(57)【要約】【課題】負荷状態にかかわらずトルクリップルを吸収できるコンプレッサ装置を提供する。【解決手段】制御回路１１は、回転指令及び回転角度情報θに基づいて動作し、ＰＷＭ信号Ｓをインバータ１２に出力する。インバータ１２は、ＰＷＭ信号Ｓに基づいて、モータ１３に矩形波電圧を印加し断続した駆動電流Ｉを流す。モータ１３は、誘起電圧Ｅを発生する。誘起電圧検出回路１５は、誘起電圧Ｅを検出して、回転角度情報θを制御回路１１に出力する。コンプレッサ装置１００は、設定されたトルク制御パターンに基づいて、コンプレッサ１のトルク制御を行う。【選択図】図５
2009044881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入−圧縮−吐出の工程中に周期性のある負荷変動の特性を有するコンプレッサと、前記コンプレッサを回転させるモータと、このモータに駆動電流を流すインバータと、このインバータを制御する制御回路とを有するコンプレッサ装置であって、
前記制御回路は、前記コンプレッサの回転角度と前記負荷変動に対応する制御指令値とを関連付けたトルク制御パターンを格納するトルク制御パターン記憶部と、
現在の前記モータの回転速度に基づいて、前記トルク制御パターンの回転角度をシフトさせたシフト制御指令値を出力するトルク制御パターンシフト部と、
前記シフト制御指令値に基づいて、前記インバータを介して前記モータを制御するモータ制御部とを備えることを特徴とするコンプレッサ装置。
【請求項２】
前記トルク制御パターンは、基準となるトルク制御パターンについて前記回転角度をシフトさせた制御パターンが複数あり、
前記トルク制御パターンシフト部は、前記モータの回転速度に基づいて、前記トルク制御パターンの何れかを選択することを特徴とする請求項1に記載のコンプレッサ装置。
【請求項３】
前記トルク制御パターンシフト部は、前記モータの回転速度に比例した値を前記シフト制御指令値として出力することを特徴とする請求項1又は請求項２に記載のコンプレッサ装置。
【請求項４】
前記コンプレッサの負荷変動は、前記モータの回転速度及び前記コンプレッサの周辺温度によって規定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のコンプレッサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータにより駆動されるコンプレッサを用いて圧縮気体を生成するコンプレッサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シングルロータ型のコンプレッサは、モータの回転中に、大きい負荷トルクの回転位置及び小さい負荷トルクの回転位置があり、トルクリップルが発生し振動又は騒音が発生する。
コンプレッサ装置は、モータの起動後の早い時期に、トルクリップルを測定し、適応するトルク制御パターンを設定する。その後、設定されたトルク制御パターンに基づいて、モータのトルク制御を行い、トルクリップルを吸収する。
コンプレッサは、回転速度や温度に基づいて負荷トルクが変動する。このため、高速回転時のトルクリップルと低速回転時のトルクリップルとは、一致しない。
特許文献１には、負荷トルクが変動して、トルクリップルを吸収できない場合に、トルクリップルを再測定し、適応するトルク制御パターンを再設定する技術が記載されている。
【特許文献１】特許第３４７００８９号公報（段落番号００４０〜００４３、及び図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
負荷トルクの変動が多い場合には、特許文献１のコンプレッサ装置では、トルクリップルの再測定及びトルク制御パターンの再設定を繰り返す必要がある。このため、再測定及び再設定の間に、モータやコンプレッサに振動や騒音等が発生する問題点がある。
【０００４】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、コンプレッサの負荷変動によるトルクリップルを吸収できるコンプレッサ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】
【０００５】
