JP2015071971A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機部の高効率化、ハウジングの外周面を被覆する被覆材の保護を実現する圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】固定子１０と固定子１０の内側に配設されている回転子１１とからなる電動機部２と、圧縮機構部３と、ハウジング５とを備えた圧縮機であって、固定子１０はハウジング５の内壁に複数のレーザ溶接部２０を介して固定されており、複数のレーザ溶接部２０は、ハウジング５の円周方向に互いに所定の間隔をおいて形成され、レーザ溶接部２０は、ハウジング５の軸方向に所定の長さに渡って形成され、固定子コア２２において、レーザ溶接部２０に対応する位置に空間１０１が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用される圧縮機に関するものである。

冷凍装置や空気調和装置などにおいては、蒸発器で蒸発した作動冷媒を吸入し、凝縮するために必要な圧力まで圧縮して作動冷媒回路中に高温高圧の作動冷媒を送り出す圧縮機が使用されている。このような圧縮機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機部とを密閉容器内に収納したものである。電動機部は、密閉容器の内壁面に固定された固定子と、駆動軸に回転動力を伝えるロータとからなる。

従来、電動機部の固定子は、密閉容器の内壁に焼きばめにより密着固定されていた。しかしながら、この方法では、密閉容器の収縮応力によって固定子が変形し、電動機部の効率が低下するという問題がある。すなわち、固定子に圧縮応力がかかり、固定子を構成する電磁鋼板が歪み、ロータ回転時に磁界歪みが発生して電動機部の効率低下を引き起こす。また、固定子で発生した振動が密閉容器に伝達されるので、圧縮機の振動及び騒音が問題となる。

近年、省エネルギー化の観点から、直流電流により駆動される直流ＩＰＭモータが提案されている。また、高効率化の観点から、固定子を構成する電磁鋼板の薄板化が提案されている。この直流モータ化に伴い、数ｒｐｍから６０００ｒｐｍ以上での幅広い回転数での運転が可能となるが、高速運転時には電流を多く流して、トルクを発生させる弱め界磁制御を用いるため、上述の磁界歪みによる効率の低下や騒音振動の悪化がより顕著となる。

そこで、固定子を密閉容器に、レーザ溶接によって密着固定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、固定子コアの軸線方向の全面に亘ってレーザ照射が施されている。

特開昭６３−１８９６８５号公報

しかしながら、特許文献１のように固定子コアの軸線方向の全面に亘ってレーザ照射が施されている場合、固定子コアの全面と密閉容器とを溶着させる必要があり、レーザ照射時間や熱量調整が困難となる。また、レーザの全面照射によってモータが損傷しないように密閉容器との接触面を幅広く確保する必要がある。さらには、密閉容器の板厚を薄くできない等の固定子コア設計に制限が生じるという課題ある。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、固定子はハウジング内壁に複数のレーザ溶接部を介して固定されており、複数のレーザ溶接部は、ハウジングの円周方向に互いに所定の間隔をおいて形成され、レーザ溶接部は、ハウジングの軸方向に所定の長さに渡って形成され、固定子コアにおいて、前記レーザ溶接部に対応する位置に空間が設けられているものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、固定子と固定子の内側に配設されている回転子とからなる電動機部と圧縮機構部とをハウジング内に収容する圧縮機であって、固定子はハウジング内壁に複数のレーザ溶接部を介して固定されており、複数のレーザ溶接部は、ハウジングの円周方向に互いに所定の間隔をおいて形成され、レーザ溶接部は、前記ハウジングの軸方向に所定の長さに渡って形成され、固定子コアにおいて、前記レーザ溶接部に対応する位置に空間が設けられている。

これにより、電動機部の高効率化、圧縮機の外周面を被覆する被覆材（断熱材、防音材、蓄熱材等）の保護、およびレーザ溶接時に発生する熱の固定子内部への伝熱防止を実現することができる。

