JP2008144731A - 圧縮機および空気調和機および給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を提供する。
【解決手段】冷媒にＣＯ_２を用いた圧縮機であって、密閉容器１と、密閉容器１内に搭載され、トロイダル巻線が施されたステータ４０とロータ３０を有するモータ３と、密閉容器１内に搭載され、モータ３により回転軸４を介して駆動される圧縮機構部２とを備える。上記ステータ４０は、環状のステータコア４１と、ステータコア４１にトロイダル巻きされたコイル４２とを有する。上記ステータ４０と密閉容器１の内壁との間に、モータ３の軸方向両側の空間を連通するモータ外周通路６０を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、圧縮機および空気調和機および給湯機に関する。

近年、地球温暖化防止対策として、フロン等の人工冷媒を用いた冷凍サイクルから自然冷媒を用いた冷凍サイクルへ変換する動きが国内外問わず市場要求として高まっている。

このような自然冷媒の中でも、ＣＯ_２冷媒はＯＤＰ(オゾン破壊係数)＝０、ＧＷＰ(地球温暖化係数)＝１であり、更に毒性や可燃性が共に無いことから、有力冷媒として注目されている。

しかしながら、ＣＯ_２冷媒は、同じ吐出ガス温度を得る圧力がＲ４１０Ａ等に代表されるＨＦＣ冷媒の値とくらべて約３倍以上(約１０[ＭＰa])も高いため、軸受の負荷が増大し、軸受面圧も大きくなる。

一般に、軸受部において良好な潤滑を得るためには、
油の粘度×軸の速度÷面圧
で表される値を、ある一定以上に保つ必要がある。

よって、ＨＦＣ冷媒の置き換え等としてＣＯ_２冷媒を用いる場合、圧縮機の速度および軸受周辺温度が同一の条件では、ＨＦＣ冷媒を使用しているときよりも高粘度な油を使用する必要がある。例えば、１００℃において、同じ油膜を得る(良好な潤滑性を得る)ために、エーテル油、エステル油の約２倍の粘度が必要である。

特に、一般に油の粘度が低下する高温において、高粘度を維持できる冷凍機油がＣＯ_２冷媒を使用する圧縮機には不可欠となる。

ところで、冷凍機油の粘度が高いと、ステータコア外周に、例えばティース部の延長線上にわずかなコアカットを設けただけでは、流路抵抗が高くなり、モータの上部の空間で冷媒と分離された冷凍機油は、コアカットを通ってモータの下にある油溜めに戻らず、油溜めの油面が低下して、軸受が損傷するという問題がある。

また、高圧ドームの圧縮機の場合、ＣＯ_２冷媒は高圧となり、ガス冷媒の密度が高く、油との密度差が小さくなり、油を押し上げる浮力が大きくなる。

このような理由から、ＣＯ_２冷媒を用いた圧縮機は、油を戻す通路を、ステータ外周に大きく設ける必要がある。例えば、従来の分布巻や集中巻のモータであれば、ステータコアの外周に大きなコアカットを設ける必要があるが、ステータコアは磁束が多く通るので、一定の断面積が必要である。従って、大きな断面積のコアカットを設けることにより、実質ステータの外径を小さくすることになり、ロータ径を小さくするか、または、スロット面積を小さくしなければならないので、サイズのわりには出力の小さいモータとなってしまう。

一方、特許文献１には、トロイダルモータを搭載した圧縮機が記載されているが、ＣＯ_２冷媒と粘度の高い冷凍機油を用いた場合の冷媒密度と油戻しについては言及されておらず、そのような冷凍機油が油溜めに戻らず、油溜めの油面が低下して、軸受が損傷するという課題を解決する手段についても記載されていない。
特開平１１−３３２１３７号公報

そこで、この発明の課題は、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の圧縮機は、
冷媒としてＣＯ_２を用いた圧縮機であって、
密閉容器と、
上記密閉容器内に搭載され、トロイダル巻線が施されたステータとロータを有するモータと、
上記密閉容器内に搭載され、上記モータにより回転軸を介して駆動される圧縮機構部と
を備え、
上記ステータは、環状のステータコアと、上記ステータコアにトロイダル巻きされたコイルとを有し、
上記ステータと上記密閉容器の内壁との間に、上記モータの軸方向両側の空間を連通する通路(６０,１６０,３６０)を設けたことを特徴とする。

上記構成の圧縮機によれば、上記トロイダル巻線が施されたステータと密閉容器の内壁との間に、モータの軸方向両側の空間を連通する通路を、ステータコアを通る磁束を阻害せずに設けることが可能となる。また、トロイダル巻線が施されたステータとロータを有するモータでは、モータの上部の空間で分離された冷凍機油が、上記通路を通って落ちる間に、ステータのトロイダル巻きされたコイルにより加熱されて粘度が下がるため、冷凍機油がより油溜めに戻りやすい。したがって、粘度の高い冷凍機油が使用されるＣＯ_２冷媒を用いた圧縮機において、集中巻や分布巻にコアカットを設けた場合に比べて、ステータコアとして有効に働く部分に巻線が収納されるトロイダル巻を採用することにより良好な特性が得られる。このようにして、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を実現できる。

通常、ＨＦＣ冷媒等においては、集中巻や分布巻であっても、ステータコアを阻害せずにコアカットを設けることが十分可能である。一方、トロイダル巻においては、ロータの対向していない面におけるコイルによる漏れ磁束の発生や、ステータコアの外周部にもコイルを配置しなければならず、それによる特性の低下が、集中巻や分布巻でステータコアにコアカットを設けた場合の特性低下を上回るため、トロイダル巻は通常圧縮機には採用されていない。

