JP5064694B2

JP5064694B2 - 往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法

Info

Publication number: JP5064694B2
Application number: JP2006038078A
Authority: JP
Inventors: ジェ−ユーユー; ミン−ギュファン; チェル−ウーンリー
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: US20060251524A1; DE102005057102A1; BRPI0504989A; JP2006312929A; US7459868B2; DE102005057102B4

Description

本発明は、圧縮機に関し、特に、往復動式圧縮機（reciprocating compressor）の運転制御装置及びその方法に関する。

一般に、往復動式圧縮機は、回転運動を直線運動に変換するクランクシャフトがなくて摩擦損失が少ないことから、一般の圧縮機より圧縮効率が高い。
このような往復動式圧縮機が冷蔵庫やエアコンに使用される場合、往復動式圧縮機に入力されるストローク電圧（stroke voltage）を変化させることにより、往復動式圧縮機の圧縮比を変化させることができ、冷却能力を制御することができる。

以下、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置について図１０を参照して説明する。
図１０は、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。
図１０に示すように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機６のモータ（図示せず）に供給される電流を検出する電流検出器４と、モータに印加される電圧を検出する電圧検出器３と、この検出された電流と電圧の値、及びモータの媒介変数に基づいて、往復動式圧縮機６のストローク推定値（stroke estimation value）を演算するストローク演算器５と、この演算されたストローク推定値と予め設定されたストローク基準値（preset stroke reference value）とを比較し、その比較による差を出力する比較器１と、前記の差によってモータに印加される電圧を変化させることにより、往復動式圧縮機６の運転（ストローク）を制御するストローク制御器２とから構成される。

以下、このように構成された従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を説明する。
まず、電流検出器４は、往復動式圧縮機６のモータ（図示せず）に供給される電流を検出し、その検出された電流の値をストローク演算器５に出力する。このとき、電圧検出器３は、モータに印加される電圧を検出し、その検出された電圧の値をストローク演算器５に出力する。
次に、ストローク演算器５は、上記の検出された電流と電圧の値、及びモータの媒介変数を下記の式（１）に代入して、往復動式圧縮機６のストローク推定値Ｘを演算した後、その演算されたストローク推定値Ｘを比較器１に出力する。

式中、Ｒは往復動式圧縮機のモータ抵抗値、Ｌはモータインダクタンス値、αはモータ定数、Ｖ_Ｍはモータに印加される電圧の値、ｉはモータに供給される電流の値、ｄｉ／ｄｔはモータに供給される電流の時間変化率である。

その後、比較器１は、上記のストローク推定値と予め設定されたストローク基準値とを比較し、その比較による差をストローク制御器２に出力する。
次に、ストローク制御器２は、上記の差に基づいて、往復動式圧縮機６のモータに印加される電圧を変化させることにより、往復動式圧縮機６のストロークを制御する。

以下、これを図１１を参照してより詳しく説明する。
図１１は、従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。
まず、ストローク演算器５は、前記の検出された電流と電圧の値、及びモータの媒介変数に基づいて、往復動式圧縮機６のストローク推定値を演算し、その演算されたストローク推定値を比較器１に出力する（Ｓ１）。
次に、比較器１は、上記のストローク推定値と前記の予め設定されたストローク基準値とを比較し（Ｓ２）、その比較による差をストローク制御器２に出力する。
その後、ストローク制御器２は、前記のストローク推定値が予め設定されたストローク基準値より小さいと、往復動式圧縮機６のモータに印加される電圧を増加させ（Ｓ３）、ストローク推定値が予め設定されたストローク基準値より大きいと、モータに印加される電圧を減少させる（Ｓ４）。
しかしながら、このような従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータの媒介変数及び往復動式圧縮機の機構的誤差により、ストローク推定値を正確に演算することができなかった。従って、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御することができなかった。

以上説明したように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法においては、往復動式圧縮機のモータの媒介変数及び往復動式圧縮機の機構的誤差により、ストローク推定値を正確に演算することができないため、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御できないという問題があった。

