(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動式圧縮機のモータの検出された電流値及び電圧値と、前記検出された電流値、電圧値及びパラメータに基づいて推定されたストローク値とのいずれか２つに基づいて導き出された、圧縮機制御因子であって、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなる、ストローク値を検出するための、前記圧縮機の、数１で定義されるストローク決定常数、数２で定義されるガスバネ常数、数３で定義されるダンピング係数及び、前記検出された電流値と電圧値とを乗算した値であるパワー値のうちの何れか一つである、圧縮機制御因子を検出する圧縮機制御因子検出部であって、
今回演算されたストローク決定常数の値と前回周期のストローク決定常数の値と比較して、増加する傾向が減少する傾向に、又は減少する傾向が増加する傾向に変化する、前記演算されたストローク決定常数の変曲点を検出するストローク決定常数変曲点検出部を有する、圧縮機制御因子検出部と、
前記ストローク決定常数の変曲点が検出されるとき、所定の値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し、前記ストローク決定常数の変曲点が検出されないとき、所定の値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定するストローク指令値決定部と、
前記決定されたストローク指令値と前記推定されたストローク値とを比較する比較器と、
前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より大きい場合には、前記モータに印加される電圧を所定のレベルだけ増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より小さい場合には、前記モータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させるように、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる制御器と、
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。
【数１】
0004842532.tif 000006
【数２】
0004842532.tif 000007
【数３】
0004842532.tif 000008
〔数１〕から〔数３〕において、αはモータ定数、ｋは圧縮機のバネ常数、ｍは圧縮機の質量、ｗは圧縮機の運転周波数、ｃは圧縮機の粘性係数、θは圧縮機の電流とストロークとの位相差、Ｋｍは圧縮機の機械的バネ常数を表わす。
【請求項２】
前記圧縮機制御因子検出部は、
更に、前記圧縮機の推定されたストローク値及び前記圧縮機のモータの検出された電流値を使って、前記数１に基づいてストローク決定常数を演算するストローク決定常数演算部を含んで構成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３】
前記ストローク決定常数は、前記圧縮機のストローク値を前記圧縮機のモータの検出された電流値で除算した値、又は前記圧縮機のモータの検出された電流値を前記圧縮機のストローク値で除算した値であることを特徴とする請求項２に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項４】
往復動式圧縮機のモータの検出された電流値及び電圧値と、前記検出された電流値、電圧値及びパラメータに基づいて推定されたストローク値とのいずれか２つに基づいて導き出された、圧縮機制御因子であって、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなる、ストローク値を検出するための、前記圧縮機の、数１で定義されるストローク決定常数、数２で定義されるガスバネ常数、数３で定義されるダンピング係数及び、前記検出された電流値と電圧値とを乗算した値であるパワー値のうちの何れか一つである、圧縮機制御因子を検出する圧縮機制御因子検出部であって、
今回演算されたガスバネ常数の値と前回周期のガスバネ常数の値と比較して、増加する傾向が減少する傾向に、又は減少する傾向が増加する傾向に変化する、前記演算されたガスバネ常数の変曲点を検出するガスバネ常数変曲点検出部を有する、圧縮機制御因子検出部と、
前記ガスバネ常数の変曲点が検出されるとき、所定の値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し、前記ガスバネ常数の変曲点が検出されないとき、所定の値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定するストローク指令値決定部と、
前記決定されたストローク指令値と前記推定されたストローク値とを比較する比較器と、
前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より大きい場合には、前記モータに印加される電圧を所定のレベルだけ増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より小さい場合には、前記モータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させるように、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる制御器と、
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。
【数１】
0004842532.tif 000009
【数２】
0004842532.tif 000010
【数３】
0004842532.tif 000011
〔数１〕から〔数３〕において、αはモータ定数、ｋは圧縮機のバネ常数、ｍは圧縮機の質量、ｗは圧縮機の運転周波数、ｃは圧縮機の粘性係数、θは圧縮機の電流とストロークとの位相差、Ｋｍは圧縮機の機械的バネ常数を表わす。
【請求項５】
前記圧縮機制御因子検出部は、
更に、前記圧縮機の推定されたストローク値及び前記圧縮機のモータの検出された電流値を使って、前記数２に基づいてガスバネ常数を演算するガスバネ常数演算部を含んで構成されることを特徴とする請求項４に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項６】
往復動式圧縮機のモータの検出された電流値及び電圧値と、前記検出された電流値、電圧値及びパラメータに基づいて推定されたストローク値とのいずれか２つに基づいて導き出された、圧縮機制御因子であって、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなる、ストローク値を検出するための、前記圧縮機の、数１で定義されるストローク決定常数、数２で定義されるガスバネ常数、数３で定義されるダンピング係数及び、前記検出された電流値と電圧値とを乗算した値であるパワー値のうちの何れか一つである、圧縮機制御因子を検出する圧縮機制御因子検出部であって、
