CN104379935B - 螺旋式压缩机 - Google Patents

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Abstract

螺旋式压缩机(1)具备：螺旋转子(4)；转子轴(11)，其与螺旋转子(4)的雄转子(4a)同轴，且相对于该雄转子(4a)设为一体构造；马达部(8)(马达)，其使转子轴(11)旋转；以及轴承(14)，其对转子轴(11)中的螺旋转子(4)与马达之间的部分进行支承，从而悬臂支承马达。通过设置缺口部(16)，转子轴(11)中的轴承(14)与马达的旋转件(5)之间的部分的弯曲刚度在转子轴(11)的相互正交的两个正交方向(x轴方向、y轴方向)上不同。

Description

螺旋式压缩机
技术领域
本发明涉及一种螺旋式的压缩机。
背景技术
电动机直接连结构造的螺旋式压缩机与借助驱动带的动力传递方式的螺旋式压缩机相比，能量转换效率优异。另外，在采用使用了变频器的转速控制方式的螺旋式压缩机中，电动机直接连结构造的螺旋式压缩机成为主流。从降低成本、削减机械性损失的观点出发，电动机直接连结构造的螺旋式压缩机大多构成为在马达轴的单侧不设置轴承的悬臂方式的螺旋式压缩机。
在此，对于悬臂方式的电动机直接连结型螺旋式压缩机，为了悬臂支承质量大的马达而难以增大转子轴的弯曲刚度。因此，在悬臂方式的电动机直接连结型螺旋式压缩机中存在如下问题，即，基于因旋转时的驱动系统、马达的电磁力而引发的助振力所引起的共振、旋转轴固有的不稳定现象等，转子轴的回旋振动容易增大。
作为降低转子轴的回旋振动的技术，例如有专利文献1所记载的技术。在专利文献1中，在马达轴的端部，以与马达轴同轴的方式固定棒状构件，在该棒状构件上宽松地插入环状的多个重物。相对于转子轴的回旋振动，使轴向前后的冲程端部与重物、以及重物彼此沿轴向碰撞，从而使振动能量消散，抑制转子轴的回旋振动的增大。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-196369号公报
专利文献1所记载的技术通过利用重物的轴向碰撞使振动能量消散而抑制转子轴的回旋振动的增大。本发明的发明人此次研究了利用与专利文献1不同的新方法来降低转子轴的回旋振动。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述实际情况而作出的，其目的在于，提供一种悬臂方式的电动机直接连结型螺旋式压缩机，其通过使用与利用重物的轴向碰撞使振动能量消散的方法不同的方法，能够抑制转子轴的回旋振动的增大。
用于解决课题的手段
本发明的发明人为了解决所述课题而进行了深入研究，其结果是，着眼于作用于马达的旋转件与固定件之的磁吸引力。进而，本发明的发明人考虑使支承转子轴中的螺旋转子和马达之间的部分的轴承与马达的旋转件之间的部分的弯曲刚度在转子轴的相互正交的两个正交方向上不同。由此，本发明的发明人发现，转子轴的回旋轨道成为椭圆，由此能够解决所述课题。
即，本发明的螺旋式压缩机具备：螺旋转子；转子轴，其与所述螺旋转子的雄转子同轴，且相对于所述雄转子设为一体构造；马达，其使所述转子轴旋转；以及轴承，其对所述转子轴的、所述螺旋转子与所述马达之间的部分进行支承，从而悬臂支承所述马达。所述马达具有：旋转件，其固定在所述转子轴的马达轴部分的外周；以及固定件，其配置在所述旋转件的外侧。所述转子轴的、所述轴承与所述旋转件之间的部分的弯曲刚度在该转子轴的相互正交的两个正交方向上不同。
发明效果
