JP2011038485A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子切り欠き部の通路断面積を大きくすることに伴い、吐出されるオイル量を少なくすることが可能であるが、一方では固定子の切り欠き部を形成したところは、固定子の切り欠き部が無い部位よりヨーク幅が短くなっているため、固定子の鉄損や磁気抵抗が増加するとともに磁気の飽和などにより電動機の効率が低下してしまうという課題を有していた。
【解決手段】密閉容器１の内部に、固定子２と回転子３とで構成される電動機１１と電動機１１で駆動される圧縮機構部１０とを配設し、固定子２の外周が密閉容器１の内壁に固定され、密閉容器１内の空間が、電動機１１と圧縮機構部１０とを挟んで上部空間１２と下部空間１３とに分離される密閉型圧縮機において、密閉容器１内壁に上部空間１２と下部空間１３とに開口する溝１５を密閉容器１の円筒軸方向に沿って設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ルームエアコンやその他の空気調和装置、冷蔵庫等の冷凍サイクルに組み込まれる密閉型圧縮機の性能向上および信頼性向上に関する。

図８と図９は、特許文献１に記載された従来密閉型圧縮機を示すものである。図８に示すように、密閉容器１０１の内部に、ロータ１０５とステータ１０６とで構成される電動機要素１０２とこれによって駆動される回転圧縮要素１０３とを配設し、ステータ１０６の外周が密閉容器１０１の内壁に固定されている。回転圧縮要素１０３で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが、ステータ１０６の外周に設けられたカットコア部１１６、及びロータ１０５とステータ１０６との隙間を通過し密閉容器１０１上部に設けられた吐出管１１３から外部冷却回路に吐出されている。カットコア部１１６、及びロータ１０５とステータ１０６との間の各隙間の通路断面積が小さいと電動機要素１０２の上部空間と下部空間との圧力差が大きくなるため、上部空間で冷媒ガスから分離されたオイルは密閉容器１０１内底部に戻りにくくなり、吐出管１１３から冷媒ガスとともに吐出されるオイル量が多くなっていた。そこで通路断面積を大きくし、比率を規定することによって、吐出されるオイル量を少なくし、圧縮機のオイルレベルの確保と冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止していた。

特開昭６１−２８０７２７号公報

しかしながら、従来の構成では、カットコア部の通路断面積を大きくすることに伴い、吐出されるオイル量を少なくすることは可能であるが、一方ではカットコア部を形成したところは、カットコア部が無い部位よりヨーク幅が短くなっているため、固定子の鉄損や磁気抵抗が増加するとともに磁気の飽和などにより電動機の効率が低下してしまうという問題があった。従って、吐出されるオイル量の低減と電動機効率低下の抑制とを同時に実現し、冷凍サイクルの熱交換能力と圧縮機本体の効率を同時に向上させることが課題であった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、吐出されるオイル量の低減と電動機効率低下の抑制と冷凍サイクルの熱交換能力および密閉型圧縮機の効率を同時に向上させることを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器内壁に密閉容器の円筒軸方向に沿って設けた溝が、電動機の固定子周辺から圧縮機構部周辺まで配設され、その溝が上部空間と下部空間との両方に開口したものである。このように固定子の外周をほぼ円筒形にすることで、固定子外周に切り欠き部を設けている時と比べて電動機の効率が向上する。また密閉容器内壁に円筒軸方向に溝を設けることによって固定子外周に切り欠き部を設けている時と同様の冷媒の通路断面積を確保できることから、吐出されるオイル量を少なくすることができる。

本発明の密閉型圧縮機は、電動機の効率を向上させ、冷媒ガスとともに吐出されるオイル量を現状と同等に維持できることから、冷凍サイクルの熱交換能力の向上と圧縮機本体の効率の向上が得られる。さらに圧縮機のオイルレベルを確保できることから高い信頼性も同時に得ることが可能となる。

