CN100513792C - 压缩机驱动装置及冷冻空调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压缩机驱动装置及冷冻空调装置，压缩机驱动装置具有由具有吸入流体将其压缩的压缩设备部及驱动压缩设备部的电动机的压缩机和以可变速度驱动电动机的反相器装置。电动机由在转子上具有篮筐状导体及磁化的永久磁石的自我启动式电动机构成的同时，反相器装置由控制电动机驱动频率的多个半导体开关构成。

Description

压缩机驱动装置及冷冻空调装置
技术领域
本发明是关于压缩机驱动装置及冷冻空调装置，尤其适用于用于蒸气压缩冷冻循环系统的压缩机驱动装置及搭载了此装置的空气调和机、冰箱、冷藏柜等冷冻空调装置。
背景技术
现有技术1的压缩机驱动装置曾在特开平5-211796号公报中被公示。此压缩机是通过向转换器供给交流电源而得到直流电压，通过向反相器供给此直流电压而得到三相交流电压，再将此三相交流电压供给无刷DC发动机的电枢绕组。而且，此压缩机是通过引流电压检测部检测出无刷DC发动机的引流电压，间接地检测出磁极位置，将运转频率指令值及来自引流电压检测部的检测信号作为输入信号，通过反相器控制部向反相器供给进行电流控制或电压控制、速度控制等所需的反相器控制信号。此外，在该无刷DC发动机的构成中，在转子铁心中安装了永久磁石。
现有技术2的空气调和装置曾在特开2001-3864号公报中被公示。此空气调和装置在具有将压缩机、凝缩机、绞榨装置和蒸发器用冷媒配管连接的冷冻循环系统的空气调和装置中，具备以下装置，即在开始驱动上述压缩机时作为诱导电动机启动的同时进行接近同步旋转数的同步牵引、同步运转的嵌入永久磁石式诱导电动机，和向此嵌入永久磁石式诱导电动机供给电源的3相电源和连接上述嵌入永久磁石式诱导电动机的3相电路的每一相上所具有的双向性转换元素，和以商用电源频率的1/(6n+1)(n为正整数)间断性接通上述转换元素的控制装置。
现有技术3的永久磁石电动机曾在特开平9-322444号公报中被公示。此永久磁石电动机的叶轮上安装有永久磁石及篮筐形状的导体，可通过与电动机本体装为一体的反相器装置进行运行控制。而且，在此现有技术3中记载有：由于在叶轮中安装有篮筐形状的导体，所以反相器装置发生故障时，若用商用电源直接运行，则可作为诱导电动机启动的同时可运行。
在上述现有技术1中，由于使用无刷DC发动机，从而比三相诱导电动机高效，但为启动及驱动无刷DC发动机，需要检测出无刷DC发动机的引流电压，并间接检测出磁极位置，控制反相器装置，从而出现反相器装置的控制变得复杂、价格升高的问题。而且，在现有技术1中，因为从交流电源只经由反相器装置向无刷DC发动机供给电源，所以反相器装置发生故障时，将出现无法继续运行无刷DC发动机的问题。
此外，在上述现有技术2中，由于只是以控制装置间断性接通安装在每一相上的双向性转换元素，从而难以进行微细的控制。而且，在现有技术2中，从交流电源只经由双向性转换元素向嵌入永久磁石式诱导电动机供给电力，因此双向性转换元素发生故障时，则出现无法继续运行嵌入永久磁石式诱导电动机的问题。
上述现有技术3是关于电动机的，就压缩机驱动装置及冷冻空调装置无任何公示。且，在现有技术3中，当反相器装置发生故障时，需要拆掉反相器装置，重新直接连接商用电源，可想而知需要十分繁杂的操作。
发明内容
本发明的目的是利用廉价的反相器控制得到启动性能好且可高效运行的压缩机驱动装置及冷冻空调装置。
本发明的其他目的是利用廉价的反相器控制得到启动良好、高效运行、且即使反相器装置发生故障也可易通过商用电源而运行的、可信度高的压缩机驱动装置及冷冻空调装置。
本发明的其他目的和优势如下。
为达到以上目的，本发明提供了一种压缩机驱动装置，具有以下特征：具备具有吸入流体将其压缩的压缩设备部及驱动上述压缩设备部的电动机的压缩机、以可变速度驱动上述电动机的反相器装置和切换上述压缩机及上述反相器装置连接的切换装置；上述电动机由在转子上具有篮筐状导体及磁化的永久磁石的自我启动式电动机构成；上述切换装置的构成使上述电动机可在商用电源下的定速度及上述反相器装置下的可变速度的任何一种情况下都可切换运行，其中，上述电动机在转子上具有2极的永久磁石。
