JP4592143B2 - 圧縮機および電動機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮機構およびそれを駆動する電動機を容器に収容した圧縮機、および電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧縮機や電動機は、電動機の固定子を圧縮機の容器や電動機のケーシングの内周に焼き嵌めしたり、嵌め付けて溶接したり、あるいはボルト止めしたりして固定されている。これによって、容器やケーシング内に支持される回転子と所定のエアギャップを保って、効率よく安定して動作させられるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の圧縮機や電動機はそれらの容器やケーシングへの漏れ電流が生じやすく、漏れ電流による感電などを防止するためスロット絶縁紙を厚くする、あるいはスロット占積率を小さくする等の方法がとられていたが、これらは電動機そのものの効率を低下させてしまう。また、これに対処するのに巻線そのものに絶縁対策を施すことも考えられるが電動機の特性が低下するので実用的ではない。
【０００４】
また、電動機の振動が直接圧縮機の容器や電動機のケーシングに直接伝わって外部に影響するし騒音の原因にもなる上、電動機の固定子は鉄系であるのに対しそれを嵌め合せる前記容器やケーシングが非鉄金属といった熱膨張係数が固定子よりも大きな材料であると、駆動の継続によって昇温していくのにつれ、固定子よりも容器やケーシングの熱膨張が大きく、双方の間に間隔が生じてガタツキや振動の原因になるし、熱膨張は電動機を駆動する都度発生し駆動停止によって収縮するので、実際には膨張、収縮が繰り返されることになり容器やケーシングは固定子との間で繰り返し応力を受けて金属疲労し強度が低下していく問題がある。
【０００５】
本発明の主たる目的は、電動機の効率を低下させずに圧縮機の容器や電動機のケーシングに内蔵する電動機からの漏電を防止できる圧縮機および電動機を提供することにあり、さらなる目的は昇温によるガタツキや振動、強度低下をも併せ防止できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧縮機は、電動機をこの電動機により駆動する圧縮機構とともに容器に収容したものであって、電動機の固定子と容器との間に非導電性材料を固定子および容器双方の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の電動機は、固定子とケーシングとの間に非導電性材料を固定子およびケーシング双方の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴としている。
【０００８】
これらの構成では、電動機の固定子と圧縮機の容器や電動機のケーシングとが、それらの間にある非導電性材料により互いの接触が防止されて電気的に絶縁されているので、固定子の巻線そのものに絶縁を施す場合のような電動機の特性の低下なしに、電動機から前記容器やケーシングへの漏電を防止することができ、漏電による人などまわりへの影響や電動機の実効率の低下などの問題を回避することができる。特に、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物であることにより、蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【０００９】
本発明の圧縮機は、また、電動機をこの電動機により駆動する圧縮機構とともに容器に収容したものであって、電動機の固定子とこの固定子よりも熱膨張係数の大きな材料よりなる容器との間に、少なくとも固定子よりも熱膨張係数の大きな非導電性材料を、固定子および容器の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の電動機は、また、固定子とこの固定子よりも熱膨張係数の大きな材料よりなるケーシングとの間に、少なくとも固定子よりも熱膨張係数の大きな非導電性材料を、固定子およびケーシングの接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴としている。
【００１１】
これらの構成では、非導電性材料が上記のように圧縮機の容器や電動機のケーシングに電動機から漏電するのを解消するのに併せ、電動機を駆動することにより固定子と嵌り合っている前記容器やケーシングが熱膨張係数の差で固定子よりも大きく熱膨張して固定子との間の間隔が増大しても、非導電性材料が熱膨張係数の差で固定子よりも大きく熱膨張することによって前記間隔の増大を軽減し、また無くせるので、温度上昇によるガタツキや振動あるいはこれらによる騒音を抑え、また防止することができる。特に、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物であることにより、蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【００１２】
容器やケーシングを非鉄金属材料とすると軽量な材料を選択して圧縮機や電動機を軽量化することができ、アルミニウムやマグネシウムなどであると軽量化の効果が特に大きい。
【００１５】
さらに、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物を蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【００１６】
本発明のそれ以上の目的及び特徴は、以下の詳細な説明及び図面によって明らかになる。本発明の各特徴は、可能な限りにおいて、それ単独で、あるいは種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における幾つかの実施の形態に係る圧縮機および電動機について図を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００１８】
