JP2006029251A - インバータ制御圧縮装置及び密閉形スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ制御圧縮装置において、製造コストの低減と部品管理の簡素化を図りつつ、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲内の複数種類の商用電源に対応できるようにする。
【解決手段】インバータ制御圧縮装置は、密閉形スクロール圧縮機と、インバータ出力周波数に対して一次関数的に変化するインバータ二次側電圧特性を有してモータ部３の回転数を制御するインバータ制御装置４００とを備える。インバータ制御装置４００は、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲内の複数種類の商用電源に対応してモータ部を駆動制御するものであり、最低インバータ出力周波数から最高インバータ出力周波数の範囲内にインバータ二次側電圧３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲を含むインバータ二次側電圧特性を有し、使用される商用電源の電圧におけるインバータ出力周波数から最高インバータ出力周波数の範囲のインバータ二次側電圧を使用される商用電源の電圧に合わせて一定とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ制御圧縮装置及び密閉形スクロール圧縮機に関するものである。

従来のインバータ制御圧縮装置は、圧縮機部及びこれを駆動するモータを密閉容器内に収納した密閉形スクロール圧縮機と、インバータ出力周波数に対して一次関数的に変化するインバータ二次側電圧特性を有して前記モータの回転数を制御するインバータ制御装置と、を備えて構成されている。

商用電源の電圧仕様は全世界の地域によって３８０Ｖ／５０Ｈｚ、４１５Ｖ／５０Ｈｚ、４４０Ｖ／６０Ｈｚ、４８０Ｖ／６０Ｈｚと異なるため、従来のインバータ制御圧縮装置においては、その電源電圧に応じた数種類のインバータ制御装置と密閉形スクロール圧縮機に内蔵される数種類のモータとを準備して製作していた。

例えば、一次側となる商用電源電圧／運転周波数が３８０Ｖ／５０Ｈｚ、４１５Ｖ／５０Ｈｚ、４４０Ｖ／６０Ｈｚである場合において、図５の従来技術例に示すように、それぞれのインバータ制御装置のインバータ出力周波数ｆ_２に対する一次関数的に変化するインバータ二次側電圧Ｖ_２（ｆ_２／Ｖ_２特性）が全く異なるように設定されていた。すなわち、各商用電源のｆ_２／Ｖ_２特性での出力特性の折れ線部がＡ、Ｂ、Ｃのポイントと各々異なるようなインバータ制御装置の周波数ｆ_２／電圧Ｖ_２の出力特性になっていたため、その種類分のインバータ制御装置が必要となっていた。また、このような異なるｆ_２／Ｖ_２特性に見合ったモータ側のコイル巻き線仕様の設計がなされるため、そのｆ_２／Ｖ_２特性の種類分のモータ（例えば３種類のモータ）が必要となっていた。

また、従来のインバータ制御圧縮装置のモータの保護装置としては、インバータ制御装置によるトリップ電流を感知して密閉形スクロール圧縮機を保護する機能のみを備えていた。

さらには、一定速度用の従来の密閉形スクロール圧縮機では、モータプロテクタをモータのコイルエンドの表面にしばりひもにて固定したり、密閉容器の壁面に密着して固定したりしており、そのモータプロテクタが圧縮ガスの流れの停滞している部分に配置されていた。

なお、このモータプロテクタに関する特許文献としては、特開平７−１８９９５４号公報（特許文献１）、特開２００１−３０４１４７号公報（特許文献２）に示されたものがある。特許文献１のスクロール圧縮機では、冷媒ガスが吸入された空間内にモータが配置され、ガスの吸入管の開口近傍で且つ圧力逃し弁の低圧側出口近傍に位置して、モータのエンドコイルにモータプロテクタ（熱応答型電流保護装置）を配設している。また、特許文献２のスクロール圧縮機では、密閉容器内が通常より高い温度となった場合に、モータに設けられた温度、電流を検知できるモータプロテクタの温度検知により、圧縮機が渦巻破損、軸受焼付を起こす前に停止するようになっている。

特開平７−１８９９５４号公報 特開２００１−３０４１４７号公報

上述した従来のインバータ制御圧縮装置は、全世界の地域で異なる電源電圧に応じた数種類のインバータ制御装置と密閉形スクロール圧縮機に内蔵される数種類のモータとを準備していたため、製造コストが高くなること、部品管理が複雑となるなど、コスト上及び生産管理上の問題があった。

また、そのモータの保護装置は、インバータ制御装置によるトリップ電流を感知して密閉形スクロール圧縮機を保護する機能のみを備えているに過ぎないため、吐出ガス温度の異常上昇などによるモータ焼損などを確実に保護できるものとは言えなかった。

一方、一定速度用の密閉形スクロール圧縮機では、モータプロテクタが圧縮ガスの流れの停滞している部分に配置されているため、ガス流による冷却効果が十分に得られなかった。このため、プロテクタ周囲温度が比較的高くなり、プロテクタ自身の寿命が短くなるといった問題があった。

