JP3769712B2 - 密閉型電動圧縮機用保護装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉型電動圧縮機用保護装置、特にインバータ制御方式の三相用電動機を使用する電動圧縮機に適した保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、エアコンや冷蔵庫等をインバータ制御するものが増えてきた。これは例えば図６に示すように、商用電源１０１の交流電圧をコンバータ回路１０２により一旦直流電圧に変換し、この直流電圧はインバータ回路１０３により所望の振幅及び周波数の三相交流電圧に変換されて電動圧縮機１０４を駆動する交流電動機１０５に印加され、運転状態に応じて前記振幅及び周波数を変化させることにより回転速度及び回転トルクを適宜に変化させる周知のものである。尚、ここで言う三相交流は完全なサイン波ではなくデューティ比をパルス幅制御した擬似的な三相交流または多相交流を含む。これによって必要に応じてエアコンや冷蔵庫の温度変化能力を制御することができ、周囲温度から所望の温度への急速な変化をさせる運転や、所望温度に達して後のより効率的な運転への切替が前記のインバータ回路１０３により効果的に行なわれるものである。
【０００３】
このようなインバータ制御式のエアコンにおいては制御回路１０６によって電動機１０５への適切な通電状態を常に監視及び制御していることから、従来の過電流応動形の保護装置の設置は省略されている。しかしながら、このような制御回路では通電状態を監視することで過電流や三相電源の欠相は検出できるものの、圧縮機内の冷媒等の温度を通電状態から判定することはできないため、温度スイッチ１０７を圧縮機１０４の密閉ハウジング表面に取り付ける等して制御回路１０６に圧縮機内の過熱の有無を入力する必要があった。
【０００４】
ここで温度スイッチ１０７を圧縮機１０４の密閉ハウジング外壁に取り付けた場合には、圧縮機内の温度は間接的に検出されるために特に急激な過熱状態に対しての応答性が不充分であり、またハウジング周辺の温度や風などの外乱による影響を受けるために同じ過熱状態になっても周囲の条件によって温度スイッチ１０７の応答が適切性を失うと言う問題があった。
【０００５】
またハウジング内部に温度スイッチ１０７を設ける場合には応答性は向上するが、温度スイッチからの信号をハウジング外部に出力するために圧縮機１０４のハウジングに取付けられた気密端子のリードピンを増やしたり温度スイッチ用の気密端子を別に設ける必要があった。
【０００６】
さらに温度スイッチ１０７を三相電動機１０５の電源線上に設け直接通電を遮断する場合には、従来は本出願人が特開平９−１８０６１１号公報に示す如き三対の接点を有し過熱や過電流状態となった時には全接点を開離することにより電動機への通電を遮断する三相用サーマルプロテクタなどを使用する必要があった。しかしこの場合には電流容量を充分に得るために大型化した接点を３対備えた上に、かつ三相電動機の各相の電流を同時に遮断するためにそれぞれの相間をサーマルプロテクタ内で絶縁する必要があることからサーマルプロテクタの内部構造が複雑になり全体が大型化してしまう。さらにこの三相電動機の各相電流を直接遮断する回路中に温度検出用としてバイメタルのような熱応動体を使用するものにおいては電動機の電流による発熱の影響を最小限にするために熱応動体に直接電流を通さないとか或いは熱応動体の固有抵抗を極力小さくするなどの工夫が必要とされるために、構造はより複雑になりそれに伴いサーマルプロテクタはさらに大型化してしまう。
【０００７】
