WO2001002728A1 - Compresseur electrique - Google Patents

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rotor
compression mechanism
motor
electric compressor
rotor core
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PCT/JP2000/004322
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English (en)
French (fr)
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Teruo Tamura
Tatsuyuki Iizuka
Kenji Sasaki
Fumitoshi Saito
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Matsushita Refrigeration Company
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B35/04Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
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    • F04B39/12Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/122Cylinder block
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/085Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at only one end of the rotor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S417/00Pumps
    • Y10S417/902Hermetically sealed motor pump unit

Definitions

  • the present invention relates to an electric compressor used for a refrigerator or an air conditioner.
  • the present invention relates to a high-efficiency electric compressor that reduces loss torque and iron loss due to magnetic attraction in a bearing part of a compressor part connected to a motor part.
  • the electric compressor includes an airtight container 1, a compression mechanism 2 provided below the inside thereof, and an electric motor section 3 provided above the compression mechanism 2.
  • the shaft 4 attached to the rotor 14 of the motor section 3 has a crank section 4a at the tip.
  • a cylinder block 5 made of a ferrous material is formed with a bearing 6 into which the shaft 4 is inserted, and a cylinder 7 formed substantially at right angles to the bearing 6.
  • the piston 9 is connected to the crank part 4 a via a connecting rod 8.
  • the rotation of the shaft 4 is converted into reciprocating motion in the crank unit 4 a and transmitted to the piston 9 via the rod 8.
  • the biston 9 slides on the inner wall of the cylinder 7.
  • a compression chamber 10 is formed by the cylinder 7 and the piston 9.
  • An oil supply pipe 11 is attached to the end of the crank part 4a, and lubricating oil 12 stored at the bottom of the sealed container 1 is supplied to the compression mechanism part 2 and the shaft 4, thereby lubricating each sliding part. It is smooth.
  • the motor unit 3 is composed of a stator 13 in which a winding is wound around a stator core made of laminated electromagnetic steel sheets, and a rotor 14 in which a secondary conductor is provided on a rotor core 15 made of laminated electromagnetic steel sheets. This is a two-pole induction motor. Further, a pore portion 16 is provided at an end of the rotor core 15 facing the compression mechanism portion 2, and the bearing portion 6 extends to the inside of the pore portion 16.
  • oil is supplied to the moving parts such as the bearing part 6, the cylinder 7, the connecting rod 8 and the piston 9 of the compression mechanism part 2 by rotating the oil supply pipe 11 attached to the lower end of the shaft 4 so that the pump rotates.
  • the lubricating oil 12 is pumped up by the action and supplied.
  • a permanent magnet embedded in the rotor eliminates the need for excitation power and achieves high efficiency. Focused on applying. An example of the self-starting permanent magnet type synchronous motor will be described with reference to FIGS. In addition, since only an electric motor part differs as an electric compressor, that point is explained.
  • the rotor 17 of the synchronous motor includes a rotor core 18 on which electromagnetic steel sheets are laminated, and a shaft hole 19 in which the shaft 4 is fitted to the rotor core 18.
  • a bore portion 20 is formed at an axial end of the rotor core 18.
  • two sets of two plate-shaped permanent magnets 21 and two butt-shaped butt shapes having an angle ⁇ are inserted into the rotor 17.
  • the two magnets of the first set are arranged so that they have an S pole toward the outside of the rotor and a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ pole toward the inside.
  • the two magnets in the second set are arranged so that they have a south pole toward the outside of the rotor and a south pole toward the inside.
  • the first set forms one rotor pole
  • the second set forms another pole
  • the entire rotor 17 is a two-pole rotor.
  • the width of the magnet 21 is ⁇ .
  • a large number of conductor bars 22 provided on the rotor core 18 and short-circuit rings 23 located at both axial ends of the rotor core 18 are integrally molded by aluminum die casting to form a starting cage.
  • the conductor is formed.
  • end plates 24 made of a non-magnetic material for protection for preventing the magnets 21 from falling are attached to both end surfaces in the axial direction of the rotor core 18.
  • the rotor core 18 is provided with a magnetic flux short-circuit preventing barrier 25 for preventing magnetic flux short-circuiting between adjacent permanent magnets, and is simultaneously molded with the above-described starting cage conductor and aluminum die casting.
  • FIG. 9 the flow of the magnetic flux of the magnet 21 will be conceptually described with the arrow line.
  • the flow of the magnetic flux flowing inside each magnet 21 is as follows: The magnetic flux from the negative pole of the upper two magnets 21 in the figure passes through the center of the rotor core 18 and the lower two magnets 21 It is sucked into the S pole. Therefore, the magnetic flux density passing through the core portion 18 a near the outer circumference of the bore diameter 20 a Is very expensive.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a high-efficiency electric compressor in which loss torque and iron loss (particularly eddy current loss) due to magnetic attraction in a bearing portion are reduced.
  • the electric compressor of the present invention has the following configuration.
  • the motor section includes a motor having two rotor magnetic poles, having a rotor core having a pore at the end facing the compression mechanism and having a permanent magnet embedded therein.
  • the compression mechanism section includes a bearing section made of a non-magnetic material and extending inside the bore section.
  • the motor section includes a motor having two rotor poles, having a rotor core provided with a pore portion at an end opposite to the compression mechanism section and having a permanent magnet embedded therein.
  • the compression mechanism portion includes a bearing portion in which at least a portion extending inside the pore portion is made of a nonmagnetic material.
  • Still another electric compressor has the following configuration.
  • the motor section includes a motor having two rotor magnetic poles and having a rotor core in which permanent magnets are embedded.
  • the compression mechanism section includes a bearing section made of an iron-based material, and is configured such that a gap exists between both end faces of the opposing rotor core and the bearing section in a projection line of a longitudinal section.
