JP2006214380A - 電動ルーツ型圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電動ルーツ型圧縮機における駆動軸及び従動軸に備えられる軸シール部材を削減し、軸シール部材による動力損失を抑制することにある。
【解決手段】 一対のロータ22、23を収容するハウジング11と、電動モータ19により駆動され、一方のロータ22と同軸に連結される駆動軸20と、タイミングギヤを介して駆動軸20により同期回転され、他方のロータ23と同軸に連結される従動軸21とを備え、駆動軸20を軸支する駆動側軸受が、タイミングギヤと一方のロータ22との間に配置されるとともに、少なくとも駆動軸20におけるロータ側軸端を自由端とし、従動軸21を軸支する従動側軸受が、タイミングギヤと他方のロータ23との間に配置されるとともに、少なくとも駆動軸20のロータ側軸端に対応する従動軸21の軸端を自由端とする。
【選択図】 図1

Description

この発明は、電動モータで駆動され、ハウジング内において相互に略噛合される一対のロータを備える電動ルーツ型圧縮機に関する。
一般的に、ルーツ型圧縮機は、互いに平行に軸支された駆動軸及び従動軸がタイミングギヤを介して同期回転され、駆動軸及び従動軸が備えるロータが略噛合の状態で互い反対方向へ回転されることにより、作動流体を吸入及び吐出を行う圧縮機である。
ルーツ型圧縮機では、通常、ロータの回転方向に沿うように作動流体が移動する構造となっている。
ルーツ型圧縮機と関連する圧縮機として、例えば、特許文献1には、電動式のスクリュー型圧縮機が開示されている。
スクリュー型圧縮機では、ルーツ型圧縮機のロータに相当するロータがスクリューとなっており、スクリューの軸方向に対して作動流体が移送される構造となっている。
スクリュー型圧縮機も、ルーツ型圧縮機と同様に、駆動軸及び従動軸を備え、タイミングギヤにより両軸を互いに反対方向へ回転させるようにしており、駆動軸の一方に電動モータが配置され、ロータと電動モータの間にタイミングギヤが位置している。
ところで、このスクリュー型圧縮機では、駆動軸におけるモータ側の軸端を軸支する軸受と、タイミングギヤと電動モータと間で駆動軸を軸支する軸受を備えており、また、従動軸は両軸端を軸支する一対の軸受により軸支されている。
つまり、このスクリュー型圧縮機は、駆動軸及び従動軸を支持するために合計4個の軸受を備えている。
そして、駆動軸及び従動軸には、作動流体や潤滑油等の漏洩を防止するために、複数の軸シール部材が備えられている。
なお、特許文献1には、4個の軸受を用いた駆動軸及び従動軸の軸支パターンが複数開示されているが、駆動軸及び従動軸の少なくとも一方はロータ側軸端において軸受により軸支されている。
さらに言うと、いずれの軸支パターンにおいても、従動軸は一対の軸受により両持ち状態に軸支されている。
特開2002−54587号公報
しかしながら、従来の圧縮機が備える軸シール部材は作動流体の漏洩を防止することができる一方で、両軸の回転に必要な動力を損失させる要素でもある。
このため、軸シール部材の数が多い場合には、軸シール部材による動力損失を見込んだ形で電動モータを選択することになり、例えば、電動モータが大型化して圧縮機の大型化や重量増大といった問題を招く。
また、従来のスクリュー型圧縮機では、スクリューロータの軸方向長さを、作動流体を圧送するのに必要な長さとしなければならないため、設計上必要最低限の長さは確保する必要がある。そのため少なくとも、従動軸の両軸端を軸受により両持ち状態で軸支した構成としなければならず、こうした構成は軸受を設けるスペースを確保する必要があることから、駆動軸及び従動軸の軸線方向における圧縮機の長尺化が避けられないという問題がある。
さらに言うと、駆動軸あるいは従動軸のロータ側軸端を軸受により軸支する構成では、ロータ側軸端に対向するハウジングの肉厚が大きくなりがちである。
このため、例えば、ロータ付近の冷却する冷却水の流通路をハウジングに設ける場合に、流通路が複雑化したり、冷却効率が不十分となるおそれがある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、電動ルーツ型圧縮機における駆動軸及び従動軸に備えられる軸シール部材を削減し、軸シール部材による動力損失を抑制することにある。
