(57)【要約】  本発明は、密閉したコンプレッサのベアリング内の潤滑油膜を破断から保護するための制御システムに関し、かつ、個々のベアリングに近接する油膜が破断しないように可変容量のコンプレッサが最小回転より上に維持されることを保証するという目的を有する制御方法に関する。本発明の目的を達成する形態の１つは、密閉したコンプレッサのベアリング内の潤滑油膜を破断から保護するための制御システムによるものであり、マイクロプロセッサ（１０）は、モータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）において回転を発生させるように１組のスイッチ（ＳＷ２Ｍ）を選択的に動作させ、上記コンプレッサ（２１）は、油膜が破断されないようにコンプレッサ（２１）の最小回転数（ＲＰＭｍｉｎ）を有する。
2008539682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサの複数のベアリング内の潤滑油膜を破断から保護するための制御システムであって、
−潤滑膜で覆われたベアリングを有する上記コンプレッサ（２１）と関連付けられ、１つのモータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）を形成するＭ相の電気モータ（２０）と、
−マイクロプロセッサ（１０）と、
−１つのスイッチセット（ＳＷ２Ｍ）を備え、電圧（ＶＢＡＲＲ）に接続され、上記マイクロプロセッサ（１０）と関連づけられ、上記電圧（ＶＢＡＲＲ）を変調して上記モータ（２０）に供給するインバータ（２）と、
−上記インバータ（２）の出力において電圧レベルを測定する電圧観測装置（３０）と、上記マイクロプロセッサ（１０）と関連づけられた上記インバータ（２）のスイッチセット（ＳＷ２Ｍ）を介して循環する電流を測定する電流観測装置（４０）とを備え、
上記システムは、
−上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記モータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）に回転を発生させるように、上記スイッチセット（ＳＷ２Ｍ）を選択的に動作させ、上記コンプレッサ（２１）は上記油膜が破断しないように上記コンプレッサ（２１）の最小の回転数（ＲＰＭｍｉｎ）を有し、
−上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記電圧観測装置（３０）及び／又は電流観測装置（４０）からの情報に基づいてベアリング状態変数を確立するように構成され、ベアリング状態変数は予測される最大値を有し、上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記複数のベアリング内の油膜が破断しないように、上記ベアリング状態変数の予め確立された関係に従って上記モータ（２０）の回転数を上記最小の回転数（ＲＰＭｍｉｎ）より高い値まで上げることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
上記ベアリング状態変数は上記マイクロプロセッサ（１０）と関連づけられた電圧観測装置（３０）によって取得され、上記マイクロプロセッサ（１０）は、回転振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）である振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）の計算から、上記ベアリング状態変数を取得するために、上記モータ（２０）の回転中に規定される複数のポールの位置の各々において上記モータの耐久時間を監視する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
上記振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）は、上記ポールの位置の各々における上記モータ（２０）の耐久性に関する最大転流時間（ｔＭＡＸ）、最小転流時間（ｔＭＩＮ）及び平均転流時間（ｔＭＥＤ）の比較から取得されることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
上記振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）は、次式によって取得され、
【数１】
2008539682.tif 000008
但し、
【数２】
2008539682.tif 000009
であり、Ｎは上記モータ（２０）の位置の数であることを特徴とする請求項３記載のシステム。
【請求項５】
上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）を監視し、上記振動パラメータを予め確立された振動パラメータの最大値（ＫＭＡＸ）と比較し、上記振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）の値が上記振動パラメータの最大値（ＫＭＡＸ）以上のときは、上記モータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）の回転数が上記最小の回転数（ＲＰＭｍｉｎ）以上である回転数にまで上げられるように、上記振動パラメータを上記モータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）の上記最小の回転数（ＲＰＭｍｉｎ）に対応させるように構成されることを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
