JP2851052B2 - 流体圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は，例えば冷凍サイクルの冷媒ガスを圧縮する
流体圧縮機に関する。

（従来の技術） 従来より圧縮機として，レシプロ方式，ロータリ方式
等，各種のものが知られている。しかし，これらの圧縮
機においては，回転力を圧縮機部に伝達するクランクシ
ャフト等の駆動部や，圧縮部の構造が複雑であり，部品
点数も多い。さらに，このような圧縮機では圧縮効率を
高めるために，吐出側に逆止弁を設ける必要があるが，
この逆止弁の両サイドの圧力差は非常に大きいため，逆
止弁からガスがリークし易く圧縮効率が低い。そして，
このような問題を解消するためには各部品の寸法精度や
組立精度を高める必要があり，製造コストが高くなる。

また，米国特許第2,401,189号明細書には，スクリュ
ーポンプが開示されている。このポンプによれば，スリ
ーブ内に円柱形状で外周面に螺旋状の溝が形成される回
転体が配設される。上記溝には，螺旋状のブレードが摺
動自在に嵌合されている。そして，回転体を回転駆動す
ることにより，回転体の外周面とスリーブの内周面との
間においてブレードの隣接する２つの巻き間に閉じこめ
られた流体をスリーブの一端側から他端側へ移送する。
つまり，上述のスクリューポンプは流体を一端側から他
端側へ移送するだけのものであり，流体を圧縮する機能
は持っていない。

そこで近時，上述のごとき不具合を除去し，比較的簡
単な構成によりシール性を向上させて効率の良い圧縮が
できるとともに，部品の製造および組立が容易な流体圧
縮機が提案されている。これは，たとえば第３図に示す
ようになっていて、たとえば冷凍サイクルに使用する冷
媒ガス用の密閉型圧縮機として用いられる。

この圧縮機本体１は，密閉ケース２内に収容される電
動要素３および圧縮要素４とからなる。上記電動要素３
は，密閉ケース２の内面に固定された環状のステータ５
と，このステータ５の内側に設けられた環状のロータ６
とを有している。上記圧縮要素４は，中空筒体からなる
シリンダ７を有しており，このシリンダ７の外周面に上
記ロータ６が同軸的に嵌着されている。上記シリンダ７
の両端は，密閉ケース２の内面に固定された主軸受８と
弾性支持部材9aを介して弾性的に押圧される副軸受９に
よって回転自在に支持され，かつこれら主，副軸受8,9
でシリンダ７の両端は気密的に閉塞されている。なお副
軸受９のみ、弾性支持部材9aにより弾性的に押圧支持さ
れるので，この端部側におけるシリンダ７のある程度の
位置の変動は自由である。

上記シリンダ７の中空部には，円柱形状の回転体とし
てのピストン10が，シリンダ７の軸方向に沿って収容さ
れる。このピストン10は，中心軸Ａがシリンダ７の中心
軸Ｂに対して距離ｅだけ偏心して配置されており，ピス
トン10の外周面の一部はシリンダ７の内周面に接触して
いる。そして，ピストン10の両端部は上記主，副軸受8,
9にそれぞれ回転自在に支持されている。

また上記ピストン７の一端部には，周面から軸芯方向
に向って係合溝11が設けられており，この係合溝11に
は，シリンダ７の内周面から突出した駆動ピン12がシリ
ンダ７の径方向に沿って進退自在に挿入されている。上
記ピストン10の外周面には，ピストン10の両端間を延び
る螺旋状の溝13が形成されている。そして，この螺旋状
の溝13のピッチは，図の右側から左側，つまり，シリン
ダ７の吸込側から吐出側に向かって徐々に小さく形成さ
れている。上記溝13には，螺旋状のブレード14が嵌め込
まれる。このブレード14はふっ素樹脂材料からなるもの
で，適度な弾性を有している。ブレード14の厚さは，上
記螺旋状の溝13の幅とほぼ一致しており，ブレード14の
各部分は溝13に対してピストン10の径方向に沿って進退
自在であり，ブレード14の外周面はシリンダ13の内周面
に密着した状態でシリンダ７の内周面上をスライドす
る。上記ブレード14は，その弾性を利用してねじ込むこ
とにより上記溝13に装着される。

