JP2004019461A

JP2004019461A - 圧縮機用電動機の制御装置

Info

Publication number: JP2004019461A
Application number: JP2002171578A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shimizu; 清水　健志; Kiyotaka Kadofuji; 角藤　清隆
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】圧縮機の圧縮開始位置に誤差が生じても回転振動を抑えることができる圧縮機用電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】圧縮機を駆動する電動機３の回転数偏差に対応する平均電圧指令に、電動機の１回転中の負荷トルクの変化パターンに対応して変化するトルク制御パターンを乗算して電動機の駆動電圧を制御する圧縮機用電動機の制御装置であって、圧縮機の圧縮開始位置を検出する圧縮開始位置検出部１１と、電動機の回転数の変動幅を検出する回転数変動幅検出部２０と、検出された圧縮開始位置を、検出された回転数の変動幅に基づいて補正する補正部２１、２２と、トルク制御パターンを記憶したトルク制御パターン記憶部１２、とを備え、補正部補正された圧縮開始位置のタイミングでトルク制御パターン記憶部からトルク制御パターンを読み出して平均電圧指令に乗算することにより電動機の駆動電圧を制御する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機用電動機の制御装置に関し、特に圧縮機を駆動する電動機の振動を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧縮機を駆動するための電動機を制御する制御装置が知られている。このような制御装置として、例えば特開２００１−２９５７６９は、圧縮機の駆動トルクと負荷トルクの不平衡に起因して発生する回転振動を低減することができる「圧縮機用モータの制御装置」を開示している。
【０００３】
この圧縮機用モータの制御装置は、圧縮機の１回転中の負荷トルクの変化パターンに対応したパターンで変化する係数を、トルク制御パターンとして予め記憶させた記憶手段を備えている。そして、モータの回転角度を検出し、この検出された回転角度に対応する係数を記憶手段から読み出し、この読み出した係数をモータの回転数偏差に対応する平均電圧指令に乗算して新たな電圧指令を生成し、この生成された新たな電圧指令に基づいてモータを駆動することにより、モータのトルクを１回転中における負荷トルクの変化に追従させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した圧縮機用モータの制御装置は、圧縮機の圧縮開始位置を検出し、この検出された圧縮開始位置を基準にしてトルク制御パターンの読み出しを開始する。そして、このトルク制御パターンに基づいて新たな電圧指令を生成してモータを駆動する。
【０００５】
しかしながら、圧縮開始位置は機械的に決定されるため、圧縮機製造時において、モータのステータを圧縮機に組み込む際に、組み込み角度にバラツキが生じて組み込み誤差が発生する。その結果、圧縮開始位置にズレが発生して回転振動の原因になっている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、圧縮機の圧縮開始位置に誤差が生じても回転振動を抑えることができる圧縮機用電動機の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明に係る圧縮機用電動機の制御装置は、上記目的を達成するために、圧縮機を駆動する電動機（３）の回転数偏差に対応する平均電圧指令に、電動機（３）の１回転中の負荷トルクの変化パターンに対応して変化するトルク制御パターンを乗算することにより電動機（３）の駆動電圧を制御する圧縮機用電動機の制御装置であって、圧縮機の圧縮開始位置を検出する圧縮開始位置検出部（１１）と、電動機（３）の回転数の変動幅を検出する回転数変動幅検出部（２０）と、圧縮開始位置検出部（１１）で検出された圧縮開始位置を、回転数変動幅検出部（２０）で検出された回転数の変動幅に基づいて補正する補正部（２１、２２）と、トルク制御パターンを記憶したトルク制御パターン記憶部（１２）、とを備え、補正部（２１、２２）で補正された圧縮開始位置のタイミングでトルク制御パターン記憶部（１２）からトルク制御パターンを読み出して平均電圧指令に乗算することにより電動機（３）の駆動電圧を制御するように構成されている。
