WO2017018206A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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WO2017018206A1
WO2017018206A1 PCT/JP2016/070587 JP2016070587W WO2017018206A1 WO 2017018206 A1 WO2017018206 A1 WO 2017018206A1 JP 2016070587 W JP2016070587 W JP 2016070587W WO 2017018206 A1 WO2017018206 A1 WO 2017018206A1
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WO
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motor
motors
voltage
control device
rotational
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/070587
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English (en)
French (fr)
Inventor
功 川辺
平山　卓也
木村　茂喜
圭一 石田
治信 温品
隆久 遠藤
Original Assignee
東芝キヤリア株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/04—Arrangements for controlling or regulating the speed or torque of more than one motor

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a motor control device for a compressor in which two compression mechanisms and two motors are accommodated in one sealed case.
  • Two compression mechanism units and two motors for driving these compression mechanism units are housed in one sealed case, and a single operation of one compression mechanism unit and simultaneous operation of both compression mechanism units can be selectively performed.
  • a cylinder type compressor is known.
  • each motor is operated independently, so that a large vibration is generated in the sealed case due to the relationship between the rotational position of one compression mechanism and the rotational position of the other compression mechanism.
  • An object of an embodiment of the present invention is to provide a motor control device capable of suppressing compressor vibration.
  • the motor control device is a motor control device for a compressor in which two compression mechanism sections and two motors for driving the compression mechanism sections are housed in one sealed case, and the motors are connected to each other.
  • a controller that rotates in the reverse direction and controls the rotational positions of the motors so that the difference between them is equal to or less than a predetermined value;
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a compressor and a refrigeration cycle according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a crank position of one compression mechanism portion in the compressor of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a crank position of the other compression mechanism in the compressor of FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of one embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a specific configuration of the first sensorless vector control unit in FIG.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a specific configuration of the second sensorless vector control unit in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing the current, rotational speed, rotational mechanical angle, and vibration displacement of one motor in the compressor of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing rotating shaft torques T1 and T2 in the compressor of FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the control according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing the rotational shaft torques T1 and T2 and the combined rotational shaft torque T0 when the difference ⁇ Q between the rotational mechanical angles Q1 and Q2 in the compressor of FIG. 1 is 0 ° (or 180 °).
  • FIG. 11 is a diagram showing the rotational shaft torques T1, T2 and the combined rotational shaft torque T0 when the difference ⁇ Q between the rotational mechanical angles Q1, Q2 in the compressor of FIG. 1 is 25 °.
  • FIG. 10 is a diagram showing the rotational shaft torques T1 and T2 and the combined rotational shaft torque T0 when the difference ⁇ Q between the rotational mechanical angles Q1, Q2 in the compressor of FIG. 1 is 25 °.
  • FIG. 12 is a diagram showing the rotation shaft torques T1, T2 and the combined rotation shaft torque T0 when the difference ⁇ Q between the rotation mechanical angles Q1, Q2 in the compressor of FIG. 1 is 90 °.
  • FIG. 13 is a diagram showing how the rotation shaft torque T1 of the compressor in FIG. 1 differs between the case of two cylinders and the case of one cylinder.
  • FIG. 1 the configuration of the compressor and refrigeration cycle related to the motor control device is shown in FIG.
  • the compressor and the refrigeration cycle are mounted on, for example, an air conditioner or a heat source machine.
  • the compressor 1 is covered with a horizontally long cylindrical sealed case 1a.
  • a discharge pipe 2 is attached to the upper part of the sealed case 1a, and suction ports 3a, 3b, 3c, 3d are attached to the lower part of the sealed case 1a.
  • One end of a condenser (heat radiator) 51 is connected to the discharge pipe 2 via a high-pressure side pipe, and one end of an evaporator (heat absorber) 53 is connected to the other end of the condenser 51 via an expansion valve 52.
  • the other end of the evaporator 53 is connected to the suction ports 3a, 3b, 3c, and 3d via a low-pressure side pipe.
  • a bypass pipe 54 for reducing the load is connected between the high-pressure side pipe and the low-pressure side pipe, and an on-off valve 55 is disposed in the middle of the bypass pipe 54.
  • a motor (brushless DC motor) 10 and a compression mechanism unit 20 are accommodated on one side of the mounting position of the discharge pipe 2, and a motor (brushless DC motor) 30 and A compression mechanism 40 is accommodated.
  • the compression mechanism units 20 and 40 are disposed in a state in which the respective excluded volumes are substantially equal to each other and the respective rotation shafts (rotation shafts 13 and 33) face each other along the axial direction.
  • the motor 10 includes a cylindrical stator 11 disposed in contact with the inner peripheral surface of the sealed case 1a, a rotor 12 housed inside the stator 11, and a rotating shaft (shaft) that rotatably supports the rotor 12. 13, for example, a so-called four-pole motor in which four permanent magnets are embedded in the rotor 12, or a so-called six-pole motor in which six permanent magnets are embedded in the rotor 12.
  • the rotation shaft 13 extends toward the compression mechanism unit 20 and passes through the center of the compression mechanism unit 20.
  • the compression mechanism 20 includes two compression chambers (cylinders) 21a and 21b communicating with the suction ports 3a and 3b, cranks 14a and 14b mounted in an eccentric state on the rotary shaft 13 passing through the compression chambers 21a and 21b, and A so-called two-cylinder rotary compressor having rollers 22a and 22b mounted on the outer peripheral surfaces of the cranks 14a and 14b, which compresses the gas refrigerant in the compression chambers 21a and 21b by eccentric rotation of the rollers 22a and 22b. Discharge into the sealed case 1a. The discharged gas refrigerant flows to the condenser 51 through the discharge pipe 2.
  • the motor 30 includes a cylindrical stator 31 disposed in contact with the inner peripheral surface of the sealed case 1a, a rotor 32 housed inside the stator 31, and a rotating shaft (shaft) that rotatably supports the rotor 32.
  • 33 for example, a so-called four-pole motor in which four permanent magnets are embedded in the rotor 32, or a so-called six-pole motor in which six permanent magnets are embedded in the rotor 12.
  • the rotation shaft 33 extends toward the compression mechanism 40 and passes through the center of the compression mechanism 40.
  • the compression mechanism section 40 includes two compression chambers (cylinders) 41a and 41b communicating with the suction ports 3a and 3b, cranks 34a and 34b mounted eccentrically on a rotary shaft 33 passing through the compression chambers 41a and 41b, and A so-called two-cylinder rotary compressor having rollers 42a and 42b mounted on the outer peripheral surfaces of the cranks 34a and 34b, which compresses the gas refrigerant in the compression chambers 41a and 41b by the eccentric rotation of the rollers 42a and 42b. Discharge into the sealed case 1a. The discharged gas refrigerant flows to the condenser 51 through the discharge pipe 2.
  • FIG. 2 shows a state in which the rotary shaft 13 and the crank 14a (and 14b) in the compression mechanism unit 20 are viewed in the axial direction.
  • FIG. 3 shows a state in which the rotary shaft 33 and the crank 34a (and 34b) in the compression mechanism 40 are viewed in the axial direction.
  • ⁇ Q is the difference between the rotational mechanical angle Q1 that is the rotational position of the crank 14a in the compression mechanism section 20 and the rotational mechanical angle Q2 that is the rotational position of the crank 34a in the compression mechanism section 40.
  • the rotating mechanical angles Q1 and Q2 of the cranks 14a and 34a correspond to the rotating mechanical angles of the rotors 12 and 32 in the motors 10 and 30, respectively.
  • FIG. 4 shows the configuration of the motor control device of this embodiment.
