(57)【要約】【課題】負荷の大きさに拘わらず振動を抑えつつ電流の増加を防止できる電動機の制御装置を提供する。【解決手段】電動機の回転数偏差に対応する平均電圧指令に、電動機の１回転中の負荷トルクの変化パターンに対応して変化するトルク制御パターンを乗算することにより電動機の駆動電圧を制御する電動機の制御装置であって、電動機の回転数の変動幅を検出する回転数変動幅検出部２０と、回転数変動幅検出部２０で検出された回転数変動幅と指定された回転数変動幅の基準値との差に基づきトルク制御パターンの補正値を生成するトルク制御パターン補正部２２と、トルク制御パターン補正部２２で生成された補正値をトルク制御パターンに乗算して新たなトルク制御パターンを生成する乗算器２３、とを備え、平均電圧指令に乗算器２３で生成された新たなトルク制御パターンを乗じることにより電動機の駆動電圧を制御するように構成されている。【選択図】　　　図１
2004023818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転数偏差に対応する平均電圧指令に、前記電動機の１回転中の負荷トルクの変化パターンに対応して変化するトルク制御パターンを乗算することにより前記電動機の駆動電圧を制御する電動機の制御装置であって、
前記電動機の回転数の変動幅を検出する回転数変動幅検出部と、
前記回転数変動幅検出部で検出された回転数変動幅と指定された回転数変動幅の基準値との差に基づき前記トルク制御パターンの補正値を生成するトルク制御パターン補正部と、
前記トルク制御パターン補正部で生成された補正値を前記トルク制御パターンに乗算して新たなトルク制御パターンを生成する乗算器、とを備え、
前記平均電圧指令に前記乗算器で生成された新たなトルク制御パターンを乗じることにより前記電動機の駆動電圧を制御する電動機の制御装置。
【請求項２】
前記電動機に供給される電流値を検出する電流検出器、を更に備え、
前記電流検出器で検出された電流値が所定の基準値より小さい場合は、前記電圧指令に前記新たなトルク制御パターンを乗算し、前記所定の基準値以上の場合は、「１」を乗算する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記回転数変動幅の基準値は、外部から任意に設定可能である、請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の制御装置に関し、特に圧縮機を駆動する電動機の振動を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧縮機を駆動するための電動機を制御する制御装置が知られている。このような制御装置として、例えば特開２００１−２９５７６９は、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減することができる「圧縮機用モータの制御装置」を開示している。
【０００３】
この圧縮機用モータの制御装置は、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、トルク制御パターンとして予め記憶させた記憶手段を備えている。そして、モータの回転角度を検出し、この検出された回転角度に対応する係数を記憶手段から読み出し、この読み出した係数をモータの回転数偏差に対応する平均電圧指令に乗算して新たな電圧指令を生成し、この生成された新たな電圧指令に基づいてモータを駆動することにより、モータのトルクを１回転中における負荷トルクの変化に追従させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧縮機を負荷とする場合の負荷トルクは、回転数が同一であっても大きく変動する。即ち、高負荷の場合は、図７に実線で示すように、負荷トルクが全体的に大きくなり、低負荷の場合は、破線で示すように、負荷トルクは全体的に小さくなる。
【０００５】
しかしながら、上述した圧縮機用モータの制御装置では、圧縮機の振動低減を最重要視するために、負荷の大小に拘わらず高負荷時のトルク制御パターンを適用している。従って、定格・低負荷運転時には、必要以上に大きなトルク制御パターンが適用されていることになる。その結果、図８に実線で示すように、負荷トルクに対しトルク制御パターン偏差が大きくなる事態が発生している。
【０００６】
