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特表2023-539764ガスフォイル軸受機械用の始動－停止制御システムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-19
(54)【発明の名称】ガスフォイル軸受機械用の始動－停止制御システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
F04D 27/00 20060101AFI20230911BHJP
F04D 17/12 20060101ALI20230911BHJP
F04D 27/02 20060101ALI20230911BHJP
【ＦＩ】
F04D27/00 K
F04D17/12
F04D27/02 D
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023514008
(86)(22)【出願日】2021-08-25
(85)【翻訳文提出日】2023-04-26
(86)【国際出願番号】 US2021047453
(87)【国際公開番号】W WO2022051139
(87)【国際公開日】2022-03-10
(31)【優先権主張番号】17/009,535
(32)【優先日】2020-09-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】511158339
【氏名又は名称】コープランド エルピー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】オークリー，マイケル ディー．
(72)【発明者】
【氏名】リウ，ゼージ
(72)【発明者】
【氏名】ペレヴォースチコフ，マイケル エム．
(72)【発明者】
【氏名】スワロー，マシュー ジェイ．
【テーマコード（参考）】
3H021
3H130
【Ｆターム（参考）】
3H021AA02
3H021BA25
3H021CA04
3H021DA01
3H021DA03
3H130AA14
3H130AB27
3H130AB42
3H130AC30
3H130DB06X
3H130ED05G
(57)【要約】
ＨＶＡＣシステムが、アンロードデバイスと、遠心コンプレッサと、ガスフォイル軸受と、ＶＦＤと、コントローラとを含む。コントローラは、遠心コンプレッサから負荷を取り除くためにアンロードデバイスを作動させること、モータを遠心コンプレッサのリフトオフ速度を上回り且つ遠心コンプレッサの動作速度を下回る第１の速度まで加速させること、モータをある時間期間に亘って運転すること、遠心コンプレッサに負荷を印加するためにアンロードデバイスを作動させること、およびモータを動作速度まで加速させることによって、遠心コンプレッサを停止状態から始動させるようにプログラムされる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンロードデバイスと、遠心コンプレッサと、を含む、
ＨＶＡＣシステムであって、
前記遠心コンプレッサは、
コンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサハウジング内に回転可能に支持される駆動シャフトを有するモータと、
前記駆動シャフトに接続され、前記駆動シャフトの回転時に冷媒ガスを圧縮するように作動可能である、インペラと、
前記コンプレッサハウジングによって支持され、前記駆動シャフトを支持する、ガスフォイル軸受と、
前記モータと前記アンロードデバイスとに接続されるコントローラと、を含み、
前記コントローラは、
前記遠心コンプレッサから負荷を除去するために前記アンロードデバイスを作動させること、
前記モータを前記ガスフォイル軸受のリフトオフ速度を上回り且つ前記遠心コンプレッサの動作速度を下回る第１の速度まで加速させること、
前記モータをある時間期間に亘って前記第１の速度で運転すること、
前記遠心コンプレッサに前記負荷を印加するために前記アンロードデバイスを作動させること、および
前記モータを前記動作速度まで加速させることによって、
前記遠心コンプレッサを停止条件から始動させるようにプログラムされる、
ＨＶＡＣシステム。
【請求項2】
前記コントローラは、前記遠心コンプレッサから負荷を除去するために前記アンロードデバイスを作動させること、
前記モータを０よりも大きい最小速度に向かって減速させること、および
前記モータの速度が前記最小速度に達するときに前記モータから電力を除去し且つ前記モータが停止まで惰行運転することを可能にすることによって、
前記遠心コンプレッサを動作条件から停止させるように更にプログラムされる、
請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項3】
前記時間期間は、所定の時間期間である、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項4】
前記時間期間は、前記モータが前記第１の速度に達するときに開始し、前記遠心コンプレッサのサージが停止するときに終了する、可変の時間期間である、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項5】
前記モータの電流を感知する電流センサを更に含み、前記コントローラは、前記モータの前記感知される電流が実質的に一定の電流であるときに、前記遠心コンプレッサの前記サージが停止したことを決定する、請求項４に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項6】
前記コントローラは、前記モータを第１の加速度で前記第１の速度まで加速し、前記モータを前記第１の加速度よりも少ない第２の加速度で前記動作速度まで加速させる、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項7】
前記最小速度は、それよりも下では前記遠心コンプレッサのサージにマージンを加えたものが起こり得る推定サージ速度を含む、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項8】
前記推定サージ速度は、ルックアップテーブルから前記コントローラによって検索され、当該ＨＶＡＣシステムの圧力比に伴って変化する、請求項７に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項9】
前記最小速度は、ルックアップテーブルから前記コントローラによって検索され、当該ＨＶＡＣシステムの圧力比に伴って変化する、請求項７に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項10】
前記アンロードデバイスは、冷媒バイパス弁を含む、請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
【請求項11】
モータによって駆動されるインペラのシャフトを支持するガスフォイル軸受を備える遠心コンプレッサを制御するコントローラであって、前記モータへの接続のためのモータインターフェースを含むＶＦＤと、
アンロードデバイスへの接続のためのアンロードインターフェースと、
プロセッサと、
命令を収容するメモリと、を含み、
前記命令は、前記プロセッサによって実行されるときに、前記コントローラに、
前記遠心コンプレッサから負荷を除去するために前記アンロードデバイスを作動させること、
前記モータを前記ガスフォイル軸受のリフトオフ速度を上回り且つ前記遠心コンプレッサの動作速度を下回る第１の速度まで加速させること、
前記モータをある時間期間に亘って前記第１の速度で運転すること、
前記遠心コンプレッサに前記負荷を印加するために前記アンロードデバイスを作動させること、および
前記モータを前記動作速度まで加速させることによって、
