(57)【要約】【課題】圧縮機の電流またはトルクを制限しつつ回転軸および軸受の摩耗低減を実現することに適した技術を提供する。【解決手段】圧縮機モータ１０１のトルクの絶対値または圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅を値Ａと定義したとき、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されているという条件と、値Ａが第１制限値を上回っているという条件と、を含む複数の条件が成立しているときに、ポンプ電力低減運転が行われる。ポンプ電力低減運転において、圧縮機モータ１０１は、回生駆動により回生電力を生成し、ポンプモータ１０２は、回生電力で駆動され、制御装置１０４は、値Ａを第１制限値に追従させる制御と、ポンプモータ１０２に供給される電力を低下させる制御と、を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続されうるターボ圧縮機装置であって、
回転軸、前記回転軸を支持する軸受、前記回転軸が回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構、前記回転軸を回転させる圧縮機モータ、および、前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路、を有するターボ圧縮機と、
前記潤滑剤供給路を介して前記軸受に前記潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ、を有する潤滑ポンプと、
コンバータであって、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧と直流電圧部の直流電圧Ｖdcとの間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流電圧Ｖdcと前記圧縮機モータの第１交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第１インバータと、
前記直流電圧Ｖdcと前記ポンプモータの第２交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第２インバータと、
前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御する制御装置と、を備え、
前記圧縮機モータのトルクの絶対値または前記圧縮機モータの電流ベクトルの振幅を値Ａと定義したとき、前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されているという条件と、前記値Ａが第１制限値を上回っているという条件と、を含む複数の条件が成立しているときに、ポンプ電力低減運転が行われ、
前記ポンプ電力低減運転において、
前記圧縮機モータは、回生駆動により回生電力を生成し、
前記ポンプモータは、前記回生電力で駆動され、
前記制御装置は、前記値Ａを前記第１制限値に追従させる制御と、前記ポンプモータに供給される電力を低下させる制御と、を行う、ターボ圧縮機装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに通常運転を行い、
前記通常運転において前記値Ａが第２制限値を上回っているときに、前記制御装置は、前記値Ａを前記第２制限値に追従させる制御を行い、
前記第１制限値は、前記第２制限値よりも大きい、請求項１に記載のターボ圧縮機装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記ポンプ電力低減運転において、前記ポンプモータの回転数および前記ポンプモータのトルクの絶対値から選択される少なくとも１つを低下させる制御を行う、請求項１または２に記載のターボ圧縮機装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記ポンプ電力低減運転において、前記直流電圧Ｖdcを目標直流電圧に近づける制御を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機装置。
ここで、前記目標直流電圧は、前記通常運転のときの前記第２交流電圧ベクトルの振幅の１／Ｒ2倍以上であり、前記Ｒ2は、線形領域で前記第２インバータが動作する場合における前記直流電圧Ｖdcに対する前記第２交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第２インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Ｖdcに対して前記第２交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。
【請求項５】
前記ターボ圧縮機装置は、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記複数の条件は、前記第１交流電圧ベクトルの振幅が第１閾値振幅未満であるという条件を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ圧縮機装置。
ここで、前記第１閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第２交流電圧ベクトルの振幅以上である。
【請求項６】
前記制御装置は、前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断された時点以後に開始され前記ポンプ電力低減運転が始まる時点において終了する期間において、前記ポンプモータに供給する前記回生電力を一定に維持する制御を行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ圧縮機装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ圧縮機装置を含む冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ターボ圧縮機装置および冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機を用いたシステムおよびモータ制御について、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、図１３に示すような冷凍機９００が記載されている。冷凍機９００は、圧縮機９０１、蒸発器９０２、凝縮器９０４、冷却塔９１６、および冷却水ポンプ９１８を備えている。冷凍機９００では、水が冷媒として用いられている。圧縮機９０１は、回転軸９１０、翼車９１２、および軸受９２０を有している。冷却水ポンプ９１８の吐出圧は、水を、冷却塔９１６から凝縮器９０４に供給するとともに、冷却塔９１６から軸受９２０に供給する。軸受９２０に供給された水は、潤滑剤として作用する。特許文献２および非特許文献１では、モータ制御について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５７５３７９号
【特許文献２】特開２０１５−１２６５９８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】前田雄一郎、井上征則、森本茂雄、真田雅之、「インバータの過変調領域を利用する埋込磁石同期モータのための直接トルク制御システムの運転特性（Operating Characteristics of Direct Torque Control System for Interior Permanent Magnet Synchronous Motors in Overmodulation Region）」平成２４年電気学会産業応用部門大会、Vol.３,  ｐｐ２４３−２４６（２０１２−８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮機の回転軸と軸受との接触により、回転軸が摩耗したり軸受が摩耗したりすることがある。特許文献１の技術には、摩耗低減の観点から改善の余地がある。また、モータの損傷を防止する観点から、圧縮機の電流またはトルクを制限することが望ましい場合がある。本開示は、圧縮機の電流またはトルクを制限しつつ回転軸および軸受の摩耗低減を実現することに適した技術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】
【０００６】
すなわち、本開示は、
電源に接続されうるターボ圧縮機装置であって、
回転軸、前記回転軸を支持する軸受、前記回転軸が回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構、前記回転軸を回転させる圧縮機モータ、および、前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路、を有するターボ圧縮機と、
前記潤滑剤供給路を介して前記軸受に前記潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ、を有する潤滑ポンプと、
コンバータであって、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧と直流電圧部の直流電圧Ｖdcとの間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流電圧Ｖdcと前記圧縮機モータの第１交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第１インバータと、
前記直流電圧Ｖdcと前記ポンプモータの第２交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第２インバータと、
前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御する制御装置と、を備え、
前記圧縮機モータのトルクの絶対値または前記圧縮機モータの電流ベクトルの振幅を値Ａと定義したとき、前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されているという条件と、前記値Ａが第１制限値を上回っているという条件と、を含む複数の条件が成立しているときに、ポンプ電力低減運転が行われ、
前記ポンプ電力低減運転において、
前記圧縮機モータは、回生駆動により回生電力を生成し、
前記ポンプモータは、前記回生電力で駆動され、
前記制御装置は、前記値Ａを前記第１制限値に追従させる制御と、前記ポンプモータに供給される電力を低下させる制御と、を行う、ターボ圧縮機装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る技術は、圧縮機の電流またはトルクを制限しつつ回転軸および軸受の摩耗低減を実現することに適している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ターボ圧縮機装置の構成図
【図２】圧縮機の構成図
【図３】空気調和装置の構成図
【図４】制御方法を示すフロー図
【図５】制御を説明するためのタイミング図
【図６】座標系の説明図
【図７】制御部のブロック図
【図８】制御部のブロック図
【図９】制御部のブロック図
【図１０】制御部のブロック図
【図１１】制御部のブロック図
【図１２】制御部のブロック図
【図１３】従来技術における冷凍機の構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本発明者らによる知見）
特許文献１に記載されているような冷凍機を駆動させるためには、圧縮機を駆動させるためのインバータおよび冷却水ポンプを駆動させるためのインバータを設けることが考えられる。しかし、何らかの原因で電力系統からの電力供給が遮断されると、圧縮機および冷却水ポンプは、これらのインバータから電力が供給されない状態となる。また、制御されない状態（フリーラン状態）になる。このような状況において、冷却水ポンプの回転数は、冷却水ポンプ前後の差圧により低下し、比較的短時間でゼロになる。特許文献１の冷凍機では冷却水ポンプを利用して潤滑剤（水）を圧縮機の軸受に供給するので、比較的短時間で潤滑剤の軸受への供給が不可能となる。一方、上記の状況において、圧縮機の回転エネルギーはゆっくりと低下する。このため、比較的長期間にわたり圧縮機の回転軸の高速回転が維持される。結果として、潤滑剤が圧縮機の軸受に送られることなく圧縮機の回転軸が高速回転する期間が生じる。この期間では、圧縮機の回転軸と軸受とが接触し易いため、回転軸および軸受が摩耗し易い。摩耗は、圧縮機の寿命を短くしたり、圧縮機を故障し易くしたりする。
【００１０】
そこで、本発明者らは、電源からの電力供給が遮断されても圧縮機の軸受への潤滑剤の供給を維持できる技術を検討した。そして、何らかの理由で系統または電源が遮断した場合には圧縮機の回転エネルギーをポンプに供給することで潤滑剤の供給を継続することを思いついた。具体的には、圧縮機のモータを回生駆動させて回生電力を生成し、回生電力を圧縮機用のインバータにより直流電力に変換し、直流電力をポンプ用のインバータにより交流電力に変換し、この交流電力をポンプのモータに供給することを思いついた。
【００１１】
ところで、圧縮機のモータに過度な電流またはトルクが印加されると、モータが損傷するおそれがある。このような損傷を防止するためには、電流またはトルクを制限することが考えられる。具体的には、電流またはトルクが制限値に達したときに電流またはトルクがそれ以上増加しないようにする制御を開始することが考えられる。しかし、本発明者らの検討によると、圧縮機の回転エネルギーをポンプに供給しつつこのような制御を行うと、以下のような問題が生じる。すなわち、電流またはトルクの制限がかかった時点を境に、圧縮機で回生可能な電力が急激に減少する。回生可能な電力が減少して回生電力でポンプ動力を賄うことができなくなると、上記直流電力の電路（直流電圧部）における直流電圧が急激に低下する。直流電圧の低下は、圧縮機用のインバータおよびポンプ用のインバータの停止を引き起こす。圧縮機用のインバータの停止は、該インバータによる圧縮機モータの制動を不可能にする（圧縮機のフリーランを引き起こす）。ポンプ用のインバータの停止は、軸受への冷媒供給を困難にする。すなわち、これらのインバータの停止により、回転軸および軸受が摩耗し易くなり、圧縮機の寿命が短くなり、圧縮機が故障し易くなる。
【００１２】
そこで、本発明者らは、圧縮機の電流またはトルクを制限しつつ回転軸および軸受の摩耗低減を実現することに適した技術を提供することを目指した。具体的には、圧縮機の電流またはトルクを制限しつつ、圧縮機用のインバータによる圧縮機モータの制動を維持しつつ、軸受への冷媒供給を維持することに適した技術を提供することを目指した。
【００１３】
本開示の第１態様は、
電源に接続されうるターボ圧縮機装置であって、
回転軸、前記回転軸を支持する軸受、前記回転軸が回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構、前記回転軸を回転させる圧縮機モータ、および、前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路、を有するターボ圧縮機と、
