JP2656597B2 - 回転形圧縮機 - Google Patents

回転形圧縮機

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転形圧縮機に係り、特に高速運転におけ
る軸系の振れ回りを小さくするのに好適な軸受機構を有
する回転形圧縮機に関するものである。
〔従来の技術〕
従来より回転形圧縮機は、冷蔵庫、ルームエアコン、
除湿機等に広く用いられているが、これら電気製品の効
率を向上し、小形化するものとして、回転数制御形の回
転形圧縮機が用いられるようになってきた。この回転形
圧縮機では、低速から高速まで広い範囲で回転数を制御
することが、性能を向上させる上で重要である。しか
し、従来の回転形圧縮機においては、高速域で回転させ
る場合に多くの問題が発生した。すなわち、密閉容器内
に電動要素部と圧縮要素部を持ち、この2つの要素部を
軸で連結し回転する系を有する回転形圧縮機において、
圧縮要素内部で回転系に偏心部分があるために、回転軸
が振れ回る。一般には、これを抑える目的で回転系の一
部にバランス用のウエイトが取り付けられている。しか
し、製造上の誤差に伴うアンバランス量が存在するため
に、高速回転になると回転軸が大きく振れ回り、圧縮要
素部の両側にある軸受での損傷、焼付け、さらには電動
要素部での回転系と固定系の衝突による破損という問題
が起こる。
上記問題を解決する有効な従来技術として、特開昭61
−229988号「回転型圧縮機」の公報に記載のように、電
動要素部の上端部において回転軸をすべり軸受で支持
し、合計3つの軸受で回転軸の振れ回りを防止する手段
がある。また、特開昭61−31683号「圧縮機」の公報に
記載のように、電動要素部の上端部で回転軸をころがり
軸受によって支持する方法もある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前者(特開昭61−229988号)では、高
速回転時の回転軸の振れ回りを抑制できる効果がある一
方、振れ回りの小さな低速回転時から回転軸の支持に3
つの軸受を用いるため、軸受の摺動による損失が大きく
なるという問題があった。
また、前者、後者(特開昭61−31683号)とも電動機
上端部の軸受への給油が困難であり、該軸受部で回転系
と固定系が焼き付くという問題があった。
本発明の目的は、低速回転時の軸受部での損失増大、
さらに軸受部での焼き付き事故を起こすことなく、回転
軸の振れ回りを防止することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、冷媒ガスを圧縮する圧縮要素部と、該圧
縮要素部と回転軸で連結され、駆動を行う電動要素部を
密閉容器内に具備する回転形圧縮機において、圧縮要素
部の両側に軸受を有し、さらに圧縮要素部と反対側の電
動要素部の端部に、高速回転時にのみ作動する軸受機構
を設けることにより、達成される。
電動要素端部の軸受を高速回転時にのみ作動させるた
め、前記軸受部分で固定系と回転系の間にクリアランス
を設け、高速回転時にクリアランスを除去して固定系と
回転系を接触させ、固定系あるいは回転系に設置された
軸受を作動させる手段を用いる。
尚、高速回転時に前記二つの系を軸受部で接触させる
技術として、回転系に設置したおもり(クリアランス調
整用ウエイト)の遠心力を利用することも本発明の一つ
である。
さて、電動機上端部の軸受の固定方法として、特開昭
61−31683号「圧縮機」公報に記載されている従来技術
と逆の構造、すなわち軸受の外輪を回転系が固定し、軸
受の内輪を固定系が固定することにより、前記軸受への
給油を容易に行う。
〔作用〕
本発明においては、低速回転時には従来より広く家電
品に用いられている回転形圧縮機と同様に圧縮要素部の
両側の軸受のみで回転軸を支持する構造となる。これ
は、電動要素の上端部の軸受部分で固定系と回転系の間
に十分な初期クリアランスを設定し、低速時で回転軸の
振れ回り量が小さい場合には、固定系と回転系を接触さ
せないためである。
高速回転になると、アンバランス量による遠心力が角
速度の2乗に比例するため、振れ回り量も急激に増大す
る。このため、振れ回り量が前記した初期設定クリアラ
ンスに到達することにより、即ち回転系と固定系が電動
要素端部の軸受部で接触することにより、電動要素端部
の軸受が作動する。
