JP4655786B2

JP4655786B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP4655786B2
Application number: JP2005197178A
Authority: JP
Inventors: 康祐坪井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-07-06
Also published as: JP2007016645A

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉形圧縮機に関するものである。

近年、冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、消費電力の低減のため高効率化が望まれると共に、低騒音・低振動化が望まれている。

従来、この種の密閉型圧縮機は、効率を改善するため、電動要素を誘導電動機から回転子に永久磁石を内蔵した２極の永久磁石型同期電動機としたものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図４は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の永久磁石型同期電動機の回転子の軸方向断面図、図５は回転子鉄板Ａの平面図、図６は回転子鉄板Ｂの平面図を示すものである。図４に示すように、回転子１の回転子鉄心２は、回転子鉄板Ａ３を積層し、永久磁石埋め込み用穴４は軸方向に連なり、回転子鉄心２の軸方向端面５に回転子鉄板Ｂ６を１枚または複数枚積層して、永久磁石７が埋め込まれており、軸方向の位置決めがされている。

回転子鉄板Ａ３は、永久磁石埋め込み用穴４と始動用かご形導体の導体バー８を配設するためのスロット９を設けている。

回転子鉄板Ｂ６は、磁束短絡防止用穴１０と始動用かご形導体の導体バー８を配設するためのスロット９を設けており、磁束短絡防止用穴１０は、回転子鉄板Ａ３の永久磁石埋め込み用穴４と同じ位置に配置されており、且つ穴の幅Ｑは永久磁石埋め込み用穴４の幅Ｐよりも狭く設定されている。回転子鉄板Ｂ６の積層枚数は回転子鉄心２の軸方向長さの中心と永久磁石７の軸方向長さの中心が合致するよう設定されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子（図示せず）に電流を流すことにより発生する磁界により電磁誘導の原理で導体バー８に電流が流れ、磁界が発生し固定子と回転子１に発生した双方の磁界による引き寄せる力と反発する力により回転し始める。そして、同期速度付近までこの作用により回転速度を上げていき、回転速度が同期速度付近になったところで、回転子内に埋設された永久磁石７の磁力の働きにより同期速度に引き込まれるようにして同期速度で回転数を保持し、回転し、圧縮要素（図示せず）を駆動する。

また、ホルダを使用せずに回転子鉄心２のみで永久磁石７の軸方向の位置決めをすることができるので、組立および部品のコストを低減することができ、また永久磁石７の軸方向端部におけるＮＳ両面の間の磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、漏れ磁束を少なくすることができる。
特開２００１−３７１１９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、回転子鉄板Ａ３を積層するので、板状等の単純な形状の永久磁石７で構成する場合、磁極や導体バー８を回転子１の軸心と平行に形成する必要があり、その結果、導体バー８にスキューを形成することができないので、始動時のトルク変動による始動性のばらつきが発生する可能性があるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、始動性の良い、低騒音・低振動のコストが安い圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、回転子鉄心の軸方向長さに対して永久磁石を短く形成するとともに、回転子鉄心の磁石非挿入区間において、導体バーを回転方向に傾斜させてスキューを持たせたもので、導体バーの傾斜により連続的にトルクを発生するため、始動時のトルク変動を抑制するという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、電動要素の発生トルクの安定性が向上するので、始動性を良くすることができる。

請求項１に記載の発明は、圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動する電動要素を備え、前記電動要素は積層電磁鋼板から形成したコアに巻線を巻回した固定子と積層電磁鋼板から形成した回転子鉄心の外周に始動用かご形導体の導体バーを複数設け、その内側に複数個の永久磁石を内装してなる略円筒形の回転子とからなる自己始動形永久磁石式の同期電動機であり、前記回転子鉄心の軸方向長さに対して前記永久磁石を短く形成するとともに、前記回転子鉄心の磁石非挿入区間において、前記回転子鉄心の外周に設けた磁石短絡防止用
のバリア、および前記導体バーを回転方向に傾斜させてスキューを持たせたもので、導体バーの傾斜により連続的にトルクを発生するため、始動時のトルク変動を抑制するので、電動要素の発生トルクの安定性が向上し、始動性を良くすることができる。

また、回転子鉄心の外周に設けた磁石短絡防止用のバリアを、前記回転子鉄心の磁石非挿入区間において、回転方向に傾斜させてスキューを持たせたことにより、回転子の磁極を傾斜させ、コギングトルクを抑制するので、騒音・振動を低くすることができる。

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、永久磁石を希土類磁石で形成したもので、強い磁力を得ることができるので、請求項１に記載の発明の効果に加えて、永久磁石の体積、そして回転子や電動要素の体積を小さくすることができる。

