JP5050393B2

JP5050393B2 - 圧縮機

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Publication number: JP5050393B2
Application number: JP2006116226A
Authority: JP
Inventors: 順英樋口; 安一鍋谷; 梓宇治原; 英樹森
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: EP2009285B1; WO2007123074A1; ES2594654T3; AU2007242125B2; JP2007285266A; AU2007242125A1; EP2009285A1; EP2009285A4; KR20080099347A; KR101156261B1; CN101415948A; US20090100861A1

Description

この発明は、例えば空気調和機や冷蔵庫等に用いられる圧縮機に関する。

従来、圧縮機としては、密閉容器と、この密閉容器内に配置された圧縮要素と、上記密閉容器内に配置され、上記圧縮要素をシャフトを介して駆動するモータとを備え、上記密閉容器の底部には、潤滑油が溜められた油溜まり部が形成されていた（特開２００３−２６２１９２号公報：特許文献１参照）。
特開２００３−２６２１９２号公報（図１）

しかしながら、上記従来の圧縮機では、上記モータの上部と下部とを貫通する通路が小さいので、上記モータの上部に溜まった潤滑油は、上記モータよりも下側にある上記油溜まり部に戻りにくくなって、上記油溜まり部の油面切れが発生する問題があった。この油面切れによって、上記油溜まり部の潤滑油を、上記シャフトを介して、上記圧縮要素や上記モータのベアリング等の摺動部へ、有効に送ることができず、圧縮機の信頼性が低下していた。特に、冷媒として二酸化炭素を用いる場合、潤滑油として高い粘度の潤滑油を用いることになるため、上記潤滑油は、上記油溜まり部に、一層戻りにくくなっていた。

そこで、この発明の課題は、モータ効率を維持したまま、上記油溜まり部の油面切れを防止する圧縮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、
油溜まり部を有する密閉容器と、
この密閉容器内に配置された圧縮要素と、
上記密閉容器内に配置され、上記圧縮要素をシャフトを介して駆動するモータと、
４０℃において５〜３００ｃＳｔの粘度を有する潤滑油と
を備え、
上記モータのステータコアは、上記油溜まり部側にある上記ステータコアの一面と上記油溜まり部と反対側にある上記ステータコアの他面とを貫通する複数の油戻り通路を有し、
上記ステータコアの上記他面において、
上記各油戻り通路の水力直径は、５ｍｍ〜１５ｍｍであり、かつ、上記ステータコアの最大外径を直径とする仮想円の面積に対する上記複数の油戻り通路の総面積の割合は、５％〜１５％であり、
上記ステータコアの上記他面の上に溜まった潤滑油は、この潤滑油の粘性に打ち勝ってこの潤滑油の自重により、上記各油戻り通路を通って上記油溜まり部側に戻ることを特徴としている。

この発明の圧縮機によれば、上記ステータコアの上記他面において、上記各油戻り通路の水力直径は、５ｍｍ以上であり、かつ、上記ステータコアの最大外径を直径とする仮想円の面積に対する上記複数の油戻り通路の総面積の割合は、５％〜１５％であるので、上記ステータコアの上記他面側に溜まった潤滑油を、上記複数の油戻り通路を介して、上記ステータコアの上記一面側の上記油溜まり部に戻すことができて、上記油溜まり部の油面切れを防止できる。同時に、上記ステータコアの断面積を確保できて、モータ効率を維持できる。特に、冷媒として二酸化炭素を用いる場合、高い粘度の潤滑油を用いることになるが、上記油溜まり部に、有効に、潤滑油を戻すことができる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記ステータコアは、上記モータのロータの径方向外側に配置され、上記油戻り通路は、上記ステータコアの外周側にある。

この実施形態の圧縮機によれば、上記油戻り通路は、上記ステータコアの外周側にあるので、上記ロータによって径方向外側に飛ばされた潤滑油や、上記密閉容器の内面に付着した潤滑油を、有効に、上記油戻り通路に導くことができて、上記油溜まり部の油面切れを一層確実に防止できる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記密閉容器内の冷媒は、二酸化炭素である。