上記課題を達成するため、請求項1記載の発明は、相互に略噛合される一対のロータを収容するハウジングと、電動モータにより駆動され、一方のロータと同軸に連結される駆動軸と、タイミングギヤを介して前記駆動軸により同期回転され、他方のロータと同軸に連結される従動軸とを備え、前記ロータの回転により吸入された作動流体を吐出する電動ルーツ型圧縮機において、前記駆動軸を軸支する軸受が、前記タイミングギヤと一方のロータとの間に配置されるとともに、前記駆動軸におけるモータ側軸端及びロータ側軸端のうち、少なくともロータ側軸端を自由端とし、前記従動軸を軸支する軸受が、前記タイミングギヤと他方のロータとの間に配置されるとともに、少なくとも前記駆動軸のロータ側軸端に対応する従動軸の軸端を自由端とすることを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、ルーツ型圧縮機を採用することでロータの軸方向長さを短くすることができるため、駆動軸のロータ側軸端と、駆動軸のロータ側軸端に対応する従動軸の軸端とを自由端とすることができ、駆動軸及び従動軸を軸支する軸受の数は削減されるとともに、軸シール部材も削減される。
従って、駆動軸及び従動軸に備えられる軸シール部材が削減されることにより、軸シール部材による動力損失を抑制することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電動ルーツ型圧縮機において、前記ハウジングにおいて、前記駆動軸のロータ側軸端と対向するハウジング正面部には、冷却用流体による冷却機構が備えられていることを特徴とする。
請求項2記載の発明によれば、冷却機構は、駆動軸のロータ側軸端に対向するハウジング正面部を通じてロータ又はタイミングギヤ付近を冷却することができる。
ハウジング正面部には、軸受や軸シール部材が存在しないから、ハウジング正面部を通じた冷却は従来技術よりも向上する。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の電動ルーツ型圧縮機において、前記駆動軸と連結される前記タイミングギヤが前記電動モータと一方のロータとの間に配置されることを特徴とする。
請求項3記載の発明によれば、タイミングギヤが電動モータとロータとの間に配置されるから、ロータ側の作動流体が仮に漏洩したとしても、漏洩した作動流体はタイミングギヤ付近において一旦留まり、直ちに電動モータ側へ漏洩することはない。
また、ハウジング正面部に冷却機構を備える場合、ロータがハウジング正面部に対向することからロータ付近の冷却に適した配置となる。
請求項4記載の発明は、請求項1又は2記載の電動ルーツ型圧縮機において、前記駆動軸と連結される前記ロータが前記電動モータと前記タイミングギヤとの間に位置することを特徴とする。
請求項4記載の発明よれば、ハウジング正面部に冷却機構を備える場合、ハウジング正面部にタイミングギヤが対向することからタイミングギヤの冷却に適した配置となる。
この発明によれば、電動ルーツ型圧縮機における駆動軸及び従動軸に備えられる軸シール部材を削減し、軸シール部材による動力損失を抑制することができる。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係る電動ルーツ型圧縮機(以下、単に「圧縮機」と呼ぶ)を図1及び図2に基づいて説明する。
圧縮機10は、図1に示すように、圧縮機10の外殻を成すハウジング11を備えている。
ハウジング11内には、電動モータ19と、電動モータ19により駆動される駆動軸20と、タイミングギヤを介して駆動軸20により同期回転される従動軸21と、駆動軸20の回転を従動軸21に伝達するタイミングギヤと、駆動軸20及び従動軸21に同軸に備えられるロータ22、23と、駆動軸20及び従動軸21を軸支する軸受28、29、30と、駆動軸20及び従動軸21に備えられる軸シール部材31、32、33が収容されている。
