JP2669540B2 - ロータリ圧縮機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロータリ圧縮機のトルク制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

電動要素によつて駆動される回転機械の一例として、
密閉型ロータリ圧縮機について説明する。第22図および
第23図は、密閉型ロータリ圧縮機の従来構造を示す縦断
面図およびＡ−Ａ横断面である。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は電動要素のステータ（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
る電動要素のロータ（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。これらの軸受5,6は、シリンダブロツク７に締結さ
れている。シリンダブロツク７は容器１に固定されてい
る。このシリンダブロツク７内には圧縮室12が形成され
ており、この圧縮室12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によつてローラ８表面
に押圧付勢されたベーン９が配設されており、これらが
圧縮要素を構成している。このような構成のもとで上記
電動要素により主軸４が回転駆動されると、冷媒ガスが
容器１の外部に設けられた吸入アキユムレータ11から吸
入され、圧縮室12においてローラ８により所定の圧力ま
で加圧され、矢印方向に沿つてケース外に吐出される。

このような構造のロータリ圧縮機は特開昭58−187635
号公報に開示されている。

ところで、このような構造の圧縮機においては、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に対して加振トルクとして働き、圧縮機全体で
は回転方向に対して大きな回転方向振動を誘起されると
いう問題が生じる。

第24図は、一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3,ローラ8,主軸
４）と固定系（固定子2,ブロツク7,容器１）に対して、
ガス圧縮トルクT_Gと電磁トルクT_M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 で示される。ただし、 はそれぞれ回転系および固定系の慣性トルクであり、
J_R,J_Sは夫々回転系および固定系の慣性モーメントであ
り、T_G−T_Mが残差トルク（＝加振トルク）に相当し、Ｋ
は圧縮機支持パネルのバネ定数、φ_Ｒは回転系の回転角
であり、回転系の回転角速度 の関係がある。

そこで、回転系の回転速度ω_Ｒを検出して、これが一
定の回転速度指令値に常に等しくなるようにフイードバ
ツク制御すれば となり、（１）式からT_M−T_G＝０となり、電磁トルクT_M
と負荷トルクT_Gがつり合うことにより、（２）式におけ
る加振トルクがなくなり、回転機械の振動、騒音の発生
原因である容器の回転方向振動が抑制できる。

さらに、特開60−223181号に示されるように、圧縮機
の負荷トルクT_Gは一回転中で大きく変動するが、一回転
を周期として繰返される周期脈動負荷であり、ある回転
角度に着目すれば負荷トルク値はあまり変化しないとい
う事実に注目して、各回転角度において検出した回転速
度を１回転後の同一角度においてフイードバツクさせる
方法によりトルク制御を行う従来例もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、回転速度の変動曲線と負荷トルクT_Gの
変動曲線は一般に位相が異なる。第25図は、ロータリ圧
縮機における負荷トルク曲線とロータの回転速度変動曲
線を併記して示したものである。図からわかるように、
回転速度の変動は、トルク変動に対し遅れ位相となり、
負荷トルクのピーク値に対して、回転速度が最小になる
点は数十度おくれている。

したがつて、ロータの回転速度を検出して、検出速度
が指令速度より小さいときはモータ出力を増大させ、検
出速度が指令速度より大きいときにはモータ出力を減少
させる前述のようなトルク制御をしたのでは、この位相
遅れのため負荷トルクにモータ出力トルクを完全に同期
化させることができないという問題があり、何らかの位
相補正手段が必要になる。

