JP2594451B2 - Rotary electric machine with torque control - Google Patents
Rotary electric machine with torque controlInfo
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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
ク制御式回転機械に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a general rotary machine in which a load element is driven by an electric element, and more particularly, to a case where a load (absorption) torque fluctuates at a constant cycle. The present invention relates to a torque-controlled rotary machine suitable for reducing vibration of a rotary machine by suppressing fluctuations in a rotation speed.
電動要素によって駆動される回転機械の一例として、
密閉型圧縮機を例にとって説明する。第10図および第11
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
配設されており、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。As an example of a rotating machine driven by an electric element,
This will be described by taking a hermetic compressor as an example. Figures 10 and 11
The figure shows a conventional structure of a rotary compressor. In these figures, reference numeral 1 denotes a container, in which an electric element and a compression element are housed. Reference numeral 2 denotes a stator (stator) fixed to the container 1, which is fixed to the inner periphery of the container 1. Inside the stator 2, a rotor (rotor) 3 fitted to the main shaft 4 and rotating integrally with the main shaft 4 is arranged. The main shaft 4 is supported by a main bearing 5 and a partial bearing 6. These bearings 5 and 6 are fastened to the cylinder block 7. Cylinder block 7
Is fixed to a container, and a compression chamber 12 is formed in the cylinder block 7. In this compression chamber 12,
A roller 8 eccentrically integrated with the main shaft 4 is provided, and a vane 9 urged against the surface of the roller 8 by a spring 10 is provided. When the main shaft 4 rotates in such a configuration, Refrigerant gas is sucked from a suction accumulator 11 provided outside the container 1, pressurized to a predetermined pressure by the compression chamber 12, and discharged out of the case in the direction of the arrow.
前述のような構造の圧縮機は、例えば特開昭58−1876
35号公報に開示されている。A compressor having the above structure is disclosed in, for example,
No. 35 discloses this.
ところで、圧縮要素内のガス吸収トルクは主軸４の１
回転中に大きく変動し、これと電動要素との電磁トルク
の差、すなわち残差トルクにより、主軸４を含む回転系
には回転速度変動、容器１と防振支持材13とからなる固
定側には回転方向振動が誘起されているという問題が生
じる。By the way, the gas absorption torque in the compression element is
It fluctuates greatly during rotation, and due to the difference between the electromagnetic torque of this and the electric element, that is, the residual torque, the rotation system including the main shaft 4 fluctuates in rotation speed, and the rotating side including the container 1 and the vibration-proof support 13 However, there is a problem that vibration in the rotational direction is induced.
第12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1
6）との固定系（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。FIG. 12 schematically shows a cause of vibration in a rotary compressor as an example. Rotation system of each of compression element and electric element (rotors 14, 15 and main shaft 1
6) and a fixed system relative (stator 17, 18 and the container 19), acting as a gas compression torque T G and the electromagnetic torque T M is shown in the respective diagrams. In the figure, clockwise is shown as positive and counterclockwise is shown as negative.
このときの回転系および固定系と運動方程式は、 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（加振トルク）ΔTrに相当し、Ｋは圧
縮機支持バネのバネ定数、φＲは、回転角であり、回転
系の回転角速度 の関係がある。At this time, the rotating and fixed systems and the equation of motion are and Indicated by However, Are the inertia torques of the rotating system and the fixed system, respectively, and T G
-T M corresponds to the residual torque (vibration torque) [Delta] Tr, K is a spring constant of the compressor support springs, phi R is the rotation angle, the rotation angular velocity of the rotating system There is a relationship.
したがって、回転系の回転速度ωＲを検出して、これ
が、時間的に零になるようにフィードバック制御すれ
ば、 となり、（１）式から、TM−TG＝０となり、モータトル
クTMと負荷トルクTGがつり合うことにより、（２）式に
おける加振トルクがなくなり、回転機械の振動、騒音の
発生原因であるチャンバ回転方向振動が抑制できる。Therefore, if the rotational speed ω R of the rotating system is detected and feedback-controlled so that this becomes temporally zero, From the expression (1), T M −T G = 0, and the motor torque T M and the load torque TG are balanced, so that the excitation torque in the expression (2) disappears, and vibration and noise of the rotating machine are generated. Chamber rotation direction vibration, which is the cause, can be suppressed.
