JP2015025389A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電源周波数を超える周波数で回転するインバーター圧縮機において、高速運転時に生じるボールの振動発生を低減して、低騒音化する。
【解決手段】電動要素として回転子１０３の鉄心１０７に永久磁石１４５を内蔵した永久磁石型電動機を用い、永久磁石１４５の下端面を固定子１０２のコア１０８下端面より上方に配設したものである。これにより、シャフトのスラスト荷重を受けるスラストボールベアリングのボール１３５に掛かる荷重を大きくすることとなり、電源周波数を超える高速の周波数で運転される場合に、スラストボールベアリングのボール１３５の振動発生が低減して、安定して転がるようになり、騒音の発生を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉形圧縮機に関するものである。

近年、冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、消費電力の低減のための高効率化や、低騒音化、並びに高信頼性化が望まれている。

このような中にあって、従来のこの種の密閉型圧縮機は、スラストボールベアリングを採用して、効率を向上させている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら、従来の密閉型圧縮機を説明する。

図４は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図５は、同分解斜視図である。

図４、図５に示すように、密閉容器１内には、固定子２と回転子３からなる電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５と、を収容し、密閉容器１内に潤滑油６を貯溜する。シャフト１０は、回転子３を固定した主軸部１１および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心軸部１２を有する。シリンダブロック１４は、略円筒形の圧縮室１５と主軸受２０を有する。ピストン２３は、シリンダブロック１４の圧縮室１５に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１２との間を連結手段２４とピストンピン２５によって連結されている。

シャフト１０の主軸部１１と偏心軸部１２の間の主軸部１１側には主軸部１１の軸心と略直角に環状の上レース着座面２７が形成され、主軸受２０の上端には主軸受２０の軸心と略直角に環状の下レース着座面２８が形成されている。

これらの上レース着座面２７と下レース着座面２８の間には、シャフト１０を支持するため、ボール３０と上レース３１及び下レース３２とからなるスラストボールベアリング３５が装着される。上レース３１及び下レース３２は平板で形成されている。スラストボールベアリング３５は、シャフト１０と回転子３の重力方向の荷重を支持している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素４の回転子３は、シャフト１０を回転させ、偏心軸部１２の回転運動が連結手段２４を介してピストン２３に伝えられることで、ピストン２３は圧縮室１５内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１５内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

シャフト１０と回転子３の重量は、スラストボールベアリング３５で支えられるとともに、シャフト１０の回転時はボール３０が上レース３１と下レース３２の間で転がるために回転が滑らかになる。回転時において、上レース３１は上レース着座面２７に密着して上レース着座面２７と同時に回転し、下レース３２は下レース着座面２８に密着して静止している。このスラストボールベアリング３５を用いることによって、シャフト１０を回転させるトルクはスラストすべり軸受けに比べて小さくなるため、スラスト軸受けでの損失を小さくすることができる。従って、入力が低減して、高効率とすることができる。

また、従来の密閉型圧縮機は、永久磁石型電動機とインバーター駆動回路を用いて運転の効率化も図っている（例えば、特許文献２参照）。

図６は、特許文献２に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図であり、特許文献１の図４、図５と同一の要素には同一符号を付してそれらの説明を省略し、異なる部分のみ説明する。

図６に示すように、電動要素４は回転子３の鉄心７に永久磁石４５を内蔵した永久磁石型電動機としてあり、この永久磁石型電動機をインバーター駆動回路で駆動している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

インバーター駆動回路（図示せず）により電動要素４に通電されると、固定子２に発生する磁界により、回転子３はシャフト１０を回転させ、偏心軸部１２の回転運動が連結手段２４を介してピストン２３に伝えられることでピストン２３は圧縮室１５内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１５内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

このとき、冷却システム（図示せず）の必要冷凍能力に応じて、電動要素４はインバーター駆動回路（図示せず）により任意の回転数で回転することで密閉型圧縮機の仕事量を調整し、冷却システムの効率向上を図ることができる。

特開２００５−１２７３０５号公報 特開２０１２−５０１８９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電源周波数を超える周波数で回転するインバーター圧縮機にスラストボールベアリング３５を採用する場合、電源周波数を超える高速回転時に、スラスト荷重が不足し、ボール３０の振動が発生し、騒音が発生する可能性があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ボールの振動発生を低減して、低騒音の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、電動要素として回転子の鉄心に永久磁石を内蔵した永久磁石型電動機を用い、永久磁石の下端面を前記固定子のコア下端面より上方に配設したものである。

