JP4511682B2 - Control device for motor for compressor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機の駆動トルクと負荷トルクの不平衡に基づく回転振動を低減するための圧縮機用モータの制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
回転式圧縮機においては、吸入、圧縮、吐出の各行程における冷媒ガス圧の変化のために、定常的な負荷トルク変動が発生する。一方、圧縮機に設けられた駆動モータは、一回転中に一定な駆動トルクを発生するように運転されている。
このため、この回転式圧縮機では、上記駆動トルクと負荷トルクとの不平衡に起因した回転数変動(図4の点線を参照)を生じ、これが振動発生の要因になっている。なお、上記回転数変動に基づく振動は、運転回転数が低回転数域(例えば、20〜33rps)の場合に著しくなる。
そこで、回転部分の慣性モーメントを大きくする等の手段を講じて上記回転数の変動を抑制し、それによって、1回転中における定常的な負荷トルク変動に起因した振動を低減することが試みられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記力学的な回転数変動抑制手段では、十分な振動の抑制効果が得られず、しかも、構成が大型化するなどの不都合が発生する。
本発明の課題は、このような状況に鑑み、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電気的な処理によって効果的に低減することができる圧縮機用モータの制御装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、圧縮機用モータの回転数偏差の平均値に対応する平均電圧指令に基づいて該モータの駆動電圧を制御するように構成された圧縮機用モータの制御装置であって、前記モータの回転角度を検出する角度検出手段と、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予め記憶させた記憶手段と、前記モータの回転角度に基づいて、該回転角度に対応する前記係数を前記記憶手段から出力させる手段と、前記記憶手段から出力される係数を前記平均電圧指令に乗じて、新たな電圧指令を形成する乗算手段と、を備える。
前記係数は、前記負荷トルクに追従するトルクの発生に必要なモータ駆動電圧に対応する電圧を、前記負荷トルクを平均した平均負荷トルクの発生に必要なモータ駆動電圧に対応する電圧で除すことによって設定される。
請求項2に係る発明では、外気温度を検出する温度検出手段がさらに設けられ、前記記憶手段には、前記係数の変化パターンとして、異なる外気温度に適応する複数の変化パターンが記憶され、前記複数の変化パターンのうち、前記温度検出手段で検出される外気温度に適応する変化パターンが選択して使用される。
請求項3に係る発明では、前記乗算手段が、前記モータの回転数が所定の回転数域よりも大きい場合に、前記記憶手段から出力される係数に代えて1を乗算する機能を備えている。
請求項4に係る発明では、前記圧縮機の1回転中の負荷トルクの変化パターンの位相よりも前記係数の変化パターンの位相が適宜角度進むように前記読出し手段が前記係数を出力させる。
請求項5に係る発明では、前記圧縮機駆動用モータがインバータの出力によって駆動されるDCブラシレスモータであり、前記指令電圧を前記インバータの制御に用いるようにしている。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧縮機用モータの制御装置の実施形態を示す図1において、回転式圧縮機1は、インバータ2の出力によって駆動されるDCブラシレスモータ3と、このモータ3によって駆動される圧縮機本体4とを備えている。
【0006】
図2に示すように、上記DCブラシレスモータ3のロータ6には、N極に着磁された一対の磁石6aおよびS極に着磁された一対の磁石6bがそれぞれロータシャフト7を中心とする対称位置に配設されている。なお、磁石6a,6bは、ロータ6の周方向に90°の間隔をおいて交互に配列している。
【0007】
上記ロータシャフト7には、前記圧縮機本体4のクランクシャフトを結合するためのキー溝7aが設けられている。図2の状態では、上記キー溝7a側に位置するN極磁石6aの周方向中心がステータ8に設けられたV1相巻線8aの周方向中心と一致し、ロータシャフト7を挟んで反対の側に位置したN極磁石6aの周方向中心が、ステータ8に設けられたV2相巻線8bの周方向中心と一致している。
【0008】
上記状態でのキー溝7aの方向をロータ6の回転角度0°として、上記モータ3をインバータ2の出力によって回転駆動すると、上記V1相巻線8aおよびV2相巻線8bに図3に点線で示すような電圧が誘起される。そして、ロータ6の回転角度の変化に伴って、該ロータ6の磁極が図示のように変化する。
【0009】
図1に示した回転角度・回転数検出部10は、上記モータの誘起電圧に基づいてモータ3の回転角度および回転数を検出する。すなわち、図3に示すV相誘起電圧のゼロクロス点の間隔、つまり、該電圧の変化周期は、モータ3の回転数に応じて変化する。そこで、この回転角度・回転数検出部10では、上記誘起電圧の周期に基づいてモータ3の回転数を検出する。
【0010】
一方、モータ3の回転数は、負荷変動のために図4に点線もしくは実線で示すパターンで周期的に変動する。この変動パターンでは、0°前後の回転角度において回転数が極小値から上昇する傾向を示すが、このような傾向の回転数の上昇はモータ3が1回転する間において1回だけ発生する。そこで、上記回転角度・回転数検出部10は、上記回転数の上昇期間に上記誘起電圧がゼロクロスした時点でモータ3の回転角度が0°であると認識し、かつ、その後に誘起電圧が1回目、2回目および3回目にゼロクロスする時点のモータ3の回転角度をそれぞれ90°,180°および270°と認識する。
【0011】
次に、制御開始指示部11について説明する。前記圧縮機本体4が圧縮動作を開始するときのロータ6の回転角度は、予め機械的に決定されている。いま、説明の容易化を図るために、ロータ6の回転角度が0°である図2の状態において圧縮機本体4が圧縮動作を開始するものとすると、圧縮機1の負荷トルクは、該圧縮機1が1回転する間に図5に曲線で例示した態様で変動する。
【0012】
