JP2017150425A - ２シリンダ型密閉圧縮機 - Google Patents

２シリンダ型密閉圧縮機 Download PDF

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Abstract

【課題】シャフトの偏心部の高さを縮小することで偏心部での摺動損失を低減できるとともに偏心部での最大応力を増加させないこと。
【解決手段】第１シリンダ３１Aの一方の面には主軸受５１、他方の面には中板５２を配置し、第２シリンダ３１Bの一方の面には中板５２、他方の面には副軸受５３を配置し、シャフト４０は、主軸部４１と、第１偏心部４２と、第２偏心部４３と、副軸部４４とで構成され、第１偏心部の高さ（Ｈ１）の中心位置である第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）を、第１ピストンの高さ（Ｐ１）の中心位置である第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）よりも主軸受５１に近い位置とし、第２偏心部の高さ（Ｈ２）の中心位置である第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）を、第２ピストン３２Ｂの高さ（Ｐ２）の中心位置である第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）よりも副軸受５３に近い位置としたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は空気調和機の室外機や冷凍機に用いられる２シリンダ型密閉圧縮機に関するものである。
一般に、空気調和機の室外機や冷凍機に用いられる密閉圧縮機は、密閉容器内に電動機部と圧縮機構部とを備え、電動機部と圧縮機構部とをシャフトによって連結し、シャフトの偏心部に取り付けたピストンを、シャフトの回転によって公転運動させる。ピストンを内部に配置するシリンダの両端面には、主軸受と副軸受とが配置され、シャフトは主軸受と副軸受とによって支持されている。そして、多くの場合には、１シリンダ型の密閉圧縮機が採用されている。
これに対して、特許文献１から特許文献４には、２シリンダ型の密閉圧縮機が開示されている。
特開２００１−２７１７７３号公報 特開２００８−１４１５０号公報 特開２０１２−５２５２２号公報 特開２０１２−１６７５８４号公報
ところで、従来から最も多く採用されてきている１シリンダ型の密閉圧縮機に対して、特許文献１から特許文献４において開示されている２シリンダ型の密閉圧縮機では、シャフトは２つの偏心部を備え、偏心部の外径および高さを縮小すると、この偏心部の摺動損失は低減できる。
しかしながら、偏心部の外径および高さを縮小することにより、偏心部の摺動面積が減少するため、偏心部での最大応力が増加してしまうという問題を有している。
そこで本発明は、偏心部とピストンとの中心位置とを異なる位置とすることで、偏心部での最大応力を低下させ、偏心部での摺動摩耗量を抑制することができる２シリンダ型密閉圧縮機を提供することを目的とする。
本発明の２シリンダ型密閉圧縮機は、第１偏心部の高さ（Ｈ１）の中心位置である第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）を、第１ピストンの高さ（Ｐ１）の中心位置である第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）よりも主軸受に近い位置とし、第２偏心部の高さ（Ｈ２）の中心位置である第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）を、第２ピストンの高さ（Ｐ２）の中心位置である第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）よりも副軸受に近い位置としている。
また本発明の２シリンダ型密閉圧縮機は、第１偏心部の高さ（Ｈ１）の中心位置である第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）と、第２偏心部の高さ（Ｈ２）の中心位置である第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）との偏心部間距離（ＬH）を、第１ピストンの高さ（Ｐ１）の中心位置である第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）と、第２ピストンの高さ（Ｐ２）の中心位置である第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）とのピストン間距離（ＬＰ）よりも大きくしている。
このように、第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）を第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）よりも主軸受に近い位置とし、第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）を第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）よりも副軸受に近い位置とし、または偏心部間距離（ＬH）をピストン間距離（ＬＰ）よりも大きくすることで、第１偏心部および第２偏心部での最大応力を低下させて摺動摩耗量を抑制することができるので、第１偏心部および第２偏心部の高さを縮小することが可能となり、摺動損失を低減することができる。
