WO2022249239A1 - 圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2022249239A1
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WO
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motor
compressor
control
braking
refrigerant
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English (en)
French (fr)
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雅章 上川
健 伊藤
雅浩 神田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/48—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members
    • F04C18/50—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged at an angle of 90 degrees
    • F04C18/52—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged at an angle of 90 degrees of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/06—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids specially adapted for stopping, starting, idling or no-load operation

Definitions

  • This technology relates to compressors and refrigeration cycle equipment. In particular, it concerns compressor braking.
  • reciprocating and rotary compressors are configured so that the compression mechanism can rotate in reverse.
  • the pressure difference between the high-pressure side and the low-pressure side in the compressor causes the flow of the compressed fluid to reverse and the compression mechanism to reverse. cause rotation.
  • a compressor or the like has been proposed in which an inverter device applies a DC voltage to a motor stator in the compressor to perform rotation braking control so that the motor rotor and the screw rotor integrated with the motor rotor do not rotate (for example, See Patent Document 1).
  • rotation braking control is performed by the inverter device, and reverse rotation of the screw rotor that occurs when the compressor is stopped is suppressed.
  • an object is to obtain a compressor and a refrigeration cycle device that can brake the rotation of the compression mechanism and the motor while suppressing the increase in the motor temperature.
  • a compressor according to this disclosure includes a compression mechanism that compresses and discharges sucked refrigerant, a motor that rotates the compression mechanism with a rotor, and a braking device that brakes reverse rotation of the compression mechanism. It has a permanent magnet in its base.
  • the refrigeration cycle device has a refrigerant circuit in which the compressor, condenser, decompression device, and evaporator are pipe-connected and the refrigerant is circulated.
  • the disclosed compressor and refrigeration cycle device perform braking to suppress reverse rotation of the motor that rotates the compression mechanism when the compressor is stopped. For this reason, when a motor having a permanent magnet is used as the motor, counter electromotive force due to reverse rotation and demagnetization of the permanent magnet due to temperature rise of the motor during braking are prevented, thereby protecting the motor and compressor. be able to.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a refrigeration system 100 having a compressor 101 according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a compression principle of a compressor 101 included in the refrigeration system 100 according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating details of stop control of compressor 101 in refrigeration system 100 according to Embodiment 1;
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the contents of stop control of compressor 101 in refrigeration system 100 according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining details of stop control of compressor 101 in refrigeration system 100 according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a diagram for explaining details of stop control of a compressor 101 in a refrigeration system 100 according to Embodiment 4;
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a refrigeration system 100 having a compressor 101 according to Embodiment 5;
  • FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a refrigeration system 100 having a compressor 101 according to Embodiment 6;
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a refrigeration system 100 having a compressor 101 according to Embodiment 1. As shown in FIG. Here, it is assumed that the compressor 101 constitutes a refrigeration cycle apparatus. Therefore, the fluid compressed by the compressor 101 becomes a refrigerant. Also, here, as an example of a refrigerating cycle device, a refrigerating device 100 for cooling objects will be described.
  • the refrigeration system 100 has a refrigerant circuit configured by connecting a compressor 101, a condenser 102, a decompression device 103 and an evaporator 104 in order with refrigerant pipes.
  • a refrigerant circuit circulates a refrigerant and transfers heat.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit is not particularly limited here, but may be, for example, a fluorocarbon or fluoroolefin refrigerant such as HFC or HFO, a hydrocarbon refrigerant such as HC, or a natural refrigerant such as carbon dioxide or ammonia. can be done.
  • the compressor 101 compresses the sucked refrigerant into a high-temperature and high-pressure state and discharges it.
  • Compressor 101 of Embodiment 1 is driven by being supplied with power from a power supply source (not shown) via inverter device 105 .
  • the compressor 101 in Embodiment 1 is a screw compressor. Compressor 101 will be described later.
  • the condenser 102 cools and condenses the gaseous refrigerant (refrigerant gas) discharged by the compressor 101 .
  • the decompression device 103 throttles the liquid refrigerant (refrigerant liquid) flowing from the condenser 102 , decompresses it, and expands it.
  • the decompression device 103 has a capillary tube, an electronic expansion valve or a thermal expansion valve capable of variably adjusting the opening of a throttle.
  • the evaporator 104 evaporates the refrigerant flowing out of the decompression device 103 .
  • the refrigeration system 100 of Embodiment 1 includes an inverter device 105 and a control device 106 .
  • the inverter device 105 and the control device 106 serve as a braking device for braking the rotation of the motor 2 in the compressor 101 .
  • the control device 106 is a device that controls devices and the like of the refrigerating device 100 and controls the entire refrigerating device 100 .
  • Control device 106 performs, for example, control of decompression device 103 and control of the drive frequency of inverter device 105 that drives compressor 101 .
  • the controller 106 can be configured with hardware such as circuit devices that implement its functions. Moreover, it can be composed of an arithmetic unit having a microcomputer, a CPU, and the like, and software. Control of the equipment in the refrigeration system 100 is realized by the arithmetic unit executing software.
  • the inverter device 105 is a device that supplies power to the motor (electric motor) 2 of the compressor 101 at a driving frequency based on an instruction from the control device 106 to drive the motor. Inverter device 105 changes the drive frequency and the rotation speed of motor 2 when, for example, the capacity of compressor 101 is changed, the drive is started (started), the compressor is stopped, or protection control is performed.
  • the inverter device 105 of Embodiment 1 applies a DC voltage to the motor stator 2a to cause the motor 2 to generate torque.
  • control device 106 and inverter device 105 are described as being separate from compressor 101, but this is not the only option.
  • the control device 106 for the compressor 101 and the inverter device 105 may be integrated by being incorporated in the compressor 101 or the like.
  • the compressor 101 will be described with reference to FIG.
  • the compressor 101 of Embodiment 1 is a single screw compressor in which two gate rotors 5 are engaged with one screw rotor 4 .
  • Compressor 101 includes casing 1, motor 2, screw shaft 3, screw rotor 4, gate rotor 5, and the like.
  • a cylindrical casing 1 accommodates a motor 2, a screw shaft 3, a screw rotor 4, a gate rotor 5, and the like inside the cylinder.
  • the motor 2 is rotationally driven to cause the compression mechanism to compress the refrigerant.
  • the rotation speed of the motor 2 is changed by the inverter device 105 described above. Thereby, the capacity of the compressor 101 can be adjusted.
  • the motor 2 is composed of a motor stator 2a internally fixed to the casing 1 and a motor rotor 2b arranged inside the motor stator 2a.
  • the motor rotor 2 b is arranged coaxially with the screw rotor 4 and fixed to the screw shaft 3 . Both ends of the screw shaft 3 are supported by a main bearing 9 and a sub-bearing 10 .
  • the motor 2 in Embodiment 1 is a PM (Permanent Magnet) motor.
  • a PM motor is an electric motor having a permanent magnet in a rotor that serves as the motor rotor 2b.
  • the PM motor has a small torque during driving.
  • the PM motor is an energy-saving and highly efficient motor because no secondary current flows through the rotor.
  • a magnetic material such as a permanent magnet has the property of being demagnetized due to a rise in temperature. For this reason, it is necessary to suppress demagnetization of the PM motor by suppressing an increase in the motor temperature and driving and braking the motor temperature to a set temperature or less.
  • the compression mechanism compresses the refrigerant sucked into the compressor 101 and discharges it.
  • the compression mechanism has a screw rotor 4, a gate rotor 5, and the like.
  • the screw rotor 4 is columnar and rotates as the motor rotor 2b fixed to the screw shaft 3 rotates.
  • the screw rotor 4 has a plurality of helical screw grooves 4a (see FIG. 2 described later) formed on its outer peripheral surface.
  • a pair of gate rotors 5 are arranged on the side surface of the screw rotor 4 so as to be axially symmetrical with respect to the screw shaft 3 .
  • the gate rotor 5 is disk-shaped, and has a plurality of teeth 5a (see FIG. 2, which will be described later) radially provided on the outer peripheral surface along the circumferential direction.
  • the teeth 5 a of the gate rotor 5 are meshed with the screw grooves 4 a of the screw rotor 4 .
  • a space surrounded by the teeth 5 a of the gate rotor 5 , the screw grooves 4 a and the inner cylindrical surface of the casing 1 serves as a compression chamber 6 .
