JP2006348928A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機構部により圧縮された冷媒が導入されるモータ室から貯油室を独立させ、圧縮機の小型化を図る。
【解決手段】圧縮機１は、モータ５を挟んで圧縮機構部４と反対側のハウジング３内に、仕切部材７を設け、仕切部材７を、モータ５の固定子５ａで押圧することにより、ハウジング３に液密状態で固定し、モータ５が収容されるモータ室２とは独立して貯油室６を形成し、簡便な構造で潤滑油を高効率で冷媒から分離する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ハウジング内に、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動するモータとを収容したモータ内蔵型の圧縮機に関し、特に潤滑油を貯留する貯油室を備えた圧縮機の液分離装置に関する。

この種の圧縮機は、家庭用ルームエアコン用や冷蔵庫用の圧縮機として実際に利用されている。また、最近は自動車用の空気調和装置用の圧縮機としても利用され始めている。
かかる圧縮機では、内蔵のモータにより圧縮機構部が駆動されると、ハウジングの吸入口を通じて冷凍サイクル内の冷媒を吸入し、これを圧縮してハウジング内に吐出した後、ハウジングの吐出口から冷凍サイクルに供給することを繰り返す。これに併せ、ハウジング内の貯油室に貯留されている潤滑油が、直接又は冷媒による持ち運びによって圧縮機構部を含む摺動部に供給され、機械的摺動部の潤滑が行なわれる。これによりメンテナンスフリーな運転が可能となっている。このような潤滑システムのため、圧縮機構部から吐出され、冷凍サイクルに供給される冷媒中には、潤滑油が含まれている。
この冷凍サイクルに供給される冷媒中に含まれる潤滑油は、冷凍サイクル中の熱交換器の内壁に付着するなどして熱交換の効率を低下させ、冷凍サイクル自体の効率を低下させる。また、同時に冷凍サイクル中に多くの潤滑油が循環すると、ハウジング内での圧縮機構部等の機械的摺動部の潤滑が不足するという不具合を生じるおそれがある。
これらの不具合を解消するために、従来から、圧縮機構部から吐出される冷媒中の潤滑油を、冷凍サイクルに供給する前に冷媒から分離して、ハウジングの貯油室に戻すようにする技術が種々知られている。中でも、潤滑油を含んだ冷媒を旋回させ、旋回時の遠心力により潤滑油を分離する遠心分離型の潤滑油分離技術は、他の潤滑油分離技術に比べて分離効率が高いと考えられている（例えば、特許文献１参照）。
従って、特許文献１に開示された遠心分離型の潤滑油分離技術を応用すれば、潤滑油を冷媒から高効率で分離できるようになり、冷凍サイクルの効率が向上すると共にハウジング内で潤滑油を効率よく循環させることが可能となり、少ない潤滑油で機械的摺動部の潤滑を効率よく行うことが可能となる。
一方、圧縮機が自動車の冷暖房用に搭載されるようになり、一部ルームエアコン用の圧縮機も用いられているが、環境やエネルギー問題の高まりの中で、車両の軽量化が求められている。特に電気自動車やハイブリッド車での電動走行時にガソリン車レベルの駆動力が得られないことから、車両の軽量化は重要である。そこで、圧縮機を車両に搭載する上でも、車両同様に圧縮機の小型、軽量化が求められている。
特開２００３−３３６５８８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された遠心分離型の潤滑油分離技術を応用するには、圧縮機構部により圧縮された冷媒が導入されるモータ室から、貯油室を独立させる必要がある。
一方、潤滑油を含んだ冷媒を旋回させ、その遠心力により潤滑油を分離する潤滑油分離技術では、遠心分離中の冷媒の流れと遠心分離後の冷媒の流れとを確保できる広さが必要である。このため、それら流れを隔離する機構は比較的大径のものとなり、その分、ハウジング内に占める軸線方向スペースが大きくなるので、圧縮機の小径化や軽量化の妨げになっている。

