(57)【要約】【課題】部品点数の増加や性能の低下を伴うことなく、油循環率の低い圧縮機を得る。【解決手段】ロータ２ｂの複数の貫通孔２０からなる第１のガス流路の総断面積をＡ1とし、エアギャップ２４と巻線収容スロットの開口からステータ２ａの内周面にかけて形成される溝部２５とからなる第２のガス流路の総断面積をＡ2とし、前記ステータの巻線よりも外周側の貫通孔である複数の切欠きから成る第３のガス流路の総断面積をＡ3とすると、Ａ2＞Ａ1＞Ａ3の条件を満足させた上で、内径が駆動軸６の外径よりも小さい円筒壁を有する円板状の油分離板７を駆動軸６に締まり嵌めにて嵌挿し、油分離板７をロータ２ｂの貫通孔２０上端から所定の間隔を隔てて保持した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置より上方に吐出口を有する密閉容器と、
この密閉容器内に設けられたステータ及びこのステータの内側に配されたロータからなるモータと、
前記密閉容器内の前記モータより下方に設けられ前記ロータに嵌挿される駆動軸により駆動される圧縮機構部と、
この圧縮機構を潤滑する潤滑油を前記密閉容器底部に封入し、少なくとも前記モータのロータには上下両端を軸方向に連通する複数の貫通孔からなるガス流路を形成し、前記ガス流路部の上端から所定の間隔を隔てて保持され前記ロータと共に回転する略円板形状の油分離板と、を具備してなる密閉電動圧縮機において、
前記油分離板は、円板部と、この円板部に対して直角に立設され、中抜き穴を回転中心部に形成した円筒壁と、を具備し、前記円筒壁の内側は前記駆動軸が締まり嵌めにて嵌挿され保持されることを特徴とした密閉電動圧縮機。
【請求項２】
前記モータには、前記ロータの上下両端を軸方向に連通する複数の貫通孔からなる総断面積A１なる第１のガス流路と、
ロータ外周面とステータ内周面との間に確保されるエアギャップとステータにおける巻線収容スロットの開口からステータの内周面にかけて形成される溝部からなる総断面積A2なる第２のガス流路と、
前記ステータの巻線よりも外周側で密閉容器内壁より内側に形成され前記モータの上下両端を軸方向に連通する複数の貫通孔からなり、前記A1、A2のいずれよりも小である総断面積A3なる第３のガス流路とを形成したことを特徴とする請求項１記載の密閉電動圧縮機。
【請求項３】
前記Ａ1は、前記Ａ2より大であり、かつ前記油分離板の円板部の外径は、ロータの上下両端を軸方向に連通する複数の貫通孔部より大かつロータの外径より小であることを特徴とする請求項２記載の密閉電動圧縮機。
【請求項４】
前記油分離板が前記第１のガス流路上端から隔てて保持される所定の間隔は、前記第１のガス流路の総断面積をＡ1とする等価円の半径に対し±５０％の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の密閉電動圧縮機。
【請求項５】
前記油分離板は、外周近傍が外向きに徐々に下方に下がるように形成した円板部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の密閉電動圧縮機。
【請求項６】
ＣＯ2冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、請求項１〜５のいずれかに記載の密閉電動圧縮機を使用したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば空調冷熱機器の冷媒圧縮用に用いられる密閉電動圧縮機およびこの密閉電動圧縮機が用いられる冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の密閉電動圧縮機においては、ロータ上端近傍に板状の油分離機を保持し、同時に密閉容器内の吐出ガス流路の配置を工夫することで、密閉容器内にてガスと潤滑油の分離を行ない、吐出ガスに含まれる潤滑油割合（油循環率）の抑制を図っている。
【０００３】
従来、油分離機の保持方法としては、油分離板をロータにスペーサを介してリベットかしめ固定する形態（特許文献１、特許文献２）、駆動軸にＣ形止め輪など固定専用の用部材を用いて固定する形態（特許文献３）、油分離板に爪状のばね部を一体に設け駆動軸に係合させる形態（特許文献３）などが知られている。
また、吐出ガスの流路に関しては、駆動軸内にガス流路を設ける形態（特許文献４）、ステータ内の流路面積を一定以上に確保した形態（特許文献１）、ステータの内周側と外周側の流路抵抗に所定の差を持たせた形態（特許文献５）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２３７４号公報（第４図、請求項７，８）
