JP2020165308A - 密閉型電動圧縮機及びこれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スラストボールベアリングを用いて摺動損失を低減しつつ騒音発生を抑制した密閉型電動圧縮機とそれを用いた冷凍装置の提供。【解決手段】圧縮要素３と電動機要素２を備え、前記電動機要素は、固定子１９の外周を回転子１８が回転するアウターロータ型モータとし、かつ、前記回転子によって回転されて前記圧縮要素を駆動するクランクシャフト１５はそのスラスト荷重をスラストボールベアリング１６による転がり軸受で支持する構成とするとともに、前記スラストボールベアリングに下向きの圧力を加える予圧発生機構２６を設けた構成としてある。これにより、スラストボールベアリングによる転がり軸受によってクランクシャフトの摺動損失を低減できるとともに、予圧発生機構によってスラストボールベアリングに常に予圧を加えボールの滑りを抑制して、レース摩耗や、ボール振動を防止することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、スラストボールベアリングにより摺動損失を低減した密閉型電動圧縮機及びこれを用いた冷凍装置に関するものである。

一般に密閉型電動圧縮機は各種冷凍装置に用いられており、その密閉型電動圧縮機は、小型、低背化がすすめられている。例えば冷凍冷蔵庫のような冷凍装置では食材の多様化にともない冷蔵庫本体の大容量化要望が強まっており、そのため冷蔵庫本体の外観寸法はそのままで庫内容積を広げるべく密閉型圧縮機の小型、低背化が進められている。

この密閉型電動圧縮機の小型、低背化を実現するためにはこれの駆動源となる電動機が小型、低背化である必要があり、この小型、低背化に適した電動機としては、固定子の外側を回転子が回るアウターロータ型モータがある（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された密閉型電動圧縮機の電動機要素部分を示し、この電動機要素１２０は、コア１２２にコイル１２４を巻回して構成した固定子１２６と、この固定子１２６の外周を回る回転子１２８とからなり、回転子１２８は筒状のバックヨーク１３０及びその内周面に貼り付けた永久磁石１３２からなる。

固定子１２６は圧縮要素の支持プレート１３４に形成されている軸受部１３６に固定され、回転子１２８は前記軸受部１２６に軸支されたクランクシャフト１３８にフランジプレート１４０を介して連結されている。

ここで、上記クランクシャフト１３８には下向きのスラスト荷重がかかっているが、この下向きのスラスト荷重はクランクシャフト１３８のフランジ部１４２に形成されたスラスト面１４４を軸受部１３６上端のスラスト支持面１４６に載置して構成したすべり軸受で支持している。

中国特許出願公開第１０２５３６７３１号明細書

上記特許文献１に記載されている密閉型電動圧縮機は、その電動機要素１２０が、小型、低背化に適してはいるが、クランクシャフト１３８に加わるスラスト荷重をすべり軸受けで支持しているため摺動損失が大きいという課題がある。

このため、この特許文献１の密閉型電動圧縮機では上記回転子１２８の磁気中心Ｃを固定子１２６の磁気中心Ｄより下方にＳで示すようにずらせて回転子１２８、すなわち回転子１２８に連結したクランクシャフト１３８を浮かせ気味にすることによりすべり軸受け部分に加わるスラスト荷重を軽減し、摺動損失を低減している。

この摺動損失は前記クランクシャフト１３８のフランジ部１４２下面のスラスト面１４４と軸受部１３６上端のスラスト支持面１４６との間にスラストボールベアリングを設けて転がり軸受で支持する構成とすることによって更に大きく低減することができ、効果的である。

しかしながら、上記回転子１２８と固定子１２６の磁気中心をずらせて回転子１２８を浮かせ気味にする密閉型電動圧縮機において、スラスト荷重受け部を、スラストボールベアリングからなる転がり軸受にすると、スラストボールベアリングにかかる予圧が減少し、スラストボールベアリングのボールが転がらずにスラストボールベアリングのレース面を滑るようになる。その結果、レースが摩耗したり、ボールが微振動したりして、騒音を発生させてしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、スラストボールベアリングを用いて摺動損失を大幅に低減し、かつ、騒音発生を抑制した密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置の提供を目的としたものである。

本発明は、上記目的を達成するため、クランクシャフトのスラスト荷重をスラストボールベアリングによる転がり軸受で支持するとともに、スラストボールベアリングに下向きの圧力を加える予圧発生機構を設けた構成としてある。

これにより、スラストボールベアリングによる転がり軸受によってクランクシャフトの摺動損失を大きく低減できるとともに、予圧発生機構によってスラストボールベアリングに予圧を加え、ボールの滑りを抑制してレース摩耗やボール微振動を防止することができる。

本発明は、上記構成により、摺動損失を低減しつつ騒音発生を抑制して高性能且つ低騒音の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置とすることができる。

