JP4858605B2 - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置や空気調和装置に搭載された密閉型電動圧縮機に関し、特に交流電源を用いたインバータ制御により駆動部を制御する制御ユニットを圧縮機に一体的に搭載した密閉型電動圧縮機に関する。

家庭用の空気調和装置などには小型化と省エネルギ性が要求されている。このような観点からは、室内ユニットでは熱交換器の伝熱面積の増加が要求され、室外ユニットでは熱交換器の伝熱面積を増大させつつ室外ユニットを小型化することが要求されている。一方、室外ユニットに搭載されている圧縮機についても小型高性能化が要求されている。また、圧縮機については、圧縮機本体と制御ユニットを一体化して、圧縮機構成部品の小型化と製造時の組み立て性を容易にすることなども要求されている。

さらに、家庭用空気調和機の圧縮機としてはインバータ制御による圧縮機が主流であり、圧縮機とその圧縮機を制御する制御ユニットが空気調和機を構成する室外ユニットに搭載されて冷凍サイクルを運転している。

図８は従来の分離型空気調和機における室外ユニットの概略構成を示す斜視図である。図８に示すように、室外ユニット本体１００は、圧縮機構部（図示せず）およびこの圧縮機構部を駆動するモータ部（図示せず）を密閉容器内に収納した圧縮機１１０と、外気との熱交換を行うための室外熱交換器１２０と、熱交換のための外気を送風する送風機１３０とにより構成されている。また、これらの構成要素は外枠体（図示せず）に収納されている。また、室外ユニット１００の構成要素部品を駆動するための駆動回路ユニット１４０が、室外ユニット１００の上部空間に圧縮機１１０とは切り離されて配置されている。

駆動回路ユニット１４０は、圧縮機１１０を駆動制御するための圧縮機用制御ユニット、送風機１３０を駆動制御するための送風機用制御ユニット、冷凍サイクルを駆動制御するための冷凍サイクル用制御ユニット、さらには室内ユニットへの配線部などにより構成されているが、大部分の構成要素は圧縮機用制御ユニットである。

一方、図９には、空気調和機の圧縮機として、インバータ制御による圧縮機を駆動するための駆動回路図を示す。図９に示すように、駆動回路は、交流商用電源２００を直流に変換するコンバータ回路部となる整流回路部２１０、直流を三相交流に変換して圧縮機１１０のモータ２２０を駆動するインバータ回路部となるスイッチング回路部２３０、さらにスイッチング回路部２３０を駆動するゲートドライブ回路部２４０、さらには通電信号を形成する演算器２５０により構成されている。ここで、整流回路部２１０はリアクタンス２６０、コンデンサ２７０、さらにはダイオード２８０などの組み合わせによって形成されている。また、スイッチング回路部２３０は、高速スイッチングが可能なＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｒ ｍｏｄｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やパワートランジスタなどよりなるスイッチング素子２９０によって構成されている。

図８に示すように、駆動回路ユニット１４０はそれぞれの駆動要素とは別体で設けられ、それらの駆動要素とは組み立て時に配線接続する構成となっている。

一方、近年、車載空調機にもインバータ制御の圧縮機が搭載され、空調機の小型化軽量化などを目的として、圧縮機と圧縮機制御回路ユニットとを一体化した例が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２など）。

特開２００２−１７４１７８号公報 特開２００３−１３８５９号公報

交流商用電源を用いたインバータ駆動の圧縮機を用いた空気調和機では、圧縮機本体と制御ユニットとが別体で設けられ、制御用ユニットの室外ユニットに占める体積が大きくなるため、室外熱交換器の有効伝熱面積を減少させて性能を損なわせている。

一方、制御ユニットを小型化して圧縮機上部に搭載し、制御ユニットと圧縮機とを一体化して室外ユニットに占める体積を小さくする場合には以下のような課題が生じる。すなわち、制御ユニットと圧縮機のモータ部とを電気的接続や信号接続をする場合に、それぞれからの配線の引き回しによって余剰空間が生じてしまう。さらには、配線に結線ミスや配線組み立て時間が掛かるなどの課題がある。さらには、配線の長さが所定量より長い場合には、ノイズが発生しやすいなどの課題も有している。

