JP2010127218A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の低粘度の潤滑油を用いることによる省エネルギー化を信頼性の低下を発生することなく、またシステムの過負荷運転を十分確保しながら達成する。
【解決手段】４０度における動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下の動粘度の潤滑油１０８を収容し、モーター１０７の効率が高負荷条件で８２％以上を有するとともに、保護装置１３１が巻線を流れる電流と容器または巻線の温度によって動作するもので巻線温度保護温度を１２０度以下に設定した構成により、潤滑油の劣化が起こらず、圧縮機１０１の信頼性が向上する。また、圧縮機が過負荷状態においても、温度上昇が低いことから、システムでの過負荷状態での運転も十分保証され、システムの安定した運転保証と圧縮機の信頼性の向上の両立を図ることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機によって冷媒等のガスを圧縮する圧縮機に関し、摺動部材同士を潤滑する潤滑油に低粘度の潤滑油を適用するための技術に関する。

従来の圧縮機は、容器内に潤滑油を貯留し、各摺動部に潤滑油を供給することにより摺動部の潤滑、摩耗防止を行っている。

近年の地球環境保護の観点から、より入力（損失）の小さい圧縮機が求められるとともに、冷凍・加熱用途においては、環境にやさしい冷媒、具体的には、ＨＣやＨＦＣ冷媒が主流になっている。

さらに、入力（損失）の低減においても、使用者がより多く使う環境下、条件下で大きな低減を図れる技術が求められると同時に、過酷な条件下においても信頼性が高く、長く使える製品が環境にやさしい製品であるため、入力（損失）の低減と、信頼性の両立が最も地球環境に適した製品であるといえる。

過酷な条件下とは、一般的に言うと、外気温度が高く、たとえば冷蔵庫で言うと食品を入れた直後などである。

従来の圧縮機としては、容器内に潤滑油を貯留し、冷媒を圧縮する機構を備え、低粘度の潤滑油を利用する技術を開示したもの（例えば、特許文献１）や、保護装置で、モーターの巻線を保護する装置を備えたものが開示（例えば、特許文献２）されている。

以下、図面を参照しながら、上記従来の圧縮機について説明する。

図１５は、特許文献１に記載された従来の圧縮機の縦断面図である。

図１５において、圧縮機３０は、容器１の内部に冷媒１ａを充てんしている。また、潤滑油２を容器１の底に貯留している。

圧縮要素１８は、冷媒１ａを圧縮する機構部分で、シャフト９、シリンダブロック６、シリンダブロック６に形成された、シリンダボア１４、ピストン１７、ピストンピン１８ａ、ピストン１７とシャフト９の偏芯部１１を連結するコンロッド１９などからなり、シャフト９の主軸部１０と軸受部１６や、コンロッド１９と偏芯部１１、また、ピストン１７とシリンダボア１４などは、摺動部３１であり、給油機構１２を通って給油された潤滑油２を介して潤滑摺動されている。

冷媒１ａは、容器１の吸入管２７より吸い込まれ、サクションマフラー２９から、シリンダヘッド２４を通って、圧縮室１５に導かれ、ピストン１７により圧縮される。

モーター５は、固定子３と回転子４などからなり、回転子４は、シャフト９と連結され、容器１に接続されたターミナル８とクラスター７を介して、固定子３の巻線３ａに電流が供給されると、回転し、シャフト９に回転動力を与える。

以上の構成の従来の圧縮機について、以下その動作を説明する。

圧縮機３０が運転を始めると、モーター５の回転により、圧縮要素１８が冷媒１ａの圧縮を開始する。冷媒１ａは、吸入管２７より容器１内に吸い込まれ、サクションマフラー２９を通って、シリンダボア１４の圧縮室１５に入り、ピストン１７により圧縮され、シリンダヘッド２４と通って、図示しない吐出管から、外部の図示しない冷凍システムへと送りだされる。

潤滑油２は、シャフト９の主軸部１０と軸受部１６や、コンロッド１９と偏芯部１１、ピストン１７とシリンダボア１４などの摺動部３１に給油機構１２を通って給油され、摺動部３１の潤滑摺動を行う役目をはたしている。

従って、摺動部は、潤滑油２を介して、摺動を行っており、摺動部間の摺動損失は、潤滑油２の動粘度と大きく関わっており、圧縮機３０の入力、効率を変化させる。

さらに、潤滑油２は、その温度が高くなると、有機材料との劣化促進ともかかわっている。特許文献１では、潤滑油２を低粘度化するにあたり、有機材料の劣化促進を軽減する手段のひとつとして、潤滑油２の低分子成分を少なくする技術が開示されている。

次に、図１６は、特許文献２に記載された従来の圧縮機である。図１５と同一要素は同一符号を付している。

図１６は、特に圧縮機３０の電装部５１を示しており、容器１にはターミナル８があり、モーター５を駆動するための起動装置５２と保護装置５３がターミナル８を介して、モーター５の巻線３ａと接続している。

起動装置５２と保護装置５３は、カバー５４は、容器１のブラケット５５にクランプ５６で固定されている。

以上の構成の従来の圧縮機の保護装置について、以下その動作を説明する。

起動装置５２により、起動されたモーター５は、モーター５の巻線３ａの温度が異常に上昇した場合は、保護装置５３によって、電流を切断されることで、温度上昇を保護される。保護装置５３は、電流や温度により、電流遮断をされる構成になっている。

カバー５４は、起動装置５２、保護装置５３、などの充電部分が手に触れて感電したりすることがないよう、安全を図る目的でとりつけられている。
特開２００７−２３９６３２号公報 特開平１０−４７２５０号公報

しかしながら、従来上記の構成では、圧縮機３０の効率を向上するために、潤滑油２の動粘度を下げ、摺動部３１の摺動損失を低減することは公知であるが、同時に、低粘度の潤滑油２を採用する際に、潤滑油２の温度が上昇した時の有機材料等の劣化の問題も指摘されている。

発明者らの細部にわたる実験の結果、潤滑油２の４０度での動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下（粘度グレードで言うと一般的には、ＶＧ６以下となる）の潤滑油２においては、低沸点の成分量が大幅に増大し、逆に言うと、低沸点成分の分子量の比較的小さい分子で構成しないと低粘度になりえないため、潤滑油２の温度が１３０度以上に上昇した場合、潤滑油２自体の劣化促進、また、冷媒１ａや有機材料などとの関連におけるスラッジの生成や重合物の生成などの、潤滑油２の劣化が大幅に加速し、圧縮機３０の信頼性を大幅に低下させる課題があった。

また、従来の圧縮機３０の構成では、保護装置５３により、モーター５の巻線３ａの温度を制限する手段は開示されているが、潤滑油２の温度上限を制御するための手段として、モーター効率の制限と、モーター保護装置による温度制限を利用する技術が提案されておらず、潤滑油２の適正な温度制御ができず、潤滑油の温度が過負荷で異常に上がることで、潤滑油劣化が促進し、圧縮機の信頼性を低下させていた。また、低粘度の潤滑油２の特に４０度での動粘度が６ミリメートル二乗／秒（粘度グレードＶＧ６）以下の潤滑油２の劣化促進を防止しながら使う技術がない課題があった。

また、圧縮機３０の効率を上げる要素として、サクションマフラー２９を用いる技術は開示されているが、冷媒１ａに一部が混合されて循環する潤滑油２の温度を制御する技術として、セミダイレクトサクションマフラーやダイレクトサクションマフラーを利用する技術が開示されておらず、潤滑油２の温度が過負荷で異常に上がることで、潤滑油２の劣化が促進し、圧縮機３０の信頼性を低下させていた。また、このことは、特にＶＧ６以下の低粘度の潤滑油２を用いたときは課題であった。