以上のように本発明によれば、２シリンダ型密閉圧縮機において、偏心部とピストンとの中心位置とを異なる位置とすることで、偏心部での最大応力を低下させ、偏心部での摺動摩耗量を抑制することができる２シリンダ型密閉圧縮機を提供できる。
本発明の実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機の断面図 同２シリンダ型密閉圧縮機に用いるシャフトおよびピストンの側面図 同２シリンダ型密閉圧縮機での副軸部における最大応力値の検証に用いる実施例と比較例との仕様を示す図 図３に示す実施例と比較例について、副軸部における最大応力値の検証結果を示すグラフ
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。
図１は、本発明の実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機の断面図である。
本実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機は、密閉容器１０内に電動機部２０と圧縮機構部３０とを備えている。電動機部２０と圧縮機構部３０とはシャフト４０によって連結されている。
電動機部２０は、密閉容器１０内面に固定される固定子２１と、固定子２１内で回転する回転子２２とから構成される。
本実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機は、圧縮機構部３０として、第１圧縮機構部３０Ａと第２圧縮機構部３０Ｂとを有している。
第１圧縮機構部３０Ａは、第１シリンダ３１Ａと、第１シリンダ３１Ａ内に配置される第１ピストン３２Ａと、第１シリンダ３１Ａ内を仕切るベーン（図示せず）とを有し、第１ピストン３２Ａが第１シリンダ３１Ａ内で公転運動することで、低圧の冷媒ガスを吸入して圧縮する。
第１圧縮機構部３０Ａと同様に、第２圧縮機構部３０Ｂは、第２シリンダ３１Ｂと、第２シリンダ３１Ｂ内に配置される第２ピストン３２Ｂと、第２シリンダ３１Ｂ内を仕切るベーン（図示せず）とを有し、第２ピストン３２Ｂが第２シリンダ３１Ｂ内で公転運動することで、低圧の冷媒ガスを吸入して圧縮する。
第１シリンダ３１Ａの一方の面には主軸受５１を配置し、第１シリンダ３１Ａの他方の面には中板５２を配置している。
また、第２シリンダ３１Ｂの一方の面には中板５２を配置し、第２シリンダ３１Ｂの他方の面には副軸受５３を配置している。
すなわち、中板５２は第１シリンダ３１Ａと第２シリンダ３１Ｂとを仕切る。中板５２は、シャフト４０の径よりも大きな開口部を有する。
シャフト４０は、回転子２２を取り付けて主軸受５１で支持される主軸部４１と、第１ピストン３２Ａを取り付ける第１偏心部４２と、第２ピストン３２Ｂを取り付ける第２偏心部４３と、副軸受５３で支持される副軸部４４とで構成される。
第１偏心部４２と第２偏心部４３とは１８０度の位相差を持って形成され、第１偏心部４２と第２偏心部４３との間には、連結軸部４５を形成している。
第１圧縮室３３Ａは、主軸受５１と中板５２との間で、第１シリンダ３１Ａ内周面と第１ピストン３２Ａ外周面との間に形成される。また、第２圧縮室３３Ｂは、中板５２と副軸受５３との間で、第２シリンダ３１Ｂ内周面と第２ピストン３２Ｂ外周面との間に形成される。
第１圧縮室３３Ａと第２圧縮室３３Ｂとの容積は同一である。すなわち、第１シリンダ３１Ａ内径と、第２シリンダ３１Ｂ内径とは同一であり、第１ピストン３２Ａ外径と第２ピストン３２Ｂ外径とは同一である。また、第１シリンダ３１Ａ内周高さと、第２シリンダ３１Ｂ内周高さとは同一であり、第１ピストン３２Ａ高さと第２ピストン３２Ｂ高さとは同一である。
密閉容器１０内の底部にはオイル溜め１１が形成され、シャフト４０の下端部にはオイルピックアップ１２を設けている。
また、図示はしないが、シャフト４０の内部には軸方向に給油路が形成され、給油路には、圧縮機構部３０の摺動面にオイルを供給するための連通路が形成されている。
密閉容器１０の側面には、第１吸入管１３Ａと第２吸入管１３Ｂとが接続され、密閉容器１０の上部には吐出管１４が接続されている。
第１吸入管１３Ａは第１圧縮室３３Ａに、第２吸入管１３Ｂは第２圧縮室３３Ｂに、それぞれ接続されている。第１吸入管１３Ａおよび第２吸入管１３Ｂの上流側には、アキュムレータ１５を設けている。アキュムレータ１５は、冷凍サイクルから戻ってきた冷媒を、液冷媒とガス冷媒に分離する。第１吸入管１３Ａおよび第２吸入管１３Ｂにはガス冷媒が流れる。
シャフト４０の回転によって、第１ピストン３２Ａおよび第２ピストン３２Ｂは、第１圧縮室３３Ａおよび第２圧縮室３３Ｂ内で公転運動を行う。
第１ピストン３２Ａおよび第２ピストン３２Ｂの公転運動によって、第１吸入管１３Ａおよび第２吸入管１３Ｂから第１圧縮室３３Ａおよび第２圧縮室３３Ｂに吸入されたガス冷媒は、第１圧縮室３３Ａおよび第２圧縮室３３Ｂで圧縮された後に密閉容器１０内に吐出され、電動機部２０を通過して上昇する間にオイルを分離し、吐出管１４から密閉容器１０外に吐出される。
また、シャフト４０の回転によって、オイル溜め１１から吸い上げたオイルは、連通路から圧縮機構部３０に供給され、圧縮機構部３０の摺動面の潤滑を行う。
図２は、本実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機に用いるシャフトおよびピストンの側面図である。
