JP4038880B2 - 電動圧縮機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力を得てトルクを発生する電動モータと流体を吸入圧縮する圧縮機とが一体化された電動圧縮機に関するもので、高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力を越える超臨界冷凍サイクルに用いて有効である。
【0002】
【従来の技術】
電動圧縮機の構造は、例えば特開平9−112458号公報に記載のごとく、ステータおよびロータを有して構成された電動モータ部と、この電動モータ部(ロータ)から軸方向にずれた位置にて、ロータより駆動力を得て可動する可動スクロール等の可動部、およびハウジングに対して固定した固定スクロール等の固定部を有して構成された圧縮機構部とを備えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、脱フロン対策の1つとして、二酸化炭素(CO2 )を冷媒とする冷凍サイクル(以下、CO2 サイクルと呼ぶ。)のごとく、高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力を越える超臨界冷凍サイクルの研究が行われている。
そして、CO2 サイクルでは、従来のフロンを冷媒とする冷凍サイクル(以下、通常冷凍サイクルと呼ぶ。)に比べて、冷凍サイクル内を循環する冷媒の体積流量が小さくなるので、圧縮機構の吐出容量(吐出体積)を小さくすることができ、圧縮機構の小型化を図ることができるということを発明者等は発見した。
【0004】
一方、高圧側の圧力が通常冷凍サイクルに比べて高くなり、圧縮機構部(可動部)を駆動するトルクを大きくせざるを得ないので、電動モータ部の大型化を招くおそれが高い。
本発明は、上記点に鑑み、電動モータ部と圧縮機構とが一体化された電動圧縮機の小型化を図ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項1に記載の発明では、ハウジング(110)と、
前記ハウジング(10)内に設けられ、前記ハウジング(110)に対して固定したステータ(123)、並びに前記ステータ(123)内で回転するロータ(124)を備える電動モータ部(120)と、
前記ロータ(124)により回転駆動される可動部(131)、および前記ハウジング(110)に対して固定した固定部(132)を有し、流体を吸入圧縮する圧縮機構部(130)とを具備し、
前記ロータ(124)を支持するロータシャフト(125)の一端側には、その回転中心から径外方側に偏心した位置にクランク部(125a)が設けられ、
前記可動部(131)は、前記クランク部(125a)に回転可能に連結されて前記ロータシャフト(125)の回転と共に前記ロータシャフト(125)周りに公転するようになっており、
少なくとも前記圧縮機構部(130)の一部および前記クランク部(125a)が前記ステータ(123)内に位置していることを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明では、ハウジング(110)と、
前記ハウジング(10)内に設けられ、前記ハウジング(110)に対して固定した固定子鉄心(121)および前記固定子鉄心(121)に巻き付けられた巻線(122)を有するステータ(123)、並びに前記ステータ(123)内で回転するロータ(124)を備える電動モータ部(120)と、
前記ロータ(124)により回転駆動される可動部(131)、および前記ハウジング(110)に対して固定した固定部(132)を有し、流体を吸入圧縮する圧縮機構部(130)とを具備し、
前記ロータ(124)を支持するロータシャフト(125)の一端側には、その回転中心から径外方側に偏心した位置にクランク部(125a)が設けられ、
前記可動部(131)は、前記クランク部(125a)に回転可能に連結されて前記ロータシャフト(125)の回転と共に前記ロータシャフト(125)周りに公転するようになっており、
少なくとも前記圧縮機構部(130)の一部は、前記ステータ(123)内のうち前記固定子鉄心(121)から前記ロータ(124)の軸方向に突出するコイルエンド部(122a)に対応する部位に位置しており、
さらに、前記クランク部(125a)は、前記ステータ(123)内に位置していることを特徴とする。