前記遠心コンプレッサを停止条件から始動させる、
コントローラ。
【請求項12】
前記メモリは、命令を収容し、該命令は、前記プロセッサによって実行されるときに、前記コントローラに、前記遠心コンプレッサから負荷を除去するために前記アンロードデバイスを作動させること、
前記モータを０よりも大きい最小速度に向かって減速させること、および
前記モータの速度が前記最小速度に達するときに前記モータから電力を除去し且つ前記モータが停止まで惰行運転することを可能にすることによって、
前記遠心コンプレッサを動作条件から停止させる、
請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項13】
前記時間期間は、前記モータが前記第１の速度に達するときに開始し、前記遠心コンプレッサのサージが停止するときに終了する、可変の時間期間である、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項14】
電流センサから前記モータの電流を表す信号を受信する電流センサインターフェースを更に含み、当該コントローラは、前記モータの前記感知される電流が実質的に一定の電流であるときに、前記遠心コンプレッサのサージが停止したことを決定する、請求項１３に記載のコントローラ。
【請求項15】
当該コントローラは、前記モータを第１の加速度で前記第１の速度まで加速させ、前記モータを前記第１の加速度よりも少ない第２の加速度で前記動作速度まで加速させる、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項16】
前記最小速度は、それよりも下では前記遠心コンプレッサのサージにマージンを加えたものが起こり得る推定サージ速度を含む、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項17】
前記推定サージ速度または前記最小速度は、ルックアップテーブルから当該コントローラによって検索され、前記ＨＶＡＣシステムの圧力比に伴って変化する、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項18】
モータによって駆動されるインペラのシャフトを支持するガスフォイル軸受を備える遠心コンプレッサを制御する方法であって、当該方法は、前記遠心コンプレッサから負荷を除去するためにアンロードデバイスを作動させること、
前記モータを前記ガスフォイル軸受のリフトオフ速度を上回り且つ前記遠心コンプレッサの動作速度を下回る第１の速度まで加速させること、
前記モータをある時間期間に亘って前記第１の速度で運転すること、
前記遠心コンプレッサに前記負荷を印加するために前記アンロードデバイスを作動させること、および
前記モータを前記動作速度まで加速させることによって、
前記遠心コンプレッサを停止条件から始動させることを含む、
方法。
【請求項19】
前記遠心コンプレッサから負荷を除去するために前記アンロードデバイスを作動させること、前記モータを０よりも大きい最小速度に向かって減速させること、および
前記モータの速度が前記最小速度に達するときに前記モータから電力を除去し且つ前記モータが停止まで惰行運転することを可能にすることによって、
前記遠心コンプレッサを動作条件から停止させることを更に含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記時間期間は、前記モータが前記第１の速度に達するときに開始し、前記遠心コンプレッサのサージが停止するときに終了する、可変の時間期間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項21】
電流センサから前記モータの電流を表す信号を受信することと、前記モータの前記感知される電流が実質的に一定の電流であるときに、前記遠心コンプレッサのサージが停止したことを決定することと、を更に含む、
請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記モータを第１の速度まで加速させることは、前記モータを第１の加速度で前記第１の速度まで加速させることを含み、前記モータを前記動作速度まで加速させることは、前記モータを前記第１の加速度よりも少ない第２の加速度で前記動作速度まで加速させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項23】
前記最小速度は、それよりも下では前記遠心コンプレッサのサージにマージンを加えたものが起こり得る推定サージ速度を含み、当該方法は、ルックアップテーブルから前記推定サージ速度または前記最小速度を検索することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の参照）
本出願は、２０２０年９月１日に出願された米国特許出願第１７／００９，５３５号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年９月１日に出願された米国特許出願第１７／００９，５３５号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
（技術分野）
本開示の分野は、一般に、制御システムに関し、より具体的には、ガスフォイル軸受アセンブリを含む機械のための制御システムに関する。
本開示の分野は、一般に、制御システムに関し、より具体的には、ガスフォイル軸受アセンブリを含む機械のための制御システムに関する。
【背景技術】
【0003】
ガスフォイル軸受（ＧＦＢ：gas foil bearing）機械は、とりわけ、２段冷媒遠心コンプレッサのようなＨＶＡＣ用途において使用される。ＨＶＡＣコンプレッサは、ガスフォイル軸受によって支持されるインペラステージ間のモータに動作的に接続される駆動シャフトを有する。駆動シャフトは、インペラが、冷媒をＨＶＡＣシステムにおける選択された圧力に圧縮するために、ある回転速度で回転されるように、インペラステージの間に位置付けられることができる。コンプレッサ軸受は、典型的には、コンプレッサ軸受と駆動シャフトとの間の摩擦を低減する１つ以上の構成を備える。ひとたびシャフトが十分速く回転すると、ガスはフォイルをシャフトから押し離すので、接触は起こらない。シャフトおよびガスフォイル軸受は、粘性効果を介してガスを軸受内に引き込む回転によって生成されるガスの高圧によって分離される。ガスフォイル軸受に対するシャフトの高速がエアギャップを開始させるために必要とされ、ひとたびこれが達成されると、摩耗は生じない。これらの軸受は、オイルシステムの排除による重量減少、高速および高温での安定運転、高速での低電力損失、保守の少ない長寿命を含む、既知の軸受に対するいくつかの利点を有する。
【0004】
現在のガスフォイル軸受は、コンプレッサ内で発生する圧力に応じて変形する。始動動作および停止動作の間に、ガスフォイル軸受の摩耗および破損が生じる。より具体的には、ＧＦＢ機械をリフトオフ速度より下で運転させること、およびコンプレッサのサージ事象は、軸受および軸受コーティングの摩耗を加速させる。サージは、コンプレッサによって生成されるヘッドがコンプレッサの吐出圧力に打ち勝つのに不十分であるように入口流が減少されるときに生じ得る、遠心コンプレッサの特徴的な挙動である。ひとたびサージが発生すると、コンプレッサの出力圧力は劇的に低下されて、コンプレッサ内の流れの反転を引き起こす。遠心コンプレッサがサージするとき、コンプレッサインペラを通じるガス流の実際の反転がある。サージは、通常、多段コンプレッサの一段で開始し、非常に急速に起こり得る。コンプレッサは、より低い動作速度の故に、始動および停止中に、サージ事象の影響を特に受けやすい。サージ事象の激しさおよびそれによって引き起こされる損傷は、コンプレッサ速度と共に増大する。ＧＦＢマシンがそのリフトオフ速度より下で運転される時間を最小限にすること、およびコンプレッサが経験するサージ事象の数および激しさを最小限にすることは、軸受の寿命が増大させる。
