JP6026763B2 - Control method and apparatus for scroll compressor - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍サイクル等に使用されるスクロール圧縮機の制御装置に関し、特にその始動制御に関するものである。 The present invention relates to a control device for a scroll compressor used in a refrigeration cycle or the like, and more particularly to its starting control.
従来周知のように、スクロール圧縮機は、固定スクロール部材と、旋回スクロール部材と、該旋回スクロール部材を所定の円軌道上に旋回させる駆動モータと備えている。この種のスクロール圧縮機は、ヒートポンプ式給湯装置やエアコンなどの冷凍サイクルにおいて多く用いられている。なお、スクロール圧縮機の駆動モータは、ブラシレスDCモータや無整流子電動機と呼ばれるタイプが用いられ、インバータ制御により駆動制御することが一般的である。このようなスクロール圧縮機では、運転停止時に圧縮室内部にオイルが溜まり、起動時にオイルが液圧縮され、起動不良やスクロールにダメージを与えることが考えられる。 As is well known, a scroll compressor includes a fixed scroll member, a turning scroll member, and a drive motor that turns the turning scroll member on a predetermined circular orbit. This type of scroll compressor is often used in refrigeration cycles such as heat pump hot water supply devices and air conditioners. In addition, the drive motor of a scroll compressor uses the type called a brushless DC motor or a non-commutator motor, and it is common to drive-control by inverter control. In such a scroll compressor, it is conceivable that oil accumulates in the compression chamber when the operation is stopped, and the oil is liquid-compressed at the time of start-up, causing start-up failure and damage to the scroll.
このような問題を解決するため、起動時に運転範囲の下限周波数よりも低い周波数でスクロール圧縮機を所定時間回転させ、その後に下限周波数まで回転数を加速させる制御を行う技術が知られている(特許文献1参照)。このような制御技術では、起動時における回転制御により、スクロール圧縮機の圧縮室内部に溜まったオイルを排出し、これにより液圧縮による起動不具合やスクロールの破損を防止している。 In order to solve such a problem, a technique is known in which the scroll compressor is rotated for a predetermined time at a frequency lower than the lower limit frequency of the operating range at the time of startup, and then the rotation speed is accelerated to the lower limit frequency ( Patent Document 1). In such a control technique, the oil accumulated in the compression chamber of the scroll compressor is discharged by the rotation control at the time of start-up, thereby preventing the start-up failure and the scroll breakage due to the liquid compression.
しかしながら、特許文献1に記載のものでは、実験の結果、起動時に排出されるオイル量に起動毎のバラツキがみられることが分かった。すなわち、オイル排出処理が安定的に行われず、上述した不具合を確実には排除できていものと考えられる。 However, in the thing of patent document 1, as a result of experiment, it turned out that the dispersion | variation for every starting is seen in the oil amount discharged | emitted at the time of starting. That is, it is considered that the oil discharge process is not stably performed and the above-described problems can be surely eliminated.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、起動時のオイル排出を安定的且つ確実に行うことができるスクロール圧縮機の制御方法及び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 control method and apparatus for a scroll compressor capable of stably and reliably discharging oil at start-up. is there.
上記目的を達成するために、本願発明は、固定スクロール部材と旋回スクロール部材と該旋回スクロール部材を所定の円軌道上に旋回させる駆動モータと備えたスクロール圧縮機を制御する制御装置において、前記駆動モータに電力を供給するインバータ回路と、スクロール圧縮機を起動するときには、オイルが液圧縮されることなく安定的且つ確実に排出される所定の回転位置において前記旋回スクロール部材を第1の所定時間停止させるよう前記インバータ回路を制御する第1の制御手段と、第1の制御手段による制御の後に、前記インバータ回路の出力周波数を運転範囲の下限周波数よりも低い第1の周波数範囲内において第2の所定時間出力するよう制御する第2の制御手段と、第2の制御手段による制御の後に、インバータ回路の出力周波数を目標周波数に向けて増大させるよう制御する第3の制御手段とを備えたことを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides a control apparatus for controlling a scroll compressor comprising a fixed scroll member, an orbiting scroll member, and a drive motor for orbiting the orbiting scroll member on a predetermined circular orbit. When an inverter circuit that supplies electric power to the motor and the scroll compressor is started, the orbiting scroll member is stopped for a first predetermined time at a predetermined rotational position where oil is stably and reliably discharged without liquid compression. A first control means for controlling the inverter circuit, and after the control by the first control means, the output frequency of the inverter circuit is a second frequency within a first frequency range lower than the lower limit frequency of the operating range. A second control means for controlling to output for a predetermined time; and after the control by the second control means, the inverter circuit Characterized in that a third control means for controlling so as to increase toward the force frequency to the target frequency.
