(57)【要約】【課題】  圧縮機、膨張機の容量を可変にする制御板を、省配線、簡潔な回路によるモータで駆動し、低コスト化、高信頼性を実現する。【解決手段】  容量が可変である流体機械において、流体駆動モータ６１４の３相線の内の２相の線を入力とし出力線を２本有するステッピングモータ２０２を、流体駆動モータの駆動信号に同期させてスイッチング素子をスイッチングさせる回路により駆動することにより、流体機械の容量を自由に制御する。【選択図】  図７
2007224874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量が可変の流体機械において、
圧縮メカもしくは膨張メカを駆動する流体駆動モータと、圧縮容量もしくは膨張容量を可変する容量可変部材と、前記容量可変部材を駆動する可変制御モータとを備え、前記可変制御モータを駆動するための電力を前記流体駆動モータと共用することを特徴とする流体機械
【請求項２】
前記可変制御モータは、バイポーラ型のステッピングモータにより構成され、流体駆動モータの３相線の内の２相の線を入力とし出力線を２本有し、流体機械に付属の端子に前記流体駆動モータの３端子および前記可変制御モータの出力線からの２端子が配置されたことを特徴とする請求項１記載の流体機械
【請求項３】
前記可変制御モータは、ユニポーラ型のステッピングモータにより構成され、流体駆動モータの３相線の内の１相の線を入力とし出力線を４本有し、流体駆動に付属の端子に前記流体駆動モータの３端子および前記可変制御モータの出力線からの４端子が配置されたことを特徴とする請求項１記載の流体機械
【請求項４】
スイッチング素子を４個有し、前記スイッチング素子は流体機械の容量可変部材を駆動する可変制御モータの出力端に接続され、前記スイッチング素子は前記流体駆動モータの駆動信号に同期させてスイッチングさせることにより可変制御モータを所要の量だけ駆動する機能を有した流体機械の制御装置
【請求項５】
直列に接続された２個のスイッチング素子の組を２組有し、その中間点に接続された前記流体駆動モータの相の電位と異なる電位にすることにより前記可変制御モータに回転力を与えると共に、前記流体駆動モータの相の電位と同じ電位にすることにより前記可変制御モータの回転力付与を停止させる機能を有したことを特徴とする請求項４記載の流体機械の制御装置
【請求項６】
前記流体駆動モータの中の１相に一端が接続され、並列に構成された４個のスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、一端に接続された前記流体駆動モータの相の電位が高電位の状態で前記可変制御モータに回転力を付与する機能を有したことを特徴とする請求項４記載の流体機械の制御装置
【請求項７】
前記流体機械の操作する流体が、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜３記載の流体機械
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を圧縮させる圧縮機、もしくは膨張力を利用する膨張機から構成される、特に二酸化炭素を冷媒として用いる蒸気圧縮式冷凍装置の容量制御のための流体機械および、その制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より発明されている圧縮機、特にベーン型圧縮機においては、圧縮室に流入する冷媒の量を回転自在な制御プレートにより変化させるような容量可変型の構成が提案されていた。（特許文献１参照）この構成においては、制御プレートを回動させることにより、圧縮機に流入する冷媒の量を変化させることができ、圧縮機の冷媒圧縮能力を自由に変更することが可能となっていた。また、その制御プレートの回動は、油圧によって行い、その制御は制御バルブによりその油圧を制御することにより行うものであった。
【０００３】
従来例における可変容量型気体圧縮機の断面図を図１に示す。また、Ａ−Ａ断面図を図２に示す。可変容量型気体圧縮機１００は、自動車に搭載され、自動車の室内冷暖房用に用いられている。吸入口１０１は、外部の蒸発器より冷媒ガスを吸入する構成となっている。シリンダ１０２は、フロントヘッド１０３とリアサイドブロック１０４間に実装されている。シリンダ１０２内にはロータ１０５が回転可能に配設されている。
【０００４】
ロータ１０５は回転軸１０６に貫通固定されている。ロータ１０５の外周には径方向にベーン溝１０７が形成され、ベーン溝１０７にはベーン１０８が摺動可能に装着されている。そして、ベーン１０８は、ロータ１０５の回転時には遠心力とベーン溝１０７底部の油圧とによりシリンダ１０２の内壁に付勢される。
