KR101276395B1

KR101276395B1 - 압축기 베어링 내의 윤활오일 필름의 파괴에 대한 보호를위한 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101276395B1
Application number: KR1020077010792A
Authority: KR
Inventors: 마르코스 구일헤르메 슈왈츠; 로베르토 안드리치; 파비오 헨리퀴 클레인
Original assignee: 월풀 에스.에이.
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2013-06-19
Also published as: JP2008539682A; MX2007005335A; EP1875077A1; EP1875077B1; JP4854734B2; WO2006116829A1; US20080145240A1; BRPI0606809A2; CN101180467B; CN101180467A; KR20080015065A; ATE527448T1; US7959414B2; NZ555114A; BRPI0606809B1; BRPI0501446A

Abstract

본 발명은 허메틱 압축기(hermetic compressor)의 베어링(bearing) 내의 윤활-오일 필름의 파괴에 대한 보호를 위한 제어 시스템(control system)에 관한 것일 뿐만 아니라 각각의 베어링에 인접한 오일 필름이 파괴되는 것을 방지하도록 가변-용량 압축기(variable-capacity compressor)가 최소 회전 위에서 유지되어져야만 하는 것을 보장하는 목적을 가지는 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 형태들 중 하나는 허메틱 압축기의 베어링 내의 윤활-오일 필름의 파괴에 대한 보호를 위한 제어시스템, 모터-압축기 조립체(20,21)에서 회전을 생성하도록 한 세트의 스위치(SW2M)를 선택적으로 작동시키는 마이크로프로세서(10), 오일필름이 파괴되지 않도록 압축기(21)의 최소 회전(RPMmin)을 가지는 압축기에 의해서 달성되어진다.

Description

압축기 베어링 내의 윤활오일 필름의 파괴에 대한 보호를 위한 제어 시스템 및 방법{A CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR PROTECTION AGAINST BREAKAGE OF LUBRICANT FILM IN COMPRESSOR BEARINGS}

본 발명은 허메틱 압축기 베어링(hermetical compressor bearing) 내의 윤활오일 필름(lubricating-oil film)의 파손에 대하여 보호하기 위한 제어 시스템(control system)에 관한 것이며, 또한 각각의 베어링에 인접한 오일 필름(oil film)이 파손되는 것을 방지하도록 가변용량 압축기(variable-capacity compressor)가 최소 회전 위쪽에서 유지되어지는 것을 보장하는 목적을 가지는 제어 방법(control method)에 관한 것이다.

냉각(cooling)에서 사용되는 가변용량 압축기(variable-capacity compressor)는 종래의 고정-속도 압축기(fixed-velocity compressor)와 비교하여 에너지의 상당한 경제성을 제공한다. 이러한 경제성은 20% 내지 45%의 범위에 있을 수도 있다. 소비(consumption)의 이러한 감소에 대부분 기여하는 변수(factor)들 중 하나는 낮은 회전(low rotation)에서의 작업 가능성이다. 종래의 압축기가 약 3000rpm(50Hz) 또는 3600rpm(60Hz)에서 작동하지만, 가변-용량 압축기는 약 1600rpm의 평균 회전으로서 작동할 수도 있다. 이러한 값은 오일펌프(oil pump)의 설계와 크랭크샤프트 상의 오일경로(oil path)의 구성에 따라서 변할 수도 있다. 특히 원심성 오일펌프(centrifugal oil pump)에 대해서, 더 낮은 값으로써 작동함에 의해서 압축기의 모든 기계적 부품들을 윤활하기 위하여 필요한 오일의 최소량을 보장하는 것은 가능하지 않다.

예를 들어 현재의 경우에 있어서, 1600 rpm의 최소 회전값을 이용하게 된다. 그러나, 기술된 방법론은 상기에서 기술된 바와 같이 압축기로부터 압축기에서 변할 수 있는 일부 최소 회전값에 대해서 유효하다.

가변용량 압축기 내의 기계적 손실의 추가적인 감소를 얻기 위한 옵션(option)은 더 낮은 점도(viscosity)를 가지는 윤활오일의 사용이다. 더 낮은 점성의 오일은 압축기 베어링 내의 점성마찰에 의한 손실을 감소시키고, 결과적으로 그 효율성은 증가된다. 다른 한편으로는, 이러한 것은 높은 응축온도(condensation temperature)와 낮은 회전의 조건들에 대한 문제점을 야기하게 되며, 압축기 베어링 내에 존재하는 윤활오일 필름의 파괴(breaking)의 개연성을 증가시키고, 이러한 부품들의 기계적 마모를 야기하고 그 기능을 심각하게 손상시키게 된다.

현존하는 압축기 내의 높은 압축압력에 대하여 보호하기 위한 다양한 기법들 중에서, 특허문헌 US 2002018724, CN 1311397, US 5975854, HK 210896, EP 1500821, WO 9623976에 기술된 것을 인용할 수 있다. 이러한 기법은 압력의 임계레벨(critical level)에 도달되어질 때, 압축기의 기능을 차단하기 위한 보호센서(protection sensor) 또는/및 보호밸브(protection valve)의 사용에 의해서 특징되어진다. 제안된 기법에서, 압축기가 작동되어지는 압력조건의 간접 센싱(indirect sensing)을 이용한다. 이러한 센싱(sensing)은 압축기를 제어하기 위한 마이크로처리 시스템에 의해서 만들어진다. 임계 압력값이 규정되어질 때, 압축기 베어링 내의 윤활오일의 내구성(permanence)을 보장하는 안전값으로 회전값은 맞추어진다.

