JPH0374596A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧縮機とこの圧縮機を駆動する無刷子直流電
動機を備えた空気調和機に関する。

（従来の技術） 従来、空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機およびこれ
を駆動する電動機を備えている。

上記圧縮機としては、近年ではスクロールタイプの圧縮
機が実用化されている。これは、圧縮トルク変動が小さ
く起動トルクが小さくて済み、また連続する圧縮室間の
差圧が小さいので、圧縮工程でのガス漏れが少なく高効
率が得られ、更に双方のスクロールの摺動部では公転運
動のみが行なわれるので、高速運転を可能とし且つ小形
化が図れるという理由による。

一方、電動機としては、誘導電動機等に比べ、大きい起
動トルクが得られるという理由から、回転子の周面に一
般にフェライトにより形成された永久磁石を順次配列し
た無刷子直流電動機を用いたものが提案されている。

ところが、フェライト磁石は最大エネルギー積が小さく
て充分な起動トルクが得られず、また、保持力が小さい
ので、大トルクを得るために大電流を流すと減磁してし
まうという欠点を有していた。

このため、フェライト磁石に代え、ネオジウム鉄ボロン
系の永久磁石を用いた無刷子直流電動機が宥望視されて
いる。このネオジウム鉄ボロン系磁石は、従来のフェラ
イト系磁石に比べ、極めて最大エネルギー積が大きく、
しかも他の希土類磁石と比較して資源的な問題も小さく
、高出力の無刷子直流電動機な構成できる利点な虜する
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した無刷子直流電動機にネオジウム
鉄ボロン系磁石を用いた場合でも、永久磁石の一般的温
度特性と同様に、永久磁石温度が上昇し、もとの保磁力
に復帰できるとする可逆温度領域を超えると、もとの状
態に復帰できないという欠点つまり耐熱性に劣る欠点を
膚している。

したがって、電動機駆動時に、永久磁石の上限温度を制
限し、特に高温時には永久磁石に大きな負荷のかかるよ
うな使用、例えば減磁界が大きく作用する高トルク運転
は避ける必要がある。

そこで、本発明では、上記問題点に鑑み、電動機の磁極
を検出する磁気センサの検出出力に基づいて磁石の温度
を検出し、磁石温度が上限値以下となるように電流を制
御しつつ、電動機を駆動可能とすることを目的としてい
る。

（課題を解決するための手段） 本発明の空気調和機は、圧ｍ機と、回転子の周面に永久
磁石が配設され、前記圧縮機を駆動する無刷子直流電動
機を備えた空気調和機であって、前記回転子の磁石位置
を検出する磁気センサと、この磁気センサからの検出出
力に基づいて前記磁石の温度を検知する磁石温度検知手
段と、この磁石温度検知手段の検知出力に基づき磁石の
温度状態に応じて前記電動機の巻線コイルへの通流電流
を制御する電流制御手段と、を備えた構成とされている
。

（作　用） このような空気調和機では、磁石温度検知手段において
、磁気センサからの検出信号と、予め記憶された磁気セ
ンサおよび磁石の特性とから磁石の温度が検知される。

そして、電流制御手段において、磁石の保磁力が不可逆
領域に入らない範囲で巻線コイルの最大電流を制限した
状態にて通電制御される。したがって、高トルク運転時
でも磁石の保磁力が復帰できないような高温となる電動
機の駆動が回避される。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図はスクロール流体機械１（スクロールタイプの密
閉形電動圧縮＠）を示しており、同図中、３，５，７は
上部ケース、中間ケースおよび下部ケース、９は支持ブ
ロックである。上記上部ケース３と中間ケース５と下部
ケース７は、内部が密閉状態となるように互いに一体的
に結合されている。上記ケース３，５．７内の上下方向
には駆動軸１１が配設され、駆動軸１１の中間部が軸受
１３および１５を介して支持ブロック９に支承されてい
る。

上記駆動軸１１の下端側には積層鉄心からなる柱状のロ
ータ１７が固着され、このロータ１７の周面にはＮ極と
Ｓ極を順次構成する永久磁石１９が取付けられている。

また、永久磁石１９の外周には積層鉄心からなる筒状の
固定子２１が配設され、この固定子２１はボルト２３に
より支持ブロック９に固着される支持部材２５に固定さ
れている。この固定子２１の各突極２１ａには、励磁コ
イル２７が巻回され、これらにより無刷子直流電動ｆｉ
２９を構成している。上記励磁コイル２７には、図示し
ないリード線が接続され、リード線は密閉式コネクター
（図示省略）を介して、ケース５外へ引出されている。

上記、固定子２１の上側には吸入用のユニオン３７が中
間ケース５を貫通して固着され、このユニオン３７には
吸入バイブ（図示省略）が接続されて冷媒が吸入される
。ユニオン３７は支持ブロック９に形成された複数の環
状通路９ａに連通されている。環状通路９ａは支持ブロ
ック９内で電動機２９の上部に形成される電動機空間部
３９に複数の連通路９ｂを介して連通されている。