したがって本発明は、上記従来の問題点に鑑み、モータ室から独立した貯油室を簡便に形成できる構造の圧縮機を提供することを目的としている。
即ち、小さなスペースで潤滑油の分離ができ、小型化や軽量化が図られる圧縮機を提供することを目的としている。

請求項１記載の本発明の圧縮機は、ハウジング内に、圧縮機構部と前記圧縮機構部を駆動するモータとを収容した圧縮機であって、前記モータを挟んで前記圧縮機構部と反対側の前記ハウジング内に、前記モータが収容されるモータ室とは独立して貯油室が形成されたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記モータ室と前記貯油室の間に、前記モータ室と前記貯油室を液密状態で仕切る仕切部材が配置されたことにより、前記貯油室が形成されていることを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の圧縮機において、前記モータ室と前記貯油室を液密状態で仕切る仕切部材が配置され、前記仕切部材は前記モータを構成する固定子に押圧されることにより前記ハウジングに固定されることを特徴とする。
請求項４記載の本発明の圧縮機は、ハウジング内に、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動するモータと、前記圧縮機構部を含む摺動部を潤滑する潤滑油を貯留する貯油室と、前記貯油室に貯まった前記潤滑油を吸い上げる油通路とを備えた圧縮機であって、前記貯油室と前記圧縮機構部及び前記モータとを分離する仕切部材を設け、前記仕切部材の上部のみには冷媒吐出のための通し孔を備え、前記仕切部材の下部では前記圧縮機構部及び前記モータと完全に分離し、前記油通路は前記仕切部材で仕切られた前記貯油室の下部に備えられたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の圧縮機において、前記通し孔より吐出した冷媒を、前記ハウジングの一部に衝突させて前記潤滑油を冷媒から分離することを特徴とする。

本発明の圧縮機によれば、簡便な構造で潤滑油を高効率で冷媒から分離できるモータ内蔵型の圧縮機を提供することが可能となる。即ち、潤滑油の分離性能を低下させることなく、小さなスペースで潤滑油の分離ができ、圧縮機の小型化、軽量化が可能となる。従って、従来よりも効率の高い冷凍サイクルを提供できる。

本発明の第１の実施の形態による圧縮機は、モータを挟んで圧縮機構部と反対側のハウジング内に、モータが収容されるモータ室とは独立して貯油室が形成されたものである。本実施の形態によれば、遠心分離型の潤滑油分離技術をモータ内蔵型の圧縮機に応用することが可能となり、簡便な構造で潤滑油を分離することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、モータ室と貯油室の間に、モータ室と貯油室を液密状態で仕切る仕切部材が配置されたことにより、貯油室が形成されているものである。本実施の形態によれば、独立した貯油室を簡便に形成することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による圧縮機において、モータ室と貯油室を液密状態で仕切る仕切部材が配置され、仕切部材はモータを構成する固定子に押圧されることによりハウジングに固定されるものである。本実施の形態によれば、モータ室と貯油室の間を液密状態で仕切る仕切部材を、押圧によってハウジングに固定するので、圧縮機の構造及びその組立作業が複雑化するのを抑制できる。
本発明の第４の実施の形態による圧縮機は、貯油室と圧縮機構部及びモータとを分離する仕切部材を設け、仕切部材の上部のみには冷媒吐出のための通し孔を備え、仕切部材の下部では圧縮機構部及びモータと完全に分離し、油通路は仕切部材で仕切られた貯油室の下部に備えられたものである。本実施の形態によれば、小さなスペースで潤滑油の分離ができ、圧縮機の小型化や軽量化が図られる。その上、圧縮機構部からハウジング内に吐出される潤滑油を含んだ冷媒は、仕切部材の上部の通し孔を通り潤滑油と分離し、潤滑油のみが貯油室の下部に貯められる。完全に分離されて貯油室に貯められて安定した状態の潤滑油を、貯油室の下部に設けた油通路を通して摺動部等へ供給することができる。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による圧縮機において、通し孔より吐出した冷媒を、ハウジングの一部に衝突させて潤滑油を冷媒から分離するものである。本実施の形態によれば、通し孔を通った冷媒のハウジングへの衝突作用によって潤滑油を分離し、効率よく貯油室に貯めることができる。