本発明によれば、第1の制御手段により旋回スクロール部材が所定の回転位置に停止された後に、第2の制御手段によりスクロール圧縮機の圧縮室内部に溜まったオイルの排出処理が行われる。すなわち、第2の制御手段によるオイル排出処理は、常に、スクロール圧縮機内の圧縮室形態が同じ状態から開始される。出願人は、第2の制御手段によるオイル排出量は、同処理開始時における旋回スクロール部材の回転位置により変動することを突き止めた。したがって、本発明によれば、第1の制御手段における前記所定の回転位置として、最もオイル排出量が多くなると期待される位置を設定することにより、安定的且つ確実なオイル排出処理が可能となる。 According to the present invention, after the orbiting scroll member is stopped at the predetermined rotational position by the first control means, the second control means performs the process of discharging the oil accumulated in the compression chamber inside the scroll compressor. That is, the oil discharge process by the second control means is always started from the same state of the compression chamber in the scroll compressor. The applicant has found that the amount of oil discharged by the second control means varies depending on the rotational position of the orbiting scroll member at the start of the process. Therefore, according to the present invention, a stable and reliable oil discharge process can be performed by setting a position where the oil discharge amount is expected to be maximized as the predetermined rotation position in the first control means. .
以上説明したように本発明によれば、オイル排出処理が、常に、スクロール圧縮機内の圧縮室形態が同一になっている状態から開始されるので、安定的且つ確実なオイル排出処理が可能になる。これにより、液圧縮による起動不良やスクロールへのダメージを確実に防止することができる。 As described above, according to the present invention, the oil discharge process is always started from a state in which the compression chambers in the scroll compressor have the same form, so that a stable and reliable oil discharge process can be performed. . Thereby, the starting failure by liquid compression and the damage to a scroll can be prevented reliably.
本発明の一実施の形態に係るスクロール圧縮機の制御装置について図面を参照して説明する。図1はスクロール圧縮機の制御装置の概略ブロック図である。 A control device for a scroll compressor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram of a control device for a scroll compressor.
