JP2006177285A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉式電動圧縮機を二酸化炭素冷媒用に用いる場合、溶接工法で一体的に締結密封した圧力容器に、別部品からなる吸入及び吐出配管の取り付け構造部、ブラケット、防振装置などを付加的に配置する構造では、圧縮機全体を実際に据付するスペースが更に過大に必要となり、大幅な重量増加が避けがたく、また生産性が低いという課題があったので、これを解決する電動圧縮機を提供する。
【解決手段】溶接性が良好な鉄系合金製の右及び左サイドシェル２０１ａ、２０１ｂのカップ状の内面には、圧力補強用リブ２０２ａ、２０２ｂを配置し、吸入フランジ２１５ａ、吐出フランジ２４４ａ及び防振装置１８０用厚肉のボス部１９０を鋳造工法で一体成形し、従来使用の生産設備で胴シェル２０１ｃの両端部に溶接密封締結されることによって、小型軽量化と高い生産性が確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、作動流体として二酸化炭素が用いられる冷凍・空調・加熱サイクルを構成する密閉式電動圧縮機に関し、特に車両用電動圧縮機の密閉容器の構造に関するものである。

従来のこの種のフロン系冷媒をその作動流体とした密閉式電動圧縮機としては、スクロール式、ロータリー式、レシプロ式などによる圧縮機構部と電動機を収容するのに鉄製薄板鋼板や薄肉鋼管からなる外殻部品（シェル部品）を溶接工法により締結密封し、一体的な外殻構造の圧力容器となし、この外殻部品に配管取り付け構造部、防振構造部などが溶接工法により付帯されるものが広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。

図６から図９は、従来のスクロール圧縮機を示すもので、図６は、スクロール圧縮機の軸断面図を、図７は、全体外観図、図８は、図７の左側面図、図９は、図７の右側面図である。図６から図９を用い、以下従来のスクロール圧縮機の構成と作用を説明する。

密閉容器１０１は、適用冷媒と使用条件により決定される設計圧力と材質、安全率などを考慮して決定された必要厚みを持つシームレス鋼管や電縫鋼管からなる薄肉円筒状鉄製の胴シェル１０１ｃと、同様にその必要厚みを決定されプレス工法により形成され、吸入通路部１１５をロウ付けにより密封取り付けされたカップ状の薄肉鉄製の右サイドシェル１０１ａ、および、吐出通路部１４４をロウ付けにより密封取り付けされ、かつ電動機１０３用の密封電源端子１４５を抵抗溶接により密封取り付けされたカップ状の薄肉鉄製の左サイドシェル１０１ｂとにより構成され、胴シェル１０１ｃの両端部に、右サイドシェル１０１ａの開口部、及び左サイドシェル１０１ｂの開口部をそれぞれ挿入し、それらの縁部全周をＭＡＧ溶接などの電気溶接により一体的に締結密封して圧縮機の外殻構造部となる。

底部に潤滑油を溜める油溜を有する吐出圧力雰囲気の密閉容器１０１の内部には、圧縮機構部とこれを駆動する電動機１０３の固定子１０３ａを固定し、電動機１０３の回転子１０３ｂに圧縮機構部を駆動するクランク軸１０６を結合し、密閉容器１０１の圧縮機構部の周囲を油溜とする。圧縮機構部は、固定スクロール１１０と、この固定スクロール１１０と噛み合って複数個の圧縮室１１４を形成する旋回スクロール１１３と、旋回スクロール１１３の自転防止機構を具備する主軸受部材１１２により構成される。圧縮機構部のスクロール運動により、吸入通路部１１５から流入する冷凍サイクルから帰還した低圧ガスを高圧ガスに圧縮し、吐出孔１１６より密閉容器１０１内に放出する。この密閉容器１０１内のガスは、固定子１０３ａと回転子１０３ｂを冷却し、吐出通路部１４４より冷凍サイクルに吐出される。

