JP2006336600A

JP2006336600A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2006336600A
Application number: JP2005165129A
Authority: JP
Inventors: Ikutomo Umeoka; 郁友梅岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】運転回転数範囲を拡大し、低騒音、高信頼性の圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】運転回転数範囲１６０中に禁止運転回転数範囲１６１を設けたインバータ装置と、前記インバータ装置によって駆動され複数の構成要素から形成された圧縮機本体１０４を備え、少なくとも２つ以上の前記構成要素の共振周波数と前記禁止運転回転数範囲１６１の整数倍とを一致させたもので、禁止運転回転数範囲１６１を除いた全ての運転回転数範囲１６０の広範囲な運転が可能となり、運転回転数範囲１６０の拡大が図れるとともに、構成要素の共振を励起させる加振源を回避できることから、低騒音化を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は家庭用冷蔵庫等の冷凍サイクルに使用される圧縮機に関するものである。

近年、省エネルギーの観点から高効率化が求められ、従来この種の圧縮機は能力制御も可能なものが多く、密閉容器内に固定子および回転子からなる電動要素と電動要素によって駆動される圧縮要素とを収納したものである（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の圧縮機について説明する。

図１３は、特許文献１に記載された従来例の能力制御圧縮機を含む冷凍装置および制御ブロック図、図１４は従来例の圧縮機における運転回転数と各部共振特性図である。

図１３、図１４において、能力制御型往復動圧縮機Ａは密閉容器１内に内蔵された電動要素Ｍと往復動圧縮要素５を備えており、一端が往復動圧縮要素５に固定され、他端が密閉容器１に固定されている吐出管１２が配設されている。電動要素Ｍは制御回路１４からの指令でインバータ装置１３から出力される運転回転数によって駆動される。

図１４に示す運転特性図より明らかな如く、支持体２、スプリング６、吐出管１２はそれぞれ運転回転数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で共振することがあらかじめ分かっており、インバータ装置１３は支持体２、スプリング６、吐出管１２が共振しないＣ２より高い回転数を下限として、Ｃ３を上限としたＣ１、Ｃ２、Ｃ３と一致しない特定回転数Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｅ（≠Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）に設定されている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。

低負荷時に特定回転数Ｃａに落として運転しても吐出管１２は共振することなく、消費電力量が節約できる。また、高負荷時に特定回転数Ｃｅで運転しても、同様に吐出管１２共振することがなく能力をあげることができる。
特開平１１−１０７９３１号公報

しかしながら上記従来の構成では、圧縮機の低騒音化を図るために圧縮機を構成する要素の共振を回避する回転数を選択する必要があり、運転回転数範囲の中で全ての回転数を選択することができなかった。

また、吐出管１２の共振折損は避けられるが、運転回転数の整数倍が他の構成要素の共振周波数と一致することによって、高い騒音が発生するといった課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、禁止運転回転数を設け、この禁止運転回転数の整数倍と騒音の主要因である構成要素の共振周波数を一致させることによって、広範囲の運転回転数を可能とするとともに、その構成要素の共振による騒音の増大を防止させ、騒音の低い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、本発明の圧縮機は、運転回転数領域中に禁止運転回転数を設けたインバータ装置と、前記インバータ装置によって駆動され複数の構成要素から形成された圧縮機本体を備え、少なくとも２つ以上の前記構成要素の共振周波数と前記禁止運転回転数の整数倍とを一致させたもので、禁止運転回転数を除いた運転回転数範囲の全ての回転数を選択でき、構成要素の共振による騒音の増大を防止する作用を有する。