上記ベアリング状態変数は上記モータ（２０）の軸に近接するトルク（Ｔ）から取得されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項７】
上記ベアリング状態変数は電流観測装置（４０）によって取得され、上記マイクロプロセッサ（１０）は上記スイッチセット（ＳＷ２Ｍ）を介して循環する電流レベルの値を監視し、上記マイクロプロセッサ（１０）は平均電流値（ＩＭＥＤ）から上記モータ（２０）のトルク値（Ｔ）を確立することを特徴とする請求項６記載のシステム。
【請求項８】
上記トルク値は上記平均電流値（ＩＭＥＤ）から取得されることを特徴とする請求項７記載のシステム。
【請求項９】
上記トルク値（Ｔ）は、次式、
【数３】
2008539682.tif 000010
によって取得され、ここで、（ＣＭ）は上記モータ（２０）の定数値であることを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
上記トルク値（Ｔ）は、次式、
【数４】
2008539682.tif 000011
によって取得され、ここで、（Ｐ）は上記インバータ（２）によって消費される電力であり、（ＣＮ）は調整定数であり、（Ｒ）は上記コンプレッサ（２１）と関連づけられるモータ（２０）の回転数値であることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
上記マイクロプロセッサ（１０）は上記トルク値（Ｔ）をトルク値の限界値（ＴＬＩＭ）のと比較し、上記トルク値（Ｔ）が上記トルク値の限界値（ＴＬＩＭ）を超えているときは、上記回転数は予め確立された関係に従って上げられることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記モータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）の回転数に対するトルク値（Ｔ）の表を備え、上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記トルク値の表に基づいて、上記モータの回転数を予め確立された値に調整することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記トルク値（Ｔ）を示す表に基づいて、上記限界トルク（ＴＬＩＭ）より高いトルク値（Ｔ）の各々について、上記コンプレッサ（２１）の上記複数のベアリング内の油膜が破断しないように上記モータ（２０）に課されるべき最小の回転数ＲＰＭｍｉｎを取得することを特徴とする請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
密閉したコンプレッサの複数のベアリング内の潤滑油膜を破断から保護するための制御システムであって、
−潤滑膜で覆われたベアリングを有する上記コンプレッサ（２１）と関連付けられ、１つのモータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）を形成するＭ相の電気モータ（２０）と、
−マイクロプロセッサ（１０）と、
−１つのスイッチセット（ＳＷ２Ｍ）を備え、電圧（ＶＢＡＲＲ）に接続され、上記マイクロプロセッサ（１０）と関連づけられ、上記電圧（ＶＢＡＲＲ）を変調して上記モータ（２０）に供給するインバータ（２）と、
−上記インバータ（２）の出力において電圧レベルを測定する電圧観測装置（３０）と、上記コンプレッサ（１０）と関連づけられた上記インバータ（２）のスイッチセット（ＳＷ２Ｍ）を介して循環する電流を測定する電流観測装置（４０）とを備え、
上記システムは、
−上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記モータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）に回転を発生させるように、上記スイッチセット（ＳＷ２Ｍ）を選択的に動作させ、上記コンプレッサ（２１）は上記油膜が破断しないように上記コンプレッサ（２１）の最小の回転数（ＲＰＭｍｉｎ）を有し、
−上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記電圧観測装置（３０）及び／又は電流観測装置（４０）からの情報に基づいてベアリング状態変数を確立するように構成され、上記ベアリング状態変数が予測される最大値に達すれば、上記インバータ（２）は、上記複数のベアリング内の油膜を破断から防止するように、予め確立された上記ベアリング状態変数の関係に従って、上記モータ−コンプレッサアッセンブリが上記最小の回転数（ＲＰＭｍｉｎ）より高い回転数を有することができるように命令されることを特徴とする制御システム。
