JP2009079531A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現しつつ絶縁性能を確実に向上することができる流体機械を提供する。
【解決手段】回転軸(16)の外周に固定されるロータ(18)、及びロータの外周側に配されて密閉容器(2)の内側に固定されると共に通電されるコイル(20)を有するステータ(22)からなる電動機(14)と、回転軸の一端側に連結され、電動機により駆動されて潤滑油を含む作動流体の吸入から吐出までの一連のプロセスを行うスクロールユニット(44)と、回転軸の他端側を回転自在に支持する軸受(26)と、軸受と電動機との間にて密閉容器の内側に固定され、軸受が第１のボルト(72)及び第１のナット(68)にて締結されるフレーム(36)とを備えた流体機械(1)であって、第１のボルトは、その第１の頭部(72a)がフレームに当接してステータ側に位置づけられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に好適な流体機械に関する。

この種の流体機械、例えば密閉型のスクロール圧縮機は、密閉容器内を延びる回転軸と、回転軸の外周に固定されるロータ、及びこのロータの外周側に配されて密閉容器の内側に固定されると共に通電されるコイルを有するステータからなる電動モータと、回転軸の上端側に連結され、電動モータにより駆動されて潤滑油を含む冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行うスクロールユニットと、回転軸の下端側を回転自在に支持する副軸受と、副軸受と電動モータとの間にて密閉容器の内側に固定され、副軸受がボルト締結される副軸フレームと、回転軸の下端側に装着され、副軸受を介して副軸フレームにボルト締結され、回転軸に穿設された油路に潤滑油を吐出するポンプのケース及びカバーとを備えている。

そして、副軸受及びポンプの副軸フレームへのボルト締結は、それぞれ第１のボルト、第２のボルトをポンプの下側から電動モータ側に向けて挿通させ、副軸フレームの電動モータ側に溶接される各溶接ナットに螺合して締結することにより行われる（例えば、特許文献１参照）。
特許第３８７６６７０号公報

ところで、上記従来技術では、第１及び第２のボルトで締結する対象が異なることにより、これらのボルト長も異なるのが一般的であり、ステータと第１及び第２のボルトとの各離間距離も異なることとなるが（例えば、特許文献１の図３参照）、これら離間距離は少なくともステータからの所定の絶縁距離以上に長く設定する必要がある。
しかしながら、上記従来技術では、第１ボルトと第２ボルトとを互いに入れ替えて締結する誤組み付けが発生すると、いずれかのボルトとステータとの離間距離が上記絶縁距離未満に短くなり、圧縮機の絶縁性能を確保できなくなるおそれがある。

また、このような誤組み付け等を想定した上で絶縁距離を確保するためには、各ボルトとステータとの離間距離を予め長く設定せざるを得ず、これより圧縮機の全長が伸びてその小型化を実現することができないとの問題もある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、小型化を実現しつつ絶縁性能を確実に向上することができる流体機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の流体機械は、密閉容器内を延びる回転軸と、回転軸の外周に固定されるロータ、及びロータの外周側に配されて密閉容器の内側に固定されると共に通電されるコイルを有するステータからなる電動機と、回転軸の一端側に連結され、電動機により駆動されて潤滑油を含む作動流体の吸入から吐出までの一連のプロセスを行うスクロールユニットと、回転軸の他端側を回転自在に支持する軸受と、軸受と電動機との間にて密閉容器の内側に固定され、軸受が第１のボルト及び第１のナットにて締結されるフレームとを備えた流体機械であって、第１のボルトは、その第１の頭部がフレームに当接してステータ側に位置づけられることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、回転軸の他端側に装着され、軸受を介してフレームに第２のボルト及び第２のナットにて締結され、回転軸に穿設された油路に潤滑油を吐出するポンプのアッセンブリを更に備え、第２のボルトは、その第２の頭部がフレームに当接してステータ側に位置づけられると共に第１の頭部と略同一高さを有することを特徴としている。

更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、第１及び第２のボルトの各ボルト長は略同一長さを有することを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項２または３において、第１及び第２のボルトは、それぞれの第１及び第２の頭部が薄板からなる溶接ボルトであることを特徴としている。

