JP2017212794A - Compressor motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンプレッサを回転させるモータの制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that rotates a compressor.
例えば冷凍サイクルに用いられるコンプレッサでは、シリンダ内のロータを回転させて、シリンダ室内に吸入した流体を圧縮しシリンダ室外に吐出している。そして、ロータをモータで回転させる電動コンプレッサにおいては、モータのステータコイルを流れる誘導電流を利用してセンサレスでロータの回転角度を検出し、検出したロータの回転角度に応じてモータのステータコイルに印加する電圧を調整するセンサレスベクトル制御が行われる。 For example, in a compressor used in a refrigeration cycle, a rotor in a cylinder is rotated to compress fluid sucked into the cylinder chamber and discharged outside the cylinder chamber. In an electric compressor that rotates a rotor with a motor, the rotation angle of the rotor is detected sensorlessly using the induced current flowing through the stator coil of the motor and applied to the stator coil of the motor according to the detected rotation angle of the rotor. Sensorless vector control for adjusting the voltage to be performed is performed.
但し、モータの始動時にステータコイルを流れる誘導電流は、ロータの回転量が小さいため微弱であり、ロータの回転角度を特定するには不十分である場合がある。そこで、モータの始動時には、ステータコイルの励磁する極を一定の周波数で強制的に移動させる同期制御でモータを回転させてロータを強制回転させることが、一般的に行われている。 However, the induced current flowing through the stator coil at the start of the motor is weak because the amount of rotation of the rotor is small, and may be insufficient to specify the rotation angle of the rotor. Therefore, at the time of starting the motor, the rotor is forcibly rotated by rotating the motor by synchronous control for forcibly moving the pole excited by the stator coil at a constant frequency.
ところが、モータの始動時にはコンプレッサ内の差圧によりロータにかかる負荷トルクが大きい場合があり、その状態でモータを同期制御により始動させると、ロータにかかる負荷トルクに対してステータコイルを流れる電流が不足して、負荷トルクを上回るモータトルクが発生せず、モータの始動に失敗する可能性がある。 However, when the motor is started, the load torque applied to the rotor may be large due to the differential pressure in the compressor. If the motor is started by synchronous control in this state, the current flowing through the stator coil is insufficient with respect to the load torque applied to the rotor. As a result, the motor torque exceeding the load torque is not generated, and the motor may fail to start.
そこで、モータの始動から一定期間、モータの制御上の目標速度である指令速度を高めに設定してモータトルクを高くすることが提案されている(例えば、特許文献1)。 Therefore, it has been proposed to increase the motor torque by setting the command speed, which is the target speed for motor control, to be higher for a certain period from the start of the motor (for example, Patent Document 1).
ところで、始動後のモータは、指令速度を徐々に上げることで、ロータの回転角度が検出できる回転速度に向けて加速される。このとき、モータトルクや負荷トルクはロータの回転角度によってそれぞれ増減し、モータトルクが負荷トルクを下回る期間も存在する。 By the way, the motor after starting is accelerated toward a rotational speed at which the rotational angle of the rotor can be detected by gradually increasing the command speed. At this time, the motor torque and the load torque respectively increase and decrease depending on the rotation angle of the rotor, and there is a period in which the motor torque is lower than the load torque.
モータトルクが負荷トルクを下回る期間では、徐々に上がる指令速度に応じたモータの指令角度の進行に対してロータの実角度の進行が遅れる。この遅れが拡大してモータの電流位相が進むと、モータトルクが再び増加に転じることなく減少し続け、その結果、ロータが失速してモータが脱調してしまう。 During the period when the motor torque is lower than the load torque, the progress of the actual angle of the rotor is delayed with respect to the progress of the command angle of the motor according to the command speed that gradually increases. When this delay increases and the motor current phase advances, the motor torque continues to decrease without increasing again, and as a result, the rotor stalls and the motor steps out.
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、始動後の電動コンプレッサのモータを同期制御において指令速度の増加により脱調することなく加速させることができるコンプレッサモータ制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a compressor motor control device capable of accelerating a motor of an electric compressor after starting without stepping out due to an increase in command speed in synchronous control. There is to do.
