(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、前記電動要素は永久磁石を埋め込んだ回転子と、コアに設けたティース部に巻線を集中巻きした集中巻き型固定子とを備えるとともに、前記ティース部に巻回したＵ相とＶ相とＷ相の各相は、各ティース部において断面積が異なる前記巻線が配列されて巻回され、断面積が大きい巻線の配列隙間に断面積が小さい巻線が配列され、前記集中巻き型固定子は、巻線を常温以上に加熱しながら前記ティース部に集中巻きしたことを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、前記電動要素は永久磁石を埋め込んだ回転子と、コアに設けたティース部に巻線を集中巻きした集中巻き型固定子とを備えるとともに、前記ティース部に巻回したＵ相とＶ相とＷ相の各相は、各ティース部において断面積が異なる前記巻線が配列されて巻回され、断面積が大きい巻線の配列隙間に断面積が小さい巻線が配列され、前記断面積が大きい巻線の断面は円形状であり、前記断面積が小さい巻線の断面は略三角形の形状であることを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項３】
Ｕ相とＶ相とＷ相の各相は、それぞれ各１本の巻線の断面積を変えながら各ティース部に巻回することで形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
Ｕ相とＶ相とＷ相の各相は、断面積の異なる複数の巻線を各ティース部に巻回することで形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項５】
電動要素はインバータによって複数の運転周波数で駆動され、回転子は少なくとも２３ｒｐｓ以下の回転数で回転される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項６】
圧縮要素で圧縮される冷媒は炭化水素系冷媒である請求項１から請求項５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、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、家庭用冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、より消費電力の低減効果の高いものが強く望まれている。そういった要望を受けて従来の密閉型圧縮機としては、より高効率なモータとして突極集中巻モータを採用しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。
【０００４】
図９は、特許文献１に記載された従来のインバータ制御式の密閉型圧縮機の縦断面図、図１０は従来の密閉型圧縮機のモータ固定子の上面図である。また、図１１は従来の密閉型圧縮機のモータ固定子の要部断面図、図１２は従来の密閉型圧縮機のモータ固定子の巻線結線図である。
【０００５】
図９、図１０において、密閉容器１内部の密閉容器内空間２には、固定子３と永久磁石（図示せず）を内蔵した回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される圧縮要素６とを収容する。電動要素５は、端子部７を介してインバータ駆動回路（図示せず）と接続されている。
【０００６】
電動要素５の固定子３には、ティース部３ａの周りに巻かれた巻線３ｂを備えており、ティース部３ａに巻回した巻線３ｂはＵ相とＶ相とＷ相との各相に分かれて巻回されている。
【０００７】
図１１、図１２において、Ｕ相とＶ相とＷ相との各相それぞれは、一端は端子部７において結合され、他端は中性点３ｃにおいて結合されている。
【０００８】
巻線３ｂは、断面形状が丸形状で断面積が同一であるために、巻回する際に巻線３ｂそれぞれの間に隙間３ｄを有しながら配列される。
【０００９】
以上のように構成された密閉型圧縮機について以下その動作を説明する。
【００１０】
密閉型圧縮機の運転は、まずインバータ駆動回路（図示せず）により、電動要素５の回転子４に、所定の運転周波数と電力供給を出力される。そのインバータ駆動回路からの印加電圧によって電動要素５の回転子４は回転して圧縮要素６を駆動し、圧縮要素６が冷凍サイクルからの冷媒を吸入して圧縮することができる。
【特許文献１】特開２００２−７０７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の密閉型圧縮機においては、電動要素５の固定子３に巻回した巻線３ｂ間に大きな隙間を生じることから、十分な占積率を確保できないために、モータ効率の向上が図れず、特に冷蔵庫等の消費電力に最も影響のある低回転運転時において、消費電力を十分低減することができないといった課題を有していた。
【００１２】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、特に低回転運転域での効率を高め、冷却システムの消費電力の低減効果をより高めることができる高効率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】