なお、特許文献１のスクロール圧縮機は、吸入された低圧の冷媒ガスの空間内にモータが配置されたものであり、密閉容器内に吐出された圧縮ガスの流路にモータが配置されたものについては開示されていない。また、特許文献２のスクロール圧縮機は、モータプロテクタの具体的な設置位置に関しては開示されていなかった。

本発明の目的は、製造コストの低減と部品管理の簡素化を図りつつ、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲内の複数種類の商用電源に対応することが可能なインバータ制御圧縮装置を得ることにある。

本発明の別の目的は、簡単な構造で、モータプロテクタの長寿命化が図れると共にモータの保護が確実に行なえて信頼性の高い密閉形スクロール圧縮機を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、スクロール圧縮機部及びこれを駆動するモータ部を密閉容器内に収納した密閉形スクロール圧縮機と、インバータ出力周波数に対して一次関数的に変化するインバータ二次側電圧特性を有して前記モータ部の回転数を制御するインバータ制御装置と、を備えるインバータ制御圧縮装置において、前記インバータ制御装置は、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲内の複数種類の商用電源に対応して前記モータ部を駆動制御するものであり、最低インバータ出力周波数から最高インバータ出力周波数の範囲内にインバータ二次側電圧３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲を含むインバータ二次側電圧特性を有し、使用される商用電源の電圧におけるインバータ出力周波数から最高インバータ出力周波数の範囲のインバータ二次側電圧を使用される商用電源の電圧に合わせて一定とする構成にしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの商用電源に対して共用のモータ部を前記密閉形スクロール圧縮機に組み込んだこと。
（２）前記密閉形スクロール圧縮機は作動ガスに冷媒Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ等の冷凍・空調用スクロール圧縮機または作動ガスにヘリウムガスを用いたヘリウム用密閉形スクロール圧縮機であること。
（３）モータ電流の異常増加と周囲温度の異常上昇に基づいてモータコイルに通電せしめるモータ回路を直接遮断するモータプロテクタを備え、前記吐出管をモータエンドコイルの上方に延長して開口させると共に、前記吐出口から吐出されたミスト状油と圧縮ガスとの混合体の流れの下流側で且つ前記吐出管の開口に近接する位置に前記モータプロテクタを設置したこと。

また、前記別の目的を達成するために、本発明は、作動ガスとしてヘリウムガスを用いるスクロール圧縮機部とインバータ装置によって駆動制御されるモータ部とを密閉容器内に収納し、円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと旋回スクロールとをラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを旋回運動させて前記固定スクロールの外周部に開口する吸入口よりガスを吸入し前記固定スクロールの中央部に開口する吐出口より圧縮ガスを前記密閉容器内に吐出する前記スクロール圧縮機部とし、前記スクロール圧縮機部の作動ガスを冷却するための油インジェクション管を前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続し、前記スクロール圧縮機部と前記モータ部との間の空間から圧縮ガスを密閉容器外に吐出する吐出管を設けた密閉形スクロール圧縮機において、モータコイルに通電せしめるモータ回路をモータ電流の異常増加と周囲温度の異常上昇により直接遮断するモータプロテクタを備え、前記吐出管をモータエンドコイルの上方に延長して開口させると共に、前記吐出口から吐出されたミスト状油と圧縮ガスとの混合体の流れの下流側で且つ前記吐出管の開口に近接する位置に前記モータプロテクタを設置した構成にしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成は次の通りである。
（１）前記モータ部のステータと前記密閉容器との間に圧縮ガスを通す複数の通路を形成し、前記複数の通路が前記モータ部の圧縮機部側から反圧縮機部側に圧縮ガスを流す第１通路と反圧縮機部側から圧縮機部側へ圧縮ガスを流す第２通路を有しており、前記第２通路が前記吐出管の開口の近傍に開口しており、前記第２通路の開口から前記吐出管の開口への圧縮ガスの流れに面するように前記モータプロテクタを設置したこと。

本発明によれば、簡単な構造で、モータプロテクタの長寿命化が図れると共にモータの保護が確実に行なえて信頼性の高い密閉形スクロール圧縮機を得ることができる。

以下、本発明の一実施例のインバータ制御圧縮装置及び密閉形スクロール圧縮機を図１から図４及び図６から図１２を用いて説明する。以下、ヘリウム用途インバータ制御圧縮装置を例にとり説明する。

本実施例のインバータ制御圧縮装置の全体に関して図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例のインバータ制御圧縮装置の断面図を含む構成図、図２は図１のＣ−Ｃ断面図である。

インバータ制御圧縮装置は、スクロール圧縮機部及びこれを駆動するモータ部３を密閉容器１内に収納した密閉形スクロール圧縮機１００と、商用電源５００を基にモータ部３を駆動すると共に、インバータ出力周波数に対して一次関数的に変化するインバータ二次側電圧特性を有してモータ部３の回転数を制御するインバータ制御装置４００とを備えて構成されている。

