JP2008022601A - 回転子及び密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼嵌めにより回転軸を回転子に嵌合しても、永久磁石の性能を劣化させる恐れの少ない回転子を提供することを目的とする。
【解決手段】略円筒形状の回転子鉄心２１に設けられ、軸孔４９を内側に形成する第１管部５６と、この第１管部５６の外側に配置され、周方向に複数個形成された磁石挿入孔２２を有する第２管部５７と、第１管部５６と、第２管部５７とを連結し、周方向に間隔を置いて配置されたリブ部５５と、このリブ部５５の半径方向外側に形成され、軸方向に形成された風穴４５又はリベット孔４６とを備え、第１管部５６及び第２管部５７は、互いに離れて配置され、第１管部５６、第２管部５７及びリブ部５５で囲まれるスリット部４７を有するように形成されると共に、風穴４５又はリベット孔４６とスリット部４７との間に、夫々軸方向に形成される、所定厚さの薄肉部４８ａ、薄肉部４８ｂを有する。
【選択図】図３

Description

この発明は、永久磁石を用いた回転子及び密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。

冷凍サイクルに用いられる高効率密閉型圧縮機では、電動要素には回転子に永久磁石を配置したブラシレスＤＣモータを用い、インバータを有する専用の制御装置により周波数可変で運転する方法が用いられる。

通常永久磁石を配置した回転子は、薄板電磁鋼板を打抜き積層した回転子コアに磁石挿入孔を設け、永久磁石を回転子コアに隙間嵌めする構造が一般的である。

また、回転子は、回転軸が嵌合される軸孔を有し、回転子と回転軸との嵌合は、回転子を加熱して軸孔の径を膨張させて、回転軸を軸孔に挿入する、焼嵌めが一般的である。

しかし、永久磁石を配置した回転子では、焼嵌め時に永久磁石の温度が上昇すると永久磁石の性能が劣化する場合がある。

そこで、例えば、予め鉄心の外周にボンド（登録商標）磁石を形成した状態で回転軸の焼嵌めを行っても、ボンド磁石を構成するプラスチックの溶解や劣化による損傷を防止できるようにするために、電動機の回転子は、回転軸が嵌合される軸孔を有する円柱形状の鉄心と、この鉄心の外周に一体形成された円筒形状のプラスチックボンド磁石とを備えている。鉄心は、軸孔側の内層部とボンド磁石側の外層部との間が、周方向に間隔を置いて配置された複数の架橋部によって連結された構造を有している。回転軸を焼嵌めするために鉄心を軸孔側から加熱する場合、鉄心における架橋部の部分は断面積の減少で熱抵抗が大きくなるので、鉄心の内層部から外層部への伝熱が小さくなり、ボンド磁石の温度上昇が抑えられる電動機の回転子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−９２７６２号公報

しかしながら、永久磁石に希土類磁石等を使用する場合は、特許文献１のように架橋部により鉄心の内層部から外層部への伝熱を小さくするだけでは、不十分で永久磁石の性能が劣化する場合がある。

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、永久磁石を配置した回転子において、焼嵌めにより回転軸を回転子に嵌合しても、永久磁石の性能を劣化させる恐れの少ない回転子及び密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

この発明に係る回転子は、薄板電磁鋼板を打ち抜き積層され、中心に軸孔を有し、略円筒形状の回転子鉄心と、この回転子鉄心に設けられ、前記軸孔を内側に形成する第１管部と、この第１管部の外側に配置され、周方向に複数個形成された磁石挿入孔を有する第２管部と、第１管部と、第２管部とを連結し、周方向に間隔を置いて配置されたリブ部と、このリブ部の半径方向外側に形成され、軸方向に形成された孔とを備え、第１管部及び第２管部は、互いに離れて配置され、第１管部、第２管部及びリブ部で囲まれる空洞部を有するように形成されると共に、軸方向に形成された孔と空洞部との間に、軸方向に形成される、所定厚さの薄肉部を有することを特徴とする。

