(57)【要約】【課題】　モータ定数の誤差に起因するストロークの推定誤差を低減し得る往復動式圧縮機のモータ制御装置を提供する。【解決手段】　圧縮機300のモータの電流、電圧とモータ定数を利用して第1ストロークを推定する第1ストローク推定部370と、第1ストロークとモータ電流との間の位相差を検出する位相差検出部360と、モータに内蔵されたサーチコイルの電圧を検出するサーチコイル電圧検出部350と、サーチコイルの電圧からサーチコイルに誘導される逆起電力を演算する逆起電力演算部340と、この逆起電力を利用して第2ストロークを推定する第2ストローク推定部330と、上記の位相差と、第2ストローク推定値とストローク指令値との比較結果とを用いて、モータの電圧あるいは運転周波数を可変にする制御部320と、を含んで往復動式圧縮機の運転制御装置を構成する。【選択図】　　　図１
2004138051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　サーチコイルが内蔵された圧縮機の運転制御装置であって、
　前記圧縮機のモータに印加される電流及び電圧と共にモータ定数を利用して第1ストロークを推定する第1ストローク推定部と、
　前記第1ストロークの位相と前記モータに印加される電流の位相との間の位相差を検出する位相差検出部と、
　前記サーチコイルの端子電圧を検出するサーチコイル電圧検出部と、
　該サーチコイル電圧検出部から検出されたサーチコイルの電圧を利用して前記サーチコイルに誘導された逆起電力を演算する逆起電力演算部と、
　該演算された逆起電力を利用して第2ストロークを推定する第2ストローク推定部と、
　前記位相差検出部から検出された位相差が所定値に等しいときは前記第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較して、該比較の結果によってモータに印加される電圧を変え、前記位相差が前記所定値より大きいかあるいは小さいときは前記モータの運転周波数を変える制御部と、を含んで構成されることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項２】
　前記第1ストローク推定部は、式
【数１】
2004138051.tif 000006
　であって、ここでVMはモータ印加電圧、iはモータ電流、Rはモータの抵抗、Lはモータの漏れインダクタンス、αはモータの逆起電力定数をそれぞれ表す式を利用して前記第1ストロークを推定することを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項３】
　前記制御部は、
　前記第1ストロークの推定値の位相と前記モータに印加される電流の位相との間の位相差が90度であるとき、前記第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較して、該比較の結果によって前記モータに印加される電圧を変えることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項４】
　前記制御部は、
　前記第1ストロークの推定値の位相と前記モータに印加される電流の位相との間の位相差が90度でないと、前記モータの運転周波数を可変にすることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項５】
　前記サーチコイル電圧検出部は、
　前記サーチコイルの端子電圧を検出し、該サーチコイルの端子電圧は式
【数２】
2004138051.tif 000007
　であって、ここで、Nはモータのコイルの巻回数、ΦAは前記モータの磁束、αはモータの逆起電力定数、vはピストンの速度をそれぞれ表す式で表されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項６】
　前記逆起電力演算部は、
　前記サーチコイルの端子電圧から前記逆起電力を演算し、該逆起電力は式
【数３】
2004138051.tif 000008
　であって、ここでαはモータの逆起電力定数、vはピストンの速度をそれぞれ表す式で表されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項７】
　前記逆起電力の大きさは、
　前記サーチコイルの端子電圧の大きさにsinθをかけた値であって、ここで、θは前記モータの磁束による誘起電圧の位相とサーチコイルの端子電圧の位相との間の位相差であることを特徴とする請求項５に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項８】
　前記第2ストローク推定部は、式
【数４】
2004138051.tif 000009
　であって、ここでαはモータ逆起電力定数、vはピストンの速度、xは第2ストロークの推定値をそれぞれ表す式により第2ストロークを推定することを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項９】
　サーチコイルが内蔵された圧縮機の運転制御方法であって、
　前記圧縮機のモータに印加される電流及び電圧とモータ自体の定数を利用して第1ストロークを演算する段階と、
　該第1ストローク推定値の位相と前記モータに印加される電流の位相との間の位相差を計算して前記位相差が90度であるか否かを判断する段階と、
　該判断の結果、前記位相差が90度であると、サーチコイルの端子電圧を利用して逆起電力を検出した後、前記逆起電力で第2ストローク推定値を演算する段階と、
　該第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較して、該比較の結果によってモータに印加される電圧を可変にする段階と、を順次行うことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１０】
　前記判断の結果、