今回演算されたダンピング係数の値と前回周期のダンピング係数の値と比較して、増加する傾向が減少する傾向に、又は減少する傾向が増加する傾向に変化する、前記演算されたダンピング係数の変曲点を検出するダンピング係数変曲点検出部を有する、圧縮機制御因子検出部と、
前記ダンピング係数の変曲点が検出されるとき、所定の値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し、前記ダンピング係数の変曲点が検出されないとき、所定の値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定するストローク指令値決定部と、
前記決定されたストローク指令値と前記推定されたストローク値とを比較する比較器と、
前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より大きい場合には、前記モータに印加される電圧を所定のレベルだけ増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より小さい場合には、前記モータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させるように、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる制御器と、
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。
【数１】
0004842532.tif 000012
【数２】
0004842532.tif 000013
【数３】
0004842532.tif 000014
〔数１〕から〔数３〕において、αはモータ定数、ｋは圧縮機のバネ常数、ｍは圧縮機の質量、ｗは圧縮機の運転周波数、ｃは圧縮機の粘性係数、θは圧縮機の電流とストロークとの位相差、Ｋｍは圧縮機の機械的バネ常数を表わす。
【請求項７】
前記圧縮機制御因子検出部は、
更に、前記圧縮機の推定されたストローク値及び前記圧縮機のモータの検出された電流値を使って、前記数３に基づいてダンピング係数を演算するダンピング係数演算部を含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項８】
往復動式圧縮機のモータの検出された電流値及び電圧値と、前記検出された電流値、電圧値及びパラメータに基づいて推定されたストローク値とのいずれか２つに基づいて導き出された、圧縮機制御因子であって、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなる、ストローク値を検出するための、前記圧縮機の、数１で定義されるストローク決定常数、数２で定義されるガスバネ常数、数３で定義されるダンピング係数及び、前記検出された電流値と電圧値とを乗算した値であるパワー値のうちの何れか一つである、圧縮機制御因子を検出する圧縮機制御因子検出部であって、
今回演算されたパワー値と前回周期のパワー値と比較して、増加する傾向が減少する傾向に、又は減少する傾向が増加する傾向に変化する、前記演算されたパワー値の変曲点を検出するパワー値変曲点検出部を有する、圧縮機制御因子検出部と、
前記パワー値の変曲点が検出されるとき、所定の値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し、前記パワー値の変曲点が検出されないとき、所定の値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定するストローク指令値決定部と、
前記決定されたストローク指令値と前記推定されたストローク値とを比較する比較器と、
前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より大きい場合には、前記モータに印加される電圧を所定のレベルだけ増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より小さい場合には、前記モータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させるように、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる制御器と、
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。
【数１】
0004842532.tif 000015
【数２】
0004842532.tif 000016
【数３】
0004842532.tif 000017
〔数１〕から〔数３〕において、αはモータ定数、ｋは圧縮機のバネ常数、ｍは圧縮機の質量、ｗは圧縮機の運転周波数、ｃは圧縮機の粘性係数、θは圧縮機の電流とストロークとの位相差、Ｋｍは圧縮機の機械的バネ常数を表わす。
【請求項９】
前記圧縮機制御因子検出部は、
更に、前記圧縮機のモータに印加される電流値及び電圧値に基づいてパワー値を演算するパワー値演算部を含んで構成されることを特徴とする請求項８に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
【請求項１０】
往復動式圧縮機のモータの検出された電流値及び電圧値と、前記モータの検出された電流値、電圧値及びパラメータに基づいて推定されたストローク値とのいずれか２つに基づいて導き出された、圧縮機制御因子であって、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなる、ストローク値を検出するための、前記圧縮機の、数１で定義されるストローク決定常数、数２で定義されるガスバネ常数、数３で定義されるダンピング係数及び、前記検出された電流値と電圧値とを乗算した値であるパワー値のうちの何れか一つである、圧縮機制御因子を検出する段階であって、
今回演算されたストローク決定常数の値と前回周期のストローク決定常数の値と比較して、増加する傾向が減少する傾向に、又は減少する傾向が増加する傾向に変化する、前記演算されたストローク決定常数の変曲点を検出する段階を有する、圧縮機制御因子を検出する段階と、
前記ストローク決定常数の変曲点が検出されるとき、所定の値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し、前記ストローク決定常数の変曲点が検出されないとき、所定の値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定するストローク指令値を決定する段階と、
前記決定されたストローク指令値と前記推定されたストローク値とを比較する段階と、
