JP2001200786A

JP2001200786A - 圧縮装置

Info

Publication number: JP2001200786A
Application number: JP2000008897A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murakami; 浩村上; Shinichirou Kawano; 慎一朗川野; Yukio Honda; 幸夫本田; Yukihiro Okada; 幸弘岡田; Toshiyuki Tamamura; 俊幸玉村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】低電圧バッテリーをコンプレッサモータの電
源に用いると、大電流型のモータになり回転型モータに
とって、非常に不利な構成となる。本発明は、電気自動
車等に使用される燃料電池あるいはガソリンエンジン車
のバッテリー等によって駆動される冷房用の圧縮機用モ
ータにおいて、上記の課題を解決する大電流モータを提
供するものである。【解決手段】上記目的を満足するために本発明は、直
流電圧を発生する直流電池と、この直流電圧により駆動
するリニアモータを有するリニア式圧縮機とを備える圧
縮装置であり、高速駆動時でも直線運動するので遠心力
が加わらず可動子の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直流蓄電器によって
駆動される圧縮装置に関する発明である。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車等に使用される燃料電池ある
いはガソリンエンジン車のバッテリー等によって駆動さ
れる冷房用の圧縮機用モータは、従来、家庭用エアコン
等に一般に使用されている回転型ＤＣブラシレスモータ
を流用して駆動されていた。従来の家庭用エアコンに使
用されるコンプレッサモータのブロック図を図２に示
す。図２において交流電源電源７は家庭用の100Vあるい
は200V用いており、これをダイオードブリッジなどがら
構成される直流変換部６で直流に変換し、インバータ部
２によりモータ８の回転位置に対応した最適な電流を流
すことでモータを駆動している。図４は家庭内で使用さ
れるエアコン用圧縮機に搭載されている回転型モータの
一例を示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電気自動車等で使用さ
れるコンプレッサモータは、家庭用エアコン用モータを
流用する場合は、図３に示すように交流電源の代わりに
直流バッテリー１を使用する。しかしながら、バッテリ
ーの電圧は家庭用で使用されている交流電源より低い場
合が多く、１２Ｖから６０Ｖ程度が一般的である。直流
部の電圧が低くなった場合、同じ負荷ポイントで駆動す
るには、モータの巻線仕様を改良して巻数を減らして対
応するが、モータの巻線には大電流が流れる。例えば２
００Ｖで駆動していた家庭用のエアコン用モータを直流
１２Ｖのバッテリーで駆動する場合、電流は約１６倍に
もなり、１００Ａを超えるの大電流がモータの巻線に流
れることになる。この大電流により大きな銅損が発生し
て、モータの効率が著しく低下してしまう。また、大電
流により回転子の永久磁石が減磁してしまう可能性もあ
り、回転子の信頼性の面からも回転型モータでは不利な
構成である。

【０００４】このような場合は、大電流による銅損を少
しでも低減するため、線径の太い銅線を巻くことになる
が、太い線径の銅線をを巻く工程は量産を考えると非常
に困難である。

【０００５】一方、このような用途にはモータ仕様を高
速回転型のモータにして、回転数で出力を稼ぐ方法があ
る。モータの出力Ｐは（１）式で示される。

【０００６】

【数１】

【０００７】ここで、Ｐはモータ出力、Ｔはトルク、ω
は回転数、φは鎖交磁束、Ｉは電流である。バッテリー
駆動のコンプレッサモータは大電流Ｉが流れるので、Ｉ
を低減して同じ出力を維持するには、回転数ωをアップ
すれば良い。この場合10000rpmを超える回転数が必要に
なり、回転子に永久磁石を利用する従来型の回転モータ
では過大な遠心力による応力がロータに加わり信頼性が
悪くなるという欠点を有している。