しかしながら、ＣＯ_２冷媒であれば、集中巻や分布巻にコアカットを設けた場合、ステータコアの断面積を確保すると、ステータコアとして有効に働く部分の外径が小さくなり、その部分に巻線が収納されるトロイダル巻を採用した方が、分布巻や集中巻きでコアカットを大きくした場合より、特性の低下が小さくなる。つまり、ＣＯ_２冷媒の場合に限って、トロイダル巻を採用した方が、通常特性が良くなる傾向にある。なお、トロイダル巻は、分布巻のようにエアギャップの磁束分布が正弦波に近くなり、かつ、集中巻と同じ程度にコイルエンドの高さを抑制できるという利点を十分に生かせる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記モータは、上記圧縮機構部から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる上記密閉容器内の領域に配置されている。

上記圧縮機構部から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる密閉容器内の領域にモータが配置された構成では、ＣＯ_２冷媒は高圧となり、ガス冷媒の密度が高く、冷凍機油との密度差が小さくなるため、冷凍機油を押し上げる浮力が大きくなる。しかしながら、このような構成の圧縮機において、モータの上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくするので、特に有効である。

また、一実施形態の圧縮機では、上記ロータは、上記ステータの軸方向両端部に設けられている。

上記実施形態によれば、上記モータは、ステータの軸方向両端部にロータが設けられたアキシャルギャップ型においても、軸方向を上下方向にすることによって、モータの上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくできる。

また、一実施形態の圧縮機では、
上記ロータは、上記ステータの軸方向かつ上下に配置され、
少なくとも下側の上記ロータの外径は、上記ステータコアの上記コイルの巻かれていない箇所の外径以下である。

上記実施形態によれば、少なくとも下側のロータの外径を、ステータコアのコイルの巻かれていない箇所の外径以下とすることによって、ステータと密閉容器の内壁との間の通路から油溜め戻ろうとした冷凍機油を再び下側のロータが吹き上げることが無い。

また、一実施形態の圧縮機では、
上記ロータは、上記ステータの軸方向かつ上下に配置され、
少なくとも上側の上記ロータの外径は、上記ステータコアの上記コイルの巻かれた箇所の上記コイルも含めた外径以上である。

上記実施形態によれば、少なくとも上側のロータの外径を、ステータコアのコイルの巻かれた箇所のコイルも含めた外径以上とすることによって、上側のロータの下面に当たり、遠心力により密閉容器の内壁に達した冷凍機油を、流路抵抗が高い上側のロータと密閉容器の内側との間の通路を通って吹き上げることを防ぐことができる。

また、一実施形態の圧縮機では、下側の上記ロータの上記回転軸近傍に、軸方向に複数の貫通孔を設けた。

上記実施形態によれば、下側のロータの回転軸近傍に、軸方向に設けた複数の貫通孔を冷媒通路とすることによって、上記通路を油戻し専用とし、上向の速度を持つ冷媒により冷凍機油が吹き上げられることを防ぐことができる。

また、一実施形態の圧縮機では、
上記ステータコアの上記コイルが巻かれていない箇所であって、かつ、隣接する上記コイルの相および巻方向が同一である箇所の外周部に、半径方向外側に突出させた固定部を設け、
上記ステータコアの上記固定部を上記密閉容器の内壁に固定することにより、上記密閉容器内に上記ステータを保持した。

上記実施形態によれば、上記ステータコアのコイルが巻かれていない箇所であって、かつ、隣接するコイルの相および巻方向が同一である箇所の外周部に、半径方向外側に突出させた固定部を設け、その固定部を密閉容器の内壁に固定して、ステータの磁気回路に影響を及ぼすことなく密閉容器内にステータを保持することができる。また、ステータコアのうちのコイルが巻かれていない箇所でかつ固定部を除く部分に、ステータと密閉容器との間にモータの上下を連通する通路を形成できる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記コイルと上記ステータコアを絶縁するための絶縁のうち、上記ステータコアの外周は、上記ステータコアの外周の略全周を絶縁物で覆うことにより絶縁している。

上記実施形態によれば、上記ステータコアの外周の略全周を絶縁物で覆うことにより、ステータコアのコイルの巻かれる部分は絶縁効果を有するが、ステータコアのコイルの巻かれない部分は、ステータコアが軸方向に積層した薄板からなる場合であっても、軸方向に段差のない抵抗の少ない形態となるため、冷凍機油が落下しやすい。

また、この発明の空気調和機では、上記のいずれか１つに記載の圧縮機を搭載したことを特徴とする。

上記構成によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、性能がよく信頼性の高い空気調和機を実現できる。

また、この発明の給湯機では、上記のいずれか１つに記載の圧縮機を搭載したことを特徴とする。

上記構成によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、性能がよく信頼性の高い給湯機を実現できる。

以上より明らかなように、この発明の圧縮機によれば、ＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を実現することができる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、圧縮機構部から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる密閉容器内の領域にモータが配置された構成において、モータの上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくする。

