JP2008274861A - ロータリコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】軸受損失を低減させた密閉形ロータリコンプレッサを提供する。
【解決手段】密閉形ロータリコンプレッサにおいては、下部に潤滑油が貯蔵され、下部空間にロータリコンプレッサ部が配置され、上部空間にロータモータ部が配置されている。ロータモータ部からロータリコンプレッサ部に回転力を伝達する回転軸は、第１及び第２の支持部及び窪み部を有し、潤滑油を吸い上げる油路が内部に形成され、第１の支持部には、油路に連通し、潤滑油を前記第１の支持部に潤滑油を供給する供給路が形成されている。第１及び第２の支持部を軸受け支持して軸受け部が回転軸を支持し、窪みに連通するように排油路が軸受け部に形成されている。この排油路は、供給路の潤滑油の供給量に比べてより多くの潤滑油を排出することができる排出能力を有している。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ロータリコンプレッサに係り、特に、軸受損失を低減させた密閉形ロータリコンプレッサの給油機構に関する。

ロータリコンプレッサは、冷凍サイクルに組み込まれ、膨張された冷媒を圧縮して膨張弁に供給する圧縮機として知られている。このロータリコンプレッサは、圧縮部とこの圧縮部を駆動する駆動モータから構成され、この駆動モータと圧縮部とは、回転軸で連結され、回転軸の駆動力でロータリピストンが駆動されて冷媒が圧縮される。このようなロータリコンプレッサの例として特許文献１〜５が知られている。

ロータリコンプレッサでは、その内の可動部の潤滑の為にオイルが循環される構造が採用されている。回転軸の軸受けとして特許文献５に開示されるようなベアリングタイプの軸受けにのみでなく、特許文献２等に開示されるような潤滑の為のオイルを利用した滑り軸受けが知られ、軸・軸受間への油の供給の為に、軸には給油孔が形成され、軸受内面には、螺旋溝が設けられている。給油孔及び螺旋溝は、軸受部への給油を確保するために設けられている。
実開平５−３６０８９ 特開２００６−１７７２３９ 特開平５−２４０１７０ 特開２００６−１３２４１９ 特開平１０−３３１７８８

軸長の長い軸受構造では、回転軸が振れ回っている影響から、軸受両端部付近においてしか軸受負荷を支えていない。このため軸長の長い軸受構造では、回転軸を回転可能に両持ちで支持する両持ち軸受け構造が一般的とされている。しかし、両持ち構造では、部品点数が増加し、構造が複雑化する問題がある。これに対して、回転軸を回転可能に片持ちで支持する片持ち軸受け構造では、上述したように実効的な油膜が軸受内の両端部にしか存在しなくなってしまう。従って、軸長の長い片持ち軸受けにおいては、軸受摩擦損失の低減を目的に、負荷能力に影響しない軸受部内の中間部に粘性摩擦の発生しない逃げ部が設けられている。しかし、軸受部に過剰に油が供給されて軸受内に油が滞留すると、逃げ部が油で満たされ、逃げ部においても粘性摩擦が発生される問題もある。軸受内に油が滞留すると、逃げ部による軸受損失の低減効果が得られなくなってしまう問題もある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、軸受損失を低減させた密閉形ロータリコンプレッサを提供することにある。