さらに、前記クリアランスを可変にする機構を電動要
素部の回転系の端部に設けた場合、任意の回転速度で軸
受を作動させるように設定できる。
これは、回転速度が速くなった場合、回転系の端部に
設定したクリアランス調整用ウエイトが遠心力で外側に
ひろがり、その作用で軸受の内輪と固定系の軸、軸受の
外輪と回転系が固定され、ころがり軸受が作動するため
である。
さらに、ころがり軸受が作動している場合、密閉容器
内の下方に溜っている油が回転軸の中心部分に設けられ
た貫通穴を通って上方にくみ上げられ、ころがり軸受の
内輪と外輪の間を通過して回転系の外へ放出される構造
となっている。このため、ころがり軸受の内輪と外輪の
間にある玉あるいはころへの給油が十分に行われ、ころ
がり軸受部での焼き付き事故を防止することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
実施例1 第1図は、電動要素部上端において回転系にころがり
軸受を設置し、該ころがり軸受内輪に対し十分なクリア
ランスを有する固定軸と固定系に設置した場合の一実施
例を示す回転形圧縮機の縦断面図である。
図中1は回転形圧縮機の密閉容器で、該密閉容器内上
部には電動要素部2、下部に圧縮要素部3が配置され下
方に油21が溜められている。上記電動要素部2はステー
タ4とロータ5より構成され、上記圧縮要素部3はシリ
ンダ6と該シリンダ6内に設けられたローラ7とにより
構成されている。そして、上記ロータ5と上記ローラ7
は中心の穴に油板22を設置したクランクシャフト8を介
して連結されている。また、該クランクシャフト8は上
軸受9と下軸受10により常時保持され、回転可能となっ
ている。さらに、ロータ5の上端部には、内輪11a,外輪
11b,球11cより構成されたころがり軸受11が載置され、
外輪11bがロータ5の上端部に圧入されている。また、
上端部固定軸12が、この上端部固定軸12を支持する部材
である固定軸支え板13にボルトで固定され、固定軸支え
板13は密閉容器1の内面に圧入され固定されているの
で、前記ころがり軸受11の内輪11aには、十分なクリア
ランスをもって上端部固定軸12が挿入されている。
ここで、上記クリアランスを0.1mm(片側)とした場
合について、第1図の回転形圧縮機の動作特性を第2図
により説明する。
第2図では横軸にクランクシャフトの回転速度縦軸に
ロータ上端部の偏心量を示している。本実施例において
低速回転時には、ロータ上端偏心量が0.02mm程度と小さ
いため、第1図のころがり軸受11の内輪11aと上端部固
定軸12は接しない。このため回転系(ロータ5、クラン
クシャフト8等)は、上軸受9と下軸受10によってのみ
保持されている。回転速度が7000rpmを超えるとロータ
上端偏心量が急激に増加し、仮りにロータ5の上端部に
本実施例に示す軸受機構を設置しない場合には、図中に
一点鎖線で示す如く偏心量が増大し偏心量0.23mm、回転
速度11000rpmでロータ5とステータ4が衝突し、回転が
停止する。これに対して本実施例では、ロータ5の上端
部ころがり軸受11の内輪11aと上端部固定軸12の間に0.1
mmの初期クリアランスを設定しているため、ロータ上端
が0.1mm偏心した時点で上記クリアランスが零となり、
ころがり軸受11の内輪11aと上端固定軸12とが一体とな
りころがり軸受が作動するため、図中の実線のように偏
心量は0.1mmに溜められる。これにより、ロータ5とス
テータ4の接触を防ぐことができる。
ここで、上記クリアランスは零よりも大きく、ロータ
とステータのクリアランス以上にする必要がある。
また、ころがり軸受11の内輪11aと上端部固定軸12が
接触する高速回転時には、密閉容器1の下方に溜められ
ている油21がクランクシャフト8の中心に設置された油
板22により上方にくみ上げられ、第1図中に矢印で示す
ようにころがり軸受11の内輪11aと外輪11bの間を通過し
て回転系の外へ放出される。このため、ころがり軸受11
内にある球11cへの給油が十分に行われ、焼き付き事故
を防止できる。
実施例2 第1図に示した実施例に、ころがり軸受11の内輪11a
と上端部固定軸12との間のクリアランス量を回転速度に
応じて変化させる機構を追加し、その実施例を第3図
(A),(B)、第4図及び第5図を用いて説明する。
第3図(A)は、本実施例の主要部分(ロータ上端