前記潤滑剤供給路を介して前記軸受に前記潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ、を有する潤滑ポンプと、
コンバータであって、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧と直流電圧部の直流電圧Ｖdcとの間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流電圧Ｖdcと前記圧縮機モータの第１交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第１インバータと、
前記直流電圧Ｖdcと前記ポンプモータの第２交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第２インバータと、
前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御する制御装置と、を備え、
前記圧縮機モータのトルクの絶対値または前記圧縮機モータの電流ベクトルの振幅を値Ａと定義したとき、前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されているという条件と、前記値Ａが第１制限値を上回っているという条件と、を含む複数の条件が成立しているときに、ポンプ電力低減運転が行われ、
前記ポンプ電力低減運転において、
前記圧縮機モータは、回生駆動により回生電力を生成し、
前記ポンプモータは、前記回生電力で駆動され、
前記制御装置は、前記値Ａを前記第１制限値に追従させる制御と、前記ポンプモータに供給される電力を低下させる制御と、を行う、ターボ圧縮機装置を提供する。
【００１４】
第１態様に係る技術は、圧縮機の電流またはトルクを制限しつつ回転軸および軸受の摩耗低減を実現することに適している。具体的には、第１態様に係る技術は、圧縮機の電流またはトルクを制限しつつ、第１インバータによる圧縮機モータの制動を維持しつつ、軸受への冷媒供給を維持することに適している。
【００１５】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記制御装置は、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに通常運転を行い、
前記通常運転において前記値Ａが第２制限値を上回っているときに、前記制御装置は、前記値Ａを前記第２制限値に追従させる制御を行い、
前記第１制限値は、前記第２制限値よりも大きいターボ圧縮機装置を提供する。
【００１６】
第２態様では、第２制限値は、第１制限値よりも小さい。このことは、通常運転時における圧縮機モータの損傷を防止することに適している。逆にいうと、第１制限値は、第２制限値よりも大きい。このようにすれば、圧縮機の電流またはトルクの制限が開始されるタイミングを遅らせることができる。このことは、圧縮機の回転数の低下が急である領域から低下がなだらかである領域に切り替わるタイミングを遅らせることができることを意味する。つまり、第２態様は、圧縮機の回転数を素早くゼロにすることで、回転軸および軸受の摩耗を発生し難くする。
【００１７】
また、圧縮機の電流またはトルクの制限が開始されるタイミングを遅らせることができることは、回生可能な電力が大きい期間を長くできることを意味する。この期間が長いことにより、圧縮機の回転数が高い場合および負荷変動でポンプ動力が大きくなる場合において、第１インバータの運転を継続し易くなり、第１インバータによる圧縮機モータの制動を維持し易くなり、回転軸および軸受の摩耗を抑え易くなる。
【００１８】
本開示の第３態様は、第１態様または第２態様に加え、
前記制御装置は、前記ポンプ電力低減運転において、前記ポンプモータの回転数および前記ポンプモータのトルクの絶対値から選択される少なくとも１つを低下させる制御を行うターボ圧縮機装置を提供する。
【００１９】
第３態様によれば、ポンプ電力低減運転においてポンプモータに供給される電力を容易に低下させることができる。
【００２０】
本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様のいずれか１つに加え、
前記制御装置は、前記ポンプ電力低減運転において、前記直流電圧Ｖdcを目標直流電圧に近づける制御を行うターボ圧縮機装置を提供する。
ここで、前記目標直流電圧は、前記通常運転のときの前記第２交流電圧ベクトルの振幅の１／Ｒ2倍以上であり、前記Ｒ2は、線形領域で前記第２インバータが動作する場合における前記直流電圧Ｖdcに対する前記第２交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第２インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Ｖdcに対して前記第２交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。
【００２１】
第４態様によれば、ポンプ電力低減運転における圧縮機モータおよびポンプモータの挙動が安定し易い。
【００２２】
本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つに加え、
前記ターボ圧縮機装置は、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記複数の条件は、前記第１交流電圧ベクトルの振幅が第１閾値振幅未満であるという条件を含むターボ圧縮機装置を提供する。
ここで、前記第１閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第２交流電圧ベクトルの振幅以上である。
【００２３】
第１交流電圧ベクトルの振幅が大きいときには、圧縮機モータによる回生可能な電力が大きい。第５態様によれば、そのようなポンプモータに供給される電力を低下させる制御が必要でないときに、同制御が行われることを防止することができる。
【００２４】
本開示の第６態様は、第１態様〜第５態様のいずれか１つに加え、
前記制御装置は、前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断された時点以後に開始され前記ポンプ電力低減運転が始まる時点において終了する期間において、前記ポンプモータに供給する前記回生電力を一定に維持する制御を行うターボ圧縮機装置を提供する。
【００２５】
第６態様によれば、第６態様で規定する期間において、軸受への潤滑剤の供給量を安定させることができる。
【００２６】
本開示の第７態様は、
第１態様〜第６態様のいずれか１つのターボ圧縮機装置を含む冷凍サイクル装置を提供する。
【００２７】
第７態様によれば、第１態様〜第６態様のいずれか１つのターボ圧縮機装置の効果を有する冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００２８】
本開示の第８態様は、
回転軸、前記回転軸を支持する軸受、前記回転軸が回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構、前記回転軸を回転させる圧縮機モータ、および、前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路、を有するターボ圧縮機と、
前記潤滑剤供給路を介して前記軸受に前記潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ、を有する潤滑ポンプと、
コンバータであって、電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧と直流電圧部の直流電圧Ｖdcとの間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流電圧Ｖdcと前記圧縮機モータの第１交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第１インバータと、
前記直流電圧Ｖdcと前記ポンプモータの第２交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第２インバータと、備えたターボ圧縮機装置の制御方法であって、
前記圧縮機モータのトルクの絶対値または前記圧縮機モータの電流ベクトルの振幅を値Ａと定義したとき、前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されているという条件と、前記値Ａが第１制限値を上回っているという条件と、を含む複数の条件が成立しているときに、ポンプ電力低減運転が行われ、
前記ポンプ電力低減運転において、
前記圧縮機モータは、回生駆動により回生電力を生成し、
前記ポンプモータは、前記回生電力で駆動され、
前記値Ａを前記第１制限値に追従させる制御と、前記ポンプモータに供給される電力を低下させる制御と、が行われる、ターボ圧縮機装置の制御方法を提供する。
【００２９】
第８態様によれば、第１態様の効果と同じ効果を得ることができる。
【００３０】
本開示の第９態様は、
第８態様のターボ圧縮機装置を含む冷凍サイクル装置の制御方法であって、
前記ターボ圧縮機装置を第８態様の制御方法で制御する冷凍サイクル装置の制御方法を提供する。
【００３１】
第９態様によれば、第７態様の効果と同じ効果を得ることができる。
【００３２】
ターボ圧縮機装置および冷凍サイクル装置の技術は、ターボ圧縮機装置の制御方法および冷凍サイクル装置の制御方法に適用できる。ターボ圧縮機装置の制御方法および冷凍サイクル装置の制御方法の技術は、ターボ圧縮機装置および冷凍サイクル装置に適用できる。
【００３３】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態のターボ圧縮機装置１００の概略構成図である。図１に示すように、ターボ圧縮機装置１００は、圧縮機インバータ（第１インバータ）１０３、ポンプインバータ（第２インバータ）１０５、コンバータ１０７、直流電圧部１０６、制御装置１０４、圧縮機１２０、潤滑ポンプ１３０、電圧センサ１０８、および電圧センサ１０９を有している。圧縮機１２０は、圧縮機モータ１０１を有している。潤滑ポンプ１３０は、ポンプモータ１０２を有している。ターボ圧縮機装置１００は、電源１１０と接続されうる。具体的には、コンバータ１０７は、電源１１０と接続されうる。
【００３４】
電源１１０は、ターボ圧縮機装置１００に電圧Ｖsを入力する。電圧Ｖsは、交流電圧である。本実施形態では、電源１１０は、系統電源である。電源１１０は、単相の系統電源であってもよく、３相の系統電源であってもよい。つまり、電圧Ｖsは、単相の系統電圧であってもよく、３相の系統電圧であってもよい。電源１１０は、系統電源以外の外部電源であってもよい。
【００３５】
直流電圧部１０６は、典型的には電線である。以下では、直流電圧部１０６の直流電圧を、直流電圧Ｖdcと称する。図１に示す例では、直流電圧部１０６に、コンバータ１０７、圧縮機インバータ１０３およびポンプインバータ１０５が接続されている。つまり、コンバータ１０７、圧縮機インバータ１０３およびポンプインバータ１０５は、直流電圧部１０６によって電気的に接続されている。
【００３６】
コンバータ１０７は、１次側端子および２次側端子を有する。１次側端子は、電源１１０側の端子である。２次側端子は、インバータ１０３，１０５側の端子であり、直流電圧部１０６に接続されている。
【００３７】
電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が継続されているときには、コンバータ１０７は、電源１１０の電圧と直流電圧部１０６の直流電圧Ｖdcとの間で電力変換を行う。具体的には、電圧Ｖsを整流することによって、電圧Ｖsを直流電圧Ｖdcに変換する。本実施形態のコンバータ１０７は、直流電圧Ｖdcを変化させることができる。なお、圧縮機モータ１０１が回生駆動するときは、直流電圧Ｖdcは、圧縮機モータ１０１の回生電力由来のものとなる。コンバータ１０７として、公知のコンバータを採用できる。コンバータ１０７の例は、ダイオードブリッジを含む。コンバータ１０７の具体例は、３相ＰＷＭコンバータである。
【００３８】
圧縮機インバータ１０３は、直流電圧部１０６および圧縮機モータ１０１に接続されている。圧縮機インバータ１０３は、直流電圧部１０６の直流電圧Ｖdcと圧縮機モータ１０１の第１交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う。圧縮機インバータ１０３は、圧縮機モータ１０１が力行駆動するときは、第１交流電圧ベクトルが所望の交流電圧ベクトルになるように、直流電圧Ｖdcを第１交流電圧ベクトルに変換することができる。圧縮機インバータ１０３は、圧縮機モータ１０１が回生駆動するときは、直流電圧Ｖdcが所望の直流電圧になるように、第１交流電圧ベクトルを直流電圧Ｖdcに変換することができる。本実施形態の圧縮機インバータ１０３は、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を用いた３相交流インバータである。本実施形態の圧縮機インバータ１０３は、ＰＷＭインバータである。本実施形態の第１交流電圧ベクトルは、３相交流電圧である。
【００３９】
圧縮機１２０は、ターボ（遠心型）圧縮機である。図２に示す本実施形態の圧縮機１２０は、筐体１２１と、回転体１２３と、軸受１２４と、圧縮機モータ１０１と、圧縮機吸入管１２５と、圧縮機吐出管１２６と、潤滑剤供給路１２７と、潤滑剤排出路１２８とを有している。なお、圧縮機１２０は、１段で構成されていても、多段で構成されていてもよい。
【００４０】
筐体１２１は、内部空間を有している。この内部空間には、回転体１２３、軸受１２４および圧縮機モータ１０１が配置されている。
【００４１】
回転体１２３は圧縮機構１２３ａおよび回転軸１２３ｂを含んでいる。圧縮機モータ１０１は、ステータ１０１ａおよびロータ１０１ｂを含んでいる。回転軸１２３ｂに、圧縮機構１２３ａおよびロータ１０１ｂが取り付けられている。圧縮機モータ１０１の駆動力によってロータ１０１ｂ、回転軸１２３ｂおよび圧縮機構１２３ａが回転し、圧縮機構１２３ａが冷媒（作動流体）を圧縮する。冷媒は、具体的には冷媒ガスであり、より具体的には水を主成分とする蒸気である。冷媒は、筐体１２１外から圧縮機吸入管１２５を通じて圧縮機構１２３ａに吸入される。圧縮後の冷媒は、圧縮機構１２３ａから圧縮機吐出管１２６を通じて筐体１２１外へと排出される。圧縮機吸入管１２５および圧縮機吐出管１２６は、圧縮機構１２３ａに接続されている。
【００４２】
本実施形態では、軸受１２４は複数存在する。複数の軸受１２４は、回転軸１２３ｂに沿って、間隔をあけて配置されている。本実施形態では、軸受１２４は、すべり軸受であり、圧縮機モータ１０１の両端を含む位置に設置されている。すべり軸受の例は、ジャーナル軸受とスラスト軸受とを含む。軸受１２４には、筐体１２１外から潤滑剤供給路１２７を通じて潤滑剤（この例では水を主成分とする潤滑剤）が供給される。また、潤滑後の潤滑剤は、潤滑剤排出路１２８を通じて筐体１２１外へと排出される。なお、軸受１２４は、ころがり軸受であってもよい。ころがり軸受も、すべり軸受と同様にに潤滑されうる。
【００４３】
