JP4599881B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電気冷蔵庫やエアーコンディショナー、あるいは自動販売機等に使用される密閉型圧縮機に関するものであり、特にインバータなど回転数を変えることのできる手段を用いてその冷凍能力を可変にできる密閉型圧縮機に関するものである。

冷蔵庫やエアーコンディショナー等に使用される圧縮機として、電動要素と圧縮要素を密閉容器内に封入した密閉型圧縮機が広く利用されている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の断面図を示すものである。なお、図９において、上下の関係は、密閉型圧縮機を正規の姿勢に設置した状態を基準とする。

図９に示すように、密閉型圧縮機１００は、密閉容器１０１内に電動要素１０２と支持フレーム１０３及び圧縮要素１０４が内蔵されたものである。ここで密閉容器１０１は、上容器１０５と下容器１０６からなり、両者が接合されて一体的な密閉空間が形成されたものである。そして密閉容器１０１には、内部に電気を取り入れるための気密ターミナル１０７が取り付けられている。また密閉容器１０１には、冷媒を内部に戻す冷媒戻り管１０８と、冷媒を外部に排出する冷媒排出管１０９が設けられている。

密閉容器１０１内に内蔵されている電動要素１０２は、固定子１１０と回転子１１１からなるモータであり、インバータ制御されるものである。また電動要素１０２は、密閉容器１０１に、回転軸を垂直に配置して内蔵されている。ここで密閉型圧縮機１００の電動要素１０２の固定子１１０は、鉄心１１２にエナメル線の巻線１１３が巻き付けられたものである。

また、固定子１１０の巻線１１３は電気的に気密ターミナル１０７と接続されており、密閉型圧縮機１００の外部に設けられたインバータに接続され、回転させるのに必要なパワーの供給を行う。

一方、回転子１１１は、鉄心１１４と永久磁石１１５とからなる。一般的に永久磁石１１５は磁束密度の低いフェライト系の磁石が用いられ、より多くの磁束を活用するために、固定子１１０の鉄心１１２の長さ（積厚）より永久磁石１１５の長さを長くし、これに伴い回転子１１１の鉄心１１４も永久磁石と同じ長さとなる。このようにすることにより、特に端部の磁束量を増加させ、モータの効率を上げようとするものであった。一般的には固定子１１０の鉄心１１２の長さに比べて永久磁石１１５の長さを１．１倍程度に設計すると最もコストパフォーマンスが良くなる。

回転子１１１の中心には、クランク軸１１６が設けられている。クランク軸１１６は、長い直線部分を持ち、その下端にはメカ部分にオイルを給油するための給油管１１７と、その上端にクランク部１１８が形成されたものである。またクランク軸１１６の中央部は摺動部としてのベアリングとして支持フレーム１０３の中に収められている。また、この摺動部をできるだけ広く取るために、一部回転子１１１の中央部にまで食い込んだような構成としている。これにより片軸受けで安定した運転を得ている。

また、クランク部１１８には、コンロッド１１９とピストン１２０が設けられ、回転子１１１の回転運動をクランク部１１８、コンロッド１１９を介して、ピストン１２０の往復運動に変化させる。

支持フレーム１０３中には更にシリンダ孔１２１が設けられ、吸入弁・吐出弁（図示せず）などを設けたシリンダヘッド１２２がシリンダ孔１２１を密閉するように取り付けられている。

また、シリンダヘッド１２２の吸い込み側にはプラスチックの成型部品であるサクションマフラー１２３を設け、冷媒戻り管１０８から戻ってくる冷媒を高効率にかつ低騒音にシリンダ内に送り込むようにしている。

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。

密閉型圧縮機１００では、密閉容器１０１に取り付けられた気密ターミナル１０７にインバータ１２４からパルス幅変調された電圧が供給され、密閉容器１０１内のリード線を介して固定子１１０の巻線１１３に通電される。

その結果、固定子１１０に回転磁界が生じ、通常のモータと同様に回転子１１１が回転し、これと一体となったクランク軸１１６が回転する。

そしてクランク軸１１６のコンロッド１１９に取り付けられたピストン１２０がシリンダ孔１２１内で直線運動し、シリンダヘッド１２２の作用によりサクションマフラー１２３から冷媒ガスを吸入し、圧縮して、排気マフラー側に排出する。

そしてさらに冷媒は、排気マフラーから銅管を経て冷媒排出管１０９に入り、密閉容器１０１の外に排出される。

冷媒排出管１０９をでた冷媒ガスは、通常外部に取り付けられた冷却システム（凝縮器、膨張器、蒸発器など、図示せず）を通って冷却または過熱作用を行い、再度冷媒戻り管１０８から冷媒ガスは戻ってくるように、冷却サイクルを構成している。

