JP2012012940A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 低負荷条件あるいは低速条件での運転状態においても、ベーンのチャタリング
を防止することができる気体圧縮機を提供する。
【解決手段】 ベーンロータリー型気体圧縮機において、ベーンを磁性体で形成すると共
に、圧縮室が圧縮行程にあるときのシリンダの内周面近傍に磁石が配設されていることを
特徴とする。圧縮室が圧縮工程にある範囲にて、通常のベーン背圧に加え、磁力による力
がベーンをシリンダ内周面に押し出す方向に作用するため、低負荷条件あるいは低速条件
での運転状態にて発生しやすい、ベーンの先端がシリンダの内周面から離接するチャタリ
ングを防止できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、気体圧縮機に関し、詳しくは、圧縮室を形成するベーンをシリンダの内周面
に当接させるための技術に関する。

従来より、空気調和システム（以下、空調システムという。）には、冷媒ガスを圧縮し
て、空調システムに冷媒ガスを循環させるための気体圧縮機が用いられている。

例えば、下記特許文献１にあるように、ベーンロータリー形式の圧縮機本体をハウジン
グの内部に備えた一般的な気体圧縮機においては、圧縮機本体は、回転軸と一体的に軸周
りに回転する略円柱状のロータと、このロータの円柱状外周面の外方を取り囲み、断面輪
郭略楕円形状の内周面を有するシリンダと、ロータおよびシリンダをこれらの両端面側か
ら挟むように配置される２つのサイドブロックと、ロータの周方向の所定角度間隔で５枚
配置され、油圧によってロータの外周面から突出自在で、突出状態における先端がシリン
ダの略楕円状の内周面に当接するベーンとを備え、ロータの軸周りの回転により、ロータ
とシリンダと両サイドブロックと隣接する２枚のベーンとにより区画された各圧縮室の容
積をそれぞれ変化させて、各圧縮室の内部の冷媒ガスを圧縮するように構成されている。

この圧縮機本体は、圧縮機本体から吐出された高圧の冷媒ガスを空調システムに吐出す
る吐出ポートと、空調システムから低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポートとが形成された
ハウジングによって覆われており、ハウジングと圧縮機本体との間に形成された２つの空
間のうち、圧縮機本体を挟んで、吸入ポートに通じる側は低圧雰囲気の吸入室として形成
され、吐出ポートに通じる側は高圧雰囲気の吐出室として形成されている。

気体圧縮機内には、上述したベーンに作用する油圧として、かつ、各摺動部分の潤滑油
として冷凍機油が封入されて、主として、高圧雰囲気の吐出室の底部に溜められている。

上述した圧縮機本体のベーンは、ロータに形成されたベーン溝に外方へ突出可能に配設
されており、ベーン溝の底部とベーンの底面との間の背圧室に油圧としての冷凍機油が供
給されることにより、ベーンがシリンダに向けて突出し、シリンダの内周面に当接する。

この背圧室への冷凍機油の供給通路は、以下のように形成されている。吐出室を区画す
るサイドブロックには、吐出室の底部に溜められた冷凍機油に浸る部分から、回転軸を軸
支する軸受け孔まで連通する油路が形成され、冷凍機油は、吐出室の高圧雰囲気によって
、サイドブロックにおける油路の下部開口から、当該油路を通って、軸受部に到達する。
そして、この軸受部に到達した高圧の冷凍機油は、軸受部と回転軸の外周面との間の微
小隙間を通って、サイドブロックとロータとの端面間に到達する。このとき、冷凍機油は
微小隙間を通過する際の圧力損失により、中間圧まで圧力が低下している。
さらに、サイドブロックのロータに向いた端面のうち、回転するロータにおけるベーン
溝の底部に対向した部分にはサライ溝が形成され、サイドブロックとロータとの端面間に
到達した冷凍機油はこのサライ溝を介して、ベーン溝の背圧室に供給され、ベーンを突出
させる。

