(57)【要約】【課題】低いコストで振動を抑制できる圧縮機に接続されたモータの制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】圧縮機用のモータ２のトルク制御装置において、モータ電流を検出する電流センサ１０と、モータ電流からモータ回転位置を推定する速度・位置推定部１１と、モータの平均負荷トルクを算出する速度ＰＩ制御部１２と、正規化トルクパターンを記憶する負荷トルク補償部１３とを備え、平均トルク×正規化トルクパターンにより補償トルクを演算し、前記モータ２に対する電流指令を補正する。【選択図】図１
2008245506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機に接続されたモータの制御装置であって、
前記モータを目標速度で回転させるため、前記モータに供給する電流値を指令する速度制御部と、
前記モータに供給される電流値を検出する電流センサと、
前記電流値から前記モータの回転位置を推定する位置推定部と、
前記モータの平均負荷トルクを算出する平均トルク計算部と、
前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンを記憶したトルクパクーン記憶部と、
前記平均負荷トルクと前記正規化トルクパターンの積により、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための補償トルクパターンを生成し、前記モータに供給する電流値を補正するトルク制御部と、
を備えることを特徴とする圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項２】
圧縮機に接続されたモータの制御装置であって、
前記モータを目標速度で回転させるため、前記モータに供給する電流値を指令する速度制御部と、
前記モータに供給される電流値を検出する電流センサと、
前記電流値から前記モータの回転位置を推定する位置推定部と、
前記モータの平均負荷トルクを算出する平均トルク計算部と、
前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンを複数記憶したトルクパクーン記憶部と、
前記モータの運転状態に基づいて選択される一つの前記正規化トルクパターンと前記平均負荷トルクとの積により、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを負荷に応じて変動させるための補償トルクパターンを生成し、前記モータに供給する電流値を補正するトルク制御部と、
を備えることを特徴とする圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項３】
前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンから前記平均トルク計算部の算出した前記モータの平均負荷トルクの大小に対応した正規化トルクパターンを選択し、前記補償トルクパターンを生成することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項４】
前記位置推定部は前記電流値から前記モータの回転位置に対応した回転速度算出機能を有し、前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンから前記モータの回転数変動幅に対応した正規化トルクパターンを選択し、前記補償トルクパターンを生成することを特徴とする請求項２または３に記載の圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項５】
前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンから前記位置推定部が推定した前記モータの回転位置と回転速度に対応した正規化トルクパターンを選択し、前記補償トルクパターンを生成す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圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項６】
前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンから前記電流センサが検出したモータ電流ピーク値に対応した正規化トルクパターンを選択し、前記補償トルクパターンを生成することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項７】
前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンの一から他の正規化トルクパターンへの切換え状態において、両パターンにおけるトルク差を一定割合で増加させ、または減少させながら前記補償トルクパターンを生成することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項８】
前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンの一から他の正規化トルクパターンへの切換え状態において、前記位置推定部が推定した前記モータの回転位置における両パターンの負荷トルクが小さい角度で前記切換えを行うことを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項９】
前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンの一から他の正規化トルクパターンへの切換え状態において、前記他の正規化トルクパターン選択の閾値を他の正規化トルクパターンから一の正規化トルクパターン切換えの場合より大きくまたは小さくし、前記複数の正規化トルクパターンの他から一の正規化トルクパターンへの切換え状態において、前記一の正規化トルクパターン選択の閾値を一の正規化トルクパターンから他の正規化トルクパターン切換えの場合より大きくまたは小さくして判断することを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項１０】
前記トルク制御部は、前記補償トルクパターンに予め定められた変調率を掛けて前記補償トルクパターンを調整す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圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項１１】
前記トルク制御部は、前記モータの回転角度の一部区間のみにおいて前記正規化トルクパターンを増減し、前記補償トルクパターンを調整することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【請求項１２】
前記トルク制御部は、前記モータの回転数の幅が小さくなるように前記モータに供給する電流値を補正することを特徴とする請求項１０または１１に記載の圧縮機に接続されたモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の駆動トルクと負荷トルクの不平衡に基づく回転振動を低減するための、圧縮機に接続されたモータの制御装置に開する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機においては、１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程における冷媒ガス圧の変化のため、定常的な負荷トルク変動が発生する。一方、圧縮機に接続された駆動モータは、１回転中に一定な駆動トルクを発生するように運転されているため、この駆動トルクと負荷トルクとの不平衡に起因した回転数変動を生じ、それによって振動が発生する。
【０００３】
