JPH08219059A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】非磁性金属カバ−を有する回転子を備えた電動
機を有する圧縮機において、渦電流損失を低減し、圧縮
機本体内に組み込まれた場合において電動機に掛かる負
荷を軽減でき電流を小さくでき効率を向上することので
きる圧縮機を得る。 【構成】本体Ｃ内に圧縮部Ｐとこれを駆動する電動機Ｍ
を備え、圧縮部Ｐによって圧縮された冷媒ガス１９を電
動機Ｍの回転子１と固定子８間の空隙９を通して外部に
吐出すると共に、電動機Ｍの回転子１は永久磁石５を備
え、外周を非磁性金属カバー４で被って成る圧縮機にお
いて、回転子１の非磁性金属カバー４の外周面に、圧縮
部Ｐ側から見て回転子１の回転方向と逆方向の螺旋溝３
０を設ける。 【効果】渦電流の発生を低減し電動機の高効率化が計れ
る。また、冷媒ガスの圧力上昇作用により、電動機に掛
かる負荷を軽減でき、電流を小さくできるので銅損を低
減でき、結果的に効率を向上することのできる圧縮機を
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空調装置の冷凍機として
使用して好適な圧縮機に係わり、特に本体内に圧縮部と
当該圧縮部を駆動する電動機を備えた圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】本体内に圧縮部とこの圧縮部を駆動する
電動機を備えた圧縮機は、圧縮部によって圧縮された冷
媒ガスを、電動機の回転子と固定子との間に形成される
空隙を通して外部に吐出することにより、冷媒ガスによ
って電動機を冷却するようにしている。

【０００３】また、この種の圧縮機に使用されるモータ
は高効率で可変速のものが要求される。そのため、回転
子に永久磁石を備えた永久磁石モータを、可変速装置、
例えばインバータ装置で駆動するようにしているのが一
般的である。

【０００４】しかしながら、回転子に永久磁石を備えた
モータは、永久磁石の機械的強度に問題が生じてしま
う。そこで、永久磁石を備えた回転子の強度を確保する
ため適当なカバー材が使用される。このカバー材として
は、金属製と非金属製のものがある。このうち、非金属
カバーは強度の面では金属製材料にほぼ匹敵するもの
の、接着剤等によって回転子１に接着することとなり、
使用する接着剤によって温度限界が決まってしまう（例
えば回転子の焼きばめができない）という問題が生じ、
またその接着工程等に多くの工数がかかる等の問題があ
った。

【０００５】一方、金属材を用いたカバーは、アルミダ
イキャスト等との組み合わせによって高温に耐えられ、
しかも生産性が高いという利点を有する。

【０００６】図７、図８は金属材を用いてカバーした永
久磁石回転子の一例を示したものである。この図におい
て、回転子１は、中央部軸方向に回転軸との嵌合孔を備
えた継鉄２と、この継鉄２の外周に配置された永久磁石
３と、この永久磁石３の更に外周に配置された非磁性金
属カバー４、および軸方向端部を被う端板５から構成さ
れている。

【０００７】この構成から明らかなように、回転子のカ
バーとして金属材を用いたものは、上記したような効果
を有する反面、カバーの材質が導電性であるため、渦電
流による損失を発生し、効率が低下してしまうという問
題があった。

【０００８】このような問題点を解決したものとして、
特開昭６３−２６６２３号公報に記載のように、非磁性
金属カバ−の外周面に回転子軸の軸方向と直交する方向
にスリットを設けて渦電流による損失を低減した構造が
提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】非磁性金属カバ−の外
周面に回転子軸の軸方向と直交する方向にスリットを設
けたものは、渦電流損失を極めて小さくでき、効率の低
下を防止できることからその効果大なるものである。

【００１０】しかしながら、前記した圧縮機への適用に
ついては考慮されていないというのが実情である。

【００１１】本発明の目的は、電動機の回転子の非磁性
金属カバ−に発生する渦電流による損失を低減できるこ
とは勿論、圧縮機本体内に組み込まれた場合において、
電動機に掛かる負荷を軽減でき電流を小さくでき効率を
向上することのできる圧縮機を得ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の特徴とするところは、本体内に圧縮部と当該
圧縮部を駆動する電動機を備え、前記圧縮部によって圧
縮された冷媒ガスを前記電動機の回転子と固定子との間
の空隙を通して外部に吐出すると共に、前記電動機の回
転子は永久磁石を備え、外周を非磁性金属カバーで被っ
て成る圧縮機において、前記回転子の前記非磁性金属カ
バーの外周面に、前記圧縮部側から見て当該回転子の回
転方向と逆方向の螺旋溝を設けて成る圧縮機にある。

