JP4211351B2 - レシプロ型電動圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用されるレシプロ型電動圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用されるレシプロ型電動圧縮機は高効率と高い信頼性が求められている。
【０００３】
従来のレシプロ型電動圧縮機としては、クランクシャフトの中に給油装置を内蔵したものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら上記従来のレシプロ型電動圧縮機を説明する。
【０００５】
図８は従来のレシプロ型電動圧縮機の断面図である。図８において、圧縮機本体１は密閉容器２内に収納されており、フレーム３を中核に、下部に電動要素４、上部に圧縮機構部５を配置しているレシプロ型電動圧縮機である。フレーム３の軸受部６内にクランクシャフト７が貫挿され、クランクシャフト７の外径部には電動要素４のロータ８が固着され、圧縮機構部５とは偏芯軸９を介してピストン１０のスライダー１１と係合している。
【０００６】
クランクシャフト７の内部には、その下端より比較的小径の傾斜した傾斜孔１２が軸受部６の下端まで延びており、横孔１３によりクランクシャフト７の外周に開口している。
【０００７】
クランクシャフト７の軸受部６内に位置する部分には、下端が横孔１３と連通し、上端は偏芯軸９に設けた縦孔１５に連通した、一本のリード溝からなる螺旋ポンプ１４が形成されている。縦孔１５は上端が密閉容器２の内空間に開口するとともに、スラスト軸受摺動面１６に連通開口している。また、密閉容器２下部には潤滑油１７が貯溜されており、クランクシャフト７の下端が浸漬している。
【０００８】
以上のように構成された従来のレシプロ型電動圧縮機について、以下その動作を説明する。
【０００９】
電動要素４に電流が流れるとロータ８が回転し、この回転に伴ってクランクシャフト７が回転する。クランクシャフト７の回転にともない、偏芯軸９とスライダー１１を介して係合しているピストン１０が往復運動し、周知の圧縮動作が行われる。
【００１０】
潤滑油１７はクランクシャフト７の下端から直接斜め上方に延びた傾斜孔１２内で遠心力により上昇し、横孔部１３から主軸部の螺旋ポンプ１４へと供給され上方に搬送される。搬送された潤滑油１７はスラスト軸受部１６および偏芯軸９に供給され、密閉容器２内の空間に放出される。
【００１１】
【特許文献１】
特公昭６２−４４１０８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の機構においては、クランクシャフト７下端から直接斜め上方に延びた傾斜孔１２内で潤滑油１７は遠心力により上昇し、横孔１３部から一方向のリード溝からなる螺旋ポンプ１４を介して上方の摺動部に搬送され潤滑作用が行われる。
しかしながら、螺旋ポンプ１４は所定の回転方向で運転することを前提にリードの巻方向が設定されているため、逆回転方向の運転が行なわれると螺旋ポンプ１４内にはダウンフォースが働き、軸受部６から上方への潤滑油の供給は行なわれないことになり、軸受部６の異常摩耗が発生し、故障にいたる。
そのため、例えば電動要素に三相誘導電動機を用いたレシプロ型電動圧縮機の場合、誤配線による逆回転方向の運転があり得るため、逆転防止リレーを回路に組込み、逆転運転によるレシプロ型電動圧縮機の故障を防ぐ必要があったが、逆転防止リレーは高価であり、その結果コストアップになるといった欠点があった。また、他の例では電動要素がＰＴＣリレーを始動装置とした単相抵抗始動誘導電動機を用いたレシプロ型電動圧縮機の場合、ＰＴＣリレーの素子の復帰時間が得られない瞬時停電が起きた場合、圧縮室内の圧力によりピストンが押し戻され、この逆転中に再度通電が行われるとそのまま逆回転方向に運転してしまうことがあった。このような異常運転に陥った場合も給油装置が機能せず摺動部の摩耗故障に至るといった欠点があった。
【００１３】
こういった欠点を解消するため、リード溝を双方向に刻設した可逆運転可能なレシプロ型電動圧縮機も知られている。しかしながら、高い給油揚程を必要とする圧縮要素が電動要素の上部に構築されたレシプロ型のもので双回転方向運転を可能にしたレシプロ型電動圧縮機の技術は見当たらない。
【００１４】
本発明は従来の課題を解決するもので、圧縮要素が電動要素の上部に構築され、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られるレシプロ型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、固定子と回転子からなる電動要素と、前記電動要素の略上方に構築され、圧縮室内で往復動するピストンを含む圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素を構成するクランクシャフトは、前記クランクシャフトの下部に設けられ前記潤滑油中に開口する遠心ポンプと、前記クランクシャフトの中部に設けられ、前記遠心ポンプと連通し互いに反対方向のリードを有する一対の独立した螺旋ポンプと、前記クランクシャフトの上部に設けられ、上端が前記密閉容器内に開口するとともに前記螺旋ポンプと各々連通部で連通する一対の独立した縦孔部とを備え、前記遠心ポンプは前記クランクシャフトの下端から上方に向かい軸心が前記クランクシャフトの外周方向に傾斜した円筒空洞部と、前記潤滑油に連通する絞り部とからなるものであり、螺旋ポンプと縦孔部は各々一対の独立した系をなすため、前記クランクシャフトの回転方向が正回転・逆回転のいずれであっても、回転方向に対して有効な方の螺旋ポンプで発生する上方への潤滑油の圧送力が、給油経路が干渉することで減衰されることなく働くといった作用を有する。