この発明によれば、
圧縮された冷媒が充満され、下部に潤滑油が貯蔵されている容器と、
当該容器内の下部空間に配置され、供給される冷媒を圧縮して前記容器に供給するロータリコンプレッサ部と、
ロータ及びこのロータを回転させるステータとから構成され、当該容器内の上部空間に配置されたロータモータ部と、
前記ロータモータ部から前記ロータリコンプレッサ部に回転力を伝達する回転軸であって、当該回転軸は、回転可能に支持される第１及び第２の支持部及び当該第１及び第２の支持部間の窪み部を有し、前記貯蔵された潤滑油を吸い上げ、前記容器内に放出する為に当該回転軸に沿った油路が内部に形成され、前記第１の支持部には、前記油路に連通し、前記潤滑油を前記第１及び第２の前記潤滑油を供給する供給路が形成された回転軸と、及び
前記回転軸を支持する為の軸受け面を有し、前記窪みに連通する排油路が形成されている軸受け部であって、当該排油路は、前記供給路の前記潤滑油の供給量に比べてより多くの前記潤滑油を排出することができる排出能力を有し、前記供給路を介して供給された前記潤滑油が前記軸受け面と第１の支持部との間に第１の動圧軸受けの為の第１の油膜を形成、前記軸受け面と前記窪みとの間に前記第１油膜面から潤滑油が流出され、当該流出した潤滑油が前記軸受け面と前記第２の支持部との間に第２の動圧軸受けの為の第２の油膜を形成し、前記排油路を介して当該軸受け部外に放出されて前記貯蔵潤滑油に戻される軸受け部と、
を具備することを特徴とするロータリコンプレッサが提供される。

上述したように、軸受の逃げ部に給油孔より径の大きい排油孔を設けることで、排油孔より給油量を上回る量の油が排出され、軸受内の逃げ部に潤滑油が滞留しなくなる。この構造により、軸受内での潤滑油の滞留を防止することができ、逃げ部において軸・軸受間の隙間の全てが潤滑油で占められることが防止される。逃げ部では軸に付着した油と軸受に付着した油に隙間ができる。そのため、逃げ部においては粘性摩擦損失が減少される。これにより軸受摩擦損失増大を防止することができ、コンプレッサの損失を低減することができ、効率を向上させることができる。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係る密閉形ロータリコンプレッサの給油機構を説明する。

図1は、発明の一実施の形態に係る密閉形ロータリコンプレッサの内部構造を概略的に示す断面図及び図２は、図１に示されたロータリコンプレッサの軸受け部の構造を拡大して概略的に示す部分断面図である。

図１に示されるように密閉形ロータリコンプレッサは、圧縮された冷媒が充満される密閉型円筒容器２２を備え、密閉型円筒容器２２の上部蓋部には、コンプレッサ内部で生成された高圧冷媒が吐出される吐出管１７が設けられ、その側部には、冷媒が流入される吸入管１８が設けられている。この密閉形ロータリコンプレッサは、冷凍サイクルに用いられ、熱交換器（図示せず）からの冷媒が吸入管１８に供給され、冷媒が圧縮されて吸入管１８を介して膨張弁に供給される。この密閉形ロータリコンプレッサは、設置に当たっては、図１に示されるように円筒容器２２の中心軸が略垂直方向に沿うように立設されて圧縮機として動作される。

この密閉円筒容器２２内の上部には、モータ部が配置されている。即ち、密閉円筒容器２２内には、回転軸１１が円筒容器２２の中心軸に沿って配置され、この回転軸１１の上部には、この回転軸１１と共に回転されるモータロータ９が固定され、このモータロータ９の周囲には、円筒容器２２内に固定されたモータステータ１０が配置されている。モータステータ１０が附勢されると、モータステータ１０からの回転磁界がモータロータ９に印加されて回転力が発生され、モータロータ９が回転軸１１と共に回転される。

回転軸１１の下部には、ロータリコンプレッサ部及び軸受け部が配置されている。即ち、回転軸１１の下部には、回転軸１１を回転可能に支持する軸受け構造を構成する軸受け部１２−１、１２−２が設けられ、この軸受け部１２−１、１２−２のフランジが円筒容器２２内に固定されたシリンダ部１４の上面及び下面の夫々に固定されている。この軸受け部１２−１、１２−２の軸受け面には、油供給用螺旋溝が形成されて軸１１との間に動圧軸受けが形成されている。シリンダ部１４は、軸受け部１２−１、１２−２のフランジで密閉された中空部を備え、この中空部内を回転軸１１が延出されている。即ち、図１に示される密閉形ロータリコンプレッサにおいては、回転軸１１は、片側だけで回転可能に支持されている。

