JP2021095868A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、高速回転および小型を達成する構造を有するスクロール型流体機械を提供する。【解決手段】 本発明は、螺旋状の延出する少なくとも１つの駆動スクロール５１，５２を具備する駆動スクロール部材５と、前記駆動スクロール５１，５２に噛合して圧縮空間７１，７２を画成する従動スクロール６ａ１，６ｂ１を具備し、前記駆動スクロール部材５と回転同期機構９を介して連結される従動スクロール部材６とをハウジング２内に有するスクロール流体機械１において、前記駆動スクロール部材５を回転させるための駆動部４は、前記ハウジング２内に固定されたステータ４２と、前記駆動スクロール部材５に固定されたロータ４１と、によって構成されることにある。【選択図】 図１

Description

本発明は、電動モータを一体化したスクロール流体機械に関する。

特許文献１（国際公開ＷＯ２０１８／１３８７９５号）は、モータケーシングにおいて高い強度を得られるモータおよびこれを用いた圧縮機を開示する。この圧縮機は、回転自在に設けられた回転軸と、回転軸と一体に回転するロータと、ロータを回転駆動させるステータと、ロータとステータとを収納する筒状体であり、その外周面に、周方向に延伸するリブが設けられたモータケーシングとを有するモータを具備する。このモータは、圧縮部と回転軸を介して連結される。

特許文献２（特開２０１９−１７８６７８号公報）は、スクロール型電動圧縮機を開示する。このスクロール型電動圧縮機は、ハウジング内に、電動モータ部と圧縮部が配置され、お互いが回転軸を介して連結され、電動モータ部によって回転する回転軸によって圧縮部に駆動力が伝達される構造を有している。

特許文献３（特開２０１９−１９０４５９号公報）も、特許文献２と同様に、ハウジング内に電動モータ部と圧縮部とを具備し、電動モータ部と圧縮部とが回転軸を介して連結されている圧縮機を開示する。

国際公開ＷＯ２０１８／１３８７９５号公報 特開２０１９−１７８６７８号公報 特開２０１９−１９０４５９号公報

たとえば上述した特許文献１〜３に開示されているように、従来の電動モータと圧縮機とを内蔵するスクロール型流体機械においては、電動モータと圧縮機の間を回転軸で連結され、この回転軸を通して電動モータのトルクが圧縮機に伝達される構造となっている。この場合、回転軸には電動モータで発生するトルクを圧縮機に確実に伝達するために所定の径と所定硬度が確保される必要がある。このため、回転軸は鉄系材料で形成されることが多く、また強度的にも軸径を太くする必要があり、このため流体機械自体の重量が増大してしまうという問題点が生じる。

さらに、駆動スクロールと従動スクロールがお互いに旋回運動しながら高速回転をするような流体機械では、支持する軸受は小径であるほど許容回転数が大きくなり高速化が容易となるため特に回転軸を細めに形成することが望ましく、また軽量化の観点からもアルミ材などの軽量材料で形成することが望まれる。

このため、本発明は、高速回転および小型軽量化を達成する構造を有するスクロール型流体機械を提供する。

本発明に係るスクロール流体機械は、螺旋状の延出する少なくとも１つの駆動スクロールを具備する駆動スクロール部材と、前記駆動スクロールに噛合して圧縮空間を画成する従動スクロールを具備し、前記駆動スクロール部材と回転同期機構を介して連結される従動スクロール部材とをハウジング内に有するスクロール流体機械において、前記駆動スクロール部材を回転させるための駆動部は、前記ハウジング内に固定されたステータと、前記駆動スクロール部材に固定されたロータとによって構成されることにある。

これによって、駆動スクロール部材に固定されたロータによって、駆動スクロール部材が直接回転されることから、回転軸を介することなくロータに発生するトルクを駆動スクロール部材に伝達することができる。回転軸は位置決めとそれぞれの自重を支持するだけのため、小径にしても鉄系材料でなくアルミ材を使用することができるため、スクロール流体機械の軽量化を達成できるものである。

さらに、前記駆動スクロール部材は、中央に連通孔が開口する駆動スクロール鏡板と、該駆動スクロール鏡板の両側に立設し、径方向に螺旋状に延出する第１および第２の駆動スクロールと、前記駆動スクロール鏡板の外周端部を両側から支持するとともに前記ハウジングに回転自在に支持される第１および第２の駆動スクロール受けとを具備し、前記従動スクロール部材は、前記第１の駆動スクロールと噛合して第１の圧縮空間を画成する第１の従動スクロールと、前記第２の駆動スクロールと噛合して、前記駆動スクロール鏡板の連通孔を介して前記第１の圧縮空間の中央側端部と連通する第２の圧縮空間を画成する第２の従動スクロールと、前記第１の従動スクロールが立設する第１の従動スクロール鏡板と、前記第２の従動スクロールが立設する第２の従動スクロール鏡板と、前記第１の従動スクロール鏡板の中央部分から前記第１の従動スクロールの反対側に延出し、中央に前記第１の圧縮空間の中央側端部と連通する吐出孔が貫通するとともに前記ハウジングに回転自在に支持される第１の従動スクロール軸部と、前記第２の従動スクロール鏡板の第２の従動スクロールの反対側に延出し、前記ハウジングに回転自在に保持される第２の従動スクロール軸部とを具備することが望ましい。