  • the strainer 7 is arranged at the refrigerant suction portion of the casing 1 to prevent dust from entering the compressor 101 .
  • the casing 1 has a slide groove (not shown) inside.
  • the slide valve 11 is installed movably along the slide groove.
  • the slide valve 11 can adjust the timing of discharging the refrigerant from the compression chamber 6 and change the internal volume ratio.
  • the internal volume ratio is the ratio of the volume of the tooth space that forms the compression chamber 6 between the volume of the tooth space when the refrigerant is sucked and the volume of the tooth space just before the refrigerant is discharged.
  • the partition wall 17 partitions the inside of the casing 1 of the compressor 101 into a low-pressure portion 18 on the refrigerant suction side and a high-pressure portion 19 on the refrigerant discharge side.
  • the partition 17 is integrated with the casing 1 .
  • the low-pressure portion 18 where the low-pressure refrigerant is positioned becomes a low-pressure chamber that is a space of suction pressure atmosphere.
  • a high-pressure portion 19 in which a high-pressure refrigerant is positioned serves as a high-pressure chamber, and has a discharge port 8 (see FIG. 2, which will be described later) that opens into the discharge flow path of the compression chamber 6 .
  • high-pressure refrigerant gas and refrigerating machine oil discharged from the compression chamber 6 are present in the high-pressure section 19 of the compressor 101 .
  • an oil separator 101A is provided in the high-pressure section 19 to separate the refrigerant gas discharged from the compression chamber 6 from the refrigerating machine oil and store the separated refrigerating machine oil. , bolted connections, etc.
  • an oil passage (not shown) is provided for supplying refrigerating machine oil from the oil separator 101A to the compression chamber 6. As shown in FIG.
  • the refrigerating machine oil is supplied to the compression chamber 6 through an oil passage and from an oil supply hole (not shown) provided in the casing 1 forming a part of the compression chamber 6 due to the pressure difference with the high pressure section 19.
  • the supply destination of the refrigerating machine oil in the oil separator 101A may be a bearing chamber or the like other than the compression chamber 6 .
  • the compressor 101 has a check valve 14 .
  • the check valve 14 of Embodiment 1 is installed at an opening through which the compressor 101 discharges refrigerant to the outside, and prevents the refrigerant from flowing in from the discharge side outside the compressor 101 .
  • the check valve 14 is positioned in the high pressure section 19 on the discharge side of the compressor 101, which is downstream in the flow of the refrigerant from the communicating portion between the communication passage section 12 and the high pressure section 19, which will be described later. Therefore, the refrigerant outside the compressor 101 does not pass through the communication channel portion 12 .
  • the check valve 14 is not limited to this, and may be provided outside the compressor 101 as long as it prevents refrigerant from flowing in from the outside of the compressor 101 .
  • the refrigerant gas that has passed through the compression chamber 6 and is separated by the oil separator 101A passes through the check valve 14 arranged inside the compressor 101, and then flows out of the compressor 101. is discharged to the refrigerant circuit.
  • the compressor 101 of Embodiment 1 has a communication flow path portion 12 and a flow rate adjustment valve 13 that serves as a communication flow path opening/closing device.
  • the communication channel portion 12 has a channel that communicates the low pressure portion 18 and the high pressure portion 19 .
  • the communication channel portion 12 of Embodiment 1 is a communication channel pipe such as a copper pipe or a steel pipe.
  • the communication flow path portion 12 bypasses the refrigerant and refrigerating machine oil in the high pressure portion 19 to the low pressure portion 18 .
  • a communicating portion of the high-pressure portion 19 of the communicating channel portion 12 is located between the discharge port 8 and the check valve 14 in the compression mechanism.
  • the communication portion of the low-pressure portion 18 of the communication passage portion 12 is connected to the casing 1 of the compressor 101 or the low-pressure side pipe connected to the compressor 101 .
  • the flow rate adjustment valve 13 is a valve that adjusts the amount of refrigerant flowing through the communication flow path portion 12 by bypassing the compression mechanism having the compression chamber 6 under the opening/closing control of the control device 106, which is a braking device.
  • the flow rate adjustment valve 13 is assumed to be capable of adjusting the amount of refrigerant. It is also possible to use an on-off valve or the like that blocks the passage of the .
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the compression principle of the compressor 101 included in the refrigeration system 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 operation of the compressor 101 will be described.
  • the screw rotor 4 rotates in the direction of the solid line arrow shown in FIG. 2 as the screw shaft 3 (see FIG. 1) rotates.
  • the screw groove 4a of the screw rotor 4 is meshed with the teeth 5a of the gate rotor 5.
  • the gate rotor 5 rotates in the direction of the thin white arrow shown in FIG.
  • a cycle is repeated with a suction stroke, a compression stroke and a discharge stroke as one cycle.
  • FIG. 2 focusing on the compression chamber 6 shaded with dots, each process will be described.
  • FIG. 2(a) shows the state of the compression chamber 6 during the intake stroke.
  • a screw rotor 4 is driven by the motor 2 and rotates in the direction of the solid line arrow.
  • the teeth 5a of the gate rotor 5 sequentially rotate toward the discharge port 8.
  • FIG. 2(b) shows the volume of the compression chamber 6 is reduced, and the refrigerant gas within the compression chamber 6 is compressed.
  • the compression chamber 6 communicates with the space of the high pressure section 19 via the discharge port 8, as shown in FIG. 2(c).
  • the high pressure refrigerant gas compressed in the compression chamber 6 is discharged from the discharge port 8 to the high pressure section 19 .
  • the same compression is performed again on the rear surface of the screw rotor 4 .
  • the compression chamber 6 composed of the casing 1, the teeth 5a of the gate rotor 5, the screw rotor 4, etc. is provided with a minute gap (not shown) for the rotation of the gate rotor 5 and the screw rotor 4.
  • a minute gap in the compression chamber 6 serves as a flow path through which refrigerant gas compressed to high pressure in the compression chamber 6 and refrigerating machine oil supplied to the compression chamber 6 leak to the low pressure portion 18 .
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the details of the stop control of the compressor 101 in the refrigeration system 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. The control shown in FIG. 3 is performed each time the controller 106 stops the compressor 101 .
  • control device 106 sends a stop command to the inverter device 105 in order to stop the operation of the compressor 101 (time T1). Inverter device 105 reduces the drive frequency of compressor 101 .
  • the control device 106 determines that the drive frequency of the inverter device 105 has decreased to a preset drive frequency F or less, it applies an arbitrarily set DC voltage to the motor stator 2a to apply torque to the motor 2. generate. By generating torque in the motor 2, the compression mechanism and the motor rotor 2b are prevented from rotating in the reverse direction, or the reverse rotation of the compression mechanism and the motor rotor 2b is suppressed even if a force is applied to rotate the motor rotor 2b. In addition, rotation braking control can be performed. Further, when the inverter device 105 starts rotation braking control, the control device 106 performs control to open the flow rate adjustment valve 13 on the communication channel portion 12 (time T2).
  • control device 106 stops applying the DC voltage by the inverter device 105 and ends the rotation braking control, it performs control to close the flow rate adjustment valve 13 on the communication channel portion 12 (time T2).
  • the compressor 101 of the refrigeration system 100 of Embodiment 1 includes a PM motor as the motor 2 . Then, the control device 106 opens the flow control valve 13 arranged in the communication flow path portion 12 when the inverter device 105 starts rotation braking control. Therefore, even if the rotation of the screw rotor 4 is stopped or suppressed by the rotation braking control of the inverter device 105, the compressor 101 bypasses the communication flow path portion 12 to flow the refrigerant from the high pressure portion 19 to the low pressure portion 18. A high pressure refrigerant such as gas can be flowed. Therefore, the compressor 101 can shorten the time until the high pressure section 19 and the low pressure section 18 are equalized inside.
  • the compressor 101 of Embodiment 1 can equalize the internal pressure in a short time, the reverse rotation of the screw rotor 4 can be suppressed even after the inverter device 105 cancels the rotation braking control of the motor rotor 2b. can be done. Therefore, it is possible to suppress the generation of back electromotive force in the motor 2, which is a PM motor. Therefore, the inverter device 105 can be protected. Further, since the compressor 101 of Embodiment 1 can equalize the pressure in a short period of time, it is possible to perform braking while suppressing an increase in motor temperature in the motor 2 . Therefore, the motor temperature can be kept below the set temperature, demagnetization of the permanent magnets in the PM motor can be prevented, and the compressor 101 and the refrigerating device 100 can be protected from damage and performance deterioration.
