JPH069439B2 - 電動機のトルク制御装置 - Google Patents

電動機のトルク制御装置

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JPH069439B2
JPH069439B2 JP59123639A JP12363984A JPH069439B2 JP H069439 B2 JPH069439 B2 JP H069439B2 JP 59123639 A JP59123639 A JP 59123639A JP 12363984 A JP12363984 A JP 12363984A JP H069439 B2 JPH069439 B2 JP H069439B2
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電動機のトルク制御装置に係り、インバータ
により駆動される、圧縮機を負荷する電動機の回転数を
広範囲に変えるのに好適な、電動機のトルク制御装置に
関するものである。
〔発明の背景) 例えば、ルームエアコンの冷房または暖房能力を可変に
する方式として、近年、圧縮機用の電動機の回転数をイ
ンバータを用い制御して変える方式が一般に用いられる
ようになつた。
しかして、これらの電動機の回転数制御範囲は、およそ
2000rpm〜6000rpm程度である。
この回転数制御範囲を、さらに拡大すれば、ルームエア
コンの能力制御範囲が拡がり、高速回転に対しては、暖
房能力の増強、または低速回転に対しては、省電力、低
騒音といつた効果が得られるものである。
しかしながら、1000rpm以下程度の低速回転化について
は、従来、次に示す理由により、騒音,騒音が増し、実
用化が困難であつた。
すなわち、ルームエアコンや冷蔵庫に用いられている圧
縮機は、一般に、駆動用の電動機とともにチヤンバ内に
密閉された構造であり、圧縮機の電動機に加わる負荷ト
ルクは、ロータリ圧縮機やレシプロ圧縮機のいずれにか
かわらず、回転角度に対して大きく脈動し、その最大負
荷トルクは平均負荷トルクのおよそ3倍にも達する。
ここで、第6図は、電動機の回転角に対する、負荷トル
クT、電動機の出力トルクT及び回転数Nの変化を
示したものである。
負荷トルクTが出力トルクTより大きくなる、図示
破線間の回転角領域では、回転数Nの減速による角加速
度が発生して、電動機の回転軸系のもつ慣性モーメント
Jとの積で表わされる回転慣性トルクが生じ、これと出
力トルクTとが、負荷トルクTとつりあうものであ
る。
これに対して、T<Tの回転角領域である図示破線
の両外側では、回転数の増速にもとづく回転慣性トルク
が発生する。すなわち、TM−TLのトクル差に応じた回
転慣性トルクが発生することにより、出力側の電動機と
負荷側としての圧縮機との間で、トルクの平衡が保たれ
る。
換言すれば、電動圧縮機においては、1回転中に回転脈
動が発生し、これが圧縮機チヤンバ全体に振動、さらに
は騒音を引き起こすものである。特に、電動機を低速領
域にまで運転する際には、回転数が低下するにともな
い、高速時と等しい角加速度に対しては回転脈動の振幅
が増大し、また、その回転脈動の周波数も低下する。
そして、このために生じる振動も回転脈動に応じて振幅
が大きく、振動周波数も下がる。
したがつて、従来、圧縮機用電動機の回転数範囲を低速
方向に拡大するには、振動、騒音がはげしく、防振,防
音対策装置が大型化するため、実用レベルで実現が困難
であつた。
〔発明の目的〕
本発明は、例えばルームエアコン、冷蔵庫など、電動圧
縮機の回転数可変により、冷房もしくは暖房能力に係る
能力制御するものにおいて、能力制御範囲を低能力側、
すなわち低回転数側にまで拡大しても、従来問題となつ
た振動や騒音の防止を可能としたことを含む、インバー
タにより駆動されて負荷を駆動する電動機の回転数を広
範囲に変えることが可能な電動機のルク制御装置の提供
を、その目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、圧縮機負荷装置を駆動する永久磁石を界磁と
する同期電動機と、この同期電動機に交流電力を供給す
るインバータとよりなり、前記電動機の1回転あたりの
負荷パターンを記憶するトルクパターン記憶部を備えた
電動機のトルク制御装置において、 電動機の入力端子電圧を入力して、電気角で60度毎の
タイミング信号を出力するタイミング発生部と、電動機