ここで、パターン偏差に対する振動変位及び電流との間には、図９に示すような関係がある。即ち、パターン偏差が大きくなれば振動変位は小さくなるが電流値は大きくなる。そのため、大きなトルク制御パターンを適用している定格・低負荷運転時には、大きな振動低減効果が得られるものの、電流増加も著しいという結果を招いている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、負荷の大きさに拘わらず振動を抑えつつ電流の増加を防止できる電動機の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明に係る電動機の制御装置は、上記目的を達成するために、電動機の回転数偏差に対応する平均電圧指令に、電動機の１回転中の負荷トルクの変化パターンに対応して変化するトルク制御パターンを乗算することにより電動機の駆動電圧を制御する電動機の制御装置であって、電動機の回転数の変動幅を検出する回転数変動幅検出部（２０）と、回転数変動幅検出部（２０）で検出された回転数変動幅と指定された回転数変動幅の基準値との差に基づきトルク制御パターンの補正値を生成するトルク制御パターン補正部（２２）と、トルク制御パターン補正部（２２）で生成された補正値をトルク制御パターンに乗算して新たなトルク制御パターンを生成する乗算器（２３）、とを備え、平均電圧指令に乗算器（２３）で生成された新たなトルク制御パターンを乗じることにより電動機の駆動電圧を制御するように構成されている。
【００１０】
この電動機の制御装置によれば、回転数変動幅に応じてトルク制御パターンを補正することにより振動変位を制御可能にしたので、低負荷領域から高負荷領域に亘って回転数変動、換言すれば振動変位を目標レベルに近づけることができる。その結果、従来の電動機の制御装置のように、低負荷領域で振動変位を必要以上に抑えることにより電流増加を招くという欠点を除去することができ、定格・低負荷条件における運転時の電流低減が可能になる。
【００１１】
また、本発明に係る電動機の制御装置は、電動機に供給される電流値を検出する電流検出器（３０）を更に備え、電流検出器（３０）で検出された電流値が所定の基準値より小さい場合は、電圧指令に新たなトルク制御パターンを乗算し、所定の基準値以上の場合は、「１」を乗算するように構成できる。この構成によれば、電動機に供給される電流が所定の基準値を越えた場合に自動的にトルク制御が解除されるので、トルク制御に起因する電流増加を抑止することができる。
【００１２】
更に、本発明に係る電動機の制御装置において、回転数変動幅の基準値は、外部から任意に設定可能に構成できる。これにより、用途によって回転数変動幅の基準値を変えることにより、例えば、振動低減を重視する場合は、電流増加は大きくなるが振動低減効果を大きくし、効率を重視する場合は、振動低減効果は小さくなるが電流増加を小さく抑えるといった利用が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態に係る電動機の制御装置は、上述した特開２００１−２９５７６９に開示された圧縮機用モータの制御装置を改良したものである。従って、以下では、重複部分の説明は簡略化するので必要に応じて特開２００１−２９５７６９を参照されたい。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置の構成を示す図である。この電動機の制御装置は、コンバータ回路１、インバータ回路２、ＤＣブラシレスモータ３、回転数・回転角度検出部１０、圧縮開始位置検出部１１、トルク制御パターン記憶部１２、加算器１３、比例・積分定数部１４、切替スイッチ１５、定数発生部１６、乗算器１７、インバータＵＶＷ波形制御部１８、回転数変動幅検出部２０、加算器２１及びトルク制御パターン補正部２２から構成されている。
【００１５】
コンバータ回路１は、交流電源からの電力を直流電力に変換してインバータ回路２に供給する周知の回路である。インバータ回路２は、コンバータ回路１からの直流電力を、インバータＵＶＷ波形制御部１８からの制御信号に応じて、３相の電力に変換し、ＤＣブラシレスモータ３に供給する。ＤＣブラシレスモータ３は、図示しない圧縮機を駆動する直流モータである。
【００１６】
回転数・回転角度検出部１０は、ＤＣブラシレスモータ３の誘起電圧に基づいて、その回転数及び回転角度を検出する。具体的には、回転数・回転角度検出部１０は、誘起電圧のゼロクロス点の間隔、つまり、誘起電圧の周期に基づいてＤＣブラシレスモータ３の回転数を検出すると共に、誘起電圧がゼロクロス点を通過する毎に回転角度が０°、９０°、１８０°及び２７０°であることを検出する。この回転数・回転角度検出部１０で検出された回転数は、加算器１３及び回転数変動幅検出部２０に送られ。回転角度、圧縮開始位置検出部１１及びインバータＵＶＷ波形制御部１８に送られる。