根据本发明，转子轴的回旋轨道成为椭圆。由此，作用于马达的旋转件与固定件之间的磁吸引力变得难以作为恒定的力连续地进行作用，其结果是，能够抑制转子轴的回旋振动的增大。
附图说明
在图1中，(a)是示出本发明的第一实施方式的螺旋式压缩机的图，(b)是(a)的A-A剖视图。
在图2中，(a)是示出本发明的第二实施方式的螺旋式压缩机的图，(b)是(a)的B-B剖视图。
在图3中，(a)是示出本发明的第三实施方式的螺旋式压缩机的图，(b)是(a)的C-C剖视图。
在图4中，(a)是示出本发明的第四实施方式的螺旋式压缩机的图，(b)是(a)的D-D剖视图。
在图5中，(a)是示出本发明的第五实施方式的螺旋式压缩机的图，(b)是(a)的E-E剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
(第一实施方式)
图1(a)是示出本发明的第一实施方式的螺旋式压缩机1的侧剖示意图。图1(b)是图1(a)的A-A剖视图。
(螺旋式压缩机的结构)
如图1所示，螺旋式压缩机1是电动机直接连结构造的螺旋式压缩机，具备螺旋主体部2与马达部8(马达)。
(螺旋主体部)
螺旋主体部2具有雌雄一对螺旋转子4、与螺旋转子4的雄转子4a同轴地相对于雄转子4a设为一体构造的螺旋轴3、以及用于收容螺旋转子4以及螺旋轴3的螺旋外壳12。螺旋轴3由轴承14以及轴承15进行双支承。
螺旋转子4的雄转子4a与螺旋轴3通过对一根钢材进行切削加工等来制作。需要说明的是，雄转子4a与螺旋轴3也可以在分别独立制作之后连结为一体。
另外，后述的马达部8(马达)的马达轴7也通过对一根钢材进行切削加工等来制作，与螺旋轴3形成为一体构造。利用彼此设为一体构造的螺旋轴3与马达轴7构成进行旋转的转子轴11。需要说明的是，螺旋轴3与马达轴7也可以在分别独立制作之后连结为一体。作为形成一体构造的方法，有使用凸缘连结、齿轮耦合连结、键(以及键槽)的连结、热装等。螺旋轴3与马达轴7为同轴。该转子轴11与螺旋转子的雄转子同轴，是相对于雄转子设为一体构造的本发明中的转子轴的一个例子。
(马达部)
马达部8(马达)是用于使转子轴11旋转的驱动源，其具有固定在转子轴11的马达轴7部分的外周上的旋转件5、配置在旋转件5的外侧的固定件6、以及收容旋转件5以及固定件6的马达外壳13。
在旋转件5的端面上固定有环状的端部构件10。端部构件10与马达轴7配置为同轴。在马达轴7的端面处，与马达轴7同轴地固定有螺栓9。向形成于端部构件10的中心的孔中插入螺栓9，利用螺栓9等固定端部构件10。
马达轴7(马达)由螺旋转子4侧的轴承14(以及轴承15)进行悬臂支承。
(设于转子轴的缺口部)
轴承14用于支承转子轴11中的螺旋转子4(雄转子4a)与马达部8(马达)之间的部分。在该轴承14与马达的旋转件5之间的转子轴1部分，设有从轴向观察为月牙形状的缺口部16。
转子轴11具有沿轴向在规定的长度范围内设置的缺口部16。利用缺口部16，使转子轴11的、轴承14与马达的旋转件5之间的部分的弯曲刚度在该转子轴11的相互正交的两个正交方向上不同。“转子轴11的相互正交的两个正交方向”例如是指图1(b)所示的x轴方向、y轴方向。
如图1(b)所示，在本实施方式中，缺口部16在圆形剖面的转子轴11的外周面上以180°的相位差设置有两处。将两处缺口部16的形状、尺寸设为相同。转子轴11的剖面因这些缺口部16而在轴正交方向上成为非对称。由此，轴承14与马达的旋转件5之间的部分的y轴方向的弯曲刚度变得小于x轴方向的弯曲刚度。即，在x轴方向与y轴方向上，弯曲刚度不同。
