(57)【要約】【課題】密閉型圧縮機において、高効率の回転子と集中巻の固定子を使用すると回転子のコギングトルクが大きくなり、また固定子の磁気共振が大きくなるため、密閉型圧縮機の騒音および振動が大きくなる。【解決手段】高効率の回転子１０８を用いても、固定子１０７の個々のティース１１０に加わる磁気エネルギーを分散させることで、回転子１０８のコギングトルクを小さくし、また固定子１０７の磁気共振を低減することで、高効率を維持した上で、低騒音かつ低振動の密閉型圧縮機１０１を提供する。【選択図】  図１
2004353521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に電動機部と前記電動機部により駆動される圧縮機構部とを備え、前記電動機部は前記圧縮機構部の上部に設けられると共に固定子と前記固定子内で回転する回転子とから構成され、前記回転子は回転子鉄心に永久磁石を備え、前記固定子は固定子鉄心と前記固定子鉄心のティース部に分布巻方式にて巻かれた固定子巻線を備え、前記電動機部は複数の運転周波数で駆動されるインバーター駆動式である密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記電動機部はＰＷＭ電圧制御駆動式で駆動される請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記永久磁石は、希土類磁石である請求項１または請求項２に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機構部には前記回転子を固定したクランク軸と、前記クランク軸を軸支するとともに前記回転子鉄心内に突出する軸受とを備え、前記軸受は非磁性体の材料で形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍冷蔵機器や空調機器等に使用される密閉型圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、密閉型電動圧縮機（以下圧縮機という）は高効率且つ低騒音が要求されている。
【０００３】
従来の圧縮機としては、電動機部に集中巻方式の固定子と永久磁石を用いた回転子を採用することによって高効率を図ったものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら従来技術の密閉型圧縮機について説明する。
【０００５】
図５は、従来の密閉型圧縮機の断面図である。図６は、従来の密閉型圧縮機の固定子鉄心の平面図である。図７は、従来の密閉型圧縮機のモータの平面図である。
【０００６】
図５から図７において、密閉型圧縮機１は密閉容器２内に電動機部３と支持フレーム４及び圧縮機構部５が支持装置６を介して弾性的に収納されている。
【０００７】
電動機部３は固定子７と、この固定子７の内側に配置された回転子８とから構成されている。固定子７は固定子鉄心９に設けられた６個のティース１０に直接的に固定子巻線１１が巻かれており、いわゆる集中巻方式の固定子７が形成されている。一方回転子８は、回転子鉄心１２に回転子８の外周側に凹の円弧状永久磁石１３を埋設している。
【０００８】
圧縮機構部５はシリンダ１４と、シリンダ１４内に往復自在に挿入されているピストン１５と、電動機部３によって駆動されるクランク軸１６を有し、クランク軸１６は回転子８が圧入固定されている主軸部１７と偏芯部１８を有し、偏芯部１８は連結手段１９を介してピストン１５と連結されている。
【０００９】
また、電動機部３はインバータ装置（図示せず）によってインバータ制御されながら、駆動されている。
【００１０】
以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００１１】
密閉型圧縮機１が起動と共に電動機部３の固定子７に電圧が印加され、固定子巻線１１に通電される。その結果固定子７には回転磁界が生じ、この回転磁界に誘導されて磁極をもつ回転子８は回転する。この回転に伴って、回転子８と一体となったクランク軸１６も回転し、偏芯部１８に連結手段１９を介して連結されているピストン１５がシリンダ１４内を往復動することによって周知の圧縮動作が行われる。
【００１２】
なお、本従来の技術では圧縮機構部５が電動機部３の上部に位置しているが、圧縮機構部５が電動機部３の下部に位置している密閉型圧縮機１も一般的に広く使われている。この種の密閉型圧縮機は圧縮部が下部で潤滑油の近くに位置することによって特にインバータ制御等の商用周波数以下の低回転数で運転する場合でも、摺動部への給油が十分に行えるため、高い信頼性を有しているものである。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−２１８３９４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、回転子８が固定子７の回転磁界に誘導されて回転する際に生じるコギングトルクが大きくなってしまう。