この中空部内の回転軸１１には、回転軸の軸心に対して偏芯しているクランク１５が固定され、このクランク１５には、ピストン１３が固定されている。この中空部を規定するシリンダ部１４の内周面及びピストン１３との間は、圧縮室２４に定められている。シリンダ部１４には、圧縮室２４に連通される冷媒路２６が形成され、このシリンダ部１４に連結された吸入管１８を介して吸入される冷媒が冷媒路２６を介して圧縮室２４に供給される。回転軸１１の回転に伴いクランク１５及びピストン１３が回転され、圧縮室２４内の冷媒が圧縮されて図示しない弁機構を介して圧縮された高圧冷媒が回転軸１１と軸受け部１２−１との間の空隙を介して円筒容器２２内に供給される。従って、円筒容器２２内は、高圧冷媒によって充満され、円筒容器２２内の高圧冷媒が吐出管１７から吐出される。

円筒容器２２は、その下部が下部蓋部で塞がれ、下部蓋部で塞がれた円筒容器２２の下部空間は、潤滑油としての冷媒油１６で満たされ、冷媒油１６がこの下部空間に貯蔵されている。回転軸１１は、その下端部がこの貯蔵された冷媒油１６に浸されるように延出されている。軸受け部１２−２内には、冷媒油１６を流通させるための冷媒油路２８が略軸心に沿って形成され、軸受け部１２−２の下端面は、軸受け部１２−１の開口部に固定され、回転軸１１を支持するスラストプレート３０に当接されている。冷媒油路２８は、スラストプレート３０に設けた開口を介して冷媒油１６内に開口され、冷媒油路２８には、ポンプ作用を有する溝、例えば、螺旋溝が形成されている。従って、回転軸１１の回転に伴い冷媒油１６が矢印３２で示すように冷媒油路２８内に吸い上げられ、回転軸１１の上部から円筒容器２２内の各部に冷媒油１６が供給される。この冷媒油１６は、自重によって円筒容器２２の下方に向けて流れ出し、シリンダ部１４上に油膜面２０を形成している。

図２に示されるように、軸受け部１２−１及び回転軸１１間には、冷媒油１６が供給されて動圧軸受け部５−１、５−２を構成している。動圧軸受け部５−１、５−２間の回転軸１１の部分は、小径支持部１１−１に形成され、動圧軸受け部５−１、５−２を構成する回転軸１１の部分は、小径支持部１１−１に比べて径の大きな大径支持部１１−２、１１−３に形成されている。大径支持部１１−２、１１−３と動圧軸受け部５−１の軸受け面との間のギャップＧ２、Ｇ３は、小径支持部１１−１と動圧軸受け部５−１の軸受け面との間のギャップＧ１に比べて小さく定められている。小径支持部１１−１と動圧軸受け部５−１の軸受け面との間のギャップＧ１は、動圧軸受け部５−１、５−２のギャップＧ２、Ｇ３に比べて大きく定められていることから、動圧軸受け部５−１から供給された冷媒油１６は、スムーズに動圧軸受け部５−２に向けて流出され、小径支持部１１−１と動圧軸受け部５−１の軸受け面との間の冷媒油１６の油膜による抵抗を小さくすることができ、また、不均一な動圧が軸受け部１２−１及び回転軸１１間に生じて回転軸１１が偏芯して回転することを防止することができる。即ち、回転軸１１には、ギャップＧ１に相当する窪みが冷媒油１６の逃げ領域７として形成され、この窪みの両側にギャップＧ２，Ｇ３によって動圧軸受け部５−１、５−２が形成されている。