この実施形態のハウジング11は、電動モータ19を収容するモータハウジング体12と、タイミングギヤを覆うギヤハウジング体13と、タイミングギヤ及びロータ22、23に臨む中間ハウジング体14と、ロータ22、23を覆うロータハウジング体15を含む。
ここでは電動モータ19が収容される空間をモータ室16とし、タイミングギヤが収容される空間をギヤ室17とし、さらにロータ22、23が収容される空間を作動室18とする。
また、この実施形態では、ハウジング11における作動室18側の端部(図1における下部)をハウジング正面部とし、モータ室16側の端部(図1における上部)をハウジング後面部とする。
電動モータ19を貫通する駆動軸20がモータ室16から作動室18に至るように配置され、作動室18に収容される駆動側のロータ22と同軸に連結されている。
このロータ22は、図2に示すように、正面からみて繭型状となっており、ここでは、作動室18の上部中央に吸入口24が設けられ、下部中央に吐出口25が設けられている。
駆動軸20のモータ側軸端は、駆動側軸受としての第1ラジアル軸受28によりハウジング11に軸支されている。
一方、駆動軸20のロータ側軸端はロータ22を備えているものの、ロータハウジング体15と対向する自由端となっている。
また、駆動軸20は、中間ハウジング体14に備えられた別の駆動側軸受としての第2ラジアル軸受29によりさらに軸支されている。
そして、駆動軸20においてロータ22と電動モータ19との間にタイミングギヤの駆動側ギヤ26が配置されている。
一方、従動軸21は、ギヤハウジング体13から作動室18に至るように、駆動軸20に対して平行に配置され、作動室18に収容される従動側のロータ23と同軸に連結されている。
このロータ23も、図2に示すように、駆動側のロータ22と同様に、正面からみて繭型状となっており、駆動側のロータ22に対して90度の角度を以って臨み、互いに略噛合してる。
この実施形態では、従動軸21のギヤ側軸端はタイミングギヤの従動側ギヤ27が取り付けられている。
従動側ギヤ27と駆動ギヤ26が噛合して駆動軸20の回転を従動軸21に伝達するから、タイミングギヤは従動軸21を駆動軸20の回転方向と反対方向へ同期回転させる機能を有する。
従動軸21は、ロータ23と従動側ギヤ27との間に設けられた従動側軸受としての第3ラジアル軸受30によりハウジング11に軸支されている。
従動軸21は第3ラジアル軸受30のみにより軸支されることから、第3ラジアル軸受30の転動体は複列式となっており、これにより従動側のロータ23の振れ防止を図っている。
そして、従動軸21のロータ側軸端はロータ23を備えているものの、ロータハウジング体15と対向する自由端となっており、ギヤ側軸端についても従動側ギヤ27を備えた自由端となっている。
つまり、従動軸21のロータ側軸端は、駆動軸20のロータ側軸端に対応する従動軸21の軸端であり、駆動軸20のロータ側軸端に対応する従動軸21の軸端が自由端となっていると言える。
なお、駆動軸20及び従動軸21のロータ側軸端を夫々自由端とするためには、圧縮機としての性能を維持することが可能な範囲で各ロータ22、23の軸方向の寸法を小さく設定することが好ましい。
ところで、駆動軸20及び従動軸21には、作動室18からの作動流体の漏洩、あるいはギヤ室17からの潤滑油等の漏洩を防止するための軸シール部材31、32、33が備えられている。
この実施形態では、駆動軸20において作動室18からギヤ室17への作動流体の漏洩を防止する第1軸シール部材31が、中間ハウジング体14において第2ラジアル軸受29と作動室18との間に備えられている。
また、ギヤ室17からモータ室16への潤滑油や作動流体の漏洩を防止する第2軸シール部材32は、ギヤハウジング体13において駆動側ギヤ26とモータ室16との間に備えられている。
さらに、従動軸21において作動室18からギヤ室17への作動流体の漏洩を防止する第3軸シール部材33は、第3ラジアル軸受30と作動室18との間に備えられている。
次に、この実施形態の圧縮機10は作動室18を冷却する工夫が凝らされているので、この点について説明する。