  • the compressor 101 of Embodiment 1 can equalize the pressure inside the compressor 101 in a short time, the refrigerating machine oil stored in the high pressure section 19 flows out to the low pressure section 18 from the oil supply hole of the casing 1. can be suppressed.
  • a highly reliable apparatus can be obtained in the motor 2, which is a PM motor.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining details of stop control of compressor 101 in refrigerating apparatus 100 according to the second embodiment.
  • the control shown in FIG. 4 is performed each time the controller 106 stops the compressor 101 .
  • the equipment configuration of the refrigerating apparatus 100 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • control device 106 performs control to open the flow rate adjustment valve 13 when the rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 is started. Further, the control device 106 performed control to close the flow rate adjustment valve 13 when ending the rotation braking control.
  • the rotation braking control performed by the control device 106 and the inverter device 105 is the same as that described in the first embodiment.
  • the refrigerating apparatus 100 of the second embodiment is similar in that the control device 106 performs control to open the flow control valve 13 while the inverter device 105 is controlling the rotational braking of the motor rotor 2b.
  • the flow control valve 13 is kept open for an arbitrarily set closing time ( time T4).
  • the control device 106 keeps the flow control valve 13 open for the set time. Therefore, even if the pressures in the high-pressure portion 19 and the low-pressure portion 18 are not equalized when the rotation braking control of the motor rotor 2b is completed, the flow rate adjustment valve 13 is kept open, so that the pressure in the high-pressure portion is lower than that in the first embodiment. 19 and the low pressure section 18 can be shortened. Therefore, the refrigerating device 100 of the second embodiment can obtain the compressor 101 and the refrigerating device 100 that are more reliable than the refrigerating device 100 of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the contents of stop control of compressor 101 in refrigerating apparatus 100 according to the third embodiment.
  • the control shown in FIG. 5 is performed each time the controller 106 stops the compressor 101 .
  • the equipment configuration of the refrigerating apparatus 100 according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • control device 106 performs control to open the flow rate adjustment valve 13 when the rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 is started.
  • the rotation braking control performed by the control device 106 and the inverter device 105 is the same as that described in the first embodiment.
  • the control device 106 opens the flow rate adjustment valve 13 before starting the rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 to perform rotation braking control (time T1').
  • the control device 106 performs control to keep the flow rate adjustment valve 13 open before starting rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 . Therefore, the differential pressure between the high pressure section 19 and the low pressure section 18 in the compressor 101 can be made smaller than in the first embodiment. Therefore, the DC current flowing in the rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 can be made smaller than the rotation braking control in the first embodiment. Therefore, it is possible to suppress the risk that an excessive current flows to the inverter device 105 during the rotation braking control and the inverter device 105 is broken.
  • the refrigerating apparatus 100 of the third embodiment can shorten the pressure equalization time as compared with the first embodiment. Therefore, the refrigerating device 100 of the third embodiment can obtain the compressor 101 and the refrigerating device 100 that are more reliable than the refrigerating device 100 of the first embodiment.
  • the timing for opening the flow rate regulating valve 13 before the control device 106 starts rotation braking control can be set arbitrarily. It is not limited before or after the control device 106 issues a stop command to reduce the drive frequency of the inverter device 105 .
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the details of stop control of compressor 101 in refrigeration system 100 according to the fourth embodiment.
  • the control shown in FIG. 6 is performed each time the controller 106 stops the compressor 101 .
  • the equipment configuration of the refrigerating apparatus 100 in the fourth embodiment is the same as the configuration in the first embodiment.
  • the control device 106 performs control to open the flow rate adjustment valve 13 when the rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 is started. Further, the control device 106 performed control to close the flow rate adjustment valve 13 when ending the rotation braking control.
  • the control device 106 keeps the flow control valve 13 open for an arbitrary set time even after the rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 is finished. The control remains open (time T4). Further, as in the third embodiment, the control device 106 opens the flow control valve 13 before starting rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105, and then performs rotation braking control (time T4).
  • the control device 106 performs control to keep the flow rate adjustment valve 13 open before starting rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 . Further, the control device 106 keeps the flow control valve 13 open for the set time even after the rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 is finished. Therefore, the differential pressure between the high pressure section 19 and the low pressure section 18 in the compressor 101 can be made smaller than in the first and second embodiments. Therefore, the DC current flowing in the rotation braking control of the motor rotor 2b by the inverter device 105 can be made smaller than the rotation braking control in the first embodiment.
  • the timing for opening the flow control valve 13 before the control device 106 starts the rotation braking control by the inverter device 105 can be arbitrarily set. It is not limited before or after the control device 106 issues a stop command to reduce the drive frequency of the inverter device 105 .
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a refrigeration system 100 having a compressor 101 according to Embodiment 5.
  • the compressor 101 described in Embodiment 1 has the oil separator 101A integrated within the high pressure section 19 .
  • Compressor 101 of Embodiment 5 is configured with oil separator 101A separately.
  • the compressor 101 also has an oil passage pipe 15 .
  • the oil passage pipe 15 serves as an oil passage through which the refrigerator oil returns from the oil separator 101A to the casing 1 .
  • the oil passage pipe 15 is a pipe such as a copper pipe or a steel pipe that communicates between the oil reservoir portion of the oil separator 101A and the oil supply hole of the casing 1 of the compressor 101 .
  • the oil passage pipe 15 is described as communicating with the oil supply hole of the casing 1, but it may be communicated with a bearing chamber or the like.
  • An oil regulating valve 16 serving as an oil regulating device is installed in the oil passage pipe 15 .
  • the oil adjustment valve 16 is a valve that opens and closes under oil amount adjustment control of the control device 106, adjusts the amount of refrigeration oil separated and stored by the oil separator 101A, and supplies the oil to the compression mechanism and the like.
  • the oil adjusting device is assumed to be a valve that adjusts the amount of oil, but it may be an on-off valve.
  • the oil regulating valve 16 is open, the refrigerating machine oil is supplied to the compression chamber 6 of the compression mechanism through the oil passage pipe 15 through the oil supply hole of the casing 1 due to the pressure difference with the high pressure section 19. .
  • the refrigerating machine oil in the high pressure section 19 flows to the low pressure section 18 together with the refrigerant until the pressure inside the compressor 101 is equalized. Therefore, the oil adjustment valve 16 is installed in the oil passage pipe 15 , and the control device 106 performs control to close the oil adjustment valve 16 during rotation braking control by the inverter device 105 .
  • the compressor 101 in the refrigerating apparatus 100 of Embodiment 5 has the oil regulating valve 16 in the oil passage pipe 15 that returns the refrigerating machine oil from the oil separator 101A.
  • the control device 106 closes the oil regulating valve 16 during rotation braking control by the inverter device 105 . Therefore, the refrigerating machine oil accumulated in the oil separator 101A does not flow to the low pressure section 18. Therefore, when the compressor 101 is driven next time, it is possible to prevent damage to the compression mechanism due to insufficient injection of refrigerating machine oil, sudden suction of refrigerating machine oil, and oil compression in the compression chamber 6 . Also, the amount of refrigerant sucked from the low-pressure portion 18 into the compression chamber 6 increases, and the capacity can be enhanced.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a refrigeration system 100 having a compressor 101 according to Embodiment 6. As shown in FIG. In FIG. 8, devices denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 perform operations similar to those described in the first embodiment.
  • Compressor 101 in refrigeration system 100 of Embodiment 6 has motor temperature detection device 20 .
  • a motor temperature detection device 20 detects the motor temperature of the motor 2 .
  • the motor temperature detection device 20 may have a temperature sensor for detecting temperature and send a signal of the detected temperature.
  • the motor temperature detection device 20 may be a bimetal switch or the like that sends an open/close signal by closing a contact when a preset temperature is reached.
  • the motor 2 which is a PM motor, has permanent magnets.