本発明によれば、固定子の変形による電動機部の効率低下を防止することができる。また、本発明によれば、レーザ溶接部に盛り上がり（凸形状）が生じないので、圧縮機の外周面を被覆する被覆材（断熱材、防音材、蓄熱材等）の破損を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１に係る電動機部の平面図 本発明の実施の形態１に係るレーザ溶接部を説明する図 本発明の実施の形態１に係る電動機部とハウジングとの関係を示す図 本発明の変形例１に係るレーザ溶接部を説明する図 本発明の変形例２に係るレーザ溶接部を説明する図 本発明の実施の形態１及び変形例２に係るレーザ溶接部間距離を説明する図

第１の発明は、固定子と前記固定子の内側に配設されている回転子とからなる電動機部と圧縮機構部とをハウジング内に収容する圧縮機であって、前記固定子は前記ハウジング内壁に複数のレーザ溶接部を介して固定されており、複数の前記レーザ溶接部は、前記ハウジングの円周方向に互いに所定の間隔をおいて形成され、前記溶接部は、前記ハウジングの軸方向に所定の長さに渡って形成され、前記固定子において、前記レーザ溶接部に対応する位置に空間が設けられている。

これにより、固定子の変形による電動機部の効率低下を防止することができる。また、レーザ溶接部が所定の長さを有するので比較的低温・低熱でのレーザ照射が可能となり、局所的な固定子の変形を防止することができる。また、レーザ溶接点に盛り上がり（凸形状）が生じないので、圧縮機の外周面を被覆する被覆材（断熱材、防音材、蓄熱材等）の破損を防止することができる。さらには、レーザ溶接時に発生する熱の固定子内部への伝熱を効果的に防止することができる。

第２の発明は、前記レーザ溶接部は、前記ハウジングの軸方向に対して、傾斜して形成されている。

これにより、ハウジング円周方向に関して溶接範囲を広げることができ、圧縮時に固定子が受けるトルク変動と電動機部の回転により発生するトルク変動とを、複数の溶接部で均等に分散して保持することが可能となる。

第３の発明は、第１のレーザ溶接部と、前記第１のレーザ溶接部と円周方向に隣接して配置された第２のレーザ溶接部とは、前記ハウジングの軸方向を基準にした傾斜方向が反
対である。

これにより、隣接するレーザ溶接部間の距離を部分的に短くすることができ、ハウジング周方向の剛性を高めることができる。

第４の発明は、空間は、レーザ溶接部の傾斜に対応して、軸方向に対して傾斜して形成されている。

これにより、レーザ溶接部を傾斜して形成した場合であっても、レーザ溶接時に発生する熱の固定子内部への伝熱を効果的に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この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は、本発明の実施の形態における圧縮機１００の縦断面図である。圧縮機１００は、密閉容器１、電動機部２、圧縮機構部３及び駆動軸４を備えている。密閉容器１は、円筒状のハウジング５と、このハウジング５の開口を閉塞する上部カバー６、下部カバー７から構成されている。圧縮機構部３は、ハウジング５の下部に配置されている。電動機部２は、ハウジング５の内部において、圧縮機構部３の上に配置されている。駆動軸４によって、圧縮機構部３と電動機部２とが連結されている。上部カバー６には、電動機部２に電力を供給するための端子８が設けられている。密閉容器１の底部には、潤滑用のオイルを保持するためのオイル溜まり９が形成されている。電動機部２は、固定子１０及び回転子１１で構成されている。固定子１０は、ハウジング５の内壁に固定されている。固定子１０は、電磁鋼板を積層して形成される。固定子１０の固定子コア２２には、レーザ溶接部２０に設けられた位置に対応するように、空間１０１が設けられている。空間１０１は、固定子１０を貫通して形成されている。回転子１１は、駆動軸４に固定されており、かつ駆動軸４とともに回転する。駆動軸４は、上軸受部材１２と下軸受部材１３とにより回転自在に両端が支持されている。

