JP5104783B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用される密閉型圧縮機に関するものである。

図１１は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機を示すものである。図１１に示すように、密閉容器１の内部に、固定子２２と回転子２４で構成される電動機２とこれによって駆動される圧縮機構部３を配設し、固定子２２の外周が密閉容器１の内壁に焼き嵌めなどで固定されている。圧縮機構部３で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが、固定子２２の外周に設けられた切り欠及び固定子２２と回転子２４の隙間を通過し、密閉容器１上部に設けられた吐出管５から外部冷却回路に吐出されている。固定子２２外周の切欠部及び固定子２２内径と回転子２４外径との隙間などの電動機２部を通過する冷媒ガスの通路断面積が小さいと電動機２の上部空間７と下部空間８との圧力差が生じ、上部空間７で冷媒ガスから分離されたオイルは密閉容器内底部に戻りにくくなるとともに、吐出管５から冷媒ガスとともに吐出されるオイル量が多くなっていた。そこで通路断面積を大きくすることによって、吐出されるオイル量を少なくし、圧縮機のオイルレベルの確保と冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止していた。

また従来から、外周がほぼ円形の固定子を用いることによって効率のよい電動機を実現していた。
特開昭６１−２８０７２７号公報 特開２００４−１９７６８７号公報

しかしながら、特許文献２の構成のように、密閉容器の内壁に溝を設けて、通路断面積を拡大して、更なるオイル吐出量低減を図りつつ、外周がほぼ円形の固定子を用いることによって効率の高い電動機を実現しながら冷媒通路を確保することを考えた場合、以下の
課題が発生する。

すなわち、固定子を密閉容器に焼き嵌めにて固定した場合、運転時に密閉容器内の圧力が上昇すると、溝を形成した密閉容器は溝を形成しない密閉容器と比べて圧力による変形量が大きいので、運転時に固定子と密閉容器の間の保持力が弱まって固定子が脱落するといった問題を有していた。また、圧力による変形量の増大分だけ焼き嵌め代を大きく設定した場合、運転時の固定子の脱落は防止することができるが、固定子にかかる密閉容器の収縮時の応力による鉄損の増加によって電動機の効率が低下するといった問題を有していた。

また、固定子と密閉容器の間を溶接により固定した場合、固定子にかかる密閉容器の収縮時の応力による鉄損の増加は防ぐことができるが、繰り返し変形によって溶接部が剥離し、長期間運転後に固定子が脱落するといった問題を有していた。一方で、密閉容器の厚みを大きくすると、圧力による変形量を小さくすることができるが、圧縮機重量の増大や密閉容器の材料費が上昇するといった問題を有していた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、密閉容器の内壁に溝を設けることによって、通路断面積を拡大して更なるオイル吐出量低減を図り、外周がほぼ円形の固定子を用いることによって効率の高い電動機を実現しながら、冷媒通路を確保することを目的とした場合においても、運転時の固定子の脱落を防ぎながら電動機効率の低下を抑制し、高い効率と高い信頼性を有する密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、中空円筒からなる密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成される電動機と前記電動機で駆動される圧縮機構部を配設し、前記固定子の外周が前記密閉容器の内壁に固定される構成において、前記密閉容器の内壁に円筒軸方向に延びる溝を設けるとともに、前記溝をスキューさせ、該溝のスキュー角度を円筒軸方向位置によって変化させたものである。

これによって、スキュー角度を変化させた位置の溝内壁面に冷媒ガスが衝突して、冷媒ガスと一緒に巻き上げられたオイルを効果的に分離して密閉容器外へのオイル吐出量を減らすことができる。また、スキュー角度が変化させた部分の機械的強度を上げることができるので、圧力による変形量をより小さくして、運転時の固定子の脱落をより効果的に防ぐことができる。

更に、本発明の密閉型圧縮機は、中空円筒からなる密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成される電動機と前記電動機で駆動される圧縮機構部を配設し、前記固定子の外周が前記密閉容器の内壁に固定される構成において、前記密閉容器の内壁に円筒軸方向に延びる溝を設けるとともに、前記溝をスキューさせ、前記回転子の回転方向と、前記溝のスキュー方向を反対にしたものである。

