JP2018085778A - 密閉型回転圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本実施形態は、ロータの外形形状が非円形形状である電動機部を有し、ステータに対するロータの芯出し精度を上げて、運転効率の向上を図るとともに、振動および騒音の低減化を得ることができる密閉型回転圧縮機と、冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】密閉型回転圧縮機の電動機部のロータの外形を、ロータの軸心からの距離が大きい２ｎ個の大径円弧部と、大径円弧部同士を連結しロータ中心からの距離が大径円弧部より小さい連結部とからなる非円形形状に形成するとともに、端板もしくはロータの一部を真円形状に形成し、ステータ内周の半径をａ、ロータの軸心から大径円弧部までの距離をｂ、端板もしくはロータ一部の半径をｃとしたとき、 ｃ＞ｂ−（ａ—ｂ）／２ とする。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、密閉型回転圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。

密閉型回転圧縮機は、密閉ケース内に、電動機部および圧縮機構部を収容して構成される。電動機部は、密閉ケースに取付けられるステータと、回転軸を介して圧縮機構部と連結し、その外形がステータの内径と狭小のエアギャップを介して取付けられるロータとからなる。

ステータとロータの軸心を一致させてエアギャップを全周に亘って均一に保持しないと、ステータに対するロータの位置ズレもしくは偏心が生じ、互いの間での磁気吸引力の平衡が崩れ、騒音発生の原因となる。特に、ステータとロータの軸心が、エアギャップの１／２以上ずれると騒音が大きくなる傾向がある。そこで、特許文献１には、ステータとロータとの間のエアギャップを均一に保持する技術が開示されている。

この技術は、線膨張係数の異なる２枚の金属板を張り合わせたギャップゲージをエアギャップに挿入し、圧縮機構部と回転軸とロータが一体に構成された状態でギャップゲージを加熱して変形させる。ステータとロータの軸芯を一致させた後、圧縮機構部を密閉ケースに固着する。

特開２０１４−１９０２８６号公報

ところで、近時、電動機部のステータの導線を集中巻きとし、ロータは永久磁石を、電磁鋼鈑に設けた磁石収容孔に挿入してなる永久磁石モータがある。この種の電動機部では、ロータ回転時の誘起電圧波形を正弦波に近づけることにより低騒音化を得られる。

具体的には、磁極数が２ｎ（ｎは２以上の整数）で永久磁石を鉄心に備えたロータと、３ｎ個の歯部を有するステータからなる。ロータの外形形状は、磁極数と同じ数の大径円弧部と、これら大径円弧部を連結しロータ中心からの距離が大径円弧部より小さい連結部とからなり、中心から外周面までの距離が円周方向で異なる、非円形形状をなす。

この密閉型回転圧縮機を組立てる際、ステータとロータの軸心を一致させるべく、先の特許文献１のギャップゲージを用いてみる。しかしながら、ロータの外形が非円形形状であるところから、ギャップゲージが機能する箇所が少ない。芯出しがし難く、ステータとロータの軸心が大きくずれて騒音発生の要因となる。

そこで本実施形態は、永久磁石モータであるとともに、ロータの外形形状が非円形形状である電動機部を有し、ステータの軸心に対するロータの軸心の芯出し精度を上げて、騒音の低減化を得ることができる密閉型回転圧縮機および、この密閉型回転圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供しようとするものである。

本実施形態の密閉型回転圧縮機は、密閉ケースと、密閉ケースの一端部に収容されるステータおよびロータからなる電動機部と、電動機部のロータに回転軸を介して連結され密閉ケースの他端部に収容される圧縮機構部とからなり、
前記ロータは軸方向両端部に端板を有するとともに磁極数が２ｎ（ｎは２以上の整数）で永久磁石を磁石収容孔に挿入してなり、ステータは３ｎ個歯部を有し導線を集中巻きしてなり、
ロータの外形を、ロータの軸心からの距離が大きい２ｎ個の大径円弧部と、隣り合う大径円弧部同士を連結しロータ中心からの距離が大径円弧部より小さい連結部とからなる非円形形状に形成するともに端板もしくはロータの一部を真円形状に形成し、
ステータ内周の半径をａ、ロータの軸心から大径円弧部までの距離をｂ、端板もしくはロータ一部の半径をｃとしたとき、 ｃ＞ｂ−（ａ―ｂ）／２ とする。
本実施形態の冷凍サイクル装置は、前記密閉型回転圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器を、順次、冷媒管を介して連通し、冷凍サイクル回路を構成した。

