JP2006211824A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 極端な給電電圧の変動や過負荷運転状態に陥って同期速度から外れた場合でも、誘導同期電動機部が焼損したり軸受けが凝着したりすることを回避できる圧縮機が求められていた。
【解決手段】 この圧縮機は、密閉容器１内に、圧縮仕事を行う圧縮部６と、圧縮部６を回転軸４を介して駆動する誘導同期電動機部１３とが収納されている圧縮機において、誘導同期電動機部１３の回転子５を、継鉄部５Ａと、継鉄部５Ａの周辺部に埋設された２次導体５Ｂと、固定子２から発生した磁束の通過のしやすさに所定の方向性をもたせるように継鉄部５Ａに形成されたスリット部５Ｃと、２次導体５Ｂを回転子５の両端で短絡させる短絡環５Ｄとから構成するとともに、短絡環５Ｄの圧縮部６側に放熱フィン１１を取り付けたものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍機などに使用される誘導同期電動機式の圧縮機に関するものである。

従来の誘導同期電動機式の圧縮機は例えば下記の特許文献１に開示されている。かかる文献開示の圧縮機は、密閉容器内に、ガス冷媒に対して圧縮仕事を行う圧縮部と、圧縮部を駆動する誘導同期電動機部とを収容している。前記の誘導同期電動機部は、回転磁界を発生する巻線を備えた固定子と、軸受けに回転自在に軸支される回転軸に固着された回転子とから成っている。前記の回転子は、継鉄部と、継鉄部の周辺部に埋め込まれた２次導体と、継鉄部に埋め込まれた永久磁石とから構成されている。かかる従来の圧縮機では、周知のように、固定子の巻線に適当な給電電圧を印加することにより回転磁界が発生し、この回転磁界が２次導体に作用して回転子を回転させるようになっている。

特開２００３−１８７７６号公報（第２図）

ところで、従来の圧縮機の誘導同期電動機部は、圧縮機の駆動中に極端な給電電圧の変動があった場合や過負荷運転状態に陥った場合に、回転子の回転速度が同期速度から外れて脱調してしまい、誘導トルクを利用した誘導電動機として運転を続ける。このとき、永久磁石による回転子と固定子との間の吸引力が誘導トルクによる回転子の回転力を阻害する力となるため、２次導体や固定子の巻線を流れる電流が増大する。この電流は２次導体および固定子の巻線を発熱させ、更には誘導同期電動機部自体や軸受けが発熱して誘導同期電動機部の焼損、或いは軸受けの異常磨耗や凝着に繋がり、圧縮機としての機能を失うおそれがあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、極端な給電電圧の変動や過負荷運転状態に陥って回転子の回転速度が同期速度から外れた場合でも、誘導同期電動機部が焼損したり軸受けが凝着したりすることを回避できる圧縮機の提供を目的とする。

前記の目的を達成するために、この発明に係る圧縮機は、密閉容器内に、非磁性体からなる固定子、および、軸受けに回転自在に軸支される回転軸に固着された回転子からなる誘導同期電動機部と、誘導同期電動機部の回転軸が回転することにより圧縮仕事を行う圧縮部とが収納され、密閉容器に、圧縮部へ冷媒を吸入するための吸入管と、圧縮部で圧縮された冷媒を容器外へ吐出するための吐出管と、給電用の密封端子とが設けられ、回転磁界を発生する固定子の巻線が密封端子に結線されている圧縮機において、回転子を、継鉄部と、継鉄部の周辺部に埋設された２次導体と、固定子から発生した磁束の通過のしやすさに所定の方向性をもたせるように継鉄部に形成されたスリット部と、２次導体を回転子の両端で短絡させる短絡環とから構成するとともに、短絡環の圧縮部側に放熱フィンを取り付けたものである。

また、前記の構成において、短絡環の圧縮部側に取り付けられている放熱フィンが、ファン形状に形成されているものである。

そして、前記した各構成において、吐出管に設けられて吐出冷媒温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された吐出冷媒温度に基づいて固定子の巻線への給電量を制御する制御手段とを備えているものである。

この発明に係る圧縮機によれば、回転子が、継鉄部と、継鉄部の周辺部に埋設された２次導体と、固定子から発生した磁束の通過しやすさに所定の方向性をもたせるように継鉄部に形成されたスリット部と、２次導体を回転子の両端で短絡させる短絡環とから構成されているので、極端な給電電圧の変動や過負荷運転状態に陥って回転子の回転速度が同期速度から外れても、余分な仕事を生じない。加えて、回転子の短絡環の圧縮部側に放熱フィンも備えている。これらにより、回転子および軸受けの昇温を抑えることができる。従って、電動機の焼損、或いは軸受けの異常磨耗や凝着を防止できる。

