(57)【要約】【課題】過電流時に溶断可能なヒータを有する電動圧縮機用保護装置において、コンデンサショートのように容易に復旧可能な原因で過電流が流れた場合にまでヒータが溶断してしまうことを防止する。【解決手段】電動圧縮機用保護装置１の熱応動機構１０が0.5秒で動作する電流をヒータ９に通電したときに、ヒータが0.6秒以上5.0秒以内で溶断するようにした。この条件を満足する保護装置はモータに過電流が流れた時にも熱応動機構が動作する間はヒータ溶断せず、確実にモータ保護動作を続けることができる。そのため、故障等に対処することによりモータ及び圧縮機の復旧が可能になる。また万が一故障の発生に気づかずに保護装置が動作寿命を迎え電流の遮断ができなくなった場合には、連続通電される過電流によりヒータは溶断され、電動機の焼損等を防止することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のドーム状容器とこのドーム状容器の開口端面に密着する蓋板とで気密容器を構成し、
気密容器内には浅い皿型に絞り成型され一端に可動接点を固着した熱応動板とヒータとを直列に接続配置し、
この熱応動板とヒータには前記密閉容器及び密閉容器に絶縁固定された電気端子を介して外部から電流を通電され、
熱応動板は所定温度で急跳反転・復帰動作を行うことで可動接点を固定接点と接触開離可能にされ、
ヒータは通電により熱応動板を加熱するとともに長時間過大な電流が流れたときには溶断するように設定されている電動圧縮機用保護装置において、
この電動圧縮機用保護装置が0.5秒で動作する電流をヒータに通電したときに、ヒータが0.6秒以上5.0秒以内で溶断することを特徴とする電動圧縮機用保護装置。
【請求項２】
ヒータには他の部分よりも溶断しやすい弱点部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の電動圧縮機用保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエアコンなどの冷媒圧縮に使われる電動圧縮機用の保護装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エアコンなどの電動圧縮機に使用される従来の電動圧縮機用保護装置（以下、単に保護装置と称する）の一例として、圧縮機の密閉容器内に配置される特許第２５１９５３０号公報や特開平１０−１４４１８９号公報に示された保護装置がある。
【０００３】
この保護装置はその金属製の気密ハウジング中にバイメタル等の熱応動板とヒータを直列に接続した熱応動機構を備えており、圧縮機の密閉容器内の冷媒にさらされる位置に配置することができる。さらに保護装置はモータに対して直列に接続されることでモータへの電流がそのまま通電される。そのため電流による自己発熱によりモータへの通電電流変化を捉えるとともに、モータの発熱や冷媒の温度変化による周囲温度の変動も迅速に検出することができる。
【０００４】
例えばこの圧縮機は通常運転において、起動時にはモータに運転電流の数倍の大きさの定格起動電流が回転の安定するまでの短時間流れ、モータの回転が安定すると運転電流に移行する。この運転電流では連続通電されても保護装置の熱応動機構は動作温度にまで達せず、また定格起動電流はこの運転電流よりも大きいものの起動時には短時間で運転電流に移行するためやはり熱応動機構が動作することはない。例えば圧縮機の故障など何らかの原因でモータが拘束状態に陥ったときには、モータには運転電流よりも大きく定格起動電流を上限値として漸減する拘束電流が流れ、この拘束電流による自己発熱とヒータからの加熱により動作温度に達した熱応動板が接点を開放してモータへの通電を遮断する。
【０００５】
