JP2016086608A - 電動機、および、それを用いた圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】バランスウェイトの重量調節が、油上がりの増加などの好ましくない現象を誘発するのを抑制すること。【解決手段】 電動機は、回転子１０と、固定子と、バランスウェイト８０と、を備える。回転子１０は、回転軸心ＲＡを中心として回転する。固定子は、回転子１０と磁気的に相互作用する。バランスウェイト８０は、回転子１０に取り付けられる。バランスウェイト８０は、回転子１０に接触する回転子接触面８１を有する。バランスウェイト８０の回転子接触面８１の近傍には、回転軸心ＲＡの延出方向にくぼんだ凹部８２が設けられる。凹部８２は、回転子接触面８１に包囲されている。【選択図】図３

Description

本発明は、電動機、および、それを用いた圧縮機に関する。

従来、流体を圧縮する圧縮機が知られており、空気調和機などの多くの製品に搭載されている。

圧縮機は、密閉容器と、その中に設置された電動機および流体圧縮機構を有する。電動機は、密閉容器に固定された固定子と、固定子の内部に回転可能に設けられた回転子とを有する。回転子の回転は、駆動軸を介して流体圧縮機構に伝達される。

流体圧縮機構においては、駆動軸に偏心部が設けられ、当該偏心部に可動部品が取り付けられることが多い。このため、偏心部および可動部品の重心は回転軸心からずれており、その重量分布は不均衡であるので、圧縮機の運転中に振動などが発生するおそれがある。この不均衡を是正して回転子の回転を安定させるために、通常、回転子にはバランスウェイトが取り付けられる。

偏心部および可動部品の重量分布の不均衡を適切に是正するためには、バランスウェイトの重量を調節する必要がある。特許文献１（特許第３７８９８２５号公報）は、バランスウェイトの重量を調節する方法として、第一に、バランスウェイトに打ち抜き孔を形成する方法、および、第二に、バランスウェイトの側面に切欠を形成する方法を開示している。

しかし、これらの方法は、バランスウェイトの凹凸の増加などを伴い、そのバランスウェイトの外面の形状を複雑にする。この形状の複雑さは、圧縮機の密閉容器内の流体と潤滑油を攪拌し、油上がりの増加を引き起こすおそれがある。

バランスウェイトの外面形状を複雑にすることの弊害を防ぐため、特許文献２（特開２０１４−７０５８６号公報）に開示される圧縮機では、バランスウェイトを覆うカバーが回転子に設置されている。しかし、この構成は、カバーの追加によるコストアップを招くとともに、カバーの取り付けという余分な組立工程を要する。

本発明の課題は、バランスウェイトの重量調節が、油上がりの増加などの好ましくない現象を誘発するのを抑制することである。

本発明の第１観点に係る電動機は、回転子と、固定子と、バランスウェイトと、を備える。回転子は、回転軸心を中心として回転する。固定子は、回転子と磁気的に相互作用する。バランスウェイトは、回転子に取り付けられる。バランスウェイトは、回転子に接触する回転子接触面を有する。バランスウェイトの回転子接触面の近傍には、回転軸心の延出方向にくぼんだ凹部が設けられる。凹部は、回転子接触面に包囲されている。

この構成によれば、バランスウェイトの凹部は回転子接触面に包囲されている。したがって、バランスウェイトが回転子に取り付けられた状態においては、凹部は露出しない。その結果、電動機の外部環境に対して凹部が影響を及ぼすことが抑制される。

本発明の第２観点に係る電動機は、第１観点に係る電動機において、バランスウェイトが、少なくとも２つの貫通孔をさらに有する。少なくとも２つの貫通孔は、締結具を収容するためのものである。締結具は、バランスウェイトを回転子に固定する。凹部は、２つの貫通孔の間に位置する。

この構成によれば、凹部の両側において、それぞれ、締結具がバランスウェイトを回転子に固定する。その結果、凹部の密閉性が高まるので、電動機の外部環境に対して凹部が及ぼす影響をより小さくできる。

本発明の第３観点に係る電動機は、第２観点に係る電動機において、回転軸心から凹部の中心までの距離が、回転軸心からそれぞれの貫通孔の中心までの距離よりも大きい。

この構成によれば、凹部は回転子の外周側に設けられる。その結果、バランスウェイトの質量と、回転軸心からバランスウェイトの重心までの径方向の距離との積であるｍｒ量を大きく変動させることができるため、重量バランスの調整を効果的に行うことができる。

