JP2002155870A - 冷凍サイクル用コンプレッサの運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍サイクル用コンプレッサにおいて、モー
タの低速運転時に、シリンダとピストンとの摺動面間へ
の給油量が不足傾向となることを防止する。 【解決手段】 シリンダ１１とピストン１２の摺動面間
への潤滑油量が減ると、摩擦熱によってシリンダ１１と
ピストン１２の温度が上昇する。シリンダ１１には圧縮
部温度センサ３４が設けられていて、シリンダ１１の温
度が所定値を越えると、主制御部は潤滑油量が少ないと
判断し、モータ１４の回転速度を少し上げる。すると、
モータ１４の回転軸１５に設けられている遠心式給油機
能によって給油通路３０内に汲み上げられる潤滑油量が
増加するので、シリンダ１１とピストン１２の摺動面間
への潤滑油量が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレシプロ型の冷凍サ
イクル用コンプレッサの運転制御装置に係るもので、特
に低速運転時におけるシリンダとピストンとの摺動面間
への給油不足を解消するようにしたものに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば冷蔵庫において
は、レシプロ型のコンプレッサを用い、モータをインバ
ータ制御して効率の良い冷凍運転を行うことが考えられ
ている。レシプロ型のコンプレッサでは、モータの回転
軸に、潤滑油を遠心力で汲み上げる給油機構を設け、こ
の遠心式給油機構により汲み上げた潤滑油を圧縮部と構
成するシリンダとピストンとの摺動面間に供給するよう
にしている。

【０００３】このため、モータが低速度で継続的に運転
されると、潤滑油の供給が不十分なままシリンダとピス
トンとによる圧縮動作を継続するようになり、金属どう
しが直接接触（金属接触）して異常摩耗や焼き付きを招
来したりするという問題がある。

【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、モータの低速運転時において、シリン
ダとピストンとの摺動面間への給油量が不足傾向となる
ことを防止できる冷凍サイクル用コンプレッサの運転制
御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
コンデンサ、絞り装置、エバポレータなどに連結され、
回転速度の制御が可能なモータを圧縮部のピストンの駆
動源とするレシプロ型のコンプレッサと、前記圧縮部の
温度を検出する圧縮部温度センサと、前記モータを制御
する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記コンプレ
ッサのモータの低速運転中に、前記圧縮部温度センサが
設定値以上の温度を検出したとき、前記モータの回転速
度を所定回転数だけ上昇させることを特徴とするもので
ある。

【０００６】上記の手段によれば、モータの低速運転時
に、圧縮部への給油量が不足状態となることを防止でき
る。すなわち、圧縮部への給油量が減少すると、潤滑油
による冷却不足が生じたり、ピストンがシリンダとの間
に十分な油膜が形成されず、金属接触状態の傾向を呈す
るので、圧縮部の温度が上昇する。すると、圧縮部温度
センサが所定値異常の温度を検出するようになるので、
制御手段はモータを所定回転数だけ上昇させる。これに
より、遠心式給油機構の汲み上げ湯量が増加するので、
圧縮部への給油量が増加し、良好なる油潤滑のもとで圧
縮部を運転できる。

【０００７】請求項２の発明は、シリンダからの吐出ガ
スの温度を検出する吐出ガス用温度センサを設け、この
シリンダ用温度センサの検出温度と吐出ガス用温度セン
サの検出温度との差が所定値以上になったとき、モータ
の回転速度を所定回転数だけ上昇させることを特徴とす
る。

【０００８】外気温度が変化すると、その影響を受けて
圧縮部の温度は変化する。また、圧縮部から吐出される
ガスの温度も、外気の温度の影響を受ける。このため、
同程度の潤滑油不足であっても、外気温が高い時と低い
時とでは、圧縮部の温度上昇程度は異なる。このこと
は、場合によっては、潤滑油不足による圧縮部の温度上
昇を検出できないことがあるという不具合を生ずる。上
記請求項２の手段によれば、このような不具合を解消で
きる。すなわち、圧縮部と吐出ガスはいずれも外気温の
影響を受けるから、潤滑油量が十分な時は、双方の温度
差は小さい。しかし、潤滑油量が不足してくると、摩擦
熱を発生する圧縮部の温度が上昇するため、圧縮部と吐
出ガスとの温度差は大きくなる。そして、両者の温度差
が所定値以上になると、モータの回転数を上昇させるの
で、遠心式給油機構の汲み上げ湯量が増加し、良好なる
油潤滑の下で圧縮部を運転できる。

