JP2005061398A - 往復動式圧縮機の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 往復動式圧縮機に電源が印加される初期に発生するサージ電流を減少させて、往復動式圧縮機の起動初期のストロークを減少させることにより、往復動式圧縮機の運転効率を向上し得る往復動式圧縮機の運転制御装置を提供する。
【解決手段】 往復動式圧縮機のモータMに接続され、インダクタンスを増加させる手段としてサージ電流遮断手段２００を包含して往復動式圧縮機の運転制御装置を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、往復動式圧縮機(Reciprocating Compressor)に係るもので、詳しくは、往復動式圧縮機の運転制御装置に関するものである。

一般に、往復動式圧縮機は、回転運動を直線運動に変換するクランク軸がないため摩擦損失が少なく、従って、圧縮効率が一般の圧縮機より高い。
また、往復動式圧縮機を冷蔵庫やエアコンに使用する場合は、往復動式圧縮機に入力されるストローク電圧(Stroke Voltage)を可変にして、往復動式圧縮機の圧縮比を可変にすることにより、冷力(Cooling Capacity)を制御することができる。

以下、このような従来の往復動式圧縮機について、図３に基づいて説明する。
図３は、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図で、図示のように、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機１３のストロークを可変にするときに往復動式圧縮機１３に印加される電圧を検出する電圧検出部１４と、上記のストロークを可変にするときに往復動式圧縮機１３に供給される電流を検出する電流検出部１２と、電圧検出部１４により検出された電圧値、及び電流検出部１２により検出された電流値に基づいてストロークを計算し、この計算されたストロークとストローク指令値(Stroke Reference Value)とを比較し、その比較結果によりスイッチング制御信号を発生するマイクロコンピュータ１５と、このマイクロコンピュータ１５により発生されたスイッチング制御信号によって、往復動式圧縮機１３に供給される交流電源を内部のトライアック(Triac)ＴＲ１によりオン・オフ制御することにより、ストローク電圧を往復動式圧縮機１３に供給する電源供給部１１と、から構成されている。ここで、往復動式圧縮機１３は、使用者により設定されたストローク指令値によって内部モータ(図示せず)に与えられるストローク電圧の入力を受けてストロークを可変制御し、内部のピストン(図示せず)を上下運動させる。

以下、このように構成された従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の動作について説明する。
まず、往復動式圧縮機１３は、使用者により設定されたストローク指令値によって内部モータに供給される電圧の入力を受けて上記のストロークを可変にし、ピストンを上下運動させる。ここで、上記のストロークは、往復動式圧縮機１３のピストンが往復運動しながら動く距離をいう。
また、電源供給部１１のトライアックＴＲ１は、マイクロコンピュータ１５から出力されるスイッチング制御信号によりオン期間が調整されて、交流電源ＡＣが往復動式圧縮機１３に供給されることにより、往復動式圧縮機１３が駆動される。このとき、電圧検出部１４及び電流検出部１２は、往復動式圧縮機１３に印加される電圧及び電流をそれぞれ検出し、それらの検出された電圧値及び電流値をマイクロコンピュータ１５にそれぞれ出力する。
次いで、マイクロコンピュータ１５は、電圧検出部１４及び電流検出部１２によりそれぞれ検出された電圧値及び電流値に基づいてストロークを計算し、この計算されたストロークをストローク指令値と比較し、その比較結果に基づいてスイッチング制御信号を発生する。

例えば、マイクロコンピュータ１５は、上記の計算されたストロークがストローク指令値より小さいと、トライアックＴＲ１のオン期間を長くするスイッチング制御信号を電源供給部１１に出力することにより、往復動式圧縮機１３に供給されるストローク電圧を増加させる。
これに対し、マイクロコンピュータ１５は、上記の計算されたストロークがストローク指令値より大きいと、トライアックＴＲ１のオン期間を短くするスイッチング制御信号を電源供給部１１に出力することにより、往復動式圧縮機１３に供給されるストローク電圧を減少させる。

