JP2010242565A - 密閉形圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】往復動するピストンを有する密閉形圧縮機において、摺動損失を低減することにより、効率と信頼性を向上させる。
【解決手段】密閉容器内に収納された電動要素と機械要素と、フレームの軸受部１ａに貫通して該フレームの下部から上部へ延伸するクランクシャフト３と、前記フレームの上方に位置するクランクピン３ａとを備え、前記電動要素で前記クランクシャフト３が駆動されてピストンがシリンダ内を往復動する密閉形圧縮機において、前記フレームの前記軸受部上部１ｃに前記クランクシャフト３に対して下方に向かう傾斜部を設け、前記クランクシャフト３と前記傾斜部との間に潤滑油を貯留する空間を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、往復動するピストンを有する密閉形圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫に関する。

近年、冷蔵庫，ルームエアコン等に用いられる密閉形圧縮機においては、省エネルギーの観点から高効率化が求められている。

このような状況下において、入力低減を目的としたスラスト軸受部にかかる垂直荷重の軽減が望まれている。

従来技術として、特開２０００−１１０７５７号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

この特許文献１に記載のスクロール圧縮機は、密閉容器内の下側に固定要素、上側に可動要素を位置させた圧縮機構と、この圧縮機構の上方に設けられ圧縮機構を駆動するための電動要素と、この電動要素の回転力を圧縮機構に伝達するためのクランクシャフトとを備えている。電動要素は回転子の磁力中心が固定子の磁力中心に対して少し下方になるように設定されている。

特開２０００−１１０７５７号公報

特許文献１に記載のスクロール圧縮機は、回転子の磁力中心と固定子の磁力中心を一致させるように、回転子に上向きの磁気力が常に作用し、クランクシャフトを上方に持ち上げる力が働く。これにより、クランクシャフトと可動要素間におけるスラスト方向の摺動抵抗を減少させて電動要素の負荷を軽減している。

ここで、スクロール圧縮機の場合、クランクシャフトは両端近傍の位置において軸受部により回転自在に支持されている。このため、クランクシャフトにおいてスラスト方向の摺動部を持たない場合でも軸受部への荷重は均等に負荷される。

しかしながら、レシプロ圧縮機の場合、クランクシャフトは中央部において軸受部により回転自在に支持されている。このため、クランクシャフトにおいてスラスト方向の摺動部を持たない場合、歳差運動による振れまわりのために軸受部の上部に対する片当たりが生じ、局所的に面圧が高くなる、という課題があった。

そこで、上記の課題を解決するために、本発明は往復動するピストンを有する密閉形圧縮機において、摺動損失を低減することにより、効率の向上と信頼性の向上した密閉形圧縮機を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器内に収納された電動要素と機械要素と、フレームの軸受部に貫通して該フレームの下部から上部へ延伸するクランクシャフトと、前記フレームの上方に位置するクランクピンとを備え、前記電動要素で前記クランクシャフトが駆動されて、ピストンがシリンダ内を往復動する密閉形圧縮機において、前記フレームの前記軸受部上部は前記クランクシャフトに対して下方に向かう傾斜部を有し、前記クランクシャフトは前記軸受部上部の前記傾斜部との間に空間を有することを特徴とする。

また、前記電動要素は固定子と回転子の各々の軸中心に対して同心円状に複数の磁極が配置され、該複数の磁極に発生する磁力の、前記固定子の軸方向の磁力中心位置に対し、前記回転子の軸方向の磁力中心位置が下方に位置することを特徴とする。

また、前記空間に潤滑油が供給されることを特徴とする密閉形圧縮機。

また、本発明の冷蔵庫は、上記いずれかに記載の密閉形圧縮機が設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、往復動するピストンを有する密閉形圧縮機において、摺動損失を低減することにより、効率の向上と信頼性の向上した密閉形圧縮機を得ることができる。

本発明の実施形態に係る密閉形圧縮機の縦断面図。 図１の密閉形圧縮機における機械要素の摺動状態を示す拡大断面図。 図１の密閉形圧縮機における固定子及び回転子近傍を示す拡大断面図。 本発明の実施形態に係る冷蔵庫の縦断面図。

