(57)【要約】【課題】サスペンションシステムにおけるスプリングの剛性を低減でき、以て通常動作時の振動レベルを最小に抑えるシステム及び方法を提供する。【解決手段】密閉した冷房圧縮機のための制御システムは、往復圧縮機３とこの往復圧縮機３のための電子制御装置２を備える。電子制御装置３は、往復圧縮機３の電源オフの命令後、回転する車軸１０の回転速度２３が予め定められた速度レベルより下であるか否かを検出するように構成されており、その後、検出された回転速度２３が速度レベル３４より下の場合、回転する車軸１０が次の回転を完了する前に、回転車軸１０を減速させる制動トルク（３６）を与えるように構成されている。【選択図】図２
2016145580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの電子制御装置（２）と、少なくとも１つの圧縮機構（８）及び１台のモータ（９）を具備する少なくとも１つの機械アセンブリ（１２）を備えた往復圧縮機（３）とを、少なくとも備えた、圧縮機を冷却するための制御システムにおいて、
前記電子制御装置（２）は、前記圧縮機構（８）の回転速度（２３）を検出すると共に、前記回転速度（２３）が予め定められた速度値（３４）より下であることを検出した後、制動トルク（３６）を機械アセンブリ（１２）に付与するように構成されていることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記回転速度（２３）は、前記速度レベル（３４）の予め定めた値を有し、前記制動トルク（３６）を付与できることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記電子制御装置（２）は、前記圧縮機構（８）がその動作を実行する必要がある期間を検出すると共に、前記期間を、前記圧縮機構（８）が前記速度レベル（３４）でその動作を実行する必要がある期間に関係した最大基準時間と比較することを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記速度値（３４）は、前記機械アセンブリ（１２）の慣性が完全な圧縮サイクルを実行できるのを保証するように設定されること特徴とする請求項２又は３に記載の制御システム。
【請求項５】
前記制動トルクの付与は、圧縮サイクルが完了した後の次の瞬間（３５）に開始されること特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
前記制動トルク（３６）の付与は、新しい圧縮サイクルが今まさに始まろうとしている瞬間に終了すること特徴とする請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記制動トルク（３６）は、前記回転速度（２３）を段階的に減速するように設定されていること特徴とする請求項１に記載の往復圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮機構（８）の前記回転速度（２３）が、新しい圧縮サイクルが今まさに始まろうとしている瞬間に０の値を有すること特徴とする請求項７に記載の往復圧縮機。
【請求項９】
前記制動トルク（３６）は、前記回転速度（２３）のそれとは反対の方向を有すること特徴とする請求項１に記載の往復圧縮機。
【請求項１０】
密閉した冷房圧縮機のための制御方法において、
（ａ）少なくとも圧縮機構（８）と１台のモータ（９）を有する機械アセンブリ（１２）の回転速度（２３）を検出するステップと、
（ｂ）前記回転速度（２３）を速度値レベル（３４）と比較するステップ、及び、
（ｃ）前記回転速度（２３）が速度値（３４）より下であることを検出した後、制動トルク（３６）を付与して機械アセンブリ（１２）を減速させるステップを有することを特徴とする密閉した冷房圧縮機のための制御方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｂ）により、前記回転速度（２３）と、前記速度レベル（３４）の予め定めた値を比較し、前記制動トルク（３６）を付与できることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ａ）は、前記圧縮機構（８）がその動作を実行する必要がある期間を検出し、前記ステップ（ｂ）は、前記期間を、前記圧縮機構（８）が前記速度レベル（３４）でその動作を実行する必要がある期間に関係した最大基準時間と比較することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記速度レベル（３４）は、前記機械アセンブリ（１２）の慣性が完全な圧縮サイクルを実行できるのを保証することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ｃ）は、圧縮サイクルの完了に続く瞬間（３５）に開始されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｃ）は、圧縮サイクルが今まさに始まろうとしている瞬間に終了することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップ（ｃ）は、前記回転速度（２３）を段階的に減速するように設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（ｃ）は、新しい圧縮ストロークが今まさに始まろうとしている瞬間に前記圧縮機構（８）の回転速度（２３）が０の値を有するよう設定されていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップ（ｃ）は、前記回転速度（２３）に反してトルクを付与することによって実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復圧縮機の停止（制動）動作を制御することができるシステム及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
往復型密閉圧縮機は往復動型のロッド、クランク及びピストンを有し、一般家庭や営利業界の冷房装置に広く使用されている。
【０００３】
往復圧縮機は、２つの一定速度状態（オン／オフ）の制御が最高温度での圧縮機オンと、最低温度での圧縮機オフによって実行されるような固定容量型圧縮機の場合があり、またその制御がある電気機械装置や電子回路によって実行されかつ例えばコンパートメントの内部温度などの冷房装置用制御変数に依存するプログラムに対応でき圧縮機が変化する速度と制動の往復動サイクルで作動するような変動容量型圧縮機の場合もある。
【０００４】
運転期間中に、往復圧縮機は、冷却回路を介して冷却ガスを循環することに関与し、ロッド・クランク・ピストン機構は、ピストンの前進によってガス圧を上げ、冷却ガスが逆の応力を同機構と回転車軸に与えるといったような周期的な運動の実行に関与する。ピストンへのこの応力と、その結果として生じる機構と回転車軸への反作用は、回転車軸の回転を通して大きく変化し、その変動は冷却ガスの圧力値に直接比例する（蒸発圧と冷却回路の凝縮圧の差が大きくなれば、それだけ変動も大きくなる）。
【０００５】
このため、往復圧縮機を使用する冷房装置では、圧縮機のスイッチが切られた瞬間は、機構はアセンブリの慣性、主に回転運動を課すモータ回転子の慣性により、依然として回転する。慣性運動は、ガスの圧力差によって生じるピストンへの逆衝撃に起因して、圧縮機停止時のショックを発生させる。その衝撃は、車軸の急激な停止により起こるか、或いはストンが圧力を克服することができないために車軸の最後の回転時での反対方向の回転運動によって起こる。このように、交互運動においてガスが圧縮・非圧縮され、その状態は往復圧縮機に諸問題を生じさせる可能性がある。
【０００６】
このため、停止ショックは冷房用往復圧縮機ではよくあることである。一般的に、圧縮機内部にあってアセンブリ全体を支持するサスペンションスプリングシステムは、衝動を吸収・減衰し、部品間衝撃によるスプリング破損や停止騒音などの問題を発生しないように設計される。圧縮機が作動する圧力差が大きければそれだけ、停止衝撃も大きくなるであろう。
【０００７】
圧縮機が停止する際のショックの問題に対する技術的解決法の一つは、サスペンションスプリングにおけるバランスのとれた設計である。そのサスペンションスプリングの主な機能は、ポンプ装置の通常作動中においてピストンの往復動によって発生する振動の伝達を減衰することにあり、以てこれらの振動が外側圧縮機ボディに移り、最終的にはクーラーに伝わって騒音を発生するのを防止することにある。このような方法では、スプリングは、停止衝撃を吸収する以外に、正常機能振動を減衰するのに充分なほど柔らかでなくてはならない。他方、スプリングはこの停止衝撃の間、アセンブリを長く変位させる地点まで過度に柔軟なように設計すべきではない。何故なら過度に柔軟であると機械的停止の際に衝撃を生じ、騒音を発生してしまう可能性があるからである。同様に、スプリングの疲労や破壊を起こす程度まで過剰な応力がスプリングに生じないような設計が採択されなければならない。
【０００８】
ここで留意すべきことは、その停止ショックは、大きな圧力差で作動する圧縮機や、構成部品の内部質量がより小さい圧縮機にとってはより強烈なものであるかもしれないということである。尚、圧力状態やアセンブリ質量に関連する要因は、サスペンションスプリングの設計を困難にしており、通常作動の振動を減衰しようとすればそれだけ、このプロジェクトは特に低回転での作動においてより高度なものとなるであろう。このため、設計者はより深刻で達成困難な外形条件に直面している。
【０００９】
