JPH0742939B2 - トルク制御式圧縮機 - Google Patents
トルク制御式圧縮機Info
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- JPH0742939B2 JPH0742939B2 JP60223181A JP22318185A JPH0742939B2 JP H0742939 B2 JPH0742939 B2 JP H0742939B2 JP 60223181 A JP60223181 A JP 60223181A JP 22318185 A JP22318185 A JP 22318185A JP H0742939 B2 JPH0742939 B2 JP H0742939B2
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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、電動要素によって負荷要素が駆動される回転
機械全般に係り、特に負荷(吸収)トルクが一定周期を
もって変動する場合に回転主軸の回転速度変動を抑える
ことにより回転機械の振動を低減させるに好適なトルク
制御式圧縮機に関する。
機械全般に係り、特に負荷(吸収)トルクが一定周期を
もって変動する場合に回転主軸の回転速度変動を抑える
ことにより回転機械の振動を低減させるに好適なトルク
制御式圧縮機に関する。
電動要素によって駆動される圧縮機の一例として、密閉
型圧縮機を例にとって説明する。第12図および第13図
は、ロータリ圧縮機の従来構造を示すものである。これ
らの図において、符号1は容器であり、内部に電動要素
および圧縮要素を収納している。符号2は容器1に固定
されたステータ(固定子)であり、容器1内周に固定さ
れている。このステータ2の内側には、主軸4に嵌着さ
れ、主軸4と一体に回転するロータ(回転子)3が配置
されている。主軸4は、主軸受5および端部軸受6によ
り支承されている。そして、これらの軸受5、6は、シ
リンダブロック7に締結されている。シリンダブロック
7は容器に固定されており、このシリンダブロック7内
には、圧縮室12が成形されている。この圧縮室12内に
は、主軸4と偏心して一体化されたローラ8が設けら
れ、バネ10によってローラ8表面に押圧付勢されたベー
ン9が配設されている。このような構成のもとで主軸4
が回転すると、冷媒ガスが容器1の外部に設けられた吸
入アキュムレータ11から吸入され、圧縮室12により所定
の圧力まで加圧され、矢印方向に沿ってケース外に吐出
される。このような構造の圧縮機は、特開昭58−187635
号公報に開示されており、電動要素が時間に対してほぼ
一定のトルクを出力するのに対し、圧縮要素内のガス吸
収トルクは、主軸4が1回転する間に非常に大きな変動
が生じている。そして、このガス吸収トルクと電磁トル
クとの差、すなわち残差トルクが容器1に対して加振力
として働き、圧縮機全体では回転方向に対して大きな回
転振動を誘起されるという問題が生じる。この振動を防
止するために、従来技術では圧縮機全体をバネやゴムな
どの防振部材13で浮かせてベース(図示せず)に固定す
るといった外部防振手段が一般的にとられていた。
型圧縮機を例にとって説明する。第12図および第13図
は、ロータリ圧縮機の従来構造を示すものである。これ
らの図において、符号1は容器であり、内部に電動要素
および圧縮要素を収納している。符号2は容器1に固定
されたステータ(固定子)であり、容器1内周に固定さ
れている。このステータ2の内側には、主軸4に嵌着さ
れ、主軸4と一体に回転するロータ(回転子)3が配置
されている。主軸4は、主軸受5および端部軸受6によ
り支承されている。そして、これらの軸受5、6は、シ
リンダブロック7に締結されている。シリンダブロック
7は容器に固定されており、このシリンダブロック7内
には、圧縮室12が成形されている。この圧縮室12内に
は、主軸4と偏心して一体化されたローラ8が設けら
れ、バネ10によってローラ8表面に押圧付勢されたベー
ン9が配設されている。このような構成のもとで主軸4
が回転すると、冷媒ガスが容器1の外部に設けられた吸
入アキュムレータ11から吸入され、圧縮室12により所定
の圧力まで加圧され、矢印方向に沿ってケース外に吐出
される。このような構造の圧縮機は、特開昭58−187635
号公報に開示されており、電動要素が時間に対してほぼ
一定のトルクを出力するのに対し、圧縮要素内のガス吸
収トルクは、主軸4が1回転する間に非常に大きな変動
が生じている。そして、このガス吸収トルクと電磁トル
クとの差、すなわち残差トルクが容器1に対して加振力
として働き、圧縮機全体では回転方向に対して大きな回
転振動を誘起されるという問題が生じる。この振動を防
止するために、従来技術では圧縮機全体をバネやゴムな
どの防振部材13で浮かせてベース(図示せず)に固定す
るといった外部防振手段が一般的にとられていた。
しかし、従来の防振手段では、圧縮機が一定の回転数で
運転される場合には有効であるが、広範囲の回転数にわ
たって充分の防振性能を有するものではなかった。特
に、最近の技術として、インバータにより圧縮機の回転
数を広範囲に可変速制御しようとする場合、省エネルギ
ーの観点から回転数制御範囲をできるだけ低速域まで拡
大することが望ましいが、低速域、特に容器1と防振ゴ
ム13の共振点付近では、防振材の防振効果が著しく低下
する。このため、低速域でベースや配管を通じて振動が
伝わり、騒音の発生や長期的には配管の破損、圧縮機の
寿命低下などの諸問題が発生するおそれがあった。
運転される場合には有効であるが、広範囲の回転数にわ
たって充分の防振性能を有するものではなかった。特
に、最近の技術として、インバータにより圧縮機の回転
数を広範囲に可変速制御しようとする場合、省エネルギ
ーの観点から回転数制御範囲をできるだけ低速域まで拡