前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より大きい場合には、前記モータに印加される電圧を所定のレベルだけ増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より小さい場合には、前記モータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させるように、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる段階と、
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。
【数１】
0004842532.tif 000018
【数２】
0004842532.tif 000019
【数３】
0004842532.tif 000020
〔数１〕から〔数３〕において、αはモータ定数、ｋは圧縮機のバネ常数、ｍは圧縮機の質量、ｗは圧縮機の運転周波数、ｃは圧縮機の粘性係数、θは圧縮機の電流とストロークとの位相差、Ｋｍは圧縮機の機械的バネ常数を表わす。
【請求項１１】
前記圧縮機制御因子を検出する段階は、
更に、前記圧縮機の推定されたストローク値及び前記圧縮機のモータの検出された電流値を使って、前記数１に基づいてストローク決定常数を演算する段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１２】
前記ストローク決定常数は、前記圧縮機のストローク値を前記圧縮機のモータの検出された電流値で除算した値、又は前記圧縮機のモータの検出された電流値を前記圧縮機のストローク値で除算した値であることを特徴とする請求項１１に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１３】
往復動式圧縮機のモータの検出された電流値及び電圧値と、前記モータの検出された電流値、電圧値及びパラメータに基づいて推定されたストローク値とのいずれか２つに基づいて導き出された、圧縮機制御因子であって、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなる、ストローク値を検出するための、前記圧縮機の、数１で定義されるストローク決定常数、数２で定義されるガスバネ常数、数３で定義されるダンピング係数及び、前記検出された電流値と電圧値とを乗算した値であるパワー値のうちの何れか一つである、圧縮機制御因子を検出する段階であって、
今回演算されたガスバネ常数の値と前回周期のガスバネ常数の値と比較して、増加する傾向が減少する傾向に、又は減少する傾向が増加する傾向に変化する、前記演算されたガスバネ常数の変曲点を検出する段階を有する、圧縮機制御因子を検出する段階と、
前記ガスバネ常数の変曲点が検出されるとき、所定の値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し、前記ガスバネ常数の変曲点が検出されないとき、所定の値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定するストローク指令値を決定する段階と、
前記決定されたストローク指令値と前記推定されたストローク値とを比較する段階と、
前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より大きい場合には、前記モータに印加される電圧を所定のレベルだけ増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より小さい場合には、前記モータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させるように、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる段階と、
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。
【数１】
0004842532.tif 000021
【数２】
0004842532.tif 000022
【数３】
0004842532.tif 000023
〔数１〕から〔数３〕において、αはモータ定数、ｋは圧縮機のバネ常数、ｍは圧縮機の質量、ｗは圧縮機の運転周波数、ｃは圧縮機の粘性係数、θは圧縮機の電流とストロークとの位相差、Ｋｍは圧縮機の機械的バネ常数を表わす。
【請求項１４】
前記圧縮機制御因子を検出する段階は、
更に、前記圧縮機の推定されたストローク値及び前記圧縮機のモータの検出された電流値を使って、前記数２に基づいてガスバネ常数を演算する段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１５】
往復動式圧縮機のモータの検出された電流値及び電圧値と、前記モータの検出された電流値、電圧値及びパラメータに基づいて推定されたストローク値とのいずれか２つに基づいて導き出された、圧縮機制御因子であって、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなる、ストローク値を検出するための、前記圧縮機の、数１で定義されるストローク決定常数、数２で定義されるガスバネ常数、数３で定義されるダンピング係数及び、前記検出された電流値と電圧値とを乗算した値であるパワー値のうちの何れか一つである、圧縮機制御因子を検出する段階であって、
今回演算されたダンピング係数の値と前回周期のダンピング係数の値と比較して、増加する傾向が減少する傾向に、又は減少する傾向が増加する傾向に変化する、前記演算されたダンピング係数の変曲点を検出する段階を有する、圧縮機制御因子を検出する段階と、
前記ダンピング係数の変曲点が検出されるとき、所定の値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し、前記ダンピング係数の変曲点が検出されないとき、所定の値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定するストローク指令値を決定する段階と、
前記決定されたストローク指令値と前記推定されたストローク値とを比較する段階と、
前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より大きい場合には、前記モータに印加される電圧を所定のレベルだけ増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より小さい場合には、前記モータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させるように、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる段階と、
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。
【数１】
0004842532.tif 000024
【数２】
0004842532.tif 000025
【数３】
