JPH08240346A - モータ冷却用液体注入ファジィロジック制御回路 - Google Patents

モータ冷却用液体注入ファジィロジック制御回路

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JPH08240346A JP8018527A JP1852796A JPH08240346A JP H08240346 A JPH08240346 A JP H08240346A JP 8018527 A JP8018527 A JP 8018527A JP 1852796 A JP1852796 A JP 1852796A JP H08240346 A JPH08240346 A JP H08240346A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空調コンプレッサにおけるモータの運転温度
を制御するための改良された制御回路を提供する。 【解決手段】 ファジィロジック制御回路は空調コンプ
レッサ１２のモータ２０を冷却するための冷却剤液体注
入比を変えるために用いられる。制御はモータ２０の温
度と他の測定可能な動作条件に基づくものである。温度
偏差は比例的に又は徐々に処理されるよりも組み分けさ
れる。制御装置は他の動作条件による所定の温度偏差に
応答する。あるモードにおいては、他の動作条件はモー
タ２０が加熱または冷却される割合である。実施例で
は、制御回路が５列掛ける５行のマトリックスに従って
ソレノイド弁のデュティサイクルを決める。この制御は
負荷条件の広い範囲にわたって設定点のほぼ２５゜Ｆ内
のモータ温度を保持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御回路に係り、
特に変化する負荷条件のもとでの適正又はそれに近くで
装置の動作条件を維持するための制御回路に関する。さ
らに詳しくは、本発明は、電動機の電機子内への流体冷
却剤の注入の比を制御する制御回路に関する。
【０００２】本発明の実施例は、所定の設定点以上又は
以下の電動機温度の変化に依存する比で、電動機の電機
子内への冷却剤液体の注入比を制御するファジィロジッ
ク制御回路に関する。
【０００３】
【従来の技術】空調，冷却およびヒートポンプシステム
では、広域負荷のもとでの動作のために設計されている
強力な電動機が用いられる。電動機（モータ）の動作温
度は、重負荷の条件下では上昇しがちであり、そして減
少した負荷条件下ではゆっくりと降下又は上昇する。モ
ータに課せられる負荷は、圧縮と膨張を通して循環され
ている冷凍量に依存するとともに、空調又は熱負荷に依
存する。空調負荷は、日のある時間から他の負荷まで広
く変わるとともに、天候，人的および設備負荷，および
他の要素の変化につれても変わる。
【０００４】スクリュータイプのコンプレッサは、例え
ばオフィスビル，病院又は公共施設用の大掛かりな空調
システムにおいて使用される。大きな空調システムは代
表的に２ないし４のスクリュータイプのコンプレッサを
使用しており、各々のコンプレッサは４０から８５トン
の冷却容量を持っている。ここでトンは１２，０００Ｂ
ＴＵ／時を表す。これは氷１トンの溶融からの冷却量を
表す。２乃至４つのスクリューコンプレッサが有れば、
システム容量は８０〜３７５トンである。空調負荷は日
を通して最小システムから最大システムまで変わり、従
って各モータの負荷が変わる。
【０００５】コンプレッサモータはアマチュア（電機
子）巻線に植設された１つ又はそれ以上の温度センサを
備えている。モータは、温度センサをアマチュアの最も
熱い部分に設けるように設計されている。一度にセンサ
の１つだけが使用される。他のセンサはスペア（予備）
として役立ち、温度センサが故障してもモータを取り替
える必要がない。
【０００６】センサは、制御モジュールに接続されてお
り、順番に制御信号を冷却剤セレノイド弁に送る。セン
サは代表的には、温度によって変わる抵抗を有するタイ
プのものである。制御モジュールにおける回路又はソフ
