JP5276638B2 - 圧縮機、及び密閉型回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機、及び密閉型回転電機に関し、特に、複数の巻線を直列又は並列に切り換えて使用する電動機を備えた圧縮機に用いて好適である。

圧縮機は、回転軸の密閉が困難であるため、圧力容器の内部に電動機（例えば、永久磁石同期機）が内蔵されている。
また、永久磁石同期機は、半導体スイッチング素子で構成されるインバータが直流電圧を交流電圧に変換し、変換された交流電圧が入力電圧になるため、直流電圧の値が入力電圧の上限値となる。一方で、永久磁石の回転に伴う電磁誘導により、巻線端子には逆起電力が発生し、高速回転になればなるほど逆起電力は増加する。このため、逆起電力が入力電圧よりも大きくなる回転速度においては、弱め界磁制御により永久磁石磁束を打ち消すことで逆起電力が入力電圧と同等となるように制御する手法が広く適用されている。

ここで、永久磁石の磁力が一定であるとき、巻線端子に発生する逆起電力は電機子巻線の巻数に比例する。すなわち、高速回転領域を拡大するためには、巻数を少なく設計することが重要となる。ただし、この場合、所望のトルクを得るためには大きな電流が必要となる。このため、電流許容値の大きなスイッチング素子を使う必要が出てきてコスト増を招いたり、大電流を通電することでスイッチング素子の導通損が増加するためインバータ効率が低下したりする問題がある。

前記問題を解決する手段として、特許文献１には、切替装置を設けて、巻線接続方式を直列又は並列に切り替える技術が開示されている。すなわち、電機子の各相に巻回された複数の巻線を直列接続とし、巻数を大きく設計した状態にすることにより、電動機は、インバータの電流許容値を小さく抑えたまま、大トルクを得ることができる。また、電動機は、巻線を並列接続とし、巻数を少なく設計した状態とすることにより、高速回転領域を拡大することができる（図３参照）。このように、特許文献１の技術は、巻線切替装置を用いることにより、電動機の可変速運転範囲を拡大することができる。

特開２００５−３５４８０７号公報

巻線接続の切替装置を圧縮機の駆動モータに適用する際に問題となるのは、巻線端子、及び信号線の取り扱いである。
まず、切替装置を圧力容器の外部に配置する場合の問題について説明する。この場合、圧力容器の外部に設置されたモータ駆動用の制御装置等は、切替装置への信号入力を容易に行うことができる。したがって、信号線の取り扱いには特段の問題は発生しない。しかし、切替装置を構成するためには、圧力容器外部に多数の巻線端子を引き出す必要が出てくる。例えば、３相の永久磁石モータであれば、通常は各相１端子、計３端子を圧力容器外部に取り出せばよいが、直列／並列の切替装置を構成するためには、計９端子を引き出す必要が出てくる。このため、圧力容器外壁に設ける端子箱の構造が大型化、複雑化するほか、製造工程が増加するため、コスト増を招く問題がある。また、端子箱が大型化することで圧力容器の強度が低下し、製品の信頼性が低下する問題がある。

次に、切替装置を圧力容器内部に設置する場合の問題について説明する。この場合、圧力容器外部に設置されたモータ駆動用の制御装置等は、切替装置への信号入力を行うことになるが、信号線用の端子箱を圧力容器外壁に新たに追加する必要が出てくる。
そうすると、製造工程が増加するためコスト増を招く問題がある。また、端子箱の数が増加することで圧力容器の強度が低下し、製品の信頼性が低下する問題がある。なお、巻線端子に関しては、圧力容器内部で切替装置に接続されるので、新たに端子箱を設ける必要は無い。
このように、切替装置を圧力容器外部に設置する場合は、巻線端子の取り扱いに問題があり、圧力容器内部に設置する場合は信号線の取り扱いに問題がある。

特許文献１の技術は、モータと切替装置とを一体で構成するとしており、切替装置を圧力容器内部に設置する場合に該当する。前記したように、信号線用の端子箱を圧力容器外壁に新たに設ける必要があり、課題となる。また、特許文献１の構成では、切替装置への切替信号はシリアルエンコーダに送るとしている。しかしながら、圧縮機に内蔵された永久磁石同期機の場合、圧力容器内が高温・高圧環境のため、シリアルエンコーダ等の半導体部品を用いて回転子位置を検出するのではなく、電流値、及び電圧値の情報から回転子位置情報を推定する手法が一般的である。したがって、エンコーダに切替信号を送ることはできない。

そこで、本発明は、圧力容器外部に引き出す巻線端子の数を低減することができる圧縮機、及び密閉型回転電機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、各相に複数の巻線が巻回された回転電機を有する圧縮機において、前記複数の巻線を直列接続、及び並列接続の何れか一方に切り替える切替装置と、前記回転電機及び前記切替装置を内部に収納する圧力容器とを備え、前記切替装置は、電磁石を用いて機械的に接点を切り替える構成であり、前記電磁石は、複数備えられ、前記複数の電磁石が直列接続された電磁石巻線の両端は、前記端子箱を介して前記圧力容器の外部に引き出される構成であることを特徴とする。
また、前記切替装置の切り替え動作を制御する信号線は、前記と同一の端子箱を介して圧力容器外部に引き出す構成であることを特徴とする。

