JP2011072061A - インバータ制御装置と電動圧縮機および電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】共振周波数帯での連続運転を回避し、配管等の折損を防止し、信頼性の高い圧縮機のインバータ制御装置を提供する。
【解決手段】圧縮機の共振周波数帯を含む運転禁止領域を予め設定しておく運転禁止周波数設定部と、デューティ比が上限の値でかつ実回転数が運転禁止領域にかかると速やかに運転禁止領域の下限より下の回転数を目標回転数に設定し、連続して運転禁止領域で運転することを避けるように共振回避動作を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ制御装置を用いた電動圧縮機および該インバータ制御装置によって駆動されるブラシレスＤＣモータを具備した家庭用冷蔵庫等の電気機器における圧縮機の共振を防止するインバータ制御装置に関するものである。

従来、インバータ制御装置によって駆動される圧縮機には、インバータ制御装置から出力される特定の周波数領域において共振することが知られている。

そのため、この種のインバータ制御装置は、圧縮機の共振による騒音・振動および配管の劣化を低減するために、圧縮機の接続配管に振動検出装置を設け、この装置の検出した振動値が予め設定した異常振動値を超えた場合に、モータの回転数を上昇または、下降させている（例えば、特許文献１参照）。

また、圧縮機への供給電力の周波数が共振周波数より若干高い周波数以下になったときに、圧縮機への電力供給を遮断するスイッチを備えたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０−１２５７９０号公報 特開昭６２−２９９６５５号公報

しかしながら、前者の構成では、特に往復動圧縮機の場合、圧縮機の内部に配管が引き回された構成であるため、圧縮機内部へ振動検出装置を取り付けることが困難であり、また、振動検出装置の動作における信頼性の確保が難しいという課題がある。

さらに、後者の構成では、圧縮機への供給電力の周波数が共振周波数より若干高い周波数以下になったことに伴い、圧縮機への電力供給を遮断すると、冷却システムが停止することになり、冷蔵庫などの冷却システムの場合、冷えなくなるという課題を有している。

また、従来のインバータ制御装置においては、負荷が重たくなったときや、電源電圧が低下した場合において、トルクが十分出力できないとデューティ比が１００％に達しても回転数が低下し、共振周波数帯で運転してしまうことになる。特にモータ巻線の巻き込み量が多いと、トルクダウンとなるため、上記共振周波数帯での運転が発生しやすい。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、負荷が重くなったときや、電源電圧が低下した場合においても、共振周波数帯で連続して運転することを防止し、圧縮機の共振による騒音、振動および配管の折損などを低減することができる信頼性の高い圧縮機のインバータ制御装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、圧縮機の共振周波数帯を含む運転禁止領域を予め設定しておく運転禁止周波数設定部と、デューティ比が上限の値でかつ実回転数が運転禁止領域にかかると速やかに運転禁止領域の下限値より下の
回転数を目標回転数に設定し、連続して運転禁止領域で運転することを避けて共振回避を行なう共振回避制御手段を設けたものである。

これによって、負荷が重たくなったときや、電源電圧が低下した場合において、デューティの上限の１００％に達してもなお回転数が低下し、圧縮機の実回転数が運転禁止領域の上限値に達した場合に、速やかに運転禁止領域の下限値より下の回転数を目標回転数に設定することにより、共振帯で連続して運転することを防止し、圧縮機の配管の折損や共振による騒音・振動を防ぐことができ、圧縮機の信頼性を向上することができる。

本発明は、デューティが上限に到達した状態において、圧縮機が共振帯で連続して運転することを防止することができ、圧縮機の配管の折損や共振による騒音・振動を防ぎ、圧縮機の信頼性を向上することができる。

本発明の実施の形態１における圧縮機を駆動するインバータ制御装置のブロック回路構成図 本発明の実施の形態１におけるインバータ制御装置によって駆動される圧縮機の平面断面図 本発明の実施の形態１におけるインバータ制御装置の動作説明図 本発明の実施の形態１におけるインバータ制御装置の動作内容を説明するフローチャート