また、往復動式圧縮機１３の内部モータに直列に連結されたキャパシタCは、内部モータに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺(countervail)する。即ち、キャパシタCによりコイルのインダクタンスが相殺されることにより、低い入力電圧によっても充分なストロークが発生する。然し、往復動式圧縮機の内部モータに電源が供給される初期に急激な過電流が発生するため、往復動式圧縮機が損傷する危険があるという問題点があった。

以下、このような急激な過電流により往復動式圧縮機が損傷するという問題点を防止するために、従来の往復動式圧縮機の運転制御装置に追加して装着されたPTCサーミスタ(Positive Temperature Coefficient Thermistor)の構成について、図４に基づいて説明する。
図４は、図３の従来の往復動式圧縮機の運転制御装置に適用されたPTCサーミスタを示したブロック図で、図示のように、PTCサーミスタPTCは、キャパシタCに並列に接続され、往復動式圧縮機１３の起動初期に発生する急激な過電流を遮断することにより、往復動式圧縮機１３の損傷を防止する。即ち、PTCサーミスタPTCは、往復動式圧縮機１３の起動初期に、往復動式圧縮機１３の内部モータMに印加される過電流を遮断することにより、往復動式圧縮機１３を過負荷から保護する。このとき、上記の過電流とは、往復動式圧縮機１３の内部モータMが許容する基準電流値を超過する電流をいう。
また、往復動式圧縮機１３の内部モータMに供給される電流により、PTCサーミスタPTCの自体の抵抗値が上昇すると、PTCサーミスタPTCはオフされ、このとき、上記の電流は、キャパシタCのみを通して内部モータMに供給されることになる。

以下、このような従来の往復動式圧縮機が運転されるときのストローク波形について、図５に基づいて説明する。
図５は、上記のような従来の往復動式圧縮機が運転されるときのストローク波形を示したグラフで、図示のように、PTCサーミスタPTCを通して往復動式圧縮機１３の内部モータMに電源が印加される初期に過電流及びサージ電流(Surge Current)が発生し、このサージ電流により過大なストロークA(基準値以上のストローク)が発生する。

米国特許第６６４４９４３号明細書

このような従来の往復動式圧縮機の運転制御装置においては、上記のサージ電流により、ピストンと吐出弁とが相互に衝突して往復動式圧縮機１３が損傷し、またこの衝突により往復動式圧縮機１３の騷音が増加するという不都合な点があった。ここで、上記のサージ電流は、内部モータMが許容する基準電流値を超過する電流の最大電流をいい、上記の過電流は、PTCサーミスタPTCにより大部分遮断されるが、起動初期のサージ電流は、PTCサーミスタにより抑制されずに内部モータMに印加される。
従来の往復動式圧縮機に関しては、２００３年１１月１１日特許登録された米国特許第６,６４４,９４３の明細書にも記載されている。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、往復動式圧縮機に電源が印加される初期に発生するサージ電流を減少させて、往復動式圧縮機の起動初期の過大なストロークを減少させることにより、往復動式圧縮機の運転効率を向上し得る往復動式圧縮機の運転制御装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータに連結され、インダクタンスを増加させる手段を含んで構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機のモータに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺するキャパシタに並列に連結され、前記モータに印加される過電流を遮断する過電流遮断手段と、該過電流遮断手段に直列に連結され、インダクタンスを増加させることで起動初期に前記モータに印加されるサージ電流を遮断するサージ電流遮断手段と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、冷力を調節する往復動式圧縮機のモータ自体に巻回されたコイルのインダクタンスを相殺するためのキャパシタを有する往復動式圧縮機の運転制御装置であって、前記運転制御装置は、前記キャパシタに並列に連結され、前記往復動式圧縮機の起動初期に発生する過電流を遮断する過電流遮断手段と、該過電流遮断手段に直列に連結され、インダクタンスを増加させることで前記往復動式圧縮機の起動初期に発生するサージ電流を遮断するサージ電流遮断手段と、を更に包含することを特徴とする。

