JP6993558B2 - How to drive the motor, how to start the compressor, compressor - Google Patents
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この発明は、電動機を駆動する方法に関し、例えば当該電動機は、冷媒を圧縮する圧縮機を駆動する。 The present invention relates to a method of driving an electric motor, for example, the electric motor drives a compressor that compresses a refrigerant.
圧縮機、例えば冷媒を圧縮する圧縮機を起動させるのに必要なトルク(以下「起動トルク」と称す)は、当該圧縮機が通常運転時に必要なトルク(以下「通常運転トルク」と称す)と比較して、大きい場合がある。これは、圧縮機による圧縮は、その吸入側と吐出側との差圧に打ち勝って行われるところ、起動前の冷媒(もしくは当該冷媒を用いた冷媒系統)の状態によっては当該差圧が大きい場合があるからである。 The torque required to start a compressor, for example, a compressor that compresses a refrigerant (hereinafter referred to as "starting torque") is the torque required for the compressor during normal operation (hereinafter referred to as "normal operating torque"). In comparison, it may be larger. This is because compression by the compressor overcomes the differential pressure between the suction side and the discharge side, but the differential pressure is large depending on the state of the refrigerant before startup (or the refrigerant system using the refrigerant). Because there is.
そして起動トルクが大きい場合には、圧縮機の起動が失敗し易い。起動が失敗すると、差圧が小さくなるまで起動を待機する必要がある。このような動作では、失敗した起動に要した電力が無駄であって省電力化の観点で望ましくないばかりか、冷媒を利用した電化製品、例えば空気調和機の実質的な動作の遅れによって快適性が損なわれかねない。 When the starting torque is large, the starting of the compressor is likely to fail. If the startup fails, it is necessary to wait for the startup until the differential pressure becomes small. In such an operation, not only the power required for the failed start-up is wasted and is not desirable from the viewpoint of power saving, but also the comfort is caused by the substantial delay in the operation of the electric appliance using the refrigerant, for example, the air conditioner. May be damaged.
下掲の特許文献1では、回転軸を介してモータの回転子にクランク部を連結し、クランク部は圧縮機のピストンと連結される。そして圧縮機を容易に起動させるために、その回転子を、吸入工程の所定の起動位置に強制整列させる前に、ピストンの下死点に初期整列させる技術を開示する。
In
下掲の特許文献2では、レシプロ式圧縮機の慣性によるトルクを利用して起動の失敗を解消する技術が開示されている。具体的にはレシプロ式圧縮機を駆動する同期モータを逆回転させるための回転指令を所定時間付与し、その後、正回転させるための回転指令が採用される。
特許文献1は、ピストンを用いた圧縮機についての技術である。そして慣性力の影響から、回転子は下死点の付近にあることが一般的である、とも教示する。よってモータにとっての負荷トルクを要求する圧縮機と、出力トルクを出力するモータとは、起動をしやすい位置関係で連結することが要求されると考えられる。かかる要求は、組み立て工程の工数の観点で望ましくない。しかも、差圧と回転子の位置とによっては、強制整列される起動位置へ回転子を移動させることが困難となり、位置決めを再度行うことになれば起動時間の損失をも招来するであろう。
特許文献2では回転方向を変更することで圧縮機の起動の改善を図る。回転子は逆回転して負荷トルクに打ち勝てずに一旦停止してから正回転することで、負荷トルクが減少する方向に回転することを教示する。このような回転子の逆回転からの停止は、回転子の慣性モーメントを前提としており、レシプロ式ではない圧縮機、例えばロータリ形、あるいはスクロール形の圧縮機のような、慣性の小さい方式の圧縮機への適用は困難であると考えられる。また逆回転それ自体が発生するには、回転子の位置は広さπ/2の所定の範囲(特許文献2の実施例では3π/2~2π)であることが要求されると考えられる。
In
そこでこの発明では、差圧が大きくても、慣性が小さな圧縮機を容易に起動することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to easily start a compressor having a small inertia even if the differential pressure is large.
この発明にかかる電動機の駆動方法は、圧縮部材の回転運動もしくは旋回運動によって冷媒を圧縮する圧縮機を電動機によって駆動する方法である。当該方法は、前記圧縮機が停止している状態から第1回転方向に前記電動機を回転させるための第1回転磁束(φa0,φa1)を前記電動機に発生させる第1ステップ(S103)と、前記第1ステップの後、第2回転方向に前記電動機を回転させるための第2回転磁束(φa2)を前記電動機に発生させる第2ステップ(S105)とを備える。ここで、前記第1回転方向は前記第2回転方向とは反対の方向であり、前記第2回転方向は前記圧縮機に前記冷媒を圧縮させる前記電動機の回転方向である。 The method for driving an electric motor according to the present invention is a method for driving a compressor that compresses a refrigerant by a rotary motion or a swivel motion of a compression member. The method includes a first step (S103) of generating a first rotational magnetic flux (φa0, φa1) for rotating the motor in the first rotation direction from the state where the compressor is stopped, and the first step (S103). After the first step, a second step (S105) for generating a second rotational magnetic flux (φa2) for rotating the electric motor in the second rotation direction is provided in the electric motor. Here, the first rotation direction is the direction opposite to the second rotation direction, and the second rotation direction is the rotation direction of the electric motor that causes the compressor to compress the refrigerant.
