KR20050018989A - 압축기의 구동장치 및 냉동장치 - Google Patents

압축기의 구동장치 및 냉동장치

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KR20050018989A KR10-2005-7000496A KR20057000496A KR20050018989A KR 20050018989 A KR20050018989 A KR 20050018989A KR 20057000496 A KR20057000496 A KR 20057000496A KR 20050018989 A KR20050018989 A KR 20050018989A
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코이즈미키요시
키타마사노부
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Abstract

무브러시 DC모터(6)의 3상 코일(10) 순시전류 및 순시전압을 검출하여, 이 검출값으로부터 압축기(1)의 내부상태를 추정한다. 압축기(1) 내부상태의 추정은, 모터모델의 파라미터인 모터구동 토크를 동정하고, 이 동정된 모터구동 토크로부터 윤활불량이나 액 압축 등을 추정한다. 이로써 압축기(1)의 고장 예고, 진단 등을 실시간으로 행한다.

Description

압축기의 구동장치 및 냉동장치{DEVICE UNIT FOR COMPRESSOR AND REFRIGERATOR}
본 발명은 압축기의 구동장치 및 냉동장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화장치의 냉매회로는, 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창밸브와, 실내 열교환기가 순차 접속 구성되어, 증발압축식의 냉동순환을 실행한다. 이 냉매회로에서, 압축기의 가감속이나, 부하의 급격한 변동, 압축기 이외의 다른 기기의 동작불량에 의한 부적절한 조건으로 운전이 행해지는 경우가 있다. 이 때, 상기 압축기는 내부 손상에 의한 고장이 발생하는 경우가 있다.
그래서 종래, 이러한 종류의 냉매회로는, 예를 들어 압축기 흡입관의 흡입냉매 과열도를 제어하여 액 압축이나 윤활유의 희석을 회피했다.
또 상기 냉매회로는, 저압냉매의 포화온도와 압축기의 토출가스 온도비교로 정해지는 온도로 압축기의 토출관 온도를 제어하여, 압축기 내부의 오일이나 자석의 열화를 회피했다.
구체적으로 일특개평 7-180933호 공보에 개시된 냉동장치는, 압축기의 오일 온도와 압축기의 흡입냉매 압력을 검출하고, 이 검출결과로부터 오일에 대한 냉매의 용해도를 연산한다. 그리고 상기 냉매용해도에 기초하여 압축기의 운전주파수를 제어하고 오일의 희석을 방지하도록 한다.
또 일특개 2001-99070호 공보에 개시된 냉동장치는, 압축기의 윤활개소에 초음파 프로브를 설치한다. 그리고 상기 초음파 프로브로부터의 초음파 강도에 의해 윤활불량 여부를 판정한다.
<해결 과제>
그러나 상기 일특개평 7-180933호 공보의 냉동장치는, 압축기의 내부에 발생하는 현상을 직접 검출하지 않는다. 따라서, 제어에는 시간지연 및 검출오차 등을 포함하게 된다. 때문에 냉동장치를 설계하는 경우, 안전성을 고려하므로, 압축기 등의 과잉 보호가 된다. 그 결과, 냉동순환의 성능을 충분히 발휘할 수 없다.
또 일특개 2001-99070호 공보의 냉동장치는, 초음파 프로브를 설치할 필요가 있으므로, 부품점수가 많아져, 압축기의 구조가 복잡해진다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래의 결점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 압축기의 내부상태를 높은 정밀도로 추정하여, 압축기의 이상운전에 의한 사고를 방지함과 동시에, 압축기 등에 대한 과잉 보호를 억제하여, 고 효율의 운전상태를 유지하는 데 있다.
도 1은 압축기 구동장치의 제 1 실시형태를 나타내는 간략도.
도 2는 압축기 구동장치를 이용한 공기조화장치의 간략도.
도 3은 공기조화장치의 토크와 고압의 관계를 나타내는 도.
도 4는 공기조화장치의 토크와 과열도의 관계를 나타내는 도.
도 5는 공기조화장치의 오일 희석도와 전류의 관계를 나타내는 도.
도 6은 공기조화장치의 토크 등과 시간의 관계를 나타내는 도.
도 7은 공기조화장치의 토크와 오일 희석도의 관계를 나타내는 도.
도 8은 제 1 실시형태 구동장치의 변형예를 나타내는 간략도.
도 9는 도 8 구동장치의 순시전류의 고조파 성분을 나타내는 파형도.
도 10은 압축기 구동장치의 다른 변형예를 나타내는 간략도.
도 11은 압축기 구동장치의 제 2 실시형태를 나타내는 간략도.
도 12는 제 2 실시형태의 구동장치를 이용한 공기조화장치의 간략도.
도 13은 제 2 실시형태의 압축기를 일부 삭제하여 나타내는 사시도.
도 14는 무브러시 DC모터의 개략평면도.
도 15는 무브러시 DC모터의 회전좌표 모델을 나타내는 도.
도 16은 모터전압 방정식으로부터 자석에 의한 전기자 자속쇄교에 관한 자속 특성값을 구하기 위한 도.
도 17은 자속 특성값과 온도의 관계를 나타내는 도.
우선, 제 1 발명은 모터(6)를 갖는 압축기의 구동장치를 대상으로 한다. 그리고 상기 모터(6)의 전류 및/또는 전압을 검출하는 검출수단(16, 17)을 구비한다. 또 이 검출수단(16, 17)의 검출값에 기초하여 내부상태를 추정하는 추정수단(28)을 구비한다.
상기 제 1 발명에서는, 모터(6)의 전류 및/또는 전압을 모터구동회로(예를 들어 인버터회로)에서 검출한다. 이 전기적인 정보에 기초하여 압축기(1)의 내부상태를 추정한다. 이로써, 시간지연이 없는 실시간 처리로 전류 및/또는 전압을 검출하게 되므로, 상기 압축기(1)의 내부상태가 단시간 내에 정밀도 좋게 추정된다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이, 검출수단(16, 17)의 검출값으로부터 모터모델의 파라미터를 동정하는 동정수단(20)과, 이 동정수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 내부상태를 도출하는 도출수단(21)을 구비한다.
상기 제 2 발명에서는, 동정수단(20)이 검출수단(16, 17)의 검출값으로부터 모터모델의 파라미터를 동정한다. 그리고 상기 동정수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 도출수단(21)이 내부상태를 도출한다.
제 3 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태가 베어링 이상 또는 윤활불량인 구성으로 한다.
상기 제 3 발명에서는 베어링 이상이나 윤활불량이 발생했음을 추정할 수 있다. 이로써, 운전조건을 완화시킨 상태로 이행되어, 심한 손상이 회피된다.
제 4 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태가 모터온도인 구성으로 한다.
상기 제 4 발명에서는 모터온도가 추정되므로, 온도검출용 감지기가 생략된다. 그리고, 예를 들어 이 추정된 모터온도로부터, 모터가 정상 구동됐는지 여부를 판단할 수 있다.
제 5 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 모터(6)가 무브러시 DC모터인 구성으로 한다.
상기 제 5 발명에서는 무브러시 DC모터를 사용하므로, 내부상태가 보다 정확하게 추정된다.
제 6 발명 ~ 제 38 발명은, 상기 제 1 발명의 압축기 구동장치를 구비하는 냉동장치에 관한 발명이다.
우선 제 6 발명은, 모터(6)를 갖는 압축기(1)를 구비하는 냉매회로를 갖는 냉동장치를 대상으로 한다. 그리고 상기 모터(6)의 전류 및/또는 전압을 검출하는 검출수단(16, 17)과, 이 검출수단(16, 17)의 검출값에 기초하여 압축기(1)의 내부상태를 추정하는 추정수단(28)을 구비한다.
상기 제 6 발명에서는, 모터(6)의 전류 및/또는 전압을 모터구동회로(예를 들어, 인버터회로)에서 검출한다. 이 전기적 정보에 기초하여 압축기(1)의 내부상태를 추정한다. 이로써, 시간지연이 없는 실시간 처리로 전류 및/또는 전압을 검출함으로써, 상기 압축기(1)의 내부상태가 단시간 내에 정밀도 좋게 추정되어 냉동운전이 실행된다.
제 7 발명은, 제 6 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이, 검출수단(16, 17)의 검출값으로부터 모터모델의 파라미터를 동정하는 동정수단(20)과, 이 동정수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 내부상태를 도출하는 도출수단(21)을 구비한다.
상기 제 7 발명에서는, 동정수단(20)이 검출수단(16, 17)의 검출값으로 모터모델의 파라미터를 동정한다. 그리고 상기 동정수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 도출수단(21)이 내부상태를 도출한다.
제 8 발명은, 제 6 발명에 있어서, 상기 모터(6)가 무브러시 DC모터인 구성으로 한다.
제 9 발명은, 제 7 발명에 있어서, 상기 동정수단(20)이 동정하는 파라미터가 모터구동 토크인 구성으로 한다.
상기 제 9 발명에서는 모터구동 토크를 동정하므로, 이 모터구동 토크로부터, 냉매회로에서의 냉매압력 등이 추정된다.
제 10 발명은, 제 6 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태가 냉매회로의 고압 냉매압력 또는 저압 냉매압력인 구성으로 한다.
상기 제 10 발명에서는 냉매회로의 고압 냉매압력 등을 추정하므로, 이 고압압력 등으로부터 냉매회로의 운전상태를 파악한다.
제 11 발명은, 제 9 발명에 있어서, 상기 냉매회로에, 냉매상태를 검출하는 냉매검출수단(22, 23)이 구성된다. 그리고 상기 도출수단(21)은, 동정수단(20)이 동정한 모터구동 토크와 냉매검출수단(22, 23)이 검출한 냉매상태에 기초하여 냉매회로의 고압 냉매압력 또는 저압 냉매압력을 도출한다.
상기 제 11 발명에서는, 냉매회로의 고압 냉매압력 등을, 모터구동 토크와 냉매회로의 냉매상태에 기초하여 추정하므로, 추정된 고압 냉매압력 등의 신뢰성이 높다.
제 12 발명은, 제 9 발명에 있어서, 상기 냉매회로에, 냉매상태를 검출하는 냉매검출수단(22, 23)이 구성된다. 그리고 상기 도출수단(21)은, 냉매회로에서의 냉매온도 및/또는 냉매압력에 대응한 모터구동 토크와 압축기(1)의 흡인 과열도와의 관계가 미리 설정되며, 동정수단(20)이 동정한 모터구동 토크와 냉매검출수단(22, 23)이 검출한 냉매상태에 기초하여 압축기(1)의 흡인 과열도를 도출한다.