0004842532.tif 000026
〔数１〕から〔数３〕において、αはモータ定数、ｋは圧縮機のバネ常数、ｍは圧縮機の質量、ｗは圧縮機の運転周波数、ｃは圧縮機の粘性係数、θは圧縮機の電流とストロークとの位相差、Ｋｍは圧縮機の機械的バネ常数を表わす。
【請求項１６】
前記圧縮機制御因子を検出する段階は、
更に、前記圧縮機の推定されたストローク値及び前記圧縮機のモータの検出された電流値を使って、前記数３に基づいてダンピング係数を演算する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１７】
往復動式圧縮機のモータの検出された電流値及び電圧値と、前記モータの検出された電流値、電圧値及びパラメータに基づいて推定されたストローク値とのいずれか２つに基づいて導き出された、圧縮機制御因子であって、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなる、ストローク値を検出するための、前記圧縮機の、数１で定義されるストローク決定常数、数２で定義されるガスバネ常数、数３で定義されるダンピング係数及び、前記検出された電流値と電圧値とを乗算した値であるパワー値のうちの何れか一つである、圧縮機制御因子を検出する段階であって、
今回演算されたパワー値と前回周期のパワー値と比較して、増加する傾向が減少する傾向に、又は減少する傾向が増加する傾向に変化する、前記演算されたパワー値の変曲点を検出する段階を有する、圧縮機制御因子を検出する段階と、
前記パワー値の変曲点が検出されるとき、所定の値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し、前記パワー値の変曲点が検出されないとき、所定の値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定するストローク指令値を決定する段階と、
前記決定されたストローク指令値と前記推定されたストローク値とを比較する段階と、
前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より大きい場合には、前記モータに印加される電圧を所定のレベルだけ増加させ、前記決定されたストローク指令値が前記推定されたストローク値より小さい場合には、前記モータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させるように、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる段階と、
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。
【数１】
0004842532.tif 000027
【数２】
0004842532.tif 000028
【数３】
0004842532.tif 000029
〔数１〕から〔数３〕において、αはモータ定数、ｋは圧縮機のバネ常数、ｍは圧縮機の質量、ｗは圧縮機の運転周波数、ｃは圧縮機の粘性係数、θは圧縮機の電流とストロークとの位相差、Ｋｍは圧縮機の機械的バネ常数を表わす。
【請求項１８】
前記圧縮機制御因子を検出する段階は、
更に、前記圧縮機のモータに印加される電流値及び電圧値に基づいてパワー値を演算する段階を含むことを特徴とする請求項１７に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、往復動式圧縮機に関するもので、詳しくは、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】
一般に、往復動式圧縮機は、ピストンがシリンダの内部で線形に往復運動を行いながら、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。このような往復動式圧縮機は、前記ピストンを駆動する方式によって、レシプロ方式とリニア方式とに大別される。
前記レシプロ方式は、回転モータにクランクシャフトを係合し、該クランクシャフトにピストンを嵌合することで、前記回転モータの回転力により前記ピストンを直線往復運動させる方式であり、前記リニア方式は、直線モータにピストンを直接連結することで、前記直線モータの直線運動により前記ピストンを直線往復運動させる方式である。
【０００３】
即ち、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、よって、一般の圧縮機よりも圧縮効率が高いという利点がある。
また、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することで、前記圧縮機の圧縮比を調節することができるため、冷気装置の冷力を制御することができる。
【０００４】
以下、このような往復動式圧縮機を制御するための運転制御装置を図１２に基づいて説明する。
図１２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ある。図示するように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、圧縮機のモータに印加される電圧を検出する電圧検出部１５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１４と、前記検出された電流、前記検出された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部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、その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変化させて前記モータのストロークを制御する制御器１２と、から構成されている。
【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を図１３に基づいて説明する。
図１３は、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示したフローチャートである。図示するように、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電圧値及び電流値を検出する段階(ステップS２１)と、前記検出された電圧値、前記検出された電流値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(ステップS２２)と、前記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(ステップ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も大きいとき、前記モータに印加される電圧を減少させる段階(ステップ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も小さいとき、前記モータに印加される電圧を増加させる段階(ステップS２５)と、を行う。
