JP2013117188A - 密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
潤滑油が密閉容器の外部へ吐出してしまうことを抑制して安定した給油をなし得るとともに、電動機部の効率の低下を軽減できる密閉型圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明は、 一端に吐出管を設けた密閉容器と、密閉容器内部の一端側に収納される電動機部と、密閉容器の他端側に収納される圧縮機構部を、有する密閉型圧縮機において、電動機部は密閉容器内壁面に固定される固定子と、固定子の中心部に、回転可能に設けられる回転子を有している。さらに、固定子の側面と中心部とを連通する導通路と、回転子の一端側に、導通路よりも吐出管側に配置された回転盤を、有している。
【選択図】図７

Description

本発明は、密閉型圧縮機及びこの密閉型圧縮機が組込まれた冷凍サイクル装置に関する。

冷凍機や空気調和機等の冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機は、吸込み管と吐出管が接続される密閉容器内に、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する固定子と回転子からなる電動機部とが収容されてなり、前記電動機部の固定子は密閉容器の内壁面に、焼嵌めや圧入等の手段により固定される。
上記圧縮機構部で圧縮され高圧化した冷媒ガスは、吐出孔から一旦、密閉容器内に放出され、さらに電動機部に設けられるガス通路に導かれ、密閉容器に接続される吐出管から外部機器へ吐出されるようになっている。

一方、密閉容器の内底部には潤滑油を集溜する油溜り部が形成されていて、圧縮機構部の作動にともなって潤滑油が吸上げられ、各摺動部を潤滑したあと再び油溜り部に戻って循環する。

しかしながら、圧縮機構部を潤滑したあとの一部の潤滑油は油粒状（ミスト状）となって高圧冷媒ガスに混入してしまい、電動機部のガス通路に導かれてそのまま吐出管から外部機器へ吐出される虞がある。電動機部のガス通路を構成するものとして、固定子外周面に形成された切欠部と密閉容器内壁面との間の隙間や、電動機部の回転子と固定子の間の隙間等がある。
上記外部機器へ吐出される潤滑油量（吐油量）を減少させる手段として、電動機部のガス通路の面積を大きくし、そこを通る高圧ガスの流速を低下させることが有効であることが知られている。

特開２００１−５５９７７号公報

しかしながら、固定子と回転子との隙間等で形成されたガス通路を流通する冷媒流量を増加させると、潤滑油が分離されないまま吐出管から吐出されてしまうことがある。
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたもので、潤滑油が密閉容器の外部へ吐出してしまうことを抑制して安定した給油をなし得るとともに、電動機部の効率の低下を軽減できる密閉型圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

一端に吐出管を設けた密閉容器と、密閉容器内部の一端側に収納される電動機部と、密閉容器の他端側に収納される圧縮機構部とを、有する密閉型圧縮機において、電動機部は密閉容器内壁面に固定される固定子と、固定子の中心部に、回転可能に設けられる回転子を有している。さらに、固定子の内周側と外周面側とを連通する導通路と、回転子の一端側に、導通路よりも吐出管側に配置された回転盤を、有している。

本発明の第１の実施形態に係る密閉型圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置を示す構成図である。 第１の実施形態に係る固定子鉄心を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る絶縁端板を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る絶縁端板の１つの絶縁歯部要部を拡大して示す側面図（ａ）及び、下面図（ｂ）である。 第１の実施形態に係る固定子鉄心と絶縁端板との組立状態を示す側面図である。 第１の実施形態に係る密閉容器と固定子鉄心との関係を示す水平断面図である。 第１の実施形態に係る密閉型圧縮機の一部の縦断面を示す図である。 第２の実施形態に係る絶縁端板の１つの絶縁歯部要部を拡大して示す側面図（ａ）及び、下面図（ｂ）である。 第３の実施形態に係る絶縁端板の１つの絶縁歯部要部を拡大して示す側面図（ａ）及び、下面図（ｂ）である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る密閉型圧縮機及び冷凍サイクル装置について図１乃至図８を参照して説明する。図１は、密閉型圧縮機の断面構造と、この密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を示す構成図である。また、図２乃至図７は、電動機部の固定子の詳細構成を示している。