【００１３】本発明の好適な実施例態様によれば、非磁
性金属カバーの外周面に設ける螺旋溝の断面形状はＶ字
形である。

【００１４】また、本発明の他の好適な実施例態様によ
れば、非磁性金属カバーの外周面に設ける螺旋溝の断面
形状は角形である。

【００１５】更に、本発明の他の好適な実施態様によれ
ば、非磁性金属カバーの外周面に設ける螺旋溝の断面形
状は半円形である。

【００１６】また更に、本発明の他の好適な実施態様に
よれば、非磁性金属カバーの外周面に設ける螺旋溝の断
面形状は半楕円形である。

【００１７】

【作用】非磁性金属カバ−に発生する渦電流損失は、非
磁性金属カバ−の外径の３乗と、長さおよび厚さの積に
比例し、渦電流通路の長さに反比例することが知られて
いる。そこで、回転子を被った非磁性金属カバ−の外周
面に螺旋溝を設けることで非磁性金属カバ−の全体の平
均的な厚さの減少、渦電流の通路が細分化され全体とし
て見た場合の渦電流通路の長さを長くすることができる
ので、渦電流損失を低減できる。

【００１８】また、回転子を被った非磁性金属カバ−に
螺旋溝を設け、その方向を圧縮機側から見て回転子の回
転方向と逆方向としたので、冷媒ガスの圧力上昇作用に
より、電動機に掛かる負荷を軽減でき、電流を小さくで
きるので銅損を低減でき、結果的に効率を向上すること
のできる圧縮機を得ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明の一実施例を示す圧縮機の切断正面図、図
２は電動機部中央を切断して示す切断平面図である。

【００２０】これらの図において、Ｃは本体外被を構成
するチャンバであり、円筒形をなしている。Ｍは電動
機、Ｐは圧縮部であり、これらはチャンバＣに内蔵配置
してある。この実施例の場合、圧縮部Ｐはロータリー形
のものを使用した場合について示してある。電動機Ｍ
は、電機子巻線８ａを施した固定子８と、回転子１とを
備えている。固定子８はチャンバ７内に強固に固定さ
れ、その内径部には回転子１が空隙９を介して回転可能
に配置されている。１０は回転軸であり、一端には回転
子１が固定されている。回転軸１０の他端には電動機Ｍ
の負荷となる圧縮部Ｐのロータ１１が連結され、この回
転軸１０は圧縮部Ｐの外枠１２に固定した一対の軸受１
３で回転可能に支持してある。回転軸１０が軸受１３に
よって回転自在に圧縮機Ｐの外枠１２に保持されること
により、この回転軸１０に固定された回転子１は、固定
子８と所定の空隙９を介してこの固定子８の内径内に回
転自在に配置される。１４はチャンバ７内に封入した潤
滑油であり、回転軸１０の他端は潤滑油１４の油溜まり
内部まで延ばしてある。

【００２１】１５は圧縮部Ｐ内部に冷媒ガスを導く吸込
口、１６はロータ１１により圧縮部Ｐの圧縮室内で圧縮
された冷媒ガスをチャンバ７内部に吐出する吐出弁であ
る。１８はチャンバ７内部の冷媒ガスを外部に吐出する
吐出口である。１９は電動機Ｍに電力を供給する給電端
子である。

【００２２】この様な構成において、電動機Ｍに給電
し、電動機Ｍを駆動すると、電動機Ｍの回転子１が回転
し、圧縮部Ｐのロータ１１が回転駆動される。これによ
り、冷媒ガス１９が吸入口１５から吸い込まれ、この冷
媒ガス１９は圧縮部Ｐで圧縮された後、吐出弁１６を介
してチャンバ７内部に放出される。この放出された冷媒
ガス１９は、固定子８のカット面１７とチャンバ７の内
面との間に形成される連通孔２０、および電動機Ｍの固
定子８と回転子１との間に形成される空隙９を通して破
線で示すように電動機Ｍの圧縮部Ｐと反対側に至り、吐
出口１８より吐出される。

