JP4529241B2

JP4529241B2 - 電動圧縮機

Info

Publication number: JP4529241B2
Application number: JP2000184186A
Authority: JP
Inventors: 輝雄田村; 辰幸飯塚; 健治佐々木; 文利 ▲さい▼藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: JP2001073948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍冷蔵機器や空調機器等に使用される電動圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術について図７の往復動式電動圧縮機を用いて説明する。
【０００３】
図７において、１は電動圧縮機の密閉容器で、内部下方に設けた圧縮機構部２と、この圧縮機構部２の上方に設けた電動機部３とを備えている。４は電動機部３の回転子１４に取付けられた軸で、クランク部４ａを備えている。
【０００４】
５は鉄系材料の鋳物からなるシリンダブロックで、前記軸４が挿入される軸受部６と、この軸受部６とほぼ直角に形成されたシリンダ７とが形成されている。
【０００５】
９はシリンダ７内を摺動するピストンで、圧縮室１０を形成し前記クランク部４ａとコネクティングロッド８を介して連結されている。１１は前記クランク部４ａの先端に取付けられた給油管で、密閉容器１の底部に貯溜する潤滑油１２を圧縮機構部２や軸４に給油して摺動部の潤滑をスムースにさせている。
【０００６】
前記電動機部３は、積層電磁鋼板よりなる固定子鉄心に巻線を巻装した固定子１３と、積層電磁鋼板よりなる回転子鉄心１５に２次導体を設けてなる回転子１４とから構成される２極の誘導電動機である。
【０００７】
また、回転子鉄心１５の圧縮機構部２に対向する側の端部にはボア部１６が設けられており、軸受部６がボア部１６の内側まで延在している。
【０００８】
以上のように構成された従来の往復動型電動圧縮機の動作について説明する。
【０００９】
回転子１４の回転に伴い、軸４のクランク部４ａに連結されたコネクティングロッド８を介してピストン９が往復動し、圧縮室１０内の冷媒ガスを圧縮して吐出管（図示せず）を通じて冷凍冷蔵機器や空調機器等のシステムに向けて吐出される。
【００１０】
ここで圧縮機構部２の軸受部６、シリンダ７，コネクティングロッド８およびピストン９等の各摺動部への給油は、軸４の下端に装着された給油管１１が回転してそのポンプ作用により潤滑油１２を汲み上げて給油する構成となっている。
【００１１】
近年省エネルギーや小型化の観点から冷凍冷蔵機器や空調機器の消費電力量の低減や高さ方向を小さくするための検討が盛んに行われ、小型化については、回転子をできるだけ圧縮機構部に近づけているためボア部に軸受の一部を延在させて回転子の回転振れを抑制するとともに、電動圧縮機の全高を低くしている。
【００１２】
しかし、冷凍システムの中で最も大きな消費電力を占める電動機の高効率化という点において要望を満すまでに到っていなかった。
【００１３】
従来電動圧縮機に使用されてきた２極の誘導電動機についても低鉄損の電磁鋼板の採用やコア形状の最適化、あるいは使用材料の増量等様々な高効率化の検討がなされてきた。しかしながら、誘導電動機はトルクを発生して負荷を回転させるための電力のほかに、磁気回路を形成するための励磁電力が必要であるため、電動機の効率は飽和傾向にあり、さらに大幅に効率を向上させることは困難な状況にある。
【００１４】
そこで、電動機のさらなる高効率化の手段として、回転子に永久磁石を内蔵することにより、励磁電力が不要となり高い効率が得られる２極の自己始動形永久磁石式同期電動機を電動圧縮機に適用することに着目した。
【００１５】
この自己始動形永久磁石式同期電動機の一実施例について図８および図９を用いて説明する。
【００１６】
なお、電動圧縮機としては電動機部が異なるだけなので、この点について説明する。
【００１７】
１７は同期電動機の回転子で、電磁鋼板が積層された回転子鉄心１８と、この回転子鉄心１８に軸４を嵌合する軸孔１９とからなっている。２０は回転子鉄心１８の軸方向の端部に設けたボア部であり、図示しないがシリンダブロック５の軸受部６の一部が延在している。２０ａはボア部２０のボア径である。
【００１８】
