JP3063451U - 密閉型冷凍機の電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［課題］ 密閉型冷凍機の直流ブラシレス電動機
に於いて、回転子のマグネット飛散防止対策、不平衡
重量モーメントの修正、回転系の安定度向上、体積
効率の劣化等に対する改善、解決を図る。 ［解決手段］ 回転子が固定子の外周を回転する構造の
直流ブラシレス電動機を圧縮機に直結して用いる。固定
子３は、回転子４の外周を回転する。マグネット１６は
フレームに固定されているため、飛散防止対策。は不要
圧縮機の偏心ローラに起因する不平衡重量モーメント
は、フレームの両端面を穴若しくは、切欠け部を設けて
修正する。軸受けは圧縮機側７と固定子側１２の２箇所
に設けることによって、回転安定度を向上する事が出来
る。外転型のため、空隙部の直径を大きくとれることか
ら、体積効率の向上を図ることが可能である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】 ［考案の属する技術分野］ 本考案は、密閉型冷凍機の駆動電動機の構成に関するものである。

【０００２】 ［従来の技術］ 密閉型冷凍機の回転式圧縮機を駆動する電動機として、単相または３相の誘導 電動機や、直流ブラシレス電動機が用いられている。 回転式圧縮機に用いられている直流ブラシレス電動機は、電機子巻線を有する固 定子は冷凍機の胴体に固定され、マグネットとヨーク部からなる回転子は、固定 子の内側を回転するいわゆるインナーロータ型（以下 内転型と称する）と呼ば れている形式である。

【０００３】 しかして、回転子の表面に固定されているマグネットは、回転による遠心力の ため外側に飛散する恐れがあるため、飛散防止の諸策が採られている。その一例 としてステンレス製の円筒を回転子の外周に被ぶせる方式がある。また他の一例 としてヨークを構成する珪素鋼板の外周付近にマグネットを収納する空間を設け その中にマグネットを装着させる方式が採用されている。 前者をＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）方式、後 者をＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）方式と呼 ばれている。 これらのマグネットの外周に存在するステンレスまたは珪素鋼板には電機子電 流による渦電流が発生し、鉄損として電動機の効率を下げる働きをする。 また、この表面の珪素鋼板の部分で漏洩磁束が発生し、有効な空隙磁束を弱める 働きをする。このようにこれらの構造は、電動機の効率を下げるため障害となっ ている。

【０００４】 また、回転式圧縮機は、回転軸に偏心クランク部を設け、このクランクに連動 するローラの回転によって、冷媒ガスが吸入口から流入し圧縮されて吐出口へ流 出するようになっている。 この時偏心クランク軸のため、不平衡な重量モーメントが生じ冷凍機が振動を起 こす障害があり、この不平衡重量モーメントを修正するため、回転子の２面（実 際には両端面の２面）において、重量物を付加するか、若しくは、一部を切り欠 くことがなされている。これらは（１）式から（５）式に示される関係式で表さ れる。これらの関係は図２に示す。 Ｍｐ＋Ｍｒ１＝Ｍｒ２ （１） Ｍｒ２×Ｌ２＝Ｍｒ１×Ｌ１ （２） Ｍｐ＝Ｗ×ｄ （３）圧縮機不平衡モーメント Ｍｒ１＝Ｗ１×ｄ１ （４）回転子側面１のバランス用 錘の重量モーメント Ｍｒ２＝Ｗ２×ｄ２ （５）回転子側面２のバランス用 錘の重量モーメント ここに、Ｗ、は圧縮機側の不平衡重量、Ｗ１は回転子側面１の、Ｗ２は回転子側 面２の修正用錘の重量、ｄはＷの重心位置の回転軸からの距離、ｄ１はＷ１の重 心位置の回転軸からの距離、Ｌ１はＷ１の重心位置からＷの重心位置までの軸方 向の距離、ｄ２はＷ２の重心位置の回転軸からの距離、Ｌ２はＷ２の重心位置か らＷの重心位置までの軸方向の距離を示す。 内転型の場合、回転子の外径が小さく、つまり（４）式のｄ１、（５）式のｄ ２の値が小さいため、錘の重量Ｗ１及びＷ２が大きくなる。