상기 제 12 발명에서는, 압축기(1)의 흡입 과열도를 추정하므로, 적절한 흡입 과열도로 조정할 수 있어, 과도한 과열운전이나 습기운전이 회피된다.
제 13 발명은, 제 6 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태가 압축기(1) 내부에서의 충격하중 발생인 구성으로 한다.
상기 제 13 발명에서는, 베어링 이상이나 액 압축과 같은 충격하중이 가해졌음을 추정한다. 이로써, 예를 들어 압축기(1)의 운전주파수를 저하시키는 등, 운전조건을 완화시킨 상태로 이행되어, 심한 손상이 회피된다.
제 14 발명은, 제 13 발명에 있어서, 상기 검출수단(16)의 검출값이 모터(6)의 전류이며, 상기 추정수단(28)이, 검출수단(16)의 검출전류 고조파성분에 기초하여 충격하중의 발생을 추정한다.
상기 제 14 발명에서는 검출전류의 고조파성분을 분석하여, 이 고조파성분(전류파형의 기본파성분)에 이상이 발생하면, 베어링 이상이나 액 압축 등의 충격하중이 가해진 것으로 추정한다.
제 15 발명은, 제 14 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 검출전류 고조파성분의 사인파에 대한 왜곡량에 기초하여 충격하중의 발생을 추정한다.
상기 제 15 발명에서는, 검출전류의 고조파성분을 분석하여, 사인파에 대한 왜곡량으로 압축기(1)의 충격하중을 추정하므로, 압축기(1)의 내부상태(윤활불량이나 액 압축 등)가 안정적으로 추정된다.
제 16 발명은, 제 14 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)은, 검출전류의 고조파성분이 미리 설정된 기준값보다 크면 충격하중의 발생을 추정한다.
상기 제 16 발명에서는, 압축기(1)의 내부상태를, 기준값과 검출전류의 고조파성분을 비교하여 추정하므로, 압축기(1)의 내부상태(윤활불량이나 액 압축 등)가 간단히 추정된다.
제 17 발명은, 제 16 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)의 기준값이 냉매회로에서의 냉매온도 및/또는 냉매압력에 대응하여 설정된다.
상기 제 17 발명에서는, 소정 기준값이 냉매회로의 냉매온도 등에 따라 설정되므로, 추정되는 내부상태의 신뢰성이 향상된다.
제 18 발명은, 제 6 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태가 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축인 구성으로 한다.
상기 제 18 발명에서는, 윤활불량이나 액 압축이 발생했음을 추정하므로, 이 경우, 운전조건을 완화시킨 상태로 이행시켜, 심한 손상을 회피한다.
제 19 발명은, 제 18 발명에 있어서, 상기 검출수단(16)의 검출값이 모터(6)의 전류이며, 상기 추정수단(28)이, 검출수단(16)의 검출전류 상승률에 기초하여 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축을 추정하는 구성으로 한다.
상기 제 19 발명에서는, 전류의 급격한 상승이 있으면 윤활불량이나 액 압축이 발생하므로, 이 상승으로써 윤활불량 등 압축기(1)의 내부상태를 추정한다.
제 20 발명은, 제 19 발명에 있어서, 상기 냉매회로에는, 냉매상태를 검출하는 냉매검출수단(22, 23)이 구성된다. 그리고 상기 추정수단(28)은, 검출수단(16)의 검출전류와 냉매검출수단(22, 23)이 검출한 냉매상태로부터 모터(6)의 정상상태 정상전류를 설정하고, 이 정상전류와 검출수단(16)의 검출전류를 비교하여 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축을 추정한다.
상기 제 20 발명에서는, 정상전류를 검출전류와 냉매회로의 냉매온도 또는 냉매압력 등으로 설정하므로, 이 설정된 정상전류의 신뢰성이 높다. 그리고 이 정상전류와 검출전류의 비교에 기초하여, 압축기(1)의 내부상태를 추정한다. 그 결과, 윤활불량 등의 압축기(1) 내부상태가 정밀도 좋게 추정된다.
제 21 발명은, 제 9 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)은, 모터구동 토크가 소정값을 초과하는 상승에 기초하여 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축을 추정하는 구성으로 한다.
상기 제 21 발명에서는, 모터구동 토크의 소정량을 초과하는 큰 상승이 있으면, 윤활불량이나 액 압축이 발생하므로, 이 상승을 이용하여 윤활불량 등 압축기(1)의 내부상태를 추정한다.
제 22 발명은, 제 21 발명에 있어서, 상기 냉매회로에, 냉매상태를 검출하는 냉매검출수단(22, 23)이 구성된다. 그리고 상기 추정수단(28)은, 동정수단(20)이 동정한 모터구동 토크와 냉매검출수단(22, 23)이 검출한 냉매상태로부터 모터(6)의 정상상태 정상토크를 설정하고, 이 정상토크와 동정수단(20)이 동정한 모터구동 토크를 비교하여 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축을 추정한다.
상기 제 22 발명에서는, 정상토크를 모터구동 토크와 냉매회로의 냉매온도 또는 냉매압력 등으로 설정하므로, 이 설정된 정상토크는 신뢰성이 높다. 그리고 이 정상토크와 동정된 토크와의 비교에 기초하여, 압축기(1)의 내부상태를 추정한다. 그 결과, 윤활불량 등의 압축기(1) 내부상태가 정밀도 좋게 추정된다.
제 23 발명은, 제 9 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 추정한 압축기(1)의 내부상태 정보를 출력하도록 구성된다.
상기 제 23 발명에서는, 추정된 냉매온도, 냉매압력 또는 축 윤활상태 등의 정보를 출력하므로, 압축기(1)의 내부상태를 사용자 등이 확실하게 파악할 수 있다.
제 24 발명은, 제 9 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 추정한 압축기(1)의 내부상태 정보에 기초하여 압축기(1)를 보호하는 보호수단(29)을 구비한다. 여기서 압축기의 보호란, 추정 또는 검출된 정보에 기초하여, 이상운전으로 되지 않는 운전의 실행을 말한다.
상기 제 24 발명에서는, 보호수단(29)에 의해 압축기(1)가 보호된다.
제 25 발명은, 제 24 발명에 있어서, 상기 보호수단(29)이 압축기(1)를 구동시키기 위한 인버터제어수단(26)을 제어하여 압축기(1)의 보호운전을 하는 구성으로 한다.
상기 제 25 발명에서는, 모터(6)의 전류 등으로부터 압축기(1)의 내부상태를 추정하고, 이 내부상태에 기초하여 인버터제어수단(26)을 제어한다. 그 결과, 압축기(1)의 보호운전이 이루어진다.
제 26 발명은, 제 25 발명에 있어서, 상기 보호수단(29)은 인버터제어수단(26)이 냉매회로의 운전제어에 우선하여 압축기(1)의 보호운전을 하도록 구성된다.
상기 제 26 발명에서는, 냉매회로의 운전제어 지령에 우선하여 압축기(1)의 보호운전을 실행하므로, 압축기(1)가 안정적으로 보호된다.
제 27 발명은 제 24 발명에 있어서, 상기 추정수단(28)이 추정한 압축기(1)의 내부상태 정보에 기초하여, 상기 보호수단(29)의 보호운전에서 정상운전으로 복귀시키는 절환수단을 구비한다.
상기 제 27 발명에서는, 압축기(1)의 보호운전에서 정상운전으로 회복시키는 절환수단을 구비하므로, 압축기(1)의 내부상태를 추정하여, 정상운전으로 되돌려도 이상운전이 되지 않을 경우에, 정상운전으로 되돌릴 수 있다.
제 28 발명은, 제 24 발명에 있어서, 상기 보호수단(29)이 압축기(1)의 고장진단을 하도록 구성된다. 여기서 고장진단이란, 전류의 흐트러짐에서 윤활불량을 진단하거나, 전류의 변화에서 액 압축을 진단하거나, 또는, 냉매압력을 추정하여 고압 이상 또는 저압 이상을 진단하거나 하는 것이다.
상기 제 28 발명에서는, 추정된 내부상태에 기초하여 고장진단을 하므로, 고장진단의 신뢰성이 높으며, 고장개소를 특정하거나, 고장원인을 추정하거나 한다.
제 29 발명은 제 28 발명에 있어서, 상기 보호수단(29)의 진단결과를 기억하는 기억수단(21)을 구비한다.
상기 제 29 발명에서는, 고장진단의 결과를 기억수단(21)에 기억시키므로, 운전정지 후 등에, 고장진단 결과를 이용하여 고장개소의 수정 등을 행한다.
제 30 발명은 제 24 발명에 있어서, 상기 보호수단(29)이 압축기(1)의 고장예고를 하도록 구성된다. 여기서 고장예고란, 전류의 흐트러짐에서 윤활불량을 예고하거나, 전류의 변화에서 액 압축을 예고하거나, 또는, 냉매압력을 추정하여 고압 이상 또는 저압 이상을 예고하거나 하는 것이다.
상기 제 30 발명에서는, 추정된 내부상태에 기초하여 고장예고를 하므로, 고장예고의 신뢰성이 높으며, 이 고장예고에 기초하여, 고장을 초래하는 이상운전이 회피된다.
제 31 발명은 제 30 발명에 있어서, 상기 보호수단(29)의 예고정보를 출력하는 통신수단(31)을 구비한다.
상기 제 31 발명에서는 고장예고의 정보를 외부로 연락할 수 있으므로, 사용자 등은 고장예고의 정보를 알 수 있으며, 고장을 초래하는 운전이 회피된다.
제 32 발명은 제 24 발명에 있어서, 상기 보호수단(29)은 냉매회로의 제어내용 또는 제어 파라미터를 변경하도록 구성된다.
상기 제 32 발명에서는, 추정된 내부상태에 기초하여 냉매회로의 제어내용이나 제어 파라미터를 변경하므로, 고효율의 운전이 이루어진다.
제 33 발명은 제 6 발명에 있어서, 미리 냉매회로의 냉매시스템 모델을 구비하며, 상기 추정수단(28)이 추정한 압축기(1)의 내부상태 정보에 기초하여, 냉매회로의 운전상태를 추정한다.