本実施の形態は横型でスクロール式の圧縮機構をそれを駆動する電動機とともに容器に内蔵した冷凍サイクル用の圧縮機と、それに組み込んだ電動機の場合の一例であり、圧縮対象は冷媒である。しかし、本発明はこれに限られることはなく、ロータリ式やレシプロ式など各種の圧縮機構をそれを駆動する電動機と組み合わせた各種タイプの圧縮機に適用して有効であるし、縦型のものでもその特徴に変わりはない。また、前記容器に代えて専用のケーシングに収容した電動機単体でも本発明の目的に対応した特徴を持っている。従って、いずれの場合も本発明の範疇に属する。
【００１９】
本実施の形態の圧縮機は図１、図２、図５、図７に示すように、容器１内に圧縮機構２とそれをクランク軸４により駆動する電動機３が収容されている。クランク軸４はその圧縮機構２側の主軸４ａを容器１内の長手方向の一方側に設けた主軸受部材５に軸受され、反対の端部は容器１内の長手方向の他方側に設けた副軸受部材６に軸受されている。
【００２０】
主軸受部材５には固定スクロール７がボルト止めされ、これら主軸受部材５と固定スクロール７との間に、旋回スクロール８を挟み込んで固定スクロール７に噛み合せスクロール式の圧縮機構２を構成している。旋回スクロール８と主軸受部材５との境界部には旋回スクロール８の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構９が設けられていることにより、クランク軸４の主軸４ａにて旋回スクロール８を偏心駆動することにより旋回スクロール８を円軌道運動させる。このとき、固定スクロール７と旋回スクロール８との境界部に形成している圧縮室１１が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、容器１外に通じた吸入側接続口１２および固定スクロール７の外周部の吸入口穴１３から冷媒を吸入して圧縮していき所定圧以上になった冷媒が固定スクロール７の中央部の吐出口１４からリード弁１５を押し開いて容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００２１】
電動機３は主軸受部材５と副軸受部材６との間に位置して、密閉容器１に固定された固定子３ａと、クランク軸４の途中の外まわりに一体に結合された回転子３ｂとで構成され、回転子３ｂの上下端面の外周部分にはバランスウエイト１６が設けられ、これにより回転子３ｂおよびクランク軸４が安定して回転し、旋回スクロール８を安定して円軌道運動させることができる。
【００２２】
クランク軸４の主軸４ａと反対の端部にはポンプ１７が設けられ、容器１の下端部のオイル溜め１８からポンプ１７によってオイル１９を吸入し、クランク軸４を通縦しているオイル供給穴２１を通じて圧縮機構２の各部の軸受部２２や圧縮機構２の各摺動部に供給する。供給後のオイル１９は供給圧や重力によって逃げ場を求めるようにして軸受部２２などを通じ容器１内に流出して滴下し、最終的にオイル溜め１８に回収される。
【００２３】
一方、圧縮機構２から吐出される冷媒ガスは電動機３の側に通されて電動機３を冷却した後、容器１の吐出側接続口２３から容器１外に吐出され冷凍サイクルに供給される。
【００２４】
このように、圧縮機構２からの圧縮冷媒が吐出される容器１は圧力容器であって厚肉構造になり、鉄系であると重くなる。そこで、本実施の形態では軽量化の意味で鉄系に比し比重の小さな非鉄金属を採用している。非鉄金属は１つの例としてアルミニウムを採用しており鉄系の場合よりは厚肉になるが軽量化でき有利ではある。しかし、本発明の特徴からはこれに限られることはなく、鉄系でもよい。
【００２５】
本実施の形態は、電動機３の固定子３ａと容器１との間に非導電性材料３１を固定子３ａおよび容器１双方の接触を防止するように設けたことを基本構成としている。これにより、電動機３の固定子３ａと容器１とが、それらの間にある非導電性材料３１により互いの接触が防止されて電気的に絶縁されているので、固定子３ａの巻線３ｃそのものに絶縁を施す場合のような電動機３の特性の低下なしに、電動機３の特に固定子３ａから容器１へ漏電するのを防止することができる。従って、漏電による人などまわりへの影響や電動機３の実効率の低下などの問題を回避することができる。図示しないが、電動機３において固定子３ａが前記容器１の代わりに専用の図示しないケーシングに収容され嵌め合わされる電動機単体の場合にも、固定子３ａとケーシングとの間に非導電性材料３１を同様に設けて同様な作用効果が得られる。
【００２６】
本実施の形態は、また、容器１が電動機３の鉄系の固定子３ａよりも熱膨張係数の大きな材料からなる場合に、前記非導電性材料３１が少なくとも固定子３ａよりも熱膨張係数の大きなものとしている。これにより、非導電性材料３１が上記のように圧縮機の容器１や図示しない電動機のケーシングに電動機の固定子３ａから漏電するのを解消するのに併せ、電動機を働かせることにより固定子３ａと嵌り合っている前記容器１や電動機のケーシングが熱膨張係数の差で固定子３ａよりも大きく熱膨張して固定子３ａとの間の間隔が増大しても、非導電性材料３１が熱膨張係数の差で固定子３ａよりも大きく熱膨張することによって前記隙間が増大するのを軽減し、また無くせるので、温度上昇によるガタツキや振動あるいはこれらによる騒音を抑え、また防止することができる。
【００２７】
容器１や電動機のケーシングを非鉄金属材料とすると上記のようにアルミニウムなどの軽量な材料を選択して圧縮機や電動機を軽量化することができる。
【００２８】
前記非導電性材料３１が樹脂であると、おしなべて軽量で圧縮機や電動機が特に重量化しない上、比較的高い絶縁性が得られるので前記漏電防止に好適である。
【００２９】
また、樹脂の種類によって違うが、材料の流動性を利用すると固定子３ａと前記容器１や電動機のケーシングとの間に侵入させたり、それらの一方または双方に塗布したりして設けやすい。
【００３０】
また、成形性を利用して固定子３ａなどの表面にモールドしたり、フィルム化して固定子３ａの外周に嵌め合せたり巻き付けたりすることができる。固定子３ａの外周のみはもとより、端面および端部外周などに被さる所定形状のインシュレータとして、固定子３ａの鉄心端部とコイルとの絶縁や場合によってはスロットとコイルの絶縁等、固定子３ａにおける容器１や電動機のケーシングとの間の絶縁域以外の部分でも固定子３ａ自体の絶縁を図ることもできる。
