JP4172514B2

JP4172514B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP4172514B2
Application number: JP2006276080A
Authority: JP
Inventors: 義博片岡; 桂治青田; 伸中増
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: US8004139B2; CN101517864A; EP2073350A1; ES2654914T3; EP2073350A4; CN101517864B; WO2008044684A1; KR101001837B1; EP2073350B1; KR20090055027A; AU2007305528B2; JP2008099380A; AU2007305528A1; US20100096940A1

Description

この発明は、例えば、例えば空気調和機や冷蔵庫等に用いられる圧縮機に関する。

従来、圧縮機としては、密閉容器と、この密閉容器内に配置された圧縮要素と、上記密閉容器内に配置され、上記圧縮要素をシャフトを介して駆動するモータとを備えている。上記モータは、ロータと、このロータの径方向外側に配置されたステータとを有している。

上記ロータは、ロータコアと、このロータコアに周方向に等間隔の中心角度で配列された複数の磁石とを有する。上記ステータは、ステータコアと、上記ステータコアに巻かれたコイルとを有する（特開平９−１９１５８８号公報（特許第３０１７０８５号公報）：特許文献１参照）。
特開平９−１９１５８８号公報（特許第３０１７０８５号公報）

しかしながら、上記従来の圧縮機では、上記モータの小型化および軽量化を図るために、上記モータの軸方向の長さを短くしようとすると、上記モータの効率が低下する問題があった。これは、上記ロータコアの軸方向の長さを短くすると、上記ロータの軸方向の両端面からの磁束漏れが増加して、トルクが低下するからである。

具体的に述べると、上記ロータコアの軸方向の長さ（つまり、ロータ積厚）をＬとし、上記ロータコアの径方向の長さ（つまり、ロータ径）をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ＜０．７では、上記ロータの軸方向の両端面からの磁束漏れが、以下の式（１）の比率で、増加する。なお、式（１）は、実験で求められた式である。
磁束量の低下指数：１−１／（（Ｌ／Ｄ）^1.5×１００）・・・式（１）

そして、図５に、Ｌ／Ｄとフラックス低下指数との関係を示す。図５の白丸にて示す従来例からわかるように、Ｌ／Ｄ＜０．７では、上記ロータからの磁束量が極端に低下している。つまり、Ｌ／Ｄ＜０．７として、上記ロータコアの軸方向の長さＬを短くし、上記モータの軸方向の長さを短くしようとすると、上記ロータの軸方向の両端面からの磁束漏れが増加して、上記モータのトルクが低下する。

なお、例えば、効率低下に対しては、上記特許文献１のように、上記コイルの占積率を向上させてモータ効率を向上させる方法があるが、トルクの低下は防ぐことができない。また、上記コイルの巻線量が増加して、コスト高となる欠点もある。

そこで、この発明の課題は、上記ロータの大幅な積厚低減によるトルクの低下を抑制しつつ、小型で、軽量で、安価な圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の圧縮機は、
密閉容器と、
この密閉容器内に配置された圧縮要素と、
上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮要素をシャフトを介して駆動するモータと
を備え、
このモータは、
ロータと、
このロータの径方向外側に配置されたステータと
を有し、
上記ロータは、
ロータコアと、
このロータコアに周方向に等間隔の中心角度で配列された複数の磁石と
を有し、
上記ロータコアの軸方向の長さをＬとし、上記ロータコアの径方向の長さをＤとし、上記磁石の厚みをｔとしたとき、
Ｌ／Ｄ＜０．７
であり、
ｔ＞（１×Ｋ×Ｎ）／（Ｌ^1.5×Ｄ×Ｐ）
（但し、Ｐ：極数、Ｋ：１０００００）
を満たし、
Ｎは、以下の［表１］［表２］［表３］
［表１］

［表２］

［表３］

を満たすことを特徴としている。

この発明の圧縮機によれば、上記ロータコアの軸方向の長さをＬとし、上記ロータコアの径方向の長さをＤとし、上記磁石の厚みをｔとしたとき、Ｌ／Ｄ＜０．７であり、ｔ＞（１×Ｋ×Ｎ）／（Ｌ^1.5×Ｄ×Ｐ）を満たしているので、上記ロータコアの軸方向の長さを短くしても、上記ロータの軸方向の両端面からの磁束漏れによるトルクの低下を防ぎ、効率の低下を抑制できる。

