JP2665340B2

JP2665340B2 - 密閉形電動圧縮機

Info

Publication number: JP2665340B2
Application number: JP62327798A
Authority: JP
Inventors: 義和山葉; 毅瀬戸; 健一遠藤; 達也下田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1987-12-24
Filing date: 1987-12-24
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JPH01170778A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、空調装置、冷凍装置等に利用される密閉形
電動圧縮機に関する。（従来の技術）従来の密閉形電動圧縮機においては、一般にレシプロ
型あるいはローリングピストン型の圧縮機が使用され、
電動機には誘導電動機が使用されていた。ところが、レシプロ型、あるいはローリングピストン
型の圧縮機は、第２図の特性b,cにて示すように、回転
角度による圧縮トルク変動が大きいので、駆動トルクを
平滑化するために大きな慣性質量をもたせる必要があっ
た。尚、特性ｂはレシプロ２気筒型、特性ｃはローリン
グピストン型を示す。また、これらは構造的にも各シー
ル部の摺動速度が大きいことから、高速運転時での効率
低下が大きいものであった。更に、誘導電動機の起動ト
ルクが小さいので、圧縮機の再起動時には、高圧側と低
圧側がバランスするまでの数分間の間強制停止させた
り、バイパスバルブで圧力バランスをとる方式が行われ
ているが、強制停止では制御性が悪く、バイパスバルブ
方式ではエネルギーロスが大きくなってしまう欠点があ
った。そこで、最近、スクロール型圧縮機を用いた密閉形電
動圧縮機が実用化されている。このスクロール型圧縮機
は、互いに偏心運動する２つの渦巻の間に複数の圧縮室
を構成して圧縮機を行うもので、第２図の特性ａにて示
すように、他の圧縮機と比較して回転角度による圧縮機
トルク変動が極めて小さいので、再起動時の電動機トル
クが小さくて済み、しかも圧縮行程が連続することから
隣の圧縮室との差圧が小さいため、圧縮行程におけるガ
スの漏れが少なく、他種の圧縮機に比較して10％以上の
効率の向上が図れる。また、各摺動部では局部的に公転
運動のみを行うので、摺動速度が小さくなって高速回転
が可能になり、小型化が容易であるという利点がある。（発明が解決しようとする課題）しかし、従来の密閉形電動圧縮機においては、電動機
として誘導電動機を用いていたので、電動機部の入出力
効率が最高でも70％程度までしかとれず、従って電動機
の出力トルクが永久磁石を用いた電動機に比して小さい
ため、充分な起動トルクを確保するには大型の電動機が
必要となり、その上再起動時の圧力バランスを採るには
依然として制御性の悪い方式によらなければならない不
具合があった。更に、高速回転子が可能なスクロール型圧縮機を用い
て１回転あたりの吐出量を減らし圧縮機部の体積、重量
を小さくしても、従来から密閉形電動圧縮機の体積、重
量の80〜90％を電動機部が占めていたため、スクロール
型圧縮機による圧縮機部の小型化の効果が現れ難い結果
をもたらしていた。また、効率面においても、スクロー
ル型の高効率を生かしきれず、電動機の効率が冷却シス
テム全体の効率を支配するという結果を生んでいた。また更に、誘導電動機は駆動周波数変調による速度制
御を必要とし、そのためのインバーター回路は非常に高
価となる不具合があった。本発明は、従来のこのような問題点を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、小型で且つ
高効率であり、更に速度制御が容易な密閉形電動圧縮機
を提供することにある。（課題を解決するための手段）上記問題点を解決するために本発明の密閉形電動圧縮
機は、圧縮機とこの圧縮機の駆動軸に直結された電動機
を有する密閉形電動圧縮機において、前記圧縮機をスク
ロール形圧縮機とするとともに、前記電動機を、回転子
に永久磁石を具備し且つ前記回転子と固定子の相対位置
を検出するセンサを固定子側に設置した無刷子直流電動
機として構成し、更に、前記電動機の回転子の永久磁石
が、樹脂結合型の希土類磁石であって、原料粉末を成形
して一体化してなる円筒状磁石で且つラジアル方向に磁
化された密閉形電動圧縮機である。（作用）無刷子直流電動機により起動トルクが大きくなり、且
つ圧縮機のトルク変動が小さくなるよう抑えられるの
で、再起動をいかなる圧力条件においても可能とするこ
とができ、効率が高まる。また、無刷子直流機によるた