第１の実施形態に係る、密閉型回転圧縮機の縦断面図および冷凍サイクル装置の概略構成図。 同実施形態に係る、図１のＡ−Ａ矢視に沿う横断平面図。 同実施形態に係る、電動機部の縦断面図。 同実施形態に係る、図３のＢ−Ｂ矢視に沿う横断平面図。 同実施形態に係る、図３のＣ−Ｃ矢視に沿う横断平面図。 第２の実施形態に係る、電動機部の縦断面図。 同実施形態に係る、図６のＤ−Ｄ矢視に沿う横断平面図。 第３の実施形態に係る、電動機部下端の縦断面図。

以下、第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、密閉型回転圧縮機Ｋの概略縦断面図であるとともに、密閉型回転圧縮機Ｋを備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル回路Ｒの構成図である。
冷凍サイクル装置の冷凍サイクル回路Ｒは、密閉型回転圧縮機Ｋと、凝縮器２と、膨張装置３と、蒸発器４およびアキュームレータ５を順次、冷媒管Ｐを介して連通することで構成される。冷凍サイクル回路Ｒに用いられる冷媒は、ＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、ＨＣ（炭化水素系）系冷媒または二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒である。

密閉型回転圧縮機Ｋは、密閉ケース１０内の上部に電動機部１１が収容され、下部に圧縮機構部１２が収容されてなる。電動機部１１は、回転軸１３を介して圧縮機構部１２と連結される。
電動機部１１は、ステータ１４および後述するロータ１５からなり、インバータで駆動されるブラシレスＤＣ同期モータである。

密閉ケース１０の内底部には潤滑油の油溜り部１６が形成されていて、ここに圧縮機構部１２が浸漬される。潤滑油として、ポリオールエステル油、エーテル系油、鉱物油、アルキベンゼン油、ＰＡＧ油の単一油もしくは混合油が用いられる。

圧縮機構部１２は、シリンダ１８を備え、密閉ケース１０の内周壁に取付けられる。シリンダ１８の上面には主軸受１９が取付けられ、下面には副軸受２０が取付けられる。回転軸１３は、中間部が主軸受１９に回転自在に枢支され、下端部は副軸受２０に回転自在に枢支される。さらに、回転軸１３はシリンダ１８の内径部を貫通し、これら内径部において偏心部１３ａを一体に備えている。

偏心部１３ａの周面にローラ２１が嵌合され、回転軸１３の回転にともなって周面一部が、シリンダ１８の内径部周壁に沿って線接触しながら偏心運動するように収容される。シリンダ１８の内径部は、主軸受１９と副軸受２０とによって閉塞され、シリンダ室Ｓが形成される。ローラ２１はシリンダ室Ｓに収容される。

シリンダ１８には、この肉厚（軸）方向に沿って、内径部であるシリンダ室Ｓに開放するブレード案内溝（図示しない）が設けられ、ブレード（図示しない）が往復動自在に収容される。ブレードの先端は平面視で略円弧状に形成されていて、この先端がシリンダ室Ｓ内のローラ２１周面に弾性的に当接する。

主軸受１９には、吐出孔を有する吐出マフラ２２が取付けられ、主軸受１９に設けられる吐出弁機構２３を覆っている。主軸受１９に設けられる吐出弁機構２３はシリンダ室Ｓに連通し、圧縮作用にともないシリンダ室Ｓ内が所定圧力に上昇したとき開放して、圧縮され高圧化したガス冷媒を吐出マフラ２２内に吐出する。

高圧のガス冷媒は、電動機部１１を構成する部品相互間に設けられるガス案内路を介して密閉ケース１０内部上端に充満し、吐出用冷媒管Ｐから密閉型回転圧縮機Ｋ外部へ吐出される。

