Motor control device of the compressor

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、圧縮機のモータ制御装置に係り、特にモータの出力トルクを制御することにより圧縮機の低振動化を図った圧縮機のモータ制御装置にある。

〔発明の背景〕

従来のモータ制御装置を、密閉形圧縮機の概略構造を示す第１図を用いて説明する。 １はケースであり電動要素（以下モータと称す）及び圧縮要素を収納している。 ２
はステータでありケース１に固着してある。 ３はロータ、４は軸であり、ロータ３と軸４は圧入固定されている。 ステータ２及びロータ３と軸４とでモータを構成している。 ５は主軸受、６は端部軸受であり、軸４を支持し、主軸受５がケースに固定されている。 ７はシリンダブロックであり、主軸受５及び端部軸受６と共に締結してある。 ８はローラであり軸４のクランク部に嵌入してある。 ９はベーンでありシリンダ室内を吸込室10と圧縮室11に仕切っている。 上記軸受５と端部軸受６、シリンダブロック７、ローラ８、ベーン９とで上記圧縮要素が構成されている。 12は防振部材であり、圧縮機を支持している。

このような構造の従来の密閉形圧縮機においては、圧縮室11内の高圧ガスによる力が軸４に対して、反時計方向に押しもどそうとする負荷トルク−T _Gとして作用し、シリンダブロック７に対しては、同じトルクT _Gが時計方向に反力として作用している。

ここでローラ３及び軸４の回転軸系においては負荷トルク−T _Gと釣合うためのトルクとして、ステータ２から駆動されるモータ出力トルクT _Mと回転軸系の回転慣性トルク

_Rは回転体の質量慣性モーメント、d

² φ/dt

²は速度変動する回転体の角加速度である）。 これら各トルクの釣合は として表わされ、この関係を圧縮機の１回転について図示すると第２図に示すようになる。 すなわち負荷トルク

T

_Gが大きいT

_G ＞T

_Mの回転角領域では、T

_G −T

_Mのトルク差を回転軸系がd

² φ/dt

²の角加速度で減速することによって なるトルクを放出し補い、負荷トルクT

_Gが小さいT

_G ＜T

_M

の回転角領域では、T

_M −T

_Gのトルク差を回転軸系がd

² φ

/dt

²の角加速度で増速することによって貯わえるのである。 従って、回転軸系においては１回転中に回転速度の増減、すなわち振動が生ずるものである。

一方、ケース１に固定されているステータ２やシリンダブロック７、主軸受５、端部軸受６などの非回転体側においては、負荷トルクT _G及びモータ出力トルク−T _Mが回転軸系の反力として作用し、回転軸系と同様にT _G −T _Mなるトルク差が生じている。 非回転体側では、このトルク差（T _G −T _M ）に対し、非回転体の質量慣性モーメントJ
_STがd ² θ/dt ²の角加速度で回転変動するときの慣性トルク

_G −T

_Mのトルク差が１回転中に正負の値に変化し、これが加振力として作用するために、非回転体側全体がθなる回転変位（振動）を生ずるのである。

このように従来の密閉形圧縮機においては非回転体側に振動源となるT _G −T _Mのトルク差が根本的に存在するため、これまで種々のいかなる防振構造を施せども依然として振動が生じるという大きな原因となっていたのである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、１回転中で変動する負荷トルクとモータ出力トルクとが略等しくなるように制御し、負荷トルクとモータ出力トルクとの差が起因して生じていた振動を小さくするようにした圧縮機のモータ制御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的は、負荷トルクの大きさが１回転中で時々刻々変動する圧縮要素及びこの圧縮要素に接続されたモータより構成される圧縮機に用いられるモータ制御装置であって、上記モータのロータの１回転中の回転位置を検出する検出手段と、上記検出手段から出力された回転位置情報に基づいて上記ロータの１回転中における圧縮要素の負荷トルクの大きさを算出する算出手段と、上記算出手段の出力に基づいて上記モータに供給される電流および電圧のうち少なくとも一方を時々刻々制御して上記負荷トルクの大きさが１回転中で時々刻々変動する圧縮要素の負荷トルクと上記モータの出力トルクとが等しくなるように制御する手段とから成る圧縮機のモータ制御装置とすることにより、達成される。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第４図により説明する。 13は圧縮機、14は凝縮器、15はキャピラリチューブ、16は蒸発器であり、これらによって冷凍サイクルが構成されている。 17−１、17−２は検出器であり、圧縮機13に加わる負荷情報を検出する。 18は位置検出器であり、圧縮機
13の回転位置情報を検出する。 19は信号変換部であり、
各検出器からの信号処理、A/D変換等を行なう。 20は制御部であり、マイコン等を有して信号の演算処理を行なう。 21は電源駆動部であり制御部20からの指令信号により圧縮機13への供給電源を調整する。