以下、本発明の実施形態をそれぞれ図に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る密閉形圧縮機の縦断面図である。本実施例の密閉形圧縮機は、密閉容器内に設けられた軸受部１ａ及びフレーム１ｂと一体に成形されたシリンダ１内をピストン４が往復動して機械要素を構成するレシプロ型の圧縮機である。フレーム１ｂの下方には、電動要素として、電動機を構成する固定子５及び回転子６が備えられており、各々の軸中心に対して同心円状に複数の磁極が配置されている。また、クランクシャフト３の回転中心から偏心した位置に、クランクピン３ａが設けられている。

クランクシャフト３は、フレームの軸受部１ａに貫通してフレーム１ｂの下部から上部へ延伸しており、クランクピン３ａがフレーム１ｂの上方側に位置するように設けられている。クランクシャフト３の下部は回転子６と直結しており、電動機の動力によってクランクシャフト３は回転する。クランクピン３ａとピストン４との間はコンロッド２で連結されており、クランクピン３ａ及びコンロッド２を介してピストン４が往復動する構成となっている。

すなわち、本実施例の密閉形圧縮機は、密閉容器内にシリンダ１，ピストン４等の機械要素と、電動機等の電動要素が収納されており、クランクシャフト３によって電動要素からの回転力を伝える構成を前提としている。

なお、クランクシャフト３の回転によって、密閉容器内に貯留した潤滑油が上方へと導かれ、クランクピン３ａ上端部に設けられた開口より潤滑油が噴出する構造となっている。クランクシャフト３の下端部に設けられた筒状の給油ピース７の遠心力を利用して潤滑油を上昇させ、クランクピン３ａ上端部から潤滑油が噴出する。

次に、図２に示す機械要素を構成するフレームの軸受部１ａとクランクシャフト３の摺動状態について説明する。

クランクシャフト３のバランスウェイト部３ｂの下端面は、フレーム１ｂの軸受部１ａとの間に隙間を有する。すなわち、スラスト方向の摺動面を有しないように設けられている。また、クランクシャフト３は、フレーム１ｂの軸受部１ａに回転自在に支持されている。クランクシャフト３，回転子６及びバランスウェイト８等の自重は、フレーム１ｂの軸受部１ａに負荷されないか、負荷が抑制される。また、回転子６と固定子５の軸方向の磁力中心位置のずれにより生じる磁気推力によるスラスト荷重は、フレーム１ｂの軸受部１ａに負荷されないか、負荷が抑制される。

このことから、クランクシャフト３はスラスト方向の摺動損失がなくなり、圧縮機の性能を向上させることができる。

さらに、フレーム１ｂの軸受部上部１ｃの形状を、クランクシャフト３に向かって下方に傾斜する形状とする。これにより、クランクシャフト３のバランスウェイト部３ｂとフレーム１ｂの軸受部上部１ｃとの間に油貯留空間９が形成される。この構成において、クランクシャフト３が回転すると、給油ピース７の遠心力により潤滑油が上昇し、クランクピン３ａ上端部から潤滑油が噴出する。この噴出した潤滑油の一部は、フレーム１ｂの端面を伝い、フレーム１ｂの軸受部上部１ｃに流れ込む。そして、上記の油貯留空間９が形成されていることで、流れ込んだ潤滑油は油貯留空間９に常時貯留されることになる。

このことから、クランクシャフト３の歳差運動による振れまわりのために生じる局所的な面圧の増加に対し、局所的な接触を回避でき、摺動面の油膜切れを起こさないため、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

次に、図３を用いて固定子５と回転子６の関係を説明する。図３は、図１の密閉形圧縮機における固定子及び回転子近傍を示す拡大断面図である。

クランクシャフト３及び回転子６等の自重は、図３の黒矢印で示すように、下方に作用する。一方、固定子５の軸方向の磁力中心位置５ａに対し、回転子６の磁力中心位置６ａを下方に設定しているため、磁力中心位置のずれにより生じる磁気推力は図３の斜線矢印で示すように上方に作用する。これにより、これら各力が釣り合った位置でクランクシャフト３及び回転子６が保持される。

即ち、磁気推力が作用する方向に対してクランクシャフト３がスラスト方向に拘束されず回転子６が可動である。そのため、回転子６の軸方向の磁力中心位置６ａと固定子５の軸方向の磁力中心位置５ａが、クランクシャフト３及びクランクシャフト３に締結された回転子６やバランスウェイト８等の重量と、固定子５の軸方向の磁力中心位置５ａと回転子６の軸方向の磁力中心位置６ａのずれにより生じる磁気推力とが釣り合う位置に自動的に調整される。