回転電機を構成する複数の巻線を直列接続にすると、低回転速度領域で最大トルクが上昇し、並列接続にすると、最大トルクが低下するが、定トルクとなる回転速度領域が上昇する。したがって、複数の巻線を直列接続、及び並列接続の何れか一方に切り替える切替装置を設けることによって、可変速運転範囲を拡大できる。
また、回転電機が３相の場合、切替装置の端子数は９個であり、従来のように切替装置を圧力容器の外部に設置するとき、端子箱の端子数は、３個＋９個の計１２個必要になる。しかしながら、本発明によれば、切替装置を圧力容器内部に設けることにより、切替装置を圧力容器外部に設置すれば、多くても３個＋２個の計５個の端子数でよくなるので、引き出す巻線端子の数を低減することができる。

前記切替装置は、２回路２接点の機械式リレーを各相毎に用いた６回路構成であり、
前記２回路は、各相毎に各回路で共通する第１共通接点（１０１，Ｔａ３Ｕ，Ｔｂ３Ｕ）、及びすべての相で共通する第２共通接点（１０３，Ｔｂ２Ｕ，Ｔｂ２Ｖ，Ｔｂ３Ｗ）を備える第１回路と、前記第１共通接点、及び相毎に独立する独立接点（Ｔａ１Ｗ，Ｔａ１Ｖ，Ｔａ１Ｕ）を備える第２回路とからなり、前記第１共通接点と前記第２共通接点との何れかに接続される第１端子（Ｔｂ１Ｗ，Ｔｂ１Ｖ，Ｔｂ１Ｕ）、及び前記第１共通接点と前記独立接点の何れかに接続される第２端子（Ｔａ２Ｗ，Ｔａ２Ｖ，Ｔａ２Ｕ）は、何れかの前記巻線の終端に接続され、前記独立接点は、他の前記巻線の終端、及び多相交流電源の端子に接続されることが好ましい。なお、（ ）内の符号や記号は例示である。

これによれば、第１共通接点や第２共通接点の配線が不要になるので、、小型化が容易となる。なお、圧力容器に設けることができるような密閉式の端子箱は、品種が少ないので、端子数を３個あるいは４個に制限できるような構成は、きわめて有用である。

本発明によれば、圧力容器外部に引き出す巻線端子の数を低減することができる。

本発明の第１実施形態である圧縮機の断面構造図である。 本発明の第１実施形態である圧縮機の電機子巻線と切替装置の接続図である。 電機子巻線の接続状態に応じた、トルク−回転速度の特性図である。 本発明の第１実施形態である圧縮機の圧力容器外側から見た端子箱の正面図である。 本発明の第２実施形態である圧縮機の電機子巻線と巻線切替回路の接続図である。 本発明の第３実施形態である圧縮機の電機子巻線と巻線切替回路の接続図である。 本発明の第３実施形態である圧縮機の圧力容器外側から見た端子箱の正面図である。 本発明の第４実施形態である圧縮機の電機子巻線と巻線切替回路の接続図である。 一般的な１回路２接点の機械式リレーの端子部分の構造図である。 本発明の第５実施形態の圧縮機に用いられる機械式リレーの一の側面図である。 本発明の第５実施形態の圧縮機に用いられる機械式リレーの一の上面図である。 本発明の第５実施形態の圧縮機に用いられる機械式リレーの他の側面図である。 本発明の第５実施形態の圧縮機に用いられる機械式リレーの他の上面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態である圧縮機（密閉型回転電機）について図面を参照して説明する。各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である圧縮機の断面構造図である。
図１において、圧縮機１００（１００ａ）は、圧縮部２８と、永久磁石同期機２４と、切替装置４０とが圧力容器２２の内部に密封され、これらが端子箱３０を介して制御される構造になっている。
圧縮部２８は、固定スクロール部材１３と、旋回スクロール部材１６と、滑り軸受２７とを備え、固定スクロール部材１３の端板１４に直立する渦巻状ラップ１５と、旋回スクロール部材１６の端板１７に直立する渦巻状ラップ１８とを噛み合わせて、圧縮室１９（１９ａ，１９ｂ，……）が形成されている。そして、圧縮部２８は、旋回スクロール部材１６をクランクシャフト６によって旋回運動させることで圧縮動作を行うようになっている。圧縮室１９（１９ａ，１９ｂ，……）のうち、最も外径側に位置している圧縮室１９ａ，１９ｂは、旋回運動に伴って両スクロール部材１３，１６の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。

圧縮部２８は、両圧縮室１９ａ，１９ｂ内の圧縮ガスが両スクロール部材１３，１６の中心近傍に達すると、圧縮ガスが圧縮室１９と連通した吐出口２０から吐出されるように構成されている。吐出された圧縮ガスは、固定スクロール部材１３及びフレーム２１に設けられたガス通路（図示せず）を通ってフレーム２１下部の圧力容器２２内に至り、圧力容器２２の側壁に設けられた吐出パイプ２３から圧縮機外に排出される。

永久磁石同期機２４は、圧力容器２２内に封入されており、クランクシャフト６を介して、旋回スクロール部材１６を旋回運動させる。永久磁石同期機２４は、固定子９と回転子１とで構成され、固定子９は、電磁鋼板に電機子巻線１２が巻回され、回転子１は、磁石挿入孔７に複数の永久磁石３が挿設されている。なお、カシメ用ボルト４は、複数の電磁鋼板を束ねるために使用している。

