JP2004144026A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石同期電動機のロータが備える永久磁石の減磁を防止することが可能な、信頼性の高い冷媒圧縮機を提供すること。
【解決手段】冷媒の吸入管３０及び吐出管が接続された密閉容器７内に、吸入管３０から導入された被圧縮冷媒を圧縮して吐出管から吐出する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する電動機とが収容されてなり、電動機が、吸入管３０からの被圧縮冷媒雰囲気中に配置され、巻線を有するステータ６と永久磁石を有するロータ５とを備えた永久磁石同期電動機９で構成されている冷媒圧縮機において、ロータ５の温度を検出するロータ温度センサ２０と、このロータ温度センサ２０の検出値に基づいて永久磁石同期電動機６を運転制御する制御手段とを備えた。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍サイクルを有する空気調和装置や冷凍装置に使用される冷媒圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の冷媒圧縮機としては、従来、例えばスクロール形の冷媒圧縮機が用いられている。従来のスクロール形冷媒圧縮機は、冷媒の吸入管及び吐出管が接続された密閉容器内に、吸入管から導入された被圧縮冷媒を圧縮して吐出管から吐出する圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動機とが収容されてなる。前記圧縮機構は、台板の片側に渦巻き状の歯を有する固定スクロールと、この固定スクロールの歯に係合する渦巻き状の歯を台板の片側に有する揺動スクロールとを組み合わせて構成されている。また、揺動スクロール台板の、歯が突設された面と反対側の面には軸受部が設けられ、前記電動機は一端が前記軸受部に連結された主軸を介して圧縮機構を駆動するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
最近では、こうした冷媒圧縮機の電動機として永久磁石同期電動機（いわゆるＤＣブラシレスモータ）を用いることも試みられている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８９４３９４号公報（第２頁、図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の冷媒圧縮機において、前記のように圧縮機構の駆動を永久磁石同期電動機で行なった場合、電動機のロータが備えている永久磁石が減磁するという問題があった。すなわち、仮に永久磁石同期電動機を密閉容器内の低圧空間（吸入された被圧縮冷媒の雰囲気中）に配置したとしても、低圧空間における低温の被圧縮冷媒との接触だけでは冷却が充分でないためにロータの永久磁石温度が上昇することがあった。そして、永久磁石が温度上昇した状態で、ある程度以上の電流（減磁電流）がステータの巻線に流れると、ロータの永久磁石の磁束が減じる（減磁が発生する）こととなって、モータの信頼性が低下するという問題が生じた。
【０００５】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであって、永久磁石同期電動機のロータが備える永久磁石の減磁を防止することが可能な、信頼性の高い冷媒圧縮機を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、この発明は、冷媒の吸入管及び吐出管が接続された密閉容器内に、吸入管から導入された被圧縮冷媒を圧縮して吐出管から吐出する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する電動機とが収容されてなり、電動機が、吸入管からの被圧縮冷媒雰囲気中に配置され、巻線を有するステータと永久磁石を有するロータとを備えた永久磁石同期電動機で構成されている冷媒圧縮機において、永久磁石同期電動機の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出値に基づいて永久磁石同期電動機を運転制御する制御手段とを備えたものである。
【０００７】
また、前記構成において、温度検出手段が、永久磁石同期電動機のロータ近傍に配設されたロータ温度センサで構成されているものである。
【０００８】
