WO2015162707A1

WO2015162707A1 - 往復動圧縮機及びこれを搭載した機器

Info

Publication number: WO2015162707A1
Application number: PCT/JP2014/061348
Authority: WO
Inventors: 修平永田; 小山　昌喜; 康明青山; 鈴木　尚礼; 賢一岡本
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-10-29

Abstract

　信頼性を向上した小型の往復動圧縮機及びこれを搭載した機器を提供する。　上下方向に空隙を介して対向する二つの磁極歯を有する磁極を備える往復動圧縮機であって、磁極は、それぞれが一つの磁極歯を有する第一磁極部材と第二磁極部材とに分割可能であり、第一磁極部材及び第二磁極部材それぞれの前後方向に位置し、第一磁極部材及び第二磁極部材それぞれを前後方向に固定する第一固定部と、磁極の前後方向に位置し、磁極を上下方向に固定する第二固定部と、を有することを特徴とする往復動圧縮機。

Description

往復動圧縮機及びこれを搭載した機器

　本発明は、往復動圧縮機及びこれを搭載した機器に関する。

　関連する圧縮機として例えば特許文献１、２に示されたものが知られている。

　特許文献１は、上部ユニットと下部ユニットに分割可能な電機子を開示している（図２４）。
特許文献２は、インシュレータの凹状の溝部が複数に渡って連なることで形成される凹状の係合部に、駆動方向に伸びる連結部材が係合され、複数の磁極ティースのうち駆動方向端部に配置される磁極ティースと連結部材とが固定される構成が開示されている。

特開第２０１３－１０２６９５号公報特開第２０１０－２３３４１８号公報

　特許文献１に記載の構成では、巻線の取り外しは容易になるものの、信頼性の観点から、これら電機子（磁極）のユニットを連結し、分離しないようにすることが求められる。しかし、単に電機子外部にそのような部材を設けると製品の大型化に繋がる。

　特許文献２に記載の構成は、可動子が有する複数の磁極ティースは固定子の永久磁石の片側に位置している。両側に磁極ティースを設けようとすると、片側に設けた磁極ティースと、これと対向すべき磁極ティースとはそれぞれ別体になり、位置決めが困難である。また、一体として対向すべき二つの磁極ティースを有する部材を導入しようとすると、連結部材の構成を変更せねばならず、特許文献２の課題の解決が困難となる。

　また、いずれの特許文献も、モータの圧縮機への適用については何ら考慮していない。
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、信頼性を向上した小型の往復動圧縮機及びこれを搭載した機器を提供することを目的の一つとする。

　上記目的を達成するため、本発明の往復動圧縮機は、上下方向に空隙を介して対向する二つの磁極歯を有する磁極を備える往復動圧縮機であって、前記磁極は、それぞれが一つの磁極歯を有する第一磁極部材と第二磁極部材とに分割可能であり、前記第一磁極部材及び前記第二磁極部材それぞれの前後方向に位置し、前記第一磁極部材及び前記第二磁極部材それぞれを前後方向に固定する第一固定部と、前記磁極の前後方向に位置し、前記磁極を上下方向に固定する第二固定部と、を有することを特徴とする。

　本発明によれば、信頼性を向上した小型の往復動圧縮機及びこれを搭載した機器を提供することができる。

実施例１の密閉型圧縮機の縦断面図実施例１の固定子の斜視図実施例１の固定子の側面断面斜視図実施例１の第一磁極部材の斜視図実施例１の電動要素の正面断面図実施例１の固定子の構成要素である磁極の正面断面と磁束の流れを示す模式図実施例１の固定子の側面断面と磁束の流れを示す模式図実施例１の密閉型圧縮機の分解斜視図実施例２の密閉型圧縮機の縦断面図実施例２の固定子が有する電機子の斜視図実施例２の電機子内の磁束の流れを示す側面断面模式図実施例２の往復動圧縮機の分解斜視図実施例３の密閉型圧縮機の分解斜視図実施例４の磁極の構成部品斜視図実施例４の密閉型圧縮機の分解斜視図各実施例の密閉型圧縮機を搭載した冷蔵庫の概略断面図各実施例の密閉型圧縮機を搭載した冷蔵庫の概略断面図各実施例の密閉型圧縮機を搭載したヒートポンプ給湯器のヒートポンプユニットの概略図各実施例の密閉型圧縮機を搭載したヒートポンプ給湯器のヒートポンプユニットの概略図各実施例の密閉型圧縮機を搭載した空調装置の室外機の概略図各実施例の密閉型圧縮機を搭載した冷凍、冷蔵機能が付いたショーケースの概略図図２１のショーケースのコンデンシングユニットの概略図各実施例の密閉型圧縮機を搭載した鉄道車両の空調装置の概略図各実施例の密閉型圧縮機を搭載した自動車の概略図

　以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して説明する。各図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、或る構成要素が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。

　また、説明のため、左右方向、上下方向、前後方向という語を用いることがあるが、必ずしも上下方向が重力方向と平行である必要はない。例えば、左右方向、前後方向、それ以外の方向が重力方向と平行であることを許容する。

　本発明の実施例１について図１～８を用いて説明する。

　＜往復動圧縮機各部の概要＞
まず、本実施例の往復動圧縮機である密閉型圧縮機５０について図１、図２等を参照しながら説明する。図１は本実施例の密閉型圧縮機５０の側面断面図である。図２は本実施例の固定子５の斜視図である。
本実施例の密閉型圧縮機５０は、圧縮要素２０と電動要素３０とが密閉容器３内に配置するレシプロ圧縮機である。圧縮要素２０及び電動要素３０はシリンダブロック１に接続した支持ばね４９によって密閉容器３内に弾性的に支持されている。支持ばね４９は電動要素３０及び圧縮要素２０を密閉容器３と不接触に保持しており、騒音の発生を抑制している。支持ばね４９をシリンダブロック１に設けることで、支持ばね４９同士の間隔を大きくとることができる。支持ばね４９同士の間隔が広いと、圧縮要素２０と電動要素３０をより安定的に支持することができる。

