JP7087076B2 - 圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、圧縮機および当該圧縮機を有する冷凍サイクル装置に関する。

圧縮機は、筒状の密閉容器と、密閉容器の内部に収容され冷媒を圧縮する圧縮機構部と、密閉容器の内部に収容され回転軸を介して圧縮機構部を回転駆動する電動機部と、を具備している。

電動機部には、回転軸を回転させるモータが設けられている。モータが例えば、固定子に巻線が集中巻されたブラシレスＤＣモータの場合、各相の巻線は、固定子の各相に対応するティースに巻かれている。巻線は、例えば、電気絶縁性を備えた被膜によって覆われた電線から構成されている。

密閉容器には、回転軸等の摺動性能を維持する冷凍機油が貯留されている。巻線は、常時またはモータの回転時に冷凍機油に浸かるが、前記被膜によって電気絶縁性が保たれている。

特開平４－６６７９４号公報

ところで、一般的に、冷凍機油は昇温すると動粘度が低下することから、回転軸等の摺動性能が低下する。

ここで、例えば、冷凍機油として用いられるポリアルキレングリコール（ＰＡＧ：ｐｏｌｙａｌｋｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）は、ポリビニールエーテル（ＰＶＥ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｅｔｈｅｒ）やポリオールエステル（ＰＯＥ：ｐｏｌｙｏｌ ｅｓｔｅｒ）等と比較して、昇温に伴う動粘度の低下が小さい。

一方、ポリアルキレングリコールは、ポリビニールエーテルやポリオールエステルと比較して、体積抵抗率が小さいことから、巻線等との電気絶縁性を保つことが難しい。

本発明の目的は、昇温に伴う摺動性能の低下を抑制しつつ、電気絶縁性を保つことができる圧縮機を得ることにある。

実施形態によれば、圧縮機は、筒状の密閉容器と、前記密閉容器の内部に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部に対し前記密閉容器の軸方向に並ぶように前記密閉容器の内部に収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、を具備している。

前記密閉容器の内部には、冷凍機油としてポリアルキレングリコールが貯留されている。

前記電動機部は、固定子に巻線が集中巻されたブラシレスＤＣモータである。前記ブラシレスＤＣモータは、各相の巻線が前記固定子の各相に対応するティースに連続して巻かれて直列接続されるとともにデルタ結線され、前記各相の巻線の一方の端末と他方の端末とが前記密閉容器に固定される密封端子のピンに接続され、同じ前記ピンに接続される端末がまとめられ、前記各相の巻線が前記一方の端末から前記他方の端末まで連続した一本からなる。前記密閉容器は、横置きの姿勢で支持されている。前記密封端子の前記ピンは圧縮機の運転停止時の前記冷凍機油の油面よりも上方に設けられている。前記密閉容器は、両端が開口した円筒形状の容器本体と、前記容器本体の一端の側から溶接された第１蓋部材と、前記容器本体の他端の側から溶接された第２蓋部材と、から構成されている。前記容器本体には、吐出管が取り付けられている。前記吐出管は、前記圧縮機構部に対応した位置で前記圧縮機構部側の空間の内部に開口されている。
前記圧縮機構部には、前記圧縮機構部側の前記空間と、前記電動機部側の空間とを気密に仕切る仕切部材が設けられている。前記仕切り部材には、前記電動機部側の前記空間と前記圧縮機構部側の前記空間を連通する冷媒吐出通路が設けられている。運転時に、前記圧縮機構部から前記電動機部側の前記空間に吐出された冷媒は、前記仕切部材の前記冷媒吐出通路を通って前記圧縮機構部側の前記空間に流入し、前記吐出管から吐出され、このとき、前記電動機部側の前記空間の圧力は、前記圧縮機構部側の前記空間の圧力よりも高くなり、この圧力差により、前記圧縮機構部側の前記空間の前記冷凍機油の油面が、前記電動機部側の前記空間の油面よりも高くなる。

図１は、実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を概略的に示す回路図である。 図２は、実施形態に係る圧縮機の断面図である。 図３は、図２の一部を拡大して示す断面図である。 図４は、各相の巻線が、固定子の各相に対応するティースに連続して巻かれて直列接続によってデルタ結線され、一方の端末と他方の端末とが密封端子に接続された固定子を示す正面図である。 図５は、図４の構成に対応するコイル配線図である。 図６は、図４の構成に対応するコイル結線図である。

以下、実施形態について図１ないし図６を参照して説明する。

図１は、例えば冷凍サイクル装置の一例である空気調和機１の冷凍サイクル回路図である。空気調和機１は、圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、膨張装置５および室内熱交換器６を主要な要素として備えている。空気調和機１を構成する複数の要素は、冷媒が循環する循環回路７を介して接続されている。

具体的に述べると、図１に示すように、圧縮機２の吐出側は、四方弁３の第１ポート３ａに接続されている。四方弁３の第２ポート３ｂは、室外熱交換器４に接続されている。室外熱交換器４は、膨張装置５を介して室内熱交換器６に接続されている。室内熱交換器６は、四方弁３の第３ポート３ｃに接続されている。四方弁３の第４ポート３ｄは、アキュームレータ８を介して圧縮機２の吸入側に接続されている。