【００１６】
更に、絞り部で囲まれたクランクシャフト下端の潤滑油はクランクシャフトの回転による遠心力を受け、絞り部が遠心力によって発生する下向きの力を受け止めることで上向きの力が増加し、さらに傾斜通路の傾斜がより潤滑油の揚程を有効に引き上げることでき、回転方向に係わらず大きなオイル搬送力を得ることができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１の発明に、更に、遠心ポンプ上部と密閉容器内を連通するガス抜き孔を備えたもので、クランクシャフトの給油通路に存在する潤滑油中のガスが抜けることで、ガスかみによる給油阻害が減るといった作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１から２の発明に、更に、偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したクランクシャフトと、略円筒形の圧縮室と前記圧縮室の軸心と略直交するように形成され前記主軸部の上半部を軸支する主軸受とを備えたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定されるか又は一体に形成され前記副軸部を軸支する副軸受を備えたもので、より高い揚程を必要とする構成にもかかわらず双回転方向運転が可能という作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３の発明に、更に、クランクシャフト副軸部外周に、一対の縦孔部と各々連通する互いに反対方向のリードを有する一対の独立した螺旋ポンプを備えたもので、いずれの回転方向においても副軸受の潤滑が維持できるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４の発明に、更に、三相誘導電動機を備えたもので、配線の向きに関係ない双回転方向運転を可能にした三相電源用のレシプロ型電動圧縮機が得られるといった作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から４の発明に、更に、単相抵抗始動誘導電動機を備えたもので、逆回転方向の運転に遭遇しても各摺動部に正常な給油がなされるといった作用を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明によるレシプロ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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるレシプロ型電動圧縮機の断面図、図２は、同実施の形態のレシプロ型電動圧縮機のクランクシャフトの拡大図である。
【００２４】
図１および図２において、密閉容器１８内にはステータ１９とロータ２０からなる電動要素２１と、電動要素２１によって駆動される圧縮要素２２を収納している。密閉容器１８下部には潤滑油２３が貯溜されている。
【００２５】
前記電動要素２１は三相誘導電動機である。
【００２６】
次に圧縮要素２２について詳細に説明する。
【００２７】
クランクシャフト２４は偏芯軸２５と、この偏芯軸２５を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部２６および主軸部２７とを有している。圧縮室２８を形成するシリンダブロック２９には圧縮室２８の軸心と略直交するように形成され副軸部２６および主軸部２７を各々軸支する副軸受３０および主軸受３１が形成されている。
【００２８】
圧縮室２８にはピストン３２が摺動自在に嵌装され、ピストン３２に嵌入したピストンピン３３と偏芯軸２５を連結手段であるコンロッド３４で連結している。
バルブプレート３５は吸入バルブと吐出バルブ（いずれも図示せず）が形成され、内部に吐出室（図示せず）を形成したシリンダヘッド３６とシリンダブロック２９によって挟持されている。吸入口（図示せず）を有する吸入マフラー３７はシリンダヘッド３６とバルブプレート３５の間に挟持されている。
クランクシャフト２４の主軸部２７には下端に下端孔３８が形成され、吸込み孔３９を中心部に設けた絞り部４０を下端に形成したキャップ４１が圧入固定してある。主軸部２７には下端孔３８より斜めに、かつ上方に延びた傾斜通路４２が穿設され、絞り部４０の中心をその内径内に含むように構成されている。傾斜通路４２の上端は主軸受３１下方に達するように、かつクランクシャフト２４の外周面に接近するように配列してある。
主軸部２７外周には互いに反対方向のリードを有する主軸部螺旋ポンプ４３ａ，４３ｂが刻設されている。主軸部螺旋ポンプ４３ａ，４３ｂは、主軸下部連通部４４にて傾斜通路４２と連通しており、主軸下部連通部４４以外の部分は各々独立しており、相互に交叉しないよう形成される。
偏芯軸２５および副軸部２６内に鉛直方向に独立して穿設された一対の独立偏芯通路４５ａ，４５ｂは、各々、主軸部螺旋ポンプ４３ａ，４３ｂの上端と主軸上部連通部４６ａ，４６ｂにて連通するとともに、上端が副軸部２６上端面に開口し、密閉容器１８内に連通している。
副軸部２６外周には副軸連通部４７ａ，４７ｂを介して独立偏芯通路４５ａ，４５ｂを介して連通した一対の独立した副軸部螺旋ポンプ４８ａ，４８ｂが刻設されている。また、傾斜通路４２終端部には主軸部２７の上端面に開口し密閉容器１８内と連通するガス抜き連通孔４９設けられている。更に、副軸部２６端部にはスラスト軸受部５０が固定され、副軸受３０との間でスラスト軸受を形成する。
