JPH08261159A - 圧縮機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンの往復動にて圧縮を行う圧縮機にお
いて、負荷トルクの小さな区間においては電圧供給を停
止し、無駄な電力消費を抑えることのできる圧縮機の制
御装置を提供することを目的とする。 【構成】 圧縮機を動作させるモータ２と、モータ２に
印加する電圧をオン／オフするスイッチング回路１０
と、モータ２のロータの回転位置を検出するロータ回転
位置検出回路１１と、ロータ位置が圧縮工程にあるとき
スイッチング回路１０をオンにするとともにロータ位置
が吸入工程にあるときスイッチング回路１０をオフにす
る通電決定回路１２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍システムなどに広く
使用されているピストンの往復動にて圧縮を行う圧縮機
の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に空気調和機や冷蔵庫などに用いら
れる冷凍システムにおいて、ピストンの往復動にて圧縮
を行う圧縮機が広く使用されている。

【０００３】一般的にピストンの往復動にて圧縮を行う
圧縮機としては特開平１−２１１６７６号公報に示され
るものがある。ここではモータの回転運動をピストンの
往復運動に変化させ圧縮動作を行う構造について述べら
れている。

【０００４】以下、図面を参照しながら上記従来の圧縮
機の制御装置について説明する。図５は、従来の圧縮機
の制御装置の回路図である。図５において、１は商用電
源である。２は圧縮機のモータであり、モータ２の一端
は商用電源の一端に接続されている。３はサーモスタッ
トであり、モータ２と商用電源１の間に直列に接続され
ている。

【０００５】以上のように構成された圧縮機の制御装置
について、以下その動作を説明する。

【０００６】まず、サーモスタット３の感温部（図示せ
ず）は冷凍システムの温度を検知する位置に取り付けら
れている。例えば、空調機の場合は室内の温度であり、
冷蔵庫の場合は冷凍室の庫内温度である。

【０００７】サーモスタット３の感温部の温度が所定温
度より高い場合、サーモスタット３の接点はオンにな
る。すると商用電源１からモータ２に電圧が供給されモ
ータ２は回転を行う。この回転運動を往復運動に変化さ
せ圧縮動作を行い、それに伴い冷凍システムは冷却を始
める。

【０００８】冷却されるとサーモスタット３の感温部の
温度が低下し所定温度より低くなった場合、サーモスタ
ット３の接点はオフになる。すると商用電源１からのモ
ータ２への電圧供給が停止され、圧縮機は圧縮動作を停
止させる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、モータの仕事の仕方（負荷トルクの発生の
仕方）に関係なく常に一定の電圧を供給している。

【００１０】すなわち、往復動を行う圧縮機においては
冷媒ガスを圧縮しているとき（圧縮工程）には大きな負
荷トルクが必要であるが、冷媒ガスを吸入しているとき
（吸入工程）には負荷トルクがほとんど必要としない。
このことは特開平１−２１１６７６号公報に開示されて
いるモータ１回転あたりのシリンダ内圧変動を見ても明
かである。

【００１１】つまり、負荷トルクが大きく変わるにも関
わらず、モータには一定の電圧を供給し常に一定のトル
クが発生するようにしている。すなわち、仕事が不要な
吸入工程においてもトルクがでるように電圧を印加して
いるため、無駄な電力消費を行い消費電力をアップさせ
ているという欠点がある。

【００１２】本発明は従来の課題を解決するもので、無
駄な電力消費を抑え、消費電力を低減することのできる
圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、上記制御を行
ったときでも起動性能は現行並に確保できる圧縮機の制
御装置を提案することである。

【００１４】また、この時の余分となっているモータト
ルクはモータの加速を行い、余分な振動の発生の原因と
もなっているという欠点もある。

【００１５】本発明の他の目的は、この余分な振動の発
生を抑えることのできる圧縮機の制御装置を提案するこ
とである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の圧縮機の制御装置は、モータに印加する電圧
をオン／オフするスイッチング回路と、前記モータのロ
ータの回転位置を検出するロータ回転位置検出回路と、
前記ロータ位置が圧縮工程にあるとき前記スイッチング
回路をオンにするとともに前記ロータ位置が吸入工程に
あるとき前記スイッチング回路をオフにする通電決定回
路とから構成されている。

