特許 7185389 空調機用ロータリ圧縮機システム、空調機用ロータリ圧縮機及びモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-29

(45)【発行日】2022-12-07

(54)【発明の名称】空調機用ロータリ圧縮機システム、空調機用ロータリ圧縮機及びモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/18 20060101AFI20221130BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20221130BHJP

   F04C 23/02 20060101ALI20221130BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20221130BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20221130BHJP

   H02K 21/16 20060101ALI20221130BHJP

   H02P 25/089 20160101ALI20221130BHJP

【ＦＩ】

H02K3/18 P

F04B39/00 106E

F04C23/02 B

F04C29/00 T

H02K7/14 B

H02K21/16 M

H02P25/089

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2017016618

(22)【出願日】2017-02-01

(65)【公開番号】P2018125976

(43)【公開日】2018-08-09

【審査請求日】2020-01-09

【審判番号】

【審判請求日】2021-04-07

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】小川 真

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 創

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 幹人

(72)【発明者】

【氏名】清水 健志

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 隆史

【合議体】

【審判長】柿崎 拓

【審判官】関口 哲生

【審判官】佐々木 芳枝

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１６３２２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０４５９９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１０３７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－６５８２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H02K3/18

H02K7/14

H02K21/16

F04C23/02

F04C29/00

F04B39/00

H02P25/089

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータリ圧縮機と、
前記ロータリ圧縮機が備えるモータを制御するセンサレスベクトル制御回路と、
を備え、
前記モータにおいて、ステータの外径が１００ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲であり、巻線の導体断面積が０．８４ｍｍ^２以上で前記導体断面積とターン数との積が４０ｍｍ^２以上６５ｍｍ^２未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである第１モータのステータが有する第１ティース部と第１巻線スロット部と第１ヨーク部の合計面積に対する前記第１巻線スロット部の合計面積の割合が２５％未満であり、前記第１モータのロータの外径の長さを第１ロータ外径、前記第１巻線スロット部の径方向の長さを第１長さ、前記第１ティース部の幅を第１幅、前記第１モータのステータ外径を第１ステータ外径とした場合に、前記モータが、前記モータの前記ステータの外径が前記第１ステータ外径に維持され、前記モータのティース部の幅が前記第１幅に維持されたまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第１長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第１ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲となるように構成された
空調機用ロータリ圧縮機システム。

【請求項2】

センサレスベクトル制御によって制御されるモータを備え、
前記モータにおいて、ステータの外径が１００ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲であり、巻線の導体断面積が０．８４ｍｍ^２以上で前記導体断面積とターン数との積が４０ｍｍ^２以上６５ｍｍ^２未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである第１モータのステータが有する第１ティース部と第１巻線スロット部と第１ヨーク部の合計面積に対する前記第１巻線スロット部の合計面積の割合が２５％未満であり、前記第１モータのロータの外径の長さを第１ロータ外径、前記第１巻線スロット部の径方向の長さを第１長さ、前記第１ティース部の幅を第１幅、前記第１モータのステータ外径を第１ステータ外径とした場合に、前記モータが、前記モータの前記ステータの外径が前記第１ステータ外径に維持され、前記モータのティース部の幅が前記第１幅に維持されたまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第１長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第１ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲となるように構成された
空調機用ロータリ圧縮機。

【請求項3】

空調機用のロータリ圧縮機に搭載するセンサレスベクトル制御によって制御されるモータであって、
ステータの外径が１００ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲であり、巻線の導体断面積が０．８４ｍｍ^２以上で前記導体断面積とターン数との積が４０ｍｍ^２以上６５ｍｍ^２未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである第１モータのステータが有する第１ティース部と第１巻線スロット部と第１ヨーク部の合計面積に対する前記第１巻線スロット部の合計面積の割合が２５％未満であり、前記第１モータのロータの外径の長さを第１ロータ外径、前記第１巻線スロット部の径方向の長さを第１長さ、前記第１ティース部の幅を第１幅、前記第１モータのステータ外径を第１ステータ外径とした場合に、前記モータの前記ステータの外径を前記第１ステータ外径に維持し、前記モータのティース部の幅を前記第１幅に維持したまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第１長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第１ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲となるように構成した
モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調機用ロータリ圧縮機システム、空調機用ロータリ圧縮機及びモータに関する。