【０００６】
以下、このような往復動式圧縮機の運転制御方法をより詳しく説明する。
まず、所定の周期毎に、前記電圧検出部１５は、前記圧縮機のモータに印加される電圧値を検出し、該検出された電圧値を前記ストローク推定部１６に出力し、前記電流検出部１４は、前記圧縮機のモータに印加される電流値を検出し、該検出された電流値を前記ストローク推定部１６に出力する(ステップS２１)。
次いで、前記ストローク推定部１６は、前記検出された電流値、前記検出された電圧値及び前記モータパラメータ(例えば、モータの抵抗、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(ステップS２２)。
【０００７】
【数１】
0004842532.tif 000002
【０００８】
ここに、αはモータ定数、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す。
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、その比較結果による差信号を発生して前記制御器１２に出力する(ステップ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変化させることで前記圧縮機のストロークを制御し、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も大きいと、前記モータに印加される電圧を減少させ(ステップS２４)、前記ストローク推定値が前記ストローク指令値よりも小さいと、前記モータに印加される電圧を増加させる(ステップS２５)。
このように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、前記モータに印加される電圧を変化させることで、前記ストロークを恒常一定に制御するため、前記圧縮機を安定的に駆動させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来の往復動式圧縮機の運転制御装置においては、モータ定数、モータの抵抗、モータのインダクタンス及びモータの電流のようなモータパラメータに基づいて圧縮機のストロークを推定するため、前記モータパラメータの偏差により前記推定された圧縮機のストロークに誤差が発生するという問題点があった。
【００１０】
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、モータパラメータの偏差により発生するストローク偏差を前記往復動式圧縮機のピストンが上死点TDC(Top Dead Center)にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を基準に補正することで、圧縮機のストロークを精密に制御し得る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】
【００１１】
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、往復動式圧縮機の推定されたストローク値と該往復動式圧縮機のモータに印加される電流値及び電圧値とに基づいて、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を検出するための圧縮機制御因子を検出する圧縮機制御因子検出部と、前記検出された圧縮機制御因子に基づいて予め設定されたストローク指令値を決定するストローク指令値決定部と、前記決定されたストローク指令値によって前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる制御器と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１２】
そして、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機の推定されたストローク値と該往復動式圧縮機のモータに印加される電流値及び電圧値とに基づいて、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を検出するための圧縮機制御因子を検出する段階と、前記検出された圧縮機制御因子に基づいて予め設定されたストローク指令値を決定する段階と、前記決定されたストローク指令値によって前記往復動式圧縮機に印加される電圧を変化させる段階と、を順次行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
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、モータパラメータの偏差により発生するストローク偏差を、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を基準に補正することで、圧縮機のストロークを精密に制御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】
【００１４】
以下、モータパラメータの偏差により発生するストローク偏差を上死点TDC(Top Dead Center)≒「０」の地点に対応するストローク値、すなわち、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を基準に補正することで、圧縮機のストロークを精密に制御し得る、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を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。ここで、前記圧縮機内部のピストンの上死点TDC≒「０」の地点は、該圧縮機内部のピストンの頂点隙間容積(Top Clearance Volume)に該当する空間が略「０」であることを示す。
【００１５】
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概略的に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は、圧縮機１３のモータに印加される電流値を検出する電流検出部１４と、前記圧縮機１３のモータに印加される電圧値を検出する電圧検出部１５と、前記検出された電流値及び電圧値に基づいてストローク推定値を演算するストローク推定部１６と、前記検出された電圧値、前記検出された電流値及び前記演算されたストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を検出するための圧縮機制御因子を検出する圧縮機制御因子検出部１７と、前記検出された圧縮機制御因子に基づいてストローク指令値を決定するストローク指令値決定部１８と、前記決定されたストローク指令値と前記演算されたストローク推定値とを比較し、その比較結果による差値を出力する比較器１１と、前記出力された差値に基づいて前記圧縮機１３に印加される電圧を変化させる制御器１２と、を含んで構成されている。
