JP3980623B2 - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は電気冷蔵庫やエアーコンディショナー等に使用されるインバータ制御方式の密閉型電動圧縮機に関し、特に低速運転時の高効率化に関するものである。

近年、冷蔵庫やエアーコンディショナー等において、消費電力量の低減が強く要望されており、現在、インバータ制御式の密閉型電動圧縮機においては、低速回転時での高効率化が課題になっている。

以下、図面を参照しながら上記従来技術の密閉型電動圧縮機について説明する。なお以下の説明において、上下の関係は、密閉型電動圧縮機を正規の姿勢に設置した状態を基準とする。

図６は特許文献１に記載された従来技術の密閉型電動圧縮機の断面図、図７は従来の密閉型電動圧縮機の運転周波数と効率特性図を示したものである。

図６において１は密閉容器で、固定子３、回転子４からなり、インバータ制御方式によって回転する電動要素５、および、電動要素５によって駆動される圧縮要素６を収容する。２は密閉容器１内に貯留した潤滑油である。

次に圧縮要素６の詳細を以下に説明する。

７はシリンダブロックで圧縮室１３を形成する。８は、クランクシャフトで、主軸９及び偏心軸１０から構成され、給油通路を介して偏心軸１０の上端に連通するオイルポンプを内蔵すると共に、下端は、潤滑油２中に開口している。１１はコンロッドで偏心軸１０とピストン１４をピストンピン１２を介して連結している。１５は、吸入孔、吸入バルブ、吐出孔、吐出バルブ（いずれも図示せず）を備えたバルブプレート、１６は、内部に吸入室、吐出室（いずれも図示せず）に区割りしたシリンダヘッドで、１７は、サクションマフラーである。７ａは、シリンダブロック７の上壁より、圧縮室１３に開口する略Ｕ字状のスロットであり、予め圧縮室１３内に挿入したピストンと偏心軸１０に連結したコンロッド１１をお互いに整列させ、スロット７ａを利用して、ピストンピン１２を挿入し、両者を組立てるものである。

以上のように構成された密閉型電動圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素５の回転子４は、クランクシャフト８を回転させ、偏心軸１０の運動がコンロッド１１を介してピストン１４に伝えられることで、ピストン１４は圧縮室１３内を往復運動し、サクションチューブ２２を通して密閉容器１内に導かれた前記冷媒ガスは、サクションマフラー１７の開口部から吸入され、圧縮室１３内で連続して圧縮される。一方、クランクシャフト８が回転に伴って、オイルポンプ１８によって、潤滑油２は吸引され、油通路を形成するスパイラル溝１９から上方へ導かれ、連通穴２０を経て、偏心軸１０の上端に設けた潤滑油放出孔１０ｂから、略Ｕ字状のスロット７ａに向けて潤滑油が噴射される。こうして噴射された潤滑油は、ピストン１４の上面に当たり、ピストン１４と圧縮室１３との間の潤滑およびシールをつかさどる。

以上のような従来の構成は、略Ｕ字状のスロット７ａを利用して組立てるため、コンロッド１１を分割する必要がないため、低コスト化できる上に、量産性が良いというメリットがある。
特開２０００−１４５６３７号公報

しかしながら、上記従来の構成は、シリンダに略Ｕ字状のスロットのような切り欠きを設けるため、ピストンとシリンダとの間のシール性が悪くなると共に、低速運転時において、シリンダ内への給油量と、偏心軸の潤滑油放出孔から噴射される潤滑油の量が減少するため、ピストンとシリンダとの間のオイルシール性が極端に悪くなり、効率が低下するという欠点がある。

図７において横軸は圧縮機の運転周波数で縦軸は圧縮機の運転効率を成績係数ＣＯＰ（Ｗ／Ｗ）で示したものである。ＣＯＰは運転周波数に対して極大値を持つ特性を示し、およそ４０〜４５ｒ／ｓｅｃにて最大の値となる。また、低回転時、特に３５ｒ／ｓｅｃ以下の低回転時には密閉型殿堂圧縮機の運転効率が著しく低下することが分かる。これは圧縮室からの圧縮ガスの洩れによる冷凍能力低下やオイルポンプ能力の低下による摺動損失の増加によるものと考えられる。