本実施の形態に係る制御装置は、図1に示すように、直流電源1が供給されたインバータ回路100と、直流電源1による供給されている電流を検出するための抵抗器150と、マイクロコンピュータからなるインバータ制御回路200とを備えている。インバータ回路100には、スクロール圧縮機を駆動する駆動モータ10が接続されている。
As shown in FIG. 1, the control device according to the present embodiment includes an
駆動モータ10は、3相・4極・6スロットのブラシレスDCモータからなる。駆動モータ10は、U相コイル11,V相コイル12,W相コイル13を備えており、各コイル11〜13はスター結線されている。駆動モータ10の回転軸はスクロール圧縮機の旋回スクロール部材の駆動軸とギア比1:1で接続している。したがって、駆動モータ10の位相(回転角)は旋回スクロール部材の位相(回転角)と一致する。なお、本実施の形態で用いる駆動モータ10は、ホール素子などの位置検出センサは備えていない点に留意されたい。
The
インバータ回路100は、各相に対応する一対のスイッチング素子111及び112,121及び122,131及び132が直列接続されており、その接続点がそれぞれU相コイル11、V相コイル12、W相コイル13に接続している。各スイッチング素子111,112,121,122,131,132は、インバータ制御回路200により制御される。
In the
インバータ制御回路200は、スクロール圧縮機の回転速度が運転指令により指示された回転速度となるように各スイッチング素子111,112,121,122,131,132を制御する。ここでインバータ制御回路200は、PWM制御により駆動モータ10に供給される駆動電流がそれぞれ120°位相がずれた三相交流となるように、抵抗器150の両端電圧から算出した電流値に基づき各スイッチング素子111,112,121,122,131,132をフィードバック制御する。
The
次に、インバータ制御回路200によるスクロール圧縮機の起動時におけるインバータ回路100の制御シーケンスについて図2を参照して説明する。インバータ制御回路200は、運転指令を受けるとまず、スクロール圧縮機の旋回スクロール部材が所定の回転位置で且つ所定の停止時間だけ停止するようインバータ回路100を制御する(区間T1)。具体的には、各コイル11,12,13に所定の停止時間(区間T1の時間)所定のパターンで通電させることにより、駆動モータ10を所定の回転位置に固定させる。例えば、スイッチング素子111,122,132をオンに制御し、スイッチング素子112,121,131をオフに制御する。このように区間T1では、実質的に駆動モータ10に直流を供給していることから、図2においては出力周波数がゼロとなっている点に留意されたい。
Next, a control sequence of the
ここで、所定の回転位置は、1つだけでなく複数であってもよい。本実施の形態では、駆動モータ10として3相・4極・6スロットのブラシレスDCモータを用いている。このため、上述のようなスイッチング素子の制御パターンで停止制御可能な回転位置の範囲は180°であり、しかも同一の制御パターンで停止する回転位置は互いに位相が180°ずれた2箇所存在することになる。したがって本実施の形態において「所定の回転位置に制御する」ことは「特定の回転位置又は該回転位置に対して180°ずれた回転位置の何れかの回転位置に制御する」ことを意味する。例えば、回転角が10°の位置に停止制御しようとすると、旋回スクロール部材は10°又は190°の位置の何れかで停止する。そこで本願発明では、所定の回転位置の数は、インバータ制御回路200による制御で停止しうる回転位置の数であるものとする。なお、どのような回転位置に制御することが好ましいかについては後述する。
Here, the predetermined rotational position may be not only one but also a plurality. In the present embodiment, a brushless DC motor having three phases, four poles, and six slots is used as the
次に、インバータ制御回路200は、スクロール圧縮機の圧縮室内に溜まったオイルを排出するためにインバータ回路100を制御して駆動モータ10を駆動する(区間T2)。このオイル排出処理で重要な点は、運転範囲の下限周波数(fmin)より低いオイル排出用周波数(foil)で回転させること、及び、駆動モータ10を(すなわち旋回スクロール部材を)少なくとも1回転以上させることである。本実施の形態では、図2に示すように、インバータ回路100の出力周波数をオイル排出用周波数(foil)まで一定の加速度で増加させている。
Next, the
次に、インバータ制御回路200は、インバータ回路100の出力周波数を運転範囲の下限周波数(fmin)に向けて徐々に増大させるよう制御する(区間T3)。本実施の形態では、図2に示すように、インバータ回路100の出力周波数を前記区間T2と同一の加速度で増加させている。
Next, the
その後、インバータ制御回路200は、インバータ回路100の出力周波数が目標の出力周波数(fgoal)となるようにフィードバック制御を開始する(区間T4)。
Thereafter, the
次に、前記区間T1での停止制御においてスクロール圧縮機の旋回スクロール部材をどの回転位置に停止させるか、換言すればオイル排出運転時における旋回スクロール部材の始動位置はどこがよいか、について図3及び図4を参照して説明する。 Next, in which stop position in the section T1, in which rotational position the orbiting scroll member of the scroll compressor is stopped, in other words, what is the starting position of the orbiting scroll member during the oil discharge operation is shown in FIG. This will be described with reference to FIG.