前記の目的を達成するために、本発明のコンプレッサ装置は、吸入−圧縮−吐出の工程中に周期性のある負荷変動の特性を有するコンプレッサと、コンプレッサを回転させるモータと、このモータに駆動電流を流すインバータと、このインバータを制御する制御回路とを有するコンプレッサ装置であって、制御回路は、コンプレッサの回転角度と負荷変動に対応する制御指令値とを関連付けるトルク制御パターンを格納するトルク制御パターン記憶部と、現在のモータの回転速度に基づいて、トルク制御パターンの回転角度をシフトさせたシフト制御指令値を出力するトルク制御パターンシフト部と、シフト制御指令値に基づいて、インバータを介してモータを制御するモータ制御部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
好適な形態としては、トルク制御パターンは、基準となるトルク制御パターンについて前記回転角度をシフトさせた制御パターンが複数あり、トルク制御パターンシフト部は、モータの回転速度に基づいて、トルク制御パターンの何れかを選択することを特徴とする。すなわち、トルク制御パターンについて等価的に回転角度のシフトが行われる。
このため、測定したトルクリップルから負荷変動によりトルクリップルが移動した場合は、現在のトルクリップルを吸収できるトルク制御パターンを選択して、最適なトルク制御パターンに基づいてトルク制御を行う。このため、負荷変動によってトルクリップルが移動しても確実にそのトルクリップルを吸収することができる。トルクリップルは、駆動電流の変動として測定される。
【０００７】
また、トルク制御パターンシフト部は、モータの回転速度に比例した値をシフト制御指令値として出力する。
なお、コンプレッサの負荷変動は、モータの回転速度及びコンプレッサの周辺温度によって規定することができる。このため、コンプレッサの負荷変動を確実に認識することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のコンプレッサ装置は、負荷状態にかかわらず、トルクリップルを吸収することができる。このため、モータやコンプレッサ等の騒音又は振動が減少する。また、トルクリップルを再測定しないでトルク制御パターンを設定でき、迅速にトルクリップルを吸収できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施形態の概要）
以下に述べる実施形態のコンプレッサ装置は、特許文献１に記載の技術と同様に、モータのトルク制御により、負荷トルクが大きい位置ではモータのトルクを増加させ、負荷トルクが小さい位置ではモータのトルクを減少させて、モータの回転速度を一定にしてトルクリップルを吸収する。
モータの起動後の早期にトルクリップルを測定する。その後、トルク制御領域内にまで回転速度が上昇すれば、トルク制御を行う。
高負荷の条件が成立しない場合には、測定結果に応じた予め記憶されたトルク制御パターンＣ１（図９（ａ））を読み込んで設定する。高負荷の条件が成立する場合には、トルク制御パターンＣ１から作成したトルク制御パターンＣ４ａｂ（図９（ａ））を設定する。また、高負荷の条件には、外気温度が規定温度以上という条件を追加することもできる。コンプレッサ装置は、設定したトルク制御パターンに基づいてトルク制御を行い、トルクリップルを吸収する。
【００１０】
（コンプレッサの動作原理）
本発明の実施形態におけるコンプレッサ装置のトルク制御の理解を容易にするため、実施形態に使用されるコンプレッサが動作する各工程について説明する。
【００１１】
図1は、コンプレッサ１の断面図である。同図（ａ）は吐出工程を示し、同図（ｂ）は吸入工程を示し、同図（ｃ）は圧縮工程を示す。
コンプレッサ１は、シングルロータ型のコンプレッサである。コンプレッサ１は、シリンダ２の内部空間３で、モータ１３（図５）によってクランクシャフト４を反時計方向に回転（左回転）する。これによって、図示しないバネで押圧されたブレード５がローラ６に当接しながら、内部空間３でローラ６を偏心しながら反時計方向（図の矢印方向）に回転させることができる。
【００１２】
同図（ａ）に示すように、クランク角度０°（上死点）の吐出工程において、内部空間３の冷媒が吐出口９から排出される。吐出工程は、負荷トルクが小さい工程である。同図（ｂ）に示すように、クランク角度６０°の吸入工程において、吸入口８からシリンダ２の内部空間３に冷媒が吸入される。同図（ｃ）に示すように、クランク角度１８０°（下死点）の圧縮工程において、内部空間３の冷媒が圧縮される。圧縮工程は、負荷トルクが大きい工程である。
コンプレッサ１は、偏心したクランクシャフト４とローラ６とが内部空間３を回転することにより、吸入−圧縮−吐出の各工程が行われる。
【００１３】
モータ１３（図５）の回転速度が遅い場合、コンプレッサ１の負荷トルクの値は、吐出工程の上死点（図１（ａ））で最小となり、圧縮工程の下死点（図１（ｃ））で最大（負荷トルクピーク値）となる。
