JPWO2018138860A1

JPWO2018138860A1 - スクロール圧縮機

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Publication number: JPWO2018138860A1
Application number: JP2018564038A
Authority: JP
Inventors: 之家任; 兼本　喜之; 喜之兼本
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: WO2018138860A1; JP6795626B2; US20190345935A1; CN110121597B; US11603839B2; EP3575604A1; EP3575604B1; EP3575604A4; CN110121597A

Abstract

簡単な構成で、圧縮機を停止する際に、吐出配管内に残存した圧縮空気が逆流して旋回スクロールが逆回転することで発生する音の発生を防止することが出来るスクロール圧縮機を提供する。上記目的を達成するために、旋回スクロールと固定スクロールとを備えたスクロール式の圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動するモータと、モータを駆動するインバータと、圧縮機本体の吐出口と圧縮機本体で圧縮した圧縮空気を蓄える空気タンクとを接続する吐出配管と、吐出配管内の前記空気タンクからの圧縮空気の逆流を遮断する逆止弁とを有するスクロール圧縮機であって、圧縮機本体を停止する際、停止指令が出されてから圧縮機本体が停止するまでの圧縮機本体を駆動するモータの回転速度を、第１の減速速度と、第１の減速速度より低速な第２の減速速度の２段階とするように、インバータによって制御する構成とした。

Description

本発明は、例えば、空気を圧縮して空気タンクに蓄えるのに好適なスクロール圧縮機に関する。

一般的に、圧縮機として用いられるスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとの間で圧縮室を画成する圧縮機本体を備え、吸込口から圧縮室内に吸込まれる空気を圧縮し、圧縮空気として吐出口から吐出配管を介して外部の空気タンクに吐出させる構成となっている。従来のスクロール圧縮機においては、圧縮機の運転を停止すると、空気タンク内の圧縮空気が圧縮機本体の圧縮室内に逆流して旋回スクロールが逆回転し、これによって音が発生するという不具合があった。そこで、この問題を解決するために圧縮機本体の吐出口と空気タンクとの間に逆止弁を設けることで圧縮空気の逆流を抑える方法が知られている。

本技術分野の背景技術として、特開平８−２１９５２７号公報（特許文献１）がある。特許文献１では、吐出ポートの上流側に形成された第１の弁座と下流側に形成された第２の弁座との間に移動自在に配置され、吐出ポートの上流側から流体圧が加わると第２の弁座に当接して吐出ポートを開放し、吐出ポートの下流側から流体圧が加わると第１の弁座に当接して吐出ポートを閉塞する逆止弁を具備するインバータ駆動のスクロール形電動圧縮機及び外部信号に基づいて絞り開度が制御される電動式膨張弁を備えた空気調和機において、上記圧縮機を停止する際、圧縮機の圧縮比が所定値以下となるよう上記電動式膨張弁の開度を大きくする膨張弁開度制御手段と、膨張弁開度が大きい状態で設定時間経過後に圧縮機を停止させる運転停止手段を具備する制御装置を設けたことを特徴とする空気調和機が開示されている。

特開平８−２１９５２７号公報

特許文献１では、圧縮機を停止する際、電動式膨張弁の開度を大きくし、この状態で圧縮機の圧縮比が所定値以下に低下する設定期間経過後に圧縮機を停止することで、圧縮機のロータは逆転せず、従って、ロータの逆転に伴う騒音を防止できるとしている。しかし、電動式膨張弁を用いるため制御が複雑となり高価となるという課題がある。

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、旋回スクロールと固定スクロールとを備えたスクロール式の圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動するモータと、モータを駆動するインバータと、圧縮機本体の吐出口と圧縮機本体で圧縮した圧縮空気を蓄える空気タンクとを接続する吐出配管と、吐出配管内の前記空気タンクからの圧縮空気の逆流を遮断する逆止弁とを有するスクロール圧縮機であって、圧縮機本体を停止する際、停止指令が出されてから圧縮機本体が停止するまでの圧縮機本体を駆動するモータの回転速度を、第１の減速速度と、第１の減速速度より低速な第２の減速速度の２段階とするように、インバータによって制御する構成とした。

本発明によれば、簡単な構成で、圧縮機を停止する際に旋回スクロールが逆回転することで発生する音の発生を防止することが出来るスクロール圧縮機を提供できる。

実施例におけるスクロール圧縮機の全体構成の模式図である。実施例における圧縮機本体とモータが一体となったスクロール式圧縮機本体の横断面図である。実施例における、圧縮機を停止する際のモータ回転制御の周波数の時間変化を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

まず、本発明の前提となる、スクロール圧縮機について説明する。

図１は、スクロール圧縮機の全体構成の模式図である。図１において、１は圧縮機本体、２は圧縮機本体１を駆動するモータ、３はモータ２を駆動するインバータ、４は電源、５は圧縮機本体１で圧縮した圧縮空気を蓄える空気タンク、６は圧縮機本体１の吐出口と空気タンク６を接続する吐出配管、７は空気タンク内の圧縮空気の逆流を遮断する逆止弁である。