【背景技術】

【0002】

近年の省エネルギー化の要求に対し、空調機用の圧縮機においても、通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ）が重視されている。一般に圧縮機は、低速運転時に効率が低下することが多く、低速域での効率改善がＡＰＦの向上にも大きく役立つ。圧縮機が備えるモータの損失は、低速運転時では銅損が支配的であり、低速域での効率改善のためには、銅損を低減する必要がある。

【0003】

銅損を低減する手法の一つに、モータロータの外径を小さくして、ステータ巻線スロットを大きくする事で巻線径を大きく取り、巻線抵抗値を下げる手法が存在する。

【0004】

なお、特許文献１には、巻線抵抗および電流密度を抑制しながら、モータロータの慣性モーメントを大きくして１回転中の回転速度の変動を抑制し、高効率な運転を可能とする圧縮機について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００６－１８３４７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、モータロータ外径が小さくなると、回転方向のイナーシャ（慣性）が小さくなり、ガス圧縮トルクの変動により、角速度の変動が生じ、モータの効率が低下してしまう。従って、ＡＰＦの改善にもつながらない。モータ効率向上のため、モータロータ外径を小さくしつつ、銅損低減対策を施こすことが求められていた。

【0007】

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる空調機用ロータリ圧縮機システム、空調機用ロータリ圧縮機及びモータを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の態様は、ロータリ圧縮機と、前記ロータリ圧縮機が備えるモータを制御するセンサレスベクトル制御回路と、を備え、前記モータにおいて、ステータの外径が１００ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲であり、巻線の導体断面積が０．８４ｍｍ^２以上で前記導体断面積とターン数との積が４０ｍｍ^２以上６５ｍｍ^２未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである空調機用ロータリ圧縮機システムであり、第１モータのステータが有する第１ティース部と第１巻線スロット部と第１ヨーク部の合計面積に対する前記第１巻線スロット部の合計面積の割合が２５％未満であり、前記第１モータのロータの外径の長さを第１ロータ外径、前記第１巻線スロット部の径方向の長さを第１長さ、前記第１ティース部の幅を第１幅、前記第１モータのステータ外径を第１ステータ外径とした場合に、前記モータが、前記モータの前記ステータの外径が前記第１ステータ外径に維持され、前記モータのティース部の幅が前記第１幅に維持されたまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第１長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第１ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲となるように構成されている。

【0011】

本発明の第２の態様は、センサレスベクトル制御によって制御されるモータを備え、前記モータにおいて、ステータの外径が１００ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲であり、巻線の導体断面積が０．８４ｍｍ^２以上で前記導体断面積とターン数との積が４０ｍｍ^２以上６５ｍｍ^２未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである第１モータのステータが有する第１ティース部と第１巻線スロット部と第１ヨーク部の合計面積に対する前記第１巻線スロット部の合計面積の割合が２５％未満であり、前記第１モータのロータの外径の長さを第１ロータ外径、前記第１巻線スロット部の径方向の長さを第１長さ、前記第１ティース部の幅を第１幅、前記第１モータのステータ外径を第１ステータ外径とした場合に、前記モータが、前記モータの前記ステータの外径が前記第１ステータ外径に維持され、前記モータのティース部の幅が前記第１幅に維持されたまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第１長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第１ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲となるように構成された空調機用ロータリ圧縮機である。