  • a converter 61 is connected to the AC power source 60, and an inverter 62 is connected to the output terminal of the converter 61.
  • Converter 61 converts the voltage of AC power supply 60 into a DC voltage.
  • Inverter 62 converts the output voltage of converter 61 into a three-phase AC voltage having a predetermined frequency by switching.
  • the motor 10 is operated by the output voltage of the inverter 62.
  • Current sensors 63r, 63s, and 63t that detect currents flowing through the respective phase windings of the motor 10 are arranged on the energization line between the inverter 62 and the motor 10. Output signals of the current sensors 63r, 63s, and 63t are sent to the first sensorless vector control unit 71 of the inverter control unit 70.
  • a converter 64 is connected to the AC power source 60, and an inverter 65 is connected to the output terminal of the converter 64.
  • Converter 64 converts the voltage of AC power supply 60 into a DC voltage.
  • Inverter 65 converts the output voltage of converter 64 into a three-phase AC voltage having a predetermined frequency by switching.
  • the motor 30 is operated by the output voltage of the inverter 65.
  • Current sensors 66 r, 66 s, 66 t that detect currents flowing through the phase windings of the motor 30 are arranged on the energization line between the inverter 65 and the motor 30. The output signals of the current sensors 66r, 66s, 66t are sent to the second sensorless vector control unit 71 of the inverter control unit 70.
  • the controller 100 includes a main control unit 101 and an inverter control unit 70.
  • the motors 10 and 30 When the motors 10 and 30 are simultaneously operated, the motors 10 and 30 are rotationally driven in directions opposite to each other, and the rotational positions of the motors 10 and 30 are different from each other. Is controlled to be below a predetermined value.
  • the main control unit 101 controls the switching of the inverters 62 and 65 via the inverter control unit 70, and controls the opening and closing of the on-off valve 55 of the refrigeration cycle as necessary.
  • the main control unit 101 has a control section 101a as a main function. To 101d.
  • the control section 101a sets the number of operating motors 10 and 30 and the target rotational speed ⁇ ref in the compressor 1 according to the air conditioning load of the refrigeration cycle (such as the difference between the room temperature and the set temperature).
  • the control section 101b When the motors 10 and 30 are started, the control section 101b superimposes the high frequency voltages Vh1 and Vh2 on the output voltages of the inverters 62 and 65, and the high frequency flowing in the motors 10 and 30 by the superposition of the high frequency voltages Vh1 and Vh2.
  • the currents Ih1 and Ih2 are detected, the rotational electrical angles ⁇ est1 and ⁇ est2 of the rotors 12 and 32 in the motors 10 and 30 are detected from the high-frequency currents Ih1 and Ih2, and the rotational electrical angles ⁇ est1 and ⁇ est2 are converted into rotational mechanical angles Q1 and Q2.
  • the motors 10 and 30 are rotationally driven (started up) in opposite directions according to the rotation mechanical angles Q1 and Q2.
  • the control section 101c is configured to rotate the motors 10 and 30 in directions opposite to each other when the motors 10 and 30 are started up and after the motors 10 and 30 are started up. , ⁇ est2 are detected, the rotating electrical angles ⁇ est1, ⁇ est2 are converted into rotating mechanical angles Q1, Q2, and the rotating mechanical angles Q1, Q2 are controlled so that the difference ⁇ Q between them is equal to or less than a predetermined value ⁇ Qs.
  • the predetermined value ⁇ Qs is, for example, 25 °.
  • the control section 101d opens the on-off valve 55 in advance when starting the motors 10 and 30 to reduce the compression load of the compressor 1, and at the time of starting the motors 10 and 30, the detected rotation electrical angles ⁇ est1 and ⁇ est2 are set. If the process of converting to the rotating machine angles Q1 and Q2 is not completed, the starting speed ⁇ of the motors 10 and 30 is reduced by a predetermined value ⁇ , and if the reduced starting speed ⁇ does not reach the allowable minimum value ⁇ min, the high frequency voltage When the starting speed ⁇ after the reduction reaches the allowable minimum value ⁇ min without completing the process of converting the detected rotating electrical angles ⁇ est1, ⁇ est2 into the rotating mechanical angles Q1, Q2,
  • the inverter control unit 70 that closes 55 and increases the compression load of the compressor 1 includes a first sensorless vector control unit 71 that controls switching of the inverter 62 according to a command from the main control unit 101; A second sensorless vector control unit 72 that controls switching of the inverter 65 in accordance with
  • the first sensorless vector control unit 71 includes a current detection unit 81, a speed estimation calculation unit 82, an integration unit 83, a conversion unit 84, a subtraction unit 85, a speed control unit 86, a calculation unit 87, and a subtraction.
  • the current detection unit 81 detects a current (referred to as a motor current) flowing through the winding of the motor 10 via current sensors 63r, 63s, and 63t, and a rotor in the motor 10 based on the detected current and a rotating mechanical angle Q1 described later. Detects field component current (also referred to as d-axis current) Id1 and torque component current (also referred to as q-axis current) Iq1 converted to the field axis (d-axis) coordinate and torque axis (q-axis) coordinate on the axis, respectively. To do.
  • the detection current of the current detection unit 81 includes a high-frequency current Ih1 that flows in each phase winding of the motor 10 when the high-frequency voltage Vh1 is superimposed by the high-frequency superposition control unit 96.
  • the speed estimation calculation unit 82 obtains an evaluation index HYO of the high-frequency superposition method for superposition of the high-frequency voltage Vh1 based on the high-frequency current Ih1 detected by the current detection unit 81 when the high-frequency voltage Vh1 is superposed by the high-frequency superposition control unit 96.
  • the rotational speed ⁇ est1 of the motor 10 is estimated by performing a proportional / integral (PI) control calculation on the evaluation index HYO.
  • the speed estimation calculation unit 82 calculates the rotational speed of the motor 10 by calculation using the field component current Id1 and the torque component current Iq1 in the normal motor current detected by the current detection unit 81 when the high-frequency voltage Vh1 is not superimposed. Estimate ⁇ est1.
  • the integrating unit 83 detects the rotational electrical angle ⁇ est1 that is the rotational position of the rotor 12 in the motor 10 by integrating the estimated rotational speed ⁇ est1 of the speed estimation calculating unit 82.
  • the converting unit 84 converts the rotating electrical angle ⁇ est1 into the rotating mechanical angle Q1 based on the comparison between the pulsation pattern of the corrected target value Iqref1 ′ supplied from the subtracting unit 89 and the rotating electrical angle ⁇ est1.
  • the rotating mechanical angle Q1 is supplied to the current detection unit 81, the PWM signal generation unit 95, and the main control unit 101.
  • the subtracting unit 85 obtains a speed deviation between the target rotational speed ⁇ ref and the estimated rotational speed ⁇ est1 by subtracting the estimated rotational speed ⁇ est1 from the target rotational speed ⁇ ref set by the main control unit 101.
  • the speed control unit 86 calculates a target value Iqref1 of the torque component current Iq1 by calculating a proportional / integral control (PI control) on the speed deviation obtained by the subtracting unit 85.
  • the calculation unit 87 obtains the target value Idref1 of the field component current Id1 from the target value Iqref1 of the torque component current Iq1.
  • the subtracting unit 88 obtains a deviation ⁇ Id1 between the target value Idref1 and the field component current Id1 by subtracting the field component current Id1 from the target value Idref1.
  • the subtraction unit 89 subtracts the torque component current correction value Iqx1 supplied from the Iq correction unit 98 from the target value Iqref1 of the torque component current Iq1, thereby obtaining a correction target value Iqref1 ′.
