JP7185389B2 - 空調機用ロータリ圧縮機システム、空調機用ロータリ圧縮機及びモータ - Google Patents
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Description
以下、本発明の一実施形態によるロータリ圧縮機システムを図1~図5を参照して説明する。
図1は、本発明の第一実施形態におけるロータリ圧縮機の側方断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係る圧縮機10は、モータ18と、モータ18によって回転されるクランクシャフト16と、クランクシャフト16の回転に伴って偏心回転するピストンロータ13A,13Bと、ピストンロータ13A,13Bを収容する圧縮室が内部に形成されたシリンダ12A,12Bと、シリンダ12A,12Bを囲うことで圧縮された冷媒が排出される吐出空間Vを形成するハウジング11と、を備えている。
上段側のシリンダのピストンロータ13Aと、下段側のピストンロータ13Bとは、その位相が互いに180°だけ異なるように設けられている。
また、上下のシリンダ12A、12Bの間には、ディスク状の仕切板15が設けられている。仕切板15により、上段側のシリンダ12A内の空間Rと、下段側の空間Rとが互いに連通せずに圧縮室R1とR2とに仕切られている。
クランクシャフト16は、クランクシャフト16の中心線に直交する方向にオフセットした偏心軸部14A、14Bを有している。これら偏心軸部14A、14Bがクランクシャフト16の中心軸線回りに旋回することで、上下のピストンロータ13A、13Bがこの旋回に追従してシリンダ12A、12B内で、偏心回転する。
そして、ピストンロータ13A、13Bが偏心回転することにより、圧縮室R1、R2の容積が徐々に減少して冷媒が圧縮される。この冷媒は、モータ18の周囲を通過してから、上部に設けられた吐出口を経由して冷凍サイクルを構成する配管27に排出される。
図2にモータ18の制御を行うセンサレスベクトル制御回路1のブロック図を示す。図2に示すセンサレスベクトル制御回路1は、コンバータ31と、コンデンサ32と、リアクタ33と、インバータ34と、電流センサ35と、電流検出回路36と、A/D変換回路37と、PWM(Pulse Width Modulation)デュ-ティ計算回路38と、A/D変換回路39と、電圧検出回路40と、フルベクトル制御回路41と、を備えている。また、フルベクトル制御回路41は、2相/3相変換回路42と、2相/3相変換回路43と、電流PI制御回路44と、電流変換テーブル45と、速度PI制御回路46と、速度位置推定回路47と、減算器48と、減算器49と、を備える。
なお、ロータリ圧縮機システムは、回転速度制御装置60とセンサレスベクトル制御回路1とロータリ圧縮機10とを含んで構成される。
図3に速度位置推定回路47のブロック図を示す。速度位置推定回路47は、電流推定回路50と、速度推定回路51と、積分回路52とを備える。電流推定回路50は、電力指令値vd、vqと、速度推定回路51が推定したモータロータ19の回転速度の推定値ω_Mを入力し、モータ18をモデル化した適応モデル(Adjustable Model)に基づいて、電流推定値id_est、iq_estを推定する。速度推定回路51は、電流推定値id_est、iq_estとid、iqを入力し、回転速度の推定(ω_M)を行う。積分回路52は、回転速度の推定値ω_Mを積分して、モータロータ19の磁極角度の推定値θesを算出する。速度位置推定回路47は、速度推定回路51が推定した回転速度の推定値ω_Mを回転速度の推定値ωesとして、積分回路52が算出したモータロータ19の磁極角度の推定値θesと共に出力する。
図4は、図1の圧縮機10においてA-A線での断面図のうちモータ18を示す。図4に示すのは、実際に本実施形態のMRAS制御を適用し、回転数変動を抑止し所望の回速度で圧縮機10を駆動することができるモータ18の断面図である。
図4においてステータ20は、9個のティース部3、9個の巻線スロット部4、ヨーク部5を有している。モータロータ19には磁石6が6極分配置されている。
図5に示すのは、MRAS制御を適用しない場合、モータ18の代わりに圧縮機10に組み込んで使用するモータの断面図である。
図5においてステータ20´は、9個のティース部3´、9個の巻線スロット部4´、ヨーク部5´を有している。モータロータ19´には磁石6´が6極分配置されている。
ここで、図4に示すステータ外径20dと図5に示すステータ外径20d´は等しく、モータロータ19の外径19d<モータロータ19´の外径19d´である。
上記割合を25%~40%の範囲で設計したモータについても、空調機用に設計された従来のロータリ圧縮機に搭載されるモータと比較して、後述するモータ効率向上効果が得られると考えられる。
なお、モータ18は、永久磁石同期モータ、誘導モータなど各種モータを適用することができる。
また、上記の実施形態では、ステータ外径が100mm~112mmの例、125mm~135mmの例を挙げたがこれに限定されない。例えば、ステータ外径が90mm程度のモータ、ステータ外径が170mm程度のモータにおいても同程度の小型化が可能であり、巻線21の導体断面積とターン数との積を約40mm2~65mm2程度に拡大することは可能と考えられる。
なお、9つの巻線スロット部4の合計面積は巻線スロット面積の一例、ステータ20の全体面積はステータ面積の一例である。
3、3´・・・ティース部
4、4´・・・巻線スロット部
5、5´・・・ヨーク部
6、6´・・・磁石
10・・・圧縮機
11・・・ハウジング
12A,12B・・・シリンダ
13A,13B・・・ピストンロータ