またクランク軸１１６の回転に応じてクランク軸１１６の下端に設けられた給油管１１７から潤滑オイルが吸い上げられ、クランク軸１１６の油溝や圧縮要素１０４に潤滑オイルが供給される。

上記従来の構成は、普遍的に使用されている構成であるが、インバータ１２４で駆動されることを考えれば、まだまだ改良の余地を残す。

ピストン１２０がシリンダ孔１２１の中を往復運動することにより、冷媒ガスを圧縮する構成であるため、クランク軸１１６にかかる負荷トルクが１回転あたり大きく変動する。すなわち、吸入工程ではほとんど負荷がかからず、圧縮工程に大きな負荷がかかるものである。これに対し、電動要素１０２は、１回転あたりほぼ等しいトルクを出すために、
その負荷トルクと発生トルクの大小により、１回転中に回転数変動を起こすことになる。

この回転数変動は、最終的には振動応力となり電動要素１０２、圧縮要素１０４を含んだ支持フレーム１０３を振動させることになる。このような往復動式の密閉型圧縮機は、支持フレーム１０３を含むメカ部全体が、密閉容器１０１内にスプリングで懸架されているため、ある程度の振動までは圧縮機外部に伝わらない構成にはなっているが、これとて限界のあることである。

現在低速時の回転数が２５回転／秒程度であるので、問題となる振動は外部には伝わっていないが、更にシステム側からの要求として低回転数を要求されると、振動が外側に伝わるようになってくる。

振動が密閉型圧縮機１００の外側に伝わると、冷媒戻り管１０８や冷媒排出管１０９を介して振動が配管などに伝わり、耳障りな騒音を発生させることになる。

もちろん、インバータ１２４での制御面で解決する方法はある。例えば、特許文献２などに記載されているように、負荷トルクとモータトルクを一致させるように制御することにより、回転数変動が少なくなり、振動も少なくなる。
特開２００２−７０７４０号公報 特開平５−９５６９６号公報

しかしながら、負荷トルクとモータトルクを一致させるように制御する場合は、モータの電流脈動が大きくなるため、入力が高くなるという課題を有している。

また、現行と同じ回転数でも、例えば永久磁石にネオジ磁石など現在より磁束量の高い磁石を使った薄型のモータを搭載した場合でも、回転子質量が薄型化に伴い軽くなるため、慣性モーメントが小さくなり、振動が大きくなるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、低速時や薄型モータにした場合においても、入力を増加させることなく、振動が外部に伝わらず、耳障りな騒音を発生させない密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

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、密閉容器と、前記密閉容器に内蔵された回転子及び巻線を有する固定子からなる電動要素と、前記電動要素の回転子により駆動される圧縮要素と、前記電動要素の回転数を変化させるインバータとからなり、前記回転子は永久磁石を有し、前記回転子の長さを永久磁石の長さより長くするとともに、前記永久磁石の長さを、前記固定子の長さの０．９〜１．１倍の範囲内とし、さらに、前記回転子を、前記永久磁石がある部分以外に、圧縮要素側と、反圧縮要素側に位置する第２の鉄心を具備する構成とし、さらに、反圧縮要素側にある前記第２の鉄板を前記回転子の直径よりも大きい直径としたものである。

これによって、固定子に得られる磁束量を減少させることなく、回転子の慣性モーメントのみを大きくすることができるものである。

本発明の密閉型圧縮機は、低回転数においても、入力を増加させることなく、振動を小さくすることができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器と、前記密閉容器に内蔵された回転子及び巻線を有する固定子からなる電動要素と、前記電動要素の回転子により駆動される圧縮要素と、前記電動要素の回転数を変化させるインバータとからなり、前記回転子は、積層された複数の鉄板を具備する第１の鉄心と、該第１の鉄心の積層構造内に埋設された永久磁石を有し、前記回転子の長さを永久磁石の長さより長くするとともに、前記永久磁石の長さを、前記固定子の長さの０．９〜１．１倍の範囲内とし、さらに、前記回転子を、前記永久磁石がある部分以外に、圧縮要素側と、反圧縮要素側に位置する第２の鉄心を具備する構成とし、さらに、前記第２の鉄心における反圧縮要素側の直径を、前記回転子の直径よりも大きくしたものであり、固定子に得られる磁束量を減少させることなく、回転子の慣性モーメントのみが大きくなるので、低回転数においても、入力を増加させることなく、振動を小さくすることができ、騒音も低くすることができる。

しかも、前記永久磁石の長さを、前記固定子の長さの０．９〜１．１倍とするものであり、この範囲においては、磁束量の減少による効率の低下が特に少なくなるので、低コストで高効率・低騒音を高めることができる。さらに、モータの特性に影響の大きい部分に第１の鉄板を積層し、モータの特性に影響を及ぼしにくいその他の部分については第２の鉄板を積層することによって、より経済的に高効率・低騒音化を図ることができる。

