JP2977228B2 - キャンド型冷媒ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、冷媒を搬送するキャンド型冷媒ポンプに
関する。

（従来の技術） ポンプで循環する冷媒を用いて熱を輸送するシステム
が考えられている。こうした熱輸送を成立させるために
は、ポンプは沸点に近い温度の液冷媒を扱うために冷媒
に圧力が加わらない，冷媒に含まれる成分でモータのス
テータの絶縁性などが損なわれないという性能をもつ、
冷媒循環に適した冷媒ポンプが要求される。

そこで、密閉ケースの外側にステータを設け、内部に
ロータを回転自在に支持させてなるキャンドモータの端
部に容積型ポンプ機構部を連結した冷媒ポンプが考えら
れる。

ところで、冷媒ポンプでも、通常のポンプと同様、ロ
ータの軸受を潤滑する必要がある。この場合、ポンプ技
術にしたがって、通常のポンプと同様、潤滑油を摺動部
に給送する潤滑油供給機構を設けることが考えられる
が、このような潤滑油供給機構を設ける構造は、別途潤
滑油を用いる都合上、ポンプ全体が大型になり、また軸
封部が必要となる。

そこで、冷媒ポンプではこうした不都合を改善すべ
く、冷媒に含まれている成分を利用して、ロータの軸受
面を潤滑すること，冷媒を利用して軸受の軸封部をなく
すことを考えている。例えば容積型ポンプ機構部の吐出
側から吐出される冷媒の一部を潤滑用冷媒として、ロー
タの軸受面に導き、その後、密閉ケースの内部、ロータ
軸の内部を通して、容積型ポンプ機構部の吐出側に合流
させることが考えられる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような冷媒ポンプは潤滑量に応じた少
量しか密閉ケース内を冷媒が流れないために、密閉ケー
ス内で満たされている冷媒はステータの強磁界による発
熱を受けやすい。しかも、冷媒は沸点温度が低い。

このため、密閉ケース内の冷媒はステータの発熱で沸
点温度を越えて気化しやすく、冷媒の気化から潤滑不良
を起こしてしまう不都合がある。特に、この点はポンプ
の信頼性に影響を与え、実用性に優れる冷媒ポンプの実
現を妨げていた。

この発明はこのような事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、ステータの絶縁性を損な
うことなく、かつ冷媒による良好な潤滑性を維持しつ
つ、冷媒を移送することができる冷媒輸送に好適なキャ
ンド型冷媒ポンプ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に、この発明のキャンド型冷
媒ポンプは、密閉ケースと、この密閉ケースの外側部に
ステータを設け内部に前記ステータに対応してロータを
回転自在に軸受支持させてなるモータと、前記ロータの
回転に伴いロータに固着されたシャフトにより駆動さ
れ、円板状の鏡板に渦巻状のラップを突設した固定スク
ロール及び旋回スクロールからなるスクロールポンプ
と、前記旋回スクロールに形成されこの旋回スクロール
の外面側中央部に形成された背圧室と固定スクロールの
鏡板内面に中央部に凹状に形成したスクロールポンプの
吐出部とを連通する貫通孔と前記シャフトと軸受部間に
形成された溝部とからなり前記吐出部の冷媒の一部を前
記密閉ケース内に導く潤滑用冷媒通路と、前記スクロー
ルポンプの吐出部から吐出された冷媒を前記ロータを境
として区画される前記密閉ケース内の一方の空間に導く
通路手段と、前記ロータの外周面とそれに対向する前記
密閉ケースの内面との間の隙間から構成され前記一方の
空間に流入した冷媒を前記密閉ケース内の他方の空間に
流入させる通路と、前記密閉ケース内に設けられ前記他
方の空間に流入した冷媒を外部に吐出させる吐出口とを
設けたことにある。