さらに、特開昭62−83530号公報に示されるように、
圧縮機の負荷トルクTGは１回転中で大きく変動するが、
１回転を周期として繰返される周期脈動負荷であり、あ
る回転角度に着目すれが負荷トルク値はあまり変化しな
い。そこで、各回転角度において検出した回転速度を１
回転後の同一角度において出力させる方法により確実性
があり制御安定度の高いトルク制御が可能である。Further, as shown in JP-A-62-83530,
The load torque TG of the compressor fluctuates greatly during one rotation,
This is a periodic pulsation load that is repeated with one rotation as a cycle, and the load torque value does not change much, although attention is paid to a certain rotation angle. Therefore, the rotation speed detected at each rotation angle is set to 1
The method of outputting at the same angle after rotation enables certainty and torque control with high control stability.
しかしながら、回転速度の変動曲線と負荷トルクTGの
変動曲線は一般に位相が異なる。第13図は、ロータリ圧
縮機における負荷トルク曲線とロータの回転速度変動曲
線を併記して示したものである。図から示されるよう
に、回転速度の変動は、トルク変動に対し遅れ位相であ
る。However, the rotation curve and the load torque TG generally have different phases. FIG. 13 shows a load torque curve and a rotational speed fluctuation curve of the rotor in the rotary compressor together. As shown in the figure, the fluctuation of the rotation speed is a lag phase with respect to the torque fluctuation.
したがって、ロータの回転速度を検出して、検出速度
が指令速度より小さいときはモータ出力を増大させ、検
出速度が指定速度より大きいときには、モータ出力を減
少させるトルク制御機械においてはこの位相遅れのため
負荷トルクにモータ出力トルクを完全に同期化させるこ
とができないという問題があり、何らかの位相補正手段
を必要としていた。Therefore, when the rotational speed of the rotor is detected and the detected speed is lower than the command speed, the motor output is increased, and when the detected speed is higher than the designated speed, the torque control machine that decreases the motor output due to this phase delay. There is a problem that the motor output torque cannot be completely synchronized with the load torque, and some kind of phase correction means is required.
ここで、ロータリ圧縮機のトルク成分は、第14図に示
されるように圧縮機の運転周波数に対応した回転一次成
分の他に２次,3次…等の高調波成分を含んでおり、それ
らは互いに一定の位相差を有している。（１）式を参照
して、回転速度ωＲは加振トルクΔTrに対して積分の関
係にある。ここで、加振トルクΔTrが、次のように回転
ｎ次成分までの周期的変動成分から成ると仮定して、 とおく。但し、ωＯは平均速度、γＲはＲ次成分の位相
差、ΔTrRはＲ次成分の振幅の大きさである。（３）式
を（１）式に代入して積分すると、 が得られる。（４）式から判るように、回転Ｒ次成分の
速度変動成分は、残差トルク変動の同次成分に対し、π
/2R遅れ位相となっている。そして実際のロータ回転速
度は、このｎ次成分までを合成したものであり、またこ
れらの成分比は運転条件によっても異なり、位相遅れ角
度もその都度変動する。Here, the torque component of the rotary compressor includes harmonic components such as secondary, tertiary, etc. in addition to the rotational primary component corresponding to the operating frequency of the compressor as shown in FIG. Have a certain phase difference from each other. (1) With reference to formula rotational speed omega R is a relation of integral with respect to vibrating torque [Delta] Tr. Here, assuming that the excitation torque ΔTr is composed of a periodic fluctuation component up to the rotation n-th component as follows: far. Here, ω O is the average speed, γ R is the phase difference of the R-order component, and ΔTr R is the magnitude of the amplitude of the R-order component. Substituting equation (3) into equation (1) and integrating, Is obtained. As can be seen from equation (4), the speed fluctuation component of the rotation R-order component is π
/ 2R delay phase. The actual rotor rotational speed is obtained by combining the components up to the n-th component, and the ratio of these components differs depending on the operating conditions, and the phase delay angle also changes each time.
