JP2021042670A - 密閉型電動圧縮機及びこれを用いた冷凍装置 - Google Patents

密閉型電動圧縮機及びこれを用いた冷凍装置 Download PDF

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Abstract

【課題】固定子のコア部のボルト取付け面をボルトの頭部で締め付けてもコア部に発生する圧縮応力を低減し、鉄損の増加を防止した密閉型電動圧縮機とそれを用いた冷凍装置の提供。【解決手段】圧縮要素106のシャフト133を軸支する軸受132と、前記軸受の近傍にボルト166で締結される固定子142のコア部150と、前記固定子の外周を回転する回転子140と、前記コア部のボルト取り付け面158と前記ボルトの頭部との間に挟み込まれた介在物169と、を有する構成としている。これにより、ボルトを締め付けた時、プレート170によってボルトの頭部がコア部のボルト取り付け面を局所的に圧縮する荷重を分散させ、コア部に発生する圧縮応力が低減され、鉄損の増加を防止することができるので、入力電力の増加を抑えることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、アウターロータ型モータを用いた密閉型電動圧縮機及びこれを用いた冷凍装置に関するものである。
各種冷凍装置に用いられている密閉型電動圧縮機は、小型、低背化がすすめられている。例えば、空気調和機のような冷凍装置では、システムの空間をより効率的に利用できるようにスクロール圧縮機の小型、低背化が進められている。
この密閉型電動圧縮機の小型、低背化を実現するためには、駆動源となる電動機の小型、低背化が必要であり、この小型、低背化に適した電動機としては、固定子の外側を回転子が回るアウターロータ型モータがある(例えば、特許文献1参照)。
図8は、特許文献1に記載された従来の密閉型電動圧縮機の縦断面図を示すものである。図8に示すように、密閉容器2内には、電動要素4と、この電動要素4によって駆動される圧縮要素6とがそれぞれ収納されている。
この電動要素4は、コア部14にコイル16を巻回して構成した固定子18と、この固定子18の外周を回る回転子20とからなり、回転子20は、筒状のバックヨーク22及びその内周面に貼り付けた永久磁石24から構成されている。
圧縮要素6は、その下面にシャフト30を軸支する軸受32が形成され、軸受32の根元には、コア部14を取り付けるコア受け面34とその表面にねじ孔36が形成されている。
コア部14は、コア受け面34と相対する位置に着座面40とその反対側の面にボルト取り付け面42が形成されている。
固定子18は、コア部14の着座面40をコア受け面34に相対して密着させ、ボルト取り付け面42をボルト44の頭部46で締め付け、軸受32の下面に締結されている。
回転子20は、軸受32に軸支されたシャフト30にフランジプレート48を介して連結されている。
特開2004−84653号公報
しかしながら、前記従来の構成では、ボルト44の頭部46で局所的にコア部14のボルト取り付け面42が締め付けられるため、コア部14に圧縮応力が発生し、鉄損が増加し入力電力が増加するという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コア部のボルト取付け面をボルトの頭部で締め付けてもコア部に発生する圧縮応力を低減し、鉄損の増加を防止した密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型電動圧縮機は、コア部のボルト取り付け面とボルトの頭部との間に挟み込まれた介在物とを有する構成としたものである。
これによって、ボルトを締め付けた時、介在物によってボルトの頭部がコア部のボルト取り付け面を局所的に圧縮する荷重を分散させ、コア部に発生する圧縮応力が低減され、鉄損の増加を防止することができる。
本発明の密閉型電動圧縮機は、上記構成により、鉄損の増加を防止することで入力電力の増加を抑え、高性能の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置とすることができる。