【００２９】
以上のように構成されたレシプロ型電動圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００３０】
電動要素２１のステータ１９に電流が流れることでロータ２０が回転する。なお、本実施の形態では圧縮機天面より見て回転５１の方向に回転するものとする。
【００３１】
クランクシャフト２４の回転にともない偏芯軸２５の偏芯運動がコンロッド３４、ピストンピン３３を介してピストン３２を圧縮室２８内で往復運動させる。吸入マフラー３７の吸入口から圧縮室２８内へ吸入された冷媒は圧縮され、吐出バルブ、シリンダーヘッド３６吐出室を通過し密閉容器１８外の冷凍サイクル（図示せず）に吐出されて行く。
【００３２】
次に給油の動作について説明する。
【００３３】
クランクシャフト２４の回転により、吸込み孔３９よりキャップ４１内に流入する潤滑油２３は、遠心力と絞り部４０で生ずる重力との反力によってキャップ４１内で放物線状の自由表面をなし、下端孔３８から傾斜通路４２に至る。
【００３４】
傾斜通路４２は下端孔３８より斜めに、かつ上方に穿設され、遠心ポンプを形成しているため、潤滑油２３は遠心力により更に上昇し、主軸下部連通部４４に至る。ここで、本実施の形態では圧縮機天面より見て回転５１の方向に回転するため、潤滑油２３は主軸下部連通部４４から主軸部螺旋ポンプ４３ａに流入する。
【００３５】
この際、潤滑油２３は主軸部螺旋ポンプ４３ｂに流入しようとしてもダウンフォースが働くため、そこで妨げられ、主軸部螺旋ポンプ４３ｂには流入しない。
【００３６】
主軸部螺旋ポンプ４３ａによって上方への油圧が付勢された潤滑油２３は主軸上部連通部４６ａを通って独立偏芯通路４５ａの中でさらに揚程を上げ、副軸部２６の上端開口から排出飛散される。
【００３７】
また、潤滑油２３が独立偏芯通路４５ａを通過する途中でその一部は偏芯軸部２５に供給され、また副軸連通部４７ａを通り副軸部２６に供給されるとともに副軸部螺旋ポンプ４８ａからスラスト軸受部５０へと供給され、主軸部、副軸部、偏芯軸部といった各摺動部への潤滑作用が達成される。
【００３８】
一方、ロータ２０が上述した回転５１と反対の方向に回転した場合でも、潤滑油２３は主軸下部連通部４４から主軸部螺旋ポンプ４３ｂに流入し、主軸部螺旋ポンプ４３ｂによって上方への油圧が付勢された潤滑油２３は主軸上部連通部４６ｂを通って独立偏芯通路４５ｂの中でさらに揚程を上げ、副軸部２６の上端開口から排出飛散され、さらに副軸連通部４７ｂを通り副軸部２６に供給されるとともに副軸部螺旋ポンプ４８ｂからスラスト軸受部５０へと供給される。
【００３９】
したがって、遠心ポンプで引き上げられた潤滑油２３は三相電源の配線の仕方で回転方向が右・左いずれの方向になろうとも各摺動部へ潤滑油２３の供給が達成でき、圧縮要素が上方に位置するもので双回転方向対応型のレシプロ型電動圧縮機が実現できる。
【００４０】
また傾斜通路４２終端部には主軸部２７の上端面に開口し密閉容器１８内と連通するガス抜き連通孔４９設けられているため、潤滑油２３から発生した冷媒ガスはガス抜き連通孔４９を経て密閉容器１８内に吐出される。また、傾斜通路４２内の油面位置からガス抜き連通孔４９の開口までの高さ方向の距離が大きく取れることで、ガス抜き連通孔４９から潤滑油２３の流出を防止でき、上方へ汲み上げられる潤滑油２３量を相対的に増加することができ十分な給油量を確保することができる。
【００４１】
以上、本実施の形態の給油の動作について説明してきたが、ここで本発明の類似例と本発明の実施の形態との比較結果について説明する。
図３は本発明の類似例を示すクランクシャフトの拡大図で、本発明との相違点は主軸部螺旋ポンプ４３ｃ，４３ｄの出口が共通となるように双方向のリード溝を刻設し、主軸上部連通部４６ｃおよび偏芯通路４５ｃが各々１個所となるように構成している。上向きへのオイルの圧送力は主軸部螺旋ポンプ４３ｃ，４３ｄで発生するため、それ以外の経路を兼用した本類似例のような設計が通常はなされるものと思われる。
しかしながら、発明者らの実験によれば本類似例は本発明に比べクランクシャフト２４の上端から排出される油量が著しく減少することが確認された。その結果を図４のグラフに示す。図４は本発明の類似例と本発明との各々５０Ｈｚ，６０Ｈｚの電源周波数における1分あたりの給油量を比較測定した結果をグラフにしたものである。この結果ではいずれの周波数においても本類似例に比べ、本発明における給油量がはるかに多いことがわかる。
これは、本類似例では主軸上部連通部４６ｃで双方向リード溝が連通してしまうために、回転方向に対し順方向となるリード溝で引き上げられた潤滑油２３の一部が逆方向のリード溝で遠心ポンプ方向に戻されるといった閉ループが形成され、偏芯通路４５ｃ内に供給される潤滑油２３量が減少するものと考えらる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２によるレシプロ型電動圧縮機の断面図、図６は同実施の形態によるレシプロ型電動圧縮機の電気配線図。図７は、同実施の形態によるレシプロ型電動圧縮機の運転解説図である。なお、実施の形態１と同一個所は同一番号を付し説明を省略する。
【００４２】
実施の形態２は実施の形態１とは電動要素が異なる。図５から図７において、電動要素２１ａはロータ５２とステータ５３からなる単相抵抗始動誘導電動機である。図６に示すように、前記ステータ５３には主コイル５４と始動コイル５５が並列に接続されており、始動装置としてＰＴＣリレー５６が始動コイルに直列に配線されている。
【００４３】
