JP2014155324A - 電動機、圧縮機、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】巻線が巻かれたステータと、ステータの内側に設けられ、回転するロータと、を有し、ロータは、電磁鋼板を複数積層したコアと、コアに設けられ、ステータの巻線を流れる電流と磁気相互作用するように電流が流れる金属棒状部と、コアの端面側に設けられた第1エンドリングと、第1エンドリングに対向するように設けられた第2エンドリングと、を有し、第1エンドリングと第2エンドリングとは、それぞれの接触面が接合されて固定されているものである。
【選択図】図1
Description
なお、エンドリングは、金属棒状部の端部側に接続されて電流が流れるとともに、電磁鋼板に挿入した金属棒状部がロータの回転で飛び出してしまうことを防止することができるようになっている。
また、金属棒状部は、二次導体と呼ばれ、その抵抗は二次抵抗と呼ばれる。ロータの外側にあるステータのコイルに外部電源から電流を流すことによって、二次導体に誘導電流を生じさせることができる。これにより、ロータには、磁極が形成され、ステータと相互作用することによって自身が回転するようになっている。ここで、二次導体で発生する銅損は二次銅損と呼ばれる。
特許文献1に記載の技術は、電磁鋼板、金属棒状部をアルミダイキャストで一体成形して得られる結合体から突出した結合突起に、別途鍛造加工で製作されたエンドリングを挿入した後に、結合突起をハンマーなどで打撃することによって、結合突起が水平方向に伸びて結合突起とエンドリングとが確実に固定されるようになっている。このように、特許文献1に記載の技術は、エンドリングに気泡ができないようにして電動機の効率を向上させている。
なお、エンドリングは、通常、金属材料で構成される。このため、エンドリングの表面に酸化膜などが形成されて抵抗が増大し、これに上述の接触面が粗くなることによる抵抗の増大分が加わるため、より電動機の効率が低下してしまうという課題があった。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る圧縮機10の全体構成を示す縦断面図である。図2は、図1に示すロータ11の分解斜視図である。図1及び図2を参照して圧縮機10の構成について説明する。
本実施の形態1に係る圧縮機10の電動機要素200は、ロータ11の有する回路抵抗を低減し、電動機要素200の効率が低下してしまうことを抑制する改良が加えられたものである。なお、電動機要素200は、本発明の電動機に相当するものである。
圧縮機10は、外郭を構成する密閉容器4と、密閉容器4に接続される吸入管15と、吸入管15に接続される吸入マフラー20と、吸入管15に接続され、冷媒を圧縮する圧縮要素300と、ロータ11及びステータ12により構成される電動機要素200と、圧縮要素300と電動機要素200とを接続する駆動軸8と、密閉容器4から圧縮された冷媒を吐出する吐出配管16と、外部電源に接続されるガラス端子17などと、を有するローリングピストン型の密閉圧縮機である。
密閉容器4は、圧縮機10の外郭を構成するものである。密閉容器4内には、圧縮要素300及び電動機要素200などが少なくとも設けられている。
密閉容器4は、圧縮機10の上部の外郭を構成する上皿容器2と、圧縮機10の下部の外郭を構成する下皿容器3と、上側が上皿容器2に取り付けられ、下側が下皿容器3に取り付けられる胴部1とから構成されている。
胴部1は、密閉容器4の中間部分を構成するものであり、図1に示すように、たとえば円筒形状をしているものである。胴部1には、密閉容器4内に冷媒を供給するための吸入管15が接続されている。
また、胴部1の内周面には、電動機要素200のステータ12が取り付けられ、胴部1の内周面であってステータ12の取り付けられる面の下側には、圧縮要素300が取り付けられている。
下皿容器3は、密閉容器4の下部を構成するものであり、図1に示すように、たとえばお椀形状をしているものである。下皿容器3には、圧縮要素300における摺動摩擦を軽減することができる潤滑油が貯留されるようになっている。
吸入管15の一方は、後述する圧縮要素300のシリンダ5と連通するように、密閉容器4の胴部1に接続されているものである。吸入管15の他方は、吸入マフラー20に接続されている。
吸入マフラー20は、圧縮機10に流入する冷媒音などを低減するマフラーとしての機能を有するものである。また、吸入マフラー20は、液冷媒を貯留するアキュムレータとしての機能も有している。この吸入マフラー20は、一方が吸入管15に接続されている。