상기 제 33 발명에서는, 냉매시스템 모델을 이용하여, 추정된 내부상태에 기초하여 냉매회로의 운전상태를 추정하므로, 응답성이 높은 내부상태의 추정이 이루어진다.
제 34 발명은 제 7 발명에 있어서, 상기 모터(6)가 무브러시 DC모터로 구성된다. 그리고 상기 추정수단(28)이 모터(6)의 전류, 전압 및 기기 상수로부터 모터온도를 추정한다.
상기 제 34 발명에서는, 모터(6)의 전류, 전압 및 기기 상수로부터 모터온도를 추정하므로, 온도검출용 감지기가 필요 없다. 또 이 경우, 회전자(1a)의 회전위치를 추정하도록 하면, 다른 구성을 부가시키는 일없이 모터온도가 추정된다.
제 35 발명은 제 7 발명에 있어서, 상기 모터(6)가 무브러시 DC모터로 구성된다. 그리고 상기 동정수단(20)은, 모터(6)의 전류, 전압, 저항 및 인덕턴스로 구성되는 모터모델에 기초하여 파라미터를 동정한다. 또 상기 도출수단(21)은, 동정수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 모터온도를 도출한다.
상기 제 35 발명에서는 모터모델을 이용하므로, 자석(1b)의 온도를 간단한 연산으로 추정할 수 있다. 그리고 이 자석(1b)의 온도를, 모터온도로서 대용한다.
제 36 발명은 제 35 발명에 있어서, 상기 동정수단(20)이, 모터(6) 자석(1b)의 N극 방향으로 d축을 정하고, 이보다 π/2 진행된 방향으로 q축을 취하며, 3상 PMSM의 모터 기본전압방정식을, 전기각속도(ω)로 회전하는 d, q축 좌표계로 변환하여 모터 전압방정식을 구하고, 이 모터 전압방정식으로부터, 자석(1b)에 의한 전기자 자속쇄교에 관한 자속 특성값을 동정한다. 그리고 상기 도출수단(21)은, 동정수단(20)이 동정한 자속 특성값에 기초하여 자석(1b)의 온도를 모터온도로서 도출한다.
상기 제 36 발명에서는, 온도감지기를 사용하는 일없이, 간단한 기본연산식을 이용하여 확실하게 모터온도가 추정된다.
제 37 발명은 제 36 발명에 있어서, 상기 동정수단(20)이 모터 전압 방정식으로부터 정상 시의 전압방정식을 구하고, 동정 시에, 이 정상 시의 전압방정식 전기자 전류의 d축 성분을 0으로 한다.
상기 제 37 발명에서는, 정상 시 모터(6)의 전압방정식을 구하며, 추정 시에, 이 전압방정식에서 전기자 전류의 d성분을 0으로 하므로, 연산요소가 적어져, 연산오차가 적어진다.
제 38 발명은, 제 35 발명에 있어서, 상기 냉매회로에는, 압축기(1)의 토출관 온도를 검출하는 냉매검출수단(24)이 구성된다. 그리고 상기 도출수단(21)이 도출하는 모터온도를 압축기(1)의 내부온도로 하며, 온도검출수단(24)이 검출한 토출관온도에 기초하여 상기 도출수단(21)이 도출한 내부온도를 교정하는 교정수단(36)을 구비한다.
상기 제 38 발명에서는 내부온도를 교정하므로, 추정된 온도의 신뢰성이 향상된다. 또 이 교정에 사용하는 실제의 온도는, 압축기(1)의 토출관온도이다. 이 토출관온도는 냉매회로의 토출관온도를 제어하는 경우에 사용되며, 냉매회로에 토출관온도를 검출하는 온도감지기가 통상 배치된다. 이로써, 상기 교정을 위해, 별도 온도감지기를 추가시킬 필요가 없다.
따라서 본 발명에 의하면, 시간이 지연되는 일없이 실시간 처리로 압축기(1)의 내부상태를 정밀도 좋게 추정할 수 있다. 이로써, 이 내부상태로부터, 내부적인 특성의 경시적 변화를 검출하여, 고장 발생을 사전에 예고하거나, 초기특성으로부터의 변화에 착안하여 고장개소를 특정하거나, 고장 원인을 추정하거나 할 수 있다. 즉, 압축기(1)의 내부상태를 추정함으로써, 고장의 예고 또는 진단 등을 실시간에 정밀도 좋게 행할 수 있으므로, 압축기(1)의 이상운전에 의한 파괴를 예방하여, 압축기(1)의 신뢰성 향상을 달성할 수 있다.
또 제 2 발명에 의하면, 모터모델의 파라미터를 동정하고, 이 동정된 파라미터에 기초하여 내부상태를 도출하므로, 내부상태를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 그 결과, 이상운전의 회피 등을 정확하게 할 수 있다.
또한 제 3 발명에 의하면, 베어링 이상이나 윤활불량이 추정되므로, 예를 들어 이상 시에 운전주파수의 저하 등, 운전조건을 완화시킨 상태로 이행시킬 수 있다. 그 결과, 심한 손상을 회피할 수 있다.
또 제 4 발명에 의하면, 모터온도가 추정되므로, 온도검출용 감지기를 필요로 하지 않는다. 더욱이, 회전위치를 추정하기 위한 데이터를 이용하도록 하면, 다른 구성의 부가도 그다지 필요로 하지 않는다. 이로써, 저원가로 모터온도를 얻을 수 있다. 그리고, 예를 들어 이 추정된 모터온도로, 모터가 정상적으로 구동하는지 여부를 판단할 수 있다. 이상상태이면, 모터에 고장 등을 일으킬 경우가 있으므로, 고장을 일으키기 전에 운전을 중지시켜, 고장을 회피할 수 있다.
또한 제 5 발명에 의하면, 무브러시 DC모터를 사용하므로, 내부상태를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
또 제 6 발명에 의하면, 압축기(1)의 내부상태를 정밀도 좋게 추정할 수 있으므로, 과잉 설계를 회피하여, 냉매회로의 성능을 충분히 발휘시킬 수 있다.
또한 제 7 발명에 의하면, 모터모델의 파라미터를 동정하고, 이 동정된 파라미터에 기초하여 내부상태를 도출하므로, 압축기(1)의 내부상태를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 그 결과, 냉매회로의 이상운전 등을 확실하게 회피할 수 있다.
또 제 8 발명에 의하면, 무브러시 DC모터를 사용하므로, 내부상태를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
또한 제 9 발명에 의하면, 모터구동 토크가 추정되므로, 이 모터구동 토크로, 냉매회로의 냉매압력 등을 추정할 수 있다. 이로써, 압축기(1)의 이상운전을 회피할 수 있다.
또 제 10 발명에 의하면, 냉매회로의 고압 냉매압력 등을 추정하므로, 이 냉매압력으로, 냉매회로의 운전상태를 파악할 수 있다. 그 결과, 압력이상 운전을 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 방지할 수 있다.
또한 제 11 발명에 의하면, 추정된 냉매압력의 신뢰성이 높으므로, 이상상태의 운전을 확실하게 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또 제 12 발명에 의하면, 압축기(1)의 흡입 과열도를 추정하므로, 흡입 과열도가 부적절하면, 적절한 흡입 과열도로 조정하여 과도한 과열운전이나 습기운전을 회피할 수 있다.
또한 제 13 발명에 의하면, 베어링 이상이나 액 압축과 같은 충격하중이 가해졌음을 추정하므로, 이 때, 예를 들어 압축기(1)의 운전주파수를 저하시킬 수 있다. 그 결과, 운전조건을 완화시킨 운전상태로 이행되므로, 심한 손상을 회피할 수 있다.
또 제 14 발명에 의하면, 전류의 고주파성분에 의해 베어링 이상이나 액 압축 등을 안정적으로 추정할 수 있다. 이로써, 충격하중이 가해진 상태의 운전을 회피하여, 압축기(1)의 고장 등을 방지할 수 있다.
또한 제 15 발명에 의하면, 전류 고주파성분의 왜곡량으로, 베어링 이상이나 액 압축 등을 안정되게 추정할 수 있다. 이로써, 이상운전을 확실하게 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또 제 16 발명에 의하면, 전류의 고주파성분 상승으로 충격하중의 발생이 추정되므로, 압축기(1)의 내부상태를 간단하게 또 정밀도 좋게 추정할 수 있다. 이로써, 이상 운전을 확실하게 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 제 17 발명에 의하면, 기준값을 냉매상태에 대응하여 설정하므로, 추정되는 내부상태의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다. 이로써, 압축기(1)의 고장 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또 제 18 발명에 의하면, 윤활불량이나 액 압축을 추정하므로, 이 경우, 예를 들어 압축기(1)의 운전주파수 저하 등을 행할 수 있다. 그 결과, 운전조건을 완화시킨 상태로 이행되어, 심한 손상을 회피할 수 있다.
또한 제 19 발명에 의하면, 전류의 상승률에 의해 윤활불량이나 액 압축의 발생이 추정되므로, 이상운전을 확실하게 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 방지할 수 있다.
또 제 20 발명에 의하면, 모터(6)의 정상전류와 검출전류를 비교하므로, 윤활불량 등 압축기(1)의 내부상태를 정밀도 좋게 추정할 수 있다. 이로써, 이상운전을 확실하게 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 확실히 방지할 수 있다.
또한 제 21 발명에 의하면, 모터구동 토크의 상승에 의해, 윤활불량 등의 압축기(1) 내부상태를 추정하므로, 이상운전을 정확하게 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또 제 22 발명에 의하면, 모터(6)의 정상토크와, 동정된 모터구동 토크를 비교하므로, 윤활불량 등 압축기(1)의 내부상태를 정밀도 좋게 추정할 수 있다. 이로써 이상운전을 확실하게 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 제 23 발명에 의하면, 압축기(1)의 내부상태 정보를 출력하므로, 이 내부상태를 사용자 등이 확실하게 파악할 수 있다.
또 제 24 발명에 의하면, 압축기(1)의 보호운전을 행하므로, 압축기(1)의 고장 등을 방지할 수 있어, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
또한 제 25 발명에 의하면, 인버터제어를 변화시켜 보호운전을 하므로, 압축기(1)의 고장 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또 제 26 발명에 의하면, 냉매회로의 제어에 우선하여 압축기(1)를 보호하므로, 내구성이 향상되며, 장기에 걸쳐 안정된 운전이 가능해진다.
