JPH03178595A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は冷媒圧縮用にスクロール圧縮機を用いた冷房も
しくは暖房またはその双方の機能を有する空気調和機に
係り、特にスクロール圧縮機の容量制御をするのに高キ
ャリア周波数で開動するインバータを用いてスクロール
圧縮機を運転するようにした空気調和機に関するもので
ある。

［従来の技術］ 運転周波数可変のインバータで冷媒圧縮機の電動機を運
転する空気調和機では、空気調和機の要求能力に応じ、
インバータの運転周波数を変化させて該電動機の回転数
を変えることにより圧縮機の容量制御を行う。インバー
タは、直流（通常これは商用交流電源から整流および平
滑手段を用いて作られる）を運転周波数に対応する周波
数にて開閉される電力スイッチング素子によって運転周
波数の交流（一般には三相）に変換し、電動機に出力す
る。同じトルクのもとで運転周波数の増加に対応して電
動機の回転数を増加させるためには、インバータの出力
電圧を運転周波数の増加に応じて高くする必要がある。

そのためには、前記変換される基になる直流電圧を運転
周波数に応じて可変とする方式もあるが、一般には、該
直流電圧は一定とし、出力交流電圧を運転周波数よりも
遥かに高い周波数でチョップして、そのオン・デユーテ
ィ比、ひいては時間的平均出力電圧を運転周波数が高い
ほど大きくする様に構成した電圧型ｒ）ＷＭ（パルス幅
変調）方式のインバータを用いることが多い。この様な
パルス幅変調は、所与の上記の時間的平均出力電圧と、
高い周波数のキャリア電圧との比較に基づき該キャリア
周波数にて電力スイッチング素子を所要のオン・デユー
ティ比で断続することにより行われる。

従来、この様な電圧型ＰＷＭ方式のインバータを用いた
空気調和機においては、圧縮機を廓動するインバータの
運転周波数は３０１１ｚから９０１１ｚまで、或いは３
０止から１１５１（ｚまでとし、また、インバータのキ
ャリア周波数は１ｋｌｌｚ〜２ｋｌｌｚであった。

なお、この種の装置として関連するものに、例えば、特
開昭６２−１７８８３２号が挙げられる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、電動機を開動するインバータのキャリ
ア周波数が１〜２ｋＨｚと低いために電動機から該キャ
リア周波数に因る可聴域の電磁音が発生し、特に空気調
和機として低周波数′ａ転を行なう場合にもこの電磁音
はそのまま騒音となって、快適性を損なうという問題が
あった。

又、低周波数運転を行なう場合、圧＃ｌｉＩ機の回転数
の低下により圧縮機内での給油圧が不充分となり、圧縮
機の軸受部分に対する供給油が不充分となって軸の摩耗
につながる恐れがあるので、これを防ぐには最低運転周
波数を前述以下に下げることができないという問題があ
った。

本発明は、かかる従来の問題を改良するために成された
ものであって、その目的は耳障りな騒音を減らし、低運
転周波数でも圧縮機の回転数が過度に低下することを防
止し、最低運転周波数の弓下げを可能にすることにある
。

［課題を解決するための手段］ 上記目的のため、本発明の空気調和機は特許請求の範囲
の各請求項に記載の特徴を有する。

［作　　　用コ 空気調和機の冷媒圧縮用の圧縮機にはスクロール圧縮機
を用い、該圧縮機用の誘導電動機を廓動する運転周波数
可変の電圧型ＰＷＭ方式のインバータのキャリア周波数
を１０ｋｌ（ｚ以上とし、また。

該誘導電動機のすべりを所定適正にするよう制御して系
を安定させて運転する。

それによって、電動機から発生する耳障りな電磁音が低
減でき、又、低周波数域においても電動機の実回転数は
安定するので、騒音低下、運転範囲の拡大を行なうこと
ができる。

［実　施　例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、工は室内機用熱交換器、２は室外機用
熱交換器、３は室内機用熱交換器上と室外機用熱交換器
２とを接続して冷凍サイクルを構成するための冷媒配管
、４は冷凍サイクル用配管３に設けられ冷房と暖房で冷
凍サイクル内の冷媒の流れ方向を変える四方弁、５は内
部に誘導電動機６を有し誘導電動機６の回転によって冷
媒の吸入・圧縮・吐出を行なう機構を有するスクロール
圧縮機、７は供給電源、８は供給電源７を利用してスク
ロール圧縮機５内の誘導電動機６を回転数制御するイン
バータである。

スクロール圧縮機５は、例えば第６図の断面図に示す如
き構造を有するもので、誘導電動機６が回転するとスク
ロール圧縮機５では固定スクロール１４の外側の吸入口
１６から低圧ガスが吸込まれ、渦巻状ラップを有する固
定スクロール１４と旋回スクロール１５とで形成される
圧縮空間に封じ込められたガスは、誘導電動機６に連結
したクランク軸を介して開動される旋回スクロール１５
の旋回運動によってスクロールの渦巻状ラップの中心に
向って圧縮されてゆく。圧縮空間は中心部で最小となり
、ガスは最高に圧縮されて固定スクロール１４の中心部
の吐出口１４′から上部吐出室に吐出され、次いで電動
機室を経て吐出管１７から機外に吐出される。このよう
にして冷媒ガスは吸入→圧縮→吐出が連続的に繰返され
、吐出された冷媒は冷凍サイクルへ流れて冷房あるいは
暖房を行なう。

