(57)【要約】【課題】簡易にして電動機の冷却促進を図りながら圧縮機の圧縮効率を向上し、ひいては電動機の省電力化が可能な密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】電動機(14)は、複数の永久磁石が配設された回転子(60)と、回転子を所定の空隙(62)を有して囲繞し、固定子巻線(64)を有する円筒状の固定子(58)とを具備し、固定子は、固定子の周方向に略等間隔に且つ回転軸(12)と略平行に固定子を貫通して形成されるとともに、空隙に向けて開口され、圧縮ユニット(10)で圧縮された冷媒が導入される複数のスロット部(66)と、スロット部間に形成され、固定子巻線が巻回される複数のティース部(68)と、スロット部の開口(66a)を閉塞する閉塞手段(72)とを有する。【選択図】図２
2008095520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油を含む冷媒を圧縮する圧縮ユニットと、回転軸により前記圧縮ユニットを駆動する電動機とを備えた密閉型圧縮機であって、
前記電動機は、
複数の永久磁石が配設された回転子と、
前記回転子を所定の空隙を有して囲繞し、固定子巻線を有する円筒状の固定子とを具備し、
前記固定子は、
前記固定子の周方向に略等間隔に且つ前記回転軸と略平行に前記固定子を貫通して形成されるとともに、前記空隙に向けて開口され、前記圧縮ユニットで圧縮された冷媒が導入される複数のスロット部と、
前記スロット部間に形成され、前記固定子巻線が巻回される複数のティース部と、
前記スロット部の開口を閉塞する閉塞手段とを有することを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記閉塞手段は、前記スロット部に閉塞部材を挿入して前記スロット部の開口を閉塞することを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記固定子巻線は、絶縁部材を介して前記ティース部に巻回され、
前記閉塞手段は、前記絶縁部材で前記スロット部の開口を閉塞することを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型圧縮機に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ給湯機に好適な密閉型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧縮機には、複数の永久磁石が配設された回転子と、回転子を所定の空隙を有して囲繞し、固定子巻線が巻回された固定子とを有する永久磁石式電動機が使用されている。固定子巻線は、固定子の複数のティース部に巻回され、隣り合うティース部間に固定子巻線のスロット部が形成されている。このような電動機において、圧縮ユニットで圧縮された冷媒を回転子と固定子との間の空隙に導入することにより、固定子巻線を冷却し、電動機の過熱を防止する技術が知られている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２６９３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、冷媒は圧縮機のハウジング内を循環する際、圧縮機の各摺動部分を潤滑する潤滑油と接触し、冷媒中に潤滑油が溶解する。この潤滑油を含む冷媒を回転子と固定子との空隙に導入すると、潤滑油の粘性により回転子の回転が妨げられて回転子の回転抵抗が増大するため、圧縮機の圧縮効率が大幅に低下し、ひいては電動機の消費電力が増大するとの問題がある。
【０００４】
そこで、回転子と固定子との空隙へ冷媒を導入するのではなく、このスロット部に直接冷媒を導入することにより固定子巻線を冷却することが考えられる。しかし、スロット部はティース部に固定子巻線を巻回する都合上、回転子と固定子との空隙に向けて開口され、この開口部から上記空隙へ冷媒が漏洩するため、上記問題は依然として解決されない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡易にして電動機の冷却促進を図りながら圧縮機の圧縮効率を向上し、ひいては電動機の省電力化が可能な密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の密閉型圧縮機は、潤滑油を含む冷媒を圧縮する圧縮ユニットと、回転軸により圧縮ユニットを駆動する電動機とを備えた密閉型圧縮機であって、電動機は、複数の永久磁石が配設された回転子と、回転子を所定の空隙を有して囲繞し、固定子巻線を有する円筒状の固定子とを具備し、固定子は、固定子の周方向に略等間隔に且つ回転軸と略平行に固定子を貫通して形成されるとともに、空隙に向けて開口され、圧縮ユニットで圧縮された冷媒が導入される複数のスロット部と、スロット部間に形成され、固定子巻線が巻回される複数のティース部と、スロット部の開口を閉塞する閉塞手段とを有することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、閉塞手段は、スロット部に閉塞部材を挿入してスロット部の開口を閉塞することを特徴とし、更に、請求項３記載の発明では、固定子巻線は、絶縁部材を介してティース部に巻回され、閉塞手段は、絶縁部材でスロット部の開口を閉塞することを特徴とし、更にまた、請求項４記載の発明では、冷媒が二酸化炭素であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