【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方法を図２に基づいて説明する。
図２は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法を概略的に示したフローチャートで、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は、圧縮機のモータに印加される電流値及び電圧値を検出する段階(ステップS４１)と、前記検出された電流値及び電圧値に基づいて前記圧縮機のストローク推定値を演算する段階(ステップS４２)と、前記検出された電流値、前記検出された電圧値及び前記演算されたストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を検出するための圧縮機制御因子を検出する段階(ステップS４３)と、前記検出された圧縮機制御因子に基づいてストローク指令値を決定する段階(ステップS４４)と、前記決定されたストローク指令値及び前記演算されたストローク推定値に基づいて前記圧縮機に印加される電圧を変化させる段階(ステップS４５)と、を順次行う。
【００１７】
以下、このような本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御方法をより詳しく説明する。
まず、予め決定された周期毎に、前記電流検出部１４は、前記圧縮機１３のモータに印加される電流値を検出し、前記電圧検出部１５は、前記圧縮機１３のモータに印加される電圧値を検出する(ステップS４１)。
【００１８】
次いで、前記ストローク推定部１６は、前記検出された電流値及び電圧値に基づいて前記圧縮機１３のストローク推定値を演算する(ステップS４２)。
次いで、前記圧縮機制御因子検出部１７は、前記検出された電流値、前記検出された電圧値及び前記演算されたストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を検出するための圧縮機制御因子を検出する(ステップS４３)。ここで、前記圧縮機制御因子は、圧縮機１３のストローク決定常数、圧縮機１３のガスバネ常数、圧縮機１３のダンピング係数及び圧縮機１３のパワー値であることが好ましい。このような圧縮機制御因子を通して、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を検出する過程は、以下の実施形態で詳しく説明する。
【００１９】
次いで、前記ストローク指令値決定部１８は、前記検出された圧縮機制御因子に基づいて前記ストローク指令値を決定し、該決定されたストローク指令値を前記比較器１１に印加する。即ち、前記ストローク指令値決定部１８は、前記圧縮機制御因子に基づいて所定の値だけ変化させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定する(ステップS４４)。
【００２０】
次いで、前記比較器１１は、前記決定されたストローク指令値と前記演算されたストローク推定値とを比較し(ステップS４５１)、その比較結果による差値を前記制御器１２に出力し、該制御器１２は、前記差値に基づいて前記圧縮機１３のストロークを変化させる。即ち、前記制御器１２は、前記決定されたストローク指令値が前記演算されたストローク推定値よりも大きいとき、前記圧縮機１３のモータに印加される電圧を所定レベルだけ増加させ(S４５３)、前記決定されたストローク指令値が前記演算されたストローク推定値よりも小さいとき、前記圧縮機１３のモータに印加される電圧を所定レベルだけ減少させる(ステップS４５２)。
【００２１】
このとき、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の第１〜第４実施形態は、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を検出するための圧縮機制御因子として、ストローク決定常数、ガスバネ常数、ダンピング係数及びパワー値の変曲点をそれぞれ適用することで実現される。以上、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詳しく説明したので、以下では前記各圧縮機制御因子が適用された第１〜第４実施形態における、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を検出する過程についてのみ説明する。
【００２２】
以下、前記圧縮機制御因子として前記ストローク決定常数が適用された、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第１実施形態を説明する。
図３は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第１実施形態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の第１実施形態は、前記ストローク推定部１６により演算されたストローク推定値及び前記電流検出部１４により検出された電流に基づいてストローク決定常数を演算するストローク決定常数演算部１７１と、前記演算されたストローク決定常数を以前周期のストローク決定常数と比較し、その比較結果に基づいてストローク決定常数の変曲点を検出するストローク決定常数変曲点検出部１７２と、前記検出されたストローク決定常数の変曲点に基づいてストローク指令値を決定するストローク指令値決定部１８と、を含んで構成されている。
【００２３】
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第１実施形態の運転制御方法を図４に基づいて説明する。
図４に示したように、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第１実施形態の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電流値及び圧縮機のストローク推定値に基づいてストローク決定常数を演算する段階(ステップS６３)と、前記演算されたストローク決定常数と以前周期のストローク決定常数とを比較し、その比較結果に基づいてストローク決定常数の変曲点が発生したか否かを判断する段階(ステップS６４１)と、前記ストローク決定常数の変曲点が発生したとき、所定の値だけ減少させた現在の運転周波数をストローク指令値として決定する段階(ステップS６４２)と、を順次行う。このとき、前記ストローク決定常数の変曲点が発生したか否かを判断する段階で、前記ストローク決定常数の変曲点が発生しなかったときは、前記予め所定の値だけ増加させた現在の運転周波数をストローク指令値として決定する(ステップS６４３)。
【００２４】
