JP2009243317A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトの振れ回り運動を低減することにより、振動、騒音の小さいロータリ圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明に係るロータリ圧縮機１００は、密閉容器１内に、圧縮機構部３を下部に、圧縮機構部３を駆動する電動機２を上部に配置し、冷媒を圧縮するロータリ圧縮機１００において、圧縮機構部１００は、クランクシャフト１０と、シリンダ１１と、ローリングピストン１４と、フレーム１２と、シリンダ１１の他方の開口部を閉塞するシリンダヘッド１３とを備え、電動機２は、固定子２ａと、固定子２ａの内側に設けられる回転子２ｂとを備え、回転子２ｂの軸方向中心の位置を、固定子２ａの軸方向中心の位置に対して所定量下方にずらして配置し、回転子２ｂに対し鉛直上方に作用する磁気推力が、回転子２ｂとクランクシャフト１０とに対し鉛直下方に作用する重力を上回るように構成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷凍空調装置に用いられるロータリ圧縮機に関するものである。

ブレードがピストンから離間しないようにスプリングにより付勢されるロータリ圧縮機において、シリンダへッドの軸受を廃止して、フレームにのみ軸受を形成する、いわゆる片持ち軸受構造を採用すると、フレームに形成された軸受やピストンの内周面に形成された軸受に対するガス圧縮荷重による駆動軸の軸傾斜角が増大してしまう。従って軸受の負荷容量が低下するので油膜が形成されにくくなり、軸受の信頼性は大きく損なわれてしまう課題があった。

そこで、ブレードとピストンを一体化するとともに、ブレードを往復且つ揺動自在に支持するガイド、シリンダの端面開口部を閉塞し駆動軸を回転自在に支持するフレーム、他方の端面開口部を閉塞するシリンダヘッドを備えるとともに、シリンダを扁平化したロータリ圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１４０７７３号公報

ロータリ圧縮機のクランクシャフトと電動機の回転子には、クランクシャフトの回転により偏芯部に生じる遠心力を打ち消すべくバランスウェイトが設けられている。しかし、各部品の寸法のバラツキや組立時のバラツキが存在するために、完全なバランスをとることはできず、クランクシャフトには振れ回り運動をしようとする力が作用する。

従来の片持ち軸受構造のロータリ圧縮機は、上記のように振れ回り運動をしようとするクランクシャフトをシリンダヘッドでその下端面を支持する。そのために、振れ回り運動が大きくなり、圧縮機の振動、騒音が大きくなるという課題があった。

また、電動機の固定子と電動機の回転子との高さ方向（軸方向）の中心ズレにより生じる磁気推力を鉛直下方に作用させ、クランクシャフトの下端をシリンダの下側に配置したシリンダヘッドに押し当てて、スラスト支持しているため、スラスト荷重が大きくなり、機械損失が大きくなるという課題があった。

また、従来の片持ち軸受構造のロータリ圧縮機は、圧縮機の排除容積を拡大するために、偏芯軸の偏芯量を増大させようとした場合、スラスト軸受面積を確保するためには、偏芯軸の反偏芯側外周がシリンダヘッド内周よりも外側に位置する必要があることが、偏芯量の増加に対する制約となり、圧縮機の排除容積拡大に対する制約となっていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、クランクシャフトの振れ回り運動を低減することにより、振動、騒音の小さいロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係るロータリ圧縮機は、密閉容器内に、圧縮機構部を下部に、圧縮機構部を駆動する電動機を上部に配置し、冷媒を圧縮するロータリ圧縮機において、
圧縮機構部は、
電動機の駆動力を当該圧縮機構部に伝達し、主軸部と主軸部に対し偏芯する偏芯部を有するクランクシャフトと、
冷媒を圧縮する圧縮室が形成され、軸方向の両端に開口部を有するシリンダと、
クランクシャフトの偏芯部に嵌合するローリングピストンと、
シリンダの一方の開口部を閉塞し、クランクシャフトを支持するフレームと、
シリンダの他方の開口部を閉塞するシリンダヘッドとを備え、
電動機は、
固定子と、固定子の内側に設けられる回転子とを備え、回転子の軸方向中心の位置を、固定子の軸方向中心の位置に対して所定量下方にずらして配置し、回転子に対し鉛直上方に作用する磁気推力が、回転子とクランクシャフトとに対し鉛直下方に作用する重力を上回るように構成することを特徴とする。