これによって、駆動スクロール鏡板の両側に画成された第１および第２の圧縮空間は、外周部分において連結された第１および第２の駆動スクロール受けによって軸方向に挟持されていることから、第１および第２の圧縮空間において生じる圧力を軸方向に相殺することができるため、たとえば駆動スクロール部材および従動スクロール部材を回転自在にハウジングに支持するために設けられる軸受に荷重として作用しないようにすることができるものである。さらに、これによって、従動スクロール部材軸部に係る荷重を低減できることから、軸部をアルミ材などの軽量部材によって形成できるものである。

さらに、前記ロータは、前記第２の駆動スクロール受けの外周端部から軸方向のハウジング側に延出する回転延出部の内側に配置されるとともに、前記ステータは、前記ハウジングから前記第２の駆動スクロール受け側に延出する固定延出部の外周に前記ロータと対峙するように配置されることが望ましい。

この構造によって、前記スクロール流体機械の径方向の寸法を小さくすることができるものである。

さらにまた、前記ロータは、前記第１の駆動スクロール受けの外周部および第２の駆動スクロール受けの外周部を橋架するように配置され、前記ステータは、前記ロータと対峙するように前記ハウジングに固定されることが望ましい。

この構造によって、前記スクロール流体機械の軸方向の寸法を小さくすることができるものである。

また、前記ロータは、所定の極性に配置された複数の電磁石によって構成され、前記ステータは、前記ロータに対して回転磁界を発生させるコイルであることが望ましい。

本発明によれば、駆動スクロール部材に固定されたロータによって、駆動スクロール部材が直接回転されることから、回転軸を介することなくロータに発生するトルクを駆動スクロール部材に伝達することができるため、回転軸を鉄系材料でなくアルミ材等の軽量部材を使用できまた軸径も小さくできることから軸受も小型化可能となり、容易にスクロール流体機械の軽量化、小型化および高速化が達成できるものである。

さらに、この発明によれば、駆動スクロール鏡板の両側に画成された第１および第２の圧縮空間は、外周部分において連結された第１および第２の駆動スクロール受けによって軸方向に挟持されていることから、第１および第２の圧縮空間において生じる圧力を軸方向に相殺することができるため、たとえば駆動スクロール部材および従動スクロール部材を回転自在にハウジングに支持するために設けられる軸受に荷重として作用しないようにすることができるものであり、さらに、これによって、従動スクロール部材軸部に係る荷重を低減できることから、軸部をアルミ材などの軽量部材によって形成できるものである。

以上のように、本発明に係るスクロール流体機械によれば、駆動部としての電動モータのステータをハウジングに固定するとともに、ロータを駆動スクロール受けに固定して直接駆動するようにしたので、スクロール流体機械の軽量化、高速化および小型化を達成できるものである。

本発明の実施例１に係るスクロール型流体機械の断面構造図である。 本発明の実施例２に係るスクロール型流体機械の断面構造図である。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本発明の実施例１に係るスクロール流体機械１は、たとえば図１に示されるように、ハウジング２と、ハウジング２内に配置される圧縮部３と、前記圧縮部３を駆動させる駆動部４とによって構成される。

前記圧縮部３は、駆動スクロール部材５と、従動スクロール部材６とによって構成される。また、従動スクロール部材６は、第１および第２の従動スクロール部材６ａ，６ｂによって構成される。

前記駆動スクロール部材５は、中央に連通孔５ａが開口する駆動スクロール鏡板５０と、この駆動スクロール鏡板５０の両側に立設し、径方向に螺旋状に延出する第１および第２の駆動スクロール５１，５２と、前記駆動スクロール鏡板５０の外周端部５３を両側から支持する第１および第２の駆動スクロール受け５４，５５と、第１および第２の駆動スクロール受け５４，５５を前記ハウジングに対して回転自在に保持する第１および第２の駆動スクロール軸部５６，５７を具備する。

