JP2007239635A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子や固定子の温度上昇を抑え、電動要素の効率を向上させ、圧縮機の効率の向上を図るものである。
【解決手段】密閉型圧縮機において、密閉容器２０１内に収容された電動要素２０６に組み込まれる回転子２２０の上部に回転方向に折り返したフィン２８５を形成し、電動要素２０６の上部とブロック２４０間との間の加熱された冷媒を、密閉容器２０１内の冷媒と積極的に対流させることで、電動要素２０６の温度上昇を抑え、効率の高い密閉型圧縮機を提供することができるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に家庭用の電気冷凍冷蔵庫などに使用される密閉型圧縮機に関するものである。

近年、冷凍機器分野において、高効率の一環として、固定子および永久磁石が埋め込まれた回転子からなる電動要素を用いたインバータ駆動方式の密閉型圧縮機や同期運転方式の密閉型圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図４は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図５は回転子断面図である。

図４において、密閉容器１の底部には冷凍機油である潤滑油２を貯留しており、圧縮要素６が電動要素３の上方に配置されている。圧縮要素６を駆動する電動要素３は固定子５および回転子４とから構成され、インバータ駆動回路（図示せず）によって駆動される。

回転子４は、鉄心内に永久磁石４４を備えており、永久磁石４４の軸方向への脱落を防止するために、上部端板４０と下部端板４１を回転子４の両端面に配設し、回転子４を貫通するリベット４２にて固定されている。上部端板４０と下部端板は、回転子４の磁束漏れを防止するために非磁性体金属で形成されている。

固定子５は銅材料からなる巻線５１が巻きつけられている。

次に、圧縮要素６の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト７は主軸８および偏心軸９から構成されており、主軸８はブロック１０の軸受部１１に回転自在に軸支されるとともに、回転子４が固定され、下端には潤滑油２に浸漬した給油機構１２が形成されている。

偏心軸９には、潤滑油放出孔２６が設けられており、偏心軸９の内部には一端が偏心軸９の上端に開口し、他端が主軸８の外周に形成したスパイラル溝２８を介して傾斜通路２９と給油機構１２に連通している連通孔２７が設けられている。また、偏心軸９の上部には、バランスウェイト１５が固定されている。

ピストン１３は、ブロック１０のシリンダ１６内に往復自在に挿入されており、圧縮室１７を形成する。連結手段１４はピストン１３と偏心軸９を連結している。

また、バルブプレート６０はシリンダ１６の端面１９を封止し、吐出室（図示せず）を形成したシリンダヘッド７０は、バルブプレート６０の反シリンダ１６側に固定される。

サクションマフラー９０は、一端がバルブプレート６０を介してシリンダ１６に連通し、他端が密閉容器１内に開口する開口部（図示せず）を備える。

サクションチューブ５５は、密閉容器１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続される。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

インバータ駆動回路（図示せず）によって電動要素３が駆動され、回転子４がクランクシャフト７を回転させることで、偏心軸９の運動が連結手段１４を介してピストン１３に伝えられ、ピストン１３は圧縮室１７内を往復運動し、サクションチューブ５５から密閉容器１内に流入した冷媒ガスはサクションマフラー９０の開口部から吸入され、シリンダ１６内で連続して圧縮される。

一方、クランクシャフト７の回転に伴って、給油機構１２の傾斜通路２９の遠心ポンプ作用によって潤滑油２が上昇し、スパイラル溝２８、連通孔２７を介して、偏心軸９へと導かれる。そして、潤滑油２は偏心軸９内に設けた潤滑油放出孔２６から遠心力によって噴射される。

潤滑油放出孔２６から噴射された潤滑油２は、ブロック１０のシリンダ１６およびピストン１３に流れ落ち、シリンダ１６、ピストン１３、偏心軸９等の各摺動部に行き渡り、潤滑性、冷媒のシール性を向上させている。