【００１５】
コギングトルクとは、回転子８を誘導する固定子７の極が変わる度に回転子８の永久磁石１３から発生する磁束の向きと大きさが変化し、回転子８の磁束が周期的に変動することに伴う回転トルク変動である。
【００１６】
このコギングトルクの大きさは回転子８の磁束分布に影響されると共に、固定子７の極数に反比例する。すなわち回転子８が回る際に、回転子８が固定子７のある極から次の極へ移る為に必要なトルクは、固定子７の極間の距離が長いとそれに伴って大きくなる。よって上記従来の技術においては固定子７の極数が６極である為、回転子８は６０°回転するのに必要なだけの大きな磁束変動が６０°回転する毎に周期的に生じることとなり、大きなコギングトルクに伴う回転ムラを生じ、その結果固定子８の加速度の変化が大きく、それらが加振源となって発生する騒音や振動が大きくなるという欠点があった。
【００１７】
一方、従来の構造の固定子７を用いると、固定子７が回転磁界を形成する際に生じる磁気共振が大きいという欠点があった。
【００１８】
この磁気共振について以下に説明する。
【００１９】
従来の構造の固定子７に磁界を発生させた際、例えば、Ｕ相からＶ相に通電した時、Ｕ相巻線を施したティース１０ｕがＮ極、それと隣り合うＶ相巻線を施したティース１０ｖがＳ極となり、引張り力が働く。つぎに通電する相が切り替わり、Ｖ相からＷ相に通電した瞬間にこのティース１０ｕとティース１０ｖの引き合う力は消滅し、Ｖ相巻線を施したティース１０ｖとＷ相巻線を施したティース１０ｗ間に引張り力が発生する。このように周期的に通電相が切り替わる度にティース１０間には引張り力の発生、消滅による繰り返し荷重が発生し、ティース１０が振動する。この繰り返し荷重の大きさは個々のティース１０に働く磁気エネルギーの大きさに比例する。一般に固定子の極数が少ないと極間の距離が長くなり、その距離分だけ回転子を誘導できる強さの大きい磁気エネルギーが必要である為、ティース１０に働く磁気エネルギーは大きくなる。よって、上記従来の技術においては固定子７の極数が６極と少ない為、大きい値の繰り返し荷重を受ける。これに伴って生じる騒音や振動も大きくなるという欠点があった。さらに、個々のティース１０に集中巻方式に固定子巻線１１が巻かれている構造で、１つのティースに固定子巻線１１が集中的に巻かれており、隣合わせるティース間は空間１０ａを介して各々独立している為、隣合わせるティース１０間に引張り力が発生すると、各ティースはそれにともなって大きく変位する。よって磁気共振を受けると振幅が大きくなり、これによる騒音や振動が高くなるという欠点があった。
【００２０】
特に圧縮機構部５が下部に位置する構造の場合、インバータ制御等の商用周波数以下の回転数で運転する際、摺動部への給油等が有利であるものの、構造上電動機部３が上部に位置するため、密閉容器２上部から電動機部３の回転音が放射される為、電動機部３から発生する騒音の影響が顕著であるという欠点があった。
【００２１】
そこで本発明は、高い効率を維持した上で低騒音を実現する圧縮機を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に電動機部と前記電動機部により駆動される圧縮機構部とを備え、前記電動機部は前記圧縮機構部の上部に設けられると共に固定子と前記固定子内で回転する回転子とから構成され、前記回転子は回転子鉄心に永久磁石を備え、前記固定子は固定子鉄心と前記固定子鉄心のティース部に分布巻方式にて巻かれた固定子巻線を備え、前記電動機部は複数の運転周波数で駆動されるインバーター駆動式である密閉型圧縮機であり、永久磁石を用いて磁力の強い磁界を発生する回転子を用いても、回転子に生じるコギングトルクが小さくなるという作用を有する。
【００２３】
また固定子の個々のティースに加わる磁気エネルギーが分散されることによって、固定子に発生する磁気共振が小さくなるという作用を有する。
【００２４】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に更に前記電動機部はＰＷＭ電圧制御駆動式で駆動されるもので、請求項１に記載の発明の作用である固定子鉄心の剛性の向上によって、ＰＷＭ電圧制御で駆動する際に生じるパルス列発生のスイッチング周波数であるキャリア周波数による励起振動を低減するという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明に加えて、回転子鉄心に埋設された永久磁石は強磁性の希土類磁石からなるものであり、請求項１または請求項２に記載の発明の作用加えて、強い磁力を得る永久磁石を用いることによってさらに強い磁界を発生する回転子を用いても、固定子の個々のティースに加わる磁気エネルギーを分散させることによって、回転子に生じるコギングトルクを低減させるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明に加えて、軸受が非磁性体材料からなるものとし、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明の作用に加えて、永久磁石からの磁束は主に渦電流損からなる鉄損を発生しないという作用を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による密閉型圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の縦断面図である。図２は同実施の形態による固定子鉄心の平面図である。図３は同実施の形態による電動機部の平面図である。図４は同実施の形態によるコギングトルクの特性図である。
【００２９】
図１、図２、図３、図４において、密閉容器１０２内の上方には電動機部１０３、下方には圧縮機構部１０５が配置され、潤滑油（図示せず）を貯溜している。圧縮機構部１０５と電動機部１０３は一体化されており、密閉容器１０２内壁に支持装置（図示せず）を介して弾性的に取り付けられている。
【００３０】
電動機部１０３は固定子１０７と回転子１０８とから形成されている。固定子１０７は固定子鉄心１０９のティース部１１０に分布巻方式に固定子巻線１１１が形成されており極数は２４極であり、固定子１０７は固定子鉄心１０９のティース１１０に分布巻方式に固定子巻線１１１が形成され、固定子巻線１１１がＵ相１１１ｕ、Ｖ相１１１ｖ、Ｗ相１１１ｗの３重構造で少しずつ位置をずらしながら複数のティース１１０間に渡って巻かれているため、２４個のティース１１０はそれぞれ独立せず、複数の固定子巻線１１１によって拘束されている。また、回転子１０８は、回転子鉄心１１２の回転子１０８の外周側に凹の円弧状の永久磁石１１３を埋設している。また、回転子鉄心１１２の圧縮機構部１０５に対向する側の端部においては、軸受１２０が回転子鉄心１１２の内部まで延在している。
【００３１】
圧縮機構部１０５はシリンダ１１４と、シリンダ１１４内に往復自在に挿入されているピストン１１５と、電動機部１０３によって駆動されるクランク軸１１６を有し、吸入リード（図示せず）と、吸入孔（図示せず）と吐出孔（図示せず）とを有したバルブプレート１２１と、吸入室（図示せず）と吐出室（図示せず）を形成したシリンダーヘッド１２２とを備えている。クランク軸１１６は回転子１０８が圧入固定され、軸受１２０によって軸支されている主軸部１１７と偏芯部１１８を有し、偏芯部１１８は連結手段１１９を介してピストン１１５と連結されている。
【００３２】
以上のように構成された圧縮機について以下にその動作を説明する。
【００３３】
密閉型圧縮機１０１が起動すると、電動機部１０３の固定子１０７に電圧が印可され、固定子巻線１１１に通電される。その結果固定子１０７には回転磁界が生じ、この回転磁界に誘導されて磁極をもつ回転子１０８は回転する。この回転に伴って、回転子１０８と一体となったクランク軸１１６も回転し、偏芯部１１８に連結手段１１９を介して連結されているピストン１１５がシリンダ１１４内を往復運動することによって周知の圧縮動作が行われる。
【００３４】
また、電動機部１０３はサイクルの電圧波形を分割して多数のパルス列で構成し、そのパルスの数、間隔、幅などを時間的に変化させ、その平均値を正弦波状になるようなＰＷＭ電圧制御駆動式のインバータ制御にて任意の運転回転数にて運転される。
【００３５】
また、固定子１０７は固定子鉄心１０９のティース１１０に分布巻方式で巻かれているため、２４個のティース１１０はそれぞれ独立せず、複数の固定子巻線１１１によって拘束されているため、固定子１０７の通電相が切り替わる度に周期的に隣り合わせるティース１１０間に引張り力の発生や消滅による繰り返し荷重が発生しても複数の固定子巻線１１１によって拘束されているティース１１０は物理的にほとんど変位することができないことによって高い剛性を有することに加えて、固定子１０７の極数が２４極である為、隣り合わせるティース１１０に加わる磁気エネルギーによる引張り力は従来の６極と比較すると約１／４程度となり大きく低減することができる為、ティース１１０の磁気共振による振動を大幅に低減することができる。
【００３６】
また、回転子１０８を誘導する固定子１０７の極が変わる度に回転子１０８の永久磁石１１３から発生する磁束の向きと大きさが変化し、回転子１０８の磁束が周期的に変動することに伴う回転トルク変動であるコギングトルクの大きさは回転子１０８の磁束分布に影響されると共に、固定子１０７の極数に反比例する。
【００３７】