またさらには、モーター５の効率やモーター５のトルクの設定により、過負荷時のモーター５の温度を低下させ、潤滑油の温度を低減して信頼性を確保するとともに、冷凍システムの過負荷時においても十分な運転可能範囲を確保する技術が開示されておらず、低粘度の潤滑油２を用いた場合には、過負荷運転の確保と信頼性の両立が十分できない課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、特別な部品を用いることなく、潤滑油の動粘度を低粘度化することで高効率化を図るとともに、モーターの効率の制限と保護装置の構成と保護温度を制限することによって、信頼性が高い圧縮機を提供し、高効率化による省エネルギー化を低コスト、省資源で達成することにより、地球環境にやさしい圧縮機を提供することが可能となる。

上記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、容器内に、冷媒を圧縮する圧縮要素と前記圧縮要素を駆動する固定子と回転子よりなるモーターと、４０度における動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下の潤滑油を収容し、前記固定子は、巻線を有するとともに、前記巻線と電気的に接続された保護装置を有し、前記モーターの効率は、高負荷条件で８２％以上のモーター効率を有するとともに、前記保護装置は、前記固定子の前記巻線を流れる電流と前記容器または前記容器内または前記巻線近傍の温度を検出して動作し、前記巻線を流れる電流と、前記容器または前記容器内または前記巻線近傍の温度の関数として得られた値を前記保護装置の動作値とし、前記巻線温度が１２０度以上になると動作し、電気回路を遮断するように設定することで、圧縮機のいかなる負荷条件に於ける前記潤滑油の実動粘度を１ミリメートル二乗／秒以上に制限できるものであり、これによって、特別な部品を用いることなく、潤滑油の温度が異常に上がることなく、潤滑油の劣化が起こらず、圧縮機の信頼性が向上する。また、圧縮機が過負荷状態においても、温度上昇が低いことから、システムでの過負荷状態での運転も十分保証され、過負荷状態で、運転が停止してしまい、冷却物（例えば、冷蔵庫においては食品など）の劣化の発生がないとともに、潤滑油の劣化やひいては、圧縮機の信頼性低下が無くなり、システムの安定した運転保証と圧縮機の信頼性の向上の両立を図ることが可能となる。

本発明の圧縮機は、潤滑油の動粘度を低下させ、摺動損失を低下させることで、入力低減を図り圧縮機の高効率化を、低粘度の潤滑油を用いる際の課題である、潤滑油の劣化による信頼性の低下を起こすことなく達成できるので、圧縮機の効率の向上による省エネ、信頼性の向上による寿命増加や特別な部品を必要としないことから、資源の有効利用を図ることができ、地球環境保護に多大な貢献をすることができる。

請求項１に記載の発明は、容器内に、冷媒を圧縮する圧縮要素と前記圧縮要素を駆動する固定子と回転子よりなるモーターと、４０度における動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下の潤滑油を収容し、前記固定子は、巻線を有するとともに、前記巻線と電気的に接続された保護装置を有し、前記モーターの効率は、高負荷条件で８２％以上のモーター効率を有するとともに、前記保護装置は、前記固定子の前記巻線を流れる電流と前記容器または前記容器内または前記巻線近傍の温度を検出して動作し、前記巻線を流れる電流と、前記容器または前記容器内または前記巻線近傍の温度の関数として得られた値を前記保護装置の動作値とし、前記巻線の温度が１２０度以上なったことを検知して動作することで、圧縮機のいかなる負荷条件に於ける前記潤滑油の実動粘度を１ミリメートル二乗／秒以上に制限できるように設定したものであり、これによって、４０度における動粘度が６ミリメートル二乗／秒（以下ＶＧ６と述べても同様な意味を指す）以下の低粘度潤滑油を使用した場合でも、システムの過負荷の状態で、モーター効率が高いことから、巻線の温度上昇が抑制されるとともに、モーター保護装置が、モーター巻線温度が１２０度以下に抑えられることから、潤滑油の温度が異常に上がることなく、潤滑油の劣化が起こらず、圧縮機の信頼性が向上する。より具体的には、潤滑油の実動粘度が１ミリメートル二乗／秒以上に制限されるので、コンタミのような、重合化合物の発生が低く抑制される。

また、圧縮機が過負荷状態においても、温度上昇が低いことから、システムでの過負荷状態での運転も十分保証され、過負荷状態で、運転が停止してしまい、冷却物（例えば、冷蔵庫においては食品など）の劣化の発生が起こってしまうというようなことがないとともに、潤滑油の劣化やひいては、圧縮機の信頼性低下が無くなり、システムの安定した運転保証と圧縮機の信頼性の向上の両立を図ることが可能となる。

尚、モーターの高負荷条件での効率とは、モーターの最大トルクの２分の１のトルク条件での効率を指す。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷媒がイソブタンであり、圧縮機の定格入力（Ａｓｈｒａｅ条件での蒸発温度−２３．３度における入力を指す）が１２０Ｗ以下であるもので、これによって、冷媒がイソブタンで、圧縮機定格が１２０Ｗであるものは、特に、５００Ｌ以下の冷蔵庫に使用されるが、定格入力が低いことから、入力における、潤滑油の動粘度に起因する摺動損失割合が大きいため、低粘度の潤滑油を利用することによる省エネルギー効果が大きく、また、イソブタンを利用することから、エネルギー面でも冷媒の物性面でも環境、地球にやさしい圧縮機を高い信頼性と運転安定性を確保しながら提供することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、モーターは、回転子に永久磁石を用いた同期モーターであるものであり、これによって、モーター効率を極めて高くするとともに、モーター発熱の抑制を大きくし、圧縮機の信頼性低下が無くなり、システムの安定した運転確保と圧縮機の信頼性の向上の両立をより高めた圧縮機を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、モーターは、回転子に永久磁石を用いたＤＣインバーターであり、これによって、モーター効率を極めて高くするとともに、モーター発熱の抑制を大きくし、圧縮機の信頼性低下が無くなり、システムの安定した運転確保と圧縮機の信頼性の向上の両立をより高めた圧縮機を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、ＤＣインバーター制御部は、電流保護手段を含み、電流負荷の増大を検知することで、モーターの温度が１２０度以上では、前記モーターを停止させるもので、これによって、モーター発熱の抑制を大きくし、圧縮機の信頼性低下が無くなるとともに、モーター温度とひいては、潤滑油の温度上昇の保護は、ＤＣインバーターの制御部が行うことで、インバーターの回転数変化、運転率制御と共に、温度制御、温度上昇遮断においてもよりきめの細かい制御が可能となり、圧縮機の信頼性を高めることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧縮要素を構成する吸入部は、サクションマフラーを有し、前記サクションマフラーは、容器の吸入管に近接または、直接に、接続部材を介して接続した、セミダイレクトサクションマフラー、あるいはダイレクトサクションマフラー構造としたもので、これによって、圧縮要素を構成する吸入部のサクションマフラーがセミダイレクトまたは、ダイレクトサクション構造であるので、吸入冷媒の吸い込み温度が低く保つことができ、吸入冷媒と共に、若干量吸入される潤滑油の温度も低く保つことが可能となり、特に高温となる吐出部においても、潤滑油を含んだ吐出冷媒の温度を低く抑制することで、潤滑油と冷媒との化学反応による劣化が大幅に抑制され、請求項１に記載の発明の効果に加えて、圧縮機の信頼性向上をより図ることが可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、冷媒がイソブタンであり、モーターの定格電圧でのトルクは、気筒容積をＡ立法センチメートルとすると、Ａの８０倍ミリニュートンメートル以上としたもので、これによって、冷媒がイソブタンであり、モーターの定格電圧でのトルクを気筒容積に対して、適正値以上のトルクに設定することにより、システムの過負荷時でも十分な運転を確保するとともに、より過負荷な条件となった場合には、過負荷電流が適切に増大し、圧縮機を適切に停止させることにより、圧縮機の保護の確保と信頼性の確保をより確実に行うことが可能となる。

