JP7035201B2

JP7035201B2 - 圧縮機及びこれを用いた空気調和機

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Publication number: JP7035201B2
Application number: JP2020536374A
Authority: JP
Inventors: 晃啓村上
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2022-03-14
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: JPWO2020031535A1; WO2020031535A1

Description

本発明は、圧縮機及びこれを用いた空気調和機に関する。

冷凍機、空気調和機、冷蔵庫などに用いられる冷媒としては、例えば、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなどが使用されている。これらの冷媒は、オゾン層への影響が少ないものの地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大きい。これに対する代替冷媒として、例えばトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）が提案されている。トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）のＧＷＰは０．４であり、Ｒ４１０ＡのＧＷＰ２０９０と比較して小さい。このような技術として、例えば特許文献１及び特許文献２がある。

特許文献１には、冷媒としてトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）を用い、冷凍機油の添加剤としてビスフェノール類を用いた技術が開示されている。

また、特許文献２には、冷媒としてトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）と混合する冷媒を用い、圧縮機の摺動部分に有機コーティング膜もしくは無機コーティング膜を施した技術が開示されている。

特開２００９－２３５１１１号公報ＷＯ２００９／０６６７２７

トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）は、Ｒ４１０Ａと比較し、地球温暖化係数が三分の一程度であるものの、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなどと比べて圧縮機における吐出温度が高く、電動モータに使用される永久磁石を減磁させるおそれがある。

特許文献１及び特許文献２には、冷媒としてトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）を用いることが開示されているが、吐出温度が高くなることによって生じる永久磁石の減磁を抑制する点ついては一切考慮されていなかった。このため、特許文献１及び特許文献２では、圧縮機の性能低下を招く要因となっていた。

本発明の目的は上記課題を解決し、冷媒としてトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）を用いたものにおいて永久磁石の減磁による性能低下を抑制した圧縮機及びこれを用いた空気調和機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、高圧チャンバタイプの密閉容器と、前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータとを備え、前記電動モータは、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する回転子とを備えた圧縮機であって、前記冷媒はトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）単体、もしくは前記トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）と他の冷媒を含む混合冷媒であり、前記永久磁石の材料はＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石に、希土類元素を含んで形成され、前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石の粒界近傍に、前記希土類元素を集中的に分布させ、前記圧縮機構から吐出された前記冷媒の吐出温度を検出する温度センサと、前記電動モータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度センサからの信号に基づき、前記電動モータに流れる電流が前記冷媒の吐出温度における前記永久磁石の１％減磁開始電流以下になるように、前記電動モータに供給する電流を制御することにある。

本発明によれば、冷媒としてトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）を用いたものにおいて永久磁石の減磁による性能低下を抑制した圧縮機及びこれを用いた空気調和機を提供することができる。

本発明の実施形態に係る密閉型電動圧縮機の縦断面図である。密閉型電動圧縮機の電動モータにおける回転子の斜視図である。回転子７ａにおける永久磁石を軸方向から見た図である。図３ＡのIIIＢ－IIIＢ断面図である。回転子７ａにおける１極分の磁石収容部付近を示す部分拡大図である。本実施例における永久磁石を構成するＮｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物の母相粒内の金属分布図である。本発明の実施例に係る密閉型電動圧縮機の制御回路図である。本発明の実施例に係る空気調和機のサイクル構成図である。

以下、本発明に係る密閉型電動圧縮機及びこれを用いた空気調和機の実施例を図面に基づいて説明する。本発明は以下の実施例に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。

図１は、本発明の実施例に係る密閉型電動圧縮機５０の縦断面図である。密閉型電動圧縮機５０（圧縮機）は、冷凍空調装置（例えば、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、冷蔵・冷凍ショーケースなど）やヒートポンプ式給湯装置などの冷凍サイクルの構成機器として用いられる。図１に示すように、密閉型電動圧縮機５０は、密閉容器１と、圧縮機構２と、電動モータ７とを主要構成要素として備えている。

密閉容器１は、円筒状の筒部１ａと筒部１ａの上下に溶着された蓋部１ｂ及び底部１ｃとを有し、内部を密閉空間としている。本実施例では高圧チャンバタイプの密閉容器１としている。