これによって、冷媒ガスの旋回流を固定子の回転によって減速させることができるので、特に冷媒ガスの速度が大きい運転条件の場合においても、溝通過前と通過後の冷媒ガスの圧力差を小さくすることができるので、密閉容器内底部へオイルが戻りやすく、結果として密閉容器外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器の内壁に溝を設けてこれをスキューさせることで、通路断面積を拡大して更なるオイル吐出量低減を図ることができるとともに、高い効率と信頼性を実現することができる。

第１の発明は、中空円筒からなる密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成される電動機と電動機で駆動される圧縮機構部を配設し、固定子の外周が密閉容器の内壁に固定される構成において、密閉容器の内壁に円筒軸方向に延びる溝を設けるとともに、溝をスキューさせ、該溝のスキュー角度を円筒軸方向位置によって変化させたものである。

これによって、スキュー角度を変化させた位置の溝内壁面に冷媒ガスが衝突して、冷媒ガスと一緒に巻き上げられたオイルを効果的に分離して密閉容器外へのオイル吐出量を減らすことができる。また、スキュー角度が変化させた部分の機械的強度を上げることができるので、圧力による変形量をより小さくして、運転時の固定子の脱落をより効果的に防ぐことができる。

第２の発明は、中空円筒からなる密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成される電動機と電動機で駆動される圧縮機構部を配設し、固定子の外周が密閉容器の内壁に固定される構成において、密閉容器の内壁に円筒軸方向に延びる溝を設けるとともに、溝をスキューさせ、回転子の回転方向と、溝のスキュー方向を反対にしたものである。

これによって、冷媒ガスの旋回流を固定子の回転によって減速させることができるので、特に冷媒ガスの速度が大きい運転条件の場合においても、溝通過前と通過後の冷媒ガスの圧力差を小さくすることができるので、密閉容器内底部へオイルが戻りやすく、結果として密閉容器外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の密閉型圧縮機において、固定子の固定部周辺の密閉容器の内壁に溝を設けるとともに、固定子の固定部周辺以外の密閉容器の内壁を中空円筒で構成し、溝が設けられた内壁と、中空円筒で構成された内壁とが滑らかに遷移する溝端部を設けたものである。

これによって、溝通過前と通過後の冷媒ガスの圧力差を小さくすることができるので、密閉容器内底部へオイルが戻りやすく、結果として密閉容器外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、溝が円筒軸方向に複数存在するものである。

これによって、圧力による変形量をより小さくすることができるので、運転時の固定子の脱落をより効果的に防ぐことができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、溝の円筒軸方向長さを前記固定子より長く形成したものである。

これによって、溝通過前と通過後の冷媒ガスの圧力差を小さくすることができるので、密閉容器内底部へオイルが戻りやすく、密閉容器外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、固定子の外周形状が円形であるものである。

これによって、円形の固定子を用いることによって効率の高い電動機を実現しながら、冷媒通路を確保することができるので、高い効率の密閉型圧縮機を提供することができる
。

第７の発明は、第１の発明、または第３から第６のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、回転子の回転方向と、溝のスキュー方向を同じにしたものである。

これによって、冷媒ガスの旋回流を回転子の回転によって加速させることができるので、特に冷媒ガスの速度が小さい運転条件の場合においても、冷媒とオイルを遠心力によって分離して密閉容器外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、固定子を焼き嵌めにて密閉容器に固定したものである。

これによって、圧力による変形量を小さくすることができるので、固定子にかかる密閉容器の収縮時の応力による鉄損の増加を抑制し、運転時の固定子の脱落を防止しながら電動機の効率低下を最小限にすることができる。

第９の発明は、第１から第７のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、固定子を溶接にて密閉容器に固定したものである。

これによって、圧力による変形量を小さくすることができるので、繰り返し変形によって溶接部が剥離することを防いで、長期間運転後に固定子が脱落することを防ぐことができる。

第１０の発明は、第９の発明の密閉型圧縮機において、固定子を溶接にて密閉容器に固定したとき、溝の近傍の圧力による変形量が小さい個所を溶接個所とするものである。

これによって、長期間運転による繰り返し変形によって溶接部が剥離することを防いで長期間運転後に固定子が密閉容器から脱落することを防ぐことができる。

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本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図であり、図２は、同密閉型圧縮機の密閉容器の斜視図である。