以下、このような本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第１実施形態の運転制御方法において、前記ストローク決定常数に基づいて前記ストローク指令値を決定する過程を詳しく説明する。
まず、前記ストローク決定常数は、前記演算されたストローク推定値を前記検出された電流値で除算した値、または前記検出された電流値を前記演算されたストローク推定値で除算した値と定義する。よって、前記ストローク決定常数演算部は、前記ストローク決定常数を下記式（２）により演算する。
【００２５】
【数２】
0004842532.tif 000003
【００２６】
ここに、αはモータ常数、kは前記圧縮機のバネ常数、mは前記圧縮機の質量、wは前記圧縮機の運転周波数、cは前記圧縮機の粘性係数をそれぞれ示す。
その後、前記ストローク決定常数変曲点検出部は、前記演算されたストローク決定常数の変曲点を検出する(ステップS６４１)。
【００２７】
このようにストローク決定常数の変曲点を求める原理を図５(A)〜５(B)に基づいて説明する。
図５(A)及び５(B)は、本発明の第１実施形態のストローク決定常数の変曲点を検出する原理を示したグラフで、前記ストローク決定常数の変曲点は、図５(A)に示したように、前記ストローク決定常数の値が下降区間から上昇区間に変化されるか、または、図５(B)に示したように、前記ストローク決定常数の値が上昇区間から下降区間に変化される地点を示す。従って、前記ストローク決定常数変曲点検出部は、前記演算されたストローク決定常数の値と以前周期のストローク決定常数の値とを比較することで、前記ストローク決定常数の変曲点が発生したか否かを判断することができる。ここで、前記ストローク決定常数の変曲点でのストローク値は、前記往復動式圧縮機のピストンが上死点にあるとき、該ピストンの頂点隙間容積がほぼゼロとなるストローク値を示す。
【００２８】
従って、前記ストローク指令値決定部は、前記ストローク決定常数の変曲点が発生したとき、予め決定された値だけ減少させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定し(ステップS６４２)、前記ストローク決定常数の変曲点が発生しなかったときは、予め決定された値だけ増加させた現在周期のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定する(ステップS６４３)。
【００２９】
以下、前記圧縮機制御因子としてガスバネ常数が適用された、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第２実施形態を説明する。
図６は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第２実施形態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の第２実施形態は、前記ストローク推定部１６により演算されたストローク推定値及び前記電流検出部１４により検出された電流に基づいてガスバネ常数を演算するガスバネ常数演算部１７３と、前記演算されたガスバネ常数を以前周期のガスバネ常数と比較し、その比較結果に基づいてガスバネ常数の変曲点を検出するガスバネ常数変曲点検出部１７４と、前記検出されたストローク決定常数の変曲点に基づいてストローク指令値を決定するストローク指令値決定部１８と、を含んで構成されている。
【００３０】
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第２実施形態の運転制御方法を図７に基づいて説明する。
図７に示したように、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第２実施形態の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電流値及び圧縮機のストローク推定値に基づいてガスバネ常数を演算する段階(ステップS９３)と、前記演算されたガスバネ常数と以前周期のガスバネ常数とを比較し、その比較結果に基づいてガスバネ常数の変曲点が発生したか否かを判断する段階(ステップS９４１)と、前記ガスバネ常数の変曲点が発生したとき、所定の値だけ減少させた現在のストローク指令値をストローク指令値として決定する段階(ステップS９４２)と、を順次行う。このとき、前記ガスバネ常数の変曲点が発生したか否かを判断する段階で、前記ガスバネ常数の変曲点が発生しなかったときは、所定の値だけ増加させた現在のストローク指令値をストローク指令値として決定する(ステップS９４３)。
【００３１】
このような本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第２実施形態の運転制御方法に適用された前記ガスバネ常数は、下記式（３）により演算される。
【００３２】
【数３】
0004842532.tif 000004
【００３３】
ここに、αはモータ常数、θは前記圧縮機の電流とストロークとの位相差、mは前記圧縮機の質量、wは前記圧縮機の運転周波数、Kmは前記圧縮機の機械的バネ常数をそれぞれ示す。
前記ガスバネ常数の変曲点が発生したか否かを判断し、その判断結果によってストローク指令値を変化させる過程は、前述した第１実施形態の往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法と同様であるので省略する。
【００３４】
以下、前記圧縮機制御因子としてダンピング係数が適用された、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第３実施形態を説明する。
図８は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第３実施形態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の第３実施形態は、前記ストローク推定部１６により演算されたストローク推定値及び前記電流検出部１４により検出された電流に基づいてダンピング係数を演算するダンピング係数演算部１７５と、前記演算されたダンピング係数を以前周期のダンピング係数と比較し、その比較結果に基づいてダンピング係数の変曲点を検出するダンピング係数変曲点検出部１７６と、前記検出されたダンピング係数の変曲点に基づいてストローク指令値を決定するストローク指令値決定部１８と、を含んで構成されている。
【００３５】
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第３実施形態の運転制御方法を図９に基づいて説明する。
