JPS6283530A - トルク制御式回転機械 - Google Patents
トルク制御式回転機械Info
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- rotating
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- F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
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- F04C18/3564—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surfaces substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
- F04C29/0085—Prime movers
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- G05D17/02—Control of torque; Control of mechanical power characterised by the use of electric means
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電動要素によって負荷要素が駆動される回転
機械全般に係り、特に負荷(吸収)トルクが一定周期を
もって変動する場合に回転主軸の回転速度変動を抑える
ことにより回転機械の振動を低減させるに好適なトルク
制御式回転機械に関する。
機械全般に係り、特に負荷(吸収)トルクが一定周期を
もって変動する場合に回転主軸の回転速度変動を抑える
ことにより回転機械の振動を低減させるに好適なトルク
制御式回転機械に関する。
電動要素によって駆動される回転機械の一例として、密
閉型圧縮機を例にとって説明する。第12図および第1
3図は、ロータリ圧縮機の従来構造を示すものである。
閉型圧縮機を例にとって説明する。第12図および第1
3図は、ロータリ圧縮機の従来構造を示すものである。
これらの図において、符号1は容器であり、内部に電動
要素および圧縮要素を収納している。符号2は容器1に
固定されたステータ(固定子)であり、容器1内周に固
定されている。このステータ2の内側には、主軸4に嵌
着され、主軸4と一体に回転するロータ(回転子)3が
配置されている。主軸4は、主軸受5および端部軸受6
により支承されている。そして、これらの軸受5.6は
、シリンダブロック7に締結されている。シリンダブロ
ック7は容器に固定されており、このシリンダブロック
7内には、圧縮室12が成形されている。この圧縮室1
2内には、主軸4と偏心して一体化されたローラ8が設
けられ、バネ10によってローラ8表面に押圧付勢され
たベーン9が配設されている。このような構成のもとて
主軸4が回転すると、冷媒ガスが容器1の外部に設けら
れた吸入アキュムレータ11から吸入され、圧縮室12
により所定の圧力まで加圧され、矢印方向に沿ってケー
ス外に吐出される。
要素および圧縮要素を収納している。符号2は容器1に
固定されたステータ(固定子)であり、容器1内周に固
定されている。このステータ2の内側には、主軸4に嵌
着され、主軸4と一体に回転するロータ(回転子)3が
配置されている。主軸4は、主軸受5および端部軸受6
により支承されている。そして、これらの軸受5.6は
、シリンダブロック7に締結されている。シリンダブロ
ック7は容器に固定されており、このシリンダブロック
7内には、圧縮室12が成形されている。この圧縮室1
2内には、主軸4と偏心して一体化されたローラ8が設
けられ、バネ10によってローラ8表面に押圧付勢され
たベーン9が配設されている。このような構成のもとて
主軸4が回転すると、冷媒ガスが容器1の外部に設けら
れた吸入アキュムレータ11から吸入され、圧縮室12
により所定の圧力まで加圧され、矢印方向に沿ってケー
ス外に吐出される。
このような構造の圧縮機は、特開昭58−111176
35号公報に開示されており、電動要素が時間に対して
ほぼ一定のトルクを出力するのに対し、圧縮要素内のガ
ス吸収トルクは、主軸4が1回転する間に非常に大きな
変動が生じている。そして、このガス吸収トルクと電磁
トルクとの差、すなわち残差トルクが容器1に対して加
振力として働き、圧縮機全体では回転方向に対して大き
な回転振動を誘起されるという問題が生じる。この振動
を防止するために、従来技術では圧縮機全体をバネやゴ
ムなどの防振部材13で浮かせてベース(図示せず)に
固定するといった外部防振手段が一般的にとられていた
。
35号公報に開示されており、電動要素が時間に対して
ほぼ一定のトルクを出力するのに対し、圧縮要素内のガ
ス吸収トルクは、主軸4が1回転する間に非常に大きな
変動が生じている。そして、このガス吸収トルクと電磁
トルクとの差、すなわち残差トルクが容器1に対して加
振力として働き、圧縮機全体では回転方向に対して大き
な回転振動を誘起されるという問題が生じる。この振動
を防止するために、従来技術では圧縮機全体をバネやゴ
ムなどの防振部材13で浮かせてベース(図示せず)に
固定するといった外部防振手段が一般的にとられていた
。
しかし、従来の防振手段では、圧縮機が一定の回転数で
運転される場合には有効であるが、広範囲の回転数にわ
たって充分の防振性能を有するものではなかった。特に
、最近の技術として、インバータにより圧縮機の回転数
を広範囲に可変速制御しようとする場合、省エネルギー
の観点から回転数制御範囲をできるだけ低速域まで拡大
することが望ましいが、低速域、特に容器1と防振ゴム
13の共振点付近では、防振材の防振効果が著しく低下