  • the magnetic flux on the rotor side hardly flows to the bearing part side, and even if the bearing part is made of an iron-based material, most of the eddy current loss among the loss torque ⁇ iron loss in the bearing part. Since it does not occur, the efficiency of the motor can be directly reflected on the compressor. Further, since the bearing portion can be formed integrally with other portions by using an inexpensive ferrous material, the electric compressor can be inexpensive.
  • FIG. 1 is a vertical partial sectional view of an electric compressor according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of the rotor in Fig. 1.
  • FIG. 3 is a vertical partial sectional view of an electric compressor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a vertical partial sectional view of an electric compressor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a vertical partial sectional view of an electric compressor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view of the rotor in Fig. 5.
  • Fig. 7 is a vertical partial sectional view of a conventional electric compressor.
  • Fig. 8 is an axial sectional view of the rotor of a conventional two-pole self-starting permanent magnet synchronous motor.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional rotor.
  • FIG. 1 is a vertical partial sectional view of an electric compressor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a transverse sectional view of a rotor in FIG.
  • an electric compressor includes a compression mechanism 52 provided below a closed vessel 51 and a self-starting permanent magnet type synchronous motor 5 provided above the compression mechanism 52. And three.
  • the shaft 54 attached to the rotor 55 of the electric motor 53 has a crank portion 56.
  • the compression mechanism 52 is made of a ferrous material having a bearing 57 made of aluminum die-cast, which is a nonmagnetic material into which the shaft 54 is inserted, and a cylinder 59 in which a piston 58 slides.
  • the cylinder block 60 includes a piston 58 attached to the crank portion 56 via a connecting rod 61 to form a compression chamber 62 inside the cylinder 59.
  • a valve chamber 63 having a discharge valve and a suction valve (both not shown) is attached to the tip of the cylinder 59.
  • a suction muffler 64 is mounted on the suction valve side of the valve chamber 63. Have been.
  • An oil supply pipe 65 is attached to the tip of the crank section 56, and lubricating oil 66 stored at the bottom of the closed vessel 51 is guided to the sliding section of the compression mechanism section 52 to facilitate lubrication. .
  • the motor 53 has a rotor 67 composed of a stator 67 having a winding wound around a fixed iron core made of a laminated electromagnetic steel sheet having a thickness of L1 and a rotor core 68 having a rotor iron core made of a laminated electromagnetic steel sheet. It is composed of A pore 69 is formed on the compression mechanism 52 side of the rotor 55, and a part of the bearing 57 extends into the pore 69.
  • the configuration of the rotor 55 will be described in detail with reference to FIG.
  • the magnets 70a and 7Ob are rare-earth magnets made of a plate-shaped neodymium-iron-boron ferromagnet, and two of them are abutted at an angle ⁇ 'to form a rotor core. It is buried in the axial direction of 6-8.
  • the two magnets of the first set 70a are arranged so that they have S pole toward the outside of the rotor and N pole toward the inside.
  • the two magnets of the second set 70b are arranged so that they have N pole toward the outside of the rotor and S pole toward the inside.
  • the first set forms one rotor pole
  • the second set forms another pole
  • the entire rotor 55 is a two-pole rotor.
  • the width of each magnet is P ′.
  • the magnets 70a and 70b are magnetized.
  • the magnets may be magnetized before or after insertion into the rotor core 68. It is preferable to perform magnetization after inserting and fixing the magnetic material.
  • one set of two magnets are arranged in a mountain shape to form one rotor magnetic pole
  • one rotor permanent magnetic pole may be formed by one bow-shaped permanent magnet.
  • a large number of conductor bars 71 provided on the rotor core 68 and short-circuit rings 72 located at both axial ends of the rotor core 68 are integrally formed by aluminum die casting to form a starting cage conductor. Is formed.
  • a non-magnetic end plate 73 is provided to prevent the magnets from falling off.
  • a barrier 74 for preventing a magnetic short circuit between the magnets to prevent a magnetic flux short circuit is provided between the magnets 70a and 70b.
  • the slot-shaped hole formed in the axial direction is filled with aluminum by simultaneous molding of aluminum die-casting together with the starting cage conductor.
  • the magnetic flux emitted from the N pole of the two magnets 70a at the top of the drawing intensively passes through the rotor core 68 near the outer periphery of the pore 69, and the magnetic flux of the two magnets 70b at the bottom of the drawing. It is sucked into the S pole.
  • the magnetic flux density has a very high value.
  • the bearing portion 57 extending inside the bore portion 69 is made of non-magnetic aluminum die-cast, there is a magnetic field between the inner wall of the pore portion 69 and the outer wall of the bearing portion 57. Since no suction force works, no loss torque is generated. Further, since the bearing portion 57 does not attract the magnetic flux, the loss that the magnetic flux flows into the bearing portion 57 and causes eddy current loss in the bearing portion 57 does not occur.
  • the electric compressor can reflect the high efficiency of the permanent magnet synchronous motor 53, and as a result, can provide a highly efficient electric compressor.
  • FIG. 3 is a vertical partial sectional view of an electric compressor according to a second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in the following points.
  • the bearing 57 is fixed to the cylinder block 60 using the port B, but in the second embodiment shown in FIG. May be fixed to the cylinder block 60 by shrink fitting or press fitting.
  • the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Abbreviate.
  • the second embodiment has the same effects as the first embodiment. (Third embodiment)
  • FIG. 4 is a vertical partial sectional view of an electric compressor according to a third embodiment of the present invention. 4, the same components as those described in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the first bearing part 75 is made of a non-magnetic material such as aluminum die-cast, and the shaft 54 is inserted therein.
  • the cylinder block 76 is made of a ferrous material, and is attached to the second bearing part 77 into which the same shaft 54 is inserted and the crank part 56 of the shaft 54 via a connecting rod 61.
