JP2008202455A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシャルギャップ型のモータを有する圧縮機において、起動時に潤滑油の粘度が高い場合であっても、モータを回転しやすくする技術を提供する。
【解決手段】容器１内には、アキシャルギャップ型のモータ２と、モータ２から伝達される回転力を利用して冷媒を圧縮する圧縮部３と、モータ２の回転に起因して容器１内に生じる摩擦面に供給される潤滑油８とが設けられている。モータ２は、コイル２２を有するステータ２１と、ステータ２１のコイル２２が通電されることによって回転するロータ２６と、ロータ２６の回転力を圧縮部３に伝達するシャフト２０とを有する。コイル２２が通電されていない状態での潤滑油８の油面８ａは、当該潤滑油８の油温が少なくとも所定温度以下の場合に、当該潤滑油８がコイル２２を浸漬し、かつロータ２６を浸漬しない状態となる位置に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アキシャルギャップ型のモータを有する圧縮機に関する。

空気調和機や冷凍機等に搭載される圧縮機においては、冬期などの外気温が低い場合には、容器内の摩擦面を潤滑する潤滑油の油温が低下し、当該潤滑油の粘度が高くなることがある。その結果、圧縮機の動作時に潤滑油によってモータが回転しにくくなり、圧縮機の性能が低下することがある。特に、粘度の高い潤滑油を使用する必要があるＣＯ₂を冷媒とした圧縮機においては、この問題が顕著となり、場合によっては、モータが回転せずに起動不良が生じることがある。

また、外気温が低下すると冷媒が液化し、潤滑油には液化した冷媒が含まれることがある。この状態において、圧縮機を起動させると、潤滑油の温度が急激に上昇し、その中の液化した冷媒が急激に気化して、発泡現象が発生することがある。その結果、潤滑油が容器外に持ち出されて、容器内の潤滑油が減少し、容器内での摩擦面の潤滑に支障をきたすことがある。

そこで、これらの問題を解決するために、起動時にモータのコイルを通電して、潤滑油を予備加熱する技術が特許文献１，２に提案されている。

特開平８−１１０１０２号公報 特開２０００−２９２０１７号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載の技術では、十分な効果は得られず、さらなる改善が望まれる。

そこで、本発明は上記点に鑑みて成されたものであり、アキシャルギャップ型のモータを有する圧縮機において、起動時に潤滑油の粘度が高い場合であっても、モータを回転しやすくする技術を提供することを第１の目的とする。

また、潤滑油に含まれる液化した冷媒が急激に気化することを抑制することを第２の目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、容器（１）と、前記容器内に設けられたアキシャルギャップ型のモータ（２）と、前記容器内において前記モータの上方に配置され、前記モータから伝達される回転力を利用して冷媒を圧縮する圧縮部（３，３０３）と、前記容器内に設けられ、前記モータの回転に起因して前記容器内に生じる摩擦面に供給される潤滑油（８）とを備え、前記モータは、コイル（２２，１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗ，２２２Ｕ，２２２Ｖ，２２２Ｗ）を有するステータ（２１，１２１，２２１）と、前記ステータの上方に配置され、当該ステータの前記コイルが通電されることによって回転するロータ（２６）と、前記ロータの回転力を前記圧縮部に伝達する伝達機構（２０）とを有し、前記コイルが通電されていない状態での前記潤滑油の油面（８ａ）は、当該潤滑油の油温が少なくとも所定温度以下の場合に、当該潤滑油が前記コイルを浸漬し、かつ前記ロータを浸漬しない状態となる位置に設定されている、圧縮機である。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の圧縮機であって、前記モータを駆動するモータ駆動部（５０）をさらに備え、前記モータ駆動部は、前記モータを駆動する際には、前記ロータが回転しないように前記コイルを通電した後、前記ロータを回転させる。

また、請求項３の発明は、請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の圧縮機であって、前記ロータが回転している状態での前記潤滑油が前記コイルを浸漬しない状態となるときが存在する。

また、請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の圧縮機であって、前記コイルは、複数の導線の結線部分（４０）を有し、前記結線部分は、前記ロータの回転時および回転停止時の両方において前記潤滑油に浸漬しない位置に配置されている。

また、請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の圧縮機であって、前記容器には、当該容器から部分的に露出し、前記コイルが結線された端子（４５）が設けられており、前記端子と前記コイルとの結線部分（４６）は、前記ロータの回転時および回転停止時の両方において前記潤滑油に浸漬しない位置に配置されている。

また、請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の圧縮機であって、前記コイルが通電されていない状態での前記潤滑油は、前記容器内における、前記圧縮部に供給される冷媒で満たされる領域（ＬＰＲ）に存在している。

また、請求項７の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の圧縮機であって、前記コイルが通電されていない状態での前記潤滑油は、前記容器内における、前記圧縮部で圧縮された冷媒で満たされる領域（ＨＰＲ）に存在している。

また、請求項８の発明は、請求項２に記載の圧縮機であって、前記コイルは、互いに積層された三相の分布巻コイル（１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗ，２２２Ｕ，２２２Ｖ，２２２Ｗ）を有し、前記モータ駆動部は、前記モータを駆動する際には、前記ロータが回転しないように前記三相の分布巻コイルのうち下二層の分布巻コイル（１２２Ｕ，１２２Ｖ，２２２Ｕ，２２２Ｖ）のみを通電した後に、前記ロータを回転させる。

また、請求項９の発明は、請求項２に記載の圧縮機であって、前記モータは、前記ロータの上方に第２のステータ（２１）をさらに有し、前記モータ駆動部は、前記モータを駆動する際には、前記ロータが回転しないように下方の前記ステータの前記コイルのみを通電した後に、前記ロータを回転させる。