スクロール圧縮機は、図3に示すように、螺旋状の溝91が形成された固定スクロール部材90と、該固定スクロール部材90の溝91内に配置された旋回スクロール部材95とを備えている。螺旋状の溝91の外周側端部には吸入口92が形成され、内周側端部には吐出口93が形成されている。
As shown in FIG. 3, the scroll compressor includes a
実験の結果、前記区間T1での停止制御において旋回スクロール部材95は、図3に示すように、その外周側端部の内面側が固定スクロール部材90に接した状態、すなわち吸入口92から吐出口93への経路において吸入口92側からみた場合の圧縮室の閉鎖点がもっとも近い状態(以下状態Aと言う。)であることが好ましいことが分かった。逆に最も好ましくないのは、図4に示すように、旋回スクロール部材95の外周側端部の外面側が固定スクロール部材90に接した状態、すなわち吸入口92から吐出口93への経路において吸入口92側からみた場合の圧縮室の閉鎖点がもっとも遠い状態(以下状態Bと言う。)である。この状態Aと状態Bは互いに回転角(位相)が180°ずれた状態である。なお、回転位置の評価は排出されたオイル量により行い、排出オイル量が多い方が好ましいものとした。
As a result of the experiment, in the stop control in the section T1, the
したがって、スクロール圧縮機の制御装置によって一意の回転位置に旋回スクロール部材95を位置させることができる場合には、前記状態Aとなるように制御すればよい。
Therefore, when the
一方、本実施の形態に係るスクロール圧縮機の制御装置は、前述したように、旋回スクロール部材95をある特定の回転位置又は該回転位置から回転角(位相)が180°ずれた回転位置の何れかにのみ制御可能であり、どちらの回転位置となるかは制御不能である。したがって、前記状態Aとなるように制御しても、制御開始前の旋回スクロール部材95の初期位置によっては、前記状態Bとなる場合がある。そこでこのような場合には、ある回転位置でのオイル排出量と該回転位置から180°ずれた回転位置でのオイル排出量との和が最も少なくなるような回転位置を選択すると好適である。本実施の形態では、状態Aから90°回転角(位相)がずれた回転位置に旋回スクロール部材95を停止させるよう制御するようにした。これにより、最も好ましくない状態Bとなることを防止し、且つ、平均的にオイル排出量が良好なものとなる。
On the other hand, as described above, the control device for the scroll compressor according to the present embodiment allows the
以上のように本実施の形態に係るスクロール圧縮機の制御装置によれば、区間T1において旋回スクロール部材95が所定の回転位置に停止された後に、区間T2においてスクロール圧縮機の圧縮室内部に溜まったオイルの排出処理が行われる。すなわち、区間T2におけるオイル排出処理は、常に、スクロール圧縮機内の圧縮室形態が同じ状態から開始される。したがって、区間T1における前記所定の回転位置として、最もオイル排出量が多くなると期待される位置を設定することにより、安定的且つ確実なオイル排出処理が可能となる。
As described above, according to the control device for the scroll compressor according to the present embodiment, after the
以上、本発明の一実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、旋回スクロール部材95を停止させる回転位置を一意には制御できないものであったが、該旋回スクロール部材95を任意の位置に停止制御できる駆動モータやインバータ回路を用いてもよい。この場合には、区間T1における旋回スクロール部材95の停止位置は前記状態Aとすると好ましい。
Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to this. For example, in the above embodiment, the rotational position at which the
また上記実施の形態では、区間T2のオイル排出処理においてインバータ回路100の出力周波数を徐々に増加させていたが、図5に示すように、一定時間、オイル排出用周波数(foil)以下の一定周波数(図5ではオイル排出用周波数(foil))で出力させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the output frequency of the
10…駆動モータ、11,12,13…コイル、100…インバータ回路、111,112,121,122,131,132…スイッチング素子、200…インバータ制御回路、90…固定スクロール部材、95…旋回スクロール部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記駆動モータに電力を供給するインバータ回路と、
スクロール圧縮機を起動するときには、オイルが液圧縮されることなく安定的且つ確実に排出される所定の回転位置において前記旋回スクロール部材を第1の所定時間停止させるよう前記インバータ回路を制御する第1の制御手段と、
第1の制御手段による制御の後に、前記インバータ回路の出力周波数を運転範囲の下限周波数よりも低い第1の周波数範囲内において第2の所定時間出力するよう制御する第2の制御手段と、
第2の制御手段による制御の後に、インバータ回路の出力周波数を目標周波数に向けて増大させるよう制御する第3の制御手段とを備えた
ことを特徴とするスクロール圧縮機の制御装置。 In a control device for controlling a scroll compressor comprising a fixed scroll member, a turning scroll member, and a drive motor for turning the turning scroll member on a predetermined circular path,
An inverter circuit for supplying power to the drive motor;
When starting the scroll compressor, the inverter circuit is controlled to stop the orbiting scroll member for a first predetermined time at a predetermined rotational position where oil is stably and reliably discharged without liquid compression . Control means,