  • the first bearing portion 75 extends into the bore portion 69 of the rotor core 68, and is fitted and connected to the second bearing portion 77 of the cylinder block 76 outside the pore portion 69. Have been.
  • the bearing portion 75 may be formed of another non-magnetic material such as a copper-based material or a ceramic material. Also, since only the first bearing portion 75 needs to be made of a non-magnetic material, the second bearing portion 77 and the cylinder block 76 can be integrally formed of an inexpensive iron-based material. Thus, an inexpensive electric compressor can be provided.
  • FIG. 5 is a vertical partial sectional view of an electric compressor according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a transverse sectional view of a rotor in FIG.
  • an electric compressor is provided inside a closed vessel 101 with a compressor structure section 102 provided below and a self-starting permanent magnet type provided above the compression mechanism section 102.
  • a synchronous motor 103 is provided.
  • the shaft 104 attached to the rotor 105 of the electric motor 103 has a crank portion 106.
  • the bearing portion 107 into which the shaft 104 is inserted is formed of a ferrous material, and is formed integrally with a cylinder block 200 having a cylinder 109 through which a piston 208 slides. ing.
  • the piston 208 is attached to the crank portion 106 via a connecting rod 201 to form a compression chamber 202 in the cylinder 200.
  • a valve chamber 203 having a discharge valve and a suction valve (both not shown) is attached to the tip of the cylinder 200.
  • a suction muffler 204 is mounted on the suction valve side of the valve chamber 203.
  • An oil supply pipe 205 is attached to the end of the crank section 106 to guide the lubricating oil 206 stored at the bottom of the closed vessel 101 to the sliding section of the compression mechanism section 102 for lubrication. Is smooth.
  • the motor 103 is composed of a stator 202 having a winding wound around a fixed iron core made of laminated electromagnetic steel sheets having a thickness of L2, and a rotor core 108 made of laminated electromagnetic steel sheets. 105.
  • the rotor 105 is not provided with a bore portion, and the motor portion side end face 107 a of the bearing portion 107 is provided with the rotor core 108.
  • the end face 108 a is separated from the end face 108 a, and the end face 108 a of the rotor core and the end face 107 a of the bearing portion are arranged so as not to overlap in the projection line of the longitudinal section. That is, a gap exists between the end face 107 a and the end face 108 a.
  • the configuration of the rotor 105 will be described in detail with reference to FIG.
  • the magnets 300a and 300Ob are rare-earth magnets made of two plate-shaped neodymium-iron and boron-based ferromagnetic materials.
  • the rotor core 108 is buried in the axial direction so as to abut the mountain shape.
  • the two magnets of the first set 300a are arranged so that they have S poles toward the outside of the rotor and N poles toward the inside.
  • the two magnets of the second set 300b are arranged such that they have N poles toward the outside of the rotor and S poles toward the inside.
  • the first set forms one rotor pole and the second set forms another rotor pole
  • the entire rotor 105 forms a two-pole rotor.
  • the width of each magnet is set to Q.
  • the magnets 300a and 300b are magnetized.
  • the magnets may be magnetized before or after insertion into the rotor core 108, but workability is considered. It is preferable to perform magnetization after inserting and fixing a magnetic material that will be a permanent magnet.
  • one set of two magnets are arranged in a mountain shape to form one rotor magnetic pole
  • one rotor permanent magnetic pole may be formed by one bow-shaped permanent magnet.
  • a large number of conductor bars 301 provided on the rotor core 108 and short-circuit rings 302 located at both ends in the axial direction of the rotor core 105 are integrally formed by aluminum die casting and started.
  • a cage-shaped conductor is formed.
  • Non-magnetic end plates 303 for preventing the magnets from falling off are provided at both axial ends of the buried magnets 300a and 300b.
  • a magnet short-circuit prevention barrier 304 for preventing a magnetic flux short-circuit between the magnets.
  • the slot-shaped hole formed in the axial direction of the iron core 108 is filled with aluminum by simultaneous molding of an aluminum die cast together with the starting cage conductor.
  • the relationship is L2 ⁇ L1, ⁇ > ⁇ Q> P ′. It can be considered that the amount of magnetic flux from the permanent magnet that can be extracted from the rotor 105 is obtained substantially in proportion to the product of the magnet width and the axial length, that is, the magnetic pole area of the magnet. For this reason, in the fourth embodiment, the butting angle of the magnet is changed from ⁇ ′ to 3). By expanding and increasing the width of the permanent magnet from P 'to Q, the length of the magnet in the axial direction can be shortened, and the thickness of the laminated electromagnetic steel sheet of the rotor core 108 can be reduced. it can.
  • the thickness of the laminated electromagnetic steel sheet of the stator 207 is reduced from L 1 to L 2 by enlarging the magnetic path of the stator core corresponding to the magnetic pole area of the rotor core 108. This can correspond to the thickness of the rotor core 108.
  • the size in the height direction of the compressor can be reduced even if there is no bore portion, by reducing by the thickness of the pore portion 69 in each of the above embodiments.
  • the generation of the loss torque due to the magnetic attraction and the eddy current loss in the bearing 107 is due to the leakage magnetic flux from the end face of the rotor core 108. Even if the bearing part 107 is made of an iron-based material, the end face 107 a of the bearing part is located away from the end face 108 a of the rotor core 108, so that loss torque and eddy current can be reduced. The occurrence of the loss is extremely small and can be ignored as compared with the case of the bearing portion made of a ferrous material extending in the pore portion.
  • the bearing portion 107 can be formed integrally with the cylinder block 200 using an inexpensive ferrous material, and since the rotor has no pore portion, manufacturing of the rotor is facilitated and compression is achieved.
  • a highly efficient and inexpensive compressor can be provided without increasing the height of the compressor.