しかし、第15図に示されるように変動振幅は回転１次
成分が最も大きく、高次成分ほどその大きさが急速に減
衰する。さらに、回転１次とｎ次成分では、トルク振幅
が同一であっても速度振幅は1/Rになる。However, as shown in FIG. 15, the fluctuation amplitude of the first-order rotation component is the largest, and the magnitude of the higher-order component rapidly attenuates. Furthermore, the speed amplitude becomes 1 / R even if the torque amplitude is the same between the first-order rotation and the n-order component.
したがって、１回転中の速度検出パルス数が比較的少
なく高調波成分の影響を考慮しなくて良い系では、回転
１次成分のみ着目して、その位相遅れ分90゜を１回転中
で進み補正してやることにより回転速度変動位相をトル
ク変動位相にほぼ一致させることができる。Therefore, in a system in which the number of speed detection pulses during one rotation is relatively small and it is not necessary to consider the influence of harmonic components, only the primary rotation component is focused on, and the phase delay of 90 ° is advanced in one rotation and corrected. By doing so, the rotational speed fluctuation phase can be made to substantially match the torque fluctuation phase.
本発明は、上記問題点の性質に鑑みなされたもので、
その目的は、負荷トルク変動により生じるロータの各回
転角度での回転速度を検出し、各回転角度での回転速度
が指令速度に等しくなるように必要な電動要素の電磁ト
ルク制御量を演算して、その演算に基づく制御量を次回
転時において同一角度より90゜進み、補正した角度にて
出力することにより、加振トルクを無くし、確実かつ速
やかに低振動化させることの可能なトルク制御式回転電
動機械を提供することにある。The present invention has been made in view of the nature of the above problems,
The purpose is to detect the rotation speed of the rotor at each rotation angle caused by the load torque fluctuation, and calculate the required electromagnetic torque control amount of the electric element so that the rotation speed at each rotation angle becomes equal to the command speed. , A torque control type that can advance the control amount based on the calculation at the next rotation by 90 ° from the same angle and output it at the corrected angle, thereby eliminating the vibration torque and reliably and promptly reducing the vibration. A rotary electric machine is provided.
上記目的を達成するために電動要素と、この電動要素
を回転主軸に介して連結され、電動要素によって駆動さ
れる負荷要素と、電動要素の発生する電磁トルクと負荷
要素の発生する負荷（吸収）トルクの差（残差トルク）
を０とするべく電動要素の電磁トルクを制御するトルク
制御装置と、を備えてなるトルク制御式回転電動機械で
あって、前記トルク制御装置は、回転主軸の１回転をｎ
等分に分割したｎ分割角度毎に位置検出パルスを発生さ
せ、そのパルス間隔から各分割区間中の回転速度を検出
してフィードバックし、これと指令回転速度の各偏差速
度を求め、この偏差量を最小とするに要する電磁トルク
出力量を演算し、得られた制御量を回転主軸の次の１回
転の同じ各分割角度区間より90゜に相当する検出パルス
数だけ手前で出力することを特徴とするものである。To achieve the above object, an electric element, a load element connected to the electric element via a rotating main shaft, driven by the electric element, an electromagnetic torque generated by the electric element, and a load (absorption) generated by the load element Difference in torque (residual torque)
And a torque control device that controls the electromagnetic torque of the electric element to reduce the torque of the motor to zero.
A position detection pulse is generated for each equally divided n-divided angle, the rotation speed in each divided section is detected and fed back from the pulse interval, and each deviation speed between this and the command rotation speed is obtained. Calculates the amount of electromagnetic torque output required to minimize, and outputs the obtained control amount just before the number of detection pulses equivalent to 90 ° from the same divided angle section of the next rotation of the rotating spindle. It is assumed that.
また、本発明は、前記トルク制御装置が、偏差速度が
０に近くなったときには90゜位相補正を行わないように
することを望ましい構成とするものである。Further, the present invention is preferably configured such that the torque control device does not perform the 90 ° phase correction when the deviation speed approaches zero.