【0005】
この背景セクションは、以下に記載され且つ／或いは特許請求される、本開示の様々な態様に関連することがある技術の様々な態様を読者に紹介することを意図している。この議論は、本開示の様々な態様のより良い理解を促進する背景情報を読者に提供するのに役立つと考えられる。従って、これらの陳述は、先行技術の承認としてではなく、この観点から読み取られるべきことが理解されるべきである。
【発明の概要】
【0006】
一態様では、アンロードデバイスと、遠心コンプレッサと、ガスフォイル軸受と、コントローラとを含む、ＨＶＡＣシステムが記載される。遠心コンプレッサは、コンプレッサハウジングと、コンプレッサハウジング内で回転可能に支持される駆動シャフトを有するモータと、駆動シャフトに接続され、駆動シャフトの回転時に冷媒ガスを圧縮するように作動可能である、インペラとを含む。ガスフォイル軸受は、コンプレッサハウジングによって支持され、駆動シャフトを支持する。コントローラは、モータとアンロードデバイスとに接続される。コントローラは、遠心コンプレッサから負荷を除去するためにアンロードデバイスを作動させること、モータをガスフォイル軸受のリフトオフ速度を上回り且つ遠心コンプレッサの動作速度を下回る第１の速度まで加速させること、モータをある時間期間に亘って第１の速度で運転すること、遠心コンプレッサに負荷を印加するためにアンロードデバイスを作動させること、およびモータを動作速度まで加速させることによって、遠心コンプレッサを停止条件から始動させるようにプログラムされる。コントローラは、遠心コンプレッサから負荷を除去するためにアンロードデバイスを作動させること、モータを０よりも大きい最小速度に向かって減速させること、およびモータの速度が最小速度に達するときにモータから電力を除去し且つモータが停止まで惰行運転することを可能にすることによって、遠心コンプレッサを動作条件から停止させるように更にプログラムされる。
【0007】
別の態様では、モータによって駆動されるインペラのシャフトを支持するガスフォイル軸受を備える遠心コンプレッサを制御するコントローラが記載される。コントローラは、モータへの接続のためのモータインターフェースと、アンロードデバイスへの接続のためのアンロードインターフェースと、プロセッサと、メモリとを含む。メモリは、命令を収容し、命令は、プロセッサによって実行されるときに、コントローラに、遠心コンプレッサから負荷を除去するためにアンロードデバイスを作動させること、モータをガスフォイル軸受のリフトオフ速度を上回り且つ遠心コンプレッサの動作速度を下回る第１の速度まで加速させること、モータをある時間期間に亘って前記第１の速度で運転すること、遠心コンプレッサに負荷を印加するためにアンロードデバイスを作動させること、およびモータを動作速度まで加速させることによって、遠心コンプレッサを停止条件から始動させるメモリは、更に、命令を収容し、命令は、プロセッサによって実行されるときに、コントローラに、遠心コンプレッサから負荷を除去するためにアンロードデバイスを作動させること、モータを０よりも大きい最小速度に向かって減速させること、およびモータの速度が最小速度に達するときにモータから電力を除去し且つモータが停止まで惰行運転することを可能にすることによって、遠心コンプレッサを動作条件から停止させる。
【0008】
更に別の態様では、モータによって駆動されるインペラのシャフトを支持するガスフォイル軸受を備える遠心コンプレッサを制御する方法が記載される。方法は、遠心コンプレッサから負荷を除去するためにアンロードデバイスを作動させること、モータをガスフォイル軸受のリフトオフ速度を上回り且つ遠心コンプレッサの動作速度を下回る第１の速度まで加速させること、モータをある時間期間に亘って第１の速度で運転すること、遠心コンプレッサに負荷を印加するためにアンロードデバイスを作動させること、およびモータを動作速度まで加速させることによって、遠心コンプレッサを停止条件から始動させることを含む。方法は、遠心コンプレッサから負荷を除去するためにアンロードデバイスを作動させること、モータを０よりも大きい最小速度に向かって減速させること、およびモータの速度が最小速度に達するときにモータから電力を除去し且つモータが停止まで惰行運転することを可能にすることによって、遠心コンプレッサを動作条件から停止させることを更に含む。
【0009】
上述の態様に関連して注記される構成の様々な改良が存在する。更なる構成も、上記の態様に組み込まれてよい。これらの改良および追加の構成は、個々にあるいは任意の組み合わせにおいて存在することがある。例えば、例示された実施形態のいずれかに関連して以下で議論される様々な構成は、単独であるいは任意の組み合わせにおいて上述の態様のいずれかに組み込まれることがある。
【0010】
以下の図は、本開示の様々な態様を示している。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】組み立てられたコンプレッサの斜視図である。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【図5】軸受ハウジングおよび駆動シャフトに対して配置されたフォイル軸受アセンブリの要素の分解図である。
【0016】
【図6】ガスフォイル軸受（ＧＦＢ）機械の始動－停止制御システムのブロック図である。
【0017】
【図7】停止状態から遠心コンプレッサを始動させる方法のフローチャートである。
【0018】
【図8】遠心コンプレッサについてのサージ電流特徴グラフである。
【0019】
【図9】遠心コンプレッサを動作状態から停止させる方法のフローチャートである。
【0020】
【図10】実際の速度が遠心コンプレッサの停止中に低下するときの、推定されるサージ速度および最小速度変化についての減速曲線のグラフである。
【0021】
【図11】遠心コンプレッサの例示的な始動ルーチンのフローチャートである。
【0022】
【図12】遠心コンプレッサの例示的な停止ルーチンのフローチャートである。
【0023】
【図13】遠心コンプレッサの例示的な非常停止ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
対応する参照符号は、図面全体を通じて対応する部分を示す。
【0025】
簡潔にするために、ＨＶＡＣコンプレッサに関する例を説明する。しかしながら、本明細書に記載の方法およびシステムは、任意の適切なガスフォイル軸受（ＧＦＢ：gas foil bearing）機械に適用されることがある。ＧＦＢ機械の始動－停止制御システムでは、コンプレッサに対する負荷を切断し、次に、軸受のリフトオフ速度（～１０ｋ ＲＰＭ）を上回る無負荷速度までコンプレッサを急速に加速し、初期サージが停止するまでその速度で留める、始動ルーチンが、軸受の更なる変形を防止する。加えて、負荷を切断し、次に、コンプレッサを推定されるサージ速度にマージンを加えた速度まで徐々に減速し、次に、コンプレッサが停止まで惰行運転することを可能にする 、停止ルーチンが、軸受の変形を更に防止する。
【0026】
図１を参照すると、２段冷媒コンプレッサの形態で示されるコンプレッサが、概ね１００で示されている。コンプレッサ１００は、一般に、少なくとも１つの封止されたキャビティを形成するコンプレッサハウジング１０２を含み、冷媒圧縮の各段階が少なくとも１つの封止されたキャビティ内で達成される。コンプレッサ１００は、冷媒蒸気を（図１では印されていない）第１の圧縮ステージに導入するための第１の冷媒入口１１０と、第１の冷媒出口１１４と、圧縮された冷媒を第１の圧縮ステージから第２の圧縮ステージに移送するための冷媒移送導管１１２と、冷媒蒸気を（図１では印されていない）第２の圧縮ステージに導入するための第２の冷媒入口１１８と、第２の冷媒出口１２０とを含む。冷媒移送導管１１２は、両端で第１の冷媒出口１１４および第２冷媒入口１１８にそれぞれ動作的に接続される。第２の冷媒出口１２０は、圧縮された冷媒を第２の圧縮ステージからコンプレッサ１００が組み込まれる冷却システムに送達する。冷媒移送導管１１２は、コンプレッサ１００で必要に応じて冷媒を加えるための冷媒ブリード１２２(refrigerant bleed)を更に含むことがある。