本発明の実施の形態１における密閉型電動圧縮機の縦断面図 同実施の形態１における密閉型電動圧縮機の要部拡大断面図 同実施の形態１における電動機要素のスラストボールベアリング部分を示す拡大断面図 同実施の形態２における密閉型電動圧縮機の要部拡大側面図 同実施の形態２における予圧発生機構を示す斜視図 同本発明の実施の形態５における冷凍装置の模式図 従来の密閉型電動圧縮機の電動機要素を示す縦断面図

第１の発明は、密閉容器内に圧縮要素とこの圧縮要素を駆動する電動機要素を設け、前記電動機要素は固定子の外周を回転子が回転するアウターロータ型モータとし、かつ、前記回転子によって回転されて前記圧縮要素を駆動するクランクシャフトはそのスラスト荷重をスラストボールベアリングによる転がり軸受で支持する構成とするとともに、前記スラストボールベアリングに下向きの圧力を加える予圧発生機構を設けた構成としてある。

これにより、スラストボールベアリングによる転がり軸受によってクランクシャフトの摺動損失を大きく低減できるとともに、予圧発生機構によってスラストボールベアリングに予圧を加えてボールの滑りを抑制し、レース摩耗やボール振動を防止することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記予圧発生機構は、固定子のコアの軸方向中心を、回転子の永久磁石の軸方向中心より低い位置に設定して構成してある。

これにより、回転子には固定子の磁気中心に一致させるべく下向きの力が加わるためこれに連結されて一体に回転するクランクシャフトも下向きの力がかかる。その結果、クランクシャフトのスラスト荷重を支持するスラストボールベアリングに予圧がかかり、ボールの滑りを抑制してレース摩耗や、ボール振動を防止することができる。そして、この予圧発生機構は固定子と回転子の磁気中心をずらせるだけで構成できるから、極めて簡単かつ安価に提供することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、前記予圧発生機構は、回転子回転時の冷媒ガスの流れによって回転子に下向きの力を加える回転力変換手段を設けて構成してある。

これにより、回転子は回転によって下向きに力が加えられるためこれに連結されて一体に回転するクランクシャフトにも下向きの力がかかる。その結果、クランクシャフトのスラスト荷重を支持するスラストボールベアリングに予圧がかかり、ボールの滑りを抑制してレース摩耗や、ボール振動を防止することができる。また、この予圧発生機構は回転子の外周に回転方向に向かって上向きに傾く羽根等の回転力変換手段を設けるだけであるから極めて簡単かつ安価に提供することができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３の発明において、前記電動機要素はインバータ電源によって駆動する構成としてある。

これにより、振動や騒音を低減しつつ広範囲にわたる回転数制御を行うことができ、用途の広い密閉型電動圧縮機とすることができる。

第５の発明は前記各発明の密閉型電動圧縮機を用いた冷凍装置であり、この冷凍装置は、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有し、前記圧縮機を第１〜第４の発明の密閉型電動圧縮機としてある。

これにより、密閉型圧縮機が持つスラストボールベアリングのレース摩耗やボール振動防止効果によって高性能且つ低騒音の冷凍装置とすることができる。

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における密閉型電動圧縮機の縦断面図、図２は密閉型電動圧縮機の要部拡大断面図、図３は密閉型電動圧縮機における電動機要素のスラストボールベアリング部分を示す拡大断面図である。

図１〜図３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１内に、インバータ電源（図示せず）によって駆動される電動機要素２と、この電動機要素２によって駆動される圧縮要素３とを収納して構成してあり、密閉容器１の底部には、オイル４が貯留されている。さらに、密閉容器１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５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ている。

電動機要素２と圧縮要素３は、一体に組み立てられて圧縮機本体６を構成し、この圧縮機本体６は、コイルばね７によって密閉容器１内に弾性的に支持されている。

圧縮要素３はシリンダブロック８を主体に構成されており、そのシリンダブロック８に
は円筒状のシリンダ９が形成され、ピストン１０が往復自在に嵌入されている。そして、シリンダ９はその開口端にバルブプレート１１が取り付けられており圧縮室１２を形成している。さらに、バルブプレート１１を覆って蓋をするようにシリンダヘッド１３が固定されている。

また、シリンダブロック８はその下部に軸受部１４が形成されており、回転軸となるクランクシャフト１５を軸支している。

クランクシャフト１５は、軸受部１４に軸支される主軸部１５ａとフランジ部１５ｂを介して形成された偏芯軸部１５ｃとから構成されると共に、主軸部１５ａの下端から偏芯軸部１５ｃの上端まで連通する給油通路（図示せず）を備えている。さらに、主軸部１５ａの下端は、密閉容器１内に貯留したオイル４に浸漬すると共に、偏芯軸部１５ｃの上端部は、密閉容器１内の上部に開口している。そして、偏芯軸部１５ｃは、コンロッド１７を介してピストン１０と連結されている。