トウェアは抵抗値を温度値に変換する。ソレノイド弁に
対する制御信号のデュティサイクルは検出したモータ温
度に比例する。制御信号は正常運転での冷却の必要性に
基づく正常レベルのデュティサイクルを持っている。制
御モジュールは、設計動作温度または設定点以上又は以
下のモータ温度の偏差に比例してデュティサイクルを上
昇又は下降させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】大きな冷却器空調シス
テムで用いられるコンプレッサにおいて、モータはモー
タハウジング内への液体冷却剤注入によって部分的に冷
却される。液体冷却剤は、固定子と電機子を通り、それ
らを冷却する。拒否されるべき熱の量はコンプレッサの
負荷によって変わるので、液体注入比は、むしろ液体の
一定量によるよりも、負荷によって制御されるべきであ
る。パルスソレノイド弁は制御手段として使用可能であ
り、液体注入比が変わる。一般のソレノイド弁制御手段
は、モータ温度に比例して、５０ないし１００度Ｆのモ
ータ温度変化を生じる。モータは正常に冷却されている
時は約２００度で運転するように設計されているので、
温度変化は予期され、冷却剤液体の温度は代表的に４１
度Ｆである。好ましくは、モータの運転温度は約２５度
ファーレンヘイト（Ｆｓｈｒｅｎｈｅｉｔ）（１４℃）
以内に保たれるべきである。前述のように、モータ負荷
は広く変わるので、熱除去の必要性も運転中には変わる
ことになる。定常状態のもとでは、冷却剤注入比を簡単
に制御することによって、十分な温度制御が可能であ
る。しかしながら、空調システムで経験される広域負荷
変動のものでは、簡単な流体制御すなわちモータ巻線温
度の関数としての制御では正確なモータ温度の制御を行
うことは出来ない。制御回路の対象はモータ運転温度の
変動を少なくすることであるが、この対象は今日まで実
現されていない。
【０００８】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、その主たる目的は空調コンプレッサにお
けるモータの運転温度を制御するための改良された制御
回路を提供することである。
【０００９】本発明の他の目的は、広い範囲の負荷条件
にわたって運転温度を設定温度の近傍に保持する手段と
して、コンプレッサモータへの流体注入のファジィロジ
ック制御を用いることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のモータ冷却用液体注入ファジィロジック制
御回路は、負荷の範囲のもとでモータの動作温度を制御
するために、空調コンプレッサの駆動モータの電機子内
への冷却剤液体注入を制御するファジィロジック制御回
路であって、冷凍／空調システムが、低圧冷却剤を入口
で受け、前記冷却剤蒸気を圧縮するとともに該冷却剤蒸
気を出口から高圧で供給する前記コンプレッサと、前記
コンプレッサの出口に連結され高圧液体に凝縮するため
に前記冷却剤蒸気から熱を放出するコンデンサ手段と、
前記制御回路からの制御信号によって制御され前記モー
タ電機子内へ前記冷却剤液体を選択的に注入させるソレ
ノイド弁、および前記モータ電機子に連通して配設され
前記モータ電機子の動作条件を表す１つ又はそれ以上の
センサ信号を供給するために前記制御回路の入力に接続
されたセンサによって構成され、前記制御回路は、前記
センサ信号を、所定の温度設定点からの動作温度の温度
偏差に変換し、かつ前記モータ電機子の動作条件を決め
るとともに、モータ動作温度と他の動作条件の関数とし
て変わるデュティサイクルで前記制御信号を供給するこ
とを特徴とする。
【００１１】また、前記制御回路は５掛ける５のマトリ
ックスによる前記制御信号のデュティサイクルを決め、
前記温度偏差は５の又はそれ以上の範囲に組み分けら
れ、これらの範囲は前記設定点の近くの中央範囲でと、
この中央範囲より以下および以下である第１の上部およ
び下部範囲と、該第１の範囲以上および以下である第２
の上部および下部範囲を含むとともに、前記他の動作条
件は、中央範囲と、この中央範囲よりも以上又は以下の
