JP6710311B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、筒状の密閉容器と、密閉容器の内部に収容される固定子とが嵌合され、溶接により固定されている圧縮機に関するものである。

従来より、筒状の密閉容器と、密閉容器の内部に収容される固定子とが嵌合され、溶接により固定されている圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、密閉容器と固定子とを溶接する際に、固定子におけるティース部の周方向の中央と固定子コアの中心とを結んだ線上で、密閉容器と固定子とを溶接しているものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−０４７０６２号公報 特開２０１０−２３６４２２号公報

しかしながら、従来の発明では、密閉容器と固定子とを溶接する場合、固定子の素材であるケイ素鋼板が、素材内部に炭素等の不純物を多く含むため、固定子を溶融した際に気泡（素材内部の炭素等の物質が酸素と結合し生じた気体）が発生する場合がある。その結果、密閉容器と固定子との溶接部にブローホールと呼ばれる欠陥が生じ、固定子と密閉容器との固定強度が低下する場合がある。

そこで、本発明は、上記のよう課題を解決するためのものであり、密閉容器と固定子との接合部に、ブローホールが生じにくい圧縮機を提供するものである。

本発明に係る圧縮機は、筒状の密閉容器と、密閉容器の内部に収容され冷媒ガスを圧縮する圧縮要素と、密閉容器の内部に収容され圧縮要素を駆動する電動機と、を備え、電動機は、密閉容器と嵌合されて溶接されている固定子を有し、固定子は、環状のバックヨーク部とバックヨーク部から径方向の内側に突出する複数のティース部とを有する固定子コアを有し、固定子コアは、外周縁部に切り欠き部を形成する複数の第１電磁鋼板を積層し、積層された第１電磁鋼板の積層方向の両端に、密閉容器の内壁に密着した複数の第２電磁鋼板を積層して形成されており、切り欠き部により形成され、密閉容器とバックヨーク部との間で密閉空間を形成する窪み部をバックヨーク部の外縁部の少なくとも１カ所に形成しており、密閉容器と固定子とを溶接する溶接部が、窪み部を介して形成されているものである。

本発明に係る圧縮機は、固定子コアが、密閉容器とバックヨーク部との間で密閉空間を形成する窪み部をバックヨーク部の外縁部の少なくとも１カ所に形成しており、密閉容器と固定子とを溶接する溶接部が、窪み部を介して形成されている。そのため、溶接時に発生する気泡が溶接部位から窪み部に逃げやすく、溶接部にブローホールと呼ばれる欠陥が生じにくい。その結果、密閉型圧縮機は、固定子と密閉容器との固定強度を維持することができる。

本発明の実施の形態１に係る圧縮機の内部を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 窪み部の位置を説明する図１のＡ−Ａ線断面図である。 外周縁部に切り欠き部を形成する第１電磁鋼板を示す平面図である。 密閉容器の内壁に密着した第２電磁鋼板を示す平面図である。 密閉容器２と固定子５との固定方法を示す部分拡大図である。 溶接部に形成されたブローホールを示すものである。 固定子と密閉容器との間の空洞に溶接部を設けた密閉型圧縮機の比較例である。 図８のＢ−Ｂ線断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る圧縮機の内部を示す断面図である。図１は、密閉型圧縮機１の断面図を表しており、１シリンダ型ロータリ圧縮機を一例として説明する。密閉型圧縮機１は、上部容器２ａと下部容器２ｂとで構成される筒状の密閉容器２と、密閉容器２の内部に収容され冷媒ガスを圧縮する圧縮要素３と、密閉容器２の内部に収容され圧縮要素３を駆動する電動機４とを備えている。圧縮要素３と電動機４とは、クランクシャフト７で連結され、圧縮要素３が密閉容器２の下部に収容され、電動機４が密閉容器２の上部に収容されている。上部容器２ａには、吐出管８が接続されており、下部容器２ｂにはサクションマフラ９が取り付けられた吸入連結管１０が接続されている。吐出管８は、圧縮要素３によって圧縮された密閉容器２内の高温高圧の冷媒ガスを冷媒配管に流入させるための接続管である。吸入連結管１０は、サクションマフラ９を介して流入する低温低圧の冷媒ガスを圧縮要素３内に送り込むための接続管である。