ハウジング正面部に相当するロータハウジング体15には作動室18を冷却する冷却機構35が備えられており、冷却機構35は冷却水を通すための流通路36a、36bにより主に構成される。
ここでは、図2に示されるように、流通路36a、36bがロータハウジング体15に夫々一対ずつ形成されている。
流通路36aは作動室18の左右の周囲を通るように主に曲線状に形成された流通路であり、流通路36bは駆動軸20又は従動軸21を通るように上下方向の直線状に形成された流通路となっている。
各流通路36a、36bの冷却水は作動室18の近傍を一方へ向けて流通することができる。
これによりロータハウジング体15の正面側において作動室18にほぼ対応する部位を効果的に冷却することが可能となる。
冷却水は外部から各流通路36a、36bに導入され、ロータハウジング体15を通じてロータ22、23及び作動室18を冷却し、冷却後の冷却水は図示しない径路を通ってモータハウジング体12が備える流通路(図示せず)へ至り、モータハウジング体12を通じて電動モータ19を冷却するようにしている。
このように、第1の実施形態の圧縮機10は、駆動軸20及び従動軸21を軸支する軸受を3個とし、また、作動流体等の漏洩を防止する軸シール部材も駆動軸20及び従動軸21において3個となっている。
さらに言うと、駆動軸20及び従動軸21におけるロータ側軸端はいずれも自由端となっており、ロータハウジング体15には軸受や軸シール部材が備えられていない。
次に、この実施形態に係る圧縮機10の動作について説明する。
電動モータ19により駆動軸20が回転すると、駆動側ギヤ26が従動側ギヤ27を介して従動軸21が駆動軸20とは反対方向へ同期回転する。
駆動軸20と従動軸21が互いに異なる方向へ回転することにより、作動室18におけるロータ22、23が互いに反対方向へ回転する。
ロータ22、23の回転により吸入口24から作動流体が作動室18へ吸入されるとともに、作動室18内の作動流体が吐出口25から吐出される。
圧縮機10の運転時には必要に応じて冷却水がハウジング正面部における流通路36a、36bを通過して、作動室18やロータ22、23を冷却する。
作動室18やロータ22、23の冷却により作動流体の過熱が抑制される。
さらに、作動室18における作動流体は第1軸シール部材31及び第3軸シール部材33に遮られ、仮にこれらの軸シール部材31、33から作動流体が漏洩しても、第2軸シール部材32がモータ室16への作動流体の漏洩を防止する。
これにより、作動流体に水分が含まれている場合であっても、作動流体の漏洩により電動モータ19へ水分が達することはない。
また、駆動軸20及び従動軸21のロータ側軸端が自由端となっていることから、ロータハウジング体15における気密度は高く、ロータハウジング体15側から作動流体が外部へ漏洩するおそれは殆どない。
この実施形態に係る圧縮機によれば以下の効果を奏する。
(1)駆動軸20のロータ側軸端と、駆動軸20のロータ側軸端に対応する従動軸21の軸端とを自由端とすることにより、駆動軸20及び従動軸21を軸支する軸受の数は削減されるとともに、軸シール部材も削減される。従って、駆動軸20及び従動軸21に備えられる軸シール部材が削減されることにより、軸シール部材による動力損失を抑制することができる。
(2)軸シール部材による動力損失が抑制されることから、従来よりも小型の電動モータ19を採用することが可能となり、電動モータ19の小型化に伴って圧縮機10の小型化・軽量化を図ることができる。
(3)冷却機構35は、駆動軸20のロータ側軸端に対向するハウジング正面部を通じて作動室18及びロータ22、23付近を冷却することができる。これにより作動流体の過熱を防止することができ、作動流体の吐出温度を低下させることができる。また、ハウジング正面部には、軸受や軸シール部材が存在しないから、冷却機構35の設計自由度が高くなるほか、ハウジング正面部を通じて従来よりも効率的な冷却を図るこも可能となる。
