JP2007291868A - 回転圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動機のシャフトに遠心クラッチと中間ローラとを設け、電動機の低速回転領域において圧縮部のローラの回転数を電動機の回転数より低速とし、電動機の回転数の可変幅をそのままとした時、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくできる回転圧縮機を提供する。
【解決手段】 密閉容器１内に、シリンダ8a,8b と、偏心クランク部を持つシャフト４と偏心クランク部により前記シリンダ内を偏心回転するローラ15a,15b と、同ローラの外周に摺接して前記シリンダに設けられた溝部を往復運動するベーン16a,16b と、シャフト及びシリンダを保持する軸受9,11とを有する圧縮部2A,2B 及び圧縮部を駆動する電動機３を備えた回転圧縮機において、偏心クランク部に、遠心力によりローラの回転数がシャフトの回転数より低速とする、遠心クラッチ17a,17b および偏心径をもった中間ローラ18a,18b とからなる回転伝達機構を設けた構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は空調機や冷凍機等に用いられる回転圧縮機に係わり、詳しくは、電動機のシャフトに遠心クラッチと中間ローラとを設け、電動機の低速回転領域で圧縮部のローラの回転数を電動機の回転数より低速とすることにより、電動機の回転数の可変幅をそのままとした時、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくできる構成に関するものである。

近年インバータ化が進んでいるが、冷凍能力の可変幅は圧縮機の仕様に定められた電動機回転数の可変幅で決まり、最小能力と最大能力の比で１：１０程度である。しかし、インバータ制御を備えた機種では、可変能力範囲を最低回転数以下にはできないので断続運転領域をもっているが、省エネ性を悪化させてしまう。そこで、より一層の省エネ化やマルチエアコンへの対応など冷凍能力の可変幅の拡大が求められている。
上記内容に対応する技術として、例えば図６に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。
図６に示すように、密閉容器１０’内に、電源を受けて駆動して動力を発生させる駆動装置２０と、該駆動装置２０の回転力を受けて、冷媒を吸入、圧縮及び吐出する圧縮装置３０とを含んでなる。

図６において、密閉容器１０’は回転圧縮機の外観を示すもので、その上部には圧縮冷媒を吐き出す冷媒吐出管１１’が設けられ、下部には冷媒を流入させる冷媒流入管１２’が設けられている。駆動装置２０は、電源を受けて磁場を形成する固定子２１と、該固定子２１に回転可能に設置される回転子２２と、一端は回転子２２に固定され、他端は圧縮装置３０を貫通するように設置され、回転子２２と共に回転する回転軸４０とを備えている。この従来例は、多数の圧縮室を有し、それぞれの圧縮室に、回転軸４０が所定の回転速度で回転する場合にだけ回転軸４０に回転力を伝達する１方向クラッチを備え、回転軸の回転方向によって圧縮機の圧縮容量が変化するようになされている。

まず、駆動装置２０に電源が印加され、回転軸４０が第１回転方向（例えば、時計方向）に回転すると、回転軸４０の回転力は第１方向クラッチ５０ａと第１偏心カム３３ａを介して第１ローラー３２ａに伝達される。したがって、第１ローラー３２ａが回転し、第１可変圧縮室３１ａの冷媒を圧縮する。
一方、第２一方向クラッチ５０ｂは回転軸４０が第２回転方向（例えば、反時計方向）に回転する場合にだけ第２ローラー３２ｂに回転力を伝達するようになっているので、第２ローラー３２ｂは停止した状態に維持され、第２圧縮室３１ｂでは冷媒の圧縮が行われない。したがって、第１可変圧縮室３１ａでだけ冷媒の圧縮が行われる圧縮空間として作用する。