図１において圧縮機は、底部にオイルの貯溜されたオイル溜り６を有する密閉容器１で、この容器内には上側に電動機２が、下側に圧縮機構部３がそれぞれ収納されている。電動機２は回転軸３１に装着された回転子２４と、外周に切欠部２８を形成した固定子２２とで構成されている。圧縮機構部３は、シリンダ３０と、回転軸３１の偏芯部３１ａによりシリンダ３０内を回転するピストン３２とこのピストン３２に接してシリンダ３０内を分けるベーン（図示せず）とシリンダ３０の開口を封じる上軸受部３４と下軸受部３５と、この上軸受部３４に取り付けられた吐出弁（図示せず）と、この吐出弁を覆うカップマフラー３７とで構成されており、回転子２４からの駆動によりシリンダ３０内をピストン３２が回転し冷媒が圧縮される構造となっている。また、図２に示すように、密閉容器１の内壁にスキューした溝部９を設けている。ここで、図１の断面図においては、図２中のＢ−Ｂ´で示す、図１の切断断面に沿って切断した縦断面図としている。なお、同切断断面は図２に示すように、溝部９については溝部９中央に沿って切断している。

図３は、本発明の第１の実施の形態における図１中のＡ−Ａ´で示した位置での電動機
部の上部空間から見た横断面図を示している。図３に示すように、固定子２２の外周が密閉容器１の内壁に固定されている。

図１及び図２に示すように、密閉容器１内の空間が、電動機２を挟んで上部空間７と下部空間８の大きく二つに分離される密閉型圧縮機において、密閉容器１の内壁に設けた溝部９を固定子の縦（積厚）寸法と同等以上の長さで密閉容器１の円筒軸方向に形成し、かつ固定子上部空間７と下部空間８の両方に開口する構成としている。

図１において、圧縮された冷媒は、カップマフラー３７より密閉容器１内に吐出され、固定子２２と密閉容器１内壁で形成された切欠部２８と、固定子２２と密閉容器１の内壁で形成された溝部９および、電動機２のエアギャップ２６を通って、電動機２の上部空間７に送り出され、冷媒吐出管５から密閉容器１の外に吐出される。矢印は、冷媒の流れを示す。

図４に本実施の形態におけるスキュー角度の定義を、図５及び図６にスキュー角度と圧力による変形量の関係を示す。図４に示すように、本実施の形態においては、円筒軸方向と溝部９の中心線がなす角度をスキュー角度と定義する。図５は、溝部９がない従来の密閉容器（ｂａｓｅ）と図４で定義されたスキュー角度を０ｄｅｇ、３０ｄｅｇ、４５ｄｅｇと変化させたときの圧力による変形量をＦＥＭ解析した結果を示している。なお、解析結果として、固定子２２の外周が密閉容器１に固定されている内壁平面のみに着目し、密閉容器１の内壁に１ＭＰａの圧力を作用させた結果を示している。

図５を見ても分かるように、スキュー角度を大きくしていくと、圧力による変形量が小さくなることが分かる。また、溝部９がない従来の密閉容器（ｂａｓｅ）は変形が一様であるが、溝部９がある場合は、固定子２２の外周が密閉容器１に固定されている内壁平面の中でも変形量が大きい個所と小さい個所があることが分かる。すなわち、溝部９付近は変化量が小さく、溝が形成されていない円筒部は圧力による変化量が大きい。

ここで、本実施の形態においては、固定子２２を焼き嵌めにて密閉容器１に固定している。運転時に圧力が作用したときには、密閉容器１は図５で示されるように変形するので、圧力による変形量が小さい個所にて固定子２２が保持されることになる。

図６に、各スキュー角度における、最大変位量と最小変位量を溝部９がない従来の密閉容器１の変形量と比較したものを示す。図６を見ても分かるように、前述の固定子２２の保持に関係する最小変位量に着目すると、スキュー角度を大きくすると溝部９のない従来の密閉容器（ｂａｓｅ）とほぼ同じ量まで低減することができる。つまり、溝部９のない従来の密閉容器（ｂａｓｅ）とスキュー角度４５ｄｅｇの密閉容器１では、焼き嵌め代はほぼ同じ値に設定できることを意味している。よって、固定子２２にかかる密閉容器１の収縮時の応力による鉄損の増加によって電動機の効率を低下させることが無いので、運転時の固定子２２の脱落を防ぎながら、効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

なお、固定子２２を溶接にて密閉容器１に固定した場合（図示せず）、図５で示されている溝部９近傍の圧力による変形量が小さい個所を溶接個所とすることが好ましい。この構成によれば、長期間運転による繰り返し変形によって溶接部が剥離することを防いで長期間運転後に固定子２２が密閉容器１から脱落することを防ぐことができる。

