JP2012077721A - Electric compressor and control device thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍機や空気調和装置等のヒートポンプ装置の要素機器として用いられる電動圧縮機及びその電動圧縮機に搭載される電動機を制御する制御装置に関するものである。 The present invention relates to an electric compressor used as an element device of a heat pump device such as a refrigerator or an air conditioner, and a control device for controlling an electric motor mounted on the electric compressor.
近年、各種産業機器には、省エネルギー、環境保全を目的に高効率化や省資源化(小型、軽量化)が求められている。特に電動機及び電動機を使った機器(たとえば、電動圧縮機等)に対しての更なる改善が強く求められている。また、電動機の制御装置についても、電動機の高効率運転を実現するため、高性能化が求められている(たとえば、特許文献1参照)。 In recent years, various industrial devices are required to be highly efficient and save resources (smaller and lighter) for the purpose of energy saving and environmental conservation. In particular, there is a strong demand for further improvements to electric motors and devices using electric motors (for example, electric compressors). In addition, motor control devices are also required to have high performance in order to achieve high-efficiency operation of the motor (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載されているような技術は、電動機(詳しくはターミナル)と制御装置のインバータ部とが直接連結されておらず、ケーブル等を介して接続されている。ケーブルには電流検出手段が一般的に設置されているため、ケーブルはそれに必要な長さにする必要がある。また、電動機や内蔵している電動機で駆動される圧縮機は、電動機の損失、機械の摺動による機械損失、圧縮された冷媒ガスの高温化により、通常、高温状態になっている。このような高温状態は、制御装置を高性能化、高信頼性化するにあたって好ましい状態とは言えない。このような状態に対して、制御装置を、圧縮機とは熱的に絶縁(断熱)する対策が必要になる。そうすると、圧縮機と制御装置との間に所定の距離を設けることになり、このことからもケーブルが長くなる。 In the technique as described in Patent Document 1, the electric motor (specifically, a terminal) and the inverter unit of the control device are not directly connected but connected via a cable or the like. Since current detection means is generally installed in the cable, the cable needs to have a length required for it. In addition, a compressor driven by an electric motor or a built-in electric motor is usually in a high temperature state due to loss of the electric motor, mechanical loss due to sliding of the machine, and high temperature of the compressed refrigerant gas. Such a high temperature state is not a preferable state for improving the performance and reliability of the control device. For such a state, it is necessary to take measures to thermally insulate (insulate) the control device from the compressor. If it does so, a predetermined distance will be provided between a compressor and a control apparatus, and a cable will become long also from this.
また、電動機には、インバータ駆動することによるサージ電圧が発生することがわかっている。サージ電圧が発生すると、電動機の巻線(特に電動機の入力端子)に電圧が印加されることになる。電動機の巻線は、一般的にUVW等に相別されているが、異なる相間(たとえばU相とV相)には電位差がかかることは言うまでもない。加えて、同相内においても分担電圧が発生したり、相内での電圧降下により隣り合う電線同士にも電位差が発生したりする。これらの電位差は、サージ電圧の大きさに付随して大きくなるということもわかっている。 Further, it has been found that a surge voltage is generated in the electric motor by driving the inverter. When a surge voltage is generated, a voltage is applied to the winding of the motor (particularly, the input terminal of the motor). The windings of the electric motor are generally classified into UVW or the like, but it goes without saying that a potential difference is applied between different phases (for example, U phase and V phase). In addition, a shared voltage is generated even in the same phase, or a potential difference is generated between adjacent wires due to a voltage drop in the phase. It has also been found that these potential differences increase with the magnitude of the surge voltage.
ところで、圧縮機に用いられる電動機は、冷媒中に設置され、高効率であることが要求されており、これらを理由にエナメル質の皮膜をもつ電線を巻線に用いていることが多い。エナメル質の皮膜の厚さは、数十μmである。皮膜が厚くなると単位面積当たりの導体の面積が減ってしまい、抵抗の高い電動機となってしまう。そうなると、効率が低減したり、発熱による温度上昇が発生したりして信頼性が低いものになってしまう。したがって、エナメル質の皮膜の厚さは、薄ければ薄い程好ましい。 By the way, an electric motor used for a compressor is installed in a refrigerant and is required to have high efficiency. For these reasons, an electric wire having an enamel film is often used for a winding. The thickness of the enamel film is several tens of μm. When the film becomes thicker, the area of the conductor per unit area is reduced, resulting in a motor with high resistance. In this case, the efficiency is reduced or the temperature rises due to heat generation, resulting in low reliability. Therefore, the thinner the enamel film, the better.
しかしながら、特許文献1に記載されているような構造を持つインバータ駆動圧縮機用電動機においては、皮膜の厚さを薄くすること(つまり、隣り合う導体の距離を近くすること)、サージ電圧による電位差が高くなることにより、電位差がある閾値を超えると巻線間に部分放電が発生してしまう(パッシェンの法則)。この部分放電は周りの気体が放電する現象であるが、発生した部分放電の大きさと回数により巻線のエナメルが劣化してしまうことが知られている。一般的なエナメル線では800V程度の電位差で部分放電が生じ始める。電位差にもよるが数千〜数百万回の部分放電の繰り返しが発生するとエナメルが電食し、絶縁性がなくなる。そうなると、電動機のレアショートの不具合が発生することになる。 However, in the inverter-driven compressor motor having the structure described in Patent Document 1, the thickness of the coating is reduced (that is, the distance between adjacent conductors is reduced), and the potential difference due to the surge voltage. When the potential difference exceeds a certain threshold, partial discharge occurs between the windings (Paschen's law). Although this partial discharge is a phenomenon in which surrounding gas is discharged, it is known that the enamel of the winding is deteriorated depending on the magnitude and number of times of the partial discharge that has occurred. In a general enameled wire, partial discharge begins to occur with a potential difference of about 800V. Although it depends on the potential difference, if repeated partial discharges of several thousand to several million occur, the enamel is eroded and the insulating property is lost. If so, a rare short circuit of the electric motor will occur.
