JP3877165B2 - 復帰遅延型プロテクタおよびこれを用いた電動圧縮機保護システム - Google Patents

Description

本発明は、バイメタルディスク等の熱応動素子を用いたプロテクタに関し、特に密閉型電動圧縮機（コンプレッサー）の外部に取り付けら内部のモータを保護するプロテクタに関する。

密閉型電動圧縮機において過負荷運転やモータ拘束運転等の異常状態が発生したとき、モータへ流れる過電流や雰囲気温度に応答して電動圧縮機の回路を遮断するプロテクタが用いられている。図１１（ａ）に示すように、プロテクタ１は、絶縁性樹脂を成型したベース１０と、ベース１０に取り付けられる一対の端子２０、２２と、バイメタルディスク３０と、ヒーター４０とを含んで構成される。一対の端子２０、２２はそれぞれベース１０内の所定位置に固定接点２４、２６を有している。バイメタルディス３０は、固定接点２４、２６と接触しまたはそこから隔離する可動接点３４、３６が形成され、かつその中央部がアジャスターネジ３２によってベース１０に固定され、通電される電流に応答して発熱しスナップアクション動作を行うようになっている。プロテクタ１においてヒーター４０は必ずしも必須ではないが、ここでは、ヒーター４０がバイメタルディスク３０と直列接続となるように、ヒーター４０の一端が固定接点２６と電気的に接続され、他端が外部端子４２(図１１（ｂ）を参照)に接続されている。

電動圧縮機には、モータ巻線へ電力を供給するためのインターフェースである気密端子あるいはフューサイトピン（Ｃ：コモン端子、Ｍ：主巻線端子、Ｓ：補助巻線端子）が設けられている。プロテクタ１は、図１１（ｂ）に示すように、端子２０がモータのコモン端子Ｃに接続され、端子４２が交流電源に接続されている。モータの過負荷運転または拘束運転のとき、バイメタルディスク３０に過電流が流され、これによりバイメタルディスク３０が加熱され、スナップアクション動作を行い、可動接点３４、３６は固定接点２２、２４から離され、回路が遮断され、これによりモータ巻線が焼損から保護される。さらに、バイメタルディスク３０は、過電流のみならず、電動圧縮機のモータ等から生じた熱にも応答し回路を遮断することもできる。

また、特許文献１に示すプロテクタ５０は、図１２に示すように、上記したプロテクタ１に対して、下部ベース１２上にサーモスタット構造のバイメタルスイッチ６０とフェールセーフ用の電流ヒューズ７０を設け、これらをヒーター４０に直列に接続したものである。冷媒ガス等が漏れたとき等に電動圧縮機の温度が上昇することがあるが、このようなときは過電流により異常を検知することが難しいため、バイメタルスイッチ６０の動作温度を適宜調整することで、温度異常を検出する。電流ヒューズ７０は、バイメタルスイッチ３０が接点溶着等により動作不能となったときや、巻線間の短絡時に流れる異常電流に応答して回路を遮断する。

特開平１０−３０８１５０号

しかしながら、従来のプロテクタには次のような課題がある。電動圧縮機の外郭部に外付けされるプロテクタの場合、熱源であるモータ巻線からプロテクタまでの距離が大きいためその熱が伝達するまでに時間を要する。このため、電動圧縮機に対して行われる動作試験において、モータ拘束時に定格または定格以上の電圧・電流を印加するとき（以下、これを動作試験１という）、プロテクタの動作時間および復帰時間はともに短くなる。つまり、過電流に対する応答速度だけが速くなる。また、モータ拘束時に定格以下の電圧・電流が印加されたとき（以下、これを動作試験２という）、プロテクタの動作時間が長く、復帰時間は短くなる。プロテクタの取り付けられている外郭部（シェル）の温度が上がる前に、電動圧縮機内部の巻線温度が急激に上昇し、プロテクタが追従する前に巻線自身がその絶縁破壊耐熱温度以上に到達してしまうと、巻線間で短絡を招き更なる大電流によって気密端子ガラス部の発熱・溶融等により、最悪の場合、電動圧縮機の内部が高圧状態となり、気密端子が吹き飛び、冷媒が吹き出してしまう問題がある。