本発明は、これら上記の課題を解決するためになされたもので、圧縮機筐体上に制御ユニットを一体的に搭載して駆動制御回路も含めた圧縮機全体の占める体積を小さくし、なおかつ制御ユニットと圧縮機との電気的接続や信号接続の作業性を向上させるとともに、接続の品質を向上させた密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。

これらの課題を解決するために、本発明の密閉型電動圧縮機は、駆動回路部を筐体内に内蔵した制御ユニットと、圧縮機構部と制御ユニットにより駆動制御されるモータ部とを内蔵した圧縮機筐体とを備え、制御ユニットを圧縮機筐体に搭載させるとともに、制御ユニットの筐体に結合支持して設けた第１接続部と圧縮機筐体に結合支持して設けた第２接続部とを係合させて電気的および／または信号接続する構成としている。

このような構成とすることにより、圧縮機筐体上部に制御ユニットを一体的に搭載して密閉型電動圧縮機の小型化を実現し、さらに制御ユニットと圧縮機との電気的接続や信号接続を小さいスペースで確実に、かつノイズの発生などを防止して実現することができる。

さらに、制御ユニットを圧縮機筐体に搭載し、制御ユニットを圧縮機筐体上で回転移動することによって第１接続部と第２接続部とを係合させることが望ましく、係合を簡便に行い組み立て性を向上させることができる。

さらに、制御ユニットの筐体と圧縮機筐体の少なくとも一方には移動位置決め部を設けることが望ましく、それぞれの接続部を確実に係合させることができる。

本発明の密閉型電動圧縮機によれば、圧縮機筐体上部に制御ユニットを一体的に搭載して密閉型電動圧縮機の小型化を実現し、さらに制御ユニットと圧縮機との電気的接続や信号接続の作業性と品質とを向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態における密閉型電動圧縮機を搭載した空気調和装置の室外ユニットを示す図 同密閉型電動圧縮機を模式的に示す正面図 同密閉型電動圧縮機の制御ユニットの内部構成の一例を示す平面図 図３のＡ−Ａ断面図 同密閉型電動圧縮機の制御ユニットを底板部側からみた平面図 同密閉型電動圧縮機の圧縮機本体に制御ユニットを搭載する方法を示す斜視図 本発明の第２の実施の形態における密閉型電動圧縮機の制御ユニット側コネクタ部と圧縮機本体側コネクタ部との構成を示す断面図 従来の分離型空気調和機における室外ユニットの概略構成を示す斜視図 インバータ制御による圧縮機を駆動するための駆動回路図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における密閉型電動圧縮機を搭載した空気調和装置の室外ユニットを示す図である。図１（ａ）は室外ユニットの平面図であり、図１（ｂ）はその正面図である。室外ユニット本体１０は外装部１１、室外熱交換器１２、送風ファン１３、送風機用モータ１４、送風ガイドとなるベルマウス１５、圧縮機１６により構成されている。圧縮機１６は圧縮機本体１７とその上部に搭載されて一体化された制御ユニット１８とにより構成されている。

本実施の形態における室外ユニット１０と図８に示す従来の室外ユニットとの違いは、圧縮機の全体構成と駆動回路ユニットの構成である。すなわち、駆動回路ユニットの大部分を占める圧縮機用の制御ユニット１８を、小型コンパクトにして圧縮機本体１７の上部に一体的に搭載している。したがって、従来は駆動回路ユニットにより無駄な領域となっていた室外熱交換器１２のうちの非有効伝熱領域１９を有効伝熱面積とすることができ、空調能力を増大させることが可能となる。

また、本発明の第１の実施の形態のように、圧縮機１６は圧縮機本体１７と制御ユニット１８が一体化されているため、室外ユニット１０の組み立て時において組み立て性が向上するだけでなく、メンテナンスにおいても圧縮機１６と制御ユニット１８を一つのユニットとして扱えメンテナンス性が向上する。

図２は本発明の第１の実施の形態における圧縮機１６を模式的に示す正面図である。図２に示すように、密閉された圧縮機筐体よりなる圧縮機本体１７の内部には、冷媒吸入管２１より吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部２２と圧縮機構部２２を駆動するモータ部２３とが収納配置されている。モータ部２３によって発生する回転力は回転軸（図示せず）を介して圧縮機構部２２に伝達されて、圧縮機構部２２の圧縮構成要素（図示せず）を回転運動あるいは往復運動させることによって冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒は上部に設けられた冷媒吐出管２４より冷凍サイクル中に供給される。また、圧縮機本体１７はベース２５によって室外ユニット１０に配置固定されている。