　＜固定子の概要＞
  電動要素３０は、固定子５及び可動子６を備えている。固定子５は、磁極７、巻線８、スペーサ１１を有する。磁極７は、可動子６の上下方向の両側に空隙を介して対向配置された二つの磁極歯７０を有している。可動子６はこの空隙を通って固定子５に対して前後方向に相対移動する。各磁極歯７０には巻線８を巻回している。
  磁性体である磁極７は、磁極７の上側を構成する第一磁極部材７ａと、磁極７の下側を構成する第二磁極部材７ｂとを有する。第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂは、空隙の左右方向側に位置し、上下方向に延在する鉄心７ｅを有する。第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂの鉄心７ｅが接触することにより、第一磁極部材７ａの磁極歯７０と第二磁極部材７ｂの磁極歯７０とが磁性体で繋がっている。なお、第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂの鉄心７ｅの端部は、それぞれ磁極歯７０より突出しているため、空隙の左右方向において両部材は連結している（例えば、図５参照）。
  第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂは、可動子６の進行方向（前後方向）に電磁鋼板を積層させた構造となっている。第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂは略同一形状とすることができ、この場合部品種類を低減できる。

　固定子５を構成する磁極７の数は任意であるが、本実施例では三つの磁極７により固定子５を構成している。各磁極７の間には、磁極７の間隔を規定する磁性体のスペーサ１１（磁性スペーサ）が挿入されている。

　＜可動子の概要＞
左右方向に幅を有する平板形状の可動子６には、平板状の永久磁石６ａが前後方向に並んで複数枚設置されている。巻線８へ交流電流を流すことにより、可動子６の左右方向中央寄りに設けられたピストン４がシリンダ１ａ内を往復運動する推力が発生する。本実施例では可動子６に配置した永久磁石６ａは上下に極性を有しており、隣に配置している永久磁石６ａとは異なる極性を有するように設置されている。

　＜圧縮要素の概要＞
圧縮要素２０の概要について、図１、図８等を用いて説明する。図８は密閉型圧縮機５０の分解斜視図である。圧縮要素２０はシリンダ１ａを有するシリンダブロック１と、シリンダブロック１の端面に組み立てられるシリンダヘッド１６と、吐出室空間を形成するヘッドカバー１７と、を備えている。シリンダ１ａ内に供給された作動流体はピストン４の往復動によって圧縮される。圧縮された作動流体は、シリンダ１ａに接続し、圧縮機外部に連通する吐出管（不図示）によって外部へと送られる。

　シリンダ１ａの左右方向両側には、共振ばね２３が設けられている。また、シリンダブロック１の上下方向両側には、シリンダ固定穴部２７ｂが設けられている。

　＜往復動圧縮機各部の詳細＞
  ＜固定子＞
  次に、図２、図３、図４等を用いて固定子５の構成について詳細に説明する。図２は本実施例の固定子５の斜視図である。図３は本実施例の固定子５の側面断面斜視図である。図４は本実施例の第一磁極部材７ａの斜視図である。
  磁極７は略Ｅ字形の第一磁極部材７ａと略Ｅ字形の第二磁極部材７ｂとで構成されており、各磁極部材７ａ、７ｂは、それぞれ磁極歯7０を有している。第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂは、鉄心7ｅで連結して繋がり、第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂの磁極歯7０が空隙を介して対向するように寸法が調整されている。

　各磁極歯７０には巻線８が巻回されており、巻線８に電流を流すことにより磁極歯７０に磁性が生じる。ここで、図３において上側の磁極歯７０ａにＮ極ができた場合、上側の磁極歯７０ｅと下側の磁極歯７０ｄにはＮ極ができ、上側の磁極歯７０ｃと下側の磁極歯７０ｂ、７０ｆにはＳ極ができるよう、巻線８が設置されている。すなわち、磁極歯７０に生じる極性は、前後方向及び上下方向で隣接する磁極歯７０に対しては異極であり、また、前後方向斜向かいに設けられている磁極歯７０に対しては同極になるように、巻線８の電流が制御される。本実施例の構成により、例えば単相駆動により可動子６を往復運動させることが可能である。なお、固定子５が有する磁極７の枚数を増やすことで、可動子６の駆動力を増加させることが可能である。

　＜磁極の寸法＞
次に固定子５の大きさに着目する。図５は電動要素３０の正面断面図である。断面図内には、可動子６の断面も図示している。平板形状の永久磁石６ａを有する可動子６は、対向配置された磁極歯７０間を移動可能に挿入されている。永久磁石６ａの左右方向の幅は、磁極歯７０の左右方向の幅より大きくすることができる。このとき電機子９の高さ寸法Ｌｈは、永久磁石６ａの厚みｔｍ、磁極歯７０と永久磁石６ａとの隙間ｔｇ、磁極歯７０の突き出し長さＬｔから決定される。なお、Ｌｕは、第一磁極部材７ａの高さ寸法である。具体的には、
　Ｌｈ＝２×（Ｌｔ＋ｔｇ）＋ｔｍ
　の関係が成立する。磁極歯７０の突き出し長さＬｔは、必要起磁力から決定される巻線８の巻き数に依存する。すなわち、巻線８の断面寸法を考慮して磁極歯７０の突き出し長さＬｔは設計される。磁極７の横寸法Ｌｗも同様で、巻線８の断面寸法や永久磁石６ａの横寸法ｗｍなどから決定することができる。一方、永久磁石６ａの厚みｔｍや永久磁石６ａの横寸法ｗｍは必要とする永久磁石界磁などから決定される。このように、本実施例の構造の場合、図５に示す磁極７の断面縦寸法、横寸法は、要求される可動子６の必要推力や、磁極７の磁束飽和特性などから決定され、永久磁石６ａのピストン４往復運動方向のピッチや、磁極７のピッチに拘束されずに寸法を決定することが可能である。例えば、永久磁石６ａのピッチや、磁極７のピッチを変えずに、磁極７の横寸法Ｌｗを大きく設定することで、永久磁石６ａの横寸法ｗｍや巻線８の巻き数を増大させることができ、可動子６の推力を増大させたり、磁極７内に貫通する磁束密度を低減させたりすることが可能である。このことから、可動子６の推力特性を維持したまま、固定子５の高さ寸法Ｌｈを小さくし、磁極７の横寸法Ｌｗを大きくすることが可能であり、設計自由度の高い構造となっている。さらに、永久磁石６ａの上下近傍に巻線８を有する磁極歯７０が配置しているため、固定子５の高さ寸法Ｌｈを抑えつつ、可動子６に大きな推力を発生させることが可能な構造となっている。

