(57)【要約】【課題】  分解能の低い周波数可変電源装置を用いて周波数制御をしても、幅広い運転回転数域にわたって高性能な運転特性が得られる電動圧縮機を提供する。【解決手段】  この電動圧縮機は、電動機構部４を極数変更可能に構成するとともに、周波数可変電源装置１２から電動機構部４に供給される周波数可変電源の電源周波数を検出する電源周波数検出手段１７と、電源周波数検出手段１７により検出された周波数可変電源の電源周波数が、予め設定されている所定電源周波数を下回ったとき電動機構部４の極数を大きな極数に変更し、かつ、検出された周波数可変電源の電源周波数が所定電源周波数以上になったとき電動機構部４の極数を元の小さな極数に変更する極数変更手段１３とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェル内に、圧縮性流体を圧縮するように駆動する圧縮機構部と、前記圧縮機構部に連結されて前記圧縮機構部を駆動する電動機構部とが収容され、外部からの制御指令信号により電源周波数を制御した周波数可変電源装置からの周波数可変電源によって前記電動機構部が回転駆動されるように成っている電動圧縮機において、前記電動機構部を極数変更可能に構成するとともに、前記電動機構部に供給される周波数可変電源の電源周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記電源周波数検出手段により検出された周波数可変電源の電源周波数が、予め設定されている所定電源周波数を下回ったとき前記電動機構部の極数を大きな極数に変更し、かつ、検出された周波数可変電源の電源周波数が前記所定電源周波数以上になったとき前記電動機構部の極数を元の小さな極数に変更する極数変更手段とを備えていることを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
所定電源周波数が商用電源周波数であることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空調機や冷凍機等に搭載される電動圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１における符号１〜１１は、例えば下記の特許文献１に開示されている密閉形スクロール圧縮機の断面図を示している。図において、１は固定スクロール２と揺動スクロール３とからなるもので圧縮性流体を圧縮するように駆動する圧縮機構部、４は固定子５と回転子６とからなるもので回転子６を圧縮機構部１の揺動スクロール３に連結して揺動スクロール３を駆動する電動機構部、７は電動機構部４により回転駆動される主軸、８は圧縮機構部１および電動機構部４を収容する密閉形のシェル、９は冷媒ガスの吸入管、１０は圧縮された冷媒ガスの吐出管、１１は固定子５の電源動力線および熱動保護器の接続線などのリード線１５をシェル８の外側に取り出すためにシェル８に溶接された密封端子である。この場合のリード線１５は３本である。
【０００３】
次に動作について説明する。密封端子１１に通電すると、固定子５と回転子６はトルクを発生し主軸７が回転する。その結果、主軸７と結合している揺動スクロール３が回転を始め、固定スクロール２と協動して、良く知られたスクロール圧縮機の圧縮原理により流体ガスの圧縮を始める。この際、吸入管９からシェル８内へ入った冷媒ガスは、固定スクロール２と揺動スクロール３によって構成された圧縮機構部１へ吸入され、上述の圧縮理論により冷媒ガスを圧縮した後、吐出管１０からシェル８外へ排出されるので、電動機構部４は吐出ガス雰囲気中に設置される。また、シェル８の底部にある潤滑油は、シェル内８の圧力と圧縮機構部１の圧力との差圧により吸引され、主軸７内に設けられた給油通路を通り、各軸受等に潤滑給油された後に再びシェル８の底部に戻る。
また、電動機構部４は、インバータ電源等の周波数可変電源装置で電源周波数を制御された周波数可変電源が供給されて、必要な冷凍能力にきめ細かく対応した運転が実施されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８０２４８号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電動圧縮機は以上のように構成されているので、電動圧縮機の電動機構部は、運転周波数が低くなると固定子の鉄心が磁気飽和しやすくなる。すなわち、従来の電動圧縮機は、図５に示すようなモータ効率の運転周波数特性（曲線Ｐ）があり、インバータ電源等の可変周波数電源装置により周波数制御運転をした場合に、運転周波数が低くなると電動圧縮機の性能が低下してしまうという問題点があった。特に、所定の運転周波数（例えば、５０Ｈｚ）未満ではモータ効率の低下が大きく、電動圧縮機の性能が大きく低下してしまうという問題点があった。
また、運転周波数が高くなると電源の波長が短くなり、周波数可変電源装置の高調波損失が大きくなるため、高調波損失を増大させないようにするには、キャリア周波数を高く設定することが必要となる。よって、幅広い運転周波数で高効率運転をする場合には、分解能の高い高性能の周波数可変電源装置が必要になるという問題点があった。
