JP2007170386A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ冷却のためのオイル流路構造を改善することにより、円滑なオイル流路を確保してオイルと冷媒が混合する区間を最小化することのできるスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】本発明によるスクロール圧縮機は、圧縮部２２０，２３０と、圧縮部を支持するメインフレーム２４０と、メインフレームによって上端部が支持され、内部に偏心するように形成されたオイル供給流路を有する駆動軸２５０と、駆動軸を回転させるための回転子２６２及び固定子２６１から形成されたモータ２６０と、回転子の上側に収容されるオイルキャップ３１０と、駆動軸に嵌合されるバランス部材３２０，３５０とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明はスクロール圧縮機に関するものであり、圧縮機内部に流れる潤滑油の油分散率を調節することにより、圧縮機外部に吐出されるオイルの油吐出量（oil circulation rate）、及び圧縮機の震動が減少されるようにするスクロール圧縮機に関するものである。

一般に、スクロール圧縮機は、低温低圧の冷媒を高温高圧に圧縮するための装置であり、高圧に圧縮された冷媒がモータの収容された空間に流入するようにする高圧式スクロール圧縮機と、低圧の冷媒がモータの収容された空間に流入するようにする低圧式スクロール圧縮機とに区別される。

高圧式スクロール圧縮機は、旋回スクロールの旋回運動で圧縮された冷媒ガスによってモータが冷却されるようにする。よって、旋回スクロールの旋回運動で圧縮された冷媒オイル混合流体は、吐出流路に沿ってモータに向かって流れ込む。

そして、モータに向かって流れ込む吐出ガス中のオイルは、モータを冷却すると共に圧縮機内部の下側に下降し、圧縮機の底部に形成されたオイルサンプに貯蔵される。そして、冷媒は最終的に吐出管を介して圧縮機外部に排出される。

また、前記高圧の冷媒ガスにはオイルが混ざっているので、冷媒ガスがモータを経てモータを冷却する過程でオイルが分離するようにし、外部に排出されるオイルの量を最小化することが圧縮機の性能を左右する非常に重要な技術である。

高温高圧に圧縮された吐出ガスからオイルを分離して油吐出量を最小化するための方法の１つとして、ロータに流路を形成してロータの回転を利用した分離方法が一般的に使用されている。

図１は従来の高圧式スクロール圧縮機に適用されるオイル流路構造を示す部分断面図である。

図１に示すように、従来の高圧式スクロール圧縮機は、ハウジング１と、前記ハウジング１内部に収容されるモータ３と、前記モータ３の中心部を貫通する駆動軸４と、前記駆動軸４の上端部を支持するメインフレーム２とを含む。

より詳細には、前記メインフレーム２の上部には、冷媒を圧縮するための圧縮部が装着される。また、前記モータ３は、前記駆動軸４が中心部を貫通し、多数のオイル下降孔３３が形成される回転子３１と、前記回転子３１の外周面に装着される固定子３２とからなる。

また、前記駆動軸４の内側にはオイル供給流路４１が形成される。

前述した構成によれば、前記メインフレーム２の上側に備えられた圧縮部で高温高圧に圧縮された冷媒オイル混合ガスは、吐出口から吐出されて前記モータ３が装着されたハウジング１内部に吐出される。

そして、前記ハウジング１の下端に貯蔵されたオイルは、前記駆動軸４の回転で発生する遠心力によって前記オイル供給流路４１に沿って上昇する。そして、上昇するオイルは、前記メインフレーム２と圧縮部が接触する部分に広がって潤滑作用を行う。

一方、前記圧縮部から吐出された高温高圧の冷媒オイル混合ガス中のオイルは、前記回転子３１に形成されたオイル下降孔３３に沿って下降して前記モータ３を冷却する。

そして、前記オイル下降孔３３を通過したオイルは、前記ハウジング１の下側に形成されたオイルサンプに流れ込む。そして、吐出されたオイルの一部は、固定子と回転子との間隙、及び固定子とハウジングとの間の流路を介して流れる。