さらに、高圧のガス冷媒は密閉型回転圧縮機Ｋから凝縮器２に導かれて凝縮し、液冷媒に変る。この液冷媒は膨張装置３に導かれて断熱膨張し、蒸発器４に導かれて蒸発しガス冷媒に変る。蒸発器４において周囲の空気から蒸発潜熱を奪い、冷凍作用をなす。

蒸発器４を出た蒸発冷媒はアキュームレータ５に導かれてガス分と液分に分離され、ガス分のみ冷媒管Ｐを介して密閉型回転圧縮機Ｋの密閉ケース１０を貫通し、シリンダ１８に設けられる吸込み孔からシリンダ室Ｓに導かれて上述の作用を繰り返す。

つぎに、電動機部１１について詳述する。
図２は、図１のＡ−Ａ矢視に沿う横断平面図である。
密閉ケース１０の内周壁にステータ１４が取付けられ、ステータ１４の内径と極小のエアギャップを介してロータ１５が取付けられることと、ロータ１５の中心部に回転軸１３が貫通していて、回転軸１３はここでは図示しない圧縮機構部１２に延びていることは上述した通りである。

ロータ１５は、所定板厚の電磁鋼鈑を積層してなり、磁極数が２ｎ（ｎは２以上の整数）で、ここでは、ｎ＝３を設定するところから、磁極数が６で、６個の永久磁石２５を電磁鋼鈑に設けた磁石収容孔２６に挿入してなる。
ステータ１４は、密閉ケース１０に取付けられるヨーク部１４ａと、このヨーク部１４ａの内周に一体に突設されるティース部（歯部）１４ｂからなる。ティース部１４ｂの数は３ｎであり、すなわちｎ＝３であるところから、９本の歯数を有し、導線は集中巻きされている。

そして、ロータ１５の外形形状は、ロータ１５の軸心からの距離が大きい磁極数（６か所）と同じ数（２ｎ）の，Ｒ状に突出した大径円弧部１５ａと、隣り合う大径円弧部１５ａ同志を連結しロータ１５中心からの距離が大径円弧部１５ａより小さい、たとえば直状の連結部１５ｂとからなる。本実施形態では、大径円弧部１５ａは、ロータ１５の軸心を中心とする円弧であるが、これに限定されるものではない。

また、連結部１５ｂを直状に形成したが、これに限定されるものではなく、磁石収容孔２６に接触しない程度に凹陥状でもよく、ギザギザ状をなしていても支障が無い。したがって、ロータ１５の外形形状は、中心から外周面までの距離が、円周方向で異なる非円形形状をなしている。

図２に点線で示すように、大径円弧部１５ａは、１個置きの３か所がステータ１４のティース部１４ｂと均一な隙間（エアギャップ）を介して対向しているとき、残りの３か所の大径円弧部１５ａはティース部１４ｂ相互間に対向し、不均一なエアギャップとなる。

このような電動機部１１であるが、ロータ１５とステータ１４の軸心を一致させて組み込んだうえに、電動機部１１を駆動すれば、ロータ１５回転時の誘起電圧波形を正弦波に近づけることができて、低騒音化を得られる。

しかしながら、中心から外周面までの距離が円周方向で異なる非円形形状をなす外形形状のロータ１５と、ステータ１４とのエアギャップに、上述した特許文献１のギャップゲージを挿入しても、ギャップゲージとして機能する箇所が少なく、ロータ１５とステータ１４の軸心を一致させることが困難である。そこで、以下のように対処する。

図３は、第１の実施形態を示す電動機部１１の縦断面図、図４は、図３のＢ−Ｂ矢視に沿う横断平面図、図５は、図３のＣ−Ｃ矢視に沿う横断平面図である。
図３において、ロータ１５は、所定厚さの電磁鋼鈑を積み重ねて上述した大径円弧部１５ａと連結部１５ｂを形成したうえに、ロータ１５の軸方向両端部である上端部と下端部に、外形が真円形状の端板３０を設けてなる。

図５に示すように、ステータ１４の内径に対して、ロータ１５における大径円弧部１５ａとのエアギャップは小であるが、それよりもロータ１５における連結部１５ｂとのエアギャップは大であり、ロータ１５の外形全周に亘って不均一となっている。