【００３１】
また、弾性や変形性による馴染み性、緩衝性を利用して高い寸法精度なしに実用することができるし、固定子３ａを容器１や電動機のケーシングに圧入して固定するのに好適である。また、前記間隔の増減に追従しやすくガタツキや振動を吸収して減衰させ騒音の発生を防止するとともに、容器１や電動機のケーシングが繰り返し熱収縮して固定子３ａとの間で繰り返し応力を受けて金属疲労し強度低下するようなことを抑制することができる。また、容器１や電動機のケーシング、固定子３ａと接触する部分に溝などによる凹凸やスリット、切り離し部を設けたり、内部に多数の独立空泡を有したものとしたりすることにより緩衝性を高めることができ、独立空泡であると強い弾力を確保しやすい。
【００３２】
例えば、エポキシ樹脂、いわゆるワニスであると、コーティングするのに適している。
【００３３】
ポリエステル系の樹脂として、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等があり、その特徴を表１に示す。成形性を考慮すると、ＰＰＳ、ＰＢＴがよい。従って、固定子３ａの鉄心をモールドしたり、インシュレータ等整形品を用いる場合は、これらの材料が好適である。
【００３４】
【表１】
フィルムを使用する場合は、ＰＥＴ、または、ＰＥＮが好適である。なお、高周波電流が多く含まれるインバータ駆動のブラシレス等のように、漏れ電流をさらに低減する場合においては、ＰＥＴフィルム内に独立した空孔を形成し、さらに、強度の低下を防ぐため、フィルムの表面に空孔のないスキン層を設け、これらを一貫製膜することにより、誘電率の低下を実現できる。また、空孔により、弾性を大きくすることも可能である。
【００３５】
なお、熱膨張係数を鉄とアルミニウムの間とするためには、樹脂にガラスや炭酸カルシウム等を添加するが、これらを適当に添加することにより、熱膨張係数を鉄以上、アルミニウム以下とすることができる。両者の熱膨張係数の差を樹脂により吸収することが可能である。
【００３６】
鉄の熱膨張係数は１．１５×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）、アルミニウムの熱膨張係数は２．３１３×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）である。そこで、ＰＥＴの場合ガラス３０〜４５ｗｔ％程度添加すると、熱膨張係数は２．０×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）となるし、ＰＰＳの場合、ガラス（無機）５０ｗｔ％程度添加すると、１．６×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）〜１．７×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）となり好適である。
【００３７】
図１の（ａ）（ｂ）に示す実施の形態１では、非導電性材料３１である樹脂を用いた成形品は、固定子３ａの外周の一部に嵌め合わされた環状な複数のバンド４１であり、固定子３ａの外周に設けた環状の凹部４２に嵌め合せて位置保持することにより、固定子３ａを容器１の内周に圧入するのに細いバンド４１が位置ずれしないようにしている。位置の安定性としては接着してもよく、この場合前記凹部４２を省略することができる。バンド４１は凹部４２を利用して設けることが手伝って少し厚目のものとしやすく、この特徴を活かして内部に独立空泡４３を有したものとして強い弾力性を確保しながら吸振性や前記熱膨張による間隔の変化への追従性を高め、容器１や電動機のケーシングが固定子３ａとの間で受ける繰り返し応力をより軽減できるようにしてある。もっとも独立空泡４３は他の成形品にも適用できる。これに適した樹脂はＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＢＴなどがあり、ＰＰＳは特にオリゴマが少なく圧縮機ではキャピラリが詰まるのを防止しやすい。
【００３８】
図２に示す実施の形態２では、非導電性材料３１である樹脂の成形品は、固定子３ａのほぼ全長に亘って圧入し嵌め合せた円筒体４４であり、固定子３ａは円筒体４４とともに容器１に圧入して固定する。円筒体４４は固定子３ａの外周のほぼ全域に圧着する関係から滑りにくいので、固定子３ａに対し圧入した以外特別な固定方法は採用していないが、接着や凹部への嵌め込みを採用することもできる。これに適した樹脂は上記の場合同様にＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＢＴなどがある。もし、フィルム化するまで薄くして固定子３ａの外周にはめ合せ、あるいは巻き付ける方式を採用するのであれば、ＰＥＮ、ＰＥＴなどのポリエステルフィルムを用いると、低コストでしかも薄くても絶縁性に優れる利点がある。このポリエステルフィルムに上記した独立空泡を設けたもの（低誘電率）とすることもできる。
【００３９】
図３に示す実施の形態３では、実施の形態２における円筒体４４の円周上一部に切り離し部４４ａを形成して、容器１および固定子３ａの 熱拡縮に追従しやすく、かつ吸振性を高めている。
【００４０】
非導電性材料３１の樹脂がＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＢＴである場合、成形性が良いのを利用して、図３に仮想線で示す実施例４のように固定子３ａの表面にモールドしたモールド層４５とすることができる。これにより、固定子３ａの外周以外の端面３ｄは勿論、スロット３ｅの内面など細部までも絶縁することができる。
【００４１】
図４に示す実施の形態５では、実施の形態２における円筒体４４の円周上複数の箇所に軸線方向のスリット４４ｂ形成して、容器１および固定子３ａの間で拡縮しやすくしてそれらの熱拡縮に追従しやすく、かつ吸振性を高めている。
【００４２】