【０００５】 従来の電動機は内転型のため、軸受け部は圧縮機の両端に設けられた構造のも のが採用されている。若しくは圧縮機の一端と電動機の一端に設けられる構造の ものが用いられている。 前者の場合は、軸受けが圧縮機の両側にあるため、回転子としては、片持の構造 となり、回転子の回転に際して振動が発生すること及び，圧縮機の回転子側の軸 受けの加重が過大となり、軸受け寿命が短くなる等の障害の起こる可能性があっ た。後者の方法は、回転子の回転に対しては安定しているがシャフトの長さが長 くなり、軸受けの同心度（芯出し）の確保が困難であった。

【０００６】 電機子巻線に関しては、例えば冷房能力が２．５ＫＷ程度の冷凍機の駆動電動 機の出力は７５０Ｗ程度のものを使用しているが、このクラスの直流ブラシレス 電動機の場合、スロット数は２４で、コイル数は１２コイルで分布巻きを採用し ている。コイルの渡りは５スロットピッチなのでコイルエンドの部分が渡りのた め長くなり、電気抵抗が大きくなるため銅損が大きくなる傾向がある。

【０００７】 ［考案が解決しようとする課題］ マグネット飛散防止の対策や、不平衡重量モーメントの対策により回転体 の構造が複雑となり、従ってコスト増大の原因になっている。 軸受け部が圧縮機側にあるため、回転系の安定度に対して好ましくない。 また、固定子の電機子コイルのコイルエンド部が長いため固定子のサイズが 大きく且つ、電気抵抗が大きいため効率を下げている。

【０００８】 ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本願では回転子のマグネットは、回転子のフレーム の内周に固着されている。 このフレームは磁気回路のヨークも兼ねており、ヨークは磁路として十分な透磁 率を確保するだけの厚さを持ち且つ、フレームとして回転体を支え、回転軸に動 力を伝えるための十分な強度を保っている。従って飛散防止の対策が必要でなく 、従ってこれによる鉄損が発生しない。

【０００９】 本願の回転子は回転子が固定子の外周を回転するいわゆるアウターロータ型（ 以下外転型と称する）のため、回転子の外径は内転型に比べて大きく、（４）式 のｄ１及び（５）式のｄ２が比較的大きいため、Ｗ１及びＷ２がより小さい重量 のもの良い。実際の構成では、フレームの両端面に予め定められた大きさの穴、 若しくはで切欠き部をフレームの加工工程の中で加工する事が出来るため、余分 な材料や加工工程を必要としない。 又、圧縮機で圧縮された冷媒ガスは、内転型の場合電機子鉄心の外周に設けら れた隙間を通って吐出口へ導かれる。外転型の場合は、フレームに設けられた穴 から電機子スロット部を通り吐出口へ導かれる。冷媒ガスは直接コイル付近を流 通するために、電機子コイルの冷却効果が得られる。

【００１０】 本願の固定子の内径側にシャフトを貫通する事が出来るため、軸受け部を固定 子の内径側に構成する事が可能であり、固定子内径側と圧縮機の一端に軸受け部 を構成する事が可能となり、安定した回転系を構成することが出来る。

【００１１】 電機子巻線に関しては、例えば冷房能力が２．５ＫＷ程度の冷房機の場合、本 願の外転型電動機の電機子は、スロット数は６、９、１２が実用上採用されるも のである。そして、コイル数はそれぞれ、６、９、１２の構成が可能であり、巻 線は１スロット集中巻のため、コイルの渡り部分が少なく、コイルエンド部分の 長さが短く出来る。内転型の場合に比較して、巻線１ターン当たりの長さは約６ ０％程度に減少するため、銅損が少なくなる。