この発明に係る回転子は、上記構成により、焼嵌めにより回転軸を回転子に嵌合しても、永久磁石の性能を劣化させる恐れが少ない。

実施の形態１．
図１乃至図５は実施の形態１を示す図で、図１は密閉型圧縮機３７の断面図、図２は永久磁石を挿入する前の回転子鉄心２１の断面図、図３は回転子鉄心２１に永久磁石２４を挿入した回転子１１の断面図、図４は回転子１１の第１管部５６加熱時の磁石挿入孔２２の内壁部温度を４種類の回転子１１について解析した結果を示す図、図５は回転子鉄心２１の変形例を示す図である。

図１により、密閉型圧縮機３７の全体構成を説明する。密閉型圧縮機３７は、１シリンダ型ロータリー圧縮機を一例として説明する。密閉型圧縮機３７は、上部容器１ａと下部容器１ｂとで構成される密閉容器１内に、冷媒を圧縮する圧縮要素２と、この圧縮要素２を駆動する電動要素３とを収納している。圧縮要素２と電動要素３とは、クランクシャフト４で連結され、圧縮要素２が密閉容器１の下部に、電動要素３が密閉容器１の上部に収納されている。

圧縮要素２は、シリンダ５内にクランクシャフト４の偏心部８に嵌合するローリングピストン９が収納され、シリンダ５に設けられた溝内を径方向に往復運動する図示しないベーンの一端がローリングピストン９の外周に当接しながら圧縮室を形成する。シリンダ５の軸方向両端の開口部は、主軸受６及び副軸受７で閉塞されている。

次に電動要素３について説明するが、図１以外に、図２乃至図３を参照しながら説明する。電動要素３は、固定子１０と、回転子１１とを備え、例えば、ブラシレスＤＣモータである。固定子１０は、薄板電磁鋼板を打ち抜き形成される固定子コアシートを積層して構成される固定子鉄心と、固定子鉄心の内径側に複数個形成される歯部に軸方向に２分割されて嵌合される絶縁部材１５と、この絶縁部材１５の上に巻回される絶縁被膜を有する銅線１６と、絶縁部材１５上で銅線１６同士もしくは銅線１６とリード線１７とを接続する端子とを備える。

回転子１１は、薄板電磁鋼板を打ち抜き形成される回転子コアシートを積層して構成され、磁石挿入孔２２、磁石挿入孔２２に隣接して、半径方向中心側に形成される複数の風穴４０（図２の例では、６個）、風穴４０の間に形成される風穴４５（軸方向に形成された孔の一例、図２の例では、３個）及びリベット孔４６（軸方向に形成された孔の一例、図２の例では、３個）、風穴４０の半径方向中心側に形成されるスリット部４７（空洞部の一例、図２の例では６個）を有する回転子鉄心２１と、磁石挿入孔２２に挿入される永久磁石２４と、回転子鉄心２１の両端部に夫々配置され、永久磁石２４の飛散を防止する端板の役割を兼ねた上バランスウエイト２５ａ（密閉型圧縮機３７において、回転子鉄心２１の上端部に配置される）及び下バランスウエイト２５ｂ（密閉型圧縮機３７において、回転子鉄心２１の下端部に配置される）と、上バランスウエイト２５ａ、下バランスウエイト２５ｂ及び回転子鉄心２１を固定するリベット２６とを備える。リベット２６は、リベット孔４６に挿入される。上バランスウエイト２５ａ及び下バランスウエイト２５ｂと端板は別部品でもよい。

