JP2020112032A - 密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳鉄製のシャフトに回転子を溶接で強固に固定することができる密閉型圧縮機の提供。【解決手段】電動要素１０４が固定子１５０と固定子１５０の外周を囲むように固定子１５０と同軸で配置された回転子１５２とを備えたアウターロータ型モータであり、かつ、上記電動要素のシャフト１２６に鋼製の筒１６６を焼嵌め、圧入、接着などで固定し、この鋼製の筒１６６に前記回転子１５２を溶接固定した構成としてある。これにより、鋼製の筒１６６を介して回転子１５２をシャフト１２６に強固に固定でき、耐久性の高い密閉型圧縮機とこれを用いた冷凍装置を提供することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、密閉型圧縮機およびそれを用いた家庭用電気冷凍冷蔵庫やショーケース等の冷凍装置に関するものである。

近年、食材の多様化にともない家庭用電気冷凍冷蔵庫はその庫内容積大容量化の要望が強まっている。そして、上記家庭用電気冷蔵庫は、外観寸法はそのままで庫内容積を広げることが要望され、そのための１つの方法として、密閉型圧縮機を収納する機械室の縮小化が進められている。その結果、家庭用電気冷凍冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置等に使用される密閉型圧縮機においては、小型化、低背化が強く要望されている。

従来、この小型化、低背化に適した密閉型圧縮機の電動要素としては、固定子の外側を回転子が回るアウターロータ型モータとしたものがある。（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の圧縮機構と電動要素の縦断面図である。

図４に示すように、従来の密閉型圧縮機は、主軸４と偏心軸６を備えた圧縮機構駆動用のシャフト８と、主軸４を軸支する軸受１０とを備え、主軸４の外周と軸受１０の内周面にはそれぞれ摺動部１２、１４が形成されている。

上記シャフト８を回転駆動する電動要素１８はアウターロータ型モータであり、固定子２０と固定子２０の周りを囲むように固定子２０と同軸で配置された回転子２２とで構成されている。

回転子２２は、円盤状のフレーム２４の外周端部２６に永久磁石２８が配置され、フレーム２４の中心に形成された円筒状の回転子軸孔３０部分をシャフト８の外周に溶接や焼き嵌め等することによって固定されている。また固定子２０は、軸受１０の外周面２３に溶接で固定されている。

ＤＥ１０２０１００５１２６６Ａ

しかしながら、前記従来の構成では、シャフト８の材質が鋳鉄の場合、回転子２２をシャフト８に溶接固定する際、シャフト８の溶接部が溶融し、急冷すると白銑化してしまい、硬くもろくなる。また、鋳鉄は溶接時の加熱により、含まれている多量の黒鉛が粗大化し、黒鉛と基材に隙間が生じ、割れが発生してしまうという課題を有していた。

また、回転子２２の回転子軸孔３０をシャフト８に焼き嵌めや圧入によって固定する場合、回転子２２の回転子軸孔３０を構成しているフレーム２４の鋼板の厚みでは、焼嵌めや圧入で発生する応力に耐えることができず、しっかりと固定できないといった課題を有していた。

以上のようなことから、従来の密閉型圧縮機は耐久性の点で難点があった。

本発明は、前記従来の課題を解決したもので、鋳鉄製のシャフトに回転子を溶接で強固に固定できるようにして耐久性の高い密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供することを目的としたものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、電動要素が固定子と固定子の外周を囲むように固定子と同軸で配置された回転子とを備えたアウターロータ型モータであって、当該電動要素のシャフトに鋼製の筒を固定し、この鋼製の筒に回転子を溶接固定したものである。

本発明の密閉型圧縮機は、シャフトに鋼製の筒を焼嵌め、圧入、接着などで固定し、この鋼製の筒に回転子を溶接固定しているので、回転子をシャフトに強固に固定でき、密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置の耐久性を向上することができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面図 本発明の実施の形態２における冷凍装置の模式図 従来の密閉型圧縮機の圧縮機構と電動要素の縦断面図

第１の発明は、密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、主軸と偏心軸とから構成されるシャフトと、前記シャフトの主軸を軸支する軸受とシリンダとを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、前記偏心軸と前記ピストンとを連結する連結手段とを備え、前記電動要素は、固定子と前記固定子の外周を囲むように前記固定子と同軸で配置された回転子とを備えたアウターロータ型モータとし、かつ、前記シャフトには鋼製の筒を焼嵌め、圧入、接着などで固定し、前記鋼製の筒に前記回転子を溶接固定した構成としてある。

これにより、アウターロータ型モータの回転子を強固にシャフトに固定することができるので、密閉型圧縮機の耐久性を向上させることが出来る。

第２の発明は、特に、第１の発明において、鋼鉄製の筒をシャフトに焼嵌めで固定した構成としてあり、これにより、容易に鋼鉄製の筒をシャフトに固定できる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、鋼鉄製の筒をシャフトに圧入で固定した構成としてあり、これにより、鋼鉄製の筒をより容易に固定することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、鋼鉄製の筒をシャフトに接着剤で固定した構成としてあり、これにより、鋼鉄製の筒を容易に固定することができるとともに、シャフトの変形を抑制することができる。