【請求項１５】
上記ベアリング状態変数は上記マイクロプロセッサ（１０）と関連づけられた電圧観測装置（３０）によって取得され、上記マイクロプロセッサ（１０）は、回転振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）である振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）の計算に基づいて、上記ベアリング状態変数を取得するために、上記モータ（２０）の回転中に規定される複数のポールの位置の各々において上記モータの上記耐久時間を監視することを特徴とする請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
上記ベアリング状態変数は上記モータ（２０）の軸に近接するトルク（Ｔ）から取得されることを特徴とする請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
コンプレッサの複数のベアリング内の潤滑油膜を破断から保護するための方法であって、上記コンプレッサ（２１）は電気モータ（２０）によって動作され、インバータ（２）は電圧（ＶＢＡＲＲ）に接続され、上記インバータ（２）は上記モータ（２０）に電力を供給するように動作され、それにより上記モータ（２０）の回転を引き起こし、
上記方法は、
−上記インバータ（２）の電圧及び／又は電流の観測に基づいて、ベアリング状態変数を確立するステップと、
−上記ベアリング状態変数の予測される最大値を確立するステップと、
−上記コンプレッサの複数のベアリング内の油膜の破断を防止するように、予め確立された関係に従って上記モータ（２０）の回転数を上げるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
上記ベアリング状態変数は、上記モータ（２０）の回転中に規定される複数のポールの位置の各々において上記モータ（２０）の耐久時間を監視し、振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）を定義することによって確立されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
上記振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）は、上記ポールの位置の各々における上記モータ（２０）の耐久性に関する最大転流時間（ｔＭＡＸ）、最小転流時間（ｔＭＩＮ）及び平均転流時間（ｔＭＥＤ）の比較によって取得されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
上記振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）は、次式によって取得され、
【数５】
2008539682.tif 000012
但し、
【数６】
2008539682.tif 000013
であり、Ｎは上記モータ（２０）の位置の数であることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
上記マイクロプロセッサ（１０）は、上記振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）を監視し、上記振動パラメータを予め確立された振動パラメータの最大値（ＫＭＡＸ）と比較し、上記振動パラメータ（Ｋｏｓｃ）の値が上記振動パラメータの最大値（ＫＭＡＸ）以上のときは、上記モータ−コンプレッサアッセンブリ（２０，２１）の回転数が上記最小の回転数（ＲＰＭｍｉｎ）以上である回転数にまで上げられるように、上記コンプレッサ（２１）の最小の回転数（ＲＰＭｍｉｎ）に対応させるステップを含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
上記ベアリング状態変数は上記モータ（２０）の軸に近接するトルク（Ｔ）から取得されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
上記ベアリング状態変数は、上記インバータ（２）を循環する電流レベルの値を監視し、上記平均電流値（ＩＭＥＤ）から上記モータ（２０）のトルク値（Ｔ）を確立することによって取得されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
上記トルク値（Ｔ）は平均電流値（ＩＭＥＤ）から取得されることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
上記トルク値（Ｔ）は、次式、
【数７】
2008539682.tif 000014
によって取得され、ここで、（ＣＭ）は上記モータ（２０）の定数値であることを特徴とすることを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
上記トルク値（Ｔ）は、次式、
【数８】
2008539682.tif 000015