後述するように、本発明に係る制御装置は、上記のように変動する圧縮機1の負荷トルクに見合ったトルクをモータ3が発生するように該モータ3を制御するものである。したがって、その制御を実現するためには、圧縮機本体4の圧縮動作開始タイミングを検出する必要がある。
【0013】
そこで、制御開始支持部11は、前記回転角度・回転数検出部10によって検出されるモータ3の回転角度に基づいて、該回転角度が所定の圧縮開始角度(この例では、0°)になるタイミングを圧縮機本体4の圧縮動作開始タイミングとして検出し、上記圧縮開始角度よりもθ°だけ進んだ回転角度(図3参照)を制御開始回転角度として指示する。なお、上記進み角θ°は、制御の遅れを補償するために設定されたものである。
【0014】
次に、電圧制御パターン偏差テーブル12について説明する。図5に示すトルクT1〜T6は、60°の間隔で分割した6つの回転角度区間における圧縮機1の負荷トルクの平均値をそれぞれ示している。
上記各負荷トルクT1〜T6の発生に必要なインバータ2の出力電圧は、それぞれ演算やシュミレーション等によって予め決定することができる。また、圧縮機1が1回転する間での平均負荷トルクを図5に示すTavとすると、この平均負荷トルクTavの発生に必要なインバータ2の出力電圧も演算やシュミレーション等によって予め決定することができる。
【0015】
上記各平均トルクT1〜T6の発生に必要なインバータ2の出力電圧に対応する電圧をV1〜V6、上記平均負荷トルクTavの発生に必要なインバータ2の出力電圧に対応する電圧をVav とすると、上記電圧制御パターン偏差テーブル12は、図6に示す関係、つまり、上記電圧V1〜V6を、それぞれ上記電圧Vavで除した制御係数値(V1/Vav)〜(V6/Vav)と、これ等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。
【0016】
減算部13は、圧縮機1の目標回転数(モータ30の目標回転数)と、回転数検出部10によって検出される圧縮機1の実回転数との偏差を算出するものである。
また、P・I補償部14は、この回転数偏差に比例・積分補償を施すものであり、圧縮機1の回転数偏差の平均値に対応する上記電圧Vavを平均電圧指令として出力する。
【0017】
切換スイッチ素子15は、圧縮機1の目標回転数が所定の低回転数域の回転数であるか否かを判断し、低回転数域の回転数である場合にオン動作する。そしてオン状態で電圧制御パターン偏差テーブル12から読み出される制御係数値を選択し、オフ状態で設定部16で設定された制御係数値1を選択する。
乗算部17は、前記P・I補償部14の出力(平均電圧指令)にスイッチ15で選択された制御係数値を乗じる演算を実行し、その演算結果を電圧指令としてu,v,w位相切換え部18に出力する。
【0018】
u,v,w位相切換え部18は、PWM信号生成手段を内蔵し、前記回転角度・回転数検出部10によって検出される回転角度と上記電圧指令とに基づいて、該電圧指令信号をu,v,w電圧制御信号に変換する。なお、このu,v,w電圧制御信号は、インバータ2に加えられる。
【0019】
以下、上記構成のモータ制御装置によるモータ3の具体的な制御について説明する。
いま、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、この場合、上記スイッチ素子15がオフするので、乗算部17においてP・I補償部14の出力に係数1が乗じられることになり、その結果、該P・I補償部14の出力がu,v,w位相切換え部18に直接入力される。
【0020】
すなわち、上記P・I補償部14からは、減算部13から出力される回転数偏差(図4参照)を平均した平均電圧指令が出力されるので、上記スイッチ素子15がオフした状態では、この平均電圧指令がu,v,w位相切換え部18に電圧指令として直接入力されることになる。
そこで、u,v,w位相切換え部18は、上記平均電圧指令に対応するu,v,w電圧制御信号をインバータ2に出力し、その結果、モータ3が前記平均トルクTavを発生するように駆動される。
【0021】
つぎに、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について説明する。この場合には、上記スイッチ素子15がオンするので、乗算部17においてP・I補償部14の出力に電圧制御パターン偏差テーブル12の出力が乗じられることになる。
前記制御開始指示部11は、圧縮機1の回転角度が図3に示した制御開始角度になるタイミングで偏差テーブル12の記憶内容の読み出しを指示するので、偏差テーブル12からは、上記回転角度が制御開始角度から60°増分する度に図6に示す制御係数値(V1/Vav),(V2/Vav),・・・(V6/Vav)が順次出力される。
【0022】
前記したように、P・I補償部14は平均トルクTavに対応する電圧Vavを出力するので、乗算部17からは図6に示す電圧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、モータ3のトルクは、圧縮機本体4が1回転する間、図5に示したように、T1,T2,・・・T6という態様で変化することになる。つまり、負荷トルクの変動に追従して変化することになる。
【0023】
圧縮機1の振動は、図2に示した圧縮機の負荷トルクの変動に基づく回転変動よってもたらされるが、上記のようにモータ3のトルクを負荷トルクに追従して変化させれば、図4に実線で示すように回転数の変動が抑制されて、圧縮機1の振動が低減される。
なお、図3に示す制御開始角度を規定する進み角θ°は、モータ3のトルク制御が負荷トルクの変化に遅れないように適宜設定される。
【0024】
上記実施形態では、圧縮機1が低回転数域の回転数で運転されているときのみに、モータ3のトルクを負荷トルクに追従させる制御(アクティブ制御)を実行しているが、このような制御を圧縮機1の全回転数域で実施することも可能である。しかし、以下の点を勘案した場合、上記の制御を低回転数域のみで実行することが有利である。
▲1▼ 上記のトルク追従制御を実行した場合には、インバータ2に流れる電流が増加するので、該インバータ2での損失が大きくなる虞がある。
▲2▼ 図7に示すように、圧縮機1の振動の値は、モータ3の回転数の二乗分の1の割合で低下する傾向を示す。
【0025】