また、一実施形態の圧縮機によれば、ステータの軸方向両端部にロータが設けられたアキシャルギャップ型のモータにおいても、軸方向を上下方向にすることによって、モータの上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくできる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、少なくとも下側のロータの外径を、ステータコアのコイルの巻かれていない箇所の外径以下とすることによって、ステータと密閉容器の内壁との間の通路から油溜め戻ろうとした冷凍機油が、再び下側のロータにより吹き上げられるのを防ぐことができる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、少なくとも上側のロータの外径を、ステータコアのコイルの巻かれた箇所のコイルも含めた外径以上とすることによって、上側のロータの下面に当たった後、遠心力により密閉容器の内壁に達した冷凍機油が、流路抵抗が高い上側のロータと密閉容器の内側との間の通路を通って吹き上げられるのを防ぐことができる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、下側のロータの回転軸近傍に、軸方向に設けた複数の貫通孔を冷媒通路とすることによって、ステータと密閉容器の内壁との間の通路を油戻し専用とし、上向の速度を持つ冷媒により冷凍機油が吹き上げられるのを防ぐことができる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、ステータコアのコイルが巻かれていない箇所であって、かつ、隣接するコイルの相および巻方向が同一である箇所の外周部に、半径方向外側に突出させた固定部を設け、その固定部を密閉容器の内壁に固定して、ステータの磁気回路に影響を及ぼすことなく密閉容器内にステータを保持することができる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、ステータコアの外周の略全周を絶縁物で覆うことにより、ステータコアのコイルの巻かれる部分は絶縁効果を有するが、ステータコアのコイルの巻かれない部分は、ステータコアが軸方向に積層した薄板からなる場合であっても、軸方向に段差のない抵抗の少ない形態となるため、冷凍機油を落下しやすく、油戻しを効果的に行うことができる。

また、この発明の空気調和機によれば、ＣＯ_２冷媒を用いて油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、高性能,高信頼性でかつ地球環境にやさしい空気調和機を実現することができる。

また、この発明の給湯機によれば、ＣＯ_２冷媒を用いて油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、高性能,高信頼性でかつ地球環境にやさしい給湯機を実現することができる。

以下、この発明の圧縮機および空気調和機および給湯機を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、この発明の第１実施形態のロータリ圧縮機の縦断面図を示している。この第１実施形態のロータリ圧縮機は、ＣＯ_２冷媒を用いた高圧ドーム型である。

この圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１と、上記密閉容器１内に配置された圧縮機構部２と、上記密閉容器１内かつ圧縮機構部２の上側に配置され、上記圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動するラジアルギャップ型のモータ３とを備えている。上記密閉容器１の下側側方に、吸入管１１を接続する一方、密閉容器１の上側に吐出管１２を接続している。上記吸入管１１から供給される冷媒ガスは、圧縮機構部２の吸込側に導かれる。

ここで、上方向とは、密閉容器１の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、密閉容器１の中心軸に沿った上方向をいう。また、このロータリ圧縮機は、少なくともモータ３の下部に油溜めを有する縦型である。

上記密閉容器１内は、圧縮機構部２を挟んで高圧領域Ｈと低圧領域Ｌとに区画され、モータ３は、圧縮機構部２から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる密閉容器１内の高圧領域Ｈに配置されている。

上記ラジアルギャップ型のモータ３は、互いにエアギャップ５０を介して、軸と直交する方向(径方向)に対向するステータ４０およびロータ３０を有する。上記ロータ３０は、回転軸４に固定された円柱形状のロータコア３１と、上記ロータコア３１に軸方向に埋設され、周方向に略８角形状に配置された８つの板状の永久磁石３２とを有する。また、上記ステータ４０は、ロータ３０の径方向外側に配置され、密閉容器１に固定されている。上記回転軸４は、ロータ３０の回転力を圧縮機構部２に伝達する。

また、上記圧縮機構部２は、図１に示すように、シリンダ状の本体部２０と、この本体部２０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端板８および下端板９とを備える。上記回転軸４は、上端板８および下端板９を貫通して、本体部２０の内部に挿入されている。上記回転軸４は、圧縮機構部２の上端板８に設けられた軸受２１と、圧縮機構部２の下端板９に設けられた軸受２２により回転自在に支持されている。上記本体部２０内の回転軸４にクランクピン５が設けられ、そのクランクピン５に嵌合されて駆動されるピストン６とそれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室７により圧縮を行う。ピストン６は偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室７の容積を変化させる。

図２Ａは上記ロータリ圧縮機のモータ３の上面図を示し、図２Ｂは上記ロータリ圧縮機のモータ３の斜視図を示している。なお、図２Ａにおいて、密閉容器１は一部のみを示す。

上記ステータ４０は、図２Ａ,図２Ｂに示すように、環状のステータコア４１と、上記ステータコア４１に周方向に所定の間隔をあけてトロイダル巻された複数のコイル４２からなる。ステータコア４１のコイル４２が巻回されない部分は、内周にティース４１aが伸び、ティース４１aの先端側がロータ３０と近接して対向している。コイルは、隣接するコイルが異なる相で巻回方向が互いに逆である。具体的には、＋Ｕ,−Ｖ,＋Ｗ,−Ｕ,＋Ｖ,−Ｗの順で巻回され、３相８極のコイルを構成する(＋および−は、コイルの巻回方向が一定の側からコイルを見たときの巻回方向が逆であることを示し、Ｕ,Ｖ,Ｗはそのコイルの端部が電源(インバータ出力)端子の相を示す)。なお、コイルは、細線を何回か巻回してなるが、便宜上１つの環として図示している。