본 발명의 일 목적은 낮은 회전에서 그리고 높은 압축(방출)압력 하에서 작동할 때 오일필름의 파괴(break)에 의해 야기되는 고체마찰(solid friction)로부터 압축기 베어링을 보호하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축기의 효율을 증가시키는 관점으로써, 더 낮은 점성 오일(viscous oil)의 사용을 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 허메틱 압축기(hermetic compressor)에 센서(sensor)를 추가할 필요없이 보호를 확실하게 하기 위한 전기모터(electric motor)를 조절하는 마이크로프로세서 된 시스템을 이용하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 외부 센서를 추가할 필요없이, 그 크기(magnitude)를 측정함으로써 압축기의 기능조건(functioning condition)을 감시하고 조절하기 위한 것이다.

본 발명의 목적들은 허메틱 압축기(hermetic compressor)를 제어하기 위한 제어시스템(control system)에 의해서 달성되어지며, 압축기 베어링(compressor bearing)에 적용된 하중(load)은 전기모터에 의해서 압축기 축(compressor axle)에 전달되어진, (베어링-상태 변수를 규정되는) 회전진동레벨(rotation oscillation level) 또는 토크(torque)를 감지함에 의해서 직접적으로 감지되어지는 것을 특징으로 한다. 베어링-조건 변수 또는 회전-진동레벨 또는 토크를 분석하는 시스템 내에 존재하는 마이크로프로세서(microprocessor)는, 압축기 베어링 내의 오일필름에 파괴(break)가 없는 것을 보장하도록, 미리 결정된 값까지 전기모터의 회전값을 상승한다.

시스템은 압축기(compressor), 압축기와 관련된 전기모터(electric motor), 압축기의 기계적 회전(mechanical turn)동안 베어링-상태(bearing-situation) 또는 회전-진동 변수(rotation-oscillation variable)의 레벨 또는 압축기 축 상에 존재하는 토크(torque)를 측정하는 마이크로프로세서 된 제어회로(control circuit)를 포함한다. 측정된 값들은 회전에 따라서 베어링 내의 오일필름이 파괴되어지도록 하고 결과적으로 기계적 부품들의 마모로 유도되는 압력조건 내에서 압축기가 작동하는지를 검토하기 위하여 미리 결정된 값들과 비교되어진다. 만일 마이크로프로세서에 의해 유지된 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)가 미리 결정된 값보다 더 높다면, 압축기 회전은 오일 필름의 내구성(permanence)을 보장하도록, 미리 결정된 속도로 상승되어진다.

본 발명의 선호적인 일 실시예에 따르면, 만일 회전진동의 측정으로부터 베어링-상태 변수를 측정한다면, 압축기의 전기모터를 제어하는데 사용되는 위치센싱(position sensing)은 전원 스위치의 정류 순간(instant of commutation)을 제어시스템에 통지하게 된다. 상기 정류 순간은 압축기의 일 기계적 회전(turn)동안 N 개수에 있으며, N은 모터의 위상(phase)과 극(pole)의 개수에 의존한다. 연속적인 정류(commutation)들 사이에서 통과되는 시간은 회전 진동을 측정하기 위한 마이크로프로세서(microprocessor)에 의해 저장되어진다. 압축기 모터의 축(axle)상의 낮은 하중(load)의 상황에서, 정류 순간 N은 기계적 회전(mechanical turn)에서 동일하게 이격되어진다. 그러나, 압축기가 높은 압축압력 및 흡입(suction)을 받게 될 때, 하중의 현저한 불균형이 기계적 회전 동안 발생하고, 정류 순간의 N 사이의 간격은 상당히 불규칙하게 된다. 압축 사이클(기계적 회전의 절반) 동안, 정류 순간(commutation instant)은 더욱 이격되어지며, 흡입 사이클(기계적 회전의 절반)에서 정류순간은 서로에 대해 더욱 가까이 된다. 최소 정류시간(commutation time)

과 최대 정류시간

사이의 차이, 일 회전(turn) 내의 두 개의 정류(commutation)들 사이의 시간을 취하고, 평균 정류시간(

)에 더해지고 평균 정류시간(

)에 의해서 모두를 나누면, 압축기 모터의 회전-진동 레벨(rotation-oscillation level)에 대한 정보를 제공하는 진동매개변수(oscillation parameter)(

)를 얻는다. 압축기 회전이 상승되어질 때 상기 진동 매개변수는 감소되는데, 이러한 경우에서는 진동레벨(oscillation level)을 감소시키는 기계적 관성(mechanical inertia)의 증가가 있기 때문이다. 상기 매개변수가 진동매개변수

의 미리결정된 값에 도달할 때, 상기 값 아래에서 항상 유지되도록 모터 회전은 상승되어야만 한다.