負荷トルクは、回転速度の影響により、負荷トルクのピーク値や対応するクランク角度が変化する。
【００１４】
図２は、図1のコンプレッサ１の負荷トルクを示す特性図である。コンプレッサ１の負荷状態は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４の順番で負荷が重い。起動後の低速回転域の低負荷は、負荷状態Ｌ１である。所定時間経過後の高速回転域の高負荷は、負荷状態Ｌ４である。
負荷状態Ｌ１の負荷トルクピーク値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で１である。負荷状態Ｌ２の負荷トルクピーク値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で２である。負荷状態Ｌ３の負荷トルクピーク値は、クランク角度２３０［ｄｅｇ］の位置で３．５である。負荷状態Ｌ４の負荷トルクピーク値は、クランク角度２６０［ｄｅｇ］で４である。負荷状態Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及び、Ｌ４の負荷トルクは、負荷トルクピーク値を頂点とする山型の曲線のように変化する。
【００１５】
コンプレッサ１（図１）の負荷トルクは、負荷状態により負荷トルクピーク値及び対応するクランク角度が変化する。コンプレッサ１の負荷状態は、回転速度と温度と動作時間に依存し、特に回転速度による影響が大きい。
高速回転域は、コンプレッサ１内の圧力が高くなるので、負荷トルクが大きくなる。一方、低速回転域は、コンプレッサ１内の圧力が低くなるので、負荷トルクが小さくなる。
負荷が重くなると、負荷トルクは大きくなる。負荷トクル曲線は、負荷トルクピーク値がコンプレッサ１の上死点位置（クランク角度３６０［ｄｅｇ］）に近づくように移動する。一方、負荷が軽くなると、負荷トルクは小さくなる。負荷トクル曲線は、負荷トルクピーク値がコンプレッサ１の下死点位置（クランク角度１８０［ｄｅｇ］）に近づくように移動する。
【００１６】
図３は、比較例の低負荷（Ｌ１）で読み込んだトルク制御パターンＣ１を設定した場合を示し、横軸はクランク角度［ｄｅｇ］である。同図（ａ）は、トルク制御パターンＣ１及びＣ４ａを示し、縦軸はモータ１３（図５）をトルク制御するための制御指令値である。同図（ｂ）が低負荷（Ｌ１）及び高負荷（Ｌ４）の場合の負荷トルクを示し、縦軸はトルク値である。トルク制御パターンＣ４ａの添え字ａは、振幅シフトにより作成されたことを示す。
【００１７】
コンプレッサ装置１００(図５)は、低負荷（Ｌ１）でトルクリップルを測定し、低負荷（Ｌ１）のトルク曲線を認識して、最適なトルク制御パターンＣ１を設定する。トルク制御パターンＣ１は、制御指令値が上昇及び下降する階段状曲線である。
最適なトルク制御パターンとは、負荷トルクが大きい場合はモータ１３のトクルを大きくし、負荷トルクが小さい場合はモータ１３のトクルを小さくして、モータ１３の回転速度を一定にできるものである。
トルク制御パターンＣ１の制御指令値の最大値（ピーク制御指令値）は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で２である。低負荷（Ｌ１）の負荷トルクピーク値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で１である。
ピーク制御指令値及び負荷トルクピーク値は、クランク角度が一致する。コンプレッサ装置１００は、トルク制御パターンＣ１に基づいてトルク制御を行う。モータ１３（図５）の回転速度が一定となるので、低負荷（Ｌ１）のトルクリップルを吸収できる。
【００１８】
モータ１３（図５）の回転速度が速くなると、負荷トルクが大きくなり高負荷（Ｌ４）に移行する。負荷状態Ｌ４の負荷トルクピーク値は、クランク角度２６０［ｄｅｇ］の位置で４である。
コンプレッサ装置１００（図５）は、回転速度の増加に応じて、予め設定されたトルク制御パターンＣ１の制御指令値を全体的に増加する振幅シフトによりトルク制御パターンＣ４ａを作成する。
【００１９】
トルク制御パターンＣ４ａのピーク制御指令値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で４である。ピーク制御指令値及び負荷トルクピーク値は、クランク角度が異なる。コンプレッサ装置１００（図５）は、トルク制御パターンＣ４ａに基づいてトルク制御を行う。モータ１３（図５）の回転速度が変化するので、高負荷（Ｌ４）のトルクリップルを吸収できない。
【００２０】
