JP2007278184A - 電動圧縮機用保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動圧縮機内の過熱による気密端子の破損を防ぐ保護装置を得る。従来は電流増加に対応して電路を溶断する構造であり、電流増を伴わない過熱の保護が充分できなかった。
【解決手段】電動圧縮機用保護装置１は密閉容器内に電動機と電気的に直列に発熱構造体７を配置し、この発熱構造体７の発熱部７Ａを電気絶縁性の保持体８と放熱接点１０で挟み込んでいる。電動機の通常運転時には発熱部７Ａの熱は、放熱接点１０が熱応動板９を介して密閉容器に伝えさらに周囲を流れる冷媒に放熱される。冷媒温度が異常上昇した場合、密閉容器自体も加熱されるために発熱部７Ａからの熱は放熱されにくくなり、熱応動板９の温度が上昇して湾曲方向を反転して放熱接点を発熱構造体から引き離す。そのため発熱部の熱はさらに行き場を失い温度上昇が進み、最終的には溶断温度に達して電路を遮断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は密閉形電動圧縮機などに使用される保護装置に関するものであり、巻線の短絡による過大電流が流れた場合や冷媒ガスの減少による異常高温時に電路を確実に遮断するためのヒューズ機構を持つ電動圧縮機用保護装置に関するものである。

従来からエアコンなどに使われる冷媒用密閉形電動圧縮機には電動機の焼損などを防止するための保護装置が使用されている。この保護装置としては電動圧縮機に流れる電流や温度を監視するものがある。その取付位置も電動圧縮機の密閉容器内部に配置して冷媒中に曝すものや、外部に配置して容器表面の温度を拾うものなどがある。

そのうち容器内部に配置され高温高圧の冷媒中に曝されるものは、冷媒温度をより迅速に検出できると言う利点があり多くの電動圧縮機で使用されている。そこでこの圧縮機の密閉容器中に配置される保護装置の一例について図７を参照しながら説明する。この保護装置１０１は金属製のハウジング１０２と蓋板１０３で気密容器を構成している。この気密容器中に、バイメタルのような熱応動部材１０４の先端に固着された可動接点１０５と、前記蓋板１０３に設けられた貫通孔に挿通されガラス１０６で絶縁固定された導電端子１０７Ａに配置された固定接点１０８が配置された接点機構が構成されている。

浅い皿状に絞り成型された熱応動板１０４は通常時には蓋板１０３側に湾曲することによって可動接点１０５を固定接点１０８に接触させているとともに、通電による自己発熱や外部からの熱によって所定温度以上になるとその湾曲方向を反転して可動接点を固定接点から引き離し接続を解く。

さらに蓋板にはもう一本の導電端子１０７Ｂが挿通固定され、密閉容器側の先端と蓋板１０３との間を抵抗材によるヒータ１０９で接続している。

この保護装置１０１は保護対象機器となる単相式電動圧縮機に使用されるものであり、電動機への電源電路上に導電端子１０７Ａ、１０７Ｂを直列に接続される。このとき、導電端子１０７Ａ‐固定接点１０８‐可動接点１０５‐熱応動板１０４‐ハウジング１０２‐蓋板１０３‐ヒータ１０９‐導電端子１０７Ｂとつながる電路が構成される。

熱応動板１０４は通電電流により自己発熱するとともにヒータ１０９からの熱で加熱されるが、その熱はハウジング１０２を通じて容器周囲を流れる冷媒によって奪われるため通常運転時には熱応動板の温度は動作温度に達する前に釣り合うので通電は継続される。

例えば何らかの原因で電動機に過電流が流れた場合や圧縮機容器内が異常高温になるなどの異常時には、保護装置内の発熱と放熱との釣り合いが崩れて保護装置内が高温になり熱応動板が所定温度に達して反転することで接点を引き離し電路を遮断する。

密閉形電動圧縮機においてはその内部にある電動機や圧縮機はそれぞれ巻線への通電や摺動部の摩擦などにより発熱するが、通常は電動機の周囲及び圧縮機内に流れる冷媒によってこれらは冷却され、その熱は冷凍サイクルにおける熱交換器で外部に放出される。そのため通常運転中は冷媒ガス、及び電動機などの各部品は所定温度以下に保たれる。

この保護装置１０１は保護装置内部の発熱と放熱との釣り合いによって動作させているため、通常時の内部温度は周囲温度よりも高くなる。また周囲温度の利用も例えば電動機巻線上など、比較的高温となる場所に設置することでその変化を発見しやすくしている。