圧縮機１００に用いる作動ガスはヘリウムガスである。この作動ガスを冷却するための油インジェクション管３１は密閉容器１の上蓋２ａを貫通して固定スクロール５の鏡板部５ａに設けた油注入用ポート２２に接続されている。油注入用ポート２２の開口部は、旋回スクロール６のラップ６ｂの歯先面に対向して開口されている。密閉容器１内の吸入配管１７側となる上部にはスクロール圧縮機部が、下側にはモータ部３が収納されている。そして、密閉容器１内はフレーム７を挟んで吐出室１ａとモータ室１ｂ（１ｂ１、１ｂ２）とに区画されている。

スクロール圧縮機部は、固定スクロール５と旋回スクロール６を互いに噛み合わせて圧縮室（密閉空間）８を形成している。固定スクロール５は、円板状の鏡板５ａと、これに直立したインボリュート曲線あるいはこれに近似の曲線に形成されたラップ５ｂとからなり、その中心部に吐出口１０、外周部に吸入口１５（１５ａ、１５ｂ）を備えている。旋回スクロール６は、円板状の鏡板６ａと、これに直立して固定スクロール５のラップ５ｂと同一形状に形成されたラップ６ｂと、鏡板６ａの反ラップ面に形成されたボス部６ｃとからなっている。

図１において、フレーム７は中央部に軸受部４０を形成しており、この軸受部４０に回転軸１４が支承されている。回転軸先端の偏心軸１４ａは、ボス部６ｃに旋回運動が可能なように挿入されている。フレーム７には固定スクロール５が複数本のボルトによって固定されている。旋回スクロール６はオルダムリングおよびオルダムキーよりなるオルダム機構３８によってフレーム７に支承されている。旋回スクロール６は、固定スクロール５に対して、自転しないで旋回運動をするように形成されている。回転軸１４にはモータ軸１４ｂを一体に連設し、モータ部３を直結している。

固定スクロール５の吸入口１５には密閉容器１の上蓋２ａを貫通して吸入管１７が接続されている。吐出口１０が開口している吐出室１ａは、フレーム７の外縁部の通路１８ａ、１８ｂを介してモータ室１ｂ（１ｂ１、１ｂ２）と連通されている。このモータ室１ｂは密閉容器中央部のケーシング部２ｂを貫通する吐出管２０に連通されている。図６に示すように、吐出管２０は通路１８の位置に対してほぼ反対側の位置に設置されている。この両者１８、２０の位置関係は、通路１８を通過したガスとインジェクション油の混合体が、その通路１８の鉛直方向となる通路２５ｂへの下方向の流れ経路と、ステータ上面３ｆやその周囲のコイルエンド部３ｅとの衝突によって水平方向の流れとの二手に分かれ、容器内壁に沿った流れの経路とに２方向（厳密には３方向）に分流することになる。

モータ室１ｂ１とモータ室１ｂ２との間には、図６に示すように、モータステータ３ａとケーシング部２ｂ内壁面１ｍとの間にガス流路部となる円弧状の通路２５（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ）が形成されている。通路２５では、主に通路２５ｂ、２５ａ、２５ｄがガスとインジェクション油との混合体の下方向に向う流れを形成し、通路２５ｃのみが作動ガスの上方向に向う上昇流を形成する。また、モータエアーギャップである隙間２６もガス通路となり、隙間２６を介して空間１ｂ１と空間１ｂ２とが連通されている。

このような容器内部のモータ室１ｂ１からモータ室１ｂ２へのガスと油の混合体の流れによって、６０℃〜７０℃の比較的低温なインジェクション油によるモータ部３への直接冷却が可能となる。また、その空間にて、ガス中の油はガスから分離されて下方に通路２５ａ、２５ｂ、２５ｄを介して周囲部材３ａ、２ｂを冷却しながら流れるものである。空調用途や冷凍用途スクロール圧縮機では、油インジェクション構造を付加していないので、この油による冷却効果は得られないが、本実施例では、油インジェクション構造を付加しているため、吐出管２０のガス流出口近傍にモータプロテクタ９１を配置することにより、ガス流によるモータプロテクタ９１の効果的な冷却効果が得られる。

なお、吸入管１７ｂと固定スクロール５との間には高圧部と低圧部とをシールするＯリング５３が設けられている。また、吸入管１７内には逆止弁１３が設けられ、逆止弁１３は圧縮機停止時の回転軸１４の逆転を防止することと、密閉容器内の潤滑油が低圧側に流出するのを防止するようになっている。

密閉容器１のケーシング部２ｂには、モータ部３に接続された三相電源部７０が設置されている。この三相電源部７０には、商用電源５００から配線４５０、インバータ制御装置４００及び配線３９０を通して商用電源電圧が供給される。

また、旋回スクロール６の鏡板６ａの背面には、スクロール圧縮機部２とフレーム７で囲まれた空間３６（以下背圧室と呼ぶ）が形成されている。この背圧室３６には旋回スクロール６の鏡板６ａに穿設した細孔６ｄを介して、吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力Ｐｂが導入され、旋回スクロール６を固定スクロール５に押付ける軸方向の付与力が与えられている。