シャフト４０は、主軸部４１と、第１偏心部４２と、第２偏心部４３と、副軸部４４と、連結軸部４５とで構成されている。
主軸部４１の第１偏心部４２側端部には、シャフト４０の内部に形成された給油路に連通している第１連通路１２Ａが開口し、副軸部４４の第２偏心部４３側端部には、シャフト４０の内部に形成された給油路に連通している第２連通路１２Ｂが開口している。
第１連通路１２Ａを開口させた位置では、主軸部４１の軸径より軸径を小さくし、第２連通路１２Ｂを開口させた位置では、副軸部４４の軸径より軸径を小さくすることで、圧縮機構部３０へのオイル供給を確実に行える。
第１偏心部４２の側面には、シャフト４０の内部に形成された給油路に連通している第３連通路１２Ｃが開口し、第２偏心部４３の側面には、シャフト４０の内部に形成された給油路に連通している第４連通路１２Ｄが開口している。
第２偏心部４３の副軸部４４側には、スラスト受け部４６を形成している。スラスト受け部４６の軸径は、第２偏心部４３の軸径よりも小さく、副軸部４４の軸径よりも大きくしている。
スラスト受け部４６の端面は、図１に示す副軸受５３における第２シリンダ３１Ｂ側の面と当接する。
本実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機は、シャフト４０のスラスト荷重を、スラスト受け部４６の端面によって、副軸受５３における第２シリンダ３１Ｂ側の面で受けることで、スラスト荷重を、副軸部４４で受ける構成に比べて、安定して受けることができる。
本実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機は、第１偏心部４２の高さ（Ｈ１）の中心位置である第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）を、第１ピストン３２Ａの高さ（Ｐ１）の中心位置である第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）よりも主軸受５１に近い位置としている。また、本実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機は、第２偏心部４３の高さ（Ｈ２）の中心位置である第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）を、第２ピストン３２Ｂの高さ（Ｐ２）の中心位置である第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）よりも副軸受５３に近い位置としている。
また本実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機は、第１偏心部４２の高さ（Ｈ１）の中心位置である第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）と、第２偏心部４３の高さ（Ｈ２）の中心位置である第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）との偏心部間距離（ＬH）を、第１ピストン３２Ａの高さ（Ｐ１）の中心位置である第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）と、第２ピストン３２Ｂの高さ（Ｐ２）の中心位置である第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）とのピストン間距離（ＬＰ）よりも大きくしている。
このように、第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）を第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）よりも主軸受５１に近い位置とし、第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）を第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）よりも副軸受５３に近い位置とし、または偏心部間距離（ＬH）をピストン間距離（ＬＰ）よりも大きくすることで、第１偏心部４２および第２偏心部４３での最大応力を低下させて摺動摩耗量を抑制することができるので、第１偏心部４２および第２偏心部４３のそれぞれの高さ（Ｈ１、Ｈ２）を縮小することが可能となり、摺動損失を低減することができる。
第１ピストン３２Ａの高さ（Ｐ１）に対する第１偏心部４２の高さ（Ｈ１）の比は４０〜７５％、第２ピストン３２Ｂの高さ（Ｐ２）に対する第２偏心部４３の高さ（Ｈ２）の比は４０〜７５％とすることができる。
図３および図４は、本実施の形態による２シリンダ型密閉圧縮機での副軸部における最大応力値の検証結果を示している。
図３は、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）とが一致する比較例と、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との間に距離を有する実施例との仕様を示している。
実施例１は、偏心部の高さ（Ｈ）を２４．０ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）を３２．０ｍｍ、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を０．６ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）に対する偏心部の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｐ）を７５％としている。