請求項１及び請求項６の発明によれば、コイルが通電されていない状態での潤滑油の油面は、当該潤滑油の油温が少なくとも所定温度以下の場合に、当該潤滑油がコイルを浸漬する状態となる位置に設定されているため、油温が所定温度以下の状態でコイルが通電されると、コイルの発熱によって潤滑油の温度が上昇し、その粘度が低下する。したがって、モータを回転させる際に外気温の低下によって油温が低下し、潤滑油の粘度が高くなっている場合であっても、モータの駆動開始後すぐに潤滑油の粘度を低くすることができる。よって、容器内の摩擦面に供給される潤滑油によってモータが回転しにくくなることを抑制できる。さらに、潤滑油はロータを浸漬しないため、モータの駆動開始時に潤滑油によってロータが回転しにくくなることを抑制できる。

また、請求項２の発明によれば、モータ駆動部は、モータを駆動する際には、ロータが回転しないようにコイルを通電した後にロータを回転させるため、ロータを回転させる前に潤滑油を予備加熱することができる。そのため、潤滑油の温度が急激に上昇することを抑制できる。したがって、外気温の低下によって液化した冷媒が圧縮機内部や潤滑油中に滞留することを抑制でき、圧縮機起動時に当該冷媒が急激に気化することに起因する発泡現象を抑制でき、容器内の摩擦面への潤滑油の給油が途切れず圧縮機の信頼性が確保できる。また、潤滑油を予備加熱することから、ロータがさらに回転しやすくなる。

また、請求項３の発明によれば、ロータが回転している状態での潤滑油の油面は、当該潤滑油がコイルを浸漬しない状態となる位置に設定されているため、圧縮部が冷媒を圧縮している際に潤滑油の温度が上昇することを抑制できる。したがって、潤滑油の温度の影響で圧縮部に供給される冷媒の温度が高くなることを抑制でき、本圧縮機の効率の低下を抑制できる。

また、請求項４の発明によれば、コイルの結線部分は常に潤滑油に浸漬しないため、結線のはずれを抑制できる。

また、請求項５の発明によれば、端子とコイルとの結線部分は常に潤滑油に浸漬しないため、結線のはずれを抑制できる。

また、請求項７の発明によれば、潤滑油は、容器内における、圧縮部で圧縮された冷媒で満たされる領域に存在しているため、潤滑油が加熱されることにより、圧縮された冷媒の温度を上昇することができる。したがって、本圧縮機の速暖性能を向上することができる。

また、請求項８の発明によれば、互いに積層された三相の分布巻コイルのうち下二層の分布巻コイルのみが通電されるため、潤滑油が最上層の分布巻コイルを浸漬しない場合でも、当該潤滑油の温度を効率良く上昇することができる。

また、請求項９の発明によれば、ロータを挟む２つのステータのうち、下方のステータのコイルのみが通電されるため、潤滑油の温度を効率良く上昇することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る圧縮機の構造を示す図である。また図２は、本実施の形態１に係る圧縮機の構造を部分的に拡大して示す図である。図１，２では、斜線部分は断面構造を示している。また図２では、×印が示されている部分も断面構造を示している。なお、後述の図５，９でも同様である。

図１，２に示されるように、本実施の形態１に係る圧縮機は、密閉の容器１内に下から上に順に配置された、アキシャルギャップ型のモータ２と、当該モータ２で駆動される圧縮部３とを備えている。ここで、上側とは、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、容器１の中心軸に沿った上側をいう。

本実施の形態１に係る圧縮機は、低圧ドーム型の圧縮機であって、容器１内は圧縮部３を挟んで高圧領域ＨＰＲと低圧領域ＬＰＲとに区分されている。低圧領域ＬＰＲは、圧縮部３に吸入される低圧の冷媒で満たされ、高圧領域ＨＰＲは、圧縮部３で圧縮された高圧の冷媒で満たされる。

モータ２は低圧領域ＬＰＲに配置されている。モータ２は、ステータ２１と、当該ステータ２１の上にエアギャップを介して配置されたロータ２６と、当該ロータ２６に固定されたシャフト２０とを有している。シャフト２０は、ロータ２６の回転力を圧縮部３に伝達する伝達機構として機能する。

図３はモータ２の構造を詳細に示す斜視図である。なお図３では、モータ２の構造が理解しやすいように、モータ２を構成する部品を引き離して示している。図１〜３に示されるように、ステータ２１は、容器１に取り付けられた鉄心２３と、この鉄心２３に取り付けられた複数のコイル２２と、ステータ板２５とを有している。

鉄心２３は、シャフト２０に対して略直交するように配置された円環状の基台２４ａと、この基台２４ａのロータ２６側の一面に設けられた複数の突部２４ｂとを有している。複数の突部２４ｂは、それぞれシャフト２０に沿って突出しており、シャフト２０の周りに配置されている。複数のコイル２２は、複数の突部２４ｂの軸周りにそれぞれ巻回されている。各コイル２２は、励磁されて、対応する突部２４ｂの軸方向の磁束を発生する。

本実施の形態１に係るステータ２１では、例えば６つのコイル２２が設けられている。これらの６つのコイル２２では、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルがこの順番で周方向に沿って繰り返し配置されている。Ｕ相コイル同士、Ｖ相コイル同士及びＷ相コイル同士は、例えばそれぞれ直列接続されている。そして、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルは例えばスター結線されている。

ステータ板２５は、磁性体からなり、鉄心２３の基台２４ａとの間に複数のコイル２２を挟んでいる。ステータ板２５には、隣接する２つの突部２４ｂの間を磁気的に絶縁するスリット２５ａが複数設けられている。複数のスリット２５ａは、ステータ板２５の中心から径方向に沿って外側へ放射状に延びている。この構成により、エアギャップに対向するステータコア面積が増加するので、鎖交磁束を増大させることが可能となる。なお、ステータ２１においてステータ板２５は必須ではない。

ロータ２６は、シャフト２０に取り付けられた円環状のバックヨーク２８と、このバックヨーク２８のステータ２１側の一面に設けられた永久磁石２７と、ロータ板２９とを有している。バックヨーク２８は磁性体から成る。永久磁石２７はシャフト２０の周方向に交互に異なる磁極を有する。具体的には、永久磁石２７は、１つの磁極を有する磁石を複数有し、この複数の磁石は、シャフト２０の周方向に交互に磁極が異なるように配置されている。そして、隣り合う磁石の間には空間２７ａが形成されている。永久磁石２７は、シャフト２０に沿った方向の磁束を発生する。