前記第１の従動スクロール部材６ａは、前記第１の駆動スクロール５１と噛合して第１の圧縮空間７１を画成する第１の従動スクロール６ａ１と、前記第２の駆動スクロール５２と噛合して、前記駆動スクロール鏡板５０の連通孔５ａを介して前記第１の圧縮空間７１の中央側端部と連通する第２の圧縮空間７２を画成する第２の従動スクロール６ｂ１と、前記第１の従動スクロール６ａ１が立設する第１の従動スクロール鏡板６ａ２と、前記第２の従動スクロール６ｂ１が立設する第２の従動スクロール鏡板６ｂ２と、前記第１の従動スクロール鏡板６ａ１の中央部分から前記第１の従動スクロール６ａ２の反対側に延出し、中央に前記第１の圧縮空間７１の中央側端部と連通する吐出孔７３が貫通するとともに前記ハウジング２に回転自在に支持される第１の従動スクロール軸部６ａ３と、前記第２の従動スクロール鏡板６ｂ２の第２の従動スクロール６ｂ１の反対側に延出し、前記ハウジング２に回転自在に保持される第２の従動スクロール軸部６ｂ３とを具備する。

また、前記第１および第２の駆動スクロール受け５４，５５の第１および第２の駆動スクロール軸部５６，５７は、軸受８１，８２を介して前記ハウジング２に回転自在に保持され、さらに前記第１および第２の従動スクロール部材６ａ，６ｂは、軸受８３，８４を介して前記ハウジング２に回転自在に保持される。また、前記第１の従動スクロール軸部６ａ３とハウジング２との間は軸シール８５によってシールされ、前記ハウジング２の内外が遮断される。尚、前記軸シール８５は、ハウジング２に固定されたキャップ２２によって保持される。

さらに、前記第１の従動スクロール部材６ａの第１の従動スクロール鏡板６ａ２と第１の駆動スクロール受け５４との間には、駆動スクロール部材５と従動スクロール部材６とを相対的に旋回運動させるための自転防止機構としてオルダムリング９が設けられる。

前記駆動部４は、第２の駆動スクロール受け５５の端面に固定されるＬ字形のスリーブ５８の内側に固定される永久磁石からなるロータ４１と、このロータ４１に対向して配置され、前記ロータ４１に対して回転磁界を発生させるコイルからなるステータ４２とによって構成される。また、前記ステータ４２は、前記ハウジング２から円筒状に内側に延出するリブ２１の外周に設けられる。

以上の構成により、前記駆動部４のステータ４２に通電された場合、ステータ４２に回転磁界が生じ、永久磁石からなるロータ４１が回転磁界の影響を受けて回転し、これによって第１および第２の駆動スクロール受け５４，５５を介して駆動スクロール部材５が軸受８１，８２を基点として回転し、この駆動スクロール部材５と回転同期機構としてのオルダムリング９を介して連結される第１および第２の従動スクロール部材６ａ１，６ｂ１が軸受８３，８４を基点として回転し、駆動スクロール部材５に対して相対的に旋回運動を行う。これによって、第１および第２の圧縮空間７１，７２が駆動スクロール部材５の外周方向から中心方向にその容積を減少させることができる。外周部分から流体を吸引して中央側に向けて圧縮する。さらに駆動スクロール部材５の中心部分では第２の圧縮空間７２は連通孔５ａを介して連通し、さらに第１の従動スクロール軸部６ａ３に形成された吐出孔７３を介して圧縮された流体を吐出することができるものである。

これによって、ロータ４１の駆動力（トルク）が駆動スクロール部材５の外周部分に直接伝わることから、圧縮部３を効率的に稼働させることできるものであり、強度の高い部材（重量の重い材料）によって形成する必要のある回転軸を使用することがないため、第１および第２の駆動スクロール軸部５６，５７を、第１および第２の駆動スクロール受け５４，５５とそれぞれ一体に同一の軽量材料、たとえばアルミ材などで形成することができるため、さらに、第１および第２の従動スクロール軸部６ａ３，６ｂ３を第１および第２の従動スクロール部材６ａ１，６ｂ１と同一の軽量材料にて一体に形成することができるため、スクロール流体機械１を軽量化することができるものである。

また、実施例１に係るスクロール流体機械１では、第２の駆動スクロール受け５５から軸方向に延出するスリーブ５８にロータ４１を設ける構造であることから、スクロール流体機械１の径方向の寸法の拡大を抑制できるものである。

図２に示される本願発明の実施例２に係るスクロール流体機械１Ａにおいて、上述した実施例１と同一の効果を奏する箇所および同一の効果を奏する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。