上述の問題を解決する方法の一例を図７を参照しながら以下に説明する。この方法においてはインバータ回路１０３から電動圧縮機１０４の電動機１０５に送られる三相出力線の任意の一本である１０３Ａ上に、通電される使用範囲内の電流値に関係無く周囲温度により動作するプロテクタ１０８を設置する。このプロテクタ１０８の取付位置は特に限定されないが、前述したように外乱の影響を避け且つ迅速な応答性を得るために圧縮機の密閉ハウジング内に設置するのがよい。こうする事により、圧縮機１０４内の過熱時にはこのプロテクタ１０８が動作して出力線１０３Ａを遮断する事により、意図的に欠相状態が発生される。この欠相状態を制御装置１０６が検出することにより電動機１０５への通電を遮断するものであって、直接制御装置１０６に図６に示す温度スイッチなどによる過熱信号を入力しなくても過熱時には確実に電動機を保護することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来から密閉形電動圧縮機のハウジング内に過電流形、もしくは熱応動形のプロテクタを設置する方法としては種々のものが提案されている。例えば実開昭５６−１７８４８号公報においては発明に対する従来例として電動機のコイルエンド外周に縛り糸で固定されるプロテクタが開示されている。
【０００９】
しかしながらこのような縛り糸による取付けはその工程が煩雑であり且つ自動化できないことなどから、より容易で確実な取付けが可能なプロテクタが求められてきた。その例としては例えば米国特許明細書第３５８６９１０号や、特開昭６２−４８９９１号公報、特開昭６３−２８２４６号公報、特開昭６３−２１６２２７号公報等において、圧縮機ハウジングの気密端子内側に取り付けるクラスタブロック上にプロテクタを取り付けるものが提案されている。これらの方法によれば電動圧縮機のハウジング内へのプロテクタの取り付け及び配置は容易になる。
【００１０】
しかし特開昭６２−４８９９１号公報、特開昭６３−２１６２２７号公報に示されたものにおいては、クラスタブロック自身がプロテクタ本体を保持する保持部を有した構造とされており、また米国特許明細書第３５８６９１０号に示されたものではクラスタブロックに金属製の保持部を取り付けており、どちらも所謂汎用のクラスタブロックを使用できないという問題があった。
【００１１】
また特開昭６３−２８２４６号公報には汎用のクラスタブロックを使用したものが記載されているが、プロテクタを保持するリセプタクルはクラスタブロックに挿入された部分されたのみでクラスタブロックに固定されているためにリセプタクル及びその接続部の負担が大きくなるので採用に際してはプロテクタの重量とリセプタクルの強度とを考慮する必要があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の密閉型電動圧縮機用保護装置の特徴は、ハウジングの内外を電気的に接続するための複数のリードピンを有する気密端子が取り付けられた金属製の密閉ハウジング内に電動機とこの電動機の回転により駆動される圧縮機が設けられ、前記気密端子の各リードピンに対応するように接続される端子を取り付けるクラスタブロックを有し、このクラスタブロックには電動機巻線のうちの１本を除く複数本のそれぞれに直接またはリード線を介して電気的に接続された端子が挿入固定された密閉型電動圧縮機に使用される保護装置であって、金属製の気密容器とこの容器を貫通して絶縁固定された導電端子を有し気密容器内部で容器と導電端子とに接続された一対の接点を開閉するプロテクタと、このプロテクタに導電的に固着された一端に端子を設けた接続部材とを有し、プロテクタに固着された接続部材の一端に設けられた前記端子をクラスタブロックに挿入し且つ接続部材をクラスタブロックの表面上に係合する事によりプロテクタがクラスタブロックに対して位置決め固定されることにある。
【００１３】
また他の特徴は前記接続部材がプロテクタの気密容器に溶接により固着されるものであり、その溶接は少なくとも２点以上で行なわれていることにある。
【００１４】
他の特徴はプロテクタの気密容器に対する接続部材の溶接点は少なくとも容器の全長の１／４以上離れている２点を有することにある。
【００１５】
また他の特徴は接続部材にはクラスタブロックに対して位置決め固定される際にクラスタブロック外側に掛かることにより脱落を防ぐ戻り止めが設けられていることにある。
【００１６】
さらに電動機は多相用電動機でありインバータ制御されていることにより、多相電動機を保護するものであってもすべての電線を遮断する必要を無くしたことを特徴とする。
【００１７】
また他の特徴は、接続部材がクラスタブロック表面の内の少なくとも３面に接することでクラスタブロックへのプロテクタの装着における位置決めが容易にされたことにある。
