JP7344969B2 - Compressor and refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮機、および冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a compressor and a refrigeration cycle device.
圧縮部と、圧縮部を駆動させるオープン巻線型モーターと、を備える圧縮機が知られている。 Compressors are known that include a compression section and an open-wound motor that drives the compression section.
オープン巻線型モーターは、互いに電気的に分離されたU相、V相、W相を有する三相の巻線を有している。オープン巻線型モーターでは、各相の巻線は独立していて互いに結線されていない。オープン巻線型モーターは、各相の巻線の一方の端部に接続される第1のインバーター回路と、各相の巻線の他方の端部に接続される第2のインバーター回路と、を備える駆動回路によって駆動される。 The open winding type motor has three-phase windings having a U phase, a V phase, and a W phase that are electrically isolated from each other. In open-wound motors, the windings of each phase are independent and not connected to each other. The open-wound motor includes a first inverter circuit connected to one end of the winding of each phase, and a second inverter circuit connected to the other end of the winding of each phase. Driven by a drive circuit.
オープン巻線型モーターは、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーター、例えばデルタ結線タイプのモーターやY結線タイプのモーターに比べて、少ない電流で高いトルクを出力できる。換言すると、オープン巻線型モーターでは、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーターに比べて、巻線に流れる電流が抑制され、ひいては巻線の温度上昇が抑制される。そのため、オープン巻線型モーターで駆動する圧縮機は、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーターで駆動する圧縮機に比べて、高いトルク出力と、巻線の温度上昇の抑制と、を両立させる。 Open-winding motors can output high torque with less current than motors that are supplied with power from only one end of the windings, such as delta-connection type motors or Y-connection type motors. In other words, in an open winding type motor, compared to a motor in which power is supplied from only one end of the winding, the current flowing through the winding is suppressed, and thus the temperature rise of the winding is suppressed. Therefore, compressors driven by open-wound motors have higher torque output and lower temperature rises in the windings than compressors driven by motors that receive power from only one end of the windings. , to achieve both.
ところで、R32冷媒またはR32冷媒を含む混合冷媒であって、飽和蒸気温度摂氏50度(℃)における蒸気の圧力が2メガパスカル(MPa)以上となる冷媒を圧縮機で圧縮する場合には、高いトルク出力が要求され得る。 By the way, when using a compressor to compress R32 refrigerant or a mixed refrigerant containing R32 refrigerant, which has a vapor pressure of 2 megapascals (MPa) or more at a saturated vapor temperature of 50 degrees Celsius (°C), Torque output may be required.
また、R32冷媒またはR32冷媒を含む混合冷媒であって、飽和蒸気温度摂氏50度における蒸気の圧力が2メガパスカル以上となる冷媒は、圧縮された後の吐出冷媒ガスの温度が高い部類の冷媒に属する。この高温の吐出冷媒ガスは、モーターの巻線を加熱する。 In addition, refrigerants that are R32 refrigerants or mixed refrigerants containing R32 refrigerants and have a vapor pressure of 2 megapascals or more at a saturated vapor temperature of 50 degrees Celsius are refrigerants that have a high temperature of discharged refrigerant gas after being compressed. belongs to This hot discharged refrigerant gas heats the motor windings.
つまり、オープン巻線型モーターで駆動する圧縮機でR32冷媒またはR32冷媒を含む混合冷媒であって、飽和蒸気温度摂氏50度における蒸気の圧力が2メガパスカル以上となる冷媒を圧縮する場合には、高いトルク出力が要求され、かつ巻線が高温の吐出冷媒ガスで過熱される。そのため、オープン巻線型モーターで駆動する圧縮機であっても、R32冷媒またはR32冷媒を含む混合冷媒であって、飽和蒸気温度摂氏50度における蒸気の圧力が2メガパスカル以上となる冷媒に適用する場合には、巻線が過熱を生じる虞がある。巻線の過熱は、モーターの効率を低下させ、巻線の絶縁の劣化や焼損を生じさせる虞がある。 In other words, when compressing R32 refrigerant or a mixed refrigerant containing R32 refrigerant with a vapor pressure of 2 megapascals or more at a saturated vapor temperature of 50 degrees Celsius using a compressor driven by an open-wound motor, High torque output is required and the windings are superheated by the hot discharged refrigerant gas. Therefore, even if the compressor is driven by an open-wound motor, the refrigerant is applied to R32 refrigerant or a mixed refrigerant containing R32 refrigerant whose vapor pressure is 2 megapascals or more at a saturated steam temperature of 50 degrees Celsius. In such cases, there is a risk that the windings may overheat. Overheating of the windings reduces the efficiency of the motor and can cause deterioration and burnout of the winding insulation.
そこで、本発明は、R32冷媒またはR32冷媒を含む混合冷媒であって、飽和蒸気温度摂氏50度(℃)における蒸気の圧力が2メガパスカル(MPa)以上となる冷媒の圧縮に適用可能であって、かつオープン巻線型モーターの巻線の過熱を防止可能な圧縮機、および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is applicable to the compression of a refrigerant that is an R32 refrigerant or a mixed refrigerant containing an R32 refrigerant and has a vapor pressure of 2 megapascals (MPa) or more at a saturated vapor temperature of 50 degrees Celsius (°C). It is an object of the present invention to provide a compressor and a refrigeration cycle device that can prevent overheating of the windings of an open-winding type motor.