【0027】
図２を参照すると、コンプレッサハウジング１０２は、コンプレッサ１００の両端で第１の圧縮ステージ１２４および第２の圧縮ステージ１２６を取り囲む。第１の圧縮ステージ１２４は、第１の冷媒入口１１０を介して入る冷媒に運動エネルギを追加するように構成された第１のインペラ１０６を含む。第１のインペラ１０６によって冷媒に与えられる運動エネルギは、増加した冷媒圧力（すなわち、圧縮）に変換される。何故ならば、冷媒速度は、軸受ハウジング２００と外側コンプレッサハウジング１０２の一部分との間に形成された封止されたキャビティ（例えば、ディフューザ）への移送後に遅くされるからである。同様に、第２の圧縮ステージ１２６は、第２の冷媒入口１１８を介して入る第１の圧縮ステージ１２４から移送される冷媒に運動エネルギを加えるように構成された第２のインペラ１１６を含む。第２のインペラ１１６によって冷媒に与えられる運動エネルギは、増加した冷媒圧力（すなわち、圧縮）に変換される。何故ならば、冷媒速度は、軸受ハウジング２００ａと外側コンプレッサハウジング１０２の第２の部分との間に形成された封止されたキャビティ（例えば、ディフューザ）への移送後に遅くされるからである。圧縮された冷媒は、（図２には示されていない）第２の冷媒出口１２０を介して第２の圧縮ステージ１２６を出る。
【0028】
図２を参照すると、第１ステージのインペラ１０６および第２ステージのインペラ１１６は、駆動シャフト１０４の両端で接続される。駆動シャフト１０４は、第１ステージのインペラ１０６および第２ステージのインペラ１１６が第２の冷媒出口１２０を出る予め選択された圧力に冷媒を圧縮するように選択された回転速度で回転されるように、第１ステージのインペラ１０６と第２ステージのインペラ１１６との間に位置付けられるモータ１０８に動作的に接続される。任意の適切なモータが、コンプレッサ１００に組み込まれてよく、コンプレッサは、電気モータを含むが、それに限定されない。駆動シャフト１０４は、以下に追加的な詳細において説明されるように、各軸受ハウジング２００／２００ａのスリーブ２０２内に位置付けられたガスフォイル軸受アセンブリ３００によって支持される。各軸受ハウジング２００／２００ａは、図２に示されるように、それぞれの軸受ハウジング２００／２００ａをコンプレッサハウジング１０２に接続するための取り付け構造（図示せず）を含む。
【0029】
図２を参照すると、各軸受ハウジング２００／２００ａは、駆動シャフト１０４を支持し、駆動シャフト１０４は、スリーブ２０２の反対側の軸受ハウジング２００／２００ａを通じて突出し、インペラ１０６は、駆動シャフト１０４の突出した端部に接続される。図３および図５を参照すると、ガスフォイル軸受アセンブリ３００は、軸受ハウジング２００内の円筒ボア２０６内に位置付けられる。駆動シャフト１０４は、ガスフォイル軸受アセンブリ３００内に密接に嵌合し、ガスフォイル軸受アセンブリは、スリーブ２０２の内壁に隣接して位置付けられた外側コンプライアントフォイルまたはフォイル層３０２と、駆動シャフト１０４に隣接して位置付けられた（「頂部フォイル」とも称される）内側コンプライアントフォイルまたはフォイル層３０６と、内側フォイル層３０６と外側フォイル層３０２との間に位置付けられたバンプフォイルまたはフォイル層３１０とを含む。ガスフォイル軸受アセンブリのフォイルまたは層３０２／３０６／３１０は、既存のフォイル軸受設計方法によって決定されるようなギャップ設計が比較的少ないか或いは全くない状態で駆動シャフト１０４を受け入れるような大きさとされた本質的に円筒形のチューブを形成する。外側フォイル層３０２、内側フォイル層３０６、およびバンプフォイル層３１０のような、フォイル軸受アセンブリ３００のコンポーネント(構成要素)は、フォイル軸受アセンブリ３００が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切な材料で構成されてよい。適切な材料は、例えば、金属合金を含むが、例示的であり、これに限定されない。いくつかの実施態様では、例えば、外側フォイル層３０２、内側フォイル層３０６およびバンプフォイル層３１０の各々は、ステンレス鋼（例えば、１７－４ステンレス鋼）で構成される。
【0030】
再び図３を参照すると、図示の実施形態のフォイル軸受アセンブリ３００は、スリーブ２０２の円筒ボア２０６内の軸方向への層３０２／３０６／３１０の滑りを防止するために、層３０２／３０６／３１０の両端に隣接して位置付けられる一対のフォイル留め具３１２ａ／３１２ｂ(foil keepers)を更に含む。フォイル留め具３１２ａ／３１２ｂにそれぞれ隣接して位置付けられる一対のフォイル保持クリップ３１４ａ／３１４ｂが、層３０２／３０６／３１０を図３に示されていない円筒ボア２０６内のロックされた軸方向位置に固定する。フォイル保持クリップ３１４ａ／３１４ｂは、軸受ハウジング２００に取り外し可能に接続されることがある。
【0031】
他の実施形態では、図４に示されるように、各軸受ハウジング２００は、軸受ハウジング２００と一体に形成され（例えば、鋳造され）、円筒ボア２０６を画定する半径方向内面２０４から半径方向内方に突出する、フォイル保持リップ２１４を含む。図示の実施形態において、フォイル保持リップ２１４は、（図２に示される）インペラ１１６に近接して円筒ボア２０６のインペラ端２１６の近くに位置付けられる。フォイル保持リップ２１４は、フォイル軸受アセンブリ３００の層３０２／３０６／３１０の少なくとも一部分と重なる半径方向内面２０４から、ある半径方向距離を突出するように、サイズ決定および寸法決定される。フォイル保持リップ２１４は、半径方向内面２０４の周囲の周りに完全に延在してよく、あるいは、フォイル保持リップは、半径方向内面２０４の周囲の一部分に亘って延在し、隣接する半径方向内面２０４と同一平面にある空間によって分離される、２つ以上のセグメントを含むことができる。（図４には示されていない）軸受ハウジング２００ａも、同様に形成される。
【0032】
図４に示された実施形態のフォイル軸受アセンブリ３００は、スリーブ２０２の円筒ボア２０６内の層３０２／３０６／３１０の軸方向移動を抑制するために、フォイル保持リップ２１４に対向して層３０２／３０６／３１０の端に隣接して位置付けられる単一のフォイル保持クリップ３１４を更に含む。この実施形態において、フォイル保持クリップ３１４は、円筒ボア２０６のモータ端２１８の近くの円筒ボア２０６の半径方向内面２０４内に形成された周方向溝２１２にスナップ留めされる。
【0033】
フォイル保持リップ２１４は、インペラ端２１６で円筒ボア２０６の開口にすぐ隣接する位置を含むが、これに限定されない、インペラ端２１６の近くの円筒ボア２０６の任意の領域内に位置付けられてよい。代替的には、フォイル保持リップ２１４は、モータ端２１８で円筒ボア２０６の開口にすぐ隣接する位置を含むが、これに限定されない、モータ端２１８の近くの円筒ボア２０６の任意の領域内に位置付けられてよい。そのような実施形態において、フォイル保持クリップ３１４は、図４に示される構成とは本質的に反対の構成において、インペラ端２１６の近くの円筒ボア２０６の半径方向内面２０４内に形成された周方向溝２１２にスナップ留めされる。
【0034】