特開平２‐２２７９２８ 特開２００５‐２６８０５８ 特開平１０‐１３４６９７

近時、安全性の向上を目的として電動圧縮機内の過熱による気密端子の破損の防止が求められている。これについて説明すると、電動圧縮機内の冷媒ガスが何らかの原因で減少すると冷媒によって冷却されている電動機や圧縮機の冷却効率が低下するとともに冷媒が冷凍サイクルにより外部に放出する熱量も減少し、電動圧縮機内の温度が上昇する。

その温度が所定温度を超えると気密端子のガラスが劣化を始め、さらに内部圧力も上昇するため、最終的には気密端子のガラスが破壊されてその孔からガスが噴出すと同時に導電ピンが吹き飛ばされ電気的な事故となる危険性がある。

このような冷媒ガス漏れによる温度上昇の場合には保護装置１０１の構造では充分な保護が行われない可能性がある。これは前述したように保護装置１０１が電動機の運転電流による発熱を利用しているからである。つまり従来の保護装置においては圧縮機の過負荷状態などによる電動機の電流値増加で動作するようにされているとともに、周囲温度が上昇する場合にもその原因が過電流などによる電動機等の発熱量増加を前提としており、そのため電動機巻線上など発熱部に近く比較的高温になりやすい部分に保護装置を取り付けていた。もしくは周囲温度の上昇は補助的なものと考えて電流増加を中心に動作特性を決めていた。

しかし内部温度の上昇が冷媒ガス漏れを原因とする場合には、冷媒減少による圧力低下で電動機に掛かる負荷が減少するため、電流値が通常の運転電流よりも下がる可能性もある。そのため周囲温度の上昇を受けて動作するようにするべきだが、熱応動板に運転電流を流して自己発熱させる構造では周囲温度の変化で動作させることは難しい。例えば保護装置１０１の熱応動板１０４の動作温度を下げることもできるが、その場合には通常の運転電流による発熱との差が少ないため通常許容されるべきごく短時間の過電流などでも動作してしまう可能性があり、動作設定が非常に難しいものとなる。

さらに保護装置１０１は一時的な原因による過電流などに対応できるように、熱応動板１０４の動作後にも温度低下することで熱応動板が初期状態に復帰して通電を再開する構造となっているが、冷媒温度が密閉端子を劣化させるような温度にまで上昇するのはかなり危険な状態であり、通電を再開することは避ける必要がある。

このような最終保護を行うものとしては、例えば所定温度で溶断する温度ヒューズの利用が考えられるが、従来の温度ヒューズでは数十アンペアになる電動機の運転電流を常時流すことが難しいと言う問題があった。そこで温度ヒューズと電流ヒューズを組み合わせたものが提案されているが、温度ヒューズが接続されるのは電流ヒューズが接続されるのとは別の制御回路でありそのための回路が必要となる。

また保護装置１０１においても例えばヒータ１０９の一部に断面を小さくした溶断部を設けてこの溶断部を溶断することで電路を遮断して電路を永久に遮断することもできるが、この場合の溶断部は短絡などによる大電流で溶断される電流ヒューズであって、周囲温度の変化だけでは溶断することができない。

そこで、従来の保護装置とは別に異常高温時に確実に最終保護動作を行える小型の保護装置が求められている。

そこで本発明の電動圧縮機用保護装置は、金属製の気密容器を有し、この気密容器には少なくともふたつの電気端子が設けられ、その電気端子の少なくともひとつは気密容器に穿たれた孔に挿通され気密に絶縁固定された導電端子であり、気密容器内部には電気端子間を電気的に繋ぐ発熱構造体が配置され、気密容器には熱応動板が気密容器と熱交換可能にその一端を固定されるとともにこの熱応動板の他端には放熱接点を配置し、前記発熱構造体には特に抵抗値を高くした発熱部を設け、この発熱部に放熱接点が接触することによって発熱部の熱は放熱部と熱応動板を通じて気密容器に伝えられさらに気密容器を介して外部へと放出されることで発熱部は溶融温度以下に保たれ、熱応動板は所定温度になると湾曲方向を反転して放熱接点を発熱部から離して発熱部の放熱経路を減少させることで自己発熱により発熱部が溶融して電路を遮断することを特徴としている。

