WO2017130565A1 - 密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

密閉型圧縮機は、密閉ケースに収容された電動機部および圧縮機構部を備えている。電動機部は、回転子および固定子を含み、回転子は、互いに積層された複数の電磁鋼板の内部に埋め込まれた複数の永久磁石を有する鉄心と、鉄心の圧縮機構部と向かい合う端面に設けられたバランスウエイトと、を備えている。バランスウエイトは、鉄心の端面に設けられ、非磁性体で構成されるとともにバランス孔を有する環状の第１のウエイト部と、第１のウエイト部に積層され、磁性体で構成されるとともにバランス孔を有する環状の第２のウエイト部と、を備えている。第１のウエイト部の内周縁および外周縁、第２のウエイト部の内周縁および外周縁は、互いに同一の寸法の形状を有する。

Description

密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置

　本発明の実施形態は、密閉型圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。

 空気調和機のような冷凍サイクル装置に用いられる密閉型圧縮機は、密閉ケースに収容された電動機部および圧縮機構部を備えている。電動機部は、密閉ケースの内周面に固定された固定子と、圧縮機構部に回転軸を介して連結された回転子と、を有している。回転子は、固定子の内側に同軸状に位置されるとともに、当該回転子の外周面と固定子の内周面との間に狭小のエアギャップ（モータギャップ）が形成されている。

 この種の密閉型圧縮機では、省エネルギー化あるいは環境保全などの観点から電動機部の高効率化および省資源化が求められている。この対策として、近年、永久磁石式の回転子を電動機部に採用した密閉型圧縮機が提供されている。永久磁石式の回転子は、複数の電磁鋼板を積層した鉄心と、当該鉄心の内部に埋め込まれた複数の永久磁石と、を有し、前記鉄心の端面に端板およびバランスウエイトが配置されている。

 端板は、永久磁石が鉄心から抜け落ちるのを防止するための要素である。バランスウエイトは、回転軸の回転を安定させるとともに、回転子および圧縮機全体の作動状態を安定させるために用いられる。

 従来の永久磁石式の回転子によると、バランスウエイトは、打ち抜き加工された複数のケイ素鋼板を積層することで構成されている。積層されたケイ素鋼板は、リベットを用いて鉄心と一体化されているとともに、鉄心の端面の一部から突出されている。

特開平４－１８５２４７号公報

 バランスウエイトが鉄心の端面から突出していると、回転子の回転時に大きな空気抵抗が生じるのを避けられない。これにより、回転子の風損が増加し、エネルギー損失となる。さらに、バランスウエイトが風損による抵抗を繰り返し受けることで、バランスウエイトを鉄心に固定するリベットが疲労破壊し、バランスウエイトが鉄心から外れることがあり得る。

　バランスウエイトを形成するケイ素鋼板は磁性体であるので、鉄心に埋め込まれた永久磁石から発生する磁束が回転子の軸方向へ漏れてしまう。この結果、回転子の外側に配置される固定子との間での有効鎖交磁束が減少し、電動機部に要求される性能を発揮することが困難となる。

　加えて、圧縮機構部が電動機部によって駆動されると、密閉ケースの内底部の油溜り部に貯溜された潤滑油が圧縮機構部により吸い上げられる。吸い上げられた潤滑油は、圧縮機構部の各種の摺動部分に供給される。この際、回転子から突出されたバランスウエイトにより潤滑油が撹拌されてしまい、密閉ケースの外部に吐出される潤滑油の量が増加する。

　本発明の目的は、端板およびバランスウエイトによる風損を抑制するとともに、有効鎖交磁束を増大させることで電動機部の性能向上を図り、しかも、端板およびバランスウエイトの形状を簡素化してコストを低減できる密閉型圧縮機を得ることにある。

 本実施形態の密閉型圧縮機は、密閉ケースと、前記密閉ケースの内部で冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記密閉ケースに収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、を備えている。前記電動機部は、前記圧縮機構部に連結された回転子と、前記回転子を取り囲んだ状態で前記密閉ケースに固定された固定子と、を含む。前記回転子は、互いに積層された複数の電磁鋼板の内部に埋め込まれた複数の永久磁石を有する鉄心と、前記鉄心の前記圧縮機構部と向かい合う端面に設けられたバランスウエイトと、を備えている。　
 前記バランスウエイトは、前記鉄心の前記端面に設けられ、非磁性体で構成されるとともにバランス孔を有する環状の第１のウエイト板と、前記第１のウエイト板に積層され、磁性体で構成されるとともにバランス孔を有する環状の第２のウエイト板と、を備え、前記第１のウエイト板の内周縁および外周縁、前記第２のウエイト板の内周縁および外周縁は、互いに同一の寸法の形状を有する。