ところで、図5に示した負荷トルクの変動パターンは、ほぼ一定であるとみなすことができるが、例えば、外気温度が大きく異なる場合には多少変化することになる。そこで、異なる外気温度に適応する複数の制御係数値変化パターンを前記電圧制御パターン偏差テーブル12に記憶させるとともに、上記外気温度を検出するセンサを設け、このセンサの検出温度に基づいて上記複数の制御係数値変化パターンの中からその検出温度に対応する制御係数値変化パターンを選択するようにしても良い。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、モータのトルクが圧縮機の負荷トルクに追従して変化するので、上記負荷トルクの変動に基づく圧縮機の回転変動、つまり、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が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る圧縮機用モータの制御装置の実施形態を示すブロック図。
【図2】DCブラシレスモータの構造を示す概念図。
【図3】圧縮開始角度と制御開始角度の関係およびモータの磁極変化の態様を例示したグラフ。
【図4】回転数変動の態様を例示したグラフ。
【図5】負荷トルクの変動パターンに対するモータの駆動トルクの変化パターンを例示したグラフ。
【図6】偏差テーブルの記憶内容を例示したグラフ。
【図7】圧縮機の回転数と振動値との関係を例示したグラフ。
【符号の説明】
1 圧縮機
2 インバータ
3 モータ
4 圧縮機本体
10 回転角度・回転数検出部
11 制御開始指示部
12 電圧制御パターン偏差テーブル
13 減算部
14 P・I補償部
15 切換スイッチ素子
16 設定部
17 乗算部
18 位相切換え部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compressor motor control apparatus for reducing rotational vibration based on an imbalance between a driving torque and a load torque of a compressor.
[0002]
[Prior art]
In a rotary compressor, a steady load torque fluctuation occurs due to a change in refrigerant gas pressure in each of suction, compression, and discharge strokes. On the other hand, the drive motor provided in the compressor is operated so as to generate a constant drive torque during one rotation.
For this reason, in this rotary compressor, a rotational speed fluctuation (see the dotted line in FIG. 4) due to the unbalance between the drive torque and the load torque is generated, which is a factor of vibration generation. In addition, the vibration based on the rotation speed fluctuation becomes significant when the operation rotation speed is in a low rotation speed range (for example, 20 to 33 rps).
Therefore, an attempt has been made to suppress fluctuations in the rotational speed by taking measures such as increasing the moment of inertia of the rotating part, thereby reducing vibration caused by steady load torque fluctuations during one rotation. Yes.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described mechanical rotational speed fluctuation suppressing means cannot provide a sufficient vibration suppressing effect, and also causes inconveniences such as an increase in size.
In view of such a situation, an object of the present invention is to provide a motor for a compressor that can effectively reduce rotational vibration generated due to an imbalance between a driving torque and a load torque of the compressor by electrical processing. It is to provide a control device.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
The coefficient is obtained by dividing the voltage corresponding to the motor driving voltage required for generating the torque following the load torque by the voltage corresponding to the motor driving voltage required for generating the average load torque obtained by averaging the load torque. Set by
In the invention according to
In the invention according to
In the invention according to