圧縮機モータ１０１の例は、同期モータまたは誘導モータである。圧縮機モータ１０１の具体例は、永久磁石モータの一種である埋込磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）である。埋込磁石同期モータは、ｄ軸インダクタンスＬdとｑ軸インダクタンスＬqとが相違する突極性（一般には、Ｌd＞Ｌqの逆突極性）を有し、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できる。このため、埋込磁石同期モータのモータ効率は極めて高い。さらに、圧縮機モータ１０１は、制動時に回生動作を行うときに、極めて高いジェネレータ効率を示す。圧縮機モータ１０１の軸出力は、圧縮機１２０の圧縮機構１２３ａに伝達される。
【００４４】
図１に戻って、ポンプインバータ１０５は、直流電圧部１０６およびポンプモータ１０２に接続されている。ポンプインバータ１０５は、直流電圧部１０６の直流電圧Ｖdcとポンプモータ１０２の第２交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う。ポンプインバータ１０５は、第２交流電圧ベクトルが所望の交流電圧ベクトルになるように、直流電圧Ｖdcを第２交流電圧ベクトルに変換することができる。本実施形態のポンプインバータ１０５は、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を用いた３相交流インバータである。本実施形態のポンプインバータ１０５は、ＰＷＭインバータである。本実施形態では、ポンプインバータ１０５は、圧縮機インバータ１０３と同じインバータである。ただし、ポンプインバータ１０５は、圧縮機インバータ１０３と異なるインバータであってもよい。本実施形態の第２交流電圧ベクトルは、３相交流電圧である。
【００４５】
潤滑ポンプ１３０は、ポンプモータ１０２を用いて潤滑剤を軸受１２４へ圧送する。具体的に、潤滑ポンプ１３０は、潤滑剤を吸い込み、潤滑剤を圧縮機１２０の潤滑剤供給路１２７経由で軸受１２４に供給する。
【００４６】
ポンプモータ１０２の例は、圧縮機モータ１０１と同様、同期モータまたは誘導モータである。ポンプモータ１０２の具体例は、圧縮機モータ１０１と同様、埋込磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）である。ポンプモータ１０２の軸出力は、潤滑ポンプ１３０の圧送機構に伝達される。
【００４７】
電圧センサ１０９は、電圧Ｖsを検出する。電圧センサ１０９は、コンバータ１０７の一次端子側（電源１１０側）に設けられている。
【００４８】
電圧センサ１０８は、直流電圧Ｖdcを検出する。電圧センサ１０８は、コンバータ１０７の２次端子側（インバータ１０３，１０５側）に設けられている。
【００４９】
図３は、空気調和装置（冷凍サイクル装置）１４０の構成図である。図３に示すように、空気調和装置１４０は、ターボ圧縮機装置１００と、冷媒回路１４４と、第１循環路１４５と、第２循環路１４６とを備えている。本実施形態では、冷媒回路１４４、第１循環路１４５および第２循環路１４６内には、水を主成分とする冷媒が充填されている。本明細書では、「主成分」とは、重量基準で最も多く含まれる成分を意味する。冷媒は、凍結防止剤等の成分を含んでいてもよい。冷媒回路１４４、第１循環路１４５および第２循環路１４６内は、大気圧よりも低い負圧状態になっている。
【００５０】
潤滑ポンプ１３０は、ターボ圧縮機装置１００の構成要素の一部である。本実施形態の潤滑ポンプ１３０は、冷媒回路１４４、第１循環路１４５および第２循環路１４６のうちのいずれかの場所から潤滑剤（この例では水を主成分とする潤滑剤）を吸い込む。潤滑ポンプ１３０は、吸い込んだ潤滑剤を、潤滑剤供給路１２７を通じて軸受１２４に圧送する。こうして、潤滑剤が軸受１２４に供給される。軸受１２４を潤滑後の潤滑剤は、潤滑剤排出路１２８を通じて排出される。本実施形態の潤滑剤の排出先は、冷媒回路１４４、第１循環路１４５および第２循環路１４６のいずれの場所であってもよい。
【００５１】
冷媒回路１４４は、蒸発器１４１、圧縮機１２０、凝縮器１４２および減圧機構１４３を含んでいる。冷媒回路１４４では、蒸発器１４１、圧縮機１２０、凝縮器１４２および減圧機構１４３が、流路によってこの順に接続されている。冷媒回路１４４は、冷媒を循環させる。
【００５２】
蒸発器１４１は、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる。
【００５３】
圧縮機１２０は、冷媒回路１４４の構成要素の一部であり、ターボ圧縮機装置１００の構成要素の一部でもある。圧縮機１２０の詳細は、図２を用いて説明したとおりである。
【００５４】
凝縮器１４２は、内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する。
【００５５】
減圧機構１４３は、凝縮器１４２から蒸発器１４１に導かれる冷媒液を減圧する。減圧機構１４３は、減圧幅を変更可能である。本実施形態では、減圧機構１４３として電子膨張弁が採用されている。減圧機構１４３は、所望のサイクル運転ポイントが確保されるように調整されうる。
【００５６】
第１循環路１４５は、第１熱交換器１４７、第１送り路１４９および第１戻し路１５０を含んでいる。第１熱交換器１４７は、送風機１５１を有している。第１送り路１４９は、第１ポンプ１４８を有している。第１循環路１４５は（具体的には、第１循環路１４５の両端は）、蒸発器１４１に接続されている。第１循環路１４５は、蒸発器１４１に貯留された冷媒液を、第１熱交換器１４７を経由するように循環させる。
【００５７】
具体的には、第１ポンプ１４８によって、冷媒液が圧送される。第１送り路１４９は、蒸発器１４１から第１熱交換器１４７に冷媒液を導く。第１熱交換器１４７は、室内または室外に設置され、送風機１５１により供給される空気を冷媒液との熱交換により冷却する。第１戻し路１５０は、第１熱交換器１４７から蒸発器１４１に冷媒液を導く。
【００５８】
このようにして、冷媒液は、第１熱交換器１４７で加熱され、その後第１循環路１４５の下流端から当該蒸発器１４１内に戻る。この戻った冷媒液は、蒸発器１４１内において、減圧条件下で沸騰する。なお、蒸発器１４１内に戻る冷媒液は、第１循環路１４５の下流端から噴霧されてもよい。
【００５９】
第２循環路１４６は、第２熱交換器１５２、第２送り路１５４および第２戻し路１５５を含んでいる。第２熱交換器１５２は、送風機１５６を有している。第２送り路１５４は、第２ポンプ１５３を有している。第２循環路１４６は（具体的には、第２循環路１４６の両端は）、凝縮器１４２に接続されている。第２循環路１４６は、凝縮器１４２に貯留された冷媒液を、第２熱交換器１５２を経由するように循環させる。
【００６０】
具体的には、第２ポンプ１５３によって、冷媒液が圧送される。第２送り路１５４は、凝縮器１４２から第２熱交換器１５２に冷媒液を導く。第２熱交換器１５２は、第１熱交換器１４７とは逆に室外または室内に設置され、送風機１５６により供給される空気を冷媒液との熱交換により加熱する。第２戻し路１５５は、第２熱交換器１５２から凝縮器１４２に冷媒液を導く。
【００６１】
このようにして、冷媒液は、第２熱交換器１５２で冷却され、第２循環路１４６の下流端から凝縮器１４２内に戻る。この戻った冷媒液と圧縮機１２０から吐出された冷媒蒸気とが蒸発器１４１内において直接接触することにより、冷媒蒸気は冷却されて凝縮する。なお、凝縮器１４２内に戻る冷媒液は、第２循環路１４６の下流端から噴霧されてもよい。
【００６２】
第１熱交換器１４７および第２熱交換器１５２としては、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器を用いることができる。第１熱交換器１４７を室内に設置した場合には冷房専用の空気調和装置１４０が得られ、第２熱交換器１５２を室内に設置した場合には暖房専用の空気調和装置１４０が得られる。なお、第１熱交換器１４７および第２熱交換器１５２のうちの室外に設置される方は、必ずしも空気と冷媒液との間で熱交換を行うものである必要はなく、例えば工業用水等の液体と冷媒液との間で熱交換を行うものであってもよい。
【００６３】
図１に戻って、制御装置１０４は、圧縮機インバータ１０３およびポンプインバータ１０５を制御する。制御装置１０４は、例えば、マイクロコンピュータまたはＤＳＰ（digital signal processor）と、メモリとを用いて構成することができる。制御装置１０４は、通常運転時（電源１１０からターボ圧縮機装置１００への電力供給が継続されている時）等の圧縮機モータ１０１が力行駆動する場合においても、電源遮断時（電源１１０からターボ圧縮機装置１００への電力供給が遮断されている時）等の圧縮機モータ１０１が回生駆動する場合においても、適切な制御を行う。
【００６４】
通常運転のときには、制御装置１０４は、圧縮機１２０が後述する空気調和装置１４０において要求される能力を発揮するように、圧縮機インバータ１０３を制御する。制御装置１０４は、圧縮機インバータ１０３を制御することによって、一例では圧縮機モータ１０１の回転数ωCaを調整し、別例では圧縮機モータ１０１のトルクを調整する。トルクの調整は、圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅および／または位相の調整を通じて行うこともできる。また、電流ベクトルの振幅および／または位相の調整は、ｑ軸電流などの電流ベクトルの一部または全部の成分（ｑ軸電流等）の調整を通じて行うことができる。制御装置１０４は、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaに応じた必要な潤滑剤が圧縮機１２０の軸受１２４に供給されるように、ポンプインバータ１０５を制御する。制御装置１０４は、ポンプインバータ１０５の制御によって、一例ではポンプモータ１０２の回転数ωPaを調整し、別例ではポンプインバータ１０５のトルクを調整する。トルクの調整は、ポンプモータ１０２の電流ベクトルの振幅および位相の少なくとも一方の調整を通じて行うこともできる。また、電流ベクトルの振幅および／または位相の調整は、ｑ軸電流などの電流ベクトルの一部または全部の成分（ｑ軸電流等）の調整を通じて行うことができる。
【００６５】
本実施形態では、制御装置１０４は、電圧センサ１０９を用いて、電源１１０からターボ圧縮機装置１００への（具体的にはコンバータ１０７への）電力供給が継続されているか遮断されているかを判断する。電力供給が遮断されている場合、制御装置１０４は、電圧センサ１０８の検出電圧と圧縮機モータ１０１の電圧に応じて、圧縮機モータ１０１を回生駆動させる。また、制御装置１０４は、電圧センサ１０８の検出電圧とポンプモータ１０２の電圧に応じて、ポンプモータ１０２の回転数ωPa、トルク、電流、電圧等を変更する。
【００６６】
＜通常運転＞
ターボ圧縮機装置１００の通常運転について説明する。通常運転は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が継続されているときに行われる。通常運転において、ターボ圧縮機装置１００は、電源１１０の電圧を用いてポンプモータ１０２を駆動させる。以下、具体的に説明する。
【００６７】
通常運転において、圧縮機インバータ１０３は、指令回転数ωC*に基づいて圧縮機モータ１０１に電圧を印加する。指令回転数ωC*は、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaが追従するべき回転数である。本実施形態の通常運転では、圧縮機モータ１０１が最大効率（最小銅損）で動作するように圧縮機モータ１０１に電圧が印加される。具体的に、最小の電流で最大のトルクを発生できる最大トルク／電流制御（ＭＴＰＡ）が実行される。ポンプインバータ１０５は、指令回転数ωP*に基づいてポンプモータ１０２に電圧を印加する。指令回転数ωP*はポンプモータ１０２の回転数ωPaが追従するべき回転数である。本実施形態の通常運転では、ポンプモータ１０２が最大効率（最小銅損）で動作するようにポンプモータ１０２に電圧が印加される。具体的に、ＭＴＰＡが実行される。これらの制御を実施するには、モータのロータの位置に同期して回転する回転座標（ｄ−ｑ座標）に基づく方式、静止している座標（α―β座標）に基づく方式等を利用することができる。
【００６８】
指令回転数ωC*から第１指令交流電圧ベクトルが特定され得る。第１指令交流電圧ベクトルは圧縮機モータ１０１の第１交流電圧ベクトルが追従するべき電圧ベクトルである。一例では、α―β座標に基づいて、２相の指令電圧ｖCα*，ｖCβ*が演算される。そして、（数１）に基づいて、指令電圧ｖCα*，ｖCβ*から３相の指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*が演算される。第１指令交流電圧ベクトルの振幅ＶCaは、（数２）に基づいて演算できる。これらの演算は、制御装置１０４が担う。なお、異なる座標系で表示されている点を除けば、指令電圧ｖCα*，ｖCβ*および指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*は同じであり、これらは第１指令交流電圧ベクトルに対応する。α―β座標に基づいて指令回転数ωC*から指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*を特定する方法の詳細については、例えば特許文献２を参照されたい。本実施形態でも、特許文献２に倣い、圧縮機モータ１０１の電流の測定値を用いた制御を行うことができる。本明細書では、「振幅」は、単に大きさ（絶対値）を指す場合がある。
【００６９】
【数１】
2018127956.tif 000003
【００７０】
指令回転数ωP*から第２指令交流電圧ベクトルが特定され得る。第２指令交流電圧ベクトルはポンプモータ１０２の第２交流電圧ベクトルが追従するべき電圧ベクトルである。一例では、ｄ―ｑ座標に基づいて、２相の指令電圧ｖPd*，ｖPq*が演算される。そして、（数３）に基づいて、指令電圧ｖPd*，ｖPq*から３相の指令電圧ｖPu*，ｖPv*，ｖPw*が演算される。（数３）の角度θは、Ｕ軸からみたｄ軸の進み角である。第２指令交流電圧ベクトルの振幅ＶPaは、（数４）に基づいて演算できる。これらの演算は、制御装置１０４が担う。なお、異なる座標系で表示されている点を除けば、指令電圧ｖPd*，ｖPq*および指令電圧ｖPu*，ｖPv*，ｖPw*は同じであり、これらは第２指令交流電圧ベクトルに対応する。ｄ―ｑ座標に基づいて指令回転数ωP*から指令電圧ｖPu*，ｖPv*，ｖPw*を特定する方法の詳細については、例えば公知の文献（武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、２００１年１０月２５日発行、等）を参照されたい。
【００７１】
【数２】
2018127956.tif 000004
【００７２】
なお、ｄ―ｑ座標に基づいて３相の指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*を演算することもできる。その場合、（数３）および（数４）と同様の式を指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*の演算に使用できる。α―β座標に基づいて３相の指令電圧ｖPu*，ｖPv*，ｖPw*を演算することもできる。その場合、（数１）および（数２）と同様の式を指令電圧ｖPu*，ｖPv*，ｖPw*の演算に使用できる。