圧縮要素300は、吸入マフラー20及び吸入管15を介して供給される冷媒を圧縮し、密閉容器4の内部に放出するものである。圧縮要素300は、胴部1の内側面に取り付けられている。
圧縮要素300は、吸入管15から供給される冷媒を圧縮するシリンダ5と、シリンダ5の上側に設けられた上軸受6及びシリンダ5の下側に設けられた下軸受7と、シリンダ5を摺動するローリングピストン9と、図示省略のベーンとを有している。
なお、ベーンとは、シリンダ5に形成される溝内を往復運動し、先端がローリングピストン9と接している。そして、シリンダ5、ローリングピストン9及びベーンなどにより、冷媒が圧縮される空間である圧縮室が形成される。この圧縮室では、ローリングピストン9及びベーンの回転に伴って小さくなっていき、圧縮室に供給された冷媒が圧縮されるようになっている。
シリンダ5は、上下にそれぞれ開口部が形成されており、上軸受6及び下軸受7によって閉塞されている。すなわち、シリンダ5の上側には、駆動軸8を回転自在に支持する上軸受6が設けられており、シリンダ5の上側の端面(電動機要素200側の端面)を閉塞している。また、シリンダ5の下側には、駆動軸8を回転自在に支持する下軸受7が設けられており、シリンダ5の下側の端面(下皿容器3側の端面)を閉塞している。
上軸受6及び下軸受7には、シリンダ5とローリングピストン9とによって圧縮された冷媒を放出する弁(図示省略)がそれぞれ設けられている。この図示省略の弁を介して、「シリンダ5、ローリングピストン9、上軸受6及び下軸受7によって形成される空間」と、「後述のマフラー30」とを連通させることができるようになっている。
上軸受6及び下軸受7には、シリンダ5とローリングピストン9とによって圧縮された冷媒が供給されるマフラー30が設けられている。なお、マフラー30には、図示省略の冷媒吐出部が設けられている。これにより、シリンダ5とローリングピストン9とによって圧縮された冷媒は、このマフラー30に供給された後に、この冷媒吐出部から密閉容器4の内部に放出されるようになっている。
電動機要素200は、駆動軸8が固定され自身の回転を駆動軸8に伝達するロータ11と、積層鉄心に複数相の巻線を装着して構成されるステータ12とを有している。そして、電動機要素200は、ロータ11が駆動軸8に接続されており、圧縮要素300を駆動することができるようになっている。
このように、ロータ11は、コア21と、2次導体であるアルミバー22、第1エンドリング23a及び第2エンドリング23bとを有し、ロータ11の上部に油分離板13が設けられている。
コア21を予め設定された形状の鋳型に入れたあと、溶融されたアルミが流し込まれ、アルミダイキャスト鋳造がなされる。この鋳型に流し込まれたアルミは、コア21に流れ込んでアルミバー22が形成されるとともに、コア21の上側面及び下側面に第1エンドリング23aが形成される。
すなわち、アルミバー22及び第1エンドリング23aは、鋳型に流し込まれたアルミが冷却されることで一体形成物として得られるものである。また、このアルミダイキャスト鋳造によって、コア21、第1エンドリング23a及びコア21が一体化された結合体Pを得ることができる。
そこで、第1エンドリング23aは、その高さ方向の寸法をなるべく小さく設定するとともに、低速鋳造で製造するとよい。すなわち、第1エンドリング23a及び第2エンドリング23bからなるエンドリングは「予め設定された高さ」を有する必要があるが、第1エンドリング23aについては高さを低くし、その分第2エンドリング23bの高さを高くするということである。
なお、第1エンドリング23aだけで「予め設定された高さ」を出そうとすると、その分、第1エンドリング23a内に鋳巣が多く発生してしまう。そこで、本実施の形態1では、第1エンドリング23aの高さ方向の寸法は小さく設定して鋳巣を抑制し、残りの高さについては、予め鋳巣を除いておいた第2エンドリング23bでまかなうようにしている。
第2エンドリング23bは、第1エンドリング23aと同様に鋳造して製作されるものである。ただし、第2エンドリング23bは、コア21、アルミバー22及び第1エンドリング23aから構成される結合体Pを得るための鋳型とは異なる鋳型にアルミを流し込むことによって別途製作されるものである。
なお、第2エンドリング23bは銅を用いて構成しても良い。この場合には、鋳造ではなく鍛造で製作する。銅は、アルミより電気抵抗率が低く、二次抵抗がアルミより小さくできるため、アルミを用いるより電動機要素200の効率を向上させることができる。
