JP4400137B2 - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

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本発明は、エアコンや冷蔵庫等に用いられる密閉型電動圧縮機に関する。
従来、密閉型電動圧縮機は、冷媒とオイルが封入された密閉容器内に、オイルにより摺動部が潤滑される冷媒の圧縮機構と、この圧縮機構を駆動するロータ軸で連結された電動機を備え、密閉容器の外部からの冷媒が冷媒吸入口から圧縮機構に供給されて圧縮され、この圧縮された冷媒はオイルが混合されたオイル混合冷媒ガスとなっている。この状態のままオイル混合冷媒ガスを冷媒吐出口から密閉容器の外部の冷凍サイクルへ送り出すと、次第に密閉容器内のオイルが減少し、圧縮機構の摺動部へのオイルの供給が不足して十分な潤滑が得られなくなり、圧縮機構の焼き付きや破損の原因となる問題がある。
また、冷凍サイクルに送り出されたオイル混合冷媒ガス中のオイルは、熱交換器での熱交換効率の低下をもたらす問題がある。
これを防止するのに従来の密閉型電動圧縮機は図5に示すような構成を有していた。
すなわち、従来の密閉型電動圧縮機は、冷媒とオイルが封入された密閉容器14内に、オイルにより摺動部が潤滑される冷媒の圧縮機構15と、この圧縮機構15を駆動するロータ軸7で連結された電動機16を備え、密閉容器14の外部からの冷媒が冷媒吸入口19から圧縮機構15に供給されて圧縮される。
この圧縮された冷媒は、オイルが混合されたオイル混合冷媒ガスとなっており、オイルを分離するために、オイル混合冷媒ガスはロータ1の端面に連絡路21によって導かれ、ロータ1内部に設けられたロータ軸方向の連通穴2を通過する。
連通穴2を通過したオイル混合冷媒ガスは、吐出端面側のオイル分離室23に備えられたオイルセパレータ22にオイル混合冷媒ガスを衝突する構成となっていた。
この衝突によりオイルはオイル混合冷媒ガスからある程度分離され、オイル分離空間23のロータ外径方向の開口部51から放出される。
開口部51から放出される分離されたオイルと残りのオイル混合冷媒ガスはともに、ステータ10のコイルエンド11の内径面のステータコイルエンド立上部12に衝突し、コイルエンド110渡部の内径に付着したオイルは滴下して残りのオイル混合冷媒ガスとは分離される。(例えば、特許文献1参照)
特開2001−280252号公報
しかしながら、上記従来の構成においては、オイル混合冷媒ガスからのオイルの分離度合いがステータのコイルエンドの内径面形状に左右される課題を有しており、十分な分離を行うことが困難であった。
すなわち、分離されたオイルと残りのオイル混合冷媒ガスが放出される開口部がステータコイルエンド立上部に対向している場合、前記開口部に対向する全周に渡ってはコイルエンド立上部が存在しておらず、前記開口部が前記コイルエンド立上部の存在しない空間で放出されると、分離されたオイルが前記空間を残りのオイル混合冷媒ガスとともに通りぬけて、再びオイル混合冷媒ガスの流れに乗って混合され、密閉容器の冷媒吐出口から外部の冷凍サイクルへ送り出されることとなり、オイルの分離度が低下してしまっていた。
なお、オイル分離度の低下により、密閉型電動圧縮機から吐出される冷媒ガスにオイルが混合することとなり、このオイルが冷凍システムの、例えば配管の内周面に付着し冷却効率を低下させることになる。そして、このような冷却効率の低下はエアコン等の消費電力を高めることとなる。
本発明は、オイル分離度合いの程度がステータのコイルエンド形状に影響され難く、オイル混合冷媒ガスからのオイル分離度合を高めることができる密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、連通穴を形成したロータのオイル混合冷媒ガスの吐出端面側に、前記吐出端面からスペーサによって一定の軸方向高さを保ったオイルセパレータで仕切られた少なくとも1段以上のオイル分離室を備え、かつ前記オイルセパレータと前記ロータ軸との間の隙間を設けるとともに、前記オイルセパレータに、前記スペーサ内壁の内径面から所定の間隔をもってオイル混合冷媒ガスを吐出する穴を1つ以上設けたロータを有する密閉型電動圧縮機としたものである。これにより、オイル混合冷媒ガスからのオイル分離度合いを高くすることができる。