JP5322701B2

JP5322701B2 - 密閉型圧縮機、及びこれを備えた冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP5322701B2
Application number: JP2009046229A
Authority: JP
Inventors: 義和藤末; 和史森島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010203235A

Description

本発明は、密閉型圧縮機、及びこれを備えた冷凍サイクル装置に係り、より詳しくは、圧縮手段の偏心部の回転による振れを打ち消すために電動機に設けたバランスウエイトの改良に関するものである。

密閉型圧縮機の電動機には、圧縮手段の偏心部の回転による振れを打ち消すためのバランスウエイトを回転子と一体に取り付けるが、バランスウエイトには高価な非磁性材料が用いられていた。これは、バランスウエイトに磁性材料を使用すると、安価であるが、回転子に永久磁石を使用しているのでバランスウエイトに磁束が漏れ、効率が低下するためである。
このため、永久磁石から磁性材料のバランスウエイトへの磁束漏れを減らして、安価な磁性材料のバランスウエイトの使用を可能とするため、磁性材料で構成された円板状のバランスウエイトをロータの回転軸の軸方向において、永久磁石との間に隙間を設けた状態で回転軸の外周面に固定したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１７６５３０号公報（第６頁、図１、２）

永久磁石型回転電動機において、電動機の回転子に圧縮手段の偏心部の回転時の振れを打ち消すようにしてバランスウエイトを取り付ける場合、回転子とバランスウエイトの組み付け位相精度が重要となる。
特許文献１記載の密閉型圧縮機では、電動機の回転軸にバランスウエイトを取り付けるため、回転軸とバランスウエイトの組み付けのバラツキと、回転子と回転軸の組み付けのバラツキが集積されることになり、その組み付け位相の精度が低下するという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、回転バランスを修正するための部材として安価な磁性材料からなるバランスウエイトを用い、かつ永久磁石からバランスウエイトへの磁束漏れを防止することができ、その上バランスウエイトと回転子の組み付け精度の高い密閉型圧縮機、及びこれを備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に設置された電動機と、該電動機に駆動される圧縮手段とを有し、前記電動機の回転子の軸方向の両側に、該回転子の端面から所定のすき間を隔てて磁性材料からなるバランスウエイトが設けられており、前記回転子は、円板状の磁性鋼板を積層した回転子鉄心の外周側の軸方向に、偶数辺の多角形の各辺に対応してそれぞれ独立して設けたスリット状の永久磁石挿入孔に板状の永久磁石を極性を交互にして挿入して構成されたものであり、前記回転子の同じ極性の永久磁石の近傍の軸方向に締結部材挿通孔を設けると共に、前記バランスウエイトの前記締結部材挿通孔と対応する位置に貫通孔を設けて該貫通孔に前記すき間に対応する長さで軸方向に突出する中空の脚部を設けたものである。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の密閉型圧縮機を備えたものである。

本発明によれば、バランスウエイトに安価な磁性材料を用いても磁束が短絡して流れず、また、バランスウエイトと回転子の組み付け精度も高い電動機を備えた密閉型圧縮機、及び上記の密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。図１の回転子の拡大図である。図２の回転子の磁気領域の横断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図１の圧縮手段の一部を省略した拡大図である。本発明の実施の形態２に係る密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクルの模式図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る密閉型圧縮機を説明するための図１〜図５において、密閉型圧縮機１は、有底円筒状で上部開口部が蓋体によって閉塞された密閉容器２内に、電動手段（電動機）１０と、この電動機１０によって駆動される駆動手段３０とが設置されており、密閉容器２内の底部には主として圧縮手段３０の摺動部を潤滑する冷凍機油（図示せず）が貯留されている。