【０００９】請求項３の発明は、圧縮部のシリンダとピ
ストンとの間の電気的導通を検出する導通センサを設
け、この導通センサが圧縮部のシリンダとピストンとの
間の電気的導通を検出したとき、モータの回転速度を所
定回転数だけ上昇させることを特徴とする。

【００１０】上記構成によれば、潤滑油が不足すると、
シリンダとピストンが金属接触を起して電気的に導通し
た状態となるので、潤滑油不足を確実に検出してモータ
の回転数の上げることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明をファンクール式冷
蔵庫に適用した第１実施例につき、図１ないし図４を参
照しながら説明する。この実施例の冷蔵庫は、冷蔵室、
野菜室、製氷室、冷凍室などを備え、冷蔵室と野菜室を
図４に示すＲエバポレータ１によって冷却し、製氷室と
冷凍室を同じく図４に示すＦエバポレータ２によって冷
却するようにしている。

【００１２】図４は冷凍サイクルを示しており、コンプ
レッサ３の吐出口３ａは、デリバリパイプ４を介してコ
ンデンサ５に接続され、このコンデンサ５は切換弁６の
流入口に接続されている。切換弁６は流入口の他に２つ
の流出口を有した三方弁からなり、その一方の流出口は
絞り装置としての第１キャピラリチューブ７、前記Ｒエ
バポレータ１およびＦエバポレータ２を直列に介してコ
ンプレッサ３の吸入口３ｂにサクションパイプ８を介し
て接続されている。また、切換弁６の他方の流出口は絞
り装置としての第２キャピラリチューブ９を介して前記
Ｆエバポレータ２に接続されている。

【００１３】前記コンプレッサ３は、レシプロ型の密閉
式コンプレッサから構成され、図１に示すように、密閉
ケース１０内にシリンダ１１とピストン１２から構成さ
れる圧縮部１３、この圧縮部１３のピストン１２を駆動
（往復移動）するモータ１４とを設けてなる。モータ１
４は縦軸形に配置され、その回転軸１５の下端部は、密
閉ケース１０の内底部に溜められた潤滑油中に浸漬され
ている。

【００１４】圧縮部１３はモータ１４の上部に配置され
ており、ピストン１２に設けられたコネクティングロッ
ド１６がモータ１４の回転軸１５の上端部に設けられた
偏心ピン１７に連結されている。そして、回転軸１５が
回転すると、偏心ピン１７の回転運動がピストン１２の
往復運動に変換され、サクションパイプ８から密閉ケー
ス１０内に戻された冷媒ガスをシリンダ１１内に吸入し
且つ圧縮してデリバリパイプ４に吐出するようになって
いる。

【００１５】モータ１４は、ステータコア１８にＵ、
Ｖ、Ｗの３相のコイル１９を巻装してなるステータ２０
と、回転軸１５に固定されたロータコア２１に永久磁石
２２を設けてなるロータ２３とを主体とする回転速度制
御可能な三相直流ブラシレスモータからなる。このモー
タ１４は、図３に示すインバータ装置２４によって制御
される。

【００１６】インバータ装置２４は、商用交流電源を整
流して直流電源に変換する整流回路２５と、インバータ
主回路２６と、ゲートドライブ回路２７と、インバータ
制御部２８と、制御手段としての主制御回路２９とから
構成されている。インバータ主回路２６は、６個のトラ
ンジスタをブリッジ接続して構成され、整流回路２５の
出力側に接続されている。

【００１７】一方、主制御部２９は、モータ１４の運転
周波数（回転数）を設定してインバータ制御部２８に出
力する。インバータ制御部２８は、主制御部２９からの
運転周波数と、前記ロータ２３の回転位置を検出する位
置検出回路（図示せず）からの位置情報とに基づいてＰ
ＷＭ信号を形成し、ゲートドライブ回路２７に出力す
る。ゲートドライブ回路２７は、フォトカプラ（図示せ
ず）を主体とするもので、インバータ制御部２８から与
えられるＰＷＭ信号に基づいてゲートドライブ信号を形
成し、インバータ主回路２６のトランジスタをオンオフ
制御する。これにより、ロータ２３が主制御部２９によ
り設定された回転数で回転し、コンプレッサ３を運転す
る。

【００１８】主制御部２９は、冷蔵庫全体を制御するも
ので、冷蔵室温度センサ３０、冷凍室温度センサ３１の
温度情報に基づいて切換弁６を制御し、冷媒をＲとＦの
両エバポレータ１および２に供給したり、Ｆエバポレー
タ２のみに供給したりして冷蔵室、野菜室および冷凍室
を所定の温度範囲に維持する。また、冷蔵室温度センサ
３０、冷凍室温度センサ３１の温度情報から熱的負荷の
大きさを判断し、モータ１４の運転周波数を設定する。
従って、熱的負荷が小さい場合には、モータ１４は低速
度で回転する状態にされる。