また、前記構成において、温度検出手段が、永久磁石同期電動機のステータ巻線に付設された巻線温度センサで構成されているものである。
【０００９】
また、前記構成において、温度検出手段が、吸入管から密閉容器内に至る被圧縮冷媒の導入経路に配設された冷媒温度センサで構成されているものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をスクロール形の冷媒圧縮機に適用した実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は、以下の実施の形態１〜３に共通するスクロール形冷媒圧縮機の概略構成を示す断面図である。
【００１１】
この冷媒圧縮機は、図１に示すように、冷媒の吸入管３０及び吐出管３３が接続された略円筒状の密閉容器７を備えている。密閉容器７内の上部には、台板の片面（下面）に渦巻き状の歯を有するとともに、圧縮冷媒を吐出するための吐出口が台板を貫通して形成された固定スクロール１と、台板の片面（上面）に渦巻き状の歯を有するとともに、台板の歯と反対側の面（下面）に軸受部を有する揺動スクロール２とが収容されている。これらの固定スクロール１及び揺動スクロール２は、相互間に圧縮室を形成するよう渦巻き状の歯を互いに組み合わせて配置され、冷媒の圧縮機構８を構成している。揺動スクロール２の下方には、揺動スクロール２の自転を許容せず、且つ、揺動（旋回）運動自在に軸方向に支持するフレーム３が固設されている。
なお、前記固定スクロール１はフレーム３を介して密閉容器７に支持・固定されている。
【００１２】
符号４は、密閉容器７内に縦方向に延在して設けられた主軸を示している。この主軸４の上端近傍部はフレーム３に設けられた軸受に回転自在に支持されるとともに、前記軸受よりも上方に突出した主軸４の上端部が揺動スクロール２の前記軸受部に連結されている。また、フレーム３よりも下方の主軸４外周面には、電動機のロータ（回転子）５が固設されている。一方、密閉容器７の内周面にはロータ５の外周を囲むステータ（固定子）６が固設されている。
なお、図示を省略するが、ロータ５は永久磁石を有しており、他方、ステータ６は巻線を有しており、これらのロータ５及びステータ６から永久磁石同期電動機（ＤＣブラシレスモータ）９が構成されている。
【００１３】
密閉容器７内部の空間は、フレーム３及び固定スクロール１により、高圧空間３１と低圧空間３２とに分割されている。すなわち、冷媒圧縮機の運転時には、圧縮機構８で圧縮された冷媒が、固定スクロール１の上方に形成された高圧空間３１に吐出され、この高圧の圧縮冷媒雰囲気が吐出管３３を通じて密閉容器７外へ供給されるようになっている。また、フレーム３の下方に形成された低圧空間３２は吸入管３０と連通しており、冷媒圧縮機の運転時には、吸入管３０を通じて密閉容器７内に導入される低圧の被圧縮冷媒が、先ず低圧空間３２へ流入するようになっている。
なお、永久磁石同期電動機９を構成するロータ５及びステータ６は、低圧空間３２内に設けられている。言い換えれば、永久磁石同期電動機９は、吸入管３０から密閉容器７内へ導入される低圧の被圧縮冷媒中に配置されている。
【００１４】
次いで、以上のように構成されたスクロール形冷媒圧縮機の基本的な動作を説明する。永久磁石同期電動機９のステータ６（巻線）に電力が供給されると、ステータ６とロータ５との間に駆動力（回転トルク）が発生し、主軸４が回転駆動される。主軸４の回転により永久磁石同期電動機９の駆動力が揺動スクロール２に伝達されると、揺動スクロール２が揺動運動させられ、これにより揺動スクロール２の渦巻き状歯と固定スクロール１の渦巻き状歯との間に形成された圧縮室の体積が増減する。こうした圧縮機構８の動作により、被圧縮冷媒は吸入管３０から密閉容器７内部の低圧空間３２に導入され、次いで前記圧縮室に吸い込まれて圧縮された後、固定スクロール１の吐出口から高圧空間３１内に吐出され、さらに吐出管３３を通じて密閉容器７外へ吐出される。
【００１５】
次いで、以上のようなスクロール形の冷媒圧縮機にこの発明を適用した実施の形態１〜３について具体的に説明する。なお、以下の各実施の形態に係る図２〜４において、前記図１で説明した構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１６】