本発明の第４観点に係る電動機は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る電動機において、凹部の回転軸心の方向の深さが、バランスウェイトの回転軸心の方向の寸法の５％以上９０％以下である。

この構成によれば、バランスウェイトの重量の変動範囲を大きく確保することができる。

本発明の第５観点に係る圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係る電動機と、駆動軸と、流体圧縮機構と、を備える。駆動軸は、回転子に固定される。流体圧縮機構は、駆動軸に連結される。流体圧縮機構は、電動機から駆動軸を介して伝達された動力によって流体を圧縮する。

この構成によれば、バランスウェイトの凹部は回転子接触面に包囲されている。このため、凹部は圧縮機内の流体や潤滑油などから隔離されており、流体や潤滑油などは凹部による影響を受けにくい。その結果、流体と潤滑油の攪拌、あるいは、油上がりの増加などの好ましくない現象が発生しにくい。

本発明の第６観点に係る圧縮機は、第５観点に係る圧縮機において、ロータリ型またはスクロール型である。

この構成によれば、油上がりの増加を誘発しにくいロータリ型圧縮機またはスクロール型圧縮機が提供される。

本発明の第１観点および第２観点に係る電動機によれば、バランスウェイトの凹部が電動機の外部環境に対して影響を及ぼすことを抑制できる。

本発明の第３観点に係る電動機によれば、回転子の重量バランスの調整を効果的に行うことができる。

本発明の第４観点に係る電動機によれば、バランスウェイトの重量の変動範囲を大きく確保することができる。

本発明の第５観点または第６観点に係る圧縮機によれば、流体と潤滑油の攪拌、あるいは、油上がりの増加などの好ましくない現象が発生しにくい。

本発明の第１実施形態に係る電動機の模式図。 本発明の第１実施形態に係る電動機の回転子の底面図。 図２のIII−III線に沿った断面図。 本発明の第１実施形態に係る電動機のバランスウエイトの斜視図。 本発明の第１実施形態に係る電動機のバランスウエイトの平面図。 図５のVI−VI線に沿った断面図。 本発明の第２実施形態および第３実施形態に係る圧縮機の模式図。 本発明の第２実施形態に係る圧縮機の断面図。 本発明の第３実施形態に係る圧縮機の断面図。

以下、本発明に係る空気調和装置の一実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明に係る電動機および圧縮機の具体的な構成は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

＜第１実施形態＞
（１）全体構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る電動機の模式図である。電動機１００は、ケーシング１１０、固定子１２０、回転子１０、バランスウェイト８０、および、バランスウェイト９０（図３参照）を有している。

（２）詳細構成
（２−１）ケーシング１１０
図１に示すとおり、ケーシング１１０は、電動機１００の各種部品を収容するものである。図１においてケーシング１１０は概念的に示されているに過ぎず、ケーシング１１０は必要に応じてあらゆる形状を持つことができる。

（２−２）固定子１２０
固定子１２０は、ケーシング１１０に固定されている。固定子１２０は、複数の磁極を構成する複数のコイル１２１を有する。

（２−３）回転子１０
回転子１０は、回転軸心ＲＡを中心として回転可能に設置されている。回転子１０と固定子１２０との間には、ギャップＧが生じている。

図２は、回転子１０の底面図である。回転子１０の回転軸心ＲＡを含む領域には、駆動軸設置穴１１が設けられており、ここに、図示しない駆動軸が挿入され、固定される。回転子１０には、複数の磁極を構成する複数の永久磁石４０が埋設されている。

図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。回転子１０は、積層鋼板などからなる回転子コア２０と、永久磁石４０が回転子コア２０から飛び出してしまうのを防ぐための上下２枚の端板３０とを有している。回転子１０には、締結具挿入穴１２が設けられており、締結具５０がここに挿入されている。締結具５０は、回転子コア２０、端板３０、および後述するバランスウェイト８０、９０を締結して相互に固定するためのものであり、例えば、リベットである。代替的に、締結具５０は、ボルトとナット、ネジ、およびこれに類するものであってもよい。

（２−４）バランスウェイト８０、９０
回転子１０の上側の端板３０には、バランスウェイト９０が設置されている。下側の端板３０には、バランスウェイト８０が設置されている。

是正すべき重量分布の不均衡の度合いによっては、バランスウェイト９０は必ずしも設置する必要はない。

（３）バランスウェイト８０の構成の詳細
図４は、バランスウェイト８０の斜視図である。バランスウェイト８０には、２つの貫通孔８３が形成されている。貫通孔８３は、締結具５０の挿入などに用いられる。貫通孔８３の数は、２つに限られず、それ以外であってもよい。