上部および下部範囲および前記第１の範囲よりも以上お
よび以下の第２の上部および下部範囲を含み、動作温度
範囲の範囲と前記他の動作条件は前記マトリックスのブ
ロックを規定するとともに、前記制御信号は前記マトリ
ックスの各ブロック用の所定の値を有することを特徴と
する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１３】最初に図面の図１を参照すると、本発明は
大きな商業用の空調又はヒートポンプシステム１０用の
モータ冷却制御として実施され、ここでは１つ又はそれ
以上のスクリュータイプのコンプレッサ１２が用いられ
ている。この種のコンプレッサは第１のスクリュー１４
と第２のスクリュー１６を有し、これらのスクリューは
容器１８内に収納されている。電動機２０は、このモー
タをネジ１４と１６に結合する駆動ギャとしてのハウジ
ング１８内に収納されている。ネジ１４，１６の回転に
よって、冷却剤蒸気が圧縮されるとともに、モータ２０
に機械的な負荷が課せられる。温度センサ２４は、モー
タ２０の巻線又は電機子とともにサーマルコンタクト内
に配設されており、モータ温度の関数として値が変わる
抵抗を持っている。
【００１４】冷却剤は、低圧力蒸気としてコンプレッサ
の入口２６に入り、圧縮されコンプレッサの出口２８か
ら放出される。導管３０は高圧力蒸気をコンデンサ熱交
換機３２に運び、コンデンサ熱交換機は高圧蒸気から熱
を放出して冷却剤を液体に凝縮する。液体冷却剤は導管
３４に沿って通過し蒸気熱交換器３８に歪る。ここで、
液体は、低圧力で蒸発器に入り、蒸発して室内環境から
熱を吸収する。発生した冷却剤蒸気は導管４０に沿って
通過してコンプレッサの入口２６に至り、圧縮／蒸発サ
イクルが繰り返される。
【００１５】モータ２０の温度はコンプレッサ１２によ
って課される負荷によって広域に変わる。すなわち、モ
ータ電機子から除去されるべき熱の量は負荷に依存す
る。液体冷却注入路４２はモータ２０の動作温度を制御
するための手段として機能する。通路４２はコンデンサ
３２の下流と導管３４からの液体冷却剤をソレノイド弁
４４に運ぶ。液体は弁４４と制御されたオリフィス４６
を通してモータ２０の電機子に至る。注入された液体は
蒸発してモータ電機子からの熱を吸収し、発生した蒸気
は入口２６に供給された蒸気と結合し、圧縮＼蒸発サイ
クルを繰り返す。
【００１６】制御モジュール４８は、ソレノイド弁４４
を制御するための手段としてここに述べられている、い
わゆるファジィロジック制御を使用する。。ファジィロ
ジック制御は２つの変化によるものであり、各変化は中
間領域と正常領域（中間領域と安全値）、中間領域以下
および以上の負と正領域、および中間領域に対して非常
に消極的又は非常に積極的である。この実施例におい
て、制御モジュールは、温度センサ２４に結合された入
力端子と、制御信号をソレノイド弁に供給する出力端子
を持っている。出力信号は８秒周期のオン／オフ信号で
ある。制御信号のデュティサイクルは、ファジィロジッ
クマトリックスにおける２つの変化によるブロック又は
領域に基づいて、各８秒周期ごとに一度だけ計算され
る。ここで、デュティサイクル又はオン時間は、図２の
マトリックスにおける各ブロックに対して単一不連続で
あるファジィ化された値である。
【００１７】図２に示すように、ファジィ制御マトリッ
クスは５列と５行からなり、列は温度変化（急速な冷
却）の非常に消極的な比、温度変化（おそい冷却）の消
極的な比、多少安定、又は変化なし、積極的な温度上昇
を表す。列は定常なモータ温度すなわち動作温度と設定
点間の差を示す。非常に消極的な温度（設定点より充分
に以下）、消極的（設定点以下）、設定点の近く、積極
的、および非常に積極的な温度（設定点よりも充分に
上）を表す５行がある。マトリックスの各ブロック又は
四角形は温度条件と温度変化率によって表される条件を
規定し、各ブロックに対して所定の不連続制御信号、す
なわち全ての温度に対する一定のデュティサイクルとそ
のブロックにおける温度変化の率がある。
