WO2020165962A1 - 圧縮機および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

圧縮機（３）は、電動機（６）と、電動機によって駆動される圧縮機構部（３１）と、電動機と圧縮機構部とを連結する回転軸（１０）とを備える。回転軸の少なくとも一部は、鋳鉄よりも縦弾性係数が高く、且つ鋳鉄よりも熱伝導率が高い材料で構成される。

Description

圧縮機および空気調和装置

　本発明は、圧縮機および空気調和装置に関する。

　空気調和装置等に用いられる圧縮機は、圧縮機構部と、電動機と、これらを連結する回転軸とを有する。回転軸は、圧縮機構部に設けられた軸受部により、片持ち支持されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５－２４８８４３号公報（図１参照）

　圧縮機の出力を高めるためには、圧縮機の行程容量を大きくし、回転子を高速で回転させる必要がある。しかしながら、この場合、トルクおよび遠心力の増大により、回転子の振れ回りが生じ、圧縮機の振動および騒音が増加する可能性がある。また、高速回転に伴って回転子の鉄損が大きくなるため、回転子の温度が上昇し、回転子に搭載された永久磁石の減磁が生じ、また回転軸と軸受部との摺動損失が増加する可能性がある。

　そのため、圧縮機の振動および騒音を抑制し、且つ温度上昇を抑制することが求められている。

　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、圧縮機の振動および騒音を抑制し、且つ温度上昇を抑制することを目的とする。

　本発明の一態様による圧縮機は、電動機と、電動機によって駆動される圧縮機構部と、電動機と圧縮機構部とを連結する回転軸とを備える。回転軸の少なくとも一部は、鋳鉄よりも縦弾性係数が高く、且つ鋳鉄よりも熱伝導率が高い材料で構成される。

　この発明によれば、回転軸の少なくとも一部が、鋳鉄よりも縦弾性係数が高く、且つ鋳鉄よりも熱伝導率が高い材料で構成されるため、圧縮機の振動および騒音を抑制し、且つ温度上昇を抑制することができる。

実施の形態１の圧縮機を示す縦断面図である。 実施の形態１の電動機を示す横断面図である。 実施の形態１の圧縮機構部を示す縦断面図である。 実施の形態１の圧縮機構部を示す横断面図である。 実施の形態２の圧縮機を示す縦断面図である。 実施の形態２の圧縮機構部を示す縦断面図である。 実施の形態３の圧縮機構部を示す縦断面図である。 各実施の形態の圧縮機が適用可能な空気調和装置の構成を示す図である。

　本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
＜圧縮機の構成＞
　図１は、実施の形態１の圧縮機３を示す縦断面図である。圧縮機３は、ロータリ圧縮機である。圧縮機３は、圧縮機構部３１と、圧縮機構部３１を駆動する電動機６と、圧縮機構部３１と電動機６とを連結する回転軸１０と、これらを収容する密閉容器３２とを備える。ここでは、回転軸１０の軸方向は鉛直方向であり、電動機６は圧縮機構部３１に対して上方に配置されている。

　以下では、回転軸１０の回転中心である軸線Ｃ１の方向を「軸方向」とする。また、軸線Ｃ１を中心とする径方向を「径方向」とし、軸線Ｃ１を中心とする周方向（図２に矢印Ｒ１で示す）を「周方向」とする。また、軸線Ｃ１と平行な面における断面図を縦断面図とし、軸線Ｃ１に直交する面における断面図を横断面図とする。

＜電動機の構成＞
　図２は、電動機６を示す横断面図である。電動機６は、インナロータ型と呼ばれる電動機であり、固定子５と、固定子５の内側に回転可能に設けられた回転子４とを有する。回転子４と固定子５との間には、例えば０．３～１．０ｍｍの空隙が形成されている。

　回転子４は、円筒状の回転子鉄心４０と、回転子鉄心４０に取り付けられた永久磁石４５とを有する。回転子鉄心４０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により一体化したものである。電磁鋼板の板厚は０．１～０．７ｍｍであり、ここでは０．３５ｍｍである。回転子鉄心４０の径方向の中心には軸孔４４が形成され、上述した回転軸１０が、焼嵌め、圧入または接着等により固定されている。

　回転子鉄心４０の外周に沿って、永久磁石４５が挿入される複数の磁石挿入孔４１が形成されている。磁石挿入孔４１の数は、ここでは６である。但し、磁石挿入孔４１の数は６に限定されるものではなく、２以上であればよい。１つの磁石挿入孔４１は１磁極に相当し、隣り合う磁石挿入孔４１の間は極間となる。磁石挿入孔４１は、周方向の中心部が径方向内側に突出するようにＶ字状に形成されている。

　各磁石挿入孔４１には、２つの永久磁石４５が挿入されている。永久磁石４５は、回転子鉄心４０の周方向に幅を有し、径方向に厚さを有する。永久磁石４５の厚さは、回転子４と固定子５との間の空隙の２．５倍以上であり、例えば２ｍｍである。