このステータ４０は、何らかの形で密閉容器１の内部に固定される。例えば、コイル４２が巻かれていない箇所であって、かつ、隣接するコイル４２の相および巻方向が同一である箇所の外周部に、半径方向外向に突出させた固定部４１bを設け、その固定部４１bを密閉容器１の内部に溶接等によって固定するか、または、軸方向に突出させて、下部にあるハウジングに固定する。これにより、ステータコア４１のうちのコイル４２が巻かれていない箇所であって、上記固定のために突出した部分(固定部４１b)を除いて、ステータ４０と密閉容器１との間に、モータ３の上下を連通するモータ外周通路６０ができる。このモータ外周通路６０を、油戻し通路として有効に使うことができる。

なお、例えば分布巻や集中巻とした場合、ステータ外径および内径はトロイダル巻のステータコアの場合と同じであっても、トロイダル巻は、外周部にもコイルが設けられ、かつ、コイルエンド高さが小さいため、また、ロータの遠心力で外周部に冷凍機油が吹き飛ばされるとき、コイルエンドに邪魔されないため、油戻しが容易になり、油上がりが防止される。

図２Ｃはステータ４０を密閉容器１に固定した状態を示す上面図を示している。ステータ４０のステータコア４１から半径方向外側に突出した固定部４１bが被固定部材(図示せず)に接触し、その被固定部材を密閉容器１に固定する。具体的には、突出した固定部４１bを介してステータ４０および被固定部材を貫通し、被固定部材に対してステータ４０と反対の側からナットで締結する。ここで、固定部４１bに隣接するコイル４２の相および巻方向が同一の(＋Ｕ,−Ｗ)である。

図２Ｄは上記ロータリ圧縮機に用いられる他の形態のモータの斜視図を示している。このモータは、図１,図２Ａ〜図２Ｃに示すモータ３とコイルおよびロータを除いて同一の構成をしている。図２Ｄに示すモータのロータ３０は、回転軸４に固定された円柱形状のロータコア３１と、上記ロータコア３１に軸方向に埋設され、周方向に略正方形状に配置された４つの板状の永久磁石３５とを有する。コイルの構成は、周方向に＋Ｕ,＋Ｕ,−Ｖ,−Ｖ,＋Ｗ,＋Ｗ,−Ｕ,−Ｕ,＋Ｖ,＋Ｖ,−Ｗ,−Ｗの順で巻回され、３相４極のコイルを構成する。

次に、上記ロータリ圧縮機の作用を説明する。

図１に示すように、吸入管１１から圧縮機構部２の圧縮室７に冷媒ガスを供給し、モータ３により圧縮機構部２を駆動させて、冷媒ガスを圧縮する。そして、圧縮された冷媒ガスは、冷凍機油と共に、圧縮機構部２の吐出孔２３から密閉容器１内に吐出され、モータ３を通って、圧縮機構部２の上部空間に運ばれ、吐出管１２より密閉容器１の外側に吐出される。

このとき、冷媒ガスは、図１の実線の矢印に示すように、エアギャップ５０や、ロータ３０内に設けられた通路(図示せず)を通って上部空間に導かれる。この冷媒ガスに含まれる冷凍機油は、ロータ３０の遠心力で飛ばされ、密閉容器１の内側に微粒子の状態で付着することで液化した後、重力の作用によって、モータ３の冷媒ガス流れの上流側に戻る。

なお、分布巻や集中巻のように、コイルエンドが周方向に伸びるようなモータにおいては、冷媒ガスを含む冷凍機油がコイルエンドに当たり、コイルエンドに傾斜が設けられているため、上向きの初速度を与えられ、冷凍機油を押し上げる浮力と相まって、冷凍機油も吐出管から出て行ってしまう恐れがある。これは、ＣＯ_２冷媒で特に顕著な課題である。なお、圧縮機は、数百ワット以上の出力になるため、コイルの厚みは、油戻し通路の断面積を確保するのに十分な厚みとなる。

これに対して、この第１実施形態のロータリ圧縮機においては、モータ３の上部の空間で分離された冷凍機油は、モータ３の上下を連通するモータ外周通路６０を通って落ちる間に、ステータ４０のコイル４２により加熱されて粘度が下げるため、冷凍機油がより油溜めに戻りやすくなるという特有の効果を奏する。なお、コイル４２は、軸方向に延びる部分の上端の角部は、コイルエンドとの間にアールが設けられるため、モータ３の上部の空間からモータ外周通路６０への入口部は、モータ外周通路６０よりも面積が大きい。さらに、まずはコイルエンド部に冷凍機油が付着して、加熱された状態でモータ外周通路６０に導かれるため、他のモータ形態と比べて、モータ外周通路６０の面積を小さくできる(分布巻、集中巻は、ステータの最外周にコイルがあるわけではない)。

さらに、ステータコア４１は、コイル４２と絶縁を施す必要があるため、コアモールド、樹脂成形体(インシュレータ)、絶縁物の一例としての絶縁フィルム等を用いる必要があるが、少なくとも、ステータコア４１の外周部は、ほぼ全周にわたってフィルム４３(図２Ａに示す)等を巻きつけると好適である。こうすると、ステータコア４１のコイル４２の巻かれる部分は絶縁効果を有するが、ステータコア４１のコイル４２の巻かれない部分は、コアが軸方向に積層した薄板でなる場合であっても、軸方向に段差のない形態となるため、冷凍機油が落下しやすい(積層面が露出していると、段差となるので、落下するときの抵抗になる)。なお、ステータコア４１とコイル４２を絶縁する絶縁物は、絶縁フィルムに限らず、樹脂コーティング等の他のものでもよい。

