JP5034476B2 - 圧縮機および空気調和機および給湯機 - Google Patents

Description

この発明は、圧縮機および空気調和機および給湯機に関する。

近年、地球温暖化防止対策として、フロン等の人工冷媒を用いた冷凍サイクルから自然冷媒を用いた冷凍サイクルへ変換する動きが国内外問わず市場要求として高まっている。

このような自然冷媒の中でも、ＣＯ_２冷媒はＯＤＰ(オゾン破壊係数)＝０、ＧＷＰ(地球温暖化係数)＝１であり、更に毒性や可燃性が共に無いことから、有力冷媒として注目されている。

しかしながら、ＣＯ_２冷媒は、同じ吐出ガス温度を得る圧力がＲ４１０Ａ等に代表されるＨＦＣ冷媒の値とくらべて約３倍以上(約１０[ＭＰa])も高いため、軸受の負荷が増大し、軸受面圧も大きくなる。

一般に、軸受部において良好な潤滑を得るためには、
油の粘度×軸の速度÷面圧
で表される値を、ある一定以上に保つ必要がある。

よって、ＨＦＣ冷媒の置き換え等としてＣＯ_２冷媒を用いる場合、圧縮機の速度および軸受周辺温度が同一の条件では、ＨＦＣ冷媒を使用しているときよりも高粘度な冷凍機油を使用する必要がある。例えば、１００℃において、同じ油膜を得る(良好な潤滑性を得る)ために、エーテル油、エステル油の約２倍の粘度が必要である。

特に、一般に冷凍機油の粘度が低下する高温において、高粘度を維持できる冷凍機油がＣＯ_２冷媒を使用する圧縮機には不可欠となる。

ところで、冷凍機油の粘度が高いと、ステータヨーク外周に、例えばティースの延長線上にわずかなコアカットを設けただけでは、通常、一定のトルクを得るために、コアカットの軸長が長いことと相まって、流路抵抗が高くなり、モータの上部の空間で冷媒と分離された冷凍機油は、コアカットを通ってモータの下にある油溜めに戻らず、油溜めの油面が低下し、軸受が損傷するという問題がある。

また、高圧ドームの圧縮機の場合、ＣＯ_２冷媒は高圧となり、ガス冷媒の密度が高く、冷凍機油との密度差が小さくなり、冷凍機油を押し上げる浮力が大きくなる。

このような理由から、ＣＯ_２冷媒を用いた圧縮機は、冷凍機油を戻す通路抵抗を、ＨＦＣ(ハイドロフルオロカーボン)冷媒に比べると、小さくする必要がある。例えば、従来の分布巻や集中巻のモータであれば、ステータのバックヨークの外周に大きなコアカットを設ける必要があるが、バックヨークは磁束が多く通るので、一定の断面積が必要である。従って、大きな断面積のコアカットを設けることにより、実質ステータの外径を小さくすることになり、ロータ径を小さくするか、または、スロット面積を小さくしなければならないので、サイズのわりには出力の小さいモータとなってしまう。

一方で、特許文献１および特許文献２には、アキシャルギャップ型モータを圧縮機に搭載した内容が記載されている。これらの特許文献１,２において、冷媒は特定されていないが、特許文献１は、ステータは、密閉容器の断面よりも十分小さい(隙間だらけ)のモータである。しかし、バックヨークを有するステータであって、特に、ステータのバックヨーク外径で密閉容器の内壁に固定されるような構成では、ステータバックヨークが完全にモータ上下の空間を仕切ってしまう(エアギャップすらない)。そのため、モータの上下での差圧が大きくなり、モータの上部空間に上がった冷凍機油は、モータの下部の空間に戻りにくいという問題がある。

さらに、ＣＯ_２冷媒であれば、ラジアルギャップ型モータにコアカットを設けた場合、バックヨークの断面積を確保すると、ステータのバックヨークとして有効に働く部分の外径が小さくなり、特性が低下する。
特開昭６１−１８５０４０ 特開２００４−５２６５７

そこで、この発明の課題は、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機およびそれを用いた空気調和機および給湯機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の圧縮機は、
冷媒としてＣＯ_２を用いた圧縮機であって、
密閉容器と、
上記密閉容器内に搭載され、回転軸に固定されたロータと上記ロータの軸方向にエアギャップを介して対向するステータとを有するアキシャルギャップ型のモータと、
上記密閉容器内に搭載され、上記モータにより上記回転軸を介して駆動される圧縮機構部と
を備え、
上記ステータのバックヨークと上記密閉容器の内壁との間に、上記モータの軸方向両側の空間を連通するステータ外周通路を設け、
上記回転軸の軸方向に上記ステータ外周通路を投影した部分は、上記ステータのコイルの外側の形状に沿うようになっていると共に、
上記ロータの外周は、上記ステータ外周通路の内周よりも半径方向内側にあることを特徴とする。

上記構成の圧縮機によれば、アキシャルギャップ型のモータを用いることによって、ステータのバックヨークのステータ外周通路となるコアカットの軸長を短くすることができ、流路抵抗を減ずることができる。また、ティース外周部を迂回して回るインナーロータ型の電動機と比べて、隣接するティース間や、ティースの内側のバックヨークを磁束が通るため、バックヨークの磁気抵抗は、コアカットにより極端に上昇することはない。したがって、ステータのバックヨークと密閉容器の内壁との間に、モータの軸方向両側の空間を連通するステータ外周通路を、ステータを通る磁束を阻害せずに設けることが可能となる。また、上記モータの上部の空間で分離された冷凍機油が、上記モータの軸方向両側の空間を連通する通路を通って落ちる間に、ステータのコイルにより加熱されて粘度が下がるため、冷凍機油がより油溜めに戻りやすい。したがって、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を実現できる。
また、上記ロータの外周は、ステータ外周通路の内周よりも半径方向内側にすることによって、ロータの外周の流路抵抗は、ステータ外周通路の流路抵抗に比べて十分無視できる程度に小さくできる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記モータは、上記圧縮機構部から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる上記密閉容器内の領域に配置されている。

