JPH07167076A - 電動機駆動型圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 故障し易い逆止弁を除去し得るようにした簡
便安価で保守容易な電動機駆動型圧縮装置を提供する。 【構成】 電動機駆動型圧縮装置５００は電動機２０
０で駆動する圧縮機構１００により被加圧ガス体１２０
を加圧した加圧ガス体１３０を逆止弁５３・５４を介し
て負荷管路３００に与える。逆止弁５３・５４が無い
と、電動機１００の電源２２０を遮断して圧縮機構１０
０を停止するのみでは、圧縮機構１００が逆動作する。
圧縮機構１００の吸入口５１側と吐出口５２側との圧力
差が圧縮機構１００を逆動作し得ない圧力差以下の状態
になるまで、電動機１００を電気的制動状態にすること
によって、逆止弁５３・５４のうち、少なくとも吸入口
５１側の逆止弁５３を無くし得るようにする。電気的制
動には、３相のうちの２相のみを印加して制動する２相
印加制動、または、交流を整流した直流を与えて制動す
る直流制動などを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電動機で駆動する圧
縮機構により冷媒ガスなどのガス体を加圧して暖房・冷
房装置などの熱操作管路に与える電動機駆動型圧縮装置
に関するものである。

【０００２】この種の電動機駆動型圧縮装置５００とし
ては、図６のように、圧縮機構１００を電動機２００で
回転し、被加圧ガス体１２０、例えば、ヘリウムガスを
吸入口５１から吸入して圧縮機構１００で加圧して得ら
れる加圧ガス体１３０を吐出口５２から、負荷管路３０
０、例えば、暖房・冷房装置の熱操作管路などを通る所
要の機器類とその付属管路などを含む管路を経て、圧力
変動の緩衝と流体の蓄積部分とを兼ねたアキュムレータ
１４０に蓄えた後に、被加圧ガス体１２０として吸入口
５１に戻すように構成するものが特開平３−２１７７６
３・特開平４−１６６６９６などにより開示されてい
る。

【０００３】そして、こうした電動機駆動型圧縮装置５
００では、各部の動作制御をマイクロコンピュータを用
いた制御部（以下、ＣＰＵという）４００により時間的
制御要素も含めて制御処理するように構成してあり、ま
た、運転後に停止した場合には、加圧ガス体１３０→負
荷管路３００→被加圧ガス体１２０により、加圧ガス体
１３０側に残留した圧力が停止後の時間経過に伴って被
加圧ガス体１２０側の圧力と平衡状態になるように構成
してある。

【０００４】また、圧縮機構１００と電動機２００とを
吐出口５２側の圧力変動の緩衝と蓄圧とを兼ねた密閉容
器１５０内に収容した圧縮装置の構成が特公昭６２−３
０３１１・特公平４−７２０７４などにより開示されて
おり、圧縮機構１００は、前者の特公昭６２−３０３１
１では、シリンダ内を往復するピストンをクランク機構
を電動機２００の回転子２１０の軸２１１で直接的に回
転する往復型圧縮機構成になっており、後者の特公平４
−７２０７４では、円形シリンダ内を回転する偏心円形
ピストンを電動機２００の回転子２１０の軸２１１で直
接的に回転する回転型縮機構成になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】こうした電動機駆動型
圧縮装置を構成を簡単にして安価に提供するためには、
機械的な機能要素部分を少しでも削減することが有効で
あり、とくに逆止弁は故障しやすく保守面からも除去す
ることが望まれる部分である。

【０００６】しかしながら、往復圧縮構成、回転圧縮構
成などによる圧縮機構はいずれも逆動作可能な構成にな
っており、また、電動機も駆動用の電源を遮断した状態
では負荷の力が加わると逆動作してしまうため、被加圧
ガス体を戻し入れる経路側の逆止弁を除去すると、加圧
ガス体側に残留した圧力によって圧縮機構が逆動作して
しまい、残留している加圧ガス体の圧力が急激に下落す
るとともに、ガス体の流れに逆流現象が生じ、この影響
を受けて負荷管路側などが故障する原因になるという不
都合がある。