さらに、前記第２の鉄心における反圧縮要素側の直径を、前記回転子の直径よりも大きくしたことにより、密閉型圧縮機の基本的な構造を大幅に変えることなく、より慣性モーメントを大きくし、より高効率で低振動・低騒音を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回転子の長さを、前記永久磁石の長さの１．２倍以上としたもので、低速時においても十分な慣性モーメントを確保することができるので、更に高効率・低騒音化を図ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記回転子の永久磁石に、希土類磁石を用いたもので、永久磁石からの磁束量を大幅にアップさせることができるので、非常に薄い薄型モータが実現できる。

また、単純に薄型化してしまっては慣性モーメントが非常に小さくなり、振動が大幅に増加することとなるが、希土類磁石を採用して薄型モータにした場合は、慣性モーメントを大きくすることができ、高効率・低騒音化が図れ、シャフトとの接触面積も従来と同じ面積を確保できるので、信頼性も高くなる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、前記第２の鉄心を、複数の鉄板の積層構造とし、前記第１の鉄心を構成する第１の鉄板を、前記第２の鉄心を構成する第２の鉄板と異なる材料あるいは板厚としたものであり、モータの特性に影響の大きい部分に第１の鉄板（珪素鋼板）を積層して、モータの特性に影響を及ぼしにくいその他の部分については第２の鉄板を積層することになり、より経済的に高効率・低騒音化を図ることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第１の鉄板を珪素鋼板とし、その珪素含有量が前記第２の鉄板以上であるか、または第１の鉄板の厚さを、前記第２の鉄板の厚さ以下としたもので、第２の鉄板はモータへの特性の影響が少なく、できるだけ価格の安い鉄板を使用できるので、コスト的に非常に安い材料を使うことができる。また、同様に第１の鉄板の厚みが第２の鉄板以下であるようにすることにより、第２の鉄板には価格が安く、加工のしやすい鉄板を使用できるので、コスト的に非常に安くでき
る。

請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の発明において、前記第１の鉄板と前記第２の鉄板との間に非磁性体を設けたもので、モータ駆動時に第２の鉄板に漏れる漏れ磁束が小さくなるので、より高効率な運転を行うことができる。

請求項７に記載の発明は、密閉容器と、前記密閉容器に内蔵された回転子及び巻線を有する固定子からなる電動要素と、前記電動要素の回転子により駆動される圧縮要素と、前記電動要素の回転数を変化させるインバータとからなり、前記回転子は、積層された複数の鉄板を具備する第１の鉄心と、該第１の鉄心の積層構造内に埋設された永久磁石を有し、前記回転子の長さを永久磁石の長さより長くするとともに、前記永久磁石の長さを、前記固定子の長さの０．９〜１．１倍の範囲内とし、さらに、前記回転子を、前記永久磁石がある部分以外に、圧縮要素側と、反圧縮要素側に位置する非磁性体を具備する構成とし、さらに前記反圧縮要素側に位置する非磁性体の反圧縮要素側に、前記回転子の直径よりも大きい直径の第２の鉄板を設けたものであり、モータ特性に影響の大きい第１の鉄心から、モータ特性に影響の少ないその他の非磁性体（例えば真ちゅうやステンレス）部分への無駄な漏れ磁束が全くなくなり、より高効率な運転が可能になる。

さらに、前記反圧縮要素側に位置する非磁性体の反圧縮要素側に、前記回転子の直径よりも大きい直径の第２の鉄板を設けたことにより、密閉型圧縮機の基本的な構造を大幅に変える必要がなくなり、高効率・低騒音を達成することができる。

以下、本発明の参考例および実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この参考例および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。

（参考例１）
図１は、本発明の参考例１における密閉型圧縮機の断面図である。

図１において、密閉型圧縮機１は、密閉容器２内に電動要素３と支持フレーム４及び圧縮要素５が内蔵されたものである。ここで密閉容器２は、上容器６と下容器７からなり、両者が接合されて一体的な密閉空間が形成されたものである。そして密閉容器２には、内部に電気を取り入れるための気密ターミナル８が取り付けられている。また密閉容器２には、冷媒を内部に戻す冷媒戻り管９と、冷媒を外部に排出する冷媒排出管１０が設けられている。

密閉容器２内に内蔵されている電動要素３は、固定子１１と回転子１２からなるモータであり、インバータ制御されるものである。また電動要素３は、密閉容器２に、回転軸を垂直に配置して内蔵されている。ここで密閉型圧縮機１の電動要素３の固定子１１は、鉄心１３にエナメル線の巻線１４が巻き付けられたものである。この鉄心１３は薄い厚み（例えば０．３５ｍｍ）の珪素鋼板を積み重ねて構成している。