【００１３】
上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、電動要素の固定子に巻回する巻線間の隙間を低減することにより、巻線の占積率を向上させてモータ効率を向上させることができので、密閉型圧縮機の効率が向上し、冷蔵庫等の冷凍サイクルにおける消費電力を効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の密閉型圧縮機は、固定子巻線の占積率を向上させることによりモータ効率の向上を図り、特に固定損失による効率低下の影響の受けやすい低回運転域での効率向上を図り、冷凍システムにおける消費電力を効果的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、圧縮要素と、圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、電動要素は永久磁石を埋め込んだ回転子と、コアに設けたティース部に巻線を集中巻きした集中巻き型固定子とを備えるとともに、ティース部に巻回したＵ相とＶ相とＷ相の各相は、各ティース部において断面積が異なる巻線が配列されて巻回され、断面積が大きい巻線の配列隙間に断面積が小さい巻線が配列されたもので、巻線間の隙間を最小限にすることで、モータ巻線の占積率を向上させてモータ効率を向上することができるので、効率の高い密閉型圧縮機を提供することができるとともに、冷凍サイクルにおける低回転域での消費電力を効果的に低減することができる。
【００１６】
また、本発明は、Ｕ相とＶ相とＷ相の各相は、それぞれ各１本の巻線の断面積を変えながら各ティース部に巻回したもので、一種類の巻線を用いながら巻回する際の引張り強さ（テンション）を変えることで、巻線の断面積を適宜変更しながら巻回し、巻線間に生ずる隙間を最小限にすることができるため、予め断面積の異なる複数の巻線を組み合わせながら巻回する必要が無く、巻線の巻回する工程において、断面積の異なる巻線を組み合わせたり、巻線を切替えたりする工程が不要で、同時に巻回する設備も簡素化することができ、生産性が向上するとともに、生産コストを低減することができる。
【００１７】
また、本発明は、Ｕ相とＶ相とＷ相の各相は、断面積の異なる複数の巻線を各ティース部に巻回することで形成したもので、各相ごとに巻線間に生ずる隙間を小さくすることができる断面積の異なる巻線を巻回するので、各相ごとに巻線間の隙間を最小限にすることで、モータ巻線の占積率が向上し、モータ効率を向上することができる。
【００１８】
また、本発明は、断面積が大きい巻線の断面は円形状であり、断面積が小さい巻線の断面は略三角形の形状であり、巻回されて隣り合う断面が円形状の巻線間に生ずる三角状の隙間に、断面が略三角形の形状の巻き線を配列して巻回することができるので、巻回される巻線間の隙間を低減することができるので、さらにモータ巻線の占積率が向上し、モータ効率を向上することができる。
【００１９】
また、本発明は、集中巻き型固定子は、巻線を常温以上に加熱しながらティース部に集中巻きしたもので、巻回する際に巻線が加熱されて軟化されるため、巻線を引張りながら巻回しても、巻線を保護している被覆を傷付けたり絶縁不良を引き起こしたりすることを防止することができるとともに、巻線間の隙間が小さくなるように巻線の断面積が変化するため、信頼性の向上が図れるとともに、さらにモータ巻線の占積率が向上し、モータ効率を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明は、電動要素はインバータによって複数の運転周波数で駆動され、回転子は少なくとも２３ｒｐｓ以下の回転数で回転されるもので、よりモータ入力仕事の小さい低回転運転ができるので、モータ巻線の占積率の向上によるモータ効率の向上とも合わさって、より一層消費電力量を低減することができる。
【００２１】
また、本発明は、圧縮要素で圧縮される冷媒は炭化水素系冷媒であり、従来の圧縮機と比べて気筒容積を拡大してモータ入力が増大しても、モータ巻線の占積率の向上により、制御回路における損失やモータ損失を低減することができるので、地球間環境に優しい冷媒を用いた圧縮機において、さらに消費電力を低減することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態の密閉型圧縮機に用いる集中巻き型固定子の拡大図である。図３は、同実施の形態の密閉型圧縮機の固定子の巻線巻回部の要部断面図、図４は同実施の形態の密閉型圧縮機の電動要素の巻線結線図である。
【００２４】
図１から図４において、密閉型圧縮機１０１の密閉容器１０１ａ内部の密閉容器内空間１０２には、固定子１１３と永久磁石（図示せず）を内蔵した回転子１１４からなる電動要素１１５と、電動要素１１５によって駆動される圧縮要素１０６とからなる。電動要素１１５は、端子部１１７を介してインバータ駆動回路（図示せず）と継合されている。
