JP2018076780A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の軸支持部の軸受において、電食による軸受の損傷が発生する。対策として、軸と軸受の間に絶縁部材を設置するが、絶縁部材の材料強度が金属に対して弱くなるため、絶縁部材の摩耗によって摩耗粉が発生し、軸受が損傷する問題がある。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機機構部と、動力を発生する電動機部と、該電動機部の動力を前記圧縮機機構部に伝達するクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する軸受と、を具備し、前記クランク軸と前記軸受の間には、内周側に前記クランク軸と締結する軸固定部を有し、外周側に前記クランク軸の給油穴から供給された潤滑油を溜める油溜め空間を形成した、略円管状の絶縁部材が配置され、前記クランク軸と前記絶縁部材が同期し、前記絶縁部材と前記軸受が摺動して回転するものとした。【選択図】図３

Description

本発明は、空調機用の冷媒圧縮機に関する。

冷凍空調機器には、通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ）の向上による省エネルギー化への対応が求められている。これを達成するため、冷凍空調機器に用いられる冷媒圧縮機の仕様は、永久磁石電動機をインバータ制御する方式が主流となっている。さらに、近年では、急速冷房の要求への対応として、圧縮機運転条件が高回転数・高負荷へと拡大しているため、圧縮機駆動電流が通常運転時のそれより増大する傾向にある。

この圧縮機駆動電流の増大により、電動機の電流がクランク軸に流れ、そこからクランク軸を支持する軸受に流れ、軸受の内外輪と転動体の隙間で放電現象が発生し、軸受が損傷する電食が増えている。そして、この対策として、クランク軸と軸受部との間に絶縁性の高い材料を組付ける方法が知られている。

例えば、特許文献１では、図８、段落００４１に「本実施の形態では、軸支持部５０の、内輪５０ａ，転動体５０ｂ，外輪５０ｃの何れか、あるいは組み合わせとして、絶縁体であるセラミックスとして構成するか、セラミックス膜を内輪５０ａ，転動体５０ｂ，外輪５０ｃに形成するか、あるいは、絶縁性の高い樹脂被膜、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）系樹脂膜を形成させて、軸支持部でのクランク軸５１から軸支持部５０を通過する電流を遮断させる。この軸支持部周辺の構造と各三相の中性点同士を結線することを組み合わせることで、容積形圧縮機の軸受電流増加を効果的に防ぐものである。なお、軸支持部５０の外周側に絶縁性の高い被膜やシートを挟む構造としても同様の効果を得ることができる。」と開示されている。

また、特許文献２では、図５、段落００３３、００３９に「以上のように第１の実施の形態によれば、回転シャフト５と接地との間の電位差が、軸受け３の寄生容量Ｃｂと、絶縁体４１を挟んで寄生する寄生容量Ｃｉとに分圧される。よって軸受け３にかかる電位差を低減でき、以て軸受け３の電食を低減できる。しかも回転シャフト５には金属製のものを採用できるので、強度に優れる。」、「そして第１の実施の形態では絶縁体４１が外輪３２側に設けられており、第２の実施の形態では絶縁体４２が内輪３１側に設けられている点で相違はあるものの、軸受内輪面の面積は外輪面に比べて十分小さいため、外輪３２に設けられた絶縁体４１に要求される厚さを内輪３１側に設けられた絶縁体４２の厚さとして採用すれば、絶縁体４２の静電容量は十分に小さくすることができ、第１の実施の形態と同様に奏功する。」と開示されている。

これらの方法により、軸受部に流れる電流を減少させることができ、電食を防止することができる。

特開２０１１−２５９６４６号公報 特開２００８−２６３６９８号公報

しかしながら、軸受に絶縁性が高い樹脂材を用いた場合には、金属材のクランク軸と強度が弱い樹脂材の摺動によって樹脂材の摩耗が発生するとともに、樹脂材の摩耗粉によって圧縮機部品の損傷が発生する可能性がある。また、軸受に絶縁性が高いセラミックス材を用いた場合には、軸受の製造コストが大幅に上昇してしまうという問題がある。

本発明は、軸受部品の電食防止のために設けた絶縁部材の摺動による摩耗を抑制し、軸受の損傷を抑え、信頼性の高い圧縮機を、低コストで提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の冷媒圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機機構部と、動力を発生する電動機部と、該電動機部の動力を前記圧縮機機構部に伝達するクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する軸受と、を具備し、前記クランク軸と前記軸受の間には、内周側に前記クランク軸と締結する軸固定部を有し、外周側に前記クランク軸の給油穴から供給された潤滑油を溜める油溜め空間を形成した、略円管状の絶縁部材が配置され、前記クランク軸と前記絶縁部材が同期し、前記絶縁部材と前記軸受が摺動して回転するものとした。