つぎに、回転軸４０が第２回転方向に回転すると、第１一方向クラッチ５０ａは回転軸４０が第１回転方向に回転する場合にだけ第１ローラー３２ａに回転力を伝達することができるので、第１ローラー３２ａは停止した状態を維持する。したがって、第１可変圧縮室３１ａでは冷媒の圧縮が行われない。
一方、回転軸４０の回転力は第２一方向クラッチ５０ｂと第２偏心カム３３ｂを介して第２ローラー３２ｂに伝達され、よって第２ローラー３２ｂが回転して第２可変圧縮室３１ｂ内の冷媒を圧縮する。したがって、第１可変圧縮室３１ｂのみが冷媒の圧縮が行われる圧縮空間として作用する。

以上説明したように、回転圧縮機は、駆動装置から回転力を受けて回転しながら冷媒を圧縮するローラーが一方向クラッチと偏心カムを介して駆動装置の回転軸に設けられているので、回転軸の回転方向を転換して特定のローラーのみを選択的に回転させることにより、回転圧縮機の容量を可変させることができる効果がある。

しかしながら、上記構成の場合、一方向クラッチを用いているので冷媒循環量の切り替え点での冷凍能力が不連続となり、きめ細かな制御に不向きであり、また、回転軸の回転方向を転換して特定のローラーのみを選択的に回転させるため、制御回路が複雑となり、かつ、いずれかの一方向クラッチが空転している時に生じる騒音の問題もある。
そこで、電動機の回転軸の回転数に対し、連続的に冷凍能力が可変でき、かつ、可変幅を大きくできる構造の圧縮機が望まれていた。

特開２００３−３４３４６８号公報（５〜７頁、第２図）

本発明は上記の問題点に鑑み、電動機のシャフトに遠心クラッチと中間ローラとを設け、電動機の低速回転領域において圧縮部のローラの回転数を電動機の回転数より低速とすることにより、電動機の回転数の可変幅をそのままとした時、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくできる回転圧縮機を提供することを目的としている。

本発明は上述の課題を解決するため、密閉容器内に、シリンダと、偏心クランク部を持つシャフトと前記偏心クランク部により前記シリンダ内を偏心回転するローラと、同ローラの外周に摺接して前記シリンダに設けられた溝部を往復運動するベーンと、前記シャフトおよび前記シリンダを保持する軸受部とを有する圧縮部と、前記圧縮部を駆動する電動機とを備えた回転圧縮機であって、
前記偏心クランク部に、遠心力により前記ローラの回転数が前記シャフトの回転数より低速となる回転伝達機構を設けてなる構成となっている。

また、前記回転圧縮機が、前記シリンダを複数個有する多段式もしくは多気筒型の場合、少なくとも１箇所のシリンダに前記回転伝達機構を設けてなる構成となっている。

また、前記回転圧縮機が前記シリンダを複数個有する多段式もしくは多気筒型の場合、２つ以上の前記シリンダに前記回転伝達機構を設け、前記シャフトの回転数が所定回転数より低速になるにしたがい、前記回転伝達機構を順次停止してなる構成となっている。

また、前記回転伝達機構が、前記シャフトと前記ローラとの間に設けられた遠心クラッチと、偏心径をもった中間ローラとからなる構成となっている。

本発明によれば、シャフトとローラとの間に設けられた遠心クラッチと、偏心径をもった中間ローラとからなる回転伝達機構を設けてなる構成とすることにより、シャフトの低速回転領域において、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくでき、より一層の省エネ化やマルチエアコンへの対応が有利となる回転圧縮機とすることができる。

本発明の回転圧縮機の実施の形態をツインロータリ圧縮機による実施例に基づき添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明におけるロータリ圧縮機の側断面図、図２は、本発明の要部横断面を示す図１のｋ−ｋ’矢視図で、（Ａ）は、電動機の停止時の状態で、（Ｂ）は、高速回転時の状態である。図３は、本発明における電動機（シャフト）の回転数に対する冷媒循環量（冷凍能力）の特性図で、（Ａ）は、従来例と本発明とを比較したもので、（Ｂ）は、複数のシリンダを有する場合、１つのシリンダが空転した状態、（Ｃ）は、２つのシリンダが順次空転した状態を示した例である。

