JP4259126B2 - 回転式圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転式圧縮機に関し、特に、外側ケーシングと内側ケーシングとからなる二重ケーシング構造で、かつ圧縮機構と電動機が内側ケーシングの内部に収納された回転式圧縮機に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転式圧縮機は、例えば蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路において冷媒を圧縮するのに用いられている。この回転式圧縮機には、ケーシングが外側ケーシングと内側ケーシングとからなる二重構造に構成され、内側ケーシングの内部に圧縮機構と電動機が収納されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７に示すように、上記圧縮機(1) では、外側ケーシング(11)の内部に内側ケーシング(16)が弾性的に保持されるとともに、内側ケーシング(16)の中に、圧縮機構(30)と、該圧縮機構(30)を駆動する電動機(40)とが収納されている。また、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間には隙間があり、空間(S1)が形成されている。
【０００４】
圧縮機構(30)に冷媒を導入する吸入管(27)は、外側ケーシング(11)を貫通する第１吸入管(27a) と、内側ケーシング(16)を貫通する第２吸入管(27b) とからなり、冷媒は第１吸入管(27a) を介して外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)の間の空間(S1)に導入された後、第２吸入管(27b) を介して圧縮機構(30)に吸入される。また、吐出管(28)は内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)とを貫通しており、圧縮機構(30)からの吐出冷媒は、内側ケーシング(16)内の空間(S2)に充満した後に上記吐出管(28)を通って機外へ吐出される。
【０００５】
ところで、回転式圧縮機(1) においては、電動機(40)の回転数をインバータにより制御して、運転容量を可変にすることがよく行われている。このようにする場合、インバータを、圧縮機(1) の機外に該圧縮機(1) とは別に設置することや、圧縮機(1) のケーシング(11)の外面に固定することなどがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−９６６９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記インバータは、高周波磁束による電磁波ノイズを発生するので、電磁波対策をするには、例えばインバータを専用のケースに収納し、シールドすることが必要になる。しかし、インバータ用のケースを用いると設置スペースが必要になり、これを圧縮機(1) のケーシングに固定する場合は圧縮機自体が大型化してしまう。特に、圧縮機(1) が二重ケーシング構造であると、ケーシングそのものが一重構造のものよりも大きくなりがちであるため、インバータ用のケースを圧縮機に取り付けたときの大型化が問題になる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、二重ケーシング構造の回転式圧縮機をインバータ制御する構成において、圧縮機の大型化を防止できるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二重ケーシング構造の回転式圧縮機において、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間をインバータ(50)の収納空間に利用するとともに、外側ケーシング(11)で電磁波ノイズを遮断するようにしたものである。
【００１０】
具体的に、請求項１に記載の発明は、外側ケーシング(11)と、該外側ケーシング(11)内に弾性的に保持された内側ケーシング(16)とを備え、内側ケーシング(16)内に圧縮機構(30)及び該圧縮機構(30)を駆動する電動機(40)が収納された回転式圧縮機を前提としている。
【００１１】
そして、この回転式圧縮機は、圧縮機構(30)に冷媒を導入する吸入管(27)が、外側ケーシング(11)を貫通する第１吸入管(27a) と、内側ケーシング(16)を貫通する第２吸入管(27b) とからなり、電動機(40)を可変速で駆動するインバータ(50)を備え、該インバータ(50)が、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間に配置されていることを特徴としている。
【００１２】
この請求項１の発明では、電磁波ノイズの発生するインバータ(50)を外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間に配置している。したがって、ケーシングを従来の一般的な圧縮機と同様に鉄やアルミニウムのような金属の導電体で形成しておくだけで、電磁波ノイズ対策が不要となる。このように、電磁波ノイズ対策を行わないインバータ(50)をケーシング内に収納できるため、該インバータ(50)をケーシング外に設置する場合に必要な専用のシールドケースや、その設置スペースが不要となるうえ、該インバータ(50)を圧縮機の外面に固定するよりもケーシングが小さくなる。
【００１３】
また、この請求項１の発明では、圧縮機構(30)への吸入冷媒は、第１吸入管(27a) を通って外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)の間の空間に満たされた後、第２吸入管(27b) を介して圧縮機構(30)に吸入される。つまり、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)の間の空間は吸入冷媒の満たされる低圧の空間になる。そして、上記インバータ(50)がこの低圧空間に位置することになる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転式圧縮機において、インバータ(50)の回路基板と回路部品とが樹脂成形により一体的に覆われていることを特徴としている。上記の樹脂としては、例えばＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、あるいはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）など、冷媒や冷凍機油と反応しないものを用いることが好ましい。
【００１５】
この請求項２の発明では、インバータ(50)の回路基板と回路部品の全体を樹脂成形で覆うことにより、該インバータ(50)をモジュール化している。このため、該インバータ(50)の絶縁や振動に対する信頼性を高めることができるので、該インバータ(50)をケーシングに簡単に装着することが可能となる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の回転式圧縮機において、内側ケーシング(16)に、電動機(40)への配線を接続するターミナル(46)が設けられ、上記ターミナル(46)がインバータ(50)を固定可能に構成されていることを特徴としている。
【００１７】
この請求項３の発明では、インバータ(50)を内側ターミナル(46)に固定できるようにしているので、インバータ(50)を圧縮機に簡単に装着することが可能となる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２または３に記載の回転式圧縮機において、圧縮機構(30)からの冷媒を吐出する吐出管(28)が、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)とを貫通しており、上記第１吸入管(27a) がインバータ(50)の近傍に配置されていることを特徴としている。
【００１９】
この請求項４の発明では、上記インバータ(50)が低圧空間に位置するとともに、該インバータ(50)の近傍には第１吸入管(27a) が配置されているため、吸入冷媒は上記低圧空間に導入されるときにインバータ(50)の周囲に吹き付けられる。したがって、インバータ(50)の周囲を低温の冷媒が流れることになるので、インバータ(50)が該冷媒によって冷却される。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の回転式圧縮機において、吐出管(28)がインバータ(50)の内部を挿通する位置に配置されるとともに、インバータ(50)には吐出管(28)が非接触で挿通するスリット(51)が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