또한 제 27 발명에 의하면, 정상운전으로 되돌려도 이상운전이 되지 않을 경우에, 정상운전으로 되돌릴 수 있다. 이로써, 추정된 내부상태가 정상이면, 통상운전을 할 수 있으므로, 공조운전의 고 효율화를 도모할 수 있다.
또 제 28 발명에 의하면, 고장진단을 행하므로, 고장개소를 특정하거나, 고장원인을 추정하거나 할 수 있다. 이로써, 그 이후, 고장개소를 수리하거나, 고장원인을 제거하거나 할 수 있어, 고장상태의 운전을 회피할 수 있다.
또한 제 29 발명에 의하면, 고장진단 결과를 기억하므로, 운전정지 후 등에, 진단결과를 이용하여 고장개소의 수정 등을 행할 수 있다.
또 제 30 발명에 의하면, 고장예고를 실행하므로, 이 고장예고에 기초하여, 고장을 초래하는 이상운전을 회피할 수 있다.
또한 제 31 발명에 의하면, 예고정보가 출력되므로, 사용자 등이 고장예고를 알 수 있어, 그 후에 고장을 초래하는 운전을 회피할 수 있다.
또 제 32 발명에 의하면, 제어내용 등을 변경하므로, 고효율 운전을 할 수 있어, 운전비용 저감을 도모할 수 있다.
또한 제 33 발명에 의하면, 냉매회로의 운전상태를 추정하므로, 이상운전을 확실하게 회피할 수 있어, 압축기(1)의 고장 등을 확실하게 방지할 수 있다.
또 제 34 발명에 의하면, 모터온도가 추정되므로, 냉매회로에서 온도검출용 감지기를 생략할 수 있다. 더욱이 모터(6)의 회전위치를 추정하기 위한 데이터를 이용하면, 다른 구성의 부가를 회피할 수 있다. 이로써, 저원가로 모터온도를 얻을 수 있다. 그리고 모터온도가 추정되면, 예를 들어 이 추정된 모터온도로부터, 이 모터가 정상 구동했는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 이상이 있으면, 이 모터가 고장을 일으키기 전에 운전을 중지시켜, 고장을 회피할 수 있다.
또한 제 35 발명에 의하면, 자석(1b)의 온도를 간단한 연산으로 추정할 수 있다. 그리고 이 자석(1b)의 온도를, 모터온도로 할 수 있다. 이로써, 이 추정된 모터온도의 신뢰성이 높은 것이 된다.
또 제 36 발명에 의하면, 온도감지기를 사용하는 일없이, 간단한 기본 연산식을 이용하여 확실하게 모터온도를 추정할 수 있다.
또한 제 37 발명에 의하면, 정상 시의 모터 전압방정식을 구하고, 추정 시에, 이 모터 전압방정식에서 전기자 전류의 d성분을 0으로 하므로, 연산 요소를 적게 하여, 연산오차를 적게 할 수 있다. 이로써, 높은 정밀도로 온도를 추정할 수 있다.
또 제 38 발명에 의하면, 추정된 온도를 교정하므로, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이로써, 압축기(1)가 정상상태로 구동했을 경우에, 이상을 판단하거나, 역으로 압축기(1)가 이상상태에서 구동됐을 경우에, 정상인 것으로 판단하거나 하는 일이 없어진다.
또한 이 교정에 사용하는 실제의 온도는, 압축기(1)의 토출관온도이다. 이 토출관온도는, 냉매회로의 토출관온도를 제어하는 경우에 사용되며, 냉매회로에 토출관온도를 검출하는 온도감지기가 배치된다. 따라서 교정을 위해 별도 온도감지기를 추가할 필요가 없어, 원가 저감에 기여한다.
다음으로, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명하기로 한다.
-제 1 실시형태-
도 1은 압축기(1)의 내부상태 추정장치(추정수단)(28)를 구비하는 압축기(1)의 구동장치(40) 개략도를 나타낸다. 이 추정장치(28)를 구비하는 압축기(1)의 구동장치(40)는, 도 2에 나타내는 냉동장치인 공기조화장치에 사용된다.
이 공기조화장치는, 압축기(1)와 실외 열교환기(2)와 팽창밸브(전동팽창밸브)(3)와 실내 열교환기(4)가 순차 접속된 냉매회로인 냉매순환회로(냉매시스템)를 구비한다. 상기 냉매순환회로는, 십자절환밸브(5)를 절환함으로써 냉방운전과 난방운전이 가능하다. 또 실외 열교환기(2) 및 실내 열교환기(4)에는 각각 온도검출수단(22, 23)이 구성되어, 각 열교환기(2, 4)의 냉매온도가 검출된다. 여기서 각 온도검출수단(22, 23)은, 온도 더미스터 등의 온도감지기로 구성된다.
상기 압축기(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, U상(7)과 V상(8)과 W상(9)의 3상 코일(10)과, 인버터(11)를 갖는 무브러시 DC모터(6)를 구비한다. 여기서 인버터(11)는 사인파 PWM제어방식이다. 또 상기 인버터(11)는 교류입력전력을 AC-DC 변환회로부(12)에서 직류로 변환하고, 평활회로부(13)에서 평활하게 하여, DC-AC 변환회로부인 인버터부(14)에서 임의의 주파수의 교류전력으로 변환한다. 상기 인버터(11)는 인버터제어수단(도시 생략)으로부터의 인버터신호에 의해 제어되며, 인버터부(14) 트랜지스터의 ON·OFF 패턴을 바꿈으로써, 주파수와 전압을 제어한다.
상기 모터(6)의 3상 코일을 흐르는 순시전류는, 전류검출기(전류감지기)(16)에서 검출되며, 모터(6)의 3상 코일에 가해지는 순시전압은, 전압검출기(전압감지기)(17)에서 검출된다. 이 경우, 전류검출기(16)와 전압검출기(17)는 검출수단을 구성하며, AC-DC 변환회로부(12)와 평활회로부(13) 사이에 배치된다. 전압은, 트랜지스터의 ON/OFF 비와 DC전압으로부터의 연산으로 구해지며, 전류는, 트랜지스터의 스위치패턴과 DC전류로 구해진다.
그런데 상기 공기조화장치에서 냉방운전을 행할 경우에는, 십자절환밸브(5)를 도 2의 실선으로 나타내는 상태로 절환하여, 압축기(1)의 모터(6)를 구동시킨다. 이로써, 이 압축기(1)로부터의 토출냉매가, 실외 열교환기(2)를 통과한 후, 팽창밸브(3)에서 감압 팽창되고, 실내 열교환기(4)를 통과하여 압축기(1)로 돌아온다. 이 때, 실외 열교환기(2)가 응축기로서 기능함과 동시에, 실내 열교환기(4)가 증발기로서 기능하여 냉방운전이 이루어진다.
또 난방운전을 행할 경우에는, 십자절환밸브(5)를 도 2의 점선으로 나타내는 상태로 절환하여 압축기(1)의 모터(6)를 구동시킨다. 이로써, 이 압축기(1)로부터의 토출냉매가, 실내 열교환기(4)를 통과한 후, 팽창밸브(3)에서 감압 팽창되고, 실외 열교환기(2)를 통과하여 압축기(1)로 돌아온다. 이 때, 실내 열교환기(4)가 응축기로서 기능함과 동시에, 실외 열교환기(2)가 증발기로서 기능하여 난방운전이 이루어진다.
그리고 각 운전 중에는, 압축기(1)의 가감속이나 부하의 급격한 변동, 또는 압축기(1) 이외의 다른 기기의 동작 불량에 의한 부적절한 조건에서의 운전에 의해, 압축기(1) 내부의 손상에 의한 고장이 발생하는 경우가 있다. 여기에 상기 추정장치(28)는, 압축기(1)의 내부상태를 추정함으로써, 고장발생을 사전에 예고하거나, 고장개소를 특정하거나, 또는 고장원인을 추정한다.
즉, 도 1에 나타내는 추정장치(28)는, 코일(10)의 순시전류 및/또는 순시전압의 검출값으로부터 압축기의 내부상태를 추정하는 것이다. 그리고 상기 추정장치(28)는, 연산장치인 연산수단(20)과, 기억장치인 기억수단(21)을 구비한다. 또 상기 연산수단(20) 및 기억수단(21) 등은 마이크로컴퓨터로 구성된다.
상기 연산수단(20)은, 전류검출기(16) 및 전압검출기(17)의 검출값으로부터 모터모델의 파라미터를 동정하는 동정수단을 구성한다. 구체적으로 상기 연산수단(20)은, 모터모델로부터 모터구동 토크를 동정한다.
상기 기억수단(21)은, 연산수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 내부상태를 도출하도록 구성된다. 구체적으로 상기 기억수단(21)은, 냉매온도나 냉매압력을 도출한다.
무브러시 DC모터(6)에 있어서 모터구동 토크를 동정하는 연산은, 인덕턴스와 전류값으로 구성되는 연산식을 이용하는 경우와, 자속과 전류값으로 구성되는 연산식을 이용하는 경우 등이 있다.
인덕턴스와 전류값으로 구성되는 연산식은, 다음의 수학식 1에서 수학식 4를 이용하여 수학식 5와 같이 나타내진다. 즉, 순시전압(V)은 수학식 1로 나타낼 수 있고, 또 자속(φ)은 수학식 2로 나타낼 수 있으며, 자속 벡터의 방향은 수학식 3 및 수학식 4로 나타낼 수 있다.
V＝L×dI/dt＋dφ/dt
L : 인덕턴스
φ : 자속
φ＝∫Vdt＋L×I
φcosθ＝∫Vαdt＋L×Iα
φsinθ＝∫Vβdt＋L×Iβ
그리고 이 수학식 1 ~ 수학식 4로부터 θ, 즉 검출된 순시전류(I), 순시전압(V)에 기초하여 모터 위치(회전자 위치)(θ)를 추정할 수 있다. 이 때 사용한 검출값이나 상수를 그대로 이용하여, 압축기(1)의 입력전류(iu, iv, iw)를 좌표 변환시킨 전류값(id, iq)을 구하며, 이들에 의해 수학식 5와 같이 모터구동 토크(Tm)가 구해진다.