また、本発明の冷媒圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機機構部と、動力を発生する電動機部と、該電動機部の動力を前記圧縮機機構部に伝達するクランク軸と、該クランク軸を回転自在に支持する玉軸受と、を具備し、前記クランク軸と前記玉軸受の間には、内周側に前記クランク軸と締結する軸固定部を有し、外周側に前記玉軸受の内輪と締結する内輪側固定部を有する、略円管状の絶縁部材が配置され、前記クランク軸と前記絶縁部材と前記玉軸受の内輪が同期して回転するものとした。

軸受に配置する絶縁部材を低コストの樹脂製とした場合であっても、絶縁部材が摩耗し難い構造となるため、冷媒圧縮機の摺動による軸受の摩耗が抑制され、絶縁部材の摩耗粉が少なくなり、摩耗粉による軸受の損傷や、その他圧縮機内の摺動部分の損傷を抑えることができるため、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

実施例１のスクロール圧縮機の縦断面図。 実施例１による副軸受部の拡大図。 実施例１による絶縁部材の構造図。 実施例２による絶縁部材の構造図。 実施例３による絶縁部材の構造図。 実施例４による副軸受部の拡大図。 実施例４による絶縁部材の構造図。 実施例４による玉軸受の構造図。 実施例４による絶縁部材と玉軸受の組図。

以下、本発明の冷媒圧縮機を説明をするにあたって、スクロール圧縮機を例に説明するが、ロータリー圧縮機など他の圧縮機構を備えた流体圧縮機に適用してもよい。また、軸受部においても玉軸受に適用した場合について説明するが、他の軸受構造においても適用してもよい。

先ず、実施例１の冷媒圧縮機を、図１〜図３を用いて説明する。図１は実施例１のスクロール圧縮機の縦断面図である。ここに示すように、本実施例のスクロール圧縮機１は、圧縮機構部２と、駆動部３と、クランク軸１２（クランクピン１２ａ、主軸部１２ｂ、副軸部１２ｃ）と、を密閉容器３０内に収納して構成したものである。

圧縮機構部２は、固定スクロール５と、旋回スクロール６と、フレーム７を基本要素として構成する。固定スクロール５は、固定スクロール渦巻き体５ｃと固定スクロール天板５ｂと固定スクロール吐出口５ａを基本構成とする。旋回スクロール６は、旋回スクロール渦巻き体６ａと旋回スクロール台板６ｂと旋回スクロール軸受部のすべり軸受６ｃを基本構成とする。旋回スクロール軸受部のすべり軸受６ｃは、旋回スクロール台板６ｂの他側（反渦巻き体側）に垂直に突出して形成する。フレーム７は、クランク軸１２の一端を支持するすべり軸受１４を配設する部材を構成する。

旋回スクロール６を旋回駆動する駆動部３は、固定子１１及び回転子１０からなる電動機４と、クランク軸１２と、給油ポンプ１５と、旋回スクロール６の自転防止機構の主要部品であるオルダムリング１３と、クランク軸主軸受のすべり軸受１４と、クランク軸副軸受の玉軸受１６と、旋回スクロール軸受部のすべり軸受６ｃを基本要素として構成する。

旋回スクロール軸受部のすべり軸受６ｃは、クランク軸１２のクランクピン１２ａを回転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６に備える。

オルダムリング１３は、旋回スクロール台板６ｂの背面に配設する。オルダムリング１３に形成した直交する２組のキー部分の１組がフレーム７に構成したオルダムリング１３の受け部であるキー溝を潤動し、残りの１組が旋回スクロール渦巻き体６ａの背面側に構成したキー溝を潤動する。これによって、旋回スクロール６は旋回スクロール渦巻き体６ａ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５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４に連結したクランク軸１２の回転により、旋回スクロール６が固定スクロール５に対し自転せずに旋回運動を行い、ガスを吸入パイプ８および吸入口３１を介して固定スクロール渦巻き体５ｃおよび旋回スクロール渦巻き体６ａで形成される圧縮室３２に吸入する。旋回スクロール６の旋回運動により、圧縮室３２は中央部へ移動しながら容積を減少してガスを圧縮し、圧縮ガスを固定スクロール吐出口５ａにより密閉容器３０に吐出する。さらに吐出パイプ９を経由して密閉容器３０から吐出される。これによって、密閉容器３０内の空間は吐出圧力に保たされる。圧縮機構部で圧縮する作動流体としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２などのＨＦＣ系冷媒を用いている。