(4)タイミングギヤが電動モータ19とロータ22、23との間に配置されるから、ロータ側の作動流体が仮に漏洩したとしても、漏洩した作動流体はタイミングギヤ付近において一旦留まり、直ちに電動モータ19側へ漏洩することはない。また、ハウジング正面部に冷却機構35を備える場合、ロータ22、23がハウジング正面部に対向することから作動室18及びロータ22、23付近の冷却に適した配置となる。
(5)従来の電動スクリュー型圧縮機では、駆動軸及び従動軸を軸支する軸受を4個とし、また、作動流体の漏洩等を防止する軸シール部材も4個としたが、この実施形態では、軸受及び軸シール部材を夫々3個とすることができ、圧縮機10における動力損失を大幅に低減している。特に、この圧縮機10の場合、低温起動時における動力損失の低減効果は著しい。
(6)軸受及び軸シール部材を従来の圧縮機よりも削減することができるから部品点数が減り、組立作業における作業効率を向上させたり、製作コストを低減することができる。
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態に係る圧縮機40について図3に基づき説明する。
この実施形態の圧縮機は、第1の実施形態に係る圧縮機10と一部共通する。
従って、第1の実施形態と共通又は類似する要素については符号を共通して用いる。
図3は第2の実施形態の圧縮機40の主たる要素の配置を示す図である。
図3に示すように、圧縮機40は、駆動軸20において駆動側軸受としてのラジアル軸受を3個有している。
この圧縮機40は、第1の実施形態と同様に、駆動軸20におけるモータ側軸端に備えられる第1ラジアル軸受28と、作動室18とタイミングギヤとの間に配置される第2ラジアル軸受29と、従動軸21における第3ラジアル軸受30を備えるが、さらに、2個のラジアル軸受41、42を有している。
一つは駆動軸20におけるモータ室16とタイミングギヤとの間に配置された第4ラジアル軸受41であり、他の一つは従動軸21におけるギヤ側軸端に配置された第5ラジアル軸受42である。
従って、駆動軸20及び従動軸21は5個の軸受によりハウジング11に軸支されている。
また、この実施形態の圧縮機40は、第1の実施形態の圧縮機10と同様に、3個の軸シール部材31〜33を有している。
第1軸シール部材31及び第2軸シール部材32は第1の実施形態と同じ位置に配置されているが、第3軸シール部材33は第4ラジアル軸受41とモータ室16との間に配置されている。
この実施形態では軸受の数を増やすことにより各軸20、21の振れ防止をより高めている。
この実施形態の圧縮機40は、軸受の数が増えても軸シール部材の数が増加しないことから、動力損失を低減する点や、作動室を冷却するために適した配置となっている点等、第1の実施形態の圧縮機10とほぼ同じ効果を奏する。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について図4に基づき説明する。
この実施形態の圧縮機50は、第1、第2の実施形態に係る圧縮機10と一部共通する。
従って、第1の実施形態と共通又は類似する要素については符号を共通して用いる。
図4は第2の実施形態の圧縮機50の主たる要素の配置を示す図である。
図4に示すように、この実施形態の圧縮機は、電動モータ室19とギヤ室17との間にロータ22、23が配置されている。
従って、この圧縮機50は、図示はしないが、モータハウジング体、ロータハウジング体、中間ハウジング体、ギヤハウジング体の順で配置されるハウジングを有することになる。
この実施形態の圧縮機50は、駆動軸20におけるモータ側軸端に備えられる第1ラジアル軸受28と、作動室18とタイミングギヤとの間に配置される第2ラジアル軸受29と、従動軸21において2個の第3ラジアル軸受30を備えている。
因みに、ここでは、単列式の第3ラジアル軸受30を2個並設することにより、複列式のラジアル軸受に従動軸21が軸支される場合とほぼ同等の振れ防止を意図している。
従って、駆動軸20及び従動軸21は、4個のラジアル軸受29〜30により軸支され、駆動軸20及び従動軸21のギヤ側軸端は夫々自由端となっている。
一方、軸シール部材は、駆動軸20において作動室18と第2ラジアル軸受29との間に配置された第1軸シール部材31と、モータ室16と作動室18との間に配置された第2軸シール部材32と、従動軸21において第3ラジアル軸受30と作動室18との間に配置された第3軸シール部材33とを有している。