  • a self-starting permanent magnet type synchronous motor has been described as an example.However, even in a DC brushless motor having two magnetic poles, the conductor bar of the rotor can be used. The common point is that there is no short-circuit ring (that is, a cage-shaped conductor for starting), and the permanent magnet is embedded in the rotor, and the positional relationship between the permanent magnet and the bore and bearing is the same. By doing so, a similar effect can be obtained.
  • the permanent magnet is made of a rare-earth magnet, and the rare-earth magnet can obtain a strong magnetic force. Operation and effect of reducing the size and weight of the electric compressor To play. Industrial applicability
  • the electric compressor comprises a compression mechanism housed in a closed container, and a motor section connected to and driving the compression mechanism section.
  • the motor section is provided at an end opposite to the compression mechanism section.
  • a rotor including a rotor core having a pore portion and having a permanent magnet embedded therein, a rotor including a motor having two magnetic poles, and a compression mechanism including a bearing portion made of a non-magnetic material and extending inside the pore portion.

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Description

明 細 書
電動圧縮機 技術分野
本発明は、冷凍冷蔵機器や空調機器等に使用される電動圧縮機に関する。特に、 電動機部に連結された圧縮機部の軸受部での磁気吸引力によるロストルクと鉄損 を低減した高効率の電動圧縮機に関する。 背景技術
従来の技術について図 7に示す往復動式電動圧縮機を用いて説明する。
図 7において、 電動圧縮機は、 密閉容器 1と、 その内部下方に設けた圧縮機構 部 2と、 その圧縮機構部 2の上方に設けた電動機部 3とを備えている。 電動機部 3の回転子 1 4に取付られた軸 4は、 先端にクランク部 4 aを備えている。
鉄系材料の铸物からなるシリンダブロック 5には、 軸 4が挿入される軸受部 6 と、 この軸受部 6とほぼ直角に形成されたシリンダ 7とが形成されている。
ピストン 9は、 コネクティングロッド 8を介してクランク部 4 aと連結されい る。 電動機部 3が駆動されることにより、 軸 4の回転がクランク部 4 aにおいて 往復動に変換され、 ロッド 8を介してピストン 9に伝達される。 それによりビス トン 9は、 シリンダ 7の内壁を摺動する。 シリンダ 7及びピストン 9により圧縮 室 1 0が形成されている。 クランク部 4 aの先端には、 給油管 1 1が取り付けら れ密閉容器 1の底部に貯溜する潤滑油 1 2を圧縮機構部 2や軸 4に給油し、 それ により各摺動部の潤滑を円滑にしている。
電動機部 3は、 積層電磁鋼板よりなる固定子鉄心に巻線を巻装した固定子 1 3 と、 積層電磁鋼板よりなる回転子鉄心 1 5に 2次導体を設けてなる回転子 1 4と から構成される 2極の誘導電動機である。 また、 回転子鉄心 1 5の圧縮機構部 2に対向する側の端部にはポア部 1 6が設 けられており、 軸受部 6がポア部 1 6の内側まで延在している。
以上のように構成された従来の往復動型電動圧縮機の動作について説明する。 回転子 1 4の回転に伴い、 軸 4のクランク部 4 aに連結されたコネタティング ロッド 8を介してピストン 9が往復動する。 それにより、 ピストン 9が圧縮室 1 0内の冷媒ガスを圧縮して、 吐出管 (図示せず) を通じて冷凍冷蔵機器や空調機 器等のシステムに向けて吐出される。
ここで、 圧縮機構部 2の軸受部 6、 シリンダ 7、 コネクティングロッド 8及び ピストン 9等の各擅動部への給油は、 軸 4の下端に装着された給油管 1 1が回転 してそのポンプ作用により潤滑油 1 2を汲み上げて給油する構成となっている。 さて、 近年、 省エネルギーや小型化の観点から冷凍冷蔵機器や空調機器の消費 電力量の低減や高さ方向を小さくするための検討が盛んに行われている。 小型化 については、 回転子をできるだけ圧縮機構部に近づけているため、 ポア部に軸受 の一部を延在させて回転子の回転振れを抑制するとともに、 電動圧縮機の全高を 低くしている。 しかしながら、 冷凍システムの中で最も大きな消費電力を占める 電動機の高効率化という点において要望を満すまでに到っていなかった。