によって取得され、ここで、（Ｐ）は上記インバータ（２）によって消費される電力であり、（ＣＮ）は調整定数であり、（Ｒ）は上記コンプレッサ（２１）と関連づけられるモータ（２０）の回転数値であることを特徴とする請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉したコンプレッサの複数のベアリング内の潤滑油膜を破断から保護するための制御システムに関し、かつ、個々のベアリングに近接する油膜が破断しないように可変容量のコンプレッサが最小の回転数より上に維持されることを保証するという目的を有する制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却に用いられる可変容量コンプレッサは、従来の定速コンプレッサに比べて著しいエネルギーの節約をもたらす。この節約は、２０％から４５％までの範囲に及ぶ。この消費量の削減に最も貢献する要素の１つは、小さい回転数で動作する可能性である。従来のコンプレッサは常に３０００ｒｐｍ（５０Ｈｚ）又は３６００ｒｐｍ（６０Ｈｚ）で動作するが、可変容量コンプレッサは平均回転数約１６００ｒｐｍで動作することができる。この値は、滑油ポンプの設計及びクランク軸上の滑油路の構造に依存して変わることがある。具体的には、遠心式の滑油ポンプの場合、コンプレッサの機械部分全体の潤滑に必要な最低量の滑油を小さい回転数による動作で保証することは不可能である。
【０００３】
本件では、例示として最小の回転数１６００ｒｐｍを用いるが、本明細書で説明する方法論は、先に述べたように、コンプレッサ毎に変わる場合のある任意の最小の回転数に有効である。
【０００４】
可変容量コンプレッサにおいて機械的な損失をさらに削減するためのオプションは、より小さい粘性を有する潤滑油を用いることである。より小さい粘性を有する滑油は、コンプレッサのベアリング内における粘性摩擦による損失を削減し、それにより、その効率を上げると思われる。しかしながら、他方で、これは、高い凝縮温度及び小さい回転数による問題を引き起こすと思われ、コンプレッサのベアリング内に存在する潤滑油膜が破断する確率は上がり、これにより、これらのパーツの機械的摩耗が引き起こされ、それらの機能は著しく損なわれると思われる。
【０００５】
既存のコンプレッサにおける高圧縮圧力を防止する様々な技術の中では、特許文献１乃至６に記述されているものを引用することができる。これらの技術は、圧力が臨界レベルに達するとコンプレッサの機能を中断させるための保護センサ及び／又は保護バルブを用いることを特徴とする。本提案技術は、コンプレッサが動作している条件下での圧力の間接的な検出を用いる。この検出は、コンプレッサを制御するためのマイクロプロセッサを備える処理システムによって行われる。圧力の臨界値が確認されると、回転数値は、コンプレッサのベアリング内の潤滑油の不変性を保証する安全な値に適合される。
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１８７２４号の明細書。
【特許文献２】中国特許第１３１１３９７号公報の明細書。
【特許文献３】米国特許第５９７５８５４号公報の明細書。
【特許文献４】香港特許第２１０８９６号公報の明細書。
【特許文献５】欧州特許出願公開第１５００８２１号の明細書。
【特許文献６】国際公開第９６／２３９７６号のパンフレット。
【特許文献７】米国特許第６９２２０２７号公報の明細書。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、コンプレッサのベアリングを、小さい回転数及び高圧縮（吐出し）圧力下での動作時の油膜の破断により引き起こされる固体摩擦から保護することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、コンプレッサの効率を上げることを目的として、より小さい粘性を有する滑油を用いることができるようにすることにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、密閉したコンプレッサにセンサを追加する必要なしに、保護を保証するために、電気モータを制御するマイクロプロセッサによる処理システムを用いることにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、外部のセンサを追加する必要なしに、コンプレッサの機能の条件を、その大きさを測定することによって監視しかつ制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上述の目的は、密閉したコンプレッサを制御するための制御システムによって達成され、ここで、コンプレッサの複数のベアリングにかけられる負荷は、電気モータによりコンプレッサ軸へ伝達される回転振動レベル又は（ベアリングの状態変数を確定する）トルクを検出することにより直接検出される。本システム内に存在するマイクロプロセッサは、ベアリング状態変数又は回転振動レベル又はトルクを分析することによって、コンプレッサの複数のベアリング内の油膜が破断しないことを保証するように、電気モータの回転数値を所定値まで上げる。
【００１２】