する。このため、低速域でベースや配管を通じて振動が
伝わり、騒音の発生や長期的には配管の破損、圧縮機の
寿命低下などの諸問題が発生するおそれがあった。
運転される場合には有効であるが、広範囲の回転数にわ
たって充分の防振性能を有するものではなかった。特に
、最近の技術として、インバータにより圧縮機の回転数
を広範囲に可変速制御しようとする場合、省エネルギー
の観点から回転数制御範囲をできるだけ低速域まで拡大
することが望ましいが、低速域、特に容器1と防振ゴム
13の共振点付近では、防振材の防振効果が著しく低下
する。このため、低速域でベースや配管を通じて振動が
伝わり、騒音の発生や長期的には配管の破損、圧縮機の
寿命低下などの諸問題が発生するおそれがあった。
本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、
その目的は、回転機械の回転主軸1回転中において、電
動要素が負荷(吸収)トルクに等しい電磁トルクを発生
できるよう電動要素供給電流を制御することにより残差
トルクをなくシ1回転主軸の回転速度変動、換言すれば
容器の回転方向振動を最小限に迎えることの可能なトル
ク制御式回転機械を提供することにある。密閉型圧縮機
などに代表される回転機械において1回転系に発生する
回転速度変動(これは固定系では回転方向における振動
となる)の原因は、回転主軸の各回転角度における圧縮
要素の負荷(吸収)トルクと電動要素の電磁トルクとに
おいて差が生じることによるものである。
その目的は、回転機械の回転主軸1回転中において、電
動要素が負荷(吸収)トルクに等しい電磁トルクを発生
できるよう電動要素供給電流を制御することにより残差
トルクをなくシ1回転主軸の回転速度変動、換言すれば
容器の回転方向振動を最小限に迎えることの可能なトル
ク制御式回転機械を提供することにある。密閉型圧縮機
などに代表される回転機械において1回転系に発生する
回転速度変動(これは固定系では回転方向における振動
となる)の原因は、回転主軸の各回転角度における圧縮
要素の負荷(吸収)トルクと電動要素の電磁トルクとに
おいて差が生じることによるものである。
第14図は、−例としてロータリ圧縮機における振動の
発生原因について概略的に示したものである。圧縮要素
および電動要素の各々の回転系(回転子14.15と主
軸16)と固定系(固定子17.18と容器19)に対
して、ガス圧縮トルクTGと電磁トルクTMはそれぞれ
図中に示すごとく作用する。なお、図中において時計回
りを正とし、反時計回りを負として示している。
発生原因について概略的に示したものである。圧縮要素
および電動要素の各々の回転系(回転子14.15と主
軸16)と固定系(固定子17.18と容器19)に対
して、ガス圧縮トルクTGと電磁トルクTMはそれぞれ
図中に示すごとく作用する。なお、図中において時計回
りを正とし、反時計回りを負として示している。
このときの回転系および固定系の運動方程式は、および
ぞれ回転系および固定系の慣性トルクであり。
T、−’rMが残差トルクに相当し、Kは圧縮機支持バ
ネのバネ定数、φは回転角であり、回転系の同次に、第
15図は、回転主軸16の回転中に生じるトルク変動に
ついて示したものである。このようにロータリ圧縮機に
おいては、負荷(吸収)トルクが回転角度に応じ大きく
変動するのに対し、電動要素が発生する電磁トルクは相
対的にあまり変動しない。
ネのバネ定数、φは回転角であり、回転系の同次に、第
15図は、回転主軸16の回転中に生じるトルク変動に
ついて示したものである。このようにロータリ圧縮機に
おいては、負荷(吸収)トルクが回転角度に応じ大きく
変動するのに対し、電動要素が発生する電磁トルクは相
対的にあまり変動しない。
ここに(1)式から明らかなように、第15図となるか
ら、回転速度は増大する方向を示し、遊歩傾向を有する
。このように残差トルクTG TMの時間的変動によ
り回転系の回転速度変動が生じるが、(2)式に示すよ
うに、固定系ではこれが加振力として働き、回転方向へ
の回転方向振動となって現われる。
ら、回転速度は増大する方向を示し、遊歩傾向を有する
。このように残差トルクTG TMの時間的変動によ
り回転系の回転速度変動が生じるが、(2)式に示すよ
うに、固定系ではこれが加振力として働き、回転方向へ
の回転方向振動となって現われる。
したがって、もし全ての回転角度においてTM=Taと
なるように電動要素に電磁トルクTMを制なり、同時に
固定系においてもトルク変動による加振力が打ち消され
るため、回転方向振動も起こらない。
なるように電動要素に電磁トルクTMを制なり、同時に
固定系においてもトルク変動による加振力が打ち消され
るため、回転方向振動も起こらない。
本発明は、このような考案しこ鑑みなされたものである
。すなわち、トルク変動による回転主軸の回転速度変動
を何らかの手段により検知し、各回転角度において回転
速度変動をOにするために必要な電動要素への供給電流
値を計算し、次の回転時、すなわち360度進角した時
点で、この計算した電流値に基づいて電流制御を行えば
よい。さらに、圧縮機のガス圧縮トルクの時間的変化は
周期的なものであるので、過去数回転分の回転速度変動
をホールドし、各回転角度毎について平均化処理した電
流制御を行えば、偶然的な変動によるノイズ成分が除去
されて、より信頼度の高い制御が可能になる。
。すなわち、トルク変動による回転主軸の回転速度変動
を何らかの手段により検知し、各回転角度において回転
速度変動をOにするために必要な電動要素への供給電流
値を計算し、次の回転時、すなわち360度進角した時
点で、この計算した電流値に基づいて電流制御を行えば
よい。さらに、圧縮機のガス圧縮トルクの時間的変化は
周期的なものであるので、過去数回転分の回転速度変動
をホールドし、各回転角度毎について平均化処理した電
流制御を行えば、偶然的な変動によるノイズ成分が除去