In the invention according to claim 5, the compressor driving motor is a DC brushless motor driven by an output of an inverter, and the command voltage is used for controlling the inverter.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1 showing an embodiment of a compressor motor control apparatus according to the present invention, a
[0006]
As shown in FIG. 2, the
[0007]
The
[0008]
When the direction of the key groove 7a in the above state is set to the rotation angle 0 ° of the
[0009]
The rotation angle / rotation
[0010]
On the other hand, the rotation speed of the
[0011]
Next, the control start instruction unit 11 will be described. The rotation angle of the
[0012]
As will be described later, the control device according to the present invention controls the
[0013]
Therefore, the control start support unit 11 has a predetermined rotation start angle (0 ° in this example) based on the rotation angle of the
[0014]
Next, the voltage control pattern deviation table 12 will be described. Torques T <b> 1 to T <b> 6 shown in FIG. 5 indicate average values of load torque of the
The output voltage of the
[0015]
A voltage corresponding to the output voltage of the
[0016]
The
The P /
[0017]
The
The
[0018]
The u, v, w
[0019]
Hereinafter, specific control of the
Now, assuming that the target rotational speed is set to a rotational speed higher than the rotational speed in the low rotational speed range, in this case, the switching
[0020]
That is, since the P /
Therefore, the u, v, w
[0021]
Next, the case where the target rotational speed is set to the rotational speed in the low rotational speed range will be described. In this case, since the switching
Said control start instruction unit 11, since the rotation angle of the
[0022]
As described above, since the P /
As a result, the torque of the
[0023]
The vibration of the
Note that the advance angle θ ° that defines the control start angle shown in FIG. 3 is set as appropriate so that the torque control of the
[0024]
In the above-described embodiment, control (active control) for causing the torque of the
(1) When the torque follow-up control described above is executed, the current flowing through the
(2) As shown in FIG. 7, the vibration value of the
[0025]
By the way, the fluctuation pattern of the load torque shown in FIG. 5 can be considered to be almost constant, but, for example, when the outside air temperature is greatly different, it slightly changes. Therefore, different multiple control coefficient values change pattern to adapt to the outside air temperature causes stored in the voltage control pattern deviation table 1 2, a sensor for detecting the outside air temperature, a plurality of the based on the detected temperature of the sensor You may be selected to control coefficient value change pattern corresponding to the detected temperature from the control factor value change pattern.