圧縮要素３は、密閉容器２の内部に溶接を用いて固定されている。圧縮要素３には、シリンダ１１内にクランクシャフト７の偏心部１２に嵌り合うローリングピストン１３が収納される。シリンダ１１とローリングピストン１３とは、シリンダ１１に設けられた溝内を径方向に往復運動する図示しないベーンの一端がローリングピストン１３の外周に当接しながら圧縮室を形成する。シリンダ１１の軸方向両端の開口部は、主軸受１４および副軸受１５で閉塞されている。主軸受１４の上部は、圧縮要素３から吐出された冷媒ガスを消音する吐出マフラ１６が配置され、吐出マフラ１６の上部には密閉容器２内に冷媒ガスを吐出するマフラ吐出孔１７が設けられている。圧縮要素３は、電動機４の駆動力がクランクシャフト７を介して圧縮要素３に伝達されることで、冷媒ガスを圧縮する。

電動機４は、密閉容器２と嵌合されて溶接されている固定子５と、固定子５の内周側に回転自在に設けられた回転子６とを有する。回転子６には、下方に延びるクランクシャフト７が取り付けられている。クランクシャフト７は、主軸受１４及び副軸受１５により回転自在に支持され、回転子６と共に回転する。固定子５のリード線１８は、密閉容器外部から電力を供給する為に上部容器２ａに設けられたガラス端子１９に接続される。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２では、密閉容器２と固定子５とを説明するために、回転子６とクランクシャフト７との図示を省略している。図１及び図２を用いて、固定子５について説明する。固定子５は、環状のバックヨーク部５３とバックヨーク部５３から径方向の内側に突出する複数のティース部５４とを有する固定子コア５１を有する。また、固定子５は、固定子コア５１にインシュレータ（図示せず）を介して施された複数相の巻線５２を有する。巻線５２は、隣り合うティース部５４の間隙に配置されている。

固定子コア５１は、高透磁率材料からなる複数枚の電磁鋼鈑が積層されて構成されている。電磁鋼板の素材としては、例えばケイ素鋼板などがある。固定子コア５１のティース部５４の円筒軸方向の上下端には、固定子コア５１のティース部５４と巻線５２とを絶縁するために、絶縁部材であるインシュレータ（図示せず）が配置される。固定子コア５１のティース部５４にはインシュレータを介して巻線５２が集中巻される。

図１及び図２に示すように、固定子コア５１は、密閉容器２とバックヨーク部５３との間で密閉空間Ｓを形成する窪み部５５をバックヨーク部５３の外縁部の少なくとも１カ所に形成している。窪み部５５は、環状の固定子コア５１の周方向及び積層方向（Ｚ軸方向）の一部が、外周側から内周側に凹んだ部分である。窪み部５５は、固定子コア５１の外周側から内周側に凹んだ部分であるが、固定子コア５１の外周側と内周側とを貫通するものではない。窪み部５５は、密閉容器２と固定子５とが溶接されている溶接部２０に位置するように、固定子コア５１に形成されている。窪み部５５は、図２では、固定子コア５１の周方向に４ヶ所形成されている。なお、窪み部５５の形成箇所は、４ヶ所に限定するものではなく、固定子コア５１が有するティース部５４の数によって、固定子コア５１の周方向において１ヶ所又は複数ヵ所に形成されてもよい。また、窪み部５５は、図１では、固定子コア５１の積層方向（Ｚ軸方向）に１ヶ所形成されている。窪み部５５の形成箇所は、固定子コア５１の積層方向（Ｚ軸方向）において１ヶ所に限定するものではなく、積層方向（Ｚ軸方向）において複数ヵ所に形成されてもよい。密閉容器２の内壁と固定子５の窪み部５５とで形成された空間は、密閉空間Ｓとなるように構成されている。

