JPS63219891A - ロ−タリ圧縮機の回転数制御方法 - 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、ロータリ圧縮機の回転数制御方法に係り、特
に、圧縮機の高速域でのベーン飛びを防止するのに好適
なロータリ圧縮機の回転数制御方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来のロータリ圧縮機の構造を第４図および第５図を参
照して説明する。

第４図は、一般的なロータリ圧縮機の縦断面図、第５図
は、その圧縮機構部の横断面図である。

図において、１は密閉容器に係るケース、２は電動機で
、この電動機２は、ケース１に固定されたステータ２ａ
とロータ２ｂとからなっている。

３は、ケース１に固定されたシリンダ、４は、ロータ２
ｂと一体で回転する回転軸に係るクランクシャフト５の
偏心クランク部５ａに嵌着されたローラであり、ローラ
４は、クランクシャフト５の回転によりシリンダ３内で
偏心回転を行う。

シリンダ３の両端面には上軸受５ａ、下軸受６ｂが固着
され、シリンダ呈を形成している。

７は、シリンダ３に形設されたベーン溝に挿入されたベ
ーンで、このベーン７は、先端はローラ４に当接し、他
端はばねに係るコイルスプリング８Ｉ／ｃよりてローラ
４を押しつける方向に加勢され、ローラ４の回転に追従
して往復運動を行い、シリンダ内を吸込室１０と圧縮室
１１とに仕切るのである。１２は吸込管、１３は吐出管
である。

吸込ｆ１２によりシリンダ３内に流入した冷媒ガスは、
ローラ４の回転に追従して往復動するベーン７を介して
圧縮され、シリンダ３から吐出弁９を通過してケース１
内の空間に放出される。

このような構成のロータリ圧縮機においては、圧縮機の
回転数が増加すると、ベーン７の往復動に伴なつ慣性力
が、コイルスプリング８の押付力およびベーン７の背面
とベーン７先端とに作用する圧力の差によって生ずる押
付力の合計より大きくなると、ローフ４とベーン７先端
との接触を保持できなくなり、ベーン７がローラ４から
離れる現象、いわゆる「ベーン飛び」が生じ、このため
圧縮不良をおこしたり、ベーン７とローラ４とが再接触
する際に衝突音が発生して騒音が増加するという問題が
あり、ロータリ圧縮機の高速化の大きな問題となってい
た。

このベーン飛び現象を防止するためには、冥開昭６１−
２１８９４号公報記載のように、ベーン内部に中空部を
設けた慣性質量軽減４造のベーンを採用し、ベーン慣性
力Ｆｎを小さくすることは有効な手段であるが、ベーン
内部を中空とするために、強度が低下し、信頓性に問題
があることについて配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ベーン飛び現象について＠４．５図に合わせて第６図、
第７図を参照してさらに詳細に説明する。

第６図および第７図は、ベーンに作用する力の１回転中
の変化を示す線図である。

べ−７７には、コイルスプリング８の押付力Ｆｃ、シリ
ンダ内外の差圧（吸込圧力、吐出圧力の圧力差）による
押付力Ｆｐが作用し、ベーン７をローラ４に押し付けて
いる。それぞれの力は次のように表わされる。

Ｆｃ　＝　Ｋｖ　（Ｘａ　−Ｘ　） Ｆｐ　＝（ｂＰｄ−（ｂ／２＋ｒｖｓｉｎ　　）Ｐｃ−
（ｂ／２−ｒｖｓｉｎ　　）Ｐｂ）ｔここで、ｂ　：ベ
ーン７の厚さ ｒｖ：ベーン７の先端半径 Ｘ　：ベーン変位 ＸＯ：クランク角θ＝Ｏにおけるベーン変位 Ｋｖ：コイルスプリング８のばね定数 ：ローラ中心Ｏｐのベーン７先端 半径中心りから見た偏角゛。