なお、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置については、２００４年８月２４日付けで特許登録された米国特許第６，７７９，９８２号、及び２００４年６月８日付けで特許登録された米国特許第６，７４６，２１１号にも記載されている。

米国特許第６，７７９，９８２号明細書米国特許第６，７４６，２１１号明細書

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数、及び往復動式圧縮機の機構的誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御できる往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、特定の負荷に必要とされる圧縮容量で往復動式圧縮機を正確に制御できる往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値によって前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算するストローク演算器と、１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出する位相差検出器と、前記位相差の変曲点を検出して変曲点検出信号を出力する変曲点検出器と、前記変曲点検出信号に基づいて、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定するストローク基準値補正器と、前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御するストローク制御器とを含むことを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算するストローク演算器と、１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出し、前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて、減衰係数を演算する減衰係数演算器と、前記減衰係数の変曲点を検出して変曲点検出信号を出力する変曲点検出器と、前記変曲点検出信号に基づいて、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定するストローク基準値補正器と、前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御するストローク制御器とを含むことを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算するストローク演算器と、１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出し、前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のガスばね定数（gas spring constant）を演算するガスばね定数演算器と、前記ガスばね定数の変曲点を検出して変曲点検出信号を出力する変曲点検出器と、前記変曲点検出信号に基づいて、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定するストローク基準値補正器と、前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御するストローク制御器とを含むことを特徴とする。

そして、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、前記決定されたストローク基準値によって、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する段階とを含むことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算する段階と、１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出する段階と、前記位相差の変曲点を検出する段階と、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御する段階とを含むことを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算する段階と、１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出する段階と、前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて減衰係数を演算する段階と、前記減衰係数の変曲点を検出する段階と、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御する段階とを含むことを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算する段階と、１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出する段階と、前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のガスばね定数を演算する段階と、前記ガスばね定数の変曲点を検出する段階と、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御する段階とを含むことを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機のストロークと前記往復動式圧縮機に供給される電流の位相差を検出する段階と、前記位相差の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、前記決定されたストローク基準値によって、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する段階とを含むことを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機のストロークと前記往復動式圧縮機に供給される電流の位相差を検出する段階と、前記位相差、前記往復動式圧縮機に供給される電流の値、及び前記往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいて減衰係数を演算する段階と、前記減衰係数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、前記決定されたストローク基準値によって、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する段階とを含むことを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明による往復動式圧縮機の運転制御方法は、往復動式圧縮機のストロークと前記往復動式圧縮機に供給される電流の位相差を検出する段階と、前記位相差、前記往復動式圧縮機に供給される電流の値、及び前記往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のガスばね定数を演算する段階と、前記ガスばね定数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、前記決定されたストローク基準値によって、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する段階とを含むことを特徴とする。

本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値によって前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御することにより、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数及び往復動式圧縮機の部品誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御できるという効果がある。

また、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、往復動式圧縮機の各ストローク推定値及び前記往復動式圧縮機に供給される各電流値に基づいてストロークと電流の位相差を検出し、その検出された位相差の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機のストロークを制御することにより、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数及び往復動式圧縮機の部品誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御できるという効果がある。

さらに、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、前記位相差の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値に基づいて、特定の負荷に必要とされる圧縮容量で往復動式圧縮機を正確に制御できるという効果がある。

さらに、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、減衰係数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機のストロークを制御することにより、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数及び往復動式圧縮機の部品誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御できるという効果がある。

さらに、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、前記減衰係数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値に基づいて、特定の負荷に必要とされる圧縮容量で往復動式圧縮機を正確に制御できるという効果がある。

さらに、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、ガスばね定数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機のストロークを制御することにより、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数及び往復動式圧縮機の部品誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御できるという効果がある。

さらに、本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、前記ガスばね定数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値に基づいて、特定の負荷に必要とされる圧縮容量で往復動式圧縮機を正確に制御できるという効果がある。