図１は、第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置に用いる密閉型圧縮機の断面図である。 図２Ａは、第１の実施形態で用いる回転子の鉄心の側面図である。 図２Ｂは、鉄心の下端部に位置された第２のバランスウエイトを図２ＡのＦ２Ｂ－Ｆ２Ｂ線に沿って切断した際の第１の端板の形状を示す平面図である。 図２Ｃは、鉄心の下端部に位置された第２のバランスウエイトを図２ＡのＦ２Ｃ－Ｆ２Ｃ線に沿って切断した際の第１のウエイト板の形状を示す平面図である。 図２Ｄは、鉄心の下端部に位置された第２のバランスウエイトを図２ＡのＦ２Ｄ－Ｆ２Ｄ線に沿って切断した際の第２のウエイト板の形状示す平面図である。 図２Ｅは、鉄心の下端部に位置された第２のバランスウエイトを図２ＡのＦ２Ｅ－Ｆ２Ｅ線に沿って切断した際の第２の端板の形状示す平面図である。 図３は、図２ＡのＦ３－Ｆ３線に沿う平面図である。 図４Ａは、第２の実施形態に係る回転子の平面図である。 図４Ｂは、図４ＡのＡａ－Ｏ－Ａｂ線に沿う回転子の断面図である。 図４Ｃは、第２の実施形態に係る回転子の下面図である。

[第１の実施形態]
以下、第１の実施形態について、図面を参照して説明する。　
　図１は、冷凍サイクル装置１の冷凍サイクル回路Ｒを示している。冷凍サイクル回路Ｒは、密閉型圧縮機Ｋ、放熱器２、膨張装置３、吸熱器である蒸発器４およびアキュームレータ５を主要な要素として備えている。冷凍サイクル回路Ｒを構成する前記各種の要素は、冷媒が循環する冷媒管Ｐを介して直列に接続されている。

　冷凍サイクル回路Ｒに用いられる冷媒は、例えばＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、ＨＣ（炭化水素）系冷媒または二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒である。

　密閉型圧縮機Ｋは、いわゆる縦型のロータリコンプレッサであって、密閉ケース１０、電動機部１１および圧縮機構部１２を主要な要素として備えている。電動機部１１は、密閉ケース１０内の中間部に収容されている。圧縮機構部１２は、密閉ケース１０内の下部に収容されている。電動機部１１は、回転軸１３を介して圧縮機構部１２に連結されている。

　電動機部１１は、例えばインバータで駆動されるブラシレスＤＣ同期モータである。電動機部１１は、密閉ケース１０の内周面に固定された円筒状の固定子１４と、固定子１４で取り囲まれた回転子１５と、を備えている。

　密閉ケース１０の底部に油溜まり部１６が形成されている。油溜まり部１６には、潤滑油が貯溜されている。潤滑油としては、例えばポリオールエステル油、エーテル系油、鉱物油、アルキベンゼン油、ＰＡＧ油の単一油もしくは混合油が用いられる。

　図１に示すように、圧縮機構部１２は、油溜まり部１６に貯溜された潤滑油の中に浸漬されている。圧縮機構部１２は、シリンダ１８を備えている。シリンダ１８は、密閉ケース１０の内側に挿入されているとともに、当該シリンダ１８の外周面が密閉ケース１０の内周面に固定されている。

　主軸受１９がシリンダ１８の上面に取り付けられている。さらに、副軸受２０がシリンダ１８の下面に取り付けられている。主軸受１９および副軸受２０は、シリンダ１８の内径部を閉塞している。シリンダ１８の内径部、主軸受１９および副軸受２０で囲まれた空間は、シリンダ室Ｓを構成している。シリンダ室Ｓは、冷媒管Ｐの一部である吸込管１７を介してアキュームレータ５に接続されている。

　回転軸１３は、主軸受１９および副軸受２０により回転自在に支持され、密閉ケース１０の中心を通る鉛直線Ｖ１の上に同軸状に位置されている。主軸受１９は、回転軸１３の中間部を回転自在に支持している。副軸受２０は、回転軸１３の下端部を回転自在に支持している。さらに、回転軸１３は、偏心部１３ａを備えている。偏心部１３ａは、主軸受１９と副軸受２０との間に位置されるとともに、シリンダ室Ｓに収容されている。

　リング状のローラ２１が偏心部１３ａの外周面に嵌合されている。ローラ２１は、回転軸１３が回転した時に、シリンダ室Ｓの内部で偏心運動する。これにより、ローラ２１の外周面の一部がシリンダ室Ｓの内周面に摺動可能に線接触する。

　シリンダ１８は、案内溝（図示せず）を有している。案内溝は、シリンダ１８の径方向に沿って直線状に延びているとともに、一端がシリンダ室Ｓに開口されている。案内溝にブレード(図示せず)が往復動可能に収容されている。ブレードは、円弧状に湾曲された先端を有し、当該先端がローラ２１の外周面に摺動可能に押し付けられている。

　ブレードは、ローラ２１と協働してシリンダ室Ｓを吸入領域と圧縮領域とに区画するとともに、ローラ２１の偏心運動に追従してシリンダ室Ｓに突出したり、シリンダ室Ｓから退去する方向に移動するようになっている。この結果、シリンダ室Ｓの吸入領域および圧縮領域の容積が変化し、吸込管１７からシリンダ室Ｓに吸い込まれた気相冷媒が圧縮される。

　図１に示すように、吐出マフラ２２が主軸受１９の上に取り付けられている。吐出マフラ２２は、主軸受１９に設けた吐出弁機構２３を覆っている。吐出弁機構２３は、シリンダ室Ｓで加圧された気相冷媒が所定の圧力に達した時に開放する。これにより、シリンダ室Ｓで加圧された高温・高圧の気相冷媒が吐出マフラ２２の内部に吐出される。

