JPH0510606A

JPH0510606A - ロータリコンプレツサ

Info

Publication number: JPH0510606A
Application number: JP16591791A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hitosugi; 杉利明一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】圧縮機モータの低回転数領域の小暖房能力運
転時に安定した温度上昇を行う。【構成】無整流子電動機２１により稼働する圧縮機２
０の低回転数運転領域での吸込圧力が基準吸込圧力より
低い場合の設定トルク値を基準吸込圧力より高い場合の
設定トルク値より小さくなるように制御部３１により電
圧設定する。これにより低回転数運転領域でも圧縮機モ
ータは所定トルクが確保され、主軸給油量を十分汲み上
げることができ、モータは安定回転し、安定した小暖房
能力運転が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロータリコンプレッサに
係り、特に無整流子電動機を備え、低回転数領域での小
暖房能力運転時にも安定した温度上昇を行えるようにし
たロータリコンプレッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機のうち、その主流となってい
るインバータエアコンは、室温と設定温度とを自動的に
感知し、インバータ（周波数変換装置）により圧縮機モ
ータの回転数を変えることにより冷暖房能力を変化させ
る省エネルギータイプの空気調和機である。図６はこの
種の空気調和機の暖房サイクルを示したものである。こ
のとき上記インバータは室外ユニットに能力比例制御圧
縮機とともに搭載されており、このインバータにより圧
縮機モータ回転数を９００〜９０００rpm の範囲で変化
できるようになっている。このインバータは通常交流電
源を一旦直流に変換し、トランジスタモジュール等によ
り１５〜１５０Ｈｚの可変周波数交流を作り、圧縮機モ
ータに給電することでモータを速度制御する。また、こ
の圧縮機モータへの給電周波数の範囲は運転状態（冷
房、暖房、ドライ）で異なり、この運転状態はリモコン
から室内ユニットに送られる操作指令に基づく室内ユニ
ットの運転指令により設定される。このとき上記圧縮機
モータは交流電源で駆動するＡＣモータであり、このＡ
Ｃモータへ可変周波数の交流電源を給電し、所定の回転
数を得ることができる。このＡＣモータの回転数−トル
ク特性は図７に示したように運転周波数が小さいと最大
トルクが低くなることが知られている。このため３０Ｈ
ｚ程度以下の周波数での運転では冷媒の圧縮機にかかる
負荷を下げる必要があり、これに伴ない吹出圧力が低く
押さえられ、高圧をえることができず小暖房能力運転時
の吹出温度を高くすることができなかった。ここで従来
の四方弁を備えた空気調和機の暖房サイクルを図６を参
照して説明する。図６において、矢印は暖房運転時にお
ける冷媒の流れを表し、符号８０は低圧の気体状態にあ
る冷媒を断熱圧縮する圧縮機を示している。この圧縮機
８０から排出された高温高圧の気体状態の冷媒は管路６
４を通り冷房サイクルと暖房サイクルの切替えをする四
方弁９０を介して室内ユニット５０に送られる。そして
この室内ユニット５０の凝縮器５１に入った高温高圧の
気体状態にある冷媒は室内ファン５２の運転により外部
へ放熱される。この放熱により冷媒は高温高圧の液体状
態になる。さらに室内ユニット５０から排出された液体
状態の冷媒は管路６１を通り膨張弁６０に入り、ここで
冷媒は断熱膨張されて低圧低温の液体と気体の混合状態
になる。次に膨張弁６０から排出された冷媒は管路６２
を経由して室外ユニット７０に送られる。この室外ユニ
ット７０の蒸発器７１に送られた液体と気体の混合状態
にある冷媒の液体部分は室外ファン７３等により冷却さ
れ、蒸発器７１の入口から出口へ移動する間に気体状態
になる。次に室外ユニット７０から排出された冷媒は管
路６３を通り再び四方弁９０を経てアキュムレータ８２
を介して圧縮機８０に戻される。