潤滑油２３は、密閉容器１の底部に溜められており、密閉容器内の高圧圧力と背圧室３６の中間圧力Ｐｂとの差圧により油吸上管２７へ吸上げられた後、回転軸１４内を流れ、旋回軸受３２、横穴５１を介して副軸受３９、主軸受４０へ給油される。軸受４０、３２へ給油された油は、背圧室３６を経て穴６ｅ、６ｆを通り圧縮室８へ注入されて圧縮ガス（ヘリウムガス）と混合され、次いで圧縮ガスと共に吐出室１ａへ吐出される。密閉容器１の底部には、潤滑油２２を密閉容器１の外部へ取出す油取り出し管３０が設けられている。また、密閉容器１の上蓋２ａには、スクロール圧縮機部の圧縮途中の圧縮室８へ油を注入する油インジェクション管３１が設けられている。

図３と図４は本実施例のインバータ制御装置４００に組み込んだインバータ出力周波数ｆ２とインバータ二次側電圧Ｖ２の出力特性の二つの例を示す説明図である。ｆ_０は最低インバータ出力周波数、ｆ_３は最高インバータ出力周波数であり、それぞれの周波数に応じた圧縮機の最低回転数と最高回転数を実現することになる。ｆ_１は折れ点の位置での基準インバータ出力周波数を示す。

インバータ制御装置４００は、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲内の複数種類の商用電源５００に対応してモータ部３を駆動制御するものである。また、インバータ制御装置４００は、最低インバータ出力周波数ｆ_０から最高インバータ出力周波数ｆ_３の範囲内にインバータ二次側電圧３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲を含むインバータ二次側電圧特性を有し、使用される商用電源の電圧におけるインバータ出力周波数ｆ_２から最高インバータ出力周波数ｆ_３の範囲のインバータ二次側電圧を使用される商用電源の電圧に合わせて一定とする特性となっている。

係る構成によって、製造コストの低減と部品管理の簡素化を図りつつ、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲内の複数種類の商用電源に対応することが可能なインバータ制御圧縮装置を得ることができる。

図３に示す例において説明する。インバータ制御装置４００と密閉形スクロール圧縮機１００の組合せからなる圧縮装置において、商用電源電圧仕様３８０Ｖ／５０Ｈｚの場合、インバータ制御装置４００のインバータ出力周波数ｆ_２に対する出力側のインバータ二次側電圧Ｖ_２を、点Ｈ−点Ａ−点Ｎ（点Ａが折れ点）の出力特性としている。すなわち、点Ｈ−点Ａにおけるインバータ出力周波数ｆ_２に対するインバータ二次側電圧Ｖ_２の特性は、一次関数的に変化するものであり、点Ａ−点Ｎにおけるインバータ出力周波数ｆ_２に対するインバータ二次側電圧Ｖ_２の特性は、商用電源の電圧に合わせて一定とするものである。

また、商用電源電圧仕様４１５Ｖ／５０Ｈｚの場合、インバータ制御装置４００のインバータ出力周波数ｆ_２に対する出力側のインバータ二次側電圧Ｖ_２を、点Ｈ−点Ｂ−点Ｍ（点Ｂが折れ点）の出力特性としている。すなわち、点Ｈ−点Ｂにおけるインバータ出力周波数ｆ_２に対するインバータ二次側電圧Ｖ_２の特性は、一次関数的に変化するものであり、点Ｂ−点Ｍにおけるインバータ出力周波数ｆ_２に対するインバータ二次側電圧Ｖ_２の特性は、商用電源の電圧に合わせて一定とするものである。

同様に、商用電源電圧仕様４４０／６０Ｈｚの場合、インバータ制御装置４００のインバータ出力周波数ｆ_２に対する出力側のインバータ二次側電圧Ｖ_２を、点Ｈ−点Ｃ−点Ｌ（点Ｃが折れ点）の出力特性としている。

同様に、商用電源電圧仕様４８０／６０Ｈｚの場合、インバータ制御装置４００のインバータ出力周波数ｆ_２に対する出力側のインバータ二次側電圧Ｖ_２を、点Ｈ−点Ｄ−点Ｋ（点Ｄが折れ点）の出力特性としている。ここで、例えば、最低インバータ出力周波数ｆ_０が２０Ｈｚの時のインバータ二次側電圧Ｖ_２は２１０Ｖであり、基準インバータ出力周波数ｆ_１が６０ＨｚのＡ点でのインバータ二次側電圧Ｖ_２が４００Ｖであり、更に、Ｄ点でのインバータ出力周波数ｆ_２が約８０Ｈｚとなり、その時のインバータ二次側電圧Ｖ_２が４８０Ｖとなる。それより高い周波数では、最高インバータ出力周波数ｆ_３＝１１０Ｈｚまで最高電圧のＶ_２=４８０Ｖとなるｆ_２／Ｖ_２出力特性を備えるものである。