以下、往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値によって往復動式圧縮機に印加される電圧を制御することにより、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数及び往復動式圧縮機の機構的誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御できる、往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法の好ましい実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機１６のモータ（図示せず）に供給される電流を検出する電流検出器１７と、モータに印加される電圧を検出する電圧検出器１５と、上記の検出された電流と電圧の値、及びモータの媒介変数に基づいて、往復動式圧縮機１６のストローク推定値を演算するストローク演算器１４と、上記のストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較による差を出力する比較器１２と、この差によってモータに印加される電圧を変化させることにより往復動式圧縮機１６の運転（ストローク）を制御するストローク制御器１３と、１周期間の各ストローク推定値及び前記１周期間の各電流値に基づいて、往復動式圧縮機１６のストロークと電流の位相差を検出する位相差検出器１９と、この位相差の変曲点を検出して変曲点検出信号を出力する変曲点検出器１８と、変曲点検出器１８から出力される変曲点検出信号に基づいて、前記の変曲点が検出された時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値を比較器１２に出力するストローク基準値補正器１１とから構成される。ここで、上記の変曲点とは、上記のストロークと電流の位相差が減少から増加に変化する時点、即ち、傾きが変わる時点を意味する。また、上記のストロークとは、往復動式圧縮機のピストン（図示せず）の往復運動時におけるピストンの位置を意味する。

以下、このように構成された本発明の第１実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の動作について説明する。

まず、電流検出器１７は、往復動式圧縮機１６のモータに供給される電流を検出し、その検出された電流の値をストローク演算器１４及び位相差検出器１９に出力する。このとき、電圧検出器１５は、往復動式圧縮機１６のモータに印加される電圧を検出し、その検出された電圧の値をストローク演算器１４に出力する。

ストローク演算器１４は、上記の電流と電圧の値、及びモータの媒介変数に基づいて、往復動式圧縮機１６のストローク推定値を演算した後、その演算されたストローク推定値を比較器１２に出力する。

比較器１２は、上記のストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較による差をストローク制御器１３に出力する。このとき、ストローク制御器１３は、モータに印加される電圧を変化させることにより、往復動式圧縮機１６のストロークを制御する。ここで、上記のストローク基準値とは、ストロークと電流の位相差の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をいう。即ち、このストローク基準値は、往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点を意味する。従って、１周期間の各ストローク推定値に基づいてストロークの位相を検出し、上記の１周期間の各電流値に基づいて電流の位相を検出し、その検出されたストロークと電流の位相差の変曲点を検出し、その変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値（ストローク基準値）を吐出弁が開放される時点で認識して、予め設定されたストローク基準値をこのストローク推定値（ストローク基準値）に変更することにより、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御することができる。

以下、上記のストロークと電流の位相差の変曲点を検出する方法を詳細に説明する。ここで、上記のストロークと電流の位相差の変曲点を検出する実施形態は、この分野における通常の知識を有する者により多様に実現することができるが、以下、その多様な実施形態のうち一実施形態を図２〜図４を参照して詳細に説明する。

まず、位相差検出器１９は、１周期間に該当する各ストローク推定値に基づいてストロークの位相を検出し、前記１周期間に該当する各電流値に基づいて電流の位相を検出して、上記のストロークと電流の位相差を検出し、その検出された位相差を変曲点検出器１８に出力する。例えば、位相差検出器１９は、０より小さい各ストローク推定値の平均値と０より小さい各電流値の平均値との角度を計算して、上記の位相差を検出する。

図２は、本発明によるストロークの位相を検出する方法を示す図である。

図２に示すように、θは１周期間の開始点から終了点までに０〜３６０の数を有する。しかしながら、０より小さい各ストローク推定値に該当するθは、ｐ〜ｑの数を有し、その個数ｋはｎ個である。ここで、ノイズに強い特性を有するようにするために、中間値を計算することなく平均値を計算することが好ましい。

従って、上記ストロークの位相θ_xは下記の式（２）により計算される。

図３は、本発明による電流の位相を検出する方法を示す図である。

図３に示すように、０より小さい各電流値に該当するθは、ｐ〜ｑの数を有し、その個数ｋはｎ個である。

従って、電流の位相θ_i は下記の式（３）により計算される。

図４は、ストロークと電流の位相差を計算する方法を示す図である。

図４に示すように、位相差検出器１９は、０より小さい各ストローク推定値の平均値と０より小さい各電流値の平均値との角度を計算することにより、ストロークと電流の位相差θ_i,x を検出する。