尚、モーターの定格電圧とは、各地域で供給されている家庭用電源などの電圧を指し、国内の家庭用では、１００Ｖ、米国では、１１５Ｖ、欧州諸国、中国では、２２０ないし２４０Ｖの供給電圧を指す。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧縮要素は、鉛直上方に位置し、モーターが前記圧縮機の下方に配置されたもので、これによって、圧縮要素が鉛直上方に位置し、電動要素が鉛直下方にあることにより、潤滑油の一部は、電動要素を通って循環し、潤滑油の温度はより、モータの巻線温度との温度関連性が高まり、モーター巻線温度保護による潤滑油温度上昇規制の精度を向上することが可能となり、圧縮機の信頼性をより確実に高めることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧縮要素は、回転子と回転子に連結されたシャフトの自重を支えるスラスト軸受部を有し、前記スラスト軸受部がスラストボールベアリングで構成されたもので、これによって、スラストボールベアリングは、摺動部の損失を低減し、入力を低下させることで、省エネルギーに有効な手段であるが、一方、ボール（玉軸受け）を用いることから、潤滑油の異常な粘度低下や、潤滑油劣化に伴う、有機生成物が介在することで、急激な摩耗発生を起こしやすい場所であるが、請求項１の効果を利用することで、大幅な省エネルギー要素を確実な信頼性を確保しながら採用することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図、図２は、潤滑油の動粘度にたいする劣化の特性図、図３は、潤滑油の動粘度に対するコンタミ量を示す特性図、図４は、モーター効率を過負荷時モーター巻線温度を示す特性図、図５は、過負荷条件での巻線電流・温度の特性図、図６は、圧縮機定格違いによる過負荷条件での巻線電流・温度の特性図、図７は同期モーターの断面図である。

尚、図４におけるモーター効率は、モーターの最大トルクの２分の１のトルク条件における効率を指し、温度は、室温が３５度から５０度で変化させ、凝縮温度が６５度、蒸発温度が−２３．３度で、電圧が定格電圧（各地域で供給される電圧）の±１０％電圧でモーター巻線の温度の最大値をプロットしたものである。

また、図５は、冷凍システムにおいて、外気温度が４３度で、冷凍をするための食品などの負荷を入れた状態で運転を開始し、食品が十分冷却された状態に至るまでの運転条件を示したものであり、最も巻線温度が高くなる点が最大負荷条件となる。

またさらに、図６は、図５と同様な特性図に、圧縮機の定格入力が８０Ｗと低いものと１２０Ｗと高いものを示したものであり、定格入力とは、圧縮機の冷凍能力を規定する条件であるＡｓｈｒａｅ条件（凝縮温度５５．４度、蒸発温度−２３．３℃、室温及び、過冷却及び、吸入ガス温度が３２．２度条件を指す）での圧縮機の入力を指し、両者の過負荷運転における巻線電流対モーター巻線温度曲線を示したものである。

以下、図１から図７に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。

図１から図５において、圧縮機１０１は、容器１０２の内部に、冷媒１０３が封入されている。冷媒１０３としては、近年のオゾン保護、地球温暖化防止に対応した冷媒として、イソブタンＲ６００ａ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１２３４ｙｆなどの冷媒１０３があげられる。本実施の形態では、Ｒ６００ａを用いている。

容器１０２の内部には、圧縮要素１０４と、固定子１０５、回転子１０６よりなるモーター１０７が収納され、さらに容器１０２の底部には、潤滑油１０８が貯留されている。

圧縮要素１０４は、シリンダブロック１１１、シリンダブロック１１１に形成されたシリンダボア１１２、ピストン１１３、ピストンピン１１４、コンロッド１１５、シャフト１１６、シャフト１１６を構成する、主軸部１１７と偏芯部１１８、軸受部１２０、およびシリンダボア１１２内でピストン１１３により仕切られる圧縮室１２１、圧縮室１２１を隔壁して、吸入吐出部を形成するシリンダヘッド１２２ａなどから形成される。

ピストン１１３とシリンダボア１１２、主軸部１１７と軸受部１２０、偏芯部１１８とコンロッド１１５などは、潤滑油１０８を介して、互いに摺動する摺動部１２２を形成している。摺動部１２２へは、シャフト１１６などに形成された給油機構１２３により、容器１０２の底部の潤滑油１０８が供給される。

潤滑油１０８は、いわゆる低粘度冷凍機油でありその粘度グレートは、ＶＧ６、即ち４０度での動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下のものを用いている。潤滑油１０８としては、鉱油、アルキルベンゼン、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＡＯ（ポリアルファオレフィン）、エステル、ポリカーボネートなどいろいろな種類の物があるが、粘度のグレードとしては、いずれにおいてもＶＧ６以下であり、本実施の形態では、鉱油で特にパラフィン系の粘度グレードがＶＧ３ないしＶＧ５の潤滑油１０８を用いている。

次に、モーター１０７の固定子１０６には、巻線１３０が巻かれており、保護装置１３１が、ターミナル１３３にとりつけられ、巻線１３０の温度保護をしている。

巻線１３０は、リード線１３４とクラスター１３６を介して保護装置１３１および、起動装置１４０に電気的に接続されている。

保護装置１３１や、起動装置１４０などは、感電しないようにカバー１４１でおおわれている。

保護装置１３１は、巻線１３０を流れる電流と温度により動作するものであり、モーター１０７の巻線１３０の温度が１２０度以上になると保護が働き、電流を遮断するように設定されている。

より詳しくは、巻線１３０を流れる電流と、本実施の形態では、容器１０２にとりつけられた保護装置１３１の内部の図示しない熱電素子（バイメタルなど）や図示しない補助ヒーターなどにより、容器１０２の温度と、巻線１３０を流れる電流を利用して、バイメタルを動作させる方法を用いている。

巻線１３０の温度が１２０度以上になると、動作させるようにするためには、容器１０２の温度と、巻線１３０の電流と、巻線１３０の温度をサーモカップルなどにより実測した上で、巻線１３０の温度が１２０度になると動作する容器１０２と巻線１３０の電流の関係を得、得られた値をもとに保護装置１３１の動作値を設定する。

尚、吸入管１５０は、容器１０２にとりつけられ、容器１０２の外部の図示しない冷凍システムから、冷媒１０３を導いており、サクションマフラー１５１によって、吸入管１５０から導かれた冷媒１０３が圧縮室１２１内に吸い込まれ、圧縮後、吐出管１５５より吐出される。

モーター１０７に通電され、圧縮機１０１が運転を始めると圧縮要素１０４は、冷媒１０３を圧縮し、高温の冷媒１０３は、圧縮室１２１で圧縮され、シリンダヘッド１２２ａから、吐出管１５５を通って吐出される。

一方、潤滑油１０８は、給油機構１２３によって、摺動部１２２に送られ、シリンダボア１１２とピストン１１３、コンロッド１１５とピストンピン１１４や偏芯部１１８、主軸部１１７と軸受部１２０などの各摺動部１２２の潤滑を行う。

近年の地球環境保護を目的とした、省エネルギー化の一つとして、圧縮機１０１の効率をあげるため、潤滑油１０８の動粘度を低くして摺動部１２２の粘性損失を下げ、入力を下げることは公知であるが、低粘度化による潤滑油１０８そのものの劣化や、潤滑油１０８と冷媒１０３も鑑みた劣化促進、また、それらが、圧縮機１０１のモーター１０７の巻線１３０と関連づけられその許容制限が明確化されていなかった。

図２は、発明者が、巻線１３０の温度を変化させるとともに、ＶＧ１０相当（ＶＧはＶｉｓｃｏｓｉｔｙ Ｇｒａｄｅの略で、４０度での動粘度、ミリメートル二乗／秒の値を示している）４０度での動粘度が１０．２ミリメートル二乗／秒から、ＶＧ３相当、４０度での動粘度が３．１ミリメートル二乗／秒までの圧縮機を用いて、加速信頼性試験において、潤滑油１０８及び、潤滑油１０８の劣化に起因する摺動部１２２の摩耗・劣化状態を４段階で評価した結果を示している。

発明者の検討から、ＶＧ６、４０度での動粘度がおよそ６ミリメートル二乗／秒以下の潤滑油１０８を用いる上では、巻線１３０の温度を最大でも１２０度以下に抑制することで、潤滑油１０８及び、摺動部１２２に劣化の発生しないことが確認できた。