【００１７】
圧縮開始位置検出部１１は、ＤＣブラシレスモータ３に結合されている図示しない圧縮機が圧縮動作を開始する圧縮動作開始タイミングを検出する。圧縮機が圧縮動作を開始するときのＤＣブラシレスモータ３のロータの回転角度は予め機械的に決定されている。この圧縮開始位置検出部１１は、回転数・回転角度検出部１０で検出されたＤＣブラシレスモータ３の回転角度が、予め決定されている回転角度になるタイミングを圧縮機の圧縮動作開始タイミングとして検出し、その旨の信号をトルク制御パターン記憶部１２に送る。
【００１８】
トルク制御パターン記憶部１２は、トルク制御パターン偏差テーブルを記憶している。図２に示すトルクＴ１〜Ｔ６は、６０゜の間隔で分割した６つの回転角度区間の各々における圧縮機の負荷トルクの平均値を示している。各負荷トルクＴ１〜Ｔ６の発生に必要なインバータ回路２の出力電圧は、演算やシミュレーションによって求めることができる。また、圧縮機が１回転する間での平均負荷トルクＴａｖも演算やシミュレーションによって求めることができる。
【００１９】
上記トルクＴ１〜Ｔ６の発生に必要なインバータ回路２の出力電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ６、平均負荷トルクＴａｖの発生に必要なインバータ回路２の出力電圧をＶａｖとすると、トルク制御パターン偏差テーブルは、図３に示す関係、つまり、上記電圧Ｖ１〜Ｖ６の各々を電圧Ｖａｖで除算した制御係数値（Ｖ１／Ｖａｖ）〜（Ｖ６／Ｖａｖ）と、これらの制御係数値に対応する各回転角度間隔との関係を記憶している。このトルク制御パターン記憶部１２に記憶されている制御計数値は、乗算器２３に送られる。
【００２０】
加算器１３は、外部から回転数指令として与えられる圧縮機の目標回転数（ＤＣブラシレスモータ３の目標回転数）と、回転数・回転角度検出部１０で検出された圧縮機の実際の回転数との偏差（回転数偏差）を算出する。この加算器１３から出力される回転数偏差は、比例・積分定数部１４に送られる。
【００２１】
比例・積分定数部１４は、加算器１３からの回転数偏差に比例・積分補償を施し、圧縮機の回転数偏差の平均値に対応する電圧Ｖａｖを平均電圧指令として出力する。この比例・積分定数部１４から出力される平均電圧指令は、乗算器１７に送られる。
【００２２】
切替スイッチ１５は、圧縮機の目標回転数が所定の低回転数域の回転数である場合にオンにされる。そして、オンにされた状態で乗算器２３の出力を選択する。一方、オフにされた状態では、定数発生部１６で発生された制御係数値「１」を選択して出力する。
【００２３】
乗算器１７は、比例・積分定数部１４から出力される平均電圧指令に切替スイッチ１５で選択された制御係数値を乗算し、その乗算結果を電圧指令としてインバータＵＶＷ波形制御部１８に送る。
【００２４】
インバータＵＶＷ波形制御部１８は、ＰＷＭ信号生成機能を有し、回転数・回転角度検出部１０によって検出された回転角度と乗算器１７からの電圧指令とに基づいて、該電圧指令をＵＶＷ電圧制御信号に変換する。このＵＶＷ電圧制御信号は、インバータ回路２に送られる。
【００２５】
回転数変動幅検出部２０は、回転数・回転角度検出部１０からの回転数に基づいて、１回転中の最大回転数と最小回転数との差を示す回転数変動幅ｒ１を検出する。この検出された回転数変動幅ｒ１は加算器２１に送られる。一方、シミュレーションと実測値とからＤＣブラシレスモータ３の回転中の回転数変動幅と振動変位との関係を算出し、所望の振動変位となる回転数変動幅を基準値ｒとして設定する。
【００２６】
加算器２１は、基準値ｒから回転数変動幅ｒ１を減算する。この減算結果は、トルク制御パターン補正部２２に送られる。トルク制御パターン補正部２２は、加算器２１からの減算結果に基づいて、トルク制御パターンの補正値を生成する。この補正値は、乗算器２３に送られる。
【００２７】
上述したように、トルク制御パターン偏差と振動変位とは、図９に示すような関係を有する。従って、今、トルク制御パターン偏差をαとすると、ｒ１＞ｒの場合は「α＝ｘｉ・α，ｘｉ＜１」とし、ｒ１＜ｒの場合は、「α＝ｘｉ・α，ｘｉ＞１」として、ｒ１＝ｒとなるように補正値ｘｉを決定することにより、負荷条件に拘わらず一定の振動低減効果を得ることができる。
【００２８】
乗算器２３は、トルク制御パターン記憶部１２からの制御係数値とトルク制御パターン補正部２２からの補正値とを乗算し、切替スイッチ１５に送る。