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器に収容され、かつ前記密閉容器内に導入されるR32冷媒およびR32冷媒を含む混合冷媒であって、飽和蒸気温度摂氏50度(℃)における蒸気の圧力が2メガパスカル以上となる冷媒の少なくともいずれかの冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記密閉容器の内面に固定される筒状の固定子と、前記固定子の内側に配置されて前記圧縮機構部を回転駆動させる回転子と、を有するオープン巻線型のモーターと、を備え、前記固定子の最外径寸法をDメートル(m)とし、前記固定子の鉄心の厚みをTメートル(m)とし、前記圧縮機構部における圧縮開始時の圧縮室の容積をV立方メートル(m3)とし、および円周率をπとした場合に、14≦(π×D2÷4)×T÷V≦21の関係を有している。In order to solve the above problems, a compressor according to an embodiment of the present invention includes a hermetic container, an R32 refrigerant housed in the hermetic container, and a mixed refrigerant containing the R32 refrigerant introduced into the hermetic container. , a compression mechanism unit for compressing at least one of the refrigerants having a steam pressure of 2 megapascals or more at a saturated steam temperature of 50 degrees Celsius (° C.), and a cylindrical stator fixed to the inner surface of the closed container. and a rotor disposed inside the stator to rotationally drive the compression mechanism, the stator having an outermost diameter dimension of D meters (m). , when the thickness of the iron core of the stator is T meters (m), the volume of the compression chamber at the start of compression in the compression mechanism section is V cubic meters (m 3 ), and the circumference is π, then 14 The relationship is ≦(π×D 2 ÷4)×T÷V≦21.
本発明の実施形態に係る圧縮機の前記固定子は、前記鉄心の内側に設けられるティースと、前記ティースに集中巻きされる巻線と、を備えていることが好ましい。 It is preferable that the stator of the compressor according to the embodiment of the present invention includes teeth provided inside the iron core and windings wound around the teeth in a concentrated manner.
本発明の実施形態に係る圧縮機の前記密閉容器は、縦置き円筒型であって、その頂部に圧縮された前記冷媒の吐出口を有し、前記モーターは、前記圧縮機構部より上方に配置され、前記鉄心の上端面から前記密閉容器の内面の最頂部までの高さは、前記鉄心の厚みよりも大きいことが好ましい。 The airtight container of the compressor according to the embodiment of the present invention has a vertical cylindrical shape and has a discharge port for the compressed refrigerant at the top thereof, and the motor is disposed above the compression mechanism section. The height from the upper end surface of the iron core to the top of the inner surface of the closed container is preferably greater than the thickness of the iron core.
本発明の実施形態に係る圧縮機は、定常運転中の前記圧縮機構部のクランク角が360度進む間に発生する最大負荷トルクをTmaxニュートンメートル(N・m)とし、最小負荷トルクをTminニュートンメートル(N・m)とし、および平均負荷トルクをTmeanニュートンメートル(N・m)とした場合に、(Tmax-Tmin)÷Tmean≦0.5であることが好ましい。 In the compressor according to the embodiment of the present invention, the maximum load torque generated while the crank angle of the compression mechanism section progresses 360 degrees during steady operation is Tmax newton meters (N m), and the minimum load torque is Tmin newton meters (N m). meters (N·m) and the average load torque is Tmean newton meters (N·m), it is preferable that (Tmax−Tmin)÷Tmean≦0.5.
本発明の実施形態に係る圧縮機の前記圧縮機構部は、3気筒以上のロータリー型であることが好ましい。 It is preferable that the compression mechanism section of the compressor according to the embodiment of the present invention is a rotary type having three or more cylinders.
また、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置は、前記圧縮機と、放熱器と、膨張装置と、吸熱器と、前記圧縮機、前記放熱器、前記膨張装置、および前記吸熱器を接続して冷媒を流通させる冷媒配管と、を備えている。 Further, the refrigeration cycle device according to the embodiment of the present invention connects the compressor, the radiator, the expansion device, and the heat absorber; refrigerant piping for circulating refrigerant.
本発明によれば、R32冷媒またはR32冷媒を含む混合冷媒であって、飽和蒸気温度摂氏50度(℃)における蒸気の圧力が2メガパスカル(MPa)以上となる冷媒の圧縮に適用可能であって、かつオープン巻線型モーターの巻線の過熱を防止可能な圧縮機、および冷凍サイクル装置を提供できる。 According to the present invention, it is applicable to the compression of R32 refrigerant or a mixed refrigerant containing R32 refrigerant, which has a vapor pressure of 2 megapascals (MPa) or more at a saturated vapor temperature of 50 degrees Celsius (°C). Accordingly, it is possible to provide a compressor and a refrigeration cycle device that can prevent overheating of the windings of an open-winding motor.
