(57)【要約】【課題】  圧縮機の負荷が変動しても圧縮機の運転効率を向上させることができる圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供する。【解決手段】  圧縮機の運転制御装置は、圧縮機６０のモータに印加される電流値及び圧縮機６０のモータに印加される電圧値に基づいて、圧縮機６０のストローク推定値と速度推定値を演算するストローク／速度演算器５０と、この速度推定値を積分して速度積分値を出力し、この速度積分値及びモータの電流値に基づいて、圧縮機６０の機械的共振周波数を検出し、この検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部７０と、この決定された運転周波数基準値によって、圧縮機６０の現在の運転周波数を変化させる制御器２０と、を含む。【選択図】      図１
2006077755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機のモータに印加される電流値及び前記圧縮機のモータに印加される電圧値に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値及び速度推定値を演算するストローク／速度演算器と、
前記速度推定値を積分して速度積分値を出力し、該速度積分値及び前記電流値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出し、前記の検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部と、
前記の決定された運転周波数基準値によって、前記圧縮機の現在の運転周波数を変化させる制御器と、
を含むことを特徴とする圧縮機の運転制御装置。
【請求項２】
前記運転周波数基準値決定部は、一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算し、前記の乗算された値の和がゼロのときの圧縮機運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項３】
前記乗算された値の和がゼロのときの前記運転周波数は、前記圧縮機の機械的共振周波数と一致することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項４】
前記運転周波数基準値は、数式
【数１】
2006077755.tif 000008
により得られた値がゼロのときに検出された運転周波数値で、ここで、前記ｖは、前記速度推定値で、前記ｉは、モータに印加される電流値であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項５】
前記運転周波数基準値決定部は、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各ストローク積分値と各電流値とを乗算した値の和より大きいと共に、現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より大きいと、前記現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロとなるときの運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項６】
前記運転周波数基準値決定部は、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より大きいと共に、現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より小さいと、現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロとなるときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項７】
前記運転周波数基準値決定部は、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より小さいと共に、現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より小さいと、前記現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロとなるときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項８】
前記運転周波数基準値決定部は、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より小さいと共に、現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より大きいと、前記現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロとなるときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項９】
圧縮機のモータに印加される電流を検出する電流検出器と、
前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器と、
前記の検出された電流及び電圧の値、並びに前記モータの媒介変数に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値及び速度推定値を演算するストローク／速度演算器と、
前記速度推定値を積分して速度積分値を出力し、該速度積分値及び前記電流の値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出し、該検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部と、
前記ストローク／速度演算器から出力されるストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較結果による差値を出力する比較器と、
前記の決定された運転周波数基準値によって、現在の運転周波数を変化させ、前記比較器から出力される差値によって、前記圧縮機のモータに印加される電圧を変化させることにより、前記圧縮機の運転を制御する制御器と、
を含むことを特徴とする圧縮機の運転制御装置。
【請求項１０】
前記運転周波数基準値決定部は、一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算し、前記の乗算された値の和がゼロのときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項９に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項１１】
圧縮機のモータに印加される電流値及び前記モータに印加される電圧値に基づいて演算された圧縮機の速度推定値を積分して、速度積分値を出力する段階と、