部)を示す縦断面図であり、第3図(B)はクリアラン
ス調整機構の横断面図である。図中、第1図と同一符号
のものは同一部分を示すものであり、その説明を省略す
る。
第1図ではころがり軸受11の外輪11bを直接ロータ5
に固定したのに対し、本実施前では、上記ころがり軸受
11の外輪11bを軸受ガイド14に固定し、ロータ5に設置
された直動形ころがり軸受15により、上下方向にのみ移
動可能となっている。一方、ころがり軸受11及び軸受ガ
イド14の下方には、クリアランス調整機構が設けられて
おり、第3図(B)は該クリアランス調整機構の横断面
図であり、第3図(A)中のクリアランス調整機構分は
第3図(R)中のAθA′断面を示したものである。
クリアランス調整機構には、2つのクリアランス調整
用ウエイト17が用いられており、該クリアランス調整用
ウエイト17はロータ5に設けられた支点16を中心に第3
図(B)中の矢印の方向に回転する構造となっている。
また、ロータの中心θを中心に回転カム18の両端部に
は、溝が設けられ該溝には、2つのクリアランス調整用
ウエイトのピン23が挿入されている。さらに、該ピン23
部にはバネ19がとりつけられ、通常バネの力によりクリ
アランス調整ウエイト17は、内側(図中の矢印と反対
側)に引き寄せられている。
ここで、ロータが高速回転になるとウエイト17に働く
遠心力が増大するため、該ウエイト17は第3図(A)及
び(B)中の矢印の方向に広がる。このとき2つのエイ
ト17は、カム18により等しい量だけ矢印側に広がり回転
系のアンバランス量を増大させないような構造になって
いる。さらに、回転速度が増大するとウエイト17と軸受
ガイド14とが接触し、この接触面で互いにすべり合いな
がら軸受ガイド14が上方へ移動し、ころがり軸受11の内
輪11aと上端部固定軸12が接続し、ころがり軸受11が作
動する。上記機構を効率良く作動させるためには、ウエ
イト17と軸受ガイド14の接触面をなめらかに仕上げ摩擦
抵抗を小さくしておく必要がある。また、接触面の角度
については、後述する。
次に第4図及び第5図を用い、上記クリアランス調整
機構を定量的に説明する。
第4図は、第3図に示す実施例の動作を示す構造図で
ある。
第4図にて、は第3図のウエイト17に、はころが
り軸受11と軸受ガイド14に、は上端部固定軸12に、
は直動形ころがり軸受にそれぞれ対応している。
がに接触するまでは、即ち図中に示すとの距
離xが零以上のとき、力のつり合いより、 2・ma・γ・ω−k(γ−γ)=0 ……(1) ma:の質量(Kg) γ:の重心の半径(m) ω:回転角速度(rad/s) k:バネ定数(N/m) γ0:バネの自然長さ(m) が成り立つ。また、,が接触した後は、 2・ma・γ・ω−k(γ−γ) −mb・g・sinθ1・cosθ=0 ……(2) mb:の質量(Kg) g:重力加速度(m/s2) θ1:,接触面の傾き(rad) が成り立つ(但しとの間の摩擦係数は零とする)。
このとき、の重心半径γと、,間のクリアランス
Cの間には、 θ2:,接触面の傾き(rad) C0:,の初期クリアランス(m) γ1:,接触時のγ(m) の関係が成り立つ。
そこで、(1),(2),(3)式を用い、第2図に
示す特性の回転形圧縮機に適応するクリアランス調整機
構を設計した。
初期設定クリアランスC0をC0=0.1mmとし、さらに回
転角速度ωがω=800rad/s(7640γpm)になるとクリア
ランスCが減少を開始し、ω=934rad/s(8940γpm)で
理論上C=0mmとなるには、(1),(2),(3)式
より、設計値を以下の値にすれば良い。
ma=2.5×10-3Kg,γ=5×10-3m mb=10×10-3Kg, k=17748N/m, 以上の結果を用いたクリアランス調整機構を有する回
転形圧縮機の動作特性を第5図に示す。
第5図の横軸と縦軸は第2図に示したものと同一であ
るので説明を省略する。また、図中に一点鎖線で示す曲
線も、第2図と同一でロータ上端に軸受機構のない場合
の偏心量を示すものである。図中の破線はころがり軸受
の内輪と上端部固定軸とのクリアランス量を示してお
り、前記したように7640γpmで減少を開始し、8940γpm
で理論上零となるよう設計されている。したがって、本
実施例に示す回転形圧縮機のロータ上端部の偏心量は、
低速時には0.02mm程度で、7000γpmを超えると増大する