ロータ２６は、永久磁石２７を有するので、モータ２の停止時において、ロータ２６にはステータ２１に対する吸引力が働いて、ロータ２６およびシャフト２０の逆転を防止できる。また、モータ２の運転時において、エアギャップの磁束密度を高くできるため、本圧縮機の高出力化および高効率化が実現できる。なお、ロータ２６において永久磁石２７は必須ではない。

ロータ板２９は、磁性体からなり、バックヨーク２８との間に永久磁石２７を挟んでいる。ロータ板２９には、永久磁石２７における隣接する２つの磁極の間を磁気的に絶縁するスリット２９ａが複数設けられている。複数のスリット２９ａは、ロータ板２９の中心から径方向に沿って外側へ放射状に延びている。この構成により、エアギャップに対向するロータコア面積が増加するので、鎖交磁束を増大させることが可能となる。また、永久磁石２７に減磁界が直接かからないため、減磁耐力も増大する。なお、ロータ２６においてロータ板２９は必須ではない。

圧縮部３は、容器１に取り付けられた本体部３０と、この本体部３０に固定支持された固定スクロール３１と、この固定スクロール３１に噛み合う旋回スクロール３２とを有している。

固定スクロール３１及び旋回スクロール３２のそれぞれは、鏡板に渦巻き状の突起部を有している。固定スクロール３１及び旋回スクロール３２は、それらの渦巻き状の突起部が互いに噛み合うように配置されている。これにより、圧縮部３には、複数の圧縮室３３が形成されている。旋回スクロール３２は、モータ２のシャフト２０の上端に取り付けられており、シャフト２０の回転により旋回する。

本体部３０にはシャフト２０が挿入されている。本体部３０は軸受け４ａを介してシャフト２０の中央よりも上方側を支持している。容器１内にはモータ２の下側で保持部５が取り付けられている。保持部５は、軸受け４ｂを介してシャフト２０の下端部を支持している。このように、本実施の形態１に係るシャフト２０は両持ちされている。軸受け４ａ，４ｂのそれぞれは、例えばすべり軸受けである。

本体部３０には、低圧領域ＬＰＲと圧縮室３３とを連通する吸入孔３０ａが設けられており、固定スクロール３１には、高圧領域ＨＰＲと圧縮室３３とを連通する吐出孔３１ａが設けられている。

容器１には、ロータ２６と同じ高さにおいて、当該ロータ２６に向かって開口する開口部６ａが設けられている。そして、開口部６ａには吸入管６が接続されている。また、容器１には、高圧領域ＨＰＲに向かって開口する開口部７ａが設けられており、当該開口部７ａには吐出管７が取り付けられている。圧縮部３に供給される低圧の冷媒は吸入管６から低圧領域ＬＰＲ内に供給され、圧縮部３で圧縮された高圧の冷媒は吐出管７から容器１の外側に吐出される。

容器１内には、モータ２の回転に起因して容器１内に生じる摩擦面を潤滑する潤滑油８が設けられている。潤滑油８は、モータ２のコイル２２が通電されていない場合には、容器１内の底部に存在しており、シャフト２０の下端部を浸漬している。

本圧縮機には、容器１の外側に、モータ２を駆動するモータ駆動部５０が設けられている。モータ駆動部５０は、ステータ２１のコイル２２を通電することによって、ロータ２６を回転させる。

容器１内には、モータ２のロータ２６のトルクを検出するトルク検出部５１と、潤滑油８の温度を検出する油温検出部５２と、潤滑油８の油面８ａの高さを検出する油面位置検出部５３とが設けられている。なお図１では、図面の煩雑さを避けるために、トルク検出部５１、油温検出部５２及び油面位置検出部５３を容器１の外側に示している。トルク検出部５１では、例えばモータ２の機器定数や電流等から間接的にロータ２６のトルクを求めても良い。また本圧縮機では、油面位置検出部５３は必須ではない。また、油温検出部５２の替わりに、例えば圧縮部３における冷媒の吐出部の温度を検出する手段など、圧縮機内部または圧縮機本体のいずれかの温度を検出する手段を使用しても良い。

容器１の側壁には、当該容器１から部分的に露出する複数の外部端子４５が取り付けられている。複数の外部端子４５の一部においては、容器１内でコイル２２の一端が接続されている。その結果、外部端子４５とコイル２２との結線部分４６が低圧領域ＬＰＲに位置している。また、複数の外部端子４５の他の一部においては、トルク検出部５１、油温検出部５２及び油面位置検出部５３の出力端子が電気的に接続されている。そして、複数の外部端子４５の容器１の外側の一端には、モータ駆動部５０が電気的に接続されている。この構成により、モータ駆動部５０は各コイル２２を通電することができ、トルク検出部５１、油温検出部５２及び油面位置検出部５３からの出力信号を受け取ることができる。

以上の構成を備える本実施の形態１に係る圧縮機では、低圧の冷媒が吸入管６から低圧領域ＬＰＲに供給される。そうすると、冷媒はモータ２に当たって、当該モータ２を冷却する。低圧の冷媒は、圧縮部３に設けられた吸入孔３０ａを通って圧縮室３３に供給される。モータ駆動部５０がステータ２１のコイル２２に所定の波形の交流電圧を印加すると、ロータ２６が回転し、それに連動してシャフト２０が回転する。これにより、ロータ２６の回転力がシャフト２０によって圧縮部３の旋回スクロール３２に伝達される。旋回スクロール３２はロータ２６からの回転力によって旋回し、圧縮室３３では冷媒の圧縮が行われる。このように、圧縮部３は、モータ２から伝達される回転力を利用して冷媒を圧縮する。圧縮室３３で圧縮された高圧の冷媒は吐出孔３１ａを通って高圧領域ＨＰＲに供給され、その後、吐出管７を通って容器１の外側に吐出される。