したがって、上記ロータの大幅な積厚低減によるトルクの低下を抑制しつつ、小型で、軽量で、安価な圧縮機を提供できる。

また、一実施形態の圧縮機では、Ｌ／Ｄ＞０．２である。

この実施形態の圧縮機によれば、Ｌ／Ｄ＞０．２であるので、上記磁石の厚みｔを極端に大きくする必要がなく、上記ロータの軸方向の両端面からの磁束漏れによる効率の低下を防止できる。

この発明の圧縮機によれば、上記ロータコアの軸方向の長さをＬとし、上記ロータコアの径方向の長さをＤとし、上記磁石の厚みをｔとしたとき、Ｌ／Ｄ＜０．７であり、ｔ＞（１×Ｋ×Ｎ）／（Ｌ^1.5×Ｄ×Ｐ）を満たしているので、上記ロータの大幅な積厚低減によるトルクの低下を抑制しつつ、小型で、軽量で、安価な圧縮機を提供できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の圧縮機の一実施形態である縦断面図を示している。この圧縮機は、密閉容器１と、この密閉容器１内に配置された圧縮要素２と、上記密閉容器１内に配置され、上記圧縮要素２をシャフト１２を介して駆動するモータ３とを備えている。

この圧縮機は、いわゆる縦型の高圧ドーム型のロータリ圧縮機であって、上記密閉容器１内に、上記圧縮要素２を下に、上記モータ３を上に、配置している。このモータ３のロータ６によって、上記シャフト１２を介して、上記圧縮要素２を駆動するようにしている。

上記圧縮要素２は、アキュームレータ１０から吸入管１１を通して冷媒ガスを吸入する。この冷媒ガスは、この圧縮機とともに、冷凍システムの一例としての空気調和機を構成する図示しない凝縮器、膨張機構、蒸発器を制御することによって、得られる。この冷媒は、例えば、二酸化炭素やＲ４１０ＡやＲ２２である。

上記圧縮機は、圧縮した高温高圧の冷媒ガスを、上記圧縮要素２から吐出して密閉容器１の内部に満たすと共に、上記モータ３のステータ５と上記ロータ６との間の隙間を通して、上記モータ３を冷却した後、上記モータ３の上側に設けられた吐出管１３から外部に吐出するようにしている。

上記密閉容器１内の高圧領域の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部９が形成されている。この潤滑油は、上記油溜まり部９から、上記シャフト１２に設けられた（図示しない）油通路を通って、上記圧縮要素２や上記モータ３のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。この潤滑油は、例えば、（ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の）ポリアルキレングリコール油や、エーテル油や、エステル油や、鉱油である。上記油通路は、例えば、上記シャフト１２の外周面に設けられた螺旋溝や、上記シャフト１２の内部に設けられた孔部である。

上記圧縮要素２は、上記密閉容器１の内面に取り付けられるシリンダ２１と、このシリンダ２１の上下の開口端のそれぞれに取り付けられている上側の端板部材５０および下側の端板部材６０とを備える。上記シリンダ２１、上記上側の端板部材５０および上記下側の端板部材６０によって、シリンダ室２２を形成する。

上記上側の端板部材５０は、円板状の本体部５１と、この本体部５１の中央に上方へ設けられたボス部５２とを有する。上記本体部５１および上記ボス部５２は、上記シャフト１２に挿通されている。

上記本体部５１には、上記シリンダ室２２に連通する吐出口５１ａが設けられている。上記本体部５１に関して上記シリンダ２１と反対側に位置するように、上記本体部５１に吐出弁３１が取り付けられている。この吐出弁３１は、例えば、リード弁であり、上記吐出口５１ａを開閉する。

上記本体部５１には、上記シリンダ２１と反対側に、上記吐出弁３１を覆うように、カップ型のマフラカバー４０が取り付けられている。このマフラカバー４０は、（ボルト等の）固定部材３５によって、上記本体部５１に固定されている。上記マフラカバー４０は、上記ボス部５２に挿通されている。

上記マフラカバー４０および上記上側の端板部材５０によって、マフラ室４２を形成する。上記マフラ室４２と上記シリンダ室２２とは、上記吐出口５１ａを介して、連通されている。

上記マフラカバー４０は、孔部４３を有する。この孔部４３は、上記マフラ室４２と上記マフラカバー４０の外側とを連通する。

上記下側の端板部材６０は、円板状の本体部６１と、この本体部６１の中央に下方へ設けられたボス部６２とを有する。上記本体部６１および上記ボス部６２は、上記シャフト１２に挿通されている。