このような振動を防止するため、例えば、特許文献１には、負荷トルクが周期性を有して変化する負荷を駆動する電動機と、この負荷トルクの変動の一周期をｎ分割して得られたｎ個の領域毎の速度を検出する手段と、この手段によって検出された速度データを使用し、電動機の速度を指令速度に合わせるように電動機に付与する電流あるいは電圧を調整制御する制御装置とを有し、分割された領域毎に速度検出を行ない、回転脈動を減じるように電動機に加える電圧もしくは電流のｎ個のデータの少なくとも１つのデータを修正して制御するようにした速度制御方法において、負荷トルクに対し電動機出力トルクが一致しないまま運転されることを防止するため、前記負荷トルクの変動の周期あるいはこれより長い周期の平均速度を検出する平均速度検出手段と、この平均速度検出手段から得られた平均速度データと指令速度とから、前記各領域毎に平均偏差速度データを作成する平均偏差速度データ作成手段と、平均偏差速度データ作成手段によって作成された平均偏差速度データに基づき、前記で分割された少なくとも一つの領域の平均偏差速度を減じるように電流指令データ、あるいは電圧指令データを補正する補正手段とを有する電動機の速度制御装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、圧縮機の１回転中の負荷トルクの変化パターンに対応したパターンで変化する係数を予め記憶させた記憶手段と、モータの回転角度に基づき、この回転角度に対応する係数を記憶手段から出力させる出力手段と、記憶手段から出力される係数を平均電圧指令に乗じ、新たな電圧指令を形成する乗算手段とを備え、新たな電圧指令に基づいてモータを駆動し、モータのトルクを一回転中における負荷トルクの変化に追従させるようにした、圧縮機用モータの制御装置が開示されている。
【０００５】
さらに特許文献３には、１回転の間に負荷トルクが周期的に変化する負荷を駆動するモータに対し、負荷トルクの変動に対応させたトルクパターンを記憶してロータの回転位置に応じ、トルク制御を行うようにしたモータ制御装置において、トルクパターンがモータの回転数の高低にかかわらず常に固定されていると、広い回転数範囲において十分な振動抑制能力を発揮できずにハンチングが生じるため、モータ１回転での平均回転数を検出し、この回転数を目標回転数と比較して回転数の変動状態が安定状態か過渡状態かを判定し、安定状態であれば目標回転数に応じてトルクパターンを選択し、過渡状態であれば平均回転数に応じてトルクパターンを選択してトルクパターンの頻繁な変更を抑制し、モータの回転数を安定状態に維持してハンチングを発生しないようにした、モータ制御方法およびモータ制御装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第１９６６９９９号、特公平６−９７８６８号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５７６９号公報
【特許文献３】特開２００３−７０２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示された電動機の速度制御装置および電動機の速度制御法は、各分割区間ごとに速度を検出する必要や、各区間ごとの電圧もしくは電流値を個別に制御する必要があり、また、少なくとも1つ以上の区間で電圧もしくは電流値を補正する必要があって、制御装置が大きな処理性能を求められてコストアップする。
【０００８】
また、特許文献２に示された圧縮機用モータの制御装置は、モータの出力トルクを負荷トルクの変化に追従させるため、モータに印加する電圧とモータのトルクとの関係を、予めシミュレーション等で計算する必要があって開発に時間が掛かっていた。
【０００９】
さらに特許文献３に示されたモータ制御方法およびモータ制御装置は、トルクパターンを変化させるにあたり、モータ１回転中における平均トルクの変化が考慮されていないと、トルクパターンの変化でトルク補償量の平均が増減してモータ１回転中の平均トルクも増減し、回転数変動が発生してその値がトルクパターン変更が実行される設定回転数付近であると、ハンチングが発生してしまうのを防ぐためのものであり、回転数に応じてたくさんのトルクパターンを用意する必要がある。
【００１０】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、低いコストで高圧縮比時など振動の抑制が難しい場合や、トルクパターンを変更した時のショックを小さくし、振動を確実に抑制できるようにした、圧縮機に接続されたモータの制御装置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】
【００１１】
かかる目的のもとになされた本発明になる圧縮機に接続されたモータの制御装置は、
圧縮機に接続されたモータの制御装置であって、
前記モータを目標速度で回転させるため、前記モータに供給する電流値を指令する速度制御部と、
前記モータに供給される電流値を検出する電流センサと、
前記電流値から前記モータの回転位置を推定する位置推定部と、
前記モータの平均負荷トルクを算出する平均トルク計算部と、
前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンを記憶したトルクパクーン記憶部と、
前記平均負荷トルクと前記正規化トルクパターンの積により、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための補償トルクパターンを生成し、前記モータに供給する電流値を補正するトルク制御部と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また同様に、
圧縮機に接続されたモータの制御装置であって、
前記モータを目標速度で回転させるため、前記モータに供給する電流値を指令する速度制御部と、
前記モータに供給される電流値を検出する電流センサと、
前記電流値から前記モータの回転位置を推定する位置推定部と、
前記モータの平均負荷トルクを算出する平均トルク計算部と、
前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンを複数記憶したトルクパクーン記憶部と、
前記モータの運転状態に基づいて選択される一つの前記正規化トルクパターンと前記平均負荷トルクとの積により、前記モータの回転位置に応じて前記モータの出力トルクを負荷に応じて変動させるための補償トルクパターンを生成し、前記モータに供給する電流値を補正するトルク制御部と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
ここで、正規化トルクパターンとは、モータの回転位置毎にモータの出力トルクを変動させるための係数であり、モータが１回転する間の角度を複数に区分し、それぞれの区分において係数をあらかじめ設定したものである。回転しているモータの平均負荷トルクは、電流センサで検出した電流値から平均トルク計算部で算出することができるので、この平均負荷トルクと正規化トルクパターンの積をトルク制御部で算出する。すると、その時のモータの回転状態（負荷の大きさ）に応じ、正規化トルクパターンを増減させた補償トルクパターンを生成できる。この補償トルクパターンも正規化トルクパターンと同様、モータが１回転する間の角度を複数に区分し、それぞれの区分における係数を設定したものである。この補償トルクパターンを用い、モータに供給する電流値を補正することで、モータに供給される電流はモータの回転位置に応じて補償トルクパターンに基づいて変動し、圧縮機負荷の状態に対応したものとなる。
【００１４】
このような構成において、トルクパクーン記憶部に予め正規化トルクパターンが記憶されており、これを用いてモータに供給する電流値を補正するのでトルク制御が容易に可能となり、滑らかに制御可能となる。また、モータに供給する電流は、トルクと電流の関係式から容易に求められることから、電流指令によるモータ制御を行うことで、トルクパターンを出力トルク値そのままで設定できる。したがって、電圧値をシミュレーション等で計算する必要が無く、開発が容易である。
【００１５】
そして、複数の正規化トルクパターンを用いた場合、前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンから前記平均トルク計算部の算出した前記モータの平均負荷トルクの大小に対応した正規化トルクパターンを選択し、前記補償トルクパターンを生成するようにすれば、平均負荷トルクが大きい場合はそれに対応して大きな補償トルクを、小さい場合は小さな補償トルクを夫々生成する正規化トルクパターンを採用でき、より、目標速度に近い速度が得られると共に、運転回避などの保護制御が可能となる。