されて、より信頼度の高い制御が可能になる。
このように、本発明に係るトルク制御式回転機械は、電
動要素と、この電動要素に回転主軸を介して連結され、
電動要素によって回転駆動される負荷要素と、電動要素
の発生する電磁トルクと負荷要素の発生する負荷トルク
との差(残差トルク)をOとするべく電動要素の電磁ト
ルクを制御するトルク制御装置とを備えてなるトルク制
御式回転機械であって、回転主軸の少なくとも過去1回
転における残差トルク情報に基づいて電動要素の電磁ト
ルクを制御するようにしたことを特徴とするものである
。
動要素と、この電動要素に回転主軸を介して連結され、
電動要素によって回転駆動される負荷要素と、電動要素
の発生する電磁トルクと負荷要素の発生する負荷トルク
との差(残差トルク)をOとするべく電動要素の電磁ト
ルクを制御するトルク制御装置とを備えてなるトルク制
御式回転機械であって、回転主軸の少なくとも過去1回
転における残差トルク情報に基づいて電動要素の電磁ト
ルクを制御するようにしたことを特徴とするものである
。
本発明によれば、回転主軸の1回転中の各回転角度位置
において、過去の回転主軸回転時の残差トルクからこれ
をOとするに必要な制御量を算出し、回転主軸の各回転
角度毎に残差トルクをOとするようになっているので、
残差トルクを確実に小さくすることができる。
において、過去の回転主軸回転時の残差トルクからこれ
をOとするに必要な制御量を算出し、回転主軸の各回転
角度毎に残差トルクをOとするようになっているので、
残差トルクを確実に小さくすることができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は電動要素(直流モータ)により駆動される回転
機械の一種であるロータリ圧縮機をインバータ駆動させ
る場合について本発明を適用した例である。ここで、本
実施例に係る圧縮機は、第12図、第13図に示した従
来の圧縮機とその構成がほとんど同じであるため、異な
る部分のみを説明し、同一部は同一の符号を付すことに
より、その説明は省略する。
機械の一種であるロータリ圧縮機をインバータ駆動させ
る場合について本発明を適用した例である。ここで、本
実施例に係る圧縮機は、第12図、第13図に示した従
来の圧縮機とその構成がほとんど同じであるため、異な
る部分のみを説明し、同一部は同一の符号を付すことに
より、その説明は省略する。
第1図において、電動要素20のロータ3と圧縮要素2
1のローラ8とを直結する回転主軸4の一端が延長され
て被回転検出部材である歯車22が固着され、この歯車
22と主軸4とは一体に回転するようになっている。容
器1にはギャップセンサ23が固定されており、歯車2
2の歯列を検知して主軸4の回転速度に応じたパルス信
号を出力するようになっている。
1のローラ8とを直結する回転主軸4の一端が延長され
て被回転検出部材である歯車22が固着され、この歯車
22と主軸4とは一体に回転するようになっている。容
器1にはギャップセンサ23が固定されており、歯車2
2の歯列を検知して主軸4の回転速度に応じたパルス信
号を出力するようになっている。
第2図は、ギャップセンサ23より検出された信号を示
している。ここで、検出信号24の中心出力レベルを示
す基準線25を考え、信号がこの基準線25を横切った
のち、再びこの基準線25を横切るまでの時間tと歯車
22の歯数mより主軸4の各時点における回転速度が得
られる。第3図はこの第2図に示す回転速度信号に対応
する主軸4の回転速度26の変動状態を示したもので、
主軸4の平均回転速度(設定速度)27に対してA領域
は進み、B領域は遅れをそれぞれ示している。
している。ここで、検出信号24の中心出力レベルを示
す基準線25を考え、信号がこの基準線25を横切った
のち、再びこの基準線25を横切るまでの時間tと歯車
22の歯数mより主軸4の各時点における回転速度が得
られる。第3図はこの第2図に示す回転速度信号に対応
する主軸4の回転速度26の変動状態を示したもので、
主軸4の平均回転速度(設定速度)27に対してA領域
は進み、B領域は遅れをそれぞれ示している。
センサ23は、第4図に示すように、制御回路28に送
られ、この制御回路28によって電動要素20の電磁ト
ルクを制御するようになっている。
られ、この制御回路28によって電動要素20の電磁ト
ルクを制御するようになっている。
すなわち、ギャップセンサ23で得た検出信号24は、
波形整形プリアンプ29により回転速度変動に関するデ
ジタル信号に変換され、インタフェイス30を介してC
PU31に送られる。ここで。
波形整形プリアンプ29により回転速度変動に関するデ
ジタル信号に変換され、インタフェイス30を介してC
PU31に送られる。ここで。
時々刻々の速度変動量から1回転後の回転速度変動を0
にするために必要な圧縮機の電動要素20に与える電流
値を演算し、RAM32にそのデータが必要になる時点
まで記憶させておく0次に、RAM32に書き込まれた
データはCPU31に読み出され、制御部34に送られ
てペースドライバ35を駆動するチョッパ信号を形成す
る。同時にCPU31は、各回転角度において所要の電
流値をインバータ36が発生するようインタフェイス3
0を介してペースドライバ35にタイミング信号を送る
。そして、ペースドライバ35によって駆動されるイン
バータ36は、主軸4の回転速度変動が各回転角度にお
いてOになるように電動要素に与えられる電流量を増減
させて制御を行う。
にするために必要な圧縮機の電動要素20に与える電流
値を演算し、RAM32にそのデータが必要になる時点
まで記憶させておく0次に、RAM32に書き込まれた
データはCPU31に読み出され、制御部34に送られ
てペースドライバ35を駆動するチョッパ信号を形成す
る。同時にCPU31は、各回転角度において所要の電