【０００８】このように低電圧バッテリーをコンプレッ
サモータの電源に用いると、大電流型のモータになり回
転型モータにとって、非常に不利な構成となる。

【０００９】本発明は、電気自動車等に使用される燃料
電池あるいはガソリンエンジン車のバッテリー等によっ
て駆動される冷房用の圧縮機用モータにおいて、上記の
課題を解決する大電流モータを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するため
に本発明は、直流電圧を発生する直流電池と、この直流
電圧により駆動するリニアモータを有するリニア式圧縮
機とを備える圧縮装置であり、高速駆動時でも直線運動
するので遠心力が加わらず可動子の信頼性が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、直流電圧を発生する直
流電池と、この直流電圧により駆動するリニアモータを
有するリニア式圧縮機とを備える圧縮装置であり、高速
駆動時でも直線運動するので遠心力が加わらず可動子の
信頼性が向上する。

【００１２】更に、本願発明のリニア式圧縮機は、直線
振動をする可動子と、この可動子と連結したバネ手段と
を備え、前記可動子の重さと、前記バネ手段とのバネ定
数により決定される共振周波数で共振振動する共振型の
リニアモータを用いることで、大電流が必要となる低電
圧バッテリーを電源とするときでも、太い巻線を巻く作
業が簡単になる。共振現象を用いるため、共振周波数で
駆動することで駆動電流を大幅に低減することが可能に
なる等の効果が出て、従来型の回転型モータを利用する
より総合的に優れた構成を実現できる。

【００１３】また、本願発明の圧縮装置は直流電池の電
圧は６０Ｖ以下の低電圧で駆動するとよい。

【００１４】また、本願発明は、リニア駆動する可動部
が鉄等の磁性体で構成されしてもよいし、リニア駆動
する可動部が電流を流すコイルで構成されてもよいし、
リニア駆動する可動部が永久磁石で構成されてもよい。

【００１５】また、バネ手段が機械的バネによって構成
されてもよいし、圧縮機によって圧縮される冷媒ガスの
ガスバネによって構成されてもよいし、リニア駆動する
可動部の共振手段が可動部永久磁石の磁束による磁気バ
ネによって構成されてもよい。

【００１６】また、本願発明の圧縮装置を電気自動車の
空調機器に用いてもよい。

【００１７】

【実施例】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例を
示した図である。図１において、１がバッテリー、２が
インバータ部、３がリニアモータ、４がリニアモータの
巻線コイル、５がリニアモータの可動子である。図６は
図１において、共振現象を用いて駆動するリニアモータ
の一例を示している。図７において、１５は可動子、１
６は共振用バネ、１７は鉄などの磁性体からなるモータ
フレーム、１８はコイル、１９は永久磁石である。図６
に示すリニアモータは、コイル１８に交流電流を流すこ
とで、永久磁石１９の磁束との相互作用で、図に示す方
向に往復運動する。共振バネ１９のバネ定数をｋ、可動
子１５の質量をｍとすると、共振周波数ｆは次式で示さ
れる。

【００１８】

【数２】

【００１９】したがって（２）式で示される周波数でモ
ータに電流を流すことで、リニアモータは共振周波数で
往復運動を行いその消費電流を低減することができる。
また、リニアモータの巻線コイルは図６の例に示すよう
に、円筒状の可動子の外周に巻くため、線形の太い銅線
を巻く場合でも、従来の回転型モータより容易に巻くこ
とが出来る。

【００２０】また、可動子が直線運動をするため、回転
型モータのように遠心力が働かず、高速で駆動した場合
でも、高い信頼性を得ることが出来る。このように、直
流蓄電池（バッテリー）を駆動電源として駆動する圧縮
機モータに、モータが特定の周波数で共振駆動するリニ
アモータを用いると、生産性、性能、信頼性の面で従来
の回転型モータを使用する場合に比べて大きな利点が得
られる。

