(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に圧縮要素とこの圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、この電動要素を三相電源により駆動して成る密閉型電動圧縮機において、
前記電動要素は、三相二極構成であり、前記密閉容器に固定され、固定子巻線を備えた固定子と、この固定子内で回転する永久磁石埋め込み型の回転子とから構成され、
この回転子は、回転子継鉄部の周辺部に設けられた籠型２次導体と、前記回転子継鉄部に埋め込まれた永久磁石とを備えて構成され、
前記籠型２次導体はスキュー付き構造とされ、当該スキューのピッチは０より大きく１．５スロットピッチ以下とされていると共に、
前記永久磁石は、希土類磁石であることを特徴とする密閉型電動圧縮機。
【請求項２】
回転子継鉄部に埋め込まれる永久磁石の枚数は、偶数枚としたことを特徴とする請求項１の密閉型電動圧縮機。
【請求項３】
線電流を検知する電流感応型の保護手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２の密閉型電動圧縮機。
【請求項４】
能力制御を可能とされていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の密閉型電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮要素とこの圧縮要素を駆動する電動要素とを密閉容器内に収納して成る密閉型電動圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図示しない冷蔵庫（冷凍機）、エアーコンデショナー（空調機）の冷凍サイクルを構成する密閉型電動圧縮機を駆動する電動要素としては、商用電源で駆動する誘導電動機やＤＣブラシレス電動機等が採用されていた。これら電動機の電動要素は、密閉容器内に固定されると共に、電動要素は固定子巻線を備えた固定子と、この固定子内で回転する回転子とから構成されている。そして、電動要素は、固定子巻線に交流商用電源を供給することによって回転子を誘導回転させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在使用されている誘導電動機では理論上、２次銅損が存在するのが知られている。該誘導電動機の効率は２次銅損によって限界が生じている問題があった。
【０００４】
また、ＤＣブラシレス電動要素では、駆動制御機器を必要とするため誘導電動要素よりコストアップとなってしまう。そこで、駆動制御機器を必要とせずに三相電源を用いた電動要素を高効率で駆動することができる密閉型電動圧縮機の開発が望まれていた。
【０００５】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、駆動制御機器を必要とせずに三相二極構成の電動要素を高効率で駆動することができる密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、請求項１の発明の密閉型電動圧縮機は、密閉容器内に圧縮要素とこの圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、この電動要素を三相電源により駆動して成る密閉型電動圧縮機であって、電動要素は、三相二極構成であり、密閉容器に固定され、固定子巻線を備えた固定子と、この固定子内で回転する永久磁石埋め込み型の回転子とから構成され、この回転子は、回転子継鉄部の周辺部に設けられた籠型２次導体と、回転子継鉄部に埋め込まれた永久磁石とを備えて構成され、籠型２次導体はスキュー付き構造とされ、当該スキューのピッチは０より大きく１．５スロットピッチ以下とされていると共に、永久磁石は、希土類磁石であるものである。
【００１０】
また、請求項２の発明の密閉型電動圧縮機は、上記発明に加えて、回転子継鉄部に埋め込まれる永久磁石の枚数は、偶数枚としたものである。
【００１１】
更に、請求項３の発明の密閉型電動圧縮機は、上記各発明に加えて、線電流を検知する電流感応型の保護手段を備えるものである。
