JP2016006303A - 密閉型圧縮機および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの往復運動により発生する往復動慣性力が増加しても、全高を低く抑え、振動の低い密閉型圧縮機とそれを用いた冷凍装置を提供する。【解決手段】クランクシャフト１２６のフランジ部１３６より径の大きい回転子１５２のフランジプレート１５８にバランスウェイト１６２を設けた構成としてある。これにより、主軸１３４の鉛直中心からより離れた位置にバランスウェイト１６２を設置できるため、バランスウェイト１６２に生じる遠心力を増加させることができ、ピストン１３０の重量増加により往復動慣性力が増加しても、薄く軽いバランスウェイト１６２でピストン１３０の往復動慣性力を釣り合わせることができ、密閉型圧縮機の全高を低く抑え、振動を低減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍冷蔵庫やショーケース等の冷凍装置に関するものである。

近年、食材の多様化にともない家庭用の冷凍冷蔵庫等はその庫内容積の大容量化の要望が強まっており、冷凍冷蔵庫等の外観寸法はそのままで庫内容積を広げる等の工夫が施されている。そのための一つの方法として、密閉型圧縮機を収納する機械室の縮小化が進められており、冷凍冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置等に使用される密閉型圧縮機においては、小型化、低背化が強く要望されている。

このような背景の中にあって、従来この種の密閉型圧縮機の中には、電動要素として固定子の内側を回転子が回るインナーロータ型モータではなく、固定子の外側を回転子が回るアウターロータ型モータを用いて、小型化、薄型化したものがある（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の電動要素と圧縮要素の縦断面図である。

図６において、電動要素２とこの電動要素２により回転駆動される圧縮要素４は、電動要素２の上部に圧縮要素４を配置し一体に組み立てられている。

圧縮要素４は、主軸１０とフランジ部１２と偏心軸１４とで構成されたクランクシャフト１６と、圧縮室２０を形成するシリンダ２２と、クランクシャフト１６を支持する軸受２４と、圧縮室２０内で往復運動するピストン２６と、ピストン２６と偏心軸１４とを連結するコンロッド３０と、クランクシャフト１のフランジ部１２上面の反偏心軸１４側に配設されたクランクバランスウェイト３２とを備え、レシプロ式圧縮機を形成している。

電動要素２は、固定子４０と、この固定子４０の周りを囲むように固定子４０と同軸に配置された回転子４２とで構成されたアウターロータ型モータとなっている。

固定子４０は、軸受２４に圧入等で固定されている。また回転子４２は、円板状のフランジプレート４８の外周に円筒状ヨーク４４を溶接等で固定し、この円筒状ヨーク４４の内周に永久磁石４６を配置して構成してあり、フランジプレート４８は、中心に形成された円筒状の回転子軸孔５０が主軸１０の下端に溶接等で固定されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機において、以下その動作を説明する。

電動要素２は、固定子４０に発生する磁界によって回転子４２を回転させ、回転子４２はフランジプレート４８を介してクランクシャフト１６を回転させる。クランクシャフト１６の回転により偏心軸１４の回転運動がコンロッド３０を介してピストン２６に伝えられ、ピストン２６が圧縮室２０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２０内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへ吐出される。

この圧縮作用を行う際、ピストン２６が往復運動を行うことにより不平衡力である往復動慣性力が生じる。

したがってこの種の密閉型圧縮機では、クランクシャフト１６のフランジ部１２上面にピストン２６の往復動慣性力と逆位相で釣り合うようなクランクバランスウェイト３２が設けてあり、これによりピストン２６の往復動慣性力が相殺され、密閉型圧縮機の振動を低減している。

ＤＥ１０２０１００５１２６６Ａ公報

しかしながら、従来の構成では、密閉型圧縮機の気筒容積が大きくなり、ピストン２６の重量が増加すると、ピストン２６の往復運動により発生する往復動慣性力が増加するため、この往復動慣性力を相殺すべく、クランクバランスウェイト３２の重量を増加させる必要がある。すなわち、クランクバランスウェイト３２の板厚を厚くしたり、外周を広げたりする必要がある。

