(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のケーシング（１）内にモータ（２）と圧縮機本体（３）とを互いに同心に配置してあるとともに、ケーシング（１）の所定位置を貫通させて設けた継手管（１ｂ）に対して、圧縮機本体（３）の内部空間と連通されるアキュムレータ（４）をろう付けによって固定してある圧縮機であって、
前記圧縮機本体（３）とケーシング（１）とを、ろう付け入熱による残留変形の略極小点である節目点（Ｋ１）（Ｋ２）（Ｋ３）（Ｋ４）（Ｋ５）の少なくとも３点において溶接してあることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機本体（３）は、シリンダ（３ａ）をフロントヘッド（３ｃ）とリアヘッド（３ｄ）とで挟持してあるとともに、シリンダ（３ａ）の内部空間（３ｂ）において回転可能なロータリーピストン（３ｅ）をモータ（２）の回転子（２ｃ）と連結してあり、ケーシング（１）とフロントヘッド（３ｃ）とを、ろう付け入熱による残留変形の略極小点である節目点（Ｋ１）（Ｋ２）（Ｋ３）（Ｋ４）（Ｋ５）の少なくとも３点において溶接してある請求項１に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒状のケーシング内にモータと圧縮機本体とを互いに同心に配置してあるとともに、ケーシングの所定位置を貫通させて設けた継手管に対して、圧縮機本体の内部空間と連通されるアキュムレータをろう付けによって固定してある圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、円筒状のケーシング内にモータと圧縮機本体とを互いに同心に配置してあるとともに、ケーシングの所定位置を貫通させて設けた継手管に対して、圧縮機本体のシリンダに圧入、連通されるインレットチューブと共にアキュムレータをろう付けによって固定してある圧縮機が一般的に採用されている。
【０００３】
そして、従来のこのような圧縮機においては、圧縮機本体のシリンダとケーシングとを３ヶ所（図７中矢印で示す３ヶ所▲１▼▲２▼▲３▼であり、継手管を基準とする角度が５２．０°、２２．０°、１６５．０°に設定されている）でスポット溶接することにより、圧縮機本体の位置決めを達成している。ここで、シリンダは鋳鋼製であり、材料費削減を目的として、ケーシングに対する溶接固定を達成する箇所にのみ肉を残している（図７参照）。ただし、シリンダは、全周円形にして肉を鋳抜きで減らすことも可能である。
【０００４】
そして、図７に示す構成のシリンダ、全周円形で肉を鋳抜きで減らしたシリンダに対して溶接設備を共通化する場合には、図７に示す構成のシリンダに適用できるように溶接位置を設定することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すように溶接位置が設定された場合において、溶接時に働く力を合成すると、図８に示すように、▲１▼と▲２▼の合力▲４▼は、▲３▼に対して１．６倍の大きさで向きが逆になり、結果としてシリンダは▲４▼の向きに押されて▲３▼の位置でケーシングとのクリアランスが詰まる。
【０００６】
このケーシングに対してシリンダが移動する方向とモータギャップが詰まる位置がほぼ一致する。
【０００７】
以上より、溶接が原因となるシリンダの位置ずれがモータ回転子の軸ずれおよび傾きを生じ、モータエアギャップを狭めていると考えられる。
【０００８】
さらに、アキュムレータを継手管に対してろう付けするときの入熱でエアギャップが悪化することも知られている。
【０００９】
したがって、これらが原因となって、エアギャップが大幅に悪化することになる。
【００１０】
換言すれば、圧縮機のモータエアギャップは、アキュムレータろう付け入熱によるケーシングの残留変形で芯ずれを生じ、しかも、上記従来の溶接位置はスポット溶接平面における残留変形の影響を受けやすい位置にあるので、ろう付け後はモータエアギャップの芯ずれが大きく、モータ効率の低下、回転子と固定子との接触などの不都合の原因になる。
【００１１】
また、実験的に得られたデータから、エアギャップの悪化する変化量は、最大で約０．０５ｍｍであり、その内訳は、溶接の合力と入熱によるものと、ろう付け入熱によるものとがおよそ半分づつであることが分かる。したがって、上述の不都合が発生することになってしまう。
【００１２】
さらに説明する。
【００１３】