本発明に係る圧縮機、および冷凍サイクル装置の実施形態について図1から図6を参照して説明する。なお、複数の図面中、同じまたは相当する構成には同一の符号が付されている。 Embodiments of a compressor and a refrigeration cycle device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the same or equivalent structure in several drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置および圧縮機の概略的な図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigeration cycle device and a compressor according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1は、例えば空気調和機である。冷凍サイクル装置1に使用される冷媒は、ジフルオロメタン(Difluoromethane、HFC-32、R32、以下、「R32冷媒」と記載する。)の単一冷媒またはR32を含む混合冷媒であって、飽和蒸気温度摂氏50度(℃)における蒸気の圧力が2メガパスカル(MPa)以上となる冷媒である。混合冷媒は、例えば、R410A、R446A、R448A、R449A、R454B、R459A、R463A、R466Aである。これらR32の単一冷媒およびR32を含む混合冷媒を、単に「冷媒」と呼ぶ。
As shown in FIG. 1, a
冷凍サイクル装置1は、密閉型の圧縮機2と、放熱器3と、膨張装置5と、吸熱器6と、アキュムレーター7と、冷媒配管8と、を備えている。冷媒配管8は、圧縮機2と放熱器3と膨張装置5と吸熱器6とアキュムレーター7とを順次に接続して冷媒を流通させる。放熱器3は、凝縮器とも呼ばれる。吸熱器6は蒸発器とも呼ばれる。
The
圧縮機2は、冷媒配管8を通じて吸熱器6を通過した冷媒を吸い込み、圧縮し、冷媒配管8を通じて高温高圧の冷媒を放熱器3へ吐き出す。
The
圧縮機2は、縦置きされる円筒状の密閉容器11と、密閉容器11内の上半部に配置されるオープン巻線型モーター12(以下、単に「電動機12」と言う。)と、密閉容器11内の下半部に配置される圧縮機構部13と、電動機12の回転駆動力を圧縮機構部13へ伝達する回転軸15と、回転軸15を回転自在に支持する主軸受16と、主軸受16と協働して回転軸15を回転自在に支持する副軸受17と、を備えている。
The
密閉容器11は、上下方向に延びる円筒形状の胴部11aと、胴部の上端部を塞ぐ鏡板11bと、胴部の下端部を塞ぐ鏡板11cと、を備えている。
The
密閉容器11の上側の鏡板11bには、冷媒の吐出用の吐出管8aが接続されている。吐出管8aは冷媒配管8に繋がれている。また、密閉容器11の上側の鏡板11bには、2つの電力供給用の密封端子部18が設けられている。
A
電動機12は、圧縮機構部13を回転させる駆動力を発生させる。電動機12は、圧縮機構部13よりも上方に配置されている。電動機12は密閉容器11の内面に固定される筒状の固定子21と、固定子21の内側に配置されて圧縮機構部13を回転駆動させる回転子22と、固定子21から引き出されて密封端子部18に接続される複数の口出線23と、を備えている。
The
回転子22は、磁石収容孔(図示省略)を有する回転子鉄心25と、磁石収容孔に収容される永久磁石と、を備えている。回転子22は、回転軸15に固定されている。回転子22および回転軸15の回転中心線Cは、実質的に固定子21の中心線に一致している。
The
複数の口出線23は、密封端子部18を通じて固定子21に電力を供給する配線であり、いわゆるリード線である。口出線23は、電動機12の種類に応じて複数配線される。本実施形態では6本の口出線23が配線されている。
The plurality of
回転軸15は、電動機12と圧縮機構部13とを連結している。回転軸15は、電動機12が発生させる回転駆動力を圧縮機構部13に伝達する。
The rotating
回転軸15の中間部分15aは、電動機12と圧縮機構部13とを繋ぎ、主軸受16によって回転可能に支持されている。回転軸15の下端部分15bは、副軸受17によって回転可能に支持されている。主軸受16および副軸受17は、圧縮機構部13の一部でもある。換言すると、回転軸15は、圧縮機構部13を貫通している。
An
また、回転軸15は、主軸受16に支持されている中間部分15aと副軸受17に支持されている下端部分15bとの間に、複数の偏心部26を備えている。それぞれの偏心部26は、回転軸15の回転中心線に不一致、かつ平行な中心を有する円盤、あるいは円柱である。
Further, the rotating
圧縮機構部13は、冷媒、つまり単一冷媒または混合冷媒を圧縮する。電動機12が回転軸15を回転駆動することによって、圧縮機構部13は、冷媒配管8からガス状の冷媒を吸込んで圧縮し、かつ密閉容器11内に吐出する。
The
本実施形態に係る圧縮機構部13は、複数、例えば3気筒のロータリー式である。圧縮機構部13は、それぞれ円形のシリンダー室31を有する複数のシリンダー32と、それぞれのシリンダー室31内に配置される複数の環状のローラー33と、を備えている。
The
電動機12に最も近いシリンダー32を第一シリンダー32Aとし、電動機12から最も遠いシリンダー32を第三シリンダー32Cとし、第一シリンダー32Aと第三シリンダー32Cとの間に配置されるシリンダー32を第二シリンダー32Bとする。
The
第一シリンダー32Aの上面は、主軸受16によって閉鎖されている。第一シリンダー32Aの下面は、第一仕切板35Aによって閉鎖されている。第二シリンダー32Bの上面は、第一仕切板35Aによって閉鎖されている。第二シリンダー32Bの下面は、第二仕切板35Bによって閉鎖されている。第三シリンダー32Cの上面は、第二仕切板35Bによって閉鎖されている。第三シリンダー32Cの下面は、副軸受17によって閉鎖されている。