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 図１の密閉型圧縮機の電動機部を密閉容器内の上部空間から見た横断面図 本発明の実施の形態１における他の密閉型圧縮機の縦断面図 図２の密閉型圧縮機の圧縮機構部を密閉容器内の上部空間から見た横断面図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の電動機部を密閉容器内の上部空間から見た横断面図 本発明の実施の形態３における圧縮機構部を上部空間から見た横断面図 本発明の実施の形態４における密閉容器の要部側面図 従来例の密閉型圧縮機の電動機部の横断面図 従来例の密閉型圧縮機のモータコア部の横断面図

第１の発明は、密閉容器の内部に、固定子と回転子とで構成される電動機と、この電動機で駆動される圧縮機構部とを配設し、固定子の外周が密閉容器の内壁に固定され、密閉容器内の空間が、電動機と圧縮機構部とを挟んで上部空間と下部空間とに分離される密閉型圧縮機において、密閉容器内壁に前記上部空間と前記下部空間とに開口する溝を前記密閉容器の円筒軸方向に沿って設けたものである。この構成によれば密閉型圧縮機において電動機が上、圧縮機構部が下側に設置される場合においては、密閉容器内壁の溝により冷媒の通路断面積が増加し、冷媒の通過距離も長くなることから、吐出された冷媒ガスが下部空間から上部空間に移動する時の流速が遅くなる。よって上部空間と下部空間との圧力差が小さくなり、上部空間に溜まったオイルが自重により密閉容器内のオイル溜りに戻りやすくなり、圧縮機のオイルレベルが確保される。さらに、上部空間のオイルが少なくなるため、吐出冷媒とともに巻き上げられるオイルも少なくなって、圧縮機本体から吐出されるオイル量も低減され、冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止することができる。また、圧縮機構部が上、電動機が下側にある場合も同等の効果が得られる。

第２の発明は、特に第１の発明の密閉型圧縮機において、固定子外周形状をほぼ円筒形にしたものである。この構成によれば、固定子の外周をほぼ円筒形にすることで、固定子外周に切り欠き部を設けている時と比べて電動機の効率が向上する。また溝で固定子と密閉容器間の冷媒の通路断面積が確保されるため、固定子の切り欠き部があった時と同等のオイル吐出量にすることができる。よって、電動機の効率の向上によって圧縮機本体の効率が向上するとともに、吐出されるオイル量の増加も抑制することができ、冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の密閉型圧縮機において、圧縮機構部外周形状をほぼ円筒形に構成にしたものである。この構成によれば、圧縮機構部の外周形状をほぼ円筒形にすることで、圧縮機構部を形成している各部品の外周面切削加工を断続切削から連続切削にすることが可能となり、断続切削時に多発していた切削刃具のチッピングを抑制することができ、真円度等の加工精度も向上することができる。また溝で圧縮機構部と密閉容器間の冷媒の通路断面積が確保されるため、圧縮機構部の切り欠き部があった時と同等のオイル吐出量にすることができる。よって刃具寿命延長による生産コスト削減と加工精度向上ができるとともに、吐出されるオイル量の増加も抑制することができ、冷凍サイクルの熱交換能力の低下も防止することができる。

第４の発明は、特に第１〜第３の発明の溝を複数個設けたものである。この構成によれば冷媒の通路断面積を更に大きくすることが可能となる。よって、上部空間と下部空間の圧力差をより小さくすることができ、圧縮機本体から吐出されるオイル量が低減され、冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止することができる。

第５の発明は、特に第１〜第４の発明の溝の中心軸を密閉容器の円筒軸に対して一定量の傾きとなるように溝をスキューさせた構成にしている。この構成によれば、溝を通過する冷媒ガスが旋回流となるので、冷媒とオイルを遠心力によって分離することが可能となり、密閉容器外へのオイル吐出量を減らすことができる。また同時に冷媒の通過距離を長くすることも可能となるため、固定子の積層部高さが低い場合においても、冷媒ガスが固定子と密閉容器の間を通過するときの流速を十分に遅くすることができる。また上部空間と下部空間の圧力差を小さくできることから、吐出されるオイル量が低減され、冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止することができる。