このように、商用電源電圧仕様の各々の３８０Ｖ〜４８０Ｖの広域電源に関わらず、インバータ制御装置４００のインバータ出力周波数ｆ_２に対して一次関数的に変化する出力側のインバータ二次側電圧Ｖ_２を、重畳した周波数／電圧出力特性に設定している。この設定方法により、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの広域電源に対して回転数可変なモータ部３を統一化（共用化）してスクロール圧縮機１００に組み込むことができる。このことにより、重畳した周波数／電圧出力特性域（最低インバータ出力周波数ｆ_０から基準インバータ出力周波数ｆ_１の領域）ではインバータ用モータ特性（効率、力率、トルク特性など）が不変となり、モータ発熱量も一定化できることになる。基準インバータ出力周波数ｆ_１に対して高周波数域では、一次関数的に電圧が増加する特性をそのまま延長した出力特性としている。さらに、使用される商用電源の電圧におけるインバータ出力周波数ｆ_２から最高インバータ出力周波数ｆ_３の範囲では、インバータ二次側電圧Ｖ_２が使用される商用電源の電圧に合わせて一定とする特性としている。

図４に示す例において説明する。図４は、商用電源電圧仕様３８０Ｖ／５０Ｈｚの場合と４１５Ｖ／５０Ｈｚの場合とで、若干Ｖ_２を電圧差ΔＶｏ分ずらして設定した例である。この場合、商用電源電圧仕様３８０Ｖ／５０Ｈｚの場合と４６０Ｖ／６０Ｈｚの場合とを一部重畳した周波数／電圧出力特性としている。一方、商用電源電圧仕様４１５Ｖ／５０Ｈｚの場合と４８０Ｖ／６０Ｈｚの場合とを一部重畳した周波数／電圧出力特性としている。点Ｈのインバータ二次側電圧Ｖ_２と点Ｊのインバータ二次側電圧Ｖ_２の比率は３８０Ｖ／４１５Ｖ＝９１．５％、もしくは、４６０Ｖ／４８０Ｖ／＝９５．８％など実用的に９０％前後である。例えば、商用電源電圧仕様４８０Ｖ／６０Ｈｚの場合、インバータ制御装置４００のインバータ出力周波数ｆ_２に対する出力側のインバータ二次側電圧Ｖ_２を、点Ｊ−点Ｇ−点Ｐの出力特性としている。図４の点Ｈのインバータ二次側電圧Ｖ_２と点Ｊのインバータ二次側電圧Ｖ_２の比率は３８０Ｖ／４１５Ｖ＝９１．５％の例にあるように、上述したほぼ重畳した周波数／電圧出力特性とは、実用的に、点Ｈの電圧／点Ｊの電圧比率として、９０％〜１１０％の電圧比率の範囲内で合致した出力特性を指す。

次に、モータプロテクタ９１に関して図６から図１０を参照しながら説明する。

図６は図１のＥ−Ｅ断面図である。図６において、吐出口１０から吐出されたミスト状油と冷媒ガスとの混合体の流れの下流側となるモータコイルエンド端部３ｃに、モータプロテクタ９１が設置されている。モータプロテクタ９１は、モータコイルの通電せしめるモータ回路をモータ電流の異常増加とガス温度の異常増加によりダイレクトカットする機能を有し、電気的絶縁手段となる薄膜状スリーブ９１ｃ（図７参照）を介して縛り紐（図示せず）にて直接取付けてモータ部３と一体化されている。

モータプロテクタ９１は吐出管２０のガス流入口２０ａ付近に設置されている。具体的には、モータステータ３ａの外周部と密閉容器内壁面１ｍと間の円弧状のガス流路部２５ｃの開口と吐出管２０のガス流入口２０ａとの間に設置されている。従って、プロテクタ９１は、水平方向の上記混合体の流れ及び円弧状のガス流路部２５ｃを上昇する主にガス流の中にさらされるため、その周囲の混合体の速度は速まり、上記混合体によるプロテクタ９１への冷却作用が高まる。なお、８５は主電源用リード線、８６、８７、８８は中性点用リード線を示す。

図７及び図８はモータコイルエンド端部３ｃにモータプロテクタ９１を絶縁手段９１ｃを介して密着して配置・取付けた状態を示す拡大図である。係る構成により、プロテクタ９１とコイル部３ｃとの接触面積が増大され、モータ部３の異常温度上昇を検知しやすくなり、モータプロテクタ９１の追従性を向上でき、保護機能を向上することができる。

なお、図１及び図６に示すように、吐出管２０を容器内部の主軸受４０を組み込んだフレーム７付近（モータエンドコイルの上方に）まで延長して突き出すとともに、吐出管２０のガス流入口２０ａ付近にモータプロテクタ９１を設置している。本構造とすることにより、吐出管２０へのガス流入速度が増して、その雰囲気にプロテクタ９１がさらされることになる。ガス速度が上昇したそのガス流及び油ミストの混合体によるモータプロテクタ９１への冷却作用の向上を図るものである。このような構成とすることにより、ガスの主流の速度が１〜３ｍ／ｓｅｃ前後に設定でき、モータプロテクタ９１の冷却効果が更に十分に得られるものである。従来のプロテクタは、流速０．３ｍ／ｓｅｃ前後以下となっており、ガスによる冷却効果が殆ど期待できないものであった。