また他の特徴は、金属板に導電端子を気密に絶縁固定した蓋板と、この蓋板に開口部を密着固定するハウジングとで気密容器を構成し、この気密容器中に前記蓋板の金属板と導電端子とを電気的に繋ぐ発熱構造体を配置し、ハウジングには熱応動板がハウジングと熱交換可能にその一端を固定されるとともに他端には電気絶縁性の放熱接点を配置し、蓋板と発熱構造体の間に電気絶縁性の保持体を配置し、前記発熱構造体にはその一部に断面積を小さくして特に抵抗値を高くした発熱部を設け、この発熱部を放熱接点と保持体で挿むことによって発熱部の熱は効率的に気密容器に伝えられるとともに気密容器を介して外部へと放出されることで発熱部は溶融温度以下に保たれ、熱応動板は所定温度になると湾曲方向を反転して放熱接点を発熱部から離して発熱部の放熱経路を減少させることで自己発熱により発熱部が溶融して電路を遮断することにある。

本発明の電動圧縮機用保護装置によれば、電動圧縮機の電動機のように比較的大きい運転電流を常に流すようなものにおいても電源に対して直列に接続することができ、過熱時に電流増加が無い場合においても確実に保護動作が可能な保護装置を得ることが可能になる。

電路上に設けた発熱部の熱を密閉容器外に効率的に伝えることで冷却し、周囲温度の上昇時には熱伝導効率を機械的に低下させることで、周囲の過熱時には通電電流が変わらなくても発熱部の温度は上昇し溶断する。

次に図１乃至図４を参照して実施例について説明する。この電動圧縮機用保護装置（以下、保護装置と記す）１は金属製のハウジング２と蓋板３により気密容器を構成している。ハウジング２は長ドーム形状とされ、蓋板３はハウジングの開口部形状に合わせた長円形の金属板３Ａに穿たれたふたつの貫通孔３Ｂ１、３Ｂ２のそれぞれに電気端子である金属製の導電端子４Ａ，４Ｂが挿通され、電気絶縁充填材であるガラス５によって気密に絶縁固定されている。それぞれのガラス５の気密容器内表面には導電端子４と金属板３Ａとの沿面距離を得るためのセラミックス製のガイシ６が、ガラス５と隙間無く一体に配置されている。

電気端子である導電端子４Ａ、４Ｂの気密容器内部先端近傍には両者を結ぶ発熱構造体７が配置されている。この発熱構造体７はその一部に他より幅を狭めることで特に抵抗値を高めた発熱部７Ａを設けてあり、この発熱部７Ａは後述する放熱接点からの放熱が行われない場合には通常の運転電流による発熱で溶融可能に設定されている。この発熱部７Ａは金属板３Ａとの間に配置された保持体８に設けられた当接部８Ａと、熱応動板９の先端に配置された放熱接点１０で挿まれている。この保持体８と放熱接点１０はどちらもセラミックスなどの電気絶縁材料でできており、発熱構造体７からの熱は気密容器を構成するハウジング２または金属板３Ａに伝えるが電流は流さない。

熱応動板９はバイメタルやトリメタルなどによってできており、通常は放熱接点１０を発熱構造体７に押圧接触させるように湾曲している。さらに熱応動板９はその温度が上昇すると湾曲率が変化し、所定の温度に達すると発熱構造体７から放熱接点１０を引き離すように構成されている。本実施例においては、熱応動板９は所定温度で急跳反転動作するようにバイメタルを浅い皿状に絞り成型されており、ハウジング２の調整部２Ａに固着された熱応動板支持体１１を介してハウジング２に固定されている。その反転動作温度は制御対象となる電動圧縮機の通常運転時には動作せず周囲温度が異常な過熱状態となったときに達する温度とされている。またハウジングの調整部２Ａを外部からわずかに押圧変形させることによって、放熱接点１０の接触圧力を調整し熱応動板９の反転温度が微調整される。

この保護装置１は電動機の巻線と直列に接続されており、電気端子である導電端子４Ａ‐４Ｂ間に電動機の運転電流が流される。電動機の通常運転時には運転電流によって発生する発熱構造体７の発熱部７Ａの熱は放熱接点１０から熱応動板９を通してハウジング２へ、また保持体８を介して金属板３Ａへと奪われる。さらに密閉容器である金属板３Ａとハウジング２は常に周囲に流れる冷媒によって冷却されており、発熱部７Ａから伝わってきた熱は冷媒によって奪われるので発熱部７Ａは常に溶融温度以下に保たれ通電は継続される。