具体的には、冷媒とオイルが封入された密閉容器内に圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動するロータ軸で連結された電動機を備え、オイル混合冷媒ガスが前記電動機のロータ内部に設けられたロータ軸方向の連通穴を通過する構造とした密閉型電動圧縮機において、前記電動機のロータには、前記連通穴を形成した前記ロータのオイル混合冷媒ガスの吐出端面側に、前記吐出端面からスペーサによって一定の軸方向高さを保ったオイルセパレータで仕切られた少なくとも1段以上のオイル分離室を備え、かつ前記オイルセパレータと前記ロータ軸との間の隙間を設けるとともに、前記オイルセパレータに、前記スペーサ内壁の内径面から所定の間隔をもってオイル混合冷媒ガスを吐出する穴を1つ以上設け、最終段のオイル分離室を構成するオイルセパレータを、ロータ軸方向の吐出面側に配置した一のオイルセパレータと、ロータ外径方向に開口部を有する他のスペーサと、前記他のスペーサのロータ軸方向の吐出面側に配置した他のオイルセパレータから構成されるオイル分離空間を設けるとともに、前記開口部をステータのコイルエンドを形成するコイル渡部のコイルが全周にわたって存在する高さに対向し設けたことを特徴とする密閉型電動圧縮機である。
以上のように上記説明から明らかなように、請求項1に係る発明によれば、オイル混合冷媒ガスからのオイル分離をオイル分離室にて効果的に実施し、オイル分離室内で分離されたオイルのロータからの放出方向はロータ外径方向となる一方、冷媒のロータからの放出方向はロータ軸方向で異なる方向となるので、放出されたオイルと冷媒ガスが再度混合される機会が少なくなり、オイル混合冷媒ガスからのオイル分離度合いを高くすることができる。
また、ロータから放出されたオイルやオイル混合冷媒ガスを同じ経路で強制的にコイルエンドに衝突させる構成としていないので、オイル分離度合いがステータのコイルエンド形状に影響されることなく、オイル分離度合いを高くすることができる。
請求項2に係る発明によれば、オイル分離度合いを高くすることができる。
請求項3に係る発明によれば、オイル分離室に溜まった分離されたオイルを効果的にオイル分離室の外に排出できる。これによりオイル混合冷媒ガスからのオイル分離度合いを高くすることができる。
また、請求項1に係る発明によれば、分離されたオイルやオイル混合冷媒ガスを強制的に衝突させるコイルエンドの位置を調整することができるので、コイルエンドの形状に合わせた最も効果的なオイル分離の構成にすることができる。これによりオイル混合冷媒ガスからのオイル分離度合いを高くすることができる。
本件出願に係る請求項1記載の発明は、冷媒とオイルが封入された密閉容器内に圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動するロータ軸で連結された電動機を備え、オイル混合冷媒ガスが前記電動機のロータ内部に設けられたロータ軸方向の連通穴を通過する構造とした密閉型電動圧縮機でおいて、前記電動機のロータには、前記連通穴を形成した前記ロータのオイル混合冷媒ガスの吐出端面側に、前記吐出端面からスペーサによって一定の軸方向高さを保ったオイルセパレータで仕切られた少なくとも1段以上のオイル分離室を備え、かつ前記オイルセパレータと前記ロータ軸との間の隙間を設けるとともに、前記オイルセパレータに、前記スペーサ内壁の内径面から所定の間隔をもってオイル混合冷媒ガスを吐出する穴を1つ以上設け、最終段のオイル分離室を構成するオイルセパレータを、ロータ軸方向の吐出面側に配置した一のオイルセパレータと、ロータ外径方向に開口部を有する他のスペーサと、前記他のスペーサのロータ軸方向の吐出面側に配置した他のオイルセパレータから構成されるオイル分離空間を設けるとともに、前記開口部をステータのコイルエンドを形成するコイル渡部のコイルが全周にわたって存在する高さに対向し設けたことを特徴とする密閉型電動圧縮機であり、ロータの連通穴から吐出したオイル混合冷媒ガスの流速がオイル分離室で弱めることができ、オイルと冷媒の比重の違いから比重の重いオイルがロータの回転による遠心力によって分離されてオイル分離室スペーサ内壁面に溜り、溜まったオイルはオイルセパレータの1つ以上の穴から次の段のオイル分離室に放出される。