図１において、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の出口側に接続された密閉型圧縮機１０とを備えている。また、蒸発器４と密閉型圧縮機１０との間には、アキュムレータ５が接続されている。そして、密閉型圧縮機１０は、吐出管１２を介して凝縮器２に接続されている。
密閉型圧縮機１０は、２シリンダ形の回転式圧縮機で、上下両端が閉塞された略円筒状の密閉容器１１を有している。密閉容器１１内の上方側には電動機部２０、他端側である下部側には圧縮機構部３０が収容されている。電動機部２０と圧縮機構部３０は、回転軸６を介して連結されている。密閉型圧縮機１０は、回転軸６が鉛直方向に沿って設けられる縦置型のものである。

電動機部２０は、例えば、ブラシレスＤＣモータが用いられ、密閉容器１１の内面に固定される固定子２１と、この固定子２１の内側に所定の間隙を存して配置され、回転軸６に嵌着されるとともに永久磁石を有する回転子６０とを備えている。電動機部２０は、外部の電源供給部（図示を省略する）に接続され、電力の供給を受ける。

圧縮機構部３０は、２組の圧縮機構４０と、主軸受４１及び副軸受４２と、主軸受４１側に設けられたバルブカバー４３と、副軸受４２側に設けられたバルブカバー４４を有し、ボルト４５で互いに固定されている。主軸受４１及び副軸受４２は、それぞれ回転軸６を回転自在に支持している。

各圧縮機構４０には、シリンダ室４６が設けられるとともに、ローラ６２が偏心配置されており、このローラ６２の回転動作及びこのローラ６２に当接するブレード６３の往復動作によりシリンダ室４６が吸込室側と圧縮室側とに区画され、圧縮動作が行われる。回転軸６には、シリンダ室４６に対応する位置に設けられた偏心部６１と、この偏心部６１の外周に嵌合されたローラ６２とが備えられている。
また、密閉容器１１内底部には各摺動部を潤滑させるための潤滑油が貯留されている。
このように構成された冷凍サイクル装置１は、次のように運転される。

すなわち、電動機部２０に電力が供給され、回転軸６が回転駆動されると圧縮機構部３０が一体的に駆動される。圧縮機構部３０では、ローラ６２がシリンダ室４６内で偏心回転を行うことで、シリンダ室４６に導かれた冷媒ガスが徐々に圧縮される。回転軸６が継続して回転され、シリンダ室４６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される。高圧ガスはバルブカバー４３、４４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上方に設けられている吐出管１２から凝縮器２へ吐出される。
凝縮器２に導かれた冷媒は凝縮液化し、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却作用をなす。そして、蒸発したあとの冷媒はアキュムレータ５を介してシリンダ室４６に吸込まれて上述の経路を循環する。
次に、上記固定子２１の詳細について図２乃至図７を参照して説明する。固定子２１は、固定子鉄心２２と、この固定子鉄心２２の上下両端に設けられる一対の絶縁端板２３と、この絶縁端板２３を介して集中巻に巻装される巻線２４（図１及び図７参照）とから構成されている。

図２に示すように、固定子鉄心２２は、電磁鋼板を積層して略筒状に形成されており、円環状継鉄であるヨーク部２２ａと、このヨーク部２２ａから中心部に向けて一体に設けられ、かつ互いに所定の間隔を有して放射状に形成された６個の歯部２２ｂとから構成されている。したがって、固定子鉄心２２の各歯部２２ｂ間には、上下方向に沿う複数のスロット２２ｃが形成される。
また、各歯部２２ｂと対向するヨーク部２２ａの外周面には、後述するガス通路及び油戻通路を構成する複数の凹部７が形成されている。
前記複数のスロット２２ｃ内には、スロット２２ｃの内面形状に沿い上下方向に挿入された絶縁シート２５が配設されている（図示上、１個のスロット２２ｃのみに配設された状態を表わしている。）。本実施形態では、この絶縁シート２５と絶縁端板２３とで絶縁部材が構成されている。したがって、巻線２４は、これらの絶縁部材によって固定子鉄心２２と絶縁が確保されて巻装されるようになる。
絶縁端板２３は、図３及び図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、樹脂のモールド成形によって形成されている。絶縁端板２３は、ヨーク部２２ａに取付けられる環状の端板本体２３ａと、この端板本体２３ａから中心部に向かって延出し、固定子鉄心２２の６つの歯部２２ｂ夫々の上下端面を覆う絶縁歯部２３ｂとを有している。

