JP2012251714A

JP2012251714A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2012251714A
Application number: JP2011124422A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Ogawa; 歩小川; Takehiro Kanayama; 武弘金山
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2012-12-20

Abstract

【課題】潤滑油を加熱するための専用の熱源部材を別途設置する必要がなく、熱源部材の取付工数を省くことができると共に、コストの低減を図ることができる圧縮機を提供する。
【解決手段】制御装置８０は、除霜時、モータ３にトルク制御を行うことで、除霜時、モータ３に過多な電流を負荷する。これによって、モータ３の発熱量を増やして、密閉容器１内の冷媒温度および潤滑油温度を、速やかに上昇できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、エアコンや冷蔵庫等に用いられる圧縮機に関する。

従来、圧縮機としては、潤滑油を加熱する加熱用巻線を備えたものがある（特開平７−１０３５８３号公報：特許文献１参照）。この加熱用巻線は、潤滑油の温度を上昇させて、潤滑油の冷媒による希釈を防止して、信頼性を向上させていた。

しかしながら、上記従来の圧縮機では、潤滑油を加熱するための専用の加熱用巻線を別途設置する必要があり、この巻線の取付工数がかかり、コスト高となる問題があった。

特開平７−１０３５８３号公報

そこで、この発明の課題は、潤滑油を加熱するための専用の熱源部材を別途設置する必要がなく、熱源部材の取付工数を省くことができると共に、コストの低減を図ることができる圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の圧縮機は、
密閉容器と、
この密閉容器内に配置された圧縮機構部と、
上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮機構部を駆動するモータと、
上記モータを制御する制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
上記モータの出力トルクが所要のトルクになるように、上記モータを駆動する電流値を制御するトルク制御手段と、
除霜時、上記トルク制御手段を動作させて、上記モータを駆動する除霜時制御手段と
を含むことを特徴としている。

この発明の圧縮機によれば、上記制御装置は、モータを駆動する電流値を制御するトルク制御を行うので、モータに過多な電流を負荷する。これによって、モータの発熱量を増やして、密閉容器内の冷媒温度および潤滑油温度を、速やかに上昇できる。この結果、潤滑油への冷媒の溶け込みを抑制し、潤滑油の濃度を高くして、軸焼け等のない信頼性の向上を図ることができる。

したがって、上記モータを熱源として利用することで、潤滑油を加熱するための専用の熱源部材を別途設置する必要がなく、熱源部材の取付工数を省くことができると共に、コストの低減を図ることができる。

また、上記制御装置は、除霜時、モータを駆動する電流値を制御するトルク制御を行うので、除霜時、潤滑油の冷媒による希釈を防止できる。また、除霜時、冷媒の温度を上昇させることにより、除霜時間を短縮できて、迅速に暖房運転に切り換えることができる。

また、一実施形態の圧縮機では、
上記制御装置は、
上記モータを駆動する電流の位相を最高効率となる最適ポイントからずらす位相ずらし手段を含み、
上記除霜時制御手段は、除霜時、上記トルク制御手段を動作させつつ、上記位相ずらし手段を動作させて、上記モータを駆動する。

この実施形態の圧縮機によれば、上記制御装置は、除霜時、トルク制御を行いつつ、モータを駆動する電流の位相を最適ポイントからずらす運転を行うので、除霜時、故意にモータ効率が低下する運転を行い、モータの発熱量を増やし、冷媒温度および潤滑油温度を一層迅速に上昇できる。

また、一実施形態の圧縮機では、
上記制御装置は、
起動時、上記トルク制御手段を動作させて、上記モータを駆動する起動時制御手段を含む。

この実施形態の圧縮機によれば、上記制御装置は、起動時、トルク制御を行うので、起動時にも、潤滑油の冷媒による希釈を防止できる。

また、一実施形態の圧縮機では、
密閉容器と、
この密閉容器内に配置された圧縮機構部と、
上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮機構部を駆動するモータと、
上記モータを制御する制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
上記モータの出力トルクが所要のトルクになるように、上記モータを駆動する電流値を制御するトルク制御手段と、
起動時、上記トルク制御手段を動作させて、上記モータを駆動する起動時制御手段と
を含む。

また、上記制御装置は、起動時、モータを駆動する電流値を制御するトルク制御を行うので、起動時、潤滑油の冷媒による希釈を防止できる。

この発明の圧縮機によれば、上記制御装置は、除霜時または起動時、モータを駆動する電流値を制御するトルク制御を行うので、熱源部材の取付工数を省くことができると共に、コストの低減を図ることができる。

