JPS63147986A - 回転圧縮機の振動低減装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ローリングピストン形圧縮機等の回転圧縮機
における振動を低減するための振動低減装置に関し、特
に回転圧縮機のロ荷］−ルク変動に起因する振動の低減
対策に関する。

（従来の技術） 一般に、回転圧縮機においては、その初バランスがほぼ
完全にとれるために、その振動は負荷］〜ルク変動に起
因するところが大である。つまり、回転圧縮機の回転部
分が負荷トルク変動ににり回動変動し、この回転変動の
反力で圧縮機がねじれ振動を引き起すのである。したが
って、回転圧縮機のタイプが決まり、負荷トルク変動パ
ターンが決まると、それに応じＣは（：ｃ一定のねじれ
振動を生じることになる。

そして、従来、このような負荷トルク変動に起因する振
動を低減するための対策として、例えば特開昭５９−５
０２４４号公報に開示されるように圧縮機容器に動吸振
器を付設して、該動吸振器の１次の固有振動数を圧縮機
の回転周波数又は電源周波数とほぼ一致させることによ
り、負荷トルク変動に起因して生じる振動を吸＠づるに
うにしたものは知られている。また、回転圧縮機の回転
部分の慣性モーメントを大きくして該回転部分の回転変
動を小さく抑えたりすることにより、負荷トルク変動に
起因Ｊる振動を低減づることも公知である。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、」上記従来の技術はいずれ５１負荷トルク変
動に起因する振動に対しては夫本的な対策ではなく、そ
のため振動低減に自ずと限麿があり、振動低減を有効に
図り１りないという問題がある。

そこで、本発明者は上記の負荷トルク変動に起因する振
動について究明すべく、回転圧縮機の回転部分の運動に
ついて検討した。この回転部分は、第３図に示すように
、シリンダ（１）内にロータリピストン（２）がシリン
グ中心（０１）より偏心（０２）して設けられ、該ロー
クリピストン（２）に圧接してブレード（３）がシリン
グ（１）内に１没自在に設けられ、シリンダ（１）内に
吸入室（４ａ）と［［縮空（４ｂ）とが梠成されている
。そして、上記ロータリピストン（２〉は電動機によっ
て回転駆動し、吸入室（４ａ）にガスが吸入口（５ａ）
より流入する一方、圧縮室（４ｂ）でガスは圧縮されて
吐出口（５ｂ）Ｊ：り吐出弁（６）を介して流入するこ
とになる。従って、電動機にかかる負荷トルク（ＴＬ、
）は圧縮室（４ｂ）と吸入室（４ａ）との圧力差、によ
って変動し、第４図に示１ように山形となる。一方、電
動機は、通常一定の振幅および周波数の電源が供給され
るので、発生トルク（ＴＭ　＞は第４図破線で示すよう
にほぼ一定の大きさとなる。よって、電動機は、一回転
中で極性が正負に変化するので、上述した負荷トルク（
ＴＬ　）と発生トルク（ＴＭ＞との差により一回転中で
加速、減速を行うことになり、回転数変動が生じ、シリ
ング（１）の周方向に加振力が生起して定常振動の要因
となる。この回転運動を式で表わづと次のようになる。

ＩＯ・　（ｄ２　　θ／ｄｔ’）＝Ｔ閂−ＴＬ　　　　
・・・（＋）ここで、ＩＯ；圧縮機の回転部分の慣性モ
ーメント θ；回転部分の回転角 Ｔ　Ｍ　ｌモータの発生トルク ′［Ｌ；圧縮はの負荷トルク 上記（１）式において、圧Ｉｉ１機の負荷トルク（Ｔし
）の変動を前提にでるとき、その右辺の１ｌＴＩを小さ
くして回転部分の回転変動を小さくするためにはモータ
発生トルク（ＴＭ　）を１１荷トルク（ＴＬ　）の変動
に応じて変動さＵればよいことが判る。