【００７３】
また、指令回転数ωC*ではなく指令トルクＴC*に基づいて圧縮機モータ１０１に電圧を印加することもできる。本実施形態の別例では、そのようにして圧縮機モータ１０１に電圧を印加する。指令トルクＴC*は、圧縮機モータ１０１のトルクＴCaが追従するべきトルクである。通常運転では、圧縮機モータ１０１が最大効率（最小銅損）で動作するように圧縮機モータ１０１に電圧が印加されうる。具体的に、ＭＴＰＡが実行されうる。具体的に、指令トルクＴC*から第１指令交流電圧が特定されうる。これらの演算も、制御装置１０４が担いうる。
【００７４】
また、圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの一部または全部の成分の指令値（電流指令値；例えば、ｑ軸指令電流）に基づいて圧縮機モータ１０１に電圧を印加することもできる。本実施形態の別例では、そのようにして圧縮機モータ１０１に電圧を印加する。この別例における通常運転でも、圧縮機モータ１０１が最大効率（最小銅損）で動作するように圧縮機モータ１０１に電圧が印加されうる。具体的に、ＭＴＰＡが実行されうる。この別例の演算も、制御装置１０４が担いうる。
【００７５】
また、指令回転数ωP*ではなく指令トルクＴP*に基づいてポンプモータ１０２に電圧を印加することもできる。本実施形態の別例では、そのようにしてポンプモータ１０２に電圧を印加する。指令トルクＴP*は、ポンプモータ１０２のトルクＴPaが追従するべきトルクである。通常運転では、ポンプモータ１０２が最大効率（最小銅損）で動作するようにポンプモータ１０２に電圧が印加されうる。具体的に、ＭＴＰＡが実行されうる。具体的に、指令トルクＴP*から第２指令交流電圧が特定されうる。これらの演算も、制御装置１０４が担いうる。
【００７６】
また、ポンプモータ１０２の電流ベクトルの電流指令値に基づいてポンプモータ１０２に電圧を印加することもできる。本実施形態の別例では、そのようにしてポンプモータ１０２に電圧を印加する。この別例における通常運転でも、ポンプモータ１０２が最大効率（最小銅損）で動作するようにポンプモータ１０２に電圧が印加されうる。具体的に、ＭＴＰＡが実行されうる。この別例の演算も、制御装置１０４が担いうる。
【００７７】
本実施形態の通常運転では、圧縮機モータ１０１の指令回転数ωC*は、圧縮機用の目標回転数に設定される。典型的には、この目標回転数は、一定である（つまり、時間変化しない）。このため、第１指令交流電圧ベクトルの振幅も一定に維持される。第１交流電圧ベクトルの振幅も一定に維持される。ポンプモータ１０２の指令回転数ωP*は、ポンプ用の目標回転数に設定される。典型的には、この目標回転数は、一定である。このため、第２指令交流電圧ベクトルの振幅も一定に維持される。第２交流電圧ベクトルの振幅も一定に維持される。指令トルクＴC*に基づいて圧縮機モータ１０１に電圧を印加する別例では、指令トルクＴC*は圧縮機用の目標トルクに設定することができる。目標トルク、第１指令交流電圧ベクトルの振幅および第１交流電圧ベクトルの振幅は、一定でありうる。圧縮機モータ１０１の電流指令値を用いる別例では、指令値は、圧縮機用の目標値に設定することができる。目標値、第１指令交流電圧ベクトルの振幅および第１交流電圧ベクトルの振幅は、一定でありうる。指令トルクＴP*に基づいてポンプモータ１０２に電圧を印加する別例では、指令トルクＴP*はポンプ用の目標トルクに設定することができる。目標トルク、第２指令交流電圧ベクトルの振幅および第２交流電圧ベクトルの振幅は、一定でありうる。ポンプモータ１０２の電流指令値を用いる別例では、指令値は、ポンプ用の目標値に設定することができる。目標値、第２指令交流電圧ベクトルの振幅および第２交流電圧ベクトルの振幅は、一定でありうる。
【００７８】
波形歪みの少ない第１交流電圧ベクトルを圧縮機モータ１０１に印加したり、波形歪みの少ない第２交流電圧ベクトルをポンプモータ１０２に印加したりするには、直流電圧Ｖdcは十分に大きい必要がある。具体的に、振幅ＶCaおよび直流電圧Ｖdcが（数５Ａ）に示す関係を満たし、振幅ＶPaおよび直流電圧Ｖdcが（数５Ｂ）に示す関係を満たす必要がある。なお、（数５Ａ）の等号が成立するのは圧縮機インバータ１０３が線形領域と過変調領域の境界で動作するときであり、（数５Ｂ）の等号が成立するのはポンプインバータ１０５が線形領域と過変調領域の境界で動作するときである。つまり、（数５Ａ）が成立するのは圧縮機インバータ１０３が線形領域で動作するときであり、（数５Ｂ）が成立するのはポンプインバータ１０５が線形領域で動作するときである。本実施形態の通常運転では、圧縮機インバータ１０３およびポンプインバータ１０５は、線形領域で動作する。なお、（数５Ａ）および（数５Ｂ）の右辺の係数√３／２√２はインバータ１０３，１０５の変調方式として正弦波ＰＷＭ方式が採用された場合の係数である。別の変調方式を用いる場合には、別の係数が用いられうる。例えば、第３調波注入変調方式が採用される場合には、（数５Ａ）および（数５Ｂ）の右辺の係数は√３／２√２から１／√２に変更される。
【００７９】
【数３】
2018127956.tif 000005
【００８０】
念のため、線形領域について説明する。線形領域は、インバータの１次側の直流電圧に対してインバータの２次側の交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。すなわち、圧縮機インバータ１０３の線形領域は、直流電圧Ｖdcに対して第１交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。また、ポンプインバータ１０５の線形領域は、直流電圧Ｖdcに対して第２交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。線形領域の説明は、公知の文献（例えば非特許文献１）でもなされている。上述のように、インバータを線形領域で動作させれば、波形歪みの少ない交流電圧ベクトルを得ることができる。
【００８１】
上記演算を逐次（典型的には制御周期毎に）実施することで、制御装置１０４は圧縮機モータ１０１およびポンプモータ１０２を駆動させるための指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*および指令電圧ｖPu*，ｖPv*，ｖPw*を生成する。生成された指令電圧に基づいて、圧縮機インバータ１０３およびポンプインバータ１０５は、圧縮機モータ１０１およびポンプモータ１０２に実電圧を印加する。これにより、圧縮機モータ１０１およびポンプモータ１０２は、所望の回転数で駆動する。具体的に、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaは指令回転数ωC*に追従し、ポンプモータ１０２の回転数ωPaは指令回転数ωP*に追従する。
【００８２】
また、上記のようにポンプモータ１０２が駆動することによって、潤滑ポンプ１３０は、冷媒を圧送することができる。潤滑ポンプ１３０により圧送された冷媒は、圧縮機１２０における潤滑剤供給路１２７を軸受１２４へと流れ、潤滑剤として軸受１２４に供給される。供給された冷媒（潤滑剤）は、潤滑剤排出路１２８を通じて筐体１２１の外部へ排出される。これにより、圧縮機１２０が高速で駆動している際にも、所定量の潤滑剤を軸受１２４に供給することが可能となり、信頼性の高いターボ圧縮機装置１００が実現される。
【００８３】
次に、本実施形態の空気調和装置１４０の通常運転について説明する。蒸発器１４１内で気化した飽和状態の冷媒蒸気は、圧縮機１２０に吸入されて圧縮されることにより過熱状態となる。圧縮機１２０から吐出された冷媒蒸気は、凝縮器１４２において、第２熱交換器１５２で過冷却された冷媒液と熱交換することで凝縮する。凝縮器１４２において凝縮した冷媒液の大部分は、第２ポンプ１５３により第２熱交換器１５２へ圧送される。第２熱交換器１５２に圧送された冷媒液は、ここで空気に放熱した後に凝縮器１４２に戻る。凝縮器１４２において凝縮した冷媒液の残りは、減圧機構１４３により減圧され、その後蒸発器１４１に導入される。減圧機構１４３の開度は、所望の運転ポイントが確保されるように調整される。具体的には、圧縮機１２０から吐出された冷媒蒸気の圧力が所定値よりも高いときは、減圧機構１４３の開度を小さくする制御がなされる。蒸発器１４１内の冷媒液の大部分は、第１ポンプ１４８により第１熱交換器１４７へ圧送される。第１熱交換器１４７に圧送された冷媒液は、ここで空気から吸熱し、その後に蒸発器１４１に戻る。蒸発器１４１内の冷媒液は、減圧条件下での沸騰により蒸発し、気化した冷媒蒸気が圧縮機１２０に吸入される。圧縮機１２０により冷媒蒸気が再び圧縮される。こうして、飽和蒸気線および飽和液線に基づく冷凍サイクルが繰り返される。
【００８４】
＜減速運転＞
本実施形態のターボ圧縮機装置１００および空気調和装置１４０は、減速運転を行うことができる。本実施形態の減速運転は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されたときに行われる。
【００８５】
本実施形態では、第１および第２減速運転において、潤滑ポンプ１３０による軸受１２４の潤滑を維持する目的で、ポンプモータ１０２の指令回転数ωP*を、通常運転のときと同じポンプ用の目標回転数に設定する。第２指令交流電圧ベクトルも、その振幅も、第２交流電圧ベクトルも、その振幅も、通常運転のときと同じである。一方、第３減速運転においては、ポンプモータ１０２の指令回転数ωP*を低下させる。
【００８６】
＜通常運転および減速運転の制御フローおよびタイムチャート＞
従来技術では、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断された場合、直流電圧部１０６の直流電圧Ｖdcが低下してゼロになる。この場合、ポンプインバータ１０５からポンプモータ１０２への電力供給が不可能となり、潤滑ポンプ１３０による軸受１２４の潤滑も不可能となる。しかし、本実施形態では、電力供給が遮断された場合であっても、潤滑ポンプ１３０による軸受１２４の潤滑はある程度の期間継続される。本実施形態のターボ圧縮機装置１００および空気調和装置１４０の通常運転および減速運転の制御フローおよびタイムチャートは、図４および図５に示すとおりである。図５では、上下に３つのグラフが並べられている。これらのグラフの横軸は、時間である。１つ目のグラフにおける実線は、直流電圧Ｖdcの時間変化を表す。１つ目のグラフにおける二点鎖線は、圧縮機モータ１０１の第１指令交流電圧ベクトルの振幅ＶCaの時間変化を表す。２つ目のグラフの２つの実線の一方は圧縮機モータ１０１の回転数であり、他方は圧縮機モータ１０１の回生トルクである。３つ目のグラフの実線はポンプモータ１０２の動力である。
【００８７】
まず、ステップＳ１０１において、電圧センサ１０８が直流電圧部１０６の直流電圧Ｖdc（コンバータの２次側端子の直流電圧）を検出し、電圧センサ１０９が電圧Ｖs（コンバータの１次側端子の電圧）を検出する。その後、ステップＳ１０２に進む。
【００８８】
ステップＳ１０２において、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されているか否かを判断する。
【００８９】
電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が継続されている場合（ステップＳ１０２でＮｏの場合）は、ステップＳ１０３に進み、通常運転を行う。上述のように、本実施形態の通常運転では、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaを圧縮機モータ１０１用の目標回転数に維持し、ポンプモータ１０２の回転数ωPaをポンプモータ１０２用の目標回転数に維持する。この例の通常運転では、両目標回転数は一定である（時間変化しない）。なお、図５のＶdc_uは、通常運転のときの直流電圧Ｖdcを表す。
【００９０】
電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されている場合（ステップＳ１０２でＹｅｓの場合）は、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、圧縮機モータ１０１の第１指令交流電圧ベクトルの振幅ＶCaと第１閾値振幅Ｖth1とを比較する。本実施形態では、第１閾値振幅Ｖth1は、定数である。
【００９１】
振幅ＶCaが第１閾値振幅Ｖth1以上である場合（ステップＳ１０４でＮｏの場合）、ステップＳ１０５に進み、第１減速運転を行う。第１閾値振幅Ｖth1は十分に大きいため、振幅ＶCaが不十分である場合には第１減速運転が行われることはない。従って、第１減速運転が原因で、直流電圧Ｖdcが不十分となり、振幅ＶPaが不十分となり、ポンプモータ１０２の回転数ωPaを確保できなくなることはない。本実施形態の第１減速運転では、振幅ＶCaが直流電圧Ｖdcに√３／２√２を乗じた値以下となるように、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaを調節する。このようにすれば、圧縮機インバータ１０３の動作領域が線形領域となり、圧縮機モータ１０１の安定制御が可能となる。なお、圧縮機モータ１０１の安定制御の観点からは、振幅ＶCaが直流電圧Ｖdcに√３／２√２を乗じた値よりもやや小さいことが望ましい。この観点から、振幅ＶCaを、例えば直流電圧Ｖdcに√３／２√２を乗じた値の８０％〜９５％とすることができる。なお、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaを調整する代わりに、トルクＴCaを調整することによって、振幅ＶCaを直流電圧Ｖdcに√３／２√２を乗じた値以下にすることもできる（先に説明したとおり、トルクＴCaの調整は、圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅および／または位相の調整を通じて行うこともできる）。本実施形態の第１減速運転では、振幅ＶPaは、通常運転のときと同じ（この例では第１閾値振幅Ｖth1と同じ）に維持される。この例の第１減速運転では、ポンプ用の目標回転数は通常運転のときと同じである。このため、ポンプモータ１０２の回転数ωPaは、通常運転のときと同じ目標回転数に維持される。
【００９２】
振幅ＶCaが第１閾値振幅Ｖth1未満である場合（ステップＳ１０４でＹｅｓの場合）、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、トルク制限値Ｔlimと現在の圧縮機モータ１０１のトルクＴCaを比較する。本実施形態では、トルク制限値Ｔlimは、定数である。トルクＴCaとしては、実トルクまたは推定値を用いることができる。
【００９３】