図４に示すように、ステータ１４の内周の半径をａ、ロータ１５における大径円弧部１５ａの半径（ロータ１５の軸心から大径円弧部１５ａまでの距離）をｂ、端板３０の半径をｃとしたとき、 ｃ＞ｂ−（ａ―ｂ）／２ として、端板３０の半径ｃと、ロータ１５における大径円弧部１５ａの半径ｂとの差を、ステータ１４内周の半径ａと、ロータ１５における大径円弧部１５ａの半径ｂとの差の半分以下とする。
また、端板３０の半径ｃは、大径円弧部１５ａの半径ｂ以下（ｃ≦ｂ）とする。

このことから、端板３０の直径は、ロータ１５における大径円弧部１５ａの直径と同一または、わずかに小さく形成され、しかも端板３０は真円状であるので、ステータ１４の内径に対して全周に亘って均一に対向する。すなわち、ロータ１５は上下両端部に真円形状の端板３０を設けることにより、大径円弧部１５ａおよび端板３０とステータ１４との間の隙間が全周に亘って略均一となる。

密閉型回転圧縮機Ｋを組立てるにあたって、ステータ１４の内径に、回転軸１３を介して圧縮機構部１２を連結したロータ１５を挿入し、金属板で形成されたギャップゲージをステータ１４とロータ１５との間に嵌め込む。

実際には、ロータ１５の上下端部に端板３０を備えており、端板３０の外径がロータ１５の大径円弧部１５ａの外径と同一、またはわずかに小さく、しかも端板３０は真円状をなしているので、ギャップゲージはステータ１４内径部と端板３０との間、もしくは、ステータ１４内径部とロータ１５の大径円弧部１５ａとの間に挿入される。

大径円弧部１５ａの相互間に連結部１５ｂが形成されるが、ギャップゲージを挿入した状態で、ステータ１４内径部と連結部１５ｂ間の隙間が大きいため、ギャップゲージは連結部１５ｂとは接触しない。ついで、圧縮機構部１２を密閉ケース１０に固着し、ギャップゲージをステータ１４とロータ１５および端板３０との間から抜け出す。

このようにして組立てられた密閉型回転圧縮機Ｋであり、電動機部１１のステータ１４と両端部に上述した端板３０を設けたロータ１５との間にギャップゲージを挿入することで、外形形状が非円形状をなすロータ１５であっても、大径円弧部１５ａおよび端板３０とステータ１４との間の隙間が全周に亘って略均一となる。

そのため、ステータ１４とロータ１５との芯出しが精度良く得られ、ロータ１５とステータ１４の軸心を略一致させることができる。電動機部１１を駆動すれば、ステータ１４とロータ１５との間で磁気吸引力の平衡を保持し、騒音発生を抑制できる。

特に、ロータ１５とステータ１４の軸心のずれが、ステータ１４内周の半径ａとロータ１５における大径円弧部１５ａの半径ｂの差の半分以上となると、運転騒音が急激に大きくなる傾向があるが、上述の技術を用いることで、この不具合を抑制できる。また、端板３０の半径ｃを大径円弧部１５ａの半径ｂ以下（ｃ≦ｂ）としているので、ギャップゲージ挿入の障害になったり、回転軸１３が撓んでロータ１５が振れ回りしたときに、ロータ１５がステータ１４に接触することを防止できる。

なお、真円状の端板３０に代えて、第２の実施形態のように、ロータ１５の一部である上端部と下端部のみ真円の外形形状を有するようにしてもよい。
図６は、第２の実施形態の電動機部１１の縦断面図。図７は、図６のＤ−Ｄ矢視に沿う横断平面図。なお、図６のＣ−Ｃ矢視に沿う縦断面図は、図３のＣ−Ｃ矢視沿う縦断面図である図５と同一であるので、同図の説明を引用して新たな説明は省略する。

ロータ１５の上端部と下端部に端板３０ａが設けられているが、これら端板３０ａの外径は、たとえばロータ１５の連結部１５ｂの直径と同一に設定する。そして、端板３０ａと接するロータ１５の上下端部１５ｃを除いて、これらの中間部の外形形状は、先に説明した通りのロータ１５の磁極数と同一数の大径円弧部１５ａと、これら大径円弧部１５ａを連結する連結部１５ｂからなる。