図５に示す実施の形態６では、実施の形態２における円筒体４４の容器１や電動機の図示しないケーシングの内周に接する外周に、環状のあるいは部分的に途切れた溝４４ｃにより凹凸面として、容器１および固定子３ａの間で拡縮しやすくして前記間隔の増減への追従性や吸振性を高めている。しかし、溝４４ｃは内面に設けてもよいし、内外周の両面に設けてもよい。また、図６に示す実施の形態７のように溝４４ｃは固定子３ａの軸線方向に形成してもよく、この場合、連続した溝４４ｃとすることにより冷媒の通路とすることもできる。もっとも、円筒体４４の厚みによっては溝４４ｃの代わりに、あるいは溝４４ｃとともに貫通穴を設けてもよい。
【００４３】
図７、図８に示す実施の形態８では、非導電性材料３１である樹脂の成形品は、固定子３ａの端面３ｄおよび端部外周に被せつけられたインシュレータ４６として、固定子３ａの外周とともに端面３ｄも絶縁できるようにしており、固定子３ａの端面３ｄとコイルエンドとの絶縁を兼ねている。インシュレータ４６の前記端面３ｄを覆うフランジ部４６ａの内周に、固定子３ａのスロットに対応する切り欠き４６ｂを形成してあり、巻線３ｃと干渉せずに固定子３ａの端面３ｄのより多くの範囲を絶縁して巻線３ｃからの漏電を防ぎやすくしている。
【００４４】
しかも、本実施の形態８では、固定子３ａは容器１の段差面１ａにボルト４７によりボルト止めしてあり、固定子３ａと容器１ないしは電動機の図示しないケーシングとの材料関係や、非導電性材料３１の材料の関係から固定子３ａと容器１とが焼き嵌めできないようなときの固定方法に適し、インシュレータ４６のフランジ部４６ａはボルト４７の頭および段差面１ａと固定子３ａの端面３ｄとの間の絶縁にも役立っている。そこで、固定子３ａのボルト４７が通る取り付け穴４８の内面とボルト４７の外周との間にも非導電性材料３１を上記いずれかの手法で設けてある。これにより、固定子３ａが容器１にボルト止めされていても、ボルト止めしているボルト４７を通じて固定子３ａと容器１とが電気的に繋がるのを防止することができる。
【００４５】
また、上記非導電性材料３１が水ガラスであると熱に対して安定性があり、固定子３ａと容器１や電動機の図示しないケーシングとの焼き嵌めに対応できる利点があるとともに、固定子３ａの外周にコーティングして容易に設けられる。
【００４６】
さらに、非導電性材料３１が固定子３ａの熱膨張係数と容器１や電動機のケーシングの熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物を蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子３ａと容器１や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、上記の説明で明らかなように、電動機の固定子と圧縮機の容器や電動機のケーシングとが、それらの間にある非導電性材料により互いの接触が防止されて電気的に絶縁され、固定子の巻線そのものに絶縁を施す場合のような電動機の特性の低下なしに、電動機から圧縮機の容器や電動機のケーシングへの漏電を防止することができ、漏電による人などまわりへの影響や電動機の実効率の低下などの問題を回避することができる。特に、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物であることにより、蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【００４８】
また、電動機を働かせることにより固定子と嵌り合っている前記容器やケーシングが熱膨張係数の差で固定子よりも大きく熱膨張して固定子との間の間隔が増大しても、非導電性材料が熱膨張係数の差で固定子よりも大きく熱膨張することによって前記間隔の増大を軽減し、また無くせるので、温度上昇によるガタツキや振動あるいはこれらによる騒音を抑え、また防止することができる。特に、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物であることにより、蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る圧縮機を示し、その（ａ）は全体の縦断面図、その（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る圧縮機の全体の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３、４に係る圧縮機の固定子と非導電性材料との組み合わせの関係を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態５に係る圧縮機の固定子と非導電性材料との組み合わせの関係を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態６に係る圧縮機の全体の縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態７に係る圧縮機の電動機内蔵部の回転子を除く横断面図である。
【図７】本発明の実施の形態８に係る圧縮機の要部縦断面図である。
【図８】図７のインシュレータの一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ 圧縮機構
３ 電動機
３ａ 固定子
３ｂ 回転子
３ｄ 端面
３１ 非導電性材料
４１ バンド
４３ 独立空泡
４４ 円筒体
４６ インシュレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮機構およびそれを駆動する電動機を容器に収容した圧縮機、および電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧縮機や電動機は、電動機の固定子を圧縮機の容器や電動機のケーシングの内周に焼き嵌めしたり、嵌め付けて溶接したり、あるいはボルト止めしたりして固定されている。これによって、容器やケーシング内に支持される回転子と所定のエアギャップを保って、効率よく安定して動作させられるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の圧縮機や電動機はそれらの容器やケーシングへの漏れ電流が生じやすく、漏れ電流による感電などを防止するためスロット絶縁紙を厚くする、あるいはスロット占積率を小さくする等の方法がとられていたが、これらは電動機そのものの効率を低下させてしまう。また、これに対処するのに巻線そのものに絶縁対策を施すことも考えられるが電動機の特性が低下するので実用的ではない。