  • permanent magnets have the property of demagnetizing when the temperature rises. Therefore, it is necessary to prevent the motor temperature, which rises due to the current flowing through the motor 2 during rotation braking control, from rising excessively.
  • the compressor 101 of Embodiment 6 has the motor temperature detection device 20 .
  • the control device 106 determines that the temperature of the motor is equal to or higher than a preset motor temperature based on the signal from the motor temperature detection device 20, the control device 106 controls the inverter device 105 so as not to perform rotational braking.
  • the compressor 101 in the refrigerating apparatus 100 of Embodiment 6 has the motor temperature detection device 20, and when the control device 106 determines that the motor temperature has reached or exceeded the set motor temperature, the inverter device 105 Disabled rotation braking. Therefore, it is possible to suppress an increase in motor temperature of the motor 2, which is a PM motor, and to suppress demagnetization of the permanent magnets of the motor 2. FIG. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the magnetic flux density of the motor 2 and a decrease in torque, efficiency, and the like. And the performance degradation of the compressor 101 and the refrigerating device 100 can be prevented.
  • the braking device for braking the reverse rotation of the motor rotor 2b of the motor 2 is the inverter device 105 and the control device 106, but the present invention is not limited to this.
  • the braking device may have a stopping mechanism such as a stopper that suppresses the reverse rotation of the motor rotor 2b.
  • the braking device is a combination of the inverter device 105 and the control device 106, but it is not limited to this.
  • a device for applying a DC voltage to the motor 2 may be provided independently of the inverter device 105, and the control device 106 may apply the DC voltage to the device to perform braking control.
  • Such a compressor 101 can perform rotation braking control independently of the inverter device 105 . Therefore, the electrical connection with the inverter device 105 can be cut off during the rotation braking control, and the inverter device 105 can be protected even if counter electromotive force is generated.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit of the refrigerating device 100 was not particularly limited, but it is better to use a refrigerant with a low discharge pressure.
  • a refrigerant with a low discharge pressure it is possible to shorten the time when the control device 106 performs rotation braking control of the compression mechanism via the inverter device 105, and to suppress the motor temperature.
  • shortage of refrigerating machine oil in the compression mechanism can be prevented.
  • the compressor 101 in the first to sixth embodiments described above has been described as having the communication flow path portion 12 for communicating the low pressure portion 18 and the high pressure portion 19 outside the casing 1, but is limited to this. not something to do.
  • the compressor 101 may have a bypass flow path inside the casing 1 as the communication flow path section 12 so that the low pressure section 18 and the high pressure section 19 can communicate with each other.
  • the explanation was given on the assumption that there is one flow rate control valve 13 in the communication flow path portion 12, but the present invention is not limited to this.
  • the communication flow path part 12 connects the high pressure part 19 and the low pressure part 18 with communication flow path pipes, the larger the pipe diameter of the communication flow path pipe, the more effective it is to shorten the time until pressure equalization. is high.
  • the connection portion with the high-pressure portion 19 and the connection portion with the low-pressure portion 18 of the communication passage pipe may each have a flow control valve 13 .
  • compressor 101 is a single-screw compressor in which motor 2 is the PM motor.
  • the compressor 101 applied to the refrigeration system 100 is not limited to a single screw compressor.
  • a twin-screw compressor having two screw rotors 4 can be used.
  • a reciprocating compressor, a scroll compressor, a turbo compressor, a rotary compressor, or the like can be used.