Ｐｄ：吐出圧力 Ｌニジリンダ３の高さ 一方、ベーン７の往復動にともなう慣性力Ｆｍは、 Ｆｍ＝−ｍＸ と表わされる。

ここで、ベーン７がローラ４を押しつける力Ｆｎｔｉ下
式のように表わされる。

Ｆｎ＝Ｆｃ＋Ｆｐ＋Ｆｍ なお、偏角　は、偏心量を８１クランク角をθとして ベーン飛び現象は押付力Ｆ　ｎ　（Ｏとなりたときに生
ずると考えられる。

第６図に、クランクシャフト５が１回転する間（クラン
ク角θ＝０〜３６００）の各作用力を示す。

第６図に示すように、コイルスプリング押付力Ｆｃ（実
線）は、ローラ上死点（クランク角θ＝１８０°）で最
も小さくなるサインカーブ状の傾向である。シリンダ内
外の差圧によるベーン押付力Ｆｐ　（１点鎖線］は、ク
ランク角θが大きくなりシリンダ内圧が高まるにつれて
減少する。また、ベーン慣性力Ｆｍ（３点鎖線）は、上
死点（クランク角θ＝０）で負となり、ベーン７とロー
ラ４とを離れさせる方向に働き、下死点（クランク角θ
＝１８０°）付近で正となり、ローラ４を押し付ける方
向に作用する。この結果、ベーン押付力Ｆｎはクランク
角θが３６０°付近で最小となり、ローラ４から離れや
すくなることがわかる。

第６図は、圧縮機の回転数が比較的低速回転の場合を定
性的に示したものであるが、第７図は、圧縮機回転数が
高速回転の場合のベーンに作用する力を１回転中につい
て示したものである。

回転数が高速回転に、なると、ベーンの慣性力Ｆｍは第
７図に示す如く犬きくなり、この結果、ベーンの慣性力
Ｆｍが負になるクランク角３６０°付近では、ベーンの
ローラへの押付力は負となり、ベーンがローラから離れ
る、いわゆるベーン飛び現象が生じ、騒音の増加あるい
は圧縮不良をひき起こすという問題がめった。

圧縮機をインバータを用いて回転波制御する場合は、ベ
ーン飛び現象を避けるために、圧縮機始動時などの吸込
圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄとの差圧が小さく、差圧による
押付力Ｆｐの小さい状態でもベーンが飛ばないように圧
縮機回転数の上限値・を設定しているために１差圧が十
分にあり、押付力Ｆｐが大きく、設定した回転数の上限
値以上の回転数でもベーン飛びが生じない場合であって
も圧縮機の回転数を上昇させることはできず、冷凍負荷
の増大に圧ｆｉＮ機能力が十分対応できないという問題
もあった。

本発明は、上記従来技術の問題点′ｆ！ｒ：解決するた
めになされたもので、吐出圧力と吸込圧力との圧力差に
応じてベーンが飛ばないように圧縮機の最大回転数を制
御しうるロータリ圧縮機の回転数制御方法を提供するこ
とを、その目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係るロータリ圧縮
機の回転数制御方法は、密閉容器内に、電動機と当該電
動機に回転軸で直結する圧縮機構部とを収納してなるロ
ータリ圧縮機であって、密閉８器に固定されたシリンダ
と、電動機のロータと一体で回転する回転軸の偏心クラ
ンク部に嵌着されたローラと、前記シリンダに形設され
たベーン溝に挿入され、その一端をばねに接続し、その
他端を前記ローラの外周に当接させて、前記ローラの回
転に追従してシリンダ内を往復してシリンダ内を吸込室
と圧縮室とに仕切るベーンとを備えたものにおいて、上
記ロータリ圧縮機の吸込圧力および吐出圧力を検知手段
により検知し、その検知信号にもとづき、前記吸込圧力
、吐出圧力の圧力差とベーンに対するばねの押付力とベ
ーンの慣性力とを加えたものでめるベーン押付力が正と
なるように圧縮機回転数を演算制御して、前記ベーンが
前記ローラに常に接触を保つようにするものである。

〔作用〕

ロータリ圧縮機においてベーンが最も飛びやすくなるク
ランク角θ＝００におけるベーンに作用する力を次に示
す。

コイルスプリングによる押付力Ｆｃ１ｄＦ　ｃ　＝　Ｋ
　ｖ　Ｘ　。

また吐出圧力Ｐｄと吸込圧力Ｐｓの差圧による押付力Ｆ
ｐは、θ＝００テはα＝Ｑ、Ｐｃ＝Ｐｄであるから ＝１’−（Ｐｄ　−Ｐｓ　） また、ベーンの慣性力Ｆｍは、ベーン突出し寸法（ベー
ン変位）Ｘが概ね、Ｘ　自Ｅ　（１−ｃｏｓωｔ　）と
おけるから ＝−ｇω２ となる。