また、潤滑油放出孔２６から噴射された潤滑油２は、重力によってブロック１０に設けられた回転子４の上方に位置するオイル抜き孔３０や密閉容器１内の空間部を通り、密閉容器１の底部へと循環される。
特開２００３−６５２３６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、回転子４や固定子５の温度上昇に伴い、電動要素の効率が低下する可能性があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電動要素の温度上昇を低減し、電動要素の効率を高めた高効率の圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、回転子の上部にフィンを形成したもので、回転子や固定子の温度上昇を低減することで電動要素の効率を上げるという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に冷凍機油を貯溜するとともに、冷媒を圧縮する圧縮要素と、前記圧縮要素の下方に配設され前記圧縮要素を駆動する電動要素を収納し、前記電動要素は回転子鉄心に永久磁石を内蔵した永久磁石型電動機であり、前記圧縮要素は、前記回転子を固定したクランクシャフトと、前記クランクシャフトを軸支する軸受部を備えるとともに前記固定子を固定したブロックと、圧縮室を形成するシリンダとを備え、前記回転子の上部にフィンを形成したもので、電動要素の上部とブロック間との間の加熱された冷媒を、密閉容器内の冷媒と積極的に対流させることで、電動要素の温度上昇を低減し、電動要素の効率が高い高効率の圧縮機を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、密閉容器内に貯留した潤滑油を汲み上げ循環させる給油機構を備え、前記潤滑油をフィンの上に落下させる給油通路を設けたもので、回転子のフィンにより飛び散った潤滑油により固定子が冷却されるため、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに電動要素の効率が高い高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、フィンは回転子の端板を切り起しすることで形成されたもので、永久磁石の脱落防止のための端版とフィンを一部品で形成することができ、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、組み立て作業性が向上するとともに、部品点数の増加も防止することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、フィンを樹脂材料にて形成したもので、フィンの上落下した潤滑油により回転子が加熱されることを防止でき、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに電動要素の効率が高い高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、永久磁石を希土類磁石で形成しもので、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに電動要素の効率が高い高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は同実施の形態の回転子の拡大斜視図、図３は同実施の形態のフィンによる潤滑油の飛散状況を示す図である。

密閉容器２０１内には、電動要素２０６と圧縮要素２０８を一体化した電動圧縮要素２１０が、電動要素２０６の上方に圧縮要素２０８が配置されるように、複数のサスペンションスプリング２１２を介して弾性的に支持されて収容される。

次に、圧縮要素２０８の詳細を以下に説明する。

ブロック２４０は、略円筒形のシリンダ２４２を有するとともに軸受部２４４を形成している。

クランクシャフト２３０は主軸２３２および偏心軸２３４から構成されており、主軸２３２はブロック２４０の軸受部２４４に回転自在に軸支されるとともに、回転子２２０が固定され、下端には冷凍機油である潤滑油２０２に浸漬した給油機構２１８が形成されている。

偏心軸２３４には、潤滑油放出孔２２６が設けられており、偏心軸２３４の内部には連通孔２２７が設けられており、一端が偏心軸の上端に開口し、他端は主軸２３２の外周に形成したスパイラル溝２２８によって傾斜通路２２９と給油機構２１８に連通している。また、偏心軸２３４にはバランスウェイト２３６が固定されている。

また、ブロック２４０には、回転子２２０のフィン２８５の上方に、給油通路であるオイル抜き孔２４７が設けられている。

ピストン２５０はシリンダ２４２に往復動自在に挿入されており、偏心軸２３４との間を連結手段２２５によって連結されている。

バルブプレート２６２は、シリンダ２４２の端面２４３を封止する。吐出室を形成したシリンダヘッド２６４はバルブプレート２６２の反シリンダ２４２側に固定される。

ＰＢＴなどの樹脂で成型されるサクションマフラー２６６は、一端がバルブプレート２６２を介してシリンダ２４２に連通し、密閉容器２０１内に開口する開口部（図示せず）を備える。

インバータ駆動回路（図示せず）によって駆動される電動要素２０６は、フェライト系またはネオジウム等の希土類を用いた永久磁石２８０を内蔵する回転子２２０と、鉄心に銅材料の巻線２５１を直接巻回した固定子２２２で構成されている。

回転子２２０は、積層された電磁鋼板によって形成された鉄心２２１を備え、鉄心２２１の内部に永久磁石２８０を配設している。また鉄心２２１の両端面には樹脂材料にて形成された上部端板２８１と下部端板２８２を配設され、回転子２２０の軸方向に貫通するリベット２８３にて固定されている。上部端板２８１には回転方向に対して略垂直なフィン２８５が複数形成されている。

密閉容器２０１には、ハーメチックターミナル２７４やサクションチューブ２７６、ディスチャージチューブ２７８が溶接等により固定されている。サクションチューブ２７６とディスチャージチューブ２７８は冷却システムの低圧側と高圧側（図示せず）にそれぞれ接続されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機において以下その動作を説明する。