この発明に係るロータリ圧縮機は、回転子の軸方向中心の位置を、固定子の軸方向中心の位置に対して所定量下方にずらして配置し、回転子に対し鉛直上方に作用する磁気推力が、回転子とクランクシャフトとに対し鉛直下方に作用する重力を上回るように構成することにより、クランクシャフトの振れ回り運動を低減することにより、振動、騒音の小さいロータリ圧縮機を提供することができる。

実施の形態１．
図１、図２は実施の形態１を示す図で、図１はロータリ圧縮機１００の縦断面図、図２はクランクシャフト１０の振れ回りを示す模式図（（ａ）は本実施の形態、（ｂ）は従来）である。

図１により、ロータリ圧縮機１００の構成を説明する。鋼板製の密閉容器１内に、電動機２と圧縮機構部３とが収納固定されている。密閉容器１の底部に、圧縮機構部３を潤滑するための潤滑油４（冷凍機油）が封入されている。

密閉容器１の上部（上面）に吐出管５が嵌挿され、吐出口５ａを形成している。

電動機２は、固定子２ａと、この固定子２ａの内側に設けられる回転子２ｂとからなる。電動機２は、例えば、ブラシレスＤＣモータである。

回転子２ｂは、クランクシャフト１０の回転により偏芯軸１０ａに生じる遠心力を打ち消すべくバランスウエイト１７ａ，１７ｂが設けられている。

回転子２ｂの略中心部に駆動軸６が嵌挿され、回転子２ｂの回転は駆動軸６により圧縮機構部３へ伝達される。

また、密閉容器１の外部に吸入マフラ８が設けられる。吸入マフラ８は、密閉容器１内の圧縮機構部３へ吸入管９にて接続されている。

圧縮機構部３は、以下に示す要素を備える、所謂ロータリ圧縮機１００の形態である。
（１）駆動軸６と同体である、主軸部１０ｃと主軸部１０ｃに対し偏芯する偏芯軸１０ａを有するクランクシャフト１０；
（２）外周が密閉容器１に嵌合し、内部に圧縮室を形成するシリンダ１１；
（３）クランクシャフト１０が回転自在に嵌挿される軸受部１２ｂと、シリンダ１１上端の開口部を閉塞する端板１２ｃとを有するフレーム１２；
（４）シリンダ１１下端の開口部を閉塞する端板１３ａを有するシリンダヘッド１３；
（５）クランクシャフト１０の偏芯軸１０ａに回転自在に嵌挿され、クランクシャフト１０の回転によりシリンダ１１内を公転運動するローリングピストン１４；
（６）ローリングピストン１４の外径に一端が当接したままシリンダ１１に設けられた溝内を往復運動する板状のベーン（図示せず）。

ここで、電動機２の回転子２ｂの軸方向中心１６の位置（高さ）を、固定子２ａの軸方向中心１５の位置（高さ）に対し、所定量（Δｄ）下方にずらして配置する。

これにより、回転子２ｂと固定子２ａの中心のΔｄのズレにより、回転子２ｂに対し鉛直上方に作用する磁気推力が発生する。そして、この磁気推力が、回転子２ｂとクランクシャフト１０とに対し鉛直下方に作用する重力を上回り、クランクシャフト１０をフレーム１２に対して押し付ける力が作用するようにΔｄを選ぶ。

