(57)【要約】【課題】  往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいてモータの磁束飽和を考慮して決定されたストローク指令値により圧縮機のストロークを制御することにより、モータ内のコイルから発生する磁束が過飽和状態になるのを予め防止し、圧縮機のストローク推定値を演算する時に発生する誤差を減少できる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】  往復動式圧縮機４０のストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機４０内のモータの磁束飽和常数を演算する磁束飽和常数演算部８０と、この演算された磁束飽和常数に基づいて予め決定されたストローク指令値を所定のレベルだけ増減して、この増減されたストローク指令値を発生するストローク指令値発生部１０と、この発生したストローク指令値に基づいて往復動式圧縮機４０内のモータに印加される電圧を制御する制御部３０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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいて前記往復動式圧縮機内のモータの磁束飽和常数を演算する磁束飽和常数演算部と、
前記の演算された磁束飽和常数に基づいて予め決定されたストローク指令値を増減して、該増減されたストローク指令値を発生するストローク指令値発生部と、
前記の発生したストローク指令値に基づいて前記往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を制御する制御部と、
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】
前記磁束飽和常数は、
前記往復動式圧縮機の１圧縮行程に対応する一周期間のストロークのピーク−ピーク値を、前記一周期間のストローク積分値で割った値であ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】
前記磁束飽和常数は、
前記往復動式圧縮機の１圧縮行程に対応する一周期間のストロークのピーク−ピーク値を、前記一周期間のストローク実効値で割った値であ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】
前記ストローク指令値発生部は、
前記演算された磁束飽和常数と予め設定された基準磁束飽和常数とを比較し、該比較された結果値に基づいてストローク指令値を増減して、該増減されたストローク指令値を発生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】
前記ストローク指令値発生部は、
前記演算された磁束飽和常数がそれより前の周期の磁束飽和常数より大きく、前記演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より大きいとき、前記ストローク指令値を減少させ、
前記演算された磁束飽和常数がそれより前の周期の磁束飽和常数より大きく、前記演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より小さいとき、前記ストローク指令値を増加させ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】
前記ストローク指令値発生部は、
前記演算された磁束飽和常数がそれより前の周期の磁束飽和常数より小さく、前記演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より大きいとき、前記ストローク指令値を増加させ、
前記演算された磁束飽和常数がそれより前の周期の磁束飽和常数より小さく、前記演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より小さいとき、前記ストローク指令値を減少させ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７】
前記予め設定された基準磁束飽和常数は、
前記モータ内のコイルから発生する磁束の密度が飽和するとき、前記往復動式圧縮機内のモータが運転される前記磁束飽和常数の最大値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】
前記予め設定された基準磁束飽和常数は、
前記モータ内のコイルから発生する磁束の密度が飽和するとき、前記往復動式圧縮機内のモータが運転される前記磁束飽和常数の最大値であ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９】
前記制御部は、
前記ストローク推定値と前記発生したストローク指令値とを比較する比較手段を更に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１０】
前記制御部は、
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き、前記往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を減少させ、
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、前記往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧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装置。
【請求項１１】
往復動式圧縮機の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内のモータの磁束飽和常数を演算する段階と、
前記の演算された磁束飽和常数に基づいて予め決定されたストローク指令値を増減して、該増減されたストローク指令値を発生する段階と、
前記の発生し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内のモータに印加される電圧を制御する段階と、を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１２】
前記磁束飽和常数は、
前記往復動式圧縮機の１圧縮行程に対応する一周期間のストロークのピーク−ピーク値を、前記一周期間のストローク積分値で割っ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】
前記磁束飽和常数は、
前記往復動式圧縮機の１圧縮行程に対応する一周期間のストロークのピーク−ピーク値を、前記一周期間のストローク実効値で割っ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１４】
前記ストローク指令値を発生する段階は、
前記演算された磁束飽和常数と予め設定された基準磁束飽和常数とを比較し、該比較された結果値に基づいて予め決定されたストローク指令値を増減して、該増減されたストローク指令値を発生す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１５】