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the torque of the motor changes following the load torque of the compressor, the rotation fluctuation of the compressor based on the fluctuation of the load torque, that is, the imbalance between the compressor drive torque and the load torque is caused. Rotational vibration generated due to this is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a compressor motor control apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the structure of a DC brushless motor.
FIG. 3 is a graph illustrating the relationship between the compression start angle and the control start angle and the mode of change in the magnetic pole of the motor.
FIG. 4 is a graph illustrating an example of how the rotational speed varies.
FIG. 5 is a graph illustrating a change pattern of a motor drive torque with respect to a load torque change pattern;
FIG. 6 is a graph illustrating the contents stored in a deviation table.
FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the rotation speed and the vibration value of the compressor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記モータの回転角度を検出する角度検出手段と、
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予め記憶させた記憶手段と、
前記モータの回転角度に基づいて、該回転角度に対応する前記係数を前記記憶手段から出力させる読出し手段と、
前記記憶手段から出力される係数を前記平均電圧指令に乗じて、新たな電圧指令を形成する乗算手段と、を備え、
前記係数は、前記負荷トルクに追従するトルクの発生に必要なモータ駆動電圧に対応する電圧を、前記負荷トルクを平均した平均負荷トルクの発生に必要なモータ駆動電圧に対応する電圧で除すことによって設定される、ことを特徴とする圧縮機用モータの制御装置。A compressor motor control device configured to control a drive voltage of the motor based on an average voltage command corresponding to an average value of rotation speed deviations of the compressor motor,
Angle detection means for detecting the rotation angle of the motor;
Storage means for storing in advance a coefficient that changes in a pattern corresponding to a change pattern of load torque during one rotation of the compressor;
Reading means for outputting the coefficient corresponding to the rotation angle from the storage means based on the rotation angle of the motor;
Multiplying means that multiplies the average voltage command by a coefficient output from the storage means to form a new voltage command, and
The coefficient is obtained by dividing the voltage corresponding to the motor driving voltage required for generating the torque following the load torque by the voltage corresponding to the motor driving voltage required for generating the average load torque obtained by averaging the load torque. It is the control apparatus for a motor for a compressor, characterized in that set by.
前記記憶手段には、前記係数の変化パターンとして、異なる外気温度に適応する複数の変化パターンが記憶され、
前記複数の変化パターンのうち、前記温度検出手段で検出される外気温度に適応する変化パターンが選択して使用されることを特徴とする請求項1に記載の圧縮機用モータの制御装置。 Temperature detecting means for detecting the outside air temperature is further provided;
The storage means stores a plurality of change patterns adapted to different outside air temperatures as the coefficient change patterns,
2. The compressor motor control device according to claim 1 , wherein a change pattern adapted to an outside air temperature detected by the temperature detection unit is selected and used from among the plurality of change patterns .
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