本発明の実施の形態1における密閉型電動圧縮機の縦断面図 図1を矢印A−A方向から見た密閉型電動圧縮機の断面図 同実施の形態1におけるプレートの平面図 本発明の実施の形態2における密閉型電動圧縮機の縦断面図 図4を矢印B−B方向から見た密閉型電動圧縮機の断面図 同実施の形態2における端板の平面図 本発明の実施の形態3における冷凍装置の模式図 従来の密閉型電動圧縮機の縦断面図
第1の発明は、圧縮要素のシャフトを軸支する軸受と、前記軸受の近傍にボルトで締結される固定子のコア部と、前記固定子の外周を回転する回転子と、前記コア部のボルト取り付け面と前記ボルトの頭部との間に挟み込まれた介在物とを有する構成としてある。
これにより、ボルトを締め付けた時、介在物によってボルトの頭部がコア部のボルト取り付け面を局所的に圧縮する荷重を分散させ、コア部に発生する圧縮応力を低減し、鉄損の増加を防止することができるので、入力電力の増加を抑え、高性能の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置とすることができる。
第2の発明は、特に、第1の発明において、前記介在物は、ボルトを締め付けた時、前記ボルトの頭部がボルト取り付け面を圧縮する荷重を分散する荷重分散機構を備えた構成としてある。
これにより、ボルトを締め付けた時、荷重分散機構を備えた介在物によってボルトの頭部がコア部のボルト取り付け面を局所的に圧縮する荷重をさらに分散させ、コア部に発生する圧縮応力をさらに低減し、鉄損の増加を防止することができるので、入力電力の増加を抑え、高性能の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置とすることができる。
第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、前記介在物は、コア部のボルト取り付け面を覆うリング状のプレートで形成した構成としてある。
これにより、ボルトを締め付けた時、コア部のボルト取り付け面を覆うリング状のプレートによってボルトの頭部がコア部のボルト取り付け面を局所的に圧縮する荷重をさらに分散させ、コア部に発生する圧縮応力をさらに低減し、鉄損の増加を防止することができるので、入力電力の増加を抑え、高性能の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置と
することができる。また、リング状のプレートはプレス加工で極めて簡単かつ安価に提供することができるので生産性を向上できる。さらに、リング状のプレートは、ボルト取り付け面のみを補強することができるので固定子のサイズを大きくすることがないので密閉型電動圧縮機の大型化を抑制できる。
第4の発明は、特に、第3の発明において、プレートを非磁性体としている。プレートを非磁性体にすることによりコア部を通る磁束の漏れを防ぐことができるので、入力電力の増加を抑えることができる。
第5の発明は、特に、第3の発明において、ボルトを3本としている。ボルトの本数は2本以上であれば固定子の固定は可能である。しかし、ボルトの本数を2本で締め付けた時、プレートの変形によりプレートがボルト取り付け面から浮き上がることが懸念される。一方、ボルトの本数を増やし過ぎると、コア部に開けるボルト貫通孔の数が増え、コア部を通る磁束の磁路が狭くなるので、鉄損の増加により入力電力の増加が懸念される。そのため、ボルトの本数を3本としている。
第6の発明は、特に、第1または第2の発明において、前記介在物を、コア部のボルト取り付け面に、固定子と一体で装着された端板で形成された構成としてある。
これにより、ボルトを締め付けた時、固定子と一体で装着された端板よってボルトの頭部がコア部のボルト取り付け面を圧縮する荷重をさらに分散させ、コア部に発生する圧縮応力をさらに低減し、鉄損の増加を防止することができるので、入力電力の増加を抑え、高性能の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置とすることができる。また、端板が固定子と一体で装着されているので、組立時の作業性がよく生産性を向上できる。
第7の発明は、電動要素は複数の運転周波数でインバータ駆動され、前記圧縮機を第1〜6の発明のいずれか一項に記載の密閉型電動圧縮機としてある。