大することが望ましいが、低速域、特に容器1と防振ゴ
ム13の共振点付近では、防振材の防振効果が著しく低下
する。このため、低速域でベースや配管を通じて振動が
伝わり、騒音の発生や長期的には配管の破損、圧縮機の
寿命低下などの諸問題が発生するおそれがあった。
本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、
その目的は、回転機械の回転主軸1回転中において、電
動要素が負荷(吸収)トルクに等しい電磁トルクを発生
できるよう電動要素供給電流を制御することにより残差
トルクをなくし、回転主軸の回転速度変動、換言すれば
容器の回転方向振動を最小限に迎えることの可能なトル
ク制御式圧縮機を提供することにある。密閉型圧縮機な
どに代表される回転機械において、回転系に発生する回
転速度変動(これは固定系では回転方向における振動と
なる)の原因は、回転主軸の各回転角度における圧縮要
素の負荷(吸収)トルクと電動要素の電磁トルクとにお
いて差が生じることによるものである。
その目的は、回転機械の回転主軸1回転中において、電
動要素が負荷(吸収)トルクに等しい電磁トルクを発生
できるよう電動要素供給電流を制御することにより残差
トルクをなくし、回転主軸の回転速度変動、換言すれば
容器の回転方向振動を最小限に迎えることの可能なトル
ク制御式圧縮機を提供することにある。密閉型圧縮機な
どに代表される回転機械において、回転系に発生する回
転速度変動(これは固定系では回転方向における振動と
なる)の原因は、回転主軸の各回転角度における圧縮要
素の負荷(吸収)トルクと電動要素の電磁トルクとにお
いて差が生じることによるものである。
第14図は、一例としてロータリ圧縮機における振動の発
生原因について概略的に示したものである。圧縮要素お
よび電動要素の各々の回転系(回転子14、15と主軸16)
と固定系(固定子17、18と容器19)に対して、ガス圧縮
トルクTGと電磁トルクTMはそれぞれ図中に示すごとく作
用する。なお、図中において時計回りを正とし、反時計
回りを負として示している。
生原因について概略的に示したものである。圧縮要素お
よび電動要素の各々の回転系(回転子14、15と主軸16)
と固定系(固定子17、18と容器19)に対して、ガス圧縮
トルクTGと電磁トルクTMはそれぞれ図中に示すごとく作
用する。なお、図中において時計回りを正とし、反時計
回りを負として示している。
このときの回転系および固定系の運動方程式は、 および で示される。ただし、 はそれぞれ回転系および固定系の慣性トルクであり、TG
−TMが残差トルクに相当し、Kは圧縮機支持バネのバネ
定数、φは回転角であり、回転系の回転角速度 の関係がある。
−TMが残差トルクに相当し、Kは圧縮機支持バネのバネ
定数、φは回転角であり、回転系の回転角速度 の関係がある。
次に、第15図は、回転主軸16の回転中に生じるトルク変
動について示したものである。このようにロータリ圧縮
機においては、負荷(吸収)トルクが回転角度に応じ大
きく変動するのに対し、電動要素が発生する電磁トルク
は相対的にあまり変動しない。
動について示したものである。このようにロータリ圧縮
機においては、負荷(吸収)トルクが回転角度に応じ大
きく変動するのに対し、電動要素が発生する電磁トルク
は相対的にあまり変動しない。
ここに(1)式から明らかなように、第15図においてTG
>TMである領域では、 となるから、回転速度は増大する方向を示し、逆にTG<
TMである領域では、 となって減少傾向を有する。このように残差トルクTG−
TMの時間的変動により回転系の回転速度変動が生じる
が、(2)式に示すように、固定系ではこれが加振力と
して働き、回転方向への回転方向振動となって現われ
る。
>TMである領域では、 となるから、回転速度は増大する方向を示し、逆にTG<
TMである領域では、 となって減少傾向を有する。このように残差トルクTG−
TMの時間的変動により回転系の回転速度変動が生じる
が、(2)式に示すように、固定系ではこれが加振力と
して働き、回転方向への回転方向振動となって現われ
る。
したがって、もし全ての回転角度においてTM=TGとなる
ように電動要素に電磁トルクTMを制御すれば、 となって回転速度変動はなくなり、同時に固定系におい
てもトルク変動による加振力が打ち消されるため、回転
方向振動も起こらない。
ように電動要素に電磁トルクTMを制御すれば、 となって回転速度変動はなくなり、同時に固定系におい
てもトルク変動による加振力が打ち消されるため、回転
方向振動も起こらない。
本発明は、このような考案に鑑みなされたものである。
すなわち、トルク変動による回転主軸の回転速度変動を
何らかの手段により検知し、各回転角度において回転速
度変動を0にするために必要な電動要素への供給電流値
を計算し、次の回転時、すなわち360度進角した時点
で、この計算した電流値に基づいて電流制御を行えばよ
い。さらに、圧縮機のガス圧縮トルクの時間的変化は周
期的なものであるので、過去数回転分の回転速度変動を
ホールドし、各回転角度毎について平均化処理した電流
制御を行えば、偶然的な変動によるノイズ成分が除去さ
れて、より信頼度の高い制御が可能になる。
すなわち、トルク変動による回転主軸の回転速度変動を
何らかの手段により検知し、各回転角度において回転速
度変動を0にするために必要な電動要素への供給電流値
を計算し、次の回転時、すなわち360度進角した時点
で、この計算した電流値に基づいて電流制御を行えばよ
い。さらに、圧縮機のガス圧縮トルクの時間的変化は周
期的なものであるので、過去数回転分の回転速度変動を
ホールドし、各回転角度毎について平均化処理した電流
制御を行えば、偶然的な変動によるノイズ成分が除去さ
れて、より信頼度の高い制御が可能になる。
このように、本発明に係るトルク制御式回転機械は、電
動要素と、この電動要素に回転主軸を介して連結され、
