JP2017198088A - 回転式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転式圧縮機のクランク軸は、圧縮機構の偏芯による遠心力と、それと釣り合うバランスウェイトの遠心力と、軸受に支持されることにより、ほぼ直立して回転する。しかし遠心力によりクランク軸は変形し、軸受の信頼性を低下させるとともに、圧縮機効率を低下させる。そこで、クランク軸の径を大きくすることなくクランク軸の変形を抑制し、軸受の信頼性および圧縮機効率を向上することを目的とする。【解決手段】密閉容器と、密閉容器の内部に収納された圧縮機構及び電動機とを備え、圧縮機構はクランク軸を介して電動機により駆動され、クランク軸は、少なくとも２つの軸受により支持され、圧縮機構の偏芯重量をバランスさせるためのバランスウェイトを備えた回転式圧縮機であって、クランク軸の外径よりも大きい外径のリング部材をクランク軸に密着固定するように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍、空調用の冷媒圧縮機や、空気やその他の電動圧縮機などで使用される回転式圧縮機の信頼性および効率に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。特許文献１には、「転がり軸受は電動機の上側に配置され、副軸受部主要部を構成する転がり軸受（副軸受）は電動機の下側に配置されている。転がり軸受は、電動機の両側で主軸部分を支持する主軸用軸受を構成する。電動機の両側で主軸部分を転がり軸受により支持しているので、主軸用軸受の動力損失を抑制しつつ、回転軸の主軸部分が傾くことを防止することができる。」と記載されている。

特開２００９−２８１１６５号公報

特許文献１に記載の圧縮機のクランク軸は、圧縮機構の偏芯による遠心力と、それと釣り合うバランスウェイトの遠心力と、軸受に支持されることにより、ほぼ直立して回転する。しかし、遠心力によりクランク軸は変形し、軸受を支点にたわみが発生し、たわみにより軸受部には軸の傾斜角が発生する。軸の傾斜角は軸受の片当たりを引き起こし、軸受の信頼性を低下させるとともに、摺動損失を増加させることにより圧縮機効率を低下させる。特に、大容量化、大型化により、軸受への荷重は増大し、高速回転化により遠心力が増大し、よりクランク軸が変形しやすいという課題がある。

クランク軸の変形を抑制するには、クランク軸の径を大きくすることによりクランク軸の剛性を向上させることが効果的であるが、クランク軸の径を大きくすることは、軸受やモータも合わせて径を大きくする必要がある。

本発明は、軸受径やモータ径の制限を受けずにクランク軸の剛性を向上させることにより、クランク軸の変形を抑制し、軸受の信頼性および圧縮機効率を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、その一例を挙げるならば、密閉容器と、密閉容器の内部に収納された圧縮機構及び電動機とを備え、圧縮機構はクランク軸を介して電動機により駆動され、クランク軸は、少なくとも２つの軸受により支持され、圧縮機構の偏芯重量をバランスさせるためのバランスウェイトを備えた回転式圧縮機であって、クランク軸の外径よりも大きい外径のリング部材をクランク軸に密着固定するように構成した。

本発明によれば、信頼性および圧縮機効率の高い回転式圧縮機を実現することができる。

実施例１におけるスクロール圧縮機の全体構造を表す図である。 実施例１におけるスクロール圧縮機のリング部材によってクランク軸の変形を抑制する状態を説明するための模式図である。 実施例２におけるスクロール圧縮機のバランスウェイト周りの拡大図である。 実施例３におけるスクロール圧縮機の全体構造を表す図である。 実施例３におけるスクロール圧縮機のリング部材によってクランク軸の変形を抑制する状態を説明するための模式図である。 実施例４におけるスクロール圧縮機のリング部材周りの拡大図である。 実施例４におけるスクロール圧縮機のリング部材によってクランク軸の変形を抑制する状態を説明するための図である。 実施例５におけるスクロール圧縮機のリング部材周りの拡大図である。 実施例５におけるスクロール圧縮機のリング部材によってクランク軸の変形を抑制する状態を説明するための図である。

以下、図を用いて本発明の実施例を説明する。

本発明は、圧縮機構部に偏芯重量を持ち、圧縮機構部の偏芯重量をバランスさせる回転式圧縮機一般に適用可能であるが、スクロール圧縮機を例として説明する。なお、本発明が適用される回転式圧縮機としては、スクロール圧縮機以外に、ロータリー圧縮機やスクリュー圧縮機等がある。

本実施例について、図１、２を用いて説明する。

図１は本実施例におけるスクロール圧縮機の縦断面を示す図である。図１において、スクロール圧縮機１は、圧縮機構部２、駆動部３及びクランク軸３００などを密閉容器７００内に収納して構成されている。