　永久磁石４５は、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）およびボロン（Ｂ）を主成分とする希土類磁石で構成されている。永久磁石４５は、ジスプロシウム（Ｄｙ）、テレビウム（Ｔｒ）などの重希土類元素を含有しないか、あるいは、含有したとしても重希土類元素の含有量は２重量％以下である。

　各永久磁石４５は、厚さ方向に着磁されている。同じ磁石挿入孔４１に挿入された２つの永久磁石４５は、径方向外側に互いに同一の磁極を有する。隣り合う磁石挿入孔４１に挿入された永久磁石４５は、径方向外側に互いに反対の磁極を有する。なお、磁石挿入孔４１の形状はＶ字状に限られない。また、１つの磁石挿入孔４１には、少なくとも１つの永久磁石４５が配置されていればよい。

　各磁石挿入孔４１の周方向両端部には、漏れ磁束抑制穴としてのフラックスバリア４２が形成されている。フラックスバリア４２と回転子鉄心４０の外周との間の鉄心部分は、薄肉部となっており、隣り合う磁極間の漏れ磁束を抑制する。

　回転子鉄心４０の外径Ｄｒ（図１）は、後述するシリンダ室２６の内径Ｄｓ（図４）以下である。また、回転子鉄心４０の軸方向の長さＬｒ（図１）は、回転子鉄心４０の外径Ｄｒよりも大きい。これにより、回転子４の高速回転時の遠心力を抑制し、且つ電動機６のトルクを向上することができる。

　回転子４の軸方向両端には、磁石挿入孔４１から永久磁石４５が抜けないようにするため、円板状の端板４７，４８が固定されている。端板４７，４８には、回転子４の回転バランスを向上するためのバランスウエイトがそれぞれ設けられている。

　また、回転子４は、剛性を高めるため、回転子鉄心４０の外周を覆う円筒状の保持部４６を有する。保持部４６は、接着剤、圧入、焼き嵌め、または冷やし嵌めによって回転子鉄心４０の外周に固定される。保持部４６は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ステンレス鋼または樹脂で構成される。

　固定子５は、固定子鉄心５０と、固定子鉄心５０に巻き付けられたコイル５５とを有する。固定子鉄心５０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により一体化したものである。電磁鋼板の板厚は０．１～０．５ｍｍであり、ここでは０．２５ｍｍである。

　なお、固定子鉄心５０の電磁鋼板の板厚は、回転子鉄心４０の電磁鋼板の板厚よりも薄いことが望ましい。固定子５では回転子４よりも鉄損が大きくなり易いため、より薄い電磁鋼板を用いることで、固定子５の温度上昇を抑制することができる。

　固定子鉄心５０は、軸線Ｃ１を中心とする環状のヨーク部５１と、ヨーク部５１から径方向内側に延在する複数のティース５２とを有する。ティース５２は、周方向に一定間隔で配置されている。ティース５２の数は、ここでは９である。但し、ティース５２の数は９に限定されるものではなく、２以上であればよい。周方向に隣り合うティース５２の間には、コイル５５を収容する空間であるスロット５３が形成される。

　固定子鉄心５０は、ここでは、ティース５２毎に複数の分割鉄心５Ａを周方向に連結した構成を有する。分割鉄心５Ａの数は、ティース５２の数と同じである。各分割鉄心５Ａは、ヨーク部５１の外周側の端部に設けられた連結部５１ａで互いに連結されている。但し、固定子鉄心５０は、分割鉄心５Ａを連結したものには限定されない。

　固定子鉄心５０とコイル５５との間には、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂で構成された絶縁部５４（図１）が設けられる。絶縁部５４は、樹脂の成形体を固定子鉄心５０に取り付けるか、または固定子鉄心５０を樹脂で一体成形することで形成される。

　固定子鉄心５０は、圧縮機３の密閉容器３２（図１）の内側に、焼き嵌め、圧入または溶接等によって組み込まれている。

＜圧縮機構部の構成＞
　図１に示すように、圧縮機構部３１は、シリンダ室２６を有するシリンダ２１と、回転軸１０に固定されたローリングピストン２２と、シリンダ室２６内を吸入側と圧縮側に分けるベーン２５（図４）と、シリンダ室２６の軸方向端部を閉鎖する上部フレーム２３および下部フレーム２４とを有する。上部フレーム２３および下部フレーム２４には、上部吐出マフラ２７および下部吐出マフラ２８がそれぞれ取り付けられている。

　密閉容器３２は、鋼板を絞り加工して形成された円筒状の容器である。電動機６の固定子５は、焼き嵌め、圧入または溶接等の方法により、密閉容器３２の内側に組み込まれている。密閉容器３２の底部には、圧縮機構部３１の摺動部を潤滑する潤滑剤としての冷凍機油が貯留されている。

　また、密閉容器３２の上部には、冷媒を外部に吐出する吐出管３５と、固定子５のコイル５５に電力を供給するための端子３６とが設けられている。また、密閉容器３２の外部には、冷媒ガスを貯蔵するアキュムレータ３３が、固定部３７を介して固定されている。

