機において従来のトルク脈動抑制制御ではモータに流れる電流を調整し、モータトルクを調整するため、モータの回転方向に現れる振動のうちピストン移動方向の振動は大幅に抑えることが出来るが、ピストン移動方向以外の振動については考慮されたものではなかった。したがって、ピストン移動方向以外の振動については抑えることができず、そればかりか、ピストン方向の振動減らすために増やしたモータ電流により、ピストン移動方向以外の振動は大きくなってしまい、圧縮機全域および冷蔵庫全域の振動低減効果は得られない。
【００１２】
加えて、モータトルクを負荷トルクに追従させるため、モータ電流の実効値は増加し、圧縮機単体入力電力は全域で増加する。この入力電力増加は回転数が低い程顕著となり、低回転数化による省電力化の妨げとなっていた。さらには、圧縮機運転の最低回転数を低くすることは、省電力化のためには大いに有効であるが、上述のように低速運転時に振動が大きくなってしまうという状況においては、振動による電力のロスも増大し、逆に省電力化を妨げる原因になる場合もあった。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、振動騒音を低減し、かつ省電力化を実現する圧縮機のモータ制御装置を備えた冷蔵庫を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の冷蔵庫は、１回転中の負荷に変動のある圧縮機を駆動する電動機と、この電動機を駆動するためのパルス列を出力するインバータと、このインバータに入力される直流電圧を生成する直流生成回路と、前記電動機のロータ１回転中のトルク変動成分と前記電動機の回転数指令とに基づいて前記インバータの出力を制御するトルク制御を行い、前記トルク変動成分に基づいて算出される変動トルク抑制指令値に制限をかけるリミッタ機能とを有する。このようにリミッタ機能を有することによって、圧縮機の振動抑制効果があり、冷蔵庫全体としても騒音抑制や省電力化が図れる。
【００１５】
また、前記電動機のロータの１回転中の軸誤差から前記電動機のトルク変動を算出して出力するトルク変動出力部を備えるものとし、前記トルク変動成分を出力することとしている。
【００１６】
また、トルク変動成分値に相当する変動トルク抑制指令値とした場合を100％とし、変動トルク抑制指令値をゼロとした場合を0％とした、前記リミッタ部によって制限されるリミッタ値は、前記電動機の回転数指令によって異なることを特徴とする。
【００１７】
また、前記トルク変動出力部は、前記圧縮機ロータの実位置と、マイコンによって推定される駆動位置との差からトルク変動成分を算出して出力することを特徴とする。
【００１８】
また、前記制御部は、前記トルク変動成分を打ち消すトルク電流成分を算出して電流指令値を求め、この電流指令値が前記リミッタ部によって制限されて変動トルク抑制電流指令値を得ることを特徴とする。
【００１９】
また、前記電動機の回転数指令の回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも小さい値に前記リミッタ値が設定されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記リミッタ値は、モータ電流又はインバータ電流の波高値を最小になるように設定されることを特徴とする。
【００２１】
また、前記圧縮機はレシプロ式の圧縮機であり、前記リミッタ値は前記圧縮機の回転数が1000〜1500回転で20〜30%に設定されることを特徴とし、また、前記圧縮機はレシプロ式の圧縮機であり、前記圧縮機の所定の回転数以上でリミッタ値をゼロとしたことを特徴とするものである。このように構成することによって、低速から高速に至る広い回転域においても圧縮機及び冷蔵庫の振動騒音抑制と省電力化が図れる。
【００２２】
また、圧縮機を駆動する電動機と、この電動機を回転数制御するインバータと、電流を入力しこのインバータに直流電圧を供給するコンバータとを備えた冷蔵庫において、本発明は、庫内温度と設定温度とに基いて発生される速度指令に近づくように、前記電動機の回転数を、前記インバータのパルス幅変調機能により制御を行う第１の制御モードと、前記圧縮機電動機のトルク脈動検出手段により検出した脈動成分を抑制する制御を行う第2の制御モードとによって制御されることを特徴とする。
【００２３】
また、前記の圧縮機は、ノンフロン冷媒を使用した冷凍サイクルを構成していることを特徴とする。
【００２４】