【０００７】このため、こうした不都合がなく目的を達
し得るものの提供が望まれているという課題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な電動機で駆動する圧縮機構によりガス体を加圧する電
動機駆動型圧縮装置において、圧縮機構の吸入側と吐出
側との圧力差が圧縮機構を逆動作し得ない圧力差以下の
状態になるまで、電動機を電気的制動状態にする制動手
段を設けることにより、上記の課題を解決し得るように
したものである。

【０００９】

【作用】電動機の駆動用電源を遮断すると、逆止弁を設
けない構成では、圧縮機構が慣性による動作を続けて停
止した後に、圧縮機構の吸入側と吐出側との圧力差によ
って、圧縮機構が逆動作してしまうが、この逆動作を行
い得ない圧力差以下の状態になるまで電動機を電気的制
動状態にしているので、逆止弁のうち、少なくとも、吸
入口側の逆止弁を設けずに構成しても、圧縮機構が逆動
作することなく、正常に停止動作を保持し得るように作
用する。

【００１０】

【実施例】以下、図１〜図５によって実施例を説明す
る。図１〜図５において、図６における符号と同一符号
の部分は、図６で説明した同一符号の部分と同一の機能
をもつ部分である。

【００１１】図１において、圧縮機構１００は、いわゆ
るロタスコ型圧縮機構に属する回転型圧縮機構であり、
円形のシリンダ１０と、偏心円形のピストンの役目をす
るロータ２０と、滑り振子の役目をするベーン３０と、
ベーン３０を弾性力で押すスプリング４０とを主体にし
て構成してあり、ロータ２０を電動機２００で回転する
部分は、ロータ２０を偏心状態で回転するための軸６０
を電動機２００の回転子２１０の軸に直結、または、軸
６０を回転子軸にして駆動するようにしてある。

【００１２】シリンダ１０は、内面１１が内径Ｄ１の円
形であって、紙面に垂直な方向を高さＡ１とする気密室
部分を形成しており、また、ロータ２０の外面２１は、
シリンダ１０の内面１１の中心１２から偏心量Ｅだけ偏
心した外径Ｄ２の円形であって、紙面と垂直な方向を高
さＡ２とする円筒形を形成している。

【００１３】そして、ロータ２０は、外面２１をシリン
ダ１０の内面１１に密接しながら、シリンダ１０の内面
１１の中心１２を回転中心として回転し、ロータ２０の
高さＡ２の両面、つまり、紙面と平行な外面と、シリン
ダ１０の高さＡ１の両面、つまり、紙面と平行な外面と
は、密接しながら移動するように構成してある。

【００１４】したがって、シリンダ１０とロータ２０と
の間には、偏心量Ｅの２倍の幅を最大幅Ｂとする三日月
状の間隙室５０を形成していることになり、ロータ２０
の回転と一緒に、間隙室５０の三日月状の位置がシリン
ダ１０の内面１１に沿って回転していることになる。

【００１５】ロータ２０は、外輪部２０Ａとクランク軸
部２０Ｂとの間をボールベアリング状にして組み合わせ
ることにより、外輪部２０Ａの外周とシリンダ１０の内
面との転がり接触を行わせるるとともに、外輪部２０Ａ
とクランク部２０Ｂとの間もポールの介在により転がり
接触を行わせるようにして、機械的な摺動摩耗部分を無
くするようにしてある。

【００１６】ベーン３０は、平板状の外形をしており、
厚みＴの部分がシリンダ１０の外壁部１３に設けた案内
穴１４に密着しなからシリンダ１０の外壁部１３に出入
り可能に組み付けてあり、また、高さＡ３がロータ２０
の高さＡ２と同一で、高さＡ３の両面、つまり、紙面と
平行な面がシリンダ１０の高さＡ１の両面、つまり、紙
面と平行な面と密接しながら移動する。