トルクＴCaがトルク制限値Ｔlim以下である場合（ステップＳ１０６でＮｏの場合）、ステップＳ１０７に進み、第２減速運転を行う。本実施形態の第２減速運転では、直流電圧Ｖdcが目標直流電圧Ｖdc1に近づくように、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaを調節する。目標直流電圧Ｖdc1は、（数６）で与えられる。マージンΔＶは０以上であり、例えば第１閾値振幅Ｖth1の２０％以下であり、一具体例では第１閾値振幅Ｖth1の５〜１５％である。そのような目標直流電圧Ｖdc1に直流電圧Ｖdcを近づけることで、図５に示すように振幅ＶCaが低下しても、電圧Ｖdcが確保され、ポンプインバータ１０５の動作領域を線形領域としつつ振幅ＶPaを確保することが可能となる。なお、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaを調整する代わりに、トルクＴCaを調整することによって、直流電圧Ｖdcを目標直流電圧Ｖdc1に近づけることもできる（先に説明したとおり、トルクＴCaの調整は、圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅および／または位相の調整を通じて行うこともできる）。本実施形態の第２減速運転では、振幅ＶPaは、通常運転のときと同じ（この例では第１閾値振幅Ｖth1と同じ）一定値に維持される。ポンプモータ１０２の回転数ωPaは、通常運転のときと同じ目標回転数に維持される。
【００９４】
【数４】
2018127956.tif 000006
【００９５】
トルクＴCaがトルク制限値Ｔlimを上回っている場合（ステップＳ１０６でＹｅｓの場合）、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、第３減速運転を行う。本実施形態の第３減速運転では、直流電圧Ｖdcが目標直流電圧Ｖdc1に近づくように、ポンプモータ１０２の回転数ωPaを調節する。具体的には、ポンプモータ１０２の回転数ωPを低下させる。以下では、第３減速運転を、ポンプ電力低減運転と称することがある。
【００９６】
上述のように、本実施形態の第２減速運転では、直流電圧Ｖdcが目標直流電圧Ｖdc1に近づくように、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaを調節する。本実施形態の第２減速運転では、図５に示すように、ポンプモータ１０２の動力を一定に維持する。このようにすると、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaが下がるにつれて、圧縮機モータ１０１のトルク（回生トルク）は上昇していく。しかしながら、圧縮機モータ１０１に流すことができる電流には上限があり、本実施形態ではこの上限に基づいてトルク制限値Ｔlimを設定している。圧縮機モータ１０１のトルクがトルク制限値Ｔlimを超えた場合、圧縮機モータ１０１のトルクをトルク制限値Ｔlimに抑えるための制御が行われる。このため、圧縮機モータ１０１のトルクは、実質的に、トルク制限値Ｔlimに維持される。仮に第３減速運転を行わず第２減速運転を継続するとすれば、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaが下がるにつれ、圧縮機モータ１０１の回生可能な電力が低下し、ポンプ動力を確保できなくなり、直流電圧Ｖdcが低下してしまう。直流電圧Ｖdcの低下は、圧縮機インバータ１０３およびポンプインバータ１０５の停止を引き起こす。圧縮機インバータ１０３の停止は、圧縮機インバータ１０３による圧縮機モータ１０１の制動を不可能にする（圧縮機のフリーランを引き起こす）。ポンプインバータ１０５の停止は、軸受１２４への冷媒供給を困難にする。すなわち、これらのインバータ１０３，１０５の停止により、回転軸１２３ｂおよび軸受１２４が摩耗し易くなり、圧縮機１２０の寿命が短くなり、圧縮機１２０が故障し易くなる。そこで、本実施形態では第３減速運転を行うことにしている。本実施形態の第３減速運転では、圧縮機モータ１０１のトルクの絶対値がトルク制限値Ｔlimを超えた場合に、ポンプモータ１０２の回転数ωPaを調整する（具体的には低下させる）ことによってＶdcをＶdc1に近づける。このようにすれば、軸受１２４への冷媒供給を継続しつつ圧縮機インバータ１０３による圧縮機モータ１０１の制動を継続することができる。なお、ポンプモータ１０２のトルクを調整する（具体的には低下させる）ことによってＶdcをＶdc1に近づけることもできる（先に説明したとおり、ポンプモータ１０２のトルクの調整は、ポンプモータ１０２の電流ベクトルの振幅および／または位相の調整を通じて行うこともできる）。
【００９７】
なお、トルク制限値Ｔlimに代えて、電流振幅制限値Iamを用いた制御を行うこともできる。電流振幅制限値Iamを用いる変形例では、ステップＳ１０６に代えて、ステップＳ１０６’が行われる。ステップＳ１０６’では、電流振幅制限値Iamと現在の圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅を比較する。電流ベクトルの振幅が電流振幅制限値Iam以下である場合（ステップＳ１０６’でＮｏの場合）、ステップＳ１０７に進む。電流ベクトルの振幅が電流振幅制限値Iamを上回っている場合（ステップＳ１０６’でＹｅｓの場合）、ステップＳ１０８に進む。この変形例では、圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅が電流振幅制限値Iamを超えた場合、圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅を電流振幅制限値Iamに抑えるための制御が行われる。このため、圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅は、実質的に、電流振幅制限値Iamに維持される。この変形例の第３減速運転では、圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅が電流振幅制限値Iamを超えた場合に、ポンプモータ１０２の回転数ωPaを調整する（具体的には低下させる）ことによってＶdcをＶdc1に近づける。このようにすれば、軸受１２４への冷媒供給を継続しつつ圧縮機インバータ１０３による圧縮機モータ１０１の制動を継続することができる。なお、ポンプモータ１０２のトルクを調整する（具体的には低下させる）ことによってＶdcをＶdc1に近づけることもできる（先に説明したとおり、ポンプモータ１０２のトルクの調整は、ポンプモータ１０２の電流ベクトルの振幅および／または位相の調整を通じて行うこともできる）。
【００９８】
以上のように、本実施形態のターボ圧縮機装置１００では、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されているときに、圧縮機モータ１０１は回生駆動により回生電力を生成し、ポンプモータ１０２はその回生電力で駆動する。従って、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されても、潤滑ポンプ１３０の駆動を維持して軸受１２４への潤滑剤の供給を継続することができる。従って、軸受１２４の潤滑を継続しつつ、圧縮機１２０を減速および停止することができる。
【００９９】
本実施形態のターボ圧縮機装置１００は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が継続されているときに、電源１１０の電圧を用いてポンプモータ１０２を駆動させる通常運転を行う。また、本実施形態のターボ圧縮機装置１００は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されており、かつ、第１交流電圧ベクトルの振幅が第１閾値振幅Ｖth1以上であるときに、第１交流電圧ベクトルの振幅を直流電圧ＶdcのＲ1倍以下にする第１減速運転を行う。具体的には、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaまたはトルクＴCaを調整することによって（場合によっては圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅および／または位相の調整を通じたトルクＴCaの調整によって）、第１交流電圧ベクトルの振幅を直流電圧ＶdcのＲ1倍以下にする。第１閾値振幅Ｖth1は、通常運転のときの第２交流電圧ベクトルの振幅以上であり、Ｒ1は、線形領域で圧縮機インバータ（第１インバータ）１０３が動作する場合における直流電圧Ｖdcに対する第１交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、圧縮機インバータ１０３の線形領域は、直流電圧Ｖdcに対して第１交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。Ｒ1は、例えば√３／２√２〜１／√２である。具体的に、Ｒ1は、圧縮機インバータ１０３が正弦波ＰＷＭ方式に基づいて動作する場合は√３／２√２であり、圧縮機インバータ１０３が第３調波注入変調方式に基づいて動作する場合は１／√２である。このように、本実施形態の第１減速運転は、第１交流電圧ベクトルの振幅が第１閾値振幅Ｖth1以上であるときに行われる。第１閾値振幅Ｖth1は通常運転のときの第２交流電圧ベクトルの振幅以上であり十分に大きいため、第１交流電圧ベクトルの振幅が不十分であるときに第１減速運転が行われて同振幅がさらに低下する事態を招き難い。すなわち、同振幅が不足し難く、圧縮機モータ１０１の回生電力が不足し難く、直流電圧Ｖdcが不足し難く、第２交流電圧ベクトルの振幅が不足し難く、圧縮機１２０の軸受１２４への潤滑剤の供給が不足し難い。また、本実施形態の第１減速運転では、圧縮機インバータ１０３の動作領域が線形領域となる。つまり、本実施形態によれば、圧縮機インバータ１０３が過変調領域で動作することが防止され、圧縮機モータ１０１の電圧波形が大きく歪むことが防止される。このため、圧縮機１２０の安定制御を維持することができる。なお、「通常運転のときの第２交流電圧ベクトルの振幅」は、第２交流電圧ベクトルが正常に制御されているときの振幅を指し、外乱（制御を乱すような外的な作用）等が原因で第２交流電圧ベクトルが正常に制御されていないときの振幅は指さない。
【０１００】
本実施形態のターボ圧縮機装置１００は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されており、第１交流電圧ベクトルの振幅が第１閾値振幅Ｖth1未満であり、かつ、トルクＴCaがトルク制限値Ｔlim以下であるときに、直流電圧Ｖdcを目標直流電圧Ｖdc1に近づける第２減速運転を行う。具体的には、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaまたはトルクＴCaを調整することによって（場合によっては圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅および／または位相の調整を通じたトルクＴCaの調整によって）直流電圧Ｖdcを目標直流電圧Ｖdc1に近づける。目標直流電圧は、通常運転のときの第２交流電圧ベクトルの振幅の１／Ｒ2倍以上であり、Ｒ2は、線形領域でポンプインバータ（第２インバータ）１０５が動作する場合における直流電圧Ｖdcに対する第２交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、ポンプインバータ１０５の線形領域は、直流電圧Ｖdcに対して第２交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。Ｒ2は、例えば√３／２√２〜１／√２である。具体的に、Ｒ2は、ポンプインバータ１０５が正弦波ＰＷＭ方式に基づいて動作する場合は√３／２√２であり、ポンプインバータ１０５が第３調波注入変調方式に基づいて動作する場合は１／√２である。第１交流電圧ベクトルの振幅が低下すると、回生電力が低下し、直流電圧Ｖdcが不足し易くなる。直流電圧Ｖdcが不足すると、第２交流電圧ベクトルの振幅が不足し、圧縮機１２０の軸受１２４への潤滑剤の供給が不足するおそれがある。また、直流電圧Ｖdcが不足しているにも関わらず第２交流電圧ベクトルの振幅を無理に大きくしようとすると、ポンプインバータ１０５の動作領域が過変調領域となり、ポンプモータ１０２の制御が不安定になるおそれがある。このため、第１交流電圧ベクトルの振幅が低下しても、十分な直流電圧Ｖdcを確保することが望ましい。この点、本実施形態の第２減速運転では、第１交流電圧ベクトルの振幅が第１閾値振幅未満であるときに、直流電圧Ｖdcを目標直流電圧に近づける。目標直流電圧は、通常運転のときの第２交流電圧ベクトルの振幅の１／Ｒ2倍以上であり、Ｒ2は、線形領域で第２インバータが動作する場合における直流電圧Ｖdcに対する第２交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値である。このため、直流電圧Ｖdcは、ポンプインバータ１０５を線形領域で動作させつつ通常運転のときと同じ第２交流電圧ベクトルの振幅を得ることができる直流電圧に近づく。すなわち、本実施形態の第２減速運転によれば、ポンプモータ１０２の安定制御を維持しつつ潤滑剤を十分かつ安定的に軸受１２４に供給することが可能な程度に直流電圧Ｖdcを大きくすることが容易となる。
【０１０１】
本実施形態のターボ圧縮機装置１００は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されており、第１交流電圧ベクトルの振幅が第１閾値振幅Ｖth1未満であり、かつ、トルクＴCaがトルク制限値Ｔlimを上回っているときに、圧縮機モータ１０１の回転数を調整しつつ、ポンプの動力を調整する（小さくする）第３減速運転を行う。ポンプの動力を調整することにより、直流電圧Ｖdcを低下させることなく圧縮機モータ１０１を減速させることが可能となる。すなわち、本実施形態の第３減速運転によれば、圧縮機モータ１０１の回生可能な電力が小さい場合においても、ポンプの動力を調整することで、圧縮機モータ１０１の減速運転が継続可能となる。具体的には、ポンプモータ１０２の回転数、トルク、電流等を低下させることで、圧縮機モータ１０１における回生可能な電力をポンプ動力よりも大きく維持できる。これにより、直流電圧部１０６の電圧を所望の値に設定することが可能となる。これにより、圧縮機モータ１０１の回転数が低く回生可能な電力が小さい場合においても、圧縮機インバータ１０３の運転継続が可能となる。これにより、圧縮機インバータ１０３により圧縮機モータ１０１を制動し続けること（圧縮機モータ１０１のフリーランを防止すること）が可能となる。これにより、圧縮機モータ１０１の減速時間（つまり、圧縮機モータ１０１を停止させるのに要する時間）を短くすることできる。圧縮機モータ１０１が回転している時のタッチダウン時間（圧縮機モータ１０１の回転数が低く軸１２４と軸受１２３ｂが接触する時間）が短くなり、一方、ポンプによって冷媒が軸受１２３ｂに潤滑される時間は長くなる。これにより、軸受１２４および回転軸１２３ｂの摩耗を抑制し易くなる。このような理由で、本実施形態に係るターボ圧縮機装置１００は、高い信頼性を有しているといえる。
【０１０２】
本実施形態では、冷媒は組成Ｃを有する流体であり、潤滑剤も組成Ｃを有する流体である。すなわち、冷媒および潤滑剤が同じ組成を有する流体である。このため、圧縮機１２０内で冷媒と潤滑剤とが混ざったとしても、これらを分離する必要がない。このことは、装置の簡素化に繋がる。
【０１０３】
本実施形態では、組成Ｃを有する流体は、水を主成分とする流体である。水が地球環境に与える負荷は小さい。例えば、水は、オゾン層を破壊したり、地球温暖化の原因になったりしない。本実施形態の空気調和装置（冷凍サイクル装置）１４０は、地球環境にやさしい。ただし、組成Ｃを有する流体は、フロン冷媒あるいは代替フロン冷媒であってもよい。