この発明にかかる圧縮機の起動方法は、前記第1ステップおよび前記第2ステップによって前記圧縮機を起動する。 The method for starting the compressor according to the present invention is to start the compressor by the first step and the second step.
この発明にかかる圧縮機は、前記第1ステップおよび前記第2ステップによって起動する。 The compressor according to the present invention is activated by the first step and the second step.
差圧が大きくても、慣性が小さな圧縮機を容易に起動する。 Even if the differential pressure is large, a compressor with a small inertia can be easily started.
{構成の概略}
図1は、この実施の形態にかかる電動機の駆動方法が適用される、圧縮システムを示すブロック図である。
{Outline of configuration}
FIG. 1 is a block diagram showing a compression system to which the motor driving method according to this embodiment is applied.
圧縮機4は電動機3によって駆動され、冷媒を圧縮する。圧縮機4には例えばロータリ形式、ターボ形式、スクリュー形式もしくはスクロール形の圧縮機が採用される。かかる形式の圧縮機は、圧縮部材の回転運動もしくは旋回運動によって冷媒を圧縮することが周知であるので、当該圧縮部材の図示を省略する。これらの形式では一般的に慣性が小さい。当該圧縮部材としてロータリーピストンや揺動ピストン、旋回スクロール、スクリューロータ、ターボインペラを採用できることもまた周知である。 The compressor 4 is driven by the electric motor 3 to compress the refrigerant. For the compressor 4, for example, a rotary type, a turbo type, a screw type or a scroll type compressor is adopted. Since it is well known that such a type of compressor compresses the refrigerant by the rotational movement or the swirling motion of the compression member, the illustration of the compression member is omitted. Inertia is generally small in these formats. It is also well known that a rotary piston, a swing piston, a swivel scroll, a screw rotor, and a turbo impeller can be adopted as the compression member.
電動機3はインバータ2によって駆動される。具体的には例えば電動機3は三相電動機であり、インバータ2から出力される三相電流Iu,Iv,Iwを入力して駆動する。電動機3は、三相電流Iu,Iv,Iwによって発生する電機子磁束と界磁磁束との相互作用により駆動する。
The electric motor 3 is driven by the
図2は電動機3の構成を例示する模式図である。電動機3は、三相電流Iu,Iv,Iwが流れて電機子磁束を発生させる電機子巻線3aと、界磁磁束を発生させる界磁3bとを備える。電機子巻線3aと界磁3bとは、電動機3が通常備えるものとして公知であるので、ここでは電動機3の構造について詳細な説明は省略する。以下では簡単のために、界磁磁束の大きさは一定であり、界磁3bは回転子として機能する場合を説明する。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the electric motor 3. The electric machine 3 includes an armature winding 3a through which three-phase currents Iu, Iv, and Iw flow to generate an armature magnetic flux, and a
インバータ2は指令信号Jを入力し、これに基づいて三相電流Iu,Iv,Iwを生成し、電動機3(より具体的には電機子巻線3a)に出力する。指令信号Jは、インバータ2の動作、例えばDC/AC変換のために行われるスイッチングのパターンを決定する。
The
このような指令信号Jから、電動機3に電機子磁束を発生させる三相電流Iu,Iv,Iwを生成する技術は、公知であるので、その詳細な説明は省略する。 Since a technique for generating three-phase currents Iu, Iv, and Iw that generate armature magnetic flux in the motor 3 from such a command signal J is known, detailed description thereof will be omitted.
制御部1は動作指令Kを入力し、これに基づいて指令信号Jを生成する。制御部1は、あるいは更に位置信号Qをも入力し、これにも基づいて指令信号Jを生成する。動作指令Kは例えば電動機3の回転速度の指令値、トルクの指令値、あるいはその両方を採用することができる。位置信号Qは電動機3の回転子の回転位置を示す信号である。位置信号Qは電動機3に位置センサ(不図示)を設けて当該位置センサから得ることができる。あるいは三相電流Iu,Iv,Iwを直接もしくは間接に測定し、これに基づいて推定される回転位置を採用することができる。いずれの場合の位置信号Qも、その生成方法は公知であるので、その詳細な説明は省略する。
The
但し、後述する本実施の形態にかかる起動方法に関して言えば、位置信号Qは必須ではない。位置信号Qは起動後の通常運転において採用することができる。 However, the position signal Q is not indispensable when it comes to the activation method according to the present embodiment described later. The position signal Q can be adopted in the normal operation after the start-up.