【００１８】
さらに接続部材に設けられた係合部は接続部材の装着方向に対して垂直な方向への引き離し力に耐えるようにクラスタブロックの突起に係合されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明について説明する。図１は本発明の密閉形電動圧縮機用保護装置（以下、保護装置と称する）をクラスタブロックに取り付けた状態を示す斜視図であり、図２には説明のために各部を分離した状態を示す。また図３（Ａ）乃至（Ｃ）にはそれぞれ保護装置をクラスタブロックに取付けた状態の正面図、側面図及び平面図を示し、図４には保護装置の側面図を示す。
【００２０】
この保護装置１は、金属製の気密容器を有するプロテクタ２とこのプロテクタに導電的に固着された接続部材３とから構成される。本実施例のプロテクタ２は通電される通常範囲内の電流値に関係なく周囲の温度によって内部接点を駆動して端子間の電路を開閉するものであり、後述する電動機巻線の任意の１本に接続される。また実施例ではプロテクタ２の第１の端子である気密容器２Ａの外壁には金属製の接続部材３が導電的に固着されており、また第２の端子であり気密容器２Ａにガラスなどの絶縁充填材２Ｃにより気密に絶縁固定された導電端子２Ｂには、タブターミナル４が固着されている。
【００２１】
本実施例の保護装置１の接続部材３にはその平面部３Ｆのほぼ中央部に周囲より高くなった棚部３Ｇが設けられている。この棚部３Ｇ上にはプロテクタ２を固着する溶接用のリブ３Ａが設けられており、このリブ３Ａをプロテクタ２の第１の端子である気密容器外壁２Ａに溶接してプロテクタに接続部材が導電的に固定される。接続部材３の一端３Ｂには端子であるリセプタクル５が溶接固定されている。このリセプタクル５は後述するように圧縮機ハウジングの気密端子のピンに導電的に接続される。また保護装置の導電端子２Ｂに固定されたタブターミナル４は電動機の巻線の一つに電気的に接続される。こうしてプロテクタは気密端子と電動機巻線との電路中に導電的に配置される。
【００２２】
接続部材３に設けられた溶接用のリブ３Ａはプロテクタ容器の全長の１／４以上の間隔、実施例においては容器全長の約１／３の間隔をおいて２ヶ所設けられている。例えばこの溶接点を１ヶ所にした場合には、タブターミナル４に電動機巻線を直接またはリード線を介して接続するためのリセプタクルを挿入する時の力に耐えるためにより強固な溶接をする必要があるが、あまり強い溶接を行なうとプロテクタの容器に穴が開き気密性が損なわれてしまう可能性がある。
【００２３】
それに対して本発明では、１ヶ所当りの溶接強度は余り大きくすることなく上記の力に耐えることができるので接続部材の固着により容器の気密性を失うことは無く、また溶接点の間隔を広げることにより特に捩りの力に強くなりプロテクタの接続部材からの脱落を防ぐことができる。また図からも判るように接続部材３の平面部３Ｆのほぼ中央部に周囲より高くなった棚部３Ｇを設け、この棚部３Ｇに配置されたリブ３Ａでプロテクタ２を接続部材３の平面部３Ｆ上から離すようにして固定する事により、その容器２Ａのほぼ全周に冷媒を接触させることを可能にするので高い熱交換関係が得られる。
【００２４】
接続部材３の両側面にはクラスタブロック６との位置合わせをするために壁部３Ｃが設けられており、実施例では少なくともこの両壁部３Ｃと平面部３Ｆの３面によってクラスタブロック６を抱え込むようにして取付位置が決められる。壁部３Ｃの先端にはクラスタブロックの突起６Ａに回り込むようにしてクラスタブロックの表面上で係合するように係合部３Ｄが設けられている。この係合部３Ｄはクラスタブロックを弾性的に挟み込むように若干内側に曲げられている。また接続部材上部にはクラスタブロックへの装着後に先端部がクラスタブロック外側の凹部６Ｃに掛かって脱落を防止する戻り止め３Ｅが設けられている。こうしてプロテクタ２は接続部材３によってクラスタブロック６上に固定される。
【００２５】