図４は、比較例の高負荷（Ｌ４）で読み込んだトルク制御パターンＣ４を設定した場合を示し、横軸はクランク角度［ｄｅｇ］を示す。同図（ａ）は、トルク制御パターンＣ１ａ及びＣ４を示し、縦軸は制御指令値である。同図（ｂ）は、図３（ｂ）と同様である。
【００２１】
コンプレッサ装置１００は、高負荷（Ｌ４）でトルクリップルを測定し、高負荷（Ｌ４）の負荷トルク曲線を認識して、最適なトルク制御パターンＣ４を読み込んで設定する。
トルク制御パターンＣ４のピーク制御指令値は、クランク角度２６０［ｄｅｇ］の位置で４である。高負荷（Ｌ４）の負荷トルクピーク値は、クランク角度２６０［ｄｅｇ］の位置で４である。
ピーク制御指令値及び負荷トルクピーク値は、クランク角度が一致する。コンプレッサ装置１００は、トルク制御パターンＣ４に基づいてトルク制御を行う。モータ１３（図５）の回転速度が一定となるので、高負荷（Ｌ４）のトルクリップルを吸収できる。
【００２２】
モータ１３（図５）の回転速度が遅くなると、負荷トルクが小さくなり低負荷（Ｌ１）に移行する。低負荷（Ｌ１）の負荷トルクピーク値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で１である。
コンプレッサ装置１００（図５）は、回転速度の減少に応じて、予め設定されたトルク制御パターンＣ４の制御指令値を全体的に減少する振幅シフトによりトルク制御パターンＣ１ａを作成する。
【００２３】
トルク制御パターンＣ１ａの制御指令値のピーク制御指令値は、クランク角度２６０［ｄｅｇ］の位置で２である。ピーク制御指令値及び負荷トルクピーク値は、クランク角度が異なる。コンプレッサ装置１００（図５）は、トルク制御パターンＣ１ａに基づいてトルク制御を行う。モータ１３（図５）の回転速度が変化するので、低負荷（Ｌ１）のトルクリップルを吸収できない。
【００２４】
比較例によるトルク制御では、低負荷（Ｌ１）から高負荷（Ｌ４）までの全域で、トルクリップルを吸収できない。
また、全域で対応できるようにトルク制御を行う為には、トルクリップルを測定し、トルク制御パターンを読み込んで設定する処理を繰り返す必要がある。このため、負荷変動に対して迅速な適応ができず、処理が複雑になりコストアップの要因となる。
【００２５】
（第１実施形態）
第１実施形態は、回転速度の変化に対して負荷状態を認識し、トルク制御パターンを対応させて、トルク制御を行う場合について説明する。
【００２６】
図５は、本発明の第１実施形態におけるコンプレッサ装置１００のブロック図である。コンプレッサ装置１００は、制御回路１１、インバータ１２、モータ１３、コンプレッサ１、及び、誘起電圧検出回路１５を備える。
制御回路１１は、トルク制御パターンシフト部２１、モータ制御部２２、トルク制御パターン記憶部２３、及び、微分回路２４を備える。微分回路２４は、後に説明する誘起電圧検出回路１５から入力される回転角度情報θを時間で微分して、回転速度情報ωをトルク制御パターンシフト部２１に出力する。
トルク制御パターンシフト部２１は、制御指令値群Ｇ、回転角度情報θ、及び、回転速度情報ωに基づいて動作し、低負荷時にトルクリップルを測定し、負荷トルク曲線を認識する。
【００２７】
トルク制御パターン記憶部２３は、例えばＥＥＰＲＯＭで構成され、低負荷（Ｌ１）のトルクリップルを吸収できる複数のトルク制御パターンが記憶されている。トルク制御パターンは、所定間隔のクランク角度（０°〜３６０°）ごとに対応する制御指令値の集まりである。クランク角度は、モータ１３の回転角度（機械角）に対応する。すなわち、トルク制御パターン記憶部２３は、コンプレッサ１の回転角度と負荷変動に対応する制御指令値とを対応付けるトルク制御パターンが格納されている。
トルク制御パターンシフト部２１は、認識した負荷トルク曲線に最適なトルク制御パターンである制御指令値群Ｇをトルク制御パターン記憶部２３から読み込む。その後、必要なときに制御指令値群Ｇについて振幅シフト及び位相シフトを行い、最適なトルク制御パターンを設定して、シフト制御指令値群Ｒをモータ制御部２２に出力する。シフト制御指令値群Ｒは、制御指令値群Ｇが振幅シフト及び位相シフトされた最適なトルク制御パターンである。
【００２８】
モータ制御部２２は、シフト制御指令値群Ｒ、回転角度情報θ、及び、回転指令に基づいて、ＰＷＭ制御する為のＰＷＭ信号Ｓをインバータ１２の駆動回路３１に出力する。回転指令は、図示されない回路から入力され、モータ１３を回転させる為の指令である。
【００２９】