また、６つの各絶縁歯部２３の内周側端部には、固定子鉄心２２に対向する面と反対側（表側）に延出した平板状の先端突起部２３ｃが設けられている。この６個の先端突起部２３ｃは、絶縁端板２３の中心を囲むような配置となっており、固定子２１に巻回された巻線２４が外れないためのカエシとして機能する。
絶縁歯部２３ｂの、固定子鉄心２２に対向する面（裏面）には、端板本体２３ａの外周面から先端突起部２３ｃにかけて、扁平状の溝部２３ｄが設けられている。溝部２３ｄは、冷媒を流通させやすいように、先端突起部２３ｃの根元部分が拡開している。

固定子鉄心２２の複数のスロット２２ｃに絶縁シート２５が配設された状態で、固定子鉄心２２の上下両端に絶縁端板２３が固定される。図５に固定子鉄心２２の両端面に、絶縁端板２３が取付けられている状態を示す。このように固定子鉄心２２に絶縁部材が配設された後、各歯部２２ｂに絶縁部材、すなわち、絶縁端板２３の絶縁歯部２３ｂ及び絶縁シート２５を介して巻線２４が直接巻装される。
ここで、絶縁端板２３の裏面に設けられた溝部２３ｄと、固定子鉄心２２の端面によって囲まれた導通路９が形成される。この導通路９は固定子２１の内周側と外周側を連通しており、冷媒のガス通路として機能する。

図６は、密閉容器１１内に固定子２１を焼嵌めや圧入等の手段により固定した状態で密閉容器１１と固定子鉄心２２との関係を水平断面で示している。
固定子鉄心２２の外周面は凹部７以外の部分が、密閉容器１１の内壁面に密着した状態となっており、これら凹部７と密閉容器１１の内壁面とで囲まれた隙間８は、電動機の下方側の空間と上方側の空間、及び導通路９と連通している。

また、密閉容器１１内に焼嵌めにより固着された固定子２１の内周には、図７に示すように、回転軸６に連結された回転子６０が設けられている。この回転子６０には回転軸６の軸方向に沿って貫通した貫通孔６４が設けられており、圧縮機構部３０から吐出された冷媒を回転子６０の上方へ流通するようになっている。

回転子６０の吐出管１２側の端面には、回転子６０端面を覆うように形成された回転盤６１が設けられている。回転盤６１の外周端は下方へ反り返って形成されている。

このように構成された密閉型圧縮機１０が運転を行なうと、圧縮機構部３０から吐出された高温高圧の冷媒に、ミスト状の潤滑油が混入されている。そして、潤滑油が混入した状態の冷媒は、図７の実線矢印に示すように、圧縮機構部３０側から、隙間８、固定子鉄心２２と回転子６０との間隙、及び回転子６０の貫通孔６４を通り、回転子６０の上方側へ流通する。そして、貫通孔６４を流通した冷媒は、回転する回転盤６１に当る。ここで、回転盤６１の外周端は下方側へ反り返っているため、回転盤６１に当った冷媒は、回転半径方向へ拡散されつつ、回転盤６１下方側へ向かう方向に冷媒流路が変化する。このとき、冷媒に混合している潤滑油の一部は回転盤６１の表面に付着して冷媒から分離される。
さらに、回転盤６１の回転半径方向へ拡散した冷媒は絶縁端板２３の先端突起部２３ｃに衝突し、潤滑油が先端突起部２３ｃ表面に付着し、冷媒から分離される。