　＜磁束の経路＞
次に、図６、図７を用いて磁極７内を流れる磁束について説明する。図６は、固定子５の構成要素である磁極７の正面断面模式図である。図７は、固定子５の側面断面斜視図である。図中の実線矢印は圧縮機駆動時における磁束の流れの一例を示している。磁束の流れの向きは、巻線８に流れる電流の向きにより逆方向になり得るため、図に示す限りではない。

　巻線８に電流を流すと、磁極７内には主に図６に示すような磁束の流れが生じる。磁束は上下の対向する磁極歯７０内を貫通し、空隙の左右方向両側に位置している鉄心７ｅ内を貫通するループとなっている。この磁束の流れ（第一のループ）は可動子６の移動方向に対して直交する平面内である。すなわち、シリンダ１ａの軸と、磁極７内の主な磁束の流れ（第一のループ）を含む平面は直交する関係にある。

　本実施例では磁極７は電磁鋼板を可動子６の進行方向に積層した構造になっている。このため、電磁鋼板平面と磁極７内の主な磁束の流れ（第一のループ）を含む平面とが同一または平行とになるから、電磁鋼板内に発生する渦電流を抑制し、渦電流による損失発生を抑制できる。

　本実施例のようにシリンダ１ａの軸と、磁極７内の主な磁束の流れ（第一のループ）を含む平面とが直交する構造の場合、シリンダ１ａの軸と、磁極７内の主な磁束の流れ（第一のループ）を含む平面とが同一平面内にある場合と比較して、設計自由度が大きいメリットを有する。これは次の理由による。

　本実施例の構造の場合、第一のループ、すなわち磁気回路を構成する主な部材は磁極歯７０と、磁極歯をつなぐ鉄心７ｅである。磁極歯をつなぐ鉄心７ｅは巻線８の左右方向外側にあり、可動子６の両側に位置しているため、巻線８や可動子６とは独立して設計可能である。すなわち、巻線８の断面寸法や可動子６に配置された永久磁石６ａのピッチ等を変更せずに、磁極７を構成する材料の磁気特性に従って、最適な寸法に磁極歯をつなぐ鉄心７ｅを設計することが可能である。例えば、永久磁石６ａのピッチを変えずに、磁極歯をつなぐ鉄心７ｅでの磁束飽和防止のため、磁極歯をつなぐ鉄心７ｅの幅寸法を大きくすることが可能である。一方、本実施例とは異なり、シリンダ１ａの軸と、磁極７内の主な磁束の流れ（ループ）を含む平面とが同一平面内にある場合では、巻線断面寸法や永久磁石ピッチと磁気回路を構成する部材寸法とがより密接に関係しており、設計上の寸法制約が多くなる。例えば、磁極の磁束飽和を防止するために磁極の寸法を大きくしようとした場合、磁極ピッチや永久磁石ピッチを変更する必要が生じる恐れがある。このことから、本実施例では磁極歯をつなぐ鉄心７ｅの断面積を大きくとることで、磁極７での磁束飽和を防止しつつ、永久磁石６ａのピッチを狭め、磁極７を薄く設定することで可動子の進行方向の圧縮機寸法を抑えた小型の圧縮機を設計することが可能となる。

　また、本実施例では図７に示すようにスペーサ１１を鉄などの磁性体とすることで、補助的に図７中点線矢印のような磁束の流れ（第二のループ）を構成することができる。第二のループは、前後方向の面内に沿って流れる磁束である。このように二つの面内を通過するそれぞれの磁束による立体的な磁気回路を構成することで、磁極の磁束飽和を防止することができる。

　＜往復動圧縮機の動作＞
次に、密閉型圧縮機５０の構成と動作について図１、図３、図５、図８等を用いて説明する。但し、図８は、説明のため、密閉容器３、シリンダヘッド１６、ヘッドカバー１７の図示を省略している。図８は、密閉型圧縮機５０の分解斜視図である。
平板形状である可動子６は、ピストン４の左右方向両側には、共振ばね２３と接続するばね接続部が位置している。各共振ばね２３は、シリンダブロック１に一端を有している。共振ばね２３の間には、シリンダ１ａが位置している。可動子６を特定の周波数にて往復運動するように電動要素３０を駆動させると、共振ばね２３の復元力の作用により共振現象が発生するようになっている。ここでは共振ばね２３としてコイルばねを用いているが、板ばねなど、ばね作用を持った機構ならば、他の構造としてもよい。共振現象が発生している時は、少ない加振力で可動子６を往復運動させることができる。そのため、共振周波数付近で電動要素３０を駆動させると、少ない消費電力にてピストン４の往復運動による作動流体の圧縮動作を行うことができる。

　可動子６の両端にはピストン４が取り付けられている。そのため、シリンダ１ａ内の作動流体圧縮時の反作用を復元力として、可動子６の往復運動に利用することが可能である。すなわち、可動子６の往復運動は、共振ばね２３の復元力とシリンダ１ａ内の作動流体圧縮時の反作用を利用している。本圧縮機の構成の場合、摩擦損失が発生する摺動部の範囲を抑制できる。好ましくはピストン４とシリンダ１ａとが接触している部分のみである。一方、本実施例とは異なり回転式モータを駆動力とした圧縮機は、モータが発生させるトルクをピストンの圧縮運動に変換させる機構が必要であり、その変換機構において摩擦損失が発生する。そのため、本実施例は回転式モータを駆動力とした圧縮機と比較して摩擦損失が小さいという特徴を持つ。

