JP2018165486A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリ圧縮機等の回転型の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た多気筒型の圧縮機において、２つのモータの回転軸トルクの脈動パターンにずれが生じる事に起因して発生する振動を抑えるモータ制御装置を得る。【解決手段】圧縮室を備えた、各々圧縮機構部を駆動する第１および第２永久磁石同期モータを、互いに逆方向に同じ回転速度でかつ互いに略180°異なる回転電気角で当該両モータにおけるトルク脈動の位相が同期するように駆動する制御手段を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、２つの圧縮機構部およびこれら圧縮機構部をそれぞれ駆動する２つのモータを１つの密閉ケースに収容した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た多気筒型の圧縮機が知られている。

特開２０１１−２５４６８１号公報

ロータリ圧縮機等の回転型の圧縮機においては、圧縮すべき気体の吸入と圧縮および圧縮後の吐出が１回転中に行われる。これに伴い、圧縮機を駆動するモータの回転軸トルクに脈動が生じる。この脈動は圧縮機の振動・騒音を引き起こす。

回転型の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た多気筒型の圧縮機では、２つのモータがそれぞれ独立して運転されるため、一方のモータにおける回転軸トルクの脈動パターンと他方のモータにおける回転軸トルクの脈動パターンとにずれが生じる。このずれは大きな振動となって現われることがある。

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は、圧縮室を備えた第１圧縮機構部と、この第１圧縮機構部を駆動する第１モータと、前記第１圧縮機構部と向き合う状態に配置され、前記第１圧縮機構部と同じ数の圧縮室を備えた第２圧縮機構部と、前記第２圧縮機構部を駆動する第２モータであり、当該モータの回転電気角と前記第１モータの回転電気角とが略180°異なる場合に、当該モータにおけるトルク脈動の位相と前記モータにおけるトルク脈動の位相とが同期する；と、前記第１圧縮機構部、前記第２圧縮機構部、前記第１モータ、前記第２モータを収容する圧縮機ケースとを備えた圧縮機のモータ制御装置であって、前記第１モータにおけるトルク脈動の位相と前記第２モータにおけるトルク脈動の位相とが同期するように前記第１および第２モータを互いに逆方向に同じ回転速度でかつ互いに略180°異なる回転電気角で駆動する制御手段と、を備える。

各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。 第１実施形態に関わる各モータ（６極モータ）のロータ位置（磁極位置）と各圧縮機構部のローラの回転基準位置との対応を示す図。 各実施形態の構成を示すブロック図。 第１実施形態における第１位置センサレス・ベクトル制御部の構成を示すブロック図。 第１実施形態における第２位置センサレス・ベクトル制御部の構成を示すブロック図。 各実施形態に関わる圧縮機の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。 第１実施形態に関わる各モータの回転軸トルクおよび回転電気角を示す図。 第２実施形態に関わる各モータ（４極モータ）のロータ位置（磁極位置）と各圧縮機構部のローラの回転基準位置との対応を示す図。 第２実施形態における第１位置センサレス・ベクトル制御部の構成を示すブロック図である。 第２実施形態における第２位置センサレス・ベクトル制御部の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に関わる各モータの回転軸トルクおよび回転電気角を示す図。

［１］第１実施形態
まず、本実施形態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、圧縮機ケースたとえば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。