【０００５】
シリンダ１０２内は、ロータ１０５、ベーン１０８により複数の小室に仕切られている。これらの小室は圧縮室１０９と称され、ロータ１０５の回転により容積の大小変化を繰り返す。そして、このようにロータ１０５が回転して圧縮室１０９の容積が変化すると、その容積変化により吸入口１０１より低圧冷媒ガスを吸気し圧縮する。シリンダ１０２及びリアサイドブロック１０４の周端部にはケース１１０が固定され、このケース１１０の内部には、吐出室１１１が形成されている。圧縮室１０９で圧縮された高圧冷媒ガスは、吐出ポート１１２、吐出弁１１３を介して吐出室１１１に送られる。そして、冷媒ガスは吐出室１１１から吐出口１１４を経て外部の凝縮器へと送られる。
【０００６】
この可変容量型気体圧縮機１００は容量可変機構１１５を備えている。この容量可変機構１１５は、車室内温度により冷媒ガスの吐出容量を可変調節可能なようになっている。容量可変機構１１５の一構成例を図３に示す。
【０００７】
制御板１１６は、フロントヘッド１０３内にシリンダ１０２の側部に面するように配設されている。制御板１１６には切り欠き１１７が２か所に施されている。この切り欠き１１７は、シリンダ１０２の内部と吸入口１０１に通じる吸入室１１８間を連通させる。一方、制御板１１６の切り欠きの無い部分、シリンダ１０２の内壁及びベーン１０８により閉鎖された空間には圧縮室１０９が形成される。
【０００８】
制御板１１６を右回転させれば切り欠き１１７が右方向に回転されたことにより、圧縮室１０９が形成される位置も右側に移動し、このときの圧縮室１０９の容量も小さくなる。このように、制御板１１６を回動させることで、吐出容量を調節可能である。
【０００９】
制御板１１６の回動は、ピン１１９を介して油圧駆動のピストン１２０により行われる。制御弁１２１を開度調節することでピストン１２０に吐出室１１１より油を注入し、このときの油圧によりピストン１２０を直進運動させる。そして、この直進運動をピン１１９を介して回転運動に変換して、制御板１１６を回動させる。油の注入量は、制御弁１２１をＯＮ、ＯＦＦさせる頻度で変えることが可能である。
【００１０】
制御板１１６は、ピストン１２０内の制御圧力ＰＣと吸入室１１８内の圧力ＰＳの差圧に従いバネ１２２による弾性力との均衡のもとに回動される。本例では、回転速度が変化し吸入圧力ＰＳが変化すると空気温度が変化するので、その温度を検出して容量可変機構１１５を操作するものである。
【００１１】
一方、油圧の代わりに電気式のモータを使用して容量可変の制御を行うことも考えられる。従来より提案されている可変容量ベーン型回転圧縮機においては、バイパス開口部を有する可動板を回動させることにより圧縮機の吐出量を変化させる機能を有し、その可動板を回動させるアクチュエータとして駆動モータを使用するものがあった。（特許文献２参照）このアクチュエータとしてモータを使用する例の場合は、図３における制御板１１６を油圧の代わりにモータにて駆動するものである。
【特許文献１】特開２００１−１７３５７１号公報
【特許文献２】実公平６−２２１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしこのような油圧を使用するタイプの容量可変型の圧縮機においては、油圧を利用できない場所には使用できず、また油圧の圧力変動にも大きく影響を受けるため、精度の高い容量の制御ができない問題があった。
【００１３】
さらに、アクチュエータとしてモータを使用する容量可変型の圧縮機の場合、可動板を回動させるためのモータを駆動するための配線が多くなり、密閉型の圧縮機や膨張機のような場合、配線を外部に出力するための端子台が大となり、シェル内の高圧力に対する耐久能力が低下し、信頼性を低下させるものであった。さらに、配線が多いと、周りの電力線、例えば圧縮機本体を駆動するための電力線からのノイズの影響が大きく、モータを誤動作させる危険性があった。また、シェル内の高温の冷媒に露出する配線にとって劣悪な環境に配置される配線の数が増加することは、耐久性の面からも好ましくないことであった。また、さらに可動板を回動させる駆動モータの制御装置においては、モータを駆動するための電源が新たに必要となり、また制御回路も複雑となり高コストとなる課題があった。
【００１４】
本発明は上記の課題を解決するもので、容量可変型の流体機械の容量可変機構を油圧のない環境においても高精度で制御すると共に、新たな電源が不要で配線数の少ない信頼性の高い容量可変型の流体機械、および低コストの制御装置を実現するものである。
【００１５】
これにより、高精度、高信頼性、低コストの容量可変型の流体機械、およびその制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流体機械は、