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Abstract

開示に係る圧縮機は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、回転子により圧縮機構を回転させるモータと、圧縮機構の逆回転を制動する制動装置とを備え、モータは、回転子に永久磁石を有し、モータ温度の上昇を抑制して、圧縮機の保護をはかるものである。

Description

圧縮機および冷凍サイクル装置
　この技術は、圧縮機および冷凍サイクル装置に関するものである。特に、圧縮機の制動に係るものである。
　従来から、往復動式および回転式の圧縮機は、圧縮機構が逆回転可能な構成になっている。圧縮機は、駆動が停止すると、駆動中に生じた圧縮機内の高圧側となる高圧部と低圧側となる低圧部との差圧により、圧縮された流体の流れが逆転して圧縮機構が逆回転を起こす。
　駆動中のシングルスクリュー圧縮機の場合、ゲートロータの歯部において周方向に対向する一対の側面のうち、歯部がスクリュー溝に噛み合った状態において、吸込側に位置する吸込側側面とスクリュー溝を構成する壁部とが接触しながら、スクリューロータが回転する。シングルスクリュー圧縮機は、スクリューロータの回転に伴って、ゲートロータの歯部がスクリュー溝を移動し、圧縮室の容積が拡大と縮小とを繰り返す動作を行う。圧縮室の容積が拡大する間は、流体が圧縮室内に吸入される。圧縮室の容積が縮小を始めると、圧縮室内に入り込んだ冷媒が圧縮されていく。そして、圧縮室を構成するスクリュー溝が吐出口に連通すると、圧縮された高圧の流体が、吐出口を介して圧縮室から吐出する。
　一方、前述したように、圧縮機が駆動を停止すると、圧縮機内において、高圧部の流体が低圧部に流れることで、圧縮機構におけるスクリューロータが逆回転する。このとき、圧縮室内の冷媒が逆回転により膨張し、低圧部以下の圧力となる場合がある。そして、圧縮室内と低圧部の圧力の高低が逆転してゲートロータが浮き上がってしまい、損傷を受けてしまうおそれがあった。また、圧縮機のモータ（電動機）によっては、逆起電力が発生することで、インバータ装置が破損する可能性がある。
　そこで、インバータ装置が圧縮機内のモータステータに直流電圧を印加して、モータロータおよびモータロータと一体化したスクリューロータが回転しないように、回転制動制御が行われる圧縮機などが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。モータロータを回転自由にさせないように、インバータ装置による回転制動制御を行い、圧縮機を停止させる際に発生するスクリューロータの逆回転を抑制する。
特開２０００－２８７４８５号公報
　しかしながら、特許文献１の技術のようにモータロータの制動を制御したとき、モータには過大な電流が流れる。このため、電流が流れてモータが発熱するなどして、モータにおけるモータ温度が上昇する。永久磁石モータの場合、モータ温度の上昇により磁石が減磁し、モータ効率や発生トルクの低下などの原因となる。
　そこで、上記の課題を解決するため、モータ温度の上昇を抑制しつつ、圧縮機構およびモータの回転を制動することができる圧縮機および冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
　この開示に係る圧縮機は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、回転子により圧縮機構を回転させるモータと、圧縮機構の逆回転を制動する制動装置とを備え、モータは、回転子に永久磁石を有するものである。
　また、この開示に係る冷凍サイクル装置は、上記の圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が配管接続され、冷媒の循環が行われる冷媒回路を有するものである。
　開示に係る圧縮機および冷凍サイクル装置は、圧縮機停止時に圧縮機構を回転させるモータの逆回転を抑制する制動を行う。このため、モータとして永久磁石を有するモータを用いたときに、逆回転による逆起電力の発生や制動時のモータの温度上昇による永久磁石の減磁などを防ぎ、モータおよび圧縮機の保護をはかることができる。
実施の形態１に係る圧縮機１０１を有する冷凍装置１００の構成を示す図である。 実施の形態１に係る冷凍装置１００が備える圧縮機１０１の圧縮原理を説明する図である。 実施の形態１に係る冷凍装置１００における圧縮機１０１の停止制御の内容を説明する図である。 実施の形態２に係る冷凍装置１００における圧縮機１０１の停止制御の内容を説明する図である。 実施の形態３に係る冷凍装置１００における圧縮機１０１の停止制御の内容を説明する図である。 実施の形態４に係る冷凍装置１００における圧縮機１０１の停止制御の内容を説明する図である。 実施の形態５に係る圧縮機１０１を有する冷凍装置１００の構成を示す図である。 実施の形態６に係る圧縮機１０１を有する冷凍装置１００の構成を示す図である。
　以下、発明の実施の形態に係る圧縮機および冷凍サイクル装置について、図面などを参照しながら説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低などが定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。
実施の形態１．
＜冷媒回路＞
　図１は、実施の形態１に係る圧縮機１０１を有する冷凍装置１００の構成を示す図である。ここでは、圧縮機１０１が冷凍サイクル装置を構成する機器であるものとして説明する。したがって、圧縮機１０１が圧縮する流体は、冷媒となる。また、ここでは、冷凍サイクル装置の一例として、物の冷却などを行う冷凍装置１００について説明する。冷凍装置１００は、圧縮機１０１、凝縮器１０２、減圧装置１０３および蒸発器１０４を順に冷媒配管で接続して構成された冷媒回路を有する。冷媒回路は、冷媒を循環させ、熱を搬送する。
　冷媒回路を循環する冷媒として、ここでは特に限定するものではないが、たとえば、ＨＦＣまたはＨＦＯなどのフルオロカーボンまたはフルオロオレフィン冷媒、ＨＣなどの炭化水素冷媒、二酸化炭素またはアンモニアなどの自然冷媒などを用いることができる。
　圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して、高温および高圧の状態にして吐出する。実施の形態１の圧縮機１０１は、電力供給源（図示せず）からインバータ装置１０５を介して、電力供給されることにより駆動する。ここで、実施の形態１における圧縮機１０１は、スクリュー圧縮機である。圧縮機１０１については、後述する。
　凝縮器１０２は、圧縮機１０１が吐出するガス状の冷媒（冷媒ガス）を冷却して凝縮させる。減圧装置１０３は、凝縮器１０２から流れる液状の冷媒（冷媒液）を絞り、減圧して膨張させる。また、減圧装置１０３は、キャピラリーチューブ、絞りの開度を可変に調整することが可能な電子膨張弁または温度式膨張弁などを有する。そして、蒸発器１０４は、減圧装置１０３から流出した冷媒を蒸発させる。
　実施の形態１の冷凍装置１００は、インバータ装置１０５および制御装置１０６を備える。ここでは、インバータ装置１０５および制御装置１０６が、圧縮機１０１におけるモータ２の回転制動に係る制動装置となる。制御装置１０６は、冷凍装置１００が有する機器などの制御を行い、冷凍装置１００全体を制御する装置である。制御装置１０６は、たとえば、減圧装置１０３の制御および圧縮機１０１を駆動させるインバータ装置１０５の駆動周波数の制御などを行う。制御装置１０６は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することができる。また、マイクロコンピュータおよびＣＰＵなどを有する演算装置とソフトウェアとで構成することができる。演算装置がソフトウェアを実行処理することで、冷凍装置１００における機器の制御を実現する。
　インバータ装置１０５は、制御装置１０６からの指示に基づく駆動周波数で、圧縮機１０１のモータ（電動機）２に電力供給を行い、駆動させる装置である。インバータ装置１０５は、たとえば、圧縮機１０１の容量変更時、駆動開始（始動）時、停止時または保護制御時などの場合に、駆動周波数を変更し、モータ２の回転数を変更する。ここで、実施の形態１のインバータ装置１０５は、圧縮機１０１における圧縮機構の回転制動制御において、モータステータ２ａに直流電圧を印可して、モータ２にトルクを発生させる。そして、インバータ装置１０５は、モータロータ２ｂを逆回転させようとする力を受けてもモータロータ２ｂが逆回転しないように、または、モータロータ２ｂの逆回転を抑制するように、圧縮機構の回転制動制御を行う機能を有する。また、実施の形態１において、制御装置１０６およびインバータ装置１０５は、圧縮機１０１と別体であるものとして説明するが、これに限定するものではない。圧縮機１０１用の制御装置１０６とインバータ装置１０５とが、圧縮機１０１に内蔵されるなどして一体化されていてもよい。
＜圧縮機１０１＞
　次に、圧縮機１０１について、図１を参照して説明する。図１に示すように、実施の形態１の圧縮機１０１は、１つのスクリューロータ４に２つのゲートロータ５が係合されたタイプのシングルスクリュー圧縮機である。圧縮機１０１は、ケーシング１、モータ２、スクリュー軸３、スクリューロータ４およびゲートロータ５などを備える。
　筒状のケーシング１は、モータ２並びにスクリュー軸３、スクリューロータ４およびゲートロータ５などを、筒の内側に収容する。モータ２は、回転駆動して圧縮機構に冷媒を圧縮させる。モータ２は、前述したインバータ装置１０５により回転数が変更される。これにより、圧縮機１０１の容量を調整することができる。