　図３は、圧縮機構部３１を示す縦断面図であり、図４は、図１に示した線分ＩＶ－ＩＶにおける圧縮機構部３１を示す横断面図である。圧縮機構部３１のシリンダ２１は、軸線Ｃ１を中心とする円筒状のシリンダ室２６を有する。回転軸１０は、シリンダ室２６の内部に位置する偏心軸部１４を有する。偏心軸部１４は、軸線Ｃ１に対して偏心した中心軸を有する円筒状部分である。

　偏心軸部１４の外周には、環状のローリングピストン２２が嵌合している。回転軸１０の回転により、偏心軸部１４およびローリングピストン２２が、シリンダ室２６内で、軸線Ｃ１に対して偏心した中心軸を中心として回転する。

　回転軸１０において、偏心軸部１４よりも電動機６側の部分を、主軸部１０１と称する。また、偏心軸部１４を挟んで主軸部１０１と反対側の部分を、副軸部１０２と称する。ここでは、主軸部１０１が上側に位置し、副軸部１０２が下側に位置する。主軸部１０１および副軸部１０２は、いずれも軸線Ｃ１上に中心を有する。また、回転軸１０の中心には、軸線Ｃ１に沿って中心孔１３が形成されている。

　上部フレーム２３は、シリンダ室２６の上端部を閉鎖する平板部２３ａと、回転軸１０の主軸部１０１を回転可能に支持する軸受部２３ｂとを有する。軸受部２３ｂは、すべり軸受である。上部フレーム２３は、鋳鉄等の鉄で構成されており、例えばボルト等により、シリンダ２１の上面に固定されている。

　上部フレーム２３の軸受部２３ｂと主軸部１０１との間には、密閉容器３２の底部に貯留された冷凍機油が、回転軸１０の中心孔１３および給油路１５を通って供給される。主軸部１０１は、冷凍機油の油膜の流体潤滑により、軸受部２３ｂに回転可能に支持される。

　下部フレーム２４は、シリンダ室２６の下端部を閉鎖する平板部２４ａと、回転軸１０の副軸部１０２を回転可能に支持する軸受部２４ｂとを有する。軸受部２４ｂは、すべり軸受である。下部フレーム２４は、鋳鉄等の鉄で構成されており、例えばボルト等により、シリンダ２１の下面に固定されている。

　下部フレーム２４の軸受部２４ｂと副軸部１０２との間には、密閉容器３２の底部に貯留された冷凍機油が、回転軸１０の中心孔１３および給油路１６を通って供給される。副軸部１０２は、冷凍機油の油膜の流体潤滑により、軸受部２４ｂに回転可能に支持される。

　図４に示すように、シリンダ２１は、軸線Ｃ１を中心とする径方向に延在するベーン溝２１ａを有する。ベーン溝２１ａの一端はシリンダ室２６に連通しており、ベーン溝２１ａの他端は背圧室２１ｂに連通している。ベーン溝２１ａには、ベーン２５が挿入されている。ベーン２５は、ベーン溝２１ａ内で往復可能である。背圧室２１ｂには、スプリングが設けられており、ベーン２５をベーン溝２１ａからシリンダ室２６内に押し出し、ベーン２５の先端をローリングピストン２２の外周面に当接させている。

　ベーン２５は、シリンダ室２６の内周面とローリングピストン２２の外周面とで形成される空間を、２つの作動室に仕切る。２つの作動室のうち、吸入口２９に連通する作動室は、低圧の冷媒ガスを吸入する吸入室２６ａとして機能し、他方の作動室は、冷媒を圧縮する圧縮室２６ｂとして機能する。シリンダ２１には、密閉容器３２の外部からシリンダ室２６内に冷媒ガスを吸入する吸入口２９が形成されている。吸入口２９は、シリンダ室２６内の吸入室２６ａと連通する。

　吸入口２９には、アキュムレータ３３（図１）の吸入管３４が接続されている。圧縮機３には、空気調和装置７の冷媒回路から低圧の冷媒ガスと液冷媒とが混在して供給されるが、液冷媒が圧縮機構部３１に流入して圧縮されると、圧縮機構部３１の故障の原因となる。そのため、アキュムレータ３３で液冷媒と冷媒ガスとを分離し、冷媒ガスのみを圧縮機構部３１に供給する。

　また、上部フレーム２３には、シリンダ室２６内の圧縮室２６ｂ（図４）で圧縮された冷媒ガスをシリンダ室２６の外部に吐出する吐出口が設けられている。吐出口には、吐出弁が設けられている。吐出弁は、シリンダ室２６の圧縮室２６ｂ内で圧縮される冷媒ガスの圧力が規定圧力以上となると開口して、冷媒ガスを密閉容器３２内へ吐出させる。

　シリンダ室２６から密閉容器３２内に吐出された冷媒ガスは、密閉容器３２の上方に流れる。冷媒ガスは、電動機６の回転子４と固定子５との隙間、または固定子５と密閉容器３２の内周面との隙間を通って上方に流れ、吐出管３５から密閉容器３２の外部に送り出される。

　冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７ＣまたはＲ２２等が用いられる。地球温暖化防止の観点からは、ＧＷＰ（地球温暖化係数）の低い冷媒を用いることが望ましい。

　回転子鉄心４０の軸方向長さＬｒは、圧縮機構部３１のシリンダ２１の軸方向長さＬｓ以上であることが望ましく、シリンダ２１の軸方向長さＬｓの２倍以上であることがより望ましい。回転子鉄心４０の軸方向長さＬｒが長いほど、永久磁石４５の軸方向長さが長くなって磁力が大きくなるため、トルクが向上する。

＜回転軸の構成＞
　回転軸１０は、径方向内側の第１の軸部１１と、径方向外側の第２の軸部１２とを有する。第１の軸部１１および第２の軸部１２は、いずれも、回転軸１０の軸方向の一端から他端まで、すなわち図１における下端から上端まで形成されている。

　第１の軸部１１は、鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率の高い材料で構成される。鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率の高い材料は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。一方、第２の軸部１２は、鉄、より具体的には鋳鉄で構成される。

　炭素繊維強化プラスチックは、例えば、繊維長さ５０μｍ～３μｍのピッチ系炭素繊維と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の熱可塑性樹脂とを含むものが望ましい。ピッチ系炭素繊維は、超高弾性係数（ｕｌｔｒａ　ｈｉｇｈ　ｍｏｄｕｌｕｓ）タイプであることが望ましい。

　鋳鉄の縦弾性係数は、１００～１７０［ＧＰａ］である。炭素繊維強化プラスチックの縦弾性係数は、３００～９００［ＧＰａ］である。すなわち、炭素繊維強化プラスチックの縦弾性係数は、鋳鉄の縦弾性係数の３～５倍である。

　鋳鉄の熱伝導率は、４０～５０［Ｗ／ｍＫ］である。炭素繊維強化プラスチックの熱伝導率は、１５０～９００［Ｗ／ｍＫ］である。すなわち、炭素繊維強化プラスチックの熱伝導率は、鋳鉄の熱伝導率の３～１８倍である。

　このような構成を有する回転軸１０は、炭素繊維強化プラスチックで構成した第１の軸部１１を、鋳鉄の鋳物で構成した第２の軸部１２の内側に芯棒として挿入することによって製造される。

　鋳鉄は、一般的な圧縮機の回転軸に用いられる材料である。回転軸１０の第１の軸部１１は、一般的な圧縮機の回転軸の構成材料よりも、縦弾性係数および熱伝導率の高い材料で構成されていると言うことができる。一方、第２の軸部１２は、一般的な圧縮機の回転軸の構成材料と同様の材料で構成されていると言うことができる。

　第１の軸部１１を、鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率の高い材料で構成することにより、回転軸１０の撓みを抑制し、振動および騒音を抑制することができる。また、回転子４における鉄損および摺動損による熱を、回転軸１０を介して放熱することができ、回転子４の温度上昇を抑制することができる。

　軸方向と直交する断面において、第１の軸部１１の外径Ｄ１は、回転軸１０の外径Ｄ０の９０％未満である（Ｄ１＜０．９×Ｄ０）。第２の軸部１２の厚さを薄くし過ぎないことにより、第２の軸部１２の第１の軸部１１からの剥離を防止することができる。

＜圧縮機の動作＞
　次に、圧縮機３の動作について説明する。端子３６から固定子５のコイル５５に電流が供給されると、コイル５５の電流によって生じる磁界と回転子４の永久磁石４５の磁界とにより、固定子５と回転子４との間に吸引力および反発力が発生し、回転子４が回転する。これに伴い、回転子４に固定された回転軸１０も回転する。

　シリンダ室２６内では、回転軸１０の偏心軸部１４とこれに取り付けられたローリングピストン２２とが、軸線Ｃ１に対して偏心した軸を中心として、図４に矢印Ａで示す方向に回転する。偏心軸部１４およびローリングピストン２２がシリンダ室２６内で偏心回転することにより、吸入口２９と連通した作動室が吸入室２６ａとして機能し、低圧の冷媒ガスを吸入する。

　アキュムレータ３３内の冷媒ガスは、吸入管３４を通ってシリンダ室２６の吸入室２６ａに供給される。冷媒ガスが供給された吸入室２６ａは、偏心軸部１４およびローリングピストン２２の偏心回転によりシリンダ室２６内を移動し、吸入口２９との連通が断たれ、それ以降は圧縮室２６ｂとして機能する。偏心軸部１４およびローリングピストン２２の偏心回転により、圧縮室２６ｂの容積が縮小して冷媒ガスを圧縮する。

　偏心軸部１４およびローリングピストン２２の偏心回転が進むにつれて、圧縮室２６ｂと吐出口とが連通する。これにより、圧縮室２６ｂ内の高圧の冷媒ガスは、吐出口を介して密閉容器３２内に吐出される。偏心軸部１４およびローリングピストン２２がさらに偏心回転すると、圧縮室２６ｂは吐出口との連通が断たれ、再び吸入口２９と連通され、それ以降は吸入室２６ａとして機能する。