【０００４】
また、電動機の振動が直接圧縮機の容器や電動機のケーシングに直接伝わって外部に影響するし騒音の原因にもなる上、電動機の固定子は鉄系であるのに対しそれを嵌め合せる前記容器やケーシングが非鉄金属といった熱膨張係数が固定子よりも大きな材料であると、駆動の継続によって昇温していくのにつれ、固定子よりも容器やケーシングの熱膨張が大きく、双方の間に間隔が生じてガタツキや振動の原因になるし、熱膨張は電動機を駆動する都度発生し駆動停止によって収縮するので、実際には膨張、収縮が繰り返されることになり容器やケーシングは固定子との間で繰り返し応力を受けて金属疲労し強度が低下していく問題がある。
【０００５】
本発明の主たる目的は、電動機の効率を低下させずに圧縮機の容器や電動機のケーシングに内蔵する電動機からの漏電を防止できる圧縮機および電動機を提供することにあり、さらなる目的は昇温によるガタツキや振動、強度低下をも併せ防止できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧縮機は、電動機をこの電動機により駆動する圧縮機構とともに容器に収容したものであって、電動機の固定子と容器との間に非導電性材料を固定子および容器双方の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の電動機は、固定子とケーシングとの間に非導電性材料を固定子およびケーシング双方の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴としている。
【０００８】
これらの構成では、電動機の固定子と圧縮機の容器や電動機のケーシングとが、それらの間にある非導電性材料により互いの接触が防止されて電気的に絶縁されているので、固定子の巻線そのものに絶縁を施す場合のような電動機の特性の低下なしに、電動機から前記容器やケーシングへの漏電を防止することができ、漏電による人などまわりへの影響や電動機の実効率の低下などの問題を回避することができる。特に、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物であることにより、蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【０００９】
本発明の圧縮機は、また、電動機をこの電動機により駆動する圧縮機構とともに容器に収容したものであって、電動機の固定子とこの固定子よりも熱膨張係数の大きな材料よりなる容器との間に、少なくとも固定子よりも熱膨張係数の大きな非導電性材料を、固定子および容器の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の電動機は、また、固定子とこの固定子よりも熱膨張係数の大きな材料よりなるケーシングとの間に、少なくとも固定子よりも熱膨張係数の大きな非導電性材料を、固定子およびケーシングの接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴としている。
【００１１】
これらの構成では、非導電性材料が上記のように圧縮機の容器や電動機のケーシングに電動機から漏電するのを解消するのに併せ、電動機を駆動することにより固定子と嵌り合っている前記容器やケーシングが熱膨張係数の差で固定子よりも大きく熱膨張して固定子との間の間隔が増大しても、非導電性材料が熱膨張係数の差で固定子よりも大きく熱膨張することによって前記間隔の増大を軽減し、また無くせるので、温度上昇によるガタツキや振動あるいはこれらによる騒音を抑え、また防止することができる。特に、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物であることにより、蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【００１２】
容器やケーシングを非鉄金属材料とすると軽量な材料を選択して圧縮機や電動機を軽量化することができ、アルミニウムやマグネシウムなどであると軽量化の効果が特に大きい。
【００１５】
さらに、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物を蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【００１６】
本発明のそれ以上の目的及び特徴は、以下の詳細な説明及び図面によって明らかになる。本発明の各特徴は、可能な限りにおいて、それ単独で、あるいは種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における幾つかの実施の形態に係る圧縮機および電動機について図を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００１８】
本実施の形態は横型でスクロール式の圧縮機構をそれを駆動する電動機とともに容器に内蔵した冷凍サイクル用の圧縮機と、それに組み込んだ電動機の場合の一例であり、圧縮対象は冷媒である。しかし、本発明はこれに限られることはなく、ロータリ式やレシプロ式など各種の圧縮機構をそれを駆動する電動機と組み合わせた各種タイプの圧縮機に適用して有効であるし、縦型のものでもその特徴に変わりはない。また、前記容器に代えて専用のケーシングに収容した電動機単体でも本発明の目的に対応した特徴を持っている。従って、いずれの場合も本発明の範疇に属する。
【００１９】
本実施の形態の圧縮機は図１、図２、図５、図７に示すように、容器１内に圧縮機構２とそれをクランク軸４により駆動する電動機３が収容されている。クランク軸４はその圧縮機構２側の主軸４ａを容器１内の長手方向の一方側に設けた主軸受部材５に軸受され、反対の端部は容器１内の長手方向の他方側に設けた副軸受部材６に軸受されている。
【００２０】