【００１９】さて、モータ１４には、密閉ケース１０の
内底部に溜められた潤滑油を汲み上げて各部に供給する
遠心式給油機構が設けられている。すなわち、モータ１
４の回転軸１５には、下端面の中心から斜め上方に延び
る給油通路３０が形成されている。この給油通路３０
は、下端が回転軸１５の下端面の中心において開口し、
上端が回転軸１５の外周面に形成されたスパイラル溝３
１に連通している。なお、スパイラル溝３１は、回転軸
１５を支持する軸受３２に対応する部位に形成されてい
る。そして、スパイラル溝３１の上端は偏心ピン１６の
中心部に形成された給油通路３３に連通している。

【００２０】このような遠心式給油機構において、潤滑
油は、通常、回転軸１５の下端部分を十分に浸し得る程
度の量が密閉ケース１０の内底部に溜められているた
め、回転軸１５が回転すると、給油通路３０が斜め上方
に延びて偏心していることから、潤滑油が遠心力によっ
て給油通路３０内にその下端開口から吸い上げられる。
給油通路３０内に吸い上げられた潤滑油は、スパイラル
溝３１に押し上げられてその一部が回転軸１５と軸受３
２との摺動面間に供給される。スパイラル溝３１を通過
した潤滑油は、偏心ピン１７の給油通路３３に押し上げ
られ、該給油通路３３の上端から飛散されてシリンダ１
１とピストン１２の摺動面間などに供給される。以上の
ような遠心式給油機構によってコンプレッサ３の各部の
摺動部分の潤滑が行われる。

【００２１】潤滑油量が不足すると、シリンダ１１とピ
ストン１２との摩擦熱によって圧縮部１３の温度が高く
なる。この温度上昇を検出するために、シリンダ１１に
は、その内壁面近くに位置して圧縮部温度センサ３４が
設けられている。そして、この圧縮部温度センサ３４の
検出温度は主制御部２９に入力される。主制御部２９
は、モータ１４が低速度で運転されている間、圧縮部温
度センサ３４からの温度情報によって潤滑油量の供給不
足を判断するように構成されている。なお、モータ１４
の低速運転とは、この実施例では２７回転／秒程度の回
転数である。

【００２２】モータ１４の低速運転中の制御内容を図２
のフローチャートをも参照しながら説明する。主制御部
２９は、モータ１４の低速運転の制御ルーチンに入る
と、まず、圧縮部温度センサ３４の検出温度を取り込ん
で、その検出温度が設定値である１５０℃を越えている
か否かを判断する（ステップＳ１）。１５０℃を越えて
いれば、主制御部２９はステップＳ１で「ＹＥＳ」と判
断し、次のステップＳ２でモータ１４が現在の回転数よ
り５回転／秒だけ増速するように運転周波数を出力し、
その後、圧縮部温度センサ３４の検出温度が１５０℃以
下となったか否かを判断するステップＳ３に移行する。

【００２３】さて、上記のように主制御部２９がモータ
１４を増速するための運転周波数を出力すると、モータ
１４の回転数が上昇し、給油通路３０に汲み上げられる
潤滑油量が増加するため、給油通路３３から圧縮部１３
に飛散される潤滑油量が増加する。これにより、シリン
ダ１１とピストン１２との摺動面間が良好に潤滑される
よになり、摩擦熱の発生が抑えられると共に、飛散され
る潤滑油により冷やされる。

【００２４】このようにしてシリンダ１１の温度が下が
り、１５０℃以下になると、主制御部２９はステップＳ
３で「ＹＥＳ」と判断し、次のステップＳ４でモータ１
４が通常の低速回転（２７回転／秒）に戻るように運転
周波数を出力して前述のステップＳ１に戻り、以下、上
述のような動作を繰り返し実行する。

【００２５】このように本実施例によれば、圧縮部１３
に供給される潤滑油の量が不足してシリンダ１１の温度
が上昇すると、モータ１４の回転を上げて圧縮部１３へ
供給される潤滑油量が増えるようにしたので、シリンダ
１１とピストン１２とが焼き付いてコンプレッサ３の故
障に至るという問題を解消することができる。また、こ
の場合のモータ１４の回転速度の増加は僅か（５回転／
秒）であるので、低速運転による消費電力の低減効果を
それほど損なうことはない。