Tm＝P ×｛φa＋(Ld－Lq)×id｝× iq
P : 극 대수
id, iq : 압축기 입력전류가 좌표 변환된 전류값
φa : 영구자석에 의한 자속 쇄교
Ld : d축 인덕턴스
Lq : q축 인덕턴스
또 자속과 전류값으로 구성되는 연산식은, 일차 자속과 전류의 벡터적으로, 고정자에 작용하는 토크를 구하는 것이며, 모터(6)의 회전자 토크는 고정자 토크의 반력이 된다. 따라서 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Tm＝P ×｛λα×iβ－λβ×iα)
P : 극 대수
λα, λβ : 일차 자속(모터단자전압의 시간곱-저항에서의 전압강하)
iβ, iα : 일차 전류(모터선 전류)
그리고 이 수학식 6에서 α, β는 고정 좌표계이며, u, v, w의 3상을 2 상으로 변환시킨다. 또 λα는 다음의 수학식 7에서 산출되며, λβ는 다음의 수학식 8로 산출된다.
λα≒∫Vαdt
λβ≒∫Vβdt
한편, 냉매순환회로의 냉매상태인 냉매시스템의 온도정보(온도검출수단(22, 23)에서 검출되는 증발온도나 응축온도)는, 상기 기억수단(21)에 입력된다. 또 도 3에 나타내는 바와 같이, 미리, 압축기(1)의 회전수별로 복수의 증발온도(Te)에 대응하는 토크-고압 선도(토크-응축온도 선도)가 작성되며, 이 선도가 기억수단(21)에 입력돼있다. 이로써 상기 추정장치(28)는 이 그래프에 기초하여, 산출된 모터구동 토크(Tm)와, 증발온도(Te)로부터 응축온도(Tc)를 추정하고, 이 응축온도(Tc)로부터, 냉매특성에 기초하여 응축압력(고압 냉매압력)(Pc)을 추정할 수 있다.
예를 들어 압축기(1)의 회전수가 60rps이며 증발온도(Te)가 10℃일 경우에, 모터구동 토크(Tm)가 10Nm이면, 응축온도(Tc)를 약 50℃로 추정할 수 있다.
또 압축기(1)의 회전수별로, 복수의 응축온도(Tc)에 대응하는 토크-저압 선도(토크-증발온도 선도)를 작성하고, 이 그래프에 기초하여, 모터구동 토크(Tm)와 응축온도(Tc)로부터 증발온도(Te)를 추정하며, 이 증발온도(Te)로부터 증발압력(저압 냉매압력)(Pe)을 추정할 수도 있다.
이와 같이 응축온도(Tc)나 증발온도(Te)를 추정하기가 가능하며, 이 제어에 의해 다음과 같은 이점이 생긴다. 즉, 종래와 같이 응축온도(Tc)나 증발온도(Te)를 측정할 경우, 측정부의 온도가 정상온도에 이르기까지에는 상당한 시간지연이 발생하여, 정확한 온도를 얻을 수 없었다. 이에 반해, 모터구동 토크로부터 고압 냉매압력 또는 저압 냉매압력을 추정할 경우에는, 이와 같은 시간지연이 없다. 따라서 이상 고저압의 보호제어도 지연되는 일없이 실행할 수 있다. 그 결과, 심한 손상을 회피할 수 있다.
여기서 이 제어에 의해 얻어지는 응축온도(Tc)나 증발온도(Te)를, 응축온도(Tc)나 증발온도(Te)를 측정하는 감지기의 이상 유무를 판정하기 위해 이용해도 된다.
또 냉매시스템의 소정의 온도조건 및/또는 압력조건별로 모터구동 토크와 흡입 과열도의 관계를 파악해두어도 된다. 이 경우, 검출된 모터구동 토크와 그 때의 온도정보 및/또는 압력정보에 기초하여, 운전중 압축기(1)의 흡입 과열도를 추정할 수 있다. 즉, 예를 들어 소정의 응축압력(Pc) 및 증발압력(Pe)별로, 모터구동 토크(Tm)와 흡입 과열도(SH)의 관계를 파악하여, 토크-과열도 선도를 미리 작성해둔다. 그리고 검출된 응축압력(Pc) 및 증발압력(Pe)으로부터, 도 4에 나타내는 바와 같은 특정 관계선도를 선택하여, 파악(산출)된 모터구동 토크(Tm)로부터 그 때의 흡입 과열도를 추정한다.
따라서 도 4의 토크-과열도 선도는, 가로축을 흡입 과열도로 하며, 세로축을 모터구동 토크로 하므로, 예를 들어 토크가 도 4의 Tmot라면, 이 Tmot의 흡입 과열도를 나타내는 축(가로축)의 값으로부터 흡입 과열도를 추정할 수 있다. 이로써, 추정된 흡입 과열도가 부적절하면, 적절한 흡입 과열도로 조정하여 과도한 과열운전이나 습기운전을 회피할 수 있다.
또 상기 추정장치(28)는, 모터구동 토크 또는 모터구동전류와 냉매시스템의 온도정보 및/또는 압력정보로부터 정상상태(정상상태 순시토크 또는 정상상태 순시전류)를 미리 검출하도록 해도 된다. 그리고 이 정상상태의 데이터를 기억수단(21)에 입력해두고, 이 데이터표와, 검출된 순시토크 또는 순시전류를 비교함으로써, 윤활불량이나 액 압축 등의 내부상태를 추정해도 된다.
즉, 미끄럼면의 마찰특성은, 윤활불량 시에 습동면이 거칠어져, 마찰저항이 커진다. 이 경우, 이 도 5의 범위(H2)에 대응하는 부분은, 점선으로 나타내는 통상전류에 대해 증가한다. 또 도 7의 오일 희석도와 토크의 관계를 나타내는 그래프에서는, 통상토크에 대해 범위(H3)로 증가한다.
또 액 압축 등에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 토크 또는 전류에 커다란 상승이 발생한다. 여기서 커다란 상승이란, 미리 설정된 소정량을 초과하는 상승이다. 이로써, 압축기(1)의 베어링 이상 시의 부하토크가 통상 시보다 크게 증가함으로써, 윤활불량이나 액 압축 등이 발생했음을 검출할 수 있다. 이 경우, 압축기(1) 운전주파수의 저하 등을 행하여, 이상운전을 회피할 수 있다.
그리고 상기와 같이 토크나 전류의 증가량 대소에 의해 이상운전을 추정하는 대신, 토크 또는 전류가 급격하게 증가되는 것을 이용해도 된다. 즉, 토크 등의 단위시간당 증가량(상승률)이 기준량을 초과함에 의해, 이상운전임을 추정하도록 해도 된다.
또 순시전류는 사인파로 나타낼 수도 있으며, 이 전류 파형이 도 9에 나타내는 바와 같이, 이상 파형이 되면, 베어링 이상 혹은 액 압축 등 충격하중이 가해졌다고 추정할 수 있다. 즉, 베어링 이상 혹은 액 압축 등 충격하중이 가해지면, 전류 파형에는, 도 9와 같이 왜곡이 발생하여, 이를테면 “가시가 돋치는” 것으로 된다. 따라서 파형을 검출하여, 이 파형에 가시 돋친 형상이 있다면, 충격하중이 가해졌다고 추정할 수 있다.
즉, 검출된 순시전류의 고조파성분 분석에 의한 사인파에 대한 왜곡량에 기초하여 압축기(1)의 내부상태를 추정한다. 이로써, 순시전류의 흐트러짐에 기초하여 윤활불량 등임을 추정할 수 있다.
또 이와 같이 왜곡량에 기초하여 윤활불량 등임을 추정하는 것 외에, 기계회전주파수별 반복 양으로 판단할 수도 있다. 즉, 일정 양 이상의 왜곡이 반복되는 반복 수, 혹은 반복 발생하는 왜곡량의 총량으로 판단 가능하다.
따라서 상기 추정장치(28)로는, 도 8에 나타내는 변형예와 같이, 기억수단(21)이 냉매시스템으로부터의 온도정보 및/또는 압력정보에 따른 임계값(소정 기준값)을 기억함과 동시에, 연산수단(20)이 순시전류의 고조파성분을 분석할 수 있는 것이라면 된다.
이로써, 이 임계값과, 검출된 순시전류 고조파성분 파형을 비교하여, 윤활불량이나 액 압축 등을 추정한다. 그리고, 이와 같은 경우에 압축기(1) 운전주파수의 저하 등을 실시하여, 이상운전을 회피할 수 있다. 더욱이, 이 경우, 상기 임계값(소정 기준값)은 냉매시스템으로부터의 온도정보와 압력정보에 따르는 것으로, 추정하는 내부상태의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다. 이로써, 압축기의 고장을 확실하게 방지할 수 있다.
<변형예>
다음으로, 도 10은 제 1 실시형태의 변형예인 다른 공기조화장치를 나타낸다. 이 경우, 먼저 모터(6) 3상 코일(10)의 순시전류 및/또는 순시전압을 검출하고, 이 검출값으로부터 압축기(1)의 내부상태를 추정한다. 이 추정된 내부상태에 기초하여, 압축기(1)를 구동시키기 위한 인버터 제어수단(26)의 인버터신호를 변화시켜, 압축기(1)의 보호운전을 한다. 여기서 압축기(1)의 보호운전이란 고장회피운전이며, 윤활불량이나 액 압축 등이 발생하지 않는 운전을 말한다.
구체적으로 압축기(1)는, 모터(6)와, 인버터(11)와, 모터(6)에 가해지는 순시전류 및/또는 순시전압을 검출하는 검출수단으로서의 센싱(25)과, 인버터제어수단(26)과, 제어부(27)를 구비한다. 이 제어부(27)는, 추정장치(28)와, 이 추정장치(28)로부터의 지령을 받는 고장회피 제어수단(29)을 구비한다. 상기 추정장치(28)는, 기억수단(21)을 구비함과 동시에, 도시는 생략하지만, 상기 도 1의 연산수단(20)을 구비한다. 그리고 다른 구성은, 도 1에 나타낸 공기조화장치와 마찬가지이므로 동일부분은 동일부호로 나타내며, 그 설명을 생략한다.
이와 같이 도 10에 나타내는 공기조화장치에서도, 모터(6) 코일(10)의 순시전류 및/또는 순시전압을 검출하고, 이 검출값으로부터 압축기의 내부상태(윤활불량이나 액 압축 등)를 추정한다. 그리고 이 압축기의 내부상태 정보가 고장회피 제어수단(29)에 입력된다.