主軸受部材５には固定スクロール７がボルト止めされ、これら主軸受部材５と固定スクロール７との間に、旋回スクロール８を挟み込んで固定スクロール７に噛み合せスクロール式の圧縮機構２を構成している。旋回スクロール８と主軸受部材５との境界部には旋回スクロール８の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転規制機構９が設けられていることにより、クランク軸４の主軸４ａにて旋回スクロール８を偏心駆動することにより旋回スクロール８を円軌道運動させる。このとき、固定スクロール７と旋回スクロール８との境界部に形成している圧縮室１１が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、容器１外に通じた吸入側接続口１２および固定スクロール７の外周部の吸入口穴１３から冷媒を吸入して圧縮していき所定圧以上になった冷媒が固定スクロール７の中央部の吐出口１４からリード弁１５を押し開いて容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００２１】
電動機３は主軸受部材５と副軸受部材６との間に位置して、密閉容器１に固定された固定子３ａと、クランク軸４の途中の外まわりに一体に結合された回転子３ｂとで構成され、回転子３ｂの上下端面の外周部分にはバランスウエイト１６が設けられ、これにより回転子３ｂおよびクランク軸４が安定して回転し、旋回スクロール８を安定して円軌道運動させることができる。
【００２２】
クランク軸４の主軸４ａと反対の端部にはポンプ１７が設けられ、容器１の下端部のオイル溜め１８からポンプ１７によってオイル１９を吸入し、クランク軸４を通縦しているオイル供給穴２１を通じて圧縮機構２の各部の軸受部２２や圧縮機構２の各摺動部に供給する。供給後のオイル１９は供給圧や重力によって逃げ場を求めるようにして軸受部２２などを通じ容器１内に流出して滴下し、最終的にオイル溜め１８に回収される。
【００２３】
一方、圧縮機構２から吐出される冷媒ガスは電動機３の側に通されて電動機３を冷却した後、容器１の吐出側接続口２３から容器１外に吐出され冷凍サイクルに供給される。
【００２４】
このように、圧縮機構２からの圧縮冷媒が吐出される容器１は圧力容器であって厚肉構造になり、鉄系であると重くなる。そこで、本実施の形態では軽量化の意味で鉄系に比し比重の小さな非鉄金属を採用している。非鉄金属は１つの例としてアルミニウムを採用しており鉄系の場合よりは厚肉になるが軽量化でき有利ではある。しかし、本発明の特徴からはこれに限られることはなく、鉄系でもよい。
【００２５】
本実施の形態は、電動機３の固定子３ａと容器１との間に非導電性材料３１を固定子３ａおよび容器１双方の接触を防止するように設けたことを基本構成としている。これにより、電動機３の固定子３ａと容器１とが、それらの間にある非導電性材料３１により互いの接触が防止されて電気的に絶縁されているので、固定子３ａの巻線３ｃそのものに絶縁を施す場合のような電動機３の特性の低下なしに、電動機３の特に固定子３ａから容器１へ漏電するのを防止することができる。従って、漏電による人などまわりへの影響や電動機３の実効率の低下などの問題を回避することができる。図示しないが、電動機３において固定子３ａが前記容器１の代わりに専用の図示しないケーシングに収容され嵌め合わされる電動機単体の場合にも、固定子３ａとケーシングとの間に非導電性材料３１を同様に設けて同様な作用効果が得られる。
【００２６】
本実施の形態は、また、容器１が電動機３の鉄系の固定子３ａよりも熱膨張係数の大きな材料からなる場合に、前記非導電性材料３１が少なくとも固定子３ａよりも熱膨張係数の大きなものとしている。これにより、非導電性材料３１が上記のように圧縮機の容器１や図示しない電動機のケーシングに電動機の固定子３ａから漏電するのを解消するのに併せ、電動機を働かせることにより固定子３ａと嵌り合っている前記容器１や電動機のケーシングが熱膨張係数の差で固定子３ａよりも大きく熱膨張して固定子３ａとの間の間隔が増大しても、非導電性材料３１が熱膨張係数の差で固定子３ａよりも大きく熱膨張することによって前記隙間が増大するのを軽減し、また無くせるので、温度上昇によるガタツキや振動あるいはこれらによる騒音を抑え、また防止することができる。
【００２７】
容器１や電動機のケーシングを非鉄金属材料とすると上記のようにアルミニウムなどの軽量な材料を選択して圧縮機や電動機を軽量化することができる。
【００２８】
前記非導電性材料３１が樹脂であると、おしなべて軽量で圧縮機や電動機が特に重量化しない上、比較的高い絶縁性が得られるので前記漏電防止に好適である。
【００２９】
また、樹脂の種類によって違うが、材料の流動性を利用すると固定子３ａと前記容器１や電動機のケーシングとの間に侵入させたり、それらの一方または双方に塗布したりして設けやすい。
【００３０】
また、成形性を利用して固定子３ａなどの表面にモールドしたり、フィルム化して固定子３ａの外周に嵌め合せたり巻き付けたりすることができる。固定子３ａの外周のみはもとより、端面および端部外周などに被さる所定形状のインシュレータとして、固定子３ａの鉄心端部とコイルとの絶縁や場合によってはスロットとコイルの絶縁等、固定子３ａにおける容器１や電動機のケーシングとの間の絶縁域以外の部分でも固定子３ａ自体の絶縁を図ることもできる。
【００３１】
また、弾性や変形性による馴染み性、緩衝性を利用して高い寸法精度なしに実用することができるし、固定子３ａを容器１や電動機のケーシングに圧入して固定するのに好適である。また、前記間隔の増減に追従しやすくガタツキや振動を吸収して減衰させ騒音の発生を防止するとともに、容器１や電動機のケーシングが繰り返し熱収縮して固定子３ａとの間で繰り返し応力を受けて金属疲労し強度低下するようなことを抑制することができる。また、容器１や電動機のケーシング、固定子３ａと接触する部分に溝などによる凹凸やスリット、切り離し部を設けたり、内部に多数の独立空泡を有したものとしたりすることにより緩衝性を高めることができ、独立空泡であると強い弾力を確保しやすい。
【００３２】
例えば、エポキシ樹脂、いわゆるワニスであると、コーティングするのに適している。
【００３３】