圧縮メカもしくは膨張メカを駆動する流体駆動モータと、圧縮容量もしくは膨張容量
可変する容量可変部材と、前記容量可変部材を駆動する可変制御モータとを備え、前記可
変制御モータを駆動するための電力を前記流体駆動モータと共用するものである。
【００１７】
これにより、容量可変のための可変制御モータを新たな電源を設けることなく低コストで駆動制御する流体機械を実現するものである。
【００１８】
可変制御モータは、バイポーラ型のステッピングモータにより構成され、流体駆動モータの３相線の内の２相の線を入力とし出力線を２本有し、流体機械に付属の端子に前記流体駆動モータの３端子および前記可変制御モータの出力線からの２端子が配置された流体機械である。
【００１９】
これにより、容量可変のためのバイポーラ型ステッピングモータからなる可変制御モータを少ない配線数で高い信頼性にて駆動制御する流体機械を実現するものである。
【００２０】
可変制御モータは、ユニポーラ型のステッピングモータにより構成され、流体駆動モータの３相線の内の１相の線を入力とし出力線を４本有し、流体機械に付属の端子に前記流体駆動モータの３端子および前記可変制御モータの出力線からの４端子が配置された流体機械である。
【００２１】
これにより、容量可変のためのユニポーラ型ステッピングモータからなる可変制御モータを少ない配線数で高い信頼性にて駆動制御する流体機械を実現するものである。
【００２２】
スイッチング素子を４個有し、前記スイッチング素子は流体機械の容量可変部材を駆動する可変制御モータの出力端に接続され、前記スイッチング素子は前記流体駆動モータの駆動信号に同期させてスイッチングさせることにより可変制御モータを所要の量だけ駆動する機能を有した流体機械の制御装置である。
【００２３】
これにより、容量可変のための可変制御モータを流体機械モータの電源を利用して新たな電源を設けることなく低コストで駆動制御する流体機械の制御装置を実現するものである。
【００２４】
直列に接続された２個のスイッチング素子の組を２組有し、その中間点に接続された前記流体駆動モータの相の電位と異なる電位にすることにより前記可変制御モータを回転させ、前記流体駆動モータの相の電位と同じ電位にすることにより前記可変制御モータを停止させる機能を有した流体機械の制御装置である。
【００２５】
これにより、容量可変のための可変制御モータを流体機械モータの電源を利用して新たな電源を設けることなく少ない部品数で、低コストで少ない配線で駆動制御する流体機械の制御装置を実現するものである。
【００２６】
流体駆動モータの中の１相に一端が接続され、並列に構成された４個のスイッチング素子を有し、その一端に接続された前記流体駆動モータの相の電位が高電位のタイミングで前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより前記可変制御モータを回転させる機能を有したことを特徴とする流体機械の制御装置である。
【００２７】
これにより、容量可変のための可変制御モータを流体機械モータの電源を利用して新たな電源を設けることなく少ない部品数で、低コストで駆動制御する流体機械の制御装置を実現するものである。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように本発明の流体機械およびその制御装置によれば、以下のような効果を奏す
ることができる。
【００２９】
（１）
圧縮メカもしくは膨張メカを駆動する流体駆動モータと、圧縮容量もしくは膨張容量
可変する容量可変部材と、前記容量可変部材を駆動する可変制御モータとを備え、前記可変制御モータを駆動するための電力を前記流体駆動モータと共用することにより、容量可変のための可変制御モータを新たな電源を設けることなく低コストで駆動制御する流体機械が実現される。
【００３０】
（２）
可変制御モータは、バイポーラ型のステッピングモータにより構成され、流体駆動モータの３相線の内の２相の線を入力とし出力線を２本有し、流体機械に付属の端子に前記流体駆動モータの３端子および前記可変制御モータの出力線からの２端子が配置されることにより、少ない配線数で高い信頼性にて可変制御モータを駆動制御する流体機械を実現するものである。
【００３１】
（３）
可変制御モータは、ユニポーラ型のステッピングモータにより構成され、流体駆動モータの３相線の内の１相の線を入力とし出力線を４本有し、流体機械に付属の端子に前記流体駆動モータの３端子および前記可変制御モータの出力線からの４端子が配置されることにより、少ない配線数で高い信頼性にて可変制御モータを駆動制御する流体機械を実現するものである。