　モータ２は、ケーシング１に内接固定されたモータステータ２ａとモータステータ２ａの内側に配置されたモータロータ２ｂとで構成される。モータロータ２ｂは、スクリューロータ４と互いに同一軸線上に配置され、スクリュー軸３に固定される。スクリュー軸３の両端は、主軸受９および副軸受１０によって支持される。ここで、実施の形態１におけるモータ２は、ＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）モータである。ＰＭモータは、モータロータ２ｂとなる回転子に永久磁石を有する電動機である。また、ＰＭモータは、駆動時のトルクが小さい。そして、ＰＭモータは、回転子に二次電流が流れないため、省エネルギで高効率のモータである。ただ、永久磁石のような磁性体は、温度の上昇により減磁する特性がある。このため、ＰＭモータは、モータ温度の上昇を抑制し、設定温度以下となるように駆動および制動させることで減磁を抑制する必要がある。
　圧縮機構は、圧縮機１０１内に吸入された冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機構は、スクリューロータ４およびゲートロータ５などを有する。スクリューロータ４は、円柱状であり、スクリュー軸３に固定されたモータロータ２ｂの回転に伴って回転する。スクリューロータ４は、外周面に複数の螺旋状のスクリュー溝４ａ（後述する図２を参照）が形成されている。
　スクリューロータ４の側面には、スクリュー軸３に対して軸対称となるように一対のゲートロータ５が配置される。ゲートロータ５は、円板状であり、外周面には周方向に沿って複数の歯５ａ（後述する図２を参照）が放射状に設けられている。そして、ゲートロータ５の歯５ａがスクリューロータ４のスクリュー溝４ａに噛み合わされている。ゲートロータ５の歯５ａ、スクリュー溝４ａおよびケーシング１の内筒面で囲まれた空間が圧縮室６となる。また、ストレーナ７は、圧縮機１０１内へのダスト流入を防ぐためにケーシング１の冷媒吸入部に配置される。
　ケーシング１は、スライド溝（図示せず）を内側に有する。スライドバルブ１１は、スライド溝に沿って移動自在に設置される。スライドバルブ１１は、圧縮室６から冷媒を吐出するタイミングを調整し、内部容積比を変化させることができる。ここで、内部容積比とは、圧縮室６となる歯溝空間において、冷媒を吸い込むときの歯溝空間の容積と冷媒を吐出する寸前における歯溝空間の容積との比である。
　また、隔壁１７は、圧縮機１０１のケーシング１内部を、冷媒の吸込側となる低圧部１８と冷媒の吐出側となる高圧部１９とに区画する。ここでは、隔壁１７は、ケーシング１と一体化している。低圧の冷媒が位置する低圧部１８は、吸込圧力雰囲気の空間である低圧室となる。高圧の冷媒が位置する高圧部１９は、高圧室となり、圧縮室６の吐出流路に開口する吐出口８（後述する図２を参照）が形成されている。
　また、圧縮機１０１の高圧部１９には、圧縮室６から吐出された高圧の冷媒ガスおよび冷凍機油が存在する。ここで、実施の形態１の圧縮機１０１内には、高圧部１９に、圧縮室６から吐出された冷媒ガスと冷凍機油とを分離し、分離した冷凍機油を溜めておく油分離器１０１Ａが、ボルト接続などで一体に配置されている。また、圧縮機１０１内には、油分離器１０１Ａから圧縮室６へ冷凍機油を供給する油流路（図示せず）が設けられている。冷凍機油は、油流路を通って、圧縮室６の一部となるケーシング１に設けられた給油穴（図示せず）から、高圧部１９との圧力差によって、圧縮室６へ供給される。ここで、油分離器１０１Ａにおける冷凍機油の供給先は、圧縮室６以外に、軸受室などであってもよい。
　また、圧縮機１０１は逆止弁１４を有する。実施の形態１の逆止弁１４は、圧縮機１０１が外部に冷媒を吐出する開口部分に設置され、圧縮機１０１外部の吐出側からの冷媒流入を防止する。ここで、逆止弁１４は、高圧部１９において、後述する連通流路部１２と高圧部１９との連通部分よりも、冷媒の流れにおいて下流側となる圧縮機１０１の吐出側に位置する。このため、圧縮機１０１外部の冷媒は、連通流路部１２を通過しない。ただし、逆止弁１４は、これに限定するものではなく、圧縮機１０１外部からの冷媒流入を防ぐものであれば、圧縮機１０１の外側にあってもよい。圧縮機１０１の高圧部１９において、圧縮室６を通過し、油分離器１０１Ａで分離された冷媒ガスは、圧縮機１０１内に配置された逆止弁１４を通過した後、圧縮機１０１の外部となる冷媒回路に排出される。
　実施の形態１の圧縮機１０１は、連通流路部１２および連通流路開閉装置となる流量調整弁１３を有する。連通流路部１２は、低圧部１８と高圧部１９とを連通させる流路を有する。実施の形態１の連通流路部１２は、銅配管または鋼管などの連通流路配管である。連通流路部１２は、高圧部１９の冷媒および冷凍機油を、低圧部１８へバイパスさせる。連通流路部１２の高圧部１９における連通部分は、圧縮機構における吐出口８と逆止弁１４との間に位置する。一方、連通流路部１２の低圧部１８における連通部分は、圧縮機１０１のケーシング１または圧縮機１０１に接続された低圧側配管に接続される。また、流量調整弁１３は、制動装置である制御装置１０６の開閉制御により、圧縮室６を有する圧縮機構をバイパスして連通流路部１２に流れる冷媒の量を調整する弁である。ここでは、流量調整弁１３は、冷媒量の調整ができるものとするが、たとえば、弁を開放して連通流路部１２に冷媒を通過させ、弁を閉止して連通流路部１２における冷媒の通過を遮断する開閉弁などでもよい。
　図２は、実施の形態１に係る冷凍装置１００が備える圧縮機１０１の圧縮原理を説明する図である。次に、圧縮機１０１の動作について説明する。圧縮機１０１においてインバータ装置１０５によりモータ２を始動すると、スクリュー軸３（図１参照）が回転するのに伴って、スクリューロータ４が、図２に示す実線矢印の方向に回転する。スクリューロータ４のスクリュー溝４ａにはゲートロータ５の歯５ａが噛み合っている。このため、スクリューロータ４が回転すると、ゲートロータ５の歯５ａがスクリュー溝４ａ内を相対的に移動する。これにより、ゲートロータ５は、図２に示す細白抜き矢印の方向に回転する。このとき、圧縮室６内では、吸入行程、圧縮行程および吐出行程を１つのサイクルとして、サイクルが繰り返される。ここでは、図２において、ドットで網がけした圧縮室６に着目して、各行程について説明する。
　図２（ａ）は、吸入行程における圧縮室６の状態を示している。スクリューロータ４がモータ２により駆動して、実線矢印の方向に回転する。スクリューロータ４の回転に連動して、ゲートロータ５の歯５ａが、順次吐出口８の方へ回転移動する。このため、図２（ｂ）に示すように、圧縮室６の容積が縮小し、圧縮室６内の冷媒ガスが圧縮される。
　引き続き、スクリューロータ４が回転すると、図２（ｃ）に示すように、圧縮室６が吐出口８を介して、高圧部１９の空間と連通する。これにより、圧縮室６内で圧縮された高圧の冷媒ガスが、吐出口８から高圧部１９へ吐出される。そして、再び、スクリューロータ４の背面で同様の圧縮が行われる。
　ここで、ケーシング１、ゲートロータ５の歯５ａおよびスクリューロータ４などで構成される圧縮室６は、ゲートロータ５およびスクリューロータ４が回転するための微小な隙間（図示せず）が設けられている。圧縮室６の微小な隙間は、圧縮室６内で圧縮されて高圧となった冷媒ガスおよび圧縮室６に給油された冷凍機油が低圧部１８へ漏れる流路となっている。
　図３は、実施の形態１に係る冷凍装置１００における圧縮機１０１の停止制御の内容を説明する図である。図３に示す制御は、制御装置１０６が圧縮機１０１を停止させる毎に行う。
　圧縮機１０１の停止制御において、圧縮機１０１の運転を停止させるために、制御装置１０６が停止指令をインバータ装置１０５に送る（時間Ｔ１）。インバータ装置１０５は、圧縮機１０１の駆動周波数を低下させる。
　制御装置１０６は、インバータ装置１０５による駆動周波数が、あらかじめ設定された設定駆動周波数Ｆ以下に低下したものと判定すると、任意に設定した直流電圧をモータステータ２ａに印可して、モータ２にトルクを発生させる。モータ２にトルクを発生させることで、モータロータ２ｂを回転させようとする力を受けても、圧縮機構およびモータロータ２ｂが逆回転しないように、または、圧縮機構およびモータロータ２ｂの逆回転を抑制するように、回転制動制御を行うことができる。また、制御装置１０６は、インバータ装置１０５による回転制動制御を開始したときに、連通流路部１２上の流量調整弁１３を開放させる制御を行う（時間Ｔ２）。
　そして、制御装置１０６は、インバータ装置１０５による直流電圧印可を停止し、回転制動制御を終了すると、連通流路部１２上の流量調整弁１３を閉止させる制御を行う（時間Ｔ２）。
　以上のように、実施の形態１の冷凍装置１００の圧縮機１０１は、モータ２としてＰＭモータを備える。そして、制御装置１０６は、インバータ装置１０５が回転制動制御を開始したときに連通流路部１２に配置された流量調整弁１３を開放状態にする。したがって、圧縮機１０１は、インバータ装置１０５の回転制動制御によりスクリューロータ４の回転が停止または回転が抑制されていても、連通流路部１２をバイパスして、高圧部１９から低圧部１８へ冷媒ガスなどの高圧の冷媒を流すことができる。したがって、圧縮機１０１は、内部において、高圧部１９と低圧部１８とが均圧するまでの時間を短縮することができる。
　そして、実施の形態１の圧縮機１０１は、内部を短時間で均圧することができるので、インバータ装置１０５がモータロータ２ｂの回転制動制御を解除した後も、スクリューロータ４の逆回転を抑制することができる。このため、ＰＭモータであるモータ２において逆起電力の発生を抑制することができる。したがって、インバータ装置１０５を保護することができる。また、実施の形態１の圧縮機１０１は、短時間で均圧することができるので、モータ２におけるモータ温度の上昇を抑えた制動を行うことができる。このため、モータ温度を設定温度以下に抑えることができ、ＰＭモータにおける永久磁石の減磁を防止し、圧縮機１０１および冷凍装置１００の破損、能力低下などを抑え、保護をはかることができる。