【００１６】
また同様に、複数の正規化トルクパターンを用いた場合、前記位置推定部は前記電流値から前記モータの回転位置に対応した回転速度算出機能を有し、前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンから前記モータの回転数変動幅に対応した正規化トルクパターンを選択し、前記補償トルクパターンを生成することで、前記したように１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程により負荷トルク変動が発生する圧縮機においては、圧力の差が大きいところでは振動が大きく、差が小さいくなると振動も小さくなるので、回転数変動幅を見れば圧縮機の振動状態を推定することができる。従ってこのように、モータの回転数変動幅に対応した正規化トルクパターンを選択することで、負荷状態に応じた目標速度が得られ、過振動の場合は運転回避などの保護制御が可能となる。
【００１７】
さらに同様に、複数の正規化トルクパターンを用いた場合、前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンから前記位置推定部が推定した前記モータの回転位置と回転速度に対応した正規化トルクパターンを選択し、前記補償トルクパターンを生成することで、回転数というのは負荷の変動で加減速するが、圧縮比が小さいところでは負荷トルクが小さな回転角でピークが生じ、圧縮比が高いところでは大きな回転角でピークが生じるから、圧縮機における圧力の高い、低い、すなわち負荷トルクの形に応じたパターンを見ることができ、負荷パターンに合う正規化トルクパターンをダイレクトに選べるから、直接的な値が得られて高精度な選択をすることができる。
【００１８】
そして同様に、複数の正規化トルクパターンを用いた場合、前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンから前記電流センサが検出したモータ電流ピーク値に対応した正規化トルクパターンを選択し、前記補償トルクパターンを生成することで、圧縮機では、モータは常に一定速度で廻るように制御され、そのため、負荷が大きくなればそれだけ電流が多くなり、小さければ電流が少なくなるが、このようにモータ電流ピーク値の大小によって複数の正規化トルクパターンから対応した正規化トルクパターンを選択することで、簡単に補償トルクパターンを生成する正規化トルクパターンを選択することができる。
【００１９】
こうして正規化トルクパターンが選択されたら、特定の正規化トルクパターンから新たな正規化トルクパターンへ切換えるわけであるが、前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンの一から他の正規化トルクパターンへの切換え状態において、両パターンにおけるトルク差を一定割合で増加させ、または減少させながら前記補償トルクパターンを生成するようにすることで、パターンの切換えが一挙に行われることがなく、パターンの切換えで電流値が大きく増減することによる振動や、速度ショックなどを防止しながら切換えを行うことができる。
【００２０】
また同様に、前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンの一から他の正規化トルクパターンへの切換え状態において、前記位置推定部が推定した前記モータの回転位置における両パターンの負荷トルクが小さい角度で前記切換えを行うようにすることで、パターンの切換えで振動が生じるのは、負荷トルクが大きい位置での切換えにより過渡的な速度変動、電流振動等が大きくなるからであり、このようにモータの回転位置における両パターンの負荷トルクが小さい角度で切換えを行うことで、負荷トルクが小さい角度ではモータへの電流が小さく、従ってそれによる振動が起こることが少なくなって、過渡的な速度変動、電流振動等のショックを小さくすることができる。
【００２１】
そして、前記トルク制御部は、前記複数の正規化トルクパターンの一から他の正規化トルクパターンへの切換え状態において、前記他の正規化トルクパターン選択の閾値を他の正規化トルクパターンから一の正規化トルクパターン切換えの場合より大きくまたは小さくし、前記複数の正規化トルクパターンの他から一の正規化トルクパターンへの切換え状態において、前記一の正規化トルクパターン選択の閾値を一の正規化トルクパターンから他の正規化トルクパターン切換えの場合より小さくまたは大きくして判断することで、より確実に一の正規化トルクパターンから他のパターンへ、また逆の切換えを行うことができ、一と他の正規化トルクパターンの間を行ったり来たりし、フラフラすることで電流が振動することを防ぐことができる。
【００２２】
さらに、前記トルク制御部は、前記補償トルクパターンに予め定められた変調率を掛けて前記補償トルクパターンを調整することにより、モータの回転角度の全域にわたり、補償トルクパターンを増減させることが可能となる。
【００２３】
また、前記トルク制御部は、前記モータの回転角度の一部区間のみにおいて前記正規化トルクパターンを増減し、前記補償トルクパターンを調整することで、例えばモータの出力トルクがピークとなるような回転角度の一部区間において、正規化トルクパターンを増減させることで、さまざまなトルクの出方に対応してモータで発生するトルクを合わせ込むことができる。
【００２４】
ここで、前記トルク制御部は、前記モータの回転数の幅が小さくなるように前記したような正規化トルクパターンの増減や、最適な正規化トルクパターンの選択を行って、モータに供給する電流値を補正することで、より圧力比が大きい過負荷領域でも、モータ出力トルクと負荷トルクをマッチングさせることができ、広範囲な圧力条件で電動圧縮機を運転することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、予め記憶した正規化トルクパターンを使用してモータのトルクを圧縮機の負荷トルクに追従して変化させることにより、上記負荷トルクの変動に基づく圧縮機の回転変動、つまり、圧縮機の駆動トルクと負荷トルクの不平衡に起因して発生する回転振動を低コストで確実に抑制することができる。
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
最初に、本発明の概略を図９乃至図１５を用いて説明する。まず図１５（Ａ）は、前記したように１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程を行う圧縮機の運転範囲４０を示した図で、（Ｂ）はこの（Ａ）における４１の番号を付けた（１）の近辺の負荷トルクと、本発明で用いる正規化トルクパターンの一例を示した図、（Ｃ）は同じく４２の番号を付けた（２）の近辺の負荷トルクと、本発明で用いる正規化トルクパターンの一例を示した図である。図１５（Ａ）において、横軸は圧縮機の低圧（Ｌｐ、単位：ＭＰａ）、縦軸は高圧（Ｈｐ、単位：ＭＰａ）であり、（Ｂ）、（Ｃ）は横軸がモータにおけるロータの回転角度、縦軸がトルク（単位：Ｎｍ）である。
【００２８】
図１５（Ａ）における４０の番号を付したのは、１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程を行う圧縮機における、圧縮時の高圧と吸入時の低圧の設計上の範囲の一例であり、この範囲４０外では高圧の場合は圧縮機が壊れてしまう可能性があり、低圧の場合は圧縮比が高すぎて何処かの部分に応力がかかりすぎる危険性がある。
【００２９】
そしてこの図１５（Ａ）において、４１の番号を付けた（１）の近辺と４２の番号を付けた（２）の近辺とでは、前記吸入、圧縮、吐出の各行程における負荷トルクの大きさが異なり、例えば４１の番号を付けた（１）の近辺では、（Ｂ）のグラフにおける４３の番号を付したカーブのように吸入側と圧縮側の差が小さく、４２の番号を付けた（２）の近辺では吸入側と圧縮側の差が大きい。この差は、例えば外気の温度条件や暖房、冷房の違い、圧縮機の回転数、運転方法の違いなどによって変化する。
