JP2009275649A

JP2009275649A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2009275649A
Application number: JP2008129262A
Authority: JP
Inventors: Yasukazu Nabeya; 安一鍋谷; Kazuo Ida; 一男井田; Azusa Ujihara; 梓宇治原
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】油溜まり部の油面切れを防止する圧縮機を提供する。
【解決手段】密閉容器１の内径の面積から全ての油戻り通路４３の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径Ａ１を、密閉容器１の内径で割った値は、９６％以下である。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば空気調和機や冷蔵庫等に用いられる圧縮機に関する。

従来、圧縮機としては、密閉容器と、この密閉容器内に配置された圧縮機構部と、上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮機構部をシャフトを介して駆動するモータとを備え、上記密閉容器の底部には、潤滑油が溜められた油溜まり部が形成されていた（特開２００３−２６２１９２号公報：特許文献１参照）。
特開２００３−２６２１９２号公報（図１）

しかしながら、上記従来の圧縮機では、上記モータの上部と下部とを貫通する通路が小さいので、上記モータの上部に溜まった潤滑油は、上記モータよりも下側にある上記油溜まり部に戻りにくくなって、上記油溜まり部の油面切れが発生する問題があった。この油面切れによって、上記油溜まり部の潤滑油を、上記シャフトを介して、上記圧縮機構部や上記モータのベアリング等の摺動部へ、有効に送ることができず、圧縮機の信頼性が低下していた。特に、冷媒として二酸化炭素を用いる場合、潤滑油として高い粘度の潤滑油を用いることになるため、上記潤滑油は、上記油溜まり部に、一層戻りにくくなっていた。

そこで、この発明の課題は、上記油溜まり部の油面切れを防止する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、
油溜まり部を有する密閉容器と、
この密閉容器内に配置された圧縮機構部と、
上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮機構部を駆動するモータと
を備え、
上記モータのステータは、上記油溜まり部側にある上記ステータの一面と上記油溜まり部と反対側にある上記ステータの他面とを貫通する複数の油戻り通路を有し、
上記ステータの上記他面において、
上記密閉容器の内径の面積から上記全ての油戻り通路の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径を、上記密閉容器の内径で割った値は、９６％以下であることを特徴としている。

この発明の圧縮機によれば、上記ステータの上記他面において、上記密閉容器の内径の面積から上記全ての油戻り通路の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径を、上記密閉容器の内径で割った値は、９６％以下であるので、上記ステータの上記他面側に溜まった潤滑油を、上記油戻り通路を介して、上記ステータの上記一面側の上記油溜まり部に戻すことができて、上記油溜まり部の油面切れを防止できる。特に、冷媒として二酸化炭素を用いる場合、高い粘度の潤滑油を用いることになるが、上記油溜まり部に、有効に、潤滑油を戻すことができる。

また、一実施形態の圧縮機では、
上記ステータは、上記密閉容器の内面に接触するステータコアを有し、
上記油戻り通路は、上記ステータコアに設けられている。

この実施形態の圧縮機によれば、上記ステータは、上記密閉容器の内面に接触するステータコアを有し、上記油戻り通路は、上記ステータコアに設けられているので、この油戻り通路を他部材に設ける必要がなくて、部品点数を減少できる。

また、一実施形態の圧縮機では、
上記ステータは、ステータコアと、このステータコアと上記密閉容器との間に位置するリングとを有し、
上記油戻り通路は、上記リングに設けられている。

この実施形態の圧縮機によれば、上記ステータは、ステータコアと、このステータコアと上記密閉容器との間に位置するリングとを有し、上記油戻り通路は、上記リングに設けられているので、この油戻り通路を上記ステータコアに設ける必要がなくて、上記ステータコアの断面積を確保し、上記ステータコアの磁束通路を確保できて、モータ効率を維持できる。なお、上記リングの材質には、非磁性材を用いるか、若しくは磁性材であれば積層されていれば、モータ効率の維持が可能である。

