(57)【要約】  【課題】低処理能力のプロセッサを用いて簡単な制御を行うことにより、冷蔵庫として消費電力量の少ないレシプロ式圧縮機の制御装置を提供する。  【解決手段】同期モータの１回転中を圧縮機上死点より前の時刻から区間Ａを、上死点より後ろの時刻より区間Ｂを分割し、区間Ａにおけるモータ電流を少なく流すように、また区間Ｂにおけるモータ電流を多く流すようにＰＷＭ制御のデューティ幅を変化させることにより、レシプロ式圧縮機の体積効率を向上させ、消費電力を低減させる。【選択図】図１
2007040281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動による圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有した同期モータと、前記同期モータに交流電流を流すとともに回転数を可変速して前記圧縮機の冷凍能力を可変とするためのインバータと、前記同期モータ１回転中であり前記圧縮機の上死点より前の時刻より区間Ａを分割し、前記区間Ａにおける入力を制御しモータ回転数を所定のモータ回転数よりも小さくする制御手段からなるレシプロ式圧縮機の制御装置。
【請求項２】
前記同期モータ１回転中であり前記圧縮機の上死点より後の時刻より区間Ｂを分割し、前記区間Ｂにおける入力を制御しモータ回転数を所定のモータ回転数よりも大きくする制御手段からなる請求項１に記載のレシプロ式圧縮機の制御装置。
【請求項３】
レシプロ式圧縮機は単気筒である請求項１または２に記載のレシプロ式圧縮機の制御装置。
【請求項４】
前記区間Ａおよび前記区間Ｂの入力は前記インバータのＰＷＭ制御のデューティ幅を変える請求項１から３のいずれか一項に記載のレシプロ式圧縮機の制御装置。
【請求項５】
前記レシプロ式圧縮機は冷蔵庫の冷凍システムに用いるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレシプロ式圧縮機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に冷凍冷蔵庫に用いられるインバータ駆動のレシプロ式圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータは効率が高く、近年、冷凍システムに用いられる圧縮機などにも多く使用されるようになってきた。このため、冷凍冷蔵庫において、庫内の温度が安定している時には回転数を低下させ、圧縮機を含む冷凍システム全体の効率を高め、省エネルギーを実現させている。
【０００３】
冷凍冷蔵庫によく使用されるレシプロ式圧縮機は、シリンダ内でピストンが往復動し、１回転のうち半回転が冷媒の吸入工程であり、あとの半回転が圧縮・吐出工程である。吐出工程の最後の上死点では、高圧力の冷媒が若干残り、吸入工程に移る。そのため、吸入工程の初期においては、残留ガスの膨張圧力も加わり、負荷トルクはほとんど不要である反面、圧縮・吐出工程では大きな負荷トルクが必要である。
【０００４】
一方、ブラシレスモータのモータトルクは１回転中ほぼ一定のトルクを出しており、そのため負荷トルクとモータトルクの関係から１回転中に若干の回転数（すなわち角速度）の変動が起きている。すなわち、圧縮工程では回転数が低下し、吸入工程では回転数が増加しているのである。この回転数変動は振動発生の原因となる。圧縮機の回転系（ロータ、シャフト、ピストンなど）の慣性モーメントは低回転になるほどエネルギーが小さくなるため、振動は回転数が小さくなるほど大きくなる。
【０００５】
次に冷媒吐出量の観点から考える。圧縮工程ではシリンダからの吐出穴が抵抗となるため、シリンダ外の圧力よりシリンダ内の圧力は高い状況となる。このため、上死点付近でピストンを維持する時間が長いほど、シリンダから排出される冷媒量は多くなり、すなわち残る冷媒量は小さくなるため、いわゆる体積効率が向上することになる。
【０００６】
逆に圧縮工程で上死点までの通過時間が短いと体積効率が低下することになる。
【０００７】
上記振動現象に対しては、従来から、低速回転において、負荷トルクに一致するようなモータトルクを発生させて、１回転中の回転数変動を抑えることにより圧縮機の振動を抑制するという取り組みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