しかしながら、この位相補正は次に述べる理由により
実現が困難である。即ち、ロータリ圧縮機のトルク成分
は、第26図に示されるように、圧縮機の運転周波数に対
応した回転１次成分の他に、２次,3次…等の高周波成分
を含んでおり、それらは互いに一定の位相差を有してい
る。（１）式を参照して、回転速度ω_Ｒは加振トルクΔ
Trに対して積分の関係にある。ここで、回転ｎ次の加振
トルク成分ΔTnに着目すると、 ΔTn＝ΔTn o sin nωｔを積分して より、回転速度のｎ次成分は、トルクのｎ次成分に対し
π/2nの位相遅れがあることがわかる。実際のロータ回
転速度は、このｎ次成分全てを合成したものであり、ま
たこれらの成分比は運転条件によつても異なるものであ
るため、最適な位相補正角度を簡単に決定できない問題
がある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであつて、そ
の目的は、ロータの各回転角度において位相遅れなくモ
ータ出力トルクを負荷トルクに同期させて加振トルクを
無くし、確実に且つ速やかに低振動化を達成し得る回転
電動機械のトルク制御装置を提供することにある。

〔課題を解決する手段〕

上記目的は、電動機と、この電動機によって回転駆動
されるロータリ圧縮機と、このロータリ圧縮機の回転速
度を出力する回転加速度検出手段と、回転加速度指令を
発する手段と、この回転加速度指令と前記出力された回
転加速度との偏差に基づいて前記電動機に与える電流指
令を生成する電流指令生成手段と、この電流指令に基づ
いて前記電動機を駆動する手段とを備えたロータリ圧縮
機の制御装置において、前記回転速度検出手段は、前記
ロータリ圧縮機の１回転の角度を複数に分割しこの分割
された角度枚の回転加速度を出力するものであり、前記
電流指令生成手段は、前記複数に分割された角度毎に前
記その角度の偏差に基づいて積分する複数の積分手段を
有することにより達成される。

〔作用〕

回転速度を微分して得られる回転加速度 は、トルク変動の大きさを反映した値でトルク変動と同
相に変化しておりこれを本発明はトルク制御に用いるの
で、前記問題点の項で述べたような位相補正を必要とし
ない。

すなわち、本発明によれば、回転主軸の１回転中の各
回転角度位置における回転加速度から、加振トルクを零
とするに必要な制御量を算出し、位相遅れなく各回転角
度で負荷トルクの変動に電動要素の出力トルクを追従さ
せることができるので、加振トルクを確実かつ速やかに
小さくできる。

〔実施例〕

以下、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により駆
動させる場合について説明する。第２図は第22図，第23
図に示した従来の圧縮機とその構造がほとんど同じであ
るから、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２図において、電動要素20のロータ２と圧縮要素21
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
回転位置検出部材である歯車22が固着され、この歯車22
は主軸４とは一体に回転するようになつている。容器１
には位置検出センサ（例えば電極ピツクアツプやギヤツ
プセンサなど）23が固定されており、歯車22の歯車列を
検知して主軸４の回転角度位置に応じた正弦波状信号を
出力するようなつている。

第３図から第７図は、位置検出センサ23より検出され
た正弦波状信号から回転主軸４の回転速度および回転加
速度を求める一連の過程を示したものである。今、第３
図に示すように歯車22が回転すると位置検出センサ23か
らは同第４図に示すような正弦波状の検出波形24が出力
される。これをスレシヨルド電圧27を基準に波形整形し
てパルス列に変換したものが第５図に示す回転パルス信
号25である。このパルス時系列25の各パルス値tT₁,T₂,
…T_nを測定し、その逆数N_i＝1/T_iから各時刻での回転速
度N_iが求まる。１回転中の各回転角度における回転速度
28を示したものが第６図である。一方、各時刻での回転
加速度_ｉは、回転パルス信号25のｉパルス時の回転速
度N_iと（ｉ−１）パルス時の回転速度N_i-1より、_ｉ＝
（N_i−N_i-1）/T_iとして得られる。あるいは、（ｉ＋
１）パルス時の回転速度W_i+1を得てから_ｉ＝（N_i+1−
N_i-1）／（T_i＋T_i+1）より求めることもできるし、又は
N_i-1,N_i,N_i+1の３点補間より同様に求めることもでき
る。１回転中の各回転角度における回転加速度101を示
したものが第７図である。