본 발명의 두 번째 실시예에 따르면, 만일 압축기와 관련된 전기모터의 축(axle)상에서 토크(torque)의 측정(measurement)으로부터 베어링-상태 변수를 측정하고자 한다면, 예를 들어 모터를 통해서 흐르는 전류와 같이 모터 축 상에 존재하는 하중에 비례하는 이러한 크기(magnitude) 또는 다른 크기를 측정함에 의해서, 압축기가 받게되는 방출압력(discharge pressure) 및 흡입(suction)의 레벨에 대한 아이디어를 얻을 수 있다. 따라서 토크값이 미리결정된 값을 초과할 때, 오일필름의 파괴로 인하여 베어링이 손상되지 않는 것을 보장하도록 하기 위해, 압축기가 작동되어야만 하는 회전값을 입증하는 토크와 최소 회전이 상호관련되는 표(table)를 검토한다. 전기모터의 최소회전의 조정(adjustment)의 결과로 되는 토크값은 예를 들어 압축기 모델, 오일의 양과 타입, 압력조건, 전기모터의 온도 등과 같은 크기(magnitude)에 의존하며, 따라서 일정한 관계를 취하지는 않는다. 따라서 토크와 최소회전 사이의 적절한 상호관계는 이러한 매개변수를 고려하여 규정되어진다.

본 발명의 목적들을 달성하기 위한 형태들 중 하나는 압축기와 관련된 M 위상(phase)의 전기모터를 포함하며, 모터-압축기 조립체를 형성하는 허메틱 압축기(hermetic compressor)의 베어링 내의 윤활-오일 필름의 파괴에 대한 보호를 위한 제어시스템에 의하며, 압축기는 베어링(bearing)을 가지며, 베어링은 윤활필름(lubricating film)으로 덮혀지며, 마이크로프로세서, 한 세트의 스위치를 포함하는 인버터(inverter), 인버터는 전압에 연결되어지며 마이크로프로세서에 관련되어지고, 인버터는 모터의 공급을 위한 전압을 조정하고(modulating), 전압 관측기(voltage observer)는 인버터 출구에서 전압레벨을 측정하고, 전류 관측기(current observer)는, 마이크로프로세서와 관련된, 인버터의 스위치 세트를 통과하여 흐르는 전류를 측정하고, 마이크로프로세서는 스위치 세트를 선택적으로 작동시켜서 모터-압축기 조립체 내의 회전을 생성하도록 하며, 압축기는 압축기의 최소 회전(minimum rotation)을 가져서 오일필름이 파괴되지 않도록 하며, 마이크로프로세서는 전압관측기 및 전류관측기의 정보에 근거하여, 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)를 기술하도록 구성되며, 베어링-상태 변수는 최대 예상값을 가지며, 마이크로프로세서는 모터회전을 상승시켜서 모터회전이 최소 회전 위쪽에 있도록 하며, 베어링-상태 변수는 마이크로프로세서와 관련된 전압관측기에 근거하여 얻어질 수 있으며, 마이크로프로세서는 진동매개변수의 계산에 근거하여 또는 모터 축에 근접한 토크에 근거하여 베어링-상태 변수를 얻기 위하여 모터히전을 통하여 규정된 각각의 위치들 내의 모터의 내구성(permanence)의 시간을 모니터링(monitoring)한다.

본 발명의 목적들을 달성하는 다른 방법은 허메틱 압축기(hermetic compressor)의 베어링 내의 윤활-오일 필름의 파괴에 대한 보호를 위한 방법에 의한 것이며, 압축기는 전기모터에 의해서 구동되어지며, 인버터는 전압에 연결되어지고, 인버터는 모터를 공급하도록 구동되며 따라서 모터의 회전을 야기하며, 상기 방법은 인버터 상의 전류 및 전압의 관측으로부터 베어링-상태변수를 설정(establishing)하는 단계와, 베어링-상태 변수를 위하여 예견되는 최대값을 설정하는 단계와, 압축기 베어링 내의 오일필름의 파괴를 방지하도록 미리 설정된 관계에 따라서 모터회전을 상승시키는 단계를 포함한다.

도 1a는 본 발명의 개시내용에 따른 압축기의 전기모터를 제어하기 위한 제어시스템의 개략적인 다이아그램을 도시한 모습

도 1b는 압축기와 관련된 전기모터의 작동(actuation)의 파형(waveform) 특성을 도시한 모습

도 2는 회전진동 매개변수

의 계산을 얻을 수 있는 전기모터의 회 전(turn) 동안 모터 정류시간(commutation time) 대 압축기 압력의 거동곡선을 도시한 모습

도 3a는 1600 rpm의 평균속도에서 작동하는 압축기를 위한 압축(compression) 및 흡입(suction) 압력을 가진 회전-진동 매개변수의 변화를 나타내는 곡선을 도시한 모습

도 3b는 도 3a의 곡선의 상승 동안 압축기를 탐지하는 1500 rpm의 최소 일정한 회전(평균 1600 rpm)을 나타내는 곡선을 나타낸 모습

도 4a는 본 발명의 개시내용에 따라서 오일필름(oil film)의 파괴로부터의 보호가 작동되어지는, 진동 매개변수

의 최대 진동 매개변수

라인에 의해 도시된, 도 3a의 반복을 도시한 모습

도 4b는 본 발명의 개시내용에 따른 보호 시스템(protection system)으로써, 진동 매개변수

의 변화의 곡선을 도시한 모습

도 4c는 도 4d와의 직접 비교를 위한 도 3b의 반복을 도시한 모습

도 4d는 본 발명의 개시내용에 따른 진동 매개변수

를 이용하여, 필름 오일의 파괴에 대한 보호 시스템의 작동에 의해 야기되는 압축기의 최소 회전의 증가를 도시하는 곡선을 도시한 모습

도 5a는 압축 및 흡입 압력을 가진 압축기의 모터축 상의 토크 변화를 도시하는 곡선을 도시한 모습

도 5b는 베어링 내의 오일 필름이 파괴되지 않는 것을 보장하도록, 축 상에 서 존재하는 토크의 값에 따라서, 압축기 모터 상에 부과되어져야만 하는 최소 회전값(rotation value)을 설정하는 사전결정된 곡선을 도시한 모습