上記圧縮機構部から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる密閉容器内の高圧領域にモータが配置された構成では、ＣＯ_２冷媒は高圧となり、ガス冷媒の密度が高く、冷凍機油との密度差が小さくなるため、冷凍機油を押し上げる浮力が大きくなる。しかしながら、このような構成の圧縮機において、モータの上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくするので、特に有効である。

また、一実施形態の圧縮機では、上記ロータの外周と上記密閉容器の内壁との間の空間の上記ロータの軸直角断面の断面積は、上記ステータ外周通路の上記バックヨークの軸直角断面の断面積よりも大きい。

上記実施形態によれば、上記ロータの外周と密閉容器の内壁との間の空間のロータの軸直角断面の断面積を、ステータ外周通路のバックヨークの軸直角断面の断面積よりも大きくすることによって、ロータの外周の流路抵抗は、ステータ外周通路の流路抵抗に比べて十分無視できる程度に小さくできる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記ステータは、上記バックヨークの外周にて、上記密閉容器の内壁に圧入、または、焼きばめ、または、溶接されている。

上記実施形態によれば、上記バックヨークの外周にて、ステータが密閉容器の内壁に圧入、または、焼きばめ、または、溶接されていることによって、ステータのバックヨークを密閉容器に確実に保持できると共に、バックヨークにより密閉容器の強度も向上し、振動や騒音を低減できる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記ステータの上記コイルは、集中巻である。

上記実施形態によれば、上記ステータのコイルが集中巻であれば、上記ステータ外周通路をコイルの極間に設けることができる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記ステータの上記コイルは、コイルエンドが軸方向に重ねられた分布巻または波巻である。

上記実施形態によれば、上記ステータのコイルが、コイルエンドが軸方向に重ねられた分布巻または波巻であれば、起磁力を正弦波に近づけて、振動や騒音を低減できる。また、波巻の場合は、コイル同士の結線を減らすことができ、特に極数が多い場合に好適である。さらに、波巻の場合は、ステータ外周通路となるコアカットを設けられる箇所が増大し、より大きなステータ外周通路を設けることができる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記ステータ外周通路は、上記コイルの互いに重ね合わせられた外周側のコイルエンドのうち、他のコイルエンドよりも半径方向内側に設けられたコイルエンドの外側、かつ、上記他のコイルエンドを有する上記コイルの相互間に設けられた。

上記実施形態によれば、上記コイルの互いに重ね合わせられた外周側のコイルエンドのうち、他のコイルエンドよりも半径方向内側に設けられたコイルエンドの外側、かつ、上記他のコイルエンドを有するコイルの相互間に設けられたステータ外周通路を冷凍機油が通るとき、三方がコイルにより囲まれているため、冷凍機油が効果的にコイルにより加熱されて、粘度を下げることができる。

また、この発明の空気調和機では、上記のいずれか１つの圧縮機を搭載したことを特徴とする。

上記構成によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、性能がよく信頼性の高い空気調和機を実現できる。

また、この発明の給湯機では、上記のいずれか１つの圧縮機を搭載したことを特徴とする。

上記構成によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、性能がよく信頼性の高い給湯機を実現できる。

以上より明らかなように、この発明の圧縮機によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を実現することができる。また、一実施形態の圧縮機によれば、ロータの外周を、ステータ外周通路の内周よりも半径方向内側にすることによって、ロータの外周の流路抵抗は、ステータ外周通路の流路抵抗に比べて十分無視できる程度に小さくできる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、圧縮機構部から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる密閉容器内の高圧領域にモータが配置された圧縮機において、モータの上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくするので、特に有効である。

また、一実施形態の圧縮機によれば、ロータの外周と密閉容器の内壁との間の空間の断面積を、ステータ外周通路の断面積よりも大きくすることによって、ロータの外周の流路抵抗は、ステータ外周通路の流路抵抗に比べて十分無視できる程度に小さくできる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、バックヨークの外周にて、ステータが密閉容器の内壁に圧入、または、焼きばめ、または、溶接されていることによって、ステータのバックヨークを密閉容器に確実に保持できると共に、バックヨークにより密閉容器の強度も向上し、振動や騒音を低減できる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、上記ステータのコイルが集中巻であれば、上記ステータ外周通路をコイルの極間に設けることができる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、ステータのコイルが、コイルエンドが軸方向に重ねられた分布巻または波巻であれば、起磁力を正弦波に近づけて、振動や騒音を低減できる。また、波巻の場合は、コイル同士の結線を減らすことができ、特に極数が多い場合に好適で、さらに、ステータ外周通路となるコアカットを設けられる箇所が増大し、より大きなステータ外周通路を設けることができる。

また、一実施形態の圧縮機によれば、コイルの互いに重ね合わせられた外周側のコイルエンドのうち、他のコイルエンドよりも半径方向内側に設けられたコイルエンドの外側、かつ、上記他のコイルエンドを有するコイルの相互間に設けられたステータ外周通路を冷凍機油が通るとき、三方がコイルにより囲まれているため、冷凍機油が効果的にコイルにより加熱されて、粘度を下げることができる。