【００１２】 一般的に空隙部の磁束と、全導体数及び導体の長さの積が出力に比例するとこ から、冷房能力が２．５ＫＷ程度の冷房機の場合使用するマッグネットは同一の 材質のものを使用するとして、電動機の外形が１００ｍｍ程度の大きさで、空隙 部の直径は、内転型で５０ｍｍ、外転型で８０ｍｍとなる。 電機子の軸方向の長さは内転型が８０ｍｍに対し、外転型は５０ｍｍと短くな り、外転型の方が体積効率が良いことが言える。

【００１３】 冷房能力が２．５ＫＷ程度の冷房機の場合、従来の内転型の電動機と本願の外 転型の電動機の主要原材料重量を比較すると、珪素鋼板の重量は内転型の約３７ ％、銅線の重量は約４５％となっている。マグネットの場合は、１２２％と増加 している。このことから３主要材料の原材料費の合計を比較すると、外転型の方 が内転型の材料費の約６割程度となっている。

【００１４】 ［考案の実施の形態］ 以下、添付図面を参照して本考案の一実施形態について説明し、本考案の理解 に供する。

【００１５】 図面（１）は従来の密閉型冷凍機をしめす。 １は冷凍機の胴体で、２は圧縮機ブロックを示す。 ３は固定子、４は回転子、５はクランクシャフト、６は圧縮機側軸受けａ、７は 圧縮機側軸受けｂ、８はシリンダー、９はローラー、１０は吸入口、１１は吐出 口を示す。また、１６はマグネット、１７は固定子鉄心、１８は飛散防止用パイ プである。１６は１７と１８の間に固定されている。 軸受けａ及びｂは圧縮機のシリンダー部の密閉壁を兼ねている。 固定子３は胴体１に固定されており、回転子４は、クランクシャフト５に固定さ れている。 冷媒ガスは吸入口９から吸入され、シリンダー８で圧縮され、吐出口１１から熱 交換機の方に導かれる。 １５は錘で、クランクシャフト５の偏心に起因する不平衡重量を修正するために 回転子の両側成いは一方の側に固着されている。（この場合は他の側面には穴を 穿つ方法が採られる）１９は固定子（電機子）鉄心、２０は電機子コイルを示す 。

【００１６】 図（２）はマグネット飛散防止装置の事例を示す。 図（２）の（Ａ）は、ステンレス管を用いた例でＳＰＭ方式と称されている。 図（２）の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は鉄心をくり抜いた空間にマグネットを収納 した方法でＩＰＭ方式と称されている。 図（２）の（Ａ）の１７は回転子鉄心、１６はマグネット、１８はステンレス管 である。図（２）の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の１７は回転子鉄心、１６はマグネ ットである。

【００１７】 図面（３）は本考案の実施例を示す。 １は冷凍機の胴体で、２は圧縮機ブロックを示す。 ３は固定子、４は回転子、５はクランクシャフト、６は圧縮機側軸受けａ、７は 圧縮機側軸受けｂ、８はシリンダー、９はローラー、１０は吸入口、１１は吐出 口を示す。 軸受けａ及びｂは圧縮機のシリンダー部の密閉壁を兼ねている。 １２は固定子保持金具で固定子３は１２を介して胴体１に固定されている。 １３は回転子４のフレームで、１４は回転子保持金具であり、１３は１４を介し てクランクシャフト５に同軸に固着されている。 １６はマグネットで、フレーム１３の内側に固着されている。 １９は固定子（電機子）鉄心、２０は電機子コイルを示す。