また、図２に示すように前記クランクシャフト１５のフランジ部１５ｂ下面のスラスト面１５ｄとクランクシャフト１５を軸支する軸受部１４の上端のスラスト支持面１４ａとの間にスラストボールベアリング１６が設けてあり、このスラストボールベアリング１６で構成した転がり軸受によりクランクシャフト１５にかかるスラスト荷重を支持している。

上記転がり軸受を構成するスラストボールベアリング１６は、図３に示すように軸受部１４上端のスラスト支持面１４ａの上に、金属製の環状平板に溝を設けて構成した下レース１６１、樹脂製の環状平板からなる保持器１６２の孔部に保持されたボール１６３、下レース１６１と同様の構成とした上レース１６４の順に互いに接した状態で積み重ねて構成してあり、下レース１６１を軸受部１４上端のスラスト支持面１４ａに着座させ、上レース１６４の上面にクランクシャフト１５のフランジ部１５ｂのスラスト面１５ｄを着座させてある。

一方、電動機要素２は、回転子１８と固定子１９とからなり、回転子１８が固定子１９の外側を回り、小型化、薄型化に適したインバータ駆動のアウターロータ型モータとなっている。

回転子１８は、主軸部１５ａに固定された円板状のフランジプレート２０と、このフランジプレート２０の端部に溶接等で固定されたリング状のバックヨーク２１と、このバックヨーク２１の内周面に密着して固定された複数の永久磁石２２とから構成されている。

また、固定子１９は、コア２４とこのコア２４に巻回されたコイル２５とから構成されている。そして、上記固定子１９は、回転子１８の永久磁石２２によって外周を囲まれるように配置され、コイル２５とシリンダブロック８との間に絶縁距離を確保しつつ、回転子１８と同軸になるように、固定ボルト１９ａによってシリンダブロック８の下側に固定されている。

ここで、上記構成からなる電動機要素２には図２に示すように前記クランクシャフト１５のスラスト荷重を支持するスラストボールベアリング１６に予圧をかける予圧発生機構２６が設けてある。具体的には、この例実施の形態では図２に示すように回転子１８と固定子１９の軸方向の磁気中心をずらせる、すなわち、固定子１９のコア２４の軸方向中心αを、回転子１８の永久磁石２２の軸方向中心βより低い位置に設定して予圧発生機構２６を構成してある。

以上のように構成された密閉型電動圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

この密閉型電動圧縮機は、電動機要素２にインバータ電源（図示せず）から通電すると、固定子１９に電流が流れ、磁界が発生し、クランクシャフト１５の主軸部１５ａに固定された回転子１８が回転する。

回転子１８の回転により、クランクシャフト１５の偏芯軸部１５ｃに回転自在に取り付けられたコンロッド１７を介して、ピストン１０が圧縮室１２内を往復運動し、圧縮要素３が所定の圧縮動作を行う。

この時、上記クランクシャフト１５にかかる下向きのスラスト荷重は、クランクシャフト１５のフランジ部１５ｂ下面のスラスト面１５ｄとクランクシャフト１５を軸支する軸受部１４上端のスラスト支持面１４ａとの間に設けたスラストボールベアリング１６によって支持され、その摺動損失は極めて小さなものとなる。

また、上記クランクシャフト１５を回転させる電動機要素２は、その固定子１９のコア２４の軸方向中心αが、回転子１８の永久磁石２２の軸方向中心βより低い位置に設定してあるので、固定子１９はその磁気中心に回転子１８の磁気中心を合致させるべく回転子１８を常時下向きに附勢、すなわち力を加えるようになる。

この力は回転子１８のフランジプレート２０を介してクランクシャフト１５に加わり、クランクシャフト１５のスラスト荷重を支持するスラストボールベアリング１６に予圧が加わることになる。これにより、スラストボールベアリング１６のボール１６３は上レース１６４および下レース１６１に程よく圧接して転がるようになり、上レース１６４および下レース１６１の溝内を滑るようなことが無くなるとともに、ボール１６３の滑りによる上レース１６４および下レース１６１の溝摩耗やボール１６３振動を抑制することができる。

よって、摺動損失を低減すべくスラストボールベアリング１６を設けたことによる振動や騒音を防止することができる。

また、この実施の形態では上記電動機要素２をインバータ駆動させるようにしているが、上記電動機要素２の回転子１８は振動や騒音が抑制されているので、広範囲にわたる回転数制御を行うインバータ制御を行っても振動が少なく騒音の少ないものとすることができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における密閉型電動圧縮機の要部拡大側面図、図５は、予圧発生機構を示す斜視図である。