通常、圧縮機内部で、熱源となるのはコイルであり、コイルが冷媒および冷凍機油により熱を奪われることにより、コイルの抵抗は低下し、銅損が低減され、一方、冷凍機油は温度が上がり、粘度が低下し、冷凍機油が戻りやすくなる。油溜めに戻った冷凍機油は、油溜めの熱容量が大きく、また、吸入管に触れる等して、冷凍機油の温度は低下し、粘性を増す。

また、高圧ドームの圧縮機の場合、ＣＯ_２冷媒は高圧となり、ガス冷媒の密度が高く、冷凍機油との密度差が小さくなり、冷凍機油を押し上げる浮力が大きくなる。そのため、モータ上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくする第１実施形態の構成は、特に有効である。

なお、油溜めから圧縮機構部２および軸受２１,２２を潤滑した冷凍機油は、ロータ３０の内部またはエアギャップ５０を通ってモータ３の上部空間に上がるが、コイル４２に直接触れる機会は少ないため、温度上昇は、ステータ外周通路６０を通る場合に比べて小さい。従って、上部にも軸受を有する場合や、上部に圧縮機構部を有する場合であっても、上記効果は同じである。

上記構成のロータリ圧縮機によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を実現することができる。

また、ステータコア４１のコイル４２が巻かれていない箇所であって、かつ、隣接するコイル４２の相および巻方向が同一である箇所の外周部に、半径方向外側に突出させた固定部４１bを設け、その固定部４１bを密閉容器１の内壁に固定すれば、磁気的に短絡する各部の磁位が等しいため、磁束の漏洩を防ぐことができるので、ステータ４０の磁気回路に影響を及ぼすことなく密閉容器１内にステータ４０を保持することができる。

〔第２実施形態〕
図３はこの発明の第２実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図を示しており、この第２実施形態のスクロール圧縮機は、高圧ドーム型である。

このスクロール圧縮機は、図３に示すように、密閉容器１０１と、上記密閉容器１０１内に配置された圧縮機構部１０２と、上記密閉容器１０１内かつ圧縮機構部２の下側に配置され、上記圧縮機構部１０２を回転軸１０４を介して駆動するラジアルギャップ型のモータ１０３とを備えている。

上記密閉容器１０１内は、圧縮機構部１０２を挟んで高圧領域Ｈと低圧領域Ｌとに区画され、モータ１０３は、圧縮機構部１０２から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる密閉容器１０１内の高圧領域Ｈに配置されている。

上記モータ１０３は、互いにエアギャップ１５０を介して、軸と直交する方向(径方向)に対向するステータ１４０およびロータ１３０を有する。上記ロータ１３０は、回転軸１０４に固定された円柱形状のロータコア１３１と、上記ロータコア１３１に軸方向に埋設された永久磁石１３２とを有する。また、上記ステータ１４０は、環状のステータコア１４１と、上記ステータコア１４１に周方向に所定の間隔をあけてトロイダル巻された複数のコイル１４２からなる。このモータ１０３は、第１実施形態のモータ３と同一の構成をしている。

上記密閉容器１０１上部に設けられた吸入管１１１から冷媒が吸入され、圧縮機構部１０２にて冷媒が圧縮された後、吐出管１１２から吐出される。この圧縮機構部１０２への冷凍機油の導入経路は、密閉容器１０１の油溜めに回転軸１０４の下端が浸漬していて、回転軸１０４の回転により、軸内通路(図示せず)に冷凍機油を導く経路である。冷凍機油は、圧縮機構部１０２や軸受等の摺動部を潤滑する。いずれを通った冷凍機油も、圧縮機構部１０２から滴下して、エアギャップ１５０やステータ外部通路１６０を通って、油溜め１０８に戻る。しかし、回転軸１０４およびロータ１３０は回転しているため、遠心力により、冷凍機油は、密閉容器１０１の内壁を通りやすい。そこで、ステータ外周通路１６０の流路抵抗が低いことが求められる。密閉容器１０１の内壁にて、ステータ１４０に沿って冷凍機油が溜まることを防止することが必要となる。このとき、コイル１４２に触れて、冷凍機油の温度が上昇し、粘性を失うことで、滴下しやすくする効果は第１実施形態と同様である。

上記第２実施形態のスクロール圧縮機は、第１実施形態のロータリ圧縮機と同一の効果を有する。

〔第３実施形態〕
図４はこの発明の第３実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図を示しており、この第３実施形態のスクロール圧縮機は、ＣＯ_２冷媒を用いた低圧ドーム型である。

このスクロール圧縮機は、図４に示すように、密閉容器２０１内に配置されたアキシャルギャップ型のモータ２０３と、密閉容器２０１内かつモータ２０３の上側に配置され、モータ２０３により駆動される圧縮機構部２０２とを備えている。

上記モータ２０３は、圧縮機構部２０２に吸入されるべき低圧の冷媒が満たされる密密閉容器２０１内の低圧領域に配置されている。具体的には、上記密閉容器２０１内は、圧縮機構部２０２を挟んで高圧領域Ｈと低圧領域Ｌとに区画され、モータ２０３は低圧領域Ｌに配置されている。