The upper surface of the first cylinder 32A is closed by the
主軸受16は、ボルトなどの図示しない締結部材によって第一シリンダー32Aに固定されている。主軸受16には、第一シリンダー32Aのシリンダー室31内で圧縮された冷媒を吐出する吐出弁機構16aと、吐出弁機構16aに覆い被さる第一吐出マフラー38Aと、が設けられている。第一仕切板35Aには、第二シリンダー32Bのシリンダー室31内で圧縮された冷媒を吐出する吐出弁機構35C、および吐出室35Dが設けられている。主軸受16、および第一シリンダー32Aおよび第一仕切板35Aは、吐出室35Dを第一吐出マフラー38A内に繋げる孔(図示省略)を有している。吐出弁機構16aは、圧縮機構部13の圧縮作用にともない第一シリンダー32Aのシリンダー室31内の圧力と第一吐出マフラー38A内の圧力との圧力差が所定値に達したときに吐出ポート(図示省略)を開放して、圧縮された冷媒を第一吐出マフラー38A内に吐出する。吐出弁機構35Cは、圧縮機構部13の圧縮作用にともない第二シリンダー32Bのシリンダー室31内の圧力と吐出室35D内の圧力との圧力差が所定値に達したときに吐出ポートを開放して、圧縮された冷媒を吐出室35D内に吐出する。第一吐出マフラー38Aは、第一吐出マフラー38Aの内外を繋ぐ吐出孔(図示省略)を有している。第一吐出マフラー38A内に吐出された圧縮冷媒は、吐出孔を通じて密閉容器11内へ吐出される。
The
第一シリンダー32Aは、密閉容器11に複数箇所で溶接、例えばスポット溶接によって固定されたフレームにボルト37で固定されている。
The first cylinder 32A is fixed with
副軸受17は、ボルトなどの締結部材(図示省略)によって第三シリンダー32Cに固定されている。副軸受17には、第三シリンダー32Cのシリンダー室31内で圧縮された冷媒を吐出する吐出弁機構17aと、吐出弁機構に覆い被さる第二吐出マフラー38Bと、が設けられている。吐出弁機構17aは、圧縮機構部13の圧縮作用にともない第三シリンダー32Cのシリンダー室31内の圧力と第二吐出マフラー38B内の圧力との圧力差が所定値に達したときに吐出ポート(図示省略)を開放して、圧縮された冷媒を第二吐出マフラー38B内に吐出する。第二吐出マフラー38B内の空間は、図示しない通路を介して第一吐出マフラー38A内の空間に繋がっている。第三シリンダー32Cのシリンダー室31内で圧縮され、第二吐出マフラー38B内に吐出された冷媒は、第一吐出マフラー38A内の空間を介して密閉容器11内に吐出される。
The
吸込管39は、密閉容器11を貫いて、シリンダー32のシリンダー室31に接続されている。シリンダー32は、吸込管39に繋がってシリンダー室31に到達する吸込孔を有している。第一吸込管39Aは、第一シリンダー32Aのシリンダー室31に繋がれている。第二吸込管39Bは、第二仕切板35Bを経由し、第二仕切板35Bで分岐して第二シリンダー32Bのシリンダー室31、および第三シリンダー32Cのシリンダー室31に繋がれている。第二仕切板35Bは、分岐する冷媒通路(図示省略)を有している。
The suction pipe 39 penetrates the
密閉容器11の下部は潤滑油41で満たされている。そして、圧縮機構部13の大部分は、密閉容器11内の潤滑油41中に浸されている。
The lower part of the
アキュムレーター7は、吸熱器6でガス化しきれなかった液状の冷媒が圧縮機2に吸い込まれることを防ぐ。
The
次いで、圧縮機構部13のシリンダー32について説明する。
Next, the
図2は、本発明の実施形態に係る圧縮機のシリンダーの平面図である。 FIG. 2 is a plan view of a cylinder of a compressor according to an embodiment of the present invention.
なお、第一シリンダー32A、第二シリンダー32B、および第三シリンダー32Cは、同様の構造を有しているので、一つのシリンダー32について説明する。
Note that the first cylinder 32A, the
図2に示すように、本実施形態に係る圧縮機2は、ローラー33の外周面に接して往復動するブレード45を備えている。ブレード45は、シリンダー室31内を吸込室46と圧縮室47とに仕切る。吸込室46は、シリンダー32に設けられた吸込孔48に繋がっている部分である。圧縮室47は、第一吐出マフラー38Aまたは第二吐出マフラー38Bに繋がっている。
As shown in FIG. 2, the
シリンダー室31は、シリンダー32の内側の空間である。シリンダー室31は、回転軸15の偏心部26を収容している。
The
ローラー33は、偏心部26の周面に嵌合されている。ローラー33の外周面は、シリンダー室31の内周面に線接触している。ローラー33は、回転軸15の回転にともなって、その外周面をシリンダー室31の内周面に線接触させながら偏心運動する。
The
なお、ローラー33とシリンダー32との接触は直接的な接触ではなく、潤滑油41の油膜(図示省略)を介在させた間接的なものであるが、説明の便宜のために、これら油膜を介した接触を単に「接触」と表現する。ローラー33と偏心部26との間、ローラー33と主軸受16との間、ローラー33と副軸受17との間、ローラー33と第一仕切板35Aとの間、およびローラー33と第二仕切板35Bとの間も同じである。
Note that the contact between the
次いで、電動機12の固定子21について説明する。
Next, the
図3は、本発明の実施形態に係る圧縮機の電動機の固定子を回転軸の中心線方向から示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the stator of the motor of the compressor according to the embodiment of the present invention from the direction of the center line of the rotating shaft.