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永久磁石モータ（第１永久磁石同期モータ；ブラシレスＤＣモータ）１０および圧縮機構部（第１圧縮機構部）２０が収容され、他方の側に永久磁石同期モータ（第２永久磁石同期モータ；ブラシレスＤＣモータ）３０および圧縮機構部（第２圧縮機構部）４０が収容されている。以下、永久磁石同期モータ１０，２０のことをモータ１０，２０と略称する。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）が同軸状にかつ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（第１ロータ）１２、このロータ１２を回転自在に支持する回転軸（第１回転軸；シャフトともいう）１３を含み、後述の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗをステータ１１に装着し、６個の永久磁石１２ａ〜１２ｆをロータ１２に埋設してなる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に連通する圧縮室（第１圧縮室：シリンダ）２１ａ、吸込口３ｂに連通する圧縮室（第１圧縮室）２１ｂ、これら圧縮室２１ａ，２１ｂ内の回転軸１３に偏心状態に設けられたクランク１４ａ，１４ｂ、これらクランク１４ａ，１４ｂの外周面に装着されたローラ（第１ローラ）２２ａ，２２ｂを有するいわゆる２シリンダ型ロータリ圧縮機であって、ローラ２２ａ，２２ｂが偏心回転することにより圧縮室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（第２ロータ）３２、このロータ３２を回転自在に支持する回転軸（第２回転軸）３３を含み、後述の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗをステータ３１に装着し、６個の永久磁石３２ａ〜３２ｆをロータ３２に埋設してなる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に連通する圧縮室（第２圧縮室）４１ａ、吸込口３ｂに連通する圧縮室（第２圧縮室；シリンダ）４１ｂ、これら圧縮室４１ａ，４１ｂ内の回転軸３３に偏心状態に設けられたクランク３４ａ，３４ｂ、これらクランク３４ａ，３４ｂの外周面に装着されたローラ（第２ローラ）４２ａ，４２ｂを有するいわゆる２シリンダ型ロータリ圧縮機であって、ローラ４２ａ，４２ｂが偏心回転することにより圧縮室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の圧縮室２１ａ，２１ｂのそれぞれの排除容積は、圧縮機構部４０の圧縮室４１ａ，４１ｂのそれぞれの排除容積と同じである。圧縮室２１ａ，２１ｂの個数（圧縮室数という）は偶数の“２”であり、圧縮室４１ａ，４１ｂの個数（圧縮室数という）も偶数の“２”である。また、６極モータであるモータ１０の極対数（＝極数／２）は奇数の“３”であり、同じく６極モータであるモータ３０の極対数も奇数の“３”である。

モータ１０のロータ１２は、回転軸１３に対し、圧入固定によって固着され、同様にてモータ３０のロータ３２は、回転軸３３に対し、圧入固定によって固着されている。この固定の際に、各モータ１２，３２のロータ１２，３２の回転位置（ロータ位置；磁極位置ともいう）は、回転軸１３，３３におけるクランク１４ａ，１４ｂと３４ａ，３４ｂ、すなわちローラ２２ａ，２２ｂと４２ａ、４２ｂの位置が同じになるように合わせられている。 最適な実施形態として、モータ１０と圧縮機構部２０の組と、モータ３０と圧縮機構部４０の組を全く同じものとし、密閉ケース１ａへの組込みの際に、２つの圧縮機後部２０，４０のそれぞれの回転軸１３，３３の中心を合わせて、圧縮機構部２０，４０側が対向するように密閉ケース１ａ内に配置することで、モータ１０、３０および圧縮機構部２０，４０を構成する全ての部品の共通化を図ることができ、生産性が向上する。

このようなモータ１０におけるロータ１２の回転位置と圧縮機構部２０におけるローラ２２ａ，２２ｂの回転基準位置との対応関係、およびモータ３０におけるロータ３２の回転位置（ロータ位置；磁極位置ともいう）と圧縮機構部４０におけるローラ４２ａ，４２ｂの回転基準位置との対応関係を図２に示す。

圧縮機構部２０のローラ２２ａ，２２ｂは、回転軸１３の回転機械角Ｑ１でみた場合に互いに180°異なる位置に対照的に配置されている。図２のように、ローラ２２ａが最下点に存してローラ２２ｂが最上点に存する状態を、ローラ２２ａ，２２ｂの回転基準位置という。圧縮機構部４０のローラ４２ａ，４２ｂも、回転軸３３の回転機械角Ｑ２でみた場合に互いに180°異なる位置に対照的に配置されている。図２のように、ローラ４２ａが最下点に存してローラ４２ｂが最上点に存する状態を、ローラ４２ａ，４２ｂの回転基準位置という。

圧縮機構部２０のローラ２２ａ，２２ｂが回転基準位置にあるとき、モータ１０のロータ１２の磁極位置は、図２のように、磁極Ｓが最上点に存し磁極Ｎが最下点に存する。圧縮機構部４０のローラ４２ａ，４２ｂが回転基準位置にあるとき、モータ３０のロータ３２の磁極位置も、図２のように、磁極Ｓが最上点に存し磁極Ｎが最下点に存する。すなわち、圧縮機構部２０におけるローラ２２ａ，２２ｂの回転基準位置とロータ１２の磁極位置との対応関係は、圧縮機構部４０におけるローラ４２ａ，４２ｂの回転基準位置とロータ３２の磁極位置との対応関係と同一である。