また、放熱フィンがファン形状に形成されている場合は、回転子の回転によりファンとして動作し誘導同期電動機部周囲の気体を撹拌するので、放熱フィンの放熱性が増し回転子および軸受けの昇温をよりいっそう抑えることができる。

一方で、同期速度から外れた運転を継続しようとすると、圧縮部は放熱フィンからの放熱により昇温した冷媒を圧縮し更に高温となった冷媒を吐出して、異常運転を続行することとなる。ところが、この発明は、検出された吐出冷媒温度に基づいて固定子の巻線への給電量を制御するようになっているので、検出温度により制御手段が異常運転と判断すると、制御手段は例えば給電停止などを実行する。これにより、異常運転の継続を回避することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る圧縮機の縦断面図を示すものである。図において、１は圧縮機の密閉容器であり、その内部にはガス冷媒に対して圧縮仕事を行う圧縮部６と、圧縮部６を駆動する誘導同期電動機部１３とが収納されている。誘導同期電動機部１３は、非磁性体からなる固定子２と、３つの軸受け３ａ，３ｂ，３ｃに回転自在に軸支される回転軸４に固着された回転子５とから構成されている。圧縮部６は回転軸４が回転することにより圧縮仕事を行うようになっている。また、密閉容器１には、圧縮部６へ冷媒を吸入するための吸入管７と、圧縮部６で圧縮された冷媒を密閉容器１外へ吐出するための吐出管８と、給電用の密封端子１０とが設けられている。密封端子１０には、回転磁界を発生する固定子２の巻線９が結線されている。また、密封端子１０は外部の電源装置１５と結線されている。

そして、図２は誘導同期電動機部１３の回転子５の平断面図、図３は回転子５の外観図である。各図において、誘導同期電動機部１３の回転子５は、継鉄部５Ａと、継鉄部５Ａの周辺部に埋設された２次導体５Ｂと、固定子５から発生した磁束の通過のしやすさに所定の方向性をもたせるように継鉄部５Ａに形成されたスリット部５Ｃと、２次導体５Ｂを回転子５の両端で短絡させる短絡環５Ｄとから構成されている。また、短絡環５Ｄの圧縮部６側の端面に、多数の放熱フィン１１、１１，１１，・・・が設けられている。前記の放熱フィン１１、１１，１１，・・・は、空気を、例えば遠心方向に（巻線９方向に、或いは回転軸４方向に）送風するファンの形状および配置に形成されている。但し、放熱フィン１１のファン形状および配置は前記に限るものでなく、例えば回転軸４の軸心方向やそれ以外の方向へ送風するように形成してもよい。

次に動作について説明する。上記のように構成された圧縮機においては、密封端子１０に適当な給電電圧を印加することにより、固定子２の巻線９の作用により回転子５を横断する回転磁界が発生する。回転子５の継鉄部５Ａの周辺には２次導体５Ｂが配置されているために誘導トルクが発生し、回転子５は所定の方向に回転を始める。このとき、回転子５のスリット部５Ｄの存在により、固定子２から発生した磁束の通過のしやすさに方向性がもたらされるので、リラクタンストルクが発生し、適正な負荷条件下ではリラクタンストルクにより同期速度運転となる。このとき、２次導体５Ｂには誘導電流が流れないことから、誘導トルクは発生しない。因みに、図２において、磁束の通過のしやすさの方向性は、磁束の通りやすい方向を矢印Ｆで示し、磁束の通りにくい方向を矢印Ｇで示してある。

一方で、運転状態が変化し異常な負荷が発生した場合、リラクタンストルクだけでは運転を維持できず回転子５の回転速度が同期速度から外れるが、このときは誘導トルクが発生して運転を継続する。これにより、誘導同期電動機部１３は誘導電動機として駆動するが、回転子５は従来の誘導同期電動機のような永久磁石を持っていないことから、回転子５と固定子２との間に吸引力は生じない。よって、回転軸４を駆動する仕事以外の余分な仕事は発生しない。また、通常時に比べると、２次導体５Ｂに電流が流れて損失が発生し、その損失は２次導体５Ｂ、短絡環５Ｄの発熱につながるが、短絡環５Ｄに放熱フィン１１，１１，１１，・・・が取り付けられているために、回転軸４に熱伝達することがなく、軸受け３ａ，３ｂ，３ｃを過熱させることが無い。また、回転子５自体も冷却されるので異常昇温しない。