インバータ１２は、駆動回路３１及びスイッチング回路３２を備える。駆動回路３１は、ＰＷＭ信号Ｓを変換したスイッチング信号Ｗをスイッチング回路３２に出力する。ここで、ＰＷＭ信号Ｓは、スイッチング回路３２内の半導体スイッチング素子をオン又はオフする信号である。
一方、スイッチング回路３２は、スイッチング信号Ｗに基づいて、モータ１３に矩形波電圧を印加し、これにより断続した駆動電流Ｉが流れる。
モータ１３は、ＰＷＭ信号Ｓ（スイッチング信号Ｗ）に基づいて、コンプレッサ１を回転させる。コンプレッサ１は、回転することで、圧縮気体（圧縮冷媒）の吐出、吸入、又は、圧縮の各工程を行う。
【００３０】
図６は、図５のスイッチング回路３２の回路図、及び、その周辺のブロック図である。スイッチング回路３２は、６個の半導体スイッチング素子ＳＷｕ１、ＳＷｕ２、ＳＷｖ１、ＳＷｖ２、ＳＷｗ１、ＳＷｗ２、及び、保護ダイオードＤｕ１、Ｄｕ２、Ｄｖ１、Ｄｖ２、Ｄｗ１、Ｄｗ２を有する。
半導体スイッチング素子ＳＷｕ１、ＳＷｕ２、ＳＷｖ１、ＳＷｖ２、ＳＷｗ１、ＳＷｗ２は、３相ブリッジ状に接続される。保護ダイオードＤｕ１、Ｄｕ２、Ｄｖ１、Ｄｖ２、Ｄｗ１、Ｄｗ２は、各々の半導体スイッチング素子に対して、保護するように逆方向に並列接続される。
半導体スイッチング素子ＳＷｕ１、ＳＷｕ２及び保護ダイオードＤｕ１、Ｄｕ２はＵ相に対応し、半導体スイッチング素子ＳＷｖ１、ＳＷｖ２及び保護ダイオードＤｖ１、Ｄｖ２はＶ相に対応し、半導体スイッチング素子ＳＷｗ１、ＳＷｗ２及び保護ダイオードＤｗ１、Ｄｗ２はＷ相に対応する。
【００３１】
モータ１３は、Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相の内部回路がスター結線である三相ブラシレスＤＣモータである。Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相の何れか２相には矩形波電圧が印加され、残りの１相には逆起電力である誘起電圧Ｅが発生する。
誘起電圧検出回路１５は、検出した誘起電圧Ｅに基づいて、回転角度情報θを制御回路１１のトルク制御パターンシフト部２１、モータ制御部２２、及び、微分回路２４（図５）に出力する。回転角度情報θは、モータ１３の回転角度に関する情報（電気角）である。
以下、インバータ１２が行う動作について説明する。
【００３２】
直流駆動電源３３は、スイッチング回路３２に直流電圧を供給する。スイッチング回路３２は、所定の条件で、半導体スイッチング素子ＳＷｕ１、ＳＷｖ１、及び、ＳＷｗ１の何れか１つと、半導体スイッチング素子ＳＷｕ２、ＳＷｖ２、及び、ＳＷｗ２の何れか１つとについて、スイッチング信号Ｗに基づいて双方ともオンする。
インバータ１２は、ＰＷＭ信号Ｓに基づいて、モータ１３に矩形波電圧を印加して駆動電流Ｉを流す。
駆動電流Ｉは、断続した電流であり、ＰＷＭ信号Ｓに基づいて平均値が増加又は減少する。モータ１３は、駆動電流Ｉの平均値に応じたトルクが発生する。したがって、駆動電流Ｉの変動を検出することにより、トルクリップルを検出できる。インバータ１２は、ＰＷＭ信号Ｓに基づいて、モータ１３をトルク制御する。
【００３３】
図７は、図６のインバータ１２に入力されるＰＷＭ信号Ｓのタイムチャートである。縦軸は電圧レベルを示し、横軸は時間を示す。スイッチング回路３２（図６）の半導体スイッチング素子は、ＰＷＭ信号ＳがＨレベルにオンし、ＰＷＭ信号ＳがＬレベルにオフする。ＰＷＭ信号Ｓは、半導体スイッチング素子が連続的にオンする連続期間と、半導体スイッチング素子が断続的にオンする断続期間とがある。
ＰＷＭ信号Ｓの時刻ｔ０から時刻ｔ６までの１サイクルは、モータ１３の電気角３６０°に対応する。
【００３４】
初めに、モータ１３の時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間は、Ｕ相の連続期間であり、Ｖ相の断続期間である。この期間は、Ｕ相からＶ相の内部回路に断続した駆動電流Ｉが流れ、Ｗ相の内部回路に誘起電圧Ｅが発生する。
次に、モータ１３の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は、Ｕ相の断続期間であり、Ｗ相の連続期間である。この期間は、Ｕ相からＷ相の内部回路に断続した駆動電流Ｉが流れる、Ｖ相の内部回路に誘起電圧Ｅが発生する。
更に、モータ１３の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は、Ｖ相の連続期間であり、Ｗ相の断続期間である。Ｖ相からＷ相の内部回路に断続した駆動電流Ｉが流れ、Ｕ相の内部回路に誘起電圧Ｅが発生する。