上記モータ２０３は、第１,第２実施形態のモータと同一の構成をしており、説明を省略する。

この第３実施形態のスクロール圧縮機は、モータ２０３を含む密閉容器２０１の内部が低圧冷媒(吸入ガス)で満たされていること以外は、冷凍機油の経路等については、図３と同様である。特に、低圧雰囲気中では、冷凍機油の温度がより低いため、モータ２０３による冷凍機油の加熱効果は大きい。

上記第３実施形態のスクロール圧縮機は、第１実施形態のロータリ圧縮機と同一の効果を有する。

〔第４実施形態〕
図５はこの発明の第４実施形態のロータリ圧縮機の縦断面図である。この第４実施形態のロータリ圧縮機は、ＣＯ_２冷媒を用いた高圧ドーム型である。

このロータリ圧縮機は、図５に示すように、密閉容器３０１と、上記密閉容器１内に配置された圧縮機構部３０２と、上記密閉容器３０１内かつ圧縮機構部３０２の上側に配置され、上記圧縮機構部３０２を回転軸３０４を介して駆動するアキシャルギャップ型のモータ３０３とを備えている。ここで、上方向とは、密閉容器３０１の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、密閉容器３０１の中心軸に沿った上方向をいう。

上記密閉容器３０１内は、圧縮機構部３０２を挟んで高圧領域Ｈと低圧領域Ｌとに区画され、モータ３０３は、圧縮機構部３０２から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる密閉容器３０１内の高圧領域Ｈに配置されている。

上記モータ３０３は、上側ロータ３３０Ａと、トロイダル巻線が施されたステータ３４０と、下側ロータ３３０Ｂが上から順に配置されている。上記上側ロータ３３０Ａ,下側ロータ３３０Ｂは、回転軸３０４に夫々固定されている。上記回転軸３０４は、上側ロータ３３０Ａ,下側ロータ３３０Ｂの回転力を圧縮機構部３０２に伝達する。

上記構成のロータリ圧縮機によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を実現することができる。

上記ステータ３４０の軸方向両端部に上側ロータ３３０Ａ,下側ロータ３３０が設けられたアキシャルギャップ型のモータにおいても、軸方向を上下方向にすることによって、モータ３０３の上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくできる。

図６Ａは上記ロータリ圧縮機のモータ３０３の上面図を示し、図６Ｂは上記ロータリ圧縮機のモータ３０３の斜視図を示している。なお、図６Ａ,図６Ｂにおいて、密閉容器３０１は一部のみを示す。また、コイルは、ステータコア形状が分かりやすいよう、厚みを省略して示す。

上記ステータ３４０は、図６Ａ, 図６Ｂに示すように、環状のステータコア３４１と、上記ステータコア３４１に周方向に所定の間隔をあけてトロイダル巻された複数のコイル３４２からなる。ステータコア３４１のコイル３４２が巻回されない部分は、軸方向両側にティース３４１aが伸び、ティース３４１aの先端側が上側ロータ３３０Ａ,下側ロータ３３０Ｂと近接して対向している。

上記ステータ３４０は、何らかの形で密閉容器３０１の内部に固定される。例えば、コイル３４２が巻かれていない箇所であって、かつ、隣接するコイル３４２の相および巻方向が同一の(＋Ｕ,−Ｗ)である箇所を外周部に、半径方向外向に固定部３４１bを突出させて、その固定部３４１bを密閉容器３０１の内部に溶接等によって固定する。

これにより、ステータコア３４１のうち、コイル３４２が巻かれていない箇所であって、上記固定のために突出した部分(固定部３４１b)を除いて、ステータ３４０と密閉容器３０１との間にモータ外周通路３６０ができる。このモータ外周通路３６０を、油戻し通路として有効に使うことができる。

なお、少なくとも下側ロータ３３０Ｂの外径は、ステータコア３４１のコイル３４２の巻かれていない箇所の外径以下である。これにより、ステータ３４０の外側から油溜め戻ろうとした冷凍機油を再びロータが吹き上げることが無い。

また、上側ロータ３３０Ａの外径は、ステータコア３４１のコイル３４２の巻かれた箇所のコイル３４２も含めた外径以上とすれば、上側ロータ３３０Ａの下面に当たり、遠心力により密閉容器３０１の内壁に達した冷凍機油を、流路抵抗が高い上側ロータ３３０Ａと密閉容器３０１の内側との間の通路を通って吹き上げることを防ぐことができる。

また、下側ロータ３３０Ｂの回転軸３０４付近には、複数の貫通孔３３５(図５では１つのみを示す)設け、冷媒通路とすることで、ステータ外周通路３６０を油戻し専用とし、上向の速度を持つ冷媒により冷凍機油が吹き上げられることを防ぐ。

なお、上側ロータ３３０Ａ,下側ロータ３３０Ｂの外周の通路は、ステータ外周通路２６０に比べて、十分な断面積を取ることができる。そもそも、上側ロータ３３０Ａ,下側ロータ３３０Ｂの外周は、密閉容器３０１の内側と接触しないために必要な空間が設けられる。また、ステータ３４０にはコイル３４２があるが、上側ロータ３３０Ａ,下側ロータ３３０Ｂは、ステータ３４０のコイル３４２の芯となっているいわゆるティース部とさえ対向すればいいため、必然的に、ロータ外径は、ステータ外径より相当小さくなる。従って、ステータ外周通路３６０についてのみ考慮すればいいことになる。

また、図６Ｃはステータコア３４１を密閉容器３０１に固定する前の状態を示している。ステータコア３４１は、突出した部分である固定部３４１bの外周側が密閉容器３０１の内周面に焼き嵌めや溶接によって固定される。なお、図６Ｃにおいて、密閉容器３０１は一部のみを示す。