도 1a에 따르면, 압축기(compressor)의 전기모터의 제어 시스템(control system)은 허메틱 압축기(hermetic compressor, 21), 압축기(21)와 관련된 M-상 전기모터(20)(예를 들어, 3-상 모터가 도시되어진다), 전기모터(20)의 위치를 감지하기 위하여 마이크로프로세서(microprocessor, 10)에 의해서 사용되는 전압 관측기(voltage observer), Y개의 전원 스위치(power switch) SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 그리고 SW6에 의해 형성된 인버터(inverter, 2), 인버터(2)에 의해 사용되어지는 DC 전압 시스템의 입력(input)에서 AC 전압을 변환시키기 위하여 필터(4)와 관련된 정류기 회로(rectifier circuit, 3)에 의해 형성되어진다. 전기모터(20)는 유도 전압원(induced voltage source) EA, EB, EC 및 임피던스(impedance) ZA, ZB, ZC에 의해서 내부적으로 표시되어진다. 마이크로프로세서(10)는, 전압 관측기(voltage observer, 30)에 의해서, 전기모터 EA, EB, EC에 의해서 유도된 전압을 판독하며, 두 개의 전압이 서로를 가로지를 때에, 도 1b에서 표시된 전압 스위치 SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6의 일련의 작동을 생성한다. 모든 것에서, 압축기의 기계적 회전(turn) 마다 스위치의 N 결합(위치)이 있으며, N은 전기모터의 극 P의 개수와 위상 M의 개수에 의존한다. 모터 제어방법은 본 명세서에 참조로서 포함되어진 특허문헌 US 제6,922,027호에서 상세하게 기술되어진다.

본 발명의 개시내용에 따르면, 압축기 베어링 내의 오일 필름을 파괴에 대한 보호의 두 가지 실시예가 있다. 첫 번째 실시예에 따르면, 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)는 보호를 작동하기 위한 진동 매개변수

에 근거하여 측정되어지며, 본 발명의 두 번째 실시예에 따르면, 베어링-상태 변수는 모터축 상의 토크값에 근거하여 측정되어진다.

도 2에서, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 특히 회전 진동(rotation oscillation)을 측정하고, 진동 상수(oscillation constant)

를 규정하고, 기계적 회전(mechanical turn) 동안 압축기(21)의 압축 챔버 내의 압력곡선의 형태를 특정적으로 그리고 개략적으로 도시함에 의해서, 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)를 측정하고 모니터링 하는 형태들 중 하나가 도시된다. 동일한 그림에서, 전기모터(20)의 작동(actuation)에 관련된 스위치 SW1 ... SW6의 N 정류순간(instant of commutation)(위치)을 나타낸다. 압축기(21) 축의 베어링 상의 하중(load)이 낮을 때, N 정류순간들 사이의 인터벌(interval)은 실질적으로 균일하지만, 하중이 증가하면 이러한 인터벌은 변화를 겪게 된다. 압축 사이클에 있어서, 피스톤이 가스를 압축하면, 모터가 감속을 겪게 되고 정류순간들 사이에 더 큰 간격(spacing)을 야기한다(최대 정류시간

가 규정되어지는 곳인, 위치 3에서 가장 높은 감속의 범위 참조). 흡입 사이클에서, 압축기(21) 피스톤이 다시 가 스를 흡입할 때, 모터는 가속되고 따라서 정류순간은 서로 더욱 가까이 된다(최소 정류시간

이 규정되어지는 곳인, 위치 10에서 가장 높은 가속의 범위를 참조). 두 개의 정류(commutation)와 최대 정류시간

사이의 더 긴 인터벌(interval)과, 정류들 또는 최소 정류시간

사이 시간의 더 짧은 인터벌과 그리고 N 인터벌 또는 평균 정류시간

사이의 평균값을 가지고, 진동 지표(index) 또는 매개변수

가 계산되어진다.

(식 1)

여기서, 도시된 실시예를 위하여,

(식 2)

또는 일반적인 방식으로,

(식 3)

상기 지표(index)는 일 기계적 회전(mechanical turn) 동안 전기모터(20)의 축 상에 존재하는 진동(oscillation)의 레벨(level)을 알려준다. 만일 압축기(21) 상의 하중이 낮다면, 상기 지표는 일(1)의 최대값을 가지게 된다. 하중이 증가함에 따라서, 이러한 지표는 단위값으로부터 멀어지게 된다.