この保護装置は接点開閉を繰り返すことによりモータの温度上昇を抑えているが、モータの拘束状態が長期におよび熱応動板や接点がその動作寿命を迎えて通電状態で故障してしまった場合には、拘束電流が連続的に流れることによりモータコイルが発熱して最終的には劣化した絶縁被覆を破って短絡が起こる。この短絡電流は拘束電流よりもさらに大きく、この短絡状態を放置すると短絡状態が拡大し、最終的には大電流でモータが焼損状態となり漏電事故に至る。また短絡による熱で圧縮機の密閉容器に設けられた密閉端子のガラスが溶融し、高温高圧になった冷媒と冷凍機油が密閉端子を破って噴き出す可能性がある。
【０００６】
そのためこの保護装置のヒータは短絡電流のような大電流が流れた場合に溶断するようにされており、それによってモータに短絡電流が流れた場合にも確実にモータへの通電を遮断し大事故の発生を未然に防ぐことができる。さらにヒータに溶融しやすい弱点部を設けることによって、意図しない部品の溶融による事故を防ぐとともにヒータ上での溶融位置をコントロールすることで溶融時のアークなどをコントロールしている。
【０００７】
またこのような例として特許第２８１０１９９号公報において、合成樹脂のケースを持つ保護装置で過電流に対する溶断時間を短く設定するものが提案されている。この例においては定格起動電流の1.35〜1.85倍の電流によって２秒以内にヒータを溶断するようにしたことで、モータ故障による短絡発生時にもモータ巻線の焼損はもとより合成樹脂をケースに使用した保護装置自身の焼損も防止している。
【０００８】
このような短絡電流によるヒータの溶断はすばやく行われたほうがいいが、その一方でこの例のように熱に弱い部品を使うために焼損防止を優先してヒータ溶断条件を低くした結果、復旧可能且つ一時的な不具合による過電流でもヒータが溶断してしまう可能性がある。
【０００９】
例えばルームエアコンなどで使用される図３の回路図に示すような並列相結線方式のコンデンサモータにおいては、誤配線やコンデンサＣの故障や不具合によってコンデンサ部分が短絡されたときに流れる過電流は定格起動電流の1.6〜２倍を中心に大きなものでは2.5倍ほどにもなる。上記のような不具合は配線の修正やコンデンサの交換などによって復旧可能であるが、ヒータの溶断条件を定格起動電流を基準に低く設定した場合には熱応動機構の動作より早くヒータが溶断してしまうことがある。これは電流に対するヒータの溶断特性と熱応動板の動作特性との違いによるものである。つまり定格起動電流付近においては熱応動板の動作時間に対してヒータの溶断時間は充分に余裕があるため必ず熱応動板のほうが先に動作するが、電流の増加とともにヒータの溶断時間は熱応動板の動作時間よりも大きな割合で短くなるため条件などによっては両者の関係が逆転してしまいコンデンサ短絡時の電流でヒータが先に溶断してしまう可能性がある。この場合には保護装置の交換が必要となるが、圧縮機の密閉ハウジング内に保護装置を配置したものにおいてはその交換は困難であり、特にハウジングを溶接により密閉した全密閉形圧縮機は事実上使用不能になると言う問題がある。
【００１０】
これに対して密閉ハウジング外に配置する保護装置においては交換作業こそハウジング内に配置するものと比較して容易ではあるが、ヒータの溶断による頻繁な交換作業の発生は避けるべきものであることはもちろんである。また、前述の特許第２８１０１９９号公報に記載されたものは樹脂ケースを使用していることからヒータの発熱によってケースが焼損する可能性もあるため、あまりヒータを溶断しにくくすることはできない。さらにハウジング外に配置した場合には過電流以外の例えば冷媒量減少などによる温度変化に対する応答性が悪くなるため、より速やかな保護を行うためにはハウジング内に配置するものが必要である。そのため不必要なヒータ溶断を起こさず、且つ必要な場合には確実に電路を遮断できる電動圧縮機用保護装置が求められている。
【００１１】
【特許文献１】特許第２５１９５３０号公報
【特許文献２】特許第２８１０１９９号公報
【特許文献３】特開平１０−１４４１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、比較的容易に復旧可能な原因で過電流が流れた場合にまでヒータが溶断してしまうことにより復旧作業が困難になることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
