JP2014109243A - Scroll liquid pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液冷媒や油のような液体用のスクロール液ポンプに関する。 The present invention relates to a scroll liquid pump for liquids such as liquid refrigerant and oil.
特許文献1に示すように、従来のスクロール液ポンプは、固定スクロールおよび旋回スクロールにそれぞれ複数組の旋回ラップと固定ラップを設ける。旋回スクロールは背面が旋回軸に固定されて旋回駆動する。固定スクロールは軸方向に移動可能に設置される。ポンプ室の圧力による荷重と背面の吐出圧力による荷重の差により、固定スクロールを旋回スクロールに押し付け、旋回ラップの先端と固定ラップ溝底および固定ラップの先端と旋回ラップ溝底それぞれのシールを行う。流体が最初に流入する吸入室(固定体)と外側のシールは、旋回スクロール外周壁(移動体)で行う。流体のシールを固定体と移動体の間で行うから、流体の漏れは0にならない。外側が外気のとき、シール部から漏れた流体は外部に流出される。スクロール液ポンプを油で潤滑し、外側が駆動部空間のとき、シール部から漏れた流体は駆動部空間へ流入し、潤滑油を希釈するから軸受の潤滑不良を起こす。また、旋回スクロールは、旋回軸に固定されるから、旋回軸の旋回半径からずれた位置に移動できない。したがって旋回ラップと固定ラップの径方向隙間を0にできなく、ポンプ室の密閉は十分ではない。
As shown in
課題は旋回ラップと固定ラップの隙間から漏れた液体が外部や駆動部に漏れないようにし、旋回ランプと固定ラップの径方向隙間をほぼ0にし、ポンプ室の密閉性の良いスクロール液ポンプ(以下“本ポンプ”と言う)を提供することである。 The problem is that the liquid leaking from the gap between the swirl wrap and the fixed wrap does not leak to the outside or the drive unit, the radial gap between the swirl ramp and the fixed wrap is almost zero, and the scroll liquid pump (hereinafter referred to as the pump chamber) has good sealing performance. "This pump").
フレームと一体であり、3組の固定ラップを持つ固定スクロールに、3組の旋回ラップを持つ旋回スクロールを向かい合わせて組み合わせる。各ラップ部によりポンプ室を形成する。固定スクロールの中心部に主軸受を設ける。固定スクロールと一体の軸受ハウジングに副軸受を設ける。主軸受と副軸受に支持されるクランク軸を有する回転軸を設ける。旋回スクロールの中心部に旋回ラップ先端側の面に開口する軸受ハウジングを設ける。軸受ハウジングに旋回軸受を設ける。旋回軸受がクランク軸の回転部と嵌合する。 The orbiting scroll with three sets of orbiting wraps is combined with a fixed scroll that is integral with the frame and has three sets of fixed wraps. A pump chamber is formed by each lap portion. A main bearing is provided at the center of the fixed scroll. A secondary bearing is provided in a bearing housing integrated with the fixed scroll. A rotating shaft having a crankshaft supported by a main bearing and a sub-bearing is provided. A bearing housing is provided at the center of the orbiting scroll so as to open to the surface on the leading end side of the orbiting wrap. A slewing bearing is provided in the bearing housing. A slewing bearing engages with the rotating part of the crankshaft.
クランク軸の回転部は回転リングである。回転リングは長穴を有する。クランク軸は長穴と隙間嵌めで嵌合する扁平部を有する。回転リングは扁平部に対し、長穴の中心軸方向へ微小量移動できる。回転リングの長穴および扁平部の中心線は回転方向に対して後退角を持つ。 The rotating part of the crankshaft is a rotating ring. The rotating ring has a slot. The crankshaft has a flat portion that fits into the long hole by a clearance fit. The rotating ring can move by a minute amount in the direction of the central axis of the elongated hole with respect to the flat portion. The elongated hole of the rotating ring and the center line of the flat part have a receding angle with respect to the rotating direction.
旋回スクロールの中心部に吐出ポートを設ける。旋回ラップと反対側の面に各旋回ラップの外周径と同程度の径の位置にシール部材を設ける。シール部材の内部空間に吐出ポートから吐出された流体の圧力を作用させる。 A discharge port is provided at the center of the orbiting scroll. A seal member is provided on a surface opposite to the swirl wrap at a position having a diameter approximately equal to the outer diameter of each swirl wrap. The pressure of the fluid discharged from the discharge port is applied to the internal space of the seal member.