また、この発明の空気調和機によれば、上記圧縮機を用いることによって、性能がよく信頼性の高い空気調和機を実現できる。

また、この発明の給湯機によれば、上記圧縮機を用いることによって、性能がよく信頼性の高い給湯機を実現できる。

以下、この発明の圧縮機および空気調和機および給湯機を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、この発明の第１実施形態のロータリ圧縮機の縦断面図を示している。この第１実施形態のロータリ圧縮機は、ＣＯ_２冷媒を用いた高圧ドーム型である。

この第１実施形態の圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１と、上記密閉容器１内に配置された圧縮機構部２と、上記密閉容器１内かつ圧縮機構部２の上側に配置され、上記圧縮機構部２を回転軸４を介して駆動するアキシャルギャップ型のモータ３とを備えている。上記密閉容器１の下側側方に、吸入管１１を接続する一方、密閉容器１の上側に吐出管１２を接続している。上記吸入管１１から供給される冷媒ガスは、圧縮機構部２の吸込側に導かれる。

ここで、上方向とは、上記密閉容器１の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、密閉容器１の中心軸に沿った上方向をいう。また、このロータリ圧縮機は、少なくともモータ３の下部に油溜めを有する縦型である。

上記モータ３は、圧縮機構部２から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる密閉容器１内の高圧領域に配置されている。

上記アキシャルギャップ型のモータ３は、回転軸４に固定された円盤形状のロータ５０と、上記ロータ５０の上側に軸方向にエアギャップを介して対向するように配置された上側ステータ６０Ｂと、上記ロータ５０の下側に軸方向にエアギャップを介して対向するように配置された下側ステータ６０Ａとを有する。

また、上記圧縮機構部２は、図１に示すように、シリンダ状の本体部２０と、この本体部２０の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端板８および下端板９とを備える。上記回転軸４は、上端板８および下端板９を貫通して、本体部２０の内部に挿入されている。上記回転軸４は、圧縮機構部２の上端板８に設けられた軸受２１と、圧縮機構部２の下端板９に設けられた軸受２２により回転自在に支持されている。上記本体部２０内の回転軸４にクランクピン５が設けられ、そのクランクピン５に嵌合されて駆動されるピストン６とそれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室７により圧縮を行う。ピストン６は偏芯した状態で回転し、または、公転運動を行い、圧縮室７の容積を変化させる。

図２は上記ロータ５０および下側ステータ６０Ａの分解斜視図を示しており、図３は上記下側ステータ６０Ａの平面図を示している。なお、上側ステータ６０Ｂは、下側ステータ６０Ａと同様の構成をしている(上下が逆)。

図２に示すように、上記ロータ５０は、円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石５２を、軸方向両側からロータコア５１で挟むように重ね合わせて形成している。また、上記ロータコア５１には、中央に円孔５１aを設けると共に、放射状に４つのスリット５１bを設け、スリット５１b間に各永久磁石５２を周方向に所定の間隔をあけて配置している。上記ロータコア５１のスリット３３bと、永久磁石５２間の空間で、冷媒ガスが軸方向に流れるガス通路を形成している。

上記下側ステータ６０Ａは、中央孔６３aを有する磁性体からなる円盤状のバックヨーク６３と、上記バックヨーク６３からロータ５０側に向って起立し、周方向に略等間隔に設けられた６つのティース６４と、上記回転軸４に平行な方向を中心に各ティース６４に巻回されたアキシャルコイル６２と、上記ティース６４先端に、エアギャップ面に対して対向面積を広げるように設けられ、中央孔６１aを有する円板形状の磁性体板６１とを有している。一方、上側ステータ６０Ｂは、上下が逆であるのを除いて下側ステータ６０Ａと同じ構成をしている。上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａの各磁性体板６１には、複数のティース６４を互いに磁気的に絶縁するためのスリット６１bを放射状に設けている。

上記６つのティース６４は、バックヨーク６３によって互いに磁気的に接続され、バックヨーク６３と反対側(ロータに対向する側)では、磁性体板６１により接続されている。上記コイル６２は、例えば３相スター結線され、インバータから電流を供給する。

上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａ夫々のロータ５０に対向する位置には、互いに逆の極性が発生するようにコイル６２が巻回される。すなわち、軸方向の一方の方向から見て同一方向に巻回されたコイルが設けられることになる。

上記上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａは、ロータ５０の径方向両側に配置され、密閉容器１に固定されている。上記回転軸４は、ロータ５０の回転力を圧縮機構部２に伝達する。

上記バックヨーク６３の外周部は、密閉容器１の内壁に接触しているが、磁性体板６１は、密閉容器１の内壁に対して一定の距離を隔てている。密閉容器１の内壁に近接または接触すれば、磁束が短絡するからである。

図２, 図３に示すように、上記バックヨーク６３の外周部に、コイル６２の外側の形状に沿うようにコアカット６３bを設けている。

上記バックヨークの６３のコアカット６３bは、モータ３の軸方向両側の空間を連通するステータ外周通路であり、油戻し通路として有効に使うことができる。ここで、コアカットは、例えば集中巻であれば、極間に設けられる。なお、バックヨークのコアカットは、コイルの外側形状よりも大きめでもよいし、小さめでもよい。

上記ロータ５０は、任意であるが、この第１実施形態においては、永久磁石５２の両側に、磁極ごとにスリット５１bで磁気的に隔てられたロータコア５１を設けている。ただ、このまま回転軸４でロータコア５１を保持することは困難であるので、ロータコア５１と永久磁石５２を保持する非磁性体のホルダーを介することが望ましい。

なお、上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａは対称形状で十分であるが、異なっていてもよい。