図1に加えて図3に示すように、本実施形態に係る電動機12は、例えば三相9スロットタイプである。
As shown in FIG. 3 in addition to FIG. 1, the
固定子21は、集中巻固定子である。固定子21は、筒状のヨーク51、いわゆる継鉄と、ヨーク51の内側へ突出し、かつ間隔を隔てて周方向へ並ぶ複数のティース52と、を有する固定子鉄心53を備えている。また、固定子21は、固定子鉄心53のそれぞれの端面に設けられる2つの絶縁端板55と、複数の絶縁薄板(図示省略)と、ティース52と2つの絶縁端板55との間に巻き付けられる巻線58と、備えている。
複数のティース52は、周方向へ実質的に等間隔、かつ放射状に並んでいる。それぞれのティース52は、ヨーク51から径方向内側に延びている。
The plurality of
ヨーク51、および周方向に隣接する2つのティース52は、スロット59を画定している。スロット59は、ティース52と同数、つまり9つある。スロット59は、隣接する2つのティース52の間にスロット開口部を有している。
The
巻線58は、集中巻き方式により、固定子鉄心53のティース52、第一絶縁端板55A、および第二絶縁端板55Bに巻き付けられている。
The winding 58 is wound around the
巻線58は、U相の巻線58U、V相の巻線58V、およびW相の巻線58Wを含んでいる。各相の巻線58は、相毎に独立して3つのティース52に連続して巻かれ、かつ個別に電圧が印加される独立巻線である。それぞれの巻線58U、巻線58V、および巻線58Wの2つの端は、口出線23および密封端子部18を介して駆動回路61に接続されている。つまり、U相の一方の口出線23は、2つの密封端子部18の一方を介して、電動機12の駆動回路61の第一インバーター回路62のU相に接続されている。U相の他方の口出線23は、2つの密封端子部18の他方を介して、電動機12の駆動回路の第二インバーター回路63のU相に接続されている。巻線58Vの口出線23についてもU相の口出線23と同様に第一インバーター回路62のV相、および第二インバーター回路63のV相に接続されている。V相の一方の口出線23は、2つの密封端子部18の一方を介して、電動機12の駆動回路61の第一インバーター回路62のV相に接続されている。V相の他方の口出線23は、2つの密封端子部18の他方を介して、電動機12の駆動回路の第二インバーター回路63のV相に接続されている。巻線58Wの口出線23についてもU相の口出線23と同様に第一インバーター回路62のW相、および第二インバーター回路63のW相に接続されている。W相の一方の口出線23は、2つの密封端子部18の一方を介して、電動機12の駆動回路61の第一インバーター回路62のW相に接続されている。W相の他方の口出線23は、2つの密封端子部18の他方を介して、電動機12の駆動回路の第二インバーター回路63のW相に接続されている。
The winding 58 includes a U-phase winding 58U, a V-phase winding 58V, and a W-phase winding 58W. The winding 58 of each phase is an independent winding that is continuously wound around the three
なお、電動機12の極数は、6極以上であることが好ましい。多極化することによって、巻線58の周長が短くなり、巻線抵抗が抑制される。この巻線抵抗の抑制は、巻線58の過熱防止に寄与する。
Note that the number of poles of the
ここで、図1に示すように、固定子21の最外径寸法をDメートル(m)とし、固定子21の固定子鉄心53の厚みをTメートル(m)とする。また、円周率をπとする。
Here, as shown in FIG. 1, the outermost diameter of the
そうすると、電動機12の見かけの体積Vm立方メートル(m3)は、次式で表される。Then, the apparent volume Vm cubic meters (m 3 ) of the
[数1]
(体積Vm)=(円周率π)×(固定子の最外径寸法D)2÷4×T[Number 1]
(Volume Vm) = (Pi) x (Outermost diameter dimension of stator D) 2 ÷ 4 x T
さらに、図2に示す圧縮機構部13における圧縮開始時の圧縮室47の総容積をVct立方メートル(m3)とする。この総容積Vctは、それぞれのシリンダー室31における圧縮開始時の圧縮室47の容積Vc立方メートル(m3)の和である。つまり、本実施形態に係る3気筒の圧縮機構部13では、次式の関係にある。Furthermore, the total volume of the
[数2]
(総容積Vct)=(シリンダー数N)×(圧縮室の容積Vc)[Number 2]
(Total volume Vct) = (Number of cylinders N) x (Volume of compression chamber Vc)
なお、各気筒の容積Vcは、必ずしも同容積で無くても良い。また、圧縮機構部13は、少なくとも1つのシリンダー32を備えていれば良い。本実施形態に係るシリンダー数Nは3である。総容積Vctは、圧縮機構部13の排除容積とも呼ばれる。
Note that the volume Vc of each cylinder does not necessarily have to be the same volume. Further, the
次式のように、電動機12の見かけの体積Vmを圧縮機構部13の排除容積Vctで除した無次元数を、容積比Rとする。
Let the volume ratio R be a dimensionless number obtained by dividing the apparent volume Vm of the
[数3]
(容積比R)=(体積Vm)÷(総容積Vct)[Number 3]
(Volume ratio R) = (Volume Vm) ÷ (Total volume Vct)
図4は、本発明の実施形態に係る圧縮機の、電動機の見かけの体積と圧縮室の総容積との関係を表す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the apparent volume of the electric motor and the total volume of the compression chamber of the compressor according to the embodiment of the present invention.