また、図３の（Ａ）は、巻線の温度条件を１３０度としておこなったライフテストにおいて、横軸に潤滑油１０８の４０度における動粘度を取り、縦軸に信頼性・いわゆるライフテストでの潤滑油１０８起因による、重合物等のコンタミ量を示した特性図であるが、６ミリメートル二乗／秒以下において、コンタミ量が急増していることがわかる。

これらの理由の一つは、潤滑油ｌ０８の動粘度が低くなると、低沸点成分が多くなるため、高温度条件での耐力が悪化するためと考えており、その境界線が、ＶＧ６以下の潤滑油を使う上では、１２０度以下の巻線１３０の温度管理にあることが明確となった。

また、図３の（Ｂ）は、潤滑油１０８の温度及び巻線温度が、１２０度の条件下における潤滑油１０８の実際の動粘度を横軸に、縦軸に、コンタミ量を示した特性図であるが、実動粘度が１ミリメートル二乗／秒以上において、コンタミ量が急速に増加し、冷却システムや圧縮機１０１の各要素に悪影響を与える量になることが、明確であり、圧縮機１０１のいかなる条件においても、潤滑油１０８の実動粘度を１ミリメートル／秒以上にすることで、圧縮機１０１の信頼性及び、圧縮機１０１を搭載するシステムの信頼性を確実に保証することが可能となる。

次に、巻線１３０の温度を１２０度以下にするためには、圧縮機１０１が過負荷の条件にあっても運転できなければならない。例えば、冷蔵庫で言うと、外気温度が４３度程度の環境下で、かつ、食品等が多く保存された状態においても運転が確実になされる必要があるということである。

そのためには、圧縮機１０１がシステムの過負荷条件において、どのような条件であれば、運転が保証されるかを明確化するために、発明者は、モーター１０７の効率を７４％から、９０％まで変化させ、過負荷条件として、圧縮機１０１を運転する外気温度ベース条件を変え、外気温度４５度条件までの運転を保障する条件を明確化した。図４は、横軸にモーター１０７の巻線１３０の温度をとり、縦軸に過負荷条件としての外気温度ベースをとり、各モーター効率でプロット及び近似曲線化したものである。

図４のモーター温度は、室温が４３度、凝縮温度が６５度、蒸発温度が−２３．３度で、電圧が定格電圧（各地域で供給される電圧）の±１０％電圧でモーター巻線の温度の最大値を示しており、この条件におけるモーター巻線温度は、図５に示すシステムの最大温度条件と近似することから、この条件でのモーター巻線温度と効率の関係から、効率を規定する方法を取り入れた。

尚、室温（すなわち過負荷指標を４５度としたのは、２度をばらつきとして高めに裕度を設定するためである。

図４から明確なように、過負荷指標４５度においても、モーター効率が８２％以上において、モーター１０７の巻線１３０の温度は１２０度以下に抑制され、結果として、システムの過負荷条件においても、十分な運転の確保ができることが明確となった。

従って、ＶＧ６以下の潤滑油１０８を、モーター効率８２％以上のモーター１０７を有する圧縮機１０１とすることにより、過負荷条件においても十分な運転を確保するとともに、潤滑油１０８及び、摺動部１２２の劣化による信頼性低下の無い、さらに、低粘度潤滑油１０８を用いることで、省エネルギーに優れた圧縮機１０１を提供することが可能となるのである。

さらに、本発明では、保護装置１３１を用い、保護装置１３１は、巻線１３０を流れる電流と温度によって動作するものを有し、巻線１３０を流れる電流と容器１０２または容器１０２内または巻線１３０近傍の温度を検出して動作し、巻線１３０を流れる電流と、容器１０２または容器１０２内または巻線１３０近傍の温度の関数として得られた値を保護装置１３１の動作値としている。

より具体的に説明すると、巻線１３０を流れる電流は、たとえば、日本国内の電圧１００Ｖや欧州の２３０Ｖでは、違うため、それぞれの地域及び、モーター１０７の巻線１３０を流れる電流を計測し、さらに、容器１０２等の温度を計測し、それらと巻線１３０の温度も同時に計測する。

それらの計測により得られた値は、巻線１３０を流れる電流と、容器１０２または容器１０２内または巻線１３０近傍の温度との関数として、巻線１３０の実測温度を規制することが可能となり、過負荷の温度条件を例えば、本実施の形態で説明するように、４３度（余裕度を２度見て、設定に用いる外気温度を４５度）とすれば、その条件下での、容器１０２または容器１０２内または巻線１３０近傍の温度と、巻線１３０を１２０度以下に設定するための、保護装置１３１の電流動作値が決定され、それにより、巻線１３０の温度を確実に保護することが可能となる。

それらの関係は、図５により説明することができる。

図５は、横軸にモーター１０７の巻線１３０を流れる電流、縦軸にモーター１０７の巻線１３０の温度をとり、圧縮機１０１の過負荷条件において、圧縮機１０１を始動から、安定運転まで運転した際の電流と温度の関係を実線Ａでプロットし、さらに周囲温度と電流（実際には電圧）を上げ、圧縮機１０１が圧縮機１０１の保護の為に停止する点まで負荷を上げた場合の線図をＢとして示している。Ｃは、保護装置１３１の特性曲線であるが、図５より、前述した、ＶＧ６以下の粘度の潤滑油１０８を用いて、さらに、モーター効率を８２％以上としたモーター１０７を用い、さらに巻線１３０を流れる電流と温度により動作する保護装置１３１の保護温度を１２０度以下に設定することにより、過負荷条件でも安定した運転が可能となるとともに、冷凍システムなどが異常な条件においては、モーター巻線１３０の温度は、１２０度以下に制限して保護することが可能となる。

尚、図７に示す、モーター１０７については、回転子１０６に永久磁石１６０を用いた同期モーターを用いることにより、モーター効率は、およそ９０％以上が得られるとともに、モーター効率が高いことから、モーター１０７からの発熱損失もより低くなり、前述したように、圧縮機の信頼性低下が無くなり、システムの安定した運転確保と圧縮機の信頼性の向上の両立をより高めた圧縮機を提供することができる。

以上述べたように、本発明の実施の形態１においては、ＶＧ６以下の低粘度潤滑油を使用した場合でも、システムの過負荷の状態で、モーター効率が高いことから、巻線１３０の温度上昇が抑制されるとともに、モーター保護装置が、モーター巻線温度が１２０度以下に抑えられることから、潤滑油１０８の温度が異常に上がることなく、潤滑油１０８の劣化が起こらず、圧縮機１０１の信頼性が向上する。また、圧縮機１０１が過負荷状態においても、温度上昇が低いことから、システムでの過負荷状態での運転も十分保証され、過負荷状態で、運転が停止してしまい、冷却物（例えば、冷蔵庫においては食品など）の劣化の発生がないとともに、潤滑油１０８の劣化やひいては、圧縮機１０１の信頼性低下が無くなり、システムの安定した運転保証と圧縮機１０１の信頼性の向上の両立を図ることが可能となる。

尚、図６は、冷媒がイソブタンＲ６００ａであり、圧縮機１０１の定格入力が８０Ｗのものと、１２０Ｗの圧縮機１０１における、図５と同様なモーター１０７の巻線１３０の電流と温度を示した特性図であるが、冷媒がイソブタンにおいて、圧縮機定格１２０Ｗでモーター１０７の巻線１３０度以下の保護と過負荷条件での運転の両立が確立されており、定格１２０Ｗ以下の圧縮機について、より有効な手段である。

ここで、圧縮機１０１の定格とは、圧縮機１０１の冷凍能力を規定する条件であるＡｓｈｒａｅ条件（凝縮温度５５．４度、蒸発温度−２３．３℃、室温及び、過冷却及び、吸入ガス温度が３２．２度条件を指す）での圧縮機１０１の入力を指している。