請求項１に記載の発明は、圧縮機を駆動するモータの位置を検出し位置信号を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段の位置信号に基づきモータの回転数を制御するための信号を出力する制御回路部と、前記制御回路部の出力信号に基づき前記モータへ電圧を印加するインバータ回路部を具備し、前記制御回路部を、前記位置検出手段の位置信号に基づいて前記モータの回転数を演算する回転数演算手段と、前記圧縮機を必要能力に回転させる指令回転数を目標回転数に変換する回転数設定手段と、前記目標回転数と実回転数の差に応じて、キャリア周期内のオン時間の割合であるデューティ比を調整し、前記モータへの印加電圧を可変して前記モータの回転数を制御する回転数制御手段と、前記圧縮機の特定回転数範囲である運転禁止領域を予め設定しておく運転禁止周波数設定部とを具備する構成とし、前記回転数制御手段のデューティ比が上限の値で、かつ前記圧縮機の実回転数が運転禁止領域に入る回転数となった場合に、前記運転禁止領域の下限値より下の回転数を目標回転数に設定し、前記モータが連続して前記運転禁止領域範囲内の回転数で運転することを避けるようにしたものである。

かかることにより、圧縮機の負荷が重くなったときや、モータへの印加電圧が低下した場合において、インバータ制御装置が最大出力を発生しても前記モータの回転数が低下し、前記圧縮機の運転禁止領域にかかると、速やかに目標回転数を運転禁止領域の下限値より下の回転数に設定する。

その結果、圧縮機は、連続して運転禁止領域で運転することがなくなり、圧縮機からの異音発生、あるいは圧縮機の振動などを防止することができ、その振動に伴う騒音、あるいは配管の折損を防ぐことができ、圧縮機の信頼性を向上することができる。

また、前記指令回転数が運転禁止領域の下限値以下の回転数であれば、速やかに運転回転数を低くすることができ、圧縮機の能力を速やかにシステム制御に追従することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧縮機の特定回転数範囲を、該圧縮機の共振周波数帯を含む運転禁止領域とし、前記運転禁止領域の上限値の周波数をＦｕｌ、デューティ比の上限値をＤｍａｘ、共振回避後の実回転数をＮ、デューティ比をＤｒとした場合、

を満足した時に、指令回転数を目標回転数に設定するように前記回転数設定手段へ出力する共振回避制御手段を設けたものである。

かかることにより、一端共振帯を回避し回転数を下げた場合に、圧縮機の負荷が軽くなったり電源電圧が上昇してデューティ比が小さくなったりした場合に、デューティ比の上限値に対する回転数が運転禁止領域の上限の周波数より高くできると判断し、前記制御回路部からの指令回転数を再び目標回転数に設定する。その結果、前記圧縮機の運転回転数を高くし、圧縮機の能力を高めることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記回転数設定手段による目標回転数設定において、目標回転数の運転禁止領域の下限値以下の状態を、所定時間継続するようにしたものである。

かかることにより、前記圧縮機にかかる負荷変動に都度反応し、運転禁止領域を挟んで頻繁に回転数が上下することを防止することができる。その結果、ハンチングによる圧縮機からの騒音・振動、および振動に伴う圧縮機配管の折損などを防ぐことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記指令回転数が運転禁止領域の下限値以下の回転数であれば、前記共振回避制御手段の前記回転数設定手段への出力を停止し、指令回転数を目標回転数に設定するようにしたものである。

かかることにより、前記圧縮機の回転数制御を通常の回転数制御とし、システムの負荷が軽減され、速やかに運転回転数を低くすることができ、圧縮機の能力を速やかにシステム制御に追従させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記モータのステータ巻線の巻数を１６０ターン以上としたものである。

かかることにより、巻線の巻き込み量が多いモータは、トルク不足になりやすく、回転数の低下が生じやすいが、かかるモータを圧縮機に採用することが可能となり、圧縮機の負荷が重くなったときや、電源電圧が低下した場合においても、圧縮機の共振帯での連続運転を回避することができ、圧縮機の配管の折損や共振による騒音・振動を抑制して、圧縮機の信頼性を向上することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置を具備した電動圧縮機である。

かかることにより、回転数制御される電動圧縮機の運転において、共振帯で連続運転されることを回避することができる。その結果、電動圧縮機に接続された配管の折損や共振による騒音・振動を防ぐことができ、電動圧縮機の信頼性、および運転時の静寂性を向上
することができる。

請求項７に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を、配管を介して環状に接続した冷凍サイクルを有する冷却システムと、前記圧縮機の回転数制御を行なうインバータ装置を具備する電気機器において、前記インバータ制御装置を、請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置とした電気機器である。

