JP2014234723A - ベーン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機を再起動する際に、チャタリングの発生を防止することが可能な気体圧縮機を提供する。
【解決手段】シリンダ室１２の長径方向が鉛直方向に沿うようにシリンダブロック６が車載される。圧縮機１の運転時における各背圧空間１４の体積の総和と、圧縮機１の運転停止時における各背圧空間１４の体積の総和とがほぼ同一となるように、ロータ７の重心位置をロータ７の回転中心から鉛直下方に位置するように複数枚のベーン８のうちの少なくとも一枚のベーンを他のベーンの重さより重く設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ベーンを備えたベーン型圧縮機に関する。

ベーン型圧縮機（以下、「圧縮機」という）は内壁が楕円形状となっているシリンダ室を有したシリンダブロックと、このシリンダ室内に回転可能に支持され駆動手段からの駆動力を受けて回転するロータと、このロータの外周から内部に向けて形成された複数箇所のベーン溝内にそれぞれ収納された複数枚のベーンとを備えている。

そして、ロータの回転時にベーン溝内のベーンの背後の各背圧空間内に発生する背圧によりベーンが突出し、先端部がシリンダ室の内壁に摺動しながらベーンがベーン溝内を出没する。

このような圧縮機では、圧縮機の運転時はベーン溝の背圧空間内に圧縮された冷媒により中間圧が発生するのでベーンがベーン溝から突出し、先端部がシリンダ室の内壁に摺動しており、背圧空間の体積は略一定に保たれている。

一方、圧縮機を停止した後には、圧縮機内の圧力が均一となり、中間圧でベーンを突出させる背圧力がベーンに作用しなくなる。

このため、圧縮機が停止した状態が続くと、先端部が鉛直方向の上方向を向いているベーンは、ベーン溝内の冷媒や油をベーンの自重によりベーン溝の内壁とベーンとのクリアランス部分を通じて押し出しながらベーン溝内に落下してくる。このため圧縮機の停止した状態が続くと、ベーン溝内の背圧空間の体積が次第に小さくなっていく。

このような状態で圧縮機を再起動すると、ロータの回転による遠心力でベーン溝内からベーンが突出しようとするが、背圧空間の体積が小さくなっているため、背圧空間が負圧となり、ベーン溝からベーンが突出し難い状態となる。

また、ベーン溝の内壁とベーンとのクリアランス部分から冷媒や油が背圧空間に入り込む量が少ないため、ロータの回転による遠心力でベーン溝からベーンを突出させようとする力が働いてもベーンがこれに追従できず、背圧空間が負圧状態のままなのでベーンの先端部がシリンダ室の内壁面まで突出することができず、ベーンとシリンダ室との内壁とが離隔と衝突を繰り返すことによる騒音（チャタリング）が生じる課題があった。

特開２００７−１００６０２号公報

圧縮機を再起動する際に、チャタリングが発生することは好ましくないことから、チャタリングを防止する必要がある。そこで、本発明はチャタリングの発生を確実に防止することが可能な気体圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、内壁が楕円形状となっているシリンダ室が形成されたシリンダブロックと、前記シリンダ室内に回転可能に支持され駆動手段からの駆動力を受けて回転するロータと、このロータの外周から内部に向けて形成された複数箇所のベーン溝内にそれぞれ収納された複数枚のベーンとを備え、前記ロータの回転時に前記ベーン溝内のベーンの背後の各背圧空間に発生する背圧で前記ベーンが突出し先端部が前記シリンダ室の内壁に摺動しながらベーン溝内を出没するベーン型圧縮機であって、前記シリンダ室の長径方向が鉛直方向に沿うように前記シリンダブロックが車載され、前記圧縮機の運転時における前記各背圧空間の体積の総和と、前記圧縮機の運転停止時における前記各背圧空間の体積の総和とがほぼ同一となるように、前記ロータの重心位置を前記ロータの回転中心から鉛直下方に位置するように前記複数枚のベーンのうちの少なくとも一枚を他のベーンの重さより重く設定したことを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機の運転時における各背圧空間の体積の総和と、圧縮機の運転停止時における各背圧空間の体積の総和とがほぼ同一となるように、ロータの重心位置をロータの回転中心から鉛直下方に位置するように複数枚のベーンのうちの少なくとも一枚を他のベーンの重さより重く設定しているため、圧縮機の運転停止により、運転時における各背圧空間の体積の総和と、運転停止時における各背圧空間の体積の総和とがほぼ同一となるようにロータが停止することができる。これにより圧縮機１運転時と停止時の各背圧空間の体積の総和の差を小さくすることができ、再起動時のチャタリングの発生を防止することができる。