一方で、シャフト２０内には、その上下方向に貫通する給油路（図示せず）が設けられており、シャフト２０が回転すると、それによって発生する遠心力によって、潤滑油８が当該給油路を通って吸い上げられて、シャフト２０の上端からその外側に排出される。その結果、モータ２の回転に起因して発生する摩擦面に潤滑油８が供給される。例えば、旋回スクロール３２が旋回することよって生じる、当該旋回スクロール３２と固定スクロール３１との間の摩擦面や、シャフト２０が回転することによって生じる、当該シャフト２０と軸受け４ａとの間の摩擦面に潤滑油８が供給される。なお、潤滑油８は、圧縮された冷媒と一緒に吐出管７から容器１の外側に持ち出されることがある。

このように、モータ２が回転している際には、潤滑油８はシャフト２０によって吸い上げられるため、その油面８ａの位置は低下する。ただし、シャフト２０の下端部と、軸受け４ｂとの間の摩擦面も潤滑する必要があることから、本圧縮機では、潤滑油８の油面８ａが、シャフト２０の下端よりも低下しないようになっている。

その後、モータ駆動部５０によるコイル２２の通電が停止し、シャフト２０の回転が停止すると、潤滑油８のすべてが容器１の底部に戻ってきて、潤滑油８の油面８ａは上昇する。

本実施の形態１では、モータ２のコイル２２がモータ駆動部５０によって通電されていない状態では、図１に示されるように、潤滑油８はコイル２２を浸漬するものの、ロータ２６を浸漬していない。ただし、これは、潤滑油８の油温が少なくとも所定温度以下、例えば少なくとも５℃以下の場合である。つまり、本実施の形態１では、コイル２２が通電されていない状態での潤滑油８の油面８ａは、当該潤滑油８の油温が少なくとも所定温度以下の場合に、当該潤滑油８がコイル２２を浸漬し、かつロータ２６を浸漬しない状態となる位置に設定されている。具体的には、ステータ板２５内かそれ以下にある。

上述のように、冬期などの外気温が低い場合には、潤滑油８の油温が低下し、潤滑油８の粘度が高くなる。この状態で、モータ２が回転して潤滑油８が容器１内の摩擦面に供給されると、潤滑油８の粘度が高いことから、モータ２が回転しにくくなる。

本実施の形態１では、潤滑油８の油温が所定温度以下、例えば５℃以下の状態では、潤滑油８がコイル２２を浸漬しているため、この状態でコイル２２が通電されると、コイル２２の発熱によって、潤滑油８の温度が上昇し、その粘度が低下するようになる。したがって、モータ２を回転させる際に、外気温の低下によって油温が低下し、潤滑油８の粘度が高くなっている場合であっても、モータ２の駆動開始後すぐに潤滑油８の粘度を低くすることができる。よって、容器１内の摩擦面に供給される潤滑油８によってモータ２が回転しにくくなることを抑制でき、本圧縮機の性能を向上できる。

さらに、本実施の形態１では、コイル２２が通電されていない状態では、潤滑油８はロータ２６を浸漬しないため、モータ２の駆動開始時に潤滑油８によってロータ２６が回転しにくくなることを抑制できる。

なお、外気温が低い場合には、潤滑油８には液化した冷媒が含まれ、その油面８ａは夏期などの外気温が高い場合よりも高くなっている。したがって、外気温が高い場合には、潤滑油８はコイル２２を浸漬しなくなる場合がある。しかしながら、外気温が高い場合には、潤滑油８に含まれる冷媒量は少ないため、潤滑油８がコイル２２を浸漬しなくても問題とならない。

また、本実施の形態１では、ロータ２６が回転すると、潤滑油８がシャフト２０によって吸い上げられて、潤滑油８はコイル２２を浸漬しなくなる。つまり、本圧縮機では、ロータ２６が回転している状態での潤滑油８が、コイル２２を浸漬しない状態となるときが存在する。これにより、圧縮部３が冷媒を圧縮している際に潤滑油８の油温が上昇することを抑制できる。したがって、潤滑油８の油温の影響で圧縮部３に供給される冷媒の温度が高くなることを抑制でき、その結果、吸入冷媒と吐出冷媒の温度差を確保することができ、本圧縮機の効率の低下を抑制できる。

また、本実施の形態１では、図１に示されるように、コイル２２間の結線部分４０は、ロータ２６の回転時および回転停止時の両方において潤滑油８に浸漬しない位置に配置されている。したがって、潤滑油８の流動によるコイル２２間の結線のはずれを抑制できる。

また、本実施の形態１では、図１に示されるように、外部端子４５とコイル２２との結線部分４６は、ロータ２６の回転時および回転停止時の両方において潤滑油８に浸漬しない位置に配置されているため、潤滑油８の流動による外部端子４５とコイル２２との間の結線のはずれを抑制できる。

なお、各コイル２２では、導線の大部分に被覆が設けられており、絶縁処理が施されているが、導体における、他のコイル２２との結線箇所及び外部端子４５との結線箇所は、被覆から露出している。一方で、液化した冷媒の電気導電性は比較的高く、液化した冷媒にコイル２２の導線が浸漬すると、漏れ電流が増加する。

本実施の形態１では、外気温の低下によって潤滑油８に液化した冷媒が含まれている場合であっても、コイル２２の結線部分４０及び外部端子４５とコイル２２との結線部分４６が液化した冷媒に浸漬することを抑制できるため、漏れ電流が増加することを抑制できる。

また、本実施の形態１に係る圧縮機では、圧縮機停止中、油温が所定温度以下、例えば５℃以下の場合、ロータ２６が回転しないようにコイル２２を通電して、潤滑油８に対して予備加熱を行う。これにより、モータ２の起動時に潤滑油８の油温が急激に上昇することを抑制できる。したがって、外気温の低下によって液化した冷媒が圧縮機内部や潤滑油中に滞留することを抑制でき、圧縮機起動時に当該冷媒が急激に気化することに起因する発泡現象を抑制でき、容器内の摩擦面への潤滑油の給油が途切れず圧縮機の信頼性が確保できる。また、潤滑油８が予備加熱されるため、ロータ２６がさらに回転しやすくなる。以下に、この動作について詳細に説明する。