請求項1、2に記載の発明によれば、上記公報に記載のごとく、圧縮機構部を電動モータ部から軸方向にずれた位置に配設した電動圧縮機に比べて、電動圧縮機の軸方向(ロータシャフト(125)方向)の寸法を小さくすることができる。
【0006】
また、請求項1、2に記載の発明では、クランク部(125a)をステータ(123)内に位置させているから、圧縮機構部(130)の一部である可動部(131)とクランク部(125a)との連結部分をステータ(123)内に位置させることができる。
ところで、CO2サイクル等の超臨界冷凍サイクルでは、前述のごとく、圧縮機構部(130)の吐出容量(吐出体積)を小さくすることができるので、後述する自転防止機構(137)およびスラスト受け部(112a)も含めて、圧縮機構部(130)全体をステータ(123)内に配設すること可能であることを発明者等は発見した。
【0007】
しかし、高圧側の圧力が高くなることに伴って圧縮反力が大きくなるので、スラスト受け部(112a)が受けるスラスト力(FS )、および可動部(131)が自転しようとする力(トルク)に対抗して自転防止機構(137)が受ける力(FR )も大きくなり、スラスト受け部(112a)および自転防止機構(137)が破損する可能性がある。
【0008】
そこで、請求項3に記載の発明では、クランク部(125a)をステータ(123)内に位置させる一方、可動部(131)に作用する圧縮反力のうちロータシャフト(125)と平行な方向のスラスト力(Fs)を受けるスラスト受け部(112a)を、ステータ(123)外に位置させたことを特徴とする。
これにより、電動圧縮機の軸方向寸法を小さくすることができるとともに、スラスト受け部(112a)の面積を拡大することができるので、スラスト受け部(112a)に発生する応力を小さくすることができ、スラスト受け部(112a)が破損することを防止できる。
【0009】
また、請求項4に記載の発明では、クランク部(125a)をステータ(123)内に位置させる一方、可動部(131)がクランク部(125a)周りに自転することを防止する自転防止機構(137)を、ステータ(123)外に位置させたことを特徴とする。
これにより、電動圧縮機の軸方向寸法を小さくすることができるとともに、クランク部(125a)から自転防止機構(137)までの距離を拡大することができるので、自転防止機構(137)が受ける力(FR)を小さくすることができ、自転防止機構(137)が破損することを防止できる。
【0010】
請求項5に記載の発明では、請求項3または4に記載の電動圧縮機において、ロータシャフト(125)には、可動スクロール(131)がロータシャフト(125)周りに公転する際に、ロータシャフト(125)に作用する遠心力を相殺する環状のバランサリング(128)が設けられており、
ロータシャフト(125)は、バランサリング(128)の外周面に配設された軸受(126)を介して回転可能に支持されていることを特徴とする。
これにより、軸受(126)がロータシャフト(125)を直接に支持した場合に比べて、少なくとも軸受(128)の厚み分は、軸方向寸法を小さくすることができる。
【0013】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係る電動圧縮機100をCO2 サイクル用の圧縮機に適用したものであって、図1は本実施形態に係る電動圧縮機100の軸方向断面図である。
【0015】
図1中、111は後述する電動モータ部120を収納する略コップ状の第1ハウジングであり、112は第1ハウジング111の開口側を覆う第2ハウジングであり、両ハウジング111、112はアルミダイキャストである。なお、以下、両ハウジング111、112を総称してハウジング110と表記する。
また、ハウジング110内には、交流電力によりトルクを発生する交流電動モータ部(以下、モータと略す。)120が構成されており、第2ハウジング112を挟んでモータ120と反対側には、CO2 (流体)を吸入圧縮するスクロール型圧縮機構部(以下、圧縮機構と略す。)130が構成されている。
【0016】
次に、モータ120について述べる。
121は、ハウジング110に対して固定された、けい素鋼板等の磁性材料製の固定子鉄心(ヨーク)であり、122は固定子鉄心121に巻き付けられた巻線(コイル)であり、この巻線122および固定子鉄心121等からステータ123が構成されている。
【0017】
また、124は複数個の永久磁石を有して構成されるとともに、ステータ123内で回転するロータであり、125はロータ124を支持するロータシャフトである。なお、ロータシャフト125は、軸受126、127を介してハウジング110内に回転可能に支持されている。