  • the subtraction unit 90 subtracts the torque component current Iq1 from the correction target value Iqref1 ′ to obtain a deviation ⁇ Iq1 between the correction target value Iqref1 ′ and the torque component current Iq1.
  • the current control unit 91 obtains the field component voltage Vd1 converted to the d-axis coordinate on the rotor axis in the motor 10 by proportional / integral control (PI control) calculation of the deviation ⁇ Id1.
  • the current control unit 92 obtains a torque component voltage Vq1 converted into q-axis coordinates on the rotor shaft in the motor 10 by proportional / integral control (PI control) calculation of the deviation ⁇ Iq1.
  • the adding unit 93 adds the field component Vdh1 of the high-frequency voltage Vh1 supplied from the high-frequency superimposing control unit 96 to the field component voltage Vd1.
  • the adding unit 94 adds the torque component Vqh1 of the high-frequency voltage Vh1 supplied from the high-frequency superimposing control unit 96 to the torque component voltage Vq1.
  • the PWM signal generator 95 generates a switching pulse width modulation signal (referred to as a PWM signal) for the inverter 62 in accordance with the field component voltage Vd1, the torque component voltage Vq1, and the rotating machine angle Q1.
  • a PWM signal a switching pulse width modulation signal for the inverter 62 in accordance with the field component voltage Vd1, the torque component voltage Vq1, and the rotating machine angle Q1.
  • the high-frequency superimposing control unit 96 includes a field component (d-axis component) Vdh1 and a torque component (q-axis component) Vqh1 of the high-frequency voltage Vh1 to be superimposed on the drive voltages Vu, Vv, Vw from the inverter 62 to the motor 10. Is generated.
  • the high frequency superimposing control unit 96 takes in a carrier signal used for generating a PWM signal for switching the inverter 62 from the PWM signal generating unit 95, and performs interrupt processing in accordance with the cycle of the taken carrier signal, A field component Vdh1 and a torque component Vqh1 of the high-frequency voltage Vh1 having a period corresponding to the execution interval of the interrupt process are generated.
  • the field component Vdh1 is supplied to the adder 93, and the torque component Vqh1 is supplied to the adder 94.
  • the speed fluctuation detecting unit 97 detects a fluctuation of the estimated rotational speed ⁇ est1 as a vibration component of the compression mechanism part 20.
  • An example of the fluctuation of the estimated rotational speed ⁇ est1 is shown in FIG. 7 together with the motor currents Iu, Iv, Iw, the rotating machine angle Q1 of the rotor 12, and the vibration displacement of the rotating shaft 13.
  • the vibration displacement of the rotating shaft 13 appears as the fluctuation of the estimated rotational speed ⁇ est1.
  • the Iq correction unit 98 obtains a torque component current correction value Iqx1 for minimizing the “variation of the estimated rotational speed ⁇ est1” detected by the speed variation detection unit 97.
  • the torque component current correction value Iqx1 is supplied to the subtraction unit 89.
  • the subtracting unit 89 obtains a corrected target value Iqref1 ′ by subtracting the torque component current correction value Iqx1 from the target value Iqref1 of the torque component current Iq1.
  • the correction target value Iqref1 ′ pulsates as shown in FIG. 8, and the pulsation is synchronized with the pulsation of the rotation shaft torque T1 of the rotation shaft 13.
  • the rotational mechanical angle Q1 of the rotor 12 in the motor 10 can be accurately captured based on the relationship between the pulsation pattern of the correction target value Iqref1 ′ that differs for each period and the period of the rotating electrical angle ⁇ est1.
  • the second sensorless vector control unit 72 includes a current detection unit 81, a speed estimation calculation unit 82, an integration unit 83, a conversion unit 84, a subtraction, similar to the first sensorless vector control unit 71.
  • Unit 85, speed control unit 86, calculation unit 87, subtraction units 88, 89, 90, current control units 91, 92, addition units 93, 94, PWM signal generation unit 95, high frequency superposition control unit 96, speed fluctuation detection unit 97 , Iq correction unit 98 is provided.
  • the second sensorless vector control unit 72 is different from the first sensorless vector control unit 71 in that the field component current Id2, the torque component current Iq2, the estimated rotational speed ⁇ est2, the rotating electrical angle ⁇ est2, the rotating mechanical angle Q2, and the target value.
  • the speed fluctuation detector 97 of the second sensorless vector controller 72 detects the fluctuation of the estimated rotational speed ⁇ est2 as the vibration component of the compression mechanism 40.
  • the Iq correction unit 98 of the sensorless vector control unit 72 obtains a torque component current correction value Iqx2 for minimizing the “variation of the estimated rotational speed ⁇ est2” detected by the speed variation detection unit 97.
  • the torque component current correction value Iqx2 is supplied to the subtracting unit 89.
  • the subtracting unit 89 obtains a corrected target value Iqref2 ′ by subtracting the torque component current correction value Iqx2 from the target value Iqref2 of the torque component current Iq2.
  • the corrected target value Iqref2 ′ pulsates as shown in FIG. 8, and the pulsation is synchronized with the pulsation of the rotation shaft torque T2 of the rotation shaft 33.
  • the pulsation of the corrected target value Iqref2 ′ and the pulsation of the rotational shaft torque T2 of the rotational shaft 33 Can be synchronized.
  • the conversion process (calculation) from the rotating electrical angle ⁇ est2 to the rotating mechanical angle Q2 in the converting unit 84 is accurately performed without being affected by the number of poles (four poles or six poles) of the motor 30. Can do.
  • the phase of the pulsation of the rotational shaft torque T1 in the motor 10 and the phase of the pulsation of the rotational shaft torque T2 in the motor 30 match. Is not limited.
  • the difference between the pulsation phase of the rotation shaft torque T1 and the pulsation phase of the rotation shaft torque T2 corresponds to the difference ⁇ Q between the rotation machine angle Q1 and the rotation machine angle Q2.
  • the difference between the pulsation phase of the rotation shaft torque T1 and the pulsation phase of the rotation shaft torque T2 appears as vibration of the sealed case 1a.
  • the inverter control unit 70 supplies the rotation electrical angle ⁇ est1 detected by the integration unit 83 of the first sensorless vector control unit 71 to the subtraction unit 85 of the second sensorless vector control unit 72.
  • the subtracting unit 85 of the second sensorless vector control unit 72 includes the rotating electrical angle ⁇ est1 supplied from the first sensorless vector control unit 71 and the rotating electrical detected by the integrating unit 83 of the second sensorless vector control unit 72.
  • a deviation (referred to as electrical angle deviation) from the angle ⁇ est2 (rotational position of the rotor 32) is obtained.
  • the speed control unit 86 of the second sensorless vector control unit 72 performs a proportional / integral control (PI control) operation on the electrical angle deviation obtained by the subtraction unit 85 of the sensorless vector control unit 72 to thereby generate a torque component current Iq2. To obtain a target value Iqref2.
  • PI control proportional / integral control
  • the target value Iqref2 of the torque component current Iq2 on the second sensorless vector control unit 72 side based on the rotational electrical angle ⁇ est1 detected by the first sensorless vector control unit 71, the motor 10, And the phase of the pulsation of the correction target value Iqref1 ′ on the first sensorless vector control unit 71 side and the phase of the pulsation of the correction target value Iqref2 ′ on the second sensorless vector control unit 72 side.
  • the difference is 0 ° (or 180 °).
  • step S1 the controller 100 opens the on-off valve 55 of the refrigeration cycle in advance so as not to cause a large vibration in the compressor 1, and the difference between the high pressure side pressure and the low pressure side pressure Thus, the compression load of the compressor 1 is reduced (step S2).