〔第５実施形態〕
図７はこの発明の第５実施形態の圧縮機を用いた空気調和機の回路図を示している。この第５実施形態の空気調和機では、第１,第４実施形態のロータリ圧縮機または第２,第３実施形態のスクロール圧縮機のうちのいずれか１つを用いる。

この空気調和機は、図７に示すように、圧縮機４０１と、上記圧縮機４０１の吐出側が一端に接続された四路弁４０２と、上記四路弁４０２の他端に一端が接続された室外熱交換器４０３と、上記室外熱交換器４０３の他端に一端が接続された電動膨張弁４０４と、上記電動膨張弁４の他端に一端が接続された室内熱交換器４０５と、上記室内熱交換器４０５の他端に四路弁４０２を介して一端が接続され、他端が圧縮機４０１の吸入側に接続されたアキュムレータ４０６とを備えている。上記圧縮機４０１,四路弁４０２,室外熱交換器４０３,電動膨張弁４０４, 室内熱交換器４０５およびアキュムレータ４０６で冷媒回路を構成している。

また、この空気調和機は、室外熱交換器４０３近傍に配置された室外ファン４０７と、室内熱交換器５近傍に配置された室内ファン４０８を備えている。

上記圧縮機４０１,四路弁４０２,室外熱交換器４０３,電動膨張弁４０４,キュムレータ４０６,室外ファン４０７で室外機４１０を構成し、上記室内熱交換器４０５と室内ファン４０８で室内機４２０を構成している。

この第５実施形態の空気調和機によれば、ＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、高性能,高信頼性でかつ地球環境にやさしい空気調和機を実現することができる。

〔第６実施形態〕
図８はこの発明の第６実施形態の圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機の回路図を示している。この第６実施形態の空気調和機では、第１,第４実施形態のロータリ圧縮機または第２,第３実施形態のスクロール圧縮機のうちのいずれか１つを用いる。

このヒートポンプ給湯機は、図８に示すように、室外ユニット５１０,室内ユニット５２０および給湯タンクユニット５３０を備えている。上記室外ユニット５１０は、圧縮機５０１と、上記圧縮機５０１の吐出側に接続された四路弁５０２と、上記四路弁５０２に一端が接続された室外熱交換器５０３と、上記室外熱交換器５０３の他端に一端が接続された電動膨張弁５０４とを有している。上記電動膨張弁５０４の他端に減圧器としての電動膨張弁５０５の一端を接続している。また、上記室外ユニット５１０の電動膨張弁５０５の他端と室内ユニット５２０の室内熱交換器５０７の一端と接続している。上記室内ユニット５２０の室内熱交換器５０７の他端を室外ユニット５１０の四路弁５０２,アキュムレータ５０８を介して圧縮機５０１の吸入側に接続している。また、上記圧縮機５０１と四路弁５０２との間の冷媒配管５５１に電磁弁５５２を配設している。

また、上記圧縮機５０１の吐出側に給湯タンクユニット５３０の二重管構造の給湯熱交換器５３１の一端を冷媒配管５５３により接続して、その冷媒配管５５３に電磁弁５５４を配設している。上記給湯熱交換器５３１の他端を電動膨張弁５０４と電動膨張弁５０５との間の冷媒配管に電動膨張弁５０６を介して接続している。上記給湯熱交換器５３１の内管の上端を給湯タンク５３２の中間位置に接続する一方、給湯熱交換器５３１の内管の下端を給湯タンク５３２の底に接続している。上記給湯タンク５３２内の湯を給湯熱交換器５３１の内管を介して循環ポンプ５３３により循環させる。

この第６実施形態の給湯機によれば、ＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、高性能,高信頼性でかつ地球環境にやさしいヒートポンプ給湯機を実現することができる。

上記第１〜第６実施形態において、高粘度を維持できる冷凍機油がＣＯ_２冷媒を使用する圧縮機には不可欠となる。

例えば、エーテル油、エステル油であっても、高温において高粘度である冷凍機油を使う方法があるが、同時に低温ではより冷凍機油の粘度が高くなるので、低温における冷凍機油またはＣＯ２が飽和溶解した冷凍機油の流動性に注意する必要がある。粘度指数が１５０未満の冷凍機油を使う場合、高温で高粘度であると、低温においては粘度が過剰に大きくなり、冷凍機油が流動性を失い、圧縮機が潤滑油不足となり起動不良などを引起こす。

このように、高温においても高粘度を維持し、低温においても流動性を失わない冷凍機油の特性としては、冷凍機油の温度による動粘度の変化の割合を表す尺度である粘度指数が、１５０以上、望ましくは２００程度が望ましい。上記第１〜第４実施形態の圧縮機では、冷凍機油としてＰＡＧ(ポリアルキレングルコール)を用いる。

上記第１〜第４実施形態では、スクロール圧縮機およびロータリ圧縮機について説明したが、他の構成の圧縮機にこの発明を適用してもよい。

また、上記第５,第６実施形態では、圧縮機を用いた空気調和機およびヒートポンプ給湯機について説明したが、空気調和機と給湯機の構成はこれに限らない。また、この発明の圧縮機は、第５,第６実施形態に限らず、他の冷凍機等に適用してもよい。