そして、冷媒の一部は、回転盤６１と絶縁端板２３との隙間を通り、電動機部の上方へ流出する。また、冷媒のその他の一部は、絶縁端板２３の溝部２３ｄと固定子鉄心２２の端面とで形成された導通路９へ流動し、固定子１１の内周側から外周側へ流動する。この時、導通路９内面に冷媒が接触し、潤滑油が導通路９内面に付着することで冷媒から分離される。
さらに、固定子２１外周側へ流通した冷媒は、密閉容器１１内壁面に接触し、さらに冷媒から潤滑油が分離される。その後、冷媒は密閉容器１１の上方側へ流動し、吐出管１２から吐出される。

上記経路の他にも、圧縮機構部３０から吐出された冷媒は、密閉容器１１の内壁面とヨーク部２２ａの外周面に形成された凹部７との間に形成された隙間８を流動する。これより、圧縮機構部３０で圧縮され高圧化した冷媒ガスの流速を低下させることができ、冷媒から潤滑油の分離を促進させることで、吐出管１２から外部機器へ吐出されるのを抑制することが可能となる。

そして、潤滑油が混入した冷媒は、そのまま吐出管１２から吐出されることなく、導通路９、隙間８を流通しつつ密閉容器１１の上方へと流通し、吐出管１２から密閉型圧縮機１０外部へと吐出される。

また、固定子２２のヨーク２２ａに形成された凹部７と密閉容器１１の内壁面とで形成された隙間８は油戻通路としても機能し、密閉容器１１の内壁面に付着した潤滑油や、導通路９内面に付着した潤滑油を電動機部２０下方へ流通させ、圧縮機構部３０の潤滑油切れを防止することができる。

特に、電動機部２０の回転数が１２０ｒｐｓ程度の高回転域になった場合、冷媒の吐出流速も大きくなり、回転盤６１では冷媒から潤滑油を分離できないことがある。
このような場合であっても、冷媒が導通路９を流通することで、冷媒が接触する流路面積が増加し、より効率よく冷媒から潤滑油を分離することができる。

このように、圧縮機構部３０から吐出された冷媒に混入した潤滑油を、分離し、吐出管１２から流出するのを抑制することができる。

固定子１１の外周面に形成された凹部７と密閉容器１１の内壁面との間の隙間８の面積を大きくしようとすると、電動機部を構成する固定子１１のヨーク部の幅寸法がその分小さくなり、磁路が狭くなり、磁束密度が上昇することとなる。また、加えて、電動機部の固定子が密閉容器１１の内壁面に固定されるに際し、磁路が狭くなったところに圧縮応力がかかり、鉄損の増加を来し、効率の低下を招く問題が生じる。しかし、本発明の実施形態のように、冷媒流路である導通路９を設けることで、凹部７を大きくして隙間８を大きくする必要がなく、磁路を狭めることなく、鉄損の増加することがない。

上述のような構成とすることで、固定子鉄心２２の鉄損を抑制しつつ、冷媒から潤滑油を効率よく分離することができ、運転中の潤滑油不足を抑制し、信頼性が高い密閉型圧縮機１０を提供することができる。また、この密閉型圧縮機１０を備えた冷凍サイクル装置１とすることで、信頼性の高い冷凍サイクル装置とすることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の密閉型圧縮機１０は、第１の実施形態と異なる構成として、図９に示す絶縁端版２３を有している。また、その他の第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図９に示す絶縁端版２３は、裏面に設けられた溝部２３ｄに、複数の小突起２３ｅが設けられている。この小突起２３ｅは、冷媒に溶け込んだミスト状の潤滑油を付着する働きを有し、吐出管１２から流出する潤滑油量を減少させることができる。
また、小突起２３ｅを固定子鉄心２２の端面に接触させることで、絶縁端板２３を支持する支柱としても機能し、巻線２４を強固に巻きつけた場合でも、溝部２３ｄ近傍が過度に湾曲することなく、破損することがない。なお、全ての小突起２３ｅが絶縁端板２３を支持する必要はなく、必要な数の小突起２３ｅが支持していれば良い。また、絶縁端板２３を支持固定するその他の構成が存在する場合には、小突起２３ｅは支持する機能を有する必要はない。