請求項１記載の本発明の流体機械によれば、軸受をフレームに締結する第１のボルトは、その第１の頭部がフレームに当接して電動機のステータ側に位置づけられる。これにより、第１のボルトのボルト長やその第１のナットへの螺進具合に拘わらず、ステータと第１のボルトとの離間距離をこれらの絶縁距離を確保しつつ一定に保持することができるため、流体機械の絶縁性能を向上することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、軸受を介してポンプのアッセンブリをフレームに締結する第２のボルトは、その第２の頭部がフレームに当接してステータ側に位置づけられると共に、第１のボルトの第１の頭部と略同一高さを有する。これにより、ステータとそれぞれ第１ボルト、第２のボルトとの各離間距離を共通にすることができるため、第１及び第２のボルトが異なるボルト長を有し、第１ボルトと第２ボルトとを互いに入れ替えて締結する誤組み付けが発生した場合であっても、ステータとそれぞれ第１及び第２のボルトとの絶縁距離は不変となり、流体機械の絶縁性能を更に向上することができる。

更に、請求項３記載の発明によれば、第１及び第２のボルトの各ボルト長は略同一長さを有することにより、第１ボルトと第２ボルトとを互いに入れ替えて締結する誤組み付けを気にすることなく、また、部品の共通化をも図ることができるため、流体機械の生産性を向上しつつ、その絶縁性能を向上することができる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、第１及び第２のボルトは、それぞれの前記第１及び前記第２の頭部が薄板からなる溶接ボルトであることにより、ステータとそれぞれ第１及び第２のボルトとの各離間距離をこれらの絶縁距離を確保しつつ極力小さくすることができるため、流体機械の全長を更に短くすることができる。従って、流体機械の小型化を実現しつつ、その絶縁性能を向上することができる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るスクロール型流体機械の一例として、密閉型のスクロール圧縮機を示している。この圧縮機１は、冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれ、当該回路は作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒という）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

圧縮機１はハウジング２を備え、ハウジング２の胴部４の上側、下側にはそれぞれ上蓋部６、下蓋部８が気密に内嵌され、胴部４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。胴部４の適宜位置には上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、上蓋部６の適宜位置にはハウジング２内の圧縮冷媒を上記回路へ吐出する吐出管１２が接続されている。

胴部４内には電動モータ（電動機）１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されている。詳しくは、モータ１４は、永久磁石を有するロータ１８が回転軸１６の外周側に固定され、このロータ１８の外周側には電機子巻線（コイル）２０を有するステータ２２が配置されている。ステータ２２の外周側は、胴部４の内側に固定され、電機子巻線２０に通電されると、ロータ１８は電機子巻線２０で発生した磁界により回転軸１６と一体に回転する。この際、回転軸１６の上端側は軸受を介して主軸フレーム２４に回転自在に支持され、主軸フレーム２４は胴部４の内側に固定されている。

一方、回転軸１６の下端側は副軸受（軸受）２６を介して回転自在に支持され、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ（ポンプ）２８が装着されている。
当該ポンプ２８は、例えばトロコイド式のポンプであって、回転軸１６の下端側と連結されるインナロータとその外周に噛合されるアウタロータとからなるロータユニット３０が副軸受２６の下面に形成される凹部２６ａに収容されている。

ロータユニット３０は、その下側からポンプケース３２にて支持され、ポンプケース３２の下側は潤滑油の吸入管を一体に有するポンプカバー３４で覆われており、これらポンプケース３２、及びポンプカバー３４からなるポンプ２８のアッセンブリは、胴部４の内側に固定された副軸フレーム（フレーム）３６に副軸受２６と共に一括してボルト（第２のボルト）３８で締結されている。

そして、ポンプ２８は、下蓋部８の内側に形成された貯油室４０内の潤滑油を吸引し、吸引された潤滑油は回転軸１６内を軸線方向に穿設される油路４２を上昇し、回転軸１６の上端からモータ１４やスクロールユニット４４、軸受等に供給され、これらの摺動部分の潤滑及びシールを実施する。このとき、冷媒の吐出圧が貯油室４０の潤滑油の油面に作用することも油路４２における潤滑油の上昇に寄与する。更に、副軸受２６の適宜位置には図示しない潤滑油の導入口が形成され、この導入口を介して圧縮機１内の摺動部分に供給された潤滑油は貯油室４０に戻される。