従って、請求項１記載の本発明の密閉型圧縮機によれば、電動機の固定子は、回転子を所定の空隙を有して囲繞するとともに、圧縮ユニットで圧縮された冷媒が導入されるスロット部と、固定子巻線が巻回されるティース部とを有している。ここで、このスロット部は固定子と回転子との間の空隙に向けて開口しており、固定子はこの開口を閉塞する閉塞手段をも有している。よって、冷媒で電動機を冷却する際にスロット部に冷媒を流しても、スロット部から固定子及び回転子の空隙への冷媒の漏洩が遮断され、潤滑油を含む冷媒によって回転子の回転が阻害されることなく、電動機の冷却効率と圧縮機の圧縮効率との両方を大幅に向上できる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明によれば、スロット部に閉塞部材を挿入してスロット部の開口を閉塞するため、ティース部に固定子巻線を巻回した状態の既存の電動機に対して、スロット部から固定子及び回転子の空隙への冷媒の漏洩を容易に遮断することができ、簡易にして電動機の冷却効率と圧縮機の圧縮効率との向上が実現される。
更に、請求項３記載の発明によれば、固定子巻線は絶縁部材を介してティース部に巻回されるとともに、この絶縁部材でスロット部の開口が閉塞される。よって、新たな部材を要することなく、既存の絶縁部材を延長させて使用するだけでスロット部から固定子及び回転子の空隙への冷媒の漏洩を容易に遮断することができ、低コスト且つ簡易にして電動機の冷却効率と圧縮機の圧縮効率との向上が実現される。
【０００９】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、二酸化炭素冷媒を使用する圧縮機は高圧・高回転域で作動するため、上記した電動機の冷却効率向上、及び圧縮機の圧縮効率向上の効果がより顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づき本発明の第１実施形態について説明する。
図１に示されるスクロール型電動圧縮機（以下、圧縮機という）１は、例えば、図示しない冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などに好適に用いられる縦置き仕様の密閉型圧縮機であって、この圧縮機１は円筒胴部であるシェル２と、シェル２の上部を塞ぐ上部蓋４と、シェル２の下部を塞ぐ下部蓋６とで構成されるハウジング８で密閉されている。
【００１１】
シェル２内には、流体である二酸化炭素からなる冷媒を圧縮するための圧縮ユニット１０と、圧縮ユニット１０に駆動力を伝達する回転軸１２と、圧縮ユニット１０の下方に位置づけられ、回転軸１２を回転駆動させるべく駆動力を発生する電動機１４とが収容されている。また、シェル２には、圧縮機１の外部の図示しない冷媒回路から冷媒が吸入される冷媒の吸入管１６と、圧縮ユニット１０で圧縮され、ハウジング８内を循環した後の冷媒が上記冷媒回路へ吐出される吐出管１８とが貫通して設けられている。なお、吐出管１８は、図１中、圧縮ユニット１０と電動機１４との間に位置づけられているが、上部蓋４を貫通して設けても良く、この場合には圧縮ユニット１０で圧縮された冷媒を圧縮ユニット１０の上方に連通可能とする連通路が別途設けられる。
【００１２】
回転軸１２は、圧縮ユニット１０から電動機１４を貫通して電動機１４の下方にかけてシェル２内に延設されている。回転軸１２の上端部には回転軸１２から偏心してクランクピン２０が形成され、このクランクピン２０は圧縮ユニット１０に結合されている。また、回転軸１２の上端部と下端部とは、それぞれ主軸受２２を介して上部フレーム２４に、副軸受２６を介して下部フレーム２８に回転自在に支持され、上部フレーム２４及び下部フレーム２８はシェル２に固定されている。
【００１３】
圧縮ユニット１０は、シェル２に固定された固定スクロール３０と、上部フレーム２４上で旋回運動可能に設けられた可動スクロール３２とから構成され、これら固定スクロール２８と可動スクロール３０とが互いに協働して冷媒の圧縮室が形成される。また、可動スクロール３０の下面には旋回軸受３２を介してクランクピン２０が連結され、電動機１４が作動して回転軸１２が回転すると、クランクピン１６の偏心回転が可動スクロール３０の旋回運動として伝達され、固定及び可動スクロール２８，３０によって形成された圧縮室の容積が変化することにより冷媒の圧縮が行われる。
【００１４】