（作 用） この発明のキャンド型冷媒ポンプは、モータを励磁す
ることによりロータが回転していく。そして、このロー
タの回転にしたがってスクロールポンプが駆動され、同
ポンプの吸込部から冷媒が吸込まれていく。ついで、ス
クロールポンプの吐出部から冷媒は、ロータを境とした
密閉ケースの一方の空間に吐出されていく。この冷媒
は、モータのロータと密閉ケースの内面との間を通っ
て、密閉ケース内のもう一方の空間に吐出された後、吐
出口から外部に吐出されていく。一方、こうした流れと
共に、上記スクロールポンプからの冷媒が潤滑用とし
て、シャフトの軸受面を経て密閉ケース内に流れ、同軸
受面を潤滑していく。

しかして、上記密閉ケースの内面を伝わりながら流通
する吐出流にて、ステータを冷却することになる。

したがって、ステータの温度上昇および密閉ケース内
の冷媒の温度上昇を防ぐことができ、潤滑用冷媒の気化
を原因とした潤滑不良は起こすことはない。

しかも、キャンドモータの採用により、ステータの絶
縁性が冷媒では損なわれることはない。

（実施例） 以下、この発明を第１図ないし第４図に示す第１の実
施例にもとづいて説明する。第２図はこの発明を適用し
た流体排熱システムを示し、１はキャンド型冷媒ポン
プ、２は吸熱器、３は放熱器、４はアキュームレータで
ある。そして、上記キャンド型冷媒ポンプ１に冷媒循環
路５を介して上記吸熱器2,放熱器3,アキュームレータ４
が順次接続され、冷媒の循環によって吸熱器２から放熱
器３へ熱を輸送する閉回路を構成している。

そして、上記キャンド型冷媒ポンプ１の構造が第１図
に示されている。同冷媒ポンプ１について説明すれば、
６は密閉ケースである。密閉ケース６は、円筒状のケー
ス6aの一端部に、同開口を塞ぐように盲板部８を設け、
他端部に同開口を塞ぐようにフレーム９を設けて構成さ
れる。そして、この密閉ケース６の中央部にモータ10が
設けられている。

このモータ10は、ケース6aの軸心方向中央の外周部分
に取着されたステータ11と、ケース6aの内部に上記ステ
ータ11の位置に対応して設けたロータ12と有している。
ロータ12は、ケース内径より若干小さな外径を有してい
て、軸心部にはロータ軸となるシャフト13が圧入によっ
て取着されている。そして、フレーム９側に延びたシャ
フト13の端部は上記フレーム９に形成された軸受部9a
（軸受）に支持されている。すなわち、軸受部9aは、フ
レーム９のケース開口を塞いでいる円板状部9bの内面中
央に、ケース6a内外を連通する筒状の軸受用ボスを一体
に突設してなる。そして、この軸受用ボス部に上記シャ
フト13の端部が摺動自在に嵌挿され、ロータ12を回転自
在に支持している。

一方、フレーム９にはスクロールポンプ20（容積型ポ
ンプ機構部）が設けられている。このポンプ20について
説明すれば、21は固定スクロール、22は旋回スクロール
である。固定スクロール21は、円板状部9bの鍔部分9cに
重ねて取着された略平円皿状の鏡板23の中央下面に、第
３図に示されるように一対の渦巻状のラップ24,24を点
対称に突設して構成されている。また旋回スクロール22
は、フレーム９の外面に円形に形成した旋回スクロール
収容用の凹部25に配置された円板状の鏡板26の一側面
に、上記固定スクロール21と同様、第３図に示されるよ
うに一対の渦巻状のラップ27,27を点対称に突設して構
成される。

そして、これら固定スクロール21と旋回スクロール22
のラップ同志は、中心をずらして互い違いに入り込むよ
うに組合わせられ、ラップ24,27間に三日月状の搬送空
間28を形成できる構造となっている。また固定スクロー
ル21の鏡板23の内面中央部には、円形の凹部で構成され
る吐出室29（本願の吐出部に相当）が設けられている。
そして、この吐出室29をラップ24,27で囲まれる中心部
の吐出圧領域1aに臨ませている。これにより、旋回スク
ロール22を固定スクロール21の中心の回りを旋回させれ
ば、ラップ外周の吸込空間23と連通して設けた吸込管33
から冷媒が吸込まれて中心側に移動し、吐出室29へ吐出
されるようになっている。すなわち、ラップ24,27は旋
回スクロール22の旋回にしたがって上記搬送空間28の形
成、同空間28の開放を繰返すだけの形状に設定されてい
て、同設定から容積変化なく流体を送出できるようにし
てある。本実施例では、例えば１周に約1/4周分を加え
た全長をもつラップ24,27を用いている。