为达到其他目的，本发明提供了一种冷冻空调装置，具有以下特征：它具有将压缩机、室外热交换器、膨胀装置、室内热交换器以冷媒配管连接的冷冻循环系统、和以可变速度驱动上述压缩机的反相器装置、和切换上述压缩机及上述反相器装置连接的切换装置、和控制上述压缩机的控制装置；上述压缩机由吸入流体将其压缩的压缩设备部、和驱动上述压缩设备部的电动机、和收放上述压缩设备部及上述电动机的密闭容器构成；上述控制装置的构成为根据控制信号控制上述反相器装置；上述电动机由在转子上具有篮筐状导体及磁化的永久磁石的自我启动式电动机构成；上述切换装置的构成使上述电动机可在商用电源下的定速度及上述反相器装置下的可变速度的任何一种情况下都可切换运行，其中，上述电动机在转子上具有2极的永久磁石。
附图说明
图1表示本发明一使用实例的空气调和机的结构图。
图2为图1的空气调和机中涡旋压缩机的纵向剖面图。
图3为图2的压缩机中电动机的横向剖面图。
图4为图1的空气调和机中压缩机驱动装置的反相器装置通电时的电路图。
图5为图1的空气调和机中压缩机驱动装置的反相器装置不通电时的电路图。
图6为图4所示的反相器装置的线路图。
具体实施方式
以下就本发明的一个实例，关于容量控制形涡旋压缩机及搭载了此装置的空气调和机，参照附图进行说明。
此空气调和机由以下装置构成，压缩机10、四通阀19、室外热交换器14、室外膨胀装置15、蓄热器13、室外送风装置18、由反相器装置12及室外控制装置24a构成的室外机21、室内热交换器17、由室内送风装置20及室内控制装置24b构成的室内机22。室外控制装置24a和室内控制装置24b构成了控制装置24(参照图4)。
构成此空气调和机主要部分的冷冻循环系统通过以冷媒配管连接以下装置而形成，压缩机10、切换为冷气空调运行循环或暖气空调运行循环等的四通阀19、构成凝缩器或蒸发器的室外热交换器14、构成减压装置的室外膨胀装置15、构成减压装置的室内膨胀装置16、构成蒸发器或凝缩器的室内热交换器17、蓄热器13。
冷气空调运行时，四通阀19如实线所示运行，按照压缩机10、四通阀19、室外热交换器14、全开状态的室外膨胀装置15、室内膨胀装置16、室内热交换器17、四通阀19、蓄热器13及压缩机1的顺序，构成流有冷媒的冷气空调循环。
暖气空调运行时，四通阀19如虚线所示运行，按照压缩机10、四通阀19、室内热交换器17、全开状态的室内膨胀装置16、室外膨胀装置15、室外热交换器14、四通阀19、蓄热器13及压缩机1的顺序，构成流有冷媒的暖气空调循环系统。
关于空气调和机中的压缩机驱动装置，参照图2至图6进行说明。
如图4及图5所示，压缩机驱动装置由压缩机10、反相器装置12、切换装置23、控制装置24、操作装置25构成。压缩机10由涡旋压缩设备构成。
如图2所示，构成压缩机10的固定涡旋1由圆板状的镜板1a和在此镜板内呈螺旋状设置的盖板(lap)部1b构成。镜板1a的中央部形成排气口1c。而且，固定涡旋1通过瓶子等固定在框架3上。和固定涡旋1为一体的框架3通过焊接装置等固定在密闭容器7上。因此，固定涡旋1通过框架3固定在密闭容器7上。
旋转涡旋2由圆板状的镜板2a、呈螺旋状安装在此镜板2a上的盖板部(lap)2b、安装在镜板2a背面中央的轮毂部2c构成。而且，旋转涡旋2的安装与配置与固定涡旋1相对，可旋转地安装在框架3内。
密闭容器7是内部放有由固定涡旋1、旋转涡旋2及框架3等构成的压缩设备部9和由固定子8a、转子8b等构成的电动机8和向这些摺动部供给的润滑油(无图示)的密闭结构。压缩机9和电动机8的配置呈上下结构。密闭容器7可忍耐通过压缩设备部9的排气口1c而排出的压缩流体(在本实施领域中指作为冷冻循环系统而使用的冷媒气体)产生的高压。