そして回転子１７に２個の平板形で同極性の永久磁石２１を突き合わせ角度αで山形状に挿入配置して回転子磁極の一つの極を形成し、回転子全体で２極の回転子磁極を形成している。ここで、永久磁石２１の幅寸法をＰとする。
【００１９】
また、回転子鉄心１８に設けた多数の導体バー２２と、回転子鉄心１８の軸方向の両端に位置する短絡環２３とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成している。
【００２０】
２４は永久磁石２１が脱落するのを防止する保護用の非磁性体からなる端板である。また、２５は隣り合う永久磁石間の磁束短絡を防止するための磁束短絡防止用バリアであり、前記始動用かご形導体とアルミダイカストで同時成型されている。
【００２１】
図９を参考に、永久磁石２１の磁束の流れを矢印の線で概念的に説明すると、各永久磁石２１の内側を流れる磁束の流れは、上部２個の永久磁石２１から出る磁束は回転子鉄心１８の中央部を集中して通り図中下部に示す２個の永久磁石２１に吸い込まれるが、ボア径２０ａの外周付近の回転子鉄心１８ａを通る磁束の磁束密度は、非常に高くなる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の誘導電動機に変えて自己始動形永久磁石式同期電動機を用いることが考えられるが、ボア部２０の内側に鉄系材料の軸受部６が位置するため、励磁されたボア部２０の内周と軸受部６との間に磁気吸引力が働いて、電動機の発生トルクを低下させるロストルクが生じるとともに、永久磁石２１の磁束が軸受部６側に流れて鉄損（特に渦電流損）が発生する。このロストルクと鉄損（特に渦電流損）を補って運転を続けるために電動機として、その見合い分の余分な電力を投入する必要があり、効率向上を阻害する要因となってくる。
【００２３】
本発明は上記課題に鑑み、軸受部での磁気吸引力によるロストルクと鉄損（特に渦電流損）を少なくした高効率の電動圧縮機を提供することを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は２極の永久磁石型電動機を搭載した電動圧縮機の圧縮機構部の軸受部を非磁性材料とし回転子鉄心のボア部の内側にこの一部を延在したものである。
【００２５】
また、本発明は圧縮機構部の軸受部が回転子鉄心のボア部の内側に延在する部分を非磁性材料としたものである。
【００２６】
また、回転子鉄心と軸受部の各端面が縦断面において重なり合わないことを特徴とする。
【００２７】
また、２極の永久磁石型電動機が、回転子鉄心の外周に始動用かご形導体の多数の導体バーを有し、その内側に複数個の永久磁石を埋設してなる回転子を備えた自己始動形永久磁石式同期電動機とするものである。
【００２８】
さらに、永久磁石を希土類磁石で形成するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に収納され、かつ軸受部を備えた圧縮機構部と、前記圧縮機構部に連結して駆動する電動機部とからなり、前記電動機部が回転子の回転子鉄心に永久磁石を内蔵した２極の永久磁石型電動機であって、前記回転子鉄心の前記圧縮機構部に対向する側の端部にボア部を設け、前記軸受部は、前記電動機部側の軸受部と前記圧縮機構部側の軸受部との２部材から構成されるものとし、前記電動機部側の軸受部は非磁性材料で構成されるとともに、前記回転子鉄心のボア部の内側に延在して配置され、前記圧縮機構部側の軸受部は鉄系材料で構成されることを特徴とするもので、ボア部の内周と軸受部との間には磁気吸引力が働かないのでロストルクが生じず、また、永久磁石の磁束による軸受部内での鉄損の内、渦電流損の発生を防ぐことができるとともに、前記軸受部を前記ボア部の内側に延在する部分以外は安価な鉄系材料とすることができ、且つ前記圧縮機構部のシリンダブロックと一体的に形成することが可能となるので、高効率で安価な電動圧縮機を提供することができるという作用を有する。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、２極の永久磁石型電動機が、回転子鉄心の外周に始動用かご形導体の多数の導体バーを有し、その内側に複数個の永久磁石を埋設してなる回転子を備えた自己始動形永久磁石式同期電動機である。
【００３１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、永久磁石を希土類磁石で形成したものであり、希土類磁石は強い磁力を得ることができるので、電動機の小型軽量化ひいては電動圧縮機の小型軽量化を図ることができるという作用を有する。