電動要素によって駆動される負荷要素とを備えたトルク
制御式圧縮機において、負荷要素の負荷トルクと電動要
素の電磁トルクとの差である残差トルクを求める手段
と、残差トルクを求める手段の検出結果に基づいて電動
要素の電磁トルクを制御するトルク制御装置とを備え、
トルク制御装置は、少なくとも過去1回転分の複数分割
されたそれぞれの角度で求めた残差トルクに基づいて複
数分割されたそれぞれの角度ごとに電動要素に供給する
電流値を制御して電動要素の電磁トルクを制御するよう
にしたことを特徴とする。
動要素と、この電動要素に回転主軸を介して連結され、
電動要素によって駆動される負荷要素とを備えたトルク
制御式圧縮機において、負荷要素の負荷トルクと電動要
素の電磁トルクとの差である残差トルクを求める手段
と、残差トルクを求める手段の検出結果に基づいて電動
要素の電磁トルクを制御するトルク制御装置とを備え、
トルク制御装置は、少なくとも過去1回転分の複数分割
されたそれぞれの角度で求めた残差トルクに基づいて複
数分割されたそれぞれの角度ごとに電動要素に供給する
電流値を制御して電動要素の電磁トルクを制御するよう
にしたことを特徴とする。
本発明によれば、回転主軸の1回転中の各回転角度位置
において、過去の回転主軸回転時の残差トルクからこれ
を0とするに必要な制御量を算出し、回転主軸の各回転
角度毎に残差トルクを0とするようになっているので、
残差トルクを確実に小さくすることができる。
において、過去の回転主軸回転時の残差トルクからこれ
を0とするに必要な制御量を算出し、回転主軸の各回転
角度毎に残差トルクを0とするようになっているので、
残差トルクを確実に小さくすることができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は電動要素(直流モータ)により駆動される回転
機械の一種であるロータリ圧縮機をインバータ駆動させ
る場合について本発明を適用した例である。ここで、本
実施例に係る圧縮機は、第12図、第13図に示した従来の
圧縮機とその構成がほとんど同じであるため、異なる部
分のみを説明し、同一部は同一の符号を付すことによ
り、その説明は省略する。
機械の一種であるロータリ圧縮機をインバータ駆動させ
る場合について本発明を適用した例である。ここで、本
実施例に係る圧縮機は、第12図、第13図に示した従来の
圧縮機とその構成がほとんど同じであるため、異なる部
分のみを説明し、同一部は同一の符号を付すことによ
り、その説明は省略する。
第1図において、電動要素20のロータ3と圧縮要素(負
荷要素)21のローラ8とを直結する回転主軸4の一端が
延長されて被回転検出部材である歯車22が固着され、こ
の歯車22と主軸4とは一体に回転するようになってい
る。容器1にはギャップセンサ23が固定されており、歯
車22の歯列を検知して主軸4の回転速度に応じたパルス
信号を出力するようになっている。
荷要素)21のローラ8とを直結する回転主軸4の一端が
延長されて被回転検出部材である歯車22が固着され、こ
の歯車22と主軸4とは一体に回転するようになってい
る。容器1にはギャップセンサ23が固定されており、歯
車22の歯列を検知して主軸4の回転速度に応じたパルス
信号を出力するようになっている。
第2図は、ギャップセンサ23より検出された信号を示し
ている。ここで、検出信号24の中心出力レベルを示す基
準線25を考え、信号がこの基準線25を横切ったのち、再
びこの基準線25を横切るまでの時間tと歯車22の歯数m
より主軸4の各時点における回転速度が得られる。第3
図はこの第2図に示す回転速度信号に対応する主軸4の
回転速度26の変動状態を示したもので、主軸4の平均回
転速度(設定速度)27に対してA領域は進み、B領域は
遅れをそれぞれ示している。
ている。ここで、検出信号24の中心出力レベルを示す基
準線25を考え、信号がこの基準線25を横切ったのち、再
びこの基準線25を横切るまでの時間tと歯車22の歯数m
より主軸4の各時点における回転速度が得られる。第3
図はこの第2図に示す回転速度信号に対応する主軸4の
回転速度26の変動状態を示したもので、主軸4の平均回
転速度(設定速度)27に対してA領域は進み、B領域は
遅れをそれぞれ示している。
センサ23は、第4図に示すように、制御回路28に送ら
れ、この制御回路28によって電動要素20の電磁トルクを
制御するようになっている。すなわち、ギャップセンサ
23で得た検出信号24は、波形整形プリアンプ29により回
転速度変動に関するデジタル信号に変換され、インタフ
ェイス30を介してCPU31に送られる。ここで、時々刻々
の速度変動量から1回転後の回転速度変動を0にするた
めに必要な圧縮機の電動要素20に与える電流値を演算
し、RAM32にそのデータが必要になる時点まで記憶させ
ておく。次に、RAM32に書き込まれたデータはCPU31に読
み出され、制御部34に送られてベースドライバ35を駆動
するチョッパ信号を形成する。同時にCPU31は、各回転
角度において所要の電流値をインバータ36が発生するよ
うインタフェイス30を介してベースドライバ35にタイミ
ング信号を送る。そして、ベースドライバ35によって駆
動されるインバータ36は、主軸4の回転速度変動が各回
転角度において0になるように電動要素に与えられる電
流量を増減させて制御を行う。そして、主軸4の回転速
度が常にある一定の許容値以下の変動に納まるよう、絶
えず制御し続ける。また、それら一連の制御ループは、
ROM33に書き込まれている。
れ、この制御回路28によって電動要素20の電磁トルクを
制御するようになっている。すなわち、ギャップセンサ
23で得た検出信号24は、波形整形プリアンプ29により回
転速度変動に関するデジタル信号に変換され、インタフ
ェイス30を介してCPU31に送られる。ここで、時々刻々
の速度変動量から1回転後の回転速度変動を0にするた