第５の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明において、鋼鉄製の筒の軸受側の端に鍔を設けた構成としてあり、これにより回転子を筒に溶接する際に位置決めを容易におこなうことができる。

第６の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明の密閉型圧縮機の電動要素をインバータ回路により複数の回転数で駆動する構成としてある。

これにより、低回転数域から高回転数域まで信頼性の高い運転が可能な高耐久型の密閉型圧縮機とすることができる。すなわち、低回転数運転においては、冷媒圧縮時に発生するトルク変動により、シャフトと回転子の間に回転方向の力がかかるが、回転子とシャフトの間に鋼製の筒を介在させている、すなわち、シャフトに鋼製の筒を固定して当該筒に回転子を溶接し強固に固定しているので、回転子がシャフトからずれるのを防止できる。また、高回転数運転においては、回転子に大きな遠心力が働くが、このような大きな遠心力が働いても回転子がシャフトからずれることを防止できる。このようなことから、耐久性が高く信頼性の高い運転が可能な密閉型圧縮機とすることができる。

第７の発明は、第１〜６のいずれかの１つの発明の密閉型圧縮機を用いた冷凍装置であり、密閉型圧縮機の耐久性が高いので、冷凍装置の耐久性とともに信頼性も向上することができる。

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１における密閉型圧縮機の断面図である。

図１において、本実施の形態１における密閉型圧縮機は、鋼板の絞り成型によって形成された密閉容器１０２の内部に圧縮機本体１０８を配置して構成してある。

圧縮機本体１０８は、電動要素１０４と、この電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０６とからなり、サスペンションスプリング１２０によって弾性的に支持されている。

さらに、密閉容器１０２内には、例えば、地球温暖化係数の低い炭化水素系のＲ６００ａ等の冷媒ガス１２２が、冷凍装置（図示せず）の低圧側と同等圧力で、比較的低温の状態で封入されると共に、密閉容器１０２内底部には、潤滑用のオイル１２４が封入されている。

圧縮要素１０６は、シャフト１２６、シリンダブロック１２８、ピストン１３０、連結手段１３２等で構成されている。

シャフト１２６は、偏心軸１３４と主軸１３６からなり、オイル１２４に浸漬された主軸１３６の下端から偏心軸１３４の上端までオイル１２４を供給する給油機構１３８を備えている。

シリンダブロック１２８は、圧縮室１４０を形成するシリンダ１４２と主軸１３６を回転自在に軸支する軸受１４４が一体に形成されている。

主軸１３６は、軸受１４４の内周面１３５との摺動部１３７の一部に、主軸１３６の外径を細くした（中抜きで形成した）非摺動部１４６を有している。また、主軸１３６の非摺動部１４６は、軸受１４４の上端と下端の間に配置されている。

また、主軸１３６の材質は、摺動性の観点から鋳鉄を使用している。

電動要素１０４は、固定子１５０と、固定子１５０の周りを囲むように固定子１５０と同軸で配置された回転子１５２とで構成されたアウターロータ型モータである。

固定子１５０は、コア１６０とこのコア１６０に巻回されたコイル１６２とから構成され、コア１６０を軸受１４４の外周に固定している。

回転子１５２は、円盤状のフレーム１５４の外周端部１５６に永久磁石１５８を配置して構成されており、フレーム１５４の中心を前記シャフト１２６に固定されている。

ここで、図２に、同実施の形態における回転子１５２とシャフト１２６周辺の要部断面図を示す。

図２において、回転子１５２は、そのフレーム１５４の中心に円筒状の軸孔１６４が形成されている。

また、軸受１４４の下端から軸下方向に隙間を持つように主軸１３６の外周に鋼製の筒１６６を焼嵌めで固定している。鋼製の筒１６６の上部には鍔１６８が構成されている。この鋼製の筒１６６の外周に前記回転子１５２の軸穴１６４が溶接で固定されている。また、回転子１５２は鋼製の筒１６６の鍔１６８により軸鉛直方向に位置決めされる。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は、外部のインバータ回路（図示せず）を介して、電動要素１０４に供給され、固定子１５０に電流が流れ、磁界が発生し、主軸１３６に固定された回転子１５２が回転する。そして、この回転子１５２の回転により、シャフト１２６が回転し、偏心軸１３４に回転自在に取り付けられた連結手段１３２を介して、ピストン１３０がシリンダ１４２内を往復運動し、圧縮要素１０６が所定の圧縮動作を行う。

次に、回転子１５２が、鋼製の筒１６６を介して主軸１３６に固定された作用と効果について説明する。

本実施の形態のようなアウターロータ型モータの回転子１５２のフレーム１５４は鋼板をプレス加工などして成型されている。フレーム１５４の中心に設けた軸穴１６４はプレス加工の際に成型されているが、プレス加工をするためと、材料費を抑制するために薄い鋼板が用いられている。回転子１５２の軸穴１６４を主軸１３６に固定するには溶接もしくは焼嵌め、圧入等を用いるのが一般的であるが、主軸１３６の材質が鋳鉄であるため、一般的に溶接は困難である。また、焼嵌めや圧入を用いるには回転子１５２の軸穴１６４が薄い鋼板で構成されているので、強度が不足し、しっかりと固定ができない。