次に、上記ロータリ圧縮機の作用を説明する。

図１に示すように、吸入管１１から圧縮機構部２の圧縮室７に冷媒ガスを供給し、モータ３により圧縮機構部２を駆動させて、冷媒ガスを圧縮する。そして、圧縮された冷媒ガスは、冷凍機油と共に、圧縮機構部２の吐出孔２３から密閉容器１内に吐出され、モータ３を通って、圧縮機構部２の上部空間に運ばれ、吐出管１２より密閉容器１の外側に吐出される。

このとき、冷媒ガスは、上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａの内周部およびロータ５０の回転軸付近に設けられた通路(図示せず)を通って上部空間に導かれる。この冷媒ガスに含まれる冷凍機油は、ロータ５０の遠心力で飛ばされ、密閉容器１の内側に微粒子の状態で付着することで液化した後、重力の作用によって、モータ３の冷媒ガス流れの上流側に戻る。

上記第１実施形態の圧縮機においては、圧縮機構部２や軸受を潤滑した冷凍機油は、モータ３を通るうちに、上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａのコイル６２によって加熱されて粘度を下げる。そして、モータ３の上部の空間で分離された冷凍機油が、コアカット６３bを通って落ちる。冷凍機油が粘度を下げるため、冷凍機油がより油溜めに戻りやすくなる。特に、下側ステータ６０Ａまわりは、上側ステータ６０Ｂのコアカット６３bよりも面積を小さくすることができる。上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａのコアカット６３bを落ちた冷凍機油は、吸入管１１付近を通ることにより、再び冷却され、粘度を回復し、軸受２１,２２を良好に潤滑する。

したがって、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高いロータリ圧縮機実現することができる。

また、高圧ドーム型のロータリ圧縮機において、ＣＯ_２冷媒が高圧となってガス冷媒の密度が高くなり、ＣＯ_２冷媒と冷凍機油との密度差が小さくなるため、冷凍機油を押し上げる浮力が大きくなっても、この第１実施形態の構成のロータリ圧縮機によれば、モータ３の上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくするので、特に有効である。

ここで、ロータ５０の外周は、ステータ外周通路(コアカット６３b)の内周よりも半径方向内側にある。さらに、ロータ５０の外周と密閉容器１の内壁との間の空間の断面積は、ステータ外周通路(コアカット６３b)の断面積よりも大である。これにより、ロータ５０の外周の流路抵抗は、ステータ外周通路の流路抵抗に比べて十分無視できる程度に小さくできる。

また、上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａのバックヨーク６３の軸長は、モータ全長(ロータ５０および上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａを併せた軸方向長さ)の１／２以下であると、流路抵抗を１／２以下にする点で望ましい。実際、ティース６４、ロータ５０、バックヨーク６３がそれぞれ同等程度であれば、バックヨーク６３の軸長はモータ全長の１／２以下になる。

なお、上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａの磁性体板６１は必須ではない。

また、上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａの内周側の通路は、冷凍機油を含んだ冷媒をモータ３の上部空間に上げるためのものであるが、こちらの通路もコイル６２に接触するようにすれば、コイル６２を冷却しつつ、冷凍機油は加熱しながら上に上がる。このとき、一部の冷凍機油は、ロータ５０および上側ステータ６０Ｂのギャップ面にて滴下して、ロータ５０の遠心力で外周に飛散される。従って、上側ステータ６０Ｂのコアカット６３bは、十分大きくする必要は必ずしも無い。

また、冷凍機油の粘度の変化を考えると、圧縮機構部と軸受は、モータの下部に有する場合に適する。

なお、上側ステータ６０Ｂ,下側ステータ６０Ａのうちのバックヨーク６３を密閉容器１の内周に焼きばめすることは、軸長が短すぎる場合があり、この場合は溶接により固定すればよい。

図４は上記第１実施形態のロータリ圧縮機において置き換え可能な分布巻のステータ構造を示している。このステータ８０は、コイルエンドが軸方向に重ねられた巻線をもつ、分布巻である。

上記ステータ８０は、例えば密閉容器(図示せず)の内側に圧入または焼きばめまたは溶接により取り付けられたステータコア８２と、このステータコア８２に取り付けられたコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２とを有する。上記ステータ８０は、下層のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２と上層のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１の２層構造をしている。ステータコア８２は、軟磁性材料、例えば、透磁率の高い鉄等からなる。

上記ステータコア８２は、回転軸４に対して略直交するように配置された円環状のバックヨーク８３と、このバックヨーク８３のロータ３１側の一面に、軸方向に起立するように設けられたティース２４bとを有する。上記バックヨーク８３の外周にて、ステータ８０が密閉容器１の内壁に圧入、または、焼きばめ、または、溶接されていることによって、ステータ８０のバックヨーク８３を密閉容器１に確実に保持できると共に、バックヨーク８３により密閉容器１の強度も向上し、振動や騒音を低減することができる。

上記ティース８４は、回転軸４(図１に示す)に沿って延びており、回転軸４の周りに複数個設けられている。上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２は、各ティース８４の複数に巻回されている。従って、上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンドにおいて、他のコイルと重なり合う部分を有する。このコイルエンドが重なり合う部分の一方のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２は、同一平面で巻回される。また、上記コイルエンドが重なり合う部分の他方のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１は、ティース８４に対して、軸方向かつロータ５０側に曲げられている。それにより、他方のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１は、一方のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンドを邪魔することなく、巻回される。