図２に示すように、略円筒形状の回転子鉄心２１は、外周面の内側に周方向に延びる磁石挿入孔２２を複数（図２では６個）、極数分有する。各磁石挿入孔２２の半径方向中心側に、風穴４０が隣接して形成される（図２では６個）。例えば、円形状の風穴４０は、磁石挿入孔２２に対して少なくとも１個設けられる。本来の風穴４０の役割は、圧縮要素２から吐出された冷媒ガスを密閉容器１の上部に導くと共に、冷媒ガスと共に密閉容器１の上部に導かれた冷凍機油を密閉容器１の下部に落とすことである。風穴４０と、各磁石挿入孔２２との間に薄肉部が形成され、この薄肉部を変形させて永久磁石２４の固定を行う。

風穴４０同士の間に、別の風穴４５が設けられる。また、風穴４５が設けられる風穴４０同士の周方向において隣の風穴４０同士の間には、上バランスウエイト２５ａ、下バランスウエイト２５ｂ及び回転子鉄心２１を固定するリベット２６を挿入するリベット孔４６が設けられる。風穴４５と、リベット孔４６とは、周方向において、交互に配置される。

回転子鉄心２１の、クランクシャフト４が嵌合される軸孔４９の外側には、周方向にスリット部４７（空洞部の一例）が、間隔を置いて複数個形成される。スリット部４７の間の部分を、リブ部５５と呼ぶ。

スリット部４７の内側を外周面とし、軸孔４９を内周面とする略円筒形状の部分を第１管部５６と呼ぶ。

スリット部４７の外側を内周面とし、回転子鉄心２１の外周面を外周面とする略円筒形状の部分を第２管部５７と呼ぶ。

第１管部５６と、第２管部５７とは、リブ部５５で連結している。

そして、風穴４５と、リベット孔４６とが、リブ部５５の外側に近接して形成されている。風穴４５と、スリット部４７との間には、薄肉部４８ａが設けられ、リベット孔４６と、スリット部４７との間には、薄肉部４８ｂが設けられる。尚、風穴４５、リベット孔４６は、図２では、円形状であるが、長穴、多角形等の他の形状でもよい。

図３は、回転子鉄心２１の磁石挿入孔２２に、永久磁石２４を挿入した回転子１１を示す。

クランクシャフト４を軸孔４９に焼嵌める際は、第１管部５６の内側、即ち軸孔４９から第１管部５６を加熱して（例えば、コイルによる高周波加熱）、軸孔４９を膨張させる。この時、スリット部４７、風穴４５、リベット孔４６の存在により、第２管部５７に存在する永久磁石２４への伝熱が抑えられる。

スリット部４７、風穴４５、リベット孔４６の、第１管部５６加熱時の永久磁石２４への伝熱抑制効果を解析により、確認した結果を次に示す。

図４は次の４種類の回転子１１について、回転子１１の第１管部５６加熱時（第１管部５６の内周側から加熱）の磁石挿入孔２２の内壁部温度を解析した結果である。尚、クランクシャフト４焼嵌め時で、第１管部５６の内周部の温度が焼嵌め可能な所定温度になるときの磁石挿入孔２２の内壁部温度を求めた。
（１）スリット部４７なし（図２において、スリット部４７がなく、風穴４５、リベット孔４６のみのもの）。
（２）スリット部４７、風穴４５、リベット孔４６があり、薄肉部４８ａの肉厚が０．８１ｍｍのもの（薄肉部４８ｂの肉厚も同じ）。
（３）スリット部４７、風穴４５、リベット孔４６があり、薄肉部４８ａの肉厚が０．６４ｍｍのもの（薄肉部４８ｂの肉厚も同じ）。
（４）スリット部４７、風穴４５、リベット孔４６があり、薄肉部４８ａの肉厚が０．５５ｍｍのもの（薄肉部４８ｂの肉厚も同じ）。

回転子１１の第１管部５６の内周面を、コイルを用いて所定の入熱条件で高周波加熱すると、例えば、第１管部５６の内周面の温度は、約１０秒弱で数百℃に達するので、ここで加熱を終了する。このとき、磁石挿入孔２２の内壁部温度は、未だ低く５０℃以下である。加熱終了後、第１管部５６の内周面の温度は、暫時低下し、加熱開始から約２０秒で焼嵌め可能な所定温度付近になる。一方、磁石挿入孔２２の内壁部温度は、加熱開始から徐々に増加して、第１管部５６の内周面の温度が焼嵌め温度になる時間（加熱開始から約２０秒）には、ほぼ飽和する。