モータ駆動部５０は、圧縮機停止中、油温検出部５２の出力信号から現在の潤滑油８の油温を確認する。モータ駆動部５０は、潤滑油８の油温が所定温度以下、例えば５℃以下の場合、潤滑油８に対して予備加熱を行う。モータ駆動部５０は、潤滑油８の油温が所定温度よりも高い場合には、ロータ２６を回転させるためにコイル２２を通電する。このとき、モータ駆動部５０は、トルク検出部５１の出力信号を確認しながら、ロータ２６の回転が開始するまで、コイル２２に供給する電流を段階的に増加させる。

予備加熱を行うか否かの判断には、潤滑油８の油面８ａの位置情報も利用しても良い。この場合には、モータ駆動部５０は、油温検出部５２の出力信号から現在の潤滑油８の油温を確認するとともに、油面位置検出部５３の出力信号から潤滑油８の高さ、つまり油面８ａの位置を確認する。モータ駆動部５０は、潤滑油８の油温が所定温度以下、例えば５℃以下の場合、及び潤滑油８の油面８ａの位置が所定位置よりも高い場合の少なくとも一方の場合に、潤滑油８に対して予備加熱を行う。これは、潤滑油８の油面８ａの位置が所定位置よりも高くなっている場合にも、潤滑油８には多量の液化した冷媒が含まれていると考えられるからである。モータ駆動部５０は、潤滑油８の油温が所定温度よりも高く、かつ潤滑油８の油面８ａの位置が所定位置と同じかそれよりも低い場合には、ロータ２６を回転させるためにコイル２２を通電する。

なお、潤滑油８の油温が所定温度以下であり、かつ潤滑油８の油面８ａの位置が所定位置よりも高い場合に潤滑油８に対して予備加熱を行い、潤滑油８の油温が所定温度よりも高いか、あるいは潤滑油８の油面８ａの位置が所定位置と同じかそれよりも低い場合に、ロータ２６を回転させても良い。

また、潤滑油８の油温や油面８ａの位置を検出する替わりに、モータ２が回転する前に当該モータ２に供給する電流値が上限値に到達することによりモータ駆動が停止した場合には、潤滑油８の粘度が高いために起動不良が発生したと判断して、潤滑油８に対して予備加熱を行っても良い。

予備加熱では、ロータ２６が回転しないようにコイル２２が通電される。具体的には、モータ駆動部５０は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のコイル２２の間にきわめて高い周波数の電流を流すか、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のコイル２２のうちの任意の二相のコイル２２の間に高い周波数の電流を流す。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のコイル２２の間にきわめて高い周波数の電流を流すと、ロータ２６はそれには反応せずに回転することができず、コイル２２の温度は通電により上昇する。また、二相のコイル２２の間に高い周波数の電流を流す場合には、回転磁界が発生しないため、ロータ２６は回転せずにコイル２２は発熱する。二相のコイル２２の間に電流を流す場合には、三相のコイル２２の間に電流を流す場合よりも、その電流の周波数を低く設定できるが、二相のコイル２２の間に供給する電流の周波数が低すぎると、交番磁界によりロータ２６が往復運動をするため、これが生じない程度の高い周波数の電流を二相のコイル２２の間に供給する。コイル２２が加熱されると、誘導加熱によりステータ２１の鉄心２３も加熱される。

モータ駆動部５０は、潤滑油８の油温が所定温度以下であったために潤滑油８に対して予備加熱を行う場合には、予備加熱を行っている間、油温検出部５２の出力信号を確認し、潤滑油８の油温が所定温度を超えると予備加熱を終了する。また、モータ駆動部５０は、潤滑油８の油面８ａの位置が所定位置よりも高いために潤滑油８に対して予備加熱を行う場合には、予備加熱を行っている間、油面位置検出部５３の出力信号を確認し、潤滑油８の油面８ａの位置が所定位置と同じか、それよりも低くなると、予備加熱を終了する。また、モータ駆動部５０は、コイル２２に供給する電流が上限値となったために潤滑油８に対して予備加熱を行う場合には、予備加熱開始から一定時間経過後に、予備加熱を終了する。

モータ駆動部５０は、予備加熱が終了すると、ロータ２６を回転させるためにコイル２２を通電する。このとき、モータ駆動部５０は、上述のように、トルク検出部５１の出力信号を確認しながら、ロータ２６の回転が開始するまで、コイル２２に供給する電流を段階的に増加させ、ロータ２６の回転が開始すると、そのときの電流を維持する。

上述のように、潤滑油８は、ステータ２１の大部分を浸漬するため、コイル２２が発する熱の大部分を潤滑油８の加熱に使用することができる。

また、潤滑油８はその油温が所定温度以下ではロータ２６を浸漬していないため、予備加熱の際に潤滑油８が必要以上に加熱されることを抑制できる。本実施の形態１のように、ロータ２６に永久磁石２７が使用されている場合には、ロータ２６の加熱を抑制することによって、吸入加熱を抑制できる。

なお、容器１の中心軸が水平面に対して傾斜している場合であっても、潤滑油８の油面８ａが上述の位置にあれば同様の効果が得られる。

また、上述の特許文献１のように、ラジアルギャップ型のモータを使用した場合には、ステータを潤滑油に浸漬すると、ロータも潤滑油に浸漬することになることから、本実施の形態１に係る圧縮機よりも攪拌損失は増大する。

また、本実施の形態１に係る圧縮機は低圧ドーム型であるため、高圧ドーム型と比較して、冷媒圧縮中に容器１の底部に存在する潤滑油８の温度が低くなる。したがって、当該潤滑油８の粘度が高くなる。そのため、容器１内の摩擦面に給油される油の粘度が上昇し、油の粘性による抵抗のために余分な損失が増加する。その結果、機械損失が増加し効率が低下する。そこで、冷媒圧縮中、つまりロータ２６が回転している最中でも、コイル２２を潤滑油８に浸すことによって、冷媒圧縮中でも潤滑油８を加熱できる。その結果、油の粘性による機械損失を低減できる。