このように、トルク変動成分を打ち消すような抑制指令値を与えるトルク制御を行う場合において、この変動成分を打ち消す値に対して制限をかけるリミッタを設けることによって、振動の低減が図れ、省電力に寄与するものとなり、上記の本発明の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、振動騒音を低減し、かつ省電力化を実現する圧縮機のモータ制御装置を備えた冷蔵庫を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本実施例の冷蔵庫の制御形態を示す図である。本実施例の冷蔵庫100は、冷蔵温度帯の貯蔵室である冷蔵室110と冷凍温度帯の貯蔵室である冷凍室とを備えている。また、これらの各室を所望の温度とするために冷凍サイクルを備えており、この冷凍サイクルを構成する圧縮機6は、制御装置200によってその運転が制御される。この制御装置200は主として二種類の入力信号を受信して圧縮機6の運転を制御している。入力信号の種類としては、まず第一に、各室内の温度を所定の温度に保つためのものがあり、第二には、利用者が求める温度を実現するために外部入力装置によって入力されるものがある。
【００２７】
第一の入力信号の例としては、温度センサ210からの入力信号がある。例えば、圧縮機6が運転していない状況、あるいは低回転で運転している状況において、冷蔵室110内の温度が上昇して所定の高い温度となったときに、制御装置200が温度センサ210からの信号に基づいて圧縮機6を運転する、あるいはより高い回転数で運転するように制御する。また、圧縮機6が運転中に冷蔵室110内の温度が下がり、所定の低い温度となったときに温度センサ210からの信号に基づいて圧縮機6の運転を停止させる、あるいは低い回転数で運転するように制御する。
【００２８】
なお、本実施例では冷蔵室110の温度について説明しているが、冷凍室内を所定の温度に保つ場合においても、同様の制御が可能である。第二の入力信号の例としては、利用者が急冷凍スイッチ120をONした場合の入力信号がある。急冷凍スイッチ120がONされると、制御装置200は急冷凍指令信号を受信し、その信号に基づいて圧縮機6の運転を制御する。
【００２９】
いずれの入力信号の場合であっても、制御装置200は信号を受信して圧縮機6の回転数、運転のON/OFFを制御することについては同様である。
【００３０】
制御装置200は、図に示すように冷蔵庫100の全体の運転を制御する主制御装置と圧縮機6の運転を制御する圧縮機制御装置とに大別される。このように、主制御マイコンと、副制御として圧縮機のインバータ制御を行う圧縮機制御マイコンの２個のマイコンを用いる構成することで、各々のマイコンROM容量を低減させると共に、冷蔵庫制御プログラムと効率化が要求される圧縮機のインバータ制御プログラムの開発を並列に行い開発効率を上げ、開発期間の短縮およびコスト削減を図っている。
【００３１】
また、圧縮機停止中は圧縮機制御マイコンを消費電力量の低いスタンバイモードに遷移させることが出来るため、制御装置全体としての省電力化を図ることができる。なお、これらは同一の基板上に配置しても差し支えない。主制御装置は、主制御マイコンを備えており、上述の入力信号を受信して圧縮機制御装置へと運転指令を送信する。圧縮機制御装置は、圧縮機制御マイコンを備えており、主制御装置からの運転指令に基づいてインバータ回路駆動用ドライバへドライブ信号を送信し、圧縮機6の運転を制御している。
【００３２】
また、圧縮機制御装置は、圧縮機のON/OFF、回転数等の運転状況を主制御装置へと送信する。このように主制御回路は、圧縮機の現在の運転状態と、上述の入力信号とに基づいて、運転指令を送信している。
【００３３】
以下、この制御装置200の詳細について図を用いて説明する。
図２は、本発明による交流電動機制御装置の実施形態の系統構成を示す図である。モータの運転制御はモータ電流センサレス・位置センサレス180度通電ベクトル制御方式とし、ベクトル制御方式の制御部にトルク制御部11を備えた。
【００３４】
本実施形態の制御装置は、電動機に対する回転数指令を与える制御部2を備えている。この制御部2は、電動機の交流印加電圧を演算し、パルス幅変調波信号（PWM信号）に変換して出力する制御器によって構成される。この制御部2から出力されるPWM信号を受けてPMモータ5を駆動するためのパルス列を出力するインバータ3と、インバータ3に電力を供給する直流電源4と、制御対象であるPMモータ5と、PMモータ5の負荷となる圧縮機6と、直流電源がインバータへ供給する電流I0を検出する電流検出器7とを有し、これらの構成を備えて圧縮機6の回転数の制御を行っている。
