(57)【要約】【課題】密閉型電動機付圧縮機において、圧縮機に吸引される冷媒の一部を利用して、回転子の発熱を効果的に抑制することである。【解決手段】密閉型電動機付圧縮機Ａでは、密閉容器１０に支持された回転軸３０に圧縮機４０と、圧縮機を駆動する電動機５３とが並設されている。電動機は、密閉容器に固定された固定子５５と、永久磁石７５を有し密閉容器に回転可能に支持された回転子７０と、軸方向で圧縮機の反対側から供給した液冷媒を（前記回転子内で）ガス化し、回転子内を圧縮機に向かって流通させ、永久磁石を冷却する磁石冷却手段５０、８５を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器に支持された回転軸に圧縮機と、該圧縮機を駆動する電動機とが並設された密閉型電動機付圧縮機において、前記電動機は、
前記密閉容器に固定された固定子と、
永久磁石を有し該密閉容器に回転可能に支持された回転子と、
軸方向で前記圧縮機の反対側から供給した液冷媒をガス化し、該回転子内を前記圧縮機に向かって流通させて前記永久磁石を冷却する磁石冷却手段と、
を含むことを特徴とする密閉型電動機付圧縮機。
【請求項２】
前記磁石冷却手段は、前記回転子と一体的に形成され液冷媒をガス冷媒に変える減圧部と、前記回転子に形成されたガス冷媒の流通路とを含む請求項１に記載の密閉型電動機付圧縮機。
【請求項３】
前記減圧部は、前記回転子と一体化された中空環状部材の絞りである請求項２に記載の密閉型電動機付圧縮機。
【請求項４】
前記流通路は、前記回転子のロータコアに形成された磁石挿入孔の幅方向両端に形成された磁束漏れ防止用空隙である請求項２に記載の密閉型電動機付圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮機は、軸方向で前記電動機寄りに冷媒吸入口を備え、該電動機と反対側に冷媒吐出口を備えている請求項１に記載の密閉型電動機付圧縮機。
【請求項６】
更に、前記電動機の温度を測定し、測定温度が所定値を超えたとき前記磁石冷却手段を作動させる温度測定手段を含む請求項１に記載の密閉型電動機付圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉された電動機を持つ密閉型電動機付圧縮機、特にその回転子の冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭等のエアコンシステムの冷凍サイクルにおいて、液冷媒を圧縮してガス冷媒にする圧縮機は電動機により回転駆動される。電動機に大きな負荷が加わるとき回転子が発熱し、温度上昇を抑制するために、圧縮機により圧縮される冷媒の一部を利用することが便利である。これを考慮して、観点から、圧縮機と電動機とを近接させ、圧縮機に吸入される冷媒の一部を電動機内に導いて回転子を冷却している。
【０００３】
第１従来例では、圧縮機と電動機とを同軸上に設け、電動機上の圧縮機側の部分から冷媒を吸入している。換言すれば、並置した圧縮機と電動機との間の軸方向中間部に冷媒吸入口を設けている。しかし、これでは吸入される冷媒の大部分は吸入口から圧縮機に流れ、電動機にはあまり供給されない。よって冷媒により電動機が十分に冷却されるとは言い難い。
【０００４】
これに対して、第２従来例（特許文献１参照）では、電動機と圧縮機とを並置した上で、電動機上の圧縮機とは反対側の端部に形成した吸入口から冷媒を吸入し、圧縮機に向かって電動機内を軸方向に送っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１７３５６７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第２従来例によれば、吸入された冷媒は電動機内を軸方向に流れ、理屈上はその際回転子を冷却できる。しかし、電動機においてハウジングに固定されたステータの内周面と、ハウジングにより回転可能に支持された回転子の外周面との間の隙間は非常に狭い（０．５から１ｍｍ程度）。よって、実際には冷媒の吸入抵抗が大きく少量の冷媒しか隙間を流通できず、回転子の冷却に十分とは言い難い。
