JP2008051371A

JP2008051371A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2008051371A
Application number: JP2006226204A
Authority: JP
Inventors: Ko Inagaki; 耕稲垣
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】上部背面に圧縮機を配置した冷蔵庫の転倒を防止する。
【解決手段】前面に扉１２０を備えた貯蔵室１０４が配置された箱本体１０１を有し、箱本体１０１の天面１４８と背面１５０に渡って貯蔵室１０４内の最上段収納スペース１６４側に凹ませた凹部１５２を形成し、アルミ合金で形成されるブロック２５２を有する圧縮機１４０を凹部１５２に設置するものであって、圧縮機１４０を軽量化することで冷蔵庫全体の低重心化を図り、冷蔵庫の転倒を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機を用いた冷蔵庫に関するものである。

以下、図面を参照しながら上記従来の圧縮機を適用した冷蔵庫について説明する。

従来の冷蔵庫は、冷蔵庫本体の下部後方に機械室を配置し、この機械室内に圧縮機等の冷凍サイクルの高圧側構成物を収容するものが一般的であったが、近年、冷蔵庫は、使い勝手の良さや省スペースの観点から収納性の向上、また、地球環境の観点から省エネルギー性の向上が求められており、この要請に応えるための方向性として、機械室を使い勝手の悪い冷蔵庫本体の天面や、もしくは冷蔵庫本体の背面上部に設置するという方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、特許文献１に記載された従来の圧縮機を適用した冷蔵庫の構成を示すものである。

冷蔵庫の箱本体１は、上から冷蔵室５、野菜室６、冷凍室８という構成からなり、冷蔵室５は冷蔵室回転扉２２を有し、野菜室６は、野菜室引出扉２４、冷凍室８は、冷凍室引出扉２６を有している。

そして、庫内ファン３４と蒸発器３６等からなる冷却ユニット３８は、最下段の貯蔵室４である冷凍室８の開口部の高さ寸法と概ね同じ高さとして冷凍室８の背面後部に設置し、圧縮機４０を使い勝手の良くない冷蔵庫の箱本体１の天面４８と背面５０に渡って冷蔵室５側に凹ませた機械室である凹部５２に設置している。

冷蔵室５には、食品等を収納する為の棚５８が複数個設けられており、最上段棚６２で区画された最上段収納スペース６４と第２段収納スペース７０にかけては、箱本体１の背面上部に設けた凹部５２が、凸部７４として出張っている。

このような構成において、圧縮機４０の移動に伴い、圧縮機４０の収納体積分だけ冷凍室８及び野菜室６の高さが低くなるので、冷蔵室５と野菜室６を区画する区画壁の位置を下方に下げることが出来、野菜室６内の収納物の取り出しが容易となる。
特開平１１−１８３０１４号公報

しかしながら、上記従来の構成では、重量の大きい圧縮機が冷蔵庫本体の上部後方に配置されるため、特に冷蔵庫が後方へ場合に小さな角度でも転倒しやすく、転倒による機器の破損の可能性があるとの課題があった。

特に圧縮機の主要な部品であるブロックは、安価で加工性、摺動性にも優れる鋳鉄で製造される場合が多いが、比重が約７と大きい鋳鉄で製造されたブロックを用いた場合、圧縮機全体の重量も大きくなり、転倒の可能性が高くなっていた。

特に製造工程や運搬の際には、冷蔵庫内部が空の状態であるため、圧縮機が高い位置にあることが冷蔵庫全体の重心位置に影響し、比較的小さな傾きでも冷蔵庫の転倒の可能性が高くなる。

具体的には、ブロックに鋳鉄を用いた冷蔵庫用圧縮機の重量は、通常７〜１０ｋｇ程度で、冷蔵庫全体の重量の１割程度に達する。圧縮機が下部に配置されている冷蔵庫の場合、冷蔵庫を１４度程度傾けないと転倒しないが、圧縮機を冷蔵庫上方後端に配置されることで、冷蔵庫は１１度程度という小さな傾きでも転倒にいたる。

この転倒にいたる角度の違いにより、圧縮機を上部に配置した冷蔵庫は転倒による機器破損の可能性が増加するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、圧縮機の軽量化により転倒を防止した冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、本発明の冷蔵庫は、前面に扉を備えた貯蔵室が配置された箱本体を有し、前記箱本体の天面と背面に渡って前記貯蔵室内の最上段収納スペース側に凹ませた凹部を形成し、密閉容器内に固定子と回転子からなる電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素とを収納し前記圧縮要素は密閉容器に対して弾性的に支持され、圧縮室と前記圧縮室内で往復動するピストンを備えた往復動型であり、主軸部と偏心部とを有したシャフトと、前記主軸部に備えられた回転子と前記主軸部を軸支する軸受部を備えるアルミ合金で形成されるブロックを有し、前記回転子の前記圧縮要素側には回転子凹部を有するとともに前記軸受部が前記回転子凹部内に延在する圧縮機を前記凹部に設置するものであって、前記圧縮機の前記電動要素を複数の回転数で運転されるインバーター駆動の電動機とし、前記電動要素の前記回転子に永久磁石を用いることで前記圧縮機の頂部が前記箱本体の前記天面より低くなるように前記圧縮機の高さを低減したである。