しかしながら、本実施の形態の密閉型圧縮機は、主軸１３６に鋼製の筒１６６を焼嵌めで固定しているので、その固定された筒１６６に回転子１５２の軸穴１６４を溶接で固定することができ、回転子１５２は鋼製の筒１６６を介して主軸１３６に強固に固定することができる。したがって、密閉型圧縮機の耐久性が飛躍的に向上する。

なお、上記筒１６６の固定方法を圧入にすると、容易に筒１６６をシャフト１２６（主軸１３６）に固定ができる。また、接着にすると、さらにシャフト１２６（主軸１３６）の変形を抑制することができる。

また、本実施の形態では上記筒１６６に鍔１６８が設けてあるので、この筒１６６の鍔１６８に回転子１５２の軸穴１６４をあてることで軸方向の位置決めが容易に出来る。よって、生産性が向上するとともに、主軸１３６に回転子１５２を確実に固定することができる。

また、本実施の形態のようにこの密閉型圧縮機をインバータ回路により複数の回転数で駆動すると、低回転数域から高回転数域まで信頼性の高い運転が可能な高耐久型の密閉型圧縮機とすることができる。すなわち、低回転数運転においては、冷媒圧縮時に発生するトルク変動により、シャフトと回転子の間に回転方向の力がかかるが、回転子１５２が鋼製の筒１６６を介してシャフト１２６に強固に固定されているので、トルク変動が大きい低回転数運転においても回転子１５２がずれるといったことがない。また、高回転数運転においては、回転子に大きな遠心力が働くが、このような大きな遠心力が働いても回転子がシャフトからずれることを防止できる。このようなことから密閉型圧縮機の耐久性を向上させ、信頼性を高めることができる。
（実施の形態２）
図３は、実施の形態１で説明した密閉型圧縮機を搭載した冷凍装置の構成を示す模式図である。ここでは、冷凍装置の基本構成の概略について説明する。

図３において、冷凍装置は、一面が開口した断熱性の箱体とその開口を開閉する扉体構成の本体３０１と、本体３０１の内部を、物品の貯蔵空間３０２と機械室３０３に区画する区画壁３０４と、貯蔵空間３０２内を冷却する冷媒回路３０５を具備している。

冷媒回路３０５は、圧縮機３０６として実施の形態１で説明した密閉型圧縮機と、放熱器３０７と、減圧装置３０８と、吸熱器３０９とを環状に配管接続した構成となっている。そして、吸熱器３０９は、送風機（図示せず）を具備した貯蔵空間３０２内に配置されている。吸熱器３０９の冷却熱は、矢印で示すように、送風機によって貯蔵空間３０２内を循環するように撹拌され、貯蔵空間３０２内は冷却される。

以上説明したようにこの冷凍装置は、圧縮機３０６として本発明の実施の形態１で説明した密閉型圧縮機を搭載しており、この密閉型圧縮機がアウターロータ型モータの回転子１５２を鋼製の筒１６６を介して主軸１３６に固定して耐久性を向上させているので、耐久性を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機および冷凍装置は、密閉型圧縮機の耐久性を向上することができるので、電気冷蔵庫、あるいはエアーコンディショナー等の家庭用に限らず、業務用ショーケース、自動販売機等の冷凍装置に広く適用することができる。

１０２ 密閉容器
１０４ 電動要素
１０６ 圧縮要素
１２６ シャフト
１２８ シリンダブロック
１３０ ピストン
１３２ 連結手段
１３４ 偏心軸
１３６ 主軸
１４２ シリンダ
１４４ 軸受
１５０ 固定子
１５２ 回転子
１６６ 筒
１６８ 鍔
３０５ 冷媒回路
３０６ 圧縮機
３０７ 放熱器
３０８ 減圧装置
３０９ 吸熱器

Claims (7)

1. 密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、主軸と偏心軸とから構成されるシャフトと、前記シャフトの主軸を軸支する軸受とシリンダとを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、前記偏心軸と前記ピストンとを連結する連結手段とを備え、前記電動要素は、固定子と前記固定子の外周を囲むように前記固定子と同軸で配置された回転子とを備えたアウターロータ型モータとし、かつ前記シャフトには鋼製の筒を固定し、前記鋼製の筒に前記回転子を溶接固定した密閉型圧縮機。
2. 鋼製の筒をシャフトに焼嵌めで固定した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 鋼製の筒をシャフトに圧入で固定した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
4. 鋼製の筒をシャフトに接着剤で固定した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
5. 鋼製の筒の偏心軸側の端に鍔をつけた請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 電動要素がインバータ回路により複数の回転数で駆動されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機を用いた冷凍装置。
   

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