JP6400389B2

JP6400389B2 - 密閉型電動圧縮機

Info

Publication number: JP6400389B2
Application number: JP2014175454A
Authority: JP
Inventors: 俊輔藥師寺; 小川　真; 真小川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-08-29
Also published as: EP3147508A1; WO2016031576A1; CN106460845A; JP2016050506A; EP3147508A4

Description

本発明は、円筒状のケーシング内に電動モータおよび圧縮機構が収容され、圧縮機構が電動モータにより駆動されるタイプの密閉型電動圧縮機に関するものである。

冷凍・空調機あるいは各種ヒートポンプ用の圧縮機として、円筒状のケーシング内に電動モータおよび圧縮機構を収容したロータリ式あるいはスクロール式等の密閉型電動圧縮機が用いられている。密閉型電動圧縮機では、電動モータをケーシング内に固定設置するため、電動モータのステータを円筒状ケーシングの内周面に焼嵌め、圧入または溶接している。また、圧縮機用モータとして、コイル巻線を集中巻きにし、モータ効率を向上したものを用いているが、集中巻きモータは、電磁加振力に起因した騒音が大きく、コア形状の工夫等により電磁加振力を低減しているが、モータ効率優先のため、モータ単体での騒音低減が難しいという状況にある。

一方、密閉型圧縮機側での振動、騒音対策として、特許文献１には、電動モータのステータ外周縁の上端部および下端部に上下一対のリング状中間部材を固着し、そのリング状中間部材をケーシングの内壁に嵌合することによって、モータ振動のケーシングへの伝播を抑制し、圧縮機の振動、騒音を低減するようにしたものが提供されている。また、特許文献２ないし４には、ケーシングの周壁に周方向に延びる多数の凹凸による波形領域や軸方向の延びる複数のリブを設け、ケーシングの剛性を向上させることにより、圧縮機騒音を低減するようにしたものが開示されている。

特開２００９−２９９５２４号公報特開２００９−１０３１３４号公報特開昭６２−１４７０７９号公報特開昭６２−１７０７９６号公報

しかしながら、特許文献１の如く、リング状中間部材を介装したものでは、ハウジング径を変えるか、もしくはモータコア径を変える必要がある。ハウジング径を変えると、圧縮機構の径も変える必要があり、設計や設備投資の負荷が高くなり、また、モータコア径を変えると、同径を小さくしながら同等の性能を確保する工夫が必要となり、設計負荷が非常に高くなってしまう。更に、リング状中間部材として、部品追加やその加工費、組み立て工程が必要となるだけでなく、リング状中間部材によるモータの保持力自体や、熱膨張／熱収縮による保持力の低下が懸念される等、多くの課題が存在する。

また、特許文献２ないし４に示す如く、凹凸による波形領域や複数のリブを設けたものでは、ケーシングの剛性をアップすることによって振動を抑制することができるが、ステータをケーシングの内周面に焼嵌め、圧入または溶接している部分全域を通して、モータの電磁加振力による振動が直接ケーシングに伝播するため、かかる構成では振動、騒音を満足できるレベルまで低減することができない。特に、ケーシングに設ける凹凸やリブをステータの焼嵌め、圧入または溶接エリアを越える部分まで延長して設けると、剛性の高い凹凸やリブを介して振動の伝播領域が拡大してしまうため、所要の振動、騒音低減効果が得られない場合もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧縮機構や電動モータ並びにその性能や信頼性に全く影響を与えることなく、ケーシングの一部形状を変えるだけで簡易に振動、騒音を低減可能な密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の密閉型電動圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる密閉型電動圧縮機は、円筒状のケーシング内に電動モータおよび圧縮機構が収容され、前記圧縮機構が前記電動モータにより駆動可能とされている密閉型電動圧縮機において、前記電動モータは、そのステータの両端側部位がそれぞれ前記円筒状のケーシングの円形内周面に対して焼嵌め、圧入または溶接されることにより固定設置され、前記両端側部位を除く中間部位が、全域に亘ってもしくは一部の接触部位を除いて前記ケーシングに対して非接触とされていることを特徴とする。