図４を再び参照すると、フォイル軸受アセンブリ３００は、モータ端２１８で軸受ハウジング２００の円筒ボア２０６内にフォイル軸受アセンブリ３００を挿入することによって、軸受ハウジング２００内に装着される。次に、フォイル軸受アセンブリ３００は、層３０２／３０６／３１０がフォイル保持リップ２１４に接触するまで、インペラ端２１６に向かって円筒ボア２０６内に軸方向に前進される。次に、フォイル保持クリップ３１４は、円筒ボア２０６のモータ端２１８の近くの周方向溝２１２にスナップ留めされて、フォイル軸受アセンブリ３００を所定の場所にロックする。
【0035】
他の実施形態では、スリーブ２０２内にフォイル軸受アセンブリ３００を固定するための任意の好適な方法が使用されてよい。適当な方法の非限定的な例は、留め具および保持クリップ、接着剤、止めネジ、および任意の他の適当な固定方法を含む。
【0036】
軸受ハウジング２００／２００ａは、上述のフォイル軸受アセンブリ３００のような半径方向軸受、スラスト軸受、および近接プローブ、圧力変換器、熱電対、キーフェイザーなどのような受動的または能動的制御スキームのためのフィードバックとして使用される（図示されていない）感知デバイスを含むが、これらに限定されない、様々な要素のための取付構造として更に機能することがある。
【0037】
フォイル軸受アセンブリ３００は、限定されることのない任意の適切な形態において提供されてよい。例えば、フォイル軸受アセンブリ３００は、２つの層、３つの層、４つの層、または制限されることのない追加の層を備えることがある。フォイル軸受アセンブリ３００のバンプフォイル３１０は、コンプレッサ１００の動作中に回転する駆動シャフト１０４のための弾性表面を提供するために半径方向弾力構造から形成されてよい。バンプフォイル３１０は、限定されるものではないが、変形可能なバンプのアレイ、または断続的な圧縮半径方向荷重の下で変形およびリバウンドするように設計された他の構成、および断続的な圧縮半径方向荷重の下で圧縮およびリバウンドすることができる任意の他の弾力的弾性材料を含む、任意の適切な半径方向弾力構造から形成されてよい。バンプフォイル３１０は、外層３０２および内層３０６のうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない、少なくとも１つの隣接する層に接続されてよい。いくつかの実施態様において、バンプフォイル３１０は、外層３０２および内層３０６の両方に接続されてよい。他の実施形態において、バンプフォイル３１０は、自由浮動する(free-floating)ことがあり、フォイル軸受アセンブリ３００の任意の層に接続されないことがある。
【0038】
図６を参照すると、システム４００の例示的な実施形態が、遠心コンプレッサ４０４を含む。システム４００は、コンプレッサハウジング４０５と、アンロードデバイス４０１(unloading device)と、ユーザインターフェース４１５と、コントローラ４１０とを備える、コンプレッサ４０４を含む。コンプレッサ４０４は、モータ４０６と、インペラ４０７と、ガスフォイル軸受４０９とを含む。システム４００は、電流センサ４０８と、モータ４０６と通信するモータインターフェース４１３とを有する、可変周波数駆動装置４１６（ＶＦＤ：variable frequency drive）を更に含む。コンプレッサハウジング４０５と、モータ４０６、インペラ４０７、およびガスフォイル軸受４０９を含む、コンプレッサ４０４とは、図１－５に記載されたコンプレッサ１００と同様に構成されてよく、あるいは異なる方法で構成されてよい。コンプレッサ４０４は、システム４００内の特定の構造に限定されない。コンプレッサ４０４は、コンプレッサ４０４の始動、停止、および動作ルーチンを制御するためのコントローラ４１０を含む。コントローラ４１０は、プロセッサ４１１と、メモリ４１２と、アンロードインターフェース４１４とを含む。メモリ４１２は、コントローラ４１０に方法を実行させるためにプロセッサ４１１によって実行される命令を含む。
【0039】
システム４００のアンロードデバイス４０１は、ガスフォイル軸受４０９の加速された摩耗を防止するために、サージ事象に対処するための始動および停止ルーチンの間にコンプレッサへの負荷を除去および／または低減する。遠心コンプレッサ４０４では、低すぎる流れまたは高すぎる圧力上昇が、インペラ内の迎え角(angle of attack)を変えて、分離および失速を生む。これは、コンプレッサの流れの不安定さを引き起こし、軸受およびギアに衝撃を与え、使用されるならば、システム圧力を不安定にする。これは、過剰なスロットリング、高温放電ガス、低温戻りガス、または目詰まりした凝縮器の吸気フィルタのような問題に起因する、吸気密度および流量低下によって引き起こされる。これらのプロセス条件が、コンプレッサ４０４を低流量で作動させ、コンプレッサ４０４がサージ値より多くの流量を常に処理することを保証させるときに、アンロードデバイス４０１は、コンプレッサ４０４によって送達されるガスが吸引部に再循環することを可能にするために必要なときに開かれる。アンロードデバイス４０１がコンプレッサ４０４に結合されると、流れは、コンプレッサ４０４が失速／サージサイクルに入るのを防止するために維持される。この例において、アンロードデバイス４０１は、許容される用途において、バイパス弁またはブローオフ弁である。冷媒バイパス弁のようなバイパス弁は、ガスのための代替的な経路を提供し、それによって、コンプレッサ４０４の圧力上昇を停止し、よって、停止中の始動または減速中にコンプレッサモータ４０６がどんなに遅く加速しても、あらゆる潜在的なサージ(surging)を制限する。他の実施形態において、アンロードデバイス４０１は、膨張弁である。膨張弁は、液体冷媒から圧力を除去して、コンプレッサ４０４の蒸発器内の液体から蒸気への膨張または状態変化を可能にし、多くのＨＶＡＣシステムに含まれる。アンロードデバイス４０１の更なる実施形態は、サーボ弁のような可変オリフィスまたは直径弁と、デューティサイクルに従って開閉を制御するように構成されるソレノイド弁およびパルス幅変調（ＰＷＭ）弁のような固定オリフィスまたは直径弁とを含む。アンロードデバイス４０１の他の実施形態は、可変ディフューザまたは可変入口ガイドベーン（ＶＩＧＶ：Variable Inlet Guide Vane）を含むことがあるが、これらに限定されない。多くのタイプのアンロードデバイスが本明細書において説明されるが、アンロードデバイス４０１は、コンプレッサ４０４に対する負荷を低減する任意の適切なデバイスであってよい。コンプレッサ４０４の始動および停止ルーチンにおけるアンロードデバイス４０１の戦略的開放は、システム４００によって指示される。
【0040】
アンロードデバイス４０１は、コントローラ４１０に動作的に結合され、コントローラ４１０は、以下に詳細に説明されるような１つ以上の制御スキームに従ったバイパス弁の開放のような、アンロードデバイス４０１の少なくとも１つの動作パラメータを制御するように構成される。コントローラ４１０は、電流センサ４０８から受信する測定値または他のデータに基づいて１つ以上の制御スキームに従ってコンプレッサ４０４に対する負荷の除去または低減を制御し、コンプレッサ４０４の１つ以上の状態を監視するように構成される。電流センサ４０８は、モータ４０６の電流を感知し、コントローラ４１０は、モータ４０６の感知される電流が実質的に一定の電流であるならば、コンプレッサ４０４のサージが停止したかどうかを決定する。１つ以上の制御スキームにおける使用のための適切なセンサの非限定的な例が、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、電流センサ、電圧センサ、回転速度センサ、および任意の他の適切なセンサを含む。他の実施形態において、コントローラ４１０は、センサから受信する測定値または他のデータに依存することなく、１つ以上の制御スキームに従ってコンプレッサ４０４に対する負荷の除去または低減を制御し、その代わりに、予め設定されたタイミングに基づいて作動する。
【0041】