しかしながら、クランクバランスウェイト３２はその板厚を厚くしようとしても、クランクバランスウェイト３２とコンロッド３０の間の隙間による制約でクランクバランスウェイト３２の板厚を十分に厚くできない。また、クランクバランスウェイト３２の外周を広げようとしても、ピストン２６が下死点に近づくと、ピストン２６とクランクバランスウェイト３２が接近し、ピストン２６とクランクバランスウェイト３２の隙間による制約で、クランクバランスウェイト３２の外周を広げることができない。このように、クランクバランスウェイト３２の板厚を厚くしたり、外周を広げたりすることが十分に行えない形状となっていた。そのため、ピストン２６の往復動慣性力は十分に相殺されず、振動が大きくなるという課題を有していた。

また、上記振動課題を解決すべく、例えば、クランクバランスウェイト３２とコンロッド３０の隙間を広げて、クランクバランスウェイト３２の板厚を厚くした場合、シリンダ２２をフランジプレート４８から離れる側に配置する必要があるため、結果的に密閉型圧縮機の全高が高くなるという課題を有していた。

本発明は、このような従来の課題を解決したもので、ピストンの往復運動によって発生する往復動慣性力が増加しても、密閉型圧縮機の全高を低く抑えつつ振動の低い密閉型圧縮機とそれを用いた冷凍装置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、主軸とフランジ部と偏心軸とで構成されたクランクシャフトを備えた圧縮要素と、これを回転させる電動要素とを備え、前記電動要素の回転子は、前記クランクシャフトのフランジ部より径が大きいフランジプレートの外周に永久磁石を配置して構成し、更に前記フランジプレートの前記クランクシャフトの偏芯軸側とは反対側部分にバランスウェイトを設けた構成としてある。

これによって、気筒容積が大きくなり、ピストンの重量が増加することで、ピストンの往復運動により発生する往復動慣性力が増加しても、クランクシャフトのフランジ部より径の大きい回転子のフランジプレ―トにバランスウェイトを設けているので、クランクシャフトのフランジ部に設けるよりも主軸の鉛直中心からより離れた位置にバランスウェイトを設置でき、バランスウェイトに生じる遠心力を増加させることができる。これにより、薄く軽いバランスウェイトでもピストンの往復動慣性力を相殺できる。

本発明は、クランクシャフトのフランジ部より径の大きい回転子のフランジプレートにバランスウェイトを設けているので、薄く軽いバランスウェイトでもピストンの往復動慣性力を相殺でき、全高を低く抑え振動を低減した密閉型圧縮機とそれを用いた冷凍装置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断面図 同実施の形態１における要部の拡大断面図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の要部を示す拡大断面図 本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の要部を示す拡大断面図 本発明の実施の形態４における冷凍装置の模式図 従来の密閉型圧縮機における電動要素と圧縮要素を示す縦断面図

第１の発明は、密閉容器内に、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、主軸とフランジ部と偏心軸とで構成されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトの前記主軸を軸支する軸受とシリンダとを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸とを連結するコンロッドを備え、前記電動要素は、固定子と、前記固定子の外周を囲むように前記固定子と同軸に配置された回転子とを備え、前記回転子は、前記クランクシャフトのフランジ部より径が大きいフランジプレートの外周に永久磁石を配置して構成し、更に前記フランジプレートの前記クランクシャフトの偏芯軸側とは反対側部分にバランスウェイトを設けた構成としてある。

これにより、気筒容積が大きくなり、ピストンの重量が増加することで、ピストンの往復運動により発生する往復動慣性力が増加しても、クランクシャフトのフランジ部より径の大きい回転子のフランジプレ―トにバランスウェイトを設けているため、クランクシャフトのフランジ部に設けるより、主軸の鉛直中心からより離れた位置にバランスウェイトを設置でき、バランスウェイトに生じる遠心力を増加させることができる。よって、薄く軽いバランスウェイトでもピストンの往復動慣性力を相殺させることができ、密閉型圧縮機の全高を低く抑え、振動を低減することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、バランスウエイトは、フランジプレートの固定子側の面に設けた構成としてある。