実施例２は、偏心部の高さ（Ｈ）を２２．０ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）を３２．０ｍｍ、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を１．６ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）に対する偏心部の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｐ）を６９％としている。
実施例３は、偏心部の高さ（Ｈ）を１９．２ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）を３２．０ｍｍ、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を３．０ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）に対する偏心部の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｐ）を６０％としている。
実施例４は、偏心部の高さ（Ｈ）を１７．０ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）を３２．０ｍｍ、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を４．１ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）に対する偏心部の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｐ）を５３％としている。
実施例５は、偏心部の高さ（Ｈ）を１５．０ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）を３２．０ｍｍ、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を５．１ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）に対する偏心部の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｐ）を４７％としている。
実施例６は、偏心部の高さ（Ｈ）を１３．０ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）を３２．０ｍｍ、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を６．１ｍｍ、ピストン高さ（Ｐ）に対する偏心部の高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｐ）を４１％としている。
図４は、比較例および実施例について、第１偏心部および第２偏心部における最大応力値の検証結果を示すグラフである。
図４（ａ）の比較例１〜比較例３に示すように、ピストン高さ（Ｐ）を一定として偏心部の高さ（Ｈ）を小さくすると偏心部４２、４３での最大応力値は高くなる。
実施例１は、ピストン高さ（Ｐ）を比較例１と同じとし、偏心部の高さ（Ｈ）を比較例１より２．０ｍｍ小さくし、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を０．６ｍｍとしたものである。第１偏心部４２での最大応力値は、比較例１と比較して、実施例１では１３％低下し、第２偏心部４３での最大応力値は、比較例１と比較して、実施例１では２６％低下している。
実施例２は、ピストン高さ（Ｐ）および偏心部の高さ（Ｈ）を比較例１と同じとし、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を１．６ｍｍとしたものである。第１偏心部４２での最大応力値は、比較例１と比較して、実施例２では１１％低下し、第２偏心部４３での最大応力値は、比較例１と比較して、実施例２では２５％低下している。
実施例３は、ピストン高さ（Ｐ）および偏心部の高さ（Ｈ）を比較例２と同じとし、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を３．０ｍｍとしたものである。第１偏心部４２での最大応力値は、比較例１と比較して、比較例２では１7％上昇するのに対して実施例３では7％低下し、第２偏心部４３での最大応力値は、比較例１と比較して、比較例２では１２％上昇するのに対して実施例３では２２％低下している。
実施例４は、ピストン高さ（Ｐ）および偏心部の高さ（Ｈ）を比較例３と同じとし、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を４．１ｍｍとしたものである。第１偏心部４２での最大応力値は、比較例１と比較して、比較例３では２４％上昇するのに対して実施例４では１％低下し、第２偏心部４３での最大応力値は、比較例１と比較して、比較例３では２５％上昇するのに対して実施例４では１７％低下している。
実施例５は、実施例４に対して偏心部の高さ（Ｈ）を更に小さくし、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を更に大きくし、実施例６は、実施例５に対して偏心部の高さ（Ｈ）を更に小さくし、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）との距離（ｅ）を更に大きくしたものである。