動圧軸受け部５−１、５−２に冷媒油１６を供給する為に大径支持部１１−２には、回転軸１１の略半径方向に沿って冷媒油路２８に連通する供給孔３が形成されている。また、小径支持部１１−１と回転軸１１との間のギャップＧ１から冷媒油１６をスムーズに流出させるために、ギャップＧ３に十分に近接するギャップＧ２の領域には、軸受け部１２−１に形成された排油孔４が開口されている。この排油孔４は、軸受け部１２−１を貫通して軸受け部１２−１外の円筒容器２２内に開口している。しかも、排油孔４は、冷媒油１６の排出能力が供給孔３の冷媒油１６の供給能力に比べて大きく定められている。より具体的には、排油孔４の内径は、供給孔３の内径よりも大きな径に定められ、小径支持部１１−１と回転軸１１との間のギャップＧ１からよりスムーズに冷媒油１６を流出させている。換言すれば、図２に示されるように、ギャップＧ２、Ｇ３に動圧軸受けを構成する油膜領域６、７が形成され、油膜領域６、７間に冷媒油１６の逃げ領域７が形成されている。従って、上方に位置する油膜領域６には、供給孔３から冷媒油１６がスムーズに供給され、この冷媒油１６は、同様に比較的大きな空間の逃げ領域７に排出される。また、この逃げ領域７には、給油孔３より径の大きい排油孔４を逃げ部７の下端に設けられることから、逃げ部７に冷媒油１６が滞留することが防止される。その結果、逃げ部７において、冷媒油１６の粘性摩擦損失の発生を防ぎ、コンプレッサの効率を向上させることができる。

図２に示される構造においては、回転軸１１の回転に伴い冷媒油路２８から供給孔３を介してギャップＧ２に冷媒油１６が連続して供給される。供給される冷媒油１６は、上方の動圧軸受け部５−１において回転軸１１を回転支持する為の動圧を発生する油膜の発生に寄与して逃げ領域７に排出される。排出された冷媒油１６は、下方の動圧軸受け部５−１に向けて流れ出し、上方の動圧軸受け５−２におけると同様に回転軸１１を回転支持する為の動圧を発生する油膜を発生させている。また、排出された冷媒油１６は、スムーズに排油孔４に流れ出し、排油孔４を介して軸受け部１２−１外に導かれ、円筒容器２２内の下方に向けて自重によって流出される。

ここで、供給孔３は、１つに限らず、複数の供給孔３が大径支持部１１−２の周囲に放射状に形成されても良く、また、同様に、排油孔４も１つに限られず、複数の排油孔４が軸受け部１２−１に放射状に設けられても良い。１つの供給孔３に対して複数の排油孔４が設けられる場合には、１つの供給孔３の開口面積に対して複数の排油孔４の開口面積の和が大きく定められれば良い。また、複数の供給孔３に対して１つの排油孔４が設けられる場合には、複数の供給孔３の開口面積の和に対して１つの排油孔４の開口面積が大きく定められれば良い。更に、複数の供給孔３に対して複数の排油孔４が設けられる場合には、複数の供給孔３の開口面積の和に対して複数の排油孔４の開口面積の和が大きく定められれば良い。結果として、供給孔３を介して供給することができる冷媒油１６の最大供給量に比べて排油孔４を介して排出することができる冷媒油１６の最大排出量が大きく、逃げ部７に冷媒油１６を滞留させることなく、スムーズに冷媒油１６を軸受け部１２−１の逃げ部７から円筒容器２２内に排出することができる。従って、逃げ部７において、冷媒油１６の粘性摩擦損失の発生を防ぎ、コンプレッサの効率を向上させることができる。

排油孔４を介して排出された冷媒油１６は、軸受け部１２−１を伝って流れ、他の箇所に供給された冷媒油１６と同様に自重によってシリンダ１４上に供給され、シリンダ１４上に油膜面２０を形成している貯蔵冷却油１６に合流される。