このことから、回転子６の軸方向の磁力中心位置６ａと固定子５の軸方向の磁力中心位置５ａが磁気推力により適正に設定されることにより、電動要素の効率の低下を抑制することができるため、圧縮機の性能を向上させることができる。

次に、図４に示す冷蔵庫１０について説明する。冷蔵庫１０は、圧縮機１１と、圧縮機１１に接続された吐出配管１２と、凝縮器１３と、減圧器であるキャピラリ１４と、水分除去を行うドライヤ（図示せず）と、庫内ファン１５の近傍に配置した蒸発器１６と、吸入配管１７を環状に接続して構成される冷凍サイクルを箱本体１８に内蔵しており、この冷凍サイクルにより生成された冷気を吐出し、貯蔵室１９内の温度を低下させ、食品などの冷凍，冷蔵保管する。図４では、冷凍サイクルの構成を冷蔵庫本体の外側に簡略化して示したが、実際には冷蔵庫本体の内側に配設されている。

上記の圧縮機を冷蔵庫に適用することにより、冷蔵庫内の冷却効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態において、レシプロ圧縮機の一例としてコンロッド方式の圧縮機を示したが、スコッチヨーク方式のレシプロ圧縮機においても同じ効果が得られる。

上述したように、本実施の形態によれば、密閉容器内に電動要素と機械要素が収納され、電動要素でクランクシャフト３が駆動されることにより、ピストン４がシリンダ１内を往復動する密閉形圧縮機において、同心円状に配置された複数の磁極に発生する磁力の、固定子５の軸方向の磁力中心位置５ａと、回転子６の軸方向の磁力中心位置６ａとは、磁気推力により適正に設定され、スラスト力による摺動損失をなくすことができるため、圧縮機の性能を向上させることができる。

また、フレーム１ｂの軸受部上部１ｃを密閉容器内に封入されている潤滑油を保持する形状とする。これにより、クランクシャフト３の歳差運動による振れまわりのために生じる局所的な面圧の増加に対し、局所的な接触を回避し、軸受部上部に常に十分な潤滑油の供給を行うことで、油膜切れを抑制できることから、信頼性を向上させることができる。これにより高効率かつ信頼性の高い圧縮機とすることができる。

また、本実施の形態の圧縮機を冷蔵庫に適用することで、冷蔵庫内の冷却効率を向上させることができる。

１ シリンダ
１ａ 軸受部
１ｂ フレーム
１ｃ 軸受部上部
２ コンロッド
３ クランクシャフト
３ａ クランクピン
３ｂ バランスウェイト部
４ ピストン
５ 固定子
５ａ 固定子磁力中心位置
６ 回転子
６ａ 回転子磁力中心位置
７ 給油ピース
８ バランスウェイト
９ 油貯留空間
１０ 冷蔵庫
１１ 圧縮機
１２ 吐出配管
１３ 凝縮器
１４ キャピラリ
１５ 庫内ファン
１６ 蒸発器
１７ 吸入配管
１８ 箱本体
１９ 貯蔵室

Claims (4)

1. 密閉容器内に収納された電動要素と機械要素と、フレームの軸受部に貫通して該フレームの下部から上部へ延伸するクランクシャフトと、前記フレームの上方に位置するクランクピンとを備え、前記電動要素で前記クランクシャフトが駆動されて、ピストンがシリンダ内を往復動する密閉形圧縮機において、
   前記フレームの前記軸受部上部は前記クランクシャフトに対して下方に向かう傾斜部を有し、
   前記クランクシャフトは前記軸受部上部の前記傾斜部との間に空間を有することを特徴とする密閉形圧縮機。
2. 請求項１において、前記電動要素は固定子と回転子の各々の軸中心に対して同心円状に複数の磁極が配置され、該複数の磁極に発生する磁力の前記固定子の軸方向の磁力中心位置に対し、前記回転子の軸方向の磁力中心位置が下方に位置することを特徴とする密閉形圧縮機。
3. 請求項１において、前記空間に潤滑油が供給されることを特徴とする密閉形圧縮機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の密閉形圧縮機が設けられたことを特徴とする冷蔵庫。

Images