図３は、窪み部の位置を説明する図１のＡ−Ａ線断面図である。ここで、窪み部５５の形成位置について、図２及び図３を用いてさらに説明する。図２に示すように、窪み部は、円周方向におけるティース部５４と隣接するティース部５４との間のバックヨーク部５３に形成されている。また、図３に示すように、窪み部５５は、固定子コア５１の中心Ｏとティース部５４の周方向の中央とを通る第１の仮想面Ｆ１と、固定子コア５１の中心Ｏと第１の仮想面Ｆ１に隣接するティース部５４の周方向の中央とを通る第２の仮想面Ｆ２との間に形成されていてもよい。なお、図３において第１の仮想面Ｆ１及び第２の仮想面Ｆ２は点線で示されているが、紙面に対して垂直方向に面が形成されている。また、第１の仮想面Ｆ１及び第２の仮想面Ｆ２との窪み部５５との関係は、図３に示す４つの窪み部５５の１つについて説明しているが、他の３つの窪み部５５についても適用される。次に、窪み部５５の形成方法について説明する。

図４は、外周縁部に切り欠き部を形成する第１電磁鋼板を示す平面図である。図５は、密閉容器の内壁に密着した第２電磁鋼板を示す平面図である。固定子コア５１は、外周縁部に切り欠き部５５ａを形成する複数の第１電磁鋼板５１ａを積層し、積層された第１電磁鋼板５１ａの積層方向の両端に、密閉容器２の内壁に密着した複数の第２電磁鋼板５１ｂを積層して形成されている。なお、積層された第１電磁鋼板５１ａの積層方向の両端では、第１電磁鋼板５１ａと第２電磁鋼板５１ｂとが接している。切り欠き部５５ａは、図４に示すように、環状に形成された第１電磁鋼板５１ａの外周縁の一部が切り欠かれた部分である。第２電磁鋼板５１ｂは、図５に示すように、第１電磁鋼板５１ａが形成している切り欠き部５５ａを形成していない。窪み部５５は、積層された複数の第１電磁鋼板５１ａと、積層された第１電磁鋼板５１ａの積層方向の両端に複数の第２電磁鋼板５１ｂが積層されることで、切り欠き部５５ａによって形成されている。すなわち、窪み部５５は、固定子コア５１において電磁鋼板を積層することにより切り欠き部５５ａが連なることで形成される部分である。固定子コア５１は、図１に示すように積層された第１電磁鋼板５１ａの積層方向の両端が第２電磁鋼板５１ｂと接して積層されている。したがって、窪み部５５は、電磁鋼板の積層方向（Ｚ軸方向）の上下両端が第２電磁鋼板５１ｂによって塞がれている。そして、窪み部５５は、密閉容器２とバックヨーク部５３との間で密閉空間Ｓを形成する。

図６は、密閉容器２と固定子５との固定方法を示す部分拡大図である。ここで、密閉容器２と固定子５との固定の仕方について説明する。固定子５は、図６（ａ）に示すように密閉容器２に嵌合された後、図６（ｂ）に示すように密閉容器２に溶接されて固定される。密閉容器２と固定子５との嵌合は、圧入又は焼嵌が望ましい。密閉容器２と固定子５との嵌合を隙間嵌めとする場合には、密閉容器２と固定子５との間の隙間が、後述するスパッタの大きさより小さい隙間となるように密閉容器２と固定子５とを嵌め合わせる。

密閉容器２と固定子５との溶接手段としては、ＭＡＧ溶接等のアーク溶接が用いられる。例えば、図６（ｂ）に示すように、溶接トーチ３０を用いて、密閉容器２の外周側と内周側とを貫通する溶接孔２１を介して、固定子５と密閉容器２とを溶接する。なお、密閉容器２と固定子５との溶接手段としてはアーク溶接に限定するものではなく、例えば、レーザ溶接等、他の溶接手段を用いてもよい。

