JP2016099029A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機を高速で回転させた際のモータ効率を維持しつつ、従来よりも騒音を小さくする空気調和機を提供する。
【解決手段】冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の空気調和機１が提供される。空気調和機１は、モータと、圧縮機と、モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構１３０とを備える。圧縮機のシリンダ容積は１１ｃｃ〜１４ｃｃである。
【選択図】図４

Description

本技術は、空気調和機の技術に関し、特にモータによって駆動される圧縮機を有する空気調和機の技術に関する。

モータによって駆動される圧縮機を有する空気調和機が知られている。そして、たとえば、２．２以上４．０ｋｗ未満の冷凍能力を有する空気調和機のシリンダ容積は、９ｃｃ程度である。たとえば、４．０以上６．０ｋｗ未満の冷凍能力を有する空気調和機のシリンダ容積は、１３ｃｃ程度である。たとえば、６．０以上８．０ｋｗ未満の冷凍能力を有する空気調和機のシリンダ容積は、１５ｃｃ程度である。

また、近年では、圧縮機を高速回転させるための技術や、低速運転時と高速運転時の効率を向上させるため技術も提案されている。たとえば、特開２００６−２４６６７４号公報（特許文献１）には、モータ駆動装置、モータ駆動方法及び圧縮機が開示されている。特開２００６−２４６６７４号公報（特許文献１）によると、結線切替機構が、インバータが供給する駆動電圧を受けるモータの巻線の結線方式を、運転範囲が規定値以下の場合にはスター結線に切り替え、運転範囲が規定値以上の場合にはデルタ結線に切り替える。このとき、インバータは、スター結線運転範囲及びデルタ結線運転範囲のそれぞれにおける所定の運転範囲において弱め界磁制御による駆動を行う。

さらに、たとえば、特開２０１０−１７０５５号公報（特許文献２）には、モータ駆動装置が開示されている。特開２０１０−１７０５５号公報（特許文献２）によると、Ｕ相において、低速領域では、巻線が、巻線切替部のスイッチのみがオンすることにより、直列接続された状態にある。このとき、巻線の端子と巻線の端子との間の巻線切替部と、巻線の端子と巻線の端子との間に接続された巻線切替部とは、夫々そのスイッチがオフすることにより、稼働しない。巻線の接続状態の切り替えは、インバータのスイッチングトランジスタがオフする期間中で行なわれ、高速領域での巻線が並列接続された状態となる。Ｖ，Ｗ相についても、同様である。

特開２００６−２４６６７４号公報 特開２０１０−１７０５５号公報

しかしながら、従来の空気調和機に関しては、圧縮機を高速で回転させる際に大きな騒音が発生する可能性が高かった。

本発明は、上記の点を鑑みてなされたもので、圧縮機を高速で回転させた際の効率を維持しつつ、従来よりも騒音を小さくすることを目的とする。

この発明のある態様に従うと、冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の空気調和機が提供される。空気調和機は、モータと、圧縮機と、モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構とを備える。圧縮機のシリンダ容積が１１ｃｃ〜１４ｃｃである。

この発明の別の態様に従うと、冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の空気調和機が提供される。空気調和機は、モータと、圧縮機と、モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構とを備える。圧縮機のシリンダ容積が１４ｃｃ〜１６ｃｃである。

この発明の別の態様に従うと、冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の空気調和機が提供される。空気調和機は、モータと、圧縮機と、モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構とを備える。圧縮機のシリンダ容積が１６ｃｃ〜１８ｃｃである。

好ましくは、モータの最大回転数が７０００ｒｐｍ以下である。

好ましくは、モータのターン数が７０以上である、および／または、モータのロータまたはステータの積厚が５０以上である。

好ましくは、モータのターン数が７０以上である、および／または、モータのロータまたはステータの積厚が５５以上である。

好ましくは、モータのターン数が７５以上である、および／または、モータのロータまたはステータの積厚が５５以上である。

以上のように、この発明によれば、本発明によれば、圧縮機を高速で回転させた際の効率を維持しつつ、従来よりも騒音が低減された空気調和機を提供することができる。

第１の実施の形態にかかる空気調和機の冷房運転時の概略構成図である。 第１の実施の形態にかかる空気調和機の暖房運転時の概略構成図である。 本実施の形態にかかる圧縮機１２の構成を示す一部断面側面図である。 本実施の形態にかかる圧縮機１２の駆動装置を構成するモータ１２１、インバータ１３１及び結線切替機構１３０との関係を示す結線図である。 本実施の形態にかかる結線切替構成が実現するスター結線を示す模式図とデルタ結線を示す模式図である。 モータ１２１の内部結線を説明する模式図である。 本実施の形態にかかるモータ１２１の回転速度に対する効率を説明する特性図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
＜第１の実施の形態＞

以下では、第１の実施の形態として、冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０未満の空気調和機に関して説明する。
＜空気調和機の全体構成＞

まず、本実施の形態にかかる空気調和機１の全体構成と動作概要とについて説明する。なお、図１は、第１の実施の形態にかかる空気調和機の冷房運転時の概略構成図である。また、図２は、第１の実施の形態にかかる空気調和機の暖房運転時の概略構成図である。

