JP2008538596A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

回転子鉄心（１２３）に永久磁石（１２４）を内蔵した２極の永久磁石型電動機を備え、回転子鉄心（１２３）の圧縮要素（１０５）側の端部に中空のボア部（１３１）を設け、主軸受（１１１）がボア部（１３１）の内側に延在し、回転子鉄心（１２３）の積厚を固定子鉄心（１２６）の積厚よりも長くすることにより、回転子鉄心（１２３）の磁路が広く形成できるため、従来ボア部（１３１）により不足していた回転子鉄心（１２３）内部に生じる磁束量が増加し、損失が低減して効率が向上する。

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

近年、冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、消費電力の低減のため高効率化が望まれると共に、冷凍冷蔵庫の容積効率を上げるため小型化が望まれている。

従来、例えば、日本特許公開公報２００１−７３９４８号(以下、文献１)は、効率を改善するため、電動要素として、誘導電動機でなく、回転子に永久磁石を内蔵した２極の永久磁石型電動機を開示する。

以下、図面を参照しながら、従来の密閉型圧縮機を説明する。

図１０は、文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図を示すものである。図１０に示すように、密閉容器１は、固定子２と回転子３からなる電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５を収容する。さらに密閉容器１内には潤滑油６が貯溜される。シャフト１０は、回転子３を固定した主軸部１１および、主軸部１１に対し偏心して形成された偏心軸部１２を有する。シリンダブロック１４は、略円筒形の圧縮室１５を有するとともに、非磁性体材料であるアルミ系材料からなる主軸受１７を有する。ピストン１９は、シリンダブロック１４の圧縮室１５に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１２との間を連結手段２０によって連結されている。

電動要素４は、積層電磁鋼板よりなる固定子鉄心２５に巻線を巻装した固定子２と、積層電磁鋼板よりなる回転子鉄心２６に永久磁石２７を内蔵した回転子３とから構成される２極の永久磁石型電動機である。また、永久磁石２７が脱落するのを防止する保護用の端板２８が回転子鉄心２６に固定されている。

また、回転子鉄心２６の圧縮要素５に対向する側の端部には中空のボア部３１が設けられており、この中空のボア部３１の内側には主軸受１７が延在している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素４の回転子３がシャフト１０を回転させ、偏心軸部１２の回転運動が連結手段２０を介してピストン１９に伝えられることでピストン１９は圧縮室１５内を往復運動する。ピストン１９の往復運動により、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１５内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

次に、回転子３が回転する際の磁束の流れや損失について説明する。主軸受１７を非磁性材料で形成しているため、ボア部３１の内周と主軸受１７との間には磁気吸引力が働かないのでロストルクが生じない。また、永久磁石２７からの磁束は主軸受１７が非磁性体であるため主軸受１７には吸引されず、殆どが回転子鉄心２６の中だけを通ることになる。従って、主軸受１７内には鉄損（特に渦電流損）が殆ど発生せず、高効率とすることができるとされる。

しかしながら、上記従来の構成では、非磁性材料で形成された主軸部１１を磁路が通過できないため、回転子鉄心２６のボア部３１において磁束が通過できる領域が小さくなる。そのため、部分的に狭い磁路しか形成できず磁気抵抗が大きくなり、ボア部３１付近の磁束量はボア部３１が無い場合に比べて少なくなるため、損失が大きくなるという課題を有していた。

また、ボア部３１での損失を低減するためにボア部を形成しない軸受構造にすると、主軸受１７が回転子鉄心２６に形成されたボア部３１に延在することができない。すなわち、回転子３と主軸受１７との高さ方向の重なりが無くなるため、ボア部３１の深さ分だけ回転子３が圧縮要素５の反対側に移動することになり、結果としてボア部３１の深さ分だけ密閉容器１の高さが高くなるという課題を有していた。

本発明の密閉型圧縮機は、電動要素が、固定子と回転子鉄心に永久磁石を内蔵した回転子とからなる２極の永久磁石型電動機であり、回転子鉄心の圧縮要素側の端部に中空のボア部が設けられ、主軸受がボア部の内側に延在し、かつ回転子鉄心の軸方向長さが固定子の固定子鉄心の軸方向長さよりも長いことを特徴とする。回転子鉄心の磁路が広く形成できるため、従来不足していた回転子鉄心内部に生じる磁束量が増加し、損失が低減して電動要素の効率が向上する。