空気調和機１が冷房モードで運転を行う場合、四方弁３は、第１ポート３ａが第２ポート３ｂに連通し、第３ポート３ｃが第４ポート３ｄに連通するように切り替わる。冷房モードで空気調和機１の運転が開始されると、圧縮機２で圧縮された高温・高圧の気相冷媒が循環回路７に吐出される。吐出された気相冷媒は、四方弁３を経由して放熱器（凝縮器）として機能する室外熱交換器４に導かれる。

室外熱交換器４に導かれた気相冷媒は、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５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、吸熱器（蒸発器）として機能する室内熱交換器６に導かれるとともに、室内熱交換器６を通過する過程で空気と熱交換する。

この結果、気液二相冷媒は、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。室内熱交換器６を通過する空気は、液相冷媒の蒸発潜熱により冷やされ、冷風となって空調（冷房）すべき場所に送られる。

室内熱交換器６を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁３を経由してアキュームレータ８に導かれる。冷媒中に蒸発しきれなかった液相冷媒が混入している場合は、ここで液相冷媒と気相冷媒とに分離される。液相冷媒から分離された低温・低圧の気相冷媒は、アキュームレータ８から圧縮機２に吸い込まれるとともに、当該圧縮機２で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路７に吐出される。

一方、空気調和機１が暖房モードで運転を行う場合、四方弁３は、第１ポート３ａが第３ポート３ｃに連通し、第２ポート３ｂが第４ポート３ｄに連通するように切り替わる。暖房モードで空気調和機１の運転が開始されると、圧縮機２から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁３を経由して室内熱交換器６に導かれ、当該室内熱交換器６を通過する空気と熱交換される。すなわち、室内熱交換器６が凝縮器として機能する。

この結果、室内熱交換器６を通過する気相冷媒は、空気と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。室内熱交換器６を通過する空気は、気相冷媒との熱交換により加熱され、温風となって空調（暖房）すべき場所に送られる。

室内熱交換器６を通過した高温の液相冷媒は、膨張装置５に導かれるとともに、当該膨張装置５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、蒸発器として機能する室外熱交換器４に導かれるとともに、ここで空気と熱交換することにより蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室外熱交換器４を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁３およびアキュームレータ８を経由して圧縮機２に吸い込まれる。

次に、空気調和機１に用いられる圧縮機２の具体的な構成について、図１ないし図６を参照して説明する。圧縮機２は、水平もしくは水平に近い設置面Ｇの上に横置きの姿勢で据え付けられるロータリーコンプレッサであって、密閉容器１０、圧縮機構部１１および電動機部１２を主要な要素として備えている。

密閉容器１０は、横置きの姿勢で支持されている。密閉容器１０は、容器本体１０ａ、第１蓋部材１０ｂおよび第２蓋部材１０ｃの３つの部材から構成されている。密閉容器１０は、両端が開口した円筒形状の容器本体１０ａに対して、軸方向に沿う一端の側から第１蓋部材１０ｂがシールド溶接され、かつ、軸方向に沿う他端の側から第２蓋部材１０ｃがシールド溶接されて、気密性が保たれている。密閉容器１０の内部には、圧縮機構部１１と電動機部１２とが軸方向に並んで収容されている。

密閉容器１０の内部には、冷凍機油２０としてポリアルキレングリコールが貯留されている。ポリアルキレングリコールの動粘度Ｖは、例えば４０℃において８０ないし１２０ｍｍ^２／ｓである。

圧縮機構部１１は、図２および図３に示すように、容器本体１０ａの内部に収容されている。圧縮機構部１１には、回転軸１３のクランク軸部１３ｃを挿通させたシリンダボディ１１ａが設けられている。ローラ１１ｂが、クランク軸部１３ｃの外周面に嵌合されている。シリンダボディ１１ａは、ローラ１１ｂとの間に、アキュームレータ８から吸い込んだ気相冷媒を圧縮する圧縮室１１ｃを有している。圧縮室１１ｃで圧縮された気相冷媒は、吐出弁１６を介して密閉容器１０の内部に吐出される。冷媒は、例えば二酸化炭素であるＲ７４４からなる。

圧縮機構部１１には、図２および図３に示すように、回転軸１３を回転自在に支持する主軸受け１１ｄと副軸受け１１ｅとが軸方向に並ぶように設けられている。主軸受け１１ｄの内周面と副軸受け１１ｅの内周面とには、軸方向に沿った一端から他端までスパイラル溝１１ｆが形成されている。スパイラル溝１１ｆのピッチＰは、例えば１００ないし２００ｍｍである。スパイラル溝１１ｆの深さＤは、例えば０．３ないし１．０ｍｍである。