要するに、上記シャフト１２の一端部は、上記上側の端板部材５０および上記下側の端板部材６０に支持されている。すなわち、上記シャフト１２は、片持ちである。上記シャフト１２の一端部（支持端側）は、上記シリンダ室２２の内部に進入している。

上記シャフト１２の支持端側には、上記圧縮要素２側の上記シリンダ室２２内に位置するように、偏心ピン２６を設けている。この偏心ピン２６は、ローラ２７に嵌合している。このローラ２７は、上記シリンダ室２２内で、公転可能に配置され、このローラ２７の公転運動で圧縮作用を行うようにしている。

次に、上記シリンダ室２２の圧縮作用を説明する。

図２に示すように、上記ローラ２７に一体に設けたブレード２８で上記シリンダ室２２内を仕切っている。すなわち、上記ブレード２８の右側の室は、上記吸入管１１が上記シリンダ室２２の内面に開口して、吸入室（低圧室）２２ａを形成している。一方、上記ブレード２８の左側の室は、（図１に示す）上記吐出口５１ａが上記シリンダ室２２の内面に開口して、吐出室（高圧室）２２ｂを形成している。

上記ブレード２８の両面には、半円柱状のブッシュ２５，２５が密着して、シールを行っている。上記ブレード２８と上記ブッシュ２５，２５との間は、上記潤滑油で潤滑を行っている。

そして、上記偏心ピン２６が、上記シャフト１２と共に、偏心回転して、上記偏心ピン２６に嵌合した上記ローラ２７が、このローラ２７の外周面を上記シリンダ室２２の内周面に接して、公転する。

上記ローラ２７が、上記シリンダ室２２内で公転するに伴って、上記ブレード２８は、このブレード２８の両側面を上記ブッシュ２５，２５によって保持されて進退動する。すると、上記吸入管１１から低圧の冷媒ガスを上記吸入室２２ａに吸入して、上記吐出室２２ｂで圧縮して高圧にした後、（図１に示す）上記吐出口５１ａから高圧の冷媒ガスを吐出する。

その後、図１に示すように、上記吐出口５１ａから吐出された冷媒ガスは、上記マフラ室５２を経由して、上記マフラカバー４０の外側に排出される。

図１と図３に示すように、上記モータ３は、上記ロータ６と、このロータ６の径方向外側にエアギャップを介して配置された上記ステータ５とを有する。

上記ロータ６は、ロータコア６１０と、このロータコア６１０に埋設された４つの磁石６２０とを有する。上記ロータコア６１０は、円筒形状であり、例えば積層された電磁鋼板からなる。上記ロータコア６１０の中央の孔部には、上記シャフト１２が取り付けられている。上記磁石６２０は、平板状の永久磁石である。上記４つの磁石６２０は、上記ロータコア６１０の周方向に等間隔の中心角度で、配列されている。

上記ステータ５は、ステータコア５１０と、上記ステータコア５１０に巻かれたコイル５２０とを有する。上記ステータコア５１０は、積層された複数の鋼板からなり、上記密閉容器１に、圧入や焼き嵌めなどによって、嵌め込まれている。上記コイル５２０に電流を流して上記ステータ５に発生する電磁力によって、上記ロータ６を、上記シャフト１２と共に、回転させる。

上記ロータコア６１０の軸方向の長さをＬとし、上記ロータコア６１０の径方向の長さをＤとし、上記磁石６２０の厚みをｔとしたとき、Ｌ／Ｄ＜０．７であり、ｔ＞（１×Ｋ×Ｎ）／（Ｌ^1.5×Ｄ×Ｐ）を満たす。但し、Ｐは、極数であり、Ｋは、（補正値としての）１０００００であり、Ｎは、圧縮機の出力に応じた係数である。Ｎは、例えば、［表１］、［表２］および［表３］に示され、シリンダ容積と冷媒の種類とによって、決定される。シリンダ容積とは、上記圧縮要素２の有効圧縮容積をいい、つまり、上記シリンダ室２２に冷媒ガスを最大量吸入するときの上記シリンダ室２２の容積をいう。