　高温・高圧の気相冷媒は、電動機部１１を構成する各種の部品間に設けられたガス案内路を通じて密閉ケース１０の上部に導かれるとともに、冷媒管Ｐを経由して放熱器２に導かれる。

　放熱器２に導かれた高温・高圧の気相冷媒は、例えば空気との熱交換により凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。高圧の液相冷媒は、膨張装置３を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器４を通過する過程で空気から熱を奪って蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。蒸発器４を通過する空気は、液相冷媒の蒸発潜熱により冷やされ、冷風となって例えば空調(冷房)すべき場所に送られる。

　蒸発器４を通過した気相冷媒は、アキュームレータ５に導かれる。蒸発器４で蒸発しきれなかった液相冷媒は、アキュームレータ５で気相冷媒から分離される。液相冷媒から分離された気相冷媒は、吸込管１７を経て密閉型圧縮機Ｋのシリンダ室Ｓに吸い込まれる。シリンダ室Ｓに吸い込まれた気相冷媒は、再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて密閉ケース１０から冷媒管Ｐに吐出され、上述の作用を繰り返す。

　次に、密閉型圧縮機Ｋの電動機部１１について詳細に説明する。

　固定子１４は、密閉ケース１０の内周面に固定されたヨークと、ヨークの内周面に形成された複数のティースと、を備えている。ティースの数は、３ｎで表すことができる。本実施形態では、ｎ＝３とすることでティースの数を９としている。

　さらに、ティースは、ヨークの内周面から回転子１５の外周面に向けて突出されている。ティースは、固定子１４の周方向に間隔を存して配列されているとともに、各ティースに導線が集中巻きされている。

　図２に示すように、回転子１５は、鉄心２５を備えている。鉄心２５は、例えば複数の電磁鋼板を密閉ケース１０の軸方向に互いに積層することで構成されている。鉄心２５の中心部には、回転軸１３の上部が同軸状に固定されている。鉄心２５の外周面は、極小のエアギャップを介して固定子１４の内周面と向かい合っている。

　回転子１５の磁極数は、２ｎで表すことができる。ｎは、２以上の整数である。本実施形態では、ｎ＝３とすることで回転子１５の磁極数を６としている。具体的に述べると、図３に示すように、六つの板状の永久磁石２６が鉄心２５の内部に埋め込まれている。六つの永久磁石２６は、鉄心２５の外周部に設けた六つの磁石収容孔２７に個々に挿入されている。

　さらに、六つの永久磁石２６は、鉄心２５の周方向に沿うような姿勢で鉄心２５の外周部に配置されているとともに、鉄心２５の周方向に間隔を存して配列されている。

　図１に示すように、回転子１５は、第１のバランスウエイト３０Ａおよび第２のバランスウエイト３０Ｂを備えている。第１のバランスウエイト３０Ａおよび第２のバランスウエイト３０Ｂは、ローラ２１の偏心運動に伴う回転軸１３の回転アンバランス量を打ち消すことで、密閉型圧縮機Ｋの振動を低減する。第１のバランスウエイト３０Ａは、鉄心２５の上端部に配置されている。第２のバランスウエイト３０Ｂは、圧縮機構部１２と向かい合う鉄心２５の下端部に配置されている。

　図２Ａに示すように、第２のバランスウエイト３０Ｂは、第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４を主要な要素として備えている。第１の端板３１は、非磁性体の板材で構成されている。第１のウエイト部３２は、複数の非磁性体の板材を互いに積層することで構成されている。第２のウエイト部３３は、複数の磁性体の板材を互いに積層することで構成されている。第２の端板３４は、磁性体の板材で構成されている。

　第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４は、互いに積層されているとともに、例えばリベットを用いた締結およびかしめ加工により、鉄心２５の下端面に一体的に固定されている。

　具体的に述べると、第１の端板３１は、鉄心２５の下端面に重ね合わされている。図２Ｂに示すように、第１の端板３１は、円形の内周縁ｎおよび円形の外周縁ｍを有する円環状に形成されている。四つのリベット孔３６ａが第１の端板３１に設けられている。リベット孔３６ａは、第１の端板３１の周方向に間隔を存して配列されている。本実施形態では、四つのリベット孔３６ａは、回転子１５の中心を通る中心軸線Ｃ１を間に挟んで二つのリベット孔３６ａが並ぶように、中心軸線Ｃ１に対し線対称の位置関係に配置されている。

　油戻し孔３７ａおよびバランス孔３８が第１の端板３１に設けられている。油戻し孔３７ａおよびバランス孔３８は、中心軸線Ｃ１を間に挟んで互いに向かい合う位置に設けられている。油戻し孔３７ａは、第１の端板３１の周方向に沿うような横長の開口形状を有している。バランス孔３８は、油戻し孔３７ａよりも大きいとともに、第１の端板３１の周方向に沿うように円弧状に湾曲された開口形状を有している。さらに、バランス孔３８は、第１の端板３１の外周縁ｍよりも内周縁ｎに近づいた位置に開口されている。