一方、前述した構成を有する従来のスクロール圧縮機には次のような問題がある。

第１に、オイルによってモータを冷却するようにするために、回転子に多数のオイル下降孔を形成する構造は、回転子の強度を弱化させるという問題がある。

第２に、モータ内で十分な自己抵抗が確保されるようにするためには、回転子に加工することのできるオイル下降孔の個数と大きさに限りがあるという問題がある。よって、容量の大きい圧縮機の場合、高い自己抵抗を確保しなければならないので、回転子に形成することのできるオイル下降孔の大きさと個数に多くの制限が伴う。

第３に、回転子にオイル下降孔を形成する場合、回転子の強度が弱くなると共に、形状変形によって固定子又は回転子が摩耗又は破損して圧縮機が作動できなくなる可能性がある。

また、従来のスクロール圧縮機の場合、回転子の上側に装着されるアッパーエンドリングと上部バランスが一体型に製作されるので、回転子の強度が弱くなり、よって固定子と回転子の摩耗現象が多くなるという問題がある。

本発明は前述の問題を解決するためになされたものであり、モータ冷却のためのオイル流路構造を改善することにより、円滑なオイル流路を確保してオイルと冷媒とが混合する区間を最小化することのできるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

また、固定子の回転力を利用したオイルの遠心分離能力を最大化して圧縮機の性能を向上させるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

さらに、モータ冷却のためのオイル流路を改善することにより、圧縮機外部に排出されるオイルの量を最小化し、圧縮機の部品の摩耗や圧縮機の過熱現象を未然に防止することのできるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

本発明によるスクロール圧縮機は、圧縮部と、前記圧縮部を支持するメインフレームと、前記メインフレームによって上端部が支持され、内部に偏心するように形成されたオイル供給流路を有する駆動軸と、前記駆動軸を回転させるための回転子及び固定子から形成されたモータと、前記回転子の上側に収容されるオイルキャップと、前記駆動軸に嵌合されるバランス部材とを含む。

本発明によるスクロール圧縮機によれば、オイルの流路構造が改善してオイルと冷媒の混合する区間が最小化される効果がある。

また、オイルの流路が改善されることにより、圧縮過程で圧縮機外部に排出されるオイルの量が最小化されて圧縮機の摩耗が減少され、圧縮性能が向上する効果がある。

また、回転子内部にオイル流路のための孔を形成する必要がないので、回転子の強度が補強され、十分な自己抵抗が確保され、回転子の強度弱化による形状変形が発生しなくなる。

以下、添付図面を参照して本発明について詳しく説明する。

図２は本発明の実施形態による駆動部アセンブリを示す斜視図であり、図３は駆動部アセンブリの分解斜視図である。

図２及び図３に示すように、本発明の実施形態による駆動部アセンブリ３００は、所定のモータが駆動されることによって回転する駆動軸２５０と、前記駆動軸２５０の外周面に嵌合される回転子２６２と、前記回転子２６２の上側に結合されるアッパーエンドリング３３０と、前記アッパーエンドリング３３０の上側に収容されるオイルキャップ３１０とを含む。

また、前記オイルキャップ３１０の内部には上部バランス３２０が形成され、前記上部バランス３２０は前記駆動軸２５０の外周面に嵌合されて前記駆動軸２５０が回転することによってそれと一体に回転する。

さらに、前記回転子２６２の下側にはローエンドリング３４０が形成され、前記ローエンドリング３４０の下側には下部バランス３５０が形成される。

より詳細には、前記駆動軸２５０には、上昇するオイルの移動経路となるオイル供給流路２５２が前記駆動軸２５０の中心部からいずれか一方に偏心するように形成される。

すなわち、前記オイル供給流路２５２は、前記駆動軸２５０が回転する中心側から所定距離離れた所に形成される。

また、前記駆動軸２５０の外周面には、所定の幅と長さを有して所定の深さ陥没した陥没部２５３が形成され、前記陥没部２５３によって冷媒の移動経路が形成される。これについての説明は添付図面を参照して後述する。