【０００７】
さりとて、回転子の冷却に有効な量の冷媒を吸引するためには大きな吸引装置が必要になる。のみならず、その分圧縮機に吸引される冷媒の量が減少し、圧縮機を含む冷凍サイクルのＣＯＰが低下してしまう。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧縮機に吸入される冷媒の一部を利用して、回転子の発熱を効果的に抑制するできる密閉型電動機付圧縮機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、反圧縮機側から吸引した冷媒を、上記第２実施例のようにステータと回転子との間の隙間を流通させるのではなく、回転子の内部を流通させることを思い付いて、本発明を完成した。
【００１０】
本発明による密閉型電動機付圧縮機は、請求項１に記載したように、密閉容器に支持された回転軸に圧縮機と、圧縮機と該圧縮機を駆動する電動機とが並設されている。ここで、電動機は、密閉容器に固定された固定子と、永久磁石を有し密閉容器に回転可能に支持された回転子と、軸方向で圧縮機の反対側から供給した液冷媒をガス化し、回転子内を圧縮機に向かって流通させ、永久磁石を冷却する磁石冷却手段と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
この密閉型電動機付圧縮機において、冷凍サイクルにより冷房する冷房負荷が大きいときは、磁石冷却手段から回転子に液冷媒を供給する。供給された液冷媒はガス化され、回転子内を流通する際永久磁石を冷却する。
【００１２】
請求項２の密閉型電動機付圧縮機は、請求項１において、磁石冷却手段は、回転子と一体的に形成され液冷媒をガス冷媒に変える減圧部と、回転子に形成されたガス冷媒の流通路とを含む。請求項３の密閉型電動機付圧縮機は、請求項２において、減圧部は、回転子と一体化された中空環状部材の絞りである。
【００１３】
請求項４の密閉型電動機付圧縮機は、請求項１において、流通路は、回転子のロータコアに形成された磁石挿入孔の幅方向両端に形成された磁束漏れ防止用空隙である。請求項５の密閉型電動機付圧縮機は、請求項１において、圧縮機は、軸方向で電動機寄りに冷媒吸入口を備え、電動機と反対側に冷媒吐出口を備えている。
【００１４】
請求項６の密閉型電動機付圧縮機は、請求項１において、更に、回転子の温度を測定し、測定温度が所定値を超えたとき磁石冷却手段を作動させる温度測定手段を含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜密閉容器＞
全体として箱形状又は円筒形状を持つ密閉容器は単一部材から成っても良いし、複数の部材から成っても良い。圧縮機の構成部品を密閉容器の構成部品として共用することもできる。その内部空間を冷媒が流通するので、外界から密閉されている。
【００１６】
密閉容器は軸方向で中間部の冷媒吸入口と、軸方向で圧縮機側端部の冷媒吐出口とを有する。冷媒入口を密閉容器の軸方向の中間部に形成するのは、ステータのコイルの構成との関係による。ステータが松葉形状の導体コイルを含む場合、冷媒の流通に対して抵抗となり難い導体コイルの接合部が中間部の半径方向内方に位置するからである。
＜圧縮機＞
圧縮機は回転軸上の一端側に取り付けられ、固定スクロール及び可動スクロールを含む。電動機の回転力により固定スクロールに対して可動スクロールが回転し、冷媒を圧縮する。
＜電動機＞