【０００９】
この圧縮機用電動機の制御装置によれば、圧縮開始位置検出部（１１）で検出された圧縮開始位置を、回転数振動幅が最も小さくなるように補正した後に圧縮機の運転を行うので、圧縮機製造時において、電動機（３）のステータを圧縮機に組み込む際に、組み込み角度にバラツキが生じて組み込み誤差が発生しても、回転振動を抑えることができる。
【００１０】
また、本発明に係る圧縮機用電動機の制御装置において、補正部（２１、２２）は、回転数変動幅検出部（２０）からの回転数の変動幅に基づいて補正値を発生する圧縮開始位置補正部（２１）と、圧縮開始位置補正部（２１）で発生された補正値を、圧縮開始位置検出部（１１）で検出された圧縮開始位置に加算することにより圧縮開始位置を補正する加算器（２２）、とを備えて構成できる。
【００１１】
また、本発明に係る圧縮機用電動機の制御装置において、圧縮開始位置補正部（２１）は、電動機（３）が一定負荷の状態で、圧縮開始位置補正部（２１）で発生された補正値を、圧縮開始位置検出部（１１）で検出された圧縮開始位置に加算するように構成できる。
【００１２】
更に、本発明に係る圧縮機用電動機の制御装置は、電動機（３）の負荷状態を検出する負荷状態検出部（３０）を更に備え、圧縮開始位置補正部（２１）は、負荷状態検出部（３０）で検出された負荷状態が一定である状態で、圧縮開始位置補正部（２１）で発生された補正値を、圧縮開始位置検出部（１１）で検出された圧縮開始位置に加算するように構成できる。
【００１３】
この構成によれば、負荷状態検出部（３０）によって負荷状態が一定であるかどうかを判断することができるので、負荷が安定するまでの時間として所定の待機時間が経過するのを待つ必要がなく、圧縮開始位置の補正値を迅速に決定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態に係る圧縮機用電動機の制御装置は、上述した特開２００１−２９５７６９に開示された圧縮機用モータの制御装置を改良したものである。従って、以下では、重複部分の説明は簡略化するので必要に応じて特開２００１−２９５７６９を参照されたい。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電動機の制御装置の構成を示す図である。この圧縮機用電動機の制御装置は、コンバータ回路１、インバータ回路２、ＤＣブラシレスモータ３、回転数・回転角度検出部１０、圧縮開始位置検出部１１、トルク制御パターン記憶部１２、加算器１３、比例・積分定数部１４、切替スイッチ１５、定数発生部１６、乗算器１７、インバータＵＶＷ波形制御部１８、回転数変動幅検出部２０、圧縮開始位置補正部２１及び加算器２２から構成されている。
【００１６】
コンバータ回路１は、交流電源からの電力を直流電力に変換してインバータ回路２に供給する周知の回路である。インバータ回路２は、コンバータ回路１からの直流電力を、インバータＵＶＷ波形制御部１８からの制御信号に応じて、３相の電力に変換し、ＤＣブラシレスモータ３に供給する。ＤＣブラシレスモータ３は、図示しない圧縮機を駆動する直流モータである。
【００１７】
回転数・回転角度検出部１０は、ＤＣブラシレスモータ３の誘起電圧に基づいて、その回転数及び回転角度を検出する。具体的には、回転数・回転角度検出部１０は、誘起電圧のゼロクロス点の間隔、つまり、誘起電圧の周期に基づいてＤＣブラシレスモータ３の回転数を検出すると共に、誘起電圧がゼロクロス点を通過する毎に回転角度が０°、９０°、１８０°及び２７０°であることを検出する。この回転数・回転角度検出部１０で検出された回転数は、加算器１３及び回転数変動幅検出部２０に送られ、回転角度は、圧縮開始位置検出部１１及びインバータＵＶＷ波形制御部１８に送られる。
【００１８】
圧縮開始位置検出部１１は、ＤＣブラシレスモータ３に結合されている図示しない圧縮機が圧縮動作を開始する圧縮動作開始タイミングを検出する。圧縮機が圧縮動作を開始するときのＤＣブラシレスモータ３のロータの回転角度は予め機械的に決定されている。圧縮開始位置検出部１１は、回転数・回転角度検出部１０で検出されたＤＣブラシレスモータ３の回転角度が、予め決定されている回転角度になるタイミングを圧縮機の圧縮動作開始タイミングとして検出し、その旨を表す信号を加算器２２に送る。
【００１９】