このことから、本発明の目的は、インバータにより制御
される電動機を備えた回転圧縮機において、電動機の回
転により変動する負荷トルクヤ）ねじれ振動等を検出し
てフィードバックし、電動はの発生トルクを負荷トルク
に対応させ、負荷１−ルク変紡に起因する振動を根本的
かつＴ４幼に低減させることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明が講じた手段は、
第１図に示１ように、回転圧縮機〈１１〉に設けられた
電動１（１２）と、該電動機〈１２）を駆動制御Ｊるイ
ンバータ（１３）とを漏えたものを前提としている。そ
して、前記電Ｕｒ機（１２）の回転によって変動りる変
動値を検出する変動検出手段（１６）が設けられている
。更に、該変動検出手段（１６）の出力信号を受けて上
記変動値に対応して１ｙ１記電＃、１１　（１２）を駆
動するよ・）に前記インバータ（１３）を制御する１１
６１１手段（１９）が設けられて成り、前記電動機（１
２）に負荷トルクに応じた発生トルクを生じさせるよう
にしだらのである。

（作用） 上記構成により、本発明では、回転圧縮１１（１１）の
電動ｅｌ！　（１２）がインバータ（１３）によって駆
動制御されている。そして、該電＃Ｊ機（１２）の回転
によって変！ｌＪする変動値、例えば負荷トルクやねじ
れ振動が変動検出手段（１６）で検出されている。該変
動検出手段（１６）の検出信号に塁づいて制御手段（１
９）が前記電動機（１２）の発生トルクが負荷トルク等
に対応するようにインバータ（１３）をフィードバック
１ｌＩＩＩ御し、電Ｆ！］機（１２）の印加電圧の位相
等を変化させている。これにより、前記電動ａ（１２）
の発生トルクが負荷トルクに対応し、負荷トルク変動に
起因する振動が根本的にかつ有効に低減されることにな
る。更に、この振動低減に伴って騒音低減が図られ、各
種ガス配管等の設計がｌｉ！ｉ素化され、しかし、防振
対策が不要となり、機械系の信頼性が向上することにな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明づる。

第２図に示づように、（１１）はロータリビス１−ン形
几縮機Ｃあり、回転部分は第３図に示す構造に成ってお
り、その概略は既述しているので省略づる。、（１°２
）は該圧縮機（１１）に内蔵されロータリビス１−ン（
２）を駆動する誘導雷！Ｊ１機、（１３）は後述するフ
ィードバック信号により出ノＪ電圧等を変化させ、該出
ノｊ電圧等を電動機（１２）の印加電圧等とするインバ
ータであって、電動１（１２＞に接続されると共に、図
示しないが、電動１（１２）の電源となる交流電源に接
続されている。

一方、（１４）は上記電動１１１（１２）の回転位置を
検出する回転位置センサで、例えば、エンコーダなどに
よって上記電ｆＪＩ機（１２）の−回転中に複数個の位
置信号を得て第３図に示づシリンダ（１）に対する【］
−タクリストン（２）の位置を検出している。（１５）
は−り記回転位置センサ（１４）の位置信号を受けて上
記電動機〈１２）のｆｉｖ３トルク（Ｔし）を演算する
負荷（〜ルク演忰回路で、この負荷トルク（ＴＬ）は第
４図実線で示Ｊように電動機（１２）の回転によって変
！ＦＩＪする変動値であって、前記吸入室（４ａ）と圧
縮室（４ｂ）との圧力差により生じ、この圧力差は」１
記回転位置センサ（１４）の位置信号でロークリビス１
〜ン（２）の位置が検出されることによって定まるので
、上記回転位置センサ（１４）の位置信号により第４図
に示す負荷トルク（ＴＬ）を算出している。そして、上
記回転位置センサ（１４）ど負荷トルク演粋手段〈１５
）で変動検出手段（１６）が構成されている。

また、〈１７）は」−記負荷１−ルク演忰回路（１５）
の出力信号を受けて上記電動機（１２）の制御ｌｌ吊を
演算する利口１１吊演筒回路で、上記電動機〈１２）の
発生トルク（ＴＭ）が負？１４１−ルク（ＴＬ）に対応
づるように該電動８！（１２°）の印加電圧の振幅等を
上記負荷トルク（下し）に基づいて算出しており、この
制御！１ｌｆｆｉは印加電圧の振幅の他、印加電圧の周
波数や位相、又は電源周波数などであってもよい。（１
８）は上記制御ａ墳演粋回路（１７）の出力信号を受け
で前記インバータ（１３）にフィードバック信号を出力
するＰＷＭ信号発生器で、上記制御量演算回路（１７）
が算出した振幅や周波数の電圧等を前記電！ｌＪ機（１
２）に印加するように前記インバータ（１３）にＰ　Ｗ
　Ｍ信号（パルス幅変調信号）゛を出力して該インバー
タ（１３）を制御している。イして、上記制御２１１　
霞演惇回路〈１７）及びＰＷＭ信号発生器（１８）で前
記インバータ（１３）の制御１段（１９）が構成されて
いる。また、前記負荷トルク演鋒回路（１５）及び制御
吊演れ１回路（１７）はｃｐｕやメモリ等より成るマ・
ｒクロコンビコークで構成されている。