【００１７】ベーン３０に隣接したシリンダ１０の外壁
部１３には、一方に吸入口５１を、他方に吐出口５２を
設けてあり、また、ベーン３０の後端側３１を抗圧縮形
の弾性力をもつスプリング４０で押し出すことにより、
ベーン３０の突出量Ｘがロータ２０の回転に従って変化
しながらベーン３０の先端側３２がとロータ２０の外面
に密接するようにしてある。

【００１８】間隙室５０は、ロータ２０の回転に伴っ
て、図１→図２→図３の順序のように変化してゆき、ベ
ーン３０を境にして吸入口５１側の室部分が被加圧側の
吸入室５０Ａに、また、吐出口５２側の室部分が加圧側
の圧縮室５０Ｂの役目をすることになる。

【００１９】電動機２００を回転して装置を運転状態に
すると、圧縮機構１００は、ロータ２０が回転してロー
タの回転角度θが０°の位置から、吸入口５１からは被
加圧ガス体１２０を吸入室５０Ａ側に吸入してゆき、加
圧室５０Ｂ内のガス体は加圧されて加圧ガス体１３０に
なって吐出口５２から負荷管路３００に供給されるよう
に動作する。

【００２０】電動機２００の駆動用の電源を遮断する
と、電動機２００と圧縮機構１００とは慣性によりある
時間だけ動作を続けた後に停止する。この停止により、
ロータ２０の回転が停止することになり、加圧室５２側
にある加圧ガス体１３０の圧力がロータ２０を押し戻し
てロータ２０を逆回転させるように作用する。

【００２１】このときには、電動機２００の電源は遮断
されているので、回転子は自由に回転できるため、ロー
タ２０が逆回転、つまり、逆動作して加圧ガス体１３０
が被加圧ガス体１２０側に逆流し、加圧ガス体１３０の
圧力によって、この逆流とロータ２０の逆動作とが加速
され、加圧ガス体１３０を供給している負荷管路３００
側に急激な圧力の下落とガス体の逆流を生じさせるので
故障事故の原因になるわけである。

【００２２】この逆流と逆動作を避けるためには、少な
くとも吸入口５１側の被加圧ガス体１２０の経路に逆止
弁５３を設けるようにしている。この発明は、このよう
な重要な役目をしている機械的な要素部分、つまり、逆
止弁５３を無くしても、電動機２００を以下のように制
御することによって、逆止弁５３を設けた場合と同様の
作用を行わせ得るようにしているものである。

【００２３】図４において、電動機２００は、かご形巻
線の回転子２１０をもつ３相誘導電動機であり、回転子
２１０の軸２１１を図１のロータ２０に直結してある。
電動機２００を駆動する電源２２０は３相交流電源であ
り、継電器２３０と継電器２４０を介して電動機２００
の界磁巻線２０１に与えている。

【００２４】継電器２３０は電源２２０の３相交流全部
をＯＮ−ＯＦＦし、また、継電器２４０は３相交流の内
の１相のみをＯＮ−ＯＦＦするようになっており、継電
器２３０と継電器２４０とを同時にＯＮ状態、つまり、
接続状態にすると３相交流を電動機２００に与え、電動
機２００が運転状態になる。

【００２５】また、継電器２３０をＯＦＦ状態、つま
り、遮断状態にすると電源２２０全体を電動機２００か
ら遮断する。さらに、継電器２３０を接続状態にすると
ともに、継電器２４０をＯＦＦ状態、つまり、遮断状態
にすると、３相交流のうちの２相のみを電動機２００に
与える２相印加状態になるが、回転子２１０が停止して
いるときに、この２相印加状態にすると、電動機２００
は回転子２１０を強制的に制動保持して、軸２１１を回
転する外力が掛かっても回転子２１０は回転しない制動
状態になる。

