JP2006304467A - 密閉型圧縮機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 性能や信頼性を損なうことのない密閉型圧縮機の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 この発明に係る密閉型圧縮機の製造方法は、巻線が施される固定子４と、希土類永久磁石を使用し、中心部にシャフト挿入孔１１が設けられた回転子５とを有する電動要素部と、冷媒を圧縮し、電動要素部とシャフト８で連結された圧縮要素部３とを密閉容器１内に収容した密閉型圧縮機の製造方法において、回転子５の希土類永久磁石を着磁し、回転子５のシャフト挿入孔１１に加熱用コイル２３を挿入し誘導加熱により回転子５を加熱し、圧縮要素部３のシャフト８を加熱されて拡径した回転子５のシャフト挿入孔１１に挿入し固着することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、空気調和機等に使用される密閉型圧縮機の製造方法に関するものである。

近年、空気調和機等に使用される圧縮機用電動機には、高効率化のため回転子に永久磁石を用いた永久磁石型電動機が主流となっている。このような圧縮機の組立方法として、回転子の永久磁石が未着磁の状態にて、回転子とシャフトを固着するとともに、回転子を固定子の内部に組み込み、その後に固定子の巻線に電流を流すことにより回転子の永久磁石を着磁するものがある。

しかし、この方法では固定子の巻線に高電圧の着磁電圧が印加されるとともに、大きな着磁電流が流れるため、巻線の信頼性が低下する恐れがあった。特に、最近では回転子に組み込まれる永久磁石には、高磁力である希土類磁石が主流となっている。しかし、この希土類磁石は保持力が高いため、着磁に必要な着磁電圧、着磁電流も大きくなってしまい、着磁による固定子巻線の信頼性が低下する恐れがより高いものとなっていた。

また、固定子の巻線方式が集中巻方式の場合、不均等な磁束が発生するため、着磁電流や着磁回数を増やす必要があり、さらに巻線の信頼性が低下する恐れがあった。

この対策として、専用着磁ヨークにより回転子の永久磁石を着磁した後に、回転子を圧縮機に組み込むものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−７０２１５号公報

回転子をシャフトに固着する方法として、回転子を加熱することにより回転子の中心部に設けられたシャフト挿入孔の径を膨張させ、そこにシャフトを挿入するものがある。この場合の加熱手段としては、電気炉等の高温槽に回転子を投入するのが主に知られている。この加熱方法では、回転子の温度は、シャフト挿入孔から永久磁石までほぼ均一に加熱される。しかし、希土類磁石は高温になるほど保持力が低下してしまうという特性があるため、着磁後に加熱した場合に、永久磁石がある温度以上に上がると減磁してしまうといった問題があった。回転子の永久磁石が減磁すると、性能の低下や制御性の悪化につながってしまうため、減磁を許容することはできない。この対策として、永久磁石が減磁しないように回転子の加熱温度を低く設定すると、シャフト挿入孔が十分に膨張しきれず、シャフトの挿入不良となってしまう課題がある。

また、回転子とシャフトの固着手段として、回転子を加熱せずに圧入するという方法もある。しかしながら、この方法では、シャフトと一体化されている圧縮要素部や、圧縮要素部と密閉容器とを固着している溶接部等に過大な負荷がかかり、これにより歪みを生じ、性能が低下したり、信頼性を損なう恐れがあった。

この発明は、上記のよう課題を解決するためになされたもので、性能や信頼性を損なうことのない密閉型圧縮機の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る密閉型圧縮機の製造方法は、巻線が施される固定子と、希土類永久磁石を使用し、中心部にシャフト挿入孔が設けられた回転子とを有する電動要素部と、冷媒を圧縮し、電動要素部とシャフトで連結された圧縮要素部とを密閉容器内に収容した密閉型圧縮機の製造方法において、回転子の希土類永久磁石を着磁し、回転子のシャフト挿入孔に加熱用コイルを挿入し誘導加熱により回転子を加熱し、圧縮要素部のシャフトを加熱されて拡径した回転子のシャフト挿入孔に挿入し固着することを特徴とする。

この発明の密閉型圧縮機の製造方法は、上記構成により、回転子のシャフト挿入孔を、シャフトが挿入可能な温度まで加熱しても、永久磁石の温度はそれよりも低い温度となるので減磁することが無く、性能や制御性の悪化を防止するという効果を有する。
また、回転子とシャフトの固着方法が、圧入ではなく焼嵌めなので、圧縮要素部等に歪みが生じることが無く、性能や信頼性の低下を防止することができる。

