发明内容
本发明的目的在于,提供一种能够降低从密闭容器中排出的制冷剂气体的含油率的密闭型电动压缩机。
还有,本发明的其他目的和优点由以下叙述可知。
为了实现所述目的,本发明第一方式的密闭型电动压缩机,包括:将制冷剂气体压缩并向密闭容器内喷出的压缩机构;驱动该压缩机构的电动机;和收纳所述压缩机构及所述电动机且在底部贮存润滑油的所述密闭容器,所述电动机包括:具有铁芯和从该铁芯的两侧突出有端部线圈的线圈的定子;能够旋转地配置在所述铁芯的中央孔中的转子;嵌合在所述转子的中央孔中且至少一侧从该转子突出并与所述压缩机构卡合而被加载偏心力的轴;和设置在所述转子的两侧的平衡重,从所述压缩机构喷出的含有油分的制冷剂气体在所述定子和所述转子之间从一侧向另一侧流动,所述密闭型电动压缩机的特征在于,所述两侧的平衡重的前端部外周面在整周上比所述两侧的端部线圈突出。
比本发明的第一方式更优选的具体构成例如下。
(1)所述一侧的平衡重的比所述端部线圈突出的外周面和所述密闭容器的内周面之间的气体通路面积与所述另一侧的平衡重的比所述端部线圈突出的外周面和所述密闭容器的内周面之间的气体通路面积相比相等或在其以下。
(2)所述一侧的气体通路面积与所述另一侧的气体通路面积之比在0.9~1.0的范围。
另外,本发明第二方式的密闭型电动压缩机,包括:将制冷剂气体压缩并向密闭容器内喷出的压缩机构;驱动该压缩机构的电动机;和在上下位置收纳所述压缩机构及所述电动机且在底部贮存润滑油的密闭容器,所述压缩机构包括:在端板上竖立设置有涡旋状的卷板的静涡盘;在端板上竖立设置有涡旋状的卷板并与所述静涡盘啮合形成压缩室的动涡盘;和支承所述静涡盘及所述动涡盘的框架,所述电动机包括:具有铁芯和从该铁芯的两侧突出有端部线圈的线圈的定子;能够旋转地配置在所述铁芯的中央孔中的转子;嵌合在所述转子的中央孔中且至少一侧从该转子突出并被所述压缩机构加载偏心力的轴;和设置在所述转子的上侧及下侧的上平衡重及下平衡重,从所述压缩机构喷出的含有油分的制冷剂气体通过所述压缩机构的外周部及所述电动机的外周部之后,在所述定子和所述转子之间从下侧向上侧流动,所述密闭型电动压缩机的特征在于,所述上平衡重的前端部外周面在整周上比所述上端部线圈向上方突出而接近所述框架,所述下平衡重的前端部外周面在整周上比所述下端部线圈向下方突出而接近所述润滑油的油面。
比本发明的第二方式更优选的具体构成例如下。
(1)比所述端部线圈突出的所述下平衡重的外周面和所述密闭容器的内周面之间的气体通路面积与比所述端部线圈突出的所述上平衡重的外周面和所述密闭容器的内周面之间的气体通路面积相比相等或在其以下。
(2)所述(1)中,所述下侧的气体通路面积和所述上侧的气体通路面积之比在0.9~1.0的范围。
(3)所述上下平衡重以旋转中心轴为对称轴时的平衡重的外周面形成为对称。
(4)所述上平衡重具有从与转子相反的一侧凹陷的上不平衡量赋予凹部。
(5)所述上下平衡重由金属一体成形品构成。
(6)所述上下平衡重通过通用的铆钉固定在所述转子上。
发明效果
根据该本发明的密闭型电动压缩机,能够降低从密闭容器中排出的制冷剂气体的含油率。
具体实施方式
以下,参照图1~图11C,说明本发明的一实施方式。
关于本实施方式的密闭型电动压缩机50的整体构成、动作、功能等,参照图1~图3进行说明。还有,图2中,实线箭头表示从密闭容器1底部的油池9吸上来的润滑油8的流动,虚线箭头表示从压缩机构2喷出来的制冷剂气体的流动。
密闭型电动压缩机50被用作冷冻空调装置(例如,空调、冷藏箱、冷冻箱、冷藏·冷冻陈列柜等)和热泵式热水器等冷冻循环的构成设备,作为主要构成要素具备密闭容器1、压缩机构2及电动机7。
密闭容器1由圆筒状筒部和熔敷在该筒部上下的盖部构成,内部成为密闭空间。该密闭容器1收纳压缩机构2及电动机7,在底部的油池9贮存冷冻机油等润滑油8。设定该润滑油8的油面位于副轴承15的上方。
贯通密闭容器1的上盖部设置吸入管11,贯通密闭容器1的筒部设置喷出管22。该喷出管22位于框架5的正下方,向密闭容器1内的中心方向突出而设置。喷出管22的前端比端部线圈17的外周面向中心侧突出形成开口。