【００１８】図３のマトリックスに示すように、実施例
においては、モータ温度は非常に消極的であり、もしモ
ータ温度が４０゜Ｆ又は設定点よりもさらに以下であれ
ば、この例における後者は１９０゜Ｆである。消極的領
域は設定点以下の１０゜Ｆと４０゜Ｆの間であり、正常
領域は設定温度からプラス又はマイナス１０゜Ｆ内であ
る。積極的温度は設定点よりも１０゜Ｆと４０゜Ｆ間以
上を意味し、非常に積極的は設定点よりも４０゜Ｆ以上
であることを意味する。モータ温度の変化の割合は５つ
の列に配設されており、非常に消極的は１分間又はそれ
以上に対して１０゜Ｆの割合での冷却であり、消極的は
１分間に２゜Ｆないし１０゜Ｆの割合で冷却することを
意味し、安定又は変化ないしは１分間にプラス又はマイ
ナス２゜Ｆ又はそれ以下であり、かつ積極的は１分間に
２゜Ｆと１０゜間の割合で加熱することを意味するとと
もに、非常に積極的とは１分間に１０゜Ｆ以上の温度上
昇の割合を意味する。ソレノイド弁の動作に対するデュ
ティサイクルは、オフ（８秒に対して０秒のデュティサ
イクル）、１／８（各サイクルに対してオン）、１／４
（各サイクルに対する２秒だけオン）、１／２（各サイ
クルについて４秒だけオン）、およびフルオン（各８秒
サイクルに対して８秒オン）、である。
【００１９】実現するにあたって、このファジィロジッ
ク制御は、２５゜Ｆ以内の温度保持が可能であり、従来
の方法よりもかなり改良されたものである。
【００２０】この実施例ではモータ温度とモータ温度の
第１の時間導関数を用いているが、例えば温度の第２の
導関数のような他の異なるパラメータを使用することが
出来る。もちろん、モータ電流またはシャフトのトルク
をファジィロジック制御用の入力変数として使用可能で
ある。さらに、必要ならば、制御マトリックス特に設定
点と変化なし領域におけるより多くの列と行を用いるこ
とによって、より立派でより正確な制御を行うことが出
来る。
【００２１】本実施例においては、２５ブロックの５×
５マトリックスによるソレノイド弁用のデュティサイク
ルを制御回路が決め、温度偏差は５又はそれ以上の範囲
に組み分けされる。これらの範囲は、設定点近くの中央
の範囲、中央範囲の上と下の第１の上部および下部の範
囲と、第１の範囲以上又は以下の第２の上部および下部
の範囲を含んでいる。さらなる動作条件すなわち温度変
化の割合も５又はそれ以上の範囲に組み分けられ、これ
らの範囲は中央の範囲、中央範囲以上および以下の第１
の上部および下部の範囲と、第１の範囲以上および以下
の第２の上部および下部の範囲を含んでいる。動作温度
偏差の範囲と温度変化の範囲は５×５マトリックスのブ
ロックを規定する。マトリックスの各ブロックは制御信
号の所定値に対応する。
【００２２】制御回路マトリックスは、表２に示すよう
に、制御信号の対応する値によって予め配列されてい
る。
【００２３】
【表２】
【００２４】表２において、Ｔはモータ電機子の動作温
度であり、ｄＴ／ｄｔはモータ電機子の温度変化の時間
比、Ｔｓは予め設定されたモータ設定温度、ＴとＮは所
定の温度偏差である。ＪはＮよりも大きく、ＫとＭは温
度変化の所定比であり、ＫはＭよりも大である。ＤＣ１
１からＤＣ５５は制御信号の値である。実施例において
は、ソレノイド弁は、０秒，２秒，４秒または８秒のデ
ュティサイクルの各８秒周期の間に一度だけ動作でき
る。出力デュティサイクルは、表３に示すようなマトリ
ックスに基づくとともに、所定の設定点（例えば１９０
゜Ｆ）と、モータが加熱または冷却される比率に基づい
て、各８秒毎に計算される。表３では、制御信号の値が
配列されている。
【００２５】
【表３】
【００２６】この制御概念は、２５゜Ｆの変化内のモー
タ温度を与えることにより、従前の方法よりも極めて改
良されている。開示した技法は、５×５マトリックスを
用いるもので、最小の制御グリッドを表している。立派
なモータ温度制御のために、中央のブロックすなわち設
定点近くはさらに分割可能である。この場合、２つの変
数は温度と該温度の第１の時間微分ｄＴ／ｄｔである。