なお、本実施の形態1では、アルミバー22は、駆動軸8の軸方向と平行ではなく駆動軸8の軸方向に対して傾斜した状態でコア21に設けられているものである。このように、アルミバー22を駆動軸8の軸方向に対して傾斜させることで、電動機要素200のロータ11に発生するトルクを安定化することができる。
駆動軸8は、上端側が電動機要素200のロータ11に接続され、下端側が圧縮要素300の上軸受6及び下軸受7に接続されているものである。そして、駆動軸8は、鉛直方向に平行な軸を中心として回転し、ローリングピストン9を回転させることができるものである。
なお、駆動軸8は、ローリングピストン9を偏心運動させる偏芯部8aを有しており、この偏芯部8aがローリングピストン9と嵌合している。駆動軸8のうち偏芯部8aが設けられている高さ位置は、ローリングピストン9の位置に対応している。
吐出配管16は、密閉容器4内の高温・高圧冷媒を吐出する配管である。この吐出配管16は、一方が流路の切替をするのに利用される図示省略の四方弁などに接続され、他方が密閉容器4の内外を連通するように上皿容器2に接続されている。
ガラス端子17は、密閉容器4に溶接により固定されているものであり、図示省略の外部電源から電動機要素200に電力を供給するために利用されるものである。ガラス端子17には、ステータ12に巻かれた巻線18が接続されているリード線19が接続されている。なお、巻線18は、ステータ12に接続されているが、図1では図示を省略している。
ステータ12の積層鉄心に設けられた巻線に電源(図示省略)から電流(電圧)を供給し、ステータ12に回転磁界を形成させる。これより、ステータ12は、ロータ11と相互作用し、ロータ11を回転させる。ロータ11の回転は、駆動軸8を介してローリングピストンに伝達され、ローリングピストン9を偏心運動させる。
ローリングピストン9が偏心運動をして、圧縮機10内に冷媒が引き込まれる。すなわち、圧縮機10に供給される冷媒は、吸入マフラー20及び吸入管15を介して圧縮要素300に流入する。圧縮要素300に流入した冷媒は、シリンダ5、ローリングピストン9及びベーンによって圧縮されて高温・高圧冷媒となる。
この高温・高圧冷媒は、上軸受6及び下軸受7の弁を介してマフラー30に流入する。マフラー30に流入した冷媒は、図示省略の冷媒吐出部から密閉容器4内の空間に放出される。そして、この密閉容器4内の空間に放出された冷媒は、電動機要素200のエアギャップ14などといった隙間などを介して密閉容器4内の空間上部に移動し、吐出配管16より吐出される。
第1エンドリング23aと第2エンドリング23bの接合方法について説明する。
第1エンドリング23aと第2エンドリング23bとは、摩擦熱を用いた摩擦圧接で接合する。
まず、コア21及び第1エンドリング23aが一体化された結合体Pと、別途製作された第2エンドリング23bとを、予め用意された接合装置の同軸上に取り付ける。
その後に、第2エンドリング23bを回転させ、固定された第1エンドリング23aに、回転させた第2エンドリング23bを接触させる。
圧入による固定方法のように、第1エンドリング23aと第2エンドリング23bとを、たとえばハンマーなどで打撃を加えて固定する方法では、第1エンドリング23aと第2エンドリング23bとの接触面が粗くなってしまう分、接触抵抗が大きくなり、電動機要素200の効率が低下してしまう可能性がある。
しかし、本実施の形態1に係る圧縮機10は、第1エンドリング23aと第2エンドリング23bとが面で接合されたものである。これにより、ロータ11の有する2次抵抗のうちの接触抵抗が低減される分、電動機要素200の効率が低下してしまうことが抑制される。
なお、本実施の形態1に係る圧縮機10は、ロータリー圧縮機を例に説明したが、それに限定されるものではなく、たとえばスクロール圧縮機などであってもよい。
図3は、実施の形態2に係る圧縮機10のロータ11の縦断面図である。図4は、図3に示すロータ11を矢印A側から見た図である。実施の形態2では、実施の形態1に対する相違点を中心に説明するものとする。
すなわち、ロータ11は、第2エンドリング23bの突出している部分が、貫通孔24の上側開口部に対向するように形成され、この貫通孔24の上側開口部と第2エンドリング23bとの間に窪み25が形成されるように構成してもよい。この構成により、ガス冷媒及び潤滑油を、窪み25の部分で分離することができる。
本実施の形態2に係る圧縮機10は、実施の形態1に係る圧縮機10の有する効果に加えて以下の効果を有する。
本実施の形態2に係る圧縮機10は、吐出配管16側の第2エンドリング23bの内径は、第2エンドリング23bの内径側が、第1エンドリング23aの内径側よりも径方向内側に延出するように設定されている。