上記目的を達成するために、本発明のある態様によるコンプレッサモータ制御装置は、
吸入した気体が圧縮されるコンプレッサの圧縮機構を回転させるモータのロータの回転速度が、前記モータの電流や電圧等の情報から前記ロータの回転角度を検出できる所定速度に加速されると、同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替えて前記ロータを回転させる制御装置において、
前記同期制御の期間中に、前記ロータの制御上の目標回転速度である指令速度を加速から減速に一定期間変更させ、該一定期間の経過後に前記指令速度を減速から加速に復帰させる加速制御を行う制御手段を備え、
前記一定期間は、前記ロータの実角度を基準とした該ロータの制御上の目標角度の位相進み量に対応する前記モータの電流位相が、前記同期制御の期間中を通じて、前記モータが脱調する脱調限界量以下(但し、脱調限界量≧0)となるタイミングで開始及び終了される。
In order to achieve the above object, a compressor motor control device according to an aspect of the present invention includes:
When the rotational speed of the rotor of the motor that rotates the compression mechanism of the compressor that compresses the sucked gas is accelerated to a predetermined speed at which the rotational angle of the rotor can be detected from information such as current and voltage of the motor, synchronous control is performed. In the control device for switching from sensorless vector control to rotating the rotor,
During the period of the synchronous control, a command speed that is a target rotational speed in the control of the rotor is changed from acceleration to deceleration for a certain period, and the command speed is returned from deceleration to acceleration after the lapse of the certain period. Control means to perform,
During the period of the synchronous control, the motor current phase corresponding to the phase advance amount of the target angle of control of the rotor relative to the actual angle of the rotor is stepped out during the period of the synchronous control. It starts and ends at the timing when the step-out limit amount is equal to or less (however, the step-out limit amount ≧ 0).
本発明によれば、始動後の電動コンプレッサのモータを同期制御において指令速度の増加により脱調することなく加速させることができる。 According to the present invention, the motor of the electric compressor after the start can be accelerated without being stepped out due to an increase in the command speed in the synchronous control.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態に係るコンプレッサモータ制御装置により制御される電動モータを搭載した電動コンプレッサを示す断面図である。図1に示す本実施形態の電動コンプレッサ1は、回転式の圧縮機構3を電動モータ5で駆動して冷媒を圧縮するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric compressor equipped with an electric motor controlled by a compressor motor control device according to an embodiment of the present invention. An
そして、電動コンプレッサ1(請求項中のコンプレッサに相当)は、圧縮機構3及び電動モータ5の他、これらが収容されるハウジング7、及び、コントローラ15を有している。
The electric compressor 1 (corresponding to the compressor in the claims) includes a
圧縮機構3は、一対のサイドブロック3a,3bと、これらによって挟持されたシリンダブロック3cと、シリンダブロック3cの内部に形成された楕円形のシリンダ室3dに収容した円柱状のロータ3eとを有している。
The
ロータ3e(請求項中の回転体に相当)は、サイドブロック3a,3bで軸受された電動モータ5の回転軸5aに取り付けられている。ロータ3eの周面には複数のベーン溝(図示せず)が開口しており、各ベーン溝には、ロータ3eの周面から出没可能なベーン(図示せず)がそれぞれ支持されている。
The
ロータ3eが電動モータ5によりシリンダ室3d内で回転されると、ロータ3eの各ベーンがシリンダ室3dの内周面に倣ってベーン溝から出没し、ロータ3eと隣り合う2つのベーンとシリンダ室3dとで構成される空間の容積が変化する。
When the