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、回転子鉄心の軸方向長さに対して永久磁石を一端に配置させ、回転子鉄心の磁石非挿入区間において導体バーを回転方向に傾斜させてスキューを持たせたもので、請求項１または２に記載の効果に加えて、永久磁石の他端側で導体バーをスキューさせるために生じる磁石挿入孔のずれにより、永久磁石の位置決めができるので、位置決め用の固定子鉄板は別途作る必要がなく、生産性が良くなりコストを安くすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、圧縮要素を、回転子が固定されたシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受を備える構成とし、さらに、回転子鉄心の磁石非挿入区間側にボア部を設け、前記軸受を前記ボア部の内側に延在させたもので、軸受が磁性体であっても永久磁石の磁界がこれを切ることで発生するブレーキトルクが生じないため、高い効率を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態の回転子鉄心の斜視断面図である。図３は、同実施の形態の電動要素のトルク特性図である。

図１、図２において、密閉容器１０１内に潤滑油１０２を貯溜するとともに、電動要素１０３と電動要素１０３によって駆動される圧縮要素１０４を収容している。

圧縮要素１０４は偏心軸部１１１と主軸部１１２を有したシャフト１１３と、シャフト１１３の主軸部１１２を軸支する軸受１１４を備えている。鋳鉄からなるシリンダブロック１１６は、略円筒形の圧縮室１１７を有するとともに、軸受１１４が一体に形成されている。ピストン１１８は、シリンダブロック１１６の圧縮室１１７に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１１との間を連結手段１１９によって連結されている。

尚、本圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのＲ１３４ａやＲ６００ａに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性の有る潤滑油と組み合わせてある。

電動要素１０３は、固定子１２１と回転子１２２からなる自己始動形永久磁石式の同期電動機である。

固定子１２１は電磁鋼板を積層することで形成したコア１３１に巻線１３２を巻回している。

回転子１２２は電磁鋼板１４２を積層することで形成した略円筒形の回転子鉄心１４１を備え、回転子鉄心１４１の外周近傍に配設した複数の導体バー１４４と回転子鉄心１４１の軸方向の両端に位置する短絡環１５３とをアルミダイカストで一体に成型することで、アルミダイカストからなる始動用かご形導体を形成する。

導体バー１４４の内側には回転子鉄心１４１の山形状の磁石挿入孔１４５を設け、複数個の同極性の永久磁石１４６を、突き合わせるように挿入配置することで一対の永久磁石１４６で１極の回転子磁極を形成し、回転子１２２全体で２極の回転子磁極を形成している。永久磁石１４６は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。

隣り合う永久磁石１４６間の磁束短絡を防止するために磁束短絡防止用のバリア１４７が形成されている。バリア１４７は回転子鉄心１４１に設けた孔内にアルミダイカストを充填して構成されている。

永久磁石１４６は回転子鉄心１４１の軸方向長さに対して短く形成されるとともに、回転子の軸方向の一端に寄せて配置させることで、回転子鉄心１４１は軸方向に、磁石挿入区間１６０と磁石非挿入区間１６１とに区分される。

回転子鉄心１４１は磁石挿入区間１６０においては電磁鋼板１４２を回転子の軸方向に平行となるよう積層し、また磁石非挿入区間１６１においては電磁鋼板１４２を回転方向（図２の矢印Ｒ）に少しずつずらして積層することで導体バー１４４とバリア１４７は磁石非挿入区間１６１において、回転方向に傾斜したスキューを形成する。

回転子１２２はシャフト１１３に固定されており、回転子１２２の磁石非挿入区間１６１側にボア部１５１を設けて、軸受１１４をボア部１５１の内側に延在させている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０３の回転子１２２がシャフト１１３を回転させ、偏心軸部１１１の回転運動が連結手段１１９を介してピストン１１８に伝えられることで、ピストン１１８は圧縮室１１７内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１１７内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

次に、電動要素１０３の動作について説明する。

図３は電動要素１０３が始動してから同期回転数になるまでの回転数に対するトルクの変化を示す。図３中の太線は本発明品、細線は従来品のトルクの変化を示している。

電動要素１０３は、固定子１２１の巻線１３２に電流を流すことにより発生する磁界により電磁誘導の原理で導体バー１４４に電流が流れ、磁界が発生し固定子１２１と回転子１２２に発生した双方の磁界による引き寄せる力と反発する力によりインダクショントルクを発生して回転し始動を開始する（図３中のＬ）。