圧縮機１００は、永久磁石同期機２４の下部に油溜め部２５を設けている。
油溜め部２５内の油は、回転運動により生ずる圧力差によって、クランクシャフト６内に設けられた油孔２６を通って、旋回スクロール部材１６とクランクシャフト６との摺動部や、滑り軸受け２７等の潤滑に供される。

圧縮機１００は、圧力容器２２の側壁に、電機子巻線１２を圧力容器２２の外側に引き出すため、密閉式の端子箱３０を設けている。端子箱３０は、三相の永久磁石同期機２４の場合は、例えば、Ｕ，Ｖ，Ｗ各巻線の端子３１ｕ，３１ｖ，３１ｗの計３個を納めている。

圧縮機１００は、圧力容器２２の内部に巻線接続を切り替える切替装置４０を設置している。切替装置４０は、永久磁石同期機２４の軸方向の上方部に設置してもよく、下方部に設置してもよい。また、巻線抵抗低減や、配線処理の簡単化といった観点から、切替装置４０は、固定子９又は端子箱３０と近接して設置することが望ましいが、圧力容器２２内の空きスペースを有効活用できるのであれば、どこに設置してもよい。また、圧力容器２２は作り易さの観点から円筒形状が望ましいが、外周面を部分的に外側に凸とすることで、切替装置４０の設置スペースを確保してもよい。

切替装置４０は、半導体素子を用いたリレーでもよく、半導体素子を用いることなく電磁石を用いて機械的に接点を切り替える「有接点リレー」のような構成でもよい。
半導体素子を用いたリレーの場合、圧力容器内は高温環境であることから、耐熱性に優れた半導体素子を使う必要がある。また、圧力容器内では高圧の油冷媒が定常的に循環しているため、耐熱性，耐圧性に優れた部材を用いて素子を封入する必要がある。また、圧縮動作に伴う振動により、半導体素子のはんだが剥離し接触不良を引き起こす可能性があるため，高強度の導電材を用いて接着させる必要がある。
「有接点リレー」の場合、電磁石は、電機子巻線１２とは別の巻線を用いて構成してもよいし、電機子巻線１２のうち少なくとも一相の巻線を用いて構成してもよい。また、リレーの構成は、電磁石のみを使用し、電磁石を構成する巻線の端子に＋極，−極の指定がない「無極リレー」でもよいし、電磁石及び永久磁石を使用し、電磁石を構成する巻線の端子に＋極，−極の指定がある「有極リレー」でもよい。圧力容器内では高圧の油冷媒が定常的に循環しているため、切替装置４０の端子接続部を、高耐熱樹脂又は非導電性部材により覆うことで、腐食、接触不良、や回路短絡等を防止する構成であればよい。

図２は、本発明の第１実施形態である圧縮機に密封されている永久磁石同期機の電機子巻線と、巻線切替回路との接続構成を示した配線図である。この接続構成は、特許文献１で開示された内容に近い。
図２において、圧縮機１００（１００ａ）は、三相の永久磁石同期機２４（図１）と、切替装置４０とが圧力容器２２の内部に備えられ、端子箱３０ａを介して、インバータ６０及び制御装置７０に接続されている。また、三相の永久磁石同期機２４（図１）は、電機子巻線１２が各相２つの巻線（第１の巻線：Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１、第２の巻線：Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）で構成されて、端子箱３０ａは、三相電源用の端子３１_Ｗ、３１_Ｖ，３１_Ｕ、及び切替装置制御用の端子３３ａ，３３ｂの５端子が内蔵されている。

第１の巻線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）の一端は、端子箱３０の各端子３１（図２では三相それぞれを３１_Ｕ，３１_Ｖ，３１_Ｗと表示）を介して、圧縮容器２２の外部に設置されたインバータ６０に接続されている。第１の巻線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）の他端は、端子Ｔｂ１（Ｔ_ｂ１Ｕ，Ｔ_ｂ１Ｖ，Ｔ_ｂ１Ｗ）に接続され、端子Ｔｂ２（Ｔ_ｂ２Ｕ，Ｔ_ｂ２Ｖ，Ｔ_ｂ２Ｗ）を介して、中性点５０ａに接続され、Ｙ結線を構成する。

第２の巻線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）の一端は、中性点５０ｂに接続されＹ結線を構成し、他端は端子Ｔａ２（Ｔ_ａ２Ｕ，Ｔ_ａ２Ｖ，Ｔ_ａ２Ｗ）に接続されている。また、端子Ｔａ３（Ｔ_ａ３Ｕ，Ｔ_ａ３Ｖ，Ｔ_ａ３Ｗ）と端子Ｔｂ３（Ｔ_ｂ３Ｕ，Ｔ_ｂ３Ｖ，Ｔ_ｂ３Ｗ）とは、互いに接続されている。

一方、インバータ６０は、直流電源６１が発生する直流電圧Ｅを三相の交流電圧に変換し、変換された交流電圧を、圧力容器端子３１（３１ｕ、３１ｖ，３１ｗ）を介して、電機子巻線に印加する。すなわち、インバータ６０は多相交流電源として機能する。圧力容器端子３１は、端子Ｔａ１、及び第１の巻線に接続されている。
また、切替装置４０を構成する電磁石巻線３２（３２ａ，３２ｂ）は、互いに直列接続され、圧力容器端子３３ａ，３３ｂを介して制御回路７０に接続されている。これにより、切替装置４０（Ｓａ，Ｓｂ）は、制御回路７０により同時に切り換えられる。