いくつかの実施態様において、負荷の除去または低減は、コンプレッサ４０４の検出された状態に応答して制御される。これらの実施形態において、コンプレッサシステム１００は、コントローラ４１０によって制御される少なくとも１つのアンロードデバイス４０１を含む。いくつかの実施態様において、コンプレッサ４０４に対する負荷の軽減または切断は、コンプレッサ４０４の検出された状態に基づいて１つ以上のフィードバック制御スキームに従って少なくとも１つのアンロードデバイス４０１を作動させることによって制御される。コンプレッサ４０４への負荷の低減または切断を可能にするために使用されるフィードバックまたは閉ループ制御スキームは、限定されるものではないが、ＰＩＤコントローラ、ＰＩコントローラ、ファジー論理コントローラ、およびコンプレッサ４０４に対する負荷を低減または切断するために使用されることがある任意の他の適切な制御スキームを含むことがある。
【0042】
制御システム４００は、ＶＦＤ４１６をモータ４０６に接続するためのモータインターフェース４１３と、コントローラを駆動装置(ドライブ)に接続するためのインターフェース４１３と、コントローラ４１０をアンロードデバイス４０１に接続するためのアンロードインターフェース４１４とを含むので、プロセッサ４１１は、メモリ４１２に記憶された命令を実行して、始動および停止方法の間にコンプレッサ４００から負荷を低減または切断することがある。
【0043】
制御システム４００は、システム４００に関連する情報を出力する（例えば、表示する）且つ／或いは（例えば、ユーザから）受信するするように構成されたユーザインターフェース４１５を含む。いくつかの実施形態において、ユーザインターフェース４１５は、システム４００の動作をアクティブ化(起動)および非アクティブ化(起動解除)する（すなわち、オンおよびオフする）ために、あるいは他の方法で動作を可能にするために、ユーザからアクティブ化および／または非アクティブ化入力を受信するように構成される。その上、いくつかの実施形態において、ユーザインターフェース４１５は、例えば、限定されるものではないが、警告インジケータ、ガスフォイル軸受４０９の状態、および任意の他の適切な情報を含む、システム４００の１つ以上の動作特性に関連する情報を出力するように構成される。
【0044】
ユーザインターフェース４１５は、ユーザインターフェース４１５が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切な入力デバイスおよび出力デバイスを含んでよい。例えば、ユーザインターフェース４１５は、限定されるものではないが、キーボード、マウス、タッチスクリーン、ジョイスティック、スロットル、ボタン、スイッチ、および／または他の入力デバイスを含む、入力デバイスを含むことがある。その上、ユーザインターフェース４１５は、例えば、限定されるものではないが、ディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ）、スピーカ、インジケータライト、計器、および／または他の出力デバイスを含む、出力デバイスを含むことがある。更に、ユーザインターフェース４１５は、システムコントローラ（図示せず）のような、異なるコンポーネントの一部であることがある。他の実施形態は、ユーザインターフェース４１５を含まない。
【0045】
いくつかの実施形態において、システム４００は、遠隔制御インターフェースによって制御されることがある。例えば、システム４００は、システム４００の遠隔制御およびアクティブ化を可能にする無線制御インターフェースに接続するように構成された通信インターフェース（図示せず）を含むことがある。無線制御インターフェースは、タブレットまたはスマートフォンのような、ポータブルコンピューティングデバイス上に実装されることがある。
【0046】
コントローラ４１０は、一般に、コンプレッサ４０４の動作を制御するように構成される。コントローラ４１０は、別のデバイスまたはコントローラからの命令およびプログラミングを通じて動作を制御するか、あるいはシステムコントローラを通じて制御システム４００と一体化される。いくつかの実施形態では、例えば、コントローラ４１０は、ユーザインターフェース４１５からユーザ入力を受信し、そのようなユーザ入力に応答してシステム４００の１つ以上のコンポーネントを制御する。例えば、コントローラ４１０は、ユーザインターフェース４１５から受信するユーザ入力に基づいてモータ４０６への電力供給を制御することがある。その上、いくつかの実施形態において、コントローラ４１０は、エネルギ蓄積デバイスなどからシステム４００に供給される電力を調整または制御することがある。
【0047】
コントローラ４１０は、一般に、互いに通信的に結合されることがあり、独立してまたは互いに接続して作動されることがある（例えば、コントローラ４１０は、コントローラネットワークの全部または一部を形成することがある）、コンピュータ、処理ユニット、および／または同等物の任意の適切な組み合わせを含む、任意の適切なコンピュータおよび／または他の処理ユニットを含むことがある。コントローラ４１０は、１つ以上のモジュールまたはデバイスを含むことがあり、それらのうちの１つ以上は、システム４００内に封入され、あるいはシステム４００から遠隔に配置されることがある。コントローラ４１０は、コンプレッサ４０４の一部であるか、あるいは別個のものであってよく、ＨＶＡＣシステム内のシステムコントローラの一部であってよい。コントローラ４１０および／またはコントローラ４１０のコンポーネントは、システム４００の他のコンポーネント内に統合または組み込まれてよい。いくつかの実施形態では、例えば、コントローラ４１０は、モータ４０６またはアンロードデバイス４０１内に組み込まれてよい。コントローラ４１０は、様々なコンピュータ実装機能（例えば、計算、決定、および本明細書に開示される機能を実行すること）を実行するように構成された１つ以上のプロセッサ４１１および関連するメモリデバイス４１２を含むことがある。本明細書で使用されるとき、「プロセッサ」という用語は、集積回路のみならず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラマブル回路も指す。加えて、コントローラ４１０のメモリデバイス４１２は、一般に、限定されるものではないが、コンピュータ読取可能媒体（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、コンピュータ読取可能不揮発性媒体（例えば、フラッシュメモリ）、フロッピーディスク、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）および／または他の適切なメモリ要素を含む、メモリ要素であることがあり、あるいはそのようなメモリ要素を含むことがある。そのようなメモリデバイス４１２は、一般に、プロセッサによって実装されるときに、限定されるものではないが、システム４００を制御すること、モータ４０６の動作を制御すること、ユーザインターフェース４１５から入力を受信すること、ユーザインターフェース４１５を介してオペレータに出力を提供すること、アンロードデバイス４０１および／または様々な他の適切なコンピュータ実装機能を制御することが含む、本明細書に記載される様々な機能を実行するように構成するあるいはコントローラ４１０に実行させる、適切なコンピュータ読取可能命令を記憶するように構成されることがある。
【0048】