密閉容器１は、圧縮機構２と電動モータ７とを収納し、底部１ｃにエーテル系化合物、エステル系化合物などの潤滑油８を貯留している。潤滑油８の油面は副軸受１５の上方に位置するよう設定されている。

密閉容器１には、蓋部１ｂを貫通する吸込パイプ１１と、筒部１ａを貫通する吐出パイプ２２とが設けられている。吐出パイプ２２は、フレーム５の直下に位置して、密閉容器１内の中心方向に向けて突出している。吐出パイプ２２の先端は、コイルエンド１７の外周面より中心側に延びて開口している。

本実施例の圧縮機構２は、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）単体、もしくはトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）と他の冷媒を含む混合冷媒（混合冷媒ガス）を圧縮して密閉容器１内に吐出するものであり、密閉容器１内の上部に配置されている。圧縮機構２は、固定スクロール３と、旋回スクロール４と、フレーム５と、オルダムリング１０とを主要構成要素として備えている。

固定スクロール３は、端板上に渦巻状のラップを有しており、フレーム５上にボルト止めされている。固定スクロール３の周縁部には吸込口１２が設けられ、中央部には吐出口１４が設けられている。吸込口１２には吸込パイプ１１が連通している。吐出口１４は、密閉容器１内の圧縮機構２の上方空間に連通している。

旋回スクロール４は、端板上に渦巻状のラップを有している。旋回スクロール４は、固定スクロール３とフレーム５との間に挟み込まれている。旋回スクロール４のラップと固定スクロール３のラップとが噛み合わされて圧縮室が形成されている。

旋回スクロール４の反固定スクロール側には、旋回軸受が組み込まれるボス部が設けられている。この旋回軸受には、旋回スクロール４を偏心駆動させる偏心ピン部６ａが嵌め込まれている。

オルダムリング１０は、旋回スクロール４の自転規制機構を構成している。オルダムリング１０は、旋回スクロール４とフレーム５との間に設置され、公転する旋回スクロール４の自転を防止して円軌道運動を行わせる。

本実施例でのフレーム５は、密閉容器１に溶接で固定されている。このフレーム５は、固定スクロール３、オルダムリング１０及び旋回スクロール４を支持している。フレーム５の中央には、下方に突出する筒部が設けられている。この筒部内には、シャフト６を軸支する主軸受５ａが設けられている。

固定スクロール３及びフレーム５の外周部には、固定スクロール３の上方空間とフレーム５の下方空間とを連通する複数の吐出ガス通路１８ａが形成されている。

電動モータ７は、回転子７ａと、固定子７ｂと、シャフト６と、バランスウェイト１６とを主要構成要素として備えている。回転子７ａについては、後に詳しく説明する。

固定子７ｂは、電流を流して回転磁界を発生させる複数の導体を有するコイル２４と、回転磁界を効率よく伝達するための鉄芯２３とを主要構成要素として備えている。

なお、本実施例での固定子７ｂのコイル２４は集中巻方式で巻かれている。

鉄芯２３は密閉容器１に焼き嵌め、溶接などにより固定されている。この固定子７ｂの外周には、全周にわたって多数の切欠きが形成され、この切欠きと密閉容器１との間に吐出ガス通路１８ｂが形成されている。

シャフト６は、回転子７ａの中央穴に嵌合されて回転子７ａと一体化されている。シャフト６の一側（図示例では上側）は、回転子７ａより突出して圧縮機構２に係合され、圧縮機構２の圧縮動作により偏心力が加えられる。本実施例において、シャフト６は、その両側（図中の上下）が回転子７ａの両側より突出され、回転子７ａの両側で主軸受５ａ及び副軸受１５により軸支され、安定的に回転することができる。副軸受１５は、密閉容器１に溶接して固定された支持部材により支持されると共に、潤滑油８に浸漬されている。

シャフト６の下端は密閉容器１の底部の油溜９内に延びている。シャフト６には潤滑油８を各軸受部および各摺動面へ供給する貫通穴６ｂが設けられ、下端部の油溜９より潤滑油８を貫通穴６ｂから吸い上げられるようになっている。圧縮機構２にシャフト貫通穴を通して油溜９より吸い上げられた潤滑油８は、各軸受及び圧縮機構２の摺動部に供給される。圧縮機構２の摺動部に供給された潤滑油８は、冷媒ガスと共に固定スクロール３の中央部の吐出口１４から吐出される。