しかして、固定スクロール21および旋回スクロール22
から、外周側を吸込側とし、中央側を吐出側とし、かつ
容積比を「1:1」とした流体搬送部を構成している。

また旋回スクロール22の鏡板26の中心部分には、吐出
室29に突出する円筒状の軸受ボス30が一体に形成されて
いる。そして、この軸受ボス30には、上記シャフト13の
先端面に同シャフト13の軸心と偏心して設けた軸状のク
ランクボス31が摺動自在に嵌挿され、モータ10の励磁に
伴い、旋回スクロール22を固定スクロール21の中心の回
りに旋回動できるようにしている。

また旋回スクロール22の鏡板26の下面中央には、第４
図に示されるように軸受ボス30の開口の回りに例えば正
方形の外形をもつ環状のシールリング35が突設されてい
る。またフレーム９の凹部25の中央には、上記シールリ
ング35を摺動自在に受ける後述の凹部36が形成されてい
て、シールリング35で区画形成される鏡板26の下面中央
に背圧室37を構成している。背圧室37は、軸受ボス30の
周辺の鏡板26の板面に設けた複数の貫通孔38を介して上
記吐出室29に連通している。そして、これにより旋回ス
クロール22の裏面中央に吐出圧力を作用させ、また旋回
スクロール22の裏面外周側に吸込圧力を作用させて、固
定スクロール21と旋回スクロール22間の内部圧力に対し
て平衡させている。つまり、シール不良を起こさないよ
う、圧力のバランスでラップ端と鏡板面同志のシールを
維持するようにしている。

また、40は旋回スクロール22の自転を防ぐオルダム機
構である。オルダム機構40について説明すれば、41は長
方形の枠状に構成されたオルダムリングである。オルダ
ムリング40は、第４図に示されるように一対の短辺40a,
40aの内寸法が上記シールリング35の外周を形成する辺
長さに対応して形成され、一対の長辺40b,40bの内寸法
がそれより少なくとも上記シャフト13とクランクボス31
の偏心量分、大きな寸法で形成されている。そして、こ
のオルダムリング41が上記シールリング35の外周部にス
ライド自在に嵌挿されている。この組合わせによってオ
ルダムリング41は、シャフト13に対してはシャフト13の
軸心を通る、該軸心と直角な一方向、すなわち長手方向
に沿ってのみスライドできるよう規制される。またこの
オルダムリング41を上記凹部36と組合わせて、オルダム
リング全体を、フレーム９対しては短手方向のみにスラ
イドできるよう規制している。すなわち、上記凹部36の
内周形状は上記オルダムリング41の長辺40bの外寸法と
対応した長さの辺で形成した正方形状を呈している。そ
して、この凹部36内に上記オルダムリング41がスライド
自在に嵌挿され、オルダムリング全体を長手方向とは直
角な短手方向のみにスライドできるようにしている。こ
うしたオルダムリング41の長手方向および短手方向での
規制により、旋回スクロール21を自転せずに、固定スク
ロール22の中心の回りに旋回できるようにしている。

上記背圧室37に臨む凹部36の上記軸受部9aの周辺の底
壁部分には、ロータ12とフレーム９との間の空間43aと
連通する複数のケース連通孔44が設けられている。そし
て、これらケース連通孔44および上記貫通孔38を通じ、
上記吐出室29から吐出された冷媒の全てを、ロータ12を
境として区画される密閉ケース６内の一方のケース空間
に導くことができるようにしている。またロータ12と密
閉ケース６の間には、ロータ12の外周面とそれに対向す
るケース6aの内周面との間のギャップで形成された通路
45が設けられていて、上記空間43aに流入した吐出冷媒
をもう一方のケース空間、すなわちロータ12と盲板部８
との間の空間43bへ流入できるようにしている。また盲
板部８の中央部には吐出管47（吐出口に相当）が設けら
れていて、空間43bに流入した冷媒を外部、すなわち上
記吸熱器２に送ることができるようになっている。

