JP2005214160A - Compressor with built-in electromotive element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動要素を内蔵した圧縮機に関するものであり、さらに詳しくは自然冷媒の内でも特に二酸化炭素を用い、アルミニウム材で構成された容器を備えた電動要素を内蔵した圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a compressor incorporating an electric element, and more particularly, to a compressor incorporating an electric element including a container made of an aluminum material using carbon dioxide among natural refrigerants. is there.
従来、冷凍サイクルには、冷媒としてフロン(R11、R12、R134aなど)が一般的に用いられていた。しかしながら、フロンは大気中に放出されると大きな温暖化効果やオゾン層破壊などの問題を有している。このため、近年、環境に与える影響の少ない他の自然冷媒、例えば、酸素(O2 )、二酸化炭素(CO2 )、ハイドロカーボン(HC)、アンモニア(NH3 )、水(H2 O)を冷媒として用いる研究が行われている。これら自然冷媒の内、酸素と水は、圧力が低くて冷凍サイクルの冷媒としては用いることが困難であり、アンモニアやハイドロカーボンは可燃性であるため、取り扱いが難しい問題がある。このため、二酸化炭素を用いる圧縮機が提案されている(特許文献1参照)。 Conventionally, chlorofluorocarbon (R11, R12, R134a, etc.) is generally used as a refrigerant in the refrigeration cycle. However, when CFCs are released into the atmosphere, they have problems such as a large warming effect and ozone layer destruction. For this reason, in recent years, other natural refrigerants having little influence on the environment, such as oxygen (O 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), hydrocarbon (HC), ammonia (NH 3 ), and water (H 2 O), are used. Research on use as a refrigerant has been conducted. Among these natural refrigerants, oxygen and water are low in pressure and difficult to use as refrigerants in the refrigeration cycle, and ammonia and hydrocarbons are flammable, and therefore have a problem that they are difficult to handle. For this reason, a compressor using carbon dioxide has been proposed (see Patent Document 1).
従来この種の圧縮機は円筒状の鉄系材で構成された密閉容器内の上部空間の所定の位置の内周面に沿って焼嵌めて環状にタイトに取り付けられているステ―タと、このステ―タの内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータとを備えた駆動要素としての電動要素およびこの電動要素により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮要素を収納し、電動要素を起動して圧縮要素を駆動し、圧縮要素に導入した冷媒を圧縮して吐出するようになっている。 Conventionally, this type of compressor has a stator that is tightly fitted tightly in an annular shape by shrink fitting along an inner peripheral surface of a predetermined position in an upper space in a sealed container made of a cylindrical iron-based material, An electric element as a drive element having a rotor inserted and installed at a slight interval inside the stator and a compression element that is driven by this electric element to compress the refrigerant are accommodated to start the electric element Then, the compression element is driven, and the refrigerant introduced into the compression element is compressed and discharged.
また、近年では圧縮機の軽量化を図るためにアルミニウム系材で構成された密閉容器が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかし、密閉容器がアルミニウム系材で構成されると、アルミニウム系材は鋼板に較べて著しく軽量である利点があるものの、従来、密閉容器内の上部空間の所定の位置の内周面に沿ってステータを焼嵌めて収納する際に採用されていた締め代δでは締めつけが不十分となり、ステ―タを安定的にタイトに取り付けできず、圧縮機の信頼性が低下する問題があった。
一方、ステータを焼嵌めて収納する際に、ステ―タを締め過ぎるとステ―タのドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体およびこの積層体の歯部に直巻き(集中巻き)方式により巻装されたステ―タコイルに過剰の力がかかり、積層体が変形したり、くずれたり、ステ―タコイルの巻線の絶縁が損なわれて絶縁不良となったり、ステ―タとロータとの適切な間隔が維持できなくなったりして、モータ効率が悪化するなどの問題があった。
However, when the sealed container is made of an aluminum-based material, the aluminum-based material has an advantage of being significantly lighter than a steel plate, but conventionally, along the inner peripheral surface of a predetermined position of the upper space in the sealed container. The tightening allowance δ used when shrink-fitting and storing the stator is insufficiently tightened, and the stator cannot be mounted stably and tightly, resulting in a problem that the reliability of the compressor is lowered.