前記上部バランス３２０は、前記アッパーエンドリング３３０から所定距離離隔するように装着され、前記駆動軸２５０と一体に回転する。

また、前記駆動軸２５０の上部の一部は前記駆動軸２５０の回転中心から偏心するように形成され、前記駆動軸２５０の重量中心が偏心した方向に移動する。

従って、前記駆動軸２５０の重量中心を補償するための構成として、前記上部バランス３２０が前記駆動軸２５０の偏心方向とは反対方向に荷重を加えることができるように形成される。また、安定した駆動軸２５０の回転のために、前記上部バランス３２０の反対側にも下部バランス３５０が装着される。

また、前記回転子２６２の上側にはオイルキャップ３１０が装着され、メインフレーム（後述する）を通過した吐出ガス中に含まれるオイルが圧縮機内部で噴射される現象を防止する。

前記回転子２６２の外周面には固定子２６１（図５参照）が嵌合され、前記固定子に電源が印加されるときに発生する磁場の相互作用によって前記回転子２６２が回転する。例えば、交流の多相（multiphase）供給源が固定子に加えられて回転磁界（rotating magnetic field）が形成され、前記回転磁界による誘導電流が前記回転子２６２に発生し、前記回転子２６２には固定磁界が発生する。このような磁界によって得られた始動トルクによって前記回転子２６２が回転し始める。

また、前記回転子２６２の回転によって前記駆動軸２５０が回転して遠心力が発生するが、これはスクロール圧縮機の下側に貯蔵されていた流体を上に汲み上げる力の元となる。

さらに、本発明によるオイルキャップ３１０により、メインフレームの下側に吐出される流体の流路が確保され、前記オイルキャップ３１０内部に移動した流体は前記駆動軸２５０に形成されている陥没部２５３に沿って下に移動することができる。

前記上部バランス３２０は、前記駆動軸２５０に嵌合される方式（圧入方式）によって装着されるので、駆動部アセンブリ３００の信頼性が向上する。また、前記ローエンドリング３４０と下部バランス３５０が一体に形成されることによって製造コストが節減され、駆動部アセンブリ３００の動作の信頼性が増加する。

また、前記下部バランス３５０の形、大きさ、及び延びる方向を調節してオイルと冷媒の分散方向を適切に調節できるが、これは前記下部バランス３５０の形成によって前記駆動軸２５０の重量中心が補助的に補償されるからである。

図４は本発明の実施形態によるバランス部材が装着された状態を説明するための図である。

図４に示すように、本発明の実施形態によるバランス部材は、前記オイルキャップ３１０の内側に形成される上部バランス３２０と、前記上部バランス３２０の下側に形成される下部バランス３５０とからなる。

また、前記上部バランス３２０及び下部バランス３５０は、駆動軸２５０の安定した回転のために前記駆動軸２５０の偏心した荷重を補償する役割を果たす。

すなわち、電磁気的特性によって前記回転子２６２が回転する場合、前記駆動軸２５０がいずれか一方に偏心した状態で回転すると、旋回スクロールの回転運動が円滑に行われなくなったり、前記回転子２６２周辺の装置との摩擦が発生する。

従って、前記駆動軸２５０の偏心した荷重を補償するための構成として、前記上部バランス３２０及び下部バランス３５０が開示される。

また、前記上部バランス３２０は、前記駆動軸２５０の偏心した方向とは反対方向に荷重を加えることができるように形成され、前記下部バランス３５０は、前記上部バランス３２０自身の荷重よりは小さい荷重で、前記上部バランス３２０の荷重方向とは反対方向に荷重が加わるように形成される。