そして、空間の容積が増加する間に、サイドブロック3aに形成した吸入口(図示せず)を通じて低圧の冷媒が吸入され、吸入された冷媒が、空間の容積の減少に伴い圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、シリンダブロック3cの不図示の吐出ポートに設けた吐出弁(図示せず)を開弁させ、さらに、サイドブロック3bに形成した吐出口(図示せず)から吐出される。
Then, while the space volume increases, low-pressure refrigerant is sucked through a suction port (not shown) formed in the
電動モータ5(請求項中のモータに相当)は、例えば三相交流電動機であり、回転軸5aに取り付けられたロータ5bと、ロータ5bの外側に配置されたステータ5cとを有している。ステータ5cは複数の極に対応したティース(図示せず)を有している。各ティースにはコイル5dがそれぞれ巻回されている。コイル5dは、各相毎に複数存在しており、本実施形態では、各相の複数のコイル5dが並列結線されている。勿論、各相のコイル5dは直列結線されていてもよい。
The electric motor 5 (corresponding to the motor in the claims) is, for example, a three-phase AC motor, and includes a
電動モータ5は、各コイル5dに所定のパターンで電圧を印加することでステータ5cに回転磁界を発生させることで、ロータ5bを回転させる。
The
ロータ5bは、本実施形態では、永久磁石を内部に埋め込んだ埋込磁石形(IPM:Interior permanent Magnet )のものを用いている。したがって、電動モータ5のモータトルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合成したものとなる。
In this embodiment, the
一般に、IPMモータのマグネットトルクは余弦波(cos)波形で表され、電流位相=0degにおいて最大値となる。リラクタンストルクは正弦波(sin)波形で表され、電流位相=45degにおいて最大値となる。したがって、電動モータ5のマグネットトルクとリラクタンストルクを合成したモータトルクは、電流位相=0〜45degの範囲において最大値となる。
In general, the magnet torque of an IPM motor is represented by a cosine wave (cos) waveform, and has a maximum value at a current phase = 0 deg. The reluctance torque is represented by a sine wave (sin) waveform and has a maximum value at a current phase = 45 deg. Therefore, the motor torque obtained by synthesizing the magnet torque and the reluctance torque of the
ハウジング7は、一端が閉塞された円筒状を呈している。このハウジング7には圧縮機構3が収容されており、収容された圧縮機構3によりハウジング7の内部は、サイドブロック3bが露出する閉塞側の密閉された吐出室7aと、サイドブロック3aが露出する開口側の吸入室7bとに仕切られている。吸入室7bには電動モータ5が収容されており、吸入室7bは、ハウジング7の開口7cに取り付けた蓋部9によって密閉されている。
The housing 7 has a cylindrical shape with one end closed. The housing 7 accommodates the
上述した吸入室7bは、圧縮機構3によって圧縮する低温低圧の冷媒が、電動コンプレッサ1の外部(例えば、冷凍サイクルの蒸発器)から不図示の吸入ポートを介して吸入される空間である。
The
また、圧縮機構3によって吸入室7bと気密に仕切られた吐出室7aは、圧縮機構3によって圧縮された高温高圧の冷媒を、不図示の吐出ポートを介して電動コンプレッサ1の外部(例えば、冷凍サイクルの凝縮器)に吐出する空間である。
Further, the discharge chamber 7a, which is hermetically partitioned from the
図2は、電動コンプレッサ1の電気的構成を示す説明図である。図2に示すように、コントローラ15(請求項中のコンプレッサモータ制御装置に相当)は、インバータ回路15aとモータ制御部15bとを有している。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an electrical configuration of the
インバータ回路15aは、直流電源13の電力を交流に変換して電動モータ5のステータ5cのU,V,W各相のコイル5dに供給するものである。そして、インバータ回路15aは、各相のコイル5dに対応する上アーム及び下アームの電力用スイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)Q1〜Q6を有している。
The
なお、IGBTQ1〜Q6は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 、電界効果トランジスタ)等のパワートランジスタに置き換えてもよい。 The IGBTs Q1 to Q6 may be replaced with power transistors such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
モータ制御部15b(請求項中の制御手段に相当)は、電動モータ5のステータ5cに回転磁界を発生させるための所定のパターンによる各コイル5dへの電圧印加を制御するもので、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。モータ制御部15bは、各種データやテーブル、制御に利用する式等を記憶するメモリ15c(請求項中の記憶手段に相当)を有している。
The