図１において、１は密閉容器であって、この密閉容器１内の下部には後述する第１圧縮部２Ａおよび第２圧縮部２Ｂが収容され、上部には電動機３が収容されている。この電動機３は、密閉容器１の内面に固定されるステータ５と、このステータ５の内側に所定の間隙を存して配置され、シャフト４に嵌着されるロータ６とから構成されている。そして、前記電動機３と前記第１、第２圧縮部２Ａ，２Ｂは，互いに前記シャフト４に形成された連結部４ａ，４ｂを介して連結されている。

前記第１、第２圧縮部２Ａ，２Ｂは、それぞれ前記シャフト４の下部に中間仕切板７を介して上下に配設される第１シリンダ８ａおよび第２シリンダ８ｂとを備えている。
前記第１シリンダ８ａの上面部には主軸受９が重ね合わされ、取付けボルト１０を介して第１シリンダ８ａに取付け固定されている。
前記第２シリンダ８ｂの下面部には副軸受１１が重ね合わされ、取付けボルト１２を介して第２シリンダ８ｂに取付け固定される。また、前記シャフト４は、中途部と下端部が前記主軸受９と前記副軸受１１に回転自在に軸支されている。

前記第１シリンダ８ａと第２シリンダ８ｂの内径部は、前記中間仕切板７と前記主軸受９および副軸受１１で上下面が区画され、互いに同一直径および同一高さ寸法である第１シリンダ室（図示せず）と第２シリンダ室１４ｂとが形成されている。
また、前記第１シリンダ室（図示せず）および第２シリンダ室１４ｂには、前記シャフト４の連結部４ａ，４ｂの外周部に設けられた後術する偏心クランク部により、前記第１シリンダ８ａおよび第２シリンダ８ｂ内を偏心回転する第１および第２ローラ１５ａ、１５ｂが配設されている。

また、前記第１シリンダ室（図示せず）および第２シリンダ室１４ｂ内を吸入室と圧縮室とに仕切り、吐出圧が吸入室に漏れないようにするためのベーン１６ａ，１６ｂが設けられ、このベーン１６ａ，１６ｂの先端部が偏心回転する前記第１および第２ローラ１５ａ、１５ｂに圧接し、前記第１シリンダ８ａおよび第２シリンダ８ｂに設けられている溝部内を往復運動する。

前記シャフト４の連結部４ａ，４ｂと、前記第１および第２ローラ１５ａ、１５ｂとの間に、遠心クラッチ１７ａ，１７ｂと、偏心径をもった中間ローラ１８ａ，１８ｂとからなる回転伝達機構がそれぞれ設けられ、この回転伝達機構により前記第１および第２ローラ１５ａ、１５ｂを偏心回転させる前記偏心クランク部を形成している。
前記遠心クラッチ１７ａ，１７ｂは、遠心力により前記第１および第２ローラ１５ａ、１５ｂの回転数が前記シャフト４の回転数より低速となるように形成されている。

図２は前記第１圧縮部２Ａの要部横断面図で、図２（Ａ）に示すように、前記遠心クラッチ１７ａは一対の馬蹄形状の金属材等からなり、その一端の支点１７ｂ’が前記シャフト４に軸支され、互いにバネ材１７ｃ’でそれぞれ連結された構成となっている。

次に、上記構成において、その動作について説明する。図２（Ａ）は圧縮機が停止時の状態で、一対の前記遠心クラッチ１７ａは、前記中間ローラ１８ａと非接触状態となっている。そして、圧縮機が運転を開始すると、前記電動機３のシャフト４が回転し、遠心力により前記遠心クラッチ１７ａと前記中間ローラ１８ａが接触し、図２（Ａ）の矢印方向に前記中間ローラ１８ａが偏心回転し、偏心径が増大すると、前記第１ローラ１５ａが低速で偏心回転を始め圧縮作用を開始する。