次に、溶接部２０と、固定子５のティース部５４との位置関係について説明する。図２に示すようにティース部５４には巻線５２がインシュレータ（図示せず）を介して巻かれており、巻線５２は絶縁の被覆材でコーティングされている。このインシュレータと被覆材とは、ティース部５４と巻線５２とを電気的に絶縁する機能を有する。しかし、インシュレータと被覆材とは、耐熱温度が溶接の温度よりも低いため、溶接時に発生する熱により溶融し、あるいは、熱膨張収縮によって巻線が移動することで破損する恐れがある。一般に巻線５２は、ティース部５４に対して密着するように巻かれている。固定子コア５１の中心Ｏとティース部５４の周方向の中央を通る第１の仮想面Ｆ１又は第２の仮想面Ｆ２上で固定子５を溶接した場合には、溶接の熱がバックヨーク部５３を介してティース部５４に伝達し、ティース部５４からティース部５４に密着した巻線５２に伝達すしやすい。そのため、固定子コア５１の中心Ｏとティース部５４の周方向の中央を通る第１の仮想面Ｆ１又は第２の仮想面Ｆ２上で固定子５を溶接した場合には、インシュレータあるいは被覆材が熱による影響を受け、溶融あるいは破損する恐れがある。そのため、溶接部２０は、図２のように、巻線５２が接触していない円周方向におけるティース部５４と隣接するティース部５４との間のバックヨーク部５３に形成されている。あるいは、図３に示すように、溶接部２０は、固定子コア５１の中心Ｏとティース部５４の周方向の中央とを通る第１の仮想面Ｆ１と、固定子コア５１の中心Ｏと第１の仮想面Ｆ１に隣接するティース部５４の周方向の中央とを通る第２の仮想面Ｆ２との間に形成されている。そして、溶接部２０は、窪み部５５を介して形成されている。

図７は、溶接部に形成されたブローホールを示すものである。固定子５と密閉容器２とを溶接する際に、固定子５を溶融した際に気泡（素材内部の炭素等の物質が酸素と結合し生じた気体）が発生し、溶接部２０にブローホール２２と呼ばれる欠陥が生じる場合がある。ブローホール２２が生じると固定子と密閉容器との固定強度が低下するためブローホール２２が生じにくくすることが望ましい。密閉型圧縮機１は、溶接部２０が、窪み部５５を介して形成されている。そのため、溶接時に発生した気泡が溶接部２０から窪み部５５に逃げやすく、溶接部２０にブローホール２２が生じにくい。

次に、密閉型圧縮機１の動作について説明する。 電動機４の駆動によりクランクシャフト７が回転すると、クランクシャフト７と共にシリンダ１１内のローリングピストン１３も回転する。このローリングピストン１３の回転により、ローリングピストン１３に収納されたベーンがピストン運動しながら偏心的に回転する。この時、冷媒ガスは、吸入連結管１０を介して圧縮要素３の吸入口から、シリンダ１１の内壁、ローリングピストン１３及びベーンにより囲まれた圧縮室内に入る。そして、圧縮室内の冷媒ガスは、ローリングピストン１３の回転に伴って圧縮室内の容積が小さくなるにつれ圧縮されていく。圧縮された冷媒ガスは、シリンダ１１内と連通する溝を介して、主軸受１４に設けられた吐出口から吐出マフラ１６の内部空間に流入する。そして、冷媒ガスは、マフラ吐出孔１７から電動機４と圧縮要素３の間の密閉容器２の空間Ａに吐出される。空間Ａに吐出された冷媒ガスは、密閉容器２内の上部に達し、吐出管８から密閉容器２の外へと吐出される。

以上のように、密閉型圧縮機１は、固定子コア５１が、密閉容器２とバックヨーク部５３との間で密閉空間Ｓを形成する窪み部５５をバックヨーク部５３の外縁部の少なくとも１カ所に形成しており、密閉容器２と固定子５とを溶接する溶接部２０が、窪み部５５を介して形成されている。そのため、溶接時に気泡が溶接部２０から窪み部５５に逃げやすく、溶接部２０にブローホールと呼ばれる欠陥が生じにくい。その結果、密閉型圧縮機１は、固定子５と密閉容器２との固定強度を維持することができる。