これによって、圧縮機の軽量化でき、冷蔵庫全体の重心が低くなるので、冷蔵庫が傾斜しても転倒しにくくすることが出来る。

また、軸受部が前記回転子凹部内に延在することで、圧縮機の高さを低くし、冷蔵庫全体の重心が低くなるので、冷蔵庫が傾斜しても転倒しにくくすることが出来る。

本発明は、圧縮機を上部後方に配置して収納性を向上しながら、転倒を防止した冷蔵庫を提供できる。

本発明の請求項１に記載の発明は、前面に扉を備えた貯蔵室が配置された箱本体を有し、前記箱本体の天面と背面に渡って前記貯蔵室内の最上段収納スペース側に凹ませた凹部を形成し、密閉容器内に固定子と回転子からなる電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素とを収納し前記圧縮要素は密閉容器に対して弾性的に支持され、圧縮室と前記圧縮室内で往復動するピストンを備えた往復動型であり、主軸部と偏心部とを有したシャフトと、前記主軸部に備えられた回転子と前記主軸部を軸支する軸受部を備えるアルミ合金で形成されるブロックを有し、前記回転子の前記圧縮要素側には回転子凹部を有するとともに前記軸受部が前記回転子凹部内に延在する圧縮機を前記凹部に設置するものであって、前記圧縮機の前記電動要素を複数の回転数で運転されるインバーター駆動の電動機とし、前記電動要素の前記回転子に永久磁石を用いることで前記圧縮機の頂部が前記箱本体の前記天面より低くなるように前記圧縮機の高さを低減したしたものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の冷蔵庫に加えて、圧縮機の圧縮機本体は冷媒としてＲ１３４ａを用いた場合と比べて小さくなる単位体積当たりの冷凍能力を補う為に相対的に気筒容積を大きくした炭化水素冷媒用としたものである。

これによって、圧縮機の高さ方向の小型化を実現する際に従来一般的であった代替フロン冷媒であるＲ１３４ａと比較して気筒容積が大型化する為に、ブロックが大型化し重量が大きくなりやすいが、ブロックをアルミ合金で形成することで、圧縮機の軽量化でき、冷蔵庫全体の重心が低くなるので、冷蔵庫が傾斜しても転倒しにくくすることが出来る。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の冷蔵庫に加えて、圧縮機の電動要素は、固定子を構成する固定子鉄心の複数の突極部に絶縁体を介して巻線を巻回した突極集中巻型である。

これによって、巻線が離れたスロット間に渡ることが無く、一つ一つの突極部に集中して密に巻かれるので巻線がスロット間を渡ることによる巻線の盛り上がりが無くなって、圧縮機の電動要素の高さをさらに低減することが出来、圧縮機全体の高さもさらに低くすることが出来、圧縮機の高さを低くすることができるので、冷蔵庫全体の重心も低くすることができ、転倒を防止することができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の冷蔵庫に加えて、圧縮機のブロックは電動要素への取り付け面を形成する脚部を備え、前記ブロックの脚部は前記突極集中巻型の固定子鉄心に取り付けられることでブロック脚部の長さを短くしたものである。

これによって、圧縮機の設置面に対して圧縮機の重心が低く設置されるので、冷蔵庫全体の重心も低くすることができ、転倒を防止することができる。

本発明の請求項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の冷蔵庫に加えて、圧縮機の電動要素は、回転子に収納された永久磁石が希土類の永久磁石からなるものである。

これによって、希土類磁石は、一般的に用いられているフェライト磁石より、磁束密度が約４倍程度大きいため、磁石の高さを低くしても同等以上の磁束が得られることとなって圧縮機の電動要素の高さをさらに低減することが出来、圧縮機全体の高さもさらに低くすることが出来、冷蔵庫全体の重心も低くすることができ、転倒を防止することができる。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明の冷蔵庫に加えて、圧縮機の電動要素と圧縮要素からなる圧縮機本体が、密閉容器内に支持部を介して弾性支持されるともに、圧縮機の上下方向の重心と、前記圧縮機の脚と前記弾性部材との当接面との距離が、圧縮機の上下方向の重心と前記支持部の下端面との距離よりも短くしたものである。

本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明の冷蔵庫に加えて、箱本体の底面の実質上最後端部に、箱本体を支持する車輪もしくは脚部を配置したものである。

これにより、冷蔵庫が後方へ転倒する場合の支点が重心から離れるので、冷蔵庫が転倒しにくくすることができる。

以下、本発明による圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の概略断面図、図２は、同実施の形態における冷蔵庫の概略背面図、図３は、同実施の形態における冷蔵庫の概略部品展開図、図４は、同実施の形態における圧縮機の縦断面図、図５は、同実施の形態における圧縮機の水平断面図、図６は、同実施の形態における圧縮機のインダクション電動機とインバーター電動機の比較図、図７は、同実施の形態における圧縮機の突極集中巻固定子の平面図である。図８は、同実施の形態における圧縮機の脚部分の斜視図である。図９は、同実施の形態における冷蔵庫が傾斜したときの重心の移動を示す模式図である。

以下図１から図９に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

図１から図３において、箱本体１０１は、ＡＢＳなどの樹脂体を真空成形した内箱１０２とプリコート鋼板などの金属材料を用いた外箱１０３とで構成された空間に発泡充填する断熱体１１６を注入してなる断熱壁を備えている。断熱体１１６は、例えば硬質ウレタンフォームやフェノールフォームやスチレンフォームなどが用いられる。また、発泡材としては、ハイドロカーボン系のシクロペンタンを用いると、温暖化防止の観点でさらに良い。

箱本体１０１は複数の断熱区画に区分されており、前面には扉１２０がある。扉１２０は、上部を回転扉式、下部を引出式とする構成をとっている。

断熱区画された貯蔵室１０４は、上から冷蔵室１０５、並べて設けた引出式の切替室１１２および製氷室１１４と引出式の野菜室１０６と引出式の冷凍室１０８となっている。各断熱区画には、それぞれ断熱性を有した扉１２０が、ガスケット１３２を介して設けられている。上から冷蔵室回転扉１２２、切替室引出扉１２８、製氷室引出扉１３０、野菜室引出扉１２４、冷凍室引出扉１２６である。