また、一実施形態の圧縮機では、上記等価直径を、上記密閉容器の内径で割った値は、９０％以上９６％以下である。

この実施形態の圧縮機によれば、上記等価直径を、上記密閉容器の内径で割った値は、９０％以上９６％以下であるので、上記油溜まり部の油面切れを防止できると同時に、上記ステータコアの断面積を確保し、上記ステータコアの磁束通路を確保できて、モータ効率を維持できる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記密閉容器内の冷媒は、二酸化炭素である。

この実施形態の圧縮機によれば、上記密閉容器内の冷媒は、二酸化炭素であるので、高い粘度の潤滑油を用いることになるが、上記油溜まり部に、有効に、潤滑油を戻すことができる。

この発明の圧縮機によれば、上記ステータの上記他面において、上記密閉容器の内径の面積から上記全ての油戻り通路の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径を、上記密閉容器の内径で割った値は、９６％以下であるので、上記油溜まり部の油面切れを防止できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の圧縮機の第１実施形態である縦断面図を示している。この圧縮機は、密閉容器１と、この密閉容器１内に配置された圧縮機構部２およびモータ３とを備えている。この圧縮機は、ロータリ圧縮機である。

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は、上記圧縮機構部２の吸込側に導かれる。この冷媒は、二酸化炭素であるが、Ｒ４１０ＡやＲ２２等であってもよい。

上記モータ３は、上記圧縮機構部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。上記モータ３は、上記圧縮機構部２から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器１内の高圧領域に配置されている。

上記密閉容器１内の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部１０が形成されている。この潤滑油は、油溜まり部１０から、上記回転軸４に設けられた（図示しない）油通路を通って、上記圧縮機構部２や上記モータ３のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。

冷媒として二酸化炭素を用いる場合、潤滑油として高い粘度の潤滑油を用いる。この潤滑油としては、粘度が４０℃において５〜３００ｃＳｔの潤滑油を用いる。潤滑油は、例えば、（ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の）ポリアルキレングリコール油や、エーテル油や、エステル油や、鉱油である。

上記圧縮機構部２は、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部８および下端部９とを備える。

上記回転軸４は、上端部８および下端部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の上端部８に設けられた軸受２１と、圧縮機構部２の下端部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、このクランクピン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。

上記モータ３は、上記回転軸４に固定された円筒形状のロータ３０と、上記ロータ３０の外周側を囲むように配置されたステータ４０とを有する。上記ステータ４０は、上記ロータ３０の径方向外側にエアギャップを介して配置されている。つまり、上記モータ３は、インナーロータ型のモータである。

上記ステータ４０は、上記密閉容器１に、溶接により固定されている。この溶接箇所は、上記ステータ４０の上下２断面にて各３ケ所に、設けられている。なお、溶接数は、上記モータ３の重量や固有振動数等により決めればよく、また、上記ステータ４０の上記密閉容器１への固定方法は、圧入や焼嵌めでもよい。

上記ロータ３０は、ロータコア３１と、このロータコア３１に軸方向に埋め込まれると共に周方向に配列された磁石３２とを有する。

図１と図２に示すように、上記ステータ４０は、上記密閉容器１の内面に接触するステータコア４１と、このステータコア４１に巻回されたコイル４２とを有する。

上記ステータコア４１は、円筒部４５と、この円筒部４５の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に配列された９つのティース部４６とを有する。

上記コイル４２は、複数の上記ティース部４６に渡って巻かれておらず各ティース部４６に巻かれている集中巻きである。なお、図２では、上記コイル４２を一部のみ描いている。

上記ステータコア４１は、内周側に開口すると共に周方向に配列された９つのスロット部４７を有する。つまり、このスロット部４７は、隣り合う上記ティース部４６の間に形成される。

上記ステータコア４１は、積層された複数の電磁鋼板を含む。上記ステータコア４１は、上記複数の電磁鋼板を互いに固定するカシメ部４８を有する。このカシメ部４８は、円筒部４５に設けられている。上記カシメ部４８は、上記スロット部４７の径方向外側に位置している。