以下、本発明実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１と図３は本発明第１の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図であり、図１は圧縮機構部を電動機より下側に備えたロータリ圧縮機、図３は圧縮機構部を電動機より上側に備えたスクロール圧縮機を示すものである。図２と図４は本発明第１の実施の形態における上部空間から見た電動機と圧縮機構部の横断面図であり、図２は図１の電動機、図４は図２の圧縮機構部を示すものである。

図１において、圧縮機は底部にオイルの貯溜されたオイル溜り１４を有する密閉容器１で、この密閉容器１内には上側に電動機１１が、下側に圧縮機構部１０がそれぞれ収納されている。電動機１１はシャフト４に装着された回転子３と、外周に切り欠き２ａを形成した固定子２とで構成されている。圧縮機構部１０は、シリンダ７と、シャフト４の偏芯軸４ａによりシリンダ７内を回転するピストン８と、このピストン８に接してシリンダ７内を分けるベ−ン（図示せず）と、シリンダ７の上下開口を封じる上軸受５と下軸受９と、この上軸受５に取り付けられた吐出弁（図示せず）と、この吐出弁（図示せず）を覆うバルブカバー６とで構成されており、回転子３からの駆動によりシリンダ７内をピストン８が回転して冷媒が圧縮される構造となっている。

以上のように構成された密閉型圧縮機において、図２に示すように、固定子２の外周が密閉容器１の内壁に固定されている。密閉容器１内の空間が、電動機１１と圧縮機構部１０を挟んで上部空間１２と下部空間１３に分離される密閉型圧縮機において、密閉容器１内壁に電動機１１の固定子２周辺から圧縮機構部１０周辺まで円筒軸方向へ設けた溝１５が上部空間と下部空間の両方に開口するように構成している。

図１において、圧縮された冷媒はバルブカバー６より密閉容器１内に吐出され、固定子２と密閉容器１内壁で形成された切り欠き部２ａと、固定子２と密閉容器１内壁で形成された溝１５と、電動機１１のエアギャップ１６とを通って、電動機１１の上部空間１２に送り出され、冷媒吐出管１７から密閉容器１の外に吐出される。矢印は、冷媒の流れを示す。

以上のように、本実施の形態においては、溝１５を設けることで、冷媒の通路断面積が増加し、冷媒の通過距離も長くすることができ、吐出された冷媒ガスが下部空間１３から上部空間１２に移動する時の流速が遅くなるため、上部空間１２と下部空間１３の圧力差が減少する。よって、冷媒から分離されたオイルが自重により、上部空間１２から下部空
間１３のオイル溜り１４に戻りやすくなるため、圧縮機のオイルレベルが確保できる。また、上部空間１２のオイルが少なくなるため、吐出冷媒とともに巻き上げられるオイルも少なくなって、圧縮機本体から吐出されるオイル量も減少し、冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止することができることから、高信頼性と高性能を同時に確保することができる。

また、図３に示すように、密閉容器１内の下側に電動機１１が、上側に圧縮機構部１０が収納されているスクロール圧縮機の場合は、バルブカバー６を出た冷媒は矢印で示すように圧縮機構部１０の通路１０ａを通って一旦電動機１１の下側の下部空間１３に送られ、密閉容器１の溝１５を通って上部空間１２に送り出され、冷媒吐出管１７から密閉容器１の外に吐出される。この場合においても同等の効果が得られる。

また、溝１５を複数個設けることで、冷媒通路断面積を更に大きくすることができるため、上部空間１２と下部空間１３との圧力差をより小さくすることが可能となり、圧縮機本体から吐出されるオイル量も更に少なくすることができる。

（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態における上部空間から見た電動機部の横断面図で、ロータリ圧縮機の他の実施例を示すものである。図５に示すように、固定子２の外周形状をほぼ円筒形にした構成にしている。このことにより切り欠き部２ａを設けている固定子２に比べ、ヨーク幅を長くすることができる。よって固定子２の鉄損や磁気抵抗を少なくすることが可能となり、磁気の飽和による電動機の効率低下を抑制することができるため、電動機１１の効率を向上させることができる。