これにより、圧縮機の再起動時において、バランスウェイトをフランジプレートの固定子側の面とは反対側の下面に設けた場合のように圧縮機内のオイルをバランウェイトでかき回し、圧縮室内にオイルが侵入することで発生するオイル圧縮を防止でき、圧縮要素の耐久性を向上することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、フランジプレートは、更にクランクシャフトの偏心軸側の部分に開口部を設けた構成としてある。

これにより、フランジプレートの偏心軸側の部分の重量が軽くなり、その軽くなった重量の分フランジプレートの反偏心軸側に設けたバランスウェイトの重量を軽くすることができるため、気筒容積が大きくなり、ピストンの重量が増加することで往復動慣性力が増加しても、この往復動慣性力と釣り合うバランスウェイトの重量を更に軽減でき、板厚をより薄くして全高を低く抑えることができる。また、これにより生産性も向上させることができる。

第４の発明は、特に、第１から第３の発明において、クランクシャフトは、そのフランジ部の偏心軸側とは反対側の部分にクランクバランスウェイトを設けた構成としてある。

これにより、気筒容積が大きくなり、ピストンの重量が増加することでピストンの往復運動により発生する往復動慣性力が増加しても、この往復動慣性力は、フランジプレートのバランスウェイトとフランジ部のクランクバランスウェイトの２箇所で釣り合いピストンの往復動慣性力を相殺するようになるので、気筒容積をさらに拡大し、ピストンの重量が増加しても、密閉型圧縮機の全高を低く抑え、振動を低減することができる。

第５の発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置、吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を備えた冷凍装置であって、前記圧縮機として第１から第４のいずれか１つの発明の密閉型圧縮機を用いた冷凍装置である。

これにより、冷凍装置の機械室の空間を小さく抑え、貯蔵空間を広げることができると同時に冷凍装置の振動を低減することができる。

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本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断面図、図２は、同実施の形態１における要部の拡大断面図である。

図１、図２において、本実施の形態１における密閉型圧縮機は、鉄板の絞り成型によって形成された密閉容器１０２の内部に、電動要素１０４と、この電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０６とを備えた圧縮機本体１０８を配置している。

この圧縮機本体１０８は、サスペンションスプリング１２０によって弾性的に支持されている。

さらに、密閉容器１０２内には、例えば、地球温暖化係数の低い炭化水素系のＲ６００ａ等の冷媒ガス１２２が、冷凍装置（図示せず）の低圧側と同等圧力で、比較的低温の状態で封入されると共に、密閉容器１０２内底部には、潤滑用のオイル１２４が封入されている。

圧縮要素１０６は、クランクシャフト１２６、シリンダブロック１２８、ピストン１３０、コンロッド１３２等で構成されている。

クランクシャフト１２６は、主軸１３４とフランジ部１３６を介して形成された偏心軸１３８とを備え、オイル１２４に浸漬された主軸１３４の下端から偏心軸１３８の上端までオイル１２４を供給する給油機構（図示せず）を更に備えている。

シリンダブロック１２８は、圧縮室１４０を形成するシリンダ１４２と主軸１３４を回転自在に軸支する軸受１４４が一体に形成されている。

電動要素１０４は、固定子１５０と、固定子１５０の周りを囲むように固定子１５０と同軸に配置された回転子１５２とで構成されており、いわゆるアウターロータ型モータとなっている。

固定子１５０は、軸受１４４に圧入等で固定されている。

回転子１５２は、固定子１５０の外周を回転する円筒状のヨーク１５４の内周に永久磁石１５６が均等に配置されている。ヨーク１５４は、フランジ部１３６より径の大きい円板状のフランジプレート１５８の外周に溶接等で固定されている。

フランジプレート１５８は、中心に形成された円筒状の回転子軸孔１６０が主軸１３４の下端に溶接等で固定されている。また、フランジプレート１５８は、前記クランクシャフト１２６の偏心軸１３８側とは反対側の部分にバランスウェイト１６２が溶接等で固定されている。このバランスウェイト１６２はクランクシャフト１２６のフランジ部１３６の径より外周側になるようにフランジプレート１５８に配置され、更にフランジプレート１５８の上面、すなわち固定子１５０と対向する側の面に設けてある。