【００１２】
更にまた、請求項４の発明の密閉型電動圧縮機は、上記各発明に加えて、能力制御を可能とされているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用する密閉型電動圧縮機Ｃの縦断側面図例である。この図において、１は密閉容器であり、内部の上側に電動要素としての電動機（交流誘導モータ）２、下側にこの電動機２で回転駆動される圧縮要素３が収納されている。密閉容器１は予め２分割されたものに電動機２、圧縮要素３を収納した後、高周波溶着などによって密閉されたものである。尚、密閉型電動圧縮機Ｃとしては、ロータリー、レシプロ、スクロールコンプレッサなどが挙げられる。
【００１４】
電動機２は、三相で２極に構成されると共に密閉容器１の内壁に固定された固定子４と、この固定子４の内側に回転軸６を中心にして回転自在に支持された回転子５とから構成されている。そして、固定子４の固定子鉄心４Ａには回転子５に回転磁界を与える固定子巻線７を備えている。
【００１５】
圧縮要素３は中間仕切板８で仕切られた第１のロータリー用シリンダ９及び第２のロータリー用シリンダ１０を備えている。各シリンダ９、１０には回転軸６で回転駆動される偏心部１１、１２が取り付けられており、これら偏心部１１、１２は偏心位置がお互いに１８０度位相がずれている。
【００１６】
１３、１４はそれぞれシリンダ９、１０内を回転する第１のローラ、第２のローラであり、それぞれ偏心部１１、１２の回転でシリンダ内を回転する。１５、１６はそれぞれ第１の枠体、第２の枠体であり、第１の枠体１５は中間仕切板８との間にシリンダ９の閉じた圧縮空間を形成させ、第２の枠体１６は同様に中間仕切板８との間にシリンダ１０の閉じた圧縮空間を形成させている。また、第１の枠体１５、第２の枠体１６はそれぞれ回転軸６の下部を回転自在に軸支する軸受部１７、１８を備えている。
【００１７】
１９、２０は吐出マフラーであり、それぞれ第１の枠体１５、第２の枠体１６を覆うように取り付けられている。尚、シリンダ９と吐出マフラー１９は第１の枠体１５に設けられた図示しない吐出孔にて連通されており、シリンダ１０と吐出マフラー２０も第２の枠体１６に設けられた図示しない吐出孔にて連通されている。２１は密閉容器１の外部に設けられたバイパス管であり、吐出マフラー２０の内部に連通している。
【００１８】
また、２２は密閉容器１の上に設けられた吐出管であり、２３、２４はそれぞれシリンダ９、１０へつながる吸入管である。また、２５は密閉ターミナルであり、密閉容器１の外部から固定子４の固定子巻線７へ電力を供給するものである（密閉ターミナル２５と固定子巻線７とをつなぐリード線は図示せず）。
【００１９】
また、２６は回転子鉄心であり、図示しないが厚さ０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた回転子用鉄板を複数枚積層し、お互いにカシメて一体に積層されている（尚、カシメによらずに溶接にて一体化しても良い）。６６、６７は回転子鉄心２６の上下端に取り付けられる平板状の端面部材であり、アルミや樹脂材料等の非磁性材料により、回転子用鉄板と略同形状に成形されている。Ａはバランスウエイトであり、上方の端面部材６６と共にリベット５１にて回転子鉄心２６に固定されている。
【００２０】
図２は図１に示した回転子５の平面図、図３は回転子５の横断上面図である。回転子５は、回転子継鉄部５Ａとこの回転子継鉄部５Ａの周辺部に設けられた籠型２次導体５Ｂと、回転子継鉄部５Ａに埋め込まれた磁石部材としての永久磁石３１とから構成されている。籠型２次導体５Ｂは、回転子継鉄部５Ａの周辺部に複数設けられると共に回転軸６の延在方向に渡って籠型に形成された図示しない円筒形の孔にアルミダイカストが射出成形されている。該籠型２次導体５Ｂの両端は回転軸６の円周方向に所定の角度の螺旋状に傾斜した、所謂スキュー付き構造に形成されている。この籠型２次導体５Ｂには０より大きく１．５スロットピッチ以下のスキューにて構成されている。０スロットピッチとは、一端のスロットを他側に延在方向に垂直に下ろした状態のことであり、１．５スロットピッチとは、一端のスロットを他側に円周方向に１．５スロット分ひねった状態のことである。即ち、０から１．５スロットピッチの間にて構成されているものである。