前記の駆動部アセンブリが装着されたスクロール圧縮機の内部構成を、その断面構造を参照してさらに詳細に説明する。

図５は本発明の実施形態によるスクロール圧縮機の断面図である。

図５に示すように、本発明によるスクロール圧縮機２００は、ハウジング２１０と、前記ハウジング２１０の上側に形成されて冷媒を流入させる冷媒吸入管２１３を含む吐出カバー２１１と、前記ハウジング２１０の下側に形成され、その内部にオイルが貯蔵されるベースカバー２１２とを含む。

前記スクロール圧縮機２００は、前記ハウジング２１０内部に収容されて回転力を発生させるモータ２６０と、前記モータ２６０の中心を貫通して回転する駆動軸２５０と、前記駆動軸２５０の上部を支持するメインフレーム２４０と、前記駆動軸２５０の下側を支持するベースフレーム２７０と、前記メインフレーム２４０の上側で冷媒の圧縮を行うための圧縮部とを含む。

また、前記圧縮部の構成として、旋回運動する旋回スクロール２３０と、前記旋回スクロール２３０の下側で前記旋回スクロール２３０の旋回運動を誘導するオルダムリング２３１と、前記旋回スクロール２３０の上側に形成され、内部に圧縮空間を形成する固定スクロール２２０とが開示される。

より詳細には、前記モータ２６０は、前記ハウジング２１０の内周面に結合される固定子２６１と、前記固定子２６１の内部で回転する回転子２６２とを含み、前記回転子２６２の中心部を前記駆動軸２５０が貫通する。

また、前記駆動軸２５０の外周面には、所定の幅と深さを有する陥没部２５３が所定の長さだけ形成されており、前記陥没部２５３に沿ってオイルが流れる。

さらに、前記固定子２６１の内周面の一部がＤ−ｃｕｔ工程で切開されることにより、冷媒ガスを上昇させるための流路が形成される。

さらに、前記駆動軸２５０の中心部にはオイル供給流路２５２がいずれか一方に偏心するように形成され、前記オイル供給流路２５２内部に流入するオイルは前記駆動軸２５０の回転で発生する遠心力によって上昇する。

さらに、前記駆動軸２５０の下側にはオイルフィーダ２５１が結合され、前記駆動軸２５０と共に一体に回転して貯蔵されたオイルが前記オイル供給流路２５２に移動できるように汲み上げる。

さらに、前記ベースフレーム２７０には、オイルが圧縮機２００の底部に流れるようにするための孔が形成される。

前記スクロール圧縮機２００は、前記回転子２６２の上側に結合されるアッパーエンドリング３３０と、前記アッパーエンドリング３３０から上方に所定距離離隔されて前記駆動軸２５０に装着される上部バランス３２０と、前記アッパーエンドリング３３０の上側に結合されて内部に前記上部バランス３２０を収容するオイルキャップ３１０と、前記回転子２６２の下側に結合されるローエンドリング３４０と、前記ローエンドリング３４０の下側に結合される下部バランス３５０とをさらに含む。このような構成は、図２及び図３についての説明によって開示され、前記ローエンドリング３４０と下部バランス３５０は別途の部品に製作することもでき、一体に形成することもできる。

圧縮部を構成する前記旋回スクロール２３０の上部にはスパイラル状の旋回スクロールラップ２３２が形成され、前記固定スクロール２２０の下部にもスパイラル状の固定スクロールラップ２２３が形成される。よって、前記旋回スクロール２３０の旋回運動によって前記旋回スクロールラップ２３２と固定スクロールラップ２２３との間に流入した冷媒が高圧に圧縮される。

また、前記固定スクロール２２０の上部には、高圧に圧縮された冷媒とオイル流体が吐出される吐出孔２２１が形成される。さらに、前記固定スクロール２２０の一方の縁部には、前記吐出孔２２１から吐出された高圧の流体を下降させる排出孔２２２が形成される。