本発明はこれら従来の課題を解決するもので、シリンダの切り欠きによるシール性の低下に対して、オイルシール性を上げることで低速回転時の効率を上げることのできる密閉型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の密閉型電動圧縮機は、油通路を介して前記偏心軸に連通するオイルポンプを内蔵したクランクシャフトと、前記主軸を回転自在に軸支すると共に圧縮室を有するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復するピストンと、前記偏心軸の回転運動を前記ピストンへ伝達するコンロッドとを前記圧縮要素に含み、前記シリンダブロックの前記圧縮室上壁に切り欠き部を設けるとともに、前記ピストンの下死点近傍では前記切り欠き部を介して前記密閉容器内と連通し、かつ前記切り欠き部の壁面を流下する潤滑油を受ける程度に前記切り欠き部の壁面とは前記ピストンの往復動方向に距離をおいた前記クランクシャフト側の位置となり、上死点近傍では前記切り欠き部より中の前記圧縮室内に入り込むことで前記密閉容器内とは連通しない位置となる略環状の給油溝を前記ピストンの外周に凹設したもので、ピストンが下死点の時に、給油溝に潤滑油が溜まり、圧縮時（上死点）に、ピストンとシリンダとの間に潤滑油を送り込むので、圧縮室からの圧縮ガスの洩れによる冷凍能力低下を小さく抑えるという作用を有する。

本発明の密閉型電動圧縮機は、圧縮室からの圧縮ガスの洩れによる冷凍能力低下を小さく抑えることで、低速回転時の効率を上げることができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に、潤滑油と、商用電源周波数未満の回転数を含む複数の運転周波数で運転する電動要素と、前記電動要素によって駆動する圧縮要素とを収容し、主軸及び偏心軸から構成され、油通路を介して前記偏心軸に連通するオイルポンプを内蔵したクランクシャフトと、前記主軸を回転自在に軸支すると共に圧縮室を有するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復するピストンと、前記偏心軸の回転運動を前記ピストンへ伝達するコンロッドとを前記圧縮要素に含み、前記シリンダブロックの前記圧縮室上壁に切り欠き部を設けるとともに、前記ピストンの下死点近傍では前記切り欠き部を介して前記密閉容器内と連通し、かつ前記切り欠き部の壁面を流下する潤滑油を受ける程度に前記切り欠き部の壁面とは前記ピストンの往復動方向に距離をおいた前記クランクシャフト側の位置となり、上死点近傍では前記切り欠き部より中の前記圧縮室内に入り込むことで前記密閉容器内とは連通しない位置となる略環状の給油溝を前記ピストンの外周に凹設したもので、ピストンが下死点の時に、給油溝に潤滑油が溜まり、圧縮時（上死点）に、ピストンとシリンダとの間に潤滑油を送り込むので、圧縮室からの圧縮ガスの洩れによる冷凍能力低下を小さく抑えるため、低速回転時の効率を上げることができる。

請求項２に記載の発明は請求項１に記載の発明において、クランクシャフトの偏心軸上部に形成した潤滑油放出孔を切り欠き部に相対する高さ位置に開口させたもので、偏心軸の潤滑油放出孔から噴射された潤滑油が切り欠き部の壁面に直接当たるので、ピストン外周に凹設した環状の給油溝に導かれる潤滑油の量が増え、ピストンとシリンダとの間の給油量が増加するため、さらに低速回転時の効率を上げることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または、請求項２に記載の発明において、運転周波数に３５ｒ／ｓｅｃ以下の回転数を含むもので、特に３５ｒ／ｓｅｃ以下の低速運転時に、ピストンとシリンダ間に確実に給油することで圧縮室内のシール性が向上し、圧縮ガスの洩れを抑え、さらに低速回転時の効率を上げることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、給油溝と前記ピストンの端面の間に少なくとも１つ以上の環状溝を凹設したもので、ピストンの下死点で凹設した複数の給油溝に潤滑油が溜まるので、１本の給油溝の場合よりも、ピストンとシリンダ間のシール性がより向上するこができ、さらに低速回転時の効率を上げることができる。

以下、本発明による密閉型電動圧縮機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、従来と同一構成については、同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による密閉型電動圧縮機の断面図、図２は要部断面図、図３は、図２のＶ−Ｖ’線における矢視図である。

図１において、１は密閉容器で、固定子３、回転子４からなる電動要素５、および電動要素５によって駆動される圧縮要素６ａを収容する。

次に圧縮要素６ａの詳細を以下に説明する。

７はシリンダブロックで、圧縮室１３を形成する。８は、クランクシャフトで、主軸９及び偏心軸１０から構成され、給油通路を介して偏心軸１０の上端に連通するオイルポンプ１８を内蔵すると共に、下端は、潤滑油２中に開口している。１１はコンロッドで偏心軸１０とピストン２３をピストンピン１２を介して連結している。７ｃは、シリンダブロック７の上壁より、圧縮室１３に開口する略Ｕ字状の切り欠き部であり、予め圧縮室１３内に挿入したピストン２３と偏心軸１０に連結したコンロッド１１をお互いに整列させ、切り欠き部７ｃからピストンピン１２を挿入し、両者を組立てるものである。