진동 매개변수

가 사용되어질 때, 이러한 매개변수의 값을 모니터한다. 매개변수

의 값이 진동 매개변수의 최대값

에 도달하거나 또는 초과할 때, 진동매개변수

가 진동매개변수의 최대값

보다 항상 낮게 되도록 모터(20)의 회전(rotation)은 상승되어져야만 한다. 회전의 증가는 모터(20)상의 관성(inertia)의 증가로 인하여 진동 매개변수

의 값에서의 증가를 가져오며, 진동의 더 낮은 레벨을 생성한다. 실례로서, 도 3a에서 가변-용량 압축기의 증발(evaporation) 및 응축(condensation)의 압력에 따라서 진동변화

의 곡선을 상승시킨다. 횡좌표 축(abscissa axis) 상에서 -35℃ 내지 0℃의 섭씨온도로 대응되는 값을 가지며 표시되는 증발압력(evaporation pressure)을 가지며, 그리고 곡선의 각각의 라인들은 +30℃ 내지 +70℃의 범위로 섭씨온도로 역시 표시되는 다른 응축압력(condensation pressure)을 나타낸다. 예를 들어 도 3b에서, 모든 압축 및 흡입 조건을 위하여 1500 rpm에서 고정된 최소 압축기 회전(compressor rotation)을 나타낸다. 이러한 최소 회전은 일 회전(turn) 동안 정류(commutation)들 사이의 더 긴 시간에 대응되는 값이다. 도 3의 경우에 있어서, 시스템은 진동매개변수

를 통한 작동없이 작업하도록 된다. 도 4a에서, 도 3a의 곡선은 반복되어지며, 이러한 경우를 위하여 선택된 진동 매개변수의 최대값

을 나타내는 점선을 포함한다. 도 4b에서, 이제 본 발명의 제어 시스템에 따라서 활성화 되어지는 보호를 가지며 진동 매개변수

의 곡선을 도시한다. 이러한 경우에 있어서, 곡선은 진동매개변수 최대값

를 초과하지 않는 것이 관찰된다. 도 4c는 도 4d와의 직접 비교를 위하여 만들어진 도 3b의 반복(repetition)이다. 도 4d에서, 능동 보호(active protection)로써 유효하게 된 테스트의 서로 다른 조건의 압축기(21)의 회전값을 도시하고 있다. 진동매개변수의 값

이 진동매개변수의 최대값

아래에 유지하도록 1500 rpm이 상까지 회전의 증가는 본 발명의 제어 시스템에 의해서 야기되어진다.

진동매개변수의 최대값

은 압축기(21)를 위하여 요구되는 최소 회전 및 사용된 윤활오일의 점성도(viscosity)에 따르게 된다.

다른 선호적인 실시예에 따르면, 오일 필름의 파괴에 대하여 압축기(21)를 보호하기 위한 목적으로써, 모터(20) 축 상의 토크(T)를 측정함에 의해서 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)를 측정할 수도 있다.

모터 축 상의 토크(T)가 보호를 활성화하기 위한 매개변수로서 일 때, 절차는 진동매개변수의 값

으로써 사용된 것과 상당히 유사하다. 토크값은 전류 관측기(current observer, 40) 상의 전류의 포착(acquisition)에 근거하여 마이크로프로세서(10)에 의해서 계산되어진다. 토크(T)는 평균전류에 비례하며, 다음의 표현에 의해서 계산되어질 수 있다.

(식 4)

은 모터의 설계에 의존하는 상수이며,

는 암페어로 된 모터(10) 내의 평균전류이다. 또한 다음과 같은 표현이 사용될 수 있다.

(식 5)

여기서 P는 인버터(2)에 의해서 소비되는 와트(Watt)단위의 전원이며, 전압 관측기(30)와 전류 관측기(40)로부터 계산되어진다. Cn은 조정상수(adjustment constant)이며, R은 rpm으로 주어진 압축기(21)와 관련된 모터(20)의 회전값이다.

도 5a에서, 토크 T의 곡선은 응축온도와 증발온도의 서로 다른 조합을 위하여 도시되어진다. 이러한 그림에서 도시된 토크(T)의 값은 알려진 단위를 위한 조정없이 마이크로프로세서(10)로부터 직접적으로 취해진다. 횡좌표 축에 -35℃ 내지 0℃의 범위에 있는 증발온도가 있으며, 각각의 곡선은 +30℃ 내지 +70℃의 범위에 있는 서로 다른 값의 응축(압축) 온도에 대응한다. 도 5a의 토크곡선과 도 4a의 진동매개변수

의 곡선을 비교하면, 응축(압축) 및 증발의 온도들에 의존하는 토크(T)의 변화는 본 발명의 제 1 실시예에 따라서 베어링-상태 변수를 측정하기 위한 조치로서 사용된 진동매개변수

의 변화와 유사한 거동을 가지는 것이 관찰된다. 이러한 방식에서, 진동매개변수

의 경우에서와 같이, 윤활-오일 필름의 파괴에 대한 보호가 그 위쪽에서 활성화되어져야만 하는 토크(T)의 미리 결정된 값 을 선택할 수 있다. 도 5a에서 점선은 한계 토크(limit torque)

의 선택된 값을 나타낸다. 본 발명의 시스템을 따르는 보호가 활성화되어질 때, 압축기(21)의 회전은 상승되어져야만 한다. 그러나, 진동매개변수

의 사용으로서 발생하는 것과 달리, 토크(T)는 회전의 증가로써 변화하지 않는데, 이는 하중에만 배타적으로 의존하기 때문이다. 따라서, 보호가 활성화되어질 때 얼마나 많이 회전을 증가시켜야만 하는지를 통지하기 위하여 사용되어지게 되는, 토크 x 최소 회전의 관계를 설정하는 것이 필요하다. 도 5b는 토크 x 최소회전의 관계를 실례를 가져온다. 이러한 경우에서, 만일 도 5a에서 -10℃ x 70℃의 조건을 선택한다면, 토크 T의 값은 대략 410(마이크로프로세서(10)에 의해서 내부적으로 계산된 모터(20)의 토크(T)에 비례하는 값)이 되며, 본 발명의 시스템에 따른 보호는 활성화되어지고, 도 5b에 따라서 210rpm의 최소-회전값이 부과되어진다.