　図３に最もよく示されるように、第１の端板３１のバランス孔３８は、鉄心２５に設けられた二つの磁石収容孔２７から外れている。そのため、磁石収容孔２７に挿入された永久磁石２６の下端面にしても、バランス孔３８と重ならないようにバランス孔３８から完全に外れている。

　永久磁石２６の下端面は、バランス孔３８から完全に外れている必要はなく、永久磁石２６の下端面の一部がバランス孔３８に露出していてもよい。加えて、バランス孔３８は必須の要素ではなく、第１の端板３１から省略してもよい。

　図２Ｃに示すように、第１の端板３１と隣り合う第１のウエイト部３２は、円形の内周縁ｎおよび円形の外周縁ｍを有する円環状に形成されている。図２Ｄに示すように、第１のウエイト部３２と隣り合う第２のウエイト部３３は、円形の内周縁ｎおよび円形の外周縁ｍを有する円環状に形成されている。第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３の形状・寸法は、第１の端板３１と同様である。

　四つのリベット孔３６ｂおよび油戻し孔３７ｂが第１のウエイト部３２に設けられている。リベット孔３６ｂおよび油戻し孔３７ｂは、第１の端板３１のリベット孔３６ａおよび油戻し孔３７ａと同じ形状・寸法を有するとともに、第１の端板３１のリベット孔３６ａおよび油戻し孔３７ａと合致する位置に設けられている。

　同様に、四つのリベット孔３６ｃおよび油戻し孔３７ｃが第２のウエイト部３３に設けられている。リベット孔３６ｃおよび油戻し孔３７ｃは、第１のウエイト部３２のリベット孔３６ｂおよび油戻し孔３７ｂと同じ形状・寸法を有するとともに、第１のウエイト部３２のリベット孔３６ｂおよび油戻し孔３７ｂと合致する位置に設けられている。

　さらに、第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３に夫々バランス孔３９が設けられている。第１のウエイト部３２のバランス孔３９は、第１のウエイト部３２の周方向に沿うように円弧状に湾曲された開口形状を有している。第２のウエイト部３３のバランス孔３９は、第２のウエイト部３３の周方向に沿うように円弧状に湾曲された開口形状を有している。第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３のバランス孔３９は、互いに合致するとともに、同じ寸法を有している。

　図３に示すように、各バランス孔３９の内周縁は、第１の端板３１のバランス孔３８の内周縁と合致している。これに対し、各バランス孔３９の外周縁は、第１の端板３１のバランス孔３８の外周縁よりも第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３の径方向に沿う外側にずれている。言い換えると、バランス孔３９は、バランス孔３８よりも大きな開口面積を有し、バランス孔３９の外周部分が第１の端板３１によって閉じられている。

 図２Ｅに示すように、第２の端板３４は、円形の内周縁ｎおよび円形の外周縁ｍを有する円環状に形成されている。第２の端板３４の形状・寸法は、第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３と同様である。

　四つのリベット孔３６ｄおよび油戻し孔３７ｄが第２の端板３４に設けられている。リベット孔３６ｄおよび油戻し孔３７ｄは、第１の端板３１のリベット孔３６ａおよび油戻し孔３７ａと同じ形状・寸法を有するとともに、第１の端板３１のリベット孔３６ａおよび油戻し孔３７ａと合致する位置に設けられている。加えて、第２の端板３４は、バランス孔３８，３９を下方から閉じている。

　図２Ａに示すように、第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４は、鉄心２５の直径以下の直径を有する真円又は真円の一部を切り欠いた形状を有している。第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４の夫々の外周縁ｍの中心は、回転子１５の中心を通る中心軸線Ｃ１の上に位置されている。

　これに対し、第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４の夫々の内周縁ｎは、円弧状に湾曲された二本の曲線部と、曲線部の間を結ぶ二本の直線部とで規定された楕円の形状を有している。

　具体的に述べると、図３に示すように、回転子１５の中心軸線Ｃ１の上に位置する第２のバランスウエイト３０Ｂの回転中心Ｏ１およびバランス孔３９の円周方向に沿う中心３９ａを通る直線Ｘ－Ｘは、第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３の内周縁ｎに対し径方向に沿う二箇所で交差している。直線Ｘ－Ｘと内周縁ｎとの交点をｎ１およびｎ２とすると、交点ｎ１と交点ｎ２との間の中心Ｏ２は、回転中心Ｏ１よりもバランス孔３９の方向にずれている。

　そのため、第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３において、交点ｎ１から外周縁ｍまでの直線Ｘ－Ｘに沿う距離は、交点ｎ２から外周縁ｍまでの直線Ｘ－Ｘに沿う距離と比較して、中心Ｏ２が回転中心Ｏ１からずれている分だけ短くなっている。したがって、図３に示すように、バランス孔３９が開口された第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３の下半分の面積は、回転中心Ｏ１を間に挟んで反対側に位置された第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３の上半分の面積よりも狭くなっている。

　さらに、バランス孔３９の存在により、第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３の下半分の有効面積がさらに減少し、第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３の上半分に対するアンバランス量が十分に確保されている。

　第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４の内周縁ｎの形状は楕円に限らず、第２のバランスウエイト３０Ｂのアンバランス量を確保できれば、内周縁ｎは例えば真円であってもよい。