これにより、シャフトのスラスト荷重を受けるスラストボールベアリングのボールに掛かる荷重を大きくすることとなり、電源周波数を超える高速の周波数で運転される場合に発生しがちなスラストボールベアリングのボールの振動発生が低減して、安定して転がるようになり、騒音の発生を低減することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、ボールの振動発生を低減できるので、低騒音の密閉型圧縮機
を提供することができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態における要部断面図 同実施の形態におけるスラストボールベアリングの分解斜視図 従来例の密閉型圧縮機の縦断面図 従来例の密閉型圧縮機の分解斜視図 異なる従来例の密閉型圧縮機の縦断面図

第１の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子からなる電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は前記回転子を固定したシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受部と、複数のボールと前記ボールを保持するホルダー部を有していて前記シャフトと前記回転子の重力方向の荷重を支持するスラストボールベアリングとを備えるとともに、前記電動要素は前記回転子の鉄心に永久磁石を内蔵した永久磁石型電動機とし、かつ前記永久磁石の下端面を前記固定子のコア下端面より上方に配設したものである。

これにより、シャフトのスラスト荷重を受けるスラストボールベアリングのボールに掛かる荷重を大きくすることができ、これにより、電源周波数を超える高速の周波数で運転される場合に、スラストボールベアリングはボールの振動発生が低減して、安定して転がるようになり、騒音の発生を低減することができ、低騒音の密閉型圧縮機を提供することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記回転子の鉄心の全高が、前記固定子のコアの全高よりも高いものである。

これにより、永久磁石の配設部を大きく確保することができるので、第１の発明の効果に加えて、永久磁石の大きさを従来同等以上にすることができる。

第３の発明は、第１あるいは第２の発明において、シャフトの軸方向に対して永久磁石の全高の略中心位置が、前記固定子のコアの全高の略中心位置より上方に位置するものである。

これにより、電動要素に通電されると固定子と回転子の磁気中心が一致すべく鉛直方向下向きに回転子が吸引されるため、シャフトには鉛直方向下向きにより大きな荷重が発生する。従って、第１あるいは第２の発明の効果に加えて、容易に前記ボールの振動発生を低減して、安定して転がるようにすることができ、騒音の発生を低減し、低騒音にすることができる。

第４の発明は、第１から第３の発明において、回転子のシャフト固定部が固定子のコアの全高の略中心位置より鉛直方向下側に配設されたものである。

これにより、主軸受の長さを従来同等以上に確保できるので、シャフトと主軸受のクリアランス間でのシャフト傾きを低減する。従って、第１から第３の発明の効果に加えて、さらに、シャフトと主軸受の片当たりを低減し、信頼性を向上することができる。

第５の発明は、第４の発明において、回転子においてシャフト固定部の下端部が固定子のコアの下端部より鉛直方向下側に配設されたものである。

これにより、従来同様に回転子をシャフトに固定できるため、第４の発明の効果に加えて、さらに密閉型圧縮機の全高を小さくすることができ、小型、軽量化することができる。

第６の発明は、第１から第５の発明において、前記スラストボールベアリングは、ボールの上下に各々配設される上レースと下レースを備えたものである。

これにより、圧縮負荷等によるシャフトの微少傾きが発生し、これに伴いホルダーに微少傾きが発生しても、上レースと下レースがホルダーに追従して傾きを持つことで、ボールは上レースと下レースとに均一に接触することができるようになるので前記ボールと前記上レースや前記下レースとのすべりによる摩耗発生を防ぐことができる。従って、第１から第５の発明の効果に加えて、さらにボールの信頼性を向上することができる。

第７の発明は、第６の発明において、前記上レースと前記下レースにおけるボールが転動する部位に軌道溝を設けたものである。

これにより、圧縮機が停止中であっても、潤滑油が軌道溝内に留まっているため、再び圧縮機が運転する際に、起動初期からスラストボールベアリングのボールを潤滑することができる。従って、第６の発明の効果に加えて、さらに、潤滑油不足状態での運転を回避することができ、摺動部の損傷を防止してスラストボールベアリングの信頼性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の要部断面図、図３は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機のスラストボールベアリングの分解斜視図である。