電動圧縮機の拘束保護は、動作試験１の定格電圧時および動作試験２の低電圧時（定格電圧より１５〜２０％低い電圧）の状況下で巻線温度および電動圧縮機の外郭温度を顧客が定めた限界温度以内に抑える必要がある。特に、動作試験２においては、巻線の焼損保護の観点から、プロテクタには数秒の動作時間および数十秒から数分の長い復帰時間が求められる。一方、動作試験１では、動作試験２よりもローター拘束電流が大きくなるため、プロテクタの動作時間が短くなり、巻線温度は動作試験２よりも下がるため、電動圧縮機の外郭の温度も下がり、復帰時間が短くなる傾向にある。従って、従来の図１１および図１２に示すようなプロテクタでは、例えばＵＬ安全規格に定められる１５日間の連続試験におけて、バイメタルディスクがその保証動作回数を越えてしまうこともあり、この場合、プロテクタを再度選定し直すことが必要となる。

従来の図１１および図１２に示すプロテクタの復帰時間は、バイメタルディスクの復帰温度とその雰囲気温度に大きく左右され、安全規格等で定められた１５日間の連続ローター拘束試験時、選定されたプロテクタと電動圧縮機とのマッチングが悪い場合、バイメタルディスクの動作寿命回数を越えてしまい、１５日間の連続試験動作を実行することができないことがある。

一般に、１５日間の連続ローター拘束試験において、プロテクタの動作回数を減少させるには、バイメタルディスクの復帰温度を下げることで、その復帰時間を長くすることは効果的であるが、バイメタルディスクの動作温度と復帰温度の差が大きくなりすぎると、バイメタルディスクの機械的動作寿命回数を減少させてしまい、結果的に１５日間のローター拘束試験に耐えられなくなってしまう。

図１１に示すプロテクタの場合、ローター拘束保護特性と過負荷保護特性を使用されるそれぞれの電動圧縮機に合わせてバイメタルディスクやヒーターを選定する必要があり、ほぼ電動圧縮機と同じ数の組合せのプロテクタが存在するため、部品や完成品の適正在庫を持つことが困難であり、時として客先から要求された納期を満足することができないことがある。

また、図１１のプロテクタは、一枚のバイメタルディスクでローター拘束と過負荷保護を満足させなくてはならないため、そのバイメタルディスクの動作温度を約１４０〜１６０度に設定しなければならず、冷媒ガス漏れ運転に必要な約１２０度前後の動作温度を得ることができない。

他方、図１２に示すプロテクタは、このような問題を解決し得るものであるが、構造が複雑となり、さらに部品数が多くなり、その組み立て工程や管理項目が増加し、これらがコスト増加の原因となっている。

また、図１２に示すプロテクタは、過負荷保護特性の測定時に、冷媒ガス漏れ運転保護用のバイメタルディスクが、バイメタルディスク１よりも先に動作してしまうことがあるため、その設定動作温度の選択が非常に難しく、サンプルの再作成等に時間と費用を要してしまうことがある。

最後に、従来の外付けのプロテクタは、上記したように熱源からの距離があるため、特にスクロールタイプのコンプレッサーの場合にはその距離がさらに大きくなるため、電動圧縮機の異常運転時の適切な保護が難しく、従って比較的高価なインターナル（内付け）プロテクタを使用せざるを得ない場合がある。

本発明は、上記従来の課題を解決し、電動圧縮機の状態に応じてバイメタルディスクの復帰時間を遅延することができるプロテクタを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、必要とされる動作試験に耐えることが可能であり、かつ、動作寿命を改善したプロテクタを提供することである。
本発明の他の目的は、電動圧縮機の異常状態を適切に検知してこれを保護することが可能なプロテクタを提供することである。
本発明の他の目的は、少ない部品数により低コストのプロテクタを提供することである。

本発明に係るプロテクタは、第１の端子、第２の端子、第１および第２の端子間の電流通路の開閉を行うためのバイメタルディスクを含むスイッチと、少なくとも一面が開放された内部空間を含み、該内部空間内にスイッチを収容する第１の部材と、正特性サーミスタ、正特性サーミスタの各電極面に電気的に接続される第１および第２の正特性サーミスタ用端子を含む第２の部材とを有し、第２の部材は第１の部材の内部空間を閉じるように第１の部材に取付けられ、かつ第１および第２の正特性サーミスタ用端子がそれぞれ第１および第２の端子に電気的に接続されるものである。