クランクシャフト１０の偏芯軸１０ａの上端面がフレーム１２の下端面により支持され、スラスト軸受１２ａを形成している。

以上のように、クランクシャフト１０を、偏芯軸１０ａに対し上面側からスラスト軸受１２ａにより支持する構成とすることにより、従来の偏芯軸１０ａ下端でスラスト支持するような構成に対し、図２に示すようにクランクシャフト１０の振れ回りを抑制することができ、ロータリ圧縮機１００の振動、騒音を低減することができる。

図２（ａ）は本実施の形態のロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１０の振れ回りを示す模式図、図２（ｂ）は比較のために示す従来のロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１０の振れ回りを示す模式図である。尚、図２の矢印はバランスウエイト１７ａ，１７ｂ及び偏芯軸１０ａに作用する遠心力を示している。

図２（ａ）に示すように、本実施の形態のロータリ圧縮機１００は、クランクシャフト１０を、偏芯軸１０ａに対し上面側からスラスト軸受１２ａにより支持する。

それに対し、従来のロータリ圧縮機１００は、図２（ｂ）に示すように、振れ回り運動をしようとするクランクシャフト１０の下端面をシリンダヘッド１３で支持する。

従って、本実施の形態のロータリ圧縮機１００は、従来のロータリ圧縮機１００に比べ、クランクシャフト１０の振れ回りを抑制することができ、ロータリ圧縮機１００の振動、騒音を低減することができる。

また、本実施の形態のロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１０のスラスト軸受１２ａに加わるスラスト荷重は、
本実施の形態のスラスト荷重＝電動機２の磁気推力 −クランクシャフト１０と回転子２ｂとに加わる重力
となる。

従来の鉛直下向きに磁気推力を作用させているロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１０のスラスト軸受１２ａに加わるスラスト荷重は、
従来のスラスト荷重＝電動機２の磁気推力 ＋クランクシャフト１０と回転子２ｂとに加わる重力
となる。

本実施の形態のロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１０のスラスト軸受１２ａに加わるスラスト荷重は、従来の鉛直下向きに磁気推力を作用させているロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１０のスラスト軸受１２ａに加わるスラスト荷重に比べて低減されることにより、圧縮機構部３の機械損失の低減が可能になる。

また、クランクシャフト１０よりスラスト軸受１２ａに加わる荷重が低減されたため、スラスト軸受１２ａの摺動面積を低減する事が可能になり、さらに圧縮機構部３の機械損失の低減が可能になる。

また、従来の片持ち軸受構造のロータリ圧縮機１００のように、クランクシャフト１０のスラスト荷重を下端面で支持するような構造においては、クランクシャフト１０の安定性を確保するために偏芯軸１０ａの反偏芯側の外周がシリンダヘッド１３の内周１３ｂよりも、外側に位置している必要がある。

本実施の形態のロータリ圧縮機１００は、クランクシャフト１０を、偏芯軸１０ａに対し上面側からスラスト軸受１２ａにより支持する構造としたことにより、偏芯軸１０ａの反偏芯側外周がシリンダヘッド１３内周よりも外側に位置する必要がなくなる。偏芯量の増加に対する制約が少なくなり、偏芯軸１０ａの偏芯量を増加させて、クランクシャフト１０の偏芯軸１０ａの反偏芯側の外周が、クランクシャフト１０の主軸部１０ｃ外周より、内側に位置する場合でも、クランクシャフト１０の挙動を安定させることが可能になり、ロータリ圧縮機１００の排除容積拡大を容易に行うことができる。

尚、偏芯軸１０ａの反偏芯側外周がクランクシャフトの主軸部１０ｃの外周より内側に位置することとしたが、振動・騒音の低減を要する場合には、偏芯軸１０ａの反偏芯側外周がクランクシャフトの主軸部１０ｃの外周より、外側に位置するように構成する。このように構成することで偏芯軸１０ａの全周にわたってスラスト軸受１２ａにより支持されるためクランクシャフト１０の挙動を安定させることができる。