上記コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２は、上段にＵ相,Ｖ相,Ｗ相が配置され、下段に上段のＵ相と１８０°対向する位置にＵ相,Ｖ相,Ｗ相が配置されている。上段のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１のコイルエンドは、下段のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンドとの干渉を避けるべく、下段のコイルエンドよりもティース８４に対して内側で上に曲げられ、下段のコイルエンドよりも上に、かつ、ティース８４に対して内側にてわたる。

上記ステータ外周通路８５は、互いに重ね合わせられたコイルエンドのうち、より内周側に退けられた上段のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１の外側であって、かつ、外周側に設けられた下段のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２の相互間に設けられている。すなわち、ステータ外周通路８５は、ティース８４の外周部になる。このステータ外周通路８５を通るときに、冷凍機油は上段のコイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１のコイルエンドの外周側、および、下段のコイルＵ２,Ｖ２,Ｗ２のコイルエンドの屈曲部付近を通るため、加熱されて粘度を減ずる。なお、コイルＵ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２と密閉容器１の内周部との間には、絶縁を確保するための空間を有するように設けられるのが一般的であり、その部分にも適宜コアカットを設けてステータ外周通路を形成するとよい。

図５は上記第１実施形態の圧縮機において置き換え可能な波巻のステータ構造を示している。

上記ステータ９０のコイルＵd,Ｖd,Ｗdは、いわゆる波巻である。すなわち、ティース９４間のスロット部を通ったコイルＵd,Ｖd,Ｗdは、外周側と内周側では異なる方向に巻回される。つまり、極数によらず、各相１コイルとなる。従って、極数を増した場合でも、結線が容易となり、結線のためのスペースも不要となる。

上記コイルＵd,Ｖd,Ｗdを、下から第１層、第２層、第３層とよぶ。なお、ティース９４間のスロット部に収納されたコイルＵd,Ｖd,Ｗdの部分は、ティース長ほぼ全部に渡って収納され、他の相と重なることはない。

第１層は、平面状にコイルＵdが配置される。ただし、ティース９４に対して、内周および外周に空間を設けてある。この空間を用いて、他の相のコイルエンドを屈曲させる。

第２層は、コイルＶdが配置され、第１層のコイルＵdと重ならない部分において、コイルエンドはスロット内部と同じ平面状に這うが、第１層のコイルＵdと重なり合う部分においては、ロータ側(図５では上側)に屈曲し、第１層のコイルＵのコイルエンドの上の層(「上段」とよぶ)を通る。

また、第３層は、コイルＷdが配置され、コイルＷdのコイルエンドは、ほぼ、上段を這う。

各相のコイルＵd,Ｖd,Ｗdは、予め巻枠に巻回されて、所定の形状に整形された後、ステータコア９２のティース９４に外嵌される。

図５に示す波巻のステータ９０は、内側に退けられたコイルＷd,Ｖdのコイルエンドの外周であって、外側に設けられたコイルエンドの境界付近にステータ外周通路９５を形成している。すなわち、ステータ外周通路９５はティース９４の外周部になる。

このステータ外周通路の効果は、図４,図５に示すステータ８０,９０のいずれも同等である。

ただ、分布巻および波巻は、起磁力を正弦波に近づけ、振動・騒音を低減できる。また、波巻は、コイル同士の結線を減らすことができ、特に極数が多い場合に好適である。さらに、波巻の場合は、コアカット(ステータ外周通路)を設けられる箇所が増大し、より大きなコアカットを設けることが可能となる。

〔第２実施形態〕
図６はこの発明の第２実施形態のロータリ圧縮機の縦断面図を示している。この第２実施形態の圧縮機は、ステータとロータがそれぞれ１組のアキシャルギャップ型モータを搭載している。また、このロータリ圧縮機は、ＣＯ_２冷媒を用いた高圧ドーム型である。

この第２実施形態のロータリ圧縮機は、図６に示すように、密閉容器１０１と、上記密閉容器１０１内に配置された圧縮機構部１０２と、上記密閉容器１０１内かつ圧縮機構部１０２の上側に配置され、上記圧縮機構部１０２を回転軸１０４を介して駆動するアキシャルギャップ型のモータ１０３とを備えている。上記密閉容器１０１の下側側方に、吸入管１１１を接続する一方、密閉容器１０１の上側に吐出管１１２を接続している。上記吸入管１１１から供給される冷媒ガスは、圧縮機構部１０２の吸込側に導かれる。

ここで、上方向とは、上記密閉容器１０１の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、密閉容器１０１の中心軸に沿った上方向をいう。また、このロータリ圧縮機は、少なくともモータ１０３の下部に油溜めを有する縦型である。

上記アキシャルギャップ型のモータ１０３は、ロータ１３０と、上記ロータ１３０の軸方向の下側に配置されたステータ１４０とを有する。

図７は上記モータ１０３の分解斜視図を示している。

図７に示すように、上記ロータ１３０は、ロータコア１３１と、上記ロータコア１３１の下側に円周に沿って配列された扇形状の４つの永久磁石１３２とを有する。

また、上記ステータ１４０は、バックヨーク１４３と、上記バックヨーク１４３からロータ５０側に向って起立し、周方向に略等間隔に設けられた６つのティース１４４と、上記６つのティース６４に巻回されたアキシャルコイル６２とを有する。上記バックヨーク１４３の外周かつ各ティース１４４の半径方向外側にコアカット１４６を夫々設けている。このコアカット１４６は、冷媒の通路や冷却のための風の通路等に用いられる。また、バックヨーク１４３の外周にケーシング(図示せず)の内周が接触する固定部１４７に、応力緩和孔１４５を設けている。この応力緩和孔１４５により、バックヨーク１４３の固定部１４７をケーシングの内周に固定する焼きばめ時(または圧入時)の応力によりバックヨーク１４３が面内変形して軸方向に変位しないので、エアギャップ精度が向上すると共に、バックヨーク１４３のティース１４４周りで歪が緩和されるため、磁気特性の劣化がない。