また、上記シャフト13のクランクボス31の外周面に
は、第４図にも示されるように先端部からクランクボス
31の根元部に形成したスラスト用鍔部31aに渡って、螺
旋状の第１の溝部48が設けられている。そして、この第
１の溝部48で構成される粘性ポンプの作用（螺旋状溝が
シャフト13と共に回転することで発生するポンプ作用）
によって、吐出室29から潤滑のための冷媒を吸込み、同
冷媒をモータ10のスラスト軸受となる、スラスト用鍔部
31aを受ける軸受ボス30の根元側のスラスト受部30aに供
給できるようにしている。またシャフト13の軸部分の外
周面にも、第４図に示されるようにスラスト受部30aか
ら軸受ボス30の先端部に対応する部分に渡って、螺旋状
の第２の溝部49（第１の溝部48と共に潤滑用冷媒通路に
相当）が設けられている。そして、上記スラスト受部30
aを潤滑した後の冷媒を、同様に軸受ボス30の軸受面に
供給できるようになっている。また第２の溝部49の端は
空間43aに開口していて、潤滑後の冷媒は密閉ケース６
内に流出するようになっている。

さらにまたシャフト13のロータ12に嵌挿された部分の
外周面には、密閉ケース６の両端側の空間43aと空間43b
とを連通する連通溝50が設けられていて、同連通溝部50
からも、空間43aに吐出された冷媒を反対側の空間43bに
流入させることができるようになっている。

つぎに、このように構成された冷媒ポンプの作用につ
いて説明する。

モータ10を励磁すると、ロータ12が回転し、シャフト
13が回転していく。そして、この回転が旋回スクロール
22に伝達されていく。

ここで、旋回スクロール22は、シールリング35とオル
ダムリング41とで構成されるスライド構造によって、旋
回に必要な動きを許す直角な二方向のうちの一方、すな
わち第４図に示される「Ｘ方向」しか動かないように規
制され、オルダムリング41と凹部36とで構成されるスラ
イド構造によって、同じく他方、すなわち「Ｙ方向」し
か動かないように規制されているから、「Ｘ」，「Ｙ」
の各方向で自転が妨げられる。

これにより、旋回スクロール22は自転せずに、固定ス
クロール21と旋回スクロール22との偏心距離を半径とし
て、旋回運動していく。

この旋回運動によって、ラップ24,24間で搬送空間28,
28が周期的に形成され、吸込管33から冷媒が吸込まれて
搬送され、吐出室29へ吐出していく。この吐出した冷媒
の一部が、潤滑用として第１の溝部48,第２の溝部49に
流れ、スラスト受部30aおよび軸受部9aの軸受面を潤滑
していく。そして、潤滑後、冷媒は密閉ケース６のロー
タ片側の空間43aに流出していく。

一方、吐出室29に吐出された大部分の冷媒は、貫通孔
38、背圧室37およびケース連通孔44を通って、密閉ケー
ス６のロータ片側の空間43aに吐出される。そして、こ
の冷媒は通路45を主とし、連通溝50を副として、両通路
部分を通って、もう一方の空間43bに流入していく。

この際、上記ロータ12とケース6aの内面との間を流れ
る冷媒の吐出流、すなわち密閉ケース６の内面を伝わり
ながら流通する冷媒の吐出流で、密閉ケース６に伝熱さ
れるステータ11の熱（強磁界による発熱）を奪ってい
く。これにより、密閉ケース６を通じて、ステータ11を
冷却していく。そして、この空間43bに流入した吐出冷
媒は、連通溝50を通って空間43bに流入する冷媒と共
に、速やかに吐出管47から吸熱器２に吐出される。な
お、冷媒は、放熱器3,アキュームレータ４、冷媒ポンプ
１を順に経て循環し、吸熱器２で得た熱を放熱器３に輸
送する。