流値をインバータ36が発生するようインタフェイス3
0を介してペースドライバ35にタイミング信号を送る
。そして、ペースドライバ35によって駆動されるイン
バータ36は、主軸4の回転速度変動が各回転角度にお
いてOになるように電動要素に与えられる電流量を増減
させて制御を行う。
そして、主軸4の回転速度が常にある一定の許容値以下
の変動に納まるよう、絶えず制御し続ける。
の変動に納まるよう、絶えず制御し続ける。
また、これら一連の制御ループは、ROM33に書き込
まれている。
まれている。
この制御回路28の制御フローを第5図に従って詳細に
説明する。
説明する。
まず、ステップ110において、ある時点に2における
主軸4の1回転をN区間に分割し、各分割区間(1〜N
)における各区間速度υXを検出する。これは先ず、ギ
ャップセンサ23によって検出された回転パルスを波形
整形プリアンプ29によって波形整形し−、マイコンに
内蔵されているタイマによってパルス幅tiを算出し、
各区間(x=1〜N)における回転速度υXを算出する
ようになっている。
主軸4の1回転をN区間に分割し、各分割区間(1〜N
)における各区間速度υXを検出する。これは先ず、ギ
ャップセンサ23によって検出された回転パルスを波形
整形プリアンプ29によって波形整形し−、マイコンに
内蔵されているタイマによってパルス幅tiを算出し、
各区間(x=1〜N)における回転速度υXを算出する
ようになっている。
次に、ステップ120において、ステップ110からの
検出速度とCPU31からの指令速度との速度偏差を算
出し、ステップ130に移る。ステップ130では、検
出速度υXと指令速度Vxとの大小関係を判別する。ス
テップ130において、検出速度υX〈指令速度Vxの
場合には、すなわち偏差速度Δυx(=υx Vx)
(Qの場合はステップ140に移り、ステップ140
においてこの偏差速度ΔυXを0とするに必要な電流値
の電動要素の付加分ΔIxを算出し、ステップ150に
移る。ステップ130において検出速度υX〉指令速度
Vxの場合、すなわち偏差速度ΔυX>Oの場合はステ
ップ142に移り、このステップ142において偏差速
度ΔυXを0とするに必要な電流値の電動要素への減少
分(△Ix)を算出し、ステップ150に移る。ステッ
プ130においてυx=Vxの場合、すなわち偏差速度
Δυx=Oのときは、すぐさまステップJ、 50に移
る。次にステップ150において、X≧N、すなわちN
分割された各区間(1〜N)の全てについての速度偏差
が出されているか否かを判別し、X<Nの場合にはステ
ップ160に移って、ステップ150で算出されている
区間における速度偏差ΔυXに基づく電流値の変動分を
RAM32に記憶させることともに、X−)X+1とし
てステップ110の回転パルス検出段階へ戻り、再び同
じフローを繰り返す。
検出速度とCPU31からの指令速度との速度偏差を算
出し、ステップ130に移る。ステップ130では、検
出速度υXと指令速度Vxとの大小関係を判別する。ス
テップ130において、検出速度υX〈指令速度Vxの
場合には、すなわち偏差速度Δυx(=υx Vx)
(Qの場合はステップ140に移り、ステップ140
においてこの偏差速度ΔυXを0とするに必要な電流値
の電動要素の付加分ΔIxを算出し、ステップ150に
移る。ステップ130において検出速度υX〉指令速度
Vxの場合、すなわち偏差速度ΔυX>Oの場合はステ
ップ142に移り、このステップ142において偏差速
度ΔυXを0とするに必要な電流値の電動要素への減少
分(△Ix)を算出し、ステップ150に移る。ステッ
プ130においてυx=Vxの場合、すなわち偏差速度
Δυx=Oのときは、すぐさまステップJ、 50に移
る。次にステップ150において、X≧N、すなわちN
分割された各区間(1〜N)の全てについての速度偏差
が出されているか否かを判別し、X<Nの場合にはステ
ップ160に移って、ステップ150で算出されている
区間における速度偏差ΔυXに基づく電流値の変動分を
RAM32に記憶させることともに、X−)X+1とし
てステップ110の回転パルス検出段階へ戻り、再び同
じフローを繰り返す。
一方、ステップ150において、X≧Nのときはステッ
プ170に移る。このステップ170では、ステップ1
60においてRAM32に記憶されている各区間X(1
〜N)における情報が送られるようになっており、主軸
4の1回転分(N分割された全区間)の制御パターンを
形成し、ステップ180に移って制御部34をしてペー
スドライバ35を駆動させ、これによって電動要素2゜
の電磁トルクを制御するようになっている。ステツブ1
80では、ドライバ駆動用の制御信号を出力するととも
に、k−+に+1としてステップ110に戻り、同様の
フローが行なわれる。
プ170に移る。このステップ170では、ステップ1
60においてRAM32に記憶されている各区間X(1
〜N)における情報が送られるようになっており、主軸
4の1回転分(N分割された全区間)の制御パターンを
形成し、ステップ180に移って制御部34をしてペー
スドライバ35を駆動させ、これによって電動要素2゜
の電磁トルクを制御するようになっている。ステツブ1
80では、ドライバ駆動用の制御信号を出力するととも
に、k−+に+1としてステップ110に戻り、同様の
フローが行なわれる。
第5図は、現在より1回転前の情報を使用して電動要素
の電流量を演算して制御するようになっているが、制御
を行なう際の回転速度変動情報として、第6図に示すよ
うに、現在より数回転前までの情報をストックし、統計
処理した上でその統計量より電流量を決定する方法が考
えられる。この第6図に示す制御フローでは、前記第5
図に示す制御フローに比べてステップ170からステッ
プ180に至るまでの制御フローが異なり、その他の部
分については第5図に示す制御フローと同様であるため
