JP2009071934A - 電動圧縮機用回転子の着磁方法、電動圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石電動機における回転子に組み込まれた永久磁石の着磁時において、保護装置に大電流が流れることを防止すること。
【解決手段】密閉容器１１内に永久磁石電動機２０と圧縮機構部３０を収容し、保護装置８２が永久磁石電動機２０の口出線８１に取り付けられ、密封端子９０に嵌合するコネクタ８３と一体に組み立てられ、保護装置８２の永久磁石電動機２０側には、着磁電極と係合する着磁用端子８４が設けられ、着磁用端子８４を介して着磁電流を流すようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部に保護装置が組み込まれた電動圧縮機の回転子の着磁方法、電動圧縮機及びこの電動圧縮機が組み込まれた冷凍サイクル装置に関し、特に着磁時における大電流から保護装置を保護することができるものに関する。

永久磁石電動機と内部保護装置を具備した電動圧縮機は一般的に用いられている。このような電動圧縮機は、密閉容器内に永久磁石電動機と圧縮機構部を収容し、密封端子と永久磁石電動機との間の口出線の途中に圧縮機の保護装置を具備している（例えば、特許文献１参照）。保護装置はコンプレッサ内部の温度や圧力、永久磁石電動機の電流等の何れかあるいは組み合わせで動作し、回路を開く機能を有している。

なお、保護装置は永久磁石電動機の３相の内の１相を遮断することにより欠相運転とし、永久磁石電動機の駆動装置（インバータ）が欠相を検知し、安全に停止させることが可能である。また、永久磁石電動機の口出線のコネクタと保護装置とを一体に組み立てられることにより取り扱い及び密封端子への接続が容易としたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

一方、永久磁石電動機の固定子鉄心は電磁鋼板を打ち抜き・積層して形成されるが、プレスを使用した打ち抜きでは剪断面付近に塑性歪及び弾性歪が発生して電磁鋼板の特性が大幅に悪化する。この電磁鋼板の特性悪化は、短冊片の幅が小さくなるに従って特性が急激に悪化する。電磁鋼板の特性悪化のため、鉄損の増大や磁化力増大による励磁電流増大，磁束量減少などにより永久磁石電動機の特性が悪化する。

また、磁束量減少を補うために磁石の使用量を増加させた場合にはコストが高くなる。このため、効率への要求が厳しい永久磁石電動機では打ち抜き後に鉄心の歪み取り焼鈍が行われる。一般的に歪み取り焼鈍は電動機特性への影響の大きい固定子鉄心について行われ、回転子磁極鉄心は行われないことが多い。

また、永久磁石を回転子磁極鉄心の打ち抜き穴に埋め込んだ永久磁石電動機では、回転子磁極鉄心の鉄損が非常に少なく、磁束量も電磁鋼板の特性によってはほとんど変化しない（特許文献３，４参照）。また、回転子の磁極鉄心の幅が大きく、打ち抜き歪みの影響を受けにくい。さらに、このような永久磁石電動機では歪み取り焼鈍によって電磁鋼板の機械的強度が低下し、回転子磁極鉄心の狭小部が遠心力等の作用によって破断することも考えられるため歪み取り焼鈍は行われない。

一方、回転子の磁極鉄心には多数のスリット穴が設けられている。スリット穴は回転子外周の磁束分布を所定のパターンに制御したり、回転子磁極鉄心を横切る電機子反作用磁束を抑制して騒音低減や特性向上を図る等を目的として設けられている。
特開平１１−７５３８６号公報 特開平８−２８４８５９号公報 特開２００４−３３６９９９号公報 特開２００５−９４９６８号公報

上述した電動圧縮機では、次のような問題があった。すなわち、永久磁石電動機の回転子に具備された未着磁の磁性部材は固定子の巻線に電流を流して着磁されることになるが、着磁には流す時間は短いが数百アンペアの大電流を流す必要があり、この電流によって保護装置内部の接点やバイメタル等に損傷を来すことがある。

また、集中巻の固定子の場合は、電動機の３相の巻線に着磁電流を流して着磁が行われる。着磁は２回に分けて行われ、第２回目は第１回目に対して回転子を９０°ずらし（４極の場合）、巻線電流の向きを逆にする。これは、１回の３相への通電では４極の磁石を完全に着磁できないためである。このとき、３相に通電するために口出線の端子から着磁電流を流す場合は保護装置に着磁電流が流れ、保護装置を破損する虞があった。