【００２５】
電動要素１１５の固定子１１３には、コア（図示せず）のティース部１１３ａの周りに巻かれた巻線１１８を備えており、ティース部１１３ａに巻回した巻線１１８はＵ相とＶ相とＷ相との各相に分かれて巻回されて、集中巻き型固定子を形成している。
【００２６】
また、各相の巻線は、Ｕ相とＶ相とＷ相との各相それぞれに第一巻線１１８ａと第二巻線１１８ｂとの巻線を備え、一端が端子部１１７に、他端のうち第一巻線１１８ａが第一中性点１１３ｃに、第二巻線１１８ｂ側が第二中性点１１３ｄにそれぞれ結合されている。
【００２７】
図３より、第一巻線１１８ａは第二巻線１１８ｂよりも断面積が大きく、第一巻線１１８ａの配列で生じる隙間に近い断面積で介在するように第二巻線１１８ｂが備わる。
【００２８】
また、電動要素１１５はインバータ駆動回路によって２３ｒｐｓ未満の運転周波数および８０ｒｐｓ以上の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。本圧縮機に使用される密閉容器１０１ａ内空間の冷媒は、温暖化係数の低い自然冷媒として代表的な炭化水素系冷媒Ｒ６００ａである。
【００２９】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。
【００３０】
電動要素１１５の回転子１１４は、インバータ駆動回路により所定の運転周波数と電力供給を出力せしめる。その印加電圧によって電動要素１１５の回転子１１４は回転し、圧縮要素１０６から冷却システムからの冷媒を吸入して吐き出す。
【００３１】
図３、図４において、従来では不可能であった断面積違いの巻線１１８の介在に対し、Ｕ相とＶ相とＷ相との各相それぞれに第一巻線１１８ａと第二巻線１１８ｂとの巻線１１８を備え、第二巻線１１８ｂが第一巻線１１８ａ間に生ずる隙間に合わせた断面積で介在されるので、限られたスペースに隙間無く巻線１１８を巻回でき、電動要素１１５の固定子１１３のティース部１１３ａの周りに巻かれた巻線１１８の占積率を向上することが出来る。
【００３２】
占積率を向上できればアンペアターンが向上するのでモータの推力定数が向上し、その結果ジュール熱損失を低減できモータ効率の向上を図ることが可能となる。
【００３３】
この結果、電動要素１１５への印加電流を低減により、電動要素１１５のジュール熱損失に加えてインバータ等の回路損失や電装品等の損失も著しく低減できることは明白なので、これにより固定損失の大きい低速運転時の密閉型圧縮機１０１の効率向上が図れるので劇的に消費電力の低減効果が得られ、大きな省エネ効果を得ることができる。
【００３４】
特に、インバータ駆動される家庭用冷蔵庫では、近年の冷蔵庫の断熱効率の向上に伴い、冷蔵庫内への熱の侵入が激減しており、高冷凍能力を必要とする高回転運転に較べて低冷凍能力でまかなえる低回転運転時での運転時間の比率が長くなってきており、モータ効率の向上による省エネ効果も大きい。
【００３５】
以上の結果より、Ｒ６００ａ冷媒を用い気筒容積が大きくなった場合や負荷変動の影響を受けやすい２３ｒｐｓ以下といった超低速運転においても回路損失やモータ損失を著しく低減できる為に、従来モータと比べても飛躍的に消費電力量を低減できることができる。
【００３６】
尚、本実施の形態において、巻線１１８を第一巻線１１８ａと第二巻線１１８ｂとで分けたが、従来同様に第一巻線１１８ａのみで形成し、巻回する際に加熱することによって、絶縁皮膜や銅やアルミ等で形成された巻線１１８が軟化するため、巻回する際に断面積を小さくしたいときには巻線１１８の引張り強さを強めて巻線断面積を細くして巻き、逆に断面積を大きくしたいときには引張り強さを弱くする調整を施すことによっても、本実施の形態で示した断面積違いの巻線を介在させることが可能であり、同様の効果が得られる。
【００３７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図、図６は、同実施の形態の密閉型圧縮機に用いる集中巻き型固定子の拡大図である。図７は、同実施の形態の密閉型圧縮機の固定子の巻線巻回部の要部断面図、図８は同実施の形態の密閉型圧縮機の電動要素の巻線結線図である。
【００３８】
図５から図８において、密閉型圧縮機２０１の密閉容器２０１ａ内部の密閉容器内空間２０２には、固定子２１３と永久磁石（図示せず）を内蔵した回転子２１４からなる電動要素２１５と、電動要素２１５によって駆動される圧縮要素２０６とからなる。電動要素２１５は、端子部２１７を介してインバータ駆動回路（図示せず）と継合されている。
【００３９】
電動要素２１５の固定子２１３には、コア（図示せず）のティース部２１３ａの周りに巻かれた巻線２１８を備えており、ティース部２１３ａに巻回した巻線２１８はＵ相とＶ相とＷ相との各相に分かれて巻回されて、集中巻き型固定子を形成している。
【００４０】
また、各相の巻線は、Ｕ相とＶ相とＷ相との各相それぞれに第一巻線２１８ａと第二巻線２１８ｂとの巻線を備え、一端が端子部２１７に、他端のうち第一巻線２１８ａが第一中性点２１３ｃに、第二巻線側２１８ｂが第二中性点２１３ｄにそれぞれ結合されている。