さらに、前記メインフレーム２４０の一方には、前記排出孔２２２と連通する連通孔２４１が形成される。よって、前記排出孔２２２から下降する冷媒が前記連通孔２４１に沿って移動し、前記連通孔２４１を通過した冷媒は前記ハウジング２１０内部に流入する。

前述した構成を有する本発明の実施形態に関し、スクロール圧縮機２００内部で起きる冷媒の流れについて説明する。低温低圧状態の冷媒とオイルが混合した混合流体が前記冷媒吸入管２１３に流入する。そして、流入した混合流体は、前記旋回スクロール２３０の旋回運動によって高温高圧の流体に圧縮される。

そして、高温高圧に圧縮された流体は、前記固定スクロール２２０の吐出孔２２１から吐出された後、前記固定スクロール２２０の排出孔２２２から下降する。

そして、前記排出孔２２２から排出された流体は、前記メインフレーム２４０の一方を貫通する前記連通孔２４１に沿って下降する。そして、下降する混合流体は、前記モータ２６０を含むハウジング２１０内部に移動する。

そして、前記ハウジング２１０内部に移動した混合流体は、前記冷媒吐出管２１４を介して圧縮機２００外部に排出される。

一方、前記メインフレーム２４０の連通孔２４１に沿って下降する流体に含まれるオイルは前記オイルキャップ３１０内部に流入し、前記オイルキャップ３１０内部に移動したオイルは前記駆動軸２５０に形成されている陥没部２５３に沿って下降してベースカバー２１２に貯蔵された後、前記オイルフィーダ２５１によってポンピングされて前記オイル供給流路２５２に沿って上昇する。

そして、前記オイル供給流路２５２に沿って上昇するオイルは前記駆動軸２５０の上端部まで上昇し、前記メインフレーム２４０と旋回スクロール２３０との間の接触面に広がって潤滑作用を行う。

そして、潤滑作用が行われたオイルは前記駆動軸２５０と前記メインフレーム２４０との間の微細な隙間に沿って下降し、前記オイルキャップ３１０内部に流れ込む。

前記オイルキャップ３１０内部に流れ込んだオイルは前記オイルキャップ３１０内部で循環し、前記駆動軸２５０の外周面に形成された陥没部２５３に沿って下降する。そして、前記陥没部２５３に沿って下降するオイルは、前記ベースフレーム２７０に形成された孔から再び前記圧縮機２００の底部に貯蔵される。

ここで、前記連通孔２４１に沿って下降する圧縮流体中の冷媒ガスの一部は直ちに前記冷媒吐出管２１４を介して吐出され、残りの一部はオイルと共に前記オイルキャップ３１０内部に流れ込んだ後、下降する。

そして、前記陥没部２５３に沿って下降したオイルは前記回転子２６２の下側空間で循環し、その後前記固定子２６１とハウジング２１０の内部面との間に形成された隙間（所定の空間）に沿って上昇する。上昇したオイル（すなわち、混合流体）は前記冷媒吐出管２１４を介して圧縮機２００外部に排出される。

前述した本発明の実施形態によれば、前記駆動軸２５０の外周面にオイルが流れるようにする陥没部２５３が形成されることにより、前記回転子２６２に別途の孔を形成する必要がなくなり、オイルの吐出量も減少するという利点がある。

また、前記陥没部２５３は前記駆動軸２５０の外周面に１つ又はそれ以上形成することができ、前記陥没部２５３の縦軸の長さは前記回転子２６２の縦軸の長さより長く形成されるようにし、前記メインフレーム２４０から下降する流体が前記ベースフレーム２７０の下側に流れるようにする。

また、本発明の実施形態によれば、前記回転子２６２の上側に所定の内部空間を有するオイルキャップ３１０が装着されることにより、前記メインフレーム２４０の下側を介して吐出された冷媒と混合流体がハウジング２１０内部で四方に分散しなくなる。