以下従来の圧縮機の制御装置について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図４は、従来の一般的なレシプロ式圧縮機の縦断面図である。密閉容器１内に３相巻線を持つ固定子２１と永久磁石をもつ回転子２２とからなるブラシレスモータ２と軸受体４上に配置されたシリンダ５、ピストン６等と回転子２２に勘合され、回転運動を偏心部３１によりピストン６の往復運動に変換するための回転軸３等からなる圧縮機構部を有する。一般的に、レシプロ式圧縮機においては、内部防振構造が用いられており、すなわち、ブラシレスモータ２および圧縮機構部より構成される構造体を支持する支持バネ８や、圧縮機構部より吐出されるガスを導くためのループパイプ９等で負荷に応じて発生するトルク変動による構造体の振動を減衰させ、振動あるいは騒音をコントロールする手法がとられている。
【００１０】
レシプロ式圧縮機においては、支持バネ８やループパイプ９等で構造体の振動を減衰させるような構造を取り入れていることと合わせ、回転子２２や回転軸３に適度な慣性モーメントを持たせることにより、密閉容器１の外部に振動が伝わらないように工夫されている。
【００１１】
しかしながら、このレシプロ式圧縮機を、インバータ制御を用いて回転数を変化させる制御を行った場合、特に回転数が低い部分で、慣性モーメントによる振動抑制が限界を迎え、慣性モーメント以外の振動抑制措置が必要となる。
【００１２】
これらの現象に対して、従来から、低速回転において負荷トルクに一致するようなモータトルクを発生させて、１回転中の回転数変動を抑えることにより圧縮機の振動を抑制するという取り組みがなされている（例えば特許文献１参照）。
【００１３】
図５は、従来の圧縮機の負荷トルクとモータトルクとの関係図を示す。
【００１４】
図５において、モータトルクの制御法としては、モータに位置検出素子を設置し、瞬時トルクを検出し、モータ出力にフィードバックする方法が最も効果が得られるが、冷凍冷蔵庫のように、周囲の環境温度にある程度リンクしてガス圧縮の圧力条件が決まるような場合では、周囲温度や庫内温度と回転数に応じてモータの出力トルクのパターンをあらかじめ設定しておき条件の変化に応じて最適パターンを選定するという方法も考えられる。負荷トルクの変動パターンと絶対値が等しいまたはほぼ等しく正負符号が逆のトルクをモータに与えることにより負荷トルクとモータ出力トルクの差分が０となる、または大幅に低減されることにより圧縮機より外部に伝達される振動が大幅に低減されるというものであった。
【特許文献１】特開２００３−４３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来のような構成では、振動を完全に停止させるために、負荷トルクとモータトルクを完全に一致させるように制御した場合、その入力電力も大きくなるという課題を有していた。また、圧縮工程での回転数の低下が少なくなることにより、シリンダ内に残るガスが増加し、体積効率も低下し、伴い冷凍システム効率が低下する。
【００１６】
特に、冷蔵庫の冷却システムに搭載する場合、冷蔵庫は扉を閉めた状態で運転する場合がほとんどなので、その運転のほとんどは低回転数での運転となる。そのため、低回転数において振動の抑制のためこの制御を行うことになるのではあるが、前述したとおり、入力電力が増加し、かつ体積効率が低下して消費電力が高くなるという課題を有することとなる。
【００１７】
また、負荷トルクの変動に合わせて、モータトルクすなわちモータ電流を変動させるものであったため、負荷トルクに一致するようにモータ電流を検出した上でその電流を制御する必要があった。そのために電流センサその周辺回路が必要になるなど制御装置が大型化するとともに、制御するプロセッサも処理能力の高い高速処理が可能なプロセッサ（例えば、ＤＳＰや３２ビットＲＩＳＣマイコンなど）が必要であったため、価格が高くなるという課題を有していた。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、処理能力の低いプロセッサを用いて簡単な制御を行うことにより、冷蔵庫として消費電力量の少ないレシプロ式圧縮機の制御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】