次に、圧縮機構130について述べる。
【0018】
131はロータ124より回転駆動される可動スクロール(可動部)であり、この可動スクロール131は、周知のごとく、略円盤状の端盤部131aおよび端盤部131aから突出する渦巻き状のスクロール歯部131aから構成されている。そして、可動スクロール131は、端盤部131aの略中央に形成れたボス部131cにて、ロータシャフト125の一端側(紙面右側)に形成されたクランク部(偏心部)125aに、シェル型(内輪を持たないタイプ)の針状コロ軸受(ニードルベアリング)125bを介して連結されている。
【0019】
なお、クランク部125aは、ロータシャフト125の回転中心から径外方側に偏心した位置に形成されている。
132はハウジング110(第2ハウジング112)に対して固定された固定スクロール(シェル)であり、この固定スクロール132には、可動スクロール131のスクロール歯部131bに噛み合って、CO2 を吸入圧縮する作動室VC を構成する渦巻き状のスクロール歯部132aが形成されている。
【0020】
また、133は作動室VC から吐出した冷媒を平滑化する吐出室であり、この吐出室133は固定クロール132およびリアハウジング134により形成されている。なお、135は吐出室133から作動室VC 側にCO2 が逆流することを防止するリード弁状の吐出弁であり、136は吐出弁135の最大開度を規制するストッパである。
【0021】
また、137は可動スクロール131がクランク部125a周りに自転することを防止する周知の自転防止機構であり、この自転防止機構137は、固定スクロール132に圧入されたピン137a、及び可動スクロール131(端盤部131a)に形成されてピン137aが貫通挿入される貫通穴137bを有して構成されている。このため、可動スクロール131は、ロータシャフト125の回転と共に自転せずにロータシャフト125周りを公転(旋回)することとなる。
【0022】
なお、本実施形態では、ピン137aの外周面と貫通穴137bの内周面とが直接に接触して摺動することを防止するカラー137cが貫通穴137bに圧入されている。
そして、図1から明らかなように、本実施形態では、クランク部125a、及び両軸受126、127は、ステータ123のコイルエンド部112a内に位置し、一方、自転防止機構137はステータ123外に位置している。
【0023】
なお、コイルエンド部112aとは、ステータ123のうち固定子鉄心部121からロータシャフト125の軸方向端部側に向けてずれた位置(固定子鉄心部121からはみ出した巻線122の部位)を言う。
ところで、128は可動スクロール131が公転する際に、ロータシャフト125と一体的に回転することにより、ロータシャフト125に作用する遠心力を相殺する環状のバランサリングであり、軸受126はバランサリング128の外周面に配設された状態でロータシャフト125を回転可能に支持している。
【0024】
また、可動クロール131に作用する圧縮反力のうちロータシャフト125と平行な方向のスラスト力FS は、第2ハウジング112のうち可動スクロール131との接触面(以下、この接触面をスラスト受け面と呼ぶ。)112aにて受けており、このスラスト受け面112a(スラスト受け部)は、自転防止機構137と同様に、ステータ123外に位置している。
【0025】
このため、可動スクロール131が公転すると、可動スクロール131はスラスト受け面112aに接触しながら摺動し、スラスト受け面112a(第2ハウジング12)からスラスト力FS に対抗する力(反作用)を受けることとなる。次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、可動スクロール131の一部であるクランク部125aとの連結部分(ボス部131c)および両軸受126、127が、ステータ132内のうちコイルエンド部112aに対応する部位に位置しているので、上記公報に記載のごとく、圧縮機構部を電動モータ部から軸方向にずれた位置に配設した電動圧縮機に比べて、電動圧縮機100の軸方向(ロータシャフト125方向)の寸法を小さくすることができる。
【0026】
また、本実施形態では、軸受126はバランサリング128の外周面に配設された状態でロータシャフト125を回転可能に支持しているので、軸受126がロータシャフト125を直接に支持した場合に比べて、少なくとも軸受128の厚みt(図1参照)分は、軸方向寸法を小さくすることができる。
