JP2014152679A

JP2014152679A - 気体圧縮機

Info

Publication number: JP2014152679A
Application number: JP2013022109A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Kawachi; 勝義河内
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】本発明は、駆動軸と軸受の摩耗を低減し、かつ、気体圧縮機のトルク損失を防止ることのできる気体圧縮機を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を制御する圧縮機制御部と、前記圧縮機構を収容するハウジングと、からなる気体圧縮機であって、前記圧縮機構は、内周にロータが配置されるシリンダブロックと、前記シリンダブロックを狭持する一対のサイドブロックと、前記ロータと一体に設けられる駆動軸と、コイルが巻き掛けられるステータ部と、前記ステータ部の内側で回転するモータロータと、を備え、前記駆動軸は、一端側を前記サイドブロックに回転自在に支持されて、他端側には前記モータロータが固定され、前記モータロータの軸心を、前記ステータ部の軸心に対して、前記圧縮機構の圧縮力が前記駆動軸に作用する方向と反対方向に配置したことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、気体圧縮機に関し、特に、偏心式ロータリー圧縮機に関する。

従来、特許文献１に示すように、シリンダと、シリンダの両端面に締結されてシリンダ室を形成する主軸受け及び副軸受けと、主軸受けと副軸受けとの間に偏心部を設けたシャフトと、シャフトの偏心部に嵌合されるピストンと、シリンダに半径方向に形成されるベーン溝内を往復運動するベーンと、ベーン溝の径方向外側に配置されたベーンバネ孔に収納されるベーンバネを有する圧縮機構部を備えたロータリ圧縮機が一般的に知られている。

このロータリ圧縮機の圧縮機構部は、シャフトの回転に伴うピストンの公転運動とベーンの往復運動によって吸入室と圧縮室の容積が変化する。吸入室と圧縮室の容積が変化することにより、吸入ポートから吸入室に吸入された作動冷媒が圧縮されて高温高圧となる。そして、高温高圧となった作動冷媒は、圧縮室より吐出ポート、上軸受けとバルブカバーによって囲まれる吐出マフラー室を経て、密閉容器内に吐出される。

特開２０１２−２１９６４４

しかしながら、特許文献１に示すような従来の一般的なロータリ圧縮機では、ピストンが１回転することによって冷媒を１回圧縮するという構造であり、気体圧縮機を駆動させることによって生じる力（荷重）を軸受けが常に受けている。

すなわち、軸受けの同じ箇所で常に荷重を受けるため、軸受けが摩耗してしまい、最悪の場合、圧縮機構部が破損するという虞があった。

さらに、駆動軸と軸受けが摩耗するため、摩耗抵抗の分だけ気体圧縮機のトルク損失が発生してしまうという問題もあった。

そこで、本発明は、駆動軸と軸受の摩耗を低減し、かつ、気体圧縮機のトルク損失を防止ることのできる気体圧縮機を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、前記圧縮機構３を制御する圧縮機制御部４と、前記圧縮機構３を収容するハウジング２と、からなる気体圧縮機１であって、前記圧縮機構３は、内周にロータ１１が配置されるシリンダブロック９と、前記シリンダブロック９を狭持する一対のサイドブロック１５と、前記ロータ１１と一体に設けられる駆動軸２１と、コイルが巻き掛けられるステータ部４４と、前記ステータ部４４の内側で回転するモータロータ４７と、を備え、前記駆動軸２１は、一端側を前記サイドブロック１５に回転自在に支持されて、他端側には前記モータロータ４７が固定され、前記モータロータ４７の軸心Ｏ２を、前記ステータ部４４の軸心Ｏ１に対して、前記圧縮機構３の圧縮力が前記駆動軸２１に作用する方向Ｃと反対方向Ｍに配置したことを特徴とする。

また、圧縮機構３側の軸心とステータ部４４側の軸心とをずらすことにより、モータロータ４７とステータ部４４の軸心をずらすことを特徴とする。

さらに、前記圧縮機構３は、前記ロータ１１が前記シリンダブロック９に対して偏心している偏心ロータリー式で形成され、前記シリンダブロック９に形成されるシリンダ室２９の長径部３３が短径部３１の反対位置に対して吸入口３７側へ配置した構造であることを特徴とする。

