(57)【要約】【課題】容積形圧縮機において、高いエネルギー効率を有する自己始動式同期電動機を用いつつ、圧縮機の外径寸法を大きくすることなく確実に始動することができるようにする。【解決手段】容積形圧縮機は、誘導電動機として始動し、同期回転数付近で同期引込みを行って同期運転を行なう自己始動式同期電動機５と、作動流体を圧縮する圧縮室１１を有する圧縮部と、自己始動式同期電動機５及び圧縮部を収納する密閉容器４とを備える。容積形圧縮機は、圧縮部の負荷を始動時に軽減する始動負荷軽減手段２１を密閉容器４内に位置して圧縮部に配設する。【選択図】図１
2006183499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機として始動し、同期回転数付近で同期引込みを行って同期運転を行なう自己始動式同期電動機と、
作動流体を圧縮する圧縮室を有する圧縮部と、
自己始動式同期電動機及び圧縮部を収納する密閉容器とを備える容積形圧縮機において、
前記圧縮部の負荷を始動時に軽減する始動負荷軽減手段を前記密閉容器内に位置して前記圧縮部に配設した
ことを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の容積形圧縮機において、前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吐出側とを連通する連通手段と、前記圧縮部の吐出側から前記圧縮室の中間部へ作動流体が流入するのを防止する流入防止手段とを備えて構成されていることを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の容積形圧縮機において、前記流入防止手段は前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吐出側との差圧により前記連通手段を開閉する弁で構成されていることを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項４】
請求項２に記載の容積形圧縮機において、前記連通手段は前記圧縮室の複数位置の中間部と前記圧縮部の吐出側とを連通するように構成されていることを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項５】
請求項１に記載の容積形圧縮機において、前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吸込側とを連通する連通手段と、前記連通手段を開閉する制御手段とを備えて構成されていることを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項６】
請求項５に記載の容積形圧縮機において、前記制御手段は前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吐出側との差圧により前記連通手段を開閉する弁で構成されていることを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項７】
請求項５に記載の容積形圧縮機において、前記連通手段は前記圧縮室の複数位置の中間部と前記圧縮部の吸込側とを連通するように構成されていることを特徴とする容積形圧縮機。
【請求項８】
請求項２に記載の容積形圧縮機において、
前記圧縮部は、端板と該端板に立設する渦巻状のスクロールラップとを有して該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロールと、端板と該端板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し少なくとも該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される固定スクロールと、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを噛合わせて両スクロールの間に構成する圧縮室とを備えて構成され、
前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記密閉容器内に形成された吐出空間とを連通するように前記固定スクロールに形成した連通路と、作動流体が前記吐出空間から前記連通路を通して前記圧縮室へ流入するのを防止するように前記固定スクロールに設けた逆流防止弁とを備えて構成されている
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項９】
請求項２に記載の容積形圧縮機において、
前記圧縮部は、端板と該端板に立設する渦巻状のスクロールラップとを有して該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロールと、端板と該端板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し少なくとも該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される固定スクロールと、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを噛合わせて両スクロールの間に構成する圧縮室とを備えて構成され、
前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記圧縮部に形成された吸込空間とを連通するように前記固定スクロールに形成した連通路と、作動流体が前記圧縮室から前記連通路を通して前記吸込空間へ流入するのを防止するように前記固定スクロールに設けた逆流防止弁とを備えて構成されている
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の容積形圧縮機において、前記逆流防止弁は前記圧縮室の中間部の圧力と前記圧縮部の吐出側の圧力との差圧により動作するように構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項１１】