【００３０】
前記したように圧縮機においては、圧縮機に接続された駆動モータは１回転中に一定の回転速度となるように運転されるが、この１回転の間に生じる吸入、圧縮、吐出の各行程における冷媒ガス圧の変化のため、駆動トルクと負荷トルクとの不平衡に起因した回転数変動を生じ、それによって振動が発生する。そのため、振動を防止するためには、この図１５（Ｂ）、（Ｃ）に示したような、吸入側と圧縮側における負荷トルクの大きさの差を考慮に入れないと振動を確実に防止することができない。そのため本発明においては、この図１５（Ｂ）、（Ｃ）に４４、４６の番号付したような正規化トルクパターンを負荷トルクの大きさに対応させて選択し、モータの駆動トルクを圧縮機の駆動により生じる負荷トルクと平衡させて、振動を防止するようにしたものである。
【００３１】
この正規化トルクパターン４４、４６は、例えばモータのロータの回転角度３０度毎に、予め算出した負荷の推定変動トルクに合致するよう、モータの出力トルクを変動させるための係数であり、モータの回転角をこのように３０度毎の複数に区分し、それぞれの区分における補償トルク係数との関係を表したパターンである。このように正規化トルクパターン４４、４６を定めることで、モータを回転させるための平均トルク（例えば図１５（Ｂ）に３８で、（Ｃ）に３９示した点線の値）にこの正規化トルクパターンを乗じ、補償トルクパターンを生成すれば、圧縮機負荷の大きい条件下では正規化トルクパターンが大きく調整された補償トルクパターンが生成され、圧縮機負荷の小さい条件下では、それに合わせて正規化トルクパターンが小さく調整された補償トルクパターンが生成される。
【００３２】
このようにして生成される補償トルクパターンでモータが駆動されるよう本発明においては、まず、回転しているモータにおける電流センサで検出した電流値から、図１５（Ｂ）、（Ｃ）に３８、３９で示したような平均負荷トルクを算出する。そして、図１５（Ｂ）、（Ｃ）に４４、４６で示した正規化トルクパターンのうち、その時の回転状況に対応した正規化トルクパターンを選択し、この正規化トルクパターンと平均負荷トルクとを乗じて補償トルクパターンを生成し、その補償トルクパターンによってモータを与える電流を制御することで、圧縮機負荷の状態に対応した駆動が行えるようにしたものである。
【００３３】
このようにすることで、モータに供給する電流値の補正が容易に可能となり、滑らかな制御が可能となる。また、モータに供給する電流はトルクと電流の関係式から容易に求められ、電流指令によるモータ制御を行うことで、トルクパターンを出力トルク値そのままで設定できる。従って、電圧値をシミュレーション等で計算する必要が無く、開発が容易である。
【００３４】
なお、以下の説明では、正規化トルクパターンの係数を３０度毎に持たせる場合を例に説明すると共に、正規化トルクパターンが１つと２つの場合を例に説明するが、係数を持たせる角度はこの３０度のみにこだわるものではなく、また、正規化トルクパターンの数も３つ以上であっても良いことは自明である。
【００３５】
なお、図１５（Ｂ）、（Ｃ）に４４、４６で示した正規化トルクパターンのうち、その時の回転状況に対応した正規化トルクパターンの選択には、種々の方法が考えられる。図９は、その第１の方法を説明するための図である。この図９中、（Ａ）は、前記図１５の場合と同様圧縮機の運転範囲４０と、（Ｃ）に示した負荷トルク５３の位置５１、（Ｂ）に示した負荷トルク５４の位置５２を示した図、（Ｂ）は５２に対応した負荷トルク５４と平均トルク５６を示した図、（Ｃ）は５１に対応した負荷トルク５３と平均トルク５５を示した図である。図９（Ａ）において横軸は圧縮機の低圧（Ｌｐ、単位：ＭＰａ）、縦軸は高圧（Ｈｐ、単位：ＭＰａ）であり、（Ｂ）、（Ｃ）は横軸がモータにおけるロータの回転角度、縦軸がトルク（単位：Ｎｍ）である。
【００３６】
この図９に示した正規化トルクパターン選択の第１の方法では、モータを駆動する平均負荷トルク５５、５６があるトルクの基準値３７より大きいか小さいかを判断し、それによって（Ｂ）、（Ｃ）に５３、５４で示した負荷トルクのどちらに対応した正規化トルクパターンを採用するかを決めるものである。すなわち、（Ｂ）、（Ｃ）に５３、５４で示した負荷トルクを平均化すると、（Ｂ）に５６で、（Ｃ）に５５で示したラインになるが、これがトルクの基準値３７より大きいか小さいかを見ることで、（Ｂ）、（Ｃ）のどちらの負荷トルクに対応した正規化トルクパターンを採用すればよいかわかるから、それによって補償トルクを作成するものである。
【００３７】
なお、この第１番目の方法を実施する制御フローが図１０で、図中１２は平均トルクを算出するＰＩ制御（比例、積分、微分制御：Ｐｒｏｐｉｏｒｔｉｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）、１４は回転数指令と実際の回転数との差を求める減算、５７は負荷トルクの平均化、５８は図９に３７で示したような基準値を閾値とした、５７で平均化された負荷トルクからなる負荷判断用値との比較、５９は図９に５３、５４で示したトルクパターンをＡ、Ａ’としたとき、どちらを選択するかの判断である。
【００３８】
まず、減算１４に入力された回転数指令とモータに流れる電流値などから算出される実際の回転数との差が求められ、ＰＩ制御１２で平均トルクが算出される。そして算出された複数の平均トルクが平均化５７でさらに平均化され、負荷判断用値が求められる。そして求められた値が５８で図９に３７で示したような基準値からなる閾値と比較され、平均値がこの閾値より小さい場合は例えば図９（Ｃ）のトルクパターンＡが、大きい場合は図９（Ｂ）のトルクパターンＡ’が５９で選ばれ、前記したような補償トルクの算出が行われるわけである。
【００３９】
正規化トルクパターン選択の２番目の方法は、図１１に示したように回転数の変動幅を用いる方法である。この図１１（Ａ）において横軸はモータにおけるロータの回転角度、縦軸が回転数、（Ｂ）においてＬｐと記したのは低圧側の圧力（単位：Ｍｐａ）、Ｈｐと記したのは高圧側の圧力（単位：Ｍｐａ）、縦軸は回転数の変動幅で、回転数は図１１（Ｂ）の立体グラフに示したように、高圧、低圧の差が大きいところでは大きく、差が小さくなると小さくなって、図１１（Ａ）に６０で示したように負荷状態によってその振幅が異なっている。
【００４０】
すなわち、高圧、低圧の差が大きいところでは振動が大きく、差が小さいところでは振動が小さい。そのため、図１１（Ａ）に６０で示した回転数の振幅を見れば圧縮機の振動状態が推定でき、それによって前記図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に示したどちらの負荷トルクに対応した正規化トルクパターンを採用すればよいかわかるから、選択した正規化トルクパターンで補償トルクを作成するわけである。
【００４１】
図１２は正規化トルクパターン選択の３番目の方法を説明するための図である。この図１２中、（Ａ）は前記図１５の場合と同様圧縮機の運転範囲４０と、この運転範囲４０における図１２（Ｂ）に示したようなモータ電流が流れる位置６６、運転範囲４０における図１２（Ｃ）に示したようなモータ電流が流れる位置６５を示した図、（Ｂ）は（Ａ）に６６で示した位置に対応したモータ電流を示した図、（Ｃ）は（Ａ）に６５で示した位置に対応したモータ電流を示した図である。図１２（Ａ）において横軸は圧縮機の低圧（Ｌｐ、単位：ＭＰａ）、縦軸は高圧（Ｈｐ、単位：ＭＰａ）であり、（Ｂ）、（Ｃ）は横軸がモータにおけるロータの回転角度、縦軸が電流（単位：Ａ）である。
【００４２】
この３番目の方法は、モータ電流のピーク電流量がある基準値より大きい過負荷領域であるか、小さい通常領域であるかを計算して負荷状態を判断し、前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択するかを決定するものである。すなわち、圧縮機に接続されたモータは一般的に回転数が一定であるように制御されるが、モータの負荷が変動しても回転数を一定とするため、モータに与える電流は、負荷が大きくなった場合はこの図１２（Ｂ）に示したようにそのピーク値を大きく、負荷が小さくなった場合は図１２（Ｃ）に示したようにそのピーク値を小さくするように制御される。従って、モータ電流値を見れば負荷状態がわかり、それによって前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択すればよいかを判断することができる。