上記実施例を説明するための密閉形圧縮機13においては、例えば圧縮機13に加わる負荷の情報を図示の如く冷凍サイクルの凝縮器14の温度を検出する検出器17−１と蒸発器16の温度を検出する検出器17−２とで運転時間の経過により変化する負荷の大きさを検出し、位置検出器
18で圧縮機13モータのロータの１回転中の回転位置（回転角度φ）を検出し、これら検出した負荷情報および回転位置情報の信号を、信号変換部19を介して制御部20へ出力する。 制御部20では、上記負荷情報信号が入力されると、温度の大きさに比例する冷媒ガスの圧力の大きさが判ることにより圧縮機の運転時間のある時間における負荷トルクの大きさを判別し、この負荷トルクの大きさに合わせた出力トルクで圧縮機を駆動するようにモータを制御する指令信号を電源駆動部21へ出力する。 また、
上記位置信号が入力された制御部20は、位置信号に基づいき時々刻々圧縮機13に加わる１回転中の負荷トルクの大きさ及び時期を算出判定する。 これは上記位置信号から１回転中の時間間隔（時期）毎のロータの回転角度φ
の大きさを算出し、このロータの回転角度φの大小変化によって負荷トルクT _Gの大小変動が判る。 即ち、負荷トルクT _Gが大きくなる方向に変化した場合には、ロータの回転速度は遅くなり、単位時間あたりの回転角度は小さくなる。 この逆に、負荷トルクが小さくなったときには、ロータの回転速度は速くなり、単位時間あたりの回転角度は大きくなる。 これにより、負荷トルクの大小変動が判る。 上記負荷トルクは先に記載の如く次式により算出できる。 １回転中において変動する負荷トルクを
T _G 、モータの出力トルクをT _M回転軸系の回転慣性トルクを

_Gは、 で算出できる。 従ってモータの出力トルクT

_Mは、 で算出することができる。

上記算出した１回転中に変動する負荷トルクT _G及びモータの出力トルクT _Mに基づいて、制御部20は、負荷トルク
T _Gが大きい時には電源駆動部21にモータ出力トルクT _Mを大きくする信号を送る。 この信号に従って、電源駆動部
21は圧縮機13内のモータへの供給電圧（或は電流）を大きくしてモータの出力トルクT _Mを大きくするように作用し、また、逆に負荷トルクが小さくなった時には、制御部20は、出力トルクT _Mを小さくするようにモータへの供給電圧を小さくするように作用する。 以上の位置情報に基づく制御をすることによって、モータの出力トルクT _M
が、１回転中に変動する負荷トルクT _Gと略等しくなり、
負荷トルクの変動によるロータの回転速度の変動をなくすように作用して、振動を低減する。 以上のとおり、負荷情報によって圧縮機の運転時間のある時間域における負荷トルクの大きさにモータ出力トルクを合わせるように制御する。 この制御をするものにおいて、更に１回転中の負荷トルクの変動を位置情報に基づき判定して圧縮機13への供給電圧（或いは電流）を時々刻々制御するので、一回転中の或る時期（時間間隔毎）の負荷トルクの大きさに略ひとしいモータ出力トルクに時々刻々追従して制御できる。 即ち、上記実施例の密閉形圧縮機13では、１回転中の負荷トルクT _Gの波形変化と全く同期した等しいモータ出力トルクT _Mが出力されるから両者が全く釣合い、圧縮機13の回転軸系においても非回転体側においても加振トルクT _G −T _Mが０となり、根本的に振動加振源がとり除かれ無振動の密閉形圧縮機が可能となるものである。

第５図は本発明における他の実施例を示すもので圧縮機
13の回転数制御をする機能も合せ持つようにしたものである。 17−３は検出器であり、蒸発器16の周囲温度等を検出するもので、圧縮機13の必要冷凍能力の情報を提供する。 22はインバータ駆動部、23はインバータであり、
検出器17−３からの信号にもとづき、制御部20の指令でインバータ23を制御し、必要冷凍能力に応じた回転数にするもので省電力化が図れる。 このような本実施例のごとき構成にすると、負荷容量に合せた回転数、負荷トルク制御が可能となり、省電力で低振動の優れた密閉形圧縮機が可能となるものである。

〔発明の効果〕

本発明の圧縮機のモータ制御装置は、モータロータの１
回転中における圧縮要素の負荷トルクの大きさを時々刻々算出し、この算出結果に基づいて上記モータに供給される電流および電圧のうち少なくとも一方を時々刻々制御して機器の負荷トルクとモータの出力トルクとが等しくなるように制御し、これによって、モータ出力トルクと１回転中において時々刻々変動する圧縮要素の実際の負荷トルクとの差が起因して生じていた振動を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の密閉形圧縮機の構造を示す断面図、第２
図は従来の密閉形圧縮機の回転軸系に働くトルク曲線図、第３図は従来の密閉形圧縮機の非回転体側に働くトルク曲線図、第４図は、本実施例の密閉形圧縮機のトルク制御ブロック図、第５図は密閉形圧縮機のトルク制御における他の実施例。 １……ケース、２……ステータ、３……ロータ、４……
軸、５……主軸受、６……端部軸受、７……シリンダブロック、８……ローラ、９……ベーン、10……吸込室、
11……圧縮室、12……防振部材、13……圧縮機、14……
凝縮器、15……キャピラリチューブ、16……蒸発器、17
−１、17−２、17−３……検出器、18……位置検出器、
19……信号変換部、20……制御部、21……電源駆動部、
22……インバータ駆動部、23……インバータ。