前記ストローク指令値を発生する段階は、
前記演算された磁束飽和常数がそれより前の周期の磁束飽和常数より大きく、前記磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より大きいとき、前記ストローク指令値を減少させ、
前記演算された磁束飽和常数がそれより前の周期の磁束飽和常数より大きく、前記演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より小さいとき、前記ストローク指令値を増加させる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方法。
【請求項１６】
前記ストローク指令値を発生する段階は、
前記演算された磁束飽和常数がそれより前の周期の磁束飽和常数より小さく、前記演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より大きいとき、前記ストローク指令値を増加させ、
前記演算された磁束飽和常数がそれより前の周期の磁束飽和常数より小さく、前記演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より小さいとき、前記ストローク指令値を減少させる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方法。
【請求項１７】
前記予め設定された基準磁束飽和常数は、
前記モータ内のコイルから発生する磁束の密度が飽和するとき、前記往復動式圧縮機内のモータが運転される前記磁束飽和常数の最大値である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１８】
前記予め設定された基準磁束飽和常数は、
前記モータ内のコイルから発生する磁束の密度が飽和するとき、前記往復動式圧縮機内のモータが運転される前記磁束飽和常数の最大値であることを特徴とする請求項１６に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
【請求項１９】
前記電圧を制御する段階は、
前記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を更に含む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２０】
前記電圧を制御する段階は、
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き、前記往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を減少させ、
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、前記往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を増加させることを特徴とする請求項１９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、ピストンをシリンダーの内部で直線状に往復運動させることで冷媒ガスを吸入及び圧縮し、その圧縮された冷媒ガスを吐き出す。また、往復動式圧縮機は、ピストンの駆動方式によって、レシプロ方式圧縮機とリニア方式圧縮機とに分類される。
【０００３】
上記のレシプロ方式が適用された圧縮機は、回転モータにクランクシャフトが係合され、そのクランクシャフトにピストンが係合されることで、回転モータの回転力を往復運動に転換するのに対し、リニア方式が適用された圧縮機は、直線モータの可動子に連結されたピストンを直線運動させるようになっている。
【０００４】
上記の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するクランクシャフトがないため、クランクシャフトによる摩擦損失が発生せず、一般の圧縮機より圧縮効率が高い。
【０００５】
往復動式圧縮機を冷蔵庫またはエアコンディショナに適用すると、往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧が可変にされることで、往復動式圧縮機の圧縮比が可変にされるので、冷蔵庫やエアコンディショナの冷力を制御することができる。
【０００６】
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及びその方法を図４、図５に基づいて説明する。
【０００７】
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ある。
【０００８】
図４に示したように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機内のモータに供給される電流を検出する電流検出部４と、往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を検出する電圧検出部３と、検出された電流値、電圧値及びモータの各パラメータ(例えば、モータのリアクタンス、モータのインダクタンス、モータ常数)に基づいて圧縮機のストロークを演算するストローク推定器５と、演算されたストローク推定値と予め決定されたストローク指令値とを比較し、この比較された結果による差信号を出力する比較器１と、この出力された差信号に基づいて、往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を可変させて圧縮機のストロークを制御する制御器２と、から構成される。
【０００９】
以下、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を、図５に基づいて説明する。
【００１０】
図５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。
【００１１】
図５に示したように、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法は、圧縮機内のモータに印加される電圧及び電流を検出する段階(S２０)と、この検出された電圧値、電流値及びモータの各パラメータに基づいて圧縮機のストローク推定値を演算する段階(S２１)と、この演算されたストローク推定値と予め決定されたストローク指令値とを比較する段階(S２２)と、上記の演算されたストローク推定値が予め決定されたストローク指令値より大きいとき、モータに印加される電圧を減少させる段階(S２３)と、上記の演算されたストローク推定値がストローク指令値より小さいとき、モータに印加される電圧を増加させる段階(S２４)と、を行うようになっている。
【００１２】
以下、このような往復動式圧縮機の運転制御方法を説明する。
【００１３】
まず、電圧検出部３は、圧縮機内のモータに印加される電圧を検出して、この検出された電圧値をストローク推定器５に出力し、電流検出部４は、往復動式圧縮機内のモータに供給される電流を検出して、この検出された電流値をストローク推定器５に出力する(S２０)。
【００１４】