バランスウェイト１６は、回転子７ａの両側（図中の上下）に設置された上バランスウェイト（圧縮機構側バランスウェイト）１６ａ及び下バランスウェイト（反圧縮機構側バランスウェイト）１６ｂから構成され、複数のリベット３０により回転子７ａに固定されている。

以上のような密閉型電動圧縮機５０においては、電動モータ７に通電されて回転子７ａが回転すると、シャフト６が回転する。これにより偏心ピン部６ａが偏心した回転運動を行って旋回スクロール４が旋回する。固定スクロール３と旋回スクロール４との間に形成される圧縮室は、外周側から中央部に移動しながら小さくなる。吸込パイプ１１及び吸込口１２を介して吸い込まれた冷媒ガスは、圧縮室で圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール３の中央部の吐出口１４から密閉容器１内の上部空間（吐出圧空間）に吐出され、吐出パイプ２２を介して密閉容器１外に排出される。

次に、本発明の実施例に係る回転子７ａについてさらに詳しく説明する。図２は、本発明の実施例に係る密閉型電動圧縮機の電動モータにおける回転子の斜視図である。なお、図２には、上バランスウェイト１６ａと下バランスウェイト１６ｂとを併記している。また、図２中、上バランスウェイト１６ａと回転子７ａとは作図の便宜上、一部を破断して示している。

図２に示すように、回転子７ａは、鉄芯２５と、鉄芯２５に内蔵された永久磁石３３とを主要構成要素として備えている。回転子７ａは、固定子７ｂからの回転磁界を回転運動に変換し、シャフト６（図１参照）を中心に回転する。回転子７ａは、固定子７ｂ（図１参照）の鉄芯２３（図１参照）の中央穴に回転可能に配置されている。

回転子７ａは、複数の磁石収容部３１に挿入された永久磁石３３を備えている。永久磁石３３は薄い直方体で形成されている。この永久磁石３３は、磁化方向における符号Ｂで示される面の面積は、符号Ａで示される面の面積よりも大きい。そして、永久磁石３３の６面のうち、最も広い２面（一対のＢ面）が回転子７ａの遠心方向に向くよう配置されている。回転子７ａの下面は、下バランスウェイト１６ｂなどによって塞がれている。これにより永久磁石３３は、磁石収容部３１の下面から抜け出ないよう保持されている。

図３Ａ及び図３Ｂは、回転子７ａにおける永久磁石３３の配置図であり、図３Ａは軸方向から見た図、図３Ｂは、図３ＡのIIIＢ－IIIＢ断面図である。

図３Ａに示すように、各磁石収容部３１に挿入されている永久磁石３３は、複数枚で構成されている。本実施例では、４つの磁石収容部３１のそれぞれに永久磁石３３が３つに分割されて配置されている。永久磁石３３には、固定子７ｂからの磁界の影響により渦電流が発生するが、永久磁石３３が分割されることにより渦電流損が低減される。

回転子７ａは、永久磁石が埋め込まれた極部５１と、極部５１の間に位置する極間部５２と、を有している。本実施例での回転子７ａにおいては、極間部５２における径方向の長さＸは、極部５１における径方向の長さＹよりも短くなっている。このような回転子７ａによれば、磁束が通る鉄芯２５を狭くすることができ、永久磁石３３の漏れ磁束を低減することができる。

図３Ｂに示すように、磁石収容部３１の軸方向の上端部と、永久磁石３３との間には、隙間Ｒが形成されている。このような隙間Ｒを設けることで、磁石収容部３１内に永久磁石３３を配置する際の寸法誤差に対応することができる。また、この隙間Ｒは、後記するように、永久磁石３３の磁化方向における磁石収容部３１との隙間Ｑ（図４参照）よりも大きくなるように設定されている。

鉄芯２５は、図３Ａに示す平面形状を有する、例えばケイ素鋼板が、図３Ｂに示すように、軸方向に積層されて形成されている。

図４は、回転子７ａにおける１極分の磁石収容部３１付近を示す部分拡大図である。永久磁石材料としてのＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石の粒界近傍にＤｙ、Ｔｂなどといった中重希土類元素を偏在させると、分散強化によってすべり変形に拘束がかかる。そのため永久磁石は、モーメントに対して強くなる反面、脆性が増す。