　前記第1ストローク推定値の位相と前記モータに印加される電流の位相との間の位相差が90度より大きいと、前記圧縮機の運転周波数を増加させることを特徴とする請求項９に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１１】
　前記判断の結果、
　第1ストローク推定値の位相とモータに印加される電流の位相との間の位相差が90度より小さいと、前記圧縮機の運転周波数を減少させることを特徴とする請求項９に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１２】
　前記第2ストローク推定値を演算する段階は、
　前記サーチコイルの端子電圧の大きさ及び位相を検出する段階と、
　前記モータに印加される電流の位相として前記モータの磁束による誘起電圧の位相を計算する段階と、
　該計算された磁束による誘起電圧の位相と前記サーチコイルの端子電圧の位相との差を利用して逆起電力の大きさを演算する段階と、
　該演算された逆起電力の大きさから前記第2ストローク推定値を演算する段階と、を順次行うことを特徴とする請求項９に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１３】
　前記逆起電力の大きさは、
　前記サーチコイルの端子電圧の大きさにsinθをかけた結果であって、ここで、θは前記モータの磁束による誘起電圧の位相と前記サーチコイルの端子電圧の位相との差であることを特徴とする請求項12に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項１４】
　前記モータに印加される電圧を可変にする段階は、
　前記第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較する段階と、
　該比較の結果、前記ストローク指令値が前記第2ストローク推定値より大きいと、前記モータに印加される電圧を増加させる段階と、を順次行うことを特徴とする請求項9に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項１５】
　前記比較の結果、前記ストローク指令値が前記第2ストローク推定値より小さいと、前記モータに印加される電圧を減少させる段階を更に行うことを特徴とする請求項14に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法に係るもので、詳しくは、サーチコイルにより誘導された逆起電力を利用して圧縮機のピストンのストロークを推定することにより、圧縮機モータ(以下、モータと称す)内の抵抗及びインダクタンスにより発生する誤差を除去して、上記のストローク推定誤差を減少させる往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　図４は従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図で、図示されたように、運転制御装置は、モータに印加される電流を検出する電流検出部150と、モータに印加される電圧を検出する電圧検出部140と、これらの検出された電流及び電圧とモータ定数によりストロークを推定するストローク推定部130と、この推定されたストロークとストローク指令値とを比較してその比較値を出力する比較部100と、この比較値によってモータに印加される電圧を可変にして圧縮機のストロークを制御する制御部110と、を含んで構成されている。
【０００３】
　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運転方法について、図５を用いて説明する。
　まず、電流検出部150はモータに印加される電流を検出し、電圧検出部140はモータに印加される電圧を検出する。この時、ストローク推定部130は、これらのモータ電流及びモータ電圧と共に、モータ定数を下記の式(1)に適用してストローク推定値xを演算した後、この演算されたストローク推定値を比較部100に印加する。
【数１】
2004138051.tif 000003
　上式中、VMはモータの印加電圧、iはモータ電流、Rはモータの抵抗、Lはモータの漏れインダクタンス、αはモータの逆起電力と速度との関係を表すパラメータ(以下逆起電力定数と呼ぶ)をそれぞれ示したものである。
【０００４】
　次いで、比較部100は、上記のストローク推定値とモータに印加されるストローク指令値とを比較して、この比較値を制御部110に印加することによって、制御部110はモータに印加される電圧を可変にして、最終的に圧縮機のストロークを制御する。
　即ち、制御部110は、ストローク指令値がストローク推定値より大きいと、モータ印加電圧を増加させ、ストローク指令値がストローク推定値より小さいと、モータ印加電圧を減少させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　然るに、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法においては、モータのパラメータ(モータの逆起電力定数、抵抗、インダクタンス等)をすべて利用してストロークを推定してストローク制御を行うため、そのモータのパラメータの誤差及び非線形性によって推定されるストロークの誤差が大きくなるという不都合な点があった。
【０００６】
　本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、サーチコイルにより誘導された逆起電力を検出した後、この逆起電力でストロークを推定することにより、モータのパラメータ中、インダクタンス及び抵抗の誤差の考慮を必要としないで、ストロークの推定誤差を減少し得る装置及び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】
【０００７】
　このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、サーチコイルが内蔵された圧縮機のモータと、該圧縮機のモータ(以下、モータと称す)に印加される電流及び電圧と共にモータ定数を利用して第1ストロークを推定する第1ストローク推定部と、前記第1ストロークの位相とモータに印加される電流の位相との間の位相差を検出する位相差検出部と、前記サーチコイルの端子電圧を検出するサーチコイル電圧検出部と、該サーチコイル電圧検出部から検出された電圧を利用して前記サーチコイルにより誘導された逆起電力(以下、逆起電力と称す)を演算する逆起電力演算部と、該演算された逆起電力を利用して第2ストロークを推定する第2ストローク推定部と、前記位相差検出部から検出された位相差値が所定値に等しいときは前記第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較して、該比較結果によってモータに印加される電圧を変え、前記位相差が前記所定値より大きいか小さいときは前記モータの運転周波数を変える制御部と、を含んで構成されている。
【０００８】
　また、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法においては、圧縮機モータに印加される電流及び電圧とモータ自体の定数を利用して第1ストローク推定値を演算する段階と、該第1ストローク推定値の位相と前記モータに印加される電流の位相との間の位相差を計算して、該位相差が90度であるかを判断する段階と、該判断の結果、前記位相差が90度であると、サーチコイルの端子電圧を利用して前記逆起電力を検出した後、該逆起電力で第2ストローク推定値を演算する段階と、該第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較して、該比較結果によってモータに印加される電圧を可変にする段階と、を順次行う。
【発明の効果】
【０００９】
　以上説明したように、本発明は、サーチコイルにより誘導された逆起電力を検出した後、この逆起電力でストロークを推定するので、モータのパラメータ中、インダクタンス及び抵抗の誤差を考慮しなくてすむため、ストロークの推定誤差が減少するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
　本発明に係る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、従来のような方法でストローク推定値を計算した後、この推定値の計算時に生ずるインダクタンス及び抵抗の成分の誤差によるストローク推定誤差を減らすために、演算されたストロークの位相とモータに印加される電流の位相とを比較して、この比較の結果、上記の位相差が90度であると、新しいストロークを推定して、そのストローク推定値によってモータの入力電圧を可変にする。一方、上記の比較の結果、上記の位相差が90度でないと、モータに印加される運転周波数を可変にすることによりストローク制御の精度を向上させることができる。
　なお、往復動式圧縮機は共振を利用して運転する方式で、この共振状態になるためには上記のストロークとモータ電流との間の位相差が９０°となる必要があり、また運転周波数を変えると上記の位相差が変るので、上記のように、この位相差が９０°でないときは運転周波数を変えて９０°になるようにし、位相差が９０°になったときは推定されたストロークは共振状態のものであると考えて、その状態でモータの印加電圧を変えてストロークの大きさを所望の値に合わせるように制御するものである。
【００１１】
　即ち、モータに印加される電圧及び電流とモータ定数で第1ストローク推定値を検出した後、この第1ストローク推定値の位相とモータに印加される電流の位相との差を計算する。このとき、この位相差が90度であると、サーチコイルの端子電圧の大きさ及び位相を検出する。次いで、モータに印加される電流の位相を検出して、この位相でモータに入力される電圧による磁束(以下、モータの磁束と称す)によって誘起される電圧の位相を計算した後、この磁束による誘起電圧の位相と上記のサーチコイルの端子電圧の位相との差を計算する。
【００１２】
　次いで、上記の磁束による誘起電圧の位相とサーチコイルの端子電圧の位相との差を利用して、サーチコイルに誘導された逆起電力(以下、逆起電力と称す)の大きさを検出して、この逆起電力の大きさがモータの逆起電力に比例するものとして、このサーチコイルに誘起された逆起電力で第2ストローク推定値を演算した後、この第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較して、その比較結果によってモータに印加される電圧を可変にすることによりストロークを制御する。
【００１３】
　一方、上記の第1ストローク推定値の位相とモータ電流の位相との差が90度でないときは、この位相差が90度より大きい場合は運転周波数を増加させ、位相差が90度より小さい場合は運転周波数を減少させる。
【００１４】
　以下、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法について、図面を用いて説明する。
　図１は本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図で、図示されたように、運転制御装置は、圧縮機300のモータに印加される電圧を検出する電圧検出部390と、モータに印加される電流を検出する電流検出部380と、上記の電圧及び電流とモータ自体の定数を利用して前記の式(1)に基づき第1ストロークを推定する第1ストローク推定部370と、この第1ストローク推定部から推定された第1ストローク推定値の位相とモータ電流の位相との差値(即ち位相差)を検出する位相差検出部360と、サーチコイルの端子電圧を検出するサーチコイル電圧検出部350と、この検出されたサーチコイルの電圧の入力を受けてサーチコイルの逆起電力を演算する逆起電力演算部340と、上記の逆起電力を利用して第2ストロークを推定する第2ストローク推定部330と、この第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較して得られた比較値を出力する比較部310と、この比較部310から入力される比較値と、位相差検出部360から入力される上記の第1ストローク推定値とモータ電流との間の位相差とに基づいてモータに印加される電圧または運転周波数を可変にしてストロークを制御する制御部320と、を含んで構成されている。