【特許文献２】特開平８−２８４７６公報（第２図）
【特許文献３】特開平５−３３２２７６公報（第３図、第４図）
【特許文献４】特開平４−３２５７９５公報（第１図）
【特許文献５】特許第３４２０６４１公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、この種の電動密閉圧縮機は、油分離に対して、概ね以下の課題を有していた。
（ア）油分離板の固定にかかる部品点数が増加する。
（イ）密閉容器内のガス流路面積を拡張し、ガス流速を下げ潤滑油の巻き上がりを防止すると、モータ鉄心容積が減少しモータ効率が低下、性能悪化する。
（ウ）スペーサを介して油分離板をロータにかしめ固定する形態では、ロータにガス流路穴を広く取ることが困難。
（エ）爪状のばね部にて駆動軸に係合させる形態では、油分離板の上下面を連通する隙間が残り、油分離機能が低下する。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、部品点数の増加や性能の低下を伴うことなく、油循環率の低い圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る密閉電動圧縮機は、所定の位置より上方に吐出口を有する密閉容器と、この密閉容器内に設けられたステータ及びこのステータの内側に配されたロータからなる直流モータと、前記密閉容器内の前記直流モータより下方に設けられ前記ロータに嵌挿される駆動軸により駆動される圧縮機構部と、この圧縮機構を潤滑する潤滑油を前記密閉容器底部に封入し、少なくとも前記直流モータのロータには上下両端を軸方向に連通する複数の貫通孔からなるガス流路を形成し、前記ガス流路部の上端から所定の間隔を隔てて保持され前記ロータと共に回転する略円板形状の油分離板と、を具備し、前記油分離板は、円板部と、この円板部に対して直角に立設され、中抜き穴を回転中心部に形成した円筒壁と、を具備し、前記円筒壁の内側は前記駆動軸が締まり嵌めにて嵌挿され保持されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の密閉電動圧縮機は、少なくともロータには上下両端を軸方向に連通する複数の貫通孔からなるガス流路を有し、ガス流路部上端から所定の間隔を隔てて保持され前記ロータと共に回転する略円板形状の油分離板を具備しているため、貫通孔より吐出口へ向かう吐出ガスは一旦油分離板にて遮られ、回転運動を与えられる。それにより、吐出ガスに混在する潤滑油は比重の差により遠心力で分離され、密閉容器上部の吐出口から密閉容器外へ流出するのを防ぐ第１の効果を有する。
また、前記油分離板は円板部に対して直角に立設される円筒壁を有する中抜き穴を回転中心部に具備し、該円筒壁内径には前記駆動軸が締まり嵌めにて嵌挿され保持されているため、油分離板の上下面を連通する穴は一つも存在しない。その為、前記ロータの貫通孔から密閉容器上部の吐出口へ向かうガスは全て油分離板の外周を回り込むことになり、結果として前記の回転運動が強く与えられ、油の分離効率を高める第２の効果を有する。また、前述のように油分離板が前記駆動軸に締まり嵌めにて嵌挿され保持されているため、部品点数の増加を伴わないシンプルな構造とすることができる第３の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における密閉電動圧縮機の断面図である。図において、密閉容器１内には直流モータ２と圧縮機構部３が固定されており、密閉容器１底部には圧縮機構を潤滑する為の潤滑油４が封入されている。密閉容器上部には吐出管５が嵌挿され、吐出口５ａを形成している。直流モータ２はステータ２ａ及びロータ２ｂからなり、ロータ２ｂには駆動軸６が嵌挿されており、ロータの回転は駆動軸６により圧縮機構部３へ伝達される。また駆動軸の上端部にはロータ外径より外径小である円板状の油分離板７が保持され、ロータと共に回転する。また密閉容器外部には吸入マフラ８があり、吸入マフラは密閉容器内の圧縮機構部へ吸入管９にて接続されている。
【００１０】