請求項１に記載の容積形圧縮機において、
前記圧縮部は、互いに噛合う雄、雌一対のスクリューロータと、ケーシング部材と、前記両スクリューロータの噛合い部と前記ケーシング部材とにより構成する圧縮室とを備えて構成され、
前記始動負荷軽減手段は、前記両スクリューロータの噛合い部にその軸方向へ摺動可能なスライドバルブを設けて構成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項１２】
請求項１に記載の容積形圧縮機において、
前記圧縮部は、ピストンと、前記ピストンが往復動するボア部を有するシリンダと、前記ボア部の開口部を閉塞する弁部と、前記ピストン、前記ボア部及び前記弁部から構成する圧縮室とを備えて構成され、
前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記密閉容器内に形成された吸込空間とを連通するように前記シリンダに形成した連通路と、前記密閉容器内に形成された吸込空間から前記連通路を通して作動流体が流入するのを防止するように前記シリンダに設けた逆流防止弁とを備えて構成されている
ことを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項１３】
請求項１に記載の容積形圧縮機において、
前記圧縮部は、シリンダと、前記シリンダの両端部を閉塞する端板と、前記シリンダと前記端板とに囲まれた空間に配設されるローラ部と、前記シリンダ、前記端板及び前記ローラ部により構成された空間容積を前記ローラ部の運動と共に変化させる作用をするベーン部と、前記シリンダ、前記端板、前記ローラ部及び前記ベーン部により構成する圧縮室とを備えて構成され、
前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吸込側とを連通する連通手段と、前記連通手段を開閉する制御手段とを備えて構成されている
ことを特徴とするロータリ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒、空気、二酸化炭素及びその他の圧縮性ガスを取扱う容積形圧縮機に係り、特に、誘導電動機として始動し、同期回転数付近で同期引込みを行って同期運転を行なう自己始動式同期電動機により駆動される容積形圧縮機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高エネルギー効率を有する電動機の一つとして自己始動式同期電動機がある。スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、往復動圧縮機及びロータリ圧縮機等を代表とする容積形圧縮機では、エネルギー効率向上ために駆動用電動機のエネルギー効率向上が必要になっており、自己始動式同期電動機を用いた高エネルギー効率を有する容積形圧縮機の開発、研究が盛んである。
【０００３】
自己始動式同期電動機を用いた容積形圧縮機に関する従来技術としては、特開２００３−３５２８９号公報（特許文献１）に示された冷凍装置がある。この特許文献１の冷凍装置は、自己始動式同期電動機によって駆動される圧縮機、凝縮器、蒸発器を備えている。自己始動式同期電動機は、その回転子の鉄心に誘導電動機として機能するように巻き回された巻線と、同じく回転子の鉄心に同期電動機として機能するように着磁された永久磁石と、を設け、始動時は誘導電動機として、定常運転時は同期電動機として駆動されるものである。冷媒ガスは固定スクロールと旋回スクロールにより構成される圧縮室で圧縮され、圧縮容器内を通過して圧縮機外に排出される。そして、冷凍装置は、圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスさせるバイパス回路を設け、始動前に吐出側と吸入側とをバイパスさせるように構成されている。
【０００４】
また、自己始動式同期電動機を用いた容積形圧縮機に関する従来技術としては、特開２００１−３８６３号公報（特許文献２）に示された空気調和装置がある。この特許文献２の空気調和装置は、圧縮機と凝縮器と絞り装置と蒸発器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルを備えている。圧縮機は、始動時に誘導電動機として始動し、同期回転数近くで同期引込みを行い同期運転を行なう永久磁石組込誘導電動機（自己始動式同期電動機）を備えている。冷凍サイクルは、圧縮機の冷媒配管の吸込側と吐出側間を所定の流路抵抗を介して冷媒をバイパスする始動負荷軽減手段を備えている。
【０００５】
さらに、自己始動式同期電動機を用いた容積形圧縮機に関する従来技術としては、特開２００３−１３４８６５号公報（特許文献３）に示された流体移送装置がある。この特許文献３の流体移送装置は、圧縮機と、この圧縮機を駆動する同期電動機と、この同期電動機の始動を円滑にする始動負荷軽減手段とを備えている。始動負荷軽減手段は、圧縮機１の流体配管の吸込側と吐出側とをバイパスする流路に設けられている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３５２８９号公報
【特許文献２】特開２００１−３８６３号公報
【特許文献３】特開２００３−１３４８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３に示された従来技術には、圧縮機の吸込側と吐出側との圧力差が小さくなるようにバランスをさせる始動負荷軽減手段を備えて自己始動式同期電動機による始動を容易にすることが開示されているが、さらなる始動を容易にすることが望まれている。そこで、同期引込み能力を向上させるために、回転子内に配設されるかご型導体を増加することが考えられるが、回転子の外径を大きくすることになるため、圧縮機の外径寸法が大きくなってしまうという問題が発生する。なお、特許文献１〜３の始動負荷軽減手段は、圧縮機の外部の吐出側配管と圧縮機の外部の吸込側配管との間に設けられているため、サイクル構造が複雑になるという問題もあった。