まず、電動機１０について説明する。
電動機１０は固定子１１と、中心部に回転軸４が挿通固定された回転子１２とを備え、回転子１２は密閉容器２の上部に固定された固定子１１内に回転自在に配置されている。
回転子１２は、中心部の軸方向には回転軸が挿通固定される回転軸挿通孔１３ａが設けられており、外周側の軸方向には偶数辺の多角形（図には六角形の場合が示してある）の各辺に対応した位置に、それぞれ独立したスリット状の磁石挿通孔１３ｂが設けられている。また、磁石挿通孔１３ｂの各頂点の近傍の軸方向にはそれぞれ冷媒流路１３ｃが設けられており、さらに、後述の位置において、軸方向には締結部材挿通孔１３ｄが設けられている。以下、これら軸方向に設けられた孔を一括して各孔と記すことがある。

このような構成の回転子１２は、板厚が０．１〜１．５ｍｍ程度の電磁鋼板を、プレス加工により上記各孔を有する円板状に打ち抜いて形成し、これら薄板を各孔を軸方向に整合させて積層し、回転子鉄心１３を形成する。
そして、偶数個の磁石挿入孔１３ｂに薄板状の永久磁石１４を、極性を交互にして挿入し、上下の端面に、磁石挿入孔１３ｂを除く各孔に対応して開口部が設けられた端板１６ａ、１６ｂを接着剤等により接着する。これにより、回転子コア１５が構成される。

２０ａ、２０ｂは回転子コア１５の上下に設けたバランスウエイトで、磁性材料からなり、回転子コア１５の回転軸挿通孔１３ａ及び締結部材挿通孔１３ｄに対応してそれぞれ貫通孔２１、２２が設けられており、締結部材挿通孔１３ｄに対応した貫通孔２２には、下面又は上面に突出する例えば円筒状の中空の脚部２４ａ、２４ｂがそれぞれ設けられている。なお、下部のバランスウエイト２０ｂには、固定子コア１５の冷媒流路１３ｃに対応して冷媒流路２３が設けられている。

そして、上部のバランスウエイト２０ａの脚部２４ａから、端板１６ａの孔、回転子鉄心１３の締結部材挿通孔１３ｄ、端板１６ｂの孔、下部のバランスウエイト２０ｂの脚部２４ｂに締結部材２５が挿通され、下端部をかしめて、回転子コア１５及び上下のバランスウエイト２０ａ、２０ｂを一体に固定する。このとき、上下のバランスウエイト２０ａ、２０ｂと端板１６ａ、１６ｂとの間には、脚部２４ａ、２４ｂによりそれぞれすき間Ｓが形成される。

前述の上下のバランスウエイト２０ａ、２０ｂに設けた脚部２４ａ、２４ｂ、したがって締結部材２５は、永久磁石１４の同極上、すなわち、図３に示すように、ａ₁−Ｏ−ａ₂、ａ₃−Ｏ−ａ₄、ａ₅−Ｏ−ａ₆の領域（Ｎ極上）、または、ａ₂−Ｏ−ａ₃、ａ₄−Ｏ−ａ₅、ａ₆−Ｏ−ａ₇の領域（Ｓ極上）のいずれかに設けられる。したがって、上下のバランスウエイト２０ａ、２０ｂにそれぞれ設けた脚部２４ａ、２４ｂの数は、永久磁石１４の数の１／２である。

このようにして上下にバランスウエイト２０ａ、２０ｂが設けられた回転子１２には、回転軸挿通孔１３ａに回転軸４が挿通されて焼き嵌め等により一体に取り付けられる。このとき、バランスウエイト２０ａ、２０ｂは、後述する圧縮手段３０内に位置する回転軸４に設けた偏心部との位置を所定の位置に合わせることにより、密閉型圧縮機１の運転時に、圧縮手段３０における回転軸４の偏心部の振れを、電動機１０側のバランスウエイト２０ａ、２０ｂにより打ち消すことができる。

次に圧縮手段３０について説明する。
圧縮手段３０は電動機１０の回転軸４に連結されており、回転軸４には上下２段のシリンダー３１のシリンダー室３２内に位置する偏心軸部４１が一体的に設けられており、偏心軸部４１の外周にはリング状のローリングピストン３３が摺動自在に嵌合されている。