次に、上記電動４ｊｌ　（１２）の制ｉＩｌ動作につい
て説明する。

先ず、電動機〈２）に図示しない電源より通電すると、
該電！ＩＪｌｉ（１２）は駆動し、ロータリピストン〈
２〉も回転１゛る。イしで、電動（幾（１２）は［１−
タリビス！−ン（２）より負荷トルク（ＴＬ）を受ける
ことになる。

一方、電動機（１２）の駆動に伴って回転位置センサ（
１４）はシリンダ（１）に対するロータリビス１〜ン（
２）の位置を検出し、該ロータリピストン（２〉の位置
信号を出力Ｊる。続いて、この回転位置センサ（１１）
の位置信号を受けて負荷トルク演惇回路（１５）が電！
！１ｌＩｆｉ（１２）の負ｉ’ｕｉ　ｌ−ルク（ＴＬ　
）を算出づ−る。つまり、この負荷トルク（ＴＬ　＞は
吸入室（４ａ）と圧縮室（４ｂ）との圧力差によって生
じ、この圧ノＪＨはロータリピストン（２）の位置で定
まるため、上記回転位置センサ（１４）の位置１８号に
基づぎ、第４図に実線で示す各点の負荷トルク（ＴＬ　
）を算出する。

その後、上記負？ｒＦｉ　１−ルク演惇回路（１５）の
ｉ荷トルク信号を受けて制御吊演篩回路（７）がこのｆ
４伺トルク（ＴＬ）に対応する電動機（１２）の発生ト
ルク（ＴＭ）を該電動機（１３）に生じさせるに必要な
印加電圧の瓜幅や周波数あるいは位相、更には電源周波
数などの制御量を算出する。

イして、上記制御ＦＪ！を演客）回路（１７）の制御信
号に塁づいてＰＷＭ佑））発生！！！１（１８）がイン
バータ（１３）にＰＷＭ信号を出力し、インバータ（１
３）が電動機（１２）に印加する電圧の振幅等が上記制
御邑演睦回路（１７）の忰出値となるようにインバータ
（１３）が制御される。このインバータ（１３）の制御
により電動機（１２）の印加電圧の振動等がフィードバ
ック１ｌｉ１１罪され、該電ｆｌ］機（１２）の発生ト
ルク（ＴＭ）が負荷トルク（ＴＬ　）に対応して変動す
ることになる。従って、前記（１）式の右辺がほぼ零と
なって（１）式のに辺のｄ　２　θ／　ｄｔ２がｔよぼ
零となり、回転圧１機（１１）の回転数変動が、十分に
抑制されることになる。

上記実施例において、制御ｉ［ｆ’ｌ演詐回路（１７）
で印加電圧の位相を搾出するようにすると、ＰＷＭ伯号
発生器（１８）の出力するυＩ　６＋１信号にＪ、リイ
ンバータ（１３）が出力する（ｉ号の位相が変調し、電
動機（１２）の印加電圧等の位相が変化して発生トルク
が負荷トルクに対応することになる。

斯かる場合、単に位相を変化させるのみであるので、応
答性が良好となり、しかも、周波数などと独立した制御
量ぐあり、簡易に構成することができる。その上、電圧
等を直接制御しないので、他機器の異常による暴走（過
大電圧等）を防止でき、信頼性を向上さけると共に、ソ
フトウェア化を容易とＪることができる。