図７を参照して、停止状態から遠心コンプレッサを始動させる方法５００が説明される。方法５００は、始動ルーチンまたは始動方法と称されることもある。この始動方法５００、ならびに本明細書に記載される追加的な方法は、上述のシステム４００を使用して実装されてよい。プロセッサ４１１は、方法５００のための命令を実行し、メモリ４１２は、命令を格納する。始動方法５００は、遠心コンプレッサ４０４から負荷を除去するためにアンロードデバイス４０１を作動すること（５０１）によって開始する。例示的な実施形態において、アンロードデバイスは、弁を開くことによってコンプレッサ４０４の圧力比を低下させて、その質量流量を増加させる、コンプレッサ４０４の吐出と吸引との間のバイパス弁である。次に、モータ４０６は、ガスフォイル軸受４０９のリフトオフ速度を上回り、遠心コンプレッサ４０４の動作速度を下回る、第１の速度まで加速される（５０２）。コンプレッサ４０４がアンロードされる間に第１の速度に急速まで加速させることによって、コンプレッサ４０４は、ガスフォイル軸受４０９の摩耗を防止するのを助け、始動中の潜在的なサージ事象に対処するために、減少された量の時間に亘って、ガスフォイル軸受４０９のリフトオフ速度よりも下で作動する。次に、モータ４０６は、ある時間期間に亘って第１の速度で作動される（５０３）。例示的な実施形態において、モータ４０６が作動される時間期間は、製造者によってあるいはユーザインターフェース４１５を介してユーザによって設定され且つ予め決定される。他の実施形態において、時間期間は、モータが第１の速度に達するときに開始し、遠心コンプレッサのサージングが停止するときに終わる、可変の時間期間であり、推定、計算、または測定されることができる。コンプレッサ４０４がサージ事象を経験するかどうかにかかわらず、システム４００は、コンプレッサ４０４をガスフォイル軸受４０９のリフトオフ速度を上回る第１の速度まで加速して、それらの摩耗を最小限に抑える。幾つかの場合には、モータ４０６がある時間期間に亘って第１の速度で作動されるとき、始動ルーチンにはサージ事象がないことがある。サージ事象が始動方法５００中に発生したならば、電流センサ４０８は、モータ４０６の電流を感知し、コントローラ４１０は、モータ４０６の感知された電流が実質的に一定の電流であるときに、コンプレッサ４０４のサージが停止したことを決定する。いくつかの実施形態において、システム４００は、複数の始動中にシステムの測定値を監視および格納するために、サージング事象の持続期間および重要性のメモリ４１２に格納された履歴的な傾向に基づいてモータが第１の速度で作動される時間を最適化するために、異なる学習アルゴリズムを組み込むことがある。いくつかの実施態様において、システム４００は、コンプレッサ４０４の寿命に亘って経験される全てのサージ事象に関連する測定値を監視および格納し、時間期間をメモリ４１２に現在格納されている最も長いサージ事象として設定する。この場合、システム４００によって現在設定されている時間よりも長い新しいサージ事象が発生するたびに、時間期間は、始動方法５００の将来の反復についての最新のサージ事象よりも長いように再設定(リセット)される。いくつかの実施形態において、機械学習アルゴリズムまたはニューラルネットワークは、コンプレッサ４０４が常駐する異なるシミュレーション環境に基づいてコンプレッサ４０４についてのサージ事象の周波数および持続時間を予測し、これらのシミュレーションに基づいて時間期間を設定するために、システム４００によって利用されることがある。
【0049】
図８を参照すると、速度曲線６０１とモータ電流曲線６０２とを含む始動方法５００中のサージ電流特性グラフ６００が示されている。図８は、モータ速度５０２が第１の速度に加速されること（５０２）、および時間期間６０５に亘って第１の速度でモータ４０６を運転すること（５０３）を示している。時間期間６０５に亘って第１の速度でモータ４０６が運転する間に、可能なサージ６０３の領域が、モータ電流曲線６０２における振動で特定されている。コンプレッサ４０４は、サージの現在の振動パターンが終了し（６０４）、コンプレッサ４０４が完全始動のために示されるまで、無負荷速度で保持される。
【0050】
戻って図７の始動方法５００を参照すると、モータ４０６が時間期間６０５に亘って第１の速度で作動させられた（５０３）後に、アンロードデバイス４０１は、コンプレッサ４０４に負荷を印加するように作動される（５０４）。いくつかの実施態様において、コンプレッサ４０４に負荷を印加することは、バイパス弁を閉じることを含む。図８では、サージの全ての場合において、コンプレッサ４０４に負荷を印加するためにアンロードデバイスを作動させる（５０４）ことは、サージの電流振動パターンが停止した（６０４）後にのみ開始する。始動中にサージがないならば、モータ４０６は、典型的には製造者によってあるいはユーザインターフェース４１５を介してユーザによって予め決定される時間期間６０５に亘って、第１の速度で作動する。最後に、モータ４０６は、次に、動作速度まで加速され、コンプレッサ４０４は、始動ルーチンを完了し、その動作ルーチンを開始する。いくつかの実施形態において、コントローラ４１０は、モータ４０６を第１の加速度で第１の速度まで加速し、モータを第１の加速度よりも小さい第２の加速度で動作速度まで加速させる。他の実施形態において、第１および第２の加速度は、同じである。他の実施形態において、第２の加速度は、第１の加速度よりも小さい。
【0051】
図９を参照すると、遠心コンプレッサ４０４を動作状態から停止させる方法７００が記載されている。方法７００は、停止ルーチンまたは停止方法と称されることもある。先ず、アンロードデバイス４０１は、始動方法５００と同様に、コンプレッサ４０４から負荷を除去するように作動される（７０１）。コントローラ４１０は、始動方法５００、作動、および停止方法７００を実装することがあり、あるいはコンプレッサ４０４のこれら３つのステージの任意の組み合わせを実装することがある。次に、モータ４０６は、ゼロよりも大きな最小速度に向かって７０２を減速する。最後に、モータ４０６の速度が最低速度に達すると、電力はモータ４０６から除去され（７０３）、次に、モータ４０６は、停止まで惰行運転することが可能にされる。いくつかの実施形態において、最小速度は、それよりも下ではコンプレッサ４０４のサージにマージン(margin)を加えたものが発生することがある推定サージ速度である。
【0052】
図１０を参照すると、推定サージ速度８０１および最小速度８０２についての減速曲線８００が、コンプレッサ４０４の停止中に実際の速度８０３が減少するにつれて変化することが示されている。実際の速度減速度曲線８０３は、モータ４０６がゼロよりも大きい最小速度８０２に向かって減速するときの停止方法７００を示す。実際の速度が最小速度８０４である時点で、電力は除去され、モータ４０６は、停止まで惰行運転することが可能にされる。推定サージ速度曲線８０１は、それよも下ではサージ事象が発生するリスクがある推定コンプレッサ速度である。サージ事象の回避を容易にするために、減速７０２中に推定サージ速度曲線８０１の下に入らないようにコンプレッサ４０４を余分に保護するために、マージン８０５が推定サージ速度曲線８０１に追加される。推定サージ速度にマージンを加えた曲線８０２は、コンプレッサ４０４の速度が減速（７０２）中に最小速度に向かって下がるのをコントローラ４１０が防止するレベルである。いくつかの実施態様において、推定サージ速度は、ルックアップテーブルからコントローラ４１０によって検索され(取り出され)、コンプレッサ４０４が常駐するＨＶＡＣシステムの圧力比に伴って変化する。他の実施形態において、最小速度は、ルックアップテーブルからコントローラ４１０によって検索され、コンプレッサ４０４が常駐するＨＶＡＣシステムの圧力比に伴って変化する。始動方法５００におけるサージ事象に関して上述したように、学習アルゴリズムが、推定サージ速度にマージンを加えた曲線８０２、推定サージ速度曲線８０１、および停止方法７００における最小速度を含む、加速曲線を計算するために使用されることがある。
【0053】