圧縮機構部３は、駆動軸６と同体である、偏心軸を有するクランクシャフト１０と、シリンダ１１、及びクランクシャフト１０が回転自在に嵌挿される軸受部１３とシリンダ１１の上下を閉塞する端板を有する上下の軸受１２、１３、前記偏心軸に回転自在に嵌挿されクランクシャフト１０の回転によりシリンダ１１内を公転運動するローリングピストン１４と、ローリングピストン１４外径に一端が当接したままシリンダ１２に設けられた溝内を往復運動する板状のベーン（図示せず）を備えた、いわゆるロータリ圧縮機の形態となっている。
【００１１】
引続き直流モータ２の形態について図２を併用して説明する。図２は図１におけるＡ−Ａ断面を示すものである。
ロータ２ｂは、積層された鋼鈑からなるロータコア１５と、回転バランサーを兼用する上下の端板１６、１７と複数の永久磁石１８を複数の固定用リベット１９にて一体にかしめて形成されている。ロータには第１のガス流路として総断面積Ａ1なる複数の貫通孔２０が穿設されている。
ステータ２ａは、鉄心２１のティース部２１ａに巻線２２が絶縁体２３を挟んで直接巻回されたいわゆる集中巻方式にて形成されている。また鉄心２１は、各ティース部毎に蝶番状に折り曲げ可能な可動部２１ｂを有する分割コアにて形成されており、ティースの間隔を広げて巻線を巻回した後に所定の間隔に戻される製造方式をとられている為、巻線収容スロット部分における空隙は低く抑えられている。ティース内径とロータ外径の間にはエアギャップ２４があり、前記巻線収容スロットの開口からステータ２ａの内周面にかけて形成される溝部２５と共に、総断面積Ａ2なる第２のガス流路を形成している。但し面積Ａ2は、前記面積Ａ1より小さく抑えられている。
また、鉄心２１外周には複数の切欠き２１ｃがあり、密閉容器１との間に総断面積Ａ3なる第３のガス流路を形成している。但し面積Ａ3は、前記Ａ1、Ａ2のいずれよりも小である。
【００１２】
引続き、本実施の形態を図３と、一部図８を用いて説明する。図３は図１における油分離板近傍の拡大図、図８は油分離板７の斜視図である。油分離板７は、円板部７ａより駆動軸の軸方向に一体に延出して該円板部７ａに直角に立設されてなる円筒壁７ｂを有する中抜き穴７ｃを有している。円筒壁７ｂの内径は駆動軸６より小さく形成されており、駆動軸６は円筒壁７ｂ内径に圧入もしくは焼嵌め等により締まり嵌めにて嵌挿され、中抜き穴７ｃを閉塞しつつ、油分離板７をロータの貫通孔２０上端から所定の間隔Ｈを隔てて保持している。このとき所定の間隔Ｈは、前記第１のガス流路の等価半径Ｒに対し±５０％の範囲内に定められている。ここにＲは前記第１のガス流路の等価半径であり、次式で定義されるものとする。
Ｒ＝√（Ａ1／π）            （式１）
ここに、πは円周率である。
また、油分離版の外径Ｄ１は、ロータの外径Ｄ２より小、かつ第１のガス流路を形成するロータ貫通孔２０の外端位置Ｄ３より大に設定されている。
【００１３】
次に、本実施の形態の動作について図１〜図３を用いて説明する。
本形態の密閉電動圧縮機は、上記のように構成されており、吸入マフラ８より圧縮機構部３へ送られた低圧の冷媒ガスは、圧縮機構部３にて圧縮され、密閉容器１内に放出される。圧縮機構部３には潤滑油４が付着している為、密閉容器内の吐出ガスには潤滑油が混在している。潤滑油の混在する吐出ガスは、密閉容器内において直流モータ２を貫通する第１〜第３のガス流路を通過して密閉容器上部の吐出口５ａより、密閉容器外へと送られる。このとき、吐出ガスの大部分は面積が大きい第１・第２の流路を通り密閉容器上部の吐出口へと向かう。第３のガス流路は面積が小さく流路抵抗が大きいため、吐出口へ向かう冷媒ガスは殆ど流れない。特に第１のガス流路すなわちロータの上下両端を軸方向に連通する複数の貫通孔を通過した吐出ガスは、直後に保持されている油分離板に吹きつけられる。このとき一部の潤滑油は油分離板に付着し、油分離板の回転に伴って外周方向へ弾き飛ばされることにより、冷媒ガスから分離される。その後冷媒ガスは、油分離板には一切の穴がない為に、全て油分離板の外周を回り込みつつ吐出口へと向かう。その過程において吐出ガスには油分離板の回転に伴い回転運動が与えられ、吐出ガスに残存する潤滑油は比重の差により遠心力で分離される。以上により、吐出口へは潤滑油の混在率が低い冷媒ガスのみが到達することになり、密閉容器から冷凍サイクルへと放出される冷媒ガスの油循環率が低く抑えられる。一方、分離された潤滑油は、上方への冷媒ガス流が微小である第３のガス流路から、密閉容器下方へと滴下する。
【００１４】
以上のように、本実施の形態による密閉電動圧縮機は、ロータに面積の最も大きい第１のガス流路を設けることにより、その直後に保持された油分離板に吐出ガスを多く導くことで、油分離効果を高めることができる。
【００１５】