実施の形態１．
図１〜６は実施の形態１を示す図で、図１は密閉型圧縮機の縦断面図、図２は電動要素部の軸直交方向の断面図、図３は密閉型圧縮機の組立工程を示す図、図４は加熱用コイルを示す図、図５は密閉型圧縮機の組立工程を示すフローチャート、図６は加熱工程における回転子の温度推移を示す図である。
図１において、密閉型圧縮機は、密閉容器１内に、電動要素部２と圧縮要素部３を収容している。電動要素部２は、巻線方式が集中巻方式の固定子４（但し、集中巻方式に限定されない。他の巻線方式でもよい。）と回転子５とを有する、永久磁石型電動機である。回転子５は、永久磁石挿入用のスリット（磁石収容穴）を設けた電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心６と、スリットに挿入される希土類永久磁石７とから構成される。また、電動要素部２と圧縮要素部３とはシャフト８により連結されている。なお、冷媒は吸入管９より圧縮要素部３に導入され、圧縮要素部３にて圧縮された高温高圧の冷媒ガスは密閉容器１の上部に設けられた吐出管１０から密閉容器１の外へ吐出される。

図２により、電動要素部２を構成する永久磁石型電動機の一例の構造を簡単に説明する。永久磁石型電動機は、固定子４と、シャフト８に固定される回転子５とを有する。固定子４は、固定子鉄心４ａに径方向に複数のティース４ｃが形成され（図２の例では、ティース４ｃが９個）、各ティース４ｃには巻線方式が集中巻方式の巻線４ｂが施されている。

回転子５は、回転子鉄心６の外周に近い位置に磁石収納穴６ａが極数分形成され、各磁石収納穴６ａに希土類永久磁石７が収納されている。回転子５の中心部には、シャフト８が固定される。

次に図３〜６を参照しながら密閉型圧縮機の製造方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、搬送用パレット２０に回転子５を位置決めして置く（図５のＳ１）。なお、搬送用パレット２０に対する回転子５の位置決めは、図示しないが、例えば搬送用パレット２０の芯出し部２１に設けた突起部と、回転子５のシャフト挿入孔１１に設けた切り欠き部とを合わせる等により行う。

次に、図３（ｂ）に示すように、回転子５の外周に着磁専用ヨーク２２を配置し（Ｓ２）、図示しない着磁電源により専用着磁ヨーク２２に着磁電流を流して、回転子５の希土類永久磁石７を着磁する（Ｓ３）。

次いで、図３（ｃ）に示すように、回転子５のシャフト挿入孔１１に加熱用コイル２３を挿入し（Ｓ４）、図示しない電源により加熱用コイル２３に高周波電流を流すことにより回転子５を加熱し（Ｓ５）、これにより拡径したシャフト挿入孔１１に、図３（ｄ）に示すように上方から密閉容器１に固定子４と共に固定された圧縮要素部３のシャフト８を挿入する（Ｓ６）。その後、回転子５が冷えるとシャフト挿入孔１１が縮径し、シャフト８と回転子５とが固着される（Ｓ７）。

図４により、加熱用コイル２３の構造を簡単に説明する。図４は回転子５のシャフト挿入孔１１に挿入される部分を示しており、例えばテフロン（登録商標）製のカバー２３ｂの内部にコイル２３ａが収納されている。加熱用コイル２３のコイル２３ａに高周波電流を流すと、コイル２３ａには回転子５のシャフト挿入孔１１の方向に磁界が発生し、この磁界が回転子５の回転子鉄心６と軸方向に鎖交して回転子鉄心６に渦電流が流れ回転子鉄心６が加熱する（これを誘導加熱という）。

図６は、加熱工程における回転子５の温度推移を示す図であり、横軸は時間、縦軸は温度となっている。まず、加熱用コイル２３に電流を流すと回転子５のシャフト挿入孔１１の温度は誘導加熱により急激に上昇する。シャフト挿入孔１１の温度がある温度に達したら通電を止め、次工程に搬送されシャフト８が挿入されるが、この間にシャフト挿入孔１１の温度は低下していくため、加熱用コイル２３による加熱はシャフト８挿入時の必要温度よりも高めに設定される。

一方、加熱用コイル２３に流す電流は高周波電流であるため、加熱用コイル２３より距離のある希土類永久磁石７には渦電流は発生しない。このため希土類永久磁石７が直接発熱することはなく、シャフト挿入孔１１からの熱伝導により昇温していくので、図６に示すように徐々に温度が上がっていく。その後、シャフト挿入孔１１の温度と希土類永久磁石７の温度が吊り合うところで温度は飽和する。したがって、希土類永久磁石７の最高温度は、シャフト挿入孔１１のシャフト８挿入時に必要な温度（シャフト８を挿入するために拡径しなければならない温度）よりも低くなる。

以上の組立方式によれば、専用着磁ヨーク２２により希土類永久磁石７を着磁した後に、回転子５をシャフト８に固着させる方式としたので、固定子４の巻線４ｂに大電圧、大電流を印加することがなくなり、集中巻方式の巻線４ｂの信頼性低下を防止することができる。