固定在电动机8的转子8b上的驱动轴6通过轴承4、5可被框架3自由旋转地支撑住，与固定涡旋1的轴线为同轴。在此驱动轴6的前部，装有偏于驱动轴6的轴线的曲轴6a。在此曲轴6a上，通过旋转轴承可旋转地安装有旋转涡旋2的轮毂部2c。此时，旋转涡旋2进入轴线相对于固定涡旋1的轴线偏离一定距离的状态，由于驱动轴6的旋转，旋转涡旋2进行旋转运动。
由于旋转涡旋2的旋转运动，两个盖板(lap)部1b和2b之间所形成的多个月牙状的压缩室向中央部移动，其容积连续缩小，直至中央部，连通排气口1c的同时，彼此之间也相互连通。
吸入口7a构成被压缩的作业流体的吸入部，与最外围的压缩室连通。此外，排气口1c构成被压缩的作业流体的排出部，穿过固定涡旋1的镜板1a的中心部。排气口7b构成被压缩的作业流体流向密闭容器7外的排出部，从密闭容器7内向外部突出。
接通电动机8，驱动轴6旋转驱动后，驱动轴6的曲轴6a进行离心旋转，此曲轴6a的离心旋转通过旋转轴承被传送到旋转涡旋2。其结果，旋转涡旋2以固定涡旋1的轴线为中心，以一定距离的旋转半径进行旋转运动。
由于此旋转涡旋2的旋转运动，在各盖板(lap)部1b、2b之间形成的压缩室随着向中央部移动而连续缩小，从吸入口7a吸入的作业流体依次被压缩，被一定压力压缩的作业流体从排气口1c排到密闭容器7内。所排出的作业流体通过固定子8a、转子8b的周围，充满整个密闭容器7内。密闭容器7内的作业流体通过排气口7b被引导到密闭容器7外的冷冻循环系统。
如图3所示，电动机8由自我启动式电动机构成。固定子8a在内周附近等距离地形成多个槽，同时在此槽内有3相绕线8c。转子8b同时具备2极磁化的永久磁石8d和在外围附近等距离地埋设有多个导体的篮筐状导体8e。永久磁石8d的各磁极分割为多个磁石，3个N极磁石和3个S极磁石形成圆周状。
如图4及图5所示，压缩机10通过切换装置23及反相器装置12与3相交流的商用电源11相连接。
如图6所示，反相器装置12将来自交流电源11的交流电压在转换器部222a中转为直流，将直流/交流反相器的反相器部221a通过控制装置24作为交流频率控制，据此，可变换旋转数地驱动压缩机10。转换器部222a由多个整流元素222电桥式结线构成。反相器部分221a是有如下构成的电力变换装置，转换元件221UP、221UN、221VP、221VN、221WP、221WN三相电桥式结线，飞轮元件223与这些元件连接。
转换器部222a与反相器部221a之间由平滑用电容251连接。另外，转换器部222a和反相器部221a通过串联磁性开关253和功率因数用电抗器252而进行连接。磁性开关253的接点间连接有突入抑制阻抗244。
控制装置24同以下设备连接，即驱动控制装置所需的电源线路233、驱动反相器部221a所需的驱动电路232、检测反相器装置12的温度(图例中的指第1基板220的温度)所需的温度检测设备261、检测供给反相器部221a的直流电压所需的电压检测设备260、检测从反相器部221a供给到压缩机10的电流所需的电流检测设备234。
在第1基板220上搭载有转换器部222a、反相器221a及检测温度设备261。在第2基板230上搭载有电源线路233、驱动线路232、电压检测设备260、电流检测设备234及接口用连接器229。
控制装置24通过接口241与搭载在循环控制基板254上的装置相连接。接口241具备接口用连接器242及光耦合器243，并搭载在第3基板240上。
如图4及图5所示，切换装置23由2个切换开关23a、23b和旁路配线23c构成。切换开关23a将压缩机10与反相器装置12和旁路配线23c切换连接，切换开关23b将商用电源11与反相器装置12和旁路配线23c切换连接。即，切换装置23的构成使压缩机10可切换为商用电源下的定速度运转和反相器装置下的可变速运转。