また、油分離板７が第１のガス流路上端から隔てて保持される所定の間隔Ｈは、第１のガス流路の等価半径に近く設定している為、第１のガス流路を通過する吐出ガスの流れを妨げることなく、第１のガス流路を通過した吐出ガスに回転運動を与えることができる。
この点に関しては、図５にて詳しく説明する。図５は、油分離板７が第1のガス流路から隔てて保持される所定の間隔Hと、第１のガス流路の等価半径Rとの比Ｈ／Ｒと、油循環率の関係を示すものである。Ｈ過小の場合、第１のガス流路を閉塞する方向になる為、第２・第３のガス流路の流速が上がり、油が巻き上がるため油循環率は増加する（図中Ａ）。或いはＨ過大の場合、第１のガス流路を通過した吐出ガスが油分離板を迂回して流れる為油分離の効果が低下し、油分離板を装着しない場合の油循環率（図中点線で示す）に近づく（図中Ｂ）。本発明によればＨはＲに対し±５０％の範囲内に設定されている為、効率的に油分離をすることができ、油循環率を低く抑えられるのである。
【００１６】
ここで、この種の密閉電動圧縮機の製造方法に関連して、本実施の形態における優位性を以下に説明する。
図４ａは、本実施の形態における、圧縮機の組立工程の一部である、予め組立済みの圧縮機構部３の駆動軸６を、予め組立済みのロータ２ｂに挿入する工程を示している。保持治具２６にて保持されたロータ２ｂに対し、倒立させた圧縮機構部３が上方から挿入される際、圧縮機構部の反対側からロータに挿入される案内治具２７が駆動軸まで到達することにより、駆動軸とロータの位置関係を適切に保ちつつ、ロータに駆動軸を挿入することができる方式になっている。この工程は、本発明に拠らない従来のこの種の密閉電動圧縮機においても一般的な工程である。
油分離板の保持方法としては、予めロータ２ｂに油分離板７をリベット１９にて固定する方式が一般的であるが、その場合は、前記案内治具２７を挿入する為に、図４ｂに示すように、油分離板には中抜き穴７ｃが必要である。組立後も油分離板の中抜き穴７ｃは油分離板７の上下面を連通する為、前記第１のガス流路を通過した吐出ガスは油分離板の中抜き穴を経由して前記密閉容器上部の吐出口へ直接的に到達してしまう。よって、油分離効果が得られなくなる欠点がある。
本実施の形態では、駆動軸６をロータ２ｂに挿入する工程の後に、油分離板の中抜き穴に駆動軸を締まり嵌め固定する製造方式であるため、組立後の油分離板の上下面には連通する孔が存在しない。よって、高い油分離効果を得ることができる。
或いは、予めロータに油分離板をリベット固定する方式にて、油分離板とロータの間にスペーサを用いて連通を防止する方法をとった場合、部品点数の増加につながるばかりか、ガス流路の設置可能領域が狭められてしまい、油分離効果の低下を招くことになるが、本実施の形態ではロータを貫通する穴設置領域は自由度が高い利点がある。
【００１７】
また、油分離板のもう一つの保持方法として知られている、Ｃ形クリップなどを使用して駆動軸に油分離板を保持する方式と比べ、本実施の形態では、油分離板は回転中心に一体に形成された円筒壁により直接駆動軸に締まり嵌めで固定されるので、容易に精度よく油分離板を装着でき、油分離性能を向上できる効果を有するとともに、部品点数が少なくすむ利点を有する。また、圧入することによりワンアクションで製造できる為、量産における組立自動化も容易であり、タクトタイムも短期化できる利点を有する。図７に、本実施の形態における油分離器の圧入工程を示す。
【００１８】
更に本実施の形態においては、以下の利点を同時に得られる効果を有する。
利点１：ロータに小形で高磁力である希土類磁石を使用しているため、ロータコアに面積の大きな貫通孔をあけてもロータコア内を通過する磁束を妨げられにくい為、ロータにおける鉄損の悪化が抑制され、モータ効率を高く保つことができる。また、ロータのガス流路による冷却効果が期待できる為、比較的低温で熱減磁する特性を持つ磁石を採用することが可能になり、材料コストの低減も可能である。
利点２：エアギャップ２４と、巻線収容スロットの開口からステータの内周面にかけて形成される溝部２５とで構成される第２のガス流路よりも、ステータ鉄心の切欠きで形成される第３のガス流路を小さくしたことで、ステータ鉄心の容積を大きくとることができ、ステータにおける鉄損を改善できる為、モータ効率を高く保つことができる。
