JP2019011737A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率の低下を抑制できる圧縮機を提供する。【解決手段】回転軸の外周面に固定されたロータコア２３、該ロータコアを外周側から囲うとともに該軸線Ｏ１方向に複数積層された鋼板からなるステータコア２４を有する電動機１１と、該回転軸１２によって回転することで作動流体を圧縮する圧縮機本体１０と、該回転軸１２、該電動機１１及び圧縮機本体１０を収容するとともに、該ステータコア２４の該軸線Ｏ１方向の端面に対応する箇所に作動流体を導入する吸入孔、該圧縮機本体１０が圧縮した作動流体を吐出する吐出孔を有するケーシング１と、該鋼板の外周縁部のうち該吸入孔のある周方向位置の付近に設けられて、該端面を構成する該鋼板と他の鋼板とを互いに固定し、該吸入孔から吸入される作動流体による該端面のめくり上がりを抑制する鋼板固定構造と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に関する。

圧縮機として、密閉型のケーシング内に、回転軸、該回転軸を回転させる電動機、及び該回転軸の回転力により駆動されて作動流体を圧縮する圧縮機構が収容されたものが知られている。この種の圧縮機は、例えば冷凍装置等の冷媒回路に接続され、該冷媒回路の冷媒ガスを圧縮するために用いられる。

このような圧縮機の一例として、例えば特許文献１には、作動流体をケーシング内部へ導入するための吸入孔が電動機に近接する位置に設けられたものが開示されている。

特開２０１６−７９９２３号公報

ところで、圧縮機の効率をさらに向上させるために圧縮機構の大容量化を図れば、圧縮機稼働時における単位時間当たりのガスの吸入量が増大する。この場合、ケーシング内で吸入孔付近のガス動圧が過大となることがある。

しかしながら、上記特許文献１に記載された圧縮機では以下の問題が生じていた。即ち、当該圧縮機では吸入孔付近のガス動圧が過大となると、電動機の一部であるステータコアの端面を構成する鋼板が、ガス流を受けてめくれ上がる可能性がある。鋼板がめくれ上がることで、磁束漏れに起因するモータ効率低下及び圧力損失の増大が圧縮機の効率を低下させるという問題が生じる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、効率の低下を抑制できる圧縮機を提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の一態様に係る圧縮機は、軸線回りに回転可能な回転軸と、該回転軸の外周面に固定されたロータコア、該ロータコアを外周側から囲うとともに前記軸線方向に複数積層された鋼板からなるステータコア、及び、該ステータコアに前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられたコイルを有する電動機と、前記回転軸によって回転することで作動流体を圧縮する圧縮機本体と、前記回転軸、前記電動機及び圧縮機本体を収容するとともに、前記ステータコアの前記軸線方向の端面に対応する箇所に作動流体を導入する吸入孔、及び、前記圧縮機本体が圧縮した作動流体を吐出する吐出孔を有するケーシングと、前記鋼板の外周縁部のうち前記吸入孔のある周方向位置の付近に設けられて、前記端面を構成する鋼板と他の鋼板とを互いに固定し、前記吸入孔から吸入される前記作動流体による該端面のめくり上がりを抑制する鋼板固定構造と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、ステータコアの端面を構成する鋼板のうち、ガス流の影響を受けやすい箇所を固定することで剛性を高めることができ、効果的に該鋼板のめくれ上がりを抑制できる。

また、上記の圧縮機は、前記端面の平面視にて、前記鋼板固定構造が、前記吸入孔の中心と前記回転軸中心とを通る直線上に、設けられていてもよい。

この構成によれば、端面を構成する鋼板のうち、最もガス流の影響を受ける箇所を固定することで、より効率的に該鋼板のめくれ上がりを抑制できる。

また、上記の圧縮機は、前記鋼板固定構造が、カシメ部であってもよい。

この構成によれば、別部材を用いることなく端面を構成する鋼板のめくれ上がりを抑制できる。

また、上記の圧縮機は、前記鋼板に、カシメ部が相対的に密に設けられている領域であるカシメ部密集領域をさらに有し、前記鋼板固定構造が、前記カシメ部密集領域中に設けられたカシメ部であってもよい。

この構成によれば、複数積層された前記鋼板のうち、ガス流の影響を受けやすい箇所の剛性が一段と向上し、より確実に前記鋼板のめくれ上がりを抑制できる。

また、上記の圧縮機は、前記固定構造が、ワニス塗膜により形成されていてもよい。

この構成によれば、工作容易に設けられた前記固定構造により、鋼板のめくれ上がりを抑制することができる。

本発明の圧縮機によれば、効率の低下を抑制できる。

本発明の第一実施形態に係る圧縮機の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る圧縮機の要部の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る圧縮機であって、図１に示すＡ−Ａ面の断面図である。 本発明の第二実施形態に係る圧縮機であって、図１に示すＡ−Ａ面の断面図に相当する断面図である。 本発明の第三実施形態に係る圧縮機であって、図１に示すＡ−Ａ面の断面図に相当する断面図である。