この請求項５の発明では、吐出管(28)をインバータ(50)のスリット(51)に通すようにしたことで該インバータ(50)と吐出管(28)とが非接触になるため、高圧冷媒の熱がインバータ(50)に伝達されるのを防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
本実施形態は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路において圧縮行程を行う回転式圧縮機に関するものである。断面構造図である図１に示すように、この回転式圧縮機(1) は、それぞれが鉄やアルミニウムで形成された外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)とからなる二重構造のケーシング(10)を備えている。上記内側ケーシング(16)内には、圧縮機構(30)と、該圧縮機構(30)を駆動する電動機(40)とが収納されている。
【００２４】
外側ケーシング(11)は、縦長円筒状の外側胴部(12)と、該外側胴部(12)の上端に固定された外側上部鏡板(13)と、外側胴部(12)の下端に固定された外側下部鏡板(14)とを備えている。外側上部鏡板(13)及び外側下部鏡板(14)は、それぞれ、上記外側胴部(12)に溶接により気密に接合されている。また、外側下部鏡板(14)には、この回転式圧縮機(1) を設置するための脚部(15)が一体的に形成されている。
【００２５】
上記内側ケーシング(16)は、縦長円筒状で、かつ上記外側胴部(12)よりも小径で長さの短い内側胴部(17)と、該内側胴部(17)の上端に固定された内側上部鏡板(18)と、内側胴部(17)の下端に固定された内側下部鏡板(19)とを備えている。内側上部鏡板(18)及び内側下部鏡板(19)は、それぞれ、上記内側胴部(17)に溶接により気密に接合されている。
【００２６】
外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間には、後述するように、運転中に吸入冷媒で満たされる空間（以下、吸入空間(S1)という）が区画されている。また、内側ケーシング(16)は、外側ケーシング(11)の中に弾性的に保持されている。このために、外側ケーシング(11)は、外側下部鏡板(14)に、外側胴部(12)の内周面よりも若干径方向内側において、該外側胴部(12)の下端よりも僅かに上方に位置する環状の保持部(25)を有している。この保持部(25)には、内側ケーシング(16)を保持する弾性保持機構(20)が設けられている。弾性保持機構(20)は、上記保持部(25)に固定されたベースプレート(21)と、該ベースプレート(21)上に下端が固定されたコイルバネ(22)と、コイルバネ(22)の上端に固定された保持プレート(23)とから構成されている。保持プレート(23)は、円形のプレートをプレス加工して成形したものであり、平板状の周縁部がコイルバネ(22)に固定される一方、中央部が内側下部鏡板(19)に沿う曲面形状に形成されて該内側下部鏡板(19)に固定されている。なお、弾性保持機構(20)は、上記コイルバネ(22)の代わりにゴムや板バネを用いた構成にしてもよい。
【００２７】
圧縮機構(30)に冷媒を導入する吸入管(27)は、外側上部鏡板(13)に固定された第１吸入管(27a) と、内側胴部(17)に固定された第２吸入管(27b) とから構成されている。そして、冷媒は、第１吸入管(27a) から吸入空間(S1)に流入し、さらに第２吸入管(27b) を通って内側ケーシング(16)内の圧縮機構(30)に吸入される。一方、冷媒の吐出管(28)は内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)とを貫通している。この吐出管(28)は、圧縮機構(30)から吐出されて内側ケーシング(16)内の空間（以下、吐出空間(S2)という）に充満する吐出冷媒を機外へ案内する通路を構成している。吐出管(28)は、中間部が螺旋状に形成されており、この螺旋状の部分において、内側ケーシング(16)の振動を許容するようになっている。
【００２８】
上記電動機(40)には、ブラシレスＤＣモータが用いられている。上記電動機(40)は、図１と、図１のII−II線断面図である図２に示すように、内側胴部(17)における上端寄りの位置に固定された筒状の固定子(41)と、該固定子(41)内に回転可能に装着された回転子(42)と、該回転子(42)に回転中心において連結された回転軸(43)とから構成されている。固定子(41)は、プレス加工により打ち抜かれた電磁鋼板を積層した固定子鉄心(41a) と、該固定子鉄心(41a) に装着されたコイル(41b) とから構成されている。一方、回転子(42)は、プレス加工により打ち抜かれた電磁鋼板を積層した回転子鉄心(42a) と、該回転子鉄心(42a) の中に埋設された永久磁石(42b) とから構成されている。
【００２９】
上記電動機(40)の固定子(41)には、コイル(41b) の巻線方式として、集中巻（直巻）方式が採用されている。図の例では、固定子鉄心(41a) に６本のティース(T) が等間隔で設けられ、それぞれにコイル(41b) が個別に巻き付けられている。この固定子(41)は３相巻線構造であり、かつ、同相のコイル(41b) 同士が対向するように配置されている。また、回転子(42)には、４枚の永久磁石(42b) が等間隔で埋め込まれている。なお、回転子(42)には、各磁石(42b) の両端から径方向外側へのびる磁気バリア空間(B) が形成されている。
【００３０】
上記圧縮機構(30)は、ローリングピストン式の圧縮機構である。この圧縮機構(30)は、シリンダ(31)と、フロントヘッド(32)と、リヤヘッド(33)と、回転ピストン(34)とを備え、シリンダ(31)が内側ケーシング(16)内の下部側位置に固定されている。シリンダ(31)は厚肉の円筒状に形成され、電動機(40)と同一の中心線上に配置されている。シリンダ(31)、フロントヘッド(32)及びリヤヘッド(33)は、図示しないボルト等で締結されて一体に組み立てられており、シリンダ(31)の上端面にフロントヘッド(32)が、下端面にリヤヘッド(33)が設けられている。そして、シリンダ(31)の内周面と、フロントヘッド(32)の下端面と、リヤヘッド(33)の上端面との間に、円環状の圧縮室(C) が区画形成されている。
【００３１】
上記電動機(40)の回転軸(43)は、内側ケーシング(16)の中心線上で圧縮室(C) を上下方向に貫通している。この回転軸(43)を支持するため、フロントヘッド(32)とリヤヘッド(33)には、それぞれ滑り軸受けの装着された軸受部(32a,32b) が形成されている。
【００３２】
回転軸(43)は、圧縮室(C) の中に位置する部分が、該回転軸(43)の回転中心から所定量偏心し、その上下の部分よりも大径の偏心部(43a) に構成されている。この偏心部(43a) に、上記圧縮機構(30)の回転ピストン(34)が固定されている。回転ピストン(34)は円環状で、運転中に、その外周面が実質的にシリンダ(31)の内周面と一点で接触する（実際には僅かなクリアランスが設けられている）ように形成されている。
【００３３】
一方、図１のIII−III線断面図である図３に示すように、上記シリンダ(31)には、該シリンダ(31)の軸方向に貫通するブレード溝(35)が形成され、このブレード溝(35)に、長方形の板状に形成されたブレード(36)が該ブレード溝(35)内を径方向へ摺動可能に装着されている。ブレード(36)は、スプリング(37)によって径方向内方へ付勢されており、先端が上記回転ピストン(34)の外周面に常に圧接した状態を保持しながら、回転軸(43)の回転に伴ってブレード溝(35)内を進退するように構成されている。
【００３４】
上記ブレード(36)は、シリンダ(31)の内周面と回転ピストン(34)の外周面との間の圧縮室(C) を、低圧室(C1)と高圧室(C2)とに区画している。上記第２吸入管(27b) は、内側胴部(17)とシリンダ(31)を径方向に貫通しており、上記吸入空間(S1)と低圧室(C1)とに連通している。一方、フロントヘッド(32)には、図３に仮想線で示すように、図１の上下方向に貫通して吐出空間(S2)と高圧室(C2)とに連通する吐出口(29)が形成されるとともに、該吐出口(29)を開閉する吐出弁(29a) が設けられている。吐出弁(29a) は、圧縮室(C) （高圧室(C2)）内の圧力と吐出空間(S2)内の圧力との圧力差が所定値以上に大きくなると吐出口(29)を開放するように構成されている。したがって、上記圧力差が所定値以上に大きくなると、圧縮室(C) 内の高圧冷媒が、内側ケーシング(16)内の吐出空間(S2)に吐出されてその中に充満した後、上記吐出管(28)を介して機外に流出する。
【００３５】