冷媒がイソブタンで、圧縮機定格が１２０Ｗであるものは、特に、５００Ｌ以下の冷蔵庫に使用されるが、定格入力が低いことから、入力における、潤滑油１０８の動粘度に起因する摺動損失割合が大きいため、低粘度の潤滑油１０８を利用することによる省エネルギー効果が大きく、また、イソブタンを利用することから、エネルギー面でも冷媒の物性面でも環境、地球にやさしい圧縮機１０１を高い信頼性と運転安定性を確保しながら提供することが可能となる。

以上のことを整理すると、４０度での動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下の潤滑油を使うことで摺動部へ供給する潤滑油１０８の動粘度を特に、負荷のさほど大きくない例えば、外気温度が２５度程度の条件下で大幅に小さくでき、摺動損失を低減して省エネルギーに寄与できるとともに、逆に高負荷の例えば、外気温度が４３度であり、食品等の負荷が入った冷却の最大条件でも運転が十分できるとともに、かつ、モーター巻線の温度が１２０度以上にならないように、室温が４３度、凝縮温度が６５度、蒸発温度が−２３．３度で、電圧が定格電圧（各地域で供給される電圧）の±１０％電圧でモーター巻線の温度の最大値１２０度を超えないような、モーター１０７の最大トルクの２分の１の電圧におけるモーター効率が８２％以上のモーター１０７を用い、さらに、巻線温度が１２０度になったことを電流と容器１０２や巻線１３０の温度を検知して動作する保護装置１３１を用い巻線１３０の温度が１２０度以上になると、動作させるようにするために、容器１０２の温度と、巻線１３０の電流と、巻線１３０の温度をサーモカップルなどにより実測した上で、巻線１３０の温度が１２０度になると動作する容器１０２と巻線１３０の電流の関係を示す関数として得られた値をもとに保護装置１３１の動作値を設定することで、巻線１３０の温度が１２０度を超えることが無く、潤滑油１０８の劣化による信頼性課題が発生しない圧縮機を提供している。

尚、本実施の形態では、保護装置１３１の動作値は、巻線１３０の電流値であるが、電圧に変換して、別の制御装置内で処理する方法なども可能である。

さらに、発明者らの検討では、一般に通常の２極誘導電動モーターを用いた場合には、モーター１０７の最大トルクの２分の１の電圧におけるモーター効率が約８５％程度が可能であり、その際には、圧縮機の定格入力が１２０Ｗ以下であれば、前記した過負荷運転の保証と、巻線温度１２０度以下の両立が可能であることが分かっており、特に国内外で使われている、５００Ｌ以下の家庭用冷蔵庫を対象とした場合には、本実施の形態で述べた圧縮機１０１が対象となり、本発明の技術を用いることで、多大な省エネ効果を得ることで、地球環境への貢献が可能となる。

尚、発明者の検討においては、本発明の圧縮機１０１において、従来比、８％以上の効率の向上が得られることが確認できている。また、従来同等、過負荷の条件においても運転が十分確保されるとともに、信頼性も十分確保することが出来ている。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における圧縮機の縦断面図および制御部図である。

以下、図１から図７に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。

図１において、圧縮機２０１は、容器２０２の内部に、冷媒２０３が封入されている。冷媒２０３としては、近年のオゾン保護、地球温暖化防止に対応した冷媒として、イソブタンＲ６００ａ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１２３４ｙｆなどの冷媒２０３があげられる。本実施の形態では、Ｒ６００ａを用いている。

容器２０２の内部には、圧縮要素２０４と、固定子２０５、回転子２０６よりなるモーター２０７が収納され、さらに容器２０２の底部には、潤滑油２０８が貯留されている。

回転子２０６は、永久磁石２６０を有するＤＣインバーターモーターである。

圧縮要素２０４は、シリンダブロック２１１、シリンダブロック２１１に形成されたシリンダボア２１２、ピストン２１３、ピストンピン２１４、コンロッド２１５、シャフト２１６、シャフト２１６を構成する、主軸部２１７と偏芯部２１８、軸受部２２０、およびシリンダボア２１２内でピストン２１３により仕切られる圧縮室２２１、圧縮室２２１を隔壁して、吸入吐出部を形成するシリンダヘッド２２２ａなどから形成される。

ピストン２１３とシリンダボア２１２、主軸部２１７と軸受部２２０、偏芯部２１８とコンロッド２１５などは、潤滑油２０８を介して、互いに摺動する摺動部２２２を形成している。摺動部２２２へは、シャフト２１６などに形成された給油機構２２３により、容器２０２の底部の潤滑油２０８が供給される。

潤滑油２０８は、いわゆる低粘度冷凍機油でありその粘度グレートは、ＶＧ６、即ち４０度での動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下のものを用いている。潤滑油１０８としては、鉱油、アルキルベンゼン、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＡＯ（ポリアルファオレフィン）、エステル、ポリカーボネートなどいろいろな種類の物があるが、動粘度のグレードとしては、いずれにおいてもＶＧ６以下であり、本実施の形態では、鉱油で特にパラフィン系の粘度グレードがＶＧ３ないし５ＶＧの物を用いている。

次に、モーター２０７の固定子２０５には、巻線２３０が巻かれており、保護装置２３１が、ターミナル２３３にとりつけられ、巻線２３０の温度保護をしている。

巻線２３０は、リード線２３４とクラスター２３６を介して保護装置２３１および、駆動するためのＤＣインバーター制御部２７０に接続されている。

また、巻線２３０の温度保護は、ＤＣインバーターであるモーター２０７を駆動するためのＤＣインバーター制御部２７０の駆動回路２７１や電源線２７２の電流を検知して、電流を遮断したり、あるいは、回転数を変更することで、電流値を低下させるなどの保護動作を行う電流保護手段２７３によっても温度保護がなされるように構成されている。

保護装置２３１などは、感電しないようにカバー２４１でおおわれている。

尚、吸入管２５０は、容器２０２にとりつけられ、容器２０２の外部の図示しない冷凍システムから、冷媒２０３を導いており、サクションマフラー２５１によって、吸入管２５０から導かれた冷媒２０３が圧縮室２２１内に吸い込まれ、圧縮後、吐出管２５５より吐出される。

モーター２０７にＤＣインバーター制御部２７０より通電され、圧縮機２０１が運転を始めると圧縮要素２０４は、冷媒２０３を圧縮し、高温の冷媒２０３は、圧縮室２２１で圧縮され、シリンダヘッド２２２ａから、吐出管２５５を通って吐出される。

一方、潤滑油２０８は、給油機構２２３によって、摺動部２２２に送られ、シリンダボア２１２とピストン２１３、コンロッド２１５とピストンピン２１４や偏芯部２１８、主軸部２１７と軸受部２２０などの各摺動部２２２の潤滑を行う。

近年の地球環境保護を目的とした、省エネルギー化の一つとして、圧縮機２０１の効率をあげるため、潤滑油２０８の動粘度を低くして摺動部２２２の粘性損失を下げ、入力を下げることは公知であるが、低粘度化による潤滑油２０８そのものの劣化や、潤滑油２０８と冷媒２０３も鑑みた劣化促進、また、それらが、圧縮機２０１のモーター２０７の巻線２３０と関連づけられその許容制限が明確化されていなかった。

図２は、発明者が、巻線２３０の温度を変化させるとともに、ＶＧ１０相当、４０度での動粘度が１０．２ミリメートル二乗／秒から、ＶＧ３相当、４０度での動粘度が３．１ミリメートル二乗／秒までの圧縮機を用いて、加速信頼性試験において、潤滑油２０８及び、潤滑油２０８の劣化に起因する摺動部２２２の摩耗・劣化状態を４段階で評価した結果を示している。

発明者の検討から、ＶＧ６、４０度での動粘度がおよそ６ミリメートル二乗／秒以下の潤滑油１０８を用いる上では、巻線２３０の温度を最大でも１２０度以下に抑制することで、潤滑油２０８及び、摺動部２２２に劣化の発生しないことが確認できた。

