JP2013133800A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトのたわみを低減する。
【解決手段】圧縮機１は、ステータ２０と、ステータ２０の内側に配置されたロータ３０と、ロータ３０に固定されると共に、偏心部７ａを有するシャフトと、ロータ３０における偏心部７ａ側の端面に配置された第１バランスウェイト４１と、ロータ３０における偏心部７ａと反対側の端面に配置された第２バランスウェイト４２と、第１バランスウェイト４１をロータ３０に固定する第１固定部材４３と、第２バランスウェイト４２をロータ３０に固定する第２固定部材４４とを備えており、第２固定部材４４は、第１固定部材４３よりも重くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏心部を有するシャフトに固定されるロータと、ロータの軸方向端面に配置されるバランスウェイトとを備えた圧縮機に関する。

従来から、圧縮機として、偏心部を有するシャフトを介して、モータの駆動力を、圧縮機構に伝達する構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。偏心部は、その軸中心が回転軸に対して偏心しており、圧縮機構のローラが装着される。ローラは、シリンダの圧縮室内に配置されている。シャフトが回転することにより、ローラによって仕切られる圧縮室内の空間の容積が変化して冷媒が圧縮される。モータは、シャフトが固定されるロータと、ロータの外周側に配置されるステータとを有する。

このような圧縮機では、偏心部とロータの偏心回転による回転バランスの不均衡を防止するために、ロータの軸方向両端部にバランスウェイトを１８０°ずらして取り付けている。バランスウェイトに作用する遠心力と回転モーメントによって、偏心部とロータに作用する遠心力と回転モーメントを打ち消することで、回転バランスをとっている。

特開平９−２００９８６号公報

しかしながら、シャフトにわずかでもたわみが生じると、偏心部に遠い方のバランスウェイトに作用する遠心力がたわみを助長する方向に働くため、シャフトのたわみが大きくなってしまう。シャフトのたわみが大きいと、シャフトが軸受け部と接触したり、ロータとステータが接触したりするという問題が生じる。

そこで、本発明は、シャフトのたわみを低減できる圧縮機を提供することを目的とする。

第１の発明に係る圧縮機は、ステータと、前記ステータの内側に配置されたロータと、前記ロータに固定されると共に、偏心部を有するシャフトと、前記ロータにおける前記偏心部側の端面に配置された第１バランスウェイトと、前記ロータにおける前記偏心部と反対側の端面に配置された第２バランスウェイトと、前記第１バランスウェイトを前記ロータに固定する第１固定部材と、前記第２バランスウェイトを前記ロータに固定する第２固定部材とを備え、前記第２固定部材は、前記第１固定部材よりも重いことを特徴とする。

この圧縮機では、第２バランスウェイトをロータに固定する第２固定部材の重さが、第１バランスウェイトをロータに固定する第１固定部材よりも重いため、第２バランスウェイトを軽量化できる。そのため、第２バランスウェイトの遠心力によるシャフトのたわみを抑制できる。
また、第２バランスウェイトの厚みを薄くできるため、第２バランスウェイトの重心が偏心部に近くなる。シャフトのたわみ量は遠心力が作用する部分と軸の支点との距離の３乗に比例するため、第２バランスウェイトの重心が偏心部に近くなることで、第２バランスウェイトの遠心力によるシャフトのたわみを抑制できる。
また、第２固定部材を重くすることで、第２バランスウェイトと第２固定部材とを合わせた重心が偏心部に近くなるため、シャフトのたわみをより抑制できる。

第２の発明に係る圧縮機は、第１の発明において、前記第１固定部材及び前記第２固定部材が、前記ロータを軸方向に貫通するリベットであることを特徴とする。

この圧縮機では、固定部材の外周面にネジ溝を形成する必要がないため、固定部材がネジの場合に比べて固定部材を作成しやすい。

第３の発明に係る圧縮機は、第１または第２の発明において、前記第２固定部材は、前記第１固定部材より比重が大きい材料で形成されていることを特徴とする。

この圧縮機では、第２固定部材を第１固定部材と同じ形状にしつつ、第１固定部材よりも重くすることができる。

第４の発明に係る圧縮機は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記第１固定部材および前記第２固定部材が、前記ロータの回転軸回りに等間隔に配置されていることを特徴とする。