{実施の形態に即した課題の説明}
図3~図8はこの実施の形態にかかる電動機の駆動方法を示すベクトル図である。これらの図において位相は電気角で表される。電動機3の固定座標系αβを設定する。β軸はα軸よりも位相が90度進相である。
{Explanation of issues according to the embodiment}
3 to 8 are vector diagrams showing a driving method of the electric motor according to this embodiment. In these figures, the phase is represented by the electrical angle. The fixed coordinate system αβ of the motor 3 is set. The β-axis is 90 degrees ahead of the α-axis.
電機子磁束φa0(図3、図4),φa1(図5、図6、図7),φa2(図8)の総称として電機子磁束φaとの表現を用いる。電機子磁束φaの位相はM軸で表される。三相電流Iu,Iv,Iwは後述する直流励磁の場合を除き、一般には電機子磁束φaとして回転磁界を発生させる。よってM軸はα軸に対して(従ってβ軸に対しても)位相が変動する。 The term armature magnetic flux φa is used as a general term for the armature magnetic flux φa0 (FIG. 3, FIG. 4), φa1 (FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7), and φa2 (FIG. 8). The phase of the armature magnetic flux φa is represented by the M axis. The three-phase currents Iu, Iv, and Iw generally generate a rotating magnetic field as an armature magnetic flux φa, except in the case of DC excitation described later. Therefore, the phase of the M axis fluctuates with respect to the α axis (and therefore also with respect to the β axis).
界磁磁束φrの位相はR軸で表される。界磁磁束φrは界磁3bにより発生し、界磁3bと電機子巻線3aとは相対的に位置関係が変動する(回転する)ので、R軸はα軸に対して(従ってβ軸に対しても)位相が変動する。
The phase of the field magnetic flux φr is represented by the R axis. The field magnetic flux φr is generated by the
技術的常識として、界磁磁束φrと電機子磁束φaとは、それぞれの絶対値が変動しなければ、両者の位相差が小さいほど電機子巻線3aと界磁3bとの間に発生するトルク(つまり電動機3に発生するトルク)は大きい。
As a technical common sense, if the absolute values of the field magnetic flux φr and the armature magnetic flux φa do not fluctuate, the smaller the phase difference between the two, the torque generated between the armature winding 3a and the
まず、図3を利用して、解決すべき課題をこの実施の形態に即して説明する。図3に示された状況(i)は電動機3の駆動開始直後の状況であり、電機子磁束φa0が発生している。状況(i)では界磁磁束φrと電機子磁束φa0との位相差(つまりM軸とR軸との位相差)が大きく、電動機3に発生するトルクは小さい。よって圧縮機4での差圧が大きく、従って起動トルクが大きい場合には、このような位相差のままで電動機3の駆動を開始すると、失敗し易い。 First, with reference to FIG. 3, the problem to be solved will be described according to this embodiment. The situation (i) shown in FIG. 3 is a situation immediately after the start of driving of the motor 3, and the armature magnetic flux φa0 is generated. In the situation (i), the phase difference between the field magnetic flux φr and the armature magnetic flux φa0 (that is, the phase difference between the M axis and the R axis) is large, and the torque generated in the motor 3 is small. Therefore, when the differential pressure in the compressor 4 is large and therefore the starting torque is large, if the driving of the motor 3 is started with such a phase difference, it is easy to fail.
なるほど、電機子磁束φa0の絶対値を増大させることにより、位相差を維持したまま起動トルクよりも大きなトルクを電動機3に発生させることは理論上は可能である。しかし電機子磁束φaを発生させる三相電流Iu,Iv,Iwの絶対値に上限を設けることが通常であることに鑑みて、電機子磁束φa0の絶対値を増大させることは実際的な制御ではない。 Indeed, by increasing the absolute value of the armature magnetic flux φa0, it is theoretically possible to generate a torque larger than the starting torque in the motor 3 while maintaining the phase difference. However, in view of the fact that it is usual to set an upper limit on the absolute values of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw that generate the armature magnetic flux φa, increasing the absolute value of the armature magnetic flux φa0 is not practically controlled. do not have.
特許文献1,2に開示された技術では、図3に即して言えば、固定座標系αβにおいてR軸をM軸へ近づけることによってM軸とR軸との位相差を小さくしていた。しかしながら、かかる技術は上述のように、慣性が小さな圧縮機を容易に起動することは困難であろう。そこで本実施の形態では、固定座標系αβにおいてM軸をR軸へ近づけることにより、起動時の両者間の位相差を小さくする。
In the techniques disclosed in
{本実施の形態での電機子磁束φaの振る舞い}
図4は状況(i)に続く状況(ii)を示す。状況(ii)は、M軸のα軸に対する位相を変えずに、電機子磁束φa0の絶対値を大きくした状況である。換言すると状況(i)(ii)は電動機3に直流励磁を行っている状況であり、電機子磁束φa0は回転しない電機子磁束φaである。図4において電機子磁束φaの回転方向Rbは、その向きを示すために付記したものであって、状況(ii)において電機子磁束φa0が回転していることを示すものではない。
{Behavior of armature magnetic flux φa in this embodiment}
FIG. 4 shows a situation (ii) following the situation (i). The situation (ii) is a situation in which the absolute value of the armature magnetic flux φa0 is increased without changing the phase of the M axis with respect to the α axis. In other words, the situations (i) and (ii) are the situations where the electric motor 3 is DC-excited, and the armature magnetic flux φa0 is the non-rotating armature magnetic flux φa. In FIG. 4, the rotation direction Rb of the armature magnetic flux φa is added to indicate the direction thereof, and does not indicate that the armature magnetic flux φa0 is rotating in the situation (ii).