なお、密閉容器１は内圧によって円筒半径方向に変形するが、溝部９が円筒軸方向に複数存在すれば、溝部９がリブとなって、溝部９に囲まれた密閉容器１の平面の変形を抑制することができる。図４はスキュー角度を４５ｄｅｇにした場合の溝部９の位置を示しているが、図４を見ても分かるように溝部９が円筒軸方向に２個所存在していることがわか
る。例えば、本実施例のようにスキュー角度を調節することによって、円筒軸方向の溝部９の存在個所を増やすと、圧力による密閉容器１の変形量を抑制することができる。

さらに、溝部９を設けることで、冷媒の通路断面積が増加し、吐出された冷媒ガスが下部空間８から上部空間７に移動する時の流速が遅くなるため、上部空間７と下部空間８の圧力差が減少する。よって、冷媒から分離されたオイルが自重により、上部空間７から下部空間８のオイル溜り６に戻りやすくなるため、圧縮機のオイルレベルが確保できる。また、上部空間７のオイルが少なくなるため、吐出冷媒とともに巻き上げられるオイルも少なくなって、圧縮機本体から吐出されるオイル量も減少し、冷凍サイクルの熱交換能力の低下を防止することができる。

また、溝部９はスキューさせているので、溝部９を通過する冷媒ガスが旋回流となる。結果、冷媒より密度の高いオイルを遠心力によって分離して、密閉容器１の内壁への付着を促進させることができるので、上部空間７でのオイル分離効果を高めて、密閉容器１外へのオイル吐出量を更に低減させることができる。

また、固定子２２の固定部周辺の密閉容器１の内壁に溝部９を設けるとともに、固定子２２の固定部周辺以外の密閉容器１の内壁は円筒で構成し、溝部９が設けられた内壁と、円筒で構成された内壁を滑らかに遷移する溝端部を設けている。この構成によれば、冷媒ガスの通路を滑らかに変化させることができるので、溝部９通過前と通過後の冷媒ガスの圧力損失を防ぐことができる。結果、溝部９通過前と通過後の冷媒ガスの圧力差を小さくすることができるので、密閉容器１内底部へオイルが戻りやすく、結果として密閉容器１外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

また、溝部９の円筒軸方向長さを固定子２２より長く形成している。この構成によれば、固定子２２の上部及び下部のコイルエンド部においても圧力損失を防ぐことができる。結果、溝部９通過前と通過後の冷媒ガスの圧力差を小さくすることができるので、密閉容器内底部へオイルが戻りやすく、結果として密閉容器１外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

なお、回転子２４の回転方向と、溝部９のスキュー方向を同じにすると、冷媒ガスの旋回流を回転子２４の回転によって加速させることができるので、特に冷媒ガスの速度が小さい運転条件の場合においても、冷媒とオイルを遠心力によって分離して密閉容器１外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

また、回転子２４の回転方向と、溝部９のスキュー方向を反対にした場合には、冷媒ガスの旋回流を固定子２４の回転によって減速させることができるので、特に冷媒ガスの速度が大きい運転条件の場合においても、溝部９通過前と通過後の冷媒ガスの圧力差を小さくすることができるので、密閉容器内底部へオイルが戻りやすく、結果として密閉容器外へのオイル吐出量を効果的に減らすことができる。

なお、溝部９を複数個設けることで、冷媒ガスの通路断面積をさらに大きくすることができるため、上部空間７と下部空間８の圧力差を小さくすることが可能となる。

なお、図７に示すように、密閉容器１内の下側に電動機２が、上側に圧縮機構部３が収納されている場合も、本実施の形態におけるスキューさせた溝部９を設けることで、同等の効果が得られることは明らかである。

（実施の形態２）
図８は本発明の第２の実施の形態における密閉型圧縮機の電動機部２を上部空間から見
た横断面図である。図８に示すように、固定子２２の外周をほぼ円筒形の構成をしている。

電動機２外周に切り欠きを設けている時と比べて、固定子２２の鉄損や磁気抵抗が増加する要因を排除出来ることで電動機２の効率が向上させている。ここで、密閉容器１内壁には溝部９を設けているため、電動機２の外周に切り欠きを設けている時と同様の冷媒の通路断面積を確保できることから、吐出されるオイル量を少なくすることが出来る。よって本実施の形態の密閉型圧縮機は、電動機２の効率を向上させると同時に吐出されるオイル量を電動機１の切り欠きがあった時と同等に維持することが可能となる。