また、主軸部を磁性材料で形成しても良い。これによりボア部の内側の磁性体の主軸受とシャフトが磁路となるため、従来不足していた回転子内部に生じる磁束量が増加し、損失が低減する。

本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器の高さを高くすることなく、ボア部の内側の磁路を形成できるため、回転子内部の磁束量が増加して損失が低減し、効率を高くすることができる。

本発明の密閉型圧縮機において、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、電動要素と圧縮要素を収容する。圧縮要素は、偏心軸部と主軸部を有するシャフトと、主軸部を軸支する主軸受を備える。電動要素は、固定子と回転子鉄心に永久磁石を内蔵した回転子とからなる２極の永久磁石型電動機である。回転子鉄心の圧縮要素側の端部には中空のボア部が設けられ、主軸受がボア部の内側に延在する。かつ、回転子鉄心の軸方向長さである積厚を、固定子の固定子鉄心の積厚よりも長くしている。これにより、回転子鉄心の磁路が広く形成できるため、従来ボア部による磁路の狭小化により不足していた回転子鉄心内部の磁束量が増加し、損失が低減する。また、密閉容器の高さに直接影響しない回転子鉄心の積厚を長くするため、密閉容器の高さは高くならない。従って、小型軽量でコストが低く、かつ効率を高くすることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、回転子鉄心の軸方向の両端部が固定子鉄心の軸方向の両端部よりそれぞれ外側に位置する構成であってもよい。固定子と回転子の磁気中心がほぼ一致するため軸方向の電磁力が殆ど発生せず、回転子に作用する電磁力を、有効に、シャフトを回転させるトルクに変換することができるため、さらに効率が向上する。

また、本発明の密閉型圧縮機は、永久磁石の軸方向長さが回転子鉄心の軸方向長さより短い構成にしてもよい。永久磁石により生じる磁束が回転子鉄心の軸方向の端部から外側に漏れにくくなるため、有効な磁束量をあまり減少させずに永久磁石の材料コストを低減できるので、さらに低コストにすることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、永久磁石の軸方向長さが回転子鉄心の軸方向長さより短く、永久磁石が回転子の反ボア部側に位置する構成とすることが出来る。永久磁石による磁束は回転子鉄心のボア部の無い広い部分に主に生じるため、広い磁路が形成でき永久磁石の有効な磁束量をあまり減少させずに永久磁石の材料コストを低減できるので、さらに低コストにすることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、２極の永久磁石型電動機が、回転子鉄心の外周に始動用かご形導体の多数の導体バーを有し、その内周側に複数個の永久磁石を埋設してなる回転子を備えた自己始動形永久磁石式同期電動機を電動要素にすることが出来る。高い効率が得られる同期モータが採用でき、高い効率にすることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、永久磁石を希土類磁石で形成してもよい。希土類磁石は強い磁力を得ることができるので、電動機の小型軽量化や密閉型圧縮機の小型軽量化を図ることができる。

本発明の密閉型圧縮機は主軸受を磁性材料で形成してもよい。主軸受で発生する渦電流による損失以上に、ボア部内側の磁性体の主軸受とシャフトが磁路となり、従来不足していた回転子内部に生じる磁束量が増加し、損失が低減するため、電動要素の効率が向上するので、密閉型圧縮機の効率を高くすることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、主軸受を鉄系の焼結材か鋳物を用いて形成することが出来る。軸受を安価な鉄系材料で形成でき、それに加えてシリンダブロックと一体に形成できるので、コストを下げることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、ボア部の深さ(すなわち、ボア部の軸方向の長さ)回転子鉄心の厚さの１／３以上にしてもよい。磁性体の主軸受がボア部の内側に延在することにより、回転子鉄心のボア部の無い部分の厚みが薄いことによる回転子の内部の磁束不足を補うため、同じ回転子鉄心の厚さでボア部の無い場合と比べて密閉容器の高さを低くでき、効率を高くすることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、ボア部の径と主軸受の外径との隙間を０．５〜３ｍｍにしてもよい。ボア部と主軸受との隙間の磁気抵抗が減少し強い磁路が構成され漏れ磁束が少なくなり、磁束量が増加するため、さらに効率が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の各要素を明瞭に図示するため、要素によっては、縦方向または横方向の縮尺を拡大している場合がある。