【００２６】そして、低速回転時に、潤滑油量が不足し
た場合、これを検出して潤滑油量を増やすことができる
ので、コンプレッサ３を低速運転する場合に、その通常
の低速回転をより低く設定して省電力効果を向上させる
ことができる。

【００２７】図５および図６は本発明の第２実施例を示
すもので、上記第１実施例との相違は、圧縮部温度セン
サ３４に加えて、冷媒温度センサ３５を設けたところに
ある。この冷媒温度センサ３５は、圧縮部１３から吐出
される冷媒の温度を検出するためのもので、デリバリパ
イプ４のうち、圧縮部１３から導出された直後の密閉ケ
ース１０内に位置する部分に設けられている。

【００２８】この実施例では、主制御部２９は、図６の
フローチャートに示す内容の回転制御を実行する。すな
わち、主制御部２９は、まず、圧縮部温度センサ３４と
冷媒温度センサ３５の検出温度を取り込んで、圧縮部１
３の温度から冷媒温度を差し引いた値が所定値、例えば
２０℃を越えているか否かを判断する（ステップＳＡ
１）。上記温度差が２０℃を越えていた場合、主制御部
２９はステップＳＡ１で「ＹＥＳ」となって次のステッ
プＳＡ２に移行し、ここでモータ１４が現在の回転数よ
り５回転／秒だけ増速するように運転周波数を出力し、
その後、圧縮部温度センサ３４と冷媒温度センサ３５の
検出温度の差が２０℃以下となったか否かを判断する。

【００２９】そして、モータ１４の増速によって上述し
たと同様に給油通路３３から圧縮部１３に飛散される潤
滑油量が増加するので、シリンダ１１の温度が下がり、
その結果、圧縮部温度センサ３４と冷媒温度センサ３５
の検出温度の差が２０℃以下になると、主制御部２９は
ステップＳＡ３で「ＹＥＳ」と判断し、次のステップＳ
Ａ４でモータ１４が通常の低速回転の戻るように運転周
波数を出力して前述のステップＳＡ１に戻り、以下、上
述のような動作を繰り返し実行する。

【００３０】このように本実施例では、圧縮部温度セン
サ３４と冷媒温度センサ３５の検出温度の差によって圧
縮部１３への潤滑油の供給量が不足していることを判断
するようにしたので、外気温度の影響が少ない状態で上
記の判断を行うことができる。すなわち、シリンダ１１
の温度は外気温度の影響を受け易く、同程度の潤滑油不
足であっても、外気温が高ければ、それだけ高い温度を
呈する。このため、シリンダ１１の温度だけで潤滑油不
足を判断すると、外気温度が高い場合、潤滑油不足でな
くとも、潤滑油不足と判断してしまうおそれがある。

【００３１】ところで、圧縮部１３からの吐出されるガ
ス冷媒の温度も、外気温の影響を受ける。このため、シ
リンダ１１の温度と吐出冷媒の温度とは、外気温が高け
れば共に高い温度を呈するので、両者の温度の差は、同
程度の潤滑油不足であれば、外気温の高低とはほぼ無関
係に或る範囲内に収まることとなる。従って、本実施例
によれば、外気温度の影響を受けることなく、より正確
に潤滑油不足を判断することができる。

【００３２】図７および図８は本発明の第３実施例を示
すもので、この実施例は潤滑油不足になると、シリンダ
１１とピストン１２とが金属接触を起すので、この金属
接触を電気的に検出して潤滑油不足を判断するようにし
たものである。

【００３３】すなわち、図７に示すように、シリンダ１
１にプラス側電源Ｖｃｃを抵抗３６を介して接続し、ピ
ストン１２をグランド側に接続する。そして、抵抗３６
のシリンダ１１との接続側の電位（以下、シリンダ１１
の電位）を主制御部２９に入力するようにして導通セン
サ３７を構成している。そして、潤滑が十分に行われて
いるときには、シリンダ１１とピストン１２の摺動面間
に油膜が形成されているので、両者間は金属接触にはな
らず、従ってシリンダ１１の電位はハイとなっている。
潤滑不足になるとシリンダ１１とピストン１２の摺動面
間には金属接触部分ができるので、両者間は電気的に導
通し、シリンダ１１の電位はロウとなる。

【００３４】この実施例では、主制御部２９は、図８の
フローチャートに示す内容の回転制御を実行する。すな
わち、主制御部２９は、まず、シリンダ１１の電位がロ
ウであるか否かを判断する（ステップＳＢ１）。シリン
ダ１１の電位がロウである場合（金属接触発生）には、
ステップＳＢ２で「ＹＥＳ」となって次のステップＳＢ
３に移行し、ここでモータ１４が現在の回転数より５回
転／秒だけ増速するように運転周波数を出力し、その
後、シリンダ１１の電位がハイであるか否かを判断する
ステップＳＢ３に移行する。