図９に示したように、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第３実施形態の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電流値及び圧縮機のストローク推定値に基づいてダンピング係数を演算する段階(ステップS１１３)と、前記演算されたダンピング係数と以前周期のダンピング係数とを比較し、その比較結果に基づいてダンピング係数の変曲点が発生したか否かを判断する段階(ステップS１１４１)と、前記ダンピング係数の変曲点が発生したとき、所定の値だけ減少させた現在のストローク指令値をストローク指令値として決定する段階(ステップS１１４２)と、を順次行う。このとき、前記ダンピング係数の変曲点が発生したか否かを判断する段階で、前記ダンピング係数の変曲点が発生しなかったときは、所定の値だけ増加させた現在のストローク指令値をストローク指令値として決定する(ステップS１１４３)。
このような本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第３実施形態の運転制御方法に適用されたダンピング係数は、下記式（４）により演算される。
【００３６】
【数４】
0004842532.tif 000005
【００３７】
ここに、αはモータ常数、θは前記圧縮機の電流とストロークとの位相差、wは前記圧縮機の運転周波数をそれぞれ示す。
前記ダンピング係数の変曲点が発生したか否かを判断し、その判断結果によってストローク指令値を変化させる過程は、前述した第１実施形態の往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法と同様であるので省略する。
【００３８】
以下、前記圧縮機制御因子としてパワー値が適用された、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第４実施形態を説明する。
図１０は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第４実施形態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の第４実施形態は、前記電圧検出部１５により検出された電圧及び前記電流検出部１４により検出された電流に基づいてパワー値を演算するパワー値演算部１７７と、前記演算されたパワー値を以前周期のパワー値と比較し、その比較結果に基づいてパワー値の変曲点を検出するパワー値変曲点検出部１７８と、前記検出されたパワー値の変曲点に基づいてストローク指令値を決定するストローク指令値決定部１８と、を含んで構成されている。
【００３９】
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第４実施形態の運転制御方法を図１１に基づいて説明する。
図１１に示したように、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第４実施形態の運転制御方法は、圧縮機のモータに印加される電流値及び電圧値に基づいてパワー値を演算する段階(ステップS１３３)と、前記演算されたパワー値と以前周期のパワー値とを比較し、その比較結果に基づいてパワー値の変曲点が発生したか否かを判断する段階(ステップS１３４１)と、前記パワー値の変曲点が発生したとき、所定の値だけ減少させた現在のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定する段階(ステップS１３４２)と、を順次行う。このとき、前記パワー値の変曲点が発生したか否かを判断する段階で、前記パワー値の変曲点が発生しなかったときは、所定の値だけ増加させた現在のストローク指令値を前記ストローク指令値として決定する(ステップS１３４３)。
【００４０】
このような本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第４実施形態の運転制御方法に適用された前記圧縮機のパワー値は、前記圧縮機のモータに印加される電流値と電圧値とを乗算した値をいう。
【００４１】
前記パワー値の変曲点が発生したか否かを判断し、その判断結果によってストローク指令値を変化させる過程は、前述した第１実施形態の往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法と同様であるので省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置を概略的に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概略的に示したフローチャートである。
【図３】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第１実施形態を示したブロック図である。
【図４】図３の運転制御方法を示したフローチャートである。
【図５】図３のストローク決定常数の変曲点を検出する原理を示したグラフである。
【図６】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第２実施形態を示したブロック図である。
【図７】図６の運転制御方法を示したフローチャートである。
【図８】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第３実施形態を示したブロック図である。
【図９】図８の運転制御方法を示したフローチャートである。
【図１０】本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の第４実施形態を示したブロック図である。
【図１１】図１０の運転制御方法を示したフローチャートである。
【図１２】従来の往復動式圧縮機の運転制御装置を示したブロック図である。
【図１３】従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１１    比較器
１２    制御器
１３    圧縮機
１４    電流検出部
１５    電圧検出部
１６    ストローク推定部
１７    圧縮機制御因子検出部
１７１    ストローク決定常数演算部
１７２    ストローク決定常数変曲点検出部
１７３    ガスバネ常数演算部
１７４    ガスバネ常数変曲点検出部
１７５    ダンピング係数演算部
１７６    ダンピング係数変曲点検出部
１７７    パワー値演算部
１７８    パワー値変曲点検出部
１８    ストローク指令値決定部
【図１】
0004842532.tif 000030
【図２】
0004842532.tif 000031
【図３】
0004842532.tif 000032
【図４】
0004842532.tif 000033
【図５】
0004842532.tif 000034
【図６】
0004842532.tif 000035
【図７】
0004842532.tif 000036
【図８】
0004842532.tif 000037
【図９】
0004842532.tif 000038
【図１０】
0004842532.tif 000039
【図１１】
0004842532.tif 000040
【図１２】
0004842532.tif 000041
【図１３】
0004842532.tif 000042