　第１の端板３１および第１のウエイト部３２を構成する非磁性体としては、例えばステンレス鋼板を用いている。第２のウエイト部３３および第２の端板３４を構成する磁性体としては、例えば電磁鋼板を用いている。

　第２のウエイト部３３に用いる電磁鋼板は、鉄心２５に用いる電磁鋼板よりも板厚が厚い。第１のウエイト部３２に用いるステンレス鋼板は、第２のウエイト部３３に用いる電磁鋼板と同程度の板厚を有している。

　電磁鋼板は、板厚の精度が高いために、バランスウエイトとしての精度を高くできる。本実施形態によると、鉄心２５に用いる電磁鋼板は、板厚が０．３５ｍｍであり、第２のウエイト部３３に用いる電磁鋼板は、板厚が０．５ｍｍである。

　さらに、第２のウエイト部３３に用いる電磁鋼板は、鉄心２５に用いる電磁鋼板よりもケイ素の含有量が少なく、比重が大きい。具体的には、第２のウエイト部３３に用いる電磁鋼板の密度は、７．８ｋｇ／ｃｍ^３である。これに対し、鉄心２５に用いる電磁鋼板の密度は、７．６ｋｇ／ｃｍ^３である。

　鉄心２５の直径と第２のバランスウエイト３０Ｂの直径との差が、回転子１５と固定子１４との間のエアギャップ以下の場合は、第１のウエイト部３２の厚さをエアギャップの２倍ないし３倍以上に設定するとよい。

　本実施形態では、第１の端板３１および第１のウエイト部３２を構成する材料としてステンレス鋼板のような非磁性体を用い、第２のウエイト部３３および第２の端板３４を構成する材料として電磁鋼板のような磁性体を用い、これら異種材料を同一の金型で打ち抜いている。

　非磁性体の板厚をＬ１、磁性体の板厚をＬ２とした時、下記の(１)式を満たすようにするとよい。

　　　Ｌ１－０．１≦Ｌ２≦Ｌ１＋０．１（ｍｍ）　…（１）
　次に、第２のバランスウエイト３０Ｂを製造するに際して、その製造工程の一つであるプレス加工工程の概略を説明する。

　最初に、シート状の金属素材に穴抜き加工を施し、金属素材に複数のバランス孔３８，３９を開ける。第１の端板３１のバランス孔３８と、第１のウエイト部３２および第２のウエイト部３３のバランス孔３９とでは、大きさおよび形状が互いに異なっている。そのため、順送り型に形状が異なる複数種のポンチおよびダイスを取り付け、いずれかのポンチを選択して動作させる。

　この後、金属素材に穴抜き加工を施し、バランス孔３８，３９に隣接した位置に複数の円形の内周縁ｎを形成する。第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４の内周縁ｎは、大きさおよび形状が互いに共通しているので、金属素材に円滑に加工を施すことができる。

　この後、金属素材に穴抜き加工を施すことで、各内周縁ｎの周囲に複数のリベット孔３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄおよび複数の油戻し孔３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを開ける。引き続き、金属素材に打ち抜き加工を施し、リベット孔３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ、油戻し孔３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄおよびバランス孔３８，３９を取り囲むように複数の円形の外周縁ｍを形成する。リベット孔３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ、油戻し孔３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄおよび外周縁ｍは、第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４の全てにおいて同一の寸法・形状を有するので、金属素材に円滑に加工を施すことができる。

　このことにより、第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４を同時に得ることができる。

　回転子１５の上端部に位置された第１のバランスウエイト３０Ａは、端板およびウエイト部を主要な要素として備えている。端板は、例えばステンレス鋼板のような非磁性体で形成されているとともに、第２のバランスウエイト３０Ｂの第１の端板３１と同じ形状・寸法を有している。

　ウエイト部は、例えば複数のステンレス鋼板のような非磁性体を互いに積層することで構成されている。さらに、ウエイト部は、第２のバランスウエイト３０Ｂの第１のウエイト部３２と同じ形状・寸法を有している。

　第１の実施形態によると、回転子１５の上端部に位置する第１のバランスウエイト３０Ａは、端板およびウエイト部が夫々ステンレス鋼板のような非磁性体で構成されている。回転子１５の下端部に位置する第２のバランスウエイト３０Ｂにあっては、回転子１５の鉄心２５の下端面に重ねられた第１の端板３１および第１の端板３１の下に位置する第１のウエイト部３２がステンレス鋼板のような非磁性体で構成されている。

　このため、鉄心２５に埋め込まれた永久磁石２６から発生する磁束が回転子１５の軸方向に漏れるのを抑制でき、当該磁束は、回転子１５を取り囲む固定子１４の側に流れる。したがって、固定子１４との間での有効鎖交磁束が増大し、電動機部１１に要求される性能を充分に満たすことができる。

　それとともに、回転子１５の回転がより円滑化して風損を抑制することができ、回転子１５を駆動する電動機部１１の負担を軽減することができる。

　さらに、第２のバランスウエイト３０Ｂにあっては、第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４の内周縁ｎおよび外周縁ｍが互いに同一の寸法を有する円環状に形成されている。このため、第１の端板３１、第１のウエイト部３２、第２のウエイト部３３および第２の端板３４を同一の金型を使用してプレス加工することができる。よって、第２のバランスウエイト３０Ｂの製造性が向上する。