　シリンダ室２６で圧縮された冷媒は、吐出マフラ２７，２８を通り、さらに回転子４と固定子５との空隙および固定子５と密閉容器３２との間を通って、密閉容器３２内を上昇する。密閉容器３２内を上昇した冷媒は、吐出管３５から吐出され、空気調和装置７（図８）の冷媒回路に送り出される。

＜作用＞
　組み立て時のばらつき等により回転子４が回転軸１０に対して偏心して取り付けられた場合、回転子４と固定子５との空隙が周方向に亘って不均一になり、回転子４と固定子５との間に磁気吸引力が作用する可能性がある。また、回転子４の質量分布にアンバランスがあると、回転子４に大きな遠心力が作用する可能性がある。これらの力は、高速回転時に回転子４を振れ回りさせるように作用する。

　また、回転軸１０は、圧縮機構部３１の軸受部２３ｂ，２４ｂにより片持ち支持されているため、軸受部２３ｂ，２４ｂを支点として、回転軸１０を撓ませるように力が作用する。

　この実施の形態１では、回転軸１０の第１の軸部１１が鋳鉄よりも縦弾性係数の高い材料で構成されているため、回転軸１０の剛性を高くすることができ、磁気吸引力および遠心力による回転軸１０の撓みを抑制することができる。

　これにより、回転子４を例えば毎分７８００回転以上の高速で回転させた場合であっても、圧縮機３の振動および騒音を抑制することができる。すなわち、高出力で信頼性の高い圧縮機３を得ることができる。

　また、回転軸１０の剛性を高めることで、回転軸１０の外径を細くし、シリンダ室２６の容積を大きくすることができる。また、回転軸１０の外径を細くすることにより、回転軸１０と軸受部２３ｂ，２４ｂとの摺動損失を低減し、圧縮機３の温度上昇を抑制することができる。

　また、回転子４の高速回転時には、回転子鉄心４０の鉄損および永久磁石４５の渦電流損、並びに軸受部２３ｂ，２４ｂと回転軸１０との摺動損（摩擦）により、熱が発生する。回転軸１０の第１の軸部１１が鋳鉄よりも熱伝導率の高い材料で構成されているため、回転軸１０を介して熱を放熱し、圧縮機３の温度上昇を抑制することができる。なお、回転軸１０から放出された熱は、冷媒と共に吐出管３５を通って外部に放出される。

　また、回転子４の回転中には永久磁石４５の渦電流損による熱も発生するが、この熱を回転軸１０を介して放熱することにより、永久磁石４５の温度上昇を抑制できる。永久磁石４５を構成する希土類磁石は温度が高いほど減磁しやすいため、永久磁石４５の温度上昇を抑制することで、減磁を抑制することができる。

　また、回転軸１０の第２の軸部１２は鋳鉄等の鉄で構成されているため、鋳鉄等の鉄で構成された軸受部２３ｂ，２４ｂとの摺動特性を良好に保つことができる。すなわち、回転軸１０と軸受部２３ｂ，２４ｂとの摺動特性を損なわずに、回転軸１０の剛性を高めることができる。

　また、軸方向と直交する断面において、第１の軸部１１の外径Ｄ１は、回転軸１０の外径Ｄ０の９０％未満である（Ｄ１＜０．９×Ｄ０）。第２の軸部１２の厚さを薄くし過ぎないことにより、第２の軸部１２の第１の軸部１１からの剥離を防止することができる。

　また、上記のように回転軸１０の撓みが抑制されるため、回転軸１０の外径を細くした場合であっても、回転軸１０の凝着摩耗およびかじり（スカッフ）を抑制することができる。すなわち、圧縮機３の機械損失を低減することができ、小型で高効率な圧縮機３を得ることができる。

　また、上記の通り、回転子鉄心４０の外径Ｄｒは、シリンダ室２６の内径Ｄｓ（図４）以下である。このように回転子鉄心４０の外径Ｄｒを大きくし過ぎないことで、回転子４の高速回転時の遠心力を抑制することができる。また、回転子鉄心４０の軸方向の長さＬｒは、回転子鉄心４０の外径Ｄｒよりも大きい。回転子鉄心４０の長さＬｒが長いほど永久磁石４５の長さも長くなるため、永久磁石４５の磁力が大きくなり、トルクが高くなる。そのため、圧縮機構部３１の行程容積に応じた十分なトルクを発生することができる。これらの結果、電動機６を高速且つ高トルクで駆動することができる。

　また、上記の通り、回転子鉄心４０の軸方向長さＬｒは、圧縮機構部３１のシリンダ２１の軸方向長さＬｓ以上であることが望ましく、シリンダ２１の軸方向長さＬｓの２倍以上であることがより望ましい。回転子鉄心４０の軸方向長さが長いほど、永久磁石４５の軸方向長さが長くなって磁力が大きくなるため、トルクが高くなる。その結果、例えば圧縮機構部３１の行程容積が２００ｃｃ以上となった場合のように圧縮負荷が増加しても、その圧縮負荷に応じたトルクを発生することができる。また、電動機１のトルク不足に起因する圧縮機構部３１の負荷変動を抑制することができる。