本システムは、コンプレッサと、上記コンプレッサと関連づけられる電気モータと、上記コンプレッサの機械的回転の間のベアリング状態変数又は回転振動変数のレベルもしくはコンプレッサ軸上に存在するトルクを測定するマイクロプロセッサによる制御回路とを備える。測定された値は所定値と比較され、コンプレッサが、回転に依存してベアリング内の油膜を破断させ、かつ結果的にこれらの機械的パーツを摩耗させることになる可能性のある圧力状態で動作しているかどうかがチェックされる。マイクロプロセッサにより維持されるベアリング状態変数の値が所定値より高ければ、コンプレッサの回転数は所定の割合で上げられ、油膜の不変性が保証される。
【００１３】
本発明の第１の好適な実施形態によれば、ベアリング状態変数の測定を回転振動の測定によって行うことを選ぶとすると、コンプレッサの電気モータの制御に用いられる位置検出は、制御システムの電源スイッチの転流の瞬間を知らせる。これらの転流の瞬間は、コンプレッサの機械的な１回転の間にＮ回あり、Ｎはモータの相及びポールの数に依存する。連続する転流と転流との間の経過時間は、回転振動を推定するためにマイクロプロセッサによって格納される。コンプレッサのモータの軸上にかかる負荷が小さい状態では、Ｎ個の転流の瞬間は１回の機械的回転において等間隔に離される。しかしながら、コンプレッサに大きい圧縮圧力及び吸引が加わると、機械的回転の間に負荷に著しい不均衡が発生し、Ｎ個の転流の瞬間の間の間隔は極めて不規則になる。圧縮サイクル（機械的回転の半分）の間、転流の瞬間の間隔はさらに広がり、吸引サイクル（機械的回転の半分）の間、転流の瞬間の間隔は互いにより近くなる。転流時間を１回転における２つの転流の間の時間とし、最小転流時間ｔＭＩＮと最大転流時間ｔＭＡＸとの差に平均転流時間ｔＭＥＤを加え、この全体を平均転流時間ｔＭＥＤで除算すると、振動パラメータＫｏｓｃが得られ、これは、コンプレッサのモータの回転振動レベルに関する情報を提供する。この場合、振動レベルを下げる機械的慣性の増加があるので、この振動パラメータは、コンプレッサの回転数の増加に伴って小さくなる。このパラメータが振動パラメータＫＭＡＸの所定値に到達すると、このパラメータが常にこの値より下の値を維持するように、モータの回転数は上げられるべきである。
【００１４】
本発明の第２の実施形態によれば、ベアリング状態変数の測定をコンプレッサと関連づけられる電気モータの軸上のトルクの測定によって行うことを選ぶとすると、この大きさ又は、例えばモータを循環する電流のようにモータ軸上に存在する負荷に比例する別の大きさを測定すれば、吐出し圧力及びコンプレッサが受ける吸引のレベルについても見解が得られるということが分かるであろう。従って、トルク値が所定値を超えると、トルクと最小の回転数とを関係づけるテーブルがチェックされ、ここで、ベアリングが油膜の破断によって損傷されないことを保証するように、どの回転数値でコンプレッサが動作すべきかが検証される。電気モータの最小回転の調整に至らせるトルク値は、幾つかの大きさ、例えば、コンプレッサの型、滑油の量と種類、圧力の条件、電気モータの温度等の大きさに依存し、よって一定の関係性は仮定されない。従って、トルクと最小の回転数との間の適切な相関関係は、このようなパラメータを考慮して定義される。
【００１５】
本発明の目的を達成する形態の１つは、密閉したコンプレッサのベアリング内の潤滑油膜を破断から保護するための制御システムを用いるものであり、上記制御システムは、潤滑膜で覆われたベアリングを有する上記コンプレッサと関連付けられ、１つのモータ−コンプレッサアッセンブリを形成するＭ相の電気モータと、マイクロプロセッサと、１つのスイッチセットを備え、電圧に接続され、上記マイクロプロセッサと関連づけられ、かつ上記電圧を変調して上記モータに供給するインバータと、インバータ出口で電圧レベルを測定する電圧観測装置と、上記マイクロプロセッサと関連づけられた上記インバータのスイッチセットを介して循環する電流を測定する電流観測装置とを備える。ここで、上記マイクロプロセッサは、上記モータ−コンプレッサアッセンブリに回転を発生させるように、上記スイッチセットを選択的に動作させ、上記コンプレッサは上記油膜が破断しないように上記コンプレッサの最小の回転数を有する。また、上記マイクロプロセッサは、上記電圧観測装置及びは電流観測装置の情報に基づいてベアリング状態変数を記述するように構成され、上記ベアリング状態変数は予測される最大値を有し、上記マイクロプロセッサは後者が上記最小の回転数より上になるように上記モータの回転数を上げ、上記ベアリング状態変数は上記マイクロプロセッサと関連づけられる電圧観測装置に基づいて取得することができ、上記マイクロプロセッサは、振動パラメータの計算に基づいて、又は上記モータ軸に近接するトルクに基づいて上記ベアリング状態変数を取得するために、上記モータの回転を通じて規定される複数の位置の各々において上記モータの耐久時間を監視する。
【００１６】
本発明の目的を達成する別の態様は、密閉したコンプレッサのベアリング内の潤滑油膜を破断から保護するための方法を用いるものであり、上記コンプレッサは電気モータによって動作され、インバータは電圧に接続され、上記インバータは上記モータに電力を供給するように動作され、それにより上記モータの回転を引き起こす。ここで、上記方法は、上記インバータの電圧及び電流の観測に基づいて、ベアリング状態変数を確立するステップと、上記ベアリング状態変数の予測される最大値を確立するステップと、上記コンプレッサの複数のベアリング内の油膜の破断を防止するように、予め確立された関係に従って上記モータの回転を上げるステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面の詳細な説明．