したがって、冷媒ガスは、第１図中の矢印で示すように
、ユニオン３７から環状通路９ａおよび連通路９ｂを通
じて空間部３９に至り、突極２１ａ間の空間部を通じて
電動機２９の下部に導かれ、固定子２１およびコイル２
７の冷却が行われる。更に、電動機２９を通過した冷媒
ガスは下部ケース７底部に設けられたオイル分離板４１
に衝突し、中間ケース５と支持ブロック９の間の空間４
２および支持ブロック９に設けられた複数の連通路９Ｃ
を通って上方へ至る。

上記駆動軸１１の上端側には、第１図に示すように、駆
動軸１１の中心０１から所定寸法文だけその中心０□が
偏心したクランク軸４３が一体に形成されている。クラ
ンク軸４３は、可動側スクロール部材４５の背面側に形
成された連結部４５ａ内に、メタル軸受４７を介して挿
入されている。そして、駆動軸１１の回転によりクラン
ク軸４３が旋回し、これに伴って可動側スクロール部材
４５が旋回駆動され、固定側スクロール部材６５との間
に形成される圧縮室内で冷媒の圧縮が行なわれる。

上記可動側スクロール部材４５と支持ブロック９との間
には、環状に形成されたオルダム継手５１が介装されて
いる。すなわち、オルダム継手５１は、支持ブロック９
にボルト５３により固着される固定側プレート５５と、
可動側スクロール部材４５の背画部にボルト５７により
固着される可動側プレート５９と、これらの間に設けら
れる中間プレート６１からなり、中間プレート６１の両
面に互いに直交するよう設けられた突起が、固定側およ
び可動側プレート５５．５９に形成された谷溝に摺動可
能に嵌合し、可動側スクロール部材４５の旋回半径の方
向に可変しながら摺接する。

このオルダム継手５１により可動側スクロール部材４５
の自転を規制する自転防止機構が構成されている。

上記クランク軸４３に連結された可動側スクロール部材
４５のラップ部４５Ａは、支持ブロック９に複数のボル
ト６３にて固定された固定側スクロール部材６５のラッ
プ部の６５Ａと噛み合っており、例えば、第１図に示す
ように、吸入圧となる吸入圧室６７、中間圧に圧縮され
る中間圧室６９、吐出圧まで圧縮される吐出圧室７１と
に形成され、吐出圧室７１の中央部には吐出ボート７３
が形成され、この吐出ボート７３は吐出室７５に連通し
ている。そして、可動側スクロール部材４５がクランク
軸４３の偏心運動に伴なって固定側スクロール部材６５
に摺動し、噛み合いにより形成される中間圧室および吐
出圧室６９，７１の容積を次第に減少させて、吸入圧か
ら中間圧、更に中間圧から吐出圧へと冷媒を圧縮し、吐
出ボート７３より吐出される。尚、図中７７は吐出用ユ
ニオンを示す。

また、上記支持部材２５にはボルト８１により取付は部
材８３が固着され、この取付は部材８３により磁気セン
サ８５，８６が回転子１７の周面の永久磁石１９に臨む
ように支持されている。永久磁石１９は減磁特性にヒス
テリシスを持たないように着磁後、熱枯らしを行ってか
ら組みこまれている。ｍ気センサ８５，８６は本実施例
では２個のホール素子を用いて構成され、互いに電気角
で９０°位相が異なるように配設されており、これらの
磁気センサ８５，８６により回転子１７の永久磁石１９
の位置検出が行なわれる。また、これらの磁気センサ８
５，８６の検出信号Ｓ、、Ｓ２に基づいて駆動回路８７
による電動機２９の駆動制御が行なわれる。駆動回路８
７は、第２図に示すように、コントローラ８８、ＰＷＭ
発振器８９、プリドライバ回路９０およびトランジスタ
ブリッジ回路９１等により構成され、コントローラ８８
からの駆動制御信号ＰｏによりＰＷＭ発振器８９を制御
し、ＰＷＭ発振畢８９からの駆動信号Ｐ３に基づいてブ
リドライバ回路９０およびトランジスタブリッジ回路９
１により、電動機２９の巻線コイル２７に回転磁界を形
成し、電動機２９の駆動制御が行なわれる。また、上記
コントローラ８８からは電流制御信号Ｐ２が出力され、
これによって電動機２９の回転速度が制御され、コント
ローラ８８により電流制御手段が構成されている。更に
駆動回路８７には磁石温度検知回路（磁石温度検知手段
）９２を備えている。