　また、上記の通り、回転子４は、回転子鉄心４０の外周を覆う保持部４６を有する。保持部４６は、例えば、炭素繊維強化プラスチック、ステンレス鋼、または樹脂で構成される。保持部４６を設けることにより、回転子４の剛性を高めることができる。これにより、電動機６の性能を低下させることなく、回転子４を高速で回転させることが可能となり、電動機６の出力を増加させることができる。

　保持部４６は、非磁性材料で構成されることが望ましい。すなわち、保持部４６は、非磁性の炭素繊維強化プラスチック、非磁性のステンレス鋼、または非磁性の樹脂で構成されることが望ましい。保持部４６を非磁性材料で構成することにより、回転子４の隣り合う磁極間の漏れ磁束を低減し、回転子４の磁力をさらに大きくすることができる。また、回転子４における渦電流の増加を抑制することができる。

　保持部４６の線膨張係数は、回転子鉄心４０の線膨張係数よりも小さいことが望ましい。例えば、保持部４６が炭素繊維強化プラスチックで作られている場合には、保持部４６の線膨張係数は、回転子鉄心４０を構成する電磁鋼板の線膨張係数よりも小さい。これにより、回転子４と固定子５との間の空隙の温度変化を抑制することができる。

　また、炭素繊維強化プラスチックは高い強度を有するため、保持部４６を炭素繊維強化プラスチックで構成することで、保持部４６の厚さを薄くすることができる。これにより、回転子４と固定子５との間の空隙を小さくし、永久磁石４５の磁力を有効に利用することができる。その結果、回転子４の回転速度を高速化し、電動機効率を向上することができる。

＜実施の形態の効果＞
　以上説明したように、実施の形態１の圧縮機３は、電動機６と、電動機６によって駆動される圧縮機構部３１と、電動機６と圧縮機構部３１とを連結する回転軸１０とを備え、回転軸１０の第１の軸部１１が、鋳鉄よりも縦弾性係数が高く、且つ鋳鉄よりも熱伝導率が高い材料で構成される。そのため、回転軸１０の剛性を高くして回転軸１０の撓みを抑制することができ、振動および騒音を抑制することができる。また、回転軸１０の放熱効果により、圧縮機３の温度上昇を抑制することができる。その結果、電動機６を高速且つ高トルクで駆動することができ、圧縮機３の出力を高めることができる。

　特に、第１の軸部１１を炭素繊維強化プラスチックで構成することにより、回転軸１０の剛性および放熱性をさらに向上し、圧縮機３の出力をさらに高めることができる。

　また、回転軸１０は、軸線Ｃ１に対して偏心した偏心軸部１４を有し、圧縮機構部３１は、偏心軸部１４に取り付けられたローリングピストン２２と、偏心軸部１４およびローリングピストン２２が配置されたシリンダ室２６を有するシリンダ２１とを備える。そのため、回転軸１０の回転により、偏心軸部１４およびローリングピストン２２がシリンダ室２６内で偏心回転し、冷媒が圧縮される。

　また、回転軸１０は径方向の内側に第１の軸部１１を有し、第１の軸部１１の径方向の外側に第２の軸部１２を有し、第１の軸部１１が、鋳鉄よりも縦弾性係数が高く、且つ鋳鉄よりも熱伝導率が高い材料、例えば炭素繊維強化プラスチックで構成されている。そのため、回転軸１０の剛性および放熱性を高めることができる。

　また、第２の軸部１２が、鉄、より具体的には鋳鉄で構成されるため、回転軸１０と軸受部２３ｂ，２４ｂとの良好な摺動特性を得ることができ、摺動損を抑制することができる。

　また、第１の軸部１１および第２の軸部１２が、回転軸１０の軸方向の一端から他端まで延在しているため、回転軸１０に、異種材料同士が軸方向に接合される接合部を設ける必要がない。これにより、回転軸１０の全体の剛性を高めることができる。

　また、回転子４が、回転子鉄心４０と永久磁石４５とを有し、永久磁石４５が希土類磁石であるため、高いトルクを発生することができる。

　また、回転子４が、回転子鉄心４０を径方向外側から保持する保持部４６を有するため、回転子４の剛性を高めることができ、回転子４の回転速度を高速化することが可能となる。

　また、保持部４６を非磁性材料で構成することにより、回転子４の隣り合う磁極間の漏れ磁束を低減することができる。その結果、回転子４の永久磁石４５の磁力をさらに大きくし、より高いトルクを発生することができる。

実施の形態２．
　図５は、実施の形態２の圧縮機３Ａを示す縦断面図である。図６は、実施の形態２の圧縮機３Ａの圧縮機構部３１Ａを示す縦断面図である。実施の形態２の圧縮機３Ａは、回転軸１０Ａの構成において、実施の形態１の圧縮機３と異なる。

