WO2019244259A1 - 圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Definitions
- the embodiment of the present invention relates to a compressor and a refrigeration cycle device having the compressor.
- the compressor is a cylindrical hermetic container, a compression mechanism portion housed inside the hermetic container and compresses the refrigerant, and an electric motor portion housed inside the hermetic container and rotationally drives the compression mechanism portion via a rotating shaft, Is provided.
- the motor unit is provided with a motor for rotating the rotating shaft.
- the motor is, for example, a brushless DC motor in which windings are concentratedly wound on a stator, windings of each phase are wound on teeth corresponding to each phase of the stator.
- the winding is made of, for example, an electric wire covered with a coating having electrical insulation.
- Refrigerator oil that maintains the sliding performance of the rotating shaft and the like is stored in the sealed container.
- the winding is immersed in the refrigerating machine oil at all times or at the time of rotation of the motor, and the coating keeps electrical insulation.
- the kinetic viscosity of the refrigerating machine oil decreases as the temperature rises, so that the sliding performance of the rotating shaft and the like decreases.
- polyalkylene glycol used as a refrigerator oil is more liable to increase in temperature as compared with polyvinyl ether (PVE), polyol ester (POE: polyester), or the like. Small decrease in viscosity.
- polyalkylene glycol has a lower volume resistivity than polyvinyl ether or polyol ester, it is difficult to maintain electrical insulation with windings and the like.
- An object of the present invention is to provide a compressor that can maintain electrical insulation while suppressing a decrease in sliding performance due to a rise in temperature.
- the compressor includes a cylindrical hermetic container, a compression mechanism portion that is housed inside the hermetic container, and compresses the refrigerant, and is arranged in the axial direction of the hermetic container with respect to the compression mechanism portion. And a motor unit housed inside the closed container and driving the compression mechanism unit.
- Polyalkylene glycol is stored as refrigeration oil inside the closed container.
- the motor unit is a brushless DC motor in which windings are wound around a stator.
- windings of each phase are continuously wound around teeth corresponding to each phase of the stator, are connected in series and are delta-connected, and one end of the winding of each phase is connected to the other end. Is connected to a sealed terminal fixed to the sealed container, and the winding of each phase is formed of one continuous wire from the one terminal to the other terminal.
- FIG. 1 is a circuit diagram schematically illustrating a configuration of a refrigeration cycle apparatus according to the embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the compressor according to the embodiment.
- FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a part of FIG.
- FIG. 4 shows a fixed state in which the windings of each phase are continuously wound around teeth corresponding to each phase of the stator and are connected in a delta connection by series connection, and one terminal and the other terminal are connected to sealed terminals. It is a front view which shows a child.
- FIG. 5 is a coil wiring diagram corresponding to the configuration of FIG.
- FIG. 6 is a coil connection diagram corresponding to the configuration of FIG.
- FIG. 1 is a refrigeration cycle circuit diagram of an air conditioner 1 which is an example of a refrigeration cycle device.
- the air conditioner 1 includes a compressor 2, a four-way valve 3, an outdoor heat exchanger 4, an expansion device 5, and an indoor heat exchanger 6 as main elements.
- a plurality of elements constituting the air conditioner 1 are connected via a circulation circuit 7 through which a refrigerant circulates.
- the discharge side of the compressor 2 is connected to the first port 3 a of the four-way valve 3.
- the second port 3 b of the four-way valve 3 is connected to the outdoor heat exchanger 4.
- the outdoor heat exchanger 4 is connected to an indoor heat exchanger 6 via an expansion device 5.
- the indoor heat exchanger 6 is connected to the third port 3c of the four-way valve 3.
- the fourth port 3 d of the four-way valve 3 is connected to the suction side of the compressor 2 via the accumulator 8.
- the four-way valve 3 switches so that the first port 3a communicates with the second port 3b and the third port 3c communicates with the fourth port 3d.
- the high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant compressed by the compressor 2 is discharged to the circulation circuit 7.
- the discharged gas-phase refrigerant is guided via the four-way valve 3 to the outdoor heat exchanger 4 functioning as a radiator (condenser).
- the gas-phase refrigerant guided to the outdoor heat exchanger 4 is condensed by heat exchange with air and changes into a high-pressure liquid-phase refrigerant.
- the high-pressure liquid-phase refrigerant is reduced in pressure in the process of passing through the expansion device 5 and changes to a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
- the gas-liquid two-phase refrigerant is guided to the indoor heat exchanger 6 functioning as a heat absorber (evaporator), and exchanges heat with air while passing through the indoor heat exchanger 6.
- the gas-liquid two-phase refrigerant takes heat from the air, evaporates, and changes to a low-temperature, low-pressure gas-phase refrigerant.
- the air passing through the indoor heat exchanger 6 is cooled by the latent heat of vaporization of the liquid-phase refrigerant, becomes cool air, and is sent to a place to be air-conditioned (cooled).
- the low-temperature and low-pressure gas-phase refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 6 is guided to the accumulator 8 via the four-way valve 3. If the liquid-phase refrigerant that has not completely evaporated is mixed in the refrigerant, it is separated here into a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant.
- the low-temperature and low-pressure gas-phase refrigerant separated from the liquid-phase refrigerant is sucked into the compressor 2 from the accumulator 8, and is again compressed into the high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant by the compressor 2 and discharged to the circulation circuit 7. You.
- the four-way valve 3 switches so that the first port 3a communicates with the third port 3c and the second port 3b communicates with the fourth port 3d.
- the high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant discharged from the compressor 2 is guided to the indoor heat exchanger 6 via the four-way valve 3, and The heat is exchanged with the air passing through the exchanger 6. That is, the indoor heat exchanger 6 functions as a condenser.
- the gas-phase refrigerant passing through the indoor heat exchanger 6 is condensed by exchanging heat with air, and changes into a high-pressure liquid-phase refrigerant.
- the air passing through the indoor heat exchanger 6 is heated by heat exchange with the gas-phase refrigerant and is sent to a place to be air-conditioned (heated) as hot air.
- the high-temperature liquid-phase refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 6 is guided to the expansion device 5, and is decompressed in the process of passing through the expansion device 5 and changes to a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
- the gas-liquid two-phase refrigerant is guided to the outdoor heat exchanger 4 functioning as an evaporator, where it is evaporated by exchanging heat with air, and changes to a low-temperature, low-pressure gas-phase refrigerant.
- the low-temperature and low-pressure gas-phase refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger 4 is sucked into the compressor 2 via the four-way valve 3 and the accumulator 8.
- the compressor 2 is a rotary compressor that is installed in a horizontal position on a horizontal or nearly horizontal installation surface G, and includes a hermetic container 10, a compression mechanism 11, and an electric motor 12 as main elements.
- the sealed container 10 is supported in a horizontal position.
- the closed container 10 includes three members: a container body 10a, a first lid member 10b, and a second lid member 10c.
- the sealed container 10 has a first lid member 10b shield-welded from one end along the axial direction to a cylindrical container main body 10a having both ends opened, and a second lid from the other end along the axial direction.
- the lid member 10c is shield-welded to maintain airtightness.
- a compression mechanism 11 and an electric motor 12 are accommodated in the sealed container 10 so as to be arranged in the axial direction.
- polyalkylene glycol is stored as the refrigerator oil 20.
- the kinematic viscosity V of the polyalkylene glycol is, for example, 80 to 120 mm 2 / s at 40 ° C.
- the compression mechanism 11 is housed inside the container body 10a as shown in FIGS.
- the compression mechanism 11 is provided with a cylinder body 11a through which a crankshaft 13c of the rotating shaft 13 is inserted.
- the roller 11b is fitted on the outer peripheral surface of the crankshaft 13c.