かかることにより、騒音・振動の少ない静寂な運転が期待でき、また前記圧縮機の振動などに伴う配管の折損などを抑制した信頼性の高い電気機器を期待することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機を駆動するインバータ制御装置のブロック回路構成図である。図２は、同実施の形態１におけるインバータ制御装置によって駆動される圧縮機の平面断面図である。図３は、同実施の形態１におけるインバータ制御装置の動作説明図である。図４は、同実施の形態１におけるインバータ制御装置の動作内容を説明するフローチャートである。

まず、図１によってインバータ制御装置の回路構成について説明する。

図１において、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１は、商用電源１０２に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ回路１０３は、ＡＣ／ＤＣ変換手段１０１に接続され、その出力はブラシレスＤＣモータ１０４に接続されている。

ブラシレスＤＣモータ１０４は、ステータ巻線が集中巻き構造で、巻数が１６０ターン以上に設定されたもので、例えば、冷蔵庫などの冷却システム（図示せず）を構成する圧縮機１０５に組み込まれている。

ここで、冷却システムは、周知の如く、圧縮機１０５と、凝縮器、減圧装置、蒸発器（いずれも図示せず）を、配管を介して環状に接続した冷凍サイクルを有するもので、前記蒸発器による熱交換空気を利用して所定の室内（空間）を冷却し、温度センサ（図示せず）などの温度検出信号に基づいて冷却能力を制御し、前記室内（空間）を所定の温度に維持する機能を有するものである。

インバータ回路１０３は、６つのスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を具備した構成であり、これらの６つのスイッチング素子は、三相ブリッジ接続されている。

制御回路１０６は、位置検出手段１０７、転流手段１０８、回転数演算手段１０９、回転数設定手段１１０、回転数制御手段１１１、運転禁止周波数設定手段１１２、共振回避制御手段１１３、合成手段１１４、ドライブ手段１１５を具備した構成となっている。

また、共振回避手段１１３は、あらかじめ設定された時間をカウントし、その設定時間経過後に経過信号を出力する待機タイマ１１６を備えている。

位置検出手段１０７は、ブラシレスＤＣモータ１０４の逆起電圧から回転子の位置を検出し、位置検出信号を転流手段１０８、回転数演算手段１０９に出力する。

転流手段１０８は、位置検出手段１０７の出力に応じて、合成手段１１４を駆動する転
流信号を出力する。

回転数演算手段１０９は、位置検出手段１０７の位置検出信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定したりすることにより、ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数を演算し、回転数制御手段１１１にブラシレスＤＣモータ１０４が運転している回転数（以下、実回転数と称す）を出力する。

一方、回転数設定手段１１０は、冷蔵庫などの冷却システムから送られてくる信号、例えば、圧縮機１０５の回転数を指示する指令回転数信号を入力し、圧縮機１０５の目標回転数を設定する。

回転数制御手段１１１は、インバータ回路１０３のブラシレスＤＣモータ１０４への通電／停電タイミングの設定を行なう機能を有し、具体的には、単位時間当たりにおいて、通電と停電を交互に行なう通電時間と停電時間の比率（以下、デューティ比と称す）を設定する。

そして、回転数制御手段１１１は、回転数演算手段１０９からのブラシレスＤＣモータ１０４の回転数と、回転数設定手段１１０からの指令回転数を比較し、その結果、ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数が、指令回転数よりも小さい場合は、デューティ比を増加し、通電時間率を大きくする。

また、逆に前記比較の結果、ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数が、指令回転数よりも大きい場合は、デューティ比を減少し、通電時間率を小さくする。

この回転数設定手段１１１の比較結果は、合成手段１１４を介してドライブ手段１１５へ出力され、その出力を入力とするドライブ手段１１５は、インバータ回路１０３へ所定の周波数信号を出力し、各スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を断続的動作から連続動作の範囲で駆動する。

そして、前記デューティ比が増加の場合は、ブラシレスＤＣモータ１０４に印加される電圧を増加し、ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数を上昇させ、前記デューティ比が減少の場合は、ブラシレスＤＣモータ１０４に印加される電圧を減少し、ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数を下降させる。