モータ制御部15bは、実際のモータ角度に代わるものとして、モータの電圧や電流等の情報から、ロータ5bの回転角度を実モータ角度(実角度)として演算する。そして、演算した実モータ角度に応じてコイル5dを流れる電流の位相を調整するセンサレスベクトル制御を行う。
As an alternative to the actual motor angle, the
但し、電動モータ5により電動コンプレッサ1を始動させる際に各コイル5dに発生する誘起電圧は、ロータ5bの回転量が小さいため微弱であり、モータ制御部15bが実モータ角度を検出するには不十分である場合がある。実モータ角度が検出できないと、ロータ5bの負荷トルクに見合ったモータトルクが発生するようにモータ制御部15bがコイル5dを流れる電流の位相を調整するのが困難になる。
However, the induced voltage generated in each
そこで、電動コンプレッサ1の始動時には、実モータ角度を検出できる速度(請求項中の所定速度に相当)にロータ5bの回転速度が上がるまで、同期制御で電動モータ5を強制回転させることが行われる。同期制御では、あらかじめ設定した周波数パターンでステータ5cに回転磁界を発生させ、回転する磁界にロータ5bを連れ回らせて、ロータ5bを強制回転させる。
Therefore, when the
そして、ロータ5bの回転速度がある程度上昇してロータ5bの回転角度を検出するのに十分な誘起電圧が発生したら、モータ制御部15bは、電動モータ5の制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える。
When the rotational speed of the
ところで、同期制御においては、モータトルクがロータ5bの負荷トルクを確実に上回って、回転する磁界にロータ5bが確実に連れ回るように、モータ制御部15bが各相のコイル5dを流れる電流(相電流)の値を設定することが重要となる。
By the way, in the synchronous control, the
ここで、各相のコイル5dを流れる電流の値は、同期制御における電動モータ5の指令速度に基づいて設定される。そこで、モータ制御部15bが実モータ角度(ロータ5bの回転角度)を検出してセンサレスベクトル制御に切り替えできる回転速度に向けて、電動モータ5の始動時から指令速度を徐々に加速する場合について考える。
Here, the value of the current flowing through the
図3は、電動モータ5の指令速度を始動時から線形に加速した場合のロータ5bの実際の回転速度である実モータ速度(実速度)の経時変化の一例を示すグラフである。図3において、破線は電動モータ5の指令速度を示し、実線は実モータ速度(実速度)を示している。
FIG. 3 is a graph showing an example of the change over time in the actual motor speed (actual speed) that is the actual rotational speed of the
図4は、図3の指令速度に応じた電流が各相のコイル5dを流れるときに発生する電動モータ5のモータトルクと電動モータ5の負荷トルクとの経時変化を示すグラフである。図4において、破線は電動モータ5の負荷トルクTLを示し、実線はモータトルクTMを示している。
FIG. 4 is a graph showing changes over time in the motor torque of the
図5は、図3の指令速度に対応するロータ5bの制御上の回転角度である電動モータ5の指令角度と、図4のモータトルク及び負荷トルクTLの関係に応じて回転するロータ5bの回転角度(実モータ角度)との経時変化を示すグラフである。図5において、破線は電動モータ5の指令角度を示し、実線は実モータ角度(実角度)を示している。
FIG. 5 shows the rotation of the
図6は、図5の実モータ角度(実角度)を基準にした指令角度の位相である電流位相の経時変化を示すグラフと、電流位相に対するモータトルクTMの関係を示すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the change over time in the current phase, which is the phase of the command angle based on the actual motor angle (actual angle) in FIG. 5, and a graph showing the relationship of the motor torque TM with respect to the current phase.
そして、図3のグラフ中に破線で示すように、モータ制御部15bが設定した線形に加速される指令速度に応じた電流が各相のコイル5dを流れるとき、図4のグラフ中に実線及び破線でそれぞれ示すように、モータトルクTMや負荷トルクTLはロータ5bの回転角度によってそれぞれ増減する。モータトルクTMの増減と負荷トルクTLの増減との間には位相差があるので、図4中の枠線Iで囲んだ部分に示すように、モータトルクTMが負荷トルクTLを下回る期間も存在する。
Then, as indicated by the broken line in the graph of FIG. 3, when a current corresponding to the linearly accelerated command speed set by the
モータトルクTMが負荷トルクTLを下回る図4中の枠線Iの期間では、図5のグラフに示すように、徐々に上がる指令速度に対応するロータ5bの制御上の回転角度である電動モータ5の指令角度の進行に対して、ロータ5bの実際の回転角度、即ち、実モータ角度の進行が遅れる。
In the period of the frame line I in FIG. 4 in which the motor torque TM is lower than the load torque TL, as shown in the graph of FIG. 5, the
この遅れが図5中の枠線IIで囲んだ部分に示すように拡大すると、図6のグラフに示す、電動モータ5の実モータ角度を基準にした指令角度の位相に対応する電流位相が、時間の経過と共に、図6中の枠線IIIで囲んだ部分に示すように大幅に進む。