圧縮機構部２は、固定スクロール１００と旋回スクロール２００とフレーム４００とを基本要素とするスクロール圧縮機構として構成されている。フレーム４００は密閉容器７００に固定され、転がり軸受４０１を配設する部材を構成している。固定スクロール１００は、固定スクロール用の台板１０１と渦巻状ラップであるスクロール渦巻体１０２と吸入口１０３と吐出口１０４とを基本構成部分として構成され、フレーム４００にボルト４０２により固定されている。スクロール渦巻体１０２は台板１０１の一側に垂直に立設されている。旋回スクロール２００は、旋回スクロール用の台板２０１と渦巻状ラップであるスクロール渦巻体２０２、旋回スクロール軸受部２０３、この旋回スクロール軸受部２０３に配設されたすべり軸受２０４を基本構成部分として構成されている。スクロール渦巻体２０２は台板２０１の一側に垂直に立設されている。旋回スクロール軸受部２０３は台板２０１の他側（反渦巻体側）に垂直に突出して形成されている。

固定スクロール１００と旋回スクロール２００を噛み合わせて構成した圧縮室１３０は、旋回スクロール２００が旋回運動することによりその容積が減少する圧縮動作が行われる。

旋回スクロール２００を旋回駆動する駆動部３は、ステータ６０１及びロータ６０２からなる電動機６００、クランク軸３００、旋回スクロール２００の自転防止機構の主要部品であるオルダム継手５００、フレーム４００、転がり軸受４０１、８０３、旋回スクロール軸受部２０３及び旋回スクロール軸受部２０３に配設されたすべり軸受２０４を基本要素として構成されている。

オルダム継手５００は、旋回スクロール２００の台板２０１の背面に配設されている。オルダム継手５００に形成した直交する２組のキー部分の１組がフレーム４００に構成したオルダム継手５００の受け部であるキー溝を滑動し、残りの１組がスクロール渦巻体２０２の背面側に構成したキー溝を滑動する。これによって、旋回スクロール２００は、スクロール渦巻体２０２の立設する方向である軸線方向に垂直な面内を固定スクロール１００に対して自転せずに旋回運動する。

圧縮機構部２は、電動機６００に連結したクランク軸３００の回転によりクランクピン３０１が偏心回転すると、旋回スクロール２００がオルダム継手５００の自転防止機構により固定スクロール１００に対し自転せずに旋回運動を行い、これによって、ガスが、吸入管７０２および吸入口１０３を介してスクロール渦巻体１０２およびスクロール渦巻体２０２で形成される圧縮室１３０に吸入される。旋回スクロール２００の旋回運動により、圧縮室１３０は中央部へ移動しながら容積を減少してガスを圧縮し、圧縮ガスを吐出口１０４より吐出室に吐出する。吐出室に吐出されたガスは、圧縮機構部２および電動機６００の周囲を循環した後、吐出管７０１から圧縮機外へ放出される。

クランク軸３００は、主軸部３０２、クランクピン３０１及び副軸受支持部３０３を一体に構成している。主軸部３０２と副軸受支持部３０３とは、同一軸心に形成され、主軸部分を構成している。転がり軸受４０１、８０３はクランク軸３００の主軸部３０２および副軸受支持部３０３を回転自在に係合するクランク軸支持部を構成する。旋回スクロール軸受部２０３は、その内径にすべり軸受２０４が圧入され、クランク軸３００のクランクピン３０１をクランク軸方向であるスラスト方向に移動可能かつ回転自在に係合するように、旋回スクロール２００に備えられている。

転がり軸受４０１は電動機６００の上側に配置され、転がり軸受８０３は電動機６００の下側に配置されている。転がり軸受４０１、８０３は、電動機６００の両側で主軸部３０２を支持する主軸用軸受として機能し、それぞれ主軸受部、副軸受部を構成する。すなわち、転がり軸受４０１はフレーム４００の一部である主軸受部を構成し、転がり軸受８０３は副軸受部８００の主要部を構成する。電動機６００の両側で主軸部分を転がり軸受４０１、８０３により支持しているため、主軸用軸受の動力損失を抑制しつつ、クランク軸の主軸部分が傾くことを防止することができる。

密閉容器７００に固定された下フレーム８０１にハウジング８０２がボルト８０４を介して固定されており、ハウジング８０２には転がり軸受８０３が上方から挿入されている。

バランスウェイト４０３は、主軸用軸受である転がり軸受４０１より電動機側（反クランクピン側）に位置してクランク軸３００に設けられている。

クランク軸３００は、旋回スクロール２００の偏芯による遠心力と、それと釣り合うバランスウェイト４０３の遠心力と、転がり軸受４０１、８０３に支持されることにより、ほぼ直立して回転する。しかし遠心力によりクランク軸３００は変形し、転がり軸受４０１、８０３を支点にたわみが発生し、たわみにより軸受部には軸の傾斜角が発生する。軸の傾斜角は軸受の片当たりを引き起こし、転がり軸受４０１、８０３の信頼性を低下させるとともに、摺動損失を増加させることで圧縮機効率を低下させる。