【００３５】そして、モータ１４の増速によって圧縮部
１３に飛散される潤滑油量が増加するので、シリンダ１
１とピストン１２との間に油膜が形成される。このた
め、両者間の金属接触はなくなり、シリンダ１１の電位
はハイとなる。すると、主制御部２９はステップＳＢ３
で「ＹＥＳ」と判断し、次のステップＳＢ４でモータ１
４が通常の低速回転の戻るように運転周波数を出力して
前述のステップＳＢ１に戻り、以下、上述のような動作
を繰り返し実行する。

【００３６】このように本実施例によれば、シリンダ１
１とピストン１２とが電気的に導通しているか否かによ
って潤滑の良否を判断するので、潤滑油不足によりシリ
ンダ１１とピストン１２とが金属接触状態で運転されて
いることを正確に検出することができる。

【００３７】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは
変更が可能である。冷蔵庫の冷凍サイクルに限られず、
エアコンの冷凍サイクルなど、冷凍サイクル一般に広く
適用することができる。第１および第２実施例におい
て、圧縮部温度センサ３４はピストン１２の温度を検出
するように構成しても良い。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明では、圧縮部の温度によ
り潤滑油不足を判断し、潤滑油不足であった場合に、モ
ータの回転数を上昇させて潤滑油量を増やすようにした
ので、シリンダとピストンとが異常摩耗したり、焼き付
いたりすることを防止できる。請求項２の発明では、圧
縮部の温度と圧縮部から吐出される冷媒の温度との差が
所定値を越えたとき、潤滑油量の不足と判断するので、
外気の影響を受けない状態で潤滑の良否を判断すること
ができる。

【００３９】請求項３の発明では、シリンダとピストン
との電気的導通によって潤滑油量の不足と判断するの
で、より正確に潤滑油不足を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すコンプレッサの縦断
側面図

【図２】モータの低速運転時の制御内容を示すフローチ
ャート

【図３】電気的構成を示すブロック図

【図４】冷凍サイクル構成図

【図５】本発明の第２実施例を示すコンプレッサの横断
面図

【図６】図２相当図

【図７】本発明の第３実施例を示す圧縮部の断面図

【図８】図２相当図

【符号の説明】

図中、５はコンデンサ、７、９は第１、第２のキャピラ
リチューブ（絞り装置）、１０は密閉ケース、１１はシ
リンダ、１２はピストン、１３は圧縮部、１４はモー
タ、１５は回転軸、１７は偏心ピン、２９は主制御部
（制御手段）、３０は給油通路、３１はスパイラル溝、
３３は給油通路、３４は圧縮部温度センサ、３５は冷媒
温度センサ、３７は導通センサである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンデンサ、絞り装置、エバポレータな
   どに連結され、回転速度の制御が可能なモータを圧縮部
   のピストンの駆動源とするレシプロ型のコンプレッサ
   と、 前記圧縮部の温度を検出する圧縮部温度センサと、 前記モータを制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記コンプレッサのモータの低速運転
   中に、前記圧縮部温度センサが設定値以上の温度を検出
   したとき、前記モータの回転速度を所定回転数だけ上昇
   させることを特徴とする冷凍サイクル用コンプレッサの
   運転制御装置。
2. 【請求項２】 前記圧縮部からの吐出ガスの温度を検出
   する吐出ガス温度センサを設け、 前記制御手段は、前記コンプレッサのモータの低速運転
   中に、前記圧縮部温度センサの検出温度と前記吐出ガス
   温度センサの検出温度との差が所定値以上になったと
   き、前記モータの回転速度を所定回転数だけ上昇させる
   ことを特徴とする冷凍サイクル用コンプレッサの運転制
   御装置。
3. 【請求項３】 コンデンサ、絞り装置、エバポレータな
   どに連結され、回転速度の制御が可能なモータを圧縮部
   の駆動源とするレシプロ型のコンプレッサと、 前記圧縮部を構成するシリンダとピストンとの間の電気
   的導通を検出する導通センサと、 前記モータを制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記コンプレッサのモータの低速運転
   中に、前記導通センサが前記圧縮部のシリンダとピスト
   ンとの間の電気的導通を検出したとき、前記モータの回
   転速度を所定回転数だけ上昇させることを特徴とする冷
   凍サイクル用コンプレッサの運転制御装置。