【００２６】この制動状態は、電源２００による電気的
制動を行わせていることになる。しかし、回転子２１０
が、慣性によりある程度の回転を行っている状態で、こ
の２相印加状態にすると回転子２１０は従前の回転方向
で回転し続けてしまうので、制動状態にするためには、
回転子２１０が慣性による回転がなくなった状態、つま
り、できる限り停止に近い状態になっているときに２相
印加状態にする必要がある。

【００２７】電動機駆動型圧縮装置５００の逆止弁５３
を除去した構成では、上述したように、電動機２００の
運転状態から電源２２０を遮断して運転停止した場合
に、ロータ２０が加圧ガス体１３０によって逆動作して
しまうので、継電器２３０・２４０のＯＮ−ＯＦＦ動作
を所定の方法で制御することにより、正常に停止動作を
行い得るようにしている。

【００２８】継電器２３０・２４０は制御部４００が制
御しており、この制御は、制御部４００のＣＰＵが図５
のような処理フローによる制御処理を行っている。図５
の処理フローは、電動機駆動型圧縮装置５００の定常の
全体動作を制御する〔メイン制御処理ルーチン〕に付属
するサブルーチンとして構成してある。

【００２９】〔処理フローの説明〕以下、図５の処理フ
ローを説明する。この処理フローに入る状態は、継電器
２３０と継電器２４０とがＯＮ状態になっていて、電動
機２００に電源２２０の３相交流が与えられているもの
とする。

【００３０】◆ステップＳＰ１では、操作者が制御部４
００に付属する操作部（図示せず）を操作して入力する
各指令信号または定常の全体動作における制御上に付随
して出力される各指令信号を取り込んで、次のステップ
ＳＰ２に移行する。

【００３１】◆ステップＳＰ２では、取り込んだ指令が
圧縮動作の運転停止を行う運転停止指令であるか否かを
判別する。運転停止指令であるときは次のステップＳＰ
３に移行し、そうでないときはメイン制御処理ルーチン
に戻る。

【００３２】◆ステップＳＰ３では、継電器２３０をＯ
ＦＦ状態にすることにより、電動機２００に与えている
電源２２０を遮断すると同時に、遮断後の時間ｔ１の計
時をＣＰＵの時計回路に開始させて、次のステップＳＰ
４に移行する。

【００３３】◆ステップＳＰ４では、ＣＰＵのＲＯＭに
記憶してある「第１所定時間Ｔ１」を読み出して、上記
の遮断後の時間ｔ１が第１所定時間Ｔ１に達しているか
否かを判別する。達しているときは次のステップＳＰ５
に移行し、そうでないときは達するまで判別を繰り返
す。ここで、「第１所定時間Ｔ１」は、電源２００と圧
縮機構１００とが慣性による動作を停止するまでの時間
であり、後記のように、事前に実験的に測定した時間値
にもとづいて設定してある。

【００３４】◆ステップＳＰ５では、継電器２３０をＯ
Ｎ状態、継電器２４０をＯＦ状態にすることにより、電
動機２００を２相印加状態による電気的な制動状態にす
ると同時に、制動状態の時間ｔ２の計時をＣＰＵの時計
回路に開始させて、次のステップＳＰ６に移行する。

【００３５】◆ステップＳＰ６では、ＣＰＵのＲＯＭに
記憶してある「第２所定時間Ｔ２」を読み出して、上記
の遮断後の時間ｔ２が第１所定時間Ｔ２に達しているか
否かを判別する。達しているときは次のステップＳＰ７
に移行し、そうでないときは達するまで判別を繰り返
す。ここで、「第２所定時間Ｔ２」は、圧縮機構１００
の動作が停止した後に、圧縮機構１００の吸入側と吐出
側との圧力差、つまり、吸入口５１側のガス体の圧力と
吐出口５２側のガス体の圧力との圧力差が、圧縮機構１
００を逆動作し得ない程度に低下するまでの時間であ
り、後記のように、事前に実験的に測定した時間値にも
とづいて設定してある。