- the cylinder body 11a has a compression chamber 11c for compressing the gas-phase refrigerant sucked from the accumulator 8 between the cylinder body 11a and the roller 11b.
- the gas-phase refrigerant compressed in the compression chamber 11c is discharged into the closed container 10 through the discharge valve 16.
- the refrigerant is made of, for example, R744 which is carbon dioxide.
- the compression mechanism 11 is provided with a main bearing 11d and a sub bearing 11e that rotatably support the rotating shaft 13 so as to be arranged in the axial direction.
- a spiral groove 11f is formed on the inner peripheral surface of the main bearing 11d and the inner peripheral surface of the sub-bearing 11e from one end to the other end along the axial direction.
- the pitch P of the spiral grooves 11f is, for example, 100 to 200 mm.
- the depth D of the spiral groove 11f is, for example, 0.3 to 1.0 mm.
- the compression mechanism 11 is provided with a partition member 11g that hermetically partitions a space A on the compression mechanism 11 side and a space B on the motor unit 12 side.
- the partition member 11g is an example of a partition.
- the partition member 11g is also a member that fixes the cylinder body 11a to the inner wall of the closed casing 10.
- the cylinder body 11a is fixed to the partition member 11g by a plurality of bolts 11h.
- the electric motor section 12 is an element for driving the compression mechanism section 11, and is connected to the compression mechanism section 11 via the rotating shaft 13.
- the motor unit 12 is housed inside the container body 10a at a position closer to the first lid member 10b than the compression mechanism unit 11. For this reason, the compression mechanism 11 and the electric motor 12 are arranged in the axial direction of the closed casing 10.
- the motor unit 12 is a brushless DC motor 12a, and includes a rotor 12b having a permanent magnet embedded therein and formed in a cylindrical shape, and a stator 12c surrounding the rotor 12b and having the windings 9 concentratedly wound around a plurality of teeth 12d. have.
- the main shaft portion 13a of the rotating shaft 13 is inserted into and joined to the rotor 12b.
- the windings 9 of each phase of the brushless DC motor 12a are continuously wound around teeth 12d corresponding to each phase of the stator 12c and connected in series, and the windings of each phase are connected. Are delta connected.
- the winding 9 of each phase has one end 9b and the other end 9c connected to the pin 9a of the sealed terminal 12g fixed to the first lid member 10b of the sealed container 10.
- the winding 9 of each phase is formed of one continuous wire from one terminal 9b to the other terminal 9c, and does not have a connection portion having no insulating coating.
- a connection portion that is a connection portion between the windings 9 is not provided.
- the U-phase winding 9U is continuously wound around the third, sixth, and ninth teeth 12d of the stator 12c without being interrupted by a connection portion or the like. Is connected to the corresponding pin 9a of the sealed terminal 12g.
- the V-phase winding 9V is continuously wound around the second, fifth, and eighth teeth 12d of the stator 12c without being interrupted by a connection portion or the like, and one terminal 9b and the other terminal 9c correspond to the corresponding pins. 9a.
- the W-phase winding 9W is continuously wound around the first, fourth and seventh teeth 12d of the stator 12c without being interrupted by a connection portion or the like, and one terminal 9b and the other terminal 9c correspond to the corresponding pins. 9a.
- the U-phase winding 9U, the V-phase winding 9V, and the W-phase winding 9W are delta-connected.
- a concave notch 12 f is formed in the outermost surface 12 e of the stator 12 c from one end to the other end along the axial direction. As shown in FIG. 4, the notch 12f is also formed on the side surface of the outer peripheral surface of the stator 12c. In other words, a plurality of notches 12f are formed on the outer peripheral surface of the stator 12c. Of the notches 12f, the notch 12f located at the bottom 12e may be relatively large. A space through which the refrigerating machine oil 20 can flow is provided between each notch 12 f of the stator 12 c and the inner wall of the closed casing 10.
- connection terminal (cluster terminal) 12h to which one terminal 9b and the other terminal 9c of each phase are inserted and fixed is connected to the pin 9a of the sealed terminal 12g.
- the pin 9a of the sealed terminal 12g is provided above the oil level T of the refrigerating machine oil 20 when the operation of the compressor 2 is stopped.
- the cluster terminal 12h is provided above the oil level T of the refrigerating machine oil 20 when the compressor 2 is operating.
- the rotary shaft 13 is formed with a circular oil supply passage 13d.
- the oil supply passage 13d is formed of a non-through hole cut from the end on the compression mechanism section 11 side toward the electric motor section 12 along the axial direction.
- the ratio M [%] between the inner diameter d1 [mm] of the oil supply passage 13d and the outer diameter d2 [mm] of the rotating shaft 13 of the sub shaft portion 13b that is in contact with the sub bearing 11e is, for example, 30 to 65%. .
- a refueling suction pipe 14 for supplying refrigerating machine oil 20 stored in the closed container 10 to a refueling passage 13d of the rotating shaft 13 is fixed to a fixing member 11i fixed to the sub-bearing 11e.
- the refueling suction pipe 14 does not follow the rotation of the rotating shaft 13.
- the rotary shaft 13 has, for example, three oil supply holes 13 e formed from the outer peripheral surface toward the oil supply passage 13 d.
- the first refueling hole 13e1 is a hole penetrating from the outer peripheral surface of the base of the main shaft portion 13a to the refueling passage 13d.
- the second oil supply hole 13e2 is a hole penetrating from the outer peripheral surface of the base of the counter shaft portion 13b to the oil supply passage 13d.
- the third oil supply hole 13e3 is a hole penetrating from the outer peripheral surface of the crankshaft portion 13c to the oil supply passage 13d.
- the ratio N [%] between the inner diameter d3 [mm] of the oil supply hole 13 e and the outer diameter d2 [mm] of the rotating shaft 13 of the sub shaft portion 13 b is, for example, 10 to 25%.
- the discharge pipe 15 is attached to the outer peripheral wall 10d of the container body 10a as shown in FIGS.
- the discharge pipe 15 is opened inside the space A on the compression mechanism section 11 side at a position corresponding to the compression mechanism section 11 and connected to the first port 3 a of the four-way valve 3.
- the refrigerant compressed by the compression mechanism 11 is discharged into the space B on the side of the electric motor 12.
- the partition member 11g is provided with a refrigerant discharge passage (not shown) that connects the space B on the electric motor unit 12 side and the space A on the compression mechanism unit 11 side, and an oil communication passage.
- the refrigerant discharged from the compression mechanism unit 11 into the space B on the electric motor unit 12 side flows into the space A on the compression mechanism unit 11 side through the refrigerant discharge passage of the partition member 11g, It is discharged from the discharge pipe 15. Therefore, the pressure in the space B becomes slightly higher than the pressure in the space A, and due to this pressure difference, the oil level T of the refrigerating machine oil 20 in the space A becomes higher than the oil level T in the space B, and the pressure increases to the oil supply passage 13d. Supply of the refrigerating machine oil 20 becomes easier. Further, since the oil level T of the space B is reduced, the electrical insulation is improved.
- the accumulator 8 is attached to the closed container 10 so as to be located beside the compression mechanism 11.
- a refrigerant suction pipe forming a part of the circulation circuit 7 is connected to one end of the accumulator 8.
- the refrigerant suction pipe is connected to the fourth port 3 d of the four-way valve 3.
- a refrigerant return pipe 17 forming a part of the circulation circuit 7 is connected to the other end of the accumulator 8.
- polyalkylene glycol is stored as the refrigerator oil 20 inside the closed container 10.
- each phase winding 9 is continuously wound around teeth 12d corresponding to each phase of the stator 12c and connected in series, and each phase winding 9 is delta-connected.