【００３２】
以下本発明の一実施例を示す電動圧縮機の参考例および実施の形態を説明する。
【００３３】
（参考例１）
図１から図２を用いて説明する。図１は２極の自己始動形永久磁石式同期電動機を用いた圧縮機の縦断面図、図２は図１の回転子のボア部を横切る断面図である。
【００３４】
図において、５１は電動圧縮機の密閉容器で、内部下方に設けた圧縮機構部５２と、この圧縮機構部５２の上方に設けた自己始動形永久磁石式の同期電動機５３とを備えている。５４は同期電動機５３の回転子５５に取付けられた軸でクランク部５６を備えている。
【００３５】
前記圧縮機構部５２は前記軸５４が挿入される非磁性材であるアルミダイカストからなる軸受部５７と、ピストン５８が摺動するシリンダ５９を備えた鉄系材料の鋳物からなるシリンダブロック６０とからなり、ピストン５８を前記クランク部５６にコネクティングロッド６１で取付けて、シリンダ５９内に圧縮室６２を形成させている。
【００３６】
そして、軸受部５７とシリンダブロック６０とはボルトＢにて取付けられている。このシリンダ５９の先端には吐出弁や吸込弁（ともに図示せず）を有した弁室６３が取付けられている。
【００３７】
６４は弁室６３の吸込弁側に取付けられたサクションマフラーである。
【００３８】
６５は前記クランク部５６の先端に取付けられた給油管で、容閉容器５１の底部に貯溜する潤滑油６６を圧縮機構部５２の摺動部に導いて、潤滑をスムースにさせている。
【００３９】
また、前記同期電動機５３は、積厚Ｌ１の積層電磁鋼板よりなる固定鉄心に巻線を巻装した固定子６７と、積層電磁鋼板よりなる回転子鉄心６８とからなる回転子５５とから構成されている。この回転子５５の圧縮機構部５２側にはボア部６９が形成されており、このボア部６９内へ前記軸受部５７の一部が延在している。
【００４０】
７０ａは２個の平板形の希土類磁石であるネオジウム・鉄・ボロン系の強磁性体からなる永久磁石で、同極性の永久磁石を突き合わせ角度α’で山形状に突き合せるように挿入配置して回転子鉄心６８の軸方向に埋設されており、２個の永久磁石で１極の回転子磁極を形成し、回転子５５全体で２極の回転子磁極を形成している。なお、永久磁石の幅寸法はＰ’に設定されている。
【００４１】
ここで、永久磁石の着磁方法であるが、回転子鉄心６８へ挿入前に着磁しても挿入後に着磁してもよいが、作業性を考えると永久磁石となる磁性体を挿入固定後に着磁作業をする方がよい。
【００４２】
また、同極性の永久磁石２個を山形状に配置して１極の回転子磁極を形成しているが、弓状の１個の永久磁石で１極の回転子磁極を形成してもよい。
【００４３】
そして、回転子鉄心６８に設けた多数の導体バー７１と、回転子鉄心６８の軸方向の両端に位置する短絡環７２とをアルミダイカストで一体に成型して始動用かご形導体を形成している。７３は永久磁石７０ａ，７０ｂが脱落するのを防止する保護用の非磁性の端板である。
【００４４】
７４は隣り合う永久磁石間の磁束短絡を防止するための磁石短絡防止用バリアでスロット状の孔からなり前記始動用かご形導体とアルミダイカストの同時成型で、この孔内にもアルミダイカストが充填されている。
【００４５】
次に永久磁石７０ａ，７０ｂの磁束の流れを図２の矢印線で概念的に説明すると、上部２個の永久磁石７０ａから出た磁束はボア部６９の外周に近い回転子鉄心６８を集中的に通って下部の２個の永久磁石７０ｂに吸い込まれていく。
【００４６】
このとき、回転子鉄心６８は部分的に狭い磁路が形成されているので、磁束密度が非常に高い値となるが、ボア部６９の内側に延在する軸受部５７が非磁性材料のアルミダイカストから形成されているため、ボア部６９の内周と軸受部５７との間には磁気吸引力が働かないのでロストルクは生じない。また、軸受部は磁束を吸引しないので磁束が軸受部５７に流れ込んで軸受部５７内で鉄損（特に渦電流損）を生じるといったロスは発生しない。
【００４７】
従って、電動圧縮機は電動機の高い効率を反映させることができ、高効率の電動圧縮機を提供することができる。
【００４８】
また、図１では軸受部５７をシリンダブロック６０にボルト固定した構成としたが、図３に示すように軸受部５７をシリンダブロック６０に焼嵌め固定または圧入固定してもよい。
【００４９】
（実施の形態１）
図４を用いて説明するが参考例１で説明した構成と同じ構成には同一番号を付与してその詳細な説明を省略する。
【００５０】