なお、軸受け４ａ，４ｂは、一般的に、液化した冷媒で潤滑油８が希釈した場合（潤滑油８の粘度が低い場合）を考慮して設計される。液化した冷媒で潤滑油８が希釈される程度は、高圧ドーム型でだろうが低圧ドーム型でだろうが大きな差はないため、両者で軸受け４ａ，４ｂの大きさは変わらない。

一方で、上述のように、冷媒圧縮中では、低圧ドーム型の方が高圧ドーム型よりも潤滑油８の粘度が高いため、軸受け４ａ，４ｂの大きさを同じにすると、低圧ドーム型の方が軸受け損失が大きくなる。そこで、上述のように予備加熱を行う。これにより、液化した冷媒で潤滑油８が希釈した場合に潤滑油８の加熱を行うことで液冷媒を気化させることができ、潤滑油８の著しい粘度低下を防止できる。その結果、通常運転時の粘度で軸受け４ａ，４ｂが設計でき、最小の軸受けサイズとなる。よって、機械損失を低減できる。

本実施の形態１に係るモータ２では、ロータ２６の片側にしかステータ２１が設けられていなかったが、図４に示されるように、ロータ２６の両側にステータ２１を設けても良い。この場合には、ロータ２６は、例えば、２つのロータ板２９で永久磁石２７が挟まれた構造となり、下側のステータ２１は、そのステータ板２５が、ロータ２６の下側のロータ板２９に対向するように配置され、上側のステータ２１は、そのステータ板２５が、ロータ２６の上側のロータ板２９に対向するように配置される。モータ２を図４に示されるように構成した場合には、予備加熱において、ロータ２６を挟む２つのステータ２１のうち、下方のステータ２１のコイル２２のみを通電することによって、潤滑油８の油温を効率良く上昇することができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る圧縮機の構造を示す図である。本実施の形態２に係る圧縮機は、上述の実施の形態１に係る圧縮機において、ステータ２１の替わりにステータ１２１を設けるとともに、オイルピックアップ１００を設けて、保持部５、軸受け４ｂ及びロータ板２９を取り除いたものである。以下では、本実施の形態２に係る圧縮機について、実施の形態１に係る圧縮機との相違点を中心に説明する。

図５に示されるように、本実施の形態２に係るシャフト２０は片持ちされている。シャフト２０は中央よりも上方側で軸受け４ａを介して圧縮部３の本体部３０に支持されており、その下端にはオイルピックアップ１００が取り付けられている。オイルピックアップ１００は、モータ２が回転しているか否かに関わらず常に潤滑油８に浸漬されている。オイルピックアップ１００は、シャフト２０の回転と共に回転し、その回転により生じる遠心力を利用して、潤滑油８を吸い上げる。オイルピックアップ１００によって吸い上げられた潤滑油８は、シャフト２０内の給油路を通って、容器１内に生じる摩擦面に供給される。

このように、シャフト２０の下端にはオイルピックアップ１００が取り付けられているため、シャフト２０の下端部が潤滑油８に浸漬されないように、あるいは潤滑油８に浸漬されたとしても、この浸漬された部分の長さを実施の形態１よりも短くすることができる。一般的に、オイルピックアップ１００の径は、シャフト２０の径よりも小さくすることができるため、攪拌損失を低減できる。

図６はステータ１２１の構造を示す斜視図である。図６では、ステータ１２１の構造が理解しやすいように、ステータ１２１を構成する部品を引き離して示している。本実施の形態２に係るステータ１２１には、コイルとして、三相の分布巻コイルが使用されており、その極数は二極である。図６に示されるように、ステータ１２１には、容器１に取り付けられた鉄心１２３が設けられている。鉄心１２３は、上述の基台２４ａと同様の基台１２４ａと、当該基台１２４ａのロータ２６側の一面に設けられた複数の突部１２４ｂとを有している。本実施の形態２では、例えば６つの突部１２４ｂが設けられている。複数の突部１２４ｂは、それぞれシャフト２０に沿って突出しており、シャフト２０の周りに配置されている。

複数の突部１２４ｂには、ステータ１２１の軸に沿って下から順に、Ｕ相コイル群１２２Ｕ、Ｖ相コイル群１２２Ｖ及びＷ相コイル群１２２Ｗが巻回されている。Ｕ相コイル群１２２Ｕ、Ｖ相コイル群１２２Ｖ及びＷ相コイル群１２２Ｗのそれぞれでは、２つのコイルが直列あるいは並列に接続されており、当該２つのコイルのそれぞれは、３つの突部１２４ｂを一括して巻回している。Ｕ相コイル群１２２ＵとＶ相コイル群１２２Ｖとの間、Ｖ相コイル群１２２ＶとＷ相コイル群１２２Ｗとの間、Ｗ相コイル群１２２ＷとＵ相コイル群１２２Ｕとの間では、それぞれ、コイルが巻回する３つの突部１２４ｂは１つだけずれている。

このように、本実施の形態２では、Ｕ相の分布巻コイルと、Ｖ相の分布巻コイルと、Ｗ層の分布巻コイルとが、この順で互いに積層されている。そして、潤滑油８に対する予備加熱を行う際には、ステータ１２１の下二層の分布巻コイルのみを通電する。つまり、Ｕ相コイル群１２２ＵとＶ相コイル群１２２Ｖとの間に電流を流す。これにより、潤滑油８が最上層のＷ相コイル群１２２Ｗを浸漬しない場合であっても、潤滑油８の油温を効率よく上昇することができる。

なお、ステータ１２１の替わりに、図７，８に示されるステータ２２１を使用しても良い。ステータ２２１には、コイルとして、三相の分布巻コイルが使用されており、その極数は四極である。図７はステータ２２１を構成する部品を引き離した状態で当該ステータ２２１の構造を示す斜視図である。また、図８はステータ２２１を構成する部品を組み合わせた状態で当該ステータ２２１の構造を示す斜視図である。