【００３５】
制御部2は、電流I0を検出して、PMモータ5に流れる三相交流電流Iu、Iv、Iwを制御器内部で演算により再現する電流再現器8を備えている。なお、PMモータ5に流れる三相交流電流を直接検出することも可能である。すなわち、後述するdq座標変換器9に対し、PMモータに流れる電流を出力する構成を備えていればよく、例えばPMモータ5に流れる三相交流電流を直接検出す場合には、各相に対して検出器を配置してこれらを検出すればよい。ただし、本実施例のようにインバータ3へ供給される電流を電流検出器7で検出する構成とすれば、電流再現器8として回路の保護抵抗を利用することができ、また、各相全てに検出器を別途配置する場合と比較して回路構成を単純化することができる。
【００３６】
電流再現器8によって再現された電流はdq座標変換器9へと送られる。この座標変換器9は、再現された三相交流電流を，位相角θdc（制御器内部で仮定しているPMモータの磁石磁束の位置）によって、d軸、q軸上の成分Idc，Iqcへと座標変換を行う。なお、d軸、q軸とは、磁束の通りやすい方向をd軸、d軸に対して電気的に90°［電気角］位相が進んだq軸とした回転座標系を示している。
【００３７】
また、フィルタ10を備え、これらのq軸上の電流成分およびd軸上の電流成分対して指令Iq*およびId*を与え、電圧指令演算器12は、これらのId*、Iq*、ならびに電気角周波数指令ω1*に基づいて、電圧指令Vdc*、Vqc*を演算する。dq逆変換器13は、電圧指令Vdc*、Vqc*を、三相交流電圧指令vu*、vv*、vw*に変換し、PWMパルス発生器14は、この三相交流電圧指令に基づいて、インバータ3をスイッチ動作するためのパルス幅変調信号（PWM信号）を発生させる。
【００３８】
また、PMモータ5の磁石磁束位置θdと、制御器2内部で仮定している位置θdcとの誤差に相当する角度（軸誤差）Δθdcを推定演算する軸誤差推定器15を有して、この軸誤差Δθdcを後述するトルク制御部11へと出力する。さらに、加算、ならびに減算を行う加減算器16と、零発生器17と、Δθdcを零に制御するために、電気角周波数指令ω1*に補償を加える比例補償器18と、PMモータの極数Pを用いて回転数指令ωr*を電動機の電気角周波数指令ω1*に変換する変換ゲイン19と、電気角周波数を積分し磁石磁束位置θdcを演算する積分器20と、軸誤差推定値Δθdcに基づいて、周期外乱トルク成分であるΔTmを推定演算するΔTm推定器21と、ΔTmの推定値に基づいて、q軸電流指令Iq*に補正を加える周期トルク外乱補償器ATR22とを備えて構成されてなる。
【００３９】
直流電源4は、交流を直流に変換するコンバータ回路を備えて構成されており、交流電源23、ダイオードブリッジ24、及び平滑コンデンサ25とを有している。
【００４０】
トルク制御部11は、トルク変動出力部を備えて構成される。すなわち、軸誤差演算器15より出力された軸誤差Δθdcよりトルク変動成分ΔTmを推定するΔTm推定器21を備えており、後述するように軸誤差Δθdcからトルク変動成分を算出して、この推定されたトルク変動成分ΔTmを出力する。出力されたトルク変動成分ΔTmをゼロにするための脈動トルク抑制電流指令IqSINは、周期トルク外乱補償器ATR22から出力される。すなわち、本実施例のトルク制御部11は、ΔTm推定器21と周期トルク外乱補償器ATR22とから構成されている。
【００４１】
ΔTm推定器21は軸誤差Δθdcからトルク変動成分ΔTmを推定している。ベクトル制御ではマイコンにより電動機のロータ位置推定が連続的に行われている。軸誤差Δθdcとはロータが「実際にステータを通過する位置（実位置）」と「マイコンによる推定位置」との差である。ベクトル制御ではこの軸誤差がゼロになるように運転制御を行っている。一定速回転時はロータにかかる負荷が安定しており実位置と推定位置は一致する。このとき軸誤差の値はゼロをとる。
【００４２】
加速時は慣性力によりロータの回転が遅れるため、推定位置は進んだ形となる。このとき軸誤差は正の値をとる。これに対し減速時は反対にロータが進むため推定位置が遅れ軸誤差は負の値をとる。
【００４３】
