JP2008175188A - 回転式圧縮機、冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐振性に優れた回転式圧縮機を提供する。
【解決手段】本回転式圧縮機は、電動機部の回転子が固着された回転軸を軸支する軸受部材が、電動機部の圧縮機構部側にのみ設けられ、回転子、回転軸及びローラからなる全回転体の重心の軸方向位置が、主軸受の両端から回転軸の主軸部の直径に相当する距離以上内側になる範囲内にあるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は回転式圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置に係り、特に回転軸を軸支する軸受部材が電動機部の圧縮機構部側にのみ設けられた回転式圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

従来の回転式圧縮機は、一般に回転軸を軸支する軸受部材が電動機部の圧縮機構部側にのみ設けられた片持ち支持構造であるため、振動が発生しやすいという問題がある。

そのため、電動機部の反圧縮機構部側にも軸受部材を設け、両持ち支持構造にしたものが提案されている（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１に記載の両持ち支持構造は、部品点数が増加すると共に、両側の軸受部材の調芯を精度よく行う必要があり、コストが上昇する不具合がある。

また、片持ち支持構造のものにおいて、電動機部の回転子にフライホイルを設けて、回転子の重心を軸受側に近づけ、回転子の振れ幅を小さくする密閉型回転式圧縮機が提案されている（特許文献２）。

しかしながら、特許文献２に記載のものは、回転子、回転軸及びローラからなる全回転体の重心の位置については考慮されておらず、十分に振動を低減することはできない。
特開２００１−３２３８８６号公報 特開２００２−１３０１７１号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、耐振性に優れた回転式圧縮機を提供することを目的とする。

また、耐振性に優れた回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る回転式圧縮機は、密閉ケースと、この密閉ケース内に収容された電動機部と、この電動機部に回転軸を介して連結された圧縮機構部とからなり、前記回転軸を軸支する軸受部材は前記電動機部の前記圧縮機構部側にのみ設けられ、前記電動機部は固定子とこの固定子の内周部に回転可能に配置された回転子とを備え、かつ、前記圧縮機構部はシリンダ室を備えたシリンダと、前記回転軸の偏心部に係合して前記シリンダ室内を偏心回転するローラと、前記回転軸の主軸部を支持する主軸受とを備えた回転式圧縮機において、前記回転子、前記回転軸及び前記ローラからなる全回転体の重心の軸方向位置が、前記主軸受の両端から前記回転軸の主軸部の直径に相当する距離以上内側となる範囲内にあるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器からなる。

本発明に係る回転式圧縮機によれば、耐振性に優れた回転式圧縮機を提供することができる。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、耐振性に優れた回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る回転圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る回転圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図である。

図１に示すように、本発明に係る冷凍サイクル装置２１は、本実施形態の回転圧縮機１と、凝縮器２２と、膨張装置２３と、蒸発器２４がサイクル状に配管接続される。

回転圧縮機１は、密閉容器２を備え、この密閉容器２内に収容される電動機部３と、この電動機部３に回転軸４を介して連結された圧縮機構部５からなる。

電動機部３は密閉容器２に圧入された固定子３１と、この固定子３１の内周部に回転可能に配置され、回転軸４の上端部に固着された回転子３２を備え、この回転子３２には、この回転子３２の高さの半分以上に達する深さの中空状のカウンタボア３２ａが設けられる。

圧縮機構部５は、電動機部３の下方に配され、回転軸４の下部に位置するシリンダ５１を備える。このシリンダ５１の上面部には、主軸受５２が取付固定され、下面部には副軸受５３が取付固定され、シリンダ５１と主軸受５２および副軸受５３で囲続される空間部にシリンダ室５４が形成される。

主軸受５２は全高Ｈ_１であり、副軸受５３は全高Ｈ_２であり、Ｈ_１＞３×Ｈ_２に設定される。

このシリンダ室５４には、回転軸４に一体に設けられる偏心部４ａと、この偏心部４ａの周面に係合されるローラ５５が配される。

ローラ５５は、その周方向に沿う肉厚は全て同一であり、回転軸４の回転にともなって偏心部４ａとともに偏心回転をなす。ローラ５５の軸方向に沿う外周壁一部はシリンダ５１の内周壁に略接触するようになっており、ローラ５５の偏心回転に伴って、その接触位置がシリンダ５１の周方向に沿って徐々に変位する。

また、ローラ５５の外周壁には軸方向に沿ってブレード５６が当接している。

ブレード５６の一端部はばね収容孔５７に収容されるばね部材５８によって弾性的に押圧付勢され、よってブレード５６の他端部はローラ５５の周面に弾性的に当接している。

ブレード５６はシリンダ室５４に突出するとともに、一端がシリンダ室５４に開口し、他端が背面孔（図示せず）に開口するブレード溝５９内を摺動して、シリンダ室５４を主軸受５２に設けられる吐出部５２ｈに連通する圧縮室側と、吸込孔（図示せず）に連通する吸込室側とに仕切っている。