以上のように構成されたレシプロ型電動圧縮機についてその動作を説明する。
【００４４】
通電が行われるとステータ５３の始動コイル５５に直列に配線されたＰＴＣリレー５６の素子抵抗をもって所定の回転方向に始動トルクが発生し運転が開始される。ＰＴＣリレー５６の素子は始動直後の１秒後くらいには自己発熱に伴う急激な抵抗増加を生じ、その結果、始動コイル５５は遮断され、主コイル５４のみに通電され、運転が維持される。次に運転が停止した後、再度正常に運転を開始するためには、始動コイル５５に通電される必要があり、そのためにはＰＴＣリレー５６素子がその抵抗値を減じるための冷却時間５７が必要となる。ところがこの前記冷却時間５７が極端に短い場合、ＰＴＣリレー５６の素子は抵抗が高い状態のままであるため、始動コイル５５に通電されず、通常は始動しない。
【００４５】
ところがこういった始動トルクが発生しないような時、なんらかの外力が加わるとこれが始動トルクとなってその力の働いた方向に回ってしまうといった現象が発生する。
【００４６】
具体的には図７の５８に示すような1秒以下の瞬時停電が発生したケースで、たとえば、ピストン３２が上死点の直前で位置するタイミングで停止すると、圧縮室２８内の圧力にピストン３２が押し戻され逆方向に回転５９する。そしてこの逆転中に再度通電（二点鎖線６０）が復帰すると、そのまま逆の回転方向に回ったまま、運転（二点鎖線６１）を継続してしまうことになる。
【００４７】
しかしながら実施の形態１で説明したように本発明のレシプロ密閉型圧縮機は正方向の回転に加え逆方向の回転でも安定した給油潤滑作用が得られるため、前記のような異常運転状況にあっても摩耗故障に至ることはなく、信頼性の高いレシプロ型電動圧縮機が実現できるのである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００４９】
さらに、いずれの回転方向運転においても大きなオイル搬送力を有し、安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５０】
また、請求項２に記載の発明は、いずれの回転方向運転においてもガスかみの少ない安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５１】
また、請求項３に記載の発明は、さらに高い揚程を必要とする両持ち軸受において、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５２】
また、請求項４に記載の発明は、より高い揚程を必要とする両持ち軸受においても副軸受部の潤滑作用を得ることができ、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５３】
また、請求項５に記載の発明は、三相誘導電動機への誤配線における逆転運転を前提に、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５４】
また、請求項６に記載の発明は、単相抵抗始動誘導電動機における逆転異常運転時を前提に、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】レシプロ型電動圧縮機の断面図
【図２】クランクシャフトの拡大図
【図３】クランクシャフトの類似例拡大図
【図４】本発明と類似例の排出油量比較図
【図５】レシプロ型電動圧縮機の断面図
【図６】レシプロ型電動圧縮機の配線図
【図７】レシプロ型電動圧縮機の運転解説図
【図８】従来のレシプロ型電動圧縮機の断面図
【符号の説明】
１８ 密閉容器
１９ ステータ
２０ ロータ
２１ 電動要素
２２ 圧縮要素
２３ 潤滑油
２４ クランクシャフト
２５ 偏芯軸
２６ 副軸部
２７ 主軸部
２８ 圧縮室
２９ シリンダブロック
３０ 副軸受
３１ 主軸受
３２ ピストン
３４ コンロッド
４０ 絞り部
４２ 傾斜通路
４３ａ，４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ 主軸部螺旋ポンプ
４４ 主軸下部連通部
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ 偏芯通路
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ 主軸上部連通部
４７ａ、４７ｂ 副軸連通部
４８ａ、４８ｂ 副軸部螺旋ポンプ
４８ ガス抜き孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用されるレシプロ型電動圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用されるレシプロ型電動圧縮機は高効率と高い信頼性が求められている。
【０００３】
従来のレシプロ型電動圧縮機としては、クランクシャフトの中に給油装置を内蔵したものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら上記従来のレシプロ型電動圧縮機を説明する。
【０００５】
図８は従来のレシプロ型電動圧縮機の断面図である。図８において、圧縮機本体１は密閉容器２内に収納されており、フレーム３を中核に、下部に電動要素４、上部に圧縮機構部５を配置しているレシプロ型電動圧縮機である。フレーム３の軸受部６内にクランクシャフト７が貫挿され、クランクシャフト７の外径部には電動要素４のロータ８が固着され、圧縮機構部５とは偏芯軸９を介してピストン１０のスライダー１１と係合している。
【０００６】
クランクシャフト７の内部には、その下端より比較的小径の傾斜した傾斜孔１２が軸受部６の下端まで延びており、横孔１３によりクランクシャフト７の外周に開口している。