状況(ii)は、起動トルクよりも大きなトルクを電動機3に発生させるためのものではない。通常、三相電流Iu,Iv,Iwはステップ的に出力されるのではなく、ランプ的に増大する絶対値で出力される。これは通常、電動機3が有する電機子巻線3aはコイルを形成しており、電動機3は誘導性負荷となっていることからも当然の事象である。このような三相電流Iu,Iv,Iwの絶対値の漸増によって状況(i)から状況(ii)への移行が生じる。但し、三相電流Iu,Iv,Iwがステップ的に出力されてもよい。 The situation (ii) is not for generating a torque larger than the starting torque in the motor 3. Normally, the three-phase currents Iu, Iv, and Iw are not output stepwise, but are output as absolute values that increase like a lamp. This is a natural phenomenon because the armature winding 3a of the motor 3 usually forms a coil, and the motor 3 has an inductive load. Such a gradual increase in the absolute values of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw causes a transition from the situation (i) to the situation (ii). However, the three-phase currents Iu, Iv, and Iw may be output stepwise.
図9は本実施の形態における三相電流Iu,Iv,Iwの電流波形を示す。図9でタイミングを示すローマ数字は、図3~図8で状況を示すローマ数字と対応する。時間の経過と共に状況(i)から状況(ii)へ移り、三相電流Iu,Iv,Iwはそれぞれの絶対値が漸増する。状況(i)から状況(ii)への移行において、必ずしも三相電流Iu,Iv,Iwの相互間の位相差が維持されることは必須ではない。換言すれば、状況(i),(ii)において必ずしも直流励磁が必須ではない。 FIG. 9 shows the current waveforms of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw in the present embodiment. The Roman numeral indicating the timing in FIG. 9 corresponds to the Roman numeral indicating the situation in FIGS. 3 to 8. With the passage of time, the situation (i) shifts to the situation (ii), and the absolute values of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw gradually increase. In the transition from situation (i) to situation (ii), it is not always essential that the phase difference between the three-phase currents Iu, Iv, and Iw is maintained. In other words, DC excitation is not always essential in situations (i) and (ii).
状況(ii)が発生した後、電機子磁束φaは、直流励磁を行う電機子磁束φa0から、回転方向Rbに回転(図9において「逆回転」と表記)する電機子磁束φa1に変更される。具体的には三相電流Iu,Iv,Iwが交流となる。 After the situation (ii) occurs, the armature magnetic flux φa is changed from the armature magnetic flux φa0 that performs DC excitation to the armature magnetic flux φa1 that rotates in the rotation direction Rb (denoted as “reverse rotation” in FIG. 9). .. Specifically, the three-phase currents Iu, Iv, and Iw are alternating currents.
図5は状況(ii)に続く状況(iii)を示す。状況(iii)は、状況(ii)の後、M軸が回転方向Rbに回転した状況を示す。具体的には三相電流Iu,Iv,Iwの絶対値が維持されつつ、三相電流Iu,Iv,Iwの位相が変動する。回転方向Rbは回転方向Rfと反対の方向である。回転方向Rfは圧縮機4に冷媒を圧縮させる運転(以下「圧縮運転」と称す)において電動機3が回転する方向に対応する。より具体的には界磁磁束φrが上記圧縮運転において回転する方向である。 FIG. 5 shows a situation (iii) following the situation (ii). Situation (iii) indicates a situation in which the M axis rotates in the rotation direction Rb after the situation (ii). Specifically, the phases of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw fluctuate while maintaining the absolute values of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw. The rotation direction Rb is the direction opposite to the rotation direction Rf. The rotation direction Rf corresponds to the direction in which the motor 3 rotates in the operation of compressing the refrigerant in the compressor 4 (hereinafter referred to as “compression operation”). More specifically, it is the direction in which the field magnetic flux φr rotates in the compression operation.
なお、図5~図8では状況(i)(ii)のときの(つまり電機子磁束φa0の位相を示す)M軸の位置をM’軸として、(現時点での)電機子磁束φa1の位相を示すM軸と併記した。 In FIGS. 5 to 8, the phase of the armature magnetic flux φa1 (currently) is set to the M'axis with the position of the M axis (that is, indicating the phase of the armature magnetic flux φa0) in the situations (i) and (ii) as the M'axis. It is also described with the M axis showing.