めに必要な圧縮機の電動要素20に与える電流値を演算
し、RAM32にそのデータが必要になる時点まで記憶させ
ておく。次に、RAM32に書き込まれたデータはCPU31に読
み出され、制御部34に送られてベースドライバ35を駆動
するチョッパ信号を形成する。同時にCPU31は、各回転
角度において所要の電流値をインバータ36が発生するよ
うインタフェイス30を介してベースドライバ35にタイミ
ング信号を送る。そして、ベースドライバ35によって駆
動されるインバータ36は、主軸4の回転速度変動が各回
転角度において0になるように電動要素に与えられる電
流量を増減させて制御を行う。そして、主軸4の回転速
度が常にある一定の許容値以下の変動に納まるよう、絶
えず制御し続ける。また、それら一連の制御ループは、
ROM33に書き込まれている。
この制御回路28の制御フローを第5図に従って詳細に説
明する。
明する。
まず、ステップ110において、ある時点k1における主軸
4の1回転をN区間に分割し、各分割区間(1〜N)に
おける各区間速度υxを検出する。これは先ず、ギャッ
プセンサ23によって検出された回転パルスを波形整形プ
リアンプ29によって波形整形し、マイコンに内蔵されて
いるタイマによってパルス幅tiを算出し、各区間(x=
1〜N)における回転速度υxを算出するようになって
いる。
4の1回転をN区間に分割し、各分割区間(1〜N)に
おける各区間速度υxを検出する。これは先ず、ギャッ
プセンサ23によって検出された回転パルスを波形整形プ
リアンプ29によって波形整形し、マイコンに内蔵されて
いるタイマによってパルス幅tiを算出し、各区間(x=
1〜N)における回転速度υxを算出するようになって
いる。
次に、ステップ120において、ステップ110からの検出速
度とCPU31からの指令速度との速度偏差を算出し、ステ
ップ130に移る。ステップ130では、検出速度υxと指令
速度Vxとの大小関係を判別する。ステップ130におい
て、検出速度υx<指令速度Vxの場合には、すなわち偏
差速度Δυx(=υx−Vx)<0の場合はステップ140
に移り、ステップ140においてこの偏差速度Δυxを0
とするに必要な電流値の電動要素の付加分ΔIxを算出
し、ステップ150に移る。ステップ130において検出速度
υx>指令速度Vxの場合、すなわち偏差速度Δυx>0
の場合はステップ142に移り、このステップ142において
偏差速度Δυxを0とするに必要な電流値の電動要素へ
の減少分(ΔIx)を算出し、ステップ150に移る。ステ
ップ130においてυx=Vxの場合、すなわち偏差速度Δ
υx=0のときは、すぐさまステップ150に移る。次に
ステップ150において、X≧N、すなわちN分割された
各区間(1〜N)の全てについての速度偏差が出されて
いるか否かを判別し、X<Nの場合にはステップ160に
移って、ステップ150で算出されている区間における速
度偏差Δυxに基づく電流値の変動分をRAM32に記憶さ
せることともに、X→X+1としてステップ110の回転
パルス検出段階へ戻り、再び同じフローを繰り返す。
度とCPU31からの指令速度との速度偏差を算出し、ステ
ップ130に移る。ステップ130では、検出速度υxと指令
速度Vxとの大小関係を判別する。ステップ130におい
て、検出速度υx<指令速度Vxの場合には、すなわち偏
差速度Δυx(=υx−Vx)<0の場合はステップ140
に移り、ステップ140においてこの偏差速度Δυxを0
とするに必要な電流値の電動要素の付加分ΔIxを算出
し、ステップ150に移る。ステップ130において検出速度
υx>指令速度Vxの場合、すなわち偏差速度Δυx>0
の場合はステップ142に移り、このステップ142において
偏差速度Δυxを0とするに必要な電流値の電動要素へ
の減少分(ΔIx)を算出し、ステップ150に移る。ステ
ップ130においてυx=Vxの場合、すなわち偏差速度Δ
υx=0のときは、すぐさまステップ150に移る。次に
ステップ150において、X≧N、すなわちN分割された
各区間(1〜N)の全てについての速度偏差が出されて
いるか否かを判別し、X<Nの場合にはステップ160に
移って、ステップ150で算出されている区間における速
度偏差Δυxに基づく電流値の変動分をRAM32に記憶さ
せることともに、X→X+1としてステップ110の回転
パルス検出段階へ戻り、再び同じフローを繰り返す。
一方、ステップ150において、X≧Nのときはステップ1
70に移る。このステップ170では、ステップ160において
RAM32に記憶されている各区間X(1〜N)における情
報が送られるようになっており、主軸4の1回転分(N
分割された全区間)の制御パターンを形成し、ステップ
180に移って制御部34をしてベースドライバ35を駆動さ
せ、これによって電動要素20の電磁トルクを制御するよ
うになっている。ステップ180では、ドライバ駆動用の
制御信号を出力するとともに、k→k+1としてステッ
プ110に戻り、同様のフローが行なわれる。
70に移る。このステップ170では、ステップ160において
RAM32に記憶されている各区間X(1〜N)における情
報が送られるようになっており、主軸4の1回転分(N
分割された全区間)の制御パターンを形成し、ステップ
180に移って制御部34をしてベースドライバ35を駆動さ
せ、これによって電動要素20の電磁トルクを制御するよ
うになっている。ステップ180では、ドライバ駆動用の
制御信号を出力するとともに、k→k+1としてステッ
プ110に戻り、同様のフローが行なわれる。
第5図は、現在より1回転前の情報を使用して電動要素
の電流量を演算して制御するようになっているが、制御
を行なう際の回転速度変動情報として、第6図に示すよ
うに、現在より数回転前までの情報をストックし、統計
処理した上でその統計量より電流量を決定する方法が考
えられる。この第6図に示す制御フローでは、前記第5