【００２１】
また、回転子継鉄部５Ａには２枚の永久磁石３１が埋め込まれており、この永久磁石３１は板状に形成され回転子５を中心に対向して２枚が平行に設けられると共に、回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。該永久磁石３１は永久磁石の中で最も磁束密度の大きな希土類磁石が用いられている。また、永久磁石３１の対向面はそれぞれ異なる磁極で埋め込まれている。即ち、各永久磁石３１は回転子５の円周方向外側に向けてそれぞれ異なる磁極で埋め込まれ、後述する各巻線７Ａ、巻線７Ｂ、巻線７Ｃの磁力線にて回転子５に回転力を付与できるように構成されている。
【００２２】
一方、図４において、電動機（電動要素）２は巻線７Ａ、巻線７Ｂ、巻線７Ｃとからなる三相の固定子巻線７を備えている。固定子巻線７は、巻線７Ａと、巻線７Ｂと、巻線７Ｃから構成されており、各巻線７Ａ、巻線７Ｂ、巻線７Ｃは電源スイッチ３３を介して三相交流商用電源ＡＣに接続されている。
【００２３】
固定子巻線７の電源供給回路には線電流を検知する電流感応型の保護手段３４が設けられており、この保護手段３４は線電流を検知する線電流検知器３４Ａと保護スイッチ（この場合、電源スイッチ３３が保護スイッチを兼ねている）とから構成されている。即ち、電動機２の保護を電流感応型のＣＴ制御方式としている。そして、線電流検知器３４Ａが予め設定された所定の電流を感知した場合、線電流検知器３４Ａは保護スイッチ（電源スイッチ３３）を動作させて固定子巻線７への電源供給を遮断できるように構成されている。尚、保護スイッチは電源スイッチ３３を使用せず別の保護スイッチ（図示せず）を電源スイッチ３３に直列に設けても差し支えない。
【００２４】
以上の構成で次に動作を説明する。そして、電源スイッチ３３が閉じられると、巻線７Ａ、巻線７Ｂ、巻線７Ｃに三相電流が流れて回転子５は所定の回転方向に始動する。この時、回転子５には通常の誘導機同様の籠型２次導体５Ｂを有しているので、回転子５は固定子巻線７へ流れる電流に反応し電動機２の始動運転が行なわれる。
【００２５】
この場合、固定子巻線７には三相正弦波交流（三相交流商用電源ＡＣ）を印加するようにしているので、電動機２の回転子５構造を従来の誘導同期電動要素同様自己始動が可能となると共に、運転時は埋め込んだ永久磁石３１の作用により、同期運転を行なうことができるようになる。
【００２６】
また、回転子継鉄部５Ａに２枚の永久磁石３１を埋め込むと共に、回転子５の籠型２次導体５Ｂを０より大きく１．５スロットピッチ以下のスキュー構造としているので、電源スイッチ３３が閉じた瞬間の始動時から同期運転までの電動機２の過渡時に発生する永久磁石３１による制動トルクを上回るトルクを発生させることが可能となる。これにより、従来の誘導電動要素同様、三相交流商用電源ＡＣで容易に同期運転を行なうことが可能となると共に、運転時における２次銅損を大幅に減少させることが可能となる。
【００２７】
他方、電動機２の運転中、線電流検知器３４Ａは固定子巻線７に流れる電流を監視しており、回転子５が発熱した際、電動機２に供給している電源を遮断することが可能となる。即ち、回転子５が発熱した場合、保護手段３４によって、固定子巻線７に流れる電流を遮断し、回転子５がそれ以上温度上昇してしまうのを防止している。これにより、熱によって回転子５に埋め込まれた永久磁石３１が滅磁（温度による滅磁）を未然に防止することができるようになる。尚、永久磁石３１に所定の温度を加えることにより滅磁するのは従来より周知の技術であり詳細な説明を省略する。
【００２８】
このように、三相２極に構成した電動機２の回転子５を、回転子継鉄部５Ａの周辺部に設けられた籠型２次導体５Ｂと、回転子継鉄部５Ａに永久磁石３１を埋め込むと共に、回転子５の籠型２次導体５Ｂを０より大きく１．５スロットピッチ以下のスキュー構造としているので、三相２極の構成でも従来の誘導電動機同様自己始動させることが可能となると共に、埋め込んだ永久磁石３１の作用により、同期運転を確保することが可能となる。これにより、始動から同期運転に入るまでの電動機２の過渡時に発生する制動トルクも問題とはならず、運転時における２次銅損を大幅に減少させることが可能となる。