また、軸受125がステータ123内のうちコイルエンド部112aに対応する部位に位置しているので、電動圧縮機100の軸方向寸法を小さくすることができる。
【0027】
ところで、CO2 サイクル等の超臨界冷凍サイクルでは、前述のごとく、圧縮機構130の吐出容量(吐出体積)を小さくすることができるので、自転防止機構137およびスラスト受け面112aも含めて、圧縮機構130全体をコイルエンド122a内に配設することが可能であることを発明者等は発見した。
しかし、高圧側の圧力が高くなることに伴って圧縮反力が大きくなるので、スラスト受け面112aが受けるスラスト力FS 、および可動スクロール131が自転しようとする力(トルク)に対抗してピン137aがその径方向に受けるラジアル力(せん断力)FR も大きくなる。
【0028】
したがって、自転防止機構137およびスラスト受け面112aも含めて、圧縮機構130全体をコイルエンド122a内に配設すると、スラスト受け面112aの面積が縮小してスラスト受け面112aの面圧(応力)、およびクランク部125aからピン137aまでの距離が縮小してピン137aが受けるラジアル力FR が過度に上昇してしまい、スラスト受け面112aおよびピン137a(自転防止機構137)が破損する可能性がある。
【0029】
これに対して、本実施形態では、スラスト受け面112aおよびピン137a(自転防止機構137)がステータ123外に位置しているので、スラスト受け面112aの面積、およびクランク部125aからピン137aまでの距離を拡大することができる。したがって、スラスト受け面112aの面圧(応力)およびピン137aが受けるラジアル力FR を小さくすることができるので、スラスト受け面112aおよびピン137a(自転防止機構137)が破損することを防止できる。
【0030】
ところで、超臨界冷凍サイクルに適用される電動圧縮機100は、圧縮機構130の駆動トルクが大きくなるので、通常冷凍サイクルに適用される電動圧縮機に比べて、モータ120の体格が大きくならざるを得ない。
そこで、本実施形態では、クランク部125a(ボス部131c)および両軸受126、127が、コイルエンド部112a内に配設することができる程度にモータ120の径寸法を拡大することにより、モータ120のトルクを増大させるとともに、クランク部125a(ボス部131c)および両軸受126、127をコイルエンド部112a内に配設することにより、電動圧縮機100の軸方向寸法の小型化を図っている。
【0031】
つまり、本実施形態に係る電動圧縮機100では、クランク部125a(ボス部131c)および両軸受126、127をコイルエンド部112a内に配設することにより、電動圧縮機10の体格が必要以上に拡大することを防止しつつ、モータ120のトルクの増大を図ることができる。
(第2実施形態)
図2は第2実施形態に係る電動圧縮機100の断面図である。そして、本実施形態では、ロータシャフト125(ロータ124)を回転可能に支持する第1、2軸受け126a、127aのうち、圧縮機構130側の第1軸受126aをシェル型の針状コロ軸受とするとともに、第1軸受126aをコイルエンド部122a内に位置させている。一方、ロータ124を挟んで圧縮機構130と反対側に位置する第2軸受127aをラジアル玉軸受としている。
【0032】
なお、本実施形態では、第1軸受126aは、バランサリング128を介さず、直接にロータシャフト125を支持しており、第2軸受127aは、第1ハウジング111に圧入固定されている。
因みに、本実施形態では、クランク部125aと軸受125bとの間には、可動スクロール131がクランク部125aに対して微少変位可能とするブッシング125cが配設されている。このため、可動スクロール131が旋回すると、可動スクロール131に作用する圧縮反力によって両スクロール歯部131b、132aの接触面圧が高まるため、作動室VC の密閉性が向上する。
【0033】
また、ロータシャフト125のうち第2軸受127a側には、段付き部125dが形成されており、この段付き部125dによりロータシャフト125(ロータ124)は、第2軸受127a側(紙面左側)に向けて移動することが規制されている。一方、ロータシャフト125(ロータ124)が第1軸受126a側(紙面右側)に向けて移動することは、第2軸受127aを挟んで段付き部125dと反対側に配設されたC型止め輪125eにより規制されている。