また、固定子１１の巻線１４は電気的に気密ターミナル８と接続されており、密閉型圧縮機１の外部に設けられたインバータ１５に接続されており、回転させるのに必要なパワーの供給を行う。

一方、回転子１２は、鉄心１６と永久磁石１７とからなる。この鉄心１６は薄い厚み（例えば０．３５ｍｍ）の珪素鋼板を積み重ねて構成している。永久磁石１７は相対する固定子１１の鉄心１３とほぼ同じ長さのものを使用している。回転子１２の永久磁石１７のある部分以外のところでは、そのまま鉄板を積み重ねている構成となっている。

また、回転子１２の永久磁石１７には、磁束密度の高い希土類の磁石を用いることにより、従来のものより固定子１１の鉄心１３の長さ（積厚）が大幅に薄くなったモータとなっている。

回転子１２の中心には、クランク軸１８が設けられている。クランク軸１８は、長い直線部分を持ち、その下端にはメカ部分にオイルを給油するための給油管１９と、その上端にクランク部２０が形成されたものである。またクランク軸１８の中央部は摺動部としてのベアリングとして支持フレーム４の中に収められている。また、この摺動部をできるだけ広く取るために、一部回転子１２の中央部にまで食い込んだような構成としている。これにより片軸受けで安定した運転を得ている。また、クランク部２０には、コンロッド２１とピストン２２が設けられ、回転子１２の回転運動をクランク部２０、コンロッド２１を介して、ピストン２２の往復運動に変化させる。

支持フレーム４中には更にシリンダ孔２３が設けられ、吸入弁・吐出弁（図示せず）などを設けたシリンダヘッド２４がシリンダ孔２３を密閉するように取り付けられている。

また、シリンダヘッド２４の吸い込み側にはプラスチックの成型部品であるサクションマフラー２５を設け、冷媒戻り管９から戻ってくる冷媒を高効率にかつ低騒音にシリンダ内に送り込むようにしている。

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。

密閉型圧縮機１では、密閉容器２に取り付けられた気密ターミナル８に、商用電源からの電力を変換するインバータ１５からパルス幅変調された電圧が供給され、密閉容器２内のリード線を介して固定子１１の巻線１４に通電される。その結果、固定子１１に回転磁界が生じ、通常のモータと同様に回転子１２が回転し、これと一体となったクランク軸１８が回転する。そしてクランク軸１８のコンロッド２１に取り付けられたピストン２２がシリンダ孔２３内で直線運動し、シリンダヘッド２４の作用によりサクションマフラー２５から冷媒ガスを吸入し、圧縮して、排気マフラー側に排出する。そしてさらに冷媒は、排気マフラーから銅管を経て冷媒排出管１０に入り、密閉容器２の外に排出される。

冷媒排出管１０をでた冷媒ガスは、通常外部に取り付けられた冷却システム（凝縮器、膨張器、蒸発器など、図示せず）を通って冷却または過熱作用を行い、再度冷媒戻り管９から冷媒ガスは戻ってくるように、冷却サイクルを構成している。

またクランク軸１８の回転に応じてクランク軸１８の下端に設けられた給油管１９から潤滑オイルが吸い上げられ、クランク軸１８の油溝や圧縮要素５に潤滑オイルが供給される。

次に本発明の参考例１における電動要素３について、更に詳しく説明する。

図２は本発明の参考例１における密閉型圧縮機の回転子の断面図、図３は本発明の参考例１における密閉型圧縮機の回転子の横断面図、図４は本発明の参考例１における密閉型圧縮機の固定子の斜視図である。

図２において、回転子１２は前述で説明したとおり、鉄心１６と永久磁石１７からなる。永久磁石１７は磁束量の多い希土類の永久磁石を用いている。磁束量が従来のフェライト磁石に比べて非常に大きいため、磁束集中による磁束量アップはあまり考慮しなくてよく、固定子１１の鉄心１３の長さとほぼ等しい長さの磁石で十分であった。

発明者らのシミュレーションによるとこの永久磁石１７の長さと固定子１１の長さとの比が０．９〜１．１倍の範囲においては、その差が０．２％程度とほとんど効率の低下はなく、モータ特性に影響を与えないことがわかった。また、０．９倍より小さければ磁束量が不足し、最大回転数が得られなくなり、１．１倍を超えると効率はほとんど変わらないものの、磁石量アップにより大幅にコストがアップしていくことがわかった。そのため、この長さの比がもっともコストパフォーマンスに優れている。

従来の考え方で行くと、回転子１２の鉄心１６の長さは永久磁石１７の長さとほぼ等しくなるようにしていた。しかしながら、このように磁束量の多い希土類の永久磁石１７を使い薄型モータにして、回転子自体を薄型化すると、慣性モーメントが非常に小さくなる。特に往復動式の密閉型圧縮機の場合、負荷トルクの脈動が非常に大きいため、回転子１２が低速で回っている場合には特に１回転あたりの回転数変動が大きくなる。また、シャフトとの接触部分１２ａの面積が極端に少なくなる。そのため、強度的にも課題があった。

