JP2009225639A - 永久磁石型ｄｃモータ、密閉型圧縮機、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バランスウェイトを磁性材料で構成しても、バランスウェイトに逃げる磁束の量を低減できるようにする。
【解決手段】バランスウェイト２６及び締結部材２２を磁性材料で形成するとともに、回転子６の端板２４とバランスウェイト２６との間に固定子５と回転子６との間のモータギャップの２倍以上の大きさの隙間Ｇを設け、複数の締結部材２２は回転子５の互いに同極となる位置に配置される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、永久磁石型ＤＣモータ、密閉型圧縮機、及び冷凍サイクル装置に係わり、特に、被駆動装置（負荷装置）の振動を低減するためのバラスウェイト及びその取付構造に関する。

一般に、圧縮機の圧縮機構部にはローラやそれを駆動するための偏心軸等の偏心部が具備されており、この偏心部の回転に伴って振動が発生する。このため、従来、圧縮機構部を駆動するための圧縮機用モータにおいては、その回転子にバランスウェイトを一体的に取り付け、このバランスウェイトにより圧縮機構部の偏心部の回転時の振れを打ち消して振動を低減するようにしている。

この圧縮機用モータには、回転子に永久磁石を取り付ける永久磁石型ＤＣモータがある。回転子は、積層される複数枚の磁性板を軸方向に貫通する締結部材により一体化する回転子コアを備え、この回転子コアの外周部には軸方向に延びる複数の磁石取付部が形成され、これら磁石取付部には回転子コアの外周部に磁極を形成するための磁石が取付固定されている。

ところで、回転子の軸方向端部にバランスウェイトを取り付けるに当たり、バランスウェイトを、磁石による回転子コア外周部の異なる磁極間に跨がるように配置して回転子に取り付けた場合、次のような問題が生じる。

すなわち、回転子コアにおいて円周方向に隣り合う１対の磁石による磁束は、本来、その一方の磁石の磁極から出て固定子コアを通った後に回転子コアの他方の磁石の磁極に向かうように流れるが、バランスウェイトが回転子コアにおいて磁石による異なる磁極間に跨がって配置されていると、回転子コアの一方の磁石から出た磁束の一部が固定子コア側を通らずにバランスウェイトを経て他方の磁石の磁極に至るように短絡して流れる。その結果、本来の磁束流に対する磁束漏れが生じ、モータ効率が低下する。

特に、回転子コアの磁性板を締結する締結部材を利用してバランスウェイトを回転子に取り付ける場合、その締結部材が磁性材料で構成されていると、該締結部材を固定子コア側との間を流れる磁束通路の一部とすることができるが、その反面、磁性材料の締結部材を通ってバランスウェイトに流れる磁束も増え、磁束漏れが顕著になる。

そこで、バランスウェイトを非磁性材料によって構成することにより、バランスウェイトの回転子に対する取付位置に関係なく、磁石による磁束がバランスウェイトにより回転子コア内で短絡して漏れることを防止してモータ効率の向上できるようにしたものが開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３６８９９５７号

しかしながら、特許第３６８９９５７号に開示されるものは、バランスウェイトを高価な非磁性体材料で構成していたため、バランスウェイトがコスト高になるという問題があった。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、バランスウェイトを磁性材料で構成しても、バランスウェイトに逃げる磁束の量を低減できるようにした永久磁石型ＤＣモータ、密閉形圧縮機、及び冷凍サイクル装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１記載のものは、固定子と、この固定子内に所定のギャップを存して配置され、回転軸心回りに偏心した偏心部を有する被駆動装置に連結される回転子と、この回転子の軸方向の少なくとも一端側に設けられ、前記被駆動装置の偏心部の回転による振れを打ち消すバランスウェイトとを備え、前記回転子は、複数枚の積層される磁性板を軸方向に貫通する複数の締結部材により一体化してなる回転子コアと、この回転子コアの外周部に軸方向に沿って形成された複数の磁石取付部と、これら磁石取付部に取り付けられ、前記回転子コアの外周部に磁極を形成する磁石とを有して構成され、前記バランスウェイトは、前記複数の締結部材により取り付けられる永久磁石型ＤＣモータにおいて、前記バランスウェイト及び締結部材を磁性材料で形成するとともに、前記バランスウェイトと前記回転子の端板間に前記固定子と回転子との間のギャップの２倍以上の隙間を設け、前記複数の締結部材は前記回転子の互いに同極となる位置、または前記磁石取付部の内周側に配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、バランスウェイトの費用を削減でき、コストを低減できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態である冷凍サイクル装置Ｒを示す概略的構成図である。