【０００８】
本発明の目的は、高いエネルギー効率を有する自己始動式同期電動機を用いつつ、圧縮機の外径寸法を大きくすることなく確実に始動することができる容積形圧縮機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するために、本発明は、誘導電動機として始動し、同期回転数付近で同期引込みを行って同期運転を行なう自己始動式同期電動機と、作動流体を圧縮する圧縮室を有する圧縮部と、自己始動式同期電動機及び圧縮部を収納する密閉容器とを備える容積形圧縮機において、前記圧縮部の負荷を始動時に軽減する始動負荷軽減手段を前記密閉容器内に位置して前記圧縮部に配設した構成にしたことにある。
【００１０】
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吐出側とを連通する連通手段と、前記圧縮部の吐出側から前記圧縮室の中間部へ作動流体が流入するのを防止する流入防止手段とを備えて構成されていること。
（２）前記流入防止手段は前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吐出側との差圧により前記連通手段を開閉する弁で構成されていること。
（３）前記連通手段は前記圧縮室の複数位置の中間部と前記圧縮部の吐出側とを連通するように構成されていること。
（４）前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吸込側とを連通する連通手段と、前記連通手段を開閉する制御手段とを備えて構成されていること。
（５）前記制御手段は前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吐出側との差圧により前記連通手段を開閉する弁で構成されていること。
（６）前記連通手段は前記圧縮室の複数位置の中間部と前記圧縮部の吸込側とを連通するように構成されていること。
（７）前記圧縮部は、端板と該端板に立設する渦巻状のスクロールラップとを有して該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロールと、端板と該端板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し少なくとも該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される固定スクロールと、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを噛合わせて両スクロールの間に構成する圧縮室とを備えて構成され、前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記密閉容器内に形成された吐出空間とを連通するように前記固定スクロールに形成した連通路と、作動流体が前記吐出空間から前記連通路を通して前記圧縮室へ流入するのを防止するように前記固定スクロールに設けた逆流防止弁とを備えて構成されていること。
（８）前記圧縮部は、端板と該端板に立設する渦巻状のスクロールラップとを有して該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロールと、端板と該端板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し少なくとも該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される固定スクロールと、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを噛合わせて両スクロールの間に構成する圧縮室とを備えて構成され、前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記圧縮部に形成された吸込空間とを連通するように前記固定スクロールに形成した連通路と、作動流体が前記圧縮室から前記連通路を通して前記吸込空間へ流入するのを防止するように前記固定スクロールに設けた逆流防止弁とを備えて構成されていること。
（９）上記（８）及び（９）において、前記逆流防止弁は前記圧縮室の中間部の圧力と前記圧縮部の吐出側の圧力との差圧により動作するように構成されていること。
（１０）前記圧縮部は、互いに噛合う雄、雌一対のスクリューロータと、ケーシング部材と、前記両スクリューロータの噛合い部と前記ケーシング部材とにより構成する圧縮室とを備えて構成され、前記始動負荷軽減手段は、前記両スクリューロータの噛合い部にその軸方向へ摺動可能なスライドバルブを設けて構成されていること。
（１１）前記圧縮部は、ピストンと、前記ピストンが往復動するボア部を有するシリンダと、前記ボア部の開口部を閉塞する弁部と、前記ピストン、前記ボア部及び前記弁部から構成する圧縮室とを備えて構成され、前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記密閉容器内に形成された吸込空間とを連通するように前記シリンダに形成した連通路と、前記密閉容器内に形成された吸込空間から前記連通路を通して作動流体が流入するのを防止するように前記シリンダに設けた逆流防止弁とを備えて構成されていること。
（１２）前記圧縮部は、シリンダと、前記シリンダの両端部を閉塞する端板と、前記シリンダと前記端板とに囲まれた空間に配設されるローラ部と、前記シリンダ、前記端板及び前記ローラ部により構成された空間容積を前記ローラ部の運動と共に変化させる作用をするベーン部と、前記シリンダ、前記端板、前記ローラ部及び前記ベーン部により構成する圧縮室とを備えて構成され、前記始動負荷軽減手段は、前記圧縮室の中間部と前記圧縮部の吸込側とを連通する連通手段と、前記連通手段を開閉する制御手段とを備えて構成されていること。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の容積形圧縮機によれば、高いエネルギー効率を有する自己始動式同期電動機を用いつつ、圧縮機の外径寸法を大きくすることなく確実に始動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【実施例１】