そこで、本参考例１においては、磁石がある部分の鉄心１６ｂ以外にも、圧縮要素側の鉄心１６ａと、反圧縮要素側の鉄心１６ｃとを設けることにより、従来と同等もしくはそれ以上の慣性モーメントが得られるようにしている。これにより、従来と同等の低振動の動作が可能になる。

発明者らのシミュレーションによると、回転子１２の長さと永久磁石１７の長さとの比が１．２倍以上あるとほぼ従来と同等の慣性モーメントが得られた。すなわち薄型モータにおいても十分な低振動が得られることとなる。

本参考例１においては希土類磁石を用いた薄型モータでの例について示したが、従来のフェライト磁石を用いたものでも、同様の考え方を導入すれば、現行より低い回転数でも低振動・低騒音の密閉型圧縮機が実現できることはいうまでもない。

また、本発明は薄い鉄板を積層して、鉄心１６ａと鉄心１６ｃの部分を構成できるので、従来の回転子の製造方法をそのまま使用することができ、かつ密閉型圧縮機１の生産設備も従来のまま使用できるので、コスト的にも非常に安い構成で大きな効果を得ることができる。

また、回転子１２におけるクランク軸１８との接触部分１２ａは、回転子１２とクランク軸１８とを十分に密着固定するという非常に重要な役割を行っている。モータを薄型する場合、この接触部分１２ａを少なくするか、支持フレーム４の入り込みを小さくする必要があったが、どちらの場合でも密閉型圧縮機の信頼性を低下させることになる。しかし、本参考例１においては鉄心１６ｃにおいて十分な接触部分１２ａが確保できるため、従来と同じ信頼性が確保できることとなる。

次に、回転子１２の横断面図を示す図３において、回転子１２の鉄心１６には６枚の平板型の希土類の永久磁石１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆが埋め込まれている。永久磁石を埋め込むことによって、鉄心１６で発生する渦電流損を減らすことができ、かつ突極比（ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの比）によるリラクタンストルクもうまく使用できるのでより高効率な運転が可能となる。

おのおのの永久磁石１７ａ〜ｆは外向きにＮ極、Ｓ極と交互に配置されており全体で６極の回転子として構成している。また各永久磁石の間には、磁束のショートを防止するためにギャップ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆを設けている。これにより多くの磁束をモータの運転に使うことができ、効率がよりアップする。

次に、固定子１１の斜視図を示す図４において、密閉型圧縮機１では、固定子１１は突極集中巻型の巻線が採用されている。固定子１１の形状は、図４の通りであり、リング状の鉄心２７を持ち、その内部に中心に向かって突出する９個の突極２８ａ〜２８ｉを持つ。またリング状鉄心２７の上には、３個の入力端子２９と一つの中性点端子台３０が設けられている。

中性点端子台３０は、リング状鉄心２７から外側に張り出されて設けられており、中性点端子台３０の底は、リング状鉄心２７よりも外側に位置している。ここでは後述するエナメル線Ｕ，Ｖ，Ｗの３本の端部がお互いに結線されている。いわゆる３相スター結線がされている。

また、エナメル線Ｕは、突極２８ｃ，２８ｆ，２８ｉに独立的に巻線３１ｃ，３１ｆ，３１ｉを形成している。すなわち入力端子２９からは、３本のエナメル線Ｕ，Ｖ，Ｗが接続され、これらのエナメル線によって各突極２８ａ〜２８ｉに集中巻の巻線３１ａ〜３１ｉが形成されている。お互い隣り合った巻線はおのおの違う相となっており、同一相は突極が３つおきに巻かれていることとなる。すなわち６極９スロットの巻線となっている。

このような集中巻による固定子１１とすることにより、コイルエンドが最小にでき、モータの薄型化が可能であるとともに、銅損の削減による効率アップも可能となる。薄型のモータは密閉型圧縮機を小型化するためにも非常に重要な技術のひとつである。

次に、動作について図１及び図５を用いて、更に詳しく説明する。図５は本発明の参考例１における密閉型圧縮機の回転子の回転特性図である。

図５において、（ａ）は横軸に回転角度、縦軸に負荷トルク及びモータトルクを示す。また、（ｂ）は横軸に回転角度、縦軸に角速度を示す。横軸の回転角度は３６０度でクランク軸１８が１回転することを示す。

まず、負荷トルクについて説明する。負荷トルクは１回転中で図５（ａ）の実線に示すように変化する。回転角度が０〜１８０度においては、ピストン２２がシリンダ孔２３内でシリンダヘッド２４から遠ざかる方向で動作し、冷媒ガスを吸い込んでいるところである。このとき、ピストン２２にはほとんど力はかからず、負荷トルクは非常に小さい。