【０１０４】
本実施形態では、潤滑剤は、組成Ｃを有する流体である。圧縮機１２０は、軸受１２４を潤滑後の潤滑剤を排出する潤滑剤排出路１２８を有している。空気調和装置１４０は、組成Ｃを有する流体が循環する１または複数の流路１４４，１４５，１４６を含む。潤滑剤供給路１２７および潤滑剤排出路１２８は、１または複数の流路１４４，１４５，１４６と軸受１２４とを接続している。本実施形態では、潤滑剤が空気調和装置１４０内を循環する。すなわち、本実施形態によれば、潤滑剤を有効利用することができる。
【０１０５】
圧縮機モータ１０１のｑ軸指令電流ｉq*、指令トルクＴC*または指令回転数ωC*から３相の指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*を演算したり、ポンプモータ１０２のｑ軸指令電流ｉq*、指令トルクＴP*または指令回転数ωP*から３相の指令電圧ｖPu*，ｖPv*，ｖPw*を演算したりする手法の具体例を説明する。なお、以下で説明する手法は一例であり、他の演算も採用されうる。
【０１０６】
図６を用いてα−β座標およびｄ−ｑ座標を説明する。α−β座標は、固定座標である。α−β座標は、静止座標とも交流座標とも称される。α軸は、Ｕ軸（図６では省略）と同一方向に延びる軸として設定される。ｄ−ｑ座標は、回転座標である。θは、Ｕ軸からみたｄ軸の進み角である。θは、ロータ位置とも称される。
【０１０７】
本実施形態の制御に関する各構成要素について、以下で説明する。
【０１０８】
図７に、本実施形態の制御を実現する制御部５３１を示す。制御部５３１は、第１のモータ制御部５３２と、第２のモータ制御部５３３と、を備えている。また、制御部５３１は、電圧偏差演算部５４１、ＰＩ制御部５４２、トルク偏差演算部６４１、ゲイン付与部６４２、スイッチ６４３および指令補正部６４４を備えている。電圧偏差演算部５４１およびＰＩ制御部５４２は、第１のモータ制御部５３２の上位制御部を構成する。トルク偏差演算部６４１、ゲイン付与部６４２、スイッチ６４３および指令補正部６４４は、第２のモータ制御部５３３の上位制御部を構成する。制御部５３１は、制御装置１０４によって実現されうる。
【０１０９】
図７に示すように、第１のモータ制御部５３２は、圧縮機モータ１０１の相電流ｉu，ｉwおよび指令回転数ωC*から指令電圧ベクトルｖCu*，ｖCv*，ｖCw*を特定する。第１のモータ制御部５３２で特定される指令電圧ベクトルｖCu*，ｖCv*，ｖCw*は、圧縮機モータ１０１の電圧ベクトルが追従するべきものである。圧縮機インバータ１０３は、この指令電圧ベクトルｖCu*，ｖCv*，ｖCw*に従って動作する。第２のモータ制御部５３３は、ポンプモータ１０２の相電流ｉu，ｉwおよび指令回転数ωP*から指令電圧ベクトルｖPu*，ｖPv*，ｖPw*を特定する。第２のモータ制御部５３３で特定される指令電圧ベクトルｖPu*，ｖPv*，ｖPw*は、ポンプモータ１０２の電圧ベクトルが追従するべきものである。ポンプインバータ１０５は、この指令電圧ベクトルｖPu*，ｖPv*，ｖPw*に従って動作する。
【０１１０】
第１のモータ制御部５３２は、ｕ，ｗ／α，β変換部５０６、指令電圧特定部５０７、磁束演算部５０８、トルク演算部５０９、第１のトルク偏差演算部５１１、速度・位置演算部５１０、指令トルク特定部５２１、指令振幅特定部５２２、指令磁束特定部５１２、α軸磁束偏差演算部５１３ａ、β軸磁束偏差演算部５１３ｂ、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部５１４およびトルク制限部５２３を備えている。第２のモータ制御部５３３は、ｕ，ｗ／α，β変換部６０６、指令電圧特定部６０７、磁束演算部６０８、トルク演算部６０９、第１のトルク偏差演算部６１１、速度・位置演算部６１０、指令トルク特定部６２１、指令振幅特定部６２２、指令磁束特定部６１２、α軸磁束偏差演算部６１３ａ、β軸磁束偏差演算部６１３ｂ、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部６１４およびトルク制限部６２３を備えている。
【０１１１】
（ｕ，ｗ／α，β変換部５０６）
ｕ，ｗ／α，β変換部５０６は、圧縮機モータ１０１の相電流ｉu，ｉwを軸電流ｉα，ｉβに変換する。具体的に、ｕ，ｗ／α，β変換部５０６は、（数７）および（数８）により、相電流ｉu，ｉwを軸電流ｉα，ｉβに変換する。相電流ｉu，ｉwは、公知の電流センサを用いて測定されうる。
【０１１２】
【数５】
2018127956.tif 000007
【０１１３】
（磁束演算部５０８）
磁束演算部５０８は、圧縮機モータ１０１の磁束（モータ磁束）を推定する。具体的には、磁束演算部５０８は、軸電流ｉα，ｉβおよび指令軸電圧ｖCα*，ｖCβ*から、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）を求める。より具体的には、磁束演算部５０８は、（数９）、（数１０）および（数１１）を用いて、推定磁束Ψα，Ψβ、および推定磁束Ψsの絶対値｜Ψs｜を求める。（数９）および（数１０）におけるΨα|t=0、Ψβ|t=0は、それぞれ推定磁束Ψα，Ψβの初期値である。（数９）および（数１０）におけるＲは、モータの巻線抵抗である。磁束演算部５０８がＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、（数９）および（数１０）における演算のために必要となる積分器は離散系で構成されうる。この場合には、１制御周期前における推定磁束Ψα，Ψβに、現在の制御周期に由来する値を加減算すればよい。
【０１１４】
【数６】
2018127956.tif 000008
【０１１５】
（トルク演算部５０９）
トルク演算部５０９は、圧縮機モータ１０１のトルク（モータトルク）を推定する。具体的には、トルク演算部５０９は、軸電流ｉα，ｉβおよび推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）から推定トルクＴCaを求める。より具体的には、トルク演算部５０９は、（数１２）を用いて、推定トルクＴCaを求める。（数１２）におけるＰnは、モータの極対数である。
【０１１６】
【数７】
2018127956.tif 000009
【０１１７】
（速度・位置演算部５１０）
速度・位置演算部５１０は、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）から推定磁束Ψsの位相θsを求める。具体的に、速度・位置演算部５１０は、（数１３）により、推定磁束Ψsの位相θsを求める。また、速度・位置演算部５１０は、現在の制御周期において求めた位相θs（ｎ）と、前回の制御周期において求めた位相θs（ｎ−１）とを用いて、（数１４）により、推定回転数ωCaを求める。速度・位置演算部５１０は、公知の位相推定器である。ここで、Ｔsは制御周期（サンプリング周期）を意味する。ｎは、タイムステップである。
【０１１８】
【数８】
2018127956.tif 000010
【０１１９】
（指令トルク特定部５２１）
指令トルク特定部５２１は、指令回転数ωC*および推定回転数ωCaから、（第１の）指令トルクＴC*を求める。具体的に、指令トルク特定部５２１は、（数１５）により、指令トルクＴC*を求める。（数１５）におけるＫsPは比例ゲインである。ＫsIは積分ゲインである。指令トルク特定部５２１は、公知のＰＩ補償器である。
【０１２０】
【数９】
2018127956.tif 000011
【０１２１】
（第１の）指令トルクＴC*は、トルク制限部５２３によって制限される。この制限により、第２の指令トルクＴC**が生成される。トルク制限部５２３の動作の詳細については後述する。
【０１２２】
（指令振幅特定部５２２）
指令振幅特定部５２２は、指令トルクＴC**から、指令振幅｜Ψs*｜を求める。指令振幅特定部５２２は、ルックアップテーブル、計算式（近似式）が格納された演算子等を用いて構成できる。ルックアップテーブルを用いる場合、指令トルクＴC**と指令振幅｜Ψs*｜との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備すればよい。演算子における計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブルおよび計算式は、予め行った測定データまたは理論に基づいて設定できる。指令振幅｜Ψs*｜の具体的な特定方法は、公知の文献（武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、２００１年１０月２５日発行、等）を参照することにより理解されうる。最小の電流で最大のトルクを発生できる最大トルク／電流制御（ＭＴＰＡ）を満たすトルクと磁束との関係を利用することもできる。
【０１２３】
（第１のトルク偏差演算部５１１）
第１のトルク偏差演算部５１１は、指令トルクＴC**と推定トルクＴCaとの偏差（トルク偏差ΔＴ：ＴC**−ＴCa）を求める。第１のトルク偏差演算部５１１としては、公知の演算子を用いればよい。
【０１２４】
（指令磁束特定部５１２）
指令磁束特定部５１２は、指令振幅｜Ψs*｜、トルク偏差ΔＴおよび位相θsから、指令磁束ベクトルΨs*（指令磁束Ψα*，Ψβ*）を求める。具体的には、（数１６）により、モータ磁束の回転量Δθsを求める（数１７）を用いて、指令磁束ベクトルΨs*の位相θs*を求める。（数１８）および（数１９）を用いて、指令磁束Ψα*，Ψβ*を求める。（数１６）におけるＫθPは比例ゲインである。ＫθIは積分ゲインである。指令磁束特定部５１２は、トルク偏差ΔＴをゼロに近づける。この点で、指令磁束特定部５１２は、トルクの補償機構を構成するともいえる。指令磁束特定部５１２がＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、（数１６）における演算のために必要となる積分器は離散系で構成されうる。
【０１２５】
【数１０】
2018127956.tif 000012
【０１２６】
（α軸磁束偏差演算部５１３ａ、β軸磁束偏差演算部５１３ｂ）
α軸磁束偏差演算部５１３ａは、指令磁束Ψα*と推定磁束Ψαを取得し、これらの偏差（磁束偏差ΔΨα：Ψα*−Ψα）を求める。β軸磁束偏差演算部５１３ｂは、指令磁束Ψβ*と推定磁束Ψβを取得し、これらの偏差（磁束偏差ΔΨβ：Ψβ*−Ψβ）を求める。磁束偏差演算部５１３ａ，５１３ｂとしては、公知の演算子を用いればよい。
【０１２７】
（指令電圧特定部５０７）
指令電圧特定部５０７は、磁束偏差ΔΨα，ΔΨβおよび軸電流ｉα，ｉβから、指令軸電圧ｖCα*，ｖCβ*を求める。具体的に、指令電圧特定部５０７は、（数２０）を用いて、α軸指令電圧ｖCα*を求める。また、指令電圧特定部５０７は、（数２１）を用いて、β軸指令電圧ｖCβ*を求める。
【０１２８】
【数１１】
2018127956.tif 000013
【０１２９】
（α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部５１４）
α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部５１４は、指令軸電圧ｖCα*，ｖCβ*を、指令電圧ベクトルｖCu*，ｖCv*，ｖCw*に変換する。具体的に、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部５１４は、（数２２）により、指令軸電圧ｖCα*，ｖCβ*を指令電圧ベクトルｖCu*，ｖCv*，ｖCw*に変換する。
【０１３０】
【数１２】
2018127956.tif 000014
【０１３１】
（トルク制限部５２３）
トルク制限部５２３は、（第１の）指令トルクＴC*から、（第２の）指令トルクＴC**を特定する。具体的に、トルク制限部５２３は、（数２３）により、指令トルクＴC**を求める。すなわち、トルク制限部５２３は、指令トルクを修正可能である。
【０１３２】
【数１３】
2018127956.tif 000015
【０１３３】
上述のように、第１のモータ制御部５３２には、指令回転数ωC*が与えられる。これに対し、図７に示すように、第２のモータ制御部５３３には、指令回転数ωP*が与えられる。ただし、第２のモータ制御部５３３は、第１のモータ制御部５３２と同様に動作する。具合的に、ｕ，ｗ／α，β変換部６０６、指令電圧特定部６０７、磁束演算部６０８、トルク演算部６０９、第１のトルク偏差演算部６１１、速度・位置演算部６１０、指令トルク特定部６２１、指令振幅特定部６２２、指令磁束特定部６１２、α軸磁束偏差演算部６１３ａ、β軸磁束偏差演算部６１３ｂ、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部６１４およびトルク制限部６２３は、それぞれ、ｕ，ｗ／α，β変換部５０６、指令電圧特定部５０７、磁束演算部５０８、トルク演算部５０９、第１のトルク偏差演算部５１１、速度・位置演算部５１０、指令トルク特定部５２１、指令振幅特定部５２２、指令磁束特定部５１２、α軸磁束偏差演算部５１３ａ、β軸磁束偏差演算部５１３ｂ、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部５１４およびトルク制限部５２３と同様に動作する。このため、第２のモータ制御部５３３の構成要素に関する詳細な説明は省略する。念のために断っておくと、第２のモータ制御部５３３では、第１のモータ制御部５３２とは異なり、圧縮機モータ１０１ではなくポンプモータ１０２に関するパラメータが用いられる。
【０１３４】
（指令回転数ωC*の与え方の一例）
本実施形態では、指令回転数ωC*が以下のようにして与えられるように、第１のモータ制御部５３２の上位制御部が構成されている。まず、電圧偏差演算部５４１が、第１指令交流電圧ベクトルの振幅ＶCaおよび目標電圧Ｖref*の偏差（Ｖref*−ＶCa）を演算する。次に、ＰＩ制御部５４２が、この偏差をゼロにするフィードバック制御（ＰＩ制御等）によって、指令回転数ωC*を特定する。なお、ターボ圧縮機装置１００が第１減速運転（図５のステップＳ１０５に対応）を行っているときには、圧縮機モータ１０１用の目標電圧Ｖref*をＶth1＋ΔＶ以上の範囲で徐々に小さくすることができる。ターボ圧縮機装置１００が第２減速運転（図５のステップＳ１０７に対応）を行っているときおよび第３減速運転（図５のステップＳ１０８に対応）を行っているときには、第１指令交流電圧ベクトルの振幅ＶCaが直流電圧ＶdcにＲ1を乗じた値以下となりかつ第２指令交流電圧ベクトルの振幅ＶPaが直流電圧ＶdcにＲ2を乗じた値以下となるように、圧縮機モータ１０１用の目標電圧Ｖref*を設定することができる。このようにすることは、第２減速運転および第３減速運転において圧縮機インバータ１０３およびポンプインバータ１０５を線形領域で動作させることに適している。なお、先に説明したように、Ｒ1およびＲ2は、例えば√３／２√２〜１／√２であり、本実施形態では√３／２√２である。
【０１３５】