ある制御環境においては温度の第２時間微分ｄ2Ｔ／ｄ
ｔ2は有用である。これは温度加速であり例えば熱暴走
を示すことが出来る。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、ファジィロジック制御
回路はモータの温度に基づく冷却液体注入の比と他の測
定可能な条件を変えるために用いられる。ファジィロジ
ックは、（ａ）比例的または徐々に処理されるよりも組
み合わされ、（ｂ）制御装置が所定の温度偏差に対して
いかに反作用し、他の動作条件に依存するか、というこ
とを意味する。あるモードでは、他の動作条件はモータ
が加熱又は冷却される比率である。
【００２８】本発明の上記および他の多くの目的、特徴
および利点は、図面に関連する実施例の説明を確認する
ことによって明らかになる。
【００２９】本発明は実施例について詳しく述べられて
いるが、その実施例は例示のモードであり、本発明は実
施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲で規定
されているような発明の範囲と精神から逸脱することな
く、多くの修正と変形が可能であることは、当業者にと
って理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による液体注入冷却とファジィ
ロジック制御装置を用いる空調システムのブロック図。
【図２】本発明のファジィロジック制御原理を示す制御
マトリックス。
【図３】本発明の実施例による制御マトリックス。
【符号の説明】
１０…ヒートポンプシステム １２…コンプレッサ １４…第１のスクリュー １６…第２のスクリュー １８…ハウジング ２０…モータ ２２…駆動ギャ ２４…温度センサ ２６…入口 ２８…出口 ３０…導管 ３２…コンデンサ熱交換機 ３４…導管 ３６…膨張弁 ３８…蒸発器熱交換機 ４０…導管 ４２…液体冷却注入路 ４４…ソレノイド弁 ４３…オリフィス ４６…オリフィス ４８…制御モジュール

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 負荷の範囲のもとでモータの動作温度を
    制御するために、空調コンプレッサの駆動モータの電機
    子内への冷却剤液体注入を制御するファジィロジック制
    御回路であって、 冷凍／空調システムが、低圧冷却剤を入口で受け、前記
    冷却剤蒸気を圧縮するとともに該冷却剤蒸気を出口から
    高圧で供給する前記コンプレッサと、前記コンプレッサ
    の出口に連結され高圧液体に凝縮するために前記冷却剤
    蒸気から熱を放出するコンデンサ手段と、前記制御回路
    からの制御信号によって制御され前記モータ電機子内へ
    前記冷却剤液体を選択的に注入させるソレノイド弁、お
    よび前記モータ電機子に連通して配設され前記モータ電
    機子の動作条件を表す１つ又はそれ以上のセンサ信号を
    供給するために前記制御回路の入力に接続されたセンサ
    によって構成され、 前記制御回路は、前記センサ信号を、所定の温度設定点
    からの動作温度の温度偏差に変換し、かつ前記モータ電
    機子の動作条件を決めるとともに、モータ動作温度と他
    の動作条件の関数として変わるデュティサイクルで前記
    制御信号を供給する、ことを特徴とするモータ冷却用液
    体注入ファジィロジック制御回路。
  2. 【請求項２】 前記制御回路は５掛ける５のマトリック
    スによる前記制御信号のデュティサイクルを決め、前記
    温度偏差は５の又はそれ以上の範囲に組み分けられ、こ
    れらの範囲は前記設定点の近くの中央範囲と、この中央
    範囲より以上および以下である第１の上部および下部範
    囲と、該第１の範囲以上および以下である第２の上部お
    よび下部範囲を含むとともに、前記他の動作条件は、中
    央範囲と、この中央範囲よりも以上又は以下の上部およ
    び下部範囲および前記第１の範囲よりも以上および以下