詳述すると、偏心軸部４１（１８０度位相がずれた上側偏心軸部４１ａ及び下側偏心軸部４１ｂ）は上下２段のシリンダー３１（上側シリンダー３１ａ及び下側シリンダー３１ｂ）のシリンダー室３２ａ、３２ｂ内にそれぞれ位置しており、上下のシリンダー室３２ａ、３１ｂは仕切板３４によって仕切られている。上下のシリンダー３１は、平面ほぼ円形で、内部に円形の空間であるシリンダー室３２（上側シリンダー室３２ａ及び下側シリンダー室３２ｂ）を備えており、その軸方向の両端が開口している。これら上下のシリンダー３１は軸方向に所定の高さを持ち、シリンダー室３２に連通し半径方向に延びる平行なベーン溝（図示せず）が軸方向に貫通して設けられている。また、ベーン溝の背面（外側）には、ベーン溝に連通するほぼ円形の空間である背圧室（図示せず）が設けられている。

また、上下のシリンダー３１には、冷凍サイクルからの吸入ガスが通る吸入ポート（図示せず）がそれぞれ設けられて、シリンダー３１の外周面からシリンダー室３２に貫通しており、また、ほぼ円形の空間であるシリンダー室３２の縁部付近（電動機１０側の端面）を切り欠いた吐出口（図示せず）が設けられている。

シリンダー３１のベーン溝内にはベーンが収容され、背圧室に設けられたベーンスプリング（図示せず）によって常にローリングピストン３３側に付勢されている。密閉型圧縮機１は密閉容器２内が高圧であるから、運転を開始するとベーンの背面（背圧室側）に密閉容器２内の高圧とシリンダー室３２の圧力との差圧による力が作用するので、ベーンスプリングは主に密閉型圧縮機１の起動時（密閉容器２内とシリンダー室３２の圧力に差がない状態）に、ベーンをローリングピストン３３に押し付ける。このベーンの形状は、平たい（周方向の厚さが、径方向及び軸方向の長さよりも小さい）ほぼ直方体である。

シリンダー３１の上面には回転軸４の主軸部４ａ（上側の偏心軸部４１ａより上の部分）を回転自在に支持する上軸受３５が設けられており、上部シリンダー３１ａのシリンダー室３２（ベーン溝も含む）の一方の端面（電動機１０側の端面）を閉塞している。また、シリンダー室３１の下面には回転軸４の副軸部４ｂ（下側の偏心軸部４１ｂより下の部分）を回転自在に支持する下軸受３６が設けられて、下部シリンダー３１ｂのシリンダー室３２（ベーン溝も含む）の他方の端面（冷凍機油側の端面）を閉塞している。

上軸受３５にはその上面（電動機１０側）に吐出マフラー３７が取り付けられており、上軸受３５の吐出弁から吐出される高温、高圧の吐出ガスは、一旦、吐出マフラー３７に入り、その後、吐出マフラー３７の吐出穴３７ａから密閉容器２内に吐出されるようになっている。

密閉容器２の横には吸入マフラー３８が設けられており、冷凍サイクルからの低圧の冷媒ガスを吸入し、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダー３１のシリンダー室３２に吸入されるのを抑制する。この吸入マフラー３８は、シリンダー３１ａ、３１ｂの吸入ポートに吸入管３９ａ、３９ｂを介して接続され、溶接等により密閉容器２の側面に固定されている。

上記のように構成した本発明の作用を説明する。
外部から電力が供給され、密閉型圧縮機１の電動機１０が駆動され回転軸４が回転すると、圧縮手段３０のシリンダー室３２内に配設されたローリングピストン３３が、シリンダー室３２内を偏心回転する。そして、冷凍サイクルの低圧側の低温の蒸気冷媒が吸入マフラー３８から吸入され、シリンダー室３２内を偏心回転するローリングピストン３３により圧縮される。こうして、高温、高圧となった蒸気冷媒は、吐出マフラー３７の吐出穴３７ａから電動機１０の冷媒通路１３ｃを通過して、吐出管３から吐出する。
密閉型圧縮機１の運転時に、圧縮手段３０の偏心軸部４１の振れは電動機１０側に設けたバランスウエイト２０により打ち消される。