１８０度を超えると、ピストン２２がシリンダ孔２３内でシリンダヘッド２４へ近づく方向で動作し、冷媒ガスの圧縮を始める。シリンダ孔２３内の圧力が圧縮仕事により高くなることで負荷トルクも急激に増加を始める。その後、回転角度がθ１で吐出弁が動作し、冷媒ガスの吐出を始めるため、ここで負荷トルクはピーク値ＴＬＭとなる。その後、冷媒ガスが吐出されるに従って、負荷トルクは急激に減少する。往復動式密閉型圧縮機においてはこのように、１回転の後半に負荷トルクが集中するということになる。

一方、モータトルクは１回転中で図５（ａ）の点線に示すように変化する。基本的にはモータトルクは一定値を出すが、負荷トルクの脈動に応じて、慣性モーメントを含めたフィードバック系の動作により、若干の変動が発生する。モータトルクの平均値はＴＭＡであり、このモータトルクの平均値と負荷トルクの平均値は一致する。回転角度０〜θ２との間においては、モータトルクは負荷トルクより大きく、逆にθ２より大きくなると負荷トルクがモータトルクより大きくなる。

次に、このような負荷トルク、モータトルクの状況下において、角速度の特性を図５（ｂ）に示す。基本的な動作としては、回転角度０〜θ２の間においては、モータトルクは
負荷トルクより大きく、その結果この区間において、クランク軸１８は加速されて角速度は順次大きくなってくる。一方、回転角度がθ２を超えると負荷トルクがモータトルクより大きくなるので、その結果この区間において、クランク軸１８は減速されて角速度は順次小さくなってくる。

図５（ｂ）において、一点鎖線は従来の密閉型圧縮機の場合を示し、実線は本発明の参考例１における密閉型圧縮機の場合を示す。従来の密閉型圧縮機の回転子はモータの特性のみを考慮した設計となっていたため、現在よりより低速（例えば１５回転／秒）などで動かすと１回転あたりの角速度変動が非常に大きくなり、内部での振動吸収が十分できずに、外部に振動が伝わり、騒音が発生することになる。

それに対し、本発明の密閉型圧縮機１の回転子１２は、モータ特性に影響しないレベルで、新たに鉄板などで慣性モーメントを追加できるようにしたので、従来に比べて大幅に、回転子の慣性モーメントを増やすことができ、低速で駆動した場合も１回転あたりの角速度変動が大幅に低減でき、内部で振動吸収ができるレベルとなり、外部の振動が低下し、騒音も低くなるという顕著な効果が得られる。また、磁束量の多い希土類の永久磁石１７を用いて薄型モータにした場合その効果は一層顕著となる。

以上のように、本参考例１においては、回転子１２は永久磁石１７を有し、回転子１２の長さを永久磁石１７の長さより長くすることにより、固定子１１に得られる磁束量を減少させることなく、回転子１２の慣性モーメントのみを大きくすることができるので、低回転数においても、入力を増加させることなく、振動を小さくすることができる。また、従来と同等の工法で組み立てることができ、コストも非常に安くできる。

また、回転子１２の永久磁石１７の長さを固定子１１の長さと略等しくすることにより、余分な永久磁石を使うことなく、高効率・低騒音を維持して低コストが可能になる。

また、回転子１２の長さが永久磁石１７の長さの１．２倍以上とすることにより、低速時においても十分な慣性モーメントを確保することができるので、高効率・低騒音を図ることができる。

また、永久磁石１７の長さが固定子１１の長さの０．９〜１．１倍の範囲においては、磁束量の減少による効率の低下も特に少なく、低コストで高効率・低騒音が可能になる。

また、回転子１２の永久磁石１７に希土類磁石を用いたことにより、永久磁石１７からの磁束量を大幅にアップさせることができるので、従来に比べて非常に薄い薄型モータが実現できる。しかしながら、単純に薄型化してしまっては慣性モーメントが非常に小さくなり、振動が大幅に増加することとなる。本発明においては、希土類磁石を採用して薄型モータにした場合においても、慣性モーメントを大きくすることができ、高効率・低騒音が可能にできる。また、シャフトとの接触面積も従来と同じ面積を確保できるため、信頼性も高くなる。

（参考例２）
図６は本発明の参考例２における密閉型圧縮機の回転子の断面図を示す図である。

参考例１と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図６において、１２は鉄心１６と永久磁石１７とからなる回転子であり、鉄心１６のうち、３２ｂは第１の鉄板、３２ａ，３２ｃは第２の鉄板である。第１の鉄板３２ｂはその内部に永久磁石１７を埋め込んでなり、また、固定子１１とも相対しているため、モータ
の特性に大きな影響を与える。