電動圧縮機用保護装置の熱応動機構が0.5秒で動作する電流をヒータ単体に通電したときに、ヒータが0.6秒以上5.0秒以内で溶断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の保護装置はモータがコンデンサショート状態となっても熱応動機構が動作する間はモータ保護動作を続けるので、コンデンサを交換するなど故障に対処することによりモータ及び圧縮機の復旧が可能になる。また万が一故障の発生に気づかずに保護装置が動作寿命を迎えてしまい電流の遮断ができなくなった場合には、連続通電される過電流によりヒータを溶断することで電動機の焼損やそれによる火災の発生などを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
コンデンサショート電流で想定される過電流ではヒータが溶断するよりも早く熱応動板によって通電遮断するようにしたことにより、圧縮機の一時的な拘束による過電流はもちろん、コンデンサの故障や誤配線などによる比較的大きな過電流が流れた場合においても保護動作を所定時間継続することができ故障の発見とその対応を可能にした。
【実施例１】
【００１６】
図1は本発明の保護装置の一実施例を示す縦断面図であり、図２にはそのＡ−Ａ断面図を示す。
【００１７】
この保護装置1は金属製のドーム状ハウジング２と蓋板３によって密閉容器を構成している。ハウジング２は金属板を絞り成形したものであり、その開口部を蓋板３にリングプロジェクション溶接などにより気密に密着固定されている。蓋板３は金属板４に設けた貫通孔に挿通した導電端子ピン５Ａ、５Ｂをガラスなどの電気絶縁材６によって気密に絶縁固定している。またこの実施例においては電気絶縁材６の容器内面側の表面にはそれぞれの導電端子ピン５Ａ、５Ｂと金属板４との沿面距離を延ばすためにセラミックスなどの絶縁板７を配置して電気耐圧をあげているが、電気耐圧性能が充分にあればこの絶縁板７は省略することができる。
【００１８】
導電端子ピン５Ａの容器内部側の端部には台座と一体化された固定接点８が溶接固定されている。またもう一方の導電端子ピン５Ｂの容器内部側端部には所定の抵抗値とされた金属製のヒータ９の一端が固着されており、このヒータ９はその他端を金属板４に溶接固着することで導電端子ピン５Ｂと金属板４、さらにはハウジング２を電気的に接続している。ヒータ９にはその中間部分に他の部分よりも幅を狭くされた弱点部９Ａが設けられており、大電流が通電された場合にはこの弱点部９Ａで溶断させることにより溶断時の溶融物などの飛散をコントロールしている。
【００１９】
ハウジング２の内面には熱応動板１０が熱応動板支持体１１を介して固定されている。この熱応動板１０はバイメタルやトリメタルなどを浅い皿状に絞り成形したものであり、所定の温度でその湾曲方向を急跳反転または復帰するものである。この熱応動板１０は一端を熱応動板支持体１１で固定されるとともに、他端には可動接点１２が配置され前述した固定接点８と開閉可能にされた接点機構を構成している。
【００２０】
この保護装置１は図３の電気回路図に示すようにモータ２１の巻線に対して電気的に直列に接続されることで、モータの運転電流が通電される。モータ及びそれにより駆動される圧縮機等が正常な場合には、起動時に運転電流よりも大きな起動電流が短時間流れた後、モータが回転を始めると通常の運転電流になる。この電流が流れると保護装置1はヒータ９と熱応動板１０が発熱するが、起動電流は短時間しか継続しないので熱応動板の反転動作やヒータの溶断には至らない。またその後の運転電流は電流値が小さいので連続通電であってもその発熱では熱応動板が動作しないようにされている。
【００２１】