　＜第一固定部＞
本実施例の圧縮機５０は、固定子５を前後方向に固定する第一固定部である固定子固定ボルトを有している。以下、詳述する。
第一磁極部材磁極７ａ、第二磁極部材７ｂ及びスペーサ１１には左右方向中央寄りに、第一固定部が挿通する貫通穴７ｃが設けられている。磁極７の貫通穴７ｃは、巻線８を介して磁極歯７０と反対側に設けられている。本実施例では、貫通穴７ｃを介して固定子５に固定子固定ボルト２６を挿通して、磁極７及びスペーサ１１を固定している。固定子固定ボルト２６がそれぞれの貫通穴７ｃに挿通するため、磁極７及びスペーサ１１の位置決めが容易に行える。また、固定子固定ボルト２６が挿通された状態では、固定子５の外周において磁極７とスペーサ１１とが平坦になるように貫通穴７ｃの位置が設計されている。

　このように、貫通穴７ｃに第一固定部を挿通する構成は、固定子固定ボルト２６の軸方向と磁極７を形成する積層鋼鈑の積層方向が同一方向である場合に、特に好ましい。固定子固定ボルト２６の軸方向と積層鋼鈑の積層方向とが直交する場合に、磁極７に貫通ボルト穴７ｃを設けると鋼鈑が分解してしまう。このため、固定子固定ボルトを磁極７の外側に構成する必要が生じ、圧縮機の寸法が拡大してしまう。なお、本実施例では磁極７とスペーサ１１とを連結固定する第一固定部として固定子固定ボルト２６を用いているが、磁極７及びスペーサ１１を前後方向に固定できれば良く、例えば、かしめピン等その他の部材を第一固定部として用いることができる。第一固定部として、磁極７の上側（第一磁極部材７ａ、スペーサ１１）を挿通する上側第一固定部と、磁極７の下側（第二磁極部材７ｂ、スペーサ１１）を挿通する下側第一固定部とを設けることで、固定子５を前後方向に固定することができる。なお、固定子固定ボルト２６は、非磁性体であることが好ましいが、磁性体でも良い。

　＜第二固定部＞
本実施例の圧縮機５０は、固定子５を上下方向に固定する第二固定部を有している。以下、詳述するが、その前にエンドフレーム２５及びシリンダブロック１について説明する。

　＜エンドフレーム＞
固定子５の前後方向両端にはエンドフレーム２５が配置されており、エンドフレーム２５は、複数のボルト穴２５ａを有している。ボルト穴２５ａの一部には、第一固定部である固定子固定ボルト２６が挿通しており、エンドフレーム２５は、磁極７、スペーサ１１と共に前後方向に固定されている。すなわち、複数枚の磁極７とスペーサ１１はエンドフレーム２５によって挟み込まれ、固定子固定ボルト２６によって固定された構成となっている。エンドフレーム２５はアルミやオーステナイト系ステンレス、樹脂材料などの非磁性の部材で成形されている。これにより、圧縮要素２０側に磁束が漏れることが抑制される。第一固定部と同様、本実施例の圧縮機５０は、第一磁極部材７ａ側に設けた上側エンドフレームと、第二磁極部材７ｂ側に設けた下側エンドフレームとを有している。

　なお、エンドフレーム２５の左右方向の長さは、磁極７及びスペーサ１１の左右方向の長さ以下であり、また、正面視においてエンドフレーム２５は、磁極７及びスペーサ１１の配置面内に存在する。すなわち、上下方向において磁極７及びスペーサ１１から突出していない。これにより、小型化が可能となり、また、固定子５の外周が平坦となり、後述する段積みの際に好ましい。

　＜シリンダブロック＞
シリンダブロック１は、その上下方向の両側に二つずつ、計四つのシリンダ固定穴部２７ｂを有している。便宜上、上側のシリンダ固定穴部２７ｂを上側シリンダ固定穴部と呼び、下側のシリンダ固定穴部２７ｂを下側シリンダ固定穴部と呼ぶ。
また、本実施例のエンドフレーム２５は貫通穴７ｃの位置に対応する位置の他にもボルト穴２５ａを有している。シリンダ固定穴部２７ｂ及びボルト穴２５ａに、接続部であるシリンダ固定ボルト２７を挿通することで、固定子５、エンドフレーム２５に加えてシリンダブロック１が前後方向に固定される。

　＜第二固定部＞
  改めて、第二固定部について詳述する。第二固定部は、固定子５を上下方向に固定する機能を有しており、本実施例では、シリンダブロック１が第二固定部の機能を果たしている。
  磁極７を含む固定子５は、第一固定部により前後方向で固定されているが、磁極７は第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂを有する分割可能な構成であるため、上下方向に固定する必要がある。
  シリンダブロック１は上側シリンダ固定穴部及び下側シリンダ固定穴部を有しているが、これらはシリンダブロック１自身によって互いの上下方向における距離が固定されている。このため、第一固定部と第二固定部とを接続するために、固定部接続部であるシリンダ固定ボルト２７を、上下側のそれぞれに設けたシリンダ固定穴部２７ｂとエンドフレーム２５に挿通することで、エンドフレーム２５が上下方向に固定される。同時に、上述した通りに、エンドフレーム２５と前後方向に固定している磁極７、スペーサ１１も、上下方向に固定される。すなわち、本実施例では、前後方向に並ぶ第一固定部及び第二固定部を、固定部接続部によって前後方向で接続することで、固定子５が上下方向に固定される。
  なお、第一固定部と固定部接続部を一つの部材によって構成しても良い。例えば、固定子固定ボルト２６をシリンダ固定穴部２７ｂ、貫通穴７ｃ及び任意でエンドフレーム２５に挿通しても良い。しかし、この場合、固定子固定ボルト２６が磁性体であると、シリンダブロック１側に磁束が漏れる可能性がある。また、貫通穴７ｃ又はシリンダ固定穴部２７ｂの位置自由度が低下するため、設計上好ましくない。