従来、 電動圧縮機に使用されてきた 2極の誘導電動機についても、 低鉄損の電 磁鋼板の採用やコア形状の最適化、 あるいは使用材料の増量等様々な方法による 高効率化の検討がなされてきた。 しかしながら、 誘導電動機は、 トルクを発生し て負荷を回転させるための電力のほかに、 磁気回路を形成するための励磁電力が 必要である。 そのため、 電動機の効率は飽和傾向にあり、 さらに大幅に効率を向 上させることは困難な状況にある。
そこで、 電動機のさらなる高効率化の手段として、 回転子に永久磁石を埋め込 むことにより、 励磁電力が不要となり高い効率が得られる 2極の自己始動形永久 磁石式同期電動機を電動圧縮機に適用することに着目した。 この自己始動形永久磁石式同期電動機の例について、 図 8及び図 9を用いて説 明する。 なお、 電動圧縮機としては電動機部が異なるだけなので、 その点につい て説明する。
同期電動機の回転子 1 7は、 電磁鋼板が積層された回転子鉄心 1 8と、 この回 転子鉄心 1 8に軸 4を嵌合する軸孔 1 9とからなる。 回転子鉄心 1 8の軸方向の 端部にはポア部 2 0が形成されている。図示しないが、 このポア部 2 0の中まで、 シリンダブロック 5の軸受部 6の一部が延在している。
そして、 平板形永久磁石 2 1を 2個、 角度 αをもって突き合わせ山形状に成し た 2組を、 回転子 1 7に挿入している。 第 1組の 2個の磁石は、 回転子の外側に 向かって S極、 内側に向かって Ν極となるように配置している。 第 2組の 2個の 磁石は、 回転子の外側に向かって Ν極、 内側に向かって S極となるように配置し ている。 こうして、 第 1組は 1つの回転子磁極を形成し、 第 2組はもう 1つの磁 極を形成し、 回転子 1 7全体は磁極数 2の回転子となっている。 ここで、 磁石 2 1の幅寸法を Ρとする。
また、 回転子鉄心 1 8に設けた多数の導体バ一 2 2と、 回転子鉄心 1 8の軸方 向の両端に位置する短絡環 2 3とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご 形導体を形成している。
また、 回転子鉄心 1 8の軸方向の両端面には、 磁石 2 1が脱落するのを防止す る保護用の非磁性体からなる端板 2 4が取り付けられている。 さらに、 回転子鉄 心 1 8には、 隣り合う永久磁石間の磁束短絡を防止するための磁束短絡防止用バ リア 2 5が、 上記始動用かご形導体とアルミダイカストで同時成型されている。 図 9を用いて、 磁石 2 1の磁束の流れを矢印の線で概念的に説明する。 各磁石 2 1の内側を流れる磁束の流れは、 図中の上部 2個磁石 2 1の Ν極から出る磁束 は回転子鉄心 1 8の中央部を集中して通り、 下部 2個の磁石 2 1の S極に吸い込 まれる。 したがって、 ボア径 2 0 aの外周付近の鉄心部分 1 8 aを通る磁束密度 は、 非常に高くなる。
このように従来の誘導電動機に変えて自己始動形永久磁石式同期電動機を用い ることが考えられるが、ボア部 2 0の内側に鉄系材料の軸受部 6が位置するため、 励磁されたポア部 2 0の内壁と軸受部 6の外壁との間に磁気吸引力が働く。 それ により、 電動機の発生トルクを低下させるロストルクが生じるとともに、 磁石 2 1の磁束が、 軸受部 6側に渡って渦電流損が発生する。 このロストルクと渦電流 損を補って運転を続けるために電動機として、 その見合い分の余分な電力を投入 する必要があり、 効率向上を阻害する要因となる。 発明の開示
本発明は、 上記課題を解決するものであり、 軸受部での磁気吸引力によるロス トルクと鉄損 (特に渦電流損) を少なくした高効率の電動圧縮機を提供すること を目的とする。
本発明の電動圧縮機は次の構成を有する。
密閉容器内に収納された圧縮機構部と、 圧縮機構部に連結してそれを駆動する 電動機部とからなる。 電動機部は、 圧縮機構部に対向する側の端部にポア部を設 けるとともに永久磁石を埋設した回転子鉄心を有する、 回転子磁極数 2の電動機 を含む。 圧縮機構部は、 上記ボア部内側に延在する、 非磁性材料からなる軸受部 を含む。
この構成により、 ポア部の内壁と軸受部の外壁との間には磁気吸引力が働かな いのでロストルクが生じず、 また、 永久磁石からの磁束は軸受部が非磁性である ため軸受部には吸引されず殆どが回転子鉄心の中だけを通るので、 軸受部内には 鉄損 (特に渦電流損) が殆ど発生せず、 電動機の高効率をそのまま反映した高効 率な電動圧縮機を提供できる。
また、 もう 1つの電動圧縮機は次の構成を有する。 電動機部は、 圧縮機構部に対向する側の端部にポア部を設けるとともに永久磁 石を埋設した回転子鉄心を有する、 回転子磁極数 2の電動機を含む。 圧縮機構部 は、 少なくとも上記ポア部内側に延在する部分を非磁性材料で構成した軸受部分 を含む。
この構成により、 ポア部の内壁と軸受部の外壁との間には磁気吸引力が働かな いのでロストルクが生じず、 また、 永久磁石の磁束による軸受部内での鉄損の内、 特に渦電流損の発生を防ぐことができるとともに、 上記ポア部の内側に延在する 軸受部分以外は安価な鉄系材料とすることができる。 その上、 軸受部をシリンダ プロックと一体的に形成することが可能となるので、 高効率で安価な電動圧縮機 を提供できる。
また、 さらにもう 1つの電動圧縮機は次の構成を有する。
電動機部は、 永久磁石を埋設した回転子鉄心を有する、 回転子磁極数 2の電動 機を含む。 圧縮機構部は、 鉄系材料からなる軸受部を含み、 相対向する回転子鉄 心と軸受部との両端面の間に、 縦断面の投影線において隙間が存在するように構 成する。