制御回路７０は、トランジスタなどの半導体素子を用いて構成されている。第１の巻線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）と第２の巻線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）とを直列接続する場合には、制御回路７０は、端子Ｔｂ１と端子Ｔｂ３とを接続し、端子Ｔａ３と端子Ｔａ２とを接続する。一方、第１の巻線と第２の巻線とを並列接続する場合は、制御回路７０は、端子Ｔｂ１と端子Ｔｂ２とを接続させ、端子Ｔａ１と端子Ｔａ２とを接続する。このとき、中性点５０ａと５０ｂとは切り離してもよく、短絡してもよい。

図３は、電機子巻線の接続状態に応じた、トルク−回転速度の特性図である。
永久磁石同期機２４（図１）は、複数の電機子巻線を直列接続とし、巻数を多く設計した状態とすることにより、インバータの電流許容値を小さく抑えたまま、大トルクを発生することができる。一方、永久磁石同期機２４は、複数の電機子巻線を並列接続とし、巻数を小さく設計した状態とすることにより、高速回転領域を拡大することができる。なお、永久磁石同期機２４は、回転速度が低いときは、定トルク駆動となり、回転速度が高くなると、定出力駆動となる。

図４は、本発明の第１実施形態の圧縮機に使用される圧力容器の外側から見た端子箱の正面図である。
端子箱３０（３０ａ）は、三相の永久磁石同期機の電機子巻線１２（図１）を構成するＵ，Ｖ，Ｗ各相巻線の端子３１ｕ，３１ｖ，３１ｗ（計３個）と、電磁石巻線３２（３２ａ，３２ｂ）の端子３３ａ，３３ｂ（計２個）とが納められている。
電磁石巻線３２は、電機子巻線１２とは別の導線であって、端子３３ａ，３３ｂのいずれか一方が電流入力端となり、もう一方が電流出力端となる。三相分の切替装置において、電磁石巻線３２（３２ａ，３２ｂ）を共通にして構成することで、端子３３ａ，３３ｂへの単一の電流入出力にって、三相の巻線接続を同時に切り替えることができる。

本実施形態の構成によれば、切替装置４０を圧力容器２２の外部に設けた従来技術に対して、コスト増を招かないと同時に、圧縮機の構造を複雑化することなく、切替装置を圧力容器内に設置することが可能となる。また、圧縮機１００は、可変速運転範囲を拡大できる。特に、低速運転時には直列接続とすることで、圧縮機１００は、制御応答性向上や、最大トルク向上が可能となる。同時に、電流低減により、インバータ導通損の低減、半導体素子の温度上昇緩和、及びインバータ効率の向上を図ることができる。同時に、直列接続によるインダクタンス増加により、モータ電流のキャリア高調波成分が低減するため、鉄損低減、及びモータの温度上昇緩和といった効果が得られる。

（第１実施形態の変形例）
ここで、接続状態を保持する目的で定常的に電流を流す必要がある切替装置（単安定リレー）の場合は、電磁石巻線３２に通電する電流が電機子巻線１２に通電する電流よりも少なくなるように、リレーを構成する。これによって、端子３１ｕ，３１ｖ，３１ｗよりも端子３３ａ，３３ｂを小さくすることができ、端子箱３０の大型化を招くことなく、切替装置４０を設置することができる。
一方、巻線接続の切り替え時にのみ電流を流す必要がある切替装置（双安定リレー）の場合は、電磁石巻線３２に通電する電流が電機子巻線１２に通電する電流よりも多くなるようにリレーを構成してもよい。電磁石巻線３２には定常的に通電するわけではないので、この場合においても、端子３１ｕ，３１ｖ，３１ｗよりも端子３３ａ，３３ｂを小さくすることができる。
したがって、端子箱３０の大型化を招くことなく、切替装置４０を設置することができる。なお、端子３３ａ，３３ｂは、端子箱３０の空きスペースを有効活用できるのであればどこに設置してもよい。

制御回路７０は、トランジスタなどの半導体素子を用いて構成され、リレーを構成する電磁石巻線３２の通電電流を制御する。なお、電動機にリレーを接続する場合、接点がオンとなった瞬間に大電流が流れ，接点にスパークを生じて焼き付きが起こる可能性がある。これを防ぐため、スパークキラー（コンデンサと抵抗器とを直列に接続した電子部品）やバリスタ（過電圧を吸収する半導体素子）を圧力容器２２に内蔵し、接点と並列に接続してもよい。

以上、三相分の切替装置を共通の巻線で構成する場合について述べたが、各相の切替装置を異なる巻線で構成してもよく、その場合は、それぞれの巻線に対応する端子を端子箱に設けることで、三相それぞれの巻線接続を独立に切り替えることが可能となる。切替装置の端子は、端子箱３０の空きスペースを有効活用できるのであれば、どこに設置してもよい。

次に、図２において，半導体素子を用いたリレーによって切替装置Ｓａ，Ｓｂを構成する場合について説明する。素子のスイッチング動作は，電子回路の働きで電子的に行うため、電磁石巻線３２の代わりに、切替信号を入力する信号線、及び電源線が必要となる。
ただし、この場合も、信号線Ａの一端は端子箱３０に設けられた端子３３ａに接続され、他端は端子３３ｂに接続される。端子３３ａ，３３ｂに単一の信号を入力することで、２つの切替装置Ｓａ，Ｓｂを同時に動作させることができる。ただし、後述するように信号線の端子は小さく設計できるので、切替装置Ｓａと切替装置Ｓｂとを別の信号線で構成し、端子３３ａ，３３ｂとは別の端子を新たに設けてもよい。このような構成とすることで、切替装置Ｓａと切替装置Ｓｂとを独立に切り替えることが可能となる。

