JP5566327B2

JP5566327B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP5566327B2
Application number: JP2011092429A
Authority: JP
Inventors: 渉子津村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: JP2012228040A

Description

本発明は、例えばエアコンや冷蔵庫等の冷媒回路に用いられる密閉型圧縮機に関する。

密閉型圧縮機の電動機固定子の固定方法として、密閉容器内周への焼嵌めまたは圧入による固定方法が多く採用されている。それらの固定方法は、電動機固定子外径と密閉容器内径の寸法差により発生する締付け力によって電動機固定子を固定するものである。

しかし、例えば密閉容器の内周と電動機固定子の外周の形状が不均一であると密閉容器と電動機固定子との間の締付け力が不均一になる。それにより、振動伝達のばらつきが大きくなり、密閉型圧縮機内から外部への騒音が増大する原因となる。また、密閉容器と電動機固定子との間の締付け力が不均一であることにより、密閉容器や電動機固定子が変形することがあり、それにより、電動機の効率が低下したり騒音がさらに増加することがある。

この締付け力による密閉容器や電動機固定子の変形の抑制方法として、電動機固定子に緩衝穴を設け変形を吸収する方法がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００６−１１５５８１号公報（第１１−１２頁、第２図、第３図）特開２００７−２０５２２７号公報（第１０頁、第２図）

密閉容器を形成する円筒管部の加工方法として、例えば、深絞りや円筒管の内径切削等の加工方法がある。また、鋼板を円筒状に巻き、端部を溶接により接合することで管状にし、内側からエキスパンダで拡管し塑性変形させることによって成形する方法がある（以下、巻き加工と称する）。この巻き加工を用いた場合、円筒管部の拡管の際にエキスパンダの跡が残るという問題点があった。また、溶接部近傍は材料の延性が低下し拡管を行っても成形され難いことから、接合部を通る中心線に対し対称形状であるが、その軸と直交する中心線に対しては非対称形状となる。そのため、深絞りや円筒管の内径切削の加工をしたものと比較して内周の真円度が悪いという問題点があった。

また、電動機固定子について、鉄心が関節型連結コアである場合、一体型コアと比較して連結部を有するため剛性は低くなり、上記巻き加工の密閉容器に焼嵌めまたは圧入する場合に連結部の変形が起き易い。さらに前記関節型連結コアは、コア同士を溶接により接合している１箇所のみ剛性が高く、接合部を通る中心線に対し対称形状であるが、その軸と直交する中心線に対しては非対称形状となり真円度の悪い不均一な形状となる問題があった。

このようなことから、円筒管部と電動機固定子との間の締め付け力は、円筒管部が上記巻き加工がされたものであり、電動機固定子鉄心が関節型連結コアである場合、特に不均一になりやすい。そのため、例えば特許文献１及び２のように電動機固定子に緩衝穴を設ける技術を用いたとしても上記締め付け力を十分に均一にできないことがある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、円筒管部が上記巻き加工がされたものであり、電動機固定子鉄心が関節型連結コアである場合でも、円筒管部と電動機固定子との焼き嵌めまたは圧入における締め付け力の不均一を抑制できる密閉型圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮要素と、回転軸を有し、前記圧縮要素に当該回転軸を介して接続され、前記圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、前記密閉容器は、鋼板を円筒状に巻き、端部を溶接により接合することで管状にし、内側から鋼板を押し広げる複数のヘッドを有したエキスパンダで拡管され塑性変形されることによって成形された円筒管部を有し、前記電動要素は、前記円筒管部に焼嵌めまたは圧入されることにより前記密閉容器内に固定される電動機固定子を有し、前記電動機固定子は、関節型連結コアを有し、前記関節型連結コアは、連結された複数のコア片を有し、両端の前記コア片同士が溶接されることで略円筒形状に形成され、前記円筒管部は、前記ヘッドの数が前記関節型連結コアの前記コア片の数と同一であるエキスパンダを用いて拡管されているものである。

本発明に係る密閉型圧縮機は、ヘッドの分割数が前記関節型連結コアのコア片の数と同一であるエキスパンダを用いて円筒管部が拡管されたものである。そのため、ヘッドの数がコア片の数と同一でないエキスパンダを用いたものよりも、円筒管部と電動機固定子との焼き嵌めまたは圧入における締め付け力の不均一を抑制できる。
これにより、振動、騒音を低減することができ、また、電動機固定子の変形を抑制することができるので、密閉型圧縮機の信頼性が向上する。また、円筒管部の拡管後に内径切削等の追加工を行わずに上記効果を得られるので、上記追加工を行ったものと比べ低コストである。