本実施例のモータ回路図を図９に示す。スター結線の中性点３ｋにインターナルモータプロテクタ９１を装備する回路である。３相に対してモータプロテクタ９１に２箇所の接点部９１ｐ（電流遮断部）を構成し、モータ電流の異常増加とガス温度の異常増加によりモータコイルを通電せしめるモータ回路をダイレクトカット機能を有するモータプロテクタ９１を示したものである。このため、該接点部は常時閉じている。異状時に開くものである。９１ａは、プロテクタピン部である。９１ｂは本体部である。３ｒはモータコイル部である。なお、７０ａはハーメチック端子である。

モータプロテクタ９１の周囲温度Ｔｐを下げて、ひいては吐出管２０より流出する吐出ガス温度Ｔｄを下げることにより、モータプロテクタ９１の作動電流を高めることができる。通常、周囲温度Ｔｄ＜吐出ガス温度Ｔｐの状態であり、従来機（空調用途）では過負荷条件においては周囲温度Ｔｐ−吐出ガス温度Ｔｄ＝２０℃〜３０℃の温度差がある。本実施例のヘリウム用スクロール圧縮機では油インジェクション効果により周囲温度Ｔｐ−吐出ガス温度Ｔｄ＝１０℃〜１５℃と温度差を小さくせしめることが可能となる。その結果、モータプロテクタ９１のモータ保護機能が向上できる。また、周囲温度Ｔｐ−吐出ガス温度Ｔｄ＝１０℃〜１５℃となるように油インジェクション冷却量を油流量調節弁２７１（図１１参照）により調節するものである。

図１０を用いて本実施例の作用効果を説明する。図１０はプロテクタを通過する動作電流とそのプロテクタ周囲の雰囲気温度との関係を示すモータプロテクタ特性図である。

図１０において、雰囲気温度Ｔｐの場合、従来機の場合には動作電流値がｋ１であるのに対して、本実施例（ヘリウム用途で油インジェクション機構の冷却油による冷却作用と高いガス速度による相乗冷却効果の得られるヘリウム用スクロール圧縮機の場合）では、ｋ３値と動作電流値が高くなっている。なお、空調用圧縮機の場合、高いガス速度による冷却効果による作動電流値の拡大効果によりｋ２値となる。

このように、モータプロテクタ９１を最適な位置に配置することにより、作動電流の大幅なアップを図ることができ、圧縮機の運転範囲の上限となる過負荷条件を大きくできる。例えば、従来のものより吐出圧力を高く確保できるので、運転範囲をより広く設定することができるという効果が得られる。油インジェクションにより、モータプロテクタ９１の雰囲気温度を空調用途よりも下げることができ、過電流が流れた時にそのプロテクタ接点部９１ｐの温度が減少し、接点のＯＮ／ＯＦＦ回数の延べ回数が増加するという効果が得られる。プロテクタ接点部９１ｐの構造としては、バイメタル方式構造（図示せず）がある。すなわち、モータプロテクタ９１の寿命改善の効果が得られるものである。なお、モータプロテクタ９１は、雰囲気温度が正常時に戻れば、バイメタル方式構造により、接点が閉じて再度回路に電流が流れるという自動復帰式である。

次に、本実施例のインバータ制御圧縮装置を備えたヘリウム冷媒装置に関して図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１は本実施例になるインバータ制御装置４００と注油式ヘリウム用スクロール圧縮機を組合せた圧縮装置を備えたヘリウム冷媒装置の構成図、図１２は同ヘリウム用スクロール圧縮装置（ヘリウム圧縮機ユニット）の斜視図である。なお、図１１ではスクロール圧縮機１００を簡易的に横に図示してあるが、実際にはスクロール圧縮機１００は図１に示すように縦型として用いられる。

ヘリウム冷凍装置はヘリウム用スクロール圧縮装置９１０、冷凍機８００を備えて構成されている。ヘリウム用スクロール圧縮装置９１０と冷凍機８００とは配管７２０、７３０を介して接続されている。ヘリウム用スクロール圧縮装置９１０は、冷凍機８００を除く冷凍サイクル９１１の構成機器と、スクロール圧縮機１００内の潤滑油を冷却してスクロール圧縮機１００の圧縮室に注入するインジェクション回路９１３と、スクロール圧縮機１００の回転数を制御するインバータ制御装置４００と、このインバータ制御装置４００に通風して冷却する冷却用ファン４４０と、を備えて構成されている。