【００１３】
本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機について、図１〜図３を用いて詳細に説明する。
【００１４】
最初に、図１を用いてスクロール圧縮機の全体構成に関して説明する。図１は本実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図である。本実施形態のスクロール圧縮機は、誘導電動機として始動し、同期回転数付近で同期引込みを行って同期運転を行なう自己始動式同期電動機５と、作動流体を圧縮する圧縮室１１を有する圧縮部と、自己始動式同期電動機５及び圧縮部を収納する密閉容器４と、圧縮部の負荷を始動時に軽減する始動負荷軽減手段２１とを備えて構成されている。
【００１５】
圧縮部の基本要素は、固定スクロール１、旋回スクロール２及びフレーム３である。フレーム３は密閉容器４に固定されている。固定スクロール１の基本構成部分は、ラップ１ａ、端板１ｂ、ラップ歯底１ｃ、ラップ歯先１ｄ及び吐出口１ｅである。この固定スクロール１は、端板１ｂと、該端板１ｂに立設する渦巻状のスクロールラップ１ａとを有し、少なくとも該スクロールラップ１ｂの立設する方向である軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制されるように構成されている。図示例では、固定スクロール１は、フレーム３に固定されている。旋回スクロール２の基本構成部分は、ラップ２ａ、端板２ｂ、ラップ歯底２ｃ及びラップ歯先２ｄである。この旋回スクロール２は、端板２ｂと、該端板２ｂに立設する渦巻状のスクロールラップ２ａとを有し、該スクロールラップ２ａの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動するように構成されている。
【００１６】
旋回スクロール２を旋回駆動する駆動部の基本要素は、固定子５ａ、回転子５ｂ、オルダムリング７、クランク軸の軸支持部８、９及び旋回スクロール２の軸支持部１０である。固定子５ａ及び回転子５ｂは回転駆動手段である自己始動式同期電動機５の主要要素である。オルダムリング７はクランク軸６と旋回スクロール２との自転防止機構の主要部品である。転がり軸受８、９は、クランク軸６を回転自在に係合するクランク軸６の軸支持部であり、転がり軸受で構成されている。軸支持部８、９は、自己始動式同期電動機５の圧縮室１１側と反圧縮室側との両側に設置されている。クランク軸６の軸支持部は、圧縮室１１側にのみ１つ配置されていても良い。また、クランク軸６の軸支持部は、転がり軸受の他、すべり軸受等の軸支持部材であっても良い。旋回スクロール２の軸支持部１０は、旋回スクロール２とクランク軸６の偏芯ピン部６ａとを回転軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合している。
【００１７】
クランク軸６の軸支持部８、９への給油と旋回スクロール２の軸支持部１０への給油は、クランク軸６内に設けた給油経路６ｂとクランク軸６の下端に設けた給油ポンプ１２とからなる給油機構により行なわれる。給油経路６ｂは、クランク軸６の軸支持部８、９及び旋回スクロール２の軸支持部１０と外部給油ポンプ１２とを連通するように設けられている。給油ポンプ１２は密閉容器４の下部空間に溜めた潤滑油１３内に浸漬されている。給油ポンプ１２が回転することにより、密閉容器４の下部空間に溜められた潤滑油１３を給油経路６ｂを通して各部８〜１０へ供給する。なお、給油ポンプ１２の代わりに、クランク軸６に構成する偏芯回転動作による遠心ポンプ作用で実現しても良いし、吐出空間１４と旋回スクロール端版２ｂの背面空間１５との差圧を利用した差圧給油作用で実現しても良い。
【００１８】
圧縮動作は、大別すると、吸込行程と、圧縮行程と、吐出行程とに分けられる。吸込行程では、旋回スクロール２の旋回運動に伴って、作動流体が吸込ポート１６、吸込空間１７を経由して圧縮室１１へ吸込まれる。吸込空間１７は、圧縮部に形成される空間であり、圧縮部の吸込側を構成する。具体的には、吸込空間１７は、固定スクロール１と旋回スクロール２との間に形成される空間である。圧縮行程では、旋回スクロール２の更なる旋回運動に伴って、圧縮室１１の容積が減少することにより、作動流体が圧縮室１１内で圧縮される。吐出行程では、旋回スクロール２の更なる旋回運動に伴って、圧縮室１１が固定スクロール１の吐出口１ｅと連通し、圧縮行程にて圧縮された作動流体が固定スクロール１の吐出口１ｅから吐出空間１４、吐出ポート１８を経由して吐出される。なお、吐出空間１４に吐出された作動流体は、吐出ポート１８を経由して圧縮機の外部に吐出される。
【００１９】
始動負荷軽減手段２１は、密閉容器４内に位置して、圧縮部に配設されている。この構成によって、冷凍サイクルの配管構造を複雑にすることなく、圧縮機単独で始動負荷軽減装置を構成することができる。始動負荷軽減手段２１は、圧縮室１１の中間部と圧縮部の吐出側とを連通する連通手段と、圧縮部の吐出側から圧縮室１１の中間部へ作動流体が流入するのを防止する流入防止手段とを備えて構成されている。
【００２０】
連通手段は、圧縮室１１の中間部と吐出空間１４とを連通する連通路１９で構成されている。この連通路１９は固定スクロール１を上下に貫通する連通孔で構成されている。係る連通手段によれば、極めて簡単な構造で、安価であり、その設置によるスペースの増大を招くことがない。なお、吐出空間１４は、密閉容器４により形成される空間であり、圧縮部の吐出側を構成するものである。
【００２１】