加算器２２は、圧縮開始位置検出部１１からの圧縮動作開始タイミングを表す信号に、後述する圧縮開始位置補正部２１からの補正値を加算し、新たな圧縮開始位置を算出する。この加算器２２から出力される新たな圧縮開始位置を表す信号は、トルク制御パターン記憶部１２に送られる。
【００２０】
トルク制御パターン記憶部１２は、トルク制御パターン偏差テーブルを記憶している。図２に示すトルクＴ１〜Ｔ６は、６０゜の間隔で分割した６つの回転角度区間の各々における圧縮機の負荷トルクの平均値を示している。各負荷トルクＴ１〜Ｔ６の発生に必要なインバータ回路２の出力電圧は、演算やシミュレーションによって求めることができる。また、圧縮機が１回転する間での平均負荷トルクＴａｖも演算やシミュレーションによって求めることができる。
【００２１】
上記トルクＴ１〜Ｔ６の発生に必要なインバータ回路２の出力電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ６、平均負荷トルクＴａｖの発生に必要なインバータ回路２の出力電圧をＶａｖとすると、トルク制御パターン偏差テーブルは、図３に示す関係、つまり、上記電圧Ｖ１〜Ｖ６の各々を電圧Ｖａｖで除算した制御係数値（Ｖ１／Ｖａｖ）〜（Ｖ６／Ｖａｖ）と、これらの制御係数値に対応する各回転角度間隔との関係を記憶している。このトルク制御パターン記憶部１２に記憶されている制御計数値は、切替スイッチ１５を経由して乗算器１７に送られる。
【００２２】
加算器１３は、外部から回転数指令として与えられる圧縮機の目標回転数（ＤＣブラシレスモータ３の目標回転数）と、回転数・回転角度検出部１０で検出された圧縮機の実際の回転数との偏差（回転数偏差）を算出する。この加算器１３から出力される回転数偏差は、比例・積分定数部１４に送られる。
【００２３】
比例・積分定数部１４は、加算器１３からの回転数偏差に比例・積分補償を施し、圧縮機の回転数偏差の平均値に対応する電圧Ｖａｖを平均電圧指令として出力する。この比例・積分定数部１４から出力される平均電圧指令は、乗算器１７に送られる。
【００２４】
切替スイッチ１５は、圧縮機の目標回転数が所定の低回転数域の回転数である場合にオンにされる。そして、オンにされた状態でトルク制御パターン記憶部１２の出力を選択する。一方、オフにされた状態では、定数発生部１６で発生された制御係数値「１」を選択して出力する。
【００２５】
乗算器１７は、比例・積分定数部１４から出力される平均電圧指令に切替スイッチ１５で選択された制御係数値を乗算し、その乗算結果を電圧指令としてインバータＵＶＷ波形制御部１８に送る。
【００２６】
インバータＵＶＷ波形制御部１８は、ＰＷＭ信号生成機能を有し、回転数・回転角度検出部１０によって検出された回転角度と乗算器１７からの電圧指令とに基づいて、該電圧指令をＵＶＷ電圧制御信号に変換する。このＵＶＷ電圧制御信号は、インバータ回路２に送られる。
【００２７】
回転数変動幅検出部２０は、回転数・回転角度検出部１０で検出された回転数に基づいて、１回転中の最大回転数と最小回転数との差を示す回転数変動幅ｒ１を検出する。この検出された回転数変動幅ｒ１は、圧縮開始位置補正部２１に送られる。
【００２８】
圧縮開始位置補正部２１は、回転数変動幅検出部２０からの回転数変動幅ｒ１に基づいて、圧縮開始位置検出部１１で検出された圧縮開始位置を補正するための補正値を発生する。この発生された補正値は、加算器２２に送られる。この圧縮開始位置補正部２１から出力される補正値は、図示しない固定信号をアクティブにすることにより固定できるように構成されている。
【００２９】
次に、以上のように構成される本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電動機の制御装置の動作を説明する。
【００３０】
先ず、圧縮機の圧縮開始位置を補正する動作を説明する。この場合、ＤＣブラシレスモータ３を一定負荷且つ一定回転数で回転させる。一定負荷の条件としては、一定回転数（或る周波数）で負荷が安定するまでの待機時間を採用することができる。
【００３１】
この状態で、回転数・回転角度検出部１０は、ＤＣブラシレスモータ３の回転数を検出し、回転数変動幅検出部２０に送る。回転数変動幅検出部２０は、受け取った回転数に基づいて、回転数変動幅ｒ１を検出し、圧縮開始位置補正部２１に送る。これにより、圧縮開始位置補正部２１は、回転数変動幅ｒ１が最小となるような補正値を生成し、加算器２２に送る。
【００３２】