- One end 9b of the winding 9 and the other end 9c are connected to the pin 9a of a sealed terminal 12g fixed to the sealed container 10, and the winding 9 is continuous from one end 9b to the other end 9c.
- the compressor 2 and the air conditioner 1 including the compressor 2 can suppress a decrease in slidability by using the polyalkylene glycol whose kinematic viscosity decreases relatively little with a rise in temperature. it can.
- polyalkylene glycol has a relatively small volume resistivity.
- the winding 9 by forming the winding 9 from one continuous wire from one terminal 9b to the other terminal 9c, the generation of a leak current inside the closed casing 10 is suppressed.
- the winding 9 does not have a connection portion where there is no insulating film in which a leak current is likely to occur.
- the compressor 2 and the air conditioner 1 including the compressor 2 can maintain electrical insulation while suppressing a decrease in sliding performance due to a rise in temperature.
- the compressor 2 and the air conditioner 1 including the compressor 2 can suppress generation of a leak current, it is possible to suppress an inflow of an abnormally large current due to a lightning surge.
- the cluster terminal 12 h for fixing the sealing terminal 12 g is provided above the oil level T of the refrigerating machine oil 20 inside the sealed container 10 supported in the horizontal position. For this reason, it is possible to prevent the sealed terminal 12g from being immersed in the polyalkylene glycol having a relatively small volume resistivity, and to suppress the occurrence of a leak current. As a result, the compressor 2 and the air conditioner 1 including the compressor 2 can maintain electric insulation more sufficiently.
- the oil level T of the refrigerating machine oil 20 is assumed to be an oil level when the compressor 2 stops operating and is relatively rising, but the compressor 2 operates and relatively drops. You may assume the oil level when it is.
- the closed casing 10 is provided with the partition member 11g that hermetically separates the space on the compression mechanism section 11 side and the space on the electric motor section 12 side.
- the rotating shaft 13 has an oil supply passage 13d, a first oil hole 13e1, a second oil hole 13e2, and a third oil hole 13e3.
- the refrigerant consists of R744.
- the kinematic viscosity V of the refrigerating machine oil 20 is, for example, 80 to 120 mm 2 / s at 40 ° C. For this reason, as described with reference to Table 1, the sliding of the rotating shaft 13 becomes good, and the performance in the compression chamber 11c is sufficiently maintained.
- the performance in the compression chamber 11c is, for example, the compression efficiency of the refrigerant.
- Table 1 shows the results of verifying the sliding of the rotating shaft 13 and the performance in the compression chamber 11c by changing the kinematic viscosity V [mm 2 / s] of the refrigerating machine oil 20.
- Table 1 shows the verification result of the embodiment and the verification results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 for comparison with the embodiment.
- the kinematic viscosity V of the refrigerating machine oil 20 is, for example, 80 to 120 mm 2 / s
- an appropriate amount of space between the rotating shaft 13 and the main bearing 11d and between the rotating shaft 13 and the sub-bearing 11e are provided.
- Lubricated by refrigeration oil 20 Therefore, in the embodiment, an appropriate amount of the refrigerating machine oil 20 flows into the compression chamber 11c from the clearance of the end face of the roller 11b. As a result, a pressure gradient is generated, and the pressure Pd2 around the crankshaft 13c becomes slightly lower than the pressure Pd1 in the closed casing 10.
- the refrigerating machine oil 20 is sucked from the refueling suction pipe 14 into the refueling passage 13d.
- the refrigerating machine oil 20 is supplied from the first oil supply hole 13e1, the second oil supply hole 13e2, and the third oil supply hole 13e3 via the oil supply passage 13d.
- the kinematic viscosity V of the refrigerating machine oil is smaller than, for example, 80 mm 2 / s as in Comparative Example 1, the fluidity of the refrigerating machine oil is higher than in the embodiment. Therefore, in Comparative Example 1, the amount of the refrigerating machine oil flowing into the compression chamber from the clearance of the end face of the roller becomes excessive, and the performance may be reduced by the refrigerating machine oil overflowing into the compression chamber.
- the refrigerating machine oil contains a refrigerant gas. As a result, in Comparative Example 1, the performance in the compression chamber is reduced.
- the fluidity of the refrigerating machine oil is lower than in the embodiment.
- the amount of the refrigerating machine oil flowing into the compression chamber from the clearance of the end face of the roller is insufficient, whereby the airtightness is reduced, and performance such as pressure efficiency may be reduced due to leakage in the compression chamber.
- the refrigerating machine oil contains a refrigerant gas. Leakage in the compression chamber is, for example, leakage from the clearance at the side of the roller, or leakage from the sliding surface at the tip of the blade. In addition, since the supply of the refrigerating machine oil to the sliding portion of the compression chamber is insufficient, the sliding portion may be seized. As a result, in Comparative Example 2, the performance in the compression chamber is reduced.
- the ratio M [%] between the inner diameter d1 [mm] of the oil supply passage 13d and the outer diameter d2 [mm] of the rotating shaft 13 of the sub shaft portion 13b is, for example, 30 to 65%.
- the ratio N [%] between the inner diameter d3 [mm] and the outer diameter d2 [mm] of the oil supply hole 13e is, for example, 10 to 25%. For this reason, as described with reference to Table 2, the sliding of the rotating shaft 13 is improved.
- Table 2 shows the results of verifying the sliding of the rotating shaft 13 by changing the ratio M [%] and the ratio N [%].
- Table 2 shows the verification result of the embodiment and the verification results of Comparative example 3 and Comparative example 4 for comparison with the embodiment.
- each oil supply hole 13e includes a first oil supply hole 13e1 at the base of the main shaft 13a, a second oil supply hole 13e2 at the base of the sub-shaft 13b, and a connection between the main shaft 13a and the sub-shaft 13b.
- an appropriate amount of refrigeration oil is provided between the rotating shaft 13 and the main bearing 11d, between the rotating shaft 13 and the sub-bearing 11e, and between the rotating shaft 13 and the main bearing 11d and the sub-bearing 11e. 20 lubricated.
- the sliding between the rotating shaft 13 and the main bearing 11d, the sliding between the rotating shaft 13 and the sub-bearing 11e, and the sliding between the rotating shaft 13 and the main bearing 11d and the sub-bearing 11e. Will be good.
- the ratio M is smaller than 30%, for example, as in Comparative Example 3, the inner diameter of the oil supply passage is smaller than that of the embodiment, so that the centrifugal force acting on the refrigerating machine oil introduced into the oil supply passage due to the differential pressure decreases. I do.
- the ratio N is smaller than 10%, for example, as in Comparative Example 3, since the inner diameter of the oil supply holes is smaller than in the embodiment, the resistance of the refrigerating machine oil flowing through each oil supply hole increases. That is, the amount of refrigerating machine oil supplied between the rotating shaft and the sub-bearing, between the rotating shaft and the main bearing and the sub-bearing, and between the rotating shaft and the main bearing is reduced. For this reason, in Comparative Example 3, the rotating shaft may be abnormally rubbed due to the shortage of the refrigerating machine oil, resulting in overheating and burning. As a result, in Comparative Example 3, the sliding of the rotating shaft is defective or possible.
- the pitch P of the spiral grooves 11f formed in the main bearing 11d and the sub-bearing 11e is, for example, 100 to 200 mm.
- the depth D of the spiral groove 11f is, for example, 0.3 to 1.0 mm. Therefore, as described with reference to Table 3, the sliding of the rotating shaft 13 is improved.
- Table 3 shows the results of verifying the sliding of the rotating shaft 13 by changing the pitch P [mm] and the depth D [mm] of the spiral groove 11f.