上記スクロールユニット４４は胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。
当該ユニット４４は、可動スクロール４６及び固定スクロール４８から構成され、これらスクロール４６，４８はそれぞれ鏡板４６ａ，４８ａを備え、鏡板４６ａには鏡板４８ａに向けて延びる渦巻きラップが一体形成され、鏡板４８ａにも鏡板４６ａに向けて延びる渦巻きラップが一体形成されている。

そして、これら渦巻きラップが互いに協働し、鏡板４８ａの外周側に内設されると共に吸入管１０と連通する図示しない吸入室から冷媒を吸入して圧縮室を形成する。圧縮室は、固定スクロール４８に対する可動スクロール４６の公転旋回運動により、渦巻きラップの中心に向けて移動しながら、その容積を減少させて上記一連のプロセスを実施する。
可動スクロール４６は、その自転が図示しない自転阻止ピンにより阻止され、鏡板４６ａの背面４６ｂと対向する主軸フレーム２４の台座面２４ａ上を公転旋回運動する。

可動スクロール４６に公転旋回運動を付与するため、鏡板４６ａの背面４０ｂ側にはボス５０が突出して形成され、それに対向する回転軸１６の上端側には偏心軸５２が一体形成されており、ボス５０は軸受を介して偏心軸５２に回転自在に支持されている。
一方、固定スクロール４８は、主軸フレーム２４に固定され、鏡板４８ａの背面４８ｂ側に形成される冷媒の吐出室５４を圧縮室と区画している。更に、固定スクロール４８の中央部分の適宜位置には、圧縮室と吐出室５４とを連通する冷媒の吐出孔５６が鏡板４８ａを貫通して形成されており、吐出孔５６は背面４８ｂ側に配置された吐出弁５８により開閉される。吐出弁５８は吐出ヘッド６０で覆われており、吐出ヘッド６０によって吐出弁５８の開弁時における音が抑制される。

上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い、可動スクロール４６が台座面２４ａ上を公転旋回運動し、これにより吸入室の冷媒がユニット４４の内方に向けて流動しながら圧縮され、圧縮された高圧冷媒が吐出孔５６から吐出されてハウジング２内を循環し、循環した冷媒が吐出室５４から吐出管１２を通じて圧縮機１の外部へ吐出される。
一方、冷媒の吐出圧の作用と相俟ってポンプ２８で汲み上げられた潤滑油は、油路４２から吐出され、軸受やモータ１４等を潤滑しながら回転軸１６に沿ってハウジング２内を流下する一方、背面４６ｂと台座面２４ａとの間の空間をシールリング６２により区画して形成される背圧室６４に流入し、鏡板４６ａの外周側を経てユニット４４の内方に導かれ、ユニット４４の潤滑及びシールに供される。

ところで、ボルト３８は、モータ１４、すなわちステータ２２側から副軸フレーム３６に溶接される溶接ボルトであって、薄板状の頭部（第２の頭部）３８ａとねじ部３８ｂとから形成されている。
以下、ボルト３８による副軸フレーム（以下、単にフレームという）３６に対する副軸受（以下、単に軸受という）２６及びポンプ２８の締結手順について詳しく説明する。

フレーム３６、軸受２６、ポンプケース３２、ポンプカバー３４には、それぞれ一括してボルト孔６６が貫通されており、先ず、ボルト孔６６にモータ１４、すなわちステータ２２側からボルト３８を挿通し、例えばプロジェクション溶接等で頭部３８ａがフレーム３６に溶接される。すなわち、頭部３８ａはステータ２２とフレーム３６との間にてフレーム３６に当接して位置づけられている。

次に、軸受２６、ポンプケース３２、ポンプカバー３４を貯油室４０側からねじ部３８ｂに順次挿通し、最後にボルト３８の先端３８ｃからナット（第２のナット）６８を螺進させて締結する。こうして、ポンプ２８が軸受２６を介してフレーム３６、ひいては胴部４に固定される。
図２には、図１のＡ−Ａ方向からポンプ２８及び軸受２６をみたときに、ポンプカバー３４に形成される２つのボルト孔６６、及びこれらボルト孔６６とは異なる位置で軸受２６に形成される２つのボルト孔７０が概略的に示されている。なお、これらボルト孔６６，７０以外の箇所は図の分かり易さのために省略している。