【００３２】
（４）
スイッチング素子を４個有し、前記スイッチング素子は流体機械の容量可変部材を駆動する可変制御モータの出力端に接続され、前記スイッチング素子は前記流体駆動モータの駆動信号に同期させてスイッチングさせることにより可変制御モータを所要の量だけ駆動することにより、流体駆動モータの電源を利用して新たな電源を設けることなく低コストで可変制御モータを駆動制御する流体機械の制御装置を実現するものである。
【００３３】
（５）
直列に接続された２個のスイッチング素子の組を２組有し、その中間点に接続された前記流体駆動モータの相の電位と異なる電位にすることにより前記可変制御モータに回転力を与え、前記流体駆動モータの相の電位と同じ電位にすることにより前記可変制御モータの回転力を停止させる機能を有することにより、流体駆動モータの電源を利用して新たな電源を設けることなく少ない部品数で、低コストで少ない配線で可変制御モータを駆動制御する流体機械の制御装置を実現するものである。
【００３４】
（６）
流体駆動モータの中の１相に一端が接続され、並列に構成された４個のスイッチング素子を有し、その一端に接続された前記流体駆動モータの相の電位が高電位のタイミングで前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより前記可変制御モータを回転させる機能を有することにより、流体駆動モータの電源を利用して新たな電源を設けることなく少ない部品数で、低コストで可変制御モータを駆動制御する流体機械の制御装置を実現するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
以下、本発明の流体機械およびその制御装置の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図４は、本実施例における可変容量型気体圧縮機の断面図である。本実施例の可変容量型気体圧縮機６００は、外部の蒸発器より冷媒ガスを吸入口６０５から吸入する構成となっている。シリンダ６１０は、フロントヘッド６０４とリアサイドブロック６１１間に実装されている。シリンダ６１０内にはロータ６１２が回転可能に配設されている。
【００３８】
ロータ６１２は回転軸６０９に貫通固定されている。回転軸６０９には、このシリンダ６１０、ロータ６１２等からなる圧縮メカを回転駆動するための駆動ステータ６１４ｂ、駆動ロータ６１４ａからなる流体駆動モータ６１４が備えられている。流体駆動モータ６１４は３相の交流モータであり、この回転力により回転軸６０９を回転させ、シリンダ６１０、ロータ６１２等からなる圧縮メカにより気体の圧縮を行う。圧縮シリンダ６１０内は、ロータ６１２、ここでは図示しなかったがベーンにより複数の小室に仕切られている。これらの小室は、ロータ６１２の回転により容積の大小変化を繰り返す。そして、このようにロータ６１２が回転して小室の容積が変化すると、その容積変化により吸入口６０５より低圧冷媒ガスを吸気し圧縮する。シリンダ６１０及びリアサイドブロック６１１の周端部にはケース６０７が固定され、このケース６０７の内部には、吐出室６０８が形成されている。小室で圧縮された高圧冷媒ガスは、吐出室６０８に送られる。そして、冷媒ガスは吐出室６０８から吐出口６０６を経て外部の凝縮器へと送られる。
【００３９】
この可変容量型気体圧縮機６００は容量可変機構を備えている。容量可変機構の一構成例を図５に示す。
【００４０】
制御板６０１は、フロントヘッド６０４内にシリンダ６１０の側部に面するように配設されている。制御板６０１には切り欠き部６１３が２か所に施されている。この切り欠き部６１３は、シリンダ６１０の内部と吸入口６０５間を連通させる。一方、制御板６０１の切り欠きの無い部分には圧縮室が形成される。
【００４１】
図５に示す可変容量機構により圧縮機において圧縮処理される容量を変化させることができる。制御板６０１は、図３に示す従来例の制御板１１６と同様な機能を有し、この制御板６０１が回転することにより切り欠き部６１３の位置が変化し、圧縮室が形成される位置も移動し、圧縮室の容量、つまり吐出容量を調節することができる。
【００４２】
この制御板６０１は、その円周部に設けられたラック部に組み合わされたギア部６０２の回転により回動する。ギア部６０２には、容量調整のための可変制御モータであるステッピングモータ６０３が接続され、ステッピングモータ６０３が回転することにより制御板６０１が回転する構成となっている。
【００４３】