サージ電圧については、インバータから電動機までの距離が長いほど、またインバータのスイッチング素子であるトランジスタの立ち上がり速度が速いほど、大きくなることがわかっている(たとえば、電気学会誌107巻7号昭和62年等に掲載)。したがって、長いケーブルを備えた圧縮機用の電動機と制御装置では、サージ電圧による不具合が発生しやすいことになる。特に駆動電圧が400Vを超えるインバータ駆動システムでは注意が必要である。この対応のため、皮膜の厚いエナメル線を使用したり、絶縁部材を設けたりするようにすることが多い。しかしながら、このような対応では、生産性の低下やコストアップ、性能低下という問題が生じることになる。 It has been found that the surge voltage increases as the distance from the inverter to the motor increases and as the rising speed of the transistor that is the switching element of the inverter increases (for example, Vol. 107, No. 7, 1987) Etc.) Therefore, in the motor and the control device for the compressor having a long cable, a problem due to the surge voltage is likely to occur. In particular, caution is required in an inverter drive system in which the drive voltage exceeds 400V. For this purpose, enameled wire with a thick film is often used or an insulating member is provided. However, such a response causes problems such as a decrease in productivity, an increase in cost, and a decrease in performance.
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、インバータ部と電動機との距離を近くすることができ、サージ電圧の重畳をなくすようにした電動圧縮機及びその制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. An electric compressor and a control device for the electric compressor that can reduce the distance between the inverter unit and the electric motor and eliminate the surge voltage superposition. It is intended to provide.
本発明に係る電動圧縮機は、流体を圧縮する圧縮機構部と、回転速度が可変に調整され、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、前記圧縮機構部及び前記電動機を収容する密閉容器と、前記密閉容器に設置され、前記密閉容器の内外を電気的に接続するためのターミナルと、駆動電圧を前記電動機に供給するインバータ部と、を備え、前記電動機の回転速度を調整することで前記圧縮機構部から吐出される流体の容量を調整できる電動圧縮機であって、前記インバータ部は、ワイドギャップバンド半導体素子を有しており、前記密閉容器の外側から前記ターミナルに着脱自在に装着され、前記電動機と電気的に接続されることを特徴とする。 An electric compressor according to the present invention includes: a compression mechanism that compresses fluid; a motor that is variably adjusted in rotation speed and drives the compression mechanism; a sealed container that houses the compression mechanism and the motor; A terminal installed in the sealed container for electrically connecting the inside and outside of the sealed container; and an inverter for supplying a driving voltage to the electric motor, and adjusting the rotational speed of the electric motor to compress the compression An electric compressor capable of adjusting a volume of fluid discharged from a mechanism unit, wherein the inverter unit has a wide gap band semiconductor element, and is detachably attached to the terminal from the outside of the sealed container, It is electrically connected to the electric motor.
本発明に係る電動圧縮機の制御装置は、上記の電動圧縮機に搭載されている前記電動機を制御する制御装置であって、外部情報に基づいて前記電動機の動作を制御する制御部と、電源に接続され、その電源から印加された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、を備え、前記インバータ部は、前記制御部及び前記コンバータ部に接続され、前記制御部からの制御信号に基づいて前記コンバータ部から供給された直流電圧を駆動電圧に再変換して前記電動機に供給することを特徴とする。 An electric compressor control device according to the present invention is a control device that controls the electric motor mounted in the electric compressor, and includes a control unit that controls the operation of the electric motor based on external information, and a power source A converter unit that converts an AC voltage applied from the power source into a DC voltage, and the inverter unit is connected to the control unit and the converter unit, and is based on a control signal from the control unit. The DC voltage supplied from the converter unit is converted back to a drive voltage and supplied to the electric motor.
本発明に係る電動圧縮機によれば、制御装置のインバータ部にワイドギャップバンド半導体を使用しているので、インバータ部とターミナルとをケーブル類を介さずに接続することが可能になる。したがって、本発明に係る電動圧縮機によれば、ケーブルの長さによるサージ電圧の重畳をなくすことができ、安価で作りやすく、信頼性を向上することが可能になる。 According to the electric compressor of the present invention, since the wide gap band semiconductor is used for the inverter unit of the control device, the inverter unit and the terminal can be connected without using cables. Therefore, according to the electric compressor according to the present invention, it is possible to eliminate the superimposition of the surge voltage due to the length of the cable, and it is easy to make at low cost, and the reliability can be improved.