【００２９】
次に、以上のように構成される本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置の動作を説明する。
【００３０】
今、目標回転数が低回転数域の回転数よりも高い回転数に設定されているとすると、切替スイッチ１５がオフにされる。その結果、乗算器１７において比例・積分定数部１４の出力に係数「１」が乗算される。従って、比例・積分定数部１４の出力がインバータＵＶＷ波形制御部１８に直接送られる。
【００３１】
即ち、比例・積分定数部１４からは、加算器１３から出力される回転数偏差を平均した平均電圧指令が出力されるので、切替スイッチ１５がオフにされた状態では、この平均電圧指令が電圧指令としてインバータＵＶＷ波形制御部１８に直接入力される。これにより、インバータＵＶＷ波形制御部１８は、平均電圧指令に対応するＵＶＷ電圧制御信号をインバータ回路２に送り、その結果、ＤＣブラシレスモータ３が平均トルクＴａｖを発生するように駆動される。
【００３２】
次に、目標回転数が低回転数域の回転数に設定されている場合は、切替スイッチ１５がオンにされる。従って、乗算器１７において、比例・積分定数部１４から出力される平均電圧指令に乗算器２３の出力が乗算される。
【００３３】
圧縮開始位置検出部１１は、圧縮機の回転角度が制御開始角度になるタイミングで、トルク制御パターン記憶部１２の記憶内容の読み出しを指示する。従って、トルク制御パターン偏差テーブルから、回転角度が制御開始角度から６０°増す度にトルク制御パターン偏差α、つまり、図３に示す制御係数値Ｖ１／Ｖａｖ、Ｖ２／Ｖａｖ、・・・Ｖ６／Ｖａｖが順次出力される。
【００３４】
また、回転数変動幅検出部２０は、回転数・回転角度検出部１０からの回転数に基づいて、回転数変動幅ｒ１を検出し、加算器２１の反転入力端子（−）に送る。一方、加算器２１の正転入力端子（＋）には、回転数変動幅の基準値ｒが入力される。加算器２１は、「ｒ−ｒ１」の演算を実行し、結果をトルク制御パターン補正部２２に送る。
【００３５】
これにより、トルク制御パターン補正部２２から補正値ｘｉが読み出され、乗算器２３に送られる。乗算器２３では、トルク制御パターン偏差αに補正値ｘｉが乗算され、つまり「ｘｉ×α」の演算が実行され、その結果が、補正されたトルク制御パターン偏差α’として切替スイッチ１５に送られる。
【００３６】
この乗算により、ｒ１＞ｒであれば補正値ｘｉ＜１であるので、回転数変動幅検出部２０で検出された回転数変動数幅ｒ１が基準値ｒより大きい場合にトルク制御パターン偏差αが小さくなるように、つまり振動変位を小さくするように補正される。一方、ｒ１＜ｒであれば補正値ｘｉ＞１であるので、回転数変動幅検出部２０で検出された回転数変動数幅ｒ１が基準値ｒより小さい場合はトルク制御パターン偏差αが大きくなるように、つまり振動変位を大きくするように補正される。
【００３７】
上述したように、比例・積分定数部１４は平均トルクＴａｖに対応する電圧Ｖａｖを出力し、乗算器２３は補正されたトルク制御パターン偏差α’を出力するので、乗算器１７からは電圧Ｖ１’，Ｖ２’，・・・Ｖ６’が新たな電圧指令として順次出力されることになる。この結果、ＤＣブラシレスモータ３のトルクは、圧縮機が１回転する間、図２に示すように、Ｔ１，Ｔ２，・・・Ｔ６という態様で変化することになる。つまり、負荷トルクの大きさに応じて且つ負荷トルクの変動に追従して変化することになる。
【００３８】
以上説明した本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置によれば、図４に示すように、低負荷領域から高負荷領域に亘って回転数変動、換言すれば振動変位を目標レベルに近づけることができる。その結果、図５に示すように、低負荷領域でインバータ回路２のパワートランジスタ（パワトラ）に流れる電流を小さくすることができる。従って、従来の電動機の制御装置のように、低負荷領域で必要以上に振動変位を抑えることにより電流増加を招くという欠点を除去することができ、定格・低負荷条件における運転時の電流低減が可能になる。
【００３９】
また、回転数変動幅の基準値を回転数変動指令として外部から任意に設定できるので、用途によって回転数変動幅の基準値を変えることにより、例えば、振動低減を重視する場合は、電流増加は大きくなるが振動低減効果を大きくし、効率を重視する場合は、振動低減効果は小さくなるが電流増加を小さく抑えるといった利用が可能になる。
【００４０】