【0034】
ところで、本実施形態では、ロータ124(の永久磁石)の着磁は、ロータ124をステータ123内に組み付けた状態でステータ123に通電することにより行っている。このため、本実施形態では、ロータ124を着磁する際に、ロータ124がステータ123に対して所定の位置に位置しているか否かを検査するための穴部111aが第1ハウジング111に形成されている。
【0035】
そこで、本実施形態では、C型止め輪125eは穴部111aから挿入組み付けするとともに、C型止め輪125eを組み付けた後は、プラグ111bにより穴部111bを閉塞している。なお、プラグ111bに形成された雌ねじ部111cは、プラグ111bを抜く際に治具を挿入するためのものである。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【0036】
本実施形態によれば、第1軸受126aがコイルエンド部122a(ステータ123)内に位置しているので、第1実施形態と同様に、電動圧縮機100の軸方向寸法を小さくすることができる。
また、第1軸受126aを針状軸受としているので、通常のラジアル玉軸受等に比べて、軸受の外径寸法が小さくなる。したがって、ステータ123の外径寸法を拡大することなく、容易に第1軸受126aをコイルエンド部122a(ステータ123)内に位置させることができる。
【0037】
ところで、可動クロール131に作用する圧縮反力のうちロータシャフト125と平行な方向のスラスト力FS は、第1実施形態と同様に、スラスト受け面112aで受けていると言えども、ロータ124にはスラスト荷重が作用する。このとき、第1軸受126aは針状軸受であるため、一般的には、スラスト荷重を受けることができない。
【0038】
しかし、本実施形態では、第2軸受127aがラジアル玉軸受であるため、スラスト軸受に比べてば小さくものの、ある程度のスラスト荷重を受けることができる。したがって、第1軸受126aを針状軸受としても、ロータ124の回転運動には支障はない。
ところで、上述の実施形態では、スクロール型圧縮機構部を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ベーン型圧縮機構部等その他の圧縮機構部を有する電動圧縮機に対しても適用できる。
【0039】
また、本発明に係る電動圧縮機100は超臨界冷凍サイクルにその適用が限定されるものではなく、通常冷凍サイクルやその他の用途に対しても適用することができる。
また、第2実施形態では、ロータ124を挟んで圧縮機構130と反対側に位置する第2軸受127aはラジアル玉軸受であったが、第2実施形態はこれに限定されるものではなく、円錐コロ軸受等のその他スラスト荷重を受けることができるラジアル軸受であればよい。
【0040】
また、第2実施形態では、第1軸受126aをシュル型の針状軸受としたが、第2実施形態はこれに限定されるものではなく、その他の軸受であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る電動圧縮機の断面図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係る電動圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
110…ハウジング、120…交流電動モータ部、
121…固定子鉄心部、122…巻線、123…ステータ、124…ロータ、
130…圧縮機構部、131…可動スクロール(可動部)、
132…固定スクロール(固定部)、137…自転防止機構、
112a…スラスト受け面(スラスト受け部)。
Claims (5)
- ハウジング(110)と、
前記ハウジング(10)内に設けられ、前記ハウジング(110)に対して固定したステータ(123)、並びに前記ステータ(123)内で回転するロータ(124)を備える電動モータ部(120)と、
前記ロータ(124)により回転駆動される可動部(131)、および前記ハウジング(110)に対して固定した固定部(132)を有し、流体を吸入圧縮する圧縮機構部(130)とを具備し、
前記ロータ(124)を支持するロータシャフト(125)の一端側には、その回転中心から径外方側に偏心した位置にクランク部(125a)が設けられ、
前記可動部(131)は、前記クランク部(125a)に回転可能に連結されて前記ロータシャフト(125)の回転と共に前記ロータシャフト(125)周りに公転するようになっており、