上記シリンダ７の内周面とピストン10の外周面との間
の空間は，上記ブレード14によって複数の作動室15…に
仕切られる。つまり，各作動室15はブレード14の隣合う
２つの巻き間に形成されており，ブレード14に沿ってピ
ストン10とシリンダ７の内周面との接触部から次の接触
部まで伸びたほぼ三日月状をなす。そして作動室15…の
容積は，シリンダ７の吸込側から吐出側に行くに従って
徐々に小さくなっている。

上記シリンダ７の吸込側に位置する主軸受８には，シ
リンダ７の軸方向に延びる吸込孔16が貫通している。こ
の吸込孔16の一端はシリンダ７の中に開口しており，他
端には冷凍サイクルの吸込チューブ17が接続されてい
る。また，上記副軸受９近傍のシリンダ７には吐出孔18
が開口していて，この端部は吐出端側になる。図におい
てこの上方部位の密閉ケース２には吐出チューブ19が挿
嵌固着され，密閉ケース２内部を介して上記吐出孔18と
連通する。

このような流体圧縮機の動作について説明すると，電
動要素３に通電してロータ６を回転駆動すると，シリン
ダ７が一体に回転する。上記シリンダ７の回転は駆動ピ
ン12を介してピストン10に伝達され，これはその外周面
の一部がシリンダ７の内周面に接触した状態で回転駆動
されるとともに，ブレード14も一体に回転する。

上記ブレード14は，その外周面がシリンダ７の内周面
に接触した状態で回転するため，ブレード14の各部は，
ピストン10の外周面とシリンダ７の内周面との接触部に
近づくにしたがって上記溝13に押込まれ，また，接触部
から離れるにしたがって上記溝13から飛出す方向に移動
する。一方，圧縮要素４が作動されると，吸込チューブ
17および吸込孔16を通してシリンダ７に冷媒ガスが吸込
まれる。そして吸込まれた冷媒ガスは，ブレード14の巻
き間の三日月状の作動室15に閉込められたまま，ピスト
ン10の回転に伴って吐出側の作動室15に順次移送される
とともに圧縮される。この圧縮された冷媒ガスは，副軸
受９近傍に設けられた吐出孔18から密閉ケース２の内部
空間内に吐出され，更に，吐出チューブ19を通して冷凍
サイクル中に戻される。

このように作動する流体圧縮機によれば，冷媒ガスは
作動室15内に閉込められた状態で移送かつ圧縮されるた
め，圧縮機の吐出側に吐出弁が不要であるにも拘らずガ
スを効率良く圧縮でき，圧縮機の構成の簡略化および部
品点数の削減を図れる。また，電動要素３のロータ６は
圧縮要素４のシリンダ７に嵌着されることから，ロータ
６を支持するための専用の回転軸や軸受等を設ける必要
がなく，圧縮機の構成をより一層簡略化することがで
き，部品点数の削減が可能になる。

上記螺旋状のブレード14は十分な弾性を有し，上記螺
旋状の溝13を出入しても，ブレード14に局部的な変形力
が加わることがなく，上記溝13をスムーズに出入する。
また，ブレード14をふっ素樹脂材料から形成したので，
高圧な環境下におかれることで十分な熱膨張が生じ，上
記溝13およびこれに嵌め込まれたブレード14との隙間が
埋められる。したがって，ガスのリークが低減し，性能
が向上するとともに冷媒にさらされてもその性質は劣化
し難く，耐摩耗性，耐熱性，耐冷媒性等に優れて，圧縮
機の性能および信頼性が大幅に向上する。

さらに，シリンダ７とピストン10とは，互いに同一方
向に回転した状態で互いに接触している。このため，こ
れらの部材間の摩擦は小さく，それぞれが円滑に回転で
きるので，振動や騒音が少なく，効率の高い圧縮機を実
現することができる。