バランスウェイト８０の図中上側には、凹部８２と、その全周を包囲する回転子接触面８１が設けられている。一方、バランスウェイト８０の図中下側には、下面８５が設けられている。

凹部８２は、２つの貫通孔８３の間に設けられている。凹部８２は、回転子１０の周方向に延びた底面８２ａと、それを囲む４つの側面、すなわち、第１長辺側面８２ｂ、第２長辺側面８２ｃ、第１短辺側面８２ｄ、および、第２短辺側面８２ｅを有している。底面８２ａは、回転子接触面８１と平行または略平行である。

図３に示されるように、バランスウェイト８０は、回転子接触面８１が回転子１０の端板３０と接触するように、回転子１０に取り付けられる。このとき、凹部８２の底面８２ａは、回転子接触面８１より、下面８５のより近くに位置している。すなわち、底面８２ａの回転軸心ＲＡへの射影点の位置は、回転子接触面８１の回転軸心ＲＡへの射影点の位置とは異なっており、下面８５の回転軸心ＲＡへの射影点の位置により近い。以降、この構造を「凹部８２は、回転軸心ＲＡの延出方向にくぼんでいる。」と表現することとする。

凹部８２は、回転軸心ＲＡの延出方向にくぼんでおり、かつ、その全周を回転子接触面８１によって包囲されているので、凹部８２は外部へ露出しない。これにより、凹部８２は密閉された閉空間となる。

図５は、バランスウェイト８０の平面図である。バランスウェイト８０は、周方向に延びた円弧形状を有している。凹部８２もまた、周方向に延びた円弧形状を有している。凹部８２の幅は、回転子１０の径方向における、第１長辺側面８２ｂと第２長辺側面８２ｃとの離間距離に相当する。凹部８２の幅の中心をプロットすると、円弧状の曲線ができる。この曲線が、凹部８２の中心ＲＣである。貫通孔８３は中心ＨＣを持つ円形断面を有する。回転軸心ＲＡから凹部８２の中心ＲＣまでの距離Ａは、回転軸心ＲＡから貫通孔８３の中心ＨＣまでの距離Ｂよりも大きい。

図６は、図５のVI−VI線に沿った断面図である。凹部８２の回転軸心ＲＡの延出方向の寸法である深さＤは、回転子接触面８１と底面８２ａとの高低差である。バランスウェイト８０の回転軸心ＲＡの延出方向の寸法である高さＨは、回転子接触面８１と下面８５との高低差である。凹部８２の深さＤをバランスウェイト８０の高さＨの５％以上９０％以下の範囲で変動させると、大きな重量調整範囲を実現できる。バランスウェイト８０を例えば真鍮から形成すれば、深さＤをこの範囲内で変動させても、バランスウェイト８０は十分な強度を有することができる。

本実施形態では、凹部８２は周方向に延びた円弧形状を有しているが、凹部８２の形状はこれに限られず、例えば、直線状に延びていてもよい。

（４）特徴
（４−１）
バランスウェイト８０の回転子接触面８１の近傍には、回転軸心ＲＡの延出方向にくぼんだ凹部８２が設けられる。凹部８２は、回転子接触面８１に包囲されている。

この構成によれば、バランスウェイト８０が回転子１０に取り付けられた状態においては、凹部８２は露出しない。その結果、電動機１００の外部環境に対して凹部８２が影響を及ぼすことが抑制される。

（４−２）
バランスウェイト８０において、凹部８２は２つの貫通孔８３の間に位置する。

この構成によれば、凹部８２の両側において、それぞれ、締結具５０がバランスウェイト８０を回転子１０に固定する。その結果、凹部８２の密閉性が高まるので、電動機１００の外部環境に対して凹部８２が及ぼす影響をより小さくできる。

（４−３）
回転軸心ＲＡから凹部８２の中心ＲＣまでの距離Ａが、回転軸心ＲＡからそれぞれの貫通孔８３の中心ＨＣまでの距離Ｂよりも大きい。

この構成によれば、凹部８２は外周側に設けられる。その結果、バランスウェイト８０の質量と、回転軸心ＲＡからバランスウェイトの重心までの径方向の距離との積であるｍｒ量を大きく変動させることができるため、重量バランスの調整を効果的に行うことができる。