压缩机构2将碳氟化合物和二氧化碳等制冷剂气体压缩并向密闭容器1内喷出,设置在密闭容器1内的上部。该压缩机构2作为主要构成要素具备静涡盘3、动涡盘4、框架5及十字滑环10。
静涡盘3在端板上竖立设置涡旋状的卷板而构成,用螺钉紧固在框架5上。在静涡盘3的周缘部设置吸入口12,在中央部设置喷出口14。吸入口12连通吸入管11。喷出口14与密闭容器1内的压缩机构2的上方空间连通。
动涡盘4在端板上竖立设置涡旋状的卷板而构成,与静涡盘3啮合形成压缩室。该动涡盘4被夹入静涡盘3和框架5之间。在动涡盘4的与静涡盘相反的一侧突出设置毂部,在该毂部内设置旋转轴承,在该旋转轴承内嵌合轴6的偏心销部6a。
十字滑环10构成动涡盘4的自转限制机构,设置在动涡盘4和框架5之间,防止动涡盘4自转,而使其进行圆轨道运动。
框架5经焊接固定在密闭容器1上,支承静涡盘3、十字滑环10及动涡盘4。在该框架5的中央设置向下方突出的筒部。在该筒部内设置轴支承轴6的主轴承5a。
在静涡盘3及框架5的外周部,形成连通静涡盘3的上方空间和框架5的下方空间的多个喷出气体通路18a。该多个喷出气体通路18a在整周上配置。
电动机7由作为主要构成要素具备定子7b、转子7a、轴6及平衡重16,在转子7a上配备永磁铁35(参照图5b)的同步电动机构成。
定子7b作为主要构成要素包括:具有流动电流而产生旋转磁场的多个导体的线圈24、用以有效地传递该旋转磁场的铁芯23。线圈24的端部线圈17从铁芯23的两侧突出。铁芯23烧结嵌合固定在密闭容器1上。在定子7b的外周在整周上形成多个缺口,在该缺口和密闭容器1之间形成喷出气体通路18。
转子7a作为主要构成要素具备铁芯25和内置于该铁芯25的永磁铁35,将来自定子7b的旋转磁场转换成旋转运动,以轴6为中心旋转。该转子7a能够旋转地配置在定子7b的铁芯23的中央孔中。
轴6与转子7a的中央孔嵌合,与转子7a一体化。轴6的一侧(图示例中为上侧)从转子7a突出,与压缩机构2卡合,利用压缩机构2的压缩动作而被施加偏心力。本实施方式中,轴6其两侧从转子7a的两侧突出,在转子7a的两侧由主轴承5a及副轴承15轴支承,能够稳定地旋转。副轴承15由焊接固定在密闭容器1上的支承构件支承,同时浸渍在润滑油8中。
轴6的下端延伸到密闭容器1底部的油池9内。在该轴6上设置向各轴承部及各滑动面供给润滑油8的贯通孔6b,以使通过该贯通孔6b从油池9中吸起润滑油8。通过轴贯通孔6b吸上来的润滑油8向各轴承及压缩机构2的滑动部供给。向压缩机构2的滑动部供给的润滑油8与制冷剂气体一起从静涡盘3中央部的喷出口14喷出,从而,从喷出口14喷出的喷出气体中含有很多雾状润滑油。
平衡重16由设置在转子7a两侧的上平衡重(压缩机构侧的平衡重)16a及下平衡重(与压缩机构相反一侧的平衡重)16b构成,共用多个铆钉31固定在转子7a上。上下平衡重16a、16b通过通用的铆钉31固定在转子7a上。从而能够廉价且容易地将上下平衡重16a、16b固定在转子7a上。
以旋转中心轴为对称轴时的上平衡重16a及下平衡重16b的外周面形成为对称。上平衡重16a及下平衡重16b的前端部外周面在整周上比上端部线圈(压缩机构侧的端部线圈)17a及下端部线圈(与压缩机构相反一侧的端部线圈)17b突出。
上平衡重16a的前端部外周面在整周上比上端部线圈17a向上方突出而接近框架5,下平衡重16b的前端部外周面在整周上比下端部线圈17b向下方突出而接近润滑油8的油面。
比端部线圈17突出的下平衡重16b的外周面和密闭容器1的内周面之间的气体通路面积B与比端部线圈17突出的上平衡重16a的外周面和密闭容器1的内周面之间的气体通路面积A相比相等或在其以下。具体地说,设定下侧的气体通路面积和上侧的气体通路面积之比在0.9~1.0的范围内。
该构成中,若对电动机7通电,转子7a被旋转,则轴6也随之旋转,进行偏心销部6a偏心的旋转运动,从而动涡盘4被旋转驱动,在静涡盘3和动涡盘4之间形成的压缩室一面从外周侧向中央部移动一面变小。从而,通过与密闭容器1外部的冷冻循环连通的吸入管11及吸入口12吸入制冷剂气体,制冷剂气体被压缩,被压缩的制冷剂气体从静涡盘3中央部的喷出口14向密闭容器1内的上部空间喷出。重复这些动作。