　この実施の形態２の回転軸１０Ａでは、主軸部１０１および副軸部１０２が、鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率が高い材料で構成されている。さらに、偏心軸部１４の中心部１４Ａ、すなわち主軸部１０１および副軸部１０２と同一の断面形状を有する部分も、鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率が高い材料で構成されている。

　これら回転軸１０Ａの主軸部１０１および副軸部１０２、並びに偏心軸部１４の中心部１４Ａは、例えば、炭素繊維強化プラスチックで構成される。また、偏心軸部１４の中心部１４Ａ以外の部分は、鉄、例えば鋳鉄で構成される。

　このような構成を有する回転軸１０Ａは、例えば炭素繊維強化プラスチックで構成した軸部を、鋳鉄の鋳物で構成した偏心軸部１４の内側に芯棒として挿入することによって製造される。

　この実施の形態２では、回転軸１０Ａの主軸部１０１および副軸部１０２並びに偏心軸部１４の中心部１４Ａが、鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率が高い材料で構成されるため、回転軸１０Ａの剛性および放熱性をさらに向上することができる。その結果、圧縮機３Ａの振動および騒音を抑制し、且つ温度上昇を抑制することができ、圧縮機３Ａの出力をさらに高めることができる。

実施の形態３．
　図７は、実施の形態３の圧縮機３Ｂの圧縮機構部３１Ｂを示す縦断面図である。実施の形態３の圧縮機３Ｂは、回転軸１０Ｂの構成において、実施の形態１の圧縮機３と異なる。

　この実施の形態３では、主軸部１０１と副軸部１０２と偏心軸部１４とを含む回転軸１０Ｂの全体が、鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率が高い材料で構成されている。より具体的には、回転軸１０Ｂの全体が、例えば、炭素繊維強化プラスチックで構成される。

　このような回転軸１０Ｂは、射出成形法により、例えば炭素繊維強化プラスチックを用いて主軸部１０１と副軸部１０２と偏心軸部１４とを含む成形体を成形し、成形体の軸受部２３ｂ，２４ｂとの摺動面を研磨することによって製造される。

　この実施の形態３では、回転軸１０Ｂの全体が、鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率が高い材料で構成されるため、回転軸１０Ｂの剛性および放熱性をさらに向上することができる。その結果、圧縮機３Ｂの振動および騒音を抑制し、且つ温度上昇を抑制することができ、圧縮機３Ｂの出力をさらに高めることができる。

　なお、上述した実施の形態１～３では、回転軸１０（１０Ａ，１０Ｂ）の軸方向の一端から他端までの全体が、鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率が高い材料で構成されていたが、少なくとも圧縮機構部３１（３１Ａ，３１Ｂ）内に位置する部分が鋳鉄よりも縦弾性係数および熱伝導率が高い材料で構成されていればよい。

＜空気調和装置＞
　次に、各実施の形態の圧縮機３が適用可能な空気調和装置７（冷凍空調装置とも称する）について説明する。図８は、空気調和装置７の構成を示す図である。図８に示した空気調和装置７は、実施の形態１の圧縮機３と、切り替え弁としての四方弁７１と、凝縮器７２と、減圧装置７３と、蒸発器７４と、冷媒配管７０とを備える。圧縮機３、凝縮器７２、減圧装置７３および蒸発器７４は、冷媒配管７０によって連結され、冷媒回路を構成している。また、圧縮機３は、凝縮器７２に対向する室外送風機７５と、蒸発器７４に対向する室内送風機７６とを備える。

　空気調和装置７の動作は、次の通りである。圧縮機３は、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒として送り出す。四方弁７１は、冷媒の流れ方向を切り替えるものであるが、冷房運転時には、図８に示したように、圧縮機３から送り出された冷媒を凝縮器７２に流す。凝縮器７２は、圧縮機３から送り出された冷媒と、室外送風機７５により送られた室外空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液冷媒として送り出す。減圧装置７３は、凝縮器７２から送り出された液冷媒を膨張させて、低温低圧の液冷媒として送り出す。

　蒸発器７４は、減圧装置７３から送り出された低温低圧の液冷媒と室内空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発（気化）させ、ガス冷媒として送り出す。蒸発器７４で熱が奪われた空気は、室内送風機７６により、空調対象空間である室内に供給される。

　なお、暖房運転時には、四方弁７１が、圧縮機３から送り出された冷媒を蒸発器７４に送り出す。この場合、蒸発器７４が凝縮器として機能し、凝縮器７２が蒸発器として機能する。

　空気調和装置７の圧縮機３は、実施の形態１で説明したように、振動および騒音の抑制並びに温度上昇の抑制により高い出力を有する。そのため、空気調和装置７の静音性を高め、運転効率を向上することができる。

　なお、実施の形態１の圧縮機の代わりに、実施の形態２または３の圧縮機を用いてもよい。また、空気調和装置７における圧縮機３以外の構成要素は、上述した構成例に限定されるものではない。