図６は、流体機械および制御装置における電装系の一比較例の構成を表す回路図である。流体機械である圧縮機には、流体駆動モータ６１４と、制御板６０１を回動させるためのステッピングモータ２０２とが備えられている。流体駆動モータ６１４は、３相の巻線コイル２０４ａ〜ｃから構成されている。一方、ステッピングモータ２０２は、バイポーラタイプのステッピングモータであり２本の巻線コイル２０５ａ、ｂから構成される。巻線コイルに流れる電流の方向と、そのタイミングによりステッピングモータ２０２の回転方向が制御される。
【００４４】
また制御回路２０３は、圧縮機の外部に備えられ、ステッピングモータ２０２の巻線コイル２０５ａ、ｂに電流を流すための回路である。制御回路２０３の内部には、各巻線コイルに対して４個、全部で８個のスイッチング素子２０６ａ〜ｈが備えられており、また
並列に電圧保護のためのダイオード２０７ａ〜ｈがある。スイッチング素子は、直列に接続された２個のスイッチング素子の組、４組から構成されている。各組のスイッチング素子は、それぞれステッピングモータ２０２を駆動するために必要であり、外部より与えられる直流電源の正側、負側に接続されている。また、その中間点からは、ステッピングモータ２０２の巻線コイル２０５ａ、ｂに圧縮機に備えられた端子台Ｔ１〜Ｔ４を介して接続されている。つまり、この構成においては、圧縮機には流体駆動モータ６１４に３端子、ステッピングモータ２０２に４端子の合計で７端子の端子台が必要となっている。
【００４５】
図１０に図６で示した一比較例の流体機械の制御装置における動作のシーケンスを表すシーケンス図を示す。巻線コイル２０５ａ、ｂ（Ｘ、Ｙ）に流れる電流ＸとＹ、またその逆方向に流れる電流Ｘ、Ｙと、そのときの各スイッチング素子２０６ａ〜ｈのＯＮ状態（ＳＷａ〜ｈ）を表したものである。ｔ１からｔ８までのシーケンスによりステッピングモータ２０２は１回転する。その間、スイッチング素子２０６ａ〜ｈは、順番にＯＮ−ＯＦＦを繰り返すことにより、巻線コイル２０５ａ、ｂ（Ｘ、Ｙ）に流れる電流が順に変化し、モータに回転力を与えることができる。この通電方式は、一般に良く知られた１−２相励磁方式と呼ばれる方式である。
【００４６】
図１４にステッピングモータの回転動作原理の一例を表す原理図を示す。本例のステッピングモータのステータ側には、巻線コイルが８極に構成され、それぞれ巻線コイルＸ、それと逆方向に巻き込まれた巻線コイルＸ、巻線コイルＹ、それと逆方向に巻き込まれた巻線コイルＹが形成されている。またロータには斜線部の極に磁石が形成されている。図１０のシーケンス図に合わせて回転動作を説明する。区間ｔ１において、スイッチング素子２０６ａ、２０６ｄ、２０６ｅ、２０６ｈをＯＮすることにより巻線コイル２０５ａ、ｂ（Ｘ、Ｙ）に順方向に電流を流し、励磁することによりステッピングモータ２０２のロータを図１１（１）に示したＸとＹの中間位置に制御する。次に区間ｔ２において、スイッチング素子２０６ｅ、２０６ｈをＯＮすることにより巻線コイル２０５ｂ（Ｙ）に順方向に電流を流し、図１１（２）の巻線コイルＹを励磁することにより、ステッピングモータ２０２のロータをＹと向かい合った位置に制御する。これにより、１／１６回転することができる。さらに、区間ｔ３において、スイッチング素子２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｅ、２０６ｈをＯＮすることにより巻線コイル２０５ａ，ｂ（Ｘ、Ｙ）に順および、逆方向に電流を流し、図１１（３）の巻線コイルＹ、Ｘを励磁することにより、ステッピングモータ２０２のロータをＹ、Ｘの中間位置に制御する。さらに、同様な制御により区間ｔ８まで、スイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦし、巻線コイル２０５ａ，ｂに所定の電流を流すことにより、図１１（１）〜（８）のように巻線コイルを励磁し、ステッピングモータ２０２のロータを１区間当り、１／１６回転ずつ回転させることができる。この制御を連続して実行することにより、ステッピングモータ２０２のロータを自由に回転させることが可能となるものである。
【００４７】
図７は、本発明による流体機械および制御装置における電装系の構成を表す回路図である。流体機械である圧縮機には、流体駆動モータ６１４と、制御板６０１を回動させるためのステッピングモータ３０２とが備えられている。流体駆動モータ６１４は、３相の巻線コイル３０４ａ〜ｃから構成されている。一方、ステッピングモータ３０２は、バイポーラタイプのステッピングモータであり２本の巻線コイル３０５ａ、ｂから構成される。巻線コイルに流れる電流の方向と、そのタイミングによりステッピングモータ３０２の回転方向が制御される。
【００４８】