▲１▼電動機は回転軸上の他端側に圧縮機と並んで配置され、固定子と回転子とから成る。回転軸は軸方向で圧縮機とは反対側の一端に液冷媒入口通路を有する。入口通路は外部の冷媒供給管（キャピラリチューブ）が接続される部分と、回転子に連通する部分とを持つ。
▲２▼固定子（ステータ）のステータコアは円筒形状で、密閉容器に固定される。複数の貫通孔内に複数の導体コイルが挿入されている。
▲３▼回転子（ロータ）はロータコアと、ロータコアの複数の磁石挿入孔の各々に挿入された複数の永久磁石と、ロータコアの反圧縮機側で供給される液冷媒をガス冷媒に変える減圧部を持つ環状部材とを持つ。環状部材は回転軸に連通される部分と、液冷媒をガス化して回転子に供給する部分とを持つ。
【００１７】
ロータコアには一端面から他端面まで軸方向に貫通する冷媒流通路が形成されている。冷媒流通路はロータコア内の永久磁石の近傍に形成されれば良い。例えば、いわゆるＳＰＭの場合は磁石挿入孔とは別に、該磁石挿入孔の半径方向外方に、専用の冷媒流通路を形成すれば良い。
【００１８】
これに対して、中空円筒状のロータコアの磁石挿入孔に永久磁石を内蔵したいわゆるＩＰＭでは、磁石挿入孔の幅方向両端に磁束漏れ防止用空隙（フラックスバリヤ）が存在する。この空隙を冷媒流通路として利用すれば専用の冷媒流通路を設けることは不要となり、構造上、部品点数の削減及び冷却効率上極めて効果的である。
▲４▼電動機は回転子の温度を測定する温度測定手段（サーミスタ）を含むことが望ましい。測定温度が所定値を超えたとき、開閉弁を開いて、キャピラリチューブから液冷媒を供給する。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１、図２、図３及び図４を参照しつつ説明する。
＜実施例＞
（構成）
図１にエアコンシステムの冷凍サイクルを示す。ガス冷媒は密閉型電動機付圧縮機（以下、実施例では「密閉圧縮機」と略称する）Ａで高温・高圧のまま圧縮され、凝縮器Ｂで周囲の冷却水で冷却され液冷媒になる。液冷媒は膨張弁Ｃで低温・定圧のまま減圧されてガス化した後蒸発気Ｄに入り、空気から熱を吸収した後、再度密閉圧縮機Ａに吸入される。凝縮器Ｂと膨張弁Ｃとの間に配置された受液器Ｅから密閉圧縮機ＡにキャピラリチューブＧが延び、その途中に開閉弁Ｆが配置されている。
【００２０】
図２に示すように、密閉圧縮機Ａは密閉容器１０と、圧縮機（コンプレッサ）４０と、電動機（モータ）５３とから成る。このうち、密閉容器１０は本体ケース１１と支持部材２０と蓋ケース４６とを含む。本体ケース１１は有底円筒形状で円筒部１２と蓋部１５とを備える。円筒部１２の左端上方、即ち圧縮機４０と電動機５３との境界部に半径方向に延びる冷媒入口１３が形成されている。
【００２１】
本体ケース１１の左端開口は内外径が異なり、かつ軸方向にずれた大径部２２、中径部２４及び小径部２８を有する支持部材２０に覆われている。大径部２２が本体ケース１１の端面に当接し、中径部２４が軸受２５を介して回転軸３０の中間の太径部３１を回転可能に支持している。回転軸３０の右端の細径部３２は軸受３５を介して本体ケース１１の蓋部１５により回転可能に支持されている。
【００２２】
尚、小径部２８は回転軸３０に緩く嵌合されている。支持部材２０の大径部２２の半径方向内側で回転軸３０の太径部３１の側方となる位置に、カウンタバランサ３７が取り付けられている。
【００２３】
圧縮機４０は可動スクロール４３及び固定スクロール４４等を含む。回転軸３０の左端の細径部３３にはスライドブッシュ３８を介して可動スクロール４１が取り付けられ、回転軸３０と共に回転する。可動スクロール４１及び支持部材２０の軸方向外側（左側）に、中心部に吐出弁４４を備えた固定スクロール４３が可動スクロール４１を覆うように取り付けられ、圧縮チャンバ４２を形成している。固定スクロール４３の更に軸方向外側に、冷媒吐出口４９を持つ蓋ケース４６が取り付けられ、吐出チャンバー４７を形成している。