吸入室1aは吸入ポート4と連通するのみであり、他の部分とは遮蔽される。従って、吸入室から外部や駆動部空間へ流体が漏れない。旋回スクロール3は径方向にも軸方向にも隙間がほぼ0になるように小さい力で固定スクロール2に押し付けられるので、密閉性が向上し、体積効率が上がる。この時、押し付け力は小さい力なので機械損失は少なく摩耗も小さい。
The suction chamber 1a only communicates with the
図1のように、フレーム1と一体に固定スクロール2が設けられる。フレーム1の後部にハウジング10が取付けられる。フレーム1に主軸受11が設けられる。ハウジング10に副軸受12が設けられる。主軸受11と副軸受12に支持されて回転軸13が回転自在に設置される。回転軸13の先端に軸中心が偏心したクランク軸13aが一体に設けられる。図5のように、クランク軸13aは扁平部13bを有し、長穴7aと隙間嵌めで嵌合される。長穴7aの長径は扁平部13bの長径よりわずかに大きい。従って回転リング7は扁平部13bと相対回転しないが、長穴7aの長径方向にわずかに移動できる。中心線13cは長穴7aおよび扁平部13bの中心線である。中心線13cは回転軸13の中心と扁平部13bの中心を結ぶ線から回転方向13dに対して所定角度だけ後退角θを持つように傾斜する。図1のように、内カバー8の外側に外カバー14が装着される。外カバー14は連通ポート8aから流出した流体が滞留する吐出室14aを有する。外カバー14は流体を外部へ排出する排出ポート14bを有する。偏心質量との回転バランスを取るために、主バランスウェイト15および副バランスウェイト16が回転軸13に装着される。
As shown in FIG. 1, a
図2のように固定スクロール2に3つの固定ラップ2aが立つ。隣接する固定ラップ2aは配置角度を120度間隔にし、互いの位相は120度ずつずれる。固定スクロール2の外周部にシール壁2bが設けられる。固定スクロール2に吸入ポート4が設けられる。図1のフレーム1の内部には吸入ポート4に連通する吸入室1aが設けられる。
As shown in FIG. 2, three fixed wraps 2 a stand on the
図3の旋回スクロール3が、図2の固定スクロール2と向い合せに設けられる。旋回スクロール3に3つの旋回ラップ3aが立つ。隣接する二つの旋回ラップ3a、3aの配置間隔は120度であり、互いの位相は120度ずつずれる。旋回ラップ3aの中心部に吐出ポート3bが設けられる。
The
固定ラップ2aと旋回ラップ3aは図4のように組み合わせられてポンプ室5を形成する。旋回スクロール3の中心に旋回軸受6が設けられる。旋回軸受6に回転リング7が嵌合される。
The fixed wrap 2a and the
図5のように、回転リング7に長円形の長穴7aが設けられる。
As shown in FIG. 5, the
図6の内カバー8が旋回スクロール3の背面に設けられる。旋回スクロール3の吐出ポート3bと連通する連通ポート8aが内カバー8に設けられる。連通ポート8aの周囲にシール溝8bが設けられる。シール溝8bにリング上のシール部材9(図1)が装着される。シール部材9は旋回スクロール3の背面に密着して、内外の圧力差をシールする。
An
動作を説明する。回転軸13が電動機により駆動されて回転する。それに伴いクランク軸13aが回転する。クランク軸13aは回転リング7を回転させる。回転リング7は旋回軸受6を駆動して旋回スクロール3を偏心運動させる。偏心運動によりポンプ室5は外周側から体積を減少しながら中心側へ移動する。流体は吸入ポート4から吸引され、吸入室1aを経由し、ポンプ室5の内周側へ押し込まれる。その時、流体力が旋回スクロール3に旋回方向の向かい側から作用する。図5のように流体力は旋回軸受6及び回転リング7の接線流体力Ftとして作用する。クランク軸13aは扁平部13bを有する。クランク軸13aは扁平部13bの中心線13cが回転方向13dに対して後退角θを持つように傾斜する。回転リング7は中心線13cに沿って移動できるから回転リング7に接線力Ftの分力として半径力Ftrが生じる。半径力Ftrは旋回スクロール3を旋回半径が大きくなる方向へ押す。
The operation will be described. The rotating
本ポンプを運転時に旋回スクロール3の半径方向内側向きに半径方向流体力Frが作用する。旋回スクロール3には遠心力Fcが半径方向外側向きに発生する。低速回転時には半径方向流体力Frが遠心力Fcより大きくなることがある。このとき半径力Ftrが半径方向流体力Frと遠心力Fcの差よりもわずかに大きくなるように後退角θを設定すると、合力により旋回スクロール3は半径方向外側へ小さい力で押される。このため、旋回ラップ3aは固定ラップ2aに接するまで移動し、径方向の隙間がほぼ0になる。従ってポンプ室5の密閉性が向上する。
A radial fluid force Fr acts radially inward of the
図7は後退角θを12°に設定した時の半径力Ftrと半径方向流体力Frのシミュレーション結果である。3つのポンプ室5の個々の半径方向流体力(図示せず)は旋回ラップ3aおよび固定ラップ2aの位相にかかわらずほぼ一定なので3組のポンプ室を総合した半径方向流体力Frはほぼ一定値になる。これに対し、ポンプ室5の個々の半径力(図示せず)は一周期内で変動するので、3組のポンプ室を総合した半径力Ftrは固定ラップ2aおよび旋回ラップ3aの位相差の周期で変動する。実施例1では位相差が120°なので半径力Ftrは120°周期で変動する。後退角θが12°の時は1周期中、半径力Ftrが半径方向流体力Frを僅かに下回る時期があるが、平均的には半径力Ftrが半径方向流体力Frを上回る。従って後退角θの12°は下限値である。