本発明の第１実施形態の圧縮機を用いた空気調和機の簡略構成図である。圧縮機の断面図である。モータの平面図である。圧縮機のトルク変動を示すグラフである。トルク制御時の電流波形を示すグラフである。本発明の第２実施形態の圧縮機の制御装置の簡略構成図である。リラクタンスＤＣモータにおける電気角とトルクとの関係を示すグラフである。リラクタンスＤＣモータにおける電気角とトルクとの関係を示す平面図である。リラクタンスＤＣモータにおける電気角と電流との関係を示すグラフである。本発明の第３実施形態の圧縮機の制御装置の簡略構成図である。本発明の第４実施形態の圧縮機の制御装置の簡略構成図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の圧縮機を用いた空気調和機の簡略構成図を示している。この空気調和機は、圧縮機５１と、室外機としての第１熱交換器５２と、膨張機構５３と、室内機としての第２熱交換器５４とを順に環状に接続してなる。圧縮機５１と第１熱交換器５２との間と、第２熱交換器５４と圧縮機５１との間とを、四路切換弁５５で接続している。

上記四路切換弁５５の第１位置では、上記第１熱交換器５２は、凝縮器として作用し、上記第２熱交換器５４は、蒸発器として作用する。つまり、冷媒は、実線の矢印に示すように、圧縮機５１、第１熱交換器５２、膨張機構５３、第２熱交換器５４を順に流れ、第２熱交換器５４は、冷房運転を行う。

上記四路切換弁５５の第２位置では、上記第１熱交換器５２は、蒸発器として作用し、上記第２熱交換器５４は、凝縮器として作用する。つまり、冷媒は、点線の矢印に示すように、圧縮機５１、第２熱交換器５４、膨張機構５３、第１熱交換器５２を順に流れ、第２熱交換器５４は、暖房運転を行う。

図２に示すように、上記圧縮機５１は、密閉容器１と、この密閉容器１内に配置された圧縮機構部２と、上記密閉容器１内に配置されると共に圧縮機構部２を駆動するモータ３と、上記モータ３を制御する制御装置８０とを備えている。この圧縮機は、ロータリ圧縮機である。

上記密閉容器１の下側側方に、吸込管１１を接続する一方、密閉容器１の上側に吐出管１２を接続している。上記吸込管１１から供給される冷媒は、上記圧縮機構部２の吸込側に導かれる。

上記モータ３は、上記圧縮機構部２の上側に配置され、上記圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動する。上記モータ３は、上記圧縮機構部２から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器１内の高圧領域に配置されている。

上記密閉容器１内の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部１０が形成されている。この潤滑油は、油溜まり部１０から、上記回転軸４に設けられた（図示しない）油通路を通って、上記圧縮機構部２や上記モータ３のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。

上記圧縮機構部２は、シリンダ２０と、このシリンダ２０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端部８および下端部９とを備える。

上記回転軸４は、上端部８および下端部９を貫通して、シリンダ２０の内部に挿入されている。回転軸４は、上端部８の軸受２１と下端部９の軸受２２とにより、回転自在に支持されている。

上記シリンダ２０内の回転軸４にクランクピン５が設けられ、このクランクピン５には、ローラ６が嵌合され、ローラ６とシリンダ７との間に形成された圧縮室７により、圧縮を行う。ローラ６は、偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室７の容積を変化させる。

図２と図３に示すように、上記モータ３は、ロータ３０とステータ４０とを有する。ロータ３０は、円筒形状であり、上記回転軸４に固定されている。ステータ４０は、ロータ３０の外周側を囲むように配置されている。つまり、上記モータ３は、インナーロータ型のモータである。

上記ロータ３０は、ロータコア３１と、このロータコア３１に軸方向に埋め込まれると共に周方向に配列された複数（本実施形態では６つ）の磁石３２とを有する。

上記ステータ４０は、上記密閉容器１の内面に接触するステータコア４１と、このステータコア４１に巻回されたコイル４２とを有する。

上記ステータコア４１は、積層された複数の電磁鋼板を含み、円筒部４５と、複数（本実施形態では９つ）のティース部４６とを有する。

上記ティース部４６は、円筒部４５の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に配列されている。隣り合う上記ティース部４６，４６の間に、スロット部４７が形成されている。

上記コイル４２は、複数の上記ティース部４６に渡って巻かれておらず各ティース部４６に巻かれている集中巻きである。

上記コイル４２に電流を流すことで、電磁力により、上記ロータ３０が回転し、ロータ３０が回転することで、回転軸４を介して、ローラ６を公転させて、圧縮動作を行う。そして、圧縮機構部２から吐出された冷媒は、一部の潤滑油を含んだ状態で、ロータ３０とステータ４０の間の空間を通って、吐出管１２側へ流れる。吐出管１２側へ流れた潤滑油は、ステータ４０の外周側の隙間（コアカット）を通って、油溜まり部１０に戻る。