On the other hand, when the stator is shrink-fitted and stowed, if the stator is tightened too much, the laminated body in which the donut-shaped electrical steel sheets of the stator are laminated and the teeth of the laminated body are wound by a direct winding (concentrated winding) method. Excessive force is applied to the mounted stator coil, and the laminated body is deformed or broken, the insulation of the winding of the stator coil is impaired, resulting in poor insulation, There was a problem that the interval could not be maintained and the motor efficiency deteriorated.
本発明の目的は、従来の諸問題を解決して、ステータの積層体が変形したり、くずれたりせず、ステ―タコイルの巻線の絶縁が損なわれず、ステ―タとロータとの適切な間隔が維持された状態で、アルミニウム材で構成された密閉容器内にステータを焼嵌めて安定的にタイトに取り付けて収納した、モータ効率が向上した、信頼性の高い圧縮機を提供することである。 The object of the present invention is to solve various problems of the prior art, so that the stator laminate is not deformed or deformed, the insulation of the winding of the stator coil is not impaired, and the stator and rotor are properly connected. By providing a highly reliable compressor with improved motor efficiency in which the stator is shrink-fitted in an airtight container made of aluminum and stably mounted tightly in a closed state with the interval maintained. is there.
前記課題を解決するための本発明の請求項1記載の電動要素を内蔵した圧縮機は、アルミニウム系材で構成された円筒状の密閉容器内の所定の位置に電動要素のステータを収納した圧縮機において、
密閉容器の内径をD(mm)、締め代をδ(μm)とした時、下記式(1)の関係となる範囲で前記ステータを焼嵌めて収納してあることを特徴とする。
0<δ≦3×D 式(1)
The compressor incorporating the electric element according to claim 1 of the present invention for solving the above problem is a compression in which the stator of the electric element is housed in a predetermined position in a cylindrical sealed container made of an aluminum-based material. In the machine
When the inner diameter of the hermetic container is D (mm) and the tightening margin is δ (μm), the stator is shrink-fitted and accommodated within the range represented by the following formula (1).
0 <δ ≦ 3 × D Formula (1)
本発明の請求項2記載の電動要素を内蔵した圧縮機は、請求項1記載の圧縮機において、アルミニウム系材としてSiが0.1〜10質量%、Mg0.8〜1質量%および/またはCu0.4〜0.8質量%含有するAl−Mg系、Al−Cu系あるいはAl−Mg−Cu系のアルミニウム系材を用いたことを特徴とする。 The compressor incorporating the electric element according to claim 2 of the present invention is the compressor according to claim 1, wherein Si is 0.1 to 10% by mass, Mg is 0.8 to 1% by mass and / or aluminum-based material. An Al-Mg, Al-Cu, or Al-Mg-Cu-based aluminum-based material containing 0.4 to 0.8 mass% of Cu is used.
本発明の請求項3記載の電動要素を内蔵した圧縮機は、請求項1あるいは請求項2記載の圧縮機において、冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。 The compressor incorporating the electric element according to claim 3 of the present invention is characterized in that in the compressor according to claim 1 or 2, the refrigerant is carbon dioxide.
本発明の請求項1記載の電動要素を内蔵した圧縮機は、アルミニウム系材で構成された円筒状の密閉容器内の所定の位置に電動要素のステータを収納した圧縮機において、密閉容器の内径をD(mm)、締め代をδ(μm)とした時、前記式(1)の関係となる範囲で前記ステータを焼嵌めて収納してあるので、
ステータがアルミニウム材で構成された密閉容器内の所定の位置に安定的にタイトに取り付けされており、焼嵌めの際にステ―タの積層体やステ―タコイルに過剰の力がかからないので積層体が変形したり、くずれたりせず、ステ―タコイルの巻線の絶縁が損なわれることがなく、ステ―タとロータとの適切な間隔が維持され、モータ効率が高く、信頼性が高く、軽量化を図れる、という顕著な効果を奏する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a compressor having a built-in electric element, wherein the electric element has a stator accommodated at a predetermined position in a cylindrical hermetic container made of an aluminum material. Is D (mm), and the tightening margin is δ (μm), the stator is shrink-fitted and stored in a range that satisfies the relationship of the formula (1).