【００１７】また、さらにモータが起動が完了であるこ
とを判定する起動完了判定回路と、前記起動完了判定回
路が起動中であると判定したときには前記スイッチング
回路を常にオンさせ、前記起動完了判定回路が起動完了
であると判定したときから前記通電決定回路による信号
に切り換える選択回路とを備えた構成になっている。

【００１８】また、さらにロータ位置検出回路の出力に
したがった波形パターンを記憶している波形パターン記
憶回路を備えた構成となっている。

【００１９】

【作用】本発明の圧縮機の制御装置は、ロータの位置に
よりモータへの供給電圧をオン／オフする事ができるの
で、ロータ位置が圧縮工程にあるとき、モータに電圧を
印加してモータのトルクを発生させ、ロータが吸入工程
にあるときにはモータの電圧をオフにすることにより、
負荷トルクの小さな時の余分な電力の消費を防止するこ
とができる。

【００２０】また、さらに起動完了判定回路と選択回路
とを設け、起動が完了するまではモータのトルクの発生
が大きくなるように常に一定の電圧を印加するようにす
る事により、従来と同じく起動性能が確保できる。

【００２１】また、さらに波形パターン記憶回路を設け
ることにより、負荷トルクの動きと一致したモータトル
クの発生が可能となり、振動は非常に小さく抑えること
ができる。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の第１の実施例について、図面
を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成につい
ては、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００２３】図１は本発明の第１の実施例における圧縮
機の制御装置の回路図である。図１において、１０はス
イッチング回路であり、ブリッジ接続されたダイオード
Ｄ１〜Ｄ４とトランジスタＱ１とからなり、商用電源１
とモータ２に直列に接続されている。

【００２４】１１はロータ位置検出回路であり、モータ
２のロータ（図示せず）の回転位置を検出するものであ
る。ロータ位置検出回路１１はエンコーダやホール素子
などのセンサを用いて絶対位置が検出できるようにして
いる。

【００２５】１２はロータ位置検出回路１１の出力によ
り、圧縮機が現在圧縮工程にあるか吸入工程にあるかを
判断し、圧縮工程にあるときにはスイッチング回路１０
をオンにし、吸入工程にあるときにはスイッチング回路
１０をオフにする信号を発生する。

【００２６】１３はセンサであり、冷凍システムの動作
（オン／オフ）を決定するための温度（例えば室内温度
や庫内温度など）をセンシングする。１４はオン／オフ
制御回路であり、センサ１３を入力し、圧縮機のオン／
オフを決定する。

【００２７】１５はオン／オフ制御回路１４からの出力
から、起動が完了しているかどうか判定する起動完了判
定回路である。１６は選択回路であり、起動完了判定回
路１５が起動中であると判定した場合には常にオンの信
号を、起動が完了したと判定した場合には通電決定回路
１２の出力を選択する。

【００２８】１７はドライブ回路であり、オン／オフ制
御回路１４と選択回路１６の出力とにより、スイッチン
グ回路１０をオン／オフさせる。

【００２９】以上のように構成された圧縮機の制御装置
について、以下その動作を図１を用いて説明する。

【００３０】スイッチング回路１０はＡ端子とＢ端子が
商用電源１とモータ２に直列に接続されている。トラン
ジスタＱ１がオフしているときは、Ａ端子とＢ端子間に
は回路が構成されずスイッチング回路１０はオフの状態
となる。

【００３１】またトランジスタＱ１がオンしているとき
は、Ａ端子側がプラス電位の時、Ａ端子→ダイオードＤ
１→トランジスタＱ１→ダイオードＤ４→Ｂ端子の経路
で電流がながれ、逆にＢ端子側がプラス電位の時、Ｂ端
子→ダイオードＤ２→トランジスタＱ１→ダイオードＤ
３→Ａ端子の経路で電流がながれる。すなわちスイッチ
ング回路１０はオンの状態になる。つまりこのスイッチ
ング回路１０は交流に対し双方向のスイッチング素子と
して機能することになる。

【００３２】センサ１３は冷凍システム全体をオン／オ
フさせるのに必要な冷凍システムの温度を検知する位置
に取り付けられている。例えば、空調機の場合は室内の
温度であり、冷蔵庫の場合は冷凍室の庫内温度である。

【００３３】オン／オフ制御回路１４はセンサ１３を入
力として、センサ１３の温度が所定温度より高い場合、
オンの出力を出す。逆にセンサ１３の温度が所定温度よ
り低い場合、オフの出力を出す。