- Table 3 shows the verification result of the embodiment and the verification results of Comparative example 5 and Comparative example 6 for comparison with the embodiment.
- the pitch P of the spiral groove 11f is, for example, 100 to 200 mm and the depth D of the spiral groove 11f is, for example, 0.3 to 1.0 mm
- the total length and the passage cross-sectional area of the spiral groove 11f are preferable.
- the amount of the refrigerating machine oil 20 flowing through the spiral groove 11f is stabilized.
- an appropriate amount of the refrigerating machine oil 20 lubricates between the rotating shaft 13 and the main bearing 11d and between the rotating shaft 13 and the sub-bearing 11e.
- the sliding between the rotating shaft 13 and the main bearing 11d and the sliding between the rotating shaft 13 and the sub-bearing 11e are improved.
- the sprale groove becomes deeper than in the embodiment. That is, in the comparative example 6, the rigidity of the main bearing and the sub-bearing is reduced as compared with the embodiment, and the rigidity of the main bearing and the sub-bearing is reduced. Pressure is applied. For this reason, in Comparative Example 6, seizure due to excessive friction may occur between the rotating shaft and the main bearing and between the rotating shaft and the sub-bearing in which the oil film is partially interrupted due to excessive pressure. . As a result, in Comparative Example 6, the sliding between the rotating shaft and the main bearing and the sliding between the rotating shaft and the sub-bearing are defective or possible.
- a cutout portion 12f is formed in the lowest portion 12e of the stator 12c from one end to the other end along the axial direction. Therefore, the refrigerating machine oil 20 can be sufficiently circulated between the space facing the electric motor unit 12 and the space facing the compression mechanism unit 11 via the notch 12f.
- the space facing the electric motor unit 12 is an upper space when the motor unit 12 is arranged in a vertical posture.
- the space facing the compression mechanism section 11 is a lower space when the apparatus is arranged in a vertical posture. That is, the refrigerating machine oil 20 can be prevented from staying in the space on the electric motor unit 12 side or the space on the compression mechanism unit 11 side. As a result, the performance of the compressor 2 can be stabilized without the refrigerating machine oil 20 overheating the brushless DC motor 12a of the electric motor unit 12.
- the compressor 2 when the compressor 2 is placed horizontally, a part of the refrigerating machine oil 20 discharged from the compression mechanism section 11 circulates between the compressor section 11 and the electric motor section 12 while circulating to the bottom of the closed container 10.
- the refrigerating machine oil 20 existing in the space on the motor unit 12 side flows into the space on the compression mechanism unit 11 side through the notch portion 12f due to the pressure difference between the left and right of the partition member 11g.
- the refrigerating machine oil 20 existing in the space on the motor unit 12 side flows into the space on the motor unit 12 side through the notch 12f.
- the brushless DC motor 12a is prevented from overheating. be able to.
- carbon dioxide is used as the refrigerant, the operating pressure can be increased and the torque of the brushless DC motor 12a can be increased as compared with other materials.
- the extreme pressure additive is added to the refrigerating machine oil 20
- the extreme pressure additive is prevented from being overheated together with the refrigerating machine oil 20. it can.
- the extreme pressure additive is used to improve the sliding between the rotating shaft 13 and the bearing.
- a phosphorus-based extreme pressure additive having low heat resistance is added to the refrigerator oil 20.
- consumption of the extreme pressure additive due to overheating can be suppressed.
- deterioration can be suppressed.