本発明に係る電動圧縮機の制御装置によれば、インバータ部に耐熱温度が高い(400℃程度)ワイドギャップバンド半導体を使用しているので、熱による損壊の可能性を大幅に低減できる。 According to the control device for an electric compressor according to the present invention, since the wide gap band semiconductor having a high heat resistant temperature (about 400 ° C.) is used for the inverter unit, the possibility of damage due to heat can be greatly reduced.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る電動圧縮機100の構成例を示す概略構成図である。図1に基づいて、電動圧縮機100の構成及び動作について説明する。この電動圧縮機100は、スクロール式圧縮機である場合を例に示しており、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和器、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置(ヒートポンプ装置)の要素機器の一つとなるものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of an
この電動圧縮機100は、冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。電動圧縮機100は、圧縮機構部3及び電動機4を有している。圧縮機構部3及び電動機4は、密閉容器(シェル)5内に収納されている。この密閉容器5は、圧力容器となっている。図1に示すように、圧縮機構部3が密閉容器5の上側に配置され、電動機4が密閉容器5の下側に配置されている。この密閉容器5の底部は、冷凍機油31を貯留する油だめ32となっている。また、密閉容器5には、冷媒ガスを吸入するための吸入管7と、冷媒ガスを吐出するための吐出管8とが連接されている。さらに、密閉容器5の内側には、ステーター41、フレーム70、及び、サブフレーム80が固定されている。
The
密閉容器5には、後述する電動機4を電気的に接続するための気密性を有するターミナル6が設置されている。ターミナル6とは、外部の電源と密閉容器5内に収納されている電動機4とを電気的に接続するための入出力端子のことである。このターミナル6は、例えばガラス密封端子(後述する密封端子ピン13)等で構成されており、密閉容器5の側壁の一部を貫通するように設置されている。つまり、ターミナル6は、密閉容器5の内外を電気的に絶縁しつつ橋渡しをする機能を有している。また、電動圧縮機100には、電動機4の動作を制御する制御装置2が接続されている。この制御装置2は、ターミナル6を介して電動機4に接続されている。制御装置2は、インバータ部9と、コンバータ部10と、制御部11と、で概略構成されている。なお、インバータ部9がターミナル6に装着されることで、制御装置2と電動機4とが電気的に接続されるようになっている。
The sealed
制御部11は、電動機4の回転速度や発停をインバータ部9を介して制御する機能を有している。つまり、制御部11は、入力される外部情報(たとえば、リモコン操作、室内温度、外気温度、冷媒圧力等)に基づいて、電動機4の回転速度を決定し、インバータ部9を介して電動機4の動作を制御するようになっている。コンバータ部10は、商用電源などに接続し、その電源から印加された交流電圧を直流電圧に変換する機能を有している。このコンバータ部10は、インバータ部9と接続しており、変換した直流電圧をインバータ部9に供給するようになっている。
The
インバータ部9は、たとえばインバータボックス等に格納され、コンバータ部10から供給された直流電圧を任意の周波数の交流電圧、つまり駆動電圧に再変換する機能を有している。この周波数により、電動機4の回転速度が決定されることになる。つまり、制御部11からの制御信号により、インバータ部9で任意の周波数の交流電圧に再変換し、その駆動電圧に基づいて電動機4の回転速度が決定されるのである。このように、電動圧縮機100においては、制御部11により、最適な運転ができるように指示されている。
The
インバータ部9は、たとえばシリコンカーバイド(SiC)素子等のワイドバンドギャップ半導体素子で構成したスイッチング素子を有している。このSiC素子は、そのバンドギャップが約2.2〜3.0eV、耐熱温度が約400℃という特性を有している。つまり、SiC素子は、バンドギャップが約1.1eV、耐熱温度が約120℃という特性を有するSi(シリコン)素子等の従来素子よりも耐熱温度が高い。なお、インバータ部9に搭載するスイッチング素子としては、SiC素子の他の、たとえば窒化ガリウム(GaN)素子や、ダイヤモンド素子等の他のワイドバンドギャップ半導体素子を用いるようにしてもよい。このワイドバンドギャップ半導体素子とは、Si素子よりもバンドギャップが大きい半導体素子のことを称している。
The
インバータ部9に、耐熱温度が従来素子に比べて高いワイドバンドギャップ半導体素子で構成したスイッチング素子を適用しているので、インバータ部9と電動機4との電気的な接続距離を短くすることが可能になる。つまり、インバータ部9を密閉容器5に近接させることができる。そこで、電動圧縮機100は、インバータ部9を密閉容器5の外側からターミナル6に着脱自在に装着するようにしている。よって、インバータ部9とターミナル6とをケーブルを介することなく接続することが可能になる。また、インバータ部9と電動機4との電気的な接続距離を飛躍的に短くできる。したがって、サージ電圧の抑制効果が更に増加することになる。
Since a switching element composed of a wide band gap semiconductor element having a higher heat resistance temperature than the conventional element is applied to the
そして、インバータ部9がターミナル6に装着されることで、インバータ部9と電動機4とをターミナル6を介して電気的に接続することができる。なお、図1では、インバータ部9が、機械的強度をもった取付板12を介して電動圧縮機100の密閉容器5の外側に取り付けられている状態を例に示している。この取付板12は、インバータ部9とターミナル6との接続状態を保持する役目を果たしている。取付板12は、電動圧縮機100で発生した振動を減衰する機能を有する振動減衰材(たとえば、ゴムやバネ、合成樹脂等の弾性体や振動エネルギーを熱エネルギーに変換可能な制振材等)で構成されている。
Then, by attaching the
圧縮機構部3は、電動機4により駆動され、吸入管7から吸入した冷媒ガスを圧縮して密閉容器5内の吐出空間33に排出する機能を有している。この圧縮機構部3は、固定スクロール60と、揺動スクロール50と、で概略構成されている。なお、吐出空間33は、電動圧縮機100内部の上方空間に形成されており、高圧空間となっている。そして、吐出空間33に排出された冷媒ガスは、吐出空間33に連通している吐出管8から電動圧縮機100の外部に吐出されることになる。
The