好ましくは、第１および第２の端子はそれぞれ第１および第２の固定接点を含み、バイメタルディスクは第１および第２の固定接点と接触または非接触される第１および第２の可動接点を含み、第１および第２の端子間に印加された電流に応答して発熱したバイメタルディスクが反転したとき、第１および第２の可動接点が第１および第２の固定接点から離間される。

好ましくはバイメタルディスクの第１および第２の可動接点が第１および第２の固定接点から離間されたとき、第１および第２の正特性サーミスタ素子用端子を介して正特性サーミスタに電流が供給され正特性サーミスタが発熱される。正特性サーミスタの発熱により内部空間内の雰囲気温度が上昇され、バイメタルディスクの復帰時間が遅延される。

好ましくは第１の部材は、円形状の一面と該一面に連結された側面とを有し、該一面と該側面とによって内部空間を形成し、かつ該一面と対向する面が開放されている、絶縁樹脂を成型したベース部材を含み、さらに該一面には内部空間と連通する複数の開口が形成されており、第２の部材は、第１の部材の開放面と対応するように円形状に成型された絶縁樹脂のベース部材を含み、第２の部材を第１の部材の開放面に取付けたとき、内部空間は実質的に密閉され、かつ、第１および第２の端子と第１および第２の正特性サーミスタ用端子が対応する開口から突出する。

好ましくは正特性サーミスタ（ＰＴＣ）は、第１の電極面と該第１の電極面と対向する第２の電極面を有し、第１および第２の電極面が第２の部材の載置面と平行となるように配置され、第１および第２の正特性サーミスタ用端子は、第１および第２の電極面と電気的に接触される第１および第２の接点部と、第１および第２の接点部から延在する第１および第２の端子部とを含み、第１および第２の端子部がそれぞれ第１および第２の端子と電気的に接続されかつ開口から突出する。正特性サーミスタは、好ましくはバイメタルディスクと対向するように配置され、内部空間内において正特性サーミスタの熱が好適にバイメタルディスクに結合されるようにする。

さらにスイッチは、第１または第２の端子と直列に接続されるヒーターを含むものであってもよい。ヒーターは、印加される電流により発熱し、この熱をバイメタルディスクへ伝達し、バイメタルディスクの反転を促す。

さらに本発明の電動圧縮機保護システムは、上記した特徴を備えたプロテクタと、ハウジング内にモータおよび圧縮機を含み、かつモータとの外部インターフェースとして機能する複数の気密端子がハウジングの一部に設けられた電動圧縮機とを有し、プロテクタは所定の気密端子に電気的に接続され、モータの保護を行うものである。

好ましくはバイメタルディスクが反転動作をして接点間の電流通路を遮断したとき、正特性サーミスタが発熱してバイメタルディスクの復帰時間を遅延させるものである。

本発明によれば、バイメタルディスクが反転し電流通路を遮断したときに、正特性サーミスタの発熱によりバイメタルディスクの復帰時間を遅延させることができるため、特にローター拘束試験時等においてバイメタルディスクの動作回数を減らすことができ、バイメタルディスクの動作補償内で適切な試験を行うことができる。さらに、復帰時間を遅延させることで、電動圧縮機のモータ巻線の温度の急上昇が抑制され、巻線の焼損を防止することができる。さらに、バイメタルディスクの復帰時間を遅延させるために、バイメタルディスク自身の機械的特性を変更する必要が無いためバイメタルディスクの寿命が短命化されることもなく、また、少ない部品点数により復帰時間の遅延を行うことができるので、プロテクタを低コストにて製造することが可能である。

本発明に係るプロテクタは、好ましくは電動圧縮機のフューサイトピンに外付けされて用いられる。以下、図面を参照して実施例を説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係るプロテクタの上部ベースの分解斜視図、図２（ａ）はプロテクタの平面図、図２（ｂ）はＸ１−Ｘ１線断面図である。プロテクタ１００は、絶縁性の樹脂を成型して形成された上部ベース１１０と、上部ベース１１０に組み付けられる下部ベース２００（図３参照）とを含んで構成される。上部ベース１１０は、円形状の表面１１１と表面１１１の側面を形成する外周面１１２とを有し、これらの面によって内部に円筒状の空間を形成している。表面１１１と対向する側は開放された面１１３となっている。