吸入通路部１１５は、サイクル低圧配管と接続される吸入フランジ１１５ａと吸入連通管１１５ｂをロウ付けにより事前に密封締結し、この吸入連通管１１５ｂの端部を固定スクロール１１０に設けられた圧縮室に通じる開口穴に挿入し、Ｏリング１１７により密閉容器内１０１内の高圧と連通路内の吸入圧力を区画密封する。また、吸入フランジ１１５ａ側の吸入連通管１１５ｂは、右サイドシェル１０１ａに事前にロウ付けされた補助管１１５ｃともロウ付けされ、大気と区画密閉される。

吐出通路部１４４は、サイクル高圧配管と接続される吐出フランジ１４４ａと吐出連通管１４４ｂをロウ付けにより事前に密封締結し、この吐出連通管１４４ｂの端部を左サイ
ドシェル１０１ｂにロウ付され、高圧と大気を区画密封している。

クランク軸１０６は、一端を主軸受部材１１２に設置される主軸受１１９に、他端を副軸受部材１２０に設置される副軸受１２１に支承され、その内部に貫通する油通路１４３を設け、この給油通路１４３の反圧縮機構側にはオイルポンプ１４２を配設している。オイルポンプ１４２により密閉容器１０１内底部の潤滑油を給油通路１４３および旋回スクロール１１３の軸部に設けた連通路１５０を通じて給油し、絞り機構１５５により適切に流量を制御し、主軸受１１９、旋回スクロール１１３の軸受部、その他の摺動部位を潤滑するとともに圧縮室１１４を密封シールする。

また、密閉容器１０１の右サイドシェル１０１ａ及び左サイドシェル１０１ｂの外側面には、冷媒ガスの圧縮作用に伴う圧縮機振動の伝播や、圧縮機を設置据付する支持体側（例えば、車両空調用圧縮機では、車体や車両フレームなど）部材からの振動伝播を防止する目的で、圧縮機振動に充分耐えうる高剛性の鉄製のブラケット１７１、１７２が複数箇所で溶接締結され、外殻構造部の外表面より外側に延出する形で配置される。このブラケット１７１、１７２には、ボルトナット締結１７５にて、通常の場合ゴム材料が使用される防振装置１８０が設置される。
特開２０００−２１３４７７号公報

近年、オゾン層保護および地球温暖化防止の環境保護の観点から、冷凍・空調・加熱などの分野において、ＨＣＦＣ系、ＨＦＣ系の所謂フロン系冷媒に変わる自然系冷媒の研究が盛んに行われている。かかる冷媒として二酸化炭素が注目され実用化がなされつつある。二酸化炭素を作動ガス（冷媒）として用いると、例えば空調用途では、その運転圧力は、高圧圧力は約１２ＭＰａ程度、低圧圧力は４ＭＰａ程度にもなり、従来のフロン系冷媒の高圧圧力が数ＭＰａ程度、低圧圧力が０．５ＭＰａ程度以下の運転圧力に対し、非常に高くなる。この非常に高い運転圧力でも高い耐圧性と充分な信頼性とを確保するには、圧縮機外殻構造や圧縮機構部の剛性強化が必要で、この結果、圧縮機の大型化や重量増加をまねく。

特に、車両空調用圧縮機では、従来から圧縮機のスペース効率への要求が高く、二酸化炭素を冷媒として用いる場合でも、小型化や軽量化がより強く要望されている。

しかしながら、上記従来の構成の圧縮機に二酸化炭素を冷媒として用いた場合、二酸化炭素冷媒による非常に高い使用圧力により決定される設計圧力と材質、安全率などを考慮し決定された必要厚みを持つ圧縮機の外殻部品が、フロン系冷媒時の数倍の厚みを持つ鋼管や鋼板から形成され、それぞれを溶接工法で一体的に締結密封し密閉容器となすので、重量が大幅に増加する。

更に、この密閉容器の外表面にロウ付け工法、溶接工法などで別部品の吸入通路部品、吐出通路部品、ブラケット、防振装置などのフロン系冷媒使用時に比べ、ややもすると重量増とならざるを得ない部品を外方に付加的に配置する構造であり、この構造では圧縮機全体を実際に据付するスペースが過大に必要となり、また、大幅に重量が増加する密閉容器に対し高剛性で耐振性が要求されるブラケットによる重量増加も避けがたく、圧縮機の小型化や軽量化が強く要望される車両空調用圧縮機には特に不適となる。