（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である。図２は、実施の形態１の回転子におけるボア部の無い部分の軸方向断面図である。図３は、実施の形態１の回転子におけるボア部の有る部分の軸方向断面図である。

図１、図２、図３において、密閉容器１０１内に潤滑油１０２を貯溜するとともに、電動要素１０３と電動要素１０３によって駆動される圧縮要素１０５を収容し、圧縮要素１０５は偏心軸部１０６と主軸部１０７を有したシャフト１１０と、主軸部１０７を軸支する主軸受１１１を備える。シリンダブロック１１２は、略円筒形の圧縮室１１３を有するとともに、非磁性体材料であるアルミ系材料からなる主軸受１１１が固定されている。ピストン１１４は、シリンダブロック１１２の圧縮室１１３に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１０６との間を連結手段１１５によって連結されている。

実施の形態１において、電動要素１０３は、固定子１２１と回転子鉄心１２３に永久磁石１２４を内蔵した回転子１２５とからなる２極の自己始動形永久磁石式同期電動機である。回転子鉄心１２３の軸方向長さである積厚が、固定子１２１の固定子鉄心１２６の軸方向長さである積厚よりも長くなっている。また、永久磁石１２４が脱落するのを防止する保護用の端板１２７が回転子鉄心１２３に固定されている。回転子鉄心１２３に設けた多数の導体バー１２８と、回転子鉄心１２３の軸方向の両端に位置する短絡環１２９とが、アルミダイカストで一体に成型されて始動用かご形導体が形成される。

回転子鉄心１２３の軸方向の両端部は、固定子鉄心１２６の軸方向の両端部よりそれぞれ外側に位置するように構成されている。言い換えると、回転子鉄心１２３の上端は、固定子鉄心１２６の上端よりも高く、同時に、回転子鉄心１２３の下端は、固定子鉄心１２６の下端よりも低い。回転子鉄心１２３の圧縮要素１０５側の端部に中空のボア部１３１を設け、主軸受１１１がボア部１３１の内側に延在している。

ここで、ボア部１３１について説明する。回転子鉄心１２３は貫通孔１３３を有し、シャフト１１０が貫通孔１３３に挿入されている。ボア部１３１は貫通孔１３３の上部に、環状に設けられた凹部である。言い換えれば、ボア部１３１は、貫通孔１３３の直径よりも大きな直径の段差部である。従って、主軸受１１１の下端はボア部１３１に収容されることにより、シャフト１１０と回転子鉄心１２３の間に挿入される。

永久磁石１２４は、希土類磁石であるネオジウム・鉄・ボロン系の強磁性体からなる平板形の磁石である。永久磁石１２４は、永久磁石１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ、１２４Ｄからなり、図２に示すように配置される。一対の同極性の永久磁石１２４Ａおよび１２４Ｂを、シャフト１１０の回りに、所定の角度および所定の間隔で対向設置し、一方、他の一対の同極性の永久磁石１２４Ｃおよび１２４Ｄを、シャフト１１０の回りに、所定の角度および所定の間隔で対向設置する。永久磁石１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ、１２４Ｄは、いずれも回転子鉄心１２３の軸と平行な方向に埋設される。すなわち、一対の同極性の永久磁石１２４Ａと１２４Ｂで１極の回転子磁極を形成し、他の一対の同極性の永久磁石１２４Ｃおよび１２４Ｄでも１極の回転子磁極を形成する。従って、回転子１２５全体では２極の回転子磁極を形成している。また、隣り合う永久磁石１２４Ａと１２４Ｃ間、または永久磁石１２４Ｂと１２４Ｄ間の磁束短絡を防止するために磁石短絡防止用のバリア１３２が形成され、バリア１３２は孔内に非磁性材料であるアルミダイカストが充填されている。

尚、本圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのＲ１３４ａやＲ６００ａに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性の高い潤滑油と組み合わせて用いる。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下、その動作、作用を説明する。