【０００７】
クランクシャフト７の軸受部６内に位置する部分には、下端が横孔１３と連通し、上端は偏芯軸９に設けた縦孔１５に連通した、一本のリード溝からなる螺旋ポンプ１４が形成されている。縦孔１５は上端が密閉容器２の内空間に開口するとともに、スラスト軸受摺動面１６に連通開口している。また、密閉容器２下部には潤滑油１７が貯溜されており、クランクシャフト７の下端が浸漬している。
【０００８】
以上のように構成された従来のレシプロ型電動圧縮機について、以下その動作を説明する。
【０００９】
電動要素４に電流が流れるとロータ８が回転し、この回転に伴ってクランクシャフト７が回転する。クランクシャフト７の回転にともない、偏芯軸９とスライダー１１を介して係合しているピストン１０が往復運動し、周知の圧縮動作が行われる。
【００１０】
潤滑油１７はクランクシャフト７の下端から直接斜め上方に延びた傾斜孔１２内で遠心力により上昇し、横孔部１３から主軸部の螺旋ポンプ１４へと供給され上方に搬送される。搬送された潤滑油１７はスラスト軸受部１６および偏芯軸９に供給され、密閉容器２内の空間に放出される。
【００１１】
【特許文献１】
特公昭６２−４４１０８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の機構においては、クランクシャフト７下端から直接斜め上方に延びた傾斜孔１２内で潤滑油１７は遠心力により上昇し、横孔１３部から一方向のリード溝からなる螺旋ポンプ１４を介して上方の摺動部に搬送され潤滑作用が行われる。
しかしながら、螺旋ポンプ１４は所定の回転方向で運転することを前提にリードの巻方向が設定されているため、逆回転方向の運転が行なわれると螺旋ポンプ１４内にはダウンフォースが働き、軸受部６から上方への潤滑油の供給は行なわれないことになり、軸受部６の異常摩耗が発生し、故障にいたる。
そのため、例えば電動要素に三相誘導電動機を用いたレシプロ型電動圧縮機の場合、誤配線による逆回転方向の運転があり得るため、逆転防止リレーを回路に組込み、逆転運転によるレシプロ型電動圧縮機の故障を防ぐ必要があったが、逆転防止リレーは高価であり、その結果コストアップになるといった欠点があった。また、他の例では電動要素がＰＴＣリレーを始動装置とした単相抵抗始動誘導電動機を用いたレシプロ型電動圧縮機の場合、ＰＴＣリレーの素子の復帰時間が得られない瞬時停電が起きた場合、圧縮室内の圧力によりピストンが押し戻され、この逆転中に再度通電が行われるとそのまま逆回転方向に運転してしまうことがあった。このような異常運転に陥った場合も給油装置が機能せず摺動部の摩耗故障に至るといった欠点があった。
【００１３】
こういった欠点を解消するため、リード溝を双方向に刻設した可逆運転可能なレシプロ型電動圧縮機も知られている。しかしながら、高い給油揚程を必要とする圧縮要素が電動要素の上部に構築されたレシプロ型のもので双回転方向運転を可能にしたレシプロ型電動圧縮機の技術は見当たらない。
【００１４】
本発明は従来の課題を解決するもので、圧縮要素が電動要素の上部に構築され、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られるレシプロ型電動圧縮機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、固定子と回転子からなる電動要素と、前記電動要素の略上方に構築され、圧縮室内で往復動するピストンを含む圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素を構成するクランクシャフトは、前記クランクシャフトの下部に設けられ前記潤滑油中に開口する遠心ポンプと、前記クランクシャフトの中部に設けられ、前記遠心ポンプと連通し互いに反対方向のリードを有する一対の独立した螺旋ポンプと、前記クランクシャフトの上部に設けられ、上端が前記密閉容器内に開口するとともに前記螺旋ポンプと各々連通部で連通する一対の独立した縦孔部とを備え、前記遠心ポンプは前記クランクシャフトの下端から上方に向かい軸心が前記クランクシャフトの外周方向に傾斜した円筒空洞部と、前記潤滑油に連通する絞り部とからなるものであり、螺旋ポンプと縦孔部は各々一対の独立した系をなすため、前記クランクシャフトの回転方向が正回転・逆回転のいずれであっても、回転方向に対して有効な方の螺旋ポンプで発生する上方への潤滑油の圧送力が、給油経路が干渉することで減衰されることなく働くといった作用を有する。
【００１６】
更に、絞り部で囲まれたクランクシャフト下端の潤滑油はクランクシャフトの回転による遠心力を受け、絞り部が遠心力によって発生する下向きの力を受け止めることで上向きの力が増加し、さらに傾斜通路の傾斜がより潤滑油の揚程を有効に引き上げることでき、回転方向に係わらず大きなオイル搬送力を得ることができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１の発明に、更に、遠心ポンプ上部と密閉容器内を連通するガス抜き孔を備えたもので、クランクシャフトの給油通路に存在する潤滑油中のガスが抜けることで、ガスかみによる給油阻害が減るといった作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１から２の発明に、更に、偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したクランクシャフトと、略円筒形の圧縮室と前記圧縮室の軸心と略直交するように形成され前記主軸部の上半部を軸支する主軸受とを備えたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定されるか又は一体に形成され前記副軸部を軸支する副軸受を備えたもので、より高い揚程を必要とする構成にもかかわらず双回転方向運転が可能という作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３の発明に、更に、クランクシャフト副軸部外周に、一対の縦孔部と各々連通する互いに反対方向のリードを有する一対の独立した螺旋ポンプを備えたもので、いずれの回転方向においても副軸受の潤滑が維持できるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４の発明に、更に、三相誘導電動機を備えたもので、配線の向きに関係ない双回転方向運転を可能にした三相電源用のレシプロ型電動圧縮機が得られるといった作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から４の発明に、更に、単相抵抗始動誘導電動機を備えたもので、逆回転方向の運転に遭遇しても各摺動部に正常な給油がなされるといった作用を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明によるレシプロ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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるレシプロ型電動圧縮機の断面図、図２は、同実施の形態のレシプロ型電動圧縮機のクランクシャフトの拡大図である。
【００２４】
図１および図２において、密閉容器１８内にはステータ１９とロータ２０からなる電動要素２１と、電動要素２１によって駆動される圧縮要素２２を収納している。密閉容器１８下部には潤滑油２３が貯溜されている。
【００２５】
前記電動要素２１は三相誘導電動機である。
【００２６】
次に圧縮要素２２について詳細に説明する。
【００２７】
クランクシャフト２４は偏芯軸２５と、この偏芯軸２５を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部２６および主軸部２７とを有している。圧縮室２８を形成するシリンダブロック２９には圧縮室２８の軸心と略直交するように形成され副軸部２６および主軸部２７を各々軸支する副軸受３０および主軸受３１が形成されている。
【００２８】
圧縮室２８にはピストン３２が摺動自在に嵌装され、ピストン３２に嵌入したピストンピン３３と偏芯軸２５を連結手段であるコンロッド３４で連結している。
バルブプレート３５は吸入バルブと吐出バルブ（いずれも図示せず）が形成され、内部に吐出室（図示せず）を形成したシリンダヘッド３６とシリンダブロック２９によって挟持されている。吸入口（図示せず）を有する吸入マフラー３７はシリンダヘッド３６とバルブプレート３５の間に挟持されている。
クランクシャフト２４の主軸部２７には下端に下端孔３８が形成され、吸込み孔３９を中心部に設けた絞り部４０を下端に形成したキャップ４１が圧入固定してある。主軸部２７には下端孔３８より斜めに、かつ上方に延びた傾斜通路４２が穿設され、絞り部４０の中心をその内径内に含むように構成されている。傾斜通路４２の上端は主軸受３１下方に達するように、かつクランクシャフト２４の外周面に接近するように配列してある。
主軸部２７外周には互いに反対方向のリードを有する主軸部螺旋ポンプ４３ａ，４３ｂが刻設されている。主軸部螺旋ポンプ４３ａ，４３ｂは、主軸下部連通部４４にて傾斜通路４２と連通しており、主軸下部連通部４４以外の部分は各々独立しており、相互に交叉しないよう形成される。
偏芯軸２５および副軸部２６内に鉛直方向に独立して穿設された一対の独立偏芯通路４５ａ，４５ｂは、各々、主軸部螺旋ポンプ４３ａ，４３ｂの上端と主軸上部連通部４６ａ，４６ｂにて連通するとともに、上端が副軸部２６上端面に開口し、密閉容器１８内に連通している。
副軸部２６外周には副軸連通部４７ａ，４７ｂを介して独立偏芯通路４５ａ，４５ｂを介して連通した一対の独立した副軸部螺旋ポンプ４８ａ，４８ｂが刻設されている。また、傾斜通路４２終端部には主軸部２７の上端面に開口し密閉容器１８内と連通するガス抜き連通孔４９設けられている。更に、副軸部２６端部にはスラスト軸受部５０が固定され、副軸受３０との間でスラスト軸受を形成する。
【００２９】
以上のように構成されたレシプロ型電動圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００３０】
電動要素２１のステータ１９に電流が流れることでロータ２０が回転する。なお、本実施の形態では圧縮機天面より見て回転５１の方向に回転するものとする。
【００３１】
クランクシャフト２４の回転にともない偏芯軸２５の偏芯運動がコンロッド３４、ピストンピン３３を介してピストン３２を圧縮室２８内で往復運動させる。吸入マフラー３７の吸入口から圧縮室２８内へ吸入された冷媒は圧縮され、吐出バルブ、シリンダーヘッド３６吐出室を通過し密閉容器１８外の冷凍サイクル（図示せず）に吐出されて行く。
【００３２】
次に給油の動作について説明する。
【００３３】
クランクシャフト２４の回転により、吸込み孔３９よりキャップ４１内に流入する潤滑油２３は、遠心力と絞り部４０で生ずる重力との反力によってキャップ４１内で放物線状の自由表面をなし、下端孔３８から傾斜通路４２に至る。
【００３４】