【００１８】 図面（４）は本考案の他の実施例を示す。 １は冷凍機の胴体で、２は圧縮機ブロックを示す。 ３は固定子、４は回転子、５はクランクシャフト、６はシリンダー部の密閉壁と シリンダーからの圧縮ガスの吐出口からなっていて、軸受け部は構成されていな い。７は固定子側軸受けｂ、８はシリンダー、９はローラー、１０は吸入口、１ １は吐出口を示す。 １２は固定子保持金具であるが、軸受けａを兼ねている。 従って軸受けは、圧縮機部７と電動機固定子側１２の２箇所に設置されている。 ▲１３▼、▲１４▼、▲１６▼、▲１９▼、▲２０▼、▲２０▼は図（３）と同 じである。 この場合は、軸受けが圧縮機側と電動機の固定子の２箇所に設置しているため、 軸受けスパンが長くなり、安定した回転系が得られる。

【００１９】 図面（５）は従来の回転式圧縮機の偏芯クランクシャフトによる不平衡重量の 修正に関するもので、関係式（１）から（５）について説明する。 ２１はクランクシャフトの偏芯部の重量Ｗ、及びその軸芯からの距離ｄを示す。 ２２は回転子側面１側に付加された錘で、その重量Ｗ１、及び軸芯からの距離ｄ １を示す。またクランクシャフト偏芯部からの軸方向の距離Ｌ１の位置を示す。 ２３は回転子側面２側に付加された錘で、その重量はＷ２、及び軸芯からの距離 ｄ２を示す。また、クランクシャフト偏芯部からの方向の距離Ｌ２の位置を示す 。 １５は２１及び２２の位置に固着される錘で、通常真鍮製の板を打ち抜いたもの を必要枚数重ねて電機子鉄心にクランクピン等で固着される。

【００２０】 図面（６）は、本考案による回転式圧縮機の偏芯クランクシャフトによる不平 衡重量の修正に関するもので、関係式（１）から（５）について説明する。 ２１はクランクシャフトの偏芯部の重量Ｗ、及びその軸芯からの距離ｄを示す。 ２４は回転子フレーム側面１側の一部に穴を穿ち、その穴の部分の元の重量をＷ １とする。軸芯からの距離ｄ１及び、クランクシャフト偏芯部からの軸方向の距 離Ｌ１を示す。 これは１８０°の対向位置にＷ１の錘が付加されたものと等価である。 ２５は回転子フレーム面２の側に穿孔、若しくは切欠け部を設けるもので、その 切欠け部の元の重量はＷ２、及び軸芯からの距離ｄ２、クランクシャフト偏芯部 からの軸方向の距離Ｌ２を示す。 これは１８０°の対向位置にＷ２の錘が付加されたものと等価である。 これらの穿孔、若しくは切欠け部はフレームを加工する際に予め定められた位置 に加工されるもので、特別に錘を付加する事はない。 叉は、フレームの側面乃至、フレームの一部に錘を付加して、不平衡を修正する 事も可能である。 何れにしても、フレームの外径が大きいため、図（５）の場合に比べて少ない重 量で修正可能である。

【００２１】 図面（７）は、従来例と本考案の電機子の構造とマグネットの配置の部分を比較 したものである。 図（７）の（Ａ）は従来例の内転型の固定子（電機子）及び回転子の断面図で ある。１７は回転子鉄心でヨーク部を形成している。１６はマグネットで４ヶの マグネットを集めて円形を作り、回転子鉄心１７、ステンレス管１８の間に固着 されている。［図（１）参照］ マグネットは外周に４極着磁されている。 ５はクランクシャフトで１７に固着されている。 ２６はスロットで電機子巻線が巻回される。図の場合スロット数は２４で、１相 当たり４ヶのコイルがスロットピッチ数５のピッチで巻回されている。 ３相４コイルのスター結線になっている。 ２７は空隙部でエヤギャップと称される。 図（７）の（Ｂ）は実施例の外転型の固定子（電機子）及び回転子の断面図で ある。１３は回転子フレーム、１６はマグネットである。 マグネットは、４ヶのセグメントが円筒形にフレーム１３の内面に固着されてい る。マグネットの内面は１２極に着磁されている。 １９は固定子（電機子）鉄心で、２６はスロット、２７は空隙部である。 図の場合、スロット数は９、１相当たりコイル数は３、９ヶのコイルが各突極に つまりスロットピッチ１で巻回されている。 ３相３コイルのスター結線になっている。 １２は固定子保持金具で１９に固着されている。［図（３）参照］ 外径がほぼ同じの場合、外転型の空隙部の直径は内転型のそれに比べて約１． ６倍程度であり電動機出力は大きくとれる。

