(57)【要約】【課題】  周波数決定常数を演算し、該演算された周波数決定常数に基づいて圧縮機の運転周波数を決定することで、前記圧縮機の運転効率を向上し得るようにした往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供する。【解決手段】  予め決定された周期の制御サイクル毎に、圧縮機のストローク値及び前記圧縮機のモータに印加される電流値に基づいて周波数決定常数を演算する周波数決定常数演算部３７と、前記演算された周波数決定常数に基づいて運転周波数指令値を決定する運転周波数指令値決定部３８と、前記決定された運転周波数指令値によって前記圧縮機の運転周波数を可変させる制御器３２と、を包含して往復動式圧縮機の運転制御装置を構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め決定された周期の制御サイクル毎に、圧縮機のストローク値及び前記圧縮機のモータに印加される電流値に基づいて周波数決定常数を演算する周波数決定常数演算部と、
前記演算された周波数決定常数に基づいて運転周波数指令値を決定する運転周波数指令値決定部と、
前記決定された運転周波数指令値によって前記圧縮機の運転周波数を可変させる制御器と、
を備え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】
前記周波数決定常数演算部は、
前記圧縮機のストローク値を前記圧縮機のモータに印加される電流値で割った値を、周波数決定常数として決定することを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項３】
前記決定された周波数決定常数の値が最大となるとき、前記圧縮機の運転周波数は機械的共振周波数と一致することを特徴とする請求項２記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項４】
前記運転周波数指令値決定部は、
前記演算された周波数決定常数及び以前の制御サイクルの周波数決定常数、並びに現在の制御サイクルの運転周波数及び以前の制御サイクルの運転周波数に基づいて、運転周波数指令値を決定することを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項５】
前記運転周波数指令値決定部は、
前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より大きく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より大きいとき、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ増加させて前記運転周波数指令値として決定し、前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より大きく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より小さいとき、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ減少させて前記運転周波数指令値として決定することを特徴とする請求項４記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項６】
前記運転周波数指令値決定部は、
前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より小さく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より大きいとき、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ減少させて前記運転周波数指令値として決定し、前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より小さく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より小さいとき、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ増加させて前記運転周波数指令値として決定することを特徴とする請求項４記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項７】
前記圧縮機のストロークとストローク指令値とを比較する比較器を更に備えることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項８】
前記制御器は、
前記比較結果によって、前記圧縮機のモータに印加される電圧を可変させることを特徴とする請求項７記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項９】
予め決定された周期制御サイクル毎に、圧縮機のストローク値及び前記圧縮機のモータに印加される電流値に基づいて周波数決定常数を演算する段階と、
該演算された周波数決定常数に基づいて運転周波数指令値を決定する段階と、
該決定された運転周波数指令値によって前記圧縮機の運転周波数を可変させる段階と、
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】
前記周波数決定常数演算段階は、
前記圧縮機のストローク値を前記圧縮機のモータに印加される電流値で割ることで周波数決定常数を演算することを特徴とする請求項９記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１１】
前記演算された周波数決定常数の値が最大となるとき、前記圧縮機の運転周波数は機械的共振周波数と一致することを特徴とする請求項１０記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１２】
前記運転周波数指令値決定段階は、
前記演算された周波数決定常数及び以前の制御サイクルの周波数決定常数、並びに現在の制御サイクルの運転周波数及び以前の制御サイクルの運転周波数に基づいて、運転周波数指令値を決定することを特徴とする請求項９記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１３】
前記運転周波数指令値決定段階は、
