(57)【要約】【課題】高負荷トルク・低速領域の使用においても騒音・振動を抑制するとともに、駆動効率の悪化や発熱の増大を抑え、脱調を防止した信頼性の高い１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転装置を提供する【解決手段】トルクゲイン設定手段１０を設けて、１ピストンロータリーコンプレッサ６の回転負荷トルク変動に対して電圧制御手段４のトルクゲインを所定の物理量に基づき設定し補正する。これによってトルクゲインを最適に設定しピーク電流を減少させることにより、高負荷トルク・低速領域の使用においても駆動効率の悪化や発熱の増大を抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子の開閉により直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換手段と、モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、前記誘起電圧検出手段から出力される磁極位置情報に基づいて出力電圧を制御する電圧制御手段と、出力電圧をＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ制御手段とを備え、１ピストンロータリーコンプレッサーに連結されたブラスレスＤＣモータを駆動する運転装置において、トルクゲイン設定手段を設けて、前記１ピストンロータリーコンプレッサの回転負荷トルク変動に対して、前記電圧制御手段のトルクゲインを所定の物理量に基づき設定し補正することを特徴とするトルク制御運転装置。
【請求項２】
ブラスレスＤＣモータの相電流を検出する電流センサを備え、前記所定の物理量は、電流センサにより検出された電流値と使用するモータの減磁電流との差から行う比例制御の調整量の出力であることを特徴とする請求項１に記載のトルク制御運転装置。
【請求項３】
外気温度と１ピストンロータリーコンプレッサの温度を検出する温度検知手段を備え、前記所定の物理量は、前記２つの温度の相互関係から導き出されるモータの負荷状態を示す領域識別の出力であることを特徴とする請求項１に記載のトルク制御運転装置。
【請求項４】
熱交換器温度と１ピストンロータリーコンプレッサの温度を検出する温度検知手段を備え、前記所定の物理量は、前記２つの温度の相互関係から導き出されるモータの負荷状態を示す領域識別の出力であることを特徴とする請求項１に記載のトルク制御運転装置。
【請求項５】
前記所定の物理量は、トルクゲージを用いて検出される熱交換器の振動値情報から導き出されるモータの負荷状態を示す出力であることを特徴とする請求項１に記載のトルク制御運転装置。
【請求項６】
前記所定の物理量は、光学式振動センサを用いて検出される１ピストンロータリーコンプレッサの振動値情報から導き出されるモータの負荷状態を示す出力であることを特徴とする請求項１に記載のトルク制御運転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータを用いた空気調和機用の１ピストンロータリーコンプレッサの駆動制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータを回転数制御するモータ運転装置として、従来１２０゜通電制御の方式(特許文献１参照)と、正弦波１８０゜通電制御(特許文献２および３参照)がある。
【０００３】
図８は従来の一般的な制御ブロック図である。図８において、モータ運転装置は、高速に開閉する６つのスイッチング素子からなり直流電圧を疑似交流電圧に変換しブラシレスＤＣモータ１を駆動する直流交流変換手段２と、ブラシレスＤＣモータ１の回転子位置を検出する誘起電圧検出手段５の出力である磁極位置情報７に基づいて出力電圧を制御する電圧制御手段４と、電圧制御手段４の出力をブラシレスＤＣモータ１を回転数制御する印加電圧・周波数・位相を制御するためのデューティ信号として直流交流変換手段２に出力するＰＷＭ制御手段３から構成されている。
【０００４】
以上のように構成されたモータ運転装置において、直流電圧は直流交流変換手段２にて周波数・位相可変の疑似交流電圧に変換されてブラシレスＤＣモータ１に出力され、ブラシレスＤＣモータ１の回転数は、直流交流変換手段２から出力される疑似交流電圧の周波数・位相（以下「インバータ周波数」という。）を変化させることにより制御される。このインバータ周波数は、ＰＷＭ制御手段３により制御される。ＰＷＭ制御手段３は直流交流変換手段２のスイッチング素子を開閉する６通りのベースパターンを出力する。それらのベースパターンによりスイッチング素子が開閉されることにより、直流交流変換手段２から出力されるインバータ周波数が制御される。
【０００５】
