JP2019074067A

JP2019074067A - 密閉型電動圧縮機

Info

Publication number: JP2019074067A
Application number: JP2017202588A
Authority: JP
Inventors: 修平新村; Shuhei Niimura; 大我渕野; Taiga Fuchino; 亮黒野; Akira Kurono; 和行松永; Kazuyuki Matsunaga
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-05-16
Also published as: CN109681427A

Abstract

【課題】永久磁石の磁束漏洩を低減し、効率向上を図った密閉型電動圧縮機を提供する。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機構部１０２と、圧縮機構部１０２を駆動する電動機１０３と、圧縮機構部１０２及び電動機１０３を収納する密閉容器１０１とを備え、電動機１０３は、固定子２０１と、回転子２０２と、回転子２０２に設けられた永久磁石と、回転子２０２に固定されたバランスウェイト２０３と、バランスウェイト２０３と回転子２０２との間に設けられた端板２１０とを備えた密閉型電動圧縮機において、端板２１０は非磁性体で構成すると共に、端板２１０の板厚を５ｍｍ以上とした。【選択図】図１

Description

本発明は、密閉型電動圧縮機に関する。

密閉型電動圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構部を電動機により駆動している。電動機は固定子と、回転子より構成されている。回転子の軸方向端部には、バランスウェイトが取り付けられている。バランスウェイトは、圧縮機構部によって生じる回転バランスを矯正するために設けられている。バランスウェイト材料としては、密度の高い黄銅材、鉄材、ステンレス材等が使用されている。

また、回転子には挿入孔が形成され、永久磁石が挿入されている。回転子の軸方向端部には、挿入孔から永久磁石の抜け出しを防止するために端板が設けられている。この端板は挿入孔を塞いでいる。端板の材料としては、磁束漏洩を防止するために、黄銅材、亜鉛材、ステンレス材等が使用されている。

このような従来技術として、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。

特開２０００−１１６０８０号公報

特許文献１においては、回転子に挿入された永久磁石の磁束漏洩を防止するために、黄銅材、亜鉛材、ステンレス材等の非磁性体材料が使用されている。

しかしながら、端板の厚みについては考慮されていなかったため、磁束漏洩を十分に抑制することができなかった。

特に、バランスウェイトとして例えば比較的コストの低い鉄材を使用した場合、鉄材は磁性体であるため、永久磁石の磁束が端板を通過してバランスウェイトに流れるといった課題があった。このように特許文献１に記載の技術では、磁束漏洩を低減することが困難であった。

本発明の目的は前記課題を解決し、永久磁石の磁束漏洩を低減し、効率向上を図った密閉型電動圧縮機を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、前記圧縮機構部及び前記電動機を収納する密閉容器とを備え、前記電動機は、固定子と、回転子と、前記回転子に設けられた永久磁石と、前記回転子に固定されたバランスウェイトと、前記バランスウェイトと前記回転子との間に設けられた端板とを備えた密閉型電動圧縮機において、前記端板は非磁性体で構成すると共に、前記端板の板厚を５ｍｍ以上としたことにある。

本発明によれば、永久磁石の磁束漏洩を低減し、効率向上を図った密閉型電動圧縮機を提供することができる。

本発明の一実施例に係る密閉型電動圧縮機の縦断面図である。本発明の一実施例に係る回転子２０２の縦断面図である。図２におけるＡ−Ａ断面図である。本発明の一実施例に係る端板の板厚(ｍｍ)と磁束量比(％)との関係を示す図である。

以下、本発明に係る密閉型電動圧縮機の実施例を図面に基づいて説明する。本発明は以下の実施例に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や、応用例もその範囲に含むものである。

図１は本発明の一実施例に係る密閉型電動圧縮機の縦断面図である。密閉型電動圧縮機１００は、冷凍空調装置（例えば、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、冷蔵・冷凍ショーケースなど）やヒートポンプ式給湯装置などの冷凍サイクルの構成機器として用いられ、密閉容器１０１、圧縮機構部１０２及び電動機１０３を主要構成要素として備えている。

密閉容器１０１は、円筒状の筒部１０１ａと筒部１０１ａの上下に溶着された蓋部１０１ｂ及び底部１０１ｃとから構成され、内部を密閉空間としている。密閉容器１０１は、圧縮機構部１０２及び電動機１０３を収納し、底部１０１ｃにエーテル系又はエステル系冷凍機油で構成される潤滑油１０４を貯留している。潤滑油１０４の油面は副軸受１０５の上方に位置するよう設定されている。