すなわち、前記駆動軸２５０のオイル供給流路２５２に沿って上昇したオイルは前記旋回スクロール２３０とメインフレーム２４０を潤滑させた後に下降し、前記メインフレーム２４０の下側に吐出される高温高圧のオイルが前記ハウジング２１０の内周面に飛散せず、前記オイルキャップ３１０によって駆動軸２５０の陥没部２５３に沿って容易に案内される。

従って、前記陥没部２５３に案内されるオイルの大部分が前記ベースフレーム２７０の下側に集まることによって油吐出量が減少し、冷媒とオイルの流路が効果的に分離される。

従来の高圧式スクロール圧縮機に適用されるオイル流路構造を示す部分断面図である。 本発明の実施形態による駆動部アセンブリを示す斜視図である。 駆動部アセンブリの分解斜視図である。 本発明の実施形態によるバランス部材が装着された状態を説明するための図である。 本発明の実施形態によるスクロール圧縮機の断面図である。

符号の説明

２２０ 固定スクロール
２３０ 旋回スクロール
２４０ メインフレーム
２５０ 駆動軸
２６０ モータ
２６１ 固定子
２６２ 回転子
３１０ オイルキャップ
３２０ 上部バランス
３５０ 下部バランス

Claims (11)

1. 圧縮部と、
   前記圧縮部を支持するメインフレームと、
   前記メインフレームによって上端部が支持され、内部に偏心するように形成されたオイル供給流路を有する駆動軸と、
   前記駆動軸を回転させるための回転子及び固定子から形成されたモータと、
   前記回転子の上側に収容されるオイルキャップと、
   前記駆動軸に嵌合されるバランス部材とを含むことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記バランス部材が、
   前記駆動軸の上側に形成される上部バランスと、
   前記駆動軸の下側に形成される下部バランスとから形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記バランス部材が、前記オイルキャップ内部に収容されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記バランス部材が、前記回転子から所定間隔を置いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 流体を圧縮するための圧縮部と、
   前記圧縮部を支持し、前記流体が移動できるように一方に所定の大きさの孔が形成されたメインフレームと、
   前記メインフレームによって支持され、上側の一部が所定方向に偏心するように形成された駆動軸と、
   前記駆動軸の外側に形成されるモータと、
   前記駆動軸の偏心した荷重を補償するためのバランス部材とを含むことを特徴とするスクロール圧縮機。
6. 前記バランス部材が、
   前記駆動軸の上側で前記駆動軸の偏心した荷重を補償するための上部バランスと、
   前記駆動軸の下側で前記駆動軸の偏心した荷重を補償するための下部バランスとから形成されることを特徴とする請求項５に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記メインフレームとモータとの間に形成され、その内部の収容空間が形成されるオイルキャップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記バランス部材が、前記駆動軸の外周面に嵌合され、前記オイルキャップの内側の収容空間に装着されることを特徴とする請求項７に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記バランス部材が、特定方向に偏心した荷重を有するように形成されることを特徴とする請求項５に記載のスクロール圧縮機。
10. 圧縮部と、
    前記圧縮部を支持するためのメインフレームと、
    前記メインフレームによって上端部が支持され、内部に偏心して形成されたオイル供給流路、及び外周面に所定の幅と長さに形成された陥没部を含む駆動軸と、
    前記駆動軸の外周面に嵌合される回転子と、
    前記回転子の上側に収容されるオイルキャップと、
    前記駆動軸に嵌合されるバランス部材とを含み、
    前記バランス部材が、前記オイルキャップの内部に収容されて前記駆動軸に圧入される上部バランスと、前記回転子の下側に嵌合される下部バランスとから形成されることを特徴とするスクロール圧縮機。
11. 前記圧縮部から吐出された冷媒とオイルの一部が前記メインフレームを貫通して前記オイルキャップ内部に流入し、
    前記冷媒とオイルの一部が前記オイルキャップ内部を循環して前記駆動軸の陥没部に沿って下降することを特徴とする請求項１０に記載のスクロール圧縮機。

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