圧縮機の運転開始時の低速回転領域では、前記遠心クラッチ１７ａと前記中間ローラ１８ａとの接触が軽微で、前記シャフト４の回転数に対し前記中間ローラ１８ａの回転数は低い。前記シャフト４の回転数の上昇と共に前記中間ローラ１８ａとの接触が強くなり、前記シャフト４と前記中間ローラ１８ａの回転数との差が少なくなり、所定の回転数（速度）を超えると、前記シャフト４と前記中間ローラ１８ａは一体に回転し、従来と同等の回転数に対する冷媒循環量となる。

図３はこれらの特性を示したものである。ａ線（実線）は従来例の特性で、ｂ線（破線）は本発明における特性を示す。図３（Ａ）に示すように、従来の冷凍能力は、低速回転時にＣ点、中速回転にＢ点、高速回転時にＡ点となり、回転数の上昇と共に冷媒循環量（冷凍能力）が増大し、その関係はほぼ直線状であった。一方、本発明では低速回転領域から中速回転域にかけてシャフト回転数とローラ回転数に差が生じ、ローラ回転数がシャフト回転数より低くなり、従来より冷媒循環量が低下する。Ｄ点での冷媒循環量やＢ点の回転数などは、機構設計時に調整可能である。また、Ｄ点の冷媒循環量をほぼゼロにすることも可能である。
このように、シャフトの低速回転領域において、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくでき、より一層の省エネ化やマルチエアコンへの対応が有利となる。

図３（Ｂ）は圧縮部を構成するシリンダが複数あって、その内の１つに前記回転伝達機構を有し、そのローラがＩ点より低速回転領域で空転している状態の例である。
この場合も上記と同様に、シャフトの低速回転領域において、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくでき、より一層の省エネ化やマルチエアコンへの対応が有利となる。

図３（Ｃ）は圧縮部を構成するシリンダが複数あって、その内の２つに前記回転伝達機構を有し、その１つのローラがＪ点より低速回転領域で空転し、２つめのローラがＩ点より低速回転領域で空転している状態の例である。この場合、シャフトの回転数が低速になるにしたがい、冷媒循環量が段階的に減少し、上記と同様に、シャフトの低速回転領域において、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくでき、より一層の省エネ化やマルチエアコンへの対応が有利となる。

図４は本発明の他の実施例を示したもので、遠心クラッチ１７ａと中間ローラ１８ａが互いに噛合うようカギ構造を有している。図４（Ａ）は低速回転領域でカギ１９が噛合っていない状態を示し、図４（Ｂ）は高速回転領域でカギ１９が噛合っている状態を示す。図示しないが、圧縮機が停止時の状態で、一対の前記遠心クラッチ１７ａは、前記中間ローラ１８ａと非接触状態となっている。そして、圧縮機が運転を開始すると、前記電動機３のシャフト４が回転し、遠心力により前記遠心クラッチ１７ａの偏心径が増大し、前記中間ローラ１８ａと部分接触し、図４（Ａ）の矢印方向に前記中間ローラ１８ａが偏心回転し、前記第１ローラ１５ａが低速で偏心回転を始め圧縮作用を開始する。

前記シャフト４が所定の回転数以上になると、遠心クラッチ１７ａが遠心力で偏心径が更に増大し、図４（Ｂ）に示すように、中間ローラ１８ａのカギ１９と噛合い、前記シャフト４と前記中間ローラ１８ａの回転数が同一となり、図５のａ線（実線）で示すように、従来例の特性で圧縮作用が行われる。また、シャフト４が所定の回転数以下になると、遠心力が減少し、遠心クラッチ１７ａの偏心径が小さくなり中間ローラ１８ａのカギ１９と噛合わなくり中間ローラ１８ａは停止し、圧縮しなくなる。

図５は、上記実施例での回転数対冷凍能力を示したもので、ａ線（実線）は従来例の特性を示したものである。図中のＮ点がカギ１９の切り替えの回転数になる。従来の圧縮機の場合は、高速回転から低速回転に到る時、Ｊ→Ｋ→Ｌのように能力は回転数にほぼ比例していた。本実施例では回転数Ｎ（Ｋ）点でカギ１９が外れ、能力がＪ→Ｋ→Ｎ→Ｍのように可変する。
このように、前記実施例と同様に、シャフト４の低速回転領域において、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくでき、より一層の省エネ化やマルチエアコンへの対応が有利となる。