図4の横軸は容積比Rを示し、図4の縦軸はオープン巻線型モーター12の巻線の温度を示している。
The horizontal axis of FIG. 4 shows the volume ratio R, and the vertical axis of FIG. 4 shows the temperature of the windings of the open-
また、図4の二重線ATは、オープン巻線型モーター12の巻線の許容温度ATを示している。オープン巻線型モーター12の巻線は、許容温度AT以下であれば健全に機能する。許容温度ATは、巻線の耐熱面、および電動機12の効率面を考慮して設定されている。許容温度ATは、例えば摂氏125度(℃)に設定されている。
Further, the double line AT in FIG. 4 indicates the allowable temperature AT of the windings of the open winding
図4の実線αは、オープン巻線型モーター12における容積比Rと、圧縮機2で圧縮された高温の冷媒ガスに晒される、運転中の圧縮機2のオープン巻線型モーター12の巻線の温度と、の関係を示している。実線αは、交流電圧200ボルト(V)の交流電源で圧縮機2を運転する場合における定常運転時の巻線の温度である。
The solid line α in FIG. 4 represents the volume ratio R of the open-
実線αで示されるように、オープン巻線型モーター12を備える圧縮機2では、容積比Rを大きくするほど、巻線の温度は低下する。このような結果は、容積比Rが大きくなるにつれて圧縮負荷当たりの電動機12の体積Vmが増加することによる。圧縮負荷当たりの電動機12の体積Vmの増加は、電動機12の効率を向上させ、電動機12の放熱面積を増加させる。そうすると、巻線の温度が低下する。
As shown by the solid line α, in the
そして、容積比Rが14以上の場合には、巻線の温度は許容温度AT以下に低下する一方、容積比Rが14より小さい場合には、巻線の温度は許容温度ATを超える。 When the volume ratio R is 14 or more, the temperature of the winding falls below the allowable temperature AT, while when the volume ratio R is smaller than 14, the temperature of the winding exceeds the allowable temperature AT.
また、図4の破線βは、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーターを備える圧縮機における容積比Rと、この圧縮機で圧縮された高温の冷媒ガスに晒される、運転中の圧縮機のモーターの巻線の温度と、の関係を示している。破線βは、交流電圧200ボルト(V)の交流電源で、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーターを備える圧縮機を運転する場合における定常運転時の巻線の温度である。 In addition, the broken line β in FIG. It shows the relationship between the temperature of the compressor motor windings and The broken line β is the temperature of the winding during steady operation when operating a compressor equipped with a motor that is supplied with power only from one end of the winding using an AC power source with an AC voltage of 200 volts (V). .
破線βで示されるように、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーターを備える圧縮機でも、容積比Rを大きくするほど、巻線の温度は低下する。また、破線βの縦軸の切片は、実線αの縦軸の切片より高い。つまり、破線βは、実線αよりも図4の上方へ偏倚している。さらに、破線βは、実線αに交わらない。そして、容積比Rが21以上の場合には、巻線の温度は許容温度AT以下に低下する一方、容積比Rが21より小さい場合には、巻線の温度は許容温度ATを超える。 As shown by the broken line β, even in a compressor equipped with a motor to which power is supplied only from one end of the winding, the temperature of the winding decreases as the volume ratio R increases. Further, the vertical axis intercept of the broken line β is higher than the vertical axis intercept of the solid line α. In other words, the broken line β is biased upward in FIG. 4 from the solid line α. Furthermore, the broken line β does not intersect the solid line α. When the volume ratio R is 21 or more, the temperature of the winding falls below the allowable temperature AT, while when the volume ratio R is smaller than 21, the temperature of the winding exceeds the allowable temperature AT.
電動機12は、複数のインバーター回路(第一インバーター回路62、第二インバーター回路63)で駆動される。そのため、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーターに比べて、駆動回路61における電力損失が増加する。つまり、(容積比R)>21の範囲では、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーター、および電動機12の双方が巻線の温度を許容温度AT以下の範囲に収められる一方で、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーターの方が電動機12よりも効率面で優れている。
The
そこで、これら図4に示す関係から、圧縮機2は、次式の関係を有している。
Therefore, based on the relationships shown in FIG. 4, the
[数4]
14≦(容積比R)=(π×D2÷4)×T÷Vct≦21[Number 4]
14≦(volume ratio R)=(π×D 2 ÷4)×T÷Vct≦21
また、電動機12の固定子鉄心53の上端面から密閉容器11の内面の最頂部までの高さHは、固定子鉄心53の厚みTよりも大きい。
Further, the height H from the upper end surface of the
[数5]
(高さH)>(厚みT)[Number 5]
(Height H)>(Thickness T)
図5は、本発明の実施形態に係る圧縮機のクランク角と負荷トルクとの関係を表す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the crank angle and load torque of the compressor according to the embodiment of the present invention.
図5の横軸は圧縮機構部13のクランク角θ(0度≦クランク角θ≦360度)を示し、縦軸は次式で表されるトルク変動Tfを示している。
The horizontal axis of FIG. 5 indicates the crank angle θ (0 degrees≦crank angle θ≦360 degrees) of the
[数6]
(トルク変動Tf)=(負荷トルクT)÷(平均負荷トルクTmean)[Number 6]
(Torque fluctuation Tf) = (Load torque T) ÷ (Average load torque Tmean)
また、トルク変動率Trを次式で定める。 Further, the torque fluctuation rate Tr is determined by the following equation.