第８図は、検出パルスから回転速度及び回転加速度を
演算する別の方法を示している。検出パルス25の１周期
間隔のパルス幅を測定し、測定位置を半周期ずつずらし
ながら各パルス幅T₁,T₂,…T_iを測定している。その逆数
N_i＝1/T_iから各点の回転速度を求め、さらに両隣りの速
度N_i-1,N_i+1及びパルス幅T_iより_ｉ＝（N_i+1−N_i-1）/
T_iとして求めることもできる。

第９図にトルク制御装置の全体構成を示す。即ち、位
置検出センサ23で得た検出信号24は波形整形回路29にて
回転パルス信号25に変換され、インターフエイス30を介
してマイコン38のCPU31に送られる。この回転パルス信
号25によりマイコン38の割込み起動し、検出−演算−指
令の一連の動作を実行する。即ち、回転パルス信号25の
パルス間隔をマイコン内蔵タイマーにクロツクして前記
の時間間隔T_iを求め、これより回転速度N_i,回転加速度
_ｉを演算する。そしてこの回転加速度_ｉが０で、か
つ回転速度N_iが指令速度N_cに等しくなるために必要な、
圧縮機の電動要素20に与える電流指令値を演算し出力す
る。そしてこの制御信号は制御部34に送られてベースド
ライバ35を駆動するチヨツパ信号を形成する。このベー
スドライバ35の電流制御動作によりインバータ36は電動
要素20へ供給する巻線電流を制御してトルク制御を行
い、圧縮機回転速度を常にある許容値以下の変動で指令
速度に等しくなるよう、かつ、ロータ回転加速度が各回
転角度にて最小となるよう、絶えず制御し続ける。これ
ら一連の制御ループはROM33に書き込まれている。

このトルク制御装置の参考制御フローを第１図に示し
たブロツク線図にて詳細に説明する。なお、図面中に示
したＳはラプラス作用素であり、1/Sは積分要素を示し
ている。電動要素の電磁トルクT_M（105）に対し、圧縮
機の負荷トルクT_Gは外乱として作用し、その残差トルク
T_M−T_G＝ΔT_rが加振トルクとなり、回転速度ω_Ｒは にしたがつて変動する。

この回転速度ω_Ｒに基づくロータの回転角度位置φ_Ｒ
を前述の歯車23等によりサンプリングして得た前記の回
転パルス信号25のｋパルス時の時間t_F（^ｋ）をマイコン
38の内蔵タイマーを用いて測定する。マイコン38はｋパ
ルス時時間t_F（^ｋ）と（ｋ−１）パルス時間t_F（^k-1）
の間隔ΔT_F（^ｋ）＝t_F（^ｋ）−t_F（^k-1）を求める。そ
して、第２図にて説明した方法により、ｋパルス時の回
転速度N_F（^ｋ）（28），回転加速度_Ｆ（^ｋ）（101）
を求める。なお、第１図ではｋパルス時の回転加速度
_Ｆ（^ｋ）を得る演算として、ｋパルス時の回転速度_Ｆ
（^ｋ）と（ｋ−１）パルス時の回転速度N_F（^k-1）を用
いる前進差分方式_Ｆ（^ｋ）＝（N_F（^ｋ）−
N_F（^k-1））／ΔT_F（^ｋ）を利用しているが、この代り
に、前述したように（ｋ＋１）パルス時の回転速度N_F（
^k+1）と（ｋ−１）パルス時の回転速度N_F（^k-1）を用い
る中心差分方式_Ｆ（^ｋ）＝（N_F（^k+1）−N_F（^k-1））
／（ΔT_F（^ｋ）＋ΔT_F（^k-1））を利用してもよいし、
又は後退差分方式や３点補間などを利用してもよい。