（４−４）
凹部８２の深さＤが、バランスウェイト８０の高さＨの５％以上９０％以下である。

この構成によれば、バランスウェイト８０の重量の変動範囲を大きく確保することができる。

＜第２・第３実施形態＞
（１）共通の全体構成
図７は、本発明の第２・第３実施形態に係る圧縮機の共通の模式図である。圧縮機２００は、密閉容器２１０、電動機１００、流体圧縮機構２２０、駆動軸２６０を有している。

密閉容器２１０は、圧縮機２００の各種部品を収容するものである。図７において密閉容器２１０は概念的に示されているに過ぎず、密閉容器２１０の形状は必要に応じて変更できる。

電動機１００は、前述の第１実施形態に係るものである。電動機１００の回転子１０（図３）の駆動軸設置穴１１（図３）には、駆動軸２６０が固定されている。

流体圧縮機構２２０は、冷媒などの流体を圧縮するものである。圧縮に必要な動力は、電動機１００から駆動軸２６０を介して流体圧縮機構２２０に供給される。

（２）第２実施形態
図８は、第２実施形態に係る圧縮機２００Ａの詳細構成を示す断面図である。圧縮機２００Ａは、ロータリ型圧縮機である。矢印は、圧縮対象の流体の流れを示している。この流体は、例えば、空気調和機に用いられる冷媒である。

密閉容器２１０の中には、電動機１００、流体圧縮機構２２０Ａ、第１軸受部材２３１、第２軸受部材２３２、および、駆動軸２６０が収容されている。第１軸受部材２３１および第２軸受部材２３２は、電動機１００と流体圧縮機構２２０Ａを連結する駆動軸２６０を回転可能に支持している。さらに、密閉容器２１０の内部の下方には、潤滑油貯留部２５０が設けられている。

流体は吸入管２４１から取り込まれ、流体圧縮機構２２０Ａによって圧縮されて、吐出管２４２から排出される。

電動機１００は、前述した第１実施形態に係るものである。電動機１００のケーシング１１０の役割は、密閉容器２１０が担っている。回転子１０にはバランスウェイト８０が取り付けられている。バランスウェイト８０には、回転子１０の外部に露出しない凹部８２が設けられている。

流体圧縮機構２２０Ａは、密閉容器２１０に固定されたシリンダ２２１Ａと、駆動軸２６０の偏心部２６１に設置されたピストン２２２Ａとを有している。電動機１００がシリンダ２２１Ａ内でピストン２２２Ａを公転させると、シリンダ２２１Ａおよびピストン２２２Ａで規定される圧縮室２２３Ａの容積が縮小し、それによって、流体が圧縮される。

（３）第３実施形態
図９は、第３実施形態に係る圧縮機２００Ｂの詳細構成を示す断面図である。圧縮機２００Ｂは、スクロール型圧縮機である。矢印は、圧縮対象の流体の流れを示している。この流体は、例えば、空気調和機に用いられる冷媒である。

密閉容器２１０の中には、電動機１００、流体圧縮機構２２０Ｂ、第１軸受部材２３１、第２軸受部材２３２、および、駆動軸２６０が収容されている。第１軸受部材２３１および第２軸受部材２３２は、電動機１００と流体圧縮機構２２０Ｂを連結する駆動軸２６０を回転可能に支持している。さらに、密閉容器２１０の内部の下方には、潤滑油貯留部２５０が設けられている。

流体は吸入管２４１から取り込まれ、流体圧縮機構２２０Ｂによって圧縮されて、吐出管２４２から排出される。

電動機１００は、前述した第１実施形態に係るものである。電動機１００のケーシング１１０の役割は、密閉容器２１０が担っている。回転子１０にはバランスウェイト８０が取り付けられている。バランスウェイト８０には、回転子１０の外部に露出しない凹部８２が設けられている。

流体圧縮機構２２０Ｂは、密閉容器２１０に固定された固定スクロール２２１Ｂと、駆動軸２６０の偏心部２６１に設置された可動スクロール２２２Ｂとを有している。電動機１００が可動スクロール２２２Ｂを公転させると、固定スクロール２２１Ｂおよび可動スクロール２２２Ｂで規定される圧縮室２２３Ｂの容積が縮小し、それによって、流体が圧縮される。

（４）特徴
本項では、第２実施形態（図８）および第３実施形態（図９）に係る圧縮機について共通する特徴を述べる。

潤滑油貯留部２５０に貯留された潤滑油は、汲み上げられて、電動機１００や流体圧縮機構２２０Ａ、２２０Ｂの摩擦箇所を潤滑し、その後、密閉容器２１０の内面やその他の部品の表面を伝って下方へ落ち、再び潤滑油貯留部２５０へ戻る。