【００４３】
なお、ここに示した例では電流のピーク値、すなわち圧縮機における高圧側の負荷に対応した電流値のみを見るよう説明したが、この場合、例えば圧縮機に何らかの理由でカジリなどが生じてモータ電流が増加した場合でも同様な制御となるから、例えば低圧側のボトムピーク値を同時に見るようにして、このようなノイズを排除するようにしても良い。
【００４４】
図１３は正規化トルクパターン選択の４番目の方法を説明するための図である。この図１３中、（Ａ）は前記図１５の場合と同様圧縮機の運転範囲４０と、この運転範囲４０における図１３（Ｂ）に示したような圧縮機における圧縮比が小さい場合の位置７１、運転範囲４０における図１３（Ｃ）に示したような圧縮機における圧縮比が大きい場合の位置７２を示した図、（Ｂ）は（Ａ）に７１で示した位置に対応した圧縮機における圧縮比が小さい場合のモータ回転数のピーク位置を示した図、（Ｃ）は（Ａ）に７２で示した位置に対応した圧縮機における圧縮比が大きい場合のモータ回転数のピーク位置を示した図である。図１３（Ａ）において横軸は圧縮機の低圧（Ｌｐ、単位：ＭＰａ）、縦軸は高圧（Ｈｐ、単位：ＭＰａ）であり、（Ｂ）、（Ｃ）におけるグラフは横軸がモータにおけるロータの回転角度、図上、上のグラフは縦軸が負荷、同じく下のグラフは縦軸が回転数である。
【００４５】
この第４の方法では、モータにおけるロータの回転角度に対する周期的な負荷トルク変動は、圧縮機における負荷状態によって異なり、モータの回転数は負荷トルク変動に伴って加減速することを利用するもので、モータの回転数がピークとなるロータ角度がある基準値より大きいか小さいかを計算することで負荷状態を判断し、それによって前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択すればよいかを判断するものである。
【００４６】
すなわち、圧縮機における１回転中の負荷トルクの変動というのは、モータのロータの角度に対して特徴があり、モータの回転数は負荷の変動で加減速する。つまり、圧縮機における圧縮比が小さい図１３（Ｂ）の上のグラフのような場合、負荷トルクのピーク値はロータの角度が小さいとき（図上左寄り）に現れ、大きい図１３（Ｃ）のような場合、負荷トルクのピーク値はロータの角度が大きいとき（図上右寄り）になる。そしてそれに伴い、図１３（Ｂ）、（Ｃ）における下のグラフに示したように、ロータの回転数のピークが（Ｂ）の場合はロータの角度が小さいときに、（Ｃ）の場合はロータの角度が大きいときに現れる。
【００４７】
そのためこの第４の方法では、モータにおける回転数のピークが変わることを検出し、それが基準とする角度より大きいか小さいかで、前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択すればよいかを判断するものである。このようにすることで、圧縮機における圧力の高い、低い、すなわち負荷トルクの形に応じたパターンを見ることができ、負荷パターンに合う正規化トルクパターンをダイレクトに選べるから、直接的な値が得られて高精度な選択をすることができる。
【００４８】
このようにして前記図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に示した正規化トルクパターン４４、４６のどちらを用いるかを判断するわけであるが、この正規化トルクパターン４４から例えば４６のパターンに切換えるにあたり、負荷の大きい状態のときにこの切換えを実施すると電流値が大きく変化することになり、この図１４における（Ｄ）の左図に示したように、正規化トルクパターン４６（２）から４４（１）に切換えに伴って８６で示したようなオーバーシュートによる振動が生じる。
【００４９】
これを防ぐ方法を示したのが図１４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。まず図１４（Ａ）はその第１の方法で、横軸がモータにおけるロータの回転角度、縦軸が負荷トルクであり、例えば前記図１５の（Ｂ）に示した正規化トルクパターン４４を８１の番号を付したＡのパターン、（Ｃ）に示した正規化トルクパターン４６を８２の番号を付したＡ’のパターンとした場合、それぞれのトルクパターンにおけるトルク差を、一定割合で増加、または減少させながら前記補償トルクパターンを生成するようにしたものである。
【００５０】
すなわち、図１４（Ａ）に示した正規化トルクパターン８１（Ａ）と８２（Ａ’）とは、それぞれ前記したように、一例としてモータにおけるロータの回転角度３０度毎の補償トルク係数として記憶されているから、この８１（Ａ）と８２（Ａ’）の切換えに際し、８１（Ａ）の値から８２（Ａ’）の値に直接切換えるのではなく、両者の値を３０度毎に読み出し、例えば両者の差の１／１０を１周毎に増加、または減少させながら前記補償トルクパターンを生成し、最終的に目的の値にする。これにより，正規化トルクパターン８１（Ａ）から８２（Ａ’）への変更、あるいは逆の変更時に生じる過渡的な速度変動、電流振動等のショックを、より小さくすることができる。
【００５１】
図１４（Ｂ）は正規化トルクパターン切換えの第２の方法を説明するための図で、横軸がモータにおけるロータの回転角度、縦軸が負荷トルクであり、前記図１５の（Ｂ）に相当する負荷トルク８３と、正規化トルクパターン８４を示した図である。この第２の方法では、前記図１５（Ｂ）、（Ｃ）に示した正規化トルクパターン４４から４６へ、または逆への切換えを、この正規化トルクパターン４４、４６における負荷トルクが小さい角度、すなわちこの図１４（Ｂ）における８５で示した位置で行うものである。
【００５２】
すなわち前記した方法により、前記図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に示した正規化トルクパターン４４、４６のどちらを用いるかの判断がおこなわれ、切換えの指示が来たら、その指示が来た直後に切換えを行うのではなく、この図１４（Ｂ）の８５のように、負荷トルクが小さくなるモータの回転角度を調べ、その角度において切換えを実施するわけである。このようにすると、負荷トルクが小さい角度ではモータへの電流が小さく、従ってそれによる振動が起こることが少なくなるから、過渡的な速度変動、電流振動等のショックを小さくすることができる。
【００５３】
図１４（Ｃ）は正規化トルクパターン切換えの第３の方法を説明するための図で、前記図９から図１３で説明してきたモータの回転状況に対応した正規化トルクパターンの選択の際、モータにかかる負荷トルクがそれぞれの正規化トルクパターン選択における閾値付近の値の場合、例えば図１４（Ａ）で説明した８１の番号を付したＡの正規化トルクパターンと、８２の番号を付したＡ’のパターンの選択を行ったり来たりし、フラフラすることで電流が振動することを防ぐためのものである。
【００５４】
すなわちこの図１４（Ｃ）の場合、正規化トルクパターンＡからＡ’へ、逆にＡ’からＡへの切換えに際し、切換えの判断のための閾値を２つ持ち、例えば正規化トルクパターンＡからＡ’への切換えにおいてはよりＡ’に近い閾値ｎで切換え、逆に正規化トルクパターンＡ’からＡへの切換えにおいてはよりＡに近い閾値ｍで切換えるものである。このようにすることで、正規化トルクパターンＡからＡ’への切換えや、逆にＡ’からＡへの切換えにおいても、より確実に正規化トルクパターンＡまたはＡ’の状態で切換えを行うことができ、正規化トルクパターンＡまたはＡ’の間を行ったり来たりし、フラフラすることで電流が振動することを防ぐことができる。
【実施例１】
【００５５】
以上が本発明になる圧縮機に接続されたモータの制御装置の概略であるが、次に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず図１は、本発明の圧縮機を駆動するのに適用可能な、モータ用トルク制御装置１Ａのブロック図である。