前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より大きく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より大きいとき、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ増加させて前記運転周波数指令値として決定し、前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より大きく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より小さいとき、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ減少させて前記運転周波数指令値として決定することを特徴とする請求項１２記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１４】
前記運転周波数指令値決定段階は、
前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より小さく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より大きいとき、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ減少させて前記運転周波数指令値として決定し、前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より小さく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より小さいとき、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ増加させて前記運転周波数指令値として決定することを特徴とする請求項１２記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１５】
前記圧縮機のストロークとストローク指令値とを比較する段階を更に行うことを特徴とする請求項９記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１６】
前記比較結果によって、前記圧縮機のモータに印加される電圧を可変させる段階を更に行うことを特徴とする請求項９記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は往復動式圧縮機(Reciprocating  Compressor)に係るもので、詳しくは、往復動式圧縮機の運転制御装置及び運動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、往復動式圧縮機は、ピストンがシリンダの内部で直線往復運動を行うことで冷気装置の内部を循環する冷媒を高温高圧で圧縮する役割をする。且つ、前記往復動式圧縮機は、前記ピストンを駆動する方式によって、レシプロ(Recipro)方式とリニア(Linear)方式とに大別される。
そして、前記レシプロ方式は、回転モータにクランクシャフト(Crank  Shaft)を係合し、該クランクシャフトにピストンを係合して、前記回転モータの回転力を利用することで前記ピストンを直線往復運動させる方式であるに対し、前記リニア方式は、直線モータにピストンを直接連結して、前記直線モータの直線運動を利用することで前記ピストンを直線往復運動させる方式である。
【０００３】
従って、前記リニア方式の往復動式圧縮機は、回転運動を直線運動に変換させるクランクシャフトを必要としないため、相対的に摩擦損失が少なくて、一般の圧縮機より圧縮効率が高いという利点を有する。
且つ、前記リニア方式の往復動式圧縮機は、前記圧縮機のモータ(以下、モータと略称す)に印加される電圧を調節して、前記圧縮機の圧縮比(Compression  Ratio)を調節することで、冷気装置の冷却能力(Freezing  Capacity)を制御することができる。
【０００４】
以下、前記往復動式圧縮機を制御するための運転制御装置に対して説明する。
図５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、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置においては、モータに印加される電圧を検出する電圧検出部１４と、前記モータに印加される電流を検出する電流検出部１５と、それら検出された電流、電圧及び前記モータのパラメータに基づいてストロークを推定するストローク推定器１６と、前記推定されたストローク推定値とストローク指令値とを比較し、該比較結果による差信号を出力する比較器１１と、前記出力された差信号に基づいて前記モータに印加される電圧を可変させることで前記モータのストロークを制御する制御器１２と、を包含して構成されている。
【０００５】
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方法に対して説明する。
図６は、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示した動作フローチャートで、図示されたように、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法においては、前記モータに印加される電圧及び電流を検出する段階(Ｓ２１)と、それら検出された電圧、電流及び前記モータパラメータに基づいてストローク推定値を演算する段階(Ｓ２２)と、該演算されたストローク推定値と前記ストローク指令値とを比較する段階(Ｓ２３)と、前記ストローク推定値が前記ストローク指令値より大きいとき、前記モータに印加される電圧を減少させる段階(Ｓ２４)と、前記ストローク推定値が前記ストローク指令値より小さいとき、前記モータに印加される電圧を増加させる段階(Ｓ２５)と、を順次行う。
【０００６】
以下、このように行われる従来の往復動式圧縮機の運転制御方法に対し、より詳細に説明する。
まず、予め決定された周期毎に、前記電圧検出部１４は、前記モータに印加される電圧を検出し、該検出された電圧を前記ストローク推定器１６に出力し、前記電流検出部１５は、前記モータに印加される電流を検出し、該検出された電流を前記ストローク推定器１６に出力する(Ｓ２１)。
【０００７】
次いで、前記ストローク推定器１６は、前記検出された電流、電圧及び前記モータパラメータ(例えば、モータの抵抗及びモータのインダクタンスなど)を下記式１に適用して前記ストローク推定値を演算した後、該演算されたストローク推定値を前記比較器１１に出力する(Ｓ２２)。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
式中、αはモータ常数(Motor  Constant)、VMは前記モータの電圧、Rは前記モータの抵抗、Lは前記モータのインダクタンス、iは前記モータの電流をそれぞれ示したものである。
【００１０】
次いで、前記比較器１１は、前記出力されたストローク推定値と前記ストローク指令値とを比較し、該比較結果による差信号を発生させ、該発生された差信号を前記制御器１２に出力する(Ｓ２３)。