 加えて、第２のバランスウエイト３０Ｂの内周縁ｎの直径が一定となるので、第２のバランスウエイト３０Ｂの内周面が滑らかな形状となる。これにより、圧縮機構部１２から密閉ケース１０内に吐出された気相冷媒が第２のバランスウエイト３０Ｂの内側を通過する際に、気相冷媒が回転する第２のバランスウエイト３０Ｂによって強く攪拌されるのを抑制できる。

 圧縮機構部１２から密閉ケース１０内に吐出された気相冷媒は、回転子１５と固定子１４との間のエアギャップ、鉄心２５に設けられた油通路、第２のバランスウエイト３０Ｂに設けられた油戻し孔３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄおよび固定子１４に設けられたガス案内路を介して密閉ケース１０の上端に接続された冷媒管Ｐに円滑に導かれる。

 圧縮機構部１２が作動した状態では、密閉ケース１０の油溜まり部１６に貯溜された潤滑油が攪拌される。攪拌された潤滑油は、飛沫となって密閉ケース１０内を浮遊する。本実施形態では、第２のバランスウエイト３０Ｂの内周面が滑らかな形状であるので、内周面の近傍に渦が生じるのを抑制できる。このため、密閉ケース１０内を浮遊する潤滑油の飛沫が回転する第２のバランスウエイト３０Ｂによって吸い上げられるのを防止でき、密閉ケース１０の外部に吐出される潤滑油の量が減少する。

 本実施形態によると、第２のウエイト部３３として第１のウエイト部３２よりも安価な材料を使用することができ、第２のバランスウエイト３０Ｂのコストの低減に寄与する。

 図３に示すように、回転子１５の外周面の直径と第２のバランスウエイト３０Ｂの外周縁ｍの直径との差Ｇが、回転子１５と固定子１４との間のエアギャップと同等もしくは小さい場合は、第１のウエイト部３２の厚さをエアギャップの２倍～３倍以上に設定することが望ましい。

 すなわち、永久磁石２６の磁力は、距離の二乗に反比例して出力することが知られている。そのため、ステンレス鋼板のような非磁性体で構成された第１のウエイト部３２において、例えば第１のウエイト部３２の厚さをエアギャップの２倍～３倍に止め、それ以降は、高価なステンレス鋼板の代わりに比較的廉価な電磁鋼板のような磁性体を用いた第２のウエイト部３３に置き換えることが好ましい。これにより、第２のバランスウエイト３０Ｂのコストを低減しつつ、第２のバランスウエイト３０Ｂの本来の性能を維持することができる。

　第２のウエイト部３３を構成する電磁鋼板は、板厚の精度が高いため、バランスウエイトの精度を高める上で好都合となる。本実施形態では、板厚が０．３５ｍｍの電磁鋼板で鉄心２５を構成し、板厚が０．５ｍｍの電磁鋼板で第２のウエイト部３３を構成している。これにより、第２のウエイト部３３を構成する電磁鋼板の数が減少し、第２のバランスウエイト３０Ｂの製造性が向上するとともに、第２のバランスウエイト３０Ｂのコストを低減できる。

　第２のウエイト部３３に用いる電磁鋼板は、鉄心２５に用いる電磁鋼板よりもケイ素の含有量が少なく、比重が大きい。すなわち、比重が大きい電磁鋼板で第２のウエイト部３３を構成することにより、第２のウエイト部３３に用いる電磁鋼板の数を減らすことができる。これにより、第２のバランスウエイト３０Ｂの製造性がより向上するとともに、第２のバランスウエイト３０Ｂのコストの低減に寄与する。

　本実施形態では、第１のウエイト部３２に非磁性体の一例であるステンレス鋼板を使用している。このため、金属素材の硬度およびせん断抵抗等の影響を受けるプレス加工性のばらつきが電磁鋼板と比較して小さくて済む。したがって、同一の金型を使用してのプレス加工性を向上させることができる。

　本実施形態では、第１のウエイト部３２に用いるステンレス鋼板の板厚をＬ１、第２のウエイト部３３に用いる電磁鋼板の板厚をＬ２とした時、　
　　　　　Ｌ１－０．１≦Ｌ２≦Ｌ１＋０．１（ｍｍ）　
の関係を満たすようにした。すなわち、異種の金属板の板厚の差を０．１（ｍｍ）以内として、当該金属板に同一の金型を用いてプレス加工を施すことで、金型に要する費用を抑制することができる。さらに、素材となる金属板を選定する上での自由度が増大する。

　図３に示すように、第１の端板３１に設けられたバランス孔３８は、鉄心２５に埋め込まれた永久磁石２６の端面と重ならないように、当該永久磁石２６から外れた位置に設けられている。このことにより、第１の端板３１を用いて鉄心２５からの永久磁石２６の脱落を防止できるとともに、永久磁石２６の脱落を防ぐ第１の端板３１にバランスウエイトとしての機能を付加することができる。

　さらに、第１の端板３１がバランスウエイトとしての機能を兼ねるので、第１のウエイト部３２に用いるステンレス鋼板の数を減らすことができる。よって、第２のバランスウエイト３０Ｂのコストの低減に寄与する。