    の第２の上部および下部範囲を含み、動作温度範囲の範
    囲と前記他の動作条件は前記マトリックスのブロックを
    規定するとともに、前記制御信号は前記マトリックスの
    各ブロック用の所定の値を有する、ことを特徴とする請
    求項１に記載のモータ冷却用液体注入ファジィロジック
    制御回路。
  3. 【請求項３】 負荷の範囲のもとでモータの動作温度を
    制御するために、空調コンプレッサの駆動モータの電機
    子内への冷却剤液体注入を制御するファジィロジック制
    御回路であって、 冷凍／空調システムが、低圧冷却剤を入口で受け、前記
    冷却剤蒸気を圧縮するとともに該冷却剤蒸気を出口から
    高圧で供給する前記コンプレッサと、前記コンプレッサ
    の出口に連結され高圧液体に凝縮するために前記冷却剤
    蒸気から熱を放出するコンデンサ手段と、前記制御回路
    からの制御信号によって制御され前記モータ電機子内へ
    前記冷却剤液体を選択的に注入させるソレノイド弁、お
    よび前記モータ電機子に熱的に接触して配設され前記モ
    ータ電機子の動作条件を表す１つ又はそれ以上の温度信
    号を供給するために前記制御回路の入力に接続された温
    度センサによって構成され、 前記制御回路は、前記温度信号を、所定の温度設定点か
    らの動作温度の温度偏差に変換し、かつ前記モータ電機
    子の動作温度の変化の時間比を決めるとともに、モータ
    動作温度と動作温度の変化の時間比の関数として変わる
    デュティサイクルで前記制御信号を供給する、ことを特
    徴とするモータ冷却用液体注入ファジィロジック制御回
    路。
  4. 【請求項４】 前記制御回路は５掛ける５のマトリック
    スによる前記制御信号のデュティサイクルを決め、前記
    温度偏差は５の又はそれ以上の範囲に組み分けられ、こ
    れらの範囲は前記設定点の近くの中央範囲と、この中央
    範囲より以下および以下である第１の上部および下部範
    囲と、該第１の範囲以上および以下である第２の上部お
    よび下部範囲を含むとともに、前記温度変化の時間比
    は、中央範囲と、この中央範囲よりも以上又は以下の上
    部および下部範囲および前記第１の範囲よりも以上およ
    び以下の第２の上部および下部範囲を含み、動作温度範
    囲の範囲と前記温度変化の時間比は前記マトリックスの
    ブロックを規定するとともに、前記制御信号は前記マト
    リックスの各ブロック用の所定の値を有する、ことを特
    徴とする請求項３に記載のモータ冷却用液体注入ファジ
    ィロジック制御回路。
  5. 【請求項５】 前記コンプレッサがスクリューコンプレ
    ッサであり、前記モータがコンプレッサのシールケース
    内に収設されており、前記モータ電機子内に注入された
    冷却剤から放出される蒸気が前記スクリューコンプレッ
    サ内で圧縮される、ことを特徴とする請求項４に記載の
    モータ冷却用液体注入ファジィロジック制御回路。
  6. 【請求項６】 制御回路用の前記マトリックスが表１の
    ように制御信号の値に対応するように配設されており、 【表１】 ここで、Ｔはモータ電機子の動作温度であり、ｄＴ／ｄ
    ｔはモータ電機子の温度変化の時間比、ＴSは所定のモ
    ータ設定点温度、ＪとＮは所定の温度偏差であるととも
    に、ＪはＮよりも大きく、ＫとＭは温度変化の所定の比
    であり、ＫはＭよりも大きく、かつＤＣ１１ないしＤＣ
    ５５は制御信号の各値であることを特徴とする、請求項
    ３に記載のモータ冷却用液体注入ファジィロジック制御
    回路。
  7. 【請求項７】 前記値ＤＣ１１ないしＤＣ５５が別々の
    値である、ことを特徴とする請求項６に記載のモータ冷
    却用液体注入ファジィロジック制御回路。
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