また、背圧室までの冷凍機油の供給通路は、上述した吐出側のサイドブロックだけでな
く、低圧室を区画するサイドブロック側にも形成されている。

さらに、圧縮工程において、背圧室にサライ溝における中間圧の圧力よりも高い油圧を
作用させるために、サライ溝以外の、サイドブロック端面部分と略同一高さの島状部分に
他の油路が形成されている。この油路はサライ溝に供給される中間圧よりも高い圧力の油
圧の冷凍機油を背圧室に供給している。
このように、圧縮工程の背圧室により高い油圧を作用させ、圧縮工程におけるベーンの
シリンダの内周面への安定した当接を得るようにしている。

特開２００７−１００６０２号公報、図１，２，３

ところで、上述した気体圧縮機は、低圧縮比条件において、すなわち、吐出ガスの圧力
（高圧）Ｐｄと吸入ガスの圧力（低圧）Ｐｓとの圧縮比の値Ｐｄ／Ｐｓが小さくなるとき
の条件、具体的には、低負荷条件あるいは低速条件での運転状態における場合であり、こ
の条件下では、圧縮工程においてシリンダ内周面からベーン先端に作用する押下荷重が早
いタイミングから上昇し、この押下荷重とベーンを押し上げる方向に作用している背圧室
の油圧との均衡が不安定となり、ベーンの先端がシリンダの内周面から離接する、いわゆ
るチャタリングが発生し易くなる。そして、その現象は圧縮比が小さい状態においてより
不利となる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、圧力条件によらず、ベーンのチャタリ
ングを防止することができる気体圧縮機を提供することを目的とする。

本発明による気体圧縮機は、回転軸周りに回転する回転体を有する圧縮機本体であっ
て、略円柱状のロータと、該ロータの外周面を外方から取り囲む、略楕円状の断面輪郭を
有するシリンダと、前記ロータおよび前記シリンダを、これらの両端面側から挟むように
配置される２つのサイドブロックと、前記ロータの前記外周面から突出自在で、突出状態
における先端が前記シリンダの前記略楕円状の内周面に当接するベーンとを備え、前記ロ
ータの回転により、前記ロータと前記シリンダと前記両サイドブロックと前記ベーンとに
より画成された複数個の圧縮室の容積をそれぞれ変化させて、該圧縮室の内部の気体を圧
縮する気体圧縮機において、前記圧縮室が圧縮行程にあるとき、前記ベーンと前記シリン
ダの内周面とが磁力により引き付け合うように構成されていることを特徴とする。

本発明による気体圧縮機では、背圧室の油圧により、ベーンのシリンダの内周面への当接
を得る以外に、圧縮工程においてベーンとシリンダの内周面間に作用する磁力によっても
当接を得ることが可能となる。

その結果、低負荷条件あるいは低速条件での、圧縮工程でのチャタリングが発生しやすい
運転状態においても、ベーンの先端のシリンダの内周面からの離接が防止され、チャタリ
ング発生が無くなる。

また、本発明による気体圧縮機は、前記ベーンを磁性体で形成すると共に、前記圧縮室が
圧縮行程にあるときの前記シリンダの内周面近傍に磁石が配設されている構成とすること
ができる。

このような構成によれば、簡単な構成により、圧縮工程においてベーンとシリンダの内
周面間に磁力を作用させることが可能となる。

また、本発明による気体圧縮機は、前記圧縮室が圧縮行程にあるときの前記シリンダの
内周面近傍に配設されている磁石は、前記圧縮室の圧縮完了位置まで伸びている構成とす
ることができる。

このような構成によれば、ベーンとシリンダの内周面間に作用する磁力が、圧縮工程完
了位置まで作用することにより、より確実に圧縮工程でのチャタリング発生を無くすこと
が可能となる。

また、本発明による気体圧縮機は、前記ベーンを鉄製である構成とすることができる。

このような構成によれば、ベーンの自重による遠心力によってもベーンのシリンダの内
周面への当接を得ることができるので、より確実に圧縮工程でのチャタリング発生を無く
すことが可能となる。

また、本発明による気体圧縮機は、電動モータを内蔵した電動気体圧縮機である構成と
することができる。

本発明によれば、気体圧縮機の運転状態によらず、圧縮工程での、ベーンの先端がシリ
ンダの内周面から離接する、いわゆるチャタリングを防止することができるので、気体圧
縮機の動作騒音の増大を回避することができる。