【００２９】
また、実施例では固定子４の巻線（巻線７Ａ、巻線７Ｂ、巻線７Ｃ）構造を従来の誘導電動機同様に構成し、電動機２を三相２極の構造としているので、固定子４の製造に係わる設備変更などの追加設備等も不要でありながら、大幅に運転効率を改善することができるようになる。
【００３０】
一方、密閉型電動圧縮機Ｃの圧縮体積などが必要能力に応じて調整され、運転負荷が変化した場合でも、高効率／高力率において運転を行うことが可能となる。これにより、軽負荷時から過負荷時の全般において大幅な力率と効率の改善を行うことができるようになり、また、負荷変動による力率／効率の変化も大幅に小さくできる。
【００３１】
次に、表１に従来の誘導電動機と、本発明の電動機２（図中誘導同期電動機と称している）の通常運転時、パワー能力制御運転時の力率と、効率の比較例を示している。尚、通常運転時の負荷は３．０Ｎ・ｍ、パワー制御運転時の負荷は１．５Ｎ・ｍとしている。
【表１】
0003600121.tif 000002
このように、電動機２の運転時の同期運転の確保、及び、２次銅損の大幅な減少などにより、効率及び力率を大きく改善することが可能となる。
【００３２】
また、従来の誘導電動機は、軽負荷運転時の力率は、極端に低下してしまうが、本発明の電動機２は、永久磁石３１を希土類磁石としていることなどから、軽負荷から過負荷まで高力率運転が可能となる。これにより、負荷変動による力率／効率の変化量を大幅に小さくすることができるようになり、力率／効率の大幅な改善を行なうことができるようになる。
【００３３】
次に、図５に２枚の永久磁石３１が回転子継鉄部５Ａに埋め込まれた他の回転子５を示している。この場合、永久磁石３１は籠型２次導体５Ｂの内側に円弧状に所定の間隔で近接して埋め込まれると共に、各永久磁石３１は回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。該両永久磁石３１は回転子５の円周方向外側に向けてそれぞれ異なる磁極で埋め込まれている。
【００３４】
また、図６、図７、図８に４枚の永久磁石３１が回転子継鉄部５Ａに埋め込まれた他の回転子５を示している。図６では、永久磁石３１は籠型２次導体５Ｂの内側に２枚の永久磁石３１を略く字状に配置した状態で回転子５を中心に対向して埋め込まれて略縦長菱形に配置すると共に、各永久磁石３１は回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。また、図７では、永久磁石３１は籠型２次導体５Ｂの内側に２枚の永久磁石３１を略正方形に配置した状態で回転子５を中心に対向して埋め込まれて略正方形に配置すると共に、各永久磁石３１は回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。
【００３５】
また、図８では、板状に形成された２枚の永久磁石３１が回転軸６に近接して埋め込まれると共に、この永久磁石３１と平行に所定の間隔を存して籠型２次導体５Ｂ側に埋め込まれている。これら２枚の永久磁石３１は回転軸６を中心に対向して埋め込まれ、合計４枚の永久磁石３１が回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。そして、回転子５を中心に対向して埋め込まれた各永久磁石３１は、回転軸６を中心に回転子５の円周方向外側に向けてそれぞれ異なる磁極で埋め込まれている。即ち、４数の永久磁石３１が回転軸６を中心に対向して埋め込まれることにより永久磁石３１の磁力を増大させている。これにより、更に大きな運転効率と力率とを発揮させることが可能となる。
【００３６】