本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置においては、往復動式圧縮機の運転初期に発生するサージ電流を遮断することで、往復動式圧縮機の損傷を防止し得るという効果がある。
また、往復動式圧縮機の運転初期に発生するサージ電流を遮断することで、往復動式圧縮機の騷音を減少し得るという効果がある。

以下、インダクタンスを増加させてサージ電流を減少させることにより、往復動式圧縮機の運転効率を向上し得る往復動式圧縮機の運転制御装置の最良の実施形態について、図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示したブロック図で、図示のように、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、往復動式圧縮機の内部モータMに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺するキャパシタCと、このキャパシタCに並列に接続され、内部モータMに電源が印加される初期に発生する過電流を遮断する過電流遮断手段１００と、この過電流遮断手段１００に直列に連結され、インダクタンスを増加させることにより内部モータに電源が印加される初期に発生するサージ電流を遮断するサージ電流遮断手段２００と、から構成されている。ここで、過電流遮断手段１００としては、往復動式圧縮機の内部モータMに電流が供給される初期にターンオンし、時間の経過によって電流により自体の抵抗値が大きくなってターンオフする特性を有するPTCサーミスタを使用するか、又は、初期にターンオンされて電流を通過させ、予め決定された時間が経過するとターンオフされて電流を遮断するリレー(Relay)を使用することができる。また、サージ電流遮断手段２００としては、リアクトル(Reactor)を使用することができる。
なお、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置は、図３に示す従来の構成要素(電圧検出部１４、電流検出部１２、マイクロコンピュータ１５及び電源供給部１１)を追加して包含することができるが、前記の図３の構成要素に関する重複説明を避けるため、詳しい説明はここでは省略する。

以下、図３の従来の構成要素が追加して備えられた、本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の動作について説明する。
まず、往復動式圧縮機の内部モータMに印加される電圧によりストロークを可変制御するとき、キャパシタCは、往復動式圧縮機の内部モータMに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺する。
そして、往復動式圧縮機の内部モータMに電源が印加される初期には、電流は、過電流遮断手段１００、サージ電流遮断手段２００及びキャパシタCを通して内部モータMに供給される。このとき、過電流が発生すると、過電流遮断手段１００がオフすることにより、過電流遮断手段１００を通って内部モータMに供給される電流が遮断される。ここで、上記の過電流は、内部モータMが許容する基準電流値を超過する電流をいう。

次いで、このように過電流遮断手段１００がオフすると、キャパシタCを通して内部モータMに電流が供給されるため、往復動式圧縮機が正常に運転される。ここで、過電流遮断手段１００としてPTCサーミスタが使用される場合は、このPTCサーミスタは、起動初期にターンオンして電流を通過させ、この電流により自体の抵抗値が増加するとターンオフして電流を遮断する。また、過電流遮断手段１００としてリレーが使用される場合は、このリレーは、起動初期に電流を通過させ、予め決定された時間が経過するとオフされて電流を遮断する。
また、サージ電流遮断手段２００としてリアクトルが使用される場合は、このリアクタは、内部モータMに電源が印加される初期に回路のインダクタンスを増加させる。即ち、内部モータMに電源が印加される初期にインダクタンスを増加させることにより、PTCサーミスタ１００を通して往復動式圧縮機の内部モータMに電源が印加される初期に発生するサージ電流が遮断される。ここで、サージ電流は、内部モータMが許容する基準電流値を超過する電流の最大電流をいう。従って、このサージ電流が遮断されることにより、図２に示すような安定したストローク波形を得ることができる。