厳しい圧力条件やアセンブリ重量の最適化、さらに低回転運転時の騒音レベルを大幅にへらす必要、が存在する設計において、スプリング設計への解決策は全ての希望条件を満たさないかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の第１の目的は、サスペンションシステムにおけるスプリングの剛性を低減でき、以て通常動作時の振動レベルを最小に抑えるシステム及び方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、サスペンションシステムのロバスト性に対する要求を下げることができ、スプリングの破損を回避することで信頼性レベルと耐用年数を維持するシステム及び方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の更なる目的は、圧縮機を高い圧力差の条件で作動させることができ、その状態の下で好ましからぬ衝撃や騒音を発生することなく圧縮機の電源を切ることができるシステム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、１つの電子制御装置と、少なくとも１つの圧縮機構及び１台のモータを具備する少なくとも１つの機械アセンブリを備えた往復圧縮機とを、少なくとも備えた、圧縮機を冷却するための制御システムにおいて、電子制御装置は、前記圧縮機構の回転速度を検出すると共に、前記回転速度が予め定められた速度値より下であることを検出した後、制動トルクを機械アセンブリに付与するように構成されていることを特徴とする制御システムによって達成される。
【００１４】
さらに、本発明により、密閉した冷房圧縮機のための制御方法において、
（ａ）少なくとも圧縮機構と１台のモータを有する機械アセンブリの回転速度を検出するステップと、
（ｂ）回転速度を速度値レベルと比較するステップ、及び、
（ｃ）回転速度が速度値より下であることを検出した後、制動トルクを付与して機械アセンブリを減速させるステップを有することを特徴とする密閉した冷房圧縮機のための制御方法を提供する。
【００１５】
以下の図面を参照し、本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】冷却システムを示した図である。
【図２】圧縮機と圧縮機内部の主要なサブシステムの制御を示した図である。
【図３】往復圧縮機の機械的サブシステムの詳細部を示した図である。
【図４】圧縮過程と圧縮機の車軸速度を示した図である。
【図５】従来技術によるスタート中の圧縮過程と車軸速度を示した図である。
【図６】本発明におけるスタート中の圧縮過程と車軸速度を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、冷却システムは往復圧縮機３を有し、それは電力ネットワーク１によって給電され、往復圧縮機３の作動を制御可能な電子制御装置２を備える。往復圧縮機３は、ガス循環閉回路１８内で冷却ガスを駆動し、この回路内で冷却ガスの流れ７を生成し、そのガスを凝縮器５にガスを導く。凝縮器５の後は、冷却ガスは例えば毛細管であるかもしれない流動冷却装置６を流れる。次いでガスは蒸発器４に導かれ、その後、往復圧縮機３に戻り、再びガス循環回路を開始させる。
【００１８】
図２は、圧縮機内部にあるサブシステムに焦点をあてたものであり、往復圧縮機３はハウジング１７と、機械アセンブリ１２の運動より発生する機械的振動を減衰するサスペンションスプリング１１と、同アセンブリ１２を形成するモータ９及び圧縮機構８とによって形成され、同機構及びモータはトルクと回転運動を伝達する車軸１０によって相互連結されている。
【００１９】
不均衡とトルク変動に起因し、圧縮機構８によって生じる機械的振動は、サスペンションスプリング１１によってフィルタリングされる。このため、サスペンションスプリング１１は、振動フィルタリングの効率を高めるため低弾性係数をもつように（即ち、できるだけ柔軟に）計画化される。しかしながら、仮にサスペンションスプリング１１が柔軟に作られたならば、この設計は、往復圧縮機３の停止時、機械アセンブリ１２の過渡振動と変位の振幅を増大させ、往復圧縮機３のハウジング１７に対する機械アセンブリ１２（駆動と圧縮）間の機械的衝撃を生じる恐れがあり、騒音やサスペンションスプリング１１の疲労や破損を生じる可能性がある。
【００２０】
図３は圧縮機構８を示しており、同機構は回転する車軸１０を有し、ここにロッド１６が取り付けられる。ロッド１６はピストンを駆動してシリンダ１３内部で移動させることで、回転車軸１０の回転運動を往復動に変え、以て圧縮ガスをバルブプレート１４を介して循環させる。この機構は、高い圧力差と高い反作用トルクのピークが生じるようにガスを圧縮する。回転車軸１０の回転運動は、それ自身の慣性によって保持され、その平均速度は、モータ９が発生したトルクによって維持される。
【００２１】
図４は、モータ９によって生成されかつ圧縮機構８の反作用トルク２１と直面する運転トルク２０を示しており、反作用トルクは往復圧縮機３の回転車軸１０の回転速度２３の変動を発生するようになっている。回転車軸１０のこの回転速度２３は圧縮サイクル／ストロークを通して変化するものであり、その圧縮サイクルは通常、回転角が０度となるピストン１５の下死点で始まり、回転の１８０度に近いほぼ低角度において車軸を減速させて最大圧縮と最大反作用トルクに到達する。
【００２２】
図５から分かるように、従来技術による往復圧縮機３の停止過程の間では、モータ９が作動トルク２０の生成を止める瞬間に、圧縮機構８は、回転車軸１０に蓄えられた運動エネルギによる慣性運動を継続し、回転車軸１０の回転速度２３は圧縮サイクルが終了する毎に徐々に減少し、回転車軸の回転がかなり減少したために圧縮サイクルを完了するほど充分なエネルギがなくなるような衝撃時期２４に至るまで、回転する質量車軸１０から運動エネルギを抜き出す。
【００２３】