圧縮機構部１１には、図２および図３に示すように、圧縮機構部１１側の空間Ａと、電動機部１２側の空間Ｂとを気密に仕切る仕切部材１１ｇが設けられている。仕切部材１１ｇは、仕切部の一例である。仕切部材１１ｇは、シリンダボディ１１ａを密閉容器１０の内壁に固定する部材でもある。仕切部材１１ｇには、複数のボルト１１ｈによって、シリンダボディ１１ａが固定されている。

電動機部１２は、図２および図３に示すように、圧縮機構部１１を駆動する要素であって、回転軸１３を介して圧縮機構部１１に連結されている。電動機部１２は、圧縮機構部１１よりも第１蓋部材１０ｂの側に偏った位置で容器本体１０ａの内部に収容されている。このため、圧縮機構部１１および電動機部１２は、密閉容器１０の軸方向に並んでいる。

電動機部１２は、ブラシレスＤＣモータ１２ａであり、永久磁石を埋設し円筒形状に形成された回転子１２ｂと、回転子１２ｂを囲み複数のティース１２ｄに巻線９が集中巻された固定子１２ｃとを有している。回転子１２ｂには、回転軸１３の主軸部１３ａが挿入されて接合されている。図４ないし図６に示すように、ブラシレスＤＣモータ１２ａの各相の巻線９は、固定子１２ｃの各相に対応するティース１２ｄに連続して巻かれて直列接続され、各相の巻線はデルタ結線されている。また、各相の巻線９は、一方の端末９ｂと他方の端末９ｃとが密閉容器１０の第１蓋部材１０ｂに固定された密封端子１２ｇのピン９ａに接続されている。ここで、各相の巻線９は、一方の端末９ｂから他方の端末９ｃまで連続した一本からなり、絶縁被膜が存在しない接続部分を設けていない。言い換えると、実施形態では、巻線９と巻線９との結線部である接続部分を設けていない。

図５に示すように、Ｕ相の巻線９Ｕは、接続部分などによって途切れることなく、固定子１２ｃの３、６、９番目のティース１２ｄに連続的に巻回され、一方の端末９ｂおよび他方の端末９ｃが対応する密封端子１２ｇのピン９ａに接続されている。Ｖ相の巻線９Ｖは、接続部分などによって途切れることなく、固定子１２ｃの２、５、８番目のティース１２ｄに連続的に巻回され、一方の端末９ｂおよび他方の端末９ｃが対応するピン９ａに接続されている。Ｗ相の巻線９Ｗは、接続部分などによって途切れることなく、固定子１２ｃの１、４、７番目のティース１２ｄに連続的に巻回され、一方の端末９ｂおよび他方の端末９ｃが対応するピン９ａに接続されている。図６に示すように、Ｕ相の巻線９Ｕ、Ｖ相の巻線９Ｖ、およびＷ相の巻線９Ｗは、デルタ結線されている。

図２ないし図４に示すように、固定子１２ｃの外周面の最底部１２ｅには、軸方向に沿った一端から他端まで凹状の切欠部１２ｆが形成されている。また、図４に示すように、切欠部１２ｆは、固定子１２ｃの外周面の側面部にも形成されている。言い換えると、切欠部１２ｆは、固定子１２ｃの外周面に複数形成されている。複数の切欠部１２ｆのうち、最底部１２ｅに位置する切欠部１２ｆを、相対的に大きく形成してもよい。固定子１２ｃの各々の切欠部１２ｆと、密閉容器１０の内壁との間には、冷凍機油２０が流通可能な空間が設けられている。

図２に示すように、密封端子１２ｇのピン９ａには、各相の一方の端末９ｂおよび他方の端末９ｃが挿入固定された接続端子（クラスタ端子）１２ｈが接続されている。密封端子１２ｇのピン９ａは、圧縮機２の運転停止時の冷凍機油２０の油面Ｔよりも上方に設けられている。また、クラスタ端子１２ｈは、圧縮機２の運転時の冷凍機油２０の油面Ｔよりも上方に設けられている。

図２および図３に示すように、回転軸１３には、円形状の給油通路１３ｄが形成されている。給油通路１３ｄは、圧縮機構部１１側の端部から軸方向に沿って電動機部１２側に向かって切削加工された非貫通の穴からなる。給油通路１３ｄの内径ｄ１［ｍｍ］と、副軸受け１１ｅと接する部分である副軸部１３ｂの回転軸１３の外径ｄ２［ｍｍ］との比率Ｍ［％］は、例えば３０ないし６５％である。回転軸１３の給油通路１３ｄに、密閉容器１０に貯留された冷凍機油２０を供給する給油吸い込み管１４が、副軸受け１１ｅに固定された固定部材１１ｉに固定されている。給油吸い込み管１４は、回転軸１３の回転に従動しない。