図３は本発明の第１の実施の形態における密閉型電動圧縮機の制御ユニットの内部構成の一例を示す平面図であり、図４はそのＡ−Ａ断面図である。図３および図４を用いて制御ユニット１８の詳細について説明する。制御ユニット１８は側板部３２と底板部３３と天板部３４により円筒形状で密閉容器構造の筐体３５を形成し、筐体３５の内部に圧縮機本体１７のモータ部２３および圧縮機構部２２を駆動制御するための駆動回路部品が収納されている。駆動回路部品は、図３の一点鎖線で示すように、交流商用電源を直流に変換
するコンバータ部である整流回路部３６、直流を交流に変換するインバータ部であるスイッチング回路部３７、および制御回路部３８のそれぞれのブロックに大きく分けられて収納されている。制御ユニット１８の中央部には、圧縮機本体１７からの冷媒吐出管２４が貫通する吐出管貫通部３９が設けられている。整流回路部３６には、ダイオード４０、コンデンサ４１、リアクタンス４２などが配置されている。また、スイッチング回路部３７には、高速スイッチングを行うＩＧＢＴ素子４３、その素子を駆動するためのドライブ回路４４などが配置されている。また、制御回路部３８には制御信号発生器４５やマイコン４６などの制御回路部品が配置されている。

図４に示すように、筐体３５に収納された各駆動回路部品は、筐体３５の底部に平面配置して設けられた回路基板である基板４９に実装されている。筐体３５の外側部となる側板部３２には、制御ユニット１８への電源供給部４７と空気調和機の室内ユニットあるいは室外ユニット１０の送風機用モータ１４などへ制御信号を送るための制御端子（図示せず）が設けられている。一方、筐体３５の底板部３３には、制御ユニット１８の駆動回路部品から圧縮機本体１７へ電源を供給し、さらには駆動制御信号を供給するための第１接続部となる制御ユニット側コネクタ部５５が設けられている。制御ユニット側コネクタ部５５にはメス型端子部５６が設けられ、さらに制御ユニット側コネクタ部５５はゴム板５７などの弾性体を介して筐体３５の底板部３３に結合支持されている。また、メス型端子部５６は基板４９から引き出された配線７０とフレキシブルに配線接続されている。

図５は制御ユニット１８を底板部３３側からみた平面図であり、図４および図５に示すように底板部３３には所定深さの溝部５９を設け、その溝部５９内に制御ユニット側コネクタ部５５と制御ユニット側ストッパー５８とを埋設して設けている。

図６は、圧縮機本体１７に制御ユニット１８を搭載する方法を示す斜視図である。図６（ａ）は搭載方法を説明する斜視図であり、図６（ｂ）は搭載後の状態を示す斜視図である。図６（ａ）に示すように、圧縮機本体１７の上面には第２接続部となる圧縮機本体側コネクタ部６０と圧縮機側ストッパー６１とが、圧縮機本体１７の上面に突出した状態で、さらに制御ユニット１８の制御ユニット側コネクタ部５５と制御ユニット側ストッパー５８と対応する位置に設けられている。圧縮機本体側コネクタ部６０にはオス型端子部６３が設けられ、制御ユニット側コネクタ部５５の場合と同様に、圧縮機本体側コネクタ部６０も圧縮機本体１７に弾性体を介して結合支持されている。

次に、圧縮機本体１７に制御ユニット１８を搭載する方法について図６（ａ）を用いて説明する。まず、圧縮機本体１７の冷媒吐出管２４に制御ユニット１８の吐出管貫通部３９を貫通させ、制御ユニット１８を圧縮機本体１７の上面に載置する（図の矢印Ａの工程）。この時、圧縮機本体１７に設けた圧縮機本体側コネクタ部６０と圧縮機側ストッパー６１とは制御ユニット１８の底板部３３の溝部５９に嵌まり込む状態となる。次に、矢印Ｂに示すように、制御ユニット１８を回転移動させ、底板部３３の溝部５９内に位置している圧縮機本体側コネクタ部６０のオス型端子部６３を制御ユニット側コネクタ部５５のメス型端子部５６に挿入固定する。また、圧縮機側ストッパー６１と制御ユニット側ストッパー５８とが接触して、オス型端子部６３とメス型端子部５６とが挿入固定された状態で、それ以上の回転移動を制止するようにしている。また、本発明の第１の実施の形態では、制御ユニット１８を圧縮機本体１７の上面に載置する場合に、例えばシート状の断熱材（図示せず）などを介して載置している。