【0013】

本発明の第３の態様は、空調機用のロータリ圧縮機に搭載するセンサレスベクトル制御によって制御されるモータであって、ステータの外径が１００ｍｍ以上１１２ｍｍ以下の範囲で、前記ステータが有するティース部と巻線スロット部とヨーク部の合計面積に対する前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲であり、巻線の導体断面積が０．８４ｍｍ^２以上で前記導体断面積とターン数との積が４０ｍｍ^２以上６５ｍｍ^２未満の範囲にあり、空調機用ロータリ圧縮機に用いられるセンサレスベクトル制御を用いずに制御されるモータである第１モータのステータが有する第１ティース部と第１巻線スロット部と第１ヨーク部の合計面積に対する前記第１巻線スロット部の合計面積の割合が２５％未満であり、前記第１モータのロータの外径の長さを第１ロータ外径、前記第１巻線スロット部の径方向の長さを第１長さ、前記第１ティース部の幅を第１幅、前記第１モータのステータ外径を第１ステータ外径とした場合に、前記モータの前記ステータの外径を前記第１ステータ外径に維持し、前記モータのティース部の幅を前記第１幅に維持したまま、前記モータの前記巻線スロット部の径方向の長さを前記第１長さよりも大きくし、前記モータのロータの外径を前記第１ロータ外径よりも小さくすることで、前記モータの前記ティース部と前記巻線スロット部と前記ヨーク部の合計面積に対する前記モータの前記巻線スロット部の合計面積の割合が２５％以上４０％以下の範囲となるように構成したモータである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、コイルの巻線径を大きくとり、巻線抵抗値を下げることでモータの銅損を低減し、モータの高効率化、圧縮機の高効率化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の縦断面図である。

【図2】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の制御回路を示す第一の図である。

【図3】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の制御回路を示す第二の図である。

【図4】本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機が備えるモータの断面図である。

【図5】従来のロータリ圧縮機が備えるモータの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態によるロータリ圧縮機システムを図１～図５を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態におけるロータリ圧縮機の側方断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る圧縮機１０は、モータ１８と、モータ１８によって回転されるクランクシャフト１６と、クランクシャフト１６の回転に伴って偏心回転するピストンロータ１３Ａ，１３Ｂと、ピストンロータ１３Ａ，１３Ｂを収容する圧縮室が内部に形成されたシリンダ１２Ａ，１２Ｂと、シリンダ１２Ａ，１２Ｂを囲うことで圧縮された冷媒が排出される吐出空間Ｖを形成するハウジング１１と、を備えている。

【0017】

この圧縮機１０は、円筒形状のハウジング１１に、ディスク状のシリンダ１２Ａ、１２Ｂが上下２段に設けられた、いわゆる２気筒タイプのロータリ圧縮機である。シリンダ１２Ａ、１２Ｂの内部には、各々、シリンダ内壁面の内側よりも小さな外形を有する円筒状のピストンロータ１３Ａ、１３Ｂが配置されている。ピストンロータ１３Ａ、１３Ｂは、各々、ハウジング１１の中心軸線に沿った回転軸の偏心軸部１４Ａ、１４Ｂに挿入固定されている。
上段側のシリンダのピストンロータ１３Ａと、下段側のピストンロータ１３Ｂとは、その位相が互いに１８０°だけ異なるように設けられている。
また、上下のシリンダ１２Ａ、１２Ｂの間には、ディスク状の仕切板１５が設けられている。仕切板１５により、上段側のシリンダ１２Ａ内の空間Ｒと、下段側の空間Ｒとが互いに連通せずに圧縮室Ｒ１とＲ２とに仕切られている。

【0018】

クランクシャフト１６は、シリンダ１２Ａに固定された上部軸受部１７Ａ、及びシリンダ１２Ｂに固定された下部軸受部１７Ｂにより、軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。
クランクシャフト１６は、クランクシャフト１６の中心線に直交する方向にオフセットした偏心軸部１４Ａ、１４Ｂを有している。これら偏心軸部１４Ａ、１４Ｂがクランクシャフト１６の中心軸線回りに旋回することで、上下のピストンロータ１３Ａ、１３Ｂがこの旋回に追従してシリンダ１２Ａ、１２Ｂ内で、偏心回転する。

【0019】

クランクシャフト１６は、上部軸受部１７Ａから上方（すなわち、圧縮機１０から見てモータ１８が位置する方向）に突出している。クランクシャフト１６における軸線Ｏ方向一方側の端部には、該クランクシャフト１６を回転駆動させるためのモータ１８のモータロータ１９が一体に設けられている。モータロータ１９の外周部に対向して、ステータ２０が、ハウジング１１の内周面に固定して設けられている。