从静涡盘3的喷出口14向上方喷出的含有大量润滑油的雾状制冷剂气体,通过设置在压缩机构2外周部的喷出气体通路18a,从密闭容器1内侧的全周被导到压缩机构2的下方空间(电动机7的上方空间)。在此过程中,制冷剂气体中含有的油分的一部分被分离,顺着喷出气体通路18a和密闭容器1的内面等,最终贮存在密闭容器1底部的油池9中。
在此,由于上平衡重16a的前端部外周面在整周上比上端部线圈17a向上方突出,因此抑制被导到压缩机构2下方空间的制冷剂气体向上平衡重16a的上表面及其上方流入。从而,抑制制冷剂气体在上平衡重16a的上表面被搅混,抑制制冷剂气体中含有的油滴的细微化,同时,抑制制冷剂气体通过上平衡重16a的上表面上方、直接到达喷出管22、向冷冻循环流出。特别是,本实施方式中,上平衡重16a的前端部外周面在整周上与框架5接近,因此,能够更进一步提升这些油分流出抑制效果。
这样一来,被导到压缩机构2下方空间的制冷剂气体大部分通过设置在电动机7外周部的喷出气体通路18b,从整周被导到电动机7的下方空间(润滑油8的油面上方空间)。在此过程中,制冷剂气体中含有的油分的一部分被分离,顺着喷出气体通路18b和密闭容器1内面等,贮存在密闭容器1底部的油池9中。
在此,由于下平衡重16b的前端部外周面在整周上比下端部线圈17b向下方突出,因此抑制被导到电动机7下方空间21的制冷剂气体向下平衡重16b下表面及其下方流入,同时,通过下平衡重16b的前端部外周面使流动的方向反转,流入到下平衡重16b和下端部线圈17b之间的空间,流动方向也反转。从而,抑制制冷剂气体在下平衡重16b的下表面搅混,抑制制冷剂气体中含有的油滴的细微化,同时,从该喷出气体通路18b流出后反转的过程中制冷剂气体中含有的油分的一部分进一步被分离。特别是,本实施方式中,下平衡重16b的前端部外周面在整周上与润滑油8的油面接近,因此,能够更进一步提升这些油分流出抑制效果。
流动方向被反转的制冷剂气体,通过下平衡重16b和下端部线圈17b之间的空间、转子7a和定子7b之间的空隙19、上平衡重16a和上端部线圈17a之间的空间、还有上端部线圈17a的上方空间20,被吸入到喷出管22,向冷冻循环流出。在此,由于上平衡重16a的前端部外周面在整周上比上端部线圈17a向上方突出,因此抑制被导到上端部线圈17a的上方空间的制冷剂气体向上平衡重16a上表面及其上方流入。从而,抑制制冷剂气体在上平衡重16a的上表面搅混,抑制制冷剂气体中含有的油滴的细微化。
本实施方式中,由于下平衡重16b的比端部线圈17突出的外周面和密闭容器1的内周面之间的空间20的气体通路面积B与比端部线圈17突出的上平衡重16a的外周面和密闭容器1的内周面之间的空间21的气体通路面积A相比相等或在其以下,因此能够更进一步降低含油率。
关于该降低效果,参照表示气体通路面积B和气体通路面积A的比、即气体通路面积比B/A与含油率的关系的图3进行说明。
对于从电动机7下方通过转子7a和定子7b之间的空隙流入到电动机7上方的制冷剂气体,必须要考虑由于电动机7上侧和下侧的形状不同而产生的气体通路面积的差所引起的在电动机7上下间发生的制冷剂气体流动的影响。特别是已知若将电动机7的上下间的气体流看作流体力学中使用的稳态流、并适用能量守恒定律,则利用ρv2/2+p+ρgz=const公式化的被称为伯努利定理的关系成立。
根据上述关系式,气体通路面积B大于气体通路面积A时,在气体通路面积B中的流速降低,压力上升,在上侧气体通路面积中的流速相对地增加,压力降低,因此,发生因压力差产生的从下侧向上侧的流动,向防碍下部空间中的油分离的方向作用。因此,若气体通路面积比B/A超过1.0,则如图3所示,含油率急剧增大。