図3及び図4では、状況(i)(ii)においてM軸はR軸に対して回転方向Rbに沿って見て180度未満で離れる場合が示されていた。よって、電機子磁束φa1が回転方向Rbに回転することにより、M軸とR軸との間の位相差は小さくなる。図5では、しかしながらまだ、発生するトルクは小さく、R軸は維持される場合が例示される。 In FIGS. 3 and 4, in the situations (i) and (ii), the case where the M axis is separated from the R axis by less than 180 degrees when viewed along the rotation direction Rb is shown. Therefore, as the armature magnetic flux φa1 rotates in the rotation direction Rb, the phase difference between the M axis and the R axis becomes smaller. FIG. 5, however, illustrates the case where the generated torque is still small and the R axis is maintained.
図6は状況(iii)に続く状況(iv)を示す。状況(iv)は、状況(iii)の後、M軸が更に回転方向Rbに回転し、R軸は維持されながらもM軸がR軸に一致した状況を示す。電機子磁束φa1の絶対値は少なくとも、M軸がR軸と一致したときに電動機3が逆回転するのに必要なトルク(以下「逆転トルク」と称す)以上のトルクを発生させる程度に大きく設定する。なお、逆転トルクは圧縮機4の差圧に因り、起動トルクと比較して小さい。 FIG. 6 shows the situation (iv) following the situation (iii). The situation (iv) shows a situation in which the M axis further rotates in the rotation direction Rb after the situation (iii), and the M axis coincides with the R axis while the R axis is maintained. The absolute value of the armature magnetic flux φa1 is set large enough to generate at least a torque equal to or greater than the torque required for the motor 3 to rotate in the reverse direction when the M axis coincides with the R axis (hereinafter referred to as “reverse torque”). do. The reverse torque is smaller than the starting torque due to the differential pressure of the compressor 4.
状況(iv)の後に電機子磁束φa1が回転方向Rbに回転することにより、界磁磁束φrも回転方向Rbに回転する。これにより、R軸もM軸と一致して回転方向Rbに回転する。 After the situation (iv), the armature magnetic flux φa1 rotates in the rotation direction Rb, so that the field magnetic flux φr also rotates in the rotation direction Rb. As a result, the R axis also rotates in the rotation direction Rb in line with the M axis.
図7は状況(iv)に続く状況(v)を示す。状況(v)は、状況(iv)の後、電機子磁束φa1が更に回転方向Rbに回転し、R軸とM軸とが一致しつつ回転方向Rbに回転した状況を示す。図7~図8では状況(i)~(iv)のときの(つまり界磁磁束φrが回転方向Rbに回転する前の)R軸の位置をR’軸として、(現時点での)界磁磁束φrの位相を示すR軸と併記した。 FIG. 7 shows the situation (v) following the situation (iv). The situation (v) shows a situation in which the armature magnetic flux φa1 further rotates in the rotation direction Rb after the situation (iv), and rotates in the rotation direction Rb while the R axis and the M axis coincide with each other. In FIGS. 7 to 8, the position of the R axis in the situations (i) to (iv) (that is, before the field magnetic flux φr rotates in the rotation direction Rb) is set as the R'axis, and the field magnetism (at present). It is also described with the R axis showing the phase of the magnetic flux φr.
図7は特に、M軸とM’軸とが位相角π(=180度)をなす状況を示す。つまり電機子磁束φa1が回転方向Rbに移動した位相角がπである状況を示す。このように電機子磁束φa1が回転方向Rbに位相角πで回転すれば、その間に、必ずR軸とM軸とが一致する。よって電機子磁束φa1を回転方向Rbに少なくとも位相角πで回転させる(つまり180度以上で回転させる)ことにより、R軸の位置(α軸に対する位相差)を既知とすることなく、換言すれば位置信号Qを必須とすることなく、R軸の位置を回転方向Rbに沿って移動させ、電動機3を圧縮運転とは反対の方向に回転させる。 FIG. 7 particularly shows a situation in which the M axis and the M'axis form a phase angle π (= 180 degrees). That is, it shows a situation where the phase angle at which the armature magnetic flux φa1 moves in the rotation direction Rb is π. If the armature magnetic flux φa1 rotates in the rotation direction Rb at a phase angle π in this way, the R axis and the M axis always coincide with each other during that time. Therefore, by rotating the armature magnetic flux φa1 in the rotation direction Rb at least with a phase angle π (that is, rotating at 180 degrees or more), the position of the R axis (phase difference with respect to the α axis) is not known, in other words. The position of the R axis is moved along the rotation direction Rb without requiring the position signal Q, and the motor 3 is rotated in the direction opposite to the compression operation.
図9では、電機子磁束φa1が回転方向Rbに位相角πよりも大きく移動した場合を例示する。 FIG. 9 illustrates a case where the armature magnetic flux φa1 moves in the rotation direction Rb larger than the phase angle π.