ここで、圧縮開始位置補正部２１において、回転数変動幅ｒ１が最小となるような補正値は、以下の手順で求めることができる。即ち、圧縮開始位置補正部２１は、複数の補正値を加算器２２に送り、回転数変動幅検出部２０で検出された補正値毎の回転数変動幅を収集する。そして、収集された回転変動数幅の中の最も小さいものに対応する補正値を、回転数変動幅ｒ１が最小となる補正値として決定する。以後は固定信号がアクティブにされ、圧縮開始位置補正部２１は、この決定された補正値を固定的に出力する。圧縮機のステータの組み込み角度は、その圧縮機の構造によって固有に決定されので、上述した動作は、圧縮機を運転中に１回だけ実行すればよい。
【００３３】
次に、圧縮機用電動機の制御装置の動作を説明する。この場合、上述した動作によって圧縮開始位置補正部２１は回転数変動幅ｒ１が最小となる補正値を出力するように設定されているものとする。
【００３４】
今、目標回転数が低回転数域の回転数よりも高い回転数に設定されているとすると、切替スイッチ１５がオフにされる。その結果、乗算器１７において比例・積分定数部１４の出力に、定数発生部１６からの係数「１」が乗算される。従って、比例・積分定数部１４の出力がインバータＵＶＷ波形制御部１８に直接送られる。
【００３５】
即ち、比例・積分定数部１４からは、加算器１３から出力される回転数偏差を平均した平均電圧指令が出力されるので、切替スイッチ１５がオフにされた状態では、この平均電圧指令が電圧指令としてインバータＵＶＷ波形制御部１８に直接入力される。これにより、インバータＵＶＷ波形制御部１８は、平均電圧指令に対応するＵＶＷ電圧制御信号をインバータ回路２に送り、その結果、ＤＣブラシレスモータ３が平均トルクＴａｖを発生するように駆動される。
【００３６】
次に、目標回転数が低回転数域の回転数に設定されている場合は、切替スイッチ１５がオンにされる。従って、乗算器１７において、比例・積分定数部１４から出力される平均電圧指令にトルク制御パターン記憶部１２から出力されるトルク制御パターンが乗算される。
【００３７】
圧縮開始位置検出部１１は、予め決定されている回転角度になるタイミングを圧縮機の圧縮動作開始タイミングとして検出し、その旨を表す信号を加算器２２に送る。一方、圧縮開始位置補正部２１は、上記固定された補正値を加算器２２に送る。加算器２２は、上記圧縮開始位置検出部１１からの信号と圧縮開始位置補正部２１からの補正値を表す信号とを加算し、トルク制御パターン記憶部１２に送る。その結果、圧縮機の回転角度が正確な制御開始角度になるタイミングで、トルク制御パターン記憶部１２の記憶内容の読み出しが開始される。これにより、トルク制御パターン偏差テーブルから、回転角度が制御開始角度から６０°増す度にトルク制御パターン偏差α、つまり、図３に示す制御係数値Ｖ１／Ｖａｖ、Ｖ２／Ｖａｖ、・・・Ｖ６／Ｖａｖが順次出力される。
【００３８】
上述したように、比例・積分定数部１４は平均トルクＴａｖに対応する電圧Ｖａｖを出力し、トルク制御パターン記憶部１２はトルク制御パターンαを出力するので、乗算器１７からは電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・Ｖ６が新たな電圧指令として順次出力されることになる。この結果、ＤＣブラシレスモータ３のトルクは、圧縮機が１回転する間、図２に示すように、Ｔ１，Ｔ２，・・・Ｔ６という態様で変化することになる。つまり、負荷トルクの大きさに応じて且つ負荷トルクの変動に追従して変化することになる。
【００３９】
以上説明した本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電動機の制御装置によれば、圧縮開始位置検出部１１で検出された圧縮開始位置を、回転数振動幅が最も小さくなるように補正した後に圧縮機の運転を行うので、圧縮機製造時において、ＤＣブラシレスモータ３のステータを圧縮機に組み込む際に、組み込み角度にバラツキが生じて組み込み誤差が発生しても、回転振動を抑えることができる。
【００４０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る圧縮機用電動機の制御装置は、上述した実施の形態１に係る圧縮機用電動機の制御装置に負荷状態検出部３０が追加されて構成されている。
【００４１】
負荷状態検出部３０は、インバータＵＶＷ波形制御部１８で生成された一定回転数におけるＰＷＭ信号を入力する。そして、入力されたＰＷＭ信号のデューティ比が所定範囲以内であるかどうかを調べ、所定範囲内であることを検出すると、一定回転数で一定負荷状態にあることを表す一定負荷信号を圧縮開始位置補正部２１に送る。