実施例５は実施例４に対して最大応力値は増加し、実施例６は実施例５に対して最大応力値は増加しているが、実施例５および実施例６は、偏心部の高さが高い比較例３よりも最大応力値は低い。
図４（ｂ）は、図４（ａ）における実施例１〜実施例６の第２偏心部の最大応力比を示している。
図４（ｂ）には、ピストン高さ（Ｐ）に対する偏心部の高さ（Ｈ）の比であるＨ／Ｐは、０．４０〜０．７５の範囲において、第２偏心部４３の最大応力は著しく上昇しないことが示されている。すなわち、偏心部の高さ（Ｈ）はピストン高さ（Ｐ）に対して、４０〜７５％の範囲において、偏心部中心位置（Ｈ／２）とピストン中心位置（Ｐ／２）とが一致する比較例に対して十分な効果を発揮していることを示している。
本発明は、２シリンダ型密閉圧縮機を対象としているが、３個以上の複数個のシリンダを搭載した多段式圧縮機でも適用可能である。
１０ 密閉容器
２０ 電動機部
２１ 固定子
２２ 回転子
３０ 圧縮機構部
３０Ａ 第１圧縮機構部
３０Ｂ 第２圧縮機構部
３１Ａ 第１シリンダ
３１Ｂ 第２シリンダ
３２Ａ 第１ピストン
３２Ｂ 第２ピストン
４０ シャフト
４１ 主軸部
４２ 第１偏心部
４３ 第２偏心部
４４ 副軸部
５１ 主軸受
５２ 中板
５３ 副軸受

Claims (3)

  1. 密閉容器内に電動機部と圧縮機構部とを備え、
    前記電動機部と前記圧縮機構部とはシャフトによって連結され、
    前記電動機部は、前記密閉容器内面に固定される固定子と、前記固定子内で回転する回転子とを有し、
    前記圧縮機構部として、第１圧縮機構部と第２圧縮機構部とを有し、
    前記第１圧縮機構部は、第１シリンダと、前記第１シリンダ内に配置される第１ピストンとを有し、
    前記第２圧縮機構部は、第２シリンダと、前記第２シリンダ内に配置される第２ピストンとを有し、
    前記第１シリンダの一方の面には主軸受を配置し、前記第１シリンダの他方の面には中板を配置し、
    前記第２シリンダの一方の面には前記中板を配置し、前記第２シリンダの他方の面には副軸受を配置し、
    前記シャフトは、
    前記回転子を取り付けて前記主軸受で支持される主軸部と、
    前記第１ピストンを取り付ける第１偏心部と、
    前記第２ピストンを取り付ける第２偏心部と、
    前記副軸受で支持される副軸部と
    で構成され、
    前記第１偏心部の高さ（Ｈ１）の中心位置である第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）を、前記第１ピストンの高さ（Ｐ１）の中心位置である第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）よりも前記主軸受に近い位置とし、
    前記第２偏心部の高さ（Ｈ２）の中心位置である第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）を、前記第２ピストンの高さ（Ｐ２）の中心位置である第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）よりも前記副軸受に近い位置としたことを特徴とする２シリンダ型密閉圧縮機。
  2. 密閉容器内に電動機部と圧縮機構部とを備え、
    前記電動機部と前記圧縮機構部とはシャフトによって連結され、
    前記電動機部は、前記密閉容器内面に固定される固定子と、前記固定子内で回転する回転子とを有し、
    前記圧縮機構部として、第１圧縮機構部と第２圧縮機構部とを有し、
    前記第１圧縮機構部は、第１シリンダと、前記第１シリンダ内に配置される第１ピストンとを有し、
    前記第２圧縮機構部は、第２シリンダと、前記第２シリンダ内に配置される第２ピストンとを有し、
    前記第１シリンダの一方の面には主軸受を配置し、前記第１シリンダの他方の面には中板を配置し、
    前記第２シリンダの一方の面には前記中板を配置し、前記第２シリンダの他方の面には副軸受を配置し、
    前記シャフトは、
    前記回転子を取り付けて前記主軸受で支持される主軸部と、
    前記第１ピストンを取り付ける第１偏心部と、
    前記第２ピストンを取り付ける第２偏心部と、
    前記副軸受で支持される副軸部と
    で構成され、
    前記第１偏心部の高さ（Ｈ１）の中心位置である第１偏心部中心位置（Ｈ１／２）と、前記第２偏心部の高さ（Ｈ２）の中心位置である第２偏心部中心位置（Ｈ２／２）との偏心部間距離（Ｌｈ）を、
    前記第１ピストンの高さ（Ｐ１）の中心位置である第１ピストン中心位置（Ｐ１／２）と、前記第２ピストンの高さ（Ｐ２）の中心位置である第２ピストン中心位置（Ｐ２／２）とのピストン間距離（Ｌｐ）
    よりも大きくしたことを特徴とする２シリンダ型密閉圧縮機。
  3. 前記第１ピストンの前記高さ（Ｐ１）に対する前記第１偏心部の前記高さ（Ｈ１）の比を４０〜７５％、前記第２ピストンの前記高さ（Ｐ２）に対する前記第２偏心部の前記高さ（Ｈ２）の比を４０〜７５％としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２シリンダ型密閉圧縮機。
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