以上説明したように、前記シャフト４の連結部４ａ，４ｂと、前記第１および第２ローラ１５ａ、１５ｂとの間に、遠心クラッチ１７ａ，１７ｂと、偏心径をもった中間ローラ１８ａ，１８ｂとからなる回転伝達機構がそれぞれ設け、この回転伝達機構により前記第１および第２ローラ１５ａ、１５ｂを偏心回転させる前記偏心クランク部を形成し、前記遠心クラッチ１７ａ，１７ｂは、遠心力により前記第１および第２ローラ１５ａ、１５ｂの回転数が前記シャフト４の回転数より低速となるように形成することにより、シャフト４の低速回転領域において、冷媒循環量（冷凍能力）の可変幅を大きくでき、より一層の省エネ化やマルチエアコンへの対応が有利となる回転圧縮機とすることができる。

本発明における回転（ロータリ）圧縮機の側断面図である。 本発明の要部横断面を示す図１のｋ−ｋ’矢視図で、（Ａ）は、電動機の停止時の状態で、（Ｂ）は、高速回転時の状態である。 本発明における電動機（シャフト）の回転数に対する冷媒循環量（冷凍能力）の特性図で、（Ａ）は、従来例と本発明とを比較したもので、（Ｂ）は、複数のシリンダを有する場合、１つのシリンダが空転した状態で、（Ｂ）は、２つのシリンダが順次空転した状態を示した例である。 本発明の他の実施例おける要部横断面を示す図１のｋ−ｋ’矢視図で、（Ａ）は、電動機の停止時の状態で、（Ｂ）は、高速回転時の状態である。 本発明の他の実施例おける電動機（シャフト）の回転数に対する冷媒循環量（冷凍能力）の特性図である。 従来例における回転圧縮機の側断面図である。

符号の説明

１ 密閉容器
２Ａ 第１圧縮部
２Ｂ 第２圧縮部
３ 電動機
４ シャフト
４ａ，４ｂ 連結部
５ 固定子
６ 回転子部
７ 中間仕切板
８ａ 第１シリンダ
８ｂ 第２シリンダ
９ 上軸受
１０，１２ ボルト
１１ 下軸受
１４ｂ 第２シリンダ室
１５ａ 第１ローラ
１５ｂ 第２ローラ
１６ａ，１６ｂ ベーン
１７ａ，１７ｂ 遠心クラッチ
１８ａ，１８ｂ 中間ローラ

Claims (4)

1. 密閉容器内に、シリンダと、偏心クランク部を持つシャフトと、前記偏心クランク部により前記シリンダ内を偏心回転するローラと、同ローラの外周に摺接して前記シリンダに設けられた溝部を往復運動するベーンと、前記シャフトおよび前記シリンダを保持する軸受部とを有する圧縮部と、同圧縮部を駆動する電動機とを備えた回転圧縮機であって、
   前記偏心クランク部に、遠心力により前記ローラの回転数が前記シャフトの回転数より低速となる回転伝達機構を設けてなることを特徴とする回転圧縮機。
2. 前記回転圧縮機が前記シリンダを複数個有する多段式もしくは多気筒型の場合、少なくとも１箇所のシリンダに前記回転伝達機構を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の回転圧縮機。
3. 前記回転圧縮機が前記シリンダを複数個有する多段式もしくは多気筒型の場合、２つ以上の前記シリンダに前記回転伝達機構を設け、前記シャフトの回転数が所定回転数より低速になるにしたがい、前記回転伝達機構を順次停止してなることを特徴とする請求項１または２に記載の回転圧縮機。
4. 前記回転伝達機構が、前記シャフトと前記ローラとの間に設けられた遠心クラッチと、偏心径をもった中間ローラとからなることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載の回転圧縮機。

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