【００２４】
回転軸３０の右端に液冷媒の供給通路５０が形成されている。供給通路５０は右端面の中心部に形成され行止り孔から成る軸方向孔部５１と、その先端から半径方向に延び外周面で開口した半径方向孔部５２とを含む。軸方向孔部５２の開口部に上記キャピラリチューブＧが接続される。
【００２５】
電動機５３は永久磁石式ブラシレスインバータモータ、特に永久磁石をロータコアに内蔵したＩＰＭであり、ステータ５５とロータ７０とから成る。図２，３に示すように、ステータ５５のステータコア５６は全体として円筒形状で、軸方向に貫通する複数の貫通孔５７が円周方向に隔設されている。横断面が円形の貫通孔５７に挿入された導体コイル６０は松葉形状の複数の導体セグメント６２を接合して成る。ステータコア５６に収容された軸方向で中間の一対の収容部６４と、一端面から突出した一対の接合部６５と、他端面から突出したＵ字形状のターン部６３とを含む。
【００２６】
なお、密閉容器１０の円筒部１２にサーミスタ６７が固定され、電動機５３の温度を測定している。測定温度が所定値を超えたとき、開閉弁Ｆを開き受液器Ｅ内の液冷媒をキャピラリチューブＧを通して密閉圧縮機Ａに供給する。
【００２７】
一方、図３，図４においてロータ７０はロータコア７１と、永久磁石７５と、両端のエンドリング８２及び８５とを含む。ロータコア７１は全体的には中空円筒形状を持ち、キー７４により回転軸３０に対して回り止めされている。外周面に近い部分に４つの磁石挿入孔７２が形成されている。各磁石挿入孔７２は、厚さが薄く幅が広い薄型の横断面形状を持ち、ロータコア７１の外周面の円に対して弦を形成するように形成されている。、形成されている。その結果、隣接する磁石挿入孔７２は互いに直交し、４つの磁石挿入孔７２は正方形の各辺に相当する位置に配置されている。
【００２８】
各磁石挿入孔７２内に薄型の永久磁石７５が、その半径方向内面及び外面が同じ極性を持つように配置されている。磁石挿入孔７２の幅方向の両端にフラックスバリヤ７３を残すため、永久磁石７５の幅は磁石挿入孔７２の幅よりも少し狭く選定されている。
【００２９】
左方のエンドリング８２は中実な環状部材から成り、回転軸３０に相対回転不能に取り付けられている。その一端面（右端面）から他端面（左端面）にかけて、湾曲した冷媒出口通路８３が形成されている。
【００３０】
右方のエンドリング８５は中空の環状部材から成り、回転軸３０に相対回転不能に取り付けられている。その内周面に形成された適数個の冷媒入口８６が上記回転軸３０の半径方向孔部５４に連通している。また、一端面（左端面）には各磁石挿入孔７２のフラックスバリヤ７３と連通する位置に、断面積が非常に小さい複数の絞り８８が形成されている。
（作動）
次に、本実施例の密閉圧縮機の作動を説明する。電動機５３ではステータ５５の導体コイル６０に電流が流れ、電磁力によりロータ７０が回転する。
【００３１】
圧縮機４０では、回転軸３０に取り付けられた可動スクロール４１が固定スクロール４３に対して回転し、冷媒入口１３から冷媒が半径方向内向きに吸引される。支持部材２０及び可動スクロール４１に形成された連通孔（不図示）を通過して、可動スクロール４１と固定スクロール４３との間の圧縮チャンバ４２に流入する。冷媒は可動スクロール４１の回転により圧縮チャンバー４２内で圧縮され、所定圧力以上になったとき吐出弁４４から吐出チャンバー４７に流出し、冷媒出口４９から吐出される。
【００３２】
冷房負荷が比較的小さいときは、圧縮機４０での冷媒の吸入量が少なく、電動機５３の回転数は比較的小さい。よって、サーミスタ６７により測定されるロータ７０の温度上昇は低い。開閉弁Ｆは閉じたままであり、キャピラリチューブＧに液冷媒は供給されない。