이러한 논리를 이용하며, 토크값의 표를 설정하고 마이크로프로세서(10) 내에 이를 저장하는 것이 가능하며, 따라서 제한 토크

의 값과 제한 회전 을 설정하게 된다.

시스템의 실행의 관점에서, 본 발명은 다음의 방법 단계를 예상한다.

- 인버터(2) 내의 전류와 전압의 관측으로부터 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)를 설정하고,

- 베어링-상태변수를 위하여 예견되는 최대값을 설정하고,

- 압축기 베어링 내의 오일필름의 파괴를 방지하도록 미리-설정된 관계에 따라서 모터(20)의 회전을 상승시킨다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 베어링-상태 변수는 진동매개변수(oscillation parameter)

를 규정하며, 모터(20)의 회전동안 규정된 각각의 극(pole)위치들 내의 모터(20)의 내구성(permanence)의 시간을 모니터링함에 의해서 설정되어진다. 진동매개변수

는 최대 정류시간(commutation time)

, 최소 정류시간

그리고 각각의 극 위치에서 모터(20)의 내구성(permanence)의 평균 정류시간

과, 앞서 기술된 식 1, 2, 3에 의해서 얻어진 진동 매개변수를 비교함에 의해서 얻어진다.

또한 본 발명의 방법에 따르면, 진동매개변수

는 앞서 설정되어지고 압축기(21)의 최소 회전

에 상응하는 진동 매개변수의 최대값

과 비교되어져서, 진동매개변수의 값

이 진동매개변수 최대값

보다 크거나 또는 동일할 때, 모터(20)/압축기(21) 조립체의 회전이 최소 회전

보다 크거나 또는 동일하게 되는 회전까지 상승되어지도록 한다.

일반적인 관계에서, 본 발명의 방법에 따르면,

매개변수는 일 기계적 회전(turn)에서 모터(20)의 회전 진동의 레벨에 의해서, 압축기(21)가 있는 응축압력 및 증발압력의 조건을 알려주며, 따라서 그 값이 진동 매개변수

의 미리 설정된 최대 제한 값을 초과할 때마다 압축기(21) 회전의 증가가 가능하게 한다. 회전의 증가는

매개변수의 값이 항상 진동매개변수의 최대값

보다 낮거나 또는 동일하게 유지되는데 충분해야만 한다. 따라서, 압축기(21)는 베어링 내의 윤활-오일 필름이 파괴되는 위험이 없는 회전, 즉 최소 회전

위쪽에서 항상 작동하는 것을 보장한다.

본 발명의 두 번째 실시예에 따르면, 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)는 모터(20) 축에 인접한 토크(T)로부터 얻어지며, 더욱 상세하게는 베어링-상태 변수는 인버터(2)를 통해서 흐르는 전류 레벨의 값을 모니터링(monitoring)하고 전류

의 값으로부터 모터(20)의 토크(T) 값을 설정함에 의해서 얻어지고, 전류의 이러한 값은 평균

가 되며, 토크(T)는 앞서 기술된 식 4와 5에 의해서 얻어진다.

계산된 토크(T)는 제한토크

의 미리 규정된 제한값과 비교되어진다. 모터(20) 축 상의 토크(T)가 이러한 미리 결정된 값을 초과할 때, 토크(T)와 최소회전

를 상호 관련시키는 표를 검토한다. 제한 토크

보다 더 큰 토크 T의 각각의 값을 위하여, 압축기(21)에 부과되어져야만 하는 최소 회전값이 있어서, 압 축기 베어링이 윤활-오일 필름의 파괴로 인하여 고체마찰(solid friction)을 겪지 않는 것을 보장해야만 한다.

따라서, 본 발명의 제어시스템 및 방법에 따르면, 요망되는 목적들이 달성가능하다. 이러한 방식에서, 압축기(21) 베어링이 낮은 회전에서 그리고 높은 압축(방출)압력에서 작동할 때 오일 필름의 파괴에 의해서 야기되는 고체 마찰로 되는 것을 방지하도록 한다. 또한 압축기의 효율을 증가시키는 목적을 가지면서도 낮은 점성의 오일을 이용할 수 있고, 마이크로프로세서를 이용함에 의해서 시스템을 제어할 수 있지만, 압축기 내의 추가적인 센서의 사용이 없는데, 이는 외부 센서들을 추가할 필요없이도 회로에서 측정이 직접적으로 만들어지기 때문이다.

본 발명의 선호적인 실시예들이 기술되어지며, 당업자들은 본 발명의 범위가 다른 가능한 변형을 포함하며, 가능한 등가물을 포함하는 첨부된 특허청구범위의 내용에 의해서만 제한되어지는 것을 이해한다.