トルク制御ではこの軸誤差Δθdcを利用してトルク変動成分ΔTmを推定している。ロータ１回転中の軸誤差Δθdcがゼロの時はトルク変動成分ΔTmはゼロになる。これはベクトル制御が軸誤差Δθdcをゼロになるように運転制御を行っているためであり、負荷トルクTLとモータ出力トルクTmが等しい場合にはロータ１回転中の軸誤差Δθdcはゼロになる。
【００４４】
負荷が重い時（負荷トルクTLがモータ出力トルクTmを上回ったとき）はロータの回転が遅れるため、推定位置は進んだ形となる。このとき軸誤差Δθdcは正の値をとる。これに対し負荷が軽い時（負荷トルクTLがモータ出力トルクTmを下回った時）は反対にロータが進むため推定位置が遅れ軸誤差Δθdcは負の値をとる。
【００４５】
つまり、ロータ1回転中の軸誤差Δθdcを観察することでトルク変動成分ΔTmを推定することが可能となる。このロータ1回転中の軸誤差Δθdcの変化にロータの回転速度やイナーシャ（慣性）を加味することでトルク変動成分ΔTmが算出される。
【００４６】
周期トルク外乱補償器ATR22は、トルク変動出力部であるΔTm推定器21から出力されたΔTmを受けて、機械角１次周波数でフーリエ展開することにより、ロータ回転に同期した脈動トルクを抽出し、積分制御を用いて脈動トルクをゼロにするようにトルク電流指令値を算出する構成である。周期トルク外乱補償器ATR22の構成を図３に示す。
【００４７】
フーリエ変換部33ではα-dq座標変換器33aにて座標変換演算を行うことでフーリエ級数展開を模擬しており、トルク脈動成分ΔTmを機械角１次周波数sin成分、cos成分に分解し、基本波成分の大きさを求めている。ここでα座標とは、３相のU相を基準にα軸を定義し、電気的に90°[電気角]位相が進んだ軸をβ軸と定義した２軸の固定座標系である。フィルタ33bでは非周期的なトルク変動成分を除去している。
【００４８】
積分制御部34ではフーリエ変換部33で求めたΔTmの基本波成分の大きさをゼロにするように積分制御を行い,脈動トルクをゼロに抑える脈動トルク抑制電流指令IqSINd*、IqSINq*を算出している。リミッタ部35では積分制御部34で算出された脈動トルク抑制電流指令IqSINd*、IqSINq*に対し、制限をかけるリミッタ35aを設けている。リミッタ値は回転数により可変可能であり、これによりトルク変動成分ΔTmの抑制量を調節する。
【００４９】
リミッタ値とは、トルク変動成分ΔTmをゼロにする脈動トルク抑制電流指令IqSINを100%とした場合の値とする。フーリエ逆変換部36ではdq-α座標変換器36aを用いて脈動トルク抑制電流指令IqSINを算出している。なお、この脈動トルク電流指令IqSINは、トルク制御部11でその都度計算して出力もよいが、冷蔵庫のように周囲の環境温度にある程度リンクしてガス圧縮の圧力条件が決まるような場合では、出力パターンを予め設定しておき、条件の変化に応じて最適パターンを選定してもよい。また、１回転ごとの負荷トルクの変動パターンが大きく変化しない場合には、脈動トルク抑制電流指令IqSINを周期ごとに出力してもよい。
【００５０】
次にトルク制御のリミッタ値による圧縮機チャンバの振動と圧縮機単体入力電力について説明する。リミッタ値とは、上述のようにトルク変動成分ΔTmの値に相当する脈動トルク抑制電流指令値とした場合を100％とし、リミッタ値50％とは、トルク脈動成分がΔTmの場合にΔTm/2を電流指令値として与えるということである。上で述べたように、トルク制御を行う場合においては、低速回転時（本実施例の場合、特に1500回転以下）に振動抑制効果が小さくなり、むしろ逆に振動が大きくなってしまうという課題を見出し、この課題を解決するものとしてリミッタ値を回転数によって変化させる方法を提案するものである。
【００５１】
リミッタ値とレシプロ圧縮機振動値の関係を図４に、リミッタ値とモータ入力電力の関係を図５に示す。なお振動値は、ピストン移動方向をx軸、ロータ軸方向をy軸、xy平面の垂直方向をz軸とした場合の、x軸、z軸方向の加速度を自乗平均したものである。
【００５２】
図４に示すように振動値はリミッタ値によって変化する。リミッタ値100％のとき、つまりトルク脈動成分ΔTmに対し抑制量に制限をかけない通常のトルク制御の振動値、と比較して、制限をかけたものの方が振動値が小さくなる傾向がみられる。一方、リミッタ値をゼロとしてトルク制御を行わない場合と比較して、抑制されたトルク制御を行った場合の方が振動値が小さくなる傾向があり、1500回転以下の場合においてはリミッタ値20〜30％程度で極小値がみられることがわかった。