本発明の圧縮機は、運転回転数範囲の中の禁止運転回転数除いた全ての運転回転数を設定することができ、構成要素の共振による騒音の増大を防止することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、運転回転数領域中に禁止運転回転数を設けたインバータ装置と、前記インバータ装置によって駆動され複数の構成要素から形成された圧縮機本体を備え、少なくとも２つ以上の前記構成要素の共振周波数と前記禁止運転回転数の整数倍とを一致させたもので、運転回転数範囲の中の禁止運転回転数除いた全ての運転回転数を設定することができるとともに、構成要素の共振を励起させる加振源がなくなることから、低騒音化を図ることができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、密閉容器内に電動要素と圧縮要素を備え、一端が前記圧縮要素の高圧側と連通し他端が前記密閉容器に固着された吐出管を有し、前記密閉容器と前記吐出管の共振周波数を禁止運転回転数の整数倍と一致させたもので、運転回転数での吐出管の共振破壊を防止するとともに、密閉容器および、吐出管の共振による騒音の増大を防止することができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、密閉容器と、一端がピストンが往復運動するシリンダ内と連通し他端が前記密閉容器内空間に連通する吸入マフラーとを備え、前記密閉容器内空間と前記吸入マフラー内空間の共鳴周波数を禁止運転回転数の整数倍と一致させたもので、運転回転数での密閉容器内空間及び吸入マフラー内空間での共鳴音を回避することができ、低騒音化を図ることができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、密閉容器内に電動要素および圧縮要素を弾性支持する複数のコイルスプリングと、前記密閉容器の外に配設されたターミナル部を保護するカバーとを備え、前記複数のコイルスプリングと前記カバーの共振周波数を禁止運転回転数の整数倍と一致させたもので、運転回転数でのコイルスプリングとカバーの共振を回避することができ、低騒音化を図ることができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、主軸部と偏心軸部を有するクランクシャフトと、前記クランクシャフトに固定された回転子とを備え、前記クランクシャフトと前記回転子の共振周波数を禁止運転回転数の整数倍と一致させたもので、運転回転数でのクランクシャフトと回転子の共振を回避することができ、低騒音化を図ることができる。

以下、本発明による圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線断面図、図３は、圧縮機の運転周波数と構成要素の共振特性図、図４は、吐出管の共振特性図、図５は、密閉容器の共振特性図、図６は、吸入マフラー内空間の共鳴特性図、図７は、密閉容器内空間の共鳴特性図、図８は、コイルスプリングの共振特性図、図９は、カバーの共振特性図、図１０は、クランクシャフトの共振特性図、図１１は、ロータの共振特性図、図１２は圧縮機の騒音特性図である。

図１から図１２において、密閉容器１０１内底部にオイル１０２を貯留するとともに、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１２０とからなる圧縮機本体１０４をコイルスプリング１０５により弾性支持して収容し、例えばＲ６００ａなどの温暖化係数の低い炭化水素系の冷媒を充填している。また密閉容器１０１には電動要素１１０に電源を供給するためのターミナル部１０８が取り付けられ、このターミナル部１０８を保護するため、密閉容器１０１の外にカバー１０９が取り付けられている。

まず、電動要素１１０について説明する。

電動要素１１０は、突極集中巻き方式のＤＣブラシレスモータを形成しており、固定子１１２と回転子１１４とを備え、ターミナル部１０８を経由して、インバータ装置（図示せず）と導線により接続されている。

固定子１１２は、非常に鉄損の少ない電磁鋼板で形成された固定子鉄心の磁極歯に絶縁材を介して巻線が直接巻回して形成されている。回転子１１４は、固定子１１２の内径側に配置され、回転子鉄心と、回転子鉄心内に配置される例えばネオジウム等の希土類からなる永久磁石とから構成され、クランクシャフト１２１の主軸部１２２に固定される。

また、電動要素１１０は、インバータ駆動により、１８ｒ／ｓから８１ｒ／ｓの間の複数の回転数で運転を行う。

次に圧縮要素１２０の詳細を以下に説明する。

圧縮要素１２０は電動要素１１０の上方に配設されている。

圧縮要素１２０を構成するクランクシャフト１２１は主軸部１２２及び偏心軸部１２４を備えるとともに、オイル１０２に浸漬される主軸部１２２下端から偏心軸部１２４の上端までを連通する給油機構１２５が設けられている。ブロック１２６には主軸部１２２を回転自在に軸支する軸受部１２７およびシリンダ１３０を備える。