以上のように、内側ケーシング(16)の内部の吐出空間(S2)は、吐出冷媒で満たされるために高圧となるが、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)の間の吸入空間(S1)は、冷媒回路から圧縮機(1) に戻ってきた吸入冷媒で満たされるため、それよりも低圧（ただし大気圧よりは高圧）となる。したがって、内側ケーシング(16)の内外の圧力差（吸入圧力と吐出圧力との圧力差）及び外側ケーシング(11)の内外の圧力差（大気圧と吸入圧力との圧力差）は、１重ケーシングで内部空間が高圧になる場合の該ケーシングの内外の圧力差（大気圧と吐出圧力との圧力差）よりも小さくなる。そこで、本実施形態では、外側ケーシング(11)及び内側ケーシング(16)の厚さを、一重ケーシングの場合よりも小さくすることが可能である。
【００３６】
一方、上記内側ケーシング(16)には内側ターミナル(46)が固定され、外側ケーシング(11)には外側ターミナル(47)が固定されている。上記電動機(40)は、内側ターミナル(46)に設けられている端子ピンの内側端部にリード線(48a) を介して接続されている。また、上記端子ピンの外側端部には、インバータモジュール(50)が装着されている。インバータモジュール(50)は、回路基板とスイッチング素子などの回路部品とからなる回路部本体を樹脂成形により覆ったものである。
【００３７】
インバータモジュール(50)の外殻となる樹脂素材は、冷媒や冷凍機油と反応しないことが要求されるので、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等を用いるのが好ましい。また、インバータモジュール(50)は、内側ターミナル(46)の端子ピンに差し込むだけでなく、補助的な固定手段を設けて抜け止めをしておくことが好ましい。例えば、内側ターミナル(46)とインバータモジュール(50)の両方に、互いに係合する爪を設けておく構成が考えられる。
【００３８】
このインバータモジュール(50)は、内側ターミナル(46)の端子ピンに差し込むことにより該ターミナル(46)と電気的に導通し、かつ樹脂成形部分から引き出されたリード線(48b) を外側ターミナル(47)に接続することにより、該外側ターミナル(47)と電気的に導通する。外側ターミナル(47)には外部の電源配線が接続されており、電源電圧がインバータモジュール(50)を介して電動機(40)に印加される。
【００３９】
上記インバータモジュール(50)には、図１のIV−IV線断面図である図４に示すように、吐出管(28)の通る部分にスリット(51)が形成されている。このスリット(51)は、吐出管(28)とインバータモジュール(50)とが接触しないように吐出管(28)の直径よりも幅が広く形成されている。これにより、該スリット(51)の内面と吐出管(28)の外面とに隙間が設けられていて、吐出管(28)とインバータモジュール(50)との間での熱伝達が阻止されている。また、上記第１吸入管(27a) は、外側ケーシング(11)の内面側の開口端部がこのインバータモジュール(50)に面するように、該インバータモジュール(50)の近傍に配置されている。
【００４０】
なお、インバータモジュール(50)は、コンバータを含むものであってもよい。インバータモジュール(50)にコンバータを含める場合、３相または単相の交流電源を外側ターミナル(47)に直接接続すればよい。逆にコンバータをインバータモジュール(50)に含めずに圧縮機(1) の外に置く場合は、直流電流を圧縮機(1) に供給することになるので、外側ターミナル(47)の端子ピンは２本にすればよい。
【００４１】
このように、インバータモジュール(50)は、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)の間の吸入空間(S1)に配置されており、該吸入空間(S1)が内側ケーシング(16)内の吐出空間(S2)よりも低圧かつ低温となることから、インバータモジュール(50)の発熱を抑えることができる。また、第１吸入管(27a) をインバータモジュール(50)の近傍に配置して、吸入冷媒をインバータモジュール(50)に吹き付けるようにしているため、インバータモジュール(50)を外部に設置する際には必要な冷却フィンなどを設けなくても該インバータモジュール(50)が効率よく冷却される。
【００４２】
この実施形態では、以上のようにインバータを用いた運転制御を行うようにしているので、ＰＷＭ制御（パルス幅制御）においてスイッチングパルスのパルス幅を変えることによって電動機(40)の運転周波数を可変にすることが可能である。このため、電動機(40)の回転速度を所定の範囲内で自由に選択し、運転することができる。したがって、圧縮機(1) の運転容量制御が可能となる。
【００４３】
また、インバータによる可変速駆動を行うようにしているので、上記電動機(40)は、回転速度が５０（Ｓ−１）または６０（Ｓ−１）付近に固定される誘導電動機(40)と比べて、回転速度を速くして運転することもできる。回転速度を速くすると、例えば空調装置において瞬間冷暖房能力を増やすことが可能である。
【００４４】
さらに、インバータで可変速駆動を行う構成にすると、回転速度を速くする一方で一回転あたりの冷媒圧縮量を減らすことにより、圧縮機(1) の小型化を図ることも可能である。特に、回転速度と圧縮機(1) の外径の一般的な関係を図５のグラフに示しているように、一重ケーシング(10)で回転速度が６０（Ｓ−１）の圧縮機を基準にすると、同一回転速度において外径が一重ケーシング(10)の約１．２倍になる二重ケーシング(10)の圧縮機(1) で回転速度を１８０（Ｓ−１）程度あるいはそれ以上にすれば、二重ケーシングの圧縮機(1) であっても、基準とする圧縮機よりも小型化できることが分かる。この点、能力が７００Ｗ付近から５ＫＷ付近までの範囲の圧縮機(1) であれば、概ねこのような傾向にあると考えてよい。
【００４５】
一方、埋込磁石型の回転子(42)を用いていることも、電動機(40)の回転速度の高速化に寄与している。つまり、この種の電動機(40)では、電流位相を誘起電圧より適当に進めて運転することによって、マグネットトルクだけでなくリラクタンストルクも有効に利用することができるため、電動機(40)を高効率で運転することができるとともに、より電流位相を進めた弱め磁束制御を行うことで、高速回転域における運転が可能となる。したがって、埋込磁石型の回転子(42)を用いたことも、上記と同様の理由で圧縮機(1) の小型化に寄与している。
【００４６】
また、この圧縮機(1) は、インバータ駆動であるので加速スピードも調整することが可能である。ここで、上記圧縮機(1) では、内側ケーシング(16)が外側ケーシング(11)の内部に弾性的に保持されているので、例えばインバータ制御を行わない構成において起動時や加速時に大きな振動が発生すると、内側ケーシング(16)が外側ケーシング(11)と接触して音が発生するおそれがある。これに対してインバータにより加速スピードを抑える制御を行うと、内側ケーシング(16)の振動を抑えられるため、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)の接触が生じにくくなり、ケーシング(10)を大型化しなくても上記の振動ないし接触による音の問題を回避できる。
【００４７】
−運転動作−
次に、この回転式圧縮機(1) の運転動作について説明する。
【００４８】
まず、上記電動機(40)では、固定子(41)のコイル(41b) に３相交流電流を流すことによって回転子(42)が回転する。具体的には、インバータにより整流された交流電流を上記コイル(41b) に流すことによって回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石(42b) の作用によって回転子(42)が回転する。
【００４９】
回転子(42)が回転すると、該回転子(42)と一体になった回転軸(43)も回転する。したがって、圧縮機構(30)では、回転ピストン(34)がシリンダ(31)の内周面にほぼ内接する状態を保ちながら所定の周回軌道上を旋回する。このことにより、圧縮室(C) の容積が増減を繰り返し、圧縮機構(30)において冷媒の吸入、圧縮、吐出の各行程が繰り返し行われる。
【００５０】
圧縮機構(30)が動作すると、冷媒は第１吸入管(27a) から一旦吸入空間(S1)に導入され、その後に第２吸入管(27b) を介して圧縮機構(30)へ吸入される。この冷媒は、圧縮室(C) の容積が縮小するのに伴って高圧になる。そして、圧縮室(C) の圧力が内側ケーシング(16)内の圧力よりも所定値以上に大きくなると、圧縮機構(30)の吐出弁(29a) が開口し、冷媒が圧縮室(C) から内側ケーシング(16)内へ流出する。冷媒は、内側ケーシング(16)内に充満した後、吐出管(28)を通って圧縮機(1) の外へ吐出される。
【００５１】
