JP2008050998A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導電動機として始動し、同期回転数近くで同期運転に移行する同期型誘導電動機を用い、摺動損失を低減しながら、高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】誘導電動機として始動し、同期回転数近くで同期運転に移行する同期型誘導電動機を電動要素１１５として用い、シリンダブロック１２５にすべり軸受け１６０を設け、シャフト１４０の主軸部１５４を軸支し、副軸部１５２と副軸受け保持部１６３との間にラジアル転がり軸受け１６５が嵌装され、副軸受け保持部１６３は圧縮室１２３側に押圧してシリンダブロック１２５に固定されることにより、固定子１１０と回転子１１２の隙間寸法の偏りを極めて小さく抑えることができ、隙間寸法が狭い方で極端に強まる磁気吸引力による、すべり軸受け１６０およびラジアル転がり軸受け１６５への荷重の増加を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置等に使用される密閉型圧縮機に関するものである。

従来、効率向上を目的に転がり軸受けを採用した密閉型圧縮機において、ラジアル転がり軸受けを軸受けの上下端に配したものがある（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密閉型圧縮機を説明する。

図４は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機を示す断面図、図５は、要部拡大図である。

図４、図５において、密閉容器１は、鉄板の絞り成型によって形成された上容器３と下容器５から形成されている。

密閉容器１は、巻線７を保有する固定子１０と回転子１２からなる電動要素１４と、電動要素１４によって駆動される圧縮要素１６を収容し、冷媒ガス（図示せず）が密閉容器１内に封入され、オイル２０が密閉容器１底部に貯溜されている。

次に圧縮要素１６について説明する。

圧縮要素１６は、主軸部２２と偏芯軸部２３とを有し、給油装置２４が形成されたシャフト２５と、固定子１０の下方に固定され、圧縮室３５を形成するシリンダブロック３８と、シリンダブロック３８に設けられシャフト２５を支持する軸受け４４と、軸受け４４の上下端に取り付けられたラジアル転がり軸受け５０、５１と、内輪５３、５４と、外輪５６、５７とラジアル用転動体５９、６０とシリンダブロック３８内で往復運動するピストン６２と、ピストン６２と偏芯軸部２３とを連結する連結手段６５を備え、レシプロ式の圧縮機構を形成している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子１０の巻線７に外部電源より通電がされると、回転子１２はシャフト２５と共に回転する。これに伴い偏芯軸部２３の偏芯運動は連結手段６５を介してピストン６２を圧縮室３５内で往復運動させ、吸入ガスを圧縮する所定の圧縮動作を行う。
特開昭６３−５１８６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ラジアル転がり軸受け５０、５１は、内輪５３、５４、外輪５６、５７とラジアル用転動体５９、６０との間の遊び量であるラジアル隙間を持ち、そのラジアル隙間のため、固定子１０と回転子１２の隙間寸法に偏りが生じるので、回転子１２への磁気吸引力のアンバランスにより圧縮動作の反作用である荷重が増加する。

特に近年、更なる省エネを目的として使用され始めた同期型誘導電動機は、回転子１２に希土類からなる永久磁石が挿入配置されるので、永久磁石の磁気吸引力が誘導電動機の磁気吸引力に付加されるので回転子１２への磁気吸引力のアンバランスはより大きくなり、電動要素１４に同期型誘導電動機を使用すると、圧縮動作の反作用である荷重はさらに増加する。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、誘導電動機として始動し、同期回転数近くで同期運転に移行する同期型誘導電動機を用い、摺動損失を低減しながら、高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、シリンダブロックにすべり軸受けを設け、主軸部を軸支するとともに、シリンダブロックに副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装したもので、固定子と回転子の所定の隙間寸法を均一に確保できるという作用、および圧縮動作の反作用である荷重を主軸部と副軸部で分散して受けるという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、固定子と回転子の所定の隙間寸法を均一に確保し、また圧縮動作の反作用である荷重をシャフトの主軸部と副軸部へ分散して受けるので、同期型誘導電動機を用い、高効率で高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を実現できる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に固定子と回転子とを備えた電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記電動要素は、誘導電動機として始動し、同期回転数近くで同期運転に移行する同期型誘導電動機であり、前記圧縮要素は、偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内に摺動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結する連結手段を備え、前記シリンダブロックにすべり軸受けを設け、前記主軸部を軸支するとともに、前記シリンダブロックに前記副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装したもので、前記固定子と前記回転子の所定の隙間寸法を均一に確保し、また圧縮動作の反作用である荷重を前記シャフトの前記主軸部と前記副軸部へ分散して受けるので、高効率で高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を実現できる。