【0020】

圧縮機１０には、圧縮機１０に供給するのに先立って冷媒を気液分離するアキュムレータ２４がステー２５を介してハウジング１１に固定されている。アキュムレータ２４には、アキュムレータ２４内の冷媒を圧縮機１０に吸入させるための吸入管２６Ａ、２６Ｂが設けられている。吸入管２６Ａ、２６Ｂの先端部は、開口２２Ａ、２２Ｂを通して、吸入ポート２３Ａ、２３Ｂに接続されている。

【0021】

圧縮機１０は、アキュムレータ２４の吸入口２４ａからアキュムレータ２４の内部に冷媒を取り込む。具体的には、アキュムレータ２４内で冷媒を気液分離して、その気相を吸入管２６Ａ、２６Ｂから、シリンダ１２Ａ、１２Ｂの吸入ポート２３Ａ、２３Ｂを介し、シリンダ１２Ａ、１２Ｂの内部空間である圧縮室Ｒ１、Ｒ２に供給する。
そして、ピストンロータ１３Ａ、１３Ｂが偏心回転することにより、圧縮室Ｒ１、Ｒ２の容積が徐々に減少して冷媒が圧縮される。この冷媒は、モータ１８の周囲を通過してから、上部に設けられた吐出口を経由して冷凍サイクルを構成する配管２７に排出される。

【0022】

図２は、本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の制御回路を示す第一の図である。
図２にモータ１８の制御を行うセンサレスベクトル制御回路１のブロック図を示す。図２に示すセンサレスベクトル制御回路１は、コンバータ３１と、コンデンサ３２と、リアクタ３３と、インバータ３４と、電流センサ３５と、電流検出回路３６と、Ａ／Ｄ変換回路３７と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）デュ－ティ計算回路３８と、Ａ／Ｄ変換回路３９と、電圧検出回路４０と、フルベクトル制御回路４１と、を備えている。また、フルベクトル制御回路４１は、２相／３相変換回路４２と、２相／３相変換回路４３と、電流ＰＩ制御回路４４と、電流変換テーブル４５と、速度ＰＩ制御回路４６と、速度位置推定回路４７と、減算器４８と、減算器４９と、を備える。
なお、ロータリ圧縮機システムは、回転速度制御装置６０とセンサレスベクトル制御回路１とロータリ圧縮機１０とを含んで構成される。

【0023】

コンバータ３１は、電力系統Ｅから入力される三相交流電流を整流する。コンデンサ３２、リアクタ３３は、整流された電圧を平滑化して直流電圧を生成する。インバータ３４は、ＰＷＭデュ－ティ計算回路３８が出力したデュ－ティ指令値に基づいて、直流入力電圧から３相の駆動電圧を生成し、圧縮機１０が備えるモータ１８に駆動電圧を供給する。これにより、センサレスベクトル制御回路１は、モータ１８を駆動する。

【0024】

電流検出回路３６はモータ１８に流れる電流を検出し、Ａ／Ｄ変換回路３７へ出力する。Ａ／Ｄ変換回路３７は、電流検出回路３６が検出した電流をデジタル信号に変換し、変換後の信号をフルベクトル制御回路４１へ出力する。フルベクトル制御回路４１では、２相／３相変換回路４２が、Ａ／Ｄ変換回路３７から入力した３相の信号を座標変換（ｄｑ変換）し、変換後の電流値ｉｄ、ｉｑを速度位置推定回路４７に出力する。このとき２相／３相変換回路４２は、後述するモータロータ１９による磁極角度の前回の推定値θｅｓを参照する。速度位置推定回路４７は、電流値ｉｄ、ｉｑと、電流ＰＩ制御回路４４が出力したｄｑ座標系での電力指令値ｖｄ、ｖｑを入力し、モータ１８の回転速度の推定値ωｅｓとモータロータ１９の磁極角度（磁極位置の角度）の推定値θｅｓを、例えば、ＭＲＡＳ（model reference adaptive system：モデル規範適応システム）と呼ばれる方法で算出する。