そのため、この第１の鉄板３２ｂは鉄損が少なくなる珪素を多く含んだ珪素鋼板であることが望ましい。グレードの高い鉄板を使うことで固定子１１や永久磁石１７がつくる磁束による損失（鉄損）を最小にすることにより、効率を最も高くすることができる。また、より薄い鉄板を使うことも有効である。

また、第２の鉄板３２ａ，３２ｃはモータの特性に与える影響は少ない。すなわち、永久磁石１７もなく、固定子１１とも相対していないためである。そのために、この部分に鉄損の少ない鉄板を使用する必要はなく、コストの安い珪素の少ない珪素鋼板や厚みの厚い珪素鋼板を使ってもモータの特性の劣化は少ない。すなわちモータ特性に影響を与える第１の鉄板３２ｂに比べて、鉄損特性の悪いコストの安い珪素鋼板や厚みの厚い鋼板を使うことが可能である。

３３は非磁性体板であり、第１の鉄板３２ｂと第２の鉄板３２ａ，３２ｃの間に設けられている。この部分に非磁性体板３３を設けることにより、永久磁石１７の表と裏（Ｎ極とＳ極）との間の磁束の漏れを防ぐことができ、磁束量を増加させ、さらに効率を上げることができる。

３４は第２の鉄板３２ａ内に設けられた第１のギャップである。３５は第２の鉄板３２ｃ内に設けられた第２のギャップである。第１のギャップ３４や第２のギャップ３５は永久磁石１７の厚み方向のできるだけ内側に設けることが望ましい。このようにすることにより、永久磁石１７の表と裏（Ｎ極とＳ極）との間の磁束の漏れを防ぐことにより、磁束量を増加させ、さらに効率を上げることができるとともに、慣性モーメントをできるだけ大きくすることができ振動も抑えることも十分できる。

以上のように、本参考例２においては、回転子１２の永久磁石１７のある部分、すなわちモータの特性に影響の大きい部分に第１の鉄板３２ｂ（珪素鋼板）を積層して、モータの特性に影響を及ぼしにくいその他の部分については第２の鉄板３２ａ，３２ｃを積層することにより、第２の鉄板３２ａ，３２ｃには特性面よりコスト面を優先した鉄板を使用できるので、より経済的に高効率・低騒音が可能にできる。

また、第１の鉄板３２ｂと第２の鉄板３２ａ，３２ｃとの間に非磁性体板３３を設けることにより、モータ駆動時に第２の鉄板３２ａ，３２ｃに漏れる漏れ磁束を小さくすることができ、より高効率な運転を行なうことができる。

また、第１の鉄板３２ｂは珪素鋼板であり、その珪素含有量が第２の鉄板３２ａ，３２ｃ以上であるようにすることにより、第２の鉄板３２ａ，３２ｃはモータへの特性の影響が少ないため、コストのできるだけ安い鉄板が使用できるので、価格を非常に安くすることができる。また、同様に第１の鉄板３２ｂの厚みが第２の鉄板３２ａ，３２ｃ以下であるようにすることにより、第２の鉄板３２ａ，３２ｃにはコストが安く、加工のしやすい鉄板を使用でき、コスト的に非常に安くすることができる。

（参考例３）
図７は本発明の参考例３における密閉型圧縮機の回転子の断面図を示す図である。

参考例１または２と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図７において、１２は鉄心１６と永久磁石１７とからなる回転子であり、鉄心１６は永
久磁石１７を内蔵している。鉄心１６の長さは永久磁石１７とほぼ同一としている。この部分についてはモータの特性への影響が大きく、ここに使う鉄板は参考例２で説明したように、できるだけ鉄損の少ない珪素鋼板を使うことが望ましい。

３６は第１の非磁性体であり、例えば真ちゅうやステンレスなどを使用する。また、３７は第２の非磁性体であり、材質は第１の非磁性体と同等のものである。この様にすることにより、モータの特性にはまったく影響を与えず、振動を少なくするための慣性モーメントも大きくすることができる。

以上のように本参考例３においては、モータ特性に影響の大きい回転子１２の永久磁石１７の有する部分は第１の鉄板１６を積層してなり、モータ特性に影響の少ないその他の部分には非磁性体３６，３７（例えば真ちゅうやステンレス）とすることにより、無駄な漏れ磁束がまったくなくなり、より高効率な運転が可能になる。

（実施の形態１）
図８は本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の回転子の断面図を示す図である。

参考例１から３と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図８において、回転子１２は鉄心１６と永久磁石１７とからなり、非磁性体３６，３７をもつ。非磁性体３７の下には、さらに回転子１２の鉄心１６の直径より大きな第２の鉄板３８が設けられている。これにより、長さを変えることなく、慣性モーメントをさらに上げることができるので、より低回転化やモータの薄型化を行っても振動を増やすことがない。ここでは半径の大きな第２の鉄板３８で説明したが、もちろん非磁性体３７自体の半径を増やしてももちろん同じ効果が得られる。