以下同様にして、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの時間、所定の条件で連続期間及び断続期間を設定する。
【００３５】
図８は、図７のＰＷＭ信号Ｓの断続期間の波形図である。縦軸は電圧レベルを示し、横軸は時間を示す。断続期間は、等間隔で複数のキャリア周期Ｔ０を有する。スイッチング回路３２（図６）の半導体スイッチング素子は、Ｈレベルでオンし、Ｌレベルでオフする。キャリア周期Ｔ０は、Ｈレベルのオン期間Ｔ１、及び、Ｌレベルのオフ期間Ｔ２を有する。
同図（ａ）は、制御指令値が小さい場合を示す。例えば、制御指令値が１の場合には、キャリア周期Ｔ０に対するオン期間Ｔ１の比率Ｔ１／Ｔ０が小さい。このため、断続した駆動電流Ｉの平均値が小さくなり、モータ１３で発生するトルクも小さい。
同図（ｂ）は、制御指令値が大きい場合を示す。例えば、制御指令値が４の場合には、比率Ｔ１／Ｔ０は、大きい。このため、断続した駆動電流Ｉの平均値が大きくなり、モータ１３で発生するトルクも大きい。
【００３６】
モータ制御部２２は、回転角度情報θ（電気角）に基づいてクランク角度を認識する。時刻ｔ０から時刻ｔ６までの回転角度情報θは、所定の関係でクランク角度に対応する。モータ制御部２２は、シフト制御指令値群Ｒに基づいて最適なトルク制御パターンの制御指令値を認識する。断続期間のＰＷＭ信号Ｓは、認識した制御指令値に基づいて生成される。
【００３７】
図９は、第１実施形態の低負荷でトルク制御パターンＣ１を設定した場合を示し、横軸はクランク角度［ｄｅｇ］である。同図（ａ）は、トルク制御パターンＣ１及びＣ４ａｂを示し、縦軸は制御指令値である。同図（ｂ）は、図３（ｂ）と同様に負荷トルクを示す。但し、Ｃ４ａｂの添え字ａは振幅シフトにより作成されたことを示し、添え字ｂは位相シフトにより作成されたことを示す。
【００３８】
コンプレッサ装置１００（図５）は、低負荷（Ｌ１）でトルクリップルを測定し、最適なトルク制御パターンＣ１を設定し、トルク制御を行う。
トルク制御パターンＣ１のピーク制御指令値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で２である。低負荷（Ｌ１）の負荷トルクピーク値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で１である。
ピーク制御指令値及び負荷トルクピーク値は、クランク角度が一致する。コンプレッサ装置１００は、トルク制御パターンＣ１に基づいてトルク制御を行う。モータ１３（図５）の回転速度が一定となるので、低負荷（Ｌ１）のトルクリップルを吸収できる。
【００３９】
トルク制御パターンシフト部２１（図５）は、回転速度情報ωに基づいて、負荷状態を判定する。モータ１３の回転速度が速くなると、負荷トルクが大きくなる。低負荷（Ｌ１）から高負荷（Ｌ４）に移行したと判定した場合、低負荷（Ｌ１）に比して、負荷トルクピーク値が増加し、対応するクランク角度が上死点（３６０°）方向（１８０°付近から２６０°付近に）に移動する。
トルク制御パターンシフト部２１は、回転速度の増加に応じて、振幅シフト及び位相シフトを行い、トルク制御パターンＣ４ａｂを作成する。
振幅シフトは、認識したクランク角度に対応するトルク制御パターンＣ１の制御指令値を全体的に増加する処理である。位相シフトは、位相方向及び位相量に基づいて、認識したクランク角度を移動して対応するクランク角度を求める処理である。位相シフトの位相方向及び位相量は、予めトルクリップルの変化を測定し、その結果から算出され決定される。
【００４０】
トルク制御パターンＣ４ａｂのピーク制御指令値は、クランク角度２６０［ｄｅｇ］の位置で４である。高負荷（Ｌ４）の負荷トルクピーク値は、クランク角度２６０［ｄｅｇ］の位置で４である。
ピーク制御指令値及び負荷トルクピーク値は、クランク角度が一致する。コンプレッサ装置１００は、トルク制御パターンＣ４ａｂに基づいてトルク制御を行う。モータ１３（図５）の回転速度が一定となるので、高負荷（Ｌ４）のトルクリップルを吸収できる。
【００４１】
モータ１３の回転速度が遅くなると、負荷トルクが小さくなる。高負荷（Ｌ４）から低負荷（Ｌ１）に移行したと判定した場合、高負荷（Ｌ４）に比して、負荷トルクピーク値が減少し、対応するクランク角度が下死点（１８０°）方向に移動（２６０°付近から１８０°付近に）する。
コンプレッサ装置１００は、低負荷（Ｌ１）のトルク制御パターンＣ１をトルク制御パターン記憶部２３から再度読み込んで設定する。
【００４２】