この実施形態の圧縮機によれば、上記密閉容器内の冷媒は、二酸化炭素であるので、高い粘度の潤滑油を用いることになるが、上記油溜まり部に、有効に、潤滑油を戻すことができる。

この発明の圧縮機によれば、上記ステータコアの上記他面において、上記各油戻り通路の水力直径は、５ｍｍ以上であり、かつ、上記ステータコアの最大外径を直径とする仮想円の面積に対する上記複数の油戻り通路の総面積の割合は、５％〜１５％であるので、モータ効率を維持したまま、上記油溜まり部の油面切れを防止できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の圧縮機の一実施形態である縦断面図を示している。この圧縮機は、密閉容器１と、この密閉容器１内に配置された圧縮要素２と、上記密閉容器１内に配置され、上記圧縮要素２を上記シャフト１２を介して駆動するモータ３とを備えている。

この圧縮機は、いわゆる縦型の高圧ドーム型のロータリ圧縮機であって、上記密閉容器１内に、上記圧縮要素２を下に、上記モータ３を上に、配置している。このモータ３のロータ６によって、上記シャフト１２を介して、上記圧縮要素２を駆動するようにしている。

上記圧縮要素２は、アキュームレータ１０から吸入管１１を通して冷媒ガスを吸入する。この冷媒ガスは、この圧縮機とともに、冷凍システムの一例としての空気調和機を構成する図示しない凝縮器、膨張機構、蒸発器を制御することによって得られる。

この冷媒ガスは、二酸化炭素であり、上記密閉容器１内で、約１２ＭＰａの高圧になる。なお、冷媒として、Ｒ４１０ＡやＲ２２等の冷媒を用いてもよい。

上記圧縮機は、圧縮した高温高圧の冷媒ガスを、上記圧縮要素２から吐出して密閉容器１の内部に満たすと共に、上記モータ３のステータ５と上記ロータ６との間の隙間を通して、上記モータ３を冷却した後、上記モータ３の上側に設けられた吐出管１３から外部に吐出するようにしている。

上記密閉容器１内の高圧領域の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部９が形成されている。この潤滑油は、上記油溜まり部９から、上記シャフト１２に設けられた（図示しない）油通路を通って、上記圧縮要素２や上記モータ３のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。

冷媒として二酸化炭素を用いる場合、潤滑油として高い粘度の潤滑油を用いる。この潤滑油としては、粘度が４０℃において５〜３００ｃＳｔの潤滑油を用いる。この潤滑油は、例えば、（ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の）ポリアルキレングリコール油や、エーテル油や、エステル油や、鉱油である。

上記圧縮要素２は、上記密閉容器１の内面に取り付けられるシリンダ２１と、このシリンダ２１の上下の開口端のそれぞれに取り付けられている上側の端板部材５０および下側の端板部材６０とを備える。上記シリンダ２１、上記上側の端板部材５０および上記下側の端板部材６０によって、シリンダ室２２を形成する。

上記上側の端板部材５０は、円板状の本体部５１と、この本体部５１の中央に上方へ設けられたボス部５２とを有する。上記本体部５１および上記ボス部５２は、上記シャフト１２に挿通されている。上記本体部５１には、上記シリンダ室２２に連通する吐出口５１ａが設けられている。

上記本体部５１に関して上記シリンダ２１と反対側に位置するように、上記本体部５１に吐出弁３１が取り付けられている。この吐出弁３１は、例えば、リード弁であり、上記吐出口５１ａを開閉する。

上記本体部５１には、上記シリンダ２１と反対側に、上記吐出弁３１を覆うように、カップ型のマフラカバー４０が取り付けられている。このマフラカバー４０は、（ボルト等の）固定部材３５によって、上記本体部５１に固定されている。上記マフラカバー４０は、上記ボス部５２に挿通されている。