【００１９】
上記従来の課題を解決するために、本発明のレシプロ式圧縮機の制御装置は、同期モータの１回転中の圧縮要素上死点より前の時刻から区間Ａを分割し、区間Ａにおける入力を制御しモータ回転数を所定のモータ回転数よりも小さくする制御手段からなるものである。
【００２０】
これによって、シリンダから排出される冷媒量は多くなり、すなわち残る冷媒量は小さくなるため、いわゆる体積効率が向上することになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のレシプロ式圧縮機の制御装置は、レシプロ式圧縮機の１回転を区間に分割し、一回転中の回転数を変化させて、各々の区間でモータ電流を制御することにより、新たなセンサを必要とせず、低処理能力のプロセッサで実現できるので、非常に小型・低コストで実現できる簡単なシステムで、消費電力量を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、往復動による圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機と、圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有した同期モータと、同期モータに交流電流を流すとともに回転数を可変速して圧縮機の冷凍能力を可変とするためのインバータと、同期モータ１回転中であり圧縮機の上死点より前の時刻から区間Ａを分割し、区間Ａにおける入力を制御しモータ回転数を所定のモータ回転数よりも小さくする制御手段とを有することにより、シリンダから排出される冷媒量は多くなり、すなわち残る冷媒量は小さくなるため、いわゆる体積効率が向上する。各々の区間でモータ電流を制御することにより、非常に簡単なシステムで消費電力量が低減するとともに、電流センサなどを使用せず安易な方法で実現可能であるので、装置が大型化することなく、その処理のために高速なプロセッサを使用する必要もなく、コストも安く実現できる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧縮機の上死点より後の時刻より区間Ｂを分割し、区間Ｂにおける入力を制御しモータ回転数を所定のモータ回転数よりも大きくする制御手段により、上死点より前の時刻の区間Ａで所定のモータ回転数より小さくすることで、遅くなった回転数を補い、モータ１回転全体の平均回転数を所定の回転数に戻すことができる。これにより、圧縮機の冷凍能力の低下を防止できる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、レシプロ式圧縮機の気筒数を１（単気筒）としたので、モータ１回転中において吸入工程と圧縮工程がそれぞれ一回ずつしかなく、容易に区分できるため制御が容易になる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、区間Ａおよび区間Ｂを区切り入力はインバータのＰＷＭ制御のデューティ幅を変える制御方法としたので、電流センサなどを使用せずに安易な方法で実現可能であるので、装置が大型化することもなく、その処理のために高速なプロセッサを使用する必要もなく、コストも安く実現できる。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記レシプロ式圧縮機は冷蔵庫の冷凍システムに用いるものであり、消費電力量低減の効果が大きくなる。
【００２７】
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。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるレシプロ式圧縮機の制御装置のブロック図である。
【００２９】
図１において、商用電源１００から駆動に必要な電力が供給されている。例えば、日本の場合は交流電源であり、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源である。