が、偏心量0.05mm、8500γpmでころがり軸受の内輪と上
端部固定軸が一部接触するため最大値をとる。その後、
ころがり軸受の内輪と上端部固定軸の接触面積が増加し
て片当りが減少するため、偏心量が小さくなり、約9000
γpmで零となった。
したがって、本実施例2では実施例1よりもさらに高
速域での振れ回り量を小さくでき、望ましい。
その他の実施例 実施例1及び2では、回転系にころがり軸受を、固定
系に上端部固定軸を設置し、ころがり軸受の内輪と上端
部固定軸との間にクリアランスを設けた場合について説
明した。しかし、クリアランスの設定場所は、第6図に
示すようにころがり軸受の外輪11bとロータ5の間でも
良い。
第6図は、発明の一実施例の主要部分を示す縦断面図
である。第6図中、ころがり軸受の内輪11aは上端部固
定軸12に圧入されており常時静止しているが、ころがり
軸受の外輪11bはロータ5との間に十分なクリアランス
を有し挿入された構造となっている。したがって、外輪
11bは低速時に静止し、高速時にクリアランスが0とな
る時、ロータ5と接触し回転する。この構造において
も、回転系の中心には油板22が設置され、油が上方へ取
りこまれるので、第6図中の矢印で示すような油の流れ
になり、ころがり軸受の給油が十分に行われ焼き付き事
故を防止できる。また、本実施でもロータ側に実施例2
に示したクリアランス調整機構を設けることにより、実
施例2と同様の効果も得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、回転形圧縮機の低速回転時の効率を
低下させることなく、高速回転時において回転軸の振れ
回りを抑制でき、電動要素部でのロータとステータの接
触事故及び圧縮要素部の両側にある上軸受、下軸受での
傷損、焼付け事故を防止できる効果がある。
また、本発明の一つには発明により設置する軸受への
給油を容易に行い、軸受の焼付きを防止する効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の回転形圧縮機の縦断面図、
第2図は第1図の回転形圧縮機のロータ上端部偏心量を
示す説明図、第3図は本発明の一実施例の発明の主要部
分を示す縦断面図及び横断面図、第4図は第3図の動作
を示す説明図、第5図は第3図の回転形圧縮機のロータ
上端部偏心量を示す説明図、第6図は本発明の実施例を
示す主要部分の縦断面図である。 1……密閉容器、2……電動要素部、3……圧縮要素
部、4……ステータ、5……ロータ、6……シリンダ、
7……ローラ、8……クランクシャフト、9……上軸
受、10……下軸受、11……ころがり軸受、12……上端部
固定軸、14……軸受ガイド、16……支点、17……ウエイ
ト、18……カム、19……バネ、20……上端部固定穴、21
……油、22……油板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関上 和夫 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 阿部 信雄 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 岩田 博 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−31683(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷媒ガスを圧縮する圧縮要素部と該圧縮要
    素部と回転軸で連結され、駆動を行う電動要素部を密閉
    容器内に具備する回転形圧縮機において、圧縮要素部の
    両側に軸受を有し、圧縮要素部と反対側の電動要素部の
    端部にロータを支持するころがり軸受を具備し、上記回
    転軸は容器下部に貯留する油を上記ころがり軸受に給油
    する穴を設けられ、圧縮機容器に固定された支持部材に
    固定された上端部固定軸を設け、この上端部固定軸に設
    置したころがり軸受の外輪とロータとの間、あるいは上
    端部固定軸とロータに設置したころがり軸受の内輪との
    間にすき間を設けたことを特徴とする回転形圧縮機。
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