【００５３】
また、図５に示すようにモータ入力電力もリミッタ値によって変化し、モータ入力電力もリミッタ値が20〜30%の個所で極小値が見られ、リミッタ値が40％以上となるとモータ入力電力は増加する傾向にあることがわかった。
【００５４】
また、同図より、振動値、モータ入力電力が最小になる最適なリミッタ値は20〜30％の間で回転数によって変動することがわかり、したがって、リミッタ値は回転数により可変させるのがより効果的である。そこで、回転数によって最適なリミッタ値を設定して、リミッタ値の可変制御を行うものである。すなわち、リミッタ部35で最適なリミッタ値を用いて、脈動トルク抑制電流指令IqSINを出力することによって、圧縮機の回転数によるリミッタ値の可変制御を行うものである。
【００５５】
図６は、上記の事情を勘案し、回転数に対して最適なリミッタ値を設定したものである。1000回転時リミッタ値は30％、1500回転時リミッタ値は20％、1700回転時リミッタ値は0％と設定し、設定点間は線形に可変させる。リミッタ部はこの設定値に基づきリミッタ値を可変させる。この設定では1700回転以下の低速域のみでトルク制御が作動することとなる。
【００５６】
前記トルク変動成分ΔTmの抑制量に制限をかけない通常のトルク制御と、本発明である回転数により最適なリミッタ値に可変し脈動トルク抑制電流指令を制限するトルク制御の振動値、およびモータ入力電力の比較図を図７、および図８に示す。これらはいずれも図６に示した例で比較したものである。これらの図に示すように、モータ入力電力及び振動値は、通常トルク制御の場合と比較して低減されており、省電力化及び騒音の低減のいずれにも効果がある。特に振動値は、回転するが小さい場合にその低減効果が増大し、圧縮機の低速化に大きく寄与することができる。
【００５７】
本発明を用いれば、低速域においても振動および騒音の低い、インバータ制御のレシプロ圧縮機およびそれを用いた冷蔵庫等の製品の提供が可能となり、さらに可燃性冷媒を用いる製品の振動による配管の疲労劣化を軽減でき高い安全性を確保することができる。
【００５８】
また、可燃性冷媒を使用して圧縮機構部の重量が大きくなった場合であっても、圧縮機の低回転化が図れることとなり、低速から高速までの広い回転域において省電力化に寄与するものとすることができる。
【００５９】
以上説明した実施の形態において、種々の数値を示して説明したが、これら数値は一例であり制御思想に合致する限り他の数値であっても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】冷蔵庫の制御形態を示す図。
【図２】交流電動機制御装置の系統構成を示す図。
【図３】周期トルク外乱補償器ATRの系統構成を示すブロック図。
【図４】リミッタ値とレシプロ圧縮機の振動値の関係を示す図。
【図５】リミッタ値とモータ入力電力の関係を示す図。
【図６】リミッタ値と圧縮機回転数の関係の一例を示す図。
【図７】モータ入力電力特性を示す図。
【図８】圧縮機振動値を示す図。
【図９】レシプロ圧縮機の縦断面図の一例を示す図。
【図１０】インバータ制御冷蔵庫の庫内負荷温度と圧縮機回転数の関係の一例を示す図。
【図１１】庫内負荷とガス圧縮荷重の関係を示す図。
【図１２】圧縮機回転数とピストン慣性力の関係を示す図。
【図１３】従来技術における圧縮機負荷トルクとモータトルクの関係の一例を示す図。
【図１４】圧縮機負荷トルクとモータトルクの関係の一例を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
2…制御部、3…インバータ、4…直流電源、5…PMモータ、6…圧縮機、7…電流検出器、8…電流再現器、9…dq座標変換器、10…フィルタ、11…トルク制御部、12…電圧指令演算器、13…dq逆変換器、14…PWMパルス発生器、15…軸誤差推定器、16…加減算器、17…零発生器、18…比例補償器、19…変換ゲイン、20…積分器、21…ΔTm推定器、22…周期トルク外乱補償器ATR、33…フーリエ変換部、33a…α-dq座標変換器、33b…フィルタ、34…積分制御部、34a…I制御、35…リミッタ部、35a…リミッタ、36…フーリエ逆変換部、36a…dq-α座標変換器。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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