以下、本発明による圧縮機の実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例に説明する技術的要素は本発明の目的に反しない限り、それぞれを種々の組合せで採用することが可能である。
図１は本発明の第１実施例による圧縮機の外観正面図であり、図２は図１に示す圧縮機の外観右側面図である。図３は図２に示す圧縮機のＡ−Ａ断面図である。そして、図４は図２に示す圧縮機のＢ−Ｂ断面図であり、圧縮冷媒に含まれる潤滑油を分離する分離室の断面を示している。
図示したように本実施例の圧縮機は、圧縮機構部を駆動するモータの回転中心軸が略水平方向に沿った状態で設置される、いわゆる横置きのモータ内蔵型の圧縮機に本発明を適用した例である。そして、圧縮機構部にはスクロールタイプの圧縮機構が採用されている。

本実施例の圧縮機１のハウジング３内には、圧縮機構部４とこれを駆動するモータ５とが内蔵されている。また、モータ５を挟んで圧縮機構部４と反対側のハウジング３内には、モータ５が収容されるモータ室２とは独立して、貯油室６が形成されている。即ち、この貯油室６は、ハウジング３の内側に突出して形成された軸受支持部３ａとハウジング３の内周壁との間に、仕切部材７が嵌め込まれることにより、モータ室２と仕切られて形成されている。そして、仕切部材７は円環状のプレートであり、仕切部材７とハウジング３との間には図示しないゴムパッキン等が用いられ、液密状態でモータ室２と貯油室６とは仕切られている。
仕切部材７とハウジング３の固定は、モータ５を構成する固定子５ａを通しボルト（図示せず）によりハウジング３に固定することにより、ハウジング３に対して仕切部材７が押圧、挟持されることにより行われている。

図４に示すように、ハウジング３には、分離室８が一体形成されている。分離室８は、圧縮機構部４により圧縮されてハウジング３外に吐出される圧縮冷媒に含まれる潤滑油２７を分離する。また、分離室８は円筒状部分８ａとこれに結合した逆円錐状部分８ｂとから成る。分離室８の円筒状部分８ａには、モータ室２から圧縮冷媒を導入する導入孔９が、円筒状部分８ａの内周面に接するように連通している。また、仕切部材７には、導入孔９にモータ室２内の圧縮冷媒を導くための通し孔７ａが、分離室８上方の位置に形成されている。モータ室２内の圧縮冷媒は、通し孔７ａ及び導入孔９を通って分離室８に導かれる。従って、貯油室６は分離室８や通し孔７ａ等を介して間接的にモータ室２と連通している。
分離室８に導入された圧縮冷媒は、分離室８内周面に沿って旋回し、旋回による遠心力を得る。よって、冷媒ガスよりも質量の大きい潤滑油２７は、分離室８の内周面に接触して圧縮冷媒から分離される。分離された潤滑油２７は、重力に従って分離室８下方に移動し、分離室８の下端部に連通する導油路１９を介して貯油室６に導かれ、貯油室６内に貯留される。

図３に示すように、貯油室６に貯留された潤滑油２７は、モータ５の駆動軸１４端部に設けられたトロコイド型のポンプ１３により、ハウジング３に形成された油通路３ｂを介して吸い上げられる。そして、駆動軸１４内部に形成された給油路１５を通って、圧縮機構部４やモータ５の軸受等の機械的摺動部に供給され、各摺動部の潤滑に用いられる。
なお、分離室８と貯油室６との間には、貯油室６のガス抜き孔６ａ（図４参照）が形成されている。ガス抜き孔６ａは貯油室容積を効率よく利用できるよう、なるべく鉛直方向の高い位置に形成することが望ましい。