図２および図３に示すように、回転軸１３は、外周面から給油通路１３ｄに向かって、給油穴１３ｅが例えば３つ形成されている。第１の給油穴１３ｅ１は、主軸部１３ａの付け根の部分の外周面から給油通路１３ｄまで貫通した穴からなる。第２の給油穴１３ｅ２は、副軸部１３ｂの付け根の部分の外周面から給油通路１３ｄまで貫通した穴からなる。第３の給油穴１３ｅ３は、クランク軸部１３ｃの外周面から給油通路１３ｄまで貫通した穴からなる。給油穴１３ｅの内径ｄ３［ｍｍ］と、副軸部１３ｂの回転軸１３の外径ｄ２［ｍｍ］との比率Ｎ［％］は、例えば１０ないし２５％である。

吐出管１５は、図２および図３に示すように、容器本体１０ａの外周壁１０ｄに取り付けられている。吐出管１５は、圧縮機構部１１に対応した位置で圧縮機構部１１側の空間Ａの内部に開口されているとともに、四方弁３の第１ポート３ａに接続されている。また、圧縮機構部１１で圧縮された冷媒は、電動機部１２側の空間Ｂに吐出される。さらに、仕切部材１１ｇには、電動機部１２側の空間Ｂと圧縮機構部１１側の空間Ａを連通する図示しない冷媒吐出通路と、油連通路が設けられている。

圧縮機２が運転されると、圧縮機構部１１から電動機部１２側の空間Ｂに吐出された冷媒は、仕切部材１１ｇの冷媒吐出通路を通って圧縮機構部１１側の空間Ａに流入し、吐出管１５から吐出される。そのため、空間Ｂの圧力は、空間Ａの圧力よりも若干高くなり、この圧力差により、空間Ａの冷凍機油２０の油面Ｔが、空間Ｂの油面Ｔよりも高くなり、給油通路１３ｄへの冷凍機油２０の供給が容易になる。また、空間Ｂの油面Ｔが低下することから、電気絶縁性が良好になる。

アキュームレータ８は、圧縮機構部１１の脇に位置するように密閉容器１０に付設されている。アキュームレータ８の一端に循環回路７の一部を構成する冷媒吸い込み管が接続されている。冷媒吸い込み管は、四方弁３の第４ポート３ｄに接続されている。さらに、アキュームレータ８の他端に循環回路７の一部を構成する冷媒戻し管１７が接続されている。

本実施形態によると、密閉容器１０の内部には、冷凍機油２０としてポリアルキレングリコールが貯留されている。ブラシレスＤＣモータ１２ａは、各相の巻線９が固定子１２ｃの各相に対応するティース１２ｄに連続して巻かれて直列接続されるとともに、各相の巻線９がよってデルタ結線される。巻線９の一方の端末９ｂと他方の端末９ｃとが密閉容器１０に固定される密封端子１２ｇのピン９ａに接続され、巻線９が一方の端末９ｂから他方の端末９ｃまで連続した一本からなる。

このように、圧縮機２および圧縮機２を備えた空気調和機１は、昇温に伴う動粘度の低下が比較的小さいポリアルキレングリコールを用いることによって、摺動性の低下を抑制することができる。一方、ポリアルキレングリコールは、体積抵抗率が比較的小さい。そこで、巻線９を、一方の端末９ｂから他方の端末９ｃまで連続した一本から形成することによって、密閉容器１０の内部におけるリーク電流の発生を抑制している。言い換えると、巻線９は、リーク電流が発生し易い絶縁被膜が存在しない接続部分を設けていない。この結果、圧縮機２および圧縮機２を備えた空気調和機１は、昇温に伴う摺動性能の低下を抑制しつつ、電気絶縁性を保つことができる。

さらに、圧縮機２および圧縮機２を備えた空気調和機１は、リーク電流の発生を抑制することができることから、雷サージによる異常な大電流の流入を抑制することができる。

本実施形態によると、横置きの姿勢で支持されている密閉容器１０の内部には、密封端子１２ｇを固定するクラスタ端子１２ｈが冷凍機油２０の油面Ｔよりも上方に設けられている。このため、密封端子１２ｇが、体積抵抗率が比較的小さいポリアルキレングリコールに浸かることを防止して、リーク電流の発生を抑制することができる。この結果、圧縮機２および圧縮機２を備えた空気調和機１は、電気絶縁性をより十分に保つことができる。なお、冷凍機油２０の油面Ｔは、圧縮機２が運転を停止して相対的に上昇している時の油面を想定しているが、圧縮機２が運転を行い相対的に降下している時の油面を想定してもよい。

本実施形態によると、密閉容器１０には、圧縮機構部１１側の空間と、電動機部１２側の空間とを気密に仕切る仕切部材１１ｇが設けられている。回転軸１３には、給油通路１３ｄと、第１の給油穴１３ｅ１と、第２の給油穴１３ｅ２と、第３の給油穴１３ｅ３とが形成されている。冷媒は、Ｒ７４４からなる。冷凍機油２０の動粘度Ｖは、例えば４０℃において８０ないし１２０ｍｍ^２／ｓである。このため、表１を参照して説明するように、回転軸１３の摺動が良好となり、圧縮室１１ｃにおける性能が十分に維持される。圧縮室１１ｃにおける性能は、例えば冷媒の圧縮効率である。