図１および図２を参照して、本実施の形態にかかる空気調和機１は、セパレート式の空気調和機であって、冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満のものである。空気調和機１は、主に、室外機１０、室内機３０およびリモートコントローラ５０から構成されている。なお、空気調和機１は、室内機３０と室外機１０とが冷媒配管１７および１８を介して接続されることによって構成されている。以下、室外機１０、室内機３０、リモートコントローラ５０、冷媒配管１７および１８について詳述する。

（１）室外機
室外機１０は、主に、筐体１１、圧縮機１２、四路切換弁１３、室外熱交換器１４、膨張弁１５、室外送風機１６、冷媒配管１７、冷媒配管１８、二方弁１９、三方弁２０、室外熱交換器温度センサ２１、吐出温度センサ２２、吸入温度センサ２３、出口温度センサ２４、外気温度センサ２５および制御部１００から構成されている。なお、この室外機１０は、屋外に設置されている。

筐体１１には、圧縮機１２、四路切換弁１３、室外熱交換器１４、膨張弁１５、室外送風機１６、冷媒配管１７、冷媒配管１８、二方弁１９、三方弁２０、温度センサ２１〜２５および制御部１００等が収納されている。

圧縮機１２は、吐出管１２ａおよび吸入管１２ｂを有している。吐出管１２ａおよび吸入管１２ｂは、それぞれ、四路切換弁１３の異なる接続口に接続されている。また、圧縮機１２は、通信線を介して制御部１００に通信接続されており、制御部１００から送信される制御信号に従って動作する。圧縮機１２は、運転時、吸入管１２ｂから低圧の冷媒ガスを吸入し、その冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスを生成した後、その高圧の冷媒ガスを吐出管１２ａから吐出する。

四路切換弁１３は、冷媒配管を介して圧縮機１２の吐出管１２ａおよび吸入管１２ｂ、室外熱交換器１４ならびに室内熱交換器３２に接続されている。そして、この四路切換弁１３は、通信線を介して制御部１００に通信接続されており、制御部１００から送信される制御信号に従って動作する。これによって、四路切換弁１３は、運転時、制御部１００から送信される制御信号に従って、圧縮機１２の吐出管１２ａを室外熱交換器１４に連結させると共に圧縮機１２の吸入管１２ｂを室内熱交換器３２に連結させる冷房運転状態（図１参照）と、圧縮機１２の吐出管１２ａを室内熱交換器３２に連結させると共に圧縮機１２の吸入管１２ｂを室外熱交換器１４に連結させる暖房運転状態（図２参照）とを切り換える。

室外熱交換器１４は、左右両端で複数回折り返された伝熱管（図示せず）に多数の放熱フィン（図示せず）が取り付けられたもの（フィン＆チューブ型）であって、冷房運転時（図１参照）には凝縮器として機能し、暖房運転時（図２参照）には蒸発器として機能する。なお、熱交換器としてパラレルフロー型熱交換器やサーペン型熱交換器を用いてもよい。

膨張弁１５は、後述するステッピングモータを介して開度制御が可能な電子膨張弁であって、一方が冷媒配管１７を介して二方弁１９に接続されると共に、他方が室外熱交換器１４に接続されている。また、この膨張弁１５のステッピングモータは、通信線を介して制御部１００に通信接続されており、制御部１００から送信される制御信号に従って動作する。膨張弁１５は、運転時において、凝縮器（冷房時は室外熱交換器１４であり、暖房時は室内熱交換器３２である）から流出する高温高圧の液冷媒を蒸発しやすい状態に減圧すると共に、蒸発器（冷房時は室内熱交換器３２であり、暖房時は室外熱交換器１４である）への冷媒供給量を調節する役目を担っている。

室外送風機１６は、主に、プロペラファンおよびモータから構成されている。プロペラファンは、モータによって回転駆動され、屋外の外気を室外熱交換器１４に供給する。モータは、通信線を介して制御部１００に通信接続されており、制御部１００から送信される制御信号に従って動作する。

二方弁１９は、冷媒配管１７に配設されている。なお、二方弁１９は、室外機１０から冷媒配管１７が取り外されるときに閉じられ、冷媒が室外機１０から外部に漏れることを防ぐ。

三方弁２０は、冷媒配管１８に配設されている。なお、三方弁２０は、室外機１０から冷媒配管１８が取り外されるときに閉じられ、冷媒が室外機１０から外部に漏れることを防ぐ。また、室外機１０から、あるいは室内機３０を含めた冷凍サイクル全体から、冷媒を回収する必要があるときは、三方弁２０を通じて冷媒の回収が行われる。

温度センサ２１〜２５は、サーミスタである。室外熱交換器温度センサ２１は室外熱交換器１４に配置されており、吐出温度センサ２２は圧縮機１２の吐出管１２ａに配置されており、吸入温度センサ２３は圧縮機１２の吸入管１２ｂに配置されており、出口温度センサ２４は室外熱交換器１４の出口付近の冷媒配管１７に配置されており、外気温度センサ２５は外気温度測定用であって筐体１１の内部の所定箇所に配置されている。これらの温度センサ２１〜２５は、全て、通信線を介して制御部１００に通信接続されており、計測された温度に関する情報を制御部１００に送信している。