なお、R軸の位置が既知でないことを想定して、電機子磁束φa1の絶対値はその当初から、M軸がR軸と一致したときに逆転トルク以上のトルクを発生させる程度に大きく設定することが望ましい。具体的には状況(ii)において電機子磁束φa0を予め高めるべく三相電流Iu,Iv,Iwを増大させておく。 Assuming that the position of the R axis is unknown, the absolute value of the armature magnetic flux φa1 is set large enough to generate a torque equal to or larger than the reverse torque when the M axis coincides with the R axis from the beginning. Is desirable. Specifically, in the situation (ii), the three-phase currents Iu, Iv, and Iw are increased in advance in order to increase the armature magnetic flux φa0 in advance.
図8はR軸とM軸とが一致したのち、電機子磁束φaを回転方向Rfに回転(図9において「正回転」と表記)させる状況(vi)を示す。M軸とR軸との位相差が実質的に零となるので、三相電流Iu,Iv,Iwの絶対値が小さくても大きなトルクが発生する。よって差圧が大きくても、慣性が小さな圧縮機4が容易に起動する。 FIG. 8 shows a situation (vi) in which the armature magnetic flux φa is rotated in the rotation direction Rf (denoted as “normal rotation” in FIG. 9) after the R axis and the M axis are aligned. Since the phase difference between the M axis and the R axis becomes substantially zero, a large torque is generated even if the absolute values of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw are small. Therefore, even if the differential pressure is large, the compressor 4 having a small inertia can be easily started.
図9では、電機子磁束φa1が回転方向Rbに回転し終わってから、電機子磁束φa2が回転方向Rfに回転し始めるまでに、電機子磁束φaは回転しない直流励磁の期間が設けられる状況(vii)が例示される。この状況(vii)は三相電流Iu,Iv,Iwを測定することの便宜のために設けられ、電動機3の駆動を容易に開始することに必須の状況ではない。 In FIG. 9, a situation is provided in which a period of DC excitation in which the armature magnetic flux φa does not rotate is provided from the time when the armature magnetic flux φa1 finishes rotating in the rotation direction Rb to the time when the armature magnetic flux φa2 starts rotating in the rotation direction Rf ( vii) is illustrated. This situation (vii) is provided for the convenience of measuring the three-phase currents Iu, Iv, and Iw, and is not an essential situation for easily starting the driving of the motor 3.
{電動機を駆動させるステップの説明}
図9は本実施の形態で圧縮機4を起動させるための電動機3の駆動方法を示すフローチャートである。但し、状況(vii)については別にフローチャートを用いて簡単に説明する。圧縮機4は電動機3の駆動方法によって起動するとも言える。
{Explanation of steps to drive the motor}
FIG. 9 is a flowchart showing a driving method of the electric motor 3 for activating the compressor 4 in the present embodiment. However, the situation (vii) will be briefly explained using a separate flowchart. It can be said that the compressor 4 is activated by the driving method of the electric motor 3.
図9のフローチャートを構成する各ステップは、制御部1自身が、あるいはその制御の下でのインバータ2が実行する。
Each step constituting the flowchart of FIG. 9 is executed by the
ステップS101において電機子磁束φa0を発生して増加させる。ステップS101に続き、ステップS102において電機子磁束φa0の絶対値が所定値に到達したか否かが判断される。当該判断結果が肯定的となるまでステップS101が繰り返し実行される(ステップS102からステップS101への「No」の経路参照)。ステップS101の繰り返しの実行により状況(i),(ii)が実現される。ステップS101が繰り返されて実行される期間は、図9において「|φa|増加中」として示される。 In step S101, the armature magnetic flux φa0 is generated and increased. Following step S101, it is determined in step S102 whether or not the absolute value of the armature magnetic flux φa0 has reached a predetermined value. Step S101 is repeatedly executed until the determination result becomes affirmative (see the "No" route from step S102 to step S101). Situations (i) and (ii) are realized by repeatedly executing step S101. The period during which step S101 is repeatedly executed is indicated as "| φa | increasing" in FIG.
ステップS102の判断結果が肯定的となれば、ステップS103が実行される(ステップS102からステップS103への「Yes」の経路参照)。ステップS103では、回転方向Rbに回転する電機子磁束Φa1を発生させる。これにより状況(iii)が実現される。ステップS103に続き、ステップS104において電機子磁束φa1が回転方向Rbに180度(ラジアン換算でπ)以上回転したか否かが判断される。当該判断結果が肯定的となるまでステップS103が繰り返し実行される(ステップS104からステップS103への「No」の経路参照)。ステップS103の繰り返しの実行により、状況(iv),(v)が実現される。 If the determination result of step S102 is affirmative, step S103 is executed (see the "Yes" route from step S102 to step S103). In step S103, an armature magnetic flux Φa1 that rotates in the rotation direction Rb is generated. This realizes situation (iii). Following step S103, it is determined in step S104 whether or not the armature magnetic flux φa1 has rotated 180 degrees (π in radians) or more in the rotation direction Rb. Step S103 is repeatedly executed until the determination result becomes affirmative (see the "No" route from step S104 to step S103). Situations (iv) and (v) are realized by repeatedly executing step S103.