電動機部２が付勢され、駆動軸４が回転すると、駆動軸偏心部１４ａ、１４ｂがシリンダ１５ａ、１５ｂ内において偏心回転し、ローリングピストン１６ａ、１６ｂがベーン（図示せず）に当接しながら回転運動する。そして、各々半回転ずれた周期で、両シリンダ１５ａ、１５ｂにおいて、冷媒ガスの吸入、圧縮が繰り返される。圧縮機構部３は、上軸受部材１２、下軸受部材１３、シリンダ１５ａ，１５ｂ、ローリングピストン１６ａ，１６ｂ、ベーン（図示せず）から構成される。

密閉容器１の上部には、吐出管１７が設けられている。吐出管１７は、上部カバー６の上部を貫通しているとともに、密閉容器１の内部空間に向かって開口している。吐出管１７は、圧縮機構部３で圧縮された冷媒ガスを密閉容器１の外部に導く吐出流路としての役割を担う。圧縮機１００の動作時において、密閉容器１の内部空間は、圧縮された冷媒で満たされる。

また、圧縮機の液圧縮を防止するため、圧縮機に冷媒ガスを直接吸入する前に、冷媒ガスを気液分離させるため、アキュームレータ１８が設けられている。アキュームレータ１８は、円筒状のケース１９の上部に冷媒ガス導入管、下部に吸入管に接続される二本の冷媒ガス導出管が接続されて構成されている。

このように構成された圧縮機において、電動機部２の固定子１０とハウジング５とは、レーザ照射によって溶接固定されている。図２に本発明の実施の形態に係る電動機部２の
平面図を示す。電動機部２は、ハウジング５の内壁面に固定された固定子１０と、シャフトに回転動力を伝える回転子１１とからなる。固定子１０は、固定子コア２２、スロット２３を有する。スロット２３には巻線２５との絶縁性を保持する為に絶縁紙（図示せず）が挿入されている。固定子１０の外周部には、空隙２４が設けられている。空隙２４は、電動機部２を軸方向に貫通して設けられており、電動機部２の上部空間と下部空間を連通させる。圧縮機構部３によって圧縮され、マフラカバー２１の開口から吐出された冷媒は、固定子１０の空隙２４を通じて、密閉容器１の上部空間へと導かれる。

固定子１０とハウジング５とは、６個のレーザ溶接部２０を介して固定されている。従来のスポット溶接では、溶接孔をロウ材等の溶接材で埋める必要があるため、溶接部に盛り上がり（凸部）が生じる。これに対し、本実施の形態では、レーザ溶接を用いているため、溶接部には盛り上がり（凸部）が生じない。これにより、圧縮機の外周面を被覆する被覆材（断熱材、防音材、蓄熱材等）の破損を防止することができる。

固定子１０の固定子コア２２には、レーザ溶接部２０が設けられた位置に対応するように、空間１０１が設けられている。この空間１０１により、レーザ溶接の際にレーザ溶接部２０に発生する熱が、絶縁紙や巻線に伝熱することを防止することができる。なお、本実施の形態では、空間１０１は、固定子１０を軸方向高さに貫通して設けているが、レーザ溶接部２０が形成されている位置のみに対応して、部分的に設けてもよい。

図３に本実施の形態に係るレーザ溶接部２０を説明する図（ハウジング５の展開図）を示す。レーザ溶接部２０は、ハウジング５の円周方向に互いに所定の間隔をおいて形成されている。本実施の形態では、６個のレーザ溶接部２０が設けられている。なお、レーザ溶接部２０の互いの間隔は同じである必要はなく、異なる間隔であってもよい。以下、レーザ溶接部２０の長さ、配置および傾きについて詳細に説明する。

＜長さ＞
本実施形態におけるレーザ溶接部２０は、ハウジング５の軸方向に所定の長さに渡って形成されている。すなわち、レーザ溶接部２０は線状である。従来のスポット溶接における溶接点のように、レーザ溶接部２０を点で形成した場合には、局所的に高温、高熱のレーザを照射する必要があるため、固定子における局所的な歪が大きくなる。本実施の形態では、レーザ溶接部２０は所定の長さを有するので、比較的低温・低熱でのレーザ照射が可能となり、局所的な固定子１０の変形を防止することができる。