、この異なる部分のみの制御フローを第6図に従って説
明する。第6図において、ステップ170においてky
7回転のパターンが形成されると、このパターンがRA
M32に記憶される。次にステップ171に移って、y
がmより大きいか小さいかが判別される。y<mの場合
には、k+に+1として、k+1回転時のパターンを形
成すべく、もとのステップ110に戻る。ステップ17
1において72mの場合には、制御部34をしてペース
ドライバ35駆動信号を出力するようになっている。ま
た、ステップ170において形成された制御パターンは
、ステップ172に示すように、C:PU31において
合成されるようになっており、この合成された制御パタ
ーンはRAM32に記憶される。そしてRAM32記憶
されている合成制御パターンは常に制御部34に出力さ
れており、ステップ171を経て制御部34に起動信号
が出力されて制御部34が起動されることにより、この
合成制御パターンに基づいてペースドライバ35が駆動
されるようになっている。
の電流量を演算して制御するようになっているが、制御
を行なう際の回転速度変動情報として、第6図に示すよ
うに、現在より数回転前までの情報をストックし、統計
処理した上でその統計量より電流量を決定する方法が考
えられる。この第6図に示す制御フローでは、前記第5
図に示す制御フローに比べてステップ170からステッ
プ180に至るまでの制御フローが異なり、その他の部
分については第5図に示す制御フローと同様であるため
、この異なる部分のみの制御フローを第6図に従って説
明する。第6図において、ステップ170においてky
7回転のパターンが形成されると、このパターンがRA
M32に記憶される。次にステップ171に移って、y
がmより大きいか小さいかが判別される。y<mの場合
には、k+に+1として、k+1回転時のパターンを形
成すべく、もとのステップ110に戻る。ステップ17
1において72mの場合には、制御部34をしてペース
ドライバ35駆動信号を出力するようになっている。ま
た、ステップ170において形成された制御パターンは
、ステップ172に示すように、C:PU31において
合成されるようになっており、この合成された制御パタ
ーンはRAM32に記憶される。そしてRAM32記憶
されている合成制御パターンは常に制御部34に出力さ
れており、ステップ171を経て制御部34に起動信号
が出力されて制御部34が起動されることにより、この
合成制御パターンに基づいてペースドライバ35が駆動
されるようになっている。
この平均化処理による方法では、主軸の回転速度変動は
周期的であることから、偶然的な変動によるノイズ成分
が現われたとしても、これを除去することができるので
、信頼性の高い制御を行うことが可能である。
周期的であることから、偶然的な変動によるノイズ成分
が現われたとしても、これを除去することができるので
、信頼性の高い制御を行うことが可能である。
また、ステップ172に示す合成パターン形成のための
統計処理の方法としては、過去数回転前まで(m回転分
)の回転速度変動をN分割された各回転角度毎に単純平
均した平均値を用いる方法がまず考えられるが、この場
合高周波のノイズ成分を除去するため、ローパスフィル
タにより平滑化処理を行うことが有効である。
統計処理の方法としては、過去数回転前まで(m回転分
)の回転速度変動をN分割された各回転角度毎に単純平
均した平均値を用いる方法がまず考えられるが、この場
合高周波のノイズ成分を除去するため、ローパスフィル
タにより平滑化処理を行うことが有効である。
なお、第5図に示すステップ170において、N分割さ
れた各区間におけるΔυXより1回転分の電流パターン
を形成するようになっているが、外部的な要囲による一
時的で過大な変動量を拾うおそれがあるため、第7図に
示されるように、しきい値Ix*を設けて、このしきい
値IX*より大きな変動量は無視して平均化処理を行い
、外乱による影響をできるだけ少なくするようにするこ
とも有効である。これはステップ170においてに回転
時の電流パターンを形成したのち、ステップ 。
れた各区間におけるΔυXより1回転分の電流パターン
を形成するようになっているが、外部的な要囲による一
時的で過大な変動量を拾うおそれがあるため、第7図に
示されるように、しきい値Ix*を設けて、このしきい
値IX*より大きな変動量は無視して平均化処理を行い
、外乱による影響をできるだけ少なくするようにするこ
とも有効である。これはステップ170においてに回転
時の電流パターンを形成したのち、ステップ 。
175に移り、このステップ175においてIx>Ix
*を判別し、YESならIx=Ix傘として電流パター
ンを修正し、この修正した電流パターンに基づき制御部
34を起動する。一方、ステップ175においてIx≦
Ix傘なら、そのままの電流パターンに基づいて制御部
34を起動するというものである。しきい値Ix串の設
定の仕方には、予め行った実験に基づいて設定しておく
場合と、I X−8とIx+□とに基づいてその都度算
出する場合との二通りがある。
*を判別し、YESならIx=Ix傘として電流パター
ンを修正し、この修正した電流パターンに基づき制御部
34を起動する。一方、ステップ175においてIx≦
Ix傘なら、そのままの電流パターンに基づいて制御部
34を起動するというものである。しきい値Ix串の設
定の仕方には、予め行った実験に基づいて設定しておく
場合と、I X−8とIx+□とに基づいてその都度算
出する場合との二通りがある。
また、第6図に示すステップ172の統計処理の他の方
法としては、第8図に示すような移動平均モデル法を用
いることも有効な方法である。これは時系列的に与えら
れる回転速度変動データ(入力データ)に対し、重みづ
け移動平均をとることによって得られる。これを(3)
式で示すと、k番目の入力データ時系列xk(時間幅T