インバータ駆動回路（図示せず）によって電動要素２０６が駆動され、回転子２２０がクランクシャフト２３０を回転させることで、偏心軸２３４の運動が連結手段２２５を介してピストン２５０に伝えられ、ピストン２５０はシリンダ２４２内を往復運動して圧縮室２９８内で冷媒ガスを圧縮し、サクションチューブ２７６から密閉容器２０１内に流入した冷媒ガスはサクションマフラー２６６の開口部から吸入され、シリンダ２４２内で連続して圧縮され（圧縮運転）、ディスチャージチューブ２７８より冷却システムへ再び吐き出される。

密閉型圧縮機が運転されると、圧縮要素２０８および電動要素２０６がともに発熱するとともに、その熱などにより過熱されて、密閉容器２０１内の潤滑油２０２や冷媒ガスの温度が上昇する。

ここで従来の圧縮機における各部の温度の測定を行った結果、固定子の上側の巻線の温度が特に高いことがわかった。そして固定子とブロックの下部との空間の温度が他の空間の温度に較べてかなり高いことが分かった。

そこで本実施の形態におけるように回転子２２０の上部端板２８１に回転方向に対して略垂直なフィン２８５を形成してみたところ、固定子２２２の上側の巻線２５１の温度が低下し、密閉型圧縮機の効率が大きく上昇したのである。また固定子２２２とブロック２４０の下部との空間２９９の温度も他の空間の温度と同等にまで低下していた。

以上の結果より、従来はブロックの下部と電動要素との間の空間は、密閉容器内の他の空間と比べて狭く、冷媒ガスが滞りやすいために、電動要素やブロックからの伝熱によってこの空間が加熱されると熱が滞留してしまい、電動要素が加熱されて電動要素の効率が落ち、さらに電動要素が余計に発熱をするという悪循環が生じていたと推察される。

従って本実施の形態に示すように回転子２２０上部にフィン２８５を設けることで、ブロック２４０の下部と電動要素２０６との間の空間の冷媒ガスを回転子２２０上部のフィン２８５により積極的に密閉容器２０１内と対流させることができ、空間２９９の温度が下がり、回転子２２０や固定子２２２の温度が下がることで上記悪循環が払拭され、大きな効率の向上が実現されたものと考える。

さらに、回転子２２０内に内蔵した永久磁石２８０の温度も下がり信頼性が向上するとともに、永久磁石２８０によって作り出される磁界の磁束密度が上がるので、固定子２２２の巻線２５１に流れる電流が減少する。また、固定子２２２の鉄心に巻回した巻線２５１の温度も低下させることで銅損が減るため、電動要素２０６の効率が上がり、信頼性が高く高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。

なお、ブロック２４０の下部と電動要素２０６との間の空間２９９の温度が上昇する他の要因として、ブロック２４０からの輻射熱、ブロック２４０と固定子２２２とを固定している接触部を解した熱伝導なども考えられるが、密閉型圧縮機の高さが低い機種ほど、ブロック２４０の下部と電動要素２０６との隙間が狭い傾向があり、上述した電動要素２０６の温度上昇が顕著になる。

しかしながら、上述したように、ブロック２４０の下部と電動要素２０６との隙間を狭くしても、電動要素２０６の温度を下げることができるため、信頼性が高く高効率の密閉型圧縮機を提供することができるとともに、密閉型圧縮機の小型化も容易となる。

また、電動要素２０６によって、クランクシャフト２３０が回転すると、内蔵された給油機構２１８によって、潤滑油２０２が上昇し、傾斜通路２２９のポンプ作用により、スパイラル溝２２８、連通孔２２７を介して、偏心軸２３４へと潤滑油２０２が導かれる。

偏心軸２３４内へ導かれた潤滑油２０２は、遠心力によって、偏心軸２３４内に設けた潤滑油放出孔２２６から噴射する。潤滑油放出孔２２６から噴射された潤滑油２０２は、ブロック２４０のシリンダ２４２およびピストン２５０に流れ落ち、シリンダ２４２、ピストン２５０、偏心軸２３４等の各摺動部に行き渡り、潤滑性、冷媒のシール性を向上させている。

潤滑油２０２の循環について、図１、図３を用いて説明する。

高温の潤滑油２０２は、重力により、ブロック２４０に設けられた回転子２２０の上方に位置するオイル抜き孔２４７を介して、下方の回転子２２０の上端部に落下するが、回転子２２０の上端部に落下した潤滑油２０２は、回転子２２０の回転方向に折り返したフィン２８５により遠心力によって瞬時に固定子２２２の巻線２５１に向かって飛び散る。