クランク軸１２の主軸部１２ｂを支持するすべり軸受１４は、電動機４の上側に配置され、副軸部１２ｃを支持する玉軸受１６は電動機４の下側に配置されている。つまり、すべり軸受１４、玉軸受１６は、電動機４の両側でクランク軸１２を支持する構成である。

給油ポンプ１５は、クランク軸１２の下端に装着された容積形ポンプである。この給油ポンプ１５により、油溜部３３に貯留された潤滑用の油を、強制的にポンプ継手１２ｄと給油穴３４を介して、玉軸受１６、旋回スクロール軸受部のすべり軸受６ｃ、及びすべり軸受１４に供給する。給油穴３４は、クランク軸内に位置し、クランク軸の軸方向に貫通するように形成する。給油穴３４に供給された油は、旋回スクロール６及び固定スクロール５の摺動部にも供給される。また、給油穴３４には、すべり軸受１４供給するための横給油穴３５及び玉軸受部に給油するための横給油穴３６が設けている。

玉軸受１６は副軸受部３７の主要部を構成する。密閉容器３０に固定された下フレーム１７にハウジング１８がボルトにより固定される。ハウジング１８に玉軸受１６が上方から挿入される。玉軸受１６の上方には、さらにハウジングカバー１９取り付けられる。ハウジングカバー１９は、横給油穴３６の開口部分および玉軸受１６よりも上方に設置される。このハウジングカバー１９により、横給油穴３６の開口部から流出した潤滑油が上方（電動機４側）に拡散せず、玉軸受１６に供給される。

以下、本実施例の特徴を、図１の副軸受部３７を拡大した図２を用いて説明する。ここに示すように、本実施例では、クランク軸１２と玉軸受１６の間に、樹脂製の絶縁部材５０を設置している。この絶縁部材５０の設置により、電動機４が駆動し電留が流れているときに、クランク軸１２内部から玉軸受１６へ流れる電流を遮断することができるため、電流による玉軸受１６の電食を防ぐことができる。

クランク軸１２への絶縁部材５０の締結は、ポンプ継手１２ｄを取り付ける前に、クランク軸の副軸部１２ｃ外径に絶縁部材５０内径を圧入することにより行う。このとき、クランク軸の副軸部１２ｃ先端の外周面にスリットを設け、そこに絶縁部材５０の回転止め６１（軸固定部）を組付けることで、絶縁部材５０の軸方向と回転方向の締結を行う。締結により絶縁部材５０は、電動機４駆動時のクランク軸１２の回転と同期し、両者は一体となって回転する。このように、本実施例の冷媒圧縮機は、電動機４が駆動しクランク軸１２が回転するときには、絶縁部材５０の外径と玉軸受１６内径が摺動する構造となる。

従って、本実施例では、摺動による絶縁部材５０の摩耗を防ぐために、潤滑油の油膜が必要となる。このため、図２では、給油ポンプ１５により油溜部３３から潤滑油を吸上げ、クランク軸１２内部の給油穴３４を通り、横給油穴３６から玉軸受１６へと供給している。供給された潤滑油が、絶縁部材５０に設けた空間５９に満たされることで、絶縁部材５０と玉軸受１６の間に油膜を形成することができ、絶縁部材５０の摩耗を抑制することができる。

次に、絶縁部材５０の外周面に油膜を形成させるために必要な空間５９の詳細な構造を図３に示す。ここに示すように、絶縁部材５０は、略円管状の形状をしており、半径方向に貫通する貫通穴５１と、外周面に上方を向けて設けたスリット５２と、内周面下端に設けた回転止め６１を有している。図２に示したように、貫通穴５１はクランク軸１２の横給油穴３６と同軸上に設置され、また、貫通穴５１とスリット５２が接続されているため、横給油穴３６から供給された潤滑油は、貫通穴５１を介してスリット５２に供給され、その潤滑油によって絶縁部材５０と玉軸受１６の間の油膜が形成される。なお、絶縁部材５０は、クランク軸の副軸部１２ｃ外径と絶縁部材５０内径の圧入と、絶縁部材５０の回転止め６１を設けているため、クランク軸の回転による貫通穴５１とクランク軸１２の横給油穴３６がズレて、穴同士が塞がることはない。

また、スリット５２は上方（電動機４側）に向け開放される一方、下方は閉鎖されているため、余分な潤滑油は上方のハウジングカバー１９方向にのみ排出される。つまり、クランク軸１２の横給油穴３６から絶縁部材５０の貫通穴５１の経路を通った潤滑油が自重により下方に流れる構造ではないため、空間５９に満たされた潤滑油によって、常に玉軸受１６の内周面に油膜を形成させることができる。これにより、回転による絶縁部材５０外径と玉軸受１６内径の摺動による絶縁部材５０の摩耗を防ぎつつ、玉軸受１６の電食も防ぐことができる。