図８は、固定子と密閉容器との間の空洞に溶接部を設けた密閉型圧縮機の比較例である。図９は、図８のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図８では、密閉容器２と固定子５との溶接部２０を説明するために、回転子６とクランクシャフト７との図示を省略している。図１〜図７の密閉型圧縮機と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。密閉型圧縮機１０１は、密閉型圧縮機１の比較例であり、密閉容器１０２と固定子１０５との間に密閉容器１０２の下部空間と連通する空洞１５５を有し、空洞１５５に溶接部１２０をするものである。すなわち、空洞１５５は密閉空間ではない。密閉型圧縮機１０１は、密閉容器１０２と固定子１０５との間に密閉容器１０２の下部空間と連通する密閉空間ではない空洞１５５を有するため、溶接時に密閉容器１０２の内部空間にスパッタ２３と呼ばれる溶融物が飛散する場合がある。密閉容器１０２の内部空間にスパッタ２３と呼ばれる溶融物が飛散すると、この溶融物が圧縮要素３の内部に侵入し、圧縮要素３が作動しない原因となる。

実施の形態１に係る密閉型圧縮機１は、固定子コア５１が、密閉容器２とバックヨーク部５３との間で密閉空間Ｓを形成する窪み部５５をバックヨーク部５３の外縁部の少なくとも１カ所に形成しており、密閉容器２と固定子５とを溶接する溶接部２０が、窪み部５５を介して形成されている。そのため、密閉型圧縮機１は、溶接時にスパッタが飛散しても密閉空間Ｓの中に閉じ込められ、圧縮要素３にスパッタが浸入することを防止することができる。

また、密閉型圧縮機１は、積層された第１電磁鋼板５１ａの積層方向の両端が第２電磁鋼板５１ｂと接して積層されている。したがって、窪み部５５は、電磁鋼板の積層方向（Ｚ軸方向）の上下両端が第２電磁鋼板５１ｂによって塞がれている。そして、窪み部５５は、密閉容器２とバックヨーク部５３との間で密閉空間Ｓを形成している。そのため、密閉型圧縮機１は、溶接時にスパッタが飛散しても密閉空間Ｓの中に閉じ込められ、圧縮要素３にスパッタが浸入することを防止することができる。

また、ティース部の周方向中央と固定子コアの中心とを結んだ線上で、密閉容器と固定子とを溶接すると、溶接時に発生する熱により、ティース部から熱が伝わり、固定子と巻線との間のインシュレータあるいは巻線の被覆層が、溶融または破損する恐れがある。実施の形態１に係る密閉型圧縮機１は、窪み部５５が、円周方向におけるティース部５４と隣接するティース部５４との間のバックヨーク部５３に形成されており、密閉容器２と固定子５とを溶接する溶接部２０が、窪み部５５を介して形成されている。あるいは、窪み部５５は、固定子コア５１の中心Ｏとティース部５４の周方向の中央とを通る第１の仮想面Ｆ１と、固定子コア５１の中心Ｏと第１の仮想面Ｆ１に隣接するティース部５４の周方向の中央とを通る第２の仮想面Ｆ２との間に形成されており、密閉容器２と固定子５とを溶接する溶接部２０が、窪み部５５を介して形成されている。そのため、溶接部２０からティース部５４までの距離が遠く、溶接時に発生する熱により、固定子５と巻線５２の間のインシュレータ及び巻線５２の被覆層を溶融あるいは破損させることなく密閉容器２と固定子５とを溶接することができる。

また、固定子コア５１は、外周縁部に切り欠き部５５ａを形成する複数の第１電磁鋼板５１ａを積層し、積層された第１電磁鋼板５１ａの積層方向の両端に、密閉容器２の内壁に密着した複数の第２電磁鋼板５１ｂを積層して形成されており、窪み部５５は、切り欠き部５５ａにより形成されている。もし、窪み部５５が、固定子コア５１に機械加工を用いて形成された場合には、固定子５の電磁鋼板の絶縁被膜が剥がれ、電磁鋼板同志で通電し、モータの効率を低下させる恐れがある。固定子コア５１は、外周縁部に切り欠き部５５ａを形成する複数の第１電磁鋼板５１ａを積層し、積層された第１電磁鋼板５１ａの積層方向の両端に、密閉容器２の内壁に密着した複数の第２電磁鋼板５１ｂを積層して形成されており、窪み部５５は、切り欠き部５５ａにより形成されている。そのため、窪み部５５を形成するにあたり、電磁鋼板の絶縁被膜を破損させることがないので、モータの効率の低下を防止することができる。