何らかの原因で冷媒温度が上昇して気密端子に危険な温度、例えば１５０℃になると密閉容器を構成するハウジング２や金属板３Ａも加熱されるため熱応動板９からの放熱量が不充分になり、熱応動板は所定の動作温度にまで加熱され図３に示すようにその湾曲方向を反転し放熱接点１０を発熱構造体７から引き離す。

そのため発熱構造体の発熱部７Ａの熱は放熱経路を失いさらに温度上昇して図３及び図４に示すように溶断に至る。こうして確実に電路が遮断されることで、電動機の焼損前に通電は止まりガラス端子のピン抜けなどの事故も防止することができる。なお、放熱接点１０はセラミックスなどの電気絶縁材料でできているため、通電遮断後に熱応動板９の温度が下がり湾曲方向を元に戻しても溶断された発熱部７Ａ１と７Ａ２の間に通電が再開されることは無い。また、いわゆる電動機のレアショートなどによる大電流が流れた場合にもこの発熱構造体が溶断することにより電路を遮断し、それ以降の通電を止めることができる。

なお熱応動板９の復帰温度を常温よりも充分に低く設定したり、熱応動板として一方向性の形状記憶合金などを使用したりして通電遮断後にも放熱接点が復帰しないようにした場合には、放熱接点を金属製の導電接点とすることもできる。さらにこの場合には発熱構造体の発熱部の両端を導電接点が短絡する構造にすることができる。この場合、通常の運転電流は発熱部をバイパスされるので高抵抗の発熱部における自己発熱が抑えられ、放熱の効果と合わせて溶融温度よりも充分に低い温度に保つことができる。周囲温度が上昇して熱応動板が反転して導電接点を発熱構造体から離すと、放熱経路が減ることに加えてバイパスしていた電流も発熱部に通電されるので、発熱部は急速に溶融温度にまで上昇して電路を遮断することができる。

この保護装置１に従来の保護装置１０１などを併用することで、一時的な拘束などによる過電流に対しては保護装置1の電路が溶断する前に保護装置１０１が熱応動板により復帰可能な保護を行い、電動機の短絡や異常高温などの恒久的な異常に対しては保護装置１の電路の溶断により確実な最終保護を行うことができる。

次に本発明の第２の実施例について図５及び図６を参照して説明する。本実施例では前述の実施例と同様の部品には同じ記号を付けて詳細な説明は省略する。この保護装置２１は前述の実施例と同様に金属製のハウジング２２と蓋板２３により気密容器を構成している。蓋板２３は金属板２３Ａの一端側にひとつの貫通孔２３Ｂが穿たれ、この貫通孔２３Ｂに一方の電気端子である金属製の導電端子２４が挿通され、電気絶縁充填材であるガラス５によって気密に絶縁固定されている。本実施例においては一方の電気端子である導電端子２４に対して、密閉容器を構成する金属板２３Ａとハウジング２２がもう一方の電気端子となっている。ガラス５の気密容器内表面にはガイシ６が、ガラス５と隙間無く一体に配置されている。

導電端子２４の気密容器内側先端近傍には導電性の発熱構造体２７の一端が接続固着され、この発熱構造体２７の他端は接続部２７Ｂで金属板２３Ａに接続されている。この発熱構造体２７はその電路上の一部に発熱構造体よりも溶融温度の低い金属で構成された発熱部２７Ａを設けてあり、この発熱部２７Ａは放熱接点による放熱を行わない場合には通常の運転電流による自己発熱で溶融可能にされている。この発熱部２７Ａは前述の例と同様に金属板２３Ａとの間に配置された電気絶縁性の保持体８に設けられた当接部８Ａと、熱応動板９の先端に配置された電気絶縁性の放熱接点１０で挿まれている。

熱応動板９は所定温度で反転動作するように浅い皿状に絞り成型されており、ハウジング２２に固着された熱応動板支持体１１を介して固定されている。その動作温度は制御対象となる電動圧縮機の通常運転時には動作せず、周囲温度が異常に過熱した場合などの温度上昇によって反転するように設定されている。

この保護装置２１は電動機の巻線と直列に接続されており、電動機の運転電流が流される。電動機の通常運転時には運転電流が流れることで発生する発熱構造体７の発熱部２７Ａの熱は放熱接点１０から熱応動板９を通してハウジング２２へ、また金属板との接続部２７Ｂ及び保持体８によって金属板２７へと奪われることで、発熱部２７Ａは常に溶融温度以下に保たれ通電は継続される。