- the refrigerating machine oil 20 is circulated through the notch portion 12f, the refrigerating machine oil 20 is prevented from staying on the side of the motor unit 12 and is also provided on the side of the compression mechanism unit 11 together with the side of the motor unit 12. Can supply enough.
- the notch portion 12f As the notch portion 12f is larger, the refrigerating machine oil 20 flows more easily, so that the refrigerating machine oil 20 can be prevented from staying.
- the size of the notch portion 12f is reduced, the volume of the iron core constituting the stator 12c does not decrease, so that a decrease in torque of the brushless DC motor 12a can be suppressed. Therefore, by forming the cutout portion 12f only in the lowermost portion 12e of the stator 12c, a decrease in the torque of the brushless DC motor 12a is suppressed while preventing the refrigerating machine oil 20 from staying.
- the closed container 10 has been described as being arranged in a horizontal position, it may be arranged in a vertical position.
- the electric motor unit 12 may be located above and the compression mechanism unit 11 may be located below.
- the polyalkylene glycol in a vaporized and floating state adheres to the winding 9 and the sealed terminal 12g of the electric motor section 12, the leakage current in the winding 9 and the sealed terminal 12g is generated. It is important to suppress the occurrence of the occurrence and to keep the electrical insulation sufficiently.
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Abstract
圧縮機2は、筒状の密閉容器10と、密閉容器10の内部に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部11と、圧縮機構部11に対し密閉容器10の軸方向に並ぶように密閉容器10の内部に収容され、圧縮機構部11を駆動する電動機部12と、を具備している。密閉容器10の内部には、冷凍機油20としてポリアルキレングリコールが貯留されている。電動機部12は、固定子12cに巻線9が集中巻されたブラシレスDCモータ12aである。ブラシレスDCモータ12aは、各相の巻線9が固定子12cの各相に対応するティース12dに連続して巻かれて直列接続されるとともにデルタ結線され、各相の巻線9の一方の端末と他方の端末とが密閉容器10に固定される密封端子12gに接続され、各相の巻線9が一方の端末から他方の端末まで連続した一本からなる。
Description
本発明の実施形態は、圧縮機および当該圧縮機を有する冷凍サイクル装置に関する。
圧縮機は、筒状の密閉容器と、密閉容器の内部に収容され冷媒を圧縮する圧縮機構部と、密閉容器の内部に収容され回転軸を介して圧縮機構部を回転駆動する電動機部と、を具備している。
電動機部には、回転軸を回転させるモータが設けられている。モータが例えば、固定子に巻線が集中巻されたブラシレスDCモータの場合、各相の巻線は、固定子の各相に対応するティースに巻かれている。巻線は、例えば、電気絶縁性を備えた被膜によって覆われた電線から構成されている。
密閉容器には、回転軸等の摺動性能を維持する冷凍機油が貯留されている。巻線は、常時またはモータの回転時に冷凍機油に浸かるが、前記被膜によって電気絶縁性が保たれている。
ところで、一般的に、冷凍機油は昇温すると動粘度が低下することから、回転軸等の摺動性能が低下する。
ここで、例えば、冷凍機油として用いられるポリアルキレングリコール(PAG:polyalkylene glycol)は、ポリビニールエーテル(PVE:polyvinyl ether)やポリオールエステル(POE:polyol ester)等と比較して、昇温に伴う動粘度の低下が小さい。
一方、ポリアルキレングリコールは、ポリビニールエーテルやポリオールエステルと比較して、体積抵抗率が小さいことから、巻線等との電気絶縁性を保つことが難しい。
本発明の目的は、昇温に伴う摺動性能の低下を抑制しつつ、電気絶縁性を保つことができる圧縮機を得ることにある。
実施形態によれば、圧縮機は、筒状の密閉容器と、前記密閉容器の内部に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部に対し前記密閉容器の軸方向に並ぶように前記密閉容器の内部に収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、を具備している。
前記密閉容器の内部には、冷凍機油としてポリアルキレングリコールが貯留されている。
前記電動機部は、固定子に巻線が集中巻されたブラシレスDCモータである。前記ブラシレスDCモータは、各相の巻線が前記固定子の各相に対応するティースに連続して巻かれて直列接続されるとともにデルタ結線され、前記各相の巻線の一方の端末と他方の端末とが前記密閉容器に固定される密封端子に接続され、前記各相の巻線が前記一方の端末から前記他方の端末まで連続した一本からなる。
以下、実施形態について図1ないし図6を参照して説明する。
図1は、例えば冷凍サイクル装置の一例である空気調和機1の冷凍サイクル回路図である。空気調和機1は、圧縮機2、四方弁3、室外熱交換器4、膨張装置5および室内熱交換器6を主要な要素として備えている。空気調和機1を構成する複数の要素は、冷媒が循環する循環回路7を介して接続されている。
具体的に述べると、図1に示すように、圧縮機2の吐出側は、四方弁3の第1ポート3aに接続されている。四方弁3の第2ポート3bは、室外熱交換器4に接続されている。室外熱交換器4は、膨張装置5を介して室内熱交換器6に接続されている。室内熱交換器6は、四方弁3の第3ポート3cに接続されている。四方弁3の第4ポート3dは、アキュームレータ8を介して圧縮機2の吸入側に接続されている。
空気調和機1が冷房モードで運転を行う場合、四方弁3は、第1ポート3aが第2ポート3bに連通し、第3ポート3cが第4ポート3dに連通するように切り替わる。冷房モードで空気調和機1の運転が開始されると、圧縮機2で圧縮された高温・高圧の気相冷媒が循環回路7に吐出される。吐出された気相冷媒は、四方弁3を経由して放熱器(凝縮器)として機能する室外熱交換器4に導かれる。
室外熱交換器4に導かれた気相冷媒は、空気との熱交換により凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。高圧の液相冷媒は、膨張装置5を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、吸熱器(蒸発器)として機能する室内熱交換器6に導かれるとともに、室内熱交換器6を通過する過程で空気と熱交換する。
この結果、気液二相冷媒は、空気から熱を奪って蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室内熱交換器6を通過する空気は、液相冷媒の蒸発潜熱により冷やされ、冷風となって空調(冷房)すべき場所に送られる。
室内熱交換器6を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁3を経由してアキュームレータ8に導かれる。冷媒中に蒸発しきれなかった液相冷媒が混入している場合は、ここで液相冷媒と気相冷媒とに分離される。液相冷媒から分離された低温・低圧の気相冷媒は、アキュームレータ8から圧縮機2に吸い込まれるとともに、当該圧縮機2で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路7に吐出される。