上記マフラカバー４０および上記上側の端板部材５０によって、マフラ室４２を形成する。上記マフラ室４２と上記シリンダ室２２とは、上記吐出口５１ａを介して、連通されている。

上記マフラカバー４０は、孔部４３を有する。この孔部４３は、上記マフラ室４２と上記マフラカバー４０の外側とを連通する。

上記下側の端板部材６０は、円板状の本体部６１と、この本体部６１の中央に下方へ設けられたボス部６２とを有する。上記本体部６１および上記ボス部６２は、上記シャフト１２に挿通されている。

要するに、上記シャフト１２の一端部は、上記上側の端板部材５０および上記下側の端板部材６０に支持されている。すなわち、上記シャフト１２は、片持ちである。上記シャフト１２の一端部（支持端側）は、上記シリンダ室２２の内部に進入している。

上記シャフト１２の支持端側には、上記圧縮要素２側の上記シリンダ室２２内に位置するように、偏心ピン２６を設けている。この偏心ピン２６は、ローラ２７に嵌合している。このローラ２７は、上記シリンダ室２２内で、公転可能に配置され、このローラ２７の公転運動で圧縮作用を行うようにしている。

言い換えると、上記シャフト１２の一端部は、上記偏心ピン２６の両側において、上記圧縮要素２のハウジング７で支持されている。このハウジング７は、上記上側の端板部材５０および上記下側の端板部材６０を含む。

次に、上記シリンダ室２２の圧縮作用を説明する。

図２に示すように、上記ローラ２７に一体に設けたブレード２８で上記シリンダ室２２内を仕切っている。すなわち、上記ブレード２８の右側の室は、上記吸入管１１が上記シリンダ室２２の内面に開口して、吸入室（低圧室）２２ａを形成している。一方、上記ブレード２８の左側の室は、（図１に示す）上記吐出口５１ａが上記シリンダ室２２の内面に開口して、吐出室（高圧室）２２ｂを形成している。

上記ブレード２８の両面には、半円柱状のブッシュ２５，２５が密着して、シールを行っている。上記ブレード２８と上記ブッシュ２５，２５との間は、上記潤滑油で潤滑を行っている。

そして、上記偏心ピン２６が、上記シャフト１２と共に、偏心回転して、上記偏心ピン２６に嵌合した上記ローラ２７が、このローラ２７の外周面を上記シリンダ室２２の内周面に接して、公転する。

上記ローラ２７が、上記シリンダ室２２内で公転するに伴って、上記ブレード２８は、このブレード２８の両側面を上記ブッシュ２５，２５によって保持されて進退動する。すると、上記吸入管１１から低圧の冷媒ガスを上記吸入室２２ａに吸入して、上記吐出室２２ｂで圧縮して高圧にした後、（図１に示す）上記吐出口５１ａから高圧の冷媒ガスを吐出する。

その後、図１に示すように、上記吐出口５１ａから吐出された冷媒ガスは、上記マフラ室５２を経由して、上記マフラカバー４０の外側に排出される。

図１と図３に示すように、上記モータ３は、上記ロータ６と、このロータ６の径方向外側にエアギャップを介して配置された上記ステータ５とを有する。

上記ロータ６は、ロータ本体６１０と、このロータ本体６１０に埋設された磁石６２０とを有する。上記ロータ本体６１０は、円筒形状であり、例えば積層された電磁鋼板からなる。上記ロータ本体６１０の中央の孔部には、上記シャフト１２が取り付けられている。上記磁石６２０は、平板状の永久磁石である。６つの上記磁石６２０が、上記ロータ本体６１０の周方向に等間隔の中心角度で、配列されている。

上記ステータ５は、ステータコア５１０と、このステータコア５１０に巻かれたコイル５２０とを有する。なお、図３では、上記コイル５２０を一部省略して、描いている。

上記ステータコア５１０は、環状部５１１と、この環状部５１１の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に等間隔に配列された９つのティース５１２とを有する。上記ステータコア５１０は、積層された複数の鋼板からなる。上記コイル５２０は、上記各ティース５１２にそれぞれ巻かれて複数の上記ティース５１２に渡って巻かれていない、いわゆる集中巻きである。