図４に示すように、（１）のスリット部４７がないものは、クランクシャフト４焼嵌め時で、第１管部５６の内周部の温度が焼嵌め可能な所定温度になるときの磁石挿入孔２２の内壁部温度は約１７７℃である。

これに対し、（２）のスリット部４７、風穴４５、リベット孔４６があり、薄肉部４８ａの肉厚が０．８１ｍｍのものは、クランクシャフト４焼嵌め時で、第１管部５６の内周部の温度が焼嵌め可能な所定温度になるときの磁石挿入孔２２の内壁部温度は約１００℃である。

また、（３）のスリット部４７、風穴４５、リベット孔４６があり、薄肉部４８ａの肉厚が０．６４ｍｍのものは、クランクシャフト４焼嵌め時で、第１管部５６の内周部の温度が焼嵌め可能な所定温度になるときの磁石挿入孔２２の内壁部温度は約８９℃である。

また、（４）のスリット部４７、風穴４５、リベット孔４６があり、薄肉部４８ａの肉厚が０．５５ｍｍのものは、クランクシャフト４焼嵌め時で、第１管部５６の内周部の温度が焼嵌め可能な所定温度になるときの磁石挿入孔２２の内壁部温度は約８２℃である。

このように、スリット部４７、風穴４５、リベット孔４６を設け、かつスリット部４７と風穴４５との間の薄肉部４８ａ及びスリット部４７とリベット孔４６との間の薄肉部４８ｂの肉厚を、例えば０．８１ｍｍ以下にすることにより、クランクシャフト４焼嵌め時に、第１管部５６の内周部を焼嵌め温度である焼嵌め可能な所定温度以上に加熱しても、その熱が磁石挿入孔２２まで伝達されにくくなり、図４に示すように、高くても約１００℃であり、磁石挿入孔２２に永久磁石２４が挿入されていても、性能を低下させる恐れが少ない。密閉型圧縮機３７の電動要素３に、この回転子１１を使用することにより、安定した性能が得られる。

図５は回転子鉄心２１の変形例を示す。図５の例は、スリット部６１ａが略中央に風穴部を有する形状になっている。また、このスリット部６１ａにリブ部５５を介して隣接するスリット部６１ｂは略中央にリベット孔部を有する形状になっている。スリット部６１ａと、スリット部６１ｂとは周方向に交互に配置される。図５の場合は、スリット部６１ａと、スリット部６１ｂとは、各３個形成されている。但し、これは一例であり、何個でもよい。そして、スリット部６１ａと、スリット部６１ｂとの間に形成されるリブ部５５の半径方向外側には、風穴６０（軸方向に形成された孔の一例）が配置されている。スリット部６１ａと、風穴６０との間には薄肉部６２ａがあり、また、スリット部６１ｂと、風穴６０との間には薄肉部６２ｂがある。薄肉部６２ａ、薄肉部６２ｂの肉厚は、例えば０．８１ｍｍ以下にするのが好ましい。尚、本実施の形態は、永久磁石２４を着磁後にクランクシャフト４を軸孔４９に焼嵌める場合に、永久磁石２４の減磁を抑制できるので、特に有効である。

実施の形態２．
図６は実施の形態２を示す図で、空気調和機の冷媒回路図である。図６に示すように、空気調和機の冷媒回路は、密閉型圧縮機３７、四方弁５０、室外熱交換器５１、減圧装置５２（電子膨張弁）、室内熱交換器５３、冷媒回路のアキュムレータ５４で構成される。