表１に、回転軸１３の摺動と圧縮室１１ｃにおける性能に関して、冷凍機油２０の動粘度Ｖ［ｍｍ^２／ｓ］を異ならせて検証した結果を示す。表１には、実施形態の検証結果と、実施形態と対比するための対比例１および対比例２の検証結果を示している。

実施形態のように、冷凍機油２０の動粘度Ｖが例えば８０ないし１２０ｍｍ^２／ｓの場合、回転軸１３と主軸受け１１ｄとの間、および回転軸１３と副軸受け１１ｅとの間が、適量の冷凍機油２０によって潤滑される。このため、実施形態では、ローラ１１ｂの端面のクリアランスから圧縮室１１ｃに対して適正な量の冷凍機油２０の量が流入する。これにより、圧力勾配が発生して、クランク軸部１３ｃの周りの圧力Ｐｄ２は、密閉容器１０内の圧力Ｐｄ１と比較して、僅かに低くなる。圧力Ｐｄ１と圧力Ｐｄ２との差圧△Ｐによって、冷凍機油２０は、給油吸い込み管１４から給油通路１３ｄに吸引される。冷凍機油２０は、給油通路１３ｄを介して、第１の給油穴１３ｅ１、第２の給油穴１３ｅ２、および第３の給油穴１３ｅ３から給油される。この結果、実施形態では、回転軸１３の摺動が良好となり、圧縮室１１ｃにおける性能が十分に維持される。

特に、実施形態のように、冷媒にＲ７４４を用いる場合、冷媒に例えばＲ４０４Ａを用いる場合と比較して、圧縮機２の運転中の圧力の高低差が大きくなる。このため、冷凍機油２０には、４０℃における動粘度Ｖが８０ｍｍ２／ｓ以上のポリアルキレングリコールを用いて、圧縮室１１ｃへの過剰な流入を抑制する。

対比例１のように、冷凍機油の動粘度Ｖが例えば８０ｍｍ^２／ｓより小さい場合、実施形態と比較して冷凍機油の流動性が高くなる。このため、対比例１では、ローラの端面のクリアランスから圧縮室に対して流入する冷凍機油の量が過剰となり、圧縮室に溢れた冷凍機油によって性能が低下する虞がある。なお、冷凍機油には、冷媒ガスが含まれている。この結果、対比例１では、圧縮室における性能が低下する。

対比例２のように、冷凍機油の動粘度Ｖが例えば１２０ｍｍ^２／ｓより大きい場合、実施形態と比較して冷凍機油の流動性が低くなる。このため、対比例２では、ローラの端面のクリアランスから圧縮室に対して流入する冷凍機油の量が不足して気密性が低下して、圧縮室における漏れによって圧力効率等の性能が低下する虞がある。なお、冷凍機油には、冷媒ガスが含まれている。圧縮室での漏れは、例えば、ローラ側部のクリアランスからの漏れ、ブレードの先端の摺動面からの漏れである。また、圧縮室の摺動部分に対する冷凍機油の供給が不足することから、摺動部分が焼き付く虞がある。この結果、対比例２では、圧縮室における性能が低下する。

本実施形態によると、給油通路１３ｄの内径ｄ１［ｍｍ］と、副軸部１３ｂの回転軸１３の外径ｄ２［ｍｍ］との比率Ｍ［％］は、例えば３０ないし６５％である。また、給油穴１３ｅの内径ｄ３［ｍｍ］と、外径ｄ２［ｍｍ］との比率Ｎ［％］は、例えば１０ないし２５％である。このため、表２を参照して説明するように、回転軸１３の摺動が良好となる。

表２に、回転軸１３の摺動に関して、比率Ｍ［％］および比率Ｎ［％］を異ならせて検証した結果を示す。表２には、実施形態の検証結果と、実施形態と対比するための対比例３および対比例４の検証結果を示している。

実施形態のように、比率Ｍが例えば３０ないし６５％、かつ、比率Ｎが例えば１０ないし２５％の場合、各々の給油穴１３ｅに、適量の冷凍機油２０が分配される。各々の給油穴１３ｅとは、主軸部１３ａの付け根の部分における第１の給油穴１３ｅ１、副軸部１３ｂの付け根の部分における第２の給油穴１３ｅ２、および主軸部１３ａと副軸部１３ｂとの間のクランク軸部１３ｃの部分における第３の給油穴１３ｅ３である。このため、実施形態では、回転軸１３と主軸受け１１ｄとの間、回転軸１３と副軸受け１１ｅとの間、および回転軸１３と主軸受け１１ｄおよび副軸受け１１ｅとの間が、適量の冷凍機油２０によって潤滑される。この結果、実施形態では、回転軸１３と主軸受け１１ｄとの摺動、回転軸１３と副軸受け１１ｅとの摺動、および回転軸１３と主軸受け１１ｄおよび副軸受け１１ｅとの間の摺動が、良好となる。