　また、実施の形態１の圧縮機１０１は、圧縮機１０１内を短時間で均圧することができるので、ケーシング１が有する給油穴から高圧部１９に貯油されている冷凍機油が低圧部１８に流出することを抑制することができる。以上のことから、実施の形態１の冷凍装置１００が有する圧縮機１０１によれば、ＰＭモータであるモータ２において、信頼性の高い装置を得ることができる。
実施の形態２．
　図４は、実施の形態２に係る冷凍装置１００における圧縮機１０１の停止制御の内容を説明する図である。図４に示す制御は、制御装置１０６が圧縮機１０１を停止させる毎に行う。実施の形態２における冷凍装置１００の機器構成については、実施の形態１の構成と同様である。
　上述した実施の形態１の冷凍装置１００では、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を開始したときに、流量調整弁１３を開放する制御を行った。また、制御装置１０６は、回転制動制御を終了するときに、流量調整弁１３を閉止する制御を行った。
　図４に示すように、制御装置１０６およびインバータ装置１０５が行う回転制動制御については、実施の形態１で説明したことと同様である。また、実施の形態２の冷凍装置１００は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御中に、制御装置１０６が流量調整弁１３を開放する制御を実施している点は同様である。実施の形態２では、制御装置１０６が、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を終了した後も、任意に設定した設定閉止時間の間、流量調整弁１３を開いたままの制御とする（時間Ｔ４）。
　実施の形態２の冷凍装置１００によれば、たとえば、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御が終了しても、制御装置１０６が、設定時間、流量調整弁１３を開放したままにする。このため、モータロータ２ｂの回転制動制御が終了したときに、高圧部１９と低圧部１８が均圧しきれていない場合でも、流量調整弁１３を開放し続けることで、実施の形態１よりも高圧部１９と低圧部１８の均圧時間を短縮することができる。したがって、実施の形態２の冷凍装置１００は、実施の形態１の冷凍装置１００よりも信頼性の高い圧縮機１０１および冷凍装置１００を得ることができる。
実施の形態３．
　図５は、実施の形態３に係る冷凍装置１００における圧縮機１０１の停止制御の内容を説明する図である。図５に示す制御は、制御装置１０６が圧縮機１０１を停止させる毎に行う。実施の形態３における冷凍装置１００の機器構成については、実施の形態１の構成と同様である。
　上述した実施の形態１の冷凍装置１００では、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を開始したときに、流量調整弁１３を開放する制御を行った。
　図５に示すように、制御装置１０６およびインバータ装置１０５が行う回転制動制御については、実施の形態１で説明したことと同様である。実施の形態３の冷凍装置１００では、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を開始する前から流量調整弁１３を開放して、回転制動制御を行う（時間Ｔ１’）。
　実施の形態３の冷凍装置１００によれば、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を開始する前に流量調整弁１３を開放しておく制御を行う。このため、圧縮機１０１内の高圧部１９と低圧部１８との差圧を、実施の形態１よりも小さくすることができる。したがって、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御に流れる直流電流を、実施の形態１における回転制動制御よりも小さくすることができる。よって、回転制動制御のときにインバータ装置１０５へ過大な電流が流れてインバータ装置１０５が壊れてしまうリスクを抑制することができる。また、また、実施の形態３の冷凍装置１００は、実施の形態１よりも均圧時間を短縮することができる。したがって、実施の形態３の冷凍装置１００は、実施の形態１の冷凍装置１００よりも信頼性の高い圧縮機１０１および冷凍装置１００を得ることができる。
　ここで、制御装置１０６が回転制動制御を開始する前に流量調整弁１３を開放するタイミングは任意に設定することができる。制御装置１０６が、インバータ装置１０５の駆動周波数を低減する停止指令を出す前でも後でも限定しない。
実施の形態４．
　図６は、実施の形態４に係る冷凍装置１００における圧縮機１０１の停止制御の内容を説明する図である。図６に示す制御は、制御装置１０６が圧縮機１０１を停止させる毎に行う。実施の形態４における冷凍装置１００の機器構成については、実施の形態１の構成と同様である。
　上述した実施の形態１の冷凍装置１００では、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を開始したときに、流量調整弁１３を開放する制御を行った。また、制御装置１０６は、回転制動制御を終了するときに、流量調整弁１３を閉止する制御を行った。実施の形態４の冷凍装置１００は、実施の形態２と同様に、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を終了した後も、任意の設定した時間、流量調整弁１３を開いたままの制御とする（時間Ｔ４）。また、実施の形態３と同様に、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を開始する前から流量調整弁１３を開放しておいた上で、回転制動制御を行う（時間Ｔ４）。
　実施の形態４の冷凍装置１００によれば、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御を開始する前に流量調整弁１３を開放しておく制御を行う。また、制御装置１０６は、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御が終了しても、設定時間、流量調整弁１３を開放したままにする。このため、圧縮機１０１内の高圧部１９と低圧部１８との差圧を、実施の形態１および実施の形態２よりも小さくすることができる。したがって、インバータ装置１０５によるモータロータ２ｂの回転制動制御に流れる直流電流を、実施の形態１における回転制動制御よりも小さくすることができる。よって、回転制動制御のときにインバータ装置１０５へ過大な電流が流れてインバータ装置１０５が壊れてしまうリスクを抑制することができる。また、モータロータ２ｂの回転制動制御が終了したときに、高圧部１９と低圧部１８が均圧しきれていない場合でも、流量調整弁１３を開放し続けることで、実施の形態１よりも高圧部１９と低圧部１８の均圧時間を短縮することができる。したがって、実施の形態４の冷凍装置１００は、さらに、信頼性の高い圧縮機１０１および冷凍装置１００を得ることができる。
　ここで、制御装置１０６がインバータ装置１０５による回転制動制御を開始する前に流量調整弁１３を開放するタイミングは任意に設定することができる。制御装置１０６が、インバータ装置１０５の駆動周波数を低減する停止指令を出す前でも後でも限定しない。
実施の形態５．
　図７は、実施の形態５に係る圧縮機１０１を有する冷凍装置１００の構成を示す図である。実施の形態１で説明した圧縮機１０１は、油分離器１０１Ａを一体化して高圧部１９内に有するものであった。実施の形態５の圧縮機１０１は、油分離器１０１Ａが別体で構成される。そして、圧縮機１０１は、油流路配管１５を有する。油流路配管１５は、冷凍機油が油分離器１０１Ａからケーシング１内に戻る油経路部となる。油流路配管１５は、油分離器１０１Ａにおける油溜め部となる部分と圧縮機１０１のケーシング１が有する給油穴とを連通する銅配管または鋼管などの配管である。ここでは、油流路配管１５は、ケーシング１が有する給油穴と連通させるものとして説明するが、軸受室などと連通させるようにしてもよい。油流路配管１５には、油調整装置となる油調整弁１６が設置されている。油調整弁１６は、制御装置１０６の油量調整制御により開閉し、油分離器１０１Ａが分離して溜めた冷凍機油の油量を調整して圧縮機構などに供給する弁である。ここでは、油調整装置は、油量を調整する弁であるものとするが、開閉弁であってもよい。冷凍機油は、油調整弁１６が開放されていると、高圧部１９との圧力差によって、油流路配管１５を通って、ケーシング１の給油穴から、圧縮機構における圧縮室６へ供給される。
　実施の形態１～実施の形態４の冷凍装置１００における圧縮機１０１では、圧縮機１０１内が均圧されるまでの間、高圧部１９における冷凍機油が、冷媒とともに低圧部１８に流れる。そこで、油流路配管１５に油調整弁１６を設置し、制御装置１０６は、インバータ装置１０５による回転制動制御中に、油調整弁１６が閉止する制御を行う。
　以上のように、実施の形態５の冷凍装置１００における圧縮機１０１は、油分離器１０１Ａから冷凍機油を戻す油流路配管１５に油調整弁１６を有する。制御装置１０６は、インバータ装置１０５による回転制動制御中に、油調整弁１６を閉止させる。このため、油分離器１０１Ａに溜まった冷凍機油が低圧部１８に流れない。したがって、次に圧縮機１０１を駆動させるときに冷凍機油の注入不足、冷凍機油の急な吸入、圧縮室６における油圧縮による圧縮機構の損傷を防ぐことができる。また、低圧部１８から圧縮室６に吸入される冷媒の量が増え、能力を高めることができる。
実施の形態６．