The stator is securely attached tightly at a predetermined position in an airtight container made of an aluminum material, and no excessive force is applied to the stator laminate or stator coil during shrink fitting. Will not be deformed or collapsed, the insulation of the windings of the stator coil will not be impaired, the proper spacing between the stator and rotor will be maintained, motor efficiency, high reliability and light weight There is a remarkable effect that can be achieved.
本発明の請求項2記載の電動要素を内蔵した圧縮機は、請求項1記載の圧縮機において、アルミニウム系材としてSiが0.1〜10質量%、Mg0.8〜1質量%および/またはCu0.4〜0.8質量%含有するAl−Mg系、Al−Cu系あるいはAl−Mg−Cu系のアルミニウム系材を用いたので、前記密閉容器の強度を高くでき、ステータをより安定的にタイトに取り付けできる、という顕著な効果を奏する。 The compressor incorporating the electric element according to claim 2 of the present invention is the compressor according to claim 1, wherein Si is 0.1 to 10% by mass, Mg is 0.8 to 1% by mass and / or aluminum-based material. Since Al-Mg, Al-Cu, or Al-Mg-Cu-based aluminum-based material containing 0.4 to 0.8% by mass of Cu is used, the strength of the sealed container can be increased and the stator is more stable. It has a remarkable effect that it can be attached tightly.
本発明の請求項3記載の電動要素を内蔵した圧縮機は、請求項1あるいは請求項2記載の圧縮機において、冷媒が二酸化炭素であるので、従来のフロン系冷媒より作動時には高い冷媒圧力が発現するが、自然冷媒である二酸化炭素を用いても十分な強度および安定性を有し、信頼性が損なわれることがない、というさらなる顕著な効果を奏する。 In the compressor incorporating the electric element according to claim 3 of the present invention, the refrigerant is carbon dioxide in the compressor according to claim 1 or 2, so that the refrigerant pressure is higher during operation than the conventional chlorofluorocarbon refrigerant. Even if carbon dioxide, which is a natural refrigerant, is expressed, it has a further remarkable effect that it has sufficient strength and stability and reliability is not impaired.
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の圧縮機の一実施の形態を説明する断面説明図である。
図1において10は二酸化炭素(CO2 )を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式ロータリ圧縮機で、この圧縮機10は、アルミニウム系材で構成された円筒状の密閉容器12と、この密閉容器12の内部空間の上側に配置収納された電動要素14およびこの電動要素14の下側に配置され、電動要素14の回転軸16により駆動される下段の回転圧縮要素32(1段目)および上段の回転圧縮要素34(2段目)から成る回転圧縮機構部18にて構成されている。
密閉容器12は底部をオイル溜めとし、電動要素14と回転圧縮機構部18を収納する容器本体12Aと、この容器本体12Aの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ(蓋体)12Bとで構成されている。
そしてこのエンドキャップ12Bの上面中心には円形の取付孔12Dが形成されており、この取付孔12Dには電動要素14に電力を供給するためのターミナル(配線を省略)20が固定して取り付けられている。そしてターミナル20を介して密閉容器12の内外に通じる図示しない内外配線を接続して電動要素14に給電するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view illustrating an embodiment of a compressor of the present invention.