【００３０】
整流回路１０１は、商用電源１００を直流に変換する。ここでは整流回路１０１は全波整流回路で示している。全波整流回路はブリッジ接続された４個のダイオードと平滑コンデンサから一般的には構成される。この回路により、商用電源１００の交流１００Ｖから直流の１４０Ｖの電圧を得る。
【００３１】
インバータ１０２は、整流回路１０１の直流電圧を３相交流に再度変換する。インバータ１０２は一般的には３相ブリッジ接続された６個のスイッチング素子（図示ではＩＧＢＴで示す）とスイッチング素子に並列に逆方向接続された６個のダイオードからなる。この６個のスイッチング素子を制御することにより、任意電圧、任意周波数の３相交流電流を得ることができる。
【００３２】
同期モータ１０３は、インバータ１０２の３相交流出力により駆動される。３相巻線がほどこされた固定子（図示せず）と、永久磁石をもつ回転子（図示せず）からなる。例えば、固定子は９スロットのティースに絶縁紙を介して直接巻線を巻き３相６極巻線をスター結線したものであり、ロータは６枚の永久磁石を表面側にＮ極・Ｓ極と交互に配置された埋め込み磁石型ロータを持つ。
【００３３】
インバータ１０２からの出力は、任意電圧・任意周波数に設定でき、さらに同期モータ１０３は６極であるため、インバータ１０２の出力周波数の３分の１の周波数（回転数）で同期モータ１０３は駆動される。例えばインバータ１０２の出力周波数が６０Ｈｚの場合は同期モータ１０３の回転数は２０ｒ／ｓで駆動することができる。
【００３４】
圧縮要素１０４は、同期モータ１０３で駆動され、圧縮仕事を行う。ここでは圧縮要素１０４はレシプロ式で１回転中に負荷トルクが変動する圧縮要素である。単気筒レシプロ式の圧縮要素の場合は、ピストンの往復運動にて圧縮を行っており、１回転中に半分は吸入工程、半分は圧縮工程と完全に工程が分かれており、この二つの工程において、必要な負荷トルクが圧縮工程側に集中するために、その負荷トルクは大きく変動するものである。
【００３５】
圧縮機１０５は、同期モータ１０３と圧縮要素１０４を密閉容器に収納している。冷媒ガスはどんなものでも良く、代替冷媒（Ｒ−１３４ａなど）や自然冷媒（Ｒ−６００ａ、ＣＯ２など）などどのような冷媒ガスを使用しても良いことはいうまでもない。
【００３６】
圧縮機１０５には圧縮した冷媒を吐出する吐出パイプ（図示せず）と、冷媒を吸入する吸入パイプ（図示せず）とを有する。吐出パイプには、凝縮器１０６、減圧器１０７、蒸発器１０８などを直列に接続し最後に吸入パイプから圧縮機１０５に冷媒ガスは還ってくる。このような冷凍空調システムを組むことにより、凝縮器１０６側では放熱作用が、蒸発器１０８側では吸熱作用が起こることにより、加熱または冷却ができることとなる。また、凝縮器１０６または蒸発器１０８にファンモータ（図示せず）を取り付け、風を送ることにより、熱交換の効率を高めることにより、これらの熱を有効に利用して効率よく加熱または冷却をすることができる。
【００３７】
駆動装置１０９はインバータ１０２を駆動する。その出力はドライブ手段１１０を介して、インバータ１０２の６個のスイッチング素子を駆動する。
【００３８】
一般的に永久磁石を回転子にもつ同期モータ１０３を駆動する時には、その回転子の回転位置を検出しながら、インバータ１０２の６個のスイッチング素子を最適な位置で転流していくことにより、同期モータ１０３を最適に動かすようにする。一般的にこの方法を用いたモータはブラシレスＤＣモータやブラシレスモータなどの呼称で呼ばれることもある。
【００３９】
更にこの制御装置１０９の中身について詳しく説明する。
【００４０】
位置検出手段１１１は同期モータ１０３の回転子の回転位置を検出する。一般的には同期モータ１０３の固定子巻線に発生する逆起電圧を検出する方法が良く知られているが、最近はモータ電流や直流部の電流から回転位置を推定する方法など、同期モータ１０３からのイベント情報が良く使われている。もちろんホール素子などの磁気センサを用いて直接位置を検知する方法もあるが、圧縮機にはこのようなセンサを取り付けるのは困難であるため、前者の方法（位置センサレス方式）がよく取られている。
【００４１】