上部ベース１１０の表面１１１には、内部空間と連通するスロット状の複数の開口１１４、１１５、１１６、１１７が形成されている。開口１１４、１１５、１１６、１１７は９０度の間隔に配置され、またその中央にアジャスターネジ用の貫通孔１１８が形成されている。上部ベース１１０内には、過負荷運転または拘束運転時に流される過電流や雰囲気温度に応答して回路を開閉するためのバイメタルスイッチ１２０が収容される。バイメタルスイッチ１２０は、従来と同様に、固定接点１３２、１４２を含む一対の第１および第２の端子１３０、１４０と、ヒーター１５０と、ヒーター１５０に接続される第３の端子１６０と、バイメタルディスク１７０と、バイメタルディスク１７０の動作温度を微調整するためのアジャスターネジ１８０とを含んでいる。

第１および第２の端子１３０、１４０は、導電性金属から構成され、ほぼ平坦な面を提供する固定接点１３２、１４２と、固定接点１３２、１４２から折り曲げられそこからほぼ垂直に延在する端子部１３４、１４４とを有している。第１の端子１３０はさらに、端子部１３４と一体でありかつこれと同一形状の端子部１３６を含み、端子部１３６は端子部１３４に対してほぼ９０度の角度に折り曲げられている。第１および第２の端子１３０、１４０が上部ベース１１０内に取付けられるとき、端子部１３４、１４４は、対向する開口１１４、１１６から外部に突出され、端子部１３６は開口１１５から突出され、固定接点１３２、１４２が上部ベース１１０の所定位置に位置決めされる。

ヒーター１５０は、ニッケルクロム合金等から構成され、上部ベース１１０の中央に形成された溝に収まるように折り曲げられている。ヒーター１５０の一端部１５２は第２の端子１４０に溶接により接続され、他端部１５４は第３の端子１６０の接続部１６２に溶接により接続されている。第３の端子１６０は、接続部１６２からほぼ垂直に折り曲げられた端子部１６４含み、端子部１６４は開口１１７から突出される。

バイメタルディス１７０は、ほぼ円盤形状を有しその対向する両端に突出部が形成されている。各突出部には可動接点１７２、１７４が溶接等により溶着されている。さらにバイメタルディスク１７０の中央には貫通口１７６と、貫通口１７６から放射状に延びる複数のスリットが形成されている。バイメタルディスク１７０を上部ベース１１０内に取り付けるとき、その貫通口１７６は上部ベース１１０の中央の貫通口１１８に整合され、それらの貫通口１１８、１７６を介してアジャスターネジ１８０が取り付けられる。このとき、可動接点１７２、１７４が固定接点１３２、１４２に対して一定の接圧で接触され、アジャスターネジ１８０を調整することによりバイメタルディスク１７０の動作温度が微調整される。本実施例では、バイメタルディスク１７０の反転温度は、約１５５度であり、また、その復帰温度は約６９度に調整される。

本発明のプロテクタの主たる特徴は、下部ベース２００がバイメタルスイッチ１２０の復帰時間を遅延するための正特性サーミスタ（以下、ＰＴＣという）を含んでいることである。図３（ａ）は下部ベースの正面図、図３（ｂ）は下部ベースのＸ２−Ｘ２線断面図である。

下部ベース２００は、上部ベース１１０の開放面１１３にちょうど嵌り合うように円盤状に成型された絶縁樹脂を含んでいる。下部ベース２００の載置面２１０には、円形状のＰＴＣと、ＰＴＣと電気的に接続される第４および第５の端子２３０、２４０が取り付けられる。ＰＴＣは、対向する電極面２２０、２２２を有し、公知のように、低温すなわちキューリー温度よりも小さいときに電極面２２０、２２２に電圧が印加されると低抵抗素子として働き、そして自己通電により温度が上昇し、キューリー温度を超えると高抵抗素子として働くものである。本実施例のＰＴＣは、キューリー温度が約７０度に設定され、それよりも低い温度のとき、約５Ｋオームであり、それよりも高い温度のとき、約１０Ｋオームとなる。

第４の端子２３０は、図４に示すようにＬ字型に加工された金属部材であり、その水平方向に延在する接点部２３２と、接点部２３２からほぼ垂直に折り曲げられて延在される端子部２３６とを有する。接点部２３０は、ほぼ均一な幅で延在し、その途中に突出した突出面２３２ａを含んでいる。突出面２３２ａは図３に示すようにＰＴＣの電極面２２０の略中央で接触される。接点部２３２の基部の両側からは、その幅方向に延びる幅広部２３４が形成されている。好ましくは、幅広部２３４は、下部ベース２００の載置面２１０にインサートモールド成型により固定される。