本実施例での永久磁石３３は、磁力が大きいため、磁石収容部３１で移動することは考えづらい。ここでは万全を期すため、回転子７ａの加速や減速に伴う慣性力や遠心力が永久磁石３３に加わり、３枚に分割された永久磁石３３が磁石収容部３１内で移動する場合を想定する。

前記したように、磁石収容部３１は、軸方向に隙間Ｒ（図３Ｂ参照）を設けて永久磁石３３を収容している。この隙間Ｒに加えて磁石収容部３１は、図４に示すように、永久磁石３３の磁化方向における永久磁石３３と磁石収容部３１との間に隙間Ｑが形成されている。このような隙間Ｑを設けることで、磁石収容部３１内に永久磁石３３を配置する際の寸法誤差は吸収される。

また、隙間Ｑは、前記の隙間Ｒ（図３Ｂ参照）よりも狭くなるように形成されている。本実施例での回転子７ａ（図２参照）は、隙間Ｑが隙間Ｒよりも狭いので、３枚の永久磁石３３が各々磁化方向に移動するのを防止している。つまり、隣り合う永久磁石３３同士が磁化方向に移動する際に、互いに角度をもって接触し合うことで永久磁石３３の角部同士が衝突することが避けられる。また、隙間Ｒ（図３Ｂ参照）が隙間Ｑよりも大きくなっているため、３枚の永久磁石３３が各々磁化方向に移動するよりも軸方向に優先的にずれるため、永久磁石３３の角部同士が衝突することが防止される。したがって、この回転子７ａ（図２参照）によれば、永久磁石３３の角部で粒界割れが発生するのを防止することができる。

なお、本実施例での隙間Ｑは、広すぎない程度に設定することが望ましく、このような所定幅の隙間Ｑは、磁化方向における永久磁石３３と鉄芯２５の間での磁力を良好に維持する。ちなみに本実施例での隙間Ｑは、０.１ｍｍ程度のものを想定しているが、これに限定されるものではない。

次に、本実施例の永久磁石３３についてさらに詳しく説明する。本実施例での回転子７ａ（図２参照）の永久磁石３３（図２参照）は、着磁率が９８．５％以上になっている。この永久磁石３３は、次に説明するＮｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物に対して外部着磁を行って得られたものである。本実施例では、永久磁石として、８００ｋＡ／ｍ以上の固有保磁力を有しているネオジウム磁石を用いる。

図５は、本実施例における永久磁石３３を構成するＮｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物の母相粒内の金属分布図である。本実施例での永久磁石３３は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの組成式で示される合金を主成分としている。さらに具体的には、永久磁石３３は、図５に示すように、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金からなる結晶粒子３４を取り囲むように後記の中重希土類元素３７が分布したものである。換言すると、永久磁石３３を構成するＮｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ合金からなる結晶粒子３４の粒界３５近傍に後記の中重希土類元素３７が拡散分布したものである。

中重希土類元素３７としては、例えば、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｅｕ、Ｙ、Ｓｃなどが挙げられる。中でもＴｂ及びＤｙを使用することが望ましい。このようなＮｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物は、磁石焼結時に中重希土類元素３７に富む合金３６を混合することによって得られる。

合金３６としては、例えば、Ｔｂ－Ｆｅ、Ｄｙ－Ａｌ、Ｔｂ４Ｏ７、Ｄｙ２Ｏ３などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物からなる永久磁石３３においては、粒界３５の表面で、逆磁区の核によって生起される外部磁界の大きさが保磁力となる。逆磁区の核生成には粒界３５の表面の構造が強く影響しており、粒界３５近傍における結晶構造の乱れが磁気的な構造の乱れを招き、逆磁区の生成を助長している。結晶界面から５ｎｍ程度の深さまでの磁気的構造が逆磁区の生成の助長に寄与していると考えられる。