この圧縮機では、ロータの剛性がより等方性を持つことで、ロータ内部に発生するひずみが等方的となり、効率の低下を防止できる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、第２バランスウェイトをロータに固定する第２固定部材の重さが、第１バランスウェイトをロータに固定する第１固定部材よりも重いため、同じ重さの場合に比べて、第２バランスウェイトを軽量化できる。そのため、第２バランスウェイトの遠心力によるシャフトのたわみを抑制できる。
また、第２バランスウェイトの厚みを薄くできるため、第２バランスウェイトの重心が偏心部に近くなる。シャフトのたわみ量は遠心力が作用する部分と軸の支点との距離の３乗に比例するため、第２バランスウェイトの重心が偏心部に近くなることで、第２バランスウェイトの遠心力によるシャフトのたわみを抑制できる。
また、第２固定部材を重くすることで、第２バランスウェイトと第２固定部材とを合わせた重心が偏心部に近くなるため、シャフトのたわみをより抑制できる。

第２の発明では、固定部材の外周面にネジ溝を形成する必要がないため、固定部材がネジの場合に比べて固定部材を作成しやすい。

第３の発明では、第２固定部材を第１固定部材と同じ形状にしつつ、第１固定部材よりも重くすることができる。

第４の発明では、ロータの剛性がより等方性を持つことで、ロータ内部に発生するひずみが等方的となり、効率の低下を防止できる。

本発明の実施形態に係る圧縮機の縦断面図である。 駆動機構を上方から見た図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の圧縮機１は、冷媒を圧縮する圧縮機構６と、圧縮機構６の上方に配置され、シャフト７を介して圧縮機構６を駆動する駆動機構８と、これらを収容するケーシング２とを備える。
圧縮機１は、吸入管３から導入された冷媒（例えばＣＯ_２）を圧縮して排出管４から排出する。この圧縮機１は、例えば空調装置などの冷凍サイクルに組み込まれて使用され、図１に示す向き、即ち、シャフト７の向きが上下方向となる向きに設置される。

ケーシング２の上部には、圧縮機構６で圧縮された冷媒を排出するための排出管４と、駆動機構８の後述するステータ２０のコイル２３に電流を供給するためのターミナル端子５が設けられている。なお、図１では、このコイル２３とターミナル端子５とを接続する配線を省略している。また、ケーシング２の側部には、圧縮機１に冷媒を導入するための吸入管３が設けられている。ケーシング２内の底部には、圧縮機構６の摺動部の動作を滑らかにすると共に、圧縮機構６の隙間をシールするための潤滑油Ｌが貯留されている。

圧縮機構６は、シリンダ１１と、シリンダ１１の内部に配置されるピストン１２と、シリンダ１１の上側に配置されるフロントヘッド１３と、フロントヘッド１３の上側に配置されるマフラー部材１４と、シリンダ１１の下側に配置されるリアヘッド１５とを備えている。

シリンダ１１の中央部には、円形孔である圧縮室１１ａが形成されている。また、シリンダ１１には、吸入管３から供給される冷媒を圧縮室１１ａ内に冷媒を導入するための吸入路１１ｂが形成されている。シャフト７は、圧縮室１１ａ内の位置に偏心部７ａを有している。偏心部７ａは、略円柱状であって、その中心軸（以下、偏心軸という）がシャフト７の回転中心に対して偏心している。

ピストン１２は、シャフト７の偏心部７ａに装着された円環状のローラと、ローラの外周面から径方向外側に突出し、シリンダ１１に揺動可能に支持されたブレードとによって構成される。シャフト７を回転させると、ピストン１２のローラは、その外周部を圧縮室１１ａの内周面に接触させながら、シャフト７の回転軸回りを回転移動する。これにより、ピストン１２によって仕切られた圧縮室１１ａ内の２つの空間の容積が変化するため、圧縮室１１ａ内で冷媒が圧縮される。

フロントヘッド１３は、ケーシング２の内周面に固定されている。フロントヘッド１３には、圧縮室１１ａで圧縮された冷媒を吐出するための吐出孔（図示省略）が形成されており、フロントヘッド１３の上面には吐出孔の出口を開閉する弁機構（図示省略）が取り付けられている。また、フロントヘッド１３の外周部には、冷媒および潤滑油を通過させるための油戻し孔（図示省略）が上下方向に貫通して形成されている。

マフラー部材１４は、弁機構を覆うようにフロントヘッド１３の上面に取り付けられている。マフラー部材１４とフロントヘッド１３との間に形成されるマフラー空間によって、冷媒の吐出に伴う騒音が低減される。マフラー部材１４には、マフラー空間内の冷媒を吐出する吐出口（図示省略）が形成されている。