第１のモータ制御部の上位制御部を、図８に示すように構成することもできる。図８の制御部５３１’では、指令トルクＴC*が以下のようにして与えられるように、第１のモータ制御部５３２’の上位制御部が構成されている。まず、電圧偏差演算部５４１が、第１指令交流電圧ベクトルの振幅ＶCaおよび目標電圧Ｖref*の偏差（Ｖref*−ＶCa）を演算する。次に、ＰＩ制御部５４２’が、この偏差をゼロにするフィードバック制御（ＰＩ制御等）によって、指令トルクＴC*を特定する。第１のモータ制御部５３２’の上位制御部を図８に示すように構成する場合、図７の指令トルク特定部５２１を省略することができる。また、速度・位置演算部５１０における推定回転数ωCaの演算を省略することができる。
【０１３６】
（指令回転数ωP*の与え方の一例）
本実施形態では、指令回転数ωP*が以下のようにして与えられるように、第２のモータ制御部５３３の上位制御部が構成されている。まず、第２のトルク偏差演算部６４１は、（第１の）指令トルクＴC*から（第２の）指令トルクＴC**を差し引くことよってトルク偏差ΔＴCref（＝ＴC*−ＴC**）を特定する。次に、ゲイン付与部６４２が、トルク偏差ΔＴにゲインｋを乗じて積ｋΔＴCrefを特定する。スイッチ６４３が接続されているときは、指令補正部６４４は、参照回転数ωPrefから積ｋΔＴCrefを差し引くことによって、指令回転数ωP*（＝ωPref−ｋΔＴCref）を特定する。このようにすると、トルク制限部５２３によって指令トルクＴC*が制限されているときに、ポンプモータ１０２の回転数が小さくなりポンプの動力が小さくなるような補正が、指令補正部６４４によってなされることになる。一方、トルク制限部５２３によって指令トルクＴC*が制限されていないときは、ΔＴCrefはゼロであるので、指令補正部６４４による補正はなされず、参照回転数ωPrefが指令回転数ωP*として第２のモータ制御部５３３に与えられることになる。また、スイッチ６４３が開放されているときも、参照回転数ωPrefが指令回転数ωP*として第２のモータ制御部５３３に与えられることになる。なお、第２のトルク偏差演算部６４１としては、公知の演算子を用いることができる。参照回転数ωPrefは、例えば、さらに上位の制御部から与えられうる。
【０１３７】
第２のモータ制御部の上位制御部を、図８に示すように構成することもできる。図８の制御部５３１’では、指令トルクＴP*が以下のようにして与えられるように、第２のモータ制御部５３３’の上位制御部が構成されている。まず、第２のトルク偏差演算部６４１は、（第１の）指令トルクＴC*から（第２の）指令トルクＴC**を差し引くことよってトルク偏差ΔＴCref（＝ＴC*−ＴC**）を特定する。次に、ゲイン付与部６４２が、トルク偏差ΔＴにゲインｋを乗じて積ＫΔＴCrefを特定する。スイッチ６４３が接続されているときは、指令補正部６４４’は、参照トルクＴPrefから積ｋΔＴCrefを差し引くことによって、指令トルクＴP*（＝ＴPref−ｋΔＴCref）を特定する。このようにすると、トルク制限部５２３によって指令トルクＴC*が制限されているときに、ポンプモータ１０２のトルクが小さくなりポンプの動力が小さくなるような補正が、指令補正部６４４’によってなされることになる。一方、トルク制限部５２３によって指令トルクＴC*が制限されていないときは、ΔＴCrefはゼロであるので、指令補正部６４４’による補正はなされず、参照トルクＴPrefが指令トルクＴP*として第２のモータ制御部５３３’に与えられることになる。また、スイッチ６４３が開放されているときも参照トルクＴPrefが指令トルクＴP*として第２のモータ制御部５３３’に与えられることになる。なお、第２のトルク偏差演算部６４１としては、公知の演算子を用いることができる。参照トルクＴPrefは、例えば、さらに上位の制御部から与えられうる。第２のモータ制御部５３３’の上位制御部を図８に示すように構成する場合、図７の指令トルク特定部６２１を省略することができる。また、速度・位置演算部６１０における推定回転数ωPaの演算を省略することができる。
【０１３８】
本実施形態では、図４に示す通常運転（ステップＳ１０３）の際に、スイッチ６４３は開放される。第１減速運転（ステップＳ１０５）、第２減速運転（ステップＳ１０７）および第３減速運転（ステップＳ１０８）の際に、スイッチ６４３は接続される。
【０１３９】
図７の第１のモータ制御部５３２およびその上位制御部と、図８の第２のモータ制御部５３３’およびその上位制御部を組み合わせることもできる。また、図８の第１のモータ制御部５３２’およびその上位制御部と、図７の第２のモータ制御部５３３およびその上位制御部を組み合わせることもできる。
【０１４０】
図９に、ｄ−ｑ座標に基づいて３相の指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*およびｖPu*，ｖPv*，ｖPw*を演算するための制御部７３１を示す。図９に示すように、制御部７３１は、第１のモータ制御部７３２と、第２のモータ制御部７３３と、を備えている。また、制御部７３１は、電圧偏差演算部７４１、ＰＩ制御部７４２、電流偏差演算部８０７、ゲイン付与部８４２、スイッチ８４３および指令補正部８４４を備えている。電圧偏差演算部７４１およびＰＩ制御部７４２は、第１のモータ制御部７３２の上位制御部を構成する。電流偏差演算部８０７、ゲイン付与部８４２、スイッチ８４３および指令補正部８４４は、第２のモータ制御部７３３の上位制御部を構成する。制御部７３１は、制御装置１０４によって実現されうる。
【０１４１】
図９に示すように、第１のモータ制御部７３２は、圧縮機モータ１０１の相電流ｉu，ｉw、回転数ωCa、位相θsおよび指令回転数ωC*から指令電圧ベクトルｖCu*，ｖCv*，ｖCw*を特定する。第１のモータ制御部７３２で特定される指令電圧ベクトルｖCu*，ｖCv*，ｖCw*は、圧縮機モータ１０１の電圧ベクトルが追従するべきものである。圧縮機インバータ１０３は、この指令電圧ベクトルｖCu*，ｖCv*，ｖCw*に従って動作する。第２のモータ制御部７３３は、ポンプモータ１０２の相電流ｉu，ｉw、回転数ωPa、位相θsおよび指令回転数ωP*から指令電圧ベクトルｖPu*，ｖPv*，ｖPw*を特定する。第２のモータ制御部７３３で特定される指令電圧ベクトルｖPu*，ｖPv*，ｖPw*は、ポンプモータ１０２の電圧ベクトルが追従するべきものである。ポンプインバータ１０５は、この指令電圧ベクトルｖPu*，ｖPv*，ｖPw*に従って動作する。
【０１４２】
第１のモータ制御部７３２は、位置検出部７０１と、速度検出部７０２と、電流ベクトル制御部７０３と、速度制御部７０４と、電流フィードバック制御部７０５と、電流制限部７０６と、を備えている。第２のモータ制御部７３３は、位置検出部８０１と、速度検出部８０２と、電流ベクトル制御部８０３と、速度制御部８０４と、電流フィードバック制御部８０５と、電流制限部８０６と、を備えている。
【０１４３】
（位置検出部７０１）
位置検出部７０１は、圧縮機モータ１０１の磁束（モータ磁束）の位相θsを検出する。位置検出部７０１は、位置センサ（エンコーダ、レゾルバ等）によって実現されうる。ただし、位置センサを用いずに位相θsを推定することもできる（例えば、「埋込磁石同期モータの設計と制御」の５章参照）。
【０１４４】
（速度検出部７０２）
速度検出部７０２は、圧縮機モータ１０１の回転数ωCaを検出する。位置検出部７０１は、速度センサによって実現されうる。ただし、速度センサを用いずに回転数ωCaを推定することもできる（例えば、「埋込磁石同期モータの設計と制御」の５章参照）。（数１４）を用い、位相θsから回転数ωCaを求めることもできる。
【０１４５】
なお、位置センサを用いた位相θsの検出および速度センサを用いた回転数ωCaの検出は、図７および８の制御部５３２，５３２’，５３３および５３３’にも適用可能である。
【０１４６】
（速度制御部７０４）
速度制御部７０４は、回転数ωCaおよび指令回転数ωC*からｑ軸指令電流ｉq*を特定する。具体的に、速度制御部７０４は、回転数ωCaおよび指令回転数ωC*の偏差をゼロにするフィードバック制御（ＰＩ制御等）によって、ｑ軸指令電流ｉq*を特定する。
【０１４７】
（第１の）ｑ軸指令電流ｉq*は、電流制限部７０６によって制限される。この制限により、第２のｑ軸指令電流ｉq**が生成される。電流制限部７０６の動作の詳細については後述する。
【０１４８】
（電流ベクトル制御部７０３）
電流ベクトル制御部７０３は、ｑ軸指令電流ｉq**（および回転数ωCa）からｄ軸指令電流ｉd*を特定する。具体的に、ＭＴＰＡを行う際には、電流ベクトル制御部７０３は、（数２３）に基づいてｄ軸指令電流ｉd*を特定する。｜Ψa｜は、磁束パラメータである。磁束パラメータ｜Ψa｜は、モータにおける永久磁石が作る磁石磁束ベクトル（界磁磁束ベクトルとも呼ばれる）の振幅として与えられた定数である。Ｌdは、ｄ軸インダクタンスである。Ｌqは、ｑ軸インダクタンスである。弱め磁束制御を行う際には、電流ベクトル制御部７０３は、（数２４）に基づいてｄ軸指令電流ｉd*を特定する。Ｖomは、電圧制限値である。（数２４）に基づく制御によれば、モータの電圧ベクトルの大きさが電圧制限値Ｖomを超えることが防止される。（数２３）および（数２４）に基づいた制御の詳細については、「埋込磁石同期モータの設計と制御」の２章等を参照されたい。
【０１４９】
【数１４】
2018127956.tif 000016
【０１５０】
（電流フィードバック制御部７０５）
電流フィードバック制御部７０５は、指令軸電流ｉd*，ｉq**、圧縮機モータ１０１の相電流ｉu，ｉwおよび位相θsから、指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*を特定する。相電流ｉu，ｉwは、公知の電流センサを用いて測定されうる。具体的に、電流フィードバック制御部７０５は、（数２５）および（数２６）に基づいて相電流ｉu，ｉwを軸電流ｉd，ｉqに変換する。電流フィードバック制御部７０５は、軸電流ｉd，ｉqおよび指令軸電流ｉd*，ｉq**の偏差をゼロにするフィードバック制御（具体的にはＰＩ制御）によって、指令軸電圧ｖd*，ｖq*を特定する。具体的に、電流フィードバック制御部７０５は、（数２７）および（数２８）に基づいて指令軸電圧ｖd*，ｖq*を特定する。（数２７）および（数２８）におけるＫcdPおよびＫcqPは比例ゲインである。ＫcdIおよびＫcqIは積分ゲインである。電流フィードバック制御部７０５は、位相θsおよび指令軸電圧ｖd*，ｖq*から指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*を特定する。具体的に、電流フィードバック制御部７０５は、（数２９）に基づいて、指令軸電圧ｖd*，ｖq*を指令電圧ｖCu*，ｖCv*，ｖCw*に変換する。
【０１５１】
【数１５】
2018127956.tif 000017
【０１５２】
（電流制限部７０６）
電流制限部７０６は、ｑ軸指令電流ｉq*から、第２のｑ軸指令電流ｉq**を特定する。具体的に、電流制限部７０６は（数３０）により、第２のｑ軸指令電流ｉq**を特定する。また、ｑ軸指令電流制限値ｉq_limは（数３１）によって特定される。また、（数３１）におけるｄ軸指令電流制限値ｉd_limは、（数３２）に基づいて特定する。Iamは、電流振幅制限値である。（数３０）〜（数３２）に基づいた制御の詳細については、「埋込磁石同期モータの設計と制御」の３章等を参照されたい。
【０１５３】
【数１６】
2018127956.tif 000018
【０１５４】
上述のように、第１のモータ制御部７３２には、指令回転数ωC*が与えられる。これに対し、図９に示すように、第２のモータ制御部７３３には、指令回転数ωP*が与えられる。ただし、第２のモータ制御部７３３は、第１のモータ制御部７３２と同様に動作する。具合的に、位置検出部８０１、速度検出部８０２、電流ベクトル制御部８０３、速度制御部８０４、電流フィードバック制御部８０５および電流制限部８０６は、それぞれ、位置検出部７０１、速度検出部７０２、電流ベクトル制御部７０３、速度制御部７０４、電流フィードバック制御部７０５、電流制限部７０６と同様に動作する。このため、第２のモータ制御部７３３の構成要素に関する詳細な説明は省略する。念のために断っておくと、第２のモータ制御部７３３では、第１のモータ制御部７３２とは異なり、圧縮機モータ１０１ではなくポンプモータ１０２に関するパラメータが用いられる。
【０１５５】
（指令回転数ωC*の与え方の一例）
本実施形態における指令回転数ωC*の与え方は、図７を用いて説明した指令回転数ωC*の与え方と同じである。つまり、第１のモータ制御部７３２の上位制御部は、第１のモータ制御部５３２の上位制御部と同様にして、指令回転数ωC*を特定する。電圧偏差演算部７４１およびＰＩ制御部７４２は、電圧偏差演算部５４１およびＰＩ制御部５４２と同様に動作する。
【０１５６】
第１のモータ制御部の上位制御部を、図１０に示すように構成することもできる。図１０の制御部７３１’では、圧縮機モータ１０１用のｑ軸指令電流ｉq*が以下のようにして与えられるように、第１のモータ制御部７３２’の上位制御部が構成されている。まず、電圧偏差演算部７４１が、第１指令交流電圧ベクトルの振幅ＶCaおよび目標電圧Ｖref*の偏差（Ｖref*−ＶCa）を演算する。次に、ＰＩ制御部７４２’が、この偏差をゼロにするフィードバック制御（ＰＩ制御等）によって、圧縮機モータ１０１用のｑ軸指令電流ｉq*を特定する。第１のモータ制御部７３２’の上位制御部を図１０に示すように構成する場合、図９の速度検出部７０２および速度制御部７０４を省略することができる。
【０１５７】
（指令回転数ωP*の与え方の一例）
本実施形態では、指令回転数ωP*が以下のようにして与えられるように、第２のモータ制御部７３３の上位制御部が構成されている。まず、電流偏差演算部８０７は、（第１の）ｑ軸指令電流ｉq*から（第２の）第２のｑ軸指令電流ｉq**を差し引くことよってｑ軸指令電流偏差Δｉq（＝ｉq*−ｉq**）を特定する。次に、ゲイン付与部８４２が、ｑ軸指令電流偏差Δｉqにゲインｋを乗じて積ｋΔｉqを特定する。スイッチ８４３が接続されているときは、指令補正部８４４は、参照回転数ωPrefから積ｋΔｉqを差し引くことによって、指令回転数ωP*（＝ωPref−ｋΔｉq）を特定する。このようにすると、電流制限部７０６によってｑ軸指令電流ｉq*が制限されているときに、ポンプモータ１０２の回転数が小さくなりポンプの動力が小さくなるような補正が、指令補正部８４４によってなされることになる。一方、電流制限部７０６によってｑ軸指令電流ｉq*が制限されていないときは、Δｉqはゼロであるので、指令補正部８４４による補正はなされず、参照回転数ωPrefが指令回転数ωP*として第２のモータ制御部７３３に与えられることになる。また、スイッチ８４３が開放されているときも、参照回転数ωPrefが指令回転数ωP*として第２のモータ制御部７３３に与えられることになる。なお、電流偏差演算部８０７としては、公知の演算子を用いることができる。参照回転数ωPrefは、例えば、さらに上位の制御部から与えられうる。
【０１５８】
図９の例では、図４に示す通常運転（ステップＳ１０３）の際に、スイッチ８４３は開放される。第１減速運転（ステップＳ１０５）、第２減速運転（ステップＳ１０７）および第３減速運転（ステップＳ１０８）の際に、スイッチ８４３は接続される。
【０１５９】