根据上述本实施方式,只是进行电动机7的转子7a的平衡重16a、16b部的变更,就能够降低喷出气体的含油率,压缩机构2和副轴承构件15能够还按现有那样设计,因此,能够抑制随着变更产生的成本增加。其结果是,能够廉价地进行制冷剂气体和润滑油的气液分离,能够抑制喷出气体的含油率。从而,能够期待的效果是防止冷冻循环中的配管压力损失和冷凝器、蒸发器等热交换器中的热交换效率的降低,可以大幅度地提升循环性能。另外,还能够抑制压缩机内的油带出,因此油面稳定化,随之也能够向轴承部进行稳定的油供给,因此也期待可靠性上的提升。
接下来,参照图4A~图11C,关于电动机7进行具体说明。
在转子7a的上表面,流入润滑了轴承的润滑油8和从经由压缩机构2喷出的制冷剂气体分离出来的润滑油8等。如图4A~图4C所示,设有将流入到转子7a上表面的润滑油8通过转子7a及下平衡重16b内导到下平衡重16b下方的油流出孔26。经由该油流出孔26流出润滑油8,从而无须像现有例那样,在上平衡重16a外周面开口形成用以排放流入到转子7a上表面的润滑油8的开口部,能够防止在由于该开口部造成的制冷剂气体的搅混中进行制冷剂气体中含有的油滴的细微化。
油流出孔26由从转子7a上表面向下表面贯通形成的第一油流出孔26a和从下平衡重16b上表面向下表面贯通形成的第二油流出孔26b构成。从而,能够使流入到转子7a上表面的润滑油8通过第一油流出孔26a向转子7a下表面流下,再经第二流出孔26b侧壁面流下后,确实地滴下到与第二流出孔26b接近的油池9。
第一油流出孔26a由多个细孔构成,在转子7a中央孔周围排列成圆周状。下平衡重16b具有轴6贯通的中央孔26b,该中央孔26b比多个第一油流出孔26a排列的圆周直径形成得大,兼作第二油流出孔26b。从而,能够形成简单的构成,即使压缩机有一些倾斜,也能够使流入到转子7a上表面的润滑油8通过多个第一油流出孔26a的某一个确实地滴下到油池9中。
下平衡重16b在其中央孔26b下部周围等间隔地设置与该中央孔26b连通、且下表面开口的多个铆钉用凹部26c,利用从其多个铆钉用凹部26c底面贯通的铆钉31固定。从而,经中央孔26b流下的润滑油8汇集到各铆钉用凹部26c,经各铆钉用凹部26c壁面流下,能够更确实地使润滑油8滴下到油池9中,同时,能够缩短铆钉31的长度,能够提升其可靠性。
上平衡重16a具有轴6贯通的中央孔37,该中央孔37比多个第一油流出孔26a排列的圆周直径形成得大。从而,即使润滑了轴承的润滑油8和从经由压缩机构2喷出的制冷剂气体分离出来的润滑油8等多的情况下,也能够将润滑油8暂时贮存在中央孔37内,且通过多个第一油流出孔26a,确实地流出。
下平衡重16b形成有与中央孔26b隔着隔壁32邻接、同时从转子7a侧凹陷的下不平衡量赋予凹部33和从该上不平衡量赋予凹部33的底部向下表面贯通的第三油流出孔26d。顺着转子7a下表面流入到下不平衡量赋予凹部33的润滑油8从第三油流出孔26d迅速流出,因此,能够防止下平衡重16b的不平衡量因流入到下不平衡量赋予凹部33的润滑油8而发生变化。
转子7a具备多个插入到磁铁插入孔34中的永磁铁35,该永磁铁35配置成从平面看形成四边形。并且,下平衡重16b的隔壁32设置成盖住磁铁插入孔34的下表面。从而,能够以简单的构成,同时满足下不平衡量赋予和永磁铁35的支承。
永磁铁35具体地说由多块(图示例中为3块)构成,中央的永磁铁35支承在隔壁32上,两侧的永磁铁35支承在下平衡重16b的本体部分上。通过像这样将永磁铁35分割成多块,从而获得以下效果。第一,能够谋求永磁铁单体的成本降低。第二,由于来自定子7b的磁场的影响而在永磁铁35上发生涡电流,不过通过将永磁铁35分割从而能够降低涡电流损失。
上平衡重16a设有与其中央孔37连通、上表面开口的上不平衡量赋予凹部36,利用从该上不平衡量赋予凹部36底面贯通的铆钉31固定。从而,能够缩短铆钉31的长度,能够提升其可靠性。
如上所述,上平衡重16a、转子7a及下平衡重16b基于中央孔37、油流出孔26a及中央孔26b形成上下连通的构成。
定子7b的线圈24以集中卷绕方式缠绕。从而,能够降低端部线圈17的高度,换言之,能够使平衡重16容易从端部线圈17突出。
上下平衡重16由金属一体成形品、具体地说锌合金模铸一体成形品构成,以使在以旋转中心轴为对称轴时的平衡重16的外周面对称。从而能够容易制作上下平衡重16。