また、クランクシャフト１０の短軸を廃止し、クランクシャフト１０を偏芯軸１０ａに対し上面側からスラスト軸受１２ａにより支持する構造としたことにより、偏芯量を同一とした場合に偏芯軸１０ａの外径を縮小させる事が可能になり、偏芯軸１０ａ部の機械損失を低減する事が可能になる。

以上のように、本実施の形態のロータリ圧縮機１００は、電動機２の回転子２ｂの軸方向中心１６の位置を、固定子２ａの軸方向中心１５の位置に対し、所定量（Δｄ）下方に位置させることにより、回転子２ｂに対し鉛直上方に作用する磁気推力が発生し、この磁気推力が回転子２ｂとクランクシャフト１０とに対し鉛直下方に作用する重力を上回るようにしたので、従来のロータリ圧縮機１００に比べ、クランクシャフト１０の振れ回りを抑制することができ、ロータリ圧縮機１００の振動、騒音を低減することができる。

また、本実施の形態のロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１０のスラスト軸受１２ａに加わるスラスト荷重は、従来の鉛直下向きに磁気推力を作用させているロータリ圧縮機１００のクランクシャフト１０のスラスト軸受１２ａに加わるスラスト荷重に比べて低減されることにより、圧縮機構部３の機械損失の低減が可能になる。

また、クランクシャフト１０よりスラスト軸受１２ａに加わる荷重が低減されたため、スラスト軸受１２ａの摺動面積を低減する事が可能になり、さらに圧縮機構部３の機械損失の低減が可能になる。

また、クランクシャフト１０を、偏芯軸１０ａに対し上面側からスラスト軸受１２ａにより支持する構造としたことにより、偏芯量の増加に対する制約が少なくなり、偏芯軸１０ａの偏芯量を増加させて、クランクシャフト１０の偏芯軸１０ａの反偏芯側の外周が、クランクシャフト１０の主軸部１０ｃ外周より内側に位置する場合でも、クランクシャフト１０の挙動を安定させることが可能になり、ロータリ圧縮機１００の排除容積拡大を容易に行うことができる。

また、クランクシャフト１０の短軸を廃止し、クランクシャフト１０を偏芯軸１０ａに対し上面側からスラスト軸受１２ａにより支持する構造としたことにより、偏芯量を同一とした場合に偏芯軸１０ａの外径を縮小させる事が可能になり、偏芯軸１０ａ部の機械損失を低減する事が可能になる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２を示す図で、ロータリ圧縮機１００の圧縮機構部３付近の縦断面図である。

本実施の形態では、クランクシャフト１０とフレーム１２のスラスト軸受１２ａとの間に、スラスト受け部材２０を嵌挿している。

スラスト受け部材２０は、薄板で略リング状である。スラスト受け部材２０の材料は、クランクシャフト１０及びフレーム１２よりも硬度が十分に大きいばね鋼材等である。

スラスト受け部材２０は、フレーム１２のスラスト軸受１２ａに設ける。突起と孔等により、スラスト受け部材２０の回り止めを行う。

図３に示すように、クランクシャフト１０とフレーム１２のスラスト軸受１２ａとの間に、薄板状のスラスト受け部材２０を嵌挿することにより、スラスト荷重による機械損失を低減することが可能になり、より効率の高いロータリ圧縮機１００を得ることができる。

また、クランクシャフト１０とフレーム１２のスラスト軸受１２ａとの間に、スラスト受け部材２０を嵌挿することにより、クランクシャフト１０のスラスト面の摩耗を低減することが可能になり、より信頼性の高いロータリ圧縮機１００を得ることができる。