このような位置センサレス方式において起動時には位置検出が不可能なため、起動する前に、位置決めと呼ばれる同期モータ１０３の所定相（例えばＵ−Ｗ間など）に強制的に通電して回転子を所定位置まで回転させる方法や、所定周波数・所定電圧の交流波形を強制的に印加して回転子を駆動させる強制駆動方式などの制御回路も必要であるが、ここでは省略している。
【００４２】
転流手段１１２は、位置検出手段１１１の出力によりインバータ１０２の６個のスイッチング素子の通電するタイミングを決定する。一般的には逆起電圧と位相が一致するようにタイミングを決定するが、磁石埋め込み型モータ（一般的にはＩＰＭモータとも呼ばれる）などの場合は、リラクタンストルクなども考慮し、若干、モータ電流の位相を逆起電圧の位相より進めて運転する場合もある。モータの種類（特にリラクタンス成分の利用量）によりこの位相進みは変化するが、一般的には０度から１０度程度の進角を持たせるのが普通である。
【００４３】
回転位置判定手段１１３は、位置検出手段１１１の出力は同期モータ１０３の回転子の回転位置を検出するものであり、なおかつ、同期モータ１０３はインバータ１０２からの出力と全く同期して運転するものであるから、この信号を分析することにより、同期モータ１０３の回転子の機械的な回転位置が判定できる。
【００４４】
第１ＰＷＭ発生手段１１４では、同期モータ１０３の回転数を一定にするために、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティ（所定周期、キャリア周期と呼ばれる、中のＯＮ幅の割合をさす）を調整したものを出力する。
【００４５】
第２ＰＷＭ発生手段１１５では、第１ＰＷＭ発生手段１１４で決定したデューティより予め定められた所定量のデューティを減じたデューティ（例えば、１０％）を発生させる。第３ＰＷＭ発生手段１１８では、第１ＰＷＭ発生手段１１４で決定したデューティより予め定められた所定のデューティを増加したデューティ（例えば、１０％）を発生させる。ここでは増減するデューティは固定値とするが、回転数や負荷条件によって変えても良い。
【００４６】
選択手段１１６では、回転数が高い時は、常に第１ＰＷＭ発生手段１１４のＰＷＭ信号を選択する。回転数が低い時には、回転位置判定手段１１３の回転位置信号を受け、予め定められた区間Ａと区間Ｂとの判定を行い、区間Ａの場合は第２ＰＷＭ発生手段１１５のＰＷＭ信号を選択する。また、区間Ｂの場合は第３ＰＷＭ発生手段１１８のＰＷＭを選択し、それ以外の区間の場合は第１ＰＷＭ発生手段１１４のＰＷＭ信号を選択する。
【００４７】
転流手段１１２の転流出力と選択手段１１６のＰＷＭ信号は合成手段１１７で合成され、ドライブ手段１１７に出力され、インバータ１０２を制御することとなる。
【００４８】
以上のように構成されたレシプロ式圧縮機の制御装置について、その動作を図１および図２を用いて更に詳しく説明する。図２は本発明の実施の形態１におけるレシプロ式圧縮機の制御装置の制御の流れ図である。
【００４９】
ＳＴＥＰ１で回転数の検出を行う。本発明で使用しているモータは同期モータであるのでインバータ１０２が出している電気的周波数と同期モータ１０３の回転動作とは一致しているため、位置検出手段１１１の信号を用いて、回転数を検出することができる。ここでは回転数としたが、回転数と同義とみなせるもの、例えば、回転周期や角速度などであってもよい。
【００５０】
次にＳＴＥＰ２で回転数が所定値以下であるかどうか判定する。ここでいう所定値は低回転数に設定されており、通常の適用においては圧縮機が安定して運転している回転数であり省エネ効果の大きい回転数（例えば、２０ｒ／ｓなど）に設定されている。
【００５１】
この所定回転数より大きな回転数は、冷凍システムが高負荷条件等の冷却過渡期の運転状況であり総運転時間は短く、本発明による制御を実施しても省エネ効果は少ないため、通常の運転を行えばよいので、ＳＴＥＰ３で第１ＰＷＭ発生手段１１４の出力を選択手段１１６で選択し、第１ＰＷＭにて運転を行う。もちろん高回転域でも適用すれば、省エネ効果はすこしは見込むことができる。
【００５２】
また、この所定値は冷凍空調システムの構成や圧縮機の種類などによって決められるもので、運転時間の長い低速回転数をもとに設定する。もちろん周囲環境状態（温度など）や運転状態によって変化する所定値を決めても良い。