In FIG. 1,
The sealed container 12 has an oil reservoir at the bottom, a
A
電動要素14は所謂磁極集中巻き式のDCモータであり、アルミニウム系材で構成された円筒状の密閉容器12の上部空間の内周面に沿って所定の位置に焼嵌めて環状に取り付けられたステ―タ22と、このステ―タ22の内側に若干の間隔を設けて挿入設置されたロータ24とからなる。このロータ24は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸16に固定されている。
The
ステ―タ22は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体26と、この積層体26の歯部に直巻き(集中巻き)方式により巻装されたステ―タコイル28を有している。また、ロータ24はステ―タ22と同様に電磁鋼板の積層体30で形成され、この積層体30内に永久磁石MGを挿入して形成されている。
このステ―タ22は、密閉容器12の内径をD(mm)、締め代をδ(μm)とした時、前記式(1)の関係となる範囲内で密閉容器12の上部空間の内周面に沿って所定の位置に焼嵌めて(下記に焼嵌めの具体例を示す)環状に取り付けられている。
The
This
(具体例)
D(mm)=109、
締め代δ(μm)=100
締め代δ(μm)の上限値=3×D=3×109=327(μm)
Siが0.1〜10質量%、Mgを0.8〜1質量%あるいはCuを0.4〜0.8質量%含有するアルミニウム系材で構成された密閉容器12を約200℃に加熱しした後、密閉容器12の上部空間の内周面に沿ってステ―タ22を所定の位置に挿入し、その状態を維持しながら常温まで冷却して焼嵌めた。
(Concrete example)
D (mm) = 109,
Tightening allowance δ (μm) = 100
Upper limit of interference δ (μm) = 3 × D = 3 × 109 = 327 (μm)
A sealed container 12 made of an aluminum-based material containing 0.1 to 10% by mass of Si, 0.8 to 1% by mass of Mg or 0.4 to 0.8% by mass of Cu is heated to about 200 ° C. After that, the
締め代δ(μm)が前記式(1)の下限値0では締めつけが不十分となり、ステ―タを安定的にタイトに取り付けできず、圧縮機の信頼性が低下する恐れがあり、締め代δ(μm)が前記式(1)の上限値3×Dを超えると締め過ぎになり、ステ―タ22の積層体26やステ―タコイル28に過剰の力が付与されて、積層体26が変形したり、くずれたり、ステ―タコイル28の巻線の絶縁が損なわれて絶縁不良となったり、ステ―タ22とロータ24との適切な間隔が維持できなくなったりする恐れがある。
If the tightening allowance δ (μm) is the lower limit value 0 of the above formula (1), the tightening is insufficient, the stator cannot be mounted stably and tightly, and the reliability of the compressor may be lowered. When δ (μm) exceeds the upper limit value 3 × D of the above formula (1), it is overtightened, and an excessive force is applied to the laminated body 26 and the
本発明において使用するアルミニウム系材は特に限定されないが、Siが0.1〜10質量%、Mg0.8〜1質量%および/またはCu0.4〜0.8質量%含有するアルミニウム系材が好ましく使用できる。Siが下限値0.1質量%未満あるいは上限値10質量%を超えると強度が不足する恐れがあり、MgおよびCuについても同様に下限値未満あるいは上限値を超えると強度が不足する恐れがある。 The aluminum-based material used in the present invention is not particularly limited, but an aluminum-based material containing 0.1 to 10% by mass of Si, 0.8 to 1% by mass of Mg and / or 0.4 to 0.8% by mass of Cu is preferable. Can be used. If Si is less than the lower limit value of 0.1% by mass or exceeds the upper limit value of 10% by mass, the strength may be insufficient. Similarly, Mg and Cu may have insufficient strength if less than the lower limit value or exceeds the upper limit value. .