控制装置24的构造是，根据检测空气调和机使用者所操作的操作装置25和空气调和机的运转状态的检测感应器等的信号控制反相器装置12及切换装置23的同时，检测出反相器装置12的故障以控制切换装置23。操作装置25由遥控器等构成，检测感应器由检测室内温度、室外温度、冷冻循环的各部温度、室内湿度等的感应器构成。
通常，压缩机10通过反相器装置12与商用电源11连接运行，在现有技术1的压缩机中，为控制驱动无刷DC发动机的反相器装置，需要检测转子的磁极位置，控制电流位相的功能，以使磁极位置和固定子绕线所产生的磁极位置的关系达到最佳。
可是，在本实施例中，反相器装置12不需一定具有电流位相控制功能。即，电动机8在从启动到同步旋转期间，通过3相绕线8c及篮筐状导体8e的作用作为诱导电动机而运行，到达同步旋转后，通过3相绕线8c及永久磁石8d的作用作为同步电动机运行。因此，反相器装置12的电流位相控制和电动机8不需要一致，既可简化反相器装置12的控制，也不易发生压缩机10的不良启动。而且，电动机8在同步旋转过程中，转子8b不发生2次电流，所以运行效率高，转差率为0，所以对提高性能有效。此外，通过反相器装置12可以变化同步旋转数，可以进行压缩机10的容量控制。
反相器装置12发生故障时，由温度检测设备261、电压检测设备260及电流检测设备234检测出后，运行控制装置24，如图5所示切换切换装置23，将压缩机10与商用电源11直接连接。据此，可作为定速型压缩机继续运行压缩机10。即，反相器装置12在检测出变换装置12的故障后，根据此将切换开关23a、23b从反相器装置12方自动切换连接到旁路配线23c方。
从上述说明可以明确，通过本发明可以得到使用廉价的反相器控制以实现启动性能良好且高效运行的压缩机驱动装置及冷冻空调装置。
另外，根据本发明，可得到在使用廉价的反相器控制可实现启动性能良好且高效运行的、同时即使反相器装置发生故障，也可由商用电源进行运行的可靠性高的压缩机驱动装置及冷冻空调装置。

Claims (6)

1、一种压缩机驱动装置，具有以下特征：具备具有吸入流体将其压缩的压缩设备部及驱动上述压缩设备部的电动机的压缩机、以可变速度驱动上述电动机的反相器装置和切换上述压缩机及上述反相器装置连接的切换装置；
上述电动机由在转子上具有篮筐状导体及磁化的永久磁石的自我启动式电动机构成；
上述切换装置的构成使上述电动机可在商用电源下的定速度及上述反相器装置下的可变速度的任何一种情况下都可切换运行，
其中，上述电动机在转子上具有2极的永久磁石。
2、权利要求1的压缩机驱动装置，具有以下特征：具有以下控制装置，在检测出上述反相器装置的故障时，可将上述切换装置由上述反相器装置下的可变速度运行自动切换到商用电源下的定速度运行。
3、权利要求1的压缩机驱动装置，具有以下特征：将上述永久磁石的各极分割为多个永久磁石，并使其沿着上述转子的圆周配置。
4、一种冷冻空调装置，具有以下特征：它具有将压缩机、室外热交换器、膨胀装置、室内热交换器以冷媒配管连接的冷冻循环系统、和以可变速度驱动上述压缩机的反相器装置、和切换上述压缩机及上述反相器装置连接的切换装置、和控制上述压缩机的控制装置；
上述压缩机由吸入流体将其压缩的压缩设备部、和驱动上述压缩设备部的电动机、和收放上述压缩设备部及上述电动机的密闭容器构成；
上述控制装置的构成为根据控制信号控制上述反相器装置；
上述电动机由在转子上具有篮筐状导体及磁化的永久磁石的自我启动式电动机构成；
上述切换装置的构成使上述电动机可在商用电源下的定速度及上述反相器装置下的可变速度的任何一种情况下都可切换运行，
其中，上述电动机在转子上具有2极的永久磁石。
5、权利要求4的冷冻空调装置，具有以下特征：具有以下控制装置，在检测出上述反相器装置的故障时，可将上述切换开关由上述反相器装置下的可变速度运行自动切换到商用电源下的定速度运行。
6、权利要求4的冷冻空调装置，具有以下特征：将上述永久磁石的各极分割为多个永久磁石，并使其沿着上述转子的圆周配置。
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