図２は、本発明に係る往復動式圧縮機が運転されるときのストローク波形を示したグラフで、図示のように、内部モータMに電源が印加される初期にインダクタンスを増加させることにより、PTCサーミスタ１００を通して往復動式圧縮機の内部モータに電源が印加される初期に発生するサージ電流が遮断され、よって、このときに過大なストロークが発生しない。即ち、上記のサージ電流を遮断してピストンと吐出弁との衝突を防止することにより、往復動式圧縮機が損傷しないことは勿論、往復動式圧縮機の騷音も減少する。

本発明に係る往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る往復動式圧縮機が運転されるときのストローク波形のグラフを示す図である。 従来の往復動式圧縮機の運転制御装置の構成を示すブロック図である。 図３の往復動式圧縮機の運転制御装置に適用されるPTCサーミスタの接続を示すブロック図である。 従来の往復動式圧縮機が運転されるときのストローク波形のグラフを示す図である。

符号の説明

１００…過電流遮断手段
２００…サージ電流遮断手段

Claims (11)

1. 往復動式圧縮機のモータに連結され、インダクタンスを増加させる手段を包含して構成されることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
2. 前記インダクタンスを増加させる手段は、
   前記往復動式圧縮機のモータに電源が印加される初期に発生するサージ電流を遮断するためにインダクタンスを増加させることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
3. 前記インダクタンスを増加させる手段は、
   リアクトルであって、該リアクトルは、前記往復動式圧縮機のモータに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺するキャパシタに並列に接続され、前記インダクタンスを増加させることにより前記モータに電源が印加される初期に前記モータに印加されるサージ電流を遮断することを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
4. 前記インダクタンスを増加させる手段に直列に接続され、前記モータに印加される過電流を遮断する過電流遮断手段が更に包含されることを特徴とする請求項３に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
5. 往復動式圧縮機のモータに巻回されたコイルのインダクタンスを相殺するキャパシタに並列に接続され、前記モータに印加される過電流を遮断する過電流遮断手段と、
   前記過電流遮断手段に直列に連結され、インダクタンスを増加させることにより前記モータに電源が印加される初期に前記モータに印加されるサージ電流を遮断するサージ電流遮断手段と、
   を包含して構成されることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
6. 前記サージ電流遮断手段は、
   リアクトルであることを特徴とする請求項５に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
7. 前記過電流遮断手段は、
   PTCサーミスタまたはリレーであることを特徴とする請求項５に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
8. 前記往復動式圧縮機のストロークを可変にすることにより該往復動式圧縮機に印加される電圧を検出する電圧検出部と、
   前記ストロークを可変にすることにより前記往復動式圧縮機に供給される電流を検出する電流検出部と、
   前記電圧検出部により検出された電圧値、及び前記電流検出部により検出された電流値に基づいて前記ストロークを計算し、該計算されたストロークとストローク指令値とを比較し、該比較の結果によりスイッチング制御信号を発生するマイクロコンピュータと、
   該マイクロコンピュータにより発生したスイッチング制御信号によって、前記往復動式圧縮機に供給される交流電源をトライアックによりオン・オフ制御することによって、ストローク電圧を前記往復動式圧縮機に供給する電源供給部と、
   が更に包含されることを特徴とする請求項５に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
9. 冷力を調節する往復動式圧縮機のモータ自体に巻回されたコイルのインダクタンスを相殺するためのキャパシタを有する往復動式圧縮機の運転制御装置であって、
   前記キャパシタに並列に連結され、前記往復動式圧縮機の起動初期に発生する過電流を遮断する過電流遮断手段と、
   前記過電流遮断手段に直列に連結され、インダクタンスを増加させることにより前記往復動式圧縮機の起動初期に発生するサージ電流を遮断するサージ電流遮断手段と、
   が包含されることを特徴とする往復動式圧縮機の運転制御装置。
10. 前記サージ電流遮断手段は、
    リアクトルであることを特徴とする請求項９に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。
11. 前記過電流遮断手段は、
    PTCサーミスタまたはリレーであることを特徴とする請求項９に記載の往復動式圧縮機の運転制御装置。

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