ここで、吸入冷媒は、外側ケーシング(11)内に導入される際にインバータモジュール(50)に向かって吹き付けられる。この吸入冷媒は低温であるため、インバータモジュール(50)は、冷媒により冷却されて運転中の発熱が抑えられる。また、吐出管(28)はインバータモジュール(50)のスリット(51)内を通っているが、該インバータモジュール(50)とは接触していないので、吐出冷媒の熱によってインバータモジュール(50)が加熱されることもない。
【００５２】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、インバータモジュール(50)をケーシング(10)の中に収納しており、ケーシング(10)を鉄やアルミニウムで形成することにより該ケーシング(10)にシールドケースの機能を持たせることができるので、電磁波ノイズ対策が不要となる。また、ケーシング(10)、特に外側ケーシング(11)は、鉄やアルミニウム以外で形成してもよく、要するに金属の導電体で形成しておくと電磁波ノイズ対策は不要となる。したがって、この実施形態によれば、インバータモジュール(50)を専用のシールドケースに入れて圧縮機(1) のケーシング(10)に固定するような構成は必要でなくなり、圧縮機(1) の小型化が可能となる。
【００５３】
また、インバータモジュール(50)を単にケーシングの中に入れただけでなく、その位置を内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)との間の吸入空間(S1)に特定し、しかも第１吸入管(27a) をインバータモジュール(50)の近傍に設けているため、インバータモジュール(50)を外部に設置する際には必要な冷却フィンなどを設けなくても該インバータモジュール(50)を効果的に冷却できる。また、インバータモジュール(50)にスリット(51)を形成し、吐出管(28)がこのスリット(51)内でインバータモジュール(50)と非接触になるようにしているので、例えば１００℃前後の高温になる吐出冷媒によるインバータモジュール(50)の加熱も防止できる。
【００５４】
さらに、インバータの回路基板と回路部品の全体を樹脂成形で覆ったインバータモジュール(50)を用いるようにしているので、該インバータモジュール(50)の絶縁や振動に対する信頼性を高めることができる。また、このようにインバータモジュール(50)の全体を樹脂成形で覆った構成にしたことで、該インバータモジュール(50)をケーシング(10)の金属部分に接近させて配置することができるので、この実施形態のように内側ターミナル(46)に該インバータモジュール(50)を差し込むことで簡単に固定できる構成も実現可能となる。
【００５５】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、第１吸入管(27a) を外側上部鏡板(13)に固定し、インバータモジュール(50)の近傍に配置しているが、該第１吸入管(27a) は、図６に示すように、外側胴部(12)に固定してもよい。この図の例では、第１吸入管(27a) をインバータモジュール(50)に近接させず、内側下部鏡板(19)の近傍に配置している。
【００５７】
このように構成すると、インバータモジュール(50)を冷却する効果は上記実施形態より若干低下するものの、第１吸入管(27a) と第２吸入管(27b) の距離が実施形態よりも近くなる。したがって、圧縮機構(30)に冷媒を効率よく吸入させながら運転を行うことが可能になる。
【００５８】
また、上記実施形態では、ローリングピストン型の回転式圧縮機(1) に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、揺動ピストン型（スイング型）やスクロール型など、その他の形式の回転式圧縮機に適用してもよい。
【００５９】
さらに、上記実施形態では、インバータの回路基板と回路部品とを樹脂成形で覆ったインバータモジュール(50)を内側ターミナル(46)に差し込むことにより、その位置を固定するようにしているが、回路基板や回路部品を樹脂成形で覆わない構成のインバータを用いることも可能である。その場合、例えば、インバータの回路基板を、上記吸入空間(S1)内で、内側ケーシング(16)または外側ケーシング(11)にビス留めなどで固定するように構成することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間に吸入冷媒が満たされる吸入空間(S1)を形成し、内側ケーシング(16)の中に吐出冷媒が充満する吐出空間(S2)を形成しているが、このことも必ずしも要件ではなく、場合によっては変更することが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電動機(40)を可変速で駆動することのできるインバータ(50)を、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間(S1)に配置したことにより、圧縮機(1) の外側ケーシング(11)で電磁波ノイズを遮断できる。したがって、インバータ(50)自体には電磁波ノイズ対策が不要となり、該インバータ(50)をケーシング(10)外に設置する場合に必要な専用のシールドケースが不要となる。このため、二重ケーシング(10)における内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)の間の空間(S1)を有効に利用して、圧縮機(1) の大型化を防止できる。
【００６２】
また、請求項２に記載の発明によれば、インバータ(50)の回路基板と回路部品とを樹脂成形により一体的に覆ったものを用いているため、その絶縁や振動に対する信頼性を高めることができる。したがって、圧縮機(1) へインバータ(50)を固定するための構造を簡単にすることができるので、圧縮機(1) の大型化も防止できる。
【００６３】
また、請求項３に記載の発明によれば、インバータ(50)を内側ターミナル(46)に固定するようにしているので、該インバータ(50)を圧縮機(1) に簡単に装着でき、その固定構造も簡単にすることができる。したがって、圧縮機(1) の大型化をより確実に防止することが可能となる。
【００６４】
また、請求項４に記載の発明によれば、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)の間に配置されたインバータ(50)の周囲を吸入冷媒が流れるので、該インバータ(50)が低温の吸入冷媒によって冷却される。したがって、インバータ(50)を圧縮機(1) の外に設置する従来の構成において用いられていた冷却フィンなどの冷却用の部品が不要になり、圧縮機(1) の大型化をより確実に防止することが可能になる。
【００６５】
また、請求項５に記載の発明によれば、インバータ(50)に、吐出管(28)が非接触で通過するスリット(51)を形成し、吐出冷媒の熱がインバータ(50)に伝達されるのを防止するようにしているので、インバータ(50)をケーシング(10)内に収納する構成において、該インバータ(50)が加熱されてしまうのを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る回転式圧縮機の断面構造図である。
【図２】 図１のII−II線断面図である
【図３】 図１のIII−III線断面図である。
【図４】 図１のIV−IV線断面図である。
【図５】 圧縮機の外径と回転速度との一般的な関係を示すグラフである。
【図６】 実施形態の変形例に係る回転式圧縮機の断面構造図である。
【図７】 従来の回転式圧縮機の断面構造図である。
【符号の説明】
(1) 回転式圧縮機
(10) ケーシング
(11) 外側ケーシング
(16) 内側ケーシング
(20) 弾性保持機構
(27) 吸入管
(27a) 第１吸入管
(27b) 第２吸入管
(28) 吐出管
(30) 圧縮機構
(40) 電動機
(41) 固定子
(42) 回転子
(43) 回転軸
(46) 内側ターミナル
(47) 外側ターミナル
(50) インバータモジュール
(51) スリット
(S1) 吸入空間
(S2) 吐出空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転式圧縮機に関し、特に、外側ケーシングと内側ケーシングとからなる二重ケーシング構造で、かつ圧縮機構と電動機が内側ケーシングの内部に収納された回転式圧縮機に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転式圧縮機は、例えば蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路において冷媒を圧縮するのに用いられている。この回転式圧縮機には、ケーシングが外側ケーシングと内側ケーシングとからなる二重構造に構成され、内側ケーシングの内部に圧縮機構と電動機が収納されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７に示すように、上記圧縮機(1) では、外側ケーシング(11)の内部に内側ケーシング(16)が弾性的に保持されるとともに、内側ケーシング(16)の中に、圧縮機構(30)と、該圧縮機構(30)を駆動する電動機(40)とが収納されている。また、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間には隙間があり、空間(S1)が形成されている。