ステ―タ22をこのようにして焼嵌めて収納したので、密閉容器12の上部空間の内周面に沿って所定の位置に安定的にタイトに取り付けできる。焼嵌める際に、ステ―タ22の積層体26やステ―タコイル28に過剰の力がかからないので、積層体26が変形したり、くずれたりせず、ステ―タコイル28の巻線の絶縁が損なわれることがなく、ステ―タ22とロータ24との適切な間隔が維持されるので、モータ効率を向上でき、信頼性が高くなる。
Since the
下段の回転圧縮要素32と上段の回転圧縮要素34との間には中間仕切板36が狭持されている。即ち、下段の回転圧縮要素32と上段の回転圧縮要素34は、中間仕切板36と、この中間仕切板36の上下に配置された上シリンダ38、下シリンダ40と、この上下シリンダ38、40内を、180度の位相差を有して回転軸16に設けられた上下遍心部42、44により遍心回転される上下ローラ46、48と、この上下ローラ46、48に当接して上下シリンダ38、40内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画するベーン50、52と、上シリンダ38の上側の開口面および下シリンダ40の下側の開口面を閉塞して回転軸16の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材54および下部支持部材56にて構成されている。
An
一方、上部支持部材54および下部支持部材56には、図示しない吸込ポートにて上下シリンダ38、40の内部とそれぞれ連通する吸込通路60(上側の吸込通路は図示せず)と、一部を凹陥させ、この凹陥部を上部カバー66、下部カバー68にて閉塞することにより形成される吐出消音室62、64とが設けられている。
尚、吐出消音室64と密閉容器12内とは、上下シリンダ38、40や中間仕切板36を貫通する連通路にて連通されており、連通路の上端には中間吐出管121が立設され、この中間吐出管121から下段の回転圧縮要素32で圧縮された中間圧の冷媒ガスが密閉容器12内に吐出される。
On the other hand, the
The
そして、冷媒として二酸化炭素(CO2 )が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油(ミネラルオイル)、アルキベンゼン油、エーテル油、エステル油、PAG(ポリアルキルグリコール)など既存のオイルが使用される。 Carbon dioxide (CO 2 ) is used as the refrigerant, and the oil as the lubricating oil is, for example, an existing oil such as mineral oil (mineral oil), alkylbenzene oil, ether oil, ester oil, PAG (polyalkyl glycol), or the like. used.
密閉容器12の容器本体12Aの側面には、上部支持部材54と下部支持部材56の吸込通路60(上側は図示せず)、吐出消音室62、上部カバー66の上側(電動要素14の下端に略対応する位置)に対応する位置に、スリーブ142および143が溶接固定されている。
また、スリーブ142内には下シリンダ40に冷媒ガスを導入するための冷媒導入管94の一端が挿入接続され、この冷媒導入管94の一端は下シリンダ40の吸込通路60と連通する。また、スリーブ143内には冷媒吐出管96の一端が挿入接続され、この冷媒吐出管96の一端は吐出消音室62と連通する。
On the side surface of the container
In addition, one end of a
ターミナル20および図示されない配線を介して圧縮機10の電動要素14のステータコイル28に通電されると、電動要素14が起動してロータ24が回転する。この回転により回転軸16と一体に設けた上下偏心部42、44に嵌合された上下ローラ46、48が上下シリンダ38、40内を偏心回転する。
これにより、冷媒導入管94および下部支持部材56に形成された吸込通路60を経由して図示しない吸込ポートからシリンダ40の低圧室側に吸入された低圧の冷媒ガスは、ローラ48とベーン52の動作により圧縮されて中間圧となり下シリンダ40の高圧室側より図示しない連通路を経て中間吐出管121から密閉容器12内に吐出される。これによって、密閉容器12内は中間圧となる。
密閉容器12内に吐出された冷媒は、密閉容器12内で熱を奪われて冷却される。
When the
Thereby, the low-pressure refrigerant gas sucked into the low-pressure chamber side of the
The refrigerant discharged into the sealed container 12 is cooled by removing heat from the sealed container 12.