ボルト孔７０は、フレーム３６、軸受２６のみを一括して貫通し、２つのボルト孔６６が配される直線と略直交する直線上であって、これら直線同士の交点の対称位置に１つずつ配されている。
ここで、ボルト孔６６に挿通されるボルト３８は、軸受２６を介してポンプ２８をフレーム３６に締結するのに対し、ボルト孔７０には、ボルト３８と同様の溶接ボルトであるボルト（第１のボルト）７２がステータ２２側から挿通され、このボルト７２は、軸受２６のみをフレーム３６に締結している。

図３は、図２のＢ−Ｂ方向における縦断面図が概略的に示されており、ボルト孔６６に挿通されるボルト３８とボルト孔７０に挿通されるボルト７２とのボルト締結を比較可能になっている。
ボルト７２は、その頭部（第１の頭部）７２ａがフレーム３６にプロジェクション溶接され、ボルト７２のねじ部７２ｂには軸受２６のみが挿通されてナット（第１のナット）６８で締結されている。

ここで、ボルト７２の頭部７２ａは、ボルト３８の頭部３８ａと同様に薄板状に形成され、これら頭部７２ａ，３８ａは、共に所定の微小高さＨｈを有しており、ステータ２２と共通の離間距離Ｄｉにて離間している。この離間距離Ｄｉは、電機子巻線２０に通電される電圧に応じて決定されるステータ２２の電気的な絶縁距離以上に設定されている。
一方、ボルト３８は、軸受２６を介してポンプケース３２及びポンプカバー３４をフレーム３６に締結可能なボルト長Ｌ１を有しており、これに対し、ボルト７２は、そのボルト長Ｌ２がＬ１に比して若干短めに形成され、軸受２６のみをフレーム３６に締結可能になっている。すなわち、ボルト３８はその先端３８ｃがボルト７２の先端７２ｃに比してボルト長差Ｌｄ（＝Ｌ１−Ｌ２）だけ貯油室４０側に突出している。

図４は、ボルト孔６６にボルト７２を、ボルト孔７０にボルト３８を誤組み付けした状態を示している。
この場合には、ボルト長差Ｌｄを予め小さく設定することにより、ボルト７２及びナット６８により軸受２６を介してポンプケース３２及びポンプカバー３４をフレーム３６に締結可能であり、また、ボルト３８及びナット６８により軸受２６をフレーム３６に締結可能であって、この場合にも、ボルト３８，７２は、図３の場合と変わらず、ステータ２２と共通の離間距離Ｄｉにてそれぞれ離間している。

以上のように、本実施形態では、軸受２６を介してポンプアッセンブリをフレーム３６に締結するボルト３８と、軸受２６をフレーム３６に締結するボルト７２とは、溶接ボルトであって、これらの頭部３８ａ,７２ａがフレーム３６に溶接され、ステータ２２側に位置づけられる。これにより、図３に示す如く、ボルト３８,７２がボルト長差Ｌｄを有し、図４に示す如く、ボルト３８,７２を互いに入れ替えて締結する誤組み付けが発生した場合であっても、ステータ２２とそれぞれボルト３８,７２との各離間距離Ｄｉを略一定に保持することができるため、離間距離Ｄｉを少なくともステータ２２の絶縁距離以上に予め設定することにより、圧縮機１の絶縁性能を向上することができる。

また、ボルト３８,７２のそれぞれの頭部３８ａ,７２ａが略同一の高さＨｈを有することにより、図４に示す如く、ボルト３８,７２を互いに入れ替えて締結する誤組み付けが発生した場合であっても、ステータ２２とボルト３８,７２との各離間距離Ｄｉは不変であって、ステータ２２とボルト３８,７２との絶縁距離を確実に確保することができるため、圧縮機１の絶縁性能を更に向上することができる。