【００３４】ロータ位置検出回路１１はモータ２のロー
タに取り付けられたエンコーダ（例えばロータと同時に
回転するスリット付き円盤とフォトインタラプタから構
成される）によってロータの回転位置を検出する。この
回転位置と圧縮機の位置関係は予め決定されている。

【００３５】通電決定回路１２ではロータ位置検出回路
１１の出力により、圧縮機が圧縮工程にあるか吸入工程
にあるかを判断する。圧縮工程とはシリンダ容積が小さ
くなる方向にピストンが動いている状態であり、ピスト
ンはシリンダ内圧により押されており、モータはそのト
ルクに打ち勝てるだけのトルクを発生する必要がある。

【００３６】また吸入工程とはシリンダ容積が大きくな
る方向にピストンが動いている状態であり、ピストンは
シリンダ内圧はほとんどなく、モータはトルクを発生し
なくてもロータの慣性力のみでも十分動作できる状態で
ある。

【００３７】この圧縮工程か吸入工程かを判断した後、
圧縮工程にあるときにはスイッチング回路１０をオンに
し、吸入工程にあるときにはスイッチング回路１０をオ
フにする信号を通電決定回路１２は発生する。ロータの
回転位置と圧縮動作については予め一致するように組み
立てられているので、ロータの回転位置（すなわち回転
角度）からその動作を容易に推測することができる。

【００３８】起動完了判定回路１５ではオン／オフ制御
回路１４からの出力がオフからオンに変化した直後から
タイマをスタートし、一定時間経過後に起動が完了した
と判断するようにしている。

【００３９】選択回路１６では、起動完了判定回路１５
からの信号が起動中であることを示している場合には常
にオンの信号を出し、起動が完了した信号に変化したら
通電決定回路１２の出力を出力するように切り換える。

【００４０】ドライブ回路１７はオン／オフ制御回路１
４の出力と選択回路１６の出力とのアンド条件（両出力
ともにオンに時のみ出力オン）にて出力を出し、スイッ
チング回路１０のトランジスタＱ１をオン／オフさせ
る。

【００４１】以上の動作を図２を用いて、さらに詳細に
説明する。図２は第１の実施例における圧縮機の回転角
度に対する動作のタイミング図である。図２（ａ）はシ
リンダ内圧を示し、図２（ｂ）は負荷トルクを示し、図
２（ｃ）はモータ電圧を示す。

【００４２】回転角度０°から１８０°においては圧縮
工程であり、吸い込んだガスを圧縮する。圧縮が進むに
つれてシリンダ内圧が増加し、それに伴い負荷トルクも
増加する。この間は圧縮工程であるために通電決定回路
１２はオン状態を保つためモータ電圧は（ｃ）に実線で
示す如く、オン（フル電圧印加）となる。

【００４３】回転角度１８０°から３６０°においては
吸入工程であり、圧縮が完了し新たにガスを吸い込んで
いる。この工程においてはシリンダ内圧はほとんど変化
せず、それに伴い負荷トルクもほとんど必要ない。この
間は吸入工程であるために通電決定回路１２はオフ状態
を保つためモータ電圧は（ｃ）に実線で示す如く、オフ
（０Ｖ電圧印加）となる。ここではモータ電圧を印加し
ていないが負荷トルクがほとんど必要ないため、これま
での慣性力でも十分に回転することができる。

【００４４】（ｃ）に示す破線は起動中の電圧の状態で
あり、起動完了判定回路１２から起動中の信号が出され
ているために選択回路１６にて常にオンする信号を送っ
ている状態である。

【００４５】以上のように本実施例の圧縮機の制御装置
はモータ２に印加する電圧をオン／オフするスイッチン
グ回路１０と、モータ２のロータの回転位置を検出する
ロータ回転位置検出回路１１と、ロータ位置が圧縮工程
にあるときスイッチング回路１０をオンにするとともに
ロータ位置が吸入工程にあるときスイッチング回路１０
をオフにする通電決定回路１２とから構成されているの
で、ロータの位置によりモータ２への供給電圧をオン／
オフする事ができるので、ロータ位置が圧縮工程にある
とき、モータ２に電圧を印加してモータ２のトルクを発
生させ、ロータが吸入工程にあるときにはモータ２の電
圧をオフにすることにより、負荷トルクの小さくモータ
トルクが必要ないときの電力消費がなくなるので、余分
な電力の消費を防止することができ、消費電力の大幅な
低減が図れる。