固定スクロール60は、フレーム70に図示省略のボルト等によって固定されている。固定スクロール60は、鏡板61と、鏡板61の一方の面(紙面下側の面)に立設されたインボリュート曲線形状の渦巻状突起であるラップ部62と、を有している。また、固定スクロール60の中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート63が形成されている。
The fixed
揺動スクロール50は、固定スクロール60に対して自転運動することなく公転旋回運動を行なうようになっている。揺動スクロール50は、鏡板51と、鏡板51の一方の面(紙面上側の面)に立設されたインボリュート曲線形状の渦巻状突起であるラップ部52と、を有している。また、揺動スクロール50のラップ部52形成面とは反対側の面(以下、スラスト面と称する)の略中心部には、中空円筒形状の揺動スクロールボス部53が形成されている。この揺動スクロールボス部53には、後述するクランクシャフト45の上端に設けられた偏心ピン部46が嵌入(係合)されているのである。
The orbiting scroll 50 performs a revolving orbiting motion without rotating with respect to the fixed
固定スクロール60と揺動スクロール50とは、ラップ部62とラップ部52とを互いに噛み合わせ、密閉容器5内に装着される。そして、ラップ部52とラップ部62との間には、相対的に容積が変化する圧縮室34が形成される。なお、揺動スクロール50と固定スクロール60との間には、揺動スクロール50の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するためのオルダムリング(図示省略)が配設されている。このオルダムリングは、揺動スクロール50の自転運動を阻止するとともに、公転旋回運動を可能とする機能を果たすようになっている。
The fixed
電動機4は、圧縮機構部3で冷媒ガスを圧縮するために、圧縮機構部3を構成する揺動スクロール50を駆動する機能を果たすようになっている。つまり、電動機4がクランクシャフト45を介して揺動スクロール50を駆動することによって、圧縮機構部3で冷媒ガスを圧縮するようになっているのである。電動機4は、クランクシャフト45に固定されたローター42と、密閉容器5に固着保持されたステーター41と、で概略構成されている。ローター42は、クランクシャフト45に固定され、ステーター41への通電が開始することにより回転駆動し、クランクシャフト45を回転させるようになっている。また、ステーター41の外周面は焼き嵌め等により密閉容器5に固着支持されている。
The electric motor 4 functions to drive the orbiting scroll 50 constituting the
クランクシャフト45は、作用するガス荷重に対し、許容撓み量を確保できる剛性をもち、切削性が良好であって、低コスト化できる材料を選定して構成するとよい。クランクシャフト45の上端部は、揺動スクロール50の揺動スクロールボス部53と回転自在に嵌合する偏心ピン部46が形成されている。また、クランクシャフト45の内部には、油だめ32に貯留してある冷凍機油31の流路となる給油流路47が形成されている。そうすれば、油だめ32に溜まっている冷凍機油31を、クランクシャフト45の回転に伴って吸い上げ、圧縮機構部3に給油することが可能になる。
The
フレーム70は、密閉容器5の内周面に外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、中心部にクランクシャフト45が挿通される貫通穴が形成されている。この貫通穴には、クランクシャフト45を回転自在に支持する主軸受36が設けられている。このフレーム70は、密閉容器5内の上方に設置され、クランクシャフト45の上方部分を支持している。サブフレーム80も、密閉容器5の内周面に外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、中心部にクランクシャフト45が挿通される貫通穴が形成されている。この貫通穴には、クランクシャフト45を回転自在に支持させるため副軸受37が設けられている。このサブフレーム80は、密閉容器5内の下方に設置され、クランクシャフト45の下方部分を支持している。
The
ここで、電動圧縮機100の動作について簡単に説明する。
制御部11により、電動機4の回転速度が決定され、インバータ部9を介して電動機4に駆動電圧が供給される。電動機4に駆動電圧が供給されると、ローター42は、ステーター41が発生する回転磁界からの回転力を受けて回転する。それに伴って、ローター42に固定され、主軸受36及び副軸受37に支持されたクランクシャフト45が回転駆動する。クランクシャフト45の回転運動は、クランクシャフト45の偏心ピン部46及び揺動スクロールボス部53を介し揺動スクロール50に伝わる。揺動スクロール50は、図示省略のオルダムリングにより自転が規制され、公転運動する。
Here, the operation of the
The rotation speed of the electric motor 4 is determined by the
このクランクシャフト45の回転駆動によって、密閉容器5内の冷媒ガスが固定スクロール60のラップ部62と揺動スクロール50のラップ部52とにより形成される外周側の圧縮室34内へ吸い込まれる。なお、冷凍サイクルを循環してきた低温・低圧状態の冷媒は、吸入管7から密閉容器5内に流入するようになっている。圧縮室34内に取り込まれた冷媒ガスは、揺動スクロール50の回転とともに徐々に圧縮されながら中心部に向かうようになっている。そして、圧縮室34で圧縮された冷媒ガスは、高圧の状態となって固定スクロール60の鏡板61に形成されている吐出ポート63から吐出し、吐出空間33を経由してから電動圧縮機100の外部へと流出される。なお、圧縮された高圧状態の冷媒は、吐出管8から密閉容器5外部に流出され、冷凍サイクルを循環することになる。
By rotating the
制御部11は、適宜入力される外部情報を基に、吸入/放出する冷媒量を調整するようになっている。つまり、制御部11は、外部情報を基にインバータ部9を介して電動機4の回転速度を適宜変更して、冷凍サイクル装置に要求されている運転に応じた適当な量の冷媒を冷媒回路に供給している。したがって、高性能な冷凍サイクル装置が構成されることになる。
The
上述したように、電動圧縮機100においては、インバータ部9と電動機4との電気的な接続距離を必要最低限にすることが可能であるので、インバータ部9で生成された電源波形がそのまま電動機4に印加されることになる。よって、電動圧縮機100によれば、インバータ部9をターミナル6に装着しているので、インバータ部9とターミナル6とを接続するためのケーブルをなくすことができ、ケーブルによるサージ電圧の発生を大幅に抑制することが可能になる。さらに、電動圧縮機100によれば、インバータ部9とターミナル6とを接続するケーブルの長さに起因するサージ電圧の重畳もなくすことができる。
As described above, in the