(数值解析结果)
如上所述，在本实施方式中，通过将轴承14与马达的旋转件5之间的、转子轴11部分的剖面在轴正交方向上设为非对称，使该部分的弯曲刚度在轴的两个正交方向(图1(b)所示的x轴方向、y轴方向)上不同。如此，转子轴11的上述两个正交方向的固有振动频率发生变化，共振频率错开。作为一个例子，在电动机直接连结型螺旋式压缩机中，对通过使轴承14与马达的旋转件5之间的转子轴11部分的轴正交方向的弯曲刚度不同而引起的、转子轴11的回旋振动的稳定性进行了解析。该电动机直接连结型螺旋式压缩机搭载有马达能力为7.5kW的电动机，且是马达轴悬臂方式。表1示出解析结果。由表1可知，通过使轴承14与马达的旋转件5之间的转子轴11部分的轴正交方向的弯曲刚度不同，能够抑制转子轴11的回旋振动的增大。
[表1]
(作用效果)
在本实施方式的螺旋式压缩机1中，通过在转子轴11中的轴承14与马达的旋转件5之间的部分设置缺口部16，在转子轴11的相互正交的两个正交方向(x轴方向、y轴方向)上使该部分的弯曲刚度不同。由此，转子轴11的轴正交方向的共振频率错开，转子轴11(悬臂的马达轴7部分)的回旋轨道成为椭圆。由此，作用于马达的旋转件5与固定件6之间的磁吸引力变得难以作为恒定的力而连续地相互作用。其结果是，能够抑制转子轴11的回旋振动的增大。
在此，只要满足能够抑制由马达能力、转子轴的尺寸等产生的回旋振动的增大的刚度比，缺口部16也可以设置在转子轴11中的、轴承14与马达的旋转件5之间的任意部分。上述情况在后述的其他实施方式中也是相同的。对于缺口部16的形状、尺寸也可以酌情确定。在转子轴11中的、轴承14与马达的旋转件5之间的部分，可以从一端到另一端设有缺口部16，也可以在局部设有缺口部16。
需要说明的是，例如，在旋转件5的内侧部分的转子轴11(马达轴7的部分)、轴承14与轴承15之间的部分的转子轴11(螺旋轴3的部分)上设有缺口部16的情况下，转子轴11(悬臂的马达轴7部分)的回旋轨道保持圆形。由此，轨道没有成为椭圆，无法抑制转子轴11的回旋振动的增大。
在本实施方式中，在转子轴11的外周面以180°的相位差设有两处缺口部16。由此，能够不易产生转子轴11的旋转时的不平衡力(unbalanceforce)。需要说明的是，在旋转时的不平衡力不造成影响的情况下，缺口部16也可以不设置在两侧，而是仅设于单侧。另外，缺口部16的数量并不限定于两个。
作为在转子轴11上设置缺口部16的方法，具有容易制作在轴正交方向上弯曲刚度不同的该转子轴11的优点。另外，也具有容易适用于现有的螺旋式压缩机的优点。
(第二实施方式)
图2(a)是示出本发明的第二实施方式的螺旋式压缩机102的侧剖示意图。图2(b)是图2(a)的B-B剖视图。在图2(a)、(b)中，对于与第一实施方式的螺旋式压缩机1相同的构件标注相同的附图标记。
第一实施方式的螺旋式压缩机1与本实施方式的螺旋式压缩机102的不同点在于，在本实施方式的螺旋式压缩机102中，两个缺口部16分别被与转子轴11相比刚度(弯曲刚度)较低的原材料17填埋。由此，转子轴11中的、轴承14与旋转件5之间的部分从一端到另一端成为剖面圆形。由于转子轴11由钢材构成，因此原材料17例如为树脂类材料。
(作用效果)
根据本实施方式，由于转子轴11中的轴承14与旋转件5之间的部分保持为圆形剖面，因此，例如能够容易地在该部分安装环状零件。另外，能够在该部分牢固地安装环状零件。其结果是，能够不易产生环状零件所导致的转子轴11的旋转时的不平衡力(unbalance force)。
需要说明的是，在原材料17所导致的旋转时的不平衡力不造成影响的情况下，原材料17也可以不设置在两侧，而仅设置在单侧。
(第三实施方式)
图3(a)是示出本发明的第三实施方式的螺旋式压缩机103的侧剖示意图。图3(b)是图3(a)的C-C剖视图。在图3(a)、(b)中，对于与第一实施方式的螺旋式压缩机1相同的构件标注相同的附图标记。
第一实施方式的螺旋式压缩机1与本实施方式的螺旋式压缩机103的不同点在于，在本实施方式的螺旋式压缩机103中，在转子轴11中的轴承14与旋转件5之间的部分不设置缺口部16，而设置有贯通孔18。通过设置贯通孔18，在转子轴11的相互正交的两个正交方向上使该部分的弯曲刚度不同。
(作用效果)
根据本实施方式，与第一实施方式相同，转子轴11(悬臂的马达轴7部分)的回旋轨道也成为椭圆。由此，作用于马达的旋转件5与固定件6之间的磁吸引力变得难以作为恒定的力而连续地相互作用。其结果是，能够抑制转子轴11的回旋振动的增大。
另外，对于在转子轴11上设置贯通孔18的方法，有容易制作弯曲刚度在轴正交方向上不同的该转子轴11的优点。另外，也具有容易适用于现有的螺旋式压缩机的优点。
此外，在本实施方式中，贯通孔18以相对于转子轴11的轴向正交的朝向贯穿转子轴11的轴向剖面的中心O，能够不易产生转子轴11的旋转时的不平衡力(unbalance force)。
需要说明的是，也可以不设置贯穿转子轴11的孔，而是设置有底的孔。另外，贯通孔18也可以不设置一个，而设置多个。另外，贯通孔18、有底的孔也可以被与转子轴11相比刚度较低的原材料17填埋。另外，贯通孔18相对于转子轴11的轴向而成的角度不限定于本实施方式的角度。
(第四实施方式)
图4(a)是示出本发明的第四实施方式的螺旋式压缩机104的侧剖示意图。图4(b)是图4(a)的D-D剖视图。在图4(a)、(b)中，对于与第一实施方式的螺旋式压缩机1相同的构件标注相同的附图标记。
第一实施方式的螺旋式压缩机1与本实施方式的螺旋式压缩机104的不同点在于，在本实施方式的螺旋式压缩机104中，在转子轴11中的轴承14与旋转件5之间的部分不设置缺口部16，将该部分的剖面设为椭圆。图4(b)示出椭圆形状部19。如此，在转子轴11的、相互正交的两个正交方向上，使该部分的弯曲刚度不同。椭圆形状部19在转子轴11的轴向上设置在规定的长度范围内。
需要说明的是，可以将转子轴11中的轴承14与马达的旋转件5之间的部分从一端到另一端设为椭圆形状部19，也可以仅将一部分设为椭圆形状部19。另外，因设有椭圆形状部19而产生的凹部也可以与图2(b)相同地被与转子轴11相比刚度较低的原材料17填埋。
(作用效果)
根据本实施方式，与第一实施方式相同，转子轴11(悬臂的马达轴7部分)的回旋轨道也成为椭圆。由此，作用于马达的旋转件5与固定件6之间的磁吸引力难以作为恒定的力而连续地相互作用。其结果是，能够抑制转子轴11的回旋振动的增大。
(第五实施方式)
图5(a)是示出本发明的第五实施方式的螺旋式压缩机105的侧剖示意图。图5(b)是图5(a)的E-E剖视图。在图5(a)、(b)中，对于与第一实施方式的螺旋式压缩机1相同的构件标注相同的附图标记。
第一实施方式的螺旋式压缩机1与本实施方式的螺旋式压缩机105的不同点在于，在本实施方式的螺旋式压缩机105中，在转子轴11中的轴承14与旋转件5之间的部分不设置缺口部16，将该部分的剖面设为长方形。图5示出长方形部20。如此，在转子轴11的相互正交的两个正交方向上，使该部分的弯曲刚度不同。长方形部20在转子轴11的轴向上设置在规定的长度范围内。
需要说明的是，转子轴11中的轴承14与马达的旋转件5之间的部分既可以从一端到另一端设为长方形部20，也可以仅将一部分设为长方形部20。另外，因设有长方形部20而产生的凹部也可以与图2(b)相同地被与转子轴11相比刚度低的原材料17填埋。
另外，只要满足所需的刚度的各向异性，转子轴11的、轴承14与旋转件5之间的部分的剖面也可以设为梯形或由多条直线构成的非对称剖面。
(作用效果)
根据本实施方式，与第一实施方式相同，转子轴11(悬臂的马达轴7部分)的回旋轨道也成为椭圆。由此，作用于马达的旋转件5与固定件6之间的磁吸引力变得难以作为恒定的力而连续地相互作用。其结果是，能够抑制转子轴11的回旋振动的增大。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式，也能够在权利要求书所记载的范围内进行各种变更后实施。本申请基于2012年6月14日申请的日本专利申请(特愿2012-135038)主张优先权，作为参照，在此引用其内容。
附图标记说明：
1：螺旋式压缩机
2：螺旋主体部
3：螺旋轴
4：螺旋转子
4a：雄转子
5：旋转件
6：固定件
7：马达轴
8：马达部(马达)
9：螺栓
10：端部构件
11：转子轴
12：螺旋外壳
13：马达外壳
14、15：轴承
16：缺口部

Claims (4)

1.一种螺旋式压缩机，其具备：
螺旋转子；
转子轴，其与所述螺旋转子的雄转子同轴，且相对于所述雄转子设为一体构造；
马达，其使所述转子轴旋转；以及
轴承，其对所述转子轴上的所述螺旋转子与所述马达之间的部分进行支承，从而悬臂支承所述马达，
该螺旋式压缩机的特征在于，
所述马达具有：
旋转件，其固定在所述转子轴的马达轴部分的外周；以及
固定件，其配置在所述旋转件的外侧，
通过在所述转子轴上的所述轴承与所述旋转件之间的部分设置缺口部，所述转子轴上的所述轴承与所述旋转件之间的部分的弯曲刚度在所述转子轴的相互正交的两个正交方向上不同。
2.根据权利要求1所述的螺旋式压缩机，其特征在于，
所述缺口部被与所述转子轴的原材料相比刚度低的原材料填埋。
3.一种螺旋式压缩机，其具备：
螺旋转子；
转子轴，其与所述螺旋转子的雄转子同轴，且相对于所述雄转子设为一体构造；
马达，其使所述转子轴旋转；以及
轴承，其对所述转子轴上的所述螺旋转子与所述马达之间的部分进行支承，从而悬臂支承所述马达，
该螺旋式压缩机的特征在于，
所述马达具有：
旋转件，其固定在所述转子轴的马达轴部分的外周；以及
固定件，其配置在所述旋转件的外侧，
通过将所述转子轴上的所述轴承与所述旋转件之间的部分的剖面设为椭圆，所述转子轴上的所述轴承与所述旋转件之间的部分的弯曲刚度在所述转子轴的相互正交的两个正交方向上不同。
4.一种螺旋式压缩机，其具备：
螺旋转子；
转子轴，其与所述螺旋转子的雄转子同轴，且相对于所述雄转子设为一体构造；
马达，其使所述转子轴旋转；以及
轴承，其对所述转子轴上的所述螺旋转子与所述马达之间的部分进行支承，从而悬臂支承所述马达，
该螺旋式压缩机的特征在于，
所述马达具有：
旋转件，其固定在所述转子轴的马达轴部分的外周；以及
固定件，其配置在所述旋转件的外侧，
通过将所述转子轴上的所述轴承与所述旋转件之间的部分的剖面设为长方形，所述转子轴上的所述轴承与所述旋转件之间的部分的弯曲刚度在所述转子轴的相互正交的两个正交方向上不同。
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