め、小型化を可能として速度制御が容易となり、更にス
クロール形圧縮機によるための高速化が可能となり、小
型で再起動容易性と高速性の双方の能力を両立させるこ
とが可能となる。更に、電動機の回転子の永久磁石が、
樹脂係合型の希土類磁石であって、原料粉末を成形して
一体化してなる製造の簡単な円筒状磁石でラジアル方向
に磁化されたもの（放射状磁場）であるため、回転速度
に対する効率を容易に向上させることができる。（実施例）本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第１図は本発明に係る密閉形電動圧縮機を示してお
り、この圧縮機は、外径が140mmで長さが250mmの小形で
ありながら、電動機出力7.5KWを達成している。図中、1A,1Bは互いに密閉状態に接合された圧縮機ケ
ース、2A,2Bは互いに接合された圧縮機ケース1Aに固定
された前部軸受支持板、３は圧縮機ケース1Bに固定され
た後部軸受支持板であり、前部軸受支持板2A又は前部軸
受支持板2Bには軸受４又は軸受５を介し、後部軸受支持
板３には軸受６を介して電動機７の駆動軸８が支承され
ている。駆動軸８には筒状の磁石背面継鉄９が固着され、この
磁石背面継鉄９の周面にはNS極に着磁された永久磁石10
が取付けられている。そして、上記磁石背面継鉄９と永
久磁石10により回転子11が構成されている。また、永久
磁石10の周囲には積層鉄心からなる筒状の固定子12が支
持部材13を介して後部軸受支持板３に固定されている。
上記固定子12には巻線コイル14が挿入され、無刷子直流
電動機７を構成している。尚、15は巻線コイル14を励磁
するリード線を示す。また、上記駆動軸８の一端部には、駆動軸８から所定
寸法ｌだけ偏心した円板状の偏心部8Aが一体的に固着さ
れ、この偏心部8Aが可動側スクロール部材16の連結部16
Aに軸受17を介して挿入されており、偏心部8Aの旋回に
よって可動側スクロール部材16が駆動される。可動側ス
クロール部材16は、圧縮機ケース1Aに固定された固定側
スクロール部材18に噛み合っており、可動側スクロール
部材16の背面側と前部軸受支持板2Aとの間には、可動側
スクロール部材16の自転をさせずに公転のみを許容する
ボール24が介装されている。そして、可動側スクロール
部材16は固定側スクロール部材18と駆動軸８の偏心量に
従って摺動し、噛み合いにより形成される密閉小室の容
積を次第に減少させて冷媒を圧縮し、固定側スクロール
部材18の吐出口19より吐出される。尚、20はリードバル
ブ、21は冷媒吸入パイプ、22は冷媒吐出パイプである。更に、上記磁石背面継鉄９の周面の永久磁石10側方に
対向するようホール素子23が支持部材13に取付けられ、
これによって、回転子11の永久磁石10の位置検出が行わ
れる。このホール素子23は、潤滑油がガス中に混入して
いる密閉電動機内においても、汚れ等の影響を受けずに
安定した磁石位置検出を行うことができる。そして、こ
のホール素子23による回転時の磁石位置の検出に基づい
て、パルスレートモジュレーションにより電圧制御を用
いることにより、簡単にしかも低コストで高効率の回転
数制御ができる。第３図は本発明の密閉形電動圧縮機の電動機部単体で
の等効率線図により示した効率特性で、回転数や圧縮ト
ルクの変動に対しても安定して高い効率を示している。
回転数０〜7000rpm、電動機出力トルク０〜1Kgmの使用
領域中、電動機部の出力効率が85％以上である領域が60
％を越えている。また、上記永久磁石10は、樹脂結合型の希土類磁石に
より構成されており、安価且つ高性能な磁石である必要
上下記のような製造法によった。 Sm（Co_balCu_0.08Fe_0.22Zr_0.026）_8.35、 Sm_0.5Ce_0.5（Co_balCu_0.1Fe_0.2Zr_0.02）_7.5、 Sm（Co_balCu_0.06Fe_0.25Zr_0.02）_7.6、等の希土類金属（Ｒ）と遷移金属（TM）からなる組成物
を溶解して合金魂となし、次に磁気的硬化のための熱処
理をした後粉末化する。そしてこの粉末はボールミル法
によって作り、その粒度としては平均５μｍ〜28μｍと
した。粒度分布は、５μｍ〜120μｍのものが良い。前
記粉末98重量％に熱硬化性である２液性エポキシ樹脂２
重量％を結合材として加えて混合した後、ラジアル磁場
中で圧縮機成形をおこない円筒状に成形した。この成形
後の磁石をキュア処理後、磁石背面継鉄９に接着し回転
子11として使用した。成形後の磁石の特性は、（BH）max＝15［MGoe］ bHc＝6.8［kOe］ Br＝8.3［kG］となり、良好な磁気性能が得られた。永久磁石10の製造法の別の実施例について説明する。この実施例では、重量％で組成が、 Nd₂₇Fe₆₈Co₄B₁ で粒径が１μｍ〜120μｍの磁石粉末98.5重量％とエポ