上記構成のロータリ圧縮機によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高いロータリ圧縮機を実現することができる。

また、高圧ドーム型のロータリ圧縮機において、ＣＯ_２冷媒が高圧となってガス冷媒の密度が高くなり、ＣＯ_２冷媒と冷凍機油との密度差が小さくなるため、冷凍機油を押し上げる浮力が大きくなっても、この第２実施形態の構成のロータリ圧縮機によれば、モータ１０３の上部空間にある冷凍機油を油溜めに戻しやすくするので、特に有効である。

ここで、ロータ１３０の外周は、ステータ外周通路(コアカット１４６)の内周よりも内側にある。さらに、ロータ１３０の外周と密閉容器１の内壁との間の空間の断面積は、ステータ外周通路(コアカット１４６)の断面積よりも大である。これにより、ロータ１３０の外周の流路抵抗は、ステータ外周通路の流路抵抗に比べて十分無視できる程度に小さくできる。

上記ステータ１４０は集中巻である。また、ステータ外周通路(コアカット１４６)は、コイル１４２の最外径部に沿って設けられているか、または、上記コイル１４２の最外径部に近接して設けられている。通常、コイル１４２は、絶縁のために密閉容器１０１の内壁とある程度距離を離す必要がある。そのコイル１４２と密閉容器１０１の内壁との間の空間を利用し、そのままバックヨーク１４３にもコアカット１４６を連続して設けている。

また、バックヨーク１４３の密閉容器１０１の内壁に勘合する固定部１４７において、外径から少し隔てた部分に設けた貫通孔(応力緩和孔１４５)を併せて、冷凍機油の戻し通路として利用できる。

〔第３実施形態〕
図８はこの発明の第３実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図を示している。この第３実施形態のスクロール圧縮機は、低圧ドーム型で、圧縮機構部２０３がモータ２０２の上部にある形態を示す。

このスクロール圧縮機は、図８に示すように、密閉容器２０１内に下から上に順に配置された、アキシャルギャップ型のモータ２０２と、このモータ２０２で駆動される圧縮機構部２０３とを備えている。ここで、上側とは、密閉容器２０１の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、密閉容器２０１の中心軸に沿った上側をいう。

上記モータ２０２は、圧縮機構部２０３に吸入されるべき低圧の冷媒が満たされる密閉容器２０１内の低圧領域に配置されている。具体的には、密閉容器２０１内は、圧縮機構部２０３を挟んで高圧領域Ｈと低圧領域Ｌとに区画され、モータ２０２は、低圧領域Ｌに配置されている。

上記モータ２０２は、ステータ２２１と、このステータ２２１の下側に軸方向にエアギャップを介して配置されたロータ２２６と、このロータ２２６に固定されると共にこのロータ２２６の回転力を圧縮機構部２０３に伝達する回転軸２２０とを有している。

上記ステータ２２１は、密閉容器２０１の内面に取り付けられたステータコア２２３と、このステータコア２２３に取り付けられたコイル２２２とを有する。

上記ステータコア２２３は、回転軸２２０に対して略直交するように配置された円環状のバックヨーク２２４aと、このバックヨーク２２４aのロータ２２６側の一面に設けられたティース２２４bとを有する。

上記バックヨーク２２４aは、回転軸２２０を挿通して保持するボス部２２４ｃを有する。なお、上記ボス部２２４ｃは、必須ではなく、バックヨーク２２４aは、回転軸２２０から離隔していてもよい。

上記ティース２２４bは、回転軸２２０に沿って延びており、回転軸２２０の周りに複数個設けられている。上記コイル２２２は、各ティース２２４bの軸周りに巻回されている。上記コイル２２２は、励磁されて、ティース２２４bの軸方向の磁束を発生する。上記ティース２２４bのそれぞれに発生した磁束は、バックヨーク２２４aを介して他のティース２２４bに移動する。

上記構成のスクロール圧縮機において、吸入管２０６から冷媒を導入し、スクロール形式の圧縮機構部２０３により冷媒を圧縮し、吐出管２０７から圧縮された高圧冷媒を吐出する。このとき、冷凍機油は、油溜め２０８から、回転軸２０４の下端より回転軸２０４内を通って軸受部および圧縮機構部２０３を潤滑する。そして、例えば、吐出冷媒が充満する高圧空間Ｈと吸入冷媒が充満する低圧空間Ｌを接続する油戻し通路２３４を通って、高圧空間Ｈにて吐出冷媒と分離された冷凍機油が低圧空間Ｌに戻る。回転軸２０４内を通って密閉容器２０１内部(低圧部)に冷凍機油を返す。そのとき、バックヨーク２２４ａのうち、コイルのない部分(集中巻であれば、隣接するティースの間)にコアカット２４６を設けている。ロータ２２６の外径は、密閉容器２０１の内側より十分に小さい。なお、油溜め２０８とロータ２２６の間には、ロータ２２６が冷凍機油を跳ね上げることを防止するための仕切り２０９を設けているが、仕切り２０９にも、油通路を設けている。

上記構成のスクロール圧縮機によれば、地球温暖化係数が小さくオゾンを破壊しないＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高いスクロール圧縮機を実現することができる。