なお、圧縮機構部２０では圧縮すべき気体の吸入と圧縮および圧縮後の吐出が各ローラ２２ａ，２２ｂの１回転中に行われ、これに伴いモータ１０の回転軸トルクＴ1に脈動が生じる。圧縮機構部４０でも圧縮すべき気体の吸入と圧縮および圧縮後の吐出が各ローラ４２ａ，４２ｂの１回転中に行われ、これに伴いモータ３０の回転軸トルクＴ2に脈動が生じる。各々の圧縮機構部２０，４０において、ローラ２２ａ，２２ｂと４２ａ，４２ｂは、回転機械角で180°ずれた位置に配置されているため、各モータ１０，３０の回転軸トルクＴ1，Ｔ２に生じる脈動も、回転機械角で180°を周期として生じることになる。

これら回転軸トルクＴ1，Ｔ2の脈動は、モータ１０，３０の回転電気角θest1，θest2が略完全に同期した状態（θest1＝θest2）および互いに略180°異なる状態（θest1＝θest2±180°）において、互いの位相が同期する。それぞれのモータ１０，３０の回転方向は反対方向に回転しているため、各回転軸トルクＴ1，Ｔ2の方向は逆方向になり、密閉ケース１ａに加わるトルクは、その合成となる。したがって、振動の原因となる密閉ケース１ａに加わるトルク脈動（トルク変動ともいう）は、モータ１０，３０の回転電気角θest1，θest2が略完全に同期した状態（θest1＝θest2）または互いに略180°異なる状態（θest1＝θest2±180°）において、最も大きく打ち消しあい、極めて低い振動が達成できる。各圧縮機構部２０，４０におけるすべての圧縮室２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂの容積を全く同じにした場合には、密閉ケース１ａに加わるトルク脈動を「０」として、振動を略なくすことも可能となる。

つぎに、本実施形態のモータ制御装置の構成を図３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６３が配置される。電流センサ６３の出力信号は、コントローラ７０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６６が配置される。電流センサ６６の出力信号は、コントローラ７０に送られる。

コントローラ７０は、位置センサレス・ベクトル制御部（第１位置センサレス・ベクトル制御部）７１、位置センサレス・ベクトル制御部（第２位置センサレス・ベクトル制御部）７２、主制御部７３を含む。主制御部７３は、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）に応じて設定し、その設定内容を位置センサレス・ベクトル制御部７１，７２に指令する。

位置センサレス・ベクトル制御部７１，７２は、主制御部７３の指令に応じてインバータ６２，６５のスイッチングを制御するもので、主要な機能として、モータ１０，３０の同時運転時、モータ１０，３０を互いに逆方向にかつ互いに同じ回転速度で駆動し、モータ１０，３０の回転電気角θest1，θest2を制御する制御手段を含む。この制御手段は、具体的には、モータ１０，３０の同時運転時、モータ１０，３０を互いに逆方向にかつ互いに同じ目標回転速度ωrefとなるように駆動しながら、モータ１０の回転電気角θest1が0°のときに生じる複数の回転軸トルクＴ1のうち特定の回転軸トルクＴ1に対応する回転電気角θest1＝0°と、モータ３０の回転電気角θest2が180°のときに生じる複数の回転軸トルクＴ2のうち特定の回転軸トルクＴ2に対応する回転電気角θest2＝180°とが同期するように、モータ３０の回転速度を調整する。

［位置センサレス・ベクトル制御部７１の構成］
位置センサレス・ベクトル制御部７１は、図４に示すように、電流検出部８１、速度推定演算部８２、積分部８３、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、ＰＷＭ信号生成部９３、速度変動検出部９４、Ｉｑ補正部９５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６３を介して検出し、この検出電流および後述の回転電気角θest1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。速度推定演算部８２は、電流検出部８１で検出される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。この回転電気角θest1は、電流検出部８１およびＰＷＭ信号生成部９３へ供給される。

減算部８５は、主制御部７３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９５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。ＰＷＭ信号生成部９３は、界磁成分電圧Ｖｄ1、トルク成分電圧Ｖｑ1、および回転電気角θest1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の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ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。

速度変動検出部９４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６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９５は、速度変動検出部９４で検出される“推定回転速度ωest1の変動”を小さく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、上記減算部８９に供給される。なお、積分部８３で検出される回転電気角θest1、および電流検出部８１で検出されるトルク成分電流Ｉｑ1は、位置センサレス・ベクトル制御部７２に供給される。なお、２つの圧縮機構部２０，４０のトルク脈動を同期させることでトルク脈動の影響を無くす場合には、個々の圧縮機構部２０，４０の“推定回転速度ωest1の変動”を小さくする必要はないため、常に２つの圧縮機構部２０，４０を運転するのであれば、この部分の処理は不要、または、トルク成分電流補正値Ｉｑx1＝０にしておけば良い。一方で、圧縮機構部２０，４０のいずれか一方のみの運転も可能とするのであれば、“推定回転速度ωest1の変動”を小さくする必要があるので、トルク成分電流補正値Ｉｑx1は、必要となる。