制御部１００は、通信線を介して圧縮機１２、四路切換弁１３、膨張弁１５、室外送風機１６および温度センサ２１〜２５に通信接続されている。たとえば、制御部１００のプロセッサは、随時、温度センサ２１〜２５の出力情報や、メモリに記憶される種々の制御パラメータ等を演算処理して適切な制御パラメータを導出し、その制御パラメータを、圧縮機１２や、四路切換弁１３、膨張弁１５、室外送風機１６に送信する。また、プロセッサは、必要に応じて、制御パラメータ等を室内制御部３５に送信したり、受信したりする。

（２）室内機
室内機３０は、主に、筐体３１、室内熱交換器３２、室内送風機３３、フラップ３６、室内熱交換器温度センサ３４、室内温度センサ３７および室内制御部３５から構成されている。なお、この室内機３０は、一般的に室内の壁面に設置されている。

筐体３１には、室内熱交換器３２、室内送風機３３、室内熱交換器温度センサ３４、室内温度センサ３７および室内制御部３５等が収納されている。フラップ３６は、筐体３１の一部を構成している。

室内熱交換器３２は、３個の熱交換器３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを、室内送風機３３を覆う屋根のように組み合わせたものである。なお、各熱交換器３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、左右両端で複数回折り返された伝熱管（図示せず）に多数の放熱フィン（図示せず）が取り付けられたものであって、冷房運転時（図１参照）には蒸発器として機能し、暖房運転時（図２参照）には凝縮器として機能する。

室内送風機３３は、主に、クロスフローファンおよびモータから構成されている。クロスフローファンは、モータによって回転駆動され、室内の空気を筐体３１に吸い込んで室内熱交換器３２に供給すると共に、室内熱交換器３２で熱交換された空気を室内に送出する。モータは、通信線を介して室内制御部３５に通信接続されており、室内制御部３５から送信される制御信号に従って動作する。

フラップ３６は、風向板およびモータから構成されている。フラップは、モータによって回動され、クロスフローファンによって室内に送出される空気の送出方向を調節する。モータは、通信線を介して室内制御部３５に通信接続されており、室内制御部３５から送信される制御信号に従って動作する。

温度センサ３４，３７は、サーミスタである。室内熱交換器温度センサ３４は室内熱交換器３２に配置されており、室内温度センサ３７は、室内温度を測定するものであって筐体３１内の吸込口付近に配置されている。温度センサ３４，３７は、通信線を介して室内制御部３５に通信接続されており、計測された温度に関する情報を室内制御部３５に送信している。

室内制御部３５は、通信線を介して室内送風機３３、フラップ３６および温度センサ３４，３７に通信接続されている。室内制御部３５のプロセッサは、随時、リモートコントローラ５０からの制御信号や、温度センサ３４，３７の出力情報等を演算処理して適切な制御パラメータを導出し、その制御パラメータ等を、室内送風機３３や、フラップ３６に送信する。また、プロセッサは、必要に応じて、制御パラメータ等を制御部１００に送信したり、制御パラメータ等を制御部１００から受信したりする。赤外線受光部３５ａは、リモートコントローラ５０から発生される点滅赤外線を受光するものである。この赤外線受光部３５ａは、点滅赤外線を信号化処理し、生成した信号を室内制御部３５に受け渡す。

なお、室外機１０の圧縮機１２、四路切換弁１３、室外熱交換器１４および膨張弁１５、ならびに室内機３０の室内熱交換器３２は、冷媒配管１７，１８によって順次接続され、冷媒回路を構成している。本実施の形態において、この冷媒回路、室外送風機１６、室内送風機３３およびフラップ３６を併せて空気調和機構と称し、図１および図２中において符号２で示す。

（３）リモートコントローラ
リモートコントローラ５０は、点滅赤外線を利用してユーザの様々な指令を室内機３０の室内制御部３５に伝達するためのものであって、主に、赤外線発光部、表示パネル、運転停止ボタン、モード切換ボタン、温度上昇ボタン、温度下降ボタン、風量上昇ボタン、風量下降ボタン、風向調節ボタン、自動運転ボタン等から構成されている。

（４）冷媒配管
冷媒配管１７は、冷媒配管１８よりも細い管であって、冷房運転時および除霜運転時に液冷媒が流れる。冷媒配管１８は、冷媒配管１７よりも太い管であって、冷房運転時にガス冷媒が流れる。なお、冷媒としては、例えば、ＨＦＣ系のＲ４１０ＡやＲ３２等が用いられる。