16・・・クランクシャフト
18・・・モータ
19、19´・・・モータロータ
20、20´・・・ステータ
20d、20d´・・・ステータ外径
21、21´・・・巻線
22A、22B・・・開口
23A、23B・・・吸入ポート
24・・・アキュムレータ
25・・・ステー
26A、26B・・・吸入管
31・・・コンバータ
32・・・コンデンサ
33・・・リアクタ
34・・・インバータ
35・・・電流センサ
36・・・電流検出回路
37・・・A/D変換回路
38・・・PWMデュ-ティ計算回路
39・・・A/D変換回路
40・・・電圧検出回路
41・・・フルベクトル制御回路
42、43・・・2相/3相変換回路
44・・・電流PI制御回路
45・・・電流変換テーブル
46・・・速度PI制御回路
47・・・速度位置推定回路
48・・・減算器
49・・・減算器
50・・・電流推定回路
51・・・速度推定回路
52・・・積分回路
Claims (3)
- ロータリ圧縮機と、
前記ロータリ圧縮機が備えるモータを制御するセンサレスベクトル制御回路と、
を備え、
前記モータにおいて、ステータの外径が100mm以上112mm以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が25%以上40%以下の範囲であり、巻線の導体断面積が0.84mm2以上で前記導体断面積とターン数との積が40mm2以上65mm2未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである第1モータのステータが有する第1ティース部と第1巻線スロット部と第1ヨーク部の合計面積に対する前記第1巻線スロット部の合計面積の割合が25%未満であり、前記第1モータのロータの外径の長さを第1ロータ外径、前記第1巻線スロット部の径方向の長さを第1長さ、前記第1ティース部の幅を第1幅、前記第1モータのステータ外径を第1ステータ外径とした場合に、前記モータが、前記モータの前記ステータの外径が前記第1ステータ外径に維持され、前記モータのティース部の幅が前記第1幅に維持されたまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第1長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第1ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が25%以上40%以下の範囲となるように構成された
空調機用ロータリ圧縮機システム。 - センサレスベクトル制御によって制御されるモータを備え、
前記モータにおいて、ステータの外径が100mm以上112mm以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が25%以上40%以下の範囲であり、巻線の導体断面積が0.84mm2以上で前記導体断面積とターン数との積が40mm2以上65mm2未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである第1モータのステータが有する第1ティース部と第1巻線スロット部と第1ヨーク部の合計面積に対する前記第1巻線スロット部の合計面積の割合が25%未満であり、前記第1モータのロータの外径の長さを第1ロータ外径、前記第1巻線スロット部の径方向の長さを第1長さ、前記第1ティース部の幅を第1幅、前記第1モータのステータ外径を第1ステータ外径とした場合に、前記モータが、前記モータの前記ステータの外径が前記第1ステータ外径に維持され、前記モータのティース部の幅が前記第1幅に維持されたまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第1長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第1ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が25%以上40%以下の範囲となるように構成された
空調機用ロータリ圧縮機。 - 空調機用のロータリ圧縮機に搭載するセンサレスベクトル制御によって制御されるモータであって、
ステータの外径が100mm以上112mm以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が25%以上40%以下の範囲であり、巻線の導体断面積が0.84mm2以上で前記導体断面積とターン数との積が40mm2以上65mm2未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである第1モータのステータが有する第1ティース部と第1巻線スロット部と第1ヨーク部の合計面積に対する前記第1巻線スロット部の合計面積の割合が25%未満であり、前記第1モータのロータの外径の長さを第1ロータ外径、前記第1巻線スロット部の径方向の長さを第1長さ、前記第1ティース部の幅を第1幅、前記第1モータのステータ外径を第1ステータ外径とした場合に、前記モータの前記ステータの外径を前記第1ステータ外径に維持し、前記モータのティース部の幅を前記第1幅に維持したまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第1長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第1ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が25%以上40%以下の範囲となるように構成した
モータ。
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