冷凍サイクル９１１は、インバータ用モータを内蔵した注油式密閉形スクロール圧縮機１００、油分離器７００、ガス冷却７１０及び冷凍機８００を備えて構成されている。これらの機器は、配管５５０、７０２、７２０、７３０、７５２を介して直列に接続されて作動冷媒を潤滑させる閉ループとなるように構成されている。また、油分離器７００からガス冷却器７１０及び冷凍機８００をバイパスしてスクロール圧縮機１００に油を戻す配管７４０が設けられている。この冷凍サイクルの作動冷媒としてはヘリウムガスが用いられている。

係る冷凍サイクルにおいて、スクロール圧縮機１００から吐出された高温、高圧のヘリウムガスは油分離器７００で油を分離した後、ガス冷却器７１０で冷却される。次にヘリウムガスはヘリウム冷凍機８００で断熱膨張された後、配管７３０、７５２を通して再び吸入ガスとしてスクロール圧縮機１００に戻される。このようにして、冷凍装置としての機能が得られる。

油インジェクション回路９１３は、油ストレーナ３８、油冷却器、キャピラリーチューブや油量調整弁などからなる絞り手段２７１を備え、これらをハイカン３６、３６ａ、３６ｂを介して直列に接続することにより構成されている。この油インジェクション回路９１３は、スクロール圧縮機１００内に溜められた潤滑油内に連通する油取り出し管３０と、スクロール圧縮機１００の圧縮室に連通する油取り出し管３０と、スクロール圧縮機１００の圧縮室に連通する油インジェクション管３１との間に接続されている。

スクロール圧縮機１００内に溜められた潤滑油は、潤滑油に加えられる吐出圧力と圧縮室の中間圧力の差圧によって油取り出し管３０内に流入していく。この流入した潤滑油は、油ストレーナ３８で塵埃などを除去した後、油冷却器３３で適宣冷却され、絞り手段２７１で油インジェクション量を調整されて油インジェクション管３１からスクロール圧縮機１００の圧縮機室へ注入される。

インバータ制御装置４００は、スクロール圧縮機１００の外部に配置され、スクロール圧縮機１００に電気的に接続されている。そして、商用電源５００から供給される電力をこのインバータ制御装置４００で電力変換してスクロール圧縮機１００に供給する。

ヘリウム用スクロール圧縮装置９１０を構成する上述した機器は、図１１の一点鎖線で示すユニット９１２内に収納されている。また、これらの機器は、ユニット９１２内に図１２の破線で示すように配置され、配管や配線などで繋がっている。これらの機器の配置構成は、全体の配置スペースがコンパクトで配管や配線が短くなるように配慮されている。この場合、スクロール圧縮機１００、油冷却器３３及びガス冷却器７１０の小型化が重要であり、本実施例では、１つのインバータ用モータを組み込むことにより、モータ効率などモータ特性が幾つもの多様な商用電源にあっても均一になるので、発熱量も同一になり補器類７１０、３３、７００などの大きさも同一となり、結果的に油冷却器３３及びガス冷却器７１０などを小型化、共用化することができ、これによってユニット９１２の外形寸法も統一、縮小化と共に、ユニットコストの低価格化することができる。このユニット９１２は、幅寸法Ｌ１、奥行き寸法Ｌ２、高さ寸法Ｌ３の外形寸法を有する略直方形状の箱体で形成されている。そして、冷却用ファン４４０の通風のために、全面や側面などに通風口９１２ａを有している。

以上のことから、本実施例によれば、商用電源仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの広域電源に対してインバータ制御装置に、各商用電源に対してほぼ重畳した周波数／電圧特性に設定することにより、インバータ用モータを１つの共用モータに、ひいてはインバータ用圧縮機の共通化ができるものである。また、本発明では、インバータ駆動の回転数制御による可変速ヘリウム用スクロール圧縮機に対して、圧縮機の保護機能を向上させるためモータプロテクタを適性な位置に配置したことも特徴としているものである。インバータ用モータの保護機能が改善し、プロテクタ自身の寿命が向上できるので、プロテクタの信頼性も改善でき、密閉形可変速スクロール圧縮機全体としても信頼性が向上できるという効果がある。

本発明の縦形タイプのヘリウム用密閉形スクロール圧縮装置の一実施例を示す縦断面図である。 図１のＣ-Ｃ断面図である。 本実施例のインバータ制御装置のインバータ出力周波数とインバータ二次側電圧の特性を示す説明図である。 本実施例のインバータ制御装置のインバータ出力周波数とインバータ二次側電圧の他の特性を示す説明図である。 従来技術のインバータ制御装置のインバータ出力周波数とインバータ二次側電圧の特性を示す説明図である。 図１のＥ−Ｅ断面図である。 本実施例のモータプロテクタ部分の断面図である。 図７を側面から見た図である。 本実施例のモータ回路図である。 本実施例の作用効果を示す説明図である。 本実施例のインバータ制御圧縮装置を備えたヘリウム冷凍装置の構成図である。 図１１のヘリウム冷凍装置の外観図である。