次いで、ストローク推定器５は、上記の検出された電流値、電圧値及びモータの各パラメータを下記の式（１）に適用して圧縮機のストローク推定値を演算した後、この演算されたストローク推定値を比較器１に出力する(S２１)。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
式（１）中、Rはモータの抵抗、Lはモータのインダクタンス、ａはモータ常数、ＶMは往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧値、ｉは往復動式圧縮機内のモータに供給される電流値をそれぞれ示す。
【００１７】
その後、比較器１は、上記の演算されたストローク推定値と予め決定されたストローク指令値とを比較して、この比較された結果による差信号を発生し、この発生した差信号を制御器２に出力する(S２２)。
【００１８】
制御器２は、上記の差信号に基づいて往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を可変させて圧縮機のストロークを制御する。即ち、制御器２は、上記の演算されたストローク推定値が予め決定されたストローク指令値より大きいときは、圧縮機内のモータに印加される電圧を減少させ(S２３)、演算されたストローク推定値が予め決定されたストローク指令値より小さいときは、圧縮機内のモータに印加される電圧を増加させる(S２４)。
【００１９】
従って、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法は、圧縮機内のモータに印加される電圧及び電流を検出し、この検出された電圧及び電流に基づいてセンサレス方式で圧縮機のストローク推定値を演算することにより、圧縮機内のモータに印加される電圧を制御する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
然るに、上記の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、往復動式圧縮機のモータの負荷が過負荷のとき、そのモータ内のコイルから発生する磁束の密度が飽和して非線形特性を示すモータ常数によって、圧縮機のストローク推定値を演算する時に誤差が発生するため、圧縮機のストロークを正常に制御できないという問題点があった。
【００２１】
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、往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいてモータの磁束飽和常数(magnetic  flux  saturation  constant)を演算し、この演算された磁束飽和常数に基づいて予め決定されたストローク指令値を増加または減少させることにより、モータ内のコイルから発生する磁束の密度が過飽和状態になるのを予め防止し、圧縮機のストローク推定値を演算する時に発生する誤差を減少させることができる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】
【００２２】
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、往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいて前記往復動式圧縮機内のモータの磁束飽和常数を演算する演算部と、前記の演算された磁束飽和常数に基づいて予め決定されたストローク指令値を増加または減少させて、該増加または減少させたストローク指令値を発生するストローク指令値発生部と、前記の発生したストローク指令値及び前記ストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を制御する制御部と、から構成される。
【００２３】
また、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内のモータの磁束飽和常数を演算する段階と、前記の演算された磁束飽和常数に基づいて予め決定されたストローク指令値を増加または減少させて、該増加または減少させたストローク指令値を発生する段階と、前記の発生し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内のモータに印加される電圧を制御する段階と、から構成される。
【発明の効果】
【００２４】
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は、往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいてモータの磁束飽和常数を演算し、この演算された磁束飽和常数に基づいて上記のストローク指令値を増減することにより、モータ内のコイルから発生する磁束の密度が過飽和状態になるのを予め防止するため、圧縮機のストローク推定値の誤差を減少できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２６】
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ある。
【００２７】
図１に示したように、本発明に係る往復動式圧縮機は、往復動式圧縮機内のモータに供給される電流を検出する電流検出部６０と、圧縮機内のモータに印加される電圧を検出する電圧検出部５０と、これらの検出された電流値、電圧値及びモータの各パラメータに基づいて圧縮機のストローク推定値を演算するストローク推定部７０と、この演算されたストローク推定値に基づいて、圧縮機内のモータの磁束飽和常数を演算する磁束飽和常数演算部８０と、この演算された磁束飽和常数と予め設定された基準磁束飽和常数とを比較し、この比較された結果値に基づいて予め決定されたストローク指令値を所定レベルだけ増加または減少させるストローク指令値発生部１０と、ストローク指令値発生部１０から発生するストローク指令値と上記の演算されたストローク推定値とを比較し、この比較された結果による差信号を出力する比較部２０と、この比較部から出力された差信号に基づいて、往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を可変させてモータのストロークを制御する制御部３０と、を含んで構成されている。
【００２８】
以下、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を、図２に基づいて説明する。
【００２９】
図２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フローチャートである。
【００３０】
図２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方法は、圧縮機内のモータに供給される電流を検出する段階と、圧縮機内のモータに印加される電圧を検出する段階と、これらの検出された電流値、電圧値及びモータの各パラメータに基づいて圧縮機のストローク推定値を演算する段階と、この演算されたストローク推定値に基づいてモータの磁束飽和常数を演算する段階と、この演算された磁束飽和常数と予め設定された基準磁束飽和常数とを比較し、この比較した結果値に基づいて予め決定されたストローク指令値を所定のレベルだけ増加または減少させ、この増加または減少させたストローク指令値を発生する段階と、上記の発生したストローク指令値と演算されたストローク推定値とを比較し、この比較された結果による差信号を出力する段階と、この差信号に基づいて、往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を可変させてモータのストロークを制御する段階と、を行うものである。