前記速度積分値及び前記電流値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出する段階と、
前記機械的共振周波数を前記圧縮機の運転周波数基準値として決定する段階と、
前記の決定された運転周波数基準値によって、前記圧縮機の運転周波数を変化させる段階と、
を含むことを特徴とする圧縮機の運転制御方法。
【請求項１２】
前記機械的共振周波数を前記圧縮機の運転周波数基準値として決定する前記段階は、
現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より大きいと共に、前記圧縮機の現在の運転周波数が以前の運転周波数より大きいと、前記現在の運転周波数を減少させ続けて、一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロになるときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定する段階と、
前記一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、前記以前の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より大きいと共に、前記現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より小さいと、前記現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロになるときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定する段階と、
前記一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、前記以前の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より小さいと共に、前記現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より小さいと、前記現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロになるときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定する段階と、
前記一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、前記以前の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より小さいと共に、前記現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より大きいと、前記現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の前記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロになるときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機の運転制御方法。
【請求項１３】
圧縮機のモータに印加される電流値及び前記圧縮機のモータに印加される電圧値に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値を演算するストローク演算器と、
前記電流値を積分して電流積分値を出力し、該ストローク推定値及び前記電流積分値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出し、該検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部と、
前記の決定された運転周波数基準値によって、前記圧縮機の現在の運転周波数を変化させる制御器と、
を含むことを特徴とする圧縮機の運転制御装置。
【請求項１４】
前記運転周波数基準値決定部は、一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算し、前記の乗算された値の和が最大のときの圧縮機運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１３に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項１５】
前記乗算された値の和が最大のときの前記運転周波数は、前記圧縮機の機械的共振周波数と一致することを特徴とする請求項１４に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項１６】
前記運転周波数基準値は、数式
【数２】
2006077755.tif 000009
により得られた値が最大のときに検出された運転周波数値で、ここで、前記Ｘは、前記ストローク推定値で、前記ｉは、モータに印加される電流値であることを特徴とする請求項１３に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項１７】
前記運転周波数基準値決定部は、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より大きいと共に、現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より大きいと、前記現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１３に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項１８】
前記運転周波数基準値決定部は、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より大きいと共に、現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より小さいと、現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１３に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項１９】
前記運転周波数基準値決定部は、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より小さいと共に、現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より小さいと、前記現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１３に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項２０】