キシ樹脂1.5重量％からなる磁石組成物を混練した後造
粒した。これを室温において金型内に充填し、圧縮成形
し、更に樹脂を加熱硬化して所定の形状を得た。得られた成形品の磁気性能は、（BH）max＝8.9［MGoe］ bHe＝5.3［kOe］ Br＝6.6［kG］となり良好な結果を得た。また、ネオジウム鉄ボロン系
で問題になる耐食性、耐熱性に関しても樹脂結合の結果
として必要上十分な値に改善された。上述した各実施例において、電動機部が無刷子直流機
により構成されているので、従来に比較して飛躍的に小
型化されるとともに起動時のトルクが大幅に改善され、
再起動時における高低圧の圧力バランスの悪影響が小さ
い。しかも、スクロール形圧縮機の使用によって、圧縮
トルク変動等の振動発生要因が無いため、よりスムーズ
な起動が可能となり、システム全体としても振動抑制要
素、すなわち従来必要であった防振材や厚肉のケース等
が不要になる。また、ホール素子による磁石位置検出に
より制御が容易となる。また、小型の上、高効率な電動圧縮機を得ることがで
きた。第４図は従来のレシプロ型圧縮機と誘導電動機を
使用した密閉形電動圧縮機（特性Ｂ）と、本発明の密閉
形電動圧縮機（特性Ａ）との回転数と効率の関係を示し
たもので、スクロール形圧縮機と無刷子直流電動機の相
乗作用の結果、本実施例では全ての使用領域にわたって
従来例より効率が良くなっていることがわかる。尚、センサとしては、ホール素子以外のMR素子、光素
子あるいはコイル電流に高周波を重畳して磁極との相対
位置を検出することも可能である。また、回転子に使用される永久磁石も、希土類樹脂結
合磁石以外の磁石であっても、電動機として上述した特
性を満足するものであれば良い。（発明の効果）本発明は、以上説明したように、圧縮機とこの圧縮機
の駆動軸に直結された電動機を有する密閉形電動圧縮機
において、前記圧縮機をスクロール形圧縮機とするとと
もに、前記電動機を、回転子に永久磁石を具備し且つ前
記回転子と固定子の相対位置を検出するセンサを固定子
側に設置した無刷子直流電動機として構成し、更に、前
記電動機の回転子の永久磁石が、樹脂結合型の希土類磁
石であって、原料粉末を成形して一体化してなる円筒状
磁石で且つラジアル方向に磁化されているので、製造及
び駆動制御が容易で、更に電動機効率85％以上の領域が
使用領域の60％以上に及ぶ小型軽量で高効率な密閉形電
動圧縮機を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明にかかる密閉形電動圧縮機の縦断面図、
第２図は圧縮機種類による回転角度と圧縮トルクの関係
図、第３図は本発明にかかる密閉形電動圧縮機の電動機
部のパルスレートモジュレーション駆動時の等効率線
図、第４図は本発明の密閉形電動圧縮機と従来の密閉形
電動圧縮機の回転速度と効率の関係図である。７……電動機、８……駆動軸、10……永久磁石 11……回転子、16……可動側スクロール部材 18……固定側スクロール部材、23……相対位置センサ
（ホール素子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤健一長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者下田達也長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (56)参考文献特開昭61−178589（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−280753（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−118730（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−18571（ＪＰ，Ｕ) 特公昭55−2470（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．圧縮機とこの圧縮機の駆動軸に直結された電動機を
有する密閉形電動圧縮機において、前記圧縮機をスクロ
ール形圧縮機とするとともに、前記電動機を、回転子に
永久磁石を具備し且つ前記回転子と固定子の相対位置を
検出するセンサを固定子側に設置した無刷子直流電動機
として構成し、更に、前記電動機の回転子の永久磁石
が、樹脂結合型の希土類磁石であって、原料粉末を成形
して一体化してなる円筒状磁石で且つラジアル方向に磁
化されたものであることを特徴とする密閉形電動圧縮
機。