又は、前述した第８図に係る検出方式を採用し、（ｋ
＋１）パルス時の回転速度N_F（^k+1）と（ｋ−１）パル
ス時の回転速度N_F（^k-1）及びＫパルス時間隔Δ
T_F（^ｋ）を用いて_Ｆ（^ｋ）＝（N_F（^k+1）−
N_F（^k-1））／ΔT_F（^ｋ）と演算しても良い。但し、注
意すべきことは、Ｋパルス時回転加速度_Ｆ（^ｋ）が確
認するのは、（ｋ＋１）パルス時の回転速度N_F（^k+1）
が確定した後であることがあり、１回転分のむだ時間を
有する制御系であつてはじめて可能になることである。

このようにして求めたN_F（^ｋ）（28）、及び
_Ｆ（^ｋ）（101）は各々フイードバツクされて、各々
指令速度N_c及び指令加速度_ｃ（N_c＝一定のときは_ｃ
である。）と比較されて、偏差ΔＮ（^ｋ）（102）及び
Δ（^ｋ）（103）を得る。トルク制御系は、この各々
の偏差量に対しPI（比例・積分）制御動作により、各々
の偏差が零に等しくなるように動作する。すなわち、電
動要素の電磁出力トルクを決定するマイコンのｋパルス
時の電流指令値i_c（^ｋ）（104）は、次式に従つて計算
される。

ここで、第１項は速度偏差ΔＮ（^ｋ）に対する操作量
であり、第２項は加速度偏差Δ（^ｋ）に対する操作量
である。K_Pn,K_Pa,K_In,K_Iaは各々速度偏差、加速度偏差
の比例ゲイン及び積分ゲインであり、K_nc,K_naは各々、
速度偏差、加速度偏差の比例＋積分値を電流指令値に変
換する変換定数である。このようにして得た電流指令値
i_c（^ｋ）かｋパルス時の電動要素の電磁トルクT_M（^ｋ）
（105）はT_M（^ｋ）＝k_DA・K_T・i_c（^ｋ）として決定され
る。ここで、K_DAはマイコン内のデジタル量とアナログ
出力のD/A変換定数でありK_Tは電流−トルクの変換定数
（トルク定数）である。

ここで上式の物理的意味を考えると次の様である。第
13図は、１回転中の負荷トルクT_Gの曲線とトルク制御し
ない場合の電磁トルクT_Mの曲線とを示している。この曲
線T_Mと継横軸によつて囲まれる斜線部で示した領域が１
回転中に圧縮機を駆動するに要するエネルギーである。
今、圧縮機の回転速度を平均的に指令速度N_cに等しくさ
せるには、この電磁トルク曲線の囲む面積が負荷トルク
曲線の囲む面積と等しくなるようにすれば良い。上式の
第１項はこの大きさに相当し、いわば電動要素に供給す
る電流の直流成分に相当する。これに対し、各回転角度
で回転脈動を生じさせないためには負荷トルク曲線に電
極トルク曲線を等しくさせる必要があり、上式の第２項
はこのための大きさ（従つて各回転角度で正負に変化す
る）であり、いわば電流の交流成分に相当する（第14図
参照）。

第10図にトルク制御装置の第２の参考例を示す。回転
速度の制御については１回転の平均速度が指令速度と等
しくなればよい訳であるから、第６図では回転速度に関
しては１回転に１回の検出および制御を行うようにして
いる。すなわち、回転速度に関してはロータの１回転中
に発生する前記の回転パルス信号25をカウンタ39で分周
して１回転１パルスの入力とし、この１回転１パルスの
入力のｎパルス時（すなわちロータのｎ回転時）時間t_n
と（ｎ−１）パルス時（すなわち（ｎ−１）回転時）時
間t_n-1との差ΔT_nより、１回転の平均速度に相当する検
出速度N_Fnを演算し、この検出速度N_Fn（100）をフイー
ドバツクして指令速度N_cと比較して１回転速度偏差ΔN_n
（108）を求め、これにより速度制御を行うようにして
いる。加速度の検出−制御系に関しては第１図に示した
参考例と同様である。