ピストン１２８はシリンダ１３０に往復自在に挿入されており、シリンダ１３０の端面に配設されるバルブプレート１３２とともに圧縮室１３４を形成する。ピストン１２８は連結手段１３６によって偏心軸部１２４と連結されている。

吸入マフラー１４０は、バルブプレート１３２とシリンダヘッド１３８に挟持されることで固定され、主にガラス繊維を添加した結晶性樹脂であるポリブチレンテレフタレートなどの合成樹脂で形成されている。さらに、吸入マフラー１４０は、一端がピストン１２８が往復動するシリンダ１３０と連通し、他端が密閉容器内空間１５２に連通する吸入マフラー内空間１４８を構成している。吐出管１５０は一端が圧縮要素１２０の高圧側に連通し、他端が密閉容器１０１に固着されている。

図３より圧縮機は、運転回転数範囲１６０が例えば１８ｒ／ｓから８１ｒ／ｓで設定され、禁止運転回転数範囲１６１を５２ｒ／ｓから５３ｒ／ｓに設定し、この禁止運転回転数範囲１６１を除いた複数の回転数でインバータ装置により駆動されている。この禁止運転回転数範囲１６１を設定したことにより、これの整数倍である高調波成分、２次禁止運転回転数範囲１６２は１０４Ｈｚから１０６Ｈｚ、３次禁止運転回転数範囲１６３は１５６Ｈｚから１５９Ｈｚ、４次禁止運転回転数範囲１６４は２０８Ｈｚから２１２Ｈｚ、５次禁止運転回転数範囲１６５は２６０Ｈｚから２６５Ｈｚ等の振動または騒音に対して加振されない周波数領域が生成される。この加振されない周波数領域は禁止運転回転数範囲１６１の整数倍であることから次数が大きくなるほど範囲も次数倍ほど拡大してくる。

また、図４より、吐出管１５０の共振周波数１７０は２次禁止運転回転数範囲１６２の１０４Ｈｚから１０６Ｈｚに設定され、図５より、密閉容器１０１の共振周波数１７１を５６次禁止運転回転数範囲１７２の２９１６Ｈｚから２９６８Ｈｚに設定されている。

また、図６より、吸入マフラー内空間１４８の共鳴周波数１８０は２５次禁止運転回転数範囲１８１の１３００Ｈｚから１３２５Ｈｚに設定され、図７より、密閉容器内空間１５２の共鳴周波数１８２は１２次禁止運転回転数範囲１８３の６２４Ｈｚから６３６Ｈｚに設定されている。

また、図８より、コイルスプリング１０５の共振周波数１９０は１０次禁止運転回転数範囲１９１の５２０Ｈｚから５３０Ｈｚに設定され、図９より、カバー１０９の共振周波数１９２は３２次禁止運転回転数範囲１９３の１６６４Ｈｚから１６９６Ｈｚに設定されている。

また、図１０より、クランクシャフト１２１の共振周波数２００は１８次禁止運転回転数範囲２０１の９３６Ｈｚから９５４Ｈｚに設定され、図１１より、回転子１１４の共振周波数２０２は１１次禁止運転回転数範囲２０３の５７２Ｈｚから５８３Ｈｚに設定されている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

インバータ装置より電動要素１１０に通電されると、固定子１１２に発生する磁界により回転子１１４はクランクシャフト１２１とともに回転する。主軸部１２２の回転に伴い、偏心軸部１２４は偏心回転し、この偏心運動は連結手段１３６を介して往復運動に変換され、ピストン１２８をシリンダ１３０内で往復運動させることで密閉容器１０１内の冷媒ガスを圧縮室１３４内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

また、圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０１内の冷媒ガスは、吸入マフラー１４０を介して圧縮室１３４内に間欠的に吸入され、圧縮された後、吐出管１５０などを経由して密閉容器１０１外の既知の冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。吸入マフラー１４０は、吸入マフラー内空間１４８で、間欠的な冷媒ガスの吸入により発生する脈動音を低減する。また、吸入マフラー１４０は、金属などに比べ大幅に熱伝達の少ないポリブチレンテレフタレート樹脂で形成され、冷凍サイクルから戻った温度の低い冷媒の加熱を防止し、性能の低下を防いでいる。