偏心軸１０には、図２及び図３に示すように、圧縮室１３に設けた切り欠き部７ｃに相対し、且つ同じ高さの位置に潤滑油放出孔１０ｄを設けてある。また、２０は偏心軸１０の内部に設けた連通穴で、一端が偏心軸１０の上端に開口し、他端は主軸９の外周に形成したスパイラル溝１９によって傾斜通路２１とオイルポンプ１８に連通することで油通路を形成する。ピストン２３には、図３に示すように、外周に環状の給油溝２３ｅを凹設してあり、下死点では、環状の給油溝２３ｅが、切り欠き部７ｃから完全に出るようにすると共に、圧縮時（上死点付近）では、環状の給油溝２３ｅが、切り欠き部７ｃに完全に入るように設定している。

１５は、吸入孔、吸入バルブ、吐出孔、吐出バルブ（いずれも図示せず）を備えたバルブプレートで、圧縮室１３の端面を封止する。１６は、内部に吸入室、吐出室（いずれも図示せず）に区割りしたシリンダヘッドで、バルブプレート１５の反圧縮室１３側に固定される。１７はサクションマフラーで、シリンダブロック７の下方に位置し、バルブプレート１５とシリンダヘッド１６に挟持されることで固定され、一端がバルブプレート１５を介してシリンダに連通し、他端は密閉容器１に設けたサクションチューブ２２近傍に設けた開口部に通ずる。２２はサクションチューブで密閉容器１に固定されるとともに冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガス（図示せず）を密閉容器１内に導く。

以上のような構成された密閉型電動圧縮機について、以下にその動作を説明する。電動要素５の回転子４はクランクシャフト８を回転させ、偏心軸１０の運動がコンロッド１１を介してピストン２３に伝えられることでピストン２３は圧縮室１３内を往復運動し、サクションチューブ２２を通して密閉容器１内に導かれた前記冷媒ガスはサクションマフラー１７の開口部から吸入され、圧縮室１３内で連続して圧縮される。

一方、電動要素５によって、クランクシャフト８が回転すると、オイルポンプ１８の回転により、潤滑油２が上昇し、傾斜通路２１のポンプ作用により、スパイラル溝１９、連通穴２０を介して、偏心軸１０へと潤滑油が導かれる。偏心軸１０内へ導かれた潤滑油は、遠心力によって、偏心軸１０内に設けた潤滑油放出孔１０ｄから噴射する。潤滑油放出孔１０ｄから噴射された潤滑油は、シリンダブロック７の圧縮室１３の上壁に設けた切り欠き部７ｃの側壁に当たった後、ピストン上面へ流れ落ち、ピストンとシリンダとの間を潤滑する。

本発明では、ピストン２３の外周に環状の給油溝２３ｅを凹設すると共に、ピストンの下死点で、環状の給油溝２３ｅが、シリンダブロック７の圧縮室１３に設けた切り欠き部７ｃから出ると共に、圧縮時に、環状の給油溝２３ｅが切り欠き部７ｃに完全に入るように設定しているため、偏心軸１０の潤滑油放出孔１０ｄから噴射された潤滑油が、切り欠き部７ｃに当たった後、常にピストンの上面へと潤滑油が導かれると共に、常に、ピストンの下死点で、ピストン２３の外周部に設けた環状の給油溝２３ｅに潤滑油が溜まり、圧縮時には、切り欠き部７ｃ（圧縮室）の中に環状の給油溝２３ｅが入り込むので、ピストンとシリンダ間のシール性が向上し圧縮室内の圧縮ガスが密閉容器内の低圧側へ洩れるのを抑えることができる。

さらに図２、図３において、偏心軸１０の潤滑油放出孔１０ｄを、切り欠き部７ｃと相対なる位置で、且つ同じ高さに設けているので、偏心軸１０の潤滑油放出孔１０ｄから噴射された潤滑油が、常に切り欠き部７ｃの壁面に当たり、ピストン上面へと流れ落ちるので、ピストン２３に凹設した環状の給油溝２３ｅに潤滑油が溜まり、ピストンとシリンダとの間の給油量を増やすことができる。

更に、潤滑油放出孔１０ｄに、回転方向と逆方向に約５〜１０°の角度を付けることで、偏心軸１０の潤滑油放出孔１０ｄから噴射された潤滑油が、従来（角度を付けない場合）は、ピストン上死点で切り欠き部７ｃ壁面に当たっていたが、約５〜１０°の角度を付けることで、常に、ピストンが下死点の時に、切り欠き部７ｃの壁面に潤滑油が当たるようになるので、更に、給油量を増やすことができる。