電動要素１０３の回転子１２５はシャフト１１０を回転させ、偏心軸部１０６の回転運動が連結手段１１５を介してピストン１１４に伝えられることで、ピストン１１４は圧縮室１１３内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１１３内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

次に、図２、図３で永久磁石１２４の磁束の流れを矢印の線で概念的に説明する。回転子鉄心１２３におけるボア部１３１の無い部分の磁束の流れを、図２に示す。永久磁石１２４Ａまたは永久磁石１２４Ｂから出る磁束は、回転子鉄心１２３の中央部を通り、それぞれ永久磁石１２４Ｃまたは永久磁石１２４Ｄに吸い込まれる。

一方、回転子鉄心１２３に形成されたボア部１３１における磁束の流れを、図３に示す。永久磁石１２４Ａまたは永久磁石１２４Ｂから出る磁束は、非磁性体材料であるアルミ系材料からなる主軸受１１１を通過することが出来ないため、中空のボア部１３１内には通らず、主軸部１１１の外周とボア部１３１の内周とで形成される空隙の付近に回り込む。このため、通常は、この部分の磁路が狭く不足しがちになる。

これに対し、本実施の形態１では、回転子鉄心１２３の軸方向長さを、固定子１２１の固定子鉄心１２６の軸方向長さよりも長くしていることにより、回転子鉄心１２３の軸方向に広い磁路を形成することができる。その結果、従来不足していた回転子鉄心１２３内部の磁束量が増加し、損失が低減する。以上説明したように、本実施の形態１の電動要素１０３は、広い磁路を有しており、永久磁石１２４による磁束の流れがスムーズであるという特徴を有する。

また、密閉容器１０１の高さに直接影響しない回転子鉄心１２３の軸方向長さを長くするため、密閉容器１０１の高さは高くならない。更に、ボア部１３１が無い場合に比べてボア部１３１の深さ分だけ密閉容器１０１の高さが低くなり、小型軽量化することができる。

また、回転子鉄心１２３の軸方向の両端部が固定子鉄心１２６の軸方向の両端部よりそれぞれ外側に位置する構成としていることにより、固定子１２１と回転子１２５の磁気中心がほぼ一致する。そのため、軸方向の電磁力が殆ど発生せず、回転子１２５に作用する電磁力を、有効に、シャフト１１０を回転させるトルクに変換することができることになり、さらに効率が向上する。

従って、小型軽量でコストが低く、かつ効率を高くすることができる。

尚、給油等のためにシャフト内に中空部分が設けられている場合には、ボア部１３１が有る場合と同様に磁路が不足しがちになるので、上述した構成による作用はさらに有効に働き、同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図である。尚、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示すように、密閉容器１０１は底部に潤滑油１０２を貯溜するとともに、電動要素２０１と、電動要素２０１によって駆動される圧縮要素１０５を収容する。圧縮要素１０５は、偏心軸部１０６と主軸部１０７を有するシャフト１１０と、主軸部１０７を軸支する主軸受１１１を備える。シリンダブロック１１２は、略円筒形の圧縮室１１３を有するとともに、非磁性体材料であるアルミ系材料からなる主軸受１１１を有する。ピストン１１４は、シリンダブロック１１２の圧縮室１１３に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１０６との間を連結手段１１５によって連結されている。

実施の形態２において、電動要素２０１は、固定子２０２と回転子鉄心２０３に永久磁石２０５を内蔵した回転子２０６とからなる２極の自己始動形永久磁石式同期電動機である。実施の形態２において、回転子鉄心２０３の軸方向長さである積厚を、固定子２０２の固定子鉄心２１０の積厚よりも長くしている。また、永久磁石２０５が脱落するのを防止する保護用の端板２１１が回転子鉄心２０３に固定されている。