【０００３】上述した暖房サイクルにおいて、圧縮機モ
ータの運転制御について簡単に説明する。圧縮機８０に
おいて、アキュムレータ８２により液分離された冷媒ガ
スは吸込口８３からシリンダ８４、８４の内部に形成さ
れた圧縮室内に供給される。このとき、この冷媒の吸込
圧力をパラメータとして圧縮機モータ８１の回転数が運
転指令との関係により決定される、いわゆるインバータ
運転が行えるようになっている。したがって、室内温度
と設定温度との温度差に応じて圧縮機モータの周波数を
変化させ交流電源モータの回転数を自由に制御でき、経
済的なロータリコンプレッサの運転を実現することがで
きる。例えば、室内温度と設定温度との温度差が１℃以
下のような場合には圧縮機モータの運転周波数は低く押
さえられ、圧縮機モータは３０Ｈｚ以下の低周波数で運
転される。この場合にも所定の吐出圧力の冷媒が吐出口
８６から室内ユニットに向けて吐出される。一方、圧縮
機８０内部のクランク軸の内面には螺旋状の板が挿入さ
れており、遠心ポンプを構成している。この遠心ポンプ
は回転軸の回転により圧縮機内部に貯留されている潤滑
油を汲み上げ、電動機の回転軸等の駆動部に供給できる
ようになっている。図５は低回転数運転時の主軸受への
給油特性を示しており、給油性能は吹出圧力（高圧
Ｐ_ｄ）と吸込圧力（低圧Ｐ_ｓ）の圧力差の影響を受け、
仮に主軸受に必要な給油量をＡとした時、低圧Ｐ_s1に対
応した高圧Ｐ_d1が存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように圧縮機モータに使用されているＡＣモータの回転
−トルク特性は図７に示したように低周波数回転時には
潤滑油の汲み上げのための所定遠心力を得られず、シャ
フト給油量が低下してしまう。このため回転性能が不安
定になり、小暖房能力運転時に所定温度の暖房が行えな
いという問題がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、無整流子電動機を圧縮機モ
ータとして使用し、所定の電圧制御を行って低回転数領
域においても確実な回転を確保し、小暖房能力運転時の
吹出空気温度を高く保持できるようにしたロータリコン
プレッサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は無整流子電動機を備え、この無整流子電動
機の電圧可変運転により能力比例制御運転を行うロータ
リコンプレッサにおいて、上記無整流子電動機は低回転
数運転領域における圧縮機の吸込圧力が基準吸込圧力よ
り低い場合の設定トルク値を基準吸込圧力より高い場合
の設定トルク値より小さくなるように電圧設定してい
る。

【０００７】

【作用】本発明によれば、圧縮機を駆動する無整流子電
動機は低回転数運転領域での圧縮機の吸込圧力Ｐ_s1が基
準吸込圧力Ｐ_s0より低い場合の設定トルク値Ｔ₁を基準
吸込圧力Ｐ_s2より高い場合の設定トルク値Ｔ₂より小さ
く（Ｔ₁＜Ｔ₂）なるように制御部により電圧設定して
いるので、低回転数運転領域でも圧縮機モータは所定ト
ルクが確保され、主軸給油量を十分汲み上げることがで
き、モータは安定回転し、小暖房能力運転時においても
吹出空気温度をより高く保持できる。

【０００８】

【実施例】以下本発明によるロータリコンプレッサの圧
縮機モータの駆動部分の一実施例を添付図面を参照して
説明する。図１において、符号１は交流電源を示してお
り、通常は単相１００Ｖが供給されている。この交流電
源１にはインバータ回路１０が接続されている。このイ
ンバータ回路１０は整流部１１とスイッチング回路１２
とから構成されており、整流部１１では交流電源１から
の交流電圧をダイオードと平滑回路とで整流するように
なっている。さらにこの整流された電流はスイッチング
回路１２で三相接続されたスイッチング素子のオンオフ
により所定周波数の三相矩形波電圧に変換され圧縮機２
０の無整流子電動機２１の励磁電圧として出力される。
この無整流子電動機２１は通常ＤＣブラシレスモータと
呼ばれており、このＤＣブラシレスモータではロータの
位置を検出し、所定のアマチュアコイルへの通電を行
い、位相切換を行う駆動回路を備えている。符号３０が
この一連の制御を行う駆動制御部である。この駆動制御
部３０は概略以下の機能部位から構成されている。無整
流子電動機２１の図示しないアマチュアコイル巻線から
位置検出部３１が接続されている。この位置検出部３１
はロータとの位置関係でアマチュアコイルに発生する誘
導電圧を検出し、所定の比較結果を各ロータの位置信号
として駆動信号生成部３２に出力する。この駆動信号生
成部３２は通常は各位置信号に所定の遅れをもつ相差電
気角１２０°の駆動信号を生成するようになっている。
さらにこの駆動信号は回転数検出部３３及び駆動回路３
４に出力される。回転数検出部３３では入力された各駆
動信号をもとに無整流子電動機２１の回転数Ｎが検出さ
れ、この検出結果は回転数制御部３５に送られる。ま
た、この回転数制御部３５には室内ユニット４０からの
回転数設定の運転指令も入力される。回転数制御部３５
では上記設定された回転数と検出回転数Ｎとの差を求
め、その差に対応するレベルの電圧信号を出力するよう
になっている。そして、この出力電圧はチョッパ信号生
成部３６に送られる。チョッパ信号生成部３６では上記
出力電圧に対応するオンオフデューティの三相チョッパ
信号が生成され、チョッパ信号は駆動回路３４に出力さ
れる。駆動回路３４では駆動信号生成部３２から駆動信
号を受けている間、チョッパ信号生成部から出力される
各チョッパ信号に応じてスイッチング回路のスイッチン
グ素子をオンオフ駆動する。