［位置センサレス・ベクトル制御部７２の構成］
位置センサレス・ベクトル制御部７２は、図５に示すように、位置センサレス・ベクトル制御部７１と同じ電流検出部８１、速度推定演算部８２、積分部８３、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、ＰＷＭ信号生成部９３、速度変動検出部９４、Ｉｑ補正部９５を含み、かつ位置センサレス・ベクトル制御部７１にはない同期制御部９６を含む。

位置センサレス・ベクトル制御部７２が位置センサレス・ベクトル制御部７１と異なるのは、同期制御部９６を含む点と、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、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などを制御要素として扱う点である。

同期制御部９６には、当該位置センサレス・ベクトル制御部７２における積分部８３で検出される回転電気角θest2および電流検出部８１で検出されるトルク成分電流Ｉｑ2が入力されるとともに、位置センサレス・ベクトル制御部７１から供給される回転電気角θest1およびトルク成分電流Ｉｑ1が入力される。

同期制御部９６は、モータ１０の回転軸トルクＴ1の変動とモータ３０の回転軸トルクＴ2の変動が同期するようにモータ３０の回転速度を調整する。より具体的には、モータ１０の回転電気角θest1が0°のときに生じる複数の回転軸トルクＴ1のうち特定（例えば最小）の回転軸トルクＴ1に対応する回転電気角θest1＝0°と、モータ３０の回転電気角θest2が180°のときに生じる複数の回転軸トルクＴ2のうち特定（例えば最小）の回転軸トルクＴ2に対応する回転電気角θest2＝180°とが同期するように、モータ３０の回転速度を調整するための速度補正値Δωを出力する。

ここで、極対数“３”の６極モータであるモータ１０，３０の回転軸トルクＴ1および回転電気角θest1，θest2を図７に示す。
モータ１０の回転機械角Ｑ1＝360°（１回転）は回転電気角θest1の３周期分に相当し、その回転電気角θest1の３周期内に回転軸トルクＴ1の２周期分の脈動パターンが存在する。この回転電気角θest1と回転軸トルクＴ1の脈動パターンとの対応についてみると、回転電気角θest1が0°のときに生じる回転軸トルクＴ1として互いに大きさの異なる３つの値Ｔ1a，Ｔ1b，Ｔ1c（Ｔ1a＜Ｔ1b＜Ｔ1c）がある。

同様にモータ３０の回転機械角Ｑ2＝360°（１回転）はモータ３０の回転電気角θest2の３周期分に相当し、その回転電気角θest2の３周期内にモータ３０の回転軸トルクＴ2の２周期分の脈動パターンが存在する。この回転電気角θest2と回転軸トルクＴ2の脈動パターンとの対応についてみると、回転電気角θest2が180°のときに生じる回転軸トルクＴ2として互いに大きさの異なる３つの値Ｔ2a，Ｔ2b，Ｔ2c（Ｔ2a＜Ｔ2b＜Ｔ2c）がある。

モータ１０，３０が互いに同じ回転速度（目標回転速度ωref）で動作しても、回転電気角θest1，θest2は互いに独立して進むので、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の脈動の位相と差は、密閉ケース１ａの振動となって現われる。

この振動を抑えるため、同期制御部９６は、モータ１０の回転電気角θest1が0°のときに生じる回転軸トルクＴ1a，Ｔ1b，Ｔ1cのうち最小の回転軸トルクＴ1aに対応する回転電気角θest1＝0°と、モータ３０の回転電気角θest2が180°のときに生じる回転軸トルクＴ2a，Ｔ2b，Ｔ2cのうち最小の回転軸トルクＴ2aに対応する回転電気角θest2＝180°とが同期するように、モータ３０の回転速度に対する速度補正値Δωを出力する。速度補正値Δωは、予め定めた一定値であってもよいし、同期対象である回転電気角θest1＝0°と回転電気角θest2＝180°との差に比例する値であってもよい。同期制御部９６は、この速度補正値Δωを回転軸トルクＴ1aに対応する回転電気角θest1＝0°と回転軸トルクＴ2aに対応する回転電気角θest2＝180°とが同期するまで周期的に繰り返し出力し、同期が実現したところで速度補正値Δωの出力を終了する（Δω＝０）。