上記隙間が存在することにより、 回転子側の磁束が軸受部側に殆ど流れず、 軸 受部が鉄系材料であってもロストルクゃ軸受部での鉄損のうち特に渦電流損が殆 ど発生しないため、 電動機の効率をそのまま圧縮機に反映できる。 また、 軸受部 を安価な鉄系材料の铸物により他の部分と一体に形成できるので電動圧縮機を安 価にできる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の第 1の実施例における電動圧縮機の縦部分断面図
図 2は図 1における回転子の横断面図
図 3は本発明の第 2の実施例における電動圧縮機の縦部分断面図 図 4は本発明の第 3の実施例における電動圧縮機の縦部分断面図
図 5は本発明の第 4の実施例における電動圧縮機の縦部分断面図
図 6は図 5における回転子の横断面図
図 7は従来の電動圧縮機の縦部分断面図
図 8は従来の 2極自己始動形永久磁石式同期電動機における回転子の軸方向断 面図
図 9は従来の回転子の横断面図 発明を実施するための好ましい形態
以下、 本発明の実施例について、 図面を用いて説明する。
(第 1の実施例)
図 1は本発明の第 1の実施例における電動圧縮機の縦部分断面図であり、 図 2 は図 1における回転子の横断面図である。
図 1において、 電動圧縮機は、 密閉容器 5 1の内部に、 下方に設けた圧縮機構 部 5 2と、 この圧縮機構部 5 2の上方に設けた自己始動形永久磁石式の同期電動 機 5 3とを備えている。 電動機 5 3の回転子 5 5に取付られた軸 5 4はクランク 部 5 6を備えている。
圧縮機構部 5 2は、 軸 5 4が挿入される非磁性材であるアルミダイカストから なる軸受部 5 7と、 ピストン 5 8が摺動するシリンダ 5 9を備えた鉄系材料の铸 物からなるシリンダブロック 6 0とからなり、 ピストン 5 8をクランク部 5 6に コネクティングロッド 6 1を介して取付けて、 シリンダ 5 9内に圧縮室 6 2を形 成させている。
そして、軸受部 5 7とシリンダブロック 6 0とはポルト Bにて取付られている。 このシリンダ 5 9の先端には吐出弁や吸込弁 (ともに図示せず) を有した弁室 6 3が取付られている。 弁室 6 3の吸込弁側にはサクションマフラー 6 4が取付ら れている。 クランク部 5 6の先端には給油管 6 5が取付られ、 密閉容器 5 1の底 部に貯溜する潤滑油 6 6を圧縮機構部 5 2の摺動部に導いて、 潤滑を円滑にして いる。
また、 電動機 5 3は、 積厚 L 1の積層電磁鋼板よりなる固定鉄心に巻線を巻装 した固定子 6 7と、 積層電磁鋼板よりなる回転子鉄心 6 8とからなる回転子 5 5 とから構成されている。 この回転子 5 5の圧縮機構部 5 2側にはポア部 6 9が形 成されており、 このポア部 6 9内へ軸受部 5 7の一部が延在している。
図 2を用いて、 回転子 5 5の構成を詳しく説明する。 回転子鉄心 6 8の内部に は、 それぞれ 2個ずつからなる 2組の永久磁石 7 0 a及び 7 0 bが次のように埋 設されている。 磁石 7 0 a及び 7 O bは、 平板形のネオジゥム ·鉄 ·ボロン系の 強磁性体からなる希土類磁石であり、 それらを 2個、 角度 α ' をもって山形状に 突き合せるようにして回転子鉄心 6 8の軸方向に埋設されている。 第 1組 7 0 a の 2個の磁石は、 回転子の外側に向かって S極、 内側に向かって N極となるよう に配置している。 第 2組 7 0 bの 2個の磁石は、 回転子の外側に向かって N極、 内側に向かって S極となるように配置している。 こうして、 第 1組は 1つの回転 子磁極を形成し、 第 2組はもう 1つの磁極を形成し、 回転子 5 5全体としては磁 極数 2の回転子となっている。 ここで、 各磁石の幅寸法を P ' とする。
ここで、 磁石 7 0 a及び 7 0 bの着磁方法であるが、 回転子鉄心 6 8へ挿入前 に着磁しても挿入後に着磁してもよいが、 作業性を考えると磁石となる磁性体を 挿入固定後に着磁をする方が好ましい。
また、 1組 2個の磁石を山形状に配置して回転子磁極 1極を形成しているが、 弓状の 1個の永久磁石で回転子磁極 1極を形成してもよい。
そして、 回転子鉄心 6 8に設けた多数の導体バー 7 1と、 回転子鉄心 6 8の軸 方向の両端に位置する短絡環 7 2とをアルミダイカストで一体に成型して始動用 かご形導体を形成している。 埋設された磁石 7 0 a及び 7 0 bの軸方向の両端に は、 それら磁石が脱落するのを防止するための非磁性の端板 7 3が配設されてい る。 隣り合う磁石 7 0 aと 7 0 bとの間には、 図 2に示すように、 それらの磁石 間の磁束短絡を防止するための磁石短絡防止用バリア 7 4が、 回転子鉄心 6 8の 軸方向に形成されたスロット状の孔に、 上記始動用かご形導体と共にアルミダイ カストの同時成型でアルミを充填することにより構成されている。
次に磁石 7 0 a及び 7 0 bの磁束の流れを図 2の矢印線で概念的に説明する。 図面上部 2個の磁石 7 0 aの N極から出た磁束は、 ポア部 6 9の外周に近い回 転子鉄心 6 8部分を集中的に通って図面下部の 2個の磁石 7 0 bの S極に吸い込 まれていく。
この時、 回転子鉄心 6 8は部分的に狭い磁路が形成されているので、 磁束密度 が非常に高い値となる。 しかし、 ボア部 6 9の内側に延在する軸受部 5 7が非磁 性材料のアルミダイカストから形成されているため、 ポア部 6 9の内壁と軸受部 5 7の外壁との間には磁気吸引力が働かないのでロストルクは生じない。 また、 軸受部 5 7は磁束を吸引しないので磁束が軸受部 5 7に流れ込んで軸受部 5 7内 で渦電流損を生じるといったロスは発生しない。