また、回転軸１２の内部には、回転軸１２の軸線方向に沿って潤滑油通路３４が貫通して形成され、潤滑油通路３４の下端開口にはオイルポンプ３６が装着されている。潤滑油通路３４には、下部蓋６に形成される貯油室３８からオイルポンプ３６によって吸引された潤滑油が供給され、この潤滑油は潤滑油通路３６を上方に向けて流動した後、回転軸１２の上端開口から吐出され、圧縮ユニット１０や電動機１４、軸受２２，２６，３２などの各摺動部分を潤滑している。
【００１５】
こうして、吸入管１６から吸入された冷媒が圧縮ユニット１０に導入され、上述の如く圧縮されて高圧の冷媒ガスとなってハウジング８内の潤滑油と接触しながら循環した後、吐出管１８から冷媒回路へ戻される。
より詳しくは、吸入管１６から吸入された冷媒は、圧縮ユニット１０で圧縮された後、固定スクロール３０に穿孔される吐出孔４０から上部蓋４に形成される空間４２に吐出される。そして、固定スクロール３０に穿設される冷媒下降連通路４４を経て圧縮ユニット１０の下方における空間４６に流入する。空間４６は、円筒状の第１、第２仕切部材４８，５０が嵌合された円筒内部の空間として形成され、冷媒を気密に電動機１４に向けて誘導する。
【００１６】
ここで、第２仕切部材５０には冷媒の流入を制限する連通孔５２が複数形成されている。冷媒がこの連通孔５２を通過することにより、ハウジング８内を循環する冷媒に接触して冷媒中に溶解した潤滑油の一部が空間４６内で凝縮し、冷媒と潤滑油との分離が好適になされる。そして、分離された潤滑油は電動機１４などを潤滑しながら貯油室３８で回収され、一方、連通孔５２を経た冷媒は流速を増大させて電動機１４に導入され、電動機１４を冷却する。電動機１４を冷却した後の冷媒は、電動機１４とシェル２との間に形成される冷媒上昇連通路５４を経て、第１、第２仕切部材４８，５０の外面とシェル２との間に形成される空間５６に流入し、吐出管１８から冷媒回路に向けて吐出される。
【００１７】
以下、電動機１４と冷媒による電動機１４の冷却とに関して詳細を説明する。
電動機１４は、シェル２に図示しない保持手段で保持される円筒状の固定子５８と、固定子５８の内側に配置される回転子６０とを有し、回転子６０は固定子５８と所定の空隙６２を有して回転軸１２と一体に回転される。
回転子６０は、その外周面に磁性材料である珪素鋼板などが積層されて形成されるとともに、内部に隣り合う磁極を互いに逆極性とする永久磁石が埋設されている。一方、固定子５８は、回転子６０の永久磁石に作用する磁界を生じる固定子巻線６４を有している。また、固定子５８には、回転軸１２と略平行に固定子５８を貫通する固定子巻線６４のスロット部６６が複数形成されている。このスロット部６６は固定子巻線６４を巻回するためのスペースとなっており、固定子巻線６４は各スロット部６６間に形成されるティース部６８に巻回され、固定子５８はいわゆるボビン巻き構造をなしている。
【００１８】
より詳しくは、図２に示されるように、スロット部６６は固定子５８の周方向に沿って略等間隔に形成され、固定子５８と回転子６０との空隙６２に向けて開口する開口部６６ａを有している。また、ティース部６８は、固定子巻線６４が巻回されるティース基部６８ａと、ティース基部６４ａの両側から固定子５８の周方向に沿ってフック状に突出したティース鉤部６４ｂとを有している。すなわち、スロット部６６の開口部６６ａは、隣り合うティース部６８の各ティース鉤部６４ｂが対面する位置に形成されている。なお、図２中、固定子巻線６４の図示は省略してある。
【００１９】
また、本実施形態の場合には、この開口部６６ａを除き、スロット部６６の内周面６６ｂの略全域に亘って樹脂などの非導電材料からなる絶縁シート（絶縁部材）７０が配され、固定子巻線６４は絶縁シート７０を介してティース部６８に巻回されている。
更に、スロット部６６の開口部６６ａには、スロット部６６内から開口部６６ａを塞ぎ、スロット部６６と空隙６２との連通を遮断する閉塞板（閉塞部材）７２が装着されている（閉塞手段）。この閉塞板７２は、ティース部６８に固定子巻線６４が巻回された後でもスロット部６６に挿入、装着可能な長細形状の板材であり、好ましくは非導電材料から形成されている。
【００２０】
このように構成される電動機１４においては、図示しない電力供給源から固定子巻線６４に適宜通電を行うことによって固定子巻線６４による磁界を発生させ、この磁界が回転子６０内の永久磁石に作用することにより回転子６０が回転する。なお、このときの各固定子巻線６４の励磁方法は、従来から一般的に用いられている永久磁石式電動機と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００２１】
こうして、吸入管１６で吸入されて圧縮ユニット１０で圧縮された冷媒は、第１、第２仕切部材４８，５０によって潤滑油が除去されるとともに加速され、電動機１４のスロット部６６に導入される。スロット部６６内には開口部６６ａを閉塞する閉塞板７２が装着されるため、冷媒が固定子５８と回転子６０との間の空隙６２に漏洩することなく固定子巻線６４を冷却しながらスロット部６６内を気密に下降流動した後に、冷媒上昇連通路５４、空間５６を順次経て吐出管１８から吐出される。