【００２２】 ［考案の効果］ 上記説明の通り本考案によれば、密閉型冷凍機の回転式圧縮機駆動用直流ブラ シレス電動機において、 マグネット飛散防止の対策を必要としないため回転子の構造が簡単になること 。 圧縮機のクランク軸の偏心に起因する不平衡重量モーメントの修正を簡単に行 うことが出来ること。 軸受け部を電動機の固定子内部に設置出来るためより安定度の高い回転系が得 られること等の機構上の効果及び、 飛散防止対策不要のため鉄損の増加が無いこと及び漏洩磁束の増加が無いこと 。 空隙部の直径を大きくとれることから、電気的な体積効率が良くなること。 ロータフレームの側面に設けられた穴により、圧縮ガスの流通による電機子巻 線の冷却効果が得られる。 主要原材料の量が少ないためコストが安いこと。 巻線作業が簡単のため製造コストが安くなる等の効果がある。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の密閉型冷凍機の回転式圧縮機の実施例を
示す。

【図２】従来のマグネット飛散防止装置の例を示す。

【図３】本考案による回転式圧縮機用電動機の実施例を
示す。

【図４】本考案による回転式圧縮機用電動機の他の実施
例を示す。

【図５】従来の回転圧縮機の偏心クランクシャフトによ
る不平衡重量モーメントの修正についての説明。

【図６】本考案による回転圧縮機の偏心クランクシャフ
トによる不平衡重量モーメントの修正についての説明。

【図７】従来例及び本考案の固定子（電機子）及び回転
子の断面を示す。

【符号の説明】

１冷凍機胴体 ２圧縮機ブロック ３固定子 ４回転子 ５クランクシャフト ６圧縮機側軸受けａ ７圧縮機側軸受けｂ ８シリンダー ９ローラ １０吸入口 １１吐出口 １２固定子保持金具 １３回転子フレーム １４回転子保持金具 １５不平衡重量モーメント修正用錘 １６マグネット １７回転子鉄心 １８ステンレス管 １９固定子（電機子）鉄心 ２０電機子コイル ２１クランクシャフト不平衡重量（重量及びその位置） ２２従来例に於ける、回転子側面１のクランクシャフト
不平衡重量モーメント修正用錘（重量及びその位置） ２３従来例に於ける、回転子側面２のクランクシャフト
不平衡重量モーメント修正用錘（重量及びその位置） ２４本考案に於ける回転子フレーム側面１のクランクシ
ャフト不平衡モーメント修正用穴（穴の元重量及びその
位置） ２５本考案に於ける回転子フレーム側面２のクランクシ
ャフト不平衡モーメント修正用穴叉は切欠け部（穴叉は
切欠け部の元重量及びその位置） ２６電機子スロット ２７空隙（エアギャップ）

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉形冷凍機の回転式圧縮機の駆動モ
   ータにおいて、回転子が固定定子の外周を回転する構造
   の直流ブラシレス電動機。
2. 【請求項２】 回転式圧縮機のクランク軸の偏心に起
   因する不平衡重量モーメントを固定子の外周を回転する
   構造の回転子のフレームの２面で修正することを特徴と
   する密閉型冷凍機用直流ブラシレス電動機。
3. 【請求項３】 電動機の固定子の内径部分と圧縮機の
   一端に軸受け部を構成してなる密閉型冷凍機用直流ブラ
   シレス電動機。