図１１を参照すると、始動方法９００の例示的な実施形態が説明される。始動方法９００は、より広い始動方法５００の一実施形態であり、非限定的であることが意図され、上述のシステム４００を使用して実施されることがある。この実施形態において、モータ４０６およびガスフォイル軸受４０９は、それらの温度が１００°Ｆ未満である開始条件を与えられる。他の始動条件は、コンプレッサ４０４が停止してから少なくとも５分待つこと、コンプレッサ４０４が最小電力よりも大きな要求（ｋＷ）を有すること、およびＶＦＤ４１６が故障していないことを含むことがある。開始ルーチンは、開始を要求し、上述の開始条件が満たされているかどうかを確認すること始まり、条件が満たされるまで進行しない。条件が満たされた後に、バイパス弁は、１００％に設定され、コンプレッサ４０４をアンロードするように開く。ＶＦＤ４１６は有効にされ、モータ４０６の加速がＡｍａｘＲＰＭ／秒に設定され、速度コマンドがＮｕｎｌｏａｄＲＰＭに設定され、次に、開始タイマが有効にされる。例示的な実施形態において、Ａｍａｘは、４５００ＲＰＭ／秒であり、Ｎｕｎｌｏａｄは、１００００ＲＰＭである。速度は増加し、ＮｓｔａｒｔＲＰＭに達するのにＴｓｔａｒｔ秒を有し、方法９００は、この基準が満たされるまで、それ以上進まない。Ｔｓｔａｒｔ秒よりも長い時間後にＮｓｔａｒｔＲＰＭに到達するならば、（図１２に示される）停止方法１０００の例示的な実施形態が、以下に記載されるように実装される。例示的な実施形態において、Ｔｓｔａｒｔは、０．５秒であり、Ｎｓｔａｒｔは、２０００ＲＰＭである。ひとたびＴｓｔａｒｔ秒内にＮｓｔａｒｔＲＰＭに到達すると、速度は、ＮｕｎｌｏａｄＲＰＭに増加される。速度は、Ｔｕｎｌｏａｄ秒内にＮｕｎｌｏａｄＲＰＭに到達しなければならず、この基準が満たされるまで進行しない。Ｔｕｎｌｏａｄ秒より長い時間後にＮｕｎｌｏａｄＲＰＭに到達するならば、停止方法１０００が実行される。ある実施形態において、Ｔｕｎｌｏａｄは、５秒である。ＮｕｎｌｏａｄＲＰＭが達成された後に、サージ事象について処理タイマ(settle timer)が有効にされる。方法９００は、サージが検出されるかどうかを確認し、検出されるならば、処理時間(settle time)は、Ｔｒｅｓｅｔに設定される。例示的な実施形態において、Ｔｒｅｓｅｔは、０秒である。この場合、Ｔｓｕｒｇｅ分よりも多くの時間が経過したことを開始タイマが示すならば、停止方法１０００が実行される。Ｔｓｕｒｇｅ分未満の時間が経過したことを開始タイマが示すならば、方法を繰り返し、サージが検出されなくなるまでサージを確認する。サージが検出されないときには、処理タイマが確認される。Ｔｓｅｔｔｌｅ秒未満の時間が警戒したことを開始タイマが示すならば、開始タイマは、Ｔｓｕｒｇｅ分が経過したかどうかを確認するために再び確認される。再び、開始タイマでＴｓｕｒｇｅ分を超える時間が経過したならば、停止方法１０００が実行され、開始タイマでＴｓｕｒｇｅ分未満の時間が経過したならば、方法は、サージ検出ステップを繰り返す。例示的な実施形態において、Ｔｓｕｒｇｅは、２分であり、Ｔｓｔｔｌｅは、３０秒である。Ｔｓｅｔｔｌｅ秒よりも長い時間が経過したことを処理タイマが示すならば、バイパス弁は、１秒当たりＲｏｐｅｎ％でＢｏｐｅｎ％に設定され、加速は、ＡｍｉｎＲＰＭ／秒に下がり、速度コマンドは、最小速度Ｎｍｉｎに設定される。次に、実際の速度は、Ｎｍｉｎと比較される。開始タイマがＴｍｉｎ分よりも大きい時間を示し、実際の速度がＮｍｉｎに達していないならば、停止方法１０００が実行される。実際の速度が開始タイマによって示されるようにＴｍｉｎ未満で最小速度に達するならば、コンプレッサ４０４のために自動制御がアクティブ化される。例示的な実施形態において、Ｂｏｐｅｎは、５０％であり、Ｒｏｐｅｎは、１秒当たり０．５％であり、Ａｍｉｎは、１５０ＲＰＭ／秒であり、Ｔｍｉｎは、３～４分の範囲内にある。他の実施形態において、Ａｍａｘ、Ｎｕｎｌｏａｄ、Ｔｓｔａｒｔ、Ｎｓｔａｒｔ、Ｎｕｎｌｏａｄ、Ｔｕｎｌｏａｄ、Ｔｒｅｓｅｔ、Ｔｓｕｒｇｅ、Ｔｓｔｔｌｅ、Ｂｏｐｅｎ、Ｒｏｐｅｎ、Ａｍｉｎ、Ｎｍｉｎ、およびＴｍｉｎは、任意の他の適切な値であってよい。本明細書で示される自動制御は、コンプレッサを停止するまで作動させるための別個のセットの制御アルゴリズムである。
【0054】
図１２を参照すると、停止方法１０００(shutdown method)の例示的な実施形態が説明される。停止方法１０００は、より広い停止方法７００(stop method)の一実施形態であり、上述のシステム４００を使用して実装されることがある。この実施形態において、上述の始動方法９００におけるように、停止が要求されるとき、バイパス弁は、コンプレッサをアンロードするために１００％に設定される。停止タイマは有効にされ、速度コマンドは、最小速度Ｎｍｉｎに設定される。実際の速度がＮｍｉｎに１．０１を乗じた値より大きいならば、停止タイマは、Ｔｓｔｏｐ分が経過したかどうかを見るために確認される。この場合、Ｔｓｔｏｐ分未満の時間が経過したことを停止タイマが示すならば、速度コマンドは、再びＮｍｉｎに設定され、実際の速度がＮｍｉｎに係数(Factor)を乗じた値よりも大きいかどうか、実際の速度が確認される。停止時間がＴｓｔｏｐ分以上であるならば、ＶＦＤコマンドは無効に設定され、速度コマンドは、０ＲＰＭに設定される。実際の速度が最小速度に係数を乗じた速度未満であるならば、ＶＦＤも無効にされ、速度コマンドは、０ＲＰＭに設定される。例示的な実施形態において、Ｔｓｔｏｐは、３分であり、係数は、１．０１である。次はＴｗａｉｔ分を待つことであり、次に、バイパス弁は、０％に設定される。例示的な実施形態において、Ｔｗａｉｔは、２分である。次に、停止方法１０００は、モータ４０６が停止まで惰行運転するすると終了する。
【0055】
図１３を参照すると、通常の停止方法１０００に加えて、非常停止（ｅ－ｓｔｏｐ）方法１１００が、ユーザインターフェース４１５を介して、あるいは緊急停止の場合に、ユーザがＨＶＡＣシステムをオーバーライドする(無効にする)ために実装されてもよい。ｅ－ｓｔｏｐが要求されるときに、ＶＦＤコマンドは、無効であるように設定され、速度コマンドは、０ＲＰＭに設定される。バイパス弁は、１００％に設定され、Ｔｗａｉｔ分後に、バイパス弁は、０％に設定される。例示的な実施形態において、Ｔｗａｉｔは、２分である。次に、ｅ－ｓｔｏｐ方法１１００は終了し、モータ４０６が停止まで惰行運転する。
【0056】
本明細書に記載される方法およびシステムの技術的利点は、（ａ）ＨＶＡＣシステムにおける始動および停止手順の間の軸受の摩耗を防止するためにコンプレッサがガスフォイル軸受のリフトオフ速度を下回る時間を最小限にすること、（ｂ）ＨＶＡＣシステムにおけるコンプレッサによって見られるサージ事象の数および重大性を最小限にするためにアンロードデバイスを利用すること、（ｃ）始動および停止手順の間にサージ事象を処理するためにコンプレッサをある時間期間に亘って無負荷速度に維持すること、および（ｄ）サージ事象の数および重大性を制限するために停止中の速度を低減することである。
【0057】
本開示またはその実施形態の要素を導入する場合、冠詞「a」、「an」、「the」および「said」は、１つよりも多くの要素が存在することを意味することを意図する。「含む(comprising)」、「含む(including)」、「含む(containing)」および「有する(having)」という用語は、包括的であることを意図し、列挙される要素以外の追加の要素が存在する場合があることを意味する。特定の向きを示す用語（例えば、「頂」、「底」、「側」など）の使用は、記載の便宜のためであり、記載される品目の如何なる特定の向きも必要としない。
【0058】
本開示の範囲から逸脱することなく、上記構成および方法において様々な変更が行われることができるので、上記記述に含まれ且つ添付の図面に図示される全ての事項は、例示的なものとして解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきでない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【国際調査報告】