図１はこの発明の第１実施形態のロータリ圧縮機の縦断面図である。 図２Ａは上記圧縮機のモータの上面図である。 図２Ｂは上記圧縮機のモータの斜視図である。 図２Ｃはステータを被固定部材に固定した状態を示す上面図である。 図２Ｄは上記圧縮機の他の形態のモータの斜視図である。 図３はこの発明の第２実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図である。 図４はこの発明の第３実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図である。 図５はこの発明の第４実施形態のロータリ圧縮機の縦断面図である。 図６Ａは上記ロータリ圧縮機のモータの上面図である。 図６Ｂは上記ロータリ圧縮機のモータの斜視図である。 図６Ｃは上記ロータリ圧縮機のモータのステータコアを密閉容器に固定する前の状態を示す図である。 図７はこの発明の第５実施形態の圧縮機を用いた空気調和機の回路図である。 図８はこの発明の第６実施形態の圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機の回路図である。

符号の説明

１,１０１,２０１,３０１…密閉容器
２,１０２,２０２,３０２…圧縮機構部
３,１０３,２０３,３０３…モータ
４,１０４,３０４…回転軸
５…クランクピン
６…ピストン
７…圧縮室
８…上端板
９…下端板
１１,１１１…吸入管
１２,１１２…吐出管
２０…本体部
２１,２２…軸受
２３…吐出孔
３０,１３０…ロータ
３１,１３１…ロータコア
３２…永久磁石
４０,１４０,３４０…ステータ
４１,１４１,３４０…ステータコア
４２,１４２,３４２…コイル
４３…絶縁フィルム
５０,１５０…エアギャップ
６０,１６０,３６０…モータ外周通路
３３０Ａ,３３０Ｂ…ロータ
３３５…貫通孔
３４１b…固定部
４０１,５０１…圧縮機

Claims (10)

1. 冷媒としてＣＯ_２を用いた圧縮機であって、
   密閉容器(１,１０１,２０１,３０１)と、
   上記密閉容器(１,１０１,２０１,３０１)内に搭載され、トロイダル巻線が施されたステータ(４０,１４０,３４０)とロータ(３０,１３０,３３０Ａ,３３０Ｂ)を有するモータ(３,１０３,２０３,３０３)と、
   上記密閉容器(１,１０１,２０１,３０１)内に搭載され、上記モータ(３,１０３,２０３,３０３)により回転軸(４,１０４,３０４)を介して駆動される圧縮機構部(２,１０２,２０２,３０２)と
   を備え、
   上記ステータ(４０,１４０,３４０)は、環状のステータコア(４１,１４１,３４１)と、上記ステータコア(４１,１４１,３４１)にトロイダル巻きされたコイル(４２,１４２,３４２)とを有し、
   上記ステータ(４０,１４０,３４０)と上記密閉容器(１,１０１,２０１,３０１)の内壁との間に、上記モータ(３,１０３,２０３,３０３)の軸方向両側の空間を連通する通路(６０,１６０,３６０)を設けたことを特徴とする圧縮機。
2. 請求項１に記載の圧縮機において、
   上記モータ(３,１０３,３０３)は、上記圧縮機構部(２,１０２,３０２)から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる上記密閉容器(１,１０１,３０１)内の領域に配置されていることを特徴とする圧縮機。
3. 請求項２に記載の圧縮機において、
   上記ロータ(３３０Ａ,３３０Ｂ)は、上記ステータ(３４０)の軸方向両端部に設けられていることを特徴とする圧縮機。
4. 請求項３に記載の圧縮機において、
   上記ロータ(３３０Ａ,３３０Ｂ)は、上記ステータ(３４０)の軸方向かつ上下に配置され、
   少なくとも下側の上記ロータ(３３０Ａ,３３０Ｂ)の外径は、上記ステータコア(３４１)の上記コイル(３４２)の巻かれていない箇所の外径以下であることを特徴とする圧縮機。
5. 請求項３に記載の圧縮機において、
   上記ロータ(３３０Ａ,３３０Ｂ)は、上記ステータ(３４０)の軸方向かつ上下に配置され、
   少なくとも上側の上記ロータ(３３０Ａ,３３０Ｂ)の外径は、上記ステータコア(３４１)の上記コイル(３４２)の巻かれた箇所の上記コイル(３４２)も含めた外径以上であることを特徴とする圧縮機。
6. 請求項３乃至５のいずれか１つに記載の圧縮機において、
   下側の上記ロータ(３３０Ａ,３３０Ｂ)の上記回転軸(３０４)近傍に、軸方向に複数の貫通孔(３３５)を設けたことを特徴とする圧縮機。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の圧縮機において、
   上記ステータコア(３４１)の上記コイル(３４２)が巻かれていない箇所であって、かつ、隣接する上記コイル(３４２)の相および巻方向が同一である箇所の外周部に、半径方向外側に突出させた固定部(３４１b)を設け、
   上記ステータコア(３４１)の上記固定部(３４１b)を上記密閉容器(３０１)の内壁に固定することにより、上記密閉容器(３０１)内に上記ステータ(３４０)を保持したことを特徴とする圧縮機。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の圧縮機において、
   上記コイル(４２,１４２,３４２)と上記ステータコア(４１,１４１,３４１)を絶縁するための絶縁のうち、上記ステータコア(４１,１４１,３４１)の外周は、上記ステータコア(４１,１４１,３４１)の外周の略全周を絶縁物で覆うことにより絶縁していることを特徴とする圧縮機。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の圧縮機を搭載したことを特徴とする空気調和機。
10. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の圧縮機を搭載したことを特徴とする給湯機。

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