＜空気調和機の動作概要＞
以下、本実施の形態にかかる空気調和機１の冷房運転および暖房運転について詳述する。

（１）冷房運転
冷房運転では、四路切換弁１３が図１に示される状態、すなわち、圧縮機１２の吐出管１２ａが室外熱交換器１４に接続され、かつ、圧縮機１２の吸入管１２ｂが室内熱交換器３２に接続された状態となる。また、このとき、二方弁１９および三方弁２０は開状態とされている。この状態で、圧縮機１２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機１２に吸入され、圧縮された後、四路切換弁１３を経由して室外熱交換器１４に送られ、室外熱交換器１４において冷却され、液冷媒となる。その後、この液冷媒は、膨張弁１５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒は、二方弁１９を経由して室内熱交換器３２に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。最後に、そのガス冷媒は、三方弁２０および四路切換弁１３を経由して、再び、圧縮機１２に吸入される。

（２）暖房運転
暖房運転では、四路切換弁１３が図２に示される状態、すなわち、圧縮機１２の吐出管１２ａが室内熱交換器３２に接続され、かつ、圧縮機１２の吸入管１２ｂが室外熱交換器１４に接続された状態となる。また、このとき、二方弁１９および三方弁２０は開状態とされている。この状態で、圧縮機１２が起動されると、ガス冷媒が、圧縮機１２に吸入され、圧縮された後、四路切換弁１３および三方弁２０を経由して室内熱交換器３２に供給され、室内空気を加熱すると共に凝縮されて液冷媒となる。その後、この液冷媒は、二方弁１９を経由して膨張弁１５に送られ、減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１４に送られて、室外熱交換器１４において蒸発させられてガス冷媒となる。最後に、そのガス冷媒は、四路切換弁１３を経由して、再び、圧縮機１２に吸入される。

＜圧縮機１２の構成＞
ここで、本実施の形態にかかる圧縮機１２について説明する。図３は、本実施の形態にかかる圧縮機１２の構成を示す一部断面側面図である。そして、本実施の形態にかかる圧縮機１２のシリンダの容積は、１１ｃｃ以上１４ｃｃ以下である。

なお、圧縮機１２の種類は、ピストン・クランク式やピストン・斜板式などのような往復式であってもよいし、回転ピストン式やロータリーベーン式などのロータリー式であってもよいし、スクロール式であってもよいし、ツインロータやシングルロータなどのスクリュー型であってもよい。

また、圧縮機１２は、図３に示すように、モータと圧縮機を同じケーシングの中に入れる密閉型であってもよいし、モータと圧縮機を別々に配置して直結またはベルト掛けなどによって圧縮機を駆動する解放型であってもよい。

図３を参照して、本実施の形態にかかる圧縮機１２は密閉型である。圧縮機１２にはモータ１２１が直結されている。モータ１２１は、ステータ１２２と、ステータ１２２の内側に配置されるロータ１２３とを含む。ステータ１２２は、集中巻構造を取っており、絶縁材を介して巻線１２４が巻回されている。ロータ１２３の内部には、永久磁石が埋め込まれている。

そして、冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の本実施の形態にかかる空気調和機１に関しては、圧縮機１２のモータ１２１のロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５０ｍｍとしている。

また、冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の本実施の形態にかかる空気調和機１に関しては、圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４の巻数（ターン数）を７０にしている。

本実施の形態にかかるモータ１２１は、３相の永久磁石型のモータである。より詳細には、モータ１２１からは合計６本の引出線１２５が出ている。その６本の引出線１２５は、巻線１２４の端部から、圧縮機１２のケーシング１２６に設けたガラス端子１２７を介して外部に導出される。ガラス端子１２７から引き出される６本の線は、結線切替機構１３０に接続される。
＜結線切換構成＞

次に、本実施の形態にかかる結線切換構成について説明する。図４は、本実施の形態にかかる圧縮機１２の駆動装置を構成するモータ１２１、インバータ１３１及び結線切替機構１３０との関係を示す結線図である。図５は、本実施の形態にかかる巻線の結線方式でえあるスター結線とデルタ結線とを示す模式図である。

図４を参照して、上述したように、本実施の形態にかかるモータ１２１は、３相の永久磁石型モータである。モータ１２１は、モータ１２１には、３相「Ｕ、Ｖ、Ｗ」の各内部巻線の一端が接続される３つの端子１３２ａと各内部巻線の他端が接続される３つの端子１３２ｂとが設けられている。３つの端子１３２ａはインバータ１３１の出力端子に接続されている。そして、３つの端子１３２ａと３つの端子１３２ｂとの間に結線切替機構１３０が設けられている。

結線切替機構１３０には、３個のスイッチを備えるスイッチ１３３ａ及びスイッチ１３３ｂが設けられている。スイッチ１３３ａが備える３個のスイッチの各一端側端子は共通に接続され、各他端側の３端子がモータ１２１の３つの端子１３２ｂに接続されている。一方、スイッチ１３３ｂが備える３個のスイッチは、３つの端子１３２ａと３つの端子１３２ｂとの間において、Ｕ相とＶ相の間を接離するスイッチと、Ｖ相とＷ相の間を接離するスイッチと、Ｗ相とＵ相の間を接離するスイッチとで構成されている。

