JP2004293336A

JP2004293336A - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP2004293336A
Application number: JP2003083510A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Oikawa; 智明及川; Yasuyoshi Tajima; 庸賀田島; Koji Masumoto; 浩二増本; Osamu Kazama; 修風間; Toshio Arai; 利夫荒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】従来、回転子にフェライト磁石を使用している場合は、キュリー温度（約４６０℃）以下であれば減磁の恐れがなく、焼嵌めができるが、高磁力の希土類磁石を使用する場合は、高温で減磁し易すく、減磁開始温度は磁気回路のパーミアンスによるが、焼嵌めによる固着は非常に困難となり、回転軸全体をＤ型構造をとっているものは、回転軸の加工時間がかかり、高価なものになるとともに回転軸と回転子をクリアランスを持った隙間嵌めにすると、精度が悪いものになる等の問題があった。
【解決手段】この発明は、フェライト磁石を用い永久磁石を備えた回転子を設けた電動機において、軸方向一部に切り欠きを設けた円筒形の回転軸と、この切欠き部付きの回転軸と相似形状の内径形状を持つ回転子とを嵌め合い固定した。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエアコン、冷蔵庫などに用いられる圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な密閉型圧縮機は、電動機の固定子に永久磁石が埋め込まれ、特に、低容量圧縮機では永久磁石には安価なフェライト磁石が用いられることが多く、回転子は円筒形状をした回転軸に焼嵌めされ、回転子内径寸法を回転軸寸法よりわずかに小さめに製造し、回転子を加熱する（例えば２００℃〜３００℃）ことによって、内径を拡大させ回転軸を嵌め込む焼き嵌め方式をとっている（例えば、特許文献参照）。
【０００３】
【特許文献】
特開平０９−２１５２３７号公報
特開平０９−２３３７５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の密閉型圧縮機は以上のように構成されており、回転子にフェライト磁石を使用している場合は、キュリー温度（約４６０℃）以下であれば減磁の恐れがなく、焼嵌めができるが、高磁力の希土類磁石を使用する場合は、高温で減磁し易すく、減磁開始温度は磁気回路のパーミアンスによるが、概略１５０℃〜２００℃で減磁し始める。よって、焼嵌めによる固着は非常に困難となる。
【０００５】
また、例えば、回転軸全体をＤ型構造をとっているものは、回転軸の加工時間がかかり、高価なものになるとともに回転軸と回転子をクリアランスを持った隙間嵌めにすると、精度が悪いものになるし、圧入とすれば製造設備が大掛かりなものになってしまうという問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る圧縮機は、軸方向一部に切欠き部を設けた円筒形の回転軸と、この切欠き部付きの回転軸と相似形状の内径形状を持つ回転子を嵌め合い固定したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態における圧縮機の回転軸を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１による圧縮機の回転軸を示す上面図、図３はこの発明の実施の形態１による圧縮機の回転子を示す断面図、図４（ａ）はこの発明の実施の形態１による圧縮機の回転子の上部半月穴を示す断面図、図４（ｂ）はこの発明の実施の形態１による圧縮機の回転子の下部円穴を示す断面図である。図５は回転軸と回転子を嵌め合わされた状態を示す断面図、図６はこの発明の実施の形態１による回転軸と回転子を圧縮機に組込んだ状態を示す圧縮機の断面図である。図に示すように、回転軸１は圧縮要素部２と連結されており、電源端子３より供給された電流により密閉容器４に固定された固定子５に回転磁界が発生し、この回転磁界によって回転子６が回転し、回転子６と嵌め合われた回転軸１が回転することによって、圧縮要素部２が動作し、冷媒ガスを圧縮し圧縮機としての動作を行っている。
【０００８】
回転子６は、薄板の電磁鋼板が積層された鉄心７と、この鉄心７に埋め込まれた希土類磁石を用いた永久磁石８を備え、この永久磁石８の破片が冷媒回路中に飛び出ないように鉄心７の両端部に非磁性体製の端板９を配置し、リベット１０等で両端部を固定している。
【０００９】
ここで、回転軸１には図１に示すように切欠き部１ａが形成されており、一方、回転子６の内径部には、前記切欠き部１ａと相似となる半月形状を含む回転軸挿入口１１が形成されている。この回転軸挿入口１１のうち挿入口一側端の半月形状の切欠き嵌合い部１１ａと円形状の挿入口１１ｂが回転軸切欠き部１ａと相似形状となっている部分である。図５には前記回転軸１と回転子６が嵌め合わされた状態を示す。回転軸１と回転子６は焼き嵌め固定されている。すなわち、回転軸１の外径と切欠き部１ａの寸法は回転子６の内径（回転軸挿入口）と切欠き嵌合い部１１ａの寸法よりも数μｍ〜数十μｍ大きく作られており、回転子６を誘導加熱や炉で加熱することにより回転子６の内径（回転軸挿入口）を回転軸径以上に拡大させ、その状態で回転軸１を挿入し、その後回転子６が冷却することによって内径が元に戻ろうとして回転軸１を締め付け固定されるものである。