上記制御装置８０は、トルク制御手段８４と、除霜時制御手段８２とを含む。

上記トルク制御手段８４は、上記モータ３の出力トルクが所要のトルクになるように、上記モータ３を駆動する電流値を制御する。

上記除霜時制御手段８２は、除霜時、上記トルク制御手段８４を動作させて、上記モータ３を駆動する。除霜とは、図１に示すように、室内機としての第２熱交換器５４の暖房運転において、室外機としての第１熱交換器５２に付着する霜を除去することをいう。なお、除霜時制御手段８２は、除霜時、四路切換弁５５を切り換える制御を行うようにしてもよい。

通常運転時、上記トルク制御手段８４は動作せず、上記モータ３には、例えば、一定の駆動電流が流れる。

上記トルク制御手段８４による電流値の制御（以下、トルク制御という）について説明する。

圧縮機を一定トルクで運転しようとするとトルクの過不足が発生し、トルク変動が生じる。これは、回転軸４は、クランクピン５や圧縮室７内の冷媒の作用により、回転角に応じて、必要なトルクが異なるからである。そこで、モータ３が発するトルクと回転軸４を回すのに必要なトルクを合致させると（つまり、過不足なくすると）、圧縮機のトルク変動はなくなる。このような制御を、トルク制御という。

具体的に述べると、図４に示すように、回転角に応じて圧縮機のトルクが変動する。そこで、図５に示すように、コイル４２に流す電流を、回転角に応じて変化させる。Ｕ相の電流を実線のｉｕで示し、Ｖ相の電流を一点鎖線のｉｖで示し、Ｗ相の電流を点線のｉｗで示す。こうすることによって、圧縮機のトルク変動がなくなる。

図５に示すＵ相、Ｖ相、Ｗ相のトータル電流値（実効電流）を、以下の［式１］を用いて計算すると、トルク制御を行わないときと比較して、電流値は大きくなる。

［式１］

例えば、上記［式１］より、トルク制御を行うとき、実効電流は、２．８３となり、トルク制御を行わないとき、実効電流は、３．８０となる。この結果、トルク制御を行うことによって、トルク制御を行わないときに比べて、電流値は１３０％上昇し、モータ３の発熱量は１８０％上昇する。

このように、トルク制御を行うことによって、コイル４２に流す電流値を増大でき、モータ３の発熱量（つまり、コイル４２の発熱量）を増大できる。

上記構成の圧縮機によれば、上記制御装置８０は、除霜時、モータ３にトルク制御を行うので、除霜時に、モータ３に過多な電流を負荷する。これによって、モータ３の発熱量を増やして、密閉容器１内の冷媒温度および潤滑油温度を、速やかに上昇できる。また、冷媒や潤滑油が、ロータ３０とステータ４０の間の空間を通るため、冷媒や潤滑油が、コイル４２に接触し、冷媒や潤滑油の温度を、顕著に上昇できる。

この結果、潤滑油への冷媒の溶け込みを抑制し、潤滑油の濃度を高くして、摩擦熱による回転軸４の焼けを防止し、信頼性の向上を図ることができる。

したがって、上記モータ３を熱源として利用することで、潤滑油を加熱するための専用の熱源部材を別途設置する必要がなく、熱源部材の取付工数を省くことができると共に、コストの低減を図ることができる。

また、暖房運転時には、図１に示す室外機としての第１熱交換器５２に霜がついて、室外機の熱交換効率が低下するが、上記制御装置８０は、除霜時、モータ３にトルク制御を行うので、除霜時、冷媒の温度を上昇できて、室外機の霜を短時間で除去することができる。これによって、迅速に暖房運転に切り換えることができる。

（第２の実施形態）
図６は、この発明の圧縮機の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、制御装置の構成が相違する。

図６に示すように、制御装置８０Ａは、位相ずらし手段８１と、除霜時制御手段８２と、最適ポイント運転手段８３と、トルク制御手段８４とを含む。

上記位相ずらし手段８１は、上記モータ３を駆動する電流の位相を最高効率となる最適ポイントからずらす。最高効率とは、コイル４２に流す電流が、最も効率よく、モータ３に必要なトルクを出力するために用いられることをいう。