その後、変曲点検出器１８は、上記のストロークと電流の位相差の変曲点（ストロークと電流の位相差が減少から増加に変化する時点）を検出し、変曲点検出信号をストローク基準値補正器１１に出力する。

ストローク基準値補正器１１は、変曲点検出器１８から出力される変曲点検出信号に基づいて、予め設定されたストローク基準値を補正する。即ち、ストローク基準値補正器１１は、上記の検出された電流とストロークの位相差の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値を比較器１２に出力する。例えば、ストローク基準値補正器１１は、上記の予め設定されたストローク基準値を上記の決定されたストローク基準値に変更するための補正値を保存部（図示せず）から読み出し、その読み出した補正値を上記の予め設定されたストローク基準値に加算し、その加算された値（ストローク基準値）を比較器１２に出力する。

しかしながら、ストローク基準値補正器１１は、上記の検出された電流とストロークの位相差の変曲点が発生しないと、前に決定されたストローク基準値を比較器１２に出力するか、又は上記の予め設定されたストローク基準値を比較器１２に出力することが好ましい。

以下、本発明の第１実施形態による往復動式圧縮機の運転制御方法を図１及び図５を参照して説明する。

図５は、本発明の第１実施形態による往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。

まず、電流検出器１７は、往復動式圧縮機１６のモータに供給される電流を検出し、その検出された電流の値をストローク演算器１４及び位相差検出器１９に出力する。このとき、電圧検出器１５は、往復動式圧縮機１６のモータに印加される電圧を検出し、その検出された電圧の値をストローク演算器１４に出力する（Ｓ１１）。

ストローク演算器１４は、上記の電流と電圧の値、及びモータの媒介変数に基づいてストローク推定値を演算した後、その演算されたストローク推定値を位相差検出器１９に出力する（Ｓ１２）。

位相差検出器１９は、１周期間に該当する各ストローク推定値に基づいてストロークの位相を検出し、上記の１周期間に該当する各電流値に基づいて電流の位相を検出し、上記のストロークと電流の位相差を検出し、その検出された位相差を変曲点検出器１８に出力する（Ｓ１３）。

変曲点検出器１８は、上記のストローク推定値と電流の位相差の変曲点を検出して変曲点検出信号を発生し、その発生した変曲点検出信号をストローク基準値補正器１１に出力する（Ｓ１４）。

ストローク基準値補正器１１は、変曲点検出器１８から上記の変曲点検出信号を受信し、その受信した変曲点検出信号に基づいて予め設定されたストローク基準値を補正する。即ち、ストローク基準値補正器１１は、上記の検出された電流とストロークの位相差の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値を比較器１２に出力する（Ｓ１５）。

しかしながら、ストローク基準値補正器１１は、上記の検出された電流とストロークの位相差の変曲点が発生しないと、予め設定されたストローク基準値を比較器１２に出力するか、又は前に決定されたストローク基準値が存在すると、この前に決定されたストローク基準値を比較器１２に出力する。

比較器１２は、上記のストローク推定値と決定されたストローク基準値とを比較し、その比較による差をストローク制御器１３に出力する（Ｓ１６）。

ストローク制御器１３は、上記の差に基づいて、上記のストローク推定値が上記の決定されたストローク基準値より小さいと、往復動式圧縮機１６のモータに印加される電圧を増加させ（Ｓ１７）、上記のストローク推定値が上記のストローク基準値より大きいと、モータに印加される電圧を減少させる（Ｓ１８）。

従って、この本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、往復動式圧縮機の各ストローク推定値及び往復動式圧縮機に供給される各電流値に基づいてストロークと電流の位相差を検出し、その検出された位相差の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値を往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点で認識し、そのストローク推定値をストローク基準値として決定することにより、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数及び往復動式圧縮機の機構的誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御することができる。