【００１０】
加熱による回転子内径（回転軸挿入口）の膨張量は次式で表される。即ち、
Δｄ＝α×ｄ×ｔ
Δｄ：内径膨張量、
α：電磁鋼板の線膨張係数、
ｄ：元の内径、ｔ：温度差、
加熱温度と内径膨張量の関係は図７（ａ）のように示される。
【００１１】
加熱温度は回転軸１の外径以上となる温度ａ以上となれば、嵌め込むことは可能となる。圧縮機の運転時には圧縮負荷により、回転子６と回転軸１の間にトルクが発生するため、このトルクに打ち勝つように回転子６と回転軸１にはトルク保持力を確保しなければならない。この保持力を大きくするためには、回転子６の締め付け力を大きくしてあげればよく、焼き嵌め前の回転軸１と回転子内径の寸法差を大きくすればよい。即ち、回転子加熱温度を高くし、小さな回転子内径を大きく広げる必要がある。
【００１２】
図７（ｂ）は回転子加熱温度と回転子、回転軸のトルク保持力の関係を示したものであり、温度が高くなるほど、回転子初期内径を小さくでき、保持力を高くできることを示している。圧縮機のトルクと安全率を考え、必要保持力が、Ｆｃであれば加熱温度はｃ以上必要となる。しかしながら、近年、高出力化、高効率化を目的とし、永久磁石に高磁力の希土類磁石を使用することが多くなってきた。希土類磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｓｍ−Ｆｅ系）は温度と減磁が図７（ｃ）のような関係にあり、ある温度以上に加熱されると磁石が減磁し、圧縮機の性能が低下してしまう。これは、従来一般的だったフェライト磁石とは逆の特性である（フェライト磁石は高温ほど減磁に対する対する耐力が強い。ただし、キュリー温度以下）。
【００１３】
減磁開始温度は、磁石の種類（保磁力）、形状、寸法、鉄心の形状、エアギャップの大きさ等によって定まるパーミアンスによって異なるが、通常圧縮機用モータを設計する場合、必要保持力を確保しようとすると、減磁によって制約されることが多く、減磁を防ぐために、コストをかけたり、モータ効率を落として減磁対策設計を施したり、回転子と回転軸を組み付けたあとに、磁石を着磁する製造工程に変更するなどしていた。製造工程の変更は、設備が大掛かりなものになるか、設備を簡略化するため、固定子巻線を利用して着磁する場合は、十分に着磁できなかったり、固定子巻線に大電流を流すため巻線にダメージを与えたりすることになる。近年、高効率化のために採用されている集中巻方式の固定子では特にこの傾向（着磁不十分、巻線ダメージ）が大きい。
【００１４】
しかしながら、この発明における圧縮機は、回転軸１の一部に切欠き部１ａを設け、回転子６の内径部にも、相似形状の部分である切欠き嵌合い部１１ａを形成しているため、トルク保持力を大きくすることができる。
【００１５】
図７（ｃ）において、加熱温度ｂは、減磁しないか、又は多少減磁しても、圧縮機性能に影響を及ぼさない程度の減磁量であり、この温度ｂ時の焼き嵌めトルク保持力は必要保持力Ｆｃより小さな保持力Ｆｂとなる。切欠き部１ａとそれに嵌め合わされる切欠き嵌合い部１１ａは、このトルク保持力不足分Ｆｃ−Ｆｂを補うものとなる。ここで温度ｂは温度ａ以上である。そうしなければ、焼き嵌めできないことになる。ここで、予め回転軸１を回転子内径よりも小さくしておき、焼き嵌めをせずにトルク保持力を切欠き部１ａのみで持たせるということが考えられるが、切欠き部１ａはトルク方向（回転方向）の保持はできるが、回転子６の上下方向の抜けに対しては保持できない。この発明は、軸方向の回転子抜けに対しては、焼き嵌めで保持し、回転方向のトルク保持については、焼き嵌め力を切欠き部１ａで保持するものである。よって、温度ｂは軸方向の回転子抜けを防止できる保持力Ｆｂを確保し、かつ、永久磁石が減磁によって特性上問題の出ない温度に設定される。
【００１６】
図８はこの発明の実施の形態１による他の圧縮機の回転軸を示す正面図である。図９はこの発明の実施の形態１による圧縮機の他の回転軸を示す上面図である。図において、円筒の回転軸１の一部を切欠き、第２の切欠き部１ｂを設け、回転方向の力を保持できる形状であれば良い。前記図１乃至図５に示したように円筒の回転軸の一部を単純にカットしたＤカットが製造的は簡単で、コストが安価になる。
【００１７】
図１０はこの発明の実施の形態１による他の圧縮機の回転軸を示す正面図である。図１１はこの発明の実施の形態１による圧縮機の回転子を示す上面図である。図において、円筒の回転軸１の一部を切欠き、第３の切欠き部１ｃを設け、回転方向の力を保持できる形状であれば良い。
【００１８】
また、図１、図８および図１０に示す第１の切欠き部１ａ、第２の切欠き部１ｂおよび第３の切欠き部１ｃは、回転軸１の圧縮要素部２とは逆の端部に設けることが生産上最も効率が良い。
【００１９】
図１２は、この発明の実施の形態１による他の回転子の鉄心を示す縦断面図である。図において、回転子鉄心７は、薄板の電磁鋼板１２にカシメ突部１３を回転子１径より大き目の径でカシメの長辺を半径方向に一致して設け、多数枚積層して形成されている。この積層は、カシメ突部１３を圧入し合うことによって、鉄心打抜き金型内で自動的にかしめられる。