密閉容器１０１の蓋部１０１ｂを貫通する吸込パイプ１０６と、密閉容器１０１の蓋部１０１ｂを貫通する吐出パイプ１０７が設けられている。

圧縮機構部１０２は、Ｒ３２の冷媒ガスを圧縮して密閉容器１０１内に吐出するものであり、密閉容器１０１内の上部に設置されている。圧縮機構部１０２は、固定スクロール１０８、旋回スクロール１０９、フレーム１１０及びオルダムリング１１１を主要構成要素として備えている。

固定スクロール１０８は、端板上に渦巻状のラップを立設して構成され、フレーム１１０上にボルトで固定されている。固定スクロール１０８の周縁部には吸込口１１２が設けられ、中央部には吐出口１１３が設けられている。吸込口１１２には吸込パイプ１０６が連通している。吐出口１１３は密閉容器１０１内の圧縮機構部１０２の上方空間に連通されている。

旋回スクロール１０９は、端板上に渦巻状のラップを立設して構成され、旋回スクロール１０９は固定スクロール１０８とフレーム１１０との間に挟み込まれている。旋回スクロール１０９と固定スクロール１０８を噛み合わせて圧縮室が形成される。旋回スクロール１０９の反固定スクロール側には旋回軸受１０９ａが設けられている。旋回スクロール１０９はシャフト１１５を介して電動機１０３によって駆動される。旋回軸受１０９ａには旋回スクロール１０９を偏心駆動させるために偏心ピン部１１５ａが嵌合されている。偏心ピン部１１５ａは、シャフト１１５の軸線に対して偏心して設けられている。

オルダムリング１１１は、旋回スクロール１０９の自転規制機構を構成するものであり、旋回スクロール１０９とフレーム１１０との間に設置され、旋回スクロール１０９が自転するのを防止して円軌道運動を行わせる。

フレーム１１０は、密閉容器１０１に溶接にて固定され、固定スクロール１０８、オルダムリング１１１及び旋回スクロール１０９を支持している。フレーム１１０の中央には下方に突出する筒部が設けられている。この筒部内には、シャフト１１５を軸支する主軸受１１６が設けられている。

電動機１０３は、固定子２０１、回転子２０２、シャフト１１５及びバランスウェイト２０３を主要構成要素として備える。

固定子２０１は、電流を流して回転磁界を発生させる複数の導体を有する固定子巻線２０４と、回転磁界を効率よく伝達するために電磁鋼板を積層した固定子鉄心とを主要構成要素として備えている。

固定子鉄心は密閉容器１０１に焼き嵌めして固定されている。この固定子２０１の外周には全周にわたって多数の切欠きが形成され、密閉容器１０１の筒部１０１ａと固定子２０１との間の隙間１１７が形成されている。圧縮機構部１０２から吐出される油分を含む冷媒は、隙間１１７を通り、圧縮機構部１０２側から潤滑油１０４を溜める油溜１１８に流れる。

圧縮機構部１０２から吐出した冷媒が、密閉容器１０１内で、電動機１０３に対して圧縮機構部１０２側の電動機の上方空間１１９と、電動機１０３に対して油溜１１８側の電動機の下方空間１２０とを循環することにより、冷媒と油とを分離させている。

シャフト１１５は、回転子２０２の中央穴に嵌合されて回転子２０２と一体化されている。シャフト１１５の一側（図示例では上側）は、回転子２０２より突出して圧縮機構部１０２に係合され、圧縮機構部１０２の圧縮動作により偏心力が加えられる。本実施形態では、シャフト１１５は、その両側が回転子２０２の両側より突出され、回転子２０２の両側で主軸受１１６及び副軸受１０５により軸支され、安定的に回転することができる。副軸受１０５は、密閉容器１０１に溶接して固定された支持部材により支持されると共に、潤滑油１０４に浸漬されている。

シャフト１１５の下端は密閉容器１０１の底部の油溜９内に延びている。シャフト１１５には潤滑油１０４を各軸受部および各摺動面へ供給する貫通孔１１５ｂが設けられ、下端部の油溜１１８より潤滑油１０４を貫通孔１１５ｂから吸い上げられるようになっている。貫通孔１１５ｂを通して油溜１１８より吸い上げられた潤滑油１０４は、各軸受及び圧縮機構部１０２の摺動部に供給される。圧縮機構部１０２の摺動部に供給された潤滑油１０４は、冷媒ガスと共に固定スクロール１０８の中央部の吐出口１１３から吐出される。