以上のように、電源装置１６からの給電電圧の極端な変動や過負荷運転状態に陥ることにより回転子５が同期速度から外れても、余分な仕事を生じない。加えて、回転子５の短絡環５Ｄの圧縮部６側に放熱フィン１１も備えているので、回転子５および軸受け３ａなどの昇温を抑えることができる。従って、誘導同期電動機部１３の焼損、或いは軸受け３ａなどの異常磨耗や凝着を防止できる。また、ファン形状に形成されている放熱フィン１１，１１，１１，・・・は回転子５の回転によりファンとして動作し誘導同期電動機部１３周囲のガス冷媒を撹拌するので、放熱フィン１１の放熱性が増し、回転子５および軸受け３ａなどの昇温をよりいっそう抑えることが可能となる。

実施の形態２．
上記した実施形態１は、回転子５の回転速度が同期速度から外れても余分な仕事の発生が無く、回転子５および軸受け３などの発熱を抑え、誘導同期電動機部１３の焼損、或いは軸受け３ａなどの異常磨耗や凝着を防止するようにしたものであるが、下記の実施形態２では固定子５が同期速度から外れた状態で運転を継続しようとする例を説明する。
図４に示した実施形態２の圧縮機においては、吐出冷媒温度を検出するサーミスタ（温度検出手段の一例）１２が吐出管８に設けられている。また、サーミスタ１２により検出された吐出冷媒温度に基づいて固定子５の巻線９への給電量を決定し電源装置１５へ指令信号を出力する制御手段１４を備えている。制御手段１４は例えばマイクロプロセッサなどで構成されている。この制御手段１４は、吐出管８による検出温度が、予め設定されている所定温度値を超えた場合に、固定子５の巻線９へ供給される電源の電圧を低下させたり或いは供給を止める指令信号を電源装置１５へ送るようになっている。

以上のように構成したことにより、回転子５の回転速度が同期速度から外れた運転を継続しようとする場合、放熱フィン１１から放熱された熱量により圧縮部６で圧縮されるガス冷媒は発熱する。発熱したガス冷媒を圧縮すると、吐出されたガス冷媒温度も上昇する。このように上昇した吐出冷媒温度は吐出管８のサーミスタ１２で検出されて制御装置（制御手段の例）１４へ出力される。そこで、制御装置１４は、検出された吐出冷媒温度に基づいて異常運転であるか否かを判断する。このとき、異常運転と判断すると、制御装置１４は給電停止や電圧低下の指令信号を電源装置１５に出力し、電源装置１５は制御装置１４からの指令信号に応じた給電量の電源を固定子２の巻線９に供給したり、給電を停止したりする。これにより、異常運転の継続を回避することができ、実施形態１による効果を増すことができる。
尚、本発明の温度検出手段および制御手段としては、これら双方の機能を併有する、例えばサーモスタットなどを用いることも可能である。すなわち、前記のサーモスタットなどにより電源装置がオン・オフされる。

この発明の実施の形態１に係る圧縮機を示す縦断面図である。 前記圧縮機の誘導同期電動機部の回転子を示すとともに図３におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。 前記回転子の斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る圧縮機を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 密閉容器、２ 固定子、３ａ 軸受け、３ｂ 軸受け、３ｃ 軸受け、４ 回転軸、５ 回転子、５Ａ 継鉄部、５Ｂ ２次導体、５Ｃ スリット部、５Ｄ 短絡環、６ 圧縮部、７ 吸入管、８ 吐出管、９ 巻線、１０ 密封端子、１１ 放熱フィン、１２ サーミスタ（温度検出手段の例）、１３ 誘導同期電動機部、１４ 制御装置（制御手段の例）、１５ 電源装置。

Claims (3)

1. 密閉容器内に、非磁性体からなる固定子、および、軸受けに回転自在に軸支される回転軸に固着された回転子からなる誘導同期電動機部と、前記誘導同期電動機部の回転軸が回転することにより圧縮仕事を行う圧縮部とが収納され、前記密閉容器に、前記圧縮部へ冷媒を吸入するための吸入管と、前記圧縮部で圧縮された冷媒を容器外へ吐出するための吐出管と、給電用の密封端子とが設けられ、回転磁界を発生する前記固定子の巻線が前記密封端子に結線されている圧縮機において、前記回転子を、継鉄部と、前記継鉄部の周辺部に埋設された２次導体と、前記固定子から発生した磁束の通過のしやすさに所定の方向性をもたせるように前記継鉄部に形成されたスリット部と、前記２次導体を前記回転子の両端で短絡させる短絡環とから構成するとともに、前記短絡環の圧縮部側に放熱フィンを取り付けたことを特徴とする圧縮機。
2. 短絡環の圧縮部側に取り付けられている放熱フィンが、ファン形状に形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。
3. 吐出管に設けられて吐出冷媒温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された吐出冷媒温度に基づいて固定子の巻線への給電量を制御する制御手段とを備えてい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。

Images