一方、空気調和機1が暖房モードで運転を行う場合、四方弁3は、第1ポート3aが第3ポート3cに連通し、第2ポート3bが第4ポート3dに連通するように切り替わる。暖房モードで空気調和機1の運転が開始されると、圧縮機2から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁3を経由して室内熱交換器6に導かれ、当該室内熱交換器6を通過する空気と熱交換される。すなわち、室内熱交換器6が凝縮器として機能する。
この結果、室内熱交換器6を通過する気相冷媒は、空気と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。室内熱交換器6を通過する空気は、気相冷媒との熱交換により加熱され、温風となって空調(暖房)すべき場所に送られる。
室内熱交換器6を通過した高温の液相冷媒は、膨張装置5に導かれるとともに、当該膨張装置5を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器4に導かれるとともに、ここで空気と熱交換することにより蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室外熱交換器4を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁3およびアキュームレータ8を経由して圧縮機2に吸い込まれる。
次に、空気調和機1に用いられる圧縮機2の具体的な構成について、図1ないし図6を参照して説明する。圧縮機2は、水平もしくは水平に近い設置面Gの上に横置きの姿勢で据え付けられるロータリーコンプレッサであって、密閉容器10、圧縮機構部11および電動機部12を主要な要素として備えている。
密閉容器10は、横置きの姿勢で支持されている。密閉容器10は、容器本体10a、第1蓋部材10bおよび第2蓋部材10cの3つの部材から構成されている。密閉容器10は、両端が開口した円筒形状の容器本体10aに対して、軸方向に沿う一端の側から第1蓋部材10bがシールド溶接され、かつ、軸方向に沿う他端の側から第2蓋部材10cがシールド溶接されて、気密性が保たれている。密閉容器10の内部には、圧縮機構部11と電動機部12とが軸方向に並んで収容されている。
密閉容器10の内部には、冷凍機油20としてポリアルキレングリコールが貯留されている。ポリアルキレングリコールの動粘度Vは、例えば40℃において80ないし120mm2/sである。
圧縮機構部11は、図2および図3に示すように、容器本体10aの内部に収容されている。圧縮機構部11には、回転軸13のクランク軸部13cを挿通させたシリンダボディ11aが設けられている。ローラ11bが、クランク軸部13cの外周面に嵌合されている。シリンダボディ11aは、ローラ11bとの間に、アキュームレータ8から吸い込んだ気相冷媒を圧縮する圧縮室11cを有している。圧縮室11cで圧縮された気相冷媒は、吐出弁16を介して密閉容器10の内部に吐出される。冷媒は、例えば二酸化炭素であるR744からなる。
圧縮機構部11には、図2および図3に示すように、回転軸13を回転自在に支持する主軸受け11dと副軸受け11eとが軸方向に並ぶように設けられている。主軸受け11dの内周面と副軸受け11eの内周面とには、軸方向に沿った一端から他端までスパイラル溝11fが形成されている。スパイラル溝11fのピッチPは、例えば100ないし200mmである。スパイラル溝11fの深さDは、例えば0.3ないし1.0mmである。
圧縮機構部11には、図2および図3に示すように、圧縮機構部11側の空間Aと、電動機部12側の空間Bとを気密に仕切る仕切部材11gが設けられている。仕切部材11gは、仕切部の一例である。仕切部材11gは、シリンダボディ11aを密閉容器10の内壁に固定する部材でもある。仕切部材11gには、複数のボルト11hによって、シリンダボディ11aが固定されている。
電動機部12は、図2および図3に示すように、圧縮機構部11を駆動する要素であって、回転軸13を介して圧縮機構部11に連結されている。電動機部12は、圧縮機構部11よりも第1蓋部材10bの側に偏った位置で容器本体10aの内部に収容されている。このため、圧縮機構部11および電動機部12は、密閉容器10の軸方向に並んでいる。
電動機部12は、ブラシレスDCモータ12aであり、永久磁石を埋設し円筒形状に形成された回転子12bと、回転子12bを囲み複数のティース12dに巻線9が集中巻された固定子12cとを有している。回転子12bには、回転軸13の主軸部13aが挿入されて接合されている。図4ないし図6に示すように、ブラシレスDCモータ12aの各相の巻線9は、固定子12cの各相に対応するティース12dに連続して巻かれて直列接続され、各相の巻線はデルタ結線されている。また、各相の巻線9は、一方の端末9bと他方の端末9cとが密閉容器10の第1蓋部材10bに固定された密封端子12gのピン9aに接続されている。ここで、各相の巻線9は、一方の端末9bから他方の端末9cまで連続した一本からなり、絶縁被膜が存在しない接続部分を設けていない。言い換えると、実施形態では、巻線9と巻線9との結線部である接続部分を設けていない。
図5に示すように、U相の巻線9Uは、接続部分などによって途切れることなく、固定子12cの3、6、9番目のティース12dに連続的に巻回され、一方の端末9bおよび他方の端末9cが対応する密封端子12gのピン9aに接続されている。V相の巻線9Vは、接続部分などによって途切れることなく、固定子12cの2、5、8番目のティース12dに連続的に巻回され、一方の端末9bおよび他方の端末9cが対応するピン9aに接続されている。W相の巻線9Wは、接続部分などによって途切れることなく、固定子12cの1、4、7番目のティース12dに連続的に巻回され、一方の端末9bおよび他方の端末9cが対応するピン9aに接続されている。図6に示すように、U相の巻線9U、V相の巻線9V、およびW相の巻線9Wは、デルタ結線されている。
図2ないし図4に示すように、固定子12cの外周面の最底部12eには、軸方向に沿った一端から他端まで凹状の切欠部12fが形成されている。また、図4に示すように、切欠部12fは、固定子12cの外周面の側面部にも形成されている。言い換えると、切欠部12fは、固定子12cの外周面に複数形成されている。複数の切欠部12fのうち、最底部12eに位置する切欠部12fを、相対的に大きく形成してもよい。固定子12cの各々の切欠部12fと、密閉容器10の内壁との間には、冷凍機油20が流通可能な空間が設けられている。
図2に示すように、密封端子12gのピン9aには、各相の一方の端末9bおよび他方の端末9cが挿入固定された接続端子(クラスタ端子)12hが接続されている。密封端子12gのピン9aは、圧縮機2の運転停止時の冷凍機油20の油面Tよりも上方に設けられている。また、クラスタ端子12hは、圧縮機2の運転時の冷凍機油20の油面Tよりも上方に設けられている。
図2および図3に示すように、回転軸13には、円形状の給油通路13dが形成されている。給油通路13dは、圧縮機構部11側の端部から軸方向に沿って電動機部12側に向かって切削加工された非貫通の穴からなる。給油通路13dの内径d1[mm]と、副軸受け11eと接する部分である副軸部13bの回転軸13の外径d2[mm]との比率M[%]は、例えば30ないし65%である。回転軸13の給油通路13dに、密閉容器10に貯留された冷凍機油20を供給する給油吸い込み管14が、副軸受け11eに固定された固定部材11iに固定されている。給油吸い込み管14は、回転軸13の回転に従動しない。
図2および図3に示すように、回転軸13は、外周面から給油通路13dに向かって、給油穴13eが例えば3つ形成されている。第1の給油穴13e1は、主軸部13aの付け根の部分の外周面から給油通路13dまで貫通した穴からなる。第2の給油穴13e2は、副軸部13bの付け根の部分の外周面から給油通路13dまで貫通した穴からなる。第3の給油穴13e3は、クランク軸部13cの外周面から給油通路13dまで貫通した穴からなる。給油穴13eの内径d3[mm]と、副軸部13bの回転軸13の外径d2[mm]との比率N[%]は、例えば10ないし25%である。
吐出管15は、図2および図3に示すように、容器本体10aの外周壁10dに取り付けられている。吐出管15は、圧縮機構部11に対応した位置で圧縮機構部11側の空間Aの内部に開口されているとともに、四方弁3の第1ポート3aに接続されている。また、圧縮機構部11で圧縮された冷媒は、電動機部12側の空間Bに吐出される。さらに、仕切部材11gには、電動機部12側の空間Bと圧縮機構部11側の空間Aを連通する図示しない冷媒吐出通路と、油連通路が設けられている。
圧縮機2が運転されると、圧縮機構部11から電動機部12側の空間Bに吐出された冷媒は、仕切部材11gの冷媒吐出通路を通って圧縮機構部11側の空間Aに流入し、吐出管15から吐出される。そのため、空間Bの圧力は、空間Aの圧力よりも若干高くなり、この圧力差により、空間Aの冷凍機油20の油面Tが、空間Bの油面Tよりも高くなり、給油通路13dへの冷凍機油20の供給が容易になる。また、空間Bの油面Tが低下することから、電気絶縁性が良好になる。
アキュームレータ8は、圧縮機構部11の脇に位置するように密閉容器10に付設されている。アキュームレータ8の一端に循環回路7の一部を構成する冷媒吸い込み管が接続されている。冷媒吸い込み管は、四方弁3の第4ポート3dに接続されている。さらに、アキュームレータ8の他端に循環回路7の一部を構成する冷媒戻し管17が接続されている。