本発明の一実施形態のベーン型圧縮機の全体断面図である。 本発明の一実施形態のベーン型圧縮機におけるシリンダブロックの内部を示す断面図である。 本発明の一実施形態のベーン型圧縮機の運転時と停止時のベーン背圧空間の体積を示すグラフである。 本発明の別の実施形態のベーン型圧縮機のシリンダブロックの内部を示す断面図である。

以下、本発明に係るベーン型圧縮機の各実施形態について、図面を用いて説明する。

〔第１実施形態〕
本実施形態のベーン型圧縮機（以下「圧縮機」という）１は、内壁１１が楕円形状となっているシリンダ室１２が形成されたシリンダブロック６と、シリンダ室１２内に回転可能に支持され駆動手段１３からの駆動力を受けて回転するロータ７と、このロータ７の外周から内部に向けて形成された複数箇所のベーン溝１３内にそれぞれ収納された複数枚のベーン８とを備え、ロータ７の回転時にベーン溝１３内のベーン８の背後の各背圧空間１４に発生する背圧でベーン８が突出し先端部がシリンダ室１２の内壁１１に摺動しながらベーン溝１３内を出没する。

そして、シリンダ室１２の長径方向が鉛直方向に沿うようにシリンダブロック６が車載される。

また、圧縮機１の運転時における各背圧空間１４の体積の総和と、圧縮機１の運転停止時における各背圧空間１４の体積の総和とがほぼ同一となるように、ロータ７の重心位置をロータ７の回転中心から鉛直下方に位置するように複数枚のベーン８のうちの少なくとも一枚のベーンを他のベーンの重さより重く設定している。

以下、本発明の圧縮機１を図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、圧縮機１は、円筒状のケース５内に、圧縮部２、モータ部（駆動手段）３、インバータ部４が収容されて形成されている。

ケース５は、インバータ部４を収容するフロントケース５ａと、圧縮部２を収容するミドルケース５ｂと、モータ部３を収容するリヤケース５ｃとから形成されている。これらのフロントケース５ａ、ミドルケース５ｂ、リヤケース５ｃは、ボルト等により互いに結合されることで、内部に密閉された空間が形成されている。

ミドルケース５ｂ内に収容された圧縮部２は、円筒状のシリンダブロック６と、このシリンダブロック６の両側に設けられた一対のサイドブロック９、９と、ロータ７とで形成されている。

シリンダブロック６には、内周が滑らかな楕円形状の内壁１１を有したシリンダ室１２が内部に形成されており、このシリンダ室１２は一対のサイドブロック９、９によって両側が覆われている。このシリンダ室１２内の中心部にロータ７が配置されている。

また、シリンダ室１２内には、モータ部３のロータ軸１７に連結された回転軸１０が貫通しており、この回転軸１０にロータ７が支持されている。そして、モータ部３の回転駆動力により回転軸１０が回転することでロータ７がシリンダ室１２内で回転する。

シリンダブロック６は楕円形状のシリンダ室１２の長径方向が鉛直方向に沿うように車載される。

ロータ７は、円柱状で外周から内部に向けて形成された３箇所のベーン溝１３、１３、１３が周方向に等間隔で形成されている。ベーン溝１３は、板状のベーン８が出没可能に収容されるベーン可動溝１３ｂと、このベーン可動溝１３ｂに連通すると共に一対のサイドブロック９、９の冷媒通路と連通する断面円形の圧力溝１３ｃとで構成されている。

これらのベーン可動溝１３ｂと圧力溝１３ｃは、ロータ７の軸方向に沿って形成されている。また、ベーン溝１３の底部１３ａとベーン８の背後である後端部８ｂとの間が冷媒と共に油が供給される背圧空間１４となっている。