第１の巻線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）と第２の巻線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）とを直列接続する場合は、端子Ｔｂ１とＴｂ３とを接続し、端子Ｔａ３と端子Ｔａ２とを接続する。一方、並列接続する場合は端子Ｔｂ１と端子Ｔｂ２とを接続し、かつ端子Ｔａ１と端子Ｔａ２とを接続する。中性点５０ａと中性点５０ｂとは切り離してもよく、短絡してもよい。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態である圧縮機の電機子巻線と切替装置の接続構成を示す図である。図５において、図２と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
図５の構成と図２の構成との相違点は、三相の永久磁石同期機２４（図１）の電機子巻線１２が各相３つの巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３）、（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）、（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）で構成されていることである。これにより、圧縮機１００ｂは、圧縮機１００ａ（図２）に対して、第３の巻線（Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３）、切替装置の端子Ｔｃ，Ｔｄ、電磁石巻線３２ｃ，３２ｄや、中性点５０ｃが追加されている。これに伴い、電磁石巻線３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ）が４個直列接続され、端子３３ａ，３３ｂを介して制御装置７０に接続される。

具体的には、端子Ｔａ２及び第２の巻線Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の一端との接続点と、端子Ｔｃ１とが接続され、端子Ｔｃ２と第３の巻線Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３の一端とが接続され、第３の巻線Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３の他端と中性点５０ｃとが接続されている。
また、第２の巻線Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の他端と端子Ｔｄ１とが接続され、端子Ｔｄ２と中性点５０ｂとが接続され、端子Ｔｄ３と端子Ｔｃ３とが接続されている。

第１の巻線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）と第２の巻線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）と第３の巻線（Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３）とを直列接続する場合は、端子Ｔｂ１と端子Ｔｂ３とを接続し、端子Ｔａ３と端子Ｔａ２とを接続し、端子Ｔｄ１と端子Ｔｄ３とを接続し、端子Ｔｃ３（Ｔｃ３Ｕ，Ｔｃ３Ｖ，Ｔｃ３Ｗ）と端子Ｔｃ２（Ｔｃ２Ｕ，Ｔｃ２Ｖ，Ｔｃ２Ｗ）とを接続する。
一方、第１の巻線、第２の巻線、及び第３の巻線をそれぞれ並列接続する場合は、端子Ｔｂ１と端子Ｔｂ２とを接続し、端子Ｔａ１と端子Ｔａ２とを接続し、端子Ｔｃ１と端子Ｔｃ２とを接続し、端子Ｔｄ１と端子Ｔｄ２とを接続する。中性点５０ａと中性点５０ｂと中性点５０ｃとは切り離してもよく、短絡してもよい。

また、端子箱３０ａの構成は図４と同様となる。すなわち、端子箱３０ａの端子数は５個である。半導体素子を用いたリレーの場合、微弱な電流が切替信号として働くため、端子３１ｕ，３１ｖ，３１ｗよりも端子３３ａ，３３ｂを小さくすることができる。このため、端子箱３０の大型化を招くことなく、切替装置４０を設置することができる。なお、図４のように各相３つ以上の巻線で構成される場合にも、同様にして、半導体素子を用いたリレーによって切替装置４０を構成することができる。

（第２実施形態の変形例）
以上、三相の永久磁石同期機の電機子巻線１２が各相２つの巻線で構成される場合、及び３つの巻線で構成される場合の接続構成に関して述べた。ここで、電機子巻線１２が各相ｎ個（ｎは自然数）の巻線で構成される場合においても、同様にして直列接続と並列接続とを切り替えることができる。また、電機子巻線１２が各相２ｎ個の巻線で構成される場合は、２並列の巻線をｎ個直列に接続することもできる。
同様に、電機子巻線１２が各相ｍ×ｎ個（ｍは３以上の自然数）の巻線で構成される場合は、ｍ並列の巻線をｎ個直列に接続することもできる。また、上記において電機子巻線１２を構成する複数の巻線すべてに通電するのではなく、一部の巻線のみに通電するように接続してもよい。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の圧縮機の電機子巻線と切替装置の接続図である。図６において、図２と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
図６の構成が図２と異なる点は、Ｗ相巻線の端子３１ｗが電磁石巻線３２（図７では３２ａ，３２ｂと表示）の端子を兼ねており、制御装置７０の代わりにインバータ６０の一次側にスイッチ６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）を設けている点である。
言い換えると、圧縮機１００ｃは、直流電源６１の負極がスイッチの端子６３ｃに接続され、端子６３ａがインバータ６０に接続され、端子６３ｂと端子箱３０ｂの端子３３ａとが接続されている。