第11図に本発明の第１の実施例を示す。これは、１回
転中の前記回転パルス信号25のパルス数がｎパルスのと
き、加速度偏差に対する積分制御要の積分器（109）を
ｎ個用意し、回転パルス信号25のパルス入力毎に切替え
て使用する。これにより各積分器（109）は、各回角度
毎に対応したものとなり、各角度独立で過去の同一角度
での回転加速度偏差入力を積分していく動作をする。こ
れは、負荷トルクの変動が周期的性質をもつ場合に対し
ては効果的な方法である。

第12図は第２の実施例を示し、これは第11図において
検出回転速度N_F（^ｋ）（28）のフイードバツクの代り
に、第５図における一回転平均検出回転速度（100）の
フイードバツクを用いたものである。その他の部分は第
11図の実施例と同様である。

以上の各参考例及び実施例では、１回転中の各回転角
度での回転加速度を同じ１回転中の各回転角度において
フイードバツクするもの、換言すれば、現在の１回転中
の各回転角度での回転加速度を現在の１回転中の同じ各
回転角度においてフイードバツクするものであり、いわ
ばリアルタイムでのフイードバツクを行うものであつ
た。これに対し、下記に述べるトルク制御装置は、周期
的な変動を繰返す負荷トルクの場合、１回転中の各回転
角度での回転加速度を１回転後の同じ各回転角度におい
てフイードバツクするものである。

このトルク制御装置の全体構成を第９図を用いて説明
する。位置検出センサ23で得た検出信号24は波形整形回
路29にて回転パルス信号25に変換されインターフエイス
30を介してマイコン38のCPU31に送られる。この回転パ
ルス信号25によりマイコン38は割込み起動し検出−演算
−指令の一連の動作を実行する。即ち、回転パルス信号
25のパルス間隔をマイコン内蔵タイマーにてクロツクし
て第２図の時間間隔T_iを求め、これより回転速度N_i、回
転加速度_ｉを演算する。そしてこの回転加速度_ｉが
０で、かつ回転速度N_iが指令速度N_cに等しくなるために
必要な圧縮機の電動要素20に与える電流指令値を演算
し、RAM32にそのデータが必要なる時点まで記憶させて
おく。次に、１回転前にRAM32に記憶されたデータは、C
PU31に読み出され、制御信号として制御部34に送られて
ベースドライバ35を駆動するチヨツパ信号を形成する。
このベースドライバ35の電流制御動作により、インバー
タ36は電動要素20への供給巻線電流量を制御してトルク
制御を行い、圧縮機回転速度が常にある許容値以下の変
動内で指令速度に等しくなるように、かつ、ロータ回転
加速度が最小になるよう絶えず制御し続ける。これら一
連の制御ループはROM33に書き込まれている。