　図８は、実施の形態６に係る圧縮機１０１を有する冷凍装置１００の構成を示す図である。図８において、図１と同じ符号を付している機器については、実施の形態１で説明したことと同様の動作などを行う。実施の形態６の冷凍装置１００における圧縮機１０１は、モータ温度検出装置２０を有する。モータ温度検出装置２０は、モータ２のモータ温度を検出する。ここで、モータ温度検出装置２０は、温度を検出する温度センサを有し、検出した温度の信号を送る構成でもよい。また、モータ温度検出装置２０は、あらかじめ設定した温度になると接点が閉止するなどして開閉信号を送るバイメタルスイッチなどであってもよい。
　前述したように、ＰＭモータであるモータ２は、永久磁石を有する。前述したように、永久磁石は、温度が上昇すると減磁する特性を有する。このため、回転制動制御中にモータ２に流れる電流によって上昇するモータ温度が、過度に上昇しないようにする必要がある。
　そこで、実施の形態６の圧縮機１０１は、モータ温度検出装置２０を有する。制御装置１０６は、モータ温度検出装置２０からの信号に基づいて、あらかじめ設定された設定モータ温度以上になったと判定すると、インバータ装置１０５に回転制動を行わないように制御する。
　以上のように、実施の形態６の冷凍装置１００における圧縮機１０１は、モータ温度検出装置２０を有し、制御装置１０６は、モータ温度が設定モータ温度以上になったと判定すると、インバータ装置１０５に回転制動を行わせないようにした。このため、ＰＭモータであるモータ２のモータ温度の上昇を抑えることができ、モータ２が有する永久磁石の減磁を抑えることができる。したがって、モータ２の磁束密度の低下、トルクおよび効率などの低下を防ぐことができる。そして、圧縮機１０１および冷凍装置１００の性能低下を防ぐことができる。
実施の形態７．
　前述した実施の形態１～実施の形態６では、モータ２のモータロータ２ｂの逆回転を制動する制動装置は、インバータ装置１０５および制御装置１０６であったが、これに限定するものではない。制動装置は、モータロータ２ｂの逆回転を抑えるストッパなどの停止機構を有するものでもよい。
　また、前述した実施の形態１～実施の形態６では、制動装置が、インバータ装置１０５および制御装置１０６の組み合わせであったが、これに限定するものではない。インバータ装置１０５とは独立して、モータ２に直流電圧を印可する装置を有し、制御装置１０６は、装置に直流電圧を印可させて制動制御を行ってもよい。このような圧縮機１０１は、インバータ装置１０５とは独立して回転制動制御を行うことができる。このため、回転制動制御中は、インバータ装置１０５との電気的接続を遮断することができ、逆起電力が発生してもインバータ装置１０５を保護することができる。
　さらに、前述した実施の形態１～実施の形態６では、冷凍装置１００の冷媒回路を循環する冷媒については、特に限定しなかったが、吐出圧力が低い冷媒を用いる方がよい。吐出圧力が低い冷媒を用いることで、制御装置１０６がインバータ装置１０５を介した圧縮機構の回転制動制御を行うときに、時間を短くすることができ、モータ温度を抑えることができる。また、圧縮機構における冷凍機油の不足を防止することができる。
　また、上述した実施の形態１～実施の形態６における圧縮機１０１は、低圧部１８と高圧部１９とを連通させる連通流路部１２をケーシング１外に有するものとして説明したが、これに限定するものではない。たとえば、圧縮機１０１は、連通流路部１２として、圧縮機１０１において、ケーシング１の内側にバイパス流路を有し、低圧部１８と高圧部１９とを連通可能にしてもよい。
　また、前述した実施の形態１～実施の形態６では、連通流路部１２における流量調整弁１３は、１つの場合を想定して説明したが、これに限定しない。たとえば、連通流路部１２が高圧部１９と低圧部１８とを連通流路配管で接続したときに、均圧までの時間を短くするには、連通流路配管の配管径が大きい方が効果が高い。また、連通流路配管の高圧部１９との接続部分と低圧部１８との接続部分とにそれぞれ流量調整弁１３を有してもよい。
　そして、前述した実施の形態１～実施の形態６においては、圧縮機１０１は、ＰＭモータがモータ２であるシングルスクリュー圧縮機である場合について説明した。しかしながら、冷凍装置１００に適用される圧縮機１０１は、シングルスクリュー圧縮機に限らない。ＰＭモータがモータ２である圧縮機１０１として、たとえば、２つのスクリューロータ４を備えるツインスクリュー圧縮機を用いることができる。また、レシプロ圧縮機、スクロール圧縮機、ターボ圧縮機またはロータリー圧縮機などを用いることができる。
　１　ケーシング、２　モータ、２ａ　モータステータ、２ｂ　モータロータ、３　スクリュー軸、４　スクリューロータ、４ａ　スクリュー溝、５　ゲートロータ、５ａ　歯、６　圧縮室、７　ストレーナ、８　吐出口、９　主軸受、１０　副軸受、１１　スライドバルブ、１２　連通流路部、１３　流量調整弁、１４　逆止弁、１５　油流路配管、１６　油調整弁、１７　隔壁、１８　低圧部、１９　高圧部、２０　モータ温度検出装置、１００　冷凍装置、１０１　圧縮機、１０１Ａ　油分離器、１０２　凝縮器、１０３　減圧装置、１０４　蒸発器、１０５　インバータ装置、１０６　制御装置。

Claims (17)

  1. 　吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、
    　回転子により前記圧縮機構を回転させるモータと、
    　前記圧縮機構の逆回転を制動する制動装置と
    を備え、
    　前記モータは、前記回転子に永久磁石を有する圧縮機。
  2. 　前記圧縮機構および前記モータを収容するケーシングと、
    　前記圧縮機構が圧縮した前記冷媒が通過する空間である高圧部と前記圧縮機構に吸入される前記冷媒が通過する空間である低圧部とに前記ケーシング内を分ける隔壁と、
    　前記圧縮機構をバイパスして前記低圧部と前記高圧部とを連通させる連通流路部と、
    　弁を有し、前記弁を開放して前記連通流路部に前記冷媒を通過させ、前記弁を閉止して前記連通流路部における前記冷媒の通過を遮断する連通流路開閉装置と
    を備える請求項１に記載の圧縮機。
  3. 　吐出側における外部からの前記冷媒の流入を防止する逆止弁を備え、
    　前記連通流路部と前記高圧部とが連通している位置は、前記冷媒の流れにおいて、前記逆止弁よりも前記圧縮機構側にある請求項２に記載の圧縮機。
  4. 　前記制動装置は、前記連通流路開閉装置の開閉制御および前記モータに直流電圧を印可して前記モータを制動する回転制動制御を行う制御装置を有し、
    　前記制御装置は、前記回転制動制御をしている間、前記連通流路開閉装置を開放状態に制御する請求項２または請求項３に記載の圧縮機。
  5. 　前記制御装置は、前記回転制動制御を終了した後の、あらかじめ定められた設定時間、前記連通流路開閉装置の開放状態を維持する請求項４に記載の圧縮機。
  6. 　前記制御装置は、前記回転制動制御を行う前に、前記連通流路開閉装置を開放状態に制御する請求項４または請求項５に記載の圧縮機。
  7. 　前記制動装置は、
    　前記モータに任意の駆動周波数の電力を供給するインバータ装置と、
    　前記インバータ装置の周波数制御、前記連通流路開閉装置の開閉制御および前記モータに直流電圧を印可して前記モータを制動する回転制動制御を行う制御装置とを有し、
    　前記制御装置は、
    　前記インバータ装置が前記モータに供給する前記電力の駆動周波数をあらかじめ設定した設定駆動周波数以下に周波数制御した後、前記回転制動制御を開始する請求項２～請求項６のいずれか一項に記載の圧縮機。
  8. 　前記連通流路部は、前記ケーシングの外側から前記高圧部と前記低圧部とを連通する連通流路配管を有する請求項２～請求項７のいずれか一項に記載の圧縮機。
  9. 　前記連通流路部は、前記ケーシングの内側に設けられる請求項２～請求項７のいずれか一項に記載の圧縮機。
  10. 　圧縮により前記冷媒とともに吐出される冷凍機油を分離する油分離器と、
    　前記油分離器に溜まった前記冷凍機油を前記圧縮機構に戻す油経路部と、
    　前記油経路部における前記冷凍機油の油量を調整する油調整装置と
    を備える請求項２～請求項９のいずれか一項に記載の圧縮機。
  11. 　前記制動装置は、前記油調整装置の制御および前記モータに直流電圧を印可して前記モータを制動する回転制動制御を行う制御装置を有し、
    　前記制御装置は、前記回転制動制御をしている間、前記油調整装置に前記油経路部の通過させない油量調整制御を行う請求項１０に記載の圧縮機。
  12. 　前記モータのモータ温度を検出する温度検出装置を備える請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の圧縮機。
  13. 　前記制動装置は、前記モータに直流電圧を印可して前記モータを制動する回転制動制御を行う制御装置を有し、
    　前記制御装置は、前記モータがあらかじめ設定した設定モータ温度以上であると判定すると、前記モータの制動を解除する請求項１２に記載の圧縮機。
  14. 　前記制動装置は、前記モータにおけるモータ温度を定められた設定温度以下に抑えた制動を行う請求項１～請求項１３のいずれか一項に記載の圧縮機。
  15. 　スクリュー圧縮機である請求項１～請求項１４のいずれか一項に記載の圧縮機。
  16. 　前記制動装置は、前記圧縮機構の前記逆回転を抑える停止機構である請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機。
  17. 　請求項１～請求項１６のいずれか一項に記載の圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が配管接続され、冷媒の循環が行われる冷媒回路を有する冷凍サイクル装置。
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JPS51100361U (ja) * 1975-02-12 1976-08-12
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