少なくとも前記圧縮機構部(130)の一部および前記クランク部(125a)が前記ステータ(123)内に位置していることを特徴とする電動圧縮機。 - ハウジング(110)と、
前記ハウジング(10)内に設けられ、前記ハウジング(110)に対して固定した固定子鉄心(121)および前記固定子鉄心(121)に巻き付けられた巻線(122)を有するステータ(123)、並びに前記ステータ(123)内で回転するロータ(124)を備える電動モータ部(120)と、
前記ロータ(124)により回転駆動される可動部(131)、および前記ハウジング(110)に対して固定した固定部(132)を有し、流体を吸入圧縮する圧縮機構部(130)とを具備し、
前記ロータ(124)を支持するロータシャフト(125)の一端側には、その回転中心から径外方側に偏心した位置にクランク部(125a)が設けられ、
前記可動部(131)は、前記クランク部(125a)に回転可能に連結されて前記ロータシャフト(125)の回転と共に前記ロータシャフト(125)周りに公転するようになっており、
少なくとも前記圧縮機構部(130)の一部は、前記ステータ(123)内のうち前記固定子鉄心(121)から前記ロータ(124)の軸方向に突出するコイルエンド部(122a)に対応する部位に位置しており、
さらに、前記クランク部(125a)は、前記ステータ(123)内に位置していることを特徴とする電動圧縮機。 - ハウジング(110)と、
前記ハウジング(10)内に設けられ、前記ハウジング(110)に対して固定したステータ(123)、並びに前記ステータ(123)内で回転するロータ(124)を備える電動モータ部(120)と、
前記ロータ(124)により回転駆動される可動スクロール(131)、および前記ハウジング(110)に対して固定した固定スクロール(132)を有し、流体を吸入圧縮するスクロール型圧縮機構部(130)とを具備し、
前記ロータ(124)を支持するロータシャフト(125)の一端側には、その回転中心から径外方側に偏心した位置にクランク部(125a)が設けられ、
前記可動スクロール(131)は、前記クランク部(125a)に回転可能に連結されて前記ロータシャフト(125)の回転と共に前記ロータシャフト(125)周りに公転するようになっており、
前記可動スクロール(131)に作用する圧縮反力のうち前記ロータシャフト(125)と平行な方向のスラスト力(Fs)を受けるスラスト受け部(112a)が設けられており、
前記クランク部(125a)は、前記ステータ(123)内に位置し、前記スラスト受け部(112a)は、前記ステータ(123)外に位置していることを特徴とする電動圧縮機。 - ハウジング(110)と、
前記ハウジング(10)内に設けられ、前記ハウジング(110)に対して固定したステータ(123)、並びに前記ステータ(123)内で回転するロータ(124)を備える電動モータ部(120)と、
前記ロータ(124)により回転駆動される可動スクロール(131)、および前記ハウジング(110)に対して固定した固定スクロール(132)を有し、流体を吸入圧縮するスクロール型圧縮機構部(130)とを具備し、
前記ロータ(124)を支持するロータシャフト(125)の一端側には、その回転中心から径外方側に偏心した位置にクランク部(125a)が設けられ、
前記可動スクロール(131)は、前記クランク部(125a)に回転可能に連結されて前記ロータシャフト(125)の回転と共に前記ロータシャフト(125)周りに公転するようになっており、
前記可動スクロール(131)が前記クランク部(125a)周りに自転することを防止する自転防止機構(137)が設けられており、
前記クランク部(125a)は、前記ステータ(123)内に位置し、前記自転防止機構(137)は、前記ステータ(123)外に位置していることを特徴とする電動圧縮機。 - 前記ロータシャフト(125)には、前記可動スクロール(131)が前記ロータシャフト(125)周りに公転する際に、前記ロータシャフト(125)に作用する遠心力を相殺する環状のバランサリング(128)が設けられており、
前記ロータシャフト(125)は、前記バランサリング(128)の外周面に配設された軸受(126)を介して回転可能に支持されていることを特徴とする請求項3または4に記載の電動圧縮機。
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