本実施例では、前記のように、粒界３５近傍に中重希土類元素３７を集中的に分布させている。これにより本実施例の永久磁石３３は、中重希土類元素３７がＮｄ2Ｆｅ14Ｂ合金に均一に分布するものと比べて、保持力を高めることができる。ここで、粒界３５近傍とは、母相粒のうち結晶界面（粒界３５）から５ｎｍ程度の深さまでの母相粒の表層をいう。

従って、粒界３５近傍におけるＮｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物の構成成分であるＮｄに対する中重希土類元素３７の割合を、粒界３５近傍よりも内側の母相粒におけるＮｄに対する中重希土類元素３７の割合と比べて大きくすることによって、永久磁石３３の保磁力を高めることができる。

また、本実施例のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物では、母相粒の平均粒径は０.５～２０μｍ程度であるから、結晶界面から５ｎｍ程度の深さの粒界３５近傍に中重希土類元素３７の量を多く集中させると、永久磁石３３の残留磁束密度を大きく向上させることができる。また、本実施例のＮｄ－Ｆｅ－Ｂ化合物によれば、中重希土類元素３７の総量を減らすことができ、永久磁石３３の原価を抑えることができる。

さらに、本実施例では後述する減磁特性を高めるために、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石に、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｓｃのいずれかの希土類元素を含むようにすると良い。

なお、本実施例での永久磁石３３は、中重希土類元素３７の含有率を１質量％以上、３質量％以下とすることができる。

本実施例では冷媒として、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）単体、もしくはトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）と他の冷媒を含む混合冷媒を用いている。

他の冷媒としては、ＣＯ２、炭化水素、エーテル、フルオロエーテル、フルオロアルケン、ＨＦＣ、ＨＦＯ、ＨＣｌＦＯ、ＨＣｌＦＯ、およびＨＢｒＦＯなどが例示される。なお、「ＨＦＣ」は、ハイドロフルオロカーボンを示す。「ＨＦＯ」は、炭素原子、フッ素原子、および水素原子からなるハイドロフルオロオレフィンであり、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を有する。「ＨＣｌＦＯ」は、炭素、塩素、フッ素、および水素原子からなり、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を有する。「ＨＢｒＦＯ」は、炭素、臭素、フッ素、および水素原子からなり、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を有する。

ＨＦＣとしては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、１，１，２，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４）、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）、トリフルオロエタン（ＨＦＣ１４３ａ）、ジフルオロエタン（ＨＦＣ１５２ａ）、１，１，１，２，３，３，３－ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ２２７ｅａ）、１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ２３６ｆａ）、１，１，１，３，３－ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ２４５ｆａ）、および１，１，１，３，３－ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ３６５ｍｆｃ）が例示される。

フルオロアルケンとしては、フルオロエテン、フルオロプロペン、フルオロブテン、クロロフルオロエテン、クロロフルオロプロペン、およびクロロフルオロブテンが例示される。フルオロプロペンとしては、３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３ｚｆ）、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｚｅ）、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）、およびＨＦＯ１２２５が例示される。フルオロブテンとしては、Ｃ４Ｈ４Ｆ４、Ｃ４Ｈ３Ｆ５（ＨＦＯ１３４５）、およびＣ４Ｈ２Ｆ６（ＨＦＯ１３３６）が例示される。クロロフルオロエテンとしては、Ｃ２Ｆ３Ｃｌ（ＣＴＦＥ）が例示される。クロロフルオロプロペンとしては、２－クロロ－３，３，３－トリフルオロ－１－プロペン（ＨＣＦＯ１２３３ｘｆ）、および１－クロロ－３，３，３－トリフルオロ－１－プロペン（ＨＣＦＯ１２３３ｚｄ）が例示される。

地球温暖化係数（ＧｌｏｂａｌＷａｒｍｉｎｇＰｏｔｅｎｔｉａｌ：ＧＷＰ）、蒸気圧、および難燃化パラメータを調整するため、冷媒として、トリフルオロヨードメタン、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、およびヘキサフルオロプロペン（ＦＯ１２１６）の１種以上を用いることが好ましい。また、機器の能力に合う蒸気圧を得るために、冷媒にＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）、ＨＦＯ１１２３などを含め、能力に関係する蒸気圧や効率に影響する温度勾配度合いを混合濃度により調整することが好ましい。