圧縮室１１ａの冷媒圧力が所定の圧力以上になると、フロントヘッド１３に設けられた弁機構が開弁して、圧縮室１１ａ内の冷媒と潤滑油が、マフラー空間に吐出される。そして、マフラー空間から吐出された冷媒は、ロータ３０とステータ２０との間のエアギャップ８ａ等を通って、駆動機構８の上方に移動する。

駆動機構８は、ケーシング２の内周面に固定された略円筒状のステータ２０と、このステータ２０の径方向内側にエアギャップ８ａを介して配置された円筒状のロータ３０と、ロータ３０の下端面（偏心部７ａ側の端面）に配置された第１バランスウェイト４１と、ロータ３０の上端面（偏心部７ａと反対側の端面）に配置された第２バランスウェイト４２と、第１バランスウェイト４１をロータ３０に固定する２本の第１リベット（第１固定部材）４３と、第２バランスウェイト４２をロータ３０に固定する２本の第１リベット（第２固定部材）４４とを備える。

ステータ２０は、ケーシング２の内周面に固定された略円筒状のステータコア２１と、ステータコア２１の上下両端部に取り付けられたインシュレータ２２と、ステータコア２１およびインシュレータ２２の内周部に巻回されたコイル２３とを有する。ステータコア２１の外周部には、上下方向に延びる複数の溝部（図示省略）が形成されており、この溝部とケーシング２との間を冷媒および潤滑油が通過する。インシュレータ２２は、ステータコア２１とコイル２３とを絶縁するために設けられている。

ロータ３０は、シャフト７の外周面に固定された円筒状のロータコア３１と、このロータコア３１に埋設された複数の永久磁石（図示省略）と、このロータコア３１の上下両端部に一体的に取り付けられた環状の端板３２とを有する。コイル２３を流れる電流と、ロータコア３１に生じる磁束とによって発生した電磁力によって、ロータ３０はシャフト７と共に回転する。

図２に示すように、ロータコア３１および端板３２には、リベット４３、４４が上下方向に貫通する４つのリベット挿通孔３０ａが、周方向に等間隔に形成されている。４つのリベット挿通孔３０ａの径は全て同じである。また、ロータコア３１および端板３２には、冷媒および潤滑油を通過させるための複数（本実施形態では２つ）の通風孔３０ｂが上下方向に貫通して形成されている。

バランスウェイト４１、４２は、偏心部７ａとローラ１２の偏心回転によってシャフト７およびロータ３０が傾くのを防止するために設けられている。第１および第２バランスウェイト４１、４２は、同じ非磁性体材料で形成された略Ｃ字状の板状部材である。ロータ３０の下端面に配置される第１バランスウェイト４１は、上下方向から見て、回転軸に対して偏心軸と反対側に配置されており、ロータ３０の上端面に配置される第２バランスウェイト４２は、上下方向から見て、回転軸に対して偏心軸と同じ側（回転軸に対して第１バランスウェイト４１と反対側）に配置されている。第１バランスウェイト４１は、第２バランスウェイト４２よりも板厚が厚く、第２バランスウェイト４２よりも重い。

第１バランスウェイト４２には、２つのリベット挿通孔が形成されており、この２つのリベット挿通孔とロータ３０に形成された２つのリベット挿通孔３０ａを貫通する２本の第１リベット４３によって、第１バランスウェイト４２はロータ３０に固定されている。また、第２バランスウェイト４２には、２つのリベット挿通孔が形成されており、この２つのリベット挿通孔とロータ３０に形成された２つのリベット挿通孔３０ａを貫通する２本の第２リベット４４によって、第２バランスウェイト４２はロータ３０に固定されている。２本の第１リベット４３と２本の第２リベット４４は、回転軸に対して対称に配置されている。

第１リベット４３と第２リベット４４の外形は同じである。第２リベット４４は、第１リベット４３より比重の大きい材料で形成されており、第１リベット４３よりも重い。第１リベット４３と第２リベット４４の材料の一例としては、第１リベット４３を炭素鋼で形成し、第２リベット４４を鉛やコバルトなどで形成してもよい。また、第２リベット４４を炭素鋼で形成し、第１リベット４３をアルミニウム合金やマグネシウム合金で形成してもよい。