回転子鉄心２０３の圧縮要素１０５側の端部には中空のボア部２１２が設けられ、主軸受１１１がボア部２１２の内側に延在している。永久磁石２０５の軸方向長さは回転子鉄心２０３の軸方向長さより短くしている。また、永久磁石２０５は、ボア部２１２が形成されていない回転子鉄心２０３の下部側に固定される。言い換えると、永久磁石２０５が、回転子２０６の軸方向(図４では高さ方向)において、ボア部２１２が形成されていない領域を覆う構成にしている。ボア部２１２について説明する。回転子鉄心２０３は第１の直径を有する貫通孔１３３を有し、シャフト１１０が貫通孔１３３に挿入されている。ボア部２１２は貫通孔１３３の上部に、環状に設けられた凹部である。言い換えれば、ボア部２１２は、貫通孔１３３の直径よりも大きな第２の直径を有する段差部である。従って、主軸受１１１の下端はボア部２１２に収容されることにより、シャフト１１０と回転子鉄心２０３の間に挿入される。つまり、永久磁石２０５は、第１の直径の貫通孔を有する回転子鉄心の領域を覆う。

永久磁石２０５は平板形の希土類磁石であるネオジミウム・鉄・ボロン系の強磁性体からなる。永久磁石２０５の構成は、図２、図３と同様の構成である。つまり、２個の永久磁石２０５で１極の回転子磁極を形成し、回転子２０６全体では、４個の永久磁石２０５を用いて、２極の回転子磁極を形成している。また、回転子鉄心２０３に設けた多数の導体バーと、回転子鉄心２０３の軸方向の両端に位置する短絡環２１３とが、アルミダイカストで一体に成型されることで、始動用かご形導体が形成されている。また、隣り合う永久磁石２０５間の磁束短絡を防止するために磁石短絡防止用のバリア１３２が形成され、バリア１３２は孔内にアルミダイカストが充填されて構成されている。

尚、本圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのＲ１３４ａやＲ６００ａに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性のある潤滑油と組み合わせられている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素１０３の回転子２０６はシャフト１１０を回転させ、偏心軸部１０６の回転運動が連結手段１１５を介してピストン１１４に伝えられることで、ピストン１１４は圧縮室１１３内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１１３内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

次に、永久磁石２０５の磁束の流れを概念的に説明する。回転子２０６におけるボア部２１２の無い部分の磁束の流れは、図２と同様であり、永久磁石２０５から出る磁束は回転子鉄心２０３の中央部を通る。一方、回転子２０６におけるボア部２１２の有る部分の磁束の流れは、図３と同様である。すなわち、永久磁石２０５から出る磁束は、ボア部２１２内に非磁性材料からなる主軸部１１１が存在するため、中空のボア部２１２内を通ることができない。そのため、磁束は主軸部１１１の外周とボア部２１２の内周とで形成される空隙の付近に回り込むことになり、この部分の磁路が狭く不足しがちになる。

しかし、永久磁石２０５の軸方向長さが回転子鉄心２０３の軸方向長さより短い構成としたので、永久磁石２０５により生じる磁束が回転子鉄心２０３の軸方向の端部から外側に漏れにくくなるため、有効な磁束量をあまり減少させずに永久磁石２０５の材料コストを低減できる。以上説明したように、本実施の形態２の電動要素１０３は、広い磁路を有しており、永久磁石２０５による磁束の流れがスムーズであるという特徴を有する。

更に、永久磁石２０５を、回転子２０６の上下方向で、ボア部２１２の形成されている上部位置とは逆の下部に配置する構成としている。すなわち、永久磁石２０５と、ボア部２１２との高さ方向の重なりを出来る限り少なくしている。この構成により、永久磁石２０５による磁束は回転子鉄心２０３のボア部２１２の無い広い部分に主に生じるため、永久磁石２０５の大きさに対して広い磁路を形成することができ、永久磁石２０５の有効な磁束量をあまり減少させずに永久磁石２０５の材料コストを低減できる。従って、高効率と低コストを両立できる。

更に、永久磁石２０５を希土類磁石で形成している。希土類磁石は強い磁力を得ることができるので、電動機の小型軽量化や密閉型圧縮機の小型軽量化を図ることができる。

従って、さらに小型軽量でコストが低く、かつ効率を高くすることができる。

尚、シャフト１１０の主軸部１０７内に給油通路等の中空部分がある場合には、ボア部２１２が有る場合と同様に磁路が不足しがちになるので、上述した構成による作用はさらに有効に働き、同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の縦断面図、図６は、実施の形態３の密閉型圧縮機の要部拡大断面図である。図７は、実施の形態３の回転子におけるボア部の有る部分の軸方向断面図である。図８は、実施の形態３の回転子におけるボア部の径と主軸受の外径との隙間とボア部の内側の磁束密度の特性図である。図９は、密閉型圧縮機の成績係数Ｃ．Ｏ．Ｐ（ＣＯＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＯＦ ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ）の特性を比較した図である。なお、実施の形態１と同様の部分については同一の符号を付して説明を簡略化する。