【０００９】このように本発明のロータリコンプレッサ
は室内ユニットの運転指令に対し、インバータ回路が駆
動され、矩形波電圧を無整流子電動機２１のアマチュア
コイルにそれぞれ端子電圧として印加され、各アマチュ
アコイルが順次励磁され、ロータが所定回転数で回転す
る。

【００１０】ここで、この無整流子電動機の回転数−ト
ルク特性を利用した圧縮機モータの低回転数領域での制
御方法について図２〜図５を参照して説明する。無整流
子電動機は上述のように電圧可変制御によりその回転数
を制御するようになっているが、その回転数とトルクと
の関係は図２に示した通りである。すなわち、モータ回
転数が最小の場合にもっとも大きなトルクを得ることが
でき、同一回転数であっても印加電圧に対応した電圧を
変化させることでトルクを自由に設定することができ
る。一方、この無整流子電動機を圧縮機モータとして
使用するためには、この圧縮機により断熱圧縮される冷
媒の挙動を把握する必要がある。このため通常は図６に
示した蒸発器７１の入口部分に温度センサー７２を設け
て、この部分での冷媒温度をＴｅを測定し、この部分で
の冷媒温度をもとに圧縮機８０での吸込圧力Ｐ_ｓを算出
するようになっている。この吸込圧力Ｐ_ｓの冷媒を圧縮
して所定の吐出圧力Ｐ_ｄを確保し、所定設定温度の暖房
を行えるようにしている。このとき圧縮機内の摺動箇所
への潤滑油の供給は上述したようにクランク軸の内部に
設けられた遠心ポンプにより行われるため、潤滑油の給
油性能はクランク軸の回転により決定される。また、圧
縮機モータの最低回転数領域での吸込圧力をパラメータ
とした運転特性を図５に示した。図５は最低回転数領域
での吸込圧力Ｐ_ｓとこのときの主軸への潤滑油の所要給
油量Ａとすると、吸込圧力Ｐ_s1のときの所要給油量Ａに
対応する吐出圧力Ｐ_d1が決定される。したがって所要給
油量Ａを確保するために吸込圧力Ｐ_s1に対して吐出圧力
Ｐ_d1を得るように無整流子電動機のトルクを設定してや
ればよい。この関係は圧縮機モータの回転数が低い場合
には特に重要となる。そこで、図３に示したように吸
込圧力Ｐ_s1に対して吐出圧力Ｐ_d1を得られる点をＣと
し、吸込圧力Ｐ_s1より大きい吸込圧力Ｐ_s2に対して吐出
圧力Ｐ_d2を得られる点をＢとし、この２点で区分される
適正ゾーン（ＯＫゾーン）と不適正ゾーン（ＮＧゾー
ン）の判定により低回転数領域での運転状態を安定保持
することができる。このとき、無整流子電動機は所定の
トルクを電圧設定により求めることができることから上
述の２点Ｂ、ＣのトルクＴ₂、Ｔ₁となる印加電圧
Ｖ₂、Ｖ₃を設定すれば良い。次に、小暖房能力運転時
の低回転数領域でのモータのトルク制御について図４を
参照して説明する。なお、上記吸込圧力Ｐ_ｓは蒸発器温
度Ｔｅをもとに算出されることからこの蒸発器温度Ｔｅ
を利用して制御した場合を例に説明する。まず、制御部
は、運転指令を感知するとタイマリセットされ、フラグ
が初期化される（ステップ１００、１１０）。次いで設
定温度Ｔｓと吸込空気温度Ｔａとが読み込まれる（ステ
ップ１２０、１３０）。吸込空気温度Ｔａの読み込みと
同時に上述のタイマーカウントが開始され（ステップ１
４０）、上記設定温度Ｔｓと吸込空気温度Ｔａとの温度
差Ｔｄが算出される（ステップ１５０）。このとき吸込
空気温度Ｔａが設定温度Ｔｓを上回っている場合（Ｔｄ
＜０）には圧縮機は停止する（ステップ１６５）。その
他の場合には温度差に応じて所定の対応回転数Ｎがゾー
ン設定され（ステップ１７０）、この回転数Ｎが基準回
転数Ｎ₁より小さい場合には上述の低回転数領域の運転
制御が開始される（ステップ１８０〜２５０）。この低
回転数領域運転制御では、まず蒸発器温度Ｔｅが測定さ
れ、その値が読み込まれる（ステップ１９０）。さらに
初回ループであることがフラグで確認されたら（ステッ
プ２００）、この比較結果により蒸発器温度Ｔｅが基準
蒸発器温度Ｔｅより小さい場合（吸込圧力Ｐ_ｓが基準圧
力より低い場合）、圧縮機モータのトルクＴをＴ₁とし
（ステップ２２０）、蒸発器温度Ｔｅが基準蒸発器温度
Ｔｅより大きい場合、（吸込圧力Ｐ_ｓが基準圧力より高
い場合）、圧縮機モータのトルクＴをＴ₂とする（ステ
ップ２３０）。なお、このときＴ₁とＴ₂との関係はＴ
₁＜Ｔ₂となるように設定される。また、ここで設定さ
れるトルクは上述のように電圧制御により容易に設定可
能である。さらにこのトルクに対応した吸込圧力Ｐ_ｓの
ＯＫゾーンが設定され（図３参照）、このＯＫゾーンに
入るように所定の電圧を印加して低回転数領域の運転制
御が開始される（ステップ２４０、２５０）。次いで、
温度検知タイミングをタイマーに参照しにいき、温度検
知タイミングであれば、フラグに「１」をたて、再び吸
込空気温度Ｔａの読み込みを行う（ステップ３００、３
１０）。以後、ステップ２００まで上述のフローをトレ
ースするが、２回目以後のループでは検知した蒸発器温
度Ｔｅから吸込圧力Ｐ_ｓを算定して（ステップ３２０）
図３に示したようなゾーン判定を行い（ステップ３３
０）、ＯＫゾーンにある場合には低速運転を継続し、
（ステップ２５０）、ＮＧゾーンにある場合にはステッ
プ２１０の比較を行うようにループし、トルクの再設定
が行われる。