また、図９、図１０に６枚の永久磁石３１が回転子継鉄部５Ａに埋め込まれた他の回転子５を示している。図９では、永久磁石３１は籠型２次導体５Ｂの内側に６角形に配置すると共に、各永久磁石３１は回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。また、図１０では、４枚の永久磁石３１が図７の状態で埋め込まれると共に、対向する永久磁石３１の中心に略直角に永久磁石３１が埋め込まれている。略直角に埋め込まれた永久磁石３１は対向する両永久磁石３１の離間側に埋め込まれると共に、各永久磁石３１は回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。そして、回転子５を中心に対向して埋め込まれた各永久磁石３１は、回転軸６を中心に回転子５の円周方向外側に向けてそれぞれ異なる磁極で埋め込まれている。即ち、６数の永久磁石３１を、回転軸６を中心に対向して埋め込むことにより永久磁石３１の磁力を増大させている。
【００３７】
また、図１１、図１２に８枚の永久磁石３１が回転子継鉄部５Ａに埋め込まれた他の回転子５を示している。図１１では、永久磁石３１は籠型２次導体５Ｂの内側に８角形に配置すると共に、各永久磁石３１は回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。また、図１２では、８枚の永久磁石３１が図７の状態で埋め込まれると共に、対向する永久磁石３１の中心に略直角に２枚の永久磁石３１が平行に埋め込まれている。略直角に埋め込まれた２枚の永久磁石３１は対向する両永久磁石３１の離間側に埋め込まれると共に、各永久磁石３１は回転子継鉄部５Ａの一端から他端に渡って埋め込まれている。そして、回転子５を中心に対向して埋め込まれた各永久磁石３１は、回転軸６を中心に回転子５の円周方向外側に向けてそれぞれ異なる磁極で埋め込まれている。即ち、８数の永久磁石３１を、回転軸６を中心に対向して埋め込むことにより更に永久磁石３１の磁力を増大させている。このように、複数枚設けることにより前述より大きな運転効率と力率とを発揮することができるようになる。
【００３８】
このように、永久磁石３１を２枚、４枚、６枚又は８枚のうちの何れかの枚数を回転子継鉄部５Ａに埋め込むことにより、電動機２の用途に応じて永久磁石３１の枚数を設定することが可能となる。これにより、電動機２の運転時の同期運転の確保及び２次銅損の減少などにより、効率及び力率を大幅に改善することが可能となる。
【００３９】
また、回転子５（籠型２次導体５Ｂ）のスキューを０より大きく１．５スロットピッチ以下にしているので、籠型２次導体のスキューを最適に構成することが可能となる。即ち、スキュー０時においては、２次銅損を最も減少させることができるため、最適効率が得られる。一方、スキューが０より大きく１．５スロットピッチ以下の場合は、１回転中のコギング性の低下及び始動トルクの向上が得られる。これらから、従来の誘導電動要素同様に特性全般の最適化を得ることができるようになる。
【００４０】
特に、電動機２は、軽負荷から過負荷まで高力率／高効率運転が可能となる。従って、負荷変動による力率／効率の変化量を大幅に小さくすることができるようになり、軽負荷から過負荷までの全般において力率／効率の大幅な改善を行なうことができるようになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、三相電源により駆動される電動要素が、密閉容器に固定され、固定子巻線を備えた固定子と、この固定子内で回転する永久磁石型の回転子とから構成され、この回転子は、回転子継鉄部の周辺部に設けられた籠型２次導体と、回転子継鉄部に埋め込まれた永久磁石とを備えて構成されているので、例えば従来の三相誘導電動機同様自己始動を行うことができるようになると共に、運転時は埋め込んだ永久磁石の作用により、同期運転を行なうことが可能となる。これによって、電動要素の運転時の同期運転の確保により、２次銅損が減少され、効率及び力率を大きく改善することが可能となるものである。
【００４２】
また、固定子の巻線構造を従来の誘導電動機同様とし、三相２極の構造としているため、格別な追加設備などは不要となる。従って、固定子構造に係わる設備変更が不要となり、電動要素の製造コストアップを防止することが可能となるものである。
【００４３】