図１から図３において、密閉容器１０１内には、固定子１０２と回転子１０３とからなる電動要素１０４と、電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０５と、を収容し、密閉容器１０１内に潤滑油１０６を貯溜している。シャフト１１０は、回転子１０３を固定した主軸部１１１と、主軸部１１１の上部に配設され主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心軸部１１２とを有する。偏心軸部１１２の先端には回転のアンバランスを打ち消し、振動を小さくするためのクランクウェイト１１３が固定されている。

シリンダブロック１１４は、略円筒形の圧縮室１１６を有し、主軸部１１１を軸支する主軸受１２０が固定されている。ピストン１２６は、シリンダブロック１１４の圧縮室１１６に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１２との間を連結手段１２７とピストンピン１２８によって連結されている。

シャフト１１０を支持するため、図２、図３に示すように複数のボール１３５と、ボール１３５を保持するホルダー部１３６と、ボール１３５の上下に各々配設される上レース１３８及び下レース１３９とからなるスラストボールベアリング１４０が装着されている。スラストボールベアリング１４０は、シャフト１１０、回転子１０３及びクランクウェイト１１３の重力方向の荷重を支持している。ホルダー部１３６は樹脂で成型され、ボール１３５を保持する穴の内面は、ボール１３５に沿った球面状になっており、ボール１３５との間にわずかな隙間が形成されて、ボール１３５が回転しやすくなっている。上レー
ス１３８と下レース１３９には、ボール１３５が転動する部位に軌道溝１４３が設けられている。

電動要素１０４は、回転子１０３の鉄心１０７に永久磁石１４５を内蔵した永久磁石型電動機である。回転子１０３はその鉄心１０７の全高ｈ１が、固定子１０２のコア１０８の全高ｈ２よりも高く、永久磁石１４５は、永久磁石１４５の下端面を固定子１０２のコア１０８の下端面より上方で、かつシャフト１１０の軸方向に対して永久磁石１４５の全高の略中心位置Ｓ１が、固定子１０２のコアの全高ｈ２の略中心位置Ｓ２より上方に位置するように配設されている。

主軸部１１１の回転子１０３の固定部は、固定子１０２のコア１０８の全高ｈ２の略中心位置より鉛直方向下側に配設されている。

さらに、主軸部１１１の回転子１０３固定部の下端部は、固定子１０２のコア１０８の下端部より鉛直方向下側に配設されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

インバーター駆動回路（図示せず）より電動要素１０４に通電されると、固定子１０２に発生する磁界により、回転子１０３はシャフト１１０とともに回転する。

このシャフト１１０の回転により、偏心軸部１１２の回転運動が連結手段１２７を介してピストン１２６に伝えられることで、ピストン１２６は圧縮室１１６内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１１６内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

シャフト１１０、クランクウェイト１１３並びに回転子１０３の重量は、スラストボールベアリング１４０で支えられるとともに、シャフト１１０の回転時はボール１３５が上レース１３８と下レース１３９の間で転がるために回転が滑らかになる。このスラストボールベアリング１４０を用いることによって、シャフト１１０を回転させるトルクはスラストすべり軸受けに比べて小さくなるため、スラスト軸受けでの損失を小さくすることができる。従って、入力が低減して、高効率とすることができる。

一方、インバーター駆動回路（図示せず）より電動要素１０４に通電された際、回転子１０３の永久磁石１４５の全高の略中心位置Ｓ１は、固定子１０２のコア１０８の全高ｈ２の略中心位置Ｓ２より上方にずれているため、磁気中心が一致すべく鉛直方向下向きに回転子１０３が吸引され、シャフト１１０には鉛直方向下向きに荷重が発生する。

このため、回転子１０３とシャフト１１０の重量に加えて、この磁気中心のずれによる荷重がスラストボールベアリング１４０にかかることにより、ボール１３５を上レース１３８と下レース１３９で押さえ込むことができる。

これにより、電源周波数を超える高速の周波数で運転される場合に、ボール１３５の振動発生を低減でき、ボール１３５が上レース１３８と下レース１３９の間を安定して転がるようになるため、騒音の発生を低減し、低騒音化できる。