本実施形態によると、密閉容器10の内部には、冷凍機油20としてポリアルキレングリコールが貯留されている。ブラシレスDCモータ12aは、各相の巻線9が固定子12cの各相に対応するティース12dに連続して巻かれて直列接続されるとともに、各相の巻線9がよってデルタ結線される。巻線9の一方の端末9bと他方の端末9cとが密閉容器10に固定される密封端子12gのピン9aに接続され、巻線9が一方の端末9bから他方の端末9cまで連続した一本からなる。
このように、圧縮機2および圧縮機2を備えた空気調和機1は、昇温に伴う動粘度の低下が比較的小さいポリアルキレングリコールを用いることによって、摺動性の低下を抑制することができる。一方、ポリアルキレングリコールは、体積抵抗率が比較的小さい。そこで、巻線9を、一方の端末9bから他方の端末9cまで連続した一本から形成することによって、密閉容器10の内部におけるリーク電流の発生を抑制している。言い換えると、巻線9は、リーク電流が発生し易い絶縁被膜が存在しない接続部分を設けていない。この結果、圧縮機2および圧縮機2を備えた空気調和機1は、昇温に伴う摺動性能の低下を抑制しつつ、電気絶縁性を保つことができる。
さらに、圧縮機2および圧縮機2を備えた空気調和機1は、リーク電流の発生を抑制することができることから、雷サージによる異常な大電流の流入を抑制することができる。
本実施形態によると、横置きの姿勢で支持されている密閉容器10の内部には、密封端子12gを固定するクラスタ端子12hが冷凍機油20の油面Tよりも上方に設けられている。このため、密封端子12gが、体積抵抗率が比較的小さいポリアルキレングリコールに浸かることを防止して、リーク電流の発生を抑制することができる。この結果、圧縮機2および圧縮機2を備えた空気調和機1は、電気絶縁性をより十分に保つことができる。なお、冷凍機油20の油面Tは、圧縮機2が運転を停止して相対的に上昇している時の油面を想定しているが、圧縮機2が運転を行い相対的に降下している時の油面を想定してもよい。
本実施形態によると、密閉容器10には、圧縮機構部11側の空間と、電動機部12側の空間とを気密に仕切る仕切部材11gが設けられている。回転軸13には、給油通路13dと、第1の給油穴13e1と、第2の給油穴13e2と、第3の給油穴13e3とが形成されている。冷媒は、R744からなる。冷凍機油20の動粘度Vは、例えば40℃において80ないし120mm2/sである。このため、表1を参照して説明するように、回転軸13の摺動が良好となり、圧縮室11cにおける性能が十分に維持される。圧縮室11cにおける性能は、例えば冷媒の圧縮効率である。
表1に、回転軸13の摺動と圧縮室11cにおける性能に関して、冷凍機油20の動粘度V[mm2/s]を異ならせて検証した結果を示す。表1には、実施形態の検証結果と、実施形態と対比するための対比例1および対比例2の検証結果を示している。
実施形態のように、冷凍機油20の動粘度Vが例えば80ないし120mm2/sの場合、回転軸13と主軸受け11dとの間、および回転軸13と副軸受け11eとの間が、適量の冷凍機油20によって潤滑される。このため、実施形態では、ローラ11bの端面のクリアランスから圧縮室11cに対して適正な量の冷凍機油20の量が流入する。これにより、圧力勾配が発生して、クランク軸部13cの周りの圧力Pd2は、密閉容器10内の圧力Pd1と比較して、僅かに低くなる。圧力Pd1と圧力Pd2との差圧△Pによって、冷凍機油20は、給油吸い込み管14から給油通路13dに吸引される。冷凍機油20は、給油通路13dを介して、第1の給油穴13e1、第2の給油穴13e2、および第3の給油穴13e3から給油される。この結果、実施形態では、回転軸13の摺動が良好となり、圧縮室11cにおける性能が十分に維持される。
特に、実施形態のように、冷媒にR744を用いる場合、冷媒に例えばR404Aを用いる場合と比較して、圧縮機2の運転中の圧力の高低差が大きくなる。このため、冷凍機油20には、40℃における動粘度Vが80mm2/s以上のポリアルキレングリコールを用いて、圧縮室11cへの過剰な流入を抑制する。
対比例1のように、冷凍機油の動粘度Vが例えば80mm2/sより小さい場合、実施形態と比較して冷凍機油の流動性が高くなる。このため、対比例1では、ローラの端面のクリアランスから圧縮室に対して流入する冷凍機油の量が過剰となり、圧縮室に溢れた冷凍機油によって性能が低下する虞がある。なお、冷凍機油には、冷媒ガスが含まれている。この結果、対比例1では、圧縮室における性能が低下する。
対比例2のように、冷凍機油の動粘度Vが例えば120mm2/sより大きい場合、実施形態と比較して冷凍機油の流動性が低くなる。このため、対比例2では、ローラの端面のクリアランスから圧縮室に対して流入する冷凍機油の量が不足して気密性が低下して、圧縮室における漏れによって圧力効率等の性能が低下する虞がある。なお、冷凍機油には、冷媒ガスが含まれている。圧縮室での漏れは、例えば、ローラ側部のクリアランスからの漏れ、ブレードの先端の摺動面からの漏れである。また、圧縮室の摺動部分に対する冷凍機油の供給が不足することから、摺動部分が焼き付く虞がある。この結果、対比例2では、圧縮室における性能が低下する。
本実施形態によると、給油通路13dの内径d1[mm]と、副軸部13bの回転軸13の外径d2[mm]との比率M[%]は、例えば30ないし65%である。また、給油穴13eの内径d3[mm]と、外径d2[mm]との比率N[%]は、例えば10ないし25%である。このため、表2を参照して説明するように、回転軸13の摺動が良好となる。
実施形態のように、比率Mが例えば30ないし65%、かつ、比率Nが例えば10ないし25%の場合、各々の給油穴13eに、適量の冷凍機油20が分配される。各々の給油穴13eとは、主軸部13aの付け根の部分における第1の給油穴13e1、副軸部13bの付け根の部分における第2の給油穴13e2、および主軸部13aと副軸部13bとの間のクランク軸部13cの部分における第3の給油穴13e3である。このため、実施形態では、回転軸13と主軸受け11dとの間、回転軸13と副軸受け11eとの間、および回転軸13と主軸受け11dおよび副軸受け11eとの間が、適量の冷凍機油20によって潤滑される。この結果、実施形態では、回転軸13と主軸受け11dとの摺動、回転軸13と副軸受け11eとの摺動、および回転軸13と主軸受け11dおよび副軸受け11eとの間の摺動が、良好となる。
対比例3のように、比率Mが例えば30%より小さ場合、実施形態と比較して給油通路の内径が小さいことから、差圧によって給油通路に導入される冷凍機油に作用する遠心力が低下する。また、対比例3のように、比率Nが例えば10%より小さ場合、実施形態と比較して給油穴の内径が小さいことから、各々の給油穴を流れる冷凍機油の抵抗が増加する。すなわち、回転軸と副軸受けとの間、回転軸と主軸受けおよび副軸受けとの間、および回転軸と主軸受けとの間に供給される冷凍機油が減少する。このため、対比例3では、回転軸が冷凍機油の不足によって異常に摩擦することによって、過熱して焼き付く虞がある。この結果、対比例3では、回転軸の摺動が、不良ないし可となる。
対比例4のように、比率Mが例えば65%より大きく、かつ、比率Nが例えば25%より大きく場合、実施形態と比較してクランク軸部の付け根の部分のいわゆる逃げ加工が、大きくなる。すなわち、対比例4では、実施形態と比較して主軸受けおよび副軸受けの剛性が低下して歪み、回転軸と主軸受けとの間、および回転軸と副軸受けとの間で、部分的に過度な圧力が掛かる。このため、対比例4では、過度な圧力によって部分的に油膜が途切れた主軸および副軸が、過度な摩擦によって焼き付く虞がある。この結果、対比例4では、回転軸の摺動が、不良ないし可となる。
本実施形態によると、主軸受け11dと副軸受け11eに形成されているスパイラル溝11fのピッチPは、例えば100ないし200mmである。また、スパイラル溝11fの深さDは、例えば0.3ないし1.0mmである。このため、表3を参照して説明するように、回転軸13の摺動が良好となる。
表3に、回転軸13の摺動に関して、スパイラル溝11fのピッチP[mm]および深さD[mm]を異ならせて検証した結果を示す。表3には、実施形態の検証結果と、実施形態と対比するための対比例5および対比例6の検証結果を示している。
実施形態のように、スパイラル溝11fのピッチPが例えば100ないし200mm、かつ、スパイラル溝11fの深さDが例えば0.3ないし1.0mmの場合、スパイラル溝11fの全長および通路断面積が好ましい範囲内となり、スパイラル溝11fを流れる冷凍機油20の量が安定する。このため、実施形態では、回転軸13と主軸受け11dとの間、および回転軸13と副軸受け11eとの間が、適量の冷凍機油20によって潤滑される。この結果、実施形態では、回転軸13と主軸受け11dとの摺動、および回転軸13と副軸受け11eとの摺動が、良好となる。
対比例5のように、スパイラル溝のピッチPが例えば100mmより短い場合、実施形態と比較してスパイラル溝の全長が長くなる。また、対比例5のように、スパイラル溝の深さDが例えば0.3mmより浅い場合、実施形態と比較してスパイラル溝の通路断面積が小さくなる。すなわち、対比例5では、実施形態と比較してスパイラル溝が長く細いことから、スパイラル溝を流れる冷凍機油の抵抗が増加する。このため、対比例5では、回転軸と主軸受けとの間、および回転軸と副軸受けとの間を流れる冷凍機油が、減少する虞がある。この結果、対比例5では、回転軸と主軸受けとの摺動、および回転軸と副軸受けとの摺動が、不良ないし可となる。