ブラシレスＤＣモータ１の回転数を変更するとき、ＰＷＭ制御手段３の回転位相情報に基づき、直流交流変換手段２のインバータ周波数を変化させながら、ブラシレスＤＣモータ１を回転数制御する。
【０００６】
ここで、磁極位置情報７の位相検知特性は、直流交流変換手段２の出力するインバータ周波数や、電圧振幅に依存せず、ブラシレスＤＣモータ１より発生する誘起電圧を誘起電圧検出手段５で直接検知し、ブラシレスＤＣモータ１の磁極位置を推定演算する。
【０００７】
ＰＷＭ制御手段３では、回転位相情報に基づき、６通りのベースパターンを出力する。直流交流変換手段２は、６個のスイッチング素子を有し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対して、それぞれ上アームにスイッチング素子１個、下アームにスイッチング素子１個具備している。
【０００８】
従来のブラシレスＤＣモータ運転装置によるモータ駆動においては、ブラシレスＤＣモータ１に印加される負荷トルクが小トルクのもとでは、ブラシレスＤＣモータ１は本来のトルク性能を発揮し、良好な速度制御性能と、かなりの速度脈動に対しても速度追従性がよく、十分な高速応答性を確保することが可能である。制御回路の構成とモータ運転プログラムも簡単なため、制御回路を含めたシステム全体の低コストが図れるという大きなメリットがある。
【特許文献１】特開平１−８８９０号公報
【特許文献２】特開平７−２４５９８２号公報
【特許文献３】特開平７−３３７０７９号公報
【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、前記従来の構成では、１ピストンロータリーコンプレッサの回転が低速領域であったり、過負荷時には、ブラシレスＤＣモータ１の騒音・振動が増加してくるため、トルクゲインを大きく設定し、振動抑制を行うが、ゲインを大きくするとモータに流れる電流が増加してくる。このような状況下では駆動効率の悪化や発熱の増大、最悪の場合は脱調し、パワー部品の破壊、モータ機器の破損へとつながる恐れがある。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高負荷トルク・低速領域の使用においても騒音・振動を抑制するとともに、駆動効率の悪化や発熱の増大を抑え、脱調を防止した信頼性の高い１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転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】
前記従来の課題を解決するために、本発明のトルク制御運転装置は、トルクゲイン設定手段を設けて、１ピストンロータリーコンプレッサの回転負荷トルク変動に対して電圧制御手段のトルクゲインを所定の物理量に基づき設定し補正するものである。これによってトルクゲインを最適に設定しピーク電流を減少させることにより、高負荷トルク・低速領域の使用においても駆動効率の悪化や発熱の増大を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のトルク制御運転装置は、高負荷トルク・低速領域の使用においてもモータのピーク電流を低減させ騒音・振動を抑制するとともに、駆動効率の悪化や発熱の増大を抑え高効率で、脱腸を防止した高信頼性の１ピストンロータリーコンプレッサ駆動を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、スイッチング素子の開閉により直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換手段と、モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、誘起電圧検出手段から出力される磁極位置情報に基づいて出力電圧を制御する電圧制御手段と、出力電圧をＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ制御手段とを備え、１ピストンロータリーコンプレッサーに連結されたブラスレスＤＣモータを駆動する運転装置において、トルクゲイン設定手段を設けて、１ピストンロータリーコンプレッサの回転負荷トルク変動に対して電圧制御手段のトルクゲインを所定の物理量に基づき最適に設定することにより、ピーク電流の増加を防ぎ、騒音・振動を抑制するとともに、駆動効率の悪化や発熱の増大を抑え、脱調を発生防止して信頼性を高めることができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明で、ブラスレスＤＣモータの相電流を検出する電流センサを備え、所定の物理量は、電流センサにより検出された電流値と使用するモータの減磁電流との差から行う比例制御の調整量の出力とすることにより、ブラシレスＤＣモータを流れる相電流を検出し、使用するモータの減磁電流の値から目標とするモータ電流値を設定し、その値に近づくようにトルクゲインを調整し、ピーク電流を低減しモータの減磁電流値内に抑えるものである。これによって前記の効果を得ることができる。