また、溝１５で固定子２と密閉容器１間の冷媒の通路断面積が確保されるため、固定子２の切り欠き部があった時と同等のオイル吐出量にすることができる。よって、電動機１１の効率の向上によって圧縮機本体の効率が向上するとともに、吐出されるオイル量の増加も抑制できるため、冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止することができ、高い信頼性と高性能を同時に確保することができる。

（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態における上部空間から見た圧縮機構部の横断面図であり、スクロール圧縮機の他の実施例を示すものである。図６に示すように、圧縮機構部１０の外周形状をほぼ円筒形にした構成にしている。このことにより圧縮機構部１０を構成している各部品の外周面切削加工を断続切削から連続切削にすることが可能となり、断続切削時に多発していた切削刃具のチッピングを抑制することができ、真円度等の加工精度も向上することができる。

また、溝１５で圧縮機構部１０と密閉容器１間の冷媒の通路断面積が確保されるため、圧縮機構部１０の切り欠き部１０ａがあった時と同等のオイル吐出量にすることができる。よって刃具寿命を長くすることによる生産コスト削減と加工精度向上ができるとともに、吐出されるオイル量の増加も抑制できるため、冷凍サイクルの熱交換能力の低下も防止することができ、高品質と高性能を同時に確保することができる。

（実施の形態４）
図７は本発明の第４の実施の形態における密閉容器の要部側面図を示すものである。図７に示すように密閉容器１の内壁に密閉容器１の円筒軸に対して、溝１５の中心軸を所定量の傾きとなるように溝１５をスキューした構成にしている。このことにより溝１５を通過する冷媒ガスが旋回流となるので、冷媒とオイルを遠心力によって分離するため密閉容器１外へのオイル吐出量を減らすことができる。

また、溝１５をスキューすることにより、冷媒の通過距離が長くすることができ、上部空間１２と下部空間１３の圧力差を更に小さくすることができる。よって吐出されるオイル量が低減され、冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止することもできることから、高い信頼性と高性能を同時に確保することができる。

なお、上記実施の形態において、縦型の密閉型圧縮機で密閉容器の円筒軸は上下方向の状態で説明したが、これに限るものではなく、横型の密閉型圧縮機で密閉容器の円筒軸が左右方向でも同様の効果が得られる。

以上のように、本発明の密閉型圧縮機は、電動機の効率を向上させ、冷媒ガスとともに吐出されるオイル量を低減することで、冷凍サイクルの熱交換能力の向上と圧縮機本体の効率の向上が得られる。さらに圧縮機のオイルレベルを確保できることから高い信頼性も同時に得ることが可能となり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒ＣＯ_２を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

１ 密閉容器
２ 固定子
２ａ 切り欠き部
３ 回転子
４ シャフト
４ａ 偏芯軸
５ 上軸受
６ バルブカバー
７ シリンダ
８ ピストン
９ 下軸受
１０ 圧縮機構部
１０ａ 切り欠き部
１１ 電動機
１２ 上部空間
１３ 下部空間
１５ 溝
１６ エアギャップ
１７ 冷媒吐出管
１８ 冷媒通路穴

Claims (5)

1. 密閉容器の内部に、固定子と回転子とで構成される電動機と、前記電動機で駆動される圧縮機構部とを配設し、前記固定子の外周が前記密閉容器の内壁に固定され、前記密閉容器内の空間が、前記電動機と前記圧縮機構部とを挟んで上部空間と下部空間に分離される密閉型圧縮機において、前記密閉容器内壁に前記上部空間と前記下部空間とに開口する溝を前記密閉容器の円筒軸方向に沿って設けたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 固定子の外周形状がほぼ円筒形であることを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 圧縮機構部の外周形状がほぼ円筒形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型圧縮機。
4. 密閉容器の内壁に溝を複数個設けたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 密閉容器の円筒軸に対して、溝の中心軸が所定量の傾きとなるように前記溝をスキューさせたことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。