従って、 電動圧縮機は永久磁石形同期電動機 5 3の高い効率を反映させること ができ、 その結果、 高効率の電動圧縮機を提供することができる。
(第 2の実施例)
図 3は本発明の第 2の実施例における電動圧縮機の縦部分断面図である。 本第 2の実施例が、 上記第 1の実施例と異なる点は次の点である。
すなわち、 図 1に示す第 1の実施例では軸受部 5 7をシリンダブ口ック 6 0に ポルト Bを用いて固定した構成としたが、 図 3に示す第 2の実施例では軸受部 5 7をシリンダブロック 6 0に焼嵌め固定又は圧入固定してもよい。 その他の第 1 の実施例で説明した構成と同じものには同一番号を付与してその詳細な説明を省 略する。 本第 2の実施例においても、 上記第 1の実施例と同様な効果を奏する。 (第 3の実施例)
図 4は本発明の第 3の実施例における電動圧縮機の縦部分断面図である。 図 4において、 図 1に示す第 1の実施例で説明した構成と同じものには同一番 号を付与してその詳細な説明を省略する。
第 1の軸受部 7 5は、 アルミダイカスト等の非磁性材料からなり軸 5 4が挿入 される。 シリンダブロック 7 6は、 鉄系材料の铸物からなり、 同じ軸 5 4が挿入 される第 2の軸受部 7 7と、 軸 5 4のクランク部 5 6にコネクティングロッド 6 1を介して取付られたピストン 5 8を摺動させて圧縮室 6 2を形成するシリンダ 5 9とを有している。 そして、 第 1の軸受部 7 5は、 回転子鉄心 6 8のボア部 6 9内へ延在するとともに、 ポア部 6 9外でシリンダブロック 7 6の第 2の軸受部 7 7と嵌合連結されている。
この構成により、 ボア部 6 9の内壁と第 1の軸受部 7 5の外壁との間には磁気 吸引力が働かないのでロストルクが生じず、 軸受部 7 5内で渦電流損を生じるこ とがなく、 高効率の電動圧縮機を実現することができる。
なお軸受部 7 5はアルミ系材料を使用する例を述べたが、 銅系材料やセラミツ ク材料等の他の非磁性材料で形成してもよい。 また、 第 1の軸受部 7 5のみを非 磁性材料とすれば良いから、 第 2の軸受部 7 7とシリンダブロック 7 6とを安価 な鉄系材料で一体形成することができるので、 高効率で、 かつ、 安価な電動圧縮 機を提供することができる。
(第 4の実施例)
図 5は本発明の第 4の実施例における電動圧縮機の縦部分断面図であり、 図 6 は図 5における回転子の横断面図である。 図 5において、 電動圧縮機は、 密閉容器 1 0 1の内部に、 下方に設けた圧縮機 構部 1 0 2と、 この圧縮機構部 1 0 2の上方に設けた自己始動形永久磁石式の同 期電動機 1 0 3とを備えている。 電動機 1 0 3の回転子 1 0 5に取付られた軸 1 0 4はクランク部 1 0 6を備えている。
軸 1 0 4が挿入される軸受部 1 0 7は、 鉄系材料の銬物で形成され、 ピストン 2 0 8が摺動するシリンダ 1 0 9を備えたシリンダブロック 2 0 0と一体に形成 されている。 ピストン 2 0 8は、 クランク部 1 0 6にコネクティングロッド 2 0 1を介して取付けて、 シリンダ 2 0 0内に圧縮室 2 0 2を形成させている。
そして、 シリンダ 2 0 0の先端には吐出弁や吸込弁 (ともに図示せず) を有し た弁室 2 0 3が取付られている。 弁室 2 0 3の吸込弁側にはサクシヨンマフラー 2 0 4が取付られている。クランク部 1 0 6の先端には給油管 2 0 5が取付られ、 容閉容器 1 0 1の底部に貯溜する潤滑油 2 0 6を圧縮機構部 1 0 2の摺動部に導 いて、 潤滑を円滑にしている。
また、 電動機 1 0 3は、 積厚 L 2の積層電磁鋼板よりなる固定鉄心に巻線を卷 装した固定子 2 0 7と、 積層電磁鋼板よりなる回転子鉄心 1 0 8とからなる回転 子 1 0 5とから構成されている。
ここで本第 4の実施例では、 回転子 1 0 5には、 ボア部が設けられておらず、 軸受部 1 0 7の電動機部側端面 1 0 7 aは、 回転子鉄心 1 0 8の端面 1 0 8 aか ら離れており、 回転子鉄心の端面 1 0 8 aと軸受部の端面 1 0 7 aとが、 縦断面 の投影線において重なり合わないように配置されている。 すなわち、 端面 1 0 7 aと端面 1 0 8 aとの間に空隙が介在している。
図 6を用いて、 回転子 1 0 5の構成を詳しく説明する。 固定子鉄心 1 0 8の内 部には、 それぞれ 2個ずつからなる 2組の永久磁石 3 0 0 a及び 3 0 0 bが次の ように埋設されている。 磁石 3 0 0 a及び 3 0 O bは、 2個の平板形のネオジゥ ム ·鉄,ボロン系の強磁性体からなる希土類磁石であり、 それら 2個を、 角度 β をもって山形状に突き合せるように回転子鉄心 1 0 8の軸方向に埋設されている。 第 1組 3 0 0 aの 2個の磁石は、 回転子の外側に向かって S極、 内側に向かって N極となるように配置している。 第 2組 3 0 0 bの 2個の磁石は、 回転子の外側 に向かって N極、 内側に向かって S極となるように配置している。 こうして、 第 1組は 1つの回転子磁極を形成し、 第 2組はもう 1つの回転子磁極を形成し、 回 転子 1 0 5全体で磁極数 2の回転子となっている。 なお、 各磁石の幅寸法は Qに 設定されている。
ここで、 磁石 3 0 0 a及び 3 0 0 bの着磁方法であるが、 回転子鉄心 1 0 8へ 挿入前に着磁しても挿入後に着磁してもよいが、 作業性を考えると永久磁石とな る磁性体の挿入固定後に着磁をする方が好ましい。
また、 1組 2個の磁石を山形状に配置して回転子磁極 1極を形成しているが、 弓状の 1個の永久磁石で回転子磁極 1極を形成してもよい。