また、外殻構造部品への部品溶接取り付けに時には、部品位置決め作業や高い溶接熟練度とその条件管理が必要となるなど生産性が低いなどの課題を有していた。

本発明はこのような従来構造の圧縮機の課題を解決するものであり、従来の圧縮機の構造構成と組立生産設備を大幅に変更せずに、車両空調用圧縮機にも好適な小型化軽量化できる二酸化炭素を冷媒とする電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、胴シェルの両側に配置されるサイドシェルを溶接性が良好な鉄系合金にて鋳造工法を用いて、密閉容器として必要とされる肉厚で概ねカップ状に成形し、そのカップ状の壁部の所定部位に吸入及び吐出配管の取り付け構造用厚肉部を成形し、防振装置が配置される所定部位のみをボルト締結するに必要な厚肉ボスを成形すると共に、この鋳造工法によるサイドシェルと、密閉容器として必要とされる肉厚を持つ胴シェルの開口部とを組み合わせて、それぞれの縁部全周を従来の電気溶接等により一体的に締結密封される密閉容器として圧縮機の外殻構造部をなし、このサイドシェルに一体的に吸入・吐出配管の取り付け構造を形成し、更に防振装置を直接締結固定するものである。

上記構成によって、使用する冷媒に対して必要とされるより高い耐圧性と密封性を備えた圧縮機外殻構造が得られ、かつ、この外殻構造の外表面から外方に付加的に配置された吸入及び吐出配管の取り付け構造とブラケットが不要となるので、圧縮機の小型化が図れ、据付するスペースが大幅に削減される。また、吸入及び吐出配管の取り付け構造やブラケットによる重量増がないので軽量化が図れる。また、防振装置は、ブラケットを介さずに圧縮機外殻部を直接的に支持することによりブラケットによる振動要因が排除されるので、良好な防振性が得られる。更に、部品点数の削減が図れ、従来構成では部品溶接取り付けに時に必要とされた位置決め作業や高い溶接熟練度と条件管理が不要となり生産性が向上する。

上記から明らかなように、本発明は、従来の圧縮機の構造構成と組立生産設備を大幅に変更せずに、小型軽量化が図られた冷媒として二酸化炭素をも使用できる電動圧縮機を安価に提供できるという効果を奏する。

第１の発明は、圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機を密閉容器に収容し、この密閉容器は、円筒状の胴シェルと、胴シェルを蓋をする形で配置されるカップ状シェルとを溶接工法にて密封締結して構成され、このカップ状シェルを薄肉鋳造工法により鉄系合金で成形したもので、カップ状シェルを鍛造することにより形状の自由度が向上して配管やフランジを一体に成形することができるとともに、鉄系合金とすることにより胴シェルとの溶接が良好に行える。

第２の発明は、カップ状シェルの壁部に吸入配管取り付け部又は吐出配管取り付け部を一体成形したもので、配管を別部品とすることによる余分な取り付け作業や耐圧及び気密性の低下を防ぐことができる。

第３の発明は、カップ状シェルの壁部に防振装置取り付け部を一体成形したもので、取り付け部をブラケットとすることによる余分な位置合せや取り付け作業を除くとともにコンパクトに構成でき、更に、一体的に締結されるのでより良好な防振特性が得られる。

第４の発明は、カップ状シェルの内面に補強リブを一体成形したもので、より薄い鋳造成形が可能となり、圧縮機を軽量化することができる。

第５の発明は、カップ状シェルの内面に潤滑油制御用の突起壁を一体成形したもので、
密閉容器内の冷媒ガスの流動が制御され、底部に溜められオイルポンプを通じて圧縮機構部の潤滑とオイルシールを担う潤滑油のレベルが安定化し圧縮機の耐久信頼性が向上する。