本発明によれば、電動モータのステータの両端側部位がそれぞれ円筒状のケーシングの円形内周面に対して焼嵌め、圧入または溶接されることにより固定設置され、その両端側部位を除く中間部位が、全域に亘ってもしくは一部の接触部位を除いてケーシングに対して非接触とされているため、電動モータをそのステータの両端側部位を円筒状ケーシングの円形内周面に焼嵌め、圧入または溶接することによって、確実に固定設置することができるとともに、電動モータの効率を向上すべくコイル巻線を集中巻きとしたことによって増大する電磁加振力によるモータ径方向振動のケーシングへの伝播量を、ステータの両端側部位を除く中間部位とケーシングの内周面とを全域に亘ってもしくは一部の接触部位を除いて非接触としたことにより大幅に低減し、ケーシングからの放射騒音を低減することができる。従って、圧縮機を低騒音化できるだけでなく、ケーシングの部分的な形状変更のみで対応できるため、性能や信頼性に与えるインパクトや設計負荷、設備投資あるいは型投資等を最小限化し、簡易にかつ低コストで実施化することができる。また、ステータの中間部位での焼き嵌め応力等を緩和することができるため、鉄損低減によるモータ効率の向上効果をも期待することができる。

さらに、本発明の密閉型電動圧縮機は、上記の密閉型電動圧縮機において、前記ケーシングの前記中間部位に対応する部分は、前記ステータ外周に設けられている冷媒通路用切欠き部に対応する部分以外が、外側にリブ状に膨らまされることにより非接触とされていることを特徴とする。

本発明によれば、ケーシングの中間部位に対応する部分のステータ外周に設けられている冷媒通路用切欠き部に対応する部分以外が、外側にリブ状に膨らまされることにより非接触とされているため、ステータの中間部位に対応する部分に設けられる外側に膨らまされたリブ状の膨出部により、騒音の放射面となる円筒状ケーシングの剛性をアップすることができる。従って、ケーシングの剛性アップによる圧縮機の騒音低減効果をも期待することができる。

さらに、本発明の密閉型電動圧縮機は、上記の密閉型電動圧縮機において、前記リブ状に膨らまされた部分に、前記ステータ外周に対して非接触状態を保つ剛性アップ手段が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、リブ状に膨らまされた部分に、ステータ外周に対して非接触状態を保つ剛性アップ手段が設けられているため、リブ状に膨らまされた部分に設けられる、例えば凹凸等の剛性アップ手段によってケーシングの剛性を更に向上することができ、これによって、圧縮機の一層の低騒音化を図ることができる。

本発明によると、電動モータをそのステータの両端側部位を円筒状ケーシングの円形内周面に焼嵌め、圧入または溶接することによって、確実に固定設置することができるとともに、電動モータの効率を向上すべくコイル巻線を集中巻きとしたことによって増大する電磁加振力によるモータ径方向振動のケーシングへの伝播量を、ステータの両端側部位を除く中間部位とケーシングの内周面とを全域に亘ってもしくは一部の接触部位を除いて非接触としたことにより大幅に低減し、ケーシングからの放射騒音を低減することができるため、圧縮機を低騒音化できるだけでなく、ケーシングの部分的な形状変更のみで対応できることから、性能や信頼性に与えるインパクトや設計負荷、設備投資あるいは型投資等を最小限化し、簡易にかつ低コストで実施化することができる。また、ステータの中間部位での焼き嵌め応力等を緩和することができるため、鉄損低減によるモータ効率の向上効果をも期待することができる。

本発明の一実施形態に係る密閉型電動圧縮機の縦断面図である。図１のＡ−Ａ断面相当図である。図１のＢ−Ｂ断面相当図である。

以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る密閉型電動圧縮機の縦断面図、図２には、そのＡ−Ａ断面相当図、図３には、そのＢ−Ｂ断面相当図が示されている。
本実施形態に係る密閉型電動圧縮機１として、多気筒ロータリ式の圧縮機が例示されているが、もちろんこれに限定されるものではない。この密閉型電動圧縮機１は、上部および下部がカバー３，４により密閉された円筒状のケーシング２を備え、その内部の上方部位に電動モータ５が設けられ、下方部位に電動モータ５により駆動される圧縮機構（ロータリ圧縮機構）６が設けられた構成とされている。