本発明の実施形態に係る電動気体圧縮機の縦断面図である。 図１に示す線Ａ−Ａ断面における圧縮機本体図である。

以下、本発明に係る電動気体圧縮機の実施例について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態を示す車両用の空気調和装置に組み込まれる電動気体圧縮機の
縦断面図である。図２は図１における線Ａ−Ａ断面における圧縮機本体図である。

実施形態に係る電動気体圧縮機１は、車両用の空気調和装置の一部として構成され、空
気調和装置の他の構成要素である凝縮器、リキッドタンク、膨張弁、及び蒸発器とともに
、冷凍サイクルのための冷媒循環経路上に設けられている。

電動気体圧縮機１は、図１に示すようにハウジング３を備えており、該ハウジング３は
、前記蒸発器に接続され蒸発器から低圧の冷媒ガスＧが吸入される吸入ポート（図示せず
）が形成された一端開放の有底筒状のフロントハウジング４と、両端開放の筒状で軸方向
中央部に圧縮機本体２を取付ける隔壁６が形成されたセンターハウジング５と、前記凝縮
器に接続され圧縮機本体２で圧縮された高圧の冷媒ガスＧを凝縮器に吐出する吐出ポート
８が形成された一端開放の有底筒状のリアハウジング７の３部材から構成されている。

ハウジング３内の、センターハウジング５の隔壁６に取付けられた圧縮機本体２よりも
フロントハウジング４側には吸入ポートに連通する吸入室９が区画形成されている。また
、ハウジング３内のセンターハウジング５の隔壁６に取付けられた圧縮機本体２よりもリ
アハウジング７側には吐出ポート８に連通する吐出室１０が区画形成されている。

電動モータ２０は、ブラシレス直流モータであり、リアハウジング７の端壁に形成され
た軸受１１でハウジング３の軸線と一致して回転可能に支持されたモータ回転軸２１と、
該モータ回転軸２１に固定されたモータロータ２２と、該モータロータ２２を取り巻いて
リアハウジング７に固定されたステータ２３とを備える。ステータ２３はコイルを備え、
センターハウジング５には該コイルへ外部から電力が供給されるように、コネクタ２４が
気密に取り付けられている。

圧縮機本体２は、図１及び図２に示すように、軸回りに回転駆動される回転軸３１と、
この回転軸３１と一体的に回転するロータ３２と、ロータ３２の外周面の外方を取り囲む
断面輪郭略楕円形状の内周面３０ａを有するとともに両端が開放されたシリンダ３０と、
ロータ３２の外周面から突出して、この突出した先端３５ａがシリンダ３０の内周面３０
ａに当接する、回転軸３１回りに等角度間隔でロータ３２に設けられた５枚の板状のベー
ン３５と、シリンダ３０の両側開放端面の外側からそれぞれ開放端面を覆うように固定さ
れたフロントサイドブロック３３およびリアサイドブロック３４とからなる、ベーンロー
タリー型圧縮機を形成している。ここでベーン３５は磁性体である鉄により形成されてい
る。

そして、２つのサイドブロック３３，３４、ロータ３２、シリンダ３０、およびロータ３
２の回転方向に相前後する２つのベーン３５，３５によって画成された各圧縮室３７の容
積が、回転軸３１の回転にしたがって増減を繰り返すことにより、各圧縮室３７に吸入さ
れた冷媒ガスＧを圧縮して吐出するように構成されている。

ロータ３２の両端面側からそれぞれ突出した回転軸３１の部分のうち、その後側ではリ
アサイドブロック３４の軸受部３４ａに、前側ではフロントサイドブロック３３の軸受部
３３ａに回転可能に支持されている。回転軸３１の後側はリアサイドブロック３４の軸受
部３４ａを貫通してリアハウジング７内まで延び、モータ回転軸２１へと繋がっている。