本発明に係る実施の形態１〜３の密閉型圧縮機の縦断面図である。本発明に係る実施の形態１〜３の関節型連結コアの横断面図である。本発明に係る実施の形態１〜３の円筒管部を模式的に示す横断面図である。本発明に係る実施の形態２の密閉型圧縮機の横断面図である。本発明に係る実施の形態３の密閉型圧縮機の横断面図である。

以下、本発明の密閉型圧縮機について、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機を示す縦断面図である。図１において、紙面の上側が密閉型圧縮機の上側である。なお、以下の説明において、密閉型圧縮機を圧縮機と称する場合がある。
図１に示すように、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機は、電動機要素として電動機固定子１１、回転子２及び回転軸７を備えている。また電動機固定子１１は、鉄心として関節型連結コア３を有しており、密閉容器１の円筒管部１ａ内周面に固定される。また、関節型連結コア３の内側に回転子２が設置されており、回転子２の駆動トルクが回転子２に接続した回転軸７を介して圧縮要素に伝達される。

圧縮要素は、円筒管部１ａに固定されたシリンダ４、シリンダ４内に配置されたピストン８を備えている。このピストン８は、例えば偏芯回転可能に配設されたローリングピストンであり、前述の回転軸７に接続され、回転することにより冷媒を圧縮する。
また、冷媒を吸入する吸入管９が圧縮要素のシリンダ４に接続されている。また、冷媒音を抑止するための吸入マフラ５が吸入管９に接続されている。また、円筒管部１ａに固定されたホルダ６が吸入マフラ５を固定している。また、密閉容器１の上部には、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出管１０が接続されている。

図２は、本実施の形態１の関節型連結コア３を示す横断面図である。
図２に示すように、関節型連結コア３は、複数のコア片３ａを有している。コア片３ａは、巻線の芯となる磁気突起部３ｂと、磁気突起部３ｂを支持し関節型連結コア３の外周を形成するバックヨーク部３ｃとを有し、複数のコア片３ａが連結部３ｄにおいて連結されている。

関節型連結コア３の製造において、複数の部品を積層して形成されたコア片３ａが、連結部３ｄにおいて複数連結された状態で、磁気突起部３ｂに巻き線される。そして、連結部３ｄを支点に回転させて環状に形成し、連結溶接部３ｅで溶接接合される。この際の関節型連結コア３の外周形状はできるだけ真円形状となるように組立及び仕上げが行われる。
しかし、関節型連結コア３は、溶接されている連結溶接部３ｅでは剛性が高く、上述のように連結部３ｄが回転可能であるため連結部３ｄでの剛性が低いので真円度が悪い。

図３は、実施の形態１の円筒管部を模式的に示す横断面図である。
図３において円筒管部１ａは、鋼板を略円筒状に巻き、両端部同士を溶接接合部１ｂにおいて溶接接合することで管状にする。管状にされた円筒管部１ａは、内側からエキスパンダで拡管し塑性変形させることによってできるだけ真円形状となるように成形する。エキスパンダは、略円筒形状であって、複数のヘッドに等分割されており、その等分割されたヘッドが外側に広がることで円筒管部１ａを押し広げるものである。

拡管された円筒管部１ａの内周は、拡管の際にエキスパンダのヘッドが接触していた凹部１ｃと、凹部１ｃの間の凸部１ｄとが形成された凹凸形状となっている。円筒管部１ａは、凸部１ｄでは内径が小となっているので、内部に設置される関節型連結コア３に与える締付け力が大きくなり、凹部１ｃでは締付け力が小さくなる。

そのため、円筒管部１ａの関節型連結コア３への締め付け力をより均一とするため、関節型連結コア３のコア片３ａの数と等分割数が同数であるエキスパンダを使用する。つまり、関節型連結コア３のコア片３ａの数と円筒管部１ａの凹部１ｃの数を同数とする。例えば、図２及び図３に示すように、関節型連結コア３の連結数が９であれば、中心角を各４０°として９等分割されるエキスパンダによって円筒管部１ａを拡管する。これにより、関節型連結コア３の各コア片３ａは、円筒管部１ａから等しく締付け力を受ける。