冷凍サイクル装置Ｒは、密閉型圧縮機Ａに冷媒管Ｐを介して順次、凝縮器Ｂ、膨張装置Ｃ、蒸発器Ｄ及び気液分離器Ｅが接続されることにより構成されている。

密閉型圧縮機Ａは密閉容器１を備え、この密閉容器１内の下部側には被駆動装置としての圧縮機構部２が設けられ、上部側には電動機部３が設けられている。これら圧縮機構部２と電動機部３は、回転軸４を介して連結されている。

電動機部３は、後で詳しく述べるように、永久磁石型ＤＣモータであり、図２にも示すように密閉容器１の内面に圧入固定される固定子５と、この固定子５の内側に所定のギャップとしてのモータギャップＬを存して配置され、回転軸４に嵌着される回転子６を備えている。

圧縮機構部２は、第１の圧縮機構部２Ａおよび第２の圧縮機構部２Ｂとから構成されている。第１の圧縮機構部２Ａは上部側に形成され、第１のシリンダ８Ａを備えている。第２の圧縮機構部２Ｂは第１のシリンダ８Ａとは中間仕切り板７を介して下部に形成され、第２のシリンダ８Ｂを備えている。第１のシリンダ８Ａは、密閉容器１の内周面に圧入固定され、その上面部に主軸受１１が重ね合わされている。主軸受１１は取付けボルト１１ａにより固定されている。

第２のシリンダ８Ｂの下面部には副軸受１２とバルブカバー１２ａが重ね合わされ、取付けボルト１２ｂにより中間仕切り板7に取付けられている。回転軸４の主軸受１１に枢支される部位は主軸部４ａ、回転軸４の最下端である副軸受１２に枢支される部位は副軸部４ｂとなっている。

回転軸４の第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂのそれぞれ内部を貫通する位置には、クランク軸部４ｃ，４ｄが一体的に設けられている。これらクランク軸部４ｃ，４ｄ相互間の連設部は、中間仕切り板7に対向している。各クランク軸部４ｃ，４ｄは同一の直径で、略１８０°の位相差を有し、回転軸４の主軸部４ａと副軸部４ｂの中心軸から互いに同一量ずつ偏心して形成されている。

クランク軸部４ｃには偏心部としての第１のローラ１３ａが嵌合され、クランク軸部４ｄには偏心部としての第２のローラ１３ｂが嵌合される。これら第１及び第２のローラ１３ａ，１３ｂは、互いに同一外径に形成される。第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂにおけるそれぞれの内径部は、主軸受１１と中間仕切り板７と副軸受１２で上下面が区画される。第１のシリンダ８Ａの内径部に第１のシリンダ室１４ａが形成され、第２のシリンダ８Ｂの内径部に第２のシリンダ室１４ｂが形成される。

第１のローラ１３ａは、第１のシリンダ室１４ａに偏心回転自在に収容され、第２のローラ１３ｂは、第２のシリンダ室１４ｂに偏心回転自在に収容されている。第１、第２のローラ１３ａ，１３ｂは互いに１８０°の位相差があるが、それぞれの軸方向に沿う周面一部がシリンダ室１４ａ，１４ｂの周壁面に線接触しながら偏心回転する。第１及び第２のシリンダ８Ａ，８Ｂにはブレード室が設けられ、各ブレード室にはブレード及びばね部材が収容されている。ばね部材は圧縮ばねであって、ブレードに弾性力(背圧)を付与してその先端縁を各ローラ１３ａ，１３ｂの周面の軸方向に沿って線接触させている。したがって、ブレードはブレード室に沿って往復運動し、ローラ１３ａ，１３ｂの回転角度にかかわらず、シリンダ室１４ａ，１４ｂを二室に仕切る。主軸受１１と副軸受１２には、バルブカバーで覆われる吐出弁機構がそれぞれ設けられ、これら吐出弁機構は、各シリンダ室１４ａ，１４ｂに連通している。