また、図２は、本実施例における、圧縮機本体１とモータ２が一体となったスクロール式圧縮機本体の横断面図である。図２において、モータ２は、アキシャルギャップ型回転モータであって、１ステータ２ロータ型を例にとって説明する。ステータ２１は、モータケーシング２４のシャフト２３の軸方向中央部に配置、固定され、２つのロータ２２が、シャフト２３の軸方向にステータ２１と対向しステータ２１を挟む形で配置される。軸方向にロータとステータを対向させた構造であるため、ラジアルギャップ型に比べて軸方向長さを短くでき、モータ自体を薄型化できる特徴がある。なお、２５は冷却ファンである。

また、圧縮機本体１は、主として、旋回スクロール１１と固定スクロール１２を備え、旋回スクロール１１は、シャフト２３によって旋回運動を行い、渦巻状のラップ部が立設された固定スクロール１２と対面する位置で該固定スクロールのラップ部との間に複数の圧縮室を画成する渦巻状のラップ部が立設されており、固定スクロール１２との間に構成される圧縮室を中心に向かうに従い縮小させることで圧縮を行う。

なお、アキシャルギャップ型回転モータは、ロータ２２として、ロータヨークに円環状に永久磁石が配置されており、いわゆるＰＭ（Permanent Magnet）モータである。ＰＭモータにおいては、磁場と磁極の極性を合わせる必要があり、インバータによる回転制御が一般的であり、インバータが認識している回転数と実際のモータの回転数とが一致しない脱調と呼ばれる現象を防ぐ必要がある。

ここで、図１において、圧縮機の運転を停止すると、吐出配管内に残存した圧縮空気が圧縮機本体の圧縮室内に逆流して旋回スクロールが逆回転し、これによって音が発生するという不具合がある。また、モータがＰＭモータである場合は、モータが逆回転すると、磁場と磁極の極性を合わせが困難となり、脱調等の現象を起こす可能性が増加し、モータ自体に不具合が生じるという課題がある。

また、逆止弁７を圧縮機本体の吐出口の近傍に設けることで、空気タンク内の圧縮空気だけではなく吐出配管内に残存した圧縮空気による圧縮機本体の圧縮室内への逆流を防止するようにした場合、吐出口は高温となるために逆止弁の劣化は避けられず、そのために吐出口から離した位置に逆止弁を配置せざるを得ず、吐出配管内に残存した圧縮空気による逆流を防止できないという課題が生じる。

そこで、本実施例では、スクロール圧縮機の特徴である、旋回スクロールと固定スクロールとのラップ部による圧縮室の密閉性が低い点、及び、所定の回転速度以下では圧縮動作を行なわない点に着目し、圧縮機を停止する際、インバータによる回転制御により、徐々に圧縮量を減らす期間と、圧縮空気を抜く期間を設けるようにした。

図３に、本実施例における、圧縮機を停止する際のモータ回転制御の周波数の時間変化を示す図である。図３において、圧縮機の停止指令が出されたタイミングをＡ時点とすると、それまで、圧縮機を駆動するモータの回転制御の周波数は、例えば、３０８．３Ｈｚ（３７００ｒｐｍに相当）である。そして、Ａの時点から、圧縮機を停止するためにモータの回転速度を減少させ、モータの回転制御の周波数は減少する。そして、圧縮動作を行なわない所定の回転速度まで下がったＢの時点、すなわち、モータの回転制御の周波数が４０Ｈｚ（４８０ｒｐｍに相当）で、モータの回転速度をＡ−Ｂ期間よりもゆっくりと減少させる。

スクロール式圧縮機本体は、旋回スクロールと固定スクロールとのラップ部による圧縮室の密閉性が低いため、所定の低回転速度以下では圧縮動作を行なわない特性がある。そのために、圧縮動作を行なわない所定の回転速度、本実施例では４８０ｒｐｍ、まで下がったＢの時点で、吐出配管内の圧縮空気を抜く期間を設けるために、Ａ−Ｂ期間よりもゆっくりとモータの回転速度を減少させる。そして、Ｃ時点で回転がゼロとなり圧縮機が停止した時点で、吐出配管内の圧力が大気圧力となるようにＢ−Ｃ期間の回転速度の減速速度を決定する。すなわち、Ａ−Ｂ期間は通常速度で徐々に圧縮量を減らすための期間、Ｂ−Ｃ期間は圧縮空気を抜く期間の２段階の回転速度の減速速度とする。これにより、圧縮機停止時点で逆流することがなく、逆回転を防止できる。なお、モータの回転数Ｎｒｐｍとモータの回転制御の周波数ｆとの関係は、Ｎ＝２ｆ／Ｐ×６０で表される。ただし、Ｐはモータの極数である。