以上により、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機は、円筒管部１ａがヘッドの数が関節型連結コア３のコア片３ａの数と同一であるエキスパンダを用いて拡管されているものである。そのため、ヘッドの数がコア片３ａの数と同一でないエキスパンダを用いたものよりも、関節型連結コア３の各コア片３ａは、円筒管部１ａから等しく締付け力を受ける。また、各コア片３ａがより均一に円筒管部１ａの内周と接触する。

これにより、円筒管部１ａと電動機固定子１１との焼き嵌めまたは圧入後の締め付け力の不均一を抑制できるので、振動・騒音が低減する。また、締め付け力の不均一を抑制できることにより電動機固定子の変形を抑制することができるので、信頼性が向上する。また、密閉容器の拡管後に内径切削等の追加工を行わずに上記効果を得られるので、上記追加工を行ったものと比べ低コストである。
また、焼嵌めまたは圧入後の関節型連結コア３の歪みは低減されるので、関節型連結コア３と回転子２との空隙不均一によるトルク変動増加に起因する圧縮機振動・騒音も低減される。

実施の形態２．
本実施の形態２では、焼き嵌めまたは圧入における関節型連結コア３と円筒管部１ａとの締付けをさらに均一にするための構成について説明する。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図２において、略円筒形状の関節型連結コア３の連結溶接部３ｅ及び回転軸７（図１参照）の軸心を通る線を中心線Ａ１とし、その中心線Ａ１方向と直交し、回転軸７の軸心を通る線を中心線Ｂ１とする。また、上述したように、図２に示した関節型連結コア３は、連結溶接部３ｅでは剛性が高いので変形しづらく、連結部３ｄでの剛性が低いので変形しやすい。

そのため、関節型連結コア３において、円筒管部１ａの焼き嵌めまたは圧入による締め付け力を受けた際の変形量は、中心線Ａ１方向から締め付けられた場合と、中心線Ｂ１方向から締め付けられた場合とで異なる。そして、関節型連結コア３は、連結溶接部３ｅを通る中心線Ａ１に対しほぼ対称形状となるが、その中心線と直交する中心線Ｂ１に対しては非対称形状になることが多いので、真円度が悪い。

また、図３に示した円筒管部１ａの溶接接合部１ｂ及び回転軸７（図１参照）を通る線を中心線Ａ２とし、その中心線Ａ２方向と直交し、回転軸７を通る線を中心線Ｂ２とする。拡管の際、円筒管部１ａは、溶接接合部１ｂ近傍が溶接時の熱の影響で他の部分より成形され難いことから、中心線Ａ２に対してほぼ対称形状となるが、中心線Ｂ２に対しては非対称形状となることが多い。ただし、円筒管部１ａを拡管する際、エキスパンダの挿入位相は、円筒管部１ａが中心線Ａ２に対し対称となるような位相とする。

そこで、本実施の形態２では、以下のように円筒管部１ａと関節型連結コア３の設置を行う。
図４は、本実施の形態２の密閉型圧縮機の横断面図である。
密閉型圧縮機の製造工程において、例えば焼き嵌め固定を行う場合は、まず関節型連結コア３の外径より内径の小さい円筒管部１ａを加熱膨張させる。そして、関節型連結コア３を円筒管部１ａの内側に嵌めこむ。その状態で、円筒管部１ａは冷却されることで収縮し、関節型連結コア３を締め付け固定する。

ここで、円筒管部１ａを関節型連結コア３の外周に設置する際、関節型連結コア３の中心線Ａ１と円筒管部１ａの中心線Ａ２が重なるように、そして、溶接接合部１ｂと連結溶接部３ｅとを対向する位置に配置しておく。また、上述のように円筒管部１ａは、中心線Ａ２に対してほぼ対称形状となっている。また、関節型連結コア３は、連結溶接部３ｅを通る中心線Ａ１に対しほぼ対称形状となっており、連結溶接部３ｅ以外の連結部分（連結部３ｄ）の剛性が低い。
そのため、上記のように配置することで、電動機固定子１１は円筒管部１ａの形状に合わせて変形しやすく、円筒管部１ａと電動機固定子１１との焼き嵌めまたは圧入後の締め付け力の不均一を抑制できる。また、焼嵌め後の関節型連結コア３の歪みは、関節型連結コア３と円筒管部１ａとを上記のように配置しない場合よりも低減される。

また、図１に示すように、円筒管部１ａの外周にホルダ６が取り付けられており、吸入マフラ５または配管等がホルダ６により固定されている。このホルダ６は、図４に示すように、回転軸７の軸心に対して、溶接接合部１ｂ及び連結溶接部３ｅと軸対称となる位置を中心とした半周の範囲（ア）内に配置されることが好ましい。