各シリンダ室１４ａ，１４ｂで圧縮された冷媒ガスが所定圧に上昇した状態で吐出弁機構が開放される。圧縮された冷媒ガスは、シリンダ室１４ａ，１４ｂからバルブカバー内へ吐出され、さらに密閉容器１内に導かれるようになっている。

第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂとの間に介在される中間仕切り板7は、その厚さが各シリンダ８Ａ，８Ｂの厚さよりも大きく形成されている。中間仕切り板７の外周壁から軸芯方向に向って吸込み通路１５が設けられ、この吸込み通路１５には吸込み側の冷媒管Ｐが接続されている。

中間仕切り板7の吸込み通路１５は、冷媒管Ｐが接続される開口端から内径部との略申間部位において、斜め上方に向けて設けられる分岐吸込み路１５ａと、斜め下方に向けて設けられる分岐吸込み路１５ｂに連通する。斜め上方に向けられた分岐吸込み路１５ａは、第１のシリンダ８Ａの内径部に設けられる切欠部１６ａに連通する。この切欠部1６ａはシリンダ８Ａの内径部に形成される第１のシリンダ室１４ａに開ロする。斜め下方に向けられた分岐吸込み路１５ｂは、第２のシリンダ８Ｂの内径部に設けられる切欠部１６ｂに連通する。この切欠部１６ｂはシリンダ８Ｂの内径部に形成される第２のシリンダ室１４ｂに開口する。すなわち、中間仕切り板7の吸込み通路１５は、中間仕切り板7の外周部において１本の冷媒管Ｐが接続されるよう1つの開口端を有するが、中間仕切り板7内部において二股状に分岐される。

第１のシリンダ８Ａの切欠部１６ａは、一方の分岐吸込み路１５ａと連通し、第１のシリンダ室１４ａの吸込み部を形成する。第２のシリンダ８Ｂの内径部に設けられる切欠部１６ｂは、他方の分岐吸込み路１５ｂと連通し、第２のシリンダ室１４ｂの吸込み部を形成する。

このように構成される密閉型圧縮機Ａにおいて、電動機部３に通電すると、回転軸４が回転駆動され、第１のシリンダ室１４ａ内で第１のローラ１３ａが偏心移動するとともに、第２のシリンダ室１４ｂ内で第２のローラ１３ｂが偏心移動する。これにより、気液分離器Ｅで分離された冷媒ガスが冷媒管Ｐ及び、分岐吸込み路１５ａ，１５ｂを介して各シリンダ室１４ａ，１４ｂに吸込まれて圧縮される。この圧縮された冷媒ガスは吐出弁機構を介して密閉容器１内の空間部へ導出される。そして、冷媒ガスは２気筒回転式の圧縮機Ａから冷媒管Ｐへ導出され、凝縮器Ｂに導かれて凝縮液化する。この液化された冷媒は、膨張装置Ｃに導かれて断熱膨張したのち、蒸発器Ｄに導かれて蒸発し、周囲から蒸発潜熱を奪って冷凍作用をなす。蒸発した冷媒は気液分離器Ｅに導かれて気液分離され、ガス成分のみが２気筒回転式の圧縮機Ａの圧縮機構部２に吸込まれて再度圧縮される。

次に、上記した電動機部３についてさらに詳しく説明する。

電動機部３は、永久磁石型ＤＣモータであり、上記したように密閉容器１の内面に圧入固定される固定子５と、この固定子５の内側に所定のモータギャップＬを存して配置され、回転軸４に嵌着される回転子６を備えて構成される。

回転子６は図３に示すように回転子コア２０を備え、この回転子コア２０は、複数枚の磁性板２１を軸方向に積層し、これら磁性板２１は軸方向に貫通する締結部材２２により一体化されている。締結部材２２は、磁性材料(鉄等)によって構成されている。