図４は、本発明における実施例２の絶縁部材５０の構造を示す。実施例１と、同一の機能を有する部分については、重複説明を省略する。

図４に示すように、本実施例の絶縁部材５０は、略円管状の形状をしており、半径方向に貫通する貫通穴５１と、外周面の全周に亘り設けられた略円環状のくぼみ５３と、外周面に上方を向けて設けた油出口５４と、内周面下端に設けられた回転止め６１を有している。なお、絶縁部材５０の冷媒圧縮機への設置位置と向き、締結方法は実施例１と同じである。

本実施例では、絶縁部材５０の貫通穴５１から供給された潤滑油は、外周面に設けられたくぼみ５３に溜まる。実施例１と同じく、潤滑油は上方（電動機４側）に設けた油出口５４より排出され、自重により下方に流れる構造ではないため、絶縁部材５０の外周面に常に油膜を形成させることができる。これにより、回転による絶縁部材５０外径と玉軸受１６内径の摺動による絶縁部材５０の摩耗を防ぎつつ、玉軸受１６の電食も防ぐことができる。なお、くぼみ５３の形状は図４に示すものに限定されず、上述した作用を得ることができる他の形状であっても良い。

図５は、本発明における実施例３の絶縁部材５０の構造を示す。実施例１または実施例２と、同一の機能を有する部分については、重複説明を省略する。

図５に示すように、本実施例の絶縁部材５０は、略円管状の形状をしており、半径方向に貫通する貫通穴５１と、外周面に上方を向けて設けた油出口５４と、外周面を窪ませた複数の給油ポケット５５と、給油ポケット５５を接続する油通路５６と、内周面下端に設けられた回転止め６１を有している。なお、絶縁部材５０の冷媒圧縮機への設置位置と向き、締結方法は実施例１と同じである。

本実施例では、絶縁部材５０の貫通穴５１から供給された潤滑油は、油通路５６を通り、各給油ポケット５５に溜まる。実施例１と同じく、潤滑油は上方（電動機４側）に設けた油出口５４より排出され、自重により下方に流れる構造ではないため、絶縁部材５０の外周面に常に油膜を形成させることができる。これにより、回転による絶縁部材５０外径と玉軸受１６内径の摺動による絶縁部材５０の摩耗を防ぎつつ、玉軸受１６の電食も防ぐことができる。なお、給油ポケット５５の形状、大きさ、数や、油通路５６の形状、大きさ、給油ポケット５５間の繋げ方は、図５に示すものに限定されず、上述した作用を得ることができる他の構成であっても良い。

次に、図６〜９を用いて、本発明における実施例４の冷媒圧縮機を説明する。なお、既に説明した符号の構成と、同一の機能を有する部分については、重複説明を省略する。

図６は、本実施例の冷媒圧縮機の副軸受部３７近傍を拡大した図である。実施例１と同様に本実施例でも、クランク軸１２の横給油穴３６は、絶縁部材５０及び玉軸受１６の上方（電動機４側）に設けている。

図７は、本実施例の絶縁部材５０の構造を示す。ここに示すように、本実施例の絶縁部材５０は、外周面上端に突起５７を設け、内周面下端に回転止め６１を設けた構造となっている。また、図８の斜視図は玉軸受１６の構造を示す。玉軸受１６の内輪の上面に切りかき５８を設ける。図９は本実施例の玉軸受１６と絶縁部材５０を組付けた図である。このように、絶縁部材５０の突起５７を玉軸受の内輪の切りかき５８に設置させることにより、絶縁部材５０が軸６０に対して回転した場合、絶縁部材５０の突起５７と玉軸受１６の内輪の切りかき５８が接触しているため、絶縁部材５０と玉軸受１６の内輪は同期して回転する。ここで、図６にも示したように、本実施例では、クランク軸１２と絶縁部材５０も同期回転するため、クランク軸１２、絶縁部材５０、玉軸受１６の内輪の三者が同期回転することになる。これにより、クランク軸１２と絶縁部材５０の間、および、絶縁部材５０と玉軸受１６の間で、絶縁部材５０が摩耗し、摩耗粉が発生することがない。

なお、絶縁部材５０の突起５７と玉軸受１６の内輪の切りかき５８の組付けは、軸６０の回転の同期と組付け易さから、中間ばめ程度の隙間を絶縁部材の突起５７と玉軸受内輪の切りかき５８に設けることが望ましい。