冷蔵室回転扉１２２には、扉ポケット１５６が収納スペースとして設けられており、庫内には複数の棚１５８が設けられている。

次に箱本体１０１の詳細を説明する。箱本体１０１の外箱１０３は、天面１４８の奥側を切り取ったＵ字曲げした外殻パネル１７６と底面パネル１７８と背面パネル１８０と凹部１５２を形成する機械室パネル１８２とをシール性を確保して組み立てることで構成されている。組み立てられた箱本体１０１は、天面１４８と背面１５０に渡る部分に凹部１５２が形成されている。凹部１５２は、庫内の最上段棚１６２と内箱１０２で区画された最上段収納スペース１６４及び第２段棚１６８と最上段棚１６２で区画された第２段収納スペース１７０側に凸部１７４として出張っている。また、より好ましくは凸部１７４の室内側底壁面１８４と最上段棚１６２の棚底部１８６を略同一水平面としている。

底面パネル１７８と背面パネル１８０には、指先を引っ掛けることが可能な窪みからなる取っ手が設けられている。また、底面パネル１７８には、箱本体１０１を支持し、移動を容易にするための車輪１８８が設けられ、このうち後ろ側の車輪１８８ａは冷蔵庫の最後端に取り付けられている。

また、内箱１０２は、外箱１０３より一回り小さく、背面奥部が内側に窪んだ構成となっており、外箱１０３の中に組み入れることで断熱体１１６が発泡充填される空間が箱本体１０１に形成される。したがって機械室パネル１８２の左右部も断熱体１１６が発泡充填されて断熱壁が形成され、強度も確保されることになる。

次に冷凍サイクルについて説明する。冷凍サイクルは、凹部１５２の設置面１５２ａに配設した圧縮機１４０と圧縮機１４０に接続された吐出配管１９０と外殻パネル１７６の天面１４８や側面、凹部１５２や底面パネル１７８に設けた凝縮器（図示せず）と、減圧器であるキャピラリー１９１と水分除去を行うドライヤー（図示せず）と、野菜室１０６と冷凍室１０８の背面で庫内ファン１３４を近傍に配置した蒸発器１３６と、吸入配管１９２を環状に接続して構成されている。

凹部１５２には、ビスなどで固定された天面カバー１９３が設けられており、凹部１５２に設けられた圧縮機１４０や機械室ファン１９４、凝縮器（図示せず）、ドライヤー（図示せず）、吐出配管１９０、吸入配管１９２の一部などを収納している。天面カバー１９３の上部は、天面１４８と略同一平面としており、圧縮機１４０の頂部２０４ａは天面１４８より低い位置にある。

キャピラリー１９１と吸入配管１９２は、概ね同等の長さの銅管であり、端部を残して、熱交換可能なようにはんだ付けされている。キャピラリー１９１は、減圧の為、内部流動抵抗が大きい細径の鋼管が用いられており、その内径は、０．６ミリから１．０ミリ程度で長さとともに調節して減圧量を設計する。吸入配管１９２は、圧力損失を低減する為に大径の銅管が用いられており、その内径は、６ミリから８ミリ程度である。又、キャピラリー１９１と吸入配管１９２は、熱交換部１９６の長さを確保するために、冷蔵室１０５の背面を蛇行させることでコンパクトにまとめて、内箱１０２と背面パネル１８０との間にある断熱体１１６に埋設されている。キャピラリー１９１と吸入配管１９２は、一方の端部を内箱１０２の野菜室１０６後方付近から突き出して蒸発器１３６と接続されており、他方の端部を機械室パネル１８２の設置面１５２ａの縁に設けた切欠部から上方に突き出して、ドライヤー（図示せず）や凝縮器（図示せず）、圧縮機１４０と各々接続されている。

また、吸入配管１９２と吐出配管１９０には、圧縮機１４０との接続部の近傍に、接続の柔軟性を持たせる為のＵターン部１９７が設けられており、凹部１５２に収納されている。さらに組立て作業性やサービス性を向上させることを狙いに、配管の密集度を軽減し、後方から配管接続部を目視できるようにするために、配管接続部は、圧縮機１４０の背面側に面して圧縮機１４０の左右に振り分けて配置されている。

次に、圧縮機１４０の詳細について説明する。

図４から図８において、厚さ２から４ｍｍの圧延鋼板を深絞り成型によりなるすり鉢状の下容器２０２と逆すり鉢状の上容器２０４を係合し、係合部分を全周溶接接合して密閉容器２０６が形成される。密閉容器２０６の内部には、冷媒２０８と底部に冷凍機油２１０が貯留されている。密閉容器２０６の下側には、脚２１２が固着されており、脚２１２に係止された弾性部材２１４を介して、冷蔵庫の凹部１５２に設けたピン２１６に、弾性部材２１４の孔２１８を遊嵌させることで位置を固定している。

また、支持部２２２は、密閉容器２０６底部に取り付けられたステイ２２１と、ステイ２２１に係合されたスプリング２２４とからなり、圧縮機本体２２０はこれらの支持部２２２により密閉容器２０６内で弾性支持される。圧縮機１４０の上下方向の重心Ａと、圧縮機の脚２１２と弾性部材２１４との当接面２１２ａとの距離Ｂが、圧縮機１４０の上下方向の重心の位置Ａと支持部２２２の下端面２２２ａとの距離Ｃよりも短くなるように構成している。

本実施の形態のように、圧縮機１４０の高さ方向の重心Ａが、圧縮機１４０の脚２１２と弾性部材２１４との当接面２１２ａよりも上方にあるものにおいては、圧縮機１４０の内部における支持部２２２の下端面２２２ａよりも圧縮機の脚２１２と弾性部材２１４との当接面２１２ａの方が上方に位置している。