前記運転周波数基準値決定部は、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より小さいと共に、現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より大きいと、前記現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項１３に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項２１】
圧縮機のモータに印加される電流を検出する電流検出器と、
前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器と、
前記の検出された電流及び電圧の値、並びに前記モータの媒介変数に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値を演算するストローク演算器と、
前記電流値を積分して電流積分値を出力し、前記ストローク推定値及び前記電流積分値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出し、該検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部と、
前記ストローク演算器から出力されるストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較結果による差値を出力する比較器と、
前記の決定された運転周波数基準値によって、現在の運転周波数を変化させ、前記比較器から出力される差値によって、前記圧縮機のモータに印加される電圧を変化させることにより、前記圧縮機の運転を制御する制御器と、
を含むことを特徴とする圧縮機の運転制御装置。
【請求項２２】
前記運転周波数基準値決定部は、一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算し、前記の乗算された値の和が最大のときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定することを特徴とする請求項２１に記載の圧縮機の運転制御装置。
【請求項２３】
圧縮機のモータに印加される電流値及び前記モータに印加される電圧値に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値を演算する段階と、
前記電流値を積分して電流積分値を出力する段階と、
前記ストローク推定値及び前記電流積分値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出する段階と、
前記機械的共振周波数を前記圧縮機の運転周波数基準値として決定する段階と、
前記の決定された運転周波数基準値によって、前記圧縮機の運転周波数を変化させる段階と、
を含むことを特徴とする圧縮機の運転制御方法。
【請求項２４】
前記機械的共振周波数を前記圧縮機の運転周波数基準値として決定する段階は、
現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より大きいと共に、前記圧縮機の現在の運転周波数が以前の運転周波数より大きいと、前記現在の運転周波数を増加させ続けて、一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大になるときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定する段階と、
前記一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、前記以前の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より大きいと共に、前記現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より小さいと、前記現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大になるときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定する段階と、
前記一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、前記以前の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より小さいと共に、前記現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より小さいと、前記現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大になるときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定する段階と、
前記一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、前記以前の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より小さいと共に、前記現在の運転周波数が前記以前の運転周波数より大きいと、前記現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の前記の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大になるときに検出された運転周波数を、前記運転周波数基準値として決定する段階と、
を含むことを特徴とする請求項２３に記載の圧縮機の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機に関し、特に、往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、往復動式圧縮機は、回転運動を直線運動に変換するクランクシャフトがないため摩擦損失が少なく、これにより、圧縮効率が一般の圧縮機より高い。
【０００３】
往復動式圧縮機を冷蔵庫やエアコンに使用する場合は、往復動式圧縮機に入力されるストローク電圧を変化させて、往復動式圧縮機の圧縮比を変化させることにより、冷力を制御することができる。
【０００４】
以下、このような従来の往復動式圧縮機について、図７を参照して説明する。
【０００５】
図７は、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００６】
図７に示すように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、圧縮機６のモータ(図示せず)に印加される電流を検出する電流検出器４と、モータに印加される電圧を検出する電圧検出器３と、この検出された電流及び電圧の値、並びにモータの媒介変数に基づいて、圧縮機６のストローク推定値を演算するストローク演算器５と、この演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、その比較結果による差値を出力する比較器１と、この差値によってモータに印加される電圧を変化させて、圧縮機６の運転(ストローク)を制御するストローク制御器２と、から構成される。
【０００７】