また、回転子の籠型２次導体をスキュー付き構造とし、当該スキューのピッチを０より大きく１．５スロットピッチ以下としているので、籠型２次導体のスキューを最適に構成することが可能となる。即ち、スキュー０時においては、２次銅損を最も減少させることができるため、最適効率が得られる。一方、スキューが０より大きく１．５スロットピッチ以下の場合は、１回転中のコギング性の低下及び始動トルクの向上が得られる。これらから、従来の誘導電動要素同様に特性全般の最適化を得ることができるようになる。
【００４４】
また、永久磁石は、希土類磁石としているので、同期運転時により高効率を得ることが可能となる。これにより、力率／効率を大幅に改善することができるようになる。従って、密閉型電動圧縮機の電力消費量を大幅に削減することができるようになるものである。
【００４５】
また、請求項２の発明によれば、上記発明に加えて、回転子継鉄部に埋め込まれる永久磁石の枚数は、偶数枚としているので、用途に応じて永久磁石の枚数を設定することが可能となる。従って、大幅に汎用性を広げることができるようになるものである。
【００４６】
更に、請求項３の発明によれば、上記各発明に加えて、線電流を検知する電流感応型の保護手段を備えているので、回転子に多大な発熱を生じた際、電動要素に供給している電源を遮断して回転子の温度上昇を抑えることが可能となる。これにより、回転子に埋め込まれている希土類磁石が熱によって温度滅磁してしまうのを確実に防止することができるようになるものである。従って、電動要素の運転中に大きな電流が流れて発熱した場合でも、確実に温度滅磁を防止することができ、電動要素の信頼性を大幅に向上させることができるようになるものである。
【００４７】
更にまた、請求項４の発明によれば、上記各発明に加えて、能力制御を可能としているので、制御運転時、圧縮機の圧縮体積などが必要能力に応じて調整され、運転負荷が変化した際においても、高効率／高力率にて運転を行うことができる。
【００４８】
特に、通常誘導電動要素では、能力制御の軽負荷運転時の力率は、極端に低下してしまうが、本発明の電動要素においては、軽負荷から過負荷まで高力率運転が可能となる。これにより、負荷変動による力率／効率の変化量を大幅に小さくすることができるようになる。従って、力率／効率の大幅な改善を行なうことができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する密閉型電動圧縮機の縦断側面図例である。
【図２】図１の密閉型電動圧縮機の回転子の平面図である。
【図３】本発明の回転子の横断上面図である。
【図４】本発明の密閉型電動圧縮機を構成する電動要素（電動機）の電気回路図である。
【図５】本発明の回転子のもう一つの横断上面図である。
【図６】本発明の回転子の更にもう一つの横断上面図である。
【図７】本発明の回転子の更にもう一つの横断上面図である。
【図８】本発明の回転子の更にもう一つの横断上面図である。
【図９】本発明の回転子の更にもう一つの横断上面図である。
【図１０】本発明の回転子の更にもう一つの横断上面図である。
【図１１】本発明の回転子の更にもう一つの横断上面図である。
【図１２】本発明の回転子の更にもう一つの横断上面図である。
【符号の説明】
１  密閉容器
２  電動機（電動要素）
３  圧縮要素
４  固定子
４Ａ  固定子鉄心
５  回転子
５Ａ  回転子継鉄部
５Ｂ  籠型２次導体
６  回転軸
７  固定子巻線
７Ａ  巻線
７Ｂ  巻線
７Ｃ  巻線
３１  永久磁石
３３  電源スイッチ
３４  保護手段
３４Ａ  線電流検知器
ＡＣ  三相交流商用電源
Ｃ  密閉型電動圧縮機
【図１】
0003600121.tif 000003
【図２】
0003600121.tif 000004
【図３】
0003600121.tif 000005
【図４】
0003600121.tif 000006
【図５】
0003600121.tif 000007
【図６】
0003600121.tif 000008
【図７】
0003600121.tif 000009
【図８】
0003600121.tif 000010
【図９】
0003600121.tif 000011
【図１０】
0003600121.tif 000012
【図１１】
0003600121.tif 000013
【図１２】
0003600121.tif 000014