この実施の形態は、予圧発生機構２６の他の例を示すもので、この予圧発生機構２６は回転子１８の回転によって回転子１８に下向きの力を加える回転力変換手段２７、この例では回転子１８を矢印Ａで示すように回転させる場合その回転子１８の外周面に回転方向に向かって上向きに傾く羽根２８を設けて構成してある。

これにより、回転子１８は、回転時の冷媒ガス５の流れによって羽根２８に下向きの分力が加わるためこれに連結されて一体に回転するクランクシャフト１５にも下向きの力がかかる。その結果、クランクシャフト１５のスラスト荷重を支持するスラストボールベアリング１６に予圧がかかり、前記実施の形態１と同様、ボール１６３の滑りを抑制して上レース１６４および下レース１６１の溝摩耗やボール１６３振動を抑制し、振動や騒音を
防止することができる。

また、この予圧発生機構２６は、回転子１８の外周に回転方向に向かって上向きに傾く羽根２８からなる回転力変換手段２７を設けるだけであるから極めて簡単かつ安価に提供することができる。

なお、回転力変換手段２７は回転子１８の回転力を下向きの力に変えるものであれば前記羽根２８に限られるものではなくどのようなものであってもよいものである。

（実施の形態３）
この実施の形態は上記実施の形態１または２のいずれかの密閉型電動圧縮機を用いて構成した冷凍装置で、図６はその構成を示す模式図である。ここでは、冷媒回路に、実施の形態１または２のいずれかで説明した密閉型電動圧縮機を搭載した構成とし、冷凍装置の基本構成の概略について説明する。

図５において、この冷凍装置は、一面が開口しその開口を扉で開閉する断熱性の本体３５と、本体３５の内部を、物品の貯蔵空間３６と機械室３７に区画する区画壁３８と、貯蔵空間３６内を冷却する冷媒回路３９を具備している。

冷媒回路３９は、圧縮機４０として実施の形態１または２で説明した密閉型電動圧縮機と、放熱器４１と、減圧装置４２と、吸熱器４３とを環状に配管４４によって連結接続した構成となっている。そして、吸熱器４３は、送風機（図示せず）を具備した貯蔵空間３６内に配置されている。吸熱器４３の冷却熱は、図６に矢印Ｍで示したように、送風機によって貯蔵空間３６内を循環するように撹拌され、貯蔵空間３６内は冷却される。

以上説明した冷凍装置は、密閉型電動圧縮機が摺動損失が少なく低振動であるため、高性能且つ低騒音の冷凍装置とすることができる。

以上、本発明は上記実施の形態を用いて説明してきたが、上記実施の形態で説明した構成は、本発明を実施する一例として示したものであり、本発明の目的を達成する範囲で種々変更可能なことは言うまでもなく、本発明の技術的思想に基づく構成が適用されたアウターロータ型モータを用いた密閉型電動圧縮機、冷凍装置を含むものである。

以上のように、本発明は、摺動損失を低減しつつ騒音発生を抑制して高性能且つ低騒音の密閉型電動圧縮機及びそれを用いた冷凍装置とすることができる。

１ 密閉容器
２ 電動機要素
３ 圧縮要素
５ 冷媒ガス
１５ クランクシャフト
１６ スラストボールベアリング
１８ 回転子
１９ 固定子
２２ 永久磁石
２４ コア
２６ 予圧発生機構
２７ 回転力変換手段
３９ 冷媒回路
４０ 圧縮機
４１ 放熱器
４２ 減圧装置
４３ 吸熱器
４４ 配管
α 固定子のコイルの軸方向中心
β 回転子の永久磁石の軸方向中心

Claims (5)

1. 密閉容器内に圧縮要素とこの圧縮要素を駆動する電動機要素を設け、前記電動機要素は、固定子の外周を回転子が回転するアウターロータ型モータとし、かつ、前記回転子によって回転されて前記圧縮要素を駆動するクランクシャフトはそのスラスト荷重をスラストボールベアリングによる転がり軸受で支持する構成とするとともに、前記スラストボールベアリングに下向きの圧力を加える予圧発生機構を設けた密閉型電動圧縮機。
2. 予圧発生機構は、固定子のコアの軸方向中心を、回転子の永久磁石の軸方向中心より低い位置に設定して構成した請求項１記載の密閉型電動圧縮機。
3. 予圧発生機構は、回転子回転時の冷媒ガスの流れによって回転子に下向きの力を加える回転力変換手段を設けて構成した請求項１記載の密閉型電動圧縮機。
4. 電動機要素はインバータ電源によって駆動する構成とした請求項１〜３のいずれか１項記載の密閉型電動圧縮機。
5. 圧縮機、放熱器、減圧装置及び吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を有し、圧縮機を請求項４記載の密閉型電動圧縮機とした冷凍装置。

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