第５の端子２４０は、図５に示すように、Ｌ字型に加工された金属部材であり、水平方向に延びる接点部２４２と、そこからほぼ垂直方向に折り曲げられて延在する端子部２４４とを有している。接点部２４２は、その先端に段差を介してオフセットされた突出面２４２ａを有し、また、接点部２４２の基部の両側には、下方に向けてほぼ垂直に折り曲げられた一対の脚部２４６が形成されている。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第４の端子２３０が下部ベース２００の載置面２１０上に固定された状態から、電極面２２０が接点部２３２の突出面２３２ａに接触するようにＰＴＣが配置され、さらにＰＴＣの電極面２２２に接点部２４２の突出面２４２ａが接触するように第５の端子２４０が取り付けられる。好ましくは、第５の端子の脚部２４６は、下部ベース２００の載置面２１０に予め形成された凹部内に嵌合し位置決め固定されるようにすることができる。また、接点部２３２、２４２を電極面２２０、２２２に溶接することも可能である。第５の端子２４０が下部ベース２００に取り付けられたとき、接点部２３２および２４２が一定の接圧でＰＴＣの電極面２２２０、２２２を押圧することが好ましい。

第４および第５の端子２３０、２４０とＰＴＣを取り付けた下部ベース２００が、上部ベース１１０の開放面１１３を閉じるように装着される。このときの状態を図６に示す。下部ベース２００の外周にはフランジ部２１２が形成されており、好ましくはフランジ部２１２が上部ベース１１０の開放面１１３に形成されたフランジ部１１３ａに接合される。第４および第５の端子２３０、２４０の端子部２３６および２４４は、上部ベース１１０の開口１１５、１１７内に挿入される。開口１１５内において、端子部２３６は第１の端子１３０の端子部１３６と溶接等により接着され、開口１１７内において端子部２４４は第３の端子１６０の端子部１６４と溶接等により溶着される。こうして、図７に示すように、バイメタルディスク１７０と直列にヒーター１５０が接続され、これらとＰＴＣとの並列回路が構成される。また、上部ベース１１０の開放面１１３が下部ベース２００によって封止されるため、上部ベース１１０の内部空間が実質的に密閉構造となり、密閉構造内においてＰＴＣがバイメタルディスク１７０に対向するように近接して配置される。

図８は、本実施例に係るプロテクタ１００が取付けられるスクロールタイプの電動圧縮機３００を示している。スクロールタイプの電動圧縮機３００は、ハウジングシェル３１０内に、モータ３２０、圧縮機３３０を含み、シェル内は圧縮機によって圧縮された冷媒ガスが充填されている。通常の電動圧縮機と異なり、モータ３２０と圧縮機３３０の位置が反対になっている。シェル３１０の上部３４０には、冷媒ガスの吐出管３５０が形成され、かつそれに隣接してガラス封止された複数の気密端子（フューサイトピン）が形成されている。プロテクタ１００は、モータのコモン端子に接続される気密端子と直列に接続されるように専用カバー３６０のスプリング等により固定される。

次に、本実施例のプロテクタの動作について説明する。電動圧縮機３００の通常運転時、バイメタルスイッチ１２０は閉じており、交流電源から供給される電流は、バイメタルディスク１７０およびヒーター１５０を介してモータへ供給される。このとき、ＰＴＣとバイメタルディスク１７０のそれぞれの固有抵抗の差は非常に大きいため、ＰＴＣ側へは電力は供給されず、従ってＰＴＣは発熱しない。

電動圧縮機３００の異常状態として、例えばローターが拘束すると、通常運転時よりも大きな過電流が流れる。バイメタルディスク１７０は、その通電により温度上昇し、約１５５度となると反転動作を行い、可動接点１７２、１７４が固定接点１３２、１４２から隔離され、接点間の電流通路が非導通となる。これに伴い、ＰＴＣ側への電流供給が開始され、ＰＴＣは自己発熱により約１００度まで上昇する。バイメタルディスク１７０およびＰＴＣは、上部ベース１１０および下部ベース２００の密閉空間内に収容されているため、ＰＴＣの自己発熱により、バイメタルディスク１７０の雰囲気温度が効率よく上昇される。好ましくは、ＰＴＣの発熱温度をバイメタルディスクの復帰温度よりも高くすることでバイメタルディスク１７０の冷却速度を遅延させる。その後、モータ巻線の熱によりハウジングシェル３１０の温度が上昇しこれが上部３４０に熱伝導され、またＰＴＣの発熱も影響して、カバー３６０内の温度が上昇し、この温度はバイメタルディスクの復帰温度より僅かに高い温度まで遅れて上昇される。これにより、バイメタルディスク１７０の雰囲気温度が復帰温度よりも一定時間だけ高くなり、その間、バイメタルディスク１７０は復帰しなくなる。