混合冷媒中のトリフルオロヨードメタンの配合量は、質量ベースで、１０％以上１００％以下、好ましくは２０％以上８０％以下、より好ましくは３０％以上５０％以下である。

ＧＷＰは、気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）第４次評価報告書（ＡＲ４）の値（１００年値）が用いられる。また、ＡＲ４に記載されていない冷媒のＧＷＰは、ＩＰＣＣ第５次評価報告書（ＡＲ５）の値を用いてもよいし、他の公知文献に記載された値を用いてもよいし、公知の方法を用いて算出または測定した値を用いてもよい。ＡＲ４によると、トリフルオロヨードメタンのＧＷＰは０．４であり、ＨＦＣ３２のＧＷＰは６７５であり、ＨＦＣ１２５のＧＷＰは３，５００である。

冷媒のＧＷＰは、７５０以下であり、好ましくは５００以下であり、より好ましくは１５０以下であり、更に好ましくは１００以下であり、特に好ましくは７５以下である。

冷媒の２５℃の蒸気圧は、好ましくは１．４ＭＰａから１．８ＭＰａの範囲である。また数式（１）で示される冷媒の難燃化パラメーターは、好ましくは０．４６以下である。
Ｆｍｉｘ＝ΣｉＦｉｘｉ・・・・（１）
なお、Ｆｍｉｘは混合冷媒の難燃化パラメーター、Ｆｉは各冷媒成分の難燃化パラメーター、ｘｉは各冷媒成分のモル分率を示す。

冷凍機油としては、４０℃における動粘度が３０～１００ｍｍ２／ｓのポリオールエステル油又はポリビニルエーテル油が好ましい。動粘度は、ISO（International Organization for Standardization，国際標準化機構）3104、ASTM（American Society for Testing and Materials，米国材料試験協会）D445、D7042等の規格に基づいて測定される。冷媒と冷凍機油との低温側臨界溶解温度は、＋１０℃以下であることが好ましい。

上記特性を有する冷凍機油としては、化学式（１）、（２）で表わされるポリオールエステル油、化学式（３）で表されるポリビニルエーテル油が例示される。式（１）、（２）中、Ｒ１～Ｒ１０は、炭素数４～９のアルキル基を表し、それぞれ同一であっても異なってもよい。また、式（３）中、ＯＲ１１は、メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基又はブチルオキシ基であり、ｎは、５～１５である。

さて、上述したように本実施例では冷媒として、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）単体、もしくはトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）と他の冷媒を含む混合冷媒を用いているので、この冷媒を密閉型電動圧縮機に使用した場合、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなどと比べて密閉型電動圧縮機における吐出温度が高く、電動モータに使用される永久磁石を減磁させるおそれがある。ネオジムなどの希土類磁石の場合、温度変化が大きく、特に高温側で減磁が発生する。密閉型電動圧縮機を駆動する電動モータの電流値が増加すると、密閉型電動圧縮機の吐出温度も上昇し、これに伴い永久磁石の減磁が進行する。減磁は減磁率が１％を超えた辺りから急激に減磁が低下するので、減磁率が１％を超えないように電動モータの電流値を制御することが好ましい。これを解決する手段について図６を用いて説明する。

図６は本発明に実施例に係る密閉型電動圧縮機の制御回路図である。図６において、交流電流６１を取り込んだ整流回路６２は、交流を直流に変換し、インバータ６３に送られる。インバータ６３は、整流回路から供給された直流を所定の周波数の交流に変換し密閉型電動圧縮機５０の電動モータ７に交流を供給する。電動モータ７は圧縮機構２を駆動し、冷媒を圧縮する。密閉型電動圧縮機５０の冷媒が吐出する吐出パイプ２２には、吐出された冷媒の吐出温度を検出する温度センサ６４が設けられている。温度センサ６４で検出された吐出温度は、温度検出回路６５を介してインバータ制御手段６６（制御手段）に送信される。

また、密閉型電動圧縮機５０の制御回路には、インバータ６３から密閉型電動圧縮機５０の電動モータ７に供給される電流を検出する電流センサ６７が設けられている。電流センサ６７で検出された電流値は、電流検出回路を介してインバータ制御手段６６に送信される。