しかし、圧縮機２００Ａ、２００Ｂの運転時に回転子１０が回転すると、密閉容器２１０に充填されている圧縮対象の流体が攪拌される。これにより、循環している液状の潤滑油のミスト化が起こり、さらに流体と潤滑油の混合が起こる場合がある。このとき、潤滑油が流体とともに流体経路を流れ、吐出管２４２から排出されてしまう、いわゆる「油上がり」が生じうる。

一般に、電動機１００と潤滑油貯留部２５０との距離、密閉容器２１０の形状、および、その他の部品の設計を最適化すれば、油上がりを発生しにくくすることができる。しかし、その場合であっても、重量バランスの調整のためにバランスウェイト８０の形状を変えてしまうと、その形状変化が流体の動きに影響を与え、油上がりの増加を誘発してしまうおそれがある。

これに対して、本発明によれば、バランスウェイト８０は回転子１０の外部に露出しない凹部８２により重量を調整されるので、流体の動きは影響を受けず、好ましくない現象の誘発が抑制される。

本発明は、さまざまな用途に用いられる電動機、電動機を用いた圧縮機、当該圧縮機を用いた空気調和装置などに対して、広く適用可能である。

１０ 回転子
１１ 駆動軸設置穴
１２ 締結具挿入穴
２０ 回転子コア
３０ 端板
４０ 永久磁石
５０ 締結具
８０ バランスウェイト
８１ 回転子接触面
８２ 凹部
８２ａ 底面
８２ｂ 第１長辺側面
８２ｃ 第２長辺側面
８２ｄ 第１短辺側面
８２ｅ 第２短辺側面
８３ 貫通孔
８５ 下面
９０ バランスウェイト
１００ 電動機
１１０ ケーシング
１２０ 固定子
１２１ コイル
２００、２００Ａ、２００Ｂ 圧縮機
２１０ 密閉容器
２２０、２２０Ａ、２２０Ｂ 流体圧縮機構
２２１Ａ シリンダ
２２１Ｂ 固定スクロール
２２２Ａ ピストン
２２２Ｂ 可動スクロール
２２３Ａ、２２３Ｂ 圧縮室
２３１ 第１軸受部材
２３２ 第２軸受部材
２４１ 吸入管
２４２ 吐出管
２５０ 潤滑油貯留部
２６０ 駆動軸
２６１ 偏心部
Ａ 回転軸心から凹部の中心までの距離
Ｂ 回転軸心から貫通孔の中心までの距離
Ｄ 凹部の深さ
Ｇ ギャップ
Ｈ バランスウェイトの高さ
ＨＣ 貫通孔の中心
ＲＡ 回転軸心
ＲＣ 凹部の中心

特許第３７８９８２５号公報 特開２０１４−７０５８６号公報

Claims (6)

1. 回転軸心（ＲＡ）を中心として回転する回転子（１０）と、
   前記回転子と磁気的に相互作用する固定子（１２０）と、
   前記回転子に取り付けられたバランスウェイト（８０）と、
   を備え、
   前記バランスウェイトは、前記回転子に接触する回転子接触面（８１）を有し、
   前記バランスウェイトの前記回転子接触面の近傍には、前記回転軸心の延出方向にくぼんだ凹部（８２）が設けられており、
   前記凹部は、前記回転子接触面に包囲されている、
   電動機（１００）。
2. 前記バランスウェイトは、前記バランスウェイトを前記回転子に固定する締結具（５０）を収容するための少なくとも２つの貫通孔（８３）をさらに有し、
   前記凹部は、前記２つの貫通孔の間に位置する、
   請求項１に記載の電動機。
3. 前記回転軸心から前記凹部の中心（ＲＣ）までの距離（Ａ）が、前記回転軸心からそれぞれの前記貫通孔の中心（ＨＣ）までの距離（Ｂ）よりも大きい、
   請求項２に記載の電動機。
4. 前記凹部の前記回転軸心の方向の深さ（Ｄ）が、前記バランスウェイトの前記回転軸心の方向の寸法（Ｈ）の５％以上９０％以下である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の前記電動機と、
   前記回転子に固定された駆動軸（２６０）と、
   前記駆動軸に連結され、前記電動機から前記駆動軸を介して伝達された動力によって流体を圧縮する流体圧縮機構（２２０）と、
   を備える圧縮機（２００）。
6. ロータリ型またはスクロール型である、
   請求項５に記載の圧縮機。

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