【0025】

回転速度制御装置６０は、回転速度の指令値ωｃｍｄをフルベクトル制御回路４１へ出力する。減算器４８は、回転速度制御装置６０による回転速度の指令値ωｃｍｄと、速度位置推定回路４７が推定した回転速度の推定値ωｅｓとの偏差Δωを算出して、速度ＰＩ制御回路４６へ出力する。速度ＰＩ制御回路４６は、Δωに基づいてＰＩ制御により、偏差を小さくする（０にする）トルク指令値を算出する。フルベクトル制御回路４１は、電流変換テーブル４５に基づいて、トルク指令値を電流指令値ｉｄ´、ｉｑ´に変換する。減算器４９は、電流指令値ｉｄ´、ｉｑ´と、２相／３相変換回路４２が出力したｉｄ、ｉｑとの偏差Δｉｄ、Δｉｑを算出して、電流ＰＩ制御回路４４へ出力する。電流ＰＩ制御回路４４は、偏差Δｉｄ、Δｉｑに基づいてＰＩ制御により、偏差を小さくする（０にする）電圧指令値ｖｄ、ｖｑを算出する。電流ＰＩ制御回路４４は、電圧指令値ｖｄ、ｖｑを２相／３相変換回路４３へ出力する。２相／３相変換回路４３は、速度位置推定回路４７が推定したモータロータ１９の磁極角度の推定値θｅｓを参照して電圧指令値ｖｄ、ｖｑの２相から３相への座標変換を行い、変換後の電圧指令値ＶをＰＷＭデュ－ティ計算回路３８へ出力する。ＰＷＭデュ－ティ計算回路３８は、電圧指令値Ｖと、電圧検出回路４０が検出したインバータ３４への直流入力電圧をＡ／Ｄ変換回路３９でデジタル変換した信号とを入力し、デュ－ティ指令値を算出する。ＰＷＭデュ－ティ計算回路３８は、算出したデュ－ティ指令値をインバータ３４へ出力する。

【0026】

図３は、本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機の制御回路を示す第二の図である。
図３に速度位置推定回路４７のブロック図を示す。速度位置推定回路４７は、電流推定回路５０と、速度推定回路５１と、積分回路５２とを備える。電流推定回路５０は、電力指令値ｖｄ、ｖｑと、速度推定回路５１が推定したモータロータ１９の回転速度の推定値ω_Ｍを入力し、モータ１８をモデル化した適応モデル（Adjustable Model）に基づいて、電流推定値ｉｄ_ｅｓｔ、ｉｑ_ｅｓｔを推定する。速度推定回路５１は、電流推定値ｉｄ_ｅｓｔ、ｉｑ_ｅｓｔとｉｄ、ｉｑを入力し、回転速度の推定（ω_Ｍ）を行う。積分回路５２は、回転速度の推定値ω_Ｍを積分して、モータロータ１９の磁極角度の推定値θｅｓを算出する。速度位置推定回路４７は、速度推定回路５１が推定した回転速度の推定値ω_Ｍを回転速度の推定値ωｅｓとして、積分回路５２が算出したモータロータ１９の磁極角度の推定値θｅｓと共に出力する。