バランスウェイト２０３は、回転子２０２の圧縮機構部１０２側に設置された上バランスウェイト２０３ａ及び回転子２０２の反圧縮機構部側に設置された下バランスウェイト２０３ｂから構成され、複数のリベット２０５により回転子２０２に固定されている。

電動機１０３に通電されて回転子２０２が回転すると、これに伴いシャフト１１５も回転され、偏心ピン部１１５ａが偏心した回転運動をすることにより、旋回スクロール１０９が旋回駆動され、固定スクロール１０８と旋回スクロール１０９との間に形成される圧縮室が外周側から中央部に移動しながら小さくなる。これにより、密閉容器１０１の外部の冷凍サイクルに通じた吸込パイプ１０６及び吸込口１１２を通して冷媒ガスが吸入されて圧縮され、圧縮された冷媒ガスは固定スクロール１０８の中央部の吐出口１１３から密閉容器１０１内の上部空間に吐出される。これらの動作が繰り返される。なお、固定子２０１の固定子巻線２０４は集中巻方式で巻かれている。

次に回転子２０２の構成について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、本発明の一実施例に係る回転子の縦断面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。

図２及び図３において、回転子２０２は、電磁鋼板を積層した回転子鉄心にて外郭を構成している。回転子２０２には、軸方向に貫通した磁石挿入孔２０６が形成されており、この磁石挿入孔２０６には永久磁石２０７が挿入されている。

回転子２０２に永久磁石２０７を用いる場合、渦電流による熱損失が問題となる。特に回転子を高速回転させる場合、永久磁石に加わる変動磁場の周波数や変動幅も増加し、それに伴い熱損失も増加する。この渦電流による発熱損失を低減するために、本実施例では磁石挿入孔２０６に挿入される永久磁石２０７を回転子２０２の周方向に複数個に分割して配置している（永久磁石２０７ａ、２０７ｂ）。

本実施例の永久磁石２０７は、ネオジム、ジシプロシウム、テルビウム等の重希土類で構成されている。

回転子２０２の軸方向の両端には、永久磁石２０７の抜け出しを防止する端板２１０が設けられている。端板２１０はリベット２０５によって固定されている。回転子２０２、端板２１０、上バランスウェイト２０３ａ、下バランスウェイト２０３ｂには、貫通孔２０８が形成されている。この貫通孔２０８にリベット２０５を通し、上バランスウェイト２０３ａ、下バランスウェイト２０３ｂから突出した部分を加締めることにより、回転子２０２に端板２１０、上バランスウェイト２０３ａ及び下バランスウェイト２０３ｂを固定している。

端板２１０は、回転子２０２の軸方向両端（図示例では上下）の設けられている（端板２１０ａ、２１０ｂ）。端板２１０ａは、回転子２０２と上バランスウェイト２０３ａとの間に設けられており、端板２１０ｂは、回転子２０２と下バランスウェイト２０３ｂとの間に設けられている。

バランスウェイト２０３は、圧縮機構部１０２によって生じる回転バランスを矯正するために設けられている。バランスウェイト材料としては、比較的密度の高い材料が有用であり、例えば黄銅材、鉄材、亜鉛材、ステンレス材等が使用されている。鉄材は比較的コストが低いため、本実施例では鉄材を使用している。バランスウェイトに鉄材を使用する場合、鉄材は磁性体であることから、回転子に配置した永久磁石の磁束が端板を通過してバランスウェイトへ洩れてしまう。そのため、電動機として十分な永久磁石のトルクを得ることができず、電動機の出力が低下することになる。永久磁石の磁束漏洩を抑制するための構成について以下説明する。

永久磁石の磁束漏洩を抑制するために、本実施例では端板２１０（２１０ａ、２１０ｂ）を非磁性体で構成している。非磁性体の材料としては、ステンレス材、黄銅、亜鉛、アルミニウム等を使用すると良い。

端板２１０を非磁性体の材料で構成しただけでは、永久磁石の磁束がバランスウェイトへ漏洩するのを十分に抑制することができない。久磁石の磁束がバランスウェイトへ漏洩するのを抑制するためには、バランスウェイトと回転子との距離を考慮する必要がある。従来から提案されている技術は、バランスウェイトと回転子との距離について考慮されていなかった。