（発明が解決しようとする課題） このようにして種々の利点を備えた流体圧縮機である
が，その反面，改良すべき点が考えられる。その一つ
が、上記電動要素３である。すなわちこの電動要素３
は，密閉ケース２に嵌着するステータ５およびシリンダ
７に嵌着するロータ６とからなる。これらステータ5,ロ
ータ６は，ともに薄い鉄板を多数枚積層し，一端から他
端に亘って多数状のコイル（巻線）を巻装し，かつ外面
もしくは内面の直径精度を高くして，それぞれの部位に
嵌着しなければならない。したがって，非常に製作手間
がかかるとともに取付作業が面倒である。また電気的接
続のための図示しないブラシが必要で，その取付スペー
スおよびコストに悪影響がある。しかも，上記ロータ６
が嵌着されるシリンダ７は中空筒体からなり，かつロー
タ６とシリンダ７とは互いに異質材料であるから，ロー
タ６にとっては大きな磁気抵抗を生じることとなり，良
好な電気特性が得られないなどの不具合がある。

本発明はこのような事情によりなされたものであり，
その目的とするところは，電動要素を構成するステータ
とロータのうち，少なくともロータは，中空筒体からな
るシリンダに対してより簡単な構成で取付手間がかから
ず，しかも良好な電気特性を得て信頼性の向上化を図れ
る流体圧縮機を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の流体圧縮機は，請求
項１として，密閉ケース内に圧縮要素と電動要素とから
構成される電動圧縮機本体を備えた流体圧縮機におい
て，上記電動要素は上記圧縮要素の外周に配置されると
ともに，上記圧縮要素は，流体の吸込み端側と吐出端側
を有するシリンダと，このシリンダの内にその一部がシ
リンダ内周面に接触するよう偏心して配置されたピスト
ンと，このピストンの外周面にシリンダの吸込み端側か
ら吐出端側に亘って徐々に小さくなるピッチで形成され
た螺旋状の溝と，この溝内に出入り自在に嵌め込まれ上
記ピストンと上記シリンダとの隙間をこのシリンダの軸
方向に沿って複数の作動室に区画するブレードとからな
り， 上記電動要素は，上記圧縮要素の作動室を構成するシ
リンダの外周面に固着されたマグネットからなるロータ
と，このロータの外周面と間隙を存して設けられるステ
ータとを具備したことを特徴とする。

請求項２として，円筒状のケースと，このケースに収
容される流体の吸込み端側と吐出端側を有するシリンダ
と，このシリンダ内にその一部がシリンダ内周面に接触
するよう偏心して配置されたピストンと，このピストン
の外周面にシリンダの吸込み端側から吐出端側に亘って
徐々に小さくなるピッチで形成された螺旋状の溝と，こ
の溝内に出入り自在に嵌め込まれ上記ピストンと上記シ
リンダとの隙間をこのシリンダの軸方向に沿って複数の
作動室に区画するブレードと，上記ケースの外周面に設
けられたステータと，上記シリンダの外周面に固定され
るとともに上記ケースの内周面とは間隙を存して設けら
れたマグネットからなるロータとを具備したことを特徴
とする。

（作用） 請求項１においては、マグネットからなるロータを採
用したことにより、ロータをシリンダ外周面に固定し、
その外側にステータを配置してなる電動要素の構成が可
能になり、しかも、この電動要素と圧縮要素とは一体的
に組み合わされる構成であるので、圧縮機を小型化でき
る。

また、シリンダ外周面にマグネットからなるロータを
固定し、このロータ外周面と間隙を存してステータを設
けて電動要素を構成したから、ロータの構成が簡単であ
り、組立てが容易となる。

請求項２においては、請求項１に加えて、電動要素の
ステータはケース外に設けてあるので、ケースを小型化
できるとともに、ステータに巻装される巻線は、圧縮さ
れた高圧のガス（冷媒ガス）に触れることがないので、
良好な絶縁特性を得る。

（実施例） 以下，本発明の一実施例を第１図にもとづいて説明す
るに，後述する電動要素30を除いて，他の構成部品は先
に第３図で説明したものと全く同一でよいので，同番号
を付して新たな説明は省略する。