この制御回路系の制御フローを第15図に示したブロツ
ク線図にしたがつて詳細に説明する。なお、図中に示し
たＳはプラス作用素であり、1/Sは積分要素、e^-STは時
間Ｔのみだ時間要素を示している。電動要素の電磁トル
クT_Mに対し、圧縮機の負荷トルクT_Gは外乱として作用
し、その残差トルクT_M−T_G＝ΔT_rが加振トルクとなり、
回転速度ω_Ｒは、 にしたがつて変動する。この回転速度ω_Ｒに基づくロー
タの回転速度位置φ_Ｒを前述の歯車22等によりサンプリ
ングして得た前記の回転パルス信号25のｋパルス時の時
間t_F（^ｋ）を測定する。マイコン38はｋパルス時時間t_F
（^ｋ）と（ｋ−１）パルス時時間t_F（^k-1）の間隔ΔT_F
（^ｋ）＝t_F（^ｋ）−t_F（^k-1）を求める。そして、第３
図から第７図を用いて説明した方法によりｋパルス時の
回転速度N_F（^ｋ）を求め、これを用いてＫパルス時の回
転加速度_Ｆ（^ｋ）を求める。なお、第13図，第14図で
はＫパルス時の加速度_Ｆ（^ｋ）を得るために（Ｋ＋
１）パルス時回転速度N_F（^k+1）と（Ｋ−１）パルス時
回転速度N_F（^k-1）とを用いた中心差分式_Ｆ（^ｋ）＝
（N_F（^k+1）−N_F（^k-1））／（ΔT_F（^ｋ）＋Δ
T_F（^k-1））を用いているが、前述したように前進差分
式_Ｆ（^ｋ）＝（N_F（^ｋ）−N_F（^k-1））／ΔT_F（^ｋ）
あるいは、後退差分式、３点補間などを用いても良い。
あるいは、第８図で述べた方法を用いてｋパルス時回転
加速度_Ｆ（^ｋ）を用いても良い。他方、第10図の実施
例で述べたと同様に、ロータの１回転中のパルス数ｎを
カウンタ39により分周して１回転１パルスのサンプリン
グを行ない、ｎ回転時のパルス計時時刻t_nと（ｎ−１）
回転時の時刻t_n-1よりΔT_n＝t_n−t_n-1を求め、１回転の
平均速度に相当する回転速度N_Fn＝60/ΔT_Fn（100）を算
出する。

このようにして求めた回転速度N_Fn（100）および回転
加速度_Ｆ（^ｋ）（101）はフイードバツクされて、夫
々、指令速度N_cおよび指令加速度_ｃ（N_c＝一定の定常
運転時には_ｃ＝０）と比較され、夫々、速度偏差ΔN_n
（108）、加速度偏差Δ_Ｆ（^ｋ）（103）を得る。但
し、この実施例においては、第ｎ回転におけるｋパルス
目の加速度_Ｆ（^ｋ）は、変動の周期性を利用して、１
回転後の同一角度（第（ｎ＋１）回転におけるｋパルス
目）にてフイードバツクされるように、第10図に示すｎ
個のむだ時間要素e^-ST（106）を経てフイードバツクさ
れる。さらに、加速度偏差Δ_Ｆ（^ｋ）に対して第15図
に示すようにｎ個の積分器 を用意し、これらを第11図の実施例と同様にパルス入力
毎に切替えて動作させることにより、各積分器は１回転
の各回転角度に対応して各々独立に動作させることがで
きる。その結果、第ｎ回転におけるｋパルス時の電流指
令値i_c（^ｋ）（104）は次式に従つて計算される。

ここで、第１項は速度偏差ΔN_nに対する操作量であつ
てPI（比例・積分）制御によつて制御するものであり、
第２項は第（ｎ−１）回転時ｋパルス目の加速度偏差 に対する操作量であつてＩ（積分）制御により制御する
ものである。なお、第15図において加速度制御系に更に
比例制御の項を付加してもよい。図中で、K_Pn,K_In,K_nc
は夫々、速度フイードバツク系の比例ゲイン、積分ゲイ
ン及び速度偏差の比例＋積分値と電流指令値の変換定数
である。同様に、K_Ia1…K_Ianは１パルス目〜ｎパルス目
の積分ゲイン、K_acは加速度偏差の積分値と電流指令値
の変換定数である。

次に第16図は第８図にて示した加速度検出方法を用い
て制御系を構成した例である。ここで前述したようにｋ
パルス時の回転加速度_Ｆ（^ｋ）が確定するのが（ｋ＋
１）パルス時の回転速度N_F（^k+1）＝1/t₁＝（^k+1）の確
定する後であり、実際にマイコンで演算するには更に演
算時間を要するので、第16図では、_Ｆ（^ｋ）がフイー
ドバツクされるのは（Ｋ＋２）パルスのサンプリング時
になつている。そして、第16図では_Ｆ（^ｋ）がフイー
ドバツクされる時点で、ｎ分割積分器の（ｋ＋２）番目
の積分器出力がなされ、これが平均速度ループ出力と加
算されてｋパルス時電流指令値i_c（^ｋ）が得られる。