ベーン８は３箇所のベーン溝１３、１３、１３のそれぞれに対応するように奇数枚である３枚が用いられるものであり、３枚のベーンを符号８１、８２、８３で示す。それぞれベーン８１、８２、８３は、各ベーン溝１３に収容された状態でロータ７の回転による遠心力と圧力溝１３ｃとベーン８（８１、８２、８３）の背後のベーン可動溝１３ｂに供給された高圧の冷媒及び油による圧力によってベーン溝１３から突出し、シリンダ室１２の内壁１１と先端部８ａとが摺動しつつ出没する。

そして、回転軸１０を介してロータ７がモータ部３の回転駆動力によって回転することで、シリンダ室１２の内壁１１とベーン８（８１、８２、８３）との間に供給された冷媒が圧縮される。

駆動手段としてのモータ部３は電動モータであり、図１に示すように、リヤケース５ｃの内周面に沿って複数配置されるコイル１６と、コイル１６に発生する磁気によって回転するモータロータ１５と、モータロータ１５の中心に固定され回転するロータ軸１７とから構成されている。

ロータ軸１７の両端は、ベアリング１９ａ、１９ｂによってリヤケース５ｃと、モータ部３とサイドブロック９の間に配置される仕切壁とに回転自在に支持されている。

このロータ軸１７に上記回転軸１０が連結され、モータ部３の回転駆動力がロータ軸１７から回転軸１０を介してロータ７に伝達されて、ロータ７が回転する。

インバータ部４は、フロントケース５ａに収容された駆動回路部１８によって形成され、モータ部３の駆動を制御する。

本実施形態において、ベーン８１、８２、８３のうち、１枚のベーン８１が他のベーン８２、８３の重さよりも重くなるように設定される。

ベーン８１は、圧縮機１の運転時における各背圧空間１４の体積の総和と、圧縮機１の運転停止時における各背圧空間１４の体積の総和とがほぼ同一となるように、他のベーン８２、８３の重さより重く設定される。これによりロータ７の重心位置をロータ７の回転中心から鉛直下方に位置するように設定することができる。

このためには、他のベーン８２、８３がアルミニウム合金によって形成される場合、ベーン８１を鉄によって形成することにより他のベーン８２、８３よりも大きな重量とすることができる。或いはベーン８１に鉛塊等の重量物を埋め込むことにより他のベーン８２、８３よりも大きな重量とすることができる。

図３を用いて圧縮機１の運転時の背圧空間１４の体積変化と、圧縮機１の停止時の背圧空間１４の体積変化について説明する。

図３は、図２に示すベーン８が３枚の場合の圧縮部２の体積変化を示し、横軸はロータ７の回転角度を示し、縦軸が背圧空間の体積の総和（この場合ベーン溝１３が３箇所設けられているので、３箇所の背圧空間１４の総和）を示す。

同図において、曲線Ａは圧縮機１の運転時の背圧空間１４の体積の総和の変化を示し、曲線Ｂは圧縮機１の停止時の背圧空間１４の体積の総和の変化を示している。

曲線Ａで示す圧縮機１の運転時では、各ベーン溝１３から各ベーン８が出没し、各ベーンの先端８ａがシリンダ室１２の内壁面１１を常に摺動しているので、背圧空間の体積の総和の変化は少なくロータ７の回転角度に対して略一定の値を示す。

曲線Ｂで示す圧縮機１の停止状態では、シリンダ室１２内でのロータ７が停止した回転角度によって背圧空間１４の体積の総和は大きく変化する。

曲線Ｂにおいて点Ｑで示す回転角度（約４０°、約１５０°、約２６０°・・・）でロータ７が停止すると、この位置ではベーン８が鉛直方向に沿って上向きの位置であるため、ベーン８が自重によってベーン溝１３内に落下し、各ベーン溝１３の背圧空間１４の体積の総和が減少することを示している。

また、曲線Ｂにおいて点Ｐで示す回転角度（約９０°、約２１０°、約３２０°・・・）では、図２に示すように、ベーン８がベーン溝１３内に自重で落下する距離が少ない位置でロータ７が停止するのでベーン溝１３の背圧空間１４の体積総和の減少が少ないことを示している。