【００３３】
これに対して、冷房負荷が比較的大きいときは、圧縮機４０での冷媒の吸入量が多く、電動機５３の回転数が大きくなる。それに伴い発熱量が増えることから、サーミスタ６７により測定される電動機５３の温度が上昇する。測定温度が所定値を超えると、開閉弁Ｆを開き受液器ＥからキャピラリチューブＧに液冷媒を供給する。冷媒吸入口１３からの圧縮機４０への冷媒の吸入と併行して、キャピラリチューブＧから電動機５３に液冷媒を供給する。
【００３４】
詳述すると、キャピラリチューブから供給される液冷媒は、回転軸３０の軸方向孔部５１から半径方向孔部５２に流れ、冷媒入口８６からサイドリング８５内に流入する。絞り８８を流れるとき減圧されてガス化し、ガス冷媒は磁石挿入孔７２の幅方向両側に形成されたフラックスバリヤ７３内をロータ７０の一端面から他端面に向かって流れる。その際、永久磁石の高熱を吸収して液冷媒が蒸発する。かくして、気化熱で永久磁石７５を幅方向両側から冷却し、その温度上昇を抑制する。
【００３５】
他端面に至った冷媒は左方のエンドリング８２の冷媒出口通路８３から流出し、冷媒吸入口１３から吸入された冷媒と合流して圧縮される。
（効果）
本実施例の密閉圧縮機Ａによれば、以下の効果が得られる。
【００３６】
先ず、永久磁石７５ひいてはロータ７０のコストが低減される。図４から分かるように、フラックスバリヤ７３内を流通するガス冷媒が永久磁石７５の温度上昇を制御するので、永久磁石の中でも比較的高価とされるネオジウム製永久磁石７５のうち、性耐熱性が低く安価なグレードの採用が可能となるからである。
【００３７】
これに対して、従来のように永久磁石の冷却が不十分であったため、耐熱性を考慮して高価なネオジウム磁石を採用し、コストの上昇を招いていた。
【００３８】
第２に、密閉圧縮機Ａの軸方向寸法が短縮される。図２からわかるように、冷媒吸入口１３はステータ５５の導体コイル６０の接合部６３側に位置している。各導体コイル６０の接合部６３間にはある程度の隙間がある（それ程密集していない）。よって、冷媒吸入口１３から半径方向内向きに吸入される冷媒は円周方向で隣接する接合部６３間の隙間を通過することができ、冷媒の通過のために余計な隙間を設ける必要はない。
【００３９】
これに対して、従来のように導体コイルのターン部側に冷媒吸入口を設けた場合、密集したターン部間を冷媒が通過することは困難である。そのために、ターン部と密閉容器（特にその蓋部）との間に隙間を設ける必要が生じ、その分電動機の軸方向長さが増加していた。
【００４０】
第３に、電動機７０は永久磁石７５を含むＩＰＭから成り、高い特性を得ることができ、しかも永久磁石７５の冷却に好都合である。ステータ５５とロータ７０との間の間隙が極力小さくされ、磁石挿入孔７２の幅方向両端にフラックスバリヤ７３が形成されているからである。
【００４１】
一方、永久磁石７５の冷却に都合が良いのは、元々存在している磁石挿入孔７２の幅方向両端のフラックスバリヤ７３を冷媒流通路として利用でき、新たな通路を形成は不要だからである。しかも、フラックスバリヤ７３内にガス冷媒を流通させても、ロータ７０の性能には全く影響しない。
【００４２】
最後に、回転軸３０に冷媒入口通路５０を形成する作業は困難ではなく、ロータコア７１の両端に配置した一対のエンドリング８２及び８５も簡単な部材である。従来の高価な永久磁石に代えて安価が永久磁石７５を採用できる上記利点は、これらの作業及び配置に要するコストを上回る。
＜変形例＞
図５にロータの変形例を示す。このロータ９０では、ロータコア９１に形成された４つの磁石挿入孔９２の各々は平面状の内面９３と、湾曲した外面９４と、一対の接続面９５とで区画されている。内面９３は直径と平行に延び、ロータコア９１の外周面９７の円に対して弦を成している。外面９４は外周面９７に沿って延び、その結果円弧状で一定厚さのブリッジ９８が形成されている。内面９３及び外面９４の両端に形成された一対の接続面９５は概ねロータコア９１の半径方向に延びている。