図９は、モータ拘束保護試験を行ったときの保護特性を示し、縦軸に拘束電流（Ａ）、電圧（Ｖ）、温度（℃）を示し、横軸に試験時間（秒）を示している。また、図９（ａ）は本実施例に係るプロテクタを用いたときの特性であり、図９（ｂ）は従来のプロテクタを用いたときの特性である。本実施例に係るプロテクタを用いた場合、バイメタルスイッチの復帰時間が遅延されるため、試験の長時間にわたり主巻線および始動巻線の温度上昇を最大許容巻線温度の１６０度以下に保つことができた。このときの主巻線の最高温度は８４．４度であった。これにより、モータの巻線の焼損を適切に防止することができ、かつ、バイメタルディスクのトリップ回数を減少させることでその寿命の改善を図ることができる。これに対して、従来のプロテクタを用いた場合には、バイメタルディスクの復帰時間が短いため、極めて短い時間内に（図では５００秒）バイメタルスイッチが何度もトリップを行い、これにより主巻線の温度が急激に上昇し、巻線の最大許容温度にすぐに到達してしまう。さらに、短時間内にバイメタルスイッチが何度もトリップを行うため、バイメタルディスクの動作保証回数をすぐに越えてしまい、言い換えれば、バイメタルディスクの寿命を短命化させてしまっていた。

次に本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例に係るプロテクタは、図１０に示すように、ＰＴＣと第１の端子１３０との間に第１の電流ヒューズ４００と、ヒーター１５０と第２の端子１４０との間に第２の電流ヒューズ４１０を形成するものである。第１のヒューズ４００は、例えば、図１に示す第１の端子の端子部１３４と端子部１３６との間に相対的に断面積が小さくなるような箇所を形成することによって得ることができる。第２のヒューズ４１０は、第３の端子１６０の端子部１６４の一部を相対的に断面積を小さくさせることで得ることができる。このような第１および第２の電流ヒューズ４００、４１０は、ＰＴＣが何らかの要因で熱暴走等を起こしたり、バイメタルディスクの接点が溶着して電動圧縮機の保護ができなくなったとき、第１または第２の電流ヒューズ４００、４１０が過電流に応答して溶断し、回路を開く。これにより、気密端子が飛ぶような事故を未然に防止することができる。

以上説明したように本実施例によれば、スクロール型電動圧縮機のように、熱源とプロテクタとの距離が遠い場合、今までの実験結果から巻線の温度を限界温度以下に抑えるには、バイメタルスイッチの短い動作時間と長い復帰時間が必要となる。これを実現するために、いわゆるインターナルプロテクタがその動作特性の特徴から一般に使用されているが、本実施例のプロテクタは、安価な構成で、しかもハウジングシェルの外郭への外付けでありながらスクロール型電動圧縮機を適切に保護することができる。さらに、本実施例のプロテクタの場合、その復帰時間が従来のプロテクタやインターナルプロテクタと比較して十分に長いため、巻線の過度の温度上昇を抑えることができ、さらには安定時の巻線温度が従来のプロテクタを使用するよりも低く、ローター拘束保護を安全に行うことができる。

ＰＴＣを利用してプロテクタの復帰時間の遅延を可能にするため、バイメタルスイッチの動作温度と復帰温度のヒステリシスを大きくしなくてすみ、バイメタルディスクの機械的寿命を劣化させることなく、信頼性の高いローター拘束保護特性を有するプロテクタを得ることができる。

ＰＴＣの発熱によりプロテクタの復帰時間を従来のプロテクタと比較して３〜５倍程度長くすることが可能であり、これによりＵＬ等の安全規格に定められている定常負荷１５日間連続ローター拘束保護試験におけるプロテクタの動作回数を、従来の外付けプロテクタでは１００００回前後動作していたが、これを２０００〜５０００回程度に抑えることができ、結果的に電動圧縮機やプロテクタの信頼性が向上される。また、ＰＴＣの発熱量を任意に設定することで、この動作回数をさらに軽減し、プロテクタの動作寿命を改善することが可能である。