インバータ制御手段６６には、記憶手段６９が接続されている。記憶手段６９には、吐出温度と電動モータ７に供給される電流との関係を示すデータが予め記憶されている。すなわち、吐出温度と電動モータ７に供給される電流とは、電動モータ７に供給される電流が増加すると、密閉型電動圧縮機５０の吐出温度も上昇するという相対関係にある。従って、減磁率が１％を超える電流値に対応する密閉型電動圧縮機５０の吐出温度は、自ずと決まるので、密閉型電動圧縮機５０の吐出温度を検出することにより減磁率が１％を超える電流値を把握することができる。

本実施例では、密閉型電動圧縮機５０の圧縮機構２から吐出された冷媒の吐出温度を検出する温度センサ６４を設けている。例えば、温度センサ６４は吐出パイプ２２に設ける。温度センサ６４で検出された冷媒の吐出温度は、温度検出回路６５を介してインバータ制御手段６６に送信される。インバータ制御手段６６では、記憶手段６９に予め記憶されたデータと検出された吐出温度とを参照し、永久磁石の減磁率が１％を超える電流（１％減磁開始電流）以下となる電動モータ７に供給する電流を制御する。この時、電流検出回路６８は、電動モータ７に供給する電流を検出し、インバータ制御手段６６に送信する。インバータ制御手段６６は、インバータ制御手段６６からインバータ６３に出力した電流指令値と、インバータ６３から電動モータ７に供給される実際の電流とを比較し、電流指令値と検出された実際の電流値との差異がある場合には、補正を行う。

本実施例によれば、温度センサからの信号に基づき、電動モータに供給する電流を制御するようにしているので、トリフルオロヨードメタンを使用することによって圧縮機の吐出ガスの温度上昇が生じた場合であっても、永久磁石が１％減磁する電流以下に電動モータを制御することが可能となり、圧縮機を高効率に安定して運転することができる。

さらに、本実施例では、永久磁石材料としてＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石に、減磁特性を高めるＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｓｃのいずれかの希土類元素を含むようにしているので、温度上昇による減磁を抑制することができる。

また、本実施例では、圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度を検出する温度センサ６４を設けるようにしているが、これに代えて密閉容器の表面温度を検知する温度センサを用いるようにしても良い。

さらに、本実施例では、電動モータに供給する電流を制御するようにしているが、これに代えて電動モータの回転数を制御するようにしても良い。

次に本実施例の密閉型電動圧縮機を用いた冷凍サイクルの一例について説明する。図７は本発明の実施例に係る空気調和機のサイクル構成図である。

図７において、高圧チャンバタイプの密閉型電動圧縮機５０（圧縮機）と、密閉型電動圧縮機５０の吐出回路７１中に設けられている油分離器７２と、油分離器７２から油溜９に油を戻す直列回路７３と、密閉型電動圧縮機５０の吐出回路７１に接続され、冷媒の循環方向を切換える四方切換弁７４（切換弁）と、四方切換弁７４と接続され、送風機７５が付設されている室外側熱交換器７６と、室外側熱交換器７６と接続された暖房用の電子膨張弁７７と、レシーバ７８と、レシーバ７８を介して暖房用の電子膨張弁７７と接続された冷房用の電子膨張弁７９と、冷房用の電子膨張弁７９と接続され、送風機８０が付設されている室内側熱交換器８１と、密閉型電動圧縮機５０の吸入配管８３の途中に設けられたアキュムレータ８２と、密閉型電動圧縮機の吸入配管８３とを冷媒配管により順次接
続した閉サイクルの冷媒回路とを備えている。冷媒はトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）及びその混合冷媒とする冷凍サイクル７０を構成している。密閉型電動圧縮機５０内部には回転子７ａが設置され、図２で示す回転子７ａ内部に永久磁石３３が組み込まれ、図１で示す密閉型電動圧縮機５０のシャフト６に固定される。

本実施例によれば、トリフルオロヨードメタンを使用することによって圧縮機の吐出ガスの温度上昇が生じた場合であっても、永久磁石が１％減磁する電流以下に電動モータを制御することが可能となり、圧縮機を高効率に安定して運転することができる空気調和機を提供することができる。