第６の発明は、カップ状シェルの材質を、溶接構造用鋳鋼やクロムモリブデン合金鋼などの低炭素合金鋼とするもので、より良好な機械的強度と溶接性を確保することができる。

第７の発明は、圧縮機の作動流体は二酸化炭素とするもので、動作圧力が従来以上に高く、より高い耐圧性を必要とする二酸化炭素に対して、本発明の構成は好適である。

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１から図５は、本発明の実施の形態におけるスクロール圧縮機を示すもので、図１はスクロール圧縮機の軸断面図、図２は、全体外観図、図３は、図２の左側面図、図４は、図２の右側面図である。図５は、左サイドシェルの内側の詳細図である
なお、図１から図５において、図６から図９と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。

吐出圧力雰囲気の密閉容器２０１は、従来と同様に胴シェル２０１ｃと、右サイドシェル２０１ａ及び左サイドシェル２０１ｂとにより構成されるが、胴シェル２０１ｃは二酸化炭素冷媒の使用条件により決定される設計圧力と材質、安全率を考慮し決定された必要厚みを持つシームレス鋼管や電縫鋼管からなる。また、右サイドシェル２０１ａと左サイドシェル２０１ｂは、その内面に圧力補強用リブを配置して薄肉鋳造工法によりカップ状に成形されている。そして従来と同様に、胴シェル２０１ｃの両端部に、右サイドシェル２０１ａの開口部及び左サイドシェル２０１ｂの開口部をそれぞれ挿入し、これらの開口部の縁部全周をＭＡＧ溶接などの電気溶接により一体的に締結密封され、圧縮機の外殻構造部を構成している。

右サイドシェル２０１ａは、そのカップ状の壁部の所定部位に吸入フランジ２１５ａが壁部と一体的に鋳造され、ガス通路が形成されている。このガス通路と固定スクロール１１０に設けられた圧縮室に通じる開口穴を吸入連通管２１５ｂが連通させ、Ｏリング１１７、１１８により、密閉容器２０１内の高圧と吸入圧力を区画密封している。

更に、右サイドシェル２０１ａには、防振装置１８０が最適に配置される所定部位のみを厚肉のボス部１８５として鋳造時に成形され、このボス部１８５にネジ穴１９０が機械加工されている。防振装置１８０は、ネジ穴１９０により、密閉容器２０１に一体的に締結固定されている。

一方、左サイドシェル２０１ｂは、そのカップ状の壁部の特定部位に吐出フランジ２４４ａが壁部と一体的に鋳造されてガス通路が形成され、電動機１０３用の密封電源端子１４５が抵抗溶接により密封取り付けされている。また、右サイドシェル２０１ａと同様に、防振装置１８０が最適に配置される特定部位のみを厚肉のボス部１８５とし鋳造時に成形され、このボス部１８５にネジ穴１９０が機械加し、防振装置１８０が、密閉容器２０１に一体的に締結固定されている。

図５において、左サイドシェル２０１ｂは、そのカップ状の壁部の所定部位に吐出フランジ２４４ａが壁部と一体的に鋳造成形され、これと連通するガス通路２４４ａが機械加工により形成されるとともに、カップ状の内面には、補強用リブ２０３と流体整流壁２０
５が放射状に成形され、壁部の肉厚を減じつつも強度を確保するとともに、冷媒ガスの流動を制御している。なお、補強用リブや流体整流壁については、右サイドシェル２０１ａにおいても適宜成形されている。

本発明にかかる鋳造工法で形成される右サイドシェル２０１ａ及び左サイドシェル２０１ｂの材質は、従来の圧縮機でのプレス工法で成形され開口端部を溶接されるサイドシェル１０１ａ、１０１ｂ用材質として好適な軟鋼と同等以上の機械的強度を持ち、良好な溶接性が確保された低炭素合金鋼、例えば溶接構造用鋳鋼やクロムモリブデン合金鋼などであり、その鋳造方式としては、必要肉厚に応じシェル鋳造法、ロストワックス鋳造法などの種々の鋳造方式から選択採用される。

かかる構成によれば、必要とされる耐圧性能を持つ密閉容器２０１を溶接設備などの生産設備の大幅な変更をせずに得られると同時に、従来の圧縮機では外殻構造部品の外表面外方に溶接工法により付加されていたブラケットが不要となり、更に吸入配管取り付け構造と吐出配管取り付け構造が大幅にコンパクト化されるので、圧縮機の小型化及び軽量化がはかれると同時に、よりコンパクトなスペースへの据付が可能となる。