このため、回転する車軸１０は急激に回転速度２３をなくし、即ち高い減速（ｒｐｍ／ｓ）が起こり、衝撃時期２４において圧縮機構８の逆衝撃を引き起こす。非常に短い期間内での圧縮機構８の減速は機械アセンブリ１２全体を駆動し、回転車軸１０を反対方向に回転させるかもしれない。回転車軸１０の運動エネルギは、回転（角）と回転軸１０の慣性力に依存する。急停止で生じた逆の衝撃は、機械アセンブリ１２に強い衝撃を与え、このようにして機械アセンブリ１２とハウジング１７の間に大きな変位と、場合によっては機械的衝撃を起こし、これにより騒音とサスペンションスプリング１１の疲労を発生させる。
【００２４】
図６は、逆の方法で、指摘した問題の解決策を示した、本発明によるグラフを示しており、ここでは往復圧縮機３の停止過程の間、モータ９が作動トルクの発生を停止した制動時期３２において、圧縮機構８は、回転車軸１０に蓄えられた運動エネルギよってその慣性運動を続けており、回転車軸１０の回転速度２３は、回転車軸１０の回転が速度レベル３４より下になるまでは徐々に減少している状態を示している。電子制御装置２が、回転車軸１０の回転が速度レベル３４に到達したことを検知したならば、続く時期３５において電子制御装置２は反対方向の制動トルク３６を圧縮機構８の回転に付与する。
【００２５】
好ましくは、この検出は、ロータ位置の変化の間の時間を検出する電子制御装置２によってなされる。図５及び図６から分かるように、ピストンのストローク期間（０°〜３６０°）は速度に反比例して変化する。したがって、電子制御装置２は、圧縮機構８がその運動（０°〜３６０°）を実行する必要がある期間を検出し、その期間の最大基準時間と比較するように構成すればよい。この最大基準時間は、圧縮機構８が速度レベル３４でその運動を実行する必要がある期間に関係する。従って、回転車軸１０の回転速度が電子制御装置２により予め設定された速度レベル３４を下回った時、制動トルク３６が付与されるということができる。本発明の好ましい実施形態では、制動トルク３６は通常、反作用トルク３１がその最大値（ピーク）の１つを通った時、適用され、既に減速下にあるモータ９の慣性を利用することで制動を容易にしている。この制動トルク３６の最も関連性のある特徴は、モータ９巻線を循環する電流レベルに依存するその強度と、速度レベル３４に到達した瞬間からモータ９が完全停止するまで続くかもしれないその継続時間にある。
【００２６】
制動トルク３６は様々な方法によって付与することができる。モータ９の巻線間に抵抗を追加し、モータ９動作によって生じる電流を閉じ回路に循環させてその動作とは逆のトルクを発生する方法（モータ９を制御するインバータのＰＷＭ変調によっても実行可能）や、或いは運転中、モータ９に供される電流とは逆の電流を与える方法が採用されることが好ましい。
【００２７】
速度レベル３４に続くこの継続期間３５には、回転車軸１０の制動期間３７を始め、回転車軸１０の最後の回転の多くが含まれる。このようにして、最後の圧縮サイクルが生じることが回避され、以て圧縮機構８へ強い逆衝撃がかかるのも防止される。このようにして回転車軸１０は減速され、その減速は制御された形で最後の回転の至るところへと分散され、結果として昨今の技術で見られるような値よりも実質的に低い減速値（ｒｐｍ／ｓ）が得られることになる。この事象を起こすためには、回転車軸１０の回転速度レベル３４は、往復圧縮機３の回転軸車１０に蓄えられた運動エネルギによって完全な圧縮サイクルが完了されるほど十分であることが好ましく、以て圧縮機構８の突然の減速やショックを回避できるものでなければならない。
【００２８】
このようにして、本発明によれば、機械アセンブリ１２のサスペンションスプリング１１を、振動をフィルタリングするのに非常に効果的な低弾性係数を持つように設計することができ、さらに往復圧縮機３のハウジング１７と伴う機械アセンブリ１２のショックを回避する。加えて、本発明は、停止過渡中において機械アセンブリ１２が大きく変位するのを防止し、サスペンションスプリング１１に加わる機械的な応力や疲労を最小限に抑える。
【００２９】
従って、本発明は、回転する車軸の最後の回転中、ロッド／クランク／ピストンからなるアセンブリの減速を制御することによって、停止の際の圧縮機の機械アセンブリにかかるショックを大幅に低減する（或いは無くする）システム及び方法を規定するものであり、これにより、ピストンが最後の不完全なガス圧縮サイクル中において急激に減速するのを回避すると共に、トルクを伴った高い衝撃の発生を防止するものである。
【００３０】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の範囲は、添付した請求項の中身によってのみ限定された形で、考えられ得る等価物を含んだその他の予想可能な変形例を包含していることを理解すべきである。
【図１】
2016145580.tif 000003
【図２】
2016145580.tif 000004
【図３】
2016145580.tif 000005
【図４】
2016145580.tif 000006
【図５】
2016145580.tif 000007
【図６】