【００１５】
第３の発明は、特に第１の発明で、外気温度と１ピストンロータリーコンプレッサの温度を検出する温度検知手段を備え、所定の物理量は、前記２つの温度の相互関係から導き出されるモータの負荷状態を示す領域識別値の出力として、その値に応じてトルクゲインを最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。
【００１６】
第４の発明は、特に第１の発明で、熱交換器温度と１ピストンロータリーコンプレッサの温度を検出する温度検知手段を備え、所定の物理量は、前記２つの温度の相互関係から導き出されるモータの負荷状態を示す領域識別の出力として、その値に応じてトルクゲインを最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。
【００１７】
第５の発明は、特に第１の発明で、所定の物理量はトルクゲージを用いて検出される熱交換器の振動値情報から導き出されるモータの負荷状態を示す出力として、その値に応じてトルクゲインを最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。
【００１８】
第６の発明は、特に第１の発明で、所定の物理量は、光学式振動センサを用いて検出される１ピストンロータリーコンプレッサの振動値情報から導き出されるモータの負荷状態を示す出力として、その値に応じてトルクゲインを最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１、図２を用いて本発明の実施の形態１におけるトルク制御運転装置を説明する。
【００２１】
図１は本実施の形態１の制御ブロック図である。
【００２２】
従来例の構成に直流交流変換手段２の回路からブラシレスＤＣモータ７へと繋がる渡り線に相電流検出手段８を設けてモータの相電流を検出し、その相電流検出手段から出力される相電流値情報９に基づいてトルクゲインを調整するトルクゲイン設定手段１０を設け、そのトルクゲイン調整量１１は、電圧制御手段４へとフィードバックされる。
【００２３】
トルクゲイン設定手段１０では、トルクゲイン調整量１１をモータの減磁電流値IMAXを目標として、その目標値と相電流検出手段８から得られる現在の電流値との差に比例するように調整する比例制御を用いると、トルクゲイン調整量Ｇｎは、
Ｇｎ+１＝Ｇｎ＝ＧMAX（０≦I＜Ｉａ）
Ｇｎ+１＝Ｇｎ＋Ｋ（ＩMAX―Ｉｎ） （Ｉａ≦Ｉ）
と表される。ここでＩｎは相電流検出手段８から得られる現在の電流値、ＩａはトルクゲインをＧＭＡＸから絞り始める点Ｔ１での電流値である。
【００２４】
図２（ａ）(ｂ)のように電流の立ち上がりは、トルクゲイン調整量をＧMAXで一定にさせる。そして、電流値がある傾きＩａ/Ｔ１で増加していき(Ｔ１＞Ｔ＞０、Ｉａ＞Ｉ＞０)、Ｉａに達すると、図２（ａ）のようにトルクゲイン調整量を操作し、Ｉ＝ｆ(ｔ)の関係で、電流値を調整していき、収束ポイントである時間Ｔ２(Ｔ２＞Ｔ１＞０)には、目標とする電流値IMAX（IMAX＞Ｉａ＞０、IMAX＝ｆ(Ｔ２)）にスムーズに収束するように比例制御を行うことで、ピーク電流の増加を防ぎ、モータの振動、発熱を抑え、脱調を発生することなく安定した１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図３、図４を用いて本発明の実施の形態２におけるトルク制御運転装置を説明する。
【００２６】
図３は、本実施の形態２の制御ブロック図である。
【００２７】
従来例の構成に、１ピストンロータリーコンプレッサ６の温度検出手段１３と、外気温
度検出手段１４を設け、各々の出力を１ピストンロータリーコンプレッサ温度情報１５と外気温度情報１６とする。本実施例の温度検出手段１３と、外気温検出手段１４は公知のサーミスタと抵抗の分圧を用いた方式を採用している。
【００２８】
図４の（ａ）に示すように１ピストンロータリーコンプレッサ温度情報１５をＴｈ、外気温度情報１６をＴｏとし、その差Ｔｈ−Ｔｏ＝Ｋｎを求め、Ｋｎが過負荷領域Ｋ４、Ｋ５の範囲外である場合、トルクゲインを増加させていく。その増加はＫｎの値毎にステップ状に増加させていく。ここでＫｎはＫ５＞Ｋ４＞Ｋ３＞Ｋ２＞Ｋ１＞０の関係で表される。そして、図４の（ｂ）に示すようにトルクゲインＧｎは初期値Ｇ０から始まり、ＫｎがＫ１までは、（Ｇ１−Ｇ０）／Ｋ１の傾きで、さらにＫ２までは、（Ｇ２−Ｇ１）／（Ｋ２−Ｋ１）の傾きで、そして、（Ｇ３−Ｇ２）／（Ｋ３−Ｋ２）の傾きでステップ制御を行い、ＧMAXまで増加させる。その後、温度が上昇して、過負荷領域Ｋ４の範囲に達すると、ブラスレスＤＣモータ１の負荷が過負荷でピーク電流が増大していると判断し、トルクゲインを調整し、初期値Ｇ０に至るまで、傾き(Ｇ５−Ｇ４)／（Ｋ５−Ｋ４）で急激に減少させ、ピーク電流を減少させる。そして、Ｋ４を超えてＫ５に達すると、トルクゲイン量を０に近づける。この時、ＧｎはＧ３＝Ｇ４＞Ｇ２＞Ｇ１＞Ｇ０＝Ｇ５＞０、Ｇ３＝Ｇ４＝ＧMAXの関係で表される。以上のように、トルクゲインを段階的に下げることによりピーク電流を減少させて、モータ機器の破損なく安定した１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