)、出力データ(統計量)yk、係数パラメータakと
して となり、このような統計処理は第9図で示されるような
線型の非巡回型デジタルフィルタを使用することにより
得られる。これは、入力信号xkに対し加算器49、乗
算器47、単位遅延素子48の3種類の要素で構成され
る。
法としては、第8図に示すような移動平均モデル法を用
いることも有効な方法である。これは時系列的に与えら
れる回転速度変動データ(入力データ)に対し、重みづ
け移動平均をとることによって得られる。これを(3)
式で示すと、k番目の入力データ時系列xk(時間幅T
)、出力データ(統計量)yk、係数パラメータakと
して となり、このような統計処理は第9図で示されるような
線型の非巡回型デジタルフィルタを使用することにより
得られる。これは、入力信号xkに対し加算器49、乗
算器47、単位遅延素子48の3種類の要素で構成され
る。
第8図について説明すると、ステップ170によって形
成された制御パターンを、過去の情報のうち直前の情報
にウェートをおくようにステップ175で重みづけを行
って修正するようにし、この修正した制御パターンをス
テップ176で合成し、これに基づいて制御部34を起
動するようになっているゆ また、回転系のトルク変動を把握する方法としては、回
転速度変動情報を用いる以外に有効な方法がないことが
注目すべき事実として挙げられるが、検出手段として上
述したギャップセンサ23による回転パルスを参照する
以外に、圧縮機内部にセンサを必要としないセンサレス
方式として次のようなものがある。すなわち、直流電動
機の各導線に電流を通せば、フレミングの法則により電
流の向きと反対に逆起電力が誘起され、その大きさは電
動機の回転数の大きさに比例する。このことから、回転
速度変動によって生じる逆起電力の変化による電流変化
を検出することにより、回転速度変動情報を得ることも
可能である。
成された制御パターンを、過去の情報のうち直前の情報
にウェートをおくようにステップ175で重みづけを行
って修正するようにし、この修正した制御パターンをス
テップ176で合成し、これに基づいて制御部34を起
動するようになっているゆ また、回転系のトルク変動を把握する方法としては、回
転速度変動情報を用いる以外に有効な方法がないことが
注目すべき事実として挙げられるが、検出手段として上
述したギャップセンサ23による回転パルスを参照する
以外に、圧縮機内部にセンサを必要としないセンサレス
方式として次のようなものがある。すなわち、直流電動
機の各導線に電流を通せば、フレミングの法則により電
流の向きと反対に逆起電力が誘起され、その大きさは電
動機の回転数の大きさに比例する。このことから、回転
速度変動によって生じる逆起電力の変化による電流変化
を検出することにより、回転速度変動情報を得ることも
可能である。
第10図は、電動要素としてブラシレス直流電動機を用
いた場合のトルク制御装置の全体構成を示すものである
。
いた場合のトルク制御装置の全体構成を示すものである
。
第10図において、交流電源5oから整流回路51およ
び平滑コンデンサ52より直流電圧Edを得てインバー
タ62に供給するものである。
び平滑コンデンサ52より直流電圧Edを得てインバー
タ62に供給するものである。
このインバータ62は、トランジスタTR工〜TRGと
還流ダイオードD1〜D、とから構成された120°通
電形インバータであり、その交流出力電圧は直流電圧E
dの正電位側トランジスタTR工〜TR,の120°の
通流期間がパルス幅変調を受けてチョッパ動作すること
により制御されるものとしている。
還流ダイオードD1〜D、とから構成された120°通
電形インバータであり、その交流出力電圧は直流電圧E
dの正電位側トランジスタTR工〜TR,の120°の
通流期間がパルス幅変調を受けてチョッパ動作すること
により制御されるものとしている。
また、トランジスタTR4〜TR,の共通エミッタ端子
と還流ダイオードD4〜D、の共通アノード端子間に低
抵抗R1が接続されているものである。
と還流ダイオードD4〜D、の共通アノード端子間に低
抵抗R1が接続されているものである。
符号70は、圧縮機部であり、ブラシレス直流電電機に
係る2極の永久磁石を界磁として同期電動機7o−1と
、その負荷の圧縮要素70−2とよりなるものである。
係る2極の永久磁石を界磁として同期電動機7o−1と
、その負荷の圧縮要素70−2とよりなるものである。
同期電動機70−1の電機子巻線に流れる巻線電流は、
前記の低抵抗R□にも流れ、この低抵抗R1の電圧降下
として、巻線電流ILが検出できるものである。
前記の低抵抗R□にも流れ、この低抵抗R1の電圧降下
として、巻線電流ILが検出できるものである。
同期電動1fi70−1の出力トルクを制御するように
した制御回路は、マイクロコンピュータ53゜同期電動
機70−1の回転子の磁極位置を検出する回転子位置検
出回路に係る磁極位置検出回路54、同期電動機70−
1のトルクを制御する。トルク制御部80およびトラン
ジスタTR工〜TR,に対するペースドライバ55、お
よびマイクロコンピュータ53に目標回転速度を指令す
るための速度指令回路56および回転主軸の回転速度変
動を検出するための電磁ピックアップ72および波形整
形回路74より構成されているものである。
した制御回路は、マイクロコンピュータ53゜同期電動
機70−1の回転子の磁極位置を検出する回転子位置検
出回路に係る磁極位置検出回路54、同期電動機70−
1のトルクを制御する。トルク制御部80およびトラン
ジスタTR工〜TR,に対するペースドライバ55、お
よびマイクロコンピュータ53に目標回転速度を指令す
るための速度指令回路56および回転主軸の回転速度変
動を検出するための電磁ピックアップ72および波形整
形回路74より構成されているものである。
前記磁極位置検出回路54は、特開昭52−80415