【０００４】
圧縮機構(30)に冷媒を導入する吸入管(27)は、外側ケーシング(11)を貫通する第１吸入管(27a) と、内側ケーシング(16)を貫通する第２吸入管(27b) とからなり、冷媒は第１吸入管(27a) を介して外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)の間の空間(S1)に導入された後、第２吸入管(27b) を介して圧縮機構(30)に吸入される。また、吐出管(28)は内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)とを貫通しており、圧縮機構(30)からの吐出冷媒は、内側ケーシング(16)内の空間(S2)に充満した後に上記吐出管(28)を通って機外へ吐出される。
【０００５】
ところで、回転式圧縮機(1) においては、電動機(40)の回転数をインバータにより制御して、運転容量を可変にすることがよく行われている。このようにする場合、インバータを、圧縮機(1) の機外に該圧縮機(1) とは別に設置することや、圧縮機(1) のケーシング(11)の外面に固定することなどがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−９６６９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記インバータは、高周波磁束による電磁波ノイズを発生するので、電磁波対策をするには、例えばインバータを専用のケースに収納し、シールドすることが必要になる。しかし、インバータ用のケースを用いると設置スペースが必要になり、これを圧縮機(1) のケーシングに固定する場合は圧縮機自体が大型化してしまう。特に、圧縮機(1) が二重ケーシング構造であると、ケーシングそのものが一重構造のものよりも大きくなりがちであるため、インバータ用のケースを圧縮機に取り付けたときの大型化が問題になる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、二重ケーシング構造の回転式圧縮機をインバータ制御する構成において、圧縮機の大型化を防止できるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二重ケーシング構造の回転式圧縮機において、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間をインバータ(50)の収納空間に利用するとともに、外側ケーシング(11)で電磁波ノイズを遮断するようにしたものである。
【００１０】
具体的に、請求項１に記載の発明は、外側ケーシング(11)と、該外側ケーシング(11)内に弾性的に保持された内側ケーシング(16)とを備え、内側ケーシング(16)内に圧縮機構(30)及び該圧縮機構(30)を駆動する電動機(40)が収納された回転式圧縮機を前提としている。
【００１１】
そして、この回転式圧縮機は、圧縮機構(30)に冷媒を導入する吸入管(27)が、外側ケーシング(11)を貫通する第１吸入管(27a) と、内側ケーシング(16)を貫通する第２吸入管(27b) とからなり、電動機(40)を可変速で駆動するインバータ(50)を備え、該インバータ(50)が、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間に配置されていることを特徴としている。
【００１２】
この請求項１の発明では、電磁波ノイズの発生するインバータ(50)を外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間に配置している。したがって、ケーシングを従来の一般的な圧縮機と同様に鉄やアルミニウムのような金属の導電体で形成しておくだけで、電磁波ノイズ対策が不要となる。このように、電磁波ノイズ対策を行わないインバータ(50)をケーシング内に収納できるため、該インバータ(50)をケーシング外に設置する場合に必要な専用のシールドケースや、その設置スペースが不要となるうえ、該インバータ(50)を圧縮機の外面に固定するよりもケーシングが小さくなる。
【００１３】
また、この請求項１の発明では、圧縮機構(30)への吸入冷媒は、第１吸入管(27a) を通って外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)の間の空間に満たされた後、第２吸入管(27b) を介して圧縮機構(30)に吸入される。つまり、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)の間の空間は吸入冷媒の満たされる低圧の空間になる。そして、上記インバータ(50)がこの低圧空間に位置することになる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転式圧縮機において、インバータ(50)の回路基板と回路部品とが樹脂成形により一体的に覆われていることを特徴としている。上記の樹脂としては、例えばＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、あるいはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）など、冷媒や冷凍機油と反応しないものを用いることが好ましい。
【００１５】
この請求項２の発明では、インバータ(50)の回路基板と回路部品の全体を樹脂成形で覆うことにより、該インバータ(50)をモジュール化している。このため、該インバータ(50)の絶縁や振動に対する信頼性を高めることができるので、該インバータ(50)をケーシングに簡単に装着することが可能となる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の回転式圧縮機において、内側ケーシング(16)に、電動機(40)への配線を接続するターミナル(46)が設けられ、上記ターミナル(46)がインバータ(50)を固定可能に構成されていることを特徴としている。
【００１７】
この請求項３の発明では、インバータ(50)を内側ターミナル(46)に固定できるようにしているので、インバータ(50)を圧縮機に簡単に装着することが可能となる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２または３に記載の回転式圧縮機において、圧縮機構(30)からの冷媒を吐出する吐出管(28)が、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)とを貫通しており、上記第１吸入管(27a) がインバータ(50)の近傍に配置されていることを特徴としている。
【００１９】
この請求項４の発明では、上記インバータ(50)が低圧空間に位置するとともに、該インバータ(50)の近傍には第１吸入管(27a) が配置されているため、吸入冷媒は上記低圧空間に導入されるときにインバータ(50)の周囲に吹き付けられる。したがって、インバータ(50)の周囲を低温の冷媒が流れることになるので、インバータ(50)が該冷媒によって冷却される。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の回転式圧縮機において、吐出管(28)がインバータ(50)の内部を挿通する位置に配置されるとともに、インバータ(50)には吐出管(28)が非接触で挿通するスリット(51)が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
この請求項５の発明では、吐出管(28)をインバータ(50)のスリット(51)に通すようにしたことで該インバータ(50)と吐出管(28)とが非接触になるため、高圧冷媒の熱がインバータ(50)に伝達されるのを防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
本実施形態は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路において圧縮行程を行う回転式圧縮機に関するものである。断面構造図である図１に示すように、この回転式圧縮機(1) は、それぞれが鉄やアルミニウムで形成された外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)とからなる二重構造のケーシング(10)を備えている。上記内側ケーシング(16)内には、圧縮機構(30)と、該圧縮機構(30)を駆動する電動機(40)とが収納されている。
【００２４】