実施例２に係るスクロール流体機械１Ａでは、駆動部４Ａを構成するステータ４２Ａは、ハウジング２Ａ、２Ｂによって挟持固定されている。また、駆動部４Ａを構成するロータ４１Ａは、前記ステータ４２Ａに対峙するように前記駆動スクロール部材５の外周端部５３に固着される。尚、この実施例２では、ステータ４２Ａをハウジング２ａ，２ｂによって挟持固定する構成としたが、前述した実施例１のハウジング２の内周面に前記ロータ４１Ａと対向するように配置しても良いものである。

以上の構造により、本発明の実施例２に係るスクロール流体機械１Ａにおいては、スクロール流体機械１Ａの軸方向の寸法を小さくすることができるものである。

本発明に係るスクロール流体機械１，１Ａは、吐出側より圧縮空気や冷媒、ガスなどを流入させ回転膨張させることで圧縮部３を動力源として使用することができ、これによってさらに上述して実施例１，２において動力部４，４Ａを発電機として使用することができるものである。

１，１Ａ スクロール流体機械
２，２Ａ，２Ｂ ハウジング
３ 圧縮部
４ 駆動部
５ 駆動スクロール部材
５ａ 連通孔
６ 従動スクロール部材
６ａ 第１の従動スクロール部材
６ａ１ 第１の従動スクロール
６ａ２ 第１の従動スクロール鏡板
６ａ３ 第１の従動スクロール軸部
６ｂ 第２の従動スクロール部材
６ｂ１ 第２の従動スクロール
６ｂ２ 第２の従動スクロール鏡板
６ｂ３ 第２の従動スクロール軸部
９ オルダムリング
２１ リブ
２２ キャップ
４１，４１Ａ ロータ
４２，４２Ａ ステータ
５０ 駆動スクロール鏡板
５１ 第１の駆動スクロール
５２ 第２の駆動スクロール
５３ 外周端部
５４ 第１の駆動スクロール受け
５５ 第２の駆動スクロール受け
５６ 第１の駆動スクロール軸部
５７ 第２の駆動スクロール軸部
５８ スリーブ
７１ 第１の圧縮空間
７２ 第２の圧縮空間
７３ 吐出孔
８１，８２，８３，８４ 軸受
８５ 軸シール

Claims (5)

1. 螺旋状の延出する少なくとも１つの駆動スクロールを具備する駆動スクロール部材と、前記駆動スクロールに噛合して圧縮空間を画成する従動スクロールを具備し、前記駆動スクロール部材と回転同期機構を介して連結される従動スクロール部材とをハウジング内に有するスクロール流体機械において、
   前記駆動スクロール部材を回転させるための駆動部は、前記ハウジング内に固定されたステータと、前記駆動スクロール部材に固定されたロータとによって構成されることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記駆動スクロール部材は、中央に連通孔が開口する駆動スクロール鏡板と、該駆動スクロール鏡板の両側に立設し、径方向に螺旋状に延出する第１および第２の駆動スクロールと、前記駆動スクロール鏡板の外周端部を両側から支持するとともに前記ハウジングに回転自在に支持される第１および第２の駆動スクロール受けとを具備し、
   前記従動スクロール部材は、前記第１の駆動スクロールと噛合して第１の圧縮空間を画成する第１の従動スクロールと、前記第２の駆動スクロールと噛合して、前記駆動スクロール鏡板の連通孔を介して前記第１の圧縮空間の中央側端部と連通する第２の圧縮空間を画成する第２の従動スクロールと、前記第１の従動スクロールが立設する第１の従動スクロール鏡板と、前記第２の従動スクロールが立設する第２の従動スクロール鏡板と、前記第１の従動スクロール鏡板の中央部分から前記第１の従動スクロールの反対側に延出し、中央に前記第１の圧縮空間の中央側端部と連通する吐出孔が貫通するとともに前記ハウジングに回転自在に支持される第１の従動スクロール軸部と、前記第２の従動スクロール鏡板の第２の従動スクロールの反対側に延出し、前記ハウジングに回転自在に保持される第２の従動スクロール軸部とを具備することを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
3. 前記ロータは、前記第２の駆動スクロール受けの外周端部から軸方向のハウジング側に延出する回転延出部の内側に配置されるとともに、前記ステータは、前記ハウジングから前記第２の駆動スクロール受け側に延出する固定延出部の外周に前記ロータと対峙するように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のスクロール流体機械。
4. 前記ロータは、前記第１の駆動スクロール受けの外周部および第２の駆動スクロール受けの外周部を橋架するように配置され、前記ステータは、前記ロータと対峙するように前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項１又は２記載のスクロール流体機械。
5. 前記ロータは、所定の極性に配置された複数の電磁石によって構成され、前記ステータは、前記ロータに対して回転磁界を発生させるコイルであることを特徴する請求項４又は５記載のスクロール流体機械。
   
   

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