号公報で開示されているように、同期電動機7゜−1の
電機子巻線端子電圧vA〜■cよリフィルタ回路を用い
て回転子位置に対応した位置検出信号6Sを形成する回
路である。
号公報で開示されているように、同期電動機7゜−1の
電機子巻線端子電圧vA〜■cよリフィルタ回路を用い
て回転子位置に対応した位置検出信号6Sを形成する回
路である。
また、前記のマイクロコンピュータ53は、CPU53
a、ROM53b、RAM53c、インタフェイス53
dなどから構成され、それぞれアドレスバス、データバ
スおよびコントロールバス(いずれも図示せず)によっ
て接続される。そして、ROM53bにはブラシレス直
流電動機に係る同期電動機70−1を1回回転前または
統計処理したデータに基づいて駆動させるために必要な
制御プログラムが記憶されている。
a、ROM53b、RAM53c、インタフェイス53
dなどから構成され、それぞれアドレスバス、データバ
スおよびコントロールバス(いずれも図示せず)によっ
て接続される。そして、ROM53bにはブラシレス直
流電動機に係る同期電動機70−1を1回回転前または
統計処理したデータに基づいて駆動させるために必要な
制御プログラムが記憶されている。
一方、RA M 53 cは、圧縮機の主軸1回転をN
区間に分割したときの各区間での偏差速度の過去1回転
分のデータ、または過去何回転かにわたって統計処理し
たデータが書き込めるようになっている。
区間に分割したときの各区間での偏差速度の過去1回転
分のデータ、または過去何回転かにわたって統計処理し
たデータが書き込めるようになっている。
トルク制御部80は、前記速度変動情報により作成され
た1回転分の電流パターンまたは複数回転分の平均化処
理された電流パターンを用いて巻線電流を制御するもの
である。
た1回転分の電流パターンまたは複数回転分の平均化処
理された電流パターンを用いて巻線電流を制御するもの
である。
すなわち、ブラシレス直流電動機では、電機子巻線に流
れる巻線電流は、その電動機の出力トルクに対応し、巻
線電流を制御することにより出力トルクの制御が可能と
なるものである。
れる巻線電流は、その電動機の出力トルクに対応し、巻
線電流を制御することにより出力トルクの制御が可能と
なるものである。
第11図は、前述のトルク制御部80の詳細を示したも
ので、電流指令回路としてのD/A変換器5ob=電流
検出回路としての増幅器80c、ヒステリシス特性を有
した比較回路としてのコンパレータ80dから構成され
るものである。。
ので、電流指令回路としてのD/A変換器5ob=電流
検出回路としての増幅器80c、ヒステリシス特性を有
した比較回路としてのコンパレータ80dから構成され
るものである。。
マイクロコンピュータ53のRAM53cから読み出さ
れた8ビツトの偏差速度データSoは。
れた8ビツトの偏差速度データSoは。
前記D/A変換器80bによってアナログ変換され、図
示の電流指令値80aとなるものである。
示の電流指令値80aとなるものである。
そして、低抵抗R□の電圧降下として得られる巻線電流
ILは、増幅器80cによって増幅されて電流検出値V
ILとなり、コンパレータ80dにより上記の電流指令
値80aと比較され、前記コンパレータ80dの出力と
して、チョッパ信号S工が形成され、インバータ62を
構成するトランジスタTR1〜TR3をスイッチングす
るものである。
ILは、増幅器80cによって増幅されて電流検出値V
ILとなり、コンパレータ80dにより上記の電流指令
値80aと比較され、前記コンパレータ80dの出力と
して、チョッパ信号S工が形成され、インバータ62を
構成するトランジスタTR1〜TR3をスイッチングす
るものである。
以上、電動要素をインバータ駆動させて密閉型回転圧縮
機を運転する場合にトルク制御を行う方法について説明
したが、本発明の性質上、これに限定されるものでなく
、電動要素によって駆動され、負荷吸収トルクが周期的
に変動する回転機械全般に対し有効な手段となり得るも
のである。
機を運転する場合にトルク制御を行う方法について説明
したが、本発明の性質上、これに限定されるものでなく
、電動要素によって駆動され、負荷吸収トルクが周期的
に変動する回転機械全般に対し有効な手段となり得るも
のである。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電動
要素により駆動され、周期的な負荷トルク変動を有する
全ての回転機械に対し、回転系における回転速度変動の
大幅な減少、換言すれば固定系における容器全体の回転
振動の大幅な低減が達成され、特に共振点付近あるいは
それ以下での振動のない低速運転が可能となる。また、
回転機械の振動の低減が可能となるので、防振構造の大
幅な簡略化を実現することができる。そのため、回転機
械の広範囲の可変速運転による省電力化や回転機械が組
み込まれているシステム全体の小型化にも貢献できると
いう効果がある。
要素により駆動され、周期的な負荷トルク変動を有する
全ての回転機械に対し、回転系における回転速度変動の
大幅な減少、換言すれば固定系における容器全体の回転
振動の大幅な低減が達成され、特に共振点付近あるいは
それ以下での振動のない低速運転が可能となる。また、
回転機械の振動の低減が可能となるので、防振構造の大
幅な簡略化を実現することができる。そのため、回転機
械の広範囲の可変速運転による省電力化や回転機械が組
み込まれているシステム全体の小型化にも貢献できると
いう効果がある。
第1図は本発明の一実施例である圧縮機の縦断面図、第
2図は回転主軸の速度検出信号を示す図、第3図は第2
図に示す検出信号に対応する回転速度変動量を示す図、
第4図はトルク制御装置の概要図、第5図はその制御フ
ローを示す図、第6図はトルク制御装置の他の制御フロ
ーを示す図、第7図および第8図はさらに他のトルク制