ここで、ロータ２２６の外周は、ステータ外周通路(コアカット２４６)の内周よりも内側にある。さらに、ロータ２２６の外周と密閉容器１の内壁との間の空間の断面積は、ステータ外周通路(コアカット２４６)の断面積よりも大である。これにより、ロータ２２６の外周の流路抵抗は、ステータ外周通路の流路抵抗に比べて十分無視できる程度に小さい。

〔第４実施形態〕
図９はこの発明の第４実施形態の圧縮機を用いた空気調和機の回路図を示している。この第４実施形態の空気調和機では、第１,第２実施形態のロータリ圧縮機または第３実施形態のスクロール圧縮機のうちのいずれか１つを用いる。

この空気調和機は、図９に示すように、圧縮機４０１と、上記圧縮機４０１の吐出側が一端に接続された四路弁４０２と、上記四路弁４０２の他端に一端が接続された室外熱交換器４０３と、上記室外熱交換器４０３の他端に一端が接続された電動膨張弁４０４と、上記電動膨張弁４０４の他端に一端が接続された室内熱交換器４０５と、上記室内熱交換器４０５の他端に四路弁４０２を介して一端が接続され、他端が圧縮機４０１の吸入側に接続されたアキュムレータ４０６とを備えている。上記圧縮機４０１,四路弁４０２,室外熱交換器４０３,電動膨張弁４０４, 室内熱交換器４０５およびアキュムレータ４０６で冷媒回路を構成している。

また、この空気調和機は、室外熱交換器４０３近傍に配置された室外ファン４０７と、室内熱交換器５近傍に配置された室内ファン４０８を備えている。

上記圧縮機４０１,四路弁４０２,室外熱交換器４０３,電動膨張弁４０４,キュムレータ４０６,室外ファン４０７で室外機４１０を構成し、上記室内熱交換器４０５と室内ファン４０８で室内機４２０を構成している。

この第４実施形態の空気調和機によれば、ＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、高性能,高信頼性でかつ地球環境にやさしい空気調和機を実現することができる。

〔第５実施形態〕
図１０はこの発明の第５実施形態の圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機の回路図を示している。この第５実施形態の空気調和機では、第１,第２実施形態のロータリ圧縮機または第３実施形態のスクロール圧縮機のうちのいずれか１つを用いる。

このヒートポンプ給湯機は、図１０に示すように、室外ユニット５１０,室内ユニット５２０および給湯タンクユニット５３０を備えている。上記室外ユニット５１０は、圧縮機５０１と、上記圧縮機５０１の吐出側に接続された四路弁５０２と、上記四路弁５０２に一端が接続された室外熱交換器５０３と、上記室外熱交換器５０３の他端に一端が接続された電動膨張弁５０４とを有している。上記電動膨張弁５０４の他端に減圧器としての電動膨張弁５０５の一端を接続している。また、上記室外ユニット５１０の電動膨張弁５０５の他端と室内ユニット５２０の室内熱交換器５０７の一端と接続している。上記室内ユニット５２０の室内熱交換器５０７の他端を室外ユニット５１０の四路弁５０２,アキュムレータ５０８を介して圧縮機５０１の吸入側に接続している。また、上記圧縮機５０１と四路弁５０２との間の冷媒配管５５１に電磁弁５５２を配設している。

また、上記圧縮機５０１の吐出側に給湯タンクユニット５３０の二重管構造の給湯熱交換器５３１の一端を冷媒配管５５３により接続して、その冷媒配管５５３に電磁弁５５４を配設している。上記給湯熱交換器５３１の他端を電動膨張弁５０４と電動膨張弁５０５との間の冷媒配管に電動膨張弁５０６を介して接続している。上記給湯熱交換器５３１の内管の上端を給湯タンク５３２の中間位置に接続する一方、給湯熱交換器５３１の内管の下端を給湯タンク５３２の底に接続している。上記給湯タンク５３２内の湯を給湯熱交換器５３１の内管を介して循環ポンプ５３３により循環させる。

この第５実施形態の給湯機によれば、ＣＯ_２冷媒を用いて、油戻しが良好な信頼性の高い圧縮機を用いることによって、高性能,高信頼性でかつ地球環境にやさしいヒートポンプ給湯機を実現することができる。

上記第１〜第５実施形態において、高粘度を維持できる冷凍機油がＣＯ_２冷媒を使用する圧縮機には不可欠となる。

例えば、エーテル油、エステル油であっても、高温において高粘度である冷凍機油を使う方法があるが、同時に低温ではより冷凍機油の粘度が高くなるので、低温における冷凍機油またはＣＯ_２が飽和溶解した冷凍機油の流動性に注意する必要がある。粘度指数が１５０未満の冷凍機油を使う場合、高温で高粘度であると、低温においては粘度が過剰に大きくなり、冷凍機油が流動性を失い、圧縮機が潤滑油不足となり起動不良などを引起こす。

このように、高温においても高粘度を維持し、低温においても流動性を失わない冷凍機油の特性としては、冷凍機油の温度による動粘度の変化の割合を表す尺度である粘度指数が、１５０以上、望ましくは２００程度が望ましい。上記第１〜第３実施形態の圧縮機では、冷凍機油としてＰＡＧ(ポリアルキレングルコール)を用いる。

上記第１〜第３実施形態では、スクロール圧縮機およびロータリ圧縮機について説明したが、他の構成の圧縮機にこの発明を適用してもよい。

また、上記第４,第５実施形態では、圧縮機を用いた空気調和機およびヒートポンプ給湯機について説明したが、空気調和機と給湯機の構成はこれに限らない。また、この発明の圧縮機は、第４,第５実施形態に限らず、他の冷凍機等に適用してもよい。