【００４６】また、起動完了判定回路１５と選択回路１
６とを設けことにより、前記効果に加え、起動が完了す
るまではモータのトルクの発生が大きくなるように常に
一定の電圧を印加するようにする事により、従来と同じ
く良好な起動性能が確保できることとなる。

【００４７】（実施例２）次に本発明による圧縮機の制
御装置の第２の実施例について、図面を参照しながら説
明する。なお、第１の実施例と同一構成については、同
一符号を付して詳細な説明は省略する。

【００４８】図３は本発明の第２の実施例における圧縮
機の制御装置の回路図である。図３において、２０は波
形パターン記憶回路であり、ロータ位置検出回路１１の
出力を入力としている。また出力は選択回路１６に出力
する。この波形パターン記憶回路２０には予めロータ位
置検出回路１１の出力に対応し、必要なモータトルクが
発生できるような波形パターン（電圧波形パターン）が
格納されている。

【００４９】波形パターン記憶回路２０の出力は記憶さ
れている波形パターンのデータにしたがって、例えばＰ
ＷＭ（パルス幅変調）方式などによりパルス化された出
力が出される。

【００５０】以上のように構成された圧縮機の制御装置
について、以下その動作を図４を用いて説明する。図４
は第２の実施例における圧縮機の回転角度に対する動作
のタイミング図である。図４（ａ）はシリンダ内圧を示
し、図４（ｂ）は負荷トルクを示し、図４（ｃ）はモー
タ電圧を示す。

【００５１】（ａ）シリンダ内圧、（ｂ）負荷トルクは
第１の実施例と同じであるので詳細な説明は省略する。
ロータ位置検出回路１１の出力により、波形パターン記
憶回路２０から出力されるパターンはＰＷＭ変調などの
ようにパルス化されているためその所定区間内ではある
平均電圧を示す。実際のスイッチング回路１０の動作と
しては周期に対して高速にオン／オフ動作を行ってい
る。

【００５２】波形パターン記憶回路２０に記憶されてい
るパターンは予め負荷トルクに対応するようにモータト
ルクが発生するような電圧パターンがおさめられてお
り、圧縮工程（回転角度０°〜１８０°）において図４
に示すようなモータ電圧が印加され、それに伴いモータ
トルクが発生する。

【００５３】また、吸入工程（回転角度１８０°〜３６
０°）においては、モータトルクは不要のため予め０Ｖ
のパターンが記憶されている。

【００５４】（ｃ）に示す破線は起動中の電圧の状態で
あり、第１の実施例と同じく、起動完了判定回路１２か
ら起動中の信号が出されているために選択回路１６にて
常にオンする信号を送っている状態である。

【００５５】以上のように本実施例の圧縮機の制御回路
は、モータ２のロータの回転位置を検出するロータ回転
位置検出回路１１と、ロータ位置検出回路１１の出力に
したがった波形パターンを記憶している波形パターン記
憶回路２０と、波形パターン記憶回路２０の出力にした
がってモータ２に印加される電圧または電流を調整する
ようにスイッチング回路１０を動作させるドライブ回路
１７とから構成されているので、モータの発生トルクと
負荷トルクとをほぼ一致させることができるのでトルク
差による加速を小さくでき、非常に振動を小さく抑える
ことができると共に、無駄な電力の消費を抑制できる。

【００５６】また、起動完了判定回路１５と選択回路１
６とを設けことにより、前記効果に加え、起動が完了す
るまではモータのトルクの発生が大きくなるように常に
一定の電圧を印加するようにする事により、従来と同じ
く良好な起動性能が確保できることとなるのは言うまで
もない。

【００５７】本実施例ではスイッチング回路１０はダイ
オードとトランジスタの組み合わせ回路としたが、双方
向スイッチング素子でもよい。またトランジスタＱ１は
パワーが制御できる素子であればＦＥＴ、ＩＧＢＴでも
よい。