ケーシング２の下部外周には、据え付け脚７が設けられている。また、ケーシング２の上部には、カバー３を貫通する吐出配管８が設けられ、圧縮機構６によって圧縮された高圧冷媒ガスを冷凍サイクル側へと吐出できるようにしている。更に、ケーシング２の外周部には、アキュームレータ９が一体に組み付けられており、冷凍サイクル側からリターンされた低圧の冷媒ガス中に含まれる油、液冷媒等の液分を分離し、ガス分のみを吸入配管１０，１１を経て圧縮機構６に吸い込ませることができるようにしている。

電動モータ５は、ステータ１２とロータ１３とを備え、ステータ１２がケーシング２の内周面に対して焼嵌め、圧入または溶接（例えば、タック溶接）等によって固定設置されている。ロータ１３には、クランク軸１４が一体に結合されることにより、その回転駆動力がクランク軸１４を介して圧縮機構６に伝達可能とされている。また、クランク軸１４の下方部位には、後述する圧縮機構６の第１ロータ２４および第２ロータ２５に対応して第１偏心部１５および第２偏心部１６が設けられている。

圧縮機構（ロータリ圧縮機構）６は、２気筒タイプとされ、第１および第２ロータリ圧縮機構６Ａ，６Ｂは、第１シリンダ室１７および第２シリンダ室１８（以下、単にシリンダ１７，１８という場合もある。）を形成し、クランク軸１４の第１偏心部１５および第２偏心部１６に対応してケーシング２内に固定設置された第１シリンダ本体１９および第２シリンダ本体２０と、第１シリンダ本体１９と第２シリンダ本体２０間に介装され、第１シリンダ室１７および第２シリンダ室１８を区画する仕切板２１と、第１シリンダ本体１９の上面に設けられ、第１シリンダ室１７を区画するとともに、クランク軸１４を支持する上部軸受２２と、第２シリンダ本体２０の下面に設けられ、第２シリンダ室１８を区画するとともに、クランク軸１４を支持する下部軸受２３と、を備えている。

また、第１および第２ロータリ圧縮機構６Ａ，６Ｂは、第１偏心部１５および第２偏心部１６に回動自在に嵌合され、第１シリンダ室１７および第２シリンダ室１８内を回動される第１ロータ２４および第２ロータ２５と、第１シリンダ本体１９および第２シリンダ本体２０に設けられているブレード溝（図示省略）に摺動自在に嵌合され、第１シリンダ室１７および第２シリンダ室１８内を吸入側と吐出側とに仕切るブレード（図示省略）とを備えている。

第１および第２ロータリ圧縮機構６Ａ，６Ｂの第１シリンダ室１７および第２シリンダ室１８内には、吸入配管１０，１１から吸入ポート２６，２７を介して低圧の冷媒ガスが吸入されるようになっている。この冷媒は、第１ロータ２４および第２ロータ２５の回動により圧縮され、図示省略の吐出ポートおよび吐出弁を介して吐出チャンバー２８，２９内に高圧冷媒ガスとなって吐出される。更に、高圧冷媒ガス、吐出チャンバー２８，２９からケーシング２内に吐き出された後、ステータ１２の外周に設けられている軸方向の複数の切欠き部１２Ａ（図２，３参照）と、ケーシング２の内周面間に形成されている冷媒通路３０を通過してケーシング２内の上部に導かれ、吐出配管８を経て冷凍サイクル側へと吐出されるようになっている。

ロータリ圧縮機構６を構成する第１シリンダ本体１９および第２シリンダ本体２０、仕切板２１、上部軸受２２および下部軸受２３は、ボルトを介して一体に締め付け固定されている。また、ケーシング２内の底部には、ＰＡＧ油、ＰＯＥ油等の冷凍機油３１が充填されており、クランク軸１４中に設けられている給油孔等を介して、公知の如く、圧縮機構６内の潤滑部位に給油可能とされている。