したがって、スイッチ１３３ａが備える３個のスイッチが一斉に閉路し、スイッチ１３３ｂが備える３個のスイッチが一斉に開路すると、モータ１２１の内部巻線は、図５（ａ）に示すスター結線となる。一方、スイッチ１３３ａが備える３個のスイッチが一斉に開路し、スイッチ１３３ｂが備える３個のスイッチが一斉に閉路すると、モータ１２１の内部巻線は、図５（ｂ）に示すデルタ結線となる。

制御部１００は、インバータ１３１からの信号に基づいて、結線切替機構１３０に対して、モータ１２１の運転範囲に応じた結線切替指令を発行する。結線切替機構１３０は、スイッチ１３３ａおよびスイッチ１３３ｂの閉路操作および開路操作によって、インバータ１３１から３相電圧の供給を受けるモータ１２１の巻線を、図５（ａ）に示すスター結線と、図５（ｂ）に示すデルタ結線とに切り替える。

ただし、インバータ１３１が、自身で、結線切替機構１３０に対して、モータ１２１の運転範囲に応じた結線切替指令を発行してもよい。

図６は、モータ１２１の内部結線を説明する模式図である。図６（ａ）に示すように直列結線を行う場合と、図６（ｂ）に示すように並列結線を行う場合とがある。巻線の線径や巻線を複数本巻きすることで、どちらの結線でも等価設計ができる。結局、製造設備や巻線材料等の制約によってどちらかの結線が選択される。図３に示す引出線１２５は、各相巻線群（例えばＵ相巻線群であればＵ１巻線とＵ２巻線とＵ３巻線が直列結線または並列結線されたもの）の入口側と出口側から２本ずつ、合計６本引き出されている。図４では、３つの端子１３２ａと３つの端子１３２ｂとに接続されている。

なお、特許文献２や後述の第４の実施の形態において説明するように、結線切替機構１３０は、モータ１２１の巻線を直列につなぐ結線方式と、モータ１２１の巻線を直列につなぐ結線方式とを切り替えるものであってもよい。
＜結線切換方法＞

次に、結線切換方法について説明する。まず、永久磁石型モータの諸特性について説明する。図７は、本実施の形態にかかるモータ１２１の回転速度に対する効率を説明する特性図である。

図７に示すように、モータ１２１の効率は、スター結線の場合は、モータ１２１の回転数が比較的低い場合に効率が良くなり、モータ１２１の回転数が比較的高い場合には効率が悪くなる。一方、デルタ結線の場合は、モータ１２１の回転数が比較的高い場合に効率が良くなり、モータ１２１の回転数が比較的低い場合に効率が悪くなる。

そこで、本実施の形態においては、モータ１２１とインバータ１３１との間に結線切替機構１３０を設けて、モータ１２１の結線方式をスター結線とデルタ結線とに切り替え得るようし、低速運転時にはスター結線に切り替えることによって高効率を実現し、高速運転時にはデルタ結線に切り替えることによって高効率を実現する。

より詳細には、結線切替機構１３０には、モータ１２１の回転数が所定値以上であるか否かに基づいて、制御部１００から結線切替信号が入力される。結線切替機構１３０は、制御部１００からの当該信号に応じて、スイッチ１３３ａとスイッチ１３３ｂを開閉操作する。例えば、回転速度が所定の回転速度よりも遅い時には、スイッチ１３３ａに閉路指示信号が入力され、スイッチ１３３ｂに開路指示信号が入力され、モータ１２１の結線は図５（ａ）に示すスター結線となる。また、回転速度がある回転速度よりも速い時には、スイッチ１３３ａに開路指示信号が入力され、スイッチ１３３ｂに閉路指示信号が入力され、モータ１２１の結線は図５（ｂ）に示すデルタ結線となる。

図５（ａ）に示されるスター結線は、図５（ｂ）に示されるデルタ結線に対し、線間誘起電圧が√３倍となるので、低速回転速度域での高効率化が達成できる。また、高速回転運転が必要になった場合は、デルタ結線に切り替えられるので、誘起電圧を低下させて高速回転運転も可能となる。

図７のグラフに示すように、スター結線とデルタ結線のうちのモータ１２１の効率が良い方が選択されるように、制御部１００がスター結線とデルタ結線との切り替えを実行することが好ましい。制御部は、回転速度が所定値Ｘ未満ではスター結線を選択し、回転速度が所定値Ｘ以上ではデルタ結線を選択する。

空気調和機１の圧縮機１２で用いる永久磁石型モータは、低速回転での効率を良くすることと、高速回転まで運転できることとを両立させることができないので、従来では、エアコンの冷暖房能力や運転に関する要求を充分に満足させることが困難であったが、この実施の形態によるモータ駆動法によれば、低速回転では、スター結線とし高効率運転を行い、高速回転ではデルタ結線に切り替えるので、エアコンの必要能力に応じた充分な回転速度で運転できるようになる。
＜本実施の形態にかかる空気調和機の構成のまとめ＞

以下では、本実施の形態にかかる空気調和機１の構成について、従来の空気調和機と比較しながら、説明する。

以下の表１に示すように、従来の冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の空気調和機は、シリンダ容積が９ｃｃ程度であった。