図に示す制御フローに比べてステップ170からステップ1
80に至るまでの制御フローが異なり、その他の部分につ
いては第5図に示す制御フローと同様であるため、この
異なる部分のみの制御フローを第6図に従って説明す
る。第6図において、ステップ170においてky回転時の
パターンが形成されると、このパターンがRAM32に記憶
される。次にステップ171に移って、yがmより大きい
か小さいかが判別される。y<mの場合には、k→k+
1として、k+1回転時のパターンを形成すべく、もと
のステップ110に戻る。ステップ171においてy≧mの場
合には、制御部34をしてベースドライバ35駆動信号を出
力するようになっている。また、ステップ170において
形成された制御パターンは、ステップ172に示すよう
に、CPU31において合成されるようになっており、この
合成された制御パターンはRAM32に記憶される。そしてR
AM32記憶されている合成制御パターンは常に制御部34に
出力されており、ステップ171を経て制御部34に起動信
号が出力されて制御部34が起動されることにより、この
合成制御パターンに基づいてベースドライバ35が駆動さ
れるようになっている。
の電流量を演算して制御するようになっているが、制御
を行なう際の回転速度変動情報として、第6図に示すよ
うに、現在より数回転前までの情報をストックし、統計
処理した上でその統計量より電流量を決定する方法が考
えられる。この第6図に示す制御フローでは、前記第5
図に示す制御フローに比べてステップ170からステップ1
80に至るまでの制御フローが異なり、その他の部分につ
いては第5図に示す制御フローと同様であるため、この
異なる部分のみの制御フローを第6図に従って説明す
る。第6図において、ステップ170においてky回転時の
パターンが形成されると、このパターンがRAM32に記憶
される。次にステップ171に移って、yがmより大きい
か小さいかが判別される。y<mの場合には、k→k+
1として、k+1回転時のパターンを形成すべく、もと
のステップ110に戻る。ステップ171においてy≧mの場
合には、制御部34をしてベースドライバ35駆動信号を出
力するようになっている。また、ステップ170において
形成された制御パターンは、ステップ172に示すよう
に、CPU31において合成されるようになっており、この
合成された制御パターンはRAM32に記憶される。そしてR
AM32記憶されている合成制御パターンは常に制御部34に
出力されており、ステップ171を経て制御部34に起動信
号が出力されて制御部34が起動されることにより、この
合成制御パターンに基づいてベースドライバ35が駆動さ
れるようになっている。
この平均化処理による方法では、主軸の回転速度変動は
周期的であることから、偶然的な変動によるノイズ成分
が現われたとしても、これを除去することができるの
で、信頼性の高い制御を行うことが可能である。
周期的であることから、偶然的な変動によるノイズ成分
が現われたとしても、これを除去することができるの
で、信頼性の高い制御を行うことが可能である。
また、ステップ172に示す合成パターン形成のための統
計処理の方法としては、過去数回転前まで(m回転分)
の回転速度変動をN分割された各回転角度毎に単純平均
した平均値を用いる方法がまず考えられるが、この場合
高周波のノイズ成分を除去するため、ローパスフィルタ
により平滑化処理を行うことが有効である。
計処理の方法としては、過去数回転前まで(m回転分)
の回転速度変動をN分割された各回転角度毎に単純平均
した平均値を用いる方法がまず考えられるが、この場合
高周波のノイズ成分を除去するため、ローパスフィルタ
により平滑化処理を行うことが有効である。
なお、第5図に示すステップ170において、N分割され
た各区間におけるΔυxより1回転分の電流パターンを
形成するようになっているが、外部的な要囲による一時
的で過大な変動量を拾うおそれがあるため、第7図に示
されるように、しきい値Ix*を設けて、このしきい値Ix
*より大きな変動量は無視して平均化処理を行い、外乱
による影響をできるだけ少なくするようにすることも有
効である。これはステップ170においてk回転時の電流
パターンを形成したのち、ステップ175に移り、このス
テップ175においてIx>Ix*を判別し、YESならIx=Ix*
として電流パターンを修正し、この修正した電流パター
ンに基づき制御部34を起動する。一方、ステップ175に
おいてIx=Ix*なら、そのままの電流パターンに基づい
て制御部34を起動するというものである。しきい値Ix*
の設定の仕方には、予め行った実験に基づいて設定して
おく場合と、Ix- 1とIx+ 1とに基づいてその都度算出する
場合との二通りがある。
た各区間におけるΔυxより1回転分の電流パターンを
形成するようになっているが、外部的な要囲による一時
的で過大な変動量を拾うおそれがあるため、第7図に示
されるように、しきい値Ix*を設けて、このしきい値Ix
*より大きな変動量は無視して平均化処理を行い、外乱
による影響をできるだけ少なくするようにすることも有
効である。これはステップ170においてk回転時の電流
パターンを形成したのち、ステップ175に移り、このス
テップ175においてIx>Ix*を判別し、YESならIx=Ix*
として電流パターンを修正し、この修正した電流パター
ンに基づき制御部34を起動する。一方、ステップ175に
おいてIx=Ix*なら、そのままの電流パターンに基づい
て制御部34を起動するというものである。しきい値Ix*
の設定の仕方には、予め行った実験に基づいて設定して
おく場合と、Ix- 1とIx+ 1とに基づいてその都度算出する
場合との二通りがある。
また、第6図に示すステップ172の統計処理の他の方法
としては、第8図に示すような移動平均モデル法を用い
ることも有効な方法である。これは時系列的に与えられ