【００５３】
また、所定回転数以下の場合は、ＳＴＥＰ４に進み、安定運転かどうか判定する。安定運転の判定は冷凍空調システム制御装置（図示せず）における各部の温度条件などや経過時間などから判定してもよい。安定でないと判断された時、すなわち過渡期においては運転が安定していることが重要なので、ＳＴＥＰ３に進み、第１ＰＷＭで運転する。
【００５４】
ＳＴＥＰ４で安定運転と判定した場合は、ＳＴＥＰ５に進む。ＳＴＥＰ５では、回転位置判定手段１１３で判定するもので、回転位置が区間Ａかどうかを判定する。回転位置判定手段１１３では予め機械的な回転角が判るようになっており、圧縮要素１０４のピストン（図示せず）の上死点を基準としてその前、機械角で１２０度の部分を区間Ａとしている。ＳＴＥＰ５で回転位置が区間Ａであると判定されれば、ＳＴＥＰ６に進む。ＳＴＥＰ６で第２ＰＷＭ発生手段１１５の出力を選択手段１１６で選択し、第２ＰＷＭにて運転を行う。
【００５５】
ＳＴＥＰ５で回転位置が区間Ａでないと判定されれば、ＳＴＥＰ７に進み、回転位置が区間Ｂであるかどうかを判定する。回転位置判定手段１１３では予め機械的な回転角が分かるようになっており、圧縮要素１０４のピストン（図示せず）の上死点を基準としてその後ろ、機械角で１２０度の部分を区間Ｂとしている。ＳＴＥＰ５で回転位置が区間Ｂであると判定されれば、ＳＴＥＰ８に進む。ＳＴＥＰ８で第３ＰＷＭ発生手段１１８の出力を選択手段１１６で選択し、第３ＰＷＭにて運転を行う。
【００５６】
ＳＴＥＰ７で回転位置が区間Ｂでないと判定されれば、ＳＴＥＰ３に進み、第１ＰＷＭで運転する。
【００５７】
以上のように動作させることにより、低回転数運転で安定運転している時、区間Ａにおいては第２ＰＷＭで、区間Ｂにおいては第３ＰＷＭで、その他の区間では第１ＰＷＭにて動作する。第２ＰＷＭのデューティは第１ＰＷＭのデューティに比べて小さくなるように設定しているので、区間Ａにおける電流が区間Ｂにおける電流よりも小さくなる。そのため、区間Ａで小さなトルクが発生することとなる。区間Ａは圧縮要素の上死点の手前に設定しているので、圧縮している時にトルクが小さくなることになり、回転数が低下し、圧縮されたシリンダ内の冷媒が吐出される時間が長くなり、シリンダ内に残る冷媒量が少なくなることにより、いわゆる体積効率が向上することになる。
【００５８】
次に図３を用いて更に実際の動作について説明する。図３は本発明の実施の形態１におけるレシプロ式圧縮機の制御装置の制御のタイミング図である。
【００５９】
図３において、横軸は同期モータ１０３の１回転中の動きを示している。横軸に記載した破線は位置検出手段１１１により検出された機械的な回転状態を示しており、ひとつの区切りが１８分の１回転を示す。また本実施例においては同期モータ１０３を６極としているため、電気角１周期あたりの機械的な回転状態（３分の１回転および３分の２回転）についてはさらに一点鎖線を用いて示している。また、原点部分（０回転）は圧縮要素１０４のピストンの上死点部分を示す。
【００６０】
トルクについては、負荷トルクとモータトルクを示しており、負荷トルクは圧縮機１０５が単気筒のレシプロ式圧縮機であるので、機械的な回転状態の２分の１回転以降において圧縮・吐出工程に入るので負荷トルクは図示するように急激に増加する。反して、次の機械的な回転状態の初期角度では、シリンダ内に残った冷媒の再膨張により負荷トルクは減少する。
【００６１】
一方、モータトルクは１回転あたりほぼ一定のトルクを発生する。厳密に言えば負荷トルクの変化に応じて特に低回転数で慣性モーメントの小さいときは、特許文献１に示されたようにモータトルクも自動的に変化するが、ここでは説明の簡素化のため一定トルクとした。
【００６２】
角速度は１回転中で変動しており、「モータトルク＞負荷トルク」の時に角速度は加速しており、逆に「モータトルク＜負荷トルク」の時に角速度は減速している。
【００６３】
位置信号Ｘ、Ｙ、Ｚは機械的な回転状態の１８分の１回転毎（すなわち、２０度毎）にその状態が変化している。通常の制御においてはこの位置信号Ｘ、Ｙ、Ｚに従って、あらかじめ定められた論理式により駆動信号Ｕ（上アームおよび下アーム）、Ｖ（上アームおよび下アーム）、Ｗ（上アームおよび下アーム）を発生させる。