[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示す実施形態の圧縮機は、例えば冷凍装置の冷媒回路に接続され、冷媒ガスを圧縮するのに用いられる。

圧縮機１００は、装置の外形をなすケーシング１、ケーシング１内に設けられた圧縮機構２、この圧縮部を駆動する駆動部３と、を有している。圧縮機構２は圧縮機本体１０を有し、駆動部３は電動機１１及び電動機１１を貫通して軸線Ｏ１に沿って延びる回転軸１２を有している。圧縮機本体１０と電動機１１は回転軸１２によって互いに接続されている。すなわち、電動機１１の回転により生じる回転エネルギーは、この回転軸１２により圧縮機構２に即時に伝達される。圧縮機本体１０は、この回転エネルギーによって作動流体を圧縮し、高圧状態で圧縮機構２の外部に吐出孔を介して吐出する。高圧の作動流体は、例えば空調機器等における冷媒として利用される。

本実施形態では、圧縮機本体１０として、スクロール圧縮機本体１３を使用している。スクロール圧縮機本体１３は、固定スクロール１４及び旋回スクロール１５を有している。
固定スクロール１４は、ケーシング１内部に固定された略円盤状の部材である。旋回スクロール１５は、この固定スクロール１４に対して軸線Ｏ１方向から対向することで両者の間に圧縮室Ｃを形成する。より詳細には、固定スクロール１４は、円盤状の固定スクロール端板１６と、この固定スクロール端板１６の一方側の面から軸線Ｏ１方向に立設された固定ラップ１７と、を有している。固定スクロール端板１６は、軸線Ｏ１に直交する面に沿って延びている。固定ラップ１７は、固定スクロール端板１６の中心回りに巻回された板状の部材で形成されている。一例として固定ラップ１７は、軸線Ｏ１方向から見て該軸線Ｏ１を中心とするインボリュート曲線をなすように構成されることが望ましい。

旋回スクロール１５は、円盤状の旋回スクロール端板１８と、この旋回スクロール端板１８における軸線Ｏ１方向他方側の面に設けられた渦巻状の旋回ラップ１９と、を有している。この旋回ラップ１９も、軸線Ｏ１を中心とするインボリュート曲線をなすように構成されることが望ましい。

さらに、旋回ラップ１９は、上記の固定ラップ１７に対して軸線Ｏ１方向から対向するとともに、軸線Ｏ１と交差する方向で互いに重なり合うように配置される。言い換えれば、固定ラップ１７と旋回ラップ１９とは互いに噛み合っている。このように噛み合った状態で、固定ラップ１７と旋回ラップ１９との間には圧縮室Ｃが形成される。この空間は旋回ラップ１９の旋回に伴ってその容積が変化する。これにより、冷媒ガスを圧縮することが可能とされている。

以上のように構成された旋回スクロール１５は、軸線Ｏ１方向一方側から上記の回転軸１２に対して、後述のブッシュアッセンブリ２０を介して連結されている。旋回ラップ１９の旋回スクロール端板１８における軸線Ｏ１方向他方側の面には、円筒状のボス部２１が形成されている。ボス部２１の内側の空間には、回転軸１２の圧縮機側端部に形成された偏心軸２２が、ブッシュアッセンブリ２０を介して軸線Ｏ１方向から嵌入されている。

以下、電動機１１について、図１及び２に基づいて説明する。電動機１１は、ロータコア２３、ステータコア２４から構成されている。ロータコア２３は、軸線Ｏ１を中心軸とした円柱形であり、同じく円柱形である回転軸１２と中心軸を共有して固定され、ステータコア２４への通電が開始することにより回転駆動することで回転軸１２を回転させる。

ステータコア２４は、例えば電磁鋼板等の鋼板２５を複数枚積層させることにより構成されている。鋼板２５は中心部が円形状に貫通している円盤状をしており、その外径寸法はケーシング１の内径以下であり、その内径寸法はロータコア２３の外形以上である。すなわち、ステータコア２４は円形状の鋼板２５の各々の中心が同軸上となるように積層されることで中心部が空洞となっている円柱形をなす。このステータコア２４が回転軸１２に固定されたロータコア２３を囲うことで、電動機１１を構成する。また、ステータコア２４には電線が分布巻きされ、電線部２６が形成されている。