本発明によれば、密閉型圧縮機１において、永久磁石１４を有する回転子１２と一体にバランスウエイト２０を取り付けたので、回転子１２に駆動連結される被駆動装置の偏心軸部４１の回転による振れを打ち消すことができる。
また、バランスウエイト２０は軸方向に突出した脚部２４により、回転子コア１５の端面との間に隙間Ｓを設けた状態で回転子１２に一体に組み付けられているので、バランスウエイト２０を安価な磁性材料で構成しても、永久磁石１４からバランスウエイト２０に短絡して流れる漏れ磁束を低減することができる。
また、バランスウエイト２０の脚部２４を回転コア１５と接触させて一体に組み付けるが、脚部２４は回転子コア１５に設けた永久磁石１４の同極上に配置されているため、永久磁石１４からバランスウエイト２０を通過して流れる磁束を抑制することができ、運転時における永久磁石型の電動機１０の効率低下を防ぐことができる。さらに、バランスウエイト２０は回転子１２に一体に取り付けられているため、その組み付け精度が高い。

上記の説明では、図示の密閉型圧縮機に本発明に係る電動手段を適用した場合を示したが、例えば、圧縮手段を１段のシリンダーで構成するなど、他の構造の密閉型圧縮機にも本発明を実施することができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る密閉型圧縮機１を備えた冷凍サイクルの模式図である。冷凍サイクルは、蒸発器である室内熱交換器５０、四方弁５１、本発明に係る密閉型圧縮機１、凝縮器である室外熱交換器５２、絞り装置５３が、順次、冷媒配管５４により接続されている。
冷媒は、冷凍サイクル内を循環し、蒸発工程（蒸発器である室内熱交換機５０）で吸熱により集めた熱を、凝縮工程（凝縮器である室外熱交換機５２）で放熱して、冷凍作用を行う。この際、密閉型圧縮機１は冷媒を凝縮させるために、冷媒ガスを圧縮して高圧のガスにするが、運転にあたって回転子１２に設けたバランスウエイト２０により圧縮手段３０の振動を抑制することができる。

１密閉型圧縮機、２密閉容器、４回転軸、１０電動機、１１固定子、１２回転子、１３回転子鉄心、１３ｂ永久磁石挿入孔、１３ｃ冷媒流路、１４永久磁石、１５回転子コア、２０バランスウエイト、２４脚部、２５締結部材、３０圧縮手段、３１シリンダー、３２シリンダー室、３３ローリングピストン、３５上軸受、３６下軸受、３８吐出マフラー、４１偏心部、５０蒸発器、５２凝縮器、５３絞り装置、５４冷媒配管、Ｓ隙間。

Claims

密閉容器内に設置された電動機と、該電動機に駆動される圧縮手段とを有し、
前記電動機の回転子の軸方向の両側に、該回転子の端面から所定のすき間を隔てて磁性材料からなるバランスウエイトが設けられており、
前記回転子は、円板状の磁性鋼板を積層した回転子鉄心の外周側の軸方向に、偶数辺の多角形の各辺に対応してそれぞれ独立して設けたスリット状の永久磁石挿入孔に板状の永久磁石を極性を交互にして挿入して構成されたものであり、
前記回転子の同じ極性の永久磁石の近傍の軸方向に締結部材挿通孔を設けると共に、
前記バランスウエイトの前記締結部材挿通孔と対応する位置に貫通孔を設けて該貫通孔に前記すき間に対応する長さで軸方向に突出する中空の脚部を設けたことを特徴とする密閉型圧縮機。
前記バランスウエイトの前記貫通孔及び前記脚部と、前記回転子の前記締結部材挿通孔とに締結部材を挿通し、前記回転子とバランスウエイトを一体に結合したことを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
前記請求項１または２に記載の密閉型圧縮機を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。