さらに、上記構成の密閉型電動圧縮機１において、電動モータ５の電磁加振力によるモータ振動に起因する放射騒音を低減するため、以下の構成を採用している。
電動モータ５のステータ１２は、上記したように、ケーシング２の円形内周面に対して焼嵌め、圧入または溶接（例えば、タック溶接）等によって固定設置されているが、その焼嵌め、圧入または溶接される範囲を、図１に示す如く、ステータ１２の両端側部位Ｅ１およびＥ２のみに制限し、その間の中間部位Ｍについては、全域をステータ１２の外周に対して非接触域としている。

つまり、ステータ１２の両端側部位Ｅ１およびＥ２は、図２に示されるように、外周に設けられる冷媒通路３０を形成するための複数の切欠き部（Ｄカット部）１２Ａを除く外周部分が、ケーシング２の円形内周面に対して焼嵌め、圧入または溶接等により嵌合されることによって固定設置されている。

一方、ステータ１２の中間部位Ｍは、元々冷媒通路３０を形成するための複数の切欠き部１２Ａが、ケーシング２の内周面に対して接しておらず非接触域とされ、それ以外の部分がケーシング２の円形内周面に嵌合されていたが、その嵌合部分に対するケーシング２側の対応部分２Ａをリブ状に外側に膨らませることにより、中間部位Ｍについても、図３に示されるように、ステータ１２とケーシング２との間は非接触とされている。

このステータ１２の中間部位Ｍに対応するケーシング２側の外側に膨らまされた対応部分２Ａは、図３に示されるように、ケーシング２の円周上の６ケ所に設けられており、一定の幅を有し、かつ中間部位Ｍに相当する軸方向長さを有するリブ状の膨出部３２を形成している。そして、かかる膨出部３２をケーシング２の一部に形成することにより、電動モータ５や圧縮機構６を一切変更することなく、電動モータ５をステータ１２の両端側部位Ｅ１およびＥ２のみでケーシング２に焼嵌め、圧入または溶接して固定設置し、その中間部位Ｍの全域をケーシング２に対して非接触とした構成とすることができる。

また、上記したリブ状の膨出部３２に対して、ケーシング２の剛性を高めるため、ステータ１２の外周に接しない範囲で凹凸（図示省略）等の剛性アップ手段を設けてもよい。
更に、上記実施形態では、ステータ１２の中間部位Ｍの全域をケーシング２に対して非接触とした構成としているが、モータコア形状の都合等によって、一部に接触部が生じるような場合があっても、それ以外が非接触とされているようなものは、本発明に包含されるものとする。

以上の説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記した密閉型電動圧縮機１において、電動モータ５の回転により圧縮機構６が駆動されると、アキュームレータ９を介して低圧の冷媒ガスがそれぞれ第１および第２ロータリ圧縮機構６Ａ，６Ｂの第１シリンダ室１７および第２シリンダ室１８に吸入され、第１ロータ２４および第２ロータ２５の回動により圧縮された後、吐出ポートおよび吐出弁（図示省略）を介して吐出チャンバー２８，２９内に吐出される。

この圧縮ガスは、吐出チャンバー２８，２９からケーシング２内に吐出された後、ステータ１２の外周に設けられている軸方向の複数の切欠き部１２Ａ（図２，３参照）により形成させる冷媒通路３０を通過してケーシング２内の上部に導かれ、そこから吐出配管８を経て冷凍サイクル側へと吐出される。この圧縮動作の間、電動モータ５において、電磁加振力によるモータ振動が発生し、そのモータ半径方向振動がケーシング２に伝播されることにより、ケーシング２が騒音放射面となって、圧縮機の放射騒音となる。

本実施形態では、上記した放射騒音の原因となるモータ半径方向振動の伝播量を低減するため、電動モータ５をケーシング２内に固定設置する際に、電動モータ５のステータ１２の両端側部位Ｅ１，Ｅ２のみを、それぞれ円筒状ケーシング２の円形内周面に対して焼嵌め、圧入または溶接することによって強固に固定設置し、その両端側部位Ｅ１，Ｅ２を除く中間部位Ｍを全域に亘ってもしくは一部の接触部位を除いて、ケーシング２に対して非接触となるように設置した構成を採用している。