そこで本実施例では、磁束漏洩を抑制することができるバランスウェイトと回転子との距離について、適正な距離を見出した。以下図４を用いて説明する。

図４は本発明の一実施例に係る端板の板厚(ｍｍ)と磁束量比(％)との関係を示す図である。図４において、横軸には端板の板厚(ｍｍ)を示し、縦軸には磁束量比(％)を示している。磁束量比は、値が大きい程、永久磁石のトルクに磁束が寄与していることを意味している。すなわち、磁束量比(％)が１００％に満たしていない部分は、磁束が漏洩していることとなる。

本実施例では、端板２１０（２１０ａ、２１０ｂ）を非磁性体で構成しているので、例えば、端板２１０の板厚が１ｍｍであっても、磁束量比を約96.6％有している。しかしながら、端板２１０の板厚が１ｍｍでは磁束漏洩を十分に抑制できていない。

図４に示すように、端板２１０の板厚が増加すると、磁束量比が増加することがわかる。そして、端板２１０の板厚が５ｍｍ以上になると、ほぼ磁束量比がほぼ１００％となる。すなわち、端板２１０の板厚が５ｍｍ以上にすると、永久磁石の磁束がバランスウェイトへ漏洩するのを十分に抑制することができる。このように、本実施例では端板２１０の板厚を５ｍｍ以上にすることにより、バランスウェイトと回転子との距離を話すことができ、永久磁石の磁束漏洩を抑制することができる。そして、本実施例によれば、永久磁石の磁束漏洩を抑制することにより、永久磁石による電動機のトルクを有効に活用することができ、電動機の効率を向上することができる。また、本実施例では、この電動機を用いて圧縮機を駆動することにより、圧縮機の効率向上を図ることができる。

端板２１０の板厚は５ｍｍ以上とすることにより、永久磁石の磁束漏洩を抑制することができるが、端板２１０の板厚を増やすと、電動機の軸方向長さが大きくなり、電動機が大型化する。本実施例では、電動機の小型化も考慮して、端板２１０の板厚は１０ｍｍ以下程度にすることが好ましい。端板２１０の板厚は、電動機の仕様に合わせ、適宜設定すれば良い。

なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。

１００密閉型電動圧縮機
１０１密閉容器
１０１ａ筒部
１０１ｂ蓋部
１０１ｃ底部
１０２圧縮機構部
１０３電動機
１０４潤滑油
１０５副軸受
１０６吸込パイプ
１０７吐出パイプ
１０８固定スクロール
１０９旋回スクロール
１０９ａ旋回軸受
１１０フレーム
１１１オルダムリング
１１２吸込口
１１３吐出口
１１５シャフト
１１５ａ偏心ピン部
１１５ｂ貫通孔
１１６主軸受
１１７隙間
１１８油溜
１１９上方空間
１２０下方空間
２０１固定子
２０２回転子
２０３バランスウェイト
２０３ａ上バランスウェイト
２０３ｂ下バランスウェイト
２０４固定子巻線
２０５リベット
２０６磁石挿入孔
２０７永久磁石
２０７ａ永久磁石
２０７ｂ永久磁石
２０８貫通孔
２１０端板
２１０ａ端板
２１０ｂ端板

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
前記圧縮機構部を駆動する電動機と、
前記圧縮機構部及び前記電動機を収納する密閉容器とを備え、
前記電動機は、固定子と、回転子と、前記回転子に設けられた永久磁石と、前記回転子に固定されたバランスウェイトと、前記バランスウェイトと前記回転子との間に設けられた端板とを備えた密閉型電動圧縮機において、
前記端板は非磁性体で構成すると共に、前記端板の板厚を５ｍｍ以上としたことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
請求項１において、
前記端板はステンレス材、黄銅、亜鉛、アルミニウムの何れかで構成したことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
請求項１または２において、
前記バランスウェイトは鉄材で構成したことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
請求項１または２において、
前記永久磁石はネオジム、ジシプロシウム、テルビウム等の重希土類で構成したことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
請求項１または２において、
前記端板の板厚を５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としたことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
請求項１または２において、
前記永久磁石は複数に分割されて設けられたことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
請求項１または２において、
前記バランスウェイトは前記圧縮機構部側に設置された上バランスウェイトと、前記圧縮機構部の反対側に設置された下バランスウェイトから構成され、
前記端板は前記上バランスウェイトと前記回転子の間、及び前記下バランスウェイトと前記回転子の間のそれぞれに設けられたことを特徴とする密閉型電動圧縮機。