【００２３】実施例によれば、回転子１の外周を被って
いる非磁性金属カバー４の外周面に螺旋溝３０を設けて
ある。そして、この螺旋溝３０の方向は、図３、図４に
示すように回転子１の回転方向を矢印Ａとすると、圧縮
部Ｐ側から見てこれと逆方向としてある。すなわち、図
３に示すように、電動機Ｍの負荷となる圧縮部Ｐ側から
見て回転子１の回転方向が左回転であれば、螺旋溝は圧
縮部Ｐ側からみて右回転の螺旋溝３０となる。また逆
に、図４に示すように、電動機Ｍの負荷となる圧縮部Ｐ
側から見て回転子１の回転方向が右回転であれば、螺旋
溝は圧縮部Ｐ側からみて左回転の螺旋溝３０となる。

【００２４】このように構成することにより、非磁性金
属カバ−に発生する渦電流による損失を低減できること
は勿論、冷媒ガスの圧力上昇作用により、電動機に掛か
る負荷を軽減でき、電流を小さくできるので銅損を低減
でき、結果的に効率を向上することのできる圧縮機を得
ることができる。

【００２５】まず、渦電流による損失の低減について説
明する。非磁性金属カバー４に溝を有せず、単なる板状
のカバーである場合、電動機Ｍを駆動すると、非磁性金
属カバ−４の渦電流は、図５に破線Ｅ１で示すように回
転子１の軸方向に沿って発生する。一方、実施例によう
に、非磁性金属カバ−４の表面に螺旋溝３０を設ける
と、螺旋溝３０の凹部の存在によって渦電流が軸方向に
流れにくくなり、この作用によって渦電流の大部分が軸
方向に対して細分化され、一点鎖線Ｅ２で示すように渦
電流が流れる。この図からも明らかなように、破線Ｅ１
で示す渦電流の流れる経路と、一点鎖線Ｅ２で示す渦電
流の流れる経路とでは、一点鎖線Ｅ２で示す経路の総和
の方が長くなる。従って、螺旋溝３０を設けることによ
り、渦電流の経路を長くすることができる。前記したよ
うに、渦電流損失は渦電流の流れる経路の長さに反比例
する。したがって、これは渦電流による損失を低減でき
ることを意味する。

【００２６】また、非磁性金属カバ−４の外周面に螺旋
溝３０を設けることにより、この非磁性金属カバ−４の
厚さｔに対して、螺旋溝ｔ´に相当する分だけその平均
厚さを薄くすることができる。前記したように、渦電流
損失は非磁性金属カバーの外径の３乗と、長さ及び厚さ
の積に比例する。したがって、これによっても、更に渦
電流損失を低減できる。

【００２７】次に、冷媒ガスの圧力上昇作用による、圧
縮機の効率向上について説明する。回転子１の非磁性金
属カバー４の外周面に設ける螺旋溝３０は、単なる螺旋
溝３０ではなく、その方向性が圧縮部と有機的な関係を
持っている。すなわち、圧縮部Ｐ側から見て、回転子１
の回転方向と逆方向としてある。これは極めて重要な意
味を持つ。すなわち、これにより、吐出弁１６を介して
圧縮機内部に放出された冷媒ガス１９は、回転子１と固
定子８との間の空隙９を通過する際、回転子１の回転に
より螺旋溝３０によって発生するポンプ作用により上昇
方向の力を受ける。この作用により、突出口１８に向か
って空隙９を通過する冷媒ガス１９に圧力上昇ができる
ので圧縮機の圧縮力を低減できる。つまり、前記作用に
よる圧力上昇分は、圧縮機に必要とされる回転軸を介し
て駆動動力に相殺されるので駆動動力自体を軽減でき
る。これにより、電動機に掛かる負荷が軽減され電流を
小さくできるので銅損を低減できる利点を有する。

【００２８】また更に、図３、図４に示すように、実施
例に示したものは、非磁性金属カバ−４の外周面から回
転子１の中心に向かって凹溝１９を設け、かつ螺旋溝３
０の溝深さｔ’を（非磁性金属カバ−４の厚さｔ）＞
（螺旋溝３０の深さ ｔ’）として構成するものであ
る。したがって、非磁性金属カバ−４の厚さを均一に薄
くする必要がないので、回転子１の回転により発生する
遠心力に対して非磁性金属カバ−４自体の機械的強度を
大きく損なうことがない。

【００２９】また、永久磁石回転子１の外周を非磁性金
属カバーで被う他の重要な理由の一つに、回転子１を構
成する部材、例えば永久磁石３の磁気粉等が回転中に圧
縮機内部に飛散するのを防止するという大きな機能があ
る。この点、実施例のように非磁性金属カバー４の外表
面に螺旋溝３０を設けるものにあっては、回転子１は依
然として非磁性金属カバー４によって被われるものであ
るため、この点についても非磁性金属カバー４の本来の
効果をそのまま引き継ぐことができる。