このような構成とすれば、回転主軸の１回転中の各回
転角度位置において検出し、その位置より90゜進み補正
した回転速度を用いて加振トルクを０にするに必要な制
御量を算出し、各回転角度で負荷トルクの変動に同期さ
せて電動要素の電磁トルクを出力させることができるの
で、その残差トルクを確実かつ速やかに小さくすること
が可能となる。With such a configuration, a control amount necessary to reduce the vibration torque to 0 is calculated using the rotational speed which is detected at each rotational angle position during one rotation of the rotary spindle and advances by 90 ° from the position. However, since the electromagnetic torque of the electric element can be output in synchronization with the variation of the load torque at each rotation angle, the residual torque can be reduced reliably and quickly.
また、位相補正について、偏差速度が０に近くなった
ときには90゜位相補正を行なわないようにすれば、系が
トルク制御開始し充分整定した後の制御安定性を乱すお
それがない。If the 90 ° phase correction is not performed when the deviation speed approaches 0 in the phase correction, there is no possibility that the control stability after the torque control of the system is started and settled sufficiently will be disturbed.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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11図、第12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。FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to a case where a rotary compressor, which is a kind of a rotary machine driven by an electric element (DC motor), is driven by an inverter. here,
Since the compressor according to the present embodiment has almost the same configuration as the conventional compressor shown in FIGS. 11 and 12, only different portions will be described, and the same portions will be denoted by the same reference numerals. The description is omitted.
第１図において、電動要素20のロータ３と圧縮要素21
のロータ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。In FIG. 1, the rotor 3 of the electric element 20 and the compression element 21
One end of the rotary main shaft 4 directly connected to the rotor 8 is extended, and a gear 22 as a rotation detection member is fixed, and the gear 22 and the main shaft 4 rotate integrally. A gap sensor 23 is fixed to the container 1, detects a row of gears 22, and outputs a pulse signal corresponding to the rotation speed of the main shaft 4.
第２図は、ギャップセンサ23より検出されたパルス信
号から回転主軸４の回転速度変動を求める一連の過程を
示したものである。FIG. 2 shows a series of processes for obtaining the rotation speed fluctuation of the rotary spindle 4 from the pulse signal detected by the gap sensor 23.
今、第２図（ａ）に示すように歯車22が回転するとギ
ャップセンサ23には同図（ｂ）に示すような正弦波状の
検出波形24が表われる。これをスレショルド電圧27を基
準に波形整形してパルス列に変換したものが同図（ｃ）
である。このパルス時系列データの各パルス幅T1,T2…T
nを測定し、その逆数N1＝1/T1から各時刻での回転速度
変数N1（28）が求まり、この１回転中の各回転角度の変
化を示したものが同図（ｄ）である。Now, when the gear 22 rotates as shown in FIG. 2 (a), a sine-wave detection waveform 24 as shown in FIG. 2 (b) appears on the gap sensor 23. The waveform is shaped based on the threshold voltage 27 and converted into a pulse train.
It is. Each pulse width T 1 , T 2 … T of this pulse time series data
n is measured, and a rotation speed variable N 1 (28) at each time is obtained from its reciprocal N 1 = 1 / T 1, and the change of each rotation angle during one rotation is shown in FIG. It is.
第３図は、トルク制御装置の全体構成を示している。
即ち、ギャップセンサ23で得た検出信号24は、波形整形
回路29にて回転パルス信号25に変換され、インターフェ
イス30を介してマイコンCPU31に送られる。この回転パ
ルス信号25によりマイコン38は割込み起動し、検出−演
算−指令の一連の動作を実行する。即ち、回転パルス間
隔をマイコン内蔵タイマーにてクロックして時間T1を求
め、これより回転速度Niを演算する。FIG. 3 shows the overall configuration of the torque control device.
That is, the detection signal 24 obtained by the gap sensor 23 is converted into a rotation pulse signal 25 by the waveform shaping circuit 29 and sent to the microcomputer CPU 31 via the interface 30. With this rotation pulse signal 25, the microcomputer 38 is activated by interruption, and executes a series of operations of detection-operation-command. In other words, the rotation pulse interval with a clock in the microcomputer built-in timer seek time T 1, computes the rotation speed Ni than this.