以下、このように構成された従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を説明する。
【０００８】
まず、電流検出器４は、圧縮機６のモータ(図示せず)に印加される電流を検出し、その検出された電流値をストローク演算器５に出力する。このとき、電圧検出器３は、モータに印加される電圧を検出し、その検出された電圧値をストローク演算器５に出力する。
【０００９】
次いで、ストローク演算器５は、上記の検出された電流値及び電圧値、並びにモータの媒介変数を下記の式(１)に代入して、圧縮機６のストローク推定値(Ｘ)を演算した後、その演算されたストローク推定値(Ｘ)を比較器１に印加する。
【００１０】
【数１】
2006077755.tif 000003
【００１１】
式中、Ｒはモータの抵抗値、Ｌはモータのインダクタンス値、αはモータ常数、ＶMはモータに印加される電圧値、ｉはモータに印加される電流値、ｄｉ／ｄｔはモータに印加される電流ｉの時間変化率である。
【００１２】
その後、比較器１は、上記のストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較結果による差値をストローク制御器２に印加する。
【００１３】
次いで、ストローク制御器２は、上記の差値に基づいて、圧縮機６のモータに印加される電圧を変化させることにより、圧縮機６のストロークを制御する。
【００１４】
以下、このような従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を、図８を参照してより詳しく説明する。
【００１５】
図８は、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
【００１６】
まず、ストローク演算器５により、上記のストローク推定値が比較器１に印加されると(ステップＳ１)、比較器１は、このストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し(ステップＳ２)、その比較結果による差値をストローク制御器２に出力する。
【００１７】
次いで、ストローク制御器２は、上記のストローク推定値がストローク基準値より小さいと、圧縮機６のストロークを制御するために、モータに印加される電圧を増加させ(ステップＳ３)、また、ストローク推定値がストローク基準値より大きいと、モータに印加される電圧を減少させる(ステップＳ４)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、このような従来の往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、ストローク推定値及びストローク基準値に基づいて圧縮機のモータに印加される電圧を変化させることによって、圧縮機の機械的共振周波数が変動するにもかかわらず、常に同一の運転周波数で圧縮機を運転させるため、圧縮機の運転効率が低下するという問題点があった。
【００１９】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、圧縮機の負荷が変動しても圧縮機の運転効率を向上させることができる圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するために、本発明による圧縮機の運転制御装置は、圧縮機のモータに印加される電流値及び前記圧縮機のモータに印加される電圧値に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値及び速度推定値を演算するストローク／速度演算器と、前記速度推定値を積分して速度積分値を出力し、前記速度積分値及び前記電流値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出し、前記の検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部と、前記の決定された運転周波数基準値によって、前記圧縮機の現在の運転周波数を変化させる制御器と、から構成される。
【００２１】
また、本発明による圧縮機の運転制御装置は、圧縮機のモータに印加される電流を検出する電流検出器と、前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記検出された電流及び電圧の値、並びに前記モータの媒介変数に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値及び速度推定値を演算するストローク／速度演算器と、前記速度推定値を積分して速度積分値を出力し、該速度積分値及び前記電流値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出し、前記検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部と、前記ストローク演算器から出力されるストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較結果による差値を出力する比較器と、前記決定された運転周波数基準値によって、現在の運転周波数を変化させ、前記比較器から出力される差値によって、前記圧縮機のモータに印加される電圧を変化させることにより、前記圧縮機の運転を制御する制御器と、から構成される。
【００２２】
そして、本発明による圧縮機の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電流値及び前記モータに印加される電圧値に基づいて演算された圧縮機の速度推定値を積分して、速度積分値を出力する段階と、前記速度積分値及び前記電流値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出する段階と、前記機械的共振周波数を前記圧縮機の運転周波数基準値として決定する段階と、前記決定された運転周波数基準値によって、前記圧縮機の運転周波数を変化させる段階と、からなる。
【００２３】
また、本発明による圧縮機の運転制御装置は、圧縮機のモータに印加される電流値及び前記圧縮機のモータに印加される電圧値に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値を演算するストローク演算器と、前記電流値を積分して電流積分値を出力し、前記ストローク推定値及び前記電流積分値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出し、前記検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部と、前記決定された運転周波数基準値によって、前記圧縮機の現在の運転周波数を変化させる制御器と、から構成される。
【００２４】