【0027】

圧縮機１０の内部は、高温高圧環境となるためピストンロータ１３の位置を検出するセンサを設けることが難しい。図２、図３に示す制御回路によるセンサレスベクトル制御（例えばＭＲＡＳ制御）よれば、センサを用いることなくモータロータ１９の回転速度や磁極角度を高精度に検出することができる。また、モータロータ１９とクランクシャフト１６、ピストンロータ１３Ａ、１３Ｂとは一体的に構成され回転するので、モータロータ１９の磁極角度とピストンロータ１３Ａ、１３Ｂの位置は一定の位置関係にあると考えられる。そのため、ＭＲＡＳ制御により、ピストンロータ１３Ａ、１３Ｂの位置を高精度に推定し、制御することでクランクシャフト１６の角速度の変動を抑制することができる。一般にロータリ圧縮機では、シリンダ１２Ａ、１２Ｂにおける冷媒ガスの圧縮が進むにつれ高圧冷媒ガスからの力を受けるため、１回の圧縮工程中にガス圧縮トルクが大きく変動する。その影響で圧縮工程中のクランクシャフト１６の角速度には変動が生じる。しかし、本実施形態のＭＲＡＳ制御を導入すると、モータロータ１９の回転速度や磁極角度の推定値に現れる変動を抑制するように回転速度制御装置６０が、回転速度の指令値を算出することにより、クランクシャフト１６の角速度変動を抑制することができる。

【0028】

圧縮工程中のガス圧縮トルク変動への対策を別の面から考えると、従来のモータ制御（ＭＲＡＳ制御を用いない場合）では、ガス圧縮トルク変動の影響を低減するためにモータロータ１９のサイズをある程度大きく設計することでイナーシャを稼ぐ必要があった。しかし、ＭＲＡＳ制御の導入により、モータロータ１９の回転速度を一定に保つことが可能となるため、上記の制約を考慮せずにモータロータ１９を小型化できるようになる。モータロータ１９を小型化することにより、モータの効率を向上することができる。次にモータロータ１９の小型化の一例およびその効果について説明する。

【0029】

図４は、本発明の一実施形態におけるロータリ圧縮機が備えるモータの断面図である。
図４は、図１の圧縮機１０においてＡ－Ａ線での断面図のうちモータ１８を示す。図４に示すのは、実際に本実施形態のＭＲＡＳ制御を適用し、回転数変動を抑止し所望の回速度で圧縮機１０を駆動することができるモータ１８の断面図である。
図４においてステータ２０は、９個のティース部３、９個の巻線スロット部４、ヨーク部５を有している。モータロータ１９には磁石６が６極分配置されている。

【0030】

図５は、比較のために示したロータリ圧縮機が備える従来のモータの断面図である。
図５に示すのは、ＭＲＡＳ制御を適用しない場合、モータ１８の代わりに圧縮機１０に組み込んで使用するモータの断面図である。
図５においてステータ２０´は、９個のティース部３´、９個の巻線スロット部４´、ヨーク部５´を有している。モータロータ１９´には磁石６´が６極分配置されている。
ここで、図４に示すステータ外径２０ｄと図５に示すステータ外径２０ｄ´は等しく、モータロータ１９の外径１９ｄ＜モータロータ１９´の外径１９ｄ´である。

【0031】

ＭＲＡＳ制御による速度変動抑制効果を前提とした場合、上記のようにモータロータ１９の外径を小さくすることができる。また、モータロータ１９の外径を小さくすることにより、図示するようにステータ２０の巻線スロット部４の面積を大きくすることができる（なお、ティース部３とティース部３´の幅は等しく、モータロータ１９の外径を小さくすることによってのみ巻線スロット部４の面積を拡大した）。例えば、図示した例では、巻線スロット部４の合計面積は、巻線スロット部４´の合計面積の約１．７倍である。また、図４に例示したステータ２０の場合、ステータ２０全体の面積に対する９つの巻線スロット部４の合計面積の割合は約３２％である。一方、図５に例示した従来のステータ２０´の場合、ステータ２０´全体の面積に対する９つの巻線スロット部４´の合計面積の割合は約２３％である。なお、計算上、空調機のロータリ圧縮機に使用する同程度の大きさのモータ（例えば、ステータ外径が１００ｍｍ～１１２ｍｍの範囲にあるモータ）に対しても巻線スロット面積を同程度に拡大することが可能であると考えられる。また、ステータ２０全体の面積に対する９つの巻線スロット部４の合計面積の割合は３２％でなくても、その割合が２５％から４０％までの間の何れかの値を取るように設計することも可能である。２５％とは、計算上、従来（２３％の場合）に比べて、後述する銅損低減作用の有意な効果を得られるときの上記割合の下限値である。また、余りにもステータ２０全体の面積に対する巻線スロット部４の合計面積の割合を大きくとると強度、振動、騒音などの問題が生じるところ、４０％とは、そのような問題を回避しつつ運転できる上記割合の最大値である。
上記割合を２５％～４０％の範囲で設計したモータについても、空調機用に設計された従来のロータリ圧縮機に搭載されるモータと比較して、後述するモータ効率向上効果が得られると考えられる。