したがって、電動機4としては電線の皮膜厚さなどの耐電圧特性を上げる必要がなく、低コスト化、高効率化の実現が可能になる。また、Si素子等で構成されたスイッチング素子を有する従来のインバータ部では電動圧縮機の熱により損壊してしまう可能性があったが、電動圧縮機100では、ワイドギャップバンド半導体素子を用いることにより、耐熱温度が高い(400℃程度)ため、熱により損壊してしまう可能性を大幅に低くすることができる。さらに、従来のインバータ部に比べ、放熱性もよいため、取付板12にインバータ部9を固定しても、インバータ部9が損壊する可能性が高くなることもない。つまり、取付板12にインバータ部9を固定すれば、電動圧縮機100の微振動を熱として放熱することができるので、振動によるインバータ部9の損壊を低減できるのである。
Therefore, it is not necessary for the electric motor 4 to improve the withstand voltage characteristics such as the thickness of the coating of the electric wire, and it is possible to realize low cost and high efficiency. Moreover, in the conventional inverter part which has the switching element comprised by Si element etc., there was a possibility of damaging by the heat of the electric compressor, but the
図2は、電動圧縮機100を上から見た状態を概略的に示す概略平面図である。図2に基づいて、吸入管7と制御装置2(詳しくはターミナル6)との位置関係について説明する。この図2には、ターミナル6及びインバータ部9を透視して示している。上述したように、インバータ部9は、ターミナル6を介して電動機4に接続されている。インバータ部9は、ワイドギャップバンド半導体素子により構成されたスイッチング素子を有している。そして、電動圧縮機100においては、吸入管7とターミナル6とが対向する位置に配置されるように構成されている。
FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing the
一般的な冷凍サイクル装置における通常運転では、冷媒は、蒸発器で冷やされてから電動圧縮機100に戻ってくるようになっている。したがって、吸入管7から流入する冷媒は、圧縮機構部3に吸入されて圧縮されることになるが、圧縮機構部3に吸入されるまでに密閉容器5内部の各部を冷却することができる。一方、冷媒としては、各部を冷却することで熱をもらい、密度が低下し、単位体積あたりの重量が減り、所定の容量が減ってしまうことになる。
In a normal operation in a general refrigeration cycle apparatus, the refrigerant returns to the
そこで、電動圧縮機100では、ターミナル6に装着されたインバータ部9の発熱を利用するようにしている。つまり、電動圧縮機100は、ターミナル6と吸入管7とを対向位置(つまり、密閉容器5を平面視した状態において最も離れた位置)に設けることで、吸入冷媒の密閉容器5内部における加熱を減らすことを可能にしている。したがって、吸入冷媒の余計な加熱を低減でき、性能低下を抑制することが可能になる。
Therefore, in the
また、一般的な冷凍サイクル装置では、液冷媒を吸入してしまう液バック現象が発生することがある。液バック現象とは、冷媒がガス状態ではなく液状態で圧縮機に吸入されてしまうことである。その際、吸入管7の近傍に水滴が付いたり、着氷したりする場合がある。このような場合が発生したとしても、吸入管7とターミナル6とは対向位置に設けておけば、ターミナル6に水滴や氷が付くことを回避でき、水滴は氷による絶縁劣化の抑制にも寄与する。
Further, in a general refrigeration cycle apparatus, a liquid back phenomenon that sucks liquid refrigerant may occur. The liquid back phenomenon is that the refrigerant is sucked into the compressor in a liquid state instead of a gas state. At that time, water droplets may be formed near the suction pipe 7 or may be icing. Even if such a case occurs, if the suction pipe 7 and the
図3は、電動機4と制御装置2との接続部分の一例を拡大して示す概略拡大図である。図3に基づいて、電動機4と制御装置2との接続例について説明する。図1では、電動機4とターミナル6とが配線で接続されている状態を図示しているが、図3では、電動機4とターミナル6として機能する密封端子ピン13とが密封端子ピン接続部14で接続されている状態を図示している。なお、図3では、制御装置2の一部を図示している。
FIG. 3 is a schematic enlarged view showing an example of a connection portion between the electric motor 4 and the control device 2 in an enlarged manner. A connection example between the electric motor 4 and the control device 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a state where the electric motor 4 and the
図3では、密閉容器5の側壁の一部に、ターミナル6の一例である密封端子ピン13が貫通するように、つまり密閉容器5の内外の双方に突出するように設置されている例を図示している。この密封端子ピン13は、電気的に電動圧縮機100の内外を導通させる機能を有しており、ガラス等で外周を構成し、その内外の気密性を保ちつつ密閉容器5を貫通するように設けられている。つまり、密封端子ピン13は、制御装置2と電動機4との間に介在し、両者を電気的に接続するターミナル6としての機能を果たすものである。
In FIG. 3, an example in which a sealed
電動機4を構成するステーター41は、薄板状の電磁鋼板を積層した略T字型形状の複数個の積層鉄心41aを環状に組み合わせて構成するとよい。そして、巻線41bは、各積層鉄心41aの内周部(ステーター41の中央側)に突出形成されるティース部41dに絶縁部材(インシュレーター)41eを介して集中巻されるようになっている。図3に示すように、密封端子ピン13と巻線41bとは、密封端子ピン接続部14を介して接続されている。密封端子ピン接続部14は、一端側(図3の下側)が電動機4(詳しくは積層鉄心41a)の絶縁部材41eに装着され、巻線41bと導通するようになっている。また、密封端子ピン接続部14は、他端側(図3の上側)が密封端子ピン13に接続されるようになっている。
The