ここで、禁止運転回転数と構成要素の共振周波数との関係について説明する。

圧縮機は、運転回転数範囲１６０が例えば１８ｒ／ｓから８１ｒ／ｓで設定され、禁止運転回転数範囲１６１を５２ｒ／ｓから５３ｒ／ｓに設定し、この禁止運転回転数範囲１６１を除いた複数の回転数でインバータ装置により駆動されている。これにより、禁止運転回転数範囲１６１の整数倍の高調波成分として２次禁止運転回転数範囲１６２、３次禁止運転回転数範囲１６３、４次禁止運転回転数範囲１６４、５次禁止運転回転数範囲１６５等の領域が発生し、音源として加振されない周波数領域が発生する。従って、これらの加振しない領域に構成要素の最大ピークとなる共振周波数を設定すれば、騒音を発生する加振源を抑制することができる。

尚、この圧縮機の次数は１００次を越えると、高調波成分の加振力が弱まり一般的に摺動音等にみられるランダムノイズ的な成分が主体となることから、１００次までの範囲で特に騒音の低減効果が高いものとなる。

また、騒音の周波数成分は５ＫＨｚ以上の成分でランダムノイズの傾向が強まり、周波数成分としては５ＫＨｚ以内で特に騒音の低減効果が高いものとなる。

また、図４より、吐出管１５０の共振周波数１７０を２次禁止運転回転数範囲１６２に設定することにより吐出管１５０の共振による破壊及び共振音を防止できるとともに、図５より、密閉容器１０１の共振周波数１７１を５６次禁止運転回転数範囲１７２に設定することにより、最も騒音特性に起因する密閉容器１０１の共振音が防止できる。また、密閉容器１０１の共振音を励起させる加振力は吐出管１５０からの固体伝播経路の成分が大きく、これらを同時に抑制できることで、圧縮機の騒音を飛躍的に低減することができる。

また、図６より、吸入マフラー内空間１４８の共鳴周波数１８０を２５次禁止運転回転数範囲１８１に設定することにより、脈動音の加振源の主成分を回避することができるとともに、図７より、密閉容器内空間１５２の共鳴周波数１８２を１２次禁止運転回転数範囲１８３に設定することにより、共鳴媒体である密閉容器内空間の気柱共鳴音の発生を防止できる。また、密閉容器内空間１５２の気柱共鳴音を励起させる加振力は吸入マフラー内空間１４８からの音響伝播経路の成分が大きく、これらを同時に抑制することで圧縮機の脈動音を大幅に低減することができる。

また、図８より、コイルスプリング１０５の共振周波数１９０のピークを１０次禁止運転回転数範囲１９１に設定することにより、サージング音を回避することができるとともに、図９より、カバー１０９の共振周波数１９２を３２次禁止運転回転数範囲１９３に設定することにより、カバー１０９の共振音の発生を防止できる。また、カバー１０９の共振音を励起させる加振力は、密閉容器１０１を介してコイルスプリング１０５から伝播する固体伝達経路が大きく、これらを同時に抑制することは特にターミナル部１０８方向からの騒音を大幅に低減できる。

また、図１０より、クランクシャフト１２１の共振周波数２００を１８次禁止運転回転数範囲２０１に設定することにより、クランクシャフト１２１の共振音を回避することができるとともに、図１１より、回転子１１４の共振周波数２０２を１１次禁止運転回転数範囲２０３に設定することにより、回転子１１４の共振音の発生を防止できる。また、クランクシャフトを１２１の軸系の共振音を励起させる加振力は、主軸部１２２に固定されている回転子１１４の影響を強く受けることから、これらを同時に抑制することは共振による振れまわり音を回避できるとともに、軸の回転が安定する。