流入防止手段は、作動流体が吐出空間１４から連通路１９を通して圧縮室１１へ流入するのを防止する逆流防止弁２０で構成されている。この逆流防止弁２０は、連通路１９の吐出空間側開口を開閉するように、固定スクロール１の上面に装着された弁板で形成されている。係る流入防止手段によれば、極めて簡単な構造で、安価であり、その設置によるスペースの増大を実質的に招くことがないものである。また、逆流防止弁２０は圧縮室１１の中間部の圧力と圧縮部の吐出側の圧力との差圧に基づいて動作するように構成されている。逆流防止弁２０は、具体的には、圧縮室１１の中間部の圧力が逆流防止弁２０自身のばね力と吐出空間１４の圧力との合計より大きい場合に連通路１９を開路し、吐出空間１４の圧力が上昇して、逆流防止弁２０自身のばね力と吐出空間１４の圧力との合計が圧縮室１１の中間部の圧力がより大きい場合に連通路１９を閉路する。係る逆流防止弁２０によれば、始動時に自動的に開閉することができ、この点からも、始動負荷軽減手段２１を簡単な構成で、安価なものとすることができる。また、連通路１９は複数個設けても良く、その場合には、圧縮部の圧縮容量を始動時に大幅に軽減することができる。また、圧縮性能を重視する場合には、連通路１９の通路径を旋回スクロールラップ２ａの幅より小さくすることが望ましい。なお、複数の連通路１９の逆流を１つの逆流防止弁２０で防止するようにしても良いし、複数個の逆流防止弁２０を設けても良い。さらに、逆流防止弁２０は、板型の弁として図示しているが円錐状のいわゆるポペット型の弁でも良い。
【００２２】
図２を用いて、本実施形態における自己始動式同期電動機５の基本構造について説明する。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。但し、図２では断面部分のハッチングを省略する。
【００２３】
自己始動式同期電動機５は、上述したように固定子５ａと回転子５ｂとを備える。固定子５ａは、固定子鉄心３３と、固定子鉄心３３に施されたスロット３２と、スロット３２に施された電機子巻線（図示せず）とから基本的に構成される。回転子５ｂは、回転子鉄心３４と、回転子３４に配設したかご型導体３１と、永久磁石３０と、回転子５ｂとクランクシャフト６との係合部分から基本的に構成される。複数のかご型導体３１は誘導電動機として始動するための基本構成要素であり、永久磁石３０は同期電動機として同期速度で運転するための基本構成要素である。なお、図示した固定子５ａ、回転子５ｂの構成は一例であり、同期速度は商用電源時の同期速度以外としても良い。
【００２４】
図３を用いて、本実施形態のスクロール圧縮機の動作について説明する。図３は本実施形態のスクロール圧縮機における自己始動式同期電動機５のトルクと回転数との概略関係を示している。
【００２５】
自己始動式同期電動機５において、誘導電動機として始動した後に同期回転数付近で同期引込みを行って同期運転へ移行する際の同期引込みの強さを示す指標の一つとして同期引込みトルクがある。この同期引込みトルクが大きい程、同期引込みしやすいといえる。例えば、始動負荷軽減手段２１を備えないスクロール圧縮機において、自己始動式同期電動機５が図３（３）の始動トルク特性を有して十分な同期引込みトルクを有している場合、自己始動式同期電動機５の始動トルク変化は、図３におけるａ→ｂ→ｃとなる。即ち、ａ→ｂでは誘導機として始動して回転数を上昇させ、同期引込みが可能となるｂに至った時点で同期状態であるｃへ引き込まれ、始動を完了する。もし、始動負荷軽減手段２１を備えないスクロール圧縮機において、自己始動式同期電動機５が十分な同期引込みトルクを有していない場合、誘導機として始動後にトルクｂ１でスクロール圧縮機の始動トルク（３）を下回ることから、同期引込みに至らず始動不良となる。同期引込みトルクを大きくする方法として、回転子５ｂに配設したかご型導体３１の量を多くする方法があるが、自己始動式同期電動機５の外形寸法を大きくしなければならないという不具合を生ずる。即ち、同期運転時の高エネルギー効率を確保するためには、必要量の永久磁石３０を確保することが必要であり、始動性改善のためにかご型導体３１を増量することは、自己始動式同期電動機５の大型化に直結するという不具合を招く。
【００２６】
本実施形態のスクロール圧縮機では、自己始動式同期電動機５を駆動用電動機として備え、圧縮室１１と吐出空間１４を連通する連通路１９と吐出空間１４から圧縮室１１への逆流を防止する逆流防止弁２０とからなる始動負荷軽減手段２１を固定スクロール１に配設しているので、始動トルク特性を図３（３）から図３（４）に軽減することができる。即ち、始動時の圧縮室内圧は概略同じ圧力であり、この状態から圧縮を開始すると、圧縮直後に吐出口１ｅに達しない圧縮室１１が存在するため、圧縮室内の圧力が吐出圧力よりも高くなって始動負荷が非常に大きくなる。しかし、本実施形態による始動負荷軽減手段２１を用いれば、圧縮室内圧が吐出圧力より高くなることはなく、始動負荷を低減することができるためである。この場合、始動トルク変化は、図３におけるａ→ｂ'→ｃ'となって、誘導機として始動後に、トルクｂ２までは始動負荷低減手段を備えたスクロール圧縮機の始動トルク（４）を下回らないため、始動負荷低減手段を備えない場合に比べて小さな同期引込みトルクで同期引込みすることが可能になる。以上から、自己始動式同期電動機５を駆動用電動機とするスクロール圧縮機であって、始動負荷軽減手段２１を備えたスクロール圧縮機であれば、始動負荷軽減手段２１を備えない場合に比べて小さな同期引込みトルクで同期引込みが可能になるので、始動性を良好にでき、かつ自己始動式同期電動機５の外形を大きくしなくてもよいので、高エネルギー効率の自己始動式同期電動機５をスクロール圧縮機の駆動用電動機として採用することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、圧縮部に始動負荷軽減手段２１を配設したことを特徴とする自己始動式同期電動機５により駆動されるスクロール圧縮機は始動負荷を低減できることから、圧縮機の外径寸法を大きくすることなく、自己始動式同期電動機５の同期引込みを確実に実行することができ、始動性良好な自己始動式同期電動機５を備えたスクロール圧縮機を実現できる。