尚、シリンダ１４上の冷媒油１６は、図示しない流通路を介してシリンダ１４下の貯蔵冷却油１６に連通し、再び、回転軸１１の回転に伴い冷媒油路２８内に吸い上げられ、回転軸１１の上部から円筒容器２２内の各部に供給される。

上述したように、軸受の逃げ部７に給油孔３より径の大きい排油孔４を設けることで、給油孔３から供給される給油量を上回る量の油が排油孔４から排出され、軸受１２−１内の逃げ部７に潤滑油が滞留することが防止される。この構造により、軸受１２−１内での潤滑油１６の滞留を防止することができ、逃げ部７において軸・軸受間の隙間（ギャップＧ１）の全てが潤滑油で占められることが防止される。逃げ部７では、軸に付着した油１６と軸受に付着した油１６との間に隙間ができ、そのため、逃げ部７においては粘性摩擦損失が減少される。これにより軸受摩擦損失増大を防止することができ、コンプレッサの損失を低減することができ、効率を向上させることができる。

この発明の実施の形態に係る密閉形ロータリコンプレッサの内部構造を概略的に示す断面図である。 図１に示した密閉形ロータリコンプレッサの主軸受部を部分的に拡大して概略的に示す拡大断面図である。

符号の説明

３．．．給油孔、４．．．排油孔、５―１〜５−３．．．ギャップ、６．．．軸受上部の油膜領域、７．．．逃げ部、８．．．軸受下部の油膜領域、９…モータロータ、１０…モータステータ、１１…回転軸，１２…軸受，１３…ピストン、１４…シリンダ、１５…クランク、１６…冷媒油、１７…吐出管、１８…吸入管、１９…スラストプレート、２０…油面

Claims (4)

1. 圧縮された冷媒が充満され、下部に潤滑油が貯蔵されている容器と、
   当該容器内の下部空間に配置され、供給される冷媒を圧縮して前記容器に供給するロータリコンプレッサ部と、
   ロータ及びこのロータを回転させるステータとから構成され、当該容器内の上部空間に配置されたロータモータ部と、
   前記ロータモータ部から前記ロータリコンプレッサ部に回転力を伝達する回転軸であって、当該回転軸は、回転可能に支持される第１及び第２の支持部及び当該第１及び第２の支持部間の窪み部を有し、前記貯蔵された潤滑油を吸い上げ、前記容器内に放出する為に当該回転軸に沿った油路が内部に形成され、前記第１の支持部には、前記油路に連通し、前記潤滑油を前記第１及び第２の前記潤滑油を供給する供給路が形成された回転軸と、及び
   前記回転軸を支持する為の軸受け面を有し、前記窪みに連通する排油路が形成されている軸受け部であって、当該排油路は、前記供給路の前記潤滑油の供給量に比べてより多くの前記潤滑油を排出することができる排出能力を有し、前記供給路を介して供給された前記潤滑油が前記軸受け面と第１の支持部との間に第１の動圧軸受けの為の第１の油膜を形成、前記軸受け面と前記窪みとの間に前記第１油膜面から潤滑油が流出され、当該流出した潤滑油が前記軸受け面と前記第２の支持部との間に第２の動圧軸受けの為の第２の油膜を形成し、前記排油路を介して当該軸受け部外に放出されて前記貯蔵潤滑油に戻される軸受け部と、
   を具備することを特徴とするロータリコンプレッサ。
2. 前記排油路は、前記給油路よりも径の大きな連通孔に形成されていることを特徴とする請求項１のロータリコンプレッサ。
3. 前記排油路は、前記第２の油膜に近接した前記軸受け面に形成されることを特徴とする請求項１のロータリコンプレッサ。
4. 前記給油路が１又は複数の給油孔で形成され、前記排油路が１又は複数の排油孔で形成され、当該排油孔の断面積の合計が前記給油孔の断面積の合計よりも大きく定められている請求項１のロータリコンプレッサ。

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