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、作用を説明する。

電動要素１０４に通電すると、固定子１５０に電流が流れ、磁界が発生し、クランクシャフト１２６の主軸１３４に固定された回転子１５２が回転する。

そして、この回転子１５２の回転により、クランクシャフト１２６が回転し、偏心軸１３８に回転自在に取り付けられたコンロッド１３２を介して、ピストン１３０がシリンダ１４２内を往復運動し、圧縮要素１０６が所定の圧縮動作を行う。

次に、フランジプレート１５８にバランスウェイト１６２を設けた作用と効果について説明する。

気筒容積が大きくなりピストン１３０の重量が大きくなることで、ピストン１３０の往復運動によって発生する往復動慣性力が増加するが、本実施の形態では、このピストン１３０の往復動慣性力を相殺させるために、クランクシャフト１２６のフランジ部１３６より径の大きいフランジプレート１５８の上面で、かつ、フランジ部１３６の径より外周側にバランスウェイト１６２を配置してある。

このため、バランスウェイト１６２を主軸１３４の鉛直中心から、より離れた位置に設置でき、フランジ部１３６にバランスウェイトを設置するよりも、バランスウェイト１６２に生じる遠心力を増加させることができる。

したがって、薄く軽いバランスウェイト１６２でピストン１３０の往復動慣性力を相殺することができる。その結果、密閉型圧縮機の全高を低く抑え、振動を低減することができる。

また、バランスウェイト１６２をフランジプレート１５８の上面の固定子１５０側に設置しているので、バランスウェイト１６２をフランジプレート１５８の下面に設置した時に生じるオイル１２４のかき回しを防止できる。すなわち、圧縮機は運転停止時に冷媒ガス１２２がオイル１２４の中に溶け込み、オイル１２４の油面が上昇する。

そのため、バランスウェイト１６２をフランジプレート１５８の下面に設置すると、再起動時にオイル１２４をバランスウェイト１６２でかき回し、オイルフォーミングが発生することになるが、この実施の形態ではバランスウェイト１６２をフランジプレート１５８の上面に設けているのでこれを防止できる。

その結果、オイルフォーミングによって、圧縮室１４０内にオイル１２４が侵入して発
生するオイル圧縮を防止でき、圧縮要素１０６の耐久性を向上することができる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における密閉型圧縮機の要部を示し、この実施の形態２の密閉型圧縮機は実施の形態１の構成に加え、更にフランジプレート１５８に開口部１６４を設けたものである。

すなわち、図３において、フランジプレート１５８には更にクランクシャフト１２６の偏心軸１３８側の部分に開口部１６４が設けてある。その他の構成は前記実施の形態１と同様であり、同じ要素部分には同一番号を附記して説明は省略する。

この実施の形態３では、フランジプレート１５８の偏心軸１３８側の部分に開口部１６４を設けているので、フランジプレート１５８の偏心軸１３８側の重量が軽くなり、その軽くなった重量の分、フランジプレート１５８の偏心軸１３８側とは反対側部分に設けたバランスウェイト１６２の重量を軽くすることができる。

そのため、気筒容積が大きくなり、ピストン１３０の重量が増加することで、ピストン１３０の往復運動により発生する往復動慣性力が増加しても、この往復動慣性力と釣り合うバランスウェイト１６２の重さを更に軽減でき、板厚をより薄くでき全高をより低く抑えると同時に振動を低減し生産性を向上させることができる。

また、フランジプレート１５８に開口部１６４を設けたことにより、固定子１５０とフランジプレート１５８の間に熱がこもることがなくなり、固定子１５０の温度上昇を抑えることもできるので、電動要素１０４の効率低下を抑制することもできる。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３における密閉型圧縮機の要部を示し、この実施の形態３の密閉型圧縮機は実施の形態２の構成に加え更にクランクシャフト１２６にもそのフランジ部１３６にクランクバランスウェイト１７０を設けたものである。