近年、家電製品、特に消費電力の大きいエアコンには、省エネルギー、小消費電力化が求められている。そして、エアコンの消費電力は圧縮機のモータによるものが最も多いので、その高効率化を達成するために、リラクタンスＤＣモータなどが採用されるようになってきている。
【００１４】
このリラクタンスＤＣモータは、リラクタンストルクと磁石トルクとを発生させるために、希土類磁石を回転子に埋め込んでいる。そして、この希土類磁石は磁力が非常に強いため、また、駆動させると回転子と固定子との間に引き合う力が生まれるため、エアギャップは偏りがないように確実に確保しなければならない。さらに、リラクタンスＤＣモータでは、対効率の観点からエアギャップは狭いことが要求される。このエアギャップを狭くすることで効率を上げることができ、効率が上がれば改善前の効率を維持してコストダウンする設計仕様変更も可能であり、エアギャップ−効率−コストが密接に関わっている。
【００１５】
また、エアギャップが均一でないと、所期の効率が得られないばかりか、最悪の場合には回転子と固定子とが接触し、回転子が回らない、騒音が大きくなる、などの不都合が発生する。
【００１６】
ここで、エアギャップの悪化する変化量は上述のように最大で約０．０５ｍｍであり、他にも回転軸と軸受けとの隙間で生ずる回転軸の倒れが約０．０５ｍｍあるので、合計でエアギャップの２割を占める。これら以外にも、磁力で引き寄せられて回転軸が撓むなど、エアギャップをさらに狭める要因がある。
【００１７】
したがって、これらの要因を全て解消することが最も好ましいのであるが、これらの要因を全て解消することは実際上は到底不可能である。
【００１８】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ろう付け入熱によるエアギャップの悪化を防止することができる圧縮機を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の圧縮機は、円筒状のケーシング内にモータと圧縮機本体とを互いに同心に配置してあるとともに、ケーシングの所定位置を貫通させて設けた継手管に対して、圧縮機本体の内部空間と連通されるアキュムレータをろう付けによって固定してあるものであって、
前記圧縮機本体とケーシングとを、ろう付け入熱による残留変形の略極小点である節目点の少なくとも３点において溶接したものである。
【００２０】
請求項２の圧縮機は、前記圧縮機本体として、シリンダをフロントヘッドとリアヘッドとで挟持してあるとともに、シリンダの内部空間において回転可能なロータリーピストンをモータの回転子と連結してあるものを採用し、ケーシングとフロントヘッドとを、ろう付け入熱による残留変形の略極小点である節目点の少なくとも３点において溶接したものである。
【００２１】
【作用】
請求項１の圧縮機であれば、圧縮機本体とケーシングとを、ろう付け入熱による残留変形の略極小点である節目点の少なくとも３点において溶接しているのであるから、ろう付け入熱による残留変形がエアギャップ芯ずれに及ぼす影響を最小限に抑えることができ、ひいては、エアギャップの不良率の低減とモータ効率の向上を達成することができる。
【００２２】
請求項２の圧縮機であれば、前記圧縮機本体として、シリンダをフロントヘッドとリアヘッドとで挟持してあるとともに、シリンダの内部空間において回転可能なロータリーピストンをモータの回転子と連結してあるものを採用し、ケーシングとフロントヘッドとを、ろう付け入熱による残留変形の略極小点である節目点の少なくとも３点において溶接しているので、請求項１の作用に加え、ろう付け入熱によるシリンダの内部空間の歪みを低減することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の圧縮機の実施の態様を詳細に説明する。
【００２４】
図１はこの発明の圧縮機の一実施態様を示す縦断面図である。
【００２５】
この圧縮機は、円筒状の主ケーシング１の底部にボトムケーシング１ａを一体的に設けているとともに、主ケーシング１の内部にモータ２および圧縮機本体３を互いに同心に設けている。そして、主ケーシング１の所定位置に設けた継手管１ｂに対して、圧縮機本体３のシリンダ３ａに圧入、連通されるインレットチューブ４ａと共にアキュムレータ４の配管の全周をろう付けによって連結している。
【００２６】
前記モータ２は、例えば、リラクタンスＤＣモータであり、固定子巻線２ｂを有するとともに、主ケーシング１に固定された固定子２ａと、図示しない永久磁石を有するとともに、固定子２ａの内部に回転自在に設けられた回転子２ｃとを有している。