【００３６】◆ステップＳＰ７では、継電器２３０をＯ
ＦＦ状態にすることにより、電動機２００に対する２相
印加を遮断して、メイン制御処理ルーチンに戻る。

【００３７】〔第１所定時間値・第２所定時間値の設
定〕以下、第１所定時間値と・第２所定時間値の設定例
について説明する。ここでの設定例は、本願出願人の市
販するヒートポンプ式のＳＰＷ−ＳＣＨ１００Ｓ型暖房
・冷房装置に適用する場合の設定例であり、設定条件に
関連すると見られる同装置の主要部分の仕様は、大略、
次のとおりである。

【００３８】◆電動機２００に対応する電動機の仕様 ２００Ｖ ３相 誘導電動機 軸出力 ２８００Ｗ 軸回転数 ３６００ｒｐｍ

【００３９】◆圧縮機構１００に対応する圧縮機構 圧縮形式 回転型圧縮機構 シリンダ 内径 ８０ｍｍ ロータ 外形 ７１．５ｍｍ 圧縮出力 最高 ３５ａｔｇ 送出容量 ２１４２ｃｍ3／ｓｅｃ

【００４０】◆負荷管路３００に対応する管路 平均管路直径 １１．２ｍｍ 相当管路長 ４０ｍ

【００４１】第１所定時間に対応する時間の測定と設
定：回転子軸２１１の回転速度を検出するために、臨時
に、回転子軸２１１に軸方向と平行な縞模様のラベルを
貼付け、縞模様による反射光の変化数を光／電変換素子
で検出する構成の回転速度計を仮設しておき、電源２２
０の遮断時点から回転速度が略「０」になる時点までの
時間、つまり、慣性による動作が停止するまでの時間を
測定した結果、０．４秒経過すれば停止状態になるの
で、「第１所定時間Ｔ１」を０．４秒に設定している。

【００４２】第２所定時間に対応する時間の測定と設
定：圧縮機構１００の吐出側の圧力Ｐ１を密閉容器１５
０内に吐出された加圧ガス体の圧力とみなし、また、圧
縮機構１００の吸入側の圧力Ｐ２をアキュムレータ１４
０内に戻し入られた被加圧ガス体の圧力とみなして、臨
時に、これらの両圧力Ｐ１・Ｐ２を測定する圧力計ＰＴ
１・ＰＴ２（図示せず）の測定値の差から両圧力Ｐ１・
Ｐ２の圧力差Ｐ３（＝Ｐ１−Ｐ２）を測定する構成と、
吸入口５１側の逆止弁５３を除去して吐出口５２の出口
側に開閉弁Ｖ（図示せず）を設ける構成とを仮設した。

【００４３】まず、開閉弁Ｖを開き、圧縮機構１００の
停止状態において、圧力差Ｐ３を種々変化させながら、
圧縮機構１００が逆動作し得ないようになる圧力差ＰＳ
を測定した結果、１．０ａｔｍ以下の圧力差では、圧縮
機構１００が逆動作しないという測定が得られた。

【００４４】次に、開閉弁Ｖを開いた状態で装置を運転
して、電動機２００の電源２２０を遮断した後に、上記
の「第１所定時間Ｔ１」、つまり、０．４秒を経過した
時点で開閉弁Ｖを閉じて、上記の圧力差Ｐ３が１．０ａ
ｔｍになるまでの時間を測定した結果、多少のばらつき
はあるが、５５秒経過すれば、１．０ａｔｍ以下に低下
するので、「第２所定時間Ｔ２」を５５秒に設定してい
る。この「第２所定時間Ｔ２」は、５５秒以上あれば目
的を達し得るので、例えば、６０秒に設定しても差し支
えないことは言うまでもない。

【００４５】〔実施例の構成の要約〕上記の実施例の構
成を要約すると、電動機２００で駆動する圧縮機構１０
０によりガス体を加圧する電動機駆動型圧縮装置５００
であって、圧縮機構１００の吸入側と吐出側との圧力差
が圧縮機構１００を逆動作し得ない圧力差ＰＳ以下の状
態になるまで、つまり、「第２所定時間Ｔ２」が経過す
る状態になるまで、電動機２００を２相印加状態による
電気的制動状態にする制動手段を設けた構成になってい
るものである。