に流れる電流を検出する電流検出部と、検出した電流を
電流指令と一致させる電流制御部とを備え、 前記トルクパターン記憶部を前記タイミング信号の1回
転あたりの数と同数の記憶要素で構成し、前記タイミン
グ信号の切り替わりタイミングに応じて、前記記憶要素
のデータを順に呼び出し、呼び出されたデータから電流
指令を作成する回路構成を具備してなることを特徴とす
るものである。
〔発明の実施例〕
本発明に係る電動機のトルク制御装置の各実施例を、第
1図ないし第5図により説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る電動機のトルク制御
装置の構成図、第2図は、そのトルク制御部の詳細図、
第3図は、その動作説明図、第4図は、本発明の他の実
施例に係る電動機のトルク制御装置の要部構成図、第5
図は、その動作説明図である。
しかして、各実施例は、電動機として、圧縮機用電動機
に係るブラシレス直流電動機に適用される実施例に係る
ものである。
すなわち、まず第1図は、ブラシレス直流電動機のトル
ク制御装置の全体構成を示したものである。
図示の交流電源1から、整流回路2及び平滑コンデンサ
3より直流電圧Eを得て、インバータ4に供給するも
のである。
このインバータ4は、トランジスタTR〜TRと還
流ダイオードD〜Dとから構成された120゜通電
形インバータであり、その交流出力電圧は直流電圧E
の正電位側トランジスタTR〜TRの120゜の通
流期間がパルス幅変調を受けてチヨツパ動作することに
より制御されるものとしているものである。
また、トランジスタTR〜TRの共通エミツタ端子
と還流ダイオードD〜Dとの共通アノード端子間に
低抵抗Rが接続されているものである。
5は、圧縮機部であり、ブラシレス直流電動機に係る、
2極の永久磁石を界磁とした同期電動機5−1と、その
負荷の圧縮機5−2とよりなるものである。
同期電動機5−1の電機子巻線に流れる巻線電流は、前
記の低抵抗Rにも流れ、この低抵抗Rの電圧降下と
して、巻線電流Iが検出できるものである。
同期電動機5−1の出力トルクを制御するようにした制
御回路は、マイクロコンピュータ7、同期電動機5−1
の回転子の磁極位置を検出する回転子位置検出回路に係
る磁極位置検出回路6、同期電動機5−1のトルクを制
御するトルク制御部8及びトランジスタTR〜TR
に対するベースドライバ9から構成されるものである。
前記の磁極位置検出回路6は、特開昭52−80415号公
報で開示されているように、同期電動機5−1の電機子
巻線端子電圧V〜Vよりフイルタ回路を用いて、回
転子位置に対応した位置検出信号6Sを形成する回路で
ある。
また、前記のマイクロコンピュータ7は、 CPU7−1、ROM7−2、RAM7−3などから構
成され、それぞれ、アドレスバス,データバス及びコン
トロールバス(図示せず)によつて接続される。
そして、前記のROM7−2は、ブラシレス直流電動機
に係る同期電動機5−1を駆動するのに必要な各種処理
プログラムが記憶された主記憶部7−2aと同期電動機
5−1の回転子位置に応じたトルクデータを記憶したト
ルクパターン記憶部7−2bとからなるものである。
トルク制御部8は、マイクロコンピュータ7のトルクパ
ターン記憶部7−2bから、回転子位置に応じて出力さ
れたトルクデータ11に基づいて巻線電流を制御するも
のである。
すなわち、ブラシレス直流電動機では、電機子巻線に流
れる巻線電流は、その電動機の出力トルクに対応し、巻
線電流を制御することにより、出力トルクの制御が可能
となるものである。
第2図は、前述のトルク制御部8の詳細を示したもの
で、電流指令回路としてのD/A変換器12、電流検出
回路としての増幅器13、ヒステリシス特性を有した、
比較回路としてのコンパレータ14から構成されるもの
である。
マイクロコンピュータ7のトルクパターン記憶部7−2
bから読み出された8ビツトのトルクデータ11は、前
記のD/A変換器12によつてアナログ量に変換され、
図示の電流指令値11aとなるものである。
そして、低抵抗Rの電圧降下として得られる巻線電流
は、増幅器13によつて増幅されて、図示の電流検
出値VILとなり、コンパレータ14により上記の電流指
定値11aと比較され、前記のコンパレータ14の出力
として、チヨツパ信号10が形成され、インバータ4を
構成するトランジスタTR〜TRをスイツチングす
るものである。
しかして、第3図は、位置検出信号6Sから前記のチヨ