Claims

- 모터-압축기 조립체(20,21)를 형성하며, 압축기(21)는 베어링을 가지며, 베어링은 윤활필름(lubricating film)으로써 덮혀지는, 압축기(21)와 관련된 M 위상의 전기 모터(electric motor, 20)와,

- 마이크로프로세서(microprocessor, 10)와,

- 한 세트의 스위치(
)를 포함하며, 전압(
)에 연결되어지고, 마이크로프로세서(10)에 관련되어지고, 모터(20)에 제공되도록 전압(
)을 조정하는, 인버터(2)와,

- 인버터의 출력(output)에서 전압의 레벨을 측정하는 전압 측정기(voltage observer, 30)와, 마이크로프로세서(10)와 관련된, 인버터(2)의 스위치(
) 세트를 통해서 순환하는 전류를 측정하는 전류 측정기(current observer, 40)를 포함하는, 압축기의 베어링(bearing) 내의 윤활오일 필름의 파괴에 대한 보호를 위한 제어 시스템(control system)에 있어서, 상기 제어 시스템은

- 마이크로프로세서(10)는 스위치(
) 세트를 선택적으로 작동하여서, 모터-압축기 조립체(20,21) 상에 회전(rotation)을 생성하도록 되며, 압축기(21)는 오일필름이 파괴되지 않도록 압축기(21)의 최소회전(
)을 가지며,

- 마이크로프로세서(10)는, 전압 관측기(30) 및 전류 관측기(40)로부터의 정보에서 선택된 측정들 또는 그 측정들의 조합에 근거하여, 베어링-상태 변수를 설정하도록 구성되며, 베어링-상태 변수는 예상되는 최대값을 가지며, 마이크로프로세서(10)는 베어링 내의 오일필름의 파괴를 방지하도록 베어링-상태 변수의 미리-설정된 관계에 따라서 최소회전(
) 보다 더 높은 값으로 모터(20)의 회전을 상승시키는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 1 항에 있어서, 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)는 마이크로프로세서(10)와 관련된 전압 관측기(voltage observer, 30)와, 회전 진동매개변수(
)의 계산으로부터 베어링-상태 변수를 얻도록 모터(20)의 회전 동안 규정된 각각의 극(pole) 위치 내의 모터의 내구성(permanence)의 시간을 모니터링하는 마이크로프로세서(10)와, 진동매개변수(
)에 의해서 얻어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 2 항에 있어서, 진동매개변수(
)는 각각의 극(pole) 위치 내의 모터(20)의 내구성(permanence)의 최대 정류시간(commutation time)(
), 최소 정류시간(
), 평균정류시간(
)의 비교로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 3 항에 있어서, 진동매개변수(
)는 다음의 식에 의해서 얻어지는데

여기서,
이며,

N은 모터(20)의 위치의 개수인 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 4 항에 있어서, 마이크로프로세서(10)는 진동매개변수(
)를 모니터링(monitoring)하고, 이전에 설정된 진동매개변수의 최대값(
)과 이를 비교하고, 최소 회전(
)에 이를 대응시키도록 구성되어져서, 진동매개변수(
)의 값이 진동매개변수의 최대값(
)보다 크거나 또는 동일할 때, 모터-압축기 조립체(20,21)의 회전이 최소 회전(
)보다 크거나 또는 동일한 회전으로 상승되어지도록 하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 1 항에 있어서, 베어링-상태 변수는 모터(20)의 축에 가까운 토크(T)로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 6 항에 있어서, 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)는 전류 관측기(current observer, 40)에 의해서 얻어지며, 마이크로프로세서(10)는 스위치(
)의 세트를 통해서 흐르는 전류의 레벨값을 모니터링(monitoring)하며, 마이크로프로세서(10)는 평균 전류(
)의 값으로부터 모터(20)의 토크(T)의 값을 설정하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 7 항에 있어서, 토크의 값은 평균전류(
)의 값으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 8 항에 있어서, 토크(T)의 값은 아래의 식에 의해서 얻어지며

,

여기서
은 모터(20)의 상수값인 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 9 항에 있어서, 토크(T)의 값은 아래의 식에 의해서 얻어지며

,

여기서 (P)는 인버터(2)에 의해서 소비되는 전원이며, (
)은 조정상수(adjustment constant)이며, (R)은 압축기(21)와 관련된 모터(20)의 회전값인 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 10 항에 있어서, 마이크로프로세서(10)는 토크(T)의 값과 토크의 한계값(
)을 비교하며, 토크(T)의 값이 한계 토크의 값(
)을 초과할 때, 회전은 미리-설정된 관계에 따라서 상승되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 11 항에 있어서, 마이크로프로세서(10)는 모터-압축기 조립체(20,21)의 회전과 관련된 토크(T) 값의 표를 포함하며, 마이크로프로세서(10)는 토크값의 표에 근거하여 미리 설정된 값에 모터 회전을 조정하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 12 항에 있어서, 토크(T) 값을 보여주는 표에 근거하여, 각각의 토크(T) 값은 한계토크(
) 보다 더 크며, 압축기(21)의 베어링 내의 오일필름의 파괴를 방지하도록 마이크로프로세서(10)는 모터(20)에 부과되어지는 최소 회전값(
)을 얻는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
- 모터-압축기 조립체(20,21)를 형성하며, 압축기(21)는 베어링을 가지며, 베어링은 윤활필름(lubricating film)으로써 덮혀지는, 압축기(21)와 관련된 M 위상의 전기 모터(electric motor, 20)와,

- 마이크로프로세서(microprocessor, 10)와,

- 한 세트의 스위치(
)를 포함하며, 전압(
)에 연결되어지고, 마이크로프로세서(10)에 관련되어지고, 모터(20)에 제공되도록 전압(
)을 조정하는, 인버터(inverter, 2)와,