本発明は、モータロータ４７の軸心を、ステータ部４４の軸心に対して、圧縮機構３の圧縮力が駆動軸２１に作用する方向と反対方向に配置したことにより、モータロータ４７とステータ部４４の引き合う力のバランスが圧縮機構３の圧縮力が駆動軸２１に作用する方向と反対方向に発生するので、駆動軸２１が軸受部２３ａ，２３ｂに掛かる力を低減することができる。

また、駆動軸２１が軸受部２３ａ，２３ｂに掛かる力が低減するため、駆動軸２１と軸受部２３ａ，２３ｂの摩耗を減少させることができ、圧縮機構３の寿命が延ばすことができる。

さらに、駆動軸２１が軸受部２３ａ，２３ｂに掛かる力が低減するため、回転トルクの損失を減らすことができ、気体圧縮機１の圧縮効率を良くすることができる。

本発明に係る気体圧縮機の全体断面図。図１に示すＡ−Ａ線断面図。モータロータとステータ部との配置を示す横視図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本実施例に係る気体圧縮機を図１〜３を用いて説明する。

図１に示すように、本実施例の気体圧縮機１は、冷媒を圧縮する偏心ロータリー式の圧縮機構３と、圧縮機構３を制御する圧縮機制御部４と、圧縮機構３を収容するハウジング２と、から構成されている。

圧縮機構３を収容するハウジング２は、有底筒状のフロントケース５と、フロントケース５の開口を塞ぐようにして配置されるリアケース７とから構成されている。また、リアケース７の内側には、後述する駆動軸２１の一端を支持する軸受部２３ｃが突出して形成されている。

フロントケース５内には、圧縮機構３が配置されてモータ室６と吐出室８を形成し、フロントケース５の外周には、フロントケース５内に冷媒を吸入または吐出する吸入ポート（不図示）と吐出ポート（不図示）が形成されている。

フロントケース５内に配置される圧縮機構３は、内周にロータ１１が配置されるシリンダブロック９と、シリンダブロック９を狭持するように配置される一対のサイドブロック１５と、ロータ１１と一体に形成される駆動軸２１と、一方のサイドブロック１５に固定される気液分離器１９と、回転駆動力を発生するモータ部１７と、を備えている。

シリンダブロック９には、後述する一対のサイドブロック１５でシリンダブロック９の両端を狭持することによって、シリンダブロック９の内周にシリンダ室２９が形成される。

また、シリンダブロック９の外周３５には、図２に示すように、冷媒をシリンダ室２９へ吸入する吸入口３７と、シリンダ室２９にて圧縮された冷媒を吐出する吐出口３９と、吐出口３９を閉塞するように配置される吐出弁４１と、吐出口３９から吐出された冷媒を吐出室８へ流入する吐出孔４２と、が形成されている。なお、吐出口３９から吐出された一部の冷媒は、連通溝４０を通じて吐出孔４２から吐出室８へ流入している。

シリンダブロック９の内周に形成されたシリンダ室２９には、図２に示すように歪な楕円形状をしており、シリンダ室２９内にロータ１１が配置されることにより、シリンダ室２９の内壁とロータ１１の外周面との間に短径部３１と長径部３３が形成される。この短径部３１と長径部３３は対向する位置（反対位置）に配置され、長径部３３が吸入口３７側へずれて配置されている。

シリンダ室２９内に配置される円筒形状のロータ１１には、等間隔にベーン溝４３が形成されている。また、ロータ１１の中心には、駆動軸２１が突設して形成されており、駆動軸２１とロータ１１とが一体に形成されている。

このロータ１１は、後述するモータ部１７に電流が流れることにより回転する。なお、ロータ１１は、シリンダブロック９の軸心に対して偏心して配置されているため、ロータ１１が回転してシリンダ室２９内で冷媒を圧縮する際、図１〜３に示す矢印Ｃ方向への圧縮機構３が圧縮することにより発生する力（荷重Ｃ）が駆動軸２１に加わり、軸受部２３ａ，２３ｂが荷重Ｃを受けている。