インバータ８は、第２図に示すように、供給電源７から
の交流を直流に変換する整流素子９、平滑コンデンサ１
０、直流より新たに交流に変換するためのスイッチング
素子１１、誘導電動機６へ流れる電流を検出するための
電流センサ１２、電流センサ１２の検出した電流値を取
り込み、スイッチング素子１１を邪動するための制御装
置１３により構成されている。

かかる構成により、供給電源７から供給される交流は整
流素子９により直流に変換され、さらに平滑コンデンサ
１０により電流が平滑され、スイッチング素子１１へ供
給される。

一方、ここでは開示していないが、空気調和機の室内側
の運転状態が検出され、その運転状態が室外側へ送信さ
れる。室外側では室内側から送信された運転状態と室外
側の運転状態を検出して圧縮機の運転指令を制御装置１
３へ送信する。

この運転指令を受けて制御装置１３はスイッチング素子
１１をスイッチングさせることにより。

運転指令に従った任意所要の運転周波数の交流を発生し
、これを誘導電動機６に供給することにより、誘導電動
機６を回転させる。スイッチング素子１１には、本実施
例では、ＩＧＢＴ　（ゲート絶縁型バイポーラトランジ
スタ、Ｉｎ５ｕｌａｔｅｄ　ｇａｔｅｂｉｐｏｌａｒ　
ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。インバータ
制御装置１３は、運転周波数が高いほど電動機６への出
力の時間的平均電圧を高くする様なＰＷＭ　（パルス幅
変調）を行なうので、電動機６は運転周波数が高いほど
速い回転数で回転し、以てスクロール圧縮機５の容量制
御が可能となる。

本実施例では、このＰＷＭのチョッピング周波数すなわ
ちキャリア周波数は１ｏｋｌ（ｚ以上とし、これにより
、可聴周波数の電磁音が電動機６から発生しないように
する。

冷房運転の場合には、運転開始後、室内温度が下って来
て設定温度に近づくほど、また暖房運転の場合には室内
温度が上って来て設定温度に近づくほど、すなわち冷房
負荷または暖房負荷が小さくなるほど、インバータの運
転周波数を下げて電動機６の回転数を下げ、所定の最小
冷房負荷または最小暖房負荷では最低運転周波数のもと
で電動機６は最低運転速度で回転する。

最低運転周波数より低い周波数が要求される様な場合に
は、圧縮機の運転は停止され、その後再び運転される様
になっている。従ってその様な場合は圧縮機の停止・運
転が反復して室温はハンチングを起すことになる。それ
故、第３図に示すように、最低運転周波数を低く設定す
る方が室温の変化が少なく快適性が向上することになる
。

しかし、最低運転周波数を下げれば圧縮機が低回転数に
なるので、圧縮機の回転を利用したポンプ作用による給
油圧で軸受部に給油する構造の一般的なスクロール圧縮
機では、油の給油圧が不充分となって圧縮機の軸受部分
に対する供給油が不充分となり、軸受部の摩耗につなが
る恐れがあるため、単純には最低運転周波数を下げるこ
とができない。

そこで本実施例では、下記の如き手段を講しる。

電流センサ１２により圧縮機５邸動用の誘導電動機６へ
流れる電流を検出し、この検出された電流から圧縮機駆
動用の誘導電動機６の電流の励磁成分を分離してトルク
成分のみを検出して、このトルク成分から誘導電動機６
のすべりを計測する。

第４図に示すように圧縮機５への負荷、したがってトル
ク、が増大すると誘導電動機６のすベリが大きくなり、
実回転数が低下しく実回転数を破線で示す）、このため
、低周波数域においては実回転数の低下により給油圧が
不充分になる。これを防ぐために本実施例では前述の如
く誘導電動機６のすべりを計測して、すベリを補正する
ことにより、実回転数を当該運転周波数における所定の
実回転数より低下させることがない様にし、以て供給油
を確保することができるようにする。

このすベリの補正は例えば第５図に示す様に行なう。同
図において、成る運転周波数ｆにおいて誘導電動機６の
動作状態が破線Ｓ上のｂ点にあるとする。該破線Ｓの横
軸との交点ｄは当該周波数ｆでの同期進度（すなわち、
すベリゼロ）を表わしている。このすべりを電流センサ
１２の検出力から前記の如く計測し、これに基づき制御
装置１３は、同じトルク下でのすべりをｂ点から同破線
Ｓ上の所定の適正すべりに相当する点ａに補正する様に
、周波数ｆに周波数補正分Δｆを加えた周波数にインバ
ータを制御する。これにより電動機６は、この補正後の
周波数での動作曲線（破線Ｓ’）上の同一トルクでの点
Ｃ（これはａ点に対応）で運転される結果となる。この
様にして誘導電動機６のすべりを適正すべりに補正する
制御がなされる。