なお、主軸受５２は通気孔（図示せず）を備えマフラー機能をなす主軸受カバー６０に覆われる。また、吐出部５２ｈは凝縮器２２に、吸込孔は蒸発器２４に各々連通する。

上記のように上端部に回転子３２が固着され、下端部近傍に設けた偏心部４ａにローラ５５が係合する回転軸４は、片持ち構造で支持される。

例えば、回転軸４の上軸端４ｂは、いずれの部材によっても支持されないフリーな状態にあり、圧縮機構部５側にのみ設けられた軸受部材例えば圧縮機構部５の構成部材の一部をなす主軸受５２及び副軸受５３によって支持される。

主軸受５２は略円板形状の軸受基部５２ａと、この軸受基部５２ａから立上り、貫通する回転軸４の主軸部４ｃを支持する軸受部５２ｂからなる。

主軸受５２すなわち軸受部５２ｂはカウンタボア３２ａに遊嵌され、軸受部５２ｂの上端５２ｃは回転子３２の高さの半分以上まで達し、下端５２ｄが軸受基部５２ａの下面５２ｅ迄達している。

このような軸受構造において、回転子３２、回転軸４及びローラ５５からなる全回転体６１の重心の軸方向位置Ｚｇが、主軸受５２の上端５２ｃ、下端５２ｄから各々回転軸４の主軸部４ｃの直径Ｄに相当する距離以上内側となる範囲Ｚ（Ｚ＝Ｈ_１−２×Ｄ）内にあるように設定する。重心の径方向（水平）位置は回転軸の軸心上にあるのが好ましいが、全回転体の回転時のバランスが保たれれば、必ずしも軸心上に限定されるものではない。

また、主軸受５２の範囲Ｚの内周面及びこれと対向する主軸部４ｃの外周面の少なくとも一方に逃げ部６２を設ける。さらに、副軸受５３は回転軸４の副軸部４ｄを支持する。

上記構造を有する回転圧縮機１は、（１）通常、安定して回転する回転圧縮機１の主軸受５２は流体潤滑または境界潤滑である。ここで、流体潤滑とは主軸受５２と回転軸４の隙間に存在する油膜の圧力だけで回転軸４を支持し、境界潤滑とは、個体接触部分が発生する支持を意味する。主軸受５２内部の油膜圧力分布は軸長手方向に一様ではなく、主軸受５２両端付近に集中する。

また、（２）信頼性、機械効率の面から軸受高さ（長さ）Ｈ_０／軸径Ｄには最適値が存在し、一般に０．６〜１．０となるように設定する。

上記（１）より、主軸受５２を軸受上端付近と下端付近の二つの上軸受部５２ｆ、下軸受部５２ｇに分けて考える。上記（２）より、軸径Ｄの幅を持つ軸受面は十分な負荷容量を備えていると考える。

これらを考慮すると、回転圧縮機１では、回転系の重心が２個の十分な負荷容量を持つ上軸受部５２ｆ、下軸受部５２ｇに挟まれた構造になる。

そのため、上記構造を有することで、回転圧縮機は、振動などによって生じる慣性力を実質的に両持ち構造で支えることが可能になり、かつ主軸受５２の両端側の軸受面で略均等に支持することができ、耐振性に優れた回転圧縮機が実現する。

上記軸受構造において、主軸受５２を軸受上端付近と下端付近の二つの上軸受部５２ｆ、下軸受部５２ｇに分けることを実現するために、主軸受を長くすることが最も容易な構造であるが、軸荷重をほとんど支持しない軸受面でも摺動損失は発生するため、軸受面を長くすることは、摺動面積が大きくなり、摺動損失の増大を招き好ましくない。また、給油抵抗が増える等のデメリットも生じる。

これらの不都合を解消するためには、上記のように、主軸受５２の範囲Ｚの軸受内周面及びこれと対向する回転軸４の主軸部４ｃ外周面の少なくとも一方に逃げ部６２を形成することが好ましい。

これにより、逃げ部６２では軸表面と軸受面のすきまが大きく、この部分の油膜せん断速度勾配は小さくなり、摺動ロスは激減するため、主軸受５２（軸受部５２ｂ）を長くしても、摺動面の面積を小さくでき、摺動損失の増加を大幅に抑制できる。また、摺動部の幅が適切になり、信頼性・機械効率が改善される。

さらに、上記構造を有する回転圧縮機１において、回転子３２はその全長の半分以上にカウンタボア３２ａを設けている。通常、回転体質量の大部分を回転子３２が占めているため、主軸受５２の長の延長とともに、カウンタボア３２ａを設けて回転子３２の実質的高さを減じるのが好ましい。これにより、全回転体６１の重心の軸方向位置を、主軸受５２の範囲内で、かつ、主軸受５２の両端から主軸部４ｃの直径Ｄに相当する距離以上内側となる範囲内に設定し易くなる。また、回転圧縮機１の大型化、重心が高くなる、電動機部３に無駄なスペースが生じるなど主軸受５２を長くすることの欠点を解消できる。