対比例３のように、比率Ｍが例えば３０％より小さ場合、実施形態と比較して給油通路の内径が小さいことから、差圧によって給油通路に導入される冷凍機油に作用する遠心力が低下する。また、対比例３のように、比率Ｎが例えば１０％より小さ場合、実施形態と比較して給油穴の内径が小さいことから、各々の給油穴を流れる冷凍機油の抵抗が増加する。すなわち、回転軸と副軸受けとの間、回転軸と主軸受けおよび副軸受けとの間、および回転軸と主軸受けとの間に供給される冷凍機油が減少する。このため、対比例３では、回転軸が冷凍機油の不足によって異常に摩擦することによって、過熱して焼き付く虞がある。この結果、対比例３では、回転軸の摺動が、不良ないし可となる。

対比例４のように、比率Ｍが例えば６５％より大きく、かつ、比率Ｎが例えば２５％より大きく場合、実施形態と比較してクランク軸部の付け根の部分のいわゆる逃げ加工が、大きくなる。すなわち、対比例４では、実施形態と比較して主軸受けおよび副軸受けの剛性が低下して歪み、回転軸と主軸受けとの間、および回転軸と副軸受けとの間で、部分的に過度な圧力が掛かる。このため、対比例４では、過度な圧力によって部分的に油膜が途切れた主軸および副軸が、過度な摩擦によって焼き付く虞がある。この結果、対比例４では、回転軸の摺動が、不良ないし可となる。

本実施形態によると、主軸受け１１ｄと副軸受け１１ｅに形成されているスパイラル溝１１ｆのピッチＰは、例えば１００ないし２００ｍｍである。また、スパイラル溝１１ｆの深さＤは、例えば０．３ないし１．０ｍｍである。このため、表３を参照して説明するように、回転軸１３の摺動が良好となる。

表３に、回転軸１３の摺動に関して、スパイラル溝１１ｆのピッチＰ［ｍｍ］および深さＤ［ｍｍ］を異ならせて検証した結果を示す。表３には、実施形態の検証結果と、実施形態と対比するための対比例５および対比例６の検証結果を示している。

実施形態のように、スパイラル溝１１ｆのピッチＰが例えば１００ないし２００ｍｍ、かつ、スパイラル溝１１ｆの深さＤが例えば０．３ないし１．０ｍｍの場合、スパイラル溝１１ｆの全長および通路断面積が好ましい範囲内となり、スパイラル溝１１ｆを流れる冷凍機油２０の量が安定する。このため、実施形態では、回転軸１３と主軸受け１１ｄとの間、および回転軸１３と副軸受け１１ｅとの間が、適量の冷凍機油２０によって潤滑される。この結果、実施形態では、回転軸１３と主軸受け１１ｄとの摺動、および回転軸１３と副軸受け１１ｅとの摺動が、良好となる。

対比例５のように、スパイラル溝のピッチＰが例えば１００ｍｍより短い場合、実施形態と比較してスパイラル溝の全長が長くなる。また、対比例５のように、スパイラル溝の深さＤが例えば０．３ｍｍより浅い場合、実施形態と比較してスパイラル溝の通路断面積が小さくなる。すなわち、対比例５では、実施形態と比較してスパイラル溝が長く細いことから、スパイラル溝を流れる冷凍機油の抵抗が増加する。このため、対比例５では、回転軸と主軸受けとの間、および回転軸と副軸受けとの間を流れる冷凍機油が、減少する虞がある。この結果、対比例５では、回転軸と主軸受けとの摺動、および回転軸と副軸受けとの摺動が、不良ないし可となる。

また、対比例５のように、実施形態と比較してスパイラル溝の全長が長い場合、スパイラル溝の加工に必要な時間が長くなり、かつ、研削用バイトの消耗が多くなる。この結果、対比例５では、主軸受けおよび副軸受けに対するスパイラル溝の形成に必要なタクトとコストが、増加する。

対比例６のように、スパイラル溝のピッチＰが例えば２００ｍｍより長い場合、実施形態と比較してスパイラル溝の間隔が広がる。すなわち、対比例６では、実施形態と比較してスパイラル溝のピッチが緩やかであることから、砥石を用いてスパイラル溝を仕上げ研磨する時に、砥石が油溝方向に沿って空滑りし易くなる。言い換えると、対比例６では、砥石が油溝方向に沿って逃げ易くなる。このため、対比例６では、主軸受けおよび副軸受けの内周面の真円度の精度が、低下する虞がある。この結果、対比例６では、回転軸と主軸受けとの摺動、および回転軸と副軸受けとの摺動が、不良ないし可となる。

また、対比例６のように、スパイラル溝の深さＤが例えば１．０ｍｍより深い場合、実施形態と比較してスパライル溝が深くなる。すなわち、対比例６では、実施形態と比較して主軸受けおよび副軸受けの剛性が低下して歪み、回転軸と主軸受けとの間、および回転軸と副軸受けとの間で、部分的に過度な圧力が掛かる。このため、対比例６では、過度な圧力によって部分的に油膜が途切れた回転軸と主軸受けとの間、および回転軸と副軸受けとの間において、過度な摩擦による焼き付きが発生する虞がある。この結果、対比例６では、回転軸と主軸受けとの摺動、および回転軸と副軸受けとの摺動が、不良ないし可となる。