また、図３の（Ａ）は、巻線の温度条件を１３０度としておこなったライフテストにおいて、横軸に潤滑油２０８の４０度における動粘度を取り、縦軸に信頼性・いわゆるライフテストでの潤滑油２０８起因による、重合物等のコンタミ量を示した特性図であるが、６ミリメートル二乗／秒以下において、コンタミ量が急増していることがわかる。

これらの理由の一つは、潤滑油２０８の粘度が低くなると、低沸点成分が多くなるため、高温度条件での耐力が悪化するためと考えており、その境界線が、ＶＧ６以下の潤滑油を使う上では、１２０度以下の巻線１３０の温度管理にあることが明確となった。

また、図３の（Ｂ）は、潤滑油１０８の温度及び巻線温度が、１２０度の条件下における潤滑油１０８の実際の動粘度を横軸に、縦軸に、コンタミ量を示した特性図であるが、実動粘度が１ミリメートル二乗／秒以上において、コンタミ量が急速に増加し、冷却システムや圧縮機１０１の各要素に悪影響を与える量になることが、明確であり、圧縮機１０１のいかなる条件においても、潤滑油１０８の実動粘度を１ミリメートル／秒以上にすることで、圧縮機１０１の信頼性及び、圧縮機１０１を搭載するシステムの信頼性を確実に保証することが可能となる。

次に、巻線２３０の温度を１２０度以下にするためには、圧縮機２０１がある程度過負荷の条件にあっても運転できなければならない。例えば、冷蔵庫で言うと、外気温度が４０度程度の環境下で、かつ、食品等が多く保存された状態においても運転が確実になされる必要があるということである。

そのためには、圧縮機２０１がシステムの過負荷条件において、どのような条件であれば、運転が保証されるかを明確化するために、発明者は、モーター２０７の効率を７４％から、９０％まで変化させ、過負荷条件として、圧縮機２０１を運転する外気温度ベース条件を変え、外気温度４５度条件までの運転を保障する条件を明確化した。図４は、横軸にモーター２０７の巻線２３０の温度をとり、縦軸に過負荷条件としての外気温度ベースをとり、各モーター効率でプロット及び近似曲線化したものである。

図４から明確なように、過負荷指標４５度においても、モーター効率が８２％以上において、モーター２０７の巻線２３０の温度は１２０度以下に抑制され、システムの過負荷条件においても、十分な運転の確保ができることが明確となった。

従って、ＶＧ６以下の潤滑油２０８を、モーター効率８２％以上のモーター２０７を有する圧縮機２０１とすることにより、過負荷条件においても十分な運転を確保するとともに、潤滑油２０８及び、摺動部２２２の劣化による信頼性低下の無い、さらに、低粘度潤滑油２０８を用いることで、省エネルギーに優れた圧縮機２０１を提供することが可能となるのである。

尚、図２、図３、図４における特性図は、インダクションモーターにおいてもＤＣインバーターにおいても同様な結果を得ている。

また、さらに、省エネルギー化のさらなる手段として、ＤＣインバーターモーターを用いて、圧縮機２０１の回転数を制御し、冷凍システムの負荷に応じた能力に最適化することにより、圧縮機２０１の損失を低くするとともに、効率の高いポイントで使うことにより消費電力を低減する手段が用いられている。

図２から図４より説明したように、モーター２０７の巻線２３０は、４０度での動粘度が６ミリメートル二乗／秒、すなわち、粘度グレードがＶＧ６以下の低粘度の潤滑油２０８を使うために、潤滑油２０８の温度を１２０度以下にコントロールする必要があり、そのために、モーター効率を８２％以上にすることが必要であるが、ＤＣインバーターモーターを用いることで、８２％以上の効率を得ることは容易であり、さらに高いおよそ９５％程度の効率をえることも可能である。

また、過負荷条件の運転の確保と共に、システムの異常な条件において、温度が異常に上昇した場合に潤滑油２０８の温度を１２０度以下に制限することが必要であるが、ＤＣインバーター制御部２７０の電流保護手段２７３により、過剰な電流値になった場合に電流を遮断することで温度上昇を阻止することが可能であるとともに、電流保護手段２７３に、回転数を変更する制御を組み込み、回転数を例えば低下させることで、モーター２０７の巻線２３０の電流を低下させて、温度上昇を阻止することも可能である。

以上述べたように、モーター２０７を回転子２０６に永久磁石２６０を用いたＤＣインバーターとすることで、モーター効率を極めて高くするとともに、モーター２０７の発熱の抑制を大きくし、圧縮機２０１の信頼性低下が無くなり、システムの安定した運転確保と圧縮機２０１の信頼性の向上の両立をより高めた圧縮機２０１を提供することができる。

また、モーター２０７の巻線２３０の温度とひいては、潤滑油２０８の温度上昇の保護は、ＤＣインバーター制御部２７０の電流保護手段２７３が行うことで、インバーターの回転数変化、運転率制御と共に、温度制御、温度上昇遮断においてもよりきめの細かい制御が可能となり、圧縮機２０１の信頼性をより高めることができる、かつ極めて高効率の圧縮機２０１および、圧縮機２０１をＤＣインバーター制御部２７０、電流保護手段２７３と共にもちいた、省エネルギーの冷凍システムを提供することが可能となる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における圧縮機の縦断面図、図２は、潤滑油の動粘度にたいする劣化の特性図、図３は、潤滑油の動粘度に対するコンタミ量を示す特性図、図４は、モーター効率を過負荷時モーター巻線温度を示す特性図、図１０は、スラストボールベアリングの信頼性結果の特性図、図１１は、ダイレクトサクションマフラー仕様のスラッジの発生結果の特性図、図１２は、ダイレクトサクションマフラー仕様の吐出温度結果の特性図、図１３は、各気筒容積でのモータートルクと運転保証を示す特性図、図１４は、気筒容積別のモーター最低保証トルク一覧の特性図である。

以下、図９、図２、図３、図４、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。

図９、図２、図３、図４、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４において、圧縮機３０１は、容器３０２の内部に、冷媒３０３が封入されている。冷媒３０３としては、近年のオゾン保護、地球温暖化防止に対応した冷媒として、イソブタン、Ｒ６００ａを用いている。

容器３０２の内部には、圧縮要素３０４と、固定子３０５、回転子３０６よりなるモーター３０７が収納され、さらに容器３０２の底部には、潤滑油３０８が貯留されている。

圧縮要素３０４は、シリンダブロック３１１、シリンダブロック３１１に形成されたシリンダボア３１２、ピストン３１３、ピストンピン３１４、コンロッド３１５、シャフト３１６、シャフト３１６を構成する、主軸部３１７と偏芯部３１８、軸受部３２０、およびシリンダボア３１２内でピストン３１３により仕切られる圧縮室３２１、圧縮室３２１を隔壁して、吸入吐出部を形成するシリンダヘッド３２２ａなどから形成される。

軸受部３２０の上部には、スラスト軸受部４００があり、スラスト軸受部４００には、スラストボールベアリング４０１により、回転子３０６やシャフト３１６の荷重を受ける構造である。

ピストン３１３とシリンダボア３１２、主軸部３１７と軸受部３２０、偏芯部３１８とコンロッド３１５などは、潤滑油３０８を介して、互いに摺動する摺動部３２２を形成している。摺動部３２２へは、シャフト３１６などに形成された給油機構３２３により、容器３０２の底部の潤滑油３０８が供給される。

潤滑油３０８は、いわゆる低粘度冷凍機油でありその粘度グレートは、ＶＧ６、即ち４０度での動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下のものを用いている。潤滑油３０８としては、鉱油、アルキルベンゼン、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＡＯ（ポリアルファオレフィン）、エステル、ポリカーボネートなどいろいろな種類の物があるが、粘度のグレードとしては、いずれにおいてもＶＧ６以下であり、本実施の形態では、鉱油で特にパラフィン系の粘度グレードがＶＧ３ないしＶＧ５の潤滑油３０８を用いている。