圧縮機構部４は、図３に示すように、スクロール型の圧縮機構となっている。つまり、固定鏡板１１ａから渦巻状の羽根が立ち上がった固定渦巻部１１と、旋回鏡板１２ａから渦巻状の羽根が立ち上がった旋回渦巻部１２とが噛み合わされている。旋回渦巻部１２は、固定渦巻部１１に対して旋回運動する。その圧縮機構の気体圧縮のメカニズムや動作は公知であるので、本実施例ではその詳細な説明は省略する。
圧縮機構部４は、ハウジング３に設けられた吸入口３ｃ（図１参照）を介して冷凍サイクル中の冷媒を、吸入・圧縮し、固定鏡板１１ａの中央部に設けられた吐出孔３１から吐出する。吐出された圧縮冷媒は、図示しない通路を通ってモータ室２に導かれ、モータ５を冷却した後、分離室８に導入される。そして、圧縮冷媒に含まれる潤滑油２７は、分離室８で分離され、潤滑油２７が分離された圧縮冷媒は、ハウジング３に設けられた吐出口３ｄから吐出される。
なお、上述の実施例においては、貯油室６に貯留されている潤滑油２７を、ポンプ１３により積極的に潤滑を要する機械的摺動部等に供給するが、ポンプ１３を設けずにハウジング３内の差圧を利用して、潤滑油２７を、駆動軸１４内に形成された給油路１５を通して潤滑を要する機械的摺動部等に供給する構成としてもよい。

このように本実施例の圧縮機では、仕切部材７を配置してモータ室２から独立した貯油室６を簡便に形成できるので、遠心分離型の潤滑油分離技術をモータ内蔵型の圧縮機に応用することができる。
また、貯油室６の下部は、完全に仕切部材７で圧縮機構部４及びモータ５と分離されている。そのため、圧縮機構部４及びモータ５に存在する撹拌冷媒に影響されず、貯油室６には、安定した状態で潤滑油２７が存在する。そして、貯油室６の下部に油通路３ｂを備える構成としているので、その安定した状態の潤滑油２７を貯油室６の下部から、吸い上げることができる。

図５は、本発明の第２実施例による圧縮機の断面図である。
図５において、圧縮機１の胴部の周りにある取付け脚２０によって横向きに設置される、横型の電動方式圧縮機の一例を示している。
本実施例の圧縮機１は、ハウジング３内に圧縮機構部４およびこれを駆動するモータ５を内蔵する。貯油室６は、圧縮機構部４を含む各摺動部の潤滑に用いる潤滑油２７を貯留する。モータ５は、図示しないモータ駆動回路部によって駆動する。取り扱う冷媒はガス冷媒であり、潤滑油２７は各摺動部の潤滑のほか、圧縮機構部４の摺動部のシールにも用いる。また、冷媒に対して相溶性のある潤滑油２７を用いる。
しかし、圧縮機は、本実施例の圧縮機１に限られることはない。基本的には、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部４と、この圧縮機構部４を駆動するモータ５と、圧縮機構部４を含む各摺動部の潤滑に用いる潤滑油２７を貯留する貯油室６とをハウジング３に内蔵し、モータ５をモータ駆動回路部により駆動する構成であればよい。

また、本実施例の圧縮機構部４はスクロール方式の圧縮機構の一例である。図５に示すように、圧縮空間１０は、固定鏡板１１ａから羽根が立ち上がった固定渦巻部１１と、旋回鏡板１２ａから羽根が立ち上がった旋回渦巻部１２とを噛み合わせて形成される。旋回渦巻部１２は、モータにより駆動される駆動軸１４によって固定渦巻部１１に対して円軌道の運動を行う。その運動に伴って圧縮空間１０は、容積が変化し、外部サイクルから帰還する冷媒をサブケーシング８０に設けた吸入口３ｃから吸入して圧縮する。圧縮された冷媒は、ハウジング３に設けた吐出口３ｄから外部サイクルへ吐出される。
貯油室６に貯留されている潤滑油２７は、容積型のポンプ１３によって駆動軸１４内の給油路１５に導かれる。ポンプ１３は、駆動軸１４により駆動される。また、ポンプ１３を用いる代わりに、ハウジング３内の差圧を利用してもよい。給油路１５に導かれた潤滑油２７は、旋回渦巻部１２の旋回駆動に伴い、旋回渦巻部１２の背面の液溜り２１に供給される。なお、液溜り２１とともに液溜り２２に供給してもよい。
そして、この液溜り２１に供給された潤滑油２７の一部は、旋回渦巻部１２の絞り２３で減圧された後、旋回渦巻部１２の外周部の背面側に供給される。そして、旋回渦巻部１２の外周部の背面側に供給された潤滑油２７は、旋回渦巻部１２を固定渦巻部１１に押圧するとともに、チップシール２４を保持する保持溝２５に供給される。チップシール２４は、旋回渦巻部１２の羽根先端と固定渦巻部１１との間のシール部材である。このように、潤滑油２７によって、固定渦巻部１１と旋回渦巻部１２との間のシールおよび潤滑が行われる。
また、液溜り２１に供給された潤滑油２７の他の一部は、偏心軸受４３、液溜り２２、主軸受４２を通りながら、主軸受４２、偏心軸受４３を潤滑した後、モータ５側に流出し、貯油室６へと回収される。