上記ステータ４０は、上記油溜まり部１０側にある上記ステータ４０の一面（下面）４０ａと上記油溜まり部１０と反対側にある上記ステータ４０の他面（上面）４０ｂとを貫通する複数の油戻り通路４３を有する。

この油戻り通路４３は、上記ステータコア４１に設けられている。上記円筒部４５は、上記ティース部４６の径方向外側に、外周面から切り欠かれた油戻り通路４３を有する。この油戻り通路４３は、上記ティース部４６に対応して、９つ設けられている。

この油戻り通路４３は、略半円形に形成され、冷媒や油を通す通路に利用される。油戻り通路４３は、凹溝やＤカット面等のいわゆるコアカットによって、形成されている。油戻り通路４３は、コアカットの内面と密閉容器１の内面とで囲まれた空間である。

上記ステータ４０の上記他面４０ｂにおいて、上記密閉容器１の内径の面積から上記全ての油戻り通路４３の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径Ａ１を、上記密閉容器１の内径で割った値は、９６％以下である。

ここで、密閉容器１の内径の面積から全ての油戻り通路４３の総面積を差し引いた値の面積をＳ、等価直径をＡ１とすると、Ｓ＝（πＡ１^２）／４の関係となる。

例えば、ステータコア４１の外径（つまり、密閉容器１の内径）がφ１２５ｍｍであり、全ての油戻り通路４３の総面積が１１７５ｍｍ^２であるとき、
等価直径Ａ１は、２×√｛（(125/2)²π-1175）/π｝＝φ１１９ｍｍとなり、等価直径Ａ１／密閉容器１の内径は、119/125＝９５％となる。

上記構成の圧縮機によれば、上記ステータ４０の上記他面４０ｂにおいて、上記密閉容器１の内径の面積から上記全ての油戻り通路４３の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径Ａ１を、上記密閉容器１の内径で割った値は、９６％以下であるので、上記ステータ４０の上記他面４０ｂ側に溜まった潤滑油を、上記油戻り通路４３を介して、上記ステータ４０の上記一面４０ａ側の上記油溜まり部１０に戻すことができて、上記油溜まり部１０の油面切れを防止できる。

これに対して、上記等価直径Ａ１を上記密閉容器１の内径で割った値が、９６％より大きいと、上記ステータ４０の上記他面４０ｂ側に溜まった潤滑油を、上記油戻り通路４３を介して、上記ステータ４０の上記一面４０ａ側の上記油溜まり部１０に戻すことができない。

また、上記ステータ４０は、上記密閉容器１の内面に接触するステータコア４１を有し、上記油戻り通路４３は、上記ステータコア４１に設けられているので、この油戻り通路４３を他部材に設ける必要がなくて、部品点数を減少できる。

また、上記密閉容器１内の冷媒は、二酸化炭素であるので、高い粘度の潤滑油を用いることになるが、上記油溜まり部１０に、有効に、潤滑油を戻すことができる。

また、上記等価直径Ａ１を、上記密閉容器１の内径で割った値は、９０％以上９６％以下とするのが好ましく、上記油溜まり部１０の油面切れを防止できると同時に、上記ステータコア４１の断面積を確保し、上記ステータコア４１の磁束通路を確保できて、モータ効率を維持できる。これに対して、上記等価直径Ａ１を、上記密閉容器１の内径で割った値が、９０％未満であると、上記ステータコア４１の断面積が減少して、モータ効率が減少する。

（第２の実施形態）
図３は、この発明の圧縮機の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、ステータの構成が相違する。なお、その他の構造は、上記第１の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

このステータ１４０のステータコア１４１は、円筒部１４５と、この円筒部１４５の内周面から径方向内側に突出するティース部１４６とを有する。なお、図３では、コイルを省略して描いている。