図６（ｂ）は制御ユニット１８を圧縮機本体１７に搭載載置して完了した圧縮機１６を示し、制御ユニット１８に電源供給部４７と空気調和機の室内ユニットあるいは室外ユニット１０の送風機用モータ１４などへ制御信号を送るための制御端子部６４のみが外部に面して設けられている。なお、本実施の形態では図示していないが、制御ユニット１８を
圧縮機本体１７に搭載した状態でそれぞれのコネクタ部を係合させ、制御ユニット１８と圧縮機本体１７とを機械的に係止してもよい。

このように、本発明の第１の実施の形態によれば圧縮機本体１７の上部に制御ユニット１８を一体的に搭載して制御ユニット１８と圧縮機本体１７とを含む全体が小型化された密閉型電動圧縮機を実現することができる。さらに、圧縮機を駆動制御するための電源端子の接続や制御端子の接続をリード線などの配線を介して行う必要がないため、電源供給接続や信号接続を小さいスペースで確実に行うことができる。また、外部に露出されるリード線などがないためにノイズの発生なども防止でき、信号伝送の際の品質を向上させることができる。

さらに、制御ユニット１８と圧縮機本体１７とのコネクタ部５５、６０の係合は、圧縮機本体１７に載置した制御ユニット１８を回転移動させるのみで行うことができ、配線接続を簡便に行い圧縮機の組み立て性を向上させることができる。また、余分な回転移動をそれぞれに設けた移動位置決め部となるストッパー５８、６１を接触させることによって防止し、それぞれのコネクタ部５５、６０に過負荷が加わることによって破損することを防止するとともに、位置決めを行い確実な配線接続をすることができる。

また、制御ユニット１８の筐体３５に結合支持された制御ユニット側コネクタ部５５および圧縮機本体１７に結合支持された圧縮機本体側コネクタ部６０の少なくとも一方が弾性体であるゴム板５７を介して結合支持されている。そのため、圧縮機１６の回転運動あるいは往復運動によって発生する振動現象を弾性体が吸収し、コネクタ部５５、６０の破損や係合が解除されてしまうことなどを防止して安定確実な配線接続を行うことができる。

また、圧縮機本体１７は圧縮冷媒によって高温となっており、特に冷媒吐出管２４を設けた上面部は温度が高くなっている。本発明では、圧縮機本体１７と制御ユニット１８との間に断熱材を配置する構成としているため、制御ユニット１８への高温の影響を防止し、制御ユニット１８の信頼性を高め、さらに断熱材によって圧縮機振動の制御ユニット１８への伝播を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
図７は本発明の第２の実施の形態における密閉型電動圧縮機の制御ユニット側コネクタ部と圧縮機本体側コネクタ部との構成を示す断面図である。第２の実施の形態において、圧縮機本体１７や制御ユニット１８の主要構成要素と、圧縮機本体１７の上面に制御ユニット１８を載置して両者間を電気的に接続することや両者間で信号接続することも、第１の実施の形態と同様であるが、その信号接続の構成、すなわちそれぞれのコネクタ部の構成が異なっている。

図７は、本発明の第２の実施の形態において、それぞれ制御ユニット１８に設けられた制御ユニット側コネクタ部７１と圧縮機本体１７に設けられた圧縮機本体側コネクタ部７２とを、第１の実施の形態で説明したように、制御ユニット１８を回転移動させることによって係合した状態を示している。なお、制御ユニット１８から圧縮機本体１７へ電源供給するための端子部の構成は、第１の実施の形態と同様なオス型端子部とメス型端子部とが嵌め合わされて接続される構成とし、図７に示す構成に並列して設けられているが、本実施の形態の説明では省略する。したがって、図７には、制御ユニット１８と圧縮機本体１７との制御信号の送受信に関わるコネクタ部の構成の詳細について示している。