【００４２】
圧縮開始位置補正部２１は、負荷状態検出部３０から一定負荷信号が送られてきた場合に、一定負荷の条件が成立したものとして、実施の形態１で説明した圧縮機の圧縮開始位置を補正する動作を行う。
【００４３】
この実施の形態２に係る圧縮機用電動機の制御装置によれば、負荷状態検出部３０によって一定負荷の条件が成立したかどうかを判断することができるので、負荷が安定するまでの時間として所定の待機時間が経過するのを待つ必要がない。従って、圧縮開始位置の補正値を迅速に決定することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、圧縮機の圧縮開始位置に誤差が生じても回転振動を抑えることができる圧縮機用電動機の制御装置を提供できる。
【００４５】
より詳しくは、本発明に係る圧縮機用電動機の制御装置によれば、圧縮開始位置検出部で検出された圧縮開始位置を、回転数振動幅が最も小さくなるように補正した後に圧縮機の運転を行うので、圧縮機製造時において、電動機のステータを圧縮機に組み込む際に、組み込み角度にバラツキが生じて組み込み誤差が発生しても、回転振動を抑えることができる。
【００４６】
また、負荷状態検出部によって負荷状態が一定であるかどうかを判断することができるので、負荷が安定するまでの時間として所定の待機時間が経過するのを待つ必要がなく、圧縮開始位置の補正値を迅速に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電動機の制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電動機の制御装置における負荷トルクの変動パターンに対する駆動トルクの変化パターンを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電動機の制御装置におけるトルク制御パターン偏差テーブルの記憶内容を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る圧縮機用電動機の制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　コンバータ回路
２　インバータ回路
３　ＤＣブラシレスモータ
１０　回転数・回転角度検出部
１１　圧縮開始位置検出部
１２　トルク制御パターン記憶部
１３　加算器
１４　比例・積分定数部
１５　切替スイッチ
１６　定数発生部
１７　乗算器
１８　インバータＵＶＷ波形制御部
２０　回転数変動幅検出部
２１　圧縮開始位置補正部
２２　加算器

Claims

圧縮機を駆動する電動機の回転数偏差に対応する平均電圧指令に、前記電動機の１回転中の負荷トルクの変化パターンに対応して変化するトルク制御パターンを乗算することにより前記電動機の駆動電圧を制御する圧縮機用電動機の制御装置であって、
前記圧縮機の圧縮開始位置を検出する圧縮開始位置検出部と、
前記電動機の回転数の変動幅を検出する回転数変動幅検出部と、
前記圧縮開始位置検出部で検出された圧縮開始位置を、前記回転数変動幅検出部で検出された回転数の変動幅に基づいて補正する補正部と、
前記トルク制御パターンを記憶したトルク制御パターン記憶部、とを備え、
前記補正部で補正された圧縮開始位置のタイミングで前記トルク制御パターン記憶部から前記トルク制御パターンを読み出して前記平均電圧指令に乗算することにより前記電動機の駆動電圧を制御する圧縮機用電動機の制御装置。
前記補正部は、
前記回転数変動幅検出部からの回転数の変動幅に基づいて補正値を発生する圧縮開始位置補正部と、
前記圧縮開始位置補正部で発生された補正値を、前記圧縮開始位置検出部で検出された圧縮開始位置に加算することにより圧縮開始位置を補正する加算器、
とを備えた請求項１に記載の圧縮機用電動機の制御装置。
前記圧縮開始位置補正部は、
前記電動機が一定負荷の状態で、前記圧縮開始位置補正部で発生された補正値を、前記圧縮開始位置検出部で検出された圧縮開始位置に加算する、請求項２に記載の圧縮機用電動機の制御装置。
前記電動機の負荷状態を検出する負荷状態検出部を更に備え、
前記圧縮開始位置補正部は、前記負荷状態検出部で検出された負荷状態が一定である状態で、前記圧縮開始位置補正部で発生された補正値を、前記圧縮開始位置検出部で検出された圧縮開始位置に加算する、請求項３に記載の圧縮機用電動機の制御装置。