この保護装置１のクラスタブロック６への取付けは、前述の接続部材３に固定された端子であるリセプタクル５をクラスタブロックの所定の端子挿入孔に挿入固定することによって行なわれる。このクラスタブロック６は現在広く使われている周知の構造のものであり、図２に示す上面６Ｆの裏面６Ｈには気密端子２０８のリードピン２０８Ａを挿入する貫通孔（図には示されていない）が３ヶ所穿たれていることは言うまでもない。本実施例では接続部材３の平面部３Ｆをクラスタブロックの上面６Ｆに、また平面部３Ｆの両側から図示下方に伸びる壁部３Ｃをクラスタブロックの側面６Ｇに沿わせながらリセプタクル５を中央の挿入孔６Ｂに挿入する。こうしてリセプタクル５が所定位置にまで挿入されると、リセプタクル５に設けられた周知の構造の戻り止めなどによりクラスタブロック６の挿入孔６Ｂからのリセプタクルの抜け止めとされ、リセプタクルと一体となった保護装置１全体がクラスタブロック６に対して固定される。さらに実施例では前述の接続部材３に設けられた戻り止め３Ｅの先端がクラスタブロックの凹部６Ｃに掛かることによって、リセプタクル５の戻り止めと併せて保護装置１はクラスタブロック６に対してより効果的に固定される。
【００２６】
また本発明においてはクラスタブロック６への保護装置１の取付時に、係合部３Ｄをクラスタブロックに設けられた突起６Ａの下側表面に係合させることにより、接続部材３の先端側に装着された方向に対して垂直方向に力が掛かった場合にもクラスタブロック６から浮き上がることを防ぎ、通常の使用において前述の戻り止め３Ｅが解除されてしまうこともない。また本実施例では接続部材に設けられた係合部がクラスタブロックの突起に係合されるものを示したが、この他にも例えば図８（Ａ）及び（Ｂ）に示す保護装置１１のように、接続部材１３の壁部１３Ｃの先端に係合部１３Ｄを設けてこれをクラスタブロック６の裏面６Ｈに回り込ませてもよい。この接続部材１３を使用する場合にはクラスタブロック６に突起６Ａが設けられていなくても保護装置１１を確実にクラスタブロック６に固定することができる。なお実施例においては係合部３Ｄを２個設けているが、例えば接続部材の強度が充分にある場合や使用上問題の無い場合には一方の係合部または壁部と係合部を省略して片側の係合部でクラスタブロック表面に係合するようにしてもよい。
【００２７】
次にこのようにしてクラスタブロック６に取り付けられた保護装置１の多相用密閉形電動圧縮機への取り付けについて図５を参照して説明する。図５はロータリー式密閉形電動圧縮機（以下、電動圧縮機と称する）２０１の断面図を示しており、この電動圧縮機２０１は下部ハウジング２０２と上部ハウジング２０３によって構成される密閉ハウジング中に三相電動圧縮機２０４とこれによって駆動される圧縮機本体２０５が収納されている。この電動圧縮機は所謂高圧形のものであり、圧縮機本体２０５には密閉ハウジングを貫通して図示しない熱交換器から冷媒を供給される吸入管２０６が接続されており、圧縮された高圧の冷媒は密閉ハウジング内へ放出され電動機の固定子と可動子との間を通って吐出管２０７から再び熱交換器へと還流される。このように冷媒は圧縮機本体を通り且つ電動機の固定子と回転子の間を通るために、冷媒と圧縮機本体及び電動機とは常に良好な熱交換関係となる。
【００２８】
上部ハウジング２０３には密閉ハウジングの外部から電動機に電力を供給するための気密端子２０８が固定されており、３本の導電性リードピン２０８Ａがガラスなどの電気絶縁物によって気密に貫通固定されている。リードピン２０８Ａの容器内側にはクラスタブロック６に組み付けられた保護装置１が取り付けられている。保護装置１は電動機巻線のうちの任意の１本に接続されるものであり、保護装置１及びクラスタブロック６には電動機２０４の３本の巻線２０４Ａが直接またはリード線などを介して接続される。そのうちクラスタブロック６に取付けられる２本はその先端に図２などに示したリセプタクル５と同様のリセプタクルが取付けられており、それぞれ端子挿入孔６Ｄ，６Ｅに所定位置まで挿入される。こうする事によりクラスタブロックの取付作業によってこれらのリセプタクルと気密端子のリードピンとは確実に接続固定される。またここで接続される３本の電動機巻線の位置関係は、気密端子外側に接続される電源線との関係で決められることは言うまでもない。
【００２９】