さらに本実施例のプロテクタは、バイメタルディスクの復帰温度を従来のものと同じでかつ復帰時間を大幅に延長することができるため、厳密な動作時間特性にとらわれることなくローター拘束保護ができるので、過負荷保護特性が近いものについては、１種類のプロテクタにて数種類のローター拘束電流の異なる電動圧縮機の保護を行うことができる。また、電動圧縮機やエアコンのメーカーによるプロテクタの選定の手間を大幅に省くことができ、これによって時間およびコストの低減が可能である。さらに、プロテクタの製造者にとっても、部品点数を減らすことができ、余剰在庫をもつことによるリスクの回避を行うことができ、ジャスト・イン・タイムでの納入が容易に実現することが可能となる。

電動圧縮機のローター拘束保護については、ある程度余裕をもってバイメタルディスクの選定や調整が可能であることから、バイメタルディスクの動作温度を従来のプロテクタのように１４０〜１６０度付近に設定せざるを得ないということはなく、過負荷保護特性を基本とし冷媒ガス漏れ運転保護を目的とした動作温度である１２０度付近まで下げることが理論上可能である。従来のプロテクタでは、サーモスタット型バイメタルディスクを追加していたが、本実施例のプロテクタは、サーモスタット型バイメタルディスクを除去し、より簡単な構成により低コスト化を実現することが可能である。

バイメタルディスクが動作しない状態では、バイメタルディスクとＰＴＣがそれぞれ持つ固有抵抗の差が非常に大きいため、ＰＴＣ側へ電流はほとんど流れず、従って、プロテクタそのものに求められる電流感度（ローター拘束保護）、電流と温度の感度（過負荷保護）に関しては、従来のプロテクタと何ら変わることがないため、現行のプロテクタから本実施例のプロテクタへの置き換えはスムースに行うことができる。

常温以下、例えば０度でのローター拘束保護等はプロテクタにとって過酷な試験条件であり、従来の外付けのプロテクタではそのような低い雰囲気温度のために、復帰時間が短く、電動圧縮機の外郭およびプロテクタの雰囲気が飽和状態となる前に巻線が限界温度以上に達してしまい、十分な保護を行うことができないことがあったが、本実施例のプロテクタはＰＴＣの発熱によりプロテクタ本体が加熱されるため、環境温度にそれほど左右されずプロテクタの設置されているカバー内の温度がプロテクタの復帰温度近傍まで速やかに上昇し、巻線の保護を問題なく行うことができる。

低電圧時、例えば定格よりも３０％低い電圧でのローター拘束保護を満足することができれば、定格電圧時の同保護を行えることから、低電圧ローター拘束保護条件を満足できるように本実施例のプロテクタの選定を行うことで、プロテクタの選定ミスをほぼなくすことができ、開発期間の短縮、ひいてはコストの低減を図ることができる。

以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。例えば、第１および第２の実施例では、上部ベース１１０内にヒーター１５０を取り付けたが、必ずしもヒーター１５０は必要としない。ヒーターを用いない場合には、第３の端子１６０は第２の端子１４０と同極となるように電気的に接続される。例えば第３の端子１６０と第２の端子１４０を一体に形成されも良い。

本発明に係るプロテクタは、電動圧縮機のシェルの外付けタイプとして利用することができる。特に、インターナルプロテクタが用いられている大型出力コンプレッサーにも適用することができる。

本発明の第１の実施例に係るプロテクタの上部ベースの分解斜視図である。 図２（ａ）は上部ベースの平面図、図２（ｂ）はＸ１−Ｘ１線断面図である。 図３（ａ）は第１の実施例に係るプロテクタの下部ベースの平面図、図３（ｂ）はＸ２−Ｘ２線断面図である。 図４（ａ）は第４の端子の上面図、図４（ｂ）は第４の端子の正面図、図４（ｃ）は第４の端子の側面図である。 図５（ａ）は第５の端子の上面図、図５（ｂ）は第５の端子の正面図、図５（ｃ）は第５の端子の側面図である。 上部ベースに下部ベースを組み付けたときの断面図である。 第１の実施例に係るプロテクタの回路構成を示す図である。 スクロール型電動圧縮機の概略構成を示す図である。 図９（ａ）は第１の実施例のプロテクタによるローター拘束保護特性を示し、図９（ｂ）は従来のプロテクタによるローターの拘束保護特性を示す図である。 第２の実施例に係るプロテクタの回路構成を示す図である。 従来のプロテクタの構成例を示す図である。 従来の他のプロテクタの構成例を示す図である。