【００２２】
以上のように、本実施形態では、圧縮ユニット１０で圧縮された冷媒は、空間４２、冷媒下降連通路４４、空間４６を経て、第１、第２仕切部材４８，５０により電動機１４の固定子５８におけるスロット部６６に誘導される。ここで、冷媒は、第２仕切部材５０の連通孔５２を通過することにより冷媒中の潤滑油が分離され、その流速も加速される。
また、スロット部６６には、ティース部６８に固定子巻線６４を巻回する作業の都合上、固定子５８と回転子６０との間の空隙６２に向けて開口する開口部６６ａが存在するものの、この開口部６６ａは閉塞板７２で塞がれるため、スロット部６６から空隙６２への冷媒の漏洩が確実に遮断される。よって、潤滑油が分離され、且つ流速が大きな冷媒によって効果的に固定子巻線６４を冷却でき、しかも、潤滑油を含む冷媒によって回転子６０の回転が阻害されることはない。従って、既存の電動機１４のスロット部６６に閉塞板７２を挿入して装着するだけの簡単な構成で、電動機１４の冷却効率と圧縮機１の圧縮効率とを同時に向上でき、ひいては電動機１４の省電力化をも実現できる。
【００２３】
以下、図面に基づき本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と重複する説明については省略する。
図３に示されるように、固定子７４のスロット部７６には第１実施形態の如く閉塞板７２は挿入されず、代わりに絶縁シート７０がスロット部７６の開口部７６ａにまで延設され、絶縁シート７０で開口部７６ａを塞ぐことにより空隙６２とスロット部７６との冷媒の連通が遮断されている（閉塞手段）。
【００２４】
より詳しくは、図４に示されるように、隣り合うティース部６８の各ティース鉤部６８Ｂ近傍の絶縁シート７０が延長され、互いに重ね合わされることにより、絶縁シート７０の重ね部７０ａが形成され、この重ね部７０ａが開口部７６ａを閉塞している。従って、スロット部７６に導入される冷媒は、固定子７４と回転子６０との間の空隙６２に漏洩することなく固定子巻線６４を冷却しながらスロット部７６内を気密に下降流動する。なお、スロット部７６から空隙６２への冷媒の漏洩を確実に遮断するためには、この重ね部７０ａの長さｔは所定量、例えば１ｍｍ以上必要である。また、図３，４中、固定子巻線６４の図示は省略してある。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、絶縁シート７０の重ね部７０ａでスロット部７６の開口部７６ａが閉塞されるため、新たな部材を要することなく、既存の絶縁シート７０を延長させて使用するだけでスロット部７６から固定子７４及び回転子６０の空隙６２への冷媒の漏洩を容易に遮断することができ、低コスト且つ簡易にして電動機１４の冷却効率、及び圧縮機１の圧縮効率の向上が同時に実現される。
【００２６】
以上で本発明の第１、第２実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、閉塞板や絶縁シートの重ね部でスロット部の開口部を閉塞しているが、これら閉塞手段に限らず、ティース部に固定子巻線を巻回する工程後に後から開口部を閉塞可能であれば良く、例えば開口部を石膏で埋めるなどしても上記と同様に電動機の冷却効率と圧縮機の圧縮効率とが向上するとの効果を奏する。
【００２７】
また、上記実施形態では、冷凍空調機やヒートポンプ給湯機に好適なスクロール型圧縮機に二酸化炭素冷媒を使用しているが、冷媒の種類や圧縮機の用途、種類についてはこれに限定されるものではない。但し、二酸化炭素冷媒を用いる場合には、高圧・高回転域で作動するため、上記した電動機の冷却効率向上、及び圧縮機の圧縮効率向上の効果がより顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１、第２実施形態のスクロール型電動圧縮機の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１中のII−II線に沿う第１実施形態の電動機の概略断面図である。
【図３】図１中のII−II線に沿う第２実施形態の電動機の概略断面図である。
【図４】図３のスロット部の拡大図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    スクロール型電動圧縮機（密閉型圧縮機）
１０  圧縮ユニット
１２  回転軸
１４  電動機
５８，７４  固定子
６０  回転子
６２  空隙
６４  固定子巻線
６６，７６  スロット部
６６ａ，７６ａ  開口部（開口）
６８  ティース部
７０  絶縁シート（絶縁部材、閉塞手段）
７２  閉塞板（閉塞部材、閉塞手段）
【図１】
2008095520.tif 000003
【図２】
2008095520.tif 000004
【図３】
2008095520.tif 000005
【図４】
2008095520.tif 000006