　このようにすることで、磁極７同士を連結する部材を新たに固定子５の外部に設ける場合よりも小型に設計できる。例えば、磁極歯をつなぐ鉄心７ｅの脇に磁極７同士を連結する部材を設けた場合、固定子５の横寸法は図５に示す磁極７の横寸法Ｌｗよりも大きくなってしまうが、本実施例では、固定子５の前後方向にあるシリンダブロック１が第二固定部を兼ねているため、固定子５の横寸法を抑えることができる。なお、第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂを連結する第二固定部として、上側エンドフレームと下側エンドフレームを繋げて上下方向に固定することもできる。例えばエンドフレーム２５を矩形状にしても本実施例と同様の効果が得られる。この場合、固定子５の両側にシリンダブロック１を配置する必要はなく、固定子５の一方側に第二固定部としての機能を持ったシリンダブロック１、他方側に第二固定部としての機能を持ったエンドフレーム２５を配置してもよい。
なお、シリンダ固定ボルト２７は、非磁性体であることが好ましいが、磁性体でも良い。

　＜効果＞
本実施例では、第一磁極部材７ａ及び第二磁極部材７ｂを磁極７が有している。これらの連結の信頼性を向上するため、第二固定部を設けている。これにより、組立性を向上させつつ、信頼性を改善することが可能になる。

　また、本実施例では、スペーサ１１として磁性体（磁性スペーサ）を用いることで、左右方向の磁束の流れ（第一のループ）に加え、前後方向の磁束の流れ（第二のループ）を形成できる。このため、磁束飽和を抑制することができ、より効率的に推力を与えることができる。

　また、本実施例では、シリンダ固定ボルト２７が磁極７に到達せず、第一固定部である固定子固定ボルト２５によって固定子５を固定している。すなわち、シリンダブロック１と磁極７とが直接接合せず、非磁性のエンドフレーム２５を介して連結しているため、磁極７などからなる磁気回路から磁束がシリンダブロック１へと漏れることを抑制することができる。

　また、本実施例の密閉型圧縮機５０は、図５に示したように固定子５の高さ寸法Ｌｈを小さく抑えることが可能な構造であるため、密閉型圧縮機５０の高さ寸法Ｈｃを低く設計することが可能である。すると、本実施例の密閉型圧縮機５０を冷蔵庫などの冷凍装置といった機器に用いた場合、密閉型圧縮機５０が小型であるために、冷凍装置自体を小さくすることが可能で省スペース化することができる。また、本実施例を空気調和装置、空気源等に用いた場合においても装置全体の小型化が可能である。

　また、本実施例は固定子５を構成する磁極７の数は任意に設計可能であり、磁極７の数を変更するのみで種々の駆動力の圧縮機を構成することができる。圧縮機が搭載される冷凍空調装置は、使用冷媒や温度条件によって製品ごとに必要とする駆動力（圧縮動力）が異なる。本実施例の圧縮機を用いれば、磁極部材を構成する鋼板の形状を同一としながら、多用途の製品に適用可能な圧縮機を提供することができる。

　よって、本実施例によれば圧縮機高さが小さく摩擦損失が小さい、同一構成部品で多用途の製品に適用可能な密閉型圧縮機を提供することができる。

　次に本発明の実施例２について図９～１２を用いて説明する。実施例２の圧縮機は、以下の点を除いて実施例１と同様の構成である。
図９は本実施例の密閉型圧縮機５０の側面断面図である。図１０は本実施例の固定子５が有する電機子９の斜視図である。図１１は電機子９内の磁束の流れを説明する側面断面模式図である。図１２は本実施例における密閉型圧縮機５０の分解斜視図である。但し、説明のため、密閉容器３、シリンダヘッド１６、ヘッドカバー１７の図示を省略している。

　本実施例では三相駆動する圧縮機の一例を説明する。電機子９には、上下方向に対向した二つの磁極歯７０（磁極歯組）が前後方向に二組並んで設けられている。すなわち、電機子９は、磁性体であるスペーサ１１で繋がった二つの磁極７を有している。固定子５は三相駆動とするため、電機子９を三つ連結した構成となっており、各電機子９の間には、各相の間隔を規定する非磁性のスペーサ１２（非磁性スペーサ）が挿入されている。非磁性スペーサ１２は異なる相の磁極７の間に磁束漏れが発生しないよう、アルミやオーステナイト系ステンレス、樹脂材料などの非磁性の部材で成形されている。

　非磁性スペーサ１２は貫通穴７ｃを有しており、磁極７及びスペーサ１１と同様に、固定子固定ボルト２６を挿通することができる。磁極７は実施例１と同様、略Ｅ字形の第一磁極部材７ａと略Ｅ字形の第二磁極部材７ｂとで構成されており、磁極部材を構成する鋼板の形状は実施例１と同一である。すなわち、同一形状の磁極７を用いて、その配置構成を変更するだけで単相駆動および三相駆動を構成することができる。

　電動要素３０が有する磁極７、スペーサ１１及び非磁性スペーサ１２、さらに、好ましくはエンドフレーム２５を固定子固定ボルト２６で連結することができる。さらに、シリンダブロック１とエンドフレーム２５をシリンダ固定ボルト２７で連結することができる。この構成により、電動要素３０と圧縮要素２０を独立して設計することが可能である。すなわち、磁極７の間隔や枚数などを変更することで容易に電動要素３０を単相および三相に変更可能であると同時に、電動要素３０の仕様と独立してシリンダブロック１のシリンダ１ａの大きさや共振ばね２３を任意に設計することが可能である。このことから、本実施例の構成とすることで磁極部材を構成する鋼板の形状を同一としながら、シリンダ１ａの小さい小容量の圧縮機からシリンダ１ａの大きい大容量の圧縮機を構成することができ、その駆動方法も単相駆動、三相駆動と複数の選択肢を提供可能である。

　圧縮機は小型の冷凍ケースや大型の冷蔵庫、空気調和装置など多種多様な装置に使用されるが、求められる押除量や運転条件が装置ごとに異なる。そのため、圧縮機に求められるシリンダの大きさや電動要素の駆動条件が適用製品によって異なる。本実施例ではシリンダブロック１に設けるシリンダ１ａの大きさを変更するのみで押除量を変更可能であり、磁極７の間隔や枚数などを変更することで容易に電動要素３０の駆動条件を変更可能な圧縮機を提供可能である。すなわち、本実施例により同一構成部品で多用途の製品に適用可能な圧縮機を提供することができる。