【００５６】
本実施形態におけるモータ２は、交流電源３及びインバータ４により制御される。本実施形態のトルク制御装置１Ａは、モータ２に供給される電流値を検出する電流センサ１０と、検出された電流値からモータ２のモータ回転位置（回転角度）を推定する速度・位置推定邦（位置推定邦）１１と、モータの平均負荷トルクを算出する速度ＰＩ制御部（平均トルク計算部、ＰＩ制御は比例、積分、微分制御：Ｐｒｏｐｉｏｒｔｉｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）１２と、前記図１５で説明した、予め定められた正規化トルクパターンを記憶し、モータ２の負荷状態に応じ、モータ２に供給する電流を補正するための負荷トルク補償部（トルク制御部、トルクパターン記憶邦）１３と、モータ２を目標速度で回転させるため、モータ２に供給する電流値を指令する速度制御部２０と、を備える。
【００５７】
速度ＰＩ制御部１２は、回転数指令と、速度・位置推定部１１により推定されたモータ位置との偏差（減算部１４で得られる）から、回転に応じて変動するモータ２の負荷トルクの平均値である平均トルクを算出する比例積分要素である。
【００５８】
負荷トルク補償部１３は、前記図１５に示して説明したような、正規化トルクパターンを記憶している。この正規化トルクパターンは前記したように、モータ２の回転位置毎に、モータ２の出力トルクを変動させるための係数であり、モータ２の回転角を複数に区分し、それぞれの区分における補償トルク係数との関係を表すパターンである。負荷トルク補償部１３にて、平均トルク×正規化トルクパターンが演算され、補償トルクパターンが生成される。すなわち、圧縮機負荷の大きい条件下では、正規化トルクパターンが大きく調整されて補償トルクパターンが生成され、圧縮機負荷の小さい条件下では、それに合わせて正規化トルクパターンが小さく調整されて補償トルクパターンが生成される。
【００５９】
さらに、平均トルクと補償トルクパターンとを加算部１５にて足し合わせ、モータ出力トルクとする。このモータ出カトルクは、モータ２の回転角と、モータ２に供給する電流の指令値（これを指令電流と適宜称する）との関係を示すものである。さらにこれを電流変換部１６にて電流変換し、ｄ軸指令電流ｉｄ＊、ｑ軸指令電流ｉｑ＊とする。これらの指令とモータ電流との偏差を減算部１７にて演算し、さらに電流ＰＩ制御部１８にて指令電圧ｖｄ、ｖｑとし、モータ２の回転角度に応じてインバータ４に与える。ここで、速度ＰＩ制御部１２、加算部１５、電流変換部１６、減算部１７、電流ＰＩ制御部１８により、速度制御部２０が構成される。
【００６０】
このように、本実施形態のトルク制御装置１Ａでは、正弦波（１８０°通電）ベクトル制御により、圧縮機負荷に合わせたトルク制御が可能となり、間欠駆動波形（１２０゜通電等）と比較し、滑らかに制御可能となる。また、インバータ４に対する制御が電流指令となるため、トルク制御装置１Ａにおいて正規化トルクパターンを出力トルク値そのままで設定できる。したがって、電圧値をシミュレーション等で計算する必要が無く、開発が容易である。また、正規化トルクパターンを負荷トルク補償部１３に特つことで、簡易な制御手法でトルク制御が可能となる。
【００６１】
さらに、本実施形態のトルク制御装置１Ａによれば、予め記憶した正規化トルクパターンを使用してモータのトルクを圧縮機の負荷トルクに追従して変化させることにより、上記負荷トルクの変動に基づく圧縮機の回転変動、つまり、圧縮機の駆動トルクと負荷トルクの不平衡に起因して発生する回転振動を低コストで抑制することができる。
【実施例２】
【００６２】
次に、本発明の第２実施形態について図２により説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
【００６３】
図２に示した本実施形態のトルク制御装置１Ｂにおいては、負荷トルク補償部１３は、補償トルク（平均トルク×正規化トルクパクーン）の正規化トルクパターンを、例えば前記図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に示したように２つ、あるいは複数個記憶している。トルク制御装置１Ｂは、これらの正規化トルクパターンから、適切なパターンを選択する正規化パターン選択部２７を備える。
【００６４】
正規化パターン選択部２７は、モータ電流から計算される推定回転数変動幅が所定値以下となるように、前記複数の正規化パターンの中から適宜最適なものを選択する。このときも、正規化パターン選択部２７における正規化パターンの選択は、モータ２の回転中に繰り返しモータ電流を検出し、複数のなかから特定の正規化パターンを設定した結果、推定回転数変動幅が増加したか減少したかを判定しながら、推定回転数変動幅が所定値以下となるように、正規化パターンを選択しなおして行われる、いわゆるフィードバック制御によって実行される。これにより、より圧力比が大きい過負荷領域でも、モータ出力トルクと負荷トルクをマッチングさせることができ、広範囲圧力条件で運転可能となる。
【実施例３】
【００６５】
次に、本発明の第３実施形態について図３により説明する。なお、前記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。この図３に示した本発明の第３実施形態は、前記本発明の概要で説明した図９の第１の方法に該当する。この図９に示した第１の方法では、前記したように、モータを駆動する平均負荷トルク５５、５６があるトルクの基準値３７より大きいか小さいかを判断し、それによって図９（Ｂ）、（Ｃ）に５３、５４で示した負荷トルクのどちらに対応した正規化トルクパターンを採用するかを決めるものである。
【００６６】
図３に示した本実施形態のトルク制御装置１Ｃにおける正規化パターン選択部２７は、回転数指令とモータ電流から速度・位置推定部（位置推定部）１１が推定したモータの回転数とから、減算部１４が算出した速度差を速度ＰＩ制御部（平均トルク計算部）１２により平均トルクを受け、前記図１０で説明したように、算出された複数の平均トルクから平均値を算出する。
【００６７】
この平均値が前記図９（Ｂ）、（Ｃ）に５５、５６で示した平均負荷トルクであり、これを前記図９（Ｂ）、（Ｃ）に３７で示した基準値（閾値）３７と比較することで、図９（Ｂ）、（Ｃ）に５３、５４で示したトルクパターンのどちらかであるかを判断し、それによって前記図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に４４、４６で示したどちらの正規化トルクパターンを用いるかを選択するわけである。
【実施例４】
【００６８】
次に、本発明の第４実施形態について図４により説明する。なお、前記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。この図４に示した本発明の第４実施形態は、前記本発明の概要で説明した図１１の第２の方法に該当する。この図１１に示した第２の方法では、前記したように回転数の変動幅を用いて選択を行うもので、前記図１１（Ｂ）の立体グラフに示したように、圧縮機における高圧、低圧の差が大きいところでは回転数が大きく、差が小さくなると回転数も小さくなって、図１１（Ａ）に６０で示したように負荷状態によってその振幅が異なっている。そのためこの第４実施形態では、回転数の振幅を見て圧縮機の振動状態を推定し、それによって前記図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に示したどちらの負荷トルクに対応した正規化トルクパターンを採用すればよいか判断するわけである。
【００６９】
この図４に示した本実施形態のトルク制御装置１Ｄにおける正規化パターン選択部２７は、モータ電流から速度・位置推定部（位置推定部）１１が推定したモータの回転数ωｅｓを受け、図１１（Ａ）に６０で示したようにモータ２におけるロータの回転角度θｅｓ毎の回転数から、その振幅を算出して圧縮機の振動状態を推定し、それによって前記図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に示したどちらの負荷トルクに対応した正規化トルクパターンを採用すればよいかを判断する。