また、本発明による圧縮機の運転制御装置は、圧縮機のモータに印加される電流を検出する電流検出器と、前記モータに印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記検出された電流及び電圧の値、並びに前記モータの媒介変数に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値を演算するストローク演算器と、前記電流値を積分して電流積分値を出力し、前記ストローク推定値及び前記電流積分値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出し、前記検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部と、前記ストローク演算器から出力されるストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較結果による差値を出力する比較器と、前記決定された運転周波数基準値によって、現在の運転周波数を変化させ、前記比較器から出力される差値によって、前記圧縮機のモータに印加される電圧を変化させることにより、前記圧縮機の運転を制御する制御器と、から構成される。
【００２５】
そして、本発明による圧縮機の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電流値及び前記モータに印加される電圧値に基づいて、前記圧縮機のストローク推定値を演算する段階と、前記電流値を積分して電流積分値を出力する段階と、前記ストローク推定値及び前記電流積分値に基づいて、前記圧縮機の機械的共振周波数を検出する段階と、前記機械的共振周波数を前記圧縮機の運転周波数基準値として決定する段階と、前記決定された運転周波数基準値によって、前記圧縮機の運転周波数を変化させる段階と、からなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、圧縮機の負荷が変動する度に、一周期間の各速度積分値及び各電流値に基づいて、圧縮機の機械的共振周波数を検出し、その検出された機械的共振周波数によって、圧縮機の運転周波数を変化させることにより、圧縮機の負荷が変動しても圧縮機の運転効率を向上させることができるという効果がある。
【００２７】
また、本発明による圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、圧縮機の負荷が変動する度に、一周期間の各ストローク推定値及び各電流積分値に基づいて、圧縮機の機械的共振周波数を検出し、その検出された機械的共振周波数によって、圧縮機の運転周波数を変化させることにより、圧縮機の負荷が変動しても圧縮機の運転効率を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、圧縮機の負荷が変動しても圧縮機の運転効率を向上させることができる圧縮機の運転制御装置及びその方法の好ましい実施形態を、図１〜図６を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１実施形態による圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【００３０】
図１に示すように、本発明の第１実施形態による圧縮機の運転制御装置は、圧縮機６０のモータ(図示せず)に印加される電流を検出する電流検出器４０と、圧縮機６０のモータに印加される電圧を検出する電圧検出器３０と、この検出された電流及び電圧の値、並びにモータの媒介変数に基づいて、圧縮機６０のストローク推定値及び速度推定値を演算するストローク／速度演算器５０と、上記の速度推定値を積分し、この積分された速度推定値及び上記の検出された電流値に基づいて、圧縮機６０の機械的共振周波数を検出し、この検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部７０と、ストローク／速度演算器５０から出力されるストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較結果による差値を出力する比較器１０と、上記の決定された運転周波数基準値によって、現在の運転周波数を変化させ、比較器１０から出力される差値によって、圧縮機６０のモータに印加される電圧を変化させることにより、圧縮機６０の運転を制御する制御器２０と、から構成される。
【００３１】
以下、このように構成された本発明の第１実施形態による圧縮機の運転制御装置の動作を説明する。
【００３２】
まず、電流検出器４０は、圧縮機６０に印加される電流を検出し、その検出された電流値を、ストローク／速度演算器５０及び運転周波数基準値決定部７０にそれぞれ出力する。このとき、電圧検出器３０は、圧縮機６０に印加される電圧を検出し、その検出された電圧値を、ストローク／速度演算器５０に出力する。
【００３３】
次いで、ストローク／速度演算器５０は、電流検出器４０から出力される電流値及び電圧検出器３０から出力される電圧値、並びに予め設定されたモータ媒介変数に基づいて、圧縮機６０のストローク推定値及び速度推定値を演算した後、その演算されたストローク推定値と速度推定値をそれぞれ、比較器１０と運転周波数基準値決定部７０に出力する。
【００３４】
その後、比較器１０は、ストローク基準値とストローク／速度演算器５０から出力されるストローク推定値とを比較し、その比較結果による差値を制御器２０に出力する。
【００３５】
その後、制御器２０は、比較器１０から出力される差値によって、圧縮機６０に印加される電圧を変化させることにより、圧縮機６０の運転を制御する。
【００３６】
一方、運転周波数基準値決定部７０は、上記の速度推定値を積分し、その積分された速度推定値(以下、速度積分値という)、及び電流検出器４０により検出された電流値に基づいて、圧縮機６０の機械的共振周波数を検出し、この検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する。
【００３７】
例えば、運転周波数基準値決定部７０は、モータが共振状態のとき、一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロ(０)のときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定する。即ち、運転周波数基準値決定部７０は、運転周波数を変えて運転した場合に、上記の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときに検出された運転周波数を、機械的共振周波数として認識し、この機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する。ここで、運転周波数と機械的共振周波数とが一致するとき、圧縮機６０の運転効率が向上する。なお、上記の「一周期間の各速度積分値と各電流値」などの記載の「各」は、「一周期間の各サンプリング時点での」ということを意味する。
【００３８】
上記の機械的共振周波数値は、下記の式(２)により得られる。
【００３９】
【数２】
2006077755.tif 000004
【００４０】