また、弾性部材２１４の高さを、圧縮機１４０の凹部１５２への設置面１５２ａの位置Ｄと圧縮機１４０の最下端部Ｅとの距離Ｆよりも大きくしている。

脚２１２は密閉容器に固着する固着面２１２ｂと上方に立ち上がる曲げ部２１２ｃと、弾性部材を係止する弾性部材配置下面２１２ｄを有しており、固着面２１２ｂと曲げ部２１２ｃと弾性部材配置下面２１２ｄのうちの少なくとも２箇所にまたいで延在するリブ２１２ｅを設けている。

電動要素２２６は、回転子２２８と突極集中巻の固定子２３０よりなる。圧縮要素２３２は電動要素２２６の上方に構築され、電動要素２２６によって駆動される。

電動要素２２６と圧縮要素２３２は、ともに密閉容器２０６に収納され、下容器２０２の底部と固定子２３０の下端に支持部材である支持部２２２とスプリング２２４とを介して弾性支持されている。

この固定子２３０の下端に備えられた支持部２２２とスプリング２２４とが圧縮機本体２２０を弾性支持する支持部材である。

下容器２０２の一部を構成するターミナル２３６は、密閉容器２０６の内外で電気（図示せず）を連絡するもので、リード線２３８を通して電動要素２２６に電気を供給する。また密閉容器２０６には、冷凍システムの吐出配管１９０に接続する為の吐出チューブ２４２と吸入配管１９２に接続する為の吸入チューブ２４２と、冷凍システムに冷媒２０８を封入後、システムを閉空間にするための封止チューブ２４４が設けられている。

圧縮要素２３２の運転により、冷媒２０８は、吸入配管１９２と吸入チューブ２４２を通って、密閉容器２０６の内部に吸込まれ、吐出チューブ２４２から吐出配管１９０へと吐出される。

この吐出配管１９０は圧縮要素２３２と密閉容器の吐出チューブ２４２とを弾性的に接続している。

次に、圧縮要素２３２の詳細を以下に説明する。

シャフト２４６は、回転子２２８を圧入や焼嵌めにより固定した主軸部２４８と、主軸部２４８に対して偏心して形成された偏心部２５０を有する。ブロック２５２は、略円筒形の圧縮室２５４を有するとともに、シャフト２４６の主軸部２４８を軸支する為の軸受部２５６を有し、電動要素２２６の上方に形成されている。

ブロック２５２はアルミ合金で形成され、具体的にはダイキャストに適したアルミ合金であるＡＤＣ１４で形成され、精度が高く生産性に優れるダイキャストにより製造されている。

この時、回転子２２８の圧縮要素側には回転子凹部２２８ａが形成されており、この回転子凹部２２８ａ内に軸受部２５６が延出している。

ピストン２６２は、圧縮室２５４に遊嵌され、連結手段２６０でシャフト２４６の偏心部２５０に連結され、シャフト２４６の回転運動をピストン２６２の往復運動に変換し、ピストン２６２が圧縮室２５４の空間を拡大、縮小することで密閉容器２０６内の冷媒２０８を吸入マフラー２６２の吸入口２６２ａから吸込み、シリンダヘッド２６４の内部に設けられたバルブ（図示せず）を介して、ブロック２５２に形成された吐出マフラー２６６と吐出管２６８、吐出チューブ２４２を通って密閉容器２０６の外部の吐出配管１９０に吐出する。

高圧配管である吐出管２６８は、内径１．５ｍｍから３．０ｍｍの鋼管で、Ｌ字やＵ字曲げを使って柔軟性を持つように形成されており、圧縮要素２３２と密閉容器２０６の吐出チューブ２４２とは弾性をもって接続されている。

次に電動要素２２６の詳細を以下に説明する。

回転子２２８は、０．２ｍｍから０．５ｍｍの珪素鋼板を積み重ねた回転子鉄心２７０と回転子鉄心２７０に設けた永久磁石２７２を収納する孔２７４と永久磁石２７２を挿入した後に孔２７４を塞ぐ端板２７６よりなり、かしめピン２７８により一体に固着されている。

そして、固定子２３０は、０．２ｍｍから０．５ｍｍの珪素鋼板を積み重ねた固定子鉄心２８０と０．３ｍｍから１ｍｍの絶縁被覆を施した銅線である巻線２８２からなる。固定子鉄心２８０は、所定間隔において突極部２８６が円環状に形成されており、突極部２８６に巻線２８２が巻かれており（突極集中巻と称する）、各巻線間は、連絡線２８８で一本に接続されている。

次にインバーター電動機とインダクション電動機を比較して説明する。

説明を判りやすくする為に、図６において、中心線を境に、左側にインダクション電動機の断面と、右側にインバーター電動機の断面を比較して示している。それぞれの電動機は、ほぼ同一の最大冷凍能力を有する圧縮機に用いられているものである。インバーター電動機の固定子２３０の固定子鉄心２８０の高さＬ１は、インダクション電動機の固定子２９０の固定子鉄心２９２の高さＨ１よりも大幅に低くなっている。また、インバーター電動機の回転子２２８の高さＬ４もインダクション電動機の回転子２９４の高さＨ４よりも低くなっている。さらに、突極集中巻を用いたインバーター電動機では、巻線２８２が固定子鉄心２８０からはみ出す高さであるコイルエンド高さ、Ｌ２、Ｌ３が、インダクション電動機の巻線２９６のコイルエンド高さのＨ２、Ｈ３よりも大幅に低くなっている。