図１ａによれば、コンプレッサの電気モータの制御システムは、密閉したコンプレッサ２１と、上記コンプレッサ２１と関連づけられるＭ相電気モータ２０（本例では、３相モータが示されている）と、マイクロプロセッサ１０により上記電気モータ２０の位置を検出するために用いられる電圧観測装置と、Ｙ個の電力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５及びＳＷ６によって構成されるインバータ２と、フィルタ４と関連づけられる整流回路３であって、上記インバータ２によって用いられるべきＤＣ電圧システムの入力におけるＡＣ電圧を変換するための整流回路３とによって構成される。電気モータ２０の内部は、誘起された電圧源ＥＡ、ＥＢ及びＥＣと、インピーダンスＺＡ、ＺＢ及びＺＣとによって表されている。マイクロプロセッサ１０は、電気モータＥＡ、ＥＢ及びＥＣにより誘起される電圧を、上記電圧観測装置３０によって読み取り、これらの電圧のうちの２つが互いに交差する瞬間に、図１ｂに示す電力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５及びＳＷ６の動作シーケンスを生成する。コンプレッサの機械的な１回転当たりのスイッチの組合せ（位置）の数は、全部でＮ個あり、Ｎは電気モータの相数Ｍ及びポール数Ｐに依存する。モータの制御方法は、本参照により開示に含まれる特許文献７に詳述されている。
【００１８】
本発明の教示によれば、コンプレッサのベアリング内の油膜を破断から保護する実施形態は２つ存在する。第１の実施形態によれば、ベアリング状態変数は保護を起動させるための振動パラメータＫｏｓｃに基づいて測定され、本発明の第２の実施形態によれば、ベアリング状態変数はモータ軸上のトルク値に基づいて測定される。
【００１９】
図２には、本発明の第１の実施形態による、具体的には回転振動を測定することによりベアリング状態変数を測定しかつ監視して、機械的回転の間のコンプレッサ２１の圧縮室における圧力曲線の形状を具体的かつ概略的に示す振動定数Ｋｏｓｃを定義する形態の１つが示されている。同図には、電気モータ２０の動作を表すスイッチＳＷ１，…，ＳＷ６のＮ個の転流（位置）の瞬間が示されている。コンプレッサ２１の軸のベアリング上の負荷が小さければ、Ｎ個の転流の瞬間間の間隔は実質的に均一であるが、負荷の増大に伴って、この間隔は変化していく。ピストンがガスを圧縮している圧縮サイクルでは、モータは減速され、転流の瞬間間の間隔は長くなる（最大転流時間ｔＭＡＸが定義されている位置３における最大減速の時間の範囲を参照されたい）。コンプレッサ２１のピストン２１が再びガスを吸引する吸引サイクルでは、モータは加速し、よって転流の瞬間は互いに接近する（最小転流時間ｔＭＩＮが定義されている位置１０における最高加速の時間の範囲を参照されたい）。２つの転流間の長い方の間隔及び最大転流時間ｔＭＡＸ、転流間の短い方の時間間隔すなわち最小転流時間ｔＭＩＮ及びＮ個の間隔間の平均値すなわち平均転流時間ｔＭＥＤを採用して、振動指数すなわちパラメータＫｏｓｃは、以下の式で計算される。
【００２０】
【数１】
2008539682.tif 000003
【００２１】
ここで、例示した本実施形態の場合は
【数２】
2008539682.tif 000004
である。又は、一般的には
【数３】
2008539682.tif 000005
である。
【００２２】
この指数は、機械的な１回転の間に電気モータ２０の軸上に存在する振動のレベルの情報を提供する。コンプレッサ２１上の負荷が小さければ、この指数は最大値である１になる。負荷の増大に伴って、上記指数はこの１の値から離れる。
【００２３】
振動パラメータＫｏｓｃが用いられるときは、このパラメータの値が監視される。パラメータＫｏｓｃの値が振動パラメータの最大値ＫＭＡＸに到達する、又はこれを超えると、モータ２０の回転数は、振動パラメータの値Ｋｏｓｃが常に振動パラメータの最大値ＫＭＡＸより下の値を維持するように上げられるべきである。回転数の増加は、モータ２０の軸上の慣性の増加に起因して必然的に振動パラメータ値Ｋｏｓｃの増加を伴い、より低いレベルの振動が発生される。一例として、図３ａでは、可変容量コンプレッサの凝縮及び気化の圧力に従って、振動変動Ｋｏｓｃの曲線が上昇されている。横軸は気化圧力であり、摂氏−３５度から摂氏０度までの範囲の対応するその摂氏度数で表示され、曲線の各ラインは異なる凝縮圧力を表し、同じく摂氏＋３０度から摂氏＋７０度までの範囲の摂氏温度で表示される。図３ｂには、例えば、全ての圧縮及び吸引条件で１５００ｒｐｍに固定されたコンプレッサの最小の回転数が表示されている。この最小の回転数は、１回転の間の転流間の長い方の時間に対応する値である。図３の場合、システムは、振動パラメータＫｏｓｃを介する保護を起動させずに動作されている。図４ａは、図３ａの曲線を繰り返して示したものであり、この場合のために選択された振動パラメータの最大値ＫＭＡＸを示す点線が含まれている。図４ｂは、本発明に係る制御システムによる保護が起動された振動パラメータＫｏｓｃの曲線を示す。このケースでは、曲線は振動パラメータの最大値ＫＭＡＸを超えないことが観察される。図４ｃは、図４ｄと直接比較するために図３ｂを繰り返して示したものである。図４ｄは、保護を起動させて行った、異なる条件下の試験におけるコンプレッサ２１の回転数値を示す。振動パラメータの値Ｋｏｓｃを振動パラメータの最大値ＫＭＡＸより下に維持するために、本発明の制御システムによって、１５００ｒｐｍを超えるまでの回転数の増加が引き起こされている点は留意されるべきである。