【００２７】
前記圧縮機本体３は、圧縮室として機能する内部空間３ｂを形成してなるシリンダ３ａと、シリンダ３ａを軸方向に挟持するフロントヘッド３ｃ、リアヘッド３ｄと、内部空間３ｂ内に設けられたロータリーピストン３ｅと、ロータリーピストン３ｅと嵌合されて回転子２ｃとの連結を達成するクランク軸３ｆとを有している。そして、フロントヘッド３ｃと主ケーシング１とがスポット溶接により連結されている。なお、３ｇは、シリンダ３ａ、フロントヘッド３ｃ、およびリアヘッド３ｄを一体化する連結ボルトである。
【００２８】
前記継手管１ｂは、シリンダ３ａと正対するように主ケーシング１を貫通する状態で設けられている。そして、継手管１ｂに挿通され、かつろう付けされたインレットチューブ４ａの先端部は、シリンダ３ａの側壁を貫通する貫通孔３ｈと連通されている。
【００２９】
図２はフロントヘッド３ｃと主ケーシング１とのスポット溶接位置、継手管１ｂの位置を説明する概略図である。なお、図２においてＰ１、Ｐ２、Ｐ３は従来のスポット溶接位置であり、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は等間隔のスポット溶接位置であり、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５は節目点（ろう付け入熱による残留変形が略極小になる点）である。
【００３０】
先ず、節目点Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５について説明する。
【００３１】
図３に示すように、主ケーシング１、ボトムケーシング１ａ、継手管１ｂ、インレットチューブ４ａをシェル要素で、モータ２の固定子２ａをソリッド要素で、モデル化し、有限要素法（ＦＥＭ）解析を行う。なお、この解析を行うに当たって、ろう付け入熱を継手管１ｂの端点に熱流束として設定し、また、継手管１ｂと主ケーシング１と周囲空気との間の熱伝達係数が非常に小さいことから、短時間の過渡熱伝導解析を行うには、自由対流による熱の散逸を考慮せず、構造全体が断熱状態にあると考える。また、荷重条件として各時刻の温度分布による熱荷重を用い、拘束条件として固定子２ａの内壁を完全固定する。
【００３２】
このような条件下において、主ケーシング１の外表面に軸方向に並ぶ点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける温度の実測値（実線参照）と計算値（丸印参照）とは図４に示すとおりであり、継手管１ｂから十分に離れた点Ｃ、Ｄについては計算値と実測値とがよく一致し、継手管１ｂに比較的近い点Ａ、Ｂについては最初の数秒間を除いて計算値と実測値とが概ね一致している。したがって、計算結果と試験結果とは総じて相関関係がとれていると考えてよい。換言すれば、ＦＥＭ解析の妥当性が確認できた。
【００３３】
図５は計算により求められた温度分布を用いてスポット溶接平面における残留変形を示す図である。
【００３４】
この図から分かるように、残留変形が殆ど残らない節目点は、α＝±３１．０°、β＝±１０１．０°の場所に位置することが分かる。また、β〜（３６０．０−β）の領域においても残留変形が全般的に非常に小さいことが分かる。
【００３５】
次いで、図６を参照して残留変形に起因するモータのエアギャップ芯ずれを説明する。なお、以下の説明においては、シリンダ３ａ、フロントヘッド３ｃ、リアヘッド３ｄとクランク軸３ｆなどからなるメカ部は、主ケーシング１ａ、継手管１ｂとインレットチューブ４ａと比べ、剛性が非常に高いので、完全剛体とみなしている。
【００３６】
スポット溶接平面から回転子上部までの距離をＬとすれば、回転子上部での芯ずれは次の（１）（２）（３）式から算出することができる。
Ｕ＝Ｕ０＋Ｌ×θｙ    ・・・（１）
Ｖ＝Ｖ０＋Ｌ×θｘ    ・・・（１）
δ＝（Ｕ2＋Ｖ2）1/2   ・・・（３）
ここで、Ｕ０、Ｖ０は、スポット溶接平面の中心点（図２中の点Ｏを参照）におけるｘ、ｙ方向の並進残留変位、θｙ、θｘは中心点Ｏにおけるｘ、ｙ軸周りの回転残留変位である。
【００３７】
そして、スポット溶接位置を点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に設定した場合、点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に設定した場合、節目点Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５の少なくとも３点に設定した場合のそれぞれについて回転子上部でのエアギャップの芯ずれを計算したところ、表１に示す計算結果が得られた。なお、単位はμｍである。