そして、最終段のオイル分離室のオイルセパレータの1つ以上の穴から放出されたオイルは、遠心力によりロータ外径方向に放出される。
一方、冷媒ガスはオイルに比べて比重が小さいので、オイルセパレータのオイル混合冷媒ガスを吐出する1つ以上の穴や、オイルセパレータとロータ軸との間の隙間から、次の段のオイル分離室に放出されるか、または、最終段のオイルセパレータから分離されたオイルの放出方向とは異なるロータ軸方向に放出される。
したがって、分離されたオイルと冷媒ガスのロータからの放出方向が異なるので、分離されたオイルと冷媒ガスが再度混合される機会を少なくすることができる。
また、分離されたオイルやオイル混合冷媒ガスを同じ経路で強制的にコイルエンドに衝突させる構成としていないので、オイル分離度合いがステータのコイルエンド形状に影響され難くすることができる。
請求項2に係る発明は、オイルセパレータとロータ軸との間の隙間とオイル混合冷媒ガスを吐出する穴の合計面積をロータ内部に設けられたロータ軸方向の連通穴の合計面積より大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の密閉型電動圧縮機であり、オイル混合冷媒ガスがオイル分離室に溜まることなく効率良くオイル分離を行うことが可能であるとともに、冷媒ガスの流速を低減させることができる。
請求項3に係る発明は、少なくとも1段以上のオイル分離室スペーサ内壁の内径面に、ロータ外周面に至る1段あたり1つ以上のオイル排出穴を設け、1段あたりの前記オイル排出穴の合計断面積は、1段あたりのオイルセパレータに設けられた1つ以上のオイル混合冷媒ガスを吐出する穴および1段あたりのオイルセパレータと前記ロータ軸との間の隙間の合計断面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の密閉型電動圧縮機であり、オイル分離室スペーサ内壁に溜まった分離されたオイルは、効果的にオイル排出穴からロータ外周方向に排出される。
すなわち、冷媒ガスの多くはオイルセパレータのオイル混合冷媒ガスを吐出する1つ以上の穴や、オイルセパレータとロータ軸との間の隙間から放出され、分離されたオイルはオイル分離室の1つ以上のオイル排出穴から優先的に放出される。
また、請求項1に係る発明は、最終段のオイル分離室を構成するオイルセパレータでおいて、ロータ軸方向の吐出面側に配置した一のオイルセパレータと、ロータ外径方向に開口部を有する他のスペーサと、前記他のスペーサのロータ軸方向の吐出面側に配置した他のオイルセパレータから構成されるオイル分離空間を設けるとともに、前記開口部をステータのコイルエンドを形成するコイル渡部に対向し設けたことを特徴とする密閉型電動圧縮機であり、前記開口部をコイル渡部に対向させた構成としているので、分離されたオイルのほとんどをコイル渡部に衝突させることができる。
したがって、オイルをコイルエンド内径部に付着し滴下させることが可能で、冷媒ガスとはより確実に分離することができる。
図1は、本発明の一実施の形態における密閉型電動圧縮機を示す断面図である。
冷媒とオイル6が封入された密閉容器14は、上部にオイル6により摺動部が潤滑される冷媒の圧縮機構15、下部にこの圧縮機構15を駆動するロータ軸7で連結された電動機16を収容している。そして、密閉容器14の外部からの冷媒が冷媒吸入口19から圧縮機構15に供給されて圧縮される。
この圧縮された冷媒はオイル6が混合されたオイル混合冷媒ガスとなっており、このオイル混合冷媒ガスが電動機16のロータ1端面に連絡路21によって導かれた後、ロータ1内部に設けられたロータ軸方向の連通穴2を通過する。
ロータ1は連通穴2におけるオイル混合冷媒ガスの吐出端面側に、前記吐出端面からスペーサ28によって一定の距離を保ったオイルセパレータ3で仕切られたオイル分離室5を備えた構成を有している。
オイルセパレータ3にはオイル混合冷媒ガスを吐出する1つ以上オイルセパレータの穴4をスペーサ28の内壁の内径面から所定の間隔をもって設けており、また、オイルセパレータとロータ軸との間の隙間24を形成している。
ここで、オイルセパレータとロータ軸との間の隙間24とオイルセパレータの穴4の合計面積は、連通穴2の合計面積より大きくしている。すなわち、オイル混合冷媒ガスは、流路面積の狭い所から広い場所に吐出されることとなる。