When this delay is expanded as shown in the portion surrounded by the frame line II in FIG. 5, the current phase corresponding to the phase of the command angle based on the actual motor angle of the
電動モータ5の電流位相が大幅に進むと、図6中に重ねて示す電流位相及びモータトルクTMの相関のグラフにおける、枠線IVで囲んだ部分に示すように、電流位相に対応するモータトルクTMが最大値を超えて減少するようになる。すると、時間が経過してロータ5bの回転角度(電動モータ5の実角度)が増えても、負荷トルクTLを十分に上回るほどにはモータトルクTMが増加しない。
When the current phase of the
そのため、モータトルクTMが増加から減少に転じると、その後のモータトルクTMは、図4中の枠線Vで囲んだ部分に示すように、再び増加に転じることなく減少し続け、その結果、図3に実線で示すように、ロータ5bが失速して電動モータ5が脱調し止まってしまう。
Therefore, when the motor torque TM changes from increasing to decreasing, the subsequent motor torque TM continues to decrease without increasing again, as shown in the portion surrounded by the frame line V in FIG. As indicated by a solid line in FIG. 3, the
しかし、電動モータ5の電流位相を一定の位相範囲内に保っておくと、図6の電流位相及びモータトルクTMの相関を示すグラフからも分かるように、モータトルクTMをある程度高い値に維持することができる。
However, if the current phase of the
そこで、本実施形態のコントローラ15のモータ制御部15bが同期制御の期間中に行う電動モータ5の制御パターンについて、以下に説明する。
Therefore, a control pattern of the
図7は、モータ制御部15bが行う電動モータ5の加速制御における実モータ速度(実速度)の始動時からの経時変化を示すグラフである。図7において、破線は電動モータ5の指令速度を示し、実線は実モータ速度(実速度)を示している。
FIG. 7 is a graph showing the change over time from the start of the actual motor speed (actual speed) in the acceleration control of the
図8は、図7の指令速度に応じた電流が各相のコイル5dを流れるときに発生する電動モータ5のモータトルクTMと電動モータ5の負荷トルクTLとの経時変化を示すグラフである。図8において、破線は電動モータ5の負荷トルクTLを示し、実線はモータトルクTMを示している。
FIG. 8 is a graph showing temporal changes in the motor torque TM of the
図9は、図7の指令速度に対応するロータ5bの制御上の回転角度である電動モータ5の指令角度と、図8のモータトルクTM及び負荷トルクTLの関係に応じて回転するロータ5bの回転角度(実モータ角度)との経時変化を示すグラフである。図9において、破線は電動モータ5の指令角度を示し、実線は実モータ角度(実角度)を示している。
FIG. 9 shows the command angle of the
図10は、図9の実モータ角度(実角度)を基準にした指令角度の位相に対応する電流位相の経時変化を示すグラフである。 FIG. 10 is a graph showing the change over time of the current phase corresponding to the phase of the command angle based on the actual motor angle (actual angle) of FIG.
そして、図7のグラフ中に破線で示すように、モータ制御部15bが設定する指令速度は、電動モータ5の始動後に一度線形に加速され、図7中の枠線VIで囲んだ部分に示すように、ある時点で一旦加速から減速に変更される(図7の例では始動後0.04sec超経過した時点)。
Then, as indicated by a broken line in the graph of FIG. 7, the command speed set by the
指令速度が減速に変更されるまでの間、線形に加速される指令速度に応じた電流が各相のコイル5dを流れる電動モータ5のモータトルクTMや負荷トルクTLは、図8のグラフ中に実線及び破線でそれぞれ示すように、ロータ5bの回転角度によってそれぞれ増減する。
Until the command speed is changed to deceleration, the motor torque TM and the load torque TL of the
モータトルクTMの増減と負荷トルクTLの増減との間には位相差があるので、指令速度が減速に変更されるまでの加速期間には、図8のグラフにおける、図7中の枠線VIで囲んだ部分に対応する経過時間の部分に示すように、モータトルクTMが負荷トルクTLを下回る期間も存在する。 Since there is a phase difference between the increase / decrease in the motor torque TM and the increase / decrease in the load torque TL, in the acceleration period until the command speed is changed to the deceleration, the frame line VI in FIG. As shown in the portion of elapsed time corresponding to the portion surrounded by, there is also a period in which the motor torque TM is lower than the load torque TL.