また、この本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、上記の位相差の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値によって、往復動式圧縮機のストロークを制御することにより、往復動式圧縮機の負荷が増加すると、その負荷によって往復動式圧縮機の圧縮容量を増加させることができ、前記負荷が減少すると、往復動式圧縮機の圧縮容量を減少させることができる。従って、特定の負荷に必要とされる圧縮容量で往復動式圧縮機を正確に制御することができる。

図６は、本発明の第２実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。

図６に示すように、本発明の第２実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機１６のモータ（図示せず）に供給される電流を検出する電流検出器１７と、モータに印加される電圧を検出する電圧検出器１５と、この検出された電流と電圧の値、及びモータの媒介変数に基づいて、往復動式圧縮機１６のストローク推定値を演算するストローク演算器１４と、このストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較による差を出力する比較器１２と、この差によってモータに印加される電圧を変化させることにより、往復動式圧縮機１６の運転（ストローク）を制御するストローク制御器１３と、上記のストロークと電流の位相差、電流値、及びストローク推定値に基づいて減衰係数を演算する減衰係数演算器２２と、減衰係数演算器２２から出力される減衰係数の変曲点を検出して変曲点検出信号を発生する変曲点検出器２１と、変曲点検出器２１から出力される変曲点検出信号に基づいて、上記の変曲点が検出された時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値を比較器１２に出力するストローク基準値補正器１１とから構成される。ここで、上記の決定されたストローク基準値は、往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点を意味する。また、上記の変曲点とは、上記の減衰係数が減少から増加に変化する時点、即ち、傾きが変わる時点を意味する。

以下、このように構成された本発明の第２実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を図６及び図７を参照して説明する。

図７は、本発明の第２実施形態による往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。

まず、電流検出器１７は、往復動式圧縮機１６のモータに供給される電流を検出し、その検出された電流の値をストローク演算器１４及び減衰係数演算器２２に出力する。このとき、電圧検出器１５は、往復動式圧縮機１６のモータに印加される電圧を検出し、その検出された電圧の値をストローク演算器１４に出力する（Ｓ２１）。

ストローク演算器１４は、上記の電流値、電圧値、及びモータの媒介変数に基づいてストローク推定値を演算した後、その演算されたストローク推定値を減衰係数演算器２２に出力する（Ｓ２２）。

減衰係数演算器２２は、１周期間に該当する各ストローク推定値に基づいてストロークの位相を検出し、上記の１周期間に該当する各電流値に基づいて電流の位相を検出し、上記のストロークと電流の位相差を検出し（Ｓ２３）、この検出された位相差、電流値、及びストローク推定値に基づいて減衰係数を演算し、その演算された減衰係数を変曲点検出器２１に出力する。ここで、上記の位相差を検出する具体的な方法は、本発明の第１の実施形態で説明したので、これに関する説明は省略する。

減衰係数演算器２２は、下記の式（４）により減衰係数Ｃを演算する。

ここで、αは往復動式圧縮機のモータ定数、ωは２πｆ（ｆは運転周波数）、Ｉ（ｊω）は１周期間の電流ピーク値、Ｘ（ｊω）は１周期間のストロークピーク値（stroke peak value）、θ_i,x は電流とストロークの位相差である。

変曲点検出器２１は、上記の減衰係数Ｃの変曲点（減衰係数が減少から増加に変化する時点）を検出して変曲点検出信号を発生し、その発生した変曲点検出信号をストローク基準値補正器１１に出力する（Ｓ２４）。

ストローク基準値補正器１１は、変曲点検出器２１から出力される変曲点検出信号に基づいて、予め設定されたストローク基準値を補正する。即ち、ストローク基準値補正器１１は、上記の減衰係数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値を比較器１２に出力する。例えば、ストローク基準値補正器１１は、上記の予め設定されたストローク基準値を上記の決定されたストローク基準値に変更するための補正値を保存部（図示せず）から読み出し、その読み出した補正値を上記の予め設定されたストローク基準値に加算し、その加算された値（決定されたストローク基準値）を比較器１２に出力する（Ｓ２５）。