電動機の残る１本の巻線はプロテクタ２に固定されたタブターミナル４に接続される。このように電動機巻線または前記リード線の先端がそれぞれクラスタブロック６及び保護装置１の所定位置に収納及び接続固定された後に、クラスタブロック６に設けられた前述の貫通孔に気密端子２０８のリードピン２０８Ａを挿入することによってそれぞれのリセプタクルと電気的に接続されると同時に固定される。
【００３０】
前述したように冷媒と圧縮機本体及び電動機とは常に良好な熱交換関係を成しているために、圧縮機本体または電動機の異常発熱時にはその熱により冷媒もまた温度上昇する。保護装置１のプロテクタ２は金属製気密容器をこの冷媒中に曝されていることにより冷媒の温度上昇から電動機などの過熱状態を迅速に検出するものであり、冷媒温度の異常上昇時にはプロテクタ２は接続された任意の電動機巻線への通電を遮断する。そのため電動機２０４には三相中の二相しか通電されない所謂欠相状態となる。この状態になると電動機２０４への通電をインバータ制御する制御回路が通電状態の異常から欠相状態を検出して電動機への通電を遮断する。こうして小形で比較的簡単な構造の温度スイッチにより電動機や圧縮機の異常や、冷媒ガス漏れによる圧縮機内の冷却効果減少による温度上昇などをすばやく検出し、電動圧縮機の焼損などを確実に防ぐことができる。
【００３１】
なお、本実施例ではインバーター制御を行なうロータリー式三相電動圧縮機を例に説明したが、例えばスクロール式多相電動圧縮機であっても同様の保護を行なえることは言うまでもない。またプロテクタとして熱と共に過電流にも応動するタイプのものを使用する場合には、インバータ制御を行なうものに限らず従来の単相電動圧縮機に使用することができるのは勿論である。
【００３２】
また接続部材へのプロテクタの固定位置を平面部のほぼ中心として説明したが、取付位置を中心からオフセットさせることはもちろん可能であり、例えばクラスタブロックの横に位置するように壁部３Ｃに固定してもよい。また実施例では接続部材の端子であるリセプタクルを挿入する位置を中央の挿入孔６Ｂとしたものを例に説明したが、両側の挿入孔６Ｄ，６Ｅのいずれかに挿入される構造としてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
このように金属製の気密容器を有するプロテクタとこのプロテクタに導電的に固着された接続部材とから構成される保護装置をクラスタブロックに装着した後に電動圧縮機の気密端子上に配置する構造としたことにより、保護装置をコイルエンド上に縛り糸で固定した従来のものと比較して保護装置の取り付け作業を容易にできる。さらにプロテクタの一方の端子に固定された接続部材によってプロテクタをクラスタブロック上に固定し、さらに接続部材に設けた係合部がクラスタブロックの表面上、特にクラスタブロックに設けられた突起に係合されることにより接続部材の装着方向に対して垂直な方向への引き離し力によって接続部材がクラスタブロックから浮き上がったり、それに伴い接続部材が変形してしまうなどの不具合も防止することができる。そのためプロテクタを確実且つ長期的に安定した状態で所定の姿勢に配置することができる。
【００３４】
またプロテクタの気密容器に対する接続部材の溶接位置を少なくとも２点以上とすることにより、１ヶ所当りの溶接強度を余り大きくしなくても取付時及び取付後の応力に耐えることができるので接続部材の固着により容器の気密性を失うことは無い。さらにはその溶接を少なくとも容器の全長の１／４以上離れた２点で行なうことにより、特に捩れの力に強くなりプロテクタの接続部材からの脱落を防ぐことができる。
【００３５】
また接続部材に設けられた戻り止めがクラスタブロックに対して位置決め固定される際にクラスタブロック外側に掛かることにより、保護装置がクラスタブロックから脱落するのを防止することができる。
【００３６】
また接続部材がクラスタブロック表面の内の少なくとも３面に接することで、クラスタブロックへのプロテクタの装着時における位置決めが容易になる。
【００３７】