圧縮機の故障などを原因としてモータが拘束状態になると過大な拘束電流がモータに連続的に流れる。この拘束電流は前述の起動電流を最大値としてモータ巻線の発熱により漸減する電流であり、この時、熱応動板１０はそれ自身の自己発熱とヒータ９からの加熱によってその湾曲方向を急跳反転して可動接点１２を固定接点８から引き離すことでモータへの通電を遮断する。通電を遮断することにより熱応動板１０及び保護装置１の周囲温度が低下し、所定の温度になると熱応動板１０は急跳復帰して両接点を接触させて通電を再開する。この時、モータの拘束原因が除去されていれば通常運転を再開することができ、拘束状態が継続しているならば再び熱応動板１０が反転して通電を遮断する。
【００２２】
このようにモータが拘束状態のままに通電を継続された場合、保護装置１は接点の開閉を繰り返すことでモータの焼損を防止するが、動作が長期間に亘り最終的に保護装置が動作寿命を迎えると接点が溶着するなどして熱応動板の接点機構による通電遮断ができなくなることがある。この場合、拘束電流によって加熱されたモータ巻線の絶縁被覆が劣化し絶縁破壊による層間短絡を起こす。この状態を放置すると層間の短絡状態が拡大し最終的には大電流での短絡となって焼損事故などになるが、この短絡電流は初期状態であっても拘束電流よりも充分に大きいので、保護装置のヒータをこの短絡電流によって溶断されるように選定しておくことにより、モータの焼損事故に至る前に通電を遮断することができる。
【００２３】
ここで図３の回路図に示すような並列相結線方式のコンデンサモータにおいては、コンデンサＣが故障して短絡状態に陥ると起動巻線２２と主巻線２３との間に位相差が発生しなくなり、モータのトルクが充分に発生しなくなって起動できなくなったり運転中には回転が止まってしまったりする。また誤結線によりコンデンサを短絡させる形となった場合も同様の理由で充分なトルクが発生せず起動できなくなる。このとき、モータは拘束状態にないにもかかわらず前述した拘束状態と同様に過電流が流れることになる。
【００２４】
このときの過電流は前述した拘束電流よりも大きく、コンデンサを短絡した状態でモータに定格電圧を印加すると定格起動電流の1.4〜2.5倍の電流が流れることが実験で確かめられている。（以下、この状態の過電流をコンデンサショート電流と称する）そのためこのコンデンサショート電流が流れると、拘束電流が流れたときよりも短時間でヒータは溶断する。ここで単に拘束電流だけに注目してヒータの溶断特性を設定すると、コンデンサショート電流ではヒータの溶断時間が短くなりすぎて熱応動板による接点機構が動作するよりも前に溶断してしまう場合がある。そうなると本来はコンデンサの交換や結線の修正で正常状態に戻せるような不具合であっても、圧縮機の密閉ハウジングを開いて保護装置を交換する必要がでてくる。従来のものではコンデンサショート電流に対する具体的な対策は採られていなかった。またコンデンサショート電流は使用されるモータをコンデンサ短絡状態にして実測する必要があるので条件を決めるのに手間がかかると言う問題があった。
【００２５】
そこで本発明人は各種の電動圧縮機においてコンデンサショート電流における保護装置の動作状態について確認試験を繰り返すことにより、大電流による保護装置の動作時間とヒータの溶断時間との関係に着目し、モータのコンデンサショート電流を使用しなくても保護装置のヒータ選定の目安とできる条件を見出すに至った。表１はこの試験によって確認された主な電動圧縮機に適合する保護装置をヒータの種類別に機種分けした表であり、それぞれの機種ごとに使用される電動圧縮機の目安となる電流値と保護装置の動作時間等を一覧表にしている。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
この表１に示すように本発明の保護装置が使用される主な電動圧縮機にてコンデンサショート電流での保護装置の動作時間は、0.3秒台から2.7秒台にまでばらついている。コンデンサショート時にヒータを溶断させないためにはヒータの溶断時間をこのコンデンサショート電流での保護装置の動作時間よりも長くすれば良いのだが、コンデンサショート電流は電動圧縮機の仕様によって違うためその選定が煩雑になる。これは使用されるモータ巻線の巻き数の違いなどによるものであり、例えば表１の中で運転電流の目安となる過負荷電流がほぼ揃っているＡ−１とＡ−２を比較してもコンデンサショート電流は倍近く離れている。