一方、回転子磁極鉄心に多数のスリット穴が設けられている永久磁石電動機では、スリット穴に挟まれた鉄心磁路の幅が狭く打ち抜き歪みの影響が大きく現れやすい。この影響は、磁束量を増やして電動機の特性を向上するために高保磁力永久磁石の使用や磁石量の増大を行う、あるいは小型化のために鉄心積厚を小さくするなどにより磁路の磁束密度が高くなると非常に大きく現れるという問題がある。

特に、Ｂ−Ｈ特性の悪化による磁束量低下は場合によっては５〜１０％にもなり、電動機の特性低下や磁石使用量増加による製造コストの上昇が問題となる。

さらに、スリット穴と磁石収容穴の間及びスリット穴と鉄心外周の間の鉄心幅を狭小とし、複数のスリット穴の外周側端部を概略等ピッチに、複数のスリット穴の磁石収容穴側端部ピッチを、永久磁石の幅を基準にして正弦波に近似して配分してなる永久磁石電動機においては、各スリット穴間の磁路幅や磁束密度が異なるため打ち抜き歪みの影響は一様には現れない。

このため、永久磁石側のスリット穴端部ピッチを変えて各磁路を通る磁束量を制御し、外周側の磁束分布を正弦波に近づけるという作用が乱され、誘起電圧が歪むなどの問題が生じる。

そこで本発明は、永久磁石電動機における回転子に組み込まれた永久磁石の着磁時において、保護装置に大電流が流れることを防止できる電動圧縮機用回転子の着磁方法、電動圧縮機及びこの電動圧縮機が組み込まれた冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の電動圧縮機及び冷凍サイクル装置は次のように構成されている。

密封端子が固着された密閉容器内に圧縮機構部とともに収容された永久磁石電動機の回転子の未着磁の磁性部材を前記密封端子に接続される口出線に保護装置が接続された電動機の固定子の巻線に着磁電流を流して着磁する電動圧縮機用回転子の着磁方法において、着磁電流を前記保護装置を回避して巻線に通電することにより前記未着磁の磁性部材の着磁を行うことを特徴とする。

密封端子が固着された密閉容器内に永久磁石電動機と圧縮機構部を収容し、前記密封端子に接続される口出線に保護装置が接続された電動機の固定子の巻線に着磁電流を流して回転子の未着磁の磁性部材を着磁する電動圧縮機において、前記保護装置が前記固定子の口出線の端部に取り付けられ前記密封端子に嵌合するコネクタと一体に組み立てられ、前記コネクタには前記保護装置の前記固定子側で着磁電極と係合する着磁用端子が設けられていることを特徴とする。

上述した構成の電動圧縮機と、凝縮器、膨張装置、蒸発器を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石電動機における回転子に組み込まれた永久磁石の着磁時において、保護装置に大電流が流れることを防止することが可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る電動圧縮機の断面構造と、この電動圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図、図２は同電動圧縮機に組み込まれた分布巻固定子を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図、図３Ａは同電動圧縮機に組み込まれた集中巻固定子を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図、図３Ｂは同電動圧縮機に組み込まれた集中巻固定子を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図である。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、冷媒を凝縮する凝縮器２と、この凝縮器２に接続された膨張装置３と、この膨張装置３に接続され、冷媒を気化する蒸発器４と、この蒸発器４の出口側にアキュムレータ５及び吸込パイプ６を介して接続された２気筒回転式圧縮機１０とを備えている。

２気筒回転式圧縮機１０は、ツインタイプのローリングピストン形圧縮機であり、密閉容器１１を有している。密閉容器１１は、本体容器１１ａと蓋容器１１ｂからなる。密閉容器１１内には、上部側に設けられた回転駆動部２０と、下部側に設けられた圧縮機構部３０とが収容されており、回転駆動部２０と圧縮機構部３０とは、シャフト６０を介して連結されている。２気筒回転式圧縮機１０は、シャフト６０が鉛直方向に沿って設けられている縦置型のものである。