【００３０】以上、実施例においては、螺旋溝の断面形
状をＶ字形とした場合について説明したが、その形状に
ついては特に制限はない。しかしながら、Ｖ字形にすれ
ば、旋盤等の工作機のバイト等の送り操作によりその形
成が極めて容易であるという効果がある。この点から云
えば、実施例においては螺旋溝３０を一条としたが、２
条、３条というように、複数条の溝であれば、バイトの
送りをより速くでき、製造工数をより少なくできること
からより安価な圧縮機を得ることができる。

【００３１】また、図６（ｂ）に示すように、螺旋溝の
断面形状を角形とすれば、次のような効果が期待でき
る。すなわち、螺旋溝３０は、溝を設けることにより、
この部分の抵抗を他の部分よりも高くし、これによって
渦電流を遮断することにある。溝３０を角形にすれば、
図６（ａ）のＶ字形に比べ斜線部の面積をより小さくす
ることができることから、抵抗をより大きくでき、渦電
流を遮断する能力がより高くなり、渦電流をより効率よ
く遮断できる効果がある。

【００３２】更に、図６（ｃ）に示すように、螺旋溝の
断面形状を半円形、あるいは半楕円形とすれば、次のよ
うな効果が期待できる。すなわち、形状が円形であるた
め角部が生じないことから、応力集中部分がなく、機械
的な強度を向上させることができる。

【００３３】以上、溝形状について説明したが、本発明
によれば、溝形状はいかなる形状でも機能的には問題は
なく、製造手段に応じ、容易に製造でき、あるいは加工
でき、更に望ましくは量産性に優れた形状を選択すれば
よい。

【００３４】また、以上実施例においては、説明の都合
上、螺旋溝３０は旋盤による機械加工で構成する場合を
例にとって説明したが、これはローレット加工等で構成
してもよく、加工方法、加工手段については限定される
ものではない。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電動機の回転子の非磁性金属カバ−に発生す
る渦電流による損失を低減できることは勿論、圧縮機本
体内に組み込まれた場合において電動機に掛かる負荷を
軽減でき電流を小さくでき効率を向上することのできる
圧縮機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す圧縮機の切断正面図で
ある。

【図２】本発明の一実施例を示す圧縮機の切断平面図で
ある。

【図３】本発明の一実施例を示す圧縮機の部分切断斜視
図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す圧縮機の部分切断斜
視図である。

【図５】本発明の一実施例を示す回転子の正面図であ
る。

【図６】本発明における螺旋溝の溝形状を示す図であ
る。

【図７】圧縮機に用いる電動機の回転子の従来例をしめ
す部分切断正面図である。

【図８】圧縮機に用いる電動機の回転子の従来例をしめ
す切断平面図である。

【符号の説明】

１：回転子、２：継鉄、３：永久磁石、４：非磁性金属
カバ−、５：端板、６：カシメピン、Ｃ：チャンバ、
８：固定子、９：空隙、１０：回転子軸、Ｐ：圧縮部、
１３：軸受、１４：潤滑油、１５：吸入口、１６：吐出
弁、１７：カット面、１８：吐出口、３０：螺旋溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 公平 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体内に圧縮部と当該圧縮部を駆動する電
   動機を備え、前記圧縮部によって圧縮された冷媒ガスを
   前記電動機の回転子と固定子との間の空隙を通して外部
   に吐出すると共に、前記電動機の回転子は永久磁石を備
   え、外周を非磁性金属カバーで被って成る圧縮機におい
   て、 前記回転子の前記非磁性金属カバーの外周面に、前記圧
   縮部側から見て当該回転子の回転方向と逆方向の螺旋溝
   を設けて成る圧縮機。
2. 【請求項２】非磁性金属カバーの外周面に設ける螺旋溝
   の断面形状はＶ字形であることを特徴とする請求項１記
   載の圧縮機。
3. 【請求項３】非磁性金属カバーの外周面に設ける螺旋溝
   の断面形状は角形であることを特徴とする請求項１記載
   の圧縮機。
4. 【請求項４】非磁性金属カバーの外周面に設ける螺旋溝
   の断面形状は半円形であることを特徴とする請求項１記
   載の圧縮機。
5. 【請求項５】非磁性金属カバーの外周面に設ける螺旋溝
   の断面形状は半楕円形であることを特徴とする請求項１
   記載の圧縮機。