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、前記回転子に希土類からなる永久磁石を収納したもので、そのことにより前記回転子に形成される回転子磁極は強まり、前記固定子と前記回転子の隙間寸法に偏りが生じると、前記回転子への磁気吸引力のアンバランスが起きるにもかかわらず、前記シリンダブロックに前記すべり軸受けを設け、シャフトの主軸部を軸支するので、前記固定子と前記回転子の所定の隙間寸法を均一に確保するので、高効率の密閉型圧縮機を実現できる。

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、前記副軸受け保持部を前記圧縮室側に押圧して前記シリンダブロックに固定したもので、圧縮作用の反作用である荷重を前記シャフトの前記主軸部と前記副軸部でより分散して受けるため、前記シャフトの前記主軸部と前記副軸部への偏荷重を抑えるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性を高めることができる。

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、前記シャフトの前記偏芯軸部と前記主軸部の間にツバ部を形成するとともに、前記ツバ部とすべり軸受け上端面の間にスラスト転がり軸受けを配設したもので、前記シャフトの前記ツバ部と前記すべり軸受け上端面の摩擦係数を小さく抑えるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに効率を高くすることができる。

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、前記スラスト転がり軸受けのスラスト用転動体を非磁性体としたたもので、前記スラスト転がり軸受けの摺動部に鉄粉などのゴミの吸着を抑えるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性を高くすることができる。

以下、本発明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における密閉型圧縮機の断面図、図２、図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図である。

図１、図２、図３において、密閉容器１０１は、鉄板の絞り成型によって形成された上容器１０３と下容器１０５から形成されている。

密閉容器１０１は、巻線１０７を保有する固定子１１０と回転子１１２からなる電動要素１１５と、電動要素１１５によって駆動される圧縮要素１２０を収容し、冷媒ガス（図示せず）が密閉容器１０１内に封入され、オイル１１６が密閉容器１０１底部に貯溜されている。

次に電動要素１１５について説明する。

電動要素１１５は巻線１０７を保有する固定子１１０と回転子１１２からなる。回転子１１２を形成する鉄心１１７には、２個の平板形で同極性の希土類からなる永久磁石１１８を山形状に挿入配置して回転子磁極の一つの極を形成し、回転子全体で２極の回転子磁極を形成している。また、鉄心１１７の外周近傍にはアルミからなる２次導体１１９を形成しており、電動要素１１５は始動時に誘導電動機として始動し同期回転数近くで同期運転に移る同期モーターを形成している。

次に圧縮要素１２０について説明する。

シリンダブロック１２５に形成された略円筒形の圧縮室１２３にはピストン１２７が往復摺動自在に挿入されている。

圧縮室１２３の開口端部には吸入リードと吐出リード（図示せず）を備えたバルブプレート１３２が取り付けられている。バルブプレート１３２には、吸入リードの開閉により圧縮室１２３と連通する吸入孔１４３を備えている。バルブプレート１３２の反圧縮室１２３側には、高圧室１４５を形成するシリンダヘッド１３４と、吸入孔１４３に連通するマフラー１４７が配置され、固定されている。

シャフト１４０は、偏芯軸部１５０と偏芯軸部１５０を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部１５２および主軸部１５４とを有している。ピストン１２７は、連結手段１３６によりシャフト１４０と連結されている。