７５は軸５４が挿入されるアルミダイカスト等の非磁性材料からなる軸受部である。７６は鉄系材料の鋳物からなるシリンダブロックで、前記軸５４が挿入される軸受部７７と、軸５４のクランク部５６にコネクティングロッド６１にて取付けられたピストン５８を摺動させて圧縮室６２を形成するシリンダ５９とを有している。そして軸受部７５はボア部６９内へ延在し、ボア部６９外でシリンダブロック７６の軸受部７７と嵌合連結されている。
【００５１】
このことにより、ボア部６９の内周と軸受部との間には磁気吸引力が働かないのでロストルクが生じず、軸受部７５内で渦電流損を生じることがなく、高効率の電動圧縮機を実現することができる。
【００５２】
なお軸受部７５はアルミ系材料を使用する例を述べたが、銅系やセラミック材料の軸受等他の非磁性材料で形成してもよい。
【００５３】
また軸受部７５のみを非磁性材料とすれば良いから軸受部７７とシリンダブロック７６とを安価な鉄系材料で一体形成することができるので、高効率で安価な電動圧縮機を提供することができる。
【００５４】
（参考例２）
図５および図６を用いて説明する。
【００５５】
図５は本参考例２の電動圧縮機の縦断面図であり、図６は図５の要部拡大横断面図である。
【００５６】
図において、１０１は電動圧縮機の密閉容器で、内部下方に設けた圧縮機構部１０２と、この圧縮機構部１０２の上方に設けた自己始動形永久磁石式の同期電動機１０３とを備えている。１０４は同期電動機１０３の回転子１０５に取付けられた軸で、クランク部１０６を備えている。
【００５７】
１０７は鉄系材料の鋳物で形成された軸受部で、ピストン２０８が摺動するシリンダ１０９を備えたシリンダブロック２００と一体に形成されている。前記ピストン２０２は前記クランク部１０６にコネクティングロッド２０１を介して取付けて、シリンダ２００内に圧縮室２０２を形成させている。
【００５８】
そして、シリンダ２００の先端には吐出弁や吸込弁（ともに図示せず）を有した弁室２０３が取付けられている。
【００５９】
２０４は弁室２０３の吸込弁側に取付けられたサクションマフラーである。
【００６０】
２０５は前記クランク部１０６の先端に取付けられた給油管で、容閉容器１０１の底部に貯溜する潤滑油２０６を圧縮機構部１０２の摺動部に導いて、潤滑をスムースにさせている。
【００６１】
また、前記同期電動機１０３は、積厚Ｌ２の積層電磁鋼板よりなる固定鉄心に巻線を巻装した固定子２０７と、積層電磁鋼板よりなる回転子鉄心１０８とからなる回転子１０５とから構成されている。
【００６２】
また、回転子１０５には、ボア部が設けられておらず、軸受部１０７の電動機部側端面１０７ａは、回転子鉄心１０８の端面から離れており、前記回転子鉄心と軸受部の各端面１０８ａ、１０７ａが縦断面の投影線において重なり合わないように配置している。
【００６３】
３００ａ、３００ｂは２個の平板形の希土類磁石であるネオジウム・鉄・ボロン系の強磁性体の永久磁石で、同極性の永久磁石を突き合わせ角度βで山形状に突き合せるように挿入配置して回転子鉄心１０８の軸方向に埋設されており、２個の永久磁石で１極の回転子磁極を形成し、回転子１０５全体で２極の回転子磁極を形成している。なお、永久磁石の幅寸法はＱに設定されている。
【００６４】
ここで、永久磁石の着磁方法であるが、回転子鉄心１０８へ挿入前に着磁しても挿入後に着磁してもよいが、作業性を考えると永久磁石となる磁性体の挿入固定後に着磁作業をするほうがよい。
【００６５】
また、同極性の永久磁石２個を山形状に配置して１極の回転子磁極を形成しているが、弓状の１個の永久磁石で１極の回転子磁極を形成してもよい。
【００６６】
そして、回転子鉄心１０８に設けた多数の導体バー３０１と、回転子鉄心１０５の軸方向の両端に位置する短絡環３０２とをアルミダイカストで一体に成型して始動用かご形導体を形成している。３０３は永久磁石３００ａ，３００ｂが脱落するのを防止する保護用の非磁性の端板である。
【００６７】
３０４は隣り合う永久磁石間の磁束短絡を防止するための磁石短絡防止用バリアでスロット状の孔からなり前記始動用かご形導体とアルミダイカストの同時成型で、この孔内にもアルミが充填されている。
【００６８】
なお、実施の形態１，２と比較するとＬ２＜Ｌ１、β＞α’、Ｑ＞Ｐ’という関係である。
【００６９】
したがって、回転子１０５から取り出させる永久磁石による磁束量は、磁石の幅と軸方向の長さの積、すなわち磁石の磁極面積にほぼ比例して得られると考えてよい。
【００７０】
このことから、本実施例においては、永久磁石の突き合せ角度をα’からβに拡げ、永久磁石の幅寸法をＰ’からＱに拡大することによって、永久磁石の軸方向の長さを短縮することができ、回転子鉄心１０８の積層電磁鋼板の積厚を低減することができる。