ツパ信号10の作成までのタイムチヤートである。
同図(1)の、回転子の磁極位置を表わす位置検出信号6
Sは、同期電動機5−1が2極機であることから、回転
子の機械的位置を表わし、図示のモードIからモードVI
まで、60゜毎に1回転で6つのモードに分けられる。
これらの各モード毎に、予めトルクパターン記憶部7−
2aに記憶されている6つの8ビツトトルクデータを、
各モードに応じて読み出し、マイクロコンピュータ7よ
り出力する。
その出力されたトルクデータ11は、前記のD/A変換
器12によつて、第3図(2)に示したように、電流指令
値11aに変換される。
そして、前述のごとく、電流検出値VILと前記の電流指
令値11aとが比較され、同図(3)で示したチヨツパ信
号10が作成され、巻線電流Iが電流指令値に対応し
た波形に制御されるものである。
前記のトルクパターン記憶部7−2aに予め記憶するト
ルクデータとして、圧縮機5−2の回転角により変化す
る負荷トルクT(さきの第6図)を60゜毎に模擬し
たデータとすることにより、同期電動機5−1の出力ト
ルクTが、圧縮機の負荷トルクTと対応して出力さ
れるものである。
以上で説明した本発明の実施例では、同期電動機が2極
であつて、回転子の機械的位置を、端子電圧V〜V
から求め、この位置に応じて、電動機の出力トルクを圧
縮機の負荷トルクに応じて変化させる構成としたことか
ら、回転子の機械的位置を検出するのに、圧縮機部5の
内部にホール素子などのセンサーが全く不要となる効果
を所期することができる。
しかして、同期電動機が4極機の場合には、回転子の磁
極位置の位置検出信号6Sの2周期に対して、回転子は
機械的に1回転のみであることから、位置検出信号6S
と回転子の機械的位置とは対応しない。
この点に関連して、第4,5図を用いて、本発明の他の
実施例を説明する。
さきの第1図〜第3図を用いて説明した前述の実施例と
異なる点は、同期電動機が4極機の場合についての実施
例であり、同期電動機の1回転中に基準位置を検出でき
るようにしたものである。
しかして、第4図は、さきの第1図で示した実施例に対
して、その相異する要部を中心に示したものであり、5
−3は、電動圧縮機のチヤンバで、5Aは圧縮機部であ
り、そのチヤンバ5−3の内部に、4極同期電動機15
と圧縮機5−2とが密閉されるものである。
そして、17は位置検出回路で、回転子の磁極位置を検
出する磁極位置検出回路17−1と、回転子の基準位置
を検出する基準位置検出回路17-2とからなり、前記の時
極位置検出回路は17−1は、さきの第1図で示した磁
極位置検出回路6と同一構成の回路である。
前記の基準位置検出回路17−2には、チヤンバ5−3
に取り付けられて当該チヤンバ5−3の振動を検出する
振動ピツクアツプ16の出力信号16Sが入力され、こ
の出力信号16Sに基づいて基準位置信号17−2Sを
形成し、マイクロコンピュータ7に伝えるものである。
さきに説明したマイクロコンピュータ7を構成するRO
M7−2のうち、トルクパターン記憶部7−2bには、
回転子1回転あたり、12のモードからなるトクルデー
タを予め記憶させておくものである。
第5図は、磁極位置検出信号17−1S〔同図の
(1)〕、振動ピツクアツプ16の出力信号16S〔同図
の(2)〕、基準位置検出回路17−2の出力である基準
位置信号17−2S〔同図(3)〕及び、マイクロコンピ
ュータ7から出力されたトルクデータをD/A変換して
得られた電流指令値11aと電流検出値VIL〔同図の
(4)〕を示している。
チヤンバ5−3の振動は、圧縮機の圧縮行程において、
圧縮容積が最少となる時点、いいかえると、同期電動機
に加わる負荷が最大の時点に最大となる特性を有するた
め、振動ピツクアツプ16の出力信号16Sは、第5図
の(2)に示すように、1回転に1つのピーク値が表わさ
れる。
この信号16Sに基づいて、基準位置検出回路17−2
より同図(3)の基準位置信号17−2Sを形成して、マ
イクロコンピュータ7に入力し、この基準位置信号17
−2Sのパルス信号が発生した時点において、12のモ
ードを有するトルクデータのうち、最大レベルのトルク
データをトルクパターン記憶部7−2bより読み出し、
マイクロコンピュータ7より出力するものである。
それ以降は、トルクデータを磁極位置検出信号17−1
Sに応じて、順次、トルクパターン記憶部7−2bから
読み出すことにより、1回転に、1つのトルクパターン