【００２４】
振動パラメータの最大値ＫＭＡＸは、コンプレッサ２１に所望される最小の回転数及び用いられる潤滑油の粘性に依存する。
【００２５】
他の好適な実施形態によれば、油膜の破断からコンプレッサ２１を保護することを目的として、ベアリング状態変数の監視をモータ２０の軸上のトルクＴの測定によって行なうことを。
【００２６】
モータ軸上のトルクＴを、保護を起動するためのパラメータとして用いる場合、その手順は振動パラメータの値Ｋｏｓｃを用いて行われるものと酷似している。トルク値は、電流観測装置４０における電流の取得に基づいてマイクロプロセッサ１０により計算される。トルクＴは平均電流に比例し、次式によって計算することができる。
【００２７】
【数４】
2008539682.tif 000006
【００２８】
ここで、ＣＭはモータの設計に依存する定数であり、ＩＭＥＤはモータ１０内のアンペア単位の平均電流である。また、次式も用いることができる。
【００２９】
【数５】
2008539682.tif 000007
【００３０】
ここで、Ｐはインバータ２によって消費されるワット単位の電力であり、電圧観測装置３０及び電流観測装置４０から計算される。Ｃｎは調整定数であり、Ｒはコンプレッサ２１と関連づけられるモータ２０のｒｐｍ単位の回転数値である。
【００３１】
図５ａには、凝縮及び気化温度の異なる組合せに対するトルクＴの曲線が描かれている。本図に示されているトルクＴの値は、マイクロプロセッサ１０から直接得たものであり、既知のユニットに調整を加えたものではない。横軸は、摂氏−３５度から摂氏０度までの範囲の気化温度を示し、各曲線は摂氏＋３０度から摂氏＋７０度までの範囲の異なる値の凝縮（圧縮）温度に対応している。図５ａのトルクの曲線と図４ａの振動パラメータＫｏｓｃの曲線とを比較すると、凝縮（圧縮）及び気化の温度に依存するトルクＴの変動は、ベアリング状態変数を監視するための測度として用いられる本発明の第１の実施形態に係る振動パラメータＫｏｓｃの変動に似た振る舞いを有することが観察される。このようにして、振動パラメータＫｏｓｃの場合と全く同様に、それを超えると潤滑油膜の破断からの保護が起動されるべきトルクＴの所定値を選択することができる。図５ａにおける破線は、限界トルクＴＬＩＭの選択された値を表す。本発明のシステムに従った保護が起動されると、コンプレッサ２１の回転数は上げられるべきである。しかしながら、振動パラメータＫｏｓｃを用いる場合に発生するものとは異なり、トルクＴは、専ら負荷に依存するので、回転数が増加しても変化しない。従って、保護が起動されると回転数をどの程度上げるべきかを知らせるために用いられる、トルクと最小の回転数との間の関係を構築することが必要である。図５ｂは、トルクと最小の回転数との関係の一例を示す。このケースでは、図５ａにおいて、トルクＴの値が約４１０（モータ２０のトルクＴに比例し、マイクロプロセッサ１０によって内部的に計算された値）である摂氏−１０度×摂氏７０度の条件を選択すれば、本発明のシステムによる保護が起動され、図５ｂに従って最小の回転数２１００ｒｐｍが課される。
【００３２】
この論理を用いれば、トルク値の表を確立し、それをマイクロプロセッサ１０内に格納することができ、これにより、限界トルクの値ＴＬＩＭ及び最小の回転数ＲＰＭｍｉｎを確立することができる。
【００３３】
本システムの実施例に関しては、本発明は、
−インバータ２における電圧及び電流の観測からベアリング状態変数を確立するステップと、
−上記ベアリング状態変数のために予測される最大値を確立するステップと、
−上記コンプレッサのベアリング内の油膜の破断を防止するように、予め確立された関係に従ってモータ２０の回転数を上げるステップとを予測している。
【００３４】
本発明の第１の実施形態によれば、ベアリング状態変数は、モータ２０の回転中に規定されるポールの位置の各々におけるモータ２０の耐久時間を監視し、振動パラメータＫｏｓｃを定義することによって確立される。振動パラメータＫｏｓｃは、ポールの位置の各々におけるモータ２０の耐久性に関する最大転流時間ｔＭＡＸ、最小転流時間ｔＭＩＮ及び平均転流時間ｔＭＥＤを比較することによって取得され、上記振動パラメータは上述した式１、式２及び式３によって取得される。
【００３５】
また、本方法によれば、この振動パラメータの値Ｋｏｓｃが振動パラメータの最大値ＫＭＡＸ以上のときは、モータ／コンプレッサ２０、２１のアッセンブリの回転数が最小の回転数ＲＰＭｍｉｎ以上の回転数まで上げられるように、振動パラメータＫｏｓｃは、予め確立されかつコンプレッサ２１の最小の回転数ＲＰＭｍｉｎに対応する振動パラメータの最大値ＫＭＡＸと比較される。