また、実施の形態１に係る密閉型圧縮機１は、窪み部５５が、円周方向におけるティース部５４と隣接するティース部５４との間のバックヨーク部５３に形成されている。あるいは、窪み部５５は、固定子コア５１の中心Ｏとティース部５４の周方向の中央とを通る第１の仮想面Ｆ１と、固定子コア５１の中心Ｏと第１の仮想面Ｆ１に隣接するティース部５４の周方向の中央とを通る第２の仮想面Ｆ２との間に形成されている。もし、ティース部の周方向中央と固定子コアの中心とを結んだ線上に空洞がある場合、空洞が磁気的な抵抗となり、モータの効率を低下させる原因となる。実施の形態１に係る密閉型圧縮機１は、窪み部５５が上記のような位置に形成されており窪み部５５が磁気抵抗とならず、モータの効率を低下させることがない。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態１に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、ここでは密閉型圧縮機の一例として、ロータリ型圧縮機を一例に示したが、スクロール型、レシプロ型等、電動機が密閉容器内に配置される密閉型圧縮機であればその圧縮構造を問わない。また、図２に示す固定子５は、分割されていない１つの環状の固定子コア５１から形成されている。固定子５の構造は、分割されていない１つの環状の固定子コア５１から形成されているものに限定するものではなく、例えば、固定子５は、略Ｔ字形状の複数の固定子コアが周方向に複数配置されて環状に組み合わされて構成される構造であってもよい。

１ 密閉型圧縮機、２ 密閉容器、２ａ 上部容器、２ｂ 下部容器、３ 圧縮要素、４ 電動機、５ 固定子、６ 回転子、７ クランクシャフト、８ 吐出管、９ サクションマフラ、１０ 吸入連結管、１１ シリンダ、１２ 偏心部、１３ ローリングピストン、１４ 主軸受、１５ 副軸受、１６ 吐出マフラ、１７ マフラ吐出孔、１８ リード線、１９ ガラス端子、２０ 溶接部、２１ 溶接孔、２２ ブローホール、２３ スパッタ、３０ 溶接トーチ、５１ 固定子コア、５１ａ 第１電磁鋼板、５１ｂ 第２電磁鋼板、５２ 巻線、５３ バックヨーク部、５４ ティース部、５５ 窪み部、５５ａ 切り欠き部、１０１ 密閉型圧縮機、１０２ 密閉容器、１０５ 固定子、１２０ 溶接部、１５５ 空洞。

Claims (3)

1. 筒状の密閉容器と、前記密閉容器の内部に収容され冷媒ガスを圧縮する圧縮要素と、前記密閉容器の内部に収容され前記圧縮要素を駆動する電動機と、
   を備え、
   前記電動機は、前記密閉容器と嵌合されて溶接されている固定子を有し、
   前記固定子は、環状のバックヨーク部と前記バックヨーク部から径方向の内側に突出する複数のティース部とを有する固定子コアを有し、
   前記固定子コアは、
   外周縁部に切り欠き部を形成する複数の第１電磁鋼板を積層し、積層された前記第１電磁鋼板の積層方向の両端に、前記密閉容器の内壁に密着した複数の第２電磁鋼板を積層して形成されており、
   前記切り欠き部により形成され、前記密閉容器と前記バックヨーク部との間で密閉空間を形成する窪み部を前記バックヨーク部の外縁部の少なくとも１カ所に形成しており、
   前記密閉容器と前記固定子とを溶接する溶接部が、前記窪み部を介して形成されている圧縮機。
2. 前記窪み部は、円周方向における前記ティース部と隣接する前記ティース部との間の前記バックヨーク部に形成されている請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記窪み部は、前記固定子コアの中心と前記ティース部の周方向の中央とを通る第１の仮想面と、前記固定子コアの中心と前記第１の仮想面に隣接する前記ティース部の周方向の中央とを通る第２の仮想面との間に形成されている請求項１又は２に記載の圧縮機。

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