しかも、ボルト３８,７２の頭部３８ａ，７２ａは、一般的な溶接ボルトのそれと同様に、薄板状に形成され、ボルト孔６６，７２に挿通した後に、頭部３８ａ，７２ａをフレーム３６にプロジェクション溶接にて溶接し、貯油室４０側、すなわちポンプ２８の下側からねじ部３８ｂ，７２ｂにナット６８を螺合して締結される。これにより、ステータ２２とボルト３８,７２との各離間距離Ｄｉをこれらの絶縁距離を確保しつつ極力小さくすることができるため、圧縮機１の全長を更に短くすることができ、圧縮機１の小型化を図りながらその絶縁性能を向上することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、ボルト３８，７２はそれぞれ異なるボルト長Ｌ１，Ｌ２を有しているが、これらボルト長Ｌ１，Ｌ２を略同一長さとすることにより、ボルト３８，７２を互いに入れ替えて締結する誤組み付けを気にする必要はない。

詳しくは、図５に示されるように、ボルト孔６６，７０にボルト長Ｌ１のボルト３８をそれぞれ挿通してナット６８で締結しても良く、この場合にも離間距離Ｄｉを極力小さくして略一定に保持することができ、更には、部品の共通化をも図ることができるため、圧縮機１の生産性を向上しながらその絶縁性能を向上することができる。
最後に、上記実施形態及び変形例では冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる二酸化炭素冷媒を使用した密閉型のスクロール圧縮機について説明しているが、本発明はこれに限らず種々の作動流体を使用した、種々の分野における圧縮機又は膨脹機等の流体機械に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機を示した縦断面図である。 図１のＡ−Ａ方向からポンプ及び副軸受をみたときのボルト孔のみを強調して示した概略平面図である。 図２のＢ−Ｂ方向における各ボルト孔に対する各ボルトの締結状態を比較可能に示した概略縦断面図である。 図３において、各ボルト孔に対して各ボルトを誤組み付けした状態を示した概略縦断面図である。 図３の変形例として、各ボルトのボルト長を同一とした場合における各ボルトの締結状態を示した概略縦断面図である。

符号の説明

１ スクロール圧縮機（流体機械）
２ 密閉容器
１４ 電動モータ（電動機）
１６ 回転軸
１８ ロータ
２０ 電機子巻線（コイル）
２２ ステータ
２６ 副軸受（軸受）
２８ オイルポンプ（ポンプ）
３２ ポンプケース（アッセンブリ）
３４ ポンプカバー（アッセンブリ）
３６ 副軸フレーム（フレーム）
３８ ボルト（第２のボルト）
３８ａ 頭部（第２の頭部）
４２ 油路
４４ スクロールユニット
６８ ナット（第１のナット、第２のナット）
７２ ボルト（第１のボルト）
７２ａ 頭部（第１の頭部）

Claims (4)

1. 密閉容器内を延びる回転軸と、該回転軸の外周に固定されるロータ、及び該ロータの外周側に配されて前記密閉容器の内側に固定されると共に通電されるコイルを有するステータからなる電動機と、前記回転軸の一端側に連結され、前記電動機により駆動されて潤滑油を含む作動流体の吸入から吐出までの一連のプロセスを行うスクロールユニットと、前記回転軸の他端側を回転自在に支持する軸受と、該軸受と前記電動機との間にて前記密閉容器の内側に固定され、該軸受が第１のボルト及び第１のナットにて締結されるフレームとを備えた流体機械であって、
   前記第１のボルトは、その第１の頭部が前記フレームに当接して前記ステータ側に位置づけられることを特徴とする流体機械。
2. 前記回転軸の前記他端側に装着され、前記軸受を介して前記フレームに第２のボルト及び第２のナットにて締結され、該回転軸に穿設された油路に前記潤滑油を吐出するポンプのアッセンブリを更に備え、
   前記第２のボルトは、その第２の頭部が前記フレームに当接して前記ステータ側に位置づけられると共に前記第１の頭部と略同一高さを有することを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
3. 前記第１及び前記第２のボルトの各ボルト長は略同一長さを有することを特徴とする請求項２に記載の流体機械。
4. 前記第１及び前記第２のボルトは、それぞれの前記第１及び前記第２の頭部が薄板からなる溶接ボルトであることを特徴とする請求項２または３に記載の流体機械。

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