【００７１】
一方、固定子２０７の積層電磁鋼板の積厚は固定子鉄心の磁路を拡大することによりＬ１からＬ２に低減することができ、回転子鉄心１０８の積厚に対応させることができる。
【００７２】
このことにより、参考例１、実施の形態１におけるボア部６９の積厚分だけ低減してボア部が無くとも圧縮機としての高さ方向の寸法を低減できる。また、軸受部１０７は鉄系材料であってもその端面１０７ａを回転子鉄心１０８の端面から離れた位置になるようにすることにより、磁気吸引力によるロストルクや軸受部１０７内における渦電流損の発生は回転子鉄心１０８の端面からの漏れ磁束によるものであるが、ボア部内に延在する鉄系材料の軸受部の場合に比べて極めて微少であり無視することができる。
【００７３】
したがって、軸受部１０７は安価な鉄系材料の鋳物でシリンダブロック２００と一体的に形成でき、かつ回転子にボア部が無いので回転子の製造が容易となり圧縮機の高さ寸法を増大させることなく、高効率で安価な圧縮機が提供できる。
【００７４】
尚、実施の形態１および参考例１、２において、自己始動形永久磁石式同期電動機を参考に説明したが、２極の直流ブラシレス電動機においても、回転子の導体バー７１と短絡環７２（すなわち、始動用のかご形導体）がないだけで、回転子に永久磁石が埋設されている点で共通しており、永久磁石とボア部、軸受部の位置関係を同様にすることにより、同様の作用効果を奏するものである。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮機構部の軸受部が、回転子鉄心のボア部の内側に延在する部分だけを非磁性材料としたので、磁気吸引力によるロストルクや永久磁石の磁束による軸受部内での渦電流損の発生を防ぐことができるとともに、前記軸受部を前記ボア部内側に延在する部分以外は安価な鉄系材料とすることができ、且つ前記圧縮機構部のシリンダブロックと一体的に形成することが可能となるので、高効率で安価な電動圧縮機とすることができるという作用を有する。
【００７６】
また、請求項２に記載の発明は、２極の永久磁石型電動機が、回転子鉄心に始動用かご形導体を有し、その内側に複数個の永久磁石を埋設してなる回転子を備えた自己始動形永久磁石式同期電動機とすることにより、同期電動機の高い効率を圧縮機に提供できる。
【００７７】
さらに、請求項３に記載の発明は、永久磁石を希土類磁石で形成したものであり、希土類磁石は強い磁力を得ることができるので電動機の小型軽量化ひいては電動圧縮機の小型軽量化を図ることができるという作用を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による参考例１の縦部分断面図
【図２】図１の回転子の横断面図
【図３】本発明の参考例１の変形構成を示す電動圧縮機の縦部分断面図
【図４】本発明の実施の形態１における電動圧縮機の縦部分断面図
【図５】本発明による参考例２の縦部分断面図
【図６】図５の回転子の横断面図
【図７】従来の電動圧縮機の縦部分断面図
【図８】従来の２極自己始動形永久磁石式同期電動機における回転子の軸方向断面図
【図９】従来の回転子の横断面図
【符号の説明】
５１密閉容器
５２圧縮機構部
５３電動機部
５５回転子
６８回転子鉄心
５７軸受部
６９ボア部
７０ａ，７０ｂ永久磁石

Claims

密閉容器内に収納され、かつ軸受部を備えた圧縮機構部と、前記圧縮機構部に連結して駆動する電動機部とからなり、前記電動機部が回転子の回転子鉄心に永久磁石を内蔵した２極の永久磁石型電動機であって、前記回転子鉄心の前記圧縮機構部に対向する側の端部にボア部を設け、前記軸受部は、前記電動機部側の軸受部と前記圧縮機構部側の軸受部との２部材から構成されるものとし、前記電動機部側の軸受部は非磁性材料で構成されるとともに、前記回転子鉄心のボア部の内側に延在して配置され、前記圧縮機構部側の軸受部は鉄系材料で構成されることを特徴とする電動圧縮機。
２極の永久磁石型電動機が、回転子鉄心の外周に始動用かご形導体の多数の導体バーを有し、その内側に複数個の永久磁石を埋設してなる回転子を備えた自己始動形永久磁石式同期電動機であることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
永久磁石を希土類磁石で形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の電動圧縮機。