また、回転子１０３の鉄心１０７の全高ｈ１が、固定子１０２のコア１０８の全高ｈ２よりも高いため、回転子１０３の永久磁石１４５の全高の略中心位置Ｓ１を固定子１０２のコア１０８の全高ｈ２の略中心位置Ｓ２より上方にずらしても、従来と同等サイズの永久磁石１４５を回転子１０３に内蔵することができる。これにより、回転子１０３の磁力
低下を防止し、効率低下を防ぐことができる。

さらに、主軸部１１１の回転子１０３の固定部は、固定子１０２のコア１０８の全高ｈ２の略中心位置より鉛直方向下側に配設され、かつ、主軸部１１１の回転子１０３の固定部の下端部は、固定子１０２のコア１０８の下端部より鉛直方向下側に配設されているので、従来同様に回転子１０３をシャフト１１０に固定できる。これにより、主軸受１２０の長さを従来同等以上に確保しつつ、主軸受１２０と固定子１０２のコア１０８をオーバラップできるので密閉型圧縮機の全高を小さくすることができ、小型、軽量化することができる。

また、主軸受１２０の長さを従来同等以上に確保することで、シャフト１１０と主軸受１２０のクリアランス間でのシャフト１１０傾きを低減することができ、シャフト１１０と主軸受１２０の片当たりを低減し、入力増加や騒音増加を防ぐことができる。

また、圧縮負荷等によるシャフト１１０の微少傾きが発生し、これに伴い、ホルダー部１３６に微少傾きが発生したとき、上レース１３８と下レース１３９がホルダー部１３６に追従して傾きを持つことで、ボール１３５は上レース１３８と下レース１３９とに均一に接触することができるので、ボール１３５と上レース１３８や下レース１３９とのすべりによる摩耗発生を防ぐことができる。

これにより、スラストボールベアリング１４０の信頼性を向上することができる。

さらに、レースに軌道溝１４３を設けることで、密閉型圧縮機が停止中であっても潤滑油１０６が軌道溝１４３内に留まっているため、再び密閉型圧縮機が運転する際に、起動初期からスラストボールベアリング１４０のボール１３５を潤滑することができる。

これにより、潤滑油不足状態での運転を回避することができ、摺動部の損傷を防止してスラストボールベアリング１４０の信頼性を向上することができる。

なお、本実施の形態において、圧縮方式は往復式を例示して説明したが、スラストベアリングを採用した回転式やスクロール式の圧縮方式であっても、同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、ボールの振動発生を低減して、低騒音化が可能となるので、エアーコンディショナーや冷凍冷蔵装置の密閉型圧縮機として幅広く適用できる。

１０１ 密閉容器
１０２ 固定子
１０３ 回転子
１０４ 電動要素
１０５ 圧縮要素
１０６ 潤滑油
１０７ 鉄心
１０８ コア
１１０ シャフト
１１４ シリンダブロック
１１６ 圧縮室
１２０ 主軸受
１３５ ボール
１３６ ホルダー部
１３８ 上レース
１３９ 下レース
１４０ スラストボールベアリング
１４３ 軌道溝
１４５ 永久磁石

Claims (7)

1. 密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子からなる電動要素、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は前記回転子を固定したシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受部と、複数のボールと前記ボールを保持するホルダー部を有していて前記シャフトと前記回転子の重力方向の荷重を支持するスラストボールベアリングとを備えるとともに、前記電動要素は前記回転子の鉄心に永久磁石を内蔵した永久磁石型電動機とし、かつ前記永久磁石の下端面を前記固定子のコア下端面より上方に配設した密閉型圧縮機。
2. 前記回転子の鉄心の全高が、前記固定子のコアの全高よりも高い請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記シャフトの軸方向に対して前記永久磁石の全高の略中心位置が、前記固定子のコアの全高の略中心位置より上方に位置する請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記回転子のシャフト固定部が、前記固定子のコアの全高の略中心位置より鉛直方向下側に配設された請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記回転子において、シャフト固定部の下端部が、前記固定子のコアの下端部より鉛直方向下側に配設された請求項４に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記スラストボールベアリングは、前記ボールの上下に各々配設される上レースと下レースを備えた請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
7. 前記上レースと前記下レースにおける前記ボールが転動する部位に、軌道溝を設けた請求項６に記載の密閉型圧縮機。