また、この半径を大きくする部分は、圧縮要素５の反対側としている。圧縮要素５側には支持フレーム４をはじめ多くの要素が所狭しと並んでおり、こちらの部分の半径を大きくすると多くの部分の設計変更が必要である。半径を大きくする部分を圧縮要素５の反対側とすることにより、設計変更部分が非常に少なく、低振動などの大きな効果を簡単に得ることができる。

以上のように本実施の形態においては、モータの特性に影響を与えない非磁性体３７または第２の鉄板３８からなる部分のすべてまたは一部の直径を、鉄心１６の直径より大きくすることにより、より慣性モーメントを大きくすることができるので、より高効率で低振動・低騒音の運転ができる。

また、回転子１２の直径が大きくなる部分を圧縮要素５の反対側とすることにより、密閉型圧縮機１の基本的な構造を大幅に変えることなく、高効率・低騒音が達成できる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、安いコストで慣性モーメントを大きくし、低回転数または薄型モータ採用時の振動を抑制させて低騒音化ができるので、電気冷蔵庫やエアーコンディショナー、あるいは自動販売機等への適用だけではなく、特に騒音が気になる屋内設置での製品分野等の用途にも適用できる。

本発明の参考例１における密閉型圧縮機の断面図 本発明の参考例１における密閉型圧縮機の回転子の断面図 本発明の参考例１における密閉型圧縮機の回転子の横断面図 本発明の参考例１における密閉型圧縮機の固定子の斜視図 本発明の参考例１における密閉型圧縮機の回転子の回転特性図 本発明の参考例２における密閉型圧縮機の回転子の断面図 本発明の参考例３における密閉型圧縮機の回転子の断面図 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の回転子の断面図 従来の密閉型圧縮機の断面図

１ 密閉型圧縮機
２ 密閉容器
３ 電動要素
５ 圧縮要素
１１ 固定子
１２ 回転子
１５ インバータ
１７ 永久磁石
３２ａ 第２の鉄板
３２ｂ 第１の鉄板
３２ｃ 第２の鉄板
３３ 非磁性体板
３６ 第１の非磁性体
３７ 第２の非磁性体
３８ 第２の鉄板

Claims (7)

1. 密閉容器と、前記密閉容器に内蔵された回転子及び巻線を有する固定子からなる電動要素と、前記電動要素の回転子により駆動される圧縮要素と、前記電動要素の回転数を変化させるインバータとからなり、前記回転子は、積層された複数の鉄板を具備する第１の鉄心と、該第１の鉄心の積層構造内に埋設された永久磁石を有し、前記回転子の長さを永久磁石の長さより長くするとともに、前記永久磁石の長さを、前記固定子の長さの０．９〜１．１倍の範囲内とし、さらに、前記回転子を、前記永久磁石がある部分以外に、圧縮要素側と、反圧縮要素側に位置する第２の鉄心を具備する構成とし、さらに、前記第２の鉄心における反圧縮要素側の直径を、前記回転子の直径よりも大きくした密閉型圧縮機。
2. 前記回転子の長さを、前記永久磁石の長さの１．２倍以上とした請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記回転子の永久磁石に、希土類磁石を用いた請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記第２の鉄心を、複数の鉄板の積層構造とし、前記第１の鉄心を構成する第１の鉄板を、前記第２の鉄心を構成する第２の鉄板と異なる材料あるいは板厚とした請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記第１の鉄板を珪素鋼板とし、その珪素含有量が前記第２の鉄板以上であるか、または第１の鉄板の厚さを、前記第２の鉄板の厚さ以下とした請求項４に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記第１の鉄板と前記第２の鉄板との間に非磁性体を設けた請求項４または５に記載の密閉型圧縮機。
7. 密閉容器と、前記密閉容器に内蔵された回転子及び巻線を有する固定子からなる電動要素と、前記電動要素の回転子により駆動される圧縮要素と、前記電動要素の回転数を変化させるインバータとからなり、前記回転子は、積層された複数の鉄板を具備する第１の鉄心と、該第１の鉄心の積層構造内に埋設された永久磁石を有し、前記回転子の長さを永久磁石の長さより長くするとともに、前記永久磁石の長さを、前記固定子の長さの０．９〜１
   ．１倍の範囲内とし、さらに、前記回転子を、前記永久磁石がある部分以外に、圧縮要素側と、反圧縮要素側に位置する非磁性体を具備する構成とし、さらに前記反圧縮要素側に位置する非磁性体の反圧縮要素側に、前記回転子の直径よりも大きい直径の第２の鉄板を設けた密閉型圧縮機。

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