トルク制御パターンＣ１のピーク制御指令値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で２である。低負荷（Ｌ１）の負荷トルクピーク値は、クランク角度１８０［ｄｅｇ］の位置で１である。
ピーク制御指令値及び負荷トルクピーク値は、クランク角度が一致する。コンプレッサ装置１００は、トルク制御パターンＣ１に基づいてトルク制御を行う。モータ１３（図５）の回転速度が一定となるので、低負荷（Ｌ１）のトルクリップルを吸収できる。
なお、低負荷（Ｌ１）又は高負荷（Ｌ４）に条件が切り替わらない範囲内では、モータ１３の回転速度の増加又は減少に伴い、振幅シフトにより制御指令値を全体的に増加又は減少させる。
【００４３】
図１０は、図５のコンプレッサ装置１００が行うトルク制御の動作を示すフローチャートである。コンプレッサ装置１００は、起動後に回転速度が９［ｒｐｓ］に上昇したら、駆動電流Ｉに基づいてトルクリップルを測定する（ステップＳ１）。回転速度情報ωから低負荷（Ｌ１）であると判定し、トルクリップルに最適なトルク制御パターンＣ１を設定する。
更に回転速度が上昇し、コンプレッサ装置１００は、トルク制御領域（回転速度で１８〜３４［ｒｐｓ］）にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。“Ｎｏ”の場合にはステップＳ２に戻り、“Ｙｅｓ”の場合には次のステップに進む。
【００４４】
コンプレッサ装置１００は、高負荷（Ｌ４）の条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３）。低負荷又は高負荷に条件が変化した場合にステップＳ３は実行される。高負荷の条件は、回転速度が２５［ｒｐｓ］以上である。“Ｙｅｓ”の場合にはトルク制御パターンＣ１から作成された最適なトルク制御パターンＣ４ａｂを設定し、“Ｎｏ”の場合にはトルク制御パターン記憶部２３（図５）からの制御指令値群Ｇに基づいて最適なトルク制御パターンＣ１を設定する。
コンプレッサ装置１００は、設定された最適なトルク制御パターンに基づいてトルク制御を行う。その後、ステップＳ２に戻る。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、測定したトルクリップルから負荷変動によりトルクリップルが移動した場合は、現在のトルクリップルを吸収できるトルク制御パターンを選択して、トルク制御パターンに基づいてトルク制御を行う。このため、負荷変動によってトルクリップルが移動しても確実にそのトルクリップルを吸収することができる。
言い換えれば、負荷状態にかかわらず、トルクリップルを吸収できる。このため、モータやコンプレッサ等の騒音又は振動が減少する。また、トルクリップルを再測定しないでトルク制御パターンを設定でき、迅速にトルクリップルを吸収できる。
【００４６】
（第２実施形態）
第２実施形態は、回転速度及び外気温度の変化に対して、トルク制御パターンを対応させて、トルク制御を行う場合について説明する。
【００４７】
コンプレッサ１の内部空間３（図１）に存在する気体（冷媒）は、温度によってその体積が変化する。コンプレッサ１の負荷は、温度によっても変化する。ボイル・シャルルの法則によれば、気体の状態方程式は次の式（１）で表わされる。
ＰＶ＝ｎＲＴ                                                        （１）
但し、Ｐは気体の圧力、Ｖは気体の体積、ｎはモル数、Ｒは気体定数、Ｔは気体の温度である。
【００４８】
式（１）に示すように、気体の圧力Ｐは気体の温度Ｔに比例する。コンプレッサ１の内部空間３に存在する気体（冷媒）の温度Ｔが変われば気体の圧力Ｐが変わり、コンプレッサ1の負荷が変化する。さらに、コンプレッサ１の内部空間３に存在する気体（冷媒）の温度Ｔが変われば気体の体積Ｖも変化する。したがって、温度Ｔが変化しても負荷トルクが変化する。
【００４９】
図１１は、本発明の第２実施形態のコンプレッサ装置１０１のブロック図である。温度検出部２５を備える点が図５とは異なる。
温度検出部２５は、外部にあるセンサに基づいて外気温度を測定し、温度情報Ｔをトルク制御パターンシフト部２１に出力する。外気温度は、コンプレッサ１の周辺温度に関係する。新たに追加された温度情報Ｔに基づいてトルク制御パターンシフト部２１が動作する点以外は、図５と同様である。
【００５０】
コンプレッサ装置１０１の処理は、コンプレッサ装置１００の処理（図１０）と比べ、ステップＳ３の高負荷の条件のみが異なる。