御装置の制御フローを示す図、第9図は統計処理のため
のデジタルフィルタの回路図、第10図はブラシレス直
流電動機に本発明を適用したトルク制御装置の全体構成
図、第11図は第10図に示すトルク制御部の回路図、
第12図は従来の密閉型回転機械の縦断面図、第13図
は第12図の示すA−A断面図、第14図は回転機械に
生ずるトルクを示す図、第15図は回転主軸1回転中の
トルク変動を示す図である。 3・・・ロータ 12・・・圧縮室20・・
・圧縮要素 21・・・電動要素28・・・マ
イクロコンピュータ 30・・・インタフェイス 31・・・CPU32・
・・RAM 33 ・・ROM3
4・・・制御部 35・・・ペースドライバ
62・・・インバータ 70・・・圧縮機部70
−1・・・同期電動機 70−2・・・圧縮要素7
2・・・電磁ピックアップ 80・・・トルク制御部4
2・・・インバータ 53・・・マイクロコンピュータ 53a−CP U 53b・−ROM53
c・・・RA M 53d・・・インタフ
ェイス55・・・ペースドライバ
2図は回転主軸の速度検出信号を示す図、第3図は第2
図に示す検出信号に対応する回転速度変動量を示す図、
第4図はトルク制御装置の概要図、第5図はその制御フ
ローを示す図、第6図はトルク制御装置の他の制御フロ
ーを示す図、第7図および第8図はさらに他のトルク制
御装置の制御フローを示す図、第9図は統計処理のため
のデジタルフィルタの回路図、第10図はブラシレス直
流電動機に本発明を適用したトルク制御装置の全体構成
図、第11図は第10図に示すトルク制御部の回路図、
第12図は従来の密閉型回転機械の縦断面図、第13図
は第12図の示すA−A断面図、第14図は回転機械に
生ずるトルクを示す図、第15図は回転主軸1回転中の
トルク変動を示す図である。 3・・・ロータ 12・・・圧縮室20・・
・圧縮要素 21・・・電動要素28・・・マ
イクロコンピュータ 30・・・インタフェイス 31・・・CPU32・
・・RAM 33 ・・ROM3
4・・・制御部 35・・・ペースドライバ
62・・・インバータ 70・・・圧縮機部70
−1・・・同期電動機 70−2・・・圧縮要素7
2・・・電磁ピックアップ 80・・・トルク制御部4
2・・・インバータ 53・・・マイクロコンピュータ 53a−CP U 53b・−ROM53
c・・・RA M 53d・・・インタフ
ェイス55・・・ペースドライバ
Claims (4)
- (1)電動要素と、この電動要素に回転主軸を介して連
結され、電動要素によって駆動される負荷要素と、電動
要素の発生する電磁トルクと負荷要素の発生する負荷(
吸収)トルクとの差(残差トルク)を0とするべく電動
要素の電磁トルクを制御するトルク制御装置と、を備え
てなるトルク制御式回転機械であって、前記トルク制御
装置は、回転主軸の少なくとも過去1回転における残差
トルク情報に基づいて電動要素の電磁トルクを制御する
ようにしたことを特徴とするトルク制御式回転機械。 - (2)前記トルク制御装置は、回転主軸の1回転前にお
ける残差トルク情報に基づいて、電動要素の電磁トルク
を制御するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のトルク制御式回転機械。 - (3)前記トルク制御装置は、回転主軸の過去複数回転
の平均残差トルク情報に基づいて電動要素の電磁トルク
を制御するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のトルク制御式回転機械。 - (4)前記トルク制御装置は、回転主軸の回転速度変動
を検出する回転速度変動検出器と、この回転速度変動検
出器により得られた回転主軸の回転速度変動から電動要
素の電磁トルク制御量を算出する演算部と、この演算部
で算出された制御量情報を記憶しておく記憶部と、この
記憶部に記憶されている制御量情報を必要に応じて取り
出し、電動要素に出力する出力制御部とからなることを
特徴とする特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに
記載のトルク制御式回転機械。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223181A JPH0742939B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | トルク制御式圧縮機 |
| US06/915,383 US4736143A (en) | 1985-10-07 | 1986-10-06 | Torque control apparatus for rotary machine |
| EP86307685A EP0219290B1 (en) | 1985-10-07 | 1986-10-06 | Torque control apparatus for rotary machine |
| DE8686307685T DE3684658D1 (de) | 1985-10-07 | 1986-10-06 | Drehmomentregelvorrichtung fuer eine drehende maschine. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223181A JPH0742939B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | トルク制御式圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6283530A true JPS6283530A (ja) | 1987-04-17 |
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