さらに、永久磁石２７２に希土類磁石を用いることによって、現在広く用いられているフェライト磁石より強い磁力を得ることができるため、永久磁石２７２の高さＬ５、インバーター電動機の固定子鉄心２８０の高さＬ１と回転子２２８の高さＬ４をさらに低くすることが出来る。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。

まず各断熱区画の温度設定について説明する。冷蔵室１０５は、冷蔵保存の為に凍らない温度を下限に通常１〜５℃で設定されている。切替室１１２は、ユーザーの設定により、温度設定の変更が可能であり、冷凍室温度帯から冷蔵、野菜室温度帯まで所望する温度帯に設定することが出来る。また製氷室１１４は、独立の氷保存室であり、−１８〜−１０℃と冷凍室１０５に比べ高い温度で設定されている。

野菜室１０６は、冷蔵室１０５と同等もしくは若干高い温度設定の２〜７℃にすることが多い。冷凍室１０８は、冷凍保存のために通常−２２〜−１８℃で設定されているが、保存状態の向上のために、さらに低い例えば−３０℃といった低温に設定されることもある。

各室は、異なる温度設定を効率よく維持する為に、断熱壁によって区分されているが断熱壁は、断熱体１１６を、内箱１０２と外箱１０３の間に発泡充填することにより形成される。断熱体１１６は、十分な断熱性能を有するとともに、箱本体１０１の強度を確保する。

次に冷凍サイクルの動作について説明する。庫内の設定された温度に応じて温度センサー（図示せず）および制御基板（図示せず）からの信号により冷却運転が開始および停止される。冷却運転開始の指示によって圧縮機１４０は冷媒２０８を圧縮し、高温高圧の冷媒２０８を吐出する。吐出された冷媒２０８は、吐出配管１９０を通って凝縮器（図示せず）にて放熱して凝縮液化し、キャピラリー１９１で減圧され低温低圧の液冷媒となり、蒸発器１３６に至り、蒸発器１３６内の冷媒は蒸発気化され、上は付き１３６と熱交換することで冷却された低温の冷気をダンパ（図示せず）で分配することで各室の冷却が行われる。

次に圧縮機１４０の動作について説明する。

圧縮機１４０に通電がなされると、ターミナル２３６、リード線２３８を通って電動要素２２６の固定子２３０に電気が供給され、固定子２３０が発生する回転磁界により回転子２２８が回転する。回転子２２８の回転により、回転子に連結されたシャフト２４６の偏心部２５０がシャフト２４６の軸心より偏心した回転運動を行う。偏心部２５０の偏心運動は、偏心部２５０に連結された連結手段２６０がピストン２６２に連結されることによって往復運動に変換され、ピストン２６２は圧縮室２５４内で往復運動する。

この結果、ピストン２６２は、圧縮室２５４内の容積を変化させながら冷媒２０８の吸入圧縮を行うが、ピストン２６２が圧縮室２５４内で一往復中に吸入、吐出する容積を気筒容積と云い、気筒容積の大小で冷却する能力が変化する。

以上のような動作を行う冷蔵庫において、弾性部材２１４と脚２１２によって支持された圧縮機１４０は、冷蔵庫の天面１４８と背面１５０に渡って形成された凹部１５２に搭載されているのであるが、凹部の深さ（高さ）は、少なくとも圧縮機１４０の下容器２０２の底部と設置面１５２ａの最小隙間と、圧縮機１４０の高さと、上容器２０４と天面カバー１９３との最小隙間と、天面カバー１９３の厚みが必要である。圧縮機１４０と設置面１５２ａや天面カバー１９３との接触を回避する為に最小隙間が必要であり、天面カバー１９３は強度面から最小肉厚が決まるとすると、凹部の深さ（高さ）は、圧縮機１４０の高さで決定されてくる。

一方、冷蔵庫の庫内には、凹部１５２により、凸部１７４が出張ってくる。凸部１７４が大きいと収納性が悪くなるとともに、冷蔵室回転扉１２２を開けて冷蔵室１０５の庫内を見たときに、凸部１７４の出張りで見栄えが悪くなる。従って、圧縮機１４０の高さを低くする技術が必要になる。

圧縮機１４０の高さについて具体的に説明する。圧縮機１４０は、下容器２０２、上容器２０４に２から４ｍｍの鋼板を使っており、あわせて約７ｍｍである。下容器２０２と上容器２０４は、それぞれ上下方向に曲率を持たせた形状をしている。これは冷蔵庫が設置された居住空間を快適にするために、騒音の低い仕様が望まれるためで、容器に曲率をもたせることにより、容器の剛性、固有値が上がり、共振による騒音が抑制される。曲率半径はおよそＲ１００ｍｍからＲ１５０ｍｍであり、この曲率半径を得るために片側でおよそ１３ｍｍ強が必要である。

次に、密閉容器２０６の底には、冷凍機油２１０が貯留されている。冷凍機油２１０は、圧縮機１４０の様々な条件での運転を保証するために、およそ２００から２５０ｍｌ封入されており、高さでは、約２０ｍｍを占める。さらに、冷凍機油２１０と電動要素２２６が接触すると異常な入力増加となるため、接触しないための空間距離として約９ｍｍが必要となる。

圧縮機１４０を冷蔵庫の天面１４８に積載した冷蔵庫では、圧縮機１４０がユーザーの耳の位置に近づくことから、圧縮機１４０の騒音も小さく抑えることがより重要なため、密閉容器２０６の剛性の向上が重要であり、信頼性向上の観点から、冷凍機油２１０の確保も重要である。これらのことから、板厚の７ｍｍ、曲率による１３ｍｍ、曲率とオイルによる２０ｍｍ、空間距離確保に必要な９ｍｍを合わせて４９ｍｍが必要であり、この寸法を小さくすることは、特性上適切でない。