本実施形態の圧縮機では、第２バランスウェイト４２をロータ３０に固定する第２リベット４４の重さが、第１バランスウェイト４１をロータ３０に固定する第１リベット４３よりも重いため、第２バランスウェイト４２を軽量化できる。第２バランスウェイト４２は、偏心部７ａから離れた位置に配置されているため、第２バランスウェイト４２に作用する遠心力はたわみを助長する方向に働くものの、上述したように、第２バランスウェイト４２を軽量化できるため、第２バランスウェイト４２の遠心力によるシャフト７のたわみを抑制できる。
また、第２バランスウェイト４２の厚みが薄くなり、第２バランスウェイト４２の重心が偏心部７ａに近くなる。シャフトのたわみ量は遠心力が作用する部分と軸の支点との距離の３乗に比例するため、第２バランスウェイト４２の重心が偏心部７ａに近くなることで、第２バランスウェイト４２の遠心力によるシャフト７のたわみを抑制できる。
また、第２リベット４４を重くすることで、第２バランスウェイト４２と第２リベット４４とを合わせた重心が偏心部７ａに近くなるため、シャフト７のたわみをより抑制できる。

また、仮に、バランスウェイト４１、４２をロータ３０に固定する固定部材としてネジを用いた場合、固定部材の外周面にネジ溝を形成する必要があるが、本実施形態では、固定部材としてリベット４３、４４を用いているため、ネジを用いた場合に比べて固定部材を作成しやすい。

また、第２リベット４４は、第１リベット４３よりも比重が大きい材料で形成されているため、第２リベット４４を第１リベット４３と同じ形状にしつつ、第１リベット４３よりも重くすることができる。

また、第１リベット４３および第２リベット４４の合計４本のリベットが周方向に等間隔に配置されているため、ロータの剛性が等方的となる。そのため、ロータ内部に発生するひずみが等方的となり、効率の低下を防止できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。なお、後述する変更形態は、適宜組み合わせて実施することも可能である。

上記実施形態では、バランスウェイト４１、４２は、リベット４３、４４によってロータ３０に固定されているが、ネジ部材によってロータ３０に固定されていてもよい。この場合、ロータ３０に形成されるネジ孔は、ロータ３０を貫通していてもよく、貫通していなくてもよい。

上記実施形態では、第２リベット４４は、第１リベット４３と形状が同じであって、第１リベット４３よりも比重の大きい材料で形成されていることで第１リベット４３よりも重くなっているが、第２リベット４４は、第１リベット４３と材料が同じであって、第１リベット４３と形状が異なることで第１リベット４３よりも重くなっていてもよい。具体的には例えば、第１リベット４３を中空状に形成し、第２リベット４４を第１リベット４３よりも肉厚の中空状または非中空状に形成してもよい。
また、第１リベット４３と第２リベット４４の形状と材料を異ならせて、第２リベット４４を第１リベット４３よりも重くしてもよい。

上記実施形態では、第１リベット４３の本数と第２リベット４４の本数が同じであるが、異なっていてもよい。

上記実施形態では、リベット４３、４４が周方向に等間隔に配置されているが、等間隔でなくてもよい。

上記実施形態では、偏心部７ａの上方に２つのバランスウェイト４１、４２を配置しているが、偏心部７ａの下方にもバランスウェイトを配置してもよい。具体的には、シャフト７の下端部（リアヘッド１５から突出した部分）にバランスウェイトを取り付けてもよい。

上記実施形態では、バランスウェイト４１、４２の平面視の形状は、ロータ３０の外周面に沿った略Ｃ字状であるが、これに限定されるものではない。例えば、円形状や矩形状などの多角形状であってもよい。

上記実施形態では、第１バランスウェイト４１と第２バランスウェイト４２の平面視の形状が同じであるが、異なっていてもよい。

本発明を利用すれば、圧縮機のシャフトのたわみを低減することができる。

１ 圧縮機
７ シャフト
７ａ 偏心部
２０ ステータ
３０ ロータ
４１ 第１バランスウェイト
４２ 第２バランスウェイト
４３ 第１リベット
４４ 第２リベット

Claims (4)

1. ステータと、
   前記ステータの内側に配置されたロータと、
   前記ロータに固定されると共に、偏心部を有するシャフトと、
   前記ロータにおける前記偏心部側の端面に配置された第１バランスウェイトと、
   前記ロータにおける前記偏心部と反対側の端面に配置された第２バランスウェイトと、
   前記第１バランスウェイトを前記ロータに固定する第１固定部材と、
   前記第２バランスウェイトを前記ロータに固定する第２固定部材とを備え、
   前記第２固定部材は、前記第１固定部材よりも重いことを特徴とする圧縮機。
2. 前記第１固定部材及び前記第２固定部材が、前記ロータを軸方向に貫通するリベットであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第２固定部材は、前記第１固定部材より比重が大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記第１固定部材および前記第２固定部材が、前記ロータの回転軸回りに等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮機。

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