[数7]
(トルク変動率Tr)=((最大負荷トルクTmax)-(最小負荷トルクTmin))÷(平均負荷トルクTmean)[Number 7]
(Torque fluctuation rate Tr) = ((Maximum load torque Tmax) - (Minimum load torque Tmin)) ÷ (Average load torque Tmean)
なお、電動機12に作用する負荷トルクをTニュートンメートル(N・m)とし、電動機12に作用する最大負荷トルクをTmaxニュートンメートル(N・m)とし、電動機12に作用する最小負荷トルクをTminニュートンメートル(N・m)とし、電動機12に作用する平均負荷トルクをTmeanニュートンメートル(N・m)とする。
Note that the load torque acting on the
また、実線α、破線β、および二重線は、シリンダー室31の総容積Vct(つまり排除容積)を一致させた条件の下で比較されている。
Further, the solid line α, the broken line β, and the double line are compared under the condition that the total volume Vct (that is, the excluded volume) of the
図5の実線αは、3気筒のロータリー式の圧縮機2におけるクランク角θとトルク変動Tfとの関係を示している。実線αにおけるトルク変動率Trは、0.25(無次元数)である。3気筒のロータリー式の圧縮機2では、0度≦クランク角θ≦360度の範囲、つまり回転軸15が一回転する間に、3つのシリンダー32の圧縮行程における3回の極大値を有する。
A solid line α in FIG. 5 indicates the relationship between the crank angle θ and the torque fluctuation Tf in the three-
図5の破線βは、2気筒のロータリー式の圧縮機2におけるクランク角θとトルク変動率Trとの関係を示している。破線βにおけるトルク変動率Trは、0.79(無次元数)である。2気筒のロータリー式の圧縮機2では、回転軸15が一回転する間に、2つのシリンダー32の圧縮行程における2回の極大値を有する。2気筒のロータリー式の圧縮機2は、トルク変動率Tr、および極大値の大きさ、および極小値の大きさで3気筒のロータリー式の圧縮機2に劣る。
A broken line β in FIG. 5 indicates the relationship between the crank angle θ and the torque fluctuation rate Tr in the two-
図5の二重線γは、1気筒のスクロール式の圧縮機2におけるクランク角θとトルク変動率Trとの関係を示している。二重線γにおけるトルク変動率Trは、0.25(無次元数)である。1気筒のスクロール式の圧縮機2では、回転軸15が一回転する間に、スクロール式のシリンダー32の圧縮行程における1回の極大値を有する。1気筒のスクロール式の圧縮機2は、トルク変動率Tr、および極大値の大きさ、および極小値の大きさで3気筒のロータリー式の圧縮機2と同程度の特性を有している。
The double line γ in FIG. 5 indicates the relationship between the crank angle θ and the torque fluctuation rate Tr in the one-
図6は、本発明の実施形態に係る圧縮機のトルク変動率と回転軸の回転方向における振動の振幅との関係を表す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the torque fluctuation rate of the compressor and the amplitude of vibration in the rotational direction of the rotating shaft according to the embodiment of the present invention.
図6の横軸は[数7]で示したトルク変動率を示し、縦軸は回転軸15の回転方向における振動の振幅を示している。振幅の単位はマイクロメートル(μm)である。この振動振幅は、圧縮機構部13の作動によって発生する。また、この振動振幅は、振動応答が顕著に表れるアキュムレーター7と冷媒配管8との接続部分65(図1)で評価される。
The horizontal axis of FIG. 6 shows the torque fluctuation rate shown in [Equation 7], and the vertical axis shows the amplitude of vibration in the rotational direction of the
図6の実線αは、トルク変動率と回転軸15の回転方向における振動の振幅との関係を示している。トルク変動率と回転軸15の回転方向における振動の振幅との間には、正の相関がある。実線αは、[数4]の関係を満たす圧縮機2を交流電圧200ボルト(V)の交流電源で運転する場合における定常運転時の巻線の温度である。このときの電動機12の回転数は、30回毎秒(revolutions per second、rps)である。
A solid line α in FIG. 6 indicates the relationship between the torque fluctuation rate and the amplitude of vibration in the rotational direction of the
ところで、アキュムレーター7と冷媒配管8との接続部分65では、当該箇所における疲労破壊等の機械的な健全性を鑑みて、最大振幅を50マイクロメートル(μm)以下に抑えたい。図6の二重線AAは、接続部分65における許容振幅AAを示している。
By the way, in the
したがって、トルク変動率Trは、次式に示すように0.5以下であることが好ましい。 Therefore, the torque fluctuation rate Tr is preferably 0.5 or less as shown in the following equation.
[数8]
(トルク変動率Tr)≦0.5
∴((最大負荷トルクTmax)-(最小負荷トルクTmin))÷(平均負荷トルクTmean)≦0.5[Number 8]
(Torque fluctuation rate Tr)≦0.5
∴((Maximum load torque Tmax)-(Minimum load torque Tmin))÷(Average load torque Tmean)≦0.5
容積比R≦21の条件下では、一般的な圧縮機に比べて負荷トルクに対する電動機12の体積Vmが小さい。つまり、回転子22の慣性モーメントが小さく、圧縮機構部13の回転方向における振動が大きくなる傾向が見られる。そのため、仮にトルク変動率Trが0.5より大きくなると、振動振幅の評定点である接続部分65における振動振幅が実線αを描く運転条件における許容振幅AAより大きくなる。このような場合には、電動機12の運転制御において、トルク制御を実施して負荷トルクを減少させて振動振幅を低減する方法がある。トルク制御では、回転軸15の回転中に電動機12への供給電圧を変化させることでモータートルクを負荷トルクに応じて変化させる。これによってモータートルクと負荷トルクとの差異が小さくなって加振力が減少する。
Under the condition of volume ratio R≦21, the volume Vm of the
しかしながら、オープン巻線型モーター12を備える圧縮機2でトルク制御を実施する場合には、モータートルクを負荷トルクに合わせるための電力損失が複数のインバーター回路(第一インバーター回路62、第二インバーター回路63)で発生する。つまり、オープン巻線型モーター12を備える圧縮機2でトルク制御を実施する場合には、巻線の一方の端部のみから電力が供給されるモーターに比べて駆動回路61における電力損失が増加してしまう。