そして、１回転中の各回転角度で回転速度Niが指令速
度Ncに等しくするために必要な圧縮機の電動要素20に与
える電流指令値を演算し、上記Niを90゜位相角度分進み
補正し、次回転時において出力する。そしてこの制御信
号は制御部に送られてベースドライバ35の電流制御動作
によりインバータ36は圧縮機回転速度を常にある許容値
以下の変動に納まるよう絶えず制御し続ける。そして、
これら一連の制御ループはROM33に書き込まれる。Then, a current command value to be given to the electric element 20 of the compressor necessary to make the rotation speed Ni equal to the command speed Nc at each rotation angle during one rotation is calculated, and the Ni is advanced by 90 ° phase angle and corrected. Is output during the next rotation. Then, this control signal is sent to the control unit, and the inverter 36 constantly controls the compressor rotation speed so as to always fall within a certain allowable value or less by the current control operation of the base driver 35. And
These series of control loops are written in the ROM 33.
この制御回路の制御フローを第４図に示したブロック
線図にて詳細に説明する。なお、図中にて示したＳはラ
プラス作用素であり、1/Sは積分要素を示している。電
動要素20の電磁トルクTMに対し圧縮機の負荷トルクTGは
外乱として作用し、その残差トルクTM−TG＝ΔTrが加振
トルクとなり、回転速度 にしたがって変動する。この回転速度ωＲによる回転角
度θＲを前述の歯車22等によりサンプリングしてｋパル
ス目の時間 tF (k)を測定する。The control flow of this control circuit will be described in detail with reference to the block diagram shown in FIG. S shown in the figure is a Laplace operator, and 1 / S is an integral element. The load torque TG of the compressor acts as a disturbance against the electromagnetic torque T M of the electric element 20, and the residual torque T M −T G = ΔTr becomes the excitation torque, and the rotational speed Fluctuates according to The rotational speed omega R the rotation angle theta R by measuring the sampled and k-th pulse of the time t F (k) by the above-described gear 22, and the like.
マイコン38はｋパルス時間tF (k)と（ｋ−１）パルス
時間tF (k-1)の間隔ΔTr＝tF (k)−tF (k-1)をもとめる。
そして第２図にて説明した方法によりｋパルス時回転速
度NF (k)28をもとめる。The microcomputer 38 obtains an interval ΔTr = t F (k) −t F (k−1) between the k pulse time t F (k) and the (k−1) pulse time t F (k−1) .
Then, the k-pulse rotation speed N F (k) 28 is obtained by the method described with reference to FIG.
一方、検出速度NF (k)28をフィードバックして指令回
転速度Ncとの偏差速度ΔN(k)（41）をもとめ、PI（比例
積分）制御より偏差ΔN(k)が零になるように電流指令値
ic(k)を決定する。ここで、図中に示されるように、１
回転中の検出パルス数がｎ個ある場合、積分器をｎ個用
意し、各積分器（42）に対してパルス入力毎に切替えて
動作させることにより、各パルス検出角度に対し各々独
立に積分動作を実行させる。On the other hand, the detected speed N F (k) 28 is fed back to determine a deviation speed ΔN (k) (41) from the command rotation speed Nc so that the deviation ΔN (k) becomes zero by PI (proportional integration) control. Current command value
Determine ic (k) . Here, as shown in FIG.
When the number of detected pulses during rotation is n, n integrators are prepared, and each integrator (42) is switched and operated for each pulse input, thereby integrating each pulse detection angle independently. Execute the operation.
そして、得られた制御量を360゜遅らせた１回転後の
同一角度から90゜に位相補正した（360゜−90゜）度時
において電流指令値として出力させる。Then, the obtained control amount is output as a current command value when the phase is corrected to 90 ° from the same angle after one rotation after delaying 360 ° (360 ° −90 °).
この手段としては、第５図に示すように、偏差速度入
力スイッチ（47）がｎ個あり（１回転ｎパルスに相当す
る）、切替位置がＲ番目であるとき、積分容器出力スイ
ッチ（48）の切替位置を90゜手前、すなわち にすることによって行なうことができる。As shown in FIG. 5, when the number of deviation speed input switches (47) is n (corresponding to n pulses per rotation) and the switching position is the R-th position, as shown in FIG. 90 ° before Can be performed.
そして、このマイコン出力電流指令値ic(k)（45）
（デジタル量をD/A変換（D/A変換定数ｋD/A）しトルク
定数kTを乗じたものが電動要素の電磁トルクTM (k)＝ｋ
D/A・kT・ic(k)（46）である。And this microcomputer output current command value ic (k) (45)
(D / A conversion (D / A conversion constant k D / A ) of the digital amount and multiplication by the torque constant k T give the electromagnetic torque T M (k) of the electric element = k
D / A・ k T・ ic (k) (46).