第２のモータ制御部の上位制御部を、図１０に示すように構成することもできる。図１０の制御部７３１’では、ポンプモータ１０２用のｑ軸指令電流ｉq*が以下のようにして与えられるように、第２のモータ制御部７３３’の上位制御部が構成されている。まず、電流偏差演算部８０７は、（第１の）ｑ軸指令電流ｉq*から（第２の）第２のｑ軸指令電流ｉq**を差し引くことよってｑ軸指令電流偏差Δｉq（＝ｉq*−ｉq**）を特定する。次に、ゲイン付与部８４２が、ｑ軸指令電流偏差Δｉqにゲインｋを乗じて積ｋΔｉqを特定する。スイッチ８４３が接続されているときは、指令補正部８４４’は、参照ｑ軸電流ｉqrefから積ｋΔｉqを差し引くことによって、ポンプモータ１０２用のｑ軸指令電流ｉq*（＝ｉqref−ｋΔｉq）を特定する。このようにすると、電流制限部７０６によって圧縮機モータ１０１用のｑ軸指令電流ｉq*が制限されているときに、ポンプモータの電流ベクトルの振幅が小さくなり電流ベクトルの位相が変化しポンプの動力が小さくなるような補正が、指令補正部８４４’によってなされることになる。一方、電流制限部７０６によってｑ軸指令電流ｉq*が制限されていないときは、Δｉqはゼロであるので、指令補正部８４４’による補正はなされず、参照ｑ軸電流ｉqrefがｑ軸指令電流ｉq*として第２のモータ制御部７３３’に与えられることになる。また、スイッチ８４３が開放されているときも、参照ｑ軸電流ｉqrefがｑ軸指令電流ｉq*として第２のモータ制御部７３３’に与えられることになる。参照ｑ軸電流ｉqrefは、例えば、さらに上位の制御部から与えられうる。第２のモータ制御部７３３’の上位制御部を図１０に示すように構成する場合、図９の速度検出部８０２および速度制御部８０４を省略することができる。
【０１６０】
図９の第１のモータ制御部７３２およびその上位制御部と、図８の第２のモータ制御部５３３’を組み合わせてもよい。その場合、図１１に示すように、第２のモータ制御部５３３’の上位制御部を構成することができる。まず、電流偏差演算部８０７は、（第１の）ｑ軸指令電流ｉq*から（第２の）第２のｑ軸指令電流ｉq**を差し引くことよってｑ軸指令電流偏差Δｉq（＝ｉq*−ｉq**）を特定する。次に、ゲイン付与部８４２が、ｑ軸指令電流偏差Δｉqにゲインｋを乗じて積ｋΔｉqを特定する。スイッチ８４３が接続されているときは、指令補正部８４４’’は、参照トルクＴPrefから積ｋΔｉqを差し引くことによって、指令トルクＴP*（＝ＴPref−積ｋΔｉq）を特定する。このようにすると、電流制限部７０６によって圧縮機モータ１０１用のｑ軸指令電流ｉq*が制限されているときに、ポンプモータ１０２のトルクが小さくなりポンプの動力が小さくなるような補正が、指令補正部８４４’’によってなされることになる。一方、電流制限部７０６によってｑ軸指令電流ｉq*が制限されていないときは、Δｉqはゼロであるので、指令補正部８４４’’による補正はなされず、参照トルクＴPrefが指令トルクＴP*として第２のモータ制御部５３３’に与えられることになる。また、スイッチ８４３が開放されているときも、参照トルクＴPrefが指令トルクＴP*として第２のモータ制御部７３３’に与えられることになる。
【０１６１】
図７の第１のモータ制御部５３２およびその上位制御部と、図９の第２のモータ制御部７３３を組み合わせてもよい。その場合、図１２に示すように、第２のモータ制御部７３３の上位制御部として、図７を用いて説明した第２のモータ制御部５３３の上位制御部（符号６４１，６４２，６４３および６４４）を利用することができる。その他、図示した第１のモータ制御部、第２のモータ制御部およびこれらの上位制御部を任意に組み合わせることが可能である。
【０１６２】
図７の制御部５３１では、第３減速運転において、指令補正部６４４による補正がなされる。これにより、ポンプモータ１０２の回転数が、ポンプモータ１０２の動力が低下するように調整（操作）される。図８の制御部５３１’では、第３減速運転において、指令補正部６４４’による補正がなされる。これにより、ポンプモータ１０２のトルクが、ポンプモータ１０２の動力が低下するように調整（操作）される。図９の制御部７３１では、第３減速運転において、指令補正部８４４による補正がなされる。これにより、ポンプモータ１０２の回転数が、ポンプモータ１０２の動力が低下するように調整（操作）される。図１０の制御部７３１’では、第３減速運転において、指令補正部８４４’による補正がなされる。これにより、ポンプモータ１０２のｑ軸電流が調整（操作）され、すなわち電流ベクトルの振幅および位相が調整され、この調整を通じてトルクを調整され、ポンプモータ１０２の動力が低下する。図１１の制御部７３１’’では、第３減速運転において、指令補正部８４４’’による補正がなされる。これにより、ポンプモータ１０２のトルクが、ポンプモータ１０２の動力が低下するように調整（操作）される。図１２の制御部７３１’’’では、第３減速運転において、指令補正部６４４による補正がなされる。これにより、ポンプモータ１０２の回転数が、ポンプモータ１０２の動力が低下するように調整（操作）される。
【０１６３】
以上のように、上述のターボ圧縮機装置１００は、電源１１０に接続されうる。ターボ圧縮機装置１００は、ターボ圧縮機１２０と、潤滑ポンプ１３０と、コンバータ１０７と、第１インバータ（圧縮機インバータ）１０３と、第２インバータ（ポンプインバータ）１０５と、制御装置１０４と、を備えている。ターボ圧縮機１２０は、回転軸１２３ｂ、回転軸１２３ｂを支持する軸受１２４、回転軸１２３ｂが回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構１２３ａ、回転軸１２３ｂを回転させる圧縮機モータ１０１、および、軸受１２４に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路１２７、を有している。潤滑ポンプ１３０は、潤滑剤供給路１２７を介して軸受に潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ１０２、を有している。コンバータ１０７は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が継続されているときに、電源１１０の電圧と直流電圧部１０６の直流電圧Ｖdcとの間で電力変換を行う。第１インバータ１０３は、直流電圧Ｖdcと圧縮機モータ１０１の第１交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う。第２インバータ１０５は、直流電圧Ｖdcとポンプモータ１０２の第２交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う。制御装置１０４は、第１インバータ１０３および第２インバータ１０５を制御する。電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断されているという条件と、値Ａが第１制限値（トルク制限値Ｔlimまたは電流振幅制限値Iam）を上回っているという条件と、を含む複数の条件が成立しているときに、ポンプ電力低減運転（第３減速運転）が行わる。値Ａは、圧縮機モータ１０１のトルクの絶対値または圧縮機モータ１０１の電流ベクトルの振幅である。ポンプ電力低減運転において、圧縮機モータ１０１は、回生駆動により回生電力を生成する。ポンプ電力低減運転において、ポンプモータ１０２は、回生電力で駆動される。ポンプ電力低減運転において、制御装置１０４は、値Ａを第１制限値に追従させる制御と、ポンプモータ１０２に供給される電力を低下させる制御と、を行う。このようなターボ圧縮機装置１００は、圧縮機１２０の電流またはトルクを制限しつつ回転軸１２３ｂおよび軸受１２４の摩耗低減を実現することに適している。具体的には、このようなターボ圧縮機装置１００は、圧縮機１２０の電流またはトルクを制限しつつ、第１インバータ１０３による圧縮機モータ１０１の制動を維持しつつ、軸受１２４への冷媒供給を維持することに適している。
【０１６４】
本実施形態では、図５に示すように、通常運転および第１〜第３減速運転において、値Ａが第１制限値（トルク制限値Ｔlimまたは電流振幅制限値Iam）を上回っているときに、制御装置１０４は、値Ａを第１制限値に追従させる制御を行う。変形例では、通常運転において値Ａが第２制限値を上回っているときに、制御装置１０４は、値Ａを第２制限値に追従させる制御を行う。第１制限値は、第２制限値よりも大きい。つまり、この変形例では、通常運転おけるトルク制限値Ｔlimまたは電流振幅制限値Iamに比べて、第３減速運転における（具体的には第１〜第３減速運転における）トルク制限値Ｔlimまたは電流振幅制限値Iamは大きい。第２制限値を第１制限値よりも小さくすることは、通常運転時における圧縮機モータ１０１の損傷を防止することに適している。逆にいうと、第１制限値は、第２制限値よりも大きい。このようにすれば、圧縮機１２０の電流またはトルクの制限が開始されるタイミングを遅らせることができる。このことは、圧縮機１２０の回転数の低下が急である領域から低下がなだらかである領域に切り替わるタイミング（図５の真ん中のグラフのＳ１０７とＳ１０８の間の縦線のタイミングに対応）を遅らせることができることを意味する。つまり、この技術は、圧縮機１２０の回転数を素早くゼロにすることで、回転軸１２３ｂおよび軸受１２４の摩耗を発生し難くする。なお、典型的には、第３減速運転が行われる期間は通常運転が行われる期間よりも短いため、第３減速運転において比較的大きな第２制限値を用いても、圧縮機モータ１０１が損傷するリスクはそれほど大きくならない。また、圧縮機１２０の電流またはトルクの制限が開始されるタイミングを遅らせることができることは、回生可能な電力が大きい期間を長くできることを意味する。この期間が長いことにより、圧縮機１２０の回転数が高い場合および負荷変動でポンプ動力が大きくなる場合において、第１インバータ１０３の運転を継続し易くなり、第１インバータ１０３による圧縮機モータ１０１の制動を維持し易くなり、回転軸１２３ｂおよび軸受１２４の摩耗を抑え易くなる。
【０１６５】
上述の制御装置１０４は、ポンプ電力低減運転において、ポンプモータ１０２の回転数およびポンプモータ１０２のトルクの絶対値から選択される少なくとも１つを低下させる制御を行う。このようにすれば、ポンプ電力低減運転においてポンプモータ１０２に供給される電力を容易に低下させることができる。
【０１６６】
上述の制御装置１０４は、ポンプ電力低減運転において、直流電圧Ｖdcを目標直流電圧に近づける制御を行う。ここで、目標直流電圧は、通常運転のときの第２交流電圧ベクトルの振幅の１／Ｒ2倍以上である。Ｒ2は、線形領域で第２インバータ１０５が動作する場合における直流電圧Ｖdcに対する第２交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値である。第２インバータ１０５の線形領域は、直流電圧Ｖdcに対して第２交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。このようにすれば、ポンプ電力低減運転における圧縮機モータ１０１およびポンプモータ１０２の挙動が安定し易い。
【０１６７】
上述のターボ圧縮機装置１００は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が継続されているときに、電源１１０の電圧を用いてポンプモータ１０２を駆動させる通常運転を行う。上述の複数の条件は、第１交流電圧ベクトルの振幅が第１閾値振幅未満であるという条件を含む。ここで、第１閾値振幅は、通常運転のときの第２交流電圧ベクトルの振幅以上である。第１交流電圧ベクトルの振幅が大きいときには、圧縮機モータ１０１による回生可能な電力が大きい。従って、上述のターボ圧縮機装置１００によれば、そのようなポンプモータ１０２に供給される電力を低下させる制御が必要でないときに、同制御が行われることを防止することができる。
【０１６８】
上述の制御装置１０４は、電源１１０からコンバータ１０７への電力供給が遮断された時点以後に開始されポンプ電力低減運転が始まる時点において終了する期間において、ポンプモータ１０２に供給する回生電力を一定に維持する制御を行う。このようにすれば、上記期間において、軸受１２４への潤滑剤の供給量を安定させることができる。
【０１６９】
また、上述の冷凍サイクル装置（空気調和装置）１４０は、上述のターボ圧縮機装置１００を含むため、上述のターボ圧縮機装置１００の効果と同じ効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本開示に係る空気調和装置（冷凍サイクル装置）は、家庭用エアコン、業務用エアコン等に有用である。本開示に係るターボ圧縮機装置は、空気調和装置等に有用である。
【符号の説明】
【０１７１】
１００  ターボ圧縮機装置
１０１  圧縮機モータ
１０１ａ  ステータ
１０１ｂ  ロータ
１０２  ポンプモータ
１０３  圧縮機インバータ
１０４  制御装置
１０５  ポンプインバータ
１０６  直流電圧部
１０７  コンバータ
１０８  電圧センサ
１０９  電圧センサ
１１０  電源
１２０  （ターボ）圧縮機
１２１  筐体
１２３  回転体
１２３ａ  圧縮機構
１２３ｂ  回転軸
１２４  軸受
１２５  圧縮機吸入管
１２６  圧縮機吐出管
１２７  潤滑剤供給路
１２８  潤滑剤排出路
１３０  潤滑ポンプ
１４０  空気調和装置
１４１  蒸発器
１４２  凝縮器
１４３  減圧機構
１４４  冷媒回路
１４５  第１循環路
１４６  第２循環路
１４７  第１熱交換器
１４８  第１ポンプ
１４９  第１送り路
１５０  第１戻し路
１５１  送風機
１５２  第２熱交換器
１５３  第２ポンプ
１５４  第２送り路
１５５  第２戻し路
１５６  送風機
５０６，６０６  ｕ，ｗ／α，β変換部
５０７，６０７  指令電圧特定部
５０８，６０８  磁束演算部
５０９，６０９  トルク演算部
５１０，６１０  速度・位置演算部
５１１，６１１  第１のトルク偏差演算部
５１２，６１２  指令磁束特定部
５１３ａ，６１３ａ  α軸磁束偏差演算部
５１３ｂ，６１３ｂ  β軸磁束偏差演算部
５１４，６１４  α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部
５２１，６２１  指令トルク特定部
５２２，６２２  指令振幅特定部
５２３，６２３  トルク制限部
５３１，５３１’，７３１，７３１’，７３１’’，７３１’’’  制御部
５３２，５３２’，７３２  第１のモータ制御部
５３３，５３３’，７３３  第２のモータ制御部
５４１，７４１  電圧偏差演算部
５４２，５４２’，７４２，７４２’  ＰＩ制御部
６４１  第２のトルク偏差演算部
６４２，８４２  ゲイン付与部
６４３，８４３  スイッチ
６４４，６４４’，８４４，８４４’，８４４’’  指令補正部
７０１，８０１  位置検出部
７０２，８０２  速度検出部
７０３，８０３  電流ベクトル制御部
７０４，８０４  速度制御部
７０５，８０５  電流フィードバック制御部
７０６，８０６  電流制限部
８０７  電流偏差演算部
９００  冷凍機
９０１  圧縮機
９０２  蒸発器
９０４  凝縮器
９１０  回転軸
９１２  翼車
９１６  冷却塔
９１８  冷却水ポンプ
９２０  軸受
【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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