実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１に係るスクロール形冷媒圧縮機の要部を示す断面説明図である。この実施の形態１では、永久磁石同期電動機９のロータ５の下方にロータ温度センサ２０（温度検出手段）が配設されている。符号２２は冷媒圧縮機を制御・駆動するための電源装置を示しており、商用電源２３からの電力は電源装置２２及び電線２４を介して永久磁石同期電動機９のステータ６（巻線）に供給されるようになっている。また、電線２４には、この電線２４を流れる電流の電流値を検出する電流センサ２５（電流検出手段）が設けられている。さらに、電源装置２２内にはロータ温度センサ２０及び電流センサ２５からの各検出値に基づいて永久磁石同期電動機９を運転制御する制御手段（不図示）が設けられている。制御手段には、ロータ５に設けられた永久磁石（不図示）の、温度ごとの減磁電流値（すなわち、これ以上の電流をステータ６に流すと永久磁石が減磁するという限界の電流値）が予め設定・記憶されている。
【００１７】
この冷媒圧縮機では、商用電源２３から供給される電力の電圧及び周波数を電源装置２２で適宜に変換し、この変換済みの電力を電線２４を通じてステータ６に供給し、ロータ５及び主軸４を回転させて前記圧縮機構８を駆動することにより、冷媒ガスの圧縮を行なう。そして、こうした圧縮運転中、ロータ温度センサ２０が検出するロータ５近傍の温度データ（検出値）と、電流センサ２５が検出する電流値とが、電源装置２２内の制御手段に随時入力される。
【００１８】
制御手段は、随時変化するロータ温度センサ２０からの温度データに基づき、その温度に応じた減磁電流値（予め設定されている）を導出する。そして、電流センサ２５によって検出される電流値が前記導出された減磁電流値を超えないように電源装置２２の出力電流を制御する。
【００１９】
以上のような運転制御を行なうことにより、ステータ６の巻線に、その時点ごとの温度における永久磁石の減磁電流を超えない範囲内の電流を流すようにすることができる。すなわち、ステータ６の巻線に減磁電流を流さないようにして、ロータ５の永久磁石が減磁することを防止可能な、信頼性の高い冷媒圧縮機を提供することができる。また、ロータ温度センサ２０は、後述する実施の形態２，３における温度検出手段（巻線温度センサ２６，冷媒温度センサ２７）に比べてロータ５（永久磁石）の温度を高精度に検出することができるため、この検出値に基づいて制御を行なうことにより、永久磁石の減磁をより一層確実に防止できるという利点が得られる。
【００２０】
なお、図２ではロータ温度センサ２０をロータ５の下端部近傍に設けたが、ロータ温度センサはロータ５近傍の、ロータ温度を検出可能な位置でさえあれば、どのような位置に設けてもよく、例えばロータ５の上端部に近接した位置にロータ温度センサを配置した構成を採用することも考えられる。
【００２１】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係るスクロール形冷媒圧縮機の要部を示す断面説明図である。この実施の形態２では、前記実施の形態１におけるロータ温度センサ２０に代えて、永久磁石同期電動機９を構成するステータ６の巻線６ａ内に、巻線温度センサ２６（温度検出手段）が設けられている。この巻線温度センサ２６以外の構成要素は前記実施の形態１と同様である。
【００２２】
この実施の形態２においては、冷媒圧縮機の圧縮運転中、巻線温度センサ２６が巻線６ａの温度を検出し、その検出値（温度データ）が電源装置２２内の制御手段に入力される。制御手段は、前記実施の形態１と同様に、電源装置２２の出力電流が、その時点ごとの温度における永久磁石の減磁電流値を超えない範囲内の電流となるように、永久磁石同期電動機９の運転制御を行なう。
【００２３】
このような制御を行なうことにより、前記実施の形態１と同様、ステータ６の巻線に減磁電流を流さないようにして、ロータ５の永久磁石が減磁することを防止可能な、信頼性の高い冷媒圧縮機を提供することができる。また、巻線温度センサ２６を備えているため、巻線６ａの過熱を防止する制御が容易に行なえるという利点も得られる。
【００２４】
なお、図３では巻線温度センサ２６を巻線６ａ内に差し込んだ状態に設けたが、巻線温度センサは巻線６ａの温度を検出可能でさえあれば、どのような状態に設けてもよく、例えば巻線６ａの束の表面に沿うように巻線温度センサを配置した構成を採用することも考えられる。
【００２５】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係るスクロール形冷媒圧縮機の要部を示す断面説明図である。この実施の形態３では、前記実施の形態１におけるロータ温度センサ２０に代えて、吸入管３０から吸入される被圧縮冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ２７（温度検出手段）が設けられている。この冷媒温度センサ２７以外の構成要素は前記実施の形態１と同様である。