回転軸１２は圧縮機本体１０と電動機１１の間に設けられたメイン軸受２７、該メイン軸受２７から見て軸線Ｏ１方向かつ電動機１１の反対側に設けられたサブ軸受２８によってケーシング１内で回転可能に支持されている。

ケーシング１は、上述のように、スクロール圧縮機本体１３と、これを駆動する電動機１１本体および回転軸１２を収容する。上記３つの構成は各々の中心部を軸線Ｏ１が通るように直列して配置される。ケーシング１内において、圧縮機本体１０と電動機１１の間にメイン軸受２７が配置されている。メイン軸受２７は、スクロール圧縮機本体１３とは摺動面２９で接して配置されるが、電動機１１とは接していない。これにより、メイン軸受２７の電動機１１に面する部分、電動機１１の圧縮機本体１０側端面、及びケーシング内壁面３０により囲まれた空間Ｒが形成されている。

また、ケーシング１には、該ケーシング１の内部へと作動流体を導入する吸入孔３１が設けられている。本実施形態では、ケーシング内壁面３０のうち空間Ｒを形成する部分に円形の吸入孔３１が設けられている。吸入孔３１へは、吸入管３２によって作動流体は誘導される。

上記のような吸入孔３１の配置においては、図２に示すように、吸入孔３１とステータコア２４が近接する場合がある。この場合、ステータコア２４を構成する積層された鋼板２５の両端の一対の鋼板２５のうち吸入孔３１に近い方の鋼板である最外端鋼板１２５の近傍に作動流体が導かれることとなる。

ここで、本実施形態においては、図２及び３に図示するように、鋼板２５の外周縁部Ｗのうち吸入孔のある周方向位置の付近に、吸入孔から吸入される作動流体による端面のめくり上がりを抑制する鋼板固定構造３３が設けられている。
鋼板固定構造３３は、端面を構成する鋼板２５である最外端鋼板１２５と他の鋼板２５とを互いに固定している。
また、本実施形態においては、吸入孔３１を平面視したときの吸入孔３１の中心である吸入孔中心Ｏ２と回転軸中心（軸線Ｏ１）とを通る直線ｌが規定されている。ここで、鋼板固定構造３３は、端面を平面視したときに該直線ｌ上に位置するように設けられている。
本実施形態では、鋼板固定構造３３として、各鋼板２５を板面に垂直となる方向に突出するようにして形成されたカシメ部３４を使用している。

上記構成の圧縮機１００はでは、鋼板固定構造３３が、隣接し合う全ての鋼板２５同士をそれらの隙間が拡張することがないように固定するため、最外端鋼板１２５と鋼板２５、及び鋼板２５と他の鋼板２５との間にガス流が侵入することを防止できる。さらに複数積層された鋼板２５の集合体としての剛性が、吸入孔３１付近において向上することとなる。
これにより、吸入される作動流体による端面を構成する最外端鋼板１２５のめくり上がりを抑制することができる。
また、鋼板固定構造３３が最外端鋼板１２５を含む鋼板２５の少なくとも外周縁部Ｗにおける吸入孔３１の周方向位置付近のみに設けられているため、端面を構成する鋼板２５のうち、吸入孔３１から流出するガス流を強く受ける部分を押さえることができる。これにより、該鋼板２５の、めくり上がりの起点となる部分を押さえることで、効果的に鋼板２５のめくれ上がりを抑制できる。

また、より詳細には、吸入孔３１から流出するガス流は、鋼板２５の外周縁部Ｗのうち吸入孔中心Ｏ２との距離が最も近くなる周方向位置に、最も強く当たる。そのため、本実施形態によれば、鋼板２５の、最もめくり上がりやすい箇所を最適に固定することができ、より効率的に鋼板２５のめくれ上がりを抑制できる。

さらに、本実施形態では鋼板固定構造３３としてカシメ部３４を用いて固定することにより、固定のための別部材を用いない簡素な工程で、目的の効果を奏することができる。 したがって、最外端鋼板１２５のめくれ上がりに起因するモータ効率および圧縮効率の低下が抑制されることで、大容量の圧縮機を稼働することができる。

なお、カシメ部３４の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。上記実施形態においてカシメ部３４は、Ｖカシメ加工によるものとして図示したが、これに限るものではなく、例えば丸カシメでもよい。

[第二実施形態]
次に第二実施形態について図４を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態は、第一実施形態と比較し、鋼板固定構造３３の構成が異なっている。
本実施形態では、鋼板２５には、他の領域に比してカシメ部３４が相対的に密に設けられている領域であるカシメ部密集領域３５が形成されており、鋼板固定構造３３が、カシメ部密集領域３５中に設けられたカシメ部３４である。