比較器１２は、上記のストローク推定値と上記の決定されたストローク基準値とを比較し、その比較による差をストローク制御器１３に出力する（Ｓ２６）。

ストローク制御器１３は、上記の差に基づいて、上記のストローク推定値が決定されたストローク基準値より小さいと、往復動式圧縮機１６のモータに印加される電圧を増加させ（Ｓ２７）、前記のストローク推定値がストローク基準値より大きいと、モータに印加される電圧を減少させる（Ｓ２８）。

しかしながら、ストローク基準値補正器１１は、上記の減衰係数の変曲点が発生しないと、予め設定されたストローク基準値を比較器１２に出力するか、又は前に決定されたストローク基準値が存在すると、この前に決定されたストローク基準値を比較器１２に出力する。

従って、この本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、往復動式圧縮機の各ストローク推定値及び往復動式圧縮機に供給される各電流値に基づいてストロークと電流の位相差を検出し、この位相差、電流値、及びストローク推定値に基づいて減衰係数を演算し、その減衰係数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値を往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点で認識し、そのストローク推定値をストローク基準値として決定することにより、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数及び往復動式圧縮機の機構的誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御することができる。

また、この本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、上記の減衰係数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値によって、往復動式圧縮機のストロークを制御することにより、往復動式圧縮機の負荷が増加すると、その負荷によって往復動式圧縮機の圧縮容量を増加させることができ、負荷が減少すると、往復動式圧縮機の圧縮容量を減少させることができる。従って、特定の負荷に必要とされる圧縮容量で往復動式圧縮機を正確に制御することができる。

図８は、本発明の第３実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。

図８に示すように、本発明の第３実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機１６のモータ（図示せず）に供給される電流を検出する電流検出器１７と、モータに印加される電圧を検出する電圧検出器１５と、この検出された電流と電圧の値、及びモータの媒介変数に基づいて、往復動式圧縮機１６のストローク推定値を演算するストローク演算器１４と、このストローク推定値とストローク基準値とを比較し、その比較による差を出力する比較器１２と、この差によってモータに印加される電圧を変化させることにより、往復動式圧縮機１６の運転（ストローク）を制御するストローク制御器１３と、上記のストロークと電流の位相差、電流値、及びストローク推定値に基づいて、往復動式圧縮機のガスばね定数Ｋ_ｇを演算するガスばね定数演算器３２と、ガスばね定数演算器３２から出力されるガスばね定数の変曲点を検出して変曲点検出信号を発生する変曲点検出器３１と、変曲点検出器３１から出力される変曲点検出信号に基づいて、上記の変曲点が検出された時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値を比較器１２に出力するストローク基準値補正器１１とから構成される。ここで、上記の決定されたストローク基準値は、往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点を意味する。また、上記の変曲点とは、上記のガスばね定数が減少から増加に変化する時点、即ち、傾きが変わる時点を意味する。

以下、このように構成された本発明の第３実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の動作を図８及び図９を参照して説明する。

図９は、本発明の第３実施形態による往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。

まず、電流検出器１７は、往復動式圧縮機１６のモータに供給される電流を検出し、その検出された電流の値をストローク演算器１４及びガスばね定数演算器３２に出力する。このとき、電圧検出器１５は、往復動式圧縮機１６のモータに印加される電圧を検出し、その検出された電圧の値をストローク演算器１４に出力する（Ｓ３１）。

ストローク演算器１４は、上記の電流と電圧の値、及びモータの媒介変数に基づいてストローク推定値を演算した後、その演算されたストローク推定値をガスばね定数演算器３２に出力する（Ｓ３２）。

ガスばね定数演算器３２は、１周期間に該当する各ストローク推定値に基づいてストロークの位相を検出し、上記の１周期間に該当する各電流値に基づいて電流の位相を検出し、上記のストロークと電流の位相差を検出し（Ｓ３３）、その検出された位相差、電流値、及びストローク推定値に基づいてガスばね定数を演算し、その演算されたガスばね定数を変曲点検出器３１に出力する。ここで、上記の位相差を検出する具体的な方法は、本発明の第１の実施形態で説明したので、これに関する説明は省略する。