また、対比例5のように、実施形態と比較してスパイラル溝の全長が長い場合、スパイラル溝の加工に必要な時間が長くなり、かつ、研削用バイトの消耗が多くなる。この結果、対比例5では、主軸受けおよび副軸受けに対するスパイラル溝の形成に必要なタクトとコストが、増加する。
対比例6のように、スパイラル溝のピッチPが例えば200mmより長い場合、実施形態と比較してスパイラル溝の間隔が広がる。すなわち、対比例6では、実施形態と比較してスパイラル溝のピッチが緩やかであることから、砥石を用いてスパイラル溝を仕上げ研磨する時に、砥石が油溝方向に沿って空滑りし易くなる。言い換えると、対比例6では、砥石が油溝方向に沿って逃げ易くなる。このため、対比例6では、主軸受けおよび副軸受けの内周面の真円度の精度が、低下する虞がある。この結果、対比例6では、回転軸と主軸受けとの摺動、および回転軸と副軸受けとの摺動が、不良ないし可となる。
また、対比例6のように、スパイラル溝の深さDが例えば1.0mmより深い場合、実施形態と比較してスパライル溝が深くなる。すなわち、対比例6では、実施形態と比較して主軸受けおよび副軸受けの剛性が低下して歪み、回転軸と主軸受けとの間、および回転軸と副軸受けとの間で、部分的に過度な圧力が掛かる。このため、対比例6では、過度な圧力によって部分的に油膜が途切れた回転軸と主軸受けとの間、および回転軸と副軸受けとの間において、過度な摩擦による焼き付きが発生する虞がある。この結果、対比例6では、回転軸と主軸受けとの摺動、および回転軸と副軸受けとの摺動が、不良ないし可となる。
また、対比例6のように、実施形態と比較してスパイラル溝の深さが深い場合、スパイラル溝の加工に必要な時間が長くなり、かつ、研削用バイトの消耗が大きくなる。この結果、対比例6では、主軸受けおよび副軸受けに対するスパイラル溝の形成に必要なタクトとコストが、増加する。
本実施形態によると、固定子12cの最底部12eには、軸方向に沿った一端から他端まで切欠部12fが形成されている。このため、切欠部12fを介して、電動機部12に臨む空間と、圧縮機構部11に臨む空間との間において、冷凍機油20を十分に循環させることができる。なお、電動機部12に臨む空間は、縦置きの姿勢で配置する場合には上部の空間となる。圧縮機構部11に臨む空間は、縦置きの姿勢で配置する場合には下部の空間となる。すなわち、冷凍機油20が、電動機部12側の空間や圧縮機構部11側の空間に滞留することを防止できる。この結果、冷凍機油20が電動機部12のブラシレスDCモータ12aを過熱することなく、圧縮機2の性能を安定させることができる。
具体的には、圧縮機2は、横置きされている場合、圧縮機構部11から吐出された冷凍機油20の一部は、電動機部12との間を循環しつつ、密閉容器10の底部に滞留する。電動機部12側の空間に存在する冷凍機油20は、仕切部材11gの左右の圧力差によって、切欠部12fを通って圧縮機構部11側の空間に流入する。一方、電動機部12側の空間に存在する冷凍機油20は、切欠部12fを通って電動機部12側の空間に流入する。
また、切欠部12fを介して冷凍機油20が循環されることから、冷媒にR410AやR22等と比較して吐出温度が高いR744を用いる場合であっても、ブラシレスDCモータ12aの過熱を防止することができる。冷媒に二酸化炭素を用いる場合、他の材質と比較して、動作圧力を高めて、ブラシレスDCモータ12aのトルクを大きくすることができる。
また、切欠部12fを介して冷凍機油20が循環されることから、極圧添加剤を冷凍機油20に添加している場合に、その極圧添加剤が冷凍機油20と共に過熱されることを防止できる。極圧添加剤は、回転軸13と軸受けとの摺動を良好にするために用いられる。特に、耐熱性が低いリン系の極圧添加剤を冷凍機油20に添加する場合に好ましい。この結果、過熱による極圧添加剤の消耗を抑制することができる。冷凍機油20の過熱を防止することによって、劣化を抑制することもできる。
また、切欠部12fを介して冷凍機油20が循環されることから、冷凍機油20が電動機部12の側に滞留することを防止して、電動機部12の側と共に圧縮機構部11の側にも十分に供給することができる。
ここで、切欠部12fを大きくする程、冷凍機油20が流れ易くなることから、冷凍機油20の滞留を防止することができる。一方、切欠部12fを小さくする程、固定子12cを構成する鉄心の体積が減少しないことから、ブラシレスDCモータ12aのトルクの低下を抑制することができる。そこで、切欠部12fを固定子12cの最底部12eのみに形成することによって、冷凍機油20の滞留を防止しつつ、ブラシレスDCモータ12aのトルクの低下を抑制している。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、密閉容器10は、横置きの姿勢で配置する構成として説明したが、縦置きの姿勢で配置する構成としてもよい。圧縮機2を縦置きの姿勢で配置する場合、電動機部12を上方に位置し、圧縮機構部11を下方に位置するようにすればよい。このため、電動機部12や密封端子12gは、体積抵抗率が比較的小さいポリアルキレングリコールの油面よりも上方に設けることが容易である。このような構成であっても、気化して浮遊している状態のポリアルキレングリコールが、電動機部12の巻線9や密封端子12gに付着することから、巻線9や密封端子12gにおけるリーク電流の発生を抑制して、電気絶縁性を十分に保つことが重要である。
1…冷凍サイクル装置(空気調和機)、2…圧縮機、4…放熱器(室外熱交換器)、5…膨張装置、6…吸熱器(室内熱交換器)、7…循環回路、9…巻線、9U…U相の巻線、9V…V相の巻線、9W…W相の巻線、9a…密封端子、9b…一方の端末、9c…他方の端末、10…密閉容器、11…圧縮機構部、11a…シリンダボディ、11b…ローラ、11c…圧縮室、11d…主軸受け、11e…副軸受け、11f…スパイラル溝、11g…仕切部(仕切部材)、11h…ボルト、12…電動機部、12a…ブラシレスDCモータ、12b…回転子、12c…固定子、12d…ティース、12e…最底部、12f…切欠部、12g…密封端子、12h…固定部材(クラスタ端子)、13…回転軸、13a…主軸部、13b…副軸部、13c…クランク軸部、13d…給油通路、13e…給油穴、13e1…第1の給油穴、13e2…第2の給油穴、13e3…第3の給油穴、20…冷凍機油、G…設置面、T…油面。
Claims (7)
- 筒状の密閉容器と、
前記密閉容器の内部に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
前記圧縮機構部に対し前記密閉容器の軸方向に並ぶように前記密閉容器の内部に収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、を具備し、
前記密閉容器の内部には、冷凍機油としてポリアルキレングリコールが貯留され、
前記電動機部は、固定子に巻線が集中巻されたブラシレスDCモータであり、
前記ブラシレスDCモータは、各相の巻線が前記固定子の各相に対応するティースに連続して巻かれて直列接続されるとともにデルタ結線され、前記各相の巻線の一方の端末と他方の端末とが前記密閉容器に固定される密封端子に接続され、前記各相の巻線が前記一方の端末から前記他方の端末まで連続した一本からなる圧縮機。 - 前記密閉容器は、横置きの姿勢で支持され、
前記密封端子のピンは前記冷凍機油の油面よりも上方に設けられた請求項1に記載の圧縮機。 - 前記密閉容器には、吐出管が設けられる前記圧縮機構部側の空間と、前記圧縮機構部で圧縮された冷媒が吐出される前記電動機部側の空間とを仕切る仕切部が設けられ、
前記圧縮機構部には、回転軸を回転自在に支持する主軸受けと副軸受けとが前記軸方向に並ぶように設けられるとともに前記回転軸の給油通路に前記冷凍機油を供給する給油吸い込み管が連結され、
前記回転軸には、前記圧縮機構部側の端部から前記軸方向に沿い前記電動機部側に向かって伸びた非貫通の前記給油通路と、前記回転軸の外周面から前記給油通路まで貫通した複数の給油穴とが形成され、
前記冷媒は、R744からなり、
前記冷凍機油の動粘度は、40℃において80ないし120mm2/sである請求項2に記載の圧縮機。 - 前記給油通路の内径と、前記副軸受けと接する部分の前記回転軸の外径との比率は、30ないし65%であり、
前記給油穴の内径と、前記外径との比率は、10ないし25%である請求項3に記載の圧縮機。 - 前記主軸受けの内周面と前記副軸受けの内周面の少なくとも一方には、前記軸方向に沿った一端から他端までスパイラル溝が形成され、
前記スパイラル溝のピッチは、100ないし200mmであり、
前記スパイラル溝の深さは、0.3ないし1.0mmである請求項3または4に記載の圧縮機。 - 前記固定子の外周面の少なくとも最底部には、前記軸方向に沿った一端から他端まで凹状の切欠部が形成され、
前記切欠部と、前記密閉容器との間に空間が設けられた請求項2ないし請求項5のいずれか一項に記載の圧縮機。 - 冷媒が循環するとともに、放熱器、膨張装置および吸熱器が接続された循環回路と、
前記吸熱器と前記放熱器との間で前記循環回路に接続された請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の圧縮機と、
を備えた冷凍サイクル装置。
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