モータトルクTMが負荷トルクTLを下回る期間には、徐々に上がる指令速度に対応するロータ5bの制御上の回転角度である電動モータ5の指令角度の進行に対して実モータ角度の進行が、図9のグラフ中の枠線VIIで囲んだ部分に示すように遅れる。
During the period when the motor torque TM is lower than the load torque TL, the actual motor angle progresses with respect to the progress of the command angle of the
そこで、この遅れが拡大して、電動モータ5の実モータ角度を基準にした指令角度の位相に対応する電流位相が、モータトルクTMが最大値となり増加から減少に転じる位相Ptp(請求項中のトルクピークの電流位相、図6のグラフに示す相関では40deg)まで増加する前に、モータ制御部15bは、図7中の枠線VIで囲んだ部分に示すように、指令速度を加速から減速に変更する。
Therefore, this delay increases, and the current phase corresponding to the phase of the command angle based on the actual motor angle of the
そして、指令角度の進行に対する実モータ角度の位相遅れがある程度減少したら、モータ制御部15bは、指令速度が「0」になる前に再び減少から増加に復帰させ、同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える所定速度まで、始動直後の線形加速よりも大きい加速度で、指令速度を線形に加速させる。
When the phase delay of the actual motor angle with respect to the progress of the command angle is reduced to some extent, the
ここで、同期制御の期間中における指令速度を一旦減速させる一定期間の開始と終了は、本実施形態では、電動モータ5の電流位相が同期制御の期間中を通じて、図10のグラフに示すように、電流位相が進むと対応するモータトルクTMが増加する範囲に収まるように決定している。 Here, in the present embodiment, the start and end of the fixed period in which the command speed is once decelerated during the period of the synchronous control is as shown in the graph of FIG. 10 during the period of the synchronous control. The motor torque TM corresponding to the current phase advances is determined so as to fall within a range.
この範囲とは、例えば、図6のグラフに示す相関では−50〜40degの範囲が該当する。しかし、ここでは、電動モータ5の指令角度の進行に対して実モータ角度の進行が遅れている(位相遅れしている)ことが前提であることから、上述した−50〜40degの範囲のうちマイナスの値の範囲を除いた方が、ここで言う電流位相の電流範囲としてはより適切な範囲となる。
For example, this range corresponds to a range of −50 to 40 degrees in the correlation shown in the graph of FIG. 6. However, here, since it is premised that the progress of the actual motor angle is delayed (the phase is delayed) with respect to the progress of the command angle of the
そこで、本実施形態では、電動モータ5の電流位相が同期制御の期間中を通じて、電動モータ5の指令角度の進行に対する実モータ角度の進行の遅れが、図6のグラフに示す相関における0〜40degの範囲の位相量に収まるようにしている。したがって、本実施形態では、請求項中の脱調限界量が40degであることになる。
Therefore, in the present embodiment, the delay of the progress of the actual motor angle relative to the progress of the command angle of the
なお、電動モータ5の指令角度の進行に対する実モータ角度の進行の遅れが拡大して電流位相が進むことによる電動モータ5の脱調は、電動モータ5の負荷トルクTLがピーク(最大値)を迎えるときに起こり易い。そして、電動モータ5の負荷トルクTLが始動後最初に増加から減少に転換する図8の変曲点Pは、電動モータ5の始動後0.05sec超が経過した時点で到来する。
Note that the step-out of the
しかし、図7の例では、図8の変曲点Pに電動モータ5の負荷トルクTLが到達するよりも十分手前の、電動モータ5の始動後0.04sec超が経過した時点で、モータ制御部15bが設定する指令速度を加速から減速に変更している。そこで、指令速度を加速から減速に変更するタイミングを少し遅らせて、電動モータ5の負荷トルクTLが図8の変曲点Pに到達する直前の時点としてもよい。
However, in the example of FIG. 7, the motor control is performed when 0.04 sec or more has elapsed after the start of the
これにより、脱調に至るほど電流位相が進行する前に指令速度を減速させて脱調を確実に防ぎつつ、電動モータ5の始動から指令速度が減速に変更されるまでの間に可能な限り電動モータ5を加速させて、同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替わるタイミングを早めることができる。