ポリエステル系の樹脂として、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等があり、その特徴を表１に示す。成形性を考慮すると、ＰＰＳ、ＰＢＴがよい。従って、固定子３ａの鉄心をモールドしたり、インシュレータ等整形品を用いる場合は、これらの材料が好適である。
【００３４】
【表１】
【００３５】
なお、熱膨張係数を鉄とアルミニウムの間とするためには、樹脂にガラスや炭酸カルシウム等を添加するが、これらを適当に添加することにより、熱膨張係数を鉄以上、アルミニウム以下とすることができる。両者の熱膨張係数の差を樹脂により吸収することが可能である。
【００３６】
鉄の熱膨張係数は１．１５×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）、アルミニウムの熱膨張係数は２．３１３×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）である。そこで、ＰＥＴの場合ガラス３０〜４５ｗｔ％程度添加すると、熱膨張係数は２．０×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）となるし、ＰＰＳの場合、ガラス（無機）５０ｗｔ％程度添加すると、１．６×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）〜１．７×１０Ｅ−５（／ｄｅｇ）となり好適である。
【００３７】
図１の（ａ）（ｂ）に示す実施の形態１では、非導電性材料３１である樹脂を用いた成形品は、固定子３ａの外周の一部に嵌め合わされた環状な複数のバンド４１であり、固定子３ａの外周に設けた環状の凹部４２に嵌め合せて位置保持することにより、固定子３ａを容器１の内周に圧入するのに細いバンド４１が位置ずれしないようにしている。位置の安定性としては接着してもよく、この場合前記凹部４２を省略することができる。バンド４１は凹部４２を利用して設けることが手伝って少し厚目のものとしやすく、この特徴を活かして内部に独立空泡４３を有したものとして強い弾力性を確保しながら吸振性や前記熱膨張による間隔の変化への追従性を高め、容器１や電動機のケーシングが固定子３ａとの間で受ける繰り返し応力をより軽減できるようにしてある。もっとも独立空泡４３は他の成形品にも適用できる。これに適した樹脂はＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＢＴなどがあり、ＰＰＳは特にオリゴマが少なく圧縮機ではキャピラリが詰まるのを防止しやすい。
【００３８】
図２に示す実施の形態２では、非導電性材料３１である樹脂の成形品は、固定子３ａのほぼ全長に亘って圧入し嵌め合せた円筒体４４であり、固定子３ａは円筒体４４とともに容器１に圧入して固定する。円筒体４４は固定子３ａの外周のほぼ全域に圧着する関係から滑りにくいので、固定子３ａに対し圧入した以外特別な固定方法は採用していないが、接着や凹部への嵌め込みを採用することもできる。これに適した樹脂は上記の場合同様にＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＢＴなどがある。もし、フィルム化するまで薄くして固定子３ａの外周にはめ合せ、あるいは巻き付ける方式を採用するのであれば、ＰＥＮ、ＰＥＴなどのポリエステルフィルムを用いると、低コストでしかも薄くても絶縁性に優れる利点がある。このポリエステルフィルムに上記した独立空泡を設けたもの（低誘電率）とすることもできる。
【００３９】
図３に示す実施の形態３では、実施の形態２における円筒体４４の円周上一部に切り離し部４４ａを形成して、容器１および固定子３ａの 熱拡縮に追従しやすく、かつ吸振性を高めている。
【００４０】
非導電性材料３１の樹脂がＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＢＴである場合、成形性が良いのを利用して、図３に仮想線で示す実施例４のように固定子３ａの表面にモールドしたモールド層４５とすることができる。これにより、固定子３ａの外周以外の端面３ｄは勿論、スロット３ｅの内面など細部までも絶縁することができる。
【００４１】
図４に示す実施の形態５では、実施の形態２における円筒体４４の円周上複数の箇所に軸線方向のスリット４４ｂ形成して、容器１および固定子３ａの間で拡縮しやすくしてそれらの熱拡縮に追従しやすく、かつ吸振性を高めている。
【００４２】
図５に示す実施の形態６では、実施の形態２における円筒体４４の容器１や電動機の図示しないケーシングの内周に接する外周に、環状のあるいは部分的に途切れた溝４４ｃにより凹凸面として、容器１および固定子３ａの間で拡縮しやすくして前記間隔の増減への追従性や吸振性を高めている。しかし、溝４４ｃは内面に設けてもよいし、内外周の両面に設けてもよい。また、図６に示す実施の形態７のように溝４４ｃは固定子３ａの軸線方向に形成してもよく、この場合、連続した溝４４ｃとすることにより冷媒の通路とすることもできる。もっとも、円筒体４４の厚みによっては溝４４ｃの代わりに、あるいは溝４４ｃとともに貫通穴を設けてもよい。
【００４３】
図７、図８に示す実施の形態８では、非導電性材料３１である樹脂の成形品は、固定子３ａの端面３ｄおよび端部外周に被せつけられたインシュレータ４６として、固定子３ａの外周とともに端面３ｄも絶縁できるようにしており、固定子３ａの端面３ｄとコイルエンドとの絶縁を兼ねている。インシュレータ４６の前記端面３ｄを覆うフランジ部４６ａの内周に、固定子３ａのスロットに対応する切り欠き４６ｂを形成してあり、巻線３ｃと干渉せずに固定子３ａの端面３ｄのより多くの範囲を絶縁して巻線３ｃからの漏電を防ぎやすくしている。
【００４４】
しかも、本実施の形態８では、固定子３ａは容器１の段差面１ａにボルト４７によりボルト止めしてあり、固定子３ａと容器１ないしは電動機の図示しないケーシングとの材料関係や、非導電性材料３１の材料の関係から固定子３ａと容器１とが焼き嵌めできないようなときの固定方法に適し、インシュレータ４６のフランジ部４６ａはボルト４７の頭および段差面１ａと固定子３ａの端面３ｄとの間の絶縁にも役立っている。そこで、固定子３ａのボルト４７が通る取り付け穴４８の内面とボルト４７の外周との間にも非導電性材料３１を上記いずれかの手法で設けてある。これにより、固定子３ａが容器１にボルト止めされていても、ボルト止めしているボルト４７を通じて固定子３ａと容器１とが電気的に繋がるのを防止することができる。