本発明に関するトルク制御系は以上のように構成され
ており、この制御ループに従って常時動作し続ける。こ
の位相差90゜補正は、充分にトルク制御されていないと
きは有効であるが、系がトルク制御開始充分整定した後
では、換言すれば偏差ΔＮ＝０となったときは、逆に90
゜位相遅れでない高調波変動を検出することにより、誤
った位相補正がなされ制御安定性を乱す危険がある。こ
のようなときは、偏差速度が０に近くなったときには90
゜位相補正を行なわないものも１つの方法である。The torque control system according to the present invention is configured as described above, and always operates according to this control loop. This phase difference 90 ° correction is effective when the torque control is not sufficiently performed. However, after the system is sufficiently settled at the start of the torque control, in other words, when the deviation ΔN = 0, the phase difference 90 ° is reversed.
検 出 By detecting harmonic fluctuations that are not phase lag, there is a risk that erroneous phase correction is made and control stability is disturbed. In such a case, when the deviation speed approaches 0, 90
One that does not perform phase correction is one method.
第６図は、位相補正を行なった場合の効果を示した図
である。縦軸に回転速度変動の大きさ、横軸にトルク制
御時間をとって示している。図示ように90゜位相補正を
行なっ場合と位相補正を行なわない場合では収束性に大
きな差が生ずる。FIG. 6 is a diagram showing an effect when the phase correction is performed. The vertical axis shows the magnitude of the rotation speed fluctuation, and the horizontal axis shows the torque control time. As shown, there is a large difference in convergence between the case where the 90 ° phase correction is performed and the case where the phase correction is not performed.
このトルク制御時のモータトルク出力の時間的推移を
第７図に示す。なお、第７図中，，，は夫々第
６図中の時間の，，，での状態を示している。FIG. 7 shows a temporal transition of the motor torque output during the torque control. 7,... Indicate the states at,, and at the time in FIG. 6, respectively.
図から明らかなように、90゜位相補正によりモータト
ルク出力を負荷トルクの変動に常に一致させながら成長
していく様子が分かる。これに対し、位相補正を行なわ
ない場合は、モータトルク出力が誤った位置に集中して
発生し、負荷トルク位相になかなか一致させることがで
きない様子が分かる。As can be seen from the figure, it can be seen that the motor torque output grows while always matching the load torque fluctuation by the 90 ° phase correction. On the other hand, when the phase correction is not performed, it can be seen that the motor torque output is concentrated in an erroneous position and cannot be easily matched with the load torque phase.
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なう方法について
説明したが、本発明の性質上、これに限定されるもので
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。As described above, the method of performing torque control when the electric element is driven by the inverter to operate the hermetic rotary compressor has been described.However, due to the nature of the present invention, the method is not limited to this. This can be an effective means for a rotating machine in which the load absorption torque periodically fluctuates.
さらに、本発明の概念を発展させれば、自動車用内燃
機関において使用される補機（ACG）にも使用させるこ
とができる。Further, if the concept of the present invention is developed, it can be used for an auxiliary machine (ACG) used in an internal combustion engine for a vehicle.