シリンダブロック１２５には、主軸部１５４を軸支するすべり軸受け１６０を備えている。副軸受け保持部１６３は、シリンダブロック１２５に固定され、副軸受け保持部１６３と副軸部１５２との間にラジアル転がり軸受け１６５が嵌装された状態で、副軸部１５２を軸支している。

ここで本実施の形態においては、主軸部１５４とすべり軸受け１６０との隙間寸法は１０〜１５μｍである。また、ラジアル転がり軸受け１６５の持つ内輪１６６、外輪１６７と転動体１６８との間のラジアル方向の遊び量であるラジアル隙間の寸法は１４〜２８μｍである。

副軸受け保持部１６３は圧縮室１２３側の方向へ副軸部１５２に押圧してシリンダブロック１２５に固定されている。その結果、ピストン１２７の圧縮負荷側のラジアル隙間はほぼゼロとなり、ピストン１２７の圧縮方向に対し偏芯軸部１５０を中心にした両持ち構造が形成されている。

偏芯軸部１５０と主軸部１５４の間にはツバ部１７０を形成するとともに、ツバ部１７０とすべり軸受け上端面１７２の間に転動体１７３を備えたスラスト転がり軸受け１７４を配設する。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子１１０の巻線１０７に外部電源より通電がされると、回転子１１２は誘導電動機として始動し回転を始める。そして回転子１１２が加速され最大トルクを超え同期速度近くまで回転を上げ同期引込みトルクに達すると、瞬時に同期速度に引き込まれ同期電動機として定常運転を継続する。

回転子１１２の回転に伴ってシャフト１４０が回転し、偏芯軸部１５０の偏芯運動は連結手段１３６を介してピストン１２７をシリンダブロック１２５内で往復運動させる。

それに伴い密閉容器１０１内の冷媒ガスは、マフラー１４７からバルブプレート１３２の吸入孔１４３を通り、吸入リードの開閉により圧縮室１２３に吸入された圧縮され、バルブプレート１３２の吐出リードの開閉により、シリンダヘッド１３４の高圧室１４５から冷凍システム（図示せず）へと吐出される所定の圧縮動作を行う。

ここで、副軸受け保持部１６３と副軸部１５２との間にはラジアル転がり軸受け１６５が嵌装されているので、滑り軸受に比べて摺動損失が小さく、密閉型圧縮機の効率を高めることができる。

さらに、電動要素１１５は始動時に誘導電動機として始動し同期回転数近くで同期運転に移った後は磁気回路を形成するための励磁電力が不要であるため、２次導体１１９にほとんど電流が流れず、電動要素１１５の効率は大幅に向上する。さらに永久磁石１１８は磁力の強い希土類からなるため、同期運転を維持するため固定子１１０の巻線１０７に流れる電流が少なくて済むので電動要素１１５の効率はさらに向上する。

一方、電動要素１１５は始動時に誘導電動機として始動するが、この際、２次導体１１９に誘導電流が流れ、固定子１１０と回転子１１２の隙間寸法に偏りがあると、回転子１１２への磁気吸引力のアンバランスが起きる。さらに固定子１１０と回転子１１２の隙間寸法に偏りがあると希土類からなる永久磁石１１８の強い磁力が加わるため、これらの相乗効果で極めて強い磁気吸引力が発生する。

しかしながら本実施の形態によれば、すべり軸受け１６０と主軸部１５４の隙間寸法は、ラジアル転がり軸受け１６５の内輪１６６、外輪１６７とラジアル用の転動体１６８との間の遊び量であるラジアル隙間よりも狭小に設定できるため、固定子１１０と回転子１１２の所定の隙間寸法を均一に維持できる。