これらの曲線Ａと曲線Ｂから、圧縮機１の運転停止時におけるロータ７の回転角度（回転位置）によって背圧空間１４の体積の総和に大きな変化が生じていることが判り、圧縮機１の運転停止時にロータ７の停止位置を所定位置に設定することにより背圧空間１４の体積の総和の減少を抑えることができる。

このため、本実施形態では、１枚のベーン８１を他のベーン８２，８３よりも重く設定することにより、曲線Ａで示す背圧空間１４の体積の総和と曲線Ｂで示す背圧空間１４の体積の総和とがほぼ同一となるように、ロータ７の重心位置をロータ７の回転中心から鉛直下方に位置するようにしている。

次ぎに、本実施形態の圧縮機１の作用について説明する。

圧縮機１は、インバータ部４の駆動回路部１８からモータ部３のコイル１６に電流が流れてモータロータ１５が回転し、モータロータ１５に固定されたロータ軸１７が回転する。

ロータ軸１７が回転するとロータ軸１７の一端側に連結された回転軸１０に回転駆動力が伝達され、ロータ７が回転して冷媒を圧縮する。

圧縮された冷媒は、ミドルケース５ｂを通ってリヤケース５ｃに入り、リヤケース５ｃのモータ部３を通って吐出口２１から外方へ吐出される。

圧縮機１が停止すると、他のベーン８２、８３よりも重くなっているベーン８１が最も下方に位置するように ロータ７が所定角度回転した後に停止する。

これにより、圧縮機１の運転時における各背圧空間１４の体積の総和と、圧縮機１の運転停止時における各背圧空間１４の体積の総和とがほぼ同一となる。

このように、圧縮機１の運転停止では、常にベーン８１が最も下方に位置するようにロータ７が停止することにより、圧縮機１の運転時と圧縮機１の停止時の各背圧空間１４の体積の総和の差を小さくすることができ、これによって、再起動時のチャタリングの発生を防止することができる。

また、ベーン溝、ベーン、ロータを加工せず、しかも別部材も設けることなく、チャタリングを防止することができる。

〔第２実施形態〕
図４は、本発明の第２実施形態の断面図を示す。

本実施形態の圧縮機１では、ロータ７に対しベーン８として５枚の奇数が用いられ、符号８１、８２、８３、８４、８５によって５枚のベーンを示す。また、シリンダブロック６は楕円形状のシリンダ室１２の長径方向が鉛直方向に沿うように車載される。

図４に示すように、ロータ７には、外周から内部に向けて形成された５箇所のベーン溝１３が周方向に等間隔で形成されている。各ベーン溝１３は、板状のベーン８が出没可能に収容されるベーン可動溝１３ｂと、このベーン可動溝１３ｂに連通すると共に一対のサイドブロック９、９の冷媒通路と連通する断面円形の圧力溝１３ｃとで構成されており、ベーン溝１３の底部１３ａとベーン８の背後である後端部８ｂとの間が冷媒と共に油が供給される背圧空間１４となっている。

各ベーン８（８１、８２、８３、８４、８５）は、それぞれのベーン溝１３に収容された状態でロータ７の回転による遠心力と圧力溝１３ｃとベーン８（８１、８２、８３、８４、８５）の背後のベーン可動溝１３ｂに供給された高圧の冷媒及び油による圧力によってベーン溝１３から突出し、シリンダ室１２の内壁１１と先端部８ａとが摺動しつつ出没する。そして、回転軸１０を介してロータ７がモータ部３の回転駆動力によって回転することで、シリンダ室１２の内壁１１とベーン８（８１、８２、８３、８４、８５）との間に供給された冷媒が圧縮される。

本実施形態において、５枚のベーンのうち、１枚のベーン８１が他のベーン８２、８３、８４、８５の重さよりも重くなるように設定するものである。すなわち、他のベーン８２、８３、８４、８５がアルミニウム合金によって形成される場合には、ベーン８１を鉄によって形成することにより他のベーン８２、８３、８４、８５よりも大きな重量とする。或いはベーン８１に鉛塊等の重量物を埋め込むことにより他のベーン８２、８３、８４、８５よりも大きな重量とする。

このようにベーン８１を他のベーン８２、８３、８４、８５よりも重くすることにより、圧縮機１が駆動停止すると、ベーン８１が常に最も下方に位置するようにロータ７が回転し、この回転位置でロータ７が停止する。

この停止位置では、圧縮機１の運転時における各背圧空間１４の体積の総和と、圧縮機１の運転停止時における各背圧空間１４の体積の総和とがほぼ同一となり、運転時と停止時の各背圧空間１４の体積の総和の差を小さくすることができるため、再起動時のチャタリングの発生を防止することができる。

また、ベーン溝、ベーン、ロータを加工せず、しかも別部材も設けることなく、チャタリングを防止することができる。

また本実施形態では、ベーン８１と隣接するベーン８２との間の空間の容積が大きくなっており、圧縮機１を再起動するとき、ベーン８１とベーン８２との間の空間から圧縮が始まるため、冷媒を大きな圧縮比で圧縮することができ、各ベーン溝１３の背圧空間１４内に冷媒が円滑に供給される。

従って、ベーン８１、８２、８３、８４、８５が円滑にベーン溝１３から突出することができる。

第２実施形態では、５枚のベーンのうち、１枚のベーン８１を他のベーン８２、８３、８４、８５よりも重くしているが、これに限らず、圧縮機１の運転時における各背圧空間１４の体積の総和と、圧縮機１の運転停止時における各背圧空間１４の体積の総和とがほぼ同一となるように、隣接した３枚のベーンを他のベーンよりも重く設定することができる。

例えば、隣接しているベーン８１、８２、８３を他のベーン８４、８５よりも重く設定するものである。これによっても、圧縮機１の運転停止におけるロータ７の停止位置を常に圧縮機１の運転時と停止時の各背圧空間１４の体積の総和の差を小さく位置とすることができるため、再起動時のチャタリングの発生を防止することができる。

１ 気体圧縮機
６ シリンダブロック
７ ロータ
８ ベーン
１１ 内壁
１３ ベーン溝
１４ 背圧空間
８１、８２、８３、８４、８５ ベーン

Claims (4)

1. 内壁（１１）が楕円形状となっているシリンダ室（１２）が形成されたシリンダブロック（６）と、前記シリンダ室（１２）内に回転可能に支持され駆動手段からの駆動力を受けて回転するロータ（７）と、このロータ（７）の外周から内部に向けて形成された複数箇所のベーン溝（１３）内にそれぞれ収納された複数枚のベーン（８）とを備え、前記ロータ（７）の回転時に前記ベーン溝（１３）内のベーン（８）の背後の各背圧空間（１４）に発生する背圧で前記ベーン（８）が突出し先端部が前記シリンダ室（１２）の内壁（１１）に摺動しながらベーン溝（１３）内を出没するベーン型圧縮機（１）であって、
   前記シリンダ室（１２）の長径方向が鉛直方向に沿うように前記シリンダブロック（６）が車載され、
   前記ベーン型圧縮機（１）の運転時における前記各背圧空間（１４）の体積の総和と、前記ベーン型圧縮機（１）の運転停止時における前記各背圧空間（１４）の体積の総和とがほぼ同一となるように、前記ロータ（７）の重心位置を前記ロータ（７）の回転中心から鉛直下方に位置するように前記複数枚のベーン（８）のうちの少なくとも一枚を他のベーン（８）の重さより重く設定したことを特徴とするベーン型圧縮機（１）。
2. 請求項１記載のベーン型圧縮機（１）であって、
   前記ベーン（８）の枚数が３枚又は５枚の奇数枚数であり、奇数枚数のうち１枚又は隣接している３枚が他のベーン（８）より重く設定されていることを特徴とするベーン型圧縮機（１）。
3. 請求項１又は請求項２記載のベーン型圧縮機（１）であって、
   他のベーン（８）より重く設定されたベーン（８）は鉄製であり、他のベーン（８）がアルミニウム合金製であることを特徴とするベーン型圧縮機（１）。
4. 請求項１又は請求項２記載のベーン型圧縮機（１）であって、
   前記他のベーン（８）より重く設定されたベーン（８）は重量物が埋め込まれていることを特徴とするベーン型圧縮機（１）。

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