すなわち、図４において、クランクシャフト１２６のフランジ部１３６にはその偏心軸１３８側と反対側の部分にクランクバランスウェイト１７０が設けてある。

その他の構成は、実施の形態２と同様であり、同じ要素部分には同一番号を附記して説明は省略する。

この実施の形態３では、クランクシャフト１２６のフランジ部１３６の偏心軸１３８とは反対側部分にクランクバランスウェイト１７０を設けている。

これにより、気筒容積が大きくなりピストン１３０の重量が増加することで、ピストン１３０の往復運動により発生する往復動慣性力が増加しても、この往復動慣性力は、フランジプレート１５８のバランスウェイト１６２とフランジ部１３６のクランクバランスウェイト１７０の２箇所で釣り合いピストン１３０の往復動慣性力を相殺するようになる。

したがって、気筒容積をさらに拡大し、ピストンの重量が増加しても、密閉型圧縮機の全高を低く抑え、振動を低減することができる。

なお、実施の形態３では実施の形態２にクランクバランスウェイト１７０を追加したもので説明したが、実施の形態１にクランクバランスウェイト１７０を追加しただけであってもよい。

（実施の形態４）
図５は、実施の形態１から３で説明した密閉型圧縮機を搭載した冷凍装置の構成を示す模式図である。

図３において、冷凍装置は、断熱性の箱体の開口を開閉する扉付き構成の本体３０２と、本体３０２の内部を、物品の貯蔵空間３０４と機械室３０６に区画する区画壁３０８と、貯蔵空間３０４内を冷却する冷媒回路３１０とを具備している。

冷媒回路３１０は、圧縮機３１２として実施の形態１或いは２または３で説明した密閉型圧縮機と、放熱器３１４と、減圧装置３１６と、吸熱器３１８とを環状に配管接続した構成となっている。

そして、吸熱器３１８は、送風機（図示せず）を具備した貯蔵空間３０４内に配置されている。吸熱器３１８の冷却熱は、矢印で示すように、送風機によって貯蔵空間３０４内を循環するように撹拌され、貯蔵空間３０４内は冷却される。

以上説明した冷凍装置は、実施の形態１から３で説明した全高が低く振動の少ない密閉圧縮機を搭載していることにより、冷凍装置の機械室３０６の空間を小さく抑え、貯蔵空間３０４を広げることができると同時に冷凍装置の振動を低減することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機および冷凍装置は、気筒容積が大きくピストンの重量が重い密閉型圧縮機においても全高を低く抑え、振動を低減することができるので、電気冷凍冷蔵庫、あるいはエアーコンディショナー等の家庭用に限らず、業務用ショーケース、自動販売機等の冷凍装置に広く適用することができる。

１０２ 密閉容器
１０４ 電動要素
１０６ 圧縮要素
１２６ クランクシャフト
１２８ シリンダブロック
１３０ ピストン
１３２ コンロッド
１３４ 主軸
１３６ フランジ部
１３８ 偏心軸
１４２ シリンダ
１４４ 軸受
１５０ 固定子
１５２ 回転子
１５４ ヨーク
１５６ 永久磁石
１５８ フランジプレート
１６２ バランスウェイト
１６４ 開口部
１７０ クランクバランスウェイト
３１０ 冷媒回路
３１２ 圧縮機
３１４ 放熱器
３１６ 減圧装置
３１８ 吸熱器

Claims (5)

1. 密閉容器内に、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、主軸とフランジ部と偏心軸とで構成されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトの前記主軸を軸支する軸受とシリンダとを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸とを連結するコンロッドを備え、前記電動要素は、固定子と、前記固定子の外周を囲むように前記固定子と同軸に配置された回転子とを備え、前記回転子は、前記クランクシャフトのフランジ部より径が大きいフランジプレートの外周に永久磁石を配置して構成し、更に前記フランジプレートの前記クランクシャフトの偏芯軸側とは反対側部分にバランスウェイトを設けた密閉型圧縮機。
2. バランスウエイトは、フランジプレートの固定子側の面に設けた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. フランジプレートは、更にクランクシャフトの偏心軸側の部分に開口部を設けた請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. クランクシャフトは、そのフランジ部の偏心軸側とは反対側の部分にクランクバランスウェイトを設けた請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 圧縮機、放熱器、減圧装置、吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を備えた冷凍装置であって、前記圧縮機として請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機を用いた冷凍装置。

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