なお、オイル分離度合いを高めるために、オイル分離室5をロータ軸方向に複数設けても良い。この場合、本発明において、ロータのオイル混合冷媒ガスの吐出端面側から最も離れた位置に設けたオイル分離室5を最終段としている。
さらに、オイル分離室5のスペーサ28やオイルセパレータ3の材質は、ロータ1の構成材である積層鉄板と同じにしても、別部品としても良い。積層鉄板とした場合には、ロータ1のプレス打ち抜き時に隣り合う鉄板をカラマセにより固着し一体で構成できる利点があり、別部品を取り付けるよりも工数や材料費を低減できる場合がある。
別部品とする場合には、オイル分離室5のロータ軸方向の長さや内径寸法、形状、材質を多様にすることが可能となり、ロータ1との固定にはクランプピン等をロータ軸方向に通して固定する。例えばオイル分離室5を構成するスペーサ28やオイルセパレータ3の材質をモータ特性上非磁性体にする必要がある場合には、アルミニウムや真鍮、ステンレス等の別部品を取り付けて構成するとよい。
また、電動機16の種類を限定するものではなく、例えばインダクションモータの場合には、スペーサ28をロータ1の2次導体の一部であるエンドリングで代用することも可能である。
なお、図2は、参考の形態における密閉型電動圧縮機の電動機を示す断面図である。
実施例1の形態における密閉型電動圧縮機において、オイル分離室5を構成することが、密閉容器14内の電動機16以外の部品とのスペースの関係から困難な場合には、図2で示すようにオイル分離室5を可能な限りロータ1の軸方向の積厚中心方向に取り込むこと(オイル分離室5の全部または一部を、ステータ10を構成する鉄心内周面に対向する位置にすること)によって、構成することができる。この構成により、ロータ1はコンパクトな形状になり、密閉容器14内のスペースが限られている場合に効果的である。
なお、その他構成については、上記実施例1と同様である。
図3は、本発明の他の実施形態における密閉型電動圧縮機を示す断面図である。
これに示す密閉型電動圧縮機では、実施例1の形態における密閉型電動圧縮機において、オイル分離室5のスペーサ28内壁の内径面に、ロータ外周面に至る1つ以上のオイル排出穴13を設けている。
1段あたりのオイル排出穴13の合計断面積は、オイルセパレータ3に設けられたオイル混合冷媒ガスを吐出する1つ以上オイルセパレータの穴4とオイルセパレータとロータ軸との間の隙間24の合計断面積よりも小さくした構成としている。
これにより、オイル分離室5のスペーサ28内壁に溜まった分離されたオイル6を効果的にロータ1の外周方向に排出することが可能となる。
すなわち、冷媒ガスの多くはオイルセパレータの穴4や、オイルセパレータとロータ軸との間の隙間24から放出され、分離されたオイル6はオイル排出穴13から優先的に放出される。これらの構成によりオイル混合冷媒ガスからのオイル分離度合いをさらに高くすることができる。
また、オイル排出穴13の位置を調整することで、排出されたオイル6をステータ10のコイルエンド11内径面や、ステータ10のロータ1と対抗するステータ内径ギャップ面に衝突させることが可能になる。この衝突させる場所を選択することで、オイル排出穴13から排出されたオイル6を効果的にオイル溜り18に回収するルートを選択することができる。
また、オイル混合冷媒ガスの状態によっては、オイルセパレータの穴4を省略して、オイル分離室5で分離されたオイル6をオイル排出穴13からロータ外周面に放出し、冷媒をオイルセパレータとロータ軸との間の隙間24からロータ軸方向に放出する構成としても良い。
図4は、本発明の他の実施形態における密閉型電動圧縮機を示す断面図である。
これに示す密閉型電動圧縮機では、実施例1または2の形態における密閉型電動圧縮機において、オイル分離室5のオイルセパレータ3のオイル混合冷媒ガスを吐出する1つ以上の穴4のロータ軸方向の吐出面側に、一のオイルセパレータ3からロータ外径方向に開口部41を有する他のスペーサ42により一定の間隔を設け、他のオイルセパレータ8を配置することでオイル分離空間9を形成している。
開口部41のロータ軸方向位置は、ステータコイルエンドのステータ端面からの立上部12を避けてコイルエンド11内径部のコイルが全周にわたって存在する高さ、すなわち、コイル渡部110に対向するようにしてある。なお、当該位置関係は、オイル分離室5のスペーサ28のロータ軸方向の長さで調整している。