また、上記構造を有する回転圧縮機１において、Ｈ_１＞３×Ｈ_２に設定している。これにより、「回転子の磁極数×運転周波数」付近の周波数に発生する音（４極の磁極の回転子を採用するときの４×ｆ（運転周波数）音）の発生を抑制し、回転圧縮機運転時の騒音を低減できる。

この騒音の低減の理由は次の通りである。

高さが十分でない主軸受で回転軸を軸支する従来の片持ち支持構造の回転圧縮機にあっては、主軸受下側の軸受部と副軸受で圧縮荷重をほぼ均等に支持し、回転子の直近である主軸受上側の軸受部で回転駆動部の振れ回り荷重を支持する構造であり、一般に、主軸受の全高Ｈ_１、副軸受の全高Ｈ_２とすると、次式の関係が成り立つ。

［数１］
Ｈ_１＝Ｈ_２＋α
構造上、αが大きいほど回転駆動部の回転不釣合いに対しては有利になる（軸荷重、振れ回り量）。この理由として、オーバーハングした荷重を支持する場合、可能な限り離れた２点以上の支持点で支えることが好ましい。モーメントの釣り合い式を見ると、支持点間の距離が長いほど、また、荷重点と支持点の距離が短いほど、支持点に生じる力は小さいことが分かる。

近年の省エネルギー性追求の結果として、年々、４ｆ音の問題が深刻化している。すなわち、省エネルギー性追求の具体的な内容は、巻数アップによる電磁力増大・シングル機種での希土類磁石採用・副軸細径化・偏心部細径化などである。

４ｆ音と回転子の振れ回りは、密接に関係しており、回転子の振れ回り低減が重要な課題となっている。

この４ｆ音の発生メカニズムは以下のように考えられている。

回転子の磁石と固定子のティースの距離が不均一→ それぞれの磁石に働く力の径方向成分が打ち消し合わなくなる→ 径方向加振力が回転子と固定子にそれぞれ発生→ 固定子変形→ ケース表面が振動→ ４ｆ音発生。

上記磁石とティースの距離が不均一になる要因としては、組立精度・部品精度の他に、回転子の振れ回りも大きく、回転子の振れ回りは「軸受での軸の姿勢」、「軸の剛性」と「回転子に働く力の合力（作用点の位置と大きさ）」によって決まる。

従って、回転子の振れ回り抑制は、４ｆ音対策として効果があり、Ｈ_１＞３×Ｈ_２に設定することで実現する。

本実施形態に係る回転圧縮機によれば、耐振性に優れた回転式圧縮機が実現する。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、耐振性に優れた回転式圧縮機を用いた冷凍サイクル装置が実現する。

本発明の一実施形態に係る回転圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図。

符号の説明

１…回転圧縮機、２…密閉容器、３…電動機部、４…回転軸、４ａ…偏心部、４ｃ…主軸部、５…圧縮機構部、２１…冷凍サイクル装置、２２…凝縮器、２３…膨張装置、２４…蒸発器、３１…固定子、３２…回転子、３２ａ…カウンタボア、５１…シリンダ、５２…主軸受、５２ｂ…軸受部、５２ｄ…下端、５２ｅ…下面、５２ｆ…上軸受部、５２ｇ…下軸受部、５３…副軸受、５４…シリンダ室、５５…ローラ、５６…ブレード、６１…全回転体、６２…逃げ部。

Claims (4)

1. 密閉ケースと、この密閉ケース内に収容された電動機部と、この電動機部に回転軸を介して連結された圧縮機構部とからなり、
   前記回転軸を軸支する軸受部材は前記電動機部の前記圧縮機構部側にのみ設けられ、
   前記電動機部は固定子とこの固定子の内周部に回転可能に配置された回転子とを備え、かつ、
   前記圧縮機構部はシリンダ室を備えたシリンダと、前記回転軸の偏心部に係合して前記シリンダ室内を偏心回転するローラと、前記回転軸の主軸部を支持する主軸受とを備えた回転式圧縮機において、
   前記回転子、前記回転軸及び前記ローラからなる全回転体の重心の軸方向位置が、前記主軸受の両端から前記回転軸の主軸部の直径に相当する距離以上内側となる範囲内にあるようにしたことを特徴とする回転式圧縮機。
2. 前記主軸受の両端から前記主軸部の直径に相当する距離以上離れた軸受内周面及びこれと対向する前記回転軸の前記主軸部外周面の少なくとも一方に逃げ部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
3. 前記回転子はその全長の半分以上にカウンタボアが設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の回転式圧縮機。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器からなる冷凍サイクル装置。

Images