次に、モーター３０７の固定子３０５には、巻線３３０が巻かれており、保護装置３３１が、ターミナル３３３にとりつけられ、巻線３３０の温度保護をしている。

巻線３３０は、リード線３３４とクラスター３３６を介して保護装置３３１および、起動装置３４０に電気的に接続されている。

保護装置３３１や、起動装置３４０などは、感電しないようにカバー３４１でおおわれている。

保護装置３３１は、電流と温度により動作するものであり、モーター３０７の巻線３３０の温度が１２０度以上になると保護が働き、電流を遮断するように設定されている。

尚、吸入管３５０は、容器３０２にとりつけられ、容器３０２の外部の図示しない冷凍システムから、冷媒３０３を導いており、サクションマフラー３５１によって、吸入管３５０から導かれた冷媒３０３が圧縮室３２１内に吸い込まれ、圧縮後、吐出管３５５より吐出される。

サクションマフラー３５１は、接続部材４１０により、吸入管３５０とほぼ密着して冷媒３０３が流れるように構成されたダイレクトサクションマフラー構造である。

尚、接続部材４１０による接続が完全になされていない状態、すなわち、吸入管３５０とサクションマフラー３５１の入口が近接した状態である構造であるセミダイレクトサクションマフラー構造であってもよいが、本実施例では、ほぼ、完全に密着されたものについて説明している。

モーター３０７に通電され、圧縮機３０１が運転を始めると圧縮要素３０４は、冷媒３０３を圧縮し、高温の冷媒３０３は、圧縮室３２１で圧縮され、シリンダヘッド３２２ａから、吐出管３５５を通って吐出される。

一方、潤滑油３０８は、給油機構３２３によって、摺動部３２２に送られ、シリンダボア３１２とピストン３１３、コンロッド３１５とピストンピン３１４や偏芯部３１８、主軸部３１７と軸受部３２０などの各摺動部３２２の潤滑を行う。

近年の地球環境保護を目的とした、省エネルギー化の一つとして、圧縮機３０１の効率をあげるため、潤滑油３０８の動粘度を低くして摺動部３２２の粘性損失を下げ、入力を下げることは公知であるが、低粘度化による潤滑油３０８そのものの劣化や、潤滑油３０８と冷媒３０３も鑑みた劣化促進、また、それらが、圧縮機３０１のモーター３０７の巻線３３０と関連づけられその許容制限が明確化されていなかった。

また、省エネルギー化の一環として、スラスト軸受部４００には、スラストボールベアリング４０１を用いることが提案されているが、スラストボールベアリング４０１は、ボールを用いるため、摺動は点接触となり、潤滑油３０８の動粘度の低い場合は、摺動条件が非常に過酷になることが、発明者の検討により明確になった。

さらに、潤滑油３０８は、冷媒３０３と共に、その一部は、圧縮室３０１で圧縮され、シリンダヘッド３２２ａに吐出されるが、圧縮により高温となるため、図示しないバルブ等の部位で、スラッジ等の劣化生成物を形成することも知られている。

図２は、発明者が、巻線３３０の温度を変化させるとともに、ＶＧ１０相当、４０度での動粘度が１０．２ミリメートル二乗／秒から、ＶＧ３相当、４０度での動粘度が３．１ミリメートル二乗／秒までの圧縮機を用いて、加速信頼性試験において、潤滑油３０８及び、潤滑油３０８の劣化に起因する摺動部１２２の摩耗・劣化状態を４段階で評価した結果を示している。

発明者の検討から、ＶＧ６、４０度での動粘度がおよそ６ミリメートル二乗／秒以下の潤滑油３０８を用いる上では、巻線３３０の温度を最大でも１２０度以下に抑制することで、潤滑油３０８及び、摺動部３２２に劣化の発生しないことが確認できた。

また、図３の（Ａ）は、巻線の温度条件を１３０度としておこなったライフテストにおいて、横軸に潤滑油３０８の４０度における動粘度を取り、縦軸に信頼性・いわゆるライフテストでの潤滑油３０８起因による、重合物等のコンタミ量を示した特性図であるが、６ミリメートル二乗／秒以下において、コンタミ量が急増していることがわかる。

これらの理由の一つは、潤滑油３０８の動粘度が低くなると、低沸点成分が多くなるため、高温度条件での耐力が悪化するためと考えており、その境界線が、ＶＧ６以下の潤滑油を使う上では、１２０度以下の巻線３３０の温度管理にあることが明確となった。

また、図３の（Ｂ）は、潤滑油１０８の温度及び巻線温度が、１２０度の条件下における潤滑油１０８の実際の動粘度を横軸に、縦軸に、コンタミ量を示した特性図であるが、実動粘度が１ミリメートル二乗／秒以上において、コンタミ量が急速に増加し、冷却システムや圧縮機１０１の各要素に悪影響を与える量になることが、明確であり、圧縮機１０１のいかなる条件においても、潤滑油１０８の実動粘度を１ミリメートル／秒以上にすることで、圧縮機１０１の信頼性及び、圧縮機１０１を搭載するシステムの信頼性を確実に保証することが可能となる。

次に、巻線３３０の温度を１２０度以下にするためには、圧縮機３０１がある程度過負荷の条件にあっても運転できなければならない。例えば、冷蔵庫で言うと、外気温度が４０度程度の環境下で、かつ、食品等が多く保存された状態においても運転が確実になされる必要があるということである。

そのためには、圧縮機３０１がシステムの過負荷条件において、どのような条件であれば、運転が保証されるかを明確化するために、発明者は、モーター３０７の効率を７４％から、９０％まで変化させ、過負荷条件として、圧縮機３０１を運転する外気温度ベース条件を変え、外気温度４５度条件までの運転を保障する条件を明確化した。図４は、横軸にモーター３０７の巻線３３０の温度をとり、縦軸に過負荷条件としての外気温度ベースをとり、各モーター効率でプロット及び近似曲線化したものである。

図４から明確なように、過負荷指標４５度においても、モーター効率が８２％以上において、モーター３０７の巻線３３０の温度は１２０度以下に抑制され、システムの過負荷条件においても、十分な運転の確保ができることが明確となった。

従って、ＶＧ６以下の潤滑油３０８を、モーター効率８２％以上のモーター３０７を有する圧縮機３０１とすることにより、過負荷条件においても十分な運転を確保するとともに、潤滑油３０８及び、摺動部３２２の劣化による信頼性低下の無い、さらに、低粘度潤滑油３０８を用いることで、省エネルギーに優れた圧縮機３０１を提供することが可能となるのである。

次に、図１０は、スラストボールベアリング部４０１のボール等の過酷信頼性試験における摩耗を示した表である。潤滑油３０８の各動粘度において、モーター３０７の巻線３３０の温度を変化させて実験した結果を４段階の評価で示している。

図１０からわかるように、巻線３３０の温度が１２０度以下の条件では、前述したように点接触摺動で厳しい条件となるスラストボールベアリング４０１においても、摩耗の発生がないことが、発明者の検討から明確化出来ており、スラストボールベアリング４０１の採用により、大幅な入力低減効果が得られるとともに、潤滑油３０８の低粘度化による他の摺動部３２２の損失低減も得られ、これらの入力低減による圧縮機３０１の高効率化を最大限に得ながら、システムが過負荷の状態でも十分な運転が確保でき、システムが異常な状態では、電源供給を遮断することにより、信頼性を確実に確保できる範囲内で、圧縮機３０１を停止させることが可能となっている。

また、図１１は、サクションマフラー３５１が、ダイレクトサクションマフラーである圧縮機３０１の過酷信頼性試験における、シリンダヘッド３２２ａ内の図示しないバルブ等に付着するスラッジ等の発生の有無、良否を４段階で示した表である。

図１１からわかるように、スラッジの発生は、潤滑油３０８の粘度がＶＧ６以下のものであっても、巻線３３０の温度が１２５度以下では全く発生がないことが発明者の検討から明らかとなっており、巻線３３０の温度が１２０度以下では、全く信頼性の問題がないことが明らかである。