回転駆動部２０は、例えばブラシレスＤＣモータが用いられていて、密閉容器１１の内面に固定される集中巻固定子２１と、この集中巻固定子２１の内側に所定の間隙を存して配置され、シャフト６０に嵌着されるロータ２２とを備えている。回転駆動部２０は、外部の電源供給部（不図示）に接続され、電力の供給を受けている。

圧縮機構部３０は、主軸受３１及び副軸受３２とを備え、主軸受３１側に設けられたバルブカバー３３と、副軸受３２側に設けられたバルブカバー３４とともにボルト３５にてネジ止めされている。主軸受３１及び副軸受３２は、それぞれシャフト６０を回転自在に支持している。主軸受３１と副軸受３２との間には圧縮機構４０Ａ、中間仕切板５０、圧縮機構４０Ｂが積層配置され、主軸受３１は、後述するシリンダ室４３の開口を封じ、副軸受３２は後述するシリンダ室４４の開口を封じている。

圧縮機構４０Ａ，４０Ｂには、それぞれシリンダ部材４１，４２が設けられるとともに、シリンダ部材４１、４２には、それぞれシリンダ室４３、４４が設けられている。シャフト６０は、シリンダ室４３、４４に対応する位置にそれぞれ設けられたクランク軸部（偏心部）６１，６２を有し、これらクランク軸部６１，６２の外周にそれぞれローラ６３，６４が係合されている。これらクランク軸部６１，６２は、互いに回転角を１８０°ずらして配置されている。

中間仕切板５０は、金属材製で円板状の板本体５１を有し、板本体５１には、ネジ穴５１ａと、開口部５１ｂが形成されている。

また、図１中８０は回転駆動部２０に電源を供給する電源供給部、９０は密閉容器１１に固着され、外部と接続される密封端子を示している。

電源供給部８０は、固定子２１の各巻線２１ａ（図７参照）から引き出された３本の口出し線８１と、口出し線８１のうち１本に接続された保護装置８２と、３本の口出し線８１の先端を支持し、密封端子９０との接続に供されるコネクタ８３とを備えている。

このように構成された冷凍サイクル装置１では、次のように運転される。すなわち、回転駆動部２０に電力が供給され、シャフト６０が回転駆動され、圧縮機構部３０が駆動される。

圧縮機構部３０では、ローラ６３，６４がシリンダ室４３，４４内で偏心回転を行うことで、シリンダ室４３，４４内に導かれた冷媒ガスが徐々に圧縮される。シャフト６０が継続して回転され、シリンダ室４３，４４における圧縮室の容量がさらに減少して冷媒ガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで吐出弁が開放する。高圧ガスはバルブカバー３３を介して密閉容器１１内に吐出され充満する。そして、密閉容器１１から吐出される。

密閉容器１１から吐出された高圧ガスは、凝縮器２に導かれて凝縮液化し、膨張装置３で断熱膨張し、蒸発器４で熱交換空気から蒸発潜熱を奪って冷房作用をなす。そして、蒸発したあとの冷媒はアキュムレータ５及び吸込パイプ６を介してシリンダ室４３，４４内に再び吸込まれて上述の経路を循環する。

ここで、回転子２２の永久磁石の着磁のための電動圧縮機用回転子の着磁方法について説明する。固定子２１の固定子巻線が分布巻か集中巻かによって手順が異なるため、分けて説明する。なお、図中１００は着磁装置を示している。

密閉容器１１の本体容器１１ａ内に、回転駆動部２０と圧縮機構部３０とを収容し、蓋ケース１１ｂを被せる前に、コネクタ８３を着磁電源に接続する。

固定子２１が分布巻の場合は図２に示すように、着磁電流が保護装置８２に流れないように保護装置８２が接続されていない他の２相に数百アンペアの着磁電流を短時間通電して回転子の未着磁の磁性部材の着磁を行う。一方、固定子２１が集中巻の場合は図３Ａに示すように、保護装置８２が接続されていない２相のうちの１相の端子と中性点の間に着磁電流を流し、保護装置８２に電流が流れないようにして、第１回目の着磁を行なう。次に第１回目に対して回転子を９０°ずらし（４極の場合）、巻線電流の向きを逆にして前記１相の端子と中性点の間に着磁電流を流し、保護装置８２に電流が流れないようにして、第２回目の着磁を行なう。このように、２回に分けて着磁を行うことにより、未着磁の磁性部材を完全に着磁することができる。