また、回転数演算手段１０９からのブラシレスＤＣモータ１０４の回転数と、回転数設定手段１１０からの指令回転数を比較し、変動がなければ、回転数制御手段１１１は現状のデューティ比を合成手段１１４に出力し、ドライブ手段１１５も変動なく動作してインバータ回路１０３を駆動している。

運転禁止周波数設定手段１１２には、圧縮機１０５の共振周波数帯を含む周波数領域が設定されている。

また、共振回避制御手段１１３は、回転数設定手段１１０からの目標回転数と、回転数演算手段１０９からの実際の運転回転数とを比較し、さらに回転数制御手段１１１によって設定されたデューティ比が上限値であるかどうかを判断し、上述の如く、回転数設定手段１１０によって設定された目標回転数（ドライブ手段１１５からの出力周波数）が、運転禁止周波数帯に含まれる回転数（周波数）となる場合に、その旨の信号を回転数設定手段１１０へ出力し、圧縮機１０５が共振周波数領域の回転数で運転することを回避する。

上述の回転数設定手段１１０と共振回避制御手段１１３による回避策としては、共振回
避制御手段１１３の運転禁止の信号を受けて回転数設定手段１１０が演算処理を行ない、運転禁止周波数帯の外れた回転数を設定する策、あるいは、共振回避制御手段１１３が、運転禁止周波数帯の外れた周波数を回転数設定手段１１０へ出力する策、さらには、共振回避制御手段１１３からの信号を回転数設定手段１１０が入力し、一段下降（上昇）した周波数を共振回避制御手段１１３へ出力して、共振回避制御手段１１３により、その周波数が運転禁止周波数帯に含まれるか否かを判断し、その結果を回転数設定手段１１０へ出力することを繰り返し、運転禁止周波数帯の外れた回転数を設定する策などがある。

合成手段１１４は、転流手段１０８と回転数制御手段１１１の出力の論理積をドライブ手段１１５に出力し、ドライブ手段１１５は、前述の如くインバータ回路１０３を構成する各スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を駆動する。

次に、図２により、上記インバータ制御装置によって駆動される圧縮機１０５の構成について説明する。

図２において、レシプロ式の圧縮機１０５は、密閉容器２０１内にブラシレスＤＣモータ１０４と、ブラシレスＤＣモータ１０４によって駆動される圧縮要素２０２を収納している。密閉容器２０１に固定された吐出接続管２０３には、圧縮要素２０２と吐出接続管２０３とを連通する吐出管２０４が接続されている。

以上のように構成されたレシプロ式の圧縮機１０５は、インバータ回路１０３によりブラシレスＤＣモータ１０４が運転されることで圧縮要素２０２が駆動され、圧縮要素２０２によって圧縮された圧縮ガスが、吐出管２０４を経て吐出接続管２０３から導出される。

しかしながら、吐出管２０４は固有の共振周波数を持ち、圧縮機１０５のいくつかの運転回転数において共振を起す。運転禁止周波数設定手段１１２は、吐出管２０４が共振するいくつかの周波数領域を運転禁止周波数帯として記憶している。

また、運転禁止周波数設定手段１１２には、運転禁止周波数帯の下限周波数Ｆｌｌより小さい下段回転数Ｎｌｌが記憶されており、圧縮機１０５の実回転数が運転禁止周波数帯にかかると、回転数設定手段１１０の目標回転数を下段回転数Ｎｌｌに設定し、圧縮機１０５の共振を回避する。

次に、上記運転禁止周波数帯を外した制御内容について図３を用いて説明する。ここでは、便宜上最初に指令回転数６６ｒ／ｓで運転している状態として説明する。

例えば、冷蔵庫に搭載された圧縮機１０５の場合であると、負荷が重たくなったり、電源電圧が低下したりすると、出力デューティが上限値（例えば１００％）になっても指令回転数どおりに運転できなくなり、回転数が徐々に低下する。

そして、圧縮機１０５の吐出管２０４の共振帯（例えば４４〜４７Ｈｚ）を含む運転禁止周波数帯（例えば４３〜４９Ｈｚ）にかかることになり、長期間連続してこの周波数帯で運転すると、吐出管２０４の折損や騒音大となる問題が発生する。