【００２８】
また保護装置の熱応動板などヒータ以外の発熱部の違いによって、同じ電流を流した場合でも動作時間に違いが出る。例えばコンデンサショート電流がほぼ同じで且つ同じヒータを使用しているＡ−２とＡ−３を比較しても、コンデンサショート電流での保護装置の動作時間には差があり、電流値と動作時間との関係は逆転している。
【００２９】
一方、保護装置の動作時間及びヒータの溶断時間と電流との代表的な関係は図４に示すグラフのようになる。このグラフの縦軸は時間を、また横軸は電流を表しており、縦軸は対数表示されている。この例においては使用される電動圧縮機の定格起動電流が３０Ａのものを示しているが、定格起動電流が違う他の機種においても概ねこのようなグラフとなる。また運転電流は保護装置の最低動作電流未満であり、ヒータ溶断はもちろん保護装置の動作もなく連続通電されることは言うまでもない。
【００３０】
このグラフにおいては保護装置の動作時間は動作特性曲線３１に示すように定格起動電流を超えた領域では比較的直線状の変化を示す。これに対してヒータの溶断時間を示す溶断特性曲線３２は起動電流付近ではほぼ無限大となるが、定格起動電流の倍程度となる最低溶断電流を超えると電流の増加とともに溶断時間は急激に短くなり、ある時点から保護装置の動作時間の特性曲線とほぼ並行するようになる。
【００３１】
ここでヒータを早めに溶断することを優先して設計した場合、破線で示す溶断特性曲線３３のように溶断特性曲線が急速に下がる時点で保護装置の動作特性曲線２１と交差してしまう可能性がある。このようにヒータ溶断特性が保護装置の動作特性よりも短くなると、そのような大電流が一時的に流れたときにも保護装置が動作するよりも早くヒータが溶断してしまうので保護装置の交換が必要になり、特に電動圧縮機の密閉ハウジング内に保護装置を配置する場合には復旧が困難になる。そのため図４のグラフにおいて溶断特性曲線は常に動作特性曲線よりも上に位置している必要がある。
【００３２】
保護装置の接点機構の動作範囲として想定される電流値の上限はコンデンサショート電流だがこの電流値を保護装置の評価基準にしようとした場合、前述したようにコンデンサショート電流は電動圧縮機の機種ごとに違う。さらにコンデンサショート電流は運転電流や起動電流とは必ずしも相関関係はなく、例えば表１に示すように定格起動電流が同程度のものであってもコンデンサショート電流には倍近い差がつくものがあるため電動圧縮機の実機と組み合わせて測定するまでその基準とすべき電流値が判らないと言う問題がある。
【００３３】
そこで各種の電動圧縮機及び保護装置について実験を繰り返した結果、保護装置が0.5秒で動作する電流を流した場合にヒータが先に溶断しなければそれより動作時間が長い場合はもちろん、短い場合にもヒータは保護装置の動作前に溶断しないことが判った。そこでヒータの評価条件として保護装置の動作時間が0.5秒になる電流Ｉ[0.5]をヒータ単体に流したときに少なくとも0.5秒間は溶断しないこととした。この条件を使うことによりコンデンサショート電流に対する耐性を持つヒータ溶断条件を保護装置単体で決めることができる。
【００３４】
例えばこの基準時間を１秒にすることもできるが、ヒータによっては電流値に対する溶断特性が大きく変化している範囲内であり、保護装置の動作時間とヒータ溶断時間が接近している場合、それよりも電流値が大きくなると保護装置の動作時間よりもヒータの溶断時間のほうが短くなってしまうことがある。これに対して動作時間0.5秒を基準とした場合、ヒータの溶断時間が接近している場合にも図４に示すように保護装置の動作特性とヒータ溶断特性とはほぼ並行関係になっており、それ以上大きな電流を流した場合にも両者の関係が逆転することは無い。
【００３５】