そして、以下の表２に示すように、従来の冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の空気調和機は、冷凍中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数が７８０ｒｐｍ程度であり、暖房中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数が１２００ｒｐｍ程度であり、最大回転数は７２００ｒｐｍ程度であった。そのため、従来の空気調和機のモータは、大きな騒音が生じる可能性が高かった。

一方、本実施の形態にかかる冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の空気調和機１は、表１に示すように、シリンダ容積を１１ｃｃ以上１４ｃｃ以下のものを採用している。そのため、表２に示すように、冷凍中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数を５８５ｒｐｍ程度に抑えることができ、暖房中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数を９００ｒｐｍ程度に抑えることができ、最大回転数も５４００ｒｐｍ程度に抑えることができるようになった。そのため、大きな騒音が生じる可能性を低減することができるようになる。本実施の形態にかかる空気調和機１では、制御部１００が、回転数を７０００ｒｐｍ以下に抑える制御を行うことも可能である。

さらに、圧縮機１２のモータ１２１の回転数を低下させることによって、効率が低下する恐れがあるため、以下の表３に示すように、本実施の形態にかかるモータ１２１は、ロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５０ｍｍとしている。圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４のターン数は７０にしている。

たとえば、ロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５０ｍｍ〜６０ｍｍとすることが好ましい。また、圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４のターン数は７０から８０にすることが好ましい。

これによって、効率やＡＦＰ性能を維持しつつ、騒音を低減するために回転数を低下させることが可能になる。
＜第２の実施の形態＞

以下では、第２の実施の形態として、冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０未満の空気調和機に関して説明する。なお、空気調和機１の全体構成と、空気調和機１の動作概要と、結線切換構成と、結線切換方法とについては、第１の実施の形態のそれらと同様であるため、ここでは説明を繰り返さない。以下では、本実施の形態にかかる空気調和機１の圧縮機１２の構成について説明する。
＜圧縮機１２の構成＞
ここで、本実施の形態にかかる圧縮機１２について説明する。本実施の形態にかかる圧縮機１２のシリンダの容積は、１４ｃｃ以上１６ｃｃ以下である。

なお、本実施の形態においても、圧縮機１２の種類は、ピストン・クランク式やピストン・斜板式などのような往復式であってもよいし、回転ピストン式やロータリーベーン式などのロータリー式であってもよいし、スクロール式であってもよいし、ツインロータやシングルロータなどのスクリュー型であってもよい。

また、圧縮機１２は、図３に示すように、モータと圧縮機を同じケーシングの中に入れる密閉型であってもよいし、モータと圧縮機を別々に配置して直結またはベルト掛けなどによって圧縮機を駆動する解放型であってもよい。

図３を参照して、本実施の形態にかかる圧縮機１２は密閉型である。圧縮機１２にはモータ１２１が直結されている。モータ１２１は、ステータ１２２と、ステータ１２２の内側に配置されるロータ１２３とを含む。ステータ１２２は、集中巻構造を取っており、絶縁材を介して巻線１２４が巻回されている。ロータ１２３の内部には、永久磁石が埋め込まれている。

そして、冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の本実施の形態にかかる空気調和機１に関しては、圧縮機１２のモータ１２１のロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５５ｍｍとしている。

また、冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の本実施の形態にかかる空気調和機１に関しては、圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４のターン数を７０にしている。

本実施の形態にかかるモータ１２１は、３相の永久磁石型のモータである。より詳細には、モータ１２１からは合計６本の引出線１２５が出ている。その６本の引出線１２５は、巻線１２４の端部から、圧縮機１２のケーシング１２６に設けたガラス端子１２７を介して外部に導出される。ガラス端子１２７から引き出される６本の線は、結線切替機構１３０に接続される。
＜本実施の形態にかかる空気調和機の構成のまとめ＞

以下では、本実施の形態にかかる空気調和機１の構成について、従来の空気調和機と比較しながら、説明する。

上記の表１に示すように、従来の冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の空気調和機は、シリンダ容積が１３ｃｃ程度であった。

そして、以下の表４に示すように、従来の冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の空気調和機は、冷凍中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数が１０８０ｒｐｍ程度であり、暖房中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数が１６２０ｒｐｍ程度であり、最大回転数は７２００ｒｐｍ程度であった。そのため、従来の空気調和機のモータは、大きな騒音が生じる可能性が高かった。

一方、本実施の形態にかかる冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の空気調和機１は、表１に示すように、シリンダ容積を１４ｃｃ以上１６ｃｃ以下のものを採用している。そのため、表４に示すように、冷凍中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数を９３６ｒｐｍ程度に抑えることができ、暖房中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数を１４０４ｒｐｍ程度に抑えることができ、最大回転数も６７６０ｒｐｍ程度に抑えることができるようになった。そのため、大きな騒音が生じる可能性を低減することができるようになる。本実施の形態にかかる空気調和機１では、制御部１００が、回転数を７０００ｒｐｍ以下に抑える制御を行うことも可能である。