即ち、運転周波数基準値決定部７０は、上記の式(２)の第１式が成り立つときの運転周波数を機械的共振周波数として認識し、この機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する。式中、ｖは速度推定値で、前記の式(１)を時間微分して得られる上記の式(２)の第２式より演算され、またｉはモータに印加される電流値である。
【００４１】
なお、上記の式(２)の第１式は、
【００４２】
【数３】
2006077755.tif 000005
【００４３】
と書き換えることができ、ここで、ｖmはサンプリング点ｍでの速度推定値、ｉnはサンプリング点ｎでの電流値、Ｎは一周期間のサンプリング回数、Δｔはサンプリング周期である。
【００４４】
その後、制御器２０は、運転周波数基準値決定部７０から出力される運転周波数基準値によって、圧縮機６０の現在の運転周波数を変化させることにより、圧縮機６０の運転を制御する。即ち、制御器２０は、上記の運転周波数基準値が現在の運転周波数値より大きいと、この現在の運転周波数を増加させ、上記の運転周波数基準値が現在の運転周波数値より小さいと、この現在の運転周波数を減少させる。
【００４５】
以下、このような圧縮機のストロークの位相及び電流の位相について、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。
【００４６】
図２(Ａ)は、本発明の第１実施形態による圧縮機のモータに印加される電流の位相、及び圧縮機のストロークの位相を示すグラフである。ここで、ストロークとは、圧縮機のピストンが往復運動を行うときのピストンの位置をいい、また、ストロークの位相とは、ピストンが往復運動を行うときのピストンの位置による波形(正弦波)をいう。
【００４７】
図２(Ａ)に示すように、上記のストロークの位相と電流の位相との差は９０°であり、圧縮機の負荷が変動しても、上記のストロークの位相と電流の位相との差が９０°のときに共振現象が起こることを、実験を通して明らかにした。
【００４８】
図２(Ｂ)は、図２(Ａ)のストロークの速度の位相、及び電流の位相を示す図である。
【００４９】
前述のように圧縮機の負荷が変動しても、上記のストロークの速度を積分した波形をサンプリングした各速度積分値とモータに印加される各電流値とを乗算した値の和がゼロのときに共振現象が起こることを、実験を通して明らかにした。即ち、モータが共振状態のとき、一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算し、これらの乗算された値を加算すると、その加算された値はゼロとなる。従って、上記の各電流値と各速度積分値とを乗算した値の和がゼロのときに検出された運転周波数は、機械的共振周波数と一致する。
【００５０】
以下、一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算し、これらの乗算された値を加算して、その加算された値がゼロのときに運転周波数を検出し、その検出された運転周波数値を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部７０の動作を、図３を参照して詳細に説明する。
【００５１】
図３は、本発明の第１実施形態による圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
【００５２】
本発明の第１実施形態による圧縮機の運転制御方法は、圧縮機に印加される電流値及び電圧値を検出する段階と、この電流値及び電圧値に基づいて、圧縮機のストローク推定値及び速度推定値を演算する段階と、この速度推定値を積分して速度積分値を出力する段階と、一周期間のサンプリングの各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和に基づいて、圧縮機の機械的共振周波数を検出し、この機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する段階と、この決定された運転周波数基準値によって、圧縮機の現在の運転周波数を変化させる段階と、からなる。ここで、上記の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときに検出された運転周波数は、圧縮機の機械的共振周波数と一致する。従って、上記の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときの運転周波数によって、圧縮機の現在の運転周波数を変化させると、この変化させた運転周波数が機械的共振周波数と一致するので、圧縮機の運転効率が向上する。
【００５３】
即ち、図３に示すように、まず、運転周波数基準値決定部７０は、現在の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算し、これらの乗算された値の和を計算し(ステップＳ１１)、その計算された和を、以前の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和と比較する(ステップＳ１２)。
【００５４】
その後、運転周波数基準値決定部７０は、現在の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より大きいと共に、圧縮機６０の現在の運転周波数が以前の運転周波数より大きいと(ステップＳ１３)、上記の現在の運転周波数を減少させ続けて、一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときの運転周波数(機械的共振周波数と一致する)を、運転周波数基準値として決定する(ステップＳ１５)。
【００５５】
これに対して、運転周波数基準値決定部７０は、現在の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より大きいと共に、現在の運転周波数が以前の運転周波数より小さいと(ステップＳ１３)、現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定する(ステップＳ１６)。
【００５６】
一方、運転周波数基準値決定部７０は、現在の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より小さいと共に、現在の運転周波数が以前の運転周波数より小さいと(ステップＳ１４)、現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定する(ステップＳ１７)。
【００５７】
これに対して、運転周波数基準値決定部７０は、現在の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和より小さいと共に、現在の運転周波数が以前の運転周波数より大きいと(ステップＳ１４)、前記現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定する(ステップＳ１８)。
【００５８】