したがって、クランク角θ＝　３６００におけるベーン
のローラに対する押付力Ｆｎは、次式で表わされる。

Ｆｍ　＝Ｋｖ　Ｘｏ　＋−”（Ｐｄ　−Ｐｓ　）　−Ｅ
　（＋３２ここで、Ｅ：ロータリ圧縮機の偏心量 Ｗ：クランクシャフトの回転角速度 である。

ベーン飛びが生じないためには、Ｆｎ）０でなくてはな
らないので、 ω２く−に−ｙ−Ｘｏ十上Ｌ（Ｐｄ−Ｐｓ）Ｅ　　　　
　２Ｅ がべ−／飛びを生じさせない条件となる。

ココで、ＫｖＸｏ／ｇおよび２　ｂ　ｔ／Ｅは、圧縮機
に特有な定数であるのでそれぞれ下式のように置き換え
る。

Ｃｏ＝ＫｖＸｏ／Ｅ （、＋＝２ｂｔ　／ｇ しただがンて、ベーン飛びを生じさせない条件は、ω（
Ｃｏ＋ｃ　＋　（Ｐｄ　−Ｐｓ　）となる。

以上の関係を第２図に示す。

第２図は、ベーン飛び防止制御領域を示す説明図である
。

第２図は、横軸に差圧Ｐｄ−Ｐｓをとり、縦軸にシャフ
ト回転角速度ωをとり、図中の実線はω＝　　Ｃｏ＋Ｃ
（Ｐｄ　−Ｐｓ　）である。

Ａはベーン飛びを発生する領域、斜線部Ｂはベーン飛び
の生じない領域を示している。

次に、第１図は、本発明の基本的な回転数制御方法を説
明するための構成図である。図中第４図と同符号のもの
は同等部分であるから、その説明を省略する。

第１図に示すロータリ圧縮機もしくは冷凍サイクルに設
けられた圧力検出器１４ａ、１４ｂからの信号を信号変
換器１５で処理し、吐出圧力Ｐｄ。

吸込圧力Ｐｓの圧力差を算出し、マイコン等の制御部１
６、電源駆動部１７により、ベーン飛びを生じない最大
回転数Ｎｍａｘを算出し、運転回転数が最大回転数Ｎ　
ｍａｘより大きい場合は圧縮機の回転数をベーン飛びの
生じない回転数まで低下せしめる指令を出し、モータに
供給する電圧、電流。

周波数等を制御し、回転数を低下させるものである。

一方、差圧が十分にある場合は、冷凍負荷に対応してＮ
　１７１１＼まで運転範囲を拡張させる制御を行う。

以上の制御を行なうことによυ、起動時等の吐出圧力と
吸込圧力の差圧の小さいベーン飛びの生じやすい圧力条
件下では圧縮機の回転数を低く制御してベーン飛びを防
止し、また、差圧がある程度確保できる通常運転条件下
では差圧に応じて最高回転数は高く設定されるので、冷
凍負荷に応じて圧縮機能力を増大させることができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第３図を参照して説明する。

第３図は、本発明の一実施例に係るロータリ圧縮機を用
いた冷凍サイクルの制御系統図であシ、図中、ロータリ
圧縮機本体は、第４図に示したロータリ圧縮機と同等構
成であり、回転数制御系は第１図の基本制御系と同等で
ある。第３図において、第１，４図と同等部は同一符号
をもって示す。

第３図に２いて、１９はロータリ圧縮機、２０は凝縮器
、２１はキャピラリチューブ、２２は蒸発器でめｐｌこ
れらによって冷凍サイクルが構成されている。

１４ａは、圧縮機１９の吸込管１２側の冷媒配管に設け
た吸込圧力の検知手段に係る吸込圧力検出器、１４ｂは
、圧縮機１９の吐出管１３側の冷媒配管に設けた吐出圧
力の検知手段に係る吐出圧力検出器、１８は、蒸発器２
０を通過する空気。

ガス等の温度を測定する温度検出器である。１５は信号
変換部であり、各検出器からの信号処理、Ａ／Ｄ変換等
を行う。１６は、制御部であり、マイコン等を有して信
号の演算処理を行う。１７は６、電源駆動部であシ、制
御部１６からの指令信号により、圧縮機１９への供給電
源を調整する。