一方、定格起動電流に対する保護装置の動作時間は５〜10秒程度であり、前述したような0.5秒で保護装置が動作するような大電流がヒータに長時間流されるのは保護装置の接点機構に溶着など何らかの不具合が起きたと考えられる。この場合にはヒータを確実に溶断して通電を遮断する必要があるので、単にヒータを溶断しにくくするだけでは問題の解決にならない。
【００３６】
そこで保護装置が0.5秒で動作する電流Ｉ[0.5]をそれぞれの保護装置のヒータに流して確認試験を行ったところ、ヒータ溶断までの時間は0.64秒から3.6秒となっていた。
【００３７】
本発明の電動圧縮機用保護装置においてはこれらの結果に基づいて、電動圧縮機用保護装置が0.5秒で動作する電流をヒータ単体に通電したときに、ヒータを0.6秒以上5.0秒以内で溶断するようにしている。
【００３８】
そのためコンデンサの故障や配線ミスなどでコンデンサショート状態になった場合でも、接点機構が正常動作をしている間にコンデンサの交換や配線の修正など適切な対応を行うことにより圧縮機を正常な状態に戻すことができる。また不具合に気づくことなく長期に亘って通電が継続されて保護装置の接点機構が耐久寿命を迎えてしまい通電遮断できなくなった場合は、コンデンサショート電流などの過電流でヒータを溶断することができる。またモータの拘束電流やコンデンサショート電流ではヒータを溶断できない場合にも、モータ巻線の絶縁劣化によりコンデンサショート電流よりもさらに大きい巻線短絡電流が発生することによって、この巻線短絡電流の発生初期の段階でヒータが溶断されモータへの通電を遮断することができる。
【００３９】
この保護装置においては、ヒータの溶断条件を従来のものよりも高くしたことにより、過電流通電時に従来の条件で通電遮断されず保護装置の内部が従来のものよりも一時的に高温になることもあるが、構成部品に合成樹脂等の熱に弱いものは使っておらず、また熱応動機構の動作前やヒータ溶断前にヒータ以外の金属やガラスが溶融や破壊することもない。また保護装置が長期にわたって繰り返し動作を続けることにより接点溶着などを起こした場合には、過電流によりヒータを確実に溶断させることで電路を遮断して他の部品や容器自体の溶融を防ぐことはもちろんのこと、電動圧縮機の過熱焼損も防止することができる。
【００４０】
またヒータの中間部分に他の部分よりも幅を狭くされた弱点部を設けることにより、大電流による溶断時の溶断位置が決まるとともに導電物であるヒータの溶融飛散する範囲の予想が容易になる。そのため、あらかじめそれに応じた絶縁対策をしたり、弱点部の形状などの工夫で飛散方向をコントロールしておくことにより、ヒータの溶断時に飛散する溶融物が最通電等の原因とならないようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
このように本発明によれば、従来は保護装置のヒータの溶断の可能性があったコンデンサが短絡状態となったときにも保護装置は確実にモータ及び圧縮機の保護を継続することができ、また保護装置の接点機構が耐久寿命を迎えた場合にはヒータの溶断によりモータへの通電を遮断して焼損による事故を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の保護装置の一実施例を示す縦断面図
【図２】図１の保護装置のＡ−Ａ断面図
【図３】本発明の保護装置の使用を説明するための回路図
【図４】本発明の保護装置の特性例を示す図
【符号の説明】
【００４３】
１：保護装置
２：ハウジング
３：蓋板
４：金属板
５Ａ、５Ｂ：導電端子ピン
６：電気絶縁材
８：固定接点
９：ヒータ
９Ａ：弱点部
１０：熱応動板
１１：熱応動板支持体
１２：可動接点
【図１】
2005240596.tif 000004
【図２】
2005240596.tif 000005
【図３】
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【図４】
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