このことは、図１２に示す通常のサクションマフラー３５１と吸入管３５０とをほぼ密着して接続したダイレクトサクションマフラーの比較において、過負荷条件における吐出ガス温度を気筒容積を横軸にとり、棒グラフで示したものであるが、ダイレクトサクションマフラー構造を用いることにより、温度低減が図れており、吐出側でのスラッジ等の生成においては、ダイレクトサクションマフラー及び、セミダイレクトサクションマフラーのように、より吸入管３５０とサクションマフラー３５１の入口を近接させて構造の方が有効であることが明確となった。

次に、本実施例において、用いている冷媒３０３であるイソブタン、Ｒ６００ａを用いた場合に、気筒容積とモーター３０７のトルクを変化させ、システムの過負荷条件においても、十分な運転が確保できるかどうかを検討した結果を図１３に示している。

図１３は、気筒容積が６ｃｍ３（立法センチメートル）、８ｃｍ３、１０ｃｍ３において、モーター３０７のトルクを変化させて、過負荷条件での十分な運転を○、△、×の３段階で示すとともに、過負荷時の温度上昇（巻線３３０の保護を働かせない場合の温度）を○、×で示している。

また、図１４は、図１３の結果及び、発明者の他の検討の結果も含め、気筒容積に対するモーター３０７のトルクの過負荷条件で運転可能な最小値と、気筒容積に対する比率を示したものである。

図１３、図１４からわかるように、気筒容積をＡｃｍ３とすると、約８０倍以上のトルクで、十分な運転の確保ができていることがわかる。

このことは、トルクを適切に設定することにより、過負荷時であるいわゆる高トルクが必要な条件においても、モーター効率を高く維持できることで、高負荷時においてもモーター３０７の巻線３３０の温度を低く維持し、過負荷時の温度上昇を抑制し、十分な運転範囲を確保できる範囲が明確となった。

さらに、発明者らの検討では、８０倍から１００倍程度に設定することが適切であり、より低めに設定する方が、低負荷時の効率を向上できることから、低負荷での省エネルギー効果をより高められることも分かっている。

また、本実施の形態の圧縮機３０１は、圧縮要素３０４は、鉛直上方に位置し、モーター３０７が圧縮機３０１の下方に配置されたものであるが、圧縮要素３０４が鉛直上方に位置し、電動要素が鉛直下方にあることにより、潤滑油３０８の一部は、電動要素を通って循環し、潤滑油３０８の温度はより、モーター３０７の巻線３３０の温度との温度関連性が高まり、モーター３０７の巻線３３０の温度保護による潤滑油３０８の温度上昇規制の精度を向上することが可能となり、圧縮機３０１の信頼性をより確実に高めることができる。

以上述べたように、本発明の実施の形態３においては、ＶＧ６以下の低粘度潤滑油を使用した場合でも、システムの過負荷の状態で、モーター効率が高いことから、巻線３３０の温度上昇が抑制されるとともに、モーター保護装置３３１が、モーター巻線温度が１２０度以下に抑えられることから、潤滑油３０８の温度が異常に上がることなく、潤滑油３０８の劣化が起こらず、圧縮機３０１の信頼性が向上する。また、圧縮機３０１が過負荷状態においても、温度上昇が低いことから、システムでの過負荷状態での運転も十分保証され、過負荷状態で、運転が停止してしまい、冷却物（例えば、冷蔵庫においては食品など）の劣化の発生がないとともに、潤滑油３０８の劣化やひいては、圧縮機３０１の信頼性低下が無くなり、システムの安定した運転保証と圧縮機３０１の信頼性の向上の両立を図ることが可能となる。

従って、地球環境にやさしい、省エネルギーで、かつ信頼性も高く、寿命が長く資源保護にもやさしい、高品位の圧縮機３０１が提供できることとなる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、冷蔵庫のみならず、ルームエアコン、ヒートポンプ等に用いる圧縮機に応用展開が可能である。

本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図 潤滑油の粘度にたいする劣化の特性図 （Ａ）潤滑油の粘度に対するコンタミ量を示す特性図（Ｂ）潤滑油の粘度に対するコンタミ量を示す特性図 モーター効率を過負荷時モーター巻線温度を示す特性図 過負荷条件での巻線電流・温度の特性図 圧縮機定格違いによる過負荷条件での巻線電流・温度の特性図 同期モーターの断面図 本発明の実施の形態２における圧縮機の縦断面図および制御部図 本発明の実施の形態３における圧縮機の縦断面図 スラストボールベアリングの信頼性結果の特性図 ダイレクトサクションマフラー仕様のスラッジの発生結果の特性図 ダイレクトサクションマフラー仕様の吐出温度結果の特性図 各気筒容積でのモータートルクと運転保証を示す特性図 気筒容積別のモーター最低保証トルク一覧の特性図 従来の圧縮機の縦断面図 従来の圧縮機を示す図

符号の説明

１０１、２０１、３０１ 圧縮機
１０２、２０２、３０２ 容器
１０３、２０３、３０３ 冷媒
１０４、２０４、３０４ 圧縮要素
１０５、２０５、３０５ 固定子
１０６、２０６、３０６ 回転子
１０７、２０７、３０７ モーター
１０８、２０８、３０８ 潤滑油
１１６、２１６、３１６ シャフト
１２２、２２２、３２２ 摺動部
１２３、２２３、３２３ 給油機構
１３０、２３０、３３０ 巻線
１３１、２３１、３３１ 保護装置
１６０、２６０ 永久磁石
２７０ ＤＣインバーター制御部
２７３ 電流保護手段
３５０ 吸入管
３５１ サクションマフラー
４００ スラスト軸受部
４０１ スラストボールベアリング

Claims (9)

1. 容器内に、冷媒を圧縮する圧縮要素と前記圧縮要素を駆動する固定子と回転子よりなるモーターと、４０度における動粘度が６ミリメートル二乗／秒以下の潤滑油を収容し、前記固定子は、巻線を有するとともに、前記巻線と電気的に接続された保護装置を有し、前記モーターの効率は、高負荷条件で８２％以上のモーター効率を有するとともに、前記保護装置は、前記固定子の前記巻線を流れる電流と前記容器または前記容器内または前記巻線近傍の温度を検出して動作し、前記巻線を流れる電流と、前記容器または前記容器内または前記巻線近傍の温度の関数として得られた値を前記保護装置の動作値とし、前記巻線の温度が１２０度以上なったことを検知して動作することで、圧縮機のいかなる負荷条件に於ける前記潤滑油の実動粘度を１ミリメートル二乗／秒以上に制限できることを特徴とする圧縮機。
2. 冷媒がイソブタンであり、圧縮機の定格入力（Ａｓｈｒａｅ条件での蒸発温度−２３．３度における入力を指す）が１２０Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. モーターは、回転子に永久磁石を用いた同期モーターである請求項１に記載の圧縮機。
4. モーターは、回転子に永久磁石を用いたＤＣインバーターである請求項１に記載の圧縮機。
5. ＤＣインバーター制御部は、電流保護手段を含み、電流負荷の増大を検知することで、モーターの温度が１２０度以上では、前記モーターを停止させることを特徴とする請求項４記載の圧縮機。
6. 圧縮要素を構成する吸入部は、サクションマフラーを有し、前記サクションマフラーは、容器の吸入管に近接または、直接に、接続部材を介して接続した、セミダイレクトサクションマフラー、あるいはダイレクトサクションマフラー構造を有する請求項１に記載の圧縮機。
7. 冷媒がイソブタンであり、モーターの定格電圧でのトルクは、気筒容積をＡ立法センチメートルとすると、Ａの８０倍ミリニュートンメートル以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
8. 圧縮要素は、鉛直上方に位置し、モーターが前記圧縮機の下方に配置された請求項１に記載の圧縮機。
9. 圧縮要素は、回転子と回転子に連結されたシャフトの自重を支えるスラスト軸受部を有し、前記スラスト軸受部がスラストボールベアリングで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。