【００４１】
図７より、２１８ａは第一巻線で、２１８ｂは第二巻線であり、第二巻線２１８ｂは、第一巻線２１８ａの配列で生じる隙間形状合わせて角部３つを有する三角形状としている。
【００４２】
また、電動要素２１５はインバータ駆動回路によって２３ｒｐｓ未満の運転周波数および８０ｒｐｓ以上の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。本圧縮機に使用される密閉容器２０１ａ内空間の冷媒は、温暖化係数の低い自然冷媒として代表的な炭化水素系冷媒Ｒ６００ａである。
【００４３】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。
【００４４】
電動要素２１５の回転子２１４は、インバータ駆動回路により所定の運転周波数と電力供給を出力せしめる。その印加電圧によって電動要素２１５の回転子２１４は回転し、圧縮要素２０６から冷却システムからの冷媒を吸入して吐き出すことができる。
【００４５】
図７において、従来では不可能であった断面積違いの巻線２１８の介在に対し、Ｕ相とＶ相とＷ相との各相それぞれに第一巻線２１８ａと第二巻線２１８ｂとの巻線２１８を備え、第二巻線２１８ｂが第一巻線２１８ａ間に生ずる隙間に合わせた断面形状、ここでは角部を３つ備えた三角形状の第二巻線２１８ｂが介在されるので、限られたスペースに隙間無く巻線２１８を巻回でき、電動要素２１５の固定子２１３のティース部２１３ａの周りに巻かれた巻線２１８の占積率を向上することが出来る。
【００４６】
占積率を向上できればアンペアターンが向上するのでモータの推力定数が向上し、その結果ジュール熱損失を低減できモータ効率の向上を図ることが可能となる。
【００４７】
この結果、電動要素２１５への印加電流を低減により、電動要素２１５のジュール熱損失に加えてインバータ等の回路損失や電装品等の損失も著しく低減できることは明白なので、これにより固定損失の大きい低速運転時の密閉型圧縮機２０１の効率向上が図れるので劇的に消費電力の低減効果が得られ、大きな省エネ効果を得ることができる。
【００４８】
特に、インバータ駆動される家庭用冷蔵庫では、近年の冷蔵庫の断熱効率の向上に伴い、冷蔵庫内への熱の侵入が激減しており、高冷凍能力を必要とする高回転運転に較べて低冷凍能力でまかなえる低回転運転時での運転時間の比率が長くなってきており、モータ効率の向上による省エネ効果も大きい。
【００４９】
以上の結果より、Ｒ６００ａ冷媒を用い気筒容積が大きくなった場合や負荷変動の影響を受けやすい２３ｒｐｓ以下といった超低速運転においても回路損失やモータ損失を著しく低減できるため、従来モータと比べても飛躍的に消費電力量を低減できることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、冷蔵庫の消費電力効果の高い低速回転時の電動要素のジュール熱損失やインバータ駆動回路の損失低減が図れるので、インバータ制御式の密閉型圧縮機の効率向上が図れ、同構成のエアーコンディショナーや自動販売機等の密閉型圧縮機の用途にも広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態の密閉型圧縮機に用いる集中巻き型固定子の拡大図
【図３】同実施の形態の密閉型圧縮機の固定子の巻線巻回部の要部断面図
【図４】同実施の形態の密閉型圧縮機の電動要素の巻線結線図
【図５】本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図
【図６】同実施の形態の密閉型圧縮機に用いる集中巻き型固定子の拡大図
【図７】同実施の形態の密閉型圧縮機の固定子の巻線巻回部の要部断面図
【図８】同実施の形態の密閉型圧縮機の電動要素の巻線結線図
【図９】従来のインバータ制御式の密閉型圧縮機の縦断面図
【図１０】従来の密閉型圧縮機のモータ固定子の上面図
【図１１】従来の密閉型圧縮機のモータ固定子の要部断面図
【図１２】従来の密閉型圧縮機のモータ固定子の巻線結線図
【符号の説明】
【００５２】
１０１，２０１  密閉型圧縮機
１０６，２０６  圧縮要素
１１３，２１３  固定子
１１３ａ，２１３ａ  ティース部
１１４，２１４  回転子
１１５，２１５  電動要素
１１８，２１８  巻線
【図１】
0005045404.tif 000002
【図２】
0005045404.tif 000003
【図３】
0005045404.tif 000004
【図６】
0005045404.tif 000005
【図７】
0005045404.tif 000006
【図９】
0005045404.tif 000007
【図１０】
0005045404.tif 000008
【図１１】
0005045404.tif 000009
【図４】
0005045404.tif 000010
【図５】
0005045404.tif 000011
【図８】
0005045404.tif 000012
【図１２】
0005045404.tif 000013