利点３：本実施の形態ではガス流路として巻線収容スロット部の空隙には期待しておらず、空隙を極小にしても十分な油分離効果が期待できる。本実施の形態ではステータに分割コアによる集中巻方式を採用している為、一般的な集中巻方式と比べ、巻線収容スロットにおける空隙がより小さくなるまで巻線占積率を高めることができ、銅損の低下が図れるため、モータ効率を高く保つことができる。
【００１９】
なお、以上の説明においてはシリンダを１つのみ有するシングルロータリ圧縮機を想定して説明を加えてきたが、複数のシリンダにて圧縮を行なうツインロータリや、スクロール圧縮機など圧縮機構のメカニズムが異なる場合にも、圧縮機構から密閉容器内へ吐出ガスが放出され、モータを隔てた位置にある吐出口から冷媒を送り出す構成が同じであれば、本発明が有効であることはいうまでもない。
また、前記油分離板７において、図９に示すように円板部７ａの外周近傍を外向きになるに従って徐々に下方に下げるように形成してもよい。この場合、ロ−タの回転に伴う遠心力によって円板部の外周近傍に飛ばされた冷媒ガスは流れを妨げられることなく下方に向かうので、油が巻き上げられる度合いが減少し、冷媒と油との分離がさらに効率よく行われる。
また、以上の説明では、直流モータを例に挙げたが、これに限らないことはいうまでもない。例えば誘導モータでもよい。
【００２０】
また、ＣＯ2冷媒を使用する冷凍サイクル装置において本実施の形態の圧縮機を採用する場合特に大きな効果を有するため、以下に説明を加える。ＣＯ2冷媒は、ＨＦＣ冷媒と比較し自然冷媒である点や地球温暖化係数が低いという長所がある反面、動作圧力が高いため、圧縮機密閉容器をはじめとする冷凍サイクル構成機器には高い耐圧水準が求められ、容器の肉厚の増加などにより材料コストの増加や製品の重量増加が避けられないという短所があった。本実施の形態の圧縮機では、圧縮機モータのガス流路と油分離版の構成を最適にした為、圧縮機モータのガス流路面積を必要最小限に留めることができる。従って圧縮に必要な出力を確保する為の圧縮機モータの外径も必要最小限にすることができる。容器内半径ｒ、容器肉厚ｔと耐圧限界Ｐｒの関係は、一般的に（２）式にて表現できる為、密閉容器の内径を小型化できることにより、小さい肉厚で耐圧水準を確保できるようになる。
Ｐｒ＝σB（ｔ／ｒ）            σBは定数   （式２）
また、容器内半径ｒと容器肉厚ｔ、容器質量ｍの関係を図６に示す。図の通り、耐圧水準を同等とした場合、容器内半径を縮小することで、容器質量は２次関数的に削減される。本実施の形態は、特にＣＯ2を初めとした高圧冷媒を用いたサイクル装置の使用材料削減に、有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１における密閉電動圧縮機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における直流モータ部の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における密閉電動圧縮機の要部部分断面図である。
【図４】この発明における圧縮機組立工程を示す説明図である。
【図５】この発明における油分離板７の取り付け位置に関する説明図である。
【図６】密閉容器内径と容器内肉厚と容器質量の関係を示す説明図である。
【図７】この発明における圧縮機組立工程を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１における油分離板の斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態１における別の油分離板の断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  密閉容器、２  直流モータ、２ａステータ、２ｂロータ、３  圧縮機構部、４  潤滑油、５  吐出管、５ａ吐出口、６  駆動軸、７  油分離板、７ａ軸受部、７ｂ端板部、８  吸入マフラ、９  吸入管、１０  クランクシャフト、１１  シリンダ、１２  上軸受、１３  下軸受、１４  ローリングピストン、１５  ロータコア、１６  上端板、１７  下端板、１９  リベット、２０  貫通孔、２１  鉄心、２１ａ  ティース部、２１ｂ  可動部、２１ｃ  切欠き、２２  巻線、２３  絶縁体、２４  エアギャップ、２５  溝部、２６  保持治具、２７  案内治具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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