　よって本実施例によれば実施例１と同様、圧縮機高さが小さく摩擦損失が小さい、同一構成部品で多用途の製品に適用可能な密閉型圧縮機を提供することができる。

　次に本発明の実施例３について図１３を用いて説明する。本実施例は、以下の点を除き実施例１又は２と同様の構成である。図１３は本実施例の密閉型圧縮機５０の斜視図である。但し、説明のため、密閉容器３、シリンダヘッド１６、ヘッドカバー１７、シリンダ固定ボルト、固定子固定ボルトの図示を省略している。
本実施例は実施例１の圧縮機５０を上下方向に段積みした構造になっている。固定子５は、磁極７とスペーサ１１が固定子固定ボルト２６によって連結されているため互いに接して、外周面の隙間が抑制されている。このため、可動子６が固定子５およびシリンダブロック１に周囲を囲まれており、シリンダブロック１を固定子５に組み付けた構造が略直方体形状となっている。そのため、圧縮機５０を上下方向、左右方向のいずれの方向にも積層可能な構造となっている。シリンダブロック１の高さ寸法よりも固定子５の高さ寸法が大きく、固定子５の外形が略直方体であり略平面にて構成されているため、圧縮機を段積みした際に緩衝部材を設ける必要がない。このため、圧縮機５０を容易に段積み構造とすることが可能であり、圧縮機が略直方体であることから段積みの際に無駄な空間が生まれることはない。すなわち、小型の段積み形状の圧縮機を構成することが可能である。

　上述した通り、密閉型圧縮機５０の電動要素３０、及び圧縮要素２０は独立した構造となっている。このため、電動要素３０の多段化に伴い、単純にシリンダブロック１や共振ばね２３も多段にすることで圧縮機の多段化が可能である。圧縮機の多段化により、シリンダ１ａの押除量や電動要素３０の駆動力の選択肢が増え、同一構成部品で適用可能な製品の数を増やすことができる。

　本実施例のように電動要素３０を多段化した場合、複数の電動要素３０に一の圧縮要素２０を対応させても良い。例えば、複数の可動子６の同じ一端側を一のピストン４に連結して、多段化した電動要素３０に対して単一のシリンダ１ａを設けてもよい。複数の電動要素３０が出力する駆動力は、この単一のピストン４に伝達される。すなわち、シリンダ１ａ内の流体の圧縮に大きな力を要する機器などについて、このような高出力化で対応することが可能である。機器に応じて必要とされる圧縮機の個数分を段積みさせることで、同一構成部品で適用可能な製品の選択肢の数を増やすことができる。

　本実施例のように圧縮機を段積み構成した場合、圧縮機５０同士が外れることのないよう、互いに連結する必要がある。本実施例では、固定子５の両端にエンドフレーム２５が配置してあり、エンドフレーム２５同士を連結する圧縮機連結部（不図示）を設ければ、圧縮機同士を連結固定することができる。

　なお、密閉容器３は、多段化した電動要素３０及び圧縮要素２０のすべてを内側に含むように設ける。

　以上より本実施例によれば、実施例１又は２と同様の効果を得ることができる。また、圧縮機高さが小さく摩擦損失が小さい、同一構成部品で多用途の製品に適用可能な密閉型圧縮機を提供することができる。

　なお、本実施例とは逆に、シリンダ１ａを正面視においてヘッドカバー１７及び電動要素３０より大きくして多段化することもできる。

　次に本発明の実施例４について図１４、１５を用いて説明する。本実施例は、以下の点を除き実施例１乃至３と同様の構成である。図１４は本実施例の磁極７の斜視図、図１５は本実施例の密閉型圧縮機５０の分解斜視図である。但し、説明のため、図１５では一部の構成を省略している。
本実施例の磁極７は略Ｅ字形の第一磁極部材７ａと略Ｅ字形の第二磁極部材７ｂの間に第三磁極部材７ｄが挟まった構成としている。第一磁極部材７ａと第二磁極部材７ｂがそれぞれ一つの磁極歯７０を有するのに対し、第三磁極部材７ｄは上下に磁極歯７０を有する構造である。三つの磁極部材をそれぞれ一つずつ組合せることで、可動子６が挿入可能な空間が磁極７内に二か所存在することとなる。すなわち、磁極７の構成部材を一つ増やすことにより、可動子の二段化が可能となる。

　第三磁極部材７ｄは、第一磁極部材７ａや第二磁極部材７ｂと同様、磁極歯７０の左右方向両側に、上下方向に延在する鉄心を有している。さらに、鉄心は、上下方向の幅Ｌｂの磁極ブリッジ７ｆによって、第三磁極部材７ｄの二つの磁極歯７０と繋がっている。また、第三磁極部材７ｄは、左右方向に設けた二つの磁極ブリッジ７ｆを結ぶ幅Ｌｂの領域で、左右方向の中央近くに貫通穴７ｃを有している。

　第三磁極部材７ｄの磁極ブリッジ７ｆには左右方向両向きに磁束が流れる。すなわち、磁束が互いに相殺されるため、磁極ブリッジ７ｆの高さＬｂを低くすることができる。具体的には、不等式（磁極ブリッジ７ｆの高さＬｂ）＜（（第一磁極部材７ａの高さ寸法Ｌｕ）－（第一磁極部材７ａの磁極歯７０の突き出し長さＬｔ））を満たすようにすることができる。Ｌｂの下限は、例えば、磁極歯７０を支持できる強度を確保できる長さであればよい。このため、第三磁極部材７ｄの高さ寸法Ｌｍは、第一磁極部材７ａの高さ寸法Ｌｕと第二磁極部材７ｂの高さ寸法Ｌｄの寸法の和よりも、小さくすることが可能である。

　また、本実施例のシリンダ固定穴部２７ｂは、シリンダブロック１の上側と下側とで互いに重ならないように位置している。すなわち、シリンダブロック１を上下に段積みした場合に、シリンダ固定穴部２７ｂが左右方向で隣接するようになっている（例えば、図１５参照）。これにより、上下方向について小型化することができる。