【００４３】
磁石挿入孔９２に挿入された永久磁石１００はロータコア９０の内面９３と同形状の内面１０１と、外面９４よりも少し曲率が大きい外面１０２と、両端の接続面１０３とを持つ。内面９４と内面１０２との曲率の差により、両者間に円周方向に延びるフラックスバリヤ１０５が形成されている。このフラックスバリヤ１０５の半径方向の大きさは接続面１０３側が大きく、接続面１０３から遠ざかるにつれて減少している。
【００４４】
密閉圧縮機Ａの作動時に冷却負荷が大きいとき、前記サイドリング８５の絞り８８で減圧したガス冷媒をフラックスバリヤ１０５内に流通させる。
【００４５】
この変形例によれば、永久磁石１００の冷媒接触面積が大きいのでより優れた特性が得られる。また、永久磁石１００の厚さが比較的大きいが、フラックスバリヤ１０５内を流通するガス冷媒により外面１０２が広い範囲が冷却され、温度上昇が効果的に抑制される。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の密閉型電動機付圧縮機によれば、冷房負荷が大きいときは、磁石冷却手段が回転子内にガス冷媒を流通させて永久磁石を冷却し、その温度上昇を抑制する。その結果、永久磁石の耐熱性を重視することが不要となり、安価な永久磁石が使用でき、回転子ひいては電動機のコストが低減できる。加えて、圧縮機の冷媒吸入口は回転子の冷却を考慮することなく、圧縮機にとって都合が良く、しかも電動機の固定子との関係で吸入抵抗が少ない場所に形成できる。
【００４７】
請求項２の密閉型電動機付圧縮機によれば、外部から供給される液冷媒が確実にガス化され、回転子の永久磁石の冷却に使用できる。請求項３の密閉型電動機付圧縮機によれば、液冷媒を回転子に導入する直前にガス冷媒に変えることができる。請求項４の密閉型電動機付圧縮機によれば、回転子に冷媒の流通路を新たに形成することが不要で、コストの上昇が極力抑制できる。
【００４８】
請求項５の密閉型電動機付圧縮機によれば、電動機の固定子のコイルは圧縮機側ではそれほど密集しておらず冷媒の吸入抵抗が小さい。よって、コイルの周辺に冷媒流通のための空間を確保することは不要であり、その分軸方向長さを短縮できる。請求項６の密閉型電動機付圧縮機によれば、冷却負荷が大きく電動機の温度が上昇し易いときは、磁石冷却手段から確実に冷媒が供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】エアコンの冷凍サイクルを示す説明図である。
【図２】本発明の実施例を示す縦断面図である。
【図３】同じく横断面図である
【図４】図２の要部拡大図である。
【図５】上記実施例の変形例を示す要部横断面図である。
【符号の説明】
Ａ：密閉型電動機付圧縮機            １０：密閉容器
４０：圧縮機                        ５０：冷媒入口通路
５３：電動機                        ５５：ステータ
５６：ステータコア                  ６０：導体コイル
７０：ロータ                        ７１：ロータコア
７２：磁石挿入孔                    ７３：フラックスバリヤ
７５：永久磁石                      ８２：サイドリング
８８：絞り
【図１】
2004251173.tif 000003
【図２】
2004251173.tif 000004
【図３】
2004251173.tif 000005
【図４】
2004251173.tif 000006
【図５】
2004251173.tif 000007