上記電動要素30は，後述するシリンダ70の外周に一体
に設けられるロータ鉄心部71と，このロータ鉄心部71に
嵌着される環状マグネットであるロータ72と，このロー
タ72外周面と狭少の間隙を存し上記密閉ケース２の内周
面に嵌着されるステータ５とから構成される。なお説明
すれば，上記シリンダ70は，その外周面の略中央部を除
き，他の部分の寸法は全て先に第３図で説明したシリン
ダ７の寸法と同一でよい。したがって，上記圧縮要素４
を構成する，ブレード14を備えたピストン10をシリンダ
70内に偏心した状態で収容し，その両側端は主，副軸受
8,9で回転自在に枢支され，かつ駆動ピン12が突設され
るとともに吐出孔18が開口することになる。

このような圧縮要素４と上記電動要素30とからなる電
動圧縮機本体1Sのうち，上記電動要素30は，シリンダ70
の略中央の外周をその外径が他の部分よりも大になるよ
う一体に突出する。この突出部分が上記ロータ鉄心部71
を形成していて，軸方向に沿う長さは上記ステータ５の
長さと同一とする。上記環状のマグネットであるロータ
72は，このロータ鉄心部71に嵌着されていて，軸方向に
沿う長さを同一に合せられる。上記ステータ５は，第３
図に示したものをそのまま使用し，密閉ケース２に対す
る嵌着位置も同一とする。換言すれば，このステータ５
の内周面と狭少の間隙を存するよう上記ロータ72の外径
寸法および長さを設定し，かつこの内径寸法に合せて上
記ロータ鉄心部71の外径寸法と位置および長さを設定す
ることとなる。

このようにして構成される電動要素30は，いわば直流
ブラシレスモータと同一構造となり，特にロータ側にお
いては，ロータ鉄心部71をシリンダ70と一体化すること
により，これまでのような多数枚の薄い鉄板を精度よく
積層しないですみ，しかも巻線の必要もない。

しかして，電動要素30に通電することにより，ステー
タ５とロータ72との間に磁界が発生し，シリンダ70に対
する回転駆動力を得る。このとき，ロータ鉄心部71をシ
リンダ70と一体に設け，かつここにマグネットからなる
ロータ72を嵌着しているので，ロータ72における磁気抵
抗が薄い鉄板を積層したものよりも低減し，電気特性が
向上する。そして，シリンダ70の回転にともない圧縮要
素４は先に説明したと同様に冷媒ガスを吸込んで圧縮
し，かつ吐出する作用をなす。すなわち，圧縮要素４に
おける冷媒ガスに対する圧縮作用は何等変りがない。

また上述したように，電動要素30は直流ブラシレスモ
ータと同様構造となるので，ブラシが不要であるが，上
記ステータ５に対する磁界切換用のスイッチング回路が
新たに必要になることは勿論である。このように、上記
実施例においては、マグネットからなるロータ72を採用
したことにより、このロータ72をシリンダ70の外周面に
固定し、その外側にステータ５を配置してなる電動要素
30の構成が可能になり、しかも、この電動要素30と圧縮
要素４とは一体的に組み合わされる構成であるので、圧
縮機の小型化を図れる。

また、シリンダ70外周面にマグネットからなるロータ
72を固定し、このロータ外周面と間隙を存してステータ
５を設けて電動要素30を構成したから、ロータ72の構成
が簡単となり、組立てが容易となる。

なお，第２図に示すような構造の流体圧縮機であって
もよい。すなわち，シリンダ7,ピストン10は第３図に示
したものと同一のものを用いる。ただし，主，副軸受8
0,90ともにフランジ外径寸法をこれまでよりも大とし，
これらに極く薄肉円筒状の密閉ケース100を嵌着する。
したがって，上記密閉ケース100はその内部にシリンダ
７他の圧縮要素４を収容することになる。またシリンダ
７の外周面で，上記ステータ５と相対向する位置に環状
のマグネットからなるロータ72aが嵌着される。このロ
ータ72aは，上記密閉ケース100の内周面と狭少の間隙を
存するよう外径寸法を設定する。そして，ロータ72aを
嵌着したシリンダ７は，その全てに亘ってロータ鉄心部
を構成することになる。なお，吐出チューブ19は上記副
軸受90に接続し，ここに吐出孔18aを設けて互いに連通
させる。