上記のすべりの補正制御は、各運転周波数について行な
うことも可能であるが、実際上は、低運転周波数域（例
えば６０１（ｚ以下）で、または最低′ａ転局周波数近
傍でのみ行なうようにしてもよい。

従来、第４図において最低周波数ｆ工まで運転可能な場
合に、運転範囲の負荷状態からＡ点が限界だとすると、
本実施例では上記の如きすベリの補正制御をすることに
より、最低運転周波数をｆｏまで低下させることが可能
である。

又、本発明では圧縮機としてはスクロール圧縮機を使用
するので、第７図に示す如く他の形式の圧縮機（破線で
示す）に比べて１回転中の仕事量の変化、すなわち圧縮
トルクの変動が少なく、振動、音の発生も少ない。この
ため、低周波数域に向く特性がある。

また、第８図、第９図に示す如く、Ｐ　Ｗ　Ｍのために
行なうスイッチング素子のスイッチング周波数（キャリ
ア周波数）が従来技術の如く１〜２ｋｌｌｚと低い場合
には、誘導電動機６の給電がスイッチングされるために
生ずる可聴域の電磁音が発生し、特に低周波数運転を行
なう場合にはこの電磁音が騒音として無視できなくなる
。しかし、本発明ではキャリア周波数を１０ｋｌ（ｚ以
上に上げることにより１人の可聴域を超えるレベルに近
づくと電磁音の影響がなくなり、低騒音化の効果がある
。

またＩＧＢＴインバータのキャリア周波数を１０ｋｌｌ
ｚ以上の高キャリア周波数とすることにより、インバー
タの出力交流を正弦波形により近ずけることができ、こ
の結果、スクロール圧縮機の翻動用電動機の効率を向上
でき、モータ巻線の温度（発熱量）を低下できる。この
結果、モータをケーシング内部の密閉チャンバー内に位
置させ、この密閉チャンバー内を圧縮機吐出ガスにより
高圧状態にする高圧チャンバ一方式のスクロール圧縮機
に本発明を適用することにより、圧縮機の圧縮効率も向
上できる効果がある。

［発明の効果コ 本発明によれば、電圧型ＰＷＭ方式のインバータのキャ
リア周波数を上げることにより騒音の低下が可能であり
、また、スクロール圧縮機を用いることで低周波数域に
も適用でき、このように、高キャリア周波数の電圧型Ｐ
ＷＭインバータでスクロール圧縮機の電動機を屏動する
方式の空気調和機としたことにより、低騒音の空気調和
機を実現し得る。すなわち、スクロール圧縮機の使用に
より圧縮機の低騒音化が達成され、またインバータに起
因する耳障りな電磁音の発生もキャリア周波数を上げる
ことで解消され、空気調和機全体としての低騒音化を達
成し得る。又、圧縮機邸動用の誘導電動機のすべりを制
御することで、運転周波数の下限をさらに下げることが
可能であるので、快適性の向上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の空気調和機の全体概要図、
第２図は第１図におけるインバータ部の全体図、第３図
は最低周波数の違いによる空気調和機の室温変化の違い
を示す図、第４図は本発明の一実施例の空気調和機のト
ルク変化を示す図、第５図は本発明の一実施例における
誘導電動機のすべり補正の説明図、第６図はスクロール
圧縮機の断面構造図、第７図は各種型式の圧縮機のトル
ク特性図、第８図は本発明の一実施例と従来技術とのキ
ャリア周波数の特性図、第９図は本発明の一実施例と従
来技術との騒音比較図である。 １・・・室内側熱交換器　　２・・・室外側熱交換器４
・・・四方弁　　　　　　５・・・スクロール圧縮機６
・・・誘導電動機　　　　７・・・交流電源８・・・イ
ンバータ　　　　９・・・整流素子１０・・平滑コンデ
ンサ　１１・・・スイッチング素子工２・・・電流検出
センサ １３・・・インバータ制御装置 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 回転角度θ（ｒａｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　冷媒圧縮用にスクロール圧縮機を備えた冷凍サイク
   ルを有する空気調和機において、該スクロール圧縮機の
   駆動用電動機が誘導電動機であり、１０ｋＨｚ以上の高
   キャリア周波数でパルス幅変調された可変運転周波数の
   交流電圧を該誘導電動機に与える電圧型ＰＷＭ方式のイ
   ンバータを備えたことを特徴とする空気調和機。 ２　前記インバータは、前記誘導電動機のすべりを検出
   し、検出された該すべりが所定の適正値になる様にすべ
   りを補正する制御手段を有することを特徴とする請求項
   １記載の空気調和機。 ３　前記制御手段は、インバータの運転周波数が最低運
   転周波数もしくはそれに近い運転周波数のときに前記す
   べりの補正を行うことを特徴とする請求項１記載の空気
   調和機。