電磁石巻線３２の一端は、端子箱３０ｂの端子３１ｗに接続され、もう一端は端子３３ａに接続され、さらには端子６３ｂに接続されている。このとき、端子箱３０ｂは図７に示すような構成となる。切替装置４０（Ｓａ（図７では三相それぞれをＳａｕ，Ｓａｖ，Ｓａｗと表示）、Ｓｂ（図７では三相それぞれをＳｂｕ，Ｓｂｖ，Ｓｂｗと表示））は、巻線接続の切り替え時にのみ電流を流す必要がある切替装置（双安定リレー）とする。すなわち、切替動作時にはモータ駆動をいったん停止し、モータ停止状態のまま切替動作のための電流を通電し、その後モータを再起動する。

永久磁石同期機２４の駆動時において、直流電源６１のマイナス側端子６２は、端子６３ａに接続され、インバータ回路６０に直流電圧が供給される。このとき、端子６３ｂは開放されているため、電磁石巻線３２に電流が流れることは無い。これに対し、切替装置４０（Ｓａ，Ｓｂ）を動作させる場合には、端子６３ｃを端子６３ｂに接続し、直流電源６１と電磁石巻線３２（３２ａ，３２ｂ）とで閉回路を構成する。インバータ回路６０を適切に制御することで、電磁石巻線３２に適切な電流が通電され、巻線接続を切り替えることができる。このとき、端子６３ａが開放されているため、電機子巻線１２を構成する何れの巻線にも電流が流れることはない。
なお、電磁石巻線３２の一端は、端子３１ｗに接続する代わりに、端子３１ｕ又は端子３１ｖに接続してもよい。

図７は、本発明の第３実施形態の圧縮機に使用される端子箱の正面図である。
図７において、図４と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。図５において、図４と同様な点は、切替装置４０（図示していない）の電磁石巻線３２（図示していない）が、電機子巻線１２とは別の導線で構成される点である。
一方、相違点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相巻線の端子３１ｕ，３１ｖ，３１ｗのうちの１つが電磁石巻線３２の端子を兼ねている点である。このような構成とすることで、端子箱３０ｂは、内蔵する端子数が４端子で済むため、図４の５端子の場合に比べ、製造工程を簡略化することができ、コスト低減につながる。また、圧力容器２２（図１，２）に取り付けるような密閉用の三相電源コネクタは、種類が少ないが、Ｕ，Ｖ，Ｗの各端子に接地用端子を加えた４端子のコネクタは一般的である。

図６、及び図７の構成によれば、図２，５の構成に比べて、コスト増を招かないと同時に、構造を複雑化することなく、圧縮機１００ｃは、切替装置４０（図１）を設置することが可能となり、可変速運転範囲を拡大できる。特に、圧縮機１００ｃは、低速運転時には直列接続とすることで、制御応答性向上や、最大トルク向上が可能となる。同時に、圧縮機１００ｃは、電流低減により、インバータ導通損の低減、ならびに半導体素子の温度上昇緩和、及びインバータ効率の向上を図ることができる。同時に、圧縮機１００ｃは、インダクタンス増加により、モータ電流のキャリア高調波成分が低減するため、鉄損低減、ならびにモータの温度上昇緩和といった効果が得られる。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態の圧縮機の電機子巻線と巻線切替回路の接続構成図である。図８において、図６と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。
図８の構成と図６の構成との相違点は、永久磁石同期機２４（図１）のＷ相巻線Ｗ１，Ｗ２が、切替装置Ｓａ（Ｓａｕ，Ｓａｖ，Ｓａｗ）とＳｂ（Ｓｂｕ，Ｓｂｖ，Ｓｂｗ）とを構成する電磁石巻線３２（３２ａ，３２ｂ）に対して、直列に接続されており、スイッチ６３が無い点である。このような構成とすることで、切替装置４０を構成する電磁石巻線３２の引出し線が不要となり、端子箱３０ｃは、内蔵する端子数が３個で済む。このため、圧縮機１００ｄは、図７の場合の４端子に比べ、さらに製造工程を簡略化でき、コスト低減につながる。なお、Ｗ相巻線と電磁石巻線３２とを直列ではなく並列に接続してもよい。また、Ｗ相巻線の代わりにＵ相巻線又はＶ相巻線を用いてもよい。

永久磁石同期機２４の駆動時には、電磁石巻線３２に通電される電流の値が、切替動作に必要とされる電流値よりも十分小さくなるように切替装置を構成する。言い換えると、切替装置Ｓａ，Ｓｂを動作させる場合には、電動機駆動時に必要とされる最大電流値よりも大きな電流が必要となるように切替装置を構成するとともに、インバータ回路６０の過電流検出値よりも小さな電流となるように制御する。

ここで、図８に示した構成では、Ｗ相巻線のインピーダンスが他の相よりも大きくなってしまうため、三相不平衡を招く可能性がある。そこで、インピーダンスのアンバランスを解消するために、三相の各巻線が、電磁石巻線３２と直列接続、又は並列接続となるように構成する。切替装置を動作させる場合には、電動機駆動時に必要とされる最大電流値よりも大きな電流が必要となるように切替装置を構成するとともに、インバータ回路６０の過電流検出値よりも小さな電流となるように制御する。こうすることで、電動機駆動時に切替装置が勝手に切り替わるなどの誤動作を防止することができる。