フロントサイドブロック３３、シリンダ３０、およびリアサイドブロック３４は複数の
ボルト（図示せず）にて一体に結合されセンターハウジング５の隔壁６に固定されている
。隔壁６は内径方向にリアサイドブロック３４の軸受部３４ａ近傍まで伸びている。

なお、リアハウジング７の吐出ポート８内には冷凍機油Ｒを冷媒ガスＧから分離するた
めの油分離器（図示せず）が取付けられている。
ここで、吐出ポート８内で冷媒ガスＧから分離された冷凍機油Ｒは、吐出ポート８の底
部に溜まり、そこからリアハウジング７の端壁内に形成された通路（図示せず）を経由し
て、リアハウジング７、センターハウジング５内の吐出室１０下部に形成された貯油室１
２内に貯留される。ここに貯留された冷凍機油Ｒは圧縮機本体２の摺動部等を潤滑すると
ともに、ベーン３５をシリンダ３０の内周面３０ａ方向に突出させる油圧として寄与する
。

ロータ３２には、スリット状のベーン溝３６が放射状に、かつロータ３２の回転中心回
りに等角度間隔で５つ形成され、これらのベーン溝３６に、前述のベーン３５が挿入され
、各ベーン３５は、ロータ３２の回転によって生じる遠心力と、ベーン溝３６およびベー
ン３５の底面３５ｂによって画成された背圧室３８に加えられる冷凍機油Ｒの油圧とによ
り、シリンダ３０の内周面３０ａ方向へ突出し、このベーン３５の突出した先端３５ａが
シリンダ３０の内周面３０ａに当接した状態に付勢される。
これにより、シリンダ３０と、ロータ３２と、ロータ３２の回転方向について相前後す
る２つのベーン３５，３５と、フロントサイドブロック３３と、リアサイドブロック３４
とにより画成された各圧縮室３７は、ロータ３２の回転にしたがって容積の変化を繰り返
す。

フロントサイドブロック３３には、吸入室９と圧縮室３７とを連通させるフロント側吸
入口（図示せず）が開口しており、吸入ポートから吸入室９に導入された冷媒ガスＧは、
このフロント側吸入口を介して圧縮室３７に吸入される。

一方、シリンダ３０の外周の一部には凹部が形成され、この凹部は、両サイドブロック
３３，３４の各内側端面とセンターハウジング５の内周面とによって囲まれた吐出チャン
バ３９を形成している。
この吐出チャンバ３９が形成されて薄肉化されたシリンダ３０の部分には圧縮室３７と
吐出チャンバ３９とを連通させる吐出口４０が開口し、吐出口４０には、吐出チャンバ３
９側に開放するリードバルブ４１（バルブ本体およびバルブサポート）が設けられている
。そして、圧縮室３７から吐出口４０、リードバルブ４１を通って吐出チャンバ３９に吐
出された高圧の冷媒ガスＧは、リアサイドブロック３４及びセンターハウジング５の隔壁
６に形成された連通孔４２を経て、吐出室１０に吐出される。

吐出室１０に吐出された高圧の冷媒ガスＧは電動モータ２０内を流れ電動モータ２０を
冷却したあと、リアハウジング７の吐出ポート８より吐出される。その際、吐出ポート８
内の油分離器により冷媒ガスＧから分離された冷凍機油Ｒは、前述したとおり、リアハウ
ジング７、センターハウジング５内の吐出室１０下部に形成された貯油室１２内に貯留さ
れる。

この電動気体圧縮機１には、回転軸３１と各軸受部３３ａ，３４ａとの間の潤滑、ロー
タ３２の各端面と各サイドブロック３３，３４の内側端面との間の潤滑、背圧室３８への
ベーン付勢用油圧供給等のために、貯油室１２内に貯留した冷凍機油Ｒを各部位に導く構
造を備えている。
すなわち、センターハウジング５とリアサイドブロック３４に、軸受部３４ａに至る油
供給通路５０が形成され、また、リアサイドブロック３４の内側端面には、軸受部３４ａ
における油供給通路５０の開口から、軸受部３４ａと回転軸３１との間の微小隙間を通っ
て、ロータ３２の背圧室３８に連通する凹溝（サライ溝）３４ｂが形成されている。
また、シリンダ３０の底部に、リアサイドブロック３４の油供給通路５０に接続する貫
通孔５１が設けられ、フロントサイドブロック３３に、この貫通孔５１のフロントサイド
ブロック３３側の開口と軸受部３３ａとを連通させる油供給通路５２が形成されて、冷凍
機油Ｒが、軸受部３３ａと回転軸３１との間の微小隙間を通過し、フロントサイドブロッ
３３クの内側端面に形成された凹溝（サライ溝）３３ｂ等に冷凍機油Ｒが導かれる。