これにより、特に低速運転においては、電流値が減少しそれに伴い電流の二乗に比例して銅損が大きく減少し、鉄損が入力電力に影響を及ぼす割合が大きくなるため、圧縮応力の低減より、鉄損の増加が防止されると、さらに入力電力の増加が抑えられ、低速運転でも高性能の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置とすることができる。
第8の発明は、前記各発明の密閉型電動圧縮機を用いた冷凍装置であり、この冷凍装置は、圧縮機、放熱器、減圧装置、吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を有し、前記圧縮機を第1〜7の発明の密閉型電動圧縮機としてある。
これにより、コア部の鉄損の増加を防止し、入力電力の増加を抑えた高性能の密閉型電動圧縮機を搭載することによって高性能の冷凍装置とすることができる。
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における密閉型電動圧縮機の縦断面図、図2は、図1を矢印A−A方向から見た密閉型電動圧縮機の断面図、図3は、同実施の形態1におけるプレートの平面図である。
図1〜3において、本実施の形態1における密閉型電動圧縮機は、鉄板の絞り成型によって形成された密閉容器102内に、インバータ電源(図示せず)によって駆動される電
動要素104とこの電動要素104に駆動される圧縮要素106とを収納して構成としてある。
電動要素104と圧縮要素106は、一体に組み立てられて圧縮機本体108を構成し、この圧縮機本体108は、コイルばね110によって密閉容器102内に弾性的に支持されている。
圧縮要素106は、シリンダブロック120を主体に構成されており、そのシリンダブロック120には、円筒状のシリンダ122が形成され、ピストン124が往復自在に嵌入されている。そして、シリンダ122は、その開口端にバルブプレート126が取り付けられており圧縮室128を形成している。
また、シリンダブロック120は、その下部に軸受132が形成されており、回転軸となるシャフト133を軸支している。
シャフト133は、軸受132に軸支される主軸部134aとフランジ部134bを介して形成された偏芯軸部134cから構成されている。そして偏芯軸部134cは、コンロッド136を介してピストン124に連結されている。
電動要素104は、回転子140と固定子142とからなり、回転子140が固定子142の外側を回り、小型化、軽量化に適したインバータ駆動のアウターロータ型モータとなっている。
回転子140は、主軸部134aに固定された円盤状のフランジプレート144と、このフランジプレート144の端部に溶接で固定されたリング状のバックヨーク146と、このバックヨーク146の内周面に密着して固定された複数の永久磁石148とから構成されている。
固定子142は、電磁鋼板を積層して成型されたコア部150とその外周に巻回されたコイル152とで構成されている。
コア部150は、軸受132が貫通するボア孔154が中心部に開けられ、軸受132の根元に相対する側に着座面156とその反対側の面にボルト取り付け面158が形成されている。
また、コア部150のボア孔154の周辺には、ボルト取り付け面158から着座面156まで貫通する3個のボルト貫通孔160が円周状に均等に開けられている。
軸受132の根元には、コア部150の着座面156が相対する位置にコア受け面162が形成され、その面上にボルト孔164が均等に3個開けられている。
そして、上記固定子142は、回転子140の永久磁石148によって外周を囲まれるように配置され、コイル152とシリンダブロック120との間に絶縁距離を確保しつつ、回転子140と同軸になるように着座面156をコア受け面162に密着させて3本のボルト166で固定されている。
この時、ボルト166の頭部168と頭部168と相対するボルト取り付け面158との間には、介在物169としてボルト取り付け面158の全面を覆うリング状のプレート170が挟み込まれている。
プレート170は、ボルト166の締め付けた時、ボルト166の頭部168がボルト
取り付け面158を圧縮する荷重を分散する荷重分散機構172の機能を果たしている。
以上のように構成された密閉型電動圧縮機について、以下動作、作用を説明する。
この密閉型電動圧縮機は、電動要素104にインバータ電源(図示せず)から通電すると、固定子142に電流が流れ、磁界が発生し、シャフト133の主軸部134aに固定された回転子140が回転する。
回転子140の回転により、シャフト133の偏芯軸部134cに回転自在に取り付けたコンロッド136を介して、ピストン124が圧縮室128内を往復運動し、圧縮要素106が所定の圧縮運動を行う。
次に、ボルト166の頭部168とボルト取り付け面158との間に、介在物169として挟み込まれたリング状のプレート170の作用と効果について説明する。
一般的に、ボルトを締め付けた時、ボルトの頭部が接する面には、局所的に圧縮荷重がかかり、その面は変形し、その面の下部には圧縮応力が生じる。
本実施の形態では、ボルト166を締め付けた時、ボルト166の頭部168より発生する圧縮荷重が、荷重分散機構172として作用するプレート170によって分散され、ボルト取り付け面158に伝えられる。
その結果、ボルト取り付け面158に局所的に圧縮荷重がかかるのを抑制し、コア部150に発生する圧縮応力が低減され、鉄損の増加を防止することができ、運転時の入力電力の増加が抑えられ、高性能の密閉型電動圧縮機とすることができる。
回転子が固定子の内側を回るインナーロータ型モータの場合、磁束があまり通らない固定子の外周にボルト貫通孔があるため、ボルトを締め付けた時、コア部に発生する鉄損の増加は、あまり入力電力に影響を及ぼさない。しかし、コア部150の中心近傍を磁束が通るアウターロータ型モータの場合、鉄損の増加の影響が、顕著に入力電力の増加に影響を及ぼすので、ボルト166の頭部168とボルト取り付け面158との間に、介在物169として挟み込まれたリング状のプレート170は鉄損の増加を防止するのに有効である。
また、リング状のプレート170は、プレス加工で極めて簡単にかつ安価に作成することができるので生産性を向上できる。
また、リング状のプレート170は、高硬度でかつ非磁性体である材料が望ましく、その特性を持った材料の1つであるSUS304を用いることにより、プレート170の板厚が薄くてもボルト166を締め付けた時のプレート170の変形を防ぐことができ、圧縮応力を低減することができる。またプレート170を非磁性体にすることによりコア部150を通る磁束の漏れを防ぐことができるので、さらに入力電力の増加を抑えることができる。
さらに、リング状のプレート170は、ボルト取り付け面158のみを補強することができるので固定子142のサイズを大きくすることがないので密閉型電動圧縮機の大型化を抑制できる。
なお、本実施の形態では、固定子142を着座面156に固定するために3本のボルト166を使用したが、ボルト166の本数は2本以上であれば固定子142の固定は可能
である。しかし、ボルト166の本数を2本で締め付けた時、プレート170の変形によりプレート170がボルト取り付け面158から浮き上がることが懸念される。また、ボルト166の本数を増やし過ぎると、コア部150に開けるボルト貫通孔160の数が増え、コア部150を通る磁束の磁路が狭くなるので、鉄損の増加により入力電力の増加が懸念されるため、ボルト166の本数は3本が望ましい。
次に、インバータ駆動のアウターロータ型モータの作用と効果について説明する。
低速運転時は、能力が低下し入力電力が下がるため、電流値も減少する。モータの入力電力は、主に銅損と鉄損の和からなり、銅損は、電流値の2乗に比例するため、電流値の減少で大きく減少する。そのため、低速運転時は、鉄損が入力電力に占める割合が増え、鉄損の増加を抑えると、入力電力低減効果は大きくなる。
本実施の形態では、ボルト166を締め付けた時、荷重分散機構172の機能を持ったリング状のプレート170によって、ボルト166の頭部168の圧縮荷重が分散され、ボルト取り付け面158に伝えられるため、コア部150に発生する圧縮応力が低減され鉄損の増加を防止することができる。その結果、低速運転時の入力電力の増加が抑えられ、インバータ駆動の密閉型電動圧縮機において、より効果的に高性能化を図ることができる。
(実施の形態2)
図4は、実施の形態2における密閉型電動圧縮機の縦断面図、図5は、図4を矢印B−B方向から見た密閉型電動圧縮機の断面図、図6は、同実施の形態における端板の平面図である。
図4〜6において、本実施の形態2における密閉型電動圧縮機は、鉄板の絞り成型によって形成された密閉容器202内に、インバータ電源(図示せず)によって駆動される電動要素204とこの電動要素204に駆動される圧縮要素206とを収納して構成としてある。