図４は、本発明の実施の形態１における密閉型電動圧縮機の運転周波数と効率特性図である。

図４において横軸は密閉型電動圧縮機の運転周波数で縦軸は密閉型電動圧縮機の運転効率を成績係数ＣＯＰ（Ｗ／Ｗ）で示したものである。破線は従来の密閉型電動圧縮機、実線は本発明の密閉型電動圧縮機の特性をそれぞれ示したものである。双方共にＣＯＰは運転周波数に対して極大値を持つが、全運転周波数にわたり本発明の圧縮機の成績係数が優れており、そして、およそ３５ｒ／ｓｅｃより低回転時に双方の特性の差が大きくなり、本発明の優れた特性が見られる。

圧縮機のインバータ制御によって、３５ｒ／ｓｅｃ以下の回転数で運転すると、回転数が低くなることによりオイルポンプの給油能力が低下し偏心軸１０の潤滑油放出孔１０ｄから噴射される潤滑油の量も減るため、ピストンとシリンダ間のオイルシール性が悪化する。また、ピストン往復動の周期時間が長くなることで圧縮所要時間が延びるので圧縮室の圧縮ガスの洩れ量も増加し、冷凍能力の低下から圧縮機効率が低下するが切り欠き部への給油を確実にし、ピストン外周に給油溝を凹設することにより、低速時でも、ピストン・シリンダ間への給油量を増やすことができるため、圧縮機の運転効率が向上したものである。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における密閉型電動圧縮機のピストンの拡大図である。２３ａはピストンで、端面近傍の外周に、複数の環状の給油溝２３ｅを凹設と共に、ピストンの下死点で、複数の環状の給油溝２３ｅが出るように設定してあるので、偏心軸１０のから噴射された潤滑油が、切り欠き部７ｃの壁面に当たった後、下死点で複数の凹部に溜まるので、ピストンとシリンダへの給油量を更に増やすことで圧縮室のシール性がより向上する。

本発明における実施の形態１の密閉型電動圧縮機の断面図 同実施の形態１の密閉型電動圧縮機の要部断面図 同実施の形態１のＶ−Ｖ’線における矢視図 同実施の形態１の密閉型電動圧縮機の運転周波数と効率を示す特性図 本発明における実施の形態２の密閉型電動圧縮機のピストン拡大図 従来の密閉型電動圧縮機の断面図 従来の密閉型電動圧縮機の運転周波数と効率を示す特性図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 潤滑油
５ 電動要素
６ａ 圧縮要素
７ ブロック
７ｃ 切り欠き部
８ クランクシャフト
９ 主軸
１０ 偏心軸
１０ｄ 潤滑油放出孔
１１ コンロッド
１２ ピストンピン
１３ 圧縮室
１８ オイルポンプ
１９ スパイラル溝
２３ ピストン
２３ｅ 環状の給油溝

Claims (4)

1. 密閉容器内に、潤滑油と、商用電源周波数未満の回転数を含む複数の運転周波数で運転する電動要素と、前記電動要素によって駆動する圧縮要素とを収容し、主軸及び偏心軸から構成され、油通路を介して前記偏心軸に連通するオイルポンプを内蔵したクランクシャフトと、前記主軸を回転自在に軸支すると共に圧縮室を有するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復するピストンと、前記偏心軸の回転運動を前記ピストンへ伝達するコンロッドとを前記圧縮要素に含み、前記シリンダブロックの前記圧縮室上壁に切り欠き部を設けるとともに、前記ピストンの下死点近傍では前記切り欠き部を介して前記密閉容器内と連通し、かつ前記切り欠き部の壁面を流下する潤滑油を受ける程度に前記切り欠き部の壁面とは前記ピストンの往復動方向に距離をおいた前記クランクシャフト側の位置となり、上死点近傍では前記切り欠き部より中の前記圧縮室内に入り込むことで前記密閉容器内とは連通しない位置となる略環状の給油溝を前記ピストンの外周に凹設したことを特徴とする密閉型電動圧縮機。
   
   
   
2. クランクシャフトの偏心軸上部に形成した潤滑油放出孔を切り欠き部に相対する高さ位置に開口させたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電動圧縮機。
3. 運転周波数に３５ｒ／ｓｅｃ以下の回転数を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型電動圧縮機。
4. 給油溝と前記ピストンの端面の間に少なくとも１つ以上の環状溝を凹設したことを特徴とする請求項３に記載の密閉型電動圧縮機。

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