【実施例５】
【００７０】
図５は、本発明の第５実施形態のブロック図であり、前記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。この図５に示した本発明の第５実施形態は、前記本発明の概要で説明した図１２の第３の方法に該当し、モータ電流のピーク電流量がある基準値より大きい過負荷領域であるか、小さい通常領域であるかを計算することで負荷状態を判断し、前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択するかを決定するものである。
【００７１】
前記したように圧縮機に接続されたモータは、回転数が一定であるように制御されるが、モータの負荷が変動しても回転数を一定とするため、モータに与える電流は、負荷が大きくなった場合は前記図１２（Ｂ）に示したようにそのピーク値が大きく、負荷が小さくなった場合は図１２（Ｃ）に示したようにそのピーク値が小さくなるように制御される。従って、モータ電流値を見れば負荷状態がわかり、それによって前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択すればよいかを判断することができるわけである。
【００７２】
そのため、図５に示した本実施形態のトルク制御装置１Ｅにおける正規化パターン選択部２７は、モータ電流の増減を見て、図１２における（Ｂ）、（Ｃ）のどちらに該当するかを判断し、それによって前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択すればよいかを判断する。
【００７３】
なお、戦記したように、ここに示した例では電流のピーク値、すなわち圧縮機における高圧側の負荷に対応した電流値のみを見るよう説明したが、この場合、例えば圧縮機に何らかの理由でカジリなどが生じてモータ電流が増加した場合でも同様な制御が行われてしまうから、例えば低圧側のボトムピーク値を同時に見るようにして、このようなノイズを排除するようにしても良い。
【実施例６】
【００７４】
図６は、本発明の第６実施形態のブロック図であり、前記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。この図６に示した本発明の第６実施形態は、前記本発明の概要で説明した図１３の第４の方法に該当し、モータにおけるロータの回転角度に対する周期的な負荷トルク変動が圧縮機における負荷状態によって異なり，モータの回転数が負荷トルク変動に伴って加減速することを利用するもので、モータの回転数がピークとなるロータ角度がある基準値より大きいか小さいかを計算することで負荷状態を判断し、それによって前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択すればよいかを判断するものである。
【００７５】
そのため、図６に示した本実施形態のトルク制御装置１Ｆにおける正規化パターン選択部２７は、速度・位置推定部（位置推定部）１１が算出したモータ２のロータにおける回転角度θｅｓと回転速度（回転数）ωｅｓとを受け、回転速度（回転数）ωｅｓがピークとなるロータ回転角度θｅｓを算出する。そしてその算出結果から、図１３における（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示したピークであるかを判断し、それによって前記図１５で説明した（Ｂ）、（Ｃ）のいずれに示した正規化トルクパターンを選択すればよいかを判断する
【実施例７】
【００７６】
このようにして前記図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に示した正規化トルクパターン４４、４６のどちらを用いるかを判断するわけであるが、前記したように、この図１５の（Ｂ）、（Ｃ）に示した正規化トルクパターン４４から例えば４６のパターンに切換えにあたり、図１４（Ｄ）に８６で示した切換えに伴うオーバーシュートによる振動が生じる。そのため、この振動を防止する場合の制御について説明する。
【００７７】
その制御の第１の方法は、図１４に示した８１の番号を付したＡのパターンと８２の番号を付したＡ’のパターンにおけるトルク差を、一定割合で増加、または減少させながら前記補償トルクパターンを生成するようにするもので、これは、正規化パターン選択部２７が正規化トルクパターンの切換えを指示したとき、負荷トルク補償部（トルク制御部トルクパクーン記憶部）１３がＡのパターン８１とＡ’のパターン８２とにおけるトルク差を算出し、例えば補償シルク係数が設けられている３０度毎に、両者の差の１／１０を１周毎に増加、または減少させながら前記補償トルクパターンを生成し、加算部１５に与えてモータ出力トルクとするわけである。このようにすることにより，正規化トルクパターン８１（Ａ）から８２（Ａ’）への変更、あるいは逆の変更時に生じる過渡的な速度変動、電流振動等のショックを、より小さくすることができる。
【実施例８】
【００７８】
また、パターン切換えの第２の方法は、前記図１５（Ｂ）、（Ｃ）に示した正規化トルクパターン４４から４６へ、または逆への切換えを、この正規化トルクパターン４４、４６における負荷トルクが小さい角度で行うものである。
【００７９】
そのため正規化パターン選択部２７は、速度ＰＩ制御部（平均トルク計算部）１２からモータ２のロータにおける回転角度θｅｓと、回転速度（回転数）ωｅｓとを受け、さらに負荷トルク補償部（トルク制御部トルクパクーン記憶部）１３における補償トルクから負荷トルクが小さい角度を算出して、その角度で切換えが行われるようにする。このようにすることで、負荷トルクが小さい角度ではモータへの電流が小さく、従ってそれによる振動が起こることが少なくなり、過渡的な速度変動、電流振動等のショックを小さくすることができる。
【実施例９】
【００８０】
また、前記図１４（Ｃ）に示した第３の方法は、図１４（Ｃ）に示した正規化トルクパターンＡからＡ’へ、逆にＡ’からＡへの切換えに際し、切換えの判断のための閾値を２つ持ち、例えば正規化トルクパターンＡからＡ’への切換えにおいてはよりＡ’に近い閾値ｎで切換え、逆に正規化トルクパターンＡ’からＡへの切換えにおいてはよりＡに近い閾値ｍで切換えるものである。
【００８１】
この第３の方法では、前記図３から図６に示した実施形態３から６におけるそれぞれの実施形態において、前記図１４（Ｃ）に示した正規化トルクパターンＡからＡ’へ、逆にＡ’からＡへの切換えにおける判断のための閾値をそれぞれの正規化パターン選択部２７が２つ持ち、例えば正規化トルクパターンＡからＡ’への切換えにおいてはよりＡ’に近い閾値ｎで切換え、逆に正規化トルクパターンＡ’からＡへの切換えにおいてはよりＡに近い閾値ｍで切換えるようにすることで行う。このようにすることで、正規化トルクパターンＡからＡ’への切換えや、逆にＡ’からＡへの切換えにおいても、より確実に正規化トルクパターンＡまたはＡ’の状態で切換えを行うことができ、正規化トルクパターンＡまたはＡ’の間を行ったり来たりし、フラフラすることで電流が振動することを防ぐことができる。
【実施例１０】
【００８２】
次に、本発明の第１０実施形態について図７により説明する。なお、前記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。この図７に示した第１０実施形態では、前記第１、第２本実施形態のトルク制御装置１Ａ、１Ｂにおける構成に加え、補償トルクに変調率Ｋｎを掛けて補償トルクパターンを調整する補償トルク調整部２５をさらに有する。
【００８３】
補償トルク調整部２５は、速度・位置推定部１１からモータの推定位置が与えられており、モータ電流から計算されるモータの推定回転数変動幅（モータ２が１回転する間の最大回転数と最小回転数の差）が所定値以下となるように、予め設定された複数段階の変調率Ｋｎの中から、適切な変調率Ｋｎが選択される。この補償トルク調整部２５における変調率Ｋｎの選択は、モータ２の回転中に繰り返しモータ電流を検出し、変調率Ｋｎを設定した結果、推定回転数変動幅が増加したか減少したかを判定しながら、推定回転数変動幅が所定値以下となるように、複数段階に設定された変調率Ｋｎを増減させて行われる、いわゆるフィードバック制御によって実行される。