As a result, the command speed is decelerated before the current phase progresses so that the step-out occurs, and the step-out is surely prevented, and as much as possible from the start of the
また、モータ制御部15bが行うこのような電動モータ5の加速制御のパターンにおける、指令速度を減速させる一定期間の開始及び終了のタイミングは、電動モータ5の特性に応じたものを実験的に予め求めておいて、コントローラ15のメモリ15cに記憶させておいてもよい。
In addition, in the acceleration control pattern of the
その場合は、モータ制御部15bが電動モータ5を同期制御する際に、メモリ15cから加速制御のパターンを読み出し実行して、始動時からセンサレスベクトル制御への切り替えまでの間に、電動モータ5の指令速度を適切なタイミングで線形の加速から線形の減速に一旦切り替え、かつ、減速から再び線形の加速に復帰させることができる。
In that case, when the
そして、上述したような加速制御をモータ制御部15bが行うと、電動モータ5のモータトルクTMと負荷トルクTLがロータ5bの回転角度によってそれぞれ異なる位相で増減しても、電動モータ5の実モータ角度に対する指令角度の位相進み量が増加した際に、位相進み量(=電流位相)が増加すればするほど電動モータ5のモータトルクTMをより多く増やすことができる。
When the
したがって、モータトルクTMが負荷トルクTLを下回って、電動モータ5の指令角度の進行に対して実モータ角度の進行が一時的に遅れても、指令速度が減速される一定期間の間に負荷トルクTLを十分に上回るようにモータトルクTMを増加させて、その後の電動モータ5の実モータ角度に対する指令角度の位相進み量を減少させることができる。
Therefore, even if the motor torque TM falls below the load torque TL and the progress of the actual motor angle is temporarily delayed with respect to the progress of the command angle of the
これにより、同期制御の期間中常に、電動モータ5の実モータ角度に対する指令角度の位相進み量を、電動モータ5が脱調する脱調限界量以下(但し、脱調限界量≧0)に維持し、同期制御中に電動モータ5が脱調するのを防ぐことができる。
As a result, the phase advance amount of the command angle with respect to the actual motor angle of the
なお、本実施形態では、一定期間の減速前の加速期間(請求項中の第1の加速期間に相当)よりも、一定期間の減速後の加速期間(請求項中の第2の加速期間に相当)において、電動モータ5の指令速度を加速する際の加速度を高くすることにした。これにより、指令速度を一定期間減速させることで電動モータ5がセンサレスベクトル制御への切り替えを行う所定速度に達するのに時間がかかるようになるのを、抑制することができる。
In the present embodiment, the acceleration period after deceleration for a certain period (corresponding to the second acceleration period in the claims) rather than the acceleration period before deceleration for a certain period (corresponding to the first acceleration period in the claims). Equivalent), the acceleration when accelerating the command speed of the
しかし、電動モータ5の実モータ角度に対する指令角度の位相進み量を、同期制御の期間中常に脱調限界量以下に維持できる限り、一定期間の減速前の加速期間における加速度と減速後の加速期間における加速度とを同じ加速度としてもよく、異なる加速度としても(どちらか一方を他方よりも高い加速度としても)よい。
However, as long as the phase advance amount of the command angle with respect to the actual motor angle of the
また、本実施形態では、電動モータ5の電流位相が同期制御の期間中を通じて、電流位相が進むと対応するモータトルクTMが増加する範囲(例えば、図6のグラフに示す相関では0〜40degの範囲)となるように、同期制御の期間中に指令速度を一旦減速させる一定期間の開始と終了を決定するものとした。 Further, in the present embodiment, the range in which the corresponding motor torque TM increases as the current phase advances through the period of the synchronous control during the current phase of the electric motor 5 (for example, 0 to 40 deg in the correlation shown in the graph of FIG. 6). Range), the start and end of a certain period during which the command speed is once decelerated during the synchronous control period.