なお、実施例3における電動機のコイルは、いわゆるインサータ方式でステータコアにコイルを挿入された集中巻、分布巻その他の巻線に係るものであり、かつ挿入後において、軸方向からコイルエンド11を整形した構成である。
次に、本実施例(図4に記載の密閉型電動圧縮機)と従来品(図5に記載の密閉型圧縮機)におけるオイル吐出量の確認をしたところ、本実施例の密閉型圧縮機では、オイル吐出量を40%低減する大きな効果を得ることができた。これにより、密閉容器14から冷凍サイクルへのオイル吐出量が削減されて多くのオイル6が密閉容器14内に残り、圧縮機構15の摺動部へオイル6が十分供給されて潤滑が確保され、さらには冷凍サイクルに送り出されるオイル吐出量が低下するために、熱交換器での熱交換効率を向上させることができる。
本発明に係る密閉型電動圧縮機は、オイル混合冷媒ガスからのオイル分離度合いを高くすることができ、エアコンや冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いることができる。
本発明の一実施の形態における密閉型電動圧縮機を示す断面図 参考の形態における密閉型電動圧縮機の電動機を示す断面図 本発明の他の実施形態における密閉型電動圧縮機を示す断面図 本発明の他の実施形態における密閉型電動圧縮機を示す断面図 従来の形態における密閉型電動圧縮機を示す断面図
1 ロータ
2 連通穴
3 オイルセパレータ
4 オイルセパレータの穴
5 オイル分離室
6 オイル
7 ロータ軸
8 他のオイルセパレータ
9 オイル分離空間
10 ステータ
11 コイルエンド
110 コイル渡部
12 ステータコイルエンド立上部
13 オイル排出穴
14 密閉容器
15 圧縮機構
16 電動機
17 冷媒
18 オイル溜り
19 冷媒吸入口
20 冷媒吐出口
21 連絡路
24 オイルセパレータとロータ軸との間の隙間
25 他のオイルセパレータとロータ軸との間の隙間
28 スペーサ
41 開口部
42 他のスペーサ

Claims (3)

  1. 冷媒とオイルが封入された密閉容器内に圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動するロータ軸で連結された電動機を備え、オイル混合冷媒ガスが前記電動機のロータ内部に設けられたロータ軸方向の連通穴を通過する構造とした密閉型電動圧縮機において、前記電動機のロータには、前記連通穴を形成した前記ロータのオイル混合冷媒ガスの吐出端面側に、前記吐出端面からスペーサによって一定の軸方向高さを保ったオイルセパレータで仕切られた少なくとも1段以上のオイル分離室を備え、かつ前記オイルセパレータと前記ロータ軸との間の隙間を設けるとともに、前記オイルセパレータに、前記スペーサ内壁の内径面から所定の間隔をもってオイル混合冷媒ガスを吐出する穴を1つ以上設け、最終段のオイル分離室を構成するオイルセパレータを、ロータ軸方向の吐出面側に配置した一のオイルセパレータと、ロータ外径方向に開口部を有する他のスペーサと、前記他のスペーサのロータ軸方向の吐出面側に配置した他のオイルセパレータから構成されるオイル分離空間を設けるとともに、前記開口部をステータのコイルエンドを形成するコイル渡部のコイルが全周にわたって存在する高さに対向し設けたことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
  2. オイルセパレータとロータ軸との間の隙間とオイル混合冷媒ガスを吐出する穴の合計面積をロータ内部に設けられたロータ軸方向の連通穴の合計面積より大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の密閉型電動圧縮機。
  3. 密閉型電動圧縮機の少なくとも1段以上のオイル分離室スペーサ内壁の内径面に、ロータ外周面に至る1段あたり1つ以上のオイル排出穴を設け、1段あたりの前記オイル排出穴の合計断面積は、1段あたりのオイルセパレータに設けられた1つ以上のオイル混合冷媒ガスを吐出する穴および1段あたりのオイルセパレータと前記ロータ軸との間の隙間の合計断面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の密閉型電動圧縮機。
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