図５、図６、図７に示すように、密閉容器１０１は、内部に潤滑油１０２を貯溜するとともに、電動要素１０３と圧縮要素１０５を収容する。圧縮要素１０５は、偏心軸部１０６と主軸部１０７を有するシャフト１１０と、主軸部１０７を軸支する主軸受１１１を備える。シリンダブロック１１２は、略円筒形の圧縮室１１３を有し、磁性体材料である鉄系材料の鋳物からなる主軸受１１１を有する。ピストン１１４は、シリンダブロック１１２の圧縮室１１３に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１０６との間を連結手段１１５によって連結されている。

電動要素１０３は、固定子１２１と、回転子鉄心３０３に永久磁石３０５を内蔵した回転子３０６とからなる２極の自己始動形永久磁石式同期電動機である。また、永久磁石３０５が脱落するのを防止する保護用の薄い端板３１１が回転子鉄心３０３に固定されている。回転子鉄心３０３に設けた多数の導体バー３０８と、回転子鉄心３０３の軸方向の両端（すなわち、上下端）に位置する短絡環３０９とがアルミダイカストで一体に成型されて、始動用かご形導体が形成されている。

回転子鉄心３０３の圧縮要素１０５側の端部に中空のボア部１３１が設けられており、主軸受１１１はボア部１３１の内側に延在している。

図６に示すように、回転子鉄心３０３の厚さをＬ、ボア部１３１の内径をＤ１、深さ(軸方向の長さ)をＭ、主軸受１１１の外径をＤ２とする。そして本実施の形態３では、深さＭは、厚さＬの１／３以上とし、主軸受１１１の外径とボア部１３１の径の隙間Ｇ（但し、Ｇ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２）を、０．５〜３ｍｍとしている。

永久磁石３０５は、希土類磁石であるネオジミウム・鉄・ボロン系の強磁性体からなる平板形の磁石である。永久磁石３０５は、永久磁石３０５Ａ，３０５Ｂ、３０５Ｃ、３０５Ｄからなり、図７に示すように配置される。すなわち、一対の同極性の永久磁石３０５Ａおよび３０５Ｂを、シャフト１１０の回りに、所定の角度および所定の間隔で対向設置し、一方、他の一対の同極性の永久磁石３０５Ｃおよび３０５Ｄを、シャフト１１０の回りに、所定の角度および所定の間隔で対向設置する。永久磁石３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃ、３０５Ｄは、いずれも回転子鉄心３０３の軸と平行な方向に埋設される。すなわち、一対の永久磁石３０５Ａと３０５Ｂで１極の回転子磁極を形成し、他の一対の同極性の永久磁石３０５Ｃおよび３０５Ｄでも１極の回転子磁極を形成する。従って、回転子３０６全体では２極の回転子磁極を形成している。また、隣り合う永久磁石３０５Ａと３０５Ｃ間、または永久磁石３０５Ｂと３０５Ｄ間の磁束短絡を防止するために磁石短絡防止用のバリア１３２が形成され、バリア１３２は孔内にアルミダイカストが充填されて構成されている。

なお、本圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのＲ１３４ａやＲ６００ａに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性の有る潤滑油と組み合わせてある。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０３の回転子３０６はシャフト１１０を回転させる。偏心軸部１０６の回転運動が連結手段１１５を介してピストン１１４に伝えられることで、ピストン１１４は圧縮室１１３内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１１３内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

次に、図７で永久磁石３０５の磁束の流れを矢印の線で概念的に説明する。回転子鉄心３０３におけるボア部１３１の磁束の流れは、図７に示すように、永久磁石３０５Ａまたは永久磁石３０５Ｂから出る磁束は、主軸受１１１の外径とボア部１３１の径の隙間と主軸受１１１とシャフト１１０を通り、それぞれ永久磁石３０５Ｃまたは永久磁石３０５Ｄに吸い込まれる。