なお、Ａ時点からＢ−Ｃ期間での回転速度の減速速度として、全体として回転速度の減速速度をゆっくりとした１段階の制御としても良いが、回転停止するまでに時間を要してしまうので、圧縮動作を行なわない所定の回転速度のＢ時点までは、早く回転速度を減速させ、Ｂ時点以降はゆっくりと回転速度を減速させる２段階とした。本実施例では、Ａ−Ｂ期間は約４．３秒、Ｂ−Ｃ期間は約６．５秒となり、圧縮機の停止指令が出されてから停止するまでに合計１１秒となった。

また、逆回転による音の発生は、逆回転の回転速度が所定速度以下であれば音は発生しないので、音の発生のみを防止するのであれば、圧縮機停止時点であるモータの回転がゼロとなる時点で吐出配管内の圧力を大気圧力まで下げる必要はなく、圧縮空気を抜く期間であるＢ−Ｃ期間を短縮することが可能である。

このように、本実施例は、圧縮機の停止指令が出されてから圧縮機が停止するまでの圧縮機を駆動するモータの回転速度を、初めは通常減速、次に低速減速の２段階とすることで、圧縮空気が圧縮機本体の圧縮室内へ逆流することがなく、逆回転を防止でき、逆回転による音の発生を防止できる。

以上のように、本実施例は、旋回スクロールと固定スクロールとを備えたスクロール式の圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動するモータと、モータを駆動するインバータと、圧縮機本体の吐出口と圧縮機本体で圧縮した圧縮空気を蓄える空気タンクとを接続する吐出配管と、吐出配管内の前記空気タンクからの圧縮空気の逆流を遮断する逆止弁とを有するスクロール圧縮機であって、圧縮機本体を停止する際、停止指令が出されてから圧縮機本体が停止するまでの圧縮機本体を駆動するモータの回転速度を、第１の減速速度と、第１の減速速度より低速な第２の減速速度の２段階とするように、インバータによって制御する構成とした。

また、本来実施しているインバータによるモータの回転制御を用いるのみで、逆流による音の発生を防止できる。よって、追加装置を必要とせず、簡単な構成で、圧縮機を停止する際に旋回スクロールが逆回転することで発生する音の発生を防止することが出来るスクロール圧縮機を提供できる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例では、圧縮機本体を停止する際、停止指令が出されてから圧縮機本体が停止するまでの圧縮機本体を駆動するモータの回転速度を２段階の減速速度として説明したが、２段階に限定されず、スクロール式の圧縮機本体に徐々に圧縮量を減らす期間と圧縮空気を抜く期間を設ければ良く、複数段階であっても、または、なめらかな曲線でつなぐ減速速度としても良い。また、上記実施例では、圧縮機本体を駆動するモータとしてＰＭモータであるアキシャルギャップ型回転モータを用いて説明したが、回転子に永久磁石を用いた、いわゆる同期モータに限定する必要は無く、スクロール式の圧縮機本体に徐々に圧縮量を減らす期間と圧縮空気を抜く期間を設けるための圧縮機本体を駆動するモータであればよく、例えば誘導モータにも適用可能である。

１：圧縮機本体、２：モータ、３：インバータ、４：電源、５：空気タンク、６：吐出配管、７：逆止弁、１１：旋回スクロール、１２：固定スクロール、２１：ステータ、２２：ロータ、２３：シャフト、２４：モータケーシング、２５：冷却ファン

Claims

旋回スクロールと固定スクロールとを備えたスクロール式の圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動するモータと、該モータを駆動するインバータと、前記圧縮機本体の吐出口と圧縮機本体で圧縮した圧縮空気を蓄える空気タンクとを接続する吐出配管と、該吐出配管内の前記空気タンクからの圧縮空気の逆流を遮断する逆止弁とを有するスクロール圧縮機であって、
前記圧縮機本体を停止する際、停止指令が出されてから前記圧縮機本体が停止するまでの前記圧縮機本体を駆動する前記モータの回転速度を、第１の減速速度と、該第１の減速速度より低速な第２の減速速度の２段階とするように、前記インバータによって制御することを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機であって、
前記圧縮機本体が停止する時点で前記吐出配管内の圧力が大気圧力となるように前記第２の減速速度を決定することを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機であって、
前記圧縮機本体が停止する時点で、前記吐出配管内の前記吐出口と前記逆止弁との間に残存した圧縮空気の圧力が、該圧縮空気の逆流により前記圧縮機本体の圧縮室内に逆流して旋回スクロールが逆回転しても音が発生しない逆回転の所定回転速度以下となるように、前記第２の減速速度を決定することを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機であって、
前記第１の減速速度と前記第２の減速速度との切替えは、前記圧縮機本体が圧縮動作を行なわない所定の回転速度に減速した時点で行うことを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機であって、
前記第１の減速速度の期間は前記圧縮機本体が徐々に圧縮量を減らすための期間であり、前記第２の減速速度の期間は前記圧縮機本体が前記吐出配管内の圧縮空気を抜く期間であることを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１記載のスクロール圧縮機であって、
前記モータは、ＰＭモータであることを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項６記載のスクロール圧縮機であって、
前記モータは、シャフトの軸方向にロータとステータを対向させた構造のアキシャルギャップ型回転モータであることを特徴とするスクロール圧縮機。