また、図3に示すように、制御装置2側にも、密封端子ピン13が挿入可能なピン接合部2aを形成しておく。図3では、取付板12にピン接合部2aを形成している状態を例に示している。このようにすれば、密閉容器5の外部に突出する密封端子ピン13を制御装置2のピン接合部2aに挿入するだけで、制御装置2と電動機4とを電気的に接続できることになる。したがって、電動圧縮機100によれば、密封端子ピン13をピン接合部2aに挿入するだけで、インバータ部9をターミナル6に装着させることができ、非常に簡易な操作で制御装置2と電動機4とを簡単に接続することができる。
Moreover, as shown in FIG. 3, the
ピン接合部2aをインバータ部9に形成しておけば、インバータ部9とターミナル6となる密封端子ピン13との距離を更に短くすることが可能になる。また、ターミナル6となる密封端子ピン13と巻線41bとも密封端子ピン接続部14で接続できるので、これらもケーブルを介さずに接続することが可能になる。なお、ピン接合部2aをインバータ部9に形成する場合、取付板12は必須ではないが、図1に示したようにインバータ部9とターミナル6との接続状態を保持する目的で設けてもよい。
If the pin
図4は、電動機4と制御装置2との接続部分を電動機4側から見た状態を拡大して示す概略拡大図である。図4に基づいて、密封端子ピン接続部14の具体的な構成について説明する。図1では、電動機4とターミナル6とが配線で接続されている状態を図示しているが、図4では、電動機4とターミナル6として機能する密封端子ピン13とが密封端子ピン接続部14で接続されている状態を図示している。
FIG. 4 is a schematic enlarged view showing, in an enlarged manner, a state where a connection portion between the electric motor 4 and the control device 2 is viewed from the electric motor 4 side. Based on FIG. 4, the specific structure of the sealing terminal
密封端子ピン接続部14は、密閉容器5の内部に突出する密封端子ピン13が挿通可能な形状(たとえば、略U字形状等)を一部に有している立設部14aを備えている。密封端子ピン接続部14をこのような構成とすれば、ターミナル6となる密封端子ピン13を簡単に接続できる。つまり、密閉容器5に電動機4を装着する際に、電動機4を密閉容器5の内部で下から上に移動させ、密封端子ピン13を密封端子ピン接続部14の立設部14aに挿通させるだけで、電気的な接続が容易に実現できる。
The sealed terminal
なお、立設部14aの形状を特に限定するものではない。また、密封端子ピン接続部14の立設部14aは、密封端子ピン13の軸方向と略直交する方向に弾性を有するようにしておくとよい。密封端子ピン接続部14の立設部14aに弾性を備えることにより、密封端子ピン13との接続に機械的強度を得ることができるだけでなく、電気的に必要な接触力(つまり、接触抵抗を抑える)を得ることができる。また、図4には、ステーター41の一部(たとえば、U1相のみ)しか図示していないが、他の相も同様の構成になっている(図7参照)。
In addition, the shape of the
図5は、電動機4と制御装置2との接続部分を制御装置2側から見た状態を拡大して示す概略斜視図である。図6は、図3に示すA側から見た状態を拡大して示す概略図である。図5及び図6に基づいて、制御装置2の接続について詳細に説明する。図5及び図6では、3相に対応するために3本の密封端子ピン13が装着されている状態を例に示している。したがって、制御装置2側にもピン接合部2aが3つ形成されている。
FIG. 5 is an enlarged schematic perspective view showing a state in which a connection portion between the electric motor 4 and the control device 2 is viewed from the control device 2 side. 6 is an enlarged schematic view showing a state viewed from the A side shown in FIG. Based on FIG.5 and FIG.6, the connection of the control apparatus 2 is demonstrated in detail. FIGS. 5 and 6 show an example in which three sealed terminal pins 13 are attached to support three phases. Therefore, three
密封端子ピン13は、上述したように、電気的に電動圧縮機100の内外を導通させる機能を有しており、密閉容器5の外部にも突出するように設けられている。そして、制御装置2側には、密封端子ピン13が挿通可能なピン接合部2aが形成されている。つまり、密閉容器5の外部に突出する密封端子ピン13を制御装置2のピン接合部2aに挿入するだけで、インバータ部9をターミナル6にケーブルを介することなく装着することができ、制御装置2と電動機4とを電気的に接続できることになる。
As described above, the sealing
なお、図6に示すように、ピン接合部2aと、ピン接合部2aとインバータ部9との接続部分と、に銅パターン9aを施し、密封端子ピン13の先端部にねじ山加工を施しておけば、ナット49等で強固に接続することができる。特に電流容量の課題がある場合には有効な対策である。このようにすれば、ピン接合部2aと密封端子ピン13との接続が緩んで外れてしまったり、接触抵抗の問題が生じたりすることを解消できる。よって、更に信頼性の高いものとなる。なお、上述したように、ピン接合部2aをインバータ部9に形成しておけば、インバータ部9とターミナル6及び電動機4との距離を更に短くすることが可能になる。
In addition, as shown in FIG. 6, the
図7は、電動機4の結線を説明するための説明図である。図7に基づいて、電動機4の結線について説明する。図7(a)が電動機4の結線を模式的に示した模式図を、図7(b)が各層(U相、V相、W相)の中性点側が接続されてY形結線が行なわれている状態を簡略化して示した簡略回路図を、それぞれ表している。 FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining connection of the electric motor 4. Based on FIG. 7, the connection of the electric motor 4 is demonstrated. 7A is a schematic diagram schematically showing the connection of the motor 4, and FIG. 7B is a Y-type connection in which the neutral point side of each layer (U phase, V phase, W phase) is connected. Simplified circuit diagrams showing simplified states are respectively shown.