また制御回路３０３は、圧縮機の外部に備えられ、ステッピングモータ３０２の巻線コイル３０５ａ、ｂに電流を流すための回路である。制御回路３０３の内部には、各巻線コイルに対して２個、全部で４個のスイッチング素子３０６ａ〜ｄが備えられており、また並列に電圧保護のためのダイオード３０７ａ〜ｄがある。スイッチング素子は、直列に接
続された２個のスイッチング素子の組、２組から構成されている。各組のスイッチング素子は、それぞれ直流電源の正側、負側に接続されている。また、その中間点からは、ステッピングモータ３０２の巻線コイル３０５ａ、ｂに圧縮機に備えられた端子台Ｔ１〜Ｔ２を介して接続されている。つまり、この構成においては、圧縮機には流体駆動モータ６１４に３端子、ステッピングモータ３０２に２端子の合計で５端子の端子台で構成されている。
【００４９】
図１１に図７で示した本発明による流体機械の制御装置の一例における動作のシーケンスを表すシーケンス図を示す。巻線コイル３０５ａ、ｂ（Ｘ、Ｙ）に流れる電流ＸとＹ、またその逆方向に流れる電流Ｘ、Ｙと、そのときの各スイッチング素子３０６ａ〜ｄのＯＮ状態（ＳＷａ〜ｄ）と、流体駆動モータ６１４の巻線の内の２相、ここではＵＶ相の電位パターンを表したものである。区間ｔ１においては、ステッピングモータ３０２に流体駆動モータ６１４から制御回路３０３に流れる方向（ここでは、Ｘ、Ｙと表示）に電流を流したいので、Ｕ相およびＶ相が同時にＯＮするタイミングにおいてスイッチング素子３０６ｂ、３０６ｄをＯＮさせる。これにより所望の電流を流すことができる。また、この流体駆動モータ６１４の端子電圧は、駆動するマイコンなどの制御装置により認識されているため、Ｕ相およびＶ相が同時にＯＮするタイミングを利用することは容易に実現できる。
【００５０】
区間ｔ２においては、ステッピングモータ３０２の巻線コイル３０５ｂ（Ｙ）に流体駆動モータ６１４から制御回路３０３に流れる方向に電流を流したいので、Ｕ相がＯＮするタイミングにおいてスイッチング素子３０６ｄをＯＮさせる。これにより所望の電流を流すことができる。
【００５１】
区間ｔ３においては、ステッピングモータ３０２の巻線コイル３０５ａ（Ｘ）に制御回路３０３から流体駆動モータ６１４に流れる方向（Ｘ）、ステッピングモータの巻線コイル３０５ｂ（Ｙ）には流体駆動モータ６１４から制御回路３０３に流れる方向（Ｙ）、に電流を流したいので、Ｕ相がＯＮ、Ｖ相がＯＦＦするタイミングにおいてスイッチング素子３０６ａ、３０６ｄをＯＮさせる。これにより所望の電流を流すことができる。
【００５２】
区間ｔ４においては、ステッピングモータ３０２の巻線コイル３０５ａ（Ｘ）に制御回路３０３から流体駆動モータ６１４に流れる方向（Ｘ）に電流を流したいので、Ｖ相がＯＦＦするタイミングにおいてスイッチング素子３０６ａをＯＮさせる。これにより所望の電流を流すことができる。
【００５３】
以降、同様な方法によりステッピングモータ３０２に流れる電流を、流体駆動モータ６１４の端子電圧に同期させてスイッチング素子３０６ａ〜ｄをＯＮ−ＯＦＦさせることによりステッピングモータ３０２を回転させることができる。ステッピングモータの回転動作原理は、図１４に示した原理図と同じである。つまり、区間ｔ１において、スイッチング素子３０６ｂ、３０６ｄをＵ相およびＶ相が同時にＯＮするタイミングにおいてＯＮさせることにより、巻線コイル３０５ａ、ｂ（Ｘ、Ｙ）に順方向に電流を流し、励磁することによりステッピングモータ３０２のロータを図１１（１）に示したＸとＹの中間位置に制御する。次に区間ｔ２において、スイッチング素子３０６ｄをＵ相およびＶ相が同時にＯＮするタイミングにおいてＯＮすることにより巻線コイル３０５ｂ（Ｙ）に順方向に電流を流し、図１１（２）の巻線コイルＹを励磁することにより、ステッピングモータ３０２のロータをＹと向かい合った位置に制御する。これにより、１／１６回転することができる。さらに、区間ｔ３において、スイッチング素子３０６ａ、３０６ｄを、Ｖ相がＯＦＦ、Ｕ相がＯＮするタイミングにおいてＯＮさせることにより、巻線コイル３０５ａ（Ｘ）に逆方向、巻線コイル３０５ｂ（Ｙ）に順方向に電流を流し、励磁することによりステッピングモータ３０２のロータを図１１（３）に示したＸとＹの中間位置に制御する。さ
らに、区間ｔ４において、スイッチング素子３０６ａを、Ｖ相がＯＦＦ、Ｕ相がＯＮするタイミングにおいてＯＮさせることにより、巻線コイル３０５ａ（Ｘ）に逆方向電流を流し、励磁することによりステッピングモータ３０２のロータを図１１（４）に示したＸと向かい合った位置に制御する。
【００５４】