また、回転子５の中心部に設けられたシャフト挿入孔１１に加熱用コイル２３を挿入し、誘導加熱により回転子５を加熱する方式としたので、希土類永久磁石７の温度を減磁させるまで上昇させることなくシャフト８と回転子５の固着を実施することが可能となり、電動機の性能や制御性の悪化を防止することができる。

実施の形態２．
以上の実施の形態１では、回転子５の加熱を１回のみとしたものであるが、次に、回転子５の加熱工程を予備加熱工程と本加熱工程との２回とした実施の形態２を説明する。
図７〜９は実施の形態２を示す図で、図７は従来の加熱方式による加熱工程での回転子の温度推移を示す図、図８は密閉型圧縮機の組立工程を示すフローチャート、図９は加熱工程での回転子の温度推移を示す図である。

例えば、シャフト８と回転子５との固着力を上げるために両者の嵌め合い代を大きくする必要がある場合、シャフト８挿入時の回転子５のシャフト挿入孔１１の温度を高くしなければならず、それに伴って、図７に示すように、シャフト挿入孔１１の最高温度も高くする必要がある。しかし、回転子鉄心６に使用される電磁鋼板は、変態点である５００℃付近を超えて昇温した場合に機械特性が変わってしまうため、温度を上げすぎると信頼性を損なう恐れがあった。

そこで、本実施の形態では、本加熱工程の前に予備加熱工程を導入するようにした。図８、９を参照しながら密閉型圧縮機の製造方法について説明する。
まず、実施の形態１と同様に、回転子５の希土類永久磁石７を着磁し（図８のＳ１０）、予備加熱工程にてシャフト挿入孔１１に挿入した加熱用コイル２３により回転子５を加熱し（Ｓ１１）、シャフト挿入孔１１温度と希土類永久磁石７温度が飽和するまで放置する（Ｓ１２）。この予備加熱工程により、回転子５全体の温度が、加熱前温度よりも高い状態に維持される。次いで、この状態で本加熱工程を実施する（Ｓ１３）。この時、シャフト挿入孔１１の最高温度は、電磁鋼板の変態点を超えない値に設定する。拡径したシャフト挿入孔１１に密閉容器１に固定子４と共に固定された圧縮要素部３のシャフト８を挿入する（Ｓ１４）。その後、回転子５が冷えるとシャフト挿入孔１１が縮径し、シャフト８と回転子５とが固着される（Ｓ１５）。

これにより、１回加熱のみに対し、予備加熱にて回転子５全体の温度が高くなっているため、シャフト挿入孔１１の最高温度は変わらないが、次工程への搬送中の温度低下スピードが遅くなり（奪われる熱量が減るので）、シャフト８挿入時のシャフト挿入孔１１温度は、１回加熱のみの場合と比べて高くできる。

以上のように、回転子５の加熱工程を予備加熱工程と本加熱工程との２回行うようにすることにより、シャフト挿入孔１１の最高温度を上げることなく、シャフト８挿入時のシャフト挿入孔１１温度を上げることができるので、回転子５とシャフト８との嵌め合い代を大きくしなければならない場合にも、圧縮機の組立において、電磁鋼板の機械特性を損なうことがなく、圧縮機の信頼性低下を防止することができる。

なお、本実施の形態では、予備加熱回数を１回としたが、２回以上に分けてもよい。

また、本実施の形態では、予備加熱方式として回転子５のシャフト挿入孔１１に加熱用コイル２３を挿入して回転子５を加熱している方法としたが、予備加熱の目的は回転子５全体の温度を若干上げることが目的なので、電気炉等の高温槽に入れて加熱する方式や、回転子５の外周に加熱コイルを配置して加熱する方式でもよい。

実施の形態３．
図１０，１１は実施の形態３を示す図で、図１０は回転子の縦断面図、図１１は回転子と加熱コイルとを示す図である。
以上の実施の形態１，２では、回転子５のシャフト挿入孔１１の径は全て同じものであったが、本実施の形態では、図１０に示すように、シャフト挿入孔１１の少なくとも片方の軸方向端部の径を軸方向中央の径よりも大きくした大径部１１ａを設けたものである。

回転子５の軸方向長さが複数ある場合においても、同じ設備を用いて製造し、かつ治具交換などの段取り変えを極力なくすようにすることにより組立ラインの稼働率を向上させることが重要である。このため、加熱用コイル２３も共通化することが必要になってくる。この時、加熱用コイル２３の大きさは回転子５の軸方向長さが大きいものに合わせることになる（図１１（ａ）参照）。