ロータ１１に形成されるベーン溝４３に収容される板状のベーン１３は、ベーン溝４３に摺接する厚みによって形成されている。このベーン１３の先端がシリンダ室２９の内壁に摺接して、さらに回転することによって、シリンダ室２９内で冷媒を圧縮している。

シリンダブロック９を狭持するように配置してシリンダ室２９を形成する一対のサイドブロック１５は、フロントサイドブロック１５ａと、リアサイドブロック１５ｂとから構成されている。

フロントサイドブロック１５ａとリアサイドブロック１５ｂには、上述した駆動軸２１を支持する軸受部２３ａ，２３ｂがそれぞれ設けられており、軸受部２３ａ，２３ｂによって駆動軸２１を回転自在に支持している。

また、フロントサイドブロック１５ａの一端側には気液分離器１９が固定され、上述したシリンダ室２９内で圧縮された冷媒が気液分離器１９に流入することによって、冷媒と冷媒内に混入する潤滑オイルとを分離している。

ロータ１１と一体に形成される駆動軸２１は、一端側をサイドブロック１５に形成される軸受部２３ａ，２３ｂに回転自在に支持され、他端側をリアケース７に形成される軸受部２３ｃに回転自在に支持されている。なお、圧縮機構３側の駆動軸２１の軸心は、気体圧縮機１の中心に配置されている。

また、駆動軸２１には、駆動軸２１の他端側からモータ部１７のモータロータ４７が圧入して固定されている。

駆動軸２１の他端側から圧入して固定されるモータ部１７は、内径方向に突出するステータ部４４と、ステータ部４４に巻き掛けられるコイル部４５と、駆動軸２１に圧入して固定されるモータロータ４７とから構成されている。

図３に示すように、円筒状のステータ部４４の外周には、フロントケース５の内周と当接する突出部が形成され、突出部とフロントケース５の内周が当接することによってステータ部４４が固定されている。また、ステータ部４４の内周から内径方向に突出し、この内径方向に突出した部分にコイルが巻き掛けられてコイル部４５が形成されている。

コイル部４５の内径側には、回転自在なモータロータ４７がステータ部４４の軸心Ｏ１と距離を置いて重ならない位置に配置されている。モータロータ４７の軸心Ｏ２は、ロータ１１が回転して冷媒を圧縮することによって生じる荷重Ｃと反対方向にずらして配置されている。

このように、軸心Ｏ２を荷重Ｃと反対方向にずらして配置することにより、モータロータ４７とステータ部４４との引き合う力のバランスが崩れるため、図１〜３に示す矢印Ｍ方向への荷重Ｍが駆動軸２１へ加わり、軸受部２３ｃが荷重Ｍを受けている。

なお、モータロータ４７の軸心Ｏ２をステータ部４４の軸心Ｏ１からずらす距離は、適宜変更可能であり、軸心Ｏ１と軸心Ｏ２との距離を離せば離すほど荷重Ｃと反対方向の荷重Ｍを大きくすることができる。

ステータ部４４にコイルが巻き掛けられたコイル部４５に電流が流れることにより磁界を発生させ、ステータ部４４の内径側に配置されるモータロータ４７を回転させている。

圧縮機構３の駆動を制御する圧縮機制御部４は、電子部品や基板からなるインバータ部２５と、インバータ部２５を収容するインバータケース２６と、を備えている。このインバータケース２６は、リアケース７に図示しないボルト等によって固定されている。

次に、本実施例の気体圧縮機１の動作について説明する。

まず、圧縮機制御部４のインバータ部２５によって、圧縮機構３のモータ部１７の制御を行う。モータ部１７に電流が流れることにより、ステータ部４４の周囲に磁界が生じ、この磁界によってモータロータ４７を吸引してモータロータ４７が回転する。