しかるに、密閉ケース６内の冷媒が気化温度を越える
まで上昇するのを防ぐことができる。

それ故、密閉ケース６内の冷媒の気化を原因とした各
軸受面の潤滑不良を防止することができ、良好な潤滑性
を維持することができる。しかも、ステータ11の冷却に
よって、モータ10の効率の向上を図ることができる。

そのうえ、ステータ11が冷媒に触れずにすむキャンド
モータの採用によって、ステータ11の絶縁性といった各
種モータ性能を損なうことはない。

また連通溝50を用いて、シャフト13側からも冷媒を空
間43aから空間43bに流通させた構造により、冷媒の流れ
の圧力損失を低下させることができ、モータ10の負担が
低減できる。

なお、上記第１の実施例ではポンプ機構部側の空間43
a,ロータ12とケース6aの通路45,空間43bの順に冷媒を流
すようにしたが、これに限らず、第５図に示される第２
の実施例のように逆に空間43b,ロータ12とケース6aの通
路45,空間43aの順に冷媒を流すようにしてもよい。

すなわち、本実施例はシャフト13およびクランクボス
21の内部に軸心方向に沿って貫通路51を設けて、吐出室
29と空間43bとを連通する。そして、円板状部9a（フレ
ーム９）の鍔部分9cに空間43aと連通する吐出管47を接
続して、吐出室29から吐出された冷媒を貫通路51,空間4
3b,通路45,空間43a,吐出管47の順に流すようにしたもの
である。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、密閉ケースの
内面を伝わりながら流通する吐出流にて、ステータを冷
却することができる。

したがって、密閉ケース内の冷媒の温度上昇を防ぐこ
とができ、潤滑用冷媒の気化を原因とした潤滑不良の発
生を防止することができる。しかも、ステータの温度上
昇が防止されることで、モータ効率の向上も図れる。

そのうえ、キャンドモータの採用により、ステータの
絶縁性が冷媒で損なわれることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の第１の実施例を示し、
第１図はキャンド型冷媒ポンプを示す断面図、第２図は
キャンド型冷媒ポンプを適用した流体排熱システムを概
略的に示す図、第３図は第１図中、Ａ−Ａ線に沿う平断
面図、第４図はオルダム機構の構成を示す分解斜視図、
第５図はこの発明の第２の実施例のキャンド型冷媒ポン
プを示す断面図である。 ６……密閉ケース、９……フレーム、9a……軸受部分、
10……モータ、20……スクロールポンプ（容積型ポンプ
機構部）、30a……スラスト受部、37……背圧室、38…
…貫通孔、43a……空間、43b……空間、44……ケース連
通孔、45……通路、47……吐出管（吐出口）、48,49…
…第１の溝部，第２の溝部（潤滑用冷媒通路）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−58094（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−57106（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−179302（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−36149（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 23/00 - 29/10 331 F04C 18/02 311

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉ケースと、 この密閉ケースの外側部にステータを設け内部に前記ス
   テータに対応してロータを回転自在に軸受支持させてな
   るモータと、 前記ロータの回転に伴いロータに固着されたシャフトに
   より駆動され、円板状の鏡板に渦巻状のラップを突設し
   た固定スクロール及び旋回スクロールからなるスクロー
   ルポンプと、 前記旋回スクロールに形成されこの旋回スクロールの外
   面側中央部に形成された背圧室と固定スクロールの鏡板
   内面に中央部に凹状に形成したスクロールポンプの吐出
   部とを連通する貫通孔と、前記シャフトと軸受部間に形
   成された溝部とからなり前記吐出部の冷媒の一部を前記
   密閉ケース内に導く潤滑用冷媒通路と、 前記スクロールポンプの吐出部から吐出された冷媒を前
   記ロータを境として区画される前記密閉ケース内の一方
   の空間に導く通路手段と、 前記ロータの外周面とそれに対向する前記密閉ケースの
   内面との間の隙間から構成され前記一方の空間に流入し
   た冷媒を前記密閉ケース内の他方の空間に流入させる通
   路と、 前記密閉ケース内に設けられ前記他方の空間に流入した
   冷媒を外部に吐出させる吐出口とを具備したことを特徴
   とするキャンド型冷媒ポンプ。