従って、圧縮機１４０の高さは電動要素２２６と圧縮要素２３２により概ね決まってくる。圧縮要素２３２は、気筒容積を小さくすることにより、ピストン２６２や連結手段２６０、シャフト２４６、軸受部２５６をコンパクトにすることが出来るが、気筒容積が小さくなると冷凍能力が小さくなる。本実施の形態では、小さい気筒容積で大きい能力を得るために、商用電源周波数（日本国内においては、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも高い回転数で運転することで圧縮要素２３２をコンパクトにしている。より具体的には、気筒容積で約３０％小さくてすむため、ピストン２６２の径が小さくて済み、シャフト２４６に作用する荷重も小さくなるので、シャフトの荷重を支える軸受部２５６の長さも短くすることが出来、電動要素２２６を圧縮要素２３２に近づけて構成することが可能となる。インバーターによる高回転をうまく利用することにより、発明者の設計では、５から１０ｍｍコンパクトにすることが出来ている。

なお、インバーター方式による電動要素２２６の複数の回転数の設定は、必ずしも日本国内における商用電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも高い周波数に相当する回転数を含んでいることを要件としない。

すなわち、複数定める周波数の上限を商用電源周波数（日本国内に限らず）を上回らない設定の組み合わせとして省エネルギー効果や静音効果を期待し、小型化に関しては、上述のインバーター化による電動要素２２６の厚み低減効果によって対応し、圧縮要素２３２の気筒容積のコンパクト化は敢えて採用しない組み合わせもある。

次に電動要素２２６は、図６の中心線より左側に示すように、インダクション電動機では、固定子２３０や回転子２２８の積厚Ｈ１及びＨ４が大きくないと圧縮機１４０の運転に必要なトルクが発生しない。これに対して、回転子２２８に永久磁石２７２を用いたインバーター電動機を用いることにより、回転トルクの発生に必要な励磁電流が必要でなくなるため固定子２３０の積厚Ｌ１や回転子２２８の積厚Ｌ４は低くすることが出来、電動要素２２６をコンパクトにすることが出来る。より詳しく説明すると、インダクション電動機は、回転子側（２次側）に電流を流さなければならず、この励磁電流を得るために、高い積厚が必要であるが、インバーター電動機は、２次側に磁石があるため、トルクを発生するための励磁電流が不要となり、積厚を低くすることが出来るのである。

さらに、電動要素２２６の固定子２３０の巻線２８２が、固定子鉄心２８０からはみ出す寸法は、分布巻における巻線２８４のはみ出し寸法Ｈ２、Ｈ３と比較すると、突極集中巻においては、巻線が離れたスロット間に渡ることが無く、一つ一つの突極部に集中して密に巻かれるので巻線がスロット間を渡ることによる巻線の盛り上がりが無くなるためＬ２、Ｌ３に示すように大幅に小さくなり、固定子２３０の全高がさがり、電動要素２２６をさらにコンパクトにすることが出来る。

またさらに、インバーター電動機の永久磁石２７２に希土類の磁石を用いると、一般的なフェライト磁石に対して、磁束密度が約４倍、エネルギー積で約１０倍を有するなど磁気特性がすぐれ、小さくても十分な特性を得ることが出来る。従って、永久磁石２７２の高さＬ５や固定子Ｌ１の高さをさらに低くすることが出来、電動要素２２６をさらにコンパクトにすることが出来る。

また、本実施の形態においては、回転子２２８の圧縮要素２３２側には回転子凹部２２８ａが形成されており、この回転子凹部２２８ａ内に軸受部２５６が延出しているので、本発明によると軸受部２５６の長さを短くすることがなく電動要素２２６と圧縮要素２３２とを高さ方向の投影面において重ねあわせて配置することで、電動要素２２６と圧縮要素２３２を含めた圧縮機本体２２０全体の高さを大きく低減することができ、圧縮機の信頼性を低下させることなく圧縮機の高さをより低減することができる。

より具体的に説明すると、発明者の設計では、インダクション電動機では、固定子２３０の積厚が４２ｍｍ、巻線２８４のコイルエンド高さＨ２、Ｈ３が２５ｍｍ、回転子２２８の高さＨ４が６５ｍｍであるのに対し、インバーター電動機では、固定子２３０の積厚Ｌ１が２６ｍｍ、同じく希土類磁石を用いた場合は、さらに低くＬ１が１６ｍｍ、固定子２３０の巻線２８２のコイルエンド高さＬ２、Ｌ３は、突極集中巻を用いるとＬ２、Ｌ３が９ｍｍとなる。また、回転子２２８の積厚は、３５ｍｍ、希土類磁石を用いると２０ｍｍまで小さくすることが出来、インダクション電動機による圧縮機と比較すると、最大で５８ｍｍ小さくすることが出来ている。

さらに、上記のように回転子２２８の圧縮要素２３２側には回転子凹部２２８ａが回転子の高さ方向の半分以上の深さで形成されており、この回転子凹部２２８ａ内に軸受部２５６が延出しているので、回転子２２８の積厚を３５ｍｍ、希土類磁石を用いると２０ｍｍまで小さくした上で、さらに軸受部２５６の延出代である１０ｍｍ程度まで圧縮機本体２２０の高さを小さくすることができるので、合計で２５ｍｍ程度圧縮機本体２２０全体の高さを低減することができる。

このように軸受部２５６の延出代を長くすることにより、全高を上げることなくシャフト２４６と軸受部２５６との摺動長を長くすることが出来、シャフト２４６に加わる圧縮荷重を小さくすることが出来るので、圧縮機の信頼性を向上することが出来る。