端板３０ａに接する、ロータ１５の上端部１５ｃと下端部１５ｃは以下のように設定する。
ステータ１４の内周の半径をａ、ロータ１５における大径円弧部１５ａの半径（ロータ１５の軸心から大径円弧部１５ａまでの距離）をｂ、真円形状であるロータ１５の上端部１５ｃと下端部１５ｃの半径をｃとしたとき、ｃ＞ｂ−（ａ―ｂ）／２、かつ、ｃ≦ｂとして、ロータ１５における大径円弧部１５ａの半径ｂと、ロータ１５の上下端部１５ｃの半径ｃとを等しく形成し、もしくは、大径円弧部１５ａの半径ｂを、ロータ１５の上下端部１５ｃの半径ｃより大に設定する。

この場合も、電動機部１１のステータ１４とロータ１５との間にギャップゲージを挿入すれば、外形形状が非円形状をなすロータ１５であっても、ステータ１４の軸心とロータ１５の軸心を略一致させることができる。
そのため、ロータ１５回転時のステータ１４とロータ１５との間で磁気吸引力の平衡を保持し、騒音発生を抑制できる。

図８は、第３の実施形態の電動機部１１一部の縦断面図である。
ここでは、ロータ１５の下端部のみを示していて、ロータ１５の圧縮機構部側である下端部に取付けられる端板３０ｂは、反圧縮機構部側である上部側に向かって直径が小さくなるテーパ部３０ｃを設けている。先に説明したようなギャップゲージをステータ１４とロータ１５とのエアギャップに挿入した時に、ギャップゲージが端板３０ｂに引っ掛かることを防止でき、作業性の改善を図ることができる。

このことから、ロータ１５の一部である上端部と下端部を真円形状に形成した電動機部において、圧縮機構部側である下端部に、反圧縮機構部側である上部側に向かって直径が小さくなるテーパ部を設けてもよい。

以上、本実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、実施形態の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…密閉ケース、１４…ステータ１４…ロータ、１１…電動機部、１３…回転軸、１２…圧縮機構部、Ｋ…密閉型回転圧縮機、３０…端板、２５…永久磁石、２６…磁石収容孔、１５ａ…大径円弧部、１５ｂ…連結部、１５ｃ…ロータ上端部と下端部、３０ｃ…テーパ部、２…凝縮器、３…膨張装置、４…蒸発器、５…アキュームレータ、Ｒ…冷凍サイクル回路。

Claims (4)

1. 密閉ケースと、前記密閉ケースの一端部に収容されるステータおよびロータからなる電動機部と、前記電動機部の前記ロータに回転軸を介して連結され、前記密閉ケースの他端部に収容される圧縮機構部とからなる密閉型回転圧縮機において、
   前記ロータは、軸方向両端部に端板を有するとともに、磁極数が２ｎ（ｎは２以上の整数）で、永久磁石を磁石収容孔に挿入してなり、
   前記ステータは、３ｎ個の歯部を有するとともに、前記歯部に導線を集中巻きしてなり、
   前記ロータの外形を、前記ロータの軸心からの距離が大きい２ｎ個の大径円弧部と、隣り合う前記大径円弧部同士を連結し前記ロータ中心からの距離が前記大径円弧部より小さい連結部とからなる非円形形状に形成するとともに、前記端板もしくは前記ロータの一部を真円形状に形成し、
   前記ステータ内周の半径をａ、前記ロータの軸心から前記大径円弧部までの距離をｂ、前記端板もしくは前記ロータの一部の半径をｃとしたとき、 ｃ＞ｂ−（ａ―ｂ）／２ としたことを特徴とする密閉型回転圧縮機。
2. 前記端板もしくは前記ロータの一部の半径を、前記ロータの軸心から前記大径円弧部までの距離以下としたことを特徴とする請求項１記載の密閉型回転圧縮機。
3. 前記圧縮機構部側に位置する前記端板もしくは前記ロータの一部に、反圧縮機構部側に向かって直径が小さくなるテーパ部を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか記載の密閉型回転圧縮機。
4. 前記請求項１ないし請求項３のいずれか記載の前記密閉型回転圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器を、順次、冷媒管を介して連通し、冷凍サイクル回路を構成したことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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