また、磁性板２１の外周部には、図４に示すように軸方向に延びる複数の磁石取付部２３が形成され、これら磁石取付部２３には、それぞれ磁石２５が取り付けられている。これら磁石２５により回転子コア２０の外周部に磁極Ｓ，Ｎが形成されている。

また、回転子６の下端面側には、圧縮機構部２Ａ，２Ｂの第１及び第２のローラ１３ａ，１３ｂの偏心回転による振れを打ち消すためのバランスウェイト２６が設けられている。このバランスウェイト２６は磁性材料(鉄等)によって構成され、回転子６の端板２４にアダプタ２７を介して同極に位置する締結部材２２によって締結されている。アダプタ２７の厚さはモータギャップＬの２倍以上に形成されている。なお、アダプタ２７は、磁石２５の極内にとどまる大きさならば、すなわち、アダプタ２７が磁石を跨らなければ、磁束が逃げることがないため、その成形材料としては、磁性材料でも非磁性材料でもよい。

また、回転子６の端板２４とバランスウェイト２６との間にはアダプタ２７の介在により、図５にも示すように、上記したモータギャップＬの２倍以上の大きさの隙間Ｇが形成されている。

この実施の形態によれば、バランスウェイト２６を同極に位置する締結部材２２で締結するため、磁束は締結部材２２、バランスウェイト２６、締結部材２２と通じて逃げることがない。なお、バランスウェイト２６を異極の締結部材２２で締結すると、磁束は締結部材２２、バランスウェイト２６、締結部材２２と通じて逃げ、モータ特性が低下してしまう。

また、回転子６と固定子５との間のモータギャップＬに対してバランスウェイト２６と回転子６の端板２４との間の隙間Ｇを２倍以上の大きさにするため、モータギャップＬに対してバランスウェイト２６と固定子５との間の隙間も２．２倍以上となり、磁束２９は図６に示すように回転子６内で流れて固定子５とバランスウェイト２６との間、回転子６とバランスウェイト２６との間は流れにくく、磁束のほとんどは、回転子６から固定子５へと流れ、漏れが少なく、モータ性能を良好に維持できる。

なお、図７に示すようにバランスウェイト２６と回転子６の端板２４との間に隙間がない場合には、磁束２９が矢印で示すように短絡し、モータ性能が低下してしまう。

図８、本発明の第２の実施の形態を示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で説明した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

上記した第１の実施の形態では、回転子６の端板２４にアダプタ２７を介してバランスウェイト２６を取り付けたが、この第２の実施の形態では、回転子６の端板３１に図９にも示すように、締結部材２２を貫通させるための穴部３２ａを有する複数の突起部３２を突設し、この突起部３２を介してバランスウェイト２６を回転子６の端板２４に締結部材２２によって締結している。突起部３２は、モータギャップＬの２倍以上の高さを有し、回転子６の端面とバランスウェイト２６との間にはモータギャップＬの２倍以上の大きさの隙間Ｇが形成されている。

この第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することは勿論のこと、回転子６の端板３１に第１の実施の形態で示したアダプタの機能を持たせることができるため、部品点数を削減してバランスウェイト２６の取付費用を低減できる。

図１０は、本発明の第３の実施の形態を示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で説明した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

この第３の実施の形態では、バランスウェイト３５の両端部に図１１にも示すように突起部３６を一体的に突設し、これら突起部３６に締結部材２２を貫通させる穴部３６ａを形成している。

バランスウェイト３５はその突起部３６を回転子６の端板２４に当接させた状態で締結部材２２によって締結されている。バランスウェイト３５の突起部３６は、モータギャップＬの２倍以上の高さを有し、回転子６の端板２４とバランスウェイト３５との間にはモータギャップＬの２倍以上の大きさの隙間Ｇが形成される。

この第３の実施の形態によっても、上記第２の実施の形態と同様な作用効果を有する。

図１２、及び図１３は、本発明の第４の実施の形態を示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で説明した部分と同一部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

上記した第１の実施の形態では、締結部材２２を磁石２５の外周側に配置したが、この第４の実施の形態では、磁性材料からなる締結部材２２を磁石４０の内周側に配置している。