上記トルク制御手段８４は、上記第１の実施形態と同様に、上記モータ３の出力トルクが所要のトルクになるように、上記モータ３を駆動する電流値を制御する。

上記除霜時制御手段８２は、除霜時、上記トルク制御手段８４を動作させつつ、上記位相ずらし手段８１を動作させて、上記モータ３を駆動する。

上記最適ポイント運転手段８３は、通常運転時、上記モータ３を駆動する電流の位相を上記最適ポイントとして、モータ３を駆動する。言い換えると、最適ポイント運転手段８３は、除霜時、除霜時制御手段８２によって、位相ずらし手段８１およびトルク制御手段８４に基づいた運転に、切り換えられる。

図７と図８を用いて、モータ３を駆動する電流位相について説明する。上記モータ３として、リラクタンスＤＣモータを用いる。

図７は、リラクタンスＤＣモータにおける電気角［deg］とトルク［kgcm］との関係を示すグラフである。電気角とは、ステータ磁極とロータ磁極との相対角度をいい、電流位相を意味する。トルクには、（一点鎖線にて示す）磁石トルクＴ１と、（点線にて示す）リラクタンストルクＴ２とがあり、このトルクＴ１、Ｔ２を合計したものを（実線にて示す）総合トルクＴ０で示す。

図８は、リラクタンスＤＣモータにおける電気角とトルクとの関係を示す平面図である。このモータでは、ロータ３０の磁石３２の数量は、４個であり、ステータ４０のティース部４６の数量は、２４個である。

図７と図８に示すように、電気角が＋９０°または−９０°であるとき、磁石トルクＴ１およびリラクタンストルクＴ２は、０となる。電気角が＋４５°であるとき、磁石トルクＴ１およびリラクタンストルクＴ２は、正方向（時計回り方向）のトルクとなる。電気角が−４５°であるとき、磁石トルクＴ１は、正方向のトルクとなり、リラクタンストルクＴ２は、負方向（反時計回り方向）のトルクとなる。電気角が０°であるとき、磁石トルクＴ１は、正方向のトルクとなり、リラクタンストルクＴ２は、０となる。

図７に示す電流位相の最適ポイントは、３０°〜４０°である。そして、除霜時、上記制御装置８０は、電流位相をこの最適ポイントからずらして、モータ３を駆動することで、トルクを小さくする。つまり、必要なトルクを出すためには、コイル４２に一層多くの電流を流さねばならなくなるため、電流値が増える。

例えば、図９に示すように、電気角（つまり、電流位相）を最適ポイント（３０°〜４０°）から６０°〜７０°へずらすことで、コイル４２の電流値が最大で２７０％まで上昇し、モータ３の発熱量（つまり、コイル４２の発熱量）を７１０％まで上昇させることができる。

なお、電流位相を７０°よりも大きな値にずらすと、トルクが非常に小さくなって、ロータ３０が回転しなくなり、または、コイル４２に非常に多くの電流を流す必要が生じて、コイル４２が焼き切れるおそれがある。

したがって、上記制御装置８０Ａは、除霜時、トルク制御を行いつつ、モータ３を駆動する電流の位相を最適ポイントからずらす運転を行うので、除霜時、故意にモータ効率が低下する運転を行い、モータ３の発熱量を増やし、冷媒温度および潤滑油温度を一層迅速に上昇できる。

（第３の実施形態）
図１０は、この発明の圧縮機の第３の実施形態を示している。上記第２の実施形態と相違する点を説明すると、この第３の実施形態では、制御装置の構成が相違する。

図１０に示すように、制御装置８０Ｂは、位相ずらし手段８１と、除霜時制御手段８２と、最適ポイント運転手段８３と、トルク制御手段８４と、起動時制御手段８５とを含む。

上記位相ずらし手段８１は、上記第２の実施形態と同様に、上記モータ３を駆動する電流の位相を最高効率となる最適ポイントからずらす。

上記起動時制御手段８５は、起動時、上記トルク制御手段８４を動作させて、上記モータ３を駆動する。起動時とは、圧縮機の起動時をいい、圧縮機を運転停止状態から運転開始状態に移行するときをいう。

上記最適ポイント運転手段８３は、通常運転時、上記モータ３を駆動する電流の位相を上記最適ポイントとして、モータ３を駆動する。言い換えると、最適ポイント運転手段８３は、除霜時、除霜時制御手段８２によって、位相ずらし手段８１およびトルク制御手段８４に基づいた運転に、切り換えられ、起動時、起動時制御手段８５によって、トルク制御手段８４に基づいた運転に、切り換えられる。