本発明の第２の実施の形態の場合、コネクタ部の信号送受信方式は光信号方式である。図７に示されるように制御ユニット側コネクタ部７１に圧縮機本体側コネクタ部７２が嵌
め合わされている。制御ユニット側コネクタ部７１は、コネクタ本体７３と、変換機７４と送受信端７５とよりなる制御ユニット側送受信機７６とより構成され、変換機７４には制御ユニット１８からの配線８４が接続されている。また、圧縮機本体側コネクタ部７２は、コネクタ本体７７と、変換機７８と送受信端７９とよりなる圧縮機ユニット側送受信機８０とより構成され、変換機７８には圧縮機本体１７からの配線８１が接続されている。

また、制御ユニット側コネクタ部７１のコネクタ本体７３は弾性体８２を介して制御ユニット１８の底板部３３に結合支持されており、圧縮機本体側コネクタ部７２のコネクタ本体７７は弾性体８３を介して圧縮機本体１７に結合支持されている。

制御ユニット１８側の送受信端７５と圧縮機本体１７側の送受信端７９とは光軸調整され、さらに両者の間隔が調整されている。これらの送受信端７５、７９は光信号を入出力するカプラであり、両者間で光信号がやり取りされる構成になっている。制御ユニット１８からの入力信号である圧縮機の運転停止信号や周波数指示や温度（サーミスタ）情報など電気的信号が変換機７４で光信号に変換され、送受信端７５から光信号として送信し、圧縮機本体１７側の送受信端７９で受信して変換機７８で電気信号に変換されて圧縮機１６の運転制御がなされる。一方、圧縮機１６内の圧縮機構部２２と圧縮機構部２２を駆動するモータ部２３の内部温度や運転電流などの情報が変換機７８で電気信号から光信号に変換されて送受信機７９から送信され、制御ユニット１８側に送信される。

このように、本発明の第２の実施の形態では制御ユニット１８と圧縮機本体１７との、制御信号のやり取りを電気的に非接触型の信号接続手段、具体的には光信号の送受信によって行っている。そのため、信号線などを用いる必要がなく、信号線によって受ける雑音や、周囲環境の影響を排除して、信頼性の高い確実な信号接続を実現することができる。

なお、本実施の形態においては、信号送受信方式として光信号方式を用いたが、例えば磁気的な方式や振動伝達方式など、信号線を用いない他の方式を採用することも可能である。

以上述べたように、本発明によれば、圧縮機筐体上部に制御ユニットを一体的に搭載して密閉型電動圧縮機の小型化を実現し、さらに制御ユニットと圧縮機との電気接続や信号接続を、小さいスペースで、かつノイズ発生などを防止して確実に行うことができ、空調機器や冷蔵庫あるいは自販機などに適用可能である。

１０ 室外ユニット（本体）
１１ 外装部
１２ 室外熱交換器
１３ 送風ファン
１４ 送風機用モータ
１６ 圧縮機
１７ 圧縮機本体
１８ 制御ユニット
２１ 冷媒吸入管
２２ 圧縮機構部
２３ モータ部
２４ 冷媒吐出管
２５ ベース
３２ 側板部
３３ 底板部
３４ 天板部
３５ 筺体
３６ 整流回路部
３７ スイッチング回路部
３８ 制御回路部
３９ 吐出管貫通部
４７ 電源供給部
４９ 基板
５５，７１ （制御ユニット側）コネクタ部
５６ メス型端子部
５７ ゴム板
５８ （制御ユニット側）ストッパー
５９ 溝部
６０，７２ （圧縮機本体側）コネクタ部
６１ （圧縮機本体側）ストッパー
６３ オス型端子部
６４ 制御端子部
７３，７７ コネクタ本体
７４，７８ 変換機
７５，７９ 送受信端
７０，８１，８４ 配線
８２，８３ 弾性体

Claims (2)

1. 駆動回路部を筐体内に内蔵した制御ユニットと、圧縮機構部と前記制御ユニットにより駆動制御されるモータ部とを内蔵した圧縮機筐体とを備え、
   前記制御ユニットを前記圧縮機筐体に搭載させるとともに、前記制御ユニットの前記筐体に結合支持して設けた第１接続部と前記圧縮機筐体に結合支持して設けた第２接続部とを係合させて電気的および／または信号接続し、
   前記制御ユニットを前記圧縮機筐体上で、回転移動することによって、前記第１接続部と前記第２接続部とを係合させる構成とした密閉型電動圧縮機。
2. 制御ユニットの筐体と圧縮機筐体の少なくとも一方には、回転移動位置決め部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動圧縮機。