［表１］

［表２］

［表３］

上記構成のモータ３によれば、Ｌ／Ｄ＜０．７であり、ｔ＞（１×Ｋ×Ｎ）／（Ｌ^1.5×Ｄ×Ｐ）を満たしているので、上記ロータコア６１０の軸方向の長さＬを短くしても、上記ロータ３の軸方向の両端面からの磁束漏れによるトルクの低下を防ぎ、効率の低下を抑制できる。つまり、上記ロータコア６１０の軸方向の長さＬを短くするにしたがい、上記磁石６２０の厚みｔを大きくしている。具体的に述べると、図５の黒丸にて示す本発明からわかるように、Ｌ／Ｄ＜０．７において、フラックスの低下を防止し、上記ロータ６からの磁束漏れによるトルクの低下を防止している。

したがって、上記ロータ３の大幅な積厚低減によるトルクの低下を抑制しつつ、小型で、軽量で、安価なモータ３を提供できる。

また、上記構成の圧縮機によれば、上記モータ３を有するので、小型で、軽量で、安価で、高性能な圧縮機を実現できる。

また、Ｌ／Ｄ＞０．２であるのが好ましく、上記磁石６２０の厚みｔを極端に大きくする必要がなく、上記ロータ６の軸方向の両端面からの磁束漏れによる効率の低下を防止できる。

これに対して、Ｌ／Ｄが０．２以下では、上記磁石６２０の厚みｔを極端に大きくする必要がある。これは、Ｌ／Ｄが０．２以下では、上記ロータ６と上記ステータ５との軸方向の相対的な位置ずれのばらつきによって、磁束漏れによる効率の影響が大幅に増加するからである。具体的に述べると、図５の黒丸にて示す本発明からわかるように、Ｌ／Ｄ＜０．２において、フラックスが低下して、上記ロータ６からの磁束漏れが増加している。

図４に、Ｌ／Ｄと磁石厚みｔ（ｍｍ）との関係を示し、白抜きが、計算（ｔ＞（１×Ｋ×Ｎ）／（Ｌ^1.5×Ｄ×Ｐ））により求められた磁石の厚みであり、黒塗りが、実際の磁石の厚みである。

図４からわかるように、計算により求められた磁石の厚みと、実際の磁石の厚みとは、略同じである。そして、本発明のモータ３は、Ｌ／Ｄ＜０．７（好ましくは、０．２＜Ｌ／Ｄ＜０．７）の範囲にある。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記圧縮要素２として、ローラとブレードが別体であるロータリタイプでもよい。上記圧縮要素２として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。

上記圧縮要素２として、２つのシリンダ室を有する２シリンダタイプでもよい。また、上記圧縮要素２が上、上記モータ３が下に配置されていてもよい。また、上記圧縮機は、上記密閉容器が上記圧縮要素にて圧縮される前の冷媒で満たされる、いわゆる低圧ドーム型の圧縮機であってもよい。また、上記磁石６２０の数量の増減は自由である。

本発明の圧縮機の一実施形態を示す縦断面図である。圧縮要素の平面図である。ロータの斜視図である。Ｌ／Ｄと磁石厚みとの関係を示すグラフである。Ｌ／Ｄとフラックス低下指数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１密閉容器
２圧縮要素
３モータ
５ステータ
５１０ステータコア
５２０コイル
６ロータ
６１０ロータコア
６２０磁石
１２シャフト
Ｌロータコアの軸方向の長さ
Ｄロータコアの径方向の長さ
ｔ磁石の厚み

Claims

密閉容器（１）と、
この密閉容器（１）内に配置された圧縮要素（２）と、
上記密閉容器（１）内に配置されると共に上記圧縮要素（２）をシャフト（１２）を介して駆動するモータ（３）と
を備え、
このモータ（３）は、
ロータ（６）と、
このロータ（６）の径方向外側に配置されたステータ（５）と
を有し、
上記ロータ（６）は、
ロータコア（６１０）と、
このロータコア（６１０）に周方向に等間隔の中心角度で配列された複数の磁石（６２０）と
を有し、
上記ロータコア（６１０）の軸方向の長さをＬとし、上記ロータコア（６１０）の径方向の長さをＤとし、上記磁石（６２０）の厚みをｔとしたとき、
Ｌ／Ｄ＜０．７
であり、
ｔ＞（１×Ｋ×Ｎ）／（Ｌ^1.5×Ｄ×Ｐ）
（但し、Ｐ：極数、Ｋ：１０００００）
を満たし、
Ｎは、以下の［表１］［表２］［表３］
［表１］

［表２］

［表３］

を満たすことを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機において、
Ｌ／Ｄ＞０．２
であることを特徴とする圧縮機。