この第４の実施の形態においても、上記した第３の実施の形態と同様に、バランスウェイト３５の両端部にモータギャップＬの２倍以上の高さを有する突起部３６を一体的に突設し、回転子６の端板２４とバランスウェイト３５との間にはモータギャップＬの２倍以上の大きさの隙間Ｇが形成される。磁石４０の内周側は磁束が短絡するような磁路にはならないため、図１４、図１５に示すように、磁束２９は電磁鋼板２１、締結部材２２を通り、磁石４０の内側から外側への磁束の短絡がない。

なお、図１６に示すように回転子６の端板２４とバランスウェイト３５との間に隙間がない場合には、磁束２９が短絡して漏れてしまい、モータ性能が低下する。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の第１の実施形態である冷凍サイクル装置を示す構成図。 図１の圧縮機の電動機部を示す平面図。 図２の回転子を示す正面図。 図３の回転子を示す下面図。 図２の固定子と回転子とバランスウェイトの配置関係を示す図。 図４の回転子における磁束の流れを示す図。 回転子に対しバランスウェイトを隙間なく取り付け場合の磁束の流れを示す図。 本発明の第２の実施形態である回転子を示す正面図。 図８の回転子の端板を示す図。 本発明の第３の実施形態である回転子を示す正面図。 図１０の回転子の端板を示す図。 本発明の第３の実施形態である回転子を示す正面図。 図１２の回転子を示す下面図。 図１２の回転子における磁束の流れを示す図。 図１３の回転子における磁束の流れを示す図。 回転子に対しバランスウェイトを隙間なく取り付け場合の磁束の流れを示す図。

符号の説明

２Ａ，２Ｂ…圧縮機構部（被駆動装置）、３…電動機部（永久磁石型ＤＣモータ）
、５…固定子、６…回転子、Ｌ…モータギャップ（ギャップ）、１３ａ、１３ｂ…第１及び第２のローラ（偏心部）、２１…磁性板、２２…締結部材、２０…回転子コア、２３…磁石取付部、Ｓ，Ｎ…磁極、２５，４０…磁石、２６，３５…バランスウェイト、Ｇ…隙間、３２ａ…穴部、３２…突起部、３６…突出部、３６ａ…穴部、Ａ…密閉型圧縮機、Ｂ…凝縮器、Ｃ…膨張装置、Ｄ…蒸発器。

Claims (5)

1. 固定子と、この固定子内に所定のギャップを存して配置され、回転軸心回りに偏心した偏心部を有する被駆動装置に連結される回転子と、この回転子の軸方向の少なくとも一端側に設けられ、前記被駆動装置の偏心部の回転による振れを打ち消すバランスウェイトとを備え、
   前記回転子は、複数枚の積層される磁性板を軸方向に貫通する複数の締結部材により一体化してなる回転子コアと、この回転子コアの外周部に軸方向に沿って形成された複数の磁石取付部と、これら磁石取付部に取り付けられ、前記回転子コアの外周部に磁極を形成する磁石とを有して構成され、前記バランスウェイトは、前記複数の締結部材により取り付けられる永久磁石型ＤＣモータにおいて、
   前記バランスウェイト及び締結部材を磁性材料で形成するとともに、前記バランスウェイトと前記回転子の端板間に前記固定子と回転子との間のギャップの２倍以上の隙間を設け、
   前記複数の締結部材は前記回転子の互いに同極となる位置、または前記磁石取付部の内周側に配置されたことを特徴とする永久磁石型ＤＣモータ。
2. 前記記回転子の端板に、前記締結部材を貫通させる穴部を有するとともに、前記ギャップの２倍以上の高さの突起部を突設し、この突起部を介して前記バランスウェイトを前記端板に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型ＤＣモータ。
3. 前記バランスウェイトに、前記締結部材を貫通させる穴部を有するとともに、前記ギャップの２倍以上の高さの突出部を形成し、この突出部を介して前記バランスウェイトを前記回転子の端板に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型ＤＣモータ。
4. 密閉容器内に請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁石型ＤＣモータと、この永久磁石型ＤＣモータにより駆動される圧縮機構部とを収納したことを特徴とする密閉型圧縮機。
5. 請求項４に記載の密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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