さらに電動機を三相電動機などの多相用電動機とし且つインバータ制御されているものにおいて、そのうちの任意の１本の電線上にプロテクタを配置して異常時にはこのプロテクタで電路を遮断して意図的に欠相状態を発生させることによってインバータ回路で通電状態の異常を検出して電動機への通電を遮断する。そのため多相電動機を保護するものであっても従来のようにすべての電線を遮断する必要は無く、多相用の複雑な構造のプロテクタを使用する必要は無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉型電動圧縮機用保護装置をクラスタブロックに取付けた状態を示す斜視図
【図２】図１の説明のために各部を分離した状態を示す斜視図
【図３】図１と同じく保護装置の取り付け状態で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図
【図４】本発明の保護装置の側面図
【図５】本発明の保護装置を取付けた密閉形電動圧縮機の縦断面図
【図６】従来のインバータ制御を説明する図
【図７】本発明を使用したインバータ制御を説明する図
【図８】本発明の保護装置の他の実施例で、（Ａ）はクラスタブロックに取り付けた状態の斜視図、（Ｂ）は保護装置の斜視図
【符号の説明】
１，１１：保護装置
２：プロテクタ
２Ａ：容器
２Ｂ：導電端子
３，１３：接続部材
３Ａ：溶接用リブ
３Ｄ，１３Ｄ：係合部
３Ｅ：戻り止め
４：ターミナルタブ
５：リセプタクル（端子）
６：クラスタブロック

Claims (7)

1. ハウジングの内外を電気的に接続するための複数のリードピンを有する気密端子が取り付けられた金属製の密閉ハウジング内に電動機とこの電動機の回転により駆動される圧縮機が設けられ、前記気密端子の各リードピンに対応するように接続される端子を取り付けるクラスタブロックを有し、電動機巻線のうちの１本を除く複数本のそれぞれに直接またはリード線を介して電気的に接続された端子がこのクラスタブロックに挿入固定され、電動機巻線の残る１本は後述するプロテクタに接続される密閉型電動圧縮機に使用される保護装置であって、
   金属製の気密容器とこの容器を貫通して絶縁固定された導電端子を有し気密容器内部で容器と導電端子とに接続された一対の接点を開閉するプロテクタと、
   このプロテクタに導電的に固着された一端に端子を設けた接続部材とを有し、
   プロテクタに固着された接続部材の一端に設けられた前記端子をクラスタブロックに挿入する際に接続部材の面をクラスタブロックの表面上に沿わせながら装着し係合する構造とされており、これによって端子の装着と同時にプロテクタがクラスタブロックに対して位置決め固定されることを特徴とする密閉型電動圧縮機用保護装置。
2. 接続部材はプロテクタの気密容器に溶接により固着されるものであり、その溶接は少なくとも２点以上で行なわれていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動圧縮機用保護装置。
3. プロテクタの気密容器に対する接続部材の溶接点は少なくとも容器の全長の１／４以上離れている２点を有することを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動圧縮機用保護装置。
4. 接続部材にはクラスタブロックに対して位置決め固定される際にクラスタブロック外側に掛かることにより脱落を防ぐ戻り止めが設けられて
   いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機用保護装置。
5. 電動機は多相用電動機でありインバータ制御されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機用保護装置。
6. 接続部材はクラスタブロック表面の内の少なくとも３面に接していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機用保護装置。
7. 接続部材に設けられた係合部は接続部材の装着方向に対して垂直な方向への力に耐えるようにクラスタブロックの突起に係合されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機用保護装置。

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