このような着磁方法によれば回転子２２の未着磁の磁性部材の着磁を行う際において、大電流によって保護装置８２の接点等が損傷することがないため、保護装置８２の品質を良好に保つことができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る口出線８１のコネクタ８３と保護装置８２を一体に組み立てたものを示す説明図、図５Ａ及び図５Ｂは同コネクタ・保護装置組立を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図である。なお、これらの図において、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂと同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態においては、保護装置８２が口出線８１の先端部に取付けられ、密封端子９０に係合するコネクタ８３と一体に組み立てられている。コネクタ８３は、口出線８１が接続される接続端子８１ａを密封端子９０の導電ピン９０ａに係合することにより、密封端子９０に取付けられる。保護装置８２の固定子側に着磁の際に電極に嵌合する着磁用端子８４を設ける。

着磁は図５Ａ、図５Ｂに示すように、着磁用端子８４と、保護装置８２が挿入されていない他の２相の端子との間に第１の実施の形態と同様に２回にわたって着磁電流を通電して行われ、保護装置８２に着磁電流が流れないようにする。

このように第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、保護装置８２を口出線８１のコネクタ８３と一体にすることにより取り扱い及び密封端子９０への接続が容易となる。また、集中巻の固定子２１において、中性点を外部に引き出すことなく着磁を行うことができ、工程を減らすことができる。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係る口出線８１のコネクタ８３と保護装置８２とを一体に組み立てたもの（コネクタ・保護装置組立体）を示す説明図である。なお、これらの図において、図４、図５Ａ、図５Ｂと同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態においては、コネクタ・保護装置組立体の保護装置８２に接続されない２つの接続端子８１ａを含んで正三角形Ｔを形成する位置に保護装置８２の固定子側で着磁電極に嵌合する着磁用端子８４を設ける。

一般的に、口出線８１にコネクタ８３を具備するものにおいては着磁装置１００側の電極に密封端子９０が用いられる。しかし、前述した第１の実施の形態においては３ピンの密封端子９０以外にコネクタ８３の着磁用端子８４に接続するための電極が必要であり、接続が面倒になる。これに対し、図６に示す態様では、２つの接続端子８１ａを含んで正三角形Ｔを形成する位置に着磁用端子８４を配設したので、２つの接続端子８１ａと着磁用端子８４の配置が密封端子９０の導電ピン９０ａの配置と一致し、着磁作業時に密封端子９０に一括して接続が行える。

このように第３の実施の形態においても、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、着磁作業時と圧縮機の最終組立作業密封端子９０の導電ピン９０ａとコネクタ８３の各端子の係合位置を変えるだけで良い。

図７は、本発明の第４の実施の形態に係る電動圧縮機１０に組み込まれた永久磁石電動機２０の要部を示す断面図、図８は同永久磁石電動機２０のスリット穴のピッチを示す図、図９は同スリット穴のピッチの配分を示す図である。

図７に示すように、固定子２１は４極６スロット集中巻であり、６組の巻線２１ａが設けられている。回転子２２は、回転子磁極鉄心２２ａを備え、この回転子磁極鉄心２２ａには４組の永久磁石２２ｂが永久磁石収容穴２２ｃに取り付けられている。さらに、回転子磁極鉄心２２ａには、多数のスリット穴２２ｄが設けられている。

このような永久磁石電動機２０では、回転子磁極鉄心２２ａを打ち抜き後に歪み取り焼鈍を行う。歪み取り焼鈍を行うことにより電磁鋼板の特性悪化は素材特性近くまで回復し、鉄損増大や磁東量減少の問題が回避される。

さらに、打ち抜き歪みを解消することによりスリット穴２２ｄに挟まれた磁路の磁気特性が向上し、巻線２１ａに鎖交する磁束が増加するとともに、回転子磁極鉄心２２ａに発生する鉄損も減少し、モータ特性が向上する。