そして、 回転子鉄心 1 0 8に設けた多数の導体バー 3 0 1と、 回転子鉄心 1 0 5の軸方向の両端に位置する短絡環 3 0 2とをアルミダイカストで一体に成型し て始動用かご形導体を形成している。 埋設された磁石 3 0 0 a及び 3 0 0 bの軸 方向の両端には、 それら磁石が脱落するのを防止するための非磁性の端板 3 0 3 が配設されている。
隣り合う磁石 3 0 0 aと 3 0 0 bとの間には、 図 6に示すように、 それらの磁 石間の磁束短絡を防止するための磁石短絡防止用バリア 3 0 4が、 回転子鉄心 1 0 8の軸方向に形成されたスロット状の孔に、 上記始動用かご形導体と共にアル ミダイカス卜の同時成型でアルミを充填することにより構成されている。
なお、 上記各実施例と比較すると、 L 2 < L 1、 β > α Q> P ' という関係 である。 回転子 1 0 5から取り出せる永久磁石による磁束量は、 磁石の幅と軸方 向の長さの積、 すなわち磁石の磁極面積にほぼ比例して得られると考えてよい。 このことから、 本第 4の実施例においては、 磁石の突き合せ角度を α ' から) 3に 拡げ、 永久磁石の幅寸法を P ' から Qに拡大することによって、 磁石の軸方向の 長さを短縮することができ、 回転子鉄心 1 0 8の積層電磁鋼板の積厚を低減する ことができる。
一方、 固定子 2 0 7の積層電磁鋼板の積厚は、 上記回転子鉄心 1 0 8の磁極面 積に対応して固定子鉄心の磁路を拡大することにより L 1から L 2に低減するこ とができ、回転子鉄心 1 0 8の積厚に対応させることができる。 このことにより、 上記各実施例におけるポア部 6 9の積厚分だけ低減してボア部が無くとも圧縮機 としての高さ方向の寸法を低減できる。
磁気吸引力によるロストルクや軸受部 1 0 7内における渦電流損の発生は、 回 転子鉄心 1 0 8の端面からの漏れ磁束によるものである。 軸受部 1 0 7は鉄系材 料であってもその端面 1 0 7 aを回転子鉄心 1 0 8の端面 1 0 8 aから離れた位 置になるようにすることにより、 ロストルクや渦電流損の発生は、 ポア部内に延 在する鉄系材料の軸受部の場合に比べて極めて微少であり無視することができる。 したがって、 軸受部 1 0 7は、 安価な鉄系材料の铸物でシリンダブロック 2 0 0と一体的に形成でき、 かつ、 回転子にポア部が無いので回転子の製造が容易と なり、 圧縮機の高さ寸法を増大させることなく、 高効率で安価な圧縮機が提供で さる。
なお、 第 1の実施例から第 4の実施例おいて、 自己始動形永久磁石式同期電動 機を例にして説明したが、 磁極数 2の直流ブラシレス電動機においても、 回転子 の導体バ一と短絡環 (すなわち、 始動用のかご形導体) がないだけで、 回転子に 永久磁石が埋設されている点で共通しており、 永久磁石、 及び、 ボア部と軸受部 との位置関係を同様にすることにより、 同様の作用効果を奏する。
なた、 第 1の実施例から第 4の実施例おいて、 永久磁石を希土類磁石で形成し たものを用いており、 希土類磁石は強い磁力を得ることができるので、 電動機の 小型軽量化ひいては電動圧縮機の小型軽量化を図ることができるという作用効果 を奏する。 産業上の利用可能性
本電動圧縮機は、 密閉容器内に収納された圧縮機構部と、 圧縮機構部に連結し てそれを駆動する電動機部とからなり、 電動機部は、 圧縮機構部に対向する側の 端部にポア部を設けるとともに永久磁石を埋設した回転子鉄心を有する、 回転子 磁極数 2の電動機を含み、 圧縮機構部は、 上記ポア部内側に延在する、 非磁性材 料からなる軸受部を含む。 この構成により、 ポア部内壁と軸受部との磁気吸引力 によるロストルクや、 軸受部内での渦電流損の発生をなくした高効率の電動圧縮 機を実現できる。

Claims

請 求 の 範 囲
. 密閉容器内に収納された圧縮機構部と、 前記圧縮機構部に連結してそれを駆 動する電動機部とからなり、 前記電動機部は、 前記圧縮機構部に対向する側 の端部にポア部を設けるとともに永久磁石を埋設した回転子鉄心を有する、 回転子磁極数 2の電動機を含み、 前記圧縮機構部は、 前記ポア部内側に延在 する、 非磁性材料からなる軸受部を含む電動圧縮機。
. 密閉容器内に収納された圧縮機構部と、 前記圧縮機構部に連結してそれを駆 動する電動機部とからなり、 前記電動機部は、 前記圧縮機構部に対向する側 の端部にボア部を設けるとともに永久磁石を埋設した回転子鉄心を有する、 回転子磁極数 2の電動機を含み、 前記圧縮機構部は、 少なくとも前記ボア部 内側に延在する部分を非磁性材料で構成した軸受部分を含む電動圧縮機。
3 . 密閉容器内に収納された圧縮機構部と、 前記圧縮機構部に連結してそれを駆 動する電動機部とからなり、 前記電動機部は、 永久磁石を埋設した回転子鉄 心を有する、 回転子磁極数 2の電動機を含み、 前記圧縮機構部は、 鉄系材料 からなる軸受部を含み、 相対向する前記回転子鉄心と前記軸受部との両端面 の間に、 縦断面の投影線において隙間が存在するように構成した電動圧縮機。
4. 前記回転子鉄心の外周に、 複数個の始動用かご形導体バ一を有し、 それら導 体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子を備えた請求の範囲第 1 項、 第 2項、 第 3項のいずれかに記載の電動圧縮機。
5 . 前記永久磁石を希土類磁石で形成した請求の範囲第 1項、 第 2項、 第 3項の いずれかに記載の電動圧縮機。
6 . 前記永久磁石を希土類磁石で形成した請求の範囲第 4項記載の電動圧縮機。
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