クランク軸３００の変形を抑制するには、クランク軸３００の径を大きくすることによりクランク軸３００の剛性を向上させることが効果的である。しかしながら、転がり軸受４０１の内輪及びロータ６０２はクランク軸３００に圧入または焼嵌めなどにより固定されるため、クランク軸３００の径を大きくすることは転がり軸受４０１やロータ６０２も合わせて径を大きくする必要がある。

そこで本実施例では、クランク軸３００の外径よりも大きい外径のリング部材４０４をクランク軸３００に密着固定する構造を採用する。密着固定でないと、変形を抑制することができないので、例えば、締まり嵌めにて密着固定する。なお、締まり嵌めとしては、圧入や焼嵌め等がある。

本実施例によれば、クランク軸３００の径を大きくする必要が無いため、軸受径やモータ径の制限を受けずにクランク軸３００の剛性を向上させることができる。

図２に、本実施例におけるスクロール圧縮機のリング部材によってクランク軸の変形を抑制する状態を説明するための模式図を示す。図２において、主軸受と副軸受の２点でクランク軸３００が支持されており、図面の左右方向がクランク軸の変形量の大きさを示している。また、バランスウェイトとリング部材は主軸受と副軸受との間に配置されている。中心の１点鎖線が運転停止時の軸変形がない状態を示しており、これに対し、運転中は、旋回スクロールの遠心力とバランスウェイトの遠心力とにより、従来は、点線で示すように軸変形が生じる。これに対して、本実施例によれば、実線で示したように、リング部材をクランク軸に密着固定することで、その軸変形を抑制できる。

なお、本実施例では、主軸部３０２を支持する主軸用軸受として、主軸受部と副軸受部の２つを有する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、主軸用軸受として３つ以上有していてもよい。

以上のように、本実施例は、密閉容器と、密閉容器の内部に収納された圧縮機構及び電動機とを備え、圧縮機構はクランク軸を介して電動機により駆動され、クランク軸は、少なくとも２つの軸受により支持され、圧縮機構の偏芯重量をバランスさせるためのバランスウェイトを備えた回転式圧縮機であって、クランク軸の外径よりも大きい外径のリング部材をクランク軸に密着固定するように構成した。

これにより、クランク軸の外径よりも大きい外径のリング部材をクランク軸に密着固定することで、クランク軸の変形を抑制することができ、信頼性および圧縮機効率の高い回転式圧縮機を実現することができる。

本実施例は、リング部材とバランスウェイトを一体とした場合の例について説明する。

図３は本実施例におけるスクロール圧縮機のバランスウェイト周りの拡大図である。図３において、バランスウェイト４０３及びリング部材４０４の構造以外は実施例１と同じであり、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

実施例１の構造ではバランスウェイト４０３及びリング部材４０４が別部品であったが、本実施例の構造では、図３に示すように、リング部材４０４がバランスウェイト４０３と一体として設けられており、バランスウェイト部とリング部が共に締まり嵌めにてクランク軸３００に固定されている。これにより、実施例１と同様に図２に示す効果を得ることができると共に、さらに、バランスウェイト４０３とリング部材４０４を一体成型することで部品点数が減り、コストの増加を抑えることができる。

本実施例におけるスクロール圧縮機について、図４、５を用いて説明する。本実施例では、バランスウェイト４０３、リング部材４０４の配置以外は実施例１と同じであり、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

図４は本実施例におけるスクロール圧縮機の縦断面を示す図である。実施例１の構造ではバランスウェイト４０３は、主軸用軸受である転がり軸受４０１より電動機６００側（反クランクピン３０１側）に位置していたが、本実施例の構造では、図４に示すように、バランスウェイト４０３がすべり軸受２０４と転がり軸受４０１の間に配置されている。バランスウェイト４０３を旋回スクロール２００に近い位置に配置することで、主軸受部から電動機６００との間の範囲にバランスウェイト４０３を置く必要がないので、リング部材４０４を広範囲に配置することが可能となる。リング部材４０４は、実施例１と同様に、クランク軸３００の外径よりも大きい外径を有し、クランク軸３００に締まり嵌めにて密着固定する構造とする。