ここで、回転加速度_Ｆ（^ｋ）と電流指令値i_c（^ｋ）
の位置関係を示したのが第17図である。回転速度
N_F（^ｋ）及び回転加速度_Ｆ（^ｋ）が差分法の関係から
ｋパルス検出時点での測定値であるに対し、電流指令値
i_c（^ｋ）は（ｋ−１）パルス検出時からｋパルス検出時
までの区間出力値である。したがつて、例えば電流指令
値i_c（^ｋ）に反映させる検出加速度には_Ｆ（^k-1）と
_Ｆ（^ｋ）の２種類が考えられる。

第１の方法としては、電流指令値i_c（^ｋ）に反映され
る加速度は（ｋ−１）時とｋ時の平均値として のように決定する方法である。

第２の方法としては、ｋパルス時加速度_Ｆ（^ｋ）
（加速度偏差Δ（^ｋ）＝−_Ｆ（^ｋ）に着目したと
き、これに条件をつけてi_c（^ｋ）及びi_c（^k+1）のどち
らかに反映するよう決定する方法である。

例えば、_Ｆ（^ｋ）０と_Ｆ（^ｋ）＜０の２通りに
分け、_Ｆ （^ｋ）＞0;i_c（^ｋ）/i_c（^k+1）の大きい方に（Δ
（^ｋ）＜０）Δ（^ｋ）を加える。_Ｆ （^ｋ）＜0;i_c（^ｋ）/i_c（^k+1）の小さい方に（Δ
（^ｋ）＞０）Δ（^ｋ）を加える。

とする方法が考えられる。この方法は特に検出パルスに
検出誤差が含まれている場合、この誤差軽減に有利であ
る。

第18図，第19図は、この２通りの方法を示したもので
ある。

このようにして得たｎ回転ｋパルス時の電流指令値i_c
（^ｋ）（104）から電動要素の電磁トルクT_M（^ｋ）（10
5）はT_M（^ｋ）＝Ｋ_D/A・K_T・i_c（^ｋ）より決定される。
ここで、Ｋ_D/Aはマイコン内のデイジタル量とアナログ
出力のD/A変換定数であり、K_Tは電流−トルクの変換定
数（トルク定数）である。

ここで上式の物理的意味を考えると次の様である。１
回転中の負荷トルクT_Gの曲線トルク制御しない場合の電
磁トルクT_Mの曲線を示している第13図において、曲線T_M
と継横軸によつて囲まれる領域が１回転中に圧縮機を駆
動するに要するエネルギーである。今、圧縮機の回転速
度を平均的に指令速度N_cに等しくさせるには、この電磁
トルク曲線の囲む面積が負荷トルク曲線の囲む面積と等
しくなるようにすれば良い。上式の第１項はこの大きさ
に相当し、いわば電動要素に供給する電流の直流成分に
相当する。これに対し、各回転角度で回転脈動を生じさ
せないためには負荷トルク曲線にて電磁トルク曲線を等
しくさせる必要があり、上式の第２項はこのための大き
さ（従つて各回転角度で正負に変化する）であり、いわ
ば電流の交流成分に相当する（第14図参照）。そして第
２項における積分項は、各パルス検出位置に対応したト
ルク脈動分の電流出力を示しており、第２項は周期的な
負荷トルク変動に対し繰り返し学習制御を行い、電流指
令値は次第に脈動負荷パターンに漸近していくことにな
る。

第20図は本発明の他の実施例を示すもので、これは、
第15図において一回転平均回転速度N_Fn（100）をフイー
ドバツクする代りに、１回転の各回転角度位置における
回転速度N_F（^ｋ）（28）を求め、これをフイードバツク
するようにしたものであり、加速度の検出−制御系につ
いては第15図の場合と同様である。