なお、スリット穴２２ｄに挟まれた磁路の幅が５ｍｍ以下である場合には、打ち抜き歪みによる電磁鋼板の特性劣化が著しいため、歪み取り焼鈍による効果が大きい。

図８及び図９に示すように、スリット穴２２ｄと永久磁石収容穴２２ｃの間及びスリット穴２２ｄと回転子磁極鉄心２２ａ外周の間の鉄心幅を狭小とし、複数のスリット穴２２ｄの外周側端部をほぼ等ピッチに、複数のスリット穴２２ｄの永久磁石収容穴２２ｃ側端部ピッチを、永久磁石２２ｄの幅を基準にして正弦波に近似して配分した場合においては、打ち抜き後に歪み取り焼鈍を行うことによって誘起電圧を正弦波に近づける等の効果が乱されることがない。すなわち、固定子巻線２１ａに誘起される電圧が正弦波に近くなる効果が、打ち抜き歪みによって乱されることがなくなり、電動機の特性が良好になるという効果が得られる。

なお、回転子磁極鉄心２２ａの歪み取り焼鈍後においても引っ張り強度が４００（ＭＰａ）以上ある電磁鋼板を使用することにより回転子２２の永久磁石収容穴２２ｃ近傍等の狭小部（ブリッジ部）の破断を防止できる。あるいは、破断防止のためにブリッジ部の幅を広げ、漏れ磁東増大により磁束量が減少したりすることがなく、電動機としての特性を低下することを防止できる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係る電動圧縮機の断面構造と、この電動圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図。 同電動圧縮機に組み込まれた分布巻固定子を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図。 同電動圧縮機に組み込まれた集中巻固定子を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図。 同電動圧縮機に組み込まれた集中巻固定子を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図。 本発明の第２の実施の形態に係る口出線のコネクタと保護装置を一体に組み立てたものを示す説明図。 同コネクタ・保護装置組立を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図。 同コネクタ・保護装置組立を用いて永久磁石を着磁する方法を示す説明図。 本発明の第３の実施の形態に係る口出線のコネクタと保護装置を一体に組み立てたものを示す説明図。 本発明の第４の実施の形態に係る永久磁石電動機の要部を示す断面図。 同永久磁石電動機に組み込まれた回転子磁極鉄心のスリット穴のピッチを示す図。 同スリット穴のピッチの配分を示す図。

符号の説明

１…冷凍サイクル装置、２…凝縮器、３…膨張装置、４…蒸発器、６…吸込パイプ、１０…２気筒回転式圧縮機、２０…回転駆動部、３０…圧縮機構部、３１…主軸受、３２…副軸受、４０Ａ…圧縮機構、４０Ｂ…圧縮機構、５０…中間仕切板、６０…シャフト、６１，６２…クランク軸部（偏心部）、６３，６４…ローラ、８０…電源供給部、９０…密封端子、１００…着磁電源。

Claims (5)

1. 密封端子が固着された密閉容器内に圧縮機構部とともに収容された永久磁石電動機の回転子の未着磁の磁性部材を前記密封端子に接続される口出線に保護装置が接続された電動機の固定子の巻線に着磁電流を流して着磁する電動圧縮機用回転子の着磁方法において、着磁電流を前記保護装置を回避して巻線に通電することにより前記未着磁の磁性部材の着磁を行うことを特徴とする電動圧縮機用回転子の着磁方法。
2. 密封端子が固着された密閉容器内に永久磁石電動機と圧縮機構部を収容し、前記密封端子に接続される口出線に保護装置が接続された電動機の固定子の巻線に着磁電流を流して回転子の未着磁の磁性部材を着磁する電動圧縮機において、
   前記保護装置が前記固定子の口出線の端部に取り付けられ前記密封端子に嵌合するコネクタと一体に組み立てられ、
   前記コネクタには前記保護装置の前記固定子側で着磁電極と係合する着磁用端子が設けられていることを特徴とする電動圧縮機。
3. 前記着磁用端子は、保護装置が接続されない他の２本の口出線が接続され前記密封端子の導電ピンに係合する接続端子とで正三角形を形成する位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機。
4. 前記回転子は磁極鉄心に設けた永久磁石収容穴、該永久磁石収容穴に挿入される永久磁石、該永久磁石収容穴の外周側鉄心に設けた複数のスリット状打ち抜き穴を具備し、
   前記回転子磁極鉄心に焼鈍処理が行われていること特徴とする請求項２又は３記載の電動圧縮機。
5. 請求項２〜４のいずれか記載の電動圧縮機と、凝縮器、膨張装置、蒸発器を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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