このとき、ボア部１３１の内部に延在する主軸受１１１は回転しないため、磁束が通過すると渦電流損が発生する。しかし、回転子鉄心３０３の外周で発生する電動機自体のトルクに比べ、主軸受１１１の外径で発生する渦電流によるロストルクは比較的弱い。これは、回転軸からの距離が近いのでブレーキトルクとして働く力が弱いことによる。一方、磁性体からなる主軸受１１１とシャフト１１０が磁路となるため、従来不足していた回転子３０６の内部に生じる磁束量が増加する。この効果は、ボア部１３１の深さＭが大きくなる程大きくなる。その結果としてロストルクの影響は相対的に小さくなる。従って回転子３０６の内部に生じる磁束量の増加により損失が低減して電動要素１０３の効率が向上するので、密閉型圧縮機の効率を高くすることができる。以上説明したように、本実施の形態３の電動要素１０３は、広い磁路を有しており、永久磁石３０５による磁束の流れがスムーズであるという特徴を有する。

なお、本実施の形態３ではボア部１３１の深さＭを、厚さＬの１／３以上と極めて深くしているため、特に回転子３０６の内部に生じる磁束量が増加して、効率が向上する効果が顕著であり、かつ圧縮機の全高を極めて低く抑えられるものである。

また、主軸受１１１を安価な鋳物や焼結材が用いることができ、またシリンダブロック１１２と一体に形成できるので、コストを下げることができる。

また、図８に示すように、ボア部１３１と主軸受１１１との隙間Ｇ（但し、Ｇ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２）を広く変化させた場合、３ｍｍ付近でボア部１３１の内側の磁束密度が減少しにくくなる。このため、主軸受１１１とシャフト１１０を磁束が通る磁路として利用できる隙間は、最大３ｍｍまでが適当であると考えられる。一方で、主軸受１１１の外周や、ボア部１３１の内周の加工精度から、隙間Ｇは０．５〜３ｍｍにおいて最も好ましく、効果的である。従って磁気抵抗が減少し強い磁路が構成され漏れ磁束が少なり、磁束量が増加するため、さらに効率が向上する。

始動時には導体バー３０８に、大きな電流が流れトルクを発生する。そして永久磁石３０５を内蔵しているので、始動時には永久磁石３０５による磁力がブレーキトルクとして働くため、大きな始動トルクが必要である。本実施の形態３では導体バー３０８を長くすることができ、始動トルクを大きくすることができるため、始動性がよく、高い効率を得ることができる。

更に、永久磁石３０５を希土類磁石で形成することが好ましい。希土類磁石は強い磁力を得ることができるので、電動機の小型軽量化や密閉型圧縮機の小型軽量化を図ることができる。

従って、さらに小型軽量でコストが低く、かつ効率を高くすることができる。

なお、本実施の形態３では、シリンダブロック１１２には、鉄系材料の鋳物からなる主軸受１１１が一体に形成されている。これに対し、鉄系の焼結材からなる主軸受１１１が固定されている構成であっても、同様の効果が得られる。

次に、実施の形態３における密閉型圧縮機の効率改善について説明する。

図９において、縦軸は、従来品と本実施の形態３の密閉型圧縮機の成績係数Ｃ．Ｏ．Ｐ（Ｗ／Ｗ）特性を示す。なお、冷媒として、Ｒ６００ａ冷媒用い、ピストン往復の運転周波数が５０Ｈｚ時の結果である。また、運転温度条件は冷蔵庫で運転される条件に近い温度であり、蒸発温度を−２５℃とし、凝縮温度を５５℃としている。

図９の結果から明白なように、本実施の形態３の密閉型圧縮機は、従来の密閉型圧縮機に比べて、Ｃ．Ｏ．Ｐが大幅に改善されており、高効率が実現されている。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、回転子鉄心内部の磁束量が増加して損失が低減し、小型軽量でかつ効率を高くすることができるので、エアーコンディショナーや冷凍冷蔵装置の密閉型圧縮機の用途にも展開できる。