そのため、回転子２２０はより高温である潤滑油２０２により加熱されることを抑制でき、回転子２２０の温度上昇を抑えることができる。さらに、遠心力によって飛び散った潤滑油２０２は、さらに高温の固定子２２２の巻線２５１に当るため、潤滑油２０２にて固定子２２２の巻線２５１は冷却され温度を下げることができる。

この各部に供給された潤滑油２０２は最終密閉容器２０１の底部へと循環されが、この一連の潤滑油２０２の循環経路を図１、図３に矢印で示している。

上述した潤滑油２０２による回転子２２０の加熱および固定子２２２の冷却についての発明には、潤滑油２０２、回転子２２０、固定子２２２それぞれの温度が重要であるが、潤滑油２０２の温度を、回転子２２０、固定子２２２とともに測定することで新たな課題を見出したことに基いている。

具体的には、温度の測定を行った結果、回転子２２０の温度が最も低く、固定子２２２の巻線２５１の温度が最も高いことが判明し、潤滑油２０２が回転子２２０に飛び散ると、回転子２２０を加熱してしまい、電動要素２０６の効率を低下させるとともに、永久磁石２８０の信頼性を低下させる可能性があることを見出したことに基いている。

以上より、回転子２２０の温度上昇を抑えると同時に、固定子２２２の巻線２５１の温度を下げることができ、電動要素の効率を上げ、信頼性が高く高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。

また、回転子２２０のフィン２８５に、金属材料より熱伝導率の低く、非金属である樹脂材料を用いることで、回転子２２０に潤滑油２０２が付着しても樹脂材料が回転子２２０に熱が伝導することを抑制するため、回転子２２０がさらに潤滑油２０２からの受熱の影響を受けにくくなるため、温度上昇を抑えることができ、さらに信頼性が高く高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。

さらに、フィン２８５が非磁性体であるため、回転子２２０における磁束の漏れを防止できるという効果も有している。

また、永久磁石２８０がネオジウム等の希土類磁石の場合は、永久磁石２８０の温度が下がることで、減磁を防止することができ、さらに信頼性の高い圧縮機を提供することができる。

なお、本実施の形態１では、インバータ駆動方式を用いた電動要素２０６を例に挙げて説明したが、誘導同期電動機を構成する電動要素においても同様の効果を得ることができる。

また、巻線２５１を直接巻線２５１を巻回した固定子２２２を例に挙げて説明したが、直接巻回していない固定子においても同様の効果を得ることができる。

また、回転方向に対して略垂直なフィン２８５を例に挙げて説明したが、回転子２２０回転方向により周囲の冷媒ガスを積極的に対流することができれば、回転方向に対して垂直でなく傾斜したものであっても、同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、高効率が可能となるので、冷凍ショーケース、除湿機エアーコンディショナーや自動販売機などに用いられる密閉型圧縮機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態における回転子の拡大斜視図 同実施の形態におけるフィンによる潤滑油の飛散状況を示す図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の回転子断面図

符号の説明

２０１ 密閉容器
２０２ 潤滑油
２０６ 電動要素
２０８ 圧縮要素
２１８ 給油機構
２２０ 回転子
２２１ 鉄心
２２２ 固定子
２３０ クランクシャフト
２４０ ブロック
２４２ シリンダ
２４４ 軸受部
２４７ オイル抜き孔
２８０ 永久磁石
２８５ フィン
２９８ 圧縮室

Claims (5)

1. 密閉容器内に冷凍機油を貯溜するとともに、冷媒を圧縮する圧縮要素と、前記圧縮要素の下方に配設され前記圧縮要素を駆動する電動要素を収納し、前記電動要素は回転子鉄心に永久磁石を内蔵した永久磁石型電動機であり、前記圧縮要素は、前記回転子を固定したクランクシャフトと、前記クランクシャフトを軸支する軸受部を備えるとともに前記固定子を固定したブロックと、圧縮室を形成するシリンダとを備え、前記回転子の上部にフィンを形成した密閉型圧縮機。
2. 密閉容器内に貯留した潤滑油を汲み上げ循環させる給油機構を備え、前記潤滑油をフィンの上に落下させる給油通路を設けた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. フィンは、回転子の端板を切り起しすることで形成された請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. フィンを樹脂材料にて形成した請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
5. 永久磁石を希土類磁石で形成した請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。

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