図７，８に示されるように、ステータ２２１には、容器１に取り付けられる鉄心２２３が設けられている。鉄心２２３は、上述の基台２４ａ，１２４ａと同様の基台２２４ａと、当該基台２２４ａのロータ２６側の一面に設けられた複数の突部２２４ｂとを有している。本実施の形態２では、例えば２４個の突部２２４ｂが設けられている。複数の突部２２４ｂは、それぞれシャフト２０に沿って突出しており、シャフト２０の周りに配置されている。

複数の突部２２４ｂには、ステータ２２１の軸に沿って下から順に、Ｕ相コイル群２２２Ｕ、Ｖ相コイル群２２２Ｖ及びＷ相コイル群２２２Ｗが巻回されている。Ｕ相コイル群２２２Ｕ、Ｖ相コイル群２２２Ｖ及びＷ相コイル群２２２Ｗのそれぞれでは、４つのコイルが直列または並列に接続されており、当該４つのコイルのそれぞれは５つの突部２２４ｂを一括して巻回している。Ｕ相コイル群２２２ＵとＶ相コイル群２２２Ｖとの間、Ｖ相コイル群２２２ＶとＷ相コイル群２２２Ｗとの間、Ｗ相コイル群２２２ＷとＵ相コイル群２２２Ｕとの間では、それぞれ、コイルが巻回する５つの突部２２４ｂが２つだけずれている。

Ｕ相コイル群２２２Ｕが有する４つのコイルの各々では、外側のコイルエンド（複数の突部２２４ｂの外周側に設けられる部分）及び内側のコイルエンド（複数の突部２２４ｂの内周側に設けられる部分）がともに下方に曲げられている。そして、外側及び内側のコイルエンドは、基台２２４ａに設けられた凹部２２４ｃ，２２４ｄにそれぞれ収納される。Ｖ相コイル群２２２Ｕが有する４つのコイルの各々では、外側及び内側のコイルエンドは曲げられていない。Ｗ相コイル群２２２Ｗが有する４つのコイルの各々では、外側及び内側のコイルエンドはともに上方に曲げられており、ロータ２６に設けられた図示しない凹部に収納される。

以上のような構成のステータ２２１を備える圧縮機においても、潤滑油８に対する予備加熱を行う際には、ステータ２２１の下二層の分布巻コイルのみを通電する。つまり、Ｕ相コイル群２２２ＵとＶ相コイル群２２２Ｖとの間に電流を流す。これにより、潤滑油８が最上層のＷ相コイル群２２２Ｗの外側のコイルエンド及び内側のコイルエンドを浸漬しない場合であっても、潤滑油８の油温を効率よく上昇することができる。

実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３に係る圧縮機の構造を示す図である。本実施の形態３に係る圧縮機は、上述の実施の形態１に係る圧縮機において、基本的には、スクロール型の圧縮部３の替わりにロータリ型の圧縮部３０３を備え、低圧ドーム型を高圧ドーム型に変更したものである。以下では、本実施の形態３に係る圧縮機について、実施の形態１に係る圧縮機との相違点を中心に説明する。

図９に示されるように、圧縮部３０３はモータ２の上方に位置している。圧縮部３０３は、シリンダ状の本体部３３０と、この本体部３３０の上下の開口端にそれぞれ取り付けられた上端板３３１及び下端板３３２とを備えている。シャフト２０は、本体部３３０、上端板３３１及び下端板３３２を貫通している。

本体部３３０の内部には、シャフト２０に設けられたクランクピン２０ａに嵌合したローラ３３３が公転可能に配置されている。ローラ３３３の外面と本体部３３０の内面との間に圧縮室３３４が形成されている。圧縮部３０３では、ローラ３３３の公転運動により圧縮室３３４で冷媒圧縮が行われる。

本実施の形態３では、吸入管６は、容器１の側壁を貫通して、本体部３３０の内部にまで侵入し、圧縮室３３４と連通している。したがって、低圧の冷媒は吸入管６から直接圧縮室３３４に供給される。また、吐出管７は、容器１の上壁を貫通して当該容器１に取り付けられている。

以上の構成を備える本実施の形態３に係る圧縮機では、低圧の冷媒が吸入管６から圧縮室３３４に供給される。モータ駆動部５０がステータ２１のコイル２２に対して所定の波形の交流電圧を印加すると、ロータ２６が回転し、それに連動してシャフト２０が回転する。これにより、ローラ３３３が公転運動して圧縮室３３４で冷媒が圧縮される。圧縮部３０３で圧縮された冷媒は、圧縮部３０３の上方及び下方に吐出される。その結果、容器１内の圧縮部３０３の上方及び下方の領域は、ともに高圧の冷媒で満たされる高圧領域ＨＰＲとなり、モータ２は下方の高圧領域ＨＰＲに配置されている。圧縮部３０３の上方に吐出された高圧の冷媒は、吐出管７を通って容器１の外側に吐出される。

一般的に、低圧ドーム型の圧縮機では、起動時に潤滑油８が冷えていると、高圧の冷媒の吐出温度がなかなか向上せず、速暖性能があまり良くない。これに対して、本実施の形態３のように、高圧ドーム型の圧縮機では、潤滑油８を加熱することにより圧縮冷媒も加熱されることから、その吐出温度を速く上昇させることができる。その結果、速暖性能が向上する。

実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４に係る圧縮機の構造を示す図である。本実施の形態４に係る圧縮機は、上述の実施の形態１に係る圧縮機において、低圧ドーム型を高圧ドーム型に変更したものである。以下では、本実施の形態４に係る圧縮機について、実施の形態１に係る圧縮機との相違点を中心に説明する。

本実施の形態４に係る容器１内では、圧縮部３の上部が、低圧の冷媒で満たされる低圧領域ＬＰＲとなり、圧縮部３の下部が、高圧の冷媒で満たされる高圧領域ＨＰＲとなる。モータ２は高圧領域ＨＰＲに配置されている。