すなわち、吐出配管16側の第2エンドリング23bの内径が、第2エンドリング23bの内径側が、第1エンドリング23aの内径側よりも径方向外側である場合よりも、第1エンドリング23aと第2エンドリング23bとの接触面を広くとることができる。
このように、接触面を拡大させることで第1エンドリング23aと第2エンドリング23bとの接触抵抗が低減され、電動機要素200の効率が低下してしまうことが抑制される。
なお、この第2エンドリング23bの上部には、油分離板13が設けられているため(図1参照)、窪み25で分離されなかった冷媒ガス及び潤滑油は、この油分離板13で分離される。すなわち、本実施の形態2に係る圧縮機10は、油分離効果が高い構造を有している。
なお、本実施の形態2に係る圧縮機10は、ロータリー圧縮機を例に説明したが、それに限定されるものではなく、たとえばスクロール圧縮機などであってもよい。
図6は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置100の概要構成例図である。この冷凍サイクル装置100は、実施の形態1、2の圧縮機10を備えた冷凍サイクル装置である。なお、冷凍サイクル装置100としては、たとえば、空気調和装置が該当する。以下の説明においては、冷凍サイクル装置100が空気調和装置であるものとして説明する。
冷凍サイクル装置100は、冷媒回路構成として、圧縮機10、冷媒の流れる方向を切り替える四方弁101、冷房運転時には凝縮器(放熱器)として機能する室外熱交換器102、冷媒を減圧させる絞り装置103(減圧装置)、及び冷房運転時には蒸発器として機能する室内熱交換器104を有し、これらが冷媒配管105で接続されて冷凍サイクルを構成している。
また、図示はしないが、冷凍サイクル装置100の暖房運転時は、冷媒の流れ方向が図6の矢印とは反対方向となる。なお、冷媒の流れは、四方弁101によって、切り替えることができる。このとき、室外熱交換器102は蒸発器になる。また、室内熱交換器104は凝縮器になる。
また、潤滑油としては、たとえば、アルキルベンゼン系油に代表される弱相溶性の油又はエステル油に代表される相溶性の油が使用される。
Claims (7)
- 巻線が巻かれたステータと、
前記ステータの内側に設けられ、回転するロータと、
を有し、
前記ロータは、
電磁鋼板を複数積層したコアと、前記コアに設けられ、前記ステータの巻線を流れる電流と磁気相互作用するように電流が流れる金属棒状部と、前記コアの端面側に設けられた第1エンドリングと、前記第1エンドリングに対向するように設けられた第2エンドリングと、
を有し、
前記第1エンドリングと前記第2エンドリングとは、
それぞれの接触面が接合されて固定されている
ことを特徴とする電動機。 - 前記第1エンドリングと前記第2エンドリングとは、
摩擦圧接で接合されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電動機。 - 前記コアにアルミダイキャスト鋳造されて、前記第1エンドリング及び前記金属棒状部が形成されるとともに、前記コア、前記第1エンドリング及び前記金属棒状部が一体化された
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電動機。 - 前記第2エンドリングは、
アルミ、又は銅で製作される
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電動機。 - 前記コアには、
前記電磁鋼板の積層方向に伸びるように連通する貫通孔が形成され、
前記コアの上側の端面側の第1エンドリングは、
その内径側が、前記貫通孔の形成位置よりも外側に位置するように形成され、
前記コアの上側の端面側の第2エンドリングは、
その内径側が、この第2エンドリングの下面側が前記貫通孔の上側開口部分に対向するように形成されている
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動機。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動機と、
一端側が前記電動機のロータに接続された駆動軸と、
前記駆動軸の他端側が接続され、冷媒を圧縮する圧縮要素と、
前記電動機、前記駆動軸及び前記圧縮要素を収容する密閉容器と、
を有する
ことを特徴とする圧縮機。 - 請求項6に記載の圧縮機を備えた
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
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