  • the controller 100 performs the high frequency superimposition control by each high frequency superimposition control part 96 of the 1st and 2nd sensorless vector control parts 71 and 72 (step S3). That is, the controller 100 outputs drive voltages Vu, Vv, Vw having a predetermined frequency from the inverters 62, 65 and superimposes the high-frequency voltages Vh1, Vh2 on the drive voltages Vu, Vv, Vw. Is detected from the detected electric currents, and the rotational electric angles ⁇ est1 and ⁇ est2 of the motors 10 and 30 are detected from the detected currents, and the switching of the inverters 62 and 63 is controlled in accordance with the rotational electric angles ⁇ est1 and ⁇ est2. , 30 are rotated in opposite directions.
  • the controller 100 determines the starting speed ⁇ of the motors 10 and 30 as the target rotational speed ⁇ ref (step S4), and sets the detected rotational electrical angles ⁇ est1 and ⁇ est2 to the rotating mechanical angles Q1, A process of converting to Q2 is executed (step S5).
  • the compression load of the compressor 1 is reduced in step S2 so as not to cause a large vibration in the compressor 1.
  • the rotational shaft torque is reduced. T1 and T2 pulsations do not occur. If the pulsation of the rotating shaft torques T1 and T2 does not occur, the first and second sensorless vector control units 71 and 72 will not complete the process of converting the rotating electrical angles ⁇ est1 and ⁇ est2 into rotating mechanical angles Q1 and Q2. .
  • Step S6 when the process of converting the rotating electrical angles ⁇ est1 and ⁇ est2 into the rotating mechanical angles Q1 and Q2 is not completed (NO in step S6), the controller 100 reduces the starting speed ⁇ of the motors 10 and 30 by a predetermined value ⁇ . (Step S7), it is determined whether or not the startup speed ⁇ after the reduction reaches the allowable minimum value ⁇ min (Step S8). When the reduced startup speed ⁇ does not reach the allowable minimum value ⁇ min (NO in step S8), the controller 100 returns to step S3 and continues the high-frequency superposition control, and newly sets the reduced startup speed ⁇ . Is determined as a target rotational speed ⁇ ref (step S4).
  • step S6 determines that the starting speed ⁇ Is again reduced by a predetermined value ⁇ (step S7), and it is determined whether or not the reduced startup speed ⁇ has reached the allowable minimum value ⁇ min (step S8).
  • the controller 100 returns to step S2 and continues the high-frequency superposition control, and newly sets the reduced startup speed ⁇ . Is determined as a target rotational speed ⁇ ref (step S4).
  • the controller 100 opens and closes.
  • the valve 55 is closed to increase the compression load of the compressor 1 (step S9).
  • the controller 100 obtains the rotating machine obtained by the converting unit 84 of the first sensorless vector control unit 71.
  • the difference ⁇ Q (the difference between the pulsation phase of the rotation shaft torque T1 and the pulsation phase of the rotation shaft torque T2) between the angle Q1 and the rotation machine angle Q2 obtained by the conversion unit 84 of the second sensorless vector control unit 72 Synchronous control is performed to keep the difference ⁇ Q at 0 ° (or 180 °) below the predetermined value ⁇ Qs (step S10).
  • the predetermined value ⁇ Qs is, for example, 25 °.
  • step S1 the controller 100 returns to the determination in step S1.
  • step S10 the controller 100 proceeds to step S10 under the determination that the start of the motors 10 and 30 is completed (NO in step S1), and repeats the execution of the synchronous control.
  • the controller 100 closes the on-off valve 55 and releases the compression load reduction only when the on-off valve 55 is open to reduce the compression load at the start-up. (Step S11).