スクロール圧縮機のオンオフ制御が繰り返される場合にも、始動負荷を低減できるので、良好な始動性を確保でき、オンオフ制御に追従することができる。したがって、高エネルギー効率を有する自己始動式同期電動機５をスクロール圧縮機の駆動用電動機として採用することが可能になるため、高エネルギー効率を有するスクロール圧縮機を供給することができる。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態について図４及び図５を用いて説明する。図４は本発明の第２実施形態のスクロール圧縮機の横断面図、図５は図４のスクロール圧縮機の要部断面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一である。
【００２９】
第２実施形態では、自己始動式同期電動機５を駆動用電動機として備え、始動負荷軽減手段５４として圧縮室１１と吸込空間５２とを連通する連通路５０と、該連通路５０を開閉する制御手段５１とを固定スクロール１に配設している。吸込空間５２は、吸込ポート１６、吸込空間１７に連通されており、固定スクロールラップ１ａの概略外周部に構成される空間である。連通路５０は複数設けられている。各連通路５０は、圧縮室１１に連通される連通路５０ａと、吸込空間５２に連通される連通路５０ｂとから構成されている。各連通路５０ａは、圧縮室１１の異なる工程容積の位置に連通されている。各連通路５０の途中には、その連通路５０の開閉を行なう制御手段５１が配設されている。制御手段５１は、圧縮室１１と吸込空間５２とをスクロール圧縮機始動後の数秒から数分間連通させる制御を行なう。係る始動負荷軽減手段５４を備えた構成であれば、制御中にスクロール圧縮機の行程容積を減らして、必要な始動トルクを小さくすることが可能になる。
【００３０】
第２実施形態によれば、始動負荷軽減手段５４として圧縮室１１と吸込空間５２に連通する連通路５０と、該連通路５０を開閉する制御手段５１を固定スクロール１に配設することで、スクロール圧縮機の行程容積を減らすことが可能となり、始動時の必要トルクを小さくすることができる。よって、始動に必要なトルクが小さくなることから、始動負荷軽減手段を備えない場合に比べて小さな同期引込みトルクで同期引込みが可能になるので始動性を良好にでき、かつ自己始動式同期電動機５の外形を大きくすることないので、高エネルギー効率の自己始動式同期電動機５をスクロール圧縮機の駆動用電動機として採用することができる。また、圧縮室１１と直接に吸込ポート１６や吸込空間１７を連通しても良いが、固定スクロールラップ１ａの概略外周部に構成された吸込空間５２と連通させた方が、コンパクトに構成することができる。
【実施例３】
【００３１】
次に、本発明の第３実施形態について図６を用いて説明する。図６は本発明の第３実施形態のスクロール圧縮機の要部断面図である。この第３実施形態は、次に述べる点で第２実施形態と相違するものであり、その他の点については第２実施形態と基本的には同一である。
【００３２】
第３実施形態の始動負荷軽減手段５３は、圧縮室１１と連通する連通路５３ａと、吸込空間５２と連通する連通路５３ｅと、連通路５３ａ、５３ｅの開閉を制御するピストン５３ｂとを基本要素としている。図示のようにピストン５３ｂの抜け防止にストッパ５３ｄが設けられている。ピストン５３ｂ内部には連通孔５３ｃが設けられている。なお、通路５３ａ側には圧縮室１１の圧力をピストン５３ｂに作用させる構造５３ｆを設けている。ピストン５３ｂの連通路５３ａ側には圧縮室１１の圧力が作用し、ピストン５３ｂの連通路５３ｅ側には吐出空間１４の圧力が作用する。即ち、ピストン５３ｂは圧縮室１１の中間部の圧力と圧縮部の吐出側の圧力との差圧に基づいて動作するように構成されている。具体的には、圧縮室１１の中間部の圧力が吐出空間１４の圧力より大きい場合に、ピストン５３ｂが右側に移動して、連通路５３ａと連通路５３ｅとを連通路１９を介して連通し、吐出空間１４の圧力が上昇して、吐出空間１４の圧力が圧縮室１１の中間部の圧力がより大きくなった場合に、ピストン５３ｂが左側に移動して連通路５３ａと連通路５３ｅとの連通を解消する。この作用により、圧縮室１１の圧力が吐出空間１４の圧力より大きい場合は、常に通路５３ａと５３ｅが連通し、スクロール圧縮機の行程容積を減らして、必要な始動トルクを小さくすることが可能となる。
【実施例４】
【００３３】
次に、本発明の第４実施形態について図７を用いて説明する。図７は本発明の第４実施形態のスクリュー圧縮機の縦断面図である。
【００３４】
第４実施形態のスクリュー圧縮機は、自己始動式同期電動機１００を駆動用電動機として備え、始動負荷軽減手段としてスクリューロータの噛合い部に該スクリューロータの軸方向へ摺動可能なスライドバルブ１０５を配設したものである。なお、自己始動式同期電動機１００は、第１〜第３実施形態と同様なので、圧縮機構造のみを説明する。
【００３５】
第４実施形態のスクリュー圧縮機の基本構成について説明する。駆動源は、固定子１００ａ、回転子１００ｂからなる自己始動式同期電動機１００である。雄スクリューロータ１０１に係合されるシャフト１０８が回転子１００ｂと係合されており、雄スクリューロータ１０１が自己始動式同期電動機１００により回転駆動されて圧縮動作を行なう。なお、雌スクリューロータ（図示せず）がシャフト１０８と係合されて、雌スクリューロータ１０１が自己始動式同期電動機１００により回転駆動されて圧縮動作を行なうようにしても良い。圧縮部は、互いに噛合う一対の雄スクリューロータ１０１と雌スクリューロータとを備えている。圧縮室は、雄スクリューロータ１０１と雌スクリューロータとの噛合い部と、ケーシング部材１０９とで構成される。自己始動式同期電動機１００を駆動することにより圧縮部を駆動すると、作動流体は、吸込ポート１０６より吸込まれ、自己始動電動機１００を通過して、吸込口１０３より圧縮室へ吸込まれる。圧縮室へ吸込まれた作動流体は、雄、雌スクリューロータの回転に伴って圧縮された後、吐出口１０４、吐出ポート１０７を経て外部へ吐出される。