外側ケーシング(11)は、縦長円筒状の外側胴部(12)と、該外側胴部(12)の上端に固定された外側上部鏡板(13)と、外側胴部(12)の下端に固定された外側下部鏡板(14)とを備えている。外側上部鏡板(13)及び外側下部鏡板(14)は、それぞれ、上記外側胴部(12)に溶接により気密に接合されている。また、外側下部鏡板(14)には、この回転式圧縮機(1) を設置するための脚部(15)が一体的に形成されている。
【００２５】
上記内側ケーシング(16)は、縦長円筒状で、かつ上記外側胴部(12)よりも小径で長さの短い内側胴部(17)と、該内側胴部(17)の上端に固定された内側上部鏡板(18)と、内側胴部(17)の下端に固定された内側下部鏡板(19)とを備えている。内側上部鏡板(18)及び内側下部鏡板(19)は、それぞれ、上記内側胴部(17)に溶接により気密に接合されている。
【００２６】
外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間には、後述するように、運転中に吸入冷媒で満たされる空間（以下、吸入空間(S1)という）が区画されている。また、内側ケーシング(16)は、外側ケーシング(11)の中に弾性的に保持されている。このために、外側ケーシング(11)は、外側下部鏡板(14)に、外側胴部(12)の内周面よりも若干径方向内側において、該外側胴部(12)の下端よりも僅かに上方に位置する環状の保持部(25)を有している。この保持部(25)には、内側ケーシング(16)を保持する弾性保持機構(20)が設けられている。弾性保持機構(20)は、上記保持部(25)に固定されたベースプレート(21)と、該ベースプレート(21)上に下端が固定されたコイルバネ(22)と、コイルバネ(22)の上端に固定された保持プレート(23)とから構成されている。保持プレート(23)は、円形のプレートをプレス加工して成形したものであり、平板状の周縁部がコイルバネ(22)に固定される一方、中央部が内側下部鏡板(19)に沿う曲面形状に形成されて該内側下部鏡板(19)に固定されている。なお、弾性保持機構(20)は、上記コイルバネ(22)の代わりにゴムや板バネを用いた構成にしてもよい。
【００２７】
圧縮機構(30)に冷媒を導入する吸入管(27)は、外側上部鏡板(13)に固定された第１吸入管(27a) と、内側胴部(17)に固定された第２吸入管(27b) とから構成されている。そして、冷媒は、第１吸入管(27a) から吸入空間(S1)に流入し、さらに第２吸入管(27b) を通って内側ケーシング(16)内の圧縮機構(30)に吸入される。一方、冷媒の吐出管(28)は内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)とを貫通している。この吐出管(28)は、圧縮機構(30)から吐出されて内側ケーシング(16)内の空間（以下、吐出空間(S2)という）に充満する吐出冷媒を機外へ案内する通路を構成している。吐出管(28)は、中間部が螺旋状に形成されており、この螺旋状の部分において、内側ケーシング(16)の振動を許容するようになっている。
【００２８】
上記電動機(40)には、ブラシレスＤＣモータが用いられている。上記電動機(40)は、図１と、図１のII−II線断面図である図２に示すように、内側胴部(17)における上端寄りの位置に固定された筒状の固定子(41)と、該固定子(41)内に回転可能に装着された回転子(42)と、該回転子(42)に回転中心において連結された回転軸(43)とから構成されている。固定子(41)は、プレス加工により打ち抜かれた電磁鋼板を積層した固定子鉄心(41a) と、該固定子鉄心(41a) に装着されたコイル(41b) とから構成されている。一方、回転子(42)は、プレス加工により打ち抜かれた電磁鋼板を積層した回転子鉄心(42a) と、該回転子鉄心(42a) の中に埋設された永久磁石(42b) とから構成されている。
【００２９】
上記電動機(40)の固定子(41)には、コイル(41b) の巻線方式として、集中巻（直巻）方式が採用されている。図の例では、固定子鉄心(41a) に６本のティース(T) が等間隔で設けられ、それぞれにコイル(41b) が個別に巻き付けられている。この固定子(41)は３相巻線構造であり、かつ、同相のコイル(41b) 同士が対向するように配置されている。また、回転子(42)には、４枚の永久磁石(42b) が等間隔で埋め込まれている。なお、回転子(42)には、各磁石(42b) の両端から径方向外側へのびる磁気バリア空間(B) が形成されている。
【００３０】
上記圧縮機構(30)は、ローリングピストン式の圧縮機構である。この圧縮機構(30)は、シリンダ(31)と、フロントヘッド(32)と、リヤヘッド(33)と、回転ピストン(34)とを備え、シリンダ(31)が内側ケーシング(16)内の下部側位置に固定されている。シリンダ(31)は厚肉の円筒状に形成され、電動機(40)と同一の中心線上に配置されている。シリンダ(31)、フロントヘッド(32)及びリヤヘッド(33)は、図示しないボルト等で締結されて一体に組み立てられており、シリンダ(31)の上端面にフロントヘッド(32)が、下端面にリヤヘッド(33)が設けられている。そして、シリンダ(31)の内周面と、フロントヘッド(32)の下端面と、リヤヘッド(33)の上端面との間に、円環状の圧縮室(C) が区画形成されている。
【００３１】
上記電動機(40)の回転軸(43)は、内側ケーシング(16)の中心線上で圧縮室(C) を上下方向に貫通している。この回転軸(43)を支持するため、フロントヘッド(32)とリヤヘッド(33)には、それぞれ滑り軸受けの装着された軸受部(32a,32b) が形成されている。
【００３２】
回転軸(43)は、圧縮室(C) の中に位置する部分が、該回転軸(43)の回転中心から所定量偏心し、その上下の部分よりも大径の偏心部(43a) に構成されている。この偏心部(43a) に、上記圧縮機構(30)の回転ピストン(34)が固定されている。回転ピストン(34)は円環状で、運転中に、その外周面が実質的にシリンダ(31)の内周面と一点で接触する（実際には僅かなクリアランスが設けられている）ように形成されている。
【００３３】
一方、図１のIII−III線断面図である図３に示すように、上記シリンダ(31)には、該シリンダ(31)の軸方向に貫通するブレード溝(35)が形成され、このブレード溝(35)に、長方形の板状に形成されたブレード(36)が該ブレード溝(35)内を径方向へ摺動可能に装着されている。ブレード(36)は、スプリング(37)によって径方向内方へ付勢されており、先端が上記回転ピストン(34)の外周面に常に圧接した状態を保持しながら、回転軸(43)の回転に伴ってブレード溝(35)内を進退するように構成されている。
【００３４】
上記ブレード(36)は、シリンダ(31)の内周面と回転ピストン(34)の外周面との間の圧縮室(C) を、低圧室(C1)と高圧室(C2)とに区画している。上記第２吸入管(27b) は、内側胴部(17)とシリンダ(31)を径方向に貫通しており、上記吸入空間(S1)と低圧室(C1)とに連通している。一方、フロントヘッド(32)には、図３に仮想線で示すように、図１の上下方向に貫通して吐出空間(S2)と高圧室(C2)とに連通する吐出口(29)が形成されるとともに、該吐出口(29)を開閉する吐出弁(29a) が設けられている。吐出弁(29a) は、圧縮室(C) （高圧室(C2)）内の圧力と吐出空間(S2)内の圧力との圧力差が所定値以上に大きくなると吐出口(29)を開放するように構成されている。したがって、上記圧力差が所定値以上に大きくなると、圧縮室(C) 内の高圧冷媒が、内側ケーシング(16)内の吐出空間(S2)に吐出されてその中に充満した後、上記吐出管(28)を介して機外に流出する。
【００３５】
以上のように、内側ケーシング(16)の内部の吐出空間(S2)は、吐出冷媒で満たされるために高圧となるが、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)の間の吸入空間(S1)は、冷媒回路から圧縮機(1) に戻ってきた吸入冷媒で満たされるため、それよりも低圧（ただし大気圧よりは高圧）となる。したがって、内側ケーシング(16)の内外の圧力差（吸入圧力と吐出圧力との圧力差）及び外側ケーシング(11)の内外の圧力差（大気圧と吸入圧力との圧力差）は、１重ケーシングで内部空間が高圧になる場合の該ケーシングの内外の圧力差（大気圧と吐出圧力との圧力差）よりも小さくなる。そこで、本実施形態では、外側ケーシング(11)及び内側ケーシング(16)の厚さを、一重ケーシングの場合よりも小さくすることが可能である。
【００３６】
一方、上記内側ケーシング(16)には内側ターミナル(46)が固定され、外側ケーシング(11)には外側ターミナル(47)が固定されている。上記電動機(40)は、内側ターミナル(46)に設けられている端子ピンの内側端部にリード線(48a) を介して接続されている。また、上記端子ピンの外側端部には、インバータモジュール(50)が装着されている。インバータモジュール(50)は、回路基板とスイッチング素子などの回路部品とからなる回路部本体を樹脂成形により覆ったものである。