図7(a)に示すように、電動機4を構成するステーター41は、略T字型形状の複数個の積層鉄心41aを環状に組み合わせて構成するとよい。各積層鉄心41aの内周部(ステーター41の中央側)には、巻線41bが集中巻されるティース部41dが突出するように形成されている。そして、積層鉄心41aが環状に組み合わされた状態においては、隣り合うティース部41dの間に所定の間隙43が形成される。巻線41bは、ティース部41dに巻き付けられる。
As shown in FIG. 7A, the
巻線41bの一端はU相、V相、W相のいずれかに対応する密封端子ピン接続部14(図3及び図4参照)に、巻線41bの他端は中性点Nに、それぞれ接続されるようになっている。つまり、巻線41bは、各層(U相、V相、W相)の中性点側が接続されてY形結線が行なわれている(図7(b)参照)。 One end of the winding 41b is in the sealed terminal pin connection portion 14 (see FIGS. 3 and 4) corresponding to any of the U phase, V phase, and W phase, and the other end of the winding 41b is in the neutral point N. Connected. That is, the winding 41b is connected to the neutral point side of each layer (U-phase, V-phase, W-phase) and is connected in Y-shape (see FIG. 7B).
図8は、電動機4と制御装置2との接続部分の別の一例を拡大して示す概略拡大図である。図8に基づいて、密閉容器5とインバータ部9との間に放熱部材15を介して電動機4と制御装置2とを接続するようにした場合について説明する。図8に示すように、放熱部材15を、密閉容器5とインバータ部9との間に設けるようにしてもよい。この放熱部材15は、絶縁性が高く、熱伝導性の高い材料、たとえばシリコンやアルミ等の金属等を材料として構成するとよい。
FIG. 8 is a schematic enlarged view showing another example of a connection portion between the electric motor 4 and the control device 2 in an enlarged manner. Based on FIG. 8, the case where the electric motor 4 and the control apparatus 2 are connected via the
インバータ部9は、回路損失などで発熱をするが、放熱部材15を設けることにより密閉容器5の熱を伝えることができる。密閉容器5内は、冷媒により、冷却、熱交換がなされるため、放熱部材15を設けることでインバータ部9の発熱を放熱することができるようになる。そのため、インバータ部9の信頼性が向上することになる。また、暖房運転時には、インバータ部9の発熱も放熱部材15を介して積極的に密閉容器5に伝達するため、回路損失も有効に活用することが可能になる。
The
なお、図8では、取付板12と密閉容器5の外壁との間に放熱部材15を設けている状態を例に示しているが、放熱部材15に取付板12の機能を兼用させてもよく、取付板12に放熱部材15の機能を兼用させてもよい。また、図8に示すように、放熱部材15を取付板12とは別体として設けるようにしてもよい。
8 shows an example in which the
以上のように、電動圧縮機100によれば、インバータ部9にワイドギャップバンド半導体素子により構成されたスイッチング素子を適用しているので、インバータ部9を密閉容器5の外側からケーブル類を介さずにターミナル6に装着することができる。したがって、ケーブル類に起因して発生するサージ電圧の重畳による影響を極力低減することが可能になり、信頼性が向上する。また、電動圧縮機100によれば、ケーブル類が不要なので、その分安価となり、作りやすいものとなる。
As described above, according to the
さらに、電動圧縮機100によれば、制御装置2と電動機4との接続に工夫(密封端子ピン13、密封端子ピン接続部14、ピン接合部2a)を施しているので、制御装置2と電動機4とを更に簡単に接続することができる。加えて、電動圧縮機100に放熱部材15を設ければ、放熱部材15と密閉容器5内の冷媒との間で熱交換が積極に行なわれることになり、インバータ部9の信頼性向上に更に寄与することが可能になる。
Furthermore, according to the
2 制御装置、2a ピン接合部、3 圧縮機構部、4 電動機、5 密閉容器、6 ターミナル、7 吸入管、8 吐出管、9 インバータ部、9a 銅パターン、10 コンバータ部、11 制御部、12 取付板、13 密封端子ピン、14 密封端子ピン接続部、14a 立設部、15 放熱部材、31 冷凍機油、32 油だめ、33 吐出空間、34 圧縮室、36 主軸受、37 副軸受、41 ステーター、41a 積層鉄心、41b 巻線、41d ティース部、41e 絶縁部材、42 ローター、43 間隙、45 クランクシャフト、46 偏心ピン部、47 給油流路、49 ナット、50 揺動スクロール、51 鏡板、52 ラップ部、53 揺動スクロールボス部、60 固定スクロール、61 鏡板、62 ラップ部、63 吐出ポート、70 フレーム、80 サブフレーム、100 電動圧縮機、N 中性点。
2 control device, 2a pin joint, 3 compression mechanism, 4 electric motor, 5 sealed container, 6 terminal, 7 suction pipe, 8 discharge pipe, 9 inverter part, 9a copper pattern, 10 converter part, 11 control part, 12 mounting Plate, 13 Sealed terminal pin, 14 Sealed terminal pin connection part, 14a Standing part, 15 Heat dissipating member, 31 Refrigerating machine oil, 32 Oil sump, 33 Discharge space, 34 Compression chamber, 36 Main bearing, 37 Sub bearing, 41 Stator, 41a Laminated iron core, 41b Winding, 41d Teeth part, 41e Insulating member, 42 Rotor, 43 Gap, 45 Crankshaft, 46 Eccentric pin part, 47 Oil supply flow path, 49 Nut, 50 Swing scroll, 51 End plate, 52
Claims (8)
回転速度が可変に調整され、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、
前記圧縮機構部及び前記電動機を収容する密閉容器と、
前記密閉容器に設置され、前記密閉容器の内外を電気的に接続するためのターミナルと、
駆動電圧を前記電動機に供給するインバータ部と、を備え、
前記電動機の回転速度を調整することで前記圧縮機構部から吐出される流体の容量を調整できる電動圧縮機であって、
前記インバータ部は、
ワイドギャップバンド半導体素子を有しており、前記密閉容器の外側から前記ターミナルに着脱自在に装着され、前記電動機と電気的に接続される
ことを特徴とする電動圧縮機。 A compression mechanism for compressing fluid;
An electric motor whose rotation speed is variably adjusted and drives the compression mechanism;
A sealed container for housing the compression mechanism and the electric motor;