【００３６】
圧縮室と吸込空間１０３を連通させる連通手段と、該連通手段を開閉する制御手段により構成する始動負荷軽減手段として、雄、雌スクリューロータの噛合い部にスクリューロータの軸方向へ摺動可能なスライドバルブ１０５を配設する。図示のスライドバルブ１０５は、吸込空間１０３側にある状態を示す。この場合は、雄、雌スクリューロータの噛合い部とケーシング部材１０９で構成される圧縮室の行程容積を最大に設定することができるが、始動時に必要なトルクが大きくなり、自己始動式同期電動機１００が始動不良になる可能性がある。一方、スライドバルブ１０５が吐出口１０４側にある場合は、圧縮室の行程容積を最小に設定することができ、始動時に必要なトルクを小さくすることができるので、自己始動式同期電動機１００の始動性を改善できる。
【００３７】
以上述べたように始動時の必要トルクを小さくすることで、始動負荷軽減手段を備えない場合に比べて小さな同期引込みトルクで同期引込みが可能となるので始動性を良好にでき、かつ自己始動式同期電動機５の外形を大きくすることないので、高エネルギー効率の自己始動式同期電動機５をスクリュー圧縮機の駆動用電動機として採用することができる。
【実施例５】
【００３８】
次に、本発明の第５実施形態について図８を用いて説明する。図８は本発明の第５実施形態の往復動圧縮機の縦断面概略図である。図８では、自己始動式同期電動機を省略すると共に、往復動圧縮機の圧縮部を拡大して示す。
【００３９】
第５実施形態の往復動圧縮機は、自己始動式同期電動機を駆動用電動機として備え、始動負荷軽減手段１２７として、圧縮室１２８と吸込空間１２９とに連通する連通路１２７ａと、該連通路１２７ａを開閉する制御手段１２７ｂ、１２７ｃと、をシリンダ１２１に配設したものである。なお、自己始動式同期電動機は、第１〜第４実施形態と同様なので、圧縮機構造のみを説明する。
【００４０】
第５実施形態の往復動圧縮機の基本構成について説明する。駆動源は、固定子及び回転子からなる自己始動式同期電動機である。往復動圧縮機の圧縮部を構成する基本要素は、ピストン１２０と、ピストン１２０が往復動するボア部１２２を有するシリンダ１２１と、ボア部１２２の開口部を閉塞する弁部１２４とである。圧縮室１２８は、ピストン１２０とボア部１２２と弁部１２４とから構成される。作動流体は、吸込ポート１３０、吸込ポート１２３、吸込弁１２４ａを経て圧縮室１２８へ吸込まれる。ピストン１２０の移動に伴い作動流体が圧縮され、吐出弁１２４ｂ、吐出ポート１２５を経て吐出される。
【００４１】
圧縮室と吸込空間とを連通させる連通手段と、該連通手段を開閉する制御手段により構成する始動負荷軽減手段として、圧縮室１２８と吸込空間１２９とに連通する連通路１２７ａと、連通路１２７ａを開閉する制御手段１２７ｂ、１２７ｃとを、シリンダ１２１に配設した例を図示する。連通路１２７ａは、シリンダ１２１の壁面に形成されて圧縮室１２８と吸込空間１２９とを連通させる。連通路１２７ａを開閉する制御手段は、可動部位１２７ｂと固定部位１２７ｃとから構成されている。可動部位１２７ｂの圧縮室側は圧縮室１２８の圧力を受け、可動部位１２７ｂの反圧縮室側は圧縮部の吐出側の圧力を受ける。可動部位１２７ｃには、可動部位１２７ｂの反圧縮室側に吐出圧力を作用させるために、吐出ポート１２５より分岐させた配管１２６を連結している。圧縮室圧力が吐出圧力より低い場合、制御手段の可動部位１２７ｂは、圧縮室１２８側に移動して、連通路１２７ａを閉止し、一方で、圧縮室圧力が吐出圧力より高い場合、可動部位１２７ｂは反圧縮室側に移動して連通路１２７ａを開放する。従って、始動時に圧縮室圧力が吐出圧力より大きくなる場合は、連通路１２７ａが開放されて、始動に必要なトルクを小さくすることができて、自己始動式同期電動機の始動性を改善できる。以上より、始動時の必要トルクを小さくすることで、始動負荷軽減手段を備えない場合に比べて小さな同期引込みトルクで同期引込みが可能となるので、始動性を良好にでき、かつ自己始動式同期電動機の外形を大きくすることがないので、高エネルギー効率の自己始動式同期電動機を往復動圧縮機の駆動用電動機として採用することができる。
【実施例６】
【００４２】
次に、本発明の第６実施形態について図９を用いて説明する。図９は本発明の第６実施形態のロータリ圧縮機の圧縮部分の縦断面図である。
【００４３】
第６実施形態のロータリ圧縮機は、自己始動式同期電動機を駆動用電動機として備え、始動負荷軽減手段１５０として、圧縮室１４４と圧縮部の吸込側とを連通する連通路１５０ａ、１５０ｃと、該連通路１５０ａ、１５０ｃを開閉する制御手段１５０ｂを、シリンダ１４０あるいは端板１４１ａに配設している。なお、自己始動式同期電動機は、第１〜第５実施形態と同様なので、圧縮機構造のみを説明する。
【００４４】
第６実施形態を示すロータリ圧縮機の基本構成について説明する。駆動源は、固定子、回転子からなる自己始動式同期電動機である。ロータリ圧縮機の圧縮部を構成する基本要素は、シリンダ１４０と、シリンダ１４０の両端部を閉塞する端板１４１ａ、１４１ｂと、シリンダ１４０と端板１４１ａ、１４１ｂとに囲まれた空間に配設されるローラ１４２と、ローラ１４２の運動と共に圧縮室１４４を変化させるベーン１４３とから構成されている。圧縮室１４４は、ローラ１４２とシリンダ１４０と端板１４１ａ、１４１ｂとローラ１４２とベーン１４３とにより構成された空間容積である。作動流体は、吸込ポート１４６を経て圧縮室１４４へ吸込まれる。ローラ１４２の移動に伴い作動流体が圧縮され、吐出口１４７、吐出弁(図示せず)を経て吐出される。
【００４５】