【００３６】
一般に、本方法により、Ｋｏｓｃパラメータは、機械的な１回転におけるモータ２０の回転振動レベルによってコンプレッサ２１がどの凝縮圧力及び気化圧力の条件にあったかを知らせるために用いられ、これにより、その値が予め確立された振動パラメータＫＭＡＸの最大の限界値を超えるときはいつでも、コンプレッサ２１の回転数を上げることができる。回転数の増加は、Ｋｏｓｃパラメータの値を常に振動パラメータの最大値ＫＭＡＸ以下の値に維持するに足るものであるべきである。従って、コンプレッサ２１は常に、ベアリング内の潤滑油膜が破断する危険性のない、即ち最小の回転数ＲＰＭｍｉｎより大きい回転数で動作することが保証される。
【００３７】
本発明の第２の実施形態によれば、ベアリング状態変数はモータ２０の軸に近接するトルクＴから取得され、より具体的には、ベアリング状態変数はインバータ２を介して循環する電流レベル値を監視し、電流ＩＭＥＤの値からモータ２０のトルクＴの値を確立することによって取得され、この電流の値は平均値ＩＭＥＤであり、トルクＴは上述した式４及び式５によって取得される。
【００３８】
計算されたトルクＴは、所定の限界トルクの値ＴＬＩＭと比較される。モータ２０の軸上のトルクＴがこの所定値を超えると、トルクＴと最小の回転数ＲＰＭｍｉｎとを相互に関連づける表がチェックされる。限界トルクＴＬＩＭより高いトルクＴの値の各々については、コンプレッサのベアリングが潤滑油膜の破断に起因する固体摩擦を受けないことを保証するためにコンプレッサ２１へ課されるべき最小の回転数が存在する。
【００３９】
従って、本発明の制御システム及び方法によれば、所望される目的を達成することが可能である。この方法により、コンプレッサ２１のベアリングは、小さい回転数及び高い圧縮（吐出し）圧力での動作時に油膜の破断によって引き起こされる固体摩擦に陥らないように管理される。さらに、コンプレッサの効率を上げる目的で、より小さい粘性の滑油を用いたり、マイクロプロセッサを用いてシステムを制御したりすることができるが、測定は外部センサを追加する必要なしに回路において直接的に行われるので、コンプレッサ内に追加のセンサを用いることは省かれる。
【００４０】
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明の範囲は他の可能な変形例をも包含するものであって、可能な等価物を包含している添付の請求の範囲に記載された内容によってのみ限定される点は理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１ａ】本発明の教示に係る、コンプレッサの電気モータを制御するための制御システムを示す概略図である。
【図１ｂ】コンプレッサと関連づけられた電気モータの動作の波形特性を示す図である。
【図２】回転振動パラメータＫｏｓｃの計算値を求める基礎となる、電気モータが１回転する間のモータ転流時間に対するコンプレッサ圧力の振る舞いの曲線を示す図である。
【図３ａ】平均速度１６００ｒｐｍで動作するコンプレッサの圧縮及び吸引圧力に対する回転振動パラメータの変化を示す曲線を示す図である。
【図３ｂ】図３ａにおける曲線の上昇中に検出されるコンプレッサの一定の最小の回転数１５００ｒｐｍ（平均値１６００ｒｐｍ）の曲線を示す図である。
【図４ａ】それを超えると本発明の教示に係る油膜の破断からの保護が起動される、振動パラメータＫｏｓｃの最大振動パラメータＫＭＡＸである線ＫＭＡＸを付して図３ａを繰り返して示す図である。
【図４ｂ】本発明の教示に係る保護システムを有する振動パラメータＫｏｓｃの変動の曲線を示す図である。
【図４ｃ】図４ｄと直接比較するために図３ｂを繰り返して示す図である。
【図４ｄ】本発明の教示に係る振動パラメータＫｏｓｃを用いて油膜の破断を防止する保護システムの起動により引き起こされるコンプレッサの最小の回転数の増加を示す曲線を示す図である。
【図５ａ】圧縮及び吸引圧力に対するコンプレッサのモータ軸上のトルクの変動を示す曲線を示す図である。
【図５ｂ】ベアリング内の油膜が破断しないことを保証するように、軸上に存在するトルクの値に依存して、コンプレッサのモータに課されるべき最小の回転数を確立するための所定の曲線を示す図である。
【図１】
2008539682.tif 000016
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2008539682.tif 000019
【図４ａ】
2008539682.tif 000020
【図４ｂ】
2008539682.tif 000021
【図４ｃ】
2008539682.tif 000022
【図４ｄ】
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【図５ａ】
2008539682.tif 000024
【図５ｂ】
2008539682.tif 000025
【国際調査報告】
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2008539682.tif 000027
2008539682.tif 000028