  • FIG. 10 shows the relationship between the rotational shaft torques T1 and T2 and the combined rotational shaft torque T0 when the synchronous control is executed while the motors 10 and 30 are rotationally driven in opposite directions. Since the pulsations of the rotation shaft torques T1 and T2 are synchronized with each other in a similar waveform that swings to the positive side and the negative side, the rotation shaft torques T1 and T2 cancel each other and the combined rotation shaft torque T0 becomes zero. Thereby, not only when the motors 10 and 30 are started, but also after the motors 10 and 30 are started, vibration of the sealed case 1a can be suppressed. Since vibration can be suppressed, noise can be reduced, and so-called piping stress generated at the connecting portion between the compressor 1 and the refrigerant piping can be suppressed within a specified value.
  • FIG. 11 shows the relationship between the rotational shaft torques T1 and T2 and the combined rotational shaft torque T0 when synchronous control is performed to keep the difference ⁇ Q at 25 °.
  • FIG. 13 shows how the pulsation pattern of the rotational shaft torque T1 differs between the case of two cylinders and the case of one cylinder.
  • the motor control device can be used for a refrigeration cycle device such as an air conditioner.

Abstract

各モータを互いに逆方向に回転駆動し、その各モータの回転位置を互いの差が所定値以下となるように制御する。

Description

モータ制御装置
　本発明の実施形態は、２つの圧縮機構部および２つのモータを１つの密閉ケースに収容してなる圧縮機のモータ制御装置に関する。
　２つの圧縮機構部およびこれら圧縮機構部を駆動する２つのモータを１つの密閉ケースに収容し、一方の圧縮機構部の単独運転と両方の圧縮機構部の同時運転とを選択的に実行できる多気筒型の圧縮機が知られている。
特開昭６１－２６８８９５号公報
　上記多気筒型の圧縮機では、各々のモータが独立して運転されるため、一方の圧縮機構部の回転位置と他方の圧縮機構部の回転位置との関係により、密閉ケースに大きな振動が生じることがある。
　本発明の実施形態の目的は、圧縮機の振動を抑えることができるモータ制御装置を提供することである。
　請求項１のモータ制御装置は、２つの圧縮機構部およびこれら圧縮機構部を駆動する２つのモータを１つの密閉ケースに収容してなる圧縮機のモータ制御装置であって、前記各モータを互いに逆方向に回転駆動し、その各モータの回転位置を互いの差が所定値以下となるように制御するコントローラ、を備える。
図１は、一実施形態に関わる圧縮機および冷凍サイクルの構成を示す図である。 図２は、図１の圧縮機における一方の圧縮機構部のクランク位置を示す図である。 図３は、図１の圧縮機における他方の圧縮機構部のクランク位置を示す図である。 図４は、一実施形態の構成を示すブロック図である。 図５は、図４における第１センサレス・ベクトル制御部の具体的な構成を示すブロック図である。 図６は、図４における第２センサレス・ベクトル制御部の具体的な構成を示すブロック図である。 図７は、図１の圧縮機における一方のモータの電流・回転速度・回転機械角・振動変位を示す図である。 図８は、図１の圧縮機における回転軸トルクＴ1，Ｔ2および一実施形態における補正トルク成分電流Ｉｑref1´，Ｉｑref2´を示す図である。 図９は、一実施形態の制御を示すフローチャートである。 図１０は、図１の圧縮機における回転機械角Ｑ1，Ｑ2の差ΔＱが0°（または180°）の場合の回転軸トルクＴ1，Ｔ2および合成回転軸トルクＴ0を示す図である。 図１１は、図１の圧縮機における回転機械角Ｑ1，Ｑ2の差ΔＱが25°の場合の回転軸トルクＴ1，Ｔ2および合成回転軸トルクＴ0を示す図である。 図１２は、図１の圧縮機における回転機械角Ｑ1，Ｑ2の差ΔＱが90°の場合の回転軸トルクＴ1，Ｔ2および合成回転軸トルクＴ0を示す図である。 図１３は、図１の圧縮機の回転軸トルクＴ1が２シリンダの場合と１シリンダの場合でどのように異なるかを対比して示す図である。
　以下、一実施形態のモータ制御装置について図面を参照して説明する。
　まず、モータ制御装置に関わる圧縮機および冷凍サイクルの構成を図１に示す。この圧縮機および冷凍サイクルは、例えば空気調和機や熱源機に搭載される。
　図１において、圧縮機１は、横長円筒状の密閉ケース１ａで覆われている。この密閉ケース１ａの上部に吐出管２が取付けられ、密閉ケース１ａの下部に吸込口３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが取付けられている。吐出管２に高圧側配管を介して凝縮器（放熱器）５１の一端が配管接続され、その凝縮器５１の他端に膨張弁５２を介して蒸発器(吸熱器)５３の一端が配管接続されている。蒸発器５３の他端は、低圧側配管を介して上記吸込口３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに配管接続されている。高圧側配管と低圧側配管との間に負荷低減用のバイパス配管５４が接続され、そのバイパス配管５４の中途部に開閉弁５５が配置されている。
　密閉ケース１ａ内には、上記吐出管２の取付け位置を境とする一方の側にモータ（ブラシレスＤＣモータ）１０および圧縮機構部２０が収容され、他方の側にモータ（ブラシレスＤＣモータ）３０および圧縮機構部４０が収容されている。圧縮機構部２０，４０は、それぞれの排除容積が互いにほぼ等しく、かつそれぞれの回転軸（回転軸１３，３３）がその軸方向に沿って互いに向き合う状態に配置されている。
　モータ１０は、密閉ケース１ａの内周面に接する状態に配置された筒状のステータ１１、このステータ１１の内側に収容されたロータ１２、このロータ１２を回転自在に支持する回転軸（シャフト）１３を含み、例えば４個の永久磁石をロータ１２に埋設してなるいわゆる４極モータ、あるいは６個の永久磁石をロータ１２に埋設してなるいわゆる６極モータである。回転軸１３は、圧縮機構部２０側に延びて圧縮機構部２０の中心部を通る。圧縮機構部２０は、吸込口３ａ，３ｂに連通する２つの圧縮室（シリンダ）２１ａ，２１ｂ、これら圧縮室２１ａ，２１ｂ内を通る回転軸１３に偏心状態で装着されたクランク１４ａ，１４ｂ、これらクランク１４ａ，１４ｂの外周面に装着されたローラ２２ａ，２２ｂを有するいわゆる２シリンダ式型ロータリ圧縮機であって、ローラ２２ａ，２２ｂの偏心回転により圧縮室２１ａ，２１ｂ内のガス冷媒を圧縮して密閉ケース１ａ内に吐出する。吐出されたガス冷媒は、吐出管２を通って凝縮器５１に流れる。
　モータ３０は、密閉ケース１ａの内周面に接する状態に配置された筒状のステータ３１、このステータ３１の内側に収容されたロータ３２、このロータ３２を回転自在に支持する回転軸（シャフト）３３を含み、例えば４個の永久磁石をロータ３２に埋設してなるいわゆる４極モータ、あるいは６個の永久磁石をロータ１２に埋設してなるいわゆる６極モータである。回転軸３３は、圧縮機構部４０側に延びて圧縮機構部４０の中心部を通る。圧縮機構部４０は、吸込口３ａ，３ｂに連通する２つの圧縮室（シリンダ）４１ａ，４１ｂ、これら圧縮室４１ａ，４１ｂ内を通る回転軸３３に偏心状態で装着されたクランク３４ａ，３４ｂ、これらクランク３４ａ，３４ｂの外周面に装着されたローラ４２ａ，４２ｂを有するいわゆる２シリンダ式型ロータリ圧縮機であって、ローラ４２ａ，４２ｂの偏心回転により圧縮室４１ａ，４１ｂ内のガス冷媒を圧縮して密閉ケース１ａ内に吐出する。吐出されたガス冷媒は、吐出管２を通って凝縮器５１に流れる。