そのため、固定子１１０と回転子１１２の隙間寸法の偏りを極めて小さく抑えることができ、隙間寸法が狭い方で極端に強まる磁気吸引力による、すべり軸受け１６０およびラジアル転がり軸受け１６５への荷重の増加を防ぐことができる。その結果、同期モーターの高い効率とラジアル転がり軸受け１６５による摺動損失が小いという双方のメリットを両立させることができ、信頼性が高く、かつ極めて高い効率を備えた密閉型圧縮機を実現できる。

また、副軸受け保持部１６３は圧縮室１２３側の方向へ副軸部１５２に押圧してシリンダブロック１２５に固定されている。その結果、ピストン１２７の圧縮負荷側のラジアル隙間はほぼゼロとなり、ピストン１２７の圧縮方向に対し偏芯軸部１５０を中心にした両持ち構造が形成される。よって圧縮動作を行う際、ピストン１２７から偏芯軸部１５０にかかる荷重の反力はすべり軸受け１６０およびラジアル転がり軸受け１６５にほぼ均等にかかるため、従来の片持ち構造の荷重よりラジアル転がり軸受け１６５にかかる荷重を低減できる。その結果すべり軸受け１６０とラジアル転がり軸受け１６５の寿命を高め、よってさらに信頼性を高めることができる。

また、スラスト転がり軸受け１７４には、回転子１１２とシャフト１４０の自重による垂直荷重が常時発生するため、密閉型圧縮機が運転している間も回転子１１２とシャフト１４０の自重による垂直方向の荷重を常に受けることになり、従来の滑り軸受けでは大きな摩擦抵抗が発生する。本実施の形態によれば上記スラスト荷重に対し転がり軸受けが受けることで摩擦抵抗が減少し、高効率の密閉型圧縮機を得ることができる。

さらに、スラスト転がり軸受け１７４のスラスト用の転動体１７３を非磁性体材料、例えばセラミクスにて形成することにより、回転子１１２に組み込まれた永久磁石１１８によって、スラスト転がり軸受け１７４が磁化されることが無く、鉄粉などのゴミの吸着を抑えるので信頼性は更に向上する。

なお、本実施の形態において、ラジアル転がり軸受け１６５はラジアルボール軸受けとしたが、ラジアル転がり軸受け１６５はラジアルころ軸受けとしてもよい。ラジアル転がり軸受け１６５をラジアルころ軸受けとすると大きな荷重に耐えられ、圧縮荷重の大きな使用条件でも高い信頼が得られる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、信頼性の高いものを備えることが可能となるので、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機にも適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図 従来の密閉型圧縮機の断面図 従来の密閉型圧縮機の要部拡大図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１１０ 固定子
１１２ 回転子
１１５ 電動要素
１１８ 永久磁石
１２０ 圧縮要素
１２３ 圧縮室
１２５ シリンダブロック
１２７ ピストン
１３６ 連結手段
１４０ シャフト
１５０ 偏芯軸部
１５２ 副軸部
１５４ 主軸部
１６０ すべり軸受け
１６３ 副軸受け保持部
１６５ ラジアル転がり軸受け
１７０ ツバ部
１７２ すべり軸受け上端面
１７３ スラスト用転動体
１７４ スラスト転がり軸受け

Claims (5)

1. 密閉容器内に固定子と回転子とを備えた電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記電動要素は誘導電動機として始動し、同期回転数近くで同期運転に移行する同期型誘導電動機であり、前記圧縮要素は、偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内に摺動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結する連結手段を備え、前記シリンダブロックにすべり軸受けを設け、前記主軸部を軸支するとともに、前記シリンダブロックに前記副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装した密閉型圧縮機。
2. 前記回転子に希土類からなる永久磁石を収納した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記副軸受け保持部を前記圧縮室側に押圧してシリンダブロックに固定した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記シャフトの前記偏芯軸部と前記主軸部の間にツバ部を形成するとともに、前記ツバ部とすべり軸受け上端面の間にスラスト転がり軸受けを配設した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記スラスト転がり軸受けのスラスト用転動体を非磁性体とした請求項１に記載の密閉型圧縮機。

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