る回転速度変動データ(入力データ)に対し、重みづけ
移動平均をとることによって得られる。これを(3)式
で示すと、k番目の入力データ時系列xk(時間幅T)、
出力データ(統計量)yk、係数パラメータakとして となり、このような統計処理は第9図で示されるような
線型の非巡回型デジタルフィルタを使用することにより
得られる。これは、入力信号xkに対し加算器49、乗算器
47、単位遅延素子48の3種類の要素で構成される。
としては、第8図に示すような移動平均モデル法を用い
ることも有効な方法である。これは時系列的に与えられ
る回転速度変動データ(入力データ)に対し、重みづけ
移動平均をとることによって得られる。これを(3)式
で示すと、k番目の入力データ時系列xk(時間幅T)、
出力データ(統計量)yk、係数パラメータakとして となり、このような統計処理は第9図で示されるような
線型の非巡回型デジタルフィルタを使用することにより
得られる。これは、入力信号xkに対し加算器49、乗算器
47、単位遅延素子48の3種類の要素で構成される。
第8図について説明すると、ステップ170によって形成
された制御パターンを、過去の情報のうち直前の情報に
ウェートをおくようにステップ175で重みづけを行って
修正するようにし、この修正した制御パターンをステッ
プ176で合成し、これに基づいて制御部34を起動するよ
うになっている。
された制御パターンを、過去の情報のうち直前の情報に
ウェートをおくようにステップ175で重みづけを行って
修正するようにし、この修正した制御パターンをステッ
プ176で合成し、これに基づいて制御部34を起動するよ
うになっている。
また、回転系のトルク変動を把握する方法としては、回
転速度変動情報を用いる以外に有効な方法がないことが
注目すべき事実として挙げられるが、検出手段として上
述したギャップセンサ23による回転パルスを参照する以
外に、圧縮機内部にセンサを必要としないセンサレス方
式として次のようなものがある。すなわち、直流電動機
の各導線に電流を通せば、フレミングの法則により電流
の向きと反対に逆起電力が誘起され、その大きさは電動
機の回転数の大きさに比例する。このことから、回転速
度変動によって生じる逆起電力の変化による電流変化を
検出することにより、回転速度変動情報を得ることも可
能である。
転速度変動情報を用いる以外に有効な方法がないことが
注目すべき事実として挙げられるが、検出手段として上
述したギャップセンサ23による回転パルスを参照する以
外に、圧縮機内部にセンサを必要としないセンサレス方
式として次のようなものがある。すなわち、直流電動機
の各導線に電流を通せば、フレミングの法則により電流
の向きと反対に逆起電力が誘起され、その大きさは電動
機の回転数の大きさに比例する。このことから、回転速
度変動によって生じる逆起電力の変化による電流変化を
検出することにより、回転速度変動情報を得ることも可
能である。
第10図は、電動要素としてブラシレス直流電動機を用い
た場合のトルク制御装置の全体構成を示すものである。
た場合のトルク制御装置の全体構成を示すものである。
第10図において、交流電源50から整流回路51および平滑
コンデンサ52より直流電圧Edを得てインバータ62に供給
するものである。
コンデンサ52より直流電圧Edを得てインバータ62に供給
するものである。
このインバータ62は、トランジスタTR1〜TR6と還流ダイ
オードD1〜D6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Edの正電位側トラ
ンジスタTR1〜TR3の120゜の通流期間がパルス幅変調を
受けてチョッパ動作することにより制御されるものとし
ている。
オードD1〜D6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Edの正電位側トラ
ンジスタTR1〜TR3の120゜の通流期間がパルス幅変調を
受けてチョッパ動作することにより制御されるものとし
ている。
また、トランジスタTR4〜TR6の共通エミッタ端子と還流
ダイオードD4〜D6の共通アノード端子間に低抵抗R1が接
続されているものである。
ダイオードD4〜D6の共通アノード端子間に低抵抗R1が接
続されているものである。
符号70は、圧縮機部であり、ブラシレス直流電電機に係
る2極の永久磁石を界磁として同期電動機70−1と、そ
の負荷の圧縮要素70−2とよりなるものである。
る2極の永久磁石を界磁として同期電動機70−1と、そ
の負荷の圧縮要素70−2とよりなるものである。
同期電動機70−1の電機子巻線に流れる巻線電流は、前
記の低抵抗R1にも流れ、この低抵抗R1の電圧降下とし
て、巻線電流ILが検出できるものである。
記の低抵抗R1にも流れ、この低抵抗R1の電圧降下とし
て、巻線電流ILが検出できるものである。
同期電動機70−1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53、同期電動機70−1
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54、同期電動機70−1のトルクを制
御する。トルク制御部80およびトランジスタTR1〜TR6に
対するベースドライバ55、およびマイクロコンピュータ
53に目標回転速度を指令するための速度指令回路56およ
び回転主軸の回転速度変動を検出するための電磁ピック
アップ72および波形整形回路74より構成されているもの
である。
御回路は、マイクロコンピュータ53、同期電動機70−1
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54、同期電動機70−1のトルクを制
御する。トルク制御部80およびトランジスタTR1〜TR6に
対するベースドライバ55、およびマイクロコンピュータ