【0032】

また、巻線スロット部４の合計面積が、巻線スロット部４´の合計面積の約１．７倍であることにより、同じターン数のままでより太い径の巻線２１をティース部３に巻きつけることができるようになった。つまり、ターン数を変更しないことによって、図５に例示した従来のモータと同様の制御で同等の誘起電圧を発生させることができ、巻線径を太くすることで抵抗を小さくし、銅損を低減することができる。今回の例の場合、図５で例示したモータでは、直径０．８ｍｍ、１スター結線の巻線２１´を６極に対して集中巻き（７０ターン）していた。この場合、導体断面積は、約０．５０３ｍｍ^２（０．４ｍｍ×０．４ｍｍ×π）である。また、導体断面積とターン数の積は、０．５０３ｍｍ^２×７０＝３５．２１ｍｍ^２となる。一方、図４で例示したモータでは、直径０．６ｍｍ、３スター結線の巻線２１を６極に対して集中巻き（２１０ターン）することができた。この場合、導体断面積は、約０．８４８ｍｍ^２（０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×π×３）である。また、導体断面積とターン数の積は、０．８４８ｍｍ^２×７０＝５９．３４６ｍｍ^２である。巻線スロット部４の合計面積と同様、導体断面積についても約１．７倍とすることができた。

【0033】

なお、ステータ外径やロータモータ外径のサイズは同じまま、印加する電圧の大きさ別に、例えば１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖ用のモータが存在する場合がある。現在、これら印加する電圧別のモータについて、１００Ｖ用のモータでの巻線の導体断面積をＹｍｍ^２、１００ターンとすると、２００Ｖ用のモータについては巻線の導体断面積を０．５×Ｙｍｍ^２、ターン数を２００ターンとし、４００Ｖ用のモータについては巻線の導体断面積を０．２５×Ｙｍｍ^２、ターン数を４００ターンとして対応している。本実施形態のＭＲＡＳ制御を適用した場合でも、印加電圧と導体断面積とターン数の関係は同じである。つまり、印加電圧に関わらず、導体断面積とターン数の積の値は変わらない。例えば、上記の例の場合、約５９．３４６ｍｍ^２である。

【0034】

なお、上記の例では、ステータ外径が１００ｍｍ～１１２ｍｍの範囲にある空調機用ロータリ圧縮機に搭載するモータのモータロータについて小型化を行った例を挙げたが、さらに、出願人は、ステータ外径が１２５ｍｍ～１３５ｍｍの範囲にある空調機用のロータリ圧縮機に搭載するモータについてもＭＲＡＳ制御を前提とする小型化を行い、同程度にモータロータ外径を小型化することができた。その結果、巻線２１の導体断面積を上記例と同程度に拡大（約０．８４８ｍｍ^２）することができた。

【0035】

また、モータロータ１９の外径を上記の例まで小型化しなくても、ＭＲＡＳ制御を適用しつつ、モータロータの外径を、従来の９０％程度に小型化して設計することも可能である。その場合でも、空調機用に設計された従来のロータリ圧縮機に搭載されたモータと比較して、高効率化の効果が得られると考えられる。また、その場合、巻線２１の導体断面積は、約０．８４８ｍｍ^２まで大きくしなくても、従来よりも巻線を太くし（例えば、０．５７ｍｍ^２）、抵抗を下げることによって銅損を低減することができる。また、上記図４で例示の小型化したモータは、従来のモータと同じ制御の下で同等の性能を発揮するように巻線径を太くし銅損を低減したものであって、巻線２１の導体断面積の大きさ約０．８４８ｍｍ^２は最大値ではない。例えば、巻線２１の導体断面積は０．９２ｍｍ^２程度まで広げてもよい。