【００３８】
【表１】
0004206555.tif 000002
表１から分かるように、従来の溶接点を採用した場合のエアギャップ芯ずれが最も大きい。また、従来の溶接点を採用した場合には、芯ずれの計算結果と実測結果とがほぼ一致している。
【００３９】
また、芯ずれの方向を、図２に▲１▼〜▲６▼の矢印で示す。ここで、従来の溶接点を採用した場合には、芯ずれの方向の計算結果と実測結果とが概ね一致している。なお、矢印▲５▼は等間隔の溶接点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を採用した場合に対応し、矢印▲６▼は従来の溶接点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を採用した場合に対応し、矢印▲３▼は節目点Ｋ２〜Ｋ４を採用した場合に対応し、矢印▲１▼▲２▼▲４▼は、節目点Ｋ３〜Ｋ５を採用した場合、Ｋ１〜Ｋ４を採用した場合、Ｋ１〜Ｋ５を採用した場合、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ５を採用した場合にそれぞれ対応している。
【００４０】
そして、従来の溶接点による最大芯ずれに対する節目点を採用した場合の芯ずれの割合は、１４．３％〜４４．９％であり、芯ずれを大幅に低減できていることが分かる。
【００４１】
したがって、芯ずれを最も小さくするためには、節目点Ｋ３〜Ｋ５を採用することが最も好ましい。ただし、実際の量産形態で溶接による中心軸のずれを考慮すると、節目点Ｋ１〜Ｋ４、またはＫ２〜Ｋ４を採用することが好ましい。
【００４２】
この結果、ろう付け入熱による残留変形がエアギャップ芯ずれに及ぼす影響を最小限に抑えることができ、ひいては、エアギャップの不良率の低減、モータ効率の向上を達成することができる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ろう付け入熱による残留変形がエアギャップ芯ずれに及ぼす影響を最小限に抑えることができ、ひいては、エアギャップの不良率の低減とモータ効率の向上を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００４４】
請求項２の発明は、請求項１の効果に加え、ろう付け入熱によるシリンダの内部空間の歪みを低減することができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の圧縮機の一実施態様を示す縦断面図である。
【図２】フロントヘッドと主ケーシングとのスポット溶接位置、継手管の位置を説明する概略図である。
【図３】主ケーシング、ボトムケーシング、継手管、インレットチューブをシェル要素で、モータの固定子をソリッド要素で、モデル化した状態を示す図である。
【図４】主ケーシングの外表面に軸方向に並ぶ点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける温度の実測値（実線参照）と計算値（丸印参照）とを示す図である。
【図５】計算により求められた温度分布を用いてスポット溶接平面における残留変形を示す図である。
【図６】残留変形に起因するモータのエアギャップ芯ずれを説明する図である。
【図７】従来の圧縮機のシリンダの形状および溶接位置を示す図である。
【図８】溶接時に働く力を説明する図である。
【符号の説明】
１  主ケーシング    １ｂ  継手管
２  モータ    ２ｃ  回転子
３  圧縮機本体    ３ａ  シリンダ
３ｂ  内部空間    ３ｃ  フロントヘッド
３ｄ  リアヘッド    ３ｅ  ロータリーピストン
４  アキュムレータ    Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５  節目点
【図１】
0004206555.tif 000003
【図２】
0004206555.tif 000004
【図３】
0004206555.tif 000005
【図４】
0004206555.tif 000006
【図５】
0004206555.tif 000007
【図６】
0004206555.tif 000008
【図７】
0004206555.tif 000009
【図８】
0004206555.tif 000010