上記モータ３は、いわゆる６極９スロットである。上記コイル５２０に電流を流して上記ステータ５に発生する電磁力によって、上記ロータ６を、上記シャフト１２と共に、回転させる。

上記ステータコア５１０は、上記油溜まり部９側にある上記ステータコア５１０の一面（下面）５１０ａと上記油溜まり部９と反対側にある上記ステータコア５１０の他面（上面）５１０ｂとを貫通する複数の油戻り通路５３０を有する。

上記油戻り通路５３０は、上記ステータコア５１０の外周側にある。上記油戻り通路５３０は、上記ステータコア５１０の外周面に形成された凹溝やＤカット面等のいわゆるコアカットによって、形成されている。つまり、上記油戻り通路５３０は、上記コアカットの内面と上記密閉容器１の内周面１ｂとで囲まれた空間である。

上記油戻り通路５３０は、上記各ティース５１２の径方向外側に、配設され、上記ティース５１２の数と同じ９つある。上記油戻り通路５３０は、上記密閉容器１の中心軸１ａ方向からみて、略長方形に形成されている。

上記ステータコア５１０の上記他面５１０ｂにおいて、上記各油戻り通路５３０の水力直径は、５ｍｍ以上であり、かつ、上記ステータコア５１０の最大外径を直径とする仮想円の面積に対する上記複数の油戻り通路５３０の総面積の割合（以下、面積比という）は、５％〜１５％である。

上記油戻り通路５３０の水力直径とは、図４に示すように、上記他面５１０ｂ上での上記油戻り通路５３０の面積をＳとし、上記他面５１０ｂ上での上記油戻り通路５３０の周長をＬとしたとき、４Ｓ／Ｌであらわされる。図４は、図３のＡ部の拡大図である。

上記油戻り通路５３０の面積Ｓは、図４の斜線で示すように、上記ステータコア５１０の上記凹溝の内面と上記密閉容器１の上記内周面１ｂとで囲まれた面積である。上記油戻り通路５３０の周長Ｌは、図４の太線で示すように、上記ステータコア５１０の上記凹溝の内面の長さと上記密閉容器１の上記内周面１ｂの長さとを加えた値である。

上記ステータコア５１０の最大外径を直径とする仮想円とは、図３に示すように、上記密閉容器１の上記内周面１ｂに一致する。つまり、この仮想円の面積とは、上記他面５１０ｂ上での上記密閉容器１内側の断面積に一致する。上記複数の油戻り通路５３０の総面積とは、上記他面５１０ｂ上での上記各油戻り通路５３０の面積Ｓの総数をいう。

上記構成の圧縮機によれば、上記ステータコア５１０の上記他面５１０ｂにおいて、上記各油戻り通路５３０の水力直径は、５ｍｍ以上であり、かつ、上記面積比は、５％〜１５％であるので、冷媒ガスとともに上記モータ３の下流側（上側）に流れて上記ステータコア５１０の上記他面５１０ｂ側に溜まった潤滑油を、上記複数の油戻り通路５３０を介して、上記ステータコア５１０の上記一面５１０ａ側の上記油溜まり部９に戻すことができて、上記油溜まり部９の油面切れを防止できる。そして、この油面切れの防止によって、上記油溜まり部９の潤滑油を、上記シャフト１２を介して、上記圧縮要素２や上記モータ３のベアリング等の摺動部へ、有効に送ることができて、圧縮機の信頼性が向上する。

同時に、上記ステータコア５１０の断面積を確保できて、モータ効率を維持できる。特に、冷媒として二酸化炭素を用いる場合、高い粘度の潤滑油を用いることになるが、上記油溜まり部９に、有効に、潤滑油を戻すことができる。

ここで、上記ステータコア５１０の上記他面５１０ｂ上のみで、上記各油戻り通路５３０の水力直径が５ｍｍを満たすことで、潤滑油は、自重により粘性に打ち勝って、上記油戻り通路５３０を下降して、上記油溜まり部９に移動する。