【００１５】
　このとき、サーチコイル電圧検出部350から検出される電圧E1は、モータの磁束による誘起電圧E2と上記の逆起電力E3の合計で下記の式(2)のように表される。また、下記の式(3)のE2はモータ自体の基本情報（設計データや試験データ）により求めることができ、E2の位相はモータに印加される電流の位相によって決まる。従って、式(2)及び式(3)から下記の式(4)を導出することができる。このとき、式(4)は逆起電力演算部340から演算された逆起電力を示している。
【数２】
2004138051.tif 000004
　上式中、Nはモータのコイルの巻回数、ΦAはモータの磁束、αはモータの逆起電力定数、xはピストンのストローク、v(=dx/dt)はピストンの速度をそれぞれ示している。
　従って、逆起電力演算部340から演算された逆起電力を示す式(4)を次式(5)に代入することにより、第2ストローク推定値を得ることができる。
【数３】
2004138051.tif 000005
　上式中、xは第2ストローク推定値を示している。
【００１６】
　以下、このように構成された本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の運転方法について、図２〜図３を用いて説明する。
　まず、電流検出部380はモータに印加されるモータ電流を検出し、電圧検出部390はモータに印加されるモータ電圧を検出する(S410)。このとき、第1ストローク推定部370は、上記のモータの電流及び電圧とモータ自体の定数を式(1)に適用して第1ストローク推定値を演算(S420)した後、この第1ストローク推定値を位相差検出部360に印加する。
【００１７】
　これによって、位相差検出部360は、上記の第1ストローク推定値の位相とモータに印加される電流の位相との間の位相差を検出して制御部320に印加する(S430)。次いで、制御部320は、上記の位相差が90度より大きいと、圧縮機に印加される運転周波数を増加させ(S450、S460)、90度より小さいと、圧縮機に印加される運転周波数を減少させながら圧縮機300のストロークを制御する(S450、S470)。
　一方、位相差検出部360から検出された上記の位相差が90度であると、制御部320は、サーチコイル電圧検出部350から検出されたサーチコイルの端子電圧を逆起電力演算部340に印加する(S440-S441)。このとき、上記のサーチコイルの端子電圧E1はモータの磁束による誘起電圧E2と逆起電力E3の合計であって、前記の式(2)のように検出される。
【００１８】
　次いで、逆起電力演算部340は、上記のサーチコイルの端子電圧E1から上記の逆起電力E3のみを演算により求めて第2ストローク推定部330に印加する。このとき、逆起電力演算部340は式(2)及び式(3)を利用して、図３に示したように、式(4)を導出する(S442〜S443)。
【００１９】
　即ち、E1の大きさと位相及びE2の大きさと位相を利用してE3の大きさと位相を求めることができる。より詳しく説明すると、サーチコイルの端子電圧E1の大きさと位相と、モータ磁束による誘起電圧E2の大きさと位相とから両電圧のベクトル差を求めて逆起電力E3の大きさと位相を検出するが、このときのE2の位相とE3の位相との間の位相差は90度であるため、逆起電力E3の大きさはサーチコイルの端子電圧E1の大きさとsinθの関係にある。ここで、θはモータの磁束による誘起電圧E2の位相とサーチコイルの端子電圧E1の位相との間の位相差であり、また前述のように、電圧E2はモータ電流によって表されるので、θはサーチコイル電圧E1とモータ電流との間の位相差角から求められる。
【００２０】
　次いで、第2ストローク推定部330は、上記の逆起電力(E3)から第2ストロークを推定して比較部310に印加するが、この第2ストローク推定値は式(5)のように演算される(S444)。
　従って、比較部310は、上記の第2ストローク推定値とストローク指令値とを比較して、それによる差信号を制御部320に印加して、これにより制御部320はモータに印加される電圧を可変にしてストロークを制御する。即ち、制御部320は、ストローク指令値が第2ストローク推定値より大きいと、モータ印加電圧(入力電圧)を増加させ(S445、S446)、ストローク指令値がストローク推定値より小さいと、モータ印加電圧を減少させる(S445〜S447)。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法に対する動作を示したフローチャートである。
【図３】本発明に係るサーチコイルにより誘導された逆起電力を求める方法を示した模式図である。
【図４】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図である。
【図５】従来の往復動式圧縮機の運転制御方法に対する動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
300…圧縮機
310…比較部
320…制御部
330…第2ストローク推定部
340…逆起電力演算部
350…サーチコイル電圧検出部
360…位相差検出部
370…第1ストローク推定部
380…電流検出部
390…電圧検出部
【図１】
2004138051.tif 000010
【図２】
2004138051.tif 000011
【図３】
2004138051.tif 000012
【図４】
2004138051.tif 000013
【図５】
2004138051.tif 000014