FIG. 7 shows simulation results of the radial force Ftr and the radial fluid force Fr when the receding angle θ is set to 12 °. Since the individual radial fluid forces (not shown) of the three
図8は後退角θを14°に設定した時の半径力Ftrと半径方向流体力Frのシミュレーション結果である。1周期中、半径力Ftrが半径方向流体力Frを常に上回るから、後退角θの14°は適正値である。 FIG. 8 shows the simulation results of the radial force Ftr and the radial fluid force Fr when the receding angle θ is set to 14 °. Since the radial force Ftr always exceeds the radial fluid force Fr during one cycle, the receding angle θ of 14 ° is an appropriate value.
図9は後退角θを20°に設定した時の半径力Ftrと半径方向流体力Frのシミュレーション結果である。1周期中、半径力Ftrの平均値が半径方向流体力Frの約2倍なので、十分安定的に旋回ラップ3aを固定ラップ2aに密着できる。一方、これ以上の半径力Ftrで押し戻せば、半径方向流体力Frよりも大きい力で旋回ラップ3aを固定ラップ2aに押し付け、接触面圧が過大になり、摩擦損失や摩耗の増大を招くので好ましくない。従って、後退角θの20°は上限値である。
FIG. 9 shows the simulation results of the radial force Ftr and the radial fluid force Fr when the receding angle θ is set to 20 °. Since the average value of the radial force Ftr is approximately twice the radial fluid force Fr during one cycle, the
以上の検討から後退角θは12°乃至20°の範囲に設定することが望ましい。 From the above examination, it is desirable to set the receding angle θ in the range of 12 ° to 20 °.
ポンプ室5内の圧力は吐出圧力に等しい。ポンプ室5の平面方向断面積は吸入開始時に最大で、吐出終了時に最低となる。この断面積に比例してポンプ室5内の吐出圧力は旋回スクロール3を固定スクロール2から引き離そうとする力を発生する。旋回スクロール背面3bの圧力は吐出圧力である。この吐出圧力が作用する面積はシール部材9の内側の面積である。この内側の面積はポンプ室5が吸入開始時の最大の水平方向断面積よりわずかに大きくなるようにシール部材9の径を決める。それにより、旋回スクロール3は圧力差により、小さい力で固定スクロール2に押し付けられる。従って、軸方向の隙間がほぼ0になり、ポンプ室5の密閉性が向上する。
The pressure in the
ポンプ室で内周側へ押し込まれた流体は吐出ポート3b、連通ポート8a、吐出室14aを経由して排出ポート14bから外部へ排出される。旋回スクロール3には流体力により回転軸13の回転方向13dと同一方向に自転トルクが発生する。しかし、固定ラップ2aと旋回ラップ3aが120度間隔で3組あり、旋回スクロール3の自転力は3組の固定ラップ2aと旋回ラップ3aのいずれかのラップ接触部で受けるので、旋回スクロール3の自転は防止される。従って、本ポンプに専用の自転防止機構は必要ない。
The fluid pushed inward in the pump chamber is discharged from the discharge port 14b to the outside through the discharge port 3b, the communication port 8a, and the discharge chamber 14a. A rotating torque is generated in the
課題は旋回ラップと固定ラップの隙間から漏れた液体が外部や駆動部に漏れないようにし、旋回ラップと固定ラップの径方向隙間をほぼ0にし、ポンプ室の密閉性の良いスクロール液ポンプ(以下“本ポンプ”と言う)を提供することである。The problem is that the liquid leaking from the gap between the swirl wrap and the fixed wrap does not leak to the outside and the drive unit, the radial gap between the swirl wrap and the fixed wrap is almost zero, and the scroll liquid pump (hereinafter referred to as the pump chamber) has good sealing performance. "This pump").