【００２１】（実施例２）図５は本発明の第２の実施例
を説明した図である。図５は円筒状の鉄片可動型リニア
モータを示した図であり、１４は固定子、１５は鉄など
の磁性体からなる可動子、１６はバネ、１８はコイルで
ある。この構成のリニアモータはコイル１８に電流を流
すことで、可動子１５が左側に吸引され、電流を切ると
バネの力で右側に押し出される。この電流のオン、オフ
動作を共振周波数で行うことで駆動される。このタイプ
のリニアモータは、往復運動する可動子が磁石やコイル
を用いずに、鉄のみから構成されているので構造が簡単
で低コストのモータを提供でき、高速駆動した場合で
も、信頼性の高いリニアモータである。また、鉄の吸引
力を利用する原理を用いているので、温度上昇時の特性
低下が小さく、高温環境で駆動するコンプレッサモータ
に適した構造である。このタイプのモータを、直流蓄電
池（バッテリー）を駆動電源として駆動する圧縮機に用
いることで、低コストで信頼性の高い圧縮機モータを実
現することが可能である。

【００２２】（実施例３）図６は本発明の第３の実施例
を説明した図である。図６は円筒状のムービングコイル
型リニアモータを示した図であり、１５は可動子、１６
はバネ、１８はコイル、１９は永久磁石である。永久磁
石１９は円筒形状をしており、その内径面および外径面
がが同じ極性を生ずるように着磁されている。可動子１
５の表面にはコイル１８が巻かれており、コイル１８に
交流電流を流すことで、可動子１５は往復運動をする。
また、交流電流をの周波数を共振周波数で流すことで共
振駆動することが可能である。

【００２３】このタイプのモータは、可動子の質量が軽
量化出来るので、モータの応答性が向上し容易に高速振
動させることが出来る。また、可動子の質量が軽いた
め、共振手段で用いるバネのバネ常数も小さく出来るた
め簡易なモータ構造にすることが出来る。したがって、
大電流、高速駆動が必要である直流蓄電池（バッテリ
ー）を駆動電源として駆動する圧縮機にこのタイプのモ
ータは非常に適した構造である。

【００２４】（実施例４）図７は本発明の第４の実施例
を説明した図である。図７は円筒形状のムービングマグ
ネット型リニアモータを示しており、１４は固定子、１
５は可動子、１６はバネなどの共振手段、１８はコイ
ル、１９は永久磁石である。円筒形状の可動子の表面に
は永久磁石１９が固定されており、その内径面および外
径面が同じ極性を生ずるように着磁されている。固定子
１４のスロットにはコイル１８が巻かれており、コイル
１８に交流電流を流すことで、可動子１５は往復運動を
する。また、交流電流の周波数を共振周波数で流すこと
で共振駆動することが可能である。このタイプのモータ
は永久磁石を可動子に利用しているので大きな推力常数
を得ることができ、消費電流を小さくすることが可能で
ある。したがって、大電流、高速駆動が必要である直流
蓄電池（バッテリー）を駆動電源として駆動する圧縮機
にこのタイプのモータを利用することで、消費電流を低
減でき、小型、高効率な圧縮機モータを実現することが
可能である。

【００２５】（実施例５）実施例５は実施例１の直流蓄
電池（バッテリー）を駆動電源として駆動する圧縮機用
リニアモータを特定の周波数で共振駆動させる共振手段
に機械的バネを用いた構造のリニアモータであり、コイ
ル形状や平板形状の機会バネを用いることで、容易にリ
ニアモータの可動子を共振運動させることが可能にな
る。機械バネはバネ常数を任意に設計することが容易
で、様々な共振周波数で駆動させることが可能になる。

【００２６】（実施例６）図８は第６の実施例を示した
図である。図８において、２３圧縮機の圧縮部、２０が
シリンダ、２１がピストン、２２が圧縮室である。この
図は、図６で示したムービングコイル型リニアモータの
可動子１５とピストン２１を直結して可動子１５を共振
周波数で往復運動させることで圧縮室２２内の冷媒ガス
を圧縮する構成である。冷媒ガスは圧縮されると圧力が
増すため、バネと同様の作用をする。この冷媒ガスのバ
ネ作用を共振手段に利用することで機械的バネを省くこ
とができ、部品点数を削減でき、小型でシンプルな構造
にすることが可能となる。