　圧縮機構部２０における回転軸１３およびクランク１４ａ（および１４ｂ）をその軸方向に視た状態を図２に示す。圧縮機構部４０における回転軸３３およびクランク３４ａ（および３４ｂ）をその軸方向に視た状態を図３に示す。ΔＱは、圧縮機構部２０におけるクランク１４ａの回転位置である回転機械角Ｑ1と、圧縮機構部４０におけるクランク３４ａの回転位置である回転機械角Ｑ2との差である。クランク１４ａ，３４ａの回転機械角Ｑ1，Ｑ2は、モータ１０，３０におけるロータ１２，３２の回転機械角に相当する。
　本実施形態のモータ制御装置の構成を図４に示す。
　交流電源６０にコンバータ６１が接続され、そのコンバータ６１の出力端にインバータ６２が接続される。コンバータ６１は、交流電源６０の電圧を直流電圧に変換する。インバータ６２は、コンバータ６１の出力電圧をスイッチングにより所定周波数の３相交流電圧に変換する。このインバータ６２の出力電圧により、モータ１０が動作する。インバータ６２とモータ１０との間の通電ラインに、モータ１０の各相巻線に流れる電流を検知する電流センサ６３ｒ，６３ｓ，６３ｔが配置される。電流センサ６３ｒ，６３ｓ，６３ｔの出力信号は、インバータ制御部７０の第１センサレス・ベクトル制御部７１に送られる。
　交流電源６０にコンバータ６４が接続され、そのコンバータ６４の出力端にインバータ６５が接続される。コンバータ６４は、交流電源６０の電圧を直流電圧に変換する。インバータ６５は、コンバータ６４の出力電圧をスイッチングにより所定周波数の３相交流電圧に変換する。このインバータ６５の出力電圧により、モータ３０が動作する。インバータ６５とモータ３０との間の通電ラインに、モータ３０の各相巻線に流れる電流を検知する電流センサ６６ｒ，６６ｓ，６６ｔが配置される。電流センサ６６ｒ，６６ｓ，６６ｔの出力信号は、インバータ制御部７０の第２センサレス・ベクトル制御部７１に送られる。
　コントローラ１００は、主制御部１０１およびインバータ制御部７０を含み、モータ１０，３０の同時運転時、モータ１０，３０を互いに逆方向に回転駆動し、そのモータ１０，３０の回転位置を互いの差が所定値以下となるように制御する。
　主制御部１０１は、インバータ制御部７０を介してインバータ６２，６５のスイッチングを制御するともに、必要に応じて冷凍サイクルの上記開閉弁５５の開閉を制御するもので、主要な機能として制御セクション１０１ａ～１０１ｄを含む。
　制御セクション１０１ａは、圧縮機１におけるモータ１０，３０の運転台数および目標回転速度ωrefを冷凍サイクルの空調負荷（室内温度と設定温度との差など）に応じて設定する。
　制御セクション１０１ｂは、モータ１０，３０を起動する場合に、インバータ６２，６５の出力電圧に対して高周波電圧Ｖｈ1，Ｖｈ2を重畳し、その高周波電圧Ｖｈ1，Ｖｈ2の重畳によってモータ１０，３０に流れる高周波電流Ｉｈ1，Ｉｈ2を検出し、その高周波電流Ｉｈ1，Ｉｈ2からモータ１０，３０におけるロータ１２，３２の回転電気角θest1，θest2を検出し、その回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2に変換し、その回転機械角Ｑ1，Ｑ2に応じてモータ１０，３０を互いに逆方向に回転駆動（起動）する。
　制御セクション１０１ｃは、モータ１０，３０の起動時およびモータ１０，３０の起動後において、モータ１０，３０を互いに逆方向に回転駆動しながら、モータ１０，３０におけるロータ１２，３２の回転電気角θest1，θest2を検出し、その回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2に変換し、その回転機械角Ｑ1，Ｑ2を互いの差ΔＱが所定値ΔＱs以下となるように制御する。所定値ΔＱsは、例えば25°である。
　制御セクション１０１ｄは、モータ１０，３０を起動する場合に予め開閉弁５５を開いて圧縮機１の圧縮負荷を低減するとともに、モータ１０，３０の起動時、上記検出した回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2へ変換する処理が完了しない場合、モータ１０，３０の起動速度αを所定値Δαだけ低減し、低減後の起動速度αが許容最小値αminに達していなければ上記高周波電圧の重畳を継続し、上記検出した回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2へ変換する処理が完了しないまま、上記低減後の起動速度αが許容最小値αminに達した場合に開閉弁５５を閉じて圧縮機１の圧縮負荷を増加する
　インバータ制御部７０は、主制御部１０１の指令に応じてインバータ６２のスイッチングを制御する第１センサレス・ベクトル制御部７１と、主制御部１０１の指令および第１センサレス・ベクトル制御部７１の制御内容に応じてインバータ６５のスイッチングを制御する第２センサレス・ベクトル制御部７２とを含む。
　第１センサレス・ベクトル制御部７１は、図５に示すように、電流検出部８１、速度推定演算部８２、積分部８３、変換部８４、減算部８５、速度制御部８６、演算部８７、減算部８８，８９，９０、電流制御部９１，９２、加算部９３，９４、ＰＷＭ信号生成部９５、高周波重畳制御部９６、速度変動検出部９７、Ｉｑ補正部９８を含む。
　電流検出部８１は、モータ１０の巻線に流れる電流（モータ電流という）を電流センサ６３ｒ,６３ｓ,６３ｔを介して検出し、この検出電流および後述の回転機械角Ｑ1に基づき、モータ１０におけるロータ軸上の界磁軸（ｄ軸）座標およびトルク軸（ｑ軸）座標にそれぞれ換算された界磁成分電流（ｄ軸電流ともいう）Ｉｄ1およびトルク成分電流（ｑ軸電流ともいう）Ｉｑ1を検出する。この電流検出部８１の検出電流には、高周波重畳制御部９６による高周波電圧Ｖｈ1の重畳時にモータ１０の各相巻線に流れる高周波電流Ｉｈ1も含まれる。
　速度推定演算部８２は、高周波重畳制御部９６による高周波電圧Ｖｈ1の重畳時、電流検出部８１で検出される高周波電流Ｉｈ1に基づいて高周波電圧Ｖｈ1の重畳に関する高周波重畳法の評価指標HYOを求め、この評価指標HYOを比例・積分（ＰＩ）制御演算することによりモータ１０の回転速度ωest1を推定する。また、速度推定演算部８２は、高周波電圧Ｖｈ1の非重畳時、電流検出部８１で検出される通常のモータ電流における界磁成分電流Ｉｄ1およびトルク成分電流Ｉｑ1を用いる演算により、モータ１０の回転速度ωest1を推定する。
　積分部８３は、速度推定演算部８２の推定回転速度ωest1を積分することにより、モータ１０におけるロータ１２の回転位置である回転電気角θest1を検出する。変換部８４は、減算部８９から供給される補正目標値Ｉｑref1´の脈動パターンと回転電気角θest1との対比に基づき、回転電気角θest1を回転機械角Ｑ1に変換する。この回転機械角Ｑ1は、電流検出部８１、ＰＷＭ信号生成部９５、主制御部１０１に供給される。減算部８５は、主制御部１０１で設定される目標回転速度ωrefから推定回転速度ωest1を減算することにより、目標回転速度ωrefと推定回転速度ωest1との速度偏差を得る。
　速度制御部８６は、減算部８５で得られた速度偏差を比例・積分制御（ＰＩ制御）演算することにより、トルク成分電流Ｉｑ1の目標値Ｉｑref1を求める。演算部８７は、トルク成分電流Ｉｑ1の目標値Ｉｑref1から界磁成分電流Ｉｄ1の目標値Ｉｄref1を求める。減算部８８は、目標値Ｉｄref1から界磁成分電流Ｉｄ1を減算することにより、目標値Ｉｄref1と界磁成分電流Ｉｄ1との偏差ΔＩｄ1を得る。減算部８９は、Ｉｑ補正部９８から供給されるトルク成分電流補正値Ｉｑx1をトルク成分電流Ｉｑ1の目標値Ｉｑref1から減算することにより、補正目標値Ｉｑref1´を得る。減算部９０は、補正目標値Ｉｑref1´からトルク成分電流Ｉｑ1を減算することにより、補正目標値Ｉｑref1´とトルク成分電流Ｉｑ1との偏差ΔＩｑ1を得る。
　電流制御部９１は、偏差ΔＩｄ1の比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、モータ１０におけるロータ軸上のｄ軸座標に換算した界磁成分電圧Ｖｄ1を求める。電流制御部９２は、偏差ΔＩｑ1の比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、モータ１０におけるロータ軸上のｑ軸座標に換算したトルク成分電圧Ｖｑ1を求める。加算部９３は、高周波重畳制御部９６から供給される高周波電圧Ｖｈ1の界磁成分Ｖｄｈ1を界磁成分電圧Ｖｄ1に加算する。加算部９４は、高周波重畳制御部９６から供給される高周波電圧Ｖｈ1のトルク成分Ｖｑｈ1をトルク成分電圧Ｖｑ1に加算する。
　ＰＷＭ信号生成部９５は、界磁成分電圧Ｖｄ1、トルク成分電圧Ｖｑ1、および回転機械角Ｑ1に応じて、インバータ６２に対するスイッチング用のパルス幅変調信号(ＰＷＭ信号という)を生成する。このＰＷＭ信号により、インバータ６２の各スイッチング素子がオン，オフ動作し、モータ１０の各相巻線に対する駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗがインバータ６２から出力される。