次いで、前記制御器１２は、前記入力された差信号に基づいて前記モータに印加される電圧を可変させることで、前記圧縮機のストロークを制御する。このとき、前記制御器１２は、前記ストローク推定値が前記ストローク指令値より大きいと、前記モータに印加される電圧を減少させ(Ｓ２４)、前記ストローク推定値が前記ストローク指令値より小さいと、前記モータに印加される電圧を増加させる(Ｓ２５)。
【００１１】
このように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置においては、前記モータに印加される電圧を可変させることで、前記ストロークを恒常一定に制御するため、前記圧縮機を安定に駆動させることができる。即ち、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置においては、前記圧縮機の負荷が変化されても、前記圧縮機の運転周波数が変化することなく恒常一定の運転周波数を有して駆動されながら前記ストロークを制御する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
然るに、前記運転周波数が機械的共振周波数と一致するとき、圧縮機の運転効率が最も良い。従って、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、前記圧縮機の負荷の変化により機械的共振周波数が変化されても前記運転周波数は変化されないため、前記圧縮機の運転効率が低下されるという不都合な点があった。
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、周波数決定常数を演算し、該演算された周波数決定常数に基づいて圧縮機の運転周波数を決定することで、前記圧縮機の運転効率を向上させるようにした往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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においては、予め決定された周期の制御サイクルで繰り返して、圧縮機のストローク値及び前記圧縮機のモータに印加される電流値に基づいて周波数決定常数を演算する周波数決定常数演算部と、前記演算された周波数決定常数に基づいて運転周波数指令値を決定する運転周波数指令値決定部と、前記決定された運転周波数指令値によって前記圧縮機の運転周波数を可変させる制御器と、を包含して構成されることを特徴とする。
【００１４】
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、予め決定された周期の制御サイクルで繰り返して、圧縮機のストローク値及び前記圧縮機のモータに印加される電流値に基づいて周波数決定常数を演算する段階と、該演算された周波数決定常数に基づいて運転周波数指令値を決定する段階と、該決定された運転周波数指令値によって前記圧縮機の運転周波数を可変させる段階と、を順次行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、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、周波数決定常数を演算し、該演算された周波数決定常数に基づいて運転周波数を決定することで、圧縮機の運転効率を向上し得るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
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、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置においては、圧縮機のストロークを検出するストローク検出部３４と、前記圧縮機のモータに印加される電流を検出する電流検出部３５と、それら検出された電流及びストロークに基づいて周波数決定常数を演算する周波数決定常数演算部３７と、前記演算された周波数決定常数に基づいて運転周波数指令値を決定する運転周波数指令値決定部３８と、前記決定された運転周波数指令値と現在の運転周波数とを比較し、該比較結果による差信号を出力する第１比較器３１と、前記検出されたストロークとストローク指令値とを比較し、該比較結果による差信号を出力する第２比較器３６と、前記第１比較器３１から出力された差信号に基づいて前記圧縮機の運転周波数を可変させ、前記第２比較器３６から出力された差信号に基づいて前記圧縮機に印加される電圧を可変させる制御器３２と、を包含して構成されている。
【００１７】
ここで、前記の現在の運転周波数とは、圧縮機３３のエンコーダ（図示せず）や制御器３２の印加電圧の周波数から取得したフィードバック信号によって生成される信号であって、現在の圧縮機３３の実際の運転周波数を示す信号である。
【００１８】
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方法に対して説明する。
図２及び図３は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法を示した動作フローチャートで、図示されたように、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、前記圧縮機のモータに印加される電流及び前記圧縮機のストロークを検出する段階(Ｓ４１)と、それら検出された電流及びストロークに基づいて周波数決定常数を演算する段階(Ｓ４２)と、該演算された周波数決定常数に基づいて運転周波数指令値を決定する段階(Ｓ４３)と、該決定された運転周波数指令値と現在の運転周波数とを比較する段階(Ｓ４４)と、前記運転周波数指令値が前記現在の運転周波数より大きいとき、前記圧縮機の運転周波数を増加させる段階(Ｓ４５)と、を順次行う。ここで、前記比較段階において、前記運転周波数指令値が前記現在の運転周波数より小さいとき、前記圧縮機の運転周波数を減少させる段階を行う(Ｓ４６)。
【００１９】
以下、このように行われる本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法に対し、より詳細に説明する。
まず、予め決定された周期の制御サイクル毎に、前記電流検出部３５は、前記圧縮機のモータに印加される電流を検出し、該検出された電流を前記周波数決定常数演算部３７に出力し、前記ストローク検出部３４は、前記圧縮機のストロークを検出し、該検出されたストロークを前記第２比較器３６及び前記周波数決定常数演算部３７に出力する(Ｓ４１)。
【００２０】
その後、前記第２比較器３６は、ストローク指令値と前記検出されたストロークとを比較し、該比較結果による差信号を前記制御器３２に出力する。
次いで、前記制御器３２は、前記入力された差信号に基づいて前記モータに印加される電圧を可変させることで、前記圧縮機のストロークを制御する。
【００２１】