上記ステータコア１４１の油戻り通路１４３は、円筒部１４５の外周面から切り欠かれた切り欠き部と、円筒部１４５に設けられた閉じた状態の孔部とを含む。切り欠き部と孔部とは、周方向に沿って、交互に配置されている。切り欠き部および孔部は、略矩形状に形成されている。なお、切り欠き部と孔部とは、周方向に沿って、交互に配置されていなくてもよく、例えば、二つの孔部が連続した後に、一つの切り欠き部が配置されるようにしてもよい。

上記第１実施形態と同様に、上記ステータ１４０の上記他面１４０ｂにおいて、上記密閉容器１の内径の面積から上記全ての油戻り通路１４３の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径Ａ２を、上記密閉容器１の内径で割った値は、９６％以下である。したがって、上記第１実施形態と同様に、油溜まり部の油面切れを防止できる。なお、上記等価直径Ａ２を、上記密閉容器１の内径で割った値は、９０％以上９６％以下としてもよい。

（第３の実施形態）
図４は、この発明の圧縮機の第３の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第３の実施形態では、ステータの構成が相違する。なお、その他の構造は、上記第１の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

このステータ２４０は、ステータコア２４１と、このステータコア２４１と密閉容器１との間に位置するリング４９とを有する。油戻り通路２４３は、上記リング４９に設けられている。なお、図４では、コイルを省略して描いている。

このステータコア２４１は、円筒部２４５と、この円筒部２４５の内周面から径方向内側に突出するティース部２４６とを有する。

油戻り通路２４３は、リング４９に設けられた閉じた状態の孔部である。この孔部は、略矩形状に形成されている。複数の孔部は、周方向に、配列されている。

上記第１実施形態と同様に、上記ステータ２４０の上記他面２４０ｂにおいて、上記密閉容器１の内径の面積から上記全ての油戻り通路２４３の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径Ａ３を、上記密閉容器１の内径で割った値は、９６％以下である。したがって、上記第１実施形態と同様に、油溜まり部の油面切れを防止できる。なお、上記等価直径Ａ３を、上記密閉容器１の内径で割った値は、９０％以上９６％以下としてもよい。

また、上記油戻り通路２４３は、上記リング４９に設けられているので、この油戻り通路２４３をステータコア２４１に設ける必要がなくて、上記ステータコア２４１の断面積を確保し、上記ステータコア２４１の磁束通路を確保できて、モータ効率を維持できる。なお、上記リングの材質には、非磁性材を用いるか、若しくは磁性材であれば積層されていれば、モータ効率の維持が可能である。

（実施例）
次に、図５に、複数の異なる種類のステータコアにおいて、ステータコアの等価直径をステータコアの外径で割った値と、油戻りの良否との関係を、示す。

ここで、ステータコアの外径は、密閉容器の内径に一致するものとし、ステータコアの等価直径は、密閉容器の内径の面積から全ての油戻り通路の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径に一致するものとする。油戻り通路は、図５のコアカットに相当する。

図５では、（その１）から（その１０）までのステータコアのそれぞれの性質を、示している。水力直径とは、ステータコアの他面において、油戻り通路（コアカット）の面積をＳとし、油戻り通路（コアカット）の周長をＬとしたとき、４Ｓ／Ｌであらわされる。

図５からわかるように、ステータコアの等価直径／ステータコアの外径が、９６％以下であるとき、油戻りの評価は、「○」となり、９６％を越えているとき、油戻りの評価は、「×」となる。

ここで、「○」とは、目視にて、実機の油溜まり部に、油が戻ることを確認する一方、「×」とは、目視にて、実機の油溜まり部に、油が戻らないことを確認する。このとき用いる油の粘度は、４０℃において、５〜３００ｃＳｔである。

したがって、あらゆる種類のステータコアにおいて、密閉容器の内径（ステータコアの外径）の面積から全ての油戻り通路の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径を、密閉容器の内径（ステータコアの外径）で割った値が、９６％以下であるときに、油溜まり部の油面切れを防止できることがわかる。

図６に、ステータコアの等価直径／ステータコアの外径と、水力直径との関係を示す。つまり、図６では、図５の（その１）から（その１０）までのステータコアをプロットしている。