　本実施形態において、第１のウエイト部３２のバランス孔３９が鉄心２５に埋め込まれた永久磁石２６の端面と重ならないように、当該バランス孔３９を永久磁石２６から外れた位置に設ければ、第１のウエイト部３２を利用して鉄心２５からの永久磁石２６の脱落を防止することができる。これにより、第２のバランスウエイト３０Ｂから第１の端板３１を省略することが可能となる。

　第１のウエイト部３２は、第２のウエイト部３３の電磁鋼板と同程度の板厚を有するステンレス鋼板で構成されている。このため、電磁鋼板との比較において、金属板の硬度およびせん断抵抗等の影響を受けるプレス加工性の差が例えば黄銅等よりも小さくて済む。したがって、同一の金型を使用してのプレス加工性が向上する。

　本実施形態によると、第２のバランスウエイト３０Ｂの回転中心Ｏ１およびバランス孔３９の円周方向に沿う中心３９ａを通る直線Ｘ－Ｘは、第２のウエイト部３３の内周縁ｎに対し二箇所で交差している。直線Ｘ－Ｘと内周縁ｎとの交点をｎ１およびｎ２とした場合、交点ｎ１と交点ｎ２との間の中心Ｏ２は、回転中心Ｏ１よりもバランス孔３９の方向にずれている。これにより、交点ｎ１から外周縁ｍまでの直線Ｘ－Ｘに沿う距離は、交点ｎ２から外周縁ｍまでの直線Ｘ－Ｘに沿う距離よりも短くなっている。

　この結果、第２のバランスウエイト３０Ｂのアンバランス量が大きくなり、回転子１５の回転時における回転子１５および密閉型圧縮機Ｋのバランスを確実に保つことができる。

　第２のバランスウエイト３０Ｂの第２の端板３４は、密閉ケース１０の油溜め部１６に貯溜された潤滑油の油面と向かい合っている。第２の端板３４には、バランス孔が存在しないために、潤滑油の攪拌を防止できるとともに、風損を抑制することができる。

[第２の実施形態]
　図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、第２の実施形態を開示している。

　第２の実施形態は、回転子１５の一部の構成が前記第１の実施形態と相違している。これ以外の構成は、前記第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

　図４Ａは、回転子１５の平面図、図４Ｂは、図４ＡのＡａ－Ｏ－Ａｂ線に沿う回転子１５の断面図、図４Ｃは、回転子１５の下面図である。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、四つのガス抜き孔２５ａ、嵌合孔２５ｂ、四つのリベット孔４０および単一の油通路４１が鉄心２５に設けられている。

　嵌合孔２５ｂは、回転軸１３が嵌合される要素であって、回転子１５の中心軸線Ｃ１と同軸状に位置されている。ガス抜き孔２５ａは、鉄心２５の周方向に沿う円弧状の開口形状を有するとともに、嵌合孔２５ｂを取り囲むように鉄心２５の周方向に間隔を存して配列されている。リベット孔４０は、第２のバランスウエイト３０Ｂの第１の端板３１のリベット孔３６ａに対応するように鉄心２５の周方向に間隔を存して配列されている。油通路４１は、隣り合う二つのリベット孔４０の間に位置されている。ガス抜き孔２５ａ、リベット孔４０および油通路４１は、夫々鉄心２５を軸方向に貫通している。

　鉄心２５の上端部に位置された第１のバランスウエイト３０Ａは、鉄心２５の上端面に積層された端板４３と、端板４３の上に重ねられたウエイト部４４と、を備えている。端板４３は、ステンレス鋼板のような非磁性体で構成されているとともに、第２のバランスウエイト３０Ｂの第１の端板３１と同一の寸法に形成されている。ウエイト部４４は、複数のステンレス鋼板のような非磁性体を互いに積層することで構成されているとともに、第２のバランスウエイト３０Ｂの第１のウエイト部３２と同一の寸法を有する円環状に形成されている。そのため、端板４３およびウエイト部４４は、円形の内周縁ｎおよび外周縁ｍを有する円環形の形状を有している。

　さらに、端板４３は、バランス孔４５および四つのリベット孔４６を有している。バランス孔４５は、端板４３の周方向に円弧状に湾曲された開口形状を有している。リベット孔４６は、鉄心２５のリベット孔４０に通じるように、当該リベット孔４０に対応した位置に設けられている。

　ウエイト部４４は、バランス孔４７および四つのリベット孔４８を有している。バランス孔４７は、ウエイト部４４の周方向に湾曲された開口形状を有するとともに、端板４３のバランス孔４５と合致する位置に設けられている。本実施形態によると、バランス孔４７は、バランス孔４５よりも大きな開口形状を有し、当該バランス孔４７の外周部分が端板４３により閉じられている。リベット孔４８は、端板４３のリベット孔４６に通じるように、当該リベット孔４６に対応した位置に設けられている。

　図４Ａおよび図４Ｃに示すように、鉄心２５のガス抜き孔２５ａおよび嵌合孔２５ｂは、第１のバランスウエイト３０Ａのウエイト部４４の内周縁ｎの内側および第２のバランスウエイト３０Ｂの第２の端板３４の内周縁ｎの内側に開口されている。