【００８４】
この場合、負荷トルク補償部１３においては、補償トルクパターンは、平均トルク×正規化トルクパクーン×変調率Ｋｎによって演算される。変調率Ｋｎにより、補償トルクパクーン全体（モータ２の回転角度全域）において補償トルク係数を増減できるので、トルク制御の適用度を容易に調整できる。
【００８５】
また、変調率Ｋｎは０とすることもできる。例えば、Ｋｎ＝Ｏの場合はトルク制御無し、Ｋｎ＝１．０の場合は設計通りの正規化トルクパターンによるトルク制御となる。これにより、例えば、振動の出やすい低回転域ではトルク制御を行い、高回転域ではトルク制御を行わず、その中間の回転域ではトルク制御を段階的に弱くしていく（変調率Ｋｎを小さくしていく）等の制御も行える。また、圧力比が大きい過負荷領域では変調率Ｋｎを１．０以上に上げることにより、モータ出カトルクと負荷トルクをマッチングさせることができる。このようにして、広範囲の圧力条件でトルク制御を有効に活用して運転することが可能となる。
【実施例１１】
【００８６】
次に、図８を用いて本発明の第１１実施形態について説明する。なお、前記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。この図３に示した第１１実施形態におけるトルク制御装置１Ｈにおいては、補償トルク（平均トルク×正規化トルクパクーン）の演算に用いられる、負荷トルク補償部１３が記憶する正規化トルクパクーンのうち、モータ２の回転角度のうち一部区間のみにおいて補償トルク係数を増減する正規化パターン調整部２６を有する。
【００８７】
正規化パターン調整部２６は、モータ電流から計算される推定回転数変動幅が所定値以下となるように、例えば回転数の最大値や最小値を合む区間において、補償トルク係数を増減する。これにより、トルクのピークを増減させることができる。これにより、より圧力比が大きい過負荷領域でも、モータ出カトルクと負荷トルクをマッチングさせることができ、振動を抑えたり、より大きなトルクを発揮するように運転可能となる。
【００８８】
なお、上記第１０、第１１実施形態における正規化トルクパターンの調整または選択は、圧力変動等に対応して逐次実施することができる。また、上記トルクパターンの調整または選択について、回転数変動幅を一定値以下にするように実施しているが、回転数変動幅を最小にするように調整または選択してもよい。これにより最大の振動低減効果を得られる。また、回転数変動幅を一定値以下とすることで、必要な振動低減量の分しか電流を増加させないことにより、効率を上げることができる。
【００８９】
さらにまた、上記各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、補償トルク調整部２５と正規化パターン選択部２７とを組み合わせ、正規化トルクパターンを選択した後にさらに変調率Ｋｎを掛けてもよい。または、補償トルク調整部２５と正規化パターン調整部２６とを組み合わせ、変調率Ｋｎをトルクパターンの一部区間に対してのみ掛けてもよい。また、正規化パターン調整部２６と正規化パターン選択部２７とを組み合わせ、正規化トルクパターンのある部分だけの増減もパターンの変更も可能としてもよい。さらに、補償トルク調整部２５、正規化パターン調整部２６、及び正規化パターン選択部２７をすべて組み合わせてもよい。
【００９０】
また、図１〜図８において、電流検出方法の一例を示したが、例示したものに限らず、ホールセンサ、ＣＴ（変流器）、シャント抵抗を用いる等、その手法は問うものではなく、電流値を直接的に検出するものだけでなく、例えば低コストの１シャント抵抗による電流値の推定によって検出を行うものでもかまわない。電流の検出個数も、２電流検出、１電流検出等としても良い。
【００９１】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、簡単、安価な構成で圧縮機に接続されたモータを振動などを起こすことなく制御することができ、空調用として好適なモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本実施の形態における空調回転圧縮機に接続されたをモークの制御装置のブロック図である。
【図２】トルク制御装置の第２実施形態について示したブロック図である。
【図３】トルク制御装置の第３実施形態について示したブロック図である。
【図４】トルク制御装置の第４実施形態について示したブロック図である。
【図５】トルク制御装置の第５実施形態について示したブロック図である。
【図６】トルク制御装置の第６実施形態について示したブロック図である。
【図７】トルク制御装置の第７実施形態について示したブロック図である。
【図８】トルク制御装置の第８実施形態について示したブロック図である。
【図９】トルク制御装置の第２実施形態について説明するための図で、（Ａ）は圧縮機の運転範囲４０と、（Ｃ）に示した負荷トルク５３の位置５１、（Ｂ）に示した負荷トルク５４の位置５２を示した図、（Ｂ）は５２に対応した負荷トルク５４と平均トルク５６を示した図、（Ｃ）は５１に対応した負荷トルク５３と平均トルク５５を示した図である。
【図１０】トルク制御装置の第２実施形態にを実施するフローを表した図である。
【図１１】トルク制御装置の第３実施形態について説明するための図で、（Ａ）はモータのロータの回転角度に対する縦軸が回転数を示したグラフ、（Ｂ）は圧縮圧力と回転数の変動幅との関係を示した立体グラフである。
【図１２】トルク制御装置の第４実施形態について説明するための図で、（Ａ）は圧縮機の運転範囲４０と、（Ｂ）に示したようなモータ電流が流れる位置６６、（Ｃ）に示したようなモータ電流が流れる位置６５を示した図、（Ｂ）は（Ａ）に６６で示した位置に対応したモータ電流を示した図、（Ｃ）は（Ａ）に６５で示した位置に対応したモータ電流を示した図である。
【図１３】トルク制御装置の第５実施形態について説明するための図で、（Ａ）は圧縮機の運転範囲４０と、圧縮機における圧縮比が小さい場合の位置７１、大きい場合の位置７２を示した図、（Ｂ）は（Ａ）に７１で示した位置に対応した圧縮機における圧縮比が小さい場合のモータ回転数のピーク位置を示した図、（Ｃ）は（Ａ）に７２で示した位置に対応した圧縮機における圧縮比が大きい場合のモータ回転数のピーク位置を示した図である。
【図１４】トルク制御装置第６実施形態、第７実施形態について説明するための図で、一の正規化トルクパターンから他の正規化トルクパターンへ、また、逆の切換えを行う際、急激な速度変化や電流変化による振動、一の正規化トルクパターンと他の正規化トルクパターンの間を行ったり来たりすることを防止する方法について説明するための図である。
【図１５】（Ａ）は１回転の間に吸入、圧縮、吐出の各行程を行う圧縮機における、高圧側（Ｈｐ）と低圧側（Ｌｐ）における運転範囲を示した図、（Ｂ）は（Ａ）の（１）の位置における負荷平均トルクと本発明の正規化トルクパターンの一例を示した図、（Ｃ）は（Ａ）の（２）の位置における負荷平均トルクと本発明の正規化トルクパターンの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００９４】
１Ａ〜１Ｈ  トルク制御装置
２  モータ
３  交流電源
４  インバータ
１０  電流センサ
１１  速度・位置推定部（位置推定部）
１２  速度ＰＩ制御部（平均トルク計算部）
１３  負荷トルク補償部（トルク制御部トルクパクーン記憶部）
１４  減算部
１５  加算部
１６  電流変換部
１７  減算部
１８  電流ＰＩ制御部
２０  速度制御部
２５  補償トルク調整部
２６  正規化パターン調整部
２７  正規化パターン選択部
【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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【図１５】
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