電動要素204と圧縮要素206は、一体に組み立てられて圧縮機本体208を構成し、この圧縮機本体208は、コイルばね210によって密閉容器202内に弾性的に支持されている。
圧縮要素206は、シリンダブロック220を主体に構成されており、そのシリンダブロック220には、円筒状のシリンダ222が形成され、ピストン224が往復自在に嵌入されている。そして、シリンダ222は、その開口端にバルブプレート226が取り付けられており圧縮室228を形成している。
また、シリンダブロック220は、その下部に軸受232が形成されており、回転軸となるシャフト233を軸支している。
シャフト233は、軸受232に軸支される主軸部234aとフランジ部234bを介して形成された偏芯軸部234cから構成されている。そして偏芯軸部134cは、コンロッド236を介してピストン224に連結されている。
電動要素204は、回転子240と固定子242とからなり、回転子240が固定子242の外側を回り、小型化、軽量化に適したインバータ駆動のアウターロータ型モータとなっている。
回転子240は、主軸部234aに固定された円盤状のフランジプレート244と、このフランジプレート244の端部に溶接で固定されたリング状のバックヨーク246と、
このバックヨーク246の内周面に密着して固定された複数の永久磁石248から構成されている。
固定子242は、電磁鋼板を積層して成型されたコア部250とコア部250と同一形状でコア部250の片面に装着された端板252とそれらの外周に巻回されたコイル254とで構成されている。
コア部250は、軸受232の根元に相対する側に着座面256とその反対側の面にボルト取り付け面258とが形成されている。
端板252は、ボルト取り付け面258側に装着され、局所的な圧縮荷重が加えられても変形しないようにコア部250に積層された電磁鋼板の1枚の厚さより板厚を厚くしてある。
そして、一体となったコア部250と端板252は、軸受232が貫通するボア孔259が中心部に開けられ、ボア孔259の周辺には、端板252から着座面256まで貫通する3個のボルト貫通孔260が円周状に均等に開けられている。
コア部250の着座面256が相対する軸受232の根元には、コア受け面262が形成され、その面上にボルト孔264が均等に3個開けられている。
そして上記固定子242は、回転子240の永久磁石248によって外周を囲まれるように配置され、コイル254とシリンダブロック220との間に絶縁距離を確保しつつ、回転子240と同軸になるように着座面256をコア受け面262に密着させて3本のボルト166で固定されている。
この時、ボルト266の頭部268と頭部268と相対するボルト取り付け面258との間には、介在物269として端板252がボルト取り付け面258の全面を覆うように挟み込まれている。端板252は、ボルト266の締め付けた時、ボルト266の頭部268がボルト取り付け面258を局所的に圧縮する荷重を分散する荷重分散機構272の機能を果たしている。
以上のように構成された密閉型電動圧縮機について、以下動作、作用を説明する。
この密閉型電動圧縮機は、電動要素204にインバータ電源(図示せず)から通電すると、固定子242に電流が流れ、磁界が発生し、シャフト233の主軸部234aに固定された回転子240が回転する。
回転子240の回転により、シャフト233の偏芯軸部234cに回転自在に取り付けたコンロッド236を介して、ピストン224が圧縮室228内を往復運動し、圧縮要素206が所定の圧縮運動を行う。
次に、ボルト266の頭部268とボルト取り付け面258との間に、挟み込まれた端板252の作用と効果について説明する。
本実施の形態では、ボルト266を締め付けた時、ボルト266の頭部268より発生する圧縮荷重は、荷重分散機構272として作用する端板252によって分散され、ボルト取り付け面258に伝えられる。
その結果、ボルト取り付け面258に局所的に圧縮荷重がかかるのを抑制し、コア部2
50に発生する圧縮応力が低減され、鉄損の増加を防止することができ、運転時の入力電力の増加が抑えられ、高性能な密閉型電動圧縮機とすることができる。