上記のように絶縁端板２３の溝部２３ｄに小突起２３ｅを備えることによって、導通路９内を流通する冷媒に混合した潤滑油が、溝部２３ｄに設けられた小突起２３ｅに付着するため、第１の実施形態の場合よりもさらに潤滑油を除去する効率が高くなる。これにより、圧縮機の回転数がより高い場合でも、吐出管１２から潤滑油が吐出する量を抑制でき、信頼性の高い密閉型圧縮機１０を提供することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の密閉型圧縮機１０は、第１、第２の実施形態と異なる構成として、図１０に示す絶縁端版２３を有している。また、その他の第１、第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

第３の実施形態の絶縁端板２３は、固定子鉄心２２に対向する裏面に溝部２３ｄが設けられておらず、裏面全体に亘り小突起２３ｅが設けられている。
そして、上記絶縁端板２３を固定子鉄心２２の端面に固定することで、小突起２３ｅの高さ分に相当する隙間が形成される。この隙間が導通路９として機能する。
このように、溝部２３ｄによって形成された導通路９ではなく、絶縁端板２３の裏面と固定子鉄心２２の端面とで形成された隙間を導通路９とすることによって、ミスト状の潤滑油が混入した冷媒が流通することで、導通路９の流路面積が大きくなると同時に、潤滑油を付着する小突起２３ｅをより多く配置することができる。
その結果、冷媒に混入した潤滑油をより効率よく付着し、冷媒から分離することができる。

これにより、冷媒の流速を低下させ、冷媒に混合した潤滑油を付着しやすくなり、圧縮機の回転数が高い場合でも、吐出管１２から潤滑油が吐出する量を抑制でき、信頼性の高い密閉型圧縮機１０を提供することができる。

以上のように本実施形態によれば、所定のガス通路を確保して潤滑油が密閉容器１１の外部へ吐出してしまうことを抑制できるとともに、電動機部２０の効率の低下を軽減できる密閉型圧縮機１０及び冷凍サイクル装置１を提供することが可能となる。
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１…冷凍サイクル装置、２…凝縮器、３…膨張装置、４…蒸発器、５…アキュムレータ、６…回転軸、７…凹部、８…隙間、９…導通路、１０…密閉型圧縮機、１１…密閉容器、１２…吐出管、２０…電動機部、２１…固定子、２２…固定子鉄心、２２ａ…ヨーク部、２２ｂ…歯部、２２ｃ…スロット、２３…絶縁端板、２３ａ…端版本体、２３ｂ…端板歯部、２３ｃ…先端突起部、２３ｄ…溝部、２４…巻線、２５…絶縁シート、３０…圧縮機構部、６０…回転子、６１…回転盤、６４…貫通孔

Claims (6)

1. 一端に吐出管を設けた密閉容器と、
   前記密閉容器内部の一端側に収納される電動機部と、
   前記密閉容器内部の他端側に収納される圧縮機構部とを、
   有する密閉型圧縮機において、
   前記電動機部は、前記密閉容器内壁面に固定される固定子と、
   前記固定子の中心部に、回転可能に設けられる回転子を有し、
   前記固定子の外周側と内周側とを連通する導通路と、
   前記回転子の一端側に設けられ、前記導通路よりも吐出管側に配置された回転盤を、有することを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記固定子は、
   前記密閉容器の内壁面に固定される環状のヨーク部と、このヨーク部から中心部に向けて延出する複数の歯部を有する鉄心と、
   前記鉄心の両端面に配される絶縁端板を有しており、
   前記歯部と前記絶縁端板の間に、前記導通路が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記絶縁端板の前記鉄心に向い合う面に溝が設けられており、
   前記導通路が、前記鉄心の一端面と前記溝とで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記導通路内に突起が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記固定子の外周面に、潤滑油を圧縮機構部側へ流通させるための油戻通路が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の密閉型圧縮機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の密閉型圧縮機、凝縮器、膨張装置及び蒸発器を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
   

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