53に目標回転速度を指令するための速度指令回路56およ
び回転主軸の回転速度変動を検出するための電磁ピック
アップ72および波形整形回路74より構成されているもの
である。
前記磁極位置検出回路54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70−1の電機子巻線
端子電圧VA〜VCよりフィ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。
開示されているように、同期電動機70−1の電機子巻線
端子電圧VA〜VCよりフィ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53は、CPU53a、ROM5
3b、RAM53c、インタフェイス53dなどから構成され、そ
れぞれアドレスバス、データバスおよびコントロールバ
ス(いずれも図示せず)によって接続される。そして、
ROM53bにはブラシレス直流電動機に係る同期電動機70−
1を1回回転前または統計処理したデータに基づいて駆
動させるために必要な制御プログラムが記憶されてい
る。
3b、RAM53c、インタフェイス53dなどから構成され、そ
れぞれアドレスバス、データバスおよびコントロールバ
ス(いずれも図示せず)によって接続される。そして、
ROM53bにはブラシレス直流電動機に係る同期電動機70−
1を1回回転前または統計処理したデータに基づいて駆
動させるために必要な制御プログラムが記憶されてい
る。
一方、RAM53cは、圧縮機の主軸1回転をN区間に分割し
たときの各区間での偏差速度の過去1回転分のデータ、
または過去何回転かにわたって統計処理したデータが書
き込めるようになっている。
たときの各区間での偏差速度の過去1回転分のデータ、
または過去何回転かにわたって統計処理したデータが書
き込めるようになっている。
トルク制御部80は、前記速度変動情報により作成された
1回転分の電流パターンまたは複数回転分の平均化処理
された電流パターンを用いて巻線電流を制御するもので
ある。
1回転分の電流パターンまたは複数回転分の平均化処理
された電流パターンを用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。
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11図は、前述のトルク制御部80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80b、電流検出回路
としての増幅器80c、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80dから構成されるものであ
る。
で、電流指令回路としてのD/A変換器80b、電流検出回路
としての増幅器80c、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80dから構成されるものであ
る。
マイクロコンピュータ53のRAM53cから読み出された8ビ
ットの偏差速度データSoは、前記D/A変換器80bによって
アナログ変換され、図示の電流指令値80aとなるもので
ある。
ットの偏差速度データSoは、前記D/A変換器80bによって
アナログ変換され、図示の電流指令値80aとなるもので
ある。
そして、低抵抗R1の電圧降下として得られる巻線電流IL
は、増幅器80cによって増幅されて電流検出値VILとな
り、コンパレータ80dにより上記の電流指令値80aと比較
され、前記コンパレータ80dの出力として、チョッパ信
号S1が形成され、インバータ62を構成するトランジスタ
TR1〜TR3をスイッチングするものである。
は、増幅器80cによって増幅されて電流検出値VILとな
り、コンパレータ80dにより上記の電流指令値80aと比較
され、前記コンパレータ80dの出力として、チョッパ信
号S1が形成され、インバータ62を構成するトランジスタ
TR1〜TR3をスイッチングするものである。
以上、電動要素をインバータ駆動させて密閉型回転圧縮
機を運転する場合にトルク制御を行う方法について説明
したが、本発明の性質上、これに限定されるものではな
く、電動要素によって駆動され、負荷吸収トルクが周期
的に変動する回転機械全般に対し有効な手段となり得る
ものである。
機を運転する場合にトルク制御を行う方法について説明
したが、本発明の性質上、これに限定されるものではな
く、電動要素によって駆動され、負荷吸収トルクが周期
的に変動する回転機械全般に対し有効な手段となり得る
ものである。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電動
要素により駆動され、周期的な負荷トルク変動を有する
全ての圧縮機に対し、複数分割されたそれぞれの角度ご
とに電動要素に供給する電流値を制御して電磁トルクを
制御するようにしたため、回転系における回転速度変動
の大幅な減少、換言すれば固定系における容器全体の回
転振動の大幅な低減が達成され、特に共振点付近あるい
はそれ以下での振動のない低速運転が可能となる。ま
た、回転機械の振動の低減が可能となるので、防振構造
の大幅な簡略化を実現することができる。そのため、圧
縮機の広範囲の可変速運転による省電力化や圧縮機が組
み込まれているシステム全体の小型化にも貢献できると
いう効果がある。
要素により駆動され、周期的な負荷トルク変動を有する
全ての圧縮機に対し、複数分割されたそれぞれの角度ご
とに電動要素に供給する電流値を制御して電磁トルクを
制御するようにしたため、回転系における回転速度変動
の大幅な減少、換言すれば固定系における容器全体の回
転振動の大幅な低減が達成され、特に共振点付近あるい
はそれ以下での振動のない低速運転が可能となる。ま
た、回転機械の振動の低減が可能となるので、防振構造