そのため、圧縮機１０５の回転数が、圧縮機１０５の共振帯を含む運転禁止周波数帯に到達すると、共振帯より下の回転数（下段回転数Ｎｌｌ、例えば４２ｒ／ｓ）で運転するように回転数制御手段１１１によって回転数を制御する。

そして、冷蔵庫の庫内が冷却されて負荷が軽減されたり、電源電圧が復帰したりしたこ
とに伴い、圧縮機１０５の目標回転数を元にもどしても圧縮機１０５の共振帯を含む運転禁止周波数帯にかからないと判断できるデューティまで出力デューティが低下すると、元の指令回転数で運転するように指示する。

そして、下段回転数Ｎｌｌの状態での運転中にデューティが小さくなり、安定復帰デューティＤｒ（例えば７５％）以下になっているかを判断し、十分運転禁止周波数帯にかからない回転数で運転できると判断すると、目標回転数を指令回転数に設定する。

ここで、運転禁止領域の上限の周波数をＦｕｌ、デューティ比の上限をＤｍａｘ、共振回避後の実回転数をＮ、デューティ比をＤｒとし、

を満足した時に、指令回転数を目標回転数に設定するように回転数設定手段１１０を動作させる。

そして、さらに負荷が軽減され、あるいは電源電圧が高くなると、圧縮機１０５は、元の指令回転数で運転できるようになる。

次に、ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数の共振回避制御動作について、図４を用いて説明する。

圧縮機１０５のインバータ制御装置が、ブラシレスＤＣモータ１０４を運転している状態において、回転数設定手段１１０で冷蔵庫等の制御装置からの指令回転数の変更信号を受信すると、ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数を変更するように制御する。

まず、ステップＳ００１で共振回避制御中（共振フラグ＝１）であるか否かを判断する。通常状態では、共振回避制御中ではないのでステップＳ００２へ進む。

ステップＳ００２では、回転数設定手段１１０の指令回転数Ｎｒｅｆを目標回転数Ｎｔｇとして設定し、ステップ００３へ進む。

ステップＳ００３では、圧縮機１０５の実際の運転回転数である実回転数Ｎと、目標回転数Ｎｔｇを比較し、小さくなければステップＳ００４へ移行する。

ステップＳ００４で、実回転数Ｎと目標回転数Ｎｔｇが一致していれば、ステップＳ００６へ抜ける。

また、ステップＳ００４で、実回転数Ｎと目標回転数Ｎｔｇが一致せず、実回転数Ｎが目標回転数Ｎｔｇより大きければ、ステップＳ００５でデューティ比を減少し、ステップＳ００６へ移行する。

さらに、ステップＳ００３で実回転数Ｎが目標回転数Ｎｔｇより小さければ、ステップＳ５０１に進み、デューティ比が上限値（例えば１００％）であるかを判断する。デューティ比が上限値でなければ、ステップＳ５０２へ移行してデューティ比を増加し、ステップＳ００６へ抜ける。

ここまでは、一般的な圧縮機１０５の回転数制御である。

ステップＳ５０１で、デューティ比が１００％であるとステップＳ６０１へ移行し、実回転数Ｎが禁止帯上限周波数Ｆｕｌより小さいか等しく、かつ禁止帯下限周波数Ｆｌｌより大きいか等しい場合、ステップＳ７０１へ進み、目標回転数Ｎｔｇを禁止帯下限周波数Ｆｌｌより小さい下段回転数Ｎｌｌに設定する。そして、次にステップＳ７０２で共振フラグをセットし、ステップＳ７０３で待機タイマ１１６を動作させ、待機時間のカウントを開始する。

ここで、ステップＳ６０１で、実回転数Ｎが禁止帯上限周波数Ｆｕｌより大きいか、または禁止帯下限周波数Ｆｌｌより小さい場合は、ステップＳ００６へ抜ける。

また、ステップＳ００１で共振回避制御中（共振フラグがセット状態：１）である場合、ステップＳ１０１へ移行する。

このステップＳ１０１では、指令回転数Ｎｒｅｆが下段回転数Ｎｌｌより小さいか等しい場合、ステップＳ１０２へ進み、目標回転数Ｎｔｇを指令回転数Ｎｒｅｆに設定する。また、ステップＳ１０３で共振フラグをクリアし、ステップＳ１０４で待機タイマをクリアする。