이 고장회피 제어수단(29)은, 미리 설정된 냉매시스템 모델로부터의 데이터가 기억된다. 그리고 고장회피 제어수단(29)은, 냉매시스템의 운전제어를 행하는 냉매시스템 제어수단(30)으로부터의 지령신호가 입력된다.
따라서 이 도 10의 공기조화장치에서는, 압축기(1)의 내부상태가 추정되며, 냉매시스템 모델에 기초하여 냉매순환회로의 운전상태가 추정된다. 그리고 예를 들어, 상기 추정이 윤활불량이라면, 윤활불량으로 되지 않도록, 고장회피 제어수단(29)으로부터 압축기(1)의 제어수단(26)으로 제어신호가 출력된다. 이 때문에, 예를 들어 제어내용인 모터(6)의 회전수를 변경하는 제어나, 냉매시스템 제어수단(30)의 시스템제어 지령값(운전제어 파라미터)을 변경하는 제어를 행하여, 이상운전을 회피한다.
그런데, 공조운전을 실행할 경우, 냉매시스템 제어수단(30)에서 각종 기기의 제어가 이루어진다. 이 때, 압축기(1)의 내부상태가 추정되어, 윤활불량 등의 이상운전이 행해진 것으로 추정됐을 경우에는, 이 냉매시스템 제어수단(30)의 운전제어에 우선하여, 인버터 제어수단(26)의 제어(압축기(1)의 보호운전)가 우선된다. 이로써, 압축기(1)의 고장회피 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 추정된 내부상태가 정상상태로 복귀돼있으면, 상기 보호운전에서 정상운전으로 회복시킨다. 즉, 고장회피 제어수단(29)은 절환수단(도시 생략)을 구비한다. 이 절환수단은, 윤활불량 등의 이상운전이 행해질 것으로 추정됐을 경우에, 압축기(1)의 보호운전으로 하며, 정상상태로 복귀됐음으로 추정됐을 경우에, 정상운전으로 한다. 이로써, 공기조화장치로서 고 효율 운전이 가능해진다.
또 상기 고장회피 제어수단(29)은, 추정된 압축기(1)의 내부상태에 기초하여 장치 고장진단을 하도록 해도 된다. 여기서 고장진단이란, 검출된 순시전류의 흐트러짐으로부터 윤활불량임으로 진단하거나, 검출된 순시전류의 변화로부터 액 압축임으로 진단하거나, 또는, 고저압을 추정하여 흡입 과열도 이상임으로 진단하거나 하는 것이다. 그리고 이 진단결과는, 기억수단(21)에 기억된다. 이로써, 운전정지 후 등에, 이 장치 고장진단 결과를 이용하여 고장개소의 수정 등을 할 수 있다.
이와 같이, 도 10에 나타내는 공기조화장치에서는 고장진단을 할 수 있고, 더욱이 고장진단의 신뢰성이 높으며, 이 고장진단으로부터 고장개소를 특정하거나, 고장원인을 추정하거나 할 수 있다. 이로써, 그 후, 고장개소를 수리하거나, 고장원인을 제거하거나 할 수 있어, 고장난 상태에서의 운전을 회피할 수 있다.
또 고장회피 제어수단(29)은, 고장인 것으로 진단되지 않지만, 이대로의 상태에서 운전을 계속하면 고장날 것으로 예상될 경우에는, 고장예고를 행한다. 여기서 고장예고란, 예를 들어, 검출된 순시전류의 흐트러짐으로부터 윤활불량일 것으로 예고하는 것이다. 그리고 이 고장예고 정보는 통신수단(31)에 의해 외부(즉, 사용자 등)에 연락된다. 통신수단(31)은, 예를 들어 사용자 등에 이 고장예고정보를 알리기 위한 표시수단(표시등의 점멸, 소리 발생) 등으로 구성된다.
이에 따라 이 도 10에 나타내는 공기조화장치에서는 고장예고를 할 수 있고, 더욱이 고장예고의 신뢰성이 높으며, 이 고장예고에 기초하여, 고장을 초래하는 이상운전을 회피할 수 있다. 또 고장예고의 정보를 통신수단(31)에 의해 외부로 연락할 수 있으므로, 사용자 등은 고장예고 정보를 알 수 있어, 그 후의 대책을 세울 수 있다.
<제 1 실시형태의 다른 변형예>
이상, 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 제 1 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 변경하여 실시할 수 있다.
예를 들어 도 1에 나타낸 공기조화장치에서는, 고저압, 흡입 과열도, 윤활불량, 액 압축 등을 추정하는 것이지만, 이들 단독의 추정이라도, 이들 중 임의의 복수 조합이라도 된다.
또 도 10에 나타낸 공기조화장치에서는, 압축기(1)의 보호운전, 고장진단, 고장예고가 가능하지만, 보호운전을 하며 고장진단이나 고장예고를 하지 않는 것, 고장진단을 하며 보호운전이나 고장예고를 하지 않는 것, 고장예고를 하며 보호운전이나 고장진단을 하지 않는 것, 또는 이들 중에서 임의로 조합하여 행하는 것 등이라도 된다.
또한 내부상태를 추정하기 위한 순시전류의 급격한 상승의 기준이 되는 소정량, 내부상태를 추정하기 위한 모터구동 토크의 급격한 상승의 기준이 되는 소정량 등의 변경은, 이상운전으로 되지 않는 범위에서 임의로 변경할 수 있다.
또 압축기(1)의 구동장치(40)로서, 추정된 모터구동 토크, 온도, 고압압력, 저압압력, 축 윤활상태 등의 정보를 출력하는 기능을 갖는 것이라도, 또는 냉매시스템의 정보를 입력함으로써, 정밀도 향상이나 시스템 최적 운전을 위한 정보를 산출하는 것이라도 된다.
이와 같이, 추정된 모터구동 토크 등의 정보를 출력할 수 있으면, 압축기(1)의 내부상태를 사용자 등이 확실하게 파악할 수 있으며, 정밀도 향상이나 시스템 최적운전을 위한 정보를 산출함으로써, 정밀도 향상이 달성 가능함과 동시에, 시스템 최적운전을 실행할 수 있다.
그리고 모터(6)로서, 무브러시 DC모터에 한정되는 것은 아니다.
또 모터모델을 이용하여 압축기(1)의 내부상태를 추정할 경우, 어큐뮬레이터, 압력감지기, 압력스위치 또는 흡입관 온도감지기를 삭제할 수 있다.
구체적으로, 상술한 바와 같이 압축기(1)의 액 압축을 추정할 경우, 도 2에서 어큐뮬레이터를 구성시키지 않아도 된다. 예를 들어, 모터모델의 파라미터인 모터구동 토크를 동정하여, 이 모터구동 토크로부터 액 압축을 추정한다. 즉, 액 백을 추정한다. 따라서 냉매순환회로에 어큐뮬레이터를 구성시키는 일없이, 액 백을 회피할 수 있다.
특히, 이 경우, 압축기(1)가 로터리 압축기일 경우에 적합하다. 롤링피스톤형 압축기 외에, 피스톤과 블레이드가 일체인 이른바 스윙형 압축기는, 1 회전 1 압축의 구성이므로, 압축속도가 빨라, 액 백의 급격한 압력상승이 중대한 과제이다. 본 제 1 실시형태와 같이, 액 백을 추정하도록 하면, 어큐뮬레이터를 생략한 상태에서, 액 백을 확실하게 회피할 수 있다.
또 모터구동 토크를 동정하여, 이 모터구동 토크로부터 냉매압력을 추정할 경우, 압축기(1)의 토출 쪽에 배치하는 고압 압력감지기 및 고압 압력스위치를 생략할 수 있다. 또 압축기(1)의 흡입 쪽에 배치하는 저압 압력감지기를 생략할 수 있다.
또한 모터구동 토크를 동정하여, 이 모터구동 토크로부터 압축기의 냉매 과열도를 추정할 경우, 압축기(1)의 흡입 쪽에 배치하는 흡입관 온도감지기를 생략할 수 있다.
-제 2 실시형태-
다음으로 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 그리고 본 제 2 실시형태는 도 1의 제 1 실시형태와 상이한 부분에 대해서만 설명한다. 즉, 본 제 2 실시형태에서 도 1의 제 1 실시형태와 동일부분에 대해서는 동일부호로 나타내며, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 인버터부(14)에는, 제 1 실시형태의 전류검출기(16) 및 전압검출기(17) 대신, 검출수단(15)이 배치된다. 이 검출수단(15)은 무브러시 DC모터(6)의 3상 코일(10) 전류 및 전압을 검출한다. 상기 검출수단(15)은, 예를 들어 전류를 검출하기가 가능한 전류검출 감지기 등으로 구성되는 전류검출부와, 전압을 검출하기가 가능한 전압검출 감지기 등으로 구성되는 전압검출부를 갖는다.
상기 압축기(1)는, 도 13에 나타내는 바와 같이 스크롤형이며, 그 무브러시 DC모터(6)가, 코일인 전기자(10)와 회전자(1a)를 갖는다. 이 경우, 무브러시 DC모터(6)의 회전자(1a)는, 도 14에 나타내는 바와 같이 내부에 자석(영구자석)(1b...)이 매입된 매입자석 구조로 구성된다. 그리고, 영구자석 동기모터(PMSM: Permanent Magnet Synchronous Motor)는 직류모터의 브러시와 정류자에 의한 기계적 정류를 반도체의 스위칭작용에 치환시킨 모터로, 무브러시 DC모터라 부른다. 또 PMSM은, 기계적 정류작용을 반도체의 스위칭작용으로 치환하므로, 자석(영구자석)(1b)을 회전자 쪽에, 전기자(10)를 고정자 쪽에 배치한 회전계 자기형의 구조가 된다. 그리고 이 무브러시 DC모터(6)는, 전류, 전압 및 기기상수를 이용하여 회전자(1a)의 회전위치를 추정하고, 이 회전위치 추정결과에 기초하여 제어된다.
또 도 12에 나타내는 냉매시스템에서, 압축기(1)의 토출관(18)에는 온도검출수단(24)이 배치된다. 이 온도검출수단(24)은, 압축기(1)의 토출관온도를 검출한다.
한편, 추정장치(28)는 모터온도 추정장치로 구성되며, 추정된 모터온도를 압축기(1)의 내부온도로 추정한다. 그리고 이 추정장치(28)는, 상기 검출수단(15)과, 연산장치인 연산수단(20)과, 기억장치인 기억수단(21)과, 기기상수 입력수단(35)을 구비한다.