この実施形態では、モータ室16、作動室18、ギヤ室17という順番で配置される圧縮機50であるが、第1、第2の実施形態と同様に3個の軸シール部材31〜33を有するから、動力損失を低減する効果を奏する。
また、ハウジング正面部にギヤ室17が対向することから、ハウジング正面部に冷却機構を備える場合、ギヤ室17を冷却するために適した配置となっている。
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。
○ 上記の第1〜第3の実施形態では、駆動軸及び従動軸を支持する軸受をラジアル軸受としたが、軸受の種類を限定する趣旨ではなく、ニードル軸受等の軸受や、複数種の軸受を組み合わせて用いてもよい。また、ラジアル軸受についても単列式や複列式を用いたり、2個の単列式のラジアル軸受を組み合わせて用いるなど、圧縮機の条件に応じて軸受を適宜採用すればよい。
○ 上記の第1〜第3の実施形態では、駆動軸におけるモータ側軸端に軸受を配置するとしたが、必ずしもモータ側軸端に軸受を配置しなくてもよく、例えば、極めて小型の圧縮機である場合には、モータ側軸端を自由端としてもよい。
○ 上記の第1の実施形態では、冷却機構として、ハウジング正面部としてのロータハウジング体に冷却水の流通路を形成したが、例えば、ロータハウジング体に冷却水の配管を取り付けて冷却機構としてもよい。また、ハウジング正面部の流通路も適宜自由に形成してもよい。
○ 上記の第1の実施形態では、冷却水をハウジング正面部からモータハウジング体側へ通すようにしたが、例えば、モータハウジング体側に冷却水を通してからハウジング正面部の冷却を行うようにしてもよく、圧縮機を冷却する流通路の配置や冷却水の流通方向は自由に設定してもよい。
第1の実施形態に係る圧縮機の概要を破断して示す平面図である。 第1の実施形態に係る圧縮機における作動室の正面図である。 第2の実施形態に係る圧縮機の各要素の配置を示す平面図である。 第3の実施形態に係る圧縮機の各要素の配置を示す平面図である。
符号の説明
10、40、50 圧縮機
11 ハウジング
16 モータ室
17 ギヤ室
18 作動室
19 電動モータ
20 駆動軸
21 従動軸
22、23 ロータ
26 駆動側ギヤ
27 従動側ギヤ
28 第1ラジアル軸受
29 第2ラジアル軸受
30 第3ラジアル軸受
31 第1軸シール部材
32 第2軸シール部材
33 第3軸シール部材
35 冷却機構
36a、36b 流通路
41 第4ラジアル軸受
42 第5ラジアル軸受

Claims (4)

  1. 相互に略噛合される一対のロータを収容するハウジングと、電動モータにより駆動され、一方のロータと同軸に連結される駆動軸と、タイミングギヤを介して前記駆動軸により同期回転され、他方のロータと同軸に連結される従動軸とを備え、前記ロータの回転により吸入された作動流体を吐出する電動ルーツ型圧縮機において、
    前記駆動軸を軸支する軸受が、前記タイミングギヤと一方のロータとの間に配置されるとともに、前記駆動軸におけるモータ側軸端及びロータ側軸端のうち、少なくともロータ側軸端を自由端とし、
    前記従動軸を軸支する軸受が、前記タイミングギヤと他方のロータとの間に配置されるとともに、少なくとも前記駆動軸のロータ側軸端に対応する従動軸の軸端を自由端とすることを特徴とする電動ルーツ型圧縮機。
  2. 前記ハウジングにおいて、前記駆動軸のロータ側軸端と対向するハウジング正面部には、冷却用流体による冷却機構が備えられていることを特徴とする請求項1記載の電動ルーツ型圧縮機。
  3. 前記駆動軸と連結される前記タイミングギヤが前記電動モータと一方のロータとの間に配置されることを特徴とする請求項1又は2記載の電動ルーツ型圧縮機。
  4. 前記駆動軸と連結される前記ロータが前記電動モータと前記タイミングギヤとの間に位置することを特徴とする請求項1又は2記載の電動ルーツ型圧縮機。
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