さらに、ステップＳ１０１において、指令回転数Ｎｒｅｆが下段回転数Ｎｌｌより大きい、または等しい場合、ステップＳ２０１へ移行し、目標回転数Ｎｔｇを下段回転数Ｎｌｌに再設定し、リフレッシュする。

次にステップＳ２０２に進み、デューティ比が安定復帰デューティ比Ｄｒ（例えば７５％）以下になっているか判断し、Ｄｒ（７５％）以下であれば、Ｓ３０１へ進む。

そして、ステップＳ３０１では、待機タイマが５分経過しているかを判断し、５分以上経過していれば、安全に復帰できると判断し、ステップＳ４０１へ移行する。

そして、ステップＳ４０１にて目標回転数Ｎｔｇを指令回転数Ｎｒｅｆに設定し、ステップＳ４０２にて共振フラグをクリアし、ステップＳ４０３にて待機タイマ１１６をクリアする。

ステップＳ４０３の処理が終わると、ステップＳ００３へ移行し、通常の回転数制御を行なうことになる。

また、ステップＳ２０２でデューティがＤｒ（７５％）超であったり、さらにステップＳ３０１で５分経過していなかったりすると、ステップＳ００３へ移行し、通常の回転数制御を行う。

以上のように、本実施の形態１においては、圧縮機１０５の負荷の増大、あるいは商用電源１０２の電圧変動に伴う電圧低下に起因してブラシレスＤＣモータ１０４の回転数が低下し、上限のデューティ比１００％に達してもなお圧縮機１０５の回転数が低下し、実回転数が圧縮機１０５の運転禁止領域にかかると、速やかに運転禁止領域より下の回転数で運転するように制御することにより、圧縮機１０５を共振周波数の回転数で連続して運転することがなくなる。その結果、吐出管２０４の折損を防止し、圧縮機１０５の信頼性を向上させることができる。

また、圧縮機１０５の負荷軽減、あるいは商用電源１０２の電圧復帰に伴い、圧縮機１０５の回転数をその負荷に対応する回転数にもどしても、圧縮機１０５の回転数が共振帯
にかからないと判断できるデューティ比まで制御可能と判断すると、圧縮機１０５を元の指令回転数で運転するよう指示することにより、圧縮機１０５の能力を高めることができる。

その結果、冷却システムにおいては、共振回避動作で共振帯より下の低冷却能力状態を回避し、本来の冷却能力状態で運転できることから、冷却能力の低下を極力防止することができる。

さらに、共振回避のために下げた目標回転数を、上述の復帰に伴い上昇設定する場合において、一定時間経過後に指令回転数を目標回転数に再設定するため、例えば、冷蔵庫において、冷蔵庫庫内の負荷の変動が頻繁に発生したりする場合や、電源の電圧変動が頻繁に発生する場合であっても、圧縮機１０５の回転数を、共振帯を避けるために頻繁に増減を繰り返す制御となることを抑制することができる。

その結果、回転数の頻繁な繰り返し制御に伴う回転数の変動騒音の発生を抑制することができる。

また、システム負荷の変動などに伴う外部からの指令回転数が、運転禁止領域より下の回転数であれば、共振回避制御を解除し、指令回転数を目標回転数に設定して通常の回転数制御に戻すことができる。

その結果、速やかに運転回転数を低くすることができ、圧縮機１０５の冷却能力を冷蔵庫等の冷却システム制御の要望する能力に速やかに追従することができる。

また、ブラシレスＤＣモータ１０４は、ステータ巻線の巻数を１６０ターン以上としているため、効率は向上するものの、出力トルク不足になり易い、あるいは回転数の低下が発生し易いモータであるが、回転数の低下が発生し共振帯で連続して運転することを回避することができるため、圧縮機１０４の配管の折損や共振による騒音・振動を防ぐことができ、圧縮機１０５の信頼性を損なうこともない。

また、ブラシレスＤＣモータ１０４のステータ巻線を集中巻き構造としているため、分布巻き構造に比べて巻き数の増加が可能である反面、出力トルクが低下し、回転数が低下し易いが、共振帯での連続した圧縮機１０５の運転を防止することができるため、圧縮機１０５の信頼性を向上することができる。