【００５８】また、ロータ位置検出回路１１はエンコー
ダやホール素子などのセンサを用いて絶対位置が検出で
きるようにしたが、振動ピックアップなどを用いて相対
位置を検出してもよい。起動完了判定回路１５は、タイ
マとしたが、電流や回転数から検出してもよい。また波
形パターン記憶回路２０に記憶されているのは電圧波形
パターンとしたが、電流波形パターンとしてもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、モータに
印加する電圧をオン／オフするスイッチング回路と、前
記モータのロータの回転位置を検出するロータ回転位置
検出回路と、前記ロータ位置が圧縮工程にあるとき前記
スイッチング回路をオンにするとともに前記ロータ位置
が吸入工程にあるとき前記スイッチング回路をオフにす
る通電決定回路とから構成することにより、ロータの位
置によりモータへの供給電圧をオン／オフする事ができ
るので、ロータ位置が圧縮工程にあるとき、モータに電
圧を印加してモータのトルクを発生させ、ロータが吸入
工程にあるときにはモータの電圧をオフにすることによ
り、負荷トルクの小さな時の余分な電力の消費を防止す
ることができる。

【００６０】また、さらにモータが起動が完了であるこ
とを判定する起動完了判定回路と、前記起動完了判定回
路が起動中であると判定したときには前記スイッチング
回路を常にオンさせ、前記起動完了判定回路が起動完了
であると判定したときから前記通電決定回路による信号
に切り換える選択回路とを備えた構成にすることによ
り、起動が完了するまではモータのトルクの発生が大き
くなるように常に一定の電圧を印加するようにする事に
より、従来と同じく起動性能が確保できる。

【００６１】また、さらにロータ位置検出回路の出力に
したがった波形パターンを記憶している波形パターン記
憶回路を備えた構成とすることにより、負荷トルクの動
きと一致したモータトルクの発生が可能となり、振動は
非常に小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における圧縮機の制御装
置の回路図

【図２】（ａ）は第１の実施例における圧縮機の回転角
度に対するシリンダ内圧を示すタイミング図 （ｂ）は第１の実施例における圧縮機の回転角度に対す
る負荷トルクを示すタイミング図 （ｃ）は第１の実施例における圧縮機の回転角度に対す
るモータ電圧を示すタイミング図

【図３】本発明の第２の実施例における圧縮機の制御装
置の回路図

【図４】（ａ）は第２の実施例における圧縮機の回転角
度に対するシリンダ内圧を示すタイミング図 （ｂ）は第２の実施例における圧縮機の回転角度に対す
る負荷トルクを示すタイミング図 （ｃ）は第２の実施例における圧縮機の回転角度に対す
るモータ電圧を示すタイミング図

【図５】従来の圧縮機の制御装置の回路図

【符号の説明】

２ モータ １０ スイッチング回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 秀雄 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 (72)発明者 辻井 康浩 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの往復動にて圧縮を行う圧縮機
   と、前記圧縮機を動作させるモータと、前記モータに印
   加する電圧をオン／オフするスイッチング回路と、前記
   モータのロータの回転位置を検出するロータ回転位置検
   出回路と、前記ロータ位置が圧縮工程にあるとき前記ス
   イッチング回路をオンにするとともに前記ロータ位置が
   吸入工程にあるとき前記スイッチング回路をオフにする
   通電決定回路とからなる圧縮機の制御装置。
2. 【請求項２】 ピストンの往復動にて圧縮を行う圧縮機
   と、前記圧縮機を動作させるモータと、前記モータに印
   加する電圧をオン／オフするスイッチング回路と、前記
   モータのロータの回転位置を検出するロータ回転位置検
   出回路と、前記モータが起動が完了であることを判定す
   る起動完了判定回路と、前記ロータ位置が圧縮工程にあ
   るとき前記スイッチング回路をオンにするとともに前記
   ロータ位置が吸入工程にあるとき前記スイッチング回路
   をオフにする通電決定回路と、前記起動完了判定回路が
   起動中であると判定したときには前記スイッチング回路
   を常にオンさせ、前記起動完了判定回路が起動完了であ
   ると判定したときから前記通電決定回路による信号に切
   り換える選択回路とからなる圧縮機の制御装置。
3. 【請求項３】 ピストンの往復動にて圧縮を行う圧縮機
   と、前記圧縮機を動作させるモータと、前記モータに印
   加する電圧をオン／オフするスイッチング回路と、前記
   モータのロータの回転位置を検出するロータ回転位置検
   出回路と、前記ロータ位置検出回路の出力にしたがった
   波形パターンを記憶している波形パターン記憶回路と、
   前記波形パターン記憶回路の出力にしたがってモータに
   印加される電圧または電流を調整するようにスイッチン
   グ回路を動作させるドライブ回路とからなる圧縮機の制
   御装置。