このような電動要素30Aを備えた流体圧縮機であれ
ば，ここに通電することにより，密閉ケース100を介し
てステータ５とロータ72aとの間に磁界が発生して，シ
リンダ７の回転駆動をなすことには変りがない。また、
ロータ72aの構成が簡単となり、組立てが容易となるこ
とにに加えて、電動要素30Aのステータ５は密閉ケース1
00外に設けてあるので、密閉ケース100を小型化できる
とともに、ステータ５に巻装される巻線は、圧縮された
高圧のガス（冷媒ガス）に触れることがないので、良好
な絶縁特性を得る。

なお，本発明の圧縮機は，冷凍サイクルに限らず，他
の圧縮機にも適応することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項１の発明によれば、シリ
ンダの外周にマグネットからなるロータを固着し、この
ロータ外周面と間隙を存してステータを設けた電動要素
としたから、電動要素と圧縮要素とを一体的に組み合わ
される構成が可能となって、圧縮機の小型化を図れると
ともに、ロータの構成が簡単であり、組立てが容易とな
る。そして、マグネットからなるロータの採用によって
良好な電気特性を得られ、信頼性の向上を図れるなどの
効果を奏する。

請求項２の発明によれば、ケースの外周面に設けられ
たステータに対して、シリンダの外周面にマグネットか
らなるロータを固定して上記ケースの内周面と間隙を存
するようにしたから、圧縮機の小型化と、ロータ構成の
簡単化による組立ての容易化と、良好な電気特性を得ら
れることなど、請求項１の効果に加えて、ステータをケ
ース外に設けたことにより、ケースの小型化を得るとと
もに、ステータに巻装される巻線は、圧縮された高圧の
ガス（冷媒ガス）に触れることがないので、さらに良好
な絶縁特性を得るなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電動圧縮機の縦断側面
図，第２図は本発明の他の実施例を示す電動圧縮機の縦
断側面図，第３図は本発明の従来例を示す電動圧縮機の
縦断側面図である。 ２……密閉ケース,4……圧縮要素,30……電動要素,1S…
…電動圧縮機本体,70……シリンダ,13……溝,10……回
転体（ピストン）,15……作動室,14……ブレード,71…
…ロータ鉄心部,72……ロータ,5……ステータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 18/30 - 18/352 F04C 29/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉ケース内に圧縮要素と電動要素から構
   成される電動圧縮機本体を備えた流体圧縮機において， 上記電動要素は上記圧縮要素の外周に配置されるととも
   に， 上記圧縮要素は，流体の吸込み端側と吐出端側を有する
   シリンダと，このシリンダの内にその一部がシリンダ内
   周面に接触するよう偏心して配置されたピストンと，こ
   のピストンの外周面に上記シリンダの上記吸込み端側か
   ら上記吐出端側に亘って徐々に小さくなるピッチで形成
   された螺旋状の溝と，この溝内に出入り自在に嵌め込ま
   れ上記ピストンと上記シリンダとの隙間をこのシリンダ
   の軸方向に沿って複数の作動室に区画するブレードとか
   らなり， 上記電動要素は，上記圧縮要素の作動室を構成するシリ
   ンダの外周面に固着されたマグネットからなるロータ
   と，このロータの外周面と間隙を存して設けられるステ
   ータとを具備したことを特徴とする流体圧縮機。
2. 【請求項２】円筒状のケースと，このケースに収容され
   る流体の吸込み端側と吐出端側を有するシリンダと，こ
   のシリンダ内にその一部がシリンダ内周面に接触するよ
   う偏心して配置されたピストンと，このピストンの外周
   面にシリンダの吸込み端側から吐出端側に亘って徐々に
   小さくなるピッチで形成された螺旋状の溝と，この溝内
   に出入り自在に嵌め込まれ上記ピストンと上記シリンダ
   との隙間をこのシリンダの軸方向に沿って複数の作動室
   に区画するブレードと，上記ケースの外周面に設けられ
   たステータと，上記シリンダの外周面に固定されるとと
   もに上記ケースの内周面とは間隙を存して設けられたマ
   グネットからなるロータとを具備したことを特徴とする
   流体圧縮機。