　高周波重畳制御部９６は、インバータ６２からモータ１０への駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに対して重畳するための高周波電圧Ｖｈ1の界磁成分（ｄ軸成分）Ｖｄｈ1とトルク成分（ｑ軸成分）Ｖｑｈ1を生成する。具体的には、高周波重畳制御部９６は、インバータ６２をスイッチングするためのＰＷＭ信号の生成に用いるキャリア信号をＰＷＭ信号生成部９５から取込み、取込んだキャリア信号の周期に合せた割込み処理により、その割込み処理の実行間隔に対応する周期の高周波電圧Ｖｈ1の界磁成分Ｖｄｈ1とトルク成分Ｖｑｈ1を生成する。界磁成分Ｖｄｈ1は加算部９３に供給され、トルク成分Ｖｑｈ1は加算部９４に供給される。
　速度変動検出部９７は、圧縮機構部２０の振動成分として、推定回転速度ωest1の変動を検出する。推定回転速度ωest1の変動の一例をモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、ロータ１２の回転機械角Ｑ1、回転軸１３の振動変位と共に図７に示す。回転軸１３の振動変位が推定回転速度ωest1の変動となって現われている。
　Ｉｑ補正部９８は、速度変動検出部９７で検出される“推定回転速度ωest1の変動”を最小にするためのトルク成分電流補正値Ｉｑx1を求める。このトルク成分電流補正値Ｉｑx1は、減算部８９に供給される。減算部８９は、トルク成分電流補正値Ｉｑx1をトルク成分電流Ｉｑ1の目標値Ｉｑref1から減算することにより、補正目標値Ｉｑref1´を得る。この補正目標値Ｉｑref1´は図８に示すように脈動し、その脈動は回転軸１３の回転軸トルクＴ1の脈動と同期する。
　このように、推定回転速度ωest1の変動が最小となるようにトルク成分電流Ｉｑ1の目標値Ｉｑref1をフィードバック補正することにより、補正目標値Ｉｑref1´の脈動と回転軸１３の回転軸トルクＴ1の脈動とを同期させることができる。この同期により、変換部８４での回転電気角θest1から回転機械角Ｑ1への変換処理（演算）を、モータ１０の極数（４極や６極）に影響を受けることなく、正確に行うことができる。
　モータ１０が例えば４極モータの場合、図８に示すように、回転電気角θest1＝360°の２周期分が回転機械角Ｑ1＝360°（１回転）に相当し、補正目標値Ｉｑref1´は回転電気角θest1の周期ごとに同じパターンで脈動する。この補正目標値Ｉｑref1´の脈動パターンと回転電気角θest1の周期との関係に基づき、モータ１０におけるロータ１２の回転機械角Ｑ1を正確に捕らえることができる。
　モータ１０が例えば６極モータの場合、図８に示すように、回転電気角θest1＝360°の３周期分が回転機械角Ｑ1＝360°（１回転）に相当し、補正目標値Ｉｑref1´は回転電気角θest1の周期ごとに異なるパターンで脈動する。この周期ごとに異なる補正目標値Ｉｑref1´の脈動パターンと回転電気角θest1の周期との関係に基づき、モータ１０におけるにおけるロータ１２の回転機械角Ｑ1を正確に捕らえることができる。
　一方、第２センサレス・ベクトル制御部７２は、図６に示すように、第１センサレス・ベクトル制御部７１と同様の電流検出部８１、速度推定演算部８２、積分部８３、変換部８４、減算部８５、速度制御部８６、演算部８７、減算部８８，８９，９０、電流制御部９１，９２、加算部９３，９４、ＰＷＭ信号生成部９５、高周波重畳制御部９６、速度変動検出部９７、Ｉｑ補正部９８を備える。
　第２センサレス・ベクトル制御部７２が第１センサレス・ベクトル制御部７１と異なるのは、界磁成分電流Ｉｄ2、トルク成分電流Ｉｑ2、推定回転速度ωest2、回転電気角θest2、回転機械角Ｑ2、目標値Ｉｄref2、目標値Ｉｑref2、偏差ΔＩｄ2、トルク成分電流補正値Ｉｑx2、補正目標値Ｉｑref2´、偏差ΔＩｑ2、界磁成分電圧Ｖｄ2、トルク成分電圧Ｖｑ2、高周波電圧Ｖｈ2（界磁成分Ｖｄｈ2とトルク成分Ｖｑｈ2）などを制御要素として扱う点である。
　とくに、第２センサレス・ベクトル制御部７２の速度変動検出部９７は、圧縮機構部４０の振動成分として、推定回転速度ωest2の変動を検出する。センサレス・ベクトル制御部７２のＩｑ補正部９８は、速度変動検出部９７で検出される“推定回転速度ωest2の変動”を最小にするためのトルク成分電流補正値Ｉｑx2を求める。このトルク成分電流補正値Ｉｑx2は、減算部８９に供給される。減算部８９は、トルク成分電流補正値Ｉｑx2をトルク成分電流Ｉｑ2の目標値Ｉｑref2から減算することにより、補正目標値Ｉｑref2´を得る。この補正目標値Ｉｑref2´は図８に示すように脈動し、その脈動は回転軸３３の回転軸トルクＴ2の脈動と同期する。
　このように、推定回転速度ωest2の変動が最小となるようにトルク成分電流Ｉｑ2の目標値Ｉｑref2をフィードバック補正することにより、補正目標値Ｉｑref2´の脈動と回転軸３３の回転軸トルクＴ2の脈動とを同期させることができる。この同期により、変換部８４での回転電気角θest2から回転機械角Ｑ2への変換処理（演算）を、モータ３０の極数（４極や６極）に影響を受けることなく、正確に行うことができる。
　ところで、図８から分かるように、モータ１０，３０が同じ回転速度で動作しても、モータ１０における回転軸トルクＴ1の脈動の位相とモータ３０における回転軸トルクＴ2の脈動の位相とが一致するとは限らない。回転軸トルクＴ1の脈動の位相と回転軸トルクＴ2の脈動の位相との差は、回転機械角Ｑ1と回転機械角Ｑ2との差ΔＱに相当する。また、回転軸トルクＴ1の脈動の位相と回転軸トルクＴ2の脈動の位相と差は、密閉ケース１ａの振動となって現われる。
　そこで、インバータ制御部７０は、第１センサレス・ベクトル制御部７１の積分部８３で検出された回転電気角θest1を、第２センサレス・ベクトル制御部７２の減算部８５に供給する。第２センサレス・ベクトル制御部７２の減算部８５は、第１センサレス・ベクトル制御部７１から供給される回転電気角θest1と当該第２センサレス・ベクトル制御部７２の積分部８３で検出される回転電気角θest2（ロータ３２の回転位置）との偏差（電気角偏差という）を得る。第２センサレス・ベクトル制御部７２の速度制御部８６は、センサレス・ベクトル制御部７２の減算部８５で得られた電気角偏差を比例・積分制御（ＰＩ制御）演算することにより、トルク成分電流Ｉｑ2の目標値Ｉｑref2を求める。
　このように、第１センサレス・ベクトル制御部７１で検出された回転電気角θest1に基づいて第２センサレス・ベクトル制御部７２側のトルク成分電流Ｉｑ2の目標値Ｉｑref2を設定することにより、モータ１０，３０の回転速度が互いに一致するとともに、第１センサレス・ベクトル制御部７１側の補正目標値Ｉｑref1´の脈動の位相と第２センサレス・ベクトル制御部７２側の補正目標値Ｉｑref2´の脈動の位相との差が0°（または180°）となる。これにより、モータ１０における回転軸トルクＴ1の脈動の位相とモータ３０における回転軸トルクＴ2の脈動の位相との差、つまり回転機械角Ｑ1と回転機械角Q2との差ΔQが、0°（または180°）となる。よって、密閉ケース１ａの振動を防ぐことができる。
　つぎに、コントローラ１００が実行する制御を図９のフローチャートを参照しながら説明する。　
　モータ１０，３０を起動する場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ１００は、圧縮機１に大きな振動が生じないよう、冷凍サイクルの開閉弁５５を予め開いて高圧側圧力と低圧側圧力との差を縮小し、これにより圧縮機１の圧縮負荷を低減する（ステップＳ２）。
　そして、コントローラ１００は、第１および第２センサレス・ベクトル制御部７１，７２の各高周波重畳制御部９６による高周波重畳制御を実行する（ステップＳ３）。すなわち、コントローラ１００は、インバータ６２，６５から所定周波数の駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力させるとともにその駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに高周波電圧Ｖｈ1，Ｖｈ2を重畳し、この重畳によってモータ１０，３０に流れる高周波電流を検出し、この検出電流からモータ１０，３０の回転電気角θest1，θest2を検出し、この回転電気角θest1，θest2に応じてインバータ６２，６３のスイッチングを制御することによりモータ１０，３０を互いに逆方向に回転駆動する。
　この高周波重畳制御の実行に伴い、コントローラ１００は、モータ１０，３０の起動用速度αを目標回転速度ωrefとして定めるとともに（ステップＳ４）、上記検出した回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2に変換する処理を実行する（ステップＳ５）。