さらに、本実施の形態１の圧縮機を、冷蔵庫などの家庭用電気機器に適用することにより、より高効率で高い信頼性を確保することができる。

なお、本実施の形態１では、共振帯を含む運転禁止周波数帯を一領域として説明したが、運転禁止周波数帯が複数個所に存在する場合であっても、それぞれの共振帯の周波数を運転禁止周波数設定手段１１２に設定することにより、同様の制御で共振帯での連続運転を回避することができる。

また、圧縮機１０５の機種により、共振帯が複数存在する場合、一つの運転禁止周波数帯に複数の共振帯を含めてもよいし、それぞれの共振帯に対し運転禁止周波数帯を複数持たすようにしてもよい。

また、運転禁止周波数帯の設定は、回転数制御を行なうインバータ制御装置の制御回路１０６を構成するマイコンの発振子の精度、圧縮機１０５の共振帯のばらつき、回転数制御精度などを考慮して決定するのが好ましい。

また、共振帯については、圧縮機１０５の吐出管２０４を例に説明したが、冷蔵庫等のシステム側の配管において共振周波数が既知であれば、その周波数を予め設定しておくことにより、同様の効果が期待でき、冷凍サイクルのシステムの配管との共振による配管の折損や共振騒音の抑制を行なうことができ、圧縮機を用いた電気機器の信頼性の向上、低騒音、低振動化をはかることができる。

本発明にかかる圧縮機のインバータ制御装置は、デューティ比が上限に達しても、圧縮機が共振帯で連続して運転することがなくなり、圧縮機の配管の折損や共振による騒音・振動を防ぐことができ、圧縮機の信頼性を向上することができる。したがって、冷蔵庫、空調機器、洗濯乾燥機等の圧縮機を用いた家庭用電気機器の用途に広く適用することができる。

１０３ インバータ回路
１０４ ブラシレスＤＣモータ
１０５ 圧縮機
１０６ 制御回路
１０７ 位置検出手段
１０９ 回転数演算手段
１１０ 回転数設定手段
１１１ 回転数制御手段
１１２ 運転禁止周波数設定部
１１３ 共振回避制御手段

Claims (7)

1. 圧縮機を駆動するモータの位置を検出し位置信号を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段の位置信号に基づきモータの回転数を制御するための信号を出力する制御回路部と、前記制御回路部の出力信号に基づき前記モータへ電圧を印加するインバータ回路部を具備し、前記制御回路部を、前記位置検出手段の位置信号に基づいて前記モータの回転数を演算する回転数演算手段と、前記圧縮機を必要能力に回転させる指令回転数を目標回転数に変換する回転数設定手段と、前記目標回転数と実回転数の差に応じて、キャリア周期内のオン時間の割合であるデューティ比を調整し、前記モータへの印加電圧を可変して前記モータの回転数を制御する回転数制御手段と、前記圧縮機の特定回転数範囲である運転禁止領域を予め設定しておく運転禁止周波数設定部とを具備する構成とし、前記回転数制御手段のデューティ比が上限の値で、かつ前記圧縮機の実回転数が運転禁止領域に入る回転数となった場合に、前記運転禁止領域の下限値より下の回転数を目標回転数に設定し、前記モータが連続して前記運転禁止領域範囲内の回転数で運転することを避けるようにしたインバータ制御装置。
2. 前記圧縮機の特定回転数範囲を、該圧縮機の共振周波数帯を含む運転禁止領域とし、前記運転禁止領域の上限値の周波数をＦｕｌ、デューティ比の上限値をＤｍａｘ、共振回避後の実回転数をＮ、デューティ比をＤｒとした場合、
   を満足した時に、指令回転数を目標回転数に設定するように前記回転数設定手段へ出力する共振回避制御手段を設けた請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記回転数設定手段による目標回転数設定において、目標回転数の運転禁止領域の下限値以下の状態を、所定時間継続するようにした請求項１または２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記指令回転数が運転禁止領域の下限値以下の回転数であれば、前記共振回避制御手段の前記回転数設定手段への出力を停止し、指令回転数を目標回転数に設定するようにした請求項２または３に記載のインバータ制御装置。
5. 前記モータのステータ巻線の巻数を１６０ターン以上とした請求項１から４のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置を具備した電動圧縮機。
7. 圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を、配管を介して環状に接続した冷凍サイクルを有する冷却システムと、前記圧縮機の回転数制御を行なうインバータ装置を具備する電気機器において、前記インバータ制御装置を、請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置とした電気機器。