上記した構成要素の共振周波数を全て禁止運転回転数範囲１６１の高調波成分と一致させることで、図１２に示すように圧縮機の騒音特性２１０の高いところを禁止運転周波数範囲１６１に集約でき、運転回転数での低騒音化を図ることができる。また、これにより、禁止運転回転数範囲１６１以外の運転回転数範囲１６０の回転数を自由に設定できる。

尚、本発明で設定した運転回転数範囲１６０及び禁止運転回転数範囲１６１の数値は一例にすぎず数値を限定するものではない。

以上のように本発明の圧縮機は、共振点の整数倍が一致することで極めて騒音、振動が増加し易い要素同士について、普通は一致をさせないこれらの共振点の整数倍を敢えて一致させた上で、禁止運転回転数範囲１６１の整数倍に一致させることで、僅かな禁止運転回転数範囲を除いて全ての運転周波数範囲における騒音を低く抑えることができ、極めて騒音の低い圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、運転回転数範囲が広く、低騒音化を図ることができるので、家庭用冷蔵庫を初めとして、除湿機やショーケース、自動販売機、空調機器等の冷凍サイクル用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１による圧縮機の断面図同実施の形態による図１の圧縮機のＡ−Ａ’線断面図同実施の形態による圧縮機の運転周波数と構成要素の共振特性図同実施の形態による吐出管の共振特性図同実施の形態による密閉容器の共振特性図同実施の形態による吸入マフラー内空間の共鳴特性図同実施の形態による密閉容器内空間の共鳴特性図同実施の形態によるコイルスプリングの共振特性図同実施の形態によるカバーの共振特性図同実施の形態によるクランクシャフトの共振特性図同実施の形態によるロータの共振特性図同実施の形態による圧縮機の騒音特性図従来例の能力制御圧縮機を含む冷凍装置および制御ブロック図従来例の圧縮機における運転周波数と各部共振特性図

符号の説明

１０１密閉容器
１０４圧縮機本体
１０５コイルスプリング
１０８ターミナル部
１０９カバー
１１０電動要素
１１４回転子
１２０圧縮要素
１２１クランクシャフト
１２２主軸部
１２４偏心軸部
１２８ピストン
１３０シリンダ
１４０吸入マフラー
１４８吸入マフラー内空間
１５０吐出管
１５２密閉容器内空間
１６０運転回転数範囲
１６１禁止運転回転数範囲
１７０吐出管の共振周波数
１７１密閉容器の共振周波数
１８０吸入マフラー内空間の共鳴周波数
１８２密閉容器内空間の共鳴周波数
１９０コイルスプリングの共振周波数
１９２カバーの共振周波数
２００クランクシャフトの共振周波数
２０２回転子の共振周波数
２１０圧縮機の騒音特性

Claims

運転回転数領域中に禁止運転回転数を設けたインバータ装置と、前記インバータ装置によって駆動され複数の構成要素から形成された圧縮機本体を備え、少なくとも２つ以上の前記構成要素の共振周波数と前記禁止運転回転数の整数倍とを一致させた圧縮機。
密閉容器内に電動要素と圧縮要素を備え、一端が前記圧縮要素の高圧側と連通し他端が前記密閉容器に固着された吐出管を有し、前記密閉容器と前記吐出管の共振周波数を禁止運転回転数の整数倍と一致させた請求項１に記載の圧縮機。
密閉容器と、一端がピストンが往復運動するシリンダ内と連通し他端が前記密閉容器内空間に連通する吸入マフラーとを備え、前記密閉容器内空間と前記吸入マフラー内空間の共鳴周波数を禁止運転回転数の整数倍と一致させた請求項１に記載の圧縮機。
密閉容器内に電動要素および圧縮要素を弾性支持する複数のコイルスプリングと、前記密閉容器の外に配設されたターミナル部を保護するカバーとを備え、前記複数のコイルスプリングと前記カバーの共振周波数を禁止運転回転数の整数倍と一致させた請求項１に記載の圧縮機。
主軸部と偏心軸部を有するクランクシャフトと、前記クランクシャフトに固定された回転子とを備え、前記クランクシャフトと前記回転子の共振周波数を禁止運転回転数の整数倍と一致させた請求項１に記載の圧縮機。