【００４６】〔変形実施〕この発明は次のように変形し
て実施することを含むものである。

【００４７】（１）電源２２０、電動機２００および電
源による電気的制動状態の構成を、他の構成、例えば、
電源２２０を単相交流、電動機２００をコンデンサ進相
によるヒステリシス電動機とし、電気的制動として給電
路にダイオードと抵抗とを直列に介在させて直流電流を
与える直流制動を用いるような構成にする。この構成の
場合には、上記の実施例における「第１所定時間Ｔ１」
を設けずに、電動機２００の電源２２０を遮断する時点
に、直流制動による電気的制動状態にして、上記の実施
例と同様に実験的に測定した「第２所定時間Ｔ２」まで
制動を行えばよいことになる。

【００４８】（２）上記の圧力計ＰＴ１・ＰＴ２に相当
する電気的な圧力計を設けている電動機駆動型圧縮装置
５００の場合には、これらの圧力計から得られる検出出
力の差から上記の圧力差Ｐ３を検出するように構成する
とともに、制御部４００のＣＰＵに圧縮機構１００が逆
動作し得ないようになる圧力差ＰＳを記憶しておき、圧
力差Ｐ３が圧力差ＰＳ以下の状態になるまで、電動機２
００を電気的制動状態にする制御を行うように構成す
る。

【００４９】（３）圧縮機構１００として、逆動作可能
な他の圧縮構成のもの、例えば、往復型圧縮機構などを
用いて構成する。

【００５０】

【発明の効果】この発明によれば、圧力差Ｐ３が圧縮機
構が逆動作し得ない圧力差ＰＳになるまで、電動機を電
気的制動状態にするので、逆止弁のうち、少なくとも、
吸入口側の逆止弁を設けずに構成した場合でも、圧縮機
構が逆動作することなく正常に停止状態を維持し得るよ
うになる。

【００５１】これらの動作は、既存の制御部などに電気
的な制御を追加するのみで構成できるので、機械的な故
障原因となる逆止弁を除去した簡便安価な電動機駆動型
圧縮装置を提供し得るなどの特長がある。

【図面の簡単な説明】

図１〜図５はこの発明の実施例を、また、図６は従来技
術を示し、各図の内容は次のとおりである。

【図１】要部横断面図

【図２】要部横断面図

【図３】要部横断面図

【図４】要部電気回路構成図

【図５】制御処理フローチャート

【図６】全体構成図

【符号の説明】

１０ シリンダ １１ 内面 １２ 中心 １３ 外壁部 １４ 案内穴 ２０ ロータ ２０Ａ 外輪部 ２０Ｂ クランク部 ２１ 外面 ３０ ベーン ３１ 後端側 ３２ 先端側 ４０ スプリング ５０ 間隙室 ５０Ａ 吸入室 ５０Ｂ 加圧室 ５１ 吸入口 ５２ 吐出口 ５３ 逆止弁 ５４ 逆止弁 ６０ 軸 １００ 圧縮機構 １２０ 被加圧ガス体 １３０ 加圧ガス体 １４０ アキュムレータ １５０ 密閉容器 ２００ 電動機 ２１０ 回転子 ２１１ 軸 ２２０ 電源 ２３０ 継電器 ２４０ 継電器 ３００ 負荷管路 ４００ 制御部 ５００ 電動機駆動型圧縮装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機で駆動する圧縮機構によりガス体
   を加圧する電動機駆動型圧縮装置において、 前記圧縮機構の吸入側と吐出側との圧力差が前記圧縮機
   構を逆動作し得ない圧力差以下の状態になるまで、前記
   電動機を電気的制動状態にする制動手段を具備すること
   を特徴とする電動機駆動型圧縮装置。