2016145580.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月16日(2016.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子制御装置（２）と、
少なくとも１つの圧縮機構（８）及び１台のモータ（９）を具備する少なくとも１つの機械アセンブリ（１２）を備えた圧縮機（３）とを、少なくとも備えた、冷房圧縮機の制御システムにおいて、
前記圧縮機（３）は往復圧縮機（３）であり、
前記電子制御装置（２）は、前記往復圧縮機（３）の停止過程の間において前記圧縮機構（８）の回転速度（２３）を検出すると共に、前記回転速度（２３）が正の速度値（３４）より下であることを検出した後、制動トルク（３６）を前記少なくとも１つの機械アセンブリ（１２）に付与するように構成されていることを特徴とする冷房圧縮機の制御システム。
【請求項２】
前記回転速度（２３）が正の速度値（３４）より下であることを検出した後、制動トルク（３６）を前記少なくとも１つの機械アセンブリ（１２）に付与することが、前記往復圧縮機（３）の停止過程の間において行われることを特徴とする請求項１に記載の冷房圧縮機の制御システム。
【請求項３】
前記電子制御装置（２）は、前記圧縮機構（８）がその動作を実行する必要がある期間を検出すると共に、前記期間を、前記圧縮機構（８）が前記速度レベル（３４）でその動作を実行する必要がある期間に関係した最大基準時間と比較するようにされていることを特徴とする請求項１に記載の冷房圧縮機の制御システム。
【請求項４】
前記速度レベル（３４）は、前記機械アセンブリ（１２）の慣性が完全な圧縮サイクルを実行できるのを保証するように設定されることを特徴とする請求項３に記載の冷房圧縮機の制御システム。
【請求項５】
前記制動トルク（３６）の付与が圧縮サイクルが完了した後の次の瞬間に開始されるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の冷房圧縮機の制御システム。
【請求項６】
前記制動トルク（３６）の付与は、新しい圧縮サイクルが今まさに始まろうとしている瞬間に終了するようにされていることを特徴とする請求項１に記載の冷房圧縮機の制御システム。
【請求項７】
前記制動トルク（３６）は、前記回転速度（２３）を段階的に減速するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷房圧縮機の制御システム。
【請求項８】
前記圧縮機構（８）の前記回転速度（２３）が、新しい圧縮サイクルが今まさに始まろうとしている瞬間に０の値を有することを特徴とする請求項１に記載の冷房圧縮機の制御システム。
【請求項９】
前記制動トルク（３６）は、前記回転速度（２３）の方向とは反対の方向を有することを特徴とする請求項１に記載の冷房圧縮機の制御システム。
【請求項１０】
密閉した冷房往復圧縮機（３）のための制御方法において、
（ａ）前記冷房往復圧縮機（３）の停止過程の間において、少なくとも圧縮機構（８）と１台のモータ（９）を有する機械アセンブリ（１２）の回転速度（２３）を検出するステップと、
（ｂ）前記回転速度（２３）を正の速度値レベル（３４）と比較するステップ、及び、
（ｃ）前記回転速度（２３）が速度値（３４）より下であることを検出した後、制動トルク（３６）を付与して機械アセンブリ（１２）を減速させるステップを有することを特徴とする密閉した冷房往復圧縮機のための制御方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ａ）は、前記圧縮機構（８）がその動作を実行する必要がある期間を検出し、前記ステップ（ｂ）は、前記期間を、前記圧縮機構（８）が前記速度レベル（３４）でその動作を実行する必要がある期間に関係した最大基準時間と比較することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記速度レベル（３４）は、前記機械アセンブリ（１２）の慣性が完全な圧縮サイクルを実行できるのを保証することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｃ）は、圧縮サイクルの完了に続く瞬間（３５）に開始されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ｃ）は、圧縮サイクルが今まさに始まろうとしている瞬間に終了することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｃ）は、前記回転速度（２３）を段階的に減速するように設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップ（ｃ）は、新しい圧縮ストロークが今まさに始まろうとしている瞬間に前記圧縮機構（８）の回転速度（２３）が０の値を有するよう設定されていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（ｃ）は、前記回転速度（２３）に反してトルクを付与することによって実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【外国語明細書】
2016145580000001.pdf