この加熱用コイル２３を用いて軸方向長さが小さい回転子５を加熱する場合、図１１（ｂ）に示すように加熱コイル２３が軸方向に突出することになる。この状態にて回転子５を加熱した場合、加熱用コイル２３が突出した側の回転子５端部（図中イ）に加熱用コイル２３の出力が集中し、この部分の温度が異常に高くなってしまうという課題がある。これにより、希土類永久磁石７が減磁したり、回転子鉄心６の機械特性を損なう恐れがあった。

ところが、本実施の形態に示すように、加熱用コイル２３が突出する側のシャフト挿入孔１１に大径部１１ａを設けることにより、図１１（ｃ）に示すように加熱用コイル２３とシャフト挿入孔１１の大径部１１ａとの距離が大きくなるため、シャフト挿入孔１１の大径部１１ａにはほとんど渦電流が流れず温度は上昇しない。この時、シャフト挿入孔１１の細径部の軸方向端部（図中ロ）には、加熱用コイル２３の出力が集中するが、その上部に加熱されない部分が存在し、熱を吸収してくれるので、ロ部の温度が異常に上昇することはない。

以上のように、本実施の形態によれば、軸方向長さの異なる回転子５を組み立てる際に、加熱用コイル２３を共通化しても希土類永久磁石７を減磁させることがないので、段取り変えを省略することができ、加工費の増加を抑制することができる。

実施の形態１を示す図で、密閉型圧縮機の縦断面図である。 実施の形態１を示す図で、電動要素部の軸直交方向の断面図である。 実施の形態１を示す図で、密閉型圧縮機の組立工程を示す図である。 実施の形態１を示す図で、加熱用コイルを示す図である。 実施の形態１を示す図で、密閉型圧縮機の組立工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１を示す図で、加熱工程における回転子の温度推移を示す図である。 実施の形態２を示す図で、従来の加熱方式による加熱工程での回転子の温度推移を示す図である。 実施の形態２を示す図で、密閉型圧縮機の組立工程を示すフローチャート図である。 実施の形態２を示す図で、加熱工程での回転子の温度推移を示す図である。 実施の形態３を示す図で、回転子の縦断面図である。 実施の形態３を示す図で、回転子と加熱コイルとを示す図である。

符号の説明

１ 密閉容器、２ 電動要素部、３ 圧縮要素部、４ 固定子、４ａ 固定子鉄心、４ｂ 巻線、４ｃ ティース、５ 回転子、６ 回転子鉄心、６ａ 磁石収納穴、７ 希土類永久磁石、
８ シャフト、９ 吸入管、１０ 吐出管、１１ シャフト挿入孔、１１ａ 大径部、２０ 搬送用パレット、２１ 芯出し部、２２ 専用着磁ヨーク、２３ 加熱用コイル、２３ａ コイル、２３ｂ カバー。

Claims (4)

1. 巻線が施される固定子と、希土類永久磁石を使用し、中心部にシャフト挿入孔が設けられた回転子とを有する電動要素部と、冷媒を圧縮し、前記電動要素部とシャフトで連結された圧縮要素部とを密閉容器内に収容した密閉型圧縮機の製造方法において、
   前記回転子の希土類永久磁石を着磁し、
   前記回転子のシャフト挿入孔に加熱用コイルを挿入し誘導加熱により該回転子を加熱し、
   前記圧縮要素部のシャフトを加熱されて拡径した前記回転子のシャフト挿入孔に挿入し固着することを特徴とする密閉型圧縮機の製造方法。
2. 巻線が施される固定子と、希土類永久磁石を使用し、中心部にシャフト挿入孔が設けられた回転子とを有する電動要素部と、冷媒を圧縮し、前記電動要素部とシャフトで連結された圧縮要素部とを密閉容器内に収容した密閉型圧縮機の製造方法において、
   前記回転子の希土類永久磁石を着磁し、
   予備加熱工程として、前記回転子のシャフト挿入孔に加熱用コイルを挿入し誘導加熱により該回転子を加熱し、前記回転子のシャフト挿入孔及び前記永久磁石の温度が飽和するまで放置し、
   本加熱工程として、前記回転子のシャフト挿入孔に加熱用コイルを挿入し誘導加熱により該回転子を再加熱し、
   前記圧縮要素部のシャフトを加熱されて拡径した前記回転子のシャフト挿入孔に挿入して固着し、
   前記予備加熱工程を少なくとも１回行うことを特徴とする密閉型圧縮機の製造方法。
3. 前記回転子のシャフト挿入孔の少なくとも一方の端部が中央部よりも拡径され、軸方向長さの異なる前記回転子を組立てる際に、１種類の加熱用コイルを用い、この１種類の加熱用コイルを前記拡径された端部から前記回転子のシャフト挿入孔に挿入して該回転子を加熱する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の製造方法。
4. 前記固定子の巻線方式を集中巻方式としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の密閉型圧縮機の製造方法。

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