However, when implementing torque control with the
そこで、本実施形態に係る圧縮機2は、[数8]の条件を満足させることで、トルク制御を省いて、性能の低下を抑えている。
Therefore, the
以上説明したように、本実施形態に係る圧縮機2、および冷凍サイクル装置1は、[数4]、つまり14≦(容積比R)≦21で表される関係を有している。そのため、圧縮機2、および冷凍サイクル装置1は、R32冷媒またはR32冷媒を含む混合冷媒であって飽和蒸気温度50℃における蒸気の圧力が2メガパスカル(MPa)以上となる冷媒を圧縮するために、電動機12に高いトルク出力が求められる場合であっても、巻線58に流れる電流の増大を抑え、巻線58の過熱を回避できる。
As explained above, the
また、本実施形態に係る圧縮機2、および冷凍サイクル装置1は、集中巻き方式で巻き付けられる巻線58を備えている。そのため、圧縮機2、および冷凍サイクル装置1は、巻線58の周長を短くして巻線抵抗を抑制できる。この巻線抵抗の抑制は、巻線58の過熱防止に寄与する。
Furthermore, the
さらに、本実施形態に係る圧縮機2、および冷凍サイクル装置1は、[数5]で表される関係を有している。つまり、固定子鉄心53の上端面から密閉容器11の内面の最頂部までの高さが、固定子鉄心53の厚み寸法よりも大きい。そのため、圧縮機2、および冷凍サイクル装置1は、オープン巻線型モーター12の巻線58の両方の端部に接続される6つの口出線23を収容する空間的な余裕を電動機12の上方に有し、かつ2つの密封端子部18を設置する空間的な余裕を電動機12の上方に有している。また、圧縮された冷媒ガスに含まれる油分が、これら口出線23や密封端子部18に付着しても、電動機12の上方の空間から吐出管8aへ流れ出る油量を減じることができる。
Furthermore, the
また、本実施形態に係る圧縮機2、および冷凍サイクル装置1は、[数8]、つまり(トルク変動率Tr)≦0.5で表される関係を有している。そのため、圧縮機2、および冷凍サイクル装置1は、トルク制御を省いて、性能の低下を抑えることができる。
Further, the
したがって、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1、および圧縮機2によれば、R32冷媒またはR32冷媒を含む混合冷媒の圧縮に適用可能であって、かつオープン巻線型モーター12の巻線58の過熱を防止できる。
Therefore, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1…冷凍サイクル装置、2…圧縮機、3…放熱器、5…膨張装置、6…吸熱器、7…アキュムレーター、8…冷媒配管、8a…吐出管、11…密閉容器、11a…胴部、11b…上側の鏡板、11c…下側の鏡板、12…オープン巻線型モーター(電動機)、13…圧縮機構部、15…回転軸、15a…中間部分、15b…下端部分、16…主軸受、17…副軸受、18…密封端子部、21…固定子、22…回転子、23…口出線、25…回転子鉄心、26…偏心部、31…シリンダー室、32…シリンダー、32A…第一シリンダー、32B…第二シリンダー、32C…第三シリンダー、33…ローラー、35A…第一仕切板、35B…第二仕切板、37…ボルト、38A…第一吐出マフラー、38B…第二吐出マフラー、39…吸込管、39A…第一吸込管、39B…第二吸込管、41…潤滑油、45…ブレード、46…吸込室、47…圧縮室、48…吸込孔、51…ヨーク、52…ティース、53…固定子鉄心、55…絶縁端板、55A…第一絶縁端板、55B…第二絶縁端板、58…巻線、58U…U相の巻線、58V…V相の巻線、58W…W相の巻線、59…スロット、61…駆動回路、62…第一インバーター回路、63…第二インバーター回路、65…接続部分。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記密閉容器に収容され、かつ前記密閉容器内に導入されるR32冷媒、およびR32冷媒を含む混合冷媒であって飽和蒸気温度摂氏50度(℃)における蒸気の圧力が2メガパスカル(MPa)以上となる冷媒の少なくともいずれかの冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
前記密閉容器の内面に固定される筒状の固定子と、前記固定子の内側に配置されて前記圧縮機構部を回転駆動させる回転子と、を有するオープン巻線型のモーターと、を備え、
前記固定子の最外径寸法をDメートル(m)とし、前記固定子の鉄心の厚みをTメートル(m)とし、前記圧縮機構部における圧縮開始時の圧縮室の容積をV立方メートル(m3)とし、および円周率をπとした場合に、
14≦(π×D2÷4)×T÷V≦21
の関係を有する圧縮機。an airtight container;
An R32 refrigerant contained in the sealed container and introduced into the sealed container, and a mixed refrigerant containing the R32 refrigerant, which has a steam pressure of 2 megapascals (MPa) or more at a saturated steam temperature of 50 degrees Celsius (°C). a compression mechanism unit that compresses at least one of the refrigerants;
an open-wound motor having a cylindrical stator fixed to the inner surface of the closed container, and a rotor disposed inside the stator to rotationally drive the compression mechanism,
The outermost diameter of the stator is D meters (m), the thickness of the stator core is T meters (m), and the volume of the compression chamber at the start of compression in the compression mechanism section is V cubic meters (m 3 ) and pi is π, then
14≦(π× D2 ÷4)×T÷V≦21
A compressor with the following relationship.
前記モーターは、前記圧縮機構部より上方に配置され、
前記鉄心の上端面から前記密閉容器の内面の最頂部までの高さは、前記鉄心の厚みよりも大きい請求項1または2に記載の圧縮機。The airtight container is vertically cylindrical and has a discharge port for the compressed refrigerant at the top thereof,
The motor is arranged above the compression mechanism section,
The compressor according to claim 1 or 2, wherein the height from the upper end surface of the iron core to the top of the inner surface of the closed container is greater than the thickness of the iron core.
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