さらに、同様な制御により区間ｔ８まで、スイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦし、巻線コイル３０５ａ，ｂに所定の電流を流すことにより、図１１（１）〜（８）のように巻線コイルを励磁し、ステッピングモータ３０２のロータを１区間当り、１／１６回転ずつ回転させることができる。この制御を連続して実行することにより、ステッピングモータ３０２のロータを自由に回転させることが可能となるものである。
【００５５】
このような構成によれば、圧縮機の端子の数を従来の構成の７端子から５端子に少なくすることと共に、制御回路のスイッチング素子数の少ない低コストの回路により制御することが可能となる。これにより、低コスト、信頼性の高い流体機械を実現することができる。
【００５６】
（実施の形態２）
以下、本発明の流体機械およびその制御装置の別の形態による実施例について図面を参照しながら説明する。図８は、別の形態による流体機械および制御装置における電装系の比較例の構成を表す回路図である。流体機械である圧縮機には、流体駆動モータ６１４と、制御板６０１を回動させるための容量調整のための可変制御モータであるステッピングモータ４０２とが備えられている。流体駆動モータ６１４は、３相の巻線コイル４０４ａ〜ｃから構成されている。一方、ステッピングモータ４０２は、ユニポーラタイプのステッピングモータであり４本の巻線コイル４０５ａ〜ｄから構成される。巻線コイルに流れる電流の方向と、そのタイミングによりステッピングモータ４０２の回転方向が制御される。
【００５７】
また制御回路４０３は、圧縮機の外部に備えられ、ステッピングモータ４０２の巻線コイル４０５ａ〜ｄに電流を流すための回路である。制御回路４０３の内部には、各巻線コイルに対して１個、全部で４個のスイッチング素子４０６ａ〜ｄが備えられている。各スイッチング素子は、それぞれ巻線端子Ｔ２〜Ｔ５と直流電源の負側に接続されている。また、ステッピングモータ４０２の別の一端は直流電源の正側に接続されている。つまり、この構成においては、圧縮機には流体駆動モータ６１４に３端子、ステッピングモータ４０２に５端子の合計で８端子の端子台が必要となっている。
【００５８】
図９は、本発明による流体機械および制御装置の別の形態による電装系の構成を表す回路図である。流体機械である圧縮機には、流体駆動モータ６１４と、制御板６０１を回動させるためのステッピングモータ５０２とが備えられている。流体駆動モータ６１４は、３相の巻線コイル５０４ａ〜ｃから構成されている。一方、ステッピングモータ５０２は、ユニポーラタイプのステッピングモータであり４本の巻線コイル５０５ａ〜ｄから構成される。巻線コイルに流れる電流の方向と、そのタイミングによりステッピングモータ５０２の回転方向が制御される。
【００５９】
また制御回路５０３は、圧縮機の外部に備えられ、ステッピングモータ５０２の巻線コイル５０５ａ〜ｄに電流を流すための回路である。制御回路５０３の内部には、各巻線コイルに対して１個、全部で４個のスイッチング素子５０６ａ〜ｄが備えられている。各スイッチング素子は、それぞれ巻線端子Ｔ１〜Ｔ４と直流電源の負側に接続されている。また、ステッピングモータ５０２の別の一端は流体駆動モータ６１４の内の１相、この例ではＵ相に接続されている。つまり、この構成においては、圧縮機には流体駆動モータ６１４に３端子、ステッピングモータ５０２に４端子の合計で７端子の端子台が必要となって
いる。
【００６０】
図８の比較構成においても図９の本発明の構成においてもユニポーラタイプのステッピングモータを駆動するために各スイッチング素子を順にＯＮさせることによりステッピングモータを回転することができる。図１２に図８で示した流体機械の制御装置の比較例における動作のシーケンスを表すシーケンス図を示す。巻線コイル４０５ａ〜ｄ（Ｘ、Ｘ、Ｙ、Ｙ）に流れる電流をこのように順に切り替えていくことにより、モータを回転させることができる。そのために、スイッチング素子４０６ａ〜ｄをＳＷａ〜ｄのパターンのようにＯＮさせればよい。
【００６１】
ステッピングモータの回転動作原理は、図１４に示す原理図と同様である。但し、本例のステッピングモータのステータ側には、巻線コイルＸに対して巻線コイルＡ、巻線コイルＸに対して巻線コイルＡ、巻線コイルＹに対して巻線コイルＢ、巻線コイルＹに対して巻線コイルＢが形成されている。図１２のシーケンス図に合わせて回転動作を説明する。区間ｔ１において、スイッチング素子４０６ａ、４０６ｃをＯＮすることにより巻線コイル４０５ａ、ｃ（Ａ、Ｂ）に電流を流し、励磁することによりステッピングモータ４０２のロータを図１１（１）に示したＸとＹの中間位置に制御する。次に区間ｔ２において、スイッチング素子４０６ｃをＯＮすることにより巻線コイル４０５ｃ（Ｂ）に電流を流し、ステッピングモータ４０２のロータをＹと向かい合った位置に制御する。