A terminal that is installed in the sealed container and electrically connects the inside and outside of the sealed container;
An inverter for supplying a driving voltage to the electric motor,
An electric compressor capable of adjusting a volume of fluid discharged from the compression mechanism by adjusting a rotation speed of the electric motor,
The inverter unit is
An electric compressor comprising a wide gap band semiconductor element, detachably attached to the terminal from the outside of the hermetic container, and electrically connected to the electric motor.
前記電動機の一部に、前記密閉容器の内部における前記密封端子ピンが接続される密封端子ピン接続部を設け、
前記インバータ部が設けられる制御装置の一部に、前記密閉容器の外部における前記密封端子ピンが接続されるピン接合部を設けている
ことを特徴とする請求項1に記載の電動圧縮機。 The terminal is composed of a sealed terminal pin provided so as to protrude inside and outside the sealed container,
A part of the electric motor is provided with a sealed terminal pin connection part to which the sealed terminal pin in the sealed container is connected,
2. The electric compressor according to claim 1, wherein a pin joint portion to which the sealed terminal pin outside the sealed container is connected is provided in a part of the control device provided with the inverter unit.
前記電動機が前記密閉容器に装着された状態で、前記密閉容器の外部における前記密封端子ピンを前記ピン接合部に接続し、
前記電動機と前記インバータ部とが接続される
ことを特徴とする請求項2に記載の電動圧縮機。 When the electric motor is attached to the sealed container, the sealed terminal pin in the sealed container is connected to the sealed terminal pin connection part,
With the electric motor attached to the sealed container, the sealed terminal pin outside the sealed container is connected to the pin joint,
The electric compressor according to claim 2, wherein the electric motor and the inverter unit are connected.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電動圧縮機。 The electric compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the wide gap semiconductor element is a silicon carbide element.
前記ターミナルと前記吸入管とを略対向する位置に設置している
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動圧縮機。 A suction pipe through which fluid is sucked into the sealed container;
The electric compressor according to any one of claims 1 to 4, wherein the terminal and the suction pipe are installed at positions substantially facing each other.
振動を減衰する機能を有する振動減衰材で構成された取付板を介して前記ターミナルに装着される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動圧縮機。 The inverter unit is
The electric compressor according to any one of claims 1 to 5, wherein the electric compressor is attached to the terminal via a mounting plate made of a vibration damping material having a function of damping vibration.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の電動圧縮機。 The electric compressor according to any one of claims 1 to 6, wherein a heat radiating member having insulation and thermal conductivity is interposed between the inverter unit and the sealed container.
外部情報に基づいて前記電動機の動作を制御する制御部と、
電源に接続され、その電源から印加された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、を備え、
前記インバータ部は、
前記制御部及び前記コンバータ部に接続され、前記制御部からの制御信号に基づいて前記コンバータ部から供給された直流電圧を駆動電圧に再変換して前記電動機に供給する
ことを特徴とする電動圧縮機の制御装置。 A control device for controlling the electric motor mounted on the electric compressor according to any one of claims 1 to 7,
A control unit for controlling the operation of the electric motor based on external information;
A converter unit connected to a power source and converting an AC voltage applied from the power source into a DC voltage;
The inverter unit is
Electric compression connected to the control unit and the converter unit, wherein the DC voltage supplied from the converter unit is reconverted into a drive voltage based on a control signal from the control unit and supplied to the electric motor. Machine control device.
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