　本実施例によれば、実施例１乃至３と同様の効果を得ることができる。さらに本実施例によれば、第一、第二の磁極部材７ａ、７ｂに対して一個以上の第三磁極部材７ｄを組合せることで、可動子６が移動可能な空間を二つ以上形成できる。すなわち、可動子の多段化がより容易になる。なお、第三磁極部材７ｄの鉄心は、側面視において第三磁極部材７ｄの磁極歯より突出すると好ましい。すなわち、磁極部材の鉄心による接触は、可動子６が移動する空間（二つの磁極歯７０の間の空隙）の左右側に位置する。これにより、同一形状の第三磁極部材７ｄを重ねることで、磁極歯７０が空隙を介して対向することができる。

　本実施例では実施例２にて説明した通り、電動要素３０とシリンダブロック１、共振ばね２３とが独立した構造となっている。このため、電動要素３０の多段化に伴い、単純にシリンダブロック１や共振ばね２３も多段にすることで圧縮機の多段化が可能である。圧縮機の多段化はシリンダ１ａの押除量や電動要素３０の駆動力の選択肢の幅を増やすことが可能であり、同一構成部品で適用可能な製品の選択肢の数を増やすことができる。

　また、図１５の構成とは異なり、多段化した電動要素３０に単一のシリンダブロック１を取り付けることも可能であり、その場合は複数の電動要素３０が出力する駆動力を、単一のピストン４に伝達させる構造となる。すなわち、シリンダ１ａ内の流体の圧縮に大きな力を要する機器などの場合には、電動要素３０の多段化による高出力化で対応することが可能である。

　次に、実施例１～４に示した圧縮機を適用した製品例について図１６～２４を用いて説明する。

　＜冷蔵庫＞
図１６、図１７は本実施例にて示した密閉型圧縮機５０を搭載した冷蔵庫６０の概略断面図である。冷蔵庫６０は冷蔵室６２、上段冷凍室６３、下段冷凍室６４、野菜室６５、機械室６７により構成される。密閉型圧縮機５０は機械室６７内に設置されている。なお、冷蔵室６２、上段冷凍室６３、下段冷凍室６４、野菜室６５、機械室６７の位置関係は図１６、図１７の限りではない。密閉型圧縮機５０は、高さ寸法Ｈｃを低く設計することが可能である。すると、図１６に示すように密閉型圧縮機５０の上下方向が重力方向になるよう、密閉型圧縮機５０を配置した場合、機械室６７の高さ寸法Ｈｍを低くすることが可能となり、野菜室６５の容積を大きくとることができる。また、図１７に示すように密閉型圧縮機５０の高さ方向が水平方向になるよう、密閉型圧縮機５０を配置した場合、機械室６７の幅寸法Ｗｍを小さくすることが可能となり、野菜室６５の容積を大きくとることができる。

　また、ここでは密閉型圧縮機５０を野菜室６５背面に配置しているが、冷蔵室６２背面など異なる場所に配置した場合においても、密閉型圧縮機５０の高さ寸法Ｈｃを低く設計できる本実施例により、冷凍装置内空間を有効に活用することが可能となる。

　このように、本実施例の密閉型圧縮機５０を冷蔵庫などの冷凍装置に用いた場合、密閉型圧縮機５０が小型であるために、冷凍装置の大きさを変更せずに、冷凍装置の貯蔵スペースを大きくすることができる。また、冷凍装置自体を小さくすることで省スペース化することができる。

　＜ヒートポンプユニット＞
図１８、図１９はヒートポンプ給湯機のヒートポンプユニット８５の概略図である。ヒートポンプユニット８５は密閉型圧縮機５０と、ファン８２と、熱交換器８０と、給湯熱交換器８１とで構成される。密閉型圧縮機５０により圧縮された冷媒は、給湯熱交換器８１にて水を加熱した後に、膨張弁（図示せず）を通過し、熱交換器８０にて蒸発し密閉型圧縮機５０へと戻る。給湯熱交換器８１は図１８に示すようにファン８２の横に配置する場合や、ファン８２の下方に配置する場合がある。

　本実施例の密閉型圧縮機５０をヒートポンプユニット８５に適用した場合、冷蔵庫６０に適用した場合とどうようの原理にて、ヒートポンプユニット８５のサイズを小さくすることが可能である。また、密閉型圧縮機５０の高さ寸法Ｈｃが小さいことを利用して、ヒートポンプユニット８５の外形寸法を変更せずに、熱交換器８０や給湯熱交換器８１を大きくすることができるため、熱交換器８０や給湯熱交換器８１の設計自由度が高くなり、より高効率な設計が可能となる。

　＜室外機＞
図２０は空調装置の室外機８６の概略図である。室外機８６は密閉型圧縮機５０と、ファン８２と、熱交換器８０とで構成される。図２０では密閉型圧縮機５０をファン８２の下方に設置しているが、密閉型圧縮機５０とファン８２の位置関係はこの限りではない。

　密閉型圧縮機５０を空調装置に用いた場合、密閉型圧縮機５０が小型であるために、室外機８６の寸法を小型にすることができる。また、ヒートポンプユニット８５に適用した場合と同様、室外機８６の寸法を変更することなく熱交換器８０の大きさを大きくすることも可能であるため、熱交換器８０の設計自由度が高くなり、より高効率な設計が可能となる。

　＜ショーケース＞
図２１は冷凍、冷蔵機能が付いたショーケース９０の概略図である。商品棚９２の下方には、コンデンシングユニット９１があり、ショーケース９０背面に蒸発器９３が配置している。蒸発器９３によって冷却された空気は冷気ダクト９５から商品棚９２へと送風される。図２２はコンデンシングユニット９１の構成外略図である。コンデンシングユニット９１は密閉型圧縮機５０、熱交換器９６、ファン９７、電気品箱９８、アキュムレータ９９などで構成される。

　密閉型圧縮機５０が小型、特に高さ方向に小さい寸法であると、コンデンシングユニット９１の全高を低くすることができるため、ショーケース９０の寸法を変えることなく商品棚９２の高さ寸法を大きくすることができる。また、密閉型圧縮機５０が小型であると、コンデンシングユニット９１内の通風がよくなるため、熱交換器９６での熱交換が効率よく行えるようになる。