　なお、このモータ１０，３０の起動に際しては、圧縮機１に大きな振動が生じないよう、上記ステップＳ２で圧縮機１の圧縮負荷を低減しているが、圧縮負荷が小さ過ぎると、回転軸トルクＴ1，Ｔ2の脈動が生じなくなる。回転軸トルクＴ1，Ｔ2の脈動が生じないと、第１および第２センサレス・ベクトル制御部７１，７２において回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2に変換する処理が完了しなくなってしまう。
　そこで、コントローラ１００は、回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2へ変換する処理が完了しない場合（ステップＳ６のＮＯ）、モータ１０，３０の起動用速度αを所定値Δαだけ低減し（ステップＳ７）、低減後の起動用速度αが許容最小値αminに達しているか否かを判定する（ステップＳ８）。低減後の起動用速度αが許容最小値αminに達していない場合（ステップＳ８のＮＯ）、コントローラ１００は、ステップＳ３に戻って高周波重畳制御を継続するとともに、低減後の起動用速度αを新たな目標回転速度ωrefとして定める（ステップＳ４）。このように、起動用速度αを低減することで、回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2へ変換する処理に必要な“回転軸トルクＴ1，Ｔ2の脈動”を生じさせることができる。
　ただし、起動用速度αを低減したにもかかわらず、回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2へ変換する処理が完了しない場合（ステップＳ６のＮＯ）、コントローラ１００は、起動用速度αを再び所定値Δαだけ低減し（ステップＳ７）、低減後の起動用速度αが許容最小値αminに達しているか否かを判定する（ステップＳ８）。低減後の起動用速度αが許容最小値αminに達していない場合（ステップＳ８のＮＯ）、コントローラ１００は、ステップＳ２に戻って高周波重畳制御を継続するとともに、低減後の起動用速度αを新たな目標回転速度ωrefとして定める（ステップＳ４）。
　回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2へ変換する処理が完了しないまま、低減後の起動用速度αが許容最小値αminに達した場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、コントローラ１００は、開閉弁５５を閉じて圧縮機１の圧縮負荷を増加する（ステップＳ９）。圧縮負荷を増加させることで、回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2へ変換する処理に必要な“回転軸トルクＴ1，Ｔ2の脈動”を生じさせることができる。
　圧縮負荷の増加後、コントローラ１００は、ステップＳ３に戻って高周波重畳制御を継続するとともに、低減後の起動用速度α（＝αmin）を新たな目標回転速度ωrefとして定める（ステップＳ４）。
　回転電気角θest1，θest2を回転機械角Ｑ1，Ｑ2へ変換する処理が完了した場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、コントローラ１００は、第１センサレス・ベクトル制御部７１の変換部８４で得られた回転機械角Ｑ1と第２センサレス・ベクトル制御部７２の変換部８４で得られた回転機械角Ｑ2との差ΔＱ（回転軸トルクＴ1の脈動の位相と回転軸トルクＴ２の脈動の位相との差）との差ΔＱを所定値ΔＱs以下の例えば0°（または180°）に保つ同期制御を実行する（ステップＳ１０）。所定値ΔＱsは例えば25°である。
　この同期制御の実行に伴い、コントローラ１００は、ステップＳ１の判定に戻る。この時点で、コントローラ１００は、モータ１０，３０の起動が完了したとの判定の下に（ステップＳ１のＮＯ）、ステップＳ１０に移行して同期制御の実行を繰り返す。モータ１０，３０の起動が完了した後の同期制御において、コントローラ１００は、起動時の圧縮負荷低減のために開閉弁５５が開いていた場合に限り、開閉弁５５を閉じて圧縮負荷低減を解除する（ステップＳ１１）。
　モータ１０，３０を互いに逆方向に回転駆動しながら同期制御を実行した場合の回転軸トルクＴ1，Ｔ2およびその合成回転軸トルクＴ0の関係を図１０に示す。回転軸トルクＴ1，Ｔ2の脈動が正側と負側に振れる相似の波形となって互いに同期するので、回転軸トルクＴ1，Ｔ2が互いに打ち消し合ってその合成回転軸トルクＴ0が零となる。これにより、モータ１０，３０の起動時はもちろん、モータ１０，３０の起動後においても、密閉ケース１ａの振動を抑えることができる。振動を抑えることができるので、騒音を低減できるとともに、圧縮機１と冷媒配管との接続部に生じるいわゆる配管応力を規定値内に抑えることができる。
　上記同期制御では、差ΔＱを所定値ΔＱs以下の0°に保つ場合について説明したが、差ΔＱを所定値ΔＱsである25°に保つ同期制御の採用も可能である。差ΔＱを25°に保つ同期制御を行った場合の回転軸トルクＴ1，Ｔ2および合成回転軸トルクＴ0の関係を図１１に示す。合成回転軸トルクＴ0に少し変動が生じるが、密閉ケース１ａの振動をモータ１０，３０のいずれか一方の単独運転時の振動程度に抑えることができる。
　参考として図１２に示すように、仮に、回転機械角Ｑ1，Ｑ2の互いの差ΔＱを所定値ΔＱsより大きい90°に保つ同期制御を採用した場合には、合成回転軸トルクＴ0が大きく変動し、密閉ケース１ａに大きな振動が生じる最悪の状態となる。
　なお、上記実施形態では、圧縮機構部２０，４０がそれぞれ２つの圧縮室を持つ２シリンダ型である場合を例に説明したが、圧縮機構部２０，４０がそれぞれ１つの圧縮室を持つ１シリンダ型である場合も同様に実施可能である。回転軸トルクＴ1の脈動パターンが２シリンダの場合と１シリンダの場合でどのように異なるかを図１３に対比して示している。
　上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　本発明の実施形態のモータ制御装置は、空気調和機等の冷凍サイクル装置への利用が可能である。

Claims (6)

  1. 　２つの圧縮機構部およびこれら圧縮機構部を駆動する２つのモータを１つの密閉ケースに収容してなる圧縮機のモータ制御装置であって、
    　前記各モータを互いに逆方向に回転駆動し、その各モータの回転位置を互いの差が所定値以下となるように制御するコントローラ、
    　を備えることを特徴とするモータ制御装置。
  2. 　前記各圧縮機構部は、それぞれの排除容積が互いにほぼ等しく、かつそれぞれの回転軸がその軸方向に沿って互いに向き合う、
    　ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
  3. 　直流電圧をスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧を前記各モータへの駆動電圧として出力する複数のインバータを備え、
    　前記コントローラは、前記各モータを起動する場合に、前記各インバータの出力電圧に高周波電圧を重畳し、この高周波電圧の重畳により前記各モータに流れる高周波電流を検出し、検出した高周波電流から前記各モータの回転電気角を検出し、検出した回転電気角に応じて前記各モータを互いに逆方向に回転駆動する、
    　ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
  4. 　前記コントローラは、前記各モータの起動時および起動後において、前記各モータを互いに逆方向に回転駆動しながら、前記各モータの回転電気角を検出し、検出した回転電気角を回転機械角に変換し、これら回転機械角を互いの差が所定値以下となるように制御する、
    　ことを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
  5. 　前記コントローラは、前記各モータを起動する場合に、予め前記圧縮機の圧縮負荷を低減する、
    　ことを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
  6. 　前記コントローラは、
    　前記各モータの起動時、前記検出した回転電気角を前記回転機械角へ変換する処理が完了しない場合、前記各モータの起動速度を所定値だけ低減し、低減後の起動速度が許容最小値に達していなければ前記高周波電圧の重畳を継続し、
    　前記検出した回転電気角を前記回転機械角へ変換する処理が完了しないまま、前記低減後の起動速度が前記許容最小値に達した場合、前記圧縮機の圧縮負荷を増加する
    　ことを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
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