また、端板252が固定子242と一体で装着されているので、ボルト266を締め付ける時の組立作業がよく、生産性を向上できる。
また、端板252の材料として、高硬度でかつ強磁性体の電磁鋼板を用いることにより、コア部250に巻かれたコイル254により発生した磁界が通過する磁路の断面積を広げることができるので、鉄損を減少でき、さらに運転時の入力電力の増加が抑えられ、高性能な密閉型電動圧縮機とすることができる。
(実施の形態3)
この実施の形態は上記実施の形態1または2のいずれかの密閉型電動圧縮機を用いて構成した冷凍装置で、図7は、その構成を示す模式図である。ここでは、冷媒回路に、実施の形態1または2のいずれかで説明した密閉型電動圧縮機を搭載した構成とし、冷凍装置の基本構成の概略について説明する。
図7において、この冷凍装置は、一面が開口しその開口を扉で開閉する断熱性の本体302と、本体302の内部を、物品の貯蔵空間304と機械室306に区画する区画壁308と、貯蔵空間304内を冷却する冷媒回路310を具備している。
冷媒回路310は、圧縮機312として実施の形態1または2で説明した密閉型電動圧縮機と、放熱器314と、減圧装置316と、吸熱器318とを環状に配管320によって連結接続した構成となっている。
そして、吸熱器318は、送風機(図示せず)を具備した貯蔵空間304内に配置されている。吸熱器318の冷却熱は、図7に矢印Mで示したように、送風機によって貯蔵空間304内を循環するように撹拌され、貯蔵空間304内は冷却される。
以上説明した冷凍装置は、コア部の鉄損の増加を防止し、入力電力の増加を抑えた高性能の密閉型電動圧縮機を搭載することによって高性能の冷凍装置とすることができる。
以上、本発明は上記実施の形態を用いて説明してきたが、上記実施の形態で説明した構成は、本発明を実施する一例として示したものであり、本発明の目的を達成する範囲で種々変更可能なことは言うまでもなく、本発明の技術的思想に基づく構成が適用されたアウターロータ型モータを用いた密閉型電動圧縮機、冷凍装置を含むものである。
以上のように、本発明は、鉄損の増加を防止し入力電力の増加を抑制して高性能の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置とすることができる。
102、202 密閉容器
104、204 電動要素
106、206 圧縮要素
132、232 軸受
133、233 シャフト
140、240 回転子
142、242 固定子
150、250 コア部
152、254 コイル
158、258 ボルト取り付け面
166、266 ボルト
168、268 頭部
169、269 介在物
170 プレート
172、272 荷重分散機構
252 端板
310 冷媒回路
312 圧縮機
314 放熱器
316 減圧装置
318 吸熱器
320 配管

Claims (8)

  1. 圧縮要素のシャフトを軸支する軸受と、
    前記軸受の近傍にボルトで締結される固定子のコア部と、
    前記固定子の外周を回転する回転子と、
    前記コア部のボルト取り付け面と前記ボルトの頭部との間に挟み込まれた介在物と、
    を有する密閉型電動圧縮機。
  2. 介在物は、ボルトを締め付けた時、前記ボルトの頭部がボルト取り付け面を圧縮する荷重を分散する荷重分散機構を備えた請求項1記載の密閉型電動圧縮機。
  3. 介在物を、コア部のボルト取り付け面を覆うリング状のプレートで形成した構成とした請求項1または2に記載の密閉型電動圧縮機。
  4. 前記プレートは非磁性体である、請求項3に記載の密閉型電動圧縮機。
  5. 前記ボルトは3本である、請求項3に記載の密閉型電動圧縮機。
  6. 介在物を、コア部のボルト取り付け面に、固定子と一体で装着された端板で形成した構成とした請求項1または2に記載の密閉型電動圧縮機。
  7. 電動要素は複数の運転周波数でインバータ駆動される請求項1〜6のいずれか一項に記載の密閉型電動圧縮機。
  8. 圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を有し、前記圧縮機を、請求項1〜7のいずれか一項に記載の密閉型電動圧縮機とした冷凍装置。
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