傾斜通路４２は下端孔３８より斜めに、かつ上方に穿設され、遠心ポンプを形成しているため、潤滑油２３は遠心力により更に上昇し、主軸下部連通部４４に至る。ここで、本実施の形態では圧縮機天面より見て回転５１の方向に回転するため、潤滑油２３は主軸下部連通部４４から主軸部螺旋ポンプ４３ａに流入する。
【００３５】
この際、潤滑油２３は主軸部螺旋ポンプ４３ｂに流入しようとしてもダウンフォースが働くため、そこで妨げられ、主軸部螺旋ポンプ４３ｂには流入しない。
【００３６】
主軸部螺旋ポンプ４３ａによって上方への油圧が付勢された潤滑油２３は主軸上部連通部４６ａを通って独立偏芯通路４５ａの中でさらに揚程を上げ、副軸部２６の上端開口から排出飛散される。
【００３７】
また、潤滑油２３が独立偏芯通路４５ａを通過する途中でその一部は偏芯軸部２５に供給され、また副軸連通部４７ａを通り副軸部２６に供給されるとともに副軸部螺旋ポンプ４８ａからスラスト軸受部５０へと供給され、主軸部、副軸部、偏芯軸部といった各摺動部への潤滑作用が達成される。
【００３８】
一方、ロータ２０が上述した回転５１と反対の方向に回転した場合でも、潤滑油２３は主軸下部連通部４４から主軸部螺旋ポンプ４３ｂに流入し、主軸部螺旋ポンプ４３ｂによって上方への油圧が付勢された潤滑油２３は主軸上部連通部４６ｂを通って独立偏芯通路４５ｂの中でさらに揚程を上げ、副軸部２６の上端開口から排出飛散され、さらに副軸連通部４７ｂを通り副軸部２６に供給されるとともに副軸部螺旋ポンプ４８ｂからスラスト軸受部５０へと供給される。
【００３９】
したがって、遠心ポンプで引き上げられた潤滑油２３は三相電源の配線の仕方で回転方向が右・左いずれの方向になろうとも各摺動部へ潤滑油２３の供給が達成でき、圧縮要素が上方に位置するもので双回転方向対応型のレシプロ型電動圧縮機が実現できる。
【００４０】
また傾斜通路４２終端部には主軸部２７の上端面に開口し密閉容器１８内と連通するガス抜き連通孔４９設けられているため、潤滑油２３から発生した冷媒ガスはガス抜き連通孔４９を経て密閉容器１８内に吐出される。また、傾斜通路４２内の油面位置からガス抜き連通孔４９の開口までの高さ方向の距離が大きく取れることで、ガス抜き連通孔４９から潤滑油２３の流出を防止でき、上方へ汲み上げられる潤滑油２３量を相対的に増加することができ十分な給油量を確保することができる。
【００４１】
以上、本実施の形態の給油の動作について説明してきたが、ここで本発明の類似例と本発明の実施の形態との比較結果について説明する。
図３は本発明の類似例を示すクランクシャフトの拡大図で、本発明との相違点は主軸部螺旋ポンプ４３ｃ，４３ｄの出口が共通となるように双方向のリード溝を刻設し、主軸上部連通部４６ｃおよび偏芯通路４５ｃが各々１個所となるように構成している。上向きへのオイルの圧送力は主軸部螺旋ポンプ４３ｃ，４３ｄで発生するため、それ以外の経路を兼用した本類似例のような設計が通常はなされるものと思われる。
しかしながら、発明者らの実験によれば本類似例は本発明に比べクランクシャフト２４の上端から排出される油量が著しく減少することが確認された。その結果を図４のグラフに示す。図４は本発明の類似例と本発明との各々５０Ｈｚ，６０Ｈｚの電源周波数における1分あたりの給油量を比較測定した結果をグラフにしたものである。この結果ではいずれの周波数においても本類似例に比べ、本発明における給油量がはるかに多いことがわかる。
これは、本類似例では主軸上部連通部４６ｃで双方向リード溝が連通してしまうために、回転方向に対し順方向となるリード溝で引き上げられた潤滑油２３の一部が逆方向のリード溝で遠心ポンプ方向に戻されるといった閉ループが形成され、偏芯通路４５ｃ内に供給される潤滑油２３量が減少するものと考えらる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２によるレシプロ型電動圧縮機の断面図、図６は同実施の形態によるレシプロ型電動圧縮機の電気配線図。図７は、同実施の形態によるレシプロ型電動圧縮機の運転解説図である。なお、実施の形態１と同一個所は同一番号を付し説明を省略する。
【００４２】
実施の形態２は実施の形態１とは電動要素が異なる。図５から図７において、電動要素２１ａはロータ５２とステータ５３からなる単相抵抗始動誘導電動機である。図６に示すように、前記ステータ５３には主コイル５４と始動コイル５５が並列に接続されており、始動装置としてＰＴＣリレー５６が始動コイルに直列に配線されている。
【００４３】
以上のように構成されたレシプロ型電動圧縮機についてその動作を説明する。
【００４４】
通電が行われるとステータ５３の始動コイル５５に直列に配線されたＰＴＣリレー５６の素子抵抗をもって所定の回転方向に始動トルクが発生し運転が開始される。ＰＴＣリレー５６の素子は始動直後の１秒後くらいには自己発熱に伴う急激な抵抗増加を生じ、その結果、始動コイル５５は遮断され、主コイル５４のみに通電され、運転が維持される。次に運転が停止した後、再度正常に運転を開始するためには、始動コイル５５に通電される必要があり、そのためにはＰＴＣリレー５６素子がその抵抗値を減じるための冷却時間５７が必要となる。ところがこの前記冷却時間５７が極端に短い場合、ＰＴＣリレー５６の素子は抵抗が高い状態のままであるため、始動コイル５５に通電されず、通常は始動しない。
【００４５】
ところがこういった始動トルクが発生しないような時、なんらかの外力が加わるとこれが始動トルクとなってその力の働いた方向に回ってしまうといった現象が発生する。
【００４６】
具体的には図７の５８に示すような1秒以下の瞬時停電が発生したケースで、たとえば、ピストン３２が上死点の直前で位置するタイミングで停止すると、圧縮室２８内の圧力にピストン３２が押し戻され逆方向に回転５９する。そしてこの逆転中に再度通電（二点鎖線６０）が復帰すると、そのまま逆の回転方向に回ったまま、運転（二点鎖線６１）を継続してしまうことになる。