　以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変形を行なうことができる。

　１　電動機、　３，３Ａ，３Ｂ　圧縮機、　４　回転子、　５　固定子、　５Ａ　分割鉄心、　６　電動機、　７　空気調和装置、　１０，１０Ａ，１０Ｂ　回転軸、　１１　第１の軸部、　１２　第２の軸部、　１３　中心孔、　１４　偏心軸部、　１５，１６　給油路、　２１　シリンダ、　２２　ローリングピストン、　２３　上部フレーム、　２３ａ　平板部、　２３ｂ　軸受部、　２４　下部フレーム、　２４ａ　平板部、　２４ｂ　軸受部、　２５　ベーン、　２６　シリンダ室、　２９　吸入口、　３１，３１Ａ，３１Ｂ　圧縮機構部、　３２　密閉容器、　３３　アキュムレータ、　３４　吸入管、　４０　回転子鉄心、　４１磁石挿入孔、　４５　永久磁石、　４６　保持部、　５０　固定子鉄心、　５５　コイル、　７０　冷媒配管、　７１　四方弁（切り替え弁）、　７２　凝縮器、　７３　減圧装置、　７４　蒸発器、　１０１　主軸部、　１０２　副軸部。

Claims (20)

1. 　電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機構部と、前記電動機と前記圧縮機構部とを連結する回転軸とを備え、
   　前記回転軸の少なくとも一部は、鋳鉄よりも縦弾性係数が高く、且つ鋳鉄よりも熱伝導率が高い材料で構成される
   　圧縮機。
2. 　前記回転軸の前記少なくとも一部は、炭素繊維強化プラスチックで構成されている
   　請求項１に記載の圧縮機。
3. 　前記回転軸は、前記回転軸の回転中心に対して偏心した偏心軸部を有し、
   　前記圧縮機構部は、前記偏心軸部に取り付けられたローリングピストンと、前記偏心軸部および前記ローリングピストンが配置されたシリンダ室を有するシリンダとを有する
   　請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 　前記回転軸は、当該回転軸の回転中心を中心とする径方向の内側に第１の軸部を有し、前記第１の軸部の前記径方向の外側に第２の軸部を有し、
   　前記回転軸の前記少なくとも一部は、前記第１の軸部を含む
   　請求項３に記載の圧縮機。
5. 　前記第１の軸部および前記第２の軸部は、前記回転軸の軸方向の一端から他端まで延在している
   　請求項４に記載の圧縮機。
6. 　前記回転軸の前記径方向の外径をＤ０とし、
   　前記第１の軸部の前記径方向の外径をＤ１とすると、
   　Ｄ１＜０．９×Ｄ０
   　が成立する
   　請求項５に記載の圧縮機。
7. 　前記第２の軸部は、鉄で構成される
   　請求項４から６までの何れか１項に記載の圧縮機。
8. 　前記回転軸は、前記偏心軸部の前記電動機側に主軸部を有し、その反対側に副軸部を有し、
   　前記主軸部および前記副軸部並びに前記偏心軸部の少なくとも一部が、鋳鉄よりも縦弾性係数が高く、且つ鋳鉄よりも熱伝導率が高い材料で構成される
   　請求項３に記載の圧縮機。
9. 　前記回転軸の全体が、鋳鉄よりも縦弾性係数が高く、且つ鋳鉄よりも熱伝導率が高い材料で構成される
   　請求項３に記載の圧縮機。
10. 　前記電動機は、前記回転軸に固定された回転子を有し、
    　前記圧縮機構部は、前記回転軸を支持する軸受部を有する
    　請求項３から９までの何れか１項に記載の圧縮機。
11. 　前記回転軸の回転中心を中心とする径方向における前記回転子の外径は、同方向における前記シリンダ室の内径以下である
    　請求項１０に記載の圧縮機。
12. 　前記回転軸の軸方向における前記回転子の長さは、同方向における前記シリンダの長さ以上である
    　請求項１０または１１に記載の圧縮機。
13. 　前記回転子の外径は、前記回転軸の軸方向における前記回転子の長さよりも短い
    　請求項１０から１２までの何れか１項に記載の圧縮機。
14. 　前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心に取り付けられた永久磁石とを有する
    　請求項１３に記載の圧縮機。
15. 　前記永久磁石は、希土類磁石である
    　請求項１４に記載の圧縮機。
16. 　前記回転子は、前記回転子鉄心を、前記回転軸の回転中心を中心とする径方向の外側から保持する保持部を有する
    　請求項１４または１５に記載の圧縮機。
17. 　前記保持部は、炭素繊維強化プラスチック、ステンレス鋼、または樹脂で構成される
    　請求項１６に記載の圧縮機。
18. 　前記保持部は、非磁性材料で構成される
    　請求項１６または１７に記載の圧縮機。
19. 　前記圧縮機構部は、前記電動機の上方に配置されている
    　請求項１から１８までの何れか１項に記載の圧縮機。
20. 　請求項１から１９までの何れか１項に記載の圧縮機と、
    　前記圧縮機から送り出された冷媒を凝縮する凝縮器と、
    　前記凝縮器により凝縮した冷媒を減圧する減圧装置と、 
    　前記減圧装置で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と
    　を備えた空気調和装置。

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