圧縮室と吸込空間を連通させる連通手段と、該連通手段を開閉する制御手段により構成する始動負荷軽減手段１５０として、圧縮室１４４と吸込ポート１４６に連通する連通路１５０ａ、１５０ｃと、連通路１５０ａ、１５０ｃを開閉する制御手段１５０ｂと、をシリンダ１４０あるいは端板１４１ａに配設した例を図示する。連通路１５０ａ、１５０ｃは、シリンダ１４０及び端板１４１ａを介して圧縮室１４４と吸込ポート１４６とを連通させる。連通路１５０ａ、１５０ｃを開閉する制御手段１５０ｂは、圧縮室１４４と吸込ポート１４６とをロータリ圧縮機始動後の数秒から数分間連通させる制御を行なう。これにより、ロータリ圧縮機の行程容積を減らして、必要な始動トルクを小さくすることが可能となる。
【００４６】
以上より、第６実施形態では、始動時の必要トルクを小さくすることができるので、始動負荷軽減手段１５０を備えない場合に比べて小さな同期引込みトルクで同期引込みが可能となるので、始動性を良好にでき、かつ自己始動式同期電動機の外形を大きくすることがなく、高エネルギー効率の自己始動式同期電動機をロータリ圧縮機の駆動用電動機として採用することができる。
【実施例７】
【００４７】
次に、本発明の第７実施形態について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の第７実施形態のロータリ圧縮機の圧縮部分の横断面図である。
【００４８】
第７実施形態のロータリ圧縮機は、自己始動式同期電動機を駆動用電動機として備え、始動負荷軽減手段１４９として、圧縮室１４４と圧縮部の吸込側（吸込ポート１４６）とを連通する連通路１４９ａ、１４９ｃと、該連通路１４９ａ、１４９ｃを開閉する制御手段１４９ｂを、シリンダ１４０に配設している。なお、自己始動式同期電動機は、第１〜第５実施形態と同様なので、圧縮機構造のみを説明する。
【００４９】
第７実施形態を示すロータリ圧縮機の基本構成について説明する。駆動源は、固定子、回転子からなる自己始動式同期電動機である。ロータリ圧縮機の圧縮部を構成する基本要素は、シリンダ１４０と、シリンダ１４０の両端部を閉塞する端板１４１ａ、１４１ｂと、シリンダ１４０と端板１４１ａ、１４１ｂとに囲まれた空間に配設されるローラ１４２と、ローラ１４２の運動と共に圧縮室１４４を変化させるベーン１４３とから構成されている。圧縮室１４４は、ローラ１４２とシリンダ１４０と端板１４１ａ、１４１ｂとローラ１４２とベーン１４３とにより構成された空間容積である。作動流体は、吸込ポート１４６を経て圧縮室１４４へ吸込まれる。ローラ１４２の移動に伴い作動流体が圧縮され、吐出口１４７、吐出弁(図示せず)を経て吐出される。
【００５０】
圧縮室と吸込空間を連通させる連通手段と、該連通手段を開閉する制御手段により構成する始動負荷軽減手段１４９として、圧縮室１４４と吸込ポート１４６に連通する連通路１４９ａ、１４９ｃと、連通路１４９ａ、１４９ｃを開閉する制御手段１４９ｂと、をシリンダ１４０に配設した例を図示する。連通路１４９ａ、１４９ｃは、シリンダ１４０を介して圧縮室１４４と吸込ポート１４６とを連通させる。連通路１４９ａ、１４９ｃを開閉する制御手段１４９ｂは、圧縮室１４４と吸込ポート１４６とをロータリ圧縮機始動後の数秒から数分間連通させる制御を行なう。これにより、ロータリ圧縮機の行程容積を減らして、必要な始動トルクを小さくすることが可能となる。
【００５１】
以上より、第７実施形態では、始動時の必要トルクを小さくすることができるので、始動負荷軽減手段１４９を備えない場合に比べて小さな同期引込みトルクで同期引込みが可能となるので、始動性を良好にでき、かつ自己始動式同期電動機の外形を大きくすることがなく、高エネルギー効率の自己始動式同期電動機をロータリ圧縮機の駆動用電動機として採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施形態のスクロール圧縮機における自己始動式同期電動機のトルクと回転数との概略関係を示す図である。
【図４】第２実施形態におけるスクロール圧縮機の圧縮室構成を示す横断面図である。
【図５】図４のスクロール圧縮機の要部断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態のスクロール圧縮機の要部断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態のスクリュー圧縮機の縦断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態の往復動圧縮機の縦断面概略図である。
【図９】本発明の第６実施形態のロータリ圧縮機の圧縮部分の縦断面図である。
【図１０】本発明の第７実施形態のロータリ圧縮機の圧縮部分の横断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…固定スクロール、２…旋回スクロール、３…フレーム、５…自己始動式同期電動機、５ａ…固定子、５ｂ…回転子、６…クランク軸、７…オルダムリング、１１…圧縮室、１２…給油ポンプ、１３…潤滑油、１４…吐出空間、１７…吸込空間、１９…連通路（連通手段）、２０…逆流防止弁（逆流防止手段）、２１…始動負荷軽減手段、３０…永久磁石、３１…かご型導体、５０…連通路（連通手段）、５０ａ、５０ｂ…連通路、５１…制御手段、５２…吸込空間、５３…始動負荷軽減手段、５３ａ…連通路、５３ｂ…制御手段、５３ｅ…連通路、５４…始動負荷軽減手段、１００…自己始動式同期電動機、１００ａ…固定子、１００ｂ…回転子、１０１…雄スクリューロータ、１０３…吸込空間、１０４…吐出空間、１０５…スライドバルブ、１０９…スクリューケーシング、１２０…ピストン、１２１…シリンダ、１２４…弁部、１２８…圧縮室、１２９…吸込空間、１４０…シリンダ、１４１ａ、１４１ｂ…端板、１４２…ローラ、１４３…ベーン、１４４…圧縮室、１４９ａ…連通路、１４９ｂ…制御手段、１４９ｃ…連通路、１５０ａ…連通路、１５０ｂ…制御手段、１５０ｃ…連通路。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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