이 경우, 모터온도의 추정은, 모터(6)의 전류, 전압 및 기기상수로부터 회전자(1a) 자석(영구자석)(1b)의 온도를 추정하는 것이다. 구체적으로 모터온도는, 모터(6)의 전류와 전압과 기기상수인 저항 및 인덕턴스로 구성되는 모터모델(회전좌표 모델)을 이용하여 추정된다.
즉, 상기 연산수단(20)은, 모터모델의 파라미터인 자석(1b)의 전기자 자속쇄교에 관한 자속 특성값을 동정하도록 구성된다.
상기 기억장치(21)는, 동정된 자속 특성값으로부터 모터온도를 추정한다. 이 때, 수학식 9에 나타내는 바와 같은 PM동기모터의 전압방정식을 사용한다.
단, Lu, Lv, Lw :각 상의 자체 인덕턴스
Muv, Mvw, Mwu : 상간의 상호 인덕턴스
θ＝ωt : d축의 U상으로부터의 진행각
ω : 전기각속도
Ψf : 1 상(相)당 영구자석에 의한 전기자 자속쇄교의 최대값
vu, vv, vw : 각 상의 전기자 전압
iu, iv, iw : 각 상의 전기자 전류
p＝d/dt : 미분 연산자
Ra : 전기자 권선 저항
즉, 도 15에 나타내는 바와 같은 3상 PMSM의 2극 기본모델(회전좌표 모델)과 같이, 자석(1b)의 N극 방향으로 d축을 정하고, 이보다 π/2 진행한 방향으로 q축을 취한다. 이 때, U상 권선을 기준으로 시계방향으로 취한 d축의 진행각을 θ로 하면, 전기자 자체인덕턴스는 수학식 10의 수식이 되며, 상호 인덕턴스는 수학식 11이 되고, 자석(1b)의 전기자 자속쇄교는 수학식 12가 된다.
Lu, Lv, Lw :각 상의 자체 인덕턴스
la : 1 상당 누출 인덕턴스
La : 1 상당 유효 인덕턴스의 평균값
Las : 1 상당 유효 인덕턴스의 진폭
θ＝ωt : d축의 U상으로부터의 진행각
ω : 전기각속도
단, Muv, Mvw, Mwu : 상간의 상호 인덕턴스
단, Ψfu, Ψfv, Ψfw : 각 상의 영구자석 전기자 자속쇄교
Ψf : 1 상당 영구자석에 의한 전기자 자속쇄교의 최대값
이 수학식 10 ~ 수학식 12로부터, 상기 수학식 9를 얻을 수 있다. 또 3 상 좌표계로부터 d, q축 좌표계로 변환시키는 변환행렬은 다음의 수학식 13이 된다. 이 변환행렬을 이용하여, 상기 수학식 1의 기본전압방정식을, 전기 각속도(ω)로 회전하는 d, q축 좌표계로 변환하면, PMSM의 전압방정식은 다음의 수학식 14가 된다.
단,
Ψe : 영구자석에 의한 전기자 자속쇄교의 실효값
vd, vq : 전기자 전압의 d, q축 성분
id, iq : 전기자 전류의 d, q축 성분
Ld＝la＋3/2(La－Las) : d축 인덕턴스
Lq＝la＋3/2(La＋Las) : d축 인덕턴스
또 정상 시에 있어서는, 상기 수학식 14에서 미분연산자(p)가 0이므로, 이 정상 시의 모터 전압방정식은 다음의 수학식 15가 된다.
그리고 수학식 15에서 ψ를 구하고, 이 ψ로부터 자석(1b)의 온도를 추정한다. 여기서 ψ는, 자석(1b)에 의한 전기자 자속쇄교에 관한 자속 특성값이다. 구체적으로는 ψ＝√3ψe로 구할 수 있으며, ψe는 영구자석에 의한 전기자 자속쇄교의 실효값이다. 이 때 도 16과 같이, β를 0으로 하며 전류 위상을 0으로 한 경우에 있어서, id(전기자 전류의 d축 성분)를 0으로 하면, vq(전기자 전압의 q축 성분)는 다음의 수학식 16이 되고, 이로부터 수학식 17과 같이 상기 ψ를 구할 수 있다. 이 ψ가 구해지면, 도 17과 같은 ψ와 온도의 관계를 나타내는 선도(자속-온도 선도)로부터 온도(자석의 온도)를 추정할 수 있다. 즉, 이 선도는 실제 온도에 대한 ψ의 값이며, 미리 작성하여 이를 상기 기억수단(21)에 입력해둔다. 그리고 상기 연산수단(20)에서 이 ψ가 연산되면, 이 연산결과가 기억수단(21)에 입력되고, 이로써 모터온도를 추정한다.
vq＝R×iq＋ω×ψ
ψ＝(vq－R×iq)/ω
또 통상제어 시, vq는 다음의 수학식 18이 되며, 이로부터 수학식 19와 같이 ψ를 구할 수 있다. 그리고 상기 선도(자속-온도 선도)로부터, 이 구해진 ψ에 기초하여 온도(자석의 온도)를 추정할 수 있다. 그런데 상기 연산에서는, 모터전류와 전압이 검출수단(15)으로 검출되며, 이 모터전류 및 전압과, 기기상수 입력수단(35)으로부터의 기기상수인 저항 및 인덕턴스가 연산수단(20)에 입력된다. 이로써, 상기 각 연산식에 필요한 데이터(수치)를 확실하게 얻을 수 있다.
vq＝ω×Ld×id＋R×iq＋ω×ψ
ψ＝(vq－ω×Ld×id－R×iq)/ω
또한 전기자 자속쇄교에 관한 자속 특성값으로는 상기의 ψ에 한정되는 것이 아니며, 이 ψ가 √3ψe이므로, 이 ψe를 자속 특성값으로 하여, 이 ψe와 온도의 관계 선도(자속-온도 선도)를 작성할 수 있다. 이로써 모터온도를 추정하도록 해도 된다. 여기서 ψe란, 상기한 바와 같이 자석(1b)에 의한 전기자 자속쇄교의 실효값이다.
상기와 같이 모터온도(자석(1b)의 온도)를 추정할 수 있으며, 이 추정된 온도로부터 압축기(1)의 내부온도를 추정할 수 있다. 이로써, 압축기(1)가 정상인지 이상인지를 판단할 수 있어, 이상상태에서의 운전을 회피하고, 압축기 내부의 손상에 의한 고장 등을 발생시키지 않도록 할 수 있다. 또 이 온도추정은, 운전 중에 상시 실시해도 된다. 또 온도추정은, 어떤 조건 하, 예를 들어 모터 회전수나 모터 전류가 소정값이 됐을 때 행해도 된다. 이 때, 상기와 같이, β가 0이 되는 상태를 만들고, id(전기자 전류의 d축 성분)를 0으로 하여 ψ를 구하고, 이로부터 온도를 추정한다.
그런데, β가 0이 되는 상태를 만들면, d축 인덕턴스(Ld)가 비사용이 되어, 온도변동 등에 의한 상수 변화에 수반하는 연산 오차가 적어져, 온도추정 정밀도가 좋아진다. 더욱이 본 실시형태와 같은 공기조화장치에서는, 냉매가스가 부족한 영역에서도 온도 추정의 가능성이 있다. 그러나 이 경우, 측정영역이 좁아, 운전 중에 β를 0으로 하는 측정모드로 할 필요가 있다. 또 β를 0으로 하지 않는 통상 시에는, 모든 운전영역에서 온도추정이 가능하며, 더욱이 운전 중 상시추정이 가능하다. 그러나 d축 인덕턴스(Ld)의 동정 정밀도를 향상시킬 필요가 있다. 즉, β를 0으로 하는 경우이건, β를 0으로 하지 않는 경우이건, 각각 장점과 단점이 있으므로, 어느 쪽을 채용해도 된다.
또 도 12에 나타내는 바와 같이, 토출관(18)에는 온도검출수단(24)이 구성된다. 그리고 공기조화장치는, 압축기(1)의 토출관 온도에 기초한 토출관 온도제어가 이루어진다. 때문에 상기 추정장치(28)는, 상기 추정된 온도가 실제의 온도와 상이할 경우에, 이 토출관 온도를 이용하여, 추정할 온도를 실제의 온도로 교정하는 교정수단(36)을 구비해도 된다. 이 교정수단(36)은, 연산수단(20)으로 구성된다.
즉, 냉매가스의 유량이 정상이면, 토출관 온도는 압축기(1)의 내부온도와 거의 동일하다. 추정된 온도가 토출관 온도와 상이할 경우, 추정된 온도가 정확하지 않게 된다. 그래서 이 경우, 추정된 온도에 보정값을 부가하도록 하면 된다. 또 이 교정은, 운전 중에 상시 행해도 된다. 또한 상기 교정은, 모터(6)의 전류나 토출관온도가 어느 일정시간 동안, 어떤 범위를 나타냈을 때에 행하도록 할 수도 있다.
상기 추정장치(28)는, 모터(6)의 전류, 전압 및 기기 상수로부터 모터온도를 추정하므로, 온도검출용 감지기를 필요로 하지 않으며, 더욱이 회전위치를 추정하기 위한 데이터를 이용하므로, 다른 구성의 부가도 그다지 필요로 하지 않다. 이로써, 저원가에서 신뢰성이 높은 모터온도를 얻을 수 있다.
특히, 상기 전류 및 전압과, 기기 상수인 저항 및 인덕턴스로 이루어지는 회전좌표 모델을 이용하여, 자석(1b)의 온도를 모터온도로서 추정하므로, 자석(1b)의 온도를 간단히 추정할 수 있다.
또, 간단한 연산식(기본전압 방정식)을 이용하여 확실하게 모터온도를 추정할 수 있다.
더욱이 자석(1b)의 N극 방향으로 d축을 정하고, 이보다 π/2 진행한 방향으로 q축을 취하여, 3상 PMSM의 모터 기본전압방정식을, 전기각속도(ω)로 회전하는 d, q축 좌표계로 변환시켜 모터 전압방정식을 구하고, 이 모터 전압방정식으로부터 정상 시의 전압방정식을 구하며, 추정 시에, 이 정상시의 전압방정식에서 전기자 전류의 d축 성분을 0으로 하므로, d축 인덕턴스(Ld)를 비사용으로 하여, 연산 요소를 적게 할 수 있다. 이로써, 온도변동 등에 의한 상수의 변화에 따른 연산오차를 적게 할 수 있다.