さらに、本実施例の圧縮機構部４は、ハウジング３の一方の端部壁３ｅから軸線方向の順に、ポンプ１３、副軸受４１を支持する軸受支持部３ａ、モータ５、主軸受４２を支持する主軸受部材５１が配置されている。ポンプ１３は、端部壁３ｅの外面から収容され、その後に嵌め付けた蓋体５２と端部壁３ｅとの間に保持されている。そして、蓋体５２の内側に貯油室６に通じるポンプ室５３が形成され、このポンプ室５３は油通路３ｂを介して貯油室６に通じている。また、副軸受４１は、ポンプ１３に連結している駆動軸１４を軸受している。そして、モータ５は、その固定子５ａを焼き嵌めなどしてハウジング３の内周に固定され、駆動軸１４は、駆動軸１４に固定した回転子５ｂによって回転駆動する。
主軸受部材５１は、サブケーシング８０の内周にボルト１７などにて固定され、圧縮機構部４の駆動軸１４を主軸受４２により軸受している。主軸受部材５１の外面には、固定渦巻部１１が図示しないボルトなどによって取付けられ、これらの主軸受部材５１と固定渦巻部１１との間に旋回渦巻部１２を挟み込んでいる。主軸受部材５１と旋回渦巻部１２との間には、オルダムリングなどの旋回渦巻部１２の自転を防止して円運動させるための自転拘束部５７が設けられ、偏心軸受４３を介して駆動軸１４を旋回渦巻部１２に接続し、旋回渦巻部１２を円軌道で旋回させている。

圧縮機構部４のサブケーシング８０側の露出部分は、ハウジング３によって覆われている。サブケーシング８０とハウジング３とは、それぞれの開口部同士を突き合わせてボルト１８にて固定している。ハウジング３の一方には端部壁３ｅが、ハウジング３の他方には端部壁８０ａが形成されている。また、圧縮機構部４はサブケーシング８０の吸入口３ｃとハウジング３の吐出口３ｄとの間に位置している。圧縮機構部４の吸入孔１６はサブケーシング８０の吸入口３ｃに連通している。圧縮機構部４の吐出孔３１は、吐出室６２に連通している。この吐出室６２は端部壁８０ａによって形成されている。吐出孔３１と吐出室６２との間には、リード弁３１ａが設けられている。そして、吐出室６２は、固定渦巻部１１及び主軸受部材５１を貫通する連絡通路６３と連通している。この連絡通路６３は、モータ５が配置されるモータ室２に連通している。なお、連絡通路６３は、固定渦巻部１１とハウジング３との間、及び主軸受部材５１とハウジング３との間に形成してもよい。
モータ５は、モータ駆動回路部によって駆動される。駆動軸１４は、モータ５によって回転して、圧縮機構部４を円軌道運動させるとともに、ポンプ１３を駆動する。このとき圧縮機構部４には、ポンプ１３により貯油室６の潤滑油２７が供給される。この潤滑油２７は、圧縮機構部４を潤滑するとともにシールを行う。サブケーシング８０の吸入口３ｃから吸入される冷媒は、固定渦巻部１１に設けた吸入孔１６から圧縮機構部４内に吸入される。そして、圧縮機構部４は、吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を吐出孔３１から吐出室６２に吐出する。吐出室６２に吐出された冷媒は、連絡通路６３を通ってモータ５側に入り、モータ５を冷却しながらハウジング３の吐出口３ｄから吐出される。この吸入から吐出までの過程で、衝突や気液分離によって潤滑油２７は冷媒から分離する。なお、冷媒に随伴している一部潤滑油２７によって副軸受４１の潤滑が行われる。