貯油室１２の内部圧力は、電動気体圧縮機１の運転中においては、圧縮室３７から吐出
された高圧の冷媒ガスＧによって高圧とされており、この底部に溜まった冷凍機油Ｒにも
高圧が作用している。
しかし、油供給通路５０，５２、貫通孔５１を通ってサライ溝３３ｂ,３４ｂに供給さ
れた冷凍機油Ｒは、軸受部３３ａ，３４ａと回転軸３１との間の微小隙間を通過する際の
圧力損失により、貯油室１２の底部に溜まっていたときの圧力（高圧Ｐｄ）よりも低い圧
力（中間圧Ｐｖ）となる。

サライ溝３３ｂ,３４ｂに供給された中間圧の冷凍機油は、サライ溝３３ｂ,３４ｂから
背圧室３８に導かれ、ベーン３５をシリンダ３０の内周面３０ａに当接させる油圧として
作用する。

ここで、シリンダ３０の内周面３０ａの近傍、すなわち、シリンダ３０の開放端面の内
周面３０ａ位置より外周方向に所定幅平行移動した位置には、図２に示すように磁石６０
が配設されている。磁石６０はシリンダ３０の内周形状３０ａと略同一の形状を呈し、略
一定の幅にて、またシリンダ３０の軸方向に所定の深さ寸法を持って形成され、シリンダ
３０に埋め込まれている。磁石６０は略楕円形状であるシリンダ３０の内周面３０ａの長
径位置から、ロータ３２回転方向進み側の短径位置にわたり伸びている。

このように構成された電動気体圧縮機１では、ベーン３５の先端３５ａがシリンダ３０の
内周面３０ａに当接しつつ内周面３０ａの楕円長径位置まで来ると、サライ溝３３ｂ,３
４ｂから背圧室３８に供給された中間圧の油圧に加え、シリンダ３０に配設された磁石６
０と磁性体であるベーン３５に働く磁力がベーン３５を押し上げる力として作用すること
になる。従って、圧縮行程の位置する圧縮室３７を画成するベーン３５の突出力を増大さ
せることとなる。

低圧縮比条件において、すなわち、冷媒ガスＧの吐出圧（高圧）Ｐｄと冷媒ガスＧの吸
入時圧力（低圧）Ｐｓとの圧縮比Ｐｄ／Ｐｓが小さくなるときは、容積変化に対する圧縮
タイミングが早くなり、シリンダ３０の内周面３０ａからベーン３５の先端３５ａに作用
する押下荷重が、早いタイミングから上昇し、従来のコンプレッサであれば、この押下荷
重とベーン３５を押し上げる方向に作用している背圧室３８の油圧との均衡が不安定とな
り、ベーン３５のチャタリングが発生し易くなり、動作騒音の増大を招くこととなる。

しかし、本実施形態の電動気体圧縮機１では、圧縮工程において、背圧室３８に作用す
る中間圧の背圧以外に、シリンダ３０に配設された磁石６０と磁性体であるベーン３５に
働く磁力がベーン３５を押し上げる力として作用することになる。そしてこの力は、回転
数及び圧縮比Ｐｄ／Ｐｓによらず、一定の値として与えられる。よって、ベーン３５のチ
ャタリングが発生し易くなる低圧縮比条件においても、シリンダ３０の内周面３０ａから
ベーン３５の先端３５ａに作用する押下荷重と、ベーン３５を押し上げる方向に作用する
荷重との均衡を安定にすることができ、ベーン３５のチャタリングを防止することができ
る。
従って、電動気体圧縮機１が運転を開始する、回転数ゼロ、吐出ガスの圧力（高圧）Ｐ
ｄと吸入ガスの圧力（低圧）Ｐｓが等しい状態からスタートする場合における、回転数が
所定の回転数に達し、吐出ガスの圧力（高圧）Ｐｄと吸入ガスの圧力（低圧）Ｐｓの圧縮
比の値Ｐｄ／Ｐｓが所定の値に達するまでの時間においてでも、チャタリングが発生する
ことはない。この結果、電動気体圧縮機１の動作騒音の増大を防止できる。