또 상기 추정장치(28)는, 모터온도로부터 압축기(1)의 내부온도를 추정할 수 있으며, 이로써 압축기(1)의 내부상태를 추정할 수 있다. 특히 교정수단(36)에서, 추정된 온도의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
따라서 이 추정장치(28)는, 압축기(1)가 정상상태에서 구동하는 경우에 이상을 판단하거나, 역으로 압축기(1)가 이상상태에서 구동하는 경우에 정상으로 판단하거나 하는 일이 없어진다.
즉, 정상상태인데도 불구하고 이상인 것으로 판단되면, 이 판단에 의해 그 운전을 정지시키게 되어, 실내를 쾌적한 공간으로 할 수 없다. 반대로, 이상인데도 불구하고 정상인 것으로 판단되면, 그대로 공조운전이 실행되어, 공기조화기가 고장나거나, 소비전력이 증대될 우려가 있다.
이에 반해, 본 추정장치(28)에 의하면, 압축기(1)의 내부상태(내부온도)를 정밀도 좋게 추정할 수 있어, 이와 같은 우려는 없다.
그러나 압축기(1)의 운전 시, 기동 시에 압축기(1)의 내부온도를 추정하고, 또 그 후의 온도상승 정도를 추정하여, 이 기동 시의 온도나 온도상승이 이상이라면, 이 운전을 정지하도록 해도 된다. 이로써, 이상검출의 조기검출이 가능해지므로, 이상상태에서의 장시간 운전을 회피하여 압축기(1)의 손상 등을 방지할 수 있는 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
<제 2 실시형태의 다른 변형예>
이상, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 제 2 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 변경하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 회전자(1a)로서, 도 14에 나타내는 바와 같은 매입자석 구조의 것을 사용했지만, 물론 회전자 표면에 영구자석을 붙인 표면자석 구조의 것이라도 된다.
또 압축기(1)로서, 스크롤형에 한정되는 것은 아니며, 스윙형 등 다른 유형이라도 된다.
또한 교정수단(36)에서, 추정된 온도를 비교하는 실제의 온도로서, 토출관온도에 한정되는 것은 아니며, 실제의 압축기 내부온도와 실질적으로 동일 또는 실제의 압축기 내부온도에 대하여 비례하는 것 등을 채용할 수 있다.
또 냉동장치로서, 도 12에 나타낸 바와 같은 공기조화장치에 한정되는 것은 아니며, 온도추정이 가능한 무브러시 DC모터(6)를 구비하는 압축기(1)를 사용한 각종 냉동장치라도 된다.
또한 모터온도의 추정에 이용하는 모델로서, 회전좌표 모델이 아닌 고정 좌표계를 사용하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 압축기의 구동장치 및 냉동장치는, 냉동운전 등을 실행하는 경우에 유용하며, 특히 압축기의 내부상태에 기초하여 제어하는 경우에 적합하다.

Claims (38)

  1. 모터(6)를 갖는 압축기의 구동장치이며,
    상기 모터(6)의 전류 및/또는 전압을 검출하는 검출수단(16, 17)과,
    이 검출수단(16, 17)의 검출값에 기초하여 내부상태를 추정하는 추정수단(28)을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기의 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)은, 검출수단(16, 17)의 검출값으로부터 모터모델의 파라미터를 동정하는 동정수단(20)과, 이 동정수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 내부상태를 도출하는 도출수단(21)을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기의 구동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태는, 베어링 이상 또는 윤활불량인 것을 특징으로 하는 압축기의 구동장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태는, 모터온도인 것을 특징으로 하는 압축기의 구동장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터(6)는, 무브러시 DC모터인 것을 특징으로 하는 압축기의 구동장치.
  6. 모터(6)를 갖는 압축기(1)를 구비하는 냉매회로를 갖는 냉동장치이며,
    상기 모터(6)의 전류 및/또는 전압을 검출하는 검출수단(16, 17)과,
    이 검출수단(16, 17)의 검출값에 기초하여 압축기(1)의 내부상태를 추정하는 추정수단(28)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)은, 검출수단(16, 17)의 검출값으로부터 모터모델의 파라미터를 동정하는 동정수단(20)과, 이 동정수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 압축기(1)의 내부상태를 도출하는 도출수단(21)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 모터(6)가 무브러시 DC모터인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 동정수단(20)이 동정하는 파라미터는, 모터구동 토크인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태는, 냉매회로의 고압 냉매압력 또는 저압 냉매압력인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉매회로에는, 냉매상태를 검출하는 냉매검출수단(22, 23)이 구성되며,
    상기 도출수단(21)은, 동정수단(20)이 동정한 모터구동 토크와 냉매검출수단(22, 23)이 검출한 냉매상태에 기초하여 냉매회로의 고압 냉매압력 또는 저압 냉매압력을 도출하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉매회로에는, 냉매상태를 검출하는 냉매검출수단(22, 23)이 구성되며,
    상기 도출수단(21)은, 냉매회로의 냉매온도 및/또는 냉매압력에 대응한 모터구동 토크와 압축기(1)의 흡입 과열도와의 관계가 미리 설정되고, 동정수단(20)이 동정한 모터구동 토크와 냉매검출수단(22, 23)이 검출한 냉매상태에 기초하여 압축기(1)의 흡입 과열도를 도출하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태는, 압축기(1) 내부에서의 충격하중 발생인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 검출수단(16)의 검출값은, 모터(6)의 전류이며,
    상기 추정수단(28)은, 검출수단(16)의 검출전류 고조파성분에 기초하여 충격하중의 발생을 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)은, 검출전류의 고조파성분 사인파에 대한 왜곡량에 기초하여 충격하중 발생을 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)은, 검출전류의 고조파성분이 미리 설정된 기준값보다 크면, 충격하중의 발생을 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)의 기준값은, 냉매회로의 냉매온도 및/또는 냉매압력에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)이 추정하는 내부상태는, 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 검출수단(16)의 검출값은, 모터(6)의 전류이며,
    상기 추정수단(28)은, 검출수단(16)의 검출전류 상승률에 기초하여 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축을 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 냉매회로에는, 냉매상태를 검출하는 냉매검출수단(22, 23)이 구성되며,
    상기 추정수단(28)은, 검출수단(16)의 검출전류와 냉매검출수단(22, 23)이 검출한 냉매상태로부터 모터(6) 정상(定常)상태의 정상전류를 설정하고, 이 정상전류와 검출수단(16)의 검출전류를 비교하여 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축을 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  21. 제 9 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)은, 모터구동 토크가 소정값을 초과하는 상승에 기초하여 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축을 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 냉매회로에는, 냉매상태를 검출하는 냉매검출수단(22, 23)이 구성되며,
    상기 추정수단(28)은, 동정수단(20)이 동정한 모터구동 토크와 냉매검출수단(22, 23)이 검출한 냉매상태로부터 모터(6) 정상상태의 정상토크를 설정하고, 이 정상토크와 동정수단(20)이 동정한 모터구동 토크를 비교하여 압축기(1)의 윤활불량 또는 액 압축을 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  23. 제 9 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)은, 추정된 압축기(1)의 내부상태 정보를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  24. 제 9 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)이 추정한 압축기(1)의 내부상태 정보에 기초하여, 압축기(1)를 보호하는 보호수단(29)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 보호수단(29)은, 압축기(1)를 구동시키기 위한 인버터제어수단(26)을 제어하여 압축기(1)의 보호운전을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 보호수단(29)은, 인버터제어수단(26)이 냉매회로의 운전제어에 우선하여 압축기(1)의 보호운전을 실행하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 추정수단(28)이 추정한 압축기(1)의 내부상태 정보에 기초하여, 상기 보호수단(29)의 보호운전에서 정상운전으로 복귀시키는 절환수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 보호수단(29)은, 압축기(1)의 고장 진단을 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 보호수단(29)의 진단결과를 기억하는 기억수단(21)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 보호수단(29)은, 압축기(1)의 고장을 예고하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 보호수단(29)의 예고정보를 출력하는 통신수단(31)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  32. 제 24 항에 있어서,
    상기 보호수단(29)은, 냉매회로의 제어내용 또는 제어 파라미터를 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  33. 제 6 항에 있어서,
    미리 냉매회로의 냉매시스템 모델을 구비하며, 상기 추정수단(28)이 추정한 압축기(1)의 내부상태 정보에 기초하여, 냉매회로의 운전상태를 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  34. 제 7 항에 있어서,
    상기 모터(6)가 무브러시 DC모터로 구성되는 한편,
    상기 추정수단(28)은, 모터(6)의 전류, 전압 및 기기 상수로부터 모터온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  35. 제 7 항에 있어서,
    상기 모터(6)가 무브러시 DC모터로 구성되는 한편,
    상기 동정수단(20)은, 모터(6)의 전류, 전압, 저항 및 인덕턴스로 이루어지는 모터모델에 기초하여 파라미터를 동정하며,
    상기 도출수단(21)은, 동정수단(20)이 동정한 파라미터에 기초하여 모터온도를 도출하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 동정수단(20)은, 모터(6) 자석(1b)의 N극 방향으로 d축을 정하고, 이로부터 π/2 진행한 방향으로 q축을 취하며, 3상 PMSM의 모터 기본전압 방정식을, 전기각속도(ω)로 회전하는 d, q축 좌표계로 변환시켜 모터 전압방정식을 구하고, 이 모터 전압방정식으로부터 자석(1b)에 의한 전기자 자속 쇄교에 관한 자속 특성값을 동정하며,
    상기 도출수단(21)은, 동정수단(20)이 동정한 자속 특성값에 기초하여 자석(1b)의 온도를 모터온도로서 도출하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 동정수단(20)은, 모터전압 방정식으로부터 정상 시의 전압방정식을 구하고, 동정 시에, 이 정상 시 전압방정식의 전기자 전류의 d축 성분을 0으로 하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 냉매회로에는, 압축기의 토출관온도를 검출하는 냉매검출수단(24)이 구성되는 한편,
    상기 도출수단(21)이 도출하는 모터온도를 압축기(1)의 내부 온도로 하며, 온도검출수단(24)이 검출한 토출관온도에 기초하여 상기 도출수단(21)이 도출한 내부 온도를 교정하는 교정수단(36)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
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