また、対比例６のように、実施形態と比較してスパイラル溝の深さが深い場合、スパイラル溝の加工に必要な時間が長くなり、かつ、研削用バイトの消耗が大きくなる。この結果、対比例６では、主軸受けおよび副軸受けに対するスパイラル溝の形成に必要なタクトとコストが、増加する。

本実施形態によると、固定子１２ｃの最底部１２ｅには、軸方向に沿った一端から他端まで切欠部１２ｆが形成されている。このため、切欠部１２ｆを介して、電動機部１２に臨む空間と、圧縮機構部１１に臨む空間との間において、冷凍機油２０を十分に循環させることができる。なお、電動機部１２に臨む空間は、縦置きの姿勢で配置する場合には上部の空間となる。圧縮機構部１１に臨む空間は、縦置きの姿勢で配置する場合には下部の空間となる。すなわち、冷凍機油２０が、電動機部１２側の空間や圧縮機構部１１側の空間に滞留することを防止できる。この結果、冷凍機油２０が電動機部１２のブラシレスＤＣモータ１２ａを過熱することなく、圧縮機２の性能を安定させることができる。

具体的には、圧縮機２は、横置きされている場合、圧縮機構部１１から吐出された冷凍機油２０の一部は、電動機部１２との間を循環しつつ、密閉容器１０の底部に滞留する。電動機部１２側の空間に存在する冷凍機油２０は、仕切部材１１ｇの左右の圧力差によって、切欠部１２ｆを通って圧縮機構部１１側の空間に流入する。一方、電動機部１２側の空間に存在する冷凍機油２０は、切欠部１２ｆを通って電動機部１２側の空間に流入する。

また、切欠部１２ｆを介して冷凍機油２０が循環されることから、冷媒にＲ４１０ＡやＲ２２等と比較して吐出温度が高いＲ７４４を用いる場合であっても、ブラシレスＤＣモータ１２ａの過熱を防止することができる。冷媒に二酸化炭素を用いる場合、他の材質と比較して、動作圧力を高めて、ブラシレスＤＣモータ１２ａのトルクを大きくすることができる。

また、切欠部１２ｆを介して冷凍機油２０が循環されることから、極圧添加剤を冷凍機油２０に添加している場合に、その極圧添加剤が冷凍機油２０と共に過熱されることを防止できる。極圧添加剤は、回転軸１３と軸受けとの摺動を良好にするために用いられる。特に、耐熱性が低いリン系の極圧添加剤を冷凍機油２０に添加する場合に好ましい。この結果、過熱による極圧添加剤の消耗を抑制することができる。冷凍機油２０の過熱を防止することによって、劣化を抑制することもできる。

また、切欠部１２ｆを介して冷凍機油２０が循環されることから、冷凍機油２０が電動機部１２の側に滞留することを防止して、電動機部１２の側と共に圧縮機構部１１の側にも十分に供給することができる。

ここで、切欠部１２ｆを大きくする程、冷凍機油２０が流れ易くなることから、冷凍機油２０の滞留を防止することができる。一方、切欠部１２ｆを小さくする程、固定子１２ｃを構成する鉄心の体積が減少しないことから、ブラシレスＤＣモータ１２ａのトルクの低下を抑制することができる。そこで、切欠部１２ｆを固定子１２ｃの最底部１２ｅのみに形成することによって、冷凍機油２０の滞留を防止しつつ、ブラシレスＤＣモータ１２ａのトルクの低下を抑制している。

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。

例えば、密閉容器１０は、横置きの姿勢で配置する構成として説明したが、縦置きの姿勢で配置する構成としてもよい。圧縮機２を縦置きの姿勢で配置する場合、電動機部１２を上方に位置し、圧縮機構部１１を下方に位置するようにすればよい。このため、電動機部１２や密封端子１２ｇは、体積抵抗率が比較的小さいポリアルキレングリコールの油面よりも上方に設けることが容易である。このような構成であっても、気化して浮遊している状態のポリアルキレングリコールが、電動機部１２の巻線９や密封端子１２ｇに付着することから、巻線９や密封端子１２ｇにおけるリーク電流の発生を抑制して、電気絶縁性を十分に保つことが重要である。