【００１１】一方、対応回転数Ｎが基準回転数Ｎ₁より
大きい場合について簡単に説明する。初回ループで対応
回転数Ｎが基準回転数Ｎ₁より大きい場合（ステップ２
６０）には即座に通常運転に移り、以後温度検知タイミ
ングの参照のフローに戻る（ステップ２９０）。初回ル
ープでない場合には新たに設定された回転ゾーンが前回
の回転ゾーンと同一が否かを判定し（ステップ２７
０）、同一の場合には回転数を増加させるように変更
し、異なる場合にはそのままの設定値で通常運転を行う
（ステップ２９０）。

【００１２】以上のような運転制御を行うことで低回転
数領域での圧縮機の回転は確保される。なお、蒸発器温
度Ｔｅに代えて吸込圧力Ｐ_ｓを直接測定し、その値で制
御することも可能であり、その場合は圧力センサーを使
用すればよい。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、圧縮機を駆動する無整流子電動機は低回転数
運転領域における圧縮機の吸込圧力が基準吸込圧力より
低い場合の設定トルク値を基準吸込圧力より高い場合の
設定トルク値より小さくなるように制御部により電圧設
定しているので、低回転数運転領域でも圧縮機はその回
転が確実に保持され、このロータリコンプレッサを備え
た空気調和機は小暖房能力運転時においても吹出空気温
度をより高く保持でき、空気調和機運転時の快適性が向
上する等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロータリコンプレッサの制御回路
の一実施例の構成を示したブロック図。

【図２】本発明に使用される無整流子電動機の回転数−
トルク特性図。

【図３】低回転数運転領域での主軸給油特性ゾーン判定
図。

【図４】低回転数運転領域での制御フローチャート。

【図５】低回転数運転領域での主軸給油特性図。

【図６】従来の暖房サイクルの一例を示した説明図。

【図７】従来の交流電源モータの回転数−トルク特性
図。

【符号の説明】

１０インバータ回路２０圧縮機２１無整流子電動機３１駆動制御部

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】無整流子電動機を備え、この無整流子電動
機の電圧可変運転により能力比例制御運転を行うロータ
リコンプレッサにおいて、上記無整流子電動機は低回転
数運転領域における圧縮機の吸込圧力が基準吸込圧力よ
り低い場合の設定トルク値を基準吸込圧力より高い場合
の設定トルク値より小さくなるように電圧設定されたこ
とを特徴とするロータリコンプレッサ。