【００４７】
しかしながら実施の形態１で説明したように本発明のレシプロ密閉型圧縮機は正方向の回転に加え逆方向の回転でも安定した給油潤滑作用が得られるため、前記のような異常運転状況にあっても摩耗故障に至ることはなく、信頼性の高いレシプロ型電動圧縮機が実現できるのである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００４９】
さらに、いずれの回転方向運転においても大きなオイル搬送力を有し、安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５０】
また、請求項２に記載の発明は、いずれの回転方向運転においてもガスかみの少ない安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５１】
また、請求項３に記載の発明は、さらに高い揚程を必要とする両持ち軸受において、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５２】
また、請求項４に記載の発明は、より高い揚程を必要とする両持ち軸受においても副軸受部の潤滑作用を得ることができ、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５３】
また、請求項５に記載の発明は、三相誘導電動機への誤配線における逆転運転を前提に、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【００５４】
また、請求項６に記載の発明は、単相抵抗始動誘導電動機における逆転異常運転時を前提に、いずれの回転方向運転においても安定した給油が得られ、信頼性の高い圧縮機を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】レシプロ型電動圧縮機の断面図
【図２】クランクシャフトの拡大図
【図３】クランクシャフトの類似例拡大図
【図４】本発明と類似例の排出油量比較図
【図５】レシプロ型電動圧縮機の断面図
【図６】レシプロ型電動圧縮機の配線図
【図７】レシプロ型電動圧縮機の運転解説図
【図８】従来のレシプロ型電動圧縮機の断面図
【符号の説明】
１８ 密閉容器
１９ ステータ
２０ ロータ
２１ 電動要素
２２ 圧縮要素
２３ 潤滑油
２４ クランクシャフト
２５ 偏芯軸
２６ 副軸部
２７ 主軸部
２８ 圧縮室
２９ シリンダブロック
３０ 副軸受
３１ 主軸受
３２ ピストン
３４ コンロッド
４０ 絞り部
４２ 傾斜通路
４３ａ，４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ 主軸部螺旋ポンプ
４４ 主軸下部連通部
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ 偏芯通路
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ 主軸上部連通部
４７ａ、４７ｂ 副軸連通部
４８ａ、４８ｂ 副軸部螺旋ポンプ
４８ ガス抜き孔
Claims (6)
- 密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、ステータとロータからなる電動要素と、前記電動要素の略上方に構築され、圧縮室内で往復動するピストンを含む圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素を構成するクランクシャフトは、前記クランクシャフトの下部に設けられ前記潤滑油中に開口する遠心ポンプと、前記クランクシャフトの中部に設けられ、前記遠心ポンプと連通し互いに反対方向のリードを有する一対の独立した螺旋ポンプと、前記クランクシャフトの上部に設けられ、上端が前記密閉容器内に開口するとともに前記螺旋ポンプと各々連通部で連通する一対の独立した縦孔部とを備え、前記遠心ポンプは前記クランクシャフトの下端から上方に向かい軸心が前記クランクシャフトの外周方向に傾斜した円筒空洞部と、前記潤滑油に連通する絞り部とからなるレシプロ型電動圧縮機。
- 遠心ポンプ上部と密閉容器内とを連通するガス抜き孔を備えた請求項１に記載のレシプロ型電動圧縮機。
- 圧縮要素は、偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したクランクシャフトと、略円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室の軸心と略直交するように形成され前記副軸部および前記主軸部を各々軸支する副軸受および主軸受と、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結する連結手段とを備えた請求項１から請求項２のいずれか一項に記載のレシプロ型電動圧縮機。
- 一対の縦孔部と各々連通し、互いに反対方向のリードを有する一対の独立した螺旋溝を副軸部外周に設けた請求項３に記載のレシプロ型電動圧縮機。
- 電動要素は三相誘導電動機である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレシプロ型電動圧縮機。
- 電動要素は単相抵抗始動誘導電動機である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレシプロ型電動圧縮機。
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