なお、電動機にリレーを接続する場合、接点がオンとなった瞬間に大電流が流れ、接点にスパークが発生して焼き付きが起こる可能性がある。これを防ぐため、スパークキラー（コンデンサと抵抗器とを直列に接続した電子部品）やバリスタ（過電圧を吸収する半導体素子）を圧縮容器２２に内蔵し、接点と並列に接続してもよい。
本実施形態によれば、コスト増を招かないと同時に、圧縮機の構造を複雑化することなく切替装置を設置することが可能となり、可変速運転範囲を拡大できる。特に、低速運転時には直列接続とすることで，制御応答性向上や、最大トルク向上が可能となる。同時に、電流低減により、インバータ導通損の低減，ならびに半導体素子の温度上昇緩和，およびインバータ効率の向上を図ることができる。同時に，インダクタンス増加により、モータ電流のキャリア高調波成分が低減するため、鉄損低減，ならびにモータの温度上昇緩和といった効果が得られる。

（第５実施形態）
前記各実施形態は、切替装置４０（Ｓａ，Ｓｂ）の構造については何ら考慮していない。
本実施形態では、第１実施形態の切替装置４０が端子Ｔａ３Ｗと端子Ｔｂ３Ｗとが接続され、端子Ｔａ３Ｖと端子Ｔｂ３Ｖとが接続され、端子Ｔａ３Ｕと端子Ｔｂ３Ｕとが接続され、さらに、端子Ｔｂ２Ｗ、端子Ｔｂ２Ｖ、及び端子Ｔｂ２Ｕが中性点５０ａとして互いに接続されていることに着目する。

図９は、一般的な１回路２接点の機械式リレーの端子部分の構造図であり、図２の切替装置ＳａＵ（端子Ｔａ１Ｕ，Ｔａ２Ｕ，ｔａ３Ｕ）に相当する。図９において、図２と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。図９の切替器ＳａＵは、バネ力、及び電磁力を発生する切替動作部（図示していない）により状態保持、上下運動する構成となっている。端子Ｔａ２Ｕは導電板１０１を介して端子Ｔａ３Ｕに接続されたり、導電板１０２を介して端子Ｔａ１Ｕに接続されたりと、自在に接続を切り替えることができる。

切替装置を圧力容器内部に設置する場合、図９に示すような機械式リレーが計６個必要となる。すなわち、従来の１回路２接点の機械式リレーを単純に組み合わせただけでは、切替装置の端子部分の配線が複雑となり製造工程が複雑化するほか、切替装置のサイズが大きくなり圧縮機筐体の大型化を招く。
したがって、端子部分の配線簡略化、及び切替装置の小形化は実用上きわめて有用である。

図１０乃至１３は、本実施形態の圧縮機に用いられる機械式リレーの端子部分の配線簡略化、及び小形化を実現した構造図である。図１０乃至１３において、図２と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。まず、図１０の側面図のように、切替器ＳａＵ、ＳｂＵが紙面奥行き方向に並べられ、かつ切替器ＳａＵ、ＳｂＵの双方が導電板（第１共通接点）１０１に接触している場合を考える。ここで、図示していないが、ＳａＵ、ＳｂＵの紙面奥行き方向にはさらにＳａＶ、ＳｂＶ、ＳａＷ、ＳｂＷが順に並べられている。前記６つの切替器はバネ力および電磁力を発生する切替動作部（図示していない）により状態保持、上下運動する構成となっている。

このとき、各端子の配線は、図１１の上面図のようになっており、端子Ｔｂ１Ｕと端子Ｔａ２Ｕとは導電板１０１Ｕ（図２の端子Ｔａ３Ｕ、Ｔｂ３Ｕに相当）を介して接続され、端子Ｔｂ１Ｖと端子Ｔａ２Ｖとは導電板１０１Ｖ（図２の端子Ｔａ３Ｖ、Ｔｂ３Ｖに相当）を介して接続され、端子Ｔｂ１Ｗと端子Ｔａ２Ｗとは導電板１０１Ｗ（図２の端子Ｔａ３Ｗ、Ｔｂ３Ｗに相当）を介してそれぞれ接続され、各端子は導通している。なお、導電板１０１Ｕ、１０１Ｖ、１０１Ｗは、互いに絶縁材１０４で絶縁されている。

一方、図１２の他の側面図のように、切替器ＳａＵ、ＳｂＵが紙面奥行き方向に並べられ、かつ切替器ＳａＵが導電板（独立接点）１０２に接触し、切替器ＳｂＵが導電板（第２共通接点）１０３に接触している場合を考える。ここで、図示していないが、切替器ＳａＵ、ＳｂＵの紙面奥行き方向にはさらに切替器ＳａＶ、ＳｂＶ、ＳａＷ、ＳｂＷが順に並べられている。前記６つの切替装置はバネ力、及び電磁力を発生する切替動作部（図示していない）により状態保持、上下運動する構成となっている。

このとき、各端子の配線は図１３の他の上面図のようになっており、端子Ｔｂ１Ｕと端子Ｔｂ１Ｖと端子Ｔｂ１Ｗとは導電板１０３（中性点５０ａに相当）を介して互いに接続され、端子Ｔａ１Ｕと端子Ｔａ２Ｕとは導電板１０２Ｕを介して接続され、端子Ｔａ１Ｖと端子Ｔａ２Ｖとは導電板１０２Ｖを介して接続され、端子Ｔａ１Ｗと端子Ｔａ２Ｗとは導電板１０２Ｗを介してそれぞれ接続される。
以上のように、巻線切替装置を図１０乃至図１３に示す構成とすることで、端子部分の配線簡略化および小形化が可能となる。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記各実施形態は、圧縮部、及び回転電機を設けた圧縮機に適用した場合について説明したが、汎用モータなどの密閉型回転電機にも適用可能である。