即ち、第８図に示される如く、内燃機関では、混合気
の吸入圧縮、燃焼ガスの膨張等による気筒内圧力の変化
とクランク軸に対するコネクティングロッドの角度の変
化とによって、ガストルクが変動する。そして、このト
ルク変動の反作用がシリンダブロックから内燃機関を支
持する部材へ伝達され、その部材を振動させる。したが
って、この振動を低減させるには、内燃機関の駆動トル
クの変動に一致させてACGの発電量を増減させて負荷ト
ルクを増減させれば良い。第９図はこの考えに基づく実
施例を示している。即ち、ディストリビュータ53に内蔵
されたクランク角センサ58の出力をもとにクランクシャ
フトの回転速度変動をマイコン56により演算し、これが
一定になるよう負荷制御部57にてACG55の発電量を制御
する。このような負荷トルク制御においても、駆動トル
クと負荷トルクの残差トルクをなくすために各回転角度
での回転速度フィードバックを用いることができ、本発
明における90゜位相補正方式を適用するのが適切であ
る。That is, as shown in FIG. 8, in the internal combustion engine, the gas torque fluctuates due to a change in the pressure in the cylinder due to a suction compression of the air-fuel mixture, an expansion of the combustion gas, and a change in the angle of the connecting rod with respect to the crankshaft. Then, a reaction of the torque fluctuation is transmitted from the cylinder block to a member supporting the internal combustion engine, and causes the member to vibrate. Therefore, in order to reduce this vibration, the load torque may be increased or decreased by increasing or decreasing the power generation amount of the ACG in accordance with the fluctuation of the driving torque of the internal combustion engine. FIG. 9 shows an embodiment based on this concept. That is, the microcomputer 56 calculates the rotation speed fluctuation of the crankshaft based on the output of the crank angle sensor 58 incorporated in the distributor 53, and controls the power generation amount of the ACG 55 by the load control unit 57 so that the fluctuation becomes constant. Even in such load torque control, it is possible to use rotation speed feedback at each rotation angle in order to eliminate the residual torque between drive torque and load torque, and it is appropriate to apply the 90 ° phase correction method in the present invention. It is.
以上説明したことから明らかなように、本発明は以下
の効果を奏するものである。As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
回転主軸の１回転中の各回転角度位置において、検出
し、その位置より90゜進み補正した回転速度を用いて、
加振トルクを０にするに必要な制御量を算出し、各回転
角度で負荷トルクの変動に同期させて電動要素の電磁ト
ルクを出力させることができるので、その残差トルク即
ち加振トルクを確実かつ速やかに小さくできる。したが
って、電動要素により駆動され、周期的な負荷トルク変
動を有する全ての回転機械に対し、チャンバ加振トルク
の大幅な減少、換言すれば容器全体のチャンバ回転方向
振動の大幅な低減が達成され、共振点以下での低速運
転、あるいは防振構造の大幅な簡略化を実現できる。さ
らに、制御系の応答をより高速化できるので、トルク制
御実施領域により高速領域に拡大でき、広い回転速度領
域で低振動化することができる。そのため、システム全
体の小型化、広範囲の可変速運転による省電力化、快適
性の向上にも貢献できる。At each rotation angle position during one rotation of the rotary spindle, the rotation speed is detected by using the rotation speed that is 90 degrees ahead of the position and corrected.
The control amount required to reduce the excitation torque to 0 is calculated, and the electromagnetic torque of the electric element can be output in synchronization with the fluctuation of the load torque at each rotation angle. It can be reduced reliably and quickly. Therefore, for all rotating machines driven by the electric elements and having periodic load torque fluctuations, a significant reduction in the chamber excitation torque, in other words, a significant reduction in the vibration of the entire container in the rotational direction of the chamber is achieved. It is possible to realize a low-speed operation at or below the resonance point or a drastic simplification of the vibration isolation structure. Further, since the response of the control system can be further speeded up, it can be expanded to a high speed region by the torque control execution region, and the vibration can be reduced in a wide rotation speed region. Therefore, it can contribute to miniaturization of the entire system, power saving by wide-range variable speed operation, and improvement of comfort.
また、位相補正について、偏差速度が０に近くなった
ときには90゜位相補正を行なわないようにすれば、系が
トルク制御開始し充分整定した後の制御安定性を乱すお
それがない。If the 90 ° phase correction is not performed when the deviation speed approaches 0 in the phase correction, there is no possibility that the control stability after the torque control of the system is started and settled sufficiently will be disturbed.