ところが、軸受部２５６の延出代を長くしていくと、回転子凹部２２８ａの深さが大きくなるため、回転子２２８のシャフト２４６への固着代が短くなってしまう。

特に本実施の形態のように圧縮要素２３２が上部にあり、その下部に電動要素２２６が位置しているような配置の圧縮機においては、下部の電動要素２２６に備えられている回転子はシャフトとの間の固着力のみによって保持されている為、例えばインダクション電動機のように回転子の内部を電流が流れることで磁力を得るタイプの電動機を用いた場合には、運転時の回転子２２８の発熱が大きくなり、熱膨張によりシャフト２４６から回転子２２８が抜け落ちてしまうといった可能性があるため、回転子２２８のシャフト２４６への固着代を大幅に短くすることは信頼性上の問題があってできないが、発明者の検討によると、永久磁石２７２を用いた場合には、回転子２２８の内部を電流が流れずに永久磁石で磁力を得ている為に、発熱が大幅に小さくなっており、さらにインダクション電動機と比較して、高さが低くなることで重量が軽くなっているので、固着代を大幅に短くしても回転子２２８を保持することができる。例えば、固着代を回転子２２８の全高３５ｍｍに対する２０％以下である６ｍｍ程度にまで小さくしても固着力が十分あり、運転時の発熱や、輸送などによる振動や衝撃等で、回転子２２８がシャフト２４６から脱落してしまうようなことも無く、シャフト２４６と軸受部２５６の摺動長を長くとることによる信頼性の向上と、回転子２２８とシャフト２４６の固着力の確保を両立した上で、圧縮要素２３２と電動要素２２６からなる圧縮機本体２２０全体の高さを低減することが出来る。

ここで、冷蔵庫の転倒について説明する。

冷蔵庫の箱本体１０１が後方に傾く場合、支点は底面パネル１７８の後端に取り付けられた車輪１８８ａであり、冷蔵庫の重心が車輪１８８ａの鉛直上方よりも浅い角度の傾きの場合、冷蔵庫の自重によって、冷蔵庫はもともとの位置に戻る。ところが、冷蔵庫が大きく傾き、重心が車輪１８８ａの鉛直上方よりも後方まで移動すると、冷蔵庫を元の位置の戻そうとする復元力は働かなくなり、冷蔵庫は後方に転倒する。この重心が車輪１８８ａの鉛直上方に位置するときの角度を限界角度とする。

冷蔵庫の重心は、箱本体１０１の重心と圧縮機１４０の重心の間に位置し、圧縮機１４０の重量が大きいほど、冷蔵庫全体の重心は圧縮機１４０に近づくことになる。従って、重量の大きい圧縮機１４０を冷蔵庫上部後方に配置すると、冷蔵庫全体の重心も後部上方に移動するため、既に説明した限界角度は小さくなってしまう。

具体的には、一般的な冷蔵庫の箱本体１０１と圧縮機１４０の重量を想定すると、１０ｋｇの圧縮機が箱本体１０１の底部後方にあるときは、限界角度は１４度程度であるのに対し、箱本体１０１の上方に配置されると、１１度まで低下する。ところが、本発明によれば、ブロック２５２をアルミ合金で形成し軽量化することで限界角度を１２度程度まで改善することができ、転倒しにくい冷蔵庫とすることができる。

さらに、既に説明したように圧縮機１４０の高さを低減することにより、冷蔵庫内の収納性が改善するばかりではなく、圧縮機１４０の重心が低くなり、この結果冷蔵庫全体の重心も低くなることで限界角度が大きくなり、冷蔵庫が傾いても転倒することがない。

さらに、箱本体１０１の底面の実質上最後端部に、箱本体１０１を支持する車輪１８８ａを配置したものである。

さらに、本発明では冷媒としてＲ１３４ａを用いた場合と比べて小さくなる単位体積当たりの冷凍能力を補う為に相対的に気筒容積を大きくした炭化水素冷媒用としており、気筒容積が大きくなることで、ブロック２５２の圧縮室２５４などが大型化し、重心も高くなりやすいが、ブロック２５２をアルミ合金で構成することで圧縮機１４０の重量増加を防止し、冷蔵庫全体の重心が低くなるので、冷蔵庫が傾斜しても転倒しにくくすることが出来る。

さらに、圧縮機１４０の電動要素２２６は、固定子２３０を構成する固定子鉄心２７０の複数の突極部２８６に絶縁体を介して巻線２８２を巻回した突極集中巻型である。巻線２８６が離れたスロット間に渡ることが無く、一つ一つの突極部２８６に集中して密に巻かれるので巻線２８２がスロット間を渡ることによる巻線２８２の盛り上がりが無くなって、圧縮機１４０の電動要素２２６の高さをさらに低減することが出来、圧縮機１４０の全体の高さもさらに低くすることができるので、冷蔵庫全体の重心も低くすることができ、転倒を防止することができる。

さらに、圧縮機１４０のブロック２５２は電動要素２２６への取り付け面を形成するブロック脚部２５２ａを備え、ブロック脚部２５２ａは前記突極集中巻型の固定子鉄心２８０に直接取り付けられることでブロック脚部の長さを短くしたものである。

これによって、圧縮機１４０の設置面１５２ａに対して圧縮機１４０の重心が低く設置されるので、冷蔵庫全体の重心も低くすることができ、転倒を防止することができる。

さらに、圧縮機１４０の電動要素２２６は、回転子２２８に収納された永久磁石２７２が希土類磁石からなるものである。

これによって、希土類磁石は、一般的に用いられているフェライト磁石より、磁束密度が約４倍程度大きいため、永久磁石２７２の高さを低くしてもフェライト磁石と同等以上の磁束が得られることとなって、同じトルクでも圧縮機１４０の電動要素２２６の高さをさらに低減することが出来、圧縮機１４０全体の高さもさらに低くすることが出来るので、冷蔵庫全体の重心も低くすることができ、転倒を防止することができる。