従って、上記の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときに検出された運転周波数は、圧縮機の機械的共振周波数と一致するので、上記の一周期間の各速度積分値と各電流値とを乗算した値の和がゼロのときの運転周波数によって運転するように、現在の運転周波数を変化させると、圧縮機の運転効率が向上する。即ち、本発明は、往復動式圧縮機の運転中に、圧縮機の負荷が変動する度に、一周期間の各速度積分値及び各電流値に基づいて、圧縮機の機械的共振周波数を検出し、この検出された機械的共振周波数によって運転するように、圧縮機の運転周波数を変化させることにより、圧縮機の運転効率を向上させることができる。
【００５９】
一方、本発明は、モータに印加される電流を積分し、その積分された電流値及び前記のストローク推定値に基づいて、圧縮機の機械的共振周波数を検出することもできる。
【００６０】
以下、上記の積分された電流値及びストローク推定値に基づいて、圧縮機の機械的共振周波数を検出し、この検出された機械的共振周波数で運転するように、圧縮機の運転周波数を変化させることにより、圧縮機の運転効率を向上させることができる第２実施形態の圧縮機の運転制御装置を、図４〜図６を参照して説明する。
【００６１】
本発明の第２実施形態による圧縮機の運転制御装置は、運転周波数基準値決定部１００及びストローク演算器５０を除いては、本発明の第１実施形態による圧縮機の運転制御装置とその構成が同じであるので、その他の構成要素には同じ符号を付する。
【００６２】
図４は、本発明の第２実施形態による圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【００６３】
図４に示すように、本発明の第２実施形態による圧縮機の運転制御装置は、圧縮機６０のモータ(図示せず)に印加される電流を検出する電流検出器４０と、圧縮機６０のモータに印加される電圧を検出する電圧検出器３０と、上記の検出された電流及び電圧の値、並びにモータの媒介変数に基づいて、圧縮機６０のストローク推定値を演算するストローク演算器５０と、上記の検出された電流値を積分し、この積分された電流値及び上記の検出されたストローク推定値に基づいて、圧縮機６０の機械的共振周波数を検出し、この検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部１００と、ストローク演算器５０から出力されるストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較結果による差値を出力する比較器１０と、上記の決定された運転周波数基準値によって、現在の運転周波数を変化させ、比較器１０から出力される差値によって、圧縮機６０のモータに印加される電圧を変化させることにより、圧縮機６０の運転を制御する制御器２０と、から構成される。
【００６４】
以下、このように構成された本発明の第２実施形態による圧縮機の運転制御装置の動作を説明する。
【００６５】
まず、電流検出器４０は、圧縮機６０に印加される電流を検出し、その検出された電流値を、ストローク演算器５０及び運転周波数基準値決定部１００にそれぞれ出力する。このとき、電圧検出器３０は、圧縮機６０に印加される電圧を検出し、その検出された電圧値を、ストローク演算器５０に出力する。
【００６６】
次いで、ストローク演算器５０は、電流検出器４０から出力される電流値及び電圧検出器３０から出力される電圧値、並びに予め設定されたモータ媒介変数に基づいて、圧縮機６０のストローク推定値を演算した後、その演算されたストローク推定値を、比較器１０及び運転周波数基準値決定部１００にそれぞれ出力する。
【００６７】
その後、比較器１０は、ストローク基準値とストローク演算器５０から出力されるストローク推定値とを比較し、その比較結果による差値を制御器２０に出力する。
【００６８】
その後、制御器２０は、比較器１０から出力される差値によって、圧縮機６０に印加される電圧を変化させることにより、圧縮機６０の運転を制御する。
【００６９】
一方、運転周波数基準値決定部１００は、上記の検出された電流値を積分し、その積分された電流値(以下、電流積分値という)、及び上記のストローク推定値に基づいて、圧縮機６０の機械的共振周波数を検出し、この検出された機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する。
【００７０】
例えば、運転周波数基準値決定部１００は、モータが共振状態のとき、一周期間の各電流積分値と各ストローク推定値とを乗算した値の和が最大のときに検出された運転周波数を、運転周波数基準値として決定する。即ち、運転周波数基準値決定部１００は、上記の各電流積分値と各ストローク推定値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数を、機械的共振周波数として認識し、この機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する。ここで、運転周波数と機械的共振周波数とが一致するとき、圧縮機６０の運転効率が向上する。なお、上記の「一周期間の各電流積分値と各ストローク推定値」などの記載の「各」は、「一周期間の各サンプリング時点での」という意味である。
【００７１】
上記の機械的共振周波数値は、下記の式(３)により得られる。
【００７２】
【数４】
2006077755.tif 000006
【００７３】
即ち、運転周波数基準値決定部１００は、上記の式(３)の左辺により得られた値が最大(ＭＡＸ)のときの運転周波数を機械的共振周波数として認識し、この機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する。式中、Ｘはストローク推定値で、ｉはモータに印加される電流値である。
【００７４】
なお、上記の式(３)は、
【００７５】
【数５】
2006077755.tif 000007
【００７６】
と書き換えることができ、ここで、ｉmはサンプリング点ｍでの電流値、Ｘnはサンプリング点ｎでのストローク推定値、Ｎは一周期間のサンプリング回数、Δｔはサンプリング周期である。
【００７７】
その後、制御器２０は、運転周波数基準値決定部１００から出力される運転周波数基準値によって、圧縮機６０の現在の運転周波数を変化させることにより、圧縮機６０の運転を制御する。即ち、制御器２０は、上記の運転周波数基準値が現在の運転周波数値より大きいと、現在の運転周波数を増加させ、上記の運転周波数基準値が現在の運転周波数値より小さいと、現在の運転周波数を減少させる。
【００７８】
以下、このような圧縮機のストロークの位相及び電流の位相について、図５を参照して説明する。
【００７９】
図５は、本発明の第２実施形態による圧縮機のモータに印加される電流の積分値、及び圧縮機のストロークの位相を示すグラフである。即ち、図５は、図２(Ａ)の電流を積分した位相、及びストロークの位相を示す図である。
【００８０】
図５に示すように、圧縮機の負荷が変動しても、上記各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときに共振現象が起こることを、実験を通して明らかにした。即ち、モータが共振状態のとき、一周期間の各電流積分値と各ストローク推定値とを乗算し、これらの乗算された値を加算すると、その加算された値は最大となる。従って、上記の各電流積分値と各ストローク推定値とを乗算した値の和が最大のときに検出された運転周波数は、機械的共振周波数と一致する。
【００８１】
以下、一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算し、これらの乗算された値を加算して、その加算された値が最大のときに運転周波数を検出し、その検出された運転周波数値を運転周波数基準値として決定する運転周波数基準値決定部１００の動作を、図６を参照して詳細に説明する。
【００８２】
図６は、本発明の第２実施形態による圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
【００８３】
本発明の第２実施形態による圧縮機の運転制御方法は、圧縮機に印加される電流値及び電圧値を検出する段階と、この電流値及び電圧値に基づいて、圧縮機のストローク推定値を演算する段階と、上記の電流値を積分して電流積分値を出力する段階と、一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和に基づいて、圧縮機の機械的共振周波数を検出し、この機械的共振周波数を運転周波数基準値として決定する段階と、この決定された運転周波数基準値によって、圧縮機の現在の運転周波数を変化させる段階と、からなる。ここで、上記の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数は、圧縮機の機械的共振周波数と一致する。従って、上記の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数によって、圧縮機の現在の運転周波数を変化させると、この変化された運転周波数が機械的共振周波数と一致するので、圧縮機の運転効率が向上する。
【００８４】
即ち、図６に示すように、まず、運転周波数基準値決定部１００は、現在の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算し、これらの乗算された値の和を計算し(ステップＳ２１)、その計算された和を、以前の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和と比較する(ステップＳ２２)。
【００８５】
その後、運転周波数基準値決定部１００は、現在の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より大きいと共に、圧縮機６０の現在の運転周波数が以前の運転周波数より大きいと(ステップＳ２３)、現在の運転周波数を増加させ続けて、一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数(機械的共振周波数と一致する)を、運転周波数基準値として決定する(ステップＳ２５)。
【００８６】
これに対し、運転周波数基準値決定部１００は、現在の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より大きいと共に、現在の運転周波数が以前の運転周波数より小さいと(ステップＳ２３)、現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定する(ステップＳ２６)。
【００８７】
一方、運転周波数基準値決定部１００は、現在の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より小さいと共に、現在の運転周波数が以前の運転周波数より小さいと(ステップＳ２４)、現在の運転周波数を増加させ続けて、現在の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定する(ステップＳ２７)。
【００８８】
これに対して、運転周波数基準値決定部１００は、現在の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が、以前の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和より小さいと共に、現在の運転周波数が以前の運転周波数より大きいと(ステップＳ２４)、現在の運転周波数を減少させ続けて、現在の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数を、運転周波数基準値として決定する(ステップＳ２８)。
【００８９】
従って、上記の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数は、圧縮機の機械的共振周波数と一致するので、上記の一周期間の各ストローク推定値と各電流積分値とを乗算した値の和が最大のときの運転周波数によって、現在の運転周波数を変化させると、圧縮機の運転効率が向上する。即ち、本発明は、往復動式圧縮機の運転中に、圧縮機の負荷が変動する度に、一周期間の各ストローク推定値及び各電流積分値に基づいて、圧縮機の機械的共振周波数を検出し、この検出された機械的共振周波数によって、圧縮機の運転周波数を変化させることにより、圧縮機の運転効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１実施形態による圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】(Ａ)は本発明の第１実施形態による圧縮機のモータに印加される電流の位相、及び圧縮機のストロークの位相を示すグラフである。  また、(Ｂ)は本発明の第１実施形態による圧縮機のモータに印加される電流の位相、及び圧縮機のストロークの速度の位相を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態による圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態による圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態による圧縮機のモータに印加される電流の積分値の位相、及び圧縮機のストロークの位相を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態による圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
【図７】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
１０    比較器
２０    制御器
３０    電圧検出器
４０    電流検出器
５０    ストローク／速度演算器
６０    圧縮機
７０、１００    運転周波数基準値決定部
【図１】
2006077755.tif 000010
【図２】
2006077755.tif 000011
【図３】
2006077755.tif 000012
【図４】
2006077755.tif 000013
【図５】
2006077755.tif 000014
【図６】
2006077755.tif 000015
【図７】
2006077755.tif 000016
【図８】
2006077755.tif 000017