１ 回転子
３ 永久磁石
４ カシメ用ボルト
６ クランクシャフト
７ 磁石挿入孔
９ 固定子
１２ 電機子巻線
１３ 固定スクロール部材
１４ 端板
１５ 渦巻状ラップ
１６ 旋回スクロール部材
１７ 端板
１８ 渦巻状ラップ
１９，１０ａ，１９ｂ 圧縮室
２０ 吐出口
２１ フレーム
２２ 圧力容器
２３ 吐出パイプ
２４ 永久磁石同期機（回転電機）
２５ 油溜め部
２６ 油孔
２７ 滑り軸受け
２８ 圧縮部
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 端子箱
３１，３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ 端子
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 電磁石巻線
３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ、６２ 端子
４０ 切替装置
５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ 中性点
６０ インバータ（多相交流電源）
６１ 直流電源
６３ スイッチ
７０ 制御回路
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 圧縮機（密閉型回転電機）

Claims (11)

1. 各相に複数の巻線が巻回された回転電機を有する圧縮機において、
   前記複数の巻線を直列接続、及び並列接続の何れか一方に切り替える切替装置と、前記回転電機及び前記切替装置を内部に収納する圧力容器と、を備え、
   前記切替装置は、電磁石を用いて機械的に接点を切り替える構成であり、
   前記圧力容器は、前記巻線の終端を外部に引き出す端子、及び他の端子を有する単一の密閉用のコネクタを設け、
   前記電磁石の電磁石巻線の両端は、前記他の端子を介して前記圧力容器の外部に引き出される構成であることを特徴とする圧縮機。
2. 各相に複数の巻線が巻回された回転電機を有する圧縮機において、
   前記複数の巻線を直列接続、及び並列接続の何れか一方に切り替える切替装置と、
   前記回転電機及び前記切替装置を内部に収納する圧力容器とを備え、
   前記切替装置は、電磁石を用いて機械的に接点を切り替える構成であり、
   前記圧力容器は、前記巻線の終端を外部に引き出す単一の端子箱を設け、
   前記電磁石は、複数備えられ、
   前記複数の電磁石が直列接続された電磁石巻線の両端は、前記端子箱を介して前記圧力容器の外部に引き出される構成であることを特徴とする圧縮機。
3. 請求項２に記載の圧縮機において、
   前記切替装置は、２回路２接点の機械式リレーを各相毎に用いた６回路構成であり、
   前記２回路は、各相毎に各回路で共通する第１共通接点、及びすべての相で共通する第２共通接点を備える第１回路と、前記第１共通接点、及び相毎に独立する独立接点を備える第２回路とからなり、
   前記第１共通接点と前記第２共通接点との何れかに接続される第１端子、及び前記第１共通接点と前記独立接点の何れかに接続される第２端子は、何れかの前記巻線の終端に接続され、
   前記独立接点は、他の前記巻線の終端、及び多相交流電源の端子に接続される
   ことを特徴とする圧縮機。
4. 請求項２又は請求項３に記載の圧縮機において、
   前記回転電機は、三相交流電動機であり、
   前記両端は、一端が前記巻線のうち少なくとも一相の巻線の終端と共通し、
   前記端子箱は、４端子で構成されていることを特徴とする圧縮機。
5. 請求項２又は請求項３に記載の圧縮機において、
   前記電磁石は、前記回転電機に巻回された巻線のうち少なくとも一相の巻線に挿入されており、
   前記端子箱は、３端子で構成されていることを特徴とする圧縮機。
6. 請求項５に記載の圧縮機において、
   切替動作の際に、前記切替装置の巻線に通電する電流が、制御回路を介して入力される構成であり、
   前記制御回路は、電動機駆動時に必要とされる最大電流値よりも大きくなるように制御することを特徴とする圧縮機。
7. 請求項２又は請求項３に記載の圧縮機において、
   前記電磁石に通電する導線は、前記電磁石巻線とは別の導線を用いて構成し、
   前記端子箱は、５端子で構成されていることを特徴とする圧縮機。
8. 請求項２乃至請求項７の何れか一項に記載の圧縮機において、
   前記切替装置は、半導体素子を用いて電子的に接点を切り替える構成であることを特徴とする圧縮機。
9. 請求項２乃至請求項８の何れか一項に記載の圧縮機において，
   前記切替装置は、端子接続部が高耐熱樹脂又は非導電性部材により覆われていることを特徴とする圧縮機。
10. 請求項２乃至請求項９の何れか一項に記載の圧縮機において、
    前記切替装置の端子接続部は、スパークキラー，及びバリスタ何れか１つ又はこれらの組み合わせが接続されていることを特徴とする圧縮機。
11. 相毎に複数の巻線が巻回された密閉型回転電機において、
    前記複数の巻線を直列接続、及び並列接続の何れか一方に切り替える切替装置と、
    前記巻線及び前記切替装置を内部に収納する圧力容器と、
    を備え、
    前記切替装置は、電磁石を用いて機械的に接点を切り替える構成であり、
    前記圧力容器は、前記巻線の終端を外部に引き出す単一の端子箱を設け、
    前記電磁石は、複数備えられ、
    前記複数の電磁石が直列接続された電磁石巻線の両端は、前記端子箱を介して前記圧力容器の外部に引き出される構成であることを特徴とする密閉型回転電機。

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