吸入管６は容器１の上壁を貫通して圧縮部３の圧縮室３３まで到達している。容器１の側壁には、ロータ２６と同じ高さにおいて、当該ロータ２６に向かって開口する開口部７ａが設けられており、この開口部７ａには吐出管７が接続されている。圧縮部３には、圧縮後の高圧の冷媒が流れる冷媒流路１３０ａが設けられており、当該冷媒流路１３０ａの一端は圧縮室３３に接続され、その他端は高圧領域ＨＰＲに接続されている。

以上の構成を備える本実施の形態４に係る圧縮機では、低圧の冷媒が吸入管６から圧縮室３３に供給される。モータ駆動部５０がステータ２１のコイル２２に所定の波形の交流電圧を印加すると、ロータ２６が回転し、それに連動してシャフト２０が回転する。これにより、ロータ２６の回転力がシャフト２０によって圧縮部３の旋回スクロール３２に伝達される。旋回スクロール３２はロータ２６からの回転力によって旋回し、圧縮室３３では冷媒の圧縮が行われる。圧縮室３３で圧縮された高圧の冷媒は冷媒流路１３０ａを通って圧縮部３の下方の高圧領域ＨＰＲに吐出される。高圧領域ＨＰＲに吐出された高圧の冷媒は、吐出管７を通って容器１の外側に吐出される。なお、図中の矢印３５０は、冷媒の流れる方向を示している。

上述のように、低圧ドーム型の圧縮機では、一般的に、起動時に潤滑油８が冷えていると、高圧の冷媒の吐出温度がなかなか向上せず、速暖性能があまり良くない。これに対して、本実施の形態４のように、高圧ドーム型の圧縮機では、潤滑油８を加熱することにより圧縮冷媒も加熱されることから、その吐出温度を速く上昇させることができる。その結果、速暖性能が向上する。

本発明の実施の形態１に係る圧縮機の構造を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機の構造を部分的に拡大して示す図である。 本発明の実施の形態１に係るモータの構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るステータの変形例の構造を示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る圧縮機の構造を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るステータの構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るステータの変形例の構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るステータの変形例の構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る圧縮機の構造を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る圧縮機の構造を示す図である。

符号の説明

１ 容器
２ モータ
３，３０３ 圧縮部
８ 潤滑油
８ａ 油面
２０ シャフト
２１，１２１，２２１ ステータ
２２ コイル
２６ ロータ
４０，４６ 結線部分
４５ 外部端子
５０ モータ駆動部
１２２Ｕ，２２２Ｕ Ｕ相コイル群
１２２Ｖ，２２２Ｖ Ｖ相コイル群
１２２Ｗ，２２２Ｗ Ｗ相コイル群
ＨＰＲ 高圧領域
ＬＰＲ 低圧領域

Claims (9)

1. 容器（１）と、
   前記容器内に設けられたアキシャルギャップ型のモータ（２）と、
   前記容器内において前記モータの上方に配置され、前記モータから伝達される回転力を利用して冷媒を圧縮する圧縮部（３，３０３）と、
   前記容器内に設けられ、前記モータの回転に起因して前記容器内に生じる摩擦面に供給される潤滑油（８）と
   を備え、
   前記モータは、
   コイル（２２，１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗ，２２２Ｕ，２２２Ｖ，２２２Ｗ）を有するステータ（２１，１２１，２２１）と、
   前記ステータの上方に配置され、当該ステータの前記コイルが通電されることによって回転するロータ（２６）と、
   前記ロータの回転力を前記圧縮部に伝達する伝達機構（２０）と
   を有し、
   前記コイルが通電されていない状態での前記潤滑油の油面（８ａ）は、当該潤滑油の油温が少なくとも所定温度以下の場合に、当該潤滑油が前記コイルを浸漬し、かつ前記ロータを浸漬しない状態となる位置に設定されている、圧縮機。
2. 請求項１に記載の圧縮機であって、
   前記モータを駆動するモータ駆動部（５０）をさらに備え、
   前記モータ駆動部は、前記モータを駆動する際には、前記ロータが回転しないように前記コイルを通電した後、前記ロータを回転させる、圧縮機。
3. 請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の圧縮機であって、
   前記ロータが回転している状態での前記潤滑油が前記コイルを浸漬しない状態となるときが存在する、圧縮機。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の圧縮機であって、
   前記コイルは、複数の導線の結線部分（４０）を有し、
   前記結線部分は、前記ロータの回転時および回転停止時の両方において前記潤滑油に浸漬しない位置に配置されている、圧縮機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の圧縮機であって、
   前記容器には、当該容器から部分的に露出し、前記コイルが結線された端子（４５）が設けられており、
   前記端子と前記コイルとの結線部分（４６）は、前記ロータの回転時および回転停止時の両方において前記潤滑油に浸漬しない位置に配置されている、圧縮機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の圧縮機であって、
   前記コイルが通電されていない状態での前記潤滑油は、前記容器内における、前記圧縮部に供給される冷媒で満たされる領域（ＬＰＲ）に存在している、圧縮機。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の圧縮機であって、
   前記コイルが通電されていない状態での前記潤滑油は、前記容器内における、前記圧縮部で圧縮された冷媒で満たされる領域（ＨＰＲ）に存在している、圧縮機。
8. 請求項２に記載の圧縮機であって、
   前記コイルは、互いに積層された三相の分布巻コイル（１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗ，２２２Ｕ，２２２Ｖ，２２２Ｗ）を有し、
   前記モータ駆動部は、前記モータを駆動する際には、前記ロータが回転しないように前記三相の分布巻コイルのうち下二層の分布巻コイル（１２２Ｕ，１２２Ｖ，２２２Ｕ，２２２Ｖ）のみを通電した後に、前記ロータを回転させる、圧縮機。
9. 請求項２に記載の圧縮機であって、
   前記モータは、前記ロータの上方に第２のステータ（２１）をさらに有し、
   前記モータ駆動部は、前記モータを駆動する際には、前記ロータが回転しないように下方の前記ステータの前記コイルのみを通電した後に、前記ロータを回転させる、圧縮機。

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