さらに、圧縮機１２のモータ１２１の回転数を低下させることによって、効率が低下する恐れがあるため、以下の表５に示すように、本実施の形態にかかるモータ１２１は、ロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５５ｍｍとしている。圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４のターン数は７０にしている。

たとえば、ロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５５ｍｍ〜６５ｍｍとすることが好ましい。また、圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４のターン数は７０から８０にすることが好ましい。

これによって、効率やＡＦＰ性能を維持しつつ、騒音を低減するために回転数を低下させることが可能になる。
＜第３の実施の形態＞

以下では、第３の実施の形態として、冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の空気調和機に関して説明する。なお、空気調和機１の全体構成と、空気調和機１の動作概要と、結線切換構成と、結線切換方法とについては、第１の実施の形態のそれらと同様であるため、ここでは説明を繰り返さない。以下では、本実施の形態にかかる空気調和機１の圧縮機１２の構成について説明する。
＜圧縮機１２の構成＞
ここで、本実施の形態にかかる圧縮機１２について説明する。本実施の形態にかかる圧縮機１２のシリンダの容積は、１６ｃｃ以上１８ｃｃ以下である。

なお、本実施の形態においても、圧縮機１２の種類は、ピストン・クランク式やピストン・斜板式などのような往復式であってもよいし、回転ピストン式やロータリーベーン式などのロータリー式であってもよいし、スクロール式であってもよいし、ツインロータやシングルロータなどのスクリュー型であってもよい。

また、圧縮機１２は、図３に示すように、モータと圧縮機を同じケーシングの中に入れる密閉型であってもよいし、モータと圧縮機を別々に配置して直結またはベルト掛けなどによって圧縮機を駆動する解放型であってもよい。

図３を参照して、本実施の形態にかかる圧縮機１２は密閉型である。圧縮機１２にはモータ１２１が直結されている。モータ１２１は、ステータ１２２と、ステータ１２２の内側に配置されるロータ１２３とを含む。ステータ１２２は、集中巻構造を取っており、絶縁材を介して巻線１２４が巻回されている。ロータ１２３の内部には、永久磁石が埋め込まれている。

そして、冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の本実施の形態にかかる空気調和機１に関しては、圧縮機１２のモータ１２１のロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５５ｍｍとしている。

また、冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の本実施の形態にかかる空気調和機１に関しては、圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４のターン数を７８にしている。

本実施の形態にかかるモータ１２１は、３相の永久磁石型のモータである。より詳細には、モータ１２１からは合計６本の引出線１２５が出ている。その６本の引出線１２５は、巻線１２４の端部から、圧縮機１２のケーシング１２６に設けたガラス端子１２７を介して外部に導出される。ガラス端子１２７から引き出される６本の線は、結線切替機構１３０に接続される。
＜本実施の形態にかかる空気調和機の構成のまとめ＞

以下では、本実施の形態にかかる空気調和機１の構成について、従来の空気調和機と比較しながら、説明する。

上記の表１に示すように、従来の冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の空気調和機は、シリンダ容積が１５ｃｃ程度であった。

そして、以下の表６に示すように、従来の冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の空気調和機は、冷凍中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数が１６００ｒｐｍ程度であり、暖房中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数が２２００ｒｐｍ程度であり、最大回転数は７８００ｒｐｍ程度であった。そのため、従来の空気調和機のモータは、大きな騒音が生じる可能性が高かった。

一方、本実施の形態にかかる冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の空気調和機１は、表１に示すように、シリンダ容積を１６ｃｃ以上１８ｃｃ以下のものを採用している。そのため、表６に示すように、冷凍中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数を１４１２ｒｐｍ程度に抑えることができ、暖房中間の圧縮機１２のモータ１２１の回転数を１９４１ｒｐｍ程度に抑えることができ、最大回転数も６８８２ｒｐｍ程度に抑えることができるようになった。そのため、大きな騒音が生じる可能性を低減することができるようになる。本実施の形態にかかる空気調和機１では、制御部１００が、回転数を７０００ｒｐｍ以下に抑える制御を行うことも可能である。

さらに、圧縮機１２のモータ１２１の回転数を低下させることによって、効率が低下する恐れがあるため、以下の表７に示すように、本実施の形態にかかるモータ１２１は、ロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５５ｍｍとしている。圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４のターン数は７８にしている。

たとえば、ロータおよびステータの巻線１２４の積厚を５５ｍｍ〜６５ｍｍとすることが好ましい。また、圧縮機１２のモータ１２１の巻線１２４のターン数は７５から９０にすることが好ましい。

これによって、効率やＡＦＰ性能を維持しつつ、騒音を低減するために回転数を低下させることが可能になる。
＜第４の実施の形態＞

上記の第１から第３の実施の形態においては、圧縮機１２のモータ１２１が高速回転の場合にデルタ結線に切り替え、圧縮機１２のモータ１２１が低速回転の場合にスター結線に切り替えるものであった。