同期制御部９６から出力される速度補正値Δωは、速度制御部８６に供給される。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Ｉｑ2の目標値Ｉｑref2を求める構成は第１実施形態と同じであり、求めた目標値Ｉｑref2を同期制御部９６から供給される速度補正値Δωに応じて補正する。補正後の目標値Ｉｑref2は演算部８７に供給される。演算部８７は、補正後の目標値Ｉｑref2から界磁成分電流Ｉｄ2の目標値Ｉｄref2を求める。

こうして、モータ３０の回転速度を調整するための速度補正値Δωを加味した目標値Ｉｄref2，Ｉｑref2が減算部８８，８９に供給される。減算部８８は、目標値Ｉｄref2から界磁成分電流Ｉｄ2を減算することにより、目標値Ｉｄref2と界磁成分電流Ｉｄ2との偏差ΔＩｄ2を得る。減算部８９は、Ｉｑ補正部９５から供給されるトルク成分電流補正値Ｉｑx2を目標値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´が減算部９０に供給される。減算部９０は、補正目標値Ｉｑref2´からトルク成分電流Ｉｑ2を減算することにより、補正目標値Ｉｑref2´とトルク成分電流Ｉｑ2との偏差ΔＩｑ2を得る。

減算部８８で得られた偏差ΔＩｄ2は電流制御部９１に供給され、減算部９０で得られた偏差ΔＩｑ2は電流制御部９２に供給される。電流制御部９１は、偏差ΔＩｄ2の比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、モータ３０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Ｖｄ2を求める。電流制御部９２は、偏差ΔＩｑ2の比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、モータ３０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Ｖｑ2を求める。これら電流制御部９１，９２で得られた界磁成分電圧Ｖｄ2，トルク成分電圧Ｖｑ2は、ＰＷＭ信号生成部９３に供給される。ＰＷＭ信号生成部９３は、界磁成分電圧Ｖｄ2、トルク成分電圧Ｖｑ2、および回転電気角θest2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３０の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ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。

以上の構成により、モータ３０の速度が上記速度補正値Δωに応じて調整され、モータ３０の回転電気角θest2＝180°がモータ１０の回転電気角θest1＝0°に近づいていく。このとき、モータ１０の回転速度は目標回転速度ωrefに維持されている。そして、モータ３０の回転電気角θest2＝180°がモータ１０の回転電気角θest1＝0°に一致したところで、つまり回転軸トルク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ころで、モータ３０に対する速度調整が終了する。この速度調整の終了に伴い、モータ１０，３０の回転速度が共に目標回転速度ωrefとなり、この状態を維持して運転を継続する。

このように、圧縮機構部２０，４０の圧縮室数が偶数の“２”でモータ１０，３０の極対数が奇数の“３”の場合は、回転電気角θest1と回転電気角θest2とが180°異なる逆相条件でモータ１０，３０を回転駆動しながら、回転電気角θest1＝0°と回転電気角θest2＝180°とが同期するようにモータ３０の回転速度を調整することにより、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の脈動の位相とを一致させることができ、よって密閉ケース１ａの振動を抑えることができる。密閉ケース１ａの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。

さらに、回転電気角θest1と回転電気角θest2とが180°異なる逆相条件でモータ１０，３０を駆動するので、図３に示すモータ１０の中性点電圧Ｖｎ1とモータ３０の中性点電圧Ｖｎ2とが相殺される（Ｖｎ1＋Ｖｎ2＝０）。これにより、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）ノイズや漏れ電流を抑制できる。

なお、モータ１０の回転軸トルクＴ1の脈動の位相とモータ３０における回転軸トルクＴ2の脈動の位相を一致させるには、モータ１０の回転電気角θest1とモータ３０の回転電気角θest2を一致させることでも可能である。しかしながら、この場合、同相条件でモータ１０，３０を駆動するので、モータ１０の中性点電圧Ｖｎ1とモータ３０の中性点電圧Ｖｎ2とは相殺されることがなく、ＥＭＩノイズや漏れ電流の低減効果は得られない。

また、上記実施形態では、モータ１０，３０の回転速度のうちモータ３０の回転速度を調整する構成としたが、それに限らず、モータ１０の回転速度を調整する構成としてもよい。あるいは、モータ１０，３０の回転速度を共に調整する構成としてもよい。要は、モータ１０，３０の回転速度の少なくとも一方を調整すればよい。