第１図は本発明の一実施例に係る圧縮機の縦断面図、第
２図（ａ）〜（ｄ）は検出信号より回転速度変動を求め
る一連の過程を示す図、第３図はトルク制御装置の全体
構成を示す図、第４図は制御フローを示すブロック線
図、第５図は偏差入力と積分出力間の90゜位相進み補正
を説明する図、第６図及び第７図は夫々90゜位相補正の
効果を説明する図、第８図及び第９図は夫々本発明の応
用として自動車用ACGに適用した実施例を示す図、第10
図は従来の密閉形圧縮機の縦断面図、第11図は第10図の
×｜−×｜矢視断面図、第12図は回転機械における残差
トルク発生メカニズムを説明する一部縦断面図、第13図
は１回転中のトルク変動及び速度変動を説明する図、第
14図はトルク波形の回転次数比分析を行なった結果を示
す頭である。 ４……回転主軸、20……電動要素、21……圧縮要素、28
……回転速度変動、38……マイコン、41……速度偏差、
42……ｎパルス積分器、45……電流指令値、47……入力
切替スイッチ、48……出力切替スイッチ。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a compressor according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 (a) to 2 (d) are diagrams showing a series of processes for obtaining a rotational speed fluctuation from a detection signal, and FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a control flow, FIG. 5 is a diagram for explaining a 90 ° phase lead correction between a deviation input and an integral output, and FIGS. FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating the effect of the 90 ° phase correction, and FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating an embodiment applied to an ACG for an automobile as an application of the present invention.
Fig. 11 is a longitudinal sectional view of a conventional hermetic compressor, Fig. 11 is a sectional view taken along the arrow x | -x | in Fig. 10, and Fig. 12 is a partial longitudinal sectional view illustrating a residual torque generation mechanism in a rotary machine. FIG. 13 is a diagram for explaining torque fluctuation and speed fluctuation during one rotation.
FIG. 14 is a head showing the result of analyzing the rotational order ratio of the torque waveform. 4 ... rotating main shaft, 20 ... electric element, 21 ... compression element, 28
…… Rotation speed fluctuation, 38 …… Microcomputer, 41 …… Speed deviation,
42: n-pulse integrator, 45: current command value, 47: input selector switch, 48: output selector switch.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 飯塚 健一 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 (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61−173690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−138091（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tsunehiro Endo 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Inventor Hiroaki Hata 800, Tomita, Ohira-cho, Shimotsuga-gun, Tochigi Prefecture Tochigi Plant, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-61-173690 (JP, A) JP-A-62-138091 (JP, A)
Claims (2)
して連結され、電動要素によって駆動される負荷要素
と、電動要素の発生する電磁トルクと負荷要素の発生す
る負荷（吸収）トルクの差（残差トルク）を０とするべ
く電動要素の電磁トルクを制御するトルク制御装置と、
を備えてなるトルク制御式回転電動機械であって、前記
トルク制御装置は、回転主軸の１回転をｎ等分に分割し
たｎ分割角度毎に位置検出パルスを発生させ、そのパル
ス間隔から各分割区間中の回転速度を検出してフィード
バックし、これと指令回転速度の各偏差速度を求め、こ
の偏差量を最小とするに要する電磁トルク出力量を演算
し、得られた制御量を回転主軸の次の１回転の同じ各分
割角度区間より90゜に相当する検出パルス数だけ手前で
出力することを特徴とするトルク制御式回転電動機械。An electric element, a load element connected to the electric element via a rotating main shaft and driven by the electric element, an electromagnetic torque generated by the electric element, and a load (absorption) torque generated by the load element. A torque control device that controls the electromagnetic torque of the electric element to reduce the difference (residual torque) to zero,
Wherein the torque control device generates a position detection pulse for each of n divided angles obtained by dividing one rotation of the rotating main shaft into n equal parts, and performs each division based on the pulse interval. The rotational speed in the section is detected and fed back, the deviation speed between this and the command rotational speed is obtained, the electromagnetic torque output amount required to minimize the deviation amount is calculated, and the obtained control amount is converted to the rotational spindle. A torque-controlled rotary electric machine characterized in that the number of detection pulses corresponding to 90 ° is outputted immediately before the same divided angle section of the next one rotation.
くなったときには前記得られた制御量の出力位置につい
て90゜位相補正を行わないようにすることを特徴とする
請求項１に記載のトルク制御式回転電動機械。2. The apparatus according to claim 1, wherein the torque control device does not perform the 90 ° phase correction on the output position of the obtained control amount when the deviation speed approaches zero. Torque controlled rotary electric machine.
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| JPH01222677A JPH01222677A (en) | 1989-09-05 |
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1988
- 1988-03-01 JP JP63048471A patent/JP2594451B2/en not_active Expired - Fee Related
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