の大幅な簡略化を実現することができる。そのため、圧
縮機の広範囲の可変速運転による省電力化や圧縮機が組
み込まれているシステム全体の小型化にも貢献できると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例である圧縮機の縦断面図、第
2図は回転主軸の速度検出信号を示す図、第3図は第2
図に示す検出信号に対応する回転速度変動量を示す図、
第4図はトルク制御装置の概要図、第5図はその制御フ
ローを示す図、第6図はトルク制御装置の他の制御フロ
ーを示す図、第7図および第8図はさらに他のトルク制
御装置の制御フローを示す図、第9図は統計処理のため
のデジタルフィルタの回路図、第10図はブラシレス直流
電動機に本発明を適用したトルク制御装置の全体構成
図、第11図は第10図に示すトルク制御部の回路図、第12
図は従来の密閉型回転機械の縦断面図、第13図は第12図
の示すA−A断面図、第14図は回転機械に生ずるトルク
を示す図、第15図は回転主軸1回転中のトルク変動を示
す図である。 3……ロータ、12……圧縮室 20……電動要素、21……圧縮要素(負荷要素) 28……マイクロコンピュータ 30……インタフェイス、31……CPU 32……RAM、33……ROM 34……制御部、35……ベースドライバ 62……インバータ、70……圧縮機部 70−1……同期電動機、70−2……圧縮要素 72……電磁ピックアップ、80……トルク制御部 42……インバータ 53……マイクロコンピュータ 53a……CPU、53b……ROM 53c……RAM、53d……インタフェイス 55……ベースドライバ
2図は回転主軸の速度検出信号を示す図、第3図は第2
図に示す検出信号に対応する回転速度変動量を示す図、
第4図はトルク制御装置の概要図、第5図はその制御フ
ローを示す図、第6図はトルク制御装置の他の制御フロ
ーを示す図、第7図および第8図はさらに他のトルク制
御装置の制御フローを示す図、第9図は統計処理のため
のデジタルフィルタの回路図、第10図はブラシレス直流
電動機に本発明を適用したトルク制御装置の全体構成
図、第11図は第10図に示すトルク制御部の回路図、第12
図は従来の密閉型回転機械の縦断面図、第13図は第12図
の示すA−A断面図、第14図は回転機械に生ずるトルク
を示す図、第15図は回転主軸1回転中のトルク変動を示
す図である。 3……ロータ、12……圧縮室 20……電動要素、21……圧縮要素(負荷要素) 28……マイクロコンピュータ 30……インタフェイス、31……CPU 32……RAM、33……ROM 34……制御部、35……ベースドライバ 62……インバータ、70……圧縮機部 70−1……同期電動機、70−2……圧縮要素 72……電磁ピックアップ、80……トルク制御部 42……インバータ 53……マイクロコンピュータ 53a……CPU、53b……ROM 53c……RAM、53d……インタフェイス 55……ベースドライバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 6/06 6/08 (72)発明者 町田 茂 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 遠藤 常博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 畠 裕章 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献 特開 昭61−211553(JP,A) 特開 昭59−50334(JP,A) 特開 昭55−123055(JP,A) 特開 昭56−54506(JP,A)
Claims (3)
- 【請求項1】電動要素と、この電動要素に回転主軸を介
して連結され、前記電動要素によって駆動される負荷要
素とを備えたトルク制御式圧縮機において、前記負荷要
素の負荷トルクと前記電動要素の電磁トルクとの差であ
る残差トルクを求める手段と、該残差トルクを求める手
段の検出結果に基づいて前記電動要素の電磁トルクを制
御するトルク制御装置とを備え、該トルク制御装置は、
少なくとも過去1回転分の複数分割されたそれぞれの角
度で求めた前記残差トルクに基づいて前記複数分割され
たそれぞれの角度ごとに前記電動要素に供給する電流値
を制御して該電動要素の電磁トルクを制御することを特
徴とするトルク制御式圧縮機。 - 【請求項2】電動要素と、この電動要素に回転主軸を介
して連結され、前記電動要素によって駆動される負荷要
素とを備えたトルク制御式圧縮機において、前記負荷要
素の負荷トルクと前記電動要素の電磁トルクとの差であ
る残差トルクと等価である前記回転主軸の回転速度変動
を求める手段と、該回転速度変動を求める手段の検出結
果に基づいて前記電動要素の電磁トルクを制御するトル
ク制御装置とを備え、該トルク制御装置は、少なくとも
過去1回転分の複数分割されたそれぞれの角度で求めた
前記回転速度変動に基づいて該回転速度変動を0とする
ように前記電動要素の電磁トルクを制御することを特徴
とするトルク制御式圧縮機。 - 【請求項3】電動要素と、この電動要素によって回転主
軸を介して連結され、前記電動要素によって駆動される
負荷要素とを備えたトルク制御式圧縮機において、前記
電動要素の電磁トルクの制御量を記憶する記憶部と、該
記憶部に記憶されている制御量に基づいて前記電動要素
の電磁トルクを制御する制御部と、前記負荷要素の負荷
トルクと前記電動要素の電磁トルクとの差である残差ト
ルクから前記電磁トルクの制御量を求める演算部とを備
え、該演算部は、少なくとも過去1回転分の複数分割さ
れたそれぞれの角度で求めた前記残差トルクに基づいて
該残差トルクを0とするように前記電磁トルクの制御量
を求めることを特徴とするトルク制御式圧縮機。
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