状況(iv)に至るまでは、圧縮機4は停止している状態にある。よってステップS103は、圧縮機4が停止している状態から、圧縮運転とは反対の方向に電動機3を回転させるための第1回転磁束たる電機子磁束Φa1を、電動機3に発生させる第1ステップであると見ることができる。 Until the situation (iv), the compressor 4 is in a stopped state. Therefore, in step S103, the first step of generating the armature magnetic flux Φa1 which is the first rotating magnetic flux for rotating the motor 3 in the direction opposite to the compression operation from the state where the compressor 4 is stopped is generated in the motor 3. Can be seen as.
状況(v)が実現されれば、ステップS104の判断結果が肯定的となって、ステップS105が実行される(ステップS104からステップS105への「Yes」の経路参照)。 If the situation (v) is realized, the determination result of step S104 becomes affirmative, and step S105 is executed (see the "Yes" route from step S104 to step S105).
よって上述の第1ステップを実行する期間の、少なくとも終了時には、状況(iv),(v)が実現されると言える。そして状況(iv),(v)では、電機子磁束Φa1の磁極の方向たるM軸が、電動機3が停止している状態での界磁磁束φrの方向たるR軸と一致すると言える。 Therefore, it can be said that the situations (iv) and (v) are realized at least at the end of the period for executing the first step described above. In the situations (iv) and (v), it can be said that the M axis, which is the direction of the magnetic pole of the armature magnetic flux Φa1, coincides with the R axis, which is the direction of the field magnetic flux φr when the motor 3 is stopped.
ステップS105では回転方向Rfに回転する電機子磁束Φa2を発生させる。これにより状況(vi)が実現される。 In step S105, an armature magnetic flux Φa2 that rotates in the rotation direction Rf is generated. This realizes the situation (vi).
よってステップS105は、上述の第1ステップの後に、圧縮運転の方向に電動機3を回転させるための第2回転磁束を電動機3に発生させる第2ステップである、と見ることができる。 Therefore, it can be seen that step S105 is a second step of generating a second rotating magnetic flux in the motor 3 for rotating the motor 3 in the direction of the compression operation after the first step described above.
ステップS105ののち、ステップS106の判断が行なわれる。ステップS106は、圧縮機4の起動位置を所望の位置に設定するための処理である。具体的にはステップS106において、界磁磁束φrが固定座標系αβにおいて所望の位相にあるか否かが判断される。かかる判断は例えば位置信号Qに基づいて行うことができる。 After step S105, the determination in step S106 is performed. Step S106 is a process for setting the starting position of the compressor 4 to a desired position. Specifically, in step S106, it is determined whether or not the field magnetic flux φr is in a desired phase in the fixed coordinate system αβ. Such a determination can be made based on, for example, the position signal Q.
当該判断結果が肯定的となるまでステップS105が繰り返し実行される(ステップS106からステップS105への「No」の経路参照)。当該判断結果が肯定的となれば、その時点で界磁磁束φrが所望の位相にあることになる。その場合、ステップS107が実行され、回転方向Rfに回転する電機子磁束を発生させる(ステップS106からステップS107への「Yes」の経路参照)。 Step S105 is repeatedly executed until the determination result becomes affirmative (see the "No" route from step S106 to step S105). If the determination result is positive, the field magnetic flux φr is in the desired phase at that time. In that case, step S107 is executed to generate an armature magnetic flux that rotates in the rotation direction Rf (see the “Yes” path from step S106 to step S107).
{変形}
ステップS107により、圧縮機4に圧縮運転をさせるための電動機3の駆動を行なうことができる。よって厳密にはこのステップS107を圧縮機4の「起動」から外して考えてもよい。
{Transformation}
In step S107, the electric motor 3 for causing the compressor 4 to perform the compression operation can be driven. Therefore, strictly speaking, this step S107 may be excluded from the "startup" of the compressor 4.
圧縮機4の起動位置を所望の位置に設定することなく、ステップS106を省略することもできる。この場合、ステップS107はステップS105によって兼ねられることになる。 Step S106 can be omitted without setting the starting position of the compressor 4 to a desired position. In this case, step S107 is also combined by step S105.
上述したように、三相電流Iu,Iv,Iwがステップ的に出力されてもよい。この場合、ステップS101,S102を省略することができる。換言すればステップS101は、上述の第1ステップに先立って直流磁束を電動機3に発生させる第3ステップであるということができる。 As described above, the three-phase currents Iu, Iv, and Iw may be output stepwise. In this case, steps S101 and S102 can be omitted. In other words, it can be said that step S101 is a third step of generating a DC magnetic flux in the motor 3 prior to the above-mentioned first step.
上記状況(vii)を実現するためには、ステップS104とステップ105との間で、直流励磁を行なえばよい。図11はかかる直流励磁を行なう場合のフローチャートを部分的に示す。ステップS101~S103については図10に示されたフローチャートと同様であるので図11では省略した。 In order to realize the above situation (vii), DC excitation may be performed between step S104 and step 105. FIG. 11 partially shows a flowchart in the case of performing such DC excitation. Since steps S101 to S103 are the same as the flowchart shown in FIG. 10, they are omitted in FIG.