実施例１〜３では、絶縁部材５０とクランク軸１２を締結し、電動機４の駆動時に絶縁部材５０の外周面が玉軸受１６の内周面を摺動して回転する構造であったため、ここに積極的に油膜を形成することで絶縁部材５０の摩耗を抑制し、摩耗粉の発生を防止する構成であった。

これに対し、本実施例のように、絶縁部材５０と玉軸受１６の内輪を組付けし、電動機４駆動時に絶縁部材５０がクランク軸１２および玉軸受１６の内輪と同期回転する構造とし、絶縁部材５０から摺動する部分を排除することによっても、摩耗を無くし、摩耗粉の発生を防止することができる。

以上で説明した、本実施例の構造により、副軸受部３７に絶縁部材５０を設置するだけで、絶縁部材５０の摩耗が発生することがなく、玉軸受１６の電食を防ぐことができる。なお、絶縁部材の突起５７の形状、大きさ、数や、玉軸受１６の内輪の切りかき５８の形状、大きさ、数は、図７〜９に示すものに限定されず、上述した作用を得ることができる他の構成であっても良い。

なお、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。また、各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１ スクロール圧縮機
２ 圧縮機構部
３ 駆動部
４ 電動機
５ 固定スクロール
５ａ 固定スクロール吐出口
５ｂ 固定スクロール天板部
５ｃ 固定スクロール渦巻き体
６ 旋回スクロール
６ａ 旋回スクロール渦巻き体
６ｂ 旋回スクロール台板
６ｃ 旋回スクロール軸受部のすべり軸受
７ フレーム
８ 吸入パイプ
９ 吐出パイプ
１０ 回転子
１１ 固定子
１２ クランク軸
１２ａ クランクピン
１２ｂ 主軸部
１２ｃ 副軸部
１２ｄ ポンプ継手
１３ オルダムリング
１４ すべり軸受
１５ 給油ポンプ
１６ 玉軸受
１７ 下フレーム
１８ ハウジング
１９ ハウジングカバー
３０ 密閉容器
３１ 吸入口
３２ 圧縮室
３３ 油溜部
３４ 給油穴
３５ 横給油穴
３６ 横給油穴
５０ 絶縁部材
５１ 貫通穴
５２ スリット
５３ くぼみ
５４ 油出口
５５ 給油ポケット
５６ 油通路
５７ 絶縁部材の突起
５８ 玉軸受内輪の切りかき
５９ 空間
６０ 軸
６１ 回転止め

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機機構部と、
   動力を発生する電動機部と、
   該電動機部の動力を前記圧縮機機構部に伝達するクランク軸と、
   該クランク軸を回転自在に支持する軸受と、を具備し、
   前記クランク軸と前記軸受の間には、内周側に前記クランク軸と締結する軸固定部を有し、外周側に前記クランク軸の給油穴から供給された潤滑油を溜める油溜め空間を形成した、略円管状の絶縁部材が配置され、
   前記クランク軸と前記絶縁部材が同期し、前記絶縁部材と前記軸受が摺動して回転することを特徴とする冷媒圧縮機。
2. 請求項１に記載の冷媒圧縮機において、
   前記油溜め空間は、前記給油穴と連通する貫通穴と、該貫通穴と接続する前記クランク軸に平行なスリットからなることを特徴とする冷媒圧縮機。
3. 請求項１に記載の冷媒圧縮機において、
   前記油溜め空間は、前記給油穴と連通する貫通穴と、該貫通穴と接続する略環状のくぼみからなることを特徴とする冷媒圧縮機。
4. 請求項１に記載の冷媒圧縮機において、
   前記油溜め空間は、前記給油穴と連通する貫通穴と、前記絶縁部材の外周面に設けられた給油ポケットと、前記貫通穴と前記給油ポケットを接続する油通路と、からなることを特徴とする冷媒圧縮機。
5. 冷媒を圧縮する圧縮機機構部と、
   動力を発生する電動機部と、
   該電動機部の動力を前記圧縮機機構部に伝達するクランク軸と、
   該クランク軸を回転自在に支持する玉軸受と、を具備し、
   前記クランク軸と前記玉軸受の間には、内周側に前記クランク軸と締結する軸固定部を有し、外周側に前記玉軸受の内輪と締結する内輪側固定部を有する、略円管状の絶縁部材が配置され、
   前記クランク軸と前記絶縁部材と前記玉軸受の内輪が同期して回転することを特徴とする冷媒圧縮機。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の冷媒圧縮機であって、
   前記絶縁部材は樹脂製であることを特徴とする冷媒圧縮機。

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