図４に、本実施形態における電動機部２とハウジング５との関係を示す図を示す。レーザ溶接部２０の長さをＡ（図３参照）、固定子コア２２の軸方向長さをＢ（図４参照）としたとき、ＡがＢの１０％以上９０％以下が好ましい。１０％を下回ると溶接強度が不足する。また、９０％を越えると、固定子１０とハウジング５を溶接する際に発生する火花が、固定子コア２２の上下端からハウジング５内にはみ出すおそれがある。

さらには、レーザ溶接部２０の長さをＡ、固定子コア２２の軸方向長さをＢとしたとき、ＡがＢの１０％以上５０％以下が好ましい。５０％以下とすることで、溶接範囲をより小さくして、レーザ溶接時に発生する固定子１０の変形をより効果的に防止できる。

一例として、実用的には、レーザ溶接部２０の長さは１０〜５０ｍｍ程度、固定子コア２２の長さは６０ｍｍ程度である。なお、レーザ溶接部２０の長さとは溶接距離を意味する。レーザ溶接部２０が傾斜している場合、レーザ溶接部２０の長さとは図３に示されるＡとなる。

なお、複数のレーザ溶接部２０のうち全てが同じ長さである必要はなく、異なる長さの
レーザ溶接部２０が含まれていてもよい。複数のレーザ溶接部２０のうち全てが同じ長さである場合、円周方向のトルクを同一高さで分散化することとなり、固定子１０に発生する回転トルクを軸方向のモーメント力として受けることがなくなり、固定子１０の振動を抑えることが可能となる。

＜配置１＞
本実施形態におけるレーザ溶接部２０は、ハウジング５の軸方向に同じ高さに形成されている。これにより、圧縮時に固定子１０が受けるトルク変動と電動機部２の回転により発生するトルク変動を複数の溶接部で均等に分散して保持することが可能となる。なお、「同じ高さ」とは、必ずしも厳密に同一を意味するのではなく、上記作用効果を奏する範囲内で、多少ずれている状態も含む。ハウジング５の軸方向に同じ高さに形成されているとは、レーザ溶接のハウジング５における開始点を、同じ高さにすると言い換えることができる。

（変形例１）
本実施形態に係るレーザ溶接部の変形例１を図５に示す。本変形例では、複数のレーザ溶接部２０Ａがハウジング５の軸方向に違う高さに形成されている。この構成により、電動機部２の高速回転時に発生する磁界の歪みと回転トルクのモーメント力により発生する軸方向の振動を溶接により保持することにより、固定子１０の振動を抑えることが可能となる。

＜配置２＞
レーザ溶接部は複数個形成され、前記レーザ溶接部は互いに円周方向に１８０度間隔をおいた位置に形成されている。これにより、レーザ溶接による外周方向の歪を相殺することが可能となる。

＜傾き＞
本実施形態におけるレーザ溶接部２０は、ハウジング５の軸方向に対して、傾斜して形成されている。これにより、ハウジング円周方向に関して溶接範囲を広げることができ、圧縮時の固定子１０が受けるトルク変動と電動機部の回転により発生するトルク変動を複数の溶接部で均等に分散して保持することが可能となる。実用的には、レーザ溶接部２０の傾きθは、ハウジング５の軸方向に対して、１０度以上３０度以下の範囲で傾斜している。なお、６個全てのレーザ溶接部２０が全て傾斜して形成されていなくてもよい。

なお、レーザ溶接部２０軸方向に傾斜して形成されている場合において、空間１０１はレーザ溶接部２０の傾斜に対応して、軸方向に傾斜して形成されることが好ましい。伝熱防止効果をより効果的に実現できる。

隣接するレーザ溶接部２０どうしで、ハウジング５の軸方向を基準に反対の方向に傾斜して形成されていることが好ましい。その理由の詳細については後述するが、隣接するレーザ溶接部端部間の距離を短くすることができ、ハウジング周方向の剛性を高めることができる。