上記構成の圧縮機１０１では、ステータコア２４を構成する鋼板２５のうち、吸入孔３１から流出するガス流を強く受ける部分の鋼板２５の剛性が一段と向上する。これにより、より確実に鋼板のめくれ上がりを抑制できる。したがって、最外端鋼板１２５のめくれ上がりに起因するモータ効率および圧縮効率の低下が一層確実に抑制されることで、大容量の圧縮機を稼働することができる。

[第三実施形態]
次に第三実施形態について図５を参照して説明する。第三実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第三実施形態は、第一実施形態と比較し、鋼板固定構造３３の構成が異なっている。
本実施形態では、鋼板固定構造３３が、ワニス塗膜３６により形成されている。

上記構成の圧縮機１０２では、固定構造を設けるために金属を変形させるための加圧等の機械設備を必要とせず、ワニスの塗布等の簡素な加工により、目的の効果を奏することができる。よって、工作容易に設けられた鋼板固定構造３３により、最外端鋼板１２５のめくれ上がりに起因するモータ効率および圧縮効率の低下が抑制されることで、大容量の圧縮機を稼働することができる。

以上、本発明の第一から第三実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、各実施例におけるいずれの鋼板固定構造３３も、最外端鋼板１２５を含む鋼板２５の外周縁部における吸入孔３１の周方向位置の付近に設けられていれば目的の効果を奏する。つまり、鋼板固定構造３３は、最外端鋼板１２５を含む鋼板２５の外周縁部における吸入孔３１の周方向位置の付近のみに設けられてもよいし、最外端鋼板１２５を含む鋼板２５の外周縁部における吸入孔３１の周方向位置の付近を含む周方向の全周に渡って鋼板固定構造３３が設けられていてもよい。
また、上記実施例では鋼板固定構造３３を鋼板のカシメ部３４及びワニス塗膜３６としたが、これに限るものではない。即ち、最外端鋼板１２５を含む鋼板２５の上記の領域に設けられ、端面を構成する鋼板と他の鋼板とを互いに固定し、吸入孔から吸入される作動流体による該端面のめくり上がりを抑制する機能を持つ、鋼板を固定するための構造であればよい。例えば、鋼板固定構造３３には、溶接工法により積層された鋼板に設けられた溶接ビードまたは接着積層工法により積層された鋼板に設けられた接着剤（接着コート材を含む）としてもよい。

１ ケーシング
２ 圧縮機構
３ 駆動部
１０ 圧縮機本体
１１ 電動機
１２ 回転軸
１３ スクロール圧縮機本体
１４ 固定スクロール
１５ 旋回スクロール
１６ 固定スクロール端板
１７ 固定ラップ
１８ 旋回スクロール端板
１９ 旋回ラップ
２０ ブッシュアッセンブリ
２１ ボス部
２２ 偏心軸
２３ ロータコア
２４ ステータコア
２５ 鋼板
２６ 電線部
２７ メイン軸受
２８ サブ軸受
２９ 摺動面
３０ ケーシング内壁面
３１ 吸入孔
３２ 吸入管
３３ 鋼板固定構造
３４ カシメ部
３５ カシメ部密集領域
３６ ワニス塗膜
１００、１０１、１０２ 圧縮機
１２５ 最外端鋼板
ｌ 直線
Ｏ２ 吸入孔中心
Ｏ１ 軸線
Ｒ 空間
Ｗ 外周縁部

Claims (5)

1. 軸線回りに回転可能な回転軸と、
   該回転軸の外周面に固定されたロータコア、該ロータコアを外周側から囲うとともに前記軸線方向に複数積層された鋼板からなるステータコア、及び、該ステータコアに前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられたコイルを有する電動機と、
   前記回転軸によって回転することで作動流体を圧縮する圧縮機本体と
   前記回転軸、前記電動機及び圧縮機本体を収容するとともに、前記ステータコアの前記軸線方向の端面に対応する箇所に作動流体を導入する吸入孔、及び、前記圧縮機本体が圧縮した作動流体を吐出する吐出孔を有するケーシングと、
   前記鋼板の外周縁部のうち前記吸入孔のある周方向位置の付近に設けられて、前記端面を構成する鋼板と他の鋼板とを互いに固定し、前記吸入孔から吸入される前記作動流体による該端面のめくり上がりを抑制する鋼板固定構造と、
   を備える圧縮機。
2. 前記端面の平面視にて、前記鋼板固定構造が、前記吸入孔の中心と前記回転軸中心とを通る直線上に設けられている請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記鋼板固定構造が、カシメ部である請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記鋼板に、カシメ部が相対的に密に設けられている領域であるカシメ部密集領域をさらに有し、
   前記鋼板固定構造が、前記カシメ部密集領域中に設けられたカシメ部である請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記固定構造が、ワニス塗膜により形成されている請求項１に記載の圧縮機。

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