図6の内カバー8が旋回スクロール3の背面に設けられる。旋回スクロール3の吐出ポート3bと連通する連通ポート8aが内カバー8に設けられる。連通ポート8aの周囲にシール溝8bが設けられる。シール溝8bにリング状のシール部材9(図1)が装着される。シール部材9は旋回スクロール3の背面に密着して、内外の圧力差をシールする。An
ポンプ室5内の圧力は吐出圧力に等しい。ポンプ室5の平面方向断面積は吸入開始時に最大で、吐出終了時に最低となる。この断面積に比例してポンプ室5内の吐出圧力は旋回スクロール3を固定スクロール2から引き離そうとする力を発生する。旋回スクロール背面の圧力は吐出圧力である。この吐出圧力が作用する面積はシール部材9の内側の面積である。この内側の面積はポンプ室5が吸入開始時の最大の水平方向断面積よりわずかに大きくなるようにシール部材9の径を決める。それにより、旋回スクロール3は圧力差により、小さい力で固定スクロール2に押し付けられる。従って、軸方向の隙間がほぼ0になり、ポンプ室5の密閉性が向上する。The pressure in the
Claims (3)
固定スクロールの中心部に主軸受を設け、
固定スクロールと一体化した軸受ハウジングに副軸受を設け、
主軸受と副軸受に支持されるクランク軸を有する回転軸を設け、
旋回スクロールの中心部に旋回ラップ先端側の面に開口する旋回軸受ハウジングを設け、
旋回軸受ハウジングに旋回軸受を設け、
旋回軸受がクランク軸と嵌合するスクロール液ポンプ。 Combining fixed scrolls with three sets of fixed wraps with orbiting scrolls with three sets of orbiting laps facing each other, each wrap part forms a pump chamber,
A main bearing is provided at the center of the fixed scroll.
A secondary bearing is provided in the bearing housing integrated with the fixed scroll.
A rotating shaft having a crankshaft supported by the main bearing and the sub-bearing is provided,
A pivot bearing housing is provided at the center of the orbiting scroll and opens to the surface on the orbiting lap tip side.
The slewing bearing housing is provided with a slewing bearing,
A scroll fluid pump in which a slewing bearing is fitted to a crankshaft.
クランク軸に回転リングを装着し、
回転リングは長穴を有し、
クランク軸は長穴と隙間嵌めで嵌合する扁平部を有し、
回転リングはクランク軸に対し、長穴の中心軸方向へ微小量移動でき、
回転リングの長穴およびクランク軸の扁平部は回転方向に対して後退角を持つ。 The scroll liquid pump according to claim 1,
Attach a rotating ring to the crankshaft
The rotating ring has a slot,
The crankshaft has a flat part that fits into the long hole with a gap fit,
The rotating ring can move a small amount in the direction of the central axis of the long hole with respect to the crankshaft,
The elongated hole of the rotating ring and the flat part of the crankshaft have a receding angle with respect to the rotation direction.
旋回スクロールに設けた旋回ラップの中心部に吐出ポートを設け、
旋回ラップと反対側の面に旋回ラップの外周径と同程度の径の位置にシール部材を設け、
シール部材の内部空間に吐出ポートから吐出された流体の圧力を作用させる。 The scroll liquid pump according to claim 1,
A discharge port is provided at the center of the orbiting wrap provided on the orbiting scroll,
A seal member is provided on the surface opposite to the swirl wrap at a position having a diameter similar to the outer diameter of the swirl wrap,
The pressure of the fluid discharged from the discharge port is applied to the internal space of the seal member.
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