図５に、本実施例におけるスクロール圧縮機のリング部材によってクランク軸の変形を抑制する状態を説明するための模式図を示す。図５において、図２と同様に、主軸受と副軸受の２点でクランク軸３００が支持されており、図面の左右方向がクランク軸の変形量の大きさを示している。中心の１点鎖線が運転停止時の軸変形がない状態を示しており、これに対し、運転中は、旋回スクロールの遠心力とバランスウェイトの遠心力とにより、従来は、点線で示すように軸変形が生じる。これに対して、本実施例によれば、実線で示したように、リング部材をクランク軸に対して広範囲に密着固定することで、その軸変形をより抑制することができる。

本実施例におけるスクロール圧縮機について、図６、７を用いて説明する。本実施例では、リング部材４０４の構造以外は実施例１と同じであり、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
図６は本実施例におけるスクロール圧縮機のリング部材４０４周りの拡大図である。本実施例では、図６に示すように第一の径で形成された第一のリング部４０４ａと、第一のリング部４０４ａよりも大きい径の第二のリング部４０４ｂを備えることを特徴とする。本実施例によれば、図７に示すようにクランク軸３００のたわみが最も大きくなる位置に大きい径の第二のリング部４０４ｂを配置することで、効率的にたわみを抑えることができ、その他の範囲に小さい径の第一のリング部４０４ａを配置することで、コストの増加を抑えることができる。

本実施例におけるスクロール圧縮機について、図８、９を用いて説明する。本実施例では、リング部材４０４の構造以外は実施例１と同じであり、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

図８は本実施例におけるスクロール圧縮機のリング部材４０４周りの拡大図である。本実施例では、図８に示すように第一の径で形成された第一のリング部４０４ａと、第一のリング部４０４ａよりも大きい径の第二のリング部４０４ｂを備え、第二のリング部４０４ｂが第一のリング部４０４ａよりもバランスウェイト４０３に近い位置に配置されていることを特徴とする。本実施例によれば、大きい径の第二のリング部４０４ｂをバランスウェイトに近い位置に配置し、小さい径の第一のリング部４０４ａをロータ６０２側に配置することで、空間に制限のある電動機６００周りにも、リング部材４０４を配置することが可能となり、図９に示すようにクランク軸の変形を抑制することができる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

１：スクロール圧縮機、２：圧縮機構部、３：駆動部、１００：固定スクロール、１０１：台板、１０２：スクロール渦巻体、１０３：吸入口、１０４：吐出口、１３０：圧縮室、２００：旋回スクロール、２０１：台板、２０２：スクロール渦巻体、２０３：旋回スクロール軸受部、２０４：すべり軸受、３００：クランク軸、３０１：クランクピン、３０２：主軸部、３０３：副軸受支持部、４００：フレーム、４０１：転がり軸受、４０２：ボルト、４０３：バランスウェイト、４０４：リング部材、４０４ａ：第一のリング部、４０４ｂ：第二のリング部、５００：オルダム継手、６００：電動機、６０１：ステータ、６０２：ロータ、７００：密閉容器、７０１：吐出管、７０２：吸入管、８００：副軸受部、８０１：下フレーム、８０２：ハウジング、８０３：転がり軸受、８０４：ボルト

Claims (7)

1. 密閉容器と、該密閉容器の内部に収納された圧縮機構及び電動機とを備え、前記圧縮機構はクランク軸を介して前記電動機により駆動され、前記クランク軸は、少なくとも２つの軸受により支持され、前記圧縮機構の偏芯重量をバランスさせるためのバランスウェイトを備えた回転式圧縮機であって、
   前記クランク軸の外径よりも大きい外径のリング部材を前記クランク軸に密着固定することを特徴とする回転式圧縮機。
2. 請求項1に記載の回転式圧縮機であって、
   前記バランスウェイトと前記リング部材は前記２つの軸受の間に配置されていることを特徴とする回転式圧縮機。
3. 請求項1に記載の回転式圧縮機であって、
   前記リング部材が前記バランスウェイトと一体として設けられていることを特徴とする回転式圧縮機。
4. 請求項1に記載の回転式圧縮機であって、
   前記２つの軸受は、前記圧縮機構側の主軸受と前記電動機側の副軸受であり、
   前記バランスウェイトが前記圧縮機構を支持する軸受と前記主軸受の間に配置され、
   前記リング部材は前記バランスウェイトと前記電動機の間に配置されていることを特徴とする回転式圧縮機。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の回転式圧縮機であって、
   前記リング部材は、第一の径で形成された第一のリング部と、第一のリング部よりも大きい径の第二のリング部で構成されていることを特徴とする回転式圧縮機。
6. 請求項５に記載の回転式圧縮機であって、
   前記第二のリング部は、前記第一のリング部よりも前記バランスウェイトに近い位置に配置されていることを特徴とする回転式圧縮機。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の回転式圧縮機であって、
   前記圧縮機構は、固定スクロールと旋回スクロールとフレームとを基本要素とするスクロール圧縮機構であることを特徴とする回転式圧縮機。

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