【００３７】
インバータモジュール(50)の外殻となる樹脂素材は、冷媒や冷凍機油と反応しないことが要求されるので、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等を用いるのが好ましい。また、インバータモジュール(50)は、内側ターミナル(46)の端子ピンに差し込むだけでなく、補助的な固定手段を設けて抜け止めをしておくことが好ましい。例えば、内側ターミナル(46)とインバータモジュール(50)の両方に、互いに係合する爪を設けておく構成が考えられる。
【００３８】
このインバータモジュール(50)は、内側ターミナル(46)の端子ピンに差し込むことにより該ターミナル(46)と電気的に導通し、かつ樹脂成形部分から引き出されたリード線(48b) を外側ターミナル(47)に接続することにより、該外側ターミナル(47)と電気的に導通する。外側ターミナル(47)には外部の電源配線が接続されており、電源電圧がインバータモジュール(50)を介して電動機(40)に印加される。
【００３９】
上記インバータモジュール(50)には、図１のIV−IV線断面図である図４に示すように、吐出管(28)の通る部分にスリット(51)が形成されている。このスリット(51)は、吐出管(28)とインバータモジュール(50)とが接触しないように吐出管(28)の直径よりも幅が広く形成されている。これにより、該スリット(51)の内面と吐出管(28)の外面とに隙間が設けられていて、吐出管(28)とインバータモジュール(50)との間での熱伝達が阻止されている。また、上記第１吸入管(27a) は、外側ケーシング(11)の内面側の開口端部がこのインバータモジュール(50)に面するように、該インバータモジュール(50)の近傍に配置されている。
【００４０】
なお、インバータモジュール(50)は、コンバータを含むものであってもよい。インバータモジュール(50)にコンバータを含める場合、３相または単相の交流電源を外側ターミナル(47)に直接接続すればよい。逆にコンバータをインバータモジュール(50)に含めずに圧縮機(1) の外に置く場合は、直流電流を圧縮機(1) に供給することになるので、外側ターミナル(47)の端子ピンは２本にすればよい。
【００４１】
このように、インバータモジュール(50)は、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)の間の吸入空間(S1)に配置されており、該吸入空間(S1)が内側ケーシング(16)内の吐出空間(S2)よりも低圧かつ低温となることから、インバータモジュール(50)の発熱を抑えることができる。また、第１吸入管(27a) をインバータモジュール(50)の近傍に配置して、吸入冷媒をインバータモジュール(50)に吹き付けるようにしているため、インバータモジュール(50)を外部に設置する際には必要な冷却フィンなどを設けなくても該インバータモジュール(50)が効率よく冷却される。
【００４２】
この実施形態では、以上のようにインバータを用いた運転制御を行うようにしているので、ＰＷＭ制御（パルス幅制御）においてスイッチングパルスのパルス幅を変えることによって電動機(40)の運転周波数を可変にすることが可能である。このため、電動機(40)の回転速度を所定の範囲内で自由に選択し、運転することができる。したがって、圧縮機(1) の運転容量制御が可能となる。
【００４３】
また、インバータによる可変速駆動を行うようにしているので、上記電動機(40)は、回転速度が５０（Ｓ−１）または６０（Ｓ−１）付近に固定される誘導電動機(40)と比べて、回転速度を速くして運転することもできる。回転速度を速くすると、例えば空調装置において瞬間冷暖房能力を増やすことが可能である。
【００４４】
さらに、インバータで可変速駆動を行う構成にすると、回転速度を速くする一方で一回転あたりの冷媒圧縮量を減らすことにより、圧縮機(1) の小型化を図ることも可能である。特に、回転速度と圧縮機(1) の外径の一般的な関係を図５のグラフに示しているように、一重ケーシング(10)で回転速度が６０（Ｓ−１）の圧縮機を基準にすると、同一回転速度において外径が一重ケーシング(10)の約１．２倍になる二重ケーシング(10)の圧縮機(1) で回転速度を１８０（Ｓ−１）程度あるいはそれ以上にすれば、二重ケーシングの圧縮機(1) であっても、基準とする圧縮機よりも小型化できることが分かる。この点、能力が７００Ｗ付近から５ＫＷ付近までの範囲の圧縮機(1) であれば、概ねこのような傾向にあると考えてよい。
【００４５】
一方、埋込磁石型の回転子(42)を用いていることも、電動機(40)の回転速度の高速化に寄与している。つまり、この種の電動機(40)では、電流位相を誘起電圧より適当に進めて運転することによって、マグネットトルクだけでなくリラクタンストルクも有効に利用することができるため、電動機(40)を高効率で運転することができるとともに、より電流位相を進めた弱め磁束制御を行うことで、高速回転域における運転が可能となる。したがって、埋込磁石型の回転子(42)を用いたことも、上記と同様の理由で圧縮機(1) の小型化に寄与している。
【００４６】
また、この圧縮機(1) は、インバータ駆動であるので加速スピードも調整することが可能である。ここで、上記圧縮機(1) では、内側ケーシング(16)が外側ケーシング(11)の内部に弾性的に保持されているので、例えばインバータ制御を行わない構成において起動時や加速時に大きな振動が発生すると、内側ケーシング(16)が外側ケーシング(11)と接触して音が発生するおそれがある。これに対してインバータにより加速スピードを抑える制御を行うと、内側ケーシング(16)の振動を抑えられるため、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)の接触が生じにくくなり、ケーシング(10)を大型化しなくても上記の振動ないし接触による音の問題を回避できる。
【００４７】
−運転動作−
次に、この回転式圧縮機(1) の運転動作について説明する。
【００４８】
まず、上記電動機(40)では、固定子(41)のコイル(41b) に３相交流電流を流すことによって回転子(42)が回転する。具体的には、インバータにより整流された交流電流を上記コイル(41b) に流すことによって回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石(42b) の作用によって回転子(42)が回転する。
【００４９】
回転子(42)が回転すると、該回転子(42)と一体になった回転軸(43)も回転する。したがって、圧縮機構(30)では、回転ピストン(34)がシリンダ(31)の内周面にほぼ内接する状態を保ちながら所定の周回軌道上を旋回する。このことにより、圧縮室(C) の容積が増減を繰り返し、圧縮機構(30)において冷媒の吸入、圧縮、吐出の各行程が繰り返し行われる。
【００５０】
圧縮機構(30)が動作すると、冷媒は第１吸入管(27a) から一旦吸入空間(S1)に導入され、その後に第２吸入管(27b) を介して圧縮機構(30)へ吸入される。この冷媒は、圧縮室(C) の容積が縮小するのに伴って高圧になる。そして、圧縮室(C) の圧力が内側ケーシング(16)内の圧力よりも所定値以上に大きくなると、圧縮機構(30)の吐出弁(29a) が開口し、冷媒が圧縮室(C) から内側ケーシング(16)内へ流出する。冷媒は、内側ケーシング(16)内に充満した後、吐出管(28)を通って圧縮機(1) の外へ吐出される。
【００５１】
ここで、吸入冷媒は、外側ケーシング(11)内に導入される際にインバータモジュール(50)に向かって吹き付けられる。この吸入冷媒は低温であるため、インバータモジュール(50)は、冷媒により冷却されて運転中の発熱が抑えられる。また、吐出管(28)はインバータモジュール(50)のスリット(51)内を通っているが、該インバータモジュール(50)とは接触していないので、吐出冷媒の熱によってインバータモジュール(50)が加熱されることもない。
【００５２】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、インバータモジュール(50)をケーシング(10)の中に収納しており、ケーシング(10)を鉄やアルミニウムで形成することにより該ケーシング(10)にシールドケースの機能を持たせることができるので、電磁波ノイズ対策が不要となる。また、ケーシング(10)、特に外側ケーシング(11)は、鉄やアルミニウム以外で形成してもよく、要するに金属の導電体で形成しておくと電磁波ノイズ対策は不要となる。したがって、この実施形態によれば、インバータモジュール(50)を専用のシールドケースに入れて圧縮機(1) のケーシング(10)に固定するような構成は必要でなくなり、圧縮機(1) の小型化が可能となる。