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 本発明の実施形態１の回転子におけるボア部の無い部分の軸方向断面図 本発明の実施形態１の回転子におけるボア部の有る部分の軸方向断面図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図 本発明の実施形態３の密閉型圧縮機の縦断面図 本発明の実施形態３の密閉型圧縮機の要部拡大断面図 本発明の実施形態３の回転子におけるボア部の有る部分の軸方向断面図 本発明の実施形態３の回転子におけるボア部の内側の磁束密度の特性図 本発明の実施形態３の密閉型圧縮機の成績係数の特性図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０２ 潤滑油
１０３，２０１ 電動要素
１０５ 圧縮要素
１０６ 偏心軸部
１０７ 主軸部
１１０ シャフト
１１１ 主軸受
１１２ シリンダブロック
１１３ 圧縮室
１１４ ピストン
１１５ 連結手段
１２１，２０２ 固定子
１２３，２０３，３０３ 回転子鉄心
１２４，２０５，３０５ 永久磁石
１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄ 永久磁石
１２５，２０６，３０６ 回転子
１２６，２１０ 固定子鉄心
１２７，２１１，３１１ 端板
１２８，３０８ 導体バー
１２９，２１３，３０９ 短絡環
１３１，２１２ ボア部
１３２ バリア
１３３ 貫通孔
３０５Ａ，３０５Ｂ，３０５Ｃ，３０５Ｄ 永久磁石

Claims (12)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器に収容される電動要素、および
   前記密閉容器に収容され、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、
   を有する密閉型圧縮機であって、
   前記圧縮要素は、偏心軸部と主軸部を有するシャフトと、前記主軸部を軸支する主軸受を有し、
   前記電動要素は、固定子と、回転子鉄心に永久磁石を内蔵する回転子と、を有する２極の永久磁石型電動機であって、
   前記回転子鉄心の前記圧縮要素側の端部には中空のボア部が形成され、
   広い磁路を有し、前記永久磁石による磁束の流れがスムーズである、
   密閉型圧縮機。
2. 前記回転子鉄心の軸方向長さが前記固定子の固定子鉄心の軸方向長さよりも長いことにより、前記磁路が広く、前記永久磁石による前記磁束の流れがスムーズである、
   請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記回転子鉄心の軸方向の両端部が、前記固定子鉄心の軸方向の両端部よりそれぞれ外側に位置する、
   請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記永久磁石の軸方向長さが前記回転子鉄心の軸方向長さより短い、
   請求項２に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記永久磁石の軸方向長さが前記回転子鉄心の軸方向長さより短く、かつ前記永久磁石は、前記回転子の軸方向において、前記ボア部が形成されていない領域を覆う、
   請求項２に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記回転子鉄心が、前記シャフトが挿入される第一の直径を有する円筒状の貫通孔を有し、
   前記ボア部は、前記貫通孔の上部に形成され、前記第一の直径より大きな第二の直径を有する円筒状の凹部であり、
   前記永久磁石の軸方向長さが前記回転子鉄心の軸方向長さより短く、かつ前記永久磁石は、前記回転子の軸方向において、前記回転子における前記第一の直径の領域を覆う、
   請求項２に記載の密閉型圧縮機。
7. 磁性材料で形成された前記主軸受を有することにより、広い磁路を有し、前記永久磁石による磁束の流れがスムーズである、
   請求項１に記載の密閉型圧縮機。
8. 前記主軸受が、鉄系の焼結材の成形物または鋳物である、
   請求項７に記載の密閉型圧縮機。
9. 前記ボア部の深さが、前記回転子鉄心の軸方向の長さの１／３以上である、
   請求項７または８に記載の密閉型圧縮機。
10. 前記ボア部の外周縁と前記主軸受の外周縁との隙間が０．５〜３ｍｍである、
    請求項７または８に記載の密閉型圧縮機。
11. 前記電動要素が、前記回転子鉄心の外周に、始動用かご形導体の多数の導体バーを有し、前記永久磁石は前記導体バーの内周側に内蔵される構成の自己始動形永久磁石式同期電動機である、
    請求項１、２、及び７のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
12. 前記永久磁石が希土類磁石である、
    請求項１、２、及び７のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。