【００４５】
また、上記非導電性材料３１が水ガラスであると熱に対して安定性があり、固定子３ａと容器１や電動機の図示しないケーシングとの焼き嵌めに対応できる利点があるとともに、固定子３ａの外周にコーティングして容易に設けられる。
【００４６】
さらに、非導電性材料３１が固定子３ａの熱膨張係数と容器１や電動機のケーシングの熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物を蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子３ａと容器１や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、上記の説明で明らかなように、電動機の固定子と圧縮機の容器や電動機のケーシングとが、それらの間にある非導電性材料により互いの接触が防止されて電気的に絶縁され、固定子の巻線そのものに絶縁を施す場合のような電動機の特性の低下なしに、電動機から圧縮機の容器や電動機のケーシングへの漏電を防止することができ、漏電による人などまわりへの影響や電動機の実効率の低下などの問題を回避することができる。特に、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物であることにより、蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【００４８】
また、電動機を働かせることにより固定子と嵌り合っている前記容器やケーシングが熱膨張係数の差で固定子よりも大きく熱膨張して固定子との間の間隔が増大しても、非導電性材料が熱膨張係数の差で固定子よりも大きく熱膨張することによって前記間隔の増大を軽減し、また無くせるので、温度上昇によるガタツキや振動あるいはこれらによる騒音を抑え、また防止することができる。特に、非導電性材料が固定子の熱膨張係数と圧縮機の容器や電動機のケーシングの固定子よりも大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を持った無機物であることにより、蒸着や粉黛塗装して設けても熱的に安定なため固定子と圧縮機の容器や電動機のケースとの焼き嵌めに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る圧縮機を示し、その（ａ）は全体の縦断面図、その（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る圧縮機の全体の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３、４に係る圧縮機の固定子と非導電性材料との組み合わせの関係を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態５に係る圧縮機の固定子と非導電性材料との組み合わせの関係を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態６に係る圧縮機の全体の縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態７に係る圧縮機の電動機内蔵部の回転子を除く横断面図である。
【図７】本発明の実施の形態８に係る圧縮機の要部縦断面図である。
【図８】図７のインシュレータの一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 容器
２ 圧縮機構
３ 電動機
３ａ 固定子
３ｂ 回転子
３ｄ 端面
３１ 非導電性材料
４１ バンド
４３ 独立空泡
４４ 円筒体
４６ インシュレータ
Claims (8)
- 電動機をこの電動機により駆動する圧縮機構とともに容器に収容した圧縮機であって、電動機の固定子と容器との間に非導電性材料を固定子および容器双方の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴とする圧縮機。
- 電動機をこの電動機により駆動する圧縮機構とともに容器に収容した圧縮機であって、電動機の固定子とこの固定子よりも熱膨張係数の大きな材料よりなる容器との間に、少なくとも固定子よりも熱膨張係数の大きな非導電性材料を、固定子および容器の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数と容器の固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴とする圧縮機。
- 容器は、非鉄金属材料である請求項２に記載の圧縮機。
- 非鉄金属材料は、アルミニウムである請求項３に記載の圧縮機。
- 固定子とケーシングとの間に非導電性材料を固定子およびケーシング双方の接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数とケーシングの固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴とする電動機。
- 固定子とこの固定子よりも熱膨張係数の大きな材料よりなるケーシングとの間に、少なくとも固定子よりも熱膨張係数の大きな非導電性材料を、固定子およびケーシングの接触を防止するように設け、非導電性材料は固定子の熱膨張係数とケーシングの固定子より大きい熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する無機材料であることを特徴とする電動機。
- ケーシングは、非鉄金属材料である請求項６に記載の電動機。
- 非鉄金属材料は、アルミニウムである請求項７に記載の電動機。
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