しかしながら、第４の実施の形態としては、特許文献２に記載の技術を利用することもできる。たとえば、制御部１００またはインバータ１３１が、モータ１２１の回転速度が所定の回転速度よりも遅い時には、結線切替機構１３０に、モータ１２１の巻線を直列に結線させる。制御部は、モータ１２１の回転速度が所定の回転速度よりも早い時には、結線切替機構１３０に、モータ１２１の巻線を並列に結線させる。

なお、さらに他の、モータ１２１の稼働状態に応じた結線切換方式を利用することも可能である。
＜上記の複数の実施の形態のまとめ＞

上記の第１の実施の形態においては、冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の空気調和機１が提供される。空気調和機１は、モータ１２１と、圧縮機１２と、モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構１３０とを備える。圧縮機１２のシリンダ容積は１１ｃｃ〜１４ｃｃである。

上記の第２の実施の形態においては、冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の空気調和機１が提供される。空気調和機１は、モータ１２１と、圧縮機１２と、モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構１３０とを備える。圧縮機１２のシリンダ容積は１４ｃｃ〜１６ｃｃである。

上記の第３の実施の形態においては、冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の空気調和機１が提供される。空気調和機１は、モータ１２１と、圧縮機１２と、モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構１３０とを備える。圧縮機１２のシリンダ容積は１６ｃｃ〜１８ｃｃである。

上記の第１から第４の実施の形態においては、モータ１２１の最大回転数が７０００ｒｐｍ以下である。

上記の第１の実施の形態においては、モータ１２１のターン数が７０以上である、および／または、モータ１２１のロータ１２３またはステータ１２２の積厚が５０以上である。

上記の第２の実施の形態においては、モータ１２１のターン数が７０以上である、および／または、モータ１２１のロータ１２３またはステータ１２２の積厚が５５以上である。

上記の第３の実施の形態においては、モータ１２１のターン数が７５以上である、および／または、モータ１２１のロータ１２３またはステータ１２２の積厚が５５以上である。

上記の第１の実施の形態の構成と第４の実施の形態の構成とを組み合わせると、冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の空気調和機１が提供される。空気調和機１は、モータ１２１と、圧縮機１２と、モータの巻線の結線方式を、少なくとも直列と並列とに切り替えるための切換機構１３０とを備える。圧縮機１２のシリンダ容積は１１ｃｃ〜１４ｃｃである。

上記の第１の実施の形態の構成と第４の実施の形態の構成とを組み合わせると、冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の空気調和機１が提供される。空気調和機１は、モータ１２１と、圧縮機１２と、モータの巻線の結線方式を、少なくとも直列と並列とに切り替えるための切換機構１３０とを備える。圧縮機１２のシリンダ容積は１４ｃｃ〜１６ｃｃである。

上記の第１の実施の形態の構成と第４の実施の形態の構成とを組み合わせると、冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の空気調和機１が提供される。空気調和機１は、モータ１２１と、圧縮機１２と、モータの巻線の結線方式を、少なくとも直列と並列とに切り替えるための切換機構１３０とを備える。圧縮機１２のシリンダ容積は１６ｃｃ〜１８ｃｃである。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ：空気調和機
１０ ：室外機
１１ ：筐体
１２ ：圧縮機
１２ａ ：吐出管
１２ｂ ：吸入管
１３ ：四路切換弁
１４ ：室外熱交換器
１５ ：膨張弁
１６ ：室外送風機
１７ ：冷媒配管
１８ ：冷媒配管
１９ ：二方弁
２０ ：三方弁
３０ ：室内機
３１ ：筐体
３２ ：室内熱交換器
３３ ：室内送風機
３５ ：室内制御部
３５ａ ：赤外線受光部
３６ ：フラップ
５０ ：リモートコントローラ
１００ ：制御部
１２１ ：モータ
１２２ ：ステータ
１２３ ：ロータ
１２４ ：巻線
１２５ ：引出線
１２６ ：ケーシング
１２７ ：ガラス端子
１３０ ：結線切替機構
１３１ ：インバータ
１３２ａ ：端子
１３２ｂ ：端子
１３３ａ ：スイッチ
１３３ｂ ：スイッチ
Ｘ ：所定値

Claims (4)

1. 冷凍能力が２．２ｋｗ以上４．０ｋｗ未満の空気調和機であって、
   モータと、
   圧縮機と、
   前記モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構とを備え、
   前記圧縮機のシリンダ容積が１１ｃｃ〜１４ｃｃである、空気調和機。
2. 冷凍能力が４．０ｋｗ以上６．０ｋｗ未満の空気調和機であって、
   モータと、
   圧縮機と、
   前記モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構とを備え、
   前記圧縮機のシリンダ容積が１４ｃｃ〜１６ｃｃである、空気調和機。
3. 冷凍能力が６．０ｋｗ以上８．０ｋｗ未満の空気調和機であって、
   モータと、
   圧縮機と、
   前記モータの巻線の結線方式を、少なくともスター結線とデルタ結線とに切り替えるための切換機構とを備え、
   前記圧縮機のシリンダ容積が１６ｃｃ〜１８ｃｃである、空気調和機。
4. 前記モータの最大回転数が７０００ｒｐｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和機。

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