モータロータ４７が回転することにより、モータロータ４７が圧入して固定された駆動軸２１に回転駆動力が伝達されるとともに、図示しない吸入ポートからモータ室６へ冷媒が吸入する。モータ室６へ吸入した冷媒は、リアサイドブロック１５ｂに形成される吸入口３７からシリンダ室２９へと流入する。

モータロータ４７から回転駆動力を伝達された駆動軸２１は、一体に形成されたロータ１１を回転させ、ロータ１１のベーン溝４３に収容されたベーン１３が背圧等によってベーン溝４３から飛び出してシリンダブロック９の内壁と摺接し、さらにロータ１１が回転することにより、シリンダ室２９内にて冷媒を圧縮する。

ロータ１１が回転してシリンダ室２９内で冷媒を圧縮することにより、図１〜３に示す荷重Ｃが矢印方向に加わるが、ステータ部４４の軸心Ｏ１とモータロータ４７の軸心Ｏ２を荷重Ｃ方向と反対方向にずらして配置しているため荷重Ｍ方向への荷重Ｍによって荷重Ｃ方向に働く力を低減している。

シリンダ室２９内で圧縮された冷媒は、吐出口３９から吐出孔４２を経て、吐出室８へ吐出され、気液分離器１９を介して図示しない吐出ポートから冷凍サイクルへ冷媒を吐出する。

本実施例の気体圧縮機１では、モータロータ４７の軸心Ｏ２を、ステータ部４４の軸心Ｏ１に対して、圧縮機構３の圧縮力が駆動軸２１に作用する方向と反対方向に配置したことにより、モータロータ４７とステータ部４４の引き合う力のバランスが圧縮機構３の圧縮力が駆動軸２１に作用する方向と反対方向に発生するので、駆動軸２１が軸受部２３ａ，２３ｂに掛かる力を低減することができる。

なお、本実施例の気体圧縮機１は、図２，３に示すようにロータ１１が１回転することにより冷媒を１回圧縮する構造で、ロータ１１がシリンダブロック９に対して偏心している偏心式ロータリー圧縮機となっている。

また、ステータ部４４の軸心Ｏ１とモータロータ４７の軸心Ｏ２との距離によって荷重Ｍの力が変化するため、荷重Ｍの力は適宜変更することが可能である。

本発明は、偏心ロータリー式の気体圧縮機に利用することができる。

１気体圧縮機
２ハウジング
３圧縮機構
４圧縮機制御部
９シリンダブロック
１１ロータ
１５サイドブロック
２１駆動軸
４４ステータ部
４７モータロータ

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機構（３）と、前記圧縮機構（３）を制御する圧縮機制御部（４）と、前記圧縮機構（３）を収容するハウジング（２）と、からなる気体圧縮機（１）であって、
前記圧縮機構（３）は、内周にロータ（１１）が配置されるシリンダブロック（９）と、前記シリンダブロック（９）を狭持する一対のサイドブロック（１５）と、前記ロータ（１１）と一体に設けられる駆動軸（２１）と、コイルが巻き掛けられるステータ部（４４）と、前記ステータ部（４４）の内側で回転するモータロータ（４７）と、を備え、
前記駆動軸（２１）は、一端側を前記サイドブロック（１５）に回転自在に支持されて、他端側には前記モータロータ（４７）が固定され、
前記モータロータ（４７）の軸心を、前記ステータ部（４４）の軸心に対して、前記圧縮機構（３）の圧縮力が前記駆動軸（２１）に作用する方向と反対方向に配置したことを特徴とする気体圧縮機（１）。
請求項１記載の気体圧縮機（１）であって、
圧縮機構（３）側の軸心とステータ部（４４）側の軸心とをずらすことにより、モータロータ（４７）とステータ部（４４）の軸心をずらすことを特徴とする気体圧縮機（１）。
請求項１または請求項２に記載の気体圧縮機（１）であって、
前記圧縮機構（３）は前記ロータ（１１）が前記シリンダブロック（９）に対して偏心している偏心ロータリー式で形成され、前記シリンダブロック（９）に形成されるシリンダ室（２９）の長径部（３３）が短径部（３１）の反対位置に対して吸入口（３７）側へ配置した構造であることを特徴とする気体圧縮機（１）。