【００２０】
図１３はこの発明の実施の形態１による他の回転子の鉄心を示す上面図、図１４はこの発明の実施の形態１による他の回転子の鉄心のカシメ要部詳細図で、（ａ）はＶカシメと呼ばれる突形状の要部上面図、（ｂ）はＶカシメと呼ばれる突形状の横断面図、（ｃ）は角平カシメと呼ばれる突形状の要部上面図、（ｄ）は角平カシメと呼ばれる突形状の横断面図である。図において、Ｖカシメはｘ軸方向はＶ型の傾斜がついているため、ｘ軸方向のずれに対しては弱いが、ｙ軸方向のずれには強いものとなっている。角平カシメは傾斜はついていないが、ｙ軸方向の方が、ｘ軸方向よりも長く抵抗が大きいため、ずれに対しての耐力はあることになる。
【００２１】
この発明は、切欠き部１ａによって回転方向のトルク保持力を持たせるものとなっているが、この時、回転軸１の切欠き部１ａと円筒の部分との境界に対応する回転子鉄心部７ａにせん断力を生じることになる。ここで、カシメ部１４を回転子鉄心７の半径方向に長軸（ｘ方向）を合わせれば，回転方向トルクによるせん断に対し保持を補うものになり、回転子の剛性を増加させるものとなる。
【００２２】
また、カシメ形状はこのＶカシメ、角平カシメに限らず、丸台形カシメなど、ずれに対する強度に差があれば、その高強度方向を回転方向トルクによるせん断を補う方向にすれば同様の効果を得ることができる。
【００２３】
なお、この発明に関わる圧縮機は図３に表わしたようなロータリ型式圧縮機に限るものでなく、レシプロ型、スクロール型、スクリュー型等どのタイプの圧縮機に採用できるものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、軸方向一部に切欠き部を設けた円筒形の回転軸と、この切欠き部付きの回転軸と相似形状の内径形状を持つ回転子とを嵌め合い固定したので、永久磁石を減磁させないように回転子と回転軸を固着させ、回転方向トルクに耐えうる圧縮機を安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による圧縮機の回転軸を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による圧縮機の回転軸を示す上面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による圧縮機の回転子を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による圧縮機の回転子を示す横断面図で（ａ）はある。
【図５】この発明の実施の形態１による回転軸と回転子を嵌め合わされた状態を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による回転軸と回転子を圧縮機に組込だ状態を示す圧縮機の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１による回転軸と回転子との加熱温度と内径膨張量、トルク保持力、減磁率の関係を示す特性図で、（ａ）は内径膨張量、（ｂ）はトルク保持力、（ｃ）は減磁率である。
【図８】この発明の実施の形態１による他の例の回転軸を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１による他の例の回転軸を示す上面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による他の例の回転軸を示す正面図である。
【図１１】この発明の実施の形態１による他の例の回転子を示す上面図である。
【図１２】この発明の実施の形態１による他の回転子の鉄心を示す縦断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態１による他の回転子の鉄心を示す上面図である。
【図１４】この発明の実施の形態１による他の回転子の鉄心のカシメ要部詳細図で、（ａ）はＶカシメ形状の上面図、（ｂ）はＶカシメ形状の横断面図、（ｃ）は角平カシメ形状の上面図、（ｄ）は角平カシメ形状の横断面図である。
【符号の説明】
１回転軸、１ａ切欠き部、２圧縮要素部、３電源端子、４密閉容器、５固定子、６回転子、７鉄心、８永久磁石、９端板、１０リベット、１１回転軸挿入口、１１ａ回転軸切欠き部、１１ｂ切欠き嵌合い部、１２電磁鋼板、１３カシメ突部。

Claims

軸方向一部に切欠き部を設けた円筒形の回転軸と、この切欠き部付きの回転軸と相似形状の内径形状を持つ回転子とを嵌め合い固定したことを特徴とする密閉型圧縮機。
嵌め合い固定に焼嵌めを用いたことを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
切欠き形状はＤカットとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の密閉型圧縮機。
切欠きの軸方向位置は、回転軸端部に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の密閉型圧縮機。
回転子は薄板を積層して構成され、その積層固定はカシメによって成され、そのカシメの長辺を半径方向に一致させて設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の密閉型圧縮機。