本実施例では、モータ５を挟んで圧縮機構部４とは反対側に仕切部材７を配設している。特に、仕切部材７は、上部のみに通し孔７ａを設け、さらに貯油室６の下部を、圧縮機構部４及びモータ５と完全に分離している。
以上のような構成によると、潤滑油２７を含んだ冷媒は、仕切部材７の上部に設けられた通し孔７aを通ってハウジング３の内壁へ衝突することで、潤滑油２７と冷媒とに分離する。そして、分離後の潤滑油２７は、ハウジング３の内壁および仕切部材７などを伝って貯油室６に回収される。
また、貯油室６の下部は、完全に仕切部材７で圧縮機構部４及びモータ５と分離されている。そのため、圧縮機構部４及びモータ５に存在する撹拌冷媒に影響されず、貯油室６には、安定した状態で潤滑油２７が存在する。そして、貯油室６の下部に油通路３ｂを備える構成としているので、その安定した状態の潤滑油２７を貯油室６の下部から、吸い上げることができる。

このように本実施例の圧縮機では、仕切部材７を圧縮機１内部に設置することによって、少ないスペースで効率よく安定した潤滑油２７を貯めること、貯油室６のスペースを大きく確保することができる。従って、コンパクトな液分離装置とすることで、小型、軽量で高性能な圧縮機を実現できる。

本発明にかかる圧縮機は、冷凍サイクルの効率を向上させることが可能であり、家庭用ルームエアコンや自動車用空調装置などに用いる場合に有用である。

本発明の第１実施例による圧縮機の外観正面図 図１に示す圧縮機の外観右側面図 図２に示す圧縮機のＡ―Ａ断面図 図２に示す圧縮機のＢ―Ｂ断面図 本発明の第２実施例による圧縮機の断面図

符号の説明

１ 圧縮機
２ モータ室
３ ハウジング
３ｂ 油通路
４ 圧縮機構部
５ モータ
５ａ 固定子
６ 貯油室
７ 仕切部材
７ａ 通し孔
８ 分離室
１１ 固定渦巻部
１２ 旋回渦巻部
１３ ポンプ
１４ 駆動軸
２７ 潤滑油

Claims (5)

1. ハウジング内に、圧縮機構部と前記圧縮機構部を駆動するモータとを収容した圧縮機であって、
   前記モータを挟んで前記圧縮機構部と反対側の前記ハウジング内に、前記モータが収容されるモータ室とは独立して貯油室が形成されたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記モータ室と前記貯油室の間に、前記モータ室と前記貯油室を液密状態で仕切る仕切部材が配置されたことにより、前記貯油室が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記モータ室と前記貯油室を液密状態で仕切る仕切部材が配置され、前記仕切部材は前記モータを構成する固定子に押圧されることにより前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. ハウジング内に、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動するモータと、前記圧縮機構部を含む摺動部を潤滑する潤滑油を貯留する貯油室と、前記貯油室に貯まった前記潤滑油を吸い上げる油通路とを備えた圧縮機であって、
   前記貯油室と前記圧縮機構部及び前記モータとを分離する仕切部材を設け、前記仕切部材の上部のみには冷媒吐出のための通し孔を備え、前記仕切部材の下部では前記圧縮機構部及び前記モータと完全に分離し、前記油通路は前記仕切部材で仕切られた前記貯油室の下部に備えられたことを特徴とする圧縮機。
5. 前記通し孔より吐出した冷媒を、前記ハウジングの一部に衝突させて前記潤滑油を冷媒から分離することを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。

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