このように構成された冷凍サイクルにおいて、吐出圧力
検出器１４ａおよび吸込圧力検出器１４ｂで検出された
吐出圧力および吸込圧力の検出信号と、温度検出器１８
で検出された温度検出信号とは、信号変換器１５を介し
て制御部１６へ転送される。制御部１６では、検出温度
より冷凍負荷を算出すると同時に、得られた吸込圧力、
吐出圧力からベーン飛びが生じ々い最高回転数Ｎ　ｍａ
ｘを算出し、現在の圧縮機の回転数がＮ　ｍａｘより高
い場合はｐＪｍａｘまで圧縮機回転数を下げるように電
源駆動部１７に指令を送って、圧縮機１８への供給電圧
、あるいは電流、もしくは周波数を調整制御して圧縮機
回転数を低下させる。

一方、現在の圧縮機の回転数がＮｍａｘよシ小さい場合
は、制御部１６において、Ｎｍａｘを超えない領域で冷
凍負荷に応じて最適な回転数を演算し、電源駆動部１７
に指令を送り、運転回転数を制御する。

このように制御された本発明の圧縮機１８では、常に第
２図中のベーン飛びの生じないＢ領域で運転されること
となり、ベーン飛び現象が防止でき、圧縮不良、チャタ
リング音符の騒音の発生を抑えることができる。

このように、本実施例によれば、圧縮機起動時などの吐
出圧力と吸込圧力との差圧が小さく、ベーン飛びを生じ
やすい圧力条件下では、圧縮機の回転数を低く制御して
ベーン飛びを防止し、また、差圧がある程度確保できる
通常運転条件下では、差圧に応じて最高回転数を高くす
ることが１きるので、冷凍負荷に応じて圧縮機能力を高
めることができるものである。

（発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、吐出圧力と吸込圧
力との圧力差に応じてベーンが飛ばないように圧縮機の
最大回転数を制御しうるロータリ圧縮機の回転数制御方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本的な回転数制御方法を説明する
ための構成図、第２図は、ベーン飛び防止制御領域を示
す説明図、第３図は、本発明の一実施例に係るロータリ
圧縮機を用いた冷凍サイクルの制御系統図、第４図は、
一般的なロータリ圧縮機の縦断面図、第５図は、その圧
縮機構部の横断面図、＃ｃ６図および第７図は、ベーン
に作用する力の１回転中の変化を示す線図である。 ｌ・・・ケース、２・・・電動機、２ａ・・・ステータ
２ｂ・・・ロータ、３・・・シリンダ、４・・・ローラ
、５°＝クランクシヤフト、７・・・ベーン、８・・・
コイルスプリング、１０・・・吸込室、１１・・・圧縮
室、１４ａ・・・吐出圧力検出器、１４ｂ・・・吸込圧
力検出器、１５・・・信号変換部、１６・・・制御部、
１７・・・電源駆動部、１８・・・温度検出器、１９・
・・ロータリ圧縮機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、密閉容器内に、電動機と当該電動機に回転軸で直結
   する圧縮機構部とを収納してなるロータリ圧縮機であっ
   て、密閉容器に固定されたシリンダと、電動機のロータ
   と一体で回転する回転軸の偏心クランク部に嵌着された
   ローラと、前記シリンダに形設されたベーン溝に挿入さ
   れ、その一端をばねに接続し、その他端を前記ローラの
   外周に当接させて、前記ローラの回転に追従してシリン
   ダ内を往復してシリンダ内を吸込室と圧縮室とに仕切る
   ベーンとを備えたものにおいて、上記ロータリ圧縮機の
   吸込圧力および吐出圧力を検知手段により検知し、その
   検知信号にもとづき、前記吸込圧力、吐出圧力の圧力差
   とベーンに対するばねの押付力とベーンの慣性力とを加
   えたものであるベーン押付力が正となるように圧縮機回
   転数を演算制御して、前記ベーンが前記ローラに常に接
   触を保つようにすることを特徴とするロータリー圧縮機
   の回転数制御方法。 ２　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ベーン
   押付力を正とする演算制御は、吐出圧力をＰｄ、吸込圧
   力をＰｓ、ロータリ圧縮機の図転角速度をＷ、ロータリ
   圧縮機に固有の定数をＣ＿０、Ｃ＿１とするとき、 ω＜√［Ｃ＿０＋Ｃ＿１（Ｐｄ−Ｐｓ）］ を満足するように制御するものであるロータリ圧縮機の
   回転数制御方法。