一方、前記周波数決定常数演算部３７は、前記検出された電流及びストロークに基づいて周波数決定常数を演算し、該演算された周波数決定常数を前記運転周波数指令値決定部３８に出力する(Ｓ４２)。ここで、前記周波数決定常数は、前記検出されたストローク値を前記検出された電流値で割った値を示したもので、前記周波数決定常数の値が最大となるとき、前記圧縮機の運転周波数は機械的共振周波数と一致するようになって、前記圧縮機の効率は極大化される。
【００２２】
次いで、前記運転周波数指令値決定部３８は、現在の制御サイクルの運転周波数と以前の制御サイクルの運転周波数とを比較した結果及び前記演算された周波数決定常数と以前の制御サイクルの周波数決定常数とを比較した結果に基づいて、前記運転周波数指令値を決定する(Ｓ４３)。即ち、前記運転周波数指令値決定部３８は、前記運転周波数指令値を次の四つの場合に区分して決定する。
【００２３】
（１）前記運転周波数指令値決定部３８は、前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より大きく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より大きいと、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ増加させ、該増加された運転周波数を前記運転周波数指令値として決定する(Ｓ４３１，Ｓ４３２，Ｓ４３３)。
【００２４】
（２）前記運転周波数指令値決定部３８は、前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より大きく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より小さいと、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ減少させ、該減少された運転周波数を前記運転周波数指令値として決定する(Ｓ４３１，Ｓ４３２，Ｓ４３４)。
【００２５】
（３）前記運転周波数指令値決定部３８は、前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より小さく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より大きいと、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ減少させ、該減少された運転周波数を前記運転周波数指令値として決定する(Ｓ４３１，Ｓ４３５，Ｓ４３６)。
【００２６】
（４）前記運転周波数指令値決定部３８は、前記現在の制御サイクルの運転周波数が前記以前の制御サイクルの運転周波数より小さく、前記演算された周波数決定常数が前記以前の制御サイクルの周波数決定常数より小さいと、前記現在の制御サイクルの運転周波数を予め決定されたレベルだけ増加させ、該増加された運転周波数を前記運転周波数指令値として決定する(Ｓ４３１，Ｓ４３５，Ｓ４３７)。
【００２７】
その後、前記運転周波数指令値決定部３８は、前記決定された運転周波数指令値を前記第１比較器３１に出力する。
【００２８】
次いで、前記第１比較器３１は、前記入力された運転周波数指令値と前記現在の制御サイクルの運転周波数とを比較し、該比較結果による差信号を前記制御器３２に出力する(Ｓ４４)。
その後、前記制御器３２は、前記出力された差信号に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を可変させる。即ち、前記制御器３２は、前記運転周波数指令値が前記現在の制御サイクルの運転周波数より大きいと、前記現在の制御サイクルの運転周波数を増加させ(Ｓ４５)、前記運転周波数指令値が前記現在の制御サイクルの運転周波数より小さいと、前記現在の運転周波数を減少させる(Ｓ４６)。
【００２９】
このように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、前記周波数決定常数に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を、機械的共振周波数と一致されるように、予め決定された周期毎に可変させる。
以下、前記周波数決定常数、前記圧縮機の運転周波数及び前記圧縮機の効率関係に対して説明する。
【００３０】
図４は、本発明に係る周波数決定常数と圧縮機の効率との関係を示したグラフで、図示されたように、前記圧縮機の運転周波数が前記機械的共振周波数と一致するとき、前記周波数決定常数の値は最大となり、前記圧縮機の効率も最大となる。これをより詳細に説明すると次の通りである。前記周波数決定常数の値は、前記圧縮機の機械方程式から誘導された下記式２により演算される。
【００３１】
【数２】
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【００３２】
式中、αは逆起電力常数(back  e.m.f constant)、kはバネ常数、mは前記圧縮機の質量、wは前記圧縮機の運転周波数、cは粘性係数をそれぞれ示したものである。
従って、前記周波数決定常数は、機械的共振周波数においてある特定値を有することでなく、前記圧縮機の運転周波数と前記機械的共振周波数とが一致するとき、前記周波数決定常数の値が最大となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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を示した動作フローチャート（その１）である。
【図３】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法を示した動作フローチャート（その２）である。
【図４】本発明に係る周波数決定常数と圧縮機の効率との関係を示したグラフである。
【図５】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６】従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示した動作フローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
３１…第１比較器
３２…制御器
３３…圧縮機
３４…ストローク検出部
３５…電流検出部
３６…第２比較器
３７…周波数決定常数演算部
３８…運転周波数指令値決定部
【図１】
2004353659.tif 000005
【図２】
2004353659.tif 000006
【図３】
2004353659.tif 000007
【図４】
2004353659.tif 000008
【図５】
2004353659.tif 000009
【図６】
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