しかし、電動モータ5の実モータ角度に対する指令角度の位相進み量を、同期制御の期間中常に脱調限界量以下に維持できる限り、例えば、図6のグラフに示す相関における40degを超える位相を範囲の上限とするなど、本実施形態で説明した範囲よりも広い範囲を脱調限界量の上限としてもよい。
However, as long as the phase advance amount of the command angle with respect to the actual motor angle of the
さらに、本実施形態では、電動モータ5が、永久磁石を内部に埋め込んだ埋込磁石形(IPM:Interior permanent Magnet )のロータ5bを用いたIPMモータである場合について説明した。しかし、例えば、永久磁石を表面に露出させた表面磁石形(SPM:Surface Permanent Magnet )のロータ5bを用いたSPMモータを電動モータ5に用いてもよい。
Furthermore, in the present embodiment, the case where the
その場合、モータトルクTMの特性が図6に示すIPMモータの特性とは異なるが、その特性に合わせて、電動モータ5の指令速度を一旦減速させる一定期間の開始及び終了のタイミングを決定すればよい。
In that case, although the characteristics of the motor torque TM are different from the characteristics of the IPM motor shown in FIG. 6, the start and end timings of a certain period for once decelerating the command speed of the
また、以上の実施形態では、シリンダ室3d内でロータ3eを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構3を有する電動コンプレッサ1に本発明を適用した場合を例に取って説明した。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the
しかし、本発明は、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転体を回転させることで気体を吸入して圧縮する回転式の圧縮機構を有するコンプレッサをモータで回転させる場合に広く適用可能である。 However, the present invention has a rotary compression mechanism that sucks and compresses gas by rotating a rotating body, such as a scroll compressor that rotates a movable scroll with respect to a fixed scroll to compress gas. This is widely applicable when the compressor is rotated by a motor.
本発明は、冷媒の圧縮機構を電動モータで駆動する電動コンプレッサにおいて利用することができる。 The present invention can be used in an electric compressor in which a refrigerant compression mechanism is driven by an electric motor.
1 電動コンプレッサ(コンプレッサ)
3 圧縮機構
3a,3b サイドブロック
3c シリンダブロック
3d シリンダ室
3e ロータ
5 電動モータ(モータ)
5a 回転軸
5b ロータ
5c ステータ
5d コイル
7 ハウジング
7a 吐出室
7b 吸入室
7c 開口
9 蓋部
13 直流電源
15 コントローラ(コンプレッサモータ制御装置)
15a インバータ回路
15b モータ制御部(制御手段)
15c メモリ(記憶手段)
P 負荷トルク変曲点
Ptp モータトルクが最大値となる電流位相(トルクピークの電流位相)
TL 負荷トルク
TM モータトルク
Q1〜Q6 IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)
1 Electric compressor (compressor)
3
15c memory (storage means)
P Load torque inflection point Ptp Current phase at which motor torque is maximum (current phase of torque peak)
TL Load torque TM Motor torque Q1-Q6 IGBT (Insulated gate bipolar transistor)
Claims (5)
前記同期制御の期間中に、前記ロータ(5b)の制御上の目標回転速度である指令速度を加速から減速に一定期間変更させ、該一定期間の経過後に前記指令速度を減速から加速に復帰させる加速制御を行う制御手段(15b)を備え、
前記一定期間は、前記ロータ(5b)の実角度を基準とした該ロータ(5b)の制御上の目標角度の位相進み量である前記モータ(5)の電流位相が、前記同期制御の期間中を通じて、前記モータ(5)が脱調する脱調限界量以下(但し、脱調限界量≧0)となるタイミングで開始及び終了される、
コンプレッサモータ制御装置(15)。 The rotational speed of the rotor (5b) of the motor (5) that rotates the compression mechanism (3) of the compressor (1) in which the sucked gas is compressed is determined based on information such as current and voltage of the motor (5). In the control device (15) for rotating the rotor (5b) by switching from synchronous control to sensorless vector control when accelerated to a predetermined speed capable of detecting the rotation angle of 5b)
During the period of the synchronous control, the command speed, which is the target rotational speed for controlling the rotor (5b), is changed from acceleration to deceleration for a certain period, and the command speed is returned from deceleration to acceleration after the lapse of the certain period. A control means (15b) for performing acceleration control;
During the period of the synchronous control, the current phase of the motor (5), which is the phase advance amount of the target angle on the control of the rotor (5b) with respect to the actual angle of the rotor (5b), is the period of the synchronous control. Through and at the timing when the motor (5) is below the step-out limit amount (step-out limit amount ≧ 0).
Compressor motor control device (15).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021035268A (en) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | コニカミノルタ株式会社 | Image forming apparatus |
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2016
- 2016-05-24 JP JP2016103320A patent/JP2017212794A/en active Pending
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