その間、永久磁石１４６により発生する磁力はブレーキトルクとして働く。そのため、図３に示す様に、従来はトルク変動が起こりやすく、トルクが最低となる回転数付近（図３中のＭ）でトルク不足が生じ、始動しない場合があった。

しかしながら本発明では磁石非挿入区間１６１において、導体バー１４４が傾斜し回転方向に傾斜したスキューを形成していることによって連続的にインダクショントルクを発生するため、トルク変動が抑制され最低トルクがＴ１からＴ２へと向上する。このように電動要素１０３の発生トルクの低下を抑制することで始動性が大きく改善される。

次に、同期速度付近まで回転速度が上昇すると（図３中のＮ）、回転子１２２内に埋設された永久磁石１４６の磁力の働きにより同期速度に引き込まれ、導体バー１４４には電流が微小にしか流れなくなり、固定子１２１の巻線１３２に流れる電流が形成する回転磁界に回転子１２２内に埋設された永久磁石１４６の磁界が引っ張られ、同期速度で回転する同期運転（図３中のＯ）に入る。この際、導体バー１４４には電流が微小にしか流れなくなるので、高い運転効率を得ることができる。

一方、この同期運転時においても、固定子１２１と回転子１２２の磁極の位置関係によりコギングトルクが発生し、トルク変動（図３中のＴ３）が生じている。しかし、本発明ではバリア１４７を回転方向に傾斜させてスキューを持たせているので、永久磁石１４６の発生する磁極を傾斜させることになり、その結果コギングトルクを抑制することでトルク変動（図３中のＴ４）を抑制できるため、トルク変動によって発生する騒音・振動を低くすることができる。

更に永久磁石１４６は、希土類磁石を用いているので極めて強い磁力を得ることができる。その結果、本実施の形態のように永久磁石１４６を回転子鉄心１４１の軸方向長さに対して短く形成しても同期運転に必要な強い磁界を形成することができ、高い効率を維持することができる。

また、回転子鉄心１４１は磁石非挿入区間１６１においては電磁鋼板１４２を回転方向に少しずつずらして積層しているので磁石挿入孔１４５も回転方向に傾斜するため、磁石非挿入区間１６１においては磁石挿入孔１４５に永久磁石１４６が入らない。その結果、永久磁石１４６は磁石挿入区間１６０の区間でのみ磁石挿入孔１４５に収納されるため、位置決め用の固定子鉄板は別途作る必要がないので、生産性が良くなりコストを安くすることができる。

また、ボア部１５１が形成されているのは磁石非挿入区間１６１であるため、永久磁石１４６の磁界が、磁性体である鋳鉄からなる軸受１１４を切ることで発生するブレーキトルクが生じないため、高い効率を維持することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、電動要素の発生トルクの安定性が向上し、かつ騒音・振動を低くすることができるので、エアーコンディショナーや自動販売機等の密閉型圧縮機の用途にも展開できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図同実施の形態の密閉型圧縮機の回転子鉄心の斜視断面図同実施の形態の電動要素のトルク特性図従来の密閉型圧縮機の回転子の軸方向断面図従来の密閉型圧縮機の回転子鉄板Ａの平面図従来の密閉型圧縮機の回転子鉄板Ｂの平面図

符号の説明

１０３電動要素
１０４圧縮要素
１１３シャフト
１１４軸受
１２１固定子
１２２回転子
１３１コア
１３２巻線
１４１回転子鉄心
１４２電磁鋼板
１４４導体バー
１４６永久磁石
１４７バリア
１５１ボア部
１６１磁石非挿入区間

Claims

圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動する電動要素を備え、前記電動要素は積層電磁鋼板から形成したコアに巻線を巻回した固定子と積層電磁鋼板から形成した回転子鉄心の外周に始動用かご形導体の導体バーを複数設け、その内側に複数個の永久磁石を内装してなる略円筒形の回転子とからなる自己始動形永久磁石式の同期電動機であり、前記回転子鉄心の軸方向長さに対して前記永久磁石を短く形成するとともに、前記回転子鉄心の磁石非挿入区間において、前記回転子鉄心の外周に設けた磁石短絡防止用のバリア、および前記導体バーを回転方向に傾斜させてスキューを持たせた密閉型圧縮機。
永久磁石を希土類磁石で形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
回転子鉄心の軸方向長さに対して永久磁石を一端に配置させ、回転子鉄心の磁石非挿入区間において導体バーを回転方向に傾斜させてスキューを持たせた請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
圧縮要素を、回転子が固定されたシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受を備える構成とし、さらに、回転子鉄心の磁石非挿入区間側にボア部を設け、前記軸受を前記ボア部の内側に延在させた請求項３に記載の密閉型圧縮機。