【００５３】
また、インバータモジュール(50)を単にケーシングの中に入れただけでなく、その位置を内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)との間の吸入空間(S1)に特定し、しかも第１吸入管(27a) をインバータモジュール(50)の近傍に設けているため、インバータモジュール(50)を外部に設置する際には必要な冷却フィンなどを設けなくても該インバータモジュール(50)を効果的に冷却できる。また、インバータモジュール(50)にスリット(51)を形成し、吐出管(28)がこのスリット(51)内でインバータモジュール(50)と非接触になるようにしているので、例えば１００℃前後の高温になる吐出冷媒によるインバータモジュール(50)の加熱も防止できる。
【００５４】
さらに、インバータの回路基板と回路部品の全体を樹脂成形で覆ったインバータモジュール(50)を用いるようにしているので、該インバータモジュール(50)の絶縁や振動に対する信頼性を高めることができる。また、このようにインバータモジュール(50)の全体を樹脂成形で覆った構成にしたことで、該インバータモジュール(50)をケーシング(10)の金属部分に接近させて配置することができるので、この実施形態のように内側ターミナル(46)に該インバータモジュール(50)を差し込むことで簡単に固定できる構成も実現可能となる。
【００５５】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、第１吸入管(27a) を外側上部鏡板(13)に固定し、インバータモジュール(50)の近傍に配置しているが、該第１吸入管(27a) は、図６に示すように、外側胴部(12)に固定してもよい。この図の例では、第１吸入管(27a) をインバータモジュール(50)に近接させず、内側下部鏡板(19)の近傍に配置している。
【００５７】
このように構成すると、インバータモジュール(50)を冷却する効果は上記実施形態より若干低下するものの、第１吸入管(27a) と第２吸入管(27b) の距離が実施形態よりも近くなる。したがって、圧縮機構(30)に冷媒を効率よく吸入させながら運転を行うことが可能になる。
【００５８】
また、上記実施形態では、ローリングピストン型の回転式圧縮機(1) に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、揺動ピストン型（スイング型）やスクロール型など、その他の形式の回転式圧縮機に適用してもよい。
【００５９】
さらに、上記実施形態では、インバータの回路基板と回路部品とを樹脂成形で覆ったインバータモジュール(50)を内側ターミナル(46)に差し込むことにより、その位置を固定するようにしているが、回路基板や回路部品を樹脂成形で覆わない構成のインバータを用いることも可能である。その場合、例えば、インバータの回路基板を、上記吸入空間(S1)内で、内側ケーシング(16)または外側ケーシング(11)にビス留めなどで固定するように構成することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間に吸入冷媒が満たされる吸入空間(S1)を形成し、内側ケーシング(16)の中に吐出冷媒が充満する吐出空間(S2)を形成しているが、このことも必ずしも要件ではなく、場合によっては変更することが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電動機(40)を可変速で駆動することのできるインバータ(50)を、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間(S1)に配置したことにより、圧縮機(1) の外側ケーシング(11)で電磁波ノイズを遮断できる。したがって、インバータ(50)自体には電磁波ノイズ対策が不要となり、該インバータ(50)をケーシング(10)外に設置する場合に必要な専用のシールドケースが不要となる。このため、二重ケーシング(10)における内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)の間の空間(S1)を有効に利用して、圧縮機(1) の大型化を防止できる。
【００６２】
また、請求項２に記載の発明によれば、インバータ(50)の回路基板と回路部品とを樹脂成形により一体的に覆ったものを用いているため、その絶縁や振動に対する信頼性を高めることができる。したがって、圧縮機(1) へインバータ(50)を固定するための構造を簡単にすることができるので、圧縮機(1) の大型化も防止できる。
【００６３】
また、請求項３に記載の発明によれば、インバータ(50)を内側ターミナル(46)に固定するようにしているので、該インバータ(50)を圧縮機(1) に簡単に装着でき、その固定構造も簡単にすることができる。したがって、圧縮機(1) の大型化をより確実に防止することが可能となる。
【００６４】
また、請求項４に記載の発明によれば、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)の間に配置されたインバータ(50)の周囲を吸入冷媒が流れるので、該インバータ(50)が低温の吸入冷媒によって冷却される。したがって、インバータ(50)を圧縮機(1) の外に設置する従来の構成において用いられていた冷却フィンなどの冷却用の部品が不要になり、圧縮機(1) の大型化をより確実に防止することが可能になる。
【００６５】
また、請求項５に記載の発明によれば、インバータ(50)に、吐出管(28)が非接触で通過するスリット(51)を形成し、吐出冷媒の熱がインバータ(50)に伝達されるのを防止するようにしているので、インバータ(50)をケーシング(10)内に収納する構成において、該インバータ(50)が加熱されてしまうのを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る回転式圧縮機の断面構造図である。
【図２】 図１のII−II線断面図である
【図３】 図１のIII−III線断面図である。
【図４】 図１のIV−IV線断面図である。
【図５】 圧縮機の外径と回転速度との一般的な関係を示すグラフである。
【図６】 実施形態の変形例に係る回転式圧縮機の断面構造図である。
【図７】 従来の回転式圧縮機の断面構造図である。
【符号の説明】
(1) 回転式圧縮機
(10) ケーシング
(11) 外側ケーシング
(16) 内側ケーシング
(20) 弾性保持機構
(27) 吸入管
(27a) 第１吸入管
(27b) 第２吸入管
(28) 吐出管
(30) 圧縮機構
(40) 電動機
(41) 固定子
(42) 回転子
(43) 回転軸
(46) 内側ターミナル
(47) 外側ターミナル
(50) インバータモジュール
(51) スリット
(S1) 吸入空間
(S2) 吐出空間
Claims (5)
- 外側ケーシング(11)と、該外側ケーシング(11)内に弾性的に保持された内側ケーシング(16)とを備え、内側ケーシング(16)内に圧縮機構(30)及び該圧縮機構(30)を駆動する電動機(40)が収納された回転式圧縮機であって、
圧縮機構(30)に冷媒を導入する吸入管(27)が、外側ケーシング(11)を貫通する第１吸入管(27a) と、内側ケーシング(16)を貫通する第２吸入管(27b) とからなり、
電動機(40)を可変速で駆動するインバータ(50)を備え、
該インバータ(50)が、外側ケーシング(11)と内側ケーシング(16)との間の空間に配置されていることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項１に記載の回転式圧縮機において、
インバータ(50)は、回路基板と回路部品とが樹脂成形により一体的に覆われていることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項１または２に記載の回転式圧縮機において、
内側ケーシング(16)に、電動機(40)への配線を接続するターミナル(46)が設けられ、
上記ターミナル(46)にインバータ(50)を固定可能に構成されていることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項１，２または３に記載の回転式圧縮機において、
圧縮機構(30)からの冷媒を吐出する吐出管(28)が、内側ケーシング(16)と外側ケーシング(11)とを貫通しており、
上記第１吸入管(27a) がインバータ(50)の近傍に配置されていることを特徴とする回転式圧縮機。 - 請求項４に記載の回転式圧縮機において、
吐出管(28)がインバータ(50)の内部を挿通する位置に配置されるとともに、
インバータ(50)には、吐出管(28)が非接触で挿通するスリット(51)が形成されていることを特徴とする回転式圧縮機。
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