上述した実施の形態に係る電動機の制御装置は、以下のように変形できる。図６は、この変形例に係る電動機の制御装置の構成を示す。この変形例に係る電動機の制御装置は、インバータ回路２からＤＣブラシレスモータ３に供給される電流を検出する電流検出器３０を更に備え、この電流検出器３０による検出結果により、切替スイッチ１５のオン／オフを制御するように構成されている。
【００４１】
この変形例に係る電動機の制御装置では、電流検出器３０で検出された電流が所定の基準値を越えた場合に、切替スイッチ１５がオフに切り替えられる。従って、電圧指令としては、比例・積分定数部１４から出力される平均電圧指令が電圧指令としてインバータＵＶＷ波形制御部１８に与えられることになり、トルク制御が解除される。
【００４２】
この変形例に係る電動機の制御装置によれば、インバータ回路２からＤＣブラシレスモータ３に供給される電流が基準値を越えた場合に自動的にトルク制御が解除されるので、トルク制御に起因する電流増加を抑止することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、負荷の変動に拘わらず振動を抑えつつ電流の増加を防止できる電動機の制御装置を提供できる。
【００４４】
より詳しくは、本発明に係る電動機の制御装置によれば、回転数変動幅に応じてトルク制御パターンを補正することにより振動変位を制御可能にしたので、低負荷領域から高負荷領域に亘って回転数変動、換言すれば振動変位を目標レベルに近づけることができる。その結果、従来の電動機の制御装置のように、低負荷領域で振動変位を必要以上に抑えることにより電流増加を招くという欠点を除去することができ、定格・低負荷条件における運転時の電流低減が可能になる。
【００４５】
また、電動機に供給される電流が所定の基準値を越えた場合に自動的にトルク制御が解除されるので、トルク制御に起因する電流増加を抑止することができる。
【００４６】
更に、回転数変動幅の基準値は、外部から任意に設定できるので、用途によって回転数変動幅の基準値を変えることにより、例えば、振動低減を重視する場合は、電流増加は大きくなるが振動低減効果を大きくし、効率を重視する場合は、振動低減効果は小さくなるが電流増加を小さく抑えるといった利用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置における負荷トルクの変動パターンに対するモータの駆動トルクの変化パターンを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置におけるトルク制御パターン偏差テーブルの記憶内容を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置と従来の電動機の制御装置とを比較して回転数変動と負荷との関係を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置と従来の電動機の制御装置とを比較して電流の大きさと負荷との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置の変形例の構成を示す図である。
【図７】従来の電動機の制御装置の負荷トルクと回転角度の関係を説明するための図である。
【図８】従来の電動機の制御装置の負荷トルクとトルク制御パターン偏差の関係を説明するための図である。
【図９】従来の電動機の制御装置のパターン偏差に対する振動変位及び電流の関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１　コンバータ回路
２　インバータ回路
３　ＤＣブラシレスモータ
１０　回転数・回転角度検出部
１１　圧縮開始位置検出部
１２　トルク制御パターン記憶部
１３　加算器
１４　比例・積分定数部
１５　切替スイッチ
１６　定数発生部
１７　乗算器
１８　インバータＵＶＷ波形制御部
２０　回転数変動幅検出部
２１　加算器
２２　トルク制御パターン補正部
２３　乗算器
３０　電流検出器
【図１】
2004023818.tif 000003
【図２】
2004023818.tif 000004
【図３】
2004023818.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004023818.tif 000008
【図７】
2004023818.tif 000009
【図８】
2004023818.tif 000010
【図９】
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