【0036】

本実施形態によれば、ＭＲＡＳ制御によって回転速度の変動を抑制することができるので上記のようにモータロータ１９を小型・軽量化することができ、モータ１８の効率を向上することができる。また、モータロータ１９の外径を小さくすることで、磁石６の使用量を低減しコストを削減することができる。また、モータロータ１９が占めていた空間にまでステータ２０を拡大し、巻線スロット部４の面積の拡大することができる。巻線スロット部４の面積の拡大により、コイルの巻線径を太くすることができる。コイルの巻線径を太くすることによりコイルの抵抗を低減し、銅損を低減することができる。これによりモータ１８の効率を向上し、圧縮機１０の高効率化、通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ）の向上を実現することができる。

【0037】

例えば、暖房定格出力、冷房定格出力、冷房中間出力での運転に比べてＡＰＦ向上への寄与率が高い（ＡＰＦが低い運転状態である）暖房中間出力運転の場合、モータ損失は鉄損に比べ銅損の割合が多いことが分かっている。従って、本実施形態のロータリ圧縮機システムを空調機に適用することで、暖房中間出力運転におけるモータ１８の銅損を低減し、モータ効率、圧縮機効率、空調機のＡＰＦを向上させることができる。
なお、モータ１８は、永久磁石同期モータ、誘導モータなど各種モータを適用することができる。
また、上記の実施形態では、ステータ外径が１００ｍｍ～１１２ｍｍの例、１２５ｍｍ～１３５ｍｍの例を挙げたがこれに限定されない。例えば、ステータ外径が９０ｍｍ程度のモータ、ステータ外径が１７０ｍｍ程度のモータにおいても同程度の小型化が可能であり、巻線２１の導体断面積とターン数との積を約４０ｍｍ^２～６５ｍｍ^２程度に拡大することは可能と考えられる。

【0038】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記例では、６極９スロットのモータを例に挙げたが、他の極数、スロット歩数を有するモータ（例えば４極６スロット）であっても同程度の結果が得られると考えられる。なお、ロータリ圧縮機システムは、回転速度制御装置６０とセンサレスベクトル制御回路１とロータリ圧縮機１０とを含んで構成される。本実施形態のロータリ圧縮機システムは空調機に使用される。
なお、９つの巻線スロット部４の合計面積は巻線スロット面積の一例、ステータ２０の全体面積はステータ面積の一例である。

【符号の説明】

【0039】

１・・・センサレスベクトル制御回路
３、３´・・・ティース部
４、４´・・・巻線スロット部
５、５´・・・ヨーク部
６、６´・・・磁石
１０・・・圧縮機
１１・・・ハウジング
１２Ａ，１２Ｂ・・・シリンダ
１３Ａ，１３Ｂ・・・ピストンロータ
１６・・・クランクシャフト
１８・・・モータ
１９、１９´・・・モータロータ
２０、２０´・・・ステータ
２０ｄ、２０ｄ´・・・ステータ外径
２１、２１´・・・巻線
２２Ａ、２２Ｂ・・・開口
２３Ａ、２３Ｂ・・・吸入ポート
２４・・・アキュムレータ
２５・・・ステー
２６Ａ、２６Ｂ・・・吸入管
３１・・・コンバータ
３２・・・コンデンサ
３３・・・リアクタ
３４・・・インバータ
３５・・・電流センサ
３６・・・電流検出回路
３７・・・Ａ／Ｄ変換回路
３８・・・ＰＷＭデュ－ティ計算回路
３９・・・Ａ／Ｄ変換回路
４０・・・電圧検出回路
４１・・・フルベクトル制御回路
４２、４３・・・２相／３相変換回路
４４・・・電流ＰＩ制御回路
４５・・・電流変換テーブル
４６・・・速度ＰＩ制御回路
４７・・・速度位置推定回路
４８・・・減算器
４９・・・減算器
５０・・・電流推定回路
５１・・・速度推定回路
５２・・・積分回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】