また、上記実施例における変動検出手段（１６）が負荷
トルク（ＴＬ　）を検出するようにしたのに代えて、変
動検出手段（１６）が電動１ｍ　（１２＞のねじれ振動
を検出づるようにしてもよい。すなわち、加速度検出器
を設Ｌｊτ回転圧縮機（１１）の回転振動（ｄ２θ／ｄ
ｔ’　）　　（つまりねじれ振ｖ」）を検出し、この回
転振動を制Ｏ１ｌ　Ｆｆ’＋、演し）回路（１７）に出
力り゛るようにしても」、い。そして、該制御端演停回
路（１７）が上記回転振動（ｄ？　θ／ｄｔ’　）に比
例した電動１（１２）の発生トルク（ＴＭ　）が生じる
に必要な該電動機（１２）の印加電圧の振幅等を算出す
ることになる。その後、前記実施例と同様に、上記制御
量演算回路（１７）が筒用した電圧振幅等にむるように
ＰＷＭ信号発生器（１８）がインバータ（１３）を制御
し、前記電動１Ｎ（１２）の発生トルク（ＴＭ　）を負
荷トルク（ＴＬ　）に対応させて変動させている。この
回転振動に比例した発生トルク（ＴＭ　）を付加づるこ
とにより、見掛Ｆ回転圧縮機（１１）の慣性モーメンｔ
−（ｔｏ）が大きくなったことになり、前記（＋）式を
変形した次式の右辺が小さくなる。

ｄ　２　０／ｄｔ２　−　（丁Ｍ　　ＴＬ　）　／　ｌ
ｏ　　　・・（＝）よって、回転圧縮機〈１１）の回転
数変動が抑制されることになる。

尚、上記各実施例では、ローリングピストン形ｆｊ−縮
機について延べたが、本発明はその他スライディングベ
ーン形等の各種の回転圧縮１幾に適用でさ゛、同様の作
用効果を奏することができる。

また、電動機は誘シ、９電動機（１２）の他にブラシレ
スＤＣモータなどでもよい。

（発明の効果） 以上のように、本発明の回転圧縮機の振８低減装置によ
れば、電動機の回転によって変動する変勤値を検出し、
該変動値に基づいてインバータをフィードバック制御づ
るにうにしたために、電動機の発生トルクを負荷トルク
の変動に応じて変化させ、回転部分の回転数変動を抑制
するとができるので、負荷トルクの大きい回転圧縮機に
おいてら、負荷トルク変動に起因する振動を根本的にか
つ有効に低減することができる。また、この振動低減に
より、各種ガス配管等の設計を簡素化できるととしに、
防振対策が不要とへり、機械系の信頼性を向上させるこ
とができ、しかも、運転範囲を拡大することができると
同時に、騒音の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は実施
例における回転圧縮機の電＃Ｊ機制御を示すブロック図
、第３図は回転圧縮機における回転部分の概略平面図、
第４図は負荷トルク変動を示す波形図である。 （１１）・・・回転圧縮機、（１２）・・・１１７１機
、（１３）・・・インバータ、（１６）・・・変動検出
手段、（１９）・・・制御手段。 代　　　　　理　　　　　人　　　　前　　１１　　　
　　　弘　　　　）倍、゛二数１第４図 Ｑ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｉル図 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転圧縮機（１１）に設けられた電動機（１２）
   と、該電動機（１２）を駆動制御するインバータ（１３
   ）と、前記電動機（１２）の回転によって変動する変動
   値を検出する変動検出手段（１６）と、該変動検出手段
   （１６）の出力信号を受けて上記変動値に対応して前記
   電動機（１２）を駆動するように前記インバータ（１３
   ）を制御する制御手段（１９）とを備えて成り、前記電
   動機（１２）に負荷トルクに応じた発生トルクを生じさ
   せるようにしたことを特徴とする回転圧縮機の振動低減
   装置。
2. （２）前記変動検出手段（１６）は、前記電動機（１２
   ）の負荷トルクを検出するものである特許請求の範囲第
   （１）項記載の回転圧縮機の振動低減装置。
3. （３）前記変動検出手段（１６）は、前記電動機（１２
   ）のねじれ振動を検出するものである特許請求の範囲第
   （１）項記載の回転圧縮機の振動低減装置。
4. （４）前記制御手段（１９）は、前記電動機（１２）の
   電圧位相を変化させるようにしたものである特許請求の
   範囲第（１）項記載の回転圧縮機の振動低減装置。
5. （５）前記制御手段（１９）は、前記電動機（１２）の
   電圧周波数を変化させるようにしたものである特許請求
   の範囲第（１）項記載の回転圧縮機の振動低減装置。