高負荷の条件は、回転速度が２５［ｒｐｓ］以上であり、且つ、外気温度が規定温度以上である。例えば、規定温度の設定値は、「冷房・ドライ」の場合は４０℃、「暖房」の場合は１０℃として、個別に温度設定ができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、回転速度及び外気温度に基づいて負荷状態を判定することにより、コンプレッサの負荷変動を確実に認識できるので、よりトルクリップルを吸収することができる。
【００５２】
（変形例）
予め、負荷状態Ｌ２、Ｌ３、及び、Ｌ４に対するトルクリップルを測定し、最適なトルク制御パターンＣ２、Ｃ３、及び、Ｃ４を算出する。トルク制御パターン記憶部２３（図５）にトルク制御パターンＣ２、Ｃ３、及び、Ｃ４を予め記憶し、負荷状態Ｌ２及びＬ３について判定する処理を追加することもできる。
負荷状態Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、又は、Ｌ４に対して、最適なトルク制御パターンＣ１、Ｃ２、Ｃ３、又は、Ｃ４を夫々設定し、トルクリップルを吸収できる。このため、振幅シフト及び位相シフトによりトルク制御パターンを作成することに代えて、トルク制御パターン記憶部２３から最適なトルク制御パターンを読み込むので、等価的に回転角度のシフトが行われる。すなわち、トルク制御パターンは、基準となるトルク制御パターンについて回転角度をシフトさせた制御パターンが複数あり、トルク制御パターンシフト部２１は、モータ１３の回転速度に基づいて、トルク制御パターンの何れかを選択する。
また、負荷状態を多く判定し、トルク制御パターンを細かく設定することもできる。これにより、より最適なトルク制御パターンを設定するので、トルクリップルを確実に吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】コンプレッサの断面図である。
【図２】コンプレッサの負荷トルクを示す特性図である。
【図３】比較例について低負荷でトルク制御パターンを設定した場合を示す図である。
【図４】比較例について高負荷でトルク制御パターンを設定した場合を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態のコンプレッサ装置のブロック図である。
【図６】スイッチング回路の回路図及びその周辺のブロック図である。
【図７】ＰＷＭ信号のタイミングチャートである。
【図８】ＰＷＭ信号の断続期間の波形図である。
【図９】第１実施形態について低負荷でトルク制御パターンを設定した場合を示す図である。
【図１０】コンプレッサ装置が行うトルク制御の処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態のコンプレッサ装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    コンプレッサ
２    シリンダ
３    内部空間
４    クランクシャフト
５    ブレード
６    ローラ
７    シャフト
８    吸入口
９    吐出口
１１  制御回路
１２  インバータ
１３  モータ
１５  誘起電圧検出回路
２１  トルク制御パターンシフト部
２２  モータ制御部
２３  トルク制御パターン記憶部
２４  微分回路
２５  温度検出部
３１  駆動回路
３２  スイッチング回路
３３  直流駆動電源
ＳＷｕ１、ＳＷｕ２、ＳＷｖ１、ＳＷｖ２、ＳＷｗ１、ＳＷｗ２  半導体スイッチング素子
Ｄｕ１、Ｄｕ２、Ｄｖ１、Ｄｖ２、Ｄｗ１、Ｄｗ２  保護ダイオード
Ｇ    制御指令値群
Ｓ    ＰＷＭ信号
Ｗ    スイッチング信号
Ｅ    誘起電圧
Ｉ    駆動電流
θ    回転角度情報
ω    回転速度情報
Ｔ    温度情報
Ｒ    シフト制御指令値群
Ｔ０  キャリア周期
Ｔ１  オン期間
Ｔ２  オフ期間
Ｌ１〜Ｌ４  負荷状態
Ｃ１、Ｃ１ａ、Ｃ４、Ｃ４ａ、Ｃ４ａｂ  トルク制御パターン
【図１】
2009044881.tif 000003
【図２】
2009044881.tif 000004
【図３】
2009044881.tif 000005
【図４】
2009044881.tif 000006
【図５】
2009044881.tif 000007
【図６】
2009044881.tif 000008
【図７】
2009044881.tif 000009
【図８】
2009044881.tif 000010
【図９】
2009044881.tif 000011
【図１０】
2009044881.tif 000012
【図１１】
2009044881.tif 000013