１…冷凍サイクル装置（空気調和機）、２…圧縮機、４…放熱器（室外熱交換器）、５…膨張装置、６…吸熱器（室内熱交換器）、７…循環回路、９…巻線、９Ｕ…Ｕ相の巻線、９Ｖ…Ｖ相の巻線、９Ｗ…Ｗ相の巻線、９ａ…密封端子、９ｂ…一方の端末、９ｃ…他方の端末、１０…密閉容器、１１…圧縮機構部、１１ａ…シリンダボディ、１１ｂ…ローラ、１１ｃ…圧縮室、１１ｄ…主軸受け、１１ｅ…副軸受け、１１ｆ…スパイラル溝、１１ｇ…仕切部（仕切部材）、１１ｈ…ボルト、１２…電動機部、１２ａ…ブラシレスＤＣモータ、１２ｂ…回転子、１２ｃ…固定子、１２ｄ…ティース、１２ｅ…最底部、１２ｆ…切欠部、１２ｇ…密封端子、１２ｈ…固定部材（クラスタ端子）、１３…回転軸、１３ａ…主軸部、１３ｂ…副軸部、１３ｃ…クランク軸部、１３ｄ…給油通路、１３ｅ…給油穴、１３ｅ１…第１の給油穴、１３ｅ２…第２の給油穴、１３ｅ３…第３の給油穴、２０…冷凍機油、Ｇ…設置面、Ｔ…油面。

Claims (6)

1. 筒状の密閉容器と、
   前記密閉容器の内部に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
   前記圧縮機構部に対し前記密閉容器の軸方向に並ぶように前記密閉容器の内部に収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、を具備し、
   前記密閉容器の内部には、冷凍機油としてポリアルキレングリコールが貯留され、
   前記電動機部は、固定子に巻線が集中巻されたブラシレスＤＣモータであり、
   前記ブラシレスＤＣモータは、各相の巻線が前記固定子の各相に対応するティースに連続して巻かれて直列接続されるとともにデルタ結線され、前記各相の巻線の一方の端末と他方の端末とが前記密閉容器に固定される密封端子のピンに接続され、同じ前記ピンに接続される端末がまとめられ、前記各相の巻線が前記一方の端末から前記他方の端末まで連続した一本からなり、
   前記密閉容器は、横置きの姿勢で支持され、
   前記密封端子の前記ピンは圧縮機の運転停止時の前記冷凍機油の油面よりも上方に設けられ、
   前記密閉容器は、両端が開口した円筒形状の容器本体と、前記容器本体の一端の側から溶接された第１蓋部材と、前記容器本体の他端の側から溶接された第２蓋部材と、から構成され、
   前記容器本体には、吐出管が取り付けられ、
   前記吐出管は、前記圧縮機構部に対応した位置で前記圧縮機構部側の空間の内部に開口され、
   前記圧縮機構部には、前記圧縮機構部側の前記空間と、前記電動機部側の空間とを気密に仕切る仕切部材が設けられ、
   前記仕切り部材には、前記電動機部側の前記空間と前記圧縮機構部側の前記空間を連通する冷媒吐出通路が設けられ、
   運転時に、前記圧縮機構部から前記電動機部側の前記空間に吐出された冷媒は、前記仕切部材の前記冷媒吐出通路を通って前記圧縮機構部側の前記空間に流入し、前記吐出管から吐出され、このとき、前記電動機部側の前記空間の圧力は、前記圧縮機構部側の前記空間の圧力よりも高くなり、この圧力差により、前記圧縮機構部側の前記空間の前記冷凍機油の油面が、前記電動機部側の前記空間の油面よりも高くなる圧縮機。
2. 前記密閉容器には、前記吐出管が設けられる前記圧縮機構部側の空間と、前記圧縮機構部で圧縮された冷媒が吐出される前記電動機部側の空間とを仕切る仕切部が設けられ、
   前記圧縮機構部には、回転軸を回転自在に支持する主軸受けと副軸受けとが前記軸方向に並ぶように設けられるとともに前記回転軸の給油通路に前記冷凍機油を供給する給油吸い込み管が連結され、
   前記回転軸には、前記圧縮機構部側の端部から前記軸方向に沿い前記電動機部側に向かって伸びた非貫通の前記給油通路と、前記回転軸の外周面から前記給油通路まで貫通した複数の給油穴とが形成され、
   前記冷媒は、Ｒ７４４からなり、
   前記冷凍機油の動粘度は、４０℃において８０ないし１２０ｍｍ^２／ｓである請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記給油通路の内径と、前記副軸受けと接する部分の前記回転軸の外径との比率は、３０ないし６５％であり、
   前記給油穴の内径と、前記外径との比率は、１０ないし２５％である請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記主軸受けの内周面と前記副軸受けの内周面の少なくとも一方には、前記軸方向に沿った一端から他端までスパイラル溝が形成され、
   前記スパイラル溝のピッチは、１００ないし２００ｍｍであり、
   前記スパイラル溝の深さは、０．３ないし１．０ｍｍである請求項２または３に記載の圧縮機。
5. 前記固定子の外周面の少なくとも最底部には、前記軸方向に沿った一端から他端まで凹状の切欠部が形成され、
   前記切欠部と、前記密閉容器との間に空間が設けられた請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧縮機。
6. 冷媒が循環するとともに、放熱器、膨張装置および吸熱器が接続された循環回路と、
   前記吸熱器と前記放熱器との間で前記循環回路に接続された請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機と、
   を備えた冷凍サイクル装置。

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