第21図は、圧縮機が増速，減速状態にあるときの加速
度指令_ｃの決定方法を示している。ｋパルス時の速度
指令N_c（^ｋ）が（ｋ−１）パルス時の速度指令
N_c（^k-1）と異なる場合は、増速または減速モードであ
る。この場合、その差分ΔN_c（^ｋ）＝N_c（^ｋ）−N_c（
^k-1）を求め、他方、ｋパルス時の速度指令N_c（^ｋ）よ
り周期T_c（^ｋ）＝60/N_c（^ｋ）を算出して、_ｃ（^ｋ）
＝ΔN_c（^ｋ）/T_c（^ｋ）より、加速度指令_ｃ（^ｋ）が
得られる。

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実施例について
説明したが、本発明は、これに限定されるものでなく、
電動要素によつて駆動される回転電動機械全般に対し有
効なトルク制御手段となり得るものである。

〔発明の効果〕

上記のとおり、本発明によれば、電動要素により駆動
される負荷要素を有する回転電動機械に対し、回転加速
度は、トルク変動の大きさを反映した値でトルク変動を
同相に変化するので、動電要素の電磁トルクと負荷トル
ク変動のミスマツチをなくし、加振トルクの大幅な減
少、ひいては機械の回転方向振動の大幅な低減が達成さ
れる。さらに位相遅れなく各回転速度で負荷トルクの変
動に電動要素の出力トルクを追従させることができるの
で、制御系の応答をより高速化できるので、トルク制御
実施領域をより高速領域に拡大でき、広い回転速度領域
を低振動化することができる。そのため、システム全体
の小型化，広範囲の可変速運転による省電力化，快適性
の向上にも貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトルク制御装置の制御ブロツク図、第２図はト
ルク制御装置が適用される圧縮機の縦断面図、第３図，
第４図，第５図，第６図，第７図，第８図は回転検出信
号より回転速度および回転加速度を求める方法を示す
図、第９図はトルク制御装置の概要構成図、第10図はト
ルク制御装置の制御ブロック図，第11図および第12図は
夫々本発明の第１及び第２の実施例の制御ブロツク図、
第13図，第14図は本発明の作動を説明するための図、第
15図は本発明の他の実施例の制御ブロツク図、第16図，
第20図は本発明の更に他の実施例を示す制御ブロツク
図、第17図，第18図，第19図は電流指令値を決定する一
方法を示す図、第21図は増減速時の指令加速度の決定手
段を示す図、第22図はおよび第23図は従来の圧縮機の縦
断面図およびＡ−Ａ横断面図、第24図は圧縮機に生ずる
トルクを説明する図、第25図は１回転中のトルクおよび
回転速度の変動を示す図、第26図はトルク波形の回転次
数成分を示す図である。 ４……回転主軸、20……電動要素、21……圧縮要素、22
……歯車。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 常博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 飯塚 健一 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株 式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 畠 裕章 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株 式会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献 特開 昭62−71483（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−164494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−86083（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機と、この電動機によって回転駆動さ
   れるロータリ圧縮機と、このロータリ圧縮機の回転加速
   度を出力する回転加速度検出手段と、回転加速度指令を
   発生する手段と、この回転加速度指令と前記出力された
   回転加速度との偏差に基づいて前記電動機に与える電動
   指令を生成する電流指令生成手段と、この電流指令に基
   づいて前記電動機を駆動する手段とを備えたロータリ圧
   縮機の制御装置において、前記回転加速度検出手段は、
   前記ロータリ圧縮機の１回転の角度を複数に分割しこの
   分割された角度毎の回転加速度を出力するものであり、
   前記電流指令生成手段は、前記複数に分割された角度毎
   に前記その角度の偏差に基づいて積分する複数の積分手
   段を有するものであるロータリ圧縮機の制御装置。