本実施の形態において回転子１０８が回る際に、回転子１０８が固定子１０７のある極から次の極へ移る為に必要なトルクは、固定子１０７の極数が２４極である為、回転子１０８は１５°回転するのに必要なだけの磁束変動が１５°回転する毎に周期的に生じることとなる。この磁束の大きさは固定子１０７の極間の距離に比例する為、従来技術の固定子７の極数が６極である場合と比較すると約１／４程度となり、磁束分布変化を大きく低減することができる。これによって、回転子１０８の回転に伴うコギングトルクの低減が図れ、圧縮機運転時の電動機部１０３から発生する騒音および振動を大幅に低減することができる。特に上部に電動機部１０３を配置した密閉型圧縮機１０１においてはその効果は顕著に現われる。
【００３８】
よって、上部に電動機部１０３を配置し、下部に圧縮機構部１０５が配置されているタイプの密閉型圧縮機１０１は圧縮機構部１０５が下部で潤滑油（図示せず）の近くに位置することによって特にインバータ制御等の商用周波数以下の低回転数で運転する場合でも、摺動部への給油が十分に行えるため、高い信頼性を有していることに加えて、圧縮機構部１０５が潤滑油（図示せず）中に浸っているため、シリンダ１１４は潤滑油（図示せず）によって冷却され、シリンダ１１４内での吸入冷媒の加熱を抑える効果があるため、高い効率が得られるという優れた性質を持つものにおいて、さらに上述のように騒音を低減することができる為、高効率かつ低騒音の密閉型圧縮機１０１を提供することができるという効果を奏する。
【００３９】
また、ＰＷＭ電圧制御で駆動する際に生じるパルス列発生のスイッチング周波数であるキャリア周波数による励起振動も上記のように固定子の剛性をあげることによって低減することができる為、低騒音の密閉型圧縮機１０１を提供することができるという効果を奏する。
【００４０】
尚、固定子１０７に埋設されている永久磁石１１３に希土類磁石のネオジウム、鉄、ボロン系の強い磁力を有する永久磁石１１３を用いた場合でも、上述したような作用によって騒音が低減されるため、圧縮機運転時の電動機部１０３から発生する騒音および振動を大幅に低減した上で、高いエネルギー効率を実現する圧縮機を提供することができる。
【００４１】
また、軸受１２０はアルミニウム合金の非磁性体材料からなるので、回転子鉄心１１２に埋設した永久磁石１１３の磁力線は軸受内部で渦電流を発生させないため、渦電流損失がほとんど生じず、鉄損の低減が図れる為、圧縮機の高効率化が実現する。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように請求項１に記載の発明は、回転子に生じるコギングトルクが小さくなり、また固定子の個々のティースに加わる磁気エネルギーが分散されることによって、固定子に発生する磁気共振が小さくなるため、低騒音、低振動の密閉型圧縮機が得られるという効果を有する。
【００４３】
また、請求項２に記載の発明は、ＰＷＭ電圧制御で駆動する際に生じるパルス列発生のスイッチング周波数であるキャリア周波数による励起振動を低減することによって、低振動かつ安価な密閉型圧縮機が得られるという効果が有る。
【００４４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１および請求項２の効果に加えて、さらに強い磁力を得る永久磁石を用いることによってさらに強い磁界を発生する回転子を用いても、固定子の個々のティースに加わる磁気エネルギーを分散させ、回転子に生じるコギングトルクを低減させることによって低騒音、低振動の密閉型圧縮機が得られるという効果を有する。
【００４５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の効果に加えて、さらに永久磁石からの磁束は主に渦電流損からなる鉄損を発生しないことによって、効率が高い密閉型圧縮機が得られるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態１による固定子鉄心の平面図
【図３】同実施の形態１による電動機部の平面図
【図４】同実施の形態１によるコギングトルクの特性図
【図５】従来の密閉型圧縮機の断面図
【図６】従来の密閉型圧縮機の固定子鉄心の平面図
【図７】従来の密閉型圧縮機のモータの平面図
【符号の説明】
１０１  密閉型圧縮機
１０２  密閉容器
１０３  電動機部
１０５  圧縮機構部
１０７  固定子
１０８  回転子
１１０  ティース部
１１１  固定子巻線
１１２  回転子鉄心
１１３  永久磁石
１１６  クランク軸
１２０  軸受
【図１】
2004353521.tif 000003
【図２】
2004353521.tif 000004
【図３】
2004353521.tif 000005
【図４】
2004353521.tif 000006
【図５】
2004353521.tif 000007
【図６】
2004353521.tif 000008
【図７】
2004353521.tif 000009