さらに、圧縮機１４０の電動要素２２６と圧縮要素２３２からなる圧縮機本体２２０が、密閉容器２０６内にスプリング２２４などの支持部２２２を介して弾性支持されるともに、圧縮機１４０の上下方向の重心Ａと、圧縮機１４０の脚２１２と弾性部材２１４との当接面２１２ａとの距離Ｂが、圧縮機の上下方向の重心と支持部２２２の下端面２２２ａとの距離Ｃよりも短くしたことで、圧縮機１４０の設置面に対して圧縮機１４０の重心が低く設置されるので、冷蔵庫全体の重心も低くすることができ、転倒を防止することができる。

なお、ブロック２５２は、圧縮室２５４と軸受部２５６を備えたアルミ合金製の一体の部品としたが、これを複数の部品に分割し、一部がアルミ合金で形成しても、同様の軽量化の効果が得られることはいうまでもない。具体的には、ブロック２５２を圧縮室２５４と軸受部２５６の２部品から構成し、圧縮室２５４はピストン２６２との隙間を小さくすることが重要であるため、ピストン２６２とともに同じ線膨張係数の鉄系の材料とし、軸受部２５６は鉄系のシャフト２４６と摺動性に優れるアルミ合金とすることで、ブロック２５２全体を鋳鉄などの鉄系材料とするのに比べ軽量化が可能となり、冷蔵庫の転倒を防止することができる。

また、本実施例では、外気との温度差が最も大きく断熱壁が厚い冷凍室を箱本体の最も下に配置しているので、箱本体の重心も低くなり、転倒防止の効果が得られているが、必ずしも冷凍室が最下端に位置しなくとも、同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態では密閉容器を圧延鋼板で形成したが、アルミ製の密閉容器とすることで、圧縮機の更なる軽量化が可能となり、転倒防止が可能となる。

以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、庫内が有効且つ便利に使える上に転倒を防止できるので、家庭用や業務用の冷蔵庫などの冷却装置を用いた機器に適用できる。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の概略断面図同実施の形態における冷蔵庫の概略背面図同実施の形態における冷蔵庫の概略部品展開図同実施の形態における圧縮機の縦断面図同実施の形態における圧縮機の水平断面図同実施の形態における圧縮機のインダクション電動機とインバーター電動機の比較図同実施の形態における圧縮機の突極集中巻固定子の平面図同実施の形態における圧縮機の脚部分の斜視図同実施の形態における冷蔵庫が傾斜したときの重心の移動を示す模式図従来の冷蔵庫の概略断面図

符号の説明

１０１箱本体
１０４貯蔵室
１２０扉
１４０圧縮機
１４８天面
１５０背面
１５２凹部
１６４最上段収納スペース
１８８車輪
２０６密閉容器
２０８冷媒
２１２脚
２１４弾性部材
２２０圧縮機本体
２２２支持部
２２６電動要素
２２８回転子
２２８ａ回転子凹部
２３０固定子
２３２圧縮要素
２４６シャフト
２４８主軸部
２５０偏心部
２５２ブロック
２５４圧縮室
２５６軸受部
２５８ピストン
２７２永久磁石
２８０固定子鉄心
２８２巻線
２８６突極部

Claims

前面に扉を備えた貯蔵室が配置された箱本体を有し、前記箱本体の天面と背面に渡って前記貯蔵室内の最上段収納スペース側に凹ませた凹部を形成し、密閉容器内に固定子と回転子からなる電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素とを収納し前記圧縮要素は密閉容器に対して弾性的に支持され、圧縮室と前記圧縮室内で往復動するピストンを備えた往復動型であり、主軸部と偏心部とを有したシャフトと、前記主軸部に備えられた回転子と前記主軸部を軸支する軸受部を備えるアルミ合金で形成されるブロックを有し、前記回転子の前記圧縮要素側には回転子凹部を有するとともに前記軸受部が前記回転子凹部内に延在する圧縮機を前記凹部に設置するものであって、前記圧縮機の前記電動要素を複数の回転数で運転されるインバーター駆動の電動機とし、前記電動要素の前記回転子に永久磁石を用いることで前記圧縮機の頂部が前記箱本体の前記天面より低くなるように前記圧縮機の高さを低減した冷蔵庫。
圧縮機の圧縮要素は冷媒としてＲ１３４ａを用いた場合と比べて小さくなる単位体積当たりの冷凍能力を補う為に相対的に気筒容積を大きくした炭化水素冷媒用である請求項１に記載の冷蔵庫。
圧縮機の電動要素は、固定子を構成する固定子鉄心の複数の突極部に絶縁体を介して巻線を巻回した突極集中巻型である請求項１または２に記載の冷蔵庫。
圧縮機のブロックは電動要素への取り付け面を形成する脚部を備え、前記ブロックの脚部は前記突極集中巻型の固定子鉄心に取り付けられることでブロック脚部の長さを短くした請求項１から３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
圧縮機の電動要素は、回転子に収納された永久磁石が希土類の永久磁石からなる請求項１から４のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
圧縮機の電動要素と圧縮要素からなる圧縮機本体が、密閉容器内に支持部を介して弾性支持されるともに、圧縮機の上下方向の重心と、前記圧縮機の脚と前記弾性部材との当接面との距離が、圧縮機の上下方向の重心と前記支持部の下端面との距離よりも短くした請求項１から５のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
箱本体の底面の実質上最後端部に、箱本体を支持する車輪もしくは脚部を配置した請求項１から６のいずれか一項に記載の冷蔵庫。