- 인버터의 출력(output)에서 전압의 레벨을 측정하는 전압 측정기(voltage observer, 30)와, 압축기(10)와 관련된, 인버터(2)의 스위치(
) 세트를 통해서 순환하는 전류를 측정하는 전류 측정기(current observer, 40)를 포함하는, 허메틱 압축기의 베어링(bearing) 내의 윤활오일 필름의 파괴에 대한 보호를 위한 제어 시스템(control system)에 있어서, 상기 제어 시스템은

- 마이크로프로세서(10)는 스위치(
) 세트를 선택적으로 작동하여서, 모터-압축기 조립체(20,21) 상에 회전(rotation)을 생성하도록 되며, 압축기(21)는 오일필름이 파괴되지 않도록 압축기(21)의 최소회전(
)을 가지며,

- 마이크로프로세서(10)는, 전압 관측기(30) 및 전류 관측기(40)로부터의 정보에서 선택된 측정들 또는 그 측정들의 조합에 근거하여, 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)를 설정하도록 구성되며, 만일 베어링상태 변수가 예상되는 최대값에 도달한다면, 베어링 내의 오일필름의 파괴를 방지하기 위하여 베어링-상태 변수의 미리-설정된 관계에 따라서 최소회전(
) 보다 더 높은 회전을 모터-압축기 조립체가 가질 수 있도록 인버터(2)는 명령되어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
제 14 항에 있어서, 베어링-상태변수(bearing-situation variable)는 마이크로프로세서(10)와 관련된 전압 관측기(voltage observer, 30)와, 회전진동 매개변수(
)의 계산에 근거한 베어링-상태변수를 얻기 위하여 모터(20)의 회전동안 규정된 각각의 극(pole) 위치들 내의 모터의 내구성(permanence)의 시간을 모니터링하는 마이크로프로세서(10)와, 진동 매개변수(
)에 의해서 얻어지는 것을 특징 으로 하는 제어 시스템
제 14 항에 있어서, 베어링-상태 변수는 모터(20)의 축에 가까운 토크(T)로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 제어 시스템
압축기(21)는 전기모터(20)에 의해서 작동되어지며, 인버터(2)는 전압(
)에 연결되어지며, 인버터(2)는 모터(20)를 공급하도록 작동되어지며 따라서 모터(20)의 회전을 발생시키는, 압축기 베어링 내의 윤활-오일 필름의 파괴에 대한 보호를 위한 방법에 있어서,

상기 방법은

- 인버터(2) 내의 전압, 전류로부터 선택된 관측 또는 그 관측의 조합에 근거하여 베어링-상태 변수(bearing-situation variable)를 설정(establishing)하는 단계와,

- 베어링-상태 변수를 위하여 예견되는 최대값을 설정하는 단계와,

- 압축기 베어링 내의 오일필름의 파괴를 방지하도록 미리-설정된 관계에 따라서 모터(20)의 회전을 상승시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법
제 17 항에 있어서, 베어링-상태 변수는, 진동 매개변수(
)를 규정하는, 모터(20)의 회전동안 규정된 각각의 극(pole) 위치들 내의 모터(20) 내의 내구성(permanence)의 시간을 모니터링(monitoring)함에 의해서 설정되어지는 것을 특 징으로 하는 방법
제 18 항에 있어서, 진동 매개변수(
)는 각각의 극(pole) 위치들 내의 모터(20)의 내구성의 평균시간(
), 최대 정류시간(commutation time)(
) 그리고 최소 정류시간(
)을 비교함에 의해서 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법
제 19 항에 있어서, 진동 매개변수(
)는 다음의 식에 의해서 얻어지며,

, 여기서

와 N은 모터(20)의 위치들의 개수인 것을 특징으로 하는 방법
제 20 항에 있어서, 진동 매개변수(
)가 진동 매개변수의 최대값(
)보다 크거나 또는 동일할 때, 모터-압축기 조립체(20,21)의 회전이 최소 회전(
)보다 크거나 또는 동일한 회전으로 상승되어지도록, 진동 매개변수(
)를 모니터링(monitoring)하고 이를 이전에 설정된 진동 매개변수의 최대값(
)과 비교하고 그리고 압축기(21)의 최소 회전(
)에 대응하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
제 17 항에 있어서, 베어링-상태변수(bearing-situation variable)는 모터(20)의 축(axle)에 가까운 토크(T)로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법
제 22 항에 있어서, 베어링-상태 변수는 인버터(2) 내에서 순환하는 전류의 레벨값을 모니터링(monitoring)하고, 평균전류(
)의 값으로부터 모터(20)의 토크(T)의 값을 설정함에 의해서 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법
제 23 항에 있어서, 토크(T) 값은 평균전류(
)의 값으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법
제 24 항에 있어서, 토크(T) 값은 다음의 식으로부터 얻어지며,

,

여기서
은 모터(20)의 상수값인 것을 특징으로 하는 방법
제 25 항에 있어서, 토크(T) 값은 다음의 식으로부터 얻어지며,

,

여기서 (P)는 인버터(2)에 의해서 소비되는 동력이며, (
)은 조정상 수(adjustment constant)이며, (R)은 압축기(21)와 관련된 모터(20)의 회전값인 것을 특징으로 하는 방법