　言い換えると、ガス抜き孔２５ａは、第１のバランスウエイト３０Ａのウエイト部４４の内周縁ｎの内側および第２のバランスウエイト３０Ｂの第２の端板３４の内周縁ｎの内側を通じて密閉ケース１０内に連通されている。本実施形態では、ガス抜き孔２５ａの外周縁から回転子１５の回転中心までの距離は、端板４４の内周縁ｎの半径および第２の端板３４の内周縁ｎの半径と同等に設定されている。

　図４Ａに示すように、鉄心２５の油通路４１の上端は、第１のバランスウエイト３０Ａのウエイト部４４のバランス孔４７の中央部に開口されている。油通路４１の上端は、円形の開口形状を有している。

　鉄心２５の油通路４１の下端は、第２のバランスウエイト３０Ｂの油戻し孔３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄに連通されている。そのため、第２のバランスウエイト３０Ｂの油戻し孔３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄは、油通路４１を介して第１のバランスウエイト３０Ａの上面となるウエイト部４４の上に通じている。

　第２の実施形態によると、第１のバランスウエイト３０Ａの上面に溜まった潤滑油を鉄心２５の油通路４１から第２のバランスウエイト３０Ｂの油戻し孔３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄを介して密閉ケース１０の油溜まり部１６に速やかに戻すことができる。そのため、油溜まり部１６に貯溜される潤滑油の液面の低下を防止することができる。

　前記実施形態では、１シリンダ形の密閉型圧縮機Ｋについて説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば２シリンダ形の密閉式圧縮機においても同様に実施可能である。

 さらに、密閉型圧縮機は、回転軸１３を縦置きにした縦型の密閉型圧縮機Ｋに特定されるものではなく、例えば回転軸を横置きにした横型の密閉型圧縮機にも適用可能である。

　以上、本実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、実施形態の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、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。

１０…密閉ケース、１１…電動機部、１２…圧縮機構部、１４…固定子、１５…回転子、２５…鉄心、２６…永久磁石、３０Ｂ…バランスウエイト(第２のバランスウエイト)、３２…第１のウエイト部、３３…第２のウエイト部、３９，４５…バランス孔、ｎ…内周縁、ｍ…外周縁、Ｋ…密閉型圧縮機、２…放熱器、３…膨張装置、４…蒸発器、Ｐ…冷媒管、Ｒ…冷凍サイクル回路。

Claims (7)

1.  密閉ケースと、
    前記密閉ケースの内部で冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
    前記密閉ケースに収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、を備えた密閉型圧縮機であって、
    前記電動機部は、前記圧縮機構部に連結された回転子と、前記回転子を取り囲んだ状態で前記密閉ケースに固定された固定子と、を含み、前記回転子は、互いに積層された複数の電磁鋼板の内部に埋め込まれた複数の永久磁石を有する鉄心と、前記鉄心の前記圧縮機構部と向かい合う端面に設けられたバランスウエイトと、を備え、
    前記バランスウエイトは、
   　　 前記鉄心の前記端面に設けられ、非磁性体で構成されるとともにバランス孔を有する環状の第１のウエイト部と、
   　　 前記第１のウエイト部に積層され、磁性体で構成されるとともにバランス孔を有する環状の第２のウエイト部と、を備え、
   　　 前記第１のウエイト部の内周縁および外周縁、前記第２のウエイト部の内周縁および外周縁は、互いに同一の寸法の形状を有する密閉型圧縮機。
2. 　前記第１のウエイト部は、ステンレス鋼板で構成され、前記第２のウエイト部は、前記鉄心を構成する前記電磁鋼板の板厚よりも厚い電磁鋼板で構成された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 　前記第２のウエイト部を構成する前記電磁鋼板は、前記鉄心を構成する電磁鋼板よりも比重が大きい請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 　前記バランスウエイトは、非磁性体で構成されるとともにバランス用孔を有する環状の端板をさらに備え、前記端板は、前記鉄心の端面と前記第１のウエイト部との間に設けられているとともに、前記端板の前記バランス孔は、前記永久磁石の１つの端面に対し完全に重ならない位置に設けられた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
5. 　前記第１のウエイト部の前記バランス孔および前記第２のウエイト部の前記バランス孔は、夫々前記第１のウエイト部および前記第２のウエイト部の周方向に沿う円弧状に湾曲された形状を有し、
   　前記第１のウエイト部および前記第２のウエイト部の回転中心と前記バランス孔の円周方向の中心とを通る直線は、前記第１のウエイト部および前記第２のウエイト部の前記内周縁に対し前記内周縁の径方向に沿う二箇所で交差するとともに、前記直線と前記内周縁とが交差する二つの交点の中心は、前記回転中心に対して前記バランス孔の方向にずれている請求項１に記載の密閉型圧縮機。
6. 　前記回転子は、前記鉄心を貫通するとともに前記回転子の上面に開口された油通路を有し、前記バランスウエイトは、前記鉄心の下端面に設けられているとともに、前記油通路に連通された油戻し孔を有する請求項１に記載の密閉型圧縮機。
7. 　冷媒が循環するとともに、放熱器、膨張装置および蒸発器が接続された冷媒管と、
   　前記放熱器と前記蒸発器との間で前記冷媒管に接続された請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載された密閉型圧縮機と、
   　を備えた冷凍サイクル装置。

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