（変形例２）
本実施形態に係るレーザ溶接部の変形例２を図６に示す。本変形例では、複数のレーザ溶接部２０Ｂがハウジング５の軸方向に平行に形成されている。この構成により、モータの高速回転時に発生する磁界の歪みと回転トルクのモーメント力により発生する軸方向の振動を溶接により保持することにより、固定子の振動を抑えることが可能となる。

以下、本実施の形態に係るレーザ溶接部２０と変形例２に係るレーザ溶接部２０Ｂとに
おけるレーザ溶接部の端部における間隔について説明する。図７に、本発明の実施の形態１及び変形例２に係るレーザ溶接部端部間距離を説明する図を示す。実施の形態１におけるレーザ溶接部２０の端部間の距離（Ｗ）は、変形例２に係るレーザ溶接部２０Ｂの端部間の距離（Ｗ’）よりも小さい（Ｗ＜Ｗ’）。これにより、実施の形態１においては、ハウジング周方向における剛性を高めることができる。

本願発明は、第１の実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のような、他の実施形態で実施することができる。
（１）第１の実施形態では、２ピストンのロータリ式圧縮機に実施した例を示したが、１ピストンのロータリ式圧縮機においても本願発明を実施することができる。また、ロータリ式圧縮機に限らず、例えばスクロール式等の他の方式の圧縮機にも適用できる。
（２）第１の実施形態では、レーザ溶接部２０が６個形成されている例を示したが、６個に限られるものではない。複数個形成されていればよい。
（３）第１の実施形態では、分布巻き式の電動機部２に実施した例を示したが、集中巻き式の電動機部２においても本願発明を実施することができる。
（４）第１の実施形態では、固定子１０とハウジング５とをレーザ溶接で固定する例を示したが、まず、円筒状のハウジング５に電動機部２を焼きばめにより挿入し、固定子１０と回転子１１とのギャップ寸法を確定した後に、レーザ溶接により溶接固定を行ってもよい。

以上のように、本発明の圧縮機は、電動機部の変形、歪みを防止することにより、圧縮機の高効率化を図ることが可能となる。これにより、空気調和機用圧縮機のほかに、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 電動機部
３ 圧縮機構部
４ 駆動軸
５ ハウジング
６ 上部カバー
７ 下部カバー
８ 端子
９ オイル溜まり
１０ 固定子
１１ 回転子
１２ 上軸受部材
１３ 下軸受部材
１４ 駆動軸偏心部
１５ シリンダ
１６ ローリングピストン
１７ 吐出管
１８ アキュームレータ
１９ ケース
２０ レーザ溶接部
２１ マフラカバー
２２ 固定子コア
２３ スロット
２４ 空隙
２５ 巻線
１００ 圧縮機
１０１ 空間

Claims (4)

1. 固定子と前記固定子の内側に配設されている回転子とからなる電動機部と、圧縮機構部と、ハウジングとを備えた圧縮機であって、
   前記固定子は前記ハウジング内壁に複数のレーザ溶接部を介して固定されており、
   複数の前記レーザ溶接部は、前記ハウジングの円周方向に互いに所定の間隔をおいて形成され、
   前記レーザ溶接部は、前記ハウジングの軸方向に所定の長さに渡って形成され、
   固定子コアにおいて、前記レーザ溶接部に対応する位置に空間が設けられている圧縮機。
2. 前記レーザ溶接部は、前記ハウジングの軸方向に対して傾斜して形成されている請求項１に記載の圧縮機。
3. 第１のレーザ溶接部と、前記第１のレーザ溶接部と円周方向に隣接して配置された第２のレーザ溶接部とは、前記ハウジングの軸方向を基準にした傾斜方向が反対である請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記空間は、前記レーザ溶接部の傾斜に対応して、軸方向に対して傾斜して形成されている請求項２に記載の圧縮機。