また、上記実施形態では、回転軸トルクＴ1aに対応する回転電気角θest1＝0°と回転軸トルクＴ2aに対応する回転電気角θest2＝180°とを同期させるようにしたが、回転軸トルクＴ1bに対応する回転電気角θest1＝0°と回転軸トルクＴ2bに対応する回転電気角θest2＝180°とを同期させてもよく、あるいは回転軸トルクＴ1cに対応する回転電気角θest1＝0°と回転軸トルクＴ2cに対応する回転電気角θest2＝180°とを同期させてもよい。

［２］第２実施形態
第２実施形態について説明する。
モータ１０におけるロータ１２の磁極位置と圧縮機構部２０におけるローラ２２ａ，２２ｂの回転基準位置との対応関係、およびモータ３０におけるロータ３２の磁極位置と圧縮機構部４０におけるローラ４２ａ，４２ｂの回転基準位置との対応関係を図８に示す。

モータ１０は、４個の永久磁石１２ａ〜１２ｄをロータ１２に埋設してなる４極モータであり、よって極対数は偶数の“２”である。モータ３０も、４個の永久磁石３２ａ〜３２ｄをロータ３２に埋設してなる４極モータであり、よって極対数は偶数の“２”である。圧縮機構部２０，４０のそれぞれ圧縮室数は第１実施形態と同じ偶数の“２”である。

図８のように、圧縮機構部２０のローラ２２ａ，２２ｂが回転基準位置にあるとき、モータ１０のロータ１２の磁極位置は磁極Ｓが最上点に存し磁極Ｎが最下点に存する。これに対し、圧縮機構部４０のローラ４２ａ，４２ｂが回転基準位置にあるとき、モータ３０のロータ３２の磁極位置は磁極Ｎが最上点に存して磁極Ｓが最下点に存する。すなわち、圧縮機構部２０におけるローラ２２ａ，２２ｂの回転基準位置に対するロータ１２の磁極位置は、圧縮機構部４０におけるローラ４２ａ，４２ｂの回転基準位置に対するロータ３２の磁極位置に対し、上記極対数“２”に応じた回転機械角“＝180°/極対数”つまり９0°だけ異なる。

ロータ１２，３２の磁極位置については、モータ１０，３０の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに着磁用の大電流の励磁電流を供給して各永久磁石の極性を変えることにより、適宜に選定することが可能である。

位置センサレス・ベクトル制御部７１，７２は、主要な機能として、モータ１０，３０の同時運転時、モータ１０，３０を互いに逆方向にかつ互いに同じ回転速度で駆動し、モータ１０，３０の回転電気角θest1，θest2を調整する制御手段を含む。この制御手段は、具体的には、モータ１０，３０の同時運転時、モータ１０，３０を互いに逆方向にかつ互いに同じ目標回転速度ωrefとなるように駆動しながら、かつ、モータ１０の回転電気角θest1とモータ３０の回転電気角θest2とが180°ずれた値で同期するように、モータ３０の回転速度を調整する。

この制御を実現するため、位置センサレス・ベクトル制御部７１が図９に示す構成を有し、位置センサレス・ベクトル制御部７２が図１０に示す構成を有する。すなわち、位置センサレス・ベクトル制御部７１の積分部８３で検出される回転電気角θest1が位置センサレス・ベクトル制御部７２の同期制御部９６に入力されるとともに、位置センサレス・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が同期制御部９６に入力される。

同期制御部９６は、モータ１０の回転電気角θest1とモータ３０の回転電気角θest2とが180°ずれた位置で同期するように、モータ３０の回転速度に対する速度補正値Δωを出力する。

ここで、極対数“２”の４極モータであるモータ１０，３０の回転軸トルクＴ1および回転電気角θest1，θest2を図１１に示す。
モータ１０の回転機械角Ｑ1＝360°（１回転）は回転電気角θest1の２周期分に相当し、その回転電気角θest1の２周期内に回転軸トルクＴ1の２周期分の脈動パターンが存在する。この回転電気角θest1と回転軸トルクＴ1の脈動パターンとの対応について視ると、回転電気角θest1が0°のときに回転軸トルクＴ1が最小となる。

一方、モータ３０では、着磁位置を回転機械角“＝180°/極対数”つまり90°だけ異ならせていることから、回転軸トルクＴ2が最小となるのは、回転電気角θest2が180°のときである。