【００６４】
上死点の手前１２０度（１／３回転）を区間Ａとし、上死点以降の１２０度（１／３回転）を区間Ｂとしている。ＰＷＭ信号として、区間Ａにおいては第２ＰＷＭを選択し、区間Ｂにおいては第３ＰＷＭを選択し、その他の区間では第１ＰＷＭを選択している。
【００６５】
図３においては、Ｕ相電流も示す。区間Ａにおいては、第２ＰＷＭで動作させるので、デューティが小さく電流が小さくなる。また、区間Ｂにおいては、第３ＰＷＭで動作させるので、デューティが大きく電流が大きくなる。
【００６６】
以上のように、本実施の形態１によるレシプロ式圧縮機の制御装置は、往復動による圧縮要素１０４を有するレシプロ式圧縮機１０５と、圧縮要素１０４を駆動する永久磁石を回転子に有した同期モータ１０３と、同期モータに交流電流を流すとともに回転数を可変速して圧縮機の冷凍能力を可変とするためのインバータと、同期モータ１回転中であり圧縮機の上死点より前の時刻から区間Ａを分割し、区間Ａにおける入力を制御しモータ回転数を所定のモータ回転数よりも小さくする制御手段とを有することにより、シリンダから排出される冷媒量は多くなり、すなわち残る冷媒量は小さくなるため、いわゆる体積効率が向上する。各々の区間でモータ電流を制御することにより、非常に簡単なシステムで消費電力量が低減とともに、電流センサなどを使用せず安易な方法で実現可能であるので、装置が大型化することなく、その処理のために高速なプロセッサを使用する必要もなく、コストも安く実現できる。
【００６７】
また、圧縮機の上死点より後の時刻より区間Ｂを分割し、区間Ｂにおける入力を制御しモータ回転数を所定のモータ回転数よりも大きくする制御手段により、上死点より前の時刻の区間Ａで所定のモータ回転数より小さくすることで、遅くなった回転数を補い、モータ１回転全体の平均回転数を所定の回転数に戻すことができる。これにより、圧縮機の冷凍能力の低下を防止できる。
【００６８】
また、レシプロ式圧縮機の気筒数を１（単気筒）としたので、モータ１回転中において吸入工程と圧縮工程がそれぞれ一回ずつしかなく、容易に区分できるため制御が容易になる。
【００６９】
また、区間Ａおよび区間Ｂを区切り入力はインバータのＰＷＭ制御のデューティ幅を変える制御方法としたので、電流センサなどを使用せずに安易な方法で実現可能であるので、装置が大型化することもなく、その処理のために高速なプロセッサを使用する必要もなく、コストも安く実現できる。
【００７０】
また、本技術を特に冷蔵庫の冷却システムに用いるものとしたことにより、レシプロ式圧縮機で特に低回転数で駆動することの多い冷蔵庫の冷却システムにおいては、消費電力量を特に小さくすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明に関わるレシプロ式圧縮機の制御装置は、新たなセンサを必要とせず、低処理能力のプロセッサで実現できるので、非常に小型・低コストで実現できる簡単なシステムで、消費電力を低減できる。多少の制御は複雑になるものの、多気筒レシプロ圧縮機にも適用可能で、圧縮工程中に回転数を落とすことで、体積効率が向上する圧縮装置にも有効となる。また冷凍目的の圧縮機以外にもエアーコンプレッサなどの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレシプロ式圧縮機の制御装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるレシプロ式圧縮機の制御装置の制御の流れ図
【図３】本発明の実施の形態１におけるレシプロ式圧縮機の制御装置の制御のタイミング図
【図４】従来の一般的な圧縮機の縦断面図
【図５】従来の圧縮機の負荷トルクとモータトルクとの関係図
【符号の説明】
【００７３】
１０２  インバータ
１０３  同期モータ
１０４  圧縮要素
１０５  圧縮機
１０９  制御装置
【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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