そして、中間圧の冷媒ガスは上部支持部材54に形成された図示しない吸込通路を経由して、図示しない吸込ポートから上段の回転圧縮要素34の上シリンダ38の低圧室側に吸入され、ローラ46とベーン50の動作により2段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、高圧室側から図示しない吐出ポートを通り上部支持部材54に形成された吐出消音室62を経て冷媒吐出管96より外部に吐出される。
The intermediate-pressure refrigerant gas is drawn into a low pressure chamber side of the
上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、あるいは範囲を減縮するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で例えば下記のような種々の変形が可能である。 The description of the above embodiment is for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims or reduce the scope thereof. Moreover, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, For example, the following various deformation | transformation are possible within the technical scope as described in a claim.
上記説明においては2段圧縮式ロータリ圧縮機について説明したが、本発明は圧縮機の形式は特に限定されず、具体的には、レシプロ式圧縮機、振動式圧縮機、マルチベーン式ロータリ圧縮機、スクロール式圧縮機などであってもよく、また圧縮段数は少なくとも1段以上の圧縮であればよい。 In the above description, the two-stage compression rotary compressor has been described. However, the present invention is not particularly limited in the form of the compressor, and specifically, a reciprocating compressor, a vibration compressor, and a multi-vane rotary compressor. A scroll compressor or the like may be used, and the number of compression stages may be at least one stage of compression.
本発明の圧縮機は、家庭用エアコン、業務用エアコン(パッケージエアコン)、自動車用エアコン、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫、業務用冷凍庫、業務用冷凍冷蔵庫、ショウケース、自動販売機、給湯機などに使用できるものである。 The compressor of the present invention includes a home air conditioner, a commercial air conditioner (package air conditioner), an automotive air conditioner, a home refrigerator, a commercial refrigerator, a commercial freezer, a commercial freezer refrigerator, a showcase, a vending machine, a water heater, etc. It can be used for.
本発明の電動要素を内蔵した圧縮機は、アルミニウム系材で構成された円筒状の密閉容器内の所定の位置に電動要素のステータを収納した圧縮機において、密閉容器の内径をD(mm)、締め代をδ(μm)とした時、前記式(1)の関係となる範囲で前記ステータを焼嵌めて収納してあるので、ステータがアルミニウム材で構成された密閉容器内の所定の位置に安定的にタイトに取り付けされており、焼嵌めの際にステ―タの積層体やステ―タコイルに過剰の力がかからないので積層体が変形したり、くずれたりせず、ステ―タコイルの巻線の絶縁が損なわれることがなく、ステ―タとロータとの適切な間隔が維持され、モータ効率が高く、信頼性が高く、軽量化を図れるので、産業上の利用価値が高い。 The compressor incorporating the electric element of the present invention is a compressor in which the stator of the electric element is housed at a predetermined position in a cylindrical airtight container made of an aluminum material, and the inner diameter of the airtight container is D (mm). When the fastening margin is δ (μm), the stator is shrink-fitted and accommodated within the range of the relation of the formula (1), so that the stator is at a predetermined position in the sealed container made of an aluminum material. Since the stator stack and stator coil are not excessively applied during shrink fitting, the stack does not deform or break down. The insulation of the wire is not impaired, the appropriate distance between the stator and the rotor is maintained, the motor efficiency is high, the reliability is high, and the weight can be reduced, so the industrial utility value is high.
10 ロータリ圧縮機
12 密閉容器
14 電動要素
18 回転圧縮機構部
22 ステータ
24 ロータ
28 ステ―タコイル
32 下段の回転圧縮要素
34 上段の回転圧縮要素
94 冷媒導入管
96 冷媒吐出管
DESCRIPTION OF
Claims (3)
密閉容器の内径をD(mm)、締め代をδ(μm)とした時、下記式(1)の関係となる範囲で前記ステータを焼嵌めて収納してあることを特徴とする電動要素を内蔵した圧縮機。
0<δ≦3×D 式(1) In the compressor in which the stator of the electric element is stored in a predetermined position in a cylindrical sealed container made of an aluminum-based material,
An electric element characterized in that the stator is shrink-fitted and accommodated within the range of the following formula (1) where the inner diameter of the sealed container is D (mm) and the interference is δ (μm). Built-in compressor.
0 <δ ≦ 3 × D Formula (1)
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