【００２６】
この実施の形態３においては、冷媒圧縮機の圧縮運転中、冷媒温度センサ２７が、吸入管３０から密閉容器７内に導入される被圧縮冷媒の温度を検出する。そして、冷媒温度センサ２７の検出値（温度データ）は電源装置２２内の制御手段に入力され、制御手段は、入力された検出値から電動機ロータ５（永久磁石）の温度を導出（推定）して、電源装置２２の出力電流が、その時点ごとの温度における永久磁石の減磁電流値を超えない範囲内の電流となるように、永久磁石同期電動機９の運転制御を行なう。
【００２７】
このような制御を行なうことによっても、前記実施の形態１と同様、ステータ６の巻線に減磁電流を流さないようにして、ロータ５の永久磁石が減磁することを防止可能な、信頼性の高い冷媒圧縮機を提供することができる。また、冷媒温度センサ２７は密閉容器７内に設けなくてもよいため、温度センサのメンテナンス（例えば故障時の交換作業）を容易に行なえるという利点も得られる。
【００２８】
なお、図４では冷媒温度センサ２７を吸入管３０内に突出させて設けたが、冷媒温度センサ２７は吸入管３０から密閉容器７内に至る被圧縮冷媒の導入経路に配設されていればよく、例えば吸入管３０の外壁面に密着させて冷媒温度センサを配設した構成を採用することも考えられる。
【００２９】
ところで、以上の実施の形態１〜３ではスクロール形の冷媒圧縮機を示したが、この発明がスクロール形以外の方式の冷媒圧縮機にも適用可能であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、温度検出手段が永久磁石同期電動機の温度を検出し、この検出値に基づいて制御手段が永久磁石同期電動機を運転制御するので、温度に応じた減磁電流を超えない程度の電流をステータ巻線に流すことによりロータの永久磁石の減磁を防止することが可能な、信頼性の高い冷媒圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１〜３に共通するスクロール形冷媒圧縮機の概略構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るスクロール形冷媒圧縮機の要部を示す断面説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るスクロール形冷媒圧縮機の要部を示す断面説明図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係るスクロール形冷媒圧縮機の要部を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１　固定スクロール、２　揺動スクロール、５　ロータ、６　ステータ、６ａ巻線、７　密閉容器、８　圧縮機構、９　永久磁石同期電動機、２０　ロータ温度センサ、２６　巻線温度センサ、２７　冷媒温度センサ、３０　吸入管、３３　吐出管。

Claims (4)

1. 冷媒の吸入管及び吐出管が接続された密閉容器内に、前記吸入管から導入された被圧縮冷媒を圧縮して前記吐出管から吐出する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動機とが収容されてなり、前記電動機が、前記吸入管からの被圧縮冷媒雰囲気中に配置され、巻線を有するステータと永久磁石を有するロータとを備えた永久磁石同期電動機で構成されている冷媒圧縮機において、
   前記永久磁石同期電動機の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出値に基づいて前記永久磁石同期電動機を運転制御する制御手段とを備えたことを特徴とする冷媒圧縮機。
2. 温度検出手段が、永久磁石同期電動機のロータ近傍に配設されたロータ温度センサで構成されている請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 温度検出手段が、永久磁石同期電動機のステータ巻線に付設された巻線温度センサで構成されている請求項１に記載の冷媒圧縮機。
4. 温度検出手段が、吸入管から密閉容器内に至る被圧縮冷媒の導入経路に配設された冷媒温度センサで構成されている請求項１に記載の冷媒圧縮機。

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