そして、電動機の回転速度制御方法には、図６に示すように、極数を変更する方法が用いられることがあるが、極数を変更して制御した場合には回転数を段階的にしか変更できないため、滑らかで幅広い速度制御ができないという欠点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、電動機構部の極数を変更可能な構成を有し、インバータ電源等の周波数可変電源装置で運転することにより、電動機構部の極数および運転周波数の両方を制御できるように構成し、分解能の低い周波数可変電源装置を用いて周波数制御をしても、幅広い運転回転数域にわたって電動圧縮機の高性能な運転特性が得られることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は、シェル内に、圧縮性流体を圧縮するように駆動する圧縮機構部と、圧縮機構部に連結されて圧縮機構部を駆動する電動機構部とが収容され、外部からの制御指令信号により電源周波数を制御した周波数可変電源装置からの周波数可変電源によって電動機構部が回転駆動されるように成っている電動圧縮機において、電動機構部を極数変更可能に構成するとともに、電動機構部に供給される周波数可変電源の電源周波数を検出する電源周波数検出手段と、電源周波数検出手段により検出された周波数可変電源の電源周波数が、予め設定されている所定電源周波数を下回ったとき電動機構部の極数を大きな極数に変更し、かつ、検出された周波数可変電源の電源周波数が所定電源周波数以上になったとき電動機構部の極数を元の小さな極数に変更する極数変更手段とを備えているものである。
【０００８】
また、前記の構成において、所定電源周波数を商用電源周波数にしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電動圧縮機によれば、極数が変更可能な電動機構部を有し、この電動機構部をインバータ電源等の周波数可変電源装置によって回転駆動することにより、極数および電源周波数の両方を制御することができる。従って、周波数可変電源装置の分解能が低くても、幅広い運転回転数域において高効率な運転が可能となり、信頼性の高い電動圧縮機を得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。
図１に示した電動圧縮機において符号１〜１０を付した構成要素は、記述した従来技術と同じ構造であり、それらの詳しい説明は省略する。この実施形態の電動圧縮機が従来の電動圧縮機と異なるところは、周波数可変電源装置１２から供給された周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔの電源周波数を検出する電源周波数検出手段１７と、電源周波数検出手段１７により検出された周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔの電源周波数に応じた駆動信号を出力する極数変更手段１３と、極数変更手段１３からの駆動信号により電動機構部４の極数を切替える極数切替手段１４とを備えていることと、固定子５の巻線と密封端子１１をつなぐリード線が６本であり、密封端子１１も６本リード線接続用に構成されていることである。
【００１１】
電動機構部４の固定子５は、図２に示すように、３相の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを△結線にして形成されており、極数を変更可能とするために、各相の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの中間部に取り出し用の電源端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１がそれぞれ設けられている。これにより、合計６つの電源端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を備えている。電源端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２と周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔとの間には電磁接触器ＭＣ１が配備されている。△結線の頂点に位置する電源端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２と周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔとの間には電磁接触器ＭＣ２が配備されている。電磁接触器ＭＣ２と電源端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２との間には短絡用の電磁接触器ＭＣ１Ａが配備されている。これら、３つの電源端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１および３つの電磁接触器ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ１Ａから、上記した極数切替手段１４が構成される。
上記した電源周波数検出手段１７は例えば汎用のマイクロプロセッサ（図示省略）などで構成されており、所定電源周波数に係る数値データはマイクロプロセッサのデータ記憶部に予め設定され記憶されている。この場合の所定電源周波数は商用電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）とする。この例では商用電源周波数を５０Ｈｚ（富士川以東の地域）とした例を示している。無論、本発明では、商用電源周波数以外の周波数を所定電源周波数として設定することも可能である。
【００１２】