Second control means for controlling the output frequency of the inverter circuit to be output within a first frequency range lower than the lower limit frequency of the operating range for a second predetermined time after the control by the first control means;
A control device for a scroll compressor, comprising: third control means for controlling the output frequency of the inverter circuit to increase toward the target frequency after the control by the second control means.
前記第1の制御手段では、所定のパターンで各相のコイルに第1の所定時間通電させ、当該通電により決定されるうる複数の回転位置の1つに旋回スクロール部材を停止させる
ことを特徴とする請求項1記載のスクロール圧縮機の制御装置。 The drive motor comprises a multiphase synchronous motor,
In the first control means, a coil of each phase is energized for a first predetermined time in a predetermined pattern, and the orbiting scroll member is stopped at one of a plurality of rotational positions that can be determined by the energization. The scroll compressor control device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2何れか1項記載のスクロール圧縮機の制御装置。 The second control means gradually increases the output frequency of the inverter circuit, and the third control means outputs the output of the inverter circuit at the same increase rate as the output frequency increase rate in the second control means. control device according to claim 1 or 2 any one scroll compressor wherein it is gradually increasing frequency.
ことを特徴とする請求項1又は2何れか1項記載のスクロール圧縮機の制御装置。 In the second control means, the control device according to claim 1 or 2 scroll compressor according to any one output frequency of said inverter circuit and controls to be constant.
ことを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載のスクロール圧縮機の制御装置。The scroll compressor control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the control device is a scroll compressor control device.
スクロール圧縮機を起動するときには、オイルが液圧縮されることなく安定的且つ確実に排出される所定の回転位置において前記旋回スクロール部材を第1の所定時間停止させるようインバータ回路制御する第1の制御ステップと、
第1の制御ステップによる制御の後に、前記インバータ回路の出力周波数を運転範囲の下限周波数よりも低い第1の周波数範囲内において第2の所定時間出力するよう制御する第2の制御ステップと、
第2の制御ステップによる制御の後に、インバータ回路の出力周波数を目標周波数に向けて増大させるよう制御する第3の制御ステップとを備えた
ことを特徴とするスクロール圧縮機の制御方法。 A control method for a scroll compressor comprising a fixed scroll member, a turning scroll member, and a drive motor for turning the turning scroll member on a predetermined circular path,
When starting the scroll compressor, a first control for controlling the inverter circuit to stop the orbiting scroll member for a first predetermined time at a predetermined rotational position where oil is stably and reliably discharged without liquid compression. Steps,
A second control step for controlling the output frequency of the inverter circuit to be output within a first frequency range lower than the lower limit frequency of the operation range for a second predetermined time after the control by the first control step;
A control method for a scroll compressor, comprising: a third control step for controlling the output frequency of the inverter circuit to increase toward a target frequency after the control by the second control step.
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