ガスばね定数演算器３２は、下記の式（５）により上記のガスばね定数Ｋ_ｇを演算する。

ここで、αは往復動式圧縮機のモータ定数、Ｉ（ｊω）は１周期間の電流ピーク値、Ｘ（ｊω）は１周期間のストロークピーク値、θ_i,x は電流とストロークの位相差、Ｍは往復動式圧縮機のピストン移動質量（piston moving mass）、ωは２πｆ（ｆは運転周波数）、Ｋ_ｍは往復動式圧縮機の機械的ばね定数（machine spring constant）である。

変曲点検出器３１は、上記のガスばね定数Ｋ_ｇの変曲点（ガスばね定数が減少から増加に変化する時点）を検出して変曲点検出信号をストローク基準値補正器１１に出力する（Ｓ３４）。

ストローク基準値補正器１１は、変曲点検出器３１から出力される変曲点検出信号に基づいて、予め設定されたストローク基準値を補正する。即ち、ストローク基準値補正器１１は、上記のガスばね定数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、その決定されたストローク基準値を比較器１２に出力する。例えば、ストローク基準値補正器１１は、上記の予め設定されたストローク基準値を上記の決定されたストローク基準値に変更するための補正値を保存部（図示せず）から読み出し、その読み出した補正値を上記の予め設定されたストローク基準値に加算し、その加算された値（決定されたストローク基準値）を比較器１２に出力する（Ｓ３５）。

比較器１２は、上記のストローク推定値と上記の決定されたストローク基準値とを比較し、その比較による差をストローク制御器１３に出力する（Ｓ３６）。

ストローク制御器１３は、上記の差に基づいて、上記のストローク推定値が上記の決定されたストローク基準値より小さいと、往復動式圧縮機１６のモータに印加される電圧を増加させ（Ｓ３７）、上記のストローク推定値が上記のストローク基準値より大きいと、モータに印加される電圧を減少させる（Ｓ３８）。

しかしながら、ストローク基準値補正器１１は、上記のガスばね定数の変曲点が発生しないと、予め設定されたストローク基準値を比較器１２に出力するか、又は前に決定されたストローク基準値が存在すると、この前に決定されたストローク基準値を比較器１２に出力する。

従って、この本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、往復動式圧縮機の各ストローク推定値及び往復動式圧縮機に供給される各電流値に基づいてストロークと電流の位相差を検出し、この位相差、電流値、及びストローク推定値に基づいて往復動式圧縮機のガスばね定数を演算し、そのガスばね定数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値を往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点で認識し、そのストローク推定値をストローク基準値として決定することにより、往復動式圧縮機の内部モータの媒介変数及び往復動式圧縮機の機構的誤差に関係なく、往復動式圧縮機の運転（ストローク）を正確に制御することができる。

また、この本発明による往復動式圧縮機の運転制御装置及びその方法は、上記のガスばね定数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値によって、往復動式圧縮機のストロークを制御することにより、往復動式圧縮機の負荷が増加すると、その負荷によって往復動式圧縮機の圧縮容量を増加させることができ、負荷が減少すると、往復動式圧縮機の圧縮容量を減少させることができる。従って、特定の負荷に必要とされる圧縮容量で往復動式圧縮機を正確に制御することができる。

本発明の第１実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。本発明によるストロークの位相を検出する方法を示す図である。本発明による電流の位相を検出する方法を示す図である。ストロークと電流の位相差を計算する方法を示す図である。本発明の第１実施形態による往復動式圧縮機の運転制御方法のフローチャートを示す図である。本発明の第２実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態による往復動式圧縮機の運転制御方法のフローチャートを示す図である。本発明の第３実施形態による往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態による往復動式圧縮機の運転制御方法のフローチャートを示す図である。従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。従来の往復動式圧縮機の運転制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ストローク基準値補正器
１２比較器
１３ストローク制御器
１４ストローク演算器
１５電圧検出器
１６往復動式圧縮機
１７電流検出器
１８変曲点検出器
１９位相差検出器
２２減衰係数演算器
３２ガスばね定数演算器