【００２７】（実施例７）実施例７は実施例１の直流蓄
電池（バッテリー）を駆動電源として駆動する圧縮機用
リニアモータを特定の周波数で共振駆動させる共振手段
に永久磁石の磁気バネを用いた構造のリニアモータであ
る。図７に示すムービングマグネット型のリニアモータ
は可動子に永久磁石を用いているため、可動子が図示の
位置を中心に左右に動かすと中心に戻ろうとするディテ
ント力が働き、この力はバネと同様の作用をする。

【００２８】希土類系の磁束密度の高い高性能磁石や、
磁石中央部の表面をを切り欠いて凹凸を付けることで大
きなディテント力が得られて、機械バネを用いずに磁気
バネ作用のみで共振駆動することが可能であり、部品点
数を削減でき、小型でシンプルな構造にすることが可能
となる。

【００２９】

【発明の効果】上記実施例の記載から明らかなように、
本発明は直流電圧を発生させる直流蓄電池（バッテリ
ー）を駆動電源として駆動する圧縮機において、圧縮機
を駆動する圧縮機用モータが特定の周波数で共振駆動す
るリニアモータを利用することで、バッテリの供給電圧
が低い場合の大電流型、高速駆動型モータを従来の回転
型モータより容易に構成することが可能となる。共振型
のリニアモータを用いることで、大電流が必要となる低
電圧バッテリーを電源とするときでも、太い巻線を巻く
作業が簡単になる。高速駆動時でも直線運動するので遠
心力が加わらず可動子の信頼性が向上する。共振現象を
用いるため、共振周波数で駆動することで駆動電流を大
幅に低減することが可能になる等の効果を融資、従来型
の回転型モータを利用するより総合的に優れた圧縮機用
モータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示した構成図

【図２】従来の家庭用エアコン用圧縮機モータの構成図

【図３】従来の家庭用エアコン用圧縮機モータを直流蓄
電器によって駆動する場合の構成図

【図４】従来の家庭用エアコン用に搭載されている回転
型圧縮機モータの断面図

【図５】本発明の第２の実施例を示した構成図

【図６】本発明の第３の実施例を示した構成図

【図７】本発明の第４の実施例を示した構成図

【図８】本発明の第６の実施例を示した構成図

【符号の説明】

１直流蓄電器（バッテリ）２インバータ部３リニアモータ部４リニアモータの巻線５リニアモータの可動子６直流変換部７交流電源８回転型モータ部９回転型モータの巻線コイル１０回転型モータの回転子１１回転型モータの固定子１２回転型モータの回転子１３永久磁石１４リニアモータの固定子１５リニアモータの可動子１６バネ１７モータフレーム１８コイル１９永久磁石２０シリンダ２１ピストン２２圧縮室２３圧縮部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本田幸夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者岡田幸弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者玉村俊幸大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3H076 AA02 BB31 BB38 BB40 BB41 BB43 CC02 CC03 CC06 CC99

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電圧を発生する直流電池と、この直
流電圧により駆動するリニアモータを有するリニア式圧
縮機とを備える圧縮装置。
【請求項２】リニア式圧縮機は、直線振動をする可動
子と、この可動子と連結したバネ手段とを備え、前記可
動子の重さと、前記バネ手段とのバネ定数により決定さ
れる共振周波数で共振振動する請求項１記載の圧縮装
置。
【請求項３】直流電池の電圧は６０Ｖ以下である請求
項１記載の圧縮装置。
【請求項４】リニア駆動する可動部が鉄等の磁性体で
構成された請求項１記載の圧縮装置。
【請求項５】リニア駆動する可動部が電流を流すコイ
ルで構成された請求項１記載の圧縮装置。
【請求項６】リニア駆動する可動部が永久磁石で構成
された請求項１記載の圧縮装置。
【請求項７】バネ手段が機械的バネによって構成され
た請求項１記載の圧縮装置。
【請求項８】バネ手段が圧縮機によって圧縮される冷
媒ガスのガスバネによって構成された請求項１記載の圧
縮装置。
【請求項９】バネ手段が可動部永久磁石の磁束による
磁気バネによって構成されたこ請求項１記載の圧縮装
置。
【請求項１０】請求項１記載の圧縮装置を有する電気
自動車。