図１はこの発明の第１実施形態のロータリ圧縮機の縦断面図である。 図２は上記ロータリ圧縮機のロータおよび下側ステータの分解斜視図である。 図３は上記ロータリ圧縮機のステータの平面図である。 図４は上記第１実施形態のロータリ圧縮機において置き換え可能な分布巻のステータ構造を示す図である。 図５は上記第１実施形態のロータリ圧縮機において置き換え可能な波巻のステータ構造を示す図である。 図６はこの発明の第２実施形態のロータリ圧縮機の縦断面図を示している。 図７は上記圧縮機のモータの分解斜視図である。 図８はこの発明の第３実施形態のスクロール圧縮機の縦断面図を示している。 図９はこの発明の第４実施形態の圧縮機を用いた空気調和機の回路図である。 図１０はこの発明の第５実施形態の圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機の回路図である。

１,１０１,２０１…密閉容器
２,１０２,２０３…圧縮機構部
３,１０３,２０２…モータ
４,１０４,２２０…回転軸
５…クランクピン
６…ピストン
７…圧縮室
８…上端板
９…下端板
１１,１１１…吸入管
１２,１１２…吐出管
２０…本体部
２１,２２…軸受
５０,１３０,２２６…ロータ
５１…ロータコア
５２…永久磁石
６０Ｂ…上側ステータ
６０Ａ…下側ステータ
６１…磁性体板
６２,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕd,Ｖd,Ｗd,１４２,２２２…コイル
６３,１４３,２２４a…バックヨーク
６３b…コアカット
６４,１４４,２２４b…ティース
８０,９０,１４０,２２１…ステータ
８５,９５…ステータ外周通路
１４５…応力緩和孔
１４６…コアカット
１４７…固定部
２２３…ステータコア
２２４c…ボス部
４０１,５０１…圧縮機

Claims (9)

1. 冷媒としてＣＯ_２を用いた圧縮機であって、
   密閉容器(１,１０１,２０１)と、
   上記密閉容器(１,１０１,２０１)内に搭載され、回転軸(４,１０４,２２０)に固定されたロータ(５０,１３０,２２６)と上記ロータ(５０,１３０,２２６)の軸方向にエアギャップを介して対向するステータ(６０Ａ,６０Ｂ,８０,９０,１４０,２２１)とを有するアキシャルギャップ型のモータ(３,１０３,２０２)と、
   上記密閉容器(１,１０１,２０１)内に搭載され、上記モータ(３,１０３,２０２)により上記回転軸(４,１０４,２２０)を介して駆動される圧縮機構部(２,１０２,２０３)と
   を備え、
   上記ステータ(６０Ａ,６０Ｂ,８０,９０,１４０,２２１)のバックヨーク(６３,８３,９３,１４３,２２４a)と上記密閉容器(１,１０１,２０１)の内壁との間に、上記モータ(３,１０３,２０２)の軸方向両側の空間を連通するステータ外周通路(６３b,８５,９５,１４６,２４６)を設け、
   上記回転軸(４,１０４,２２０)の軸方向に上記ステータ外周通路(６３b,８５,９５,１４６,２４６)を投影した部分は、上記ステータ(６０Ａ,６０Ｂ,８０,９０,１４０,２２１)のコイル(６２,Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕd,Ｖd,Ｗd,１４２,２２２)の外側の形状に沿うようになっていると共に、
   上記ロータ(５０)の外周は、上記ステータ外周通路(６３b,８５,９５,１４６,２４６)の内周よりも半径方向内側にあることを特徴とする圧縮機。
2. 請求項１に記載の圧縮機において、
   上記モータ(３,１０３)は、上記圧縮機構部(２,１０２)から吐出された高圧の冷媒ガスが満たされる上記密閉容器(１,１０１)内の領域に配置されていることを特徴とする圧縮機。
3. 請求項１または２に記載の圧縮機において、
   上記ロータ(５０,１３０,２２６)の外周と上記密閉容器(１,１０１,２０１)の内壁との間の空間の上記ロータ(５０,１３０,２２６)の軸直角断面の断面積は、上記ステータ外周通路(６３b,８５,９５,１４６,２４６)の上記バックヨーク(６３,８３,９３,１４３,２２４a)の軸直角断面の断面積よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧縮機において、
   上記ステータ(６０Ａ,６０Ｂ,８０,９０,１４０,２２１)は、上記バックヨーク(６３,８３,９３,１４３,２２４a)の外周にて、上記密閉容器(１,１０１,２０１)の内壁に圧入、または、焼きばめ、または、溶接されたことを特徴とする圧縮機。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の圧縮機において、
   上記ステータ(６０Ａ,６０Ｂ,１４０,２２１)の上記コイル(６２,１４２,２２２)は、集中巻であることを特徴とする圧縮機。
6. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の圧縮機において、
   上記ステータ(８０,９０)の上記コイル(Ｕ１,Ｖ１,Ｗ１,Ｕ２,Ｖ２,Ｗ２,Ｕd,Ｖd,Ｗd)は、コイルエンドが軸方向に重ねられた分布巻または波巻であることを特徴とする圧縮機。
7. 請求項６に記載の圧縮機において、
   上記ステータ外周通路(９５)は、上記コイル(Ｕd,Ｖd,Ｗd)の互いに重ね合わせられた外周側のコイルエンドのうち、他のコイルエンドよりも半径方向内側に設けられたコイルエンドの外側、かつ、上記他のコイルエンドを有する上記コイルの相互間に設けられたことを特徴とする圧縮機。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の圧縮機を搭載したことを特徴とする空気調和機。
9. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の圧縮機を搭載したことを特徴とする給湯機。

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