また、防振装置１８０は、ブラケットを介さず密閉容器２０１に一体的に締結されるので、より良好な防振特性が得られる。

更に、吸入配管取り付け構造部については、従来構造では、補助管、吸入連通管を用いて３個所ものロウ付けが必要となるのに対して、本発明では、右サイドシェル２０１ａに機械加工で容易に形成される、また、吐出配管取り付け構造部については、従来構造では吐出連通管を用いて２個所のロウ付けが必要となるのに対し、本発明では、左サイドシェル２０１ｂの機械加工のみで容易に形成される。

これらと同時に、防振装置１８０は、右サイドシェル２０１ａ及び左サイドシェル２０１ｂに配置されたネジ穴１９０へのネジ締結作業のみで完結するので、従来の圧縮機構成では必要とされたブラケットの位置決め作業や溶接、ロウ付けでの熟練度と条件管理が不要となり生産性が大きく向上すると共に、補助管、吐出連通管、ブラケット、ボルトナット締結の廃止による材料費の低減が図れる。

なお、流体整流壁２０５によれば、密閉容器２０１内の冷媒ガスの流動が制御され、底部に溜められオイルポンプ１４２を通じ圧縮機構部の潤滑とオイルシールを担う潤滑油のレベルが安定化し圧縮機の耐久信頼性が向上し、更にガス通路２４４ａを通じてのサイクルへの潤滑油流出が制限されるので、サイクル性能が改善される。

以上のように、本発明にかかる電動圧縮機は、従来の圧縮機の構造構成と組立生産設備を大幅に変更せずに、小型軽量化が図られた冷媒として二酸化炭素をも使用できる電動圧縮機を安価に提供できるので、プレス工法による薄肉鉄製シェルを溶接工法にて密閉容器とし、この密閉容器に吸入配管構成部と吐出配管構成部をロウ付けにより密封締結し、防振装置用ブラケットを溶接締結する圧縮機であれば、スクロール式、ロータリー式、レシプロ式などの圧縮機形式や縦型、横型などの形式を問わずに適用できるとともに、車両用に限らず、小型軽量化を必要とする用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における電動圧縮機の軸断面図 本発明の実施の形態１における電動圧縮機の平面図 同電動圧縮機の左側面図 同電動圧縮機の右側面図 同電動圧縮機の左サイドシェルの詳細図 従来のスクロール圧縮機の軸断面図 従来のスクロール圧縮機の平面図 従来のスクロール圧縮機の左側面図 従来のスクロール圧縮機の右側面図

符号の説明

１０３ 電動機
１０６ クランク軸
１１０ 固定スクロール
１１２ 主軸受部材
１１３ 旋回スクロール
１８０ 防振装置
１８５ 厚肉ボス
１９０ ネジ穴
２０１ 密閉容器
２０１ａ 右サイドシェル
２０１ｂ 左サイドシェル
２０１ｃ 胴シェル
２０２ａ 補強リブ
２０２ｂ 補強リブ
２０３ 補強リブ
２０５ 流体整流壁
２１５ａ 吸入フランジ
２４４ａ 吐出フランジ

Claims (7)

1. 圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動軸を介して駆動する電動機を密閉容器に収容した圧縮機であって、前記密閉容器は、円筒状の胴シェルと、前記胴シェルを蓋をする形で配置されるカップ状シェルとを溶接工法にて密封締結して構成され、前記カップ状シェルを薄肉鋳造工法により鉄系合金で成形したことを特徴とする電動圧縮機。
2. カップ状シェルの壁部に吸入配管取り付け部又は吐出配管取り付け部を一体成形したことを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. カップ状シェルの壁部に防振装置取り付け部を一体成形したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動圧縮機。
4. カップ状シェルの内面に補強リブを一体成形したことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
5. カップ状シェルの内面に潤滑油制御用の突起壁を一体成形したことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
6. カップ状シェルの材質を、溶接構造用鋳鋼やクロムモリブデン合金鋼などの低炭素合金鋼とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
7. 圧縮機の作動流体は二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
   
   

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