符号の説明

１００：プロテクタ
１１０：上部ベース
１２０：バイメタルスイッチ
１３０：第１の端子
１４０：第２の端子
１５０：ヒーター
１６０：第３の端子
１７０：バイメタルディスク
１８０：アジャスターネジ
２００：下部ベース
２１０：載置面
２２０、２２２：電極面
２３０：第４の端子
２４０：第５の端子
３００：電動圧縮機

Claims (9)

1. 第１の端子、第２の端子、第１および第２の端子間の電流通路の開閉を行うためのバイメタルディスクを含むスイッチと、
   少なくとも一面が開放された内部空間を含み、該内部空間内にスイッチを収容する第１の部材と、
   正特性サーミスタ、正特性サーミスタの各電極面に電気的に接続される第１および第２の正特性サーミスタ用端子を含む第２の部材とを有し、
   第１の部材は、円形状の一面と該一面に連結された側面とを有し、該一面と該側面とによって前記内部空間を形成し、かつ該一面と対向する面が開放されている絶縁樹脂を成型したベース部材を含み、さらに該一面には内部空間と連通する複数の開口が形成されており、
   第２の部材は、第１の部材の開放面と対応するように円形状に成型された絶縁樹脂のベース部材を含み、第２の部材を第１の部材の開放面に取付けたとき、内部空間は実質的に密閉され、かつ、第１および第２の端子と第１および第２の正特性サーミスタ用端子が対応する開口から突出し、第１および第２の正特性サーミスタ用端子がそれぞれ第１および第２の端子に電気的に接続される、プロテクタ。
2. 第１および第２の端子はそれぞれ第１および第２の固定接点を含み、バイメタルディスクは第１および第２の固定接点と接触または非接触される第１および第２の可動接点を含み、第１および第２の端子間に印加された電流に応答して発熱したバイメタルディスクが反転したとき、第１および第２の可動接点が第１および第２の固定接点から離間される、請求項１に記載のプロテクタ。
3. 第１および第２の可動接点が第１および第２の固定接点から離間されたとき、第１および第２の正特性サーミスタ用端子を介して正特性サーミスタに電流が供給され正特性サーミスタが発熱される、請求項１または２に記載のプロテクタ。
4. 正特性サーミスタの発熱により内部空間内の雰囲気温度が上昇され、バイメタルディスクの復帰時間が遅延される、請求項１、２または３に記載のプロテクタ。
5. 正特性サーミスタは、第１の電極面と該第１の電極面と対向する第２の電極面を有し、第１および第２の電極面が第２の部材の載置面と平行となるように配置され、第１および第２の正特性サーミスタ用端子は、第１および第２の電極面と電気的に接触される第１および第２の接点部と、第１および第２の接点部から延在する第１および第２の端子部とを含み、第１および第２の端子部がそれぞれ第１の端子および第２の端子と電気的に接続されかつ前記開口から突出する、請求項１ないし４いずれか１つに記載のプロテクタ。
6. 第２の部材が第１の部材に取付けられたとき、正特性サーミスタは、バイメタルディスクと略平行となるように対向するように配置される、請求項１ないし５いずれか１つに記載のプロテクタ。
7. スイッチはさらに、第１または第２の端子と直列に接続されるヒーターを含む、請求項１ないし６いずれか１つに記載のプロテクタ。
8. 請求項１ないし７いずれか１つに記載のプロテクタと、
   ハウジング内にモータおよび圧縮機を含み、かつモータとの外部インターフェースとして機能する複数の気密端子がハウジングの一部に設けられた電動圧縮機とを有し、
   前記プロテクタは複数の気密端子のうちの所定の端子に電気的に接続される、電動圧縮機保護システム。
9. バイメタルディスクが反転して電流通路が遮断されたとき、正特性サーミスタの熱によりバイメタルディスクの復帰時間が遅延される、請求項８に記載の電動圧縮機保護システム。

Images