また、本実施形態の電動気体圧縮機１では、磁石６０は略楕円形状であるシリンダ３０
の内周面３０ａの長径位置から、ロータ３２回転方向進み側の短径位置までの圧縮工程位
置に対応配設しており、吸入工程位置には設けていない。よって、吸入工程におけるベー
ン３５を押し上げる力を不要に上げることが無く、吸入工程におけるベーン３５とシリン
ダ３０の内周面３０ａとの摺動による動力損失を増やすことはない。

なお、本実施形態では、シリンダ３０のフロント側端面にのみ磁石６０を配設している
が、シリンダ３０のリア側端面に磁石６０を配設することでもできる。また、フロント側
とリア側の両方に磁６０石を配設しても良い。
また、ベーン３５は磁性体であればよく、鉄以外の磁性体で構成してもよい。さらに、
ベーン３５自体を非磁性体で形成し、ベーン先端部近傍に別部材の磁性体を埋め込む構成
とすることも出来る。

また、上記実施形態では、圧縮機本体２としてシリンダ３０の内周面３０ａを略楕円形
状とする同心ベーンロータリー型圧縮機を構成するものを示したが、圧縮機本体として偏
心ベーンロータリー型圧縮機を採用することができる。

１ 電動気体圧縮機
２ 圧縮機本体
３ ハウジング
４ フロントハウジング
５ センターハウジング
６ 隔壁
７ リアハウジング
９ 吸入室
１０ 吐出室
１２ 貯油室
２０ 電動モータ
３０ シリンダ
３０ａ 内周面
３１ 回転軸
３２ ロータ
３３ フロントサイドブロック
３３ａ 軸受部
３３ｂ 凹溝（サライ溝）
３４ リアサイドブロック
３４ａ 軸受部
３４ｂ 凹溝（サライ溝）
３５ ベーン
３６ ベーン溝
３７ 圧縮室
３８ 背圧室
５０ 油供給通路
５１ 貫通孔
５２ 油供給通路
６０ 磁石

Claims (5)

1. 回転軸周りに回転する回転体を有する圧縮機本体であって、略円柱状のロータと、該ロー
   タの外周面を外方から取り囲む、略楕円状の断面輪郭を有するシリンダと、前記ロータお
   よび前記シリンダを、これらの両端面側から挟むように配置される２つのサイドブロック
   と、前記ロータの前記外周面から突出自在で、突出状態における先端が前記シリンダの前
   記略楕円状の内周面に当接するベーンとを備え、前記ロータの回転により、前記ロータと
   前記シリンダと前記両サイドブロックと前記ベーンとにより画成された複数個の圧縮室の
   容積をそれぞれ変化させて、該圧縮室の内部の気体を圧縮する気体圧縮機において、
   前記圧縮室が圧縮行程にあるとき、前記ベーンと前記シリンダの内周面とが磁力により引
   き付け合うように構成されていることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記ベーンを磁性体で形成すると共に、前記圧縮室が圧縮行程にあるときの前記シリン
   ダの内周面近傍に磁石が配設されていることを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
3. 前記圧縮室が圧縮行程にあるときの前記シリンダの内周面近傍に配設されている磁石は、
   前記圧縮室の圧縮完了位置まで伸びていることを特徴とする請求項２記載の気体圧縮機
4. 前記ベーンが鉄製である事を特徴とする請求項２又は３記載の気体圧縮機
5. 前記気体圧縮機が電動モータを内蔵した電動気体圧縮機であること特徴とする請求項１記
   載の気体圧縮機。

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