尚、クランクシャフト１０とフレーム１２のスラスト軸受１２ａとの間に、別体のスラスト受け部材２０を嵌挿する例を示したが、偏芯軸１０ａの反偏芯側外周がクランクシャフト１０の主軸部１０ｃの外周より内側に位置する場合は、スラスト受け部材２０をフレーム１２と一体に設けるとよい。

スラスト受け部材２０をフレーム１２と別体に設けると負荷に耐えられずスラスト受け部材２０が変形、分離等して振れ回りが発生し、振動・騒音の原因となる可能性があるが、スラスト受け部材２０をフレーム１２と一体に設けることにより係る可能性を低減することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、クランクシャフト１０とフレーム１２のスラスト軸受１２ａとの間に、クランクシャフト１０及びフレーム１２よりも硬度が十分に大きい、ばね鋼材などの薄板状のスラスト受け部材２０を嵌挿することにより、スラスト荷重による機械損失を低減することが可能になり、より効率の高いロータリ圧縮機１００を得ることができる。

また、クランクシャフト１０とフレーム１２のスラスト軸受１２ａとの間に、スラスト受け部材２０を嵌挿することにより、クランクシャフト１０のスラスト面の摩耗を低減することが可能になり、より信頼性の高いロータリ圧縮機１００を得ることができる。

実施の形態１を示す図で、ロータリ圧縮機１００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、クランクシャフト１０の振れ回りを示す模式図（（ａ）は本実施の形態、（ｂ）は従来）。 実施の形態２を示す図で、ロータリ圧縮機１００の圧縮機構部３付近の縦断面図。

符号の説明

１ 密閉容器、２ 電動機、２ａ 固定子、２ｂ 回転子、３ 圧縮機構部、４ 潤滑油、５ 吐出管、５ａ 吐出口、６ 駆動軸、８ 吸入マフラ、９ 吸入管、１０ クランクシャフト、１０ａ 偏芯軸、１０ｃ 主軸部、１１ シリンダ、１２ フレーム、１２ａ スラスト軸受、１２ｂ 軸受部、１２ｃ 端板、１３ シリンダヘッド、１３ａ 端板、１３ｂ 内周、１４ ローリングピストン、１５ 固定子２ａの軸方向中心、１６ 回転子２ｂの軸方向中心、１７ａ バランスウエイト、１７ｂ バランスウエイト、２０ スラスト受け部材、１００ ロータリ圧縮機。

Claims (4)

1. 密閉容器内に、圧縮機構部を下部に、前記圧縮機構部を駆動する電動機を上部に配置し、冷媒を圧縮するロータリ圧縮機において、
   前記圧縮機構部は、
   前記電動機の駆動力を当該圧縮機構部に伝達し、主軸部と前記主軸部に対し偏芯する偏芯部を有するクランクシャフトと、
   前記冷媒を圧縮する圧縮室が形成され、軸方向の両端に開口部を有するシリンダと、
   前記クランクシャフトの前記偏芯部に嵌合するローリングピストンと、
   前記シリンダの前記一方の開口部を閉塞し、前記クランクシャフトを支持するフレームと、
   前記シリンダの前記他方の開口部を閉塞するシリンダヘッドとを備え、
   前記電動機は、
   固定子と、前記固定子の内側に設けられる回転子とを備え、前記回転子の軸方向中心の位置を、前記固定子の軸方向中心の位置に対して所定量下方にずらして配置し、前記回転子に対し鉛直上方に作用する磁気推力が、前記回転子と前記クランクシャフトとに対し鉛直下方に作用する重力を上回るように構成することを特徴とするロータリ圧縮機。
2. 前記フレームは、前記クランクシャフトのスラスト荷重を、該フレームにより上面側から支持することを特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮機。
3. 前記クランクシャフトの前記偏芯軸の反偏芯側の外周が、前記クランクシャフトの主軸部外周より、内側に位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータリ圧縮機。
4. 前記クランクシャフトの前記偏芯部と、前記フレームとの間にスラスト軸受部材を挿入したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のロータリ圧縮機。

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