モータ１０，３０が互いに同じ回転速度（目標回転速度ωref）で動作しても、回転電気角θest1，θest2は互いに独立して進むので、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の脈動の位相差は、密閉ケース１ａの振動となって現われる。上述の通り、回転軸トルクＴ1の脈動と回転軸トルクＴ2の脈動との位相差を最小とするには、モータ１０の回転電気角θest1とモータ３０の回転電気角θest2との位相差（ずれ）を180°にすればよい。

そこで、同期制御部９６は、モータ１０の回転電気角θest1とモータ３０の回転電気角θest2とが180°ずれて同期するように、モータ３０の回転速度を調整するための速度補正値Δωを出力する。速度補正値Δωは、予め定めた一定値であってもよいし、同期対象である回転電気角θest1＝0°と回転電気角θest2＝180°との差に比例する値であってもよい。同期制御部９６は、この速度補正値Δωを回転電気角θest1＝0°と回転電気角θest2＝180°とが同期するまで周期的に繰り返し出力し、同期が実現したところで速度補正値Δωの出力を終了する（Δω＝０）。その後、回転電気角θest1＝0°と回転電気角θest2＝180°とが同期した状態で、運転を継続させる。２つのモータ１０，３０の回転電気角θest1、θest2を同期させているため、双方のモータの速度は同じになる。

他の構成は第１実施形態と同じである。
以上の構成により、モータ３０の速度が上記速度補正値Δωに応じて調整され、モータ３０の回転電気角θest2＝0°がモータ１０の回転電気角θest1＝180°に近づいていく。このとき、モータ１０の回転速度は目標回転速度ωrefに維持されている。そして、モータ３０の回転電気角θest2＝0°がモータ１０の回転電気角θest1＝180°に一致したところで、つまり回転軸トルク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ころで、モータ３０に対する速度調整が終了する。この速度調整の終了に伴い、モータ１０，３０の回転速度が共に目標回転速度ωrefとなる。その後、回転電気角θest1＝0°と回転電気角θest2＝180°とが同期した状態で、運転を継続させる。

このように、圧縮機構部２０，４０の圧縮室数が偶数の“２”でモータ１０，３０の極対数が偶数の“２”の場合は、回転電気角θest1＝0°と回転電気角θest2＝180°とが同期するようにモータ３０の回転速度を調整することにより、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の脈動の位相とを一致させることができ、よって密閉ケース１ａの振動を抑えることができる。密閉ケース１ａの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。しかも、回転機械角Ｑ1，Ｑ2を考慮することなく回転電気角θest1，θest2を180°ずらして同期させるだけなので、第１実施形態のように各位相におけるトルク脈動が合致するように、トルク脈動を検出しながら位相を合わせ込む必要がなく、位置センサレス・ベクトル制御部７１，７２の制御の負担を軽減できる。

さらに、回転電気角θest1と回転電気角θest2とが180°異なる逆相条件でモータ１０，３０を駆動するので、モータ１０の中性点電圧Ｖｎ1とモータ３０の中性点電圧Ｖｎ2とが相殺される（Ｖｎ1＋Ｖｎ2＝０）。これにより、ＥＭＩノイズや漏れ電流を抑制できる。

本実施形態においては、圧縮機構部２０におけるローラ２２ａ，２２ｂの回転基準位置に対するロータ１２の磁極位置は、圧縮機構部４０におけるローラ４２ａ，４２ｂの回転基準位置に対するロータ３２の磁極位置に対し、上記極対数“２”に応じた回転機械角“＝180°/極対数”つまり90°だけ異ならせた。これを行わなかった場合、すなわち、着磁位置を同じにした場合、モータ１０の回転軸トルクＴ1の脈動の位相とモータ３０における回転軸トルクＴ2の脈動の位相を一致させるには、モータ１０の回転電気角θest1とモータ３０の回転電気角θest2を一致させる（θest1＝θest2）ことになる。しかしながら、この場合、同相条件でモータ１０，３０を駆動することになり、モータ１０の中性点電圧Ｖｎ1とモータ３０の中性点電圧Ｖｎ2とは相殺されることがなく、ＥＭＩノイズや漏れ電流の低減効果は得られない。

なお、この第２実施形態では、モータ１０，３０の回転速度のうちモータ３０の回転速度を調整する構成としたが、それに限らず、モータ１０の回転速度を調整する構成としてもよい。あるいは、モータ１０，３０の回転速度を共に調整する構成としてもよい。要は、モータ１０，３０の回転速度の少なくとも一方を調整すればよい。