冷房運転時は、図６の実線で示すように、冷媒は、密閉型圧縮機３７、四方弁５０、室外熱交換器５１、減圧装置５２、室内熱交換器５３、四方弁５０、冷媒回路のアキュムレータ５４、密閉型圧縮機３７の順に流れる。

暖房運転時は、図６の破線で示すように、冷媒は、密閉型圧縮機３７、四方弁５０、室内熱交換器５３、減圧装置５２、室外熱交換器５１、四方弁５０、冷媒回路のアキュムレータ５４、密閉型圧縮機３７の順に流れる。

実施の形態１の密閉型圧縮機３７を使用することにより、安定した性能の空気調和機が得られる。

空気調和機を例に説明したが、冷凍サイクルを使用する装置、例えば、冷蔵庫、ショーケース、給湯機等の冷凍サイクル装置に、密閉型圧縮機３７は使用できる。

実施の形態１を示す図で、密閉型圧縮機３７の断面図である。 実施の形態１を示す図で、永久磁石を挿入する前の回転子鉄心２１の断面図である。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心２１に永久磁石２４を挿入した回転子１１の断面図である。 実施の形態１を示す図で、回転子１１の第１管部５６加熱時の磁石挿入孔２２の内壁部温度を４種類の回転子１１について解析した結果を示す図である。 実施の形態１を示す図で、回転子鉄心２１の変形例を示す図である。 実施の形態２を示す図で、空気調和機の冷媒回路図である。

符号の説明

１ 密閉容器、１ａ 上部容器、１ｂ 下部容器、２ 圧縮要素、３ 電動要素、４ クランクシャフト、４ａ 主軸、４ｂ 副軸、５ シリンダ、６ 主軸受、７ 副軸受、８ 偏心部、９ ローリングピストン、１０ 固定子、１１ 回転子、１３ 固定子鉄心、１３ａ 歯部、１５ 絶縁部材、１６ 銅線、１７ リード線、１９ ガラス端子、２１ 回転子鉄心、２２ 磁石挿入孔、２４ 永久磁石、２５ａ 上バランスウエイト、２５ｂ 下バランスウエイト、２６ リベット、２７ アキュムレータ、２８ 吸入連結管、２９ 吐出管、３７ 密閉型圧縮機、４０ 風穴、４０ａ 突出部、４５ 風穴、４６ リベット孔、４７ スリット部、４８ａ 薄肉部、４８ｂ 薄肉部、４９ 軸孔、５０ 四方弁、５１ 室外熱交換器、５２ 減圧装置、５３ 室内熱交換器、５４ 冷媒回路のアキュムレータ、５５ リブ部、５６ 第１管部、５７ 第２管部、６０ 風穴、６１ａ スリット部、６１ｂ スリット部、６２ａ 薄肉部、６２ｂ 薄肉部。

Claims (3)

1. 薄板電磁鋼板を打ち抜き積層され、中心に軸孔を有し、略円筒形状の回転子鉄心と、
   この回転子鉄心に設けられ、前記軸孔を内側に形成する第１管部と、
   この第１管部の外側に配置され、周方向に複数個形成された磁石挿入孔を有する第２管部と、
   前記第１管部と、前記第２管部とを連結し、周方向に間隔を置いて配置されたリブ部と、
   このリブ部の半径方向外側に形成され、軸方向に形成された孔とを備え、
   前記第１管部及び前記第２管部は、互いに離れて配置され、前記第１管部、前記第２管部及び前記リブ部で囲まれる空洞部を有するように形成されると共に、前記軸方向に形成された孔と前記空洞部との間に、軸方向に形成される、所定厚さの薄肉部を有することを特徴とする回転子。
2. 密閉容器内に、固定子と永久磁石を有する回転子とを備える電動要素と、この電動要素によって駆動される圧縮要素とを収納した密閉型圧縮機において、
   前記電動要素の前記回転子に、請求項１記載の回転子を用いたことを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 請求項２記載の密閉型圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍サイクル装置。