JP2005016342A

JP2005016342A - 流体機械

Info

Publication number: JP2005016342A
Application number: JP2003179504A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Oki; 恭弘沖; Kunitaka Akiyama; 訓孝秋山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】ミドルハウジングがハウジングに対して傾いた状態で焼き嵌め固定されてしまうことを防止する。
【解決手段】ミドルハウジング９の端部９ａを段差面４ｂに当てるようにしてミドルハウジング９をハウジング４に挿入してミドルハウジング９をハウジング４内に焼き嵌め固定する。これにより、端部９ａを段差面４ｂに当てずにミドルハウジング９をハウジング４に組み付けた場合の傾きに比べて、十分に小さくなる。したがって、組付け治具・組付け作業の高精度化を図りながら焼嵌め温度の微調整を行う、又は、全数、傾き量を検査する等の必要性が低下するので、組付け工数及び検査工数の低減を図ることができ、電動圧縮機１の製造原価上昇を抑制できる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体を吸入して加圧した状態で吐出する流体機械に関するもので、蒸気圧縮式冷凍機用のスクロール型圧縮機に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型のスクロール圧縮機においては、従来からスクロール型圧縮機構等のポンプ機構の外周がハウジング内周に圧入、焼き嵌め、あるいは溶接等の方法により密着固定されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−１８４９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ポンプ機構がハウジングに対して傾いたままハウジングに挿入されると、ポンプ機構がハウジングに対して傾いたまま密着固定されてしまうので、例えば以下に述べる問題が発生する。
【０００５】
すなわち、特許文献１に記載の発明では、ポンプ機構にシャフトを支持する主軸受が固定されているため、ポンプ機構がハウジングに対して傾くと、これに呼応して主軸受及びシャフトが傾いてしまう。
【０００６】
このため、シャフトに固定された電動モータのマグネットロータ等の回転子が振れながら回転するので、大きな振動騒音が発生してしまうとともに、電動モータの効率が低下してしまう。
【０００７】
さらに、主軸受、つまりポンプ機構の傾きが大きいときには、回転子が固定子（ステータ）に接触してしまい、電動モータが損傷してしまう。
【０００８】
因みに、回転子の最大振れ量を見込んで、回転子と固定子との隙間を決定すれば、回転子が固定子に接触してしまうことを未然に防止できるものの、回転子と固定子との間で発生する磁気抵抗が増大するので、電動モータの出力が低下してしまう。
【０００９】
なお、ポンプ機構の傾きを防止するためには、組付け治具・組付け作業の高精度化を図りながら焼嵌め温度の微調整を行う必要があるとともに、全数、傾き量を検査する必要であるので、組付け工数及び検査工数の増大を招き、流体機械の製造原価上昇を招いてしまう。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な流体機械を提供し、第２には、ポンプ機構がハウジングに対して傾いた状態で固定されてしまうことを防止することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、略筒状に形成されたハウジング（４）と、ハウジング（４）の内周面に密着して固定された固定部材（９）を有し、作動流体を吸入吐出するポンプ機構（２）とを備え、ハウジング（４）の内周側には、固定部材（９）の軸方向端面（９ａ）に接触する段差部（４ａ）が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、固定部材（４）のハウジング（４）に対する傾きは、段差部（４ａ）の加工精度と同等となる。
【００１３】
そして、一般的に加工精度は組み立て精度に比べて十分に高いので、固定部材（９）のハウジング（４）に対する傾きは、端部（９ａ）を段差部（４ａ）に当てずに固定部材（９）をハウジング（４）に組み付けた場合の傾きに比べて、十分に小さくなる。
【００１４】
したがって、組付け治具・組付け作業の高精度化を図る、又は、全数、傾き量を検査する等の必要性が低下するので、組付け工数及び検査工数の低減を図ることができ、流体機械の製造原価上昇を抑制できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、固定部材（９）は、ハウジング（４）に焼き嵌めにて固定されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、ポンプ機構（２）の可動部材（１４）を変位させるシャフト（１１）と、固定部材（９）に設けられ、シャフト（１１）を回転可能に支持する軸受（１０ａ）とを備えることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、シャフト（１１）を回転させる回転力を発生させる電動モータ（３）を有しており、電動モータ（３）のステータ（７）は、ハウジング（４）の内周面に密着した状態でハウジング（４）内に固定され、さらに、電動モータ（３）のロータ（８）は、シャフト（１１）を介して回転可能に支持されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、ハウジング（４）内のうち、電動モータ（３）を挟んでポンプ機構（２）と反対側には、シャフト（１１）を回転可能に支持する第２の軸受（１０ｂ）が配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、可動部材（１４）は、略円盤状の端板部（１４ｂ）及び端板部（１４ｂ）から固定部材（１３）側に突出する渦巻き状の歯部（１４ａ）を有して構成され、固定部材（１３）は、歯部（１４ａ）と噛み合う渦巻き状の歯部（１３ａ）を有して構成されており、さらに、ポンプ機構（２）は、可動部材（１４）を公転させることにより、両歯部（１３ａ、１４ａ）により囲まれて構成される作動室（Ｖ）の体積を拡大縮小させて作動流体を吸入吐出することを特徴とするものである。
【００２０】
ところで、従来、この構成においては、ポンプ機構（２）の傾きに伴って相対的にシャフト（１１）が傾き、可動部材（１４）が正規な公転運動ができなくなり、ポンプ機構（２）の性能低下、あるいは渦巻き状歯部（１３ａ、１４ａ）の異常摩耗が生じ、作動音が大きくなる等の問題があったが、本発明によれば、シャフト（１１）の傾きを抑制できるので、それらの問題を解決でき得る。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の流体機械にて構成された圧縮機（１）と、圧縮機（１）にて圧縮された冷媒の熱を放冷する放熱器（３０）と、低圧の冷媒を蒸発させて雰囲気から吸熱する蒸発器（５０）とを備えることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、圧縮機（１）の吐出圧を、冷媒の臨界圧力以上とする場合があることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、冷媒として、二酸化炭素が用いられていることを特徴とするものである。
【００２４】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、給湯水を加熱する給湯器に本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機及び電動圧縮機をなす流体機械を適用したものであって、図１はヒートポンプ式給湯器であり、図２は本実施形態に係る電動圧縮機１の断面図である。
【００２６】
なお、ヒートポンプ式給湯器とは、図１に示すように、冷媒を吸入圧縮する電動圧縮機１、水冷媒熱交換器３０、水冷媒熱交換器３０から流出した冷媒を減圧する減圧器４０、外気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器５０、及び蒸発器５０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機１０に供給する気液分離器６０等から構成されたもので、外気から吸熱した熱及び電動圧縮機１の圧縮仕事量に相当する熱量を給湯水に与えることにより給湯水を加熱する。
【００２７】
また、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いており、電動圧縮機１から吐出される冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力以上として、必要な吐出冷媒温度（例えば、８０℃〜９０℃）を得ている。
【００２８】
因みに、本実施形態では、水冷媒熱交換器３０に流入する高圧冷媒の圧力を臨界圧力以上としているので、水冷媒熱交換器３０内で冷媒は凝縮することなく、その温度を低下させながらエンタルピを低下させる。
【００２９】
次に、本実施形態に係る電動圧縮機１の構造を図２に基づいて述べる。
【００３０】
本実施形態に係る電動圧縮機１は、冷媒を吸入圧縮するスクロール型圧縮機構２と、このスクロール型圧縮機構２を駆動する電動モータ（本実施形態では、ＤＣブラシレスモータ）３とが一体となった密閉型圧縮機である。
【００３１】
ここで、電動モータ３の概略について述べる。
【００３２】
ハウジング４はアルミニウム合金又は鉄系金属製のものであり、略円筒状の固定子鉄心５は、けい素鋼板等の磁性材料からなるヨークであり、この固定子鉄心５はハウジング４に対して固定されている。コイル６は固定子鉄心５に巻き付けられた巻線であり、この巻線６及び固定子鉄心５等からステータコイル７が構成されている。
【００３３】
なお、本実施形態では、固定子鉄心５、つまりステータコイル７は、その外周面がハウジング４の内周面に所定の面圧にて接触するように焼き嵌め等の圧入によりハウジング４内に固定されている。
【００３４】
また、ロータ８はステータコイル７内で回転する回転子であり、このロータ８は複数個の永久磁石８ａ、並びにハウジング４及びミドルハウジング９に軸受１０ａ、１０ｂを介して回転可能に支持されたシャフト１１等から構成されている。
【００３５】
なお、端子１２はステータコイル７（巻線６）に電力を供給する端子であり、これらの端子１２は、図示しないモータ駆動回路に接続されている。
【００３６】
次に、スクロール型圧縮機構２について述べる。
【００３７】
シェル１３はミドルハウジング９に固定されて固定部材をなすミドルハウジング９と共に空間を構成するものであり、このシェル１３のうちミドルハウジング９側には、ミドルハウジング９側に向けて突出する渦巻状の歯部１３ａが形成されている。
【００３８】
また、ミドルハウジング９とシェル１３との間には、シェル１３の歯部１３ａに接触して作動室Ｖを構成する渦巻状の歯部１４ａ、及びこの歯部１４ａが一体形成された略円盤状の端板部１４ｂ等からなる旋回スクロール１４が配設されており、この旋回スクロール１４が、シェル１３、つまり固定スクロール１３に対して旋回することにより、作動室Ｖの体積を拡大縮小させて流体、つまり圧縮性流体を吸入圧縮する。
【００３９】
また、旋回スクロール１４は、端板部１４ｂの略中央に形成された略円筒状のボス部１４ｃにてシャフト１１の一端側（紙面下側）に形成されたクランク部１１ａに、ブッシング１６及びシェル型（内輪を持たないタイプ）の針状コロ軸受（ニードルベアリング）１５を介して連結されている。
【００４０】
そして、クランク部１１ａは、シャフト１１の回転中心から径外方側に偏心した位置に形成されているため、シャフト１１が回転すると、旋回スクロール１４は、シャフト１１周りに旋回（回転）運動する。
【００４１】
因みに、ブッシング１６は、旋回スクロール１４をクランク部１１ａに対して摺動可能に連結し、両歯部１３ａ、１４ａ間の接触面圧を増大させる従動クランク機構を構成するものであり、このブッシング１６は、旋回スクロール１４に作用する圧縮反力のうち旋回方向の力によって旋回スクロール１４をクランク部１１ａに対して微小変位させて両歯部１３ａ、１４ａ間の接触面圧を増大させている。
【００４２】
また、スラスト受け機構１７は、旋回スクロール１４に作用する圧縮反力のうち旋回スクロール１４の旋回方向と直交する方向、つまりシャフト１１の長手方向と平行な方向であるスラスト力を受けるとともに、旋回スクロール１４を旋回可能に支持するスラストベアリングであり、その詳細構造は、特許３３９９３８０号公報に記載のスラストベアリングと同じである。
【００４３】
また、自転防止用ピン１８は、旋回スクロール１４が旋回する際に、旋回スクロール１４がクランク部１１ａ周りに回転（自転）することを防止する自転防止用手段である。
【００４４】
このため、シャフト１１が回転すると、旋回スクロール１４は、クランク部１１ａ周りに回転（自転）することなく、シャフト１１の軸方向と直交する平面内において、シャフト１１の回転中心を公転中心として旋回（公転）する。
【００４５】
また、リアハウジング１９は、シェル１３と共に作動室Ｖから吐出する冷媒を平滑化する吐出室２０を構成するものであり、このリアハウジング１９は、ボルト２１にてシェル１３に固定されている。
【００４６】
また、吐出ポート２２はシュル（固定スクロール）１３の略中心部に位置する作動室Ｖと吐出室２０とを連通させる連通口であり、この吐出ポート２２のうち吐出室２０側には、吐出室２０に吐出した冷媒が作動室Ｖに逆流することを防止するリード弁状の吐出弁（図示せず）及び吐出弁の最大開度を規制するストッパが設けられている。
【００４７】
ところで、ミドルハウジング９は、スクロール型圧縮機構２側とシャフト１１等の電動モータ３を構成するステータ７やロータ８が収納されたシャフト室をなすモータ室２３側とを区画する区画部材を構成するとともに、シャフト１１のメインベアリング（主軸受）をなす軸受１０ａを支持するものである。
【００４８】
そして、このミドルハウジング９の軸方向端部のうちモータ室２３側端部９ａは、ハウジング４の内周面側全周に渡って連続的に設けられた段差部４ａの段差面４ｂ全域に接触した状態で、その外周面がハウジング４の内周面に所定の面圧にて接触するように焼き嵌めにてハウジング４に圧入固定されている。
【００４９】
ここで、段差部４ａとは、ハウジング４の内径寸法が不連続的（急激）に変化する部位であり、段差面４ｂとは、段差部４ａにおいて、ハウジング４のうちミドルハウジング９の挿入口側（紙面下側）面した面であり、本実施形態では、段差部４ａはハウジング４の内周側全周に渡って形成されているので、段差面４ｂは、リング（ドーナッツ）状の面となる。
【００５０】
また、プレート２４は、シャフト１１の軸方向端部のうち、電動モータ３を挟んでスクロール型圧縮機構２と反対側にてシャフト１１を回転可能に支持するサブベアリング（副軸受）をなす軸受１０ｂを固定するためのもので、ハウジング４の内周側に溶接されている。
【００５１】
なお、プレート２４のうち軸受１０ｂが装着される部位は、プレート２４をハウジング４に溶接した後、段差部４ａ、並びにハウジング４の内壁のうちミドルハウジング９の外周面が接触する部位及びステータコイル７（固定子鉄心５の外周面）が接触する部位と共に同軸切削加工にて仕上げられる。
【００５２】
次に、電動圧縮機１の組み立て手順の概略を述べる。
【００５３】
ハウジング４のうちステータコイル７（固定子鉄心５の外周面）が接触する部位を加熱用コイル等の加熱手段にて加熱してステータコイル７をハウジング４内に焼き嵌め固定する。
【００５４】
次に、ハウジング４のうちスクロール型圧縮機構２の外周面、つまりミドルハウジング９の外周面と接触する部位を加熱用コイルにて加熱した後、ミドルハウジング９の軸方向端部のうちモータ室２３側端部９ａが段差面４ｂ全周に接触する位置までシャフト１１が組み付けられたスクロール型圧縮機構２をハウジング４内に挿入し、その後、スクロール型圧縮機構２を含むハウジング４を冷却することにより、スクロール型圧縮機構２、つまりミドルハウジング９をハウジング４内に焼き嵌め固定する。
【００５５】
なお、電動圧縮機１の作動は、特許文献１に記載の発明と同様に周知であるので、省略する。
【００５６】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５７】
本実施形態では、ミドルハウジング９の軸方向端部のうちモータ室２３側端部９ａが接触する段差面４ｂが設けられた段差部４ａがハウジング４の内周側に設けられているので、ミドルハウジング９、つまりスクロール型圧縮機構２のハウジング４に対する傾きは、段差面４ｂの機械加工精度と同等となる。
【００５８】
そして、一般的に機械加工精度は組み立て精度に比べて十分に高いので、ミドルハウジング９のハウジング４に対する傾きは、端部９ａを段差面４ｂに当てずにミドルハウジング９をハウジング４に組み付けた場合の傾きに比べて、十分に小さくなる。
【００５９】
したがって、組付け治具・組付け作業の高精度化を図りながら焼嵌め温度の微調整を行う、又は、全数、傾き量を検査する等の必要性が低下するので、組付け工数及び検査工数の低減を図ることができ、電動圧縮機１の製造原価上昇を抑制できる。
【００６０】
また、シャフト１１の傾きを小さくすることができるので、電動圧縮機１の振動騒音を低減することができるとともに、電動モータ３の効率を向上させることができきる。
【００６１】
また、スクロール型圧縮機構２の傾きに伴って相対的にシャフト１１が傾くことを防止できるため、旋回スクロール１４を確実に正規な公転運動させることができる。
【００６２】
したがって、スクロール型圧縮機構２の性能低下の防止、あるいは歯部１３ａ、１４ａの異常摩耗を防止し、作動音が大きくなる等の問題を防止できる。
【００６３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、クランク部１１ａを軸受１５とブッシング１６とを介して連結したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばブッシング１６を廃止してクランク部１１ａを軸受１５に直接的に連結してもよい。
【００６４】
また、上述の実施形態では、サブベアリング１０ｂを設けてシャフト１１を両端側で支持したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６５】
また、上述の実施形態では、本発明を給湯器に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば空調装置に適用してもよい。
【００６６】
また、上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素として、高圧側冷媒圧力を臨界圧力以上としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷媒をフロンとして、高圧側冷媒圧力を臨界圧力未満としてもよい。
【００６７】
また、上述の実施形態では、吸入冷媒にて電動モータ３を冷却したが、本発明はこれに限定されるものではなく、吐出冷媒にて電動モータ３を冷却してもよい。
【００６８】
また、上述の実施形態では、吸入冷媒にて軸受１０ａ、１０ｂ等を潤滑したが、本発明はこれに限定されるものではなく、吐出冷媒にて軸受１０ａ、１０ｂ等を潤滑してもよい。
【００６９】
また、上述の実施形態では、電動モータ３とスクロール型圧縮機構２とが一体となった圧縮機に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７０】
また、上述の実施形態では、スクロール型圧縮機構２をポンプ機構として採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他形式のポンプ機構として採用してもよい。
【００７１】
また、上述の実施形態では、段差部４ａはハウジング４の内周側全周に渡って形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハウジング４の内周側に離散的に設けてもよい。
【００７２】
また、上述の実施形態では、ミドルハウジング９等を焼き嵌めにてハウジング４に圧入固定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷間圧入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る給湯器の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電動圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
１…電動圧縮機、２…スクロール型圧縮機構、３…電動モータ、
４…ハウジング、４ａ…段差部、４ｂ…段差面、５…固定子鉄心、
６…コイル、７…ステータ、８…ロータ、９…ミドルハウジング、
９ａ…端面、１１…シャフト、１３…シェル、１４…旋回スクロール。

Claims

略筒状に形成されたハウジング（４）と、
前記ハウジング（４）の内周面に密着して固定された固定部材（９）を有し、作動流体を吸入吐出するポンプ機構（２）とを備え、
前記ハウジング（４）の内周側には、前記固定部材（９）の軸方向端面（９ａ）に接触する段差部（４ａ）が設けられていることを特徴とする流体機械。
前記固定部材（９）は、前記ハウジング（１１）に焼き嵌めにて固定されていることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
前記ポンプ機構（２）の可動部材（１４）を変位させるシャフト（１１）と、
前記固定部材（９）に設けられ、前記シャフト（１１）を回転可能に支持する軸受（１０ａ）とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体機械。
前記シャフト（１１）を回転させる回転力を発生させる電動モータ（３）を有しており、
前記電動モータ（３）のステータ（７）は、前記ハウジング（４）の内周面に密着した状態で前記ハウジング（４）内に固定され、
さらに、前記電動モータ（３）のロータ（８）は、前記シャフト（１１）を介して回転可能に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の流体機械。
前記ハウジング（４）内のうち、前記電動モータ（３）を挟んで前記ポンプ機構（２）と反対側には、前記シャフト（１１）を回転可能に支持する第２の軸受（１０ｂ）が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の流体機械。
前記可動部材（１４）は、略円盤状の端板部（１４ｂ）及び前記端板部（１４ｂ）から前記固定部材（１３）側に突出する渦巻き状の歯部（１４ａ）を有して構成され、
前記固定部材（１３）は、前記歯部（１４ａ）と噛み合う渦巻き状の歯部（１３ａ）を有して構成されており、
さらに、前記ポンプ機構（２）は、前記可動部材（１４）を公転させることにより、前記両歯部（１３ａ、１４ａ）により囲まれて構成される作動室（Ｖ）の体積を拡大縮小させて作動流体を吸入吐出することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の流体機械。
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の流体機械にて構成された圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）にて圧縮された冷媒の熱を放冷する放熱器（３０）と、
低圧の冷媒を蒸発させて雰囲気から吸熱する蒸発器（５０）とを備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
前記圧縮機（１）の吐出圧を、冷媒の臨界圧力以上とする場合があることを特徴とする請求項７に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
冷媒として、二酸化炭素が用いられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の蒸気圧縮式冷凍機。