次に、この実施形態の電動圧縮機の動作を説明する。ここで、運転初期に周波数可変電源装置１２から供給される周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔの電源周波数は例えば７０Ｈｚであり、極数は２極であるものとする。このとき、極数切替手段１４の電磁接触器ＭＣ１が開、電磁接触器ＭＣ２が閉、電磁接触器ＭＣ１Ａが開となっている。そこで、回転子６の回転数を小さくしようとする制御指令信号１６が外部から入力されると、周波数可変電源装置１２は電源周波数を小さな値に変更した周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔを電動機構部４に給電し回転子６の回転数を小さくする。
このとき、電源周波数検出手段１７は周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔの電源周波数（例えば４０Ｈｚ）を検出する。電源周波数検出手段１７で検出された周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔの電源周波数は所定電源周波数５０Ｈｚを下回っているので、極数変更手段１３は駆動信号を出力して、極数切替手段１４の電磁接触器ＭＣ１を閉にし、電磁接触器ＭＣ２を開にし、電磁接触器ＭＣ１Ａを閉にして、電動機構部４の極数を現在の２極から４極に変更する。その結果、目標とする回転数は同じで運転周波数が倍の８０Ｈｚとなりモータ効率が高くなる。
その後、電源周波数検出手段１７により検出された周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔの電源周波数が５０Ｈｚ以上になると、極数変更手段１３は電動機構部４の極数を４極から元の２極に戻す。この運転領域のモータ効率は図３の曲線Ｐ，Ｑで示すようにもともと高い。
【００１３】
このように、運転周波数５０Ｈｚで２８００ｒｐｍ程度で運転している誘導電動機において、上記のようにモータ効率が低くなる運転周波数５０Ｈｚ未満で運転する場合に、運転周波数５０Ｈｚ未満では４極で、運転周波数５０Ｈｚ以上では２極で運転するよう制御することにより、２極のままであればモータ効率が低くなったであろう５０Ｈｚ未満の運転領域でも、効率よく運転することが可能となる。
すなわち、この実施形態の電動圧縮機によれば、電動圧縮機の外部で３つの電磁接触器ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ１Ａを断続して給電すべき電源端子を選択することによって極数を変更するとともに、インバータ電源等の周波数可変電源装置１２で周波数可変電源Ｒ，Ｓ，Ｔを給電することにより、電動圧縮機の運転中に電動機構部４の極数および運転周波数の両方を変更することが可能となり、周波数可変電源装置１２の分解能が低い場合、すなわち安価な構成であっても、幅広い運転回転数領域において電動圧縮機を高効率で運転することができる。
【００１４】
ところで、近年の省エネ規制では、付加の小さいところで運転する場合の効率向上が重視されてきており、運転周波数が低い運転領域でのモータ効率向上が重視されつつある。そのために、上記の実施形態は、負荷の小さいところでの効率向上に大変有効である。特に、スクロール圧縮機は他のレシプロ圧縮機やロータリ圧縮機と比べて運転回転数に対する効率の変化が小さいことから、インバータ電源等を使用した可変速運転に適しており、本発明を適用することにより高効率で信頼性の高い運転特性が得られるのである。
【００１５】
尚、上記の実施形態では、電動圧縮機の外部に３つの電磁接触器ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ１Ａを用いた例を示したが、図４に示すように、電磁接触器ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ１Ａを省いて、周波数可変電源装置１２Ａ内にリレー（図示省略）を配置し、６つの電源端子を直接、周波数可変電源装置１２Ａに接続して、電動圧縮機の極数および運転周波数を制御する構成にすることも可能である。
また、本発明の電動圧縮機に供される圧縮性流体としては既述したガス冷媒に限らない。例えば、空気などの圧縮のために本発明の電動圧縮機を適用することも可能である。また、変更される極数は２極と４極との間だけに限らない。例えば、４極と８極との間、あるいはそれ以外の間で変更しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施形態および従来技術に係る電動圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】前記電動圧縮機の電動機構部の結線図である。
【図３】前記電動圧縮機におけるモータ効率の回転数特性図である。
【図４】この発明の別の実施形態に係る電動圧縮機の電動機構部の結線図である。
【図５】従来の運転周波数可変式電動圧縮機におけるモータ効率の運転周波数特性図である。
【図６】従来の極数可変式電動圧縮機における回転数の極数特性図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  圧縮機構部、２  固定スクロール、３  揺動スクロール、４  電動機構部、５  固定子、６  回転子、７  主軸、８  シェル、９  吸入管、１０  吐出管、１１  密封端子、１２  周波数可変電源装置、１３  極数変更手段、１４  極数切替手段、１５  リード線、１６  制御指令信号、１７  電源周波数検出手段、ＭＣ１  電磁接触器、ＭＣ２  電磁接触器、ＭＣ１Ａ  電磁接触器、電源端子Ｕ１、電源端子Ｖ１、電源端子Ｗ１。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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