図６からわかるように、ステータコアの等価直径／ステータコアの外径が９６％以下であるとき、水力直径は大きくなる。水力直径が大きいことは、油戻り通路（コアカット）の直径が大きいことを示している。したがって、油溜まり部の油面切れを防止して、圧縮機の信頼性が向上する。

一方、ステータコアの等価直径／ステータコアの外径が９６％を越えたとき、水力直径は小さくなる。したがって、油溜まり部の油面切れが発生して、圧縮機の信頼性が低下する。

図７は、ステータコアの等価直径／ステータコアの外径とモータ効率低下率との関係を示す。縦軸に、モータ効率低下率を示し、縦軸の下側ほどモータ効率が低下している。そして、図７から分かるように、９０％以上であると、モータ効率を維持できる一方、９０％未満であると、モータ効率に問題が生じてくる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、圧縮機構部として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。また、コイルを、複数のティースにわたって巻いた、いわゆる分布巻きとしてもよい。また、油戻り通路の形状や位置や数量は、上述の実施形態に限定されない。

本発明の圧縮機の第１実施形態を示す縦断面図である。圧縮機の要部の横断面図である。本発明の圧縮機の第２実施形態を示す横断面図である。本発明の圧縮機の第３実施形態を示す横断面図である。複数の異なる種類のステータコアの性質を示す表である。ステータコアの等価直径／ステータコアの外径と水力直径との関係を示すグラフである。ステータコアの等価直径／ステータコアの外径とモータ効率低下率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１密閉容器
２圧縮機構部
３モータ
４回転軸
５クランクピン
６ピストン
７圧縮室
８上端部
９下端部
１０油溜まり部
１１吸入管
１２吐出管
２０本体部
２１，２２軸受
３０ロータ
３１ロータコア
３２磁石
４０，１４０，２４０ステータ
４０ａ一面（下面）
４０ｂ，１４０ｂ，２４０ｂ他面（上面）
４１，１４１，２４１ステータコア
４２コイル
４３，１４３，２４３油戻り通路
４９リング
Ａ１，Ａ２，Ａ３等価直径

Claims

油溜まり部（１０）を有する密閉容器（１）と、
この密閉容器（１）内に配置された圧縮機構部（２）と、
上記密閉容器（１）内に配置されると共に上記圧縮機構部（２）を駆動するモータ（３）と
を備え、
上記モータ（３）のステータ（４０，１４０，２４０）は、上記油溜まり部（１０）側にある上記ステータ（４０，１４０，２４０）の一面（４０ａ）と上記油溜まり部（１０）と反対側にある上記ステータ（４０，１４０，２４０）の他面（４０ｂ，１４０ｂ，２４０ｂ）とを貫通する複数の油戻り通路（４３，１４３，２４３）を有し、
上記ステータ（４０，１４０，２４０）の上記他面（４０ｂ，１４０ｂ，２４０ｂ）において、
上記密閉容器（１）の内径の面積から上記全ての油戻り通路（４３，１４３，２４３）の総面積を差し引いた値を基に算出した等価直径（Ａ１，Ａ２，Ａ３）を、上記密閉容器（１）の内径で割った値は、９６％以下であることを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機において、
上記ステータ（４０，１４０）は、上記密閉容器（１）の内面に接触するステータコア（４１，１４１）を有し、
上記油戻り通路（４３，１４３）は、上記ステータコア（４１，１４１）に設けられていることを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機において、
上記ステータ（２４０）は、ステータコア（２４１）と、このステータコア（２４１）と上記密閉容器（１）との間に位置するリング（４９）とを有し、
上記油戻り通路（２４３）は、上記リング（４９）に設けられていることを特徴とする圧縮機。
請求項１から３の何れか一つに記載の圧縮機において、
上記等価直径（Ａ１，Ａ２，Ａ３）を、上記密閉容器（１）の内径で割った値は、９０％以上９６％以下であることを特徴とする圧縮機。
請求項１から４の何れか一つに記載の圧縮機において、
上記密閉容器（１）内の冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする圧縮機。