【００２９】
さらに、図５に示すように、外気温度を検出する代わりに熱交換器温度を検出することで、１ピストンロータリーコンプレッサ６の温度上昇値を算出することができ、その値からより正確にトルクゲインの調整を行うことが可能となる。
【００３０】
（実施の形態３）
図６、図７を用いて本発明の実施の形態３におけるトルク制御運転装置を説明する。
【００３１】
図６は、本実施の形態３の制御ブロック図である。
【００３２】
従来例の構成に、熱交換器１２の振動をピックアップする振動検出手段１９としてトルクゲージを備えたものであり、振動情報２０をトルクゲイン設定手段１０にフィードバックする。
【００３３】
既に述べたように、ブラスレスＤＣモータ１は低速領域であったり、過負荷状態の時にはトルクゲインを増加させ、振動を抑制する。本実施の形態では、図７に示すように、振動の大きさをＡ５＞Ａ４＞Ａ３＞Ａ２＞Ａ１＞０として、振動抑制中に、熱交換器１２の振動情報２０がある値Ａ５より減少しＡ４となった場合、実施の形態２のようなステップ制御を用い、傾き（ＧＭＡＸ−ＧＡ４）/（Ａ５−Ａ４）にてトルクゲインを減少させる。同様に、Ａ３まで減少した場合は、（ＧＡ４−ＧＡ３）/（Ａ４−Ａ３）の傾きで、また、Ａ２まで減少した場合は、（ＧＡ３−ＧＡ２）/（Ａ３−Ａ２）の傾きで、そしてＡ１まで減少した場合は（ＧＡ２−ＧＡ１）/（Ａ２−Ａ１）の傾きでトルクゲインを減少させるようにステップ制御を用いることで、トルクゲインの微調整を行い、ピーク電流を超えない、安定した１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
【００３４】
また、振動検出手段１９として光学式振動センサを使用することにより同様に振動を検出し、前記記載のステップ制御を用いトルクゲインの調整を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明に係るトルク制御運転装置は、トルク変動の大きいコンプレッサ
でも振動や騒音の軽減が可能になるので、空気調和機や冷蔵冷凍機器等のコンプレッサを用いる機器に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるトルク制御運転装置の制御ブロック図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１におけるトルク制御運転装置のトルクゲイン調整量の時間変化を示すグラフ（ｂ）同、電流値の時間変化を示すグラフ
【図３】本発明の実施の形態２におけるトルク制御運転装置の制御ブロック図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２におけるトルク制御運転装置のコンプレッサと外気温度との差と負荷領域との関係を示すグラフ（ｂ）同、コンプレッサと外気温度との差とトルクゲインの関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態２におけるトルク制御運転装置の別の制御ブロック図
【図６】本発明の実施の形態３におけるトルク制御運転装置の制御ブロック図
【図７】本発明の実施の形態３におけるトルク制御運転装置の熱交換器の振動値とトルクゲインの関係を示すグラフ
【図８】従来のモータ運転装置の制御ブロック図
【符号の説明】
【００３７】
１  ブラスレスＤＣモータ
２  直流交流変換手段
３  ＰＷＭ制御手段
４  電圧制御手段
５  誘起電圧検出手段
６  １ピストンロータリーコンプレッサ
７  磁極位置情報
８  相電流検出手段
９  モータ電流値情報
１０  トルクゲイン設定手段
１１  トルクゲイン調整量
１２  熱交換器
１３  １ピストンロータリーコンプレッサ温度検出手段
１４  外気温度検出手段
１５  １ピストンロータリーコンプレッサ温度情報
１６  外気温度情報
１７  熱交換器温度検出手段
１８  熱交換器温度情報
１９  熱交換器振動検出手段
２０  熱交換器振動情報
【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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