また、回転電気角θest1＝0°と回転電気角θest2＝180°とを同期させるようにしたが、要は相互に180°ずれた値で同期させればよい。例えば、回転電気角θest1＝180°と回転電気角θest2＝0°とを同期させてもよい。

以上のとおり、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、第２実施形態では、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。

［３］変形例
上記各実施形態では、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、２つ以上の圧縮室を持つ場合も同様に実施可能である。

また、各実施形態においては、各回転電気角θest1，θest2が180°ずれた運転を行わせている。このずれ角において最適な振動低減が可能となるが、大よそ、この±25°程度の変動範囲、すなわちずれ角で165°以上から205°の範囲であれば、大きな振動抑制効果が得られることから、この範囲内、すなわち略180°の範囲、に設定しても良い。同様にＥＭＩノイズおよび漏れ電流の抑制効果も、各回転電気角θest1，θest2が互いに180°ずれた運転で最適となるが、上記したずれ角が165°以上から205°の範囲であれば、ある程度の抑制効果を発揮することができる。

上記各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。

１…圧縮機、１ａ…密閉ケース、１０，３０…永久磁石同期モータ、１２，３２…ロータ、１３，３３…回転軸、２０，４０…圧縮機構部、２２ａ，２２ｂ…ローラ、６１，６４…コンバータ、６２，６５…インバータ、７０…コントローラ、７１，７２…位置センサレス・ベクトル制御部、７３…主制御部、９６…同期制御部

Claims (7)

1. 圧縮室を備えた第１圧縮機構部と、
   前記第１圧縮機構部を駆動する第１モータと、
   前記第１圧縮機構部と向き合う状態に配置され、前記第１圧縮機構部と同じ数の圧縮室を備えた第２圧縮機構部と、
   前記第２圧縮機構部を駆動する第２モータであり、当該モータの回転電気角と前記第１モータの回転電気角とが略180°異なる場合に、当該モータにおけるトルク脈動の位相と前記第１モータにおけるトルク脈動の位相とが同期する；と、
   前記第１圧縮機構部、前記第２圧縮機構部、前記第１モータ、前記第２モータを収容する圧縮機ケースと、
   を備えた圧縮機のモータ制御装置であって、
   前記第１モータにおけるトルク脈動の位相と前記第２モータにおけるトルク脈動の位相とが同期するように前記第１および第２永久磁石同期モータを互いに逆方向に同じ回転速度でかつ互いに略180°異なる回転電気角で駆動する制御手段、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記圧縮機ケースは、円筒状の密閉ケースであり、
   前記第１圧縮機構部および前記第１モータは、前記密閉ケースの軸方向に沿う一方の側に収容され、
   前記第２圧縮機構部および前記第２モータは、前記密閉ケースの軸方向に沿う他方の側に収容されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記第１および第２圧縮機構部の圧縮室数は、それぞれ偶数であり、
   前記第１および第２モータは、それぞれ永久磁石同期モータであって、前記第１および第２モータの極対数は、それぞれ奇数であり、
   前記第１圧縮機構部におけるローラの回転基準位置と前記第１モータにおけるロータの磁極位置との対応関係は、前記第２圧縮機構部におけるローラの回転基準位置と前記第２モータにおけるロータの磁極位置との対応関係と同一であり、
   前記制御手段は、前記第１および第２モータを互いに逆方向に同じ目標回転速度となるように駆動しながら、前記第１モータの回転電気角が0°のときに生じる複数の回転軸トルクのうち特定の回転軸トルクに対応する回転電気角0°と、前記第２モータの回転電気角が180°のときに生じる複数の回転軸トルクのうち特定の回転軸トルクに対応する回転電気角180°とが同期するように、前記第１および第２モータの回転速度の少なくとも一方を調整する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記第１および第２モータは、いずれも6極モータであることを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記第１および第２モータは、それぞれ永久磁石同期モータであって、前記第１および第２モータの極対数は、それぞれ偶数であり、
   前記第１圧縮機構部におけるローラが回転基準位置にあるときの前記第１モータにおけるロータの磁極位置は、前記第２圧縮機構部におけるローラが回転基準位置にあるときの前記第２モータにおけるロータの磁極位置に対し、前記極対数に応じた回転機械角“＝180°/極対数”だけ異なる、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
6. 前記第１および第２モータは、いずれも４極モータであることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記第１および第２圧縮機構部の圧縮室数は、それぞれ“２”であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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