これにより、１／１６回転することができる。さらに、区間ｔ３において、スイッチング素子４０６ｂ、４０６ｃをＯＮすることにより巻線コイル４０５ｂ，ｃ（Ａ、Ｂ）に電流を流し、図１１（３）に示すようにロータをＹ、Ｘの中間位置に制御する。さらに、同様な制御により区間ｔ８まで、スイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦし、巻線コイル４０５ａ〜ｄに所定の電流を流すことにより、図１１（１）〜（８）のように巻線コイルを励磁し、ステッピングモータ４０２のロータを１区間当り、１／１６回転ずつ回転させることができる。この制御を連続して実行することにより、ステッピングモータ４０２のロータを自由に回転させることが可能となるものである。
【００６２】
一方、図９の本発明の構成においては、そのパターンは同じでよいが、流体駆動モータ６１４の１相の電位が高い条件でしかステッピングモータ５０２を駆動することはできないので、駆動のためにスイッチング素子５０６ａ〜ｄに出力するパルス幅を流体駆動モータ６１４の１相の電位が高い条件でのＯＮ時間で設定する必要がある。図１３に図９で示した本発明における流体機械の制御装置の一例における動作のシーケンスを表すシーケンス図を示す。巻線コイル４０５ａ〜ｄ（Ａ、Ａ、Ｂ、Ｂ）に流れる電流をこのように順に切り替えていくことにより、モータを回転させることができる。この動作は図１２に示した比較例と同様である。
【００６３】
このようにして、図９の構成においてもステッピングモータ５０２を回転駆動することができる。
【００６４】
このような構成によれば、圧縮機の端子の数を従来の構成の８端子から７端子に少なくすることと共に、制御回路の電源が不要な低コストの回路により制御することが可能となる。これにより、低コスト、信頼性の高い可変容量型流体機械を実現することができる。
【００６５】
本実施例では、ステッピングモータにより制御板が駆動される構成で説明したが、その他のモータ、ＡＣモータ、ＤＣモータを用いた構成でも同様の機能を実現できることは明らかである。
【００６６】
本実施例では、圧縮機の可変容量構成で説明したが、膨張機の可変容量構成でも同様の機能を実現できることは明らかである。その場合、流体駆動モータは、圧縮メカの代わり
に膨張メカと連結されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明にかかる流体機械およびその制御装置は、低コスト、高信頼性をもって圧縮容量もしくは膨張容量を変更する機能を有し、蒸気圧縮式冷凍装置などの負荷制御が行える圧縮機、もしくは膨張機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来例の可変容量型気体圧縮機の断面図
【図２】従来例の可変容量型気体圧縮機の別方向からの断面図
【図３】従来例の可変容量型気体圧縮機の容量可変機構の構成図
【図４】本発明の流体機械の一実施例における断面図
【図５】本発明の流体機械の一実施例における容量可変機構の構成図
【図６】流体機械および制御装置における電装系の一比較例の構成を表す回路図
【図７】本発明による流体機械および制御装置の一実施例における電装系の構成を表す回路図
【図８】別の形態による流体機械および制御装置における電装系の一比較例の構成を表す回路図
【図９】本発明による流体機械および制御装置の別の形態による電装系の構成を表す回路図
【図１０】流体機械の制御装置の一比較例における動作のシーケンスを表すシーケンス図
【図１１】本発明による流体機械の制御装置の一例における動作のシーケンスを表すシーケンス図
【図１２】流体機械の制御装置の別の形態による比較例における動作のシーケンスを表すシーケンス図
【図１３】本発明による流体機械の制御装置の一例における動作のシーケンスを表すシーケンス図
【図１４】ステッピングモータの回転動作原理の一例を表す原理図
【符号の説明】
【００６９】
６１４  流体駆動モータ
３０２  ステッピングモータ
３０３  制御回路
３０４ａ〜ｃ  巻線コイル
３０５ａ、ｂ  巻線コイル
３０６ａ〜ｄ  スイッチング素子
３０７ａ〜ｄ  ダイオード
５０２  ステッピングモータ
５０３  制御回路
５０４ａ〜ｃ  巻線コイル
５０５ａ〜ｄ  巻線コイル
５０６ａ〜ｄ  スイッチング素子
６０１  制御板
６０２  ギア部
６０３  ステッピングモータ
【図１】
2007224874.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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