Claims

往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、前記決定されたストローク基準値によって前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する往復動式圧縮機の運転制御装置であって、
前記運転制御装置は、
前記往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算するストローク演算器と、
１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出し、前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて、減衰係数を演算する減衰係数演算器と、
前記減衰係数の変曲点を検出して変曲点検出信号を出力する変曲点検出器と、
前記変曲点検出信号に基づいて、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定するストローク基準値補正器と、
前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御するストローク制御器とを含み、
ここで、前記往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値が、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値であることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定し、前記決定されたストローク基準値によって前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する往復動式圧縮機の運転制御装置であって、
前記運転制御装置は、
前記往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算するストローク演算器と、
１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出し、前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のガスばね定数を演算するガスばね定数演算器と、
前記ガスばね定数の変曲点を検出して変曲点検出信号を出力する変曲点検出器と、
前記変曲点検出信号に基づいて、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定するストローク基準値補正器と、
前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御するストローク制御器とを含み、
ここで、前記往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値が、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値であることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、
前記決定されたストローク基準値によって、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する段階と、
を含み、
前記往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク基準値を決定する段階は、
前記往復動式圧縮機のストロークと前記往復動式圧縮機に供給される電流の位相差を検出する段階と、
前記位相差、前記往復動式圧縮機に供給される電流の値、及び前記往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいて減衰係数を演算する段階と、
前記減衰係数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値を前記ストローク基準値として決定する段階と、
を含むことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御方法。
往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、
前記決定されたストローク基準値によって、前記往復動式圧縮機に印加される電圧を制御する段階と、
を含み、
前記往復動式圧縮機の吐出弁が開放される時点に対応するストローク基準値を決定する段階は、
前記往復動式圧縮機のストロークと前記往復動式圧縮機に供給される電流の位相差を検出する段階と、
前記位相差、前記往復動式圧縮機に供給される電流の値、及び前記往復動式圧縮機のストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のガスばね定数を演算する段階と、
前記ガスばね定数の変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値を前記ストローク基準値として決定する段階と、
を含むことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御方法。
前記ストローク基準値補正器は、前記変曲点検出信号が受信されると、予め設定されたストローク基準値を前記決定されたストローク推定値に変更するための補正値を、前記予め設定されたストローク基準値に加算することを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算するストローク演算器と、
１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出し、前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて、減衰係数を演算する減衰係数演算器と、
前記減衰係数の変曲点を検出して変曲点検出信号を出力する変曲点検出器と、
前記変曲点検出信号に基づいて、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定するストローク基準値補正器と、
前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御するストローク制御器と、
を含むことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算するストローク演算器と、
１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出し、前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のガスばね定数を演算するガスばね定数演算器と、
前記ガスばね定数の変曲点を検出して変曲点検出信号を出力する変曲点検出器と、
前記変曲点検出信号に基づいて、前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定するストローク基準値補正器と、
前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御するストローク制御器と、
を含むことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
前記変曲点の発生する時点が検出されないと、前に決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３または４に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
前記ストローク基準値として決定する段階は、
予め設定されたストローク基準値を前記決定されたストローク推定値に変更するための補正値を、前記予め設定されたストローク基準値に加算する段階であることを特徴とする請求３または４に記載の往復動式圧縮機の運転制御方法。
往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算する段階と、
１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出する段階と、
前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて減衰係数を演算する段階と、
前記減衰係数の変曲点を検出する段階と、
前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、
前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御する段階と、
を含むことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御方法。
往復動式圧縮機のモータに供給される電圧と電流の値に基づいて、ストローク推定値を演算する段階と、
１周期間の各ストローク推定値及び各電流値に基づいて、前記往復動式圧縮機のストロークと前記モータに供給される電流の位相差を検出する段階と、
前記位相差、前記電流値、及び前記ストローク推定値に基づいて、前記往復動式圧縮機のガスばね定数を演算する段階と、
前記ガスばね定数の変曲点を検出する段階と、
前記変曲点が発生する時点に対応するストローク推定値をストローク基準値として決定する段階と、
前記決定されたストローク基準値によって、前記モータに印加される電圧を制御する段階と、
を含むことを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御方法。