磁石温度検知回路９２は、磁気センサ８５．８６からの
各検出信号Ｓ、、Ｓ２の波形を整える波形整形回路９３
と、波形整形信号Ｔ２の立上りおよび立下り時に磁気セ
ンサ８５の検出信号ｓｌをサンプリングする第１サンプ
ルホールド回路９４と、このサンプリング値をＡ／Ｄ変
換してコントローラ８８に入力するｌＩＡ／Ｄ変換器９
５と、波形整形信号Ｔ２の立上りおよび立上り時に磁気
センサ８５から得られるホール素子抵抗値ＳＰをサンプ
リングする鴻２サンプルホールトロ路９６と、このサン
プリング値をコントローラ８８に入力する第２Ａ／Ｄ変
換器９７と、上記コントローラ８８により構成されてい
る。尚、上記ホール素子抵抗値Ｓｔ、は、ホール素子８
５のバイアス電流を、定電圧で供給した場合の電流値を
検出することにより得られる。

このような空気調和機においては、駆動スイッチの投入
により、磁気センサ８５，８６により回転子１７の磁石
１９の位置を検出しつつ駆動回路８７のコントローラ８
８の出力信号Ｐ□によりＰＷＭ発振器８９が制御され、
ＰＷＭ発振器８９の出力信号Ｐ３に基づいてプリドライ
バ回路９゜およびトランジスタブリッジ回路９１により
、回転磁界が形成され、これに伴って回転子１７が回転
して圧縮器１が駆動される。これとともに、各磁気セン
サ８５，８６からは第３図に示すように、正弦波の電圧
出力Ｓｔ、Ｓ２が得られ、波形整形回路９３からは位相
が９０°ずれた矩形波出力Ｔ、、Ｔ２が得られる。磁石
温度検知回路９２の第１サンプルホールド回路９４にお
いては矩形波Ｔ２の立上り時と立下り時に電圧出力Ｓ１
のサンプリングが行なわれる。そして、磁気センサ８５
の電圧出力の振幅Ｕが得られる。

他方、第２サンプルホールド回路９６においては、矩形
波Ｔ１の立上り時と立下り時に磁気センサ８５の抵抗値
Ｓ、のサンプリングが行なわれる。そして、矩形波Ｔ、
の立上り、立下り時には第３図に示すように、磁気セン
サ８５に作用する磁束密度が零の状態であるため、磁束
の無影響時での抵抗値Ｕｌが得られる。

そして、これらの電圧出力の振幅Ｕおよび抵抗値Ｕｌに
基づいて、コントローラ８８において磁気センサ８５の
温度および磁石１９の温度の検知が行なわれる。尚、コ
ントローラ８８のＲＯＭには！ｓ５図に示すような磁石
の減磁特性や、第４図に示すようなホール電圧出力Ｕお
よび抵抗特性Ｕ、、が格納されている。

すなわち、コントローラ８８においては、抵抗値Ｕｌに
より第４図に基づいて磁気センサ８５の温度が検知され
、このセンサ温度と第４図に基づいてホール電圧の温度
の影響を考慮することにより、磁石の発生する磁石密度
の振幅を得、磁石の温度が検出される。そして、現在の
磁石温度と第６図の減磁特性により、巻線コイルに通流
可能な最上限の電流値が検出され、磁石の温度が不可逆
領域とならないように通電制御が行なわれる。したがっ
て、例えば、磁石温度が上昇傾向にある場合には、出力
電流が絞られ、また、それでも温度上昇が続く場合には
、−旦、通電を停止する等の制御が行なわれる。このよ
うに、磁石の保磁力が復帰できる範囲内で、最大電流を
制限して電動機の制御が行なわれ、特に回転速度を急速
に上昇させたい起動時には、可逆領域内の最大トルクで
電動機の始動をすることが可能となる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、永久磁石の温度
を検出しながら巻線コイルへ通流される電流を制御する
ようにしたので、永久磁石の保磁力が復帰できない不可
逆領域とならないように最大電流を制限しつつ、電動機
の駆動を行なうことが可能となる。その結果、磁石の温
度保障を確保することができるとともに、その時点での
磁石の温度状態に応じた最大トルクで電動機を駆動する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、本発明の一実施例を示し、第１
図は圧縮機の縦断面図、第２図は磁石温度検知手段およ
び電流制御手段を示すブロック構成国、第３図は磁気セ
ンサの出力信号のタイムチャート、第４図は磁気センサ
のホール電圧特性および抵抗特性を示す図、第５図は温
度による磁石の減磁特性を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機と、回転子の周面に永久磁石が配設され、前記圧
   縮機を駆動する無刷子直流電動機を備えた空気調和機に
   おいて、前記回転子の磁石位置を検出する磁気センサと
   、この磁気センサからの検出出力に基づいて前記磁石の
   温度を検知する磁石温度検知手段と、この磁石温度検知
   手段の検知出力に基づき磁石の温度状態に応じて前記電
   動機の巻線コイルへの通流電流を制御する電流制御手段
   と、を備えたことを特徴とする空気調和機。