かかる構成を採用したことにより、ステータ１２の両端側部位Ｅ１，Ｅ２を円筒状ケーシング２の円形内周面に焼嵌め、圧入または溶接して、電動モータ５を確実にかつ強固に固定設置することができるとともに、電動モータ５の効率を向上すべくコイル巻線を集中巻きとしたことによって増大する電磁加振力によるモータ径方向振動のケーシング２への伝播量を、ステータ１２の両端側部位Ｅ１，Ｅ２を除く中間部位Ｍとケーシング２の内周面とを全域に亘ってもしくは一部の接触部位を除いて非接触としたことにより、大幅に低減してケーシング２からの放射騒音を低減することができる。

このため、密閉型電動圧縮機１を低騒音化することができるだけでなく、ケーシングの部分的に形状変更のみにより対応できることから、性能や信頼性に与えるインパクトや設計負荷、設備投資あるいは型投資等を最小限化し、簡易にかつ低コストで実施化することができる。更には、ステータ１２の中間部位での焼き嵌め応力等を緩和することができるため、鉄損低減によるモータ効率の向上効果をも期待することができる。

また、本実施形態では、円筒状ケーシング２の中間部位Ｍに対応する部分のステータ外周に設けられている冷媒通路用切欠き部１２Ａに対応する部分以外が、外側にリブ状に膨らまされることにより非接触とされているため、ステータ１２の中間部位Ｍに対応する部分２Ａに設けられる外側に膨らまされたリブ状の膨出部３２により、騒音の放射面となる円筒状ケーシング２の剛性をアップすることができる。従って、ケーシング２の剛性アップによる密閉型電動圧縮機１の騒音低減効果をも期待することができる。

特に、本実施形態においては、リブ状に膨らまされた部分（膨出部３２）２Ａに、ステータ１２の外周に対して非接触状態を保つ凹凸等の剛性アップ手段を設けた構成としているため、その凹凸等の剛性アップ手段によってケーシング２の剛性を更に向上することができ、これによって、密閉型電動圧縮機１の一層の低騒音化を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、密閉型電動圧縮機１の一例として、多気筒ロータリ式圧縮機に適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、密閉ケーシング２内に電動モータ５が固定設置されている密閉タイプの様々な形式の圧縮機、例えばスクロール式圧縮機等に対しても幅広く適用できるものであることは云うまでもない。

また、ステータ１２の外周に設けられる冷媒通路３０用の切欠き部１２Ａは、Ｄカット部に限らず、様々に形状の切欠きとしてもよく、その箇所数も特に６ケ所に制限されるものではない。更に、リブ状に膨らまされる膨出部３２の形状も、モータコア形状に対して非接触となり、かつケーシング２の剛性アップに効果的なものであれば、如何なる形状であってもよい。

１密閉型電動圧縮機
２ケーシング
２Ａ中間部位に対応する部分
５電動モータ
６圧縮機構
１２ステータ
１２Ａ冷媒通路用切欠き部
３０冷媒通路
３２膨出部（リブ状に膨らまされた部分）
Ｅ１，Ｅ２ステータの両端側部位
Ｍステータの中間部位

Claims

円筒状のケーシング内に電動モータおよび圧縮機構が収容され、前記圧縮機構が前記電動モータにより駆動可能とされている密閉型電動圧縮機において、
前記電動モータは、そのステータの両端側部位がそれぞれ前記円筒状のケーシングの円形内周面に対して焼嵌め、圧入または溶接されることにより固定設置され、
前記両端側部位を除く中間部位が、全域に亘ってもしくは一部の接触部位を除いて前記ケーシングに対して非接触とされ、
前記ケーシングの前記中間部位に対応する部分は、前記ステータ外周に設けられている冷媒通路用切欠き部に対応する部分以外が、外側にリブ状に膨らまされることにより非接触とされていることを特徴とする密閉型電動圧縮機。
前記リブ状に膨らまされた部分に、前記ステータ外周に対して非接触状態を保つ剛性アップ手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動圧縮機。