符号の説明

１…密閉容器、１ａ…吐出室、１ｂ１、１ｂ２…電動機室、３…モータ部、３ａ…モータステータ、３ｂ…モータロータ、３ｃ…吐出管側モータコイルエンド部、３ｅ…通路１８側のモータコイルエンド部、３ｇ…モータコイルエンド部の凹部、５…固定スクロール、５ａ…固定スクロール鏡板、６…旋回スクロール、６ａ…旋回スクロール鏡板、８…圧縮室、１０…吐出口、７…フレーム、３８…オルダム機構、１５…吸入口、１４…回転軸、１４ａ…偏心軸、２７…油吸上管、１７…吸入管、１８ａ、１８ｂ…通路、２０…吐出管、５３…Ｏリング、２２…ポート、２３…潤滑油、２５…通路、４０…主軸受、３９…補助軸受、３０…油取り出し管、３１…油インジェクション管、３２…旋回軸受、７０…主電源ボックス部、７０ａ…主電源用ハーメ端子部、８５…主電源用リード線、８６、８７、８８…中性点用リード線、９１…モータプロテクタ、１００…圧縮機、３９０、４５０…動力電源線、４００…インバータ制御装置、５００…商用電源、５５０…配管、７００…油分離器、９１０…ヘリウム用スクロール圧縮装置。

Claims (6)

1. スクロール圧縮機部及びこれを駆動するモータ部を密閉容器内に収納した密閉形スクロール圧縮機と、
   インバータ出力周波数に対して一次関数的に変化するインバータ二次側電圧特性を有して前記モータ部の回転数を制御するインバータ制御装置と、を備えるインバータ制御圧縮装置において、
   前記インバータ制御装置は、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲内の複数種類の商用電源に対応して前記モータ部を駆動制御するものであり、最低インバータ出力周波数から最高インバータ出力周波数の範囲内にインバータ二次側電圧３８０Ｖ〜４８０Ｖの範囲を含むインバータ二次側電圧特性を有し、使用される商用電源の電圧におけるインバータ出力周波数から最高インバータ出力周波数の範囲のインバータ二次側電圧を使用される商用電源の電圧に合わせて一定とする
   ことを特徴とするインバータ制御圧縮装置。
2. 請求項１に記載されたインバータ制御圧縮装置において、商用電源電圧仕様３８０Ｖ〜４８０Ｖの商用電源に対して共用のモータ部を前記密閉形スクロール圧縮機に組み込んだことを特徴とするインバータ制御圧縮装置。
3. 請求項１または２に記載のインバータ制御圧縮装置において、前記密閉形スクロール圧縮機は作動ガスに冷媒Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ等の冷凍・空調用スクロール圧縮機または作動ガスにヘリウムガスを用いたヘリウム用密閉形スクロール圧縮機であることを特徴とするインバータ制御圧縮装置。
4. 請求項３に記載のインバータ制御圧縮装置において、モータ電流の異常増加と周囲温度の異常上昇に基づいてモータコイルに通電せしめるモータ回路を直接遮断するモータプロテクタを備え、前記吐出管をモータエンドコイルの上方に延長して開口させると共に、前記吐出口から吐出されたミスト状油と圧縮ガスとの混合体の流れの下流側で且つ前記吐出管の開口に近接する位置に前記モータプロテクタを設置したことを特徴とするインバータ制御圧縮装置。
5. 作動ガスとしてヘリウムガスを用いるスクロール圧縮機部とインバータ装置によって駆動制御されるモータ部とを密閉容器内に収納し、
   円板状鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと旋回スクロールとをラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールを旋回運動させて前記固定スクロールの外周部に開口する吸入口よりガスを吸入し前記固定スクロールの中央部に開口する吐出口より圧縮ガスを前記密閉容器内に吐出する前記スクロール圧縮機部とし、
   前記スクロール圧縮機部の作動ガスを冷却するための油インジェクション管を前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続し、
   前記スクロール圧縮機部と前記モータ部との間の空間から圧縮ガスを密閉容器外に吐出する吐出管を設けた密閉形スクロール圧縮機において、
   モータコイルに通電せしめるモータ回路をモータ電流の異常増加と周囲温度の異常上昇により直接遮断するモータプロテクタを備え、
   前記吐出管をモータエンドコイルの上方に延長して開口させると共に、
   前記吐出口から吐出されたミスト状油と圧縮ガスとの混合体の流れの下流側で且つ前記吐出管の開口に近接する位置に前記モータプロテクタを設置した
   ことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
6. 請求項５に記載の密閉形スクロール圧縮機において、前記モータ部のステータと前記密閉容器との間に圧縮ガスを通す複数の通路を形成し、前記複数の通路が前記モータ部の圧縮機部側から反圧縮機部側に圧縮ガスを流す第１通路と反圧縮機部側から圧縮機部側へ圧縮ガスを流す第２通路を有しており、前記第２通路が前記吐出管の開口の近傍に開口しており、前記第２通路の開口から前記吐出管の開口への圧縮ガスの流れに面するように前記モータプロテクタを設置したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
   

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