したがって、上記制御装置８０Ｂは、起動時、上記トルク制御手段８４を動作させて、モータ３を駆動するので、起動時にも、潤滑油の冷媒による希釈を防止できる。

なお、上記起動時制御手段８５は、起動時、上記トルク制御手段８４を動作させつつ、上記位相ずらし手段８１を動作させて、上記モータ３を駆動するようにしてもよい。また、上記位相ずらし手段８１および上記最適ポイント運転手段８３を省略してもよく、このとき、上記除霜時制御手段８２は、除霜時、上記トルク制御手段８４を動作させて、上記モータ３を駆動する。

（第４の実施形態）
図１１は、この発明の圧縮機の第４の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第４の実施形態では、制御装置の構成が相違する。

図１１に示すように、制御装置８０Ｃは、トルク制御手段８４と、起動時制御手段８５とを含む。

上記起動時制御手段８５は、上記第３の実施形態と同様に、起動時、上記トルク制御手段８４を動作させて、上記モータ３を駆動する。なお、通常運転時、上記トルク制御手段８４は動作せず、上記モータ３には、例えば、一定の駆動電流が流れる。

したがって、上記制御装置８０Ｃは、除霜時でなく、起動時に、トルク制御を行うので、起動時、潤滑油の冷媒による希釈を防止できる。

なお、上記第２の実施形態の位相ずらし手段８１および最適ポイント運転手段８３を設けてもよく、このとき、上記起動時制御手段８５は、起動時、上記トルク制御手段８４を動作させつつ、上記位相ずらし手段８１を動作させて、上記モータ３を駆動する。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１から上記第４の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

また、上記モータを、冷媒または潤滑油がモータ（特に、モータのコイル）に接触するように、配置することで、冷媒または潤滑油の温度を上昇させて、潤滑油に寝込んだ冷媒を排出でき、潤滑油の濃度を確保できる。

また、上記モータとして、リラクタンスＤＣモータ以外のＤＣモータを用いてもよい。また、上記圧縮機構部として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。

また、上記空気調和機として、四路切換弁による逆サイクル運転可能な空気調和機でなくてもよく、順サイクル運転のみの空気調和機であってもよい。

１密閉容器
２圧縮機構部
３モータ
４回転軸
３０ロータ
３１ロータコア
３２磁石
４０ステータ
４１ステータコア
４２コイル
４６ティース部
５１圧縮機
５２第１熱交換器
５３膨張機構
５４第２熱交換器
５５四路切換弁
８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ制御装置
８１位相ずらし手段
８２除霜時制御手段
８３最適ポイント運転手段
８４トルク制御手段
８５起動時制御手段

Claims

密閉容器（１）と、
この密閉容器（１）内に配置された圧縮機構部（２）と、
上記密閉容器（１）内に配置されると共に上記圧縮機構部（２）を駆動するモータ（３）と、
上記モータ（３）を制御する制御装置（８０，８０Ａ，８０Ｂ）と
を備え、
上記制御装置（８０，８０Ａ，８０Ｂ）は、
上記モータ（３）の出力トルクが所要のトルクになるように、上記モータ（３）を駆動する電流値を制御するトルク制御手段（８４）と、
除霜時、上記トルク制御手段（８４）を動作させて、上記モータ（３）を駆動する除霜時制御手段（８２）と
を含むことを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機において、
上記制御装置（８０Ａ，８０Ｂ）は、
上記モータ（３）を駆動する電流の位相を最高効率となる最適ポイントからずらす位相ずらし手段（８１）を含み、
上記除霜時制御手段（８２）は、除霜時、上記トルク制御手段（８４）を動作させつつ、上記位相ずらし手段（８１）を動作させて、上記モータ（３）を駆動することを特徴とする圧縮機。
請求項１または２に記載の圧縮機において、
上記制御装置（８０Ｂ）は、
起動時、上記トルク制御手段（８４）を動作させて、上記モータ（３）を駆動する起動時制御手段（８５）を含むことを特徴とする圧縮機。
密閉容器（１）と、
この密閉容器（１）内に配置された圧縮機構部（２）と、
上記密閉容器（１）内に配置されると共に上記圧縮機構部（２）を駆動するモータ（３）と、
上記モータ（３）を制御する制御装置（８０Ｃ）と
を備え、
上記制御装置（８０Ｃ）は、
上記モータ（３）の出力トルクが所要のトルクになるように、上記モータ（３）を駆動する電流値を制御するトルク制御手段（８４）と、
起動時、上記トルク制御手段（８４）を動作させて、上記モータ（３）を駆動する起動時制御手段（８５）と
を含むことを特徴とする圧縮機。