これに対して、上記各油戻り通路５３０の水力直径が５ｍｍよりも小さいと、上記油戻り通路５３０の平面形状が例えばスリット状になって、潤滑油は、粘性によって上記ステータコア５１０の上記他面５１０ｂに付着し、上記油戻り通路５３０を下降しないで、上記油溜まり部９に移動しない。つまり、油面切れを起こす問題がある。一方、上記各油戻り通路５３０の水力直径が１５ｍｍよりも大きいと、上記ステータコア５１０の上記環状部５１１の有効表面積が小さくなって、モータ効率が低下する問題がある。

また、上記面積比が５％よりも小さいと、上記油戻り通路５３０の数量が少なくなって、潤滑油を上記油溜まり部９に有効に戻すことができず、油面切れを起こす問題がある。一方、上記面積比が１５％よりも大きいと、上記油戻り通路５３０の数量や面積が大きくなり、上記ステータコア５１０の表面積が小さくなって、モータ効率が低下する問題がある。

なお、本発明では、上記各油戻り通路５３０の水力直径は、２０ｍｍ以下であるのが好ましく（さらに好ましくは１５ｍｍ以下）、上記ステータコア５１０の断面積を一層確実に確保できて、モータ効率を一層確実に維持できる。

また、上記油戻り通路５３０は、上記ステータコア５１０の外周側にあるので、上記ロータ６によって径方向外側に飛ばされた潤滑油や、上記密閉容器１の上記内周面１ｂに付着した潤滑油を、有効に、上記油戻り通路５３０に導くことができて、上記油溜まり部９の油面切れを一層確実に防止できる。

次に、図５に、油面切れおよびモータ効率と、水力直径および面積比との関係を示す。横軸に、各油戻り通路の水力直径を示し、縦軸に、面積比（ステータコア外径面積に対する油戻り通路の総面積の割合）を示す。

第１領域Ｚ１、つまり、水力直径が５ｍｍ〜１５ｍｍであり、かつ、面積比が５％〜１５％であるとき、油面切れおよびモータ効率ともに、問題がない。

第２領域Ｚ２、つまり、水力直径が１５ｍｍよりも大きく、かつ、面積比が５％〜１５％であるとき、モータ効率に少しの問題があるが、油面切れに問題がない。

第３領域Ｚ３、つまり、水力直径が５ｍｍ以上であり、かつ、面積比が１５％よりも大きいとき、油面切れに問題がないが、モータ効率に問題がある。

第４領域Ｚ４、つまり、水力直径が５ｍｍよりも小さいとき、および、面積比が５％よりも小さいときの少なくとも一方では、モータ効率に問題がないが、油面切れに問題がある。

次に、図５のグラフの根拠を、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂに示す。

図６Ａは、面積比（ステータコア外径面積に対する油戻り通路の総面積の割合）と、モータ効率低下率との関係を示す。縦軸に、モータ効率低下率を示し、縦軸の下側ほどモータ効率が低下している。そして、図６Ａから分かるように、面積比が１５％よりも大きいと、モータ効率が極端に低下している。

図６Ｂは、面積比（ステータコア外径面積に対する油戻り通路の総面積の割合）と、油面高さ低下率との関係を示す。縦軸に、油面高さ低下率を示し、縦軸の下側ほど油面高さが低下している。そして、図６Ｂから分かるように、面積比が５％よりも小さいと、油面高さが極端に低下している。

言い換えると、油戻り通路総面積が大きいとモータ効率が低下する為に、面積比（油戻り通路の総面積の割合／ステータコア外径面積）は、１５％より小さな値が必要である。また、油戻り通路総面積が小さいと油戻り性が悪くなるために、油面を確保できない。したがって、面積比（油戻り通路の総面積の割合／ステータコア外径面積）は、５％より大きな値が必要である。