その理由は、関節型連結コア３の連結溶接部３ｅ近傍及び円筒管部１ａの溶接接合部１ｂは、溶接による熱の影響と、溶接により剛性が高く変形しづらいことにより、特に真円度が悪化しているからである。つまり（ア）の範囲は、円筒管部１ａ及び関節型連結コア３の真円度が他の部分より良く、接触状態が他の部分より均一である。これにより、ホルダ６と円筒管部１ａとの伝達係数のばらつきが小さくなり、伝達する振動周波数が予測し易くなるので騒音対策が容易となる。

以上のように、本実施の形態２の密閉型圧縮機は、関節型連結コア３の中心線Ａ１と円筒管部１ａの中心線Ａ２が重なるように、そして、溶接接合部１ｂと連結溶接部３ｅとを対向する位置に配置した。そのため、円筒管部１ａの電動機固定子１１への締め付け力の不均一を抑制できる。

これにより圧縮機使用時の、振動、騒音を低減することができ、また、電動機固定子１１の変形を抑制することができるので、信頼性が向上する。また、密閉容器の拡管後に内径切削等の追加工を行わずに上記効果を得られるので、上記追加工を行ったものと比べ低コストである。
また、焼嵌めまたは圧入後の関節型連結コア３の歪みが低減できるので、回転子２との空隙不均一によるトルク変動増加に起因する圧縮機振動・騒音も低減される。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３の密閉型圧縮機を示す横断面図である。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１及び２と同様とし、同一の構成については同一の符号を用いて述べることとする。

ここでは、図５に示すように、関節型連結コア３の中心線Ａ１と円筒管部１ａの中心線Ａ２を重なるように配置する。実施の形態２で示した構成と異なる点は、円筒管部１ａの溶接接合部１ｂと関節型連結コア３の連結溶接部３ｅとが回転軸７の軸心に対して軸対称となるように配置されている点である。

以上により、本実施の形態３の密閉型圧縮機は、実施の形態２と同様に、円筒管部１ａの電動機固定子１１への締め付け力の不均一を抑制できる。また、焼嵌めまたは圧入後の関節型連結コア３の歪みが低減されるので、回転子２との空隙不均一によるトルク変動増加に起因する圧縮機振動・騒音も低減される。

１密閉容器、１ａ円筒管部、１ｂ溶接接合部、１ｃ凹部、１ｄ凸部、２回転子、３関節型連結コア、３ａコア片、３ｂ磁気突起部、３ｃバックヨーク部、３ｄ連結部、３ｅ連結溶接部、４シリンダ、５吸入マフラ、６ホルダ、７回転軸、８ピストン、９吸入管、１０吐出管、１１電動機固定子。

Claims

密閉容器内に、冷媒ガスを圧縮する圧縮要素と、回転軸を有し、前記圧縮要素に当該回転軸を介して接続され、前記圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、
前記密閉容器は、
鋼板を円筒状に巻き、端部を溶接により接合することで管状にし、内側から鋼板を押し広げる複数のヘッドを有したエキスパンダで拡管され塑性変形されることによって成形された円筒管部を有し、
前記電動要素は、
前記円筒管部に焼嵌めまたは圧入されることにより前記密閉容器内に固定される電動機固定子を有し、
前記電動機固定子は、関節型連結コアを有し、
前記関節型連結コアは、
連結された複数のコア片を有し、両端の前記コア片同士が溶接されることで略円筒形状に形成され、
前記円筒管部は、前記ヘッドの数が前記関節型連結コアの前記コア片の数と同一であるエキスパンダを用いて拡管されていることを特徴とする密閉型圧縮機。
前記円筒管部の溶接箇所である溶接接合部と、前記関節型連結コアの溶接箇所である連結溶接部とが対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
前記円筒管部の溶接箇所である溶接接合部と、前記関節型連結コアの溶接箇所である連結溶接部とは、前記回転軸の軸心に対して軸対称となるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
前記円筒管部の外周に、吸入マフラを固定するホルダを備え、
前記ホルダは、
前記円筒管部の外周において、前記回転軸の軸心に対して、前記円筒管部の溶接接合部及び前記関節型連結コアの連結溶接部と軸対称となる位置を中心とした半周の範囲内に配置されることを特徴とする請求項２記載の密閉型圧縮機。