上記した実施例の密閉型電動圧縮機５０は、スクロール型圧縮機を想定しているが、本発明は、例えばロータリータイプ、スイングタイプ、レシプロタイプなどの他の圧縮機に適用することもできる。

さらに本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。

１…密閉容器、２…圧縮機構、３…固定スクロール、４…旋回スクロール、５…フレーム、６…シャフト、７…電動モータ、７ａ…回転子、７ｂ…固定子、８…潤滑油、９…油溜、１１…吸込パイプ、１２…吸込口、１４…吐出口、２２…吐出パイプ、２４…コイル、３１…磁石収容部、３３…永久磁石、５０…密閉型電動圧縮機、６１…交流電流、６２…整流回路、６３…インバータ、６４…温度センサ、６５…温度検出回路、６６…インバータ制御手段、６７…電流センサ、６８…電流検出回路、６９…記憶手段、７０…冷凍サイクル、７１…吐出回路、７２…油分離器、７３…直列回路、７４…四方切換弁、７５…送風機、７６…室外側熱交換器、７７…電子膨張弁、７８…レシーバ、７９…電子膨張弁、８０…送風機、８１…室内側熱交換器、８２…アキュムレータ、８３…吸入配管

Claims

高圧チャンバタイプの密閉容器と、前記密閉容器に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータとを備え、
前記電動モータは、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する回転子とを備えた圧縮機であって、
前記冷媒はトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）単体、もしくは前記トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）と他の冷媒を含む混合冷媒であり、
前記永久磁石の材料はＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石に、希土類元素を含んで形成され、
前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石の粒界近傍に、前記希土類元素を集中的に分布させ、
前記圧縮機構から吐出された前記冷媒の吐出温度を検出する温度センサと、前記電動モータを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度センサからの信号に基づき、前記電動モータに流れる電流が前記冷媒の吐出温度における前記永久磁石の１％減磁開始電流以下になるように、前記電動モータに供給する電流を制御することを特徴とする圧縮機。
請求項１において、
前記永久磁石は８００ｋＡ／ｍ以上の固有保磁力を有しているネオジウム磁石であることを特徴とする圧縮機。
請求項１又は２において、
前記吐出温度を検知する温度センサに代えて、前記密閉容器の表面温度を検知する温度センサを備えたことを特徴とする圧縮機。
請求項１又は２において、
前記制御手段は、前記電動モータに供給する電流を制御することに代えて、前記電動モータの回転数を制御することを特徴とする圧縮機。
高圧チャンバタイプの密閉容器を備え、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機の吐出回路に接続され、前記冷媒の循環方向を切換える切換弁と、前記切換弁と接続され、送風機が付設されている室外側熱交換器と、前記室外側熱交換器と接続された暖房用の電子膨張弁と、前記暖房用の電子膨張弁と接続された冷房用の電子膨張弁と、前記冷房用の電子膨張弁と接続され、送風機が付設されている室内側熱交換器とを備えた空気調和機において、
前記冷媒はトリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）単体、もしくは前記トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）と他の冷媒を含む混合冷媒であり、
前記圧縮機は、前記密閉容器に収容され、前記冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する電動モータとを備え、
前記電動モータは、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する回転子とを備え、
前記圧縮機構から吐出された前記冷媒の吐出温度を検出する温度センサと、前記電動モータを制御する制御手段とを備え、
前記永久磁石の材料はＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石に、希土類元素を含んで形成され、
前記Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石の粒界近傍に、前記希土類元素を集中的に分布させ、
前記制御手段は、前記温度センサからの信号も基づき、前記電動モータに流れる電流が前記冷媒の吐出温度における前記永久磁石の１％減磁開始電流以下になるように、前記電動モータに供給する電流を制御することを特徴とする空気調和機。
請求項５において、
前記永久磁石は８００ｋＡ／ｍ以上の固有保磁力を有しているネオジウム磁石であることを特徴とする空気調和機。
請求項５又は６において、
前記吐出温度を検知する温度センサに代えて、前記密閉容器の表面温度を検知する温度センサを備えたことを特徴とする空気調和機。
請求項５乃至７の何れか１項において、
前記制御手段は、前記電動モータに供給する電流を制御することに代えて、前記電動モータの回転数を制御することを特徴とする空気調和機。