【００３１】
以下、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。
【００３２】
まず、電流検出部６０は、往復動式圧縮機の１回の圧縮行程に対応する一周期ごとに圧縮機内のモータに供給される電流を検出して、この検出された電流値をストローク推定部７０に出力し、電圧検出部５０は、往復動式圧縮機の１回の圧縮行程に対応する一周期ごとに圧縮機内のモータに印加される電圧を検出して、この検出された電圧値をストローク推定部７０に出力する(S４０)。
【００３３】
次いで、ストローク推定部７０は、上記の検出された電流値、電圧値及び往復動式圧縮機のモータの各パラメータに基づいて圧縮機のストローク推定値を演算し、この演算された圧縮機のストローク推定値を磁束飽和常数演算部８０に印加する(S４１)。
【００３４】
次いで、磁束飽和常数演算部８０は、前記の磁束飽和常数を演算し、この磁束飽和常数をストローク指令値発生部１０に印加する(S４２)。ここで、上記の磁束飽和常数は、下記の式（２）または（２′）によって求められる。
【００３５】
磁束飽和常数=[Stroke(ptp)/Stroke(sum)]*１００[%]  --------（２）
または
磁束飽和常数=[Stroke(ptp)/Stroke(rms)]*１００[%]  --------（２′）
【００３６】
即ち、上記の磁束飽和常数は、圧縮機の１回の行程に対応する一周期間のストロークの正のピークから負のピークまでの振幅の絶対値（ピーク−ピーク値）(Stroke(ptp))を、上記の一周期間のストローク積分値(Stroke(sum))で割った値であるか、または、一周期間のストロークのピーク−ピーク値(Stroke(ptp))を、一周期間のストローク実効値(Stroke(rms))で割った値である。以下、上記のストロークのピーク−ピーク値(Stroke(ptp))及びストローク積分値(Stroke(sum))を、図３(A)及び(B)に基づいて説明する。
【００３７】
図３(A)は、本発明に係る往復動式圧縮機のストロークを時間の関数で定義した波形図で、図３(B)は、本発明に係る往復動式圧縮機のストロークの大きさを時間の関数で定義した波形図である。
【００３８】
図３(A)に示したように、上記ストロークのピーク−ピーク値(Stroke(ptp))は、ストローク最大値max(x(t))からストローク最小値min(x(t))を減算した値である。即ち、stroke(ptp)=max(x(t))-min(x(t))、０＜t＜Tである。ここで、x(t)は、圧縮機のストロークの時間による関数であり、Tは１回のストローク往復期間(one  stroke  reciprocating  period)、即ち周期である。
【００３９】
また、図３(B)に示したように、上記のストローク積分値(Storke(sum))は、上記の一周期間のストロークの絶対値を積分した値である。即ち、stroke(sum)=summation(absolute(x(t)))=S１+S２、０＜t＜Tである。ここで、S１及びS２は、それぞれ上記の一周期の半周期間の往復動式圧縮機のストロークの絶対値を積分した値である。
【００４０】
ストローク指令値発生部１０は、現在の周期での上記の演算された磁束飽和常数とそれより以前の周期の磁束飽和常数とを比較し(S４３)、上記の演算された磁束飽和常数と予め設定された基準磁束飽和常数とを比較し(S４４-１、S４４-４)、この比較された結果値に基づいて予め決定されたストローク指令値を所定のレベルだけ増減する(S４４)。即ち、ストローク指令値発生部１０は、上記の演算された磁束飽和常数がそれより以前の周期の磁束飽和常数より大きく、上記の演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より大きいとき、ストローク指令値を予め決定されたレベルだけ減少させ(S４４-２)、上記の演算された磁束飽和常数がそれより以前の周期の磁束飽和常数より大きく、上記の演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より小さいとき、ストローク指令値を予め決定されたレベルだけ増加させる(S４４-３)。
【００４１】
このとき、実験により、モータ内のコイルから発生する磁束の密度が飽和するとき、往復動式圧縮機内のモータが運転される磁束飽和常数の最大値を基準磁束飽和常数に決定する。
【００４２】
また、ストローク指令値発生部１０は、現在の周期での上記の演算された磁束飽和常数がそれより以前の周期の磁束飽和常数より小さく、上記の演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より大きいとき、ストローク指令値を予め決定されたレベルだけ増加させ(S４４-５)、上記の演算された磁束飽和常数がそれより以前の周期の磁束飽和常数より小さく、上記の演算された磁束飽和常数が予め設定された基準磁束飽和常数より小さいとき、ストローク指令値を予め決定されたレベルだけ減少させる(S４４-６)。
【００４３】
次いで、比較部２０は、ストローク指令値発生部１０から発生するストローク指令値と上記の演算された圧縮機のストローク推定値との差信号を制御部３０に印加する(S４５-１)。
【００４４】
次いで、制御部３０は、比較部２０から印加される差信号に基づいて上記のストローク推定値がストローク指令値より大きいとき、圧縮機内のモータに印加される電圧を減少させ(４５-２)、上記のストローク推定値がストローク指令値より小さいとき、往復動式圧縮機内のモータに印加される電圧を増加させて(S４５-３)、圧縮機のストロークを制御する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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の動作を示したフローチャートである。
【図３】(A)は、本発明に係る往復動式圧縮機のストロークを定義した波形図で、(B)は、本発明に係る往復動式圧縮機のストロークの大きさを定義した波形図である。
【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の動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１０    ストローク指令値発生部
２０    比較部
３０    制御部
４０    圧縮機
５０    電圧検出部
６０    電流検出部
７０    ストローク推定部
８０    磁束飽和常数演算部
【図１】
2005155616.tif 000004
【図２】
2005155616.tif 000005
【図３】
2005155616.tif 000006
【図４】
2005155616.tif 000007
【図５】
2005155616.tif 000008