何らかの原因で冷媒温度が上昇して気密端子に危険な温度、例えば１５０℃になると密閉容器を構成するハウジング２２や金属板２３Ａも加熱されるため熱応動板９からの放熱量が不充分になり、熱応動板は所定の動作温度にまで加熱されてその湾曲方向を反転し放熱接点１０を発熱構造体２７から引き離す。

そのため発熱部２７Ａの熱は放熱経路を失いさらに自己発熱で温度上昇して溶断に至る。こうして確実に電路が遮断されることで、電動機の焼損前に通電は止まりガラス端子のピン抜けなどの事故も防止することができる。なお、放熱接点１０はセラミックスなどの電気絶縁材料でできているため、通電遮断後に熱応動板９の温度が下がり湾曲方向を元に戻しても溶断された発熱部に通電が再開されることは無い。

また本実施例においても短絡などによる大電流が流れた場合にはこの発熱構造体が溶断することにより電路を遮断し、それ以降の通電を止めることができることは言うまでもない。

この保護装置２１もまた前述の実施例と同様に、従来の保護装置１０１などと併用することで、一時的な拘束などによる過電流に対する復帰可能な保護と、恒久的な過熱や短絡状態などに対する最終保護を行うことができる。

本発明によれば従来は保護が難しかった冷媒ガス漏れなどによる電流増加を伴わない電動圧縮機内の過熱に対して電路の完全遮断が可能になり、電動機の焼損や気密端子の破損の前に確実な最終保護を行うことができる。

本発明の電動圧縮機用保護装置の一実施例を示す縦断面図 図１の電動圧縮機用保護装置のＡ‐Ａ断面図 図１の電動圧縮機用保護装置の最終保護状態を示す縦断面図 図３の電動圧縮機用保護装置のＢ‐Ｂ断面図 本発明の電動圧縮機用保護装置の第２の実施例を示す縦断面図 図５の電動圧縮機用保護装置のＣ‐Ｃ断面図 従来の保護装置の一例を示す縦断面図

符号の説明

１、２１：電動圧縮機用保護装置
２：ハウジング
３、２３：蓋板
３Ａ：金属板
４Ａ、４Ｂ、２４：導電端子（電気端子）
５：ガラス
７、２７：発熱構造体
７Ａ、２７Ａ：発熱部
８：保持体
９：熱応動板
１０：放熱接点
２２：ハウジング（電気端子）
２３Ａ：金属板（電気端子）

Claims (2)

1. 金属製の気密容器を有し、
   この気密容器には少なくともふたつの電気端子が設けられ、
   その電気端子の少なくともひとつは気密容器に穿たれた孔に挿通され気密に絶縁固定された導電端子であり、
   気密容器内部には電気端子間を電気的に繋ぐ発熱構造体が配置され、
   気密容器には熱応動板が気密容器と熱交換可能にその一端を固定されるとともにこの熱応動板の他端には放熱接点を配置し、
   前記発熱構造体には特に抵抗値を高くした発熱部を設け、
   この発熱部に放熱接点が接触することによって発熱部の熱は放熱部と熱応動板を通じて気密容器に伝えられさらに気密容器を介して外部へと放出されることで発熱部は溶融温度以下に保たれ、
   熱応動板は所定温度になると湾曲方向を反転して放熱接点を発熱部から離して発熱部の放熱経路を減少させることで自己発熱により発熱部が溶融して電路を遮断することを特徴とする電動圧縮機用保護装置。
2. 金属板に穿たれた孔に導電端子を挿通し気密に絶縁固定した蓋板と、
   この蓋板の周縁部に沿って開口部を密着固定させるハウジングとで気密容器を構成し、
   この気密容器中には前記蓋板の金属板と導電端子とを電気的に繋ぐ発熱構造体が配置され、
   ハウジングには浅い皿状に絞り成型された熱応動板がハウジングと熱交換可能にその一端を固定されるとともに他端には電気絶縁性の放熱接点を配置し、
   蓋板と発熱構造体の間には電気絶縁性の保持体を配置し、
   前記発熱構造体には特に抵抗値を高くした発熱部を設け、
   この発熱部を放熱接点と保持体で挿むことによって発熱部の熱は効率的に気密容器に伝えられるとともに気密容器を介して外部へと放出されることで発熱部は溶融温度以下に保たれ、
   熱応動板は所定温度になると湾曲方向を反転して放熱接点を発熱部から離して発熱部の放熱経路を減少させることで自己発熱により発熱部が溶融して電路を遮断することを特徴とする電動圧縮機用保護装置。
   

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