ステップS104の判断結果が肯定的であったとき、ステップS105の実行に先立ち、ステップS108において直流励磁及び電流測定が行なわれる。当該直流励磁は図9において示されるように、三相電流Iu,Iv,Iwの値が固定される。かかる直流励磁は、上述の第1ステップの後、第2ステップの前に行う第4ステップと見ることができる。 When the determination result in step S104 is affirmative, DC excitation and current measurement are performed in step S108 prior to the execution of step S105. As shown in FIG. 9, the DC excitation has fixed values of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw. Such DC excitation can be seen as a fourth step performed after the first step described above and before the second step.
また、当該電流測定では、インバータ2に流れる直流電流が公知の方法で検出され、その値Idが制御部1に与えられる(図1参照)。制御部1は、直流電流の値Idと、自身が生成する指令信号Jとに基づいて、三相電流Iu,Iv,Iwを推定することができる。
Further, in the current measurement, the direct current flowing through the
なお、かかる推定を行なう技術それ自体は周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、電動機3のいずれの相においても非零の電流が流れることが、上記の推定を容易に高める観点で望ましいことは公知である。本実施の形態に即して言えば、三相電流Iu,Iv,Iwのいずれの絶対値も正であることが望ましい。 Since the technique itself for performing such estimation is well known, detailed description thereof will be omitted here. It is known that it is desirable that a non-zero current flows in any phase of the motor 3 from the viewpoint of easily enhancing the above estimation. According to the present embodiment, it is desirable that the absolute values of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw are all positive.
上述の第3ステップ(ステップS101に相当)、第4ステップ(ステップS108の直流励磁に相当)が圧縮機4を起動するための電動機3の駆動方法として必須では無く、当該駆動駆動方法は上述の第1ステップ(ステップS103に相当)及び第2ステップ(ステップS105に相当)を備えていれば足りると言える。 The above-mentioned third step (corresponding to step S101) and the fourth step (corresponding to DC excitation in step S108) are not essential as a driving method of the electric motor 3 for starting the compressor 4, and the driving driving method is described above. It can be said that it is sufficient if the first step (corresponding to step S103) and the second step (corresponding to step S105) are provided.
状況(i)(ii)においてM軸はR軸に対して回転方向Rbに沿って見て180度以上離れていてもよい。この場合、差圧の助勢により、ステップS103の当初において、速やかに界磁磁束φrが回転方向Rbに向かって回転し、R軸がM軸に一致する。 In the situations (i) and (ii), the M axis may be separated from the R axis by 180 degrees or more along the rotation direction Rb. In this case, with the help of the differential pressure, at the beginning of step S103, the field magnetic flux φr quickly rotates toward the rotation direction Rb, and the R axis coincides with the M axis.
S101 (第3)ステップ
S103 (第1)ステップ
S105 (第2)ステップ
S108 (第4)ステップ
φa1 電機子磁束(第1回転磁束)
φa2 電機子磁束(第2回転磁束)
S101 (3rd) step S103 (1st) step S105 (2nd) step S108 (4th) step φa1 armature magnetic flux (first rotating magnetic flux)
φa2 armature magnetic flux (second rotating magnetic flux)
Claims (7)
前記圧縮機が停止している状態から第1回転方向に前記電動機を回転させるための第1回転磁束(φa1)を前記電動機に発生させる第1ステップ(S103)と、
前記第1ステップの後、第2回転方向に前記電動機を回転させるための第2回転磁束(φa2)を前記電動機に発生させる第2ステップ(S105)と、
前記第1ステップに先立ち、直流磁束を前記電動機に発生させる第3ステップ(S101)と
を備え、
前記第1回転方向は前記第2回転方向とは反対の方向であり、
前記第2回転方向は前記圧縮機に前記冷媒を圧縮させる前記電動機の回転方向である、電動機の駆動方法。 It is a method of driving a compressor that compresses a refrigerant by a rotary motion or a swivel motion of a compression member by an electric motor.
The first step (S103) of generating the first rotational magnetic flux (φa1) for rotating the electric motor in the first rotation direction from the state where the compressor is stopped, and the first step (S103).
After the first step, a second step (S105) of generating a second rotating magnetic flux (φa2) for rotating the motor in the second rotation direction in the motor ,
Prior to the first step, with the third step (S101) of generating a DC magnetic flux in the motor.
Equipped with
The first rotation direction is opposite to the second rotation direction.
The second rotation direction is the rotation direction of the electric motor that causes the compressor to compress the refrigerant, which is a method of driving the electric motor.
を更に備える、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の電動機の駆動方法。 After the first step (S103) and before the second step (S105), a fourth step (S108) in which DC excitation is performed on the motor.
The method for driving an electric motor according to any one of claims 1 to 3 , further comprising.
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