　＜車両用空調装置＞
図２３は鉄道車両１００の天井部に設置されている車両用空調装置１０５の概略図である。車両用空調装置１０５は、密閉型圧縮機５０と、室外側熱交換器１０３、室外側ファン１０４、室内側熱交換器１０１、室内側ファン１０２とで構成される。密閉型圧縮機５０は小型、特に高さ方向に小さい寸法とすることができるため、車両用空調装置１０５の全高を低くできる。車両用空調装置１０５の全高は鉄道車両１００の空気抵抗の観点から、低いほうが望ましい。また、地下等のトンネル内を走行する鉄道車両１００の場合、トンネルの高さ方向の制約を考慮すると、車両用空調装置１０５の全高が低いほうが車内空間を広くとれるなどの利点がある。また、密閉型圧縮機５０が小型であると、車両用空調装置１０５内の通風をよくすることができるため、室外側熱交換器１０３での熱交換が効率よく行えるようになる。

　＜自動車＞
図２４は密閉型圧縮機５０を車内空調用に搭載した自動車１１０の概略図である。密閉型圧縮機５０の設置位置はこの限りではない。密閉型圧縮機５０が小型であると、車内空間を広くとった自動車１１０の設計が可能となる。

　これら密閉型圧縮機５０を搭載した機器は例示であり、その他種々の機器に同様にして搭載することができる。これにより、各種機器は密閉型圧縮機の収容スペースを抑制することができる他、各実施例に記載の効果を得ることができる。

　１…シリンダブロック（第二固定部）、１ａ…シリンダ、２…コネクティングロッド、３…密閉容器、４…ピストン、５…固定子、６…可動子、６ａ…永久磁石、６ｂ…可動子フレーム、７…磁極、７ａ…第一磁極部材、７ｂ…第二磁極部材、７ｃ…貫通穴、７ｄ…第三磁極部材、７ｅ…磁極歯をつなぐ鉄心、７ｆ…磁極ブリッジ、８…巻線、９…電機子、１１…スペーサ（磁性スペーサ）、１２…スペーサ（非磁性スペーサ）、１６…シリンダヘッド、１７…ヘッドカバー、２０…圧縮要素、２３…共振ばね、２５…エンドフレーム（第二固定部）、２６…固定子固定ボルト（第一固定部）、２７…シリンダ固定ボルト（固定部接続部）、２７ｂ…シリンダ固定穴部、３０…電動要素、４０…吐出弁装置、４９…支持ばね、５０…密閉型圧縮機、６０…冷蔵庫、６１…冷蔵庫本体、６２…冷蔵室、６３…上段冷凍室、６４…下段冷凍室、６５…野菜室、６６…冷却器、６７…機械室、７０…磁極歯、７０ａ…上側磁極歯、７０ｂ…下側磁極歯、７０ｃ…上側磁極歯、７０ｄ…下側磁極歯、７０ｅ…上側磁極歯、７０ｆ…下側磁極歯、８０…熱交換器、８１…給湯熱交換器、８２…ファン、９０…ショーケース、９１…コンデンシングユニット、９２…商品棚、９３…蒸発器、９４…ファン、９５…冷気ダクト、９６…熱交換器、９７…ファン、９８…電気品箱、９９…アキュムレータ、１００…鉄道車両、１０１…室内側熱交換器、１０２…室内側ファン、１０３…室外側熱交換器、１０４…室外側ファン、１０５…車両用空調装置、１１０…自動車、１１１…熱交換器。

Claims

　上下方向に空隙を介して対向する二つの磁極歯を有する磁極を備える往復動圧縮機であって、
　前記磁極は、それぞれが一つの磁極歯を有する第一磁極部材と第二磁極部材とに分割可能であり、
　前記第一磁極部材及び前記第二磁極部材それぞれの前後方向に位置し、前記第一磁極部材及び前記第二磁極部材それぞれを前後方向に固定する第一固定部と、
　前記磁極の前後方向に位置し、前記磁極を上下方向に固定する第二固定部と、を有することを特徴とする往復動圧縮機。
　前後方向に並んだ前記第一固定部と前記第二固定部とを接続する固定部接続部を、前記第一固定部とは別部材として有することを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
　前記第一磁極部材及び前記第二磁極部材は、それぞれ前後方向に積層した電磁鋼板を有し、
　前記第二固定部は、シリンダを設けたシリンダブロックを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の往復動圧縮機。
　前記シリンダブロックは、前記シリンダの左右方向に設けた共振ばねと、該シリンダブロックの上下方向に設けたシリンダ固定穴部と、を有し、
　前記シリンダ固定穴部は、該シリンダブロックの上側と下側とで重ならないように位置していることを特徴とする請求項３に記載の往復動圧縮機。
　前記第一磁極部材及び前記第二磁極部材それぞれの前後方向に隣接して、非磁性体のエンドフレームを設け、
　該エンドフレームは、非磁性体で繋がっていることを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の往復動圧縮機。
　前記磁極は、前記第一磁極部材及び前記第二磁極部材に加え、二つの磁極歯を有する第三磁極部材に分割可能であり、
　当該往復動圧縮機は、複数の可動子を有することを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載の往復動圧縮機。
　前後方向に複数個が並んだ前記磁極と、
　二つの前記磁極の間に設けたスペーサと、
　前記空隙を通って前後方向に移動可能な平板状の可動子と、
　シリンダと、該シリンダの左右方向に設けた共振ばねを有するシリンダブロックと、を備え、
　前記複数個の磁極及び前記スペーサは、前記第一固定部によって固定されており、
　前記可動子は、前記シリンダ内を往復動可能なピストンと、該ピストンの左右方向に位置するばね接続部とを端部に有し、
　前記ばね接続部は、前記共振ばねと接続し、
　前記第一磁極部材と前記第二磁極部材は、前記空隙の左右方向で互いに連結する鉄心をそれぞれ有し、
　前記磁極、前記可動子及び前記シリンダブロックを内部に有する密閉容器を有し、
　一端を前記シリンダブロックに設け、他端を前記密閉容器に設けた支持ばねを有することを特徴とする請求項１乃至６何れか一項に記載の往復動圧縮機。
　請求項１乃至７何れか一項に記載の往復動圧縮機を搭載した機器。