がマイクロコンピュータ7より出力されるものである。
以上に説明した実施例に係るものにより、4局同期電動
機に本発明を適用することができ、また、回転子の基準
位置を検出するのに、チヤンバの外部より振動ピツクア
ツプを用いて検出可能としたことにより、高温となるチ
ヤンバ内部にセンサを設ける必要が無く、高い信頼性が
得られる効果がある。
上記の各実施例によれば、圧縮機の回転角により変化す
る負荷トルクを、予めトルクパターン記憶部に記憶させ
ておき、この記憶されたトルクデータを回転子の位置に
応じて読み出し、この読み出されたトルクデータに基づ
いたトルクを、圧縮機用電動機より出力する構成とした
ものであることから、圧縮機の電動機に加わる負荷トル
クTと電動機の出力トルクTとの差トルクが減少
し、この結果、差トルクにより発生する回転脈動が減少
する効果を奏するものである。
これにより、圧縮機用電動機を1,000rpm以下の低速回転
領域まで拡大しても、振動の少ない電動圧縮機が得られ
るものである。
しかして、上記の各実施例に係るものは、電動機とし
て、圧縮機用電動機に係るブラシレス直流電動機につい
て述べたものであるが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、1回転中で負荷トルクが変化し、しかも、
その変化値を前もって知ることができる負荷を駆動する
インバータ駆動電動機のトルク制御装置として用いるこ
とができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、インバータにより駆動される、負荷駆
動の電動機の回転数を広範囲に変えるのに好適な、電動
機のトルク制御装置を得ることができるもので、実用的
効果にすぐれた発明ということができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る電動機のトルク制御
装置の構成図、第2図は、そのトルク制御部の詳細図、
第3図は、その動作説明図、第4図は、本発明の他の実
施例に係る電動機のトルク制御装置の構成図、第5図
は、その動作説明図、第6図は、電動機の回転角に対す
る、負荷トルク、電動機の出力トルク及び回転数の変化
を示す説明図である。 1…交流電源、2…整流回路、3…平滑コンデンサ、4
…インバータ、5,5A…圧縮機部、 5−1…同期電動機、5−2…圧縮機、 5−3…チヤンバ、6…磁極位置検出回路、7…マイク
ロコンピュータ、7−1…CPU、7−2…ROM、7
−2a…主記憶部、7−2b…トルクパターン記憶部、
7−3…RAM、8…トルク制御部、9…ベースドライ
バ、12…D/A変換器、13…増幅器、14…コンパ
レータ、15…4極同期電動機、16…振動ピツクアツ
プ、17…位置検出回路、17−1…磁極位置検出回
路、17−2…基準位置検出回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機負荷装置を駆動する永久磁石を界磁
    とする同期電動機と、この同期電動機に交流電力を供給
    するインバータとよりなり、前記電動機の1回転あたり
    の負荷パターンを記憶するトルクパターン記憶部を備え
    た電動機のトルク制御装置において、 電動機の入力端子電圧を入力して、電気角で60度毎の
    タイミング信号を出力するタイミング発生部と、電動機
    に流れる電流を検出する電流検出部と、検出した電流を
    電流指令と一致させる電流制御部とを備え、 前記トルクパターン記憶部を前記タイミング信号の1回
    転あたりの数と同数の記憶要素で構成し、前記タイミン
    グ信号の切り替わりタイミングに応じて、前記記憶要素
    のデータを順に呼び出し、呼び出されたデータから電流
    指令を作成する回路構成を具備してなることを特徴とす
    る電動機のトルク制御装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の電動機のトル
    ク制御装置において、 回転子の1回転1パルスの基準信号を発生する位置検出
    部を備え、この位置検出部の信号発生のタイミングに
    て、前記トルクパターン記憶部の特定の1つの記憶要素
    のデータから電流指令を作成する回路構成を備えた電動
    機のトルク制御装置。
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