（実施の形態３）
図９、図１０は本発明の第３の実施の形態における密閉型圧縮機の密閉容器１の斜視図及び横から見た図である。

図９及び図１０に示すように、溝部９のスキュー角度を円筒軸方向のある位置で変化させている。スキュー角度を変化させた位置の溝部９内壁面には冷媒ガスが衝突して溝部９の壁面への付着を促進することで、冷媒ガスと一緒に巻き上げられたオイルを効果的に分離して密閉容器外へのオイル吐出量を減らすことができる。また、スキュー角度が変化させた部分に着目すると、密閉容器１の平面は溝部９に囲まれているので、溝部９がリブとなって変形を抑制することができる。すなわち、本実施の形態の密閉型圧縮機においては、圧力による変形量をより小さくして、運転時の固定子の脱落をより効果的に防ぐことができる。

以上のように、本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器の内壁に溝を設けることによって、通路断面積を拡大して更なるオイル吐出量低減が図れるとともに、外周がほぼ円形の固定子を用いることによって効率の高い電動機を実現しながら冷媒通路を確保すること運転時の固定子の脱落を防ぎながら電動機効率を確保することができるので、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒（二酸化炭素など）を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態における上側に電動機、下側に圧縮機構部を配置する密閉型圧縮機の縦断面図 本発明の第１の実施の形態における密閉容器の斜視図 本発明の第１の実施の形態における電動機部の上部空間から見た横断面図 本発明の第１の実施の形態における密閉容器を横から見た図とスキュー角度の定義を示す図 本発明の第１の実施の形態におけるスキュー角度を変化させたときの圧力による変形量を示す図 本発明の第１の実施の形態におけるスキュー角度を変化させたときの最大変位量と最小変位量を示す図 本発明の第１の実施の形態における上側に圧縮機構部、下側に電動機を配置する密閉型圧縮機の縦断面図 本発明の第２の実施の形態における電動機部の上部空間から見た横断面図 本発明の第３の実施の形態における密閉容器の斜視図 同密閉容器を横から見た図 従来の密閉型圧縮機の断面図

１ 密閉容器
２ 電動機
３ 圧縮機構部
４ 上シェル
５ 冷媒吐出管
６ オイル溜り
７ 上部空間
８ 下部空間
９ 溝部
２２ 固定子
２４ 回転子
２６ エアギャップ
２８ 切欠部
３０ シリンダ
３１ 回転軸
３１ａ 偏芯部
３２ ピストン
３４ 上軸受部
３５ 下軸受部
３７ カップマフラー

Claims (10)

1. 中空円筒からなる密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成される電動機と前記電動機で駆動される圧縮機構部を配設し、前記固定子の外周が前記密閉容器の内壁に固定される構成において、
   前記密閉容器の内壁に円筒軸方向に延びる溝を設けるとともに、前記溝をスキューさせ、該溝のスキュー角度を円筒軸方向位置によって変化させたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 中空円筒からなる密閉容器の内部に、固定子と回転子で構成される電動機と前記電動機で駆動される圧縮機構部を配設し、前記固定子の外周が前記密閉容器の内壁に固定される構成において、
   前記密閉容器の内壁に円筒軸方向に延びる溝を設けるとともに、前記溝をスキューさせ、前記回転子の回転方向と、前記溝のスキュー方向を反対にしたことを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 固定子の固定部周辺の前記密閉容器の内壁に前記溝を設けるとともに、前記固定子の固定部周辺以外の前記密閉容器の内壁を中空円筒で構成し、前記溝が設けられた内壁と、前記中空円筒で構成された内壁とが滑らかに遷移する溝端部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記溝が円筒軸方向に複数存在する請求項１〜３のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記溝の円筒軸方向長さを前記固定子より長くしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記固定子の外周形状が円形であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
7. 前記回転子の回転方向と、前記溝のスキュー方向を同じにしたことを特徴とする請求項１、または請求項３〜６のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
8. 前記固定子を焼き嵌めにて密閉容器に固定したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
9. 前記固定子を溶接にて密閉容器に固定したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
10. 前記固定子を溶接にて密閉容器に固定したとき、前記溝の近傍の圧力による変形量が小さい個所を溶接個所とすることを特徴とする請求項９に記載の密閉型圧縮機。