図７Ａは、各油戻り通路の水力直径と、モータ効率低下率との関係を示す。縦軸に、モータ効率低下率を示し、縦軸の下側ほどモータ効率が低下している。そして、図７Ａから分かるように、水力直径が１５ｍｍよりも大きいと、モータ効率に問題が生じてくる。

図７Ｂは、各油戻り通路の水力直径と、油面高さ低下率との関係を示す。縦軸に、油面高さ低下率を示し、縦軸の下側ほど油面高さが低下している。そして、図７Ｂから分かるように、水力直径が５ｍｍよりも小さいと、油面高さが極端に低下している。

言い換えると、水力直径が大きいと上記ステータコア５１０の環状部５１１の表面積が小さくなりモータ効率が低下する。したがって、水力直径は、１５ｍｍより小さな値が必要である。また、水力直径が小さいと油戻り性が悪くなるために、油面を確保できない。したがって、水力直径は、５ｍｍより大きな値が必要である。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記圧縮要素２として、ローラとブレードが別体であるロータリタイプでもよい。上記圧縮要素２として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。上記圧縮要素２として、２つのシリンダ室を有する２シリンダタイプでもよい。上記コイル５２０を、上記複数のティース５１２にわたって巻いた、いわゆる分布巻きとしてもよい。

また、上記圧縮要素２が上、上記モータ３が下に配置されていてもよい。上記油戻り通路５３０を、上記ステータコア５１０の内周側に設けてもよく、または、上記ステータコア５１０の内周面と外周面との間の中央部に設けてもよい。また、上記各油戻り通路５３０は、上記ステータコア５１０の周方向にどの位置に設けてもよく、また、等ピッチまたは不等ピッチに設けてもよい。

本発明の圧縮機の一実施形態を示す縦断面図である。圧縮機の要部の平面図である。圧縮機のモータ付近の横断面図である。図３のＡ部の拡大図である。油面切れおよびモータ効率と、水力直径および面積比との関係を示すグラフである。面積比とモータ効率低下率との関係を示すグラフである。面積比と油面高さ低下率との関係を示すグラフである。水力直径とモータ効率低下率との関係を示すグラフである。水力直径と油面高さ低下率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１密閉容器
１ｂ内周面
２圧縮要素
３モータ
５ステータ
５１０ステータコア
５１０ａ一面（下面）
５１０ｂ他面（上面）
５３０油戻り通路
６ロータ
９油溜まり部
１２シャフト
２１シリンダ

Claims

油溜まり部（９）を有する密閉容器（１）と、
この密閉容器（１）内に配置された圧縮要素（２）と、
上記密閉容器（１）内に配置され、上記圧縮要素（２）をシャフト（１２）を介して駆動するモータ（３）と、
４０℃において５〜３００ｃＳｔの粘度を有する潤滑油と
を備え、
上記モータ（３）のステータコア（５１０）は、上記油溜まり部（９）側にある上記ステータコア（５１０）の一面（５１０ａ）と上記油溜まり部（９）と反対側にある上記ステータコア（５１０）の他面（５１０ｂ）とを貫通する複数の油戻り通路（５３０）を有し、
上記ステータコア（５１０）の上記他面（５１０ｂ）において、
上記各油戻り通路（５３０）の水力直径は、５ｍｍ〜１５ｍｍであり、かつ、上記ステータコア（５１０）の最大外径を直径とする仮想円の面積に対する上記複数の油戻り通路（５３０）の総面積の割合は、５％〜１５％であり、
上記ステータコア（５１０）の上記他面（５１０ｂ）の上に溜まった潤滑油は、この潤滑油の粘性に打ち勝ってこの潤滑油の自重により、上記各油戻り通路（５３０）を通って